JPH11158908A - 作業機のブーム構造及びブーム部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 筒状のブーム部材を、左右側部の応力集中を
緩和しながら簡単かつ安価に製作できるようにする。 【解決手段】 両端に連結部材２１、２３、２５を取り
付けるブーム部材２２、２４を筒状に形成し、この筒状
ブーム部材２２、２４の断面形状を、上下面ａ、ｂと左
右側面ｃ、ｄと４隅の傾斜面ｅ、ｆ、ｇ、ｈとで略八角
形に形成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バックホー等の作
業機のブーム構造及びブーム部材の製造方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来の作業機のブームは、特開平６−３
１３３２５号公報に開示されているように、基端に機体
側連結部材を取り付けた第１ブーム部材と、先端に作業
具側連結部材を取り付けた第２ブーム部材と、第１ブー
ム部材の前端と第２ブーム部材の後端とに固着のアクチ
ュエータ連結部材とを有し、第１・第２ブーム部材及び
アクチュエータ連結部材は筒状に形成され、アクチュエ
ータ連結部材にブームシリンダ連結部とバケットシリン
ダ連結部とが形成されている。

【０００３】前記第１・第２ブーム部材の断面形状は、
テーパ丸管をエクトロール成形とプレス成形とで断面四
角形に成形していて、ブーム中央側から前後両端側へ縦
長四角形から円形に次第に近づくように変形されてお
り、強度的に最もつらいコーナ部の溶接を廃止し、応力
集中を緩和して、曲げと捩じりの複合荷重に対する耐久
性を向上できるように、四角形の角部は円弧状、いわゆ
るＲ面取りが施されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術のよう
に、ブーム部材の角部にＲ面取りを施していると、図１
７に示すように、曲げ応力集中の緩和効果はあるが、曲
げ応力のピークが左右側部に集中し過ぎるという問題が
あり、また、テーパ丸管の四角成形及び所要半径のＲ面
取りは極めて加工困難であり、例え素材に板金を使用し
てもＲ面取りは、プレス成形がやり難くかつ成形型も高
価になり、ブーム部材をコスト高にする原因になってい
る。

【０００５】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑み、筒状のブーム部材をの断面形状を略八角形に形成
することにより、応力集中をより効果的に緩和しながら
簡単かつ安価に製作できるようにした作業機のブーム構
造を提供することを目的とする。また、本発明は、平坦
状板金を折曲成形することにより、断面略八角形のブー
ムを簡単かつ容易に形成できるようにした作業機のブー
ム部材の製造方法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】本発明物における課題解
決のための具体的手段は、両端に連結部材を取り付ける
ブーム部材を筒状に形成し、この筒状ブーム部材の断面
形状を、上下面と左右側面と４隅の傾斜面とで略八角形
に形成していることである。これによって、筒状ブーム
部材の４隅の角が傾斜面取りとなり、４隅の応力集中が
緩和され、Ｒ面取りより簡単かつ安価に製作される。

【０００７】本発明物における課題解決のための第２の
具体的手段は、第１の具体的手段に加えて、筒状ブーム
部材の断面形状を左右及び／又は上下に対称に形成して
いることである。これによって、筒状ブーム部材の左右
及び／又は上下の応力バランスが均衡される。

【０００８】本発明物における課題解決のための第３の
具体的手段は、第１又は２の具体的手段に加えて、筒状
ブーム部材の上下面と各傾斜面の左右方向幅を略２対１
から６対１に設定していることである。これによって、
筒状ブーム部材の４隅の応力集中が効果的に緩和され
る。本発明物における課題解決のための第４の具体的手
段は、第１〜３のいずれかの具体的手段に加えて、筒状
ブーム部材の各傾斜面の左右方向幅と上下方向高さの比
を略１対１から４対１に設定していることである。

【０００９】これによって、筒状ブーム部材の４隅の応
力集中が効果的に緩和される。本発明物における課題解
決のための第５の具体的手段は、第１〜４のいずれかの
具体的手段に加えて、筒状ブーム部材は板金を８ヵ所で
折曲して形成していることである。これによって、筒状
ブーム部材は板金で安価にかつ容易に製作される。

【００１０】本発明方法における課題解決のための具体
的手段は、両端に連結部材を取り付ける筒状ブーム部材
の製造方法であって、平坦状板金の左右方向略中央を支
持してその左右を外面側に折曲し、この板金の左右各側
部を中央側から左右各端側へ４ヵ所で内面側に折曲し、
前記略中央の折曲部を平坦に成形して左右両側端を近づ
け、この左右両側端を互いに連結することである。

