JPH1121939A

JPH1121939A - 溶接箱形部材

Info

Publication number: JPH1121939A
Application number: JP18758997A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Masumoto; 展祥増本; Tatsushi Ito; 達志伊藤
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1997-06-27
Filing date: 1997-06-27
Publication date: 1999-01-26

Abstract

(57)【要約】【課題】強度部材であることを満足しつつ、構造の簡
素化、加工の容易化、軽量化を図った溶接箱形部材の提
供。【解決手段】複数の鋼板(1U,1D,2L,2R) を順次溶接し
て箱形とされた溶接箱形部材(13)において、互いに溶接
された鋼板(1U,1D,2L,2R) の少なくとも一方の鋼板(1U,
1D,2L,2R) は、その非溶接部の板厚(t01) が溶接部の板
厚(t1)よりも薄いこととした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶接箱形部材に関
する。

【０００２】

【従来の技術】溶接箱形部材は複数枚（例えば３〜５
枚）の鋼板を順次溶接して箱形とされ、曲げ、引っ張
り、圧縮、捻じり等に耐える強度部材として、建築物の
梁や支柱、建設機械の作業機械のブーム等に用いられ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで溶接箱形部材
は、強度部材であることを満足しつつ、構造の簡素化、
加工の容易化、軽量化が図られるが、強度と、構造の簡
素化、加工の容易化及び軽量化とが背反事象であるた
め、次に例示するように、上記要請を過不足なく満たす
ものが見当たらないのが実情である。具体的には油圧式
掘削機械と、クレーンとのブームを比較して次に説明す
る。

【０００４】油圧式掘削機械のブームは掘削力に基づく
３次元方向の外力を受けて曲げや捻じりが生ずる。これ
を図８の例機１０の側面図を参照し説明する。例機１０
は下部走行体１１上に上部旋回体１２を有し、上部旋回
体１２上に関節式のブーム１３を有し、ブーム１３の先
端にバケット１４を有して地山を掘削する。ブーム１３
は、図９の断面図に示す通り、上下板１Ｕ、１Ｄと左右
側板２Ｌ、２Ｒとの夫々の両端間を溶接され箱形とな
る。ここで例機１０による掘削はブーム１３やバケット
１４を作動させ、また上部旋回体１２を旋回させて行わ
れる。このためブーム１３には上記「掘削力に基づく３
次元方向の外力を受けて曲げや捻じり」が生ずる。そし
てブーム１３は特にその捻じり剛性がその材質や板厚に
問題無いことを前提として主に溶接部の疲労強度に依存
して構成される。

【０００５】一方、クレーン（図示せず）のブームは吊
荷に基づく下向きの曲げが生ずる。例えば実開昭６１−
６５０８７号公報にはクレーン用ブームが開示されてい
る。即ち同公報には、図１０のブームの断面図に示すよ
うに、上下板１Ｕ、１Ｄ（厚板）と左右側板２Ｌ、２Ｒ
（薄板）とを夫々の両端間で補強板３と共にコーナ溶接
して箱形とされた第１のブームが開示されている。また
図１１のブームの断面図に示すように、上下板１Ｕ、１
Ｄ（厚板）の左右端１ＵＬ、１ＤＲを直角に折り曲げ、
これら先端間に左右側板２Ｌ、２Ｒ（薄板）の上下端を
溶接して箱形とされた第２のブームも開示されている。
そしてかかる第２のブームによれば、第１のブームで得
られたクレーン作業時におけるブームの曲げ剛性（例え
ば上板１Ｕでの引っ張り強度、下板１Ｄでの圧縮強度及
び特に左右側板２Ｌ、２Ｒでの座屈強度）を確保しつ
つ、補強板３を無くした分だけ構造の簡素化と軽量化と
を達成できるとされている。ここでブームの曲げ剛性
は、溶接ではなく、鋼板自体の強度向上（特にクレーン
のブームとして要求される左右側板での座屈強度）の維
持に着目されて構成されていることが分かる。

【０００６】（１）即ち曲げ、引っ張り、圧縮、捻じり
等に耐える強度部材としては、上記油圧式掘削機械のブ
ームが最適例となる。ところがこの場合、溶接部の疲労
強度を考慮しなければ、構造の簡素化、加工の容易化、
軽量化も図ることができないことになる。

【０００７】（２）一方、上記クレーンのブームは左右
側板での座屈強度の維持が主眼点とされ、上記第２のブ
ームでは左右側板での座屈強度を維持しつつ、構造の簡
素化と軽量化とが図られている。ところが上記クレーン
のブームでは吊り作業だけであるから捻じり強度を考慮
する必要がない。このため第２のブームの構成をそのま
ま油圧式掘削機械のブームとして採用できない。即ち第
２ブームは、構造の簡素化と軽量化とは達成されている
としても、捻じりに耐える強度部材とは言えない。

