JP2519447Y2 - 不等速ギヤを用いた遠心力発生装置を備えた振動地固め機 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、偏心不等速ギヤを用いた遠心力発生装置を
備えた振動地固め機に関する。

（従来の技術） 従来、遠心力発生装置としては、例えば第10図に示す
ように、互いに逆回転方向で回転する一対の遠心重錘1,
1を、１台の駆動用電動機２で回転駆動させ、所要方向
（上下方向）の振動力を発生するようにした振動杭打機
が提案されている（実公昭60−32202号公報参照）。

上記杭打機は、遠心重錘1,1を一定速度で回転させる
と、振動力が上下方向に交互に発生し、杭打力そのもの
は杭打機の自重のみによって得られるにすぎないので、
地固め等の作業が効果的に行なえないという問題を解決
するためになされたものである。その手段として、電動
機２をインバータ制御することにより、杭打力を発生す
る位置に遠心重錘1,1が移行したときに角速度を早め
て、杭打力を大きくするようにしたものである。

（考案が解決しようとする課題） 一方、楕円ギヤ、偏心ギヤで代表される偏心軸型不等
速ギヤは、第11図及び第12図に示すように、噛み合わさ
れた作動ギヤ10と受動ギヤ11の中心を結ぶ直線上で、作
動ギヤ10の入力軸10Aと受動ギヤ11の出力軸10Bを、所定
寸法偏心させてなるものである。

かかる不等速ギヤは、入力軸10Aを一定回転速度（回
転速度；角速度と同義）で回転させると、出力軸11Bの
回転速度が一回転中に変化することは、 日本機械学会論文集（第３部） 日本機械学会編 機械工学便覧 等により知られている。

出力軸の角速度の変化量は、次のようにして求められ
る（第11図、第12図参照）。

δ：偏心量 a:軸間距離 ε：偏心率とし、 ε＝２δ/a と定義し、以下、 入力軸10Aの角速度：ωA入力軸10Aの角変位:A 出力
軸11Bの角速度：ωB出力軸11Bの角変位:B とすると、 楕円ギヤではωBとωAの関係は、 ωB／ωA＝1/M−NcosA ……（１） ここに Ｍ＝１＋ε^２/1−ε^２ Ｎ＝２・ε/1−ε^２ が成立する。

偏心ギヤも（１）式でほぼ近似できる。

具体的には、例えば、偏心率ε＝0.22の不等速ギヤの入
力軸10AをωA＝440rad/secの一定角速度で回転させる
と、第13図（ａ）、第13図（ｂ）に示すような出力軸11
Bの角速度ωBの変化を得ることができる。

ここで、第13図（ａ）は１回転中の角速度ωBの変化
状態、第13図（ｂ）は角速度のωBの経時変化状態をそ
れぞれ示す。そして、第11図または第12図の構成状態で
は、第13図（ａ）にＰで示す位置が、出力軸11Bの角速
度ωBが最大となる。

そこで本考案者は、第14図（ａ）に示すように、かか
る不等速ギヤの出力軸11Bに偏心重量体12を、出力軸11B
の角速度が最大になる時、下向きになるように取付け
て、入力軸10Aを一定角速度ωA＝constで回転させる
と、遠心力Ｆは、 Ｆ＝Mo/g・ωB^２ Mo:偏心重量体12のモーメント g:重力の加速度 となり、遠心力Ｆは出力軸11Bの角速度ωBの２乗に比例
して変化するため、上下方向の大きく異なる力を得るこ
とができるということを見い出した。

ここに上下方向の力Fyは、第14図（ｂ）に示すように、 Fy＝−Mo/g・ωB^２・COSＢ …（２） となる。

たとえば、ε＝0.22 ωA＝440rad/sec Mo＝2kg−cm とすると、第15図（ａ）、第15図（ｂ）に示すように、
出力軸11Bに上下不等の遠心力が生じる。

