JP2002323300A - シリンダ装置および地雷センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地中の埋設物の形状を直接的に測定する。 【解決手段】 地雷センサは複数のシリンダ装置を有し
ている。前記シリンダ装置において、ロッド２を備えた
ピストン３に衝打させることにより、前記ロッド２を押
送させるフリーピストン４にマグネット１６を組み込
み、シリンダチューブに取り付けたホールセンサ１１お
よび前記ロッド２先端に取り付けた力センサ１７からの
信号を基に前記ロッド２の伸展量を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はシリンダ装置および
地雷センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術としては、レーダーを地中に
射出し、埋設物に当たった場合に生じる反射波を検出す
ることにより、地中の埋設物の形状を測定する装置が知
られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記装
置における測定方法は、埋設物に接触することのない、
間接的な測定であるために、測定に誤差が生じる可能性
があった。

【０００４】本発明は、ロッドの伸展量を測定すること
ができるシリンダ装置を提供することを目的とする。

【０００５】本発明の他の目的は、地中に埋設された物
体の形状を直接的に測定することができるシリンダ装置
を提供することである。

【０００６】本発明の他の目的は、地中に埋設された地
雷を地上より探査するセンサを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに１番目の発明では、ホールセンサを取り付けたシリ
ンダチューブの内部にロッドを備えたピストンを摺動自
在に嵌挿してロッド室、およびヘッド室を形成し、前記
ヘッド室内にフリーピストンを設け、前記フリーピスト
ンを往復動作させて前記ピストンに衝打させることを繰
り返すことにより、前記ロッドを押送するとともに、前
記ロッド内部に組み込んだ力センサおよび前記シリンダ
チューブに取り付けたホールセンサを用いて前記ロッド
の伸展量を測定することを特徴としている。

【０００８】２番目の発明では、前記シリンダ装置を複
数本並べたことを特徴としている。

【０００９】３番目の発明では、前記シリンダ装置を地
雷センサに用いたことを特徴としている。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、シリンダ装置に関わる第１
の発明の実施の形態について、図１を参照しながら詳細
に説明する。前記シリンダ装置は、シリンダチューブ１
を有している。前記シリンダチューブ１内部には、ピス
トン３、および前記ピストン３よりも大きな圧力作用面
積を持ったフリーピストン４が摺動自在に嵌挿されてい
る。なお、前記ピストン３、および前記フリーピストン
４と、前記シリンダチューブ１内部との摩擦力の発生を
防止するために、潤滑油などを前記シリンダチューブ１
内部と前記ピストン３、および前記フリーピストン４と
の間に塗布するのが好ましい。

【００１１】前記シリンダチューブ１外部には、第１端
壁６、第２端壁７、およびホールセンサ１１が取り付け
られている。

【００１２】前記ピストン３は、前記ピストン３と前記
第２端壁７との間にロッド室５を画成し、前記ピストン
３と前記第１端壁６との間にヘッド室１０を画成してい
る。前記フリーピストン４は、前記ヘッド室１０内に嵌
挿されている。

【００１３】そして、前記ロッド室５は第１の電磁切換
弁１２を介し、前記ヘッド室１０は第２の電磁切換弁１
３を介してタンク１４にそれぞれ接続されている。前記
電磁切換弁１２、１３は、いずれも非励磁状態で前記ロ
ッド室５、および前記ヘッド室１０を大気に開放し、励
磁状態で前記ロッド室５、および前記ヘッド室１０を前
記タンク１４に連通させる。なお、前記タンク１４は、
油圧、空圧などの流体を加圧して前記シリンダチューブ
１に供給できるものであればよいが、実際の使用におけ
る簡便さを考慮すると空圧が好ましい。

【００１４】前記電磁切換弁１２、１３はコントローラ
１５によって制御される。前記コントローラ１５は、前
記ロッド室５、および前記ヘッド室１０に流体圧をかけ
る時間を演算し、その結果を基に前記第１電磁弁１２、
および前記第２電磁弁１３の励磁・非励磁時間を算出
し、出力する。

【００１５】前記シリンダチューブ１は耐圧容器、およ
び内部に設置する前記ピストン３と前記フリーピストン
４が往復作動する際のガイドの役割を果たす。形状は円
筒形、角パイプ形などパイプ状の形状であればよいが、
前記フリーピストン４に効果的に圧力をかけられる点よ
り、円筒形が好ましい。材質はアルミニウム、スチール
などの金属の他、硬化プラスチックなど、内部にかかる
圧力に耐えうる材質ならばよいが、装置の軽量化と耐久
性を兼ね備えた材質として、アルミニウムが好ましい。

