(57)【要約】【課題】回転用モータの冷却機構を備える自動貫入試験機を提供する。【解決手段】  本発明の自動貫入試験機１は、回転用モータ６の温度センサ４０による検出値に応じて回転用モータ８を高速で逆転駆動し、駆動伝達系に介在する一方向クラッチ３５を空転するように構成されている。これにより、回転用モータ６の駆動軸６ａは無負荷の状態で高速回転する。この駆動軸６ａの回転に伴い冷却ファン６ｂが高速回転するので、回転用モータ６を十分に冷却することができる。【選択図】図４
2012251302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
立設された支柱に沿って昇降可能な昇降台と、
この昇降台に設けられ、地中に回転貫入する貫入ロッドを回転可能に保持するチャック
と、
チャックへ回転駆動を付与するとともに、モータ駆動軸の回転に伴って回転する冷却フ
ァンを内蔵する回転用モータと、
貫入ロッドを地中にねじ込む方向への回転用モータの駆動だけを貫入ロッドへ伝達する
一方向クラッチと、
回転用モータの温度を検出する温度センサと、
温度センサによる検出値が所定の値を超えると、貫入ロッドを地中にねじ込む方向とは
逆方向へ回転用モータを駆動する制御ユニットと、
から構成されることを特徴とする自動貫入試験機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動貫入試験機のモータ冷却機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、地盤の硬軟を判定する試験の一例として知られているスウェーデン式サウン
ディング試験を自動で行う自動貫入試験機としては、特許文献１に示すものがある。
【０００３】
前記自動貫入試験機において、昇降台に取付けられたチャックに保持される貫入ロッド
は、回転用モータの駆動により、回転するように構成されている。また、回転用モータの
駆動軸から貫入ロッドへの駆動伝達系には一方向クラッチが介在しており、スクリューポ
イントの捻りに合わせて貫入ロッドを地中にねじ込む方向に回転用モータが駆動たしとき
、その駆動をスプロケットに伝達する一方、これとは逆方向への駆動は伝達しない状態を
創出するように構成されている。
【０００４】
また、上記回転用モータの駆動軸の後端には、冷却ファンが取付けられており、駆動軸
の回転に伴って回転し、モータを冷却するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記自動貫入試験機では、貫入ロッドにかかる貫入抵抗により、回転用
モータは過負荷状態となる。この状態では、回転用モータの駆動軸は低速回転となり、駆
動軸に冷却ファンを取付けたところで十分な冷却を得ることはできなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の自動貫入試験機は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、立設された支柱
に沿って昇降可能な昇降台と、この昇降台に設けられ、地中に回転貫入する貫入ロッドを
回転可能に保持するチャックと、チャックへ回転駆動を付与するとともに、モータ駆動軸
の回転に伴って回転する冷却ファンを備える回転用モータと、貫入ロッドを地中にねじ込
む方向への回転用モータの駆動だけを貫入ロッドへ伝達する一方向クラッチと、回転用モ
ータの温度を検出する温度センサと、温度センサによる検出値が所定の値を超えると、貫
入ロッドを地中にねじ込む方向とは逆方向へ回転用モータを駆動する制御ユニットとから
構成される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の自動貫入試験機によれば、温度センサによりモータの過熱状態を検出し、必要
に応じてモータを逆転駆動することで、一方向クラッチが空転してモータ駆動軸が無負荷
の状態で高速回転する。これに伴い冷却ファンが高速回転するので、モータを十分に冷却
することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の自動貫入試験機の斜視図である。
