(57)【要約】【課題】貫入ロッド７貫入時の慣性を除去し、精度の高い土層判定を可能ならしめる自動貫入試験機の提供。【解決手段】本発明は、前記貫入ロッド７を地中に貫入している時、前記荷重負荷ユニットにおけるパウダブレーキ１１およびチャック用モータ５をそれぞれ制御して貫入ロッド７に負荷される荷重の増減および貫入ロッド７の回転付与・停止を行う。その一方で、貫入ロッド７に負荷されている荷重を減じる時および貫入ロッド７の回転を停止する時のそれぞれで昇降用モータ８に備えられた電磁ブレーキ８ｂを作動させて貫入ロッド７の貫入を一旦制止する。これにより、貫入ロッド７の慣性を除去し、貫入ロッド７が余計に貫入するのを防止することができる。【選択図】図１
2004092201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に貫入可能に構成された貫入ロッドと、
前記貫入ロッドの地中への貫入を制止可能な制止手段と、
前記貫入ロッドを地中に貫入している時、必要に応じて前記制止手段を制御して貫入ロッドの貫入を一旦制止させる制御ユニットと
を備えていることを特徴とする自動貫入試験機。
【請求項２】
地中に貫入可能に構成された貫入ロッドと、
この貫入ロッドを回転駆動するための回転駆動手段と、
前記貫入ロッドに所定の荷重を負荷するための荷重負荷ユニットと、
前記貫入ロッドの地中への貫入を制止するよう設けられた制止手段と、
前記貫入ロッドを地中に貫入している時、前記荷重負荷ユニットを制御して貫入ロッドに負荷される荷重を増減するとともに、前記回転駆動手段を制御して貫入ロッドへの回転付与・停止を切り換える一方、貫入ロッドに負荷されている荷重を減じる時および貫入ロッドの回転を停止する時のそれぞれで前記制止手段を制御して貫入ロッドの貫入を一旦制止する制御ユニットと
を備えていることを特徴とする自動貫入試験機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤の硬軟を調査するための試験を行う自動貫入試験機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スウェーデン式サウンディング試験方法またはこれに準じた試験方法を行う従来の自動貫入試験機としては、特開平８−２９２１４１号公報、特開平９−１１１７４５号公報等に示されるものが知られている。こういった従来公知の自動貫入試験機においては、貫入ロッドを回転させて地中に貫入する場合、所定の回転速度で貫入ロッドを回転させている。そして、この貫入ロッドの回転貫入中の貫入速度が所定の限界回転貫入速度以上となると自沈、すなわち回転を付与しなくても荷重だけで貫入ロッドが地中に貫入していく現象、が発生していると判断し、回転を停止するとともに、必要に応じて貫入ロッドに負荷されている荷重を変更するようになっている。この限界回転貫入速度には、日本工業規格Ａ１２２１の規定に従って２００ｍｍで一回の捻りが与えられたスクリューポイントが、当該捻りに従って地中に貫入する時の最大速度値が設定され、通常、次式によって定められた値が与えられている。
限界回転貫入速度（単位：ｍｍ／ｓ）＝スクリューポイントが捻りに従って一回転当たりに貫入できる最大量（２００ｍｍ）×貫入ロッドの回転速度（単位：ｒｐｍ）÷６０（単位：ｓｅｃ）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
貫入ロッドを回転させて地中に貫入している時に自沈が発生した場合、貫入ロッドの回転が停止されて荷重のみの貫入に切り換えられるが、貫入ロッドには、それまでの貫入に基づく慣性力が残るため、自沈発生と判断された土層の直下に自沈を生じない硬い層がある場合、貫入ロッドが慣性で硬い層にまで貫入してしまい、当該硬い層と自沈していた土層との境界を正確に判断できなくなる。それだけでなく、硬い層が薄い構造である場合には、貫入ロッドが当該硬い層を突き抜けてしまい、硬い層そのものを判別することができなくなる等の問題が発生していた。また、貫入ロッドが自沈している時にさらに軟らかい土層に達すると、そこで荷重が減らされるが、この時にもそれまでの慣性の影響で貫入ロッドが余計に貫入してしまい、土層の境界を正確に検出できなくなる等の問題が発生していた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題に鑑みて創成されたものであり、地中に貫入可能に構成された貫入ロッドと、前記貫入ロッドの地中への貫入を制止可能な制止手段と、前記貫入ロッドを地中に貫入している時、必要に応じて前記制止手段を制御して貫入ロッドの貫入を一旦制止させる制御ユニットとを備えていることを特徴とする。
