(57)【要約】【課題】人が通過できる程度の狭い空間を通って土壌調査現場へ搬入できるようにし、低騒音として作業員への騒音の影響を与えないようにする。【解決手段】ドライブヘッド２の両側にはエアダンパー２０が装備されており、ドライブヘッド２の中央にはスピンドル２１がドライブヘッド２に対して上下動自在に設けてあり、ドライブヘッドの回転が伝達される。また、スピンドル２１は、バイブレータ１に取り付けられており、バイブレータ１で生起された振動が直接スピンドル２に伝達される。【選択図】図５
2005105582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイブレータがフレームに上下動可能に取り付けてある土壌調査機のバイブレータを取り外し、バイブレータに振動緩衝装置及びハンドルを取り付けて手持ち型土壌調査機とし、人力で土壌をサンプリングする土壌調査方法。
【請求項２】
請求項１において、振動緩衝装置は、アウターフレーム内に固定台が配置され、アウターフレームと固定台が複数の放射状に配置したバネ体によって連結され、固定台がアウターフレームに対して変位可能であり、人力で土壌をサンプリングする土壌調査方法。
【請求項３】
アウターフレーム内に固定台が配置され、アウターフレームと固定台が複数のバネ体によって連結され、固定台がアウターフレームに対して変位可能である振動緩衝装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土壌調査や掘削する現場が狭かったり、現場へのアクセス路が狭く土壌調査機を搬入するのが困難である場所における土壌調査方法、及びその方法に使用するバイブレータ型の手持ち土壌調査機とバイブレータの振動を緩衝する振動緩衝装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
土壌を調査する場所が狭い場合、大型の調査機は搬入できず、従来、図１０に示すガソリンエンジンを駆動源とするエンジンブレーカ等にコアサンプリングツールを取り付けた手持ちの振動型土壌調査機を使用することで対処していた。しかし、この振動型土壌調査機は、常時人力で操作することを想定したものであり掘削能力が小さく効率的な掘削作業がおこなえず、また、振動発生方式がガソリンエンジンを駆動源とするため、騒音が大きいという問題があった。
【０００３】
また、車輪を有するフレームに電気モータを駆動源として搭載したドリル（商品名ねこドリル）があるが、単に装置を小型化しただけであり、装置を分解し、駆動部を分離して手持ち装置として土壌を掘削するという発想はなく、また、駆動源をフィード装置付きのフレームに組み込んで効率よく土壌調査をおこなうことはできなかった。
これらの、小型の土壌掘削機を別途準備しておくことは不経済であった。
【特許文献１】特開２００１−２０７４３５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、環境問題への関心の高まりや工場跡地からの相次ぐ汚染物質の検出があり、汚染土壌の規制が強化されてきたことに伴ない、調査が必須となってきている。こうした背景から、今までは工場跡地等で行われていた土壌中の汚染物質調査が、稼働中の工場においても実施されるようになってきた。
【０００５】
工場跡地等の構築物の存在しない空き地の調査ではあまり大きな問題にならなかった土壌調査機の現場への搬入や、調査区域内での移動が構築物の存在のため円滑におこなうことができないという問題が起きてきた。また、稼働中の工場敷地内で土壌調査を実施するため、従来の手持ち型土壌調査機では、発生する音が就労中の従業員にとっては騒音となり、業務遂行に悪影響を与えるという問題が生じた。
【０００６】
このため、人が通過できる程度の狭い空間を移動することができ、また、作業中の人に騒音の影響を与えないように低騒音で土壌調査をすることに対するニーズが高まってきている。
本発明は、こうしたニーズに応えるため、必要に応じて分解して手持ち操作することが可能にする土壌調査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】
バイブレータを土壌調査機本体から取り外しできる構造として狭い空間を通過可能として狭い場所への土壌調査機の搬入を可能にし、手持ち操作を可能とする振動緩衝装置を取り付けて、手持ち型の土壌調査機とし使用できるようにするとともに、従来の手持ち型の土壌調査機に比較して効率的に土壌調査をおこなえるようにしたものである。
バイブレータは油圧モータ駆動であり、従来の手持ち型土壌調査機のような騒音を発することがなく、低騒音であるので、稼働中の工場においても、通常業務に影響を与えることなく調査ができるようになった。
【０００８】
一方、土壌調査現場の空間に余裕がある場所では、バイブレータを土壌調査機本体に取り付けてフレーム及びフィード装置を有するものとし、効率的に土壌の調査作業をおこなって作業者の負担を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１に示すように土壌調査機１０は、振動と回転をボーリングロッド３に加えることができるもので、ドライブヘッド２は、フレーム６またはマストに上下動可能に取り付けある。ドライブヘッド２の両側にはエアダンパー２０が装備されており、バイブレータ１の振動がフレーム６に伝わるのを緩衝している。
【００１０】