ここで、第15図（ａ）は１回転中の遠心力Ｆの変化状
態、第15図（ｂ）は遠心力Ｆの経時変化状態をそれぞれ
示す。

そして、第14図（ａ）の構成状態では、第15図（ａ）
にＰで示す位置が出力軸11Bの遠心力Ｆが最大となる。

したがって、第14図（ａ）の構成を杭打機等に採用す
れば、電動機をインバータ制御しなくても、上記従来技
術の杭打機のように大きな杭打力を得られるはずであっ
た。

ところが、本考案者が研究，実験を繰返した結果、出
力軸11Bに偏心重量体12を取付けると、その偏心重量体1
2を含む出力軸11Bの慣性モーメントによる慣性力で、出
力軸11Bはその時々の回転速度のままで回転し続けよう
とし、第13図（）、第13図（ｂ）に示したような角速度
ωBの変化が得られず、また、かかる出力軸11Bの慣性モ
ーメントによる慣性力の影響により、一定であるとした
入力軸10Aの角速度ωAも変化してしまい、期待した第15
図（ａ）、第15図（ｂ）のような遠心力は得られないと
いうことが判明した。

そこで、入力軸10Aの回転を一定に保って、出力軸11B
の加速，減速による慣性力の増減に打ち勝つために、入
力軸10Aの入力トルクを大きくすることも考えられた
が、第16図に示すように、出力軸11Bの出力トルクＴBの
増減に見合った極めて大きな入力トルクが必要となり、
実現の可能性に乏しいものであった。

本考案者は、上記知見を踏襲して、入力軸の入力トル
クを大きくすることなく、出力軸の所要方向に大きな遠
心力を得ることを可能にした、不等速ギヤを用いた遠心
力発生装置を新規に提案した。

この遠心力発生装置は、噛み合わされた作動ギヤと受
動ギヤの中心を結ぶ直線上で、作動ギヤの入力軸と受動
ギヤの出力軸を、所定寸法偏心させてなる偏心軸型不等
速ギヤにおいて、上記受動ギヤの出力軸に偏心重量体が
設けられ、上記作動ギヤの入力軸には、受動ギヤの出力
軸における偏心重量体を含む全慣性モーメントより大き
い慣性モーメントが設定され、上記出力軸の偏心重量体
の１回転中の最高速回転変動域で所定方向の大きな遠心
力が発生するようにしたことを特徴とするものである。

したがって、入力軸の角速度変動よりも大きな出力軸
の角速度変動が得られるようになり、入力軸の入力トル
クを大きくすることなく、出力軸の所要方向に大きな遠
心力を得ることができる。

本考案は、本考案者の考案に係る遠心力発生装置を合
理的に利用して、振動地固め機を自然に前進させなが
ら、下方向に地固めできるようにすることを目的とする
ものである。

（課題を解決するための手段） このため本考案は、噛み合わされた作動ギヤと受動ギ
ヤの中心を結ぶ直線上で、作動ギヤの入力軸と受動ギヤ
の出力軸を、所定寸法偏心させてなる偏心軸型不等速ギ
ヤにおいて、上記受動ギヤの出力軸に偏心重量体が設け
られ、上記作動ギヤの入力軸には、受動ギヤの出力軸お
ける偏心重量体を含む全慣性モーメントより大きい慣性
モーメントが設定され、上記出力軸の偏心重量体の１回
転中の最高速回転変動域で所定方向の大きな遠心力が発
生するようにした不等速ギヤを用いた遠心力発生装置が
プレートの上面に固定され、上記出力軸の偏心重量体
が、前下方向の大きな遠心力が発生するように、その取
付け角度が設定されていることを特徴とするものであ
る。

（考案の作用・効果） 本考案は、出力軸の偏心重量体の取付け角度を、前下
方向に大きな遠心力が発生するように設定したものであ
る。

したがって、前下方向の遠心力により、プレートが下
方向の大きな遠心力で地固めしながら自然に前進される
ようになり、前進速度を速くするとともに、前進のため
の労力が大幅に軽減される。

（実施例） 以下、本考案の実施例を添付図面について詳細に説明
する。

なお、まず、上述した出力軸に偏心重量体を取付けた
状態を、ギヤ効率によるロス、軸受の摩擦抵抗等を省略
して、原理的に簡略化して述べながら、作動ギヤの入力
軸に、受動ギヤの出力軸における偏心重量体を含む全慣
性モーメントより大きい慣性モーメントを設定した構成
を説明する。

