WO1999004104A1

WO1999004104A1 - Structure d'unite de travail pour excavateur a godets et son procede de fabrication

Info

Publication number: WO1999004104A1
Application number: PCT/JP1998/003182
Authority: WO
Inventors: Hidetoshi Sasaki; Toshio Tanaka; Tatsushi Itoh; Nobuyoshi Masumoto
Original assignee: Komatsu Ltd.
Priority date: 1997-07-15
Filing date: 1998-07-15
Publication date: 1999-01-28
Also published as: US6349489B1; JP3761404B2; GB0000459D0; KR100652319B1; US6536652B2; DE19882546T1; US20020056212A1; GB2343173B; KR20010021803A; GB2343173A

Description

明細書バケツ卜式掘削機の作業機用構造物及びその製造方法技術分野

本発明は、油圧ショベル等のバケツト式掘削機の作業機用構造物、バケツト式掘削機のアーム及びバケツ卜式掘削機の作業機用構造物の製造方法に関するものである。背景技術

バケット式掘削機の一種である油圧ショベルは図 1 に示すように、下部走行体 1 に上部車体 2を旋回自在に取付け、その上部車体 2 にブーム 3を上下揺動自在に取付け、そのブーム 3 にアーム 4 を上下揺動自在に取付け、このアーム 4 の先端部にバケッ卜 5 を上下首振り自在に取付ける。上部車体 2 とブーム 3 とに亘つてブーム用シリンダ 6 を連結し、ブーム 3 とアーム 4 とに亘つてアーム用シリンダ 7 を連結し、ァ一厶 4 とバケツト 5 とに亘つてバケツト用シリンダ 8を連結してある。

かかる油圧ショベルはブーム 3 、アーム 4を上下に揺動すると共に、バケツト 5を上下首振りしながら上部車体 2 を左右に旋回して掘削及びダンプトラックへの積込み等の作業を行なう。

前述のアーム 4 は図 2 に示すように、アーム本体 ] 0 と、このァ —ム本体 1 0 の長手方向一端部に接合したァームシリンダ取付用ブラケット 1 1 と、アーム本体 1 0の長手方向他端部に接合したバゲット連結用ブラケッ卜 1 2で形成されている。ァーム本体 1 0 は図 3 に示すように上横板 1 3、下横板 1 4、左右の縦板 1 5、 1 5を直角に溶接した矩形断面中空形状としてある。

アーム 4 には作業時に図 1 に示すように、パケット 5 より上下方向の負荷 F 1 、左右方向の負荷 F 2、ねじれ負荷 F 3等が作用し、これらの負荷に対して耐久性を確保してある。

例えば、上下方向の負荷 F 1 に対しては図 3 に示すように幅 W、高さ Hおよび上横板 1 3 、下横板 1 4、左右の縦板 1 5、】 5の板厚を負荷の大きさに応じて適切に設定している。左右方向の負荷 F 2、ねじれ負荷 F 3 に対しては前述のことに加えて図 2 に示すようにリブ 1 6 などの断面拘束材を付加している。

油圧ショベルは上部車体 2 を中心としてブーム 3 、アーム 4、バケット 5からなる作業機の掘削能力に応じて上部車体 2 の後方に力ゥンタウエイト 9 を設けてあり、前述の作業機を軽量化すれば上部車体 2の後方のカウンタウェイ卜 9 を軽量にすることができ、さらには上部車体 2後方の突き出しが少なくなるため、上部車体の後端旋回半径を小さくできる。

また、ブーム 3、アーム 4、バケツト 5からなる作業機を軽量化すれば、カウンタウェイト 9 を軽量とする代りにパ'ケット容量を增し、作業量を増すことが可能となる。

アーム 4 はアーム用シリンダ 7 で上下に揺動され、そのアーム用シリンダ 7 の推力の一部がァーム 4の自重を支持するものとして使用されるから、アーム 4 を軽量とすればアーム用シリンダ 7の推力をアーム 4の上下揺動力として有効に利用できる。同様にアーム 4 の自重はブーム用シリンダ 6 にも作用するので、アーム 4を軽量とすればブーム用シリンダ 6 の推力を有効利用できる。

一般的にバケツト式掘削機の作業機の強度を考える場合、最も簡便な方法として作業機を材料力学で論じられている梁や薄肉管に置き換えて曲げやねじりに対する強度を評価することができる。

つまり、材料力学で用いられる以下の一般式（ 1 ) ( 2 ) で断面に発生する曲げ応力ひ、せん断応力 rを求めることができる。

( 1 ) o = / τ

(ただし、 σ ：断面に発生する曲げ応力、 Μ ：断面にはたらく曲げモーメント、 Ζ ：断面係数）

( 2 ) r = Τ / 2 A t

(ただし、て：せん断応力、 T : ねじりトルク、 A : 断面板厚中立線投影面積、 t ：断面板厚）

そして上記計算結果と使用材料の許容応力から適正な断面形状を定めることができる。また同様に材料力学の一般式を用いて梁のたわみゃ蚰のねじれも計算することができ、これより作業機の剛性についても評価することができる。

