JP4310435B2

JP4310435B2 - 建機アタッチメント用電磁石装置及び電磁石装置付き破砕機

Info

Publication number: JP4310435B2
Application number: JP2004015454A
Authority: JP
Inventors: 信幸桃沢; 正男浦田; 誠一坂戸
Original assignee: 信幸桃沢; 株式会社坂戸工作所
Priority date: 2004-01-23
Filing date: 2004-01-23
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2024-01-23
Also published as: JP2005206337A

Description

本発明は、油圧ショベルのブーム先端に取り付ける等の建機アタッチメントにおいて、主に破砕機において、鉄筋コンクリートの破砕作業を行い、その破砕した鉄筋コンクリート塊から剥がれた鉄筋又は鉄屑等の金属片を吸着する磁石装置を備え、該磁石装置の吸着力を増大させることができる建機アタッチメント用電磁石装置及び電磁石装置付き破砕機に関する。特に、この発明において、「吸着力」とは、一つひとつが、主に、鉄筋コンクリート等を破砕する解体現場で発生する鉄筋，コンクリートガラ中の鉄筋及び鉄屑等の金属片を遠く離れている所から引き寄せて吸着させる力のことである。

従来、油圧ショベル等の建機用のアタッチメントにおけるコンクリート破砕機に用いられている電磁石は、円筒形又はＵ字形（馬蹄形）が用いられている。これらの電磁石を総称して双極電磁石とする。これは吸着面にＮとＳがそれぞれ１個ずつ現れるためである。このような双極電磁石では、電流（正確には起磁力＝電流×巻数）を増加させても吸着力（吸着距離）が増加しないという磁気的な飽和現象が顕著に生じる。これを克服する方法としては次の２点が考えられる。
第１：電磁石そのものを大きくし、電流を増加させること。
第２：２極を越える多重極電磁石を使用すること。
建機アタッチメント用電磁石では軽量であることが重要なので、上記第１の方法は採用しにくい。このため、建機アタッチメント用としては第２の方式が向いているといえる。

ところで、特許文献１には、この出願自体の従来技術として、図５（特許文献１参照）では対称的に２つの電磁石を設けた構成が開示されている。この特許文献１では、この従来技術を解決するために、図２（特許文献１参照）に示すように、２つの電磁石相互は非対称に構成し、これによって、２つの電磁石間の吸着力を増加させようとするものである。この場合のそれぞれの電磁石自体の３極は対称的に励磁するように構成されている。このような電磁石自体において３極が対称的に励磁する図６（Ａ）又は（Ｂ）に示すような実施例について、本発明の発明者として、実際に実験してみると、双極型電磁石（図７参照）よりも劣る場合もあり、対称励磁は実用的意味を持たないことがはっきりとした。
特開平７−２８５７７７号公報

このようなことから、軽量性を重視しつつ、２極を越える多重極電磁石を使って、吸着力（吸着距離）を増加させる建機アタッチメント用電磁石を開発することが、本発明が解決しようとする課題（技術的課題又は目的等）である。

そこで、発明者は上記課題を解決すべく鋭意，研究を重ねた結果、請求項１の発明を、磁極と継鉄板と巻線とからなり、前記磁極は３個であって、所定間隔をおいて直列状に配置され、３個の磁極は非対称に励磁する構成としてなる建機アタッチメント用電磁石装置としたことにより、前記課題を解決した。また、前述の構成において、前記３個の磁極を、それぞれ１番目磁極，２番目磁極，３番目磁極と称し、１番目磁極の励磁をＮ極又Ｓ極とし、２番目磁極及び３番目磁極の励磁を前記１番目磁極の励磁と逆のＳ極又Ｎ極としてなる建機アタッチメント用電磁石装置としたことにより、前記課題を解決した。

