JP3056039B2 - 打撃エネルギーの計測装置および計測方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、油圧ハンマ等のハンマ
装置によって杭打ち作業を行う際に、被打撃体である杭
に与えられる打撃エネルギーを正確かつ簡便に計測する
ことのできる打撃エネルギーの計測装置および計測方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従来
より、建設現場等における杭の打ち込み作業には、例え
ば図１８に示す様な油圧ハンマＰ１が用いられている。
この油圧ハンマＰ１は、油圧シリンダＰ３のシリンダロ
ッドＰ５の一端に杭を打撃するラム（打撃体）Ｐ７を連
結したものであり、油圧シリンダＰ３の下部室Ｐ９に油
圧タンクＰ１１の圧油を供給してラムＰ７を上昇させ、
杭の打撃時には、電磁弁Ｐ１０を切り換えて下部室Ｐ９
の圧油を急速に排出することにより、ラムＰ７を落下さ
せて杭を打撃している。

【０００３】ところで、上述の様な油圧ハンマＰ１によ
って杭打ち作業を行う場合、地盤に打ち込まれた杭の支
持力を見積もるために、ラムＰ７の打撃によって杭に与
えられた打撃エネルギーを計測する必要がある。そこ
で、従来は、この打撃エネルギーを求める場合、ラムＰ
７の打撃運動を自由落下運動とみなし、ラムＰ７が実際
に落下した高さＨおよびラムＰ７の重量Ｗに基づいて、
打撃エネルギーＥを下記（ａ）式にて求めていた。

【０００４】Ｅ＝Ｗ×Ｈ ……（ａ） しかしながら、この様な打撃エネルギーの算出方法にお
いては、落下時にラムＰ７に作用する重力以外の力が考
慮されないため、正確な打撃エネルギーを計測すること
ができないという問題があった。つまり、落下するラム
Ｐ７には、例えば油圧シリンダＰ３の抵抗力（例えばシ
リンダロッドＰ５の摺動抵抗や下部室Ｐ９の油圧抵抗）
等の力が加わるので、ラムＰ７の落下を完全な自由落下
運動とみなすことはできない。従って、ラムＰ７の打撃
運動が自由落下運動であることを前提としている上記
（ａ）式では、正確な打撃エネルギーを求めることがで
きない。

【０００５】一方、他の計測方法として、打撃時の杭の
変位量から、打撃エネルギーを求めることも行われてい
た。しかしながら、この様な方法においては、測定を行
う度に杭に変位量測定用の検出器を取り付ける必要があ
るので、測定作業が煩雑であり、簡便さに欠けるという
問題があった。

【０００６】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れ、ハンマ装置によって杭等の被打撃体を打撃した際の
打撃エネルギーを正確かつ簡便に測定することのできる
打撃エネルギーの計測装置および計測方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の請求項１の発明は、図１（ａ）に例示する様に、ハン
マ装置の打撃体を落下させて被打撃体を打撃した際の打
撃エネルギーを計測する打撃エネルギーの計測装置であ
って、上記打撃体の落下途中の少なくとも２箇所での速
度を検出する速度検出手段と、上記速度検出手段によっ
て検出された複数の速度に基づいて落下中の加速度を算
出する加速度算出手段と、上記速度検出箇所と上記被打
撃体との位置関係に基づいて、上記速度と上記加速度と
から打撃時の速度を算出する打撃時速度算出手段と、打
撃時の速度に基づいて上記打撃体の打撃エネルギーを算
出する打撃エネルギー算出手段と、を備えることを要旨
とする。

【０００８】また、請求項２の発明は、図１（ｂ）に例
示する様に、請求項１記載の打撃エネルギーの計測装置
において、上記速度検出手段が、上記打撃体の落下方向
に所定の間隔を隔てて配設され、落下中の上記打撃体の
所定部分の通過を検知する３つのセンサと、上記３つの
センサの内の第１のセンサと第２のセンサの出力タイミ
ングと、上記第１センサと第２センサの間の距離とに基
づいて、上記第１センサと第２センサの間での上記落下
途中の速度を算出する第１の速度算出手段と、上記３つ
のセンサの内の第２のセンサと第３のセンサの出力タイ
ミングと、上記第２センサと第３センサの間の距離とに
基づいて、上記第２のセンサと第３のセンサの間での上
記落下途中の速度を算出する第２の速度算出手段と、を
備えることを要旨とする。

【０００９】また、請求項３の発明は、図１（ｃ）に例
示する様に、請求項１記載の打撃エネルギーの計測装置
において、上記打撃体の側部に凹部が設けられるととも
に、上記速度検出手段は、上記打撃体の落下方向に所定
の間隔を隔てて配設され、落下中の上記打撃体の凹部の
通過を検知する２つのセンサと、上記２つのセンサの内
の一方のセンサの出力信号に基づいて、上記凹部が上記
一方のセンサを通過する通過時間を計測し、該通過時間
と上記凹部の開口距離とに基づいて、上記落下途中の速
度を算出する第１の速度算出手段と、上記２つのセンサ
の内の他方のセンサの出力信号に基づいて、上記凹部が
上記他方のセンサを通過する通過時間を計測し、該通過
時間と上記凹部の開口距離とに基づいて、上記落下途中
の速度を算出する第２の速度算出手段と、を備えること
を要旨とする。

【００１０】また、請求項４の発明は、図２に例示する
様に、請求項１記載の打撃エネルギーの計測装置におい
て、上記打撃体の側部には、上記打撃体の落下方向に所
定の間隔を隔てて２つの凹部が設けられるとともに、上
記速度検出手段は、落下中の上記打撃体の凹部の通過を
検知する１つのセンサと、該センサの出力信号に基づい
て、上記２つの凹部の内の一方の凹部が上記センサを通
過する通過時間を計測し、該通過時間と上記一方の凹部
の開口距離とに基づいて上記落下途中の速度を算出する
第１の速度算出手段と、上記センサの出力信号に基づい
て、上記２つの凹部の内の他方の凹部が上記センサを通
過する通過時間を計測し、該通過時間と上記他方の凹部
の開口距離とに基づいて上記落下途中の速度を算出する
第２の速度算出手段と、を備えることを要旨とする。

