建設機械のキャビン
【課題】 フレーム式のキャビンにおいて、機種に見合ったキャビン強度の確保という目的を低コストで達成でき、しかもキャビン重量を軽減する。
【解決手段】 後部フレーム体Ａと、この後部フレーム体Ａの前方に配置される前部フレーム体Ｂとを備え、この前部フレーム体Ｂを、オペレータ保護機能無しと、オペレータ保護機能付きの軽量機種と、オペレータ保護機能付きの重量機種の三種類の機種間で共用される共通部分、後部フレーム体Ａを上記各機種に応じて異なる強度を持った交換部分として、これらを結合することにより、骨組となるキャビンフレーム２１を構成した。
【解決手段】 後部フレーム体Ａと、この後部フレーム体Ａの前方に配置される前部フレーム体Ｂとを備え、この前部フレーム体Ｂを、オペレータ保護機能無しと、オペレータ保護機能付きの軽量機種と、オペレータ保護機能付きの重量機種の三種類の機種間で共用される共通部分、後部フレーム体Ａを上記各機種に応じて異なる強度を持った交換部分として、これらを結合することにより、骨組となるキャビンフレーム２１を構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は油圧ショベル等の建設機械のキャビンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明の好適例である油圧ショベルを例にとって従来の技術を説明する。
【０００３】
油圧ショベルは、図１１,１２に示すようにクローラ式の下部走行体１と、この下部走行体１上に垂直軸まわりに旋回自在に搭載された上部旋回体２と、この上部旋回体２に装着された作業アタッチメント３とによって構成され、上部旋回体２にキャビン４が設けられる。
【０００４】
ここで、一般的には、上部旋回体２の右側(キャビン４内に着座したオペレータから見た右側。以下にいう左右及び前後の方向性について同じ)に作業アタッチメント３、左側にキャビン４がそれぞれ設けられ、キャビン４の左側面にドア５によって開閉される出入口６が設けられる。
【０００５】
このキャビン４として、パイプ材からなる骨組構造のキャビンフレームにドアや窓ガラス等の付属材を取付けて構成されるフレーム式のものが公知である(たとえば特許文献１参照)。
【０００６】
このフレーム式キャビンにおけるキャビンフレームの一般的構成を図１３に示す。
【０００７】
このキャビンフレーム７は、前部左右両側に立設されたフロントピラー８,９と、後部左右両側に立設されたリアピラー１０,１１と、左側のフロント、リア両ピラー８,１０間のほぼ中央部に立設されたセンターピラー１２と、左側のフロント、リア両ピラー８,１０の上端間に架け渡された左ルーフメンバー１３と、右側のフロント、リア両ピラー９,１１の上端間に架け渡された右ルーフメンバー１４と、左右のフロントピラー８,９の上端間に架け渡された上フロントクロスメンバー１５と、同下端間に架け渡された下フロントクロスメンバー１６と、左右のリアピラー１０,１１の上端間に架け渡された上リアクロスメンバー１７と、同下端間に架け渡された下リアクロスメンバー１８とによって構成されている。
【０００８】
これら各構成要素の接合部分は溶接によって一体化される。
【０００９】
また、左フロント、センター両ピラー８,１２と左ルーフメンバー１３とによって図１１中の出入口６が形成される。
【００１０】
この公知のキャビンフレーム７においては、左右のフロントピラー８,９と上下のフロントクロスメンバー１５,１６で前面側の門形構造体、左右のリアピラー１０,１１と上下のリアクロスメンバー１７,１８で後面側の門形構造体をそれぞれ構成し、この前後の門形構造体を左右のルーフメンバー１３,１４でつないだ構成となっている。
【００１１】
このフレーム構成では、キャビンに作用する荷重が前後の門形構造体に伝えられてフレーム全体に分散され、すべての構成要素で均等に受けることになる。
【００１２】
従って、全構成要素に均一な強度・剛性が求められる。
【００１３】
ところで、油圧ショベルのキャビンには、機械の転倒時(横転時)にオペレータの居住部分の変形を抑えてオペレータを保護するオペレータ保護機能付きのものと、このようなオペレータ保護機能を持たないものの二通りがある。
【００１４】
この場合、オペレータ保護機能付きのものでは、転倒時に居住空間を確保するのに必要な強度を求められるのに対し、オペレータ保護機能無しのものでは相対的に低強度でよい。
【００１５】
また、オペレータ保護機能付きのキャビンにおいては、車体重量によって転倒時にキャビンに作用する荷重も変わるため、車体重量別の各機種に応じて強度が異なる複数種類に分けられ、結果、オペレータ保護機能無しのものも含めて三種類以上に分けられる。
【特許文献１】特開２００４−４２７３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ここで、従来のフレーム式キャビンでは、各機種に見合った強度を確保するためには機種ごとに強度の異なるフレームを製作しなければならないため、製作コストが高くなる。
【００１７】
また、オペレータ保護機能付きの重い機種の場合に、フレーム全体として構成要素の断面強度を高くとらなければならないため、キャビンが重量化するという問題があった。
【００１８】
そこで本発明は、フレーム式のキャビンにおいて、機種に見合ったキャビン強度の確保という目的を低コストで達成でき、しかもキャビン重量を軽減することができる建設機械のキャビンを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
請求項１の発明は、後部フレーム体と、この後部フレーム体の前方に配置される前部フレーム体とを備え、この前部フレーム体を複数の機種間で共用される共通部分、上記後部フレーム体を上記各機種に応じて異なる強度を持った交換部分として、これらが結合されることにより、骨組となるキャビンフレームが構成されるものである。
【００２０】
請求項２の発明は、請求項１の構成において、後部フレーム体が、機械の転倒時にオペレータの居住空間を確保するのに十分な強度を持った強度部分であって、かつ、車体重量による機種に応じた強度を持った交換部分として構成されたものである。
【００２１】
