(57)【要約】【課題】各ブロック要素の連結部分構造が簡単で、かつ分割・組立時における部品の損壊を防止できる貫入試験機の提供。【解決手段】本発明は、スタンド２と、このスタンド２に着脱可能に立設されたコラム３と、このコラム３に沿って昇降自在に設けられ必要に応じてコラム３を分離可能な昇降台４と、この昇降台４に着脱可能かつ貫入ロッド５を保持可能に構成されたチャックユニット６と、前記昇降台４を昇降操作する昇降ユニット７とを備える。昇降ユニット７は、昇降用回転駆動手段２２と、この昇降用回転駆動手段２２の駆動を受けて回転可能かつ前記コラム３に配置されたチェーン部材３ａに係合して回転可能なスプロケット２１とをユニット化して成り、かつ前記昇降台４に着脱可能に取り付けられている。【選択図】図１
2005023547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スタンドと、このスタンドに着脱可能に立設されたコラムと、このコラムに沿って昇降自在に設けられ必要に応じてコラムを分離可能な昇降台と、この昇降台に着脱可能かつ貫入ロッドを保持可能に構成されたチャックユニットと、前記昇降台を昇降操作する昇降ユニットとを備えた自動貫入試験機において、
前記昇降ユニットは、昇降用回転駆動手段と、この昇降用回転駆動手段の駆動を受けて回転可能かつ前記コラムに配置された係合部材に係合して回転可能な係合回転部材とをユニット化して成り、前記昇降台に着脱可能に取り付けられていることを特徴とする自動貫入試験機。
【請求項２】
昇降用回転駆動手段から係合回転部材への駆動伝達系には、一方向クラッチが配置されることを特徴とする請求項１に記載の自動貫入試験機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、貫入ロッドを地中に貫入して各種データを収集し、その土地の地耐力等を調査する自動貫入試験機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
住宅等の比較的小規模な建物を建築する場合、その建築予定地の地盤の耐力を調査する必要がある。この調査に当たっては、近年、日本工業規格Ａ１２２１「スウェーデン式サウンディング試験方法」に従った試験（以下、貫入試験という）が広く実施されている。
【０００３】
貫入試験は、荷重を２５０Ｎ単位で増減しながら荷重のみで貫入ロッドが地中に貫入する様子を観察する自沈貫入と、１ＫＮ（１０００Ｎ）の荷重を負荷した状態で貫入ロッドを回転駆動して貫入する様子を観察する回転貫入とを組み合わせて行われる。すなわち、荷重を２５０Ｎ単位で増減しながら貫入ロッドを自沈貫入させ、貫入ロッドが１ＫＮの荷重のみで自沈貫入しなくなると、その荷重負荷状態のまま貫入ロッドを回転駆動して回転貫入させる。この回転貫入中、貫入ロッドの貫入速度が速くなる場合には、回転を止めて荷重のみを負荷した自沈貫入に切り替える。この時、一般には貫入速度が所定の速度以下になるまで荷重が減じられる。このような貫入試験においては、自沈貫入の時は荷重値が、また回転貫入の時は所定貫入量毎の貫入ロッドの半回転数（ロッドの１回転を２としてカウントした回転回数）が、試験データとして記録される。試験後、これら試験データから換算Ｎ値が求められ、地盤の耐力を推測することができる。
【０００４】
特許文献に示される貫入試験機は、上述の貫入試験を自動化して実施するものとして知られている。この貫入試験機は、基台、コラム、昇降駆動ユニット台、チャックユニット、第１モータ、錘を各ブロック要素とし、これらブロック要素に分解し、あるいはブロック要素から組み立てることができる所謂ビルドブロック構造を採用しているものである。
【０００５】