しかし、このような評価方法で設計された作業機を実際に製作し、応力試験を行った場合、評価時に算出した応力値と異なる結果となることが多い。このようなことから、近年では応力評価の精度を向上させるために有限要素法（ F E M ) を用いたコンピュータによるシミュレ一ションを評価方法として用いるようになってきている。 F E Mシミュレーションを用いて応力計算を行ってみると、材料力学の梁や軸と見なしていた作業機の断面は、負荷を与える前後において、その形状が変化することがわかり、このことから断面形状が変化しないという前提の基にみちびかれている材料力学の一般式での計算応力と実際の応力試験を行つた場合の計測応力が合致しないことが理解できる。

従来技術で用いられている矩形断面形状の作業機の場合、断面の変形強度を決定する要素は矩形角部の剛性と、矩形辺部の面外方向の剛性の 2つである。これら 2つの剛性が負荷に対して十分な強度をもたない場合、図 4 に示すような断面の変形が発生し、矩形角部に過大な応力が生じる。これらを防止するために、断面の変形が生じている部位に隔壁などの断面拘束材が必要になるが、これらを設けることにより、作業機の生産性が悪くなる。

このことをアーム 4 についてあてはめてみると、アーム 4 は図 3 に示すように矩形断面中空形状であり、その断面剛性が角部 a の曲げ剛性と 4つの面（上横板 1 3、下横扳 1 4、左右の縦板 1 5、 1 5 ) の面外方向剛性（曲げ剛性）により決定されるということである。

つまり、断面の変形に対し面の曲げ剛性と角部の曲げ剛性の影響が大であり、例えば図 3 において下板 1 4を固定して矢印で示す荷重 Fが作用した場合には図 4 に模式的に示すように、各角部 aが曲げ変形すると共に、上板 1 3、左右の縦板 1 5、 1 5が面外方向

(厚さ方向）に曲げ変形する。また、板厚を低減した場合の面外方向剛性の低下は板厚低下率の 3乗に比例する。

このために、各板の板厚を薄くしてアームを軽量化すると、ァーム 4 に左右方向の負荷 F 2、ねじれ負荷 F 3が作用した時に、図 3 に矢印 b、 cで示す方向に変形（ゆがみ）が生じるので、各板の板厚を薄くするには限度があるし、上下方向の負荷 F 1 による変形を防止する.ために前述のリブ 1 6 などの断面拘束材を強固なものとしなければならず、その断面拘束材によつてアーム重量が重くなるし. リブ 1 6のために構造が複雑化し、溶接部分の增加等により生産性が悪くなる等の問題がある。

また、アーム 4 には図 2 に示すように、バケツ卜用シリンダ 8を連結するバケツトシリンダ用ブラケット 1 7、ブーム 3 を連結するブーム連結用ボス 1 8が設けてある。これらを設ける部分、例えば左右縦板 1 5、 1 5、上横板 1 3の板厚を薄ぐすると面外方向の剛性が低下するため、面外方向の変形を增長させ、アーム 4の剛性が低下して図 3 に仮想線で示すように変形することがあるため、ァーム本体 1 0を形成する板材の板厚を薄くすることは困難である。また、アーム本体 1 0を形成する各板材を直角として溶接しているから、その板材の板厚を薄くすると溶接継手効率が低下し、角継手の耐久性を確保することが困難となるため、アーム本体 1 0を形成する板材の板厚を薄くすることは困難である。

また、従来のアームは上横板 1 3、下横板 1 4、左右の縦板 1 5、 1 5をアーム本体 1 0の形状に合せてそれぞれ切断加工して形成し、各板材を直角となるように 4 ケ所で溶接してアーム本体 1 0 とし、そのアーム本体 ] 0 にァ一ムシリンダ用ブラケッ卜 1 1 、バケツト連結用ブラケット 1 2を溶接しているので、各板材の加工が複雑であると共に、溶接個所（溶接線）が長く、アームの製作が多工程にわたるため複雑である。

なお、図 5 に示すように一枚の板 dをコ字状に折り曲げて上横板 1 3、左右の縦板 1 5、 1 5を一体的としたアームも知られているが、この場合でも板 d と下横板 1 4を切断する工程、折り曲げるェ程、 2 ケ所の溶接箇所（溶接線）を溶接する工程を経るためアームの製作が多工程にわたり複雑である。

そこで、本発明は前述の課題を解決できるようにしたバケツト式掘削機の作業機用構造物、バケツト式掘削機のアーム及びバケツト式掘削機の作業機用構造物の製造方法を提供することを目的としている。発明の開示

第 1 の発明のバケツ卜式掘削機の作業機用構造物は、油圧ショべルのようなバケッ卜式掘削機におけるアーム等の作業機用構造物において、その本体 2 2の横断面形状を中空の三角形状にしたことを特徵としている。

第 1 の発明によれば、構造物本体 2 2が横断面三角形状であるから、構造物本体 2 2 は、負荷によって面外方向に断面変形しにくいという三角形の持つ性質から、隔壁、パイプ等の断面拘束材を用いることなしに断面形状の保持と剛性の確保が可能となる。このよ.うであるから、構造物本体 2 2の板厚を薄くして軽量化できるし、隔壁、パイプ等の断面拘朿材が不要になるために構造が簡単で、溶接部分が少ないから、耐久性ならびに生産性が向上する。したがって、第 1の発明によれば、大幅な重量軽減が可能で、耐久性ならびに生産性に優れた構造物となる。

