JP7098501B2

JP7098501B2 - パイプ部材

Info

Publication number: JP7098501B2
Application number: JP2018190816A
Authority: JP
Inventors: 英貴石塚; 和昌松村; 直矢岡田; 貴史糺
Original assignee: Caterpillar SARL
Current assignee: Caterpillar SARL
Priority date: 2018-10-09
Filing date: 2018-10-09
Publication date: 2022-07-11
Anticipated expiration: 2038-10-09
Also published as: US20220396930A1; DE112019004501T5; JP2020060009A; CN112771231A; CN112771231B; WO2020074122A1

Description

本発明は、建設機械の機体に装着されるパイプ部材に関する。

一般に、油圧ショベルやブルドーザ等の建設機械では、機体の上部にメンテナンスデッキが設けられており、このメンテナンスデッキに昇降するための昇降ステップに沿って作業者が把持する手摺り部材が配置され、メンテナンスデッキの端部には転落防止用の柵部材が配置されている。このような手摺り部材や柵部材の多くは、パイプ部材から形成されており、適宜の形状に曲げ加工等が施されたパイプ部材の両端部が建設機械の機体に固定されている。

建設機械の機体に固定されたパイプ部材は、建設機械が走行した際等の振動によって大きく振動することがあり、この振動によってパイプ部材の固定部に応力が集中して破損するおそれがある。また、建設機械に装着されるパイプ部材は、手摺り部材や柵部材だけでなく、ミラーやアンテナを支持する支持部材としても用いられることがあり、支持部材として用いられる場合にも、上記同様に振動に基づく破損のおそれがある。

このような問題を解決するため、下記特許文献１には、手摺り部材本体の振動に伴って振動する壁面によって画定された空間に粒状体が封入されている手摺り部材が開示されている。そして、この手摺り部材によれば、手摺り部材が振動した際に、内部の粒状体が振動し、粒状体同士の摩擦および粒状体が封入された空間を画定する壁面と粒状体との摩擦により振動エネルギーが消費されることで発揮される制振効果により、共振周波数における手摺り部材の振動振幅が低減される。したがって、手摺り部材と機体との固定部に作用する応力が低減されるので、固定部の破損が防止される。

特開２０１２－３６６２９号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されている手摺り部材においては、パイプ部材の内部を仕切り壁により区画して粒状体を封入するための空間を形成すると共に、パイプ部材の内部に形成した空間内に粒状体を封入する必要があり、このような加工を施すために多大なコストと手間がかかるという問題がある。

上記事実に鑑みてなされた本発明の課題は、加えられた振動を低減することができ、耐久性の向上を図ることができる簡易な構成のパイプ部材を提供することである。

上記課題を解決するために本発明が提供するのは以下のパイプ部材である。すなわち、手摺り部材、柵部材又はミラー若しくはアンテナを支持する支持部材のいずれかとして建設機械の機体に装着されるパイプ部材であって、外側メインパイプと、全体が前記外側メインパイプの内部に挿入された内側補助パイプとを備え、前記内側補助パイプの外径は前記外側メインパイプの内径よりも小さく形成され、前記内側補助パイプは前記外側メインパイプに固着された固着部分を有すると共に、前記内側補助パイプの少なくとも一方の端部は前記外側メインパイプに固着されておらず自由端となっており、前記内側補助パイプにおける前記固着部分から前記自由端までの非固着部分の軸方向長さは、振動が加えられた際に、前記内側補助パイプが前記外側メインパイプとは異なる振動数で振動可能な長さであるパイプ部材である。