【００１１】また、請求項５の発明は、図１（ａ）に例
示する様に、ハンマ装置の打撃体を落下させて被打撃体
を打撃した際の打撃エネルギーを計測する打撃エネルギ
ーの計測方法であって、上記打撃体の落下途中の少なく
とも２箇所での速度を検出し、上記検出された複数の速
度に基づいて落下中の加速度を算出し、次に、上記速度
検出箇所と上記被打撃体との位置関係に基づいて、上記
速度と上記加速度とから打撃時の速度を算出し、打撃時
の速度に基づいて上記打撃体の打撃エネルギーを算出す
ることを要旨とする。

【００１２】ここで、上記ハンマ装置としては、油圧シ
リンダによってラム等の打撃体を上昇・落下せしめる油
圧ハンマの他に、例えばディーゼルパイルハンマ，汽動
ハンマ等が挙げられる。

【００１３】上記被打撃体としては、例えば地盤に打ち
込まれる杭が挙げられる。

【００１４】また、上記請求項２，３，４の発明におけ
る上記センサとしては、その種類に特に限定はないが、
上記打撃体の所定部分（例えば上端部や下端部等）ある
いは上記凹部の通過を被接触で検知可能な近接センサを
用いることが好ましい。この様な近接センサとしては、
例えば、磁気式の近接スイッチを用いることができる。

【００１５】

【作用】本発明の請求項１の打撃エネルギー計測装置に
おいては、速度検出手段が、打撃体の落下途中の少なく
とも２箇所での速度を検出し、加速度算出手段が、速度
検出手段によって検出された複数の速度に基づいて落下
中の加速度を算出する。

【００１６】そして、打撃時速度算出手段が、速度検出
箇所と被打撃体との位置関係に基づいて、速度と加速度
とから打撃時の速度を算出し、打撃エネルギー算出手段
が、打撃時の速度に基づいて打撃体の打撃エネルギーを
算出する。

【００１７】即ち、例えば測定箇所が２箇所であり、落
下途中の速度が２点検出される場合、この２つの速度の
差と、打撃体が２つの測定箇所の間を通過する通過時間
とに基づいて、打撃体の落下加速度を求める。そして、
この加速度と、落下速度の測定箇所から被打撃体までの
落下距離（即ち速度検出箇所と被打撃体との位置関係に
応じて決まる距離）とに基づいて、打撃体が被打撃体を
打撃する瞬間の速度（打撃時の速度）を予測・算出す
る。そして、この打撃時の速度に基づいて、打撃体の打
撃時の運動エネルギー、即ち打撃エネルギーを算出す
る。

【００１８】また、請求項２の計測装置においては、上
記請求項１の計測装置において、落下中の打撃体の所定
部分の通過を検知するセンサが、打撃体の落下方向に所
定の間隔を隔てて３つ配設されている。そして、第１の
速度算出手段が、この３つのセンサの内の第１のセンサ
と第２のセンサの出力タイミングと、第１センサと第２
センサの間の距離とに基づいて、第１センサと第２セン
サの間での打撃体の落下途中の速度を算出する。また、
第２の速度算出手段が、３つのセンサの内の第２のセン
サと第３のセンサの出力タイミングと、この第２センサ
と第３センサの間の距離とに基づいて、第２のセンサと
第３のセンサの間での打撃体の落下途中の速度を算出す
る。

【００１９】つまり、請求項２の発明においては、３つ
のセンサと第１および第２の速度算出手段とによって、
打撃体の落下途中の速度を２点検出する。そして、この
様に検出された２つの速度に基づいて、請求項１の場合
と同様に、打撃エネルギー計算手段が打撃エネルギーを
算出する。

【００２０】また、請求項３の計測装置においては、打
撃体の側部に凹部が設けられるとともに、この凹部の通
過を検知する２つのセンサが、打撃体の落下方向に所定
の間隔を隔てて配設されている。そして、第１の速度算
出手段が、この２つのセンサの内の一方のセンサの出力
信号に基づいて、凹部が一方のセンサを通過する通過時
間を計測し、この通過時間と凹部の開口距離とに基づい
て、打撃体の落下途中の速度を算出する、また、第２の
速度算出手段が、他方のセンサの出力信号に基づいて、
凹部が上記他方のセンサを通過する通過時間を計測し、
この通過時間と凹部の開口距離とに基づいて、打撃体の
落下途中の速度を算出する。

【００２１】つまり、請求項３の発明においては、打撃
体に設けられた凹部と、２つのセンサと、第１および第
２の速度算出手段とによって、打撃体の落下途中の速度
を２点検出する。そして、この様に算出された２つの速
度に基づいて、請求項１の場合と同様に、打撃エネルギ
ー計算手段が打撃エネルギーを算出する。

【００２２】また、請求項４の計測装置においては、打
撃体の側部に、その落下方向に所定の間隔を隔てて２つ
の凹部が設けられるとともに、落下中の打撃体の凹部の
通過を検知する１つのセンサが備えられている。

【００２３】そして、請求項４の発明においては、第１
の速度算出手段が、センサの出力信号に基づいて、２つ
の凹部の内の一方の凹部がセンサを通過する通過時間を
計測し、この通過時間と一方の凹部の開口距離とに基づ
いて、打撃体の落下途中の速度を算出する。

【００２４】また、第２の速度算出手段が、センサの出
力信号に基づいて、他方の凹部がセンサを通過する通過
時間を計測し、この通過時間と他方の凹部の開口距離と
に基づいて、打撃体の落下途中の速度を算出する。

【００２５】つまり、請求項４の発明においては、１つ
のセンサと、第１および第２の速度算出手段とによっ
て、一方の凹部がセンサを通過した際の落下速度と、他
方の凹部がセンサを通過した際の落下速度を検出する。

【００２６】即ち、上記センサの設置箇所にて、打撃体
の２つの凹部の位置（複数位置）での落下途中の速度を
検出する。そして、この様に検出された２つの速度に基
づいて、請求項１の場合と同様に、打撃エネルギー計算
手段が打撃エネルギーを算出する。

【００２７】また、請求項５の計測方法においては、請
求項１の計測装置の場合と同様に、打撃体の落下途中の
少なくとも２箇所での速度を検出し、検出された複数の
速度に基づいて落下中の加速度を算出する。

