JP6550316B2 - 建機キャブのルーフ構造 - Google Patents

Description

本発明は、ホイールローダーや油圧ショベル等の建設機械（以下建機）のキャブのルーフ構造に係り、特に、横転時にルーフが車幅方向からの横力を受けたとき、キャブの強度を保ちつつ、室内高を高く、且つ、全高を低くできる建機キャブのルーフ構造に関する。

図１に示すように、ホイールローダーや油圧ショベル等の建機のキャブ１は、建機が横転してキャブ１が車幅方向からの横力Ｗを受けたとき、キャブ１内にてシートベルトを付けた運転員の生存空間を確保するため、所謂ＲＯＰＳ（Roll Over Protective Structure：転倒時保持構造）構造が採用されている。ＲＯＰＳ強度は、日本工業規格（JIS）、国際規格（ISO）に定められている。

ＲＯＰＳ強度を確保するため、建機キャブ１のフレームは、一般に、車幅方向に間隔が隔てられた左右のピラー２と、これらピラー２の頂部に夫々車体前後方向に延設された左右のルーフレール３と、左右のルーフレール３同士を接続するように車幅方向に延設されたビーム４とを備えており、前方から見たとき左右のピラー２とそれらの頂部を接続するビーム３とによって門型フレーム構造を構成している。

この構造によれば、建機が横転し、キャブ１のルーフ（ルーフパネル５）が車幅方向の左右いずれか一方から横力Ｗを受けたとき、その力がビーム４を介して車幅方向の他方に伝達されることで、キャブ１の変形が抑えられ、キャブ１内における運転員の生存空間を確保できる。

ところで、建機のキャブ１には、ワイパー６が装備されており、ワイパー５のウォシャーノズルには、ウォシャータンク７からウォシャー液が供給される。ウォシャータンク７は、キャブ１の下方に配置されており、ウォシャーホース８は、ウォシャータンク７からキャブ１のピラー２に沿って上方に延設され、その後、ワイパー６のウォシャーノズルまでルーフパネル５の下面に配設される。

また、建機のキャブ１には、ワーキングランプ９や図示しないパトライト（登録商標）等の照明装置が装備されており、それらを点灯させるため、室内にワイヤリングハーネス（以下ワイヤーハーネス、図１では省略）が敷設されている。照明装置用の電源供給コネクタ１０は、キャブ１の下方に配置されており、ワイヤーハーネスは、接続コネクタ１０からピラー２に沿って上方に延設され、その後、ワーキングランプ９までルーフパネル５の下面に配設され、ウォシャーホース８と略同じルートとなる。

これらワイヤーハーネス及びウォシャーホース８（以下、敷設材とも言う）は、ＲＯＰＳ強度を確保するための重要な強度部材である上述したビーム４を横切って、ルーフパネル５の下面に配設されることになる。

特開平１０−１６７１１６号公報 特開２０１０−２６４７８０号公報

しかし乍ら、図１に示すように、ウォシャーホース８等の敷設材をビーム４の下方を横切るように配設すると、ビーム４とウォシャーホース８等とが上下に重なった状態となる。このため、それらを覆うようにしてルーフパネル５の下面にルーフパッド（内装材、図１では省略）を装着すると、ルーフパッドの高さが低くなってしまい、キャブ１の室内高の低下を招く。従って、キャブ１内で作業する運転員の作業空間が狭くなり、作業環境の低下に繋がる。

キャブ１の全高（室外高）を、ビーム４とウォシャーホース８等とが上下に重なった分の寸法だけ高くすれば、室内高が低下することはないが、建機の全高は法規で規定されている場合があり、又トレーラーでの運搬時のトレーラーを含めた全高の制約があるため、闇雲に高くできない。現状のキャブ１の全高が法規の上限である場合、室内高の低下が避けられない。

ルーフパッドの形状を、ビーム４とウォシャーホース８等とが上下に重なった部分をルーフレール３近傍に収容するように改良すれば、全高を高くすることなく室内高を確保することが可能であるが、この場合、ルーフパッドを成型品とする必要があり、製造コスト及び型投資の点でコストアップが避けられない。

