JP2004278114A - 自動貫入試験機 - Google Patents
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Abstract
【課題】貫入ロッドの回転を効率よく的確に制御することができる自動貫入試験機の提供
【解決手段】本発明は、チャック４に保持した貫入ロッド６を回転貫入する時の回転負荷に対応した信号と予め設定した閾値とを比較し、その結果に応じてチャック回転駆動手段５を駆動制御するものである。具体例としては、チャック回転駆動手段５が高トルク駆動した時の貫入ロッド６の最高回転数以下の回転数に対応する閾値を設定し、チャック回転駆動手段５の高速駆動下で貫入ロッド６の回転数が閾値以下となった場合には、チャック回転駆動手段５を高トルク駆動に切り替え、また高トルク駆動下で信号が閾値を上回った場合は、チャック回転駆動手段５を高速駆動に切り替えるようになっている。
【選択図】図１
【解決手段】本発明は、チャック４に保持した貫入ロッド６を回転貫入する時の回転負荷に対応した信号と予め設定した閾値とを比較し、その結果に応じてチャック回転駆動手段５を駆動制御するものである。具体例としては、チャック回転駆動手段５が高トルク駆動した時の貫入ロッド６の最高回転数以下の回転数に対応する閾値を設定し、チャック回転駆動手段５の高速駆動下で貫入ロッド６の回転数が閾値以下となった場合には、チャック回転駆動手段５を高トルク駆動に切り替え、また高トルク駆動下で信号が閾値を上回った場合は、チャック回転駆動手段５を高速駆動に切り替えるようになっている。
【選択図】図１
Description
【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】
宅地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１に示される試験機は、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おり、同規格に基づき、必要に応じて試験用ロッド（貫入ロッド）に負荷する荷重を変更できる機構を有する。すなわち、同試験機においては、第１錘、第２錘および第３錘を有し、第２錘に試験用ロッドをクランプするためのクランプ手段と、試験用ロッドに回転駆動力を与える回転駆動装置とを配置してある。また、前記第１錘はワイヤーで吊られ、このワイヤーはウィンチ装置によって巻き上げ、繰り出し操作されるように構成される。
【０００５】
前記第１錘は、ワイヤーが緩められると第２錘に重力により載置される。また、前記第３錘は、第１錘が第２錘に載置される前に第２錘に重力により載置されるとともに、ワイヤーが巻き上げられて第１錘が第２錘から離れる過程で、第１錘によって第２錘から押し上げられるようになっている。このような構造と操作により、試験用ロッドには第２錘による荷重、第２錘と第３錘とによる荷重、第１錘と第２錘と第３錘とによる荷重、の３種類の荷重が負荷できる。また、回転貫入時には、第１錘と第２錘と第３錘とによる荷重が試験用ロッドに負荷された状態で電動機が駆動し、試験用ロッドを回転駆動する。
【０００６】
特許文献２は、水平方向に地中掘削を行う水平ボーリングマシンに関するものであり、同文献には、水平ボーリングマシンのカッター駆動用にインバータモータを採用し、このインバータモータの駆動周波数を調節することにより、土質に応じた回転数でカッターを駆動させることが開示されている。これにより、同水平ボーリングマシンでは、効率のよい掘削作業を実行できるとされている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−３８７８１号公報
【特許文献２】特開平７−１９７７５９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
貫入試験において回転貫入を行う場合、試験用ロッドの貫入速度は回転数に依存する。よって、特許文献１の試験機において、試験用ロッドを回転駆動する電動機に特許文献２に示されたインバータモータを採用することにより、その土質に応じた最適な回転数を設定することが可能になり、土質に応じた最適な試験用ロッドの回転数を得ることが可能となる。この場合、電動機の回転数変更のタイミングとして、特許文献２によれば、試験用ロッドの受ける掘削抵抗の大きさを基準とすることが考えられる。つまり、掘削抵抗がある大きさに達すると、インバータモータの駆動周波数を変更するのであるが、この駆動周波数の変更ポイントを最適に設定しておかないと、試験の効率向上は期待できない。
【０００９】
【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、貫入ロッドの回転を効率よく的確に制御することができる自動貫入試験機の提供を目的とする。
【００１０】
前記目的を達成するために本発明は、支柱に沿って昇降可能な昇降台と、この昇降台に回転可能に設けられたチャックと、このチャックを高速または高トルクで回転駆動可能なチャック回転駆動手段と、前記チャックに保持される貫入ロッドと、前記昇降台を支柱に沿って昇降させる昇降ユニットと、前記貫入ロッドを回転させて地中に貫入する時に当該貫入ロッドが受ける回転負荷に応じた信号を出力可能な検出手段と、チャック回転駆動手段が高トルク駆動した時に貫入ロッドが最高回転数で回転できる最大回転負荷以上の回転負荷に対応する閾値を保持し、チャック回転駆動手段の高速駆動下で前記検出手段の信号が閾値を上回る回転負荷に応じたものである場合はチャック回転駆動手段を高トルク駆動に切り替え、また高トルク駆動下で前記検出手段の信号が閾値以下の回転負荷に応じたものである場合にはチャック回転駆動手段を高速駆動に切り替える制御手段とを備えていることを特徴とする。なお、前記チャック回転駆動手段は、インバータモータであることが好ましい。
【００１１】
また、前記目的を達成するために本発明は、支柱に沿って昇降可能な昇降台と、この昇降台に回転可能に設けられたチャックと、このチャックを高速または高トルクで回転駆動可能なチャック回転駆動手段と、前記チャックに保持される貫入ロッドと、前記昇降台を支柱に沿って昇降させる昇降ユニットと、前記貫入ロッドを回転させて地中に貫入する時に当該貫入ロッドが受ける回転負荷に応じた信号を出力可能な検出手段と、チャック回転駆動手段が高トルク駆動した時に貫入ロッドが最高回転数で回転できる最大回転負荷以上の回転負荷に対応する第１の閾値と、この第１の閾値の対応する回転負荷よりも大きい回転負荷に対応する第２の閾値とを保持し、チャック回転駆動手段の高速駆動下で前記検出手段の信号が第２の閾値以上の回転負荷に応じたものである場合はチャック回転駆動手段を高トルク駆動に切り替え、また高トルク駆動下で前記検出手段の信号が第１の閾値以下の回転負荷に応じたものである場合にはチャック回転駆動手段を高速駆動に切り替える制御手段とを備えていることを特徴とするものである。なお、前記チャック回転駆動手段は、インバータモータであることが好ましい。
【００１２】
また、前記目的を達成するために本発明は、支柱に沿って昇降可能な昇降台と、この昇降台に回転可能に設けられたチャックと、このチャックを高速または高トルクで回転駆動可能なチャック回転駆動手段と、前記チャックに保持される貫入ロッドと、前記昇降台を支柱に沿って昇降させる昇降ユニットと、前記貫入ロッドを回転させて地中に貫入する時に当該貫入ロッドが受ける回転負荷に応じた信号を出力可能な検出手段と、チャック回転駆動手段が高トルク駆動した時に貫入ロッドが最高回転数で回転できる最大回転負荷以上の回転負荷に対応する第１の閾値と、チャック回転駆動手段が高トルク駆動した時に貫入ロッドが最高回転数で回転できる最大回転負荷よりも小さく、かつチャック回転駆動手段が高速駆動した時に貫入ロッドが最高回転数で回転できる最大回転負荷以上の回転負荷に対応する第２の閾値とを保持し、チャック回転駆動手段の高速駆動下で前記検出手段の信号が第２の閾値以上の回転負荷に応じたものである場合はチャック回転駆動手段を高トルク駆動に切り替え、また高トルク駆動下で前記検出手段の信号が第１の閾値以下の回転負荷に応じたものである場合にはチャック回転駆動手段を高速駆動に切り替える制御手段とを備えていることを特徴とするものである。なお、前記チャック回転駆動手段は、インバータモータであることが好ましい。
【００１３】
【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、支柱２に沿って昇降可能な昇降台３と、この昇降台３に回転可能に設けられたチャック４と、このチャック４を回転駆動するチャック回転駆動手段５と、前記チャック４に保持される貫入ロッド６と、前記昇降台３を支柱２に沿って昇降させる昇降ユニット７とを有する。
【００１４】
前記支柱２は、脚部２ａに立設されており、その背面には、案内路の一例としてチェーン部材８が直線状に配置固定されている。このチェーン部材８には、詳細を後述する昇降ユニット７のスプロケット２１が噛合する。
【００１５】
前記昇降台３は、支柱２の両側面に形成されたレール部２ｂ，２ｂに沿う昇降ガイド部９を有する。この昇降ガイド部９は、上下両端部にレール部２ｂ，２ｂを挟むカムフォロア９ａを内蔵し、このカムフォロア９ａの回転で、支柱２に沿った昇降台３の滑らかな昇降動作を実現する。また、昇降台３の前部には、質量調整用の錘１０が配置されている。この錘１０による質量調整により、昇降台３、チャック４、チャック回転駆動手段５、昇降ユニット７等の総質量による荷重が１ＫＮになるよう調整されている。
