(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸（55）に固定された固定偏心重錘（51）と前記回転軸（55）に回動自在に装着された可動偏心重錘（52）とが同期回転を行うことにより前記固定偏心重錘（51）と前記可動偏心重錘（52）の相対角度に応じた起振力振幅を発生する回転機械（50）に取り付けられ、前記起振力振幅を決定するべく前記相対角度を制御するための制御装置（10）であって、揺動アクチュエータ部（20）と、制御部（30）と、を備え、
（ａ）前記揺動アクチュエータ部（20）は、
（ａ１）前記固定偏心重錘（51）と一体的に回転するアクチュエータ軸（25）と、
（ａ２）前記可動偏心重錘（52）と一体的に回転するアクチュエータケーシング（21）と、
（ａ３）前記アクチュエータ軸（25）と前記アクチュエータケーシング（21）の相対角度を変化させるべく一方が給油を行い他方が排油を行う第１ポート（26）及び第２ポート（27）と、を有し、
（ｂ）前記制御部（30）は、
（ｂ１）前記相対角度の目標値に対応する入力信号圧力（Pc）が入力される入力機構（36）と、
（ｂ２）所定の方向に変位可能な第１変位部材（35）であって、前記入力信号圧力（Pc）に応じて、該第１変位部材（35）の変位範囲内における前記相対角度の目標値に対応する位置に変位する、該第１変位部材（35）と、
（ｂ３）前記第１変位部材（35）と同じ方向に変位可能な第２変位部材（34）であって、前記揺動アクチュエータ部（20）における前記相対角度の現在値をフィードバックされて、該第２変位部材（34）の変位範囲内における前記相対角度の現在値に対応する位置に変位する、該第２変位部材（34）と、
（ｂ４）前記第１変位部材（35）の位置と前記第２変位部材（34）の位置の差に対応した開度にて開かれ、前記揺動アクチュエータ部（20）の前記第１ポート（26）及び前記第２ポート（27）に対する給油又は排油を行う複数の制御ポート（14,17)(15,16）と、を有し、
（ｂ５）前記相対角度の目標値と現在値が一致しているとき、前記第１変位部材（35）の位置と前記第２変位部材（34）の位置の差が零であることにより前記複数の制御ポート（14,17)(15,16）が全て閉じられて前記相対角度が目標値に維持され、
（ｂ６）前記相対角度の目標値と現在値が一致していないとき、前記第１変位部材（35）の位置と前記第２変位部材（34）の位置の差に応じて前記複数の制御ポート（14,17)(15,16）が開くことにより前記相対角度の現在値が目標値に近づくように前記揺動アクチュエータ部（20）の前記第１ポート（26）及び前記第２ポート（27）に対する給油又は排油が行われることを特徴とする
回転機械の起振力振幅制御装置。
【請求項２】
前記目標値が時間的に変化する場合、前記入力信号圧力（Pc）が入力されたとき、
前記第１変位部材（35）が前記目標値に対応して変位し続ける一方、前記第２変位部材（34）が前記第１変位部材（35）と同じ向きに変位し続け、前記第１変位部材（35）の位置と前記第２変位部材（34）の位置の差に対応した開度にて前記複数の制御ポート（14,17)(15,16）が開かれ続けることにより前記相対角度が時間的に変化し続けることを特徴とする
請求項１に記載の回転機械の起振力振幅制御装置。
【請求項３】
前記第１変位部材（35）の位置と前記第２変位部材（34）の位置の差が零である状態から該第２変位部材（34）の位置が外乱により変位したとき、
前記複数の制御ポート（14,17)(15,16）の開度が、前記外乱による変位に対応した変化量だけ変化し、前記第１ポート（26）及び前記第２ポート（27）に対する給油又は排油が行われることにより、前記第２変位部材（34）の位置が回復されることを特徴とする
請求項１又は２に記載の回転機械の起振力振幅制御装置。
【請求項４】
直動形四方案内弁を備え、前記直動形四方案内弁は、
前記第１変位部材（35）として、中心軸上を軸方向変位可能に配置された略円柱状のスプール（35）と、
前記第２変位部材（34）として、前記スプール（35）を内側に嵌挿させて軸方向変位可能に配置された略円筒状のスリーブ（34）と、を具備し、
前記スプール（35）に設けられた径方向に突出する複数のランド部（35a）の各々と、前記スリーブ（34）に設けられた径方向に貫通する複数の貫通路（34a）とが対向する境界部に前記複数の制御ポート（14,15,16,17）が形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回転機械の起振力振幅制御装置。
【請求項５】
前記揺動アクチュエータ部（20）における相対角度の現在値が、前記アクチュエータ軸（25）と一体的に回転する斜板（39）と、前記スリーブ（34）から突出し前記斜板(39)に当接するスリーブ突起（40）を介して前記スリーブ（34）に伝達されることを特徴とする請求項４に記載の回転機械の起振力振幅制御装置。
【請求項６】
回転形四方案内弁を備え、前記回転形四方案内弁は、
前記第１変位部材（35）として、中心軸周りで回動可能に配置された略円筒状のスプール（35）と、
前記第２変位部材（34）として、前記スプール（35）を内側に嵌挿させて中心軸周りで回動可能に配置された略円筒状のスリーブ（34）と、を具備し、
前記スプール（35）に設けられた径方向に突出する複数のランド部（35a）の各々と、前記スリーブ（34）に設けられた径方向に貫通する複数の貫通路（34a）とが対向する境界部に前記複数の制御ポート（14,15,16,17）が形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の回転機械の起振力振幅制御装置。
【請求項７】
前記揺動アクチュエータ部（20）における相対角度の現在値が、前記スリーブ（34）が前記アクチュエータケーシング（21）に一体的に連結されていることにより、前記スリーブ（34）に伝達されることを特徴とする請求項６に記載の回転機械の起振力振幅制御装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の起振力振幅制御装置（10）を取り付けた回転機械（50）を用いて杭の打ち込み又は引き抜きを行う施工方法であって、
杭の打込み又は引抜きを行う工程中、回転機械（50）を回転させた状態にて、既知の土質情報等に基づいて演算装置により両偏心重錘（51,52）の相対角度の目標値を算出し、算出した目標値に対応する入力信号圧力（Pc）を前記起振力振幅制御装置（10）に入力することにより、両偏心重錘（51,52）の相対角度の現在値を目標値に追随させて、杭の打ち込み又は引き抜きを行うことを特徴とする杭の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイブロハンマにおいて起振力振幅を発生する回転機械に関し、特に起振力振幅が所定の値に維持されるように、又は、起振力振幅が所定の変化を行うように制御するための起振力振幅制御装置及び制御方法並びに杭の施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイブロハンマにおいて起振力振幅を発生する回転機械（起振機）が知られている。このような回転機械には、駆動軸と１又は複数の従動軸とを有する多軸のものがある。例えば二軸、四軸の回転機械を備えたバイブロハンマは、それぞれ二軸バイブロハンマ、四軸バイブロハンマと称されている。
【０００３】
図１６（ａ）は、二軸バイブロハンマにおける従来の回転機械を概略的に示した横断面図である。回転機械５０は、駆動プーリ５６により回転駆動される駆動軸５４と、駆動軸５４の回転を伝達される従動軸５５とを有する。駆動軸５４及び従動軸５５にはそれぞれ、軸に固定された固定偏心重錘５１と、軸に対して回転自在である可動偏心重錘５２とが装着されている。駆動軸５４の回転がギア５３及び起振力振幅制御装置１００を介して他の偏心重錘に伝達されることにより、全ての偏心重錘が同期回転する。
【０００４】
