JP2015068691A - 路面検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】道路の車線中央部のみならず、轍の跡等の車線中央から外れた位置での路面測定を支障なく実行可能な路面検査装置を提供する。【解決手段】車両の床部に設けられた測定孔と、測定孔を貫通して路面に衝撃荷重を与える衝撃荷重付与機構４０と、衝撃荷重を測定するロードセル５０と、衝撃荷重による路面のたわみを検出するたわみ測定センサ５１と、衝撃荷重付与機構４０を床部の幅方向に移動させる幅方向駆動機構とを備える。幅方向駆動機構により車両床部における衝撃荷重付与機構４０の幅方向位置を変更できる。【選択図】図１

Description

本発明は、道路の舗装路面などの健全度や耐久性の評価を行うための路面検査装置に関する。

アスファルトやコンクリートの舗装路面は、ひび割れが進んで次第に劣化する。このようなひび割れによる劣化の進行状況を調べ、構造の健全性を評価するため、路面に衝撃荷重を与えた時の路面のたわみを測定することが行われている。

路面たわみ測定試験方法（装置）として一般的に普及しているのがＦＷＤ（Falling Weight Deflectometer）法である。図８にＦＷＤの基本原理を示す。同方法では、載荷板１を路面に接地し重錘２をある高さから載荷板１上に落下させて衝撃荷重を発生させる。この時の発生する力の最大値のＦmax は次式で表される。
Ｆmax ＝（２・Ｍ・ｇ・Ｈ・Ｒ）^1/2
Ｍ：重錘の質量（kg）
Ｒ：載荷板上のバネ５のバネ定数（Ｎ／ｍ）
Ｈ：落下高さ（ｍ）
ｇ：重力加速度（ｍ／ｓ² ）

この路面に与えられた衝撃荷重を受けて、路面が瞬間的にたわむ。このときの衝撃荷重をロードセル３で測定すると同時に、たわみを複数（７から１０個程度）のたわみ測定センサ４で測定する。このたわみ測定センサ４としては、例えばリニアゲージセンサを使用できる。この場合、リニアゲージセンサのスピンドル先端の測定子を直接路面に接触させておき、衝撃荷重により路面がたわむと、スピンドルも上下に動き、その動いた量に応じた量子化されたパルスが出力される。このパルス量をカウントすることによりたわみ量が検出できる。

ところで、従来の路面検査装置は車両の幅方向中央に固定的に配置されているため、道路の車線の中央部分を測定する場合には問題ないが、車輪の轍の跡を測定する場合には、車両の幅方向中央にある路面検査装置を轍跡に対向させるために車両を２車線にまたがって配置することが必要になることがある。このため交通の妨げとなる事態が発生する。

ＦＷＤ法を用いた路面検査装置の公知文献としては下記特許文献１がある。

特開２０００−２９２３３０号公報 この特許文献１も車輪の轍の跡を測定する場合には、車両の幅方向中央にある路面検査装置を轍跡に対向させるために車両を２車線にまたがって配置、もしくは移動する必要がでてくるものと認められる。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、道路の車線中央部のみならず、轍の跡等の車線中央から外れた位置での路面測定を支障なく（交通障害を発生させずに）実行可能な路面検査装置を提供することにある。

本発明のある態様は路面検査装置である。この路面検査装置は、車両の床部に設けられた測定孔と、前記測定孔を貫通して路面に衝撃荷重を与える衝撃荷重付与機構と、前記衝撃荷重を測定するロードセルと、前記衝撃荷重による路面のたわみを検出するたわみ測定センサと、前記衝撃荷重付与機構を前記床部の幅方向に移動させる幅方向駆動機構とを備えることを特徴とする。

