JP2017202483A - 振動発生機 - Google Patents

Abstract

【課題】不平衡量の設定が改善された振動発生機を提供する。
【解決手段】回転駆動することができ、少なくとも２つの重り部からなる少なくとも１つの不平衡ユニット２０が配置された少なくとも１つの軸１２を有し、少なくとも２つの重り部のうちの第１の重り部２２は軸に固定されており、第２の重り部２４は径方向に調節可能に支持され、軸の回転速度に応じて、径方向において内側の第１の位置と、径方向において外側の第２の位置と、の間で調節可能である。振動発生機には係止手段３０が設けられており、係止手段により、調節可能な第２の重り部が、軸の所定のトリガー回転速度に達するまで第１の位置に固定され、トリガー回転速度に達すると解放されて調節可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、請求項１の前文に係る、回転駆動することができ、少なくとも２つの重り部からなる少なくとも１つの不平衡ユニットが配置された少なくとも１つの軸を有し、前記少なくとも２つの重り部のうちの第１の重り部は前記軸に固定されており、前記少なくとも２つの重り部のうちの第２の重り部は、径方向に調節可能に支持され、前記軸の回転速度に応じて、前記径方向において内側の第１の位置と、前記径方向において外側の第２の位置と、の間で調節可能である振動発生機に関する。

振動発生機は、例えば、矢板を地面に打ち込んだり、地面から抜き出したりするために振動杭打ち機に使用されている。回転駆動される不平衡ユニットによって生じる振動により、地面は実質的に液状となり、比較的小さな力で杭やはりを地面に打ち込んだり、地面から抜き出したりすることができる。

不平衡ユニットは、歯車伝動装置が使用された１又は複数の回転駆動装置によって回転駆動される。不平衡ユニット及び歯車伝動装置はトランスミッションハウジング（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｈｏｕｓｉｎｇ）内に配置され、調節手段によって各不平衡ユニットの回転角度を互いに対して調節することができるようになっている。そのような振動発生機は、例えば、特許文献１〜３に開示されている。

一般的な振動発生機は、特許文献４に開示されている。これらの公知の振動発生機では、径方向に移動（案内）可能な遠心重りが回転不平衡軸上に設けられている。また、遠心重りに作用する戻しばねが設けられており、戻しばねは、径方向において内側の位置に遠心重りを移動させる。そのため、回転速度が低い場合には、不平衡は比較的小さくなり、駆動モーターの始動トルクは低いレベルに維持される。回転速度が上昇すると、遠心力の影響を受け、遠心重りは戻しばねに抗して外側方向に徐々に移動し、想定回転速度に達した時にのみ、振動発生機に必要とされる不平衡が得られる。従って、不平衡量は回転速度の上昇と共に徐々に変化する。

欧州特許出願公開第２ ０８５ １４９ Ａ１号 欧州特許出願公開第０ ９５１ ９４９ Ａ１号 米国特許第５，９５５，９６４ Ｂ号 欧州特許出願公開第０ ０７０ ３４３ Ａ１号

本発明の目的は、不平衡量の設定が改善された振動発生機を提供することにある。

本発明によれば、上記目的は、請求項１に記載された特徴を有する振動発生機によって達成される。好適な実施形態は従属請求項に記載されている。

本発明に係る振動発生機は、係止手段が設けられており、前記係止手段により、前記調節可能な第２の重り部が、前記軸の所定のトリガー回転速度に達するまで前記第１の位置に係止され、前記トリガー回転速度に達すると解放されて調節可能となることを特徴とする。そのため、本発明に係る振動発生機によれば、所定のトリガー回転速度に達するまで不平衡量を維持することができる。特に、振動発生機のランアップ時には、不平衡を一定とすることができる。これにより、始動段階（ｓｔａｒｔｉｎｇ ｐｈａｓｅ）において振動発生機を容易に始動させ、起動段階（ｓｔａｒｔ−ｕｐ ｐｈａｓｅ）において一定の静モーメントを得ることができる。また、例えば、振動発生機の臨界共振範囲（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｒａｎｇｅ）に達した場合に改善された制御を行うことができる。これにより、振動発生機の変形又は破損を防止することができる。

本発明に係る振動発生機の好適な実施形態では、前記第２の重り部が、前記軸の回転軸に交差して延びる少なくとも１つの直線状ガイドに沿って移動可能に支持されている。直線状ガイドは、軸の回転軸に対して径方向に設けられていてもよく、軸の回転軸を中心とする円筒状の表面線（ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｓｕｒｆａｃｅ ｌｉｎｅ）に対して接線方向に設けられていてもよい。好ましくは、互いに平行に延びる２以上の直線状ガイドを設けることができる。これにより、調節可能な第２の重り部は所定の移動を行うことになる。

