JP5510993B2

JP5510993B2 - 伸縮ブーム

Info

Publication number: JP5510993B2
Application number: JP2009193513A
Authority: JP
Inventors: 保人片岡; 浩樹中山
Original assignee: Kobe Steel Ltd; Kobelco Cranes Co Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd; Kobelco Cranes Co Ltd
Priority date: 2009-08-24
Filing date: 2009-08-24
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2029-08-24
Also published as: JP2011042496A

Description

本発明は、クレーンや高所作業車等の作業機に適用される伸縮ブームに関する。

クレーンや高所作業車等の作業機に適用される伸縮ブームにおいて、複数の筒状ブームを入れ子式にして内側及び外側ブームを互いにスライドさせることで全体として伸縮可能とし、内側及び外側ブームの間にブーム間の摩擦や衝撃の抑制等のためのパッドを設けたものが知られている（特許文献１参照）。

特開２００４‐３５１８０号公報

上記特許文献１には、四角筒状のブームが示されており、パッドが内側及び外側ブームの平面間に挟持されているが、強度向上等の観点から、横断面視におけるブームの鉛直方向下部を下側に膨出する湾曲形状とすると共に、パッドも同様の湾曲形状としてブーム間に比較的広範囲に挟持させる場合がある。しかし、強度向上を図ろうとしてこのような構成を採用した場合でも、後に実施例において示すように、局所的な応力集中が生じ、安全性を確実に確保することが困難である。

本発明の目的は、応力集中を緩和して安全性を向上させることができる伸縮ブームを提供することである。

本願発明者は、上記構成の伸縮ブームにおける応力集中のメカニズムについて、後述の実施例で示す解析結果に基づき、以下のように考察した（詳細な考察については実施例で述べる）。先ず、ブームの鉛直方向下部を上記のように湾曲形状にしようとしても、加工上の理由から完全に角の無い状態にすることはできず、実際にはブームは角を有するのに対し、パッドの断面は角の無い（即ち滑らかな曲線を描いた）湾曲形状であるため、ブームとパッドとにおける接触部分のほとんどが面接触ではなく線接触となり（図１０参照）、当該線接触の部分に応力が集中する。また、ブームの軸方向に関しては、外側ブームにおける内側ブームが挿入される方向とは反対方向の端部に当該外側ブームの外周面から外側に突出するフランジが設けられている場合、複数の外側ブーム内にそれぞれ内側ブームが挿入されたとき、特にフランジ間に応力集中が生じ易いことがわかった（図１８参照）。そこで、このような考察から、上記目的を達成するため、下記の伸縮ブームを提供する。

本発明の観点によると、軸方向に直交する横断面視において鉛直方向下部の形状が下側に膨出する湾曲形状であると共に、湾曲形状の前記下部において外側に突出し且つ前記軸方向に延在した１以上の角を有する、前記軸方向に沿った筒状の外側ブームと、前記外側ブーム内に挿入され且つ前記外側ブームに対して前記軸方向にスライド可能であり、前記横断面視において鉛直方向下部の形状が下側に膨出する湾曲形状であると共に、湾曲形状の前記下部において外側に突出し且つ前記軸方向に延在した１以上の角を有する、前記軸方向に沿った筒状の内側ブームと、前記横断面視において前記外側ブーム及び前記内側ブームのそれぞれの前記角を跨ぐようにして前記外側ブームと前記内側ブームとの間に挟持されると共に、前記内側ブームを前記軸方向に沿ってスライド可能に支持するパッドと、前記パッドにおける前記外側ブーム及び前記内側ブームに対向する面のそれぞれに設けられた、前記軸方向に延在し、対向する前記角との間に間隙を形成する凹部とを備えたことを特徴とする伸縮ブームが提供される。

上記伸縮ブームによれば、凹部により上述のような線接触が回避されるため、応力集中を緩和し、安全性を向上させることができる。

本発明に係る伸縮ブームは、前記外側ブームにおける前記内側ブームが挿入される方向とは反対方向の端部に設けられた、前記外側ブームの外周面から外側に突出し且つ前記外側ブームの周方向に延在したフランジと、前記パッドにおける前記外側ブームに対向する面において、複数の前記外側ブーム内にそれぞれ前記内側ブームが挿入されたときの前記フランジ間に対応する位置に設けられた、前記外側ブームとの間に間隙を形成する切欠とをさらに備えてよい。この場合、パッドは切欠が設けられた部分において外側ブームと接触しないため、当該部分における応力集中が緩和される。したがって、上述のような複数の外側ブーム内にそれぞれ内側ブームが挿入されたとき特にフランジ間に応力集中が生じ易いという問題が軽減され、安全性を向上させることができる。