【００１１】これによって、筒状ブーム部材は安価なプ
レス型で簡単かつ容易に製作される。

【００１２】

【実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図１０において、１は土木、建設等に使
用されるバックホーで、クローラ走行部２を有する走行
機体３に旋回台４が縦軸回り回転自在に支持され、旋回
台４上にエンジン、運転席５、日除け装置６及び操縦装
置７等が搭載され、旋回台４の前部にバックホー装置８
が装着されている。

【００１３】バックホー装置８は、旋回台４前部のブラ
ケット９に旋回ブラケット１０が縦軸回り揺動自在に枢
支され、この旋回ブラケット１０にブーム１１とブーム
シリンダ１２の各基部が横軸回り揺動自在に枢支され、
ブーム１１の先端にアームシリンダ１３によって駆動さ
れるアーム１４が枢支連結され、アーム１４の先端にシ
リンダ１５によって駆動されるバケット等の作業具１６
が枢支連結されている。

【００１４】図１〜１０に示す実施の形態において、前
記ブーム１１は、基端（後端）に機体側連結部材２１を
取り付けた第１ブーム部材２２と、先端（前端）に作業
具側連結部材２３を取り付けた第２ブーム部材２４と、
第１ブーム部材２２の前端と第２ブーム部材２４の後端
とに固着のアクチュエータ連結部材２５とを有し、側面
視くの字状に形成されている。

【００１５】前記第１ブーム部材２２と第２ブーム部材
２４とは、板金をテーパ角筒状に形成したものであり、
第１ブーム部材２２の基部に旋回ブラケット１０と枢支
連結する連結部材２１を嵌合して溶着し、第２ブーム部
材２４の先端にアーム１４と枢支連結する連結部材２３
を嵌合して溶着している。前記くの字状ブーム１１は、
屈曲部分で第１ブーム部材２２の前端と第２ブーム部材
２４の後端とを互いに突き合わせて溶着しており、その
突き合わせ継手３５付近の接合部は上部分が切り欠かれ
ていて、この切欠部３６Ｂを覆うようにアクチュエータ
連結部材２５が溶着されている。

【００１６】このアクチュエータ連結部材２５は、第１
ブーム部材２２の前端と第２ブーム部材２４の後端の両
下側に渡って固着された連結材２５Ａと、第１ブーム部
材２２の前端と第２ブーム部材２４の後端の両上側に渡
って固着された連結材２５Ｂとを有する。連結材２５Ａ
は第１、第２ブーム部材２２、２４の接合部を下側から
覆うように溶着されたカバー板２６Ａと、このカバー板
２６Ａから立設状に突出した左右一対の縦板２７Ａとを
有し、左右縦板２７Ａにブームシリンダ（アクチュエー
タ）１２を連結するピンを挿通するピン受け部２８Ａを
形成している。

【００１７】連結材２５Ｂは第１、第２ブーム部材２
２、２４の接合部を上側から覆うように溶着されたカバ
ー板２６Ｂと、このカバー板２６Ｂから立設状に突出し
た左右一対の縦板２７Ｂとを有し、左右縦板２７Ｂにア
ームシリンダ（アクチュエータ）１３を連結するピンを
挿通するピン受け部２８Ｂを形成している。前記第１ブ
ーム部材２２及び第２ブーム部材２４は、連結部材２
１、２３との連結端部の形状及び向きが異なるが、全体
形状が略同一で略同じように製作することができ、板金
を幅方向８ヵ所で折曲して、その両端を溶着することに
より、上下面ａ、ｂと左右側面ｃ、ｄと４隅の傾斜面
ｅ、ｆ、ｇ、ｈとで略八角形の角筒形状に形成されてい
る。

【００１８】各ブーム部材２２、２４の断面形状は左右
対称でかつ上下対称に形成され、上下面ａ、ｂの左右方
向幅Ｌ１と各傾斜面ｅ、ｆ、ｇ、ｈの左右方向幅Ｌ２と
は略２対１から６対１に設定されている。また、各ブー
ム部材２２、２４の各傾斜面ｅ、ｆ、ｇ、ｈは、左右方
向幅Ｌ２と上下方向高さＨの比が略１対１から４対１に
設定している。

