JP2786932B2 - 振動発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、振動杭打機，各種シェーカー，ふるい装置
等に適用される振動発生装置に係り、特に、偏心重錘を
回転させることにより得られる起振力あるいは振幅を任
意にかつ無断階に変更できるようにされたものに関す
る。

〔従来の技術〕

偏心重錘を回転させることにより発生する遠心力を利
用した振動発生装置としては、偏心重錘が取り付けられ
た対をなす偶数本の回転軸をケーシング部材に相互に平
行に軸支するとともに、各回転軸に伝動歯車を取り付け
て隣接するもの同士を噛合させ、一方の回転軸群と他方
の回転軸群とを反応方向に回転させることにより、各回
転軸に取り付けられた偏心重錘に発生する遠心力の水平
分力を相殺するとともに遠心力の垂直分旅を相加し、こ
の垂直分力によりケーシング部材に例えば上下方向の起
振力を与えるようにしたものが一般によく知られてい
る。

このような振動発生装置にあっては、ケーシング部材
をばねあるいはダンパーを介して支持することにより、
振動発生装置全体の回転軸の回転速度に応じて周波数を
もって振動せしめられる。従って、ケーシング部材にチ
ャック等を介して例えば鋼矢板等の杭を支持させて振動
発生装置を作動させることにより、杭打込作業や杭引抜
作業が行え、さらに、かかる振動発生装置をシェーカー
やふるい装置に組み込むことで掻き混ぜ作業やふるい作
業が行える。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した如くの従来の振動発生装置においては、回転
軸に偏心重錘が固定されているため、運転時に起振力あ
るいは振幅を任意に変えることは容易ではない。ところ
が、かかる振動発生装置では、運転開始時において静止
状態の偏心重錘を回転させるために必要とされる駆動力
は偏心重錘が定格回転速度に達した後におそるそれより
著しく大きいので、静止状態の偏心重錘が定格回転速度
に達するまでに必要とされる駆動力を低減することがで
きればモーター等の駆動源の小型化が図れ、消費電力等
のエネルギーの利用効率を格段に向上させることができ
る。そのため、回転軸の回転開始初期において、回転に
必要とされる駆動力を簡易に低減させ得る方策が要望さ
れている。

また、例えば、振動杭打機に適用される振動発生装置
にあっては、杭打込作業性や杭引抜作業性を向上させる
ため、打ち込まれる杭が貫入する地盤の状態等に応じて
起振力あるいは振幅を簡易に変え得る方策が要望されて
いる。

上述の要望に応えるべく現在起振力あるいは振幅可変
の振動発生装置がいくつか考えられているが、いずれも
構造が複雑で部品点数が多く大幅なコストアップが避け
られない嫌いがある。

かかる点に鑑み本発明は、運転時においても起振力あ
るいは振幅を任意にかつ無段階に変えることができ、し
かも、構造が簡潔かつ合理的で容易に製作できる振動発
生装置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〕

上述の目的を達成すべく、本発明に係る振動発生装置
は、ケーシング部材に軸支され、第１の固定伝動歯車及
び第１の固定偏心重錘が外嵌固定されるとともに、第１
の可動伝動歯車及び該歯車に結合された第１の可動偏心
重錘が相対回転可能に外嵌された第１の回転軸と、ケー
シング部材に第１の回転軸と平行に軸支され、第１の固
定伝動歯車に噛合する第２の固定伝動歯車及び第２の固
定偏心重錘が外嵌固定されるとともに、第１の可動伝動
歯車に噛合する第２の可動伝動歯車及び該歯車に結合さ
れた第２の可動偏心重錘が相対回転が可能に外嵌された
第２の回転軸と、外周部に螺旋状の溝もしくは凸条が相
反する旋回方向をもって２ヵ所設けられ、第１及び第２
の回転軸と平行でかつ回転可能及び軸方向に移動可能に
配置された位相調整軸と、内周部に上記位相調整軸に設
けられた螺旋状の溝もしくは凸状に摺動自在に嵌合する
凹部もしくは凹部が設けられ、ケーシング部材に付随し
て設けられた軸受部に回転可能に支持されるも軸方向の
移動を阻止された状態で位相調整軸に外嵌されて、一方
が第１及び第２の固定伝動歯車のいずれかに、他方が上
記第１及び第２の可動伝動歯車のいずれかに噛合する一
対の位相調整歯車と、位相調整軸を軸方向に強制的に移
動させる駆動手段とを具備して構成される。