【００２８】次に、速度検出箇所と被打撃体との位置関
係に基づいて、速度と加速度とから打撃時の速度を算出
し、打撃時の速度に基づいて上記打撃体の打撃エネルギ
ーを算出する。

【００２９】よって、請求項５の計測方法においても、
請求項１の計測装置の場合と同様に、落下途中の速度を
複数検出することにより、打撃体の打撃時の速度を求
め、この速度に基づいて打撃エネルギーを算出すること
ができる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。ここで、図３は、本発明の打撃エネルギーの計測
装置および計測方法が適用された第１実施例の油圧ドロ
ップハンマ１０の断面正面図であり、図４はその油圧系
統図を示す。

【００３１】油圧ドロップハンマ１０は、杭打機本体
（図示略）に垂設されたハンマガイド１１に対して上下
動可能に取り付けられており、防音構造のケーシング１
２内には、油圧シリンダ１３がそのシリンダロッド１３
ａの下端にラム（打撃体）１４を連結した状態で支持さ
れている。そして、シリンダ１３には、図４に示す様な
油圧回路が接続されており、この油圧回路によって油圧
シリンダ１３を駆動して杭１５の打撃を行う様に構成さ
れている。即ち、油圧シリンダ１３を駆動してラム１４
を図３に実線で示す上昇位置まで上昇させた後、２点鎖
線で示す打撃位置まで落下高さＨだけ落下させて、杭１
５の打撃を行うように構成されている。

【００３２】図４に示す油圧回路は、本願出願人による
特開昭６０−１８１４１７号公報等に開示されるもので
あり、油圧ポンプ１９，油圧タンク２０，および余剰油
圧を蓄圧するアキュームレータ２１を備えるとともに、
油圧シリンダ１３の下部室１３ｂに接続する流路Ａ，油
圧シリンダ１３の下部室１３ｂと上部室１３ｃを接続す
る流路Ｂ，流路Ａとアキュームレータ２１を接続する流
路Ｃ，油圧シリンダの上部室１３ｃと油圧タンク２０を
接続する流路Ｄが設けられている。また、各流路Ｂ，
Ｃ，Ｄにはロジックバルブ２２，２３，２４が各々設け
られ、これに対応して電磁バルブ２５，２６，２７が設
けられている。なお、２８はアキュームレータ２１の圧
力を検出するものであり、２９はリリーフバルブであ
る。

【００３３】この油圧回路によってラム１４を上昇させ
る場合は、電磁バルブ２５，２６，２７を励磁し、ロジ
ックバルブ２２を閉鎖するとともに、ロジックバルブ２
３，２４を開放する。これにより、油圧ポンプ１９から
の圧油は流路Ａを通って油圧シリンダ１３の下部室１３
ｂに流入するので、ラム１４が上昇する。この際、上部
室１３ｃの油はロジックバルブ２４を介して流路Ｂを通
り、油圧タンク２０に戻される。また、油圧ポンプ１９
からの圧油は、ロジックバルブ２３を介してアキューム
レータ２１に供給される。

【００３４】そして、ラム１４を落下させて杭１５を打
撃する場合は、電磁バルブ２５，２７を消磁し、ロジッ
クバルブ２２を開放するとともに、ロジックバルブ２４
を閉鎖する。なお、ロジックバルブ２３は開放されたま
まである。すると、油圧ポンプ１９からの圧油流路Ａを
通り、またアキュームレータ２１からの圧油が流路Ｃの
ロジックバルブ２３を介して油圧シリンダ１３の下部室
１３ｂに流入し、これらの圧油はロジックバルブ２２を
介して流路Ｂを通り、上部室１３ｃへ流入する。これに
より、ラム１４には圧油による下向きの力が付勢される
ので、ラム１４は自由落下に比べて速い速度で落下して
杭１５を打撃する。つまり、油圧ドロップハンマ１０
は、油圧シリンダ１３の上部室１３ｃへ、油圧ポンプ１
９とアキュームレータ２１と油圧シリンダ下部室１３ｂ
の圧油を流入させて、ラム１４に押付力を付勢するよう
に構成されており、短いシリンダストロークで強い打撃
力が得られ、ハンマ１０をコンパクトにすることができ
る等の利点を有するものである。

【００３５】そして、図３に示す様に、本実施例の油圧
ドロップハンマ１０においては、杭１５に加わる打撃エ
ネルギーを計測するべく、ケーシング１２の側壁内側に
３個のセンサＭ１，Ｍ２，Ｍ３が設けられている。セン
サＭ１〜Ｍ３は、金属製のラム１４の接近を検知可能な
磁気式の近接スイッチであり、ラム１４の落下方向に所
定の間隔を隔てて配設されている。よって、ラム１４が
上昇・落下した場合のセンサＭ１〜Ｍ３の出力信号は、
図５に示す様になる。即ち、ラム１４が打撃位置（図３
参照）より上昇し、ラム１４の上端部１４ａがセンサＭ
１の横を通過すると、ラム１４の側面がセンサＭ１に接
近して対向するので、図５に示す様に、まずセンサＭ１
の出力がオフからオンに変化する。そして、更にラム１
４が上昇して、上端部１４ａがセンサＭ２，Ｍ３の横を
通過する毎に、センサＭ２，Ｍ３の出力が順次オンに変
化する。そして、ラム１４を上昇位置から打撃位置に落
下させた場合、まずラム１４の上端部１４ａがセンサＭ
３を通過するので、センサＭ３の出力がオフになる。そ
して、時間ｔ₃₂が経過した後、上端部１４ａがセンサＭ
２を通過すると、センサＭ２の出力がオフになり、更に
時間ｔ₂₁が経過すると、センサＭ１の出力がオフにな
る。この様に、センサＭ１〜Ｍ３の信号出力により、落
下中のラム１４の上端部１４ａの通過を検知することが
できる。そして、ラム１４の上端部１４ａが各センサＭ
１〜Ｍ３の間を通過する通過時間ｔ₃₂，ｔ₂₁を求めるこ
とができる。

