JP3962344B2

JP3962344B2 - 振動機構及び振動ローラ

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Publication number: JP3962344B2
Application number: JP2003056473A
Authority: JP
Inventors: 剛高橋; 良笹森
Original assignee: Sakai Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sakai Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-03-04
Filing date: 2003-03-04
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2023-03-04
Also published as: JP2004263486A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動機構及び振動ローラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
振動ローラは、主に高速道路やダム等の建設現場における盛土の締固め施工や道路のアスファルト舗装の転圧施工等に使用され、転圧輪（ロール）が振動しながら地盤を転圧していくので地盤が高密度に締め固まるという効果を有する。ロールに内蔵される振動機構としては、偏心錘を取り付けた起振軸を回転させるという構造が一般的である。
【０００３】
ロールの振動形態例として、ロールをその径方向に全周にわたって振動させる形態（これを本明細書では「通常振動」というものとする）と、ロールをその円周方向に沿って振動させる形態（これを本明細書では「水平振動」というものとする）とがあり、特許文献１の第１０図ａ，ｂにはこの「通常振動」と「水平振動」とを切り替える機構が開示されている。なお、特許文献１において第５図には「水平振動」に関する作用説明図が記載されている。
【０００４】
特許文献１の第１０図ａ，ｂにおいて、ロールの中心を挟んで１８０度反対の位置には一対の起振軸が配設され、一方の起振軸の偏心錘はその起振軸に対して回転可能に取り付けられた可動偏心錘として構成されている。そして、起振軸を一方向に回転させたときの起振軸に対する前記可動偏心錘の相対位相角度を０度とすると、起振軸を他方向に回転させたときには、前記可動偏心錘が起振軸に対して１８０度の相対位相角度をなすように構成されており、可動偏心錘の位置決めは、起振軸に固設したストッパ（特許文献１の第１０図に示される停止体３２，３３）に当接することによりなされる。
【０００５】
また、図５に「水平振動−通常振動」切り替え式の振動機構に関する他の従来例を示す。本例は、同期的に同方向に回転する一対の起振軸５１（５１Ａ，５１Ｂ）が、ロール内の起振機ケース（図示せず）内においてロール中心を挟んで配設された場合を示している。なお、前記起振機ケースは車両の走行時にはロールと一体となって回転するように構成されている。図５（ａ），（ｂ−１）〜（ｂ−４）ではいずれもロールの回転位置に関して、起振軸５１Ａが上方に、起振軸５１Ｂが下方に位置した状態の場合を示している。
【０００６】
起振軸５１Ａにおいては、一対の固定偏心錘５２Ａが固設されるとともに、両固定偏心錘５２Ａ間には、可動偏心錘５３Ａが起振軸５１Ａに対して回動可能となるように外嵌されている。また、両固定偏心錘５２Ａ間には、可動偏心錘５３Ａに当接して可動偏心錘５３Ａの回転変位を規制するストッパ５４が固設されている。ここで、各偏心錘の偏心モーメントｍｒ（ｍは偏心質量、ｒは起振軸の軸心と偏心錘の重心との距離）に関し、可動偏心錘５３Ａによる偏心モーメントｍ₂ｒ₂は、一対の固定偏心錘５２Ａの合計の偏心モーメントｍ₁ｒ₁より大きいものとする。
【０００７】
起振軸５１Ｂにおいては、一対の固定偏心錘５２Ｂが固設されるとともに、両固定偏心錘５２Ｂ間には、可動偏心錘５３Ｂが起振軸５１Ｂに対して回動可能となるように外嵌されている。また、両固定偏心錘５２Ｂ間には、可動偏心錘５３Ｂに当接して可動偏心錘５３Ｂの回転変位を規制するストッパ５４が固設されている。ここで、一対の固定偏心錘５２Ｂの合計の偏心モーメントｍ₃ｒ₃は、前記可動偏心錘５３Ａによる偏心モーメントｍ₂ｒ₂と同じ大きさであり、可動偏心錘５３Ｂによる偏心モーメントｍ₄ｒ₄は、前記一対の固定偏心錘５２Ａの合計の偏心モーメントｍ₁ｒ₁と同じ大きさである。
