JPWO2019207748A1 - アイドリング・モード付きコンクリートバイブレータ - Google Patents

Abstract

振動筒の状態に応じて、モーターの回転数を自動的に変更することができ、モーターの過熱状態及びこれに起因する故障を好適に回避することができるコンクリートバイブレータを提供する。制御手段８による制御下において、気泡除去作業に適した回転数でモーター２を回転させることができる周波数の駆動電力がモーター２に供給される通常モード、又は、通常モードよりも低い回転数でモーター２を回転させることができる周波数の駆動電力がモーター２に供給されるアイドリング・モードで運転されるように構成され、制御手段８は、制御手段８又はモーター２に入力される電流の値を単位時間毎に計測してメモリに記録するとともに、最新電流値を過去の計測値に基づいて算出した基準値と比較し、更に、比較値の絶対値を閾値と比較して振動筒の状態を把握し、運転モードが適切に切り替わるように構成した。

Description

本発明は、打設したコンクリートの中から気泡を除去する際に用いられるコンクリートバイブレータに関し、特に、“通常モード”と“アイドリング・モード”という二つのモードで運転することができ、制御手段による制御下において、これらの運転モードが自動的に切り替わるように構成されたコンクリートバイブレータに関する。

建設現場等においてコンクリートの打設作業が行われる場合、コンクリートバイブレータを用いてコンクリートの中から気泡を除去する作業が実施される。コンクリートバイブレータは、モーターと偏心錘を内蔵した振動筒を先端部に有しており、この振動筒を未硬化のコンクリートの中に挿入することによって、コンクリートに振動を与え、コンクリートの中に存在する気泡を上昇させて除去できるように構成されている。

振動筒に内蔵されているモーターは、高速回転の状態を継続させると、摩擦熱や電気抵抗等によって発生した熱が蓄積して過熱状態となる可能性があるが、振動筒をコンクリートの中に挿入している間は、周囲のコンクリートによって冷却されることになるため、高速回転の状態を継続させても、モーターが過熱状態にまで至ることはない。

特開平１０−２５２２６９号公報 特開２００５−３４８５０２号公報 特開２００７−０８９２８４号公報

しかし、コンクリートの打設作業が行われる現場では、コンクリートの圧送に時間がかかる等の理由により、コンクリートバイブレータを用いた気泡除去作業を連続的に実施できず、気泡除去作業に合間（振動筒をコンクリートの中から抜き出して、空中で保持しなければならない時間帯）が生じてしまうことがある。このような気泡除去作業の合間において、コンクリートバイブレータのスイッチを切らずに、モーターの高速回転状態を空中で長時間にわたって継続した場合、周囲の空気のみによっては振動筒を十分に冷却することができず、モーターが過熱状態となって、故障が発生する可能性がある。

本発明は、このような従来技術における問題を解決しようとするものであって、振動筒の状態に応じて、モーターの回転数を自動的に変更することができ、モーターの過熱状態及びこれに起因する故障を好適に回避することができるコンクリートバイブレータを提供することを目的とする。

本発明に係るコンクリートバイブレータは、モーター及び偏心錘を内蔵する振動筒と、モーターに駆動電力を供給する電源部と、駆動電力の供給と停止を切り替えるスイッチと、振動筒と電源部とを電気的に接続する給電ケーブルと、モーターの駆動電力を制御する制御手段とによって構成され、制御手段による制御下において、気泡除去作業に適した回転数でモーターを回転させる周波数の駆動電力がモーターに供給される通常モード、又は、通常モードよりも低い回転数でモーターを回転させる周波数の駆動電力がモーターに供給されるアイドリング・モードで運転されるように構成され、制御手段は、モーターが駆動している間、制御手段又はモーターに入力される電流の値を単位時間毎に計測し、その計測値をメモリに記録するとともに、制御手段又はモーターに入力された最新電流値を、既にメモリに記録されている過去の計測値に基づいて算出した基準値と比較して比較値を算出し、更に、比較値の絶対値を、予め設定された閾値と比較し、通常モードで運転されている場合において、比較値の絶対値が閾値を下回り、かつ、この状態が継続し、その継続時間が基準時間を超えた場合、運転モードがアイドリング・モードに変更され、アイドリング・モードで運転されている場合において、比較値の絶対値が閾値を上回った場合、運転モードが通常モードに変更されるように構成されていることを特徴としている。