各軸の固定偏心重錘５１と可動偏心重錘５２は、互いに一定の位相差（相対角度）を保持して回転する。よって、１つの軸についての偏心モーメントは、固定偏心重錘５１と可動偏心重錘５２の各偏心モーメントを加算したものとなる。そして、回転機械５０の総合偏心モーメントは、各軸の偏心モーメントを加算したものとなる。
【０００５】
固定偏心重錘５１と可動偏心重錘５２の相対角度を変化させると、当該軸についての偏心モーメントが変化する。これを利用して、回転機械５０の総合偏心モーメントを零から最大までの範囲で変化させることが、原理的には可能である。回転機械の発生する起振力振幅は、総合偏心モーメントに比例するから、総合偏心モーメントを制御することは、起振力振幅を零から最大までの範囲で制御することを意味する。
【０００６】
従来、固定偏心重錘と可動偏心重錘（以下、まとめて「両偏心重錘」と称する場合がある）の相対角度を変化させるための制御装置が知られている（例えば特許文献１、２）。以下、この制御装置を「起振力振幅制御装置」と称する。図１６（ａ）では、起振力振幅制御装置１００は、回転機械５０の従動軸５５の一端に取り付けられている。
【０００７】
特許文献１、２には、両偏心重錘の回転を停止することなく、その相対角度を連続的に変更するための起振力振幅制御装置が開示されている。この従来の起振力振幅制御装置は、図１６（ｂ）に示すようなベーン揺動アクチュエータで構成される可逆回動機構を備えている。図１６（ｂ）では、一例としてダブルベーンのものを示している。
【０００８】
図１６（ｂ）の概略断面図に示すように、ベーン揺動アクチュエータは、アクチュエータケーシング１０１内に設けたアクチュエータ軸１０２と、アクチュエータ軸１０２から径方向外方に反対向きに延びる一対のベーン１０３と、ベーン１０３のストッパとしてアクチュエータケーシング１０１から径方向内方に対向して延びる一対のシュー１０４とを具備する。各ベーン１０３は、２つのシュー１０４間に形成される室を２つに区画する。Ａ、Ａ’ポートからＡ室、Ａ’室に給油すると、ベーン１０３がアクチュエータ軸１０２とともにアクチュエータケーシング１０１に対して反時計回りに回動する。同時に、Ｂ室、Ｂ’室からＢ、Ｂ’ポートを介して排油される。給油をＢ、Ｂ’ポートに切り替えると、逆向きの動作となる。
【０００９】
アクチュエータ軸１０２は、固定偏心重錘５１が装着された従動軸５５と一体である。一方、アクチュエータケーシング１０１は、従動軸５５の可動偏心重錘５２と外管５２ａを介して一体に接続されている。図１６（ｃ）は、二軸の回転機械５０の模式的な縦断面図を示す。アクチュエータ軸１０２のアクチュエータケーシング１０１に対する角度変化は、固定偏心重錘５１と可動偏心重錘５２の相対角度の変化となる。このように、ベーン揺動アクチュエータに供給する圧油を制御することにより、二軸の回転機械５０を回転させたまま総合偏心モーメントを増減し、すなわち起振力振幅を増減することが、原理的には可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−６６４５８号公報
【特許文献２】特開２００２−１７７８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述した従来の起振力振幅制御装置には、以下のような問題点がある。
起振力振幅を零と最大の間の任意の中間値（すなわち総合偏心モーメントの中間値）とするためには、両偏心重錘の相対角度を零と最大の間の中間値とする必要がある。すなわち、ベーン１０３が２つのシュー１０４の間の任意の中間位置で停止するように各ポートに対する給油・排油を制御する必要がある。しかしながら、従来のアクチュエータ１００は、油圧源の供給圧力の調節により相対角度を操作する方式であるため、ベーン１０３を中間位置に一旦停止させたとしても、その後なんら制御を行わなければ、ベーン１０３を一定の位置に停止し続け保持することができない。特に、地盤の固有振動とバイブロハンマの強制振動との共振現象等によって実際に発生する振幅に大きな変化が生ずるような場合には、相対角度の維持はできない。
従来は、ベーン１０３の位置を確実に保持できるのは、両端の位置すなわち両偏心重錘の相対角度が零又は最大の位置のみであった。このように、従来の起振力振幅制御装置では、起振力振幅を零又は最大値以外の中間値にて確実に保持することは、困難であった。
【００１２】
以上の現状に鑑み、本発明は、起振力振幅を発生する回転機械における起振力振幅制御装置において、零から最大までの全範囲で原理的に起振力振幅制御を可能にする構成を提供することを目的とする。さらに、本発明は、このような起振力振幅制御装置を備えた回転機械を用いて杭の打ち込み又は引き抜きを行う施工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するべく本発明は以下の構成を有する。なお、括弧内の数字は、後述する実施形態を示す図面中の符号であり、参考のために付する。
【００１４】
本発明の第１の態様は、回転軸（55）に固定された固定偏心重錘（51）と前記回転軸（55）に回動自在に装着された可動偏心重錘（52）とが同期回転を行うことにより前記固定偏心重錘（51）と前記可動偏心重錘（52）の相対角度に応じた起振力振幅を発生する回転機械（50）に取り付けられ、前記起振力振幅を決定するべく前記相対角度を制御するための制御装置（10）であって、揺動アクチュエータ部（20）と、制御部（30）と、を備える。
（ａ）前記揺動アクチュエータ部（20）は、
（ａ１）前記固定偏心重錘（51）と一体的に回転するアクチュエータ軸（25）と、
（ａ２）前記可動偏心重錘（52）と一体的に回転するアクチュエータケーシング（21）と、
（ａ３）前記アクチュエータ軸（25）と前記アクチュエータケーシング（21）の相対角度を変化させるべく一方が給油を行い他方が排油を行う第１ポート（26）及び第２ポート（27）と、を有する。
（ｂ）前記制御部（30）は、
（ｂ１）前記相対角度の目標値に対応する入力信号圧力（Pc）が入力される入力機構（36）と、
（ｂ２）所定の方向に変位可能な第１変位部材（35）であって、前記入力信号圧力（Pc）に応じて、該第１変位部材（35）の変位範囲内における前記相対角度の目標値に対応する位置に変位する、該第１変位部材（35）と、
（ｂ３）前記第１変位部材（35）と同じ方向に変位可能な第２変位部材（34）であって、前記揺動アクチュエータ部（20）における前記相対角度の現在値をフィードバックされて、該第２変位部材（34）の変位範囲内における前記相対角度の現在値に対応する位置に変位する、該第２変位部材（34）と、
（ｂ４）前記第１変位部材（35）の位置と前記第２変位部材（34）の位置の差に対応した開度にて開かれ、前記揺動アクチュエータ部（20）の前記第１ポート（26）及び前記第２ポート（27）に対する給油又は排油を行う複数の制御ポート（14,17)(15,16）と、を有し、
（ｂ５）前記相対角度の目標値と現在値が一致しているとき、前記第１変位部材（35）の位置と前記第２変位部材（34）の位置の差が零であることにより前記複数の制御ポート（14,17)(15,16）が全て閉じられて前記相対角度が目標値に維持され、
（ｂ６）前記相対角度の目標値と現在値が一致していないとき、前記第１変位部材（35）の位置と前記第２変位部材（34）の位置の差に応じて前記複数の制御ポート（14,17)(15,16）が開くことにより前記相対角度の現在値が目標値に近づくように前記揺動アクチュエータ部（20）の前記第１ポート（26）及び前記第２ポート（27）に対する給油又は排油が行われる。
【００１６】
上記第１の態様において、前記目標値が時間的に変化する場合、前記入力信号圧力（Pc）が入力されたとき、前記第１変位部材（35）が前記目標値に対応して変位し続ける一方、前記第２変位部材（34）が前記第１変位部材（35）と同じ向きに変位し続け、前記第１変位部材（35）の位置と前記第２変位部材（34）の位置の差に対応した開度にて前記複数の制御ポート（14,17)(15,16）が開かれ続けることにより前記相対角度が時間的に変化し続ける。
