JP5379730B2 - 作業機械のキャブ保護構造 - Google Patents

Description

本発明は、機体外側の側方からキャブの上部に対して加わる荷重（横荷重）からキャブを保護する、作業機械のキャブ保護構造に関するものである。

図４に示すような代表的な作業機械である油圧ショベル１においては、図中に矢印で示すように機体外側の側方から荷重Ｆがキャブ１０の上部に直に加わる事態に備えてキャブ１０を補強するキャブ保護構造が種々開発されている。なお、図４中の符号２は下部走行体を示し、符号３は上部旋回体を示し、符号４はブーム４ａ，アーム４ｂ及びバケット（作業具）４ｃを有する作業装置を示し、符号５はシャーシフレームを示している。

例えば特許文献１には、キャブの上部を側方から支持する保護手段をキャブ外に設置して、キャブに加わる過大な外力によりキャブが変形することを防止する技術が開示されている。
詳細には、特許文献１に開示された保護手段は、角鋼管や丸鋼管で形成された主保護部材と副保護部材とを有して構成されている。主保護部材は、旋回体の底部に機体前後方向に並設された一対のメインフレームのうちの一方のメインフレームに立設され、且つキャブの屋根とほぼ同じ高さに形成されている。副保護部材は１つ又は複数個設けられ、少なくとも１つの副保護部材は、主保護部材の上部と一対のメインフレームのうちの他方のメインフレームとの間に斜めに設けられている。

特開２００５−３５０９４８号公報

引用文献１記載の技術によれば、主保護部材はキャブの屋根を支えるべくメインフレームから屋根まで延びるように立設されるために、その構造が過大となるという課題がある。また、メインフレームには各種の装置が設置されており、そこに両メインフレームを跨るように副保護部材が設けられると、各装置のレイアウトが制限されるとともに副保護部材がメンテナンス時に障害になるという課題がある。

さらにキャブ１０は一般的に、図５に示すように、良好な前方視界を確保するためにフロントピラー１１Ｌ，１１Ｒがリヤピラー１２Ｌ，１２Ｒよりも細く形成されている。そのため、キャブ１０前側の強度が後側に比べて落ちるので、キャブ１０前側の強度を高めることが望まれている。しかしながら、特許文献１記載の保護手段によれば、その設置場所が作業装置４の可動範囲を避けた位置に限定されるため、キャブ１０の後端しか補強できないという課題がある。なお、図５中の符号１３はドアを取り付けるためのセンタピラーを示している。

本発明はこのような課題に鑑みて案出されたもので、機体外側の側方からキャブの重心位置よりも上側の部分に加わる荷重に対して、簡素な構成でキャブを保護することができるようにした、作業機械のキャブ保護構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の作業機械のキャブ保護構造は、作業装置と前記作業装置の側方に配置されたキャブとを備えた作業機械のキャブ保護構造であって、前記キャブの高さ方向に延びるとともにその内部が中空に形成された支柱と、前記キャブの前後方向に延びる前後桟と、前記キャブの幅方向に延びる横桟と、前記支柱と前記前後桟と前記横桟とを結合して前記キャブの角部を構成する継手部材とを備え、前記継手部材は、所定の面積で前記支柱と重なるように前記支柱の内部に挿入される重合部と、前記重合部から所定の位置を超えた位置まで延びる延長部とを有し、前記所定の位置は、前記作業装置側から前記キャブを見た側面視で前記支柱と前記作業装置の上面とが重なる位置であることを特徴としている。ここで、前記荷重は、前記キャブの重心位置よりも上側の部分に受けるものとする。

なお、前記所定の位置は、前記作業装置が最大リーチ姿勢をとっている状態での位置であることが好ましい。また、前記延長部の先端には、前記支柱の内面に接触するように発泡体が取り付けられていることが好ましい。

本発明の作業機械のキャブ保護構造によれば、支柱と前後桟と横桟とを継手部材で結合してキャブの角部を構成し、その継手部材が、所定の位置を超えた位置、つまり、キャブが作業装置側に倒れ込んだ際に支柱が作業装置に接触する接触位置まで延びるように形成された延長部を有しているので、簡素な構成で接触位置を補強して接触位置での局部的な変形を抑制し、機体外側の側方から作業装置側に向かってキャブの重心位置よりも上側の部分に加わる荷重からキャブを保護することができる。また、重合部を広い面積で形成することで、重合部に集中的に作用することになる荷重を広い面積で受けて荷重を分散し、軽減することができる。