【０００８】
図５（ａ）は通常振動の場合を示しており、起振軸５１Ａ及び５１ＢがＳ方向に回転すると、各ストッパ５４が各可動偏心錘５３Ａ，５３Ｂの一方の端部側を押圧しながら回転し、この状態では各固定偏心錘５２Ａ，５２Ｂと各可動偏心錘５３Ａ，５３Ｂの重心の位置が起振軸５１Ａ，５１Ｂを挟んで逆となる。起振軸５１Ａ側においては、一対の固定偏心錘５２Ａの合計の偏心モーメントｍ₁ｒ₁よりも可動偏心錘５３Ａの偏心モーメントｍ₂ｒ₂が大きく設定されているため、偏心錘全体の偏心モーメントは「ｍ₂ｒ₂−ｍ₁ｒ₁」となり、振動力が作用する方向は図における右矢印方向となる。起振軸５１Ｂ側においては、一対の固定偏心錘５２Ｂの合計の偏心モーメントｍ₃ｒ₃が、可動偏心錘５３Ｂの偏心モーメントｍ₄ｒ₄よりも大きく設定されているため、偏心錘全体の偏心モーメントは「ｍ₃ｒ₃−ｍ₄ｒ₄」となり、この場合も振動力が作用する方向は右矢印方向となる。すなわち、各偏心モーメントの値「ｍ₂ｒ₂−ｍ₁ｒ₁」，「ｍ₃ｒ₃−ｍ₄ｒ₄」は同じ値であることから、起振軸５１Ａ，５１Ｂには互いに同一の振動力が同方向に向けて発生することとなる。
【０００９】
勿論、起振軸５１Ａ及び５１Ｂは同期的に同方向に回転するので、各振動力が作用する方向の関係は維持され、例えば図示しないが、起振軸５１Ａ側の振動力が図における左方向に作用するときには起振軸５１Ｂ側の振動力も左方向に作用し、起振軸５１Ａ側の振動力が上方向、下方向に作用するときには起振軸５１Ｂ側の振動力も上方向、下方向に作用する。以上により、ロールには、各起振軸５１Ａ及び５１Ｂの振動力が同一方向に合成されて、常に同一値の振動力として作用する。
【００１０】
次いで、水平振動の場合について図５（ｂ−１）〜（ｂ−４）を参照して説明する。起振軸５１Ａ及び５１ＢがＲ方向に回転すると、各ストッパ５４が各可動偏心錘５３の他方の端部側を押圧しながら回転し、（ｂ−１）→（ｂ−２）→（ｂ−３）→（ｂ−４）の状態が繰り返される。この各状態では、固定偏心錘５２Ａと可動偏心錘５３Ａは、（ｂ−１）〜（ｂ−４）に示されるように重なった状態で回転し、起振軸５１Ａ回りの偏心錘全体の偏心モーメントは「ｍ₁ｒ₁＋ｍ₂ｒ₂」となる。同様に、固定偏心錘５２Ｂと可動偏心錘５３Ｂも重なった状態で回転し、起振軸５１Ｂ回りの偏心錘全体の偏心モーメントは「ｍ₃ｒ₃＋ｍ₄ｒ₄」となる。勿論、各偏心モーメントの値「ｍ₁ｒ₁＋ｍ₂ｒ₂」，「ｍ₃ｒ₃＋ｍ₄ｒ₄」は同じ値である。
【００１１】
（ｂ−１）の位置では、起振軸５１Ａにはロール中心に向かう力が加わり、ロール中心を挟んで１８０度反対の位置にある起振軸５１Ｂにおいても、ロール中心に向かう同じ大きさの力が加わるので、振動力は互いに打ち消される。（ｂ−２）の位置では、起振軸５１Ａにはロールの円周方向右回りに向かう力が加わり、起振軸５１Ｂにもロールの円周方向右回りに向かう力が加わる。これにより、ロールが載っている地面の接地部には右から左へ向かう方向の水平力が加わる。（ｂ−３）の位置では、起振軸５１Ａにはロール中心から遠ざかる方向に力が加わり、起振軸５１Ｂにもそれとは逆の方向に力が加わるので振動力は互いに打ち消される。（ｂ−４）の位置では、起振軸５１Ａにはロールの円周方向左回りに向かう力が加わり、起振軸５１Ｂにもロールの円周方向左回りに向かう力が加わる。これにより、ロールが載っている地面の接地部には、左から右へ向かう方向の水平力が加わる。以上により、交互に（ｂ−２）の状態と（ｂ−４）の状態が繰り返されることで、ロールの接地部には水平方向の振動力が加わる。
【００１２】
【特許文献１】
特公平４−６８０５号公報（第８及び第９頁、第１０図）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示した従来構造の振動機構によれば次のような問題がある。図６は振動をかけていない状態（つまり起振軸５１Ａ，５１Ｂが回転停止の状態）でロールを回転させた場合を示す側面説明図であり、ロールが図６における反時計回りに回転すると、一対の起振軸５１Ａ，５１Ｂもロールの中心を軸として反時計回りに公転する状態を示している。一方の起振軸５１Ａ側における可動偏心錘５３Ａの動きに着目すると、（ａ）の状態でストッパ５４によりその一端側で押し上げられた可動偏心錘５３Ａは、その自重により起振軸５１Ａ回りに、反時計回りに回転する。そして、（ｃ）の状態のように可動偏心錘５３Ａは起振軸５１Ａの下方に位置するが、慣性力が作用しているためそのまま上方に向けて回転し、（ｄ）に示すように、その他端側がストッパ５４に衝突する。次いで、ストッパ５４に衝突した反動で可動偏心錘５３Ａは今度は時計回りに回転し、一方、ストッパ５４はロールの回転とともに反時計回りに公転しているので、可動偏心錘５３Ａとストッパ５４は、（ｅ）に示すように、可動偏心錘５３Ａの一端側の部位で再度衝突する。