【００１６】
前記チャック４は、昇降台３に回転可能に配置されている。その構造は、基本的に特許第２９２７７０４号公報に示されている通りであり、貫入ロッド６が挿通可能かつ回転可能に支持された中空スリーブ１１を持つ。この中空スリーブ１１には、貫入ロッド６に形成された長溝６ａに係合する鋼球１２が配置されるとともに、その下部にはスプロケット１３が設けられている。このスプロケット１３には、その回転中心回りに１８個の円形穴１３ａが等分形成されており、この円形穴１３ａの通過を検出できるよう、前記昇降台３には検出手段の一例であるセンサＳが取り付けてある。このセンサＳは、スプロケット１３の回転に伴う円形穴１３ａの通過を検出してオン・オフし、その信号を制御手段４０に送るように構成されている。
【００１７】
前記鋼球１２は、ばね１４で付勢されたスライドスリーブ１５により、常時中空スリーブ１１の中空穴部１１ａに突出する位置に支持されており、この状態で貫入ロッド６の長溝６ａに係合する。なお、スライドスリーブ１５をばね１４の付勢に抗して押し下げると、鋼球１２は動作可能となり、以て貫入ロッド６の保持を解くことができる。
【００１８】
前記貫入ロッド６は、前述の長溝６ａが上部に形成されたロッド部１６と、このロッド部１６の先端に連結されたドリル形状のスクリューポイント１７とから成る。ロッド部１６は、上端に雄ねじ部１６ａ、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。
【００１９】
前記チャック回転駆動手段５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ものである。このチャック回転駆動手段５の駆動軸５ａには、一方向クラッチ１８を介してスプロケット１９が取付けられている。このスプロケット１９と前記チャック４下部のスプロケット１３とには、無端チェーン２０が巻き掛けられ、チャック回転駆動手段５からチャック４へ回転伝達可能に構成されている。
【００２０】
前記一方向クラッチ１８は、貫入ロッド６の地中への自沈貫入時、ねじり形状のスクリューポイント１７に土の抵抗が作用することで貫入ロッド６が回転しようとするのを許容する。つまり、その方向の回転が貫入ロッド６側（チャック４側）から伝達された場合、一方向クラッチ１８は空転し、チャック回転駆動手段５の減速抵抗等が貫入ロッド６の回転の妨げとならないよう機能する。
【００２１】
前記昇降ユニット７は、昇降台３の後部に設けられ、前記チェーン部材８に噛合して回転可能な係合回転部材の一例たるスプロケット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とを備える。この昇降ユニット７のスプロケット２１が、チェーン部材８に噛合して回転することにより、昇降台３は昇降動作する。
【００２２】
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り、チャック回転駆動手段５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。
【００２３】
前記パウダクラッチ２３は、ケーシング２９に回転可能に設けられた入力軸３０と、この入力軸３０を貫通して回転可能に設けられた出力軸３１とを有する。前記入力軸３０は２分割構造になっており、その内部には、出力軸３１と一体のカップリング３２が所定の隙間を持って配置されている。これらの隙間部分には、微小な磁性パウダ（図示せず）が封入される。また、ケーシング２９には、この磁性パウダを励磁するための電磁石３３が設けられる。
【００２４】
前記パウダクラッチ２３は、電磁石３３への通電により生じる磁束により磁性パウダを励磁し、磁束に沿った磁性パウダ同士の磁力吸着状態を創出し、これに伴って生じる磁性パウダ同士の摩擦抵抗により、入力軸３０とカップリング３２との間に所定のクラッチ力を生じさせるものである。磁性パウダの磁力吸着状態は、磁束密度の大きさ、すなわち電磁石３３への通電量によって変動する。このため、電磁石３３の通電制御により、入力軸３０と出力軸３１の滑り具合を変化させ、入力軸３０と出力軸３１とを所定のクラッチ力で接続することが可能である。しかも、このパウダクラッチ２３は、微小な磁性パウダ同士の摩擦抵抗からクラッチ力を生むものであるため、通電量を変動させた場合、極めて滑らかにクラッチ力を変動させることができる。
【００２５】
前記パウダクラッチ２３の入力軸３０には、前記入力ギヤ２８が連結されており、これを以て、入力軸３０は昇降用回転駆動手段２２に連結されて回転可能に構成されている。また、出力軸３１の一端は、遊星歯車減速機３４を介して前記スプロケット２１に連結されている。
【００２６】
前記遊星歯車減速機３４は、出力軸３１に一体に連結された太陽ギヤ軸３５と、この太陽ギヤ軸３５の先端に形成された太陽ギヤ３５ａに噛合する３個の遊星ギヤ３６・・と、この遊星ギヤ３６・・を回転自在に支持したキャリア３７とから成る。このキャリア３７には、前記スプロケット２１が一体に連結してあり、よってスプロケット２１は、太陽ギヤ３５ａと遊星ギヤ３６・・との作用によって減速された回転伝達を受ける。また、キャリア３７にはエンコーダ３８が連結してあり、スプロケット２１の回転に伴うパルス信号を出力できるよう構成されている。
【００２７】
一方、出力軸３１の他端には、前記ストッパギヤ２６と噛合する伝達ギヤ３９が一体に連結されている。これにより、スプロケット２１の回転が遊星歯車減速機３４、出力軸３１、伝達ギヤ３９を介してストッパギヤ２６に伝達できるよう構成されている。なお、ストッパギヤ２６とギヤ軸２４との間に介在する一方向クラッチ２５は、昇降用回転駆動手段２２の駆動軸２２ａがロックされている状態を考えると、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。
【００２８】
前記チャック回転駆動手段５と昇降用回転駆動手段２２とは、制御手段４０によって制御される。この制御手段４０は、制御部４１と、この制御部４１からの指令を受けてチャック回転駆動手段５，昇降用回転駆動手段２２をそれぞれ駆動制御するインバータ４２，４３と、パウダクラッチ２３を通電制御するクラッチ制御部４４と、試験スタート信号、引抜きスタート信号、試験終了信号および非常停止信号等の各種指令信号および制御に必要な各種設定値を入力可能な入力部４５と、制御プログラム，制御用データおよび試験データ等を記憶する記憶部４６と、各種情報表示用の表示部４７とを備える。
【００２９】
前記制御部４１は、前記エンコーダ３８の出力するパルス信号を処理し、貫入ロッド６の地中への貫入量、貫入速度等を求めるとともに、クラッチ制御部４４からパウダクラッチ２３への通電指令を基に、貫入ロッド６に負荷されている荷重を求める。また制御部４１は、前記センサＳからのオン・オフ信号によって形成されるパルス信号から貫入ロッド６を回転貫入している時の半回転数、貫入ロッドの回転数を随時求める。
【００３０】
図７は、チャック用回転駆動手段５、昇降用回転駆動手段２２をインバータ４２，４３で駆動制御した時の定格トルクおよびピークトルクそれぞれの出力特性を示したものである。この図７において、出力トルクは定格トルクの最大値を１００％とした値で与えられている。制御部４１から高速駆動指令、高速正駆動指令または高速逆駆動指令を受けた場合、インバータ４２はチャック回転駆動手段５を９３Ｈｚ、インバータ４３は昇降用回転駆動手段を８０Ｈｚの高回転数駆動域の各周波数で高速駆動する。また、制御部４１から高トルク駆動指令、高トルク正駆動指令または高トルク逆駆動指令を受けた場合、インバータ４２，４３は、１００％の定格トルクが得られる６０Ｈｚの高トルク駆動域の周波数でチャック回転駆動手段５、昇降用回転駆動手段２２をそれぞれ高トルク駆動する。
【００３１】
記憶部４６に記憶される制御用データには、閾値、自沈境界値が含まれる。この閾値は、チャック回転駆動手段５の高速駆動と高トルク駆動とを切り替える基準値であり、チャック回転駆動手段が高トルク駆動した時の貫入ロッドの最高回転数以下の回転数に対応する前記センサＳのパルス信号数が与えられる。具体的には、高トルク駆動下での貫入ロッドの最高回転数に対応する前記センサＳの出力パルス信号数を１００％として、３０％の値が閾値として与えられている。
【００３２】
貫入ロッド６を回転貫入する時の回転負荷に応じて貫入ロッド６の回転数は変動する。よって、前述のようにセンサＳのパルス信号数は、貫入ロッド６が受ける回転負荷に応じたものとなる。このような性質から、前述の閾値は、
「チャック回転駆動手段が高トルク駆動した時に貫入ロッドが最高回転数で回転できる最大回転負荷以上の回転負荷に対応するセンサＳのパルス信号数に設定される」
と換言できる。
【００３３】
次に本自動貫入試験機１の作用を貫入試験の手順に沿って述べる。
まず、試験前の電源が切られた状態において、パウダクラッチ２３の磁性パウダは励磁されないため、入力軸３０に対して出力軸３１は回転自在な状態にある。従って、昇降台３は自重で下降しようとするが、この時、昇降用回転駆動手段２２の駆動軸２２ａはブレーキ機構の作用で回転不能にロックされている。このため、昇降台３下降方向のスプロケット２１の回転がストッパギヤ２６に伝達されることで一方向クラッチ２５がロックする。よって、昇降台３は下降することができない。このように、電源が断たれてパウダクラッチ２３の磁性パウダが励磁されない状態では、昇降台３は機械的にロックされるため、電源遮断時の昇降台３の落下等を防止し、試験機１を安全な状態に保つことができる。