前記態様において、前記衝撃荷重付与機構は、前記幅方向駆動機構によって前記床部の幅方向に駆動されるベースと、前記ベースに対して昇降用シリンダで昇降自在な衝撃受け部材と、前記衝撃受け部材に対して電磁石昇降シリンダで昇降駆動される電磁石と、前記衝撃受け部材と前記電磁石間に配置され、前記電磁石で吸着可能な重錘と、前記衝撃受け部材に下方に向けて取り付けられるガイド体と、前記衝撃受け部材の下方に前記ロードセルを介して連結され、かつ前記ガイド体で案内される衝撃印加部材と、前記衝撃印加部材の下部に設けられていて路面に当接する載荷板とを有し、前記重錘の落下による衝撃荷重を前記衝撃受け部材、前記衝撃印加部材及び前記載荷板を介して路面に与える構成であるとよい。

前記態様において、前記衝撃印加部材の下端にジョイントを介して前記載荷板が連結されているとよい。

前記態様において、前記載荷板の路面に対向する面は弾性を有するとよい。

前記態様において、前記載荷板に前記たわみ測定センサが設けられているとよい。

前記態様において、前記ベースは前記床部に固定されたレール上を摺動自在であり、前記幅方向駆動機構は前記ベースを幅方向に駆動するスライド用シリンダを有するとよい。

前記態様において、前記測定孔は、その長手方向が幅方向となるように形成され、前記測定孔の開口部分を塞ぐシャッタが前記床部に移動自在に設けられているとよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、衝撃荷重付与機構を車両の床部の幅方向に移動させることが可能で、道路の車線中央部のみならず、轍の跡等の車線中央から外れた位置での路面測定を交通障害等を引き起こすことなく円滑に行うことができる。

本発明に係る路面検査装置の実施の形態であって、（Ａ）は路面検査装置の不使用状態（車両走行状態）の正面図、（Ｂ）は路面検査装置の使用状態で、ガイド軸を示す正断面図、（Ｃ）は路面検査装置の使用状態で、電磁石昇降シリンダを示す正断面図。 同平面図。 路面検査装置の不使用状態（車両走行状態）において支持構造体で衝撃受け部材を支えた状態を示す要部正面図。 衝撃荷重付与機構の下部に設けられる載荷板及びこれに付随する機構であって、（Ａ）は正断面図、（Ｂ）は平面図。 載荷板であって、（Ａ）は正断面図、（Ｂ）は平面図。 車両の床部への路面検査装置の配置を示す平面図。 車両の床部に設けられた測定孔を閉じるためのシャッタ機構であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図。 路面検査装置の各油圧シリンダを作動させる油圧回路を示す油圧回路図。 ＦＷＤの基本原理を示す説明図。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１乃至図７において、路面検査装置２０は、図５の車両１０の床部の後部（後部タイヤ１２を取り付ける車軸の後方、換言すればデファレンシャルギヤよりも後側）に配置されており、床部に設けられた測定孔３０と、測定孔３０を貫通して路面に衝撃荷重を与える衝撃荷重付与機構４０と、前記衝撃荷重を測定するロードセル５０と、前記衝撃荷重による路面のたわみを検出するたわみ測定センサ５１と、衝撃荷重付与機構４０を前記床部の幅方向に移動させる幅方向駆動機構７０とを備えている。

衝撃荷重付与機構４０は、幅方向駆動機構７０によって床部の幅方向に駆動されるベース４１を有する。幅方向駆動機構７０は、車両１０の床部上に重ねて固定される取付板７１と、取付板７１上に車両幅方向に向けて固定されるレール７２と、レール７２によって幅方向に摺動自在に支持されたベース４１を駆動するスライド駆動用油圧シリンダ７３とを有する。スライド駆動用油圧シリンダ７３の一端（ピストンロッド先端）が取付板７１に、他端部（本体）がベース４１に連結（固定）されている。測定孔３０は車両の床部及びこれに重なった取付板７１に形成された抜き穴であって、測定孔３０の長手方向が幅方向となる略長方形である。

