JP7795366B2

JP7795366B2 - 貫入ロッド連結解除器具

Info

Publication number: JP7795366B2
Application number: JP2022020014A
Authority: JP
Inventors: 雅史白波瀬
Original assignee: Nittoseiko Co Ltd
Current assignee: Nittoseiko Co Ltd
Priority date: 2022-02-11
Filing date: 2022-02-11
Publication date: 2026-01-07
Anticipated expiration: 2042-02-11
Also published as: JP2023117435A

Description

本発明は、ロッドの先端に貫入体を備える貫入ロッドに、ロッドを順次継ぎ足しながら地中へ貫入体を貫入させる貫入試験で使用されるロッドの連結を解除するための貫入ロッド連結解除器具に関する。

従来から、貫入試験機の一例としては、特許文献１に示すものがある。この貫入試験機は、貫入試験の一例であるスウェーデン式サウンディング試験を行うためのものであり、ロッドの先端に貫入体の一例であるスクリューポイントを備えて成る貫入ロッドを地中に回転貫入するように構成されている。貫入ロッドは、モータの駆動によって昇降可能な昇降台に設けたチャックに係合保持されており、昇降台の下降に伴って先端のスクリューポイントが地中へ貫入する。昇降台が最下点に到達すると、作業者は、ロッドの後端に次のロッドをねじ連結により継ぎ足す。そして、貫入ロッドとチャックの係合を解き、昇降台を上昇させ、チャックに継ぎ足されたロッドを係合保持した状態で再び昇降台を下降させることにより、スクリューポイントをさらに深い深度まで貫入させる。このようなロッドの連結作業を繰り返しながら、スクリューポイントは、所定の深度まで貫入させられる。

試験終了後には、貫入ロッドとチャックを係合した状態で昇降台を上昇させることによりロッドを地中から引き抜き、作業者がロッドの連結を解除する。ロッドの連結部分は、ねじによって硬く結びついているため、作業者はパイプレンチを用いて連結を解除する。

特開２００４－９２２０２号公報

しかしながら、パイプレンチの取り扱いは初心者には難しく、熟練の必要な作業である。このように、ロッドの連結解除作業は、作業性に問題を抱えていた。

本発明は、貫入試験機に使用するロッドを簡単に切り離すことができる貫入ロッド連結解除器具を提供することを目的とする。

上記課題は、モータの駆動に伴って貫入ロッドを回転自在に保持可能なチャックを備え、延長用ロッドをねじ連結により順次継ぎ足して延長しながら地中に回転貫入するように構成された貫入試験機に利用される貫入ロッド連結解除器具であって、継ぎ足された延長用ロッドを保持可能な器具本体と、貫入試験機に固定し、器具本体の回転を規制する固定手段とを備え、チャックのモータを駆動して貫入ロッドを回転させることにより、これらロッドのねじ連結を解除するように構成されている貫入ロッド連結解除器具によって解決できる。

前記器具本体は、延長用ロッドが挿通可能な内孔を有する中空のチャック軸と、チャック軸に沿って往復移動可能かつ常時チャック軸端側に付勢されたスリーブと、スリーブのチャック軸端側への移動を規制するスリーブ押さえと、前記チャック軸に配置されて常時前記スリーブによりチャック軸の内孔に突出した状態に支持される鋼球とを備え、延長用ロッドの両端部の外周面に形成された係合溝に前記鋼球を嵌合させる一方、前記スリーブを押し下げることにより係合溝と鋼球との嵌合を解くことで、延長用ロッドに対して着脱自在に構成されていることが好ましい。

本発明の貫入ロッド連結解除器具は、貫入試験機に装着するだけで、作業者が直接手を下すこと無く、簡単に貫入ロッドの連結を解除できる。

自動貫入試験機の斜視図である。自動貫入試験機の側面図である。図２のＡ－Ａ線拡大一部切欠断面図である。自動貫入試験機のチャックの構成を示す要部拡大一部切欠断面図である。荷重センサの構成を示す図である。本発明の貫入ロッド連結解除器具の構成を示す図である。

まず、本発明の貫入ロッド連結解除器具１００が用いられる貫入試験機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な貫入ロッド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。

貫入ロッド４は、ロッド４ａと、その先端（下端）に接続されるスクリューポイント４ｂとから構成されている。ロッド４ａは、上端外周を３等分する位置に３個の係合溝４ｃを有しており、下端にもその外周を３等分する位置に３個の係合溝４ｄを有している。

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。

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８ａ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。

また、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上昇力）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。

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（最大試験荷重）を負荷することができる。

また、前記伝達軸１２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する。そして、詳細を後述する制御ユニット５０が当該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、貫入速度等を演算する。