【００１４】
したがって、無振動での走行、例えば車両の回送走行時等においても、この図６に示した可動偏心錘５３Ａとストッパ５４の２度の衝突が、走行中絶えず繰り返されることとなり、前記したように衝突音が発生して不快な騒音となったり、磨耗粉が発生しやすくなる等の問題があった。この問題は、特許文献１に示された構造においても言えることであり、可動偏心錘（特許文献１の第１０図に示される偏心質量３０ａ）がストッパ（特許文献１の第１０図に示される停止体３２，３３）に衝突した際に同様の問題が起こり得る。
【００１５】
また、従来構造の振動機構では、以上の無振動時における問題の他に次のような問題もある。起振軸が回転すると、起振軸に固設したストッパが可動偏心錘に当接（衝突）することとなるが、通常、起振軸は１分間当たり数千回転する仕様となっていることからその立ちあがり速度も速く、そのため、ストッパが可動偏心錘に衝突する際の衝撃力が大きくなりやすい。したがって、大きな衝突音が発生して不快な騒音となったり、また、衝突の際に磨耗粉が発生しやすいため、この磨耗粉が起振軸を軸支するベアリングに侵入するというおそれもある。さらには、ストッパの固着部位に大きな負荷がかかるため、例えば、起振軸に対するストッパの固着強度の品質チェックを徹底させる措置も必要となる。
【００１６】
また、起振軸を回転させる駆動源が例えば油圧モータである場合、油圧モータを停止させた直後には圧油の流れの停止に基づくブレーキ力により起振軸側、つまりストッパの回転速度は急激に下がることとなるが、可動偏心錘は慣性力によりそのまま高回転速度を維持したまま回転するので、前記した回転開始時の場合と同様に、可動偏心錘とストッパとの衝突時における衝撃力が大きくなる。特に振動ローラは施工状況によって振動のＯＮ−ＯＦＦ操作を頻繁に行う場合も多く、以上のように振動の開始及び停止のたびに可動偏心錘とストッパとの間に大きな衝撃力が発生することは問題である。
【００１７】
これらの問題に対して、例えば可動偏心錘やストッパにゴム材等からなる衝撃干渉部材を設けることも考えられるが、ゴム材等の弾性を有する材質は強度が不足しやすく、且つ剥離しやすいという問題があり、特に、振動ローラの場合、振動機構はオイルの充填された室内に収装されることから、このオイルによってゴム材が劣化しやすい等の問題もあり、長期使用には不向きとなる。
【００１８】
さらに、特許文献１に示される構造によれば、以下に示すロールの振幅の問題もある。通常振動と水平振動との各振動形態ではそれぞれに適したロールの振幅が必要とされる。図７は、２軸式の振動機構を備えたロールにおいて、通常振動時のロールの振動系を示す説明図である。２軸のそれぞれには互いに同じ形状の偏心錘が取り付けられており、このロール内の２つの偏心錘は、図示されていない動力伝達機構により、同じ方向に、且つ同じ位相で回転している。振動力はロールの中心から径方向に、順次振動の方向が変わっていくように作用するが、振動力の路面に垂直な成分の力に着目して、その振動力をＦとする。すると、振動力Ｆは、「Ｆ＝２・ｍｒω²ｓｉｎωｔ」にて示され、路面は、ロールの接地面に垂直方向に働く、Ｋなるばね定数を有するばねとしてモデル化される。ｍは偏心質量、ｒは起振軸の軸心と偏心錘の重心との距離、ωは起振軸の角速度である。質量Ｍ₀のロールに前記振動力Ｆが周期的に作用しているときの運動方程式は、ばね定数Ｋを路面がやわらかいものとして無視すると、「２・ｍｒω²ｓｉｎωｔ＝Ｍ₀・ｄ²ｙ／ｄｔ²」となる。ｙは上下方向の変位である。この運動方程式をｙについて式変換すると、「ｙ＝（−２・ｍｒ／Ｍ₀）ｓｉｎωｔ」となり、これにより、通常振動時のロールの上下の振幅ａ₁は次式で示される。
ａ₁＝２・ｍｒ（通常振動時）／Ｍ₀ …式（１）
なお、式（１）においては、便宜上、偏心モーメントｍｒに対して「ｍｒ（通常振動時）」と符号を付している。
【００１９】
