JP2006207354A - 起振力の調節可能な杭打機用起振機 - Google Patents

Abstract

【課題】 起振機ケース７を上下方向（紙面と直角方向）に貫通する杭挿通孔８を備えた振動杭打抜機用の起振機を改良して、当該起振機の運転を継続しつつ起振力を増減調節し得るようにする。
【解決手段】 水平な中心線Ｙ軸と平行な２本の補助軸ｙ′，ｙ″を、Ｙ軸に関して対称に設定する。ｙ′軸と同心に第１の固定偏心重錘軸２２及び第１の可動偏心重錘軸３５を配置すると共に、ｙ″軸と同心に第２の固定偏心重錘軸２６及び第２の可動偏心重錘軸３６を配置する。第１の固定偏心重錘軸２２と第１の可動偏心重錘軸３５との間に位相差調節機構２５を介在させて連結すると共に、第２の固定偏心重錘軸２６と第２の可動偏心重錘軸３６との間に位相差調節機構２５を介在させて連結する。ｙ′軸の偏心重錘軸とｙ″軸の偏心重錘軸とを、タイミングベルト及びタイミング歯車列で同期連動させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は振動杭打機の主要構成機器である起振機に関するものであって、特に、偏心重錘の回転速度に対して独立に起振力を増減調節し得るように改良したものである。

杭打機には、大別して振動式と圧入式とが有り、それぞれ長短が有るので両方とも広く実用されている。
図２は振動式杭打機を用いて杭を打設している状態を示す。ただし、本図に描かれているのと同様にして既設の杭を抜き取ることもできる。本発明において杭打機とは、詳しく言えば杭打抜機の意である。
図２（Ａ）においては、地面１に打ち込む杭２の上端をチャック３で把持し、
上記チャック３が設けられている起振機４を、クレーン５で吊り上げて杭打設地点に運び込み、
該クレーン５によって「杭２を把持しているチャック３および起振機４」を吊り降ろしながら、該起振機４を作動させて杭２に振動を与える。

以上に説明した図２（Ａ）の方式では、起振機が杭の上方に位置し、その起振機をクレーンで吊持するので、
ａ．杭打設地点の上方に障害物（例えば橋桁など）が有るときの打抜作業が困難であり、
ｂ．機械装置の重心位置が高いため不安定であり、安全確保が困難である。
こうした不具合を解消するため、図２（Ｂ）に示した方式の杭打抜作業が開発され、現に広く実用されている。

図２（Ｂ）においては、ショベルカー６のフロントアタッチメントとしてリーダー７を設け、このリーダ７によって起振機４を上下に案内し、かつ上下に駆動する。
上記の起振機４にはチャック３が設置されていて、杭２は上記の起振機４およびチャック３を上下に貫通して取付けられ、把持される。
起振機４を作動させて杭２に振動を与えると、該杭２はリーダー７に案内されて地面１の中へ打ち込まれる（引き抜きの場合も同様にして行なわれる）。

作業の安全という面から見て、また低空頭（頭上障害物が低い所に在っても作業可能）という面から見ても、図２（Ａ）の方式に比して図２（Ｂ）の方式が望ましい。
この（Ｂ）図の方式で振動杭打ちを行なうためには、起振機４の中央を上下に貫通させて、杭挿通孔（後に掲げる図３において符号８の構成部分）を設けなければならない。
起振機の中央部に上下貫通孔を設け、かつ、起振用の主要構成部材（偏心重錘、偏心重錘軸など）を上下貫通孔に関して対称に配置するには格別の工夫が必要である。
このような工夫の１例として、特開平１０−９９７８１号公報に記載された発明が公知である。

図３は、杭挿通孔８を有する起振機ケース７の中に、２組の起振ユニット（複数個の偏心重錘）を対称に配置した起振機の先行技術を示し、模式的に描いた平面図である。
Ｙ軸に関して対称に、第１の偏心重錘軸９と第２の偏心重錘軸１０とが設けられ、それぞれ、第１の偏心重錘１３，第２の偏心重錘１４が取り付けられている。
さらに、Ｙ軸に関して対称に、第３の偏心重錘軸１１と第４の偏心重錘軸１２とが設けられるとともに、第３の偏心重錘軸１１には第３の偏心重錘１５および第４の偏心重錘１６が、第４の偏心重錘軸１２には第５の偏心重錘１７および第６の偏心重錘１８が、それぞれ取り付けられている。