入力軸10Aに関して、時計回り回転方向を正方向とす
る。

第４図（ａ）に示すように、入力軸10Aを正方向に角
速度ωA、トルクＴDで駆動するとし、入力軸10Aの慣性
モーメントをＩAとすると、第４図（ｂ）に示すよう
に、入力軸10Aには、負方向に、慣性力により回転を妨
げようとするトルク−ＩA・Aが生じる（A＝ｄωA/d
t）。

従って、入力軸10Aには ＴA＝ＴD−ＩA・Aのトル
クが生じる。

このトルクＴAはギヤ10,11により出力軸11Bに伝わ
る。

第４図（ｃ）に示すように、作動ギヤ10のピッチ円半
径をｒA（刻々変化する）とすると、トルクＴAによりピ
ッチ円の接線方向に力ＦPが生じる。

ＦP＝ＴA/rAであり、上式のＴAを代入すると、 ＦP＝ＴD−ＩA・A/rA …（３） となる。

出力軸Ｂ軸に関して入力軸10Aを時計回りに回転する
と、出力軸11Bは反時計回りに回転するため、出力軸11B
は反時計回り回転方向を正方向とする。

第５図（ａ）に示すように、ピッチ円接線方向力ＦP
は受動ギヤ11のッチ円の接線力として作用し、受動ギヤ
11のピッチ円半径をｒB（刻々変化する）とすると、正
方向にトルク ＴB1＝ＦP・ｒBを生じさせる。（３）式
を代入し、 ＴB1＝（ＴD−ＩA・A）・ｒB/rA …（４） となる。

また、第５図（ｂ）に示すように、出力軸11Bの持つ
慣性モーメントをＩBとすると、これにより、出力軸11B
には回転を妨げようとするトルクが生じ、そのトルクを
ＴB2とすると、負方向に ＴB2＝−ＩB・B …（５） のトルクが生じる。

さらに、出力軸11Bには偏心重量体12により回転を妨
げようとするトルクＴB3が働き、第５図（ｃ）に示すよ
うに、偏心重量体12の重量をＷMo、軸芯から偏心重量体
12の重心までの距離をｒMo、上述のように、偏心重量体
12のモーメントをMo（＝ＷMo・ｒMo）とすると、負方向
に ＴB3＝−ｒMo・SINＢ・ＷMo＝−Mo・SINＢ …（６） が生じる。

出力軸11BはこれらＴB1、ＴB2、ＴB3が釣合を保ちな
がら回転するため ＴB1＋ＴB2＋ＴB3＝０ となり、式（４）（５）（６）を代入して整理すると ＴD＝ＩA・A＋（ＩB・B＋Mo・SINＢ）・ｒA/rB …（７） の関係を保ちながら回転することになる。

また、ピッチ円半径ｒAとｒBは第６図に示すように、
入力軸10Aと出力軸11Bのピッチ円の接線速度が等しいた
め、その速度をＶとすると Ｖ＝ωA・ｒA＝ωB・ｒB となり、 ∴ｒA/rB＝ωB／ωA これを（７）式に代入すると ＴD＝ＩA・A＋（ＩB・B＋Mo・SINＢ）・ωB／ωA …（８） となる。

この（８）式と（１）式の量式に従ってωA、ωBは変
化する。

例えばε＝0.22 ωA＝440rad/sec Mo＝2kg−cm ＴD＝3kg−cmとする。

（イ）ＩA＝0.01kg−cm・sec² ＩB＝0.02kg−cm・sec² として入力軸10Aの慣性モーメントＩAを出力軸の慣性モ
ーメントＩBの1/2にした場合 式（１）と（８）の連立方程式の解を第７図（ａ）
に、これで求めたωBの変化を式（２）に代入し求めた
上下方向力Fyを第７図（ｂ）に示す。

