JP2011059026A - 載荷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁石の吸引力及び吸着力の少なくとも一方を利用することで、錘部に作用する重力以上の外力を作用させることが可能な載荷装置を提供する。
【解決手段】電磁石３と、電磁石の一方側の端面３ａに衝突させる磁性体からなる錘部２と、電磁石の他方側の端面３ｂに非磁性体の外殻４１を介して隣接される打力部４とを備えている。
そして、錘部２と電磁石３と打力部４とが上から順に配列されるとともに、錘部２を吊り上げる吊り部１１を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、対象物に対して外力を付与するための載荷装置に関するものである。

従来、重錘を自由落下させて杭頭を打撃することで載荷をおこなう杭の急速載荷試験装置が知られている（特許文献１，２など参照）。

この急速載荷試験（スタナミック試験）は、静的載荷試験と動的載荷試験の欠点を解消するために考案された杭の載荷試験方法で、この方法によれば載荷時間を動的載荷試験の約１０倍に当たる５０〜２００ｍｓ程度にすることで弾性波動の伝播による影響をなくし、静的載荷試験に近い信頼性の高い試験結果を得ることができる。

この急速載荷試験の一例として、杭頭に荷重計を介してゴムやバネなどの緩衝材を載置し、その上に重錘を自由落下させて杭を打撃する方法がある。このように緩衝材を重錘と杭頭の間に介在させることによって、載荷時間を長くすることができる。

特開２００２−３０３５７０号公報 特開平１０−２７４５７６号公報

しかしながら、重錘を自由落下させることによって大きな荷重を作用させるには、重錘を高く持ち上げるか、重錘の重量を増加させる必要があり、装置が大型化する要因となる。

また、特許文献２には、第１のコイルとその周囲を包囲する第２のコイルとの間に発生する電磁気的な反発力（ローレンツ力）を用いた載荷試験装置が開示されている。

しかしながら、このローレンツ力を利用した載荷装置は、力への変換効率が１％程度と非常に低いため、大きな荷重を作用させることが難しい。また、このローレンツ力を利用する構成では、コイル自体に押し付け力が作用するため、載荷荷重の設定を大きくすればコイルが破断するおそれがある。さらに、二つのコイルは磁場を打ち消しあうので、ローレンツ力自体が小さくなってしまう。

そこで、本発明は、磁石の吸引力及び吸着力の少なくとも一方を利用することで、錘部に作用する重力以上の外力を作用させることが可能な載荷装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の載荷装置は、磁石部と、前記磁石部の一方側の端部に衝突させる磁性体からなる錘部と、前記磁石部の他方側の端部に非磁性体を介して隣接される打力部とを備えたことを特徴とする。

ここで、前記錘部は、前記磁石部に向けて前記錘部を誘導するガイド部に装着される構成とすることができる。また、前記錘部と前記磁石部と前記打力部とは、前記ガイド部に滑動可能に係留される構成とすることができる。

また、前記錘部と前記磁石部と前記打力部とが上から順に配列されるとともに、前記錘部を吊り上げる吊り部を備えた構成であってもよい。さらに、前記磁石部は、柱状の芯部を有する電磁石であって、前記芯部の一端に前記錘部を衝突させる構成とすることもできる。

また、前記磁石部は、胴体部の両側に一対のアーム部が並行に突設された芯部と前記胴体部及び前記アーム部のそれぞれに巻き付けられるコイルとを備えた電磁石であって、前記一対のアーム部の双方の端部に前記錘部を衝突させる構成とすることもできる。

また、別の本発明の載荷装置は、錘部と、前記錘部の一端に芯部の一方側の端部を当接させる第１の電磁石と、前記第１の電磁石に対して同じ磁極が対峙する向きで配置される第２の電磁石とを備えたことを特徴とする。

ここで、前記第１の電磁石と前記第２の電磁石は、胴体部の両側に一対のアーム部が並行に突設された芯部と、前記胴体部と前記アーム部のそれぞれに巻き付けられるコイルとを備えた構成とすることができる。

また、前記第１の電磁石と前記第２の電磁石とは、印加する電流の波形の制御が可能な通電制御部にそれぞれ接続されている構成であってもよい。さらに、２つの前記電磁石と前記錘部との離散を防止する離散防止手段を備えた構成とすることもできる。

このように構成された本発明の載荷装置は、磁石部を挟んで錘部と打力部とが配置されており、錘部によって付与される力は磁石部によって増加されて打力部に伝達される。

すなわち、磁性体からなる錘部は、磁石部に近づくと磁石の吸引力によって速度を増して磁石部に衝突し、その増加した速度による運動エネルギーが打力部に伝達される。このため、錘部を打力部に直接、衝突させた場合に比べて、大きな力を打力部に伝達させることができる。