〔作用〕

上述の如くの構成を有する本発明に係る振動発生装置
においては、駆動手段により位相調整軸が軸方向に強制
的に移動せしめるらると、この位相調整軸の外周部に２
ヵ所に設けられた螺旋状の溝もしくは凸条に一対の位相
調整歯車の内周部に設けられた凸部もしくは凹部が嵌合
しているので、一対の位相調整用歯車が位相調整軸の移
動距離に応じて互いに反対方向に回転し、それらの位相
が等角度ずつ進められた又は遅らされた状態で位相調整
軸と一体に回転する。

そして、このように一対の位相調整歯車の位相が変化
すると、一対の位相調整歯車の一方の回転が伝達される
第１及び第２の回転軸とそれに取り付けられた第１及び
第２の固定偏心重錘の位相も同角度ずつ変化し、また、
一対の位相調整歯車の他方の回転が伝達される第１及び
第２の可動伝動歯車が第１及び第２の回転軸に対して相
対回転し、それに伴い第１及び第２の可動伝動歯車に結
合された第１及び第２の可動偏心重錘の位相も上記第１
及び第２の固定偏心重錘とは逆方向に同角度ずつ変化す
る。それにより、各偏心重錘に発生する水平分力が常時
相殺されるに対し、各偏心重錘に発生する垂直分力の合
計値が位相調整軸に対する一対の位相調整用歯車の相対
回転角度に応じて変化せしめられ、その結果、第１及び
第２の回転軸を介してケーシング部材に与えられる起振
力あるいは振幅が変化せしめられる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつつ説明す
る。

第１図及び第２図は本発明に係る振動発生装置の一実
施例の主要部を示す斜視図及び展開図であり、第３図は
第１図及び第２図に示される実施例の振動発生装置が適
用された振動杭打機の一例を示す正面図である。

第３図において、振動杭打機１は、クレーン等の吊持
手段のフック２が掛止された掛止部が設けられたハンガ
ー５と、このハンガー５から垂下された４本のガイドロ
ッド６及びそれに縮装された上下一対のコイルスプリン
グ8,9を有した緩衝装置７と、この緩衝装置７を介して
ハンガー５に支持された、駆動源としての電動モーター
14,ケーシング部材20,動力伝達用のベルト17及びプーリ
ー18,25、並びに、ケーシング打剤20内部に配置された
起振力あるいは振幅発生部を備えた本実施例の振動発生
装置10と、この振動発生装置10の下側に設けられた、鋼
矢板等の杭を拘持するチャック12等からなっている。

ケーシング部材20に設けられた起振力あるいは振幅発
生部は、第１図及び第２図に詳細に示される如くに、電
動モーター14からの回転駆動力がプーリー25を介して伝
達される第１の回転軸21と、この第１の回転軸21の略真
横にそれと平行に配置された第２の回転軸22と、これら
第１及び第２の回転軸21,22の下方にそれらと平行に配
置された位相調整軸23とを有している。

第１の回転軸21は、第２図に示される如く、その両端
部がケーシング部材20の側癖20a、20bにベアリング、2
6,27を介して軸支され、この第１の回転軸21には、第１
の回転伝動歯車31が外嵌されてキー43により固定される
とともに、分割された第１の固定偏心重錘51Aa,51Ab（5
1Aaと51Abとを合わせて符号51Aを用いる）がケーシング
部材20の側壁20a,20b近傍にスプライン結合により外嵌
されて固定され、また、第１の可動伝動歯車32及びそれ
に連結ピン37で一体的に回転し得るように結合された第
１の可動偏心重錘51Bがそれぞれベアリング45,53を介し
て相対回転可能に外嵌されている。

