JP4112388B2 - トルク測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、杭打機のリーダに装着された回転駆動装置から出力される回転トルクを測定するトルク測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リーダに沿って昇降する回転駆動装置に中空杭を連結し、その中空杭に回転を与えて地盤に埋設する施工では、杭の支持力を管理するために、回転駆動装置から出力される回転トルクがどれくらいなのかを調べる必要がある。それには、電動オーガであれば電流値を、油圧オーガであれば作動油圧力を測定し、その値から演算して求めることが行われていた。
【０００３】
この場合、電流値や作動油圧力は、外気温や作動油温、配管長さなど諸々の測定環境によって微妙に変化するものの、あくまでも演算値は目安程度であれば十分であるため、高い精度は要求されていない。
しかし、こうした演算方式は、あくまでも計算の域を脱しておらず、本当にその値まで回転駆動装置から回転トルクが出力されているかを確認することが求められ、実際のトルクを測定する必要があった。従来、回転駆動装置のトルク測定には次のようなトルク測定が行われ、また提案されている。
【０００４】
先ず、図１０に示すように、回転駆動装置に連結されたバケット１０１にワイヤロープ１０２を巻き付け、ロードセル１０３を介して、そのワイヤロープ１０２を重量物（例えば本体足廻りや回転トルクで滑らない程度のウエイト）１０４に固定する。そして、回転駆動装置の駆動によってロードセル１０３に加わる引張荷重と、その引張荷重が加わるワイヤロープ１０２の巻き付け半径とを乗算して回転トルクが求められる。
【０００５】
また、本出願人は、特開２００２−８１０６３号公報に記載されたトルク測定装置を提案している。これは、図１１及び図１２（図１１のＦ−Ｆ断面）に示すように、回転駆動装置１１０の中空杭駆動軸１１１に、６本のピン型荷重計７が等間隔にその軸を外側へ向けて突設され、中空杭駆動軸１１１には連結部材である杭キャップ１１２を介して中空杭１１３が連結されている。杭キャップ１１２にはピン型荷重計１１５が挿通される長孔が６個形成され、杭キャップ１１２の軸方向に長い長孔１１６と、杭キャップ１１２の周方向に長い長孔１１７とが交互に形成されている。また、杭キャップ１１２の下部には、中空杭１１３の突起１１３ａが係合するキー溝１１８が形成されている。
【０００６】
当該公報に記載されたトルク測定装置は、こうした構成により、回転駆動装置１１０にて中空杭１１３を回転して押し込み力をかけると、軸方向に長い長孔１１６に挿通されたピン型荷重計１１５が回転トルクを、周方向に長い長孔１１７に挿通されたピン型荷重計１１５が押し込み力をそれぞれ測定することができ、中空杭１１３自身が実際に受ける回転トルク及び押し込み力を正確に把握することができる。
【０００７】
更に、特開平１１−３０３０７０号公報には、磁歪式トルクセンサを使用して回転駆動装置からの回転トルクを検出する方法が記載されている。すなわち、図１３及び図１４に示すように、回転駆動装置１２０には、駆動モータのフランジ１２１に対し、上下一対のフランジ１２２，１２３間にトルク検出軸１２４が設けられた磁歪式のトルクセンサ１２５が接合されている。そのトルクセンサ１２５は、トルク検出軸１２４の外周に一対の磁気異方性部１２６，１２７が形成され、その周囲には磁気検出用のコイル１２８，１２９が配置されている。そして、そのコイル１２８，１２９からの検出信号が電子回路１３０によって処理され、トルク検出軸１２４に負荷されるトルクの大きさが演算される。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−８１０６３号公報（第２頁、図１、図２）
【特許文献２】
特開平１１−３０３０７０号公報（第４頁、図３、図４）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上のような従来のトルク測定方法及び測定装置には、次のような問題があった。
先ず、図１０に示した、ワイヤロープの引張荷重をロードセルで測定して回転トルクを演算する方法は、回転駆動装置の回転トルクを実測できるが、引張荷重が回転中心に対して半径分ずれて作用するため、ロッド１０５に曲げが生じてしまうことがあり、危険を伴うものであった。一方、ワイヤロープを反対側にも張るなどバランス良く複数の方向から引っ張るようにすればロッド１０５に曲げが生じることはなくなるが、その場合は、ワイヤロープをウエイト１０４とは反対方向に配置した別のウエイトなどの重量物に固定しなければならないため、装置が大掛かりになってしまう。
【００１０】
また、前記特許文献１，２に記載された測定装置では、ピン型荷重計１１５やトルクセンサ１２５から得られる値から、施工時の回転トルクを測定するようにしているが、ここで得られる回転トルクの測定値を保証するためにはピン型荷重計１１５やトルクセンサ１２５の精度保証が必要である。しかし、前記特許文献１，２に記載された測定装置では、そうしたピン型荷重計１１５やトルクセンサ１２５の精度を定期的に確認することが困難であった。そのため、測定される回転トルクの精度も信頼性の低いものになってしまう。
【００１１】
そこで本発明は、かかる課題を解決すべく、取り扱いが容易で、測定精度の確認が容易なトルク測定装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のトルク測定装置は、リーダに沿って昇降可能に装着され、下方に突設した出力軸に中空杭や攪拌ロッドなどを同軸上に垂設し、その中空杭などにトルクを与えて所定の作業を行わせる回転駆動装置について、そのトルク測定を行うためのものであって、前記回転駆動装置の出力軸に対して同軸上に取り付ける測定用ロッドと、その測定用ロッドに伝えられる前記回転駆動装置からの回転出力をロードセルによって受け、ガイドギブに固定した固定用金具に着脱することによってリーダに対する着脱が可能な荷重受けとを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明のトルク測定装置では、測定用ロッドと荷重受けとをそれぞれ回転駆動装置やリーダに装着し、回転駆動装置の駆動によって測定用ロッドを介して受ける荷重をロードセルで測定することで、回転駆動装置から出力される回転トルクが得られる。従って、ウエイトなどの反力取りを必要としないため取り扱いが容易であり、また、荷重受けからロードセルだけを取り外し、ウエイトなどを吊ってロードセルの検定をすれば、測定精度の確認を容易に行うことができる。
【００１４】
また、本発明のトルク測定装置は、前記荷重受けが、左右のガイドギブに対して固定用金具が固定され、一方の固定用金具には、前記ロードセルがトルクを受ける際に剛体として機能するアームが固定され、他方の固定用金具には、前記測定用ロッドを介してトルクが伝えられるアームが固定され、その両アームに対して前記ロードセルがピン結合されたものであることが望ましい。
また、本発明のトルク測定装置は、前記測定用ロッドが、円柱部と角柱部とを有し、前記アームを貫通するものであり、剛体として機能する前記アームには、前記測定用ロッドが振れないように円柱部を支持するガイド部が形成され、トルクが伝えられる前記アームには、前記測定用ロッドの回転を制限するように角柱部にはめ合わされる嵌合部が形成されたものであることが望ましい。
更に、本発明のトルク測定装置は、前記アームが、前記固定用金具に対して固定する固定プレートと一体に形成されたものであり、その固定プレートと前記固定用金具との間にスペーサを介して固定するものであることが望ましい。
【００１５】
よって、本発明のトルク測定装置では、測定用ロッドからアームを介してロードセルに回転駆動装置の駆動力が伝えられ、剛体となる一方のアームに支持され、駆動力が伝えられるアームに引っ張られて、ロードセルから引張荷重が測定できる。従って、この引張荷重に測定用ロッドの軸線からの距離を乗算することにより回転駆動装置から出力される回転トルクが得られる。
ロードセルはピンを外すことによって簡単に取り外しすることができ、ウエイトなどを吊ってロードセルの検定をすれば、測定精度の確認を容易に行うことができる。また、回転駆動装置の駆動力は、測定用ロッドの角柱部からアームの嵌合部を介して伝えられるが、その際、角柱部の各面から嵌合部に対して同じように力が作用するため、測定用ロッドに曲げが生じるようなこともなく、破損による危険もない。更に、回転駆動装置は、機種の違いによってリーダから出力軸までの距離が異なるものがあるが、その際でも固定プレートと固定用金具との間にスペーサを介装することにより、どのような回転駆動装置に対しても対応させることができる。