【特許文献】特開平８−２７０３６５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記貫入試験機のブロック要素の一つである昇降駆動ユニット台には、他のブロック要素である第１モータの駆動を受けて回転するスプロケットが含まれている。このため、コラムの抜き差しに際してスプロケットに負荷がかかり、スプロケットの歯が変形したり欠けたりするといった不具合が発生する恐れがあった。また、特に昇降台にコラムを差し込む時には、コラムの先端部やその他の部位がスプロケットに当たり、前述の不具合の発生率が高くなる等の問題も指摘されている。さらに、昇降用モータを一つのブロック要素として取り外す構造であることから、駆動伝達系の途中で連結・分割する構造となり、連結部分の構造が複雑になる等の問題も発生していた。
【０００７】
【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、各ブロック要素の連結部分構造が簡単で、かつ分割・組立時における部品の損壊を防止できる貫入試験機の提供を目的とする。
【０００８】
前記目的を達成するために本発明は、スタンドと、このスタンドに着脱可能に立設されたコラムと、このコラムに沿って昇降自在に設けられ必要に応じてコラムを分離可能な昇降台と、この昇降台に着脱可能かつ貫入ロッドを保持可能に構成されたチャックユニットと、前記昇降台を昇降操作する昇降ユニットとを備えた自動貫入試験機において、前記昇降ユニットは、昇降用回転駆動手段と、この昇降用回転駆動手段の駆動を受けて回転可能かつ前記コラムに配置された係合部材に係合して回転可能な係合回転部材とをユニット化して成り、前記昇降台に着脱可能に取り付けられていることを特徴とする。なお、前記昇降用回転駆動手段から係合回転部材への駆動伝達系には、一方向クラッチが配置されていることが望ましい。
【０００９】
【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６において、１は自動貫入試験機であり、図２および図３に示すように、スタンド２と、このスタンド２に着脱可能に立設されたコラム３と、このコラム３に沿って昇降自在に設けられた昇降台４と、この昇降台４に着脱可能かつ貫入ロッド５を保持可能に構成されたチャックユニット６と、前記昇降台４に着脱可能かつ昇降台４を昇降操作する昇降ユニット７と、前記チャックユニット４に支持された錘８とを備える。
【００１０】
本自動貫入試験機１は、前記スタンド２、コラム３、昇降台４、チャックユニット６、昇降ユニット７、錘８をそれぞれブロック要素とし、図１に示すように、各ブロック要素に分解し、あるいはブロック要素からの組み立てが可能な、所謂ビルドブロック構造で構成されている。これら各ブロック要素の質量は２５ｋｇ以下に設定されており、ブロック要素毎の運搬性が高められている。よって、例えば狭い通路を経由した試験実施場所への搬入も容易に行うことができる。また、作業者一人で試験実施場所へ試験機を運び、試験を行う場合の負担も軽減できる。
【００１１】
前記スタンド２は、平行に連結された２本のベース２ａ，２ａの各後部に移動用のタイヤ２ｂ，２ｂを取り付け、中央部にはコラム固定部２ｃを固定して成る。このコラム固定部２ｃには、前記コラム３が差し込まれ、締結具２ｄによって連結されている。また、前記コラム３には、背面に係合部材の一例であるチェーン部材３ａが直線状に固定されている。このチェーン部材３ａには、詳細を後述する昇降ユニット７のスプロケット２１が噛合している。
【００１２】
前記昇降台４は、前記チャックユニット６と昇降ユニット７とを所定位置に連結保持するフレーム構造体であり、前記コラム３の両側面に形成されたレール部３ｂ，３ｂに沿う昇降ガイド部４ａ，４ａを有する。この昇降ガイド部４ａ，４ａには、その上下端部にレール部３ｂ，３ｂを挟む複数のカムフォロア４ｂがそれぞれ配置されており、このカムフォロア４ｂの回転で、コラム３に沿って昇降台４が円滑に昇降できるよう構成されている。
【００１３】
前記貫入ロッド５は、３本の長溝９ａ（１本は図示せず）が上部周面に等分形成されたロッド部９と、このロッド部９の先端に連結されたドリル形状のスクリューポイント１０とから成る。ロッド部９は、上端に雄ねじ部９ｂ、下端に雌ねじ部（図示せず）が形成されたもので、次々と継ぎ足して延長できるものである。