【００１７】
上記第１の態様において、前記第１変位部材（35）の位置と前記第２変位部材（34）の位置の差が零である状態から該第２変位部材（34）の位置が外乱により変位したとき、前記複数の制御ポート（14,17)(15,16）の開度が、前記外乱による変位に対応した変化量だけ変化し、前記第１ポート（26）及び前記第２ポート（27）に対する給油又は排油が行われることにより、前記第２変位部材（34）の位置が回復される。
【００１８】
上記第１の態様において、好適には、直動形四方案内弁を備え、前記直動形四方案内弁は、前記第１変位部材（35）として、中心軸上を軸方向変位可能に配置された略円柱状のスプール（35）と、前記第２変位部材（34）として、前記スプール（35）を内側に嵌挿させて軸方向変位可能に配置された略円筒状のスリーブ（34）と、を具備し、前記スプール（35）に設けられた径方向に突出する複数のランド部（35a）の各々と、前記スリーブ（34）に設けられた径方向に貫通する複数の貫通路（34a）とが対向する境界部に前記複数の制御ポート（14,15,16,17）が形成される。
さらに、前記揺動アクチュエータ部（20）における相対角度の現在値が、前記アクチュエータ軸（25）と一体的に回転する斜板（39）と、前記スリーブ（34）から突出し前記斜板(39)に当接するスリーブ突起（40）を介して前記スリーブ（34）に伝達される。
【００１９】
上記第１の態様において、好適には、 回転形四方案内弁を備え、前記回転形四方案内弁は、前記第１変位部材（35）として、中心軸周りで回動可能に配置された略円筒状のスプール（35）と、前記第２変位部材（34）として、前記スプール（35）を内側に嵌挿させて中心軸周りで回動可能に配置された略円筒状のスリーブ（34）と、を具備し、前記スプール（35）に設けられた径方向に突出する複数のランド部（35a）の各々と、前記スリーブ（34）に設けられた径方向に貫通する複数の貫通路（34a）とが対向する境界部に前記複数の制御ポート（14,15,16,17）が形成される。
さらに、前記揺動アクチュエータ部（20）における相対角度の現在値が、前記スリーブ（34）が前記アクチュエータケーシング（21）に一体的に連結されていることにより、前記スリーブ（34）に伝達される。
【００２０】
本発明の第２の態様は、上記の起振力振幅制御装置（10）を取り付けた回転機械（50）を用いて杭の打ち込み又は引き抜きを行う施工方法であって、杭の打込み又は引抜きを行う工程中、回転機械（50）を回転させた状態にて、既知の土質情報等に基づいて演算装置により両偏心重錘（51,52）の相対角度の目標値を算出し、算出した目標値に対応する入力信号圧力（Pc）を前記起振力振幅制御装置（10）に入力することにより、両偏心重錘（51,52）の相対角度の現在値を目標値に追随させて、杭の打ち込み又は引き抜きを行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の効果を、起振力振幅制御装置について説明する。起振力振幅制御方法及び杭の施工方法についても同様である。
本発明による起振力振幅制御装置は、回転機械の両偏心重錘の相対角度を直接変化させる揺動アクチュエータ部と、揺動アクチュエータ部を制御する制御部とを有する。揺動アクチュエータ部は、構成としては上述した従来の揺動アクチュエータと基本的に同じであるが、本発明独自の制御部により制御されることにより、従来とは異なる動作を行うことができる。
制御部は、揺動アクチュエータ部とともに油圧サーボ機構を構成しており、以下の（i）〜(iv)の構成要素及び作用効果を有する。
【００２３】
（i）相対角度の目標値に対応する入力信号が入力される入力機構：
相対角度の目標値は、相対角度の変化可能な範囲内において、外部の演算装置により既知の土質情報等に基づいて適切な値を演算し、入力することが可能である。これにより、相対角度の零と最大値の間の任意の中間値を目標値として設定できる。相対角度の目標値は、油圧サーボ機構の入力値に相当する。
【００２４】
（ii）入力信号の入力に応じて目標値に対応する位置に変位する第１変位部材：
第１変位部材は、相対角度の目標値すなわち油圧サーボ機構の入力値を具現化する構成要素であり、入力機構の構成要素である。
【００２５】
（iii）揺動アクチュエータ部における相対角度の現在値に対応する位置に、第１変位部材の変位の向きと同じ向きで変位する第２変位部材：
第２変位部材は、油圧サーボ機構の出力値である相対角度を具現化する構成要素である。この第２変位部材の位置は、次の構成要素（ｂ４）に記載するように、上述した第１変位部材の位置と併せて出力値の制御に用いられる。第２変位部材は、出力値を入力値に戻すフィードバック機構の構成要素であり、第２変位部材の位置は、フィードバック値に相当する。
また、第２変位部材が第１変位部材と同じ向きに変位することは、負のフィードバックであることを意味している（よって、本明細書における「フィードバック」は負のフィードバックの意味である）。負のフィードバック機構により、出力値を入力値にフィードバックし、入力値と出力値の差に基づいて出力値を制御することにより、最終的に出力値を入力値と同じとすることができる。すなわち、相対角度の現在値を目標値に追随させることができる。
【００２６】
（iv）第１変位部材の位置と第２変位部材の位置の差に対応した開度にて開かれ、揺動アクチュエータ部の第１ポート及び第２ポートに対する給油又は排油を行う複数の制御ポート：
複数の制御ポートは、第１変位部材の位置と第２変位部材の位置の差に対応した開度で開かれる。すなわち、複数の制御ポートは、目標値（入力値）と現在値（出力値）の差を検出する検出機構に相当する。同時に、複数の制御ポートの開度は、揺動アクチュエータ部に対する供給流量と排出流量を決定することから、複数の制御ポートは、出力値を直接制御する制御機構でもある。
第１変位部材の位置と第２変位部材の位置は、一方又は双方が時間的に変化するので制御ポートの開度（供給流量と排出流量）も時間的に変化する。供給流量と排出流量の時間積分が相対角度の変化量に相当することになる。
【００２７】
上記の、フィードバック機構を備えた油圧サーボ機構により、以下のような両偏心重錘の相対角度すなわち起振力振幅の制御が可能となる。
・現在値とは異なる一定の目標値の入力に対して、両偏心重錘の相対角度が一定の目標値に対応する値に維持される（一定の目標値への追従）。
・時間的に変化する目標値の入力に対して、両偏心重錘の相対角度が目標値の変化に対応した時間的変化を行う（時間的に変化する目標値への追従）。
・両偏心重錘の相対角度が目標値に対して追従しているとき、外乱（回転機械の振動や地盤反力の急激な変動等）により、両偏心重錘の相対角度が目標値への追従状態からずれたとき、目標値に追従する状態を自動的に回復する。
【００２８】
ここで、回転機械を回転させた状態で両偏心重錘の相対角度を変化させ、回転機械の起振力振幅を増減制御する意義について、説明する。
これまでの研究から、対象地盤の固さと、回転機械における必要な起振力振幅との間に、ある程度の相関関係があることが解明されている。例えば、必要な起振力振幅は、固い地盤では比較的大きく、軟らかい地盤では比較的小さい。
【００２９】
回転機械の運転に必要な、起振力振幅をＰ０、実際の振動の振幅をＡ０とすると、これらの関係は、以下の通りとなる。
回転機械の計算上の起振力振幅Ｐ０は、
Ｐ０＝Ｋ・ω２×１０−３/g
Ｐ０：起振力振幅（振動を継続させるための外力により回転機械が発生する遠心力）
Ｋ ：偏心重錘の偏心モーメント量
ω：強制振動の角振動数
ω＝２π・f
π：円周率
f：振動の周波数
g：重力の加速度
回転機械の計算上の振動の振幅Ａ０は、
Ａ０＝Ｋ／Ｗ０
Ａ０：振動の振幅
Ｗ０：偏心重錘を有する回転機械の振動重量と杭の全重量
さらに、回転機械が発生する振幅をＡ０とすると、回転機械の振動加速度αoは、
αo＝A・ω２
αo：回転機械の振動加速度
で表わされる。
【００３０】