【００１６】
また、本発明のトルク測定装置は、前記荷重受けが、前記ガイドギブに固定された固定用金具に対し、前記ロードセルがトルクを受ける際に剛体として機能するリーダ側ブラケットが固定され、前記測定用ロッドには前記ロードセルにトルクを伝えるロッド側ブラケットが固定され、その両ブラケットに対して一対のロードセル、またはロードセルとロッドとがピン結合されたものであることが望ましい。
また、本発明のトルク測定装置は、前記固定用金具が左右のガイドギブに対して固定された一対のものであり、前記リーダ側ブラケットは、その一対の固定用金具に固定する一枚の固定プレートに、ガイドギブに対応して左右に設けられ、前記ロッド側ブラケットは、測定用ロッドに対して左右に突設され、一対のロードセルまたはロードセルとロッドとが、左右二組のブラケットに対して、前記測定用ロッドの軸線に直交する平面上にあって、その中心線が前記測定用ロッドの軸線から同じ距離で、且つ中心線同士が平行になるように配置されたものであることが望ましい。
【００１７】
また、本発明のトルク測定装置は、前記固定用金具が左右のガイドギブに対して固定された一対のものであり、前記固定用金具に連結され、前記測定用ロッドの下端部の振れを防止する振止めが設けられたものであることが望ましい。
また、本発明のトルク測定装置は、前記リーダ側ブラケットが、前記固定用金具に対して固定する固定プレートと一体に形成されたものであり、その固定プレートと前記固定用金具との間にスペーサを介して固定するものであることが望ましい。
【００１８】
よって、本発明のトルク測定装置では、測定用ロッドを介して回転駆動装置の駆動力が伝えられ、剛体となるリーダ側ブラケットに支持され、その駆動力が伝えられるロッド側ブラケットに引っ張られ、また圧縮され、ロードセルから引張荷重や圧縮荷重が測定できる。従って、この引張荷重や圧縮荷重に測定用ロッドの軸線からの距離を乗算することにより回転駆動装置から出力される回転トルクが得られる。
ロードセルは、ピンを抜くことによって簡単に取り外しすることができ、ウエイトなどを吊ってロードセルの検定をすれば、測定精度の確認を容易に行うことができる。また、回転駆動装置の駆動力を、測定用ロッドの左右対称に配置した一対のロードセル同士、或いはロードセルとロッドによって受けるため、測定用ロッドに曲げが生じるようなこともなく、破損による危険もない。更に、回転駆動装置には、機種の違いによってリーダから出力軸までの距離が異なるものがあるが、その際でも固定プレートと固定用金具との間にスペーサを介装することにより、どのような回転駆動装置に対しても対応させることができる。
【００１９】
また、本発明のトルク測定装置は、前記固定用金具が、異なるリーダに対応して設けられたガイドギブに応じて取り替え可能なものであることが望ましい。
また、本発明のトルク測定装置は、前記測定用ロッドが、回転駆動装置の出力軸にアダプタを介して連結されたものであることを特徴とするトルク測定装置。
よって、本発明のトルク測定装置では、固定用金具の交換によって、どのようなリーダに対しても荷重受けを装着することができ、またアダプタの交換によって、どのような回転駆動装置にも測定用ロッドを装着することができる。従って、本発明のトルク測定装置は、一組の測定用ロッドと荷重受けによって各機種に対応させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るトルク測定装置の実施形態について図面を参照して以下に説明する。例えば、中空杭の埋設工法では、杭打機の前部にリーダを立設され、当該リーダに対して回転駆動装置が昇降可能に装着される。図１は、そうした回転駆動装置と、その回転駆動装置に取り付けた第１実施形態のトルク測定装置を示した側面図である。
【００２１】
回転駆動装置１とトルク測定装置１０は、共にガイドギブ２，１３を有し、そのガイドギブ２，１３がリーダのガイドレール３に左右からはめられ、リーダの前方（図面左側）に装着される。これにより回転駆動装置１はリーダに沿った摺動が可能になり、連結された中空杭を地盤に回転圧入させる作業装置として機能する。その回転駆動装置１は、油圧モータ５を備え、その回転出力がギヤケース６内の減速ギヤを介して出力軸７に伝達されるよう構成されおり、その出力軸７には固定フランジ７ａが形成され、不図示の中空杭が固定フランジ７ａに下方から当てられ、同軸にボルトとナットによって垂設される。
【００２２】
通常、この回転駆動装置が中空杭を実際どのくらいの回転トルクで埋設するかは、本実施形態の回転駆動装置１が油圧オーガであるため作動油圧力が測定され、その値から演算して求められている。そして、その演算して得られた値が正確であるか否かを確認するために、本実施形態のトルク測定装置１０による点検が行われる。
【００２３】
そこで、トルク測定装置１０によって回転駆動装置１から出力される回転トルクを測定する場合には、固定フランジ７ａに測定用ロッド１１が取り付けられる。測定用ロッド１１は、図２に示すように上下の円柱部１１ａ，１１ｂの間に角柱部１１ｃが形成された軸であり、固定フランジ１４ａをもったアダプタ１４と一体になって、回転駆動装置１の出力軸７に対して同軸上に垂設される。トルク測定装置１０は、その測定用ロッド１１と、リーダ側に取り付けられ、測定用ロッド１１から伝えられる回転駆動装置１の駆動力を受ける荷重受け１２とから構成されている。
【００２４】
ここで図３は、トルク測定装置１０を示した図であり、図（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ図１のＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面、そしてＣ−Ｃ断面を示した図である。
リーダ４側に取り付けられた荷重受け１２は、前述したようにガイドギブ１３ａ，１３ｂ（まとめて１３）がリーダ４のガイドレール３，３に外側からはめられている。具体的には、ガイドギブ１３ａ，１３ｂは、角形パイプからなるガイドレール３，３の形状に合わせて断面がコの字形をしたものであり、そのガイドレール３，３の長手方向に沿ってはめ合わされている。
【００２５】
ガイドギブ１３ａ，１３ｂには、杭打機前方（図面左側）に固定プレート１５ａ，１６ａが位置するように、それぞれ固定プレート１５ａ，１６ａと一体の固定用金具１５，１６がボルトによって固定されている。そして、その固定プレート１５ａには、アーム２１，２２が固定プレート２５を介して取り付けられ、固定プレート１６ａには、アーム２３，２３が固定プレート２６を介して取り付けられている。
【００２６】
このように、４段のアーム２１，２２，２３，２３は（図１参照）、それぞれアーム２１，２２と、アーム２３，２３とが組になり、アーム２１，２２は、コーナープレート２７ｅ，２７ｆを当てて固定プレート２５に溶接され、アーム２３，２３もコーナープレート２８ｅ，２８ｆを当てて固定プレート２６に溶接されて一体になっている。またアーム２１，２２は、両アームが連結プレート２７ｇで連結されている。
【００２７】
また、リーダ４側から延びた左右のアーム２１，２２及び２３，２３は、そのリーダ４前方で測定用ロッド１１が嵌合する肉厚に形成されたガイド部３１，３２と嵌合部３３とを有している。アーム２１，２２のガイド部３１，３２は、測定用ロッド１１の円柱部１１ａ，１１ｂを支持する部分であり、アーム２３，２３の嵌合部３３は、その角柱部１１ｃがはめ合わされて、回転駆動装置１の回転力を受けるように形成されたものである。
【００２８】
嵌合部３３は、アーム２３，２３に一体的に設けられたものであり、角柱部１１ｃの形状に合わせて四角孔が穿設されている。一方、アーム２２に形成されたガイド部３２は、円柱部１１ｂの形状に合わせて丸孔が穿設されている。そして、アーム２１に形成されたガイド部３１は、図１に示すようにアーム２１，２３，２３，２２に対して測定用ロッド１１を上から挿入するため、角柱部１１ｃが通過できるように四角孔が穿設されている。
【００２９】
ところでトルク測定時には、こうしたアーム２１，２２，２３，２３に穿設された貫通孔の中心が、測定用ロッド１１の軸線に重なる必要がある。そのため、荷重受け１２をリーダ４に装着させる場合、固定プレート１５ａと２５や１６ａと２６の間には、位置調整のためにスペーサ３４，３４が挟み込まれ、位置合わせが行えるようになっている。
【００３０】