（ａ），（ｂ）ともに本発明の一実施形態に係る作業機械のキャブ保護構造を示す模式的な斜視図であって、（ａ）はそのピラーやメンバがジョイントで結合された状態を示し、（ｂ）は分解された状態を示している。 本発明の一実施形態に係る作業機械のキャブ保護構造のジョイントを示す模式的な正面図である。 本発明の一実施形態に係る作業機械のキャブ保護構造のライトフロントピラーとブームとの接触位置を説明するための模式的な斜視図である。 一般的な油圧ショベルを模式的に示す斜視図である。 一般的な油圧ショベルのキャブの支柱と視界範囲との関係を説明するための模式図である。

以下、図面により本発明の作業機械のキャブ保護構造の実施の形態について説明する。図面は、従来技術を説明する際に用いた図面も流用しながら説明する。
＜構成＞
本実施形態の作業機械のキャブ保護構造は、図４に示すような油圧ショベル１のキャブ１０に好適に適用されるものである。

油圧ショベル１は、下部走行体２と、下部走行体２上に旋回自在に結合された上部旋回体３と、上部旋回体３の前部中央から前方へ延出するように設置されて種々の作業を行なう作業装置４とを備えている。作業装置４は、ブーム４ａとアーム４ｂとバケット等の作業具４ｃとを有している。
上部旋回体３は架台としてのシャーシフレーム５を有しており、シャーシフレーム５は、機体幅方向中央に位置し且つ機体前後方向に延在する左右一対のメインフレーム５ａ（図３参照）を有している。

各メインフレーム５ａの前部には、図３に示すように、ブーム４ａの基端部を支持するブームフート部５ｂが設けられている。シャーシフレーム５の前部左側には、ブームフート部５ｂに支持されたブーム４ａに隣接するように、オペレータ室としてのキャブ１０が載置されている。すなわち、キャブ１０は作業装置４の側方に設置されている。
キャブ１０は、図５に示すように、キャブ前面に互いに離隔して設置される左右一対のフロントピラー（前側の支柱）１１Ｌ，１１Ｒと、キャブ後面に互いに離隔して設置される左右一対のリヤピラー（後側の支柱）１２Ｌ，１２Ｒと、レフトフロントピラー１１Ｌとレフトリヤピラー１２Ｌとの間に設置されるセンタピラー（ドア取付用支柱）１３とを備えている。

また、キャブ１０は、図３に示すように、左右一対のフロントピラー１１Ｌ，１１Ｒの上端部を連結するフロントルーフメンバ（横桟）１４と、左右一対のリヤピラー１２Ｌ，１２Ｒの上端部を連結するリヤルーフメンバ１５と、レフトフロントピラー１１Ｌ，レフトリヤピラー１２Ｌ及びセンタピラー１３の各上端部を連結するレフトルーフメンバ１６と、ライトフロントピラー１１Ｒ及びライトリヤピラー１２Ｒの各上端部を連結するライトルーフメンバ（前後桟）１７とを備えている。なお、図３においては、キャブ１０は天井面に設置される天井窓を取り外した状態で描かれている。

各ピラー１１Ｌ，１１Ｒ，１２Ｌ，１２Ｒ，１３及び各メンバ１４，１５，１６，１７はそれぞれ、鋼板により中空に形成された構造物であり、その断面形状は要求される強度や窓ガラスの取り付け等を考慮して任意に設定される。また、図５に示すように、フロントピラー１１Ｌ，１１Ｒは前方視界を確保するためにリヤピラー１２Ｌ，１２Ｒよりも水平断面積が小さくなるように形成されている。

図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、ライトフロントピラー１１Ｒとフロントルーフメンバ１４とライトルーフメンバ１７とはジョイント（継手部材）２０で結合されている。
ジョイント２０は、図２に示すように、本体部２０ａと第１重合部２０ｂと第２重合部２０ｃと延長部２０ｄとを有している。本体部２０ａはキャブ１０の前方右側のコーナー部分（角部）をなし、ジョイント２０のベースとなる部分である。第１重合部２０ｂはライトルーフメンバ１７の前端の内部に挿入され、ライトルーフメンバ１７と重なり合うようになっている。第２重合部２０ｃはライトフロントピラー１１Ｒの上端の内部に挿入され、ライトフロントピラー１１Ｒと重なり合うようになっている。また、本体部２０ａの内面にはフロントルーフメンバ取付部（例えば、フロントルーフメンバ１４の形状に合致する形状で突出したブラケット部；図示略）が形成されており、この取付部にフロントルーフメンバ１４の右端が取り付けられることで、ジョイント２０とフロントルーフメンバ１４とが結合するようになっている。

