(57)【要約】【課題】ロータリーパーカッションドリルで駆動されるロッドにかかる給進力、打撃力および回転トルクを計測することができる地盤調査装置を提供する。【解決手段】ロータリーパーカッションドリルが搭載され、ロッドに給進力を与える油圧アクチュエータ、打撃力を与える油圧駆動のハンマーおよび回転トルクを与える油圧モータの各々に取り付けられた油圧センサと、ロッド下部に取り付けられ、ロッドの給進力または打撃力または回転トルクを計測するロードセルと、ロッド下端に着脱可能に連設される負荷ユニットと、負荷ユニットが連設された状態でロッドを駆動し、油圧センサから得られる油圧の計測データならびにロードセルから得られる給進力または打撃力または回転トルクの計測データを採取する制御部と、を備える。【選択図】図３
2010242343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータリーパーカッションドリルが搭載され、ロッドに給進力を与える油圧アクチュエータ、打撃力を与える油圧駆動のハンマーおよび回転トルクを与える油圧モータの各々に取り付けられた油圧センサと、
前記ロッド下部に着脱可能に取り付けられ、前記ロッドの給進力または打撃力または回転トルクを計測するロードセルと、
前記ロッド下端に着脱可能に連設される負荷ユニットと、
前記負荷ユニットが連設された状態で前記ロッドを駆動し、前記油圧センサから得られる油圧の計測データならびに前記ロードセルから得られる給進力または打撃力または回転トルクの計測データを採取する制御部と、を備えることを特徴とする地盤調査装置。
【請求項２】
前記制御部には、油圧によって生成された給進力または打撃力または回転トルクの値を、基準となる給進力または打撃力または回転トルクと比較する比較器が設けられることを特徴とする請求項１に記載の地盤調査装置。
【請求項３】
前記負荷ユニットは、切り替え可能に設けられる給進力計測用の油圧シリンダ機構、打撃力計測用の緩衝器および回転トルク計測用の油圧ポンプ機構で構成されることを特徴とする請求項１に記載の地盤調査装置。
【請求項４】
前記油圧シリンダ機構と前記油圧ポンプ機構には、リリーフ圧が調節可能なリリーフ弁が設けられることを特徴とする請求項３に記載の地盤調査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤調査装置に係り、より詳細には、ロッドに地盤を模した負荷ユニットを連設し、ロータリーパーカッションドリルで駆動されるロッドにかかる力を計測できる地盤調査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、従来の地盤調査装置が搭載された地盤調査車である。図６に示すように、地盤調査車１は、柱状ガイド５０の上部にロータリーパーカッション（ＲＰＤ）のドリルヘッド６が取り付けられ、地盤をロッド４で削孔して地盤の強度を計測する。伸縮可能な脚３が車体の前後に設けられ、柱状ガイド５０は設置台２０に立設される。（特許文献１）
【０００３】
このような地盤調査車では、ロータリーパーカッションドリルで地盤を削孔し、削孔時の油圧データを採取し、換算Ｎ値を表す式に代入して、地盤が硬いか軟らかいかの指標を求めている。換算Ｎ値の変数のうち、給進力（ｋＮ）、打撃エネルギー（ｋＮ・ｍ）、回転トルク（ｋＮ・ｍ）は、ドリルヘッドを上下動させる油圧モータの油圧、ドリルヘッド内のロッド頭部をたたくハンマーの油圧、ドリルヘッド内のロッドを回転させる油圧モータの油圧を油圧センサで計測し、作用面積を乗じて算出している。なお、打撃回数（回／分）も油圧センサで検知し、削孔速度（ｃｍ／分）は、ドリルヘッドを上下動させる油圧モータに設けられたロータリーエンコーダの回転角度で検知している。
【０００４】