前記切欠が前記外側ブームの周方向に延在してよい。この場合、周方向に亘って切欠による効果（応力集中の緩和効果）が得られ、安全性をより一層向上させることができる。

本発明に係る伸縮ブームは、前記外側ブームにおける前記内側ブームが挿入される方向とは反対方向の端部に設けられた、前記外側ブームの外周面から外側に突出し且つ前記外側ブームの周方向に延在したフランジと、複数の前記外側ブーム内にそれぞれ前記内側ブームが挿入されたときの各ブームの前記軸方向の位置を規制するよう、前記外側ブームの前記端部近傍における、複数の前記外側ブーム内にそれぞれ前記内側ブームが挿入されたときの前記フランジ間に対応する位置において、前記外側ブームの外周面から外側に突出し且つ前記外側ブームの周方向に関して離隔配置された２以上のストッパと、前記外側ブームの外周面における前記２以上のストッパ間において前記外側ブームの周方向に延在し、前記外側ブームの外周面から外側に突出する補強部とをさらに備えてよい。この場合、補強部により、上述のような複数の外側ブーム内にそれぞれ内側ブームが挿入されたとき特にフランジ間に応力集中が生じ易いという問題が軽減され、安全性を向上させることができる。また、補強部を２以上のストッパ間に形成することで、外観性を損なうことなく且つ製造上も比較的容易に補強部を設け、安全性の向上を図ることができる。

前記凹部は、前記軸方向に関して、複数の前記外側ブーム内にそれぞれ前記内側ブームが挿入されたときの、前記外側ブームにおける前記内側ブームが挿入される方向とは反対方向の端部に設けられた前記外側ブームの外周面から外側に突出し且つ前記外側ブームの周方向に延在したフランジ間に対応する部分に、少なくとも形成されてよい。この場合、当該凹部の形成位置により、上述のような複数の外側ブーム内にそれぞれ内側ブームが挿入されたとき特にフランジ間に応力集中が生じ易いという問題が軽減される。つまり、横断面視においてのみならず軸方向に関しても応力集中を効果的に緩和し、安全性をより一層向上させることができる。

前記パッドにおける前記外側ブーム及び前記内側ブームに対向する面の少なくとも一方は、２以上の前記凹部の間に、表面が平坦で且つ対向するブームと面接触する凸部を有してよい。この場合、パッドとブームとにおいて凸部による面接触が実現され、線接触の場合に比べて広い面積で応力を受けることができることから、より実効的に、応力集中を緩和し、安全性をより一層向上させることができる。

前記パッドが鉛直方向下方に偏在してよい。この場合、パッドをブームの周方向全体に設ける場合に比べ、パッドの材料コストを低減しつつ、パッドによるブーム間の摩擦や衝撃の抑制をより効果的に実現することができる。

前記パッドが前記凹部において分割されてよい。この場合、パッドの製造の容易化が実現可能である。

本発明の第１実施形態に係る伸縮ブームが適用されたクレーンを示す概略側面図である。図１に示す伸縮ブームの全縮状態における斜視図である。（ａ）は、図２に示すＩＩＩ‐ＩＩＩ線に沿った、伸縮ブームの軸方向部分断面図である。（ｂ）は、（ａ）に示す領域ＩＩＩＢの拡大図である。（ａ）は、図２に示す伸縮ブームにおける第６ブームの先端近傍を上方から見た斜視図である。（ｂ）は、（ａ）の部分拡大図である。図４に示すパッドのブーム軸方向から見た端面図である。図２に示す伸縮ブームにおける第６ブームの先端近傍を下方から見た斜視図である。本発明の第２実施形態に係る伸縮ブームにおける第６ブームのパッドを下方から見た斜視図である。本発明の第３実施形態に係る伸縮ブームにおける図３（ｂ）に対応する軸方向部分断面図である。本発明の第３実施形態に係る伸縮ブームにおける第６ブームの先端近傍を下方から見た斜視図である。本発明の実施例において比較例として用いた伸縮ブームのパッドを示す図５に対応する端面図である。参考例に係る伸縮ブームにおける第６ブームのパッドを下方から見た斜視図である。比較例に係る伸縮ブームのＦＥＭ解析結果を示す部分図である。参考例に係る伸縮ブームのＦＥＭ解析結果を示す部分図である。第１実施形態に係る伸縮ブームのＦＥＭ解析結果を示す部分図である。第２実施形態に係る伸縮ブームのＦＥＭ解析結果を示す部分図である。第３実施形態に係る伸縮ブームのＦＥＭ解析結果を示す部分図である。（ａ）は参考例に係る伸縮ブーム、（ｂ）は比較例に係る伸縮ブームの、第６ブームの軸方向に沿った下部中心を通る面における変形図である。比較例に係る伸縮ブームの応力集中メカニズムに関する考察結果を説明するための、伸縮ブームの軸方向部分断面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

