(57)【要約】【課題】振動杭打抜機を改良して、制御用電子機器に必要な良質の電源が得られるようにする。【解決手段】振動発電機構のコイル１１ａを、静止部材であるハンガ３に設置する。振動発電機構の磁石１１ｂを振動発生機５に連結して、振動発生機の振動を磁石に伝動する。コイル１１ａに発生した誘導電流は整流回路１１ｄで整流して蓄電池１１ｅに蓄える。この蓄電池を電源として、図外の検出機構および図外の送受信機構に給電する。前記検出機構および送受信機構は激しい振動を嫌うので静止部材であるハンガ３に設置する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機によって振動を発生させる振動発生機と、該振動発生機に固着されて杭を把持するチャックと、弾性材を介して前記振動発生機を支持するハンガと、を具備する振動杭打抜機において、
コイルと磁石とから成る振動発電機構が設けられていて、
前記のコイルは、静止部材であるハンガに設置されており、
前記の磁石は、前記のコイルに対して上下方向の変位可能に案内されるとともに、前記振動発生機による調和振動を伝動されて上下に振動することを特徴とする振動杭打抜機。
【請求項２】
原動機によって振動を発生させる振動発生機と、該振動発生機に固着されて杭を把持するチャックと、弾性材を介して前記振動発生機を支持するハンガと、を具備し、
コイルと磁石とから成る振動発電機構が設けられていて、
前記のコイルは、静止部材であるハンガに設置されており、
前記の磁石は、振動発生機の調和振動を伝動されて上下に振動する構造であり、
かつ、前記の振動発電機構を電源として作動する検出機構と、同じく送受信機構とが設けられていることを特徴とする振動杭打抜機。
【請求項３】
前記の振動発電機構は、コイルに発生した誘導電流を整流する整流回路と、整流された電流を蓄電する蓄電池と、を備えていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載した振動杭打抜機。
【請求項４】
請求項２に記載した振動杭打抜機を用い、
前記の検出機構によって、振動発生機の作動状態を表す数値を検知するとともに、
前記送受信機構と遠隔操作盤との間で情報を交換することによって、振動発生機を制御することを特徴とする振動杭打抜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、振動杭打抜機の振動を利用して発電するように改良した振動杭打抜機および、振動杭打抜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】図４は従来例の振動杭打抜機の作業状態を示している。
この状態では、杭７が地盤Ｅに半ば打ち込まれており、打ち込み深さ寸法がＨである。
クレーン２で吊持されたハンガ３に対して振動発生機５が、弾性材４を介して装着されており、該振動発生機にチャック６が固着されている。
振動発生機５は上下方向の振動を発生し、チャック６に把持されている杭７は激しく上下に振動しつつ、自重によって地盤内に貫入してゆき、または、激しく上下に振動しつつ、クレーン２で吊り上げられて地中から引き抜かれる。【０００３】  振動を利用して発電する技術は種々提案されており、本発明に最も近いものとしては、先行技術の欄に記載した特開２００８−２０２２５３号公報「建設機械における振動発電装置」が公知である。
この公知発明はクローラ型建設機械における車体の振動を利用して発電し、従来は無駄に捨てていた振動エネルギーを電力として回収するものであって、省エネ効果を奏した点では社会的要請に沿った有益な発明である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２０２２５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  従来の振動発電技術は省エネルギーの観点に立って、無駄に捨てていた振動エネルギーを電力として回収するものであったから、電力の「品質」までは考慮されていなかった。
すなわち、エネルギー源である振動の周期も波形も振幅も不規則に変動するので、発電した電流の周期も波形も電流値・電圧値も不安定であっあった。【０００６】  一方、振動杭打抜機は激しく振動するので通常の発電機を設置することが容易でない。
しかも、作業の進行に伴って杭頭に装着されている振動杭打抜機の地上高が大きく変化するので、該振動杭打抜機に対して送電線を配線することは困難である。