振動発生機は、好ましくは複数の不平衡ユニットを有することができる。好ましくは、少なくとも一対又は複数対の不平衡ユニットが設けられ、一対の不平衡ユニットは、互いに平行な異なる軸上に設けられている。一対の不平衡ユニットは、互いに反対の回転方向に駆動される。軸は、噛合い歯車を介して接続することができる。調節軸による機械的な調節手段又は電子的な調節手段により、一対の不平衡ユニットの回転位置を互いに対して変化させることができる。これにより、不平衡を垂直方向に加算すると共に、水平方向では釣り合いを保つことができる。アイドリング状態では、垂直方向において釣り合いを保つこともできる。

本発明の一実施形態では、前記係止手段が、係止位置と解放位置との間で調節可能な少なくとも１つの係止部を有することが特に好ましい。前記係止部は、係止ピン又は係止フックであってもよい。前記係止位置では、前記係止部は前記調節可能な重り部と係合し、前記重り部を係止する。前記トリガー回転速度に達すると、前記係止部を解放位置に移動又は回転させ、前記トリガー回転速度における遠心力によって前記第２の重り部を調節することができる。前記トリガー回転速度は０よりも大きく、好ましくは最高回転速度の１０〜９０％の値とすることができる。前記解放位置では、前記係止部は前記第２の重り部から離れ、前記第２の重り部を自由に調節することができる。

本発明の別の実施形態によれば、前記少なくとも１つの係止部が、前記第２の重り部の前記直線状ガイドと交差する方向に調節可能であることが特に有利である。好ましくは、前記係止部は、前記直線状ガイドと交差する方向に移動可能な状態で支持された係止ピンである。

本発明の別の実施形態によれば、前記少なくとも１つの係止部が、ばねによって張力が加えられた状態で前記係止位置において保持され、前記調節可能な第２の重り部の係止凹部と係合することが特に有利である。ばねによって予め張力を加えることにより、前記係止部を係止位置に保持し、前記第２の重り部を前記径方向において内側の第１の位置に確実に保持することができる。前記係止部は、電磁石等のアクチュエータによって移動させることができる。特にロバストな実施形態では、前記係止部に対してばねによって予め加えられた張力がトリガー回転速度における遠心力によって解消され、前記係止部が解放位置に移動するように、前記係止部に対するばねによる張力を設計することができる。前記係止部は、調節可能な状態で前記軸又は重り部に支持されていてもよい。

別の実施形態によれば、前記係止凹部がランイン及び／又はランアウト傾斜部を有することが特に有利である。前記ランイン又はランアウト傾斜部は、スライドくさび機構として機能することができ、前記調節可能な第２の重り部に作用する遠心力を、前記係止部を係止位置から解放位置に移動させる反力（ｃｏｕｎｔｅｒｆｏｒｃｅ）に変換することができる。従って、前記係止部の先端は、傾斜部分又は丸みを帯びた部分を有するように設計する。

本発明の一実施形態では、反対方向に移動可能な２つの係止部が設けられている場合に、前記第２の重り部を特に確実に係止することができる。そのため、前記第２の重り部を係止位置において二重に係止及び固定することができる。

本発明の別の実施形態によれば、少なくとも１つのリセットばねが設けられ、前記少なくとも１つのリセットばねにより、前記第２の重り部を前記径方向において内側の第１の位置にリセットすることができることが有利である。好ましくは、前記リセットばねは比較的低いリセットばね力を有するように設計され、前記係止手段が解放されると、前記重り部が前記径方向において外側の第２の位置に迅速に移動し、好ましくは前記トリガー回転速度よりも低い、比較的低いリセット回転速度に達した場合にのみ、前記重り部が前記径方向において内側の第１の位置にリセットされる。リセット時には、前記係止部によって前記重り部を前記第１の位置に再び係止することができる。

本発明の一実施形態によれば、回転速度の上昇によって不平衡が過度に増加することを制限するために、前記第２の重り部を、前記径方向において外側の第２の位置に調節することによって前記不平衡ユニットの不平衡を減少させることが有利である。この場合、前記第１の重り部と前記第２の重り部は、前記軸を中心として互いに反対側に配置される。前記径方向において外側の第２の位置に達すると、前記第２の重り部は前記第１の重り部によって生じる不平衡を補償する。