請求項３の発明は、請求項１または２の構成において、キャビンフレームにおける後部フレーム体の構成要素は、各機種間で外形寸法は同じで、機種に応じて肉厚寸法が異なる鋼材によって成形されたものである。
【００２２】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかの構成において、キャビンフレームにおける後部フレーム体の構成要素は、機種間で外形寸法は同じで、補強部材による補強分を加えた断面強度が機種に応じて異なる鋼材によって成形されたものである。
【００２３】
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかの構成において、後部フレーム体の構成要素として、少なくとも、キャビンの左右片側において前後方向中間部に配置されるセンターピラーと、このセンターピラーよりも後方で左右両側に配置される左右のリアピラーと、この各ピラーの上端同士を連結する連結部材とを備え、この各構成要素により、外郭形状が平面視三角形の門形構造体である後部フレーム体が構成されたものである。
【００２４】
請求項６の発明は、請求項５の構成において、後部フレーム体のセンターピラーが、左右両側のうちキャビン出入口側に配置されたものである。
【００２５】
請求項７の発明は、請求項５または６の構成において、後部フレーム体の平面形状が非直角三角形となるようにセンターピラー及び左右のリアピラーが配置されたものである。
【００２６】
請求項８の発明は、請求項７の構成において、後部フレーム体の平面形状が二等辺三角形となるようにセンターピラー及び左右のリアピラーが配置されたものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によると、フレーム式のキャビンにおいて、キャビンフレームを前部フレーム体と後部フレーム体とに分け、これらを結合してキャビンフレームを構成するため、後部フレーム体のみを機種(請求項２ではオペレータ保護機能付きのキャビンにおける車体重量別の複数の機種を含む)に応じて交換すればよい。
【００２８】
このため、キャビンフレーム全体を別々に製作し、機種に応じて取り替える場合と比較して、製作コストが格段に安くてすむ。また、重い機種においても、後部フレーム体のみを交換すればよいため、全体を重いものに交換する場合と比べてキャビンフレームの重量(ひいてはキャビン重量)を軽減することができる。
【００２９】
また、請求項２の発明によると、居住部分でない前部フレーム体は相対的に低強度とすることができるため、同フレーム体の構成要素の量を少なくし、かつ、その断面サイズを小さくすることが可能となる。
【００３０】
これにより、オペレータ保護機能を確保しながら、前方視界を広げ、かつ、キャビンの軽量化という要請にも応えることができる。
【００３１】
なお、後部フレーム体の強度を機種に応じて変える手段としては、請求項３のように外形寸法は変えずに構成要素の肉厚寸法を変えてもよいし、請求項４のように補強部材による補強分を加えた断面強度を変えてもよい。
【００３２】
あるいは、肉厚寸法は同じで外形寸法(断面サイズ)を変えてもよいし、肉厚寸法と外形寸法の両方を変えてもよい。
【００３３】
請求項５〜８の発明によると、後部フレーム体を平面視三角形(左右非対称)の門形構造体として構成しているため、後部フレーム体が高強度・高剛性となって高い荷重支持性能を発揮し、とくに耐ねじれ荷重の点ですぐれたものとなる。
【００３４】
つまり、必要な強度(オペレータ保護機能付きの場合は居住空間を確保するのに必要な強度)を維持しながら、後部フレーム体の構成要素を減量して同フレーム体を軽くすることができる。
【００３５】
この場合、請求項６の発明によると、とくにオペレータ保護機能付きのキャビンにおいて、転倒時に側方荷重が直接作用する出入口側にセンターピラーを配置したことにより、荷重を後部フレーム体に確実に伝え、変形抑制作用を確保できる。
【００３６】
また、請求項７,８の発明によると、後部フレーム体の平面形状を非直角三角形としたから、直角三角形の場合と比較して耐ねじれ強度を高め、変形抑制効果が高いものとなる。
【００３７】
とくに、平面形状を二等辺三角形とした請求項８の発明によると、耐ねじれ強度が三角形のうちでも最大となって後部フレーム体が最も変形しにくくなる。このため、転倒時のオペレータ保護の目的を確実に達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明の実施形態を図１〜図１０によって説明する。
【００３９】
以下の実施形態では、フレーム式のキャビンにおいて、キャビンフレームを、
イ)オペレータ保護機能を持たないもの、
ロ)オペレータ保護機能付きで車体重量が軽いもの、
ハ)オペレータ保護付きで車体重量が重いもの
の三つの機種に適用する場合を例にとっている。
【００４０】
第１実施形態(図１〜図４参照)
第１実施形態におけるキャビンフレーム２１は、後部フレーム体Ａと、この後部フレーム体Ａの前方に配置される前部フレーム体Ｂとを備え、前部フレーム体Ｂを各機種に共用される共通部分、後部フレーム体Ａを各機種に見合った強度を持つものに交換される交換部分として、これらを結合することによって構成される。
【００４１】
共通部分である前部フレーム体Ｂは、上端部が後向きに湾曲した左右のフロントピラー２２,２３と、このフロントピラー２２,２３の上端から後向きに水平に延びる左右のルーフメンバー２４,２５と、両フロントピラー２２,２３の下端部間に架け渡された下側フロントクロスメンバー２６と、両フロントピラー２２,２３の下端部後面に水平に取付けられた左右の前下枠２７,２８とによって構成されている。
【００４２】
一方、交換部分である後部フレーム体Ａは、左右のリアピラー２９,３０と、左リアピラー２９と前部フレーム体Ｂの左フロントピラー２２との間に位置するセンターピラー３１と、このセンターピラー３１と左リアピラー２９の下端部間に架け渡された左側の後下枠３２と、右リアピラー３０の後面に水平に取付けられた右側の後下枠３３と、この後下枠３３の後端と左リアピラー２９の下端部間に架け渡された下側リアクロスメンバー３４とを具備している。
【００４３】
