JP2813319B2 - 偏心重錘の起振力制御方法、および、起振用偏心重錘機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、杭打ち用のロータリ式
起振機を回転駆動するとともに、起振機能を制御する方
法、および同機構に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】土木建設工事に用いられる振動装置は一
般に、偏心重錘を取りつけた複数対の回転軸を平行に配
設した構造である。このような構成によれば、反対方向
に回転する偏心重錘の遠心起振力を所望の方向について
は相加せしめるとともに、不要の方向については相殺せ
しめることができる。図３はこの種のロータリ式起振機
の模式的な説明図であって、ケース１に対して４本の回
転軸２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄが配置され、それぞれ偏心
重錘３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄが取り付けられるととも
に、それぞれ歯車４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが取り付けら
れて相互に噛合して同期回転するように拘束されてい
る。

【０００３】上述した起振機を用いて杭打作業を行う場
合、振動公害の防止と騒音公害の防止とが重要な問題と
なる。次に、第４図，第５図について振動公害に関する
技術的問題を説明する。

【０００４】図４は杭打ち作業における振動公害を説明
するための模式図である。本図は、クレーンブーム５で
振動装置６を吊持するとともに、該振動装置６のチャッ
ク６ａで杭７の上端を把持し、この杭７に振動を与えて
地中に打設している状態を描いてある。杭１の下端を地
表に接せしめて杭打作業を開始する際、最初から振動装
置６をフル稼働させると、杭打ち地点の地表で発生する
地表波ａが殆ど減衰せずに付近の民家８に到達するので
振動公害の問題を生じる。ここで、振動装置６の起振力
を任意に調節できるならば、杭７の自重に加えて僅かな
振動を与えながら杭打ち作業を開始し、数メートル打ち
込んでから次第に振動を強くすれば良い。杭７の下端に
相当する音源位置が深くなれば、地中波ｂは民家８に到
達する途中で減衰するので振動公害は軽微である。

【０００５】図５は振動装置の運転開始時および運転停
止時における振動数の変化を示す図表で、横軸は時間で
ある。運転開始時点ｔ₀から、定格運転状態に到達する
時点ｔ₁までの間、振動数は矢印ｃの如く急激に上昇す
る。上記の振動数上昇中に、地盤の固有振動数ｎ₁、及
びクレーンブームの固有振動数ｎ₂を通過する。しか
し、運転開始時における回転数上昇期間Ｔ₁は一般に短
時間（例えば約３秒間）であるから、振動装置の振動数
が固有振動数に一致したときの共振の問題は、通常無視
することができる。しかし、振動装置６のモータ（図示
せず）の通電を停止した時点ｔ₂から回転軸が停止する
時点ｔ₃までの間は、回転軸が慣性で回転を続けながら
矢印ｄの如く次第に減速する。上記の回転数低下期間Ｔ
₂は比較的長時間（例えば約５０秒間）であるから、そ
の途中でクレーンブームの固有振動数ｎ₂を通過する
際、該クレーンブームが共振して損傷を被る虞れが有
る。また、地盤の固有振動数ｎ₁を通過する際、地盤の
共振により振動公害を生じる虞れが有る。前記の時刻ｔ
₂でモータの通電を停止するとともに、振動装置の回転
重錘の回転位相を変化させて起振力を零にすることがで
きれば、振動装置の運転停止操作の際の共振に関する問
題を防止することができる。

【０００６】次に、振動装置に供給されるエネルギー量
について見ると、前記の時刻ｔ₀からｔ₁まで振動装置６
の回転数が上昇する間、該振動装置の偏心重錘（図示せ
ず）によって振動を発生させつつ増速すると、これを駆
動するために大容量のモータや大容量の電源設備が必要
になる。この場合、振動装置の偏心重錘の回転位相を変
化させて起振力を零にした状態で運転を開始し、定格運
転数に達した後に起振力を発揮させることが出来れば、
モータ容量や電源容量を縮少できるので経済的である。
定格運転数に達した後は、回転部材にそれ以上回転エネ
ルギーを蓄積する必要が無く、振動の減衰を補うだけの
エネルギーを補充することによって運転を継続できるか
らである。

