JP3220585U - 任意直径の三軸試験用土試料の切削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワンボタンで起動でき、操作が非常に簡単であり、土試料の切削精度が高く、実験者の時間および労力が大幅に減る、全自動の任意直径の三軸試験用土試料の切削装置を提供する。【解決手段】切削装置は、土試料切削用鉄ワイヤ３、底板９、土試料切削用鉄ワイヤのツールホルダー、トレイ８、第一ステッピングモーター４、第二ステッピングモーター６および第三ステッピングモーターを含む。図に示したように、自動化制御を実現するために、制御機器をさらに含む。第一ステッピングモーター４、第二ステッピングモーター６および第三ステッピングモーターのそれぞれは制御機器に接続されている。底板９の両側には二本の平行する第一スライディング用溝１１が設けられており、第一スライディング用溝１１の側壁にはラック構造７が設けられている。【選択図】図１

Description

本考案は、地盤工学における土質力学性能試験関連分野に属し、全自動の任意直径の三軸試験用土試料の切削装置に関する。

我が国の経済発展に伴い、高層ビルが建てつつあり、都市の地下空間も継続的に開発利用されている。ここで、高層ビルの建設および地下空間の開発は、いずれも地盤工学を欠かせることができない。地盤工学において、土質の強度パラメータを得るため、多くの場合では、室内で土質力学性能試験を行う必要がある。三軸試験は非常によくみられる室内試験として、土質のせん断強度指標を測定できるため、地盤工学の設計および施工に応用されている。しかしながら、土試料の制作品質いかんによっては、三軸試験が円滑に実施できるか否かが決められるため、いかに高品質の三軸試験用土試料を簡便で素早く制作できるかは、重要な研究意義を有する。

現在、三軸試験用土試料の切削のほとんどは、手動によって行われ、一定の時間および労力を費やす必要があり、また、土試料の品質に対して人的要因の影響もあるため、土試料の制作品質に影響を与え、効率も比較的に低い。このため、自動化度の高い実験装置により土試料の切削を行うことは解決しなければならない問題になっている。

本考案は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、全自動の任意直径の三軸試験用土試料の切削装置を提供することを目的とし、これにより、精度が高く、実験者の時間および労力を減らせることができ、自動的に任意直径の土試料の切削を実現する。

上記目的を達成するための本考案に係る全自動の任意直径の三軸試験用土試料の切削装置は、土試料切削用鉄ワイヤ、底板、土試料切削用鉄ワイヤのツールホルダー、トレイ、第一ステッピングモーター、第二ステッピングモーター、第三ステッピングモーターおよび制御機器を含み、第一ステッピングモーター、第二ステッピングモーターおよび第三ステッピングモーターのそれぞれは制御機器に接続されており、前記底板の両側には二本の平行する第一スライディング用溝が設けられており、第一スライディング用溝の側壁にはラック構造が設けられており、土試料切削用鉄ワイヤのツールホルダーは二つのブラケットを含み、ブラケットの下端には歯車が水平に取り付けられており、前記歯車は第一スライディング用溝内に位置されており、かつ側壁のラック構造に噛み合っており、前記ブラケット内には垂直に第二スライディング用溝が設けられており、第二スライディング用溝の一側には該第二スライディング用溝と連通するスロットが設けられており、第一ステッピングモーターおよび第二ステッピングモーターはともにブラケット内に組み込まれて取り付けられており、第二スライディング用溝内には垂直にねじ軸が取り付けられており、ねじ軸にはスライダーが取り付けられており、第一ステッピングモーターの出力端はねじ軸に接続されており、第二ステッピングモーターは前記ブラケットの下端に位置されており、かつその出力端は歯車に接続されており、前記土試料切削用鉄ワイヤの両端はスライダーに接続されており、第三ステッピングモーターは底板の中央に組み込まれて取り付けられており、前記トレイは底板に水平に取り付けられており、かつその中心軸は前記第三ステッピングモーターの出力軸に接続されている。