【０００５】
また本発明は、地中に貫入可能に構成された貫入ロッドと、この貫入ロッドを回転駆動するための回転駆動手段と、前記貫入ロッドに所定の荷重を負荷するための荷重負荷ユニットと、前記貫入ロッドの地中への貫入を制止するよう設けられた制止手段と、前記貫入ロッドを地中に貫入している時、前記荷重負荷ユニットを制御して貫入ロッドに負荷される荷重を増減するとともに、前記回転駆動手段を制御して貫入ロッドへの回転付与・停止を切り換える一方、貫入ロッドに負荷されている荷重を減じる時および貫入ロッドの回転を停止する時のそれぞれで前記制止手段を制御して貫入ロッドの貫入を一旦制止する制御ユニットとを備えていることを特徴とするものでもある。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１ないし図５において、１は自動貫入試験機であり、支柱２に沿って昇降可能に構成された昇降台３を有する。この昇降台３には、所定重量の錘４ａ，４ｂと、回転駆動手段の一例であるチャック用モータ５と、このチャック用モータ５の駆動を受けて回転可能なチャックユニット６と、このチャックユニット６に保持されて一体に回転可能に構成された貫入ロッド７と、昇降台３を昇降動作させるための昇降用モータ８と、前記支柱２の背面長手方向に配置されたチェーン部材２ａに噛合して回転可能なスプロケット９と、このスプロケット９と一体に回転する支持軸１０と、この支持軸１０に連結されたパウダブレーキ１１とが配置されている。この昇降台３および昇降台３に配置された装備の総重量により、前記貫入ロッド７には１ＫＮの荷重が負荷できるように構成されている。本実施の形態においては、昇降台３およびこれに配置された前記各装備によって特許請求の範囲に記した荷重負荷ユニットの一例が構成されている。なお、これら各装備の構成は、特開平８−２９２１４１号公報に開示されたものと同じである。
【０００７】
前記貫入ロッド７は、チャックユニット６に保持されるロッド部７ａと、このロッド部７ａの先端に連結されたスクリューポイント７ｂとから成る。このスクリューポイント７ｂは、日本工業規格Ａ１２２１に従って構成されるものであり、長さ２００ｍｍに対して１回の捻りが加えられた尖鋭なドリル形状を成すものである。
【０００８】
前記チャック用モータ５とチャックユニット６とは、チャック用モータ５の出力軸５ａに連結されたスプロケット２４とチャックユニット６下部に一体に連結されたスプロケット２５とに無端チェーン２６を巻き掛けることにより連結されている。また、前記チャック用モータ５の出力軸５ａとスプロケット２４とは一方向クラッチ２７を介して連結されており、この一方向クラッチ２７は、前記スクリューポイント７ｂを捻りに合わせて地中にねじ込む方向に回転させるようチャック用モータ５が駆動した時（以下、便宜上、このチャック用モータ５の駆動を正転駆動という）、その駆動をスプロケット２４に伝達するように構成されている。よって、貫入ロッド７はチャック用モータ５が正転駆動するのを受けて回転する。逆に、スクリューポイント７ｂを捻りに合わせて地中にねじ込む方向の回転がスプロケット２４側から入力された時、一方向クラッチ２７は出力軸５ａに対して空転する。このため、スクリューポイント７ｂが土の抵抗を受けて捻りに従って回転した時、一方向クラッチ２７は出力軸５ａに対して空転することとなり、貫入ロッド７はチャック用モータ５に内蔵の減速機構の抵抗を受けることなく回転することができる。つまり、貫入ロッド７はチャック用モータ５が駆動していない貫入状態において、土の抵抗を受けて回転可能となっているのである。