【００１４】
前記チャックユニット６は、昇降台４前部の空間４ｃにはめ込まれ、昇降台４にねじ部材６ａで着脱可能に締結されている。このチャックユニット６は、昇降台４にねじ部材６ａで着脱可能に締結されるテーブル１１に、チャック１２とチャック回転駆動手段１３とを配置し、以て一つのユニットとして構成されている。
【００１５】
前記チャック１２は、軸受で回転可能に支持されかつ貫入ロッド５のロッド部９が挿通可能な中空のチャック軸１４を有する。このチャック軸１４には、ロッド部９の長溝９ａに係合する鋼球１５が配置されるとともに、その下部にはスプロケット１６が設けられている。また、チャック軸１４上部には、ばね１７で常時上方に付勢されたスライドスリーブ１８が摺動可能に配置されており、前記鋼球１５は、このスライドスリーブ１８により常時チャック軸１４の内孔１４ａに突出する位置に支持されている。なお、スライドスリーブ１８の内孔上部は、他よりも大径に形成されている。このため、スライドスリーブ１８をばね１７の付勢に抗して押し下げると、鋼球１５は動作可能となり、以て貫入ロッド５の保持を解くことができる。
【００１６】
また、前記スプロケット１６には、チャック回転駆動手段１３の駆動を受けて循環送りされる無端チェーン１９が噛合させてある。これにより、チャック１２はチャック回転駆動手段１３の駆動を受けて回転できる。なお、このチャック回転駆動手段１３はインバータモータであり、電源周波数を変化させることにより、出力トルクと回転数とを変化させられる。
【００１７】
前記昇降ユニット７は、昇降台４の後部に締結具７ａ，７ａ等によって着脱可能に締結されている。この昇降ユニット７は、前記チェーン部材３ａに噛合して回転可能な係合回転部材の一例であるスプロケット２１と、このスプロケット２１を回転駆動可能な昇降用回転駆動手段２２と、クラッチ手段の一例たるパウダクラッチ２３とを一つのユニットとして構成したものである。この昇降ユニット７のスプロケット２１が、前記チェーン部材３ａに噛合して回転することにより、昇降台４等は昇降動作できる。
【００１８】
前記昇降用回転駆動手段２２は、電源が遮断された場合、駆動軸２２ａを回転不能にロックするブレーキ機構（図示せず）を内蔵したインバータモータである。よって、チャック回転駆動手段１３同様、電源周波数を変動させることにより、出力トルクおよび回転数を変化させることが可能である。この昇降用回転駆動手段２２の駆動軸２２ａには、駆動ギヤ２４ａを一体形成したギヤ軸２４が同軸上に連結されており、このギヤ軸２４には、同軸上に一方向クラッチ２５を介してストッパギヤ２６が取付けられている。また、前記駆動ギヤ２４ａは、回転自在に配置された中間ギヤ２７と噛合しており、さらにこの中間ギヤ２７はパウダクラッチ２３に取付けられた入力ギヤ２８と噛合させてある。
【００１９】
また前記パウダクラッチ２３は、入力軸２９と、この入力軸２９を貫通して回転可能に配置された出力軸３０とを有し、この入力軸２９と出力軸３０との間に介在する磁性パウダ（図示せず）を励磁することにより、入力軸２９と出力軸３０との間に摩擦抵抗を生じさせるものである。これにより、磁性パウダの励磁状態の応じた所定のクラッチ力を生み、入力軸２９、出力軸３０間の回転伝達を可能ならしめるものである。
【００２０】
前記パウダクラッチ２３の入力軸２９には、前記入力ギヤ２８が連結してある。これにより、前記駆動ギヤ２４ａ、中間ギヤ２７および入力ギヤ２８を通じ、入力軸２９に昇降用回転駆動手段２２の駆動を伝達できる。また、パウダクラッチ２３の出力軸３０の一端は、遊星歯車減速機３１を介して前記スプロケット２１に連結されている。このスプロケット２１の回転は、ロータリエンコーダ３２（以下、単にエンコーダ３２という）の発するパルス信号によって検出できるようになっている。また、出力軸３０の他端には、前記ストッパギヤ２６と噛合する伝達ギヤ３３が一体に連結されている。この結果、ギヤ軸２４、一方向クラッチ２５、ストッパギヤ２６および伝達ギヤ３３を通じて、出力軸３０に昇降用回転駆動手段２２の駆動を伝達できるようになっている。この駆動伝達系は、前記入力軸２９への駆動伝達系よりもギヤが１個少ない。このため、昇降用回転駆動手段２２が駆動した時、出力軸３０には入力軸２９に伝達されるのとは逆方向の回転が伝達される。