ジョイント２０は、複雑な断面形状のライトフロントピラー１１Ｒやフロントルーフメンバ１４やライトルーフメンバ１７に嵌合するように加工され、第１重合部２０ｂ及び第２重合部２０ｃはそれぞれ、ライトフロントピラー１１Ｒ又はライトルーフメンバ１７の端部に挿入された後、溶接固定されるようになっている。ただし、固定手段は溶接に限定されず、ボルトやリベット等で固定しても良い。

第２重合部２０ｃの面積はライトフロントピラー１１Ｒとの重なりが大きくなるように予め設定された所定の面積以上が確保されている。延長部２０ｄは、第２重合部２０ｃの先端から図３に示す接触位置Ｙまで延びるように、第２重合部２０ｃに所定の長さの板状の部材を取り付けることで構成されている。
上記の接触位置Ｙは、キャブ１０の重心位置よりも上側の部分（以下、単に上部ともいう。ここでは、キャブ１０のレフトルーフメンバ１６付近、つまり機体外側の屋根付近を例示する）に対して機体外側の側方からブーム４ａ側に向かって荷重（以下、横荷重ともいう）Ｆが加わり、キャブ１０がブーム４ａ側に倒れ込んだ際に、ライトフロントピラー１１Ｒとブーム４ａとが接触する可能性のある位置である。つまり、第２重合部２０ｃの長さと延長部２０ｄの長さとはそれぞれ、延長部２０ｄが接触位置Ｙに到達可能な長さに設定されている。

具体的には、接触位置Ｙは、常態時に油圧ショベル１をその右側方から見た側面視において、つまりキャブ１０の変形前の側面視で、ライトフロントピラー１１Ｒとブーム４ａの上面とが重なる位置（交差位置；所定の位置）の近傍を接触位置として設定することができる。
本発明者らの知見によれば、キャブ１０が過大な横荷重Ｆを受けてブーム４ａ側に倒れ込むときには、その荷重点の前後位置及びキャブ１０の前後強度バランスによりキャブ１０の変形挙動が変化し、したがって、ブーム４ａとの接触位置も変化する。そして、ライトフロントピラー１１Ｒは真横に変形するとは限らず、むしろ若干後ろ寄りに倒れ込んでブーム４ａの低い位置に接触すると考えられる。接触位置Ｙは、このようなキャブ１０の変形挙動の変化を考慮して接触する可能性のある範囲が接触位置として設定される。延長部２０ｄは、上記の交差位置（所定の位置）を少なくとも所定の距離だけ超えた位置まで延びるように構成されることで、キャブ１０の変形挙動の変化にも対応し、接触する可能性のある位置をカバーすることが可能となっている。

なお、接触位置Ｙは、ブーム４ａが最大リーチ姿勢をとっている状態での接触位置Ｙに設定されていれば好ましい。
また、延長部２０ｄの先端の両面には、ライトフロントピラー１１Ｒの内面に接触するように発泡体３０が取り付けられている。発泡体３０は、加熱されて発泡する熱発泡素材で形成されていれば好ましい。

＜作用・効果＞
本発明の一実施形態に係る作業機械のキャブ保護構造は上述のように構成されているので、以下のような作用および効果を奏する。
図３に示すように、キャブ１０の上部に対して機体内側に向かって過大な横荷重Ｆが作用すると、この横荷重Ｆを受けてキャブ１０はブーム４ａ側に倒れ込み、ライトフロントピラー１１Ｒがブーム４ａに接触する。ライトフロントピラー１１Ｒが断面角形状のブーム４ａの角Ｐと接触すると、ライトフロントピラー１１Ｒには角Ｐでつまり接触位置Ｙで局部的に過大な荷重がかかる。

