JPH06220882A - 建設機械等用ブーム構造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 作業機械として使用される各種態様に対して
充分な強度を持たせ、耐久性を向上させるとともに合理
的な設計ができるようにする。 【構成】 建設機械等に用いられる中空断面のブーム構
造物であって、ブーム本体における各断面コーナ部を円
弧に形成するとともに、この円弧曲率半径を先端部側に
至るにしたがって大きく設定する。また、これに加えて
ブーム本体が垂直荷重負担部の断面を縦長矩形断面に形
成しつつ先端部に至るにしたがって縦横均等断面形状に
連続的に変化させるようにする。あるいはコーナ部円弧
の曲率半径は幅ｂの略１／１０から３／１０の範囲に設
定させ、更にブーム本体先端部で円形断面に形成するこ
ともできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は建設機械用ブーム構造物
に係り、特に作業機械のブームやアームとして使用され
荷重支持をなす中空のブーム構造物の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のパワーショベル等の建設作業車両
では下部走行体に上部旋回体を取り付け、上部旋回体に
搭載したブームやアーム（以下ブーム構造物という）に
よって先端に取り付けたバケット等の作業機を操作して
所定の作業を行わせるようにしている。このような作業
車両において、上部旋回体に取り付けられるブーム構造
物は中空構造としてブーメラン形状に湾曲形成したもの
が知られている。

【０００３】図４は従来のブーメラン型のブーム構造物
を示している。このブーム１は中空構造物として形成さ
れており、通常図４（２）〜（４）に示されるように矩
形断面構造物とされたブーム本体２の基端側に車体側に
水平ピンとの取合い用ブラケット部３を、先端側にバケ
ット等の取合い用ブラケット４を設けて構成されてい
る。そして、ブーム本体２は長手方向中間部で「く」字
状に屈曲され、この屈曲部を最大断面積として、基端お
よび先端側に向って順次断面積が小さくなるように形成
されている。このブーム本体２を所定矩形断面に形成す
るため、図４（２）〜（４）に示されるように、天板
部、底板部、および一対の側板部の４枚板で構成される
もの（同図（２））、逆Ｕ字断面部材とその開口底部を
内部で閉塞する底板とによる２枚板で構成されるもの
（同図（３））、および逆Ｕ字断面部材とその開口底部
を外端面で閉塞する底板とによる２枚板で構成されるも
の（同図（４））が一般的となっている。そして、これ
らの各板材同士の接合部分は溶接により結合され、所定
の断面構造物とされる。したがって、ブーム本体２の溶
接線は必ずブームコーナの稜線部分に沿って位置する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ブーム構造
物では、使われ方により色々な姿勢をとるが、耐久寿命
に影響を及ぼす使われ方のいずれにおいても、ブーム構
造物のコーナ部分に高い応力が発生している。従来のブ
ーム構造物では、特にこのコーナ部分が溶接線部分に対
応しているため、溶接欠陥があると溶接箇所の耐久性が
急激に低下してその耐久性を低下させてしまうととも
に、欠陥が無い場合でもノッチの発生による強度低下を
招いてしまう欠点があった。しかも、従来のブーム構造
物断面は単純な矩形断面とされ、コーナに円弧、すなわ
ちアールを付けることが少なく、またコーナアールを付
けたものでもその曲率半径は一定のものであった。それ
故、使用態様によりコーナ部分へ多大な応力集中が発生
し、ブーム構造物の耐久性を低下させてしまう問題があ
った。

【０００５】本発明は、上記従来の問題点に着目し、作
業機械として使用される各種態様に対して充分な強度を
持たせ、耐久性を向上させるとともに合理的な設計を可
能としたブーム構造物を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る建設機械等用ブーム構造物の第１の構
成は、建設機械等に用いられる中空断面のブーム構造物
であって、ブーム本体における各断面コーナ部を円弧に
形成するとともに、この円弧曲率半径を先端部側に至る
にしたがって大きく設定したものである。

【０００７】第２には、建設機械等に用いられる中空断
面のブーム構造物であって、ブーム本体は垂直荷重負担
部の断面を縦長矩形断面に形成しつつ先端部に至るにし
たがって縦横均等断面形状に連続的に変化させてなり、
かつ各断面におけるコーナ部を円弧に形成するととも
に、この円弧曲率半径を先端部側に至るにしたがって大
きく設定した。