また、前述の構成において、前記３個の磁極を、それぞれ１番目磁極，２番目磁極，３番目磁極と称し、１番目磁極及び２番目磁極の励磁をＮ極又Ｓ極とし、３番目磁極励磁を前記１番目磁極及び２番目磁極の励磁と逆のＳ極又Ｎ極としてなる建機アタッチメント用電磁石装置としたことにより、前記課題を解決した。また、前述の構成において、前記１番目磁極と前記３番目磁極との位置をそれぞれ固定し、前記２番目磁極を前記３番目磁極に近接させてなる建機アタッチメント用電磁石装置としたことにより、前記課題を解決した。

さらに、前述の構成において、前記１番目磁極と前記３番目磁極との位置をそれぞれ固定し、前記２番目磁極を前記１番目磁極に近接させてなる建機アタッチメント用電磁石装置としたことにより、前記課題を解決した。また、前述の構成において、前記建機アタッチメントを破砕機とし、該破砕機の本体部の内部底側に前記電磁石装置を設けてなる電磁石装置付き破砕機としたことにより、前記課題を解決したものである。

請求項１の発明においては、電磁石装置の吸着力を飛躍的に増大させることができ、鉄筋等を拾い集める作業効率を極めて大きく向上させることができる利点がある。さらに、３極非対称は直列状であり、小型、軽量化ができ、ひいては、安価に提供できる。請求項２乃至３の発明でも、請求項１と同様の効果を奏する。さらに、請求項４又は５の発明では、請求項１の発明よりも、さらに吸着力を増加させることができる。請求項６の発明ででは、鉄筋コンクリートの破砕作業を行い、その破砕した鉄筋コンクリート塊から剥がれた鉄筋又は鉄屑等の被吸着物を効率的に吸着することができる利点がある。

以下、本発明の第１実施形態について図面に基づいて説明すると、図１は電磁石装置Ａの正面図であって、主に、３個以上の磁極１と継鉄板２と巻線３とで構成されている。図面では、長方形平板で適宜の厚さを有する継鉄板２に対して、３つの磁極１の基部（根元部）が固着された場合で、前記継鉄板２に対して平面的に見て直列状に配置されている。前記各磁極１は直方体状をなし、該磁極１の先端の面は、吸着面１ａとして形成され、前記磁極１の周りに多数の巻線３が巻着されている。該巻線３の巻き方向を適宜異なるようにすることで、磁極１の吸着面１ａがＮ極，Ｓ極に励磁される。

３個の磁極１，１，１を正面図から見た構成において（図１等参照）、左側，真中，右側への順番に、１番目磁極１，２番目磁極１，３番目磁極１と称する。すると、図１において、１番目磁極１及び２番目磁極１の吸着面１ａの極をそれぞれＮ極とし、３番目磁極１の吸着面１ａの極をＳ極として励磁するように構成したものである。このように３個の磁極１，１，１が非対称に励磁する構造が本発明の重要な要素である。

特に、重要なことは、図１に示すように、３個の磁極１，１，１を非対称に励磁する構成とすることによって、吸着距離（吸着力）を飛躍的に向上させることができるものである。

この理論について説明する。図７（Ａ）は、磁極１，１が接近している双極電磁石である。この場合には、被吸着物Ｐを吸着させる力としての吸着力は小さいものである。これを、「αタイプ」という。また、図７（Ｂ）は、磁極１，１が離れている双極電磁石である。この場合には、被吸着物Ｐ付近の磁場は強くなり、また、磁場の空間的な変化も大きくなる。これによって被吸着物Ｐを吸着させる力なる吸着力は増大する。これを、「βタイプ」という。

前述したように発明開発過程において、３極以上の電磁石の公知例としては、引用文献１において、３極を対称的に励磁することが存在していたので、図６（Ａ）に示すようにして実験してみた。つまり、図６（Ａ）のように、１番目磁極１の吸着面１ａの極をＮ極とし、２番目磁極１の吸着面１ａの極をＳ極とし、３番目磁極１の吸着面１ａの極をＮ極として励磁するように構成して実験したみたが、このように３個の磁極１，１，１相互が接近している場合の３極の対称励磁では双極型電磁石（図７参照）よりも劣る場合もあったのである。これを理論から求めると、吸着力が小さいαタイプが２個配置された形となっている。これによって、吸着力は、αタイプよりは大きくなるが、βタイプよりは小さくなっている。