【０００７】以上の事情に鑑みて、起振機の起振力を増
減させる調節技術が開発され、公知になっている。次
に、起振機の起振力を増減調節する原理について述べ
る。図６は前掲の図３に示した４軸４重錘式の起振機の
作用を説明するための模式図であって、（Ａ）は図３に
おけると同様に偏心重錘が下降している状態を表し、
（Ｂ）は約９０度回転した状態を表し、（Ｃ）はさらに
約９０度回転して重錘が上昇した状態を表している。図
６（Ａ）に比して（Ｂ）においては、４個の偏心重錘３
Ａ〜３Ｄの重心位置が寸法ｈだけ上昇している。このた
め、該偏心重錘を持ち上げる力の反力によってケース１
は押し下げられる。このようにした４個の偏心重錘それ
ぞれの重心位置は上昇するが、偏心重錘３Ａと同３Ｂを
対照し、偏心重錘３Ｃと同３Ｄとを対照して観察する
と、（Ａ）図の状態に比して（Ｂ）図の状態において
は、 ○ 偏心重錘３Ａと同３Ｂとは離間して、その距離がＬ
₂に拡大し、 ○ 偏心重錘３Ｃと同３Ｄとは接近して、その距離がＬ
₁に縮小しているが、 偏心重錘３Ａと同３Ｂとの総合重心位置は左右方向に移
動しておらず、偏心重錘３Ｃと同３Ｄとの総合重心位置
は左右方向に移動していない。従って、左右方向には起
振力を生じない。起振装置は以上にように、複数の偏心
重錘を設けて、左右方向の起振力を相殺させながら上下
方向の起振力を取り出すように構成されているが、先に
述べたように振動公害防止のために起振力を増減制御す
るため、１対の偏心重錘について上下方向起振力を一部
ないし全部相殺させることもできる。図７は２個の偏心
重錘の組み合わせによって起振力を変化せさる公知技術
を説明するために示したものであって、（Ａ）は２個の
偏心重錘が最大起振力を発揮する状態を表す模式図、
（Ｂ）は起振力中程度である状態を表す模式図、（Ｃ）
は起振力がやや小さい状態を表す模式図、（Ｄ）は起振
力がゼロの状態を表す模式図である。図７（Ａ）に示し
た２個の偏心重錘のうち、９は回転軸Ｂ′に固着された
固定偏心重錘であり、１０は回転軸２Ｃ′に対して相対
的に回動し得る可動偏心重錘である。本発明において固
定偏心重錘とは回転軸に対する相対的回動が不可能な よ
うに取り付けられた偏心重錘の意であって、回転軸と一
緒に回転する部材であるから、固定とは静止の意ではな
い。上記の「回転軸に対する相対的回動が不可能なよう
に取り付ける」ための具体的な構成としては、例えば後
掲の図９（従来例）におけるがごとくボルトによって固
着しても良いが、例えばキー結合のように軸心方向のス
ライドを許容しても相対的に回動しないようになってい
ると、取り付けられた偏心重錘は固定偏心重錘として機
能するようになる。図７（Ａ）における２個の偏心重錘
９，１０の相対的位置は、先に説明した図６（Ａ）にお
ける偏心重錘３Ｂと同３Ｃとの相対的位置と同様であ
る。従って、この図７（Ａ）の状態で、２個の偏心重錘
９，１０を歯車４Ｂ′，４Ｃ′で同期させて回転させる
と、図６について説明したようにして起振力が発生す
る。図７（Ｄ）の状態では、２個の偏心重錘９，１０そ
れぞれの重心が、常に参考線Ｍ−Ｍ（２本の回転軸２
Ｂ′，２Ｃ′を結ぶ線分の垂直２等分線）に関して対称
位置にあるので上下方向の起振力はゼロである。図７
（Ｂ），（Ｃ）は、それぞれ前記（Ａ），（Ｄ）の中間
的状態であるから（Ａ）図の場合よりも小さく（Ｄ）図
の場合よりも大きい上下方向起振力を発生する。そし
て、（Ｂ）図の方が（Ｃ）図よりも（Ａ）図の状態に近
いから、起振力の大きい方から順番に挙げると、
（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）となる。前掲の図７に
おいて起振力増減制御の原理を示すため、２本の回転軸
２Ｂ′，２Ｃ′を同期伝動歯車４Ｂ′，４Ｃ′で同期回
転させる形に描かれているが、構造を簡単にするため１
本の回転軸に２個の偏心重錘を配設することもできる。
図８は共通の回転軸に対して固定偏心重錘を固着すると
ともに可動偏心重錘を上記共通の回転軸に対する相対的
な回動角位置を調節できるようにした機構の模式図であ
る。固定偏心重錘９は回転軸２に固着されて一緒に回転
する。可動偏心重錘１０は回転軸２に対する取付角位置
を円弧矢印ｉ−ｊのごとく変化させて調節することと、
調節した状態を維持することとが出来るようになってい
る。本図８に描かれている状態は前掲の図７（Ｂ）に示
した状態に対応し、起振力が中等度である。この状態か
ら、可動偏心重錘を矢印ｉ方向に回動させて固定すると
図７（Ｄ）の状態に近づいて起振力が減少する。また矢
印ｊ方向に回動させると図７（Ａ）の状態に近づいて起
振力が増大する。以上のようにして起振力が調節され
る。図９は上掲の図８に原理を示したように、共通の１
軸に対して固定偏心重錘と可動偏心重錘とを配設して起
振力を増減調節できるようにした起振機の従来例を示す
斜視図である。２本の回転軸２Ａ，２Ｂを水平方向に並
べて駆動用プーリ１１および同期回転用伝動歯車４Ａ，
４Ｂによって反対方向に（時計周りと反時計回りに）同
期回転させているのは、水平方向の起振力を相殺させる
ためである。固定偏心重錘９Ａは回転軸２Ａに固着され
ている。そして可動偏心重錘１０Ａは上記回転軸２Ａに
対して回動自在に支承されるとともに、固定偏心重錘９
Ａに対する回動を調節・固定できるようになっている。
すなわち、可動偏心重錘１０Ａには複数個の調節用メネ
ジ穴（本図において１個のみ現われている）１２が穿た
れている。セットボルト１４を上記メネジ穴１２に螺合
して六角レンチ１５で締めつけ、ノックピン１３で回り
止めを施すと可動偏心重錘１０Ａの角位置が固定され
る。図１０は前掲の図９に示した従来例の調節機構を備
えた起振機における回転軸と固定偏心重錘と可動偏心重
錘との関係を説明するために示したもので、（Ａ）は部
分的に切断して描いた外観斜視図であり、（Ｂ）は回転
軸と平行な方向に見たところを描いた模式図である。図
１０（Ａ）に示した２３ａ，２３ｂ，２３ｃは目盛であ
って、単位はｋｇ・ｃｍである。目盛を合わせてセット
ボルトを螺合することにより、図１０（Ｂ）に示したよ
うに、可動偏心重錘が３つの角位置をとり、１０ａ，１
０ｂ，１０ｃのように相対的に回動して起振力を変化さ
せる。図７ないし図１０に示した従来技術に係る起振機
は、以上に説明したようにして起振力の増減調節を行な
うことができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図７ないし図１０を参
照して説明した従来技術に係る起振機において起振力を
増減調節しようとすると、図９に表されている構造から
容易に理解されるように、運転を止め、ノックピン１３
を抜き取ってセットボルト１４を抜き出し、可動偏心重
錘１０を手動で回して目盛（図１０において符号２３ａ
〜２３ｃ）を合わせた後、再びセットボルト１４を螺合
し緊定してノックピン１３で回り止めを施さねばならな
い。従来技術において起振力の増減調節を行なうには、
以上のような操作を必要とする。図４について既に述べ
たように、起振装置６は杭７の上端に取り付けられてい
るので、これをクレーンブーム５で吊り降して調節した
後、再びクレーンブーム５で吊り上げて杭７の上端に取
りつける作業は多大の時間と労力とを費やさねばならな
い。原理図として先に揚げた図７のように固定偏心重錘
９と可動偏心重錘１０とをそれぞれ異なる回転軸に取り
付けた構造を実際の部材によって構成して、起振機の運
転を継続しながら起振力の増減調節を行なうことも考え
られるが、図７（Ａ）の状態と図７（Ｄ）の状態との間
で可動偏心重錘１０を１８０度（固定偏心重錘９に対し
て相対的に）回動させなければならないので、起振力調
節作動の応答性が悪く、調節のための回動操作に多大の
回転トルクを要するので、未だ実用化されていない。