このように、変化させたい出力軸11Bの角速度ωBは期
待ほど変化せず、従って大きな上下方向力Fyの差も得ら
れない。また、入力軸10Aの角速度ωAの変動も大きい。

（ロ）ＩA＝ＩB＝0.02kg−cm・sec² として、入力軸10Aの慣性モーメントＩAと出力軸11Bの
慣性モーメントＩBを同じにした場合 式（１）と（８）の連立方程式の解を第８図（ａ）
に、これで求めたωBの変化を式（２）に代入し求めた
上下方向力Fyを第８図（ｂ）に示す。

このように、ＩA＝ＩBにした場合、ωAとωBはともに
同じ量の角速度変化を生じてしまい、従って大きな上下
方向力Fyの差も得られない。

（ハ）ＩA＝0.2kg−cm・sec² ＩB＝0.02kg−cm・sec² として、入力軸10Aの慣性モーメントＩAを出力軸11Bの
慣性モーメントのＩBの10倍にした場合 式（１）と（８）の連立方程式の解を第９図（ａ）
に、こもで求めたωBの変化を式（２）に代入し求めた
上下方向力Fyを第９図（ｂ）に示す。

このように、入力軸10Aの慣性モーメントＩAを出力軸
11Bの慣性モーメントＩBより大きくすることにより、出
力軸11Bの角速度ωBの変化を入力軸10Aの角速度ωAの変
化より大きくすることができ、この結果、出力軸11Bに
取付けた偏心重量体12による遠心力の上下方向力の差を
大きくすることができる。逆に入力軸10Aの角速度ωAの
変化を小さくすることができる。

入力軸10Aの慣性モーメントＩAを大きくする手段とし
ては、例えば第３図に示すように、入力軸10Aにフライ
ホイール13や偏心重量体14を取付けることで解決でき
る。

なお、フライホイール13等に代えて、入力軸10Aを太
く、かつ長くすることでも解決できる。

上記では、説明を簡単にするために、入力軸10Aの慣
性モーメントＩAはフライホイール13で発生し、出力軸1
1Bの慣性モーメントＩBは、偏心重量体12で発生すると
いうようにしたが、実際には、入力軸10Aの全慣性モー
メントを出力軸11Bの全慣性モーメントより大きく設定
する。

ここに言う全慣性モーメントとは、出力軸11Bに関し
ては；偏心重量体、ギヤ、ベアリング等、出力軸に拘わ
る総ての回転部品の慣性モーメントを出力軸11Bに換算
した値の総和をいい、 入力軸10Aに関しては； ベルトドライブでは；フライホイール等を含む入力軸に
拘わる総ての回転部品の慣性モーメントを入力軸10Aに
換算した値の総和をいい、チェーン、タイミングベル
ト、ギヤ伝達、原動機直結では；原動機，フライホイー
ル等を含む入力軸に拘わる総ての回転部品の慣性モーメ
ントを入力軸10Aに換算した値の総和をいう。

第１図は上記のように構成した遠心力発生装置19を利
用した振動値固め機（バイブロプレートコンパクタ）で
ある。

プレート（地固め板）30の前部上面に、遠心力発生装
置19が固定されている。

該遠心力発生装置19は、前側に、出力軸11Bに支持さ
れた受動ギヤ11が配置され、後側に、入力軸10Aに支持
された作動ギヤ10が配置されている。

上記出力軸11Bには偏心重量体12が固定され、上記入
力軸10Aにはフライホイール13が取付けられている。

上記偏心重量体12は、今までの説明では、出力軸11B
の角速度が最大になる時、下向きになるように取付けて
いたが、所定角度θ、例えば30度だけ回転方向の逆方向
に少しずらして取付ける。

また、上記プレート30の後部上面に、防振ゴム31を介
して原動機20が固定されている。

該原動機20の取付けベース32には操作ハンドル33が取
付けられている。

該原動機20にはプーリ21が固定され、上記入力軸10A
にもプーリ22が固定され、両プーリ21,22にはベルト23
が張設されている。

なお、上記受動ギヤ11と作動ギヤ10との配置について
は、その受動ギヤ11を作動ギヤ10の後側に配置してもよ
く、また、作動ギヤ10を受動ギヤ11の上側に配置しても
よい。さらに、原動機20と入力軸10Aは、チェーンやタ
イミングベルトあるいはギヤで連結してもよいし、原動
機20と入力軸10Aを連結してもよい。