尚、このコンクリートバイブレータにおいては、制御手段又はモーターに入力された電流の最新の計測値と、その直前の複数の計測値との平均値を最新電流値とし、最新電流値の算出に用いられた複数の計測値よりも前に計測された複数の計測値の平均値を第一基準値とし、第一基準値の算出に用いられた複数の計測値よりも前に計測された複数の計測値の平均値を第二基準値とし、最新電流値と第一基準値とを比較して第一比較値を算出するとともに、最新電流値と第二基準値とを比較して第二比較値を算出し、第一比較値の絶対値と第二比較値の絶対値を、予め設定された閾値とそれぞれ比較することが好ましく、また、アイドリング・モードで運転される際に、空中で連続駆動させてもモーターが過熱状態とならない回転数でモーターを回転させる周波数の駆動電力がモーターに供給されることが好ましい。

更に、比較値の絶対値と比較される閾値は、振動筒の大きさ（モーターの出力）に応じて、０．３〜２．０Ａの範囲内の値に設定されていることが好ましく、また、通常モードで運転されている場合において、比較値の絶対値が閾値を上回る状態が継続している場合、及び、比較値の絶対値が閾値を一時的に下回ったが、その継続時間が基準時間を超えなかった場合、通常モードが継続され、アイドリング・モードで運転されている場合において、比較値の絶対値が閾値を下回る状態が継続している場合、アイドリング・モードが継続されることが好ましい。

本発明に係るコンクリートバイブレータは、気泡除去作業の合間等において、モーターが駆動中の振動筒をコンクリートの中から抜き出した場合、モーターの回転数が低い運転モードに自動的に変更されるとともに、振動筒を再びコンクリートの中に挿入した場合には、通常の運転モードに自動的に復帰するように構成されており、気泡除去作業の中断時等において、振動筒をコンクリートの中から抜き出してそのまま空中で保持した場合でも、モーターが過熱状態となることを好適に回避することができ、また、モーターの過熱に起因する故障の発生を未然に防止することができる。

更に、本発明に係るコンクリートバイブレータは、総じて消費電力を抑えることができ、省エネルギー化に寄与するという効果を期待することができる。また、本発明に係るコンクリートバイブレータは、個体差による影響を受けずに、振動筒の状態を正確に判定することができる。

図１は、本発明の第一実施形態に係るコンクリートバイブレータ１の基本構成を示すブロック図である。

以下、本発明に係る「コンクリートバイブレータ」の実施形態について説明する。本実施形態のコンクリートバイブレータ１は、図１に示すように、モーター２及び偏心錘３を内蔵する振動筒４と、モーター２に駆動電力を供給する電源部５と、駆動電力の供給と停止（ＯＮ／ＯＦＦ）を切り替えるスイッチ６と、振動筒４と電源部５とを電気的に接続する給電ケーブル７と、電源部５内に配置され、モーター２の駆動電力を制御する制御手段８とによって構成されている。尚、給電ケーブル７は、振動筒４とスイッチ６の間においては、保護チューブ９によって被覆され、保護されている。

電源部５は、図示しない商用電源（或いは、その他の電源）に接続され、モーター２が所望の回転数で駆動するように、内蔵する制御手段８及び周波数変換回路１０によって、入力された電力を、適切な周波数の電流に変換して出力する。振動筒４内のモーター２は、電源部５から出力され、給電ケーブル７を介して供給される電力を受けて駆動し、偏心錘３が高速で回転して、振動筒４が振動する。

このコンクリートバイブレータ１は、制御手段８による制御下において、“通常モード”又は“アイドリング・モード”のいずれかのモードで運転されるように構成されている。“通常モード”は、振動筒４がコンクリートの中に挿入され、気泡除去作業が実行されることを想定した運転モードであり、このモードにおいては、気泡除去作業に適した回転数でモーター２が駆動するように、駆動電力が適切な周波数に調整されてモーター２に供給される。本実施形態においては、電源部５に入力された電力は、制御手段８のドライバに入力され、周波数変換回路１０によって周波数が３６０Ｈｚに変換されて、制御手段８のドライバ及び電源部５から出力される。

