JP2000017659A

JP2000017659A - 振動作業装置

Info

Publication number: JP2000017659A
Application number: JP10205831A
Authority: JP
Inventors: Yukio Sakamoto; 幸男坂本
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1998-07-06
Filing date: 1998-07-06
Publication date: 2000-01-18

Abstract

(57)【要約】【課題】加振機が振動するときの振幅を油圧源から供
給される圧油の流量と共に操作することにより、運転効
率、操作性を向上させる。【解決手段】加振機１７の油圧シリンダ１８を方向制
御弁２８によって駆動し、作業具１３のタンパ１６を振
動させる。また、油圧ポンプ３０から油圧シリンダ１８
に供給する圧油の流量を流量制御弁３４により変化さ
せ、この流量制御弁３４を操作レバーによって操作す
る。そして、コントローラ４０は、加振機１７を周波数
設定器３９により設定した周波数で振動させつつ、その
振幅を変位センサ２６、圧力センサ３５等により検出し
た前記操作レバーの操作量に応じて調整する。これによ
り、加振機１７の振幅に応じて圧油の流量を増減させ、
運転効率を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建設機械に装備さ
れ、地固め作業、あるいは矢板、杭等の打込み、引抜き
作業等に好適に用いられる振動作業装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、建設機械に装備される振動作業
装置は、土木作業等において作業現場の地固め作業、あ
るいは矢板、杭等の打込み、引抜き作業等を行うときに
用いられている（例えば特開平８−１８４０４２号公
報、または「パワーデザイン」第３０巻，第５号，１０
３〜１０４頁等）。

【０００３】この種の従来技術による振動作業装置は、
建設機械に設けられた作業具支持体としてのハウジング
と、該ハウジングに弾性部材等を介して振動可能に連結
されたタンパ等の作業具と、該作業具を任意の周波数お
よび振幅で振動させる加振機等とから構成されている。

【０００４】また、加振機は、チューブ内にピストンが
摺動可能に挿嵌された油圧シリンダと、該油圧シリンダ
に設けられた電磁式の方向制御弁等とからなり、この方
向制御弁は、振動制御用のコントローラ等に接続されて
いる。そして、方向制御弁は、建設機械に設けられた油
圧ポンプ等の油圧源から前記油圧シリンダ内に圧油が給
排されるときに、この圧油の流れ方向をコントローラの
制御信号に応じて切換制御するものである。

【０００５】さらに、コントローラには、例えば建設機
械の運転室内に配置された入力装置が接続され、この入
力装置には、加振機が振動するときの周波数と振幅とを
可変に設定操作する周波数設定器と振幅設定器とが設け
られている。

【０００６】そして、振動作業装置を用いて土木作業等
を行うときには、作業者が入力装置の周波数設定器と振
幅設定器とを操作し、加振機を振動させる周波数と振幅
とを設定する。これにより、入力装置で設定された周波
数と振幅とを有する制御信号がコントローラから方向制
御弁に出力されると、油圧源から油圧シリンダ内に給排
される圧油の方向が方向制御弁によって切換えられる。
この結果、油圧シリンダのピストンはチューブ内で相対
的に振動し、この油圧シリンダからの反力によって作業
具も振動するようになる。

【０００７】従って、作業者等は、入力装置の周波数設
定器と振幅設定器とを操作することにより、地固め、杭
打ち等の作業内容に応じて加振機の振動周波数と振幅と
を所望の大きさに設定することができる。

【０００８】また、振動作業装置には、例えばタンパ、
チャック等からなる複数種類の作業具が作業内容に応じ
て着脱可能に取付けられるため、作業具を振動させるた
めに必要な圧油の最大流量は、その種類、重量等に応じ
て異なる場合がある。このため、油圧ポンプと加振機と
の間には流量調整用の操作弁が設けられ、作業者は、運
転室内に設けられた操作レバー等を必要に応じて操作す
ることにより、油圧ポンプから吐出される圧油のうち加
振機に供給される圧油の流量を前記操作弁によって調整
する構成としている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術では、入力装置の周波数設定器と振幅設定器とを
操作して加振機の振動周波数と振幅とを設定し、この周
波数と振幅とをもった制御信号をコントローラから方向
制御弁に出力することにより、加振機の振動周波数と振
幅とを電気的に調整する構成としている。

【００１０】しかし、油圧ポンプから加振機に供給され
る圧油の流量が操作弁によって小さく設定されている場
合には、入力装置を振動の最大側に操作しているにも拘
らず、加振機が圧油の流量不足によって大きく振動しな
いことがある。従って、例えば作業中に加振機の振動周
波数や振幅を広い範囲に亘って使用するときには、作業
の途中で圧油の流量不足によって操作弁を操作する煩わ
しさを避けるため、作業者が操作弁を最大流量側に保持
し、油圧ポンプから加振機に向けて常に最大流量の圧油
が供給されるようにした状態で作業を行うことになり易
い。

【００１１】この結果、加振機を小さく振動させた状態
で作業を行う場合でも、油圧ポンプは加振機に向けて余
分な圧油を供給し、この圧油はタンクへと無駄に還流さ
れることが多くなる。このため、従来技術では、加振機
を油圧ポンプにより効率よく振動させることができず、
操作弁を用いて振動作業装置の運転性を低下させない限
りは、例えば油圧ポンプから他の駆動部等に供給される
圧油の流量が低下したり、燃費の悪化等を招いたりする
という問題がある。