【００３６】そして、図３に示す様に、センサＭ１〜Ｍ
３は、各種の計測・演算処理を実行する演算器３１に電
気的に接続されている。この演算器３１は、周知のＣＰ
Ｕ，ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリ，タイマ等を備えたマイ
クロコンピュータであり、ＲＯＭに格納された制御プロ
グラムに従って、図６のフローチャートに示す打撃エネ
ルギー計測処理を実行し、上述の通過時間ｔ₃₂，ｔ
₂₁（図３参照）を計測してラム１４の落下途中の速度を
算出するとともに、この速度に基づいて打撃エネルギー
を算出するものである。

【００３７】次に、図６に示す打撃エネルギー計測処理
について詳細に説明する。本処理においては、まず、Ｓ
１１にて、センサＭ３の出力がオンからオフに変化した
か否か、即ち落下中のラム１４の上端部１４ａがセンサ
Ｍ３を通過したか否かを判断する。ここで肯定判断され
れば、Ｓ１３に進み、各センサＭ１〜Ｍ３の間の通過時
間ｔ₃₂，ｔ₂₁を計測するべく、タイマのカウントを開始
する。

【００３８】次に、Ｓ１５にて、センサＭ２の出力がオ
ンからオフに変化したか否か、即ち上端部１４ａがセン
サＭ２を通過したか否かを判断し、肯定判断されれば、
Ｓ１７に進み、タイマの現在のカウント値をｔ₃₂の値と
してメモリに記憶する。そして、Ｓ１９に進み、センサ
Ｍ１がオンからオフに変化したか否か、即ち上端部１４
ａがセンサＭ１を通過したか否かを判断し、肯定判断さ
れれば、Ｓ２３に進んで、タイマの現在のカウント値か
らｔ₃₂を引いた値をｔ₂₁としてメモリに記憶する。そし
て、Ｓ２５に進んで計算処理を行う。

【００３９】このＳ２５の計算処理は、図７のフローチ
ャートに示す様な処理であり、まず、Ｓ３１にて、ラム
１４の上端部１４ａがセンサＭ３とＭ２の間を通過した
際の平均速度ｖ₃₂と、同じく上端部１４ａがセンサＭ２
とＭ１の間を通過した際の平均速度ｖ₂₁を、式（１）お
よび（２）によって算出する。

【００４０】 ｖ₃₂＝ｘ₃₂／ｔ₃₂・・・（１） ｖ₂₁＝ｘ₂₁／ｔ₂₁・・・（２） ここで、ｘ₃₂，ｘ₂₁は、図３に示す様に、各々センサＭ
３とＭ２の間の距離およびセンサＭ２とＭ１の間の距離
である。次に、Ｓ３３にて、ラム１４の加速度ａを算出
する。即ち、図８のグラフ（ラム１４の落下速度と時間
の関係を表す）に示す様に、ラム１４の上端部１４ａが
センサＭ３を通過した時点から、ラム１４が打撃位置に
達するまでの間、ラム１４の加速度が一定であるとする
と、ｖ₃₂は、センサＭ３を通過後ｔ₃₂／２経過した時の
速度であり、ｖ₂₁も同様に、センサＭ２を通過後ｔ₂₁／
２経過した時の速度である。よって、ラム１４の速度が
ｖ₃₂からｖ₂₁に達するまでの時間ｄｔは式（３）で求め
られ、ラム１４の加速度ａは、式（４）によって求めら
れる。

【００４１】 ｄｔ＝（ｔ₃₂＋ｔ₂₁）／２ ……（３） ａ＝（ｖ₂₁−ｖ₃₂）／ｄｔ ……（４） 次に、Ｓ３５にて、打撃時のラム１４の速度ｖを算出す
る。即ち、図８より明らかな様に、まず、ラム１４は、
落下速度ｖ₂₁の位置からｔ₂₁／２の時間だけ落下して速
度ｖ₁に達する。この速度ｖ₁は式（５）によって求めら
れる。

【００４２】 ｖ₁＝ｖ₂₁＋ａ・（ｔ₂₁／２） ……（５） そして、ラム１４は、速度ｖ₁に達した時から、更に図
３に示す距離ｘ₁₀（センサＭ１から打撃位置のラム１４
の上端部１４ａまでの距離）だけ落下して打撃点に達す
る。よって、打撃時のラム１４の速度ｖは式（６）によ
って算出される 。 ｖ²＝ｖ₁ ²＋２ａ・ｘ₁₀ ……（６） 最後に、Ｓ３７にて、この打撃時の速度ｖに基づき、打
撃エネルギーＥ（打撃時のラム１４の運動エネルギー）
を式（７）によって算出する。

【００４３】 Ｅ＝（１／２）・（Ｗ／ｇ）・ｖ² ・・・（７） ここで、Ｗはラム１４の重量、ｇは重力加速度である。
なお、この様にして算出された打撃エネルギーＥの値
は、演算器３１に接続されているディスプレイやプリン
タ等の出力装置（図示略）より出力される。

【００４４】以上詳述した様に、本実施例の油圧ドロッ
プハンマ１０においては、センサＭ１〜Ｍ３と演算器３
１を用いて、ラム１４の落下経路に沿った２つの測定箇
所（即ちセンサＭ３とＭ２の間およびセンサＭ２とＭ１
の間）におけるラム１４の落下途中の速度ｖ₃₂，ｖ₂₁を
検出する。つまり、各センサＭ１〜Ｍ３の出力タイミン
グに基づいて計測される通過時間ｔ₃₂，ｔ₂₁と、各セン
サＭ１〜Ｍ３の間の距離ｘ₃₂，ｘ₂₁とに基づいて、ラム
１４の落下速度ｖ₃₂，ｖ₂₁を算出する。そして、速度ｖ
₃₂，ｖ₂₁とｄｔとに基づいて加速度ａを求め、更にセン
サＭ１と杭１５の間の位置関係に応じて決まる距離ｘ₁₀
に基づいて、打撃時のラム１４の速度ｖを算出し、この
速度ｖに基づいて打撃エネルギーＥを算出する。