【０００８】（３）しかも上記クレーンの第２のブーム
は上下板１Ｕ、１Ｄの左右端１ＵＬ、１ＤＲを直角に折
り曲げてある。これはクレーンのブームがほぼなだらか
な角柱形状であるため適用できるのである。ところが側
面形状や上下形状が図８の油圧式掘削機械のブームよう
に複雑形状であるときは、この複雑形状に沿って再度曲
げ加工しなければならず、そしてこのような再曲げ加工
は実際上困難である。即ち複雑形状に対しては、その曲
がり目等において、その形状に合致した形状の別の鋼板
を準備する必要が生じてしまう。つまり第２のブームの
構成では、加工上、油圧式掘削機械のブームとして採用
できない。

【０００９】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、
強度部材であることを満足しつつ、構造の簡素化、加工
の容易化、軽量化を図った溶接箱形部材を提供すること
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段及び効果】上記目的を達成
するため、本発明に係る溶接箱形部材の第１は、複数の
鋼板を順次溶接して箱形とされた溶接箱形部材におい
て、互いに溶接された鋼板の少なくとも一方の鋼板は、
その非溶接部の板厚が溶接部の板厚よりも薄いことを特
徴としている。

【００１１】上記第１構成によれば、次のような作用効
果を奏する。溶接箱形部材を構成する鋼材での応力分布
は溶接部を最大として中央部に向かうほど低下する。従
って上記第１構成としても溶接箱形部材全体の強度の低
下が無く、構造の簡素化及び軽量化を図ることができ
る。しかも非溶接部の板厚が溶接部の板厚よりも薄いだ
けであるから、製造上の問題もなく、また溶接箱形部材
が複雑形状であっても平鋼と同様の簡便さをもって複雑
形状に沿った曲げ加工を行うこともできる。即ち上記第
１構成によれば、加工の容易化も達成される。

【００１２】第２に、上記第１構成の溶接箱形部材にお
いて、非溶接部の板厚が溶接部の板厚よりも薄い鋼板
は、非溶接部となる位置の板厚が溶接部となる位置の板
厚よりも薄くなるように予め成形された形綱であること
を特徴としている。

【００１３】上記第２構成によれば、非溶接部の板厚が
溶接部の板厚よりも薄い鋼板が形綱であるから、製造容
易、また複雑形状の溶接箱形部材に対してもその複雑形
状に沿った曲げ加工も容易である。

【００１４】第３に、上記第１又は第２構成の溶接箱形
部材において、非溶接部の板厚が溶接部の板厚よりも薄
い鋼板は、その末端部では非溶接部と溶接部との板厚が
略同一とされていることを特徴としている。

【００１５】上記第３構成によれば、末端部の凹部で隙
間が形成されないため、溶接箱形部材内と外気とが連通
することが無く、従って水分等が溶接箱形部材内に侵入
して内部が発錆することが無い。また溶接箱形部材の捻
じれ剛性が低下することが無い。さらにまた末端部と他
の鋼板との溶接性が補償される。

【００１６】第４に、上記第１、第２又は第３構成の溶
接箱形部材において、非溶接部の板厚が溶接部の板厚よ
りも薄い鋼板は、その非溶接部と溶接部との板厚の差を
当該溶接箱形部材の外表面に露出していることを特徴と
している。

【００１７】上記第４構成によれば、次のような作用効
果を奏する。凹みを外側面に設けて露出させた溶接箱形
部材と、内側面に設けた溶接箱形部材とでは、仮に両者
の外側最大寸法が同一ならば、前者（即ち第４構成）の
方が、単純曲げ強度は若干低下するものの、非溶接部の
板厚を若干厚くしておきさえすれば、強度回復できる。
それにも増して第４構成では、溶接箱形部材を外観した
とき、コーナ部の凸部が帯状に観察されるため、観察者
は強度上の安心感が得られる。

【００１８】第５に、上記第４構成の溶接箱形部材にお
いて、非溶接部の板厚が溶接部の板厚よりも薄い鋼板
は、当該溶接箱形部材の末端開口を閉塞する向きに折り
曲げられていることを特徴としている。