【００３４】
貫入試験を始める時は、制御手段４０の入力部４５からの入力操作により昇降用回転駆動手段２２を駆動し、スクリューポイント１７の先端が接地する所まで昇降台３を下降させる。この時の昇降用回転駆動手段２２の駆動軸２２ａの回転は、昇降台３が自重で下降する時のスプロケット２１の回転よりも十分に遅い。このため昇降台３は、昇降用回転駆動手段２２の駆動に依存して下降する。
【００３５】
続いて、入力部４５から試験スタート信号を入力すると、制御部４１はインバータ４３に高速逆駆動指令を与える。これを受け、インバータ４３は昇降用回転駆動手段２２を高速回転用の周波数で逆駆動する。この昇降用回転駆動手段２２の「逆駆動」とは、昇降台３が上昇する方向にスプロケット２１を回転させるべく、昇降用回転駆動手段２２が駆動することをいう。以下、「逆駆動」は同様の意味で用いることとし、一方、この「逆駆動」とは逆の昇降用回転駆動手段２２の駆動を「正駆動」と表現する。
【００３６】
試験スタート信号の入力以後、貫入ロッド６に荷重を負荷する状況下では、昇降用回転駆動手段２２は高速の逆駆動を継続する。また、昇降用回転駆動手段２２の逆駆動開始と同時に、制御部４１はクラッチ制御部４４に所定の荷重変更指令を与える。これを受け、クラッチ制御部４４はパウダクラッチ２３の通電制御を行い、パウダクラッチ２３のクラッチ力を調整する。
【００３７】
昇降用回転駆動手段２２の逆駆動により、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。このため、貫入ロッド６には昇降台３、チャック４、チャック回転駆動手段５、昇降ユニット７、錘１０等の合計質量による荷重が負荷される。その一方で、パウダクラッチ２３のクラッチ力が生じているため、スプロケット２１は昇降用回転駆動手段２２の逆駆動による回転抵抗（昇降台３を上昇させようとする力：以下、上昇力という）を受ける。従って、貫入ロッド６には昇降台３等の合計質量による荷重から上昇力を差し引いた荷重が負荷されることになる。
【００３８】
前述のようにして、貫入ロッド６に負荷される荷重は、最初２５０Ｎに設定され、貫入ロッド６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。なお、１ＫＮの荷重は昇降台３等の合計質量による荷重であるから、１ＫＮの荷重を負荷する時は、パウダクラッチ２３は入力軸３０に対して出力軸３１が回転自在になるよう通電を断たれる。また、自沈貫入中のある荷重下で貫入ロッド６の貫入速度が所定値を超える場合、パウダクラッチ２３が通電制御されて貫入速度が所定値以下になるまで荷重が減じられる。
【００３９】
自沈貫入中、一方向クラッチ１８の作用により、スクリューポイント１７のねじりが土の抵抗を受けることで貫入ロッド６は回転することができる。このため、土の抵抗による貫入抵抗を減らして正確な自沈貫入を実施することができる。
【００４０】
１ＫＮの荷重下で貫入ロッド６の自沈貫入が停止すると、制御部４１は、インバータ４２に高速駆動指令を与える。これを受け、インバータ４２は高速回転用の周波数でチャック回転駆動手段５を高速駆動する。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５の高速駆動により、貫入ロッド６はスクリューポイント１７のねじ込み方向に回転し、回転貫入が実行される。この回転貫入においては、貫入ロッド６の長溝６ａに鋼球１２が係合しているため、貫入ロッド６とチャック４との間に滑りが生じず、よって、チャック４から貫入ロッド６へ確実な回転伝達を行うことが可能である。
【００４１】
回転貫入は、チャック回転駆動手段５の制御を高速駆動と高トルク駆動とに切り替えながら行われる。すなわち、チャック回転駆動手段が高速駆動している状況で、貫入ロッド６が堅く締まった土層に達する等して貫入ロッド６の回転抵抗が増すと、チャック４の回転数が低下し、これがセンサＳの出力する単位時間当たりのパルス信号数（単位時間当たりのオン・オフ信号数）に現れる。制御部４１は、このセンサＳのパルス信号数が閾値を下回る場合、すなわち、貫入ロッド６の回転数が所定の回転数を下回った場合、インバータ４２に高トルク駆動指令を与える。これを受け、インバータ４２は高トルク駆動用の周波数でチャック回転駆動手段５を高トルク駆動する。よって、貫入ロッド６の回転駆動トルクが高められ、回転抵抗の大きい土層への貫入を確実に行うことができる。
【００４２】
逆に、チャック回転駆動手段５が高トルク駆動している状況で、貫入ロッド６が柔らかい土層に達する等して貫入ロッド６の回転抵抗が減ると、センサＳのパルス信号数が閾値以上となる。このように貫入ロッド６の回転数が所定の回転数以上となる場合、制御部４１はインバータ４２に高速駆動指令を与える。これを受け、インバータ４２は高速駆動用の周波数でチャック回転駆動手段５を高速駆動する。よって、貫入ロッド６の回転速度が高められ、柔らかい土層への貫入を効率よく行うことができる。
【００４３】
なお、チャック回転駆動手段５が高速駆動している状況で、エンコーダ３８のパルス信号数が自沈境界値以上となる場合、すなわち、貫入ロッド６の貫入速度が所定値以上となった場合、制御部４１はインバータ４２に駆動停止指令を与え、これを受けてインバータ４２はチャック回転駆動手段５の駆動を停止する。その後は、前述の自沈貫入に制御が切り替えられる。
【００４４】
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。その途中で、貫入ロッド６には順次ロッド部１６が継ぎ足される。ロッド部１６を継ぎ足す時には、昇降用回転駆動手段２２およびチャック回転駆動手段５を一旦停止し、ロッド部１６に延長用のロッド部（図示しないが、ロッド部１６と同様）を継ぎ足す。そして、スライドスリーブ１５を押し下げつつチャック４を回転させ、鋼球１２を長溝６ａから離脱させて貫入ロッド６の保持を解く。この時、一方向クラッチ１８の作用があるため、チャック４は容易に回転させられる。この状態で、制御部４１の高速正駆動指令により昇降用回転駆動手段２２が高速で正駆動し、チャック４の鋼球１２が延長用のロッド部の長溝と同じ高さになるまで昇降台３を速やかに上昇させる。この段階で、鋼球１２と長溝との位相が一致していれば、鋼球１２は長溝に係合し、スライドスリーブ１５がばね１４の付勢を受けて上昇復帰して鋼球１２を押さえるため、自動的に貫入ロッド６の保持が完了する。また、鋼球１２と長溝との位相がずれている場合には、チャック回転駆動手段５が駆動してチャック４を低速で回転させ、鋼球１２を長溝に係合させる。
【００４５】
貫入試験中、制御手段４０においては、自沈貫入の時には荷重が変更される度に、その時の貫入ロッド６の貫入量と荷重値が記憶部４６に記録され、また、回転貫入の時には、貫入ロッド６が２５０ｍｍ貫入する毎に要した半回転数が記憶部４６に記録される。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。
【００４６】
自沈貫入および回転貫入の何れの場合にも、貫入ロッド６が地中の岩盤、れき等に当たって貫入できなくなる場合がある。この場合には、昇降用回転駆動手段２２、チャック回転駆動手段５を一旦停止し、貫入ロッド６を打撃して貫入を試みることがある。この時、貫入ロッド６は長溝６ａに鋼球１２が係合することでチャック４に保持されているため、長溝６ａの長さ分、チャック４に対して軸方向に移動可能である。よって、打撃による衝撃がチャック４、昇降台３等に伝わるのを防止できる。また、貫入ロッド６は、鋼球１２で支持される以外、チャック４の中空穴部１１ａと所要の隙間を有する（図４参照）。このため、貫入ロッド６は鋼球１２での支持位置を支点に振れることができる。このことは、地中への貫入途中でれき等に当たった時の回避性能向上と、その際のチャック４等への負荷伝達の防止に寄与する。
【００４７】
貫入試験が終了し、貫入ロッド６を引き抜く時は、入力部４５から引抜きスタート信号を入力する。これを受け、制御部４１はインバータ４３に高トルク正駆動指令を与えるとともに、クラッチ制御部４４に解放指令を与える。この結果、インバータ４３は高トルク駆動用の周波数で昇降用回転駆動手段２２を正駆動し、またクラッチ制御部４４は、パウダクラッチ２３の入力軸３０に対して出力軸３１が回転自在となるよう、パウダクラッチ２３を通電制御する。これにより、貫入ロッド６の引き抜きに必要な力で昇降台３を上昇させることができ、チャック４に保持された貫入ロッド７を地中から引き抜くことができる。
【００４８】
貫入ロッド６の引き抜き作業時、昇降台３が上昇限界まで上昇した時には、チャック４に下方のロッド部１６を保持し直す必要がある。これについては、昇降用回転駆動手段２２を一旦停止し、ロッド部１６を継ぎ足す時と同様にチャック４から貫入ロッド６を解放する。続いて、昇降台３を下降させて下方のロッド部１６をチャック４に保持した後、引き抜き作業を継続する。この昇降台３を下降させる時、昇降用回転駆動手段２２は高速で逆駆動制御される。よって、昇降台３を速やかに下降させ、ロッド部１６を保持し直す動作時間を短縮することができる。