【００４５】従って、第１実施例によれば、ラム１４の
打撃時の速度ｖに基づいて打撃エネルギーを算出できる
ので、ラム１４に重力以外の力が作用する場合、即ちラ
ム１４の打撃運動が自由落下と見なせない場合であって
も、正確に打撃エネルギーを計測できるという顕著な効
果がある。特に本実施例の油圧ドロップハンマ１０の場
合、油圧ポンプ１９とアキュームレータ２１と油圧シリ
ンダ下部室１３ｂの圧油を油圧シリンダ１３の上部室１
３ｃへ流入させてラム１４を付勢する様に構成されてい
るので、ラム１４が自由落下運動よりも速い速度で落下
する。よって、この様なハンマ１０において、本実施例
の様にセンサＭ１〜Ｍ３と演算器３１によって打撃エネ
ルギーＥを算出すれば、如何に自由落下運動よりも速い
速度でラム１４を落下させても、打撃エネルギーを正確
に計測することが可能であるので、その効果は非常に大
である。

【００４６】更に、第１実施例によれば、打撃エネルギ
ーの測定の際に、杭１５側に変位量測定用の検出器等を
取り付ける必要がなく、測定を迅速簡便に行えるという
効果がある。また、第１実施例によれば、３つのセンサ
（磁気式の近接スイッチ）Ｍ１〜Ｍ３と演算器３１とに
よって、落下途中の速度ｖ₃₂，ｖ₂₁を求めることがで
き、比較的簡素な構成で打撃エネルギーを計測できると
いう利点がある。

【００４７】なお、上記第１実施例においては、ラム１
４の上端部１４ａの通過を検出しているが、ラム１４の
下端部１４ｂの通過を検出するようにしてもよい。ま
た、第１実施例では、３個のセンサを用いて２つの平均
速度ｖ₃₂，ｖ₂₁を求めているが、センサを４個以上列設
し、平均速度を３つ以上求めることもできる。この様に
すれば、各平均速度の値に多少の測定誤差があっても、
最小２乗法によって加速度を正確に求めることができる
ので、一層正確に打撃エネルギーを算出することができ
る。

【００４８】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。ここで、図９は、第２実施例の打撃エネルギー計測
装置を備えた油圧ドロップハンマ４１の要部を示す断面
正面図である。第２実施例の油圧ドロップハンマ４１
は、上記第１実施例とほぼ同様な構成であるが、ケーシ
ング４３の側壁内側に設けられた２個のセンサＭ１，Ｍ
２と、ラム４５の側部に設けられた凹部４７とによって
打撃エネルギーを計測する点において、第１実施例と異
なっている。

【００４９】ラム４５の凹部４７は、断面コの字状に切
り欠かれており、ラム４５の落下時にセンサＭ１，Ｍ２
の横を通過するものである。なお、凹部４７の上端部４
７ａと下端部４７ｂの間の距離（開口距離）はｘであ
る。また、センサＭ１，Ｍ２は、上記第１実施例と同様
な磁気式の近接スイッチであり、ラム４５の落下方向
（上下方向）に所定の間隔ｘ₁₂を隔てて配設されてい
る。よって、ラム４５を落下させた場合、センサＭ１，
Ｍ２の出力信号は図１０に示す様になる。即ち、上昇位
置にあるラム４５を落下させた場合、まず凹部４７の下
端部４７ｂがセンサＭ１の横を通過し、センサＭ１とラ
ム４５の間の間隔が開くので、図１０に示す様にセンサ
Ｍ１の出力がオフになる。そして、時間ｔ ₁が経過し
て、凹部４７の上端部４７ａがセンサＭ１の横を通過す
ると、センサＭ１の出力が再びオンになる。つまり、凹
部４７がセンサＭ１を通過する間（通過時間ｔ₁の
間）、センサＭ１の出力はオフになる。そして、時間ｔ
₁₂が経過した後、凹部４７がセンサＭ２を通過すると、
センサＭ２の出力が通過時間ｔ₂の間だけオフになる。
よって、この様なセンサＭ１，Ｍ２の出力信号により、
落下中のラム４５の凹部４７の通過を検知することがで
きる。

【００５０】そして、図９に示す様に、センサＭ１，Ｍ
２は上記第１実施例と同様な演算器４９に接続されてお
り、演算器４９は、図１１に示す打撃エネルギー計測処
理を実行して打撃エネルギーを算出する。この打撃エネ
ルギー計測処理においては、まず、Ｓ４１にて、センサ
Ｍ１の出力がオンからオフに変化したか否か、即ち凹部
４７の下端部４７ｂがセンサＭ１を通過したか否かを判
断し、肯定判断されれば、Ｓ４３に進んで、上述の時間
ｔ ₁，ｔ₁₂，ｔ₂を計測するべくタイマのカウントを開始
する。

【００５１】次に、Ｓ４５にて、センサＭ１の出力がオ
フからオンに変化したか否か、即ち凹部４７の上端部４
７ａがセンサＭ１を通過したか否かを判断し、肯定判断
されれば、Ｓ４７に進んで、タイマの現在のカウント値
をｔ₁の値としてメモリに記憶する。そしてＳ４９に進
み、センサＭ２の出力がオンからオフに変化したか否
か、即ち凹部４７の下端部４７ｂがセンサＭ２を通過し
たか否かを判断し、肯定判断されれば、Ｓ５１に進ん
で、現在のカウント値からｔ₁を引いた値をｔ₁₂の値と
してメモリに記憶する。そして、Ｓ５３に進み、センサ
Ｍ２の出力がオフからオンに変化したか否かを判断し、
肯定判断されれば、Ｓ５５に進み、タイマの現在のカウ
ント値からｔ₁およびｔ₂₁を引いた値をｔ₂の値としてメ
モリに記憶する。そしてＳ５７にてカウントを停止した
後、Ｓ５９に進んで計算処理を行う。

【００５２】この打撃エネルギー計算処理においては、
まずＳ６１にて、凹部４７がセンサＭ１を通過した際の
ラム４５の平均速度ｖ₁、および凹部４７がセンサＭ２
を通過した際のラム４５の平均速度をｖ₂を、通過時間
ｔ₁，ｔ₂および凹部４７の開口距離ｘに基づき、式
（８），（９）によって算出する。