第 2の発明のバケツ卜式掘削機の作業機用構造物は、第 1 の発明の横断面形状において、三辺を直線とし、二辺の各会合部をそれぞれ円弧状に構成したことを特徴としている。

第 2 の発明によれば、構造物本体 2 2の横断面形状は、三辺を直線とし、二辺の各会合部を円弧状としたので従来構造物の断面積に内接するように断面積を大きくできたので、断面性能を維持でき、角部を円弧にすることにより応力分散が可能となる。したがって、第 2の発明によれば、大断面積を確保して断面性能を維持し、剛性の高い構造物となる。

第 3 の発明のバケツト式掘削機のアームは、先端側にバケツト力く取付けられると共に、ブームに枢支されるバケツ卜式掘削機のァ一ムにおいて、アーム本体 2 2 の横断面形伏を中空の三角形状にしたことを特徴としている。

第 3の発明によれば、アーム本体 2 2が横断面三角形状であるから、アーム本体 2 2 は、負荷によって面外方向に断面変形しにくいという三角形の持つ性質から、隔壁、パイプ等の断面拘束材を用いることなしに断面形状の保持と剛性の確保が可能となる。このようであるから、アーム本体 2 2の板厚を薄くして軽量化できるし、隔壁、パイプ等の断面拘朿材が不要になるために構造が簡単で、溶接部分が少ないから、耐久性ならびに生産性が向上する。したがって、第 3の発明によれば、大幅な重量軽減が可能で、耐久性ならびに生産性に優れたアームとなる。

第 4の発明のバケツト式掘削機のアームは、第 3の発明の横断面形状において、三辺を直線とし、二辺の各会合部をそれぞれ円弧状に構成したことを特徴としている。

第 4の発明によれば、アーム本体 2 2 の横断面形状は、三辺を直線とし、二辺の各会合部を円弧状としたので従来アームの断面積に内接するように断面積を大きくできたので、断面性能を維持でき、角部を円弧にすることにより応力分散が可能となる。したがつて、第 4の発明によれば、大断面積を確保して断面性能を維持し、剛性の高いアームとなる。

第 5の発明のバケツ卜式掘削機のアームは、第 4の発明の横断面形状において、下面が三角形状の底辺で、上面が三角形状の頂部となる三角形伏とし、その長手方向下面にブーム取付用ブラケット 2 6が接合されていることを特徴としている。

第 5の発明のように、ブームへ取付けるためのブーム取付用ブラケッ卜 2 6 をアーム本体 2 2 の下面に取付けた場合、ァ—ム先端部に左右方向の負荷（図 1の F 2 ) やねじり負荷（図 1の F 3 ) が作用したときには、ブラケット 2 6 に対しては上面側よりも下面側の方が近いため、負荷の負担は、力の伝達経路の短い下面側が大となる傾向がある。従って第 5の発明のように、下面が三角形状の底面となるように構成すれば、これとは上下逆の場合よりも断面性能を一段と効率良く発揮できることになり、一段と重量軽-减をなし得ることになる。また上下方向の負荷（図 1 の F 1 ) の場合も、下面の荷重分担が大となるため、下面が三角形状の底面となるような配置を採用すれば断面性能を一段と効率良く発揮できる。

第 6の発明のバケツト式掘削機のアームは、第 5の発明の横断面形状において、二辺の会合部が円弧状に構成された上面にバケツトシリンダ用ブラケッ卜 2 5を接合したことを特徴としている。

第 6の発明によれば、アーム本体 2 2の頂部は剛性が大である力、ら、バケツトシリンダ用ブラケッ卜 2 5の取付部分の板厚が薄くても変形することがない。これによつて、アーム本体 2 2 のバケツ卜シリンダ用ブラケッ卜 2 5の取付部分の板厚を薄くしてブームをより一層軽量化できる。

第 7 の発明のバケット式掘削機のアームは、第 5の発明の横断面形状において、下面が三角形状の底辺で、上面が三角形状の頂部となり、その頂部が 2つの円弧部と平坦部で構成された断面三角形伏とし、この平坦部にバケツトシリンダ用ブラケット 2 5 を接合したことを特徴としている。

第 7の発明によれば、アーム本体 2 2 の頂部は平坦部であるから、平坦な頂部にバケットシリンダ用ブラケット 2 5 を溶接する場合、溶接継手を隅肉溶接継手にすることによりバケツトシリンダ用ブラケット 2 5の開先処理を不要にするとともに溶接継手ののど厚を確保できるので溶接強度が維持できる。したがって、アーム本体 2 2 の頂部へのバケツトシりンダ用ブラケッ卜 2 5の溶接が容易になるとともに板厚が薄くても溶接強度を維持できる。

第 8の発明のバケツト式掘削機のアームは、第 6 又は第 7 の発明のいずれかにおいて、上記アーム本体 2 2の長手方向一端部にバケッ卜連結用ブラケット 2 3を接合し、その長手方向他端部にアームシリンダ用ブラケット 2 4 を接合したことを特徴としている。

第 8の発明によれば、その実施に好適である。

第 9の発明のバケツ卜式掘削機の作業機用構造物の製造方法は、二つの長辺 7 0、 7 0 と二つの短辺 7 1、 7 1 を有する板材 7 3 を折曲することにより横断面三角形状の中空部材を形成し、二つの長辺 7 0、 7 0の突き合わせ部を溶接することにより構造物本体 2 2 を構成することを特徴としている。

