JP2582304B2 - 建設機械の磁歪振動アクチュエータ付き作業機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は，建設機械の磁歪振動アクチュエータ付き作
業機に関する。

［従来の技術］ 従来，建設機械の作業機はパワーショベル，ホイール
ローダ又はトレンチャ等の掘削機にあってはバケット
が，トンネル掘削機にあってはカッターが，更にブルド
ーザやモータグレーダ等の押土機械にあってはブレード
等がある。更に，ダンプトラックにあってはベッセル
が，またモータスクレーパにあってはボール等がある。
これら作業機は，図示しないが，よく知られたものであ
る。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら上記従来の作業機には共通の問題点があ
る。建設機械は土，岩，泥，粘土等を掘削し又は／及び
移送することを目的としている。そこでこれら土，岩，
泥，粘土等（以下，これらの内，粘着性のあるものを土
と総称する）に当接する作業機には土の付着が著しく，
この付着土が建設機械の作業効率を低下せしめる一要因
となっている。この付着土の問題は，建設機械における
分野では常識として，従来から指摘されてきたところで
あるが，今尚未解決のものが多い。例えば，モータスク
レーパのボールの場合は余り問題とされていない。理由
は，ボール内に盛り込まれる掘削土は，これの散土時，
ボール内で，背面に備えられ，かつ，油圧シリンダによ
りその後方からボール内を往復駆動せしめられる排土板
（専門的にはエジェクタと呼ばれる板）により，ボール
から外部へ押し出されるため，この土がボール内に付着
することがほとんどないためである。またダンプトラッ
クのベッセルの場合も，エンジンの高温排気ガスがベッ
セル下面又は側面の排気通路内に導入され，これらを循
環し，ベッセルの底板，側板を高温化し，当接する土を
乾燥せしめ，散土時のベッセルからの土ばなれをよくし
ている。この方法は，殊に大型ダンプトラックにおいて
採用されており，顕著な効果を上げている。他方，ブル
ドーザやモータグレーダ等のブレードの場合，ブレード
の全面にテフロン等の低摩擦率材をコーティングする構
成が試みられたことがある。しかしながら，このコーテ
ィング材は，作業時，土との接触摩擦によって容易に摩
滅又は剥離してしまうため，土の付着防止策としての効
果を余り上げていない。トンネル掘削機のカッターの場
合，これが大型の岩盤掘削機であれば，カッターの冷却
水がカッター回りを常時清掃する構成のため，土の付着
を防止することができる。ところが同じトンネル掘削機
械であっても，例えば，下水孔掘削や電話ケーブルの配
設孔掘削等，小中孔径用のトンネン掘削機械の場合は，
前述のような冷却水を用いる構成をとらないのが通常で
あるため，付着土除去は人手によってする以外に好適な
手段がないのが現状である。パワーショベル，ホイール
ローダ，トレンチャ等のバケットであっても，上記ブレ
ードやカッターと同様であって，人手により，水洗い，
掻き出し又は掻き落とし等によって付着土を除去してい
るのが現状である。

本発明は，かかる従来技術の問題点に着目し，先ず土
の付着を防止できる建設機械の作業機を提供することを
目的とする。更に一歩進めて一旦付着した土に対しても
人手を介せず，これを容易に除去することができる建設
機械の作業機を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため，本発明に係わる，建設機械
の磁歪振動アクチュエータ付き作業機は，押土、掘削、
排土あるいは切削等の作業を行う建設機械の作業機にお
いて、作業機に付設され、かつ互いに離間して対面する
ように配置された固設部材および振動子と、作業機自体
に微振動を与えるため前記固設部材と前記振動子との間
に配置され、かつ磁歪素子の外周に巻き回したコイルに
交番電流を印加することにより伸縮して振動する前記磁
歪素子の一端面にラムを有し、前記ラムが前記振動子に
当接して微振動を行なう磁歪振動アクチュエータとを有
することを特徴としている。作業機は例えばバケット、
ブレードあるいはカッタサポートのいずれかである。

