| 【発明の名称】 |
振動発生装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】坂本 幸男
【氏名】村井 俊和
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| 【要約】 |
【課題】ピストンが大きな外力を受けた場合でも所定のストロークで確実に振動し、効率を向上させることができる振動発生装置を提供する。
【解決手段】制御弁７が切換弁８のスプール９のパイロット受圧面９ｂにパイロット圧を供給しない中間位置にあるときに、切換弁８の現在位置である第一の切換位置または第二の切換位置をそれぞれそのまま保持する自己保持手段を設ける。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】振動発生装置のボディ内に往復動自在に設けられ、受圧面積の小さな第一の受圧面とその受圧面より大きな受圧面積の第二の受圧面とを有するピストンと、前記ピストンの第一の受圧面側に位置して前記ボディ内に画成され、油圧源に接続された第一の油室と、前記ピストンの第二の受圧面側に位置して前記ボディ内に画成された第二の油室と、油圧パイロット部に給排される作動油のパイロット圧に応じて、前記第二の油室を前記第一の油室に連通させて前記ピストンを第一の油室側に移動させる第一の切換位置と、前記第二の油室をタンクに連通させて前記ピストンを第二の油室側に移動させる第二の切換位置とに選択的に切換わる油圧パイロット式切換弁と、前記ピストンに連動して作動し、前記ピストンが前記第一の油室側に移動して所定位置に達すると前記油圧パイロット式切換弁のパイロット圧を低圧として該切換弁を前記第二の切換位置に切換え、前記ピストンが前記第二の油室側に移動して所定位置に達すると油圧源からの油圧を前記油圧パイロット式切換弁のパイロット圧として作用させて該切換弁を第一の切換位置に切換える制御弁とを備えた振動発生装置において、前記制御弁が前記切換弁のパイロット部にパイロット圧を供給しない中間位置にあるときに、前記切換弁の現在位置である第一の切換位置または第二の切換位置をそれぞれそのまま保持する自己保持手段を設けたことを特徴とする振動発生装置。
【請求項２】請求項１の振動発生装置において、前記自己保持手段は、前記切換弁のスプールの摺動孔の内壁に設けられ、油圧源に連通可能な高圧ポートおよびタンクに連通可能な低圧ポートと、前記切換弁のスプールの中間部に設けられ大径部、並びに該大径部とスプールの端面のパイロット受圧面を有する大径部との間に設けられ、該スプールに設けられた油孔により前記パイロット受圧面に連通させた小径部と、前記制御弁のスプールに設けられ、前記高圧ポートに通じる油路と前記低圧ポートに通じる油路をそれぞれ連通、遮断する油路制御部とからなり、前記切換弁のスプールのパイロット受圧面が高圧の作動油を受けた第一の切換位置にあるときは、前記切換弁のスプールの小径部は前記高圧ポートに対向すると共に、前記油路制御部は前記高圧ポートにつながる油路を開放し、前記ピストンが移動して、前記制御弁が前記切換弁を反転させる制御位置になれば、前記油路制御部は前記高圧ポートにつながる油路を閉じると共に前記パイロット圧を低圧として前記切換弁を反転させ、前記切換弁のスプールのパイロット受圧面が低圧の作動油を受けた第二の切換位置にあるときは、前記小径部は前記低圧ポートに対向するとともに、前記油路制御部は前記低圧ポートにつながる油路を開放し、前記ピストンが第二の油室側に移動して、前記制御弁が前記切換弁を反転させる制御位置になれば、前記油路制御部は前記低圧ポートにつながる油路を閉じると共に前記パイロット圧を油圧源からの油圧である高圧として前記切換弁の切換位置を反転させる構成としたことを特徴とする振動発生装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば土木建設機械に装備され、地固め作業、耕地の除礫作業、杭の打込み・引抜き作業、または破砕作業等を行うための振動を発生させる場合に好適に用いられる振動発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】上記各種作業を行う場合、作業装置の先端側に振動発生装置を取付けることにより、作業の能率向上が達成できることが知られている。振動発生装置としては種々の形式が知られているが、自己圧を用いて自励的に振動を発生させる振動発生装置として例えば特開２０００-３７６６１号公報に記載のものがある。