【０００９】本発明は上述の事情に鑑みて為されたもの
であって、可動偏心重錘と固定偏心重錘とを共通の回転
中心軸に対して配設された構造の起振機を適用の対象と
し、 イ．起振力増減調節操作の応答性が良く、 ロ．起振力の増減調節に必要な駆動トルクの小さい、 偏心重錘の起振力制御方法、および、起振用偏心重錘機
構を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的（応答性良
く、駆動力小）を達成するため本発明に係る偏心重錘の
起振力制御方法は、回転中心軸に対して、慣性モーメン
トのほぼ等しい２個の偏心重錘を配設して、上記２個の
偏心重錘のうちの片方を、回転軸部材に対する相対的な
回動が不可能なように取り付けて固定偏心重錘を構成す
る。「相対的な回動が不可能なように取り付ける」と
は、必ずしも完全に固着することを要せず、例えばキー
結合のように軸心方向のスライド可能であっても、相対
的に回動し得ない構造であれば良い。 そして前記２個の
偏心重錘のうちの他方を、上記回転軸部材に対して回転
中心軸まわりに相対的に回動し得るように取り付けて可
動偏心重錘を構成し、前記２個の偏心重錘それぞれの重
心が回転中心軸に対して対称に位置する状態を基準状態
と名付け、上記の可動偏心重錘を、基準状態から鋭角θ
の範囲内で、固定偏心重錘に対して相対的に回動させる
ことによって、前記２個の偏心重錘よりなる起振機構の
起振力の大小を調節し、かつ、前記可動偏心重錘を固定
偏心重錘に対して、相対的に鋭角θ以上に回動させない
ことを特徴とする。上記の発明方法により実用的価値の
高い効果を発揮させる実施の態様として、偏心重錘より
成る振動杭打装置をクレーンブームで吊持し、上記振動
杭打装置に把持されている杭を地盤中に貫入する際、上
記杭を地表に接せしめた杭打開始時点においては前記可
動偏心重錘を固定偏心重錘に対して基準状態もしくは基
準状態に近い状態として起振力を小ならしめ、 起振力
の小さい状態で前記の回転軸部材を回転駆動して、杭の
打ち込みを進行させつつ次第に回転速度を上昇させて振
動周波数を増加させながら、比較的に基準状態に近くて
角θが小さい状態で地盤の固有振動数およびクレーンブ
ームの固有振動数を通過した後、可動偏心重錘を固定偏
心重錘に対して基準状態から鋭角θまで相対的に回動さ
せ、定格状態で杭打作業を続行することが推奨される。