その代わり、振動杭打抜機においては良質の振動が豊富である。
本発明は、振動杭打抜機は良質の振動が豊富であることに着目して、発電機能を備えた振動杭打抜機、および該発電機能を有効に利用した振動杭打抜方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  良質の振動発電をするには良質の振動が必要である。  すなわち、コイルに誘起される交番起電力は、
＝コイルの巻き数×磁束の変化量／磁束の変化する時間
＝（２π／√２）×コイルの巻き数×周波数×磁束密度×面積
であるから、振動発電機のコイルに誘導される電圧の波形は振動の波形と相似である。
従って、建設機械類の車体に発生する『周期や波高が不定で、波形が乱雑な減衰波振動』によって発生される交番起電力は、『周期や波高が不定で、波形が乱雑な減衰波形』になる。
上述の事情に鑑みて本発明は、振動杭打抜機における『周期や波高が安定した調和振動』を利用することによって、良質の振動発電を可能ならしめた。【０００８】  振動杭打抜機に良質の振動が豊富であることは当然であり、一方、振動発電機の原理は周知である。しかしながら従来技術によっては振動発電機を振動杭打抜機に適用することは困難であった。
その理由は、振動発電機の構成部材中には振動杭打抜機の激しい振動に耐え得ないものが有るからである。【０００９】  本発明において、振動発電機を振動杭打抜機に搭載できるようにしたのは、
イ．振動発電機の構成部材を「振動に弱い部材」と「振動を必要とする部材」とに選別し    、
ロ．振動杭打抜機の構成部材を「激しく振動する部材」と「振動を無視しうる部材」とに    選別して、
振動杭打抜機の「振動を無視し得る部材」に振動発電機の「振動に弱い部材」を搭載し、振動杭打抜機の「激しく振動する部材」に振動発電機の「振動が必要な部材」を搭載した。【００１０】  図２は、前述の着想を説明するイメージ図である。
（中心線Ｚの左側を参照）  下端にスプリング座１８ａを形成された吊棒１８の上端が、ハンが３に固着されるとともに、
振動発生機５が、前記吊棒１８に外嵌されたブッシュ１９を介して、上下動可能に案内されており、
スプリング座１８ａと振動発生機５との間に、下部スプリング４ｂが圧縮介装され、
ハンガ３と振動発生機５との間に、上部スプリング４ａが圧縮介装されている。
このようにハンガ３と振動発生機５とは振動絶縁され、振動伝達率は０．０３パーセント以下である。【００１１】  「振動発生機に対して振動絶縁されている部材」を静止部材と名付ける。地球に対して完全に静止していなくても、振動を無視し得れば足りる。ハンガは静止部材の典型である。
これに対して、「振動発生機、および、これに固着された部材」を振動部材と名付ける。図２において振動発生機５、チャック６、および杭７は振動部材である。【００１２】  図２の中心線Ｚよりも右側は本発明の要部を模式的に描いてある。
振動発電機を構成している部材の中で、激しい振動に耐え難いコイル１１ａ、整流回路１１ｄ、および蓄電池１１ｅを静止部材であるハンガ３に設置する。
特に、整流回路１１ｄは電子機器であるから振動を嫌う。
コイル１１ａそれ自体は相当の振動に耐え得るが、整流回路との間に配線されているので、コイルが振動すると配線に曲げや捩れを生じるから激しい振動を被ることは好ましくない。
一方、激しい振動に耐え、かつコイルに対して往復移動する必要の有る磁石１１ｂは、振動部材である振動発生器５に装着される。【００１３】  振動発生機５が振動すると、磁石１１ｂはこれと共に振動する。
このようにして磁石１１ｂは、静止しているコイル１１ａに対して振動し、該コイルに交番電流が誘起される。
発生した交番電流は整流回路１１ｄで整流され、蓄電池１１ｅに蓄えられる。
本発明によれば上述のように、振動発生機の調和振動を利用して、高品質の交番電力を発生させ、電源として供給することができる。【００１４】  図１は、前掲の図４に示した従来例の振動杭打抜機械に本発明を適用した状態を描いたイメージ図である。
請求項１に係る発明の構成について図面を参照して説明すると次のとおりである。
図面との照合を容易ならしめるように、図面参照符号を付記するが、この図面参照符号は本発明の構成を図面どおりに限定するものではない。
（図１参照）原動機によって調和振動を発生させる振動発生機（５）と、該振動発生機に固着されて杭を把持するチャック（６）と、弾性材（４）を介して前記振動発生機を支持するハンガ（３）と、を具備する振動杭打抜機において、
