JP2865896B2 - 振動発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、振動杭打機，各種シェ
ーカー，ふるい装置等に適用される振動発生装置に係
り、特に、偏心重錘を回転させることにより得られる起
振力あるいは振幅を任意にかつ無段階に変更できるよう
にされたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】偏心重錘を回転させることにより発生す
る遠心力を利用した振動発生装置としては、偏心重錘が
取り付けられた対をなす偶数本の回転軸をケーシング部
材に相互に平行に軸支するとともに、各回転軸に伝動歯
車を取り付けて隣接するもの同士を噛合させ、一方の回
転軸群と他方の回転軸群とを反対方向に回転させること
により、各回転軸に取り付けられた偏心重錘に発生する
遠心力の水平分力を相殺するとともに遠心力の垂直分力
を相加し、この垂直分力によりケーシング部材に例えば
上下方向の起振力を与えるようにしたものが一般によく
知られている。

【０００３】このような振動発生装置にあっては、ケー
シング部材をばねあるいはダンパーを介して支持するこ
とにより、振動発生装置全体が回転軸の回転速度に応じ
た周波数をもって振動せしめられる。従って、ケーシン
グ部材にチャック等を介して例えば鋼矢板等の杭を支持
させて振動発生装置を作動させることにより、杭打込作
業や杭引抜作業が行え、さらに、かかる振動発生装置を
シェーカーやふるい装置に組み込むことで掻き混ぜ作業
やふるい作業が行える。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した如くの従来の
振動発生装置においては、回転軸に偏心重錘が固定され
ているため、運転時に起振力あるいは振幅を任意に変え
ることは容易ではない。ところが、かかる振動発生装置
では、運転開始時において静止状態の偏心重錘を回転さ
せるために必要とされる駆動力は偏心重錘が定格回転速
度に達した後におけるそれより著しく大きいので、静止
状態の偏心重錘が定格回転速度に達するまでに必要とさ
れる駆動力を低減することができればモーター等の駆動
源の小型化が図れ、消費電力等のエネルギーの利用効率
を格段に向上させることができる。そのため、回転軸の
回転開始初期において、回転に必要とされる駆動力を簡
易に低減させ得る方策が要望されている。

【０００５】また、例えば、振動杭打機に適用される振
動発生装置にあっては、杭打込作業性や杭引抜作業性を
向上させるため、打ち込まれる杭が貫入する地盤の状態
等に応じて起振力あるいは振幅を簡易に変え得る方策、
あるいは起動時、制動時に発生する共振現象を防ぐため
の方策も要望されている。

【０００６】上述の要望に応えるべく現在起振力あるい
は振幅可変の振動発生装置がいくつか考えられている
が、いずれも構造が複雑で部品点数が多く大幅なコスト
アップが避けられない嫌いがある。かかる点に鑑み本発
明は、運転時においても起振力あるいは振幅を任意にか
つ無段階に変えることができ、しかも、構造が簡素でか
つ合理的で容易に製作できる振動発生装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成すべ
く、本発明に係る振動発生装置は、基本的には、ケーシ
ング部材に軸支され、第１の固定伝動歯車及び第１の固
定偏心重錘が外嵌固定されるとともに、第１の可動伝動
歯車及び該歯車に結合された第１の可動偏心重錘が相対
回転可能に外嵌された第１の回転軸と、上記ケーシング
部材に上記第１の回転軸と平行に軸支され、上記第１の
固定伝動歯車に噛合する第２の固定伝動歯車及び第２の
固定偏心重錘が外嵌固定されるとともに、上記第１の可
動伝動歯車に噛合する第２の可動伝動歯車及び該歯車に
結合された第２の可動偏心重錘が相対回転可能に外嵌さ
れた第２の回転軸と、上記第１及び第２の回転軸と平行
で回転可能かつ軸方向に移動可能に配置された位相調整
軸と、少なくとも一方が上記位相調整軸に軸方向の移動
を阻止された状態で相対回転可能に外嵌されていて、一
方が上記第１および第２の固定伝導歯車のいずれかに、
他方が上記第１および第２の可動伝導歯車のいずれかに
噛合する一対の位相調整歯車と、上記位相調整軸を軸方
向に強制的に移動させる駆動手段とを具備して構成さ、
上記位相調整軸に径方向に突出するピンが立設されると
ともに、上記一対の位相調整歯車の少なくとも一方に延
長ボス部が設けられ、該延長ボス部に上記ピンが嵌挿さ
れる螺旋長孔が形成されていることを特徴とする。