【００１１】以上に説明した発明方法を実施するに好適
なように創作した本発明に係る起振用偏心重錘機構は、
ほぼ等しい慣性モーメントを有する２個の偏心重錘が、
回転軸部材に取り付けられており、上記２個の偏心重錘
の内の片方は回転軸に対して回動しないように固着され
た固定偏心重錘であり、前記の２個の偏心重錘の他方は
上記固定偏心重錘に対して所定角度範囲内で相対的に回
動し得る可動偏心重錘であって、上記固定偏心重錘と可
動偏心重錘とが回転中心軸に関して対称に位置した状態
を基準状態として、可動偏心重錘が固定偏心重錘に対し
て、鋭角θ以上に回動できないようなストッパ手段が設
けられていることを特徴とする。

【００１２】

【作用】前述の方法によると、起振力最大の状態と起振
力ゼロの状態との間で、可動偏心重錘を鋭角だけ相対的
に回動させれば足りるので、調節作動の応答性が速く、
しかも、基準状態を中心として鋭角θの範囲内において
は、運転中に可動偏心重錘を調節回動させるに要する駆
動トルクが小さいので、運転を継続しつつ調節操作を行
なうことができる。本発明の機構は、ほぼ等しい慣性モ
ーメントを有する２個の偏心重錘が、回転軸部材に取り
付けられており、上記２個の偏心重錘の内の片方は回転
軸に対して回動しないように固着された固定偏心重錘で
あり、前記の２個の偏心重錘の他方は上記固定偏心重錘
に対して所定角度範囲内で相対的に回動し得る可動偏心
重錘であって、上記固定偏心重錘と可動偏心重錘とが回
転中心軸に関して対称に位置した状態を基準状態とし
て、可動偏心重錘が固定偏心重錘に対して、鋭角θ以上
に回動できないようなストッパ手段が設けられているの
で、前記の発明方法を実施するに好適である。特に、可
動偏心重錘の回動をフリーにしても固定偏心重錘に対し
て鋭角θ以上回らないようにストッパ手段が設けられて
いるので、該可動偏心重錘をフリーにすると「回転する
剛体は、慣性モーメントが最大になる姿勢をとろうとす
る」という法則に従って、基準状態から遠ざかる方向に
回動してストッパ手段に当接する。このため、ストッパ
を利かせた状態で固定偏心重錘を回転駆動すると、可動
偏心重錘を直接的に回転駆動しなくても起振機としての
機能を発揮する。このため、振動杭打用の回転エネルギ
ーの伝動が容易である。その上、共通の回転軸に対して
２個の偏心重錘（固定偏心重錘と可動偏心重錘）を配設
する構造であるため、起振機の全体的形状をコンパクト
に構成することができる。

【００１３】

【実施例】次に、図１および図２を順次に参照しつつ、
本発明の実施例を説明する。図１は本発明に係る偏心重
錘の起振力制御方法を実施するために構成した本発明の
起振用偏心重錘機構の１実施例を示し、（Ａ）は固定偏
心重錘と可動偏心重錘とが回転軸に関して対称位置とな
って起振力がゼロになる基準状態を描いた模式図であ
り、（Ｂ）は可動偏心重錘が基準状態から鋭角θだけ回
動して起振力最大となった状態を描いた模式図であり、
（Ｃ）は起振力を中等度に調節された状態を描いた模式
図である。固定偏心重錘１６と可動偏心重錘１７とは、
これを回転軸２と平行な方向に見たとき、ほぼ同形同寸
の扇形状をなし、かつ、紙面の奥行方向に厚さを有する
平板状をなしている。ただし、扇形の半径寸法よりも大
きい厚さ寸法を有しているので、外観についての印象は
板状というよりは柱状をなしている。