第 9の発明によれば、構造物本体 2 2 は 1枚の板材を折り曲げ成形して突き合わせ部を溶接して製作するので、板材の加工が容易であると共に、溶接箇所（溶接線）が短くなる。これによつて、作業機用構造物の製作の工程が簡単となるから、構造物の製作が容易になる。

第 1 0の発明のバケツ卜式掘削機の作業機用構造物の製造方法は、上記第 9の発明において、上記構造物本体 2 2 は、その横断面形状において、三辺を直線とし、二辺の各会合部をそれぞれ円弧伏に構成すると共に、下面が三角形状の底辺で、上面が三角形状の頂部となるよう配置し、さらに上記二つの長辺 7 0、 7 0の突合せ溶接部を上記下面に配置していることを特徴としている。

第 1 0の発明によれば、上記第 1及び第 2発明の作業機用構造物において得られる利点に加えて、さらに溶接部を下面に配置したことによって、外観向上という利点が得られる。図面の簡単な説明

図 1 は、パワーショベルの斜視図である。

図 2 は、従来のアームの正面図である。

図 3 は、図 2の A - A断面図である。

図 4 は、アームの断面変形の説明図である。

図 5 は、アーム他の例を示す断面図である。

図 6 は、本発明の実施の形態を示すアームの正面図である。図 7 は、本発明の実施の形態を示すアームの平面図である。図 8 は、図 6 の B— B断面図である。

図 9 は、図 6の C— C断面図である。

図 1 0 は、アームの分解斜視図である。

図 1 1 は、図 6 の D— D断面図である。

図 1 2 は、図 6の E — E断面図である。

図 1 3 は、図 6の F— F断面図である。

図 1 4 は、アーム一端部の底面図である。

図 1 5 は、図 1 4の G— G断面図である。

図 1 6 は、図】 4の H— H断面図である。

図 1 7 は、図 6 の I 一 I 断面図である。

図 1 8 は、アームの断面変形の説明図である。

図 1 9 は、アームの断面大きさの説明図である。

図 2 0 は、主アーム本体部材を製作する板材の平面図である。図 2 1 は、図 2 0の J 一 J断面図である。

図 2 2 は、板材の折り曲げ動作説明図である。

図 2 3 は、折り曲げた板材の斜視図である。

図 2 4 は、板材の折り曲げ動作説明図である。図 2 5 は、折り曲げた板材の斜視図である。

図 2 6 は、板材の折り曲げ · 接合動作説明図である。

図 2 7 は、接合状態の板材を示す斜視図である。

図 2 8 は、アーム本体の異なる例を示す説明図である。

図 2 9 は、アーム本体の他の例を示す説明図である。

図 3 0 は、頂部寄り部材の折り曲げ動作説明図である。

図 3 1 は、底辺寄り部材の折り曲げ動作説明図である。

図 3 2 は、突き合せ治具により両部材の一端部を裏波溶接する動作説明図である。

図 3 3 は、突き合せ治具により両部材の他端部を裏波溶接する動作説明図である。

図 3 4 は、アーム本体の異なる三角形状を示す断面図である。図 3 5 は、アーム本体の他の三角形状を示す断面図である。発明を実施するための最良の形態

図 6 と図 7 に示すように、主アーム本体部材 2 0 と補助部材 2 1 でアーム本体 2 2 とし、アーム本体 2 2の長手方向一端部にバケツ卜連結用ブラケット 2 3 を接合し、アーム本体 2 2 の長手方向他端部にアームシリンダ用ブラケット 2 4 を接合し、ァ一ム本体 2 2の上面にバケットシリンダ用ブラケット 2 5を接合し、アーム本体 2 2 の長手方向中間下部にブーム取付用ブラケッ卜 2 6 を接合してァーム 4 としてある。

前記アーム本体 2 2の上面 1 2 a は一直線状で、下面 2 2 "bは長手方向中間部（ブーム連結用ブラケット 2 6の接合部）を境としてほぼ V字状となり、アーム本体 2 2 は長手方向中間部を境として長手方向両端部に向けて高さ方向にそれぞれテーパー形伏となっている。アーム本体 2 2の幅方向も長手方向中間部を境として長手方向両端部に向けてそれぞれテーパー形伏となっている。

つまり、アーム本体 2 2 は長手方向中間部が最も大断面で、長手方向両端部に向けて順次小断面となっている。

前記アーム本体 2 2 は図 8 と図 9 に示すように横断面三角形状の中空形状で、三角形の底辺が下面 2 2 b、三角形の頂部が上面 2 2 a となっている。アーム本体 2 2の下面 2 2 b長手方向中間部に円弧状の切欠凹部 2 7が形成してあり、その切欠凹部 2 7 にブーム連結用ブラケッ卜 2 6が接合してある。

具体的には、長手方向中間部よりも前部寄りが図 8 に示すように主アーム本体部材 2 0のみで断面三角形状となっている。長手方向中間部よりも後部寄りが図 9 に示すように主アーム本体部材 2 0 と補助部材 2 1 で断面三角形状となっている。