また、衝撃荷重付与機構４０は、ベース４１に対して昇降用油圧シリンダ４２で昇降自在な衝撃受け部材４３と、衝撃受け部材４３に対して電磁石昇降油圧シリンダ４４で昇降駆動される電磁石保持部材４５と、電磁石保持部材４５の下面に固定される電磁石４６と、衝撃受け部材４３と電磁石４６間に配置され、電磁石４６で吸着可能な磁性体の重錘４７（例えば鉄板の積層体）とを有する。重錘４７の落下を受ける衝撃受け部材４３の上面にはゴム等の弾性体４８が固着されている。ベース４１に対して２本垂直に設けられた昇降用油圧シリンダ４２の本体は、衝撃受け部材４３に固定され、昇降用油圧シリンダ４２のピストンロッド４２ａ下端がベース４１に連結固定されている。これにより衝撃受け部材４３はベース４１に対して昇降可能である。衝撃受け部材４３の上面に対して垂直に複数のガイド軸５５が立設固定され、ガイド軸５５で電磁石保持部材４５が昇降自在にガイドされる。電磁石昇降油圧シリンダ４４の本体は電磁石保持部材４５に固定され、電磁石昇降油圧シリンダ４４のピストンロッド下端が衝撃受け部材４３に連結されている。これにより、電磁石保持部材４５は衝撃受け部材４３に対して昇降可能である。

さらに、衝撃荷重付与機構４０は、衝撃受け部材４３に下方に向けて取り付け、固定されるガイド筒体４９と、衝撃受け部材４３の下方にロードセル５０を介して連結され、かつガイド筒体４９で案内される衝撃印加部材５２とを有している。ロードセル５０は例えば円盤形状で、外周側が衝撃受け部材４３に固定され、内周側が衝撃印加部材５２に連結（螺着）されている。衝撃印加部材５２は円柱軸又はパイプであり、ガイド筒体４９に対して摺動自在である。

衝撃印加部材５２の下端には、下面に載荷板８１を有する載荷板ユニット８０が連結されている。図３（Ａ）,（Ｂ）及び図４（Ａ）,（Ｂ）に示すように、載荷板ユニット８０は、載荷板８１の他に、レベリングフィット８２、カバー８３、フランジ部品８４、上側取付部材８７等を有する。

載荷板８１は金属板（例えば鉄板）８１ａの下面にゴム等の弾性板８１ｂを重ね合わせたものであり、金属板８１ａの上面にカバー８３が外周部で固定されている。カバー８３は外形が扁平円筒形であって、下面が開口している。カバー８３の中央円柱部８３ａは金属板８１ａに当接しており、金属板８１ａ及び弾性板８１ｂ中心の穴部８１ｃにたわみ測定センサ５１が配置される。載荷板８１が路面に接している測定時には、たわみ測定センサ５１の測定子は路面に接する配置である。

カバー８３の上面にはフランジ部品８４が固着されている。カバー８３の内側にはお椀を伏せた形のレベリングフィット８２が、載荷板８１を押さえるように例えば９０度間隔で４箇所配置され、各レベリングフィット８２は球面ジョイント８５を介してフランジ部品８４に取り付けられている。レベリングフィット８２は路面の凹凸を吸収して載荷板８１が広範囲で路面に接することを可能にするものである。フランジ部品８４の上側中央部は球面ジョイント８６を介して上側取付部材８７に連結され、上側取付部材８７が衝撃印加部材５２の下端に連結固定されている。球面ジョイント８６は路面の傾斜に対応して載荷板８１が傾斜できるようにしている。カバー８３と上側取付部材８７との間は蛇腹８８で覆われている。