ビーム４に切欠部を形成し、その切欠部にビーム４を横切るようにウォシャーホース８等を配設すれば、室内高の低下や全高の増大を招くことはない。しかし、ビーム４は、ＲＯＰＳ強度を確保するための重要な強度部材（横転時にキャブ１が受ける横力Ｗを車幅方向に伝達する部材）であるため、横力Ｗによってビーム４に生じる曲げモーメントが大きくなる部分に切欠部を形成してしまうと、横転時にキャブ１が横力Ｗを受けたとき、ビーム４が切欠部にて大きく曲がってしまい、横力Ｗを車幅方向の他方に適切に伝達することができず、所定のＲＯＰＳ強度が確保できない。

なお、「自動車ルーフ部におけるワイヤーハーネス配設構造」として特許文献１が知られ、「建設機械におけるキャブ」として特許文献２が知られているが、これら文献に記載された発明は、ワイヤーハーネスの固定箇所を少なくしてハーネス固定用テープの使用量の削減等を図った技術であり、本発明とは直接関係はない。

以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、ホイールローダーや油圧ショベル等の建機キャブのルーフ構造であって、横転時にルーフが車幅方向から横力を受けたとき、キャブのＲＯＰＳ強度を確保しつつ、室内高を高く、且つ、全高を低くできる建機キャブのルーフ構造を提供することにある。

上述した目的を達成すべく創案された本発明によれば、建機キャブの外部上板となるルーフパネルと、ルーフパネルの下面に車幅方向に沿って配設されたビームと、ビームを横切るように車体前後方向に沿って敷設されたワイヤーハーネス及びウォシャーホースの少なくとも何れか一方からなる敷設材と、敷設材及びビームの下方に配設された内装材としてのルーフパッドと、を備えた建機キャブのルーフ構造であって、ビームの車幅方向中央に切欠部を設け、切欠部に敷設材を車体前後方向に沿って配設した、ことを特徴とする建機キャブのルーフ構造が提供される。

本発明に係る建機キャブのルーフ構造においては、ビームが、車体前後方向に間隔を隔てて車幅方向に延設された一対の垂直板部とそれら垂直板部の下端同士を繋ぐ水平板部とを有する溝型材からなり、切欠部が、溝型材の水平板部ではなく垂直板部に形成され、溝型材の水平板部が、切欠部によって切断されることなく車幅方向に連続して形成されていてもよい。

本発明に係る建機キャブのルーフ構造においては、ビームの切欠部に、車体前後方向に沿って樋状に形成された配設用ブラケットを設け、配設用ブラケットの内方に敷設材を配設してもよい。

本発明に係る建機キャブのルーフ構造によれば、次のような効果を発揮できる。
（１）ルーフパネルの下面に車幅方向にビームを配設し、ビームに切欠部を設け、切欠部にワイヤーハーネスやウォシャーホース等の敷設材を通したので、ビームを横切るように敷設材を配設しても、敷設材の上下寸法がビームの上下寸法に加算されることはない。よって、敷設材及びビームの下方に配設された内装材としてのルーフパッドの高さを高くでき、全高を高くすることなく室内高を高くできる。
（２）切欠部が設けられるビームの車幅方向中央は、建機が横転してビームが車幅方向から横力を受けたとき、シミュレーションや実験によれば、曲げモーメントが極めて小さくストレート形状に保たれる部分である。このため、この部分（ビームの車幅方向中央）に切欠部を設け、そこにワイヤーハーネスやウォシャーホース等の敷設材を通しても、ＲＯＰＳ強度上の問題は小さく、キャブに必要なＲＯＰＳ強度を確保できる。
（３）以上要するに、本発明に係る建機キャブのルーフ構造によれば、横転時にルーフが車幅方向から横力を受けたとき、キャブのＲＯＰＳ強度を確保しつつ、室内高を高く、且つ、全高を低くできる。