【０００８】第３には、前記コーナ部円弧の曲率半径は
１５〜４５ｃｍの範囲に設定させたものである。

【０００９】第４には、建設機械等に用いられる中空断
面のブーム構造物であって、ブーム本体における各断面
コーナ部を円弧に形成するとともに、この円弧曲率半径
を先端部側に至るにしたがって大きく設定し、ブーム本
体先端部で円形断面に形成したものである。

【００１０】

【作用】建設機械用のブーム構造物は各種の使われ方が
あり、先端部に取り付けられるバケット等の作業機にて
通常掘削を行う場合（使用態様１）、作業機を伸張させ
て掘削する場合（使用態様２）、作業機を垂直にした状
態で横押しを行う場合（使用態様３）、あるいは作業機
伸張状態のまま横押しをなす場合（使用態様４）等であ
る。このような使われ方によるブーム構造物の断面コー
ナ部でコーナアールの曲率半径を種々に変化させてコー
ナ部の応力がどのように変化するかを調べた結果を図３
に示す。これは従来の４枚板構造のブームを基準にして
応力比をとったものであり、これから理解できるように
いずれの使用態様でも応力が小さくなる範囲はコーナア
ールの曲率半径が１５〜４５ｃｍの範囲であり、特に３
０ｃｍで最適な状態となる。

【００１１】また、ブーム構造物は使用態様によって種
々の姿勢をとり、各種の荷重負荷が与えられるが、主た
る荷重は縦、横方向の曲げ荷重、ねじり荷重、およびそ
れらの複合荷重である。そして、これらの荷重は部位に
よって支配する荷重が異なり、縦曲げ荷重が支配的な場
合は縦方向に細長い断面が必要となり、部位によってコ
ーナアールの曲率半径を小さくして断面強度を増加させ
る方がよい場合もある。

【００１２】本願発明の第１の構成では、ブーム本体の
先端部ではねじり荷重が支配的になる観点から構成して
おり、これによってコーナ部に応力集中する先端部分の
応力軽減を図ることができる。第２の構成ではブーム構
造物の特に垂直荷重が支配する部分の断面係数を増し、
先端部ではコーナ部に発生する応力の軽減を図ることが
できる。そして、第３の構成では曲率半径の最適値が与
えられ、これによって荷重の種類の如何に拘らず応力の
軽減効果を得ることができる。更に、第４の構成では、
ブーム構造物には先端に至るにしたがって支配する荷重
が垂直荷重、複合荷重、ねじり荷重となっているため、
それぞれの荷重に最適に対応できるため、ブーム構造物
全長に亘る耐久性向上効果が得られるのである。

【００１３】

【実施例】以下に、本発明に係る建設機械等用ブーム構
造物の具体的実施例を図面を参照して詳細に説明する。

【００１４】図１は第１実施例に係る建設機械等用ブー
ムの側面図および部分平面図である。この図に示すよう
に、当該ブーム１０はその長手方向に沿って「く」字状
に屈曲されブーメラン形状とされたブーム本体１２を有
し、この本体１２の基端部には図示しない作業車両の旋
回体に取り付けられる基端ブラケット１４を設け、また
他方の先端部にはバケット等の作業機を取り付けるため
の作業機取り付けブラケット１６が設けられている。ま
た、ブーム本体１２の屈曲部上縁には作業機駆動油圧シ
リンダを取り付けるためのシリンダブラケット１８が、
下縁には旋回体との間に連結される油圧シリンダ取り付
け用のブラケット２０がそれぞれ設けられている。

【００１５】上記ブーム１０における本体１２は、図示
のように、中央部の屈曲部位で最大断面積の中空構造と
され、基端ブラケット１４の取り付け部である基端側、
および作業機取り付けブラケット１６の取り付け部であ
る先端側に至るにしたがって順次高さ方向の寸法が絞ら
れており、特に先端部では正方形中空断面構造とされて
いる。端部の正方形断面部は断面サイズが一定のストレ
ート延長部２２（２２Ｆ、２２Ｒ）とされている。