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、路面検査装置２０の不使用状態（車両走行状態）において、衝撃受け部材４３を確実に上昇位置に保持しておくために、支持構造体７５がレール７２の外側でかつベース４１の移動を妨げない位置で取付板７１に固定されている。支持構造体７５は門型フレーム７６の上面にゴム等の弾性体７７を緩衝材として固着したもので、路面検査装置２０の不使用にはこの上に衝撃受け部材４３の延長部４３ａが載置されるようになっている。つまり、支持構造体７５から衝撃受け部材４３の延長部４３ａが離れた位置において、昇降用油圧シリンダ４２で延長部４３ａを弾性体７７の上面よりも高く持ち上げた状態としてから、スライド駆動用油圧シリンダ７３でベース４１を移動して延長部４３ａを支持構造体７５上に移動させる。その後、昇降用油圧シリンダ４２を縮動させることで延長部４３ａが支持構造体７５上に載置され、下降しないように保持されることになる。

図６（Ａ）,（Ｂ）に示すシャッタ機構９０は、衝撃印加部材５２を案内するガイド筒体４９が貫通している位置以外の測定孔３０をシャッタ９１で塞ぐものであり、ガイド筒体４９の貫通部分を挟んで左右両側に配置されている。シャッタ９１は平行リンク９２で取付板７１に連結され、平行リンク９２は伸長ばね９３でシャッタ９１が測定孔３０を閉じる方向に付勢されている。取付板７１にはシャッタ９１の閉鎖位置及び開放位置をそれぞれ規定するストッパ９４，９５が固定されている。また、シャッタ９１上にはガイド筒体４９の貫通部分に接してシャッタ９１の移動を円滑化するための当接部材９６が複数箇所に固定されている。

図７は昇降用油圧シリンダ４２、電磁石昇降油圧シリンダ４４及びスライド駆動用油圧シリンダ７３を作動させるための油圧回路であり、モータＭでポンプＰ１を回転駆動する１個のパワーユニット１００で各油圧シリンダ４２，４４，７３を駆動する構成である。パワーユニット１００はさらに手動ポンプＰ２を備える。モータＭは例えば単相ＡＣ１００Ｖ入力をインバータ１１０で３相交流に変換して駆動制御する。

昇降用油圧シリンダ４２は単動油圧シリンダであって、電磁弁Ｖ１，Ｖ２で制御される。パワーユニット１００駆動中でかつ電磁弁Ｖ１の開状態で昇降用油圧シリンダ４２を伸長させ、延長部４３ａが一体に形成された衝撃受け部材４３を上昇させることができる。逆に。電磁弁Ｖ２の開状態では昇降用油圧シリンダ４２は縮動し、衝撃受け部材４３を下降させることができる。図１（Ａ）の衝撃受け部材４３の上昇位置では載荷板８１は引き上げられた状態であり、車両１０は走行することが可能である。この際、図２Ａ及び図２Ｂで説明したように、支持構造体７５から衝撃受け部材４３の延長部４３ａが離れた位置において、昇降用油圧シリンダ４２で延長部４３ａを弾性体７７の上面よりも高く持ち上げた状態としてから、延長部４３ａをスライド駆動用油圧シリンダ７３で支持構造体７５上に移動させ、その後、昇降用油圧シリンダ４２を縮動させることで延長部４３ａを支持構造体７５上に載置、保持する。

一方、衝撃受け部材４３の延長部４３ａを昇降用油圧シリンダ４２の伸長動作で支持構造体７５から浮かして左右方向に移動させてから、電磁弁Ｖ２を開状態とすることで昇降用油圧シリンダ４２は縮動し、衝撃受け部材４３は図１（Ｂ）,（Ｃ）のように下降位置となり、載荷板８１を路面に接触させることが可能、つまり測定可能な状態にできる。

