JP2015001402A

JP2015001402A - 硬度計

Info

Publication number: JP2015001402A
Application number: JP2013124736A
Authority: JP
Inventors: 正行大石; Masayuki Oishi
Original assignee: Daiki Rika Kogyo Co Ltd
Current assignee: Daiki Rika Kogyo Co Ltd
Priority date: 2013-06-13
Filing date: 2013-06-13
Publication date: 2015-01-05

Abstract

【課題】土壌の硬度を高精度で測定可能な硬度計を提供する。
【解決手段】硬度計２は、土壌に貫入されるコーン１０と、コーン１０の貫入操作を行うための操作具２０と、操作具２０及びコーン１０の間で機械的な力の伝達経路を形成する力伝達機構３０と、を備える。力伝達機構３０は、貫入操作の際コーン１０が受ける抵抗力に起因して縮むバネ３７と、バネ３７を収容するバネ収容機構３８とを有する。バネ収容機構３８は、第１バネ収容筒３８Ａと、第１バネ収容筒３８Ａとの係合によってバネ収容空間３８Ｘを形成する第２バネ収容筒３８Ｂと、力の伝達経路の方向におけるバネ収容空間３８Ｘの長さを調節可能な調節機構とを有する。調節機構は、例えば、第１バネ収容筒３８Ａに対して相対的に第２バネ収容筒３８Ｂを移動する相対的位置変更構造３８Ｍである。
【選択図】図６

Description

本発明は硬度計に関する。

コーンを土壌に貫入する操作（以下、貫入操作と称する）を通して、当該土壌の硬度を測定する硬度計が知られている。特許文献１に記載の硬度計は、土壌に貫入されるコーンと、貫入操作を行うためのハンドルと、コーンが受ける抵抗力に起因して縮むバネと、バネを収容するバネ収容具と、バネに取り付けられ、ペンを保持するペンアームと、を備える。

次に、特許文献１に記載の硬度計による土壌の硬度の測定方法を説明する。まず、土壌に対してコーンを貫入すると、貫入操作によって、バネが土壌の硬度に応じた分だけ縮む。そして、バネに取り付けられたペンによって、バネの縮み量の履歴が、記録紙に記録される。

特開２０１０−１４６８３号公報

ところが、硬度計に用いられるバネの長さ（バネ長）にばらつきがある。特に、短めのバネを用いた場合には、バネが縮むことなく、コーンが土壌に貫入されることとなるため、結果として、土壌の硬度の測定精度が低下してしまう。したがって、高い精度で土壌の硬度測定を行うためには、バネ長のばらつきを吸収しながら、バネを収容する必要がある。しかしながら、特許文献１に記載の硬度計においては、かかる課題に対する方策が講じられておらず、問題となっていた。

本発明は、斯かる実情に鑑み、土壌の硬度を高精度で測定する硬度計を提供しようとするものである。

本発明の硬度計は、土壌に貫入されるコーンと、前記コーンの貫入操作を行うための操作具と、前記操作具及び前記コーンの間で機械的な力の伝達経路を形成する力伝達機構と、を備え、前記力伝達機構は、前記貫入操作の際前記コーンが受ける抵抗力に起因して縮むバネと、前記バネを収容するバネ収容機構とを有し、前記バネ収容機構は、第１バネ容器と、前記第１バネ容器との係合によって前記バネの収容空間を形成する第２バネ容器と、前記力の伝達経路の方向における前記収容空間の長さを調節可能な調節機構とを有することを特徴とする。

前記調節機構は、前記第１バネ容器に対して相対的に前記第２バネ容器を移動する相対移動構造を有し、前記第２バネ容器は、前記相対移動構造によって、前記バネの長手方向における前記収容空間の長さが前記バネの自然長よりも大きい状態と、前記収容空間の長さが前記バネの自然長に等しい状態と、前記収容空間の長さが前記バネの自然長よりも小さい状態と、の間で、前記第１バネ容器に対して相対的に移動可能であることが好ましい。