上式から、偏心重錘を有する回転機械の発生する起振力振幅Ｐ０は偏心モーメントに比例するから、偏心モーメントを可変できれば、地盤の固さに応じた起振力Ｐ０を調整することが可能となる。具体的には、地盤が固い場合は偏心モーメントＫと振動加速度αoを増大させ、地盤が軟らかい場合は偏心モーメントＫと振動加速度αoを減少させればよい。
【００３１】
杭の打ち込み又は引き抜きにおいては、経験的に最低必要な振動の振幅量と振動加速度量の大きさが存在する。これらは、回転機械の振動の周波数ｆと地盤条件（土質とＮ値）により、経験的に一定の目安となる値が与えられる。
【００３２】
【表１】
0005643795.tif 000002
【００３３】
杭の打ち込み又は引き抜きにおいては、地盤の固さに応じた最適な起振力振幅Ｐ０とするために、最適な起振力振幅に対応する偏心モーメント量を発生する両偏心重錘の相対角度を目標値として算出する。起振力振幅制御装置に対して目標値に相当する圧力入力信号を印加して制御する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、本発明の起振力振幅制御装置の一例を適用した二軸バイブロハンマの回転機械を概略的に示した平断面図である。
【図２】図２は、図１の起振力振幅制御装置における軸を含む断面を概略的に示した図である。
【図３】図３は、起振力振幅制御装置の中立状態における制御部の主要部を概略的かつ模式的に示した断面図である。
【図４】図４（ａ）（ｂ）は、起振力振幅制御装置の相対角度の移行過程の一例における制御部の主要部を概略的かつ模式的に示した断面図である。
【図５】図５（ａ）（ｂ）は、起振力振幅制御装置の相対角度の移行過程の別の例における制御部の主要部を概略的かつ模式的に示した断面図である。
【図６】図６は、本発明におけるフィードバック機構が平衡状態の回復・維持に寄与することを説明する図である。
【図７】図７は、相対角度の目標値と、相対角度の現在値との関係を模式的に示した図である。
【図８】図８は、本発明の起振力振幅制御装置の揺動アクチュエータ部の横断面（ａ１）（ｂ１）（ｃ１）と、それぞれに対応する回転機械の模式的な横断面（ａ２）（ｂ２）（ｃ２）を示した図である。
【図９】図９（ａ）（ｂ）は、斜板と突起の当接点の関係を示した図である。
【図１０】図１０は、回転形四方案内弁を用いた起振力振幅制御装置における、軸を含む断面を概略的に示した図である。
【図１１】図１１は、回転形四方案内弁による制御部の動作原理を説明した図である。
【図１２】図１２は、図１０のＷ断面を概略的に示した図である。
【図１３】図１３は、図１０のＸ断面を概略的に示した図である。
【図１４】図１４は、図１０のＹ断面を概略的に示した図である。
【図１５】図１５は、図１０のＺ断面を概略的に示した図である。
【図１６】図１６（ａ）は二軸バイブロハンマにおける従来の回転機械を概略的に示した図である。（ｂ）はベーン揺動アクチュエータの断面図、（ｃ）は偏心重錘の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、実施例を示す図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
（１）回転機械の全体構成
図１は、本発明の起振力振幅制御装置の一例を適用した二軸バイブロハンマの回転機械を概略的に示した平断面図である。なお、本発明の起振力振幅制御装置は、二軸バイブロハンマに限らず、他の多軸バイブロハンマにも同様に適用できるものである。
【００３６】
図１に示す回転機械５０は、上述した図９（ａ）と同じ構成である。駆動プーリ５６にモータ出力が伝達され、駆動軸５４が回転駆動される。駆動軸５４及び従動軸５５にはそれぞれ、軸に固定された固定偏心重錘５１と、軸に対して回転自在である可動偏心重錘５２とが装着されている。駆動軸５４の回転力が複数のギア５３と揺動アクチュエータ部２０を介して他の偏心重錘５４、５５に伝達されることにより、全ての偏心重錘５４、５５が同期回転する。
【００３７】
通常、各軸の固定偏心重錘５１と可動偏心重錘５２は、互いに一定の位相差（相対角度）を保持して回転する。固定偏心重錘５１と可動偏心重錘５２の相対角度の制御は、起振力振幅制御装置１０により行う。起振力振幅制御装置１０は、回転機械５０の従動軸５５の一端に取り付けられている。なお、別の例として、駆動軸５４における駆動プーリ５６とは反対側の端部に起振力振幅制御装置１０を取り付けてもよい。多軸の回転機械においては、いずれか１つの軸を取付軸として、その一端に起振力振幅制御装置１０を取り付けることができる。全ての軸の両偏心重錘はギア５３及び揺動アクチュエータ部２０を介して連動するので、１つの起振力振幅制御装置１０により、全ての軸の両偏心重錘の相対角度を同時に変更することができる。
【００３８】
本発明の起振力振幅制御装置１０は、従動軸５５の一端側に接続される揺動アクチュエータ部２０と、従動軸５５とは反対側にて揺動アクチュエータ部２０に接続される制御部３０とを備えている。制御部３０は、揺動アクチュエータ部２０における可逆回動動作を本発明独自の構成にて制御する。（なお、揺動アクチュエータ部２０は、構成としては上述した従来の揺動アクチュエータ２０と基本的に同じであるが、本発明独自の制御部３０により制御されることにより、従来とは異なる動作を実現するので、起振力振幅制御装置１０の一部とみなして「揺動アクチュエータ部」と称することとする。）
【００３９】
（２）起振力振幅制御装置の構成（直動形四方案内弁方式）
図２は、図１の起振力振幅制御装置１０における、軸を含む断面を概略的に示した図である。図１も参照しつつ説明する。起振力振幅制御装置１０は、揺動アクチュエータ部２０と、制御部３０とを備えている。制御部３０は、一つの実施例であり、直動形四方案内弁を用いた方式である。なお、便宜上、揺動アクチュエータ部２０側（図の左方側）を前方とし、反対側を後方として説明する。
【００４０】
（２−１）揺動アクチュエータ部の構成
揺動アクチュエータ部２０は、アクチュエータケーシング２１内に設けたアクチュエータ軸２５と、アクチュエータ軸２５から径方向外方に延びるベーン２３と、アクチュエータ軸周りの圧油漏れを防ぎかつベーン２３のストッパとしてアクチュエータケーシング２１から径方向内方に延びるシュー２２とを具備する。図２では現れていないが、後述する図８に示すように、ベーン２３及びシュー２２はそれぞれ一対が１８０°の角度で設けられており、ダブルベーン型の揺動アクチュエータである。但し、揺動アクチュエータ部２０は、ダブルベーン型に限定されるものではなく、例えばシングルベーン型でもよい。シュー２２には、ベーン２３により区画される各室に給排油する２つのポート２６、２７が設けられている。２つのポート２６、２７のうちの一方は、Ａ室に給排油するＡポート２６であり、他方は、Ｂ室に給排油するＢポート２７である。
【００４１】
アクチュエータ軸２５は、固定偏心重錘が装着された従動軸５５と同軸上に接続されている。一方、アクチュエータケーシング２１は、従動軸５５に装着された可動偏心重錘５２に接続された外管５２ａに接続されている。図１を参照すると、外管５２ａは従動軸５５と同軸であり回転機械ケーシング６０に設けたベアリングにより支持されている。これにより、アクチュエータ軸２５は固定偏心重錘５１と一体に回転可能であり、一方、アクチュエータケーシング２２は可動偏心重錘５２と一体に回転可能である。従動軸５５に装着された固定偏心重錘５１と可動偏心重錘５２の間の回転の伝達は、揺動アクチュエータ部２０を介して行われる。回転機械が回転駆動されているとき、揺動アクチュエータ部２０全体も、両偏心重錘５１、５２とともに回転している。
【００４２】
アクチュエータ軸２５（すなわちベーン２３）がアクチュエータケーシング２１に対して相対的に静止しているとき、アクチュエータ軸２５とアクチュエータケーシング２１の相対角度は一定に保持される。アクチュエータ軸２５とアクチュエータケーシング２１の相対角度は、すなわち固定偏心重錘５１と可動偏心重錘５２の相対角度である。アクチュエータ軸２５とアクチュエータケーシング２１の相対角度が変化すると、固定偏心重錘５１と可動偏心重錘５２の相対角度も変化する。