前記ロータリーパーカッションドリルで削孔した地盤の例（特許文献１の図１参照）によれば、給進力の換算値は、削孔深さによって大きく変化せず約１８００ｋｇｆ（１８ｋＮ）にあって、打撃エネルギーの換算値は、一定の５０ｋｇｆ・ｍ（５００Ｎ・ｍ）で、回転トルクの換算値は、削孔深さで変化し１００ｋｇｆ・ｍ〜３００ｋｇｆ・ｍ（１ｋＮ・ｍ〜３ｋＮ・ｍ）などとなっている。これらの値は、油圧の計測データを元に計算で求めたもので、機械的損失などは考慮されていない。また、ロータリーパーカッションドリルが経年変化すると、削孔する際の力は当初のものより弱くなるが、その場合、油圧が同じであっても削孔する力が弱くなるので、地盤は誤って硬いと見なされることになる。すなわち、従来の地盤調査車では、ロータリーパーカッションドリルの油圧が実際にどの程度の削孔力を発揮しているかは確認する手段がなかった。また複数の地盤調査車は、同じ削孔力となるように調節されることが望ましいが、従来の地盤調査車では、油圧は調節できるものの、ロッドにどの程度の給進力、打撃エネルギー、回転トルクが加えられているかを確認する手段はなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２１００７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、実際に地盤を削孔することなく、ロータリーパーカッションドリルで駆動されるロッドにかかる給進力、打撃力および回転トルクを正確に計測することができる地盤調査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による地盤調査装置は、ロータリーパーカッションドリルが搭載され、ロッドに給進力を与える油圧アクチュエータ、打撃力を与える油圧駆動のハンマーおよび回転トルクを与える油圧モータの各々に取り付けられた油圧センサと、前記ロッド下部に着脱可能に取り付けられ、前記ロッドの給進力または打撃力または回転トルクを計測するロードセルと、前記ロッド下端に着脱可能に連設される負荷ユニットと、前記負荷ユニットが連設された状態で前記ロッドを駆動し、前記油圧センサから得られる油圧の計測データならびに前記ロードセルから得られる給進力または打撃力または回転トルクの計測データを採取する制御部と、を備えたものである。
【０００８】
前記制御部には、油圧によって生成された給進力または打撃力または回転トルクの値を、基準となる給進力または打撃力または回転トルクと比較する比較器を設けることが好ましい。
【０００９】
前記負荷ユニットは、切り替え可能に設けられる給進力計測用の油圧シリンダ機構、打撃力計測用の緩衝器および回転トルク計測用の油圧ポンプ機構で構成されることが好ましい。
【００１０】
前記油圧シリンダ機構と前記油圧ポンプ機構に、リリーフ圧が調節可能なリリーフ弁を設けることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による地盤調査装置によれば、ロッドの下端に削孔動作時の基準となる負荷を与える負荷ユニットを設け、ロードセルをロッド下部に取り付けて、給進力を与える油圧アクチュエータ、打撃力を与える油圧駆動のハンマーおよび回転力を与える油圧モータに設けられた油圧センサと合わせて、油圧ならびにロードセルの計測データを採取したので、地盤の削孔動作に先立って油圧とロッドの給進力、打撃力および回転トルクの関係を把握することができる。これにより実際の削孔動作時に計測した油圧の計測データから、給進力、打撃エネルギーおよび回転トルクを正確に変換できる。
【００１２】
また、制御部は、ロードセルで採取した計測値が基準に達しているかどうか比較する比較器を設けたので、所定の給進力、打撃エネルギーおよび回転トルクを得るための油圧が妥当なものか判定できる。このようにして油圧機器の油圧を調節すれば、複数の地盤調査装置で、給進力、打撃エネルギーおよび回転トルクを同じにできる。
【００１３】