【００１９】図３、６に示すブーム部材断面形状の第１
具体例は、Ｌ１：Ｌ２を略２：１に、Ｌ２：Ｈを略４：
１にそれぞれ設定しており、図１７に示すＲ面取りブー
ムに比して、ブーム左右側端の曲げ応力が十分小さくな
っている。図７に示すブーム部材断面形状の第２具体例
は、Ｌ１：Ｌ２を略２：１に、Ｌ２：Ｈを略２：１にそ
れぞれ設定しており、第１具体例に比して上下面ａ、ｂ
と傾斜面ｅ、ｆ、ｇ、ｈとの境界部で曲げ応力が大きい
が、Ｒ面取りブームに比して、ブーム左右側端の曲げ応
力が十分小さくなっている。

【００２０】図８に示すブーム部材断面形状の第３具体
例は、Ｌ１：Ｌ２を略６：１に、Ｌ２：Ｈを略１：１に
それぞれ設定しており、第１具体例に比して上下面ａ、
ｂと傾斜面ｅ、ｆ、ｇ、ｈとの境界部で曲げ応力が大き
いが、Ｒ面取りブームに比して、ブーム左右側端の曲げ
応力が十分小さくなっている。前記各具体例を勘案する
と、第１具体例が最も曲げ応力が小さくなり最適であ
り、この場合にＬ１：Ｌ２を略６：１に設定することも
でき、Ｌ１：Ｌ２は略１：１〜６：１で、Ｌ２：Ｈは略
１：１〜４：１の範囲で適用可能であり、この範囲でＲ
面取りブームよりもブーム左右側端の曲げ応力が小さく
でき、優れていることが明らかとなっている。

【００２１】なお、前記第２、第３具体例は、Ｒ面取り
ブームに比して曲げ応力のピーク値が高いが、そのピー
ク位置は左右側面ｃ、ｄから離れており、曲げ応力が左
右方向に平均化され、これが捩じり応力に対して有効に
働き、曲げと捩じりの複合荷重に対してより耐久性を向
上できるようになる。ブーム部材２２、２４は上側が引
っ張り力を下側が圧縮力を主に受けるので、それらを考
慮して、１つのブーム部材で前記各具体例の比率を組み
合わせて適用してもよく、上側に対して下側を、左側に
対して右側を、それぞれ異なった比率で形成して、断面
形状を上下非対称又は左右非対称に形成してもよく、例
えば、下傾斜面ｇ、ｈに第１具体例を、上傾斜面ｅ、ｆ
に第２具体例をそれぞれ適用して、応力バランスの均衡
を計るようにしてもよい。

【００２２】図９に基づいて各ブーム部材２２、２４の
製造方法を説明する。所要幅及び所要長さを有する平坦
状板金Ｐを用意し、その左右方向略中央Ｓ１を支持して
その左右を外面側に折曲する（工程ア、イ）。この板金
Ｐの左右各側部を中央Ｓ１側から左右各端側へ上面ａの
幅の半分の寸法位置Ｓ２で内面側に折曲し（工程ウ）、
この寸法位置Ｓ２から左右各端側へ傾斜面ｅ、ｆの長さ
位置Ｓ３で内面側に折曲し（工程エ）、さらに、長さ位
置Ｓ３から左右各端側へ左右側面ｃ、ｄの高さ寸法位置
Ｓ４で内面側に折曲し（工程オ）、この高さ寸法位置Ｓ
４から左右各端側へ傾斜面ｇ、ｈの長さ位置Ｓ５で内面
側に折曲し（工程カ）、その後、前記略中央Ｓ１の折曲
部を平坦になるように成形して、これにより平坦な上面
ａを形成すると同時に、略Ｃ字状に折曲されていた板金
Ｐの左右両側端を互いに近づけ、この左右両側端を互い
に溶着にて連結して下面ｂを形成する（工程キ、ク、又
はケ）。

【００２３】この板金Ｐの左右両側端溶着は、長さ位置
Ｓ５から左右端までの寸法を下面ｂの半分に設定する
と、工程（キ）のように突き合わせ継手を形成すること
になり、少なくとも一方を半分より長く設定すると、工
程（ク）のように重ね継手を形成することになり、両方
を半分より短く設定してあて板２９を当てると、工程
（ケ）のようにあて板継手を形成することになる。

【００２４】各ブーム部材２２、２４はブーム屈曲部分
から前後端にいくに従って先細りテーパになっており、
これは各面ａからｈの幅を次第に狭くすることによって
も形成できるが、ここでは左右側面ｃ、ｄの幅（高さ）
のみを狭くすることにより実施していて、上下面ａ、ｂ
及び傾斜面ｅ〜ｈの幅を全長同一にすることにより、プ
レス加工をより簡単かつ安価にしている。