【００５３】 ｖ₁＝ｘ／ｔ₁・・・（８） ｖ₂＝ｘ／ｔ₂・・・（９） 次に、Ｓ６３にて、ラム４５の落下時の加速度を求め
る。即ち、図１３のグラフに示す様に、凹部４７の下端
部４７ｂがセンサＭ１を通過してから、ラム４５が打撃
位置（速度ｖの時点）に達するまでの間、ラム４５の加
速度が一定であるとすると、ｖ₁は、下端部４７ｂがセ
ンサＭ１を通過後ｔ₁／２経過した時の速度であり、ｖ₂
も同様に、下端部４７ｂがセンサＭ２を通過後ｔ₂／２
経過した時の速度である。よって、ラム４５の速度がｖ
₁からｖ₂に達するまでの時間ｄｔが式（１０）で求めら
れ、ラム４５の加速度ａは、（１１）式によって算出さ
れる。

【００５４】 ｄｔ＝ｔ₁₂＋（ｔ₁＋ｔ₂）／２ ……（１０） ａ＝（ｖ₂−ｖ₁）／ｄｔ ……（１１） 次に、Ｓ６５にて、打撃時のラム４５の速度を算出す
る。即ち、図１３より明らかな様に、ラム４５は、落下
速度ｖ₂の位置から、打撃位置に達するまでの間、まず
ｔ₂／２の時間だけ（即ち凹部４７の上端部４７ａがセ
ンサＭ２を通過するまで）落下し、式（１２）に示す速
度ｖ´に達する。

【００５５】 ｖ´＝ｖ₂＋ａ・（ｔ₂／２） ……（１２） そして、ラム４５は、速度ｖ´に達した時点から、まず
図９に示す距離ｄ（凹部４７の上端部４７ａからラム４
５の上端部４５ｃまでの距離）だけ落下し、更に距離ｘ
₁₀（センサＭ１と打撃位置におけるラム４５の上端部４
５ｃの間の距離）だけ落下して打撃点に達する。よっ
て、ラム４５の打撃時の速度ｖは、式（１３）によって
算出される。

【００５６】 ｖ²＝ｖ´²＋２ａ・（ｄ＋ｘ₁₀） ……（１３） そして最後に、Ｓ６７にて、速度ｖを上記第１実施例の
式（６）に代入して、打撃エネルギーＥを算出する。以
上詳述した様に、第２実施例の油圧ドロップハンマ４１
においては、センサＭ１，Ｍ２および演算器４９を用
い、２つのセンサＭ１，Ｍ２の設置部分を測定箇所とし
て、ラム４５の落下途中の速度ｖ₁，ｖ₂を検出する。つ
まり、センサＭ１，Ｍ２の出力信号に基づいて、凹部４
７がセンサＭ１，Ｍ２を各々通過する通過時間ｔ₁，ｔ₂
を計測し、このｔ₁，ｔ₂と凹部４７の開口距離ｘとに基
づいて、速度ｖ₁，ｖ₂を算出する。そして、速度ｖ₁，
ｖ₂とｄｔに基づいて加速度ａを算出し、更にセンサＭ
１と杭５１の間の位置関係に応じて決まる距離ｘ₁₀に基
づいて打撃時の速度ｖを算出した後、この速度ｖに基づ
いて打撃エネルギーＥを算出する。

【００５７】よって、第２実施例においても、ラム４５
の打撃時の速度ｖに基づいて打撃エネルギーＥを算出す
ることができるので、第１実施例と同様に、正確かつ簡
便にに打撃エネルギーを計測できるという顕著な効果が
ある。また、特に第２実施例においては、センサの数が
２個で済むので、より一層簡素な構成で計測を行うこと
ができる等の利点がある。

【００５８】なお、この様な第２実施例の変形例とし
て、ラム４５の側部に、凹部４７の代わりに側面視コの
字状に突出する凸部を設けてもよい。この場合、凸部が
センサＭ１，Ｍ２の横を通過している時だけセンサＭ
１，Ｍ２の出力がオンになる様に構成し、この凸部の通
過時間を計測すれば、上記実施例と同様に打撃エネルギ
ーを算出することができる。次に、本発明の第３実施例
について説明する。ここで、図１４は、第３実施例の打
撃エネルギー計測装置を備えた油圧ドロップハンマ６１
の要部を示す断面正面図である。

【００５９】油圧ドロップハンマ６１は、上記第２実施
例とほぼ同様な構成を有するが、ケーシング６３の側壁
に設けられた１個のセンサＭ１と、ラム６５に設けられ
た２つの凹部６７，６９とによって打撃エネルギーを計
測する点において、第２実施例と異なっている。即ち、
第３実施例は、ラム６５の落下経路に沿った１箇所（即
ちセンサＭ１の設置箇所）にて、ラム６５の複数位置
（即ち２つの凹部６７，６９の位置）での落下途中の速
度を検出するものである。

【００６０】ここで、２つの凹部６７，６９は、上下方
向（ラム６５の落下方向）に所定の間隔ｘ₁₂を隔てて設
けられている。この凹部６７，６９は第２実施例の凹部
４７と同じ形状のものであり、開口距離は各々ｘ₁，ｘ₂
である。また、センサＭ１は、上記第２実施例と同様な
近接センサであり、第２実施例と同様にして凹部６７，
６９の通過を検知するものである。即ち、上昇位置にあ
るラム６５を落下させると、まず下側の凹部６７が近接
センサＭ１の横を通過するので、図１５のタイミングチ
ャートに示す様に、センサＭ１の出力は凹部６７が通過
する間（通過時間ｔ₁の間）だけオフになる。そして、
ラム６５の両凹部６７，６９の間の側部６５ａ（距離ｘ
₁₂）がセンサＭ１を通過した後（通過時間ｔ₁₂の後）、
上側の凹部６９がセンサＭ１を通過するので、センサＭ
１の出力は凹部６９が通過する間（通過時間ｔ₂の間）
だけオフになる。

【００６１】そして、図１４に示す様に、センサＭ１は
上記第２実施例と同様な演算器７１に接続されており、
演算器７１は、図１６に示す打撃エネルギー計測処理を
実行して打撃エネルギーを算出する。この打撃エネルギ
ー計測処理は、上記第２実施例の打撃エネルギー計測処
理（図１１参照）のＳ４９、Ｓ５３において、判断の対
象となるセンサをセンサＭ１に変更したものであるが、
その他の部分については、図１１のフローチャートと全
く同様である。即ち、Ｓ７１〜Ｓ７７においては、セン
サＭ１の出力に基づいて、下側の凹部６７がセンサＭ１
を通過する際の通過時間ｔ₁を計測する。また、Ｓ７
９，Ｓ８１においては、通過時間ｔ₁₂を計測する。更に
Ｓ８３，Ｓ８５においては、センサＭ１の出力に基づい
て、上側の凹部６９がセンサＭ１を通過する際の通過時
間ｔ₂を計測する。そして、Ｓ８９の計算処理（図１７
のフローチャートに示す）によって、打撃エネルギーを
算出する。

