JPS6221093B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 工具またはその他の部材を駆動する装置であ
つて、 接続点で合致する２本の離反状脚を有する山形
材形状をなし、抑制された時に前記接続点を中心
に単振動節を生じるように且つ前記山形材の両端
が腹となるように形成した共振部材と、 前記一方の脚部が前記工具の打撃距離内に隣接
して置かれるように、前記山形材を前記接続点で
支持する手段と、 前記山形材の振動を少なくとも近共振振動させ
る駆動手段と、 からなり、当該駆動手段の駆動力を前記一方の脚
部が前記工具に対して周期的に駆動力を伝えるこ
とを特徴とする工具駆動装置。

２ 前記２本の脚が略90゜の角度で拡がつている
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
駆動装置。

３ 前記支持手段が、前記２本の脚の接続点で前
記山形材に接続され且つ横方向に突出する支持部
材と、該支持部材を軸支する手段とを含むことを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の駆動装
置。

４ 前記山形材支持手段を支持し且つ前記工具を
可動式に支持する側板をさらに含むことを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載の駆動装置。

５ 前記側板を支持する平行四辺形装置をさらに
含むことを特徴とする特許請求の範囲第４項に記
載の駆動装置。

６ 前記駆動手段が、前記山形材の他方の脚の端
部に接続された偏心錘式発振器を含むことを特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載の駆動装置。

７ 前記共振部材が、前記山形材の位置を固定す
るために、前記２本の脚の間に形成された角度を
略２等分する平面に沿つて前記接続点から突出す
る耳部を有することを特徴とする特許請求の範囲
第１項に記載の駆動装置。

８ 前記支持手段が、停止部材を有する側板を含
み、当該該停止部材に対して前記山形材の耳部が
旋回・当接することを特徴とする特許請求の範囲
第７項に記載の駆動装置。

９ 前記山形材の一方の脚の端部位置を調節する
ために、さらに前記耳部と前記停止部材との間に
詰め金を含むことを特徴とする特許請求の範囲第
７項に記載の駆動装置。

１０ 前記山形材の一方の脚の端部が厚くなつて
いることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
載の駆動装置。

１１ 前記２本の脚が真直ぐであることを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載の駆動装置。

関連出願についての説明 本出願は、本出願人による1978年５月12日付出
願の同時係属出願第905347号並びに1978年12月26
日付同時係属出願第973187号の一部継続出願であ
る。なお、本願には両同時係属出願の内容を参考
として十分に組み込んである。

発明の背景 本発明は、一般的には動力伝達機構装置、更に
具体的には縦引工具を土、岩石、またはその他の
大地物質内へと駆動するのに振動部材を使用する
ようにして成る機械装置に関するものである。

縦引工具を振動部材で駆動する機械装置は公知
のものである。例えば、ボーダイン特許即ち米国
特許第3336082号では、直線状共振材の下端部と
一体式の岩石縦引歯が開示されている。コツブ他
の特許即ち第3770322号及び第4003603号では、往
復運動を行うように取付けられた縦引工具が開示
されている。つまり、振動発生源と該工具を周期
的に殴打するハンマーとを非共振力伝達棒を介し
て連結してある。シヤツトー特許、即ち第
3633683号では、地面より上方に配設されたハン
マーによつて駆動される方式の回動形縦引工具が
開示されている。このハンマーは、振動発生源に
連結された直線状共振材の下端部に取付けられて
いる。伝動部材用支持体は地面の上方に、縦引工
具は地面の下方に配設するという条件があるた
め、その配置位置及びスペース取りに制約がある
から、縦引工具を効率的に駆動するための機械設
計は困難なものとなつている。

発明の要約 本発明では、往復動式に取付けられた縦引工具
が、縦引工具より小さい横方向寸法を有して成る
出力部を振動性望ましくは共振性の動力伝達部材
で駆動されるようにしてある。この共振性伝動部
材の支持状態は、その出力部が地面より下方にあ
つて且つ縦引工具の切削面の極く近傍に位置する
ようにしてある。縦引工具の横方向厚みは、大地
物質を共振性伝動部材出力部の通路から外向き遠
方にそらすのに役立つ。望ましくは、縦引工具の
細い部分は、その切削面が大地物質を切削する垂
直導入用刃を中央に具備し、動力伝達部材から外
向き遠方にそらすように切削面を上方に位置する
ようにする。