また、前記昇降用モータ８は、インダクションモータであり、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、昇降用モータ８の加速度検出手段として、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の駆動軸８ａの回転に伴うパルス信号を検出するように構成されている。このロータリエンコーダ２１によるパルス信号は、昇降用モータ８のインバータ制御部５３および演算処理部５１へ送られる。

なお、インダクションモータに代えて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。

図４に示すように、前記チャック５は、軸受４５，４６，４７，４８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）を介して挿入されるフランジ型のスリーブ３２とから構成されている。このスリーブ３２は、ばね３３によって上方へ常時付勢されており、チャック軸３１の外周面を摺動しながら移動可能に構成されている。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の係合溝４ｃに嵌合し、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３１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。

前記チャック軸３１には、環状の押さえ部材３２ａが挿入され、当該チャック軸３１に固定されている。この押さえ部材３２ａは、前記スリーブ３２と同一の内径に成形されており、スリーブ３２を上方から押さえて抜け止めするように構成されている。また、押さえ部材３２ａは、チャック軸３１の上端から突出するように配置されており、その理由は後述する。

また、前記昇降台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、インダクションモータであり、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６ａ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。

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。

また、前記チャック軸３１には荷重センサの一例としてワッシャ型ロードセル３９が挿入されている。このワッシャ型ロードセル３９は、図５に示すように、センサ本体４０の下面に円周方向に対して等間隔に成形される受圧部４１と、センサ本体４０の上面に円周方向に対して等間隔に成形される支持部４２と、センサ本体４０に貼付けられる歪みゲージ４３とから構成されている。この構成により、貫入ロッド４に実際にかかるスラスト荷重がチャック軸３１を支持するアンギュラ玉軸受４５，４６および円筒ころ軸受４７を介して受圧部４１へ伝達され、これに応じて支持部４２が受圧板４４に対して支点となりセンサ本体４０に歪みが生じる。この歪みを歪みゲージ４３が検出することにより、貫入ロッド４にかかる荷重を精度良く検出できる。

図２に示すように、本発明の自動貫入試験機１の作動および荷重制御を行う制御ユニット５０は、演算処理部５１と、昇降用モータ８を駆動制御するインバータ制御部５３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。

前記記憶部５５には、試験荷重に対応するトルク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が当該トルク指令値を選択する。そして、このトルク指令値をインバータ制御部５３に出力し、昇降用モータ８が当該トルク指令値に応じた上昇力を発揮することにより、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。

前記インバータ制御部５３は、前記演算処理部５１から出力されるトルク指令値で昇降用モータ８が駆動するよう当該昇降用モータ８を駆動制御する。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のパルス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する。

前記演算処理部５１は、前記昇降用モータ８のロータリエンコーダ２１によるパルス信号に基づいて昇降用モータ８の駆動軸８ａの回転加速度を演算する。

続いて、上記自動貫入試験機１の動作を説明する。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１ＫＮ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。

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１０４ａを継ぎ足す。

延長用ロッド１０４ａは、貫入ロッド４のロッド４ａと同様の構成を成している。また、貫入ロッド４のロッド４ａおよび延長用ロッド１０４ａは、いずれも先端には雌ねじ部が形成されており、後端には雄ねじ部が形成されている。この構成により、貫入ロッド４の後端の雄ねじ部に、延長用ロッド１０４ａの雌ねじ部を螺合する。そして、貫入ロッド４とチャック５の係合を解き、昇降台３を上昇させ、チャック５の鋼球３４を延長用ロッドの係合溝１０４ｃに嵌合させることにより延長が完了する。再び昇降台３を下降させることにより、スクリューポイント４ｂをさらに深い深度まで貫入させる。このようなロッドの連結作業を繰り返しながら、スクリューポイント４ｂは、所定の深度まで貫入させられる。

試験終了後には、延長用ロッド１０４ａとチャック５を係合させた状態で、昇降台３を上昇させることにより、延長用ロッド１０４ａを地中から引き抜く。そして、延長用ロッド１０４ａとチャック５の係合を解き、昇降台３を下側の貫入ロッド４の位置するところまで下降させ、当該貫入ロッド４のロッド４ａの係合溝４ｃ（あるいは延長用ロッド１０４ａの係合溝１０４ｃ）にチャック５の鋼球３４を嵌合させる。ここで、本発明の貫入ロッド連結解除器具１００を上側の延長用ロッド１０４ａに装着する。

本発明の貫入ロッド連結解除器具１００は、図６に示すように、器具本体１１０と、この器具本体１１０を前記自動貫入試験機１に固定するための固定手段１２０とから構成される。

器具本体１１０は、前記チャック５と同様の構成をしており、延長用ロッド１０４ａを挿通可能な貫通孔を有する中空のチャック軸１３１と、このチャック軸１３１に外装されるスリーブ１３２とから構成されている。このスリーブ１３２は、ばね１３３によって上方へ常時付勢されており、チャック軸１３１の外周面を摺動しながら移動可能に構成されている。一方、円周方向へはチャック軸１３１と一体に回転するように構成されている。