【図２】本発明の自動貫入試験機の側面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線拡大一部切欠断面図である。
【図４】本発明の自動貫入試験機のチャックを示す要部拡大一部切欠断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１において、１は自動貫入試
験機であり、支柱２に沿って昇降可能な昇降台３を有している。この昇降台３には、所定
重量の錘３ａと、回転用モータ６と、この回転用モータ６の駆動を受けて回転可能なチャ
ック５と、このチャック５に保持されて一体に回転可能に構成されるとともに、先端にス
クリューポイント４ｂを備える貫入ロッド４と、昇降台３を昇降操作させるための昇降用
モータ８とが載荷されている。
【００１１】
図２に示すように、前記昇降台３は、支柱２に沿って垂直に配された案内チェーン２ａ
に沿って回転するスプロケット７を有し、このスプロケット７が案内チェーン２ａに沿っ
て回転することで昇降するように構成されている。この昇降台３および昇降台３に載荷さ
れた前述の総重量により、前記貫入ロッド４には１ＫＮの荷重が負荷できるように構成さ
れている。
【００１２】
図３に示すように、前記スプロケット７は、遊星歯車機構１１を介して伝達軸１２と一
体に回転するように連結されている。また、前記昇降用モータ８の正逆転可能な駆動軸８
ａの先端には駆動歯車１３が一体に回転するように取付けられている。さらに、この駆動
歯車１３には、中間歯車１４および伝達歯車１５が順に噛合しており、当該昇降用モータ
８の駆動を伝達軸１２に伝達するように構成されている。
【００１３】
前記伝達歯車１５は、中空の円柱を成し、その外周面に外歯を備える構成である。そし
て、この伝達歯車１５の内部には、一方向クラッチ１６が当該伝達歯車１５と一体に回転
するよう圧入されるとともに、伝達軸１２に回転自在に支持されている。この第１の一方
向クラッチ１６により、昇降台３が上昇しようとする方向にスプロケット７を回転させる
よう昇降用モータ８が駆動（便宜上、この駆動を正転駆動とする）したとき、昇降用モー
タ８の駆動が伝達されるように構成されている。この構成により、（昇降台の総重力に基
づく荷重）−（昇降用モータ８の出力トルクに応じた下降抵抗）で決定される荷重が試験
荷重として貫入ロッド４に負荷される。
【００１４】
一方、これとは逆に昇降用モータ８が駆動（便宜上、この駆動を逆転駆動とする）する
と、一方向クラッチ１６は空転する。これにより、昇降用モータ８の駆動が伝達軸１２に
伝達されない状態を創出でき、貫入ロッド４には昇降台の質量に基づく１ＫＮの荷重を負
荷することが可能になる。
【００１５】
前記伝達軸１２の先端には、ロータリエンコーダ１７が取付けられており、スプロケッ
ト７の回転に伴うパルス信号を出力し、このパルス信号に基づいて制御ユニット５０の速
度割出部５２が貫入ロッド４の貫入速度を算出するように構成されている。
【００１６】
前記昇降用モータ８は、インバータモータであり、インバータ制御部５３によって駆動
制御される。この昇降用モータ８の駆動軸８ａの後端には、主動プーリ１８が一体に回転
可能に取付けられている。この主動プーリ１８から所定の間隔をおいた位置には従動プー
リ１９が配置されており、これらプーリ１８，１９には無端ベルト２０が巻き掛けられて
いる。そして、従動プーリ１９には、ロータリエンコーダ２１が取付けられており、昇降
用モータ８の回転に伴うパルス信号をインバータ制御部５３へフィードバックする。
【００１７】
また、昇降用モータ８の駆動軸８ａの後端には、冷却ファン８ｂが取付けられており、
駆動軸８ａと一体に回転して昇降用モータ８を冷却するように構成されている。
【００１８】
さらに、昇降用モータ８には温度センサ２２が貼付けられており、当該昇降用モータ８
の温度を検出し、この検出信号を制御ユニット５０の演算処理部５１へ送信するように構
成されている。
【００１９】
なお、インバータモータに代えてＡＣサーボモータを用いてこれに準じた駆動制御部を
備える構成であっても同等の機能を実現することができる。 
【００２０】