さらに、磁石部に衝突した錘部は、磁石の吸着力によって磁石部に固定されるため、衝突後に錘部がリバウンドして意図しない方向に錘部が飛び跳ねる事態の発生を避けることができる。

また、錘部を磁石部に向けて誘導するガイド部を設けることで、確実に錘部を磁石部に衝突させることができる。さらに、錘部と磁石部と打力部とがガイド部に滑動可能に係留されていれば、錘部の運動エネルギーを打力部に効率よく伝達させることができる。

また、錘部を吊り上げる吊り部を設けることによって、錘部を自由落下させて打力部によって載荷をおこなうサイクルを容易に繰り返すことができる。

さらに、磁石部が電磁石によって構成されていれば、磁力の大きさの調整をコイルの巻き数や印加する電流の大きさを変えることで、容易に調整することができる。また、電磁石であれば、芯部を衝撃に強い材料にすることができるため、耐久性を向上させることが可能となる。

さらに、電磁石を胴体部とその両側のアーム部とによってＵ字状やコ字状に成形することで、磁場のループが形成され、電磁石の吸引力及び吸着力を増大させることができる。

また、別の本発明の載荷装置は、２つの電磁石の対峙する面に同じ磁極を発生させて磁力による反発力を起こし、その反力を対象物に作用させる。このため、力の伝達が電磁石の芯部を介しておこなわれることになり、コイルを破損させることなく大きな力を対象物に作用させることができる。

また、電磁石の磁力の反発力であれば、効率よく発生させることができる。特に、電磁石を胴体部とその両側のアーム部とによってＵ字状やコ字状に成形することで、磁場のループが形成され、電磁石の負の吸引力や負の吸着力を増大させることができる。

さらに、電磁石を使った構成であれば、印加する電流の波形を変えることで、載荷する荷重の強度や載荷時間などを容易に調整することができる。

また、２つの電磁石と錘部との離散を防止する離散防止手段を設けることによって、載荷後に電磁石と錘部とがばらばらに散乱する事態の発生を防ぐことができる。

本発明の実施の形態の載荷装置を備えた載荷試験装置の構成を示した説明図である。 実施例１の載荷装置の構成を説明する正面図である。 実施例１の載荷装置の構成を説明する側面図である。 実施例２の載荷装置を備えた載荷試験装置の構成を示した説明図である。 柱状の芯部を有する電磁石の磁束密度の分布を説明する図である。 実施例２の電磁石に印加する電流の様々な波形を説明する図である。 実施例３の載荷装置を備えた載荷試験装置の概略構成を示した説明図である。 実施例４の載荷装置を備えた載荷試験装置の概略構成を示した説明図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施の形態の載荷装置１を備えた杭５の載荷試験装置の構成を示した図である。すなわち、この載荷装置１によって外力を付与する対象物は、本実施の形態では杭５である。

まず、構成から説明すると、この載荷装置１は、磁石部としての電磁石３と、電磁石３の上側の端面３ａ（一方側の端部）に衝突させる錘部２と、電磁石３の下側の端面３ｂ（他方側の端部）に隣接される打力部４とを主に備えている。

この電磁石３は、芯部としての円柱状の鉄芯３１と、その鉄芯３１の周囲に巻き付けられるコイル３２とによって主に構成される。この鉄芯３１の径及び長さは、発生させる磁力などに合わせて任意に設定することができる。例えば、錘部２を確実に衝突させることができるように、錘部２の幅（又は外径）と同程度の外径の鉄芯３１を使用する。

また、コイル３２の巻き数も、発生させる磁力によって任意に設定することができる。このコイル３２は、両端がそれぞれ電線３２ａ，３２ｂに接続されており、さらに、これらの電線３２ａ，３２ｂは電力の供給源となる電源３３に接続される。

また、錘部２には、磁性体である鉄、鋼材などが使用できる。すなわち、錘部２は、電磁石３に吸引される材料によって例えば円柱状に成形される。さらに、この錘部２の上面には吊り金具２１を取り付け、吊りワイヤなどの吊り部１１によって吊り上げることができる形態にしておく。

また、打力部４は、芯材４２と、その芯材４２を覆う非磁性体によって形成される外殻４１とによって主に構成される。この芯材４２には、鉄や鋼材などの磁性体又はコンクリートなどの非磁性体を使用することができる。