【００１９】上記第５構成によれば、次のような作用効
果を奏する。溶接箱形部材の末端は開口し、この開口は
他の鋼板によって閉塞されるのが普通である。ところが
第５構成では、上記第１、第２構成の作用効果の通り、
鋼材の曲げ加工性が良い。この加工性の良さを適用した
のがこの第５構成である。即ち予め鋼板の後端部を溶接
箱形部材の末端開口形状に併せて曲げ加工しておき、こ
の第５構成としたものである。即ち、第５構成によれ
ば、溶接箱形部材の末端開口を閉塞するための上記他の
鋼板が不要である。また鋼板の曲げ加工部は連続性を持
つためその強度を維持できる。

【００２０】

【発明の実施の形態及び実施例】本発明に最適な実施形
態例を図１〜図７を参照し説明する。図１は第１実施例
の断面図、図２は第２実施例の断面図、図３は第３実施
例の断面図、図４は第３実施例及び第４実施例を説明す
る溶接箱形部材の部分斜視図、図５は第５実施例の断面
図、図６は第６実施例なる鋼板の端部の斜視図、図７は
第７実施例なる鋼板の断面図である。尚、各実施例を搭
載する例機は、前記図８の油圧式掘削機械である。

【００２１】先ず例機なる油圧式掘削機械を図８を参照
し詳細に説明する。例機１０は下部走行体１１上に上部
旋回体１２を有し、上部旋回体１２上にエンジン１２ａ
と、一方のカウンタウエイト１２ｂと、他方の関節式の
ブーム１３とを有し、ブーム１３の先端にバケット１４
を有して地山を掘削する。ブーム１３は上部旋回体１２
に基端をピン連結され第１油圧シリンダ１３ａ１によっ
て俯仰自在とされた第１ブーム１３ａと、第１ブーム１
３ａの先端に基端をピン連結され第２油圧シリンダ１３
ｂ１によって俯仰自在とされた第２ブーム１３ｂと、第
２ブーム１３ｂに基端をピン連結されて先端にバケット
１４をピン連結される第３油圧シリンダ１４１とを有し
て構成される。即ちバケット１４は第２ブーム１３ｂの
先端に基端をピン連結され第３油圧シリンダ１４１によ
って回転自在とされている。このような例機１０におけ
る第１、第２ブーム１３ａ、１３ｂ（以下、総称すると
きはブーム１３とする）の夫々が下記の各実施例なる溶
接箱形部材で構成されている。

【００２２】即ち第１実施例は、図１に示す通り、鋼板
なる上板１Ｕと、下板１Ｄと、左側板２Ｌと、右側板２
Ｒとの夫々の両端部間を溶接して箱形とされている。こ
こで上下板１Ｕ、１Ｄは、ブーム１３の内側面におい
て、中央部である非溶接部が凹んで板厚ｔ01とされ、両
端部である溶接部の板厚ｔ１よりも薄くしてある（ｔ01
＜ｔ１）。尚、このような下上板１Ｕ、１Ｄはロール等
によって中央部の板厚ｔ01が両端部の板厚ｔ１よりも薄
くなるように予め成形された形綱である（尚、形鋼に限
定される必要は何もない）。

【００２３】即ち上記第１実施例によれば、次のような
作用効果を奏する。先ず、前記図９の従来のブームの上
下板１Ｕ、１Ｄの板厚は溶接部の疲労強度を維持できる
両端部の板厚を基準とし、全体に渡って均等板厚とされ
ている。ところが上下板１Ｕ、１Ｄでの応力分布は溶接
部を最大として中央部に向かうほど低下する。即ち、前
記図９の従来の均等板厚のブームは、中央部において過
剰品質（言い換えれば不要に大きい安全率）であること
になる。この点に着目し、できるだけ応力の均一化を図
り安全率のばらつきを無くし、結果として、得られた構
成が上記第１実施例である。即ち第１実施例によれば、
強度部材であることを満足しつつ、構造の簡素化及び軽
量化も満足している。しかも非溶接部の板厚ｔ01が溶接
部ｔ１の板厚よりも薄いだけであるから、上下板１Ｕ、
１Ｄの製造は上記形鋼からも明らかなように、製造上の
問題もない。また油圧式掘削機械のブーム１３としての
複雑形状に対しても、前記図１１の従来のクレーンの第
２のブームのように、両端を直角に折り曲げたものでも
ないから、平鋼と同様の簡便さをもって複雑形状に沿っ
た曲げ加工を行うこともできる。即ち上記第１実施例に
よれば、加工の容易化も達成される。