本発明の特徴の１つは、単節（Single node）
を有する共振性伝動部材である。この伝動部材を
支持するに際しては、上記単節を地面より上方に
位置付けると共に、伝動部材出力部を地面より下
方且つ縦引工具切削面の近傍に位置付けるように
してある。単節形共振性動部材を使用したことに
より、ある一定の工具駆動行程に必要とされる共
振性部材の縦方向スペースを減少できるようにな
つた。

本発明のもう１つの特徴は、工具と伝動部材出
力部間に配設された工具ストツパー（停止部材）
で、これによつて振動力と牽引力の相対的大きさ
とは無関係に保護ギヤツプを維持できるようにな
つた。工具は、該停止部材によつて後退運動を制
限されるから、伝動部材出力部の中立位置に達す
ることができないようになつている。望ましく
は、工具ストツパーと伝動部材用支持体のいずれ
か一方または双方に詰め金を挿入して保護ギヤツ
プ幅を正確に設定するのがよい。

【図面の簡単な説明】

本発明を実施する上で最適と思われる具体的実
施例の諸特徴は添付図面に示してある。

第１図は、一部分が切除された本発明の工具駆
動装置の部分切取側面図である。第１Ａ図は第１
図の一部分の拡大図である。第２図は第１図の装
置の左方作動部の平面図である。第３図は第１図
の線３−３に沿つて切られた部分断面図である。
第４図は第１図の線４−４に沿つて切られた部分
断面図である。第５図は本発明の工具駆動装置の
動作特性を示すグラフである。第６図は第３図の
装置を幾分修正したものの部分断面図である。第
７図は第１図の装置の一部分の代替例の側面図で
ある。

具体的実施例の詳細な説明 本発明の目的は、工具駆動装置に振動性部材を
採用し、而も梁材またはその他の伝動部材の振動
を、本装置作動中に加えられるその他の各種の力
とは無関係に維持できるようにすることである。
この目的を達成するため、縦引工具を、概ね標準
的なトラクタの形をした移動搬送体の後部に調節
可能に支持された工具フレームを基点として旋回
運動を行えるように支持すると共に、該旋回式支
持体をトラクタの移動方向に概ね横向きに配置し
て、工具がトラクタ運動の全体方向に沿つて前後
に回動できるようにしてある。工具フレームは、
その調節可能な支持体を介して上下に移動できる
ようにしてあり、下降時は、縦引工具がその作業
対象である土またはその他の物質の表面より数フ
イート下方に位置できるようになつている。

縦引工具に大地掘削往復運動を伝達するのに、
共振性部材を使用しており、更に具体的には、工
具フレームの両側板に支持された旋回式支持体を
起点として角度関係に支持された一対の脚部を有
する山形材の形状を成す部材であつて、而も一方
の脚部が概ね垂直方向下向きに突出して縦引工具
の後面近傍に位置し、他方の脚部が一方の脚部か
ら約90度の開先角度で、従つてフレーム両側板間
を概ね水平方向前方に突出していて、その先端部
が山形材の共振振動を付勢する音響発生装置、偏
心錘式発振器、またはその他の部材に結合するよ
うにして成る部材を使用している。このため、旋
回式支持体は中央節位置に位置するから、支持フ
レームに振動が逆伝達されることは殆んどない。
山形材の横方向寸法を縦引工具のそれより小さい
ものにしてあるため、山形材は、縦引工具で掘削
する土またはその他の物質の表面より下方に位置
することができ、而も工具の作業を邪魔すること
もない。

山形材にはその節位置から上方に短い耳部を突
設して両側板間に配設された停止部材の近傍に配
置してあり、従つて山形材のそのピボツト棒を中
心とした一方向への旋回運動を限定できるように
してある。詰め金またはその他の部材を使用し
て、耳部の詰め金結合位置を調整することがで
き、従つて共振性山形材の中立位置、更に具体的
には工具と結合するその下方部の位置を限定する
ことができるようになつている。工具の方は、限
定中立位置では、後方旋回して山形材の隣接部と
接触するようなことがないよう、調整詰め金付停
止部材で制約するようにしてある。このようなわ
けで、縦引工具への圧力の如何に拘わらず、共振
性（山形）部材は、音響発生装置、偏心錘式発振
器、またはその他の部材によつて適切に付勢して
やると、その共振振動に従つて各方向に旋回する
ことができ、而も当該山形材を締付ける可能性は
全くない。

