JPH08216812A - 運転席の転倒保護構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＲＯＰＳの溶接結合構造において、溶接の熱
に影響された部分での応力及び歪みを減少すること。 【解決手段】 ＲＯＰＳの溶接結合構造であって、端部
部分が入れ子式に管状部材の端部に係合して溶接される
鋳造コーナー部材を利用する。外側表面及び自由端を有
するガセットが鋳造コーナー部材の端部部分の自由端か
ら片持ち梁式に伸長している。管状部材の内側表面の部
分が負荷がかかった時に負荷を支持する関係で接触する
ようにガセットの外側表面と非常に近接して配置されて
いる。ガセットは固定部分から自由端にかけて断面積が
減少するようにその内側表面がテーパ形状になってい
る。管状部材のガセットによる支持が溶接プロセスによ
る熱により影響される領域における曲がりを最小にす
る。この曲がりは管状部材の長さ方向に広がって、断面
積の急激な変化による如何なる点における歪みも減少さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般的に溶接された
管状結合構造に関し、特に、物質の微細組織が溶接プロ
セスの熱により影響された領域中及び／又はそれに隣接
する領域中の構造物質中の歪みを最小にする内部ガセッ
トを有する溶接結合構造に関する。

【０００２】

【背景技術】例えば、土砂移動車両の転倒保護構造（Ｒ
ＯＰＳ）等の金属構造の製造においては、構造体の多く
の要素を連結するのに溶接を利用するのが通常のプラク
ティスである。

【０００３】また、溶接構造の内部へのアクセスが非常
に限定されるか或いは不可能なように、このような構造
は１つ或いは複数の管状部材を含んでいることが知られ
ている。

【０００４】金属の溶接には大量の熱を必要とし、この
熱が溶接結合のごく近傍の金属に伝達される。この熱が
金属の微細組織に有害な変更をもたらし、溶接結合の全
体的な強さ及び耐久力に影響を及ぼす。

【０００５】ＲＯＰＳ構造の組み立てにはコーナー領域
において溶接により部材を結合する必要がある。その結
果、ＲＯＰＳ構造が晒される力に耐えるようにコーナー
領域における力を提供するために、数多くの外部ガセッ
ト及びコーナーブラケットを必要とする。故に、物質及
び労力の両面において、ＲＯＰＳ構造を組み立てるのは
非常に高コストになる。

【０００６】ＲＯＰＳのような大きな構造体の製造に要
求される部品の数及び溶接の量を減少させるために、鋳
造コーナー部材を利用することも知られている。このよ
うな鋳造コーナー部材は通常コーナー部材を最初に整列
させて溶接プロセスの間のバックアップを提供するため
に、連結管状部材中に配置される短いパイロット部分を
含んでいる。パイロット部分の内部端は、管状部材と共
に、溶接箇所の近くの熱に影響された領域中の物質の断
面積を急激に変更する。

【０００７】大きな外部負荷が構造物にかかると、パイ
ロット部分の端部の断面積が急激に変化した部分（応力
集中部分）に管状部材の反り或いは曲がりが起こりやす
くなる。この領域が急激に曲がっていると、変更された
微細組織のために熱に影響された領域を介してクラック
或いは早期の破壊が起こることになる。

【０００８】1994年 1月25日にPeter M. Nelson に対し
て発行された米国特許第5,280,955号は本発明の出願人
に譲渡されている。この特許は減少した断面積領域を画
成した開放部分４８及び５０を有する鋳造コーナー部材
付きのＲＯＰＳを開示している。

【０００９】断面積の減少部分は非常に予測可能な変形
を提供するので、全体構造の変形も予測可能である。こ
の特許の図２には、２つの部品を案内し上述した部品に
類似した２つの部品の間で溶接のバックアップを提供す
るように作用する概略長方形状の突起５２が開示されて
いる。

【００１０】大きな負荷がかかったときの曲げに起因す
る歪みを減少するために、熱に影響された領域中でより
緩やかな断面積の変更を達成する溶接結合構造を提供す
ることが望まれている。

【００１１】本発明は上述した問題の１つ或いはそれ以
上を克服せんとするものである。

【００１２】

【発明の開示】本発明の１つの側面においては、溶接結
合構造は所定のサイズ及び形状の外側表面を含んだ第１
部分を有する鋳造部材を含んでいる。

【００１３】第２部分が第１部分の一端から突出してい
て、第２部分は自由端と第１部分の所定のサイズ及び形
状よりも小さな所定のサイズ及び形状の外部表面を有し
ている。

【００１４】自由端及び外側表面を有する少なくとも１
つのガセットが鋳造部材の第２部分の自由端に固定され
そこから伸長している。鋳造部材の第１及び第２部分の
間には遷移部分或いは中間部分が伸長している。

【００１５】所定のサイズ及び形状の内部表面を有する
管状部材がガセット及び鋳造部材の第２部分に対して入
れ子式に配置されている。管状部材の外部表面の部分が
少なくとも１つのガセットの外部表面に非常に近接する
ように配置されていて、負荷がかかって撓んだとき負荷
を支持する接触をしている。