【０００３】該公報記載の振動発生装置は、往復動させるピストンをボディから一部突出させて設け、該ピストンは片面の面積の小さい第一の受圧面を常時油圧源側の第一の油室に位置させ、反対側の面積の大きい第二の受圧面は、第二の受圧面の油室に連通させるかあるいはタンクポートに連通させるかによって往復動させるものであり、この切換えは、ボディ内に設けた切換弁のスプールの移動により行う。この切換弁の切換は、ピストンに連動する制御弁の動きによる切換弁への油圧源からのパイロット圧の作用とパイロット圧の消失によってなされる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来の振動発生装置においては、切換弁へのパイロット圧が消失した第二の切換位置に切換えられた際に、ピストンが大きな抵抗負荷を受けた状態にあると、切換弁のスプールが第二の切換位置に切換わった直後にピストンが抵抗負荷により急激に押し戻されて制御弁のスプールが中立位置となり、このため、切換弁のスプールは、高圧のパイロット圧が作用した位置である第一の切換位置と、パイロット圧が消失した第二の切換位置との間の切換途中の位置に保持されてしまう可能性がある。
【０００５】切換弁のスプールがこのように切換途中の位置に保持されると、切換弁のスプールは第二の油室からタンクポートに流れる作動油の急速な流れによる流体力の影響を受け、閉じようとする力を強く受ける。これに加え、振動動作に伴う作動油の脈動の影響により、制御弁のスプールが第二の切換位置に切換わる前に切換弁のスプールが一瞬でも第一の切換位置に切換わってしまうとピストンは元の位置に戻ってしまう。
【０００６】つまり、ピストンは規定の振動ストロークよりも小さなストロークとなってしまい十分な振動が得られない可能性がある。また、切換弁のスプールが途中位置にあっても、ピストンの振動動作は行われるが、その場合でも切換弁を作動油が通過するのに十分な開口が得られないので、大きな圧力損失を生じ、その結果、ピストンの動作が遅くなり、効率も悪くなる。
【０００７】本発明は、上記問題点に鑑み、ピストンが大きな外力を受けた場合でも所定のストロークで確実に振動し、効率を向上させることができる振動発生装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１の振動発生装置は、振動発生装置のボディ内に往復動自在に設けられ、受圧面積の小さな第一の受圧面とその受圧面より大きな受圧面積の第二の受圧面とを有するピストンと、前記ピストンの第一の受圧面側に位置して前記ボディ内に画成され、油圧源に接続された第一の油室と、前記ピストンの第二の受圧面側に位置して前記ボディ内に画成された第二の油室と、油圧パイロット部に給排される作動油のパイロット圧に応じて、前記第二の油室を前記第一の油室に連通させて前記ピストンを第一の油室側に移動させる第一の切換位置と、前記第二の油室をタンクに連通させて前記ピストンを第二の油室側に移動させる第二の切換位置とに選択的に切換わる油圧パイロット式切換弁と、前記ピストンに連動して作動し、前記ピストンが前記第一の油室側に移動して所定位置に達すると前記油圧パイロット式切換弁のパイロット圧を低圧として該切換弁を前記第二の切換位置に切換え、前記ピストンが前記第二の油室側に移動して所定位置に達すると油圧源からの油圧を前記油圧パイロット式切換弁のパイロット圧として作用させて該切換弁を第一の切換位置に切換える制御弁とを備えた振動発生装置において、前記制御弁が前記切換弁のパイロット部にパイロット圧を供給しない中間位置にあるときに、前記切換弁の現在位置である第一の切換位置または第二の切換位置をそれぞれそのまま保持する自己保持手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】このような自己保持手段を設ければ、ピストンが大きな抵抗負荷等の外力を受けた場合でも、切換弁は自己保持手段により所定の切換位置に確実に切換わり、ピストンの誤動作を防止でき、所定の振動ストロークで確実に振動する。