さて、第１図及び第２図について説明すると、
縦引工具アセンブリイ１０を概ね通常のトラクタ
１２の後部に取付け、該トラクタを離隔状無限軌
道部１４の形をした移動支持部材で支持し、該支
持部材を通常のかじ取装置１６で定められる前方
に移動できるものとし、このかじ取装置を運転席
１８に着席した運転手が適当な隣接状制御桿２０
に接近できるものとすると共に、かじ取り操作は
もちろん、通常のエンジン２２から動力を無限軌
道部に伝達し且つまた縦引工具アセンブリイ１０
の幾つかの流体圧部材に連結された流体圧ポンプ
３８及び７４を付勢することができるようにして
ある。なお、この点については後で詳しく述べる
ことにする。

トラクタ１２の後部に重い板を取付け、これ
に、その横方向に離間された概ね平行な位置で一
対の平行四辺形装置（ユニツト）２６を支持させ
てあり、各装置２６にはトラクタ後部上に剛性の
垂直脚２８を具備させ、該脚の上下両端部には、
それぞれ旋回式に支持された脚３０及び３２を支
持させるようにしてある。脚３０，３２は後方に
突出していて、夫々その後端部では各平行四辺形
装置２６の後方垂直脚３４の上端部及び下端部を
旋回式に支持している。後方垂直脚３４の下端部
と前方垂直脚２８の中央部との間に、横棒３１及
び別設の横棒（図示せず）を介して複動形流体圧
ラム３６を旋回式に連結してあり、これによつ
て、運転手の操作によつて上記ポンプ３８から流
体圧流体を流出させた場合、平行四辺形装置の後
方垂直脚の上下運動を行なうことができるように
なつている。

平行四辺形装置２６の両後端部間に剛性横部材
４０，４２を横方向に延設し、その上下両部の中
央部に概ね垂直なピボツトピン４８，５０と心合
せされたブラケツト４４，４６を取付けてある。
ピン４８，５０はブラケツト５２，５４内の心合
せ穴を貫通するようにしてあり、またこれらのブ
ラケツトは縦引工具１０の側板５６を固定してあ
る。従つて、縦引工具アセンブリイ１０は、ピン
４８，５０で限定される略垂直軸を中心として旋
回してトラクタ１２の移動運動を吸収することが
できる。

側板５６は離間平行状態で平行四辺形装置２６
から後方に延設してあり、その間に、縦引工具６
０を前後両方向に旋回運動を行える状態で支持す
る水平ピボツトピン５８を含む幾つかの部材を支
持させてある。縦引工具６０は概ね通常の形状を
有している。つまり、長いシヤンク部６０ａを支
持用ピボツトピン５８から概ね垂直方向下向きに
延設し、その下端部には前方に角度式に突出した
歯部６０ｂを設けてある。保持ピン６０ｄで歯部
６０ｂをシヤンク部６０ａの端部に固定状態で保
持してある。第４図に示すように、シヤンク部６
０ａの前面は収束していて中央位置の、垂直な、
進み側の楔形突縁部６０ｃを形成しており、これ
は大地を掘削するのに役立つものである。なお、
ここで銘記しておきたい点は、図中では１つの縦
引工具６０を示しているが、所望とあれば、各々
同様の形状を有する一群の工具を並設することも
できる、ということである。平行四辺形装置を作
動位置へと下降させた場合、工具６０は、第１図
に示すように、地面またはその他の表面の下方に
数フイートに亘り入り込み、工具駆動装置の適切
な作動並びにトラクタの前方移動に応じて縦引作
業を行うことができるようになつている。なお、
この点に関しては後で詳細に説明する。

縦引工具６０は完全に旋回自在であつて、前方
に回動して作業対象の土またはその他の物質と接
触するようになつているが、本発明では、取外し
式詰め金６３を備えた停止部材６２をフレームの
両側板間５６に配設して、その後方運動を後述の
特定位置即ち機械の通常の作動を邪魔しない位置
に限定するようにしてある。