一方、“アイドリング・モード”は、振動筒４がコンクリートの中から空中に抜き出され、気泡除去作業が中断されていることを想定した運転モードであり、このモードにおいては、連続駆動させても過熱状態とならない回転数（“通常モード”における回転数よりも低い回転数）でモーター２が駆動するように、駆動電力が適切な周波数に調整されてモーター２に供給される。本実施形態においては、電源部５に入力された電力は、制御手段８のドライバによって周波数が２５０Ｈｚに変換されて、電源部５から出力される。

また、制御手段８は、振動筒４の状態（コンクリートの中に挿入されているか、或いは、空中に保持されているか）に応じて、運転モードを“通常モード”から“アイドリング・モード”へ、又は、“アイドリング・モード”から“通常モード”へ、自動的に変更するように構成されている。具体的には、制御手段８は、モーター２が駆動している間、制御手段８のドライバに入力される電流の値を継続的に監視しており、この入力電流値の変化の大きさに基づいて、振動筒４の状態を判定し、振動筒４の状態に見合った運転モードが適切に選択され、切り替わるようになっている。

ここで、制御手段８のドライバへの入力電流値と、振動筒４の状態との関係について説明すると、コンクリートバイブレータ１の振動筒４は、電源部５からの駆動電力の供給によってモーター２が駆動し、偏心錘３が回転して振動することになるところ、電源部５における制御手段８のドライバに入力される電流の連続的な値は、振動筒４がコンクリートの中に挿入されているか、或いは、空中に保持されているかによって、異なる態様の波形となる。

具体的には、振動筒４をコンクリートの中に挿入した状態でモーター２を駆動させると、周囲に存在するコンクリートによってモーター２に大きな負荷がかかるため、制御手段８のドライバへの入力電流値は、比較的大きな振幅の波形となる。一方、振動筒４を空中に保持した状態でモーター２を駆動させた場合、コンクリートによる負荷はかからないため、制御手段８のドライバへの入力電流値は、より微細な振幅の波形となる。このため、制御手段８のドライバへの入力電流値を継続的に監視し、その変化の大きさを把握することにより、振動筒４の状態、即ち、振動筒４がコンクリートの中に挿入されているか、或いは、空中に保持されているかを判定することができる。

尚、このような振動筒４の状態の判定は、モーター２に入力される電流の値（即ち、制御手段８のドライバから出力される電流の値）を継続的に監視し、このモーター２への入力電流値の変化の大きさを把握することによって行うことも可能である。

本実施形態のコンクリートバイブレータ１においては、振動筒４の状態を判定するために、次のようなルーティンが実行される。まず、モーター２が駆動している間、いずれの運転モードにおいても、制御手段８のドライバは、単位時間（本実施形態においては「０．１秒」）毎に、制御手段８のドライバに入力される電流の値を計測し、その計測値をメモリに記録する。また、これと並行して、制御手段８のドライバは、単位時間（本実施形態においては「０．５秒」）毎に、制御手段８のドライバに入力された電流の最新の計測値等に基づいて算出した最新電流値を、既にメモリに記録されている過去の計測値に基づいて算出した基準値と比較する（最新電流値から基準値を減算、又は、基準値から最新電流値を減算する）。

尚、本実施形態においては、制御手段８のドライバに入力された電流の最新の計測値と、その直前の複数の計測値との平均値（例えば、０．４秒前の計測値から最新の計測値までの平均値）を最新電流値とし、最新電流値の算出に用いられた複数の計測値よりも前に計測された複数の計測値の平均値（例えば、０．９秒前の計測値から０．５秒前の計測値までの平均値）を第一基準値とし、更に、第一基準値の算出に用いられた複数の計測値よりも前に計測された複数の計測値の平均値（例えば、１．４秒前の計測値から１．０秒前の計測値までの平均値）を第二基準値とし、最新電流値と第一基準値とを比較する（第一比較値を算出する）とともに、最新電流値と第二基準値とを比較する（第二比較値を算出する）。