なお、この後部フレーム体Ａのセンターピラー３１と、前部フレーム体Ｂの左フロントピラー２２と左ルーフメンバー２４とによって、図１１中に示す出入口６が形成される。
【００４４】
また、センターピラー３１は、左側の前後方向真ん中に配置してもよいし、真ん中よりも前後いずれかにずれた位置に配置してもよい。
【００４５】
センターピラー３１と左右のリアピラー２９,３０は、平面視で三角形の各頂点に位置する状態で配置され、これら各ピラー２９〜３１の上端間に三角形配置で連結部材としての枠材３５,３６,３７が一体に架け渡されている。
【００４６】
こうして、後部フレーム体Ａが、外郭形状が平面視で三角形となる左右非対称の門形構造体として構成されている。
【００４７】
この場合、右リアピラー３０は、センターピラー３１と左リアピラー２９との間の前後方向中央(真ん中)の位置で右側に配置され、後部フレーム体Ａの平面形状が二等辺三角形となっている(図３参照)。
【００４８】
後部及び前部両フレーム体Ａ,Ｂの各構成要素はいずれも四角パイプ状の鋼材から成っている。
【００４９】
ここで、後部フレーム体Ａを構成する各構成要素について、適用対象である三機種のうち、オペレータ保護機能を持たない機種に対しては図４(ａ)に示す相対的に最小の肉厚寸法Ｓ１を持った第１の鋼材Ｘ１、オペレータ保護機能付きで軽量の機種に対しては図４(ｂ)に示す中間の肉厚寸法Ｓ２を持った第２の鋼材Ｘ２、オペレータ保護機能付きで重量の機種に対しては図４(ｃ)に示す最大の肉厚寸法Ｓ３を持った第３の鋼材Ｘ３がそれぞれ使用される。
【００５０】
この肉厚寸法の違いによって、外形寸法は同じで断面強度が異なる三種類の構成要素が製作され、この構成要素により、相対的に小、中、大の三通りの、各機種に見合う強度を持った三種類の後部フレーム体Ａが製作されて、これらが機種に応じて使い分けられる。
【００５１】
この場合、オペレータ保護機能付きの機種に使用されるキャビンフレーム２１については、後部フレーム体Ａが、機械の転倒時にオペレータの居住空間を確保するのに十分なキャビン強度を持つことを前提としてその構成要素の断面強度が設定される。
【００５２】
このように、フレーム前部(前部フレーム体Ｂ)を各機種間で共用する一方、居住部分であるフレーム後部(後部フレーム体Ａ)を、機種に応じて異なる強度を持った交換部分とし、これらを結合してキャビンフレーム２１を構成するため、後部フレーム体Ａのみを、機種に見合った強度を持つものに取り替えればよい。
【００５３】
このため、キャビンフレーム２１全体を別々に製作し、機種に応じて取り替える場合と比較して、製作コストが格段に安くてすむ。
【００５４】
また、オペレータ保護付きのキャビンにおける重い機種においても、後部フレーム体Ａのみを交換すればよいため、全体を大強度・大重量のものに交換する場合と比べてキャビンフレーム２１の重量を軽減することができる。
【００５５】
また、このフレーム構成によると、強度部分である後部フレーム体Ａを、門形構造体として構成しているため、とくにオペレータ保護機能付きのキャビンにおいて、転倒時に左側面部に加えられる側方荷重(図３中に二重線矢印で示す)を後部フレーム体Ａで集中的に受け、同フレーム体Ａ全体が変形する。
【００５６】
この場合、側方荷重が直接作用する出入口側にセンターピラー３１を配置しているため、荷重を後部フレーム体Ａに確実に伝え、変形抑制作用を有効に発揮させることができる。
【００５７】
しかも、同フレーム体Ａが平面視三角形であるため、荷重の伝達性が良くて各要素の強度を最大限に生かし、全体として高い荷重支持性能(とくに耐ねじれ強度)を得ることができる。
【００５８】
加えて、平面形状が二等辺三角形であるため、耐ねじれ強度が三角形のうちでも最大となって最も変形し難くなる。
【００５９】
以上の点から、後部フレーム体Ａについて、最小限の構成要素で必要な強度・剛性を得ることができるため、同フレーム体Ａそのものを軽くできる。このため、キャビンフレーム２１をさらに軽量化し、キャビン全体の軽量化の要請にも応えることができる。
【００６０】
さらに、前部フレーム体Ｂは高強度を要求されないことから、その構成要素が最小限に少なくてすみ、その断面サイズも後部フレーム体Ａのそれよりも小さくてよいため、作業時に必要な前方視界及び側方視界を最大限に広げることができる。図３において、キャビン内のオペレータＯからの視界となる領域に斜線を付して示している。
【００６１】
他の実施形態
後部フレーム体Ａの各構成要素の断面強度を機種に応じて変える手段として、図５に示す第２実施形態では、オペレータ保護機能を持たない機種用として特別な補強を持たない四角パイプ状の第１の鋼材Ｙ１、オペレータ保護機能付きの軽量機種用として四角パイプ内に一つの補強部材３８を設けた第２の鋼材Ｙ２、オペレータ保護機能付きの重量機種用として四角パイプ内に二つの補強部材３８,３８を持った第３の鋼材Ｙ３を用いている。
【００６２】
このように、補強部材３８による補強分を加えた断面強度を各機種に応じて異ならせる構成によっても、機種に応じた小、中、大の三種類の断面強度(後部フレーム体Ａの強度)を持った構成要素を得ることができる。
【００６３】
なお、補強部材３８は、四角パイプと一体に成形してもよいし、溶接等によって後付けしてもよい。
【００６４】
また、補強部材３８の数でなく肉厚寸法を変えることによって断面強度を異ならせてもよい。さらに、各機種用の構成要素をいずれも補強部材付きとし、補強部材の数や肉厚寸法で断面強度を異ならせるようにしてもよい。
【００６５】
一方、後部フレーム体Ａの構成要素の断面強度を変える別の手段として、各機種を通じて肉厚寸法は同じで外形寸法(断面サイズ)を変えてもよいし、肉厚寸法と外形寸法との両方を変えてもよい。
【００６６】
また、構成要素として、四角パイプに限らず丸パイプを用いてもよいし、パイプ以外の鋼材(たとえばＣ型チャンネル材やアングル材)を用いてもよい。あるいは、部位に応じてこれらを使い分けてもよい。
【００６７】
図６に示す第３実施形態においては、第１実施形態と基本的に同じフレーム構成をとりながら、後部フレーム体Ａの各ピラー２９〜３１を連結する連結部材として、各ピラー２９〜３１の各上端間に跨って三角形の板材３９を一体状態で設けたフレーム構成をとっている。
【００６８】