前記アーム本体 2 2 は高さ Hが幅 Wよりも大きい二等辺三角形であり、 3つの辺は直線で、 2つの辺の会合部 e 、 f 、 gは円弧伏で、上方の会合部 eの曲率が下方の 2つの会合部 f 、 gの曲率よりも大きい。これによつて、会合部にかかる応力が分散されると共に、はりとして必要な断面性能が確保されてアーム本体の上下方向の剛性が高くなる。

前記主アーム本体部材 2 0 は図 8 と図 1 0 に示すように、鋼板を所定形伏に切断加工した一枚の板材 3 0を折り曲げて長手方向中間部よりも前部寄りを突き合せ溶接して前部寄りを断面三角形状、後部寄りを下面が開口した山形伏としてある。三角形の底辺が下面 2 0 aで三角形の頂部が上面 2 0 b としてある。その溶接部 3 1 は三角形の底辺に長手方向に連続している。

主アーム本体部材 2 0の山形状となった後部寄りの両側縦板下部には円弧状凹部 3 2がそれぞれ形成してある。

前記補助部材 2 1 は図 1 0 に示すように、鋼板を所定形状に切断した一枚の板材 3 3 を折り曲げて横板 2 1 a と一対の縦片 2 1 b、 2 1 bを有するほぼコ字条で、その横板 2 1 a に切欠部 3 4が形成してある。

補助部材 2 1 の一対の縦片 2 1 b、 2 1 bが図 9 に示すように主アーム本体部材 2 0の後部寄りの両側縦板に裏板 3 5 を介して溶接されて断面三角形状としてある。

前記バケット連結用ブラケッ卜 2 3 は図 1 0 に示すように、断面三角形状の中空形状であり、その前端部にビン挿通孔 4 0が形成され、中間部両側面にピン係合孔 4 1がそれぞれ形成され、後端部に三角形伏の連結用突起 4 2がー体的に設けてある。

前記主アーム本体部材 2 0 とバケツト連結用ブラケッ卜 2 3 は図 1 1 に示すように、主アーム本体部材 2 0 (アーム本体 2 2 ) の長手方向一端開口縁をバケット連結用ブラケット 2 3 の連結用突起 4 2 に嵌合して溶接用開先 4 3 を形成し、その部分を溶接する。前記主アーム本体部材 2 0の長手方向一端開口縁 2 0 c は他の部分 2 0 dよりも厚肉としてあり、溶接继手ののど厚を確保して十分な溶接深さが得られ、高強度に溶接できるようにしてある。このようにすることで、主アーム本体部材 2 0 の板厚を薄くして軽量化してもバケッ卜連結用ブラケット 2 3 を高強度で溶接できる。

前記バケツトシリング用ブラケット 2 5 は図 1 0 に示すように、一対の縦片 4 4、 4 4 を横片 4 5で連結したコ字状で、その一対の縦片 4 4、 4 4がアーム本体 2 2 の円弧状となつた上面 2 2 a に図 1 2 に示すように溶接してある。このようであるから、アーム本体 2 2のバケツトシリンダ用ブラケット 2 5の取付部分の剛性が確保され、その部分の板厚が薄くともバケットシリンダ反力によつて変形することがない。

前記ァ一ムシリンダ用ブラケッ卜 2 4 は図 1 0 に示すように、ァーム本体 2 2 の長手方向他端開口縁と同一の三角形状の取付部 5 0 と、この取付部 5 0 の下部に一体的に設けた横板 5 1 と、前記取付部 5 0 と横板 5 1 とに亘つて一体的に設けた一対の縦片 5 2、 5 2 を有している。

前記取付部 5 0 にはほぼ三角形状の連結用突起 5 3がー体的に設けられ、横板 5 1 にはほぼコ字状の連結用突起 5 4が前記連結用突起 5 3 と連続して一体的に設けてある。前記連結用突起 5 3がァーム本体 2 2 の長手方向他端開口縁に図 1 3 に示すように嵌合して溶接用開先 5 5 を形成し、溶接してある。

前記横板 5 1 の連結用突起 5 4が図 1 4、図 1 5、図 1 6 に示すように、補助部材 2 1 の切欠部 3 4 に嵌合して溶接用開先 5 6を形成し、溶接してある。

前記ブーム取付用ブラケッ卜 2 6 は図 1 0 に示すように、下横片 6 0 と一対の縦片 6 1 、 6 1 と円弧状の上横片 6 2で中空形伏としてある。その一対の縦片 6 1 、 6 1 にピン嵌合孔 6 3が形成してある。前記一対の縦片 6 1、 6 1 と上横片 6 2 はアーム本体 2 2の円弧状の切欠凹部 2 7 と同一曲率の円弧状で、上横片 6 ' 2 に円弧状の連結用突起 6 4がー体的に設けてある。図 1 7 に示すように、連結用突起 6 4 をアーム本体 2 2 の切欠凹部 2 7 に嵌合して溶接用開先 6 5 を形成し、溶接される。