更に、制御手段８のドライバは、最新電流値と基準値（第一基準値及び第二基準値）との比較値（第一比較値及び第二比較値）の絶対値を、予め設定された閾値（本実施形態においては「０．３Ａ」）とそれぞれ比較する。ここで、比較値の絶対値（第一比較値の絶対値、又は、第二比較値の絶対値のいずれか）が閾値を上回った場合、制御手段８のドライバへの入力電流値が閾値を超える大きな振幅で変化していることになり、また、比較値の絶対値（第一比較値の絶対値、及び、第二比較値の絶対値のいずれも）が閾値を下回った場合、制御手段８のドライバへの入力電流値の変化はごく僅かであるということになる。

そこで、比較値の絶対値（第一比較値の絶対値、又は、第二比較値の絶対値のいずれか）が閾値を上回った場合、制御手段８のドライバは、「振動筒４がコンクリートの中に挿入されている状態にある」と判定する。一方、比較値の絶対値（第一比較値の絶対値、及び、第二比較値の絶対値のいずれも）が閾値を下回った場合、制御手段８のドライバは、「振動筒４が空中に保持されている可能性がある」と判定し、更に、比較値の絶対値が閾値を下回る状態が継続し、その継続時間が基準時間（本実施形態においては「６０秒」）を超えた場合、制御手段８のドライバは、「振動筒４が空中に保持されている」と判定する。そして、このような振動筒４の状態に関する判定結果に基づいて、制御手段８のドライバは、現在の運転モードを変更するか、継続するかを決定する。

具体的には、コンクリートバイブレータ１が“通常モード”で運転されている場合において、比較値の絶対値が閾値を下回り、かつ、この状態が継続し、その継続時間が基準時間を超えた場合、「振動筒４が空中に保持されている」と判定され、運転モードが“アイドリング・モード”に変更される。一方、コンクリートバイブレータ１が“通常モード”で運転されている場合において、比較値の絶対値が閾値を上回る状態が継続している場合、及び、比較値の絶対値が閾値を一時的に下回ったが、その状態が継続しなかった場合（継続時間が基準時間を超えなかった場合）、「振動筒４がコンクリートの中に継続的或いは間歇的に挿入されている状態にある」と判定され、運転モードは変更されず、“通常モード”が継続される。

また、コンクリートバイブレータ１が“アイドリング・モード”で運転されている場合において、比較値の絶対値が閾値を上回った場合、「振動筒４がコンクリートの中に挿入された」と判定され、運転モードが“通常モード”に変更される。一方、コンクリートバイブレータ１が“アイドリング・モード”で運転されている場合において、比較値の絶対値が閾値を下回る状態が継続している場合、「振動筒４は未だ空中に保持されている」と判定され、運転モードは変更されず、“アイドリング・モード”が継続される。

本発明に係るコンクリートバイブレータ１は、以上に説明したような構成に係るものであるところ、気泡除去作業の合間等において、モーター２が駆動中の振動筒４をコンクリートの中から抜き出して、スイッチ６を切らずに空中でそのまま保持した場合、その状態が基準時間を超えた時点で、制御手段８のドライバによって、「振動筒４が空中に保持されている」と判定され、運転モードが“アイドリング・モード”に自動的に変更される。

そして、“アイドリング・モード”においては、連続駆動させてもモーター２が過熱状態とならない回転数（“通常モード”における回転数よりも低い回転数）となるように、電源部５から出力される駆動電力の周波数が変換されてモーター２に供給されるため、スイッチ６を切らずに、即ち、モーター２をそのまま回転させ続けても、モーター２が過熱状態となることを好適に回避することができ、また、モーター２の過熱に起因する故障の発生を未然に防止することができる。

また、中断していた気泡除去作業を再開するために、空中に保持していた振動筒４をコンクリートの中に挿入した場合、制御手段８のドライバによって、「振動筒４がコンクリートの中に挿入された」と判定され、運転モードが“通常モード”に自動的に変更される。