この構成によると、後部フレーム体Ａが第１実施形態の場合よりはやや重くなるが、同フレーム体Ａの一体強度を高めることが可能となる。また、第１実施形態のように複数の枠材３５〜３７を用いる場合と比較して、連結部材が一つでよいため、組立が容易となる。
【００６９】
図７,８に示す第４及び第５両実施形態においては、後部フレーム体Ａを構成する右リアピラー３０の前後方向位置が第１実施形態の場合と異なる。すなわち、右リアピラー３０を、第４実施形態の場合はセンターピラー３１と同じ前後方向位置(キャビン前後方向のほぼ中央部)に、第５実施形態においては左リアピラー２９と同じ前後方向位置にそれぞれ配置している。
【００７０】
この構成によっても、第１実施形態に近い荷重支持性能を得ることができる。
【００７１】
図９,１０には、第１実施形態に対して前部フレーム体Ｂの骨組構造を変えた二例としての第６及び第７両実施形態を示す。
【００７２】
第６実施形態では第１実施形態の右フロントピラー２３を、また第７実施形態では同左フロントピラー２２をそれぞれ省略する一方、下側フロントクロスメンバー２６と平行に上側フロントクロスメンバー３９を追加した例を示す。
【００７３】
このように、前部フレーム体Ｂは高強度・高剛性を要求されないため、構成要素の配置パターンを、視界の拡充や軽量化等の観点で広い選択肢から選択することが可能となる。
【００７４】
ところで、上記実施形態では、後部フレーム体Ａのセンターピラー３１を左側に配置したが、出入口が右側に形成される場合にはセンターピラー３１も右側に配置するのが望ましい。
【００７５】
また、上記実施形態では、後部フレーム体Ａを平面視三角形の門形構造体として構成したが、たとえばピラーを追加することによって平面視四角形その他の門形構造体として構成してもよい。あるいは、同フレーム体Ａの上面部のみを平面視四角形その他に形成してもよい。
【００７６】
さらに、上記実施形態では、オペレータ保護機能無しと、オペレータ保護機能付きの軽量機種と、同重量機種の三機種に適用する場合について説明したが、オペレータ保護機能付きのものを三種類以上に分けて計四機種以上の機種を対象とする場合にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるキャビンフレームを示す斜視図である。
【図２】同分解斜視図である。
【図３】同平面図である。
【図４】(ａ)〜(ｃ)は後部フレーム体の構成要素として使用される肉厚寸法が異なる三種類の鋼材を示す断面図である。
【図５】(ａ)〜(ｃ)は本発明の第２実施形態にかかるキャビンフレームにおける後部フレーム体の構成要素として使用される三種類の鋼材を示す断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態にかかるキャビンフレームを示す斜視図である。
【図７】本発明の第４実施形態にかかるキャビンフレームを示す斜視図である。
【図８】本発明の第５実施形態にかかるキャビンフレームを示す斜視図である。
【図９】本発明の第６実施形態にかかるキャビンフレームを示す斜視図である。
【図１０】本発明の第７実施形態にかかるキャビンフレームを示す斜視図である。
【図１１】本発明が適用される油圧ショベルの概略側面図である。
【図１２】同平面図である。
【図１３】従来のキャビンフレームを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７８】
２１ キャビンフレーム
Ａ 後部フレーム体
２９,３０ 後部フレーム体を構成する左右のリアピラー
３１ 同センターピラー
３２ 同左側の下枠
３３ 同後下枠
３４ 同下側クロスメンバー
３５,３６,３７ 連結部材としての枠材
Ｘ１,Ｘ２,Ｘ３ 構成要素に用いられる三種類の鋼材
Ｙ１,Ｙ２,Ｙ３ 構成要素に用いられる三種類の鋼材
３８ 補強部材
Ｂ 前部フレーム体
【技術分野】
【０００１】
本発明は油圧ショベル等の建設機械のキャビンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明の好適例である油圧ショベルを例にとって従来の技術を説明する。
【０００３】
油圧ショベルは、図１１,１２に示すようにクローラ式の下部走行体１と、この下部走行体１上に垂直軸まわりに旋回自在に搭載された上部旋回体２と、この上部旋回体２に装着された作業アタッチメント３とによって構成され、上部旋回体２にキャビン４が設けられる。
【０００４】
ここで、一般的には、上部旋回体２の右側(キャビン４内に着座したオペレータから見た右側。以下にいう左右及び前後の方向性について同じ)に作業アタッチメント３、左側にキャビン４がそれぞれ設けられ、キャビン４の左側面にドア５によって開閉される出入口６が設けられる。
【０００５】
このキャビン４として、パイプ材からなる骨組構造のキャビンフレームにドアや窓ガラス等の付属材を取付けて構成されるフレーム式のものが公知である(たとえば特許文献１参照)。
【０００６】
このフレーム式キャビンにおけるキャビンフレームの一般的構成を図１３に示す。
【０００７】
このキャビンフレーム７は、前部左右両側に立設されたフロントピラー８,９と、後部左右両側に立設されたリアピラー１０,１１と、左側のフロント、リア両ピラー８,１０間のほぼ中央部に立設されたセンターピラー１２と、左側のフロント、リア両ピラー８,１０の上端間に架け渡された左ルーフメンバー１３と、右側のフロント、リア両ピラー９,１１の上端間に架け渡された右ルーフメンバー１４と、左右のフロントピラー８,９の上端間に架け渡された上フロントクロスメンバー１５と、同下端間に架け渡された下フロントクロスメンバー１６と、左右のリアピラー１０,１１の上端間に架け渡された上リアクロスメンバー１７と、同下端間に架け渡された下リアクロスメンバー１８とによって構成されている。
【０００８】
これら各構成要素の接合部分は溶接によって一体化される。
【０００９】
また、左フロント、センター両ピラー８,１２と左ルーフメンバー１３とによって図１１中の出入口６が形成される。
【００１０】
この公知のキャビンフレーム７においては、左右のフロントピラー８,９と上下のフロントクロスメンバー１５,１６で前面側の門形構造体、左右のリアピラー１０,１１と上下のリアクロスメンバー１７,１８で後面側の門形構造体をそれぞれ構成し、この前後の門形構造体を左右のルーフメンバー１３,１４でつないだ構成となっている。