【００１６】前記ピストン３は、ロッド２を結合してお
り、前記フリーピストン４から与えられた衝撃力により
前記シリンダチューブ１内部を摺動することで、前記ロ
ッド２を押送させる。前記ピストン３は、前記シリンダ
チューブ１の内径よりも１〜２ｍｍ程度小さい径の円柱
形であるが、前記シリンダチューブ１の内部形状に即し
た形状であり、前記ヘッド室１０側の面積が、前記シリ
ンダチューブ１の断面積よりも小さければよい。材質は
スチールであるが、アルミニウム、硬化プラスチックな
ど、前記フリーピストン４が与える衝撃力により塑性変
形しない材質であればよい。

【００１７】前記ピストン３は、前記ロッド室５側の面
に前記ロッド２を備えている。前記ピストン３の前記ロ
ッド室５側の面にねじ孔を設け、前記ロッド２に切った
ねじによりねじ止めされているが、接着、焼きばめなど
前記ピストン３と前記ロッド２との結合が失われないよ
うな方法であれば結合方法は問わない。

【００１８】前記ピストン３には流体が通過するための
円形の孔９が開いており、前記ピストン３と前記フリー
ピストン４との間の空間と、前記ロッド室５との間に圧
力差を生じさせないようにしてある。なお、この圧力差
を生じさせない方法は、この方法には限らない。例え
ば、流体が通過するための孔の形状を多角形状にする、
あるいは、前記ピストン３においては、形状を前記シリ
ンダチューブ１の内部形状に即した形状としたが、前記
フリーピストン４を衝打させたときの衝撃力を前記ロッ
ド２に伝えることが可能となる範囲内において、形状を
前記シリンダチューブｌの内部形状に関わらず、例えば
凹多角形のように、前記ピストン３にかかる圧力の作用
面積を小さくするような形状にすることによっても圧力
差を生じさせなくすることが可能となる。

【００１９】前記ロッド２は、円筒形の棒であるが、角
柱など、軸に垂直方向の断面形状が同一な棒状の形状で
あればよい。この他、パイプ形など、中空部分を持った
形状にすると、ロッド先端に取り付けた力センサ１７な
どからの信号線、電力線などを内包することもできる。
材質はスチールであるが、アルミニウムなどの金属の
他、プラスチックなど、押送、あるいは物体との衝打の
際に塑性変形しない材質であればよい。また、ロッド先
端を鋭角化することにより、地面や粘土などの物体に前
記ロッド２を衝打させることによりそれらの物体を圧壊
させることも可能となる。

【００２０】前記ロッド２のロッド先端付近に、ロッド
先端に加わる力を測定する前記力センサ１７を前記ロッ
ド２内部に組み込む形で取り付ける。前記力センサ１７
からの信号線は、前記ロッド２をパイプとして前記ロッ
ド２の内部を通し、前記ピストン３付近に穴を設けるこ
とにより前記ロッド２の外に出す。その後に、前記ロッ
ド２の伸縮に対応するために、前記ヘッド室１０内を前
記ロッド２の外部に螺旋状に巻き付け、前記第２端壁７
に設ける穴より前記シリンダ装置外部に出す。この信号
線は、前記力センサ１７に対応する処理系に接続され、
前記力センサ１７の信号を処理する。なお、前記力セン
サ１７からの信号を前記シリンダ装置外部に伝達する方
法は、これに限らない。たとえば、前記力センサ１７と
ともに、電波を無線により伝達する装置を前記ロッド２
内に組み込み、前記力センサ１７からの信号を無線によ
り信号処理系に伝達する方法が考えられる。

【００２１】前記フリーピストン４は、前記シリンダチ
ューブ１内部にかかる圧力を利用して、前記シリンダチ
ューブ１内部を往復作動する。前記第１電磁弁１２が励
磁され、前記第２電磁弁１３が非励磁の状態であると、
前記タンク１４からの流体圧が前記ロッド室５にかか
り、その圧力が、前記流体通過孔９を通り、前記フリー
ピストン４の前記第２端壁７側の面にかかることによ
り、前記フリーピストン４は前記第１端壁６側へと移動
する。次に、前記第２電磁弁１３を励磁し、前記第１電
磁弁１２を非励磁とすると、前記タンク１４からの流体
圧が前記ヘッド室１０にかかり、前記フリーピストン４
は、前記第２端壁７方向に移動し、さらに移動すると前
記ピストン３に衝打し、前記ピストン３を前記第２端壁
７方向に押送する。この動作を繰り返すことにより、前
記ロッド２を押送させることが可能となる他、前記ロッ
ド先端に物体がある場合にも、その物体を圧壊させて前
記ロッド２を押送させることができる。

