(57)【要約】【課題】土質に応じて変化する音情報の必要な部分だけを取得できる貫入試験機の提供。【解決手段】本発明は、地中に貫入される貫入ロッド７を伝わってくる音を検出する音検出手段１３を有し、この音検出手段１３によって検出された音情報を増幅部１６で増幅し、フィルタ処理部１７でフィルタ処理を行った後、演算処理部１５に送るようになっている。演算処理部１５は、切換スイッチ２３がＯＮされている時、送られてきた音情報を記憶部１９に記憶し、ＯＦＦの時には、送られてきた音情報を記憶せずに破棄する。この切換スイッチ２３のＯＮ・ＯＦＦ操作は、出力部２０からヘッドホン２２へ出力された音を聴取した作業者の判断で行われる。【選択図】図１
2004137813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に貫入される貫入部材と、
前記貫入部材が地中に貫入されるのにともなって当該貫入部材を伝播されてくる音を検出可能な音検出手段と、
前記音検出手段によって検出された音情報を記憶可能な記憶部と、
前記記憶部に音情報を記憶するか否かを切換可能な切換手段と
を備えていることを特徴とする貫入試験機。
【請求項２】
音検出手段と記憶部の間には音検出手段によって検出された音情報を処理する処理手段が設けられ、この処理手段は、音情報を作業者が聴取可能な出力機器に出力する出力部を有していることを特徴とする請求項１に記載の貫入試験機。
【請求項３】
切換手段は、所定の契機により記憶部に音情報を記憶するか否かを切り換えるものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の貫入試験機。
【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貫入試験を行う場合に用いられる貫入試験機に関するものであって、詳しくは、地中に貫入される貫入部材を伝播される音を取得可能な貫入試験機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平８−２９２１４１号公報
【特許文献２】特開平９−１１１７４５号公報
【特許文献３】特願２００１−３２２４９２
【非特許文献１】日本工業規格Ａ１２２１
各種生産現場・作業現場等においては、使用機器の作動音、ワークと工具類との接触音等を識別することにより、使用機器の状態、ワークの状態等を知ることが行われている。その具体的な例として、建造物の建築予定地等の地耐力を知るために行われる地盤調査試験について紹介する。この地盤調査試験には、標準貫入試験、オランダ式二重管コーン貫入試験、スウェーデン式サウンディング試験、ボーリング試験等の各種貫入試験があり、これらの貫入試験は、それぞれ専用の地盤調査機を用いて行われているのが現状である。そのような地盤調査機の中でも特に一般的なのが、上記特許文献１等によって公知の貫入試験機である。この貫入試験機は、大略、次のような構成で成る。
【０００３】
図２および図３に示すように、従来の貫入試験機１′は、所定重量の錘２を載荷可能かつ支柱３に沿って昇降可能な載荷台４を有し、この載荷台４には、チャック５が配置されている。このチャック５は、モータなどの回転駆動源６の駆動を受けて回転するようになっており、このチャック５には、貫入ロッド７が一体に回転するように保持されている。貫入ロッド７は、継ぎ足し可能な棒状のロッド部７ａと、このロッド部７ａ先端に取り付けられたドリル状のスクリューポイント７ｂとで成るもので、特許請求の範囲に記載の貫入部材の一例たるものである。
【０００４】
また、前記支柱３には直線状に延びてチェーン部材８が設けられており、このチェーン部材８には、前記載荷台４に回転可能に取り付けられたスプロケット９が噛合している。このスプロケット９の回転をセンサ１０で検出することにより、その信号から載荷台４の下降量と下降速度、すなわち貫入ロッド７の貫入量（貫入深さ）と貫入速度を割り出せるようになっている。この貫入ロッド７の貫入量の割り出し方法については、上記特許文献２によっても公知となっているものである。また、スプロケット９はパウダブレーキ１１によって制動されるように構成されており、このパウダブレーキ１１の制動力の大きさに応じて貫入ロッド７に負荷される荷重が増減される。また、符号１２はスプロケット９を回転駆動し、載荷台４の昇降動作を創出せしめるための昇降駆動源である。