【００１１】
このフレーム構成では、キャビンに作用する荷重が前後の門形構造体に伝えられてフレーム全体に分散され、すべての構成要素で均等に受けることになる。
【００１２】
従って、全構成要素に均一な強度・剛性が求められる。
【００１３】
ところで、油圧ショベルのキャビンには、機械の転倒時(横転時)にオペレータの居住部分の変形を抑えてオペレータを保護するオペレータ保護機能付きのものと、このようなオペレータ保護機能を持たないものの二通りがある。
【００１４】
この場合、オペレータ保護機能付きのものでは、転倒時に居住空間を確保するのに必要な強度を求められるのに対し、オペレータ保護機能無しのものでは相対的に低強度でよい。
【００１５】
また、オペレータ保護機能付きのキャビンにおいては、車体重量によって転倒時にキャビンに作用する荷重も変わるため、車体重量別の各機種に応じて強度が異なる複数種類に分けられ、結果、オペレータ保護機能無しのものも含めて三種類以上に分けられる。
【特許文献１】特開２００４−４２７３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ここで、従来のフレーム式キャビンでは、各機種に見合った強度を確保するためには機種ごとに強度の異なるフレームを製作しなければならないため、製作コストが高くなる。
【００１７】
また、オペレータ保護機能付きの重い機種の場合に、フレーム全体として構成要素の断面強度を高くとらなければならないため、キャビンが重量化するという問題があった。
【００１８】
そこで本発明は、フレーム式のキャビンにおいて、機種に見合ったキャビン強度の確保という目的を低コストで達成でき、しかもキャビン重量を軽減することができる建設機械のキャビンを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
請求項１の発明は、後部フレーム体と、この後部フレーム体の前方に配置される前部フレーム体とを備え、この前部フレーム体を複数の機種間で共用される共通部分、上記後部フレーム体を上記各機種に応じて異なる強度を持った交換部分として、これらが結合されることにより、骨組となるキャビンフレームが構成されるものである。
【００２０】
請求項２の発明は、請求項１の構成において、後部フレーム体が、機械の転倒時にオペレータの居住空間を確保するのに十分な強度を持った強度部分であって、かつ、車体重量による機種に応じた強度を持った交換部分として構成されたものである。
【００２１】
請求項３の発明は、請求項１または２の構成において、キャビンフレームにおける後部フレーム体の構成要素は、各機種間で外形寸法は同じで、機種に応じて肉厚寸法が異なる鋼材によって成形されたものである。
【００２２】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかの構成において、キャビンフレームにおける後部フレーム体の構成要素は、機種間で外形寸法は同じで、補強部材による補強分を加えた断面強度が機種に応じて異なる鋼材によって成形されたものである。
【００２３】
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかの構成において、後部フレーム体の構成要素として、少なくとも、キャビンの左右片側において前後方向中間部に配置されるセンターピラーと、このセンターピラーよりも後方で左右両側に配置される左右のリアピラーと、この各ピラーの上端同士を連結する連結部材とを備え、この各構成要素により、外郭形状が平面視三角形の門形構造体である後部フレーム体が構成されたものである。
【００２４】
請求項６の発明は、請求項５の構成において、後部フレーム体のセンターピラーが、左右両側のうちキャビン出入口側に配置されたものである。
【００２５】
請求項７の発明は、請求項５または６の構成において、後部フレーム体の平面形状が非直角三角形となるようにセンターピラー及び左右のリアピラーが配置されたものである。
【００２６】
請求項８の発明は、請求項７の構成において、後部フレーム体の平面形状が二等辺三角形となるようにセンターピラー及び左右のリアピラーが配置されたものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によると、フレーム式のキャビンにおいて、キャビンフレームを前部フレーム体と後部フレーム体とに分け、これらを結合してキャビンフレームを構成するため、後部フレーム体のみを機種(請求項２ではオペレータ保護機能付きのキャビンにおける車体重量別の複数の機種を含む)に応じて交換すればよい。
【００２８】
このため、キャビンフレーム全体を別々に製作し、機種に応じて取り替える場合と比較して、製作コストが格段に安くてすむ。また、重い機種においても、後部フレーム体のみを交換すればよいため、全体を重いものに交換する場合と比べてキャビンフレームの重量(ひいてはキャビン重量)を軽減することができる。
【００２９】
また、請求項２の発明によると、居住部分でない前部フレーム体は相対的に低強度とすることができるため、同フレーム体の構成要素の量を少なくし、かつ、その断面サイズを小さくすることが可能となる。
【００３０】
これにより、オペレータ保護機能を確保しながら、前方視界を広げ、かつ、キャビンの軽量化という要請にも応えることができる。
【００３１】
なお、後部フレーム体の強度を機種に応じて変える手段としては、請求項３のように外形寸法は変えずに構成要素の肉厚寸法を変えてもよいし、請求項４のように補強部材による補強分を加えた断面強度を変えてもよい。
【００３２】
あるいは、肉厚寸法は同じで外形寸法(断面サイズ)を変えてもよいし、肉厚寸法と外形寸法の両方を変えてもよい。
【００３３】
請求項５〜８の発明によると、後部フレーム体を平面視三角形(左右非対称)の門形構造体として構成しているため、後部フレーム体が高強度・高剛性となって高い荷重支持性能を発揮し、とくに耐ねじれ荷重の点ですぐれたものとなる。
【００３４】
つまり、必要な強度(オペレータ保護機能付きの場合は居住空間を確保するのに必要な強度)を維持しながら、後部フレーム体の構成要素を減量して同フレーム体を軽くすることができる。