【００２１】
スプロケット２１が回転する時、その回転は、出力軸３０等を介してストッパギヤ２６まで伝達される。その際、一方向クラッチ２５は、昇降台３が下降する時のスプロケット２１の回転がスプロケット２１側からストッパギヤ２６に伝達された時にはギヤ軸２４に対してロックし、逆方向の回転がスプロケット２１側からストッパギヤ２６に伝達された時にはギヤ軸２４に対して空転する。換言すると、ギヤ軸２４→ストッパギヤ２６→伝達ギヤ３３→出力軸３０→遊星歯車減速機３１→スプロケット２１の駆動伝達系において、昇降台３が下降する方向にスプロケット２１を回転させるよう昇降用回転駆動手段２２が駆動した時（以下、この昇降用回転駆動手段２２の駆動を「逆駆動」という）には、ギヤ軸２４は一方向クラッチ２５の作用でストッパギヤ２６に対して空転し、これとは逆方向に昇降用回転駆動手段２２が駆動した時（以下、この昇降用回転駆動手段２２の駆動を「正駆動」という）には、ギヤ軸２４は一方向クラッチ２５の作用でストッパギヤ２６と一体に回転可能となる。但し、ストッパギヤ２６がギヤ軸２４と同じ方向にギヤ軸２４よりも高速で回転している場合は、この限りではない。
【００２２】
前記昇降ユニット７は、昇降用回転駆動手段２２ないしスプロケット２１の駆動伝達系が一つのブロック要素とされている。従って、昇降ユニット７のブロック要素としての独立性が高められ、分解・組立時におけるコラム３との関連性が少なくなっている。この結果、昇降ユニット７を取り外すことで、スプロケット２１をコラム３のチェーン部材３ａから離脱させ、コラム３の組付け・分解時にスプロケット２１に負荷がかかり、スプロケット２１が損壊する不具合の発生を防ぐことができる。また、スプロケット２１は、一方向クラッチ２５の作用により、常に一方方向には昇降用回転駆動手段２２固有の減速抵抗等の影響を受けずに回転できる。よって、既にコラム３が組付けられた状態で昇降ユニット７を昇降台４に組付ける場合、チェーン部材３ａに対するスプロケット２１の位置合わせも容易である。
【００２３】
図７ないし図１１は、分割状態にある各ブロック要素を組み立てていく過程を示したものである。この組立て過程においては、まずスタンド２に昇降台４を配置し（図７参照）、次にコラム３のレール部３ｂ，３ｂを昇降台４の昇降ガイド部４ａ，４ａに沿わせつつ、コラム３をスタンド２のコラム固定部２ｃに差し込んで締結具２ｄで固定する（図８参照）。次に、昇降台４にチャックユニット６をはめ込み、締結具６ａによりテーブル１１を昇降台４に締結する（図９参照）。次に、スプロケット２１がチェーン部材３ａに干渉しないよう、昇降ユニット７を昇降台４後部に載せる。そして、スプロケット２１をチェーン部材３ａに合わせた後、昇降ユニット７を前方にスライドさせる。この時、昇降ユニット７下部に設けたガイドプレート７ｂ，７ｂが昇降台４に沿うため、昇降ユニット７を正しい姿勢でスライドさせることが可能である。これにより、スプロケット２１は正しい角度でチェーン部材３ａに噛合する。この後、昇降ユニット７を締結具７ａ，７ａにより昇降台４に締結し（図１０参照）、最後にチャックユニット６の錘掛け６ｂ，６ｂに錘８を掛ける（図１１参照）。
【００２４】
以上のようにして組み立てられた貫入試験機で貫入試験機を行う場合、まず、チャック９に貫入ロッド５を保持するため、昇降台４を所定高さまで上昇させる。この時、昇降用回転駆動手段２２が正駆動し、パウダクラッチ２３の磁性パウダは励磁されない。よって、入力軸２９に対して出力軸３０は回転自在であり、昇降用回転駆動手段２２の正駆動を受けて入力軸２９と出力軸３０とは相反する方向に回転し、スプロケット２１に昇降台４が上昇する方向の回転が伝達される。