従来技術に比べて、本考案は以下の効果を奏する。
１、本考案によれば、装置は全自動であり、かつワンボタンで起動できるため、実験者の時間および労力が大幅に減らされる。
２、本考案によれば、機械による切削であるため、切削精度が高く、土試料の制作品質に対する人的要因の影響を大幅に低減する。
３、本考案によれば、切削の土試料に対して層に分けて少しずつ切削するため、土試料切削用鉄ワイヤの運動速度および毎回の切削量は厳密に制御され、土試料の乱れを大幅に低減する。

本考案に係る装置の正面図である。 ブラケットを示す図である。 ＰＬＣ制御機器のプログラムによる処理流れを示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、本考案について更に詳細に説明する。
図１に示すように、全自動の任意直径の三軸試験用土試料の切削装置は、土試料切削用鉄ワイヤ３、底板９、土試料切削用鉄ワイヤのツールホルダー、トレイ８、第一ステッピングモーター４、第二ステッピングモーター６および第三ステッピングモーターを含む。図に示したように、自動化制御を実現するために、制御機器をさらに含む。第一ステッピングモーター４、第二ステッピングモーター６および第三ステッピングモーターのそれぞれは制御機器に接続されている。ここで、制御機器は、単に簡単な論理演算および出力の制御を実現するものであり、本技術分野における周知技術である。

底板９の両側には二本の平行する第一スライディング用溝１１が設けられており、第一スライディング用溝１１の側壁にはラック構造７が設けられている。土試料切削用鉄ワイヤのツールホルダーは二つのブラケット１を含み、ブラケット１の下端には歯車１０が水平に取り付けられており、歯車１０は第一スライディング用溝１１内に位置されており、かつ側壁のラック構造７に噛み合っている。

ブラケット１内には垂直に第二スライディング用溝１３が設けられており、第二スライディング用溝の一側には該第二スライディング用溝と連通するスロットが設けられている。第一ステッピングモーター４および第二ステッピングモーター６はともにブラケット１内に組み込まれて取り付けられており、第二スライディング用溝内には垂直にねじ軸１２が取り付けられており、ねじ軸１２にはスライダー２が取り付けられており、第一ステッピングモーター４の出力端はねじ軸１２に接続されており、第一ステッピングモーター４はスライダー２の上下運動を駆動ことにより、土試料切削用鉄ワイヤ３を駆動して切削を行わせる。第二ステッピングモーター６はブラケット１の下端に位置されており、かつその出力端は歯車１０に接続されている。第二ステッピングモーター６は、ツールホルダーのスライディング用溝内における移動に用いられる。

土試料切削用鉄ワイヤ３の両端は上記スロットを通して、スライディング用溝内に位置されているスライダー２に接続されている。土試料切削用鉄ワイヤ３は、スライダー２に連れられて上下運動し、土試料の切削を行う。

第三ステッピングモーターは底板の中央に組み込まれて取り付けられており、トレイ８は底板９に水平に取り付けられており、かつその中心軸は第三ステッピングモーターの出力軸に接続されている。第三ステッピングモーターはトレイの回転を駆動し、トレイは土試料を載置して土試料をともに回転させる。

好ましくは、トレイ８には容易にアライメントするために目盛が刻まれている。

直径がａである土試料に対し、その切削プロセスは図３に示すような以下のステップを含む。

（ステップＳ１）
初期化として、切削待ちの土試料５（直径はａより大きい）をトレイの上に載せて置き、ＰＬＣ制御機器により第二ステッピングモーター６を駆動させ、切削待ちの土試料５をトレイの中央部に位置させる。

（ステップＳ２）
ＰＬＣ制御機器は第二ステッピングモーター６を駆動させ、土試料切削用鉄ワイヤ３を前後移動させることにより一号位置、すなわち、初期位置からａ／２＋ａ／３離れた箇所まで移動させる。

（ステップＳ３）
第一ステッピングモーター４が均一速度で回転するように駆動させるにより、土試料切削用鉄ワイヤ３を上下移動させ、一回の上下の切削を完了させる。

（ステップＳ４）
トレイが１８°回転するように第三ステッピングモーターを駆動させた後、土試料切削用鉄ワイヤにより一回の上下の切削を再度完了させ、その後、再びトレイを１８°回転させるような上記方式を繰り返し、トレイを十九回回転させた後に、一つの正二十角形が切削される（非常に円形に近似する）。