【００３５】
この場合、請求項６の発明によると、とくにオペレータ保護機能付きのキャビンにおいて、転倒時に側方荷重が直接作用する出入口側にセンターピラーを配置したことにより、荷重を後部フレーム体に確実に伝え、変形抑制作用を確保できる。
【００３６】
また、請求項７,８の発明によると、後部フレーム体の平面形状を非直角三角形としたから、直角三角形の場合と比較して耐ねじれ強度を高め、変形抑制効果が高いものとなる。
【００３７】
とくに、平面形状を二等辺三角形とした請求項８の発明によると、耐ねじれ強度が三角形のうちでも最大となって後部フレーム体が最も変形しにくくなる。このため、転倒時のオペレータ保護の目的を確実に達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明の実施形態を図１〜図１０によって説明する。
【００３９】
以下の実施形態では、フレーム式のキャビンにおいて、キャビンフレームを、
イ)オペレータ保護機能を持たないもの、
ロ)オペレータ保護機能付きで車体重量が軽いもの、
ハ)オペレータ保護付きで車体重量が重いもの
の三つの機種に適用する場合を例にとっている。
【００４０】
第１実施形態(図１〜図４参照)
第１実施形態におけるキャビンフレーム２１は、後部フレーム体Ａと、この後部フレーム体Ａの前方に配置される前部フレーム体Ｂとを備え、前部フレーム体Ｂを各機種に共用される共通部分、後部フレーム体Ａを各機種に見合った強度を持つものに交換される交換部分として、これらを結合することによって構成される。
【００４１】
共通部分である前部フレーム体Ｂは、上端部が後向きに湾曲した左右のフロントピラー２２,２３と、このフロントピラー２２,２３の上端から後向きに水平に延びる左右のルーフメンバー２４,２５と、両フロントピラー２２,２３の下端部間に架け渡された下側フロントクロスメンバー２６と、両フロントピラー２２,２３の下端部後面に水平に取付けられた左右の前下枠２７,２８とによって構成されている。
【００４２】
一方、交換部分である後部フレーム体Ａは、左右のリアピラー２９,３０と、左リアピラー２９と前部フレーム体Ｂの左フロントピラー２２との間に位置するセンターピラー３１と、このセンターピラー３１と左リアピラー２９の下端部間に架け渡された左側の後下枠３２と、右リアピラー３０の後面に水平に取付けられた右側の後下枠３３と、この後下枠３３の後端と左リアピラー２９の下端部間に架け渡された下側リアクロスメンバー３４とを具備している。
【００４３】
なお、この後部フレーム体Ａのセンターピラー３１と、前部フレーム体Ｂの左フロントピラー２２と左ルーフメンバー２４とによって、図１１中に示す出入口６が形成される。
【００４４】
また、センターピラー３１は、左側の前後方向真ん中に配置してもよいし、真ん中よりも前後いずれかにずれた位置に配置してもよい。
【００４５】
センターピラー３１と左右のリアピラー２９,３０は、平面視で三角形の各頂点に位置する状態で配置され、これら各ピラー２９〜３１の上端間に三角形配置で連結部材としての枠材３５,３６,３７が一体に架け渡されている。
【００４６】
こうして、後部フレーム体Ａが、外郭形状が平面視で三角形となる左右非対称の門形構造体として構成されている。
【００４７】
この場合、右リアピラー３０は、センターピラー３１と左リアピラー２９との間の前後方向中央(真ん中)の位置で右側に配置され、後部フレーム体Ａの平面形状が二等辺三角形となっている(図３参照)。
【００４８】
後部及び前部両フレーム体Ａ,Ｂの各構成要素はいずれも四角パイプ状の鋼材から成っている。
【００４９】
ここで、後部フレーム体Ａを構成する各構成要素について、適用対象である三機種のうち、オペレータ保護機能を持たない機種に対しては図４(ａ)に示す相対的に最小の肉厚寸法Ｓ１を持った第１の鋼材Ｘ１、オペレータ保護機能付きで軽量の機種に対しては図４(ｂ)に示す中間の肉厚寸法Ｓ２を持った第２の鋼材Ｘ２、オペレータ保護機能付きで重量の機種に対しては図４(ｃ)に示す最大の肉厚寸法Ｓ３を持った第３の鋼材Ｘ３がそれぞれ使用される。
【００５０】
この肉厚寸法の違いによって、外形寸法は同じで断面強度が異なる三種類の構成要素が製作され、この構成要素により、相対的に小、中、大の三通りの、各機種に見合う強度を持った三種類の後部フレーム体Ａが製作されて、これらが機種に応じて使い分けられる。
【００５１】
この場合、オペレータ保護機能付きの機種に使用されるキャビンフレーム２１については、後部フレーム体Ａが、機械の転倒時にオペレータの居住空間を確保するのに十分なキャビン強度を持つことを前提としてその構成要素の断面強度が設定される。
【００５２】
このように、フレーム前部(前部フレーム体Ｂ)を各機種間で共用する一方、居住部分であるフレーム後部(後部フレーム体Ａ)を、機種に応じて異なる強度を持った交換部分とし、これらを結合してキャビンフレーム２１を構成するため、後部フレーム体Ａのみを、機種に見合った強度を持つものに取り替えればよい。
【００５３】
このため、キャビンフレーム２１全体を別々に製作し、機種に応じて取り替える場合と比較して、製作コストが格段に安くてすむ。
【００５４】
また、オペレータ保護付きのキャビンにおける重い機種においても、後部フレーム体Ａのみを交換すればよいため、全体を大強度・大重量のものに交換する場合と比べてキャビンフレーム２１の重量を軽減することができる。
【００５５】
また、このフレーム構成によると、強度部分である後部フレーム体Ａを、門形構造体として構成しているため、とくにオペレータ保護機能付きのキャビンにおいて、転倒時に左側面部に加えられる側方荷重(図３中に二重線矢印で示す)を後部フレーム体Ａで集中的に受け、同フレーム体Ａ全体が変形する。
【００５６】
この場合、側方荷重が直接作用する出入口側にセンターピラー３１を配置しているため、荷重を後部フレーム体Ａに確実に伝え、変形抑制作用を有効に発揮させることができる。
【００５７】
しかも、同フレーム体Ａが平面視三角形であるため、荷重の伝達性が良くて各要素の強度を最大限に生かし、全体として高い荷重支持性能(とくに耐ねじれ強度)を得ることができる。