また、第２の回転軸22は、ケーシング部材20の側壁20
a,20bにベアリング28,28を介して軸支され、この第２の
回転軸22には、第１の固定伝動歯車31に噛合する第２の
固定伝動歯車33が外嵌されてキー44により固定されると
ともに、分割された第２の固定偏心重錘52Aa,52Ab（52A
aと52Abとを合わせて符号52Aを用いる）がケーシング部
材20の側壁20a,20b近傍にスプライン結合により外嵌さ
れて固定され、また、第２の可動伝動歯車34及びそれに
連結ピン38で一体的に介てし得るように結合された第２
の可動偏心重錘52Bがそれぞれベアリング46,54を介して
相対回転可能に外嵌されている。

なお、第１、第２の回転軸21、22と固定偏心重錘51A,
52Aとの固定手段、あるいは第１、第２の可動伝動歯車3
2、34と第１、第２の可動偏心重錘51B、52Bとの固定手
段は、ここに示したように、スプライン結合、連結ぴん
による結合に限られるものではなく固定手段としての機
能を果たすものであればいかなるものでもよいことは自
明であろう。

さらに、位相調整軸23は、ケーシング部材20の側壁20
a,20bにベアリング41及び42を介して第１及び第２の回
転軸21,22と平行でかつ回転可能及び軸方向に移動可能
に支持されており、この位相調整軸23には、外周部に螺
旋溝61,62がそれぞれ相反する旋回方向（一方が右ねじ
形，他方が左ねじ形）をもって所定距離隔てて設けられ
ている。また、かかる位相調整軸23を軸方向に移動させ
る駆動手段として、この実施例では、複動型で自動ロッ
ク装置付のシリンダー50がケーシング部材20に付随して
設けられた壁部20cに取り付けられている。

なお、シリンダー50から位相調整軸23への推進力の伝
達は、シリンダー50のピストンロッド先端に設けられた
箱形連結部55と位相調整軸23の一端に設けられたＴ形連
結部56との間に介装された一対のスラストベアリング58
を介して行われるようにされている。また、位相調整軸
23の他端側には、位相調整軸23の移動量を制御するた
め、適宜の位置検出器が配される。この実施例において
は、ケーシング部材20に付随して設けられた壁部20dに
取り付けられて、位相調整軸23の他端に設けられた鉄心
が挿入されるようにされた差動変圧器式の位置検出器60
が配されているが、ポテンションメータなども用いるこ
とも可能である。

そして、上記位相調整軸23に関連して、第１及び第２
の位相調整歯車35及び36が配されている。この第１及び
第２の位相調整歯車35及び36は、それぞれその内周部に
位相調整軸23に設けられた螺旋溝61,62に摺動自在に嵌
合する嵌合ピン63,64が複数本が設けられ、ケーシング
部材に付随して設けられたベアリングサドル39,40に回
転可能に支持されるも軸方向の移動を阻止された状態で
位相調整軸23に外嵌されて、第１の位相調整歯車35が第
２の固定伝動歯車33に噛合し、第２の位相調整歯車36が
第２の可動伝動歯車34に噛合するようにされている。

なお、上述の第１及び第２の固定偏心重錘51A,52A及
び第１及び第２の可動偏心重錘51B,52Bは、一例とし
て、それぞれ中心角が180゜の概略扇形であり、第１及
び第２の固定偏心重錘51A,52Aの一つの厚みは第１及び
第２の可動偏心重錘51B,52Bの約半分とされており、第
１及び第２の固定偏心重錘51A,52Aと第１及び第２の可
動偏心重錘51B,52B（ピン37,38等を含む）とは、偏心モ
ーメントが同一となるようにそれらの重量及び形状が定
められるとともに、左右方向おいて釣り合いがとれるよ
うに位置決めがなされている。

しかしながら、第１及び第２の固定偏心重錘51A,52A
及び第１及び第２の可動偏心重錘51B,52Bの形状、厚み
などは、上記したものに限るものではなく、偏心モーメ
ントが同一となるように、また、左右方向おいて釣り合
いがとれるようにそれらの重量及び形状及び位置決めが
なされればよいものであることはもちろんである。