【００１２】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明の目的は、加振機を振動させる周
波数と振幅とを容易に設定操作でき、その設定内容に応
じて加振機を油圧源により効率よく振動させることがで
きると共に、作業中の操作性、燃費等を確実に向上でき
るようにした振動作業装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために請求項１の発明は、建設機械に設けられた作業具
支持体と、該作業具支持体により振動可能に支持された
作業具と、該作業具に設けられ油圧源から供給される圧
油によって該作業具を任意の周波数および振幅で振動さ
せる加振機と、該加振機に設けられ該加振機の振幅を検
出する振幅検出手段と、前記油圧源から加振機に供給さ
れる圧油の流量を可変に設定する流量設定手段と、該流
量設定手段より設定された圧油の圧力を検出する圧力検
出手段と、加振機が振動するときの周波数を可変に設定
する周波数設定手段と、前記流量設定手段により設定さ
れた圧油の流量に応じて加振機の振幅を変化させるた
め、該周波数設定手段により設定した周波数の設定値、
前記振幅検出手段により検出した振幅の検出値および前
記圧力検出手段により検出した圧油の圧力値を用いて前
記加振機の振幅を調整する振幅調整手段と、該振幅調整
手段により調整した振幅の調整値と前記周波数設定手段
により設定した周波数の設定値とを用いて前記加振機を
振動させる周波数と振幅とをもった目標信号を生成し、
この目標信号を前記加振機に出力する目標信号出力手段
とからなる構成を採用している。

【００１４】このように構成することにより、加振機が
振動するときの周波数を周波数設定手段によって所望の
大きさに設定でき、振幅調整手段では、この周波数で加
振機を振動させつつ加振機の振幅を流量設定手段により
設定した圧油の流量に応じて調整することができる。即
ち、油圧源から加振機に供給される圧油の流量を流量設
定手段によって設定でき、このときの圧油の圧力値を圧
力検出手段によって検出できると共に、振幅調整手段で
は、前記圧油の圧力値、振幅の検出値および周波数の設
定値を用いて加振機の振幅を調整することができる。

【００１５】また、請求項２の発明では、前記流量設定
手段は、前記加振機と油圧源との間に設けられ前記油圧
源から加振機に供給される圧油の流量を設定する流量制
御弁により構成している。

【００１６】これにより、例えばレバー、ペダル等から
なる操作機構を用いて流量制御弁を開，閉操作でき、こ
の流量制御弁により油圧源から加振機に供給される圧油
の流量を可変に設定できると共に、振幅調整手段では、
加振機が振動するときの振幅を操作機構の操作量に応じ
て調整することができる。

【００１７】さらに、請求項３の発明では、前記圧力検
出手段は前記加振機と油圧源との間に位置して前記流量
設定手段と並列に設けられた圧力センサからなり、該圧
力センサは前記流量制御手段の前，後の差圧を検出する
構成としている。

【００１８】これにより、油圧源から加振機に供給され
る圧油の流量が流量制御弁によって変化したときには、
該流量制御弁の前，後で圧油に生じる差圧を圧力センサ
によって検出でき、振幅調整手段では、この差圧の検出
値と、振幅の検出値および周波数の設定値とを用いて加
振機の振幅を調整することができる。

【００１９】また、請求項４の発明では、前記振幅調整
手段には、前記加振機が周波数設定手段により設定した
周波数で振動するときに発生可能な振幅の最大値を予め
定められた前記油圧源の定格流量と前記周波数設定手段
により設定した周波数の設定値とを用いて演算する最大
振幅演算手段と、前記振幅検出手段により検出した振幅
の検出値と前記周波数設定手段により設定した周波数の
設定値とを用いて前記油圧源から加振機に供給される圧
油の流量を演算する流量演算手段と、該流量演算手段に
より演算した流量の演算値と前記圧力検出手段により検
出した圧油の圧力値とを用いて前記流量設定手段により
流量を設定操作したときの操作量を演算する操作量演算
手段と、該操作量演算手段により演算した操作量の演算
値と予め定められた操作量の最大値との比率を前記振幅
の最大値に乗算することによって前記振幅の調整値を演
算する振幅演算手段とを設ける構成としている。

【００２０】これにより、最大振幅演算手段は、加振機
が周波数設定手段により設定した周波数で振動するとき
に発生可能な振幅の最大値を演算でき、流量演算手段
は、油圧源から加振機に供給される圧油の流量を演算で
きると共に、操作量演算手段は、流量設定手段により流
量を設定操作したときの操作量を演算できる。従って、
振幅演算手段では、振幅がその最大値に対して操作量の
演算値と操作量の最大値との比率分だけ小さくなるよう
に振幅の調整値を演算することができる。

【００２１】さらに、請求項５の発明では、前記加振機
は、チューブ内にピストンが摺動可能に挿嵌され該チュ
ーブとピストンのうちいずれか一方が前記作業具に固定
される油圧シリンダと、該油圧シリンダに設けられ油圧
源から該油圧シリンダ内に給排される圧油の方向を切換
える方向制御弁とからなり、前記振幅検出手段は油圧シ
リンダのチューブに対するピストンの相対変位を検出す
る変位センサによって構成し、かつ前記目標信号出力手
段と方向制御弁との間には、前記目標信号出力手段から
出力される目標信号と前記変位センサから出力される検
出信号との差に応じて前記方向制御弁に制御用の信号を
出力する差動増幅手段を設けている。

【００２２】これにより、加振機を振動させるときに
は、目標信号出力手段で生成した目標信号を差動増幅し
て方向制御弁に出力でき、該方向制御弁により油圧シリ
ンダを目標信号に応じて振動させることができる。ま
た、変位センサから出力される検出信号を用いて油圧シ
リンダの駆動量をフィードバック制御できる。

【００２３】また、請求項６の発明では、前記加振機
は、チューブ内にピストンが摺動可能に挿嵌され該チュ
ーブとピストンのうちいずれか一方が前記作業具に固定
される油圧シリンダと、該油圧シリンダに設けられ前記
油圧源から該油圧シリンダ内に給排される圧油の方向を
切換える方向制御弁とからなり、前記油圧シリンダのチ
ューブ、ウエイトおよび方向制御弁によって構成される
第１の慣性体の質量は、前記油圧シリンダのピストン、
ロッドおよび前記作業具によって構成される第２の慣性
体の質量よりも大きく設定している。