［作用］ 上記構成における磁歪振動アクチュエータは，例えば
稀土類磁性材料を磁歪素子とし，この磁歪素子の外周に
バイアス磁石とコイルとを備え，更にこの磁歪素子の伸
縮方向から，例えばバネによりプリストレスを与えてお
いた磁歪アクチュエータにおいて，前記コイルに交流電
流を印加し，磁歪素子を伸縮振動せしめるものである。
上記構成は，かかる磁歪振動アクチュエータをバケッ
ト，ブレード又はカッターサポート等の作業機の主要部
材に装着し，交流電流をこの磁歪振動アクチュエータの
コイルに流すようにしてある。交流電流が磁歪振動アク
チュエータのコイルに印加されると，磁歪振動アクチュ
エータの磁歪素子が伸縮振動し，この振動が作業機に伝
わり，土の付着を防止するようになる。更に一旦作業機
に付着した土であっても，例えば川や池などの水中内
に，これらバケットを没入し，前記要領で作業機を振動
せしめることにより，人手を経ずとも，付着土を除去す
ることができるようになる。尚，磁歪振動アクチュエー
タを作業機に装着する際は，作業機の共振点に装着する
ようにするとよい。更に作業機の共振周波数でコイルに
周波数を印加するように制御するとよい。

［実施例］ 以下図面を参照して，本発明の実施例を述べる。尚，
実施例の説明に先立ち，実施例に使用する磁歪振動アク
チュエータについて説明する。説明の概略については既
に作用の欄で説明済みであるので，具体的構成について
第５図を参照して述べる。同図における磁歪振動アクチ
ュエータ20は，大別して，シリンダ21内に，円柱形状の
Fe−Tb−Dy合金でなる，いわゆる稀土類系超磁歪材23
と，この磁歪材23の磁歪振動を外部に伝えるためのラム
28とから構成されている。詳しくは，同図に示すよう
に，この磁歪材23の外周には2000回巻き回したコイル24
が備えられ，更にこのコイル24の外周にもバイアス磁石
（本例の場合は300エルステッド地場の永久磁石）25を
備えている。磁歪材23の長手方向の両端には前記コイル
24と，バイアス磁石25と，この磁歪材23とで形成する磁
気回路を容易に形成せしめるためのヨーク22,22が設け
てある。図示左端のヨーク22はシリンダ21の左端211に
配設されている。この左端211は磁歪振動アクチュエー
タ20を固定する側である。シリンダ21の他端222は開口
部を持ち，この開口部に前記ラム28が摺動可能に位置し
ている。このラム28のシリンダ側端面は，非磁性体26を
介し，ヨーク22の他側（図示右側）と当接している。ラ
ム28の他側は作業機（図示しない）に当接している。前
記非磁性体26の図示右側端面とシリンダ21との間には，
バネ27が収めてあり，磁歪材23に常時プリストレスが与
えられるようにしてある。このプリストレスと，バイア
ス磁場とは，磁歪材23の磁歪特性を向上せしめる作用を
なす。かかる構成の磁歪振動アクチュエータ20を作業機
に装着し，コイル24に交流電流を流すことにより，当該
作業機を起振することができる。次に本発明の実施例を
説明するが，説明中における磁歪振動アクチュエータ及
びその細部構成部品については，上述と同名，同符号を
用いる。第１実施例は、第１図及び第２図に示される。
第１図は油圧式掘削機械（いわゆるパワーショベル）の
バケット10に２個の磁歪振動アクチュエータ20を装着し
た外観図である。第２図は，第１図の断面付き部分拡大
図である。第１図及び第２図において,2個の磁歪振動ア
クチュエータ20,20は,1つの保護板12内に収められ，か
つ，バケット10の背面に備えられている。磁歪振動アク
チュエータ20の一端は反力受けなる固定部材11に固設さ
れ，他端のラム28は振動子13に当接している。これら磁
歪振動アクチュエータ20と，固定部材11と，振動子13と
はバケット10の背面の曲率に沿って，かつ，熱放出を考
慮した空隙を備えた保護板12によってカバーされてい
る。この保護板12は，磁歪振動アクチュエータ20と振動
子13と図示しない配線とを，土との衝突から保護してい
る。更に磁歪振動アクチュエータ20の駆動時による発生
熱を放出し易くしてあり，磁歪振動アクチュエータ20の
性能低下を防止している。第２実施例は、第３図及び第
４図に示される。第３図はブルドーザのブレード30に３
個の磁歪振動アクチュエータ20をそれぞれ独立して装着
した構成の外観図である。第４図は，第３図の断面付き
部分拡大図である。第３図及び第４図において,3個の各
々の磁歪振動アクチュエータ20は，ブレード30の背面に
それぞれ設けられている。磁歪振動アクチュエータ20の
一端は反力受けなる固定部材31に固設され，他端のラム
28は，図示しないブレード30の背面に設けた振動子33に
当接している。これら磁歪振動アクチュエータ20と固定
部材31と振動子33とは，熱放出を考慮した空隙を備えた
保護板32によってカバーされている。この保護板32は，
磁歪振動アクチュエータ20と振動子33と図示しない配線
とを，土との衝突から保護している。更に磁歪振動アク
チュエータ20の駆動時による発生熱を放出し易くしてあ
り，磁歪振動アクチュエータ20の性能低下を防止してい
る。