また、外殻４１は、ステンレスなどの非磁性体によって箱状に成形する。この外殻４１は、電磁石３の下側の端面３ｂに打力部４を当接させた際に、打力部４が電磁石３に過度に吸引されない材料及び厚さに成形される。

一方、杭５の載荷試験装置としては、この載荷装置１の他に、載荷装置１によって杭頭５ａに作用する荷重の大きさを計測する荷重計６と、杭頭５ａの沈下量などの変位を計測する変位計７とがある。

この荷重計６には、ロードセルやひずみゲージなどが利用でき、そこから出力された出力値はケーブル６２を通ってパソコン６１に送られ、作用荷重として記録される。

また、変位計７には、例えば光学式変位計が使用できる。この変位計７は、杭５の外周面に取り付けられたターゲット７３にレーザ光を照射し、その反射光によってのターゲット７３の鉛直方向の変位を計測する。この変位計７からの出力は、ケーブル７２を通ってパソコン７１に送られ、変位として記録される。

次に、本実施の形態の載荷装置１を使った杭５の載荷試験方法、及びその作用について説明する。

まず、図１に示すように、杭頭５ａに荷重計６を設置し、ケーブル６２によって荷重計６をパソコン６１に繋ぐ。また、杭５の外周面にターゲット７３を取り付け、そのターゲット７３を視準可能な位置に変位計７を設置する。さらに、変位計７とパソコン７１とをケーブル７２で繋ぐ。

そして、荷重計６の上に打力部４を設置する。また、打力部４の上に電磁石３を設置する。この電磁石３のコイル３２の端部は、電線３２ａ，３２ｂを介して電源３３に接続される。

続いて、吊り部１１によって吊り下げられた錘部２を電磁石３の真上に移動させる。この錘部２の下面と電磁石３の上面との距離は、杭５に作用させたい荷重の大きさによって調整する。

そして、電源３３によって電磁石３に電流を印加すると、電磁石３に磁力が生じ、その状態で錘部２を吊り部１１から切り離して自由落下させる。

このように構成された本実施の形態の載荷装置１は、電磁石３を挟んで錘部２と打力部４とが配置されており、錘部２によって付与される力は電磁石３を介して打力部４に伝達される。

すなわち、磁性体からなる錘部２は自由落下して電磁石３に近づくと磁石の吸引力によって速度を増して電磁石３に衝突し、その増加した速度の２乗の運動エネルギーが打力部４に伝達される。

他方、打力部４は、非磁性体である外殻４１に覆われているため、電磁石３の吸引力や吸着力の影響を受けることがなく、増加した運動エネルギーに基づく速度によって杭頭５ａに向けて推進する。

このため、通常の自由落下の速度で錘部２を打力部４に直接、衝突させた場合に比べて、大きな力を打力部４から杭５に対して作用させることができる。

さらに、電磁石３に衝突した錘部２は、磁石の吸着力によって電磁石３に固定されるため、衝突後に錘部２がリバウンドするのを防ぐことができる。すなわち、重錘を自由落下させて載荷する方法では、大きな重量の重錘が杭頭５ａに衝突した後に跳ね上がって予測不能な動きをして周囲の機器や機材を損傷するおそれがあるため、リバウンドした重錘をキャッチする高価なキャッチング装置が必要であった。これに対して衝突後の錘部２が電磁石３に吸着されて固定されるのであれば、そのような高価なキャッチング装置は不要となり、安価に載荷装置１を製作することができる。

また、載荷試験では、重錘が何度もリバウンドすることによって杭５に繰り返し荷重が作用すると解析が難しくなるが、錘部２を電磁石３に固定させるのであれば、錘部２のリバウンドが発生せず、意図しない力が杭５に繰り返し作用する状態を避けることができる。

さらに、錘部２を吊り上げる吊り部１１を設けることによって、錘部２を自由落下させて打力部４によって載荷をおこなうサイクルを容易に繰り返すことができる。

また、磁石部が電磁石３によって構成されていれば、磁力の大きさの調整をコイル３２の巻き数や印加する電流の大きさなどを変えることで、容易に調整することができる。

さらに、電磁石３の柱状の鉄芯３１を錘部２で打撃するのであれば、繰り返しの載荷にも耐えることができる耐久性の高い装置とすることができる。また、電磁石３であれば、電流の印加を止めるだけで、容易に錘部２を電磁石３の端面３ａから切り離すことができる。

以下、前記した実施の形態とは別の形態としての実施例１について、図２，３を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。