あるいは、本発明の一実施形態によれば、前記第２の重り部を、前記径方向において外側の前記第２の位置に調節することによって前記不平衡ユニットの不平衡を増加させることが有利である。これは、始動段階において前記軸上の不平衡が小さい又は存在しない場合に前記振動発生機を起動させる際に特に適している。比較的低いレベルの始動トルクにより、所望の回転速度を迅速に達成することができる。前記トリガー回転速度を超えると、前記第２の重り部は調節され、関連する不平衡が軸上に形成される。これにより、前記不平衡ユニットの軸上に最大の静モーメントを生成することができる。

本発明に係る振動発生機は、基本的に様々な分野において採用することができる。具体的には、振動発生機は、土壌コンパクターによる土の締固めに使用することができる。

本発明によれば、キャリアを有し、前記キャリア上に本発明に係る振動発生機が垂直方向に調節可能な状態で支持されている振動杭打ち機を提供することが特に好ましい。具体的には、キャリアはクローラ型車両であってもよく、クローラ型車両上において、振動発生機はマストに沿って移動可能に設けられているか、クレーンブームのロープに垂直方向に調節可能な状態でつり下げられている。振動発生機は、保持手段（より具体的には固定用コレット）を有し、前記保持手段により、地面に打ち込むはり（ｂｅａｍ）（具体的には矢板又はＨ形鋼）を確実に固定することができる。前記保持手段により、振動発生機によって発生した振動を媒体（ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ｍｅｄｉｕｍ）に伝達し、振動を地面に伝達することができる。

また、本発明によれば、ドリル駆動装置を有し、前記ドリル駆動装置によってドリルロッドを回転駆動することができる掘削装置であって、本発明に係る振動発生機が設けられている掘削装置を提供する。このような掘削装置によれば、軸振動運動によって回転掘削運動を重畳させることができる。これにより、振動掘削又は音波掘削（ｓｏｎｉｃ ｄｒｉｌｌｉｎｇ）を実施することができる。このような振動掘削によれば、重畳される振動運動によって掘削プロセスを促進することができる。前記振動発生機は、前記ドリル駆動装置に設けられていることが好ましい。

以下、図面に概略的に示す好適な実施形態によって本発明についてさらに説明する。

図１は、本発明に係る振動発生機の概略図である。 図２は、本発明に係る振動発生機の不平衡ユニットの断面図であり、調節可能な重り部は径方向において内側の第１の位置に位置している。 図３は、図２に示す不平衡ユニットの断面図であり、第２の重り部は径方向において外側の第２の位置に位置している。

図１は、二対の不平衡ユニット２０を有する、本発明に係る振動発生機１０の構造を示す概略図である。不平衡ユニット２０の第１の対は、油圧モーターとして設計された第１の駆動装置１４によって回転駆動される。図示しない歯車により、第１の対をなす２つの不平衡ユニット２０は回転可能な状態で互いに接続されており、第１の不平衡ユニット２０は、回転方向Ｄ１に時計回りに回転駆動され、第２の不平衡ユニット２０は、回転方向Ｄ１とは反対方向の回転方向Ｄ２に回転駆動される。このような配置により、一対の不平衡ユニット２０の不平衡が垂直方向に加算されると共に、水平方向では互いに釣り合いが保たれる（不平衡が相殺される）。同様にして、不平衡ユニット２０の第２の対は、油圧モーターとして設計された第２の駆動装置１４によって回転駆動される。二対の不平衡ユニット２０は、図１に概略的に示す位相調節手段１８を介して接続されており、位相調節手段１８により、二対の不平衡ユニット２０の回転角度を互いに対して調節することができる。

図２及び図３を参照して、本発明に係る不平衡ユニット２０の構造についてより詳細に説明する。回転軸１３を中心として回転駆動される軸１２上に不平衡ユニット２０を形成するために、軸１２に対して非対称的に第１の重り部２２が軸１２上に配置されている。第１の重り部２２は非対称的に配置されているため、不平衡ユニット２０が回転駆動されると不平衡が発生する。不平衡の量を減少させるために、軸１２及び第１の重り部２２に対して調節可能な状態で第２の重り部２４が支持されている。第２の重り部２４は、平行に延びる２つの案内穴２５を有し、案内穴２５により、軸１２に交差して延びる第１の重り部２２の２つのボルト状の直線状ガイド２６に対して第２の重り部２４を移動可能に配置することができる。開放された円筒状の収容空間２７が第２の重り部２４に形成され、各直線状ガイド２６は収容空間２７内に突出している。収容空間２７内にはリセットばね２８が配置されており、リセットばね２８は、その一端が第２の重り部２４の収容空間２７の基部に支持され、その他端が支持リング２３に支持されている。支持リング２３は、ボルト状の直線状ガイド２６の自由端部に配置され、ネジ・ナット状の固定部によって固定されている。