また、図６（Ｂ）のように、１番目磁極１の吸着面１ａの極をＳ極とし、２番目磁極１の吸着面１ａの極をＮ極とし、３番目磁極１の吸着面１ａの極をＳ極として励磁するように構成したものであっても、構成的には、３極の対称励磁であり、図６（Ａ）の場合と同様の小さい吸着力の構成である。

図５（Ａ）又は図１（Ａ）は、本発明の第１実施形態であり、１番目磁極１の吸着面１ａの極をＮ極とし、２番目磁極１及び３番目磁極１の吸着面１ａの極をそれぞれＳ極とした、３極の非対称励磁構造である。この場合には、αタイプとβタイプの２個が配置された形とみることができる。すると吸着力は、αタイプとβタイプの和となる。これによって３極対称励磁構造と比較して、吸着力を飛躍的に増大させることができる。

また、図５（Ｂ）に示すように、図５（Ａ）又は図１（Ａ）の場合と同様の３極非対称構造であるが、特に、中央の２番目磁極１を、３番目磁極１の位置に近づけ、且つ１番目磁極１の位置から遠ざけた位置に設けた構造である。つまり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）又は図１（Ａ）の場合の第１実施形態の変形例である。この場合には、勿論、３極非対称構造であって、１番目磁極１と２番目磁極１との間に、βタイプと同等の効果が加わることとなり、ほぼ２倍のβタイプ効果の吸着力となり、吸着力を増大させることができる。

図１（Ｂ）は、本発明の第２実施形態であり、第１実施形態の極性を逆としたものであって、１番目磁極１の吸着面１ａの極をＳ極とし、２番目磁極１及び３番目磁極１の吸着面１ａの極をそれぞれＮ極とした、３極の非対称励磁構造である。この場合には、αタイプとβタイプ（１番目磁極１と３番目磁極１とで）の２個が配置された形とみることができ、吸着力は第１実施形態と同等である。

図１（Ｃ）は、本発明の第３実施形態であり、第１実施形態を裏側から見たような極性であり、１番目磁極１及び２番目磁極１の吸着面１ａの極をそれぞれＳ極とし、３番目磁極１の吸着面１ａの極をＮ極とした、３極の非対称励磁構造である。この場合には、αタイプとβタイプ（１番目磁極１と３番目磁極１とで）の２個が配置された形とみることができ、吸着力は第１実施形態と同等である。

図１（Ｄ）は、本発明の第４実施形態であり、第３実施形態の極性を逆としたものであって、１番目磁極１及び２番目磁極１の吸着面１ａの極をそれぞれＮ極とし、３番目磁極１の吸着面１ａの極をＳ極とした、３極の非対称励磁構造である。この場合には、αタイプとβタイプ（１番目磁極１と３番目磁極１とで）の２個が配置された形とみることができ、吸着力は第１実施形態と同等である。

また、このような４つの実施形態の３極非対称構造の電磁石を設けるのは、建設機械であり、特に、油圧ショベル用アタッチメント又は吊上電磁石等である。その油圧ショベル用アタッチメントとしては、図３（Ａ）に示すような破砕機が存在する。本発明の電磁石装置Ａ（図１及び図２参照）は、前記破砕機の本体部１０の底部に形成された適宜な開口１０ａ箇所に挿入され、その継鉄板２が、前記本体部１０の内部下側に収納され、且つ本体部１０を構成する側板１０ｂ，１０ｂに溶接等にて一体化されている。