【００６２】このＳ８９の計算処理も、上記第２実施例
の計算処理（図１２参照）とほぼ同じ手順で打撃エネル
ギーを算出するものであり、まずＳ９１にて、下側の凹
部６７がセンサＭ１を通過した際の平均速度ｖ₁、およ
び上側の凹部６９がセンサＭ１を通過した際の平均速度
をｖ₂を、式（１４），（１５）によって算出する。

【００６３】 ｖ₁＝ｘ₁／ｔ₁・・・（１４） ｖ₂＝ｘ₂／ｔ₂・・・（１５） 次に、Ｓ９３にて、ラム４５の落下時の加速度を求め
る。即ち、上記第２実施例と同じ式（１０），（１１）
に基づいて、ｄｔおよびラム６５の加速度ａを求める。

【００６４】次に、Ｓ９５にて、打撃時のラム６５の速
度を算出する。即ち、まず上記第２実施例の式（１２）
によって速度ｖ´を求め、式（１３）によってラム６５
の打撃時の速度ｖを算出する。なお、式（１３）に代入
するｄの値は、図１４に示す様に、上側の凹部６９の上
端部６９ａからラム６５の上端部６５ｂまでの距離であ
る。

【００６５】そして最後に、Ｓ９７にて、速度ｖを上記
第１実施例の式（６）に代入して、打撃エネルギーＥを
算出する。以上詳述した様に、第３実施例においては、
センサＭ１および演算器７１によって、ラム６５の落下
経路に沿った１箇所（即ちセンサＭ１の設置箇所）に
て、ラム６５の複数位置（即ち２つの凹部６７，６９の
位置）での落下途中の速度ｖ ₁，ｖ₂を検出する。即ち、
センサＭ１の出力信号に基づいて、２つの凹部が各々セ
ンサＭ１を通過する際の通過時間ｔ₂，ｔ₁を計測し、こ
の通過時間ｔ₂，ｔ₁と凹部６７，６９の開口距離ｘ₁，
ｘ₂とに基づいて速度ｖ₁，ｖ₂を算出する。そして、速
度ｖ₁，ｖ₂とｄｔに基づいて加速度ａを算出し、更にセ
ンサＭ１の設置箇所と杭７３の間の位置関係に応じて決
まる距離ｘ₁₀に基づいて打撃時の速度ｖを算出した後、
この速度ｖに基づいて打撃エネルギーＥを算出する。

【００６６】従って、この様な第３実施例においても、
上述の第１および第２実施例と同様に、正確かつ簡便に
打撃エネルギーを計測できるという効果がある。また、
特に第３実施例においては、センサの数が１つで済むの
で、より一層簡素な構成で打撃エネルギーを計測するこ
とができるという顕著な効果がある。

【００６７】なお、第３実施例においては、ラム６５に
２つの凹部６７，６９を設けているが、凹部を３つ以上
設けて、落下途中の速度を３つ以上検出する様に構成し
てもよい。また、ラム６５の側部に凹部６７，６９を設
ける代わりに、側面視コの字状に突出する凸部を複数設
けてもよい。この場合も、凸部がセンサＭ１の横を通過
している時だけセンサＭ１の出力がオンになる様に構成
し、凸部の通過時間を計測すれば、上記実施例と同様に
打撃エネルギーを算出することができる。

【００６８】以上実施例について説明したが、本発明は
上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様で実
施し得る。例えば、上記第１〜第３実施例においては、
磁気式の近接スイッチを用いていたが、他にも、光電セ
ンサ等のセンサを使用することができる。また、第１〜
第３実施例においては、被接触で検出が可能な近接セン
サを使用することが好ましいが、場合によっては、接触
式のスイッチ、例えばラムの端部や凹部の通過によって
オン・オフされるリミットスイッチ等をセンサとして使
用することもできる。

【００６９】また、本発明の計測装置および計測方法
は、上記実施例の様な油圧ドロップハンマに限らず、様
々なタイプのハンマ装置に適用することができる。即
ち、例えば油圧ドロップハンマの場合、打撃時にシリン
ダの上部室に圧油を流入させない方式のもの（ラムに押
付力を付勢しないもの）や、打撃時にラムをシリンダロ
ッドから切り離して落下させる方式のものに適用しても
よい。更に、本発明は、油圧ハンマに限らず、ディーゼ
ルパイルハンマや汽動ハンマ等に適用することもでき
る。

【００７０】

【発明の効果】以上詳述した様に、本発明の打撃エネル
ギーの計測装置および計測方法によれば、打撃体の落下
途中の速度を複数検出し、これらの速度に基づいて打撃
体の打撃時の速度を求め、この速度に基づいて打撃エネ
ルギーを算出する。従って、落下する打撃体に重力以外
の力が作用する場合、即ち打撃体の落下運動が自由落下
運動と見なせない場合であっても、打撃エネルギーを正
確に計測することができるという顕著な効果がある。ま
た、杭に与えられる打撃エネルギーを測定する場合、杭
側に変位量測定用の検出器等を取り付ける必要がなく、
測定を迅速簡便に行えるという効果がある。

【００７１】また、特に請求項２の計測装置によれば、
打撃体の所定部分の通過を検知するセンサ（例えば近接
センサ等）を３つ用いることによって、落下途中の速度
を２点検出することができるので、比較的簡素な構成で
正確な打撃エネルギーを計測できるという効果がある。

【００７２】また、特に請求項３の計測装置によれば、
打撃体の側部に凹部を設け、近接センサ等のセンサを２
つ用いることによって、落下途中の速度を２点検出する
ことができる。よって、センサの数を２つに減じること
ができ、一層簡素な構成で正確な打撃エネルギーを計測
できるという効果がある。

