JPH0712449Y2 - 振動発生装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、パワーショベルのバケットその他振動を加
えることが有利な装置、例えば、振動ふるい装置、振動
送り装置、杭やくぎの振動打ち込み装置等に適用される
振動発生装置に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、パワーショベル等の掘削機械においては、その
掘削性能を向上させるために、振動を与える手段を設け
たものが知られている。

例えば、実開平１−69852号公報には、ショベル系掘削
機の掘削装置のバケットにおいて、掘削歯体をバケット
ボデーより独立させて同ボデーに揺動可能に軸支し、掘
削歯体に偏心マス機構を設け、偏心マス機構を回転させ
ることにより掘削歯体に振動を与えるよう構成された振
動掘削バケットが開示されている。

〔考案が解決しようとする課題〕

同公報に開示された振動掘削バケットにおいては、振動
発生装置として偏心マス機構を回転させる装置が使用さ
れている。したがって、（１）形状が大きく構成が大掛
かりであり、大きな取り付けスペースを要する、（２）
バケット部の加振反力を機械本体に伝えない、すなわち
遮断するための処置が大掛かりで難しいため、機械本体
へ振動が伝達され、耐久性の低下、オペレータへの悪影
響等を生じ、実用化を阻止している、等の解決すべき課
題を有する。

この考案は、上記のような事実に基づいてなされたもの
で、その主たる目的は、きわめてコンパクトでしかも高
周波数で振動することができる、改良された振動発生装
置を提供することである。

〔考案を解決するための手段〕

上記主目的を達成するため、この考案によれば、電気的
入力により特定方向に変形する変位素子と、一端が該変
位素子の該変形により駆動されるよう位置され、他端が
固定弁体内に設けられた変位増幅油室に連通されたベロ
ーズ式油密室と、一端が該変位増幅油室に面するよう該
固定弁体内に配置されたスプール弁と、該スプール弁の
両端に設けられた二つの圧縮ばねと、該固定弁体に設け
られた固定ピストンによって分けられた二つの油室を有
する振動体と、該スプール弁の往復移動により、圧油が
該振動体の該二つの油室内に交互に供給されて、該振動
体が往復移動させられるような油圧システムとが備えら
れ、該変位増幅油室の断面積は、該ベローズ式油密室の
断面積よりも所定比だけ小さく形成されたことを特徴と
する振動発生装置、が提供される。

〔実施例〕

以下、この考案に従って改良された振動発生装置の一実
施例を、添付図面により説明する。

第１図において、全体を符号２で示す振動発生装置は、
両端が開口した円筒状の本体４と、本体４の一端部に固
定されたカバー６とを有する。カバー６の一端は閉じら
れ、他端は開口している。カバー６内には、電気的入力
により特定の方向すなわちこの例では軸方向に変形する
変位素子、例えば圧電素子８が設けられている。圧電素
子８は、図示しない電気的入力手段に連結され、高周波
の電気信号がON・OFFして加えられるよう構成されてい
る。

カバー６内にはまた、ベローズ式油密室10が設けられて
いる。ベローズ式油密室10の一端は密閉されており、圧
電素子８の軸方向の変形を受けて駆動（軸方向変位）さ
れるよう、圧電素子８の端部に当接されている。またそ
の他端には、支持板12が固定されている。ベローズ式油
密室10は、支持板12を介して固定弁体14の一端フランジ
部に固定されている。ベローズ式油密室10及び固定弁体
14は、それぞれその支持板12及びフランジ部を介してカ
バー６及び本体４内に取り付けられている。

実質的に円柱形状をベースとして形成された固定弁体14
の軸心部には、フランジ側端部に開口するシリンダ15が
設けられ、このシリンダ15内にはスプール弁16が摺動可
能に挿入されている。スプール弁16は、軸方向に形成さ
れた四つの大径部（ランド部）と三つ小径部とから構成
されている。シリンダ15の、支持板12とスプール弁16の
一端部とで囲まれた部分には、変位増幅油室18が形成さ
れている。ベローズ式油密室10とこの変位増幅油室18と
は、支持板12に設けられた油路を介して連通されてい
る。変位増幅油室18の断面積は、ベローズ式油密室10の
断面積よりも、所定比だけ小さく形成されている。すな
わち、ベローズ式油密室10の端部に入力された変位量
は、所定の両面積比に応じて増幅された、変位増幅油室
18の変位量として与えられる。