（図３参照）コイル（１１ａ）と磁石（１１ｂ）とを有する振動発電機構（１１）が設けられていて、
前記のコイル（１１ａ）は、静止部材であるハンガ（３）に設置されており、
前記の磁石（１１ｂ）は、前記のコイルに対して上下方向の変位可能に案内されるとともに、前記振動発生機（５）の振動を伝動されて上下に振動することを特徴とする。
前記の「上下」とは当該振動杭打抜機が杭を鉛直に打ち抜く場合（図１）における上下をいい、杭が鉛直でない場合は「チャックに把持された杭の長手方向」をいう。【０００１５】  請求項２に係る発明の構成は、原動機によって振動を発生させる振動発生機（５）と、該振動発生機に固着されて杭を把持するチャック（６）と、弾性材（４）を介して前記振動発生機を支持するハンガ（３）と、を具備し、
コイル（１１ａ）と磁石（１１ｂ）とを有する振動発電機構（１１）が設けられていて、
前記のコイルは、静止部材であるハンガに設置されており、
前記の磁石は、振動発生機の調和振動を伝動されて上下に振動する構造であり、
かつ、（図１参照）前記の振動発電機構（１１）を電源として作動する検出機構（８）と、同じく送受信機構（９）とが設けられていることを特徴とする。【００１６】  請求項３に係る発明の構成は、前記請求項１または同２の発明の構成要件に加えて、
（図３参照）前記の振動発電機構（１１）は、コイルに発生した誘導電流を整流する整流回路（１１ｄ）と、整流された電流を蓄電する蓄電池（１１ｅ）と、を備えていることを特徴とする。【００１７】  請求項４の発明に係る振動杭打抜方法は、請求項３に記載した振動杭打抜機を用い、
（図１参照）前記の検出機構（１１）によって、振動発生機の（５）作動状態を表す数値を検知するとともに、
前記送受信機構（９）と遠隔操作盤と（１０）の間で情報を交換することにより、振動発生機（５）を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】  請求項１の発明を適用すると、振動杭打抜機に対して振動発電機を搭載することができ、該振動杭打抜機が激しく振動しても振動発電機の作動信頼性や耐久性が損なわれない
振動発電機は、振動杭打抜機の強制調和振動を利用して、周波数一定の安定した正弦波電力を発生する。
これにより、従来技術では電源の供給が困難であった振動杭打抜機に対して良質の電力を供給することができる。【００１９】  請求項２の発明を適用すると、振動杭打抜機に対して振動発電機を搭載することができ、該振動杭打抜機が激しく振動しても振動発電機の作動信頼性や耐久性が損なわれない
振動発電機は、振動杭打抜機の強制調和振動を利用して、周波数一定の安定した正弦波電力を発生する。
これにより、従来技術では作動状態の検知が困難であった「振動杭打抜機の振動発生機」を自動的かつ遠隔的に、温度や回転速度を監視できるようになった。【００２０】  請求項３に係る発明を適用すると、当該振動杭打抜機が休止して、振動発電機が発電できない状態においても、蓄電池に蓄えられていた電力を供給することができる。【００２１】  請求項４に係る振動杭打抜方法を適用すると、振動杭打抜機の作動状況を遠隔的に計測して適正な運転操作を行い得る。
特に、振動杭打抜機を駆動している原動機の温度や回転速度を検出して、過熱傾向や過負荷傾向の有無を監視しつつ、高能率かつ安全に杭を打ち抜きすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の１実施形態における杭打抜作業の正面図である。
【図２】本発明の概要を説明するためのイメージ図である。
【図３】本発明の１実施形態模式的に描いた部分破断正面図である。
【図４】従来例の杭打抜作業を模式的に描いた正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】  図４は従来例の振動杭打抜機の作業状態を示している。
クレーン２で吊持されたハンガ３に対して振動発生機５が、弾性材４を介して装着されており、該振動発生機にチャック６が固着されている。
こうした構成であるから、振動発生機５が作動して振動を発生すると、該振動発生機とチャック６とは激しく振動するが、ハンガ３は弾性材４によって振動絶縁されているので激しくは振動しない。
振動発生機５は上下方向の振動を発生し、チャック６に把持されている杭７は激しく上下に振動しつつ、自重によって地盤内に貫入してゆき、または、激しく上下に振動しつつ、クレーン２で吊り上げられて地中から引き抜かれる。