【００１０】請求項２の振動発生装置は、請求項１において、前記自己保持手段は、前記切換弁のスプールの摺動孔の内壁に設けられ、油圧源に連通可能な高圧ポートおよびタンクに連通可能な低圧ポートと、前記切換弁のスプールの中間部に設けられ大径部、並びに該大径部とスプールの端面のパイロット受圧面を有する大径部との間に設けられ、スプールに設けられた油孔により前記パイロット受圧面に連通させた小径部と、前記制御弁のスプールに設けられ、前記高圧ポートに通じる油路と前記低圧ポートに通じる油路をそれぞれ連通、遮断する油路制御部とからなり、前記切換弁のスプールのパイロット受圧面が高圧の作動油を受けた第一の切換位置にあるときは、前記切換弁のスプールの小径部は前記高圧ポートに対向すると共に、前記油路制御部は前記高圧ポートにつながる油路を開放し、前記ピストンが移動して、前記制御弁が前記切換弁を反転させる制御位置になれば、前記油路制御部は前記高圧ポートにつながる油路を閉じると共に前記パイロット圧を低圧として前記切換弁を反転させ、前記切換弁のスプールのパイロット受圧面が低圧の作動油を受けた第二の切換位置にあるときは、前記小径部は前記低圧ポートに対向するとともに、前記油路制御部は前記低圧ポートにつながる油路を開放し、前記ピストンが第二の油室側に移動して、前記制御弁が前記切換弁を反転させる制御位置になれば、前記油路制御部は前記低圧ポートにつながる油路を閉じると共に前記パイロット圧を油圧源からの油圧である高圧として前記切換弁の切換位置を反転させる構成としたことを特徴とする。
【００１１】このように、切換弁が第一の切換位置にあるときは、ピストンが第一の油室側の所定位置に移動するまでは、付加されたパイロット機構により、切換弁のパイロット受圧面にパイロット圧が確実に作用し続ける。反対に、切換弁が第二の切換位置にあるときは、ピストンが第二の油室側の所定位置に達するまでは、付加されたパイロット機構により、切換弁のパイロット受圧面が低圧を持続し、切換弁が確実に切換わり、これに伴い、ピストンも所定のストロークで確実に振動する。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は本発明による振動発生装置の一実施の形態を示す断面図であり、図１において、１は振動発生装置のボディであり、該ボディ１内には振動を発生させるためにピストン２が往復動自在に設けられる。３は該ピストン２の第一の受圧面２ａに固着される大径ロッドで、該大径ロッドの先端はボディ１から外部に突出して、例えばダンパ等の地固め作業用の作業具等（図示せず）が連結されるようになっている。４は前記大径ロッド３より径の小さい小径ロッドであり、その基端側がピストン２の第二の受圧面２ｂの中心部に固着されている。該小径ロッド４は後述の制御弁７のスプールとなる。
【００１３】５は第二の受圧面２ｂより受圧面積の小さい第一の受圧面２ａ側のボディ１内に画成された第一の油室であり、該第一の油室５は、油路１５を介して油圧源５０に接続される油圧原ポート４９に連通し、常時高圧油が供給される。６はボディ１内の第二の受圧面２ｂ側に画成された第二の油室で、該第二の油室６は、油路１８を経由して後述の油圧パイロット式切換弁８の摺動孔１２に連通している。
【００１４】前記切換弁８のスプール９は、中間部に小径部９ａ、９ｊとその間の大径部９ｉを有し、図面上左端にはパイロット圧を受ける受圧面９ｂを有する大径部９ｃを有し、右側に前記第二の油室６と第一の油室５とを連通または遮断するための大径部９ｄを有する。前記大径部９ｉは、前記第二の油室６とタンクポート２１との連通、遮断の役目と、前記高圧ポート２８の遮断、開放の役目を果たす。
【００１５】９ｅは右側の大径部９ｄの図面上右側の受圧面の受圧面積を左端のパイロット圧の受圧面９ｂより小さくするためのロッドであり、該ロッド９ｅはボディ１に設けた孔１４内に液密に嵌合され、孔１４内は、スプール９に軸方向に設けた油孔９ｇと大径部９ｉに半径方向に設けた油孔９ｈを介して、油タンク５１につながるポンプポート２１に常時連通している。
【００１６】前記小径部９ｊの外周の油室とパイロット受圧面９ｂとの間は、軸方向に設けた油孔９ｋと小径部部９ｊに半径方向に設けた油孔９ｌにより連通している。切換弁８のスプール９の摺動孔１２の内壁には、油圧源ポート４９に油路２６を介して連通可能な高圧ポート２８と、タンクポート２１に油路２７を介して連通可能な低圧ポート２９を設けている。スプール９の端部の大径部９ｃは前記低圧ポート２９を遮断、開放する役目を果たす。