そして、左右に配置されたアーム２１，２２とアーム２３，２３とには、これらをつなぐロードセル３５がピン結合されている。ロードセル３５は、測定用ロッド１１の軸線を通ってリーダ４の前後方向に引いた直線と直交する向き、また別の見方をすれば、アーム２１，２２及びアーム２３，２３が固定プレート２５，２６に直交する部分に直交するように配置され、その一端が、アーム２１，２２に対し垂直方向に差し込まれたピン３６ａに軸支され、他端が、アーム２３，２３に対し垂直方向に差し込まれたピン３６ｂに軸支されている。
【００３１】
次に、こうしたトルク測定装置１０が図１乃至図３に示すように回転駆動装置１及び杭打機のリーダ４に装着され、回転駆動装置１から出力される回転トルクの測定が行われる。それには、回転駆動装置１に対し、施工時に中空杭などが連結されている出力軸７の固定フランジ７ａに測定用ロッド１１が垂設される。
一方、アーム２１，２２，２３，２３などからなる荷重受け１２は、クレーンなどにより吊り込まれ、リーダ４のガイドパイプ３，３にガイドギブ１３ａ，１３ｂが取り付けられ、それに固定プレート１５ａ，２５や１６ａ，２６を介して装着される。この場合、荷重受け１２はリーダ４の下端に設けられたストッパなどによって位置決めする。
【００３２】
こうした荷重受け１２に対し、不図示の昇降装置によって回転駆動装置１が下降し、垂設された測定用ロッド１１が、ガイド部３１，３２と嵌合部３３の貫通孔に挿入される。このとき測定用ロッド１１は、その角柱部１１ｃがアーム２３，２３に設けられた嵌合部３３の角孔にはまり込み、回転が制限されるようになる。従って、回転駆動装置１が起動して油圧モータ５の回転が減速ギヤを介して出力軸７に伝えられても測定用ロッド１１は回転せず、回転駆動装置１の駆動力は、アーム２１，２２，２３，２３を介してロードセル３５に伝えられる。
【００３３】
すなわち、図３（ｂ）に示すように、矢印で示す回転駆動装置１からアーム２３，２３が受ける回転方向の力は、ロードセル３５を介して固定側のアーム２１，２２によって制限される。そしてロードセル３５には、その軸方向（矢印Ｙ方向）に引張荷重が作用する。このとき、アーム２１，２２は、ガイドギブ１３ａを介してリーダ４によって支えられて剛体として機能し、矢印Ｙ方向に支えのないアーム２３，２３側は、ロードセル３５の歪み分だけガイドギブ１３ｂがずれることになる。
【００３４】
こうして本実施形態のトルク測定装置１０では、ロードセル３５の歪みによって引張荷重が得られ、その引張荷重に測定用ロッド１１の軸線からロードセル３５の中心線までの直交線上の距離Ｌ１を乗算させることで、回転駆動装置１の駆動による回転トルクが演算によって得られる。このトルク測定装置１０によって得られる回転トルクの正確さは、ロードセル３５の測定精度によって保証されるが、ロードセル３５は、ピン３６ａ，３６ｂを抜くことにより簡単に外すことができ、外したロードセル３５は、ウエイトなどを吊って簡単に検定するができる。そのため、トルク測定装置１０の測定精度を保つことができる。
【００３５】
また、トルク測定装置１０では、反力取りのためのウエイトなど、余分な固定物が必要でなくなり、測定用ロッド１１と荷重受け１２の取り付けによって完了するため、どこでも簡単にトルク測定を行うことができる。
そして、測定用ロッド１１は、角柱部１１ｃの各面から嵌合部３３に対して同じように力が作用するため、測定用ロッドに曲げが生じるようなこともなく、破損による危険もない。
【００３６】
更に、トルク測定装置１０は、荷重受け１２が分割型であるため、ガイドレール３，３に取り付けるガイドギブ１３ａ，１３ｂと固定用金具１５，１６を取り替えることにより、サイズの異なるリーダにも装着することができる。図４は、リーダのサイズが小さくなった場合について示した、図１のＡ−Ａ断面に相当する図面である。
【００３７】
リーダ４１が細くなると、それに合わせてガイドパイプ４２，４２も細く、その間隔が狭くなる。そこで、トルク測定装置１０は、サイズの小さいガイドギブ４３，４３に交換し、それに対応した固定用金具４４，４４を固定する。そして、後は同じようにアーム２１，２２側の固定プレート２５と、アーム２３，２３側の固定プレート２６をそれぞれ、固定用金具４４，４５の固定プレート４４ａ，４５ａに対してボルトとナットによって固定する。ただし、回転駆動装置も小型になってリーダ４１から測定用ロッド１１までの距離も短くなるため、スペーサを挟み込まないで固定する。これにより、前述したように回転駆動装置の回転トルクを測定することができる。その他、各サイズのリーダや回転駆動装置に対しても装着して、トルク測定を行うことができる。
【００３８】
次に、本発明に係るトルク測定装置の第２実施形態について図面を参照して以下に説明する。ここでも、中空杭の埋設工法において、杭打機の前部に立設されたリーダに対して昇降可能な回転駆動装置のトルクを測定する場合について説明することとし、図５は、そうした回転駆動装置と、その回転駆動装置に取り付けた第２実施形態のトルク測定装置を示した側面図である。そして、図６及び図７は、図５のＤ−Ｄ断面又はＥ−Ｅ断面を示した図である。なお、図５に示す回転駆動装置１及びリーダ４、並びにガイドギブ１３など、前記第１実施形態と同じ構成については同じ符号を付して説明する。
【００３９】
回転駆動装置１とトルク測定装置５０は、共にガイドギブ２，１３を有し、そのガイドギブ２，１３がリーダのガイドレール３に左右からはめられて、リーダの前方（図面左側）に装着される。これにより回転駆動装置１はリーダに沿って摺動可能になり、連結された中空杭を地盤に回転圧入させる作業装置として機能する。その回転駆動装置１は、油圧モータ５を備え、その回転出力がギヤケース６内の減速ギヤを介して出力軸７に伝達されるよう構成されおり、その出力軸７には固定フランジ７ａが形成され、不図示の中空杭が固定フランジ７ａに下方から当てられ、同軸にボルトとナットによって垂設される。
【００４０】
通常、この回転駆動装置が中空杭を実際どのくらいの回転トルクで埋設するかは、本実施形態の回転駆動装置１が油圧オーガであるため作動油圧力が測定され、その値から演算して求められている。そして、その演算して得られた値が正確であるか否かを確認するために、本実施形態のトルク測定装置５０による点検が行われる。
【００４１】
そこで、トルク測定装置５０によって回転駆動装置１から出力される回転トルクを測定する場合には、固定フランジ７ａに測定用ロッド５１が取り付けられる。測定用ロッド５１は、図示するように円柱であり、固定フランジ１４ａをもったアダプタ１４に上端がはめ込まれて一体になって、回転駆動装置１の出力軸７に対して同軸上に垂設される。そして、その測定用ロッド５１には、その芯振れを防止する振止め５３に挿入する縮径した下端部５１ａが形成されている。
【００４２】
トルク測定装置５０は、この測定用ロッド５１及び振れ止め５３と、リーダ側に取り付けられた荷重受け５２とから構成されている。
荷重受け５２は、リーダ４側には、前述したようにガイドギブ１３ａ，１３ｂがリーダ４のガイドレール３，３に外側からはめられている。具体的には、ガイドギブ１３ａ，１３ｂは、角形パイプからなるガイドレール３，３の形状に合わせて断面がコの字形をしたものであり、そのガイドレール３，３の長手方向に沿って外側からはめ合わされている。
【００４３】
ガイドギブ１３ａ，１３ｂには、杭打機前方（図面左側）に固定プレート１５ａ，１６ａが位置するように、それぞれ固定用金具１５，１６がボルト締めによって一体に固定されている。そして、その固定プレート１５ａ，１６ａには、左右のブラケット６１ａ，６１ｂと、その下に振止め用プレート６２が突設された一枚の固定プレート６０が、スペーサ３４，３４を介して固定されている。一方、測定用ロッド５１にもブラケット６３ａ，６３ｂが突設されている。
【００４４】
そして、荷重受け５２には、この左右二組のブラケット６１ａ，６３ａ及び６１ｂ，６３ｂに、ロードセル５５ａ，５５ｂが垂直方向に差し込まれたピン６４，６４…によって連結して取り付けられている。この場合、ロードセル５５ａ，５５ｂは、測定用ロッド５１の軸線に直交する平面上にあって、その中心線が測定用ロッド５１の軸線から同じ距離で、且つ中心線同士が平行になるように配置して取り付けられている。これは、回転駆動装置１から測定用ロッド５１を介して受ける引張荷重と圧縮荷重の絶対値が等しくロードセル５５ａ，５５ｂに作用するようにするためである。
【００４５】
本実施形態では、このように一対のロードセル５５ａ，５５ｂを用いて荷重受け５２を構成しているが、例えばロードセル５５ｂを単なるロッドに置き換え、同じようにピン６４，６４で連結するようにしてもよい。但し、２個のロードセルを用いた方が製作誤差や前述したような取付状態に狂いが生じても正確に計測できる点で好ましい。
【００４６】