【００５８】
加えて、平面形状が二等辺三角形であるため、耐ねじれ強度が三角形のうちでも最大となって最も変形し難くなる。
【００５９】
以上の点から、後部フレーム体Ａについて、最小限の構成要素で必要な強度・剛性を得ることができるため、同フレーム体Ａそのものを軽くできる。このため、キャビンフレーム２１をさらに軽量化し、キャビン全体の軽量化の要請にも応えることができる。
【００６０】
さらに、前部フレーム体Ｂは高強度を要求されないことから、その構成要素が最小限に少なくてすみ、その断面サイズも後部フレーム体Ａのそれよりも小さくてよいため、作業時に必要な前方視界及び側方視界を最大限に広げることができる。図３において、キャビン内のオペレータＯからの視界となる領域に斜線を付して示している。
【００６１】
他の実施形態
後部フレーム体Ａの各構成要素の断面強度を機種に応じて変える手段として、図５に示す第２実施形態では、オペレータ保護機能を持たない機種用として特別な補強を持たない四角パイプ状の第１の鋼材Ｙ１、オペレータ保護機能付きの軽量機種用として四角パイプ内に一つの補強部材３８を設けた第２の鋼材Ｙ２、オペレータ保護機能付きの重量機種用として四角パイプ内に二つの補強部材３８,３８を持った第３の鋼材Ｙ３を用いている。
【００６２】
このように、補強部材３８による補強分を加えた断面強度を各機種に応じて異ならせる構成によっても、機種に応じた小、中、大の三種類の断面強度(後部フレーム体Ａの強度)を持った構成要素を得ることができる。
【００６３】
なお、補強部材３８は、四角パイプと一体に成形してもよいし、溶接等によって後付けしてもよい。
【００６４】
また、補強部材３８の数でなく肉厚寸法を変えることによって断面強度を異ならせてもよい。さらに、各機種用の構成要素をいずれも補強部材付きとし、補強部材の数や肉厚寸法で断面強度を異ならせるようにしてもよい。
【００６５】
一方、後部フレーム体Ａの構成要素の断面強度を変える別の手段として、各機種を通じて肉厚寸法は同じで外形寸法(断面サイズ)を変えてもよいし、肉厚寸法と外形寸法との両方を変えてもよい。
【００６６】
また、構成要素として、四角パイプに限らず丸パイプを用いてもよいし、パイプ以外の鋼材(たとえばＣ型チャンネル材やアングル材)を用いてもよい。あるいは、部位に応じてこれらを使い分けてもよい。
【００６７】
図６に示す第３実施形態においては、第１実施形態と基本的に同じフレーム構成をとりながら、後部フレーム体Ａの各ピラー２９〜３１を連結する連結部材として、各ピラー２９〜３１の各上端間に跨って三角形の板材３９を一体状態で設けたフレーム構成をとっている。
【００６８】
この構成によると、後部フレーム体Ａが第１実施形態の場合よりはやや重くなるが、同フレーム体Ａの一体強度を高めることが可能となる。また、第１実施形態のように複数の枠材３５〜３７を用いる場合と比較して、連結部材が一つでよいため、組立が容易となる。
【００６９】
図７,８に示す第４及び第５両実施形態においては、後部フレーム体Ａを構成する右リアピラー３０の前後方向位置が第１実施形態の場合と異なる。すなわち、右リアピラー３０を、第４実施形態の場合はセンターピラー３１と同じ前後方向位置(キャビン前後方向のほぼ中央部)に、第５実施形態においては左リアピラー２９と同じ前後方向位置にそれぞれ配置している。
【００７０】
この構成によっても、第１実施形態に近い荷重支持性能を得ることができる。
【００７１】
図９,１０には、第１実施形態に対して前部フレーム体Ｂの骨組構造を変えた二例としての第６及び第７両実施形態を示す。
【００７２】
第６実施形態では第１実施形態の右フロントピラー２３を、また第７実施形態では同左フロントピラー２２をそれぞれ省略する一方、下側フロントクロスメンバー２６と平行に上側フロントクロスメンバー３９を追加した例を示す。
【００７３】
このように、前部フレーム体Ｂは高強度・高剛性を要求されないため、構成要素の配置パターンを、視界の拡充や軽量化等の観点で広い選択肢から選択することが可能となる。
【００７４】
ところで、上記実施形態では、後部フレーム体Ａのセンターピラー３１を左側に配置したが、出入口が右側に形成される場合にはセンターピラー３１も右側に配置するのが望ましい。
【００７５】
また、上記実施形態では、後部フレーム体Ａを平面視三角形の門形構造体として構成したが、たとえばピラーを追加することによって平面視四角形その他の門形構造体として構成してもよい。あるいは、同フレーム体Ａの上面部のみを平面視四角形その他に形成してもよい。
【００７６】
さらに、上記実施形態では、オペレータ保護機能無しと、オペレータ保護機能付きの軽量機種と、同重量機種の三機種に適用する場合について説明したが、オペレータ保護機能付きのものを三種類以上に分けて計四機種以上の機種を対象とする場合にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるキャビンフレームを示す斜視図である。
【図２】同分解斜視図である。
【図３】同平面図である。
【図４】(ａ)〜(ｃ)は後部フレーム体の構成要素として使用される肉厚寸法が異なる三種類の鋼材を示す断面図である。
【図５】(ａ)〜(ｃ)は本発明の第２実施形態にかかるキャビンフレームにおける後部フレーム体の構成要素として使用される三種類の鋼材を示す断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態にかかるキャビンフレームを示す斜視図である。
【図７】本発明の第４実施形態にかかるキャビンフレームを示す斜視図である。
【図８】本発明の第５実施形態にかかるキャビンフレームを示す斜視図である。
【図９】本発明の第６実施形態にかかるキャビンフレームを示す斜視図である。
【図１０】本発明の第７実施形態にかかるキャビンフレームを示す斜視図である。
【図１１】本発明が適用される油圧ショベルの概略側面図である。
【図１２】同平面図である。
【図１３】従来のキャビンフレームを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７８】
２１ キャビンフレーム
Ａ 後部フレーム体
２９,３０ 後部フレーム体を構成する左右のリアピラー
３１ 同センターピラー