【００２４】これにより、第１の慣性体と第２の慣性体
とが油圧シリンダによって振動するときには、第１の慣
性体に生じる大きな慣性力を相対的な質量が小さい第２
の慣性体に反力として加えることができ、第２の慣性体
に大きな振動を発生させることができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態による
振動作業装置を図１ないし図７を参照しつつ詳細に説明
する。

【００２６】１は後述の振動作業装置１１が装備された
建設機械で、該建設機械１は、下部走行体２と、該下部
走行体２に旋回可能に搭載された上部旋回体３と、該上
部旋回体３上に設けられた運転室４と、上部旋回体３に
俯仰動可能に取付けられた作業用フロント５等とからな
り、該作業用フロント５は、上部旋回体３に俯仰動可能
に設けられたブーム６と、該ブーム６の先端側に回動可
能に設けられたアーム７と、該アーム７の先端側に揺動
可能に設けられ、揺動シリンダ８により揺動される振動
作業装置１１とから構成されている。

【００２７】１１はアーム７の先端側に設けられた本実
施の形態による振動作業装置で、該振動作業装置１１
は、図２ないし図４に示す如く、後述のハウジング１
２、作業具１３、加振機１７等によって構成されてい
る。

【００２８】１２は作業用フロント５の先端側に設けら
れた作業具支持体としてのハウジングで、該ハウジング
１２は、図３中の左，右両側に配設された略コ字状の取
付側板１２Ａ，１２Ａと、該各取付側板１２Ａの上端側
を連結した連結板１２Ｂ等とからなり、各ブラケット１
２Ｃを用いてアーム７の先端側に揺動可能に連結されて
いる。

【００２９】１３はハウジング１２により振動可能に支
持された作業具で、該作業具１３は、図３に示す如く、
上部側が連結ゴム１４を介してハウジング１２の各取付
側板１２Ａに支持された支持ブラケット１５，１５と、
該各支持ブラケット１５の下端側に固着された鋼板等の
タンパ１６とからなり、各連結ゴム１４は作業具１３
（加振機１７）の振動が建設機械１側に伝わるのを防止
している。

【００３０】１７は作業具１３に設けられた加振機で、
該加振機１７は、図４に示す如く、後述の油圧シリンダ
１８、ウエイト２７、方向制御弁２８等によって構成さ
れている。そして、加振機１７は、後述の油圧ポンプ３
０から供給される圧油によって駆動され、作業具１３を
図１中の矢示Ａ方向に対して任意の周波数および振幅で
振動させるものである。

【００３１】１８は加振機１７の一部を構成する油圧シ
リンダで、該油圧シリンダ１８は、内周側にロッドガイ
ド１９Ａ，１９Ｂが嵌合された筒状のチューブ１９と、
該チューブ１９内に摺動可能に挿嵌された短尺な円柱状
のピストン２０と、該ピストン２０の上端側、下端側に
それぞれ固着された上側ロッド２１、下側ロッド２２等
とから構成されている。そして、チューブ１９は上端側
がキャップ２３によって施蓋されている。また、ピスト
ン２０はチューブ１９内に上，下の油室２４，２５を画
成している。さらに、下側ロッド２２はチューブ１９か
ら下向きに突出し、下端側がタンパ１６に固着されてい
る。

【００３２】２６は加振機１７に設けられた振幅検出手
段としての変位センサで、該変位センサ２６は、図４に
示す如く、キャップ２３に固定された円筒状のコイル２
６Ａと、上側ロッド２１に固定された棒状のコア２６Ｂ
等とから構成されている。そして、変位センサ２６は、
チューブ１９に対するピストン２０等の相対変位を上，
下方向で検出し、この検出信号を後述の振幅検出器４８
から振幅の検出値Ｗkとして出力するものである。

【００３３】２７，２７はチューブ１９の左，右両側に
取付けられたウエイトで、該各ウエイト２７は直方体状
をなす重量の金属体等からなり、後述するようにチュー
ブ１９、方向制御弁２８等と共に質量Ｍ1 を有してい
る。

【００３４】２８は油圧ポンプ３０から油圧シリンダ１
８に給排される圧油の方向を切換制御する方向制御弁
で、該方向制御弁２８は、図４および図５に示す如く、
電磁アクチュエータ２８Ａを有するスプール弁等からな
り、マニホールド２９を介して油圧シリンダ１８のチュ
ーブ１９に取付けられている。

【００３５】そして、方向制御弁２８は、後述の目標信
号出力器４５から正弦波状の目標信号が出力されると、
この目標信号に対応して図５中の中立位置（イ）から切
換位置（ロ），（ハ）へと連続的に切換わる。これによ
り、油圧ポンプ３０から吐出される圧油はチューブ１９
の油室２４，２５内へと交互に給排され、ピストン２０
はチューブ１９内で振動する構成となっている。

【００３６】ここで、油圧シリンダ１８のチューブ１
９、各ウエイト２７、方向制御弁２８、マニホールド２
９等は質量Ｍ1 をもった第１の慣性体を構成し、作業具
１３、ピストン２０、上側ロッド２１、下側ロッド２２
等は質量Ｍ2 をもった第２の慣性体を構成すると共に、
その質量Ｍ2 は第１の慣性体の質量Ｍ1 よりも小さく形
成されている（Ｍ1 ＞Ｍ2 ）。