他の実施例としては，磁歪振動アクチュエータは第５
図に示す以外の構成であってもよい。また作業機につい
ては，上記ブレードやバケットだけでなく，トンネル機
械のカッタのサポート部であってもよい。更に，ダンプ
トラックのベッセルや，モータースクレーパのボール，
エプロン，エジェクタに適用してもよい。

実験例 上記実施例の内，バケットに磁歪振動アクチュエータ
を装着した場合の第１実施例の効果を説明する。交流印
加電流が3Aであり，周波数が500Hzである場合におい
て，本実施例を駆動した。パワーショベルの作業内容は
赤土に対する深堀掘削である。これを数回実験したとこ
ろ，付着土を少なくすることができた。この土付着低減
効果を他の指標，つまり作業効率の向上で示せば，作業
効率の向上にはバラツキもあったが,3％〜10％の範囲で
向上している。尚，作業完了時，当該パワーショベルの
バケットを水溜内に没入させ，作業機を起振させること
により，付着土をほぼ除外することも可能となった。

本実験例では，実施例は簡単な構成，しかも交流電流
という制御し易い構成であるにもかかわらず，付着土を
低減し，付着土除去（即ち機械保守）を省力化し，更に
生産性の向上をもたらす。

［発明の効果］ 以上説明した通り，本発明に係わる建設機械の磁歪振
動アクチュエータ付き作業機によれば，建設機械の，例
えばバケット，ブレード，又はカッターサポート等の作
業機に，交流電流で駆動する磁歪振動アクチュエータを
装着するという，簡単な構成でありながら，作業時の付
着土の低減を図ることができる，しかも一旦付着した土
に対しても人手を介せず，容易に除去することができる
ようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図・・・第１実施例の構成図であって，
第１図は全体外観斜視図，第２図は第１図の断面部付き
部分拡大図 第３図及び第４図・・・第２実施例の構成図であって，
第３図は全体外観斜視図，第４図は第１図の断面部付き
部分拡大図 第５図・・・実施例に用いた磁歪振動アクチュエータの
断面図 10……バケット 11……固定部材 12……保護板 13……振動子 20……磁歪振動アクチュエータ 21……シリンダ 22……ヨーク 23……磁歪材 24……コイル 25……バイアス磁石 26……非磁性体 27……バネ 28……ラム 30……ブレード 31……固設部材 32……保護板 33……振動子

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】・押土、掘削、排土あるいは切削等の作業
   を行う建設機械の作業機において、 ・作業機に付設され、かつ互いに離間して対面するよう
   に配置された固設部材および振動子と、 ・作業機自体に微振動を与えるため前記固設部材と前記
   振動子との間に配置され、かつ磁歪素子の外周に巻き回
   したコイルに交番電流を印加することにより伸縮して振
   動する前記磁歪素子の一端面にラムを有し、前記ラムが
   前記振動子に当接して微振動を行なう磁歪振動アクチュ
   エータと を有することを特徴とする建設機械の磁歪振動アクチュ
   エータ付き作業機。
2. 【請求項２】作業機がバケット、ブレードあるいはカッ
   タサポートのいずれかである請求項１記載の建設機械の
   磁歪振動アクチュエータ付き作業機。