以上のように、アームを構成するアーム本体 2 2 は横断面三角形伏であるから、断面矩形形状の場合と異なり、断面の変形強度を決定する要素は三角形各辺部の面内方向の剛性のみで決定される。例えば、図 8、図 9で底辺を固定し、頂部に矢印で示す荷重 Fが作用した場合に、図 1 8 に模式的に示すように底辺 h と頂部 i を結ぶ一方の辺 j に圧縮力が作用して縮み変形し、他方の辺 kに引っ張り力が作用して延び変形し、その 2つの辺 j 、 kには面外方向の力が作用しない。つまり辺 j と辺 k との引張り、圧縮に対する剛性（面内剛性）は面外方向の曲げ（面外剛性）よりも大きいので、前述の横断面三角形状のアームの断面剛性は従来の矩形断面のアームの断面剛性よりも大きいことになる。

板厚を低減した場合の作業機の強度は材料力学の一般式においては、断面の大きさを大きくすることにより、矩形断面も三角断面も同様に断面強度を確保することが可能であるが、断面の変形を考えた場合、矩形断面では板厚低減による角部剛性および辺部面外方向剛性は、板厚低減比率の 3乗に比例し低下するのに対して、三角断面では板厚低減比率に比例し低下するので、横断面三角形伏のァ一ムの板厚の低減による断面剛性の変化は矩形断面のアームの断面剛性の変化よりも少なくなる。

このようなことから、断面三角形状のアームであれば、板厚を薄くしても断面変形が断面矩形形状の従来構造のものに対し、著しく断面の変形を小さくすることができ、このことによりアームを軽量化することが可能になるということである。

また、 .図 8 、図 9 に示すように 2辺の会合部 e、 ί 、 gがそれぞれ円弧状である断面三角形状とすることで、アームの断面を大きくでき、十分な断面性能を確保できる。つまり、図 1 9 に仮想線で示すように機械上での作業機の配置と機動性およびオペレータの視認性等から制約されたスペース（断面の高さ、幅）の矩形の内面に円弧状の各会合部 e、 ί 、 gを内接するようにして断面を大きくできる。

特に上記のように、ブームへ取付けるためのブーム取付用ブラケッ卜 2 6をアーム本体 2 2 の下面に取付けた場合、アーム先端部に左右方向の負荷（図 1 の F 2 ) やねじり負荷（図 1 の F 3 ) が作用したときには、ブラケッ卜 2 6 に対しては上面側よりも下面側の方が近いため、負荷の負担は、力の伝達経路の短い下面側が大となる傾向がある。従って前述のように、下面が三角形状の底面となるように構成すれば、これとは上下逆の場合よりも断面性能を一段と効率良く発揮できることになり、一段と重量軽減をなし得ることになる。また上下方向の負荷（図 1 の F 1 ) の場合も、下面の荷重分担が大となるため、下面が三角形状の底面となるような配置を採用すれば断面性能を一段と効率良く発揮できる。

次に主アーム本体部材 2 0の製造方法を説明する。

図 2 0 に示すように、鋼板を切断して相対向した二つの長辺 7 0、

7 0 と相対向した二つの短辺 7 1、 7 1 で囲まれ、その長辺 7 0 は ―側寄り 7 0 a と他側寄り 7 0 bでほぼ V字状となり、かつ他側寄り 7 0 bに円弧状の切欠部 7 2を有する形状で、ほぼひし形の板材

7 3 を製作する。前記板材 7 3の板厚は一方の短辺 7 1寄り部分 7

3 aが他の部分 7 3 bよりも厚くしてある。具体的には図 2 1 に示すように、所定の形伏に切断した板 7 4の長手方向一端部に厚肉部と薄肉部を有するバー材 7 5をそれぞれ裏波溶接で接合して板材 7

3 としてある。

次に図 2 2 に示すように、二つの円弧面 8 0 a、 8 0 a と、それらをつなぐ直面 8 0 bを有し、その直面 8 0 b の中心に曲率の大きな円弧面 8 0 cを有するダイス 8 0 と、二つの円弧面 8 1 a、 8 1 a とそれらをつなぐ直面 8 1 bを有するポンチ 8 1 を用いて、板材 7 3 の長辺寄りにおける一側寄り部 7 0 aを折り線ィに沿つて折り曲げて図 2 3 に示すようにほぼコの字状とする。

次に図 2 4 に示すように、前述のダイス 8 0 と新しいポンチ 8 2 を用いて板材 7 2の中央部を折り線口に沿って折り曲げて図 2 5 に示すようにほぼ菱形とする。このように同一ダイスを用いるので位置ずれ等を生じないので折り曲げ加工精度を確保できる。

次に図 2 6 に示すように、ダイス 8 3 に折り曲げた板材 7 3をセットし、一対のポンチ 8 4、 8 を左右 · 上下方向に移動して三角形状に折り曲げ、板材了 3の二つの長辺 7 0、 7 0 における一側寄り 7 0 aを図 2 7 に示すように突き合わせる。この状態を保持しながら一対のポンチ 8 4、 8 4間に沿って溶接トーチ 8 5を移動して突き合わせ部を溶接する。

このように、板材 7 3 を最終形状に折り曲げ成形すると同時に溶接するので、溶接部の突き合わせ精度を確保できる。

前記主アーム本体部材 2 0 (アーム本体 2 2 ) は図 2 8 ( a ) ( b ) に示すように、 2枚の板材を折り曲げて頂部側部材 8 7 と底辺側部材 8 8 を製作し、両部材を接合して製造してもよい。

前記主アーム本体部材 2 0 (アーム本体 2 2 ) は図 2 9 ( a ) ( b ) に示すように、 3枚の板材を折り曲げて 3つの部材 8 9 を製作し、 3つの部材を接台して製造してもよい。