また、トルク測定装置５０には、測定用ロッド５１の軸線がずれないように、縮径した下端部５１ａが振止め５３に挿入されている。振止め５３は、固定プレート６０に直交して水平に突設された振止め用プレート６２の先端に設けられており、測定用ロッド５１の回転を妨げないようにベアリングユニットの受け座５６が内装されている。
【００４７】
次に、こうしたトルク測定装置５１が図５乃至図７に示すように回転駆動装置１及び杭打機のリーダ４に装着され、回転駆動装置１から出力される回転トルクの測定が行われる。それには、回転駆動装置１に対し、施工時に中空杭などが連結されている出力軸７の固定フランジ７ａに測定用ロッド１１が垂設される。
一方、荷重受け５２のロードセル５５ａ，５５ｂは、ガイドギブ１３ａ，１３ｂに固定用金具１５，１６を介して固定された固定プレート６０のブラケット６１ａ，６１ｂに一端がピン結合され、その状態でクレーンなどにより吊り込まれる。この場合、荷重受け５２はリーダ４の下端に設けられたストッパなどによって位置決めする。
【００４８】
不図示の昇降装置によって回転駆動装置１が下降し、それに垂設された測定用ロッド５１の下端部５１ａが、振止め５３を貫通してベアリングユニットの受け座５６に当てられる。このとき測定用ロッド５１に固定されたブラケット６３ａ，６３ｂにロードセル５５ａ，５５ｂの一端がピン結合される。
従って、回転駆動装置１が起動して油圧モータ５の回転が減速ギヤを介して出力軸７に伝えられても、測定用ロッド５１の回転は制限される。そして、回転駆動装置１の駆動力は、一方のロードセル５５ａに圧縮荷重として作用し、他方のロードセル５５ｂには引張荷重として作用する。このとき、リーダ４側に固定された固定プレート６０が剛体として機能している。
【００４９】
こうして本実施形態のトルク測定装置５０では、ロードセル５５ａ，５５ｂの圧縮荷重と引張荷重とに、それぞれ測定用ロッド５１の軸線からロードセル３５の中心線までの直交線上の距離Ｌ２を乗算させ、加えることで、回転駆動装置１の駆動による回転トルクが演算によって得られる。このトルク測定装置５０によって得られる回転トルクの正確さは、ロードセル５５ａ，５５ｂの測定精度によって保証されるが、ロードセル５５ａ，５５ｂは、ピン６４，６４…を抜くことにより簡単に着外すことができ、外したロードセル５５ａ，５５ｂにウエイトなどを吊って簡単に検定することができる。そのため、トルク測定装置５０の測定精度を保つことができる。
【００５０】
また、トルク測定装置５０では、反力取りのためのウエイトなど、余分な固定物が必要でなくなり、測定用ロッド５１とロードセル５５ａ，５５ｂなどの取り付けによって完了するため、どこでも簡単に測定を行うことができる。
そして、トルク測定装置５０では、測定用ロッド５１に作用する回転力が、左右均等に配置されたロードセル５５ａ，５５ｂによってバランス良く作用するため、測定用ロッドに曲げが生じるようなこともなく、破損による危険もない。
【００５１】
更に、トルク測定装置５０は、荷重受け５２が分割型であるため、ガイドレール３，３に取り付けるガイドギブ１３ａ，１３ｂと固定用金具１５，１６を取り替えることにより、サイズの異なるリーダにも装着することができる。図８は、リーダのサイズが小さいくなった場合について示した、図５のＤ−Ｄ断面に相当する図面である。
【００５２】
リーダ４１が細くなると、それに合わせてガイドパイプ４２，４２も細く、その間隔が狭くなる。そこで、サイズの小さいガイドギブ４３，４３に交換し、それに間隔の狭いガイドギブ４３，４３に対応した固定用金具４４，４４を固定する。そして、後は同じように固定プレート６０と測定用ロッド５１のブラケット６１ａ，６３と６１ｂ，６３ｂにピン結合する。ただし、回転駆動装置も小型になってリーダ４１から測定用ロッド５１までの距離も短くなるため、スペーサを挟み込まないで固定する。これにより、前述したように回転駆動装置の回転トルクを測定することができる。その他、各サイズのリーダや回転駆動装置に対しても装着して、トルク測定を行うことができる。
【００５３】
一方、リーダのサイズの他、異なるタイプの回転駆動装置についてトルク測定する場合には、アダプタを交換して測定用ロッド５１を装着することができる。図９、アダプタを交換した場合の測定用ロッドの装着状態を示した図である。この回転駆動装置７１は、上方にスイベル７２を備え、中空の回転軸７３を通してセメントミルクなどを下方に連結した掘削ロッドに流すようにしたものである。アダプタ７５は、そうした中空の回転軸７３に前記第２実施形態の測定用ロッド５１を連結できるようにしたものである。これにより、どのようなタイプの回転駆動装置についても回転トルクを測定することができる。
【００５４】
以上、本発明に係るトルク測定装置の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定させることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
【００５５】
【発明の効果】
本発明は、回転駆動装置の出力軸に対して同軸上に取り付ける測定用ロッドと、その測定用ロッドに伝えられる前記回転駆動装置からの回転出力をロードセルによって受け、ガイドギブに固定した固定用金具に着脱することによってリーダに対する着脱が可能な荷重受けとを有する構成としたので、取り扱いが容易で、測定精度の確認が容易なトルク測定装置を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】回転駆動装置と、その回転駆動装置に取り付けた第１実施形態のトルク測定装置を示した側面図である。
【図２】第１実施形態のトルク測定装置の測定用ロッドを示した斜視図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面、Ｃ−Ｃ断面を示した図である。
【図４】サイズの小さいリーダに対して第１実施形態のトルク測定装置を装着した状態の断面図である。
【図５】回転駆動装置と、その回転駆動装置に取り付けた第２実施形態のトルク測定装置を示した側面図である。
【図６】図５のＤ−Ｄ断面を示した図である。
【図７】図５のＥ−Ｅ断面を示した図である。
【図８】サイズの小さいリーダに対して第１実施形態のトルク測定装置を装着した状態の断面図である。
【図９】アダプタを交換した場合の測定用ロッドの装着状態を示した図である。
【図１０】ワイヤロープとロードセルを利用したトルク測定を示した図である。
【図１１】従来のトルク測定装置を備えた回転駆動装置を示した側面図である。
【図１２】図１１のＦ−Ｆ断面図である。
【図１３】トルクセンサを備えた回転駆動装置を示した側面図である。
【図１４】トルクセンサを示した断面図である。
【符号の説明】
１ 回転駆動装置
３ ガイドパイプ
４ リーダ
１０ トルク測定装置
１１ 測定用ロッド
１２ 荷重受け
１３（１３ａ，１３ｂ） ガイドギブ
１５，１６ 固定用金具
２１，２２，２３ アーム
３５ ロードセル
【発明の属する技術分野】
本発明は、杭打機のリーダに装着された回転駆動装置から出力される回転トルクを測定するトルク測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リーダに沿って昇降する回転駆動装置に中空杭を連結し、その中空杭に回転を与えて地盤に埋設する施工では、杭の支持力を管理するために、回転駆動装置から出力される回転トルクがどれくらいなのかを調べる必要がある。それには、電動オーガであれば電流値を、油圧オーガであれば作動油圧力を測定し、その値から演算して求めることが行われていた。
【０００３】
この場合、電流値や作動油圧力は、外気温や作動油温、配管長さなど諸々の測定環境によって微妙に変化するものの、あくまでも演算値は目安程度であれば十分であるため、高い精度は要求されていない。
しかし、こうした演算方式は、あくまでも計算の域を脱しておらず、本当にその値まで回転駆動装置から回転トルクが出力されているかを確認することが求められ、実際のトルクを測定する必要があった。従来、回転駆動装置のトルク測定には次のようなトルク測定が行われ、また提案されている。
【０００４】
先ず、図１０に示すように、回転駆動装置に連結されたバケット１０１にワイヤロープ１０２を巻き付け、ロードセル１０３を介して、そのワイヤロープ１０２を重量物（例えば本体足廻りや回転トルクで滑らない程度のウエイト）１０４に固定する。そして、回転駆動装置の駆動によってロードセル１０３に加わる引張荷重と、その引張荷重が加わるワイヤロープ１０２の巻き付け半径とを乗算して回転トルクが求められる。
【０００５】