この実施例１の載荷装置１Ａは、図２，３に示すように、錘部２Ａを電磁石３Ａに向けて誘導するガイド部８を備えている。このガイド部８は、錘部２Ａを挟んで平行に立設される棒状のガイド棒８１，８１と、その上端を連結する上枠８２とを有している。

このガイド棒８１，８１は表面が摩擦抵抗の少ない滑面に仕上げられた円柱であって、下端にストッパ８１ａ，８１ａとなる拡幅部が形成されている。このストッパ８１ａ，８１ａによって、後述するガイドリング２３，３５，４４の脱落が防止される。

また、上枠８２の中央には、吊り部１１Ａが設けられる。この吊り部１１Ａは、上枠８２から吊り下げられるウインチ１１１と、このウインチ１１１のワイヤの下端に取り付けられる電磁開閉爪１１２とを備えている。

この電磁開閉爪１１２は、スイッチ（図示省略）の操作によって開閉する把持機構である。また、ウインチ１１１及び電磁開閉爪１１２は、電線１１３，１１４を介して制御部（図示省略）に接続されている。さらに、この制御部を介して、ウインチ１１１の巻き上げ、電磁開閉爪１１２の開閉などの操作がおこなわれる。

また、図３に示すように、ガイド部８の背面側には、支持枠８３が設けられている。そして、この支持枠８３を介して自走式のベースマシン９にガイド部８が装着される。すなわち、ベースマシン９は、リーダ９１と、そのリーダ９１に沿って移動可能なスライダ９２とを備えており、このスライダ９２に支持枠８３が固定される。

また、この載荷装置１Ａのガイド部８には、錘部２Ａと電磁石３Ａと打力部４Ａとが滑動可能に係留される。すなわち、図２に示すように、錘部２Ａの両側面からガイド棒８１，８１に向けて棒状のガイドアーム２２，２２が延出されており、ガイドアーム２２，２２の端部に固定された環状のガイドリング２３，２３にガイド棒８１，８１がそれぞれ挿通される。

さらに、このガイドリング２３の内径は、ガイド棒８１の外径より大きく形成されており、ガイドリング２３はほとんど抵抗を受けることなくガイド棒８１に沿って移動できる。

また、電磁石３Ａにも、錘部２Ａと同様のガイドアーム３４，３４とガイドリング３５，３５とが設けられている。さらに、打力部４Ａにも、錘部２Ａと同様のガイドアーム４３，４３とガイドリング４４，４４とが設けられている。

次に、実施例１の載荷装置１Ａを使った載荷方法、及びその作用について説明する。

まず、図３に示すように、ベースマシン９のリーダ９１を立てた状態で、杭５の周囲にまで移動させる。このように載荷装置１Ａをベースマシン９に装着することによって、載荷装置１Ａを任意の位置に容易に移動させることができる。

また、移動の際は、錘部２Ａの吊り金具２１には、電磁開閉爪１１２が引っ掛けられており、ウインチ１１１に吊られた状態となっている。一方、打力部４Ａは、ガイドリング４４，４４の下面がストッパ８１ａ，８１ａの上面に当接される位置まで下がっており、電磁石３Ａは、打力部４Ａ上に載置された状態となっている。

そして、杭５の周辺でベースマシン９を停止させた後に、スライダ９２を上方に移動させるなどして載荷装置１Ａが杭５の上方に配置されるように位置を調整する。

続いて、スライダ９２を下方に移動させて、打力部４Ａを杭頭５ａに載置させ、さらにスライダ９２を下方に移動させて打力部４Ａのガイドリング４４，４４とガイド棒８１，８１のストッパ８１ａ，８１ａとを離隔させる。

このガイドリング４４とストッパ８１ａとの距離は、載荷中に打力部４Ａに追従して下方に移動するガイドリング４４がストッパ８１ａに衝突することがない距離に設定する。

このように載荷装置１Ａを上下動可能なベースマシン９のスライダ９２に装着しておくことで、対象物となる杭５の高さに合わせた任意の高さに載荷装置１Ａを配置することが容易にできる。

そして、吊り部１１Ａのウインチ１１１を巻き上げることによって錘部２Ａを所定の高さまで持ち上げ、電磁開閉爪１１２を開いて錘部２Ａを自由落下させる。

この錘部２Ａは、ガイド部８に係留されたガイドリング２３，２３によってガイド棒８１，８１に沿って下降するため、確実に電磁石３Ａの上面に衝突させることができる。

また、錘部２Ａによって打撃された電磁石３Ａも、ガイド棒８１，８１に沿って押し下げられ、電磁石３Ａを介して錘部２Ａから外力が伝達される打力部４Ａも、ガイド棒８１，８１に沿って押し下げられて杭５に載荷をおこなう。