図４に示すように、前記チャック５は、軸受によって回転自在に支持された中空のチャ
ック軸３１と、このチャック軸３１にマシンキー（図示せず）を介して挿入され、かつば
ね３３によって上方へ常時付勢されるフランジ型のスリーブ３２とから構成されている。
この構成により、このスリーブ３２は、チャック軸３１の延びる方向へはその外周面を摺
動しながら自在に移動可能である一方、円周方向へはチャック軸３１と一体に回転するよ
うに構成されている。また、チャック軸３１にはその外周を３等分する位置に鋼球３４を
収納可能な収納孔が穿設されている。この鋼球３４が貫入ロッド４の外周面に形成された
係合溝４ｃと嵌合し、貫入ロッド４を保持する。また、スリーブ３２の上部の内径はチャ
ック軸３１の内径より大径に形成されており、スリーブ３２をばね３３の付勢に逆らって
手動で押下げると、鋼球３４が貫入ロッド４の係合溝４ｃから外れる。さらに、この状態
でスリーブ３２とともにチャック軸２１を回転し、鋼球３４を貫入ロッド４の係合溝４ｃ
が形成されていない位置まで移動させると、スリーブ３２から手を離しても貫入ロッド４
とチャック軸３１との係合が解かれた状態となる。
【００２１】
昇降台３には回転用モータ６が載荷されている。回転用モータ６は、インバータモータ
であり、インバータ制御部５４によって駆動制御される。この回転用モータ６の駆動軸６
ａには、一方向クラッチ３５を介して主動スプロケット３６が取付けられている。さらに
、チャック軸３１の下端には従動スプロケット３７が取付けられており、これらスプロケ
ット３６，３７に無端チェーン３８を巻き掛けて回転用モータ６の回転駆動をチャック軸
３１へ伝達できるように構成されている。
【００２２】
ここで、前記貫入ロッド４先端のスクリューポイント４ｂは、日本工業規格Ａ１２２１
に示されるように、長さ２００ｍｍに対して１回の捻りが加えられたドリル形状を成すも
のである。したがって、前記一方向クラッチ３５は、スクリューポイント４ｂの捻りに合
わせて貫入ロッド４を地中にねじ込む方向に回転用モータ６が駆動（以下、便宜上、この
駆動を正転駆動とする）しときにはその駆動を主動スプロケット３５に伝達する。一方、
これとは逆方向に回転用モータ６が駆動（以下、便宜上、この駆動を逆転駆動とする）し
たときには空転するので、駆動を貫入ロッド４へ伝達しないように構成されている。なお
、この構造については、特開２００５−２７３１号公報に示されているものと同じである
。
【００２３】
また、回転用モータ６の駆動軸６ａの後端には、冷却ファン６ｂが取付けられており、
駆動軸６ａと一体に回転して回転用モータ６を冷却するように構成されている。
【００２４】
さらに、前記チャック軸３１にワッシャ型の荷重センサ３９が挿入されており、貫入ロ
ッド４にかかる実際のスラスト荷重を検出するように構成されている。この検出信号は制
御ユニット４０へフィードバックされる。
【００２５】
その上、前記回転用モータ６には温度センサ４０が取付けられており、当該回転用モー
タ６の温度を検出し、この検出信号を制御ユニット５０へ送信するように構成されている
。
【００２６】
本発明の自動貫入試験機１の作動を制御する制御ユニット５０は、演算処理部５１と、
これに接続される速度割出部５２と、昇降用モータ８を駆動制御するインバータ制御部５
３と、回転用モータを駆動制御するインバータ制御部５４と、記憶部５５と、入力部５６
とを備えている。 
【００２７】
前記インバータ制御部５３は、前記演算処理部５１から出力される駆動指令値で昇降用
モータ８が駆動するように駆動制御する。具体的には、インバータ制御部５３は、ロータ
リエンコーダ２１のフィードバック信号に基づくベクトル制御により、昇降用モータ８の
回転数および出力トルクを制御し、昇降用モータ８を演算処理部５１から発せられた駆動
指令値で駆動するように構成されている。 
【００２８】
前記記憶部５５には、所定の試験荷重ごとにインバータ制御部５３へ出力する駆動指令
値が記憶されており、所定の試験荷重設定時に演算処理部５１が当該駆動指令値を選択し
、この駆動指令値をインバータ制御部５３に発することにより、貫入ロッド４に所定の試
験荷重をかけるように構成されている。 
【００２９】