【００２５】図１、２、５において、前記第１ブーム部
材２２の前端内部及び第２ブーム部材２４の後端内部に
は筒状内部を閉鎖するように板材３７Ａ、３７Ｂが設け
られ、第１ブーム部材２２の後端にはパイプ材３８が固
着されていて、このパイプ材３８の両端に鍛造等で形成
された左右一対の連結部材２１が溶着されており、ま
た、第２ブーム部材２４の前端にもパイプ材３９が固着
されていて、このパイプ材３９の両端に鍛造等で形成さ
れた左右一対の連結部材２３が溶着されている。連結部
材２１、２３はそれぞれ第１、第２ブーム部材２２、２
４にも直接溶接されている。

【００２６】また、前記実施の形態においては、カバー
板２６Ｂに立設した２枚の縦板２７Ｂは、左右間隔が大
きく開けられていて、その間にシリンダ１３、１５へ圧
油を供給する油圧ホース４０が配置できるようになって
いる。図１１はブーム部材製造方法の第２具体例を示し
ており、ブーム部材の周長の半分の幅を有する平坦状板
金Ｐを２枚用意し、それぞれをプレス加工で、側面ｃと
ｄ、傾斜面ｅ、ｆとｊ、ｈ及び上下面 ａ、ｂを半分づ
つ持つ半割ブーム４１Ａ、４１Ｂを形成し、この半割ブ
ーム４１Ａ、４１Ｂを最中状に対向させて突き合わせ溶
接している。

【００２７】この第２具体例の製造方法は、前記実施の
形態で示した方法に比して、溶着部分が倍増するが、プ
レス加工は容易になる。図１２はブーム１１の第２具体
例を示しており、前記実施の形態と異なる点は、屈曲部
分の第１ブーム部材２２の前端と第２ブーム部材２４の
後端とは下側にも切欠部３６Ａが形成され、２枚の縦板
２７Ｂは左右間隔が小さく、その外側にシリンダ１３、
１５へ圧油を供給する油圧ホース４０が配置されてい
る。

【００２８】前記油圧ホース４０は傾斜面ｅ、ｆを利用
して配置され、第１、第２ブーム部材２２、２４の上面
ａから大きく突出しないようにしている。図１３、１４
に示すブーム１１の第３具体例において、アクチュエー
タ連結部材２５は、ブームシリンダ連結用連結部と作業
具シリンダ連結用連結部とを上下に有する左右一対の板
材３０Ａ、３０Ｂと上下のカバー板２６Ａ、２６Ｂとを
有し、上下各カバー板２６Ａ、２６Ｂに２本の溝を形成
して、その溝に左右板材３０Ａ、３０Ｂを貫通して溶接
により固着しており、前記左右板材３０Ａ、３０Ｂは上
下中途にくびれ部３１が形成されている。

【００２９】第１ブーム部材２２の前端と第２ブーム部
材２４の後端にも板材３０Ａ、３０Ｂに対応した溝が形
成され、これを板材３０Ａ、３０Ｂに嵌合しながら前記
アクチュエータ連結部材２５と組合せ、第１ブーム部材
２２の前端と第２ブーム部材２４の後端とを突き合わせ
溶接すると共に、それらにアクチュエータ連結部材２５
を溶着している。

【００３０】図１５、１６に示すブーム１１の第４具体
例において、前記第３具体例と同様に、アクチュエータ
連結部材２５は左右一対の板材３０Ａ、３０Ｂと上下の
カバー板２６Ａ、２６Ｂとを有し、左右板材３０Ａ、３
０Ｂを上下カバー板２６Ａ、２６Ｂと第１ブーム部材２
２の前端及び第２ブーム部材２４の後端とに貫通し、こ
れらを互いに溶接により固着しており、前記左右板材３
０Ａ、３０Ｂには中央に抜き孔３２が形成されている。

【００３１】なお、本発明は前記実施の形態及び具体例
に限定されるものではなく、種々変形することができ
る。例えば、ブーム１１はフロントローダ等のブームに
も適用でき、ブーム部材２２の構造は前記アーム１４に
も適用でき、第１ブーム部材２２と第２ブーム部材２４
とを同一形状にしてもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上詳述した本発明物によれば、筒状ブ
ーム部材の断面形状を、上下面と左右側面と４隅の傾斜
面とで略八角形に形成しているので、４隅の角が傾斜面
取りとなって応力集中がより効果的に緩和され、Ｒ面取
りより簡単かつ安価に製作できる。