【０００８】本発明の一態様として、一対の位相調整歯
車にそれぞれ一方が他方に挿入される小径延長ボス部と
大径延長ボス部を設け、これらの延長ボス部にそれぞれ
上記ピンが嵌挿される逆位相の螺旋長孔を形成してもよ
い。

【０００９】

【作用】上述の如くの構成を有する本発明に係る振動発
生装置においては、駆動手段により位相調整軸が軸方向
に強制的に相対移動せしめられると、位相調整軸に立設
されたピンが位相調整歯車に設けられた螺旋長孔に嵌挿
されていることにより、一対の位相調整用歯車が位相調
整軸の移動距離に応じて互いに反対方向に相対回転し、
それらの位相が等角度ずつ進められ又は遅らされた状態
で位相調整軸と一体に回転する。

【００１０】そして、このように一対の位相調整歯車の
位相が変化すると、一対の位相調整歯車の一方の回転が
伝達される第１及び第２の回転軸とそれに取り付けられ
た第１及び第２の固定偏心重錘の位相も同角度ずつ変化
し、また、一対の位相調整歯車の他方の回転が伝達され
る第１及び第２の可動伝動歯車が第１及び第２の回転軸
に対して相対回転し、それに伴い第１及び第２の可動伝
動歯車に結合された第１及び第２の可動偏心重錘の位相
も上記第１及び第２の固定偏心重錘とは逆方向に同角度
ずつ変化する。それにより、各偏心重錘に発生する水平
分力が常時相殺されるのに対し、各偏心重錘に発生する
垂直分力の合計値が位相調整軸に対する一対の位相調整
用歯車の相対回転角度に応じて変化せしめられ、その結
果、第１及び第２の回転軸を介してケーシング部材に与
えられる起振力あるいは振幅が変化せしめられる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつ
つ説明する。図１及び図２は本発明に係る振動発生装置
の一実施例の主要部を示す斜視図及び展開図であり、図
６は図１及び図２に示される実施例の振動発生装置が適
用された振動杭打機の一例を示す正面図である。

【００１２】図６において、振動杭打機１は、クレーン
等の吊持手段のフック２が掛止される掛止部が設けられ
たハンガー５と、このハンガー５から垂下された４本の
ガイドロッド６及びそれに縮装された上下一対のコイル
スプリング８，９を有した緩衝装置７と、この緩衝装置
７を介してハンガー５に支持された、駆動源としての電
動モーター１４，ケーシング部材２０，ケーシング部材
２０内部に配置された起振力発生部，動力伝達用のベル
ト１７及びプーリー１８，２５等を備えた本実施例の振
動発生装置１０と、この振動発生装置１０の下側に設け
られた、鋼矢板等の杭を拘持するチャック１２等からな
っている。この振動杭打機１は、後記する起振力発生部
を除き従来公知のものであって、駆動源として電動モー
ターに限らず油圧モーター等任意の手段を用いることが
できるとともに、緩衝装置も図示のもの以外に適宜のも
のを用いうるものである。

【００１３】ケーシング部材２０に設けられた起振力発
生部は、図１及び図２に詳細に示される如くに、電動モ
ーター１４からの回転駆動力がプーリー２５を介して伝
達される第１の回転軸２１と、この第１の回転軸２１の
略真横にそれと平行に配置された第２の回転軸２２と、
これら第１及び第２の回転軸２１，２２の下方にそれら
と平行でかつ回転可能に配置された位相調整軸８０とを
有している。なお、この実施例では位相調整軸８０は第
１及び第２の回転軸２１，２２の下方に位置するものと
して示されているが、位相調整軸８０は第１及び第２の
回転軸２１，２２に対し平行でかつ回転可能に配置され
てさえいれば、その位置はその下方に限定されないこと
は明らかであろう。