なお、実施例１（図２，３）では、前記実施の形態で説明した荷重計６及び変位計７の図示は省略しているが、杭５の載荷試験をおこなう場合は、前記実施の形態と同様に測定をおこなうことになる。

このように、錘部２Ａを電磁石３Ａに向けて誘導するガイド部８を設けることで、確実に錘部２Ａを電磁石３Ａの鉄芯３１に衝突させることができる。さらに、錘部２Ａと電磁石３Ａと打力部４Ａとがガイド部８に滑動可能に係留されていれば、正確な位置で互いを衝突させることができるうえに、ガイド部８との抵抗によるエネルギー損失が少ないため、錘部２Ａと電磁石３Ａとによって発生させた運動エネルギーを打力部４Ａに効率よく伝達させることができる。

また、ガイド部８に係留させることによって、載荷装置１Ａを移動させる際や載荷中に錘部２Ａと電磁石３Ａと打力部４Ａとがばらばらにならず、一つのまとまりのある装置として取り扱うことができるので、作業性に優れている。さらに、重量の大きな錘部２Ａが杭頭５ａから落下して、杭５やその周辺の資機材を損傷させることがない。

なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態と略同様であるので説明を省略する。

以下、前記した実施の形態とは別の形態としての実施例２について、図４−６を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態及び実施例１で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。

この実施例２では、２つの電磁石３０Ａ，３０Ｂを備えた載荷装置１０Ａについて説明する。

この載荷装置１０Ａは、図４に示すように、錘部２０Ａと、錘部２０Ａの下端に当接させる第１の電磁石３０Ａと、第１の電磁石３０Ａとは磁極が発生する向きが反対となる第２の電磁石３０Ｂとを主に備えている。

この錘部２０Ａは、反力を確保するための部材であるため、磁性体又は非磁性体のいずれの材料であっても利用することができる。

また、電磁石３０Ａ，３０Ｂは、芯部としての円柱状の鉄芯３１と、その鉄芯３１の周囲に巻き付けられるコイル３２とによって主に構成される。この鉄芯３１の径及び長さは、発生させる磁力に合わせて任意に設定することができる。さらに、鉄芯３１は、螺旋状のコイル３２の上下からそれぞれ突出可能な長さに成形される。

そして、上側に配置される電磁石３０Ａは、例えばコイル３２の上端から延びる電線３２ａを通電制御部３３Ａの正極３３１に接続し、コイル３２の下端から延びる電線３２ｂを通電制御部３３Ａの負極３３２に接続する。この接続状態で通電制御部３３Ａから電流を電磁石３０Ａに印加すると、上側の端面３ａがＳ極となり、下側の端面３ｂがＮ極となる。

これに対して下側に配置される電磁石３０Ｂは、コイル３２の上端から延びる電線３２ｂを通電制御部３３Ｂの負極３３２に接続し、コイル３２の下端から延びる電線３２ａを通電制御部３３Ｂの正極３３１に接続する。この接続状態で通電制御部３３Ｂから電流を電磁石３０Ｂに印加すると、上側の端面３ａがＮ極となり、下側の端面３ｂがＳ極となる。

このように、上側に配置する電磁石３０Ａと、下側に配置する電磁石３０Ｂとは、同じ磁極が対峙する向きで当接される。なお、電磁石３０Ａ，３０Ｂに発生させる磁極の向きは、上述した例とはそれぞれ逆向きであってもよい。

また、杭頭５ａには荷重計６を配置し、ケーブル６２を介してパソコン６１に接続する。また、杭５の外周面にはターゲット７３を貼り付け、変位計７で変位測定をおこなう。

さらに、錘部２０Ａと２つの電磁石３０Ａ，３０Ｂと荷重計６とは、離散防止手段としてのガイド管８０の内部に収容する。このガイド管８０は、杭頭５ａに載置可能な外径であって、内径は錘部２０Ａ、電磁石３０Ａ，３０Ｂ及び荷重計６の外径よりも僅かに大きく形成されている。

また、ガイド管８０の側面には、電線３２ａ，３２ｂ及びケーブル６２を引き出すための穴８０ａ，・・・が穿孔されている。そして、穴８０ａ，・・・から引き出された電線３２ａ，３２ｂ及びケーブル６２は、載荷による影響を受けることがない状態で通電制御部３３Ａ，３３Ｂ及びパソコン６１に接続される。