【００３７】そして、油圧シリンダ１８の作動時には、
チューブ１９側に位置した第１の慣性体とピストン２０
側に位置した第２の慣性体とが相対的に振動し、このと
き第１の慣性体はハウジング１２、作業具１３等に支持
されない自由状態で振動すると共に、その反力が起振力
となってタンパ１６に伝わる。これにより、振動作業装
置の運転中には、タンパ１６を大きく振動させて地固め
等の作業を行うことができる。

【００３８】次に、油圧シリンダ１８を駆動するための
駆動回路について図５を参照しつつ説明する。

【００３９】３０はタンク３１と共に油圧源を構成する
油圧ポンプで、該油圧ポンプ３０、タンク３１は一対の
主管路３２Ａ，３２Ｂを介して油圧シリンダ１８に接続
され、これらの主管路３２Ａ，３２Ｂの途中には、方向
制御弁２８、マニホールド２９等が設けられている。ま
た、油圧ポンプ３０は、タンク３１内の作動油を油圧シ
リンダ１８に向けて主管路３２Ａに吐出し、このとき主
管路３２Ａを流通する圧油の流量は定格流量Ｑs として
予め定められている。

【００４０】３３は振動作業装置１１に設けられた流量
設定手段としての流量設定装置で、該流量設定装置３３
は、後述の流量制御弁３４と、操作レバー４９（図１参
照）とからなり、油圧ポンプ３０から油圧シリンダ１８
に供給される圧油の流量を可変に設定操作するものであ
る。

【００４１】３４は流量設定装置３３の一部を構成する
流量制御弁で、該流量制御弁３４は、油圧ポンプ３０の
吐出側と方向制御弁２８との間に位置して主管路３２Ａ
の途中に接続されている。そして、流量制御弁３４は、
油圧ポンプ３０から油圧シリンダ１８に供給される圧油
の流量を操作レバー４９の操作量Ｚに応じて変化させる
ものである。

【００４２】３５は圧油の圧力を検出する圧力検出手段
としての圧力センサで、該圧力センサ３５は、油圧ポン
プ３０の吐出側と方向制御弁２８との間に設けられ、主
管路３２Ａに対して流量制御弁３４と並列に接続されて
いる。そして、圧力センサ３５は、流量制御弁３４の
前，後で圧油の生じる圧力差を差圧ΔＰとして検出し、
後述のコントローラ４０に検出信号を出力する構成とな
っている。

【００４３】３６は建設機械１の運転室４内に設けられ
た入力装置で、該入力装置３６は、振動作業装置１１を
始動させるための始動スイッチ３７と、振動作業装置１
１を停止させるための停止スイッチ３８と、後述の周波
数設定器３９等とから構成されている。

【００４４】３９は例えば可変抵抗器等からなる周波数
設定手段としての周波数設定器で、該周波数設定器３９
は、加振機１７が振動するときの周波数を可変に設定
し、その設定値Ｆset をコントローラ４０に出力するも
のである。

【００４５】４０は振動作業装置１１を制御するコント
ローラで、該コントローラ４０は、後述の演算器４１、
目標信号出力器４５、オペアンプ４６、振幅検出器４８
等によって構成されている。

【００４６】４１は記憶装置４２、Ａ／Ｄ変換器４３、
Ｄ／Ａ変換器４４と共にマイクロコンピュータ等を構成
する演算器で、該演算器４１には、始動スイッチ３７と
停止スイッチ３８とから出力されるディジタル信号が入
力され、圧力センサ３５、周波数設定器３９および振幅
検出器４８から出力されるアナログ信号がＡ／Ｄ変換器
４３を介して入力される。

【００４７】そして、演算器４１は、後述の目標周波数
Ｆ0 と目標振幅Ｗ0 とをＤ／Ａ変換器４４から目標信号
出力器４５に出力する。また、演算器４１は、周波数設
定器３９から出力される周波数の設定値Ｆset と、変位
センサ２６から振幅検出器４８を通じて出力される振幅
の検出値Ｗk と、圧力センサ３５から出力される差圧Δ
Ｐとを用いて、加振機１７が振動するときの目標振幅Ｗ
0 を操作レバー４９の操作量Ｚに応じて調整する振幅調
整手段を構成している。

【００４８】さらに、記憶装置４２はＲＯＭ、ＲＡＭ等
によって構成され、その内部には、図６に示す制御用の
プログラムと、油圧ポンプ３０の定格流量Ｑs 、操作レ
バー４９の最大操作量Ｚmax 、後述の定数Ｃ1 ，Ｃ2 等
とが予め記憶されている。

【００４９】４５は方向制御弁２８を駆動する目標信号
出力手段としての目標信号出力器で、該目標信号出力器
４５は、演算器４１から出力される目標周波数Ｆ0 と目
標振幅Ｗ0 とを用いて、例えばこれらに対応する周波数
および振幅をもった正弦波状の目標信号Ｓを後述の如く
生成し、この目標信号Ｓをオペアンプ４６を介して方向
制御弁２８に出力する構成となっている。

【００５０】４６は目標信号出力器４５と方向制御弁２
８との間に設けられた差動増幅手段としてのオペアンプ
で、該オペアンプ４６は、目標信号出力器４５から出力
される目標信号と、変位センサ２６から出力されアンプ
４７により増幅された検出信号とを入力されることによ
り、これらの信号値の差を増幅して駆動用の増幅信号を
方向制御弁２８の電磁アクチュエータ２８Ａに出力する
ものである。

【００５１】これにより、油圧シリンダ１８は、目標信
号出力器４５から出力される目標信号と、変位センサ２
６から出力される検出信号とを用いてフィードバック制
御される。この結果、油圧シリンダ１８のピストン２０
は目標信号の波形に追従してチューブ１９内で振動し、
このときの周波数と振動数とは、演算器４１から出力さ
れる目標周波数Ｆ0 、目標振幅Ｗ0 に対応した大きさと
なる。