【００１６】本発明の溶接結合構造は、外部負荷による
曲げが発生したときに、鋳造部材の第２部分の自由端の
近傍領域における管状部材の支持を提供する。その結
果、鋳造部材の第２部分と管状部材との接合部分の断面
積の変化は最小にされ、熱に影響される領域の外の部分
に移動される。外部負荷がかかったとき管状部材中の歪
みを大きな範囲に広げることにより熱に影響される領域
中の曲げが減少され、曲げの一部分を母材中で発生させ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】図面特に図１を参照すると、符号
１０で示される転倒保護構造（以下ＲＯＰＳと称する）
が、その部分が符号１２で示されている機械（例えば建
設機械）のフレーム上に取り付けられている。

【００１８】ＲＯＰＳ構造は、概略垂直方向に配置され
た管状フレーム部材１４と、概略水平方向に配置された
管状フレーム部材１８と、複数の鋳造コーナー部材２０
とを含んだ開放フレーム構造として構成されている。

【００１９】鋳造部材２０は概略垂直及び水平方向に配
置された管状部材１４及び１８をそれぞれ相互連結する
ために利用されて、機械の運転席のための保護フレーム
構造を提供する。

【００２０】鋳造コーナー部材２０は例えば符号２２で
示されている溶接により垂直及び水平管状フレーム部材
に固定される。図２、図３及び図４は図１の左下隅の円
弧２−２で囲まれた部分の鋳造コーナー部材を示してい
る。図２はそれぞれ一対の穴２６を有する一対の取付足
２４と、所定の厚さの壁３１を画成する上方向に伸長す
る管状取付脚部３０を有する鋳造コーナー部材の斜視図
を示している。

【００２１】脚部３０は所定のサイズ及び形状を有する
第１部分３２と、自由端３６と第１部分３２のサイズ及
び形状よりも小さな所定のサイズ及び形状の外部表面を
有する第２部分又は端部部分３４を含んでいる。

【００２２】本実施形態においては、第１及び第２部分
は概略長方形状（正方形を含む）をしている。しかし、
これらの形状は円形、楕円形等の他の適当な形状であっ
てもよい。説明の便宜上、以下の説明において管状部材
１４の長さ方向を縦方向、それに垂直方向を横方向と呼
ぶことにする。

【００２３】遷移部分又は中間部分３８が第１及び第２
部分３２，３４の間に伸長している。この実施形態にお
いては、中間部分３８は第１部分３２から第２部分３４
に向けて内側方向に（半径方向）に傾斜して伸長してい
る。

【００２４】少なくとも１つの、この実施形態において
はそれぞれ外側表面４１と自由端４１ａを有する一対の
耳或いはガセット４０が、鋳造部材２０の第２部分３４
の自由端３６の対向縁４２、即ち２つの壁３１に横方向
に離間した関係で一体的に固定されている。各ガセット
４０は実質上壁３１の厚さに等しい第２部分３４の自由
端との連結点において所定の厚さを有している。

【００２５】各ガセット４０の内側表面４３は、ガセッ
ト４０が段階的に自由端４１ａにかけて薄くなるように
自由端４１ａに向けて外側方向に傾斜している。その結
果、自由端４１ａの厚さはそれが固定される第２部分３
４の対応する壁３１の所定の厚さよりもかなり薄くなっ
ている。

【００２６】ガセット４０は第２部分３４の自由端３６
から片持ち支持されており、故にその長さ方向に沿って
は支持されていない。ガセット４０が縦方向に支持され
ずに更にその厚さが段階的に減少しているので、第２部
分３４の閉鎖した断面に比較して管状部材の内部表面に
対してかなり減少した断面効果を発揮する。

【００２７】本発明の構造は、溶接結合領域において徐
々に変化する曲げ構成を提供する。その結果、溶接結合
部分及び／又は鋳造コーナー部材２０の第２部分３４の
自由端３６における高い応力／歪みが実質上除去され
る。

【００２８】ガセット４０はその外側表面４１が管状部
材１４の内部表面からわずかばかり離間した関係で第２
部分３４の自由端から管状部材１４に沿って縦方向に伸
長している。

【００２９】この間隔はサイズ或いは応用によって変化
するが、本実施形態における好ましい最大間隔は３．５
ｍｍであり、好ましくはこの間隔は０．０〜２．５ｍｍ
の範囲内である。

【００３０】図２に最もよく示されているように、各ガ
セット４０は第２部分の自由端３６からガセット４０の
自由端４１ａにかけて、即ち管状部材の縦方向のテーパ
形状をした対向するエッジ４８を含んでいる。このテー
パがガセット４０の自由端における管状部材１４に対す
る断面積を減少させる。

【００３１】ガセット４０のエッジにこのようなテーパ
が設けられているために、もしこの面で曲げが起こった
場合に管状部材の隣接する側面とガセットとが係合する
のを遅らせる。これが狭いエッジ４８との接触点におけ
る管状部材の局部的な変形を最小にする。

【００３２】図３は溶接結合構造の完成した部品の関係
を示す立面図を示している。図４の断面図は各部品のは
め合い関係の詳細を示している。溶接２２は鋳造コーナ
ー部材２０を管状部材１４に連結するものとして示され
ており、熱に影響された領域が符号４４で示されてい
る。