【００４３】
（２−２）制御部の構成
制御部３０は、ケーシング３１、油路ロータ３２、マニホールド３３、スリーブ３４及びスプール３５の略円筒状又は略円柱状の部材を有し、これらの部材は、揺動アクチュエータ部２０のアクチュエータ軸２５と同軸に配置されている。
略円筒状のマニホールド３３は、前端部３３ａがアクチュエータケーシング２１の端部に接続され、アクチュエータケーシング２１とともに回転する。マニホールド３３の外側には、油路ロータ３２及びベアリング４４、４５を介してケーシング３１が配置されている。油路ロータ３２は、回転しないケーシング３１内の油路と、回転するマニホールド３３内の油路とを連通させている。このような油路ロータ３２は公知のものである。
【００４４】
ケーシング３１には、外部から制御部３０に対して給油又は排油を行うための複数のジョイント（図示せず）が設けられ、次の３種の油路にそれぞれ連通している。
・油圧源ポートＰｓ：油圧源（図示せず）から一定圧力が常時供給される。
・戻りポートＰｄ：油圧源タンク（図示せず）へ排油される。
・入力信号圧力ポートＰｃ：入力信号圧力が外部の入力信号圧力操作器（図示せず）から印加される。入力信号圧力ポートＰｃは、油圧源ポートＰｓの油圧源とは全く独立した油圧機構である。
【００４５】
油圧源ポートＰｓに供給される圧力は、揺動アクチュエータ部２０を介して、大きな慣性モーメントと偏心モーメントをもつ両偏心重錘の実際の相対角度変化を生じさせる駆動用圧力であるから、大パワーの油圧源によるものである。一方、入力信号圧力ポートＰｃに印加される入力信号圧力は、相対角度の目標値に対応した変位をスプール３５に対して生じさせるための制御用圧力であるから、油圧源ポートＰｓの油圧源に比べて遙かに微小パワーの圧力である。微小パワーで大パワーの油圧機構を制御できることが、本発明の特徴の一つである。
【００４６】
入力信号圧力が外部の入力信号圧力操作器（図示せず）から印加されるが、これは、油圧源ポートＰｓの油圧源とは、全く独立した油圧機構である。このことは、入力信号圧力操作器が油圧機構に限られないことを意味する。例えば、電気油圧機構により入力信号圧力を発生させ、スプール３５の変位を生じさせてもよい。
【００４７】
なお、入力信号圧力操作器を油圧機構とした場合は、次の利点がある。通常、杭打ち作業現場ではバイブロハンマ本体は運転地点から数十メートル以上離れている。そこで、制御装置１０に対する入力信号圧力の印加には遠隔信号伝達が必要となる。その場合、作業現場での感電事故を避けるためには、電気的信号伝達手段よりも油圧による信号伝達の方が望ましいといえる。
【００４８】
マニホールド３３の壁内には、油圧源ポートＰｓ、戻りポートＰｄ及び入力信号圧力ポートＰｃが径方向に貫通し、マニホールド３３の円筒内面上にそれぞれ開口している。さらに、マニホールド３３の壁内には、アクチュエータケーシング２１内のＡポート２６へ連通する負荷ポート１８、及び、Ｂポート２７へ連通する負荷ポート１９が形成されている。負荷ポート１８、１９の他端は、マニホールド３３の円筒内面上にそれぞれ開口している。なお、負荷ポート１８、１９は、揺動アクチュエータ部２０のＡポート、Ｂポートが複数の場合には対応した数だけ設けられる。
【００４９】
マニホールド３３の内側には、マニホールド３３とともに回転しかつ軸方向変位可能であるスリーブ３４が配置されている。かつ、マニホールド３３には直動形のスプライン（メス）、スリーブ３４には直動形のスプライン（オス）が具備されている。このためにスリーブ３４は、スプライン軸４１を介してマニホールド３３と接続される。略円筒状のスリーブ３４は、軸方向変位するとき、その円筒外面がマニホールド３３の円筒内面に対して摺動する。スリーブ３４の壁内には、複数の負荷ポート１８、１９、油圧源ポートＰｓ及び戻りポートＰｄとそれぞれ常時連通する複数の径方向の貫通路３４ａが形成されている。
【００５０】
さらに、スリーブ３４の前端面には、突起４０が設けられている。突起４０は、斜板３９に当接している。斜板３９におけるスリーブ３４に対向する面は、軸に対して垂直ではなく所定の角度で傾斜した傾斜面３９ａとなっている。突起４０は、傾斜面３９ａ上を抵抗無く摺動できるように、球面又は曲面の頂点にて傾斜面３９ａに当接することが好適である。斜板３９の前端面は、アクチュエータ軸２５の端部に接続されている。従って、斜板３９は、アクチュエータ軸２５と一体的に回転する。スリーブ３４の他方の端面とマニホールド端部壁３３ｂとの間に設けられたスリーブバネ４３により、スリーブ３４及び突起４０は、斜板３９に対して常に押圧されている。
【００５１】
ここで、マニホールド３３及びスリーブ３４はアクチュエータケーシング２１とともに回転し、一方、斜板３９はアクチュエータ軸２５とともに回転する。従って、アクチュエータケーシング２１とアクチュエータ軸２５の相対角度が維持され回転している間は、マニホールド３３及びスリーブ３４並びに斜板３９は、一体に回転している。一方、アクチュエータケーシング２１とアクチュエータ軸２５の相対角度が変化すると、斜板３９がスリーブ３４に対して相対的に回動することになる。この結果、突起４０の傾斜面３９ａに対する当接位置が変わることにより、スリーブ３４が軸方向に変位することとなる。斜板３９、突起４０およびスリーブ３４は、制御部３０の動作により生じた揺動アクチュエータ部２０における相対角度の変化を、制御部３０にフィードバックするフィードバック機構である。
【００５２】
スリーブ３４の内側には、軸方向変位可能に嵌挿されたスプール３５が配置されている。略円柱状のスプール３５には、径方向に突出する複数の環状のランド部３５ａが形成されている。隣り合う２つのランド部３５ａの間は、環状の溝となっている。スプール３５が軸方向変位するとき、ランド部３５ａが、スリーブ３４の円筒内面に対して摺動する。スプール３５とスリーブ３４の軸方向の相対的な変位により、スプール３５のランド部３５ａが、スリーブ３４の貫通路３４ａを閉鎖したり、開いたりする。この部分が、後述する複数の制御ポートとなる。スプール３５は、前端面の平衡バネ３８と、後端面の平衡バネ４２により支持されている。
【００５３】
スプール３５の後端面側には、圧力室３６が設けられている。圧力室３６に対しては、入力信号圧力ポートＰｃが連通している。外部の入力信号圧力操作器から入力信号圧力ポートＰｃを介して圧力を上昇させると、スプール３５の後端面の油圧力が変わり、軸方向の力のバランスが崩れてスプール３５が前方に軸方向変位する。一方、入力信号圧力ポートＰｃを介して圧力を降下させると、後方に変位する。入力信号圧力は相対角度の目標値に対応しているので、スプール３５の軸方向の位置は、相対角度の目標値に対応することとなる。
【００５４】
図２におけるスリーブ３４とスプール３５の位置は、起振力振幅制御装置１０の動作における、ある時点の状態を例示したものである。動作の詳細については後述するので、ここでは詳細な説明はしない。この例では、外部の入力信号圧力操作器から入力信号圧力ポートＰｃを介して圧力室３６の圧力を降下させたことにより、スプール３５が後方に変位している。油圧源ポートＰｓからの圧油（黒矢印）は、スリーブ３４の貫通路３４ａを通過してスプール３５の外周面に沿って流れ、Ａポート２６に連通する負荷ポート１８内へ給油されている。一方、Ｂポート２７に連通する負荷ポート１９からの戻り油（白矢印）は、スリーブ３４の貫通路３４ａを通過してスプール３５の外周面に沿って流れた後、戻りポートＰｄから排出されている。
【００５５】
スリーブ３４とスプール３５は、いわゆる直動形四方案内弁を構成している。一般的な四方案内弁では、スリーブ又はスプールの一方が固定されているが、本発明の起振力振幅制御装置１０においては、スリーブ３４とスプール３５の双方が軸方向変位する点が独自の構成である。
【００５６】
なお図２は、主として各油路の機能を説明するためのものであり、各油路の数及び位置については図示の例に限られない。揺動アクチュエータ部２０のタイプ（ダブルベーンかシングルベーン）により、また制御部３０の設計により、異なる数又は位置とすることが可能である。