【００７３】更に、請求項４の計測装置によれば、打撃
体の側部に２つの凹部を設け、１つのセンサを用いるこ
とによって落下途中の速度を２点検出することができ
る。よって、センサの数が１つで済むので、更に簡素な
構成で打撃エネルギーを計測できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的構成を例示する概略構成図であ
り、（ａ）は請求項１および請求項５の発明の概略構成
図、（ｂ）は請求項２の発明の概略構成図、（ｃ）は請
求項３の発明の概略構成図である。

【図２】請求項４の発明の基本的構成を例示する概略構
成図である。

【図３】第１実施例の油圧ドロップハンマの断面正面図
である。

【図４】第１実施例の油圧ドロップハンマの油圧回路を
示す油圧系統図である。

【図５】第１実施例のセンサの出力信号を示すタイミン
グチャートである。

【図６】第１実施例の打撃エネルギー計測処理を示すフ
ローチャートである。

【図７】第１実施例の計算処理を示すフローチャートで
ある。

【図８】第１実施例におけるラムの落下速度と時間の関
係を示すグラフである。

【図９】第２実施例の油圧ドロップハンマの要部を示す
断面正面図である。

【図１０】第２実施例のセンサの出力信号を示すタイミ
ングチャートである。

【図１１】第２実施例の打撃エネルギー計測処理を示す
フローチャートである。

【図１２】第２実施例の計算処理を示すフローチャート
である。

【図１３】第２実施例におけるラムの落下速度と時間の
関係を示すグラフである。

【図１４】第３実施例の油圧ドロップハンマの要部を示
す断面正面図である。

【図１５】第３実施例のセンサの出力信号を示すタイミ
ングチャートである。

【図１６】第３実施例の打撃エネルギー計測処理を示す
フローチャートである。

【図１７】第３実施例の計算処理を示すフローチャート
である。

【図１８】従来技術の油圧ドロップハンマを示す説明図
である。

【符号の説明】

１０，４１，６１…油圧ドロップハンマ １３…油
圧シリンダ １４，４５，６５…ラム １５，５
１，７３…杭 ２１，４９，７１…演算器 ４７，６
７，６９…凹部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 洋司 愛知県名古屋市熱田区三本松町１番１号 日本車輌製造株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−66967（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01L 5/00 E02D 7/02 E02D 13/06

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハンマ装置の打撃体を落下させて被打撃
   体を打撃した際の打撃エネルギーを計測する打撃エネル
   ギーの計測装置であって、上記打撃体の落下途中の少なくとも２箇所での速度を検
   出する速度検出手段と、 上記速度検出手段によって検出された複数の速度に基づ
   いて落下中の加速度を算出する加速度算出手段と、 上記速度検出箇所と上記被打撃体との位置関係に基づい
   て、上記速度と上記加速度とから打撃時の速度を算出す
   る打撃時速度算出手段と、 打撃時の速度に基づいて 上記打撃体の打撃エネルギーを
   算出する打撃エネルギー算出手段とを備えることを特徴
   とする打撃エネルギーの計測装置。
2. 【請求項２】 上記速度検出手段は、 上記打撃体の落下方向に所定の間隔を隔てて配設され、
   落下中の上記打撃体の所定部分の通過を検知する３つの
   センサと、 上記３つのセンサの内の第１のセンサと第２のセンサの
   出力タイミングと、上記第１センサと第２センサの間の
   距離とに基づいて、上記第１センサと第２センサの間で
   の上記落下途中の速度を算出する第１の速度算出手段
   と、 上記３つのセンサの内の第２のセンサと第３のセンサの
   出力タイミングと、上記第２センサと第３センサの間の
   距離とに基づいて、上記第２のセンサと第３のセンサの
   間での上記落下途中の速度を算出する第２の速度算出手
   段と、 を備えることを特徴とする請求項１記載の打撃エネルギ
   ーの計測装置。
3. 【請求項３】 上記打撃体の側部に凹部が設けられると
   ともに、 上記速度検出手段は、 上記打撃体の落下方向に所定の間隔を隔てて配設され、
   落下中の上記打撃体の凹部の通過を検知する２つのセン
   サと、 上記２つのセンサの内の一方のセンサの出力信号に基づ
   いて、上記凹部が上記一方のセンサを通過する通過時間
   を計測し、該通過時間と上記凹部の開口距離とに基づい
   て、上記落下途中の速度を算出する第１の速度算出手段
   と、 上記２つのセンサの内の他方のセンサの出力信号に基づ
   いて、上記凹部が上記他方のセンサを通過する通過時間
   を計測し、該通過時間と上記凹部の開口距離とに基づい
   て、上記落下途中の速度を算出する第２の速度算出手段
   と、 を備えることを特徴とする請求項１記載の打撃エネルギ
   ーの計測装置。
4. 【請求項４】 上記打撃体の側部には、上記打撃体の落
   下方向に所定の間隔を隔てて２つの凹部が設けられると
   ともに、 上記速度検出手段は、 落下中の上記打撃体の凹部の通過を検知する１つのセン
   サと、 該センサの出力信号に基づいて、上記２つの凹部の内の
   一方の凹部が上記センサを通過する通過時間を計測し、
   該通過時間と上記一方の凹部の開口距離とに基づいて上
   記落下途中の速度を算出する第１の速度算出手段と、 上記センサの出力信号に基づいて、上記２つの凹部の内
   の他方の凹部が上記センサを通過する通過時間を計測
   し、該通過時間と上記他方の凹部の開口距離とに基づい
   て上記落下途中の速度を算出する第２の速度算出手段
   と、 を備えることを特徴とする請求項１記載の打撃エネルギ
   ーの計測装置。
5. 【請求項５】 ハンマ装置の打撃体を落下させて被打撃
   体を打撃した際の打撃エネルギーを計測する打撃エネル
   ギーの計測方法であって、上記打撃体の落下途中の少なくとも２箇所での速度を検
   出し、 上記検出された複数の速度に基づいて落下中の加速度を
   算出し、 次に、上記速度検出箇所と上記被打撃体との位置関係に
   基づいて、上記速度と上記加速度とから打撃時の速度を
   算出し、 打撃時の速度に基づいて 上記打撃体の打撃エネルギーを
   算出することを特徴とする打撃エネルギーの計測方法。