【０００５】
上記貫入試験機１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準じたサウンディング試験を自動で行う。試験では、貫入ロッド７に載荷台４の装備重量による荷重（２５０Ｎ毎に増減、最大１ＫＮ）が負荷されるとともに、必要に応じて貫入ロッド７に回転が付与され、これにより貫入ロッド７が地中に貫入される。
【０００６】
貫入ロッド７が地中に貫入していく過程で、貫入ロッド７の貫入速度は土質に応じて変化するため、この貫入速度ができるだけ一定になるよう、回転の付与／停止、荷重の変更等の貫入条件の変更が行われる。この貫入条件の変更の度に、その間の貫入ロッド７の貫入量、貫入ロッド７の半回転数（貫入ロッド７の一回転を２としてカウントした回転数）及び荷重値が、試験データとして制御ユニット（図示せず）によって取得される。制御ユニットは、この試験データから１ｍ当たりの半回転数（以下、Ｎｓｗ値という）を求める。このＮｓｗ値により貫入深さ毎の地盤強度（その土地の硬軟、締まり具合等）を判定し、その土地の地耐力を知ることができる。なお、貫入試験機１′の詳細な構造、動作、作用効果等については、前述の特許文献１と同様であるので、同公報を参照されたい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような試験においては、荷重、半回転数だけでなく貫入ロッドを伝播する音、すなわち音情報も試験データとして重視される。これは、貫入ロッドを伝播する音が土質に応じて変化する特性を持ち、これから推定できる土質を前述のＮｓｗ値による地盤強度の判定結果と照合することにより、判定結果の信頼性を著しく向上することができるためである。このような貫入ロッドを伝播する音情報を検出するには、チャック、載荷台等の貫入ロッドから音が伝えられる部位に音検出手段を設ける。音検出手段としては、圧電セラミックス等の強誘電材料あるいは強磁性材料から成るセンサが用いられるのが一般的である。このような音検出手段としてのセンサは、センサの取付部位が貫入ロッドを伝わる音情報によって振動するのに応じ、出力電圧に変化を生ずるものであり、この出力電圧を継続的に取得することにより、音情報を取得できる。しかし、前述の貫入試験は、通常複数のポイントに対し、それぞれ地中１５ｍ程度まで行われるため、音検出手段によって検出される音情報は膨大な量になってしまう。このため、試験後に音情報を解析して土質を判定する場合等には、処理に多大な時間を要してしまうとともに、メモリ、ハードディスク等の音情報の記憶媒体も大容量のものが必要になる等の問題が発生していた。
【０００８】
【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、地中に貫入される貫入部材と、前記貫入部材が地中に貫入されるのにともなって当該貫入部材を伝播されてくる音を検出可能な音検出手段と、前記音検出手段によって検出された音情報を記憶可能な記憶部と、前記記憶部に音情報を記憶するか否かを切換可能な切換手段とを備えていることを特徴とするものである。
【０００９】
前記音検出手段と記憶部の間には音検出手段によって検出された音情報を処理する処理手段が設けられ、この処理手段は、音情報を作業者が聴取可能な出力機器に出力する出力部を有していることが望ましい。また、前記切換手段は、所定の契機により記憶部に音情報を記憶するか否かを切り換えるものであることが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。図１において、１は貫入試験機であり、その基本的な構成は、上記従来の技術で紹介した特許文献１によって公知の貫入試験機と同様である。よって、ここでは、特許文献１によって公知の貫入試験機と相違する構成について説明することとし、従来の技術の欄で既に紹介した構成部品には同様の符号を付し、その詳しい説明は省略することとする。
【００１１】