図８は、２軸式の振動機構を備えたロールにおいて、水平振動時のロールの振動系を示す説明図である。図示しない振動ローラのフレームとロールとの間に介在する防振ゴムは、ロールの軸心Ｏ´に水平方向に働く、Ｋ₁なるばね定数を有するばねとしてモデル化される。路面に関しては、ロールの接地面に水平方向に働く、Ｋ₂なるばね定数を有するばねとしてモデル化される。Ｋ₁，Ｋ₂なるばね定数をもったばねで支持されたロールの軸心Ｏ´回りの慣性モーメントＩに、Ｔ（＝ｐ・２・ｍｒω²ｓｉｎωｔ、但しｐはロールの軸心Ｏ´と起振軸の軸心との距離）の周期的トルクが作用しているときの運動方程式は、ばね定数Ｋ₁，Ｋ₂を両ばねがやわらかいものとして無視すると、「ｐ・２・ｍｒω²ｓｉｎωｔ＝Ｉ・ｄ²θ／ｄｔ²」となる。ロールの半径をＲとすると、ロールの、接地面の水平方向の変位ｙは、θを微小の角度変位とみなして「ｙ＝Ｒθ」で示されるから、「ｐ・２・ｍｒω²ｓｉｎωｔ＝（Ｉ／Ｒ）・（ｄ²ｙ／ｄｔ²）」とし、この運動方程式をｙについて式変換すると、「ｙ＝−（（Ｒ・ｐ・２・ｍｒ）／Ｉ）ｓｉｎωｔ」となる。これにより、水平振動時のロールの、接地面の水平方向の振幅ａ₂は次式で示される。
ａ₂＝（Ｒ・２・ｐ・ｍｒ（水平振動時））／Ｉ …式（２）
なお、式（２）においては、便宜上、偏心モーメントｍｒに対して「ｍｒ（水平振動時）」と符号を付している。
【００２０】
前記式（１）或いは式（２）に含まれる質量Ｍ₀、ロールの半径Ｒ、ロールの軸心Ｏ´回りの慣性モーメントＩはロールの寸法が決定されるとほぼその値が決まってしまうことから、通常振動の振幅ａ₁を所望の値に設定したい場合には、その偏心モーメントｍｒ（通常振動時）の値に設定の自由度があることが条件となる。水平振動の振幅ａ₂を所望の値に設定する場合については、ロールの軸心Ｏ´と起振軸の軸心との距離ｐと、偏心モーメントｍｒ（水平振動時）の２つの要素の内、どちらかに設定の自由度があることが条件となる。しかし、起振軸はロールの内部に配設されていることから、距離ｐの設定値の範囲には構造的に限界があり、したがって、水平振動の振幅ａ₂の設定についても偏心モーメントｍｒ（水平振動時）の値に依存せざるを得ない。
【００２１】
このように、通常振動の振幅ａ₁と水平振動の振幅ａ₂がそれぞれ適した値に設定されるためには、偏心モーメントｍｒ（通常振動時）及び偏心モーメントｍｒ（水平振動時）がそれぞれ別の値をとることが望ましい。しかし、前記特許文献１に開示された技術によれば、起振軸の正逆回転に伴って偏心錘の位相角度が変わるものの、偏心モーメントｍｒ（通常振動時）と偏心モーメントｍｒ（水平振動時）は同じ値であることから、通常振動と水平振動とにそれぞれ適した振幅が得られにくいという問題があった。
【００２２】
本発明は以上のような問題を解決するために創作されたものであり、従来のような可動偏心錘に関する衝突の問題や振幅に関する問題を解消し、新規な「「水平振動−通常振動」切り替え式の振動機構及び振動ローラを提供することを目的としている。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するため、ロールの中央に配設される中央起振軸と、前記中央起振軸に取り付けられ、この中央起振軸に対して相対的に回転可能な可動偏心錘と、前記中央起振軸を挟んで配設される複数の偏位起振軸と、前記各偏位起振軸に取り付けられる固定偏心錘と、前記各偏位起振軸同士の位相が常時同じ関係となるように前記各偏位起振軸に駆動力を伝達する駆動伝達機構部と、前記中央起振軸が一方向に回転したときにのみ、該中央起振軸側と前記偏位起振軸側とを接続し、前記各偏位起振軸を同期的に回転させる第１の接続手段と、前記中央起振軸が他方向に回転したときにのみ、前記可動偏心錘と前記中央起振軸とを一体的に接続する第２の接続手段と、を備え、前記中央起振軸を、前記一方向に回転させたときに前記各固定偏心錘によってロールをその円周方向に沿って振動させ、前記他方向に回転させたときに前記可動偏心錘によってロールをその径方向に全周にわたって振動させる振動機構を構成した。
【００２４】
また、前記第１の接続手段は、前記中央起振軸と前記各偏位起振軸との間に介在し、前記中央起振軸が前記一方向に回転したときにのみ接続して、前記各偏位起振軸を回転させる第１のクラッチからなり、前記第２の接続手段は、前記中央起振軸と前記可動偏心錘との間に介在し、前記中央起振軸が前記他方向に回転したときにのみ接続する第２のクラッチからなる構成とした。
【００２５】
また、前記第１のクラッチは、クラッチ機構部を挟んで内輪部及び外輪部を備え、前記内輪部が前記中央起振軸に固定されるとともに、駆動ギアが前記外輪部に固定され、前記駆動伝達機構部は、各偏位起振軸に取り付けた従動ギアが前記駆動ギアに噛合する構成とした。
【００２６】