また、前記本体部１０の底部側には、前記巻線３の破砕作業による損傷防止のために蓋部１１が設けられ、該蓋部１１は前記底部箇所に溶接等にて固着されている。さらに、前記３個の磁極１の吸着面１ａが、蓋部１１の開口箇所より外部に僅かに突出するように設けられている。また、電磁石装置Ａの前板１２ａ及び後板１２ｂは、前記継鉄板２の前後に垂設され、前記巻線３を保護するようにして前記本体部１０の側板１０ｂ，１０ｂに溶接等にて固着されている。また、前記電磁石装置Ａには、電源からの端子ボックス１３が前記継鉄板２の上面に取付けられ、電源による巻線３の励磁によって磁極１に吸着力が発生する。

また、前記破砕機の本体部１０の前面には、固定顎部１４及び可動顎部１５が設けられている。該可動顎部１５を揺動駆動させる油圧シリンダ装置１６の油圧シリンダ１６ａは、前記本体部１０内に収納され、且つ油圧シリンダ１６ａの本体の中間が軸支され、油圧によって、油圧シリンダアーム１６ｂ先端に軸支された前記可動顎部１５が揺動するように構成されている。前記固定顎部１４及び可動顎部１５には、固定側切断刃１４ａ及び可動側切断刃１５ａがそれぞれ複数固着されている。その固定側切断刃１４ａと可動側切断刃１５ａとで鉄筋コンクリート柱や鉄筋コンクリート塊を破砕するものである。前記固定側切断刃１４ａと可動側切断刃１５ａとを総称して単に切断刃又は破砕刃とも言う。

このような構成の油圧ショベル用アタッチメントとすることで、これを使用すると、図４（Ａ）に示すように、解体現場等において発生する鉄筋等（鉄屑も含む）を吸着して効率的に拾い集めることができる。また、解体現場等においては、本発明の電磁石装置Ａを装填した吊上電磁石［図４（Ｂ）参照］を使用することもある。このような場合でも、本発明の電磁石装置Ａでは、吸着力を増大させて効率的に鉄筋等を拾い集めることができるものである。

本発明の３極非対称構造の電磁石装置Ａでは、吸着力を増大させることで、鉄筋等を拾い集める作業効率を極めて大きく向上させ得る。また、３極非対称は直列状であり、整然とし、且つコンパクトにできる。すなわち、軽量、小型化できる。また、３極でしかも、極を特有な構成としたのみであり、安価に提供できる。さらに、温度上昇による性能低下を防止しやすい。つまり、使用時に吸着力が低下する最大原因は温度上昇による巻線抵抗が増し、これにより、電流低下が発生し、吸着力が低下するものであるが、３極電磁石の場合、無理に電流を流す必要が無くなるので温度上昇による吸着力低下を最小限に抑えることができる。

磁極１（極）を３個とし、１番目磁極１の吸着面１ａの極をＮ極とし、２番目磁極１及び３番目磁極１の吸着面１ａの極をそれぞれＳ極とした、３極の非対称励磁構造であって、その磁極１，１間を約３３０mmとし、平面的に見た継鉄板２の幅Ｗは４５０mmで、長さＬは９００mmとし、側面から見た前記継鉄板２と磁極１との全体高さＨを３５０mmとし、前記磁極１は全て軟鉄製とし、且つ巻線３は、２．７φ銅線であって、巻数１４００とした場合（本発明）と、
磁極１（極）を３個とし、１番目磁極１の吸着面１ａの極をＮ極とし、２番目磁極１の吸着面１ａの極をＳ極とし、３番目磁極１の吸着面１ａの極をＮ極とした、３極の対称励磁構造であって、その磁極１，１間を約３３０mmとした（継鉄板２の幅Ｗ，長さＬ、更には、継鉄板２と磁極１との全体高さＨ、磁極１の材質、巻線３の材質及び巻数等の条件は本発明と同一）従来技術とを比較した。
この吸着される金属片は、直径１９mmで長さ６００mmの鉄棒片としての被吸着物Ｐである。そして、本発明と従来技術とに、それぞれ直流の電圧３１５Ｖ（電流２２．５Ａ）を印加して実験した。その結果は、次の通りである。
３極非対称励磁（本発明）吸着距離：４１２mm
３極対称励磁（従来技術）吸着距離：３３３mm