さらに、給進力、打撃力、回転トルクの測定に応じて負荷ユニットを切り替え可能に構成したので、ロッドへの着脱が迅速にできる。油圧シリンダ機構からなる給進力の負荷ユニットは、油圧シリンダの油圧を高くしてロッドを固定状態とし、ロッドにかかる静的な荷重を計測することも、油圧シリンダの油圧を低くしてロッドをスライド（長さは油圧シリンダで制限される）させ、ロッドにかかる動的な荷重を計測することもできる。油圧ポンプ機構からなる回転トルクの負荷ユニットは、油圧ポンプの油圧を高くすることによりロッドを固定状態とし、ロッドにかかる静的な荷重を計測することも、油圧ポンプの油圧を低くしてロッドを回転させ、ロッドにかかる動的な荷重を計測することもできる。
【００１４】
さらにまた、油圧シリンダ機構と油圧モータ機構にリリーフ弁を設けたので、リリーフ弁を調節することにより、負荷の大きさ（すなわち地盤の硬さ）と給進力または回転トルクの関係を把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による地盤調査装置の基本構成図である。（実施例１）
【図２】ロッド先端のロードセルによって計測した給進力、打撃力および回転トルクの各値（＊）と、基準となる給進力、打撃力および回転トルクの各値（○）との関係を示すグラフである。（実施例１）
【図３】図１で、ロッドにかかる給進力を計測する構成した地盤調査装置である。（実施例１）
【図４】図１で、ロッドにかかる打撃力を計測する構成とした地盤調査装置ある。（実施例１）
【図５】図１で、ロッドにかかる回転トルクを計測する構成とした地盤調査装置である。（実施例１）
【図６】従来の地盤調査車の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明による地盤調査装置を説明する。なお、本発明の構成要素で、従来の地盤調査車に搭載されているものは同じ符号とした。
【実施例】
【００１７】
図１は、本発明による地盤調査装置の基本構成図である。地盤調査装置６０ではロータリーパーカッションドリルを使用し、ロッドにかかる給進力、打撃力および回転トルクを計測する。図１に示すように、地盤調査装置６０は、地盤表面に接するように下降できる設置台２０（位置は図６参照）に柱状ガイド５０が立設される。柱状ガイド５０の頂部には、給進力用の油圧アクチュエータとして油圧モータ１４（図３参照）が設けられる。油圧モータ１４の駆動力がチェーン１０に伝達され、チェーン１０が動くとスライドテーブル１１が油圧モータ１４の正転か逆転かで上下動する。なお、給進力用の油圧アクチュエータは、油圧モータに限られるものではなく油圧シリンダを使用してもよい。ドリルヘッド６は、スライドテーブル１１に装着され、打撃用の油圧ハンマー機構１５（図４参照）と、ロッド４を回転させる回転用の油圧モータ１６（図５参照）を有する。給進力検知用の油圧センサ７と、打撃力検知用の油圧センサ８と、回転トルク検知用の油圧センサ９の出力が制御部３０に送られる。
【００１８】
図１に示すように、ロードセルはロッド４の下部に着脱可能に取り付けられる。ロードセル５の出力は制御部３０に送られる。ロードセル５の下端に負荷ユニット１２が着脱可能に連設される。ロードセル５および負荷ユニット１２を横に外した状態では、ロッド４を設置台２０の貫通孔に通して地盤に押し込む。制御部３０は、油圧センサ７、８、９の計測データを採取し記録する。また、ロードセル５の出力を採取し記録する。また、図１の右側に示すように、油圧センサ７の油圧とロードセル５の給進力との関係、油圧センサ８の油圧とロードセル５の打撃力との関係および油圧センサ９の油圧とロードセル５の回転トルクとの関係を把握する。
【００１９】
実際にロッド４で地盤を削孔する際には、油圧センサ７、８、９の油圧が制御部３０で記録される。換算Ｎ値を算出する際の給進力、打撃力および回転トルクは、計測した油圧から図１のグラフを使用して求めることができる。換算Ｎ値では、打撃エネルギーを使用するが、打撃エネルギーは打撃力の変化を時間軸で積分して求めることができる。
【００２０】