前記バネ収容機構は、前記相対移動構造による前記第２バネ容器の移動を規制する相対移動規制具を有することが好ましい。

前記相対移動規制具は、前記第１バネ容器の外周に設けられた第１らせん部と、前記第２バネ容器の外周に設けられた第２らせん部と、前記第１らせん部及び前記第２らせん部に螺合可能な係止リングと、を備え、前記第１らせん部及び前記第２らせん部は、前記第１らせん部及び前記第２らせん部の両方に対して同時に係合する同時係合状態と、前記第１らせん部及び前記第２らせん部のいずれか一方に対して係合する一方係合状態と、の間で前記係止リングを移動自在にすることが好ましい。また、前記操作具は、前記力の伝達経路に対して平行に延びる平行握り部と、前記力の伝達経路に対して垂直に延びる垂直握り部と、前記平行握り部に対して前記垂直握り部を着脱自在に取り付ける握り着脱機構と、を有することが好ましい。前記力の伝達経路が水平方向を向いているか否かを計測する水平計測器を備えることが好ましい。さらに、前記力の伝達経路が鉛直方向を向いているか否かを計測する鉛直計測器を備えることが好ましい。

本発明の硬度計によれば、土壌の硬度を高精度で測定することができる。

螺合リングがロック状態である場合の硬度計の概要を表す正面図である。螺合リングがロック状態である場合の硬度計の概要を表す断面図である。硬度計の概要を表す分解断面図である。土壌への貫入操作を行った場合の硬度計の概要を表す断面図である。土壌への貫入操作における貫入負荷を取り除いた場合の硬度計の概要を表す断面図である。硬度計のバネ収容機構の概要を表す分解断面図である。螺合リングがロック解除状態である場合の硬度計のバネ収容機構の概要を表す正面図である。螺合リングがロック解除状態である場合の硬度計のバネ収容機構の概要を表す断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

図１に示すように、硬度計２は、土壌に貫入されるコーン１０と、コーン１０の貫入操作を行うための操作具２０と、操作具２０及びコーン１０の間で機械的な力の伝達経路を形成する力伝達機構３０と、力伝達機構３０に設けられ、土壌の硬度を算出するための目盛機構４０と、を備える。

力伝達機構３０は、軸方向Ｒｘへ延びるように棒状に形成され、先端側には、コーン１０が、基端側には操作具２０が、それぞれ着脱自在に取り付けられる。

コーン１０は、頂部１０Ｔが先端側を向く円錐状に形成される。土壌への貫入操作においては、コーン１０の頂部１０Ｔが土壌へ貫入される。

図２〜３に示すように、操作具２０は、棒状に形成された本体２１と、本体２１の両側に設けられた把持部２２，２３と、を有する。本体２１の中途部分は、力伝達機構３０に対して係合する部分である。把持部２２，２３は、両手で操作具２０を把持するためのものである。

力伝達機構３０は、操作具２０を保持する操作具保持機構３１と、軸方向Ｒｘに配されるとともに、先端でコーン１０を保持するロッド３２と、自身の内部空間にロッド３２を収容するとともに、軸方向Ｒｘにおいてロッド３２を移動自在にするロッド収容筒３３と、ロッド３２と操作具保持機構３１との間に位置するバネ３７と、バネ３７を収容するバネ収容空間３８Ｘが形成されたバネ収容機構３８と、を有する。

操作具保持機構３１は、円柱状に形成され、自身の側面には側面貫通孔３１Ｘが形成される。図２に示すように、操作具２０を側面貫通孔３１Ｘに挿入するとともに、ネジ（図示しない）を用いて操作具２０及び操作具保持機構３１を締結することにより、操作具保持機構３１は、操作具２０を保持することができる。すなわち、ネジによって、操作具２０は操作具保持機構３１に対して着脱自在に取り付けられる。

操作具保持機構３１によって保持された操作具２０は、力の伝達経路、すなわちロッド３２の軸方向Ｒｘと直交することが好ましい。係る場合の操作具２０が、力の伝達経路に対して垂直に延びる垂直握り部として機能する。