【００４９】
なお、前記貫入ロッド６の引き抜き作業においては、パウダクラッチ２３のクラッチ力を徐々に弱め、貫入ロッド６を引き抜く力を徐々に増大させることが可能である。このように、貫入ロッド６を引き抜く力を徐々に増大させると、貫入ロッド６に急激に力が作用するのを防止できるとともに、昇降用回転駆動手段２２のストール防止にも有効である。
【００５０】
図８に示したのは、本発明の他の実施形態に係る自動貫入試験機の昇降ユニット７′である。この昇降ユニット７′は、上記昇降ユニット７における一方向クラッチ２５、ストッパギヤ２６および伝達ギヤ３９を排除するとともに、パウダクラッチ２３の出力軸３１にブレーキ手段４０を連結して構成されている。このブレーキ手段４０は、昇降用回転駆動手段２２への通電が遮断された場合にロック作用を生じる摩擦ブレーキであり、貫入試験中等、出力軸３１に余計な抵抗を与えてはならない場合はブレーキ効果を生じないようになっている。また、この自動貫入試験機では、制御手段（図示せず）の入力部から加圧スタート信号を入力できるように構成されている。
【００５１】
前記昇降ユニット７′を備えた自動貫入試験機においては、昇降用回転駆動手段２２の正・逆駆動の切り替えと、パウダクラッチ２３の通電制御によるクラッチ力の調整とにより、昇降台３等の合計質量による荷重以上の荷重を貫入ロッド６に負荷することができる。例として、昇降台３等の合計質量による荷重が５００Ｎになるよう、昇降台３等を軽量化した自動貫入試験機を考える。この自動貫入試験機では、５００Ｎまでの荷重を負荷する段階においては、昇降用回転駆動手段２２を高速逆駆動しつつパウダクラッチ２３を通電制御し、５００Ｎを超える荷重を負荷する時は昇降用回転駆動手段２２を高トルク正駆動しつつパウダクラッチ２３を通電制御する。これにより、５００Ｎまでの荷重は上記同様の原理によって与えられ、５００Ｎを超える荷重については、昇降台３等の質量による荷重５００Ｎに、昇降用回転駆動手段２２の高トルク正駆動とパウダクラッチ２３のクラッチ力とによって生じる昇降台３下降方向の押圧力を加算した値によって与えられる。
【００５２】
また、前記昇降ユニット７′を備えた自動貫入試験機においては、貫入ロッド６が地中の岩盤、れき等に当たって貫入できなくなる場合、打撃を行う前に、入力軸３０と出力軸３１とがロックするようにパウダクラッチ２３を通電制御しつつ、昇降用回転駆動手段２２を正駆動するとよい。この場合には、入力部（図示せず）から加圧スタート信号を入力する。この加圧スタート信号を受け、制御部４１はインバータ４３に高トルク正駆動指令を与え、従ってインバータ４３は、高トルク駆動用の周波数で昇降用回転駆動手段２２を正駆動する。これにより、貫入ロッド６が貫入方向に押圧されるため、岩盤、れき等が比較的脆い場合には、これらを破砕することでき、打撃を行わずに貫入ロッド６の貫入を継続することが可能になる。
【００５３】
一方、貫入ロッド６の引き抜きを行う場合は、引き抜きスタート信号を入力すると、制御部４１はクラッチ制御部４４にロック指令を与えるとともに、インバータ４３に高トルク逆駆動指令を与える。これを受け、クラッチ制御部４４は、入力軸３０と出力軸３１とがロックするようパウダクラッチ２３を通電制御し、インバータ４３は昇降用回転駆動手段２２を高トルク駆動用の周波数で逆駆動する。この結果、昇降台３が上昇するため、チャック４から貫入ロッド６に昇降用回転駆動手段２２の高トルク駆動に伴う力を伝達し、貫入ロッド６を地中から引き抜くことができる。
【００５４】
なお、前記他の実施形態においては、貫入ロッド６の打撃前の押圧作業および引き抜き作業において、パウダクラッチ２３を当初からロックしているが、パウダクラッチ２３のクラッチ力が徐々に増すよう通電制御を行い、貫入ロッド６を押圧する力が徐々に増大するようにしてもよい。このように、貫入ロッド６を引き抜く力あるいは押圧する力を徐々に増大させると、貫入ロッド６に急激に力が作用するのを防止できるとともに、昇降用回転駆動手段２２のストール防止にも有効である。
【００５５】
上記各実施形態の説明においては、チャック回転駆動手段５の駆動切り替えの基準となる閾値が、チャック回転駆動手段５が高トルク駆動した時の貫入ロッド６の最高回転数以下の回転数に対応するセンサＳのパルス信号数に設定されているが、この閾値を第１の閾値とし、これよりさらに低い回転数に対応する第２の閾値を設定し、第２の閾値を高速駆動から高トルク駆動への切り替えの基準値として用い、第１の閾値を高トルク駆動から高速駆動への切り替えの基準値として用いるようにしてもよい。これについても、貫入ロッド６が受ける回転負荷が回転数の変動に現出することに鑑みれば、
「第１の閾値は、チャック回転駆動手段５が高トルク駆動した時に貫入ロッド６が最高回転数で回転できる最大回転負荷以上の回転負荷に対応するものであり、また、第２の閾値は、第１の閾値の対応する回転負荷よりも大きい回転負荷に対応するものである」
と換言することができる。
このように、第１の閾値、第２の閾値に従ってチャック回転駆動手段５の駆動切り替えを行うと、高速駆動、高トルク駆動が頻繁に切り替えられる現象が発生し難くなり、より効率的に貫入試験を行うことが可能になる。
【００５６】
また、前述の第２の閾値は、チャック回転駆動手段５が高トルク駆動した時の最高回転数よりも高く、かつチャック回転駆動手段５が高速駆動した時の最高回転数以下の回転数に対応する値としてもよい。これについても、
「第１閾値は、チャック回転駆動手段が高トルク駆動した時に貫入ロッドが最高回転数で回転できる最大回転負荷以上の回転負荷に対応するものであり、また、第２の閾値は、チャック回転駆動手段が高トルク駆動した時に貫入ロッドが最高回転数で回転できる最大回転負荷よりも小さく、かつチャック回転駆動手段が高速駆動した時に貫入ロッドが最高回転数で回転できる最大回転負荷以上の回転負荷に対応するものである」
と換言することができる。
【００５７】
なお、以上の説明においては、チャック回転駆動手段５および昇降用回転駆動手段２２として、それぞれインバータモータを採用したが、これ以外に、回転速度制御とトルク制御とを行うことが可能な周知のＡＣサーボモータを採用してもよい。また、貫入ロッド６の回転数に応じたセンサＳのパルス信号数を閾値に採用したが、貫入ロッド６が受ける回転負荷の変動は、チャック回転駆動手段５の負荷電流値の変動に現れる。このため、チャック回転駆動手段５の負荷電流値を基準に閾値を設定するとともに、制御部４１でチャック回転駆動手段５の負荷電流値を検出するようにしても、前述同様のチャック回転駆動手段５の駆動制御を行うことが可能になる。
【００５８】
【発明の効果】
本発明の自動貫入試験機は、地中に回転貫入される時に貫入ロッドが受ける回転負荷に応じた閾値を設定しておき、この閾値を基準にチャック回転駆動手段を高トルク駆動または高速駆動に切り替え制御するものである。このため、最も効率がよくなるところでチャック回転駆動手段の駆動切り替えを行うことが可能である。よって、貫入ロッドが土から受ける回転抵抗に対して貫入ロッドの回転を効率よく、しかも的確に制御することが可能になり、試験の能率を向上することができる等の利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自動貫入試験機のブロック説明図である。
【図２】本発明の自動貫入試験機の主要部の正面図である。
【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】チャック回転駆動手段および昇降用回転駆動手段の出力トルク特性を示すグラフである。
【図８】本発明の他の実施形態に係る自動貫入試験機の要部拡大一部切欠断面図である。
【符号の説明】
１ 自動貫入試験機
２ 支柱
３ 昇降台
４ チャック
５ チャック回転駆動手段
６ 貫入ロッド
６ａ 長溝
７ 昇降ユニット
８ チェーン部材
１０ 錘
１１ 中空スリーブ
１２ 鋼球
１３ スプロケット
１４ ばね
１５ スライドスリーブ
１６ ロッド部
１７ スクリューポイント
１８ 一方向クラッチ
１９ スプロケット
２０ 無端チェーン
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 ケーシング
３０ 入力軸
３１ 出力軸
３２ カップリング
３３ 電磁石
３４ 遊星歯車減速機
３５ 太陽ギヤ軸
３５ａ 太陽ギヤ
３６ 遊星ギヤ
３７ キャリア
３８ エンコーダ
３９ 伝達ギヤ
４０ 制御手段
【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】
宅地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１に示される試験機は、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おり、同規格に基づき、必要に応じて試験用ロッド（貫入ロッド）に負荷する荷重を変更できる機構を有する。すなわち、同試験機においては、第１錘、第２錘および第３錘を有し、第２錘に試験用ロッドをクランプするためのクランプ手段と、試験用ロッドに回転駆動力を与える回転駆動装置とを配置してある。また、前記第１錘はワイヤーで吊られ、このワイヤーはウィンチ装置によって巻き上げ、繰り出し操作されるように構成される。
【０００５】