前記第１の偏心重錘軸９は駆動モータ２１によって回転駆動され、その回転はタイミング歯車列１９を介して第３の偏心重錘軸１１に伝動される。
また第２の偏心重錘軸１０は駆動モータ２１′によって回転駆動され、その回転はタイミング歯車列１９′を介して第４の偏心重錘軸１２に伝動される。
さらに、前記第３の偏心重錘軸１１と第４の偏心重錘軸１２とは、タイミングベルト２０によって連結され、同期回転せしめられる。
本従来例において、第１の偏心重錘１３の偏心モーメント量は、第３の偏心重錘１５の偏心モーメント量と第４の偏心重錘１６の偏心モーメント量との和に等しく、
第２の偏心重錘１４の偏心モーメント量は、第５の偏心重錘１７の偏心モーメント量と第６の偏心重錘１８の偏心モーメント量との和に等しい。
特開平１０−９９７８１号公報

杭打機用起振機には偏心重錘式が多く用いられる。この型式の起振機は基本的に、発生する振動の周波数（毎分）と、偏心重錘の回転数（毎分）とが等しい。
また、発生する振動エネルギーは回転速度の２乗に比例する。
このため、起振機の運転を開始する場合、静止していた偏心重錘が回転を始めて、次第に回転速度が上昇するに伴って、発生する振動も次第に増大する。
このようにして、起振機が始動されてから定格回転速度に到達する途中で、その振動周波数が地盤の固有振動数と一致したとき、該地盤が共振して大きく振動する。
また起振機を支持している機械装置（例えばショベルカーのフロントアタッチメント）の固有振動数と一致したとき、該機械装置が共振して大きく振動する。

起振機の発振周波数が地盤に共振すると、付近の住民に対して振動公害を及ぼす。例えば病院などのように静粛を要する施設が有る場合、振動公害問題は深刻である。
また起振機を支持している機械装置が共振すると、該機械装置の損耗が促進され、甚だしい場合には亀裂，折損を誘発する。
このため、偏心重錘の回転速度と無関係に起振力を増減調節し得ることが要望される。
こうした要望に応えて、固定偏心重錘と可動偏心重錘とを設けた構造の起振機が開発され、実用化されている。

しかし乍ら、前掲の図３に例示したように、「杭挿通孔（８）を塞がないように、Ｙ軸に関して対称に起振要素（偏心重錘，偏心重錘軸）を配列する」ということと、「回転速度に対して独立に起振力を増減調節する」ということとを両立せしめる技術は未だ開発されていない。
本発明は上述の事情に鑑みて為されたものであって、その目的とするところは、
起振機ケースの中央部を上下に貫通する杭挿通孔を備えた起振機に適用することができ、しかも、起振要素（偏心重錘等）の回転速度に対して独立に起振力を増減調節することのできる、杭打機用の起振機を提供するにある。

上記の目的を達成するために創作した本発明の基本的な構成は（図１を参照）、
Ｚ軸がほぼ垂直をなす直交３軸Ｘ，Ｙ，Ｚを想定するとともに、
Ｘ軸と直交しＹ軸に平行な２木の補助軸ｙ′，ｙ″を、Ｙ軸に関して対称に設定し、
第１の固定偏心重錘（２３）を装着された第１の固定偏心重錘軸（２２）と、第１の可動偏心重錘（２４）を連結された第１の可動偏心重錘軸（３５）とが、ｙ′軸に沿って配置されており、
第２の固定偏心重錘（２７）を装着された第２の固定偏心重錘軸（２６）と、第２の可動偏心重錘（２８）を連結された第２の可動偏心重錘軸（３６）とが、ｙ″軸に沿って配置されており、
前記第１，第２の固定偏心重錘軸（２２，２６）の内の少なくとも何れか片方が駆動モータに接続されるとともに、これら２本の固定偏心重錘軸（２２，２６）を相互に同期回転せしめるよう機械的に連結する機構が設けられており、
前記第１，第２の可動偏心重錘軸（３５，３６）の内の少なくとも何れか片方が、前記固定偏心重錘軸に対し、位相差調節機構（２５）を介して連結され、
上記第１，第２の可動偏心重錘軸（３５，３６）が相互に同期回転せしめるよう機械的に連結する機構が設けられていることを特徴とする。

本発明を実施する場合、前記２本の固定偏心重錘軸および／または２本の可動偏心重錘軸を同期回転せしめるように連結する機構として、タイミング歯車列（３１，３４）と、２組のタイミングベルト（２９，３０、３２，３３）を用いることが望ましい。
また、本発明を実施する場合、前記の位相差調節機構として、油圧式のベーンモータを用いることが望ましい。

本発明を適用すると、偏心重錘軸が補助軸ｙ′，ｙ″に沿って、すなわち中心線Ｙ軸に関して対称に配置されているので、当該起振機の中央部に杭挿通孔を設けることが容易である。
すなわち、杭挿通孔に貫通させた杭と、起振エレメント（偏心重錘，偏心重錘軸など）とが干渉しない。
その上、位相差調節機構によって固定偏心重錘と可動偏心重錘との位相差を任意に調整することができるので、起振力を１００％から０％までの間で随時に調節することができる。
従って、地盤が共振するという不具合、および、起振機を支持する機械装置が共振するという不具合を解消することができ、公害防止および機械装置の耐久性向上のために有効である。