図 2 8 ( a ) ( b ) に示すように 2枚の板材で製作する場合には、図 3 0 に示すように底部が円弧伏のほぼ V字状となった凹部 9 0 を有するダイス 9 1 と、この凹部 9 0 と同様な形状のポンチ 9 2 を用いて一枚の板材 9 3 を折り曲げて頂部側部材 8 7 とする。

図 3 1 に示すように、円弧面 9 4 を有する固定ダイス 9 5 と、この円弧面 9 4 と連続する円弧面 9 6 を有する可動ダイス 9 7 と、この可動ダイス 9 7 を固定ダイス 9 5 と離すスプリング 9 8 と、クッシヨンパッド 9 9 と、クッションパッド 9 9 を押し上げるクッションピン 1 0 0でダイス 1 0 1 とする。前記連続した 2 つの円弧面 9 4、 9 6 と同一の円弧面 1 0 2 を有するポンチ 1 0 3 に、可動ダイス 9 7をスプリング 9 8 に抗して移動するカム 1 0 4 を設ける。前記ポンチ 1 0 3が上方位置の時にはクッションパッド 9 9 はクッシヨンピン 1 0 0で押し上げられて可動ダイス 9 7 の上面と面一となる。

前述のダイス 1 0 1 とポンチ 1 0 3 を用いて一枚の板材 1 0 5を折り曲げて底辺側部材 8 8 とする。具体的には、可動ダイス 9 7 とクッションパッド 9 9の上に板材 1 0 5 を載置し、ポンチ 1 0 3を下降する。ポンチ 1 0 3 とクッションパッド 9 9で板材 1 0 5を挟持しながらポンチ 1 0 3 の下降とともにクッションパッド 9 9 が下降し、固定ダイス 9 5の円弧部 9 4で板材 1 0 5 の両端部を順次折り曲げる。 - ポンチ 1 0 3が所定位置まで下降するとカム 1 0 4で可動ダイス 9 7がスプリング 9 8 に抗して移動されて板材 1 0 5 を所定形状に折り曲げて底辺側部材 9 7 とする。

図 3 2 に示す突き合せ治具を用いて頂部側部材 8 7 と底辺側部材 8 8を突き合わせて裏波溶接する。

前記突き合せ治具は、 V字溝 1 1 0を有する本体 1 1 1 と、この本体 1 1 1 の V字溝 1 1 0左右両側に設けた一対の側部押え片 1 1 2、 1 1 2 と、この各側部押え片 1 1 2を移動する一対の第 1 シリンダ 1 1 3、 1 1 3 と、本体 1 1 1 の V字溝 1 1 0上部両側に設けた一対の上部押え片 1 1 4、 1 1 4 と、この各上部押え片 1 1 4 を移動する一対の第 2 シリンダ 1 1 5、 1 1 5 と、 V字溝 1 1 0 に沿つて設けられ本体 1 1 1 の両端に設けた支え軸（図示せず）で支承される裏当て材 1 1 6を備えている。

前記裏当て材 1 1 6 は上面に開口した水冷ジャッ卜 1 1 7 と、下部の支え部 1 1 δを有し、上面には受けプレー卜】 1 9が水冷ジャッ卜 1 1 7 の上部を覆うように取付けてある。この水冷ジャッ卜 1 1 7 には冷却水が流通する。本体 1 1 1の V字溝 1 1 0の上部には溶接トーチ 1 2 0が移動可能に設けてある。

次に裏波溶接の動作を説明する。前述のようにして折り曲げ加工した頂部側部材 8 7 と底辺側部材 8 8 を三角形状に合せて V字溝 1 1 0 と裏当て材 1 1 6 との間に挿入する。

各側部押え片 1 1 2を中心に向けて移動し、各上部押え片 1 1 4 を下方に移動して頂部側部材 8 7の一端部 8 7 a と底辺側部材 8 8 の一端部 8 8 a を受けプレー卜 1 1 9の上面で突き合せる。溶接トーチ 1 2 0を移動して前記突き合せ部を裏波溶接する。

各側部押え片 1 1 2 を側方に向けて移動し、各上部押え片 1 1 4 を上方に移動して各部材と離隔し、一端部 8 7 a、 8 8 aを溶接した頂部側部材 8 7 と底辺側部材 8 8 を V字溝 1 1 0 と裏当て材 1 ] 6 の間から引き抜きする。

引き抜いた頂部側部材 8 7 と底辺側部材 8 8 を回転して図 3 3 に示すように再び V字溝 1 1 0 と裏当て材 1 1 6の間に挿入し、前述と同様にして他端部 8 7 b、 8 8 bを裏波溶接する。

これによつて、 2部材からなる主アーム本体部材 2 0 (アーム本体 2 2 ) を製作できる。

また、図 2 9 ( a ) ( b ) に示すように 3枚の板材で製作する場合には、前述の図 3 0で示すと同様なダイス 9 1 とポンチ 9 2を用いて一枚の板材をそれぞれ折り曲げて 3 つの部材 8 9 を製作し、その 3つの部材 8 9を前述の図 3 2に示す突き合せ治具を用いて順次 3 ケ所を裏波溶接することで製作する。