工具駆動装置には、中実鋼またはその他の弾性
材料で作られ、接続点から約90度または類似の角
度で末広状通路に沿つて伸長する一対の直線状一
体的脚部を備えた山形材の形をした共振性伝動部
部材６４の両脚部は、第１図に示すように、長さ
が同じで垂直端部の厚さが大きくなつているのが
望ましく、これによつて、縦引工具６０による打
撃領域の容積が大きいハンマを形成することがで
きる。停止部材６２には剛性棒を具備してあり、
これを、縦引工具６０と共振部材６４垂直端部の
休止位置との間で、縦引工具アセンブリイ１０の
両側板５６に固定してある。

共振山形材６４を取付けられるよう、該山形材
の脚部接続点から外方に、即ち脚部間角度を２等
分する方向に一体状耳部７６を突設してある。こ
こで使用している「一体状」という言葉の意味
は、共振部材６４全体、即ち脚部と耳部７６は一
体構造の単一体として鋳造または鍛造するという
ことを指すものである。両平行板６５は熔接など
によつて耳部７６の両側に結合してある。この平
行板６５内に山形材の接続点と心合せした穴を穿
設し、これに該板６５に熔接またはその他の方法
で結合した短軸６６を受容させる。この軸６６は
ブツシング６７で旋回自在に支持し、該ブツシン
グは側板５６に支持された硬質ゴム製ハブ６９内
に取付けてある。従つて、山形材に対しては旋回
式支持体を設けてあるが、該支持体は幾分撓性の
あるものであつて、而も当該山形材６４の共振振
動を邪魔することは全くないものである。

作動位置では、共振山形材６４の一方の脚部は
概ね垂直に伸長し、その下端部即ち拡大厚み部が
縦引工具６０の下端部後面の極く近傍に位置して
いて、山形材の作動に応動して縦引工具後面に周
期的な連続殴打を繰返すようになつており、その
結果、歯部６０ｂを隣接の土またはその他の大地
物質内に繰返し打込むことができる。山形材６４
の工具と結合している部分は歯部６０ｂ近傍の地
面より下方にあつて、歯部に最適圧力を伝達でき
るようになつている。従つて、第１図に示すよう
に、山形材６４の工具結合部は軌道部１４より下
方に位置している。第４図に示すように、共振山
形材６４の下端部の横方向即ち側方寸法は隣接の
縦引工具６０の寸法より小さい。そのため、土を
工具で除去した後では、土と山形材の接触は殆ん
ど発生しない。縦引工具６０による土の外方への
除去は、移動除雪シヨベルでその通路から雪を排
除するのと同じである。

共振山形材６４を付勢して共振振動を生じさせ
るようにある装置を設けてあるが、これは、望ま
しくは、本願中にその内容を参考として十分に組
込んである1978年12月26日即ち本願と同一日付の
同時係属出願第973161号に示してあるような音響
発生装置または偏心錘式発振器６８の形をしたも
のとするのがよい。発振器６８は共振山形材の水
平脚端部に連結されていて、ベルト伝動７１を介
して流体圧モータ７０によつて作動される。モー
タ７０は側板５６の一方に連結していると共に流
体圧ポンプ７４に流体連通式に連結していて、運
転手の制御によつて作動されるようになつてい
る。発振器６８をモータ７０で駆動すると、偏心
錘が、普通毎秒約100サイクルの山形材６４の共
振周波数でまたはその近傍の周波数で回転する。