【００３３】この筒状ブーム部材の断面形状を左右及び
／又は上下に対称に形成しているので、左右及び／又は
上下の応力バランスを均衡できる。また、筒状ブーム部
材の上下面と各傾斜面の左右方向幅を略２対１から６対
１に設定することにより、また各傾斜面の左右方向幅と
上下方向高さの比を略１対１から４対１に設定している
ので、筒状ブーム部材の４隅の応力集中を効果的に緩和
できる。

【００３４】さらに、筒状ブーム部材は板金を８ヵ所で
折曲して形成しているので、プレス加工で板金から安価
にかつ容易に製作できる。また、本発明方法によれば、
平坦状板金の左右方向略中央を支持してその左右を外面
側に折曲し、この板金の左右各側部を中央側から左右各
端側へ４ヵ所で内面側に折曲し、前記略中央の折曲部を
平坦に成形して左右両側端を近づけ、この左右両側端を
互いに連結するので、筒状ブーム部材を安価なプレス型
で板金から簡単かつ容易に製作できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示すブームの側面図であ
る。

【図２】同平面図である。

【図３】図１のＸ−Ｘ線断面図である。

【図４】図１のＹ−Ｙ線断面図である。

【図５】ブームの中央部の拡大側面図である。

【図６】ブーム部材断面形状の第１具体例を示す断面図
と曲げ応力分布図である。

【図７】ブーム部材断面形状の第２具体例を示す断面図
と曲げ応力分布図である。

【図８】ブーム部材断面形状の第３具体例を示す断面図
と曲げ応力分布図である。

【図９】ブーム部材の製造方法を示す説明図である。

【図１０】バックホーの全体側面図である。

【図１１】ブーム部材製造方法の第２具体例を示す説明
図である。

【図１２】ブームの第２具体例を示す断面図である。

【図１３】ブームの第３具体例を示す側面図である。

【図１４】ブームの第３具体例を示す断面図である。

【図１５】ブームの第４具体例を示す側面図である。

【図１６】ブームの第４具体例を示す断面図である。

【図１７】Ｒ面取りをしたブーム部材の断面図と曲げ応
力分布図である。

【符号の説明】

８ バックホー装置 １１ ブーム １２ ブームシリンダ １３ アームシリンダ １４ アーム １６ 作業具 ２１ 機体側連結部材 ２２ 第１ブーム ２３ 作業部側連結部材 ２４ 第２ブーム ２５ アクチュエータ連結部材 ａ 上面 ｂ 下面 ｃ、ｄ 側面 ｅ〜ｈ 傾斜面 Ｌ１ 上下面の左右方向幅 Ｌ２ 傾斜面の左右方向幅 Ｈ 傾斜面の上下方向高さ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両端に連結部材を取り付けるブーム部材
   を筒状に形成し、この筒状ブーム部材の断面形状を、上
   下面と左右側面と４隅の傾斜面とで略八角形に形成して
   いることを特徴とする作業機のブーム構造。
2. 【請求項２】 筒状ブーム部材の断面形状を左右及び／
   又は上下に対称に形成していることを特徴とする請求項
   １に記載の作業機のブーム構造。
3. 【請求項３】 筒状ブーム部材の上下面と各傾斜面の左
   右方向幅を略２対１から６対１に設定していることを特
   徴とする請求項１又は２に記載の作業機のブーム構造。
4. 【請求項４】 筒状ブーム部材の各傾斜面の左右方向幅
   と上下方向高さの比を略１対１から４対１に設定してい
   ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の作
   業機のブーム構造。
5. 【請求項５】 筒状ブーム部材は板金を８ヵ所で折曲し
   て形成していることを特徴とする請求項１〜４のいずれ
   かに記載の作業機のブーム構造。
6. 【請求項６】 両端に連結部材を取り付ける筒状ブーム
   部材の製造方法であって、平坦状板金の左右方向略中央
   を支持してその左右を外面側に折曲し、この板金の左右
   各側部を中央側から左右各端側へ４ヵ所で内面側に折曲
   し、前記略中央の折曲部を平坦に成形して左右両側端を
   近づけ、この左右両側端を互いに連結することを特徴と
   する作業機のブーム部材の製造方法。