なお、ベローズ式油密室10は、チェック弁11を有する貯
油路13を介してアキュムレータ17に接続されている。ベ
ローズ式油密室10内には、常時所定の封入圧力が加えら
れている。

スプール弁16の両端すなわち変位増幅油室18側とシリン
ダ15の閉じられた端部側（正確には、図示しない通路に
より大気に開放されている）には、それぞれ圧縮ばね20
及び22が設けられている。スプール弁16は、この圧縮ば
ね20及び22とにより規定のセット位置が保持される。ス
プール弁16の一端に作用するベローズ式油密室10内の封
入圧力とバランスさせるため、一方の圧縮ばね22の取り
付け荷重は、他方の圧縮ばね20のそれよりも高く設定さ
れている。スプール弁16とこの二つの圧縮ばね20及び22
とにより共振現象が得られるが、その共振周波数は、ス
プール弁16の質量と各圧縮ばね20及び22のばね定数を規
定することにより、適宜設定される。この共振周波数
は、変位素子８の入力周波数と一致するよう構成されて
いる。

固定弁体14のフランジと反対側の端部には、その中間部
より大径の固定ピストン24が一体に設けられている。本
体４の円筒部（シリンダ）内には、円筒状の振動体26が
軸方向に往復移動できるよう嵌合されている。振動体26
の一端部にはハンマー27が形成され、またその内部に
は、ハンマー27と反対側の一端に開口したシリンダ28が
形成されている。振動体26のハンマー27形成部は本体部
に対して小径に形成され、その間に段部が設けられてい
る。本体４の端部には小径部（ストッパ）が形成され、
この小径部にハンマー27形成部が嵌合されている。シリ
ンダ28は固定ピストン24に摺動可能に嵌合され、固定ピ
ストン24によって二つの油室30及び32に分けられてい
る。シリンダ28の開口した一端部は小径となって、固定
弁体14の中間部の外周面に摺動可能に嵌合されている。
シリンダ28の各摺動部には、図示しないシール手段が設
けられている。

振動発生装置２には、スプール弁16の往復移動により、
圧油が振動体26の二つの油室30及び32内に交互に供給さ
れて、振動体26が往復移動させられるような油圧システ
ムが設けられている。

すなわち、固定弁体14には、一端がそのシリンダ15内に
開口する圧油供給口34、排油口36及び37、負荷口38及び
40等の油路が形成されている。圧油供給口34は中央二つ
のランド部間に開口し、圧油供給源である油圧モータに
連結された圧油供給ライン42に接続されている。排油口
36は、左側二つのランド部間に開口し、油タンクに連結
された戻りライン44に接続されている。他の排油口37
は、右側二つのランド部間に開口し、油タンクに連結さ
れた戻りライン44に接続されている。負荷口38の一端
は、右から二つ目のランド部位置に開口し、他端は一方
の油室32に開口している。また他の負荷口40の一端は、
左から二つ目のランド部位置に開口し、他端は他方の油
室30に開口している。

次に、以上のように構成されたこの考案の一実施例の作
用を説明する。

図示しない電気的入力手段により、圧電素子８に電気信
号が入力（ON）されると、圧電素子８が軸方向（図の右
方）に変形（伸長）する。この変形によりベローズ式油
密室10が駆動され、その端部が同じ量だけ右方に変位す
る。内部に封入された圧油は、チェック弁11のチェック
作用で変位増幅室18内に流入し、圧縮ばね22のセット荷
重に打ち勝ってスプール弁16を右方へ変位させる（第２
図参照）。スプール弁16の変位量は、ベローズ式油密室
10の変位量に対して、ベローズ式油密室10と変位増幅室
18との面積比で増幅（拡大）される。圧電素子８の変位
量は微小（例えば20μ〜50μ）であるが、ベローズ式油
密室10及び変位増幅室18の断面が円であれば、直径比の
二乗でスプール弁16の変位量が増幅される。

スプール弁16の上記変位により、振動体26のシリンダ28
の油室30内の油は、負荷口40、シリンダ15、排油口36及
び戻りライン44を介して油タンクに戻される。また、他
の油室32内には、圧油供給ライン42、圧油供給口34、シ
リンダ15及び負荷口38を通して、圧油が供給される。振
動体26は、その段部が本体４のストッパに当接するまで
右方へ移動される（第２図参照）。