また、ァーム本体 2 2 は図 3 4 ( a ) ( b ) に示すように上方の会合部 eを 2つの円弧部 X、 Yと平坦部 Y、曲率の小さな 2つの円弧部 Ζ - 1 と曲率の大きな円弧部 Ζ— 2で形成しても良い。

なお、図示していないが、 3つの会合部の全て、又は 1つ、 2つを前述の形状としても良いし、それぞれの会合部を異なる形状の組み合せとしても良い。

前述の図 3 4 ( a ) に示す平坦部 Υを有する形状とすれば、バケットシリンダ用ブラケッ卜 2 5を平坦部 Υに溶接できるから、溶接継手を隅'肉溶接継手にすることによりバケットシリンダ用ブラケット 2 5の開先処理を不要にするとともに溶接継手ののど厚を確保できるので、溶接強度が維持できる。

前記アーム本体 2 2 (主ァ一ム本体部材 2 0 ) は図 3 5に示すように、 3つの辺を直線ではなく曲率 Rの大きな円弧でふくらみを有する形状としても良い。また、 3つの辺のそれぞれにふくらみの有る形状と直線形状の組み合せとしても良い。

前記溶接方法は、 MA G (M e t a l A c t i v e G a s ) 溶接や M I G (M e t a l I n e r t G a s ) 溶接を前提として溶接継手等を説明しているが、溶接継手を変更することにより、レーザ溶接や電子ビーム溶接等の高エネルギー溶接を適用することも可能である。そしてこのような高工ネルギ密度熱源を用いる場合、主アーム本体部材 2 0開口縁 2 0 cに設けていた厚肉部分の形成を省略し、これらを他の部分 2 O b と同厚さにすると共に、各連結用突起 4 2、 5 3、 5 4、 5 5、 5 6、 6 4を省略し、これらの部分を突合せ裏波溶接する構成としてもよい。なお上記においては油圧ショベルのアームを例にして実施の形態を説明している力 <、この発明は他の構造のバケツ卜式掘削機においても、またアーム以外の作業機用構造物に対しても上記したのと略同様に適用可能である。

Claims

請求の範囲

1 . 油圧ショベルのようなバケツ卜式掘削機におけるアーム等の作業機用構造物において、その本体（ 2 2 ) の横断面形状を中空の三角形状にしたことを特徴とするバケツト式掘削機の作業機用構造物。

2. 上記本体（ 2 2 ) の横断面形状は、三辺を直線とし、二辺の各会合部をそれぞれ円弧伏に構成したことを特徴とする請求の範囲第

1項記載のバケツ卜式掘削機の作業機用構造物。

3 . 先端側にバケツ卜が取付けられると共に、ブームに枢支されるバケツ卜式掘削機のアームにおいて、アーム本体（ 2 2 ) の横断面形伏を中空の三角形状にしたことを特徴とするバケッ卜式掘削機のアーム。

4 - 上記アーム本体（ 2 2 ) の横断面形状は、三辺を直線とし、二辺の各会合部をそれぞれ円弧状に構成したことを特徴とする請求の範囲第 3項記載のバケツ卜式掘削機のアーム。

5 . 上記アーム本体（ 2 2 ) の横断面形状は、下面が三角形状の底辺で、上面が三角形状の頂部となる三角形状とし、その長手方向下面にブーム取付用ブラケッ卜（ 2 6 ) が接合されていることを特徴とする請求の範囲第 4項記載のバケッ卜式掘削機のァーム。

6. 上記二辺の会合部が円弧状に構成された上面にバケツトシリンダ用ブラケット（ 2 5 ) を接合したことを特徴とする請求の範囲第 5項記載のバケツト式掘削機のアーム。

7. 上記アーム本体（ 2 2 ) の横断面形状は、下面が三角形状の底辺で、上面が三角形状の頂部となり、その頂部が 2つの円弧部と平坦部で構成された断面三角形状とし、この頂部の平坦部にバケツ卜シリンダ用ブラケッ卜（ 2 5 ) を接合したことを特徴とする請求の範囲第 5項記載のバケツト式掘削機のアーム。

8. 上記アーム本体（ 2 2 ) の長手方向一端部にバケッ卜連結用ブラケット（ 2 3 ) を接合し、その長手方向他端部にアームシリンダ用ブラケット（ 2 4 ) を接合したことを特徴とする請求の範囲第 6 項又は第 7項記載のバケット式掘削機のアーム。

9. 二つの長辺（ 7 0 ) ( 7 0 ) と二つの短辺（ 7 1 ) ( 7 1 ) を有する板材（ 7 3 ) を折曲することにより横断面三角形状の中空部材を形成し、二つの長辺（ 7 0 ) ( 7 0 ) の突き合わせ部を溶接することにより本体（ 2 2 ) を構成することを特徴とするバケツ卜式掘削機の作業機用構造物の製造方法。

1 0 . 上記本体（ 2 2 ) は、その横断面形状において、三辺を直線とし、二辺の各会合部をそれぞれ円弧伏に構成すると共に、下面が三角形状の底辺で、上面が三角形状の頂部となるよう配置し、さらに上記二つの長辺の突合せ溶接部を上記下面に配置していることを特徴とする請求の範囲第 8項記載のバケッ卜式掘削機の作業機用構造物の製造方法。