【００１４】双方の偏心重錘１６，１７が回転軸２に関
して対称位置をなしている（Ａ）図の状態では、それぞ
れの偏心重錘Ｇ，Ｇ′の総合重心は回転軸２の中心線上
に位置している。従って、双方の偏心重錘１６，１７が
相対的な位置関係を保ったままで回転軸２まわりに回転
しても遠心力が働かず、起振力はゼロである。この状態
が先に述べた基準状態である。固定偏心重錘１６および
可動偏心重錘の端面形状である扇形の頂角ψは、 ψ＝１８０度−θ に設定されている。

【００１５】上記の角度θは、鋭角であることを必要条
件とするが、図示のように３０度であることが望まし
い。ただし、実際問題として製作誤差が入る上に、設計
の自由度も欲しいので ３０度±１０度に設定すること
が実用的である。

【００１６】上記のように構成され、かつ、固定偏心重
錘１６の紙面手前側の扇形状の面と可動偏心重錘１７の
紙面手前側の扇形状の面とがほぼ同一面（紙面と平行）
に揃えられている。紙面奥行側の扇形状の面も同様に同
一面に揃えられている。従って、本図１（Ｂ）のように
基準状態から角θだけ可動偏心重錘１７が固定偏心重錘
１６に対して回動すると、扇形の辺に対応する面同志が
当接して回動が衝止され、角θ以上には回動できないよ
うになっている。本図１（Ｂ）の状態では、双方の偏心
重錘の重心Ｇ，Ｇ′の総合重心は回転軸２の中心線に比
して偏心しているので、本図（Ｂ）の状態で回転すると
遠心力が働いて起振力が発生する。可動偏心重錘１７は
固定偏心重錘１６に対して、これ以上（角θ以上に）回
動できないから、この（Ｂ）図の状態が、同一回転速度
では最大の起振力を発生する状態である。

【００１７】可動偏心重錘を鋭角θ以上には回動させな
い理由は次のごとくである。回転軸２の回転速度が一定
であると仮定したとき、（Ａ）図の状態では回転エネル
ギーが大きく、（Ｂ）図の状態では回転エネルギーが小
さい。従って、固定偏心重錘１６に対する可動偏心重錘
１７の位置を保持することについては、（Ａ）図の状態
は不安定であり、（Ｂ）図の状態が安定である。このた
め、（Ａ）図の基準状態から（Ｂ）図の起振力最大の状
態に変化させる操作は所要トルクが微小（摩擦力に打ち
勝つ程度で足りる）で良いが、（Ｂ）図の起振力最大の
状態から（Ａ）図の基準状態に変化させる操作は相応の
駆動トルクが必要である。しかし、基準状態からのズレ
角が鋭角θ以内に制限されているので、１８０度回動さ
せていた従来技術に比較すると、基準状態にするための
所要トルクが著しく小さい。θ≒３０度 であれば、い
っそう所要トルクが小さい。

【００１８】図１（Ｃ）に示したように、可動偏心重錘
１７を基準状態から φ＜θ なる角φだけ回動させた状態では、（Ｂ）図の状態より
も小さい起振力を生じる。上記の角φは、 ０＜φ＜θ の範囲内で無段階的に変化させることができるので、起
振力をゼロから最大までの間で無段階的に、任意に調節
することができる。

【００１９】先に述べたように本発明は、可動偏心重錘
が基準状態に比して相対的に回動する角度θを鋭角に
（望ましくは約３０度に）制約することによって起振力
制御に必要な操作トルクを著しく減少させるとともに、
制御応答性を著しく改善したのであるが、その反面、可
動偏心重錘の調整操作における回動角をθ以内に制限し
たため、同一回転速度における最大起振力も制限を受け
ることになる。しかし乍ら、この短所については、回転
軸２を高速回転させることによって補い得るので、高速
回転駆動技術が発達した今日、解消し得ない欠点ではな
くなっている。図２は上掲の図１に模式図として示した
起振用偏心重錘機構の１実施例を描いた断面図である。
管状の外軸１８は、ベアリング２０によって軸受ブラケ
ット２１に対して回転自在に支承されている。上記管状
外軸１８に対して相対的回動可能なように内軸２２が挿
通されている。本実施例における固定偏心重錘１６はキ
ー１９を介して前記の内軸２２に取付けられている。こ
のキーは圧入キーであってもスライドキーであっても良
い。これにより、固定偏心重錘１６は内軸２２に対して
相対的回動不可能に取り付けられる。可動偏心重錘１７
は前記の管状外軸１８を嵌着されている。上記の内軸２
２に回転駆動力を与えて回転させながら、管状外軸１８
を上記内軸２２と同期させて回転させることによって起
振力を発生させることができる。さらに、管状外軸１８
の回転位相を内軸２２に対して若干進めたり遅らせたり
することによって、図１について先に説明した「固定偏
心重錘１６に対する可動偏心重錘１７の角位置」を調節
して、起振力の増減調節を、遠隔的に、しかも起振機の
運転を中止することなく、速やかな応答性をもって行な
うことができるので、図４，図５について説明した振動
公害防止の原理と組み合わせて実施することにより、ロ
ータリ式起振機を用いる杭打工事における振動公害を格
段に抑制することができる。