前記第１錘は、ワイヤーが緩められると第２錘に重力により載置される。また、前記第３錘は、第１錘が第２錘に載置される前に第２錘に重力により載置されるとともに、ワイヤーが巻き上げられて第１錘が第２錘から離れる過程で、第１錘によって第２錘から押し上げられるようになっている。このような構造と操作により、試験用ロッドには第２錘による荷重、第２錘と第３錘とによる荷重、第１錘と第２錘と第３錘とによる荷重、の３種類の荷重が負荷できる。また、回転貫入時には、第１錘と第２錘と第３錘とによる荷重が試験用ロッドに負荷された状態で電動機が駆動し、試験用ロッドを回転駆動する。
【０００６】
特許文献２は、水平方向に地中掘削を行う水平ボーリングマシンに関するものであり、同文献には、水平ボーリングマシンのカッター駆動用にインバータモータを採用し、このインバータモータの駆動周波数を調節することにより、土質に応じた回転数でカッターを駆動させることが開示されている。これにより、同水平ボーリングマシンでは、効率のよい掘削作業を実行できるとされている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−３８７８１号公報
【特許文献２】特開平７−１９７７５９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
貫入試験において回転貫入を行う場合、試験用ロッドの貫入速度は回転数に依存する。よって、特許文献１の試験機において、試験用ロッドを回転駆動する電動機に特許文献２に示されたインバータモータを採用することにより、その土質に応じた最適な回転数を設定することが可能になり、土質に応じた最適な試験用ロッドの回転数を得ることが可能となる。この場合、電動機の回転数変更のタイミングとして、特許文献２によれば、試験用ロッドの受ける掘削抵抗の大きさを基準とすることが考えられる。つまり、掘削抵抗がある大きさに達すると、インバータモータの駆動周波数を変更するのであるが、この駆動周波数の変更ポイントを最適に設定しておかないと、試験の効率向上は期待できない。
【０００９】
【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、貫入ロッドの回転を効率よく的確に制御することができる自動貫入試験機の提供を目的とする。
【００１０】
前記目的を達成するために本発明は、支柱に沿って昇降可能な昇降台と、この昇降台に回転可能に設けられたチャックと、このチャックを高速または高トルクで回転駆動可能なチャック回転駆動手段と、前記チャックに保持される貫入ロッドと、前記昇降台を支柱に沿って昇降させる昇降ユニットと、前記貫入ロッドを回転させて地中に貫入する時に当該貫入ロッドが受ける回転負荷に応じた信号を出力可能な検出手段と、チャック回転駆動手段が高トルク駆動した時に貫入ロッドが最高回転数で回転できる最大回転負荷以上の回転負荷に対応する閾値を保持し、チャック回転駆動手段の高速駆動下で前記検出手段の信号が閾値を上回る回転負荷に応じたものである場合はチャック回転駆動手段を高トルク駆動に切り替え、また高トルク駆動下で前記検出手段の信号が閾値以下の回転負荷に応じたものである場合にはチャック回転駆動手段を高速駆動に切り替える制御手段とを備えていることを特徴とする。なお、前記チャック回転駆動手段は、インバータモータであることが好ましい。
【００１１】
また、前記目的を達成するために本発明は、支柱に沿って昇降可能な昇降台と、この昇降台に回転可能に設けられたチャックと、このチャックを高速または高トルクで回転駆動可能なチャック回転駆動手段と、前記チャックに保持される貫入ロッドと、前記昇降台を支柱に沿って昇降させる昇降ユニットと、前記貫入ロッドを回転させて地中に貫入する時に当該貫入ロッドが受ける回転負荷に応じた信号を出力可能な検出手段と、チャック回転駆動手段が高トルク駆動した時に貫入ロッドが最高回転数で回転できる最大回転負荷以上の回転負荷に対応する第１の閾値と、この第１の閾値の対応する回転負荷よりも大きい回転負荷に対応する第２の閾値とを保持し、チャック回転駆動手段の高速駆動下で前記検出手段の信号が第２の閾値以上の回転負荷に応じたものである場合はチャック回転駆動手段を高トルク駆動に切り替え、また高トルク駆動下で前記検出手段の信号が第１の閾値以下の回転負荷に応じたものである場合にはチャック回転駆動手段を高速駆動に切り替える制御手段とを備えていることを特徴とするものである。なお、前記チャック回転駆動手段は、インバータモータであることが好ましい。
【００１２】
また、前記目的を達成するために本発明は、支柱に沿って昇降可能な昇降台と、この昇降台に回転可能に設けられたチャックと、このチャックを高速または高トルクで回転駆動可能なチャック回転駆動手段と、前記チャックに保持される貫入ロッドと、前記昇降台を支柱に沿って昇降させる昇降ユニットと、前記貫入ロッドを回転させて地中に貫入する時に当該貫入ロッドが受ける回転負荷に応じた信号を出力可能な検出手段と、チャック回転駆動手段が高トルク駆動した時に貫入ロッドが最高回転数で回転できる最大回転負荷以上の回転負荷に対応する第１の閾値と、チャック回転駆動手段が高トルク駆動した時に貫入ロッドが最高回転数で回転できる最大回転負荷よりも小さく、かつチャック回転駆動手段が高速駆動した時に貫入ロッドが最高回転数で回転できる最大回転負荷以上の回転負荷に対応する第２の閾値とを保持し、チャック回転駆動手段の高速駆動下で前記検出手段の信号が第２の閾値以上の回転負荷に応じたものである場合はチャック回転駆動手段を高トルク駆動に切り替え、また高トルク駆動下で前記検出手段の信号が第１の閾値以下の回転負荷に応じたものである場合にはチャック回転駆動手段を高速駆動に切り替える制御手段とを備えていることを特徴とするものである。なお、前記チャック回転駆動手段は、インバータモータであることが好ましい。
【００１３】
【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、支柱２に沿って昇降可能な昇降台３と、この昇降台３に回転可能に設けられたチャック４と、このチャック４を回転駆動するチャック回転駆動手段５と、前記チャック４に保持される貫入ロッド６と、前記昇降台３を支柱２に沿って昇降させる昇降ユニット７とを有する。
【００１４】
前記支柱２は、脚部２ａに立設されており、その背面には、案内路の一例としてチェーン部材８が直線状に配置固定されている。このチェーン部材８には、詳細を後述する昇降ユニット７のスプロケット２１が噛合する。
【００１５】
前記昇降台３は、支柱２の両側面に形成されたレール部２ｂ，２ｂに沿う昇降ガイド部９を有する。この昇降ガイド部９は、上下両端部にレール部２ｂ，２ｂを挟むカムフォロア９ａを内蔵し、このカムフォロア９ａの回転で、支柱２に沿った昇降台３の滑らかな昇降動作を実現する。また、昇降台３の前部には、質量調整用の錘１０が配置されている。この錘１０による質量調整により、昇降台３、チャック４、チャック回転駆動手段５、昇降ユニット７等の総質量による荷重が１ＫＮになるよう調整されている。
【００１６】
前記チャック４は、昇降台３に回転可能に配置されている。その構造は、基本的に特許第２９２７７０４号公報に示されている通りであり、貫入ロッド６が挿通可能かつ回転可能に支持された中空スリーブ１１を持つ。この中空スリーブ１１には、貫入ロッド６に形成された長溝６ａに係合する鋼球１２が配置されるとともに、その下部にはスプロケット１３が設けられている。このスプロケット１３には、その回転中心回りに１８個の円形穴１３ａが等分形成されており、この円形穴１３ａの通過を検出できるよう、前記昇降台３には検出手段の一例であるセンサＳが取り付けてある。このセンサＳは、スプロケット１３の回転に伴う円形穴１３ａの通過を検出してオン・オフし、その信号を制御手段４０に送るように構成されている。
【００１７】
前記鋼球１２は、ばね１４で付勢されたスライドスリーブ１５により、常時中空スリーブ１１の中空穴部１１ａに突出する位置に支持されており、この状態で貫入ロッド６の長溝６ａに係合する。なお、スライドスリーブ１５をばね１４の付勢に抗して押し下げると、鋼球１２は動作可能となり、以て貫入ロッド６の保持を解くことができる。
【００１８】
前記貫入ロッド６は、前述の長溝６ａが上部に形成されたロッド部１６と、このロッド部１６の先端に連結されたドリル形状のスクリューポイント１７とから成る。ロッド部１６は、上端に雄ねじ部１６ａ、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。
【００１９】
前記チャック回転駆動手段５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ものである。このチャック回転駆動手段５の駆動軸５ａには、一方向クラッチ１８を介してスプロケット１９が取付けられている。このスプロケット１９と前記チャック４下部のスプロケット１３とには、無端チェーン２０が巻き掛けられ、チャック回転駆動手段５からチャック４へ回転伝達可能に構成されている。
【００２０】
前記一方向クラッチ１８は、貫入ロッド６の地中への自沈貫入時、ねじり形状のスクリューポイント１７に土の抵抗が作用することで貫入ロッド６が回転しようとするのを許容する。つまり、その方向の回転が貫入ロッド６側（チャック４側）から伝達された場合、一方向クラッチ１８は空転し、チャック回転駆動手段５の減速抵抗等が貫入ロッド６の回転の妨げとならないよう機能する。
【００２１】