ロッド収容筒３３は、円筒状に形成されるものであり、その基端側の端面には、ロッドリング３３Ｒが嵌着される。ロッドリング３３Ｒは、ロッド３２の基端側に形成された係合頭部３２Ｋに対して係合する。ロッド３２は、係合頭部３２Ｋがロッドリング３３Ｒに係合する頭部係合位置（図２参照）と、係合頭部３２Ｋがロッドリング３３Ｒから離れた頭部離隔位置（図４参照）と、の間で、移動自在である。ロッド３２が頭部係合位置（図２参照）に位置する場合には、係合頭部３２Ｋとロッドリング３３Ｒとの係合によって、ロッド３２は、コーン１０側への移動が規制される。一方、ロッド３２が頭部離隔位置（図４参照）に位置する場合には、ロッド３２は、軸方向Ｒｘにおいて移動自在となる。

図４に示すように、バネ３７のうち一端部が係合頭部３２Ｋに嵌着される。一方、バネ３７の他端部は、バネ収容機構３８や操作具保持機構３１に固定されないものの、操作具保持機構３１の底面３１Ｔに当接可能である。したがって、ロッド３２が頭部離隔位置であるとともに、バネ３７の他端部が操作具保持機構３１の底面３１Ｔに当接した場合には、バネ３７は縮む。さらに、縮み状態のバネ３７は、縮み量に応じた復元力を、係合頭部３２Ｋ、すなわちロッド３２側へ付与する。

図３に示すように、ロッド３２は、バネ３７のうちロッド３２側の端部が固定されているバネ固定側ロッド３２Ｂと、コーン１０が固定されるコーン固定側ロッド３２Ｃと、バネ固定側ロッド３２Ｂ及びコーン固定側ロッド３２Ｃを締結する締結具３２Ｔとを有する。締結具３２Ｔにより、長さの異なるコーン固定側ロッド３２Ｃを、バネ固定側ロッド３２Ｂに取り付けることが可能となる。

図１に示すように、目盛機構４０は、バネ固定側ロッド３２Ｂが挿通する移動リング４１と、バネ固定側ロッド３２Ｂの周面に形成され、バネ３７の縮み量を算出するためのバネ側目盛４２と、を有する。

移動リング４１は、ロッド収容筒３３の先端面３３Ｍに係合する先端面係合状態（例えば、図１〜２参照）と、ロッド収容筒３３の先端面３３Ｍから離れた先端面離隔状態（図５参照）との間でバネ固定側ロッド３２Ｂ上をスライド移動自在である。

移動リング４１が先端面係合状態（図１〜２参照）であって、ロッド３２がロッド収容筒３３に潜り込むように移動すると、移動リング４１は、ロッド３２上を滑りながら、先端面係合状態を維持する（図４参照）。この場合、すなわち、移動リング４１が先端面係合状態（図４参照）である場合、ロッド３２がロッド収容筒３３から突出するように移動すると、移動リング４１はロッド３２とともに移動する（図５参照）。この結果、移動リング４１は、先端面離隔状態へ遷移する。

一方、先端面離隔状態（図５参照）の移動リング４１は、移動リング４１はロッド３２とともに移動する。さらに、先端面離隔状態（図５参照）の移動リング４１は、ロッド３２上を移動可能である。したがって、先端面離隔状態（図５参照）の移動リング４１を基端側へスライド移動させることによって、移動リング４１を先端面係合状態（図１〜２参照）にすることができる。

さらに、目盛機構４０は、コーン１０の先端からの距離を表すコーン側目盛４６を有していてもよい（図１参照）。コーン側目盛４６は、コーン固定側ロッド３２Ｃに形成され、例えば、コーン１０の先端から、１０ｃｍ間隔で設けられる。

次に、バネ収容機構３８の詳細について説明する。

図６に示すように、バネ収容機構３８は、操作具保持機構３１の底面３１Ｔから延設された第１バネ収容筒３８Ａと、ロッド収容筒３３の基端側から延設された第２バネ収容筒３８Ｂと、第１バネ収容筒３８Ａと第２バネ収容筒３８Ｂとの相対的位置を変更可能な相対的位置変更構造３８Ｍと、相対的位置変更構造３８Ｍによる第２バネ収容筒３８Ｂの移動を規制する相対移動規制機構３８Ｌと、を有する。