【００１６】このようなブーム本体１２は長手方向の各
位置で矩形の中空断面となっているが、その４隅のコー
ナ部は全て断面が１／４円弧となるように形成されたコ
ーナアール部２４とされている。そして、このコーナア
ール部２４はブーム本体１０の屈曲部位では曲率半径Ｒ
が１５Ｒとなるように設定され、先端部のストレート延
長部２２では３０Ｒとなるように設定されている。もち
ろんストレート延長部２２に至る途中では１５Ｒから順
次３０Ｒに連続的に変化するように曲率半径Ｒを徐々に
増大させているのである。このような形状変化はブーム
本体１０を上下あるいは左右の中立軸線にて２分割され
たブーム分割体を分割線で接合溶接するように構成する
ことによって容易に実現できる。すなわち、上下あるい
は左右に分割された各ブーム分割体は断面がＵ字形状と
なるので、これをロール成形機により所定断面にするこ
とは容易である。そしてこの成形時にコーナ部に所定の
半径のコーナアール部２４を付けるとともに、その半径
も容易に調整できる。したがって、２分割ブーム構造と
して上記コーナアール部２４の調整を行うようにするこ
とが望ましい。もちろん、２分割構造としなくても可能
であることはいうまでもない。

【００１７】次に、図２には第２実施例に係る建設機械
等用ブームにおけるブーム本体３０の側面図および部分
平面図である。この実施例も第１実施例の場合と同様
に、中央部の屈曲部位で最大断面積の中空構造とされ、
前後端部に至るにしたがって順次高さ方向の寸法が絞ら
れているが、特にこのブーム本体３０では、図２（１）
の各位置での断面構造を示しているように、中央屈曲部
では縦長矩形断面としてコーナアール部３２を最小曲率
半径Ｒ1とし、先端方向に至るにしたがって順次その半
径Ｒ2を増大し、特に最先端部では半径Ｒの真円中空断
面構造とした点が前記第１実施例と異なる。この場合当
然曲率半径は、Ｒ＞Ｒ2＞Ｒ1とされ、先端まで一様な増
大率で増加するように設定されている。そして最先端部
のストレート延長部３４（３４Ｆ、３４Ｒ）は円形断面
状態のまま所定長さだけ延長されている。このコーナア
ール部３２はブーム本体１０の屈曲部位では曲率半径Ｒ
1が１５Ｒとなるように設定され、先端部のストレート
延長部３４で真円となるように半径を増大させている。

【００１８】このような実施例においては、特にブーム
先端はねじり荷重を受けるが、図３に示すように、先端
が円形断面であるため、横押しに対してのコーナ部への
応力軽減効果が高いものとなる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る建設
機械等用ブーム構造物の第１の構成は、建設機械等に用
いられる中空断面のブーム構造物であって、ブーム本体
における各断面コーナ部を円弧に形成するとともに、こ
の円弧曲率半径を先端部側に至るにしたがって大きく設
定し、また、これに加えてブーム本体が垂直荷重負担部
の断面を縦長矩形断面に形成しつつ先端部に至るにした
がって縦横均等断面形状に連続的に変化させるように
し、あるいはコーナ部円弧の曲率半径は１５〜４５ｃｍ
の範囲に設定させ、更にブーム本体先端部で円形断面に
形成することを可能にしたので、作業機械として使用さ
れる各種態様に対して充分な強度を持たせ、耐久性を向
上させるとともに合理的な設計を可能し、デザイン的に
もコーナアールが変化することによって斬新さを加味す
ることができるという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係るブーム構造物の側面図と部分
断面図である。

【図２】第２実施例に係るブーム構造物の側面図、部分
断面図、および部分平面図である。

【図３】ブーム構造物の使用態様によるコーナ部曲率半
径の相違に基づく応力比を示すグラフである。

【図４】従来のブームの側面図および部分断面図であ
る。

【符号の説明】

１０ 建設機械用ブーム １２ ブーム本体 １４ 基端ブラケット １６ 作業機取り付け用ブラケット １８、２０ 油圧シリンダ取り付け用ブラ
ケット ２２（２２Ｆ、２２Ｒ） ストレート延長部 ２４ コーナアール部

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年１１月５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項３

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】第３には、前記コーナ部円弧の曲率半径は
幅ｂの略１／１０から３／１０の範囲に設定させたもの
である。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】