前記昇降ユニット７は、昇降台３の後部に設けられ、前記チェーン部材８に噛合して回転可能な係合回転部材の一例たるスプロケット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とを備える。この昇降ユニット７のスプロケット２１が、チェーン部材８に噛合して回転することにより、昇降台３は昇降動作する。
【００２２】
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り、チャック回転駆動手段５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。
【００２３】
前記パウダクラッチ２３は、ケーシング２９に回転可能に設けられた入力軸３０と、この入力軸３０を貫通して回転可能に設けられた出力軸３１とを有する。前記入力軸３０は２分割構造になっており、その内部には、出力軸３１と一体のカップリング３２が所定の隙間を持って配置されている。これらの隙間部分には、微小な磁性パウダ（図示せず）が封入される。また、ケーシング２９には、この磁性パウダを励磁するための電磁石３３が設けられる。
【００２４】
前記パウダクラッチ２３は、電磁石３３への通電により生じる磁束により磁性パウダを励磁し、磁束に沿った磁性パウダ同士の磁力吸着状態を創出し、これに伴って生じる磁性パウダ同士の摩擦抵抗により、入力軸３０とカップリング３２との間に所定のクラッチ力を生じさせるものである。磁性パウダの磁力吸着状態は、磁束密度の大きさ、すなわち電磁石３３への通電量によって変動する。このため、電磁石３３の通電制御により、入力軸３０と出力軸３１の滑り具合を変化させ、入力軸３０と出力軸３１とを所定のクラッチ力で接続することが可能である。しかも、このパウダクラッチ２３は、微小な磁性パウダ同士の摩擦抵抗からクラッチ力を生むものであるため、通電量を変動させた場合、極めて滑らかにクラッチ力を変動させることができる。
【００２５】
前記パウダクラッチ２３の入力軸３０には、前記入力ギヤ２８が連結されており、これを以て、入力軸３０は昇降用回転駆動手段２２に連結されて回転可能に構成されている。また、出力軸３１の一端は、遊星歯車減速機３４を介して前記スプロケット２１に連結されている。
【００２６】
前記遊星歯車減速機３４は、出力軸３１に一体に連結された太陽ギヤ軸３５と、この太陽ギヤ軸３５の先端に形成された太陽ギヤ３５ａに噛合する３個の遊星ギヤ３６・・と、この遊星ギヤ３６・・を回転自在に支持したキャリア３７とから成る。このキャリア３７には、前記スプロケット２１が一体に連結してあり、よってスプロケット２１は、太陽ギヤ３５ａと遊星ギヤ３６・・との作用によって減速された回転伝達を受ける。また、キャリア３７にはエンコーダ３８が連結してあり、スプロケット２１の回転に伴うパルス信号を出力できるよう構成されている。
【００２７】
一方、出力軸３１の他端には、前記ストッパギヤ２６と噛合する伝達ギヤ３９が一体に連結されている。これにより、スプロケット２１の回転が遊星歯車減速機３４、出力軸３１、伝達ギヤ３９を介してストッパギヤ２６に伝達できるよう構成されている。なお、ストッパギヤ２６とギヤ軸２４との間に介在する一方向クラッチ２５は、昇降用回転駆動手段２２の駆動軸２２ａがロックされている状態を考えると、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。
【００２８】
前記チャック回転駆動手段５と昇降用回転駆動手段２２とは、制御手段４０によって制御される。この制御手段４０は、制御部４１と、この制御部４１からの指令を受けてチャック回転駆動手段５，昇降用回転駆動手段２２をそれぞれ駆動制御するインバータ４２，４３と、パウダクラッチ２３を通電制御するクラッチ制御部４４と、試験スタート信号、引抜きスタート信号、試験終了信号および非常停止信号等の各種指令信号および制御に必要な各種設定値を入力可能な入力部４５と、制御プログラム，制御用データおよび試験データ等を記憶する記憶部４６と、各種情報表示用の表示部４７とを備える。
【００２９】
前記制御部４１は、前記エンコーダ３８の出力するパルス信号を処理し、貫入ロッド６の地中への貫入量、貫入速度等を求めるとともに、クラッチ制御部４４からパウダクラッチ２３への通電指令を基に、貫入ロッド６に負荷されている荷重を求める。また制御部４１は、前記センサＳからのオン・オフ信号によって形成されるパルス信号から貫入ロッド６を回転貫入している時の半回転数、貫入ロッドの回転数を随時求める。
【００３０】
図７は、チャック用回転駆動手段５、昇降用回転駆動手段２２をインバータ４２，４３で駆動制御した時の定格トルクおよびピークトルクそれぞれの出力特性を示したものである。この図７において、出力トルクは定格トルクの最大値を１００％とした値で与えられている。制御部４１から高速駆動指令、高速正駆動指令または高速逆駆動指令を受けた場合、インバータ４２はチャック回転駆動手段５を９３Ｈｚ、インバータ４３は昇降用回転駆動手段を８０Ｈｚの高回転数駆動域の各周波数で高速駆動する。また、制御部４１から高トルク駆動指令、高トルク正駆動指令または高トルク逆駆動指令を受けた場合、インバータ４２，４３は、１００％の定格トルクが得られる６０Ｈｚの高トルク駆動域の周波数でチャック回転駆動手段５、昇降用回転駆動手段２２をそれぞれ高トルク駆動する。
【００３１】
記憶部４６に記憶される制御用データには、閾値、自沈境界値が含まれる。この閾値は、チャック回転駆動手段５の高速駆動と高トルク駆動とを切り替える基準値であり、チャック回転駆動手段が高トルク駆動した時の貫入ロッドの最高回転数以下の回転数に対応する前記センサＳのパルス信号数が与えられる。具体的には、高トルク駆動下での貫入ロッドの最高回転数に対応する前記センサＳの出力パルス信号数を１００％として、３０％の値が閾値として与えられている。
【００３２】
貫入ロッド６を回転貫入する時の回転負荷に応じて貫入ロッド６の回転数は変動する。よって、前述のようにセンサＳのパルス信号数は、貫入ロッド６が受ける回転負荷に応じたものとなる。このような性質から、前述の閾値は、
「チャック回転駆動手段が高トルク駆動した時に貫入ロッドが最高回転数で回転できる最大回転負荷以上の回転負荷に対応するセンサＳのパルス信号数に設定される」
と換言できる。
【００３３】
次に本自動貫入試験機１の作用を貫入試験の手順に沿って述べる。
まず、試験前の電源が切られた状態において、パウダクラッチ２３の磁性パウダは励磁されないため、入力軸３０に対して出力軸３１は回転自在な状態にある。従って、昇降台３は自重で下降しようとするが、この時、昇降用回転駆動手段２２の駆動軸２２ａはブレーキ機構の作用で回転不能にロックされている。このため、昇降台３下降方向のスプロケット２１の回転がストッパギヤ２６に伝達されることで一方向クラッチ２５がロックする。よって、昇降台３は下降することができない。このように、電源が断たれてパウダクラッチ２３の磁性パウダが励磁されない状態では、昇降台３は機械的にロックされるため、電源遮断時の昇降台３の落下等を防止し、試験機１を安全な状態に保つことができる。
【００３４】
貫入試験を始める時は、制御手段４０の入力部４５からの入力操作により昇降用回転駆動手段２２を駆動し、スクリューポイント１７の先端が接地する所まで昇降台３を下降させる。この時の昇降用回転駆動手段２２の駆動軸２２ａの回転は、昇降台３が自重で下降する時のスプロケット２１の回転よりも十分に遅い。このため昇降台３は、昇降用回転駆動手段２２の駆動に依存して下降する。
【００３５】
続いて、入力部４５から試験スタート信号を入力すると、制御部４１はインバータ４３に高速逆駆動指令を与える。これを受け、インバータ４３は昇降用回転駆動手段２２を高速回転用の周波数で逆駆動する。この昇降用回転駆動手段２２の「逆駆動」とは、昇降台３が上昇する方向にスプロケット２１を回転させるべく、昇降用回転駆動手段２２が駆動することをいう。以下、「逆駆動」は同様の意味で用いることとし、一方、この「逆駆動」とは逆の昇降用回転駆動手段２２の駆動を「正駆動」と表現する。
【００３６】
試験スタート信号の入力以後、貫入ロッド６に荷重を負荷する状況下では、昇降用回転駆動手段２２は高速の逆駆動を継続する。また、昇降用回転駆動手段２２の逆駆動開始と同時に、制御部４１はクラッチ制御部４４に所定の荷重変更指令を与える。これを受け、クラッチ制御部４４はパウダクラッチ２３の通電制御を行い、パウダクラッチ２３のクラッチ力を調整する。
【００３７】
昇降用回転駆動手段２２の逆駆動により、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。このため、貫入ロッド６には昇降台３、チャック４、チャック回転駆動手段５、昇降ユニット７、錘１０等の合計質量による荷重が負荷される。その一方で、パウダクラッチ２３のクラッチ力が生じているため、スプロケット２１は昇降用回転駆動手段２２の逆駆動による回転抵抗（昇降台３を上昇させようとする力：以下、上昇力という）を受ける。従って、貫入ロッド６には昇降台３等の合計質量による荷重から上昇力を差し引いた荷重が負荷されることになる。
【００３８】