好ましくは、前記内側補助パイプの前記自由端側の外周面の一部は前記外側メインパイプの内周面に接触している。前記内側補助パイプにおける前記固着部分から前記自由端までの非固着部分の軸方向長さは、前記内側補助パイプの外径の２倍以上であるのが好適である。前記外側メインパイプは前記固着部分から軸方向片側に真直に延びる真直部分を有し、前記内側補助パイプにおける前記固着部分から前記自由端までの非固着部分の軸方向長さは、前記真直部分の軸方向長さの１／２以上であるのが好都合である。前記外側メインパイプは建設機械の機体に固定される固定部分を一端側に少なくとも２箇所有し、前記内側補助パイプは、前記外側メインパイプの一端部に近い方の前記固定部分から延び、前記外側メインパイプの一端部から遠い方の前記固定部分を越えて延びているのが好ましい。前記外側メインパイプと前記内側補助パイプとは前記固着部分において、塑性変形加工若しくは溶接加工によって固着され、又はボルト若しくはリベットを介して固着されているのが好適である。上述のパイプ部材のうち、手摺り部材又は柵部材として建設機械の機体に装着されるパイプ部材であって、前記内側補助パイプは、前記外側メインパイプの一端部に挿入された第１の内側補助パイプと、前記外側メインパイプの他端部に挿入された第２の内側補助パイプとを含むのが好ましい。

本発明が提供するパイプ部材においては、内側補助パイプが外側メインパイプに固着された固着部分を有すると共に、内側補助パイプの少なくとも一方の端部は外側メインパイプに固着されておらず自由端となっているので、振動が加えられた際に、内側補助パイプが外側メインパイプとは異なる振動数で振動することとなる。そうすると、内側補助パイプの外周面と外側メインパイプの内周面とが擦れるので、内側補助パイプの外周面と外側メインパイプの内周面との摩擦によって振動エネルギーが消費される。したがって、本発明のパイプ部材においては、加えられた振動を低減することができ、耐久性の向上を図ることができる。

また、本発明のパイプ部材は、外側メインパイプと、外径が外側メインパイプの内径よりも小さく形成された内側補助パイプとから構成され得るので、上記特許文献１に開示された手摺り部材の構成よりも簡易な構成である。

本発明に従って構成されたパイプ部材の正面図。図１におけるＡ部断面図。図１におけるＢ部断面図。

以下、本発明に従って構成されたパイプ部材の実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１を参照して説明すると、図示の実施形態における建設機械の機体２（たとえば油圧ショベルの上部旋回体）には、機体２の前部に配置されたストレージボックス４と、ストレージボックス４の前面から前方に突出する一対の昇降ステップ６と、ストレージボックス４の後方に配置された燃料タンク８とが設けられている。機体２の上部にはメンテナンスデッキ（図示していない。）が設けられており、昇降ステップ６、ストレージボックス４の上面および燃料タンク８の上面を経て、作業者はメンテナンスデッキへと移動することができるようになっている。

機体２には、メンテナンスデッキへの昇降の際に作業者が把持する手摺り部材としてのパイプ部材１０が装着されている。パイプ部材１０は、燃料タンク８の上部から機体２の下面まで延びる外側メインパイプ１２と、外側メインパイプ１２の一端部に挿入された第１の内側補助パイプ１４（図２参照。）と、外側メインパイプ１２の他端部に挿入された第２の内側補助パイプ１６（図３参照。）とを備える。外側メインパイプ１２、第１の内側補助パイプ１４および第２の内側補助パイプ１６は、鋼管等の適宜の円筒状金属材料から形成され得る。

外側メインパイプ１２は、燃料タンク８の上部から上方に延びる第１の部分１２ａと、第１の部分１２ａの上端から前方に向かって下方に傾斜して延びる第２の部分１２ｂと、第２の部分１２ｂの前端（下端）から下方に延びる第３の部分１２ｃと、第３の部分１２ｃの下端から後方に延びる第４の部分１２ｄとを有する。図１及び図３を参照することによって理解されるとおり、外側メインパイプ１２の第３の部分１２ｃは、ゴム製の円筒形状グロメット１８と金属製の円筒形状クランプ部材２０とを介して機体２に固定されている。なお、クランプ部材２０は上側の昇降ステップ６に連結されている。

図示の実施形態の第１および第２の内側補助パイプ１４、１６の外径は外側メインパイプ１２の内径よりも小さく、かつ第１および第２の内側補助パイプ１４、１６の軸方向長さは外側メインパイプ１２の軸方向長さよりも短く形成されている。なお、外側メインパイプ１２の軸方向長さと同一の軸方向長さを有する１個の内側補助パイプが外側メインパイプ１２に挿入されていてもよい。