【００１４】第１の回転軸２１は、図２に示される如
く、その両端部がケーシング部材２０の側壁２０ａ，２
０ｂにベアリング２６，２７を介して軸支され、この第
１の回転軸２１には、第１の固定伝動歯車３１が外嵌さ
れてキー４３により固定されるとともに、分割された第
１の固定偏心重錘５１Ａａ，５１Ａｂ（５１Ａａと５１
Ａｂとを合わせて符号５１Ａを用いる）がケーシング部
材２０の側壁２０ａ，２０ｂ近傍にスプライン結合によ
り外嵌されて固定され、また、第１の可動伝動歯車３２
及びそれに連結ピン３７で一体的に回転し得るように結
合された第１の可動偏心重錘５１Ｂがそれぞれベアリン
グ４５，５３を介して相対回転可能に外嵌されている。

【００１５】また、第２の回転軸２２は、ケーシング部
材２０の側壁２０ａ，２０ｂにベアリング２８，２９を
介して軸支され、この第２の回転軸２２には、第１の固
定伝動歯車３１に噛合する第２の固定伝動歯車３３が外
嵌されてキー４４により固定されるとともに、分割され
た第２の固定偏心重錘５２Ａａ，５２Ａｂ（５２Ａａと
５２Ａｂとを合わせて符号５２Ａを用いる）がケーシン
グ部材２０の側壁２０ａ，２０ｂ近傍にスプライン結合
により外嵌されて固定され、また、第２の可動伝動歯車
３４及びそれに連結ピン３８で一体的に回転し得るよう
に結合された第２の可動偏心重錘５２Ｂがそれぞれベア
リング４６，５４を介して相対回転可能に外嵌されてい
る。

【００１６】なお、第１、第２の回転軸２１、２２と固
定偏心重錘５１Ａ、５２Ａとの固定手段、あるいは第
１、第２の可動伝導歯車３２、３４と第１、第２の可動
偏心重錘５１Ｂ、５２Ｂとの固定手段は、ここに示した
ように、スプライン結合、連結ピンによる結合に限られ
るものではなく固定手段としての機能を果たすものであ
ればいかなる手段でもよいことは明らかであろう。

【００１７】さらに、位相調整軸８０の一端側は、後述
の油圧シリンダ５０のピストンロッド６５の先端にベア
リング６９を介して回転可能な状態でかつ軸方向の相対
移動は阻止された状態で連結されている。また、他端側
はベアリング４２を介してケーシング部材の側壁２０ｂ
に回転可能に支持されている。位相調整軸８０には、図
３に詳細に示される如くに、その中央部付近に径方向に
貫通する挿入孔８１が形成され、この挿入孔８１にピン
８２がその両端部を所定長だけ突出させた状態で圧入さ
れる。

【００１８】上述の位相調整軸８０を軸方向にに移動さ
せる駆動手段としての、複動型で自動ロック装置付の油
圧シリンダ５０がケーシング部材２０に付随して設けら
れた壁部２０ｃに取り付けられている。油圧シリンダ５
０は外部に配置された油圧ユニットからの作動油を給排
するための給排口６６，６８を有し、作動油の給排量に
応じてそのピストンロッド６５を進退させるようにさ
れ、このピストンロッド６５の移動量を制御するため、
図示はされていないが、例えば、差動変圧器式等の位置
検出器が配されている。