【００５２】４８はアンプ４７の出力側に接続された振
幅検出器で、該振幅検出器４８は、例えば変位センサ２
６から出力される信号波形の平均値（または実効値）を
振幅の検出値Ｗk として検出し、その検出信号をＡ／Ｄ
変換器４３を通じて演算器４１に出力するものである。

【００５３】４９は流量設定装置３３の一部を構成する
操作機構としての操作レバーで、該操作レバー４９は、
図１に示す如く、例えば建設機械１の運転室４内に操作
可能に設けられ、作業者により所望の操作量Ｚをもって
操作されると共に、その操作量Ｚに応じて流量制御弁３
４を開，閉操作するものである。そして、操作レバー４
９の操作量Ｚは、零から予め定められた最大操作量Ｚma
x までの間に設定されるように構成されている。

【００５４】本実施の形態による振動作業装置１１は上
述の如き構成を有するもので、次に図６を参照しつつコ
ントローラ４０による制御処理について述べる。

【００５５】まず、振動作業装置１１の電源が投入され
ると、ステップ１では、作業者等により始動スイッチ３
７が閉成（ＯＮ）されたか否かを判定し、「ＮＯ」と判
定したときには、始動スイッチ３７が閉成されるまでス
テップ１で待機する。

【００５６】そして、ステップ１で「ＹＥＳ」と判定し
たときには、加振機１７の作動を開始するため、ステッ
プ２で目標振幅Ｗ0 を予め定められた初期設定用の最大
値等に設定し、後述のステップ３〜１０によって加振機
１７の振動制御を行う。

【００５７】ここで、作業者等が振動制御の実行中に停
止スイッチ３８を閉成した場合には、コントローラ４０
に割込み処理が発生する。この場合、実行中の制御処理
は直ちに中断され、ステップ１へと強制的に戻って待機
状態となり、加振機１７の振動は停止した状態となる。

【００５８】次に、ステップ３では、作業者が周波数設
定器３９を用いて設定した周波数の設定値Ｆset を目標
周波数Ｆ0 に代入し、ステップ４では、この目標周波数
Ｆ0と、初期設定した目標振幅Ｗ0 とを目標信号出力器
４５に出力する。これにより、目標信号出力器４５は、
例えば下記数１の式により演算した正弦波状の目標信号
Ｓを方向制御弁２８に出力する。

【００５９】

【数１】Ｓ＝Ｗ0 ×Ｓｉｎ（２π×Ｆ0 ×ｔ）但し、Ｓ：目標信号Ｗ0 ：目標振幅Ｆ0 ：目標周波数ｔ：時間

【００６０】そして、この状態で作業者が操作レバー４
９を操作すると、油圧ポンプ３０からの圧油が流量制御
弁３４を通じて方向制御弁２８に供給されるようにな
り、加振機１７は、目標周波数Ｆ0 と目標振幅Ｗ0 とを
もった振動を作業具１３に発生させる。

【００６１】次に、ステップ５では、加振機１７の目標
周波数Ｆ0 と、記憶装置４２に記憶した油圧ポンプ３０
の定格流量Ｑs および定数Ｃ1 とを用いて、加振機１７
の最大振幅Ｗmax を下記数２の式により演算する。

【００６２】

【数２】

【００６３】ここで、最大振幅Ｗmax とは、加振機１７
が目標周波数Ｆ0 で振動するときに該加振機１７に発生
することが可能な振幅の最大値として定義されるもので
ある。また、定数Ｃ1 は、例えば油圧シリンダ１８の断
面積等に応じて予め定められた固定値である。そして、
加振機１７が周波数Ｆと振幅Ｗをもって振動していると
きには、油圧シリンダ１８内に給排される圧油の流量Ｑ
を下記数３の式のように表すことができる。

【００６４】

【数３】Ｑ＝Ｃ1 ×Ｆ×Ｗ

【００６５】従って、数３の式において周波数Ｆを一定
の目標周波数Ｆ0 に保持し、流量Ｑが最大となって定格
流量Ｑs に達したとすれば、このときの振幅Ｗが最大振
幅Ｗmax となるので、前記数２の式を導出することがで
きる。この結果、加振機１７の振幅は、油圧ポンプ３０
から供給される圧油の定格流量Ｑs により最大振幅Ｗma
x 以下の大きさに制限されることになる。

【００６６】次に、ステップ６では、変位センサ２６か
ら振幅検出器４８を経由して出力される振幅の検出値Ｗ
k を読込み、ステップ７では、この振幅の検出値Ｗk
と、目標周波数Ｆ0 と、前記定数Ｃ1 とを前記数３の式
に代入することにより、油圧ポンプ３０から流量制御弁
３４を経由して方向制御弁２８に供給される圧油の実流
量Ｑr を下記数４の式によって演算する。

【００６７】

【数４】Ｑr ＝Ｃ1 ×Ｆ0 ×Ｗk

【００６８】次に、ステップ８では、流量制御弁３４の
前，後に生じた差圧ΔＰを圧力センサ３５から読込み、
ステップ９では、この差圧ΔＰと、ステップ７で演算し
た圧油の実流量Ｑr と、記憶装置４２に記憶した定数Ｃ
2 とを用いて、操作レバー４９の操作量Ｚを下記数５の
式により演算する。

【００６９】

【数５】

【００７０】ここで、定数Ｃ2 は、例えば流量制御弁３
４内の構造、流路抵抗等により予め定められた固定値で
ある。また、圧油の実流量Ｑr は、流量制御弁３４の流
路断面積と圧油の流速との積として表すことができ、こ
の圧油の流速は、流量制御弁３４の前，後に生じる差圧
ΔＰの平方根に比例する。