先ず、図１を参照し、本発明の第１実施形態に係る伸縮ブーム１が適用されたクレーン１００の概略について説明する。

クレーン１００は、運転席を含む走行体１００ａ、走行体１００ａに対して鉛直軸を中心に３６０°旋回可能な旋回台１００ｂ、及び、旋回台１００ｂを介して走行体１００ａ上に取り付けられた起伏自在の伸縮ブーム１を有する。

伸縮ブーム１は、旋回台１００ｂに近い方から順に、第１ブーム２ａ、第２ブーム２ｂ、第３ブーム２ｃ、第４ブーム２ｄ、第５ブーム２ｅ、第６ブーム２ｆ、及び第７ブーム２ｇを有し、これらブーム２ａ〜２ｇは入れ子式となっている。即ち、ブーム２ａ〜２ｇは軸Ａ方向に直交する横断面（以下、単に「横断面」と称す。）が略相似の軸Ａ方向に沿った筒状であると共に第１ブーム２ａから第７ブーム２ｇへと順次横断面が小さくなっており、第７ブーム２ｇは第６ブーム２ｆ内、第６ブーム２ｆは第５ブーム２ｅ内、第５ブーム２ｅは第４ブーム２ｄ内、第４ブーム２ｄは第３ブーム２ｃ内、第３ブーム２ｃは第２ブーム２ｂ内、第２ブーム２ｂは第１ブーム２ａ内にそれぞれ挿入可能であると共に、第２〜第７ブーム２ｂ〜２ｇは全て第１ブーム２ａ内に挿入可能である（図２参照）。第２〜第７ブーム２ｂ〜２ｇはそれぞれ第１〜第６ブーム２ａ〜２ｆに対して連結されつつ軸Ａ方向に沿ってスライド可能である。

図１において、伸縮ブーム１は全伸状態（即ち、第１ブーム２ａ以外のブーム２ｂ〜２ｇの全てが延伸し、伸縮ブーム１の軸Ａ方向長さが最も長い状態）にある。一方、図２において、伸縮ブーム１は全縮状態（即ち、第１ブーム２ａ以外のブーム２ｂ〜２ｇの全てが第１ブーム２ａ内に挿入され、伸縮ブーム１の軸Ａ方向長さが最も短い状態）にある。第７ブーム２ｇの先端（即ち、第７ブーム２ｇの第６ブーム２ｆへの挿入方向とは反対方向の端部）には、装着部５０ａを介して各種アタッチメント５０が装着されている。

次に、図３〜図６を参照し、本実施形態の伸縮ブーム１についてより詳細に説明する。なお、図４〜図６には第６ブーム２ｆの先端近傍を示すが、第１〜第５ブーム２ａ〜２ｅの先端近傍の構成もこれと同様である。

伸縮ブーム１の各ブーム２ａ〜２ｇは、図４に第６ブーム２ｆで例示するように、鋼材等からなる四角筒状のパイプの鉛直方向下方（外側ブームに対する内側ブームの荷重の付加方向。以下、単に「下方」と称す。）の部分を、横断面視において下側に膨出する湾曲形状になるよう、加工したものである。ただし、図５に一点鎖線で示すように、各ブーム２ａ〜２ｇの下方部分は、滑らかな曲線を描いてはおらず、外側に突出した多数の角２ｘを有する。各ブーム２ａ〜２ｇの横断面は軸Ａ方向に亘って略一定である。したがって、角２ｘは軸Ａ方向に延在し、各ブーム２ａ〜２ｇの下部の内周面及び外周面には、角２ｘによる軸Ａ方向に沿った線が形成されている（図６参照）。

第７ブーム２ｇ以外のブーム２ａ〜２ｆはそれぞれ、図３に示すように、先端（各ブーム２ａ〜２ｆ内に他のブームが挿入される方向とは反対方向の端部。以下同じ。）に、パッド５、フランジ３、及び、パッド５をブーム内に保持するための蓋４が設けられている。

パッド５は、対応する外側ブームと内側ブームとの間に挟持される（例えば、第６ブーム２ｆに設けられたパッド５において、外側ブームは第６ブーム２ｆ、内側ブームは第７ブーム２ｇである。）と共に、内側ブームを軸Ａ方向に沿ってスライド可能に支持し、ブーム間の摩擦や衝撃を抑制する機能を有する。パッド５は、軸Ａ方向に関して一定の長さを有し、図３（ａ）に示すように、軸Ａ方向に関して各ブーム２ａ〜２ｆの先端から所定距離（全縮状態において当該パッド５が設けられたブームに対して隣接する外側のブーム（例えば、第６ブーム２ｆに設けられたパッド５においては、第５ブーム２ｅ）のフランジ３を超える位置）に亘って延在している。