【００１９】そして、上記位相調整軸８０には、第２の
固定伝動歯車３３に噛合する第１の位相調整歯車３５と
第２の可動伝動歯車３４に噛合する第２の位相調整歯車
３６がそれぞれ軸方向の移動を阻止された状態で外嵌さ
れている。第１の位相調整歯車３５は位相調整軸８０に
対して相対回転可能とされ、この第１の位相調整歯車３
５には大径延長ボス部８４が設けられ、大径延長ボス部
８４には一対の螺旋長孔８６が１８０°の位相差をもっ
て同一向きで対向して形成されている。また、第２の位
相調整歯車３６には、大径延長ボス部８４に挿入される
小径延長ボス部８５が設けられ、小径延長ボス部８５に
は上記螺旋長孔８６とは逆位相の一対の螺旋長孔８７が
１８０°の位相差をもって同一向きで対向して形成され
ている。これらの螺旋長孔８６，８７には、位相調整軸
８０に形成された上記挿入孔８１に圧入されるピン８２
の両端部が挿入される。ピン８２の両端部にはそれと螺
旋長孔８６，８７との摺動抵抗を減じるためのスリーブ
状の回転リング８８が遊嵌されるとともにその抜け止め
用のワッシャ８９が挿着されている。

【００２０】なお、上述の第１及び第２の固定偏心重錘
５１Ａ，５２Ａ及び第１及び第２の可動偏心重錘５１
Ｂ，５２Ｂは、一例として、それぞれ中心角が１８０°
の概略扇形であり、第１及び第２の固定偏心重錘５１
Ａ，５２Ａの一つの厚みは第１及び第２の可動偏心重錘
５１Ｂ，５２Ｂの約半分とされており、第１及び第２の
固定偏心重錘５１Ａ，５２Ａと第１及び第２の可動偏心
重錘５１Ｂ，５２Ｂ（ピン３７，３８等を含む）とは、
偏心モーメントが同一となるようにそれらの重量及び形
状が定められるとともに、左右方向おいて釣り合いがと
れるように位置決めがなされている。

【００２１】しかしながら、第１、第２の固定偏心重錘
５１Ａ、５２Ａ、および第１、第２の可動偏心重錘５１
Ｂ、５２Ｂの形状、厚み等は上記したものに限るもので
はなく、偏心モーメントが同一となるように、また左右
方向において釣り合いがとれるようにそれらの重量およ
び形状、あるいは位置決めがなさればよいものであるこ
とは明らかであろう。

【００２２】上述の如くの構成を有する本実施例の振動
発生装置１０においては、モーター１４の回転駆動力が
ベルト１７を介して第１の回転軸２１→第１の固定伝動
歯車３１→第２の固定伝動歯車３３→第１の位相調整歯
車３５→ピン８２、を順次介して位相調整軸８０に伝達
され、第１の回転軸２１，第２の回転軸２２及び位相調
整軸８０が同期して回転するとともに、位相調整軸８０
の回転が→ピン８２→第２の位相調整歯車３６→第２の
可動伝動歯車３４→第１の可動伝動歯車３２に順次伝達
される。

【００２３】ここで、シリンダー５０により位相調整軸
８０を軸方向に強制的に移動させると、この位相調整軸
８０に植立されたピン８２が第１の位相調整歯車３５と
第２の位相調整歯車３６とにそれぞれ設けられた逆位相
の螺旋長孔８６，８７に嵌挿されているので、第１の位
相調整歯車３５及び第２の位相調整歯車３６が螺旋長孔
８６，８７の周方向分力によって位相調整軸８０の移動
距離に応じて互いに反対方向に回転し、それらの位相が
等角度ずつ進められ又は遅らされ、かかる状態で第１の
位相調整歯車３５，第２の位相調整歯車３６が位相調整
軸２３と一体に回転する。

【００２４】そして、このように第１の位相調整歯車３
５及び第２の位相調整歯車３６との位相差が生じると、
第１及び第２の可動伝動歯車３２，３４が第１及び第２
の回転軸２１，２２に対して相対回転し、第１及び第２
の回転軸とそれに取り付けられた第１及び第２の固定偏
心重錘５１Ａ，５２Ａと、第１及び第２の可動伝動歯車
３２，３４に結合された第１及び第２の可動偏心重錘５
１Ｂ，５２Ｂとの間に位相差が発生し、それにより、第
１及び第２の回転軸２１，２２を介してケーシング部材
２０に与えられる起振力あるいは振幅が変化せしめられ
る。