前方視界を確保するためにフロントピラー１１Ｌ，１１Ｒはリヤピラー１２Ｌ，１２Ｒよりも細く形成されているので、従来のジョイント構造であれば、ライトフロントピラー１１Ｒに過大な荷重がかかった場合、図３中に２点鎖線で示すようにライトフロントピラー１１Ｒはブーム４ａの角Ｐに接触して接触位置Ｙで座屈し、接触位置Ｙよりも上側が大きく変形するおそれがある。ライトフロントピラー１１Ｒが大きく変形すれば、ライトフロントピラー１１Ｒとフロントルーフメンバ１４とがなすコーナー部分にも局部的に大きな変形が発生する。このような変形は、オペレータの居住空間を確保するためにも抑制する必要がある。

本実施形態ではジョイント２０に第２重合部２０ｃを広い面積を確保して形成し、この第２重合部２０ｃとライトフロントピラー１１Ｒとを重ね合わせてキャブ１０を組み立てるので、簡素な構成でコーナー部分を補強し、局部的な荷重を軽減することができる。
つまり、ライトフロントピラー１１Ｒとフロントルーフメンバ１４とライトルーフメンバ１７とがジョイント２０によって結合されている場合、横荷重Ｆを受けてブーム４ａ側に向かってフロントルーフメンバ１４が大きく変形すると、フロントルーフメンバ１４とジョイント２０とが重なり合う部分に荷重が集中してしまう。本実施形態では第２重合部２０ｃは広い面積を有するように形成されているので、荷重を広い面積で受けて荷重を分散し、軽減することができる。また、延長部２０ｄを接触位置Ｙに到達するように延ばすことで、接触位置Ｙを補強して接触位置Ｙでの局部的な変形を抑え、機体外側の側方からキャブ１０の上部に加わる横荷重Ｆに対してキャブ１０を保護することができる。

また、接触位置Ｙが、ブーム４ａが最大リーチ姿勢をとっている状態での接触位置を想定して設定されていれば、機体の姿勢が最も不安定な状態において効果的にキャブ１０を保護することができる。
また、延長部２０ｄは本体部２０ａや各重合部２０ｂ，２０ｃと別体に構成されているので、ジョイント２０がライトフロントピラー１１Ｒと重なり合う面積を容易に調整することができるとともに板厚の調整も容易に行なうことができ、その結果、強度の調整を容易に行なうことができる。

また、延長部２０ｄの先端に発泡体３０を設けることで、延長部２０ｄの先端のばたつきを防止することができるとともに、ライトフロントピラー１１Ｒ内の空気の流れを遮断することが可能となり、キャブ１０内の気密性を改善することができる。詳述すると、ライトフロントピラー１１Ｒの下部は開放された状態となっており、また、ライトフロントピラー１１Ｒやジョイント２０には、ハーネスを通すための穴や各部材の位置決め用の穴が形成されるようになっている。そのため、発泡体３０がなければ、上記の各穴から入った空気はライトフロントピラー１１Ｒを通ってライトフロントピラー１１Ｒの下部からキャブ１０外に漏れるようになる。しかしながら、発泡体３０を設けることで、上記のライトフロントピラー１１Ｒ内の空気の流れを遮断して気密性を改善することができる。

また、ジョイント２０によってキャブ１０のコーナー部分を補強するので前方視界が阻害されないという利点がある。また、補強はピラー内部で行なわれるので人目に付かず、審美性を損なわないという利点もある。

［その他］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。
例えば、上記実施形態では発泡体３０を延長部２０ｄに取り付けたが、緩衝性や気密性のある部材であれば、そのような部材を発泡体３０に替えて取り付けても良いし、また、発泡体３０のような部材を取り付けなくても良い。
また、上記実施形態では、延長部２０ｄは第２重合部２０ｃとは別体に形成されているが、一体に形成されていても良い。

また、上記実施形態では、実際に本キャブ保護構造が適用される油圧ショベル１における接触位置Ｙのみを考慮して延長部２０ｄが第２重合部２０ｃを延長する長さを設定したが、本キャブ保護構造の適用対象となる油圧ショベルの機種の多様な大きさを考慮して、延長部２０ｄの長さに加えて第２重合部２０ｃの長さを設定すると好ましい。
つまり、延長部２０ｄは、本キャブ保護構造の適用対象となる油圧ショベルの大きさのうちの最小の機種の油圧ショベルにおける接触位置（最小機種時接触位置）まで延びるように、つまり、最小機種の油圧ショベルにおいて、側面視でライトフロントピラー１１Ｒとブーム４ａの上面とが重なる位置（所定の位置）の近傍の範囲を最小機種時接触位置として、最小機種時接触位置の最下端位置となる上記重なる位置を少し超えた位置まで延びて、最小機種時接触位置を補強する長さを有するように設定されていても良い。