【００２０】

【発明の効果】本発明方法によると、起振力最大の状態
と起振力ゼロの状態との間で、可動偏心重錘を鋭角だけ
相対的に回動させれば足りるので、調節作動の応答性が
速く、しかも、基準状態を中心として鋭角θの範囲内に
おいては、運転中に可動偏心重錘を調節回動させるに要
する駆動トルクが小さいので、運転を継続しつつ調節操
作を行なうことができる。本発明の機構は、ほぼ等しい
慣性モーメントを有する２個の偏心重錘が、回転軸部材
に取り付けられており、上記２個の偏心重錘の内の片方
は回転軸に対して回動しないように固着された固定偏心
重錘であり、前記の２個の偏心重錘の他方は上記固定偏
心重錘に対して所定角度範囲内で相対的に回動し得る可
動偏心重錘であって、上記固定偏心重錘と可動偏心重錘
とが回転中心軸に関して対称に位置した状態を基準状態
として、可動偏心重錘が固定偏心重錘に対して、鋭角θ
以上に回動できないようなストッパ手段が設けられてい
るので、前記の発明方法を実施するに好適である。特
に、可動偏心重錘の回動をフリーにしても固定偏心重錘
に対して鋭角θ以上回らないようにストッパ手段が設け
られているので、該可動偏心重錘をフリーにすると「回
転する剛体は、慣性モーメントが最大になる姿勢をとろ
うとする」という法則に従って、基準状態から遠ざかる
方向に回動してストッパ手段に当接する。このため、ス
トッパを利かせた状態で固定偏心重錘を回転駆動する
と、可動偏心重錘を直接的に回転駆動しなくても起振機
としての機能を発揮する。このため、振動杭打用の回転
エネルギーの伝動が容易である。その上、共通の回転軸
に対して２個の偏心重錘（固定偏心重錘と可動偏心重
錘）を配設する構造であるため、起振機の全体的形状を
コンパクトに構成することができる。以上の各作用が総
合されて振動杭打工事の施工コスト低減と、振動公害防
止とに貢献するところ多大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る偏心重錘の起振力制御方法を実施
するために構成した本発明の起振用偏心重錘機構の１実
施例を示し、（Ａ）は固定偏心重錘と可動偏心重錘とが
回転軸に関して対称位置となって起振力がゼロになる基
準状態を描いた模式図であり、（Ｂ）は可動偏心重錘が
基準状態から鋭角θだけ回動して起振力最大となった状
態を描いた模式図であり、（Ｃ）は起振力を中等度に調
節された状態を描いた模式図である。

【図２】上掲の図１に模式図として示した起振用偏心重
錘機構の１実施例を描いた断面図である。

【図３】４本の回転軸のそれぞれに偏心重錘を取り付け
たロータリ式起振機の説明図である。

【図４】振動装置を用いる杭打工事における地上波およ
び地中波の伝達を示す説明図である。

【図５】振動杭打工事における共振現象を説明するため
の、時間−回転速度を表わした図表である。

【図６】前掲の図３に示した４軸４重錘式の起振機の作
用を説明するための模式図であって、（Ａ）は図３にお
けると同様に偏心重錘が下降している状態を表し、
（Ｂ）は約９０度回転した状態を表し、（Ｃ）はさらに
約９０度回転して重錘が上昇した状態を表している。

【図７】２個の偏心重錘の組み合わせによって起振力を
変化させる公知技術を説明するために示したものであっ
て、（Ａ）は２個の偏心重錘が最大起振力を発揮する状
態を表す模式図、（Ｂ）は起振力中程度である状態を表
す模式図、（Ｃ）は起振力がやや小さい状態を表す模式
図、（Ｄ）は起振力がゼロの状態を表す模式図である。

【図８】共通の回転軸に対して固定偏心重錘を固着する
とともに可動偏心重錘を上記共通の回転軸に対する相対
的な回動角位置を調節できるようにした機構の模式図で
ある。

【図９】上掲の図８に原理を示したように、共通の１軸
に対して固定偏心重錘と可動偏心重錘とを配設して起振
力を増減調節できるようにした起振機の従来例を示す斜
視図である。