【００２５】この場合、第１及び第２の回転軸２１，２
２に取り付けられた各偏心重錘５１Ａ，５２Ａ，５１
Ｂ，５２Ｂに発生する遠心力の水平分力が相殺されると
ともに、遠心力の垂直分力が相加され、この垂直分力に
よりケーシング部材２０に上下方向の起振力が与えられ
る。そして、いま、図７Ａに示される如くに、第１及び
第２の固定偏心重錘５１Ａ，５２Ａと第１及び第２の可
動偏心重錘５１Ｂ，５２Ｂの同軸上に配されたもの同士
の位相差が１８０°（例えば、ピン８２が螺旋長孔８
６，８７の右端に位置しているとき）とされている場合
には、図８Ａにおいて曲線ａ，ｂで示される如く、それ
らから得られる起振力は互いに相殺されて０となる。そ
れに対し、上述の状態から位相調整軸８０を１ストロー
ク分だけ移動させる（例えば、ピン８２を螺旋長孔８
６，８７の左端に移動させる）と、第１の位相調整歯車
３５が例えば右回りに、また、第２の位相調整歯車３６
が左回りにそれぞれ９０°ずつ回転し、図７Ｃに示され
る如く、第１及び第２の固定偏心重錘５１Ａ，５２Ａと
第１及び第２の可動偏心重錘５１Ｂ，５２Ｂの同軸上に
配されたもの同士の位相差は０となり、図８Ｃにおいて
曲線ｃで示される如く、一方の偏心重錘だけで得られる
起振力あるいは振幅の２倍の起振力が得られる。

【００２６】なお、図８Ｂは、位相差が９０°の場合を
示しており、図８Ａ、Ｃの場合と同様に起振力あるいは
振幅ａおよびｂの和としての量、すなわち、図８Ｂにお
ける曲線ｃで示される量の起振力あるいは振幅が得られ
る。

【００２７】従って、例えば、振動発生装置１０の起動
時においては、第１及び第２の固定偏心重錘５１Ａ，５
２Ａと第１及び第２の可動偏心重錘５１Ｂ，５２Ｂと
の、同軸上にあるもの同士の位相差を図７Ａに示される
如くに１８０°にしておけば、釣り合いのとれたフライ
ホイールを起動する場合と同様な状態となり、起動後電
動モーター１４が定格回転速度に達するまでの期間にそ
れらの位相差を１８０°から０に徐々に減少させるよう
に位相調整軸８０を移動させれば、大なる駆動力を必要
とせずに各偏心重錘を円滑に回転させることが可能とな
り、そのため、電動モーター１４は小型のもので充分に
その役目を果たすことができ、省エネルギー化が図られ
ることになる。

【００２８】なお、上述の例においては、第１の位相調
整歯車３５と第２の位相調整歯車３６にそれぞれそれら
を逆方向に９０°程度ずつ回転させる螺旋長孔８６，８
７を形成しているが、螺旋長孔は一方だけに形成しても
よく、その場合は一方だけを位相調整軸に対して０°か
ら１８０°まで相対回転させるように螺旋長孔の形状を
選定すればよい。また、位相調整軸８０の駆動手段とし
て油圧シリンダ５０が用いられているが、それに代え
て、例えば、モーター，ウオームギヤ，推力軸等から構
成される駆動手段を用いてもよい。