図１は本発明装置の１実施形態を模式的に描いた平面図であって、先行技術を描いた図３に対応する図である。
ほぼ水平な直交２軸Ｘ，Ｙを想定する。Ｚ軸はほぼ垂直であって点Ｏを通り、紙面に直交している。
起振機ケース７に、上記の点Ｏと同心の杭挿通孔８が設けられている。
Ｙ軸に関して対称に、補助軸ｙ′，ｙ″を想定し、補助軸ｙ′に沿わせて第１の固定偏心重錘軸２２と第１の可動偏心重錘軸３５とを配置する。
同様に、補助軸ｙ″に沿わせて第２の固定偏心重錘軸２６と第２の可動偏心重錘軸３６とを配置する。これら４本の偏心重錘軸は、それぞれ起振機ケース７に対し、ベアリングを介して回転自在に支持されている。

前記第１の固定偏心重錘軸２２は、第１の固定偏心重錘２３を固定的に装着されるとともに、駆動モータ２１によって回転駆動される。
前記第２の固定偏心重錘軸２６は、第２の固定偏心重錘２７を固定的に装着されるとともに、駆動モータ２１によって、前記第１の固定偏心重錘軸２２と反対方向に回転駆動される。
上記２本の固定偏心重錘軸２２，同２６が、相互に等しい回転数となるように、１組のタイミング歯車列３１を介して、２本のタイミングベルト２９，同３０によって機械的に連結されている。ここに機械的に連結するとは、電磁的連結や流体的連結でなく、固体（弾性体を含む）の部材による連結の意である。

従来例（図３）における第３の偏心重錘軸１１と第４の偏心重錘軸１２とは、同じ回転数で同じ方向に回れば良いので、単純に１個のタイミングベルト２０で連動させていた。
しかし、本実施形態（図１）における第１の固定偏心重錘軸２２と第２の固定偏心重錘軸２６とは、同じ回転数で反対方向に回転させるよう、タイミング歯車列３１を介して同期連動させてある。
歯車列とは、マグローヒル科学技術用語大辞典によると、回転軸の間などに用いられる２個以上の歯車の組合わせであるが、本発明においては歯車数を偶数個（好ましくは２個）とする。その理由は、回転方向を反転させるためである。

前記第１の固定偏心重錘軸２２に対して第１の可動偏心重錘２４を回転自在に外嵌するとともに、
上記第１の固定偏心重錘軸２２の先端部を、位相差調節機構２５の中心軸に接続する。
そして、上記第１の可動偏心重錘２４に対して同心に、位相差調節機構２５の筐体を固着する。
本実施形態においては、上記位相差調節機構として既製の油圧式ベーンモータ（市販品）を用いた。この油圧式ベーンモータは正，逆転可能であり、圧力油の流量に比例した角度で回動し、圧力油の流出入を遮断するとロックされるので、位相差調節機構として利用するに好適である。
図示を省略するが、前記位相差調節機構（ベーンモータ）２５には、スイベルジョイントおよび操作弁を介して圧力油供給管路が接続されている。

前記位相差調節機構（ベーンモータ）２５の筐体に対して同心に、前記第１の可動偏心重錘軸３５を固定的に連結する。
上述と同様にして、第２の固定偏心重錘軸２６に対して第２の可動偏心重錘２８を回転自在に外嵌し、この第２の可動偏心重錘２８に位相差調節機構（ベーンモータ）２５の筐体を固着し、この筐体に対して第２の可動偏心重錘軸３６を同心に連結する。
前記２本の可動偏心重錘軸３５，同３６が、相互に等しい回転数で反対方向に同期連動するよう、１組のタイミング歯車列３４と２個のタイミングベルト３２，同３３によって連結されている。

次に、以上のように構成された実施形態（図１）における作用効果について説明する。
第１の固定偏心重錘軸２２は位相差調節機構（ベーンモータ）２５の回転軸に接続され、該位相差調節機構の外筐は第１の可動偏心重錘２４に固着されている。このため、上記の位相差調節機構（ベーンモータ）に圧力油を供給すると、第１の固定偏心重錘２３と第１の可動偏心重錘２４とが相対的に回動する。また、圧力油の送入・流出を遮断すると、上記２個の偏心重錘（２３，２４）の位相差が固定される。

上記のようにして２個の偏心重錘が相対的に回動して位相差が変化する作用、および、位相差が固定される作用は、第１の固定偏心重錘軸２２が回転しているか否かに拘わらず行なわれる。
すなわち、当該起振機が運転されている状態においても、固定偏心重錘と可動偏心重錘との位相差を、随時に、かつ任意に増減調節することができ、かつ、位相差を固定することもできる。
上記双方の偏心重錘の位相差を０度から１８０度までの間で変化せしめることにより、起振力を１００％から０％までの間で変化させることができる。