上記のように振動地固め機を構成すれば、下向きに大
きな力、上向きに小さな力が得られ、大きな地固め力を
得ながら、機体重量の軽量化が可能になる。

また、偏心重量体12を、前下方向に大きな遠心力が発
生するように、その取付け角度θを設定しているので、
第２図に示すように、機体が上向き力を受けて上昇して
いる間の前方へ向かう力を大きくすることができる。

したがって、下方向の大きな遠心力で地固めしながら
自然に前進されるようになり、前進速度が速くなるとと
もに、前進のための労力も大幅に軽減されるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る不等速ギヤを用いた遠心力発生装
置を備えた振動地固め機の正面図、第２図は第１図の装
置の一回転中の上下方向力を示すグラフ、第３図は遠心
力発生装置の正面図、第４図（ａ），第４図（ｂ），第
４図（ｃ）は入力軸の回転状態をそれぞれ示す正面図、
第５図（ａ），第５図（ｂ），第５図（ｃ）は出力軸の
回転状態をそれぞれ示す正面図、第６図は入力軸と出力
軸の回転状態を示す正面図、第７図（ａ）は入力軸の慣
性モーメントを出力軸の慣性モーメントの1/2にした場
合の角速度を示すグラフ、第７図（ｂ）は第７図（ａ）
の場合の上下方向力を示すグラフ、第８図（ａ）は入力
軸と出力軸の慣性モーメントを同じにした場合の角速度
を示すグラフ、第８図（ｂ）は第８図（ａ）の場合の上
下方向力を示すグラフ、第９図（ａ）は入力軸の慣性モ
ーメントを出力軸の慣性モーメントの10倍にした場合の
角速度を示すグラフ、第９図（ｂ）は第９図（ａ）の場
合の上下方向力を示すグラフ、第10図は従来の振動杭打
機の正面図、第11図，第12図は偏心軸型不等速ギヤをそ
れぞれ示す正面図、第13図（ａ）は第11図または第12図
のギヤの一回転中の角速度を示すグラフ、第13図（ｂ）
は第11図または第12図のギヤの角速度を経時的に示すグ
ラフ、第14図（ａ），第14図（ｂ）は出力軸に偏心重錘
を取付けた偏心軸型不等速ギヤの回転状態をそれぞれ示
す正面図、第15図（ａ）は第14図（ａ）のギヤの１回中
の遠心力を示すグラフ、第15図（ｂ）は第14図（ａ）の
ギヤの遠心力を経時的に示すグラフ、第16図は入力軸の
入力トルクを大きくした場合の出力軸のトルクを示すグ
ラフである。 10……作動ギヤ、10A……入力軸、11……受動ギヤ、11B
……出力軸、12……偏心重量体、13……フライホイー
ル、19……遠心力発生装置、20……原動機、21,22……
プーリ、23……ベルト、30……プレート、θ……取付け
角度。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】噛み合わされた作動ギヤと受動ギヤの中心
   を結ぶ直線上で、作動ギヤの入力軸と受動ギヤの出力軸
   を、所定寸法偏心させてなる偏心軸型不等速ギヤにおい
   て、 上記受動ギヤの出力軸に偏心重量体が設けられ、上記作
   動ギヤの入力軸には、受動ギヤの出力軸における偏心重
   量体を含む全慣性モーメントより大きい慣性モーメント
   が設定され、上記出力軸の偏心重量体の１回転中の最高
   速回転変動域で所定方向の大きな遠心力が発生するよう
   にした不等速ギヤを用いた遠心力発生装置がプレートの
   上面に固定され、上記出力軸の偏心重量体が、前下方向
   の大きな遠心力が発生するように、その取付け角度が設
   定されていることを特徴とする不等速ギヤを用いた遠心
   力発生装置を備えた振動地固め機。