【００２９】さらに、第１及び第２のの可動伝動歯車３
２，３４と第１及び第２の可動偏心重錘５１Ｂ，５２Ｂ
とは、一体的に製造あるいは結合してもよく、各偏心重
錘や歯車の配置、また、第１の回転軸２１，第２の回転
軸２２，位相調整軸８０の配置は適宜変更できること勿
論である。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から明らかな如く、本発明に
係る振動発生装置は、駆動手段により第１の調整軸が第
２の調整軸に対して軸方向に強制的に相対移動せしめら
れると、駆動手段により位相調整軸が軸方向に強制的に
相対移動せしめられると、位相調整軸に立設されたピン
が位相調整歯車に設けられた螺旋長孔に嵌挿されている
ことにより、位相調整軸の移動距離に応じて一対の位相
調整歯車が互いに反対方向に相対回転し、それに伴い第
１及び第２の固定伝動歯車及び第１及び第２の可動伝動
歯車のいずれか一方の位相が他方に対して進められ又は
遅らされた状態で位相調整軸と一体に回転するようにな
される。従って、このように一対の位相調整歯車の位相
が変化すると、一対の位相調整歯車の一方の回転が伝達
される第１及び第２の回転軸に取り付けられた第１及び
第２の固定偏心重錘と、一対の位相調整歯車の他方の回
転が伝達される第１及び第２の可動伝動歯車に結合され
た第１及び第２の可動偏心重錘とに位相差が生じ、それ
により、各偏心重錘に発生する水平分力が常時相殺され
るのに対し、各偏心重錘に発生する垂直分力の合計値が
第１及び第２の固定偏心重錘と第１及び第２の可動偏心
重錘との位相差に応じて変化せしめられ、その結果、第
１及び第２の回転軸を介してケーシング部材に与えられ
る起振力が変化せしめられるので、運転時においても起
振力を任意にかつ無段階に変えることができ、しかも、
構造が極めて簡素かつ合理的で容易に製作できる利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る振動発生装置の一実施例の主要部
を示す斜視図。

【図２】本発明に係る振動発生装置の一実施例の主要部
を示す展開図。

【図３】図１及び図２に示される実施例の主要部の詳細
図。

【図４】図１及び図２に示される実施例の動作説明に供
される図。

【図５】図１及び図２に示される実施例の動作説明に供
される図。

【図６】図１及び図２に示される実施例の振動発生装置
が適用された振動杭打機の一例を示す正面図

【図７】図１及び図２に示される実施例の動作説明に供
される図。

【図８】図１及び図２に示される実施例の動作説明に供
される図。

【符号の説明】

１０─振動発生装置 １４─モーター ２０─ケーシング部材 ２１─第１の回転軸 ２２─第２の回転軸 ３１，３３─固定伝動歯車 ３２，３４─可動伝動歯車 ３５，３６─位相調整歯車 ５１Ａ，５２Ａ─固定偏心重錘 ５１Ｂ，５２Ｂ─可動偏心重錘 ５０―油圧シリンダ ８０―位相調整軸 ８２―ピン ８４，８５―延長ボス部 ８６，８７―螺旋長孔

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシング部材に軸支され、第１の固定
   伝動歯車及び第１の固定偏心重錘が外嵌固定されるとと
   もに、第１の可動伝動歯車及び該歯車に結合された第１
   の可動偏心重錘が相対回転可能に外嵌された第１の回転
   軸と、上記ケーシング部材に上記第１の回転軸と平行に
   軸支され、上記第１の固定伝動歯車に噛合する第２の固
   定伝動歯車及び第２の固定偏心重錘が外嵌固定されると
   ともに、上記第１の可動伝動歯車に噛合する第２の可動
   伝動歯車及び該歯車に結合された第２の可動偏心重錘が
   相対回転可能に外嵌された第２の回転軸と、上記第１及
   び第２の回転軸と平行で回転可能かつ軸方向に移動可能
   に配置された位相調整軸と、少なくとも一方が上記位相
   調整軸に軸方向の移動を阻止された状態で相対回転可能
   に外嵌されていて、一方が上記第１および第２の固定伝
   導歯車のいずれかに、他方が上記第１および第２の可動
   伝導歯車のいずれかに噛合する一対の位相調整歯車と、
   上記位相調整軸を軸方向に強制的に移動させる駆動手段
   とを具備し、上記位相調整軸に径方向に突出するピンが
   立設されるとともに、上記一対の位相調整歯車の少なく
   とも一方に延長ボス部が設けられ、該延長ボス部に上記
   ピンが嵌挿される螺旋長孔が形成されていることを特徴
   とする振動発生装置。
2. 【請求項２】 一対の位相調整歯車にそれぞれ一方が他
   方に挿入される小径延長ボス部と大径延長ボス部が設け
   られ、これらの延長ボス部にそれぞれ上記ピンが嵌挿さ
   れる逆位相の螺旋長孔が形成されていることを特徴とす
   る請求項１記載の振動発生装置。