さらに、前記第１のクラッチ及び前記第２のクラッチは、起振軸の起動時と停止時の共振を発生させる回転数よりも上の回転数において接続する、或いは接続状態から切れる構成とした。
【００２７】
さらに、前記振動機構をロールの内部に備える振動ローラとした。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る振動機構を内蔵したロールの平断面説明図、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図であり、（ａ）は「水平振動」の場合を、（ｂ）は「通常振動振動」の場合を示す。
【００２９】
ロール１は例えば図示しない振動ローラの機枠に固設された支持板２に回転自在に支持されている。ロール１は中空円筒形状を呈し、その内周面には中央部にそれぞれ貫通孔３ａ，４ａを形成した円板形状の第１鏡板３と第２鏡板４が互いに離間して固設されている。第１鏡板３と第２鏡板４との間には、貫通孔３ａと貫通孔４ａとの各周縁部にわたって挟持されるように中空円筒形状の起振機ケース５がロール１と同芯状に固設される。第１鏡板３及び第２鏡板４にはそれぞれの貫通孔３ａ，貫通孔４ａを閉塞するようにアクスルシャフト６，アクスルシャフト７が取り付けられ、各々のフランジ部６ａ，７ａにてボルト８によりそれぞれ貫通孔３ａ，貫通孔４ａの周縁部に締結固定される。
【００３０】
一方のアクスルシャフト６は、軸受１０，１０を介して軸受部材９に枢支される。軸受部材９は、取り付け板１２，防振ゴム１１を介して前記した支持板２に連結する部材である。他方のアクスルシャフト７は、取り付け板１３を介して走行用モータ１４の出力部１４ａに固設される。走行用モータ１４の固定部１４ｂは取り付け板１５，防振ゴム１６を介して支持板２側に固設されている。以上により、走行用モータ１４の出力部１４ａが回転すると、アクスルシャフト６が軸受部材９に対して回転可能に構成されていることから、ロール１が走行回転する。なお、走行用モータ１４は通常、油圧モータ等からなる。
【００３１】
前記軸受部材９には振動用モータ取り付け部材１７を介して振動用モータ１８が固設され、その回転軸にはカップリング１９を介して中央起振軸２０が連結している。振動用モータ１８も通常、油圧モータ等からなり、正逆回転が可能に構成されている。中央起振軸２０は、その両端部が軸受２１を介してアクスルシャフト６及びアクスルシャフト７に枢支されることにより、ロール１と同芯状となるように水平に延設される。
【００３２】
中央起振軸２０を挟んで、つまりロール１の軸心を挟んで互いに１８０度反対の位置にはそれぞれ偏位起振軸２２，２３が配設される。偏位起振軸２２，２３は、それぞれ各両端部が軸受２４を介してアクスルシャフト６，７に枢支されることにより起振機ケース５内において水平状に延設されている。
【００３３】
中央起振軸２０には、この中央起振軸２０に対して相対的に回転可能となる可動偏心錘２５が取り付けられている。図では軸受２６，２６を介して可動偏心錘２５を取り付けた場合を示している。また、偏位起振軸２２，２３にはそれぞれ固定偏心錘２７Ａ，２７Ｂが固設されている。固定偏心錘２７Ａ，２７Ｂは互いに同一形状の偏心錘であり、したがって、偏位起振軸２２回りの固定偏心錘２７Ａの偏心モーメントｍｒと、偏位起振軸２３回りの固定偏心錘２７Ｂの偏心モーメントｍｒとは同一の値である。ここで、ｍは偏心質量、ｒは起振軸の軸心と偏心錘の重心との距離である。
【００３４】
固定偏心錘２７Ａと固定偏心錘２７Ｂとの互いの位置関係は、図２に示すように、偏位起振軸２２，２３が互いに上下に位置したときにおいて、固定偏心錘２７Ａの偏心質量側が、起振軸２２と起振軸２３の各軸心を結ぶ中心線２８を挟んで右側に位置したとき、固定偏心錘２７Ｂの偏心質量側が中心線２８を挟んで左側に位置するような関係にある。
【００３５】
本発明に係る振動機構は、中央起振軸２０が一方向に回転したときにのみ、中央起振軸２０側と偏位起振軸２２，２３側とを接続し、各偏位起振軸２２，２３の同期回転を可能とする第１の接続手段と、中央起振軸２０が他方向に回転したときにのみ、可動偏心錘２５と中央起振軸２０とを一体的に接続する第２の接続手段とを備えている。本実施形態では、以下に示すように、第１の接続手段及び第２の接続手段としてそれぞれクラッチを用いた態様としている。
【００３６】