【０００９】
前記昇降用モータ８と支持軸１０とは、ベベルギア１２，１３の噛合によって連結されている。ベベルギア１３と支持軸１０との間には一方向クラッチ１４が介在しており、この一方向クラッチ１４の働きにより、昇降台３が上昇する方向にスプロケット９を回転させるよう昇降用モータ８が駆動（説明の便宜上、この駆動を正転駆動とする）した時だけ、昇降用モータ８の駆動がベベルギヤ１２，１３、支持軸１０を通じてスプロケット９に伝達されるようになっている。これとは逆に昇降用モータ８が駆動（説明の便宜上、この駆動を逆転駆動とする）した時には、一方向クラッチ１４の作用でベベルギヤ１３が支持軸１０に対して空転する。このため、昇降用モータ８の減速機構の減速抵抗が支持軸１０に伝達されない状態を創出でき、よって、貫入ロッド７に昇降台３等の重量に基づく荷重を純粋に負荷することが可能になる。また、昇降用モータ８は特開平８−３３４１４３号公報に示されるように、電源が遮断されることによって出力軸８ａを回転不能にロックするよう作動する電磁ブレーキ８ｂを内蔵して構成されている。この電磁ブレーキ８ｂは、昇降用モータ８への電源供給に連動して作動する。
【００１０】
前記パウダブレーキ１１は、支持軸１０を内包し、必要に応じてこれを制動するように構成されており、その制動力は、後記する制御ユニット１５のブレーキ制御部２０から与えられる負荷電流に応じて段階的に変更されるようになっている。前述のように昇降用モータ８が逆転駆動して貫入ロッド７に昇降台３およびその装備の重量に基づく荷重が負荷された状態において、パウダブレーキ１１で支持軸１０を制動することにより、貫入ロッド７に負荷される荷重が変更されるようになっている。つまり、貫入ロッド７に負荷される荷重は、
昇降台の重量に基づく荷重（１ＫＮ）−パウダブレーキ１１による制動力
となる。
【００１１】
また、本自動貫入試験機１の作動を制御するための制御ユニット１５は、演算処理部１６に接続された速度割出部１７、昇降モータ駆動部１８、チャックモータ駆動部１９、ブレーキ制御部２０、記憶部２１、入力部２２を備えている。前記速度割出部１７は、回転するスプロケット９の歯を検出するセンサ２３のＯＮ−ＯＦＦによって得られるパルス信号から単位時間当たりの発生パルスを求め、これから貫入ロッド７の貫入速度を算出するように構成されている。また、記憶部２１には、パウダブレーキ１１に負荷する負荷電流値、貫入ロッド７に与えられる回転速度に従って従来の技術の欄で示した式により算定された限界回転貫入速度、その他の制御用パラメータが記憶されている。
【００１２】
上記自動貫入試験機１による貫入試験は、日本工業規格Ａ１２２１のスウェーデン式サウンディング試験方法に従って行われ、まず、貫入ロッド７に回転を与えない荷重のみによる貫入（以下、自沈貫入という）が行われる。この時、貫入ロッド７に負荷される荷重は、速度割出部１７によって算出される貫入速度に応じて段階的に増減される。つまり、速度割出部１７によって算出された貫入速度に応じて演算処理部１６はブレーキ制御部２０へ指令信号を送り、当該指令信号に応じてブレーキ制御部２０は、パウダブレーキ１１に印加される電流を変更する。これにより、貫入ロッド７に負荷される荷重は、５０Ｎ，１５０Ｎ，２５０Ｎ，５００Ｎ，７５０Ｎ，１ＫＮの６段階に増減される。この貫入ロッド７の負荷荷重は、貫入ロッド７がより硬い土層に達して自沈貫入しなくなる毎に１段階増加される。逆に、貫入ロッド７がより軟らかい土層に達して貫入速度が所定の基準値を超える場合には、その度に１段階減じられる。なお、貫入試験中、昇降モータ駆動部１８は、昇降用モータ８へ印加する電流を制御し、常時昇降用モータ８を逆転駆動させる。これにより、一方向クラッチ１４が空転し、昇降用モータ８の減速比等の影響を受けない、貫入ロッド７には昇降台３等の重量に基づく荷重が正確に負荷される。
【００１３】