本貫入試験機１の載荷台４には音検出手段１３が取り付けられており、この音検出手段１３は、貫入ロッド７を地中に貫入した時に当該貫入ロッド７を伝播する音に応じた電気信号（以下、音情報という）を出力するように構成されている。この音検出手段１３は、貫入ロッド７を伝播する音による載荷台４等の振動を直接検出するタイプ（以下、直接検出型という）のもの、あるいは貫入ロッド７を伝播する音が空中伝播される際の空気振動を検出するタイプ（以下、間接検出型という）のもの等、様々なタイプのものを採用することができる。ちなみに、直接検出型のものとしては、圧電セラミックセンサ等の圧電素子を利用したセンサや磁歪センサ等が採用でき、また、間接検出型のものとしては、集音マイク等が採用できる。
【００１２】
直接検出型の音検出手段は、貫入ロッド７を伝播する音による振動を検出するものであるため、周囲の騒音の影響を受け難い。このため、本実施の形態では、音検出手段１３として直接検出型の圧電セラミックセンサが採用されており、貫入ロッド７からチャック５を介して内部的に（空中伝播せずに）載荷台４に伝わる音による振動を検出できるようになっている。
【００１３】
前記音検出手段１３は、貫入試験機１を制御する制御ユニット１４に接続されている。この制御ユニット１４は、演算処理部１５、増幅部１６、フィルタ処理部１７、システム制御部１８、記憶部１９、出力部２０および入力部２１を備えて構成されている。本実施の形態では、前記演算処理部１５、増幅部１６、フィルタ処理部１７によって特許請求の範囲に記載した処理手段が構成される。
【００１４】
前記増幅部１６は、音検出手段１３から送られる音情報を増幅するものであり、ここで増幅された音情報は、フィルタ処理部１７に送られ、ここでノイズ除去処理等の所謂フィルタ処理を受ける。また、システム制御部１８は、演算処理部１５からの指令を受け、回転駆動源６、昇降駆動源１２およびパウダブレーキ１１の各駆動制御を実行するとともに、必要に応じてパウダブレーキ１１の駆動電流値、貫入ロッド７の回転情報を演算処理部１５に返すように構成されている。さらに、記憶部１９には、各種の制御プログラム、データ等が予め記憶され、演算処理部１５は、これら制御プログラムおよびデータを用いて貫入試験機１の制御を行うように構成されている。また、出力部２０には出力機器の一例としてヘッドホン２２が接続される。また、入力部２１は制御ユニット１４への信号入力用のキーおよびスイッチを有し、スイッチには、音検出手段によって検出された音情報を取得するか否かを切り換えるための切換手段としての切換スイッチ２３が含まれている。
【００１５】
上記貫入試験機１は、上述の特許文献１に示された貫入試験機と同様の動作により、非特許文献１たる日本工業規格Ａ１２２１のスウェーデン式サウンディング試験方法に準じた方法でサウンディング試験を行うものである。このサウンディング試験においては、先端のスクリューポイント７ｂが各土層に貫入される際、その土層の土質に応じた音（スクリューポイント７ｂと土、砂又は礫等との接触による音）がロッド部７ａを伝播され、この音（振動）が音検出手段１３で検出される。そして、この音検出手段１３によって検出された音（以下、音情報という）は、順次増幅部１６に送られて増幅され、フィルタ処理部１７を通ってフィルタ処理がかけられた後、演算処理部１５に送られる。
【００１６】
演算処理部１５は、音情報を出力部２０へ逐次出力する。このため、作業者はヘッドホン２２から貫入ロッド７を伝わる音を聴取し、その状況に応じて切換スイッチ２３のＯＮ・ＯＦＦを操作することができる。この切換スイッチ２３のＯＮ・ＯＦＦに応じ、演算処理部１５は、音情報を記憶部１９に記憶するか否かを決定する。すなわち、切換スイッチ２３は、所定の音が発生したことを契機としてＯＮされ、当該所定の音が発生しなくなったことを契機としてＯＦＦされるものである。
【００１７】
切換スイッチ２３がＯＮの場合（例えば、制御プログラム上での対応するフラグが１の場合）、演算処理部１５は、音情報を貫入ロッド７の貫入量に対応させて記憶部１９に記憶する。一方、切換スイッチ２３がオフの場合（例えば、制御プログラム上での対応するフラグが０の場合）、演算処理部１５は、音情報を破棄する。よって、この場合には、音情報は記憶部１９に記憶されない。このように、切換スイッチ２３の状態に応じて音情報の記憶・非記憶を切り換えることにより、記憶部１９に記憶される音情報の容量を減らすことができる。
【００１８】