【００２５】
昇降台４が所定の高さまで上昇すると、昇降用回転駆動手段２２は停止する。これによりブレーキ機構が作動し、駆動軸２２ａが回転不能にロックされる。よって、昇降台４は上昇位置において停止する。この状態でチャック１２に貫入ロッド５を保持し、スクリューポイント１０先端が接地するところまで昇降台４を下降させる。この時は、昇降用回転駆動手段２２が逆駆動する。これにより、スプロケット２１は一方向クラッチ２５の作用で、昇降用回転駆動手段２２の駆動を受けて昇降台４を下降させる方向に回転する。その後に制御ユニット（図示せず）から試験スタート信号が入力されると、昇降用回転駆動手段２２が逆駆動する。これ以降、貫入ロッド５に荷重を負荷する状況下では、昇降用回転駆動手段２２が逆駆動し続ける。また、同時にパウダクラッチ２３が作動し、磁性パウダを励磁して所定のクラッチ力を発生する。
【００２６】
貫入ロッド５先端が接地している状態では、スプロケット２１から回転伝達を受けるストッパギヤ２６の回転数と、昇降用回転駆動手段２２の逆駆動を直接受けるギヤ軸２４の回転数とに差が生じる。つまり、貫入ロッド５に土の抵抗がかかることでストッパギヤ２６の回転数はギヤ軸２４の回転数よりも大幅に低くなる。よって、ギヤ軸２４は一方向クラッチ２５の作用でストッパギヤ２６に対して空転する。この結果、貫入ロッド５には、昇降用回転駆動手段２２固有の減速抵抗の影響のない、昇降台４、チャックユニット６、昇降ユニット７、錘８の合計質量（以下、昇降台４等の合計質量という）による荷重が負荷される。その一方で、昇降用回転駆動手段２２の逆駆動により、入力軸２９には、ギヤ軸２４ないし入力ギヤ２８の駆動伝達系を通じ、昇降台４を上昇させる方向にスプロケット２１を回転させ得る方向の回転（出力軸３０の回転方向とは逆方向の回転）が伝達されており、これがパウダクラッチ２３のクラッチ力により出力軸３０に伝えられている。よって、スプロケット２１には、相応の回転抵抗力（昇降台４を上昇させようとする力：以下、上昇力という）が作用する。この結果、貫入ロッド５には、昇降台４等の合計質量による荷重１ＫＮから上昇力を差し引いた荷重が負荷される。
【００２７】
前述のようにして、貫入ロッド５に負荷される荷重は、最初２５０Ｎに設定され、土の抵抗等で貫入ロッド５の自沈貫入が停止する度に５００Ｎ、７５０Ｎ、１ＫＮの順に増やされる。つまり、パウダクラッチ２３が通電制御されてクラッチ力が調整されることにより、荷重の変更がなされるのである。このため、荷重変更が必要な時には即座に対応することができる。なお、昇降台４等の合計質量は１ＫＮの荷重を生む重さに設定してある。よって、貫入ロッド５に１ＫＮの荷重を負荷する時は、パウダクラッチ２３の磁性パウダの励磁が解かれ、入力軸２９に対して出力軸３０が回転自在になる。また、自沈貫入中のある荷重下で、エンコーダ３２の単位時間当たりのパルス信号数が所定値以上となった場合、すなわち、貫入ロッド５の貫入速度が所定値以上となった場合には、パウダクラッチ２３のクラッチ力が調節され、貫入速度が所定値以下になるまで荷重が減らされる。
【００２８】
１ＫＮの荷重下で貫入ロッド５の自沈貫入が停止すると、チャック回転駆動手段１３が駆動する。この時、１ＫＮの荷重はそのまま維持される。このチャック回転駆動手段１３の駆動により、チャック１２ないし貫入ロッド５に回転伝達がなされ、これにより貫入ロッド５は回転貫入される。この時、貫入ロッド５の長溝９ａに鋼球１５が係合しているため、貫入ロッド５とチャック１２との間に滑りが生じない。よって、チャック１２から貫入ロッド５に確実に回転伝達を行うことが可能である。この回転貫入中、貫入ロッド５の貫入速度が所定値以上となった場合には、チャック回転駆動手段１３が停止し、前述の自沈貫入が行われる。
【００２９】