また、各歯車31〜36の歯数等の諸元は同一で噛合状態
においては等速回転するようにされている。

上述のごとくの構成を有する本実施例の振動発生装置
10においては、モーター14の回転駆動力がベルト17を介
して第１の回転軸21→第１の回転伝動歯車31→第２の固
定伝動歯車33→第１の位相調整歯車35→嵌合ピン63→溝
61を順次介して位相調整軸23に伝達され、第１の回転軸
21,第２の回転軸22及び位相調整軸23が同期して回転す
るとともに、位相調整軸23の回転が溝62→嵌合ピン64→
第２の位相調整歯車36→第２の可動伝動歯車34→第１の
可動伝動歯車32に順次伝達される。

ここで、シリンダー50により位相調整軸23を軸方向に
強制的に移動させると、この位相調整軸23の外周部に２
ヵ所相反する旋回方向をもって設けられた螺旋状の溝6
1,62に第１の位相調整歯車35と第２の位相調整歯車36の
内周部に設けられた嵌合ピン63,64が嵌合しているの
で、第１の位相調整歯車35及び第２の位相調整歯車36が
螺旋溝61,62の周方向分力によって位相調整軸23の移動
距離に応じて互いに反対方向に回転し、それらの位相が
等角度ずつ進められ又は遅らされえ、かかる状態で第１
の位相調整歯車35,第２の位相調整歯車36が位相調整軸2
3と一体に回転する。

そして、このように第１の位相調整歯車35及び第２の
位相調整歯車36の位相が変化すると、第１及び第２の回
転軸とそれに取り付けられた第１及び第２の固定偏心重
錘51A,52Aの位相も同角度ずつ変化し、また、第１及び
第２の可動伝動歯車32,34が第１及び第２の回転軸21,22
に対して相対回転し、それに伴い第１及び第２の可動伝
動歯車32,34に結合された第１及び第２の可動偏心重錘5
1B,52Bの位相も上記第１及び第２の固定偏心重錘51A,52
Aとは逆方向に同角度ずつ変化する。それにより、第１
及び第２の回転軸21,22を介してケーシング部材20に与
えられる起振力あるいは振幅が変化せしめられる。

この場合、第１及び第２の回転軸21,22に取り付けら
れた各偏心重錘51A,52A,51B,52Bに発生する遠心力の水
平分力が相殺されるとともに、遠心力の垂直分力が相加
され、この垂直分力によりケーシング部材20に上下方向
の起振力あるいは振幅が与えられる。

そして、いま、第４図Ａに示される如くに、第１及び
第２の固定偏心重錘51A,52Aと第１及び第２の可動偏心
重錘51B,52Bの同軸上に配されたもの同士の位相避が180
゜とされている場合には、第５図Ａにおいて曲線a,bで
示される如く、それらから得られる起振力あるいは振幅
は互いに相殺されて０となる。それに対し、位相調整軸
23を移動させて第１の位相調整歯車35と第２の位相調整
歯車36とをそれぞれ位相調整軸23に対して反対方向に90
゜回転させると、第４図Ｃに示される如く、第１及び第
２の固定偏心重錘51A,52Aと第１及び第２の可動偏心重
錘51B,52Bの同軸上に配されたもの同士の位相差は０と
なり、第５図Ｃに示される如く、一方の偏心重錘だけで
得られる起振力あるいは振幅ａ及びｂの和としての量、
すなわち、一方の偏心重錘だけで得られる量の２倍の起
振力あるいは振幅（第５図Ｃにおいてｃで示されてい
る）が得られる。

なお、第４図Ｂは、位相差が90゜の場合を示してお
り、第４図Ａ、Ｃの場合と同様に起振力あるいは振幅ａ
及びｂの和としての量、すなわち、第５図Ｂにおいてｃ
で示される量の起振力あるいは振幅が得られる。

従って、例えば、振動発生装置10の起動時において
は、第１及び第２の固定偏心重錘51A,52Aと第１及び第
２の可動偏心重錘51B,52Bとの、同軸上にあるもの同士
の位相差を第４図Ａに示される如くに180℃にしておけ
ば、釣り合いのとれたフライホイールを起動する場合と
同様な状態となり、起動後電動モーター14が定格回転速
度に達するまでの期間にそれらの位相差を180゜から０
に徐々に減少させるように位相調整軸23を移動させれ
ば、大なる駆動力を必要とせずに各偏心重錘を円滑に回
転させることが可能となり、そのため、電動モーター14
は小型のもので充分にその役目を果たすことができ、省
エネルギー化が図られることになる。