中央起振軸２０と各偏位起振軸２２，２３との間には、中央起振軸２０が一方向に回転したときにのみ接続して、中央起振軸２０の回転とともに偏位起振軸２２，２３を回転させる第１のクラッチ（以降、第１クラッチという）Ｃ１が介設される。本実施形態では、第１クラッチＣ１として、クラッチ機構部Ｃａを挟んで内輪部Ｃｂ及び外輪部Ｃｃを備えた一方向クラッチから構成している。クラッチ機構部Ｃａの構造例としては、図３に示すように、多数のスプラグＳを円周状に配した構造が挙げられる。この構造は、第１クラッチＣ１が一方向に回転してその回転数が上がると、スプラグＳが遠心力により起立して外輪部Ｃｃに押圧されることで、その摩擦力により外輪部Ｃｃが内輪部Ｃｂと一体的に回転するものである。
【００３７】
以上の第１クラッチＣ１は、その内輪部Ｃｂが中央起振軸２０のアクスルシャフト６寄りの部位に外嵌して固定され、外輪部Ｃｃには平歯車からなる駆動ギア２９がボルト３０により締結固定される。駆動ギア２９のボス部は軸受３１を介して中央起振軸２０に支持される。偏位起振軸２２，２３の各アクスルシャフト６寄りにはそれぞれ従動ギア３２，３３が固設されており、この従動ギア３２，３３が前記駆動ギア２９に噛合する。従動ギア３２，３３は互いに同一の径及び同一の歯数を有するものである。これから判るように、本実施形態では、各偏位起振軸２２，２３同士の位相が常時同じ関係となるように各偏位起振軸２２，２３に駆動力を伝達する駆動伝達機構部は、駆動ギア２９，従動ギア３２，３３により構成される。中央起振軸２０が一方向に回転して第１クラッチＣ１が接続すると、駆動ギア２９、従動ギア３２，３３を介して、偏位起振軸２２，２３は互いに同期して同一方向に回転する。
【００３８】
中央起振軸２０には、この中央起振軸２０が前記一方向に回転したときに切れた状態となり、他方向に回転したときに接続して可動偏心錘２５を中央起振軸２０と一体的に回転させる第２のクラッチ（以降、第２クラッチという）Ｃ２が取り付けられている。この第２クラッチＣ２を構成するに当たっては、第１クラッチＣ１と同一の部材を利用でき、第１クラッチＣ１側と表裏を逆にして中央起振軸２０に取り付けることで達成できる。この場合、内輪部Ｃｂが中央起振軸２０に外嵌して固定され、外輪部Ｃｃには可動偏心錘２５がボルト３４により締結固定される。
【００３９】
以下、本発明の作用を図１又は図２を参照しながら説明する。先ず、ロール１を水平振動させる場合について説明する。振動用モータ１８を作動させて中央起振軸２０を一方向（図２における時計回り）に回転させると、第１クラッチＣ１が接続し、その外輪部Ｃｃに固定された駆動ギア２９が回転することにより、この駆動ギア２９に噛合する従動ギア３２，３３を介して偏位起振軸２２，２３が図２に示すように反時計回りに回転する。このとき、第２クラッチＣ２は切れた状態であるため、中央起振軸２０は回転しているものの、第２クラッチＣ２の外輪部Ｃｃに固定された可動偏心錘２５は回転しない。つまり、中央起振軸２０が一方向に回転したときには、偏位起振軸２２，２３の各固定偏心錘２７Ａ，２７Ｂのみによってロール１に振動が発生する。
【００４０】
図４（ａ）〜（ｄ）は水平振動の状態を示す側面説明図である。前記図２（ａ）に示した状態は図４（ｂ）と同一の状態である。先ず、（ａ）の位置では、偏位起振軸２２にはロール１の軸心に向かう力が加わり、ロール１の軸心を挟んで１８０度反対の位置にある偏位起振軸２３においても、ロール１の軸心に向かう同じ大きさの力が加わるので、振動力は互いに打ち消される。（ｂ）の位置では、偏位起振軸２２にはロール１の円周方向右回りに向かう力が加わり、偏位起振軸２３にもロール１の円周方向右回りに向かう力が加わる。これにより、ロール１が載っている地面の接地部には右から左へ向かう方向の水平力が加わる。
【００４１】
（ｃ）の位置では、偏位起振軸２２にはロール１の軸心から遠ざかる方向に力が加わり、偏位起振軸２３にもそれとは逆の方向に力が加わるので振動力は互いに打ち消される。（ｄ）の位置では、偏位起振軸２２にはロール１の円周方向左回りに向かう力が加わり、偏位起振軸２３にもロール１の円周方向左回りに向かう力が加わる。これにより、ロール１が載っている地面の接地部には、左から右へ向かう方向の水平力が加わる。以上により、交互に（ｂ）の状態と（ｄ）の状態が繰り返されることで、ロール１はその円周方向に沿って振動し、ロール１の接地部においては水平方向の振動力が加わる。
【００４２】
次いで、通常振動の場合には、振動用モータ１８の回転を逆転させて中央起振軸２０を他方向（図２における反時計回り）に回転させると、今度は第２クラッチＣ２が接続することにより、その外輪部Ｃｃに固定された可動偏心錘２５が中央起振軸２０と一体的に回転する。このとき、第１クラッチＣ１は切れた状態であるため、偏位起振軸２２，２３は回転しない。つまり、中央起振軸２０が他方向に回転したときには、中央起振軸２０に取り付けられた可動偏心錘２５のみによってロール１に振動が発生する。この可動偏心錘２５によって、ロール１にはその径方向に全周にわたって振動が発生する。