また、演算処理部５１は、荷重センサ３９によるフィードバック信号に基づくＰＩＤ制
御により、フィードバックされた検出値と目標の試験荷重値との偏差に基づいて、インバ
ータ制御５３への駆動指令値を繰り返し補正し、昇降用モータ８が貫入ロッド４に目標の
試験荷重をかけるように構成されている。
【００３０】
前記速度割出部５２は、前記ロータリエンコーダ１７の発するパルス信号を処理し、昇
降台３の昇降量、昇降速度に基づき貫入ロッド４の貫入量、貫入速度等を求めるように構
成されている。 
【００３１】
本発明の自動貫入試験機１では、スウェーデン式サウンディング試験に準じて、貫入ロ
ッド４に負荷される荷重が、５０Ｎ，１５０Ｎ，２５０Ｎ，５００Ｎ，７５０Ｎ，１ＫＮ
の６段階の値に設定されている。例えば、２５０Ｎ荷重で貫入速度が遅くなった場合には
、貫入ロッド４にかけられる荷重を増加する。一方、貫入速度が速くなった場合には、貫
入ロッド４にかけられる荷重を減少する。このように、貫入段階で貫入速度が遅くなるご
とに５００Ｎ、７５０Ｎ、１ＫＮの順に荷重が増すよう指令値が変更される。そして１Ｋ
Ｎの荷重がかけられた状態で、かつ貫入速度が遅くなった時には、回転用モータ６が駆動
してチャック５と貫入ロッド４を一体に回転させ、荷重を負荷した状態で回転貫入が行わ
れる。
【００３２】
また、貫入試験中、昇降台３が地表に到達し、貫入ロッド４の全長が地中に貫入すると
貫入ロッド４の後端に延長用ロッド（図示せず）を継ぎ足す。貫入ロッド４の後端には雄
ねじ部が形成されており、ここに延長用ロッドの先端を螺合する。また、延長用ロッドの
後端には、その外周に貫入ロッド４と同様の係合溝が形成されている。この構成により、
螺合後、貫入ロッド４とチャック５の係合を解き、昇降台４を上昇させ、チャック５の鋼
球３４と延長用ロッドの係合溝を嵌合して延長が完了する。
【００３３】
ここで、貫入試験中、前記昇降用モータ８の温度センサ２２による検出値が所定の値を
超えて昇降用モータ８が過熱状態になると、昇降台３が地表に到達した時点で、制御ユニ
ット５０の演算処理部５１は、昇降用モータ８のインバータ制御部５３へ高速逆転の駆動
指令を発する。すると、一方向クラッチ１６の作用により、昇降用モータ８の駆動軸８ａ
は無負荷の状態で高速回転する。これに伴い、昇降用モータ８の冷却ファン８ｂが高速回
転するので昇降用モータ８は十分に冷却される。
【００３４】
一方、前記回転用モータ６の温度センサ４０による検出値が所定の値を超えて回転用モ
ータ６が過熱状態になると、制御ユニット５０の演算処理部５１は、回転用モータ６のイ
ンバータ制御部５４へ高速の逆転駆動指令を送る。すると、一方向クラッチ３５の作用に
より、回転用モータ６の駆動軸６ａは無負荷の状態で高速回転する。これに伴い、回転用
モータ６の冷却ファン６ｂが高速回転するので回転用モータ６は十分に冷却される。
【符号の説明】
【００３５】
１  自動貫入試験機
２  支柱
２ａ  案内チェーン
３  昇降台
３ａ  錘
４  貫入ロッド
４ｂ  スクリューポイント
４ｃ  係合溝
５  チャック
６  回転用モータ
６ａ  駆動軸
６ｂ  冷却ファン
８  昇降用モータ
８ａ  駆動軸
８ｂ  冷却ファン
１１  遊星歯車機構
１２  伝達軸
１３  駆動歯車
１４  中間歯車
１５  伝達歯車
１６  一方向クラッチ
１７  ロータリエンコーダ
１８  主動プーリ
１９  従動プーリ
２０  無端ベルト
２１  ロータリエンコーダ
２２  温度センサ
３１  チャック軸
３２  スリーブ
３３  ばね
３４  鋼球
３５  一方向クラッチ
３６  主動スプロケット
３７  従動スプロケット
３８  無端チェーン
３９  荷重センサ
４０  温度センサ
【図１】
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【図２】
2012251302.tif 000004
【図３】
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【図４】
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