パッド５は、図４（ａ）に示すように、ブームの下部に沿うように下側に膨出する湾曲形状であると共に、図５に示すように、横断面視において外側及び内側ブームの角２ｘを跨ぐようにして、これらブーム間に挟持されている。パッド５の厚みは、外側ブームと内側ブームとがなす隙間に合わせて、側部から下部に向けて徐々に薄くなっている。パッド５の内面（内側ブームに対向する面）５ａ及び外面（外側ブームに対向する面）５ｂの両面には、対向する角２ｘとの間に間隙を形成する凹部５ｘ、及び、凹部５ｘ間に形成された凸部５ｙが設けられている。

凹部５ｘ及び凸部５ｙはそれぞれ、図４（ｂ）に示すように、軸Ａ方向に延在し、パッド５の軸Ａ方向全長に亘って設けられている。つまり、各凹部５ｘ及び凸部５ｙの軸Ａ方向の長さはパッド５の長さと同じである。また、図５に示すように、凹部５ｘは、パッドの内面５ａ及び外面５ｂにおいて共に、略同一幅を有し、パッド５の内面５ａに７つ、外面５ｂに５つ、パッド５の下部中心Ｏからブームの周方向（軸Ａに直交するブームの周方向）に関して所定間隔をなして設けられている。凸部５ｙは、パッドの内面５ａ及び外面５ｂのそれぞれにおいて幅が異なるが、各面５ａ，５ｂにおける複数の凸部５ｙは略同一幅であり、パッド５の内面５ａに６つ、外面５ｂに４つ、凹部５ｘと同様にパッド５の下部中心Ｏから周方向に関して所定間隔をなして設けられている。凸部５ｙの表面は平坦であり、凸部５ｙはその平坦な表面において対向するブームと面接触している。凹部５ｘ及び凸部５ｙは共に平面視において矩形状であるが、凹部５ｘは凸部５ｙよりも幅が小さい。

フランジ３は、図４及び図６に示すように、各ブーム２ａ〜２ｆの周方向に延在した湾曲形状であると共に、各ブーム２ａ〜２ｆの外周面から外側に突出している。フランジ３は、溶接により各ブーム２ａ〜２ｆの外周面上に固定されており（図３（ｂ）の隅肉溶接部３ａ参照）、ブーム２ａ〜２ｆの厚み（パッド５が配置されている薄肉部を除く部分の厚み）と略同じ厚みを有し、各ブーム２ａ〜２ｆの先端を補強する機能を有する。

蓋４は、図４及び図６に示すように、フランジ３と同様に各ブーム２ａ〜２ｆの周方向に延在した湾曲形状であると共に、フランジ３の表面（当該フランジ３が設けられたブームの先端側の面）と当該ブームの先端側の端面とパッド５の先端側の端面の一部とを覆うように配置されている。蓋４により、パッド５のブームからの落下等が防止される。

さらに、各ブーム２ａ〜２ｆの先端には、図６に示すように、フランジ３の裏面において各ブーム２ａ〜２ｆの外周面から外側に突出し且つブームの周方向に関して離隔配置された２つのストッパ７が設けられている。ストッパ７は、軸Ａ方向に関して、ブーム２ｂ〜２ｇがそれぞれ対応する外側ブーム内に挿入されたときのフランジ３間に対応する位置（図３（ｂ）において隣接するフランジ３間の位置）に配置されている。各ストッパ７は、ブーム２ａ〜２ｆの下部中心から所定距離だけ上方の同じ高さに配置された、略台形形状のプレートであり、下底部分がブーム２ａ〜２ｆの外周面に当接している。ストッパ７は、図３に示すようにブーム２ｂ〜２ｇがそれぞれ対応する外側ブーム内に挿入されたときの各ブーム２ｇ〜２ｇの軸Ａ方向の位置を規制する機能の他、フランジ３を裏面側から支持することで各ブーム２ａ〜２ｆの先端をさらに補強する機能をも有する。

以上に述べたように、本実施形態に係る伸縮ブーム１によると、パッド５の内面５ａ及び外面５ｂに凹部５ｘを設けたことにより、後に実施例で示す比較例（図１０参照）のようなパッドとブームとの角２ｘにおける線接触が回避されるため、応力集中を緩和し、安全性を向上させることができる。

凹部５ｘは、軸Ａ方向に関して、ブーム２ｂ〜２ｇがそれぞれ対応する外側ブーム内に挿入されたときのフランジ３間に対応する位置（図３（ｂ）において隣接するフランジ３間の位置）に形成されている。後に実施例で示すように、ブームの軸Ａ方向に関しては、ブーム２ｂ〜２ｇがそれぞれ対応する外側ブーム内に挿入されたとき特にフランジ３間に応力集中が生じ易いことから、当該位置に凹部５ｘを設けることで、横断面視においてのみならず軸Ａ方向に関しても応力集中を効果的に緩和し、安全性をより一層向上させることができる。