【００２２】前記フリーピストン４は、前記シリンダチ
ューブ１の内径とほぼ同じ径を持つ円柱形であるが、前
記シリンダチューブ１の内部形状に即した形状であり、
前記シリンダチューブ１内部にかかる圧力を漏出せずに
受けることができる形状ならばよい。材質はスチールで
あるが、アルミニウム、硬化プラスチックなど、前記ピ
ストン３に衝撃力を与え、前記ロッド２を押送させる力
を生じるのに充分な質量を持つ材質であればよい。な
お、前記シリンダチューブ１内部にかかる圧力を最大限
に活用するために、前記フリーピストン４の前記シリン
ダチューブ１に接する面にスリットを刻み、そのスリッ
トにＯリングなどをはめ込むことにより、圧力の漏出を
防止することが好ましい。

【００２３】前記フリーピストン４には、マグネット１
６を組み込む。前記マグネット１６の磁気力は、前記マ
グネット１６から発生する磁界が前記シリンダチューブ
１外部に到達する強さ以上の磁気力となるように設定す
ることが望ましい。

【００２４】前記ホールセンサ１１からの信号線は、前
記コントローラ１５に接続され、出力された信号が処理
される。

【００２５】前記ホールセンサ１１は、前記シリンダチ
ューブ１内を、前記マグネット１６を備えた前記フリー
ピストン４が往復運動すると、前記フリーピストン４の
移動方向に応じた信号を出力する。前記フリーピストン
４が前記第１端壁６に接触した状態から前記ピストン３
に衝打する方向へ３ミリメートル程度移動した場合に、
前記フリーピストン４に組み込まれている前記マグネッ
ト１６が前記ホールセンサ１１にもっとも接近する位置
に前記ホールセンサ１１を取り付けることにより、前記
フリーピストン４が前記第１端壁６に接触した状態から
前記ピストン３に衝打する方向へ移動を開始した瞬間を
測定することが可能となる。

【００２６】前記第１端壁６、および前記第２端壁７
は、前記シリンダチューブ１にねじ止め、接着、焼きば
めなど、前記シリンダチューブ１内部にかかる圧力を漏
出させない方法により結合されるが、前記シリンダチュ
ーブ１内部の維持管理の容易さの点より、ねじ止めが好
ましい。材質は、前記シリンダチューブ１と同材質が好
ましいが、アルミニウム、スチールなどの金属の他、硬
化プラスチックなど、前記シリンダチューブ１内部にか
かる圧力に耐えうる材質ならばよい。

【００２７】なお、前記第２端壁７には前記ロッド２が
通るための孔と、前記シリンダチューブ１内部にかかる
圧力を漏出させないためのＯリング８を取り付けるため
のスリットを設けてある。なお、圧力を漏出させないた
めの方法は、Ｏリングには限らない。例えば、前記第２
端壁７と前記ロッド２との間に、高粘度のゲル状物質を
封入する方法がある。

【００２８】本発明の構成において、前記電磁切替弁１
２、１３の励磁・非励磁を切り替えると前記フリーピス
トン４が前記シリンダチューブ１内を往復動作する。こ
のとき、前記フリーピストン４内に組み込んだ前記マグ
ネット１６が発する磁界を、前記シリンダチューブ１に
取り付けた前記ホールセンサ１１が感知する。一方、前
記ロッド２が物体と接触すると、前記ロッド２に取り付
けた前記力センサ１７が信号を発する。

【００２９】信号が発せされる順番としては、まず、前
記フリーピストン４が、前記シリンダチューブ１内部に
供給された流体圧により、前記第１端壁６に接触した状
態から前記ピストン３に衝打する方向に移動することに
より、前記ホールセンサ１１付近を通過することで、前
記ホールセンサ１１から信号が発せられる。次に、前記
ロッド２が埋設物と接触している場合、前記フリーピス
トン４が前記ピストン３に衝打することにより、前記ロ
ッド２の先端に力が発生し、その力を前記力センサ１７
が感知することで前記力センサ１７から信号が発せられ
る。前記ホールセンサ１１から信号が発せられる時間
と、前記力センサ１７から信号が発せられる時間との間
には時間差が生じ、さらに、この時間差は、前記フリー
ピストン４の移動距離、すなわち前記ロッド２が伸展し
たことに伴う前記ピストン３の移動距離に比例する。従
って、この時間差を測定することにより、前記ロッド２
がもっとも多くの部分を前記シリンダチューブ１に内包
された状態、つまりは前記フリーピストン４が前記第１
端壁６に接触している状態で前記ピストン３が前記フリ
ーピストン４に接触している状態から、前記ロッド２が
伸展していった場合の、前記ロッド２の伸展量が測定で
きることとなる。

【００３０】以上のことから、本実施の形態によれば、
前記シリンダ装置における前記ロッド２の伸展量を測定
することが可能となる。

【００３１】なお、本発明は実施の形態に限らず本発明
の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得る
ことはもちろんである。