圧電素子８への電気信号がOFFされると、圧電素子８は
元の形状に戻るべく、逆方向（図の左方）に縮小する。
ベローズ式油密室10もこれに応じて元の位置に戻され
る。ベローズ式油密室10の戻り移動は、チェック弁11を
介してのアキュムレータ17からの圧油の流入及び圧縮ば
ね22のばね力によりサポートされる。ベローズ式油密室
10の戻り移動により、スプール弁16は左方へ変位させら
れる（第３図参照）。

スプール弁16の上記変位により、振動体26のシリンダ28
の油室32内の油は、負荷口38、シリンダ15、排油口37及
び戻りライン44を介して油タンクに戻される。また、他
の油室30内には、圧油供給ライン42、圧油供給口34、シ
リンダ15及び負荷口44を通して、圧油が供給される。振
動体26は、そのシリンダ28の端部が固定ピストン24の端
部にに当接するまで左方へ移動される（第３図参照）。

電気的入力手段を高周波でON・OFFすることにより、振
動体26は上記振動作用を繰り返す。振動体26のハンマー
27が高周波で振動して、振動発生装置としての出力を発
生する。スプール弁16と二個の圧縮ばね20及び22とで共
振現象が得られ、しかもその共振周波数を圧電素子８の
入力周波数に合わせることにより、入力よりも大きいス
プール弁16の変位（振幅）が得られる。

第４図は、上記振動発生装置２を、パワーショベルのバ
ケット46内に組み込んだ実施例を示すもので、上記振動
発生装置２は、バケット46の先端部であって、ティース
48の後部位置に収納されている。この場合、振動発生装
置２の振動体26はティース48に固定されている。したが
って、電気的入力手段を高周波でON・OFFすることによ
り、振動体26を介してティース48を高周波で振動させる
ことができる。バケット46の側部を利用して、振動発生
装置２の油圧ホース及びハーネス類50が配設される。

〔考案の効果〕

以上、一実施例に基づいて説明したこの考案によれば、
次のような効果が得られる。

（１）電気的入力により特定方向に変形する変位素子を
利用し、この変位を増幅することにより振動が発生する
よう構成されているので、きわめてコンパクトで、しか
も高周波数で振動することができる振動発生装置が得ら
れる。

（２）きわめてコンパクトに構成されているので、パワ
ーショベルのバケット先端部に設けられた爪（ティー
ス）付近に装着することが可能となった。

したがってこの例の場合、バケット部の加振反力の機械
本体への伝播を比較的簡単に遮断することができ、耐久
性が高く、オペレータへの影響が少ない振動発生装置が
得られる。

（３）上記（２）より、パワーショベルのバケットの振
動発生装置として実用化が可能となった。

（４）パワーショベルのバケットに限らず、特にスペー
ス上の制約が大きく、しかも高周波数の振動が要求され
る振動発生装置として広く適用される。

以上、この考案を、実施例に基づいて詳細に説明した
が、この考案は上記実施例に限定されるものではなく、
この考案の範囲内において、さまざまな変形あるいは修
正ができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この考案の一実施例を示す振動発生装置の断
面概略図。 第２図及び第３図は、それぞれ第１図の他の作動態様を
示す部分図。 第４図は、第１図に示す振動発生装置を備えたバケット
の断面概略図。 ２……振動発生装置 ８……圧電素子 10……ベローズ式油密室 14……固定弁体 16……スプール弁 18……変位増幅室 20、22……圧縮ばね 24……固定ピストン 26……振動体 27……ハンマー 28……シリンダ 30、32……油室 42……圧油供給ライン 44……戻りライン 46……バケット 48……ティース

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】電気的入力により特定方向に変形する変位
   素子と、一端が該変位素子の該変形により駆動されるよ
   う位置され、他端が固定弁体内に設けられた変位増幅油
   室に連通されたベローズ式油密室と、一端が該変位増幅
   油室に面するよう該固定弁体内に配置されたスプール弁
   と、該スプール弁の両端に設けられた二つの圧縮ばね
   と、該固定弁体に設けられた固定ピストンによって分け
   られた二つの油室を有する振動体と、該スプール弁の往
   復移動により、圧油が該振動体の該二つの油室内に交互
   に供給されて、該振動体が往復移動させられるような油
   圧システムとが備えられ、該変位増幅油室の断面積は、
   該ベローズ式油密室の断面積よりも所定比だけ小さく形
   成されたことを特徴とする振動発生装置。
2. 【請求項２】該変位素子が圧電素子により構成されたこ
   とを特徴とする請求項１記載の振動発生装置。