図２は、本発明によるロッド先端のロードセルによって計測した給進力、打撃力および回転トルクの各値（＊で示す）と、基準となる給進力、打撃力および回転トルクの各値（○で示す）とを比較したグラフである。比較は、図１の制御部３０に示すように、給進力、打撃力および回転トルクの基準値１３と、ロードセル５の出力値から求めた給進力、打撃力および回転トルクを比較器１３ａで比較することで行なう。比較の結果、給進力、打撃力および回転トルクの過不足がわかる。例えば、給進力が、与えた油圧に対して期待されるところの値、すなわち基準値より低いなら、油圧機器の油圧を上昇させるよう較正することができる。このような調整を地盤調査装置毎に行なえば、地盤調査装置間で使用年数などの違いがあっても、削孔時のロッドにかかる力を同じに設定できる。その場合、同じ硬さの地盤なら、地盤調査装置によらず同じ結果が得られる。
【００２１】
図３は、ロッドにかかる給進力を計測する構成とした地盤調査装置６０ａである。給進力検知用のロードセル５の内部にはひずみゲージ５ａ、５ｂが張り付けられる。ひずみゲージ５ａ、５ｂは、断面積Ａのゲージ線が複数回折り返されて束ねられたものである。長さＬのひずみゲージが長手方向にΔＬだけ引き伸ばされたとすると、ひずみεはε＝ΔＬ／Ｌとなる。この時、ロードセル５を上下に圧縮する給進力ＰはＰ＝Ｅ×（ΔＬ／Ｌ）×Ａから算出できる。Ｅはヤング率である。一方、ΔＬ／Ｌは、ひずみゲージの抵抗Ｒの変化をホイーストンブリッジ回路で計測し、ΔＲ／Ｒ＝ｋ×ΔＬ／Ｌを使って求める。ひずみゲージ５ａは、長手方向が垂直に設けられ圧縮タイプである。ひずみゲージ５ｂは、長手方向が水平に設けられ引っ張りタイプである。
【００２２】
図３に示すように、負荷ユニット１２は、シリンダ１２ｄとピストン１２ｅからなる油圧シリンダ機構で構成され、ピストン１２ｅは連結ロッド１２ｇに連結されている。シリンダ１２ｄの上側室と下側室には、コントロール弁１２ａからオイルが送られて油圧がかかる。通常、コントロール弁１２ａは右側のように交差した通路が形成されており、逆止弁１２ｃの下側からポンプ（Ｐで示す）でオイルがシリンダ１２ｄの下側室に送られる。ピストン１２ｅが上昇して、所定の圧力になる。この場合、ピストン１２ｅは、ロッド４で下向きに押されるが、逆止弁があるのでオイルは逃げる場所がなく、油圧が所定の高圧になるとリリーフ弁１２ｂが解放され、オイルをオイルタンク１２ｆに逃がすように構成される。リリーフ弁１２ｂは、所定のリリーフ圧に設定可能なタイプとした。リリーフ圧を高く設定すれば、硬い地盤に対応した負荷ユニットとなり、リリーフ圧を低く設定すれば、軟らかい地盤に対応した負荷ユニットとなる。また、これに対応した計測データも得られる。
【００２３】
シリンダ１２ｄの下側室にオイルが充填されロックされた状態で、給進力用の油圧モータ１４を作動させると、チェーン１０が駆動され、ドリルヘッド６が下降しようとするが、ピストン１２ｅがロックされているので、ロッド４がひずみ、ロードセル５によって給進力が計測できる。シリンダ１２ｄの油圧を高くしてピストン１２ｅを固定状態としておけば、ロッド４も固定されて下降しないので、静的な荷重が計測できる。シリンダ１２ｄの油圧を低くしておき、ロッド４に強い給進力を与えるなら、ピストン１２ｅがシリンダ１２ｄ内を下降し、ロッド４がスライドするので、ロッド４にかかる動的な荷重を計測することができる。
【００２４】
図４は、ロッドにかかる打撃力を計測する構成とした地盤調査装置６０ｂである。ロードセル５は、打撃力検知用のロードセルで、給進力検知用のロードセルと同じ計測機構である。打撃力はパルス状に印加され、給進力はレベルで印加される違いがあるが、計測要素の構成は同じである。打撃力を計測する時は、負荷ユニット１２が緩衝器１２ｈに切り替えられる。打撃用の油圧ハンマー機構１５を油圧で作動させると、ハンマーが打ち下ろされてロッド４の頂部を打撃する。ドリルヘッド６とロッド４が下降しようとするが、ロッド４の先端は負荷ユニット１２の緩衝器１２ｈで阻止されるので、ロッド４がひずみ、ロードセル５によって打撃力が計測できる。緩衝器１２ｈは、一例として材質をゴムとすることができる。なお、緩衝器１２ｈが受けた荷重は地盤表面と接する設置台２０が受けるものとなる。緩衝器１２ｈの特性を変えることで軟弱地盤から硬質地盤まで模擬して打撃力を計測することが可能である。