前述のようにして、貫入ロッド６に負荷される荷重は、最初２５０Ｎに設定され、貫入ロッド６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。なお、１ＫＮの荷重は昇降台３等の合計質量による荷重であるから、１ＫＮの荷重を負荷する時は、パウダクラッチ２３は入力軸３０に対して出力軸３１が回転自在になるよう通電を断たれる。また、自沈貫入中のある荷重下で貫入ロッド６の貫入速度が所定値を超える場合、パウダクラッチ２３が通電制御されて貫入速度が所定値以下になるまで荷重が減じられる。
【００３９】
自沈貫入中、一方向クラッチ１８の作用により、スクリューポイント１７のねじりが土の抵抗を受けることで貫入ロッド６は回転することができる。このため、土の抵抗による貫入抵抗を減らして正確な自沈貫入を実施することができる。
【００４０】
１ＫＮの荷重下で貫入ロッド６の自沈貫入が停止すると、制御部４１は、インバータ４２に高速駆動指令を与える。これを受け、インバータ４２は高速回転用の周波数でチャック回転駆動手段５を高速駆動する。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５の高速駆動により、貫入ロッド６はスクリューポイント１７のねじ込み方向に回転し、回転貫入が実行される。この回転貫入においては、貫入ロッド６の長溝６ａに鋼球１２が係合しているため、貫入ロッド６とチャック４との間に滑りが生じず、よって、チャック４から貫入ロッド６へ確実な回転伝達を行うことが可能である。
【００４１】
回転貫入は、チャック回転駆動手段５の制御を高速駆動と高トルク駆動とに切り替えながら行われる。すなわち、チャック回転駆動手段が高速駆動している状況で、貫入ロッド６が堅く締まった土層に達する等して貫入ロッド６の回転抵抗が増すと、チャック４の回転数が低下し、これがセンサＳの出力する単位時間当たりのパルス信号数（単位時間当たりのオン・オフ信号数）に現れる。制御部４１は、このセンサＳのパルス信号数が閾値を下回る場合、すなわち、貫入ロッド６の回転数が所定の回転数を下回った場合、インバータ４２に高トルク駆動指令を与える。これを受け、インバータ４２は高トルク駆動用の周波数でチャック回転駆動手段５を高トルク駆動する。よって、貫入ロッド６の回転駆動トルクが高められ、回転抵抗の大きい土層への貫入を確実に行うことができる。
【００４２】
逆に、チャック回転駆動手段５が高トルク駆動している状況で、貫入ロッド６が柔らかい土層に達する等して貫入ロッド６の回転抵抗が減ると、センサＳのパルス信号数が閾値以上となる。このように貫入ロッド６の回転数が所定の回転数以上となる場合、制御部４１はインバータ４２に高速駆動指令を与える。これを受け、インバータ４２は高速駆動用の周波数でチャック回転駆動手段５を高速駆動する。よって、貫入ロッド６の回転速度が高められ、柔らかい土層への貫入を効率よく行うことができる。
【００４３】
なお、チャック回転駆動手段５が高速駆動している状況で、エンコーダ３８のパルス信号数が自沈境界値以上となる場合、すなわち、貫入ロッド６の貫入速度が所定値以上となった場合、制御部４１はインバータ４２に駆動停止指令を与え、これを受けてインバータ４２はチャック回転駆動手段５の駆動を停止する。その後は、前述の自沈貫入に制御が切り替えられる。
【００４４】
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。その途中で、貫入ロッド６には順次ロッド部１６が継ぎ足される。ロッド部１６を継ぎ足す時には、昇降用回転駆動手段２２およびチャック回転駆動手段５を一旦停止し、ロッド部１６に延長用のロッド部（図示しないが、ロッド部１６と同様）を継ぎ足す。そして、スライドスリーブ１５を押し下げつつチャック４を回転させ、鋼球１２を長溝６ａから離脱させて貫入ロッド６の保持を解く。この時、一方向クラッチ１８の作用があるため、チャック４は容易に回転させられる。この状態で、制御部４１の高速正駆動指令により昇降用回転駆動手段２２が高速で正駆動し、チャック４の鋼球１２が延長用のロッド部の長溝と同じ高さになるまで昇降台３を速やかに上昇させる。この段階で、鋼球１２と長溝との位相が一致していれば、鋼球１２は長溝に係合し、スライドスリーブ１５がばね１４の付勢を受けて上昇復帰して鋼球１２を押さえるため、自動的に貫入ロッド６の保持が完了する。また、鋼球１２と長溝との位相がずれている場合には、チャック回転駆動手段５が駆動してチャック４を低速で回転させ、鋼球１２を長溝に係合させる。
【００４５】
貫入試験中、制御手段４０においては、自沈貫入の時には荷重が変更される度に、その時の貫入ロッド６の貫入量と荷重値が記憶部４６に記録され、また、回転貫入の時には、貫入ロッド６が２５０ｍｍ貫入する毎に要した半回転数が記憶部４６に記録される。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。
【００４６】
自沈貫入および回転貫入の何れの場合にも、貫入ロッド６が地中の岩盤、れき等に当たって貫入できなくなる場合がある。この場合には、昇降用回転駆動手段２２、チャック回転駆動手段５を一旦停止し、貫入ロッド６を打撃して貫入を試みることがある。この時、貫入ロッド６は長溝６ａに鋼球１２が係合することでチャック４に保持されているため、長溝６ａの長さ分、チャック４に対して軸方向に移動可能である。よって、打撃による衝撃がチャック４、昇降台３等に伝わるのを防止できる。また、貫入ロッド６は、鋼球１２で支持される以外、チャック４の中空穴部１１ａと所要の隙間を有する（図４参照）。このため、貫入ロッド６は鋼球１２での支持位置を支点に振れることができる。このことは、地中への貫入途中でれき等に当たった時の回避性能向上と、その際のチャック４等への負荷伝達の防止に寄与する。
【００４７】
貫入試験が終了し、貫入ロッド６を引き抜く時は、入力部４５から引抜きスタート信号を入力する。これを受け、制御部４１はインバータ４３に高トルク正駆動指令を与えるとともに、クラッチ制御部４４に解放指令を与える。この結果、インバータ４３は高トルク駆動用の周波数で昇降用回転駆動手段２２を正駆動し、またクラッチ制御部４４は、パウダクラッチ２３の入力軸３０に対して出力軸３１が回転自在となるよう、パウダクラッチ２３を通電制御する。これにより、貫入ロッド６の引き抜きに必要な力で昇降台３を上昇させることができ、チャック４に保持された貫入ロッド７を地中から引き抜くことができる。
【００４８】
貫入ロッド６の引き抜き作業時、昇降台３が上昇限界まで上昇した時には、チャック４に下方のロッド部１６を保持し直す必要がある。これについては、昇降用回転駆動手段２２を一旦停止し、ロッド部１６を継ぎ足す時と同様にチャック４から貫入ロッド６を解放する。続いて、昇降台３を下降させて下方のロッド部１６をチャック４に保持した後、引き抜き作業を継続する。この昇降台３を下降させる時、昇降用回転駆動手段２２は高速で逆駆動制御される。よって、昇降台３を速やかに下降させ、ロッド部１６を保持し直す動作時間を短縮することができる。
【００４９】
なお、前記貫入ロッド６の引き抜き作業においては、パウダクラッチ２３のクラッチ力を徐々に弱め、貫入ロッド６を引き抜く力を徐々に増大させることが可能である。このように、貫入ロッド６を引き抜く力を徐々に増大させると、貫入ロッド６に急激に力が作用するのを防止できるとともに、昇降用回転駆動手段２２のストール防止にも有効である。
【００５０】
図８に示したのは、本発明の他の実施形態に係る自動貫入試験機の昇降ユニット７′である。この昇降ユニット７′は、上記昇降ユニット７における一方向クラッチ２５、ストッパギヤ２６および伝達ギヤ３９を排除するとともに、パウダクラッチ２３の出力軸３１にブレーキ手段４０を連結して構成されている。このブレーキ手段４０は、昇降用回転駆動手段２２への通電が遮断された場合にロック作用を生じる摩擦ブレーキであり、貫入試験中等、出力軸３１に余計な抵抗を与えてはならない場合はブレーキ効果を生じないようになっている。また、この自動貫入試験機では、制御手段（図示せず）の入力部から加圧スタート信号を入力できるように構成されている。
【００５１】
前記昇降ユニット７′を備えた自動貫入試験機においては、昇降用回転駆動手段２２の正・逆駆動の切り替えと、パウダクラッチ２３の通電制御によるクラッチ力の調整とにより、昇降台３等の合計質量による荷重以上の荷重を貫入ロッド６に負荷することができる。例として、昇降台３等の合計質量による荷重が５００Ｎになるよう、昇降台３等を軽量化した自動貫入試験機を考える。この自動貫入試験機では、５００Ｎまでの荷重を負荷する段階においては、昇降用回転駆動手段２２を高速逆駆動しつつパウダクラッチ２３を通電制御し、５００Ｎを超える荷重を負荷する時は昇降用回転駆動手段２２を高トルク正駆動しつつパウダクラッチ２３を通電制御する。これにより、５００Ｎまでの荷重は上記同様の原理によって与えられ、５００Ｎを超える荷重については、昇降台３等の質量による荷重５００Ｎに、昇降用回転駆動手段２２の高トルク正駆動とパウダクラッチ２３のクラッチ力とによって生じる昇降台３下降方向の押圧力を加算した値によって与えられる。
【００５２】
また、前記昇降ユニット７′を備えた自動貫入試験機においては、貫入ロッド６が地中の岩盤、れき等に当たって貫入できなくなる場合、打撃を行う前に、入力軸３０と出力軸３１とがロックするようにパウダクラッチ２３を通電制御しつつ、昇降用回転駆動手段２２を正駆動するとよい。この場合には、入力部（図示せず）から加圧スタート信号を入力する。この加圧スタート信号を受け、制御部４１はインバータ４３に高トルク正駆動指令を与え、従ってインバータ４３は、高トルク駆動用の周波数で昇降用回転駆動手段２２を正駆動する。これにより、貫入ロッド６が貫入方向に押圧されるため、岩盤、れき等が比較的脆い場合には、これらを破砕することでき、打撃を行わずに貫入ロッド６の貫入を継続することが可能になる。