【００３２】次に、シリンダ装置に関わる第２の発明の
実施の形態について、図２を参照しながら詳細に説明す
る。図２は、図１のシリンダ装置を複数本並べて設置し
たことを示す図である。結合方法は、ねじ止め、接着な
ど、結合が失われない方法であればよい。

【００３３】前記ロッド２が伸展して埋設物に接触する
と、前記ロッド２の伸展は止まる。一方、前記シリンダ
装置を複数本並べて設置すると、対象となる埋設物の形
状により、各々の前記ロッド２の伸展量が決定される。
従って、各々の前記ロッド２の伸展量を測定することに
より、埋設物の形状を測定することが可能となる。

【００３４】なお、本発明は実施の形態に限らず本発明
の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得る
ことはもちろんである。

【００３５】次に、地雷センサに関わる発明の実施の形
態について、図３を参照しながら説明する。図３は、本
発明のシリンダ装置の応用例を示している。ここでは、
地中に埋設された地雷を発見するセンサを取り上げる。

【００３６】このシリンダ装置を地上に設置し、前記電
磁切替弁１２、および前記電磁切替弁１３の励磁、非励
磁状態を切り替えることにより前記フリーピストン４を
前記ピストン３に衝打させることを繰り返すことによ
り、前記ロッド２を地中へと挿入させる。

【００３７】これらのシリンダ装置を複数本並べて、前
記シリンダ装置に搭載した前記ホールセンサ１１および
前記力センサ１７を用いて各々の前記ロッド２の伸展量
を測定することにより、前記地中埋設物１８の形状を推
測することで、前記地中埋設物１８が、地雷などの幾何
学形状をした、人工的な物体なのか、石などの、幾何学
形状ではない、自然界に存在する物体なのかを判別する
ことができることにより、危険な地雷と安全な石との判
別が可能となることから、地雷探査作業の時間短縮を図
ることができる。

【００３８】なお、本発明は実施の形態に限らず本発明
の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得る
ことはもちろんである。

【００３９】

【発明の効果】本発明は、以下に記載されるような効果
を奏する。請求項１記載の発明によれば、前記シリンダ
装置における前記ロッド２の伸展量を測定することが可
能となる。請求項２記載の発明によれば、地中の埋設物
の形状を測定することが可能となる。請求項３記載の発
明によれば、これらのシリンダ装置を用いて各々の前記
ロッド２の伸展量を測定することにより、前記地中埋設
物１８の形状を推測することで、前記地中埋設物１８
が、地雷などの幾何学形状をした、人工的な物体なの
か、石などの、幾何学形状ではない、自然界に存在する
物体なのかを判別することができることにより、危険な
地雷と安全な石との判別が可能となることから、地雷探
査作業の時間短縮を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態におけるシリンダ装置を示
す断面図である。

【図２】図１のシリンダ装置を複数本並べて設置するこ
とを示す断面図である。

【図３】本発明のシリンダ装置の応用例を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１…シリンダチューブ、２…ロッド、３…ピストン、４
…フリーピストン、５…ロッド室、６…第１端壁、７…
第２端壁、８…Ｏリング、９…流体流出入孔、１０…ヘ
ッド室、１１…ホールセンサ、１２…第１電磁切替弁、
１３…第２電磁切替弁、１４…タンク、１５…コントロ
ーラ、１６…マグネット、１７…力センサ、１８…地中
埋設物、１９…地面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｂ 21/20 Ｇ０１Ｂ 21/20 Ｃ (72)発明者 廣瀬 茂男 東京都目黒区大岡山２丁目12番１号東京工 業大学内 (72)発明者 釜 剛史 埼玉県浦和市道祖土１丁目18番９号 Ｆターム(参考） 2F069 AA02 AA06 AA66 AA98 BB40 DD30 GG02 GG04 GG06 GG31 GG39 GG56 GG59 GG62 GG66 GG68 HH01 HH02 MM17 NN26 RR01 RR03 3H081 AA02 CC29 DD12 GG06 HH10

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ホールセンサを取り付けたシリンダチ
   ューブの内部にロッドを備えたピストンを摺動自在に嵌
   挿してロッド室、およびヘッド室を形成し、前記ヘッド
   室内にフリーピストンを設け、前記フリーピストンを往
   復動作させて前記ピストンに衝打させることを繰り返す
   ことにより、前記ロッドを押送するとともに、前記ロッ
   ド内部に組み込んだ力センサおよび前記シリンダチュー
   ブに取り付けたホールセンサを用いて前記ロッドの伸展
   量を測定することを特徴とするシリンダ装置。
2. 【請求項２】 複数のシリンダ装置を並べ、その伸展
   量を測定することによりロッドに接触した物体の形状を
   測定することを特徴とする請求項１記載のシリンダ装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１、または２記載のシリンダ装
   置を用いたことを特徴とする地雷センサ。