比較的小形軽量の偏心重錘を用いて大きい起振力を発揮させるには、偏心重錘の回転速度を高くすることが有効である。
このため、偏心重錘式振動杭打機の定格回転速度は、例えば２，２００回転／分というような高速に設定される。
従って、偏心重錘式振動杭打機を始動させてから定格状態に到達するまでの間、および定格状態から減速させて停止させるまでの間に、地盤の固有振動数に対応する回転数となる状態、すなわち地盤が共振する虞れが有る状態を通過する場合が非常に多い。
同様に、起振機を支持している機械装置（例えばショベルカーのアーム）が共振する虞れが有る状態を通過する場合も極めて多い。
しかし、本発明を適用すると、偏心重錘の回転数が地盤や機械装置の固有振動数を通過するとき、起振力を０ならしめておくことにより、共振に関するトラブルを完全に回避することができる。

図１から容易に理解されるように、本発明装置において振動を発生する主要部材（偏心重錘および偏心重錘軸）は、Ｙ軸に関して対称に配置されており、
しかも、２個の固定偏心重錘相互、および２個の可動偏心重錘相互が機械的に同期連結されている。
このため、ほぼ純粋なＺ軸方向（紙面に直角）の振動力が、起振機ケース７に対して均等に与えられる。従って、駆動モータ２１によって与えられた回転エネルギーが、高効率でＺ軸方向の振動に変換される。
さらに、図１から容易に理解されるように本発明装置は、起振機ケース７の中央部に配置しなければならない主要部材を有していないので、杭挿通孔８の設置が妨げられない。
このように杭挿通孔を設置することによって、杭を上下に貫通させて支持し、図２（Ｂ）に例示した低重心，低空頭の作業が容易になる。

本発明装置の１実施形態における模式的な平面図 振動杭打作業における２つの形式を説明するための概要的な正面外観図 杭挿通孔を有する起振機の従来例を示す模式的な平面図

符号の説明

７…起振機ケース
８…杭挿通孔
２１…駆動モータ
２２…第１の固定偏心重錘軸
２３…第１の固定偏心重錘
２４…第１の可動偏心重錘
２５…位相差調節機構
２６…第２の固定偏心重錘軸
２７…第２の固定偏心重錘
２８…第２の可動偏心重錘
２９…タイミングベルト
３０…タイミングベルト
３１…タイミング歯車列
３２…タイミングベルト
３３…タイミングベルト
３４…タイミング歯車列
３５…第１の可動偏心重錘軸
３６…第２の可動偏心重錘軸

Claims (3)

1. Ｚ軸がほぼ垂直をなす直交３軸Ｘ，Ｙ，Ｚを想定するとともに、
   Ｘ軸と直交しＹ軸に平行な２本の補助軸ｙ′，ｙ″を、Ｙ軸に関して対称に設定し、
   第１の固定偏心重錘（２３）を装着された第１の固定偏心重錘軸（２２）と、第１の可動偏心重錘（２４）を連結された第１の可動偏心重錘軸（３５）とが、ｙ′軸に沿って配置されており、
   第２の固定偏心重錘（２７）を装着された第２の固定偏心重錘軸（２６）と、第２の可動偏心重錘（２８）を連結された第２の可動偏心重錘軸（３６）とが、ｙ″軸に沿って配置されており、
   前記第１，第２の固定偏心重錘軸（２２，２６）の内の少なくとも何れか片方が駆動モータに接続されるとともに、これら２本の固定偏心重錘軸（２２，２６）を相互に同期回転せしめるよう機械的に連結する機構が設けられており、
   前記第１，第２の可動偏心重錘軸（３５，３６）の内の少なくとも何れか片方が、前記固定偏心重鍾軸に対し、位相差調節機構（２５）を介して連結され、
   上記第１，第２の可動偏心重錘軸（３５，３６）が相互に同期回転せしめるよう機械的に連結する機構が設けられていることを特徴とする、起振力の調節可能な杭打機用起振機。
2. 前記２本の固定偏心重錘軸および／または２本の可動偏心重錘軸を相互に同期回転せしめるように機械的に連結する機構が、
   歯数の等しい２個の歯車から成るタイミング歯車列（３１，３４）と、２組のタイミングベルト（２９，３０、３２，３３）とを具備していることを特徴とする、請求項１に記載した起振力の調節可能な杭打機用起振機。
3. 前記の位相差調節機構（２５）が、
   圧力油の流入，流出量に比例した角度で正，逆回動し、かつ、圧力油の流出入を遮断することによって回動を阻止されるベーンモータによって構成されていることを特徴とする、請求項１に記載した起振力の調節可能な杭打機用起振機。

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