【００４３】
以上のように、可動偏心錘２５を取り付けた中央起振軸２０と、中央起振軸２０を挟んで配設され、それぞれ固定偏心錘２７Ａ，２７Ｂが固定された偏位起振軸２２，２３と、偏位起振軸２２，２３同士の位相が常時同じ関係となるように偏位起振軸２２，２３に駆動力を伝達する駆動伝達機構部と、中央起振軸２０が一方向に回転したときにのみ接続して、偏位起振軸２２，２３を同期回転可能とする第１の接続手段と、中央起振軸２０が前記一方向に回転したときに切れた状態となり、他方向に回転したときにのみ接続して可動偏心錘２５を中央起振軸２０と一体的に回転させる第２の接続手段と、を備え、中央起振軸２０を、前記一方向に回転させたときに各固定偏心錘２７Ａ，２７Ｂによってロールを水平振動させ、前記他方向に回転させたときに可動偏心錘２５によって通常振動させる構成とすれば、従来の「通常振動−水平振動」切り替え式の振動機構が有していた問題点、すなわち、可動偏心錘がストッパに衝突する際の衝突音の問題や、衝突した際の磨耗粉の発生による軸受（符号２１，２４）への影響の問題、ストッパの固着強度の問題等が解消されることとなる。
【００４４】
特に、無振動での走行、例えば車両の回送時等において、図６に示したように起振軸がロールの中心回りに公転することによって起こる可動偏心錘とストッパとの衝突という問題がなくなるので、低騒音の走行車両となる。
【００４５】
そして、前記式（１）における偏心モーメントｍｒ（通常振動時）は、中央起振軸２０回りの可動偏心錘２５の偏心モーメントｍｒのみによって決定され、前記式（２）における偏心モーメントｍｒ（水平振動時）は、偏位起振軸２２，２３回りの固定偏心錘２７Ａ，２７Ｂの各偏心モーメントｍｒのみによって決定されるので、可動偏心錘２５と、固定偏心錘２７Ａ及び固定偏心錘２７Ｂとの間で、偏心質量ｍや距離ｒの値を調整することで、偏心モーメントｍｒ（通常振動時）と偏心モーメントｍｒ（水平振動時）とを互いに異ならせることができる。したがって、ロール１における通常振動時の振幅ａ₁と水平振動時の振幅ａ₂とをそれぞれ所望の値に設定できる。
【００４６】
また、前記第１の接続手段及び第２の接続手段として、説明したような第１クラッチＣ１、第２クラッチＣ２から構成することで、簡易な構造が実現され、組み付けが容易で経済的な振動機構となる。
【００４７】
また、第１クラッチＣ１を、クラッチ機構部Ｃａを挟んで内輪部Ｃｂ及び外輪部Ｃｃを備えたクラッチとし、内輪部Ｃｂを中央起振軸２０に固定するとともに、外輪部Ｃｃに駆動ギア２９を固定し、前記駆動伝達機構部として、偏位起振軸２２，２３に取り付けた従動ギア３２，３３を駆動ギア２９に噛合させる構成とすれば、簡易な構造で、中央起振軸２０と偏位起振軸２２，２３との間における同期回転、及び偏位起振軸２２，２３間における同期回転を両立できる。
【００４８】
ここで、特開平１０−１６５８９３号公報にも記載されているように、起振軸の起動時における回転数の立ち上がり過程及び停止時における回転数の下がり過程には共振点が存在し、この共振点において振動力が発生している場合には転圧路面に影響を及ぼすおそれのあることが知られている。
【００４９】
そこで、起動時には、中央起振軸２０が共振点を発生させる回転数よりも上の回転数に達した時点で、第１クラッチＣ１或いは第２クラッチＣ２を接続させ、停止時においても、中央起振軸２０が、共振点を発生させる回転数まで下がる前の段階で、すなわち共振点を発生させる回転数よりも上の回転数のときに、第１クラッチＣ１或いは第２クラッチＣ２を切る構成とすれば、共振点による影響を路面に与えることなく、ロール１を水平振動或いは通常振動させることが可能となる。当該構成は、クラッチ機構部Ｃａが共振点以上の所定回転数で接続する、或いは接続状態から切れる仕様のクラッチを適宜に選択することで容易に達成できる。
【００５０】
また、以上に説明した振動機構をロール１内に備えた振動ローラとすることにより、低騒音型の締固め車両となる。また、衝突によるストッパ等の固着強度の問題も解消され、長期的な品質維持性能に優れた車両となる。なお、通常振動と水平振動との使い分けは、通常、施工対象となる地盤の材質等により適宜に決定されるものである。
【００５１】