（ステップＳ５）
ＰＬＣ制御機器は第二ステッピングモーター６を駆動させることにより、土試料切削用鉄ワイヤ３を前進または後退させ、初期位置からａ／２＋ａ／５離れた二号位置に位置させた後、ステップＳ３〜Ｓ４に従って切削を行う。

（ステップＳ６）
ＰＬＣ制御機器は第二ステッピングモーター６を駆動させることにより、土試料切削用鉄ワイヤ３を順番に三号、四号、・・・、七号位置に位置させた後、それぞれの位置においてステップＳ３〜Ｓ４に従って切削を行う。三号位置は初期位置からａ／２＋ａ／８離れた箇所であり、四号位置は初期位置からａ／２＋ａ／１３離れた箇所であり、五号位置は初期位置からａ／２＋ａ／２１離れた箇所であり、六号位置は初期位置からａ／２＋ａ／３４離れた箇所であり、七号場所は初期位置からａ／２離れた箇所である。一号位置から六号位置まで、位置増量の分母はフィボナッチ数列を構成する。切削プロセスにおいて、土試料の乱れを最小限に抑えるため、少しずつ内向きに切削する方法を採用し、一つの層ずつ切削する。

（ステップＳ７）
微粉研磨（自動的に該ステップに移行する）として、第三ステッピングモーターは終始に均一速度の運転を保ち、トレイを連続的に回転させ、第一ステッピングモーター４も連続的に作動するため、土試料切削用鉄ワイヤを連続的に上下運動させ、三十回上下運動させると、土試料の切削が完了する。

１ ブラケット、
２ スライダー、
３ 土試料切削用鉄ワイヤ、
４ 第一ステッピングモーター、
５ 土試料、
６ 第二ステッピングモーター、
７ ラック構造、
８ トレイ、
９ 底板、
１０ 歯車、
１１ 第一スライディング用溝、
１２ ねじ軸、
１３ 第二スライディング用溝。

Claims (2)

1. 土試料切削用鉄ワイヤ（３）、底板（９）、土試料切削用鉄ワイヤのツールホルダー、トレイ（８）、第一ステッピングモーター（４）、第二ステッピングモーター（６）および第三ステッピングモーターを含み、
   前記底板（９）の両側には二本の平行する第一スライディング用溝（１１）が設けられており、第一スライディング用溝（１１）の側壁にはラック構造（７）が設けられており、
   土試料切削用鉄ワイヤのツールホルダーは二つのブラケット（１）を含み、ブラケット（１）の下端には歯車（１０）が水平に取り付けられており、前記歯車（１０）は第一スライディング用溝（１１）内に位置されており、かつ側壁のラック構造（７）に噛み合っており、
   前記ブラケット（１）内には垂直に第二スライディング用溝（１３）が設けられており、第二スライディング用溝（１３）の一側には該第二スライディング用溝（１３）と連通するスロットが設けられており、
   第一ステッピングモーター（４）および第二ステッピングモーター（６）はともにブラケット（１）に組み込まれて取り付けられており、第二スライディング用溝（１３）内には垂直にねじ軸（１２）が取り付けられており、ねじ軸（１２）にはスライダー（２）が取り付けられており、第一ステッピングモーター（４）の出力端はねじ軸（１２）に接続されており、
   第二ステッピングモーター（６）は前記ブラケット（１）の下端に位置されており、かつその出力端は歯車（１０）に接続されており、
   前記土試料切削用鉄ワイヤ（３）の両端はスライダー（２）に接続されており、
   第三ステッピングモーターは底板の中央に組み込まれて取り付けられており、前記トレイ（８）は底板（９）に水平に取り付けられており、かつその中心軸は前記第三ステッピングモーターの出力軸に接続されている、
   ことを特徴とする任意直径の三軸試験用土試料の切削装置。
2. 第一ステッピングモーター（４）、第二ステッピングモーター（６）および第三ステッピングモーターのそれぞれに接続されている制御機器をさらに含む、ことを特徴とする請求項１に記載の任意直径の三軸試験用土試料の切削装置。