【００１７】制御弁７のスプール４には、小径部４ａの両側に大径部４ｂ、４ｃを有する。該スプール４の摺動孔２２の内壁には、前記切換弁８のパイロット圧の受圧面９ｂに油路２０を介して連通するパイロットポート１１と、スプール４の位置により該パイロットポート１１に対して連通または遮断される低圧ポート１０と、前記油圧源ポート４９に対して油路１６を介して連通する高圧ポート１３とが形成されている。
【００１８】また、前記スプール４には、高圧ポート２８、低圧ポート２９にそれぞれつながる油路２６、２７を連通、遮断する小径部４ｄ、４ｅとその間の大径部４ｆが設けられ、これらにより油路制御部を構成する。
【００１９】この振動発生装置の動作を図１ないし図３により説明する。図１に示すように、切換弁８のスプール９の位置が図面上右端、すなわち第一の切換位置にあるときは、受圧室５、６は、油路１７、摺動孔１２、油路１８を通して連通する。また、第二の油室６とタンクポート２１とは、切換弁８のスプール９の大径部９ｉにより遮断されている。このとき、ピストン２の第二の受圧面２ｂが第一の受圧面２ａより大きいことにより、油圧原５０からの高圧油により、ピストン２は図面上右行し、図２に示す状態になる。
【００２０】この図２の状態では、制御弁７のスプール４の小径部４ａがパイロットポート１１と低圧ポート１０に跨り、これらが連通するので、切換弁８のスプール９のパイロット受圧面９ｂに作用していたパイロット圧がタンク圧（低圧）となり、一方、スプール９の大径部９ｄ、９ｉの右側面には高圧が作用しているので、スプール９が左行し、スプール９は図面上左行して図２に示すように第二の切換位置（左端位置）になる。
【００２１】スプール９が図２に示すようになると、第二の油室６と第一の油室５とはスプール９の大径部９ｄにより遮断されると同時に、第二の油室６はタンクポート２１に連通するので、第一の受圧面２ａに作用する高圧油により、ピストン２は左行し、図３の状態になる。図３の状態では、制御弁７のスプール４の小径部４ａは高圧ポート１３とパイロットポート１１に跨り、これらを連通させ、これにより切換弁８のスプール９のパイロット受圧面９ｂには高圧油が作用するので、スプール９が右行し、図１の状態に戻り、ピストン２の右行が始まる。このような動作の繰り返しにより、振動が連動的に行われる。
【００２２】次に本発明により付加された補助パイロット機構の動作を説明する。図３に示すように、切換弁８のスプール９のパイロット受圧面９ｂが高圧の作動油を受けた第一の切換位置にあるときは、前記切換弁８のスプール９の小径部９ｊは前記高圧ポート２８に対向すると共に、高圧ポート２８につながる油路２６には、制御弁７のスプール４の小径部４ｄが位置するので、切換弁８の小径部９ｊには油圧源ポート４９からの高圧油が作用し、この高圧油が油孔９ｌ、９ｋを通してスプール端面のパイロット受圧面９ｂに作用する。このパイロット圧の作用は、前記ピストン２が右行して前記高圧ポート１３とパイロットポート１１とが遮断されても存続する。このため、切換弁８が右端の第一の切換位置から左行することが防止される。
【００２３】ピストン２が右行し、第一の油室５の所定位置（ストロークエンドまたはその近傍）に達すると、切換弁７は図２の位置になり、パイロットポート１１が低圧ポート１０に連通するので、切換弁８のパイロット受圧面８ｂに作用していた作動油が油路２０、１９を通して油タンク５１側へと流れると同時に、高圧ポート２８につながる油路２６も大径部４ｆによって遮断され、切換弁８のスプール９は、大径部９ｉの右側面と大径部９ｄの右側面に作用する高圧油により左行し切換わり、図２に示す第二の切換位置（左端位置）になる。
【００２４】次に、図２に示すように、前記切換弁８のスプール９のパイロット受圧面９ｂが低圧の作動油を受けた第二の切換位置にあるときは、前記小径部９ｊは前記低圧ポート２９に対向するとともに、低圧ポート２９につながる油路２７は制御弁７の小径部４ｅが位置するので連通し、パイロット受圧面９ｂは、油孔９ｋ、９ｌ、小径部９ｊ外周、油路２７、低圧ポート１０、油路１９を通してタンクポート２１に連通した状態となる。このため、油路２７が遮断されない限り、切換弁８のスプール９は第二の切換位置を保持することとなる。