パッド５の内面５ａ及び外面５ｂにおいて、複数の凹部５ｘの間に表面が平坦で且つ対向するブームと面接触する凸部５ｙが設けられている。これにより、パッド５とブームとにおいて凸部５ｙによる面接触が実現され、線接触の場合に比べて広い面積で応力を受けることができることから、より実効的に、応力集中を緩和し、安全性をより一層向上させることができる。

パッド５は下方に偏在している。これにより、パッド５をブームの周方向全体に設ける場合に比べ、パッド５の材料コストを低減しつつ、パッド５によるブーム間の摩擦や衝撃の抑制をより効果的に実現することができる。

次いで、図７を参照し、本発明の第２実施形態に係る伸縮ブームについて説明する。本実施形態に係る伸縮ブームは、パッドの構成のみが第１実施形態の伸縮ブーム１と異なり、その他は第１実施形態の伸縮ブーム１と同じである。なお、図７には第６ブーム２ｆに設けられたパッド２５を示すが、第１〜第５ブーム２ａ〜２ｅに設けられたパッドもこれと同様である。また、図７では、パッド２５の固定対象である外側ブーム（第６ブーム２ｆ）は図示せず、内側ブーム（第７ブーム２ｇ）がパッド２５の内面に当接している状態が示されている。

本実施形態のパッド２５は、第１実施形態と同様にその内面及び外面２５ｂに凹部５ｘ及び凸部５ｙ（図４（ｂ）参照）が設けられていることに加えて、外面２５ｂに切欠２５ｚを有する点についてのみ、第１実施形態のパッド５と異なり、その他形状や配置構成は第１実施形態のパッド５と同じである。

切欠２５ｚは、ブームの周方向に延在していると共に、平面視において軸Ａ方向の長さが一定の矩形状を有する。切欠２５ｚの位置は、軸Ａ方向に関しては、ブーム２ｂ〜２ｇがそれぞれ対応する外側ブーム内に挿入されたときのフランジ３間に対応する位置（図３（ｂ）において隣接するフランジ３間の位置）にあり、横断面視においては、パッド２５の下部中心Ｏ（図５参照）から両側に延び、外側ブームの角２ｘを跨ぎつつ、第１実施形態における外面５ｂの凹部５ｘの範囲と略同じ範囲に亘って延在している。パッド２５の外面２５ｂは、切欠２５ｚが設けられた部分において、外側ブームの内周面との間に間隙を形成し、当該内周面から離隔している。

以上に述べたように、本実施形態に係る伸縮ブームによると、パッド５に凹部５ｘ及び凸部５ｙを設けたことによって第１実施形態と同様の効果が得られることに加え、パッド２５は切欠２５ｚが設けられた部分において外側ブームと接触しないため、当該部分における応力集中が緩和される。したがって、後に実施例で示すようなブーム２ｂ〜２ｇがそれぞれ対応する外側ブーム内に挿入されたとき特にフランジ３間に応力集中が生じ易いという問題が軽減され、安全性を向上させることができる。

また、切欠２５ｚがブームの周方向に延在していることから、周方向に亘って切欠２５ｚによる効果（応力集中の緩和効果）が得られ、安全性をより一層向上させることができる。

次いで、図８及び図９を参照し、本発明の第３実施形態に係る伸縮ブームについて説明する。本実施形態に係る伸縮ブームは、第１実施形態の伸縮ブーム１の各ブーム２ａ〜２ｆに補強部６を追加したものである。

補強部６は、各ブーム２ａ〜２ｆの先端近傍に固定され、フランジ３の裏面に沿いつつ、２つのストッパ７（図９参照）間において各ブーム２ａ〜２ｆの周方向に延在した湾曲形状の部材であり、各ブーム２ａ〜２ｆの外周面から外側に突出している。補強部６は、軸Ａ方向の長さがストッパ７よりも若干短く（即ち、ストッパ７より厚みが若干小さく）、軸Ａ方向に関して、図８に示すようにブーム２ｂ〜２ｇがそれぞれ対応する外側ブーム内に挿入されたときのフランジ３間に対応する位置に配置されている。

以上に述べたように、本実施形態に係る伸縮ブームによると、パッド５に凹部５ｘ及び凸部５ｙを設けたことによって第１実施形態と同様の効果が得られることに加え、補強部６を設けたことで、後に実施例で示すようなブーム２ｂ〜２ｇがそれぞれ対応する外側ブーム内に挿入されたとき特にフランジ３間に応力集中が生じ易いという問題が軽減され、安全性を向上させることができる。また、補強部６を２以上のストッパ７間に形成することで、外観性を損なうことなく且つ製造上も比較的容易に（例えば同一工程によりストッパ７と補強部６とを溶接する等して）補強部６を設け、安全性の向上を図ることができる。