特に注意して頂きたい点は、この形の共振山形
材６４は中央部に唯一つの節しか有していない。
即ち、該山形材を図示の接続点では振動しないよ
うに支持した場合該山形材６４の角度を２等分す
る直線に沿つた山形材接続点と耳部７６上には唯
一つの節しかない、ということである。山形材の
両脚はこの単節を中心として共振し、波腹は両脚
の両端に形成される。各脚に比較的長いレバー・
アームを付設してあり、その結果、行程を、特に
工具作動用脚の下端部の行程を相当長いものにす
ることができ、而も共振部材または共振山形材の
縦方向寸法を余り長くしないで済むようになつ
た。例えば、脚長がせいぜい５フイートの山形材
であつても、その周期的往復行程によつて１イン
チまたはそれ以上の縦引工具に近い出力振幅を得
ることができる。更に、単節と関連の単節支持構
造体は、先出の同時係属出願に記載されているよ
うな２節形直線状共振材と比較して、山形材の両
端部からはるかに大きな間隔を取つて配置されて
いる。これは、節支持体を地面より上方に位置付
け、且つ縦引工具を地面より下方に位置付けなけ
ればならない縦引装置にあつては重要な点であ
る。その上、山形材の両端部は互いにある角度を
成しているから、第１図に示すように、音響発生
装置は、工具の位置する平面から相当の距離離れ
た平面上に位置している。

共振山形材６４は発振器６８の重量によつて押
圧されて、第１図に示すように、ピン５８を中心
として時計方向に旋回または回転する。停止部材
７８を両側板５６に結合すると共に、第１図に示
すように、時計方向回転の通路上にある耳部７６
の端部に隣接した状態で両側板間に延設してあ
る。耳部７６に面する停止部材７８の表面に取外
し式詰め金８０を装着してある。このように、停
止部材７８に詰め金を装着したことにより、工具
６０に隣接する共振山形材６４端部を所望の位置
に配置することができ、普通は山形材をその中立
位置にした場合にはその垂直脚を鉛直方向にす
る。山形材の中立位置とは、休止位置、即ち共振
していないかあるいは偏向されていない場合の位
置のことである。

発振器６８は、作動中、水平脚の端部に山形材
６４の共振周波数またはその近傍の周波数の往復
力を加える。共振山形材６４が共振する場合に
は、その脚接続点即ち単節は静止したまゝであ
り、その垂直脚の端部は前後に往復運動を行な
い、その前方運動毎に工具６０を殴打する。共振
山形材６４の垂直脚端部と工具６０との間に可変
ギヤツプを形成するようにしてある。つまり、フ
レームの連続前進運動とは無関係に、垂直脚往復
動の前方運動時はギヤツプが閉じ、後方運動時は
ギヤツプが開くようにしてある。

縦引工具６０は、掘削通路（work path）と成
る土中を移動する掘削工具である。縦引工具アセ
ンブリイ１０は工具保持体または搬送体の働きを
する。該アセンブリイにはトラクタ１２が掘削通
路に平行な連続状単向力を加えるようになつてい
る。発振器６８は往復力を発生するが、その少な
くとも１成分は掘削通路に平行に作用する。共振
山形材６４は伝動部材であつて、その水平脚の端
部が発振器の往復力を受容する入力部を成し、垂
直脚端部が工具に往復力を伝達する出力部を成
す。工具は、トラクタ１２によつて加えられる連
続状単向力と発振器６８によつて加えられる往復
力に応動して掘削通路上を間欠的に前進する。

共振山形材６４の中立位置と工具６０間には停
止部材６２及び７８によつて最小保護ギヤツプが
形成されている。その結果、工具６０が、動かし
得ない物体に出会いそれ以上前進できなくなつた
場合でも、トラクタ１２は前進し続け、工具６０
が停止部材６２に衝合するまで前進し続ける。換
言すれば、工具６０は山形材出力部の中立位置に
達することのないようその後方への運動を停止部
材６２で制限されている。従つて、山形材垂直脚
端部は、工具６０が移動不可能物体に出会つた場
合でも工具６０によつて締付けられる可能性はな
く、縦引工具アセンブリイの各部品を破壊する可
能性もない。先出の同時係属出願では、工具が移
動不可能物体に出会つた場合、梁材（伝動部材）
出力部と工具間に保護ギヤツプを達成するのに別
の方法を開示してある。即ち、移動搬送体によつ
て与えられる連続状単向力より大幅に大きい発振
器往復力を使用する方法を開示してある。しか
し、シヨベル・バケツトや岩石縦引装置のような
移動搬送体で非常に大きな連続単向力を加えるこ
とを条件とする多数の適用例においては、ギヤツ
プを達成するのに十分な発振器往復力を先出の同
時係属出願に記載の方法で発生させることは実際
的でない。