３２ 同左側の下枠
３３ 同後下枠
３４ 同下側クロスメンバー
３５,３６,３７ 連結部材としての枠材
Ｘ１,Ｘ２,Ｘ３ 構成要素に用いられる三種類の鋼材
Ｙ１,Ｙ２,Ｙ３ 構成要素に用いられる三種類の鋼材
３８ 補強部材
Ｂ 前部フレーム体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
後部フレーム体と、この後部フレーム体の前方に配置される前部フレーム体とを備え、この前部フレーム体を複数の機種間で共用される共通部分、上記後部フレーム体を上記各機種に応じて異なる強度を持った交換部分として、これらが結合されることにより、骨組となるキャビンフレームが構成されることを特徴とする建設機械のキャビン。
【請求項２】
請求項１記載の建設機械のキャビンにおいて、後部フレーム体が、機械の転倒時にオペレータの居住空間を確保するのに十分な強度を持った強度部分であって、かつ、車体重量による機種に応じた強度を持った交換部分として構成されたことを特徴とする建設機械のキャビン。
【請求項３】
請求項１または２記載の建設機械のキャビンにおいて、キャビンフレームにおける後部フレーム体の構成要素は、各機種間で外形寸法は同じで、機種に応じて肉厚寸法が異なる鋼材によって成形されたことを特徴とする建設機械のキャビン。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の構成要素について、キャビンフレームにおける後部フレーム体の構成要素は、各機種間で外形寸法は同じで、補強部材による補強分を加えた断面強度が機種に応じて異なる鋼材によって成形されたことを特徴とする建設機械のキャビン。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の建設機械のキャビンにおいて、後部フレーム体の構成要素として、少なくとも、キャビンの左右片側において前後方向中間部に配置されるセンターピラーと、このセンターピラーよりも後方で左右両側に配置される左右のリアピラーと、この各ピラーの上端同士を連結する連結部材とを備え、この各構成要素により、外郭形状が平面視三角形の門形構造体である後部フレーム体が構成されたことを特徴とする建設機械のキャビン。
【請求項６】
請求項５記載の建設機械のキャビンにおいて、後部フレーム体のセンターピラーが、左右両側のうちキャビン出入口側に配置されたことを特徴とする建設機械のキャビン。
【請求項７】
請求項５または６記載の建設機械のキャビンにおいて、後部フレーム体の平面形状が非直角三角形となるようにセンターピラー及び左右のリアピラーが配置されたことを特徴とする建設機械のキャビン。
【請求項８】
請求項７記載の建設機械のキャビンにおいて、後部フレーム体の平面形状が二等辺三角形となるようにセンターピラー及び左右のリアピラーが配置されたことを特徴とする建設機械のキャビン。
【請求項１】
後部フレーム体と、この後部フレーム体の前方に配置される前部フレーム体とを備え、この前部フレーム体を複数の機種間で共用される共通部分、上記後部フレーム体を上記各機種に応じて異なる強度を持った交換部分として、これらが結合されることにより、骨組となるキャビンフレームが構成されることを特徴とする建設機械のキャビン。
【請求項２】
請求項１記載の建設機械のキャビンにおいて、後部フレーム体が、機械の転倒時にオペレータの居住空間を確保するのに十分な強度を持った強度部分であって、かつ、車体重量による機種に応じた強度を持った交換部分として構成されたことを特徴とする建設機械のキャビン。
【請求項３】
請求項１または２記載の建設機械のキャビンにおいて、キャビンフレームにおける後部フレーム体の構成要素は、各機種間で外形寸法は同じで、機種に応じて肉厚寸法が異なる鋼材によって成形されたことを特徴とする建設機械のキャビン。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の構成要素について、キャビンフレームにおける後部フレーム体の構成要素は、各機種間で外形寸法は同じで、補強部材による補強分を加えた断面強度が機種に応じて異なる鋼材によって成形されたことを特徴とする建設機械のキャビン。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の建設機械のキャビンにおいて、後部フレーム体の構成要素として、少なくとも、キャビンの左右片側において前後方向中間部に配置されるセンターピラーと、このセンターピラーよりも後方で左右両側に配置される左右のリアピラーと、この各ピラーの上端同士を連結する連結部材とを備え、この各構成要素により、外郭形状が平面視三角形の門形構造体である後部フレーム体が構成されたことを特徴とする建設機械のキャビン。
【請求項６】
請求項５記載の建設機械のキャビンにおいて、後部フレーム体のセンターピラーが、左右両側のうちキャビン出入口側に配置されたことを特徴とする建設機械のキャビン。
【請求項７】
請求項５または６記載の建設機械のキャビンにおいて、後部フレーム体の平面形状が非直角三角形となるようにセンターピラー及び左右のリアピラーが配置されたことを特徴とする建設機械のキャビン。
【請求項８】
請求項７記載の建設機械のキャビンにおいて、後部フレーム体の平面形状が二等辺三角形となるようにセンターピラー及び左右のリアピラーが配置されたことを特徴とする建設機械のキャビン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００６−３７３６０（Ｐ２００６−３７３６０Ａ）
【公開日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２１４５９６（Ｐ２００４−２１４５９６）
【出願日】平成１６年７月２２日（２００４．７．２２）
【出願人】（０００２４６２７３）コベルコ建機株式会社 (644)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月２２日（２００４．７．２２）
【出願人】（０００２４６２７３）コベルコ建機株式会社 (644)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]