【００２４】上記第１実施例の効果を試作品の実際成績
で述べる。前記図９の従来の上下板１Ｕ、１Ｄの板厚は
１２ｍｍである。一方、上記第１実施例に基づく上下板
１Ｕ、１Ｄの板厚は、上記作用効果を完全に維持できる
ことを前提条件として、溶接部での板厚ｔ１（＝１２ｍ
ｍ、図９の従来板厚と同じ）に対し、非溶接部での板厚
ｔ01（＝７ｍｍ）を得た。この構成において、特に軽量
化の面で、上下板１Ｕ、１Ｄの重量を約２６％低減で
き、もってブーム１３の全体重量も約５％低減できた。
尚、カウンタウエイト１２ｂの重量は、油圧式掘削機械
なる例機１０のバランス上の観点から、ブーム１３の全
体重量の前記軽量化分の数倍分だけ軽量化できる（機種
によってここ倍率は異なる）。このためカウンタウエイ
ト１２ｂも軽量化でき、もってエンジン１２ａの燃料消
費率（即ち、例機の掘削効率）を大幅に向上でき、省エ
ネ化も達成できた。

【００２５】第２実施例を図２に示す。上記第１実施例
では上下板１Ｕ、１Ｄのみブーム１３の内側面において
中央部である非溶接部を凹ませた板厚ｔ01とし、両端部
である溶接部の板厚ｔ１よりも薄くしたが（ｔ01＜ｔ
１）、第２実施例では、図２に示す通り、上下板１Ｕ、
１Ｄの溶接相手材である左右側板２Ｌ、２Ｒも、上記上
下板１Ｕ、１Ｄと同様、ブーム１３の内側面において、
中央部である非溶接部を凹ませて板厚ｔ02とし、上下端
である溶接部の板厚ｔ２よりも薄くしてある（ｔ02＜ｔ
２）。

【００２６】上記第２実施例によれば、第１実施例より
もさらなる軽量化（即ち、省エネ化や作業効率増大）を
達成できることは明らかである。

【００２７】第３実施例を図３及び図４に示す。上記第
１実施例では、上下板１Ｕ、１Ｄをブーム１３の内側面
において凹むように構成した。これに対し第３実施例
は、図３に示すように、上下板１Ｕ、１Ｄをブーム１３
の外側面において、凹むように構成してある。即ち非溶
接部と溶接部との板厚ｔ１、ｔ01の差をブーム外側面に
露出させたものである。

【００２８】上記第３実施例によれば、次のような作用
効果を奏する。図４で示される第２ブーム１３ｂの後部
斜視図で示すように、第３実施例を外観すると、コーナ
部の凸部が帯状に観察されるため、観察者は強度上の安
心感が得られる。

【００２９】第４実施例も前記図４に示す。即ち第４実
施例は、同図４に示す通り、下板１Ｄの後端部を第２ブ
ーム１３ｂの後端から上端まで巻き上げ、上板１Ｕの後
端部まで溶接してある。

【００３０】上記第４実施例によれば、次のような作用
効果を奏する。図４に示された第２ブーム１３ｂの末端
は開口し、この開口は他の鋼板によって閉塞されるのが
普通である。ところが第４実施例では、上記第１実施例
での作用効果で述べた通り、非溶接部の板厚ｔ01が溶接
部の板厚ｔ１よりも薄い鋼板（第１実施例では上下板１
Ｕ、１Ｄ）は曲げの加工性が良い。この加工性の良さを
適用したのがこの第４実施例である。即ち予め下板１ｄ
の後端部を左右側板２Ｌ、２Ｒの後端部の形状に併せて
曲げ加工しておき、上記第４実施例の如く構成すること
により、第２ブーム１３ｂの末端開口を閉塞するための
他の鋼板を不要としたものである。また第４実施例によ
れば、下板１Ｄが曲がってもその連続性（即ち、溶接線
が少なくなること）により強度変化（即ち、応力集中
等）が無い等の効果も得られる。

【００３１】第５実施例を図５に示す。上記第２実施例
が第１実施例に対応した構成であると同様、第５実施例
は上記第３実施例に対応して構成されている。即ち第３
実施例では上下板１Ｕ、１Ｄのみブーム１３の外側面に
おいて中央部である非溶接部を凹ませた板厚ｔ01とし、
両端部である溶接部の板厚ｔ１よりも薄くして構成した
が（ｔ01＜ｔ１）。これに対し第５実施例は、図５に示
す通り、左右側板２Ｌ、２Ｒも、上記上下板１Ｕ、１Ｄ
と同様、ブーム１３の外側面において、中央部である非
溶接部が凹ませて板厚ｔ02とし、上下端部である溶接部
の板厚ｔ２よりも薄くして構成したものである（ｔ02＜
ｔ２）。