【００７１】これにより、前記数５の式の右辺では、圧
油の実流量Ｑr を差圧ΔＰの平方根によって除算した値
が流量制御弁３４の流路断面積に対応する大きさとな
る。また、この流路断面積は操作レバー４９の操作量Ｚ
に応じて変化すると考えることができるので、適切な定
数Ｃ2 を用いることによって前記数５の式を成立させる
ことができる。

【００７２】次に、ステップ１０では、加振機１７の振
幅を操作レバー４９の操作量Ｚに対応した大きさに調整
するため、ステップ５で演算した最大振幅Ｗmax と、ス
テップ９で演算した操作量Ｚと、記憶装置４２に記憶し
た最大操作量Ｚmax とを用いて、加振機１７を振動させ
る目標振幅Ｗ0 を下記数６の式により演算する。

【００７３】

【数６】

【００７４】ここで、最大操作量Ｚmax とは、操作レバ
ー４９を最大位置まで操作したときの操作量Ｚに対応す
る値であり、操作レバー４９を最大位置まで操作したと
きに圧油の実流量Ｑr が定格流量Ｑs に達し、差圧ΔＰ
が最小値ΔＰmin に減少したとすれば、これらを前記数
５の式に代入することによって最大操作量Ｚmax を導出
することができる。

【００７５】これにより、加振機１７が周波数設定器３
９により設定した目標周波数Ｆ0 （設定値Ｆset ）で振
動するときには、このときの最大振幅Ｗmax に対して目
標振幅Ｗ0 が操作量Ｚと最大操作量Ｚmax との比率分だ
け小さくなるように調整され、この状態で目標振幅Ｗ0
は操作量Ｚにほぼ比例して増減する。

【００７６】そして、ステップ１０を終了した後にはス
テップ３〜１０の処理を繰返し、これによって次回以降
のステップ４では、ステップ１０で演算した目標振幅Ｗ
0 が目標周波数Ｆ0 と共に目標信号出力器４５へと出力
される。

【００７７】この結果、振動作業装置１１の運転中に
は、作業者が周波数設定器３９と操作レバー４９とを操
作すると、加振機１７が周波数設定器３９によって設定
した周波数で振動しつつ、その振幅が操作レバー４９の
操作量Ｚに応じて変化すると共に、油圧ポンプ３０は、
操作レバー４９の操作量Ｚに応じて最低限必要な量の圧
油だけを油圧シリンダ１８に供給するようになる。

【００７８】かくして、本実施の形態では、振動作業装
置１１に流量制御弁３４、圧力センサ３５、周波数設定
器３９、操作レバー４９等を設け、加振機１７が振動す
るときの振幅を操作レバー４９により設定操作し、振動
の周波数を周波数設定器３９によって設定する構成とし
たので、例えば地固め、杭打ち等の作業内容や作業現場
の土質、地固めの程度等に応じて加振機１７の振動周波
数と振幅とをそれぞれ容易に設定でき、これらの設定内
容に対応して作業具１３を確実に振動させることができ
る。

【００７９】そして、周波数設定器３９により設定した
目標周波数Ｆ0 と、油圧ポンプ３０の定格流量Ｑs 等と
を用いて加振機１７の最大振幅Ｗmax を演算器４１によ
り演算でき、目標周波数Ｆ0 と、振幅の検出値Ｗk 等と
を用いて油圧シリンダ１８に供給される圧油の実流量Ｑ
r を演算できると共に、流量制御弁３４の前，後で圧油
に生じる差圧ΔＰを圧力センサ３５によって確実に検出
することができる。

【００８０】これにより、加振機１７の振動周波数を所
望の大きさに設定した状態で発生可能な最大の振幅を最
大振幅Ｗmax として演算でき、また圧油の差圧ΔＰと実
流量Ｑr 等とを用いて操作レバー４９の操作量Ｚを確実
に演算することができる。

【００８１】従って、操作レバー４９の操作量Ｚ、最大
操作量Ｚmax および加振機１７の最大振幅Ｗmax を用い
て加振機１７の目標振幅Ｗ0 を演算でき、この目標振幅
Ｗ0を操作レバー４９の操作量Ｚに応じて適切に調整で
きると共に、地固め等の作業中には、操作レバー４９を
操作して作業具１３の振幅を簡単に変化させることがで
きる。

【００８２】しかも、操作レバー４９の操作量Ｚに応じ
て流量制御弁３４により圧油の実流量Ｑr も増減させる
ことができ、加振機１７の振動周波数および振幅に対応
して油圧ポンプ３０から最低限必要な量の圧油だけを油
圧シリンダ１８に供給できると共に、油圧ポンプ３０を
用いて加振機１７を効率よく駆動でき、燃費の向上等を
図ることができる。

【００８３】また、操作レバー４９の操作量Ｚ、最大操
作量Ｚmax および加振機１７の最大振幅Ｗmax を用いて
目標振幅Ｗ0 を演算することにより、作業者が操作レバ
ー４９を操作するときには、最大振幅Ｗmax に対する現
在の振幅の割合を操作レバー４９の最大操作量Ｚmax に
対する現在の操作量Ｚの比率として常に認識することが
できる。

【００８４】これにより、加振機１７を振動させるとき
には、その周波数を周波数設定器３９によって任意の大
きさに設定した状態で、振幅の設定限界に余分な注意等
を払うことなく、操作レバー４９により地固め等の作業
を効率よく行うことができ、加振機１７の振幅と操作レ
バー４９の操作量Ｚとの関係を容易に把握できると共
に、その操作性を向上させることができる。

【００８５】また、加振機１７を油圧シリンダ１８、方
向制御弁２８等によって構成し、油圧シリンダ１８の駆
動量を目標信号出力器４５の目標信号と変位センサ２６
の検出信号とを用いてオペアンプ４６により制御するよ
うにしたから、入力装置３６、操作レバー４９等の設定
内容に応じて油圧シリンダ１８を安定的に駆動でき、そ
の駆動量を目標信号出力器４５から出力される目標信号
Ｓに応じて正確にフィードバック制御することができ
る。