図示の状態では、杭７が地盤Ｅの中へ深さ寸法Ｈだけ貫入している。この深さ寸法は、作業の進行に伴って増加し、または減少する。
作業の進行に伴って、振動杭打抜機の地上高寸法も変化し、時には数１０メートルまで上昇するので、振動杭打抜機の監視や制御操作は遠隔的に行なわざるを得ず、容易でない。
【００２４】  前掲の図４に示した従来例の振動杭打抜機に本発明を適用して改良した１実施形態を図１に示す。
従来例に比して異なるところを要約すると次のとおりである。
イ．振動発電機構１１が設けられている。（この振動発電機構は、次に述べる検出機構８    及び送受信機構９に電源を供給する）．
ロ．振動発生機５の作動状態を検知する検出機構８が設けられている。
ハ．検出機構８が検知した情報を遠隔操作盤１０に伝える送受信機構９が設けられている    。
【００２５】  図３は前記実施形態の要部を模式的に描いてある。
先に図１を参照して述べた検出機構８及び振動発電機構１１の詳細について次に述べる。
振動発生機５は振動部材であり、ハンガ３は振動を無視し得る静止部材である。
検出機構８や振動発電機構１１を構成している電子機器は激しい振動を嫌うので、その本体部分を静止部材であるハンガ３に設置してある。
本図３には記載を省略したが、前掲の図１について述べた送受信機構９も、静止部材であるハンガ３に設置してある。
【００２６】  電動機１２は振動発生機５を駆動している原動機である。その作動状態を検知するため、検出機構８に、回転速度センサ８ａと温度センサ８ｂとが設けられている。
前記電動機１２の回転軸に標識１３が貼着されていて、回転速度センサ８ａは回転軸の回転速度を電子的に読み取る。
温度センサ８ｂは電動機１２の外周面から放射される電磁波（主として遠赤外線）を電子的に読み取る。
以上のようにして、検出機構８は電動機１２の作動状態を非接触的に検知する。
【００２７】  振動発電機構１１の本体部分を成す筐体Ｂは、静止部材であるハンガ３に設置され、この本体部分Ｂにコイル１１ａが設けられている。
磁石１１ｂは前記コイルに対して上下方向の変位可能に案内されるとともに、連結部材１１ｃを介して振動発生機５に連結されていて、その振動を伝動されて上下に振動する。
これによって、コイル１１ａに誘導電流が発生する。
【００２８】  前記コイル１１ａに発生した誘導電流は整流回路１１ｄで整流されて、蓄電池１１ｅに蓄電される。
この蓄電池は、当該振動杭打抜機が作動中であるが休止中であるかを問わず電源として機能し、前記検出機構８および送受信機構９に対して出力端子１１ｆから直流電力を供給する。
【００２９】  （図１参照）検出機構８は、図３について説明したように振動発電機構１１から電源を供給されて、振動発生機５の作動状態（本例では電動機の回転速度および温度）を非接触的に検知して、その測定値を送受信機構９に与える。
送受信機構は、与えられた測定値を電波信号として送信（矢印ｂ）し、地上に設置されている遠隔操作盤１０が該電波信号を受信する。
遠隔操作盤１０は制御信号電波を発信する機能も有しており、発信された制御信号電波（矢印ａ）は送受信機構９で受信されて振動発生機５に与えられる。
【００３０】  遠隔操作盤１０で受信された電波信号の情報は、振動発生機５の作動状態を表している。
Ａ．この情報は作業員（図示省略）によって解読され、振動発生機の作動状態が正常であるか否か判定される。
Ｂ．作業員は上記の判定に基づいて、遠隔操作盤１０から送受信機構９に対して、所要の制御命令を電波信号（矢印ａ）として与え、振動発生機５を操作する。
【００３１】    前記と異なる実施形態として、前記Ａ，Ｂ各項の作業をマイクロコンピュータによって自動的に遂行し、当該振動杭打抜機を自動制御することもできる。
【符号の説明】
【００３２】２…クレーン
３…ハンガ
４…弾性材
５…振動発生機
６…チャック
７…杭
８…検出機構
８ａ…回転速度センサ
８ｂ…温度センサ
９…送受信機構
１０…遠隔操作盤
１１…振動発電機構１１
１１ａ…コイル
１１ｂ…磁石
１１ｃ…連結部材
１１ｄ…整流回路
１１ｅ…蓄電池
１１ｆ…出力端子
１２…電動機
１３…標識
Ｂ…振動発電機構の筐体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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