次に、実施例２の載荷装置１０Ａを使った杭５の載荷試験方法、及びその作用について説明する。

まず、図４に示すように、杭頭５ａに荷重計６、電磁石３０Ｂ、電磁石３０Ａ、錘部２０Ａを順に積み上げ、ガイド管８０を被せる。そして、電磁石３０Ａの電線３２ａ，３２ｂを穴８０ａから引き出して通電制御部３３Ａに繋ぐ。また、電磁石３０Ｂの電線３２ａ，３２ｂも穴８０ａから引き出して通電制御部３３Ｂに繋ぐ。

さらに、荷重計６のケーブル６２も穴８０ａから引き出してパソコン６１に繋ぐ。また、杭５の外周面にターゲット７３を取り付け、そのターゲット７３を視準可能な位置に変位計７を設置し、変位計７とパソコン７１とをケーブル７２で繋ぐ。

そして、通電制御部３３Ａ，３３Ｂを同期させて同時に電磁石３０Ａ，３０Ｂに電流を印加すると、電磁石３０Ａの下側の端面３ｂにＮ極が発生し、電磁石３０Ｂの上側の端面３ａにＮ極が発生することによって、電磁石３０Ａ，３０Ｂ間に反発力が生じる。

この反発力（負の吸引力）の概略の大きさは、電磁石３０Ａ，３０Ｂの吸引力の算出方法に基づいて算定することができる。この電磁石３０Ａ，３０Ｂの吸引力は、磁束密度の２乗及び吸引面の面積に比例する。

そこで、図５に電磁石３０Ａ，３０Ｂの磁束密度の分布を示した。この図５を見ると、磁束密度が中心部から外縁部に向けて大きくなることがわかる。ここで、曲線Ｍ１は、３０Ａ（アンペア）の電流を電磁石３０Ａ，３０Ｂに流したときの磁束密度の分布で、破線ＡＭ１はその平均値を示している。一方、曲線Ｍ２は、２００Ａ（アンペア）の電流を電磁石３０Ａ，３０Ｂに流したときの磁束密度の分布で、破線ＡＭ２はその平均値を示している。

この図５に示すように、電磁石３０Ａ，３０Ｂに印加する電流の大きさを調整することで、電磁石３０Ａ，３０Ｂ間の反発力の大きさを調整することができる。

また、図６には、通電制御部３３Ａ，３３Ｂによって供給される３種類の電流の波形を例示した。例えば、図６（ａ）に示す矩形状の波形の電流を断続的に電磁石３０Ａ，３０Ｂに流す場合は、一定時間だけ一定の大きさの反発力を杭５に作用させることができる。

また、図６（ｂ）に示すように放物線状の波形の電流を電磁石３０Ａ，３０Ｂに流す場合は、時間が経過するに従って徐々に増加し最大値を通過した後に徐々に減少する反発力を杭５に作用させることができる。

さらに、図６（ｃ）に示すように傾斜状の波形の電流を電磁石３０Ａ，３０Ｂに流す場合は、時間が経過するに従って増加する反発力を杭５に作用させることができる。

このように実施例２の載荷装置１０Ａは、柱状の鉄芯３１，３１同士を当接させた２つの電磁石３０Ａ，３０Ｂの対峙する端面３ｂ，３ａに、同じ磁極を発生させることで磁力による反発力（負の吸引力）を発生させ、その反力を杭５に作用させる。

このため、力の伝達が鉄芯３１，３１を介しておこなわれることになり、コイル３２，３２を破損させることなく大きな力を杭５に作用させることができる。すなわち、コイルのローレンツ力を利用する方法で載荷する場合は、コイルを介して力が伝達されることになるので、大きな力を杭５に作用させると、コイルが損傷するおそれがあるが、磁石の反発力を利用する実施例２の載荷装置１０Ａであれば、コイル３２，３２に大きな力が作用して破損することがない。

また、コイルのローレンツ力を利用する方法で載荷する場合は、二つのコイルによる磁場が打ち消しあうため、ローレンツ力自体が小さくなって大きな力を発生させることができないが、電磁石３０Ａ，３０Ｂの磁力の反発力であれば、印加する電流に基づいて効率よく発生させることができる。さらに、電磁石３０Ａ，３０Ｂであれば、印加する電流の大きさを変更するだけで、反発力の大きさを変更することができる。

また、通電制御部３３Ａ，３３Ｂによって印加する電流の波形を変えることで、載荷する荷重の強度や載荷時間などを調整することができる。このため、静的載荷試験や急速載荷試験などの様々な載荷パターンに応じた試験をおこなうことができる。