以上、本発明について好適な実施形態を説明した。説明した形態は偏位起振軸を２軸として設けた場合であったが、例えば、ロールの側面方向から見て、当該２つの偏位起振軸に対して直交するようにさらに同一構成の２つの偏位起振軸を配する構成、つまり中央起振軸２０を中心に９０度の間隔で偏位起振軸を４つ配する構成とすることも可能である。また、設計によっては、固定偏心錘２７Ａ，２７Ｂを個別に有さず、例えば偏位起振軸２２，２３と一体に成形する場合もあり得る。しかし、本発明においては、この偏位起振軸と一体に成形された偏心成分も固定偏心錘として包含するものである。その他、本発明は、各構成要素の形状やレイアウト、個数等についてその主旨を逸脱しない範囲で適宜に設計変更が可能である。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、無振動での走行、例えば車両の回送時等において、或いは起振軸の起動時及び停止時において従来のような衝突音が発生しないため、走行時に際し、或いは住宅街等での転圧施工に際し、環境性に優れた振動機構及び振動ローラとなる。また、通常振動に適するロールの振幅と水平振動に適するロールの振幅とをそれぞれ設定できることとなり、地盤の締固め施工に関する品質が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る振動機構を内蔵したロールの平断面説明図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図であり、（ａ）は水平振動の場合を、（ｂ）は通常振動の場合を示す。
【図３】第１のクラッチの構造図である。
【図４】水平振動の作用を示す側面説明図である。
【図５】２軸式で「通常振動」と「水平振動」との切り替えが可能な振動機構の作用を示す側面説明図であり、（ａ）は通常振動の場合を、（ｂ−１）〜（ｂ−４）は水平振動の場合を示す。
【図６】２軸式で「通常振動」と「水平振動」との切り替えが可能な振動機構において、起振軸が回転停止の状態においてロールの中心回りに公転した際の作用説明図である。
【図７】通常振動における振幅を求める際の原理図である。
【図８】水平振動における振幅を求める際の原理図である。
【符号の説明】
１ロール
２０中央起振軸
２２，２３偏位起振軸
２５可動偏心錘
２７Ａ，２７Ｂ固定偏心錘
２９駆動ギア
３２，３３従動ギア
Ｃ１第１のクラッチ
Ｃ２第２のクラッチ
Ｃａクラッチ機構部
Ｃｂ内輪部
Ｃｃ外輪部

Claims

ロールの中央に配設される中央起振軸と、
前記中央起振軸に取り付けられ、この中央起振軸に対して相対的に回転可能な可動偏心錘と、
前記中央起振軸を挟んで配設される複数の偏位起振軸と、
前記各偏位起振軸に取り付けられる固定偏心錘と、
前記各偏位起振軸同士の位相が常時同じ関係となるように前記各偏位起振軸に駆動力を伝達する駆動伝達機構部と、
前記中央起振軸が一方向に回転したときにのみ、該中央起振軸側と前記偏位起振軸側とを接続し、前記各偏位起振軸を同期的に回転させる第１の接続手段と、
前記中央起振軸が他方向に回転したときにのみ、前記可動偏心錘と前記中央起振軸とを一体的に接続する第２の接続手段と、
を備え、
前記中央起振軸を、前記一方向に回転させたときに前記各固定偏心錘によってロールをその円周方向に沿って振動させ、前記他方向に回転させたときに前記可動偏心錘によってロールをその径方向に全周にわたって振動させる構成としたことを特徴とする振動機構。
前記第１の接続手段は、前記中央起振軸と前記各偏位起振軸との間に介在し、前記中央起振軸が前記一方向に回転したときにのみ接続して、前記各偏位起振軸を回転させる第１のクラッチからなり、
前記第２の接続手段は、前記中央起振軸と前記可動偏心錘との間に介在し、前記中央起振軸が前記他方向に回転したときにのみ接続する第２のクラッチからなることを特徴とする請求項１に記載の振動機構。
前記第１のクラッチは、クラッチ機構部を挟んで内輪部及び外輪部を備え、
前記内輪部が前記中央起振軸に固定されるとともに、駆動ギアが前記外輪部に固定され、
前記駆動伝達機構部は、前記各偏位起振軸に取り付けた従動ギアが前記駆動ギアに噛合する構成からなることを特徴とする請求項２に記載の振動機構。
前記第１のクラッチ及び前記第２のクラッチは、起振軸の起動時と停止時の共振を発生させる回転数よりも上の回転数において接続する、或いは接続状態から切れる構成からなる請求項２又は請求項３に記載の振動機構。
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の振動機構をロールの内部に備えたことを特徴とする振動ローラ。