【００８６】さらに、作業具１３等からなる第２の慣性
体の質量Ｍ2 をウエイト２７等からなる第１の慣性体の
質量Ｍ1 よりも小さく形成したので、第２の慣性体側に
大きな振動を発生させることができる。即ち、第１，第
２の慣性体が振動するときには、これらの間に作用する
力の大きさが互いに等しくなるので、このとき第１の慣
性体に加速度ａ1 が生じ、第２の慣性体に加速度ａ2 が
生じるとすると、下記数７の式に示す関係が成立し、こ
の式から下記数８の式を導くことができる。

【００８７】

【数７】Ｍ1 ×ａ1 ＝Ｍ2 ×ａ2

【００８８】

【数８】

【００８９】従って、第１の慣性体の質量Ｍ1 を大き
く、または第２の慣性体の質量Ｍ2 を小さく設定するこ
とによって加速度ａ2 を増大させることができ、作業具
１３等からなる第２の慣性体側に大きな振動を発生させ
ることができる。

【００９０】これにより、タンパ１６が地面に押付けら
れた状態でも、タンパ１６を確実に振動させることがで
き、この状態で第１の慣性体が振動するときの大きな反
力を地面に与えることができると共に、例えば粘土質等
からなる軟質の地面を地固めするときでも、この地固め
作業を効率よく行うことができる。

【００９１】なお、前記実施の形態では、図６に示す流
れ図のうちステップ５が最大振幅演算手段の具体例を示
し、ステップ７が流量演算手段の具体例を示すと共に、
ステップ９が操作量演算手段、ステップ１０が振幅演算
手段の具体例をそれぞれ示している。

【００９２】また、前記実施の形態では、操作機構とし
て操作レバー４９を設ける構成としたが、本発明はこれ
に限らず、例えば操作ペダル、ダイヤル等からなる操作
機構を操作レバー４９に代えて用いる構成としてもよ
い。

【００９３】さらに、前記実施の形態では、油圧シリン
ダ１８のピストン２０側に作業具１３を固着し、チュー
ブ１９側にウエイト２７を設ける構成としたが、本発明
はこれに限らず、例えばピストン２０に上側ロッド２１
等を介してウエイトを設け、チューブ１９の下部側を作
業具１３に固着する構成としてもよい。

【００９４】また、地固め作業用のタンパ１６等によっ
て作業具１３を構成したが、本発明はこれに限らず、例
えば図７に示す変形例のように、タンパ１６に代えてチ
ャック５１を用い、矢板５２等を把持したチャック５１
を加振機１７によって振動させることにより、矢板５２
を地中に打込む作業、または矢板５２を地中から引抜く
作業を行う構成としてもよい。さらにまた、土砂等を掘
削するバケット（図示せず）をタンパ１６に代えて用
い、このバケットを振動させつつ固い地面を掘削する作
業を行う構成としてもよい。

【００９５】

【発明の効果】以上詳述した通り、請求項１の発明によ
れば、振動作業装置を、作業具支持体、作業具、加振
機、振幅検出手段、流量設定手段、圧力検出手段、周波
数設定手段、振幅調整手段および目標信号出力手段とか
ら構成したので、加振機を周波数設定手段により設定し
た周波数で振動させつつ、流量設定手段により圧油の流
量を設定操作するときの操作量に応じて加振機の振幅を
適切に調整でき、例えば地固め、杭打ち等の作業内容に
応じて加振機の振動周波数と振幅とを容易に設定できる
と共に、設定時のの操作性を向上させることができる。
しかも、油圧源から加振機に供給される圧油の流量も流
量設定手段の操作量に応じて変化させることができ、加
振機の振動周波数および振幅に対応して油圧源から最低
限必要な量の圧油だけを加振機に供給することができ
る。これにより、油圧源を用いて加振機を効率よく駆動
でき、燃費の向上等を図ることができる。

【００９６】また、請求項２の発明によれば、流量設定
手段を流量制御弁によって構成したので、流量制御弁を
開，閉操作することにより、油圧源から加振機に出力さ
れる圧油の流量と加振機の振幅とを流量制御弁の操作量
に応じて確実に変化させることができ、その操作性を向
上できると共に、油圧源を用いて加振機を効率よく駆動
することができる。

【００９７】さらに、請求項３の発明によれば、圧力検
出手段を、流量設定手段の前，後の差圧を検出する圧力
センサによって構成したので、差圧の検出値と圧油の流
量等とを用いて流量設定手段の操作量を確実に演算で
き、この操作量の演算値に応じて加振機の振幅を適切に
調整することができる。

【００９８】また、請求項４の発明によれば、振幅調整
手段には、最大振幅演算手段、流量演算手段、操作量演
算手段および振幅演算手段を設ける構成としたので、流
量設定手段の操作量および最大操作量と、加振機の最大
振幅とを用いて振幅の調整値を演算でき、流量設定手段
により圧油の流量を設定操作するときには、最大振幅に
対する振幅の調整値の割合を流量設定手段の最大操作量
に対する現在の操作量の比率として常に認識できる。こ
れにより、加振機の振幅と流量設定手段の操作量との関
係を容易に把握でき、その操作性を向上させることがで
きる。

【００９９】さらに、請求項５の発明によれば、加振機
を油圧シリンダおよび方向制御弁によって構成し、目標
信号出力手段と方向制御弁との間には差動増幅手段を設
ける構成としたから、周波数設定手段、振幅調整手段等
の設定処理、調整処理に応じて油圧シリンダを安定的に
駆動でき、その駆動量を目標信号出力手段から出力され
る目標信号に応じて正確にフィードバック制御すること
ができる。