【００５３】
一方、貫入ロッド６の引き抜きを行う場合は、引き抜きスタート信号を入力すると、制御部４１はクラッチ制御部４４にロック指令を与えるとともに、インバータ４３に高トルク逆駆動指令を与える。これを受け、クラッチ制御部４４は、入力軸３０と出力軸３１とがロックするようパウダクラッチ２３を通電制御し、インバータ４３は昇降用回転駆動手段２２を高トルク駆動用の周波数で逆駆動する。この結果、昇降台３が上昇するため、チャック４から貫入ロッド６に昇降用回転駆動手段２２の高トルク駆動に伴う力を伝達し、貫入ロッド６を地中から引き抜くことができる。
【００５４】
なお、前記他の実施形態においては、貫入ロッド６の打撃前の押圧作業および引き抜き作業において、パウダクラッチ２３を当初からロックしているが、パウダクラッチ２３のクラッチ力が徐々に増すよう通電制御を行い、貫入ロッド６を押圧する力が徐々に増大するようにしてもよい。このように、貫入ロッド６を引き抜く力あるいは押圧する力を徐々に増大させると、貫入ロッド６に急激に力が作用するのを防止できるとともに、昇降用回転駆動手段２２のストール防止にも有効である。
【００５５】
上記各実施形態の説明においては、チャック回転駆動手段５の駆動切り替えの基準となる閾値が、チャック回転駆動手段５が高トルク駆動した時の貫入ロッド６の最高回転数以下の回転数に対応するセンサＳのパルス信号数に設定されているが、この閾値を第１の閾値とし、これよりさらに低い回転数に対応する第２の閾値を設定し、第２の閾値を高速駆動から高トルク駆動への切り替えの基準値として用い、第１の閾値を高トルク駆動から高速駆動への切り替えの基準値として用いるようにしてもよい。これについても、貫入ロッド６が受ける回転負荷が回転数の変動に現出することに鑑みれば、
「第１の閾値は、チャック回転駆動手段５が高トルク駆動した時に貫入ロッド６が最高回転数で回転できる最大回転負荷以上の回転負荷に対応するものであり、また、第２の閾値は、第１の閾値の対応する回転負荷よりも大きい回転負荷に対応するものである」
と換言することができる。
このように、第１の閾値、第２の閾値に従ってチャック回転駆動手段５の駆動切り替えを行うと、高速駆動、高トルク駆動が頻繁に切り替えられる現象が発生し難くなり、より効率的に貫入試験を行うことが可能になる。
【００５６】
また、前述の第２の閾値は、チャック回転駆動手段５が高トルク駆動した時の最高回転数よりも高く、かつチャック回転駆動手段５が高速駆動した時の最高回転数以下の回転数に対応する値としてもよい。これについても、
「第１閾値は、チャック回転駆動手段が高トルク駆動した時に貫入ロッドが最高回転数で回転できる最大回転負荷以上の回転負荷に対応するものであり、また、第２の閾値は、チャック回転駆動手段が高トルク駆動した時に貫入ロッドが最高回転数で回転できる最大回転負荷よりも小さく、かつチャック回転駆動手段が高速駆動した時に貫入ロッドが最高回転数で回転できる最大回転負荷以上の回転負荷に対応するものである」
と換言することができる。
【００５７】
なお、以上の説明においては、チャック回転駆動手段５および昇降用回転駆動手段２２として、それぞれインバータモータを採用したが、これ以外に、回転速度制御とトルク制御とを行うことが可能な周知のＡＣサーボモータを採用してもよい。また、貫入ロッド６の回転数に応じたセンサＳのパルス信号数を閾値に採用したが、貫入ロッド６が受ける回転負荷の変動は、チャック回転駆動手段５の負荷電流値の変動に現れる。このため、チャック回転駆動手段５の負荷電流値を基準に閾値を設定するとともに、制御部４１でチャック回転駆動手段５の負荷電流値を検出するようにしても、前述同様のチャック回転駆動手段５の駆動制御を行うことが可能になる。
【００５８】
【発明の効果】
本発明の自動貫入試験機は、地中に回転貫入される時に貫入ロッドが受ける回転負荷に応じた閾値を設定しておき、この閾値を基準にチャック回転駆動手段を高トルク駆動または高速駆動に切り替え制御するものである。このため、最も効率がよくなるところでチャック回転駆動手段の駆動切り替えを行うことが可能である。よって、貫入ロッドが土から受ける回転抵抗に対して貫入ロッドの回転を効率よく、しかも的確に制御することが可能になり、試験の能率を向上することができる等の利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自動貫入試験機のブロック説明図である。
【図２】本発明の自動貫入試験機の主要部の正面図である。
【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】チャック回転駆動手段および昇降用回転駆動手段の出力トルク特性を示すグラフである。
【図８】本発明の他の実施形態に係る自動貫入試験機の要部拡大一部切欠断面図である。
【符号の説明】
１ 自動貫入試験機
２ 支柱
３ 昇降台
４ チャック
５ チャック回転駆動手段
６ 貫入ロッド
６ａ 長溝
７ 昇降ユニット
８ チェーン部材
１０ 錘
１１ 中空スリーブ
１２ 鋼球
１３ スプロケット
１４ ばね
１５ スライドスリーブ
１６ ロッド部
１７ スクリューポイント
１８ 一方向クラッチ
１９ スプロケット
２０ 無端チェーン
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 ケーシング
３０ 入力軸
３１ 出力軸
３２ カップリング
３３ 電磁石
３４ 遊星歯車減速機
３５ 太陽ギヤ軸
３５ａ 太陽ギヤ
３６ 遊星ギヤ
３７ キャリア
３８ エンコーダ
３９ 伝達ギヤ
４０ 制御手段
Claims (4)
- 支柱に沿って昇降可能な昇降台と、
この昇降台に回転可能に設けられたチャックと、
このチャックを高速または高トルクで回転駆動可能なチャック回転駆動手段と、
前記チャックに保持される貫入ロッドと、
前記昇降台を支柱に沿って昇降させる昇降ユニットと、
前記貫入ロッドを回転させて地中に貫入する時に当該貫入ロッドが受ける回転負荷に応じた信号を出力可能な検出手段と、
チャック回転駆動手段が高トルク駆動した時に貫入ロッドが最高回転数で回転できる最大回転負荷以上の回転負荷に対応する閾値を保持し、
チャック回転駆動手段の高速駆動下で前記検出手段の信号が閾値を上回る回転負荷に応じたものである場合はチャック回転駆動手段を高トルク駆動に切り替え、また高トルク駆動下で前記検出手段の信号が閾値以下の回転負荷に応じたものである場合にはチャック回転駆動手段を高速駆動に切り替える制御手段と
を備えていることを特徴とする自動貫入試験機。 - 支柱に沿って昇降可能な昇降台と、
この昇降台に回転可能に設けられたチャックと、
このチャックを高速または高トルクで回転駆動可能なチャック回転駆動手段と、
前記チャックに保持される貫入ロッドと、
前記昇降台を支柱に沿って昇降させる昇降ユニットと、
前記貫入ロッドを回転させて地中に貫入する時に当該貫入ロッドが受ける回転負荷に応じた信号を出力可能な検出手段と、
チャック回転駆動手段が高トルク駆動した時に貫入ロッドが最高回転数で回転できる最大回転負荷以上の回転負荷に対応する第１の閾値と、この第１の閾値の対応する回転負荷よりも大きい回転負荷に対応する第２の閾値とを保持し、
チャック回転駆動手段の高速駆動下で前記検出手段の信号が第２の閾値以上の回転負荷に応じたものである場合はチャック回転駆動手段を高トルク駆動に切り替え、また高トルク駆動下で前記検出手段の信号が第１の閾値以下の回転負荷に応じたものである場合にはチャック回転駆動手段を高速駆動に切り替える制御手段と
を備えていることを特徴とする自動貫入試験機。 - 支柱に沿って昇降可能な昇降台と、
この昇降台に回転可能に設けられたチャックと、
このチャックを高速または高トルクで回転駆動可能なチャック回転駆動手段と、
前記チャックに保持される貫入ロッドと、
前記昇降台を支柱に沿って昇降させる昇降ユニットと、
前記貫入ロッドを回転させて地中に貫入する時に当該貫入ロッドが受ける回転負荷に応じた信号を出力可能な検出手段と、
チャック回転駆動手段が高トルク駆動した時に貫入ロッドが最高回転数で回転できる最大回転負荷以上の回転負荷に対応する第１の閾値と、チャック回転駆動手段が高トルク駆動した時に貫入ロッドが最高回転数で回転できる最大回転負荷よりも小さく、かつチャック回転駆動手段が高速駆動した時に貫入ロッドが最高回転数で回転できる最大回転負荷以上の回転負荷に対応する第２の閾値とを保持し、
チャック回転駆動手段の高速駆動下で前記検出手段の信号が第２の閾値以上の回転負荷に応じたものである場合はチャック回転駆動手段を高トルク駆動に切り替え、また高トルク駆動下で前記検出手段の信号が第１の閾値以下の回転負荷に応じたものである場合にはチャック回転駆動手段を高速駆動に切り替える制御手段と
を備えていることを特徴とする自動貫入試験機。 - チャック回転駆動手段は、インバータモータであることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の自動貫入試験機。
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