また、器具本体１１０のチャック軸１３１にはその外周を３等分する位置に鋼球１３４を収納可能な収納孔が穿設されている。この鋼球１３４が延長用ロッド１０４ａの下端外周面に形成された係合溝１０４ｄと嵌合し、延長用ロッド１０４ａを保持する。また、スリーブ１３２の上部の内径はチャック軸１３１の内径より大径に形成されており、スリーブ１３２をばね１３３の付勢に逆らって手動で押下げると、鋼球１３４が延長用ロッド１０４ａの係合溝１０４ｄから外れるように構成されている。

固定手段１２０は、器具本体１１０の下部に連結されるブロック部材であり、器具本体１１０のチャック軸１３１の貫通孔に連通する連通孔１２１を有している。また、固定手段１２０は、昇降台３に設けられたフレーム１０１に嵌合可能な保持溝１２２を有している。なお、便宜上、フレーム１０１は、図６以外の図面には図示していない。

また、固定手段１２０は、連通孔１２１の開口部にインロー部１２３を有しており、チャック軸３１の上端に位置決め可能に構成されている。

上記貫入ロッド連結解除器具１の使用方法としては、上述したように、貫入試験終了後の自動貫入試験機１による所定の引き抜き動作をした後に、上側の延長用ロッド１０４ａの係合溝１０４ｄに貫入ロッド連結解除器具１００の器具本体１１０を装着するとともに、昇降台３のフレーム１０１に固定手段１２０を固定する。

この状態で、回転用モータ６を駆動してチャック５を回転することにより、下側の貫入ロッド４が回転する。一方、上側の延長用ロッド１０４ａは、貫入ロッド連結解除器具１００によって回転方向が固定されているので、これらロッドを接続しているねじ部の螺合が解かれる。

螺合が解かれた後に、スリーブ１３２をばね１３３の付勢に逆らって手動で押下げると、鋼球１３４が延長用ロッド１０４ａの係合溝１０４ｄから外れるので、この状態で延長用ロッド１０４ａを手動で回転し、延長用ロッド１０４ａの係合溝１０４ｄを鋼球１３４の無い位置まで回転移動させると、スリーブ１３２から手を離しても延長用ロッド１０４ａとチャック軸１３１との係合が解かれた状態となり、延長用ロッド１０４ａを器具本体から取り外することができる。貫入ロッド連結解除器具１を自動貫入試験機１から取り外し、再度、自動貫入試験機１による所定の引き抜き動作を繰り返し、都度貫入ロッド連結解除器具１００を用いることにより、順次延長用ロッド１０４ａの連結を解除することができる。

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
８昇降用モータ
８ａ駆動軸
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
３１チャック軸
３２スリーブ
３２ａ押さえ部材
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ワッシャ型ロードセル
４０ロードセル本体
４１受圧部
４２支持部
４３歪みゲージ
４４受圧板
４５，４６アンギュラ玉軸受
４７，４８円筒ころ軸受
５０制御ユニット
５１演算処理部
５３インバータ制御部
５４インバータ制御部
５５記憶部
５６入力部
１００貫入ロッド連結解除器具
１０１フレーム
１０４ａ延長用ロッド
１０４ｃ、１０４ｄ係合溝
１１０器具本体
１２０固定手段
１２１連通孔
１２２保持溝
１２３インロー部
１３１チャック軸
１３２スリーブ
１３３ばね
１３４鋼球

Claims

モータの駆動に伴って貫入ロッドを回転自在に保持可能なチャックを備え、延長用ロッドをねじ連結により順次継ぎ足して延長しながら地中に回転貫入するように構成された貫入試験機に利用される貫入ロッド連結解除器具であって、
継ぎ足された延長用ロッドを保持可能な器具本体と、
貫入試験機に設けられ、前記器具本体を固定する固定手段と、から構成される貫入ロッド連結解除器具であって、
前記器具本体は、
延長用ロッドが挿通可能な内孔を有する中空のチャック軸と、
チャック軸に沿って往復移動可能かつ常時チャック軸端側に付勢されたスリーブと、
スリーブのチャック軸端側への移動を規制するスリーブ押さえと、
前記チャック軸に配置されて常時前記スリーブによりチャック軸の内孔に突出した状態に支持される鋼球と、を備え、
延長用ロッドの両端部の外周面に形成された係合溝に前記器具本体の鋼球を嵌合させた状態でチャックのモータを駆動して貫入ロッドを回転させたとき、器具本体は延長用ロッドを回転させることなく保持することにより、これらロッドのねじ連結を解除するように構成されていることを特徴とする貫入ロッド連結解除器具。