建機キャブの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る建機キャブのルーフ構造を斜め下方から見上げた斜視図である。 図２に示す建機キャブのルーフ構造の分解斜視図である。 （ａ）は図２に示すルーフ構造を備えた建機キャブのフレームを示す正面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。 図４（ａ）に示す建機キャブのフレームが車幅方向から横力を受けた場合に変形する様子を示す説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。係る実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（建機キャブ１）
図１に、本実施形態に係る建機キャブのルーフ構造が適用される建設機械（ホイールローダー）のキャブ１を示す。建機キャブ１の前部には、ワイパー６の他、ワーキングランプ９等の照明装置が装備されている。ワイパー６のウォシャーノズルは、キャブ１の下方後部に配置されたウォシャータンク７とウォシャーホース８で接続され、ワーキングランプ９等の照明装置は、キャブ１の下方後部に配置された電源供給コネクタ（本機接続コネクタ）１０とワイヤーハーネス（図１では省略）で接続されている。

図１、図２に示すように、ウォシャーホース８は、ウォシャータンク７からキャブ１のリヤ側のピラー２に沿って上方に延設された後、車幅方向中央まで延び、ルーフパネル５の下面に沿ってワイパー６のウォシャーノズルまで前方に延設されている。ワイヤーハーネス１１（図２参照）は、電源供給コネクタ１０からキャブ１のリヤ側のピラー２に沿って上方に延設された後、車幅方向中央まで延び、ルーフパネル５の下面に沿ってワーキングランプ９まで前方に延設され、ウォシャーホース８と束ねて略同じルートに配設されている。ウォシャーホース８及びワイヤーハーネス１１（以下、敷設材１２とも言う）は、両方を配設してもよいが、必要に応じて何れか一方のみを配設してもよい。

（ルーフ構造）
図２に、本実施形態に係る建機キャブ１のルーフ構造を斜め下方から見上げた斜視図を示し、図３にルーフ構造の分解図を示す。図中、矢印Ｆは車体の前方、矢印Ｒは後方を示す。このルーフ構造は、建機キャブ１の外部上板となるルーフパネル５と、ルーフパネル５の下面に車幅方向に沿って配設されたビーム４と、ビーム４を横切るように車体前後方向に沿って敷設されたワイヤーハーネス１１及びウォシャーホース８の少なくとも何れか一方からなる敷設材１２と、敷設材１２及びビーム４の下方に配設された内装材としてのルーフパッド１３とを備えており、ビーム４の車幅方向中央に切欠部１４が設けられ、切欠部１４に敷設材１２が車体前後方向に沿って配設されている。

ビーム４は、本実施形態においては、図３に示すように車体前後方向に間隔を隔てて２本配設されているが、１本でも３本以上でもよい。図２に示すように、ルーフパネル５の下面前部には、四角パイプ状に形成されたフロントヘッダ１６が車幅方向に沿って配設されている。フロントヘッダ１６及びビーム４の車幅方向の両端には、夫々、ルーフレール３が取り付けられている。ルーフレール３は、四角パイプ状に形成されており、車体前後方向に沿って延設されている。

（ピラー２）
図２、図４に示すように、ルーフレール３の下面には、ピラー２が取り付けられている。ピラー２は、上下方向に延設されており、図１に示すキャブ１のフロントピラーの部分に設けられるＡピラー２Ａと、キャブ１のセンターピラーの部分に設けられるＢピラー２Ｂとを有する。図２に示すように、Ａピラー２Ａの位置には、フロントヘッダー１６が配設され、Ｂピラー２Ｂの位置には後方のビーム４が配設されている。

この建機キャブ１のフレームは、車幅方向に間隔が隔てられた左右のピラー２と、これらピラー２の頂部に夫々車体前後方向に延設された左右のルーフレール３と、左右のルーフレール３同士を接続するように車幅方向に延設されたビーム４とを備えており、図４に示すように前方から見たとき、左右のピラー２とそれらの頂部を接続するビーム４とによって門型フレーム構造となっている。