続いて、本発明を実施例によって具体的に説明する。

図１０は、比較例として用いた伸縮ブームのパッドを示す。比較例に係る伸縮ブームは、パッドの構成のみが第１実施形態の伸縮ブーム１と異なり、その他は第１実施形態の伸縮ブーム１と同じである。比較例に係るパッド１０５は、内面１０５ａ及び外面１０５ｂの両面に凹部５ｘ及び凸部５ｙ（図５参照）が設けられておらず、両面とも断面視において滑らかな曲線を描きつつ下側に膨出する湾曲形状を有している。そのため、パッド１０５の内面１０５ａは、内側ブーム（図１０では第７ブーム２ｇ）と各角２ｘの部分において接触（軸Ａ方向を考慮した３次元では、線接触）し、それ以外の部分においては間隙を介して離隔している。パッド１０の外面１０５ｂは、外側ブーム（図１０では第６ブーム２ｆ）と角２ｘ間の中央部分２ｙにおいて接触（軸Ａ方向を考慮した３次元では、線接触）し、それ以外の部分においては間隙を介して離隔している（特に各角２ｘの部分においては比較的大きな間隙を介して離隔している）。図１０には第６ブーム２ｆのパッド１０５を示すが、当該比較例に係る伸縮ブームの他のブーム２ａ〜２ｅのパッドも同様である。

図１１は、参考例として用いた伸縮ブームのパッドを示す。参考例に係る伸縮ブームは、パッドの構成のみが第１実施形態の伸縮ブーム１と異なり、その他は第１実施形態の伸縮ブーム１と同じである。なお、図１１には第６ブーム２ｆに設けられたパッド２０５を示すが、第１〜第５ブーム２ａ〜２ｅに設けられたパッドもこれと同様である。また、図１１では、パッド２０５の固定対象である外側ブーム（第６ブーム２ｆ）は図示せず、内側ブーム（第７ブーム２ｇ）がパッド２０５の内面に当接している状態が示されている。参考例に係るパッド２０５は、図１０の比較例のパッド１０５と同様、内面及び外面２０５ｂの両面に凹部５ｘ及び凸部５ｙ（図５参照）が設けられておらず、両面とも断面視において滑らかな曲線を描きつつ下側に膨出する湾曲形状を有している。ただし、パッド２０５の外面２０５ｂに、第２実施形態に係る切欠２５ｚが形成されている。

本願発明者は、上記比較例及び参考例並びに上記第１〜第３実施形態に係る伸縮ブームについて、第６ブーム２ｆの先端近傍を対象として、ＦＥＭ解析を行った。図１２〜図１７に各解析結果を示す。図１２〜図１６において、（ａ）は最大主応力ベクトル図、（ｂ）は最大主応力分布図である。

解析条件は、以下のとおりである。即ち、伸縮ブームは、上記各実施形態と同様の第１〜第７ブームを含み、全縮状態であり、起伏角度θ（図１参照）＝５６．３°、吊荷重＝５４．５ｔｏｎ、動荷重係数＝１．２５（即ち、作用荷重＝５４．５ｔｏｎ＊１．２５＝６８．１ｔｏｎ）、各ブーム２ａ〜２ｇの自重も考慮し、ワイヤ掛数＝１４、ラインプル＝４．８７ｔｏｎとした。また、フランジ３の厚み＝２２ｍｍ、蓋４の厚み＝９ｍｍ、隅肉溶接部３ａのサイズ及び脚長＝５ｍｍ、全縮状態におけるフランジ３の軸Ａ方向の間隔＝３４ｍｍ、各凹部５ｘの深さ（パッドの厚み方向の長さ）＝５ｍｍとした。

図１２に示す比較例では、第６ブーム２ｆにおいて、溶接部３ａすぐ近傍（溶接部３ａから軸Ａ方向に沿って先端から離隔する方向に０〜１０ｍｍの範囲）に最大略１７ｋｇｆ／ｍｍ^２の引張応力が生じ、溶接部３ａから軸Ａ方向に沿って先端から離隔する方向に１０〜４０ｍｍの範囲にはさらに大きな引張応力（最大略５２ｋｇｆ／ｍｍ^２）が生じているのがわかる。このように、比較例では、ブームに局所的な応力集中が生じることがわかった。

図１３に示す参考例（パッド両面に凹部５ｘ及び凸部５ｙを形成せずパッド外面に切欠２５ｚのみを形成した形態）では、第６ブーム２ｆにおいて、溶接部３ａから軸Ａ方向に沿って先端から離隔する方向に１０〜４０ｍｍの範囲に最大略１７．８ｋｇｆ／ｍｍ^２（図１２の比較例における最大略５２ｋｇｆ／ｍｍ^２の略３４％）の引張応力が生じ、溶接部３ａのすぐ近傍に生じる引張応力も図１２の比較例と比べて低減していることがわかる。これにより、切欠２５ｚを設けることで、外側ブーム先端の応力を低減できることがわかった。