さらに、２つの電磁石３０Ａ，３０Ｂと錘部２０Ａとの離散を防止するガイド管８０を設けることによって、反発力によって持ち上げられた電磁石３０Ａと錘部２０Ａとが落下したときに杭頭５ａから脱落してばらばらに散乱する事態を防ぐことができる。

また、電磁石３０Ａ，３０Ｂ間の反発力によって載荷をおこなうのであれば、錘部２０Ａを吊り上げる吊り部１１を設ける必要がなく、簡素な構成にすることができる。

なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は他の実施例と略同様であるので説明を省略する。

以下、前記した実施の形態とは別の形態としての実施例３について、図７を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態及び他の実施例で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。

この実施例３では、前記実施の形態の載荷装置１の電磁石３を、別の形態の電磁石３００に変更した載荷装置１Ｂについて説明する。

この電磁石３００は、コ字形又はＵ字形などに成形された芯部としての鉄芯３０１と、その鉄芯３０１に巻き付けられるコイル３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃとを主に備えている。

この鉄芯３０１は、打力部４上に水平に延設される胴体部３０１ｃと、その両側から上方に向けて並行に突設される一対のアーム部３０１ａ，３０１ｂとを備えている。なお、このアーム部３０１ａ，３０１ｂと胴体部３０１ｃとは、略直交している。

また、アーム部３０１ａ，３０１ｂと胴体部３０１ｃには、それぞれコイル３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃが巻き付けられる。ここで、アーム部３０１ａに巻き付けられるコイル３０２ａは、上端を電源の負極に接続し、下端を正極に接続する。また、これとは反対にアーム部３０１ｂに巻き付けられるコイル３０２ｂは、上端を正極に接続し、下端を負極に接続する。このため、アーム部３０１ａの上端面はＮ極となり、アーム部３０１ｂの上端面はＳ極となる。

また、胴体部３０１ｃに巻き付けられたコイル３０２ｃによっても磁場が発生する。なお、鉄芯３０１ｃの下端面には、コイル３０２ｃを保護するために打力部４に向けた突起部３０３，３０３が設けられており、打力部４の上面とコイル３０２ｃとは接触しないようになっている。

このように、電磁石３００を胴体部３０１ｃとその両側のアーム部３０１ａ，３０１ｂとによってＵ字状やコ字状に成形することで、略直交する３方向の磁場が生成され、ループ状につながったこれらの磁場によって電磁石３００の吸引力及び吸着力が増大されることになる。

そして、錘部２を落下させると、一対のアーム部３０１ａ，３０１ｂの双方の上端面からの吸引力によって錘部２は加速されて、増加した速度でアーム部３０１ａ，３０１ｂに衝突して大きな力を打力部４に伝達させることができる。

なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は他の実施例と略同様であるので説明を省略する。

以下、前記した実施例２，３とは別の形態としての実施例４について、図８を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態及び他の実施例で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。

この実施例４では、実施例２の載荷装置１０Ａの電磁石３０Ａ，３０Ｂを、実施例３で説明した電磁石３００と同様の構成の電磁石３００Ａ，３００Ｂに変更した載荷装置１０Ｂについて説明する。

この電磁石３００Ａ，３００Ｂは、上側が第１の電磁石３００Ａとなり、下側が第２の電磁石３００Ｂとなる。そして、電磁石３００Ａの下向きのアーム３０１ａ，３０１ｂに対して、同じ磁極を発生させる電磁石３００Ｂの上向きのアーム部３０１ａ，３０１ｂがそれぞれ対峙される。

このように電磁石３００Ａ，３００Ｂを胴体部３０１ｃとその両側のアーム部３０１ａ，３０１ｂとによってＵ字状やコ字状に成形することで、打ち消されることのない磁場のループが形成され、電磁石３００Ａ，３００Ｂの反発力（負の吸引力）を増大させることができる。

なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は他の実施例と略同様であるので説明を省略する。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態及び実施例を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態及び実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、前記実施の形態及び実施例では、打設後の杭５に対して載荷装置１，１Ａ，１Ｂ，１０Ａ，１０Ｂを使って載荷試験をおこなう場合について説明したが、これに限定されるものではなく、軟弱地盤を対象物として地盤改良をおこなう場合や、杭５を対象物として杭打ちをおこなう場合などにも、本発明の載荷装置１，１Ａ，１Ｂ，１０Ａ，１０Ｂを利用することができる。