【図１０】前掲の図９に示した従来例の調節機構を備え
た起振機における回転軸と固定偏心重錘と可動偏心重錘
との関係を説明するために示したもので、（Ａ）は部分
的に切断して描いた外観斜視図であり、（Ｂ）は回転軸
と平行な方向に見たところを描いた模式図である。

【符号の説明】

１…起振機のケース、２，２Ａ〜２Ｄ…回転軸、３，３
Ａ〜３Ｄ…偏心重錘、４，４Ａ〜４Ｄ…同期回転用の伝
動歯車、５…クレーンブーム、６…振動装置（起振
機）、７…杭、８…民家、９，９Ａ，９Ｂ…固定偏心重
錘、１０，１０Ａ，１０Ｂ…可動偏心重錘、１０ａ〜１
０ｃ…可動偏心重錘の調整位置、１１…駆動用プーリ、
１２…メネジ穴、１３…ノックピン、１４…セットボル
ト、１５…六角レンチ、１６…固定偏心重錘、１７…可
動偏心重錘、１８…管状外軸、１９…キー、２０…ベア
リング、２１…軸受ブラケット、２２…内軸、２３ａ〜
２３ｃ…目盛。

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転中心軸に対して、慣性モーメントの
   ほぼ等しい２個の偏心重錘を配設して、 上記２個の偏心重錘のうちの片方を、回転軸部材に対す
   る相対的な回動が不可能なように取り付けて固定偏心重
   錘を構成するとともに、前記２個の偏心重錘のうちの他方を、上記回転軸部材に
   対して 回転中心軸まわりに相対的に回動し得るように取
   り付けて可動偏心重錘を構成し、 前記２個の偏心重錘それぞれの重心が回転中心軸に対し
   て対称に位置する状態を基準状態と名付け、 上記の可動偏心重錘を、基準状態から鋭角θの範囲内
   で、固定偏心重錘に対して相対的に回動させることによ
   って、前記２個の偏心重錘よりなる起振機構の起振力の
   大小を調節し、かつ、 前記可動偏心重錘を固定偏心重錘に対して、相対的に鋭
   角θ以上に回動させないことを特徴とする、偏心重錘の
   起振力制御方法。
2. 【請求項２】 前記の固定偏心重錘および可動偏心重錘
   を回転中心軸方向に見たときの形状を、頂角が（１８０
   度−θ）の扇形をなす厚板状に構成することを特徴とす
   る、請求項１に記載した偏心重錘の起振力制御方法。
3. 【請求項３】 前記扇形厚板状の固定偏心重錘の両面
   と、同じく扇形厚板状の可動偏心重錘の両面とを、それ
   ぞれ回転中心軸に垂直な仮想の平面に揃えて配設し、可
   動偏心重錘が固定偏心重錘に対して回動したとき、前記
   扇形の辺に相当する面同志を当接せしめて回動を係止す
   ることを特徴とする、請求項２に記載した偏心重錘の起
   振力制御方法。
4. 【請求項４】 前記の鋭角θを、３０度±１０度に設定
   することを特徴とする、請求項１ないし請求項３の何れ
   かに記載した偏心重錘の起振力制御方法。
5. 【請求項５】 前記扇形の辺に相当する面同志を当接せ
   しめた状態で回転軸部材に回転駆動力を与えて固定偏心
   重錘を回転せしめつつ、可動偏心重錘に対しては別段の
   回転駆動力を伝動することなく従動回転せしめることに
   よって、調節可能範囲内における最大起振力を発生させ
   ることを特徴とする、請求項３に記載した偏心重錘の起
   振力制御方法。
6. 【請求項６】 管状の外軸の中に、相対的回転可能に内
   軸を挿通して前記の回転軸部材を構成するとともに、 前記の固定偏心重錘および可動偏心重錘のそれぞれを、
   上記外軸と内軸とのそれぞれに取り付けることを特徴と
   する、請求項１ないし請求項５の何れかに記載した偏心
   重錘の起振力制御方法。
7. 【請求項７】 偏心重錘より成る振動杭打装置をクレー
   ンブームで吊持し、上記振動杭打装置に把持されている
   杭を地盤中に貫入する際、 上記の杭を地表に接せしめた杭打開始時点においては前
   記可動偏心重錘を固定偏心重錘に対して基準状態もしく
   は基準状態に近い状態として起振力を小ならしめ、 起振力の小さい状態で前記の回転軸部材を回転駆動し
   て、杭の打ち込みを進行させつつ次第に回転速度を上昇
   させて振動周波数を増加させながら、 比較的に基準状態に近くて起振力の小さい状態で地盤の
   固有振動数およびクレーンブームの固有振動数を通過し
   た後、 可動偏心重錘を固定偏心重錘に対して、基準状態から鋭
   角θまで相対的に回動させ、定格状態で杭打作業を続行
   することを特徴とする、請求項１ないし請求項６の何れ