本発明の各実施形態（図１４〜図１６参照）では、第６ブーム２ｆに生じる引張応力が、図１２の比較例に比べ、特に溶接部３ａ近傍（溶接部３ａから軸Ａ方向に沿って先端から離隔する方向に０〜４０ｍｍの範囲）において低減していることがわかる。第１実施形態（図１４参照）では、第６ブーム２ｆにおいて、溶接部３ａのすぐ近傍に（図１２の比較例では最大略１７ｋｇｆ／ｍｍ^２であるのに対し、）最大略１０ｋｇｆ／ｍｍ^２の引張応力が生じ、溶接部３ａから軸Ａ方向に沿って先端から離隔する方向に１０〜４０ｍｍの範囲には（図１２の比較例では最大略５２ｋｇｆ／ｍｍ^２であるのに対し、）最大略３０ｋｇｆ／ｍｍ^２の引張応力が生じ、全体として略５７％の応力低減効果が得られることがわかった。第２実施形態（図１５参照）では、第６ブーム２ｆにおいて、溶接部３ａから軸Ａ方向に沿って先端から離隔する方向に１０〜４０ｍｍの範囲に（図１２の比較例では最大略５２ｋｇｆ／ｍｍ^２であるのに対し、）最大略１７．７ｋｇｆ／ｍｍ^２の引張応力が生じ、溶接部３ａのすぐ近傍に生じる引張応力も図１２の比較例と比べて大幅に低減している。第３実施形態（図１６参照）では、補強部６の存在により、第６ブーム２ｆにおいて溶接部３ａ（図示せず）から軸Ａ方向に沿って先端から離隔する方向に０〜４０ｍｍの範囲に最大略１３．４ｋｇｆ／ｍｍ^２（図１２の比較例における最大略５２ｋｇｆ／ｍｍ^２の略２６％）の引張応力が生じ、応力低減効果が得られることがわかった。

また、図１７から、ブーム２ｆを軸Ａ方向に関してみると、比較例（図１７（ｂ）参照）ではフランジ３近傍（図３に示すフランジ３間の部分）で特に変形が生じ易いが、パッド外面に切欠２５ｚを設けた参考例（図１７（ａ）参照）では当該部分の変形が抑制されていることがわかる。

比較例に係る伸縮ブームにおける上記のような応力集中のメカニズムについて、本願発明者は以下のように考察した。即ち、先ず、ブーム先端のパッドには、吊荷重による鉛直下方の圧縮応力が作用する。この際、図１０に示すように、パッド１０５と内側ブームとは角２ｘにおいて線接触し、またパッド１０５と外側ブームとは角２ｘ間の中央部分２ｙにおいて線接触しているため、当該線接触の部分に応力が集中する。また、ブームの軸Ａ方向に関してみると、図１８に示すように、パッド１０５に厚み方向の力が作用し、パッド１０５は軸Ａ方向及びブーム周方向に伸びようとするが、特にフランジ３間の部分においては、比較的大きな厚みのフランジ３（剛で変形しにくい構造体）に挟まれた部分であるため、周りに応力の逃げ場がない。したがって、結果として応力がフランジ３間におけるパッド１０５下方のブーム薄肉部に集中し、当該薄肉部が下方に膨出するよう変形することとなる。つまり、圧縮されたパッド１０５により、ブームの薄肉部が内圧を受けるような状態となる。

これに対し、本発明の第１〜第３実施形態に係る伸縮ブームでは、それぞれパッド５の両面に各角２ｘに対応する凹部５ｘを設けることで上記のような線接触を回避することができ、さらに第２実施形態のようにパッド２５の外面２５ｂに切欠２５ｚを設けたり第３実施形態のように外側ブームの外周面に補強部６を設けたりすることで軸Ａ方向に関してフランジ３間の部分の応力を軽減したりすることができ、安全性の向上が実現される。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。

凹部５ｘ及び凸部５ｙ並びに切欠２５ｚの平面視における形状は、矩形状に限定されず、角を丸めた形状、楕円形状、三角形形状等、適宜変更可能である。

パッド５；２５は、横断面視において外側及び内側ブームの角２ｘを跨ぐように配置されている限りは、ブームの周方向に関して断続的（例えば、各凹部５ｘにおいて分割された形態）であってもよい。当該分割された形態の場合、パッドの製造の容易化が実現可能である。