【００５７】
（３）起振力振幅制御装置の動作
図３〜図５を参照して、本発明の起振力振幅制御装置１０の動作を説明する。説明において図２中の符号を参照する場合がある。図３〜図５は、起振力振幅制御装置１０の制御部３０の主要部を概略的かつ模式的に示した断面図である。なお、図３〜図５のいずれの状態においても、回転機械の全ての偏心重錘が同期回転を持続しているものとする。同期回転は、両偏心重錘の相対角度が変化する速度に比べて遙かに高速回転である。
【００５８】
スプール３５、平衡バネ４２、３８、入力信号圧力Ｐｃ及び圧力室３６は、相対角度の目標値（入力値）を入力する入力機構を構成する。
斜板３９、突起４０及びスリーブ３４は、揺動アクチュエータ部２０における相対角度の現在値（出力値）をフィードバックするフィードバック機構を構成する。
スリーブ３４及びスプール３５は、相対角度の目標値（入力値）と現在値（出力値）の差を検出する検出機構及びこの差に応じて出力値を制御する制御機構を構成する。
【００５９】
（３−１）平衡状態の一例
図３は、相対角度の目標値が一定の場合の起振力振幅制御装置１０の平衡状態の一例を示している。相対角度の目標値が一定の場合とは、入力信号圧力Ｐｃが時間的に変化しない場合である。
【００６０】
スリーブ３４の複数の貫通路３４ａの境界角部とスプール３５の複数のランド部３５ａの境界角部は正確に向かい合い、複数の給油制御ポート１４、１５及び複数の排油制御ポート１６、１７が形成される。給油制御ポート１４は、油圧源ポートＰｓをＡポート用の負荷ポート１８へ連通させる又は閉鎖するポートである。給油制御ポート１５は、油圧源ポートＰｓをＢポート用の負荷ポート１９と連通させる又は閉鎖するポートである。排油制御ポート１６は、戻りポートＰｄをＡポート用の負荷ポート１８と連通させる又は閉鎖するポートである。排油制御ポート１７は、戻りポートＰｄをＢポート用の負荷ポート１９と連通させる又は閉鎖するポートである。
【００６１】
この平衡状態においては、複数の給油制御ポート１４、１５及び複数の排油制御ポート１６、１７の全てが閉じている。なお、スリーブ３４及びスプール３５の双方の、軸方向位置は、図示の位置に限らず、入力機構により決定されたスプール３５の軸方向位置となる。スプール３５の軸方向位置は、相対角度の目標値に対応する。斜板３９の回動位置も、図示の位置に限らず、相対角度の目標値に相当する回動位置である。
【００６２】
この平衡状態では、全ての給油制御ポート１４、１５及び排油制御ポート１６、１７が閉じているため、揺動アクチュエータ部２０への給排油は行われない。従って、揺動アクチュエータ部２０の各室は密閉状態となり、ベーン２３もアクチュエータケーシング２１に対して相対的に回動できない。よって、この平衡状態では、両偏心重錘の相対角度が安定に維持される。
【００６３】
（３−２）相対角度の移行過程の第１の例
図４（ａ）（ｂ）は、起振力振幅制御装置１０の相対角度の移行過程の一例における制御部の主要部を概略的かつ模式的に示した断面図である。ここでの相対角度の移行過程とは、相対角度の１つの目標値に相当する平衡状態（例えば図３の状態）から別の目標値に相当する平衡状態へ移行するまでの過渡状態である。
【００６４】
図４（ａ）は移行中の状態を示す。例えば図３の平衡状態にある制御部３０に対し、外部の入力信号圧力操作器により入力信号圧力Ｐｃを現在値より小さい一定の圧力に降下させる。降下後の入力信号圧力Ｐｃは、相対角度の新たな目標値に対応する。これにより、圧力室３６の圧力が低下し、スプール３５が現在位置から後方に変位する。この変位は、圧力室３６の圧力と平衡バネ３８が均衡することで停止する。変位後のスプール３５の位置は、相対角度の新たな目標値に対応する。
【００６５】
スプール３５の変位により、給油制御ポート１４及び排油制御ポート１７が開く。給油制御ポート１５及び排油制御ポート１６は閉状態のままである。（この場合を、制御ポート１４〜１７の「順方向開閉状態」とし、相対角度を増加させるものとする。）よって、油圧源ポートＰｓからの圧油は、給油制御ポート１４を通過してＡポート用の負荷ポート１８に供給される。同時に、Ｂポート用の負荷ポート１９からの排油は、排油制御ポート１７を通過して戻りポートＰｄに排出される。この結果、図２の揺動アクチュエータ部２０では、アクチュエータ軸２５がアクチュエータケーシング２１に対して、制御ポート１４〜１７の順方向開閉に応じた向きに、制御ポートの開度に応じた相対角速度（相対角度の変化速度の意味である）で回動する。その結果、回転機械の固定偏心重錘と可動偏心重錘の相対角度が変化する。
【００６６】
ここで、制御ポート１４、１７の開度は、スプール３５の変位のみで決定されるのではなく、フィードバック機構によるスリーブ３４の変位と併せて決定される。アクチュエータ軸２５が回動する（相対角度が変化する）と、図４（ｂ）に示すように斜板３９も同じ角度だけ回動する。これにより、斜板３９に対する突起４０の当接点が変化し、スリーブ３４が後方に変位する。スリーブ３４の変位の向きは、必ずスプール３５の変位の向きと同じになるように、斜板３９の傾斜の向きが設定されている。この結果、スプール３５が制御ポート１４、１７を開くように機能するのに対し、スリーブ３４は制御ポート１４、１７を閉じるように機能する。これにより、負のフィードバックが実現される。そして、スプール３５の位置とスリーブ３４の位置の差が制御ポー１４、１７の開度となる。制御ポート１４、１７の開度は、スプール３５とスリーブ３４の変位に伴い時間的に変化するが、開度が零でない限り、相対角度は変化し続ける。開度が大きいときは相対角速度が大きく、開度が小さいときは相対角速度が小さい。
【００６７】
図４（ｂ）は移行後の状態を示す。スリーブ３４がスプール３５に追いつき、スプール３５の位置（目標値に対応した位置）に到達すると、給油制御ポート１４及び排油制御ポート１７は閉じる。これにより相対角度の変化が停止し、新たな相対角度すなわち目標値にて平衡状態となる。この移行過程による相対角度の変化量は、制御ポート１４、１７の開度の時間積分の量に比例する。
【００６８】
図示の関係上、図４（ａ）と図４（ｂ）にスプール３５とスリーブ３４の変位を段階的に示しているが、これらの変位は段階的ではなく連続的に生じる。つまりスプール３５の変位が完了してからスリーブ３４の変位が始まるのではなく、スプール３５が変位し始めるとスリーブ３４が追従して変位し始め、スプール３５が停止し、続いてスリーブ３４も停止する。これが、油圧サーボ機構の追従制御機能である。（以下の図５においても同様）。
【００６９】
（３−３）相対角度の移行過程の第２の例
図５（ａ）（ｂ）は、起振力振幅制御装置１０の相対角度の移行過程の別の例における制御部の主要部を概略的かつ模式的に示した断面図である。
【００７０】
図５（ａ）は移行中の状態を示す。図４（ａ）とは逆に、外部の入力信号圧力操作器により入力信号圧力Ｐｃを現在値より高い一定の値に上昇させる。上昇後の入力信号圧力Ｐｃは、相対角度の新たな目標値に対応する。これにより、スプール３５が現在位置から前方に変位する。このスプール３５の変位により、給油制御ポート１５及び排油制御ポート１６が開く。給油制御ポート１４及び排油制御ポート１７は閉状態のままである。（この場合を、制御ポート１４〜１７の「逆方向開閉状態」とし、相対角度を減少させるものとする。）この結果、アクチュエータ軸２５がアクチュエータケーシング２１に対して、制御ポート１４〜１７の逆方向開閉に応じた向きに、制御ポート開度に応じた相対角速度で回動する。その結果、回転機械の固定偏心重錘と可動偏心重錘の相対角度が変化する。この変化は図４の例とは逆向きである。
【００７１】
この場合もフィードバック機構により、図５（ｂ）に示すように、アクチュエータ軸２５の回動とともに斜板３９も同じ角度だけ回動し、斜板３９に対する突起４０の当接点が変化し、スリーブ３４が前方に変位する。スプール３５の位置とスリーブ３４の位置の差が制御ポート１５、１６の開度となる。スリーブ３４がスプール３５の位置に到達すると、給油制御ポート１５及び排油制御ポート１６は閉じる。こうして、全ての制御ポート１４〜１７が閉状態となり、平衡状態となる。こうして、相対角度は目標値に到達し維持される。