この場合の差は、約８０mm（正確には７９mm）であるが、距離的には約２４％増大させることができたものである。実験によれば、これを吸着力として換算すると、距離のほぼ４乗に比例して増減する。従来技術の距離を１とすると、本発明の距離は１．２４となり、この増加は１．２４の４乗であり、約２．３６となる。すなわち、本発明の実験例での吸着力は、従来技術に比較して２．３６倍程度となり、吸着距離の増加（１．２４倍）に比べて著しく大きなものとなる。この差は被吸着物の吸着される早さ（電磁石に向かって飛びついてくる早さ）として現れ、これにより電磁石を早く移動しても十分に被吸着物を吸着できるようになる。これらの事情により、実際に鉄筋等を拾い集めるということからすると倍以上の効率に増大できるものである。このような結果から、鉄筋等を拾い集めると作業を飛躍的に向上させることができる最大の利点がある。

以上のように、３極非対称の構造にすることは、一見簡単なように思えるが、その吸着力の増大の効果は極めて大きいものであり、鉄筋等を拾い集める作業効率を極めて大きく向上させ、且つ、軽量、小型化できるし、安価に提供できるものであり、建機業界において今後の産業上利用の可能性は大である。

（Ａ）は本発明の第１実施形態の正面図、（Ｂ）は本発明の第２実施形態の正面図、（Ｃ）は本発明の第３実施形態の正面図、（Ｄ）は本発明の第４実施形態の正面図である。（Ａ）は本発明の第１実施形態の斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の断面図である。（Ａ）は本発明を装填した破砕機の断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ矢視断面図である。（Ａ）は本発明を装填した破砕機において鉄筋等を拾い集めしている作業状態図、（Ｂ）は本発明を装填した吊上電磁石において鉄筋等を拾い集めしている作業状態図である。（Ａ）は本発明の第１実施形態の理論を説明した理論説明図、（Ｂ）は本発明の第１実施形態の変形例の理論を説明した理論説明図である。（Ａ）及び（Ｂ）は従来技術としての３極対称の電磁石の理論を説明した理論説明図である。（Ａ）は従来技術としての磁極が接近している双極型電磁石の理論説明図、（Ｂ）は磁極が離れている双極型電磁石の理論説明図である。

符号の説明

１…磁極、２…継鉄板、３…巻線、１ａ…吸着面

Claims

磁極と継鉄板と巻線とからなり、前記磁極は３個であって、所定間隔をおいて直列状に配置され、３個の磁極は非対称に励磁する構成としてなることを特徴とする建機アタッチメント用電磁石装置。
請求項１において、前記３個の磁極を、それぞれ１番目磁極，２番目磁極，３番目磁極と称し、１番目磁極の励磁をＮ極又Ｓ極とし、２番目磁極及び３番目磁極の励磁を前記１番目磁極の励磁と逆のＳ極又Ｎ極としてなることを特徴とする建機アタッチメント用電磁石装置。
請求項１において、前記３個の磁極を、それぞれ１番目磁極，２番目磁極，３番目磁極と称し、１番目磁極及び２番目磁極の励磁をＮ極又Ｓ極とし、３番目磁極励磁を前記１番目磁極及び２番目磁極の励磁と逆のＳ極又Ｎ極としてなることを特徴とする建機アタッチメント用電磁石装置。
請求項２において、前記１番目磁極と前記３番目磁極との位置をそれぞれ固定し、前記２番目磁極を前記３番目磁極に近接させてなることを特徴とする建機アタッチメント用電磁石装置。
請求項３において、前記１番目磁極と前記３番目磁極との位置をそれぞれ固定し、前記２番目磁極を前記１番目磁極に近接させてなることを特徴とする建機アタッチメント用電磁石装置。
請求項１，２，３，４又は５において、前記建機アタッチメントを破砕機とし、該破砕機の本体部の内部底側に前記電磁石装置を設けてなることを特徴とする電磁石装置付き破砕機。