また、前記実施の形態及び実施例では、鉛直方向の載荷をおこなう場合について説明したが、これに限定されるものではなく、水平方向など他の方向の載荷にも利用することができる。例えば、前記実施の形態及び実施例１，３の載荷装置１，１Ａ，１Ｂを利用して、錘部２，２Ａをピストン移動させる機構を追加することによって、鉛直方向以外の載荷もおこなうことができるようになる。さらに、電磁石３０Ａ，３０Ｂ（３００Ａ，３００Ｂ）間の反発力を利用する実施例２（４）の載荷装置１０Ａ（１０Ｂ）であれば、そのまま横向きにして錘部２０Ａの移動を制限する構成を加えることによって、鉛直方向以外の載荷もおこなうことができるようになる。

また、前記実施の形態及び実施例１では、磁石部として電磁石３，３Ａを使用したが、これに限定されるものではなく、磁石部として永久磁石を使用することもできる。

さらに、前記実施の形態及び実施例１，３では、非磁性体の外殻４１で覆われた打力部４，４Ａについて説明したが、これに限定されるものではなく、板状の非磁性体を電磁石３（３Ａ）と打力部４（４Ａ）との間に介在させて磁力を減衰する構成であってもよい。

また、前記実施の形態及び実施例では、打力部４，４Ａ又は電磁石３０Ｂ，３００Ｂの力を杭頭５ａに直接、伝達させる構成としたが、これに限定されるものではなく、打力部４，４Ａ又は電磁石３０Ｂ，３００Ｂと杭頭５ａとの間にゴムやバネなどの緩衝材を介在させてもよい。

さらに、前記実施例２では、離散防止手段としてガイド管８０について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば実施例１で説明したガイド部８に類似する構成の離散防止手段やキャッチング装置に相当する構成の離散防止手段などであってもよい。

１，１Ａ 載荷装置
１１，１１Ａ 吊り部
２，２Ａ 錘部
３，３Ａ 電磁石（磁石部）
３ａ，３ｂ 端面（端部）
３１ 鉄芯（芯部）
３２ コイル
４，４Ａ 打力部
４１ 外殻（非磁性体）
８ ガイド部
１０Ａ 載荷装置
２０Ａ 錘部
３０Ａ （第１の）電磁石
３０Ｂ （第２の）電磁石
３３Ａ，３３Ｂ 通電制御部
８０ ガイド管（離散防止手段）
１Ｂ 載荷装置
３００ 電磁石（磁石部）
３０１ 鉄芯（芯部）
３０１ａ，３０１ｂ アーム部
３０１ｃ 胴体部
３０２ａ−３０２ｃ コイル
１０Ｂ 載荷装置
３００Ａ （第１の）電磁石
３００Ｂ （第２の）電磁石

Claims (10)

1. 磁石部と、前記磁石部の一方側の端部に衝突させる磁性体からなる錘部と、前記磁石部の他方側の端部に非磁性体を介して隣接される打力部とを備えたことを特徴とする載荷装置。
2. 前記錘部は、前記磁石部に向けて前記錘部を誘導するガイド部に装着されることを特徴とする請求項１に記載の載荷装置。
3. 前記錘部と前記磁石部と前記打力部とは、前記ガイド部に滑動可能に係留されることを特徴とする請求項２に記載の載荷装置。
4. 前記錘部と前記磁石部と前記打力部とが上から順に配列されるとともに、前記錘部を吊り上げる吊り部を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の載荷装置。
5. 前記磁石部は、柱状の芯部を有する電磁石であって、前記芯部の一端に前記錘部を衝突させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の載荷装置。
6. 前記磁石部は、胴体部の両側に一対のアーム部が並行に突設された芯部と前記胴体部及び前記アーム部のそれぞれに巻き付けられるコイルとを備えた電磁石であって、前記一対のアーム部の双方の端部に前記錘部を衝突させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の載荷装置。
7. 錘部と、前記錘部の一端に芯部の一方側の端部を当接させる第１の電磁石と、前記第１の電磁石に対して同じ磁極が対峙する向きで配置される第２の電磁石とを備えたことを特徴とする載荷装置。
8. 前記第１の電磁石と前記第２の電磁石は、胴体部の両側に一対のアーム部が並行に突設された芯部と、前記胴体部と前記アーム部のそれぞれに巻き付けられるコイルとを備えていることを特徴とする請求項７に記載の載荷装置。
9. 前記第１の電磁石と前記第２の電磁石とは、印加する電流の波形の制御が可能な通電制御部にそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の載荷装置。
10. ２つの前記電磁石と前記錘部との離散を防止する離散防止手段を備えたことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の載荷装置。

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