【００７２】
（３−４）回復動作の一例
図６は、平衡状態における相対角度の回復動作を説明する図である。この回復動作も、上述したフィードバック機構により実現される。制御部３０による平衡状態の安定性は高いが、極めて大きな外乱（振動や共振等の影響）により相対角度が平衡状態からずれてしまう場合があり得る。このような外乱は、瞬間的ないしは短時間だけ生じるものがほとんどである。
【００７３】
例えば、制御部３０が平衡状態にあるとき、外乱によるアクチュエータ軸２５の回動が生じたとする。つまり、外乱による相対角度の変動が生じたとする。アクチュエータ軸２５が回動すると、それに伴って斜板３９が回動する。それによりスリーブ３４が白矢印の方向（変動方向）に変位する。この外乱に起因するスリーブ３４の変位に対応した開度で、給油制御ポート１５及び排油制御ポート１６が開く。このときの油の流れは、図５（ａ）に示した状態と同じである。この結果、図５（ｂ）と同様にスリーブ３４は黒矢印の方向（回復方向）に移動し続ける。こうして、変動前と同じ相対角度に到達して平衡状態に戻る。フィードバック機構は、平衡状態からの変動に対して速やかに元の状態を回復するように機能する。図示しないが、スリーブ３４の変位方向が逆の場合も、全く同様にフィードバック機構による回復動作が行われる。
【００７４】
図６の例は、全ての制御ポートが閉じている状態で外乱の影響を受けた場合であるが、制御装置の本来の機能により制御ポートが所定の開度で開いている間に外乱の影響を受けた場合にも同様に回復動作が行われる。この場合、制御ポートの所定の開度は、外乱による変化量だけ変化する。この外乱による開度の変化量の分に相当する給排油により、制御ポートは所定の開度を回復することができる。
【００７５】
（３−５）時間的に変化する目標値による動作
上記の例では、制御部３０に入力される相対角度の目標値が一定値（時間的に変化しない）の場合について説明したが、相対角度の目標値が時間的に変化する場合について説明する。
わかりやすい例として、相対角度の目標値が、一定の傾きで増大するランプ入力の場合を説明する。なお、動作は異なるが、説明の便宜上、図５（ａ）を参照する。
【００７６】
＜移行中＞
入力信号圧力Ｐｃが一定の傾きで上昇し始めると、スプール３５は同時に同じ速度で前方に変位し始め、制御ポート１５、１６が開き始める（図５（ａ）参照）。負荷ポート１８、１９により揺動アクチュエータ部２０に給排油が行われて相対角度が変化し始め、フィードバック機構を介してスリーブ３４も前方に移動し始める。
【００７７】
＜移行後＞
続いて、スリーブ３４もスプール３５の変位速度と同じ変位速度に到達する。このとき、スプール３５の位置とスリーブ３４の位置は相対的に変化せず、スプール３５の位置とスリーブ３４の位置の差は一定に維持される。すなわち、制御ポート１５、１６の開度が一定に維持される（図５（ｂ）と異なり最終的に制御ポート１５、１６が閉じない）。この結果、揺動アクチュエータ部２０の相対角度は、一定の速度で減少し続ける。これにより、両偏心重錘の偏心モーメントは一定の速度で増大し続けることになる。広い意味で、この状態も「平衡状態」と称することとする。
【００７８】
なお、入力信号圧力Ｐｃが一定の傾きで減少するランプ入力についても、同様である。さらに、入力信号圧力Ｐｃの時間的変化が、一定の傾き以外の所定の変化を行う場合であっても、原理的には同じである。平衡状態に達した後は、制御ポートの開度が所定の変化を行うこととなり、その結果、相対角度も所定の変化を行うこととなる。
【００７９】
（４）相対角度の目標値と現在値の関係
図７は、入力される相対角度の目標値と相対角度の現在値との関係を模式的に示した図である。
実線は、相対角度の目標値θｔであり、点線は、相対角度の現在値θａである。図７では、制御の一例として、相対角度の目標値θｔを一定値で入力する期間と、一定の傾き（増加又は減少）で入力する期間を、適宜設けている。また、相対角度の目標値θｔのパターンが変化したとき、相対角度の現在値θａが目標値θｔに完全に追従するまでの移行期間を「移行中」として示している。相対角度の現在値θａが目標値θｔに完全に追従した状態（一定値の場合と等速変化の場合がある）の期間を「平衡状態」として示している。
【００８０】
目標値θｔが一定値の場合の平衡状態では、目標値θｔと現在値θａは一致する（図７ではわかりやすいように実線と点線を若干ずらして示しているが実際は重なる）。目標値θｔが時間的に変化する場合の平衡状態では、目標値θｔから遅れて現在値θａが追随し同じように時間的に変化する。
【００８１】
（５）起振力振幅制御装置と偏心モーメント（起振力振幅）との関係
図８は、本発明の起振力振幅制御装置１０の揺動アクチュエータ部２０の横断面（ａ１）（ｂ１）（ｃ１）と、それぞれに対応する回転機械の概略的な横断面（ａ２）（ｂ２）（ｃ２）を示した図である。
【００８２】
図８（ａ１）では、ベーン２３が可逆回動動作範囲の一端位置にある。このとき（ａ２）に示すように回転機械の総合偏心モーメントは最大となる。回転機械の起振力振幅は、総合偏心モーメントに比例する。このときの相対角度θを零とする。
図８（ｂ１）では、ベーン２３は可逆回動動作範囲の中間位置にある。中間位置は、任意の相対角度θとすることができる。このとき（ｂ２）に示すように回転機械の総合偏心モーメントは中間値となる。
図８（ｃ１）では、ベーン２３が可逆回動動作範囲の他端位置にある。このとき（ｃ２）に示すように回転機械の総合偏心モーメントは最小（零）となる。このときの相対角度θは最大である。
【００８３】
可逆回動動作範囲すなわち両偏心重錘の相対角度θの可変範囲は、目標値の設定範囲によって０〜４５°、０〜９０°、０〜１８０°等、任意の範囲を設定できる。
【００８４】
（６）斜板の最適使用範囲
図９（ａ）（ｂ）は、斜板３９と突起４０の当接点の関係を示した図である。図９（ａ）は、横軸が、斜板３９の回動角度β（両偏心重錘の相対角度に対応）を示し、縦軸は、斜板３９の回動角度βに対する突起４０の当接点のスリーブ軸方向変位ｙを示す。スリーブ軸方向変位ｙは、y＝Rsinβtanαで表わされる。
図９（ｂ）は、斜板３９の平面図と側面図を示す。
【００８５】
相対角度と当接点の変位ｙの倍率は、相対角度のフィードバック作用の倍率であり、当接点半径Ｒと板角度αで調節できる。この倍率の調節は装置の設計段階で相対角度の応答時間の調整を可能にする。斜板３９の傾斜面上の使用角度範囲は、sin曲線の極小点と極大点の近傍を避け、線形に近い変化となる範囲を選択することが好ましい。極小点よりマイナス側および極大点よりプラス側はsin曲線の傾きがマイナスになりフィードバック作用が逆になるため使用できない。このような範囲とすることで、適切なフィードバック制御が可能となる。図９（ｂ）に示す斜板３９と突起４０の当接点（黒点で例示）は、斜板３９の周縁に沿って移動する。使用角度範囲内の任意の中間位置で図３の平衡状態が得られるように取付けを設定する。
【００８６】
（７）起振力振幅制御装置の別の構成（回転形四方案内弁方式）
図１０〜図１５を参照して、上述した直動形四方案内弁に替えて回転形四方案内弁を起振力振幅制御装置の制御部に用いた構成の一例を示す。図１０〜図１５では、上述した直動形四方案内弁に対応する構成要素については同じ符号を用いている。
【００８７】
図１０は、回転形四方案内弁を用いた起振力振幅制御装置１０Ａにおける、軸を含む断面を概略的に示した図である。図１１は、回転形四方案内弁による制御部の動作原理を説明した図である。なお、図１１では、説明の便宜上、実際は軸方向に離間している構成要素を同じ断面内に示している。図１２〜図１５は、それぞれ図１０のＷ断面、Ｘ断面、Ｙ断面、Ｚ断面を概略的に示した図である。
【００８８】