また、本出願人は、特開２００２−８１０６３号公報に記載されたトルク測定装置を提案している。これは、図１１及び図１２（図１１のＦ−Ｆ断面）に示すように、回転駆動装置１１０の中空杭駆動軸１１１に、６本のピン型荷重計７が等間隔にその軸を外側へ向けて突設され、中空杭駆動軸１１１には連結部材である杭キャップ１１２を介して中空杭１１３が連結されている。杭キャップ１１２にはピン型荷重計１１５が挿通される長孔が６個形成され、杭キャップ１１２の軸方向に長い長孔１１６と、杭キャップ１１２の周方向に長い長孔１１７とが交互に形成されている。また、杭キャップ１１２の下部には、中空杭１１３の突起１１３ａが係合するキー溝１１８が形成されている。
【０００６】
当該公報に記載されたトルク測定装置は、こうした構成により、回転駆動装置１１０にて中空杭１１３を回転して押し込み力をかけると、軸方向に長い長孔１１６に挿通されたピン型荷重計１１５が回転トルクを、周方向に長い長孔１１７に挿通されたピン型荷重計１１５が押し込み力をそれぞれ測定することができ、中空杭１１３自身が実際に受ける回転トルク及び押し込み力を正確に把握することができる。
【０００７】
更に、特開平１１−３０３０７０号公報には、磁歪式トルクセンサを使用して回転駆動装置からの回転トルクを検出する方法が記載されている。すなわち、図１３及び図１４に示すように、回転駆動装置１２０には、駆動モータのフランジ１２１に対し、上下一対のフランジ１２２，１２３間にトルク検出軸１２４が設けられた磁歪式のトルクセンサ１２５が接合されている。そのトルクセンサ１２５は、トルク検出軸１２４の外周に一対の磁気異方性部１２６，１２７が形成され、その周囲には磁気検出用のコイル１２８，１２９が配置されている。そして、そのコイル１２８，１２９からの検出信号が電子回路１３０によって処理され、トルク検出軸１２４に負荷されるトルクの大きさが演算される。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−８１０６３号公報（第２頁、図１、図２）
【特許文献２】
特開平１１−３０３０７０号公報（第４頁、図３、図４）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上のような従来のトルク測定方法及び測定装置には、次のような問題があった。
先ず、図１０に示した、ワイヤロープの引張荷重をロードセルで測定して回転トルクを演算する方法は、回転駆動装置の回転トルクを実測できるが、引張荷重が回転中心に対して半径分ずれて作用するため、ロッド１０５に曲げが生じてしまうことがあり、危険を伴うものであった。一方、ワイヤロープを反対側にも張るなどバランス良く複数の方向から引っ張るようにすればロッド１０５に曲げが生じることはなくなるが、その場合は、ワイヤロープをウエイト１０４とは反対方向に配置した別のウエイトなどの重量物に固定しなければならないため、装置が大掛かりになってしまう。
【００１０】
また、前記特許文献１，２に記載された測定装置では、ピン型荷重計１１５やトルクセンサ１２５から得られる値から、施工時の回転トルクを測定するようにしているが、ここで得られる回転トルクの測定値を保証するためにはピン型荷重計１１５やトルクセンサ１２５の精度保証が必要である。しかし、前記特許文献１，２に記載された測定装置では、そうしたピン型荷重計１１５やトルクセンサ１２５の精度を定期的に確認することが困難であった。そのため、測定される回転トルクの精度も信頼性の低いものになってしまう。
【００１１】
そこで本発明は、かかる課題を解決すべく、取り扱いが容易で、測定精度の確認が容易なトルク測定装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のトルク測定装置は、リーダに沿って昇降可能に装着され、下方に突設した出力軸に中空杭や攪拌ロッドなどを同軸上に垂設し、その中空杭などにトルクを与えて所定の作業を行わせる回転駆動装置について、そのトルク測定を行うためのものであって、前記回転駆動装置の出力軸に対して同軸上に取り付ける測定用ロッドと、その測定用ロッドに伝えられる前記回転駆動装置からの回転出力をロードセルによって受け、ガイドギブに固定した固定用金具に着脱することによってリーダに対する着脱が可能な荷重受けとを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明のトルク測定装置では、測定用ロッドと荷重受けとをそれぞれ回転駆動装置やリーダに装着し、回転駆動装置の駆動によって測定用ロッドを介して受ける荷重をロードセルで測定することで、回転駆動装置から出力される回転トルクが得られる。従って、ウエイトなどの反力取りを必要としないため取り扱いが容易であり、また、荷重受けからロードセルだけを取り外し、ウエイトなどを吊ってロードセルの検定をすれば、測定精度の確認を容易に行うことができる。
【００１４】
また、本発明のトルク測定装置は、前記荷重受けが、左右のガイドギブに対して固定用金具が固定され、一方の固定用金具には、前記ロードセルがトルクを受ける際に剛体として機能するアームが固定され、他方の固定用金具には、前記測定用ロッドを介してトルクが伝えられるアームが固定され、その両アームに対して前記ロードセルがピン結合されたものであることが望ましい。
また、本発明のトルク測定装置は、前記測定用ロッドが、円柱部と角柱部とを有し、前記アームを貫通するものであり、剛体として機能する前記アームには、前記測定用ロッドが振れないように円柱部を支持するガイド部が形成され、トルクが伝えられる前記アームには、前記測定用ロッドの回転を制限するように角柱部にはめ合わされる嵌合部が形成されたものであることが望ましい。
更に、本発明のトルク測定装置は、前記アームが、前記固定用金具に対して固定する固定プレートと一体に形成されたものであり、その固定プレートと前記固定用金具との間にスペーサを介して固定するものであることが望ましい。
【００１５】
よって、本発明のトルク測定装置では、測定用ロッドからアームを介してロードセルに回転駆動装置の駆動力が伝えられ、剛体となる一方のアームに支持され、駆動力が伝えられるアームに引っ張られて、ロードセルから引張荷重が測定できる。従って、この引張荷重に測定用ロッドの軸線からの距離を乗算することにより回転駆動装置から出力される回転トルクが得られる。
ロードセルはピンを外すことによって簡単に取り外しすることができ、ウエイトなどを吊ってロードセルの検定をすれば、測定精度の確認を容易に行うことができる。また、回転駆動装置の駆動力は、測定用ロッドの角柱部からアームの嵌合部を介して伝えられるが、その際、角柱部の各面から嵌合部に対して同じように力が作用するため、測定用ロッドに曲げが生じるようなこともなく、破損による危険もない。更に、回転駆動装置は、機種の違いによってリーダから出力軸までの距離が異なるものがあるが、その際でも固定プレートと固定用金具との間にスペーサを介装することにより、どのような回転駆動装置に対しても対応させることができる。
【００１６】
また、本発明のトルク測定装置は、前記荷重受けが、前記ガイドギブに固定された固定用金具に対し、前記ロードセルがトルクを受ける際に剛体として機能するリーダ側ブラケットが固定され、前記測定用ロッドには前記ロードセルにトルクを伝えるロッド側ブラケットが固定され、その両ブラケットに対して一対のロードセル、またはロードセルとロッドとがピン結合されたものであることが望ましい。
また、本発明のトルク測定装置は、前記固定用金具が左右のガイドギブに対して固定された一対のものであり、前記リーダ側ブラケットは、その一対の固定用金具に固定する一枚の固定プレートに、ガイドギブに対応して左右に設けられ、前記ロッド側ブラケットは、測定用ロッドに対して左右に突設され、一対のロードセルまたはロードセルとロッドとが、左右二組のブラケットに対して、前記測定用ロッドの軸線に直交する平面上にあって、その中心線が前記測定用ロッドの軸線から同じ距離で、且つ中心線同士が平行になるように配置されたものであることが望ましい。
【００１７】
また、本発明のトルク測定装置は、前記固定用金具が左右のガイドギブに対して固定された一対のものであり、前記固定用金具に連結され、前記測定用ロッドの下端部の振れを防止する振止めが設けられたものであることが望ましい。
また、本発明のトルク測定装置は、前記リーダ側ブラケットが、前記固定用金具に対して固定する固定プレートと一体に形成されたものであり、その固定プレートと前記固定用金具との間にスペーサを介して固定するものであることが望ましい。
【００１８】
よって、本発明のトルク測定装置では、測定用ロッドを介して回転駆動装置の駆動力が伝えられ、剛体となるリーダ側ブラケットに支持され、その駆動力が伝えられるロッド側ブラケットに引っ張られ、また圧縮され、ロードセルから引張荷重や圧縮荷重が測定できる。従って、この引張荷重や圧縮荷重に測定用ロッドの軸線からの距離を乗算することにより回転駆動装置から出力される回転トルクが得られる。