貫入試験は、前述の自沈貫入と回転貫入とを切り替えながら行われる。その間制御ユニットにおいては、自沈貫入の時には、荷重が変更される度に貫入ロッド５の貫入量とそれまでの荷重値が記録され、また回転貫入の時には、貫入ロッド５が２５０ｍｍ貫入するのに要した半回転数が記録される。そして、これら試験データは、試験終了後、地盤の耐力判定を行うための基礎データとして用いられる。なお、貫入試験の途中で、貫入ロッド５には順次延長用のロッド部が継ぎ足される。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の貫入試験機は、以上説明したように、昇降用回転駆動手段と係合回転部材とを昇降ユニットとしてユニット化し、この昇降ユニットを昇降台に着脱可能に配置して成るものである。このため、ビルドブロック構造の貫入試験機において、コラムに対して係合回転部材を取り外すブロック分割を実現でき、コラムの着脱に伴って係合回転部材が破損する不具合の発生を防ぐことができる。また、昇降用回転駆動手段ないし係合回転部材の駆動伝達系が一つのユニットにまとめられているため、駆動伝達系の分断をなくし、ブロック要素同士の連結構造を簡単化できる等の利点もある。さらに、係合回転部材へ昇降用回転駆動手段の駆動を伝達する経路上には、一方向クラッチが設けられている。これにより、係合回転部材は一方方向へは昇降用回転駆動手段の固有の減速抵抗等の影響を受けることなく軽快に回転可能である。従って、コラムを取り付けた後で昇降ユニットを取り付ける場合であっても、係合回転部材と係合部材との係合位置合わせが簡単であり、組立性を向上できるとともに、コラムと昇降ユニットの組付け順序を選ばずに試験機の組立て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をブロック要素に分解した状態を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る自動貫入試験機の正面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に係る拡大断面図である。
【図４】本発明の自動貫入試験機の要部拡大一部切欠断面図である。
【図５】図２のＢ−Ｂ線に係る要部拡大一部切欠断面図である。
【図６】図５のＣ−Ｃ線に係る要部拡大一部切欠断面図である。
【図７】本発明に係る自動貫入試験機の組立て過程の説明図である。
【図８】本発明に係る自動貫入試験機の組立て過程の説明図である。
【図９】本発明に係る自動貫入試験機の組立て過程の説明図である。
【図１０】本発明に係る自動貫入試験機の組立て過程の説明図である。
【図１１】本発明に係る自動貫入試験機の組立て過程の説明図である。
【符号の説明】
１  自動貫入試験機
２  スタンド
３  コラム
３ａ  チェーン部材
４  昇降台
５  貫入ロッド
６  チャックユニット
７  昇降ユニット
８  錘
９  ロッド部
９ａ  長溝
１０  スクリューポイント
１２  チャック
１３  チャック回転駆動手段
２１  スプロケット
２２  昇降用回転駆動手段
２３  パウダクラッチ
２４  ギヤ軸
２４ａ  駆動ギヤ
２５  一方向クラッチ
２６  ストッパギヤ
２７  中間ギヤ
２８  入力ギヤ
２９  入力軸
３０  出力軸
３１  遊星歯車減速機
３２  ロータリエンコーダ
３３  伝達ギヤ
【図１】
2005023547.tif 000003
【図２】
2005023547.tif 000004
【図３】
2005023547.tif 000005
【図４】
2005023547.tif 000006
【図５】
2005023547.tif 000007
【図６】
2005023547.tif 000008
【図７】
2005023547.tif 000009
【図８】
2005023547.tif 000010
【図９】
2005023547.tif 000011
【図１０】
2005023547.tif 000012
【図１１】
2005023547.tif 000013