   かに記載した偏心重錘の起振力制御方法。
8. 【請求項８】 可動偏心重錘を固定偏心重錘に対して、
   基準状態から鋭角θ相対的に回動させた状態で杭打作業
   中に、前記回転軸部材の回転駆動エネルギ供給を遮断し
   て、回転系を慣性回転させながら次第に減速させる際、 回転速度および振動周波数が低下してクレーンブームの
   共振周波数または地盤の共振周波数に差しかかる以前
   に、可動偏心重錘を固定偏心重錘に対して相対的に回動
   させて、基準状態もしくは基準状態に近い状態ならしめ
   て、前記共振周波数域を通過することを特徴とする、請
   求項１ないし請求項７の何れかに記載した偏心重錘の起
   振力制御方法。
9. 【請求項９】 起振力が零である前記の基準状態と、可
   動偏心重錘を鋭角θだけ回動させた起振力最大の状態と
   の中間の、所望の大きさの起振力を発生する状態で、可
   動偏心重錘の固定偏心重錘に対する相対的回動を阻止
   し、この所望の起振力を発生する状態で可動偏心重錘と
   固定偏心重錘とを同期回転させることを特徴とする、請
   求項１ないし請求項８の何れかに記載した偏心重錘の起
   振力制御方法。
10. 【請求項１０】 偏心重錘より成る振動杭打装置をクレ
    ーンブームで吊持し、上記振動杭打装置に把持されてい
    る杭を地盤中に貫入する際、 上記の杭を地表に接せしめた杭打開始時点においては前
    記可動偏心重錘を固定偏心重錘に対して基準状態もしく
    は基準状態に近い状態として起振力を小ならしめ、 起振力の小さい状態で前記の回転軸部材を回転駆動し
    て、杭の打ち込みを進行させつつ次第に回転速度を上昇
    させて振動周波数を増加させながら、 比較的に基準状態に近くて起振力の小さい状態で地盤の
    固有振動数およびクレーンブームの固有振動数を通過し
    た後、 可動偏心重錘を固定偏心重錘に対して、基準状態から鋭
    角θまでの範囲内で回動させ、打込み途中の杭の下端部
    が到達している地層の状態に応じて上記回動の角度を増
    減させて起振力を調節することを特徴とする、請求項１
    ないし請求項６の何れかに記載した偏心重錘の起振力制
    御方法。
11. 【請求項１１】 ほぼ等しい慣性モーメントを有する２
    個の偏心重錘が、回転軸部材に取り付けられており、 上記２個の偏心重錘の内の片方は回転軸に対して回動し
    ないように固着された固定偏心重錘であり、前記の２個
    の偏心重錘の他方は上記固定偏心重錘に対して所定角度
    範囲内で相対的に回動し得る可動偏心重錘であって、 上記固定偏心重錘と可動偏心重錘とが回転中心軸に関し
    て対称に位置した状態を基準状態として、可動偏心重錘
    が固定偏心重錘に対して、鋭角θ以上に回動できないよ
    うなストッパ手段が設けられていることを特徴とする、
    起振用偏心重錘機構。
12. 【請求項１２】 前記２個の偏心重錘である固定偏心重
    錘と可動偏心重錘とが、回転軸部材に対する取付個所を
    除いてほぼ同形同寸の扇形厚板状に構成されていて、上
    記扇形の頂角が（１８０度−θ）に設定されていること
    を特徴とする、請求項１１に記載した起振用偏心重錘機
    構。
13. 【請求項１３】 前記扇形板状の固定偏心重錘と可動偏
    心重錘とが、それぞれの両面を相互に、回転中心軸と直
    交する仮想の面に沿って揃えられており、 可動偏心重錘が固定偏心重錘に対して、基準状態から角
    θだけ回動したとき、 扇形の２辺に相当する面同志が当接して回動を阻止され
    るようになっていることを特徴とする、請求項１２に記
    載した起振用偏心重錘機構。
14. 【請求項１４】 前記の回動制限角度であるθが、 ２０°＜θ＜４０° に設定されており、望ましくは、 θ≒３０° であることを特徴とする、請求項１１ないし請求項１３
    の何れかに記載した起振用偏心重錘機構。
15. 【請求項１５】 ベアリングによって回転自在に支承さ
    れた管状の外軸と、上記管状外軸の中に回転自在に挿通
    された内軸とよりなる回転軸部材を具備しており、 前記の固定偏心重錘および可動偏心重錘はそれぞれ上記
    管状外軸と内軸との何れかに固着されていることを特徴
    とする、請求項１１ないし請求項１４の何れかに記載し
    た起振用偏心重錘機構。