電磁石昇降油圧シリンダ４４も単動油圧シリンダであって、電磁弁Ｖ３，Ｖ４で制御される。パワーユニット１００駆動中でかつ電磁弁Ｖ３の開状態で電磁石昇降油圧シリンダ４４を伸長させ、電磁石保持部材４５を図１（Ｂ）,（Ｃ）の仮想線位置にまで上昇させることができる。一方、電磁弁Ｖ４の開状態では電磁石昇降油圧シリンダ４４は縮動し、電磁石保持部材４５は図１（Ｂ）,（Ｃ）の実線に示す下降位置となり、電磁石４６が重錘４７に接する（又は近接する）。なお、手動ポンプＰ２と手動開閉弁Ｖｍ３，Ｖｍ４を用いても電磁弁Ｖ３，Ｖ４と同様の動作を行わせることができる。何らかの理由でモータＭを作動させることができない場合に有効である。図１（Ｂ）,（Ｃ）の実線位置で電磁石４６に通電して重錘４７を吸着した状態で電磁石保持部材４５を電磁石昇降油圧シリンダ４４で上昇させることで重錘４７を図１（Ｂ）,（Ｃ）の仮想線位置にまで持ち上げることができる。そして、電磁石４６の通電をオフにすることで、重錘４７を自然落下させることができる。

スライド駆動用油圧シリンダ７３は複動油圧シリンダであって、電磁弁Ｖ５で制御される。パワーユニット１００駆動中でかつ電磁弁Ｖ５の第１状態でスライド駆動用油圧シリンダ７３を伸長させ、レール７２上を動くベース４１を右側に寄せることができる。逆にパワーユニット１００駆動中でかつ電磁弁Ｖ５の第２状態でスライド駆動用油圧シリンダ７３を縮動させ、ベース４１を左側に寄せることができる。また、スライド駆動用油圧シリンダ７３のピストンロッドの伸びを中間点で停止することで、車両１０の幅方向中間点でベース４１を停止させることができる。

以上の実施の形態の構成において、まず車両１０を停車し、スライド駆動用油圧シリンダ７３でベース４１を摺動させ、測定すべき路面位置に載荷板８１を対向させてベース４１を停止する。このとき、図１（Ａ）のように載荷板８１は引き上げ状態となっているが、衝撃受け部材４３の延長部４３ａを図２Ｂの支持構造体７５から浮かして左右方向の移動を可能とするために、事前に昇降用油圧シリンダ４２を一旦伸長させる。

次に、図１（Ｂ）のように昇降用油圧シリンダ４２を縮動させて衝撃受け部材４３を降下させ、所望の路面上に載荷板８１を着地させる。その後図１（Ｃ）の電磁石昇降油圧シリンダ４４を電磁石４６の通電状態で伸長させ、同図仮想線のように重錘４７を持ち上げる。

その後、電磁石４６の通電を停止することで、重錘４７を自重で衝撃受け部材４３向けて落下させる。重錘４７は衝撃受け部材４３上の弾性体４８にて受け止められるが、このときの衝撃が衝撃受け部材４３、ロードセル５０、衝撃印加部材５２を介して載荷板８１を有する載荷板ユニット８０に伝達され、載荷板ユニット８０内の球面ジョイント８６、フランジ部品８４、球面ジョイント８５、レベリングフィット８２を介して載荷板８１に伝達され、当接する路面に衝撃荷重が付与される。このときの衝撃荷重をロードセル５０で測定すると同時に、当該衝撃荷重による路面のたわみを載荷板８１の中央位置のたわみ測定センサ５１及び図示しないその他のたわみ測定センサ（所定間隔で配置される）で測定する。測定方法自体は図８のＦＷＤの基本原理と同じである。

本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

(1) 路面検査装置２０は、車両１０に設けた測定孔３０を車両幅方向に細長く形成するとともに、車両１０の幅方向に摺動自在なベース４１に衝撃荷重付与機構４０を搭載した構成とすることで、幅方向駆動機構７０のスライド駆動用油圧シリンダ７３でベース４１を含む衝撃荷重付与機構４０を車両床部の左右方向に移動させることが可能である。このため、２車線にまたがって車両１０を配置することなく、道路の車線中央部のみならず轍の跡等の車線中央から外れた位置でのＦＷＤ法による路面測定が可能となり、路面の測定を交通障害等を引き起こすことなく円滑に行うことができる。