第１バネ収容筒３８Ａは、小径部３８ＡＳと、小径部３８ＡＳよりも外径が大きな大径部３８ＡＬと、を有する。小径部３８ＡＳは、第１バネ収容筒３８Ａのうち先端側の開口端から基端側にかけて形成される。大径部３８ＡＬは、小径部３８ＡＳよりも基端側に形成される。小径部３８ＡＳの内径と大径部３８ＡＬの内径とは等しい。また、小径部３８ＡＳの外径Ｒ_３８ＡＳは第２バネ収容筒３８Ｂの内径にほぼ等しく、大径部３８ＡＬの外径Ｒ_３８ＡＬは第２バネ収容筒３８Ｂの外径にほぼ等しい。なお、小径部３８ＡＳの内径と大径部３８ＡＬの内径との大小関係は、バネ３７の伸び縮みを規制するものでなければよい。

図６に示すように、相対的位置変更構造３８Ｍは、小径部３８ＡＳの外周面に形成された第１小径おねじ３８ＭＡと、第２バネ収容筒３８Ｂの内周面に形成された第２小径めねじ３８ＭＢと、を有する。

第１小径おねじ３８ＭＡは、第１バネ収容筒３８Ａ、すなわち小径部３８ＡＳの先端側の端面から基端側に向かって延びる。第２小径めねじ３８ＭＢは、第２バネ収容筒３８Ｂの基端側の端面から先端側に向かって延びる。第１小径おねじ３８ＭＡは、第２小径めねじ３８ＭＢに対して螺合可能である。

第１小径おねじ３８ＭＡと第２小径めねじ３８ＭＢとの螺合によって、第１バネ収容筒３８Ａの内部空間と第２バネ収容筒３８Ｂの内部空間が一体となる。この結果、ロッド収容筒３３と操作具保持機構３１との間には、バネ３７が収容されるバネ収容空間３８Ｘ（図２参照）が形成される。さらに、第１小径おねじ３８ＭＡと第２小径めねじ３８ＭＢとの螺合によって、第２バネ収容筒３８Ｂは、第１バネ収容筒３８Ａの第１小径おねじ３８ＭＡに沿って、らせん移動可能となる。このため、ロッド３２の軸方向Ｒｘにおけるバネ収容空間３８Ｘの長さＬ_３８Ｘ（図２参照）は、第１バネ収容筒３８Ａに対する第２バネ収容筒３８Ｂの移動によって、調節可能となる。

図６〜７に示すように、相対移動規制機構３８Ｌは、大径部３８ＡＬ、すなわち、第１バネ収容筒３８Ａの外周に設けられる第１大径おねじ７１と、第２バネ収容筒３８Ｂの外周面に設けられた第２大径おねじ７２と、螺合リング７３と、を有する。螺合リング７３の内周面には、第１大径おねじ７２及び第１大径おねじ７２と螺合可能なめねじが形成される。

螺合リング７３は、第１大径おねじ７１と螺合可能であるため、大径部３８ＡＬに沿って、らせん移動自在である（例えば、図１、７参照）。このため、螺合リング７３は、大径部３８ＡＬのみに係合した状態（図７、８参照。以下、ロック解除状態と称する。）と、大径部３８ＡＬに係合するとともに、第２大径おねじ７２に係合した状態（図１，２参照。以下、ロック状態と称する。）と、の間で遷移自在である。そして、螺合リング７３がロック解除状態の場合（図７、８参照）には、第１バネ収容筒３８Ａに対する第２バネ収容筒３８Ｂの相対的移動が可能となり、螺合リング７３がロック状態の場合（図２参照）には、第１バネ収容筒３８Ａに対する第２バネ収容筒３８Ｂの相対的移動が規制される。