パッド５；２５は鉛直方向下方に偏在していることに限定されず、ブームの周方向全体に設けられてもよい。パッドは外側ブームの内周面及び内側ブームの外周面のどちらに固定されてもよく、或いは、いずれのブームにも固定されずこれらの間に介在するのみでもよい。また、ブームに対するパッド５の軸Ａ方向に関する位置も適宜変更可能である。

凹部５ｘの軸Ａ方向に関する位置は、ブーム２ｂ〜２ｇがそれぞれ対応する外側ブーム内に挿入されたときのフランジ３間に対応する部分（図３（ｂ）において隣接するフランジ３間）に限定されず、フランジ３間以外の位置であってもよい。また、凹部５ｘは、パッドの軸Ａ方向全長に亘って形成されていることに限定されず、パッドの軸Ａ方向の一部に形成されてもよい。

上述した第１〜第３実施形態に係る構成を適宜組み合わせてよい。例えば、第２実施形態の伸縮ブームに第３実施形態の補強部６をさらに追加してよい。

クレーン１００は、図１に示す以外の様々な構成であってよい。

本発明に係る伸縮ブームは、クレーンの他、高所作業車等の作業機にも適用可能である。

１伸縮ブーム
２ａブーム（外側ブーム）
２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆブーム（外側ブーム，内側ブーム）
２ｇブーム（内側ブーム）
２ｘ角
３フランジ
５；２５パッド
５ａ内面
５ｂ；２５ｂ外面
５ｘ凹部
５ｙ凸部
６補強部
７ストッパ
２５ｚ切欠
１００クレーン

Claims

軸方向に直交する横断面視において鉛直方向下部の形状が下側に膨出する湾曲形状であると共に、湾曲形状の前記下部において外側に突出し且つ前記軸方向に延在した１以上の角を有する、前記軸方向に沿った筒状の外側ブームと、
前記外側ブーム内に挿入され且つ前記外側ブームに対して前記軸方向にスライド可能であり、前記横断面視において鉛直方向下部の形状が下側に膨出する湾曲形状であると共に、湾曲形状の前記下部において外側に突出し且つ前記軸方向に延在した１以上の角を有する、前記軸方向に沿った筒状の内側ブームと、
前記横断面視において前記外側ブーム及び前記内側ブームのそれぞれの前記角を跨ぐようにして前記外側ブームと前記内側ブームとの間に挟持されると共に、前記内側ブームを前記軸方向に沿ってスライド可能に支持するパッドと、
前記パッドにおける前記外側ブーム及び前記内側ブームに対向する面のそれぞれに設けられた、前記軸方向に延在し、対向する前記角との間に間隙を形成する凹部と
を備えたことを特徴とする伸縮ブーム。
前記外側ブームにおける前記内側ブームが挿入される方向とは反対方向の端部に設けられた、前記外側ブームの外周面から外側に突出し且つ前記外側ブームの周方向に延在したフランジと、
前記パッドにおける前記外側ブームに対向する面において、複数の前記外側ブーム内にそれぞれ前記内側ブームが挿入されたときの前記フランジ間に対応する位置に設けられた、前記外側ブームとの間に間隙を形成する切欠と
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の伸縮ブーム。
前記切欠が前記外側ブームの周方向に延在していることを特徴とする請求項２に記載の伸縮ブーム。
前記外側ブームにおける前記内側ブームが挿入される方向とは反対方向の端部に設けられた、前記外側ブームの外周面から外側に突出し且つ前記外側ブームの周方向に延在したフランジと、
複数の前記外側ブーム内にそれぞれ前記内側ブームが挿入されたときの各ブームの前記軸方向の位置を規制するよう、前記外側ブームの前記端部近傍における、複数の前記外側ブーム内にそれぞれ前記内側ブームが挿入されたときの前記フランジ間に対応する位置において、前記外側ブームの外周面から外側に突出し且つ前記外側ブームの周方向に関して離隔配置された２以上のストッパと、
前記外側ブームの外周面における前記２以上のストッパ間において前記外側ブームの周方向に延在し、前記外側ブームの外周面から外側に突出する補強部と
をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の伸縮ブーム。
前記凹部は、前記軸方向に関して、複数の前記外側ブーム内にそれぞれ前記内側ブームが挿入されたときの、前記外側ブームにおける前記内側ブームが挿入される方向とは反対方向の端部に設けられた前記外側ブームの外周面から外側に突出し且つ前記外側ブームの周方向に延在したフランジ間に対応する部分に、少なくとも形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の伸縮ブーム。
前記パッドにおける前記外側ブーム及び前記内側ブームに対向する面の少なくとも一方は、２以上の前記凹部の間に、表面が平坦で且つ対向するブームと面接触する凸部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の伸縮ブーム。
前記パッドが鉛直方向下方に偏在していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の伸縮ブーム。
前記パッドが前記凹部において分割されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の伸縮ブーム。