(2) 電磁石昇降シリンダ４４で重錘４７を吸着した電磁石４６を持ち上げ、上昇位置で電磁石４６の通電を遮断して重錘４７を落下させて衝撃を発生する構成であり、重錘４７を解放して落下させる機構が簡単であり、動作の信頼性が高い。

(3) 衝撃荷重付与機構４０の下端に位置する載荷板８１は、レベリングフィット及び球面ジョイント８５，８６を介して衝撃印加部材５２の下端に連結固定されているから、路面の凹凸や傾斜を吸収して載荷板８１が路面に充分広い面積で接触でき、ＦＷＤ法による路面測定を良好に行うことができる。

(4) シャッタ機構９０を車両１０の床部上に設けており、衝撃印加部材５２が貫通している位置以外の測定孔３０をシャッタ９１で塞ぐことが可能である。安全性の向上及び塵埃等の車両内への侵入防止を図ることができる。

(5) 路面検査装置２０の不使用状態（車両走行状態）では衝撃受け部材４３の延長部４３ａを支持構造体７５で下から支えるので、走行時の衝撃受け部材４３の下降を確実に阻止することができる。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。

１，８１ 載荷板
２，４７ 重錘
３，５０ ロードセル
４，５１ たわみ測定センサ
１０ 車両
２０ 路面検査装置
３０ 測定孔
４０ 衝撃荷重付与機構
４１ ベース
４２ 昇降用油圧シリンダ
４３ 衝撃受け部材
４４ 電磁石昇降油圧シリンダ
４６ 電磁石
４９ ガイド筒体
７０ 幅方向駆動機構
７３ スライド駆動用油圧シリンダ
７５ 支持構造体
８０ 載荷板ユニット
８２ レベリングフィット
８５，８６ 球面ジョイント
９０ シャッタ機構
９１ シャッタ

Claims (7)

1. 車両の床部に設けられた測定孔と、
   前記測定孔を貫通して路面に衝撃荷重を与える衝撃荷重付与機構と、
   前記衝撃荷重を測定するロードセルと、
   前記衝撃荷重による路面のたわみを検出するたわみ測定センサと、
   前記衝撃荷重付与機構を前記床部の幅方向に移動させる幅方向駆動機構とを備えることを特徴とする路面検査装置。
2. 前記衝撃荷重付与機構は、前記幅方向駆動機構によって前記床部の幅方向に駆動されるベースと、
   前記ベースに対して昇降用シリンダで昇降自在な衝撃受け部材と、
   前記衝撃受け部材に対して電磁石昇降シリンダで昇降駆動される電磁石と、
   前記衝撃受け部材と前記電磁石間に配置され、前記電磁石で吸着可能な重錘と、
   前記衝撃受け部材に下方に向けて取り付けられるガイド体と、
   前記衝撃受け部材の下方に前記ロードセルを介して連結され、かつ前記ガイド体で案内される衝撃印加部材と、
   前記衝撃印加部材の下部に設けられていて路面に当接する載荷板とを有し、
   前記重錘の落下による衝撃荷重を前記衝撃受け部材、前記衝撃印加部材及び前記載荷板を介して路面に与えることを特徴とする請求項１に記載の路面検査装置。
3. 前記衝撃印加部材の下端にジョイントを介して前記載荷板が連結されていることを特徴とする請求項２に記載の路面検査装置。
4. 前記載荷板の路面に対向する面は弾性を有することを特徴とする請求項３に記載の路面検査装置。
5. 前記載荷板に前記たわみ測定センサが設けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載の路面検査装置。
6. 前記ベースは前記床部に固定されたレール上を摺動自在であり、前記幅方向駆動機構は前記ベースを幅方向に駆動するスライド用シリンダを有することを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一項に記載の路面検査装置。
7. 前記測定孔は、その長手方向が幅方向となるように形成され、前記測定孔の開口部分を塞ぐシャッタが前記床部に移動自在に設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の路面検査装置。