また、第２重合部２０ｃは、最大の機種の油圧ショベルにおける接触位置（最大機種時接触位置）を補強するように、つまり、最大機種の油圧ショベルにおいて、側面視でライトフロントピラー１１Ｒとブーム４ａの上面とが重なる位置を少し超えた位置まで延びて最大機種時接触位置を補強する長さを有するように設定されていても良い。
本発明者らの知見によれば、油圧ショベル１においては、横荷重Ｆの大きさが同じならば接触位置が高いほうがキャブ１０にとって変形の程度の面で有利であると考えられる。そしてまた、機体が大きい機種は横荷重Ｆも大きいがブーム４ａとの接触位置は高く、一方、機体が小さい機種は横荷重Ｆは小さいがブーム４ａとの接触位置は低くなると考えられる。

上述のように大小の機種を考慮して第２重合部２０ｃ及び延長部２０ｄの長さを設定すれば、最小機種時接触位置は最大機種時接触位置よりも低い位置にあるので、少なくとも延長部２０ｄが最小機種時接触位置に到達可能な長さに設定されていれば、最大機種時接触位置も実際の接触位置も第２重合部２０ｃ又は延長部２０ｄの何れかで補強することができ、単一の形状のジョイント２０で大小の機種への適用に対応し、汎用性を向上させることが可能となる。

また、上記実施形態の作業機械のキャブ保護構造は、油圧ショベル１のキャブ１０に適用されることに限定されず、作業装置の側方にキャブが存在し、キャブの重心位置よりも上側の部分が作業装置側に向かって過大な荷重を受けて作業装置に接触する場面が想定される作業機械、例えばクレーン等のキャブにも好適に使用することができる。このとき、作業機械の種類に応じてジョイント２０で結合するコーナー部分が設定され、上記実施形態のようなキャブ１０の前方右側コーナー部分以外のコーナー部分にジョイント２０が配置されても良い。つまり、本発明のジョイント２０は少なくとも、キャブの高さ方向に延びるとともにその内部が中空に形成された支柱と、キャブの前後方向に延びる前後桟と、キャブの幅方向に延びる横桟とを結合してキャブの角部を構成する部分に適用されていれば良い。

１ 油圧ショベル
２ 下部走行体
３ 上部旋回体
４ 作業装置
４ａ ブーム
４ｂ アーム
４ｃ バケット
５ シャーシフレーム
５ａ メインフレーム
１０ キャブ
１１Ｌ レフトフロントピラー
１１Ｒ ライトフロントピラー（支柱）
１２Ｌ レフトリヤピラー
１２Ｒ ライトリヤピラー
１３ センタピラー
１４ フロントルーフメンバ（横桟）
１５ リヤルーフメンバ
１６ レフトルーフメンバ
１７ ライトルーフメンバ（前後桟）
２０ ジョイント（継手部材）
２０ａ 本体部
２０ｂ 第１重合部
２０ｃ 第２重合部
２０ｄ 延長部
３０ 発泡体
Ｆ 荷重
Ｐ ブームの角
Ｙ 接触位置

Claims (3)

1. 作業装置と前記作業装置の側方に配置されたキャブとを備えた作業機械のキャブ保護構造であって、
   前記キャブの高さ方向に延びるとともにその内部が中空に形成された支柱と、
   前記キャブの前後方向に延びる前後桟と、
   前記キャブの幅方向に延びる横桟と、
   前記支柱と前記前後桟と前記横桟とを結合して前記キャブの角部を構成する継手部材とを備え、
   前記継手部材は、所定の面積で前記支柱と重なるように前記支柱の内部に挿入される重合部と、前記重合部から所定の位置を超えた位置まで延びる延長部とを有し、
   前記所定の位置は、前記作業装置側から前記キャブを見た側面視で前記支柱と前記作業装置の上面とが重なる位置である
   ことを特徴とする、作業機械のキャブ保護構造。
2. 前記所定の位置は、前記作業装置が最大リーチ姿勢をとっている状態での位置である
   ことを特徴とする、請求項１記載の作業機械のキャブ保護構造。
3. 前記延長部の先端には、前記支柱の内面に接触するように発泡体が取り付けられている
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の作業機械のキャブ保護構造。

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