（ビーム４）
図２、図３に示すように、ビーム４は、車体前後方向に間隔を隔てて車幅方向に延設された一対の垂直板部４ａとそれら垂直板部４ａの下端同士を繋ぐ水平板部４ｂとを有する溝型材（チャンネル材）からなる。ビーム４は、垂直板部４ａの上端がルーフパネル５の下面に接着され、車幅方向の両端がルーフレール３に溶接されている。ビーム４は、横転時にキャブ１が受ける横力Ｗ（図１参照）を車幅方向に伝達する部材であり、溝型材に限られず、四角パイプでもよい。

（切欠部１４）
図２〜図４に示すように、ビーム４には、ワイヤーハーネス１１やウォシャーホース８等の敷設材１２を挿通させるため、切欠部１４が形成されている。切欠部１４は、図５に示すようにルーフレール３（ビーム４の車幅方向端部）が横力Ｗを受けたとき、曲げモーメントが最も小さいビーム４の車幅方向略中央部に配設されている。また、切欠部１４は、ビーム４（溝型材）の水平板部４ｂではなく垂直板部４ａに形成され、ビーム４（溝型材）の水平板部４ｂが、切欠部１４によって切断されることなく車幅方向に連続した状態となっている。これにより、切欠部１４によるビーム４の強度低下が抑えられる。

（配設用ブラケット１７）
図２〜図４に示すように、ビーム４の切欠部１４には、車体前後方向に沿って樋状に形成された配設用ブラケット１７が設けられており、配設用ブラケット１７の内方には、敷設材１２（ワイヤーハーネス１１、ウォシャーホース８）が配設されている。配設用ブラケット１７は、車幅方向に間隔を隔てて車体前後方向に延設された一対の垂直板部１７ａとそれら垂直板部１７ａの下端同士を繋ぐ水平板部１７ｂとから樋状（チャンネル状）に形成されている。

この配線用ブラケット１７の形状に合わせて、ビーム４に設けられる切欠部１４は矩形に形成されており、切欠部１４には、配線用ブラケット１７が嵌め込まれて接着されている。配線用ブラケット１７は、切欠部１４を充当する補強部材となる。配線用ブラケット１７の内方に配設されたワイヤーハーネス１１は、一端が図１に示す電源供給コネクタ１０に接続され、他端がワーキングランプ９やパトライト（図示せず）等の照明装置に接続されている。ウォシャーホース８は、一端がウォシャータンク７に接続され、他端がワイパー６のウォシャーノズルに接続されている。ワイヤーハーネス１１とウォシャーホース８とは、図２、図３に示すように、束ねられている。

（作用・効果）
本実施形態に係る建機キャブのルーフ構造によれば、図２、図３に示すように、ルーフパネル５の下面に車幅方向にビーム４を配設し、ビーム４に切欠部１４を設け、切欠部１４にワイヤーハーネス１１やウォシャーホース８等の敷設材１２を通したので、ビーム４を横切るように敷設材１２を配設しても、敷設材１２の上下寸法がビーム４の上下寸法に加算されることはない。よって、敷設材１２及びビーム４の下方に配設された内装材としてのルーフパッド１３の高さを高くでき、全高を高くすることなく室内高を高くできる。

図５に示すように、切欠部１４が設けられるビーム４の車幅方向中央は、建機が横転してビーム４が車幅方向から横力Ｗを受けたとき、シミュレーションや実験によれば、ストレート形状を保つ部分であって、曲げモーメントが極めて小さい部分である。図５の破線Ｘは、建機が横転してビーム４が車幅方向から横力Ｗを受けたとき、キャブ１のフレーム（ビーム４、ピラー２）が変形する様子を示したものである。

図５に示すように、ルーフ（ビーム４）の車幅方向中央（仮想線Ｙで囲んだ部分）においては、ビーム４は殆ど曲がっておらずストレート形状を保っており、ビーム４の曲げモーメントはゼロ、若しくは非常に小さい。このため、この部分（ビーム４の車幅方向中央）に切欠部１４を設け、そこにワイヤーハーネス１１やウォシャーホース８等の敷設材１２を通しても、ＲＯＰＳ強度上の問題は小さく、キャブ１に必要なＲＯＰＳ強度を確保できる。