貫入ロッド７の自沈貫入時に荷重を減じる場合、演算処理部１６は、ブレーキ制御部２０へ印加電流の変更を指示する指令信号を発するのと併せて、昇降モータ駆動部１８に対し昇降用モータ８に印加する電流（電源）を一旦遮断するよう指令信号を送る。これを受け、昇降モータ駆動部１８により昇降用モータ８への供給電流が遮断され、昇降用モータ８の逆転駆動が一旦停止されるとともに、ブレーキ機構８ｂが作動して昇降用モータ８の出力軸８ａが回転不能にロックされる。このため、昇降台３は一旦強制的に制止され、それまでの貫入状態で貫入ロッド７に内在していた慣性力が除去される。このように荷重変更時点で貫入ロッド７の貫入を強制的に一旦停止させて慣性力を除去することにより、慣性で余分に貫入ロッド７が貫入してしまうのを防止できる。
【００１４】
その後、昇降モータ駆動部１８には、再度逆転駆動指令信号が与えられ、これにより昇降モータ駆動部１８から昇降用モータ８に逆転駆動用の電流が印加され、電磁ブレーキ８ｂが解除されるとともに出力軸８ａが逆転を再開する。よって、貫入ロッド７は一段階減じられた荷重を受けて地中に貫入することができる。
【００１５】
自沈貫入の際、スクリューポイント７ｂには少なからずその土層（自沈層）の土の抵抗が作用する。この土の抵抗は、スクリューポイント７ｂが捻り形状であるため、スクリューポイント７ｂを回す力となって作用する。ここで、貫入ロッド７にチャック用モータ５の減速抵抗が作用するなどして、スクリューポイント７ｂが拘束されていると、スクリューポイント７ｂは土の抵抗に従って回転することができないため、土の抵抗がブレーキ抵抗となり、貫入ロッド７が本来自沈により貫入すべき土層に貫入することができなくなる。このことは土層が比較的締まっていて土の抵抗が大きい自沈発生土層においてより顕著となる。つまり、スクリューポイント７ｂが土の抵抗を受けて回転することができないと、土が比較的締まってはいるものの低速の自沈が発生する土層を判別することができないのである。
【００１６】
しかしながら、本自動貫入試験機１では、チャック用モータ６の駆動が停止した状態において、スクリューポイント７ｂが土の抵抗を受けて回転しようとする場合、一方向クラッチ２７が出力軸５ａに対して空転する。従って、スクリューポイント７ｂを含む貫入ロッド７は、スクリューポイント７ｂが受ける土の抵抗に逆らうことなく回転することができる。よって、低速域の自沈が生じる比較的締まった土層についても、正確な荷重状態で貫入ロッド７の自沈貫入を行うことができ、当該土層を正確に判別することが可能となる。
【００１７】
前述のように荷重を変更して地中に貫入ロッド７を自沈貫入していき、１ＫＮの荷重のみで貫入ロッド７が自沈貫入しなくなると、次に演算処理部１６からチャックモータ駆動部１９に指令信号が送られ、チャック用モータ５が正転駆動する。これを受けて貫入ロッド７が回転し、１ＫＮの荷重を負荷した状態での回転貫入が行われる。
【００１８】
回転貫入中、貫入ロッド７の貫入速度は速度割出部１７によって引き続き算出され、演算処理部１６に送られる。演算処理部１６では、この貫入速度が記憶部２１から読み込んだ限界回転貫入速度と比較される。
【００１９】
スクリューポイント７ｂが自沈が発生するような比較的軟らかい土層に到達すると、貫入ロッド７の貫入速度は増加し、これが限界回転貫入速度を越えると、演算処理部１６は、自沈の発生と判断し、チャックモータ駆動部１９に駆動停止指令信号を与える。これを受けて、チャックモータ駆動部１９はチャック用モータ５の駆動を停止する。
【００２０】
演算処理部１６は、チャックモータ駆動部１９に駆動停止指令信号を与えるのと同時に、昇降モータ駆動部１８に対し昇降用モータ８に印加する電流（電源）を一旦遮断するよう指令信号を送る。これを受け、昇降モータ駆動部１８により昇降用モータ８への供給電流が遮断され、昇降用モータ８の逆転駆動が一旦停止されるとともに、ブレーキ機構８ｂが作動して昇降用モータ８の出力軸８ａが回転不能にロックされる。このため、回転貫入時に貫入ロッド７に内在した慣性力が除去される。
【００２１】
その後、昇降モータ駆動部１８には、再度逆転駆動指令信号が与えられ、これにより昇降モータ駆動部１８から昇降用モータ８に逆転駆動用の電流が印加され、電磁ブレーキ８ｂが解除されるとともに出力軸８ａが逆転を再開する。よって、貫入ロッド７は１ＫＮの荷重のみが負荷された状態で自沈貫入される。この後は、貫入ロッド７の貫入速度に応じて荷重変更あるいは回転の付与・停止が繰り返される。