図１と共に図２を参照して説明すると、第１の内側補助パイプ１４の一端部１４ａは、外側メインパイプ１２の第１の部分１２ａの下端部と共にプレス加工によって扁平楕円形状に塑性変形されており、これによって外側メインパイプ１２に固着された固着部分となっている。塑性変形によって固着されている第１の内側補助パイプ１４の一端部１４ａおよび外側メインパイプ１２の第１の部分１２ａの下端部にはボルト穴２２が形成されている。そして、パイプ部材１０の一端部は、ボルト穴２２を通るボルト２４によって燃料タンク８の上部に固定されている。

一方、第１の内側補助パイプ１４の他端部１４ｂは、外側メインパイプ１２に固着されておらず自由端となっている。第１の内側補助パイプ１４の自由端側（他端部１４ｂ側）の外周面の一部は、外側メインパイプ１２の内周面に接触しているのが好ましい。図示の実施形態では、第１の内側補助パイプ１４の一端部１４ａと外側メインパイプ１２の第１の部分１２ａの下端部とが図２の右側から左側に向かってプレス加工が施されており、これによって第１の内側補助パイプ１４の他端部１４ｂが図２の右側に向かって傾き、図２における右側の第１の内側補助パイプ１４の外周面が外側メインパイプ１２の内周面に接触している。

図２を参照して説明を続けると、第１の内側補助パイプ１４における固着部分から自由端までの非固着部分の軸方向長さＬ_Ｉは、第１の内側補助パイプ１４の外径Ｄ_Ｉの２倍以上である（Ｌ_Ｉ＞２Ｄ_Ｉ）のが好適である。図示の実施形態では、第１の内側補助パイプ１４の非固着部分の軸方向長さＬ_Ｉは、外側メインパイプ１２の第１の部分１２ａにおいて真直に延びる部分の軸方向長さＬ_Ｏの１／２以上（Ｌ_Ｉ＞（Ｌ_Ｏ／２））となっている。

図１と共に図３を参照して説明すると、第２の内側補助パイプ１６の一端部１６ａは、外側メインパイプ１２の第４の部分１２ｄの後端部と共にプレス加工によって扁平楕円形状に塑性変形されており、これによって外側メインパイプ１２に固着された固着部分となっている。塑性変形によって固着されている第２の内側補助パイプ１６の一端部１６ａおよび外側メインパイプ１２の第４の部分１２ｄの後端部には一対のボルト穴２６が形成されている。そして、パイプ部材１０の他端部は、ボルト穴２６を通るボルト２８によって機体２の下面に固定されている。このように図示の実施形態のパイプ部材１０は、他端側において、ボルト２８による固定部分と、グロメット１８およびクランプ部材２０による固定部分との２箇所の固定部分を有している。

第２の内側補助パイプ１６の他端部１６ｂは、第１の内側補助パイプ１４と同様に、外側メインパイプ１２に固着されておらず自由端となっている。第２の内側補助パイプ１６の自由端側（他端部１６ｂ側）の外周面の一部は、外側メインパイプ１２の内周面に接触しているのが好ましい。図示の実施形態では、第２の内側補助パイプ１６が外側メインパイプ１２に挿入された状態で、第２の内側補助パイプ１６の一端部１６ａと外側メインパイプ１２の第２の部分１２ｄの後端部とが図３の下側から上側に向かってプレス加工が施されていると共に、外側メインパイプ１２の第３の部分１２ｃと第４の部分１２ｄとの間の曲げ加工が施されている。これによって、図３における下側の第２の補助パイプ１６の外周面が外側メインパイプ１２の第４の部分１２ｄの内周面に接触し、かつ図３における右側の第２の補助パイプ１６の外周面が外側メインパイプ１２の第３の部分１２ｃの内周面に接触している。