【作用】建設機械用のブーム構造物は各種の使われ方が
あり、先端部に取り付けられるバケット等の作業機にて
通常掘削を行う場合（使用態様１）、作業機を伸張させ
て掘削する場合（使用態様２）、作業機を垂直にした状
態で横押しを行う場合（使用態様３）、あるいは作業機
伸張状態のまま横押しをなす場合（使用態様４）等であ
る。このような使われ方によるブーム構造物の断面コー
ナ部でコーナアールの曲率半径を種々に変化させてコー
ナ部の応力がどのように変化するかを調べた結果を図３
に示す。これは従来の４枚板構造のブームを基準にして
応力比をとったものであり、これから理解できるように
いずれの使用態様でも応力が小さくなる範囲はコーナア
ールの曲率半径が幅ｂの略１／１０から略３／１０の範
囲であり、特に幅ｂの略（ｂ×２／１０）で最適な状態
となる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】このようなブーム本体１２は長手方向の各
位置で矩形の中空断面となっているが、その４隅のコー
ナ部は全て断面が１／４円弧となるように形成されたコ
ーナアール部２４とされている。そして、このコーナア
ール部２４はブーム本体１０の屈曲部位では曲率半径Ｒ
が幅ｂの略（ｂ×１／１０）Ｒとなるように設定され、
先端部のストレート延長部２２では幅ｂの略（ｂ×２／
１０）Ｒとなるように設定されている。もちろんストレ
ート延長部２２に至る途中では幅ｂの略（ｂ×１／１
０）Ｒから順次幅ｂの略（ｂ×２／１０）Ｒに連続的に
変化するように曲率半径Ｒを徐々に増大させているので
ある。このような形状変化はブーム本体１０を上下ある
いは左右の中立軸線にて２分割されたブーム分割体を分
割線で接合溶接するように構成することによって容易に
実現できる。すなわち、上下あるいは左右に分割された
各ブーム分割体は断面がＵ字形状となるので、これをロ
ール成形機により所定断面にすることは容易である。そ
してこの成形時にコーナ部に所定の半径のコーナアール
部２４を付けるとともに、その半径も容易に調整でき
る。したがって、２分割ブーム構造として上記コーナア
ール部２４の調整を行うようにすることが望ましい。も
ちろん、２分割構造としなくても可能であることはいう
までもない。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る建設
機械等用ブーム構造物の第１の構成は、建設機械等に用
いられる中空断面のブーム構造物であって、ブーム本体
における各断面コーナ部を円弧に形成するとともに、こ
の円弧曲率半径を先端部側に至るにしたがって大きく設
定し、また、これに加えてブーム本体が垂直荷重負担部
の断面を縦長矩形断面に形成しつつ先端部に至るにした
がって縦横均等断面形状に連続的に変化させるように
し、あるいはコーナ部円弧の曲率半径は幅ｂの略１／１
０から３／１０の範囲に設定させ、更にブーム本体先端
部で円形断面に形成することを可能にしたので、作業機
械として使用される各種態様に対して充分な強度を持た
せ、耐久性を向上させるとともに合理的な設計を可能
し、デザイン的にもコーナアールが変化することによっ
て斬新さを加味することができるという優れた効果が得
られる。

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正７】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 建設機械等に用いられる中空断面のブー
   ム構造物であって、ブーム本体における各断面コーナ部
   を円弧に形成するとともに、この円弧曲率半径を先端部
   側に至るにしたがって大きく設定したことを特徴とする
   建設機械等用ブーム。
2. 【請求項２】 建設機械等に用いられる中空断面のブー
   ム構造物であって、ブーム本体は垂直荷重負担部の断面
   を縦長矩形断面に形成しつつ先端部に至るにしたがって
   縦横均等断面形状に連続的に変化させてなり、かつ各断
   面におけるコーナ部を円弧に形成するとともに、この円
   弧曲率半径を先端部側に至るにしたがって大きく設定し
   たことを特徴とする建設機械等用ブーム。
3. 【請求項３】 前記コーナ部円弧の曲率半径は１５〜４
   ５ｃｍの範囲に設定されていることを特徴する請求項１
   または２に記載の建設機械等用ブーム。
4. 【請求項４】 建設機械等に用いられる中空断面のブー
   ム構造物であって、ブーム本体における各断面コーナ部
   を円弧に形成するとともに、この円弧曲率半径を先端部
   側に至るにしたがって大きく設定し、ブーム本体先端部
   で円形断面に形成したことを特徴とする建設機械等用ブ
   ーム。