【００２２】
前述のように必要に応じて自沈貫入と回転貫入とを切り換えながら、貫入試験は通常地中１０ｍ〜１５ｍの深度まで行われる。その間、自沈貫入の場合には荷重変更の経緯、回転貫入の場合には貫入ロッド７が２５０ｍｍ貫入するのに要した半回転数（貫入ロッド７の１回転を２としてカウントした貫入ロッド７の回転回数）がそれぞれ貫入深さに対応させて記憶部２１に記憶される。そして、試験終了後には、記憶部２１に試験データとして記録された各深度における荷重、回転貫入時の半回転数等から、試験を行ったポイントの地盤硬度が判定される。
【００２３】
なお、以上の説明においては、昇降用モータ８に内蔵の電磁ブレーキ８ｂを制止手段として用いる例を紹介したが、例えば、荷重変更ユニットの一部を構成しているパウダブレーキ１１を制止手段として用いてもよく、あるいは電磁ブレーキ８ｂとパウダブレーキ１１とを併用して制止手段としてもよい。また、貫入ロッド７を制止する際に昇降用モータ８の逆起電力によるブレーキ効果を利用してもよく、、あるいは昇降部３に別途ブレーキ構造を配置してこれを制止手段としてもよい。このように、特許請求の範囲に記載した制止手段は、本発明の主旨を逸脱しない範囲において従来から知られている機構、手法を採用することができるものであり、これら他の機構、手法を採用した場合にも得られる効果は同じである。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の自動貫入試験機は、貫入ロッドを地中に貫入していく時、必要に応じて貫入ロッドの貫入を一旦停止させるものである。このため、回転貫入中に自沈が発生した時、あるいは自沈貫入中に荷重を減じる必要がある時等に貫入ロッドが有する慣性力を除去することができる。よって、自沈が発生する土層の直下に硬い土層がある場合など、よって、貫入ロッドが回転貫入中に自沈が発生する土層に達した場合や、自沈貫入中に荷重を減らす必要のあるさらに軟らかい土層に達した場合等において、貫入ロッドがそれらの軟らかい土層に慣性で余計に貫入するのを防止できる。また、自沈が発生する土層の直下に硬い土層がある場合にも、貫入ロッドが慣性で当該硬い土層に余計に貫入するのを防止することができる。さらに、自沈貫入する土層の合間に自沈を生じない薄くて硬い土層が存在するような場合においても、このような薄い土層を貫入ロッドが慣性で突き抜けてしまうのを防止できる。このように本発明によれば、土層の境界を正確にきめ細かく判別することが可能になり、より精度の高い貫入試験を行うことが可能になる等の利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る自動貫入試験機のブロック形式の説明図である。
【図２】本発明に係る自動貫入試験機の斜視図である。
【図３】本発明に係る自動貫入試験機の要部拡大一部切欠断面図である。
【図４】本発明に係る自動貫入試験機の要部拡大一部切欠断面図である。
【図５】本発明に係る自動貫入試験機の要部拡大斜視説明図である。
【符号の説明】
１　自動貫入試験機
２　支柱
３　昇降台
４ａ　錘
４ｂ　錘
５　チャック用モータ
６　チャックユニット
７　貫入ロッド
７ａ　ロッド部
７ｂ　スクリューポイント
８　昇降用モータ
９　スプロケット
１０　支持軸
１１　パウダブレーキ
１２　ベベルギヤ
１３　ベベルギヤ
１４　一方向クラッチ
１５　制御ユニット
１６　演算処理部
１７　速度割出部
１８　昇降モータ駆動部
１９　チャックモータ駆動部
２０　ブレーキ制御部
２１　記憶部
２２　入力部
２３　センサ
２４　無端チェーン
２５　スプロケット
２６　スプロケット
２７　一方向クラッチ
【図１】
2004092201.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004092201.tif 000006
【図５】
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