なお、上述の例においては、起振力を発生させる動力
源として電動モータを用いたものを示したが、動力源と
してはこれに限るものではなく油圧モータなども用いる
ことができる。

さらに、位相調整軸23の駆動手段としてシリンダー50
が用いられているが、それに代えて、例えば、モータ
ー，ウオームギヤ，推力軸等から構成される駆動手段を
用いてもよい。また、上述の例では、位相調整軸23をケ
ーシング部材20で支持するようにされているが、位相調
整軸は必ずしもこのようにして支持する必要はない。

さらに、第１及び第２のの可動伝動歯車32,34と第１
及び第２の可動偏心重錘51B,52Bとは、一体的に製造あ
るいは結合してもよく、各偏心重錘や歯車の配置、ま
た、第１の回転軸21,第２の回転軸22,位相調整軸23の配
置は適宜変更できること勿論である。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかな如く、本発明に係る振動発生
装置は、駆動手段により位相調整軸が軸方向の強制的に
移動せしめられると、この位相調整軸の外周部に２ヵ所
設けられた螺旋状の溝もしくは凸条に一対の位相調整用
歯車の内周部に設けられた凸部もしくは凹部が嵌合して
いるので、一対の位相調整用歯車が位相調整軸の移動距
離に応じて互いに反対方向に回転し、それらの位相が等
角度ずつ進められ又は遅らされ、第１及び第２の回転軸
を介してケーシング部材に与えられる起振力あるいは振
幅が変化せしめられるようにされるので、運転時におい
ても起振力あるいは振幅を任意にかつ無段階に変えるこ
とができ、しかも、構造が極めて簡潔かつ合理的で容易
に製作できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明に係る振動発生装置の一実施
例の主要部を示す斜視図及び展開図、第３図は第１図及
び第２図に示される実施例の振動発生装置が適用された
振動杭打機の一例を示す正面図、第４図及び第５図は上
述の実施例の動作説明に供される図である。 図において、10は振動発生装置,14はモーター,20はケー
シング部材,21は第１の回転軸,22は第２の回転軸,23は
位相調整軸,31,33は固定伝動歯車,32,34は可動伝動歯
車,35,36は位相調整歯車51A,52Aは固定偏心重錘,51B,52
Bは可動偏心重錘,50はシリンダー,60は位相検出器,61,6
2は螺旋溝,63,64は嵌合ピンである。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ケーシング部材に軸支され、第１の固定伝
   動歯車及び第１の固定偏心重錘が外嵌固定されるととも
   に、第１の可動伝動歯車及び該歯車に結合された第１の
   可動偏心重錘が相対回転可能に外嵌された第１の回転軸
   と、上記ケーシング部材に上記第１の回転軸と平行に軸
   支され、上記第１の固定伝動歯車に噛合する第２の固定
   伝動歯車及び第２の固定偏心重錘が外嵌固定されるとと
   もに、上記第１の可動伝動歯車に噛合する第２の可動伝
   動歯車及び該歯車に結合された第２の可動偏心重錘が相
   対回転が可能に外嵌された第２の回転軸と、外周部に螺
   旋状の溝もしくは凸条が相反する旋回方向をもって２ヵ
   所設けられ、上記第１及び第２の回転軸と平行でかつ回
   転可能及び軸方向に移動可能に配置された位置調整軸
   と、内周部に上記位相調整軸に設けられた螺旋状の溝も
   しくは凸条に摺動自在に嵌合する凸部もしくは凹部が設
   けられ、上記ケーシング部材に付随して設けられた軸受
   部に回転可能に支持されるも軸方向の移動を阻止された
   状態で上記位相調整軸に外嵌されて、一方が上記第１及
   び第２の固定伝動歯車のいずれかに、他方が上記第１及
   び第２の可動伝動歯車のいずれかに噛合する一対の位相
   調整歯車と、上記位相調整軸を軸方向に強制的に移動さ
   せる駆動手段とを具備して構成された振動発生装置。