略円筒状のマニホールド３３は、アクチュエータケーシング２１と一体に回転する。マニホールド３３の内側に略円筒状のスリーブ３４が固定されている。よって、スリーブ３４は、アクチュエータケーシング２１と一体に回転することとなる。図１１に示すように、スリーブ３４には、径方向に貫通する複数の貫通孔３４ａが、周方向に適宜の角度毎に設けられている。各貫通孔３４ａは、軸方向に適宜離間した位置に設けられている。これらの貫通孔３４ａは、油圧源ポートＰｓ、戻りポートＰｄ、負荷ポート１８、１９のいずれかと連通している。
【００８９】
スリーブ３４の内側には略円筒状のスプール３５が嵌挿されている。スリーブ３４とスプール３５は、それぞれ中心軸周りで回動可能であり、互いに摺動する。図１１に示すように、スプール３５は、周方向において適宜の角度毎に径方向に突出する複数のランド部３５ａが設けられている。各ランド部３５ａは、軸方向に延在し、スリーブ３４の貫通孔のうち油圧源ポートＰｓ又は戻りポートＰｄに連通する貫通孔と対向している。また、周方向において隣り合うランド部３５ａ間の各間隙に対して、スリーブ３４の貫通孔のうち負荷ポート１８又は１９に連通する貫通孔が開口している。
【００９０】
図示の例では、半径方向の油圧バランスのために、油圧源ポートＰｓ、戻りポートＰｄ、負荷ポート１８、１９を２個ずつ設けているが、機能的には１個でも足りる。補助負荷ポート１８ａは、２個の負荷ポート１８を連通させている。補助負荷ポート１９ａは、２個の負荷ポート１９を連通させている。
【００９１】
スプール３５の内側には、スプラインナット６１が固定されている。スプラインナット６１は、スプール３５とともに回転するが、軸方向には動かない。スプラインナット６１の内側には、スプライン軸６２が螺合している。スプライン軸６２の前端部分には、直動スプライン（オス）６２ａが形成されている。直動スプライン（オス）６２ａは、アクチュエータ軸２５の端部に設けられたスプライン（メス）６３に組み込まれている。これにより、直動スプライン（オス）６２ａ、スプライン軸６２、スプラインナット６１及びスプール３５が、アクチュエータ軸２５と一体に回転することとなる。
【００９２】
図１１に示すように、スリーブ３４の複数の貫通路３４ａの境界角部とスプール３５の複数のランド部３５ａの境界角部は正確に向かい合い、給油制御ポート１４、１５及び排油制御ポート１６、１７を形成している。図１１では、全ての制御ポートが閉じた状態となっているが、スリーブ３４とスプール３５の相対的な回動が生じると、制御ポート１４〜１７が、順方向開閉又は逆方向開閉を行い、揺動アクチュエータ部のＡポート２６及びＢポート２７に対して給油又は排油を行う。これは、上述した直動形四方案内弁と同様である。
【００９３】
直動形四方案内弁と異なる点は、フィードバック機構である。直動形四方案内弁では、揺動アクチュエータ部の相対角度の現在値を、アクチュエータ軸２５から斜板及びスリーブ突起の変換機構を介してスリーブ３４に伝達する必要があったが、回転形四方案内弁では、揺動アクチュエータ部２０の相対角度の現在値が、アクチュエータケーシング２１からスリーブ３４に直接的に伝達されるので、変換機構が不要である。
【００９４】
回転形四方案内弁の動作は、次のようになる。
相対角度の目標値に対応する入力信号圧力Ｐｃを外部から操作することにより、圧力室３６の圧力が変化し、スプライン軸６２及び直動スプライン（オス）６２ａの軸方向の平衡が崩れて軸方向に変位する。このとき、直動スプライン（オス）６２ａと（メス）６３の拘束によりスプライン軸６２は回動することなく、スプラインナット６１がスプール３５とともに回動することとなる。すなわち外部から入力信号圧力Ｐｃを操作することにより、スプール３５を、相対角度の目標値に対応する角度位置に変位させる。
【００９５】
このスプール３５の角度変位（目標値の変位）は、直動スプライン軸６２の作用により、高速回転しているアクチュエータ軸２５を基準とした角度変位である。従って、揺動アクチュエータ部２０の相対角度の現在値のフィードバックは、アクチュエータ軸２５を基準としたアクチュエータケーシング２１の相対角度を用いなければならない。回転形四方案内弁では、アクチュエータケーシング２１とスリーブ３４が一体であるので、アクチュエータケーシング２１の角度位置は、直接的にスリーブ３４に伝達される。そして、スプール３５の角度位置とスリーブ３４の角度位置の差に対応した開度で、所定の制御ポート１４、１７又は１５、１６が開かれる。これが、相対角度の目標値と現在値の差を検出する検出機構である。開かれた制御ポート１４、１７又は１５、１６からアクチュエータのＡポート２６、Ｂポート２７に対する給油又は排油が行われ、相対角度の現在値が目標値に追従する。これにより、油圧サーボ機構が実現される。
【００９６】
（８）杭の施工方法
以上に述べた起振力振幅制御装置１０を取り付けた回転機械５０を用いて杭の打ち込み又は引き抜きを行う施工方法の一例は、次の通りである。
地盤に対して杭の打込み又は引抜きを行う工程中、回転機械５０を回転させた状態にて、既知の土質情報等に基づいて演算装置により両偏心重錘５１、５２の相対角度の目標値を算出する。当該深度の目標値に応じて起振力振幅制御装置１０により両偏心重錘５１、５２の相対角度を変更し、杭の打ち込み又は引き抜きを行う。回転機械５０を停止することなく両偏心重錘５１、５２の相対角度を変更できるので、連続的に杭の打ち込み又は引き抜きを行うことができる。よって、機器の停止により余分な燃料や時間を費やすことなく、地盤に最適な起振力振幅で施工を行うことができる。さらに、本装置では相対角度を時間可変目標値に追従させることも可能である。
【００９７】
（９）補足
以上述べた直動形、回転形の四方案内弁による具体的構成は、本発明の原理を適用した制御装置の一例である。本発明の原理に沿った具体的構成は、これら以外であっても実施可能である。当業者に自明の変形構成も本発明の範囲に含まれるものとする。
例えば、入力機構は、相対角度の目標値に対応してスプールを変位させる機構であれば、油圧式でも電気式でもよい。スプールは、相対角度の目標値に対応する位置に変位する第１変位部材であればよい。スリーブは、揺動アクチュエータ部における相対角度の現在値に対応する位置に変位しかつ第１変位部材に追従変位する第２変位部材であればよい。
また、上述した例では、これらの第１及び第２の変位部材、並びに、フィードバック機構及び第１変位部材と第２変位部材の位置の差の検出機構は機械式であるが、電気式又は光学式でも実現できる。
さらに、相対角度の目標値及び現在値が、機械的要素以外の変量に置き換えられ、これらの変量をコンピュータ処理することにより、揺動アクチュエータを駆動制御してもよい。
【符号の説明】
【００９８】
１０、１０Ａ  起振力振幅制御装置
１４  （Ａポート用）給油制御ポート
１６  （Ａポート用）排油制御ポート
１５  （Ｂポート用）給油制御ポート
１７  （Ｂポート用）排油制御ポート
１８  （Ａポート用）負荷ポート
１９  （Ｂポート用）負荷ポート
２０  揺動アクチュエータ部
２１  アクチュエータケーシング
２２  シュー
２３  ベーン
２５  アクチュエータ軸
２６  Ａポート
２７  Ｂポート
３０  制御部
３１  制御部ケーシング
３２  油路ロータ
３３  マニホールド
３４  スリーブ
３４ａ  貫通路
３５  スプール
３５ａ  ランド部
３６  圧力室
３８  平衡バネ
３９  斜板
４０  スリーブ突起
４１  スプライン軸
４２  スプール平衡バネ
４３  スリーブバネ
４４、４５  ベアリング
５０  回転機械
５１  固定偏心重錘
５２  可動偏心重錘
５３  ギア
５４  駆動軸
５５  従動軸
５６  駆動プーリ
５９  従動軸ベアリング
６０  回転機械ケーシング
６１  スプラインナット
６２  スプライン軸
６２ａ  直動スプライン（オス）
６３  スプライン（メス）
Ｐｓ  油圧源ポート
Ｐｄ  戻りポート
Ｐｃ  入力信号圧力ポート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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