なお、方向Ｒｘにおける螺合リング７３の長さ）は、第１バネ収容筒３８Ａと第２バネ収容筒３８Ｂとが係合した状態である場合に、ロック状態（図２参照）を取り得るものであればよく、例えば、方向Ｒｘにおける小径部３８ＡＳの長さよりも長いことが好ましい。

次に、硬度計２の使用方法について説明する。

まず、図２に示すように、ロッド３２を頭部係合位置にするとともに、移動リング４１を先端面係合状態にすることで、硬度計２は、測定準備段階となる。測定準備段階では、バネ側目盛４２の「０」に対して、移動リング４１が位置合わせされていることが好ましい。

その後、図４に示すように、土壌Ｄに対して貫入操作を行うと、ロッド収容筒３３に潜り込むようにロッド３２が移動するとともに、移動リング４１は、先端面係合状態を維持しながら、ロッド３２上を滑る。

貫入操作における貫入負荷を取り除くと、図５に示すように、バネ３７の復元力によって、ロッド３２が頭部係合位置に向かって移動する。さらに、移動リング４１は、ロッド３２上に固定されたまま、ロッド３２とともに移動する。この結果、移動リング４１は、先端面退避状態となる。

そして、先端面係合状態（図１，２参照）の移動リング４１の位置ＰＡから、先端面離隔状態（図５参照）の移動リング４１の位置ＰＢまでの変化量ΔＰは、貫入操作によるバネ３７の縮み量に相当するため、変化量ΔＰと既知のバネ係数ｋとに基づいて、土壌の硬度を測定することができる。

次に、バネ３７の装着方法について説明する。

まず、ロック状態（図２参照）の螺合リング７３をらせん移動させて、ロック解除状態（図７、８参照）にする。次に、図６に示すように、第２バネ収容筒３８Ｂのらせん移動によって、第２バネ収容筒３８Ｂを第１バネ収容筒３８Ａから取り外す。その後、バネ３７の一端部を、係合頭部３２Ｋに嵌着する。そして、第２バネ収容筒３８Ｂのらせん移動によって、第２バネ収容筒３８Ｂを第１バネ収容筒３８Ａに装着する。

第２バネ収容筒３８Ｂを第１バネ収容筒３８Ａに装着した状態（例えば、図２参照）において、バネ収容空間３８Ｘの長さＬ_３８Ｘがバネ３７の長さと等しい状態、または、バネ収容空間３８Ｘの長さＬ_３８Ｘがバネ３７の長さよりも長い状態（以下、この２つの状態をまとめて第１状態と称する）においては、ロッド収容筒３３に潜り込むようにしてロッド３２が移動すると、バネ３７の復元力がロッド３２にかかる。このため、嵌入操作におけるロッド３２の移動量が、バネ３７の縮み量に正しく反映される。

一方、第１バネ収容筒３８Ａを第２バネ収容筒３８Ｂに装着した状態（例えば、図２参照）において、バネ収容空間３８Ｘの長さＬ_３８Ｘが、バネ３７の長さよりも短い場合には、バネ収容空間３８Ｘの長さＬ_３８Ｘの調節により、前述の第１状態を作り出す必要がある。

硬度計２におけるバネ収容機構３８は、長さＬ_３８Ｘが変更可能であるため、容易に第１状態を作り出すことが可能となる。

さらに、硬度計２におけるバネ収容機構３８は、相対移動規制機構３８Ｌを有するため、螺合リング７３のらせん移動によって、ロック解除状態の場合（図７参照）とロック状態の場合（図２参照）との切り替えが可能となる。このため、ロック解除状態の場合（図７、８参照）においては、前述の第１状態を作り出すとともに、前述の第１状態を作り出した後には、ロック解除状態の場合（図７、８参照）からロック状態の場合（図２参照）へ切り替えることにより、前述の第１状態を維持することができる。