図２及び図３に示すようにドライブヘッド２の上部に、油圧モータＭ２で駆動される偏心錘型のバイブレータ１がボルト１１によって固定してある。
ドライブヘッド２にはスピンドル２１が取り付けてあり、油圧モータＭ１の回転が減速機を介して伝達される。また、スピンドル２１にバイブレータ１の振動がドライブヘッド２を介して伝達される。
【００１１】
スピンドル２１に伝達された回転及び上下振動は、スピンドル２１の先端に連結されたボーリングロッド３に伝達されて地中に掘進され、ボーリングロッド３先端に取り付けたサンプラー（図示しない）に土壌サンプルが取り込まれる。
また、ドライブヘッド２は、フレーム６の背面に設けたフィードシリンダーによってフレーム６に沿って上下方向に移動させることができるので、ボーリングロッド３に下向きの押圧力を加えることができる。
土壌調査現場まで広い空間がある場合には、フレーム６を含めた土壌調査機１０を分解することなくそのまま調査現場に搬入し、ボーリングロッドに回転と振動を加えて効率的にサンプラーを地中に掘進し、土壌サンプリング作業をおこなう。
【００１２】
一方、土壌調査現場の途中に狭い通路が存在し、土壌調査機１０を調査現場に搬入することができない場合には、バイブレータ１の固定用のボルト１１を緩め、エアダンパー２０のピン１３を外してバイブレータ１を本体から取り外す。
【００１３】
ドライブヘッド２から取り外したバイブレータ１を図４に示した振動緩衝装置４に取り付けて作業員がバイブレータ１を手持ちで土壌サンプリング作業ができるようにする。
バイブレータ１は６０Ｈｚ程度までの振動を発生することのできるものであり、作業員が直接保持することは振動による健康障害を起こす可能性があるので、作業員に振動が伝わるのを防止しなくてはならず、振動を緩衝する振動緩衝装置（ダンパー）を取り付ける必要がある。
【００１４】
図５〜図７に基づいて、振動緩衝装置４を説明する。
バネ体をコイルバネで表示するが、バネ体はコイルバネに限定されるものでなく、バネ特性を有するものであればよい。帯状のゴムは、価格的にも低コストで調達することができると共に軽量であるので運搬が容易であり、手持ちの小型の土壌調査機の緩衝装置のバネ体として好ましいものである。
【００１５】
図４に示すように、振動緩衝装置４は、円形のアウターフレーム４０とインナーフレーム４１が同心状に配置され、両フレームはバネ体である帯状のゴム４２で連結されており、インナーフレーム４１はアウターフレーム４０内でゴム４２の弾性によって上下移動可能である。
インナーフレーム４１にはバイブレータ１を固定する固定台４３が設けてあり、取り外して搬入したバイブレータ１をボルトで固定できるようになっている。このボルトは土壌調査機１０において、バイブレータ１とドライブヘッド２を固定したものを使用する。
【００１６】
作業員が手持ちで操作する軽量簡易型とするため、ボーリングロッドには回転を与えず、バイブレータ１の振動のみでボーリングロッドを地中に掘進し、土壌をサンプリングするようにした。
図６及び図７にはバネ体のゴムを取り付けていない状態を示す。図６はアウターフレーム４０のみの状態、図７はアウターフレーム４０内にインナーフレーム４１を配置した状態である。
作業員が土壌調査装置を保持するためのハンドル１２は、パイプを折り曲げて四角形とし、アウターフレーム４０に連結材４４で連結してある。四角形としたので、四方から作業員がハンドル１２を保持することができる。
図７に示すように、バイブレータ１を取り付ける固定台４３はインナーフレーム４１から中心方向に延びるインナーステー４５に取り付けてあり、インナーフレーム４１と共にアウターフレーム４０に対して上下動する。
【００１７】
さらに、アウターフレーム４０の中心には中心方向に延びるアウターステー４６にセンタリングガイド４７が支持されており、センタリングガイド４７は中空部を有し、この中空部にバイブレータ１に連結されたドライブヘッドから延びるドライブロッドが挿入され、更に、ドライブロッドにはボーリングロッドが連結される。センタリングガイド４７の外側にドライブヘッドの上昇を制限するゴム製のストッパー５が設けてあり、通常状態ではインナーステー４５に当たって上昇を阻止している。
【００１８】
図８に、作業員が取り外したバイブレータ１と振動緩衝装置４を組み立て、先端にサンプラーを取り付けたボーリングロッド３をドライブロッドに連結して、土壌試料採取のために地盤を掘進している状態を示す。
作業員がハンドル１２を保持して下方に引き下ろす力を加えると共にバイブレータ１を作動させ、ボーリングロッド先端のビットを地面に押しつけて掘進する。作業員がハンドル１２を引き下げる力は、直接アウターフレーム４０を引き下げる力となる。アウターフレーム４０の内側にはアウターステー４６を介してドライブロッド挿通部を有するセンタリングガイド４７が取り付けてあり、センタリングガイド４７は、ドライブロッド３０に対して上下動可能である。
【００１９】
作業員が、ハンドル１２に下向きの力を加えると、連結材４４を介して力はアウターフレーム４０に伝えられ、アウターフレーム４０とインナーフレーム４１を連結する帯状のゴム４２を介してインナーフレーム４１に、更にインナーステー４５に伝えられ、ドライブロッド３０を押し下げる。そして、ドライブロッド３０に連結されたボーリングロッド３の先端が地面に押しつけられ、その反力が振動緩衝装置４のゴム４２の弾性力よりも大きくなるとゴム４２が伸び、アウターフレーム４０がインナーフレーム４１に対して下げられる。