図３に示すとおり、第２の内側補助パイプ１６は、外側メインパイプ１２との固着部分から延び、グロメット１８およびクランプ部材２０を越えて延びている。すなわち、第２の内側補助パイプ１６は、外側メインパイプ１２が機体２に固定される固定部分のうち外側メインパイプ１２の一端部に近い方（ボルト２８による固定部分）から延び、外側メインパイプ１２が機体２に固定される固定部分のうち外側メインパイプ１２の一端部から遠い方（グロメット１８およびクランプ部材２０による固定部分）を越えて延びている。

上述したとおりのパイプ部材１０に振動が加えられると、第１の内側補助パイプ１４および第２の内側補助パイプ１６が外側メインパイプ１２とは異なる振動数で振動することとなる。そうすると、第１の内側補助パイプ１４の自由端側（他端部１４ｂ側）の外周面と外側メインパイプ１２の内周面とが擦れると共に、第２の内側補助パイプ１６の自由端側（他端部１６ｂ側）の外周面と外側メインパイプ１２の内周面とが擦れ、第１および第２の内側補助パイプ１４、１６の外周面と外側メインパイプ１２の内周面との摩擦によって振動エネルギーが消費される。したがって、パイプ部材１０においては、加えられた振動を低減することができ、耐久性の向上を図ることができる。

パイプ部材１０は、第１の内側補助パイプ１４または第２の内側補助パイプ１６のいずれかを備えていれば上記効果を奏するが、図示の実施形態のように第１および第２の内側補助パイプ１４、１６の両方を備えている方が振動をより低減することができるので好ましい。

また、パイプ部材１０は、外側メインパイプ１２と、外径が外側メインパイプ１２の内径よりも小さく、かつ軸方向長さが外側メインパイプ１２の軸方向長さよりも短く形成された第１および第２の内側補助パイプ１４、１６とから構成され得るので、上記特許文献１に開示された手摺り部材の構成よりも簡易な構成である。

図示の実施形態のように、パイプ部材１０に振動が加えられる前の状態において、第１および第２の内側補助パイプ１４、１６のそれぞれの外周面の一部が外側メインパイプ１２の内周面に接触している場合には、パイプ部材１０に振動が加えられた際に、第１および第２の内側補助パイプ１４、１６のそれぞれの外周面と外側メインパイプ１２の内周面とが比較的広範囲で擦れることになるので、効果的に振動エネルギーが消費される。

また、第１の内側補助パイプ１４の非固着部分の軸方向長さＬ_Ｉが第１の内側補助パイプ１４の外径Ｄ_Ｉの２倍以上であると、パイプ部材１０に振動が加えられた際に、第１の内側補助パイプ１４の振幅が大きくなるため、第１の内側補助パイプ１４の外周面と外側メインパイプ１２の内周面とが接触しやすくなり、摩擦による振動エネルギーの消費がより大きくなる。

図示の実施形態のように、第１の内側補助パイプ１４の非固着部分の軸方向長さＬ_Ｉが、外側メインパイプ１２の第１の部分１２ａにおいて真直に延びる部分の軸方向長さＬ_Ｏの１／２以上（Ｌ_Ｉ＞（Ｌ_Ｏ／２））である場合は、外側メインパイプ１２の振幅が比較的大きい部分において、第１の内側補助パイプ１４の外周面と外側メインパイプ１２の内周面とが擦れることになるので、摩擦による振動エネルギーの消費が大きく、パイプ部材１０に加えられた振動を効果的に抑制することができる。

さらに、図示の実施形態のように、外側メインパイプ１２が機体２に固定される固定部分を一端側に２箇所有し、第２の内側補助パイプ１６が外側メインパイプ１２の一端部に近い方の固定部分（ボルト２８による固定部分）から延び、外側メインパイプ１２の一端部から遠い方の固定部分（グロメット１８およびクランプ部材２０による固定部分）を越えて延びている場合は、外側メインパイプ１２の振幅が比較的小さい固定部分間だけでなく、外側メインパイプ１２の振幅が比較的大きい部分において、第２の内側補助パイプ１６の内周面と外側メインパイプ１２の外周面とが擦れることになるので、パイプ部材１０に加えられた振動を効果的に抑制することができる。