更に、“アイドリング・モード”による運転時の消費電力は、“通常モード”による運転時の消費電力よりも小さくなるため、振動筒４の状態に応じて運転モードが自動的に“アイドリング・モード”に切り替わるように構成することにより、総じて消費電力を抑えることができ、省エネルギー化に寄与する。また、作業者においては、頻繁なスイッチ６の切り替え作業を行わずに、コンクリートバイブレータを操作することができる。

尚、本発明の変形例の一つとして、“通常モード”で運転中のコンクリートバイブレーターが、一定の条件を満たした場合に、運転モードが“アイドリング・モード”に変更されるのではなく、“停止モード”に自動的に変更され（即ち、スイッチ６が自動的にＯＦＦに切り替わり）、モーターへの駆動電力の供給が遮断されてモーターが停止し、この状態から作業者が振動筒をコンクリートの中に挿入し、スイッチ６をＯＮに切り替えることにより、モーターの回転が再開されるように構成することも考えられるが、この場合、停止状態のモーターが回転を再開する際に、大きな起動電流が発生し、モーターに負担がかかることになってしまうという問題がある。

これに対し、上記実施形態のコンクリートバイブレータ１のように、空中で保持していた振動筒４をコンクリート中に挿入した場合に、運転モードが“アイドリング・モード”から“通常モード”に自動的に変更されるように構成した場合、“通常モード”への変更の前後における電流の変化の幅を小さくすることができ、モーター２への負担を小さくすることができる。また、“通常モード”に切り替わった後、短時間で、モーター２の回転数を、規定の回転数（気泡除去作業に適した回転数）まで上昇させることができ、作業者における操作性も良好である。このことは、停止中の自動車を発進させて規定速度に到達させる場合と比較して、低速走行中の自動車を規定速度に到達させる場合の方が、エンジンへの負担が小さく、規定速度に到達するまでの所要時間も短くて済むことと似ている。

尚、同一機種の複数のコンクリートバイブレータ１において、同一の条件でモーター２に駆動電力が供給された場合であっても、各制御手段８のドライバに実際に入力される電流の値には個体差が生じるため、制御手段８のドライバへの入力電流値を計測して振動筒４の状態を判定する際に、計測値と比較する基準値として、予め定めておいた固定値を用いた場合には、上記のような個体差によって誤判定が生じる可能性があるが、本実施形態においては、最新電流値と比較する基準値として、そのコンクリートバイブレータ１における直前の複数の計測値に基づいて算出した平均値を用いているため、個体差による影響を受けずに、振動筒４の状態を正確に判定することができる。

尚、本実施形態においては、周波数変換回路１０及び制御手段８のドライバによって変換されるモーター２の駆動電力の周波数が、“通常モード”では「３６０Ｈｚ」、“アイドリング・モード”では「２５０Ｈｚ」に設定されているが、この周波数に限定されるものではなく、採用されるモーター２の性能に応じて、適切な値（例えば、“通常モード”の周波数を「４００Ｈｚ」、“アイドリング・モード”の周波数を「３００Ｈｚ」等）に設定することができる。

また、本実施形態においては、制御手段８のドライバによって実行される制御手段８のドライバへの入力電流値の計測の間隔（単位時間）が「０．１秒」に設定されているが、より長い、或いは、より短い時間間隔で、入力電流値の計測が実行されるように構成してもよい。また、本実施形態においては、制御手段８のドライバによって実行される最新電流値と基準値との比較の間隔（単位時間）が、「０．５秒」に設定されているが、より長い、或いは、より短い時間間隔で、最新電流値と基準値との比較が実行されるように構成してもよい。

更に、本実施形態においては、振動筒４の状態を判定する際に、制御手段８のドライバに入力された電流の計測値等に基づいて算出した最新電流値と比較する基準値（第一基準値及び第二基準値）を、「１．４秒前の計測値から１．０秒前の計測値までの平均値」及び「０．９秒前の計測値から０．５秒前の計測値までの平均値」としているが、これらには限定されず、それら以外の過去の計測値の平均値を基準値として用いることもできる。また、本実施形態においては、「０．４秒前の計測値から最新の計測値までの平均値」を、基準値と比較する最新電流値としているが、これには限定されず、それら以外の計測値であって、基準値の算出に用いられた計測値よりも新しい複数の計測値の平均値、或いは、最新の計測値自体を、最新電流値として用いることもできる。