アウターフレーム４０が降下するにつれ、アウターステー４６に連結されているセンタリングガイド４７が引き下げられてゴム製の上部ストッパー５から離れる。
【００２０】
作業員がハンドル１２に押し下げ力を加えた状態でバイブレータ１を作動させると、発生した振動は、ドライブロッド３０を介してボーリングロッド３に伝えられて掘進が行われ、上下振動と人力のサポートによりボーリングロッド３に取り付けたサンプラーを地中に掘進させて土壌試料をサンプリングする。振動の一部は、アウターフレーム４０を介してハンドル１２に伝えられるが、この振動は振動緩衝装置４で吸収され、ハンドル１２を持つ作業員にはほとんど振動が伝達されない。
【００２１】
振動緩衝装置４の緩衝作用の原理について、図９に本発明の振動緩衝装置の力学モデルを示して以下に説明する。
バネ係数ｋのバネと質量ｍからなるシステムの固有振動数ωは、以下の式で表すことができる。
ω＝（ｋ／ｍ）1/2
ｋ：バネ係数  ｍ：振動する質量
上式より、バネ係数ｋを小さくすることによって固有振動数ωを低く抑えられることがわかる。
【００２２】
中央部のＡが振動を抑制する対象（バイブレータ）を含んだインナー部を示し、Ｂがアウター部を示し、両者はバネ係数Ｋｓの複数（ｎ本）の長さＬのバネで連結されている。インナー部Ａが力を受けて垂直方向にＳだけ変位した状態において、バネに作用する力Ｆｓはバネの伸びをΔＬとすると、
Ｆｓ＝Ｋｓ・ΔＬ                                                  （１）
幾何的にΔＬは
ΔＬ＝Ｌ／ｃｏｓθ−Ｌ
＝Ｌ／ｃｏｓθ・（１−ｃｏｓθ）                                （２）
また、振動緩衝装置全体としてのバネ係数をＫｔし、バネの本数がｎであるからバネの軸方向の力Ｆｓの垂直分力をＦｖとすると、
Ｋｔ＝ｎ・Ｆｖ／Ｓ                                                （３）
Ｆｖ＝Ｆｓ・ｓｉｎθ                                              （４）
幾何的に垂直変位量Ｓは
Ｓ＝Ｌ・ｔａｎθ                                                  （５）
以上より（３）式に（４）、（５）式を代入し、さらに（１）（２）式を代入すると
（３）式は以下のようになる。
Ｋｔ＝ｎ・Ｋｓ・（１−ｃｏｓθ）                                  （６）
【００２３】
式（６）から、角度θを小さくすることによって、（６）式の第２項を０に近づけることができる。従って、全体のバネ係数Ｋｔを小さく抑えることができ、装置全体の固有振動数を低く抑えることが可能となり、振動緩衝装置としての効果が発揮できる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
以上のように、バイブレータを本体から取り外し可能とし、ハンドルと振動緩衝装置を追加的に取り付けるようにしたので、人が通過できる程度の通路であっても、バイブレータを人力によって現場に搬入することができ、かつ、調査現場では人力による土壌サンプリングをおこなうことができる。
また、バイブレータの振動駆動源が油圧モータであるので、従来の手持ちの振動型土壌サンプラーに比して騒音が小さく、作業員に対する騒音の影響が少なく、稼働中の工場敷地内での土壌調査を可能とした。
土壌調査現場の空間に余裕がある場合は、取り外して搬入したバイブレータを本体に取り付けてフレーム及びフィード装置を有する土壌調査機として作動させ、効率的に土壌調査作業をおこなうことができ、作業者の負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】フレームを有する土壌調査機の正面図。
【図２】バイブレータとドライブヘッドの取り付け部の詳細正面図。
【図３】バイブレータとドライブヘッドの取り付け部の詳細側面図。
【図４】振動緩衝装置の主要部の平面図。
【図５】振動緩衝装置にバイブレータを取り付けた状態の正面図。
【図６】アウターフレームの平面図。
【図７】アウターフレーム内にインナーフレームを配置した状態の平面図。
【図８】手持ち型の土壌調査機の使用状態の説明図。
【図９】緩衝体の力学モデル図。
【図１０】従来の手持ち土壌調査機の正面図。
【符号の説明】
【００２６】
１    バイブレータ
１１  ボルト
１２  ハンドル
２    ドライブヘッド
２０  エアダンパー
２１  スピンドル
３    ボーリングロッド
３０  ドライブロッド
４    振動緩衝装置
４０  アウターフレーム
４１  インナーフレーム
４２  ゴム（バネ体）
６    フレーム
【図１】
2005105582.tif 000003
【図２】
2005105582.tif 000004
【図３】
2005105582.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005105582.tif 000007
【図６】
2005105582.tif 000008
【図７】
2005105582.tif 000009
【図８】
2005105582.tif 000010
【図９】
2005105582.tif 000011
【図１０】
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