なお、外側メインパイプ１２と内側補助パイプとの固着については、図示の実施形態ではプレス加工によって固着されている例を説明したが、曲げ加工若しくは溶接加工によって固着され、又はボルト若しくはリベットを介して固着されていてもよい。たとえば、外側メインパイプ１２の第１の部分１２ａの中間部から第２の部分１２ｂの中間部まで延びる内側補助パイプを外側メインパイプ１２の内部に挿入し、第１の部分１２ａと第２の部分１２ｂとの間の屈曲部を形成する際の曲げ加工によって、外側メインパイプ１２と内側補助パイプとを固着するようにしてもよい。この場合には、曲げ加工が施された内側補助パイプの中間部が固着部分となり、内側補助パイプの両端部が自由端となり外側メインパイプ１２の内周面と擦れることになる。

また、図示の実施形態では、パイプ部材１０が手摺り部材として建設機械の機体２に装着されている例を説明したが、本発明に従って構成されるパイプ部材は柵部材又はミラー若しくはアンテナ等を支持する支持部材として建設機械の機体２に装着されていてもよい。

２：機体
１０：パイプ部材
１２：外側メインパイプ
１２ａ：第１の部分
１２ｂ：第２の部分
１２ｃ：第３の部分
１２ｄ：第４の部分
１４：第１の内側補助パイプ
１４ａ：一端部
１４ｂ：他端部（自由端）
１６：第２の内側補助パイプ
１６ａ：一端部
１６ｂ：他端部（自由端）

Claims

手摺り部材、柵部材又はミラー若しくはアンテナを支持する支持部材のいずれかとして建設機械の機体に装着されるパイプ部材であって、
外側メインパイプと、全体が前記外側メインパイプの内部に挿入された内側補助パイプとを備え、
前記内側補助パイプの外径は前記外側メインパイプの内径よりも小さく形成され、
前記内側補助パイプは前記外側メインパイプに固着された固着部分を有すると共に、前記内側補助パイプの少なくとも一方の端部は前記外側メインパイプに固着されておらず自由端となっており、
前記内側補助パイプにおける前記固着部分から前記自由端までの非固着部分の軸方向長さは、振動が加えられた際に、前記内側補助パイプが前記外側メインパイプとは異なる振動数で振動可能な長さであるパイプ部材。
前記内側補助パイプの前記自由端側の外周面の一部は前記外側メインパイプの内周面に接触している、請求項１記載のパイプ部材。
前記内側補助パイプにおける前記固着部分から前記自由端までの非固着部分の軸方向長さは、前記内側補助パイプの外径の２倍以上である、請求項１又は２記載のパイプ部材。
前記外側メインパイプは前記固着部分から軸方向片側に真直に延びる真直部分を有し、
前記内側補助パイプにおける前記固着部分から前記自由端までの非固着部分の軸方向長さは、前記真直部分の軸方向長さの１／２以上である、請求項１から３までのいずれかに記載のパイプ部材。
前記外側メインパイプは建設機械の機体に固定される固定部分を一端側に少なくとも２箇所有し、
前記内側補助パイプは、前記外側メインパイプの一端部に近い方の前記固定部分から延び、前記外側メインパイプの一端部から遠い方の前記固定部分を越えて延びている、請求項１から４までのいずれかに記載のパイプ部材。
前記外側メインパイプと前記内側補助パイプとは前記固着部分において、塑性変形加工若しくは溶接加工によって固着され、又はボルト若しくはリベットを介して固着されている、請求項１から５までのいずれかに記載のパイプ部材。
請求項１から６までのいずれかに記載のパイプ部材のうち、手摺り部材又は柵部材として建設機械の機体に装着されるパイプ部材であって、
前記内側補助パイプは、前記外側メインパイプの一端部に挿入された第１の内側補助パイプと、前記外側メインパイプの他端部に挿入された第２の内側補助パイプとを含むパイプ部材。