ロードセルは、ピンを抜くことによって簡単に取り外しすることができ、ウエイトなどを吊ってロードセルの検定をすれば、測定精度の確認を容易に行うことができる。また、回転駆動装置の駆動力を、測定用ロッドの左右対称に配置した一対のロードセル同士、或いはロードセルとロッドによって受けるため、測定用ロッドに曲げが生じるようなこともなく、破損による危険もない。更に、回転駆動装置には、機種の違いによってリーダから出力軸までの距離が異なるものがあるが、その際でも固定プレートと固定用金具との間にスペーサを介装することにより、どのような回転駆動装置に対しても対応させることができる。
【００１９】
また、本発明のトルク測定装置は、前記固定用金具が、異なるリーダに対応して設けられたガイドギブに応じて取り替え可能なものであることが望ましい。
また、本発明のトルク測定装置は、前記測定用ロッドが、回転駆動装置の出力軸にアダプタを介して連結されたものであることを特徴とするトルク測定装置。
よって、本発明のトルク測定装置では、固定用金具の交換によって、どのようなリーダに対しても荷重受けを装着することができ、またアダプタの交換によって、どのような回転駆動装置にも測定用ロッドを装着することができる。従って、本発明のトルク測定装置は、一組の測定用ロッドと荷重受けによって各機種に対応させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るトルク測定装置の実施形態について図面を参照して以下に説明する。例えば、中空杭の埋設工法では、杭打機の前部にリーダを立設され、当該リーダに対して回転駆動装置が昇降可能に装着される。図１は、そうした回転駆動装置と、その回転駆動装置に取り付けた第１実施形態のトルク測定装置を示した側面図である。
【００２１】
回転駆動装置１とトルク測定装置１０は、共にガイドギブ２，１３を有し、そのガイドギブ２，１３がリーダのガイドレール３に左右からはめられ、リーダの前方（図面左側）に装着される。これにより回転駆動装置１はリーダに沿った摺動が可能になり、連結された中空杭を地盤に回転圧入させる作業装置として機能する。その回転駆動装置１は、油圧モータ５を備え、その回転出力がギヤケース６内の減速ギヤを介して出力軸７に伝達されるよう構成されおり、その出力軸７には固定フランジ７ａが形成され、不図示の中空杭が固定フランジ７ａに下方から当てられ、同軸にボルトとナットによって垂設される。
【００２２】
通常、この回転駆動装置が中空杭を実際どのくらいの回転トルクで埋設するかは、本実施形態の回転駆動装置１が油圧オーガであるため作動油圧力が測定され、その値から演算して求められている。そして、その演算して得られた値が正確であるか否かを確認するために、本実施形態のトルク測定装置１０による点検が行われる。
【００２３】
そこで、トルク測定装置１０によって回転駆動装置１から出力される回転トルクを測定する場合には、固定フランジ７ａに測定用ロッド１１が取り付けられる。測定用ロッド１１は、図２に示すように上下の円柱部１１ａ，１１ｂの間に角柱部１１ｃが形成された軸であり、固定フランジ１４ａをもったアダプタ１４と一体になって、回転駆動装置１の出力軸７に対して同軸上に垂設される。トルク測定装置１０は、その測定用ロッド１１と、リーダ側に取り付けられ、測定用ロッド１１から伝えられる回転駆動装置１の駆動力を受ける荷重受け１２とから構成されている。
【００２４】
ここで図３は、トルク測定装置１０を示した図であり、図（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ図１のＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面、そしてＣ−Ｃ断面を示した図である。
リーダ４側に取り付けられた荷重受け１２は、前述したようにガイドギブ１３ａ，１３ｂ（まとめて１３）がリーダ４のガイドレール３，３に外側からはめられている。具体的には、ガイドギブ１３ａ，１３ｂは、角形パイプからなるガイドレール３，３の形状に合わせて断面がコの字形をしたものであり、そのガイドレール３，３の長手方向に沿ってはめ合わされている。
【００２５】
ガイドギブ１３ａ，１３ｂには、杭打機前方（図面左側）に固定プレート１５ａ，１６ａが位置するように、それぞれ固定プレート１５ａ，１６ａと一体の固定用金具１５，１６がボルトによって固定されている。そして、その固定プレート１５ａには、アーム２１，２２が固定プレート２５を介して取り付けられ、固定プレート１６ａには、アーム２３，２３が固定プレート２６を介して取り付けられている。
【００２６】
このように、４段のアーム２１，２２，２３，２３は（図１参照）、それぞれアーム２１，２２と、アーム２３，２３とが組になり、アーム２１，２２は、コーナープレート２７ｅ，２７ｆを当てて固定プレート２５に溶接され、アーム２３，２３もコーナープレート２８ｅ，２８ｆを当てて固定プレート２６に溶接されて一体になっている。またアーム２１，２２は、両アームが連結プレート２７ｇで連結されている。
【００２７】
また、リーダ４側から延びた左右のアーム２１，２２及び２３，２３は、そのリーダ４前方で測定用ロッド１１が嵌合する肉厚に形成されたガイド部３１，３２と嵌合部３３とを有している。アーム２１，２２のガイド部３１，３２は、測定用ロッド１１の円柱部１１ａ，１１ｂを支持する部分であり、アーム２３，２３の嵌合部３３は、その角柱部１１ｃがはめ合わされて、回転駆動装置１の回転力を受けるように形成されたものである。
【００２８】
嵌合部３３は、アーム２３，２３に一体的に設けられたものであり、角柱部１１ｃの形状に合わせて四角孔が穿設されている。一方、アーム２２に形成されたガイド部３２は、円柱部１１ｂの形状に合わせて丸孔が穿設されている。そして、アーム２１に形成されたガイド部３１は、図１に示すようにアーム２１，２３，２３，２２に対して測定用ロッド１１を上から挿入するため、角柱部１１ｃが通過できるように四角孔が穿設されている。
【００２９】
ところでトルク測定時には、こうしたアーム２１，２２，２３，２３に穿設された貫通孔の中心が、測定用ロッド１１の軸線に重なる必要がある。そのため、荷重受け１２をリーダ４に装着させる場合、固定プレート１５ａと２５や１６ａと２６の間には、位置調整のためにスペーサ３４，３４が挟み込まれ、位置合わせが行えるようになっている。
【００３０】
そして、左右に配置されたアーム２１，２２とアーム２３，２３とには、これらをつなぐロードセル３５がピン結合されている。ロードセル３５は、測定用ロッド１１の軸線を通ってリーダ４の前後方向に引いた直線と直交する向き、また別の見方をすれば、アーム２１，２２及びアーム２３，２３が固定プレート２５，２６に直交する部分に直交するように配置され、その一端が、アーム２１，２２に対し垂直方向に差し込まれたピン３６ａに軸支され、他端が、アーム２３，２３に対し垂直方向に差し込まれたピン３６ｂに軸支されている。
【００３１】
次に、こうしたトルク測定装置１０が図１乃至図３に示すように回転駆動装置１及び杭打機のリーダ４に装着され、回転駆動装置１から出力される回転トルクの測定が行われる。それには、回転駆動装置１に対し、施工時に中空杭などが連結されている出力軸７の固定フランジ７ａに測定用ロッド１１が垂設される。
一方、アーム２１，２２，２３，２３などからなる荷重受け１２は、クレーンなどにより吊り込まれ、リーダ４のガイドパイプ３，３にガイドギブ１３ａ，１３ｂが取り付けられ、それに固定プレート１５ａ，２５や１６ａ，２６を介して装着される。この場合、荷重受け１２はリーダ４の下端に設けられたストッパなどによって位置決めする。
【００３２】
こうした荷重受け１２に対し、不図示の昇降装置によって回転駆動装置１が下降し、垂設された測定用ロッド１１が、ガイド部３１，３２と嵌合部３３の貫通孔に挿入される。このとき測定用ロッド１１は、その角柱部１１ｃがアーム２３，２３に設けられた嵌合部３３の角孔にはまり込み、回転が制限されるようになる。従って、回転駆動装置１が起動して油圧モータ５の回転が減速ギヤを介して出力軸７に伝えられても測定用ロッド１１は回転せず、回転駆動装置１の駆動力は、アーム２１，２２，２３，２３を介してロードセル３５に伝えられる。
【００３３】
すなわち、図３（ｂ）に示すように、矢印で示す回転駆動装置１からアーム２３，２３が受ける回転方向の力は、ロードセル３５を介して固定側のアーム２１，２２によって制限される。そしてロードセル３５には、その軸方向（矢印Ｙ方向）に引張荷重が作用する。このとき、アーム２１，２２は、ガイドギブ１３ａを介してリーダ４によって支えられて剛体として機能し、矢印Ｙ方向に支えのないアーム２３，２３側は、ロードセル３５の歪み分だけガイドギブ１３ｂがずれることになる。