【００３２】上記第５実施例によれば、第３実施例より
もさらなる軽量化（即ち、省エネ化や作業効率増大）を
達成できることは明らかである。

【００３３】第６実施例を図６に示す。第１〜第５実施
例での非溶接部の板厚が溶接部の板厚よりも薄い鋼板
（第１、第２実施例では上下板１Ｕ、１Ｄであり、第３
〜第５実施例では上下板１Ｕ、１Ｄ及び左右側板２Ｌ、
２Ｒ）は夫々の末端部でも非溶接部の板厚ｔｏと、溶接
部の板厚ｔ１とが異なってしまう。この隙間では他の鋼
板との溶接性を悪くし、ブーム１３の捻じれ剛性を確保
することが難しい。またこの隙間を放置すると、末端部
の凹部で形成される隙間によってブーム１３内と外気と
が連通し、水分等がブーム１３内に侵入して内部発錆等
の原因となる。

【００３４】そこで第６実施例は、図６に示す通り、非
溶接部の板厚が溶接部の板厚よりも薄い鋼板（図６では
下板１Ｄ）において、その末端部の板厚ｔ03を溶接肉盛
りや当て板溶接等によって溶接部の板厚ｔ１と同じ板厚
（ｔ03＝ｔ１）としたものである。

【００３５】即ち第６実施例によれば、末端部の凹部で
隙間が形成されないため、末端部と他の鋼板との溶接性
が補償され、ブーム１３の捻じれ剛性が低下することが
無い。さらにまたブーム１３内と外気とが連通すること
が無く、従って水分等がブーム１３内に侵入して内部が
発錆することが無い。

【００３６】第７実施例を図７に示す。上記第１〜第６
実施例における非溶接部の板厚が溶接部の板厚よりも薄
い鋼板は片面のみ非溶接部を凹ませたが、両面を凹ませ
ても構わない。これが図７の第７実施例である。

【００３７】尚、上記第１〜第７実施例なるブーム１３
は、４枚の鋼板で箱形を構成したが、その特徴部は、例
えば３枚の鋼板でなる三角断面、５枚の鋼板でなる五角
断面、より多くの複数鋼板でなる多角断面の溶接箱形部
材に対し適用しても構わない。

【００３８】また上記各実施例の溶接箱形部材は油圧式
掘削機械のブームに適用したが、高強度、構造の簡素
化、加工の容易化、軽量化を要請されるときは、クレー
ンのブーム、他の作業機械の強度メンバ、建築物の梁や
支柱等に適用しても構わない。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の断面図である。

【図２】第２実施例の断面図である。

【図３】第３実施例の断面図である。

【図４】第２ブームの後部斜視図であり、第３、第４実
施例の説明図である。

【図５】第５実施例の断面図である。

【図６】第６実施例の鋼板の末端部の斜視図である。

【図７】第７実施例の鋼板の断面図である。

【図８】油圧式掘削機械の側面図である。

【図９】図８のブームの断面図である。

【図１０】クレーンの第１のブームの断面図である。

【図１１】クレーンの第２のブームの断面図である。

【符号の説明】

１Ｕ、１Ｄ、２Ｌ、２Ｒ鋼板１３溶接箱形部材ｔ01、ｔ02 非溶接部の板厚ｔ１、ｔ２溶接部の板厚

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の鋼板を順次溶接して箱形とされた
溶接箱形部材において、互いに溶接された鋼板の少なく
とも一方の鋼板は、その非溶接部の板厚が溶接部の板厚
よりも薄いことを特徴とする溶接箱形部材。
【請求項２】請求項１記載の溶接箱形部材において、
非溶接部の板厚が溶接部の板厚よりも薄い鋼板は、非溶
接部となる位置の板厚が溶接部となる位置の板厚よりも
薄くなるように予め成形された形綱であることを特徴と
する溶接箱形部材。
【請求項３】請求項１又は２記載の溶接箱形部材にお
いて、非溶接部の板厚が溶接部の板厚よりも薄い鋼板
は、その末端部では非溶接部と溶接部との板厚が略同一
とされていることを特徴とする溶接箱形部材。
【請求項４】請求項１、２又は３記載の溶接箱形部材
において、非溶接部の板厚が溶接部の板厚よりも薄い鋼
板は、その非溶接部と溶接部との板厚の差を当該溶接箱
形部材の外表面に露出していることを特徴とする溶接箱
形部材。
【請求項５】請求項４記載の溶接箱形部材において、
非溶接部の板厚が溶接部の板厚よりも薄い鋼板は、当該
溶接箱形部材の末端開口を閉塞する向きに折り曲げられ
ていることを特徴とする溶接箱形部材。