【０１００】また、請求項６の発明によれば、第１の慣
性体の質量を第２の慣性体の質量よりも大きく設定する
構成としたから、第１の慣性体に生じる慣性力を用いて
第２の慣性体に大きな振動を発生させることができる。
これにより、作業具を例えば地面、矢板、杭等の対象物
に固定した状態でも、作業具を確実に振動させることが
でき、この状態で第１の慣性体が振動するときの大きな
反力を対象物に与えることができると共に、作業効率を
高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による振動作業装置を適用
した建設機械を示す正面図である。

【図２】図１中の振動作業装置を拡大して示す正面図で
ある。

【図３】振動作業装置を拡大して示す図２の右側面図で
ある。

【図４】図３中の矢示IV−IV方向からみた縦断面図であ
る。

【図５】振動作業装置の駆動回路等を示す構成図であ
る。

【図６】コントローラによる制御処理を示す流れ図であ
る。

【図７】本発明による振動作業装置の変形例を建設機械
と共に示す正面図である。

【符号の説明】

１建設機械１１振動作業装置１２ハウジング（作業具支持体）１３作業具１７加振機１８油圧シリンダ１９チューブ２０ピストン２２下側ロッド（ロッド）２６変位センサ（振幅検出手段）２７ウエイト２８方向制御弁３０油圧ポンプ（油圧源）３１タンク（油圧源）３３流量設定装置（流量設定手段）３４流量制御弁３５圧力センサ（圧力検出手段）３９周波数設定器（周波数設定手段）４１演算器（振幅調整手段）４５目標信号出力器（目標信号出力手段）４６オペアンプ（差動増幅手段）４９操作レバー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】建設機械に設けられた作業具支持体と、該作業具支持体により振動可能に支持された作業具と、該作業具に設けられ油圧源から供給される圧油によって
該作業具を任意の周波数および振幅で振動させる加振機
と、該加振機に設けられ該加振機の振幅を検出する振幅検出
手段と、前記油圧源から加振機に供給される圧油の流量を可変に
設定する流量設定手段と、該流量設定手段より設定された圧油の圧力を検出する圧
力検出手段と、前記加振機が振動するときの周波数を可変に設定する周
波数設定手段と、前記流量設定手段により設定された圧油の流量に応じて
前記加振機の振幅を変化させるため、該周波数設定手段
により設定した周波数の設定値、前記振幅検出手段によ
り検出した振幅の検出値および前記圧力検出手段により
検出した圧油の圧力値を用いて前記加振機の振幅を調整
する振幅調整手段と、該振幅調整手段により調整した振幅の調整値と前記周波
数設定手段により設定した周波数の設定値とを用いて前
記加振機を振動させる周波数と振幅とをもった目標信号
を生成し、この目標信号を前記加振機に出力する目標信
号出力手段とから構成してなる振動作業装置。
【請求項２】前記流量設定手段は、前記加振機と油圧
源との間に設けられ前記油圧源から加振機に供給される
圧油の流量を設定する流量制御弁により構成してなる請
求項１に記載の振動作業装置。
【請求項３】前記圧力検出手段は前記加振機と油圧源
との間に位置して前記流量設定手段と並列に設けられた
圧力センサからなり、該圧力センサは前記流量制御手段
の前，後の差圧を検出する構成としてなる請求項１また
は２に記載の振動作業装置。
【請求項４】前記振幅調整手段には、前記加振機が周
波数設定手段により設定した周波数で振動するときに発
生可能な振幅の最大値を予め定められた前記油圧源の定
格流量と前記周波数設定手段により設定した周波数の設
定値とを用いて演算する最大振幅演算手段と、前記振幅
検出手段により検出した振幅の検出値と前記周波数設定
手段により設定した周波数の設定値とを用いて前記油圧
源から加振機に供給される圧油の流量を演算する流量演
算手段と、該流量演算手段により演算した流量の演算値
と前記圧力検出手段により検出した圧油の圧力値とを用
いて前記流量設定手段により流量を設定操作したときの
操作量を演算する操作量演算手段と、該操作量演算手段
により演算した操作量の演算値と予め定められた操作量
の最大値との比率を前記振幅の最大値に乗算することに
よって前記振幅の調整値を演算する振幅演算手段とを設
ける構成としてなる請求項１，２または３に記載の振動
作業装置。
【請求項５】前記加振機は、チューブ内にピストンが
摺動可能に挿嵌され該チューブとピストンのうちいずれ
か一方が前記作業具に固定される油圧シリンダと、該油
圧シリンダに設けられ前記油圧源から該油圧シリンダ内
に給排される圧油の方向を切換える方向制御弁とからな
り、前記振幅検出手段は前記油圧シリンダのチューブに
対するピストンの相対変位を検出する変位センサによっ
て構成し、かつ前記目標信号出力手段と方向制御弁との
間には、前記目標信号出力手段から出力される目標信号
と前記変位センサから出力される検出信号との差に応じ
て前記方向制御弁に制御用の信号を出力する差動増幅手
段を設けてなる請求項１，２，３または４に記載の振動
作業装置。
【請求項６】前記加振機は、チューブ内にピストンが
摺動可能に挿嵌され該チューブとピストンのうちいずれ
か一方が前記作業具に固定される油圧シリンダと、該油
圧シリンダに設けられ前記油圧源から該油圧シリンダ内
に給排される圧油の方向を切換える方向制御弁とからな
り、前記油圧シリンダのチューブ、ウエイトおよび方向
制御弁によって構成される第１の慣性体の質量は、前記
油圧シリンダのピストン、ロッドおよび前記作業具によ
って構成される第２の慣性体の質量よりも大きく設定し
てなる請求項１，２，３，４または５に記載の振動作業
装置。