【００３４】
こうして本実施形態のトルク測定装置１０では、ロードセル３５の歪みによって引張荷重が得られ、その引張荷重に測定用ロッド１１の軸線からロードセル３５の中心線までの直交線上の距離Ｌ１を乗算させることで、回転駆動装置１の駆動による回転トルクが演算によって得られる。このトルク測定装置１０によって得られる回転トルクの正確さは、ロードセル３５の測定精度によって保証されるが、ロードセル３５は、ピン３６ａ，３６ｂを抜くことにより簡単に外すことができ、外したロードセル３５は、ウエイトなどを吊って簡単に検定するができる。そのため、トルク測定装置１０の測定精度を保つことができる。
【００３５】
また、トルク測定装置１０では、反力取りのためのウエイトなど、余分な固定物が必要でなくなり、測定用ロッド１１と荷重受け１２の取り付けによって完了するため、どこでも簡単にトルク測定を行うことができる。
そして、測定用ロッド１１は、角柱部１１ｃの各面から嵌合部３３に対して同じように力が作用するため、測定用ロッドに曲げが生じるようなこともなく、破損による危険もない。
【００３６】
更に、トルク測定装置１０は、荷重受け１２が分割型であるため、ガイドレール３，３に取り付けるガイドギブ１３ａ，１３ｂと固定用金具１５，１６を取り替えることにより、サイズの異なるリーダにも装着することができる。図４は、リーダのサイズが小さくなった場合について示した、図１のＡ−Ａ断面に相当する図面である。
【００３７】
リーダ４１が細くなると、それに合わせてガイドパイプ４２，４２も細く、その間隔が狭くなる。そこで、トルク測定装置１０は、サイズの小さいガイドギブ４３，４３に交換し、それに対応した固定用金具４４，４４を固定する。そして、後は同じようにアーム２１，２２側の固定プレート２５と、アーム２３，２３側の固定プレート２６をそれぞれ、固定用金具４４，４５の固定プレート４４ａ，４５ａに対してボルトとナットによって固定する。ただし、回転駆動装置も小型になってリーダ４１から測定用ロッド１１までの距離も短くなるため、スペーサを挟み込まないで固定する。これにより、前述したように回転駆動装置の回転トルクを測定することができる。その他、各サイズのリーダや回転駆動装置に対しても装着して、トルク測定を行うことができる。
【００３８】
次に、本発明に係るトルク測定装置の第２実施形態について図面を参照して以下に説明する。ここでも、中空杭の埋設工法において、杭打機の前部に立設されたリーダに対して昇降可能な回転駆動装置のトルクを測定する場合について説明することとし、図５は、そうした回転駆動装置と、その回転駆動装置に取り付けた第２実施形態のトルク測定装置を示した側面図である。そして、図６及び図７は、図５のＤ−Ｄ断面又はＥ−Ｅ断面を示した図である。なお、図５に示す回転駆動装置１及びリーダ４、並びにガイドギブ１３など、前記第１実施形態と同じ構成については同じ符号を付して説明する。
【００３９】
回転駆動装置１とトルク測定装置５０は、共にガイドギブ２，１３を有し、そのガイドギブ２，１３がリーダのガイドレール３に左右からはめられて、リーダの前方（図面左側）に装着される。これにより回転駆動装置１はリーダに沿って摺動可能になり、連結された中空杭を地盤に回転圧入させる作業装置として機能する。その回転駆動装置１は、油圧モータ５を備え、その回転出力がギヤケース６内の減速ギヤを介して出力軸７に伝達されるよう構成されおり、その出力軸７には固定フランジ７ａが形成され、不図示の中空杭が固定フランジ７ａに下方から当てられ、同軸にボルトとナットによって垂設される。
【００４０】
通常、この回転駆動装置が中空杭を実際どのくらいの回転トルクで埋設するかは、本実施形態の回転駆動装置１が油圧オーガであるため作動油圧力が測定され、その値から演算して求められている。そして、その演算して得られた値が正確であるか否かを確認するために、本実施形態のトルク測定装置５０による点検が行われる。
【００４１】
そこで、トルク測定装置５０によって回転駆動装置１から出力される回転トルクを測定する場合には、固定フランジ７ａに測定用ロッド５１が取り付けられる。測定用ロッド５１は、図示するように円柱であり、固定フランジ１４ａをもったアダプタ１４に上端がはめ込まれて一体になって、回転駆動装置１の出力軸７に対して同軸上に垂設される。そして、その測定用ロッド５１には、その芯振れを防止する振止め５３に挿入する縮径した下端部５１ａが形成されている。
【００４２】
トルク測定装置５０は、この測定用ロッド５１及び振れ止め５３と、リーダ側に取り付けられた荷重受け５２とから構成されている。
荷重受け５２は、リーダ４側には、前述したようにガイドギブ１３ａ，１３ｂがリーダ４のガイドレール３，３に外側からはめられている。具体的には、ガイドギブ１３ａ，１３ｂは、角形パイプからなるガイドレール３，３の形状に合わせて断面がコの字形をしたものであり、そのガイドレール３，３の長手方向に沿って外側からはめ合わされている。
【００４３】
ガイドギブ１３ａ，１３ｂには、杭打機前方（図面左側）に固定プレート１５ａ，１６ａが位置するように、それぞれ固定用金具１５，１６がボルト締めによって一体に固定されている。そして、その固定プレート１５ａ，１６ａには、左右のブラケット６１ａ，６１ｂと、その下に振止め用プレート６２が突設された一枚の固定プレート６０が、スペーサ３４，３４を介して固定されている。一方、測定用ロッド５１にもブラケット６３ａ，６３ｂが突設されている。
【００４４】
そして、荷重受け５２には、この左右二組のブラケット６１ａ，６３ａ及び６１ｂ，６３ｂに、ロードセル５５ａ，５５ｂが垂直方向に差し込まれたピン６４，６４…によって連結して取り付けられている。この場合、ロードセル５５ａ，５５ｂは、測定用ロッド５１の軸線に直交する平面上にあって、その中心線が測定用ロッド５１の軸線から同じ距離で、且つ中心線同士が平行になるように配置して取り付けられている。これは、回転駆動装置１から測定用ロッド５１を介して受ける引張荷重と圧縮荷重の絶対値が等しくロードセル５５ａ，５５ｂに作用するようにするためである。
【００４５】
本実施形態では、このように一対のロードセル５５ａ，５５ｂを用いて荷重受け５２を構成しているが、例えばロードセル５５ｂを単なるロッドに置き換え、同じようにピン６４，６４で連結するようにしてもよい。但し、２個のロードセルを用いた方が製作誤差や前述したような取付状態に狂いが生じても正確に計測できる点で好ましい。
【００４６】
また、トルク測定装置５０には、測定用ロッド５１の軸線がずれないように、縮径した下端部５１ａが振止め５３に挿入されている。振止め５３は、固定プレート６０に直交して水平に突設された振止め用プレート６２の先端に設けられており、測定用ロッド５１の回転を妨げないようにベアリングユニットの受け座５６が内装されている。
【００４７】
次に、こうしたトルク測定装置５１が図５乃至図７に示すように回転駆動装置１及び杭打機のリーダ４に装着され、回転駆動装置１から出力される回転トルクの測定が行われる。それには、回転駆動装置１に対し、施工時に中空杭などが連結されている出力軸７の固定フランジ７ａに測定用ロッド１１が垂設される。
一方、荷重受け５２のロードセル５５ａ，５５ｂは、ガイドギブ１３ａ，１３ｂに固定用金具１５，１６を介して固定された固定プレート６０のブラケット６１ａ，６１ｂに一端がピン結合され、その状態でクレーンなどにより吊り込まれる。この場合、荷重受け５２はリーダ４の下端に設けられたストッパなどによって位置決めする。
【００４８】
不図示の昇降装置によって回転駆動装置１が下降し、それに垂設された測定用ロッド５１の下端部５１ａが、振止め５３を貫通してベアリングユニットの受け座５６に当てられる。このとき測定用ロッド５１に固定されたブラケット６３ａ，６３ｂにロードセル５５ａ，５５ｂの一端がピン結合される。
従って、回転駆動装置１が起動して油圧モータ５の回転が減速ギヤを介して出力軸７に伝えられても、測定用ロッド５１の回転は制限される。そして、回転駆動装置１の駆動力は、一方のロードセル５５ａに圧縮荷重として作用し、他方のロードセル５５ｂには引張荷重として作用する。このとき、リーダ４側に固定された固定プレート６０が剛体として機能している。
【００４９】
こうして本実施形態のトルク測定装置５０では、ロードセル５５ａ，５５ｂの圧縮荷重と引張荷重とに、それぞれ測定用ロッド５１の軸線からロードセル３５の中心線までの直交線上の距離Ｌ２を乗算させ、加えることで、回転駆動装置１の駆動による回転トルクが演算によって得られる。このトルク測定装置５０によって得られる回転トルクの正確さは、ロードセル５５ａ，５５ｂの測定精度によって保証されるが、ロードセル５５ａ，５５ｂは、ピン６４，６４…を抜くことにより簡単に着外すことができ、外したロードセル５５ａ，５５ｂにウエイトなどを吊って簡単に検定することができる。そのため、トルク測定装置５０の測定精度を保つことができる。