本実施形態に係る建機キャブ１のルーフ構造によれば、ＲＯＰＳ強度上の重要な強度部材であるビーム４を横切って、ワイヤーハーネス１１やウォシャーホース８等の敷設材１２を敷設しても、キャブ１に必要なＲＯＰＳ強度を確保しつつ、室内高を高く、且つ、全高を低くできる。すなわち、キャブ１の室内空間を犠牲にすることなく、且つキャブ１の全高を高くすることなく、ワイヤーハーネス１１やウォシャーホース８等の敷設材１２をルーフパネル５の下面にビーム４を横切って配設でき、ＲＯＰＳ強度を確保できる。

また、図２、図３、図４（ｂ）に示すように、切欠部１４が、ビーム４（溝型材）の水平板部４ｂではなく垂直板部４ａに形成され、ビーム４（溝型材）の水平板部４ｂが、切欠部１４によって切断されることなく車幅方向に連続した状態となっている。この車幅方向に連続した水平板部４ｂにより、切欠部１４によるビーム４の強度低下が抑えられる。また、この切欠部１４には、その形状に合わせて樋状に形成された配設用ブラケット１７が嵌め込まれているので、配設用ブラケット１７が切欠部１４を充当する補強部材となり、ビーム４の強度低下が抑えられる。

詳述すると、図４（ｂ）に示すように、切欠部１４に配設用ブラケット１７が嵌め込まれて接着された状態においては、配設ブラケット１７の水平板部１７ｂとビーム４の水平板部４ｂとが重なっており、切欠部１４における車幅方向の部材の板厚が略二倍となる。また、配設ブラケット１７の垂直板部１７ａは、ビーム４の垂直板部４ａに形成された切欠部１４の内縁（上下方向内縁）を支持し、図５に示すようにビーム４の端部から入力された横力Ｗを配設ブラケット１７の水平板部１７ｂに伝達する部材となる。この結果、配設ブラケット１７が横力Ｗについての補強部材となり、切欠部１４を形成したことによるビーム４の強度低下が抑えられる。

ルーフパッド１３は、例えば、安価な平板または二次元の折り曲げ形状のものを用いることができる。

以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例または修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。

本発明は、ホイールローダーや油圧ショベル等の建機のキャブのルーフ構造に利用できる。

１ 建機キャブ
２ ピラー
３ ルーフレール
４ ビーム
４ａ 垂直板部
４ｂ 水平板部
５ ルーフパネル
８ ウォシャーホース
１１ ワイヤーハーネス
１２ 敷設材
１３ ルーフパッド
１４ 切欠部
１７ 配設用ブラケット
１７ａ 垂直板部
１７ｂ 水平板部
Ｙ 車幅方向中央

Claims (3)

1. 建機キャブの外部上板となるルーフパネルと、
   該ルーフパネルの下面に車幅方向に沿って配設されたビームと、
   該ビームを横切るように車体前後方向に沿って敷設されたワイヤーハーネス及びウォシャーホースの少なくとも何れか一方からなる敷設材と、
   該敷設材及び前記ビームの下方に配設された内装材としてのルーフパッドと、を備えた建機キャブのルーフ構造であって、
   前記ビームの車幅方向中央に切欠部を設け、
   該切欠部に前記敷設材を車体前後方向に沿って配設した、ことを特徴とする建機キャブのルーフ構造。
2. 前記ビームが、車体前後方向に間隔を隔てて車幅方向に延設された一対の垂直板部とそれら垂直板部の下端同士を繋ぐ水平板部とを有する溝型材からなり、前記切欠部が、前記溝型材の水平板部ではなく垂直板部に形成され、前記溝型材の水平板部が、前記切欠部によって切断されることなく車幅方向に連続して形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の建機キャブのルーフ構造。
3. 前記ビームの切欠部に、車体前後方向に沿って樋状に形成された配設用ブラケットを設け、該配設用ブラケットの内方に前記敷設材を配設した、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の建機キャブのルーフ構造。

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