第１の重り部２２では、２つのピン状係止部３２を有する係止手段３０が収容穴内に配置されている。ピン状係止部３２は、丸みを帯びた頭部３６を自由端部に有する。軸１２と交差する方向に延びる係止部３２は、引張ばね３４によって外側方向に張力が加えられている。引張ばね３４は、センターピース３１によって内側に向かう方向が規制されている。引張ばね３４により、２つの係止部３２の頭部３６が係止凹部４０内に押し付けられる。係止凹部４０は、ほぼ三角形の断面形状を有し、隣接する調節可能な第２の重り部２４に形成されている。これにより、第２の重り部２４を、図２に示す径方向において内側の第１の位置に係止することができる。

軸１２の回転速度が上昇すると、第２の重り部２４に加わる遠心力が増加する。トリガー回転速度に達すると、係止凹部４０のくさび状のランイン傾斜部４２及びくさび状のランアウト傾斜部４４により、係止ピン３２は引張ばね３４の張力に抗して押圧され、第１の重り部２２の収容穴内に戻る。その結果、第２の重り部２４は解放され、径方向において調節可能となる。第２の重り部２４に加わる遠心力により、第２の重り部２４を図３に示す径方向において外側の第２の位置に移動させることができる。径方向において外側の第２の位置では、第２の重り部２４の重量は径方向において外側に移動し、第１の重り部２２の非対称的な重量分布が部分的に補償され、不平衡が減少する。

径方向における外側への移動時には、リセットばね２８が圧縮され、張力が加わる。そのため、軸１２の回転速度が減少すると、第２の重り部２４を図２に示す径方向において内側の第１の位置に戻すことができる。第１の開始位置に達すると、ピン状の係止部３２が引張ばね３４によって外側方向に押圧され、第２の重り部２４の係止凹部４０に入る。

Claims (12)

1. 回転駆動することができ、少なくとも２つの重り部からなる少なくとも１つの不平衡ユニットが配置された少なくとも１つの軸を有し、前記少なくとも２つの重り部のうちの第１の重り部は前記軸に固定されており、前記少なくとも２つの重り部のうちの第２の重り部は径方向に調節可能に支持され、前記軸の回転速度に応じて、前記径方向において内側の第１の位置と、前記径方向において外側の第２の位置と、の間で調節可能である振動発生機であって、
   前記振動発生機には係止手段が設けられており、前記係止手段により、前記調節可能な第２の重り部は、前記軸の所定のトリガー回転速度に達するまで前記第１の位置に係止され、前記トリガー回転速度に達すると解放されて調節可能となることを特徴とする振動発生機。
2. 請求項１において、前記第２の重り部が、前記軸の回転軸に交差して延びる少なくとも１つの直線状ガイドに沿って移動可能に支持されていることを特徴とする振動発生機。
3. 請求項１において、前記係止手段が、係止位置と解放位置との間で調節可能な少なくとも１つの係止部を有することを特徴とする振動発生機。
4. 請求項３において、前記少なくとも１つの係止部が、前記第２の重り部の前記直線状ガイドと交差する方向に調節可能であることを特徴とする振動発生機。
5. 請求項３において、前記少なくとも１つの係止部が、ばねによって張力が加えられた状態で前記係止位置において保持され、前記調節可能な第２の重り部の係止凹部と係合することを特徴とする振動発生機。
6. 請求項５において、前記係止凹部がランイン及び／又はランアウト傾斜部を有することを特徴とする振動発生機。
7. 請求項３において、反対方向に移動可能な２つの係止部が設けられていることを特徴とする振動発生機。
8. 請求項１において、少なくとも１つのリセットばねが設けられ、前記少なくとも１つのリセットばねにより、前記第２の重り部を前記径方向において内側の第１の位置にリセットすることができることを特徴とする振動発生機。
9. 請求項１において、前記第２の重り部を、前記径方向において外側の第２の位置に調節することによって前記不平衡ユニットの不平衡を減少させることを特徴とする振動発生機。
10. 請求項１において、前記第２の重り部を、前記径方向において外側の第２の位置に調節することによって前記不平衡ユニットの不平衡を増加させることを特徴とする振動発生機。
11. キャリアを有し、前記キャリア上に振動発生機が垂直方向に調節可能な状態で支持されている振動杭打ち機であって、
    請求項１に記載の振動発生機が設けられていることを特徴とする振動杭打ち機。
12. ドリル駆動装置を有し、前記ドリル駆動装置によってドリルロッドを回転駆動することができる掘削装置であって、
    請求項１に記載の振動発生機が設けられていることを特徴とする掘削装置。

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