【００５０】
また、トルク測定装置５０では、反力取りのためのウエイトなど、余分な固定物が必要でなくなり、測定用ロッド５１とロードセル５５ａ，５５ｂなどの取り付けによって完了するため、どこでも簡単に測定を行うことができる。
そして、トルク測定装置５０では、測定用ロッド５１に作用する回転力が、左右均等に配置されたロードセル５５ａ，５５ｂによってバランス良く作用するため、測定用ロッドに曲げが生じるようなこともなく、破損による危険もない。
【００５１】
更に、トルク測定装置５０は、荷重受け５２が分割型であるため、ガイドレール３，３に取り付けるガイドギブ１３ａ，１３ｂと固定用金具１５，１６を取り替えることにより、サイズの異なるリーダにも装着することができる。図８は、リーダのサイズが小さいくなった場合について示した、図５のＤ−Ｄ断面に相当する図面である。
【００５２】
リーダ４１が細くなると、それに合わせてガイドパイプ４２，４２も細く、その間隔が狭くなる。そこで、サイズの小さいガイドギブ４３，４３に交換し、それに間隔の狭いガイドギブ４３，４３に対応した固定用金具４４，４４を固定する。そして、後は同じように固定プレート６０と測定用ロッド５１のブラケット６１ａ，６３と６１ｂ，６３ｂにピン結合する。ただし、回転駆動装置も小型になってリーダ４１から測定用ロッド５１までの距離も短くなるため、スペーサを挟み込まないで固定する。これにより、前述したように回転駆動装置の回転トルクを測定することができる。その他、各サイズのリーダや回転駆動装置に対しても装着して、トルク測定を行うことができる。
【００５３】
一方、リーダのサイズの他、異なるタイプの回転駆動装置についてトルク測定する場合には、アダプタを交換して測定用ロッド５１を装着することができる。図９、アダプタを交換した場合の測定用ロッドの装着状態を示した図である。この回転駆動装置７１は、上方にスイベル７２を備え、中空の回転軸７３を通してセメントミルクなどを下方に連結した掘削ロッドに流すようにしたものである。アダプタ７５は、そうした中空の回転軸７３に前記第２実施形態の測定用ロッド５１を連結できるようにしたものである。これにより、どのようなタイプの回転駆動装置についても回転トルクを測定することができる。
【００５４】
以上、本発明に係るトルク測定装置の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定させることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
【００５５】
【発明の効果】
本発明は、回転駆動装置の出力軸に対して同軸上に取り付ける測定用ロッドと、その測定用ロッドに伝えられる前記回転駆動装置からの回転出力をロードセルによって受け、ガイドギブに固定した固定用金具に着脱することによってリーダに対する着脱が可能な荷重受けとを有する構成としたので、取り扱いが容易で、測定精度の確認が容易なトルク測定装置を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】回転駆動装置と、その回転駆動装置に取り付けた第１実施形態のトルク測定装置を示した側面図である。
【図２】第１実施形態のトルク測定装置の測定用ロッドを示した斜視図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面、Ｃ−Ｃ断面を示した図である。
【図４】サイズの小さいリーダに対して第１実施形態のトルク測定装置を装着した状態の断面図である。
【図５】回転駆動装置と、その回転駆動装置に取り付けた第２実施形態のトルク測定装置を示した側面図である。
【図６】図５のＤ−Ｄ断面を示した図である。
【図７】図５のＥ−Ｅ断面を示した図である。
【図８】サイズの小さいリーダに対して第１実施形態のトルク測定装置を装着した状態の断面図である。
【図９】アダプタを交換した場合の測定用ロッドの装着状態を示した図である。
【図１０】ワイヤロープとロードセルを利用したトルク測定を示した図である。
【図１１】従来のトルク測定装置を備えた回転駆動装置を示した側面図である。
【図１２】図１１のＦ−Ｆ断面図である。
【図１３】トルクセンサを備えた回転駆動装置を示した側面図である。
【図１４】トルクセンサを示した断面図である。
【符号の説明】
１ 回転駆動装置
３ ガイドパイプ
４ リーダ
１０ トルク測定装置
１１ 測定用ロッド
１２ 荷重受け
１３（１３ａ，１３ｂ） ガイドギブ
１５，１６ 固定用金具
２１，２２，２３ アーム
３５ ロードセル
Claims (10)
- リーダに沿って昇降可能に装着され、下方に突設した出力軸に中空杭や攪拌ロッドなどを同軸上に垂設し、その中空杭などにトルクを与えて所定の作業を行わせる回転駆動装置についてトルク測定を行うためのトルク測定装置において、
前記回転駆動装置の出力軸に対して同軸上に取り付ける測定用ロッドと、
その測定用ロッドに伝えられる前記回転駆動装置からの回転出力をロードセルによって受け、ガイドギブによってリーダに対する着脱が可能な荷重受けとを有することを特徴とするトルク測定装置。 - 請求項１に記載するトルク測定装置において、
前記荷重受けは、左右のガイドギブに対して固定用金具が固定され、一方の固定用金具には、前記ロードセルがトルクを受ける際に剛体として機能するアームが固定され、他方の固定用金具には、前記測定用ロッドを介してトルクが伝えられるアームが固定され、その両アームに対して前記ロードセルがピン結合されたものであることを特徴とするトルク測定装置。 - 請求項２に記載するトルク測定装置において、
前記測定用ロッドは、円柱部と角柱部とを有し、前記アームを貫通するものであり、剛体として機能する前記アームには、前記測定用ロッドが振れないように円柱部を支持するガイド部が形成され、トルクが伝えられる前記アームには、前記測定用ロッドの回転を制限するように角柱部にはめ合わされる嵌合部が形成されたものであることを特徴とするトルク測定装置。 - 請求項２又は請求項３に記載するトルク測定装置において、
前記アームは、前記固定用金具に対して固定する固定プレートと一体に形成されたものであり、その固定プレートと前記固定用金具との間にスペーサを介して固定することを特徴とするトルク測定装置。 - 請求項１に記載するトルク測定装置において、
前記荷重受けは、前記ガイドギブに固定された固定用金具に対し、前記ロードセルがトルクを受ける際に剛体として機能するリーダ側ブラケットが固定され、前記測定用ロッドには前記ロードセルにトルクを伝えるロッド側ブラケットが固定され、その両ブラケットに対して一対のロードセル、またはロードセルとロッドとがピン結合されたものであることを特徴とするトルク測定装置。 - 請求項５に記載するトルク測定装置において、
前記固定用金具は、左右のガイドギブに対して固定された一対のものであり、
前記リーダ側ブラケットは、その一対の固定用金具に固定する一枚の固定プレートに、ガイドギブに対応して左右に設けられ、
前記ロッド側ブラケットは、測定用ロッドに対して左右に突設され、
一対のロードセルまたはロードセルとロッドとが、左右二組のブラケットに対して、前記測定用ロッドの軸線に直交する平面上にあって、その中心線が前記測定用ロッドの軸線から同じ距離で、且つ中心線同士が平行になるように配置されたものであることを特徴とするトルク測定装置。 - 請求項５に記載するトルク測定装置において、
前記固定用金具は、左右のガイドギブに対して固定された一対のものであり、前記固定用金具に連結され、前記測定用ロッドの下端部の振れを防止する振止めが設けられたものであることを特徴とするトルク測定装置。 - 請求項５乃至請求項７に記載するトルク測定装置において、
前記リーダ側ブラケットは、前記固定用金具に対して固定する固定プレートと一体に形成されたものであり、その固定プレートと前記固定用金具との間にスペーサを介して固定することを特徴とするトルク測定装置。 - 請求項１乃至請求項８に記載するトルク測定装置において、
前記固定用金具は、異なるリーダに対応して設けられたガイドギブに応じて取り替え可能なものであることを特徴とするトルク測定装置。 - 請求項１乃至請求項９に記載するトルク測定装置において、
前記測定用ロッドは、回転駆動装置の出力軸にアダプタを介して連結されたものであることを特徴とするトルク測定装置。
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