貫入試験中、前述のように切換スイッチ２３の状態に応じて音情報を記憶部１９に記憶していく。勿論、その間、従来通り荷重値、Ｎｓｗ値も取得される。そして、貫入試験終了後には、これらの試験データを制御ユニット１４のネットワークポート（図示せず）からパソコン（図示せず）に取り込んで処理し、各深度における土質を判定する。この時、音情報は必要な部分のみが貫入量に対応させて記憶部１９に収められている。このため、パソコンへのデータの移行およびパソコンでのデータ解析等を極めて高速に行うことができ、試験後のデータ処理に要する時間の短縮を図ることができる。また、音情報は、周囲の騒音等の外乱の影響を受けていない内部伝播によるものであるため、精度が高く、よって、判定される土質の精度も高くなる。
【００１９】
なお、以上の説明おいては出力部２０に出力機器の一例としてヘッドホン２２を接続したが、出力部２０にはスピーカ等のその他の出力機器を接続してもよい。また、自動でサウンディング試験を行う貫入試験機１を紹介したが、本発明の要旨は、手動で貫入ロッドを地中に貫入して貫入試験を行う機器にも何ら変わりなく適用できるものであり、その結果得られる作用効果についても同様である。さらに、音検出手段１３は、例えばチャック５等の載荷台４以外の部位に取り付けてもよい。また、切換手段の一例として、作業者が操作する切換スイッチ２３を用いたが、音情報の記憶部１９への記憶・非記憶の切換操作は、制御ユニット１４内で内部的かつ自動的に行われるようにしてもよい。
【００２０】
前記内部的かつ自動的に切換操作を実行する切換手段としては、例えば、上記特許文献３に示される音情報の特徴的部分のみの切り出し方式により、音情報の特徴的な部分が切り出される間、フラグを立てて記憶部１９への記憶を行い、特徴的な部分が切り出されない時は、フラグを倒して記憶部１９への記憶を行わないよう、制御プログラムを組んでおくことによって実現可能である。この場合、切換手段は事実上制御プログラムによって実現され、音情報の特徴的部分を切り出すためのパルスの立ち上がりと下がりを契機とした切換動作が実行される。また、その他にも、制御プログラムあるいは制御ユニット内のハードウェア資源によって、例えば、
・貫入ロッド７の貫入速度が所定値を上回っている間または下回っている間
・回転駆動源６の駆動している間または停止している間
等の貫入ロッド７の貫入状況、貫入条件の変化を契機として音情報の記憶部への記憶・非記憶を切り換える切換手段を実現することもでき、これによっても得られる効果は同じである。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は、地中に貫入される貫入部材と、前記貫入部材が地中に貫入されるのにともなって当該貫入部材を伝播されてくる音を検出可能な音検出手段と、前記音検出手段によって検出された音を記憶可能な記憶部と、前記記憶部に音情報を記憶するか否かを切換可能な切換手段とを備えているものである。このため、音検出手段によって検出された音情報の必要な部分だけを記憶部に記憶しておくことができ、音情報の容量を減らし、土質判定処理等において音情報を用いる時の処理装置の負荷を軽減して、処理速度の向上を果たすことができる。また、記憶部も容量の少ないもので対応できるようになる。さらに、音検出手段は、貫入ロッドを伝播してきた音を直接的に（空中伝播させることなしに）検出するものであるため、土質判定結果の精度向上を果たせる等の利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る貫入試験機の概略説明図である。
【図２】従来の貫入試験機の正面図である。
【図３】従来の貫入試験機の要部拡大一部切欠断面図である。
【符号の説明】
１　貫入試験機
２　錘
３　支柱
４　載荷台
５　チャック
６　回転駆動源
７　貫入ロッド
７ａ　ロッド部
７ｂ　スクリューポイント
８　チェーン部材
９　スプロケット
１１　パウダブレーキ
１２　昇降駆動源
１３　音検出手段
１４　制御ユニット
１５　演算処理部
１６　増幅部
１７　フィルタ処理部
１８　システム制御部
１９　記憶部
２０　出力部
２１　入力部
２２　ヘッドホン
２３　切換スイッチ
【図１】
2004137813.tif 000003
【図２】
2004137813.tif 000004
【図３】
2004137813.tif 000005