縦引工具アセンブリイ１０の各部品の製造並び
に組付けの際、該部品間の相対空間位置に多少の
変化が生じるのは避けられないから、最小保護ギ
ヤツプの長さは、機械毎に、停止部材６２上の詰
め金６３及び停止部材７８上の詰め金８０で調節
できるようにしてある。停止部材６２及び７８の
双方に詰め金をする代りに、いずれか一方だけに
詰め金を入れてても最小保護ギヤツプを形成する
ことが可能である。代表的な例の１つでは、山形
材出力部のピーク・ピーク行程を２インチに、最
小保護ギヤツプを４分の１インチにした場合、山
形材出力部の動力行程は４分の３インチになるで
あろう。最小保護ギヤツプは、工具の移動不可能
物体遭遇時に共振を停止させないために必要な大
きさ以上にしてはならない。なぜなら、ギヤツプ
が大きくなればなるほど、動力行程はそれだけ小
さくなる。即ち工具に接触する山形材出力部行程
部はそれだけ小さくなるからである。

共振山形材６４を、その接続点を本願に開示の
ように振動を制約することをしないでその周波数
またはその近傍の周波数で駆動する場合には、該
山形材には、直線状共振材の場合と同様に、その
両端に２つの節を具備させる。場合によつては、
山形材は、その接続点ではなくてこれら２つの節
で支持することによつて、このような方法で、即
ち２つの節で作動させるのが望ましいこともあ
る。

停止部材６２及び７８の縦引工具アセンブリイ
１０保護法を説明するに際し、第５図を参照され
たい。本図において、中央水平線Ｎは共振山形材
６４更に具体的にはその出力部の中立位置を表わ
し、その上方に離隔された水平点線Ｓは、縦引工
具６０が停止部材６２と結合した場合該工具によ
つて達成可能な最後方位置を表わしている。Ｎと
Ｓ間の距離は最小保護ギヤツプを表わす。共振山
形材６４出力部の通常共振振動は、Ｒで示してあ
る実線正弦波で表わしてある。工具は、非常に硬
い物質に出会つてそれ以上前進できない場合は、
停止部材６２に衝合し、点線正弦波R′で示して
あるように、山形材出力部の行程を最小保護ギヤ
ツプ即ち中立位置の前後位置に等しい量に限定す
るようになつている。この限定行程は、山形材６
４の共振を維持し、従つてアセンブリイの破壊を
防止するのに十分なものである。

上記実施例、特に第３図に示すように、短軸６
６を板６５に短距離で結合してあるため、支持力
が比較的弱い。この点に鑑み、第６図に示すよう
な多少修正を加えたより強力な取付構成を使用す
ることもできる。図示のように、平行な側板８２
を山形材８５の脚接続点に構成された外方突出状
耳部８４に熔接結合すると共に、共振山形材８５
の内縁部を通り越して該山形材の両側に隣接状に
突出させて管８６を心合せ穴内に支持させるよう
にしてある。管８６で単軸８８を支持し、該軸を
ブツシング９０と、フレーム側板９４内のゴム製
ハブ９２で装着する。管８６と山形材８５は軸８
８に固定してあり、該軸はブツシング内でフレー
ム側板９４を中心として回転することができる。

本明細書中ではこれまで工具駆動装置を、特に
縦引工具に関して記載してきたが、当該装置は、
先出の同時係属出願に全体を示してあるタイプの
切断用刃、並びにシヨベル・バケツトや操作に際
し相当の力を必要とする各種のその他の部材など
にも適用できるものであることは明らかである。
従つて、「工具」という言葉は広義に解釈すべき
ものである。

上記の本発明の実施例は単に本発明の望ましい
もの即ち例証に過ぎないものであつて、本発明の
範囲はこの実施例に限定されるものではない。当
業者であれば、本発明の精神並びに範囲を逸脱す
ることなく多種多様な変更例を案出できる。例え
ば、共振部材の方が好ましいものではあるけれど
も、場合によつては非共振性伝動部材を使用して
も利点を得られることがあろう。更に、地面より
上方に位置する単節を備えた共振部材の利点は、
該部材の出力部が工具を地面より上方の位置から
殴打する場合に得ることができる。