【００２５】
図５は、ロッドにかかる回転トルクを計測する構成とした地盤調査装置６０ｃである。引出円Ｃ１に示すように、回転トルク検出用のロードセル５の内部にはひずみゲージ５ｃ、５ｄが貼り付けられている。ひずみゲージ５ｃは、長手方向が右上斜め方向に設けられ引っ張りタイプである。ひずみゲージ５ｄは、長手方向が左上斜め方向に設けられ圧縮タイプである。
【００２６】
回転トルクを計測する時は、負荷ユニット１２が油圧ポンプ１２ｉに切り替えられる。油圧ポンプ１２ｉは、引出円Ｃ２に示すように、連結ロッド１２ｇの軸に回動可能に取り付けられた仕切羽根１２ｋが内部を２つの油室に仕切っている。一方の油室内にオイルが充填された状態では、仕切羽根１２ｋがロッド４の回転方向とは逆方向に押え付ける。そのため、ドリルヘッド６の回転用の油圧モータ１６を作動させると、ロッド４が円周方向に沿ってひずみ、ロードセル５によって回転トルクが計測できる。油圧ポンプ１２ｉの油圧を高くして仕切羽根１２ｋを固定状態としておけば、ロッド４は回転しないので静的な荷重が計測できる。油圧ポンプ１２ｉの油圧を低くしておき、ロッド４に強い回転を与えるなら、仕切羽根１２ｋが油圧に打ち勝って回動し、ロッド４も回動するので、ロッド４にかかる動的な荷重を計測することができる。リリーフ弁１２ｂの設定圧力を超える回転トルクが生じた場合は、リリーフ弁１２ｂがオイルを逃がすので、ロッド４は一定の負荷のもとで回動する。
【００２７】
なお、ロードセル５および負荷ユニット１２は、ロッド４の下端の位置に着脱可能に設けられる。実際に地盤を掘削する時には、ロッド４の地盤への挿入を邪魔しないようロッド４下端の位置から取り外される。
【００２８】
給進力計測用の油圧シリンダ機構と、打撃力計測用の緩衝器と、回転トルク計測用の油圧ポンプ機構からなる負荷ユニット１２は、可動テーブルに切り替え可能に設置される。これにより負荷ユニット１２の着脱が迅速にできる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、ロータリーパーカッションドリルのロッドにかかる削孔力が把握でき、同じ条件で地盤の調査を行なえる地盤調査装置として好適である。
【符号の説明】
【００３０】
１    地盤調査車
２    車体フレーム
３    脚
４    ロッド
５    ロードセル
５ａ、５ｂ    給進力または打撃力の検知用のロードセル内のひずみゲージ
５ｃ、５ｄ    回転トルク検出用のロードセル内のひずみゲージ
６    ドリルヘッド
７    給進力検知用の油圧センサ
８    打撃力検知用の油圧センサ
９    回転トルク検知用の油圧センサ
１０    チェーン
１１    スライドテーブル
１２    負荷ユニット
１２ａ    コントロール弁
１２ｂ    リリーフ弁
１２ｃ    逆止弁
１２ｄ    シリンダ
１２ｅ    ピストン
１２ｆ    オイルタンク
１２ｇ    連結ロッド
１２ｈ    緩衝器
１２ｉ    油圧ポンプ
１２ｋ    仕切羽根
１３    基準値
１３ａ    比較器
１４    給進力用の油圧モータ
１５    打撃用の油圧ハンマー機構
１５ａ    ハンマー
１６    回転用の油圧モータ
２０    設置台
３０    制御部
５０    柱状ガイド
６０    地盤調査装置
６０ａ    給進力を計測する構成とした地盤調査装置
６０ｂ    打撃力を計測する構成とした地盤調査装置
６０ｃ    回転トルクを計測する構成とした地盤調査装置
【図１】
2010242343.tif 000003
【図２】
2010242343.tif 000004
【図３】
2010242343.tif 000005
【図４】
2010242343.tif 000006
【図５】
2010242343.tif 000007
【図６】
2010242343.tif 000008