なお、硬度計２は、さらに、水準器を有していてもよい。このような水準器としては、図１に示すように、例えば、操作具保持機構３１の天面に設けられた第１水準器８１や操作具保持機構３１の周面に設けられた第２水準器８２などがある。第１水準器８１は、ロッド３２の軸方向Ｒｘが鉛直方向を向いているか否かを検出する。第２水準器８２は、ロッド３２の軸方向Ｒｘが水平であるか否かを検出する。

また、被測定対象となる土壌の周囲の状況によっては、操作具２０が邪魔になる場合がある。係る場合には、操作具保持機構３１の側面貫通孔３１Ｘから操作具２０を抜き取ればよい。かかる場合には、筒状のバネ収容機構３８の周面が、力の伝達経路に対して（ほぼ）平行に延びる平行握り部として機能する。このバネ収容機構３８の周面を握ることにより、土壌の貫入操作を行うこともできる。

尚、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１０コーン
２０操作具
３０力伝達機構
３１操作具保持機構
３１Ｔ底面
３１Ｘ側面貫通孔
３２ロッド
３２Ｂバネ固定側ロッド
３２Ｃコーン固定側ロッド
３２Ｋ係合頭部
３２Ｔ締結具
３３ロッド収容筒
３３Ｍ先端面
３３Ｒロッドリング
３７バネ
３８バネ収容機構
３８Ａバネ収容筒
３８ＡＬ大径部
３８ＡＳ小径部
３８Ｂバネ収容筒
３８Ｌ相対移動規制機構
３８Ｍ相対的位置変更構造
３８Ｘバネ収容空間
４０目盛機構
４１移動リング
４２バネ側目盛
４６コーン側目盛
７３螺合リング
８１水準器
８２水準器

Claims

土壌に貫入されるコーンと、
前記コーンの貫入操作を行うための操作具と、
前記操作具及び前記コーンの間で機械的な力の伝達経路を形成する力伝達機構と、を備え、
前記力伝達機構は、
前記貫入操作の際前記コーンが受ける抵抗力に起因して縮むバネと、
前記バネを収容するバネ収容機構とを有し、
前記バネ収容機構は、
第１バネ容器と、
前記第１バネ容器との係合によって前記バネの収容空間を形成する第２バネ容器と、
前記力の伝達経路の方向における前記収容空間の長さを調節可能な調節機構とを有することを特徴とする硬度計。
前記調節機構は、
前記第１バネ容器に対して相対的に前記第２バネ容器を移動する相対移動構造を有し、前記第２バネ容器は、前記相対移動構造によって、前記バネの長手方向における前記収容空間の長さが前記バネの自然長よりも大きい状態と、前記収容空間の長さが前記バネの自然長に等しい状態と、前記収容空間の長さが前記バネの自然長よりも小さい状態と、の間で、前記第１バネ容器に対して相対的に移動可能であることを特徴とする請求項１記載の硬度計。
前記バネ収容機構は、
前記相対移動構造による前記第２バネ容器の移動を規制する相対移動規制具を有することを特徴とする請求項１または２記載の硬度計。
前記相対移動規制具は、
前記第１バネ容器の外周に設けられた第１らせん部と、
前記第２バネ容器の外周に設けられた第２らせん部と、
前記第１らせん部及び前記第２らせん部に螺合可能な係止リングと、を備え、
前記第１らせん部及び前記第２らせん部は、前記第１らせん部及び前記第２らせん部の両方に対して同時に係合する同時係合状態と、前記第１らせん部及び前記第２らせん部のいずれか一方に対して係合する一方係合状態と、の間で前記係止リングを移動自在にする
ことを特徴とする請求項３記載の硬度計。
前記操作具は、
前記力の伝達経路に対して平行に延びる平行握り部と、
前記力の伝達経路に対して垂直に延びる垂直握り部と、
前記平行握り部に対して前記垂直握り部を着脱自在に取り付ける握り着脱機構と、を有することを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか１項記載の硬度計。
前記力の伝達経路が水平方向を向いているか否かを計測する水平計測器を備える
ことを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか１項記載の硬度計。
前記力の伝達経路が鉛直方向を向いているか否かを計測する鉛直計測器を備える
ことを特徴とする請求項６記載の硬度計。