【００２５】このように切換弁８が第二の切換位置にあるときには、第二の油室６がタンクポート２１に連通するので、ピストン２が第二の油室６側に移動（左行）する。そして、制御弁７の小径部４ａが高圧ポート１３とパイロットポート１１とを跨ぐ位置、すなわち制御弁７が切換弁８を反転させる制御位置になれば、図３に示すように、大径部４ｆが油路２７を塞ぎ、低圧ポート２９につながる油路２７を閉じる。このため、切換弁８のスプール９は右行し、図３の状態に戻る。このような動作を繰り返して振動を発生させる。
【００２６】このように、切換弁８が第一の切換位置にあるときは、ピストン２が第一の油室５側の所定位置に移動するまでは、付加されたパイロット機構（高圧ポート２８、油路２６、制御弁７のスプール４の小径部４ｄ、大径部４ｆ、切換弁８のスプール９の小径部９ｊ、油孔９ｋ、９ｌ）により、切換弁８のパイロット受圧面９ｂにパイロット圧が確実に作用し続け、第一の切換位置を保持する。
【００２７】反対に、切換弁８が第二の切換位置にあるときは、ピストン２が第二の油室６側の所定位置に達するまでは、付加されたパイロット機構（低圧ポート２９、油路２７、制御弁７のスプール４の小径部４ｅ、大径部４ｆ、切換弁８のスプール９の小径部９ｊ、油孔９ｋ、９ｌ）により、切換弁８のパイロット受圧面９ｂが確実に低圧となり、切換弁８が確実に切換わり位置を保持し、これに伴い、ピストン２も所定のストロークで確実に振動する。従って外圧の如何に拘わらず、効率良く動作する。
【００２８】図４は本発明の振動発生装置の適用例であり、耕地に含まれる礫を除くための自走式除礫機の先端に取付けられる除礫装置を示す。この除礫装置は、自走式除礫機本体（図示せず）の前端に上げ下げ可能に取付けられるフレーム６０に複数の除礫用回転ロッド６１を配置し、ロッド６１は、モータ６２により同一回転方向に（上げる方向に）回転させるようにし、除礫機の自走により、フレーム先端の鍬部６３を地面に食い込ませながら土砂をすくい上げ、ロッド６１で後方に送りながらロッドに突出して設けた突起６１ａのロッド６１の間から土砂は地面上に落下させ、礫は後方に送るようにしたものである。
【００２９】このような除礫装置において、フレーム６０の前端に設けた枢着部６４を中心に鍬部６３を回動自在に設け、鍬部６３とフレーム６０の下面に設けたブラケット６５との間にロッド６６と本発明による振動発生装置６７とをゴム６８を介して直列に接続して介在させたものである。振動発生装置６７は、鍬部６３を枢着部６４を中心に前後に振動させることにより、効率よく鍬部６３を地中に食い込ませることができる。本発明の振動発生装置は、前述した各作業において、大きな負荷を担う場合にも効率良く振動を加えることができる。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、負荷に連結されるピストンが往復動の両端の限界位置に達するまでは切換弁の切換位置をそれぞれ保持する自己保持手段を設けたので、ピストンが大きな抵抗負荷等の外力を受けた場合でも、切換弁は自己保持手段により所定の切換位置に確実に切換わり、ピストンの誤動作を防止でき、所定の振動ストロークで確実に振動する。このため、大きな外力が加わる場合にも、効率良く負荷に振動を加えることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５５２２
【氏名又は名称】日立建機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１３年１月２２日（２００１．１．２２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８１５６９
【弁理士】
【氏名又は名称】若田 勝一
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| 【公開番号】 |
特開２００２−２１０４１４（Ｐ２００２−２１０４１４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年７月３０日（２００２．７．３０） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−１２５９０（Ｐ２００１−１２５９０） |
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