また、本実施形態においては、振動筒４の状態を判定する際に、最新電流値と基準値との比較値の絶対値と比較する閾値を、「０．３Ａ」としているが、より大きな、或いは、より小さい値に設定してもよい。更に、最新電流値と基準値との比較値の絶対値が閾値を下回る状態が継続した場合に、制御手段８のドライバが「振動筒４が空中に保持されている」と判定するために条件付けられている継続時間の基準時間が「６０秒」に設定されているが、より長い、或いは、より短い時間に設定してもよい。また、ユーザーが基準時間を自由に設定し、変更できるように構成してもよい。

１：コンクリートバイブレータ、
２：モーター、
３：偏心錘、
４：振動筒、
５：電源部、
６：スイッチ、
７：給電ケーブル、
８：制御手段、
９：保護チューブ、
１０：周波数変換回路

Claims (5)

1. モーター及び偏心錘を内蔵する振動筒と、モーターに駆動電力を供給する電源部と、駆動電力の供給と停止を切り替えるスイッチと、振動筒と電源部とを電気的に接続する給電ケーブルと、モーターの駆動電力を制御する制御手段とによって構成され、
   制御手段による制御下において、気泡除去作業に適した回転数でモーターを回転させる周波数の駆動電力がモーターに供給される通常モード、又は、通常モードよりも低い回転数でモーターを回転させる周波数の駆動電力がモーターに供給されるアイドリング・モードで運転されるように構成され、
   制御手段は、モーターが駆動している間、制御手段又はモーターに入力される電流の値を単位時間毎に計測し、その計測値をメモリに記録するとともに、制御手段又はモーターに入力された最新電流値を、過去の計測値に基づいて算出した基準値と比較して比較値を算出し、更に、前記比較値の絶対値を、予め設定された閾値と比較し、
   通常モードで運転されている場合において、前記比較値の絶対値が前記閾値を下回り、かつ、この状態が継続し、その継続時間が基準時間を超えた場合、運転モードがアイドリング・モードに変更され、
   アイドリング・モードで運転されている場合において、前記比較値の絶対値が前記閾値を上回った場合、運転モードが通常モードに変更されるように構成されていることを特徴とするコンクリートバイブレータ。
2. 制御手段又はモーターに入力された電流の最新の計測値と、その直前の複数の計測値との平均値を最新電流値とし、
   最新電流値の算出に用いられた複数の計測値よりも前に計測された複数の計測値の平均値を第一基準値とし、
   第一基準値の算出に用いられた複数の計測値よりも前に計測された複数の計測値の平均値を第二基準値とし、
   最新電流値と第一基準値とを比較して第一比較値を算出するとともに、最新電流値と第二基準値とを比較して第二比較値を算出し、
   第一比較値の絶対値と第二比較値の絶対値を、予め設定された閾値とそれぞれ比較することを特徴とする、請求項１に記載のコンクリートバイブレータ。
3. アイドリング・モードで運転される際に、空中で連続駆動させてもモーターが過熱状態とならない回転数でモーターを回転させる周波数の駆動電力がモーターに供給されることを特徴とする、請求項１に記載のコンクリートバイブレータ。
4. 前記閾値が、０．３〜２．０Ａの範囲内の値に設定されていることを特徴とする、請求項１に記載のコンクリートバイブレータ。
5. 通常モードで運転されている場合において、前記比較値の絶対値が前記閾値を上回る状態が継続している場合、及び、前記比較値の絶対値が前記閾値を一時的に下回ったが、その継続時間が前記基準時間を超えなかった場合、通常モードが継続され、
   アイドリング・モードで運転されている場合において、前記比較値の絶対値が前記閾値を下回る状態が継続している場合、アイドリング・モードが継続されることを特徴とする、請求項１に記載のコンクリートバイブレータ。

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