【００３３】図５は矢印４６で示された方向から大きな
外部負荷が印加された場合に発生する、特に符号４５で
概略的に示された領域における管状部材１４と隣接する
ガセット４０の制御されたエネルギーを吸収する変形を
示している。大きな変形は溶接結合部分及び熱に影響さ
れた領域から離れた領域で起こっていることが明らかで
ある。

【００３４】ガセット４０による支持が領域４５におけ
る変形を制御し、変形が溶接領域に伝搬するのを防止し
ている。負荷がかかった管状部材の側面に沿った曲げが
管状部材の長さに沿って広がるので、溶接領域及び熱に
影響された物質の応力／歪みを制限する。

【００３５】矢印４６で示されている負荷が逆方向に印
加されると、変形或いは曲げが図示されているのと反対
方向に起こり、ガセット４０は反対方向に反応して管状
部材４０の支持を提供する。もしこの構造が全ての４方
向からの曲げに晒される時には、第２部分３４の自由端
３６の他の２つのエッジ上に２つのガセット４０を追加
すればよい。

【００３６】しかしこの場合には、曲げの前後において
隣接するガセットの如何なる支持も提供しないように、
追加する２つのガセットを片持ちで支持して形状を決定
することが重要である。換言すると、ガセットはそれぞ
れ独立して作用するように形状付けることが好ましい。

【００３７】図示されてはいないが、もしガセット４０
がない場合には、管状部材４０は第２部分３４の自由端
３６の近傍の熱に影響される領域中でより鋭角的に曲が
るであろうことは容易に理解される。

【００３８】以上の説明では１つの溶接結合構造につい
て説明してきたが、本発明の溶接結合構造は垂直方向の
管状部材１４と鋳造コーナー部材２０との各連結部分に
適用可能である。

【００３９】

【産業上の利用可能性】転倒保護構造１０は運転席を保
護する関係で建設機械に取り付けられる。万が一建設機
械が転倒した時、ＲＯＰＳは完全に潰れることなく建設
機械の重量を支持するように設計されている。ある曲げ
はエネルギーを吸収される時に起こることが認識されて
おり、このような曲げの位置及び大きさは制御されるこ
とが好ましい。

【００４０】本発明の構造によれば、必要とする溶接連
結或いは結合は熱に影響された領域の曲げを制限するよ
うにデザインされており、これによりその領域での物質
のクラックの発生及びその後の破壊を防止する。

【００４１】例えば、矢印４６で示されるような大きな
負荷が構造体に印加されると、図５に示すようにその曲
がり方が制御される。最初或いはごく少量の反りが発生
した後に、管状部材の内側表面がガセット４０の外側表
面４１に接触する。管状部材の大きな反り或いは変形
は、溶接箇所及び熱に影響された領域から縦方向に離間
した母材の領域４５に制限される。

【００４２】この作用は反り或いは曲がりを熱に影響さ
れた弱い領域から遠ざかるように移動させるだけでな
く、大きな距離に渡って曲げを拡大し如何なる点におい
ても厳しい曲げが発生するのを減少する。

【００４３】本発明の他の側面、目的及び利益は添付図
面、発明の詳細な説明及び特許請求の範囲を研究するこ
とにより得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を含んだ機械の転倒保護構造
の側面図である。

【図２】図１の２−２の円弧で囲まれた本発明の部品の
斜視図である。

【図３】図１の２−２の円弧で囲まれた本発明の溶接結
合構造の正面図である。

【図４】図３の４−４線に沿った断面図であり、本発明
の溶接結合構造を示している。

【図５】図４に類似した断面図であり、外部負荷の印加
による溶接結合領域の制御された変形を示している。

【符号の説明】

１０ ＲＯＰＳ １４ 垂直管状フレーム部材 １８ 水平管状フレーム部材 ２０ 鋳造コーナー部材 ２２ 溶接 ３２ 第１部分 ３４ 第２部分 ３８ 遷移部分 ４０ ガセット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート・エル・マクナブ アメリカ合衆国、61856イリノイ、モンテ ィセロ、フォックスヒル・ロード11 (72)発明者 ガイル・エフ・ウエステンドルフ アメリカ合衆国、62526イリノイ、デカタ ー、サミット・コート2161

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 運転席の転倒保護構造であって、 所定のサイズ及び形状の内部表面を有する実質上垂直に
   配置された複数の管状フレーム部材と；実質上水平に配
   置された複数の管状フレーム部材と、 それぞれ実質上垂直に配置された管状フレーム部材の対
   応する端部中に入れ子式に挿入された、自由端と所定の
   サイズ及び形状の外部表面とを含んだ管状端部部分を有
   する複数の鋳造コーナー部材とを具備し；前記管状端部
   部分は所定の厚さの壁と、端部部分の自由端から片持ち
   関係で固定されて縦方向に伸長する少なくとも１つのガ
   セットとを有し、該管状端部部分の外側表面は管状フレ
   ーム部材の内部表面に近接して配置されていることを特
   徴とする運転席の転倒保護構造。