JPH0995930A - 自動貫入試験機における測定荷重の較正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】自動貫入試験機のパウダブレーキを較正して、
測定荷重の安定化をはかる自動貫入試験機における測定
荷重の較正方法を提供する。 【構成】本発明の較正方法は、支柱２に沿って自重で下
降する所定重量の載荷台３の下降速度を変更することに
よって貫入ロッドにかかる荷重を変更するパウダブレー
キに所定値の電流を通電してパウダブレーキのパウダを
励磁し、パウダが励磁した状態で載荷台３の昇降を繰り
返し行ってパウダブレーキのパウダを均一にし、載荷台
３に設けられる回転可能なチャック８にねじ軸２２に螺
合したナット部材２１を保持し、ねじ軸２２が荷重検出
手段２３に当接するまで載荷台３を下降させ、パウダブ
レーキに電流を通電しつつチャック８を回転させて載荷
台３を下降させ、荷重検出手段２３の出力荷重を基準と
してパウダブレーキ６に通電する電流値を補正する方法
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、貫入試験における
荷重の変更をパウダブレーキの制動力により行う自動貫
入試験機のパウダブレーキを較正して、測定荷重の安定
化をはかる自動貫入試験機における測定荷重の較正方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、土地の地耐力を調査するために、
貫入ロッドに荷重と回転とを付加して地中に貫入し、所
定深度毎の貫入ロッドの回転回数、荷重などのデータを
基にその土地の地層構造を判定する貫入試験が一般に広
く行われている。この貫入試験に際しては、貫入ロッド
に負荷される荷重の変更、回転の付与などを自動で行う
貫入試験機が使用されている。この貫入試験機は、支柱
に沿って昇降可能でかつ所定重量の錘が載荷される載荷
台と、この載荷台に回転自在に配されて貫入ロッドを保
持可能なチャックと、このチャックを回転駆動する回転
駆動源とを備えているのが一般的であり、貫入試験の際
には、載荷台に載荷される錘を増減して貫入ロッドにか
かる荷重を変更するようになっている。しかし、このよ
うに錘を増減するものでは、荷重の変更が遅れる、荷重
が正確でない等の作業ロスが極めて大きいため、最近で
は前記載荷台を自重のみによって下降するように構成
し、この載荷台に制動力を付加して下降速度を調整する
パウダブレーキを設け、載荷台の下降速度を調整するこ
とで貫入ロッド先端にかかる荷重を調整する自動貫入試
験機が登場している。この自動貫入試験機におけるパウ
ダブレーキは、ケーシング内に封入した粉末状のパウダ
を励磁コイルに電流を通電することにより励磁し、パウ
ダ同士が結合することによって制動力を発生するもので
あり、パウダを励磁するための電流値によって制動力を
変動させることができるものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記自動貫入試験機
は、載荷台の下降速度をパウダブレーキにより制御する
ことにより、荷重変更の高速化を図るものであるが、パ
ウダブレーキのパウダは粉末状であるため、長時間放置
した場合、あるいは自動貫入試験機を移動した場合など
に、ケーシング内の１箇所に偏ってしまうことが多く、
このようにパウダが偏ることによって、パウダブレーキ
の制動力が載荷台に対して均一に作用せず、貫入ロッド
に負荷される荷重が変化してしまう等の問題が発生して
いる。この問題は、パウダの経年劣化によっても発生し
得る。また、貫入試験の際には、貫入ロッドが質の違う
地層に達した時に貫入速度（載荷台の下降速度）が増減
し、加速度が発生するが、上記自動貫入試験機において
は、実際に錘を増減して荷重を変更しないことから、実
際に例えば４９０Ｎ｛５０ｋｇｆ｝の重量をかけている
場合と比較して加速度に違いが生じ、このことが原因で
貫入ロッドに正確な力が作用しない場合があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】支柱に沿って自重で下降
する所定重量の載荷台の下降速度を変更することによっ
て載荷台と一体に下降する貫入ロッドにかかる荷重を変
更するパウダブレーキに所定値の電流を通電して載荷台
の下降速度を変更する制動力を発生させるためのパウダ
を励磁し、パウダが励磁した状態で載荷台の昇降を繰り
返し行ってパウダブレーキのパウダを均一にし、載荷台
に取り付けられる貫入ロッドにかかる荷重を常に一定に
する自動貫入試験機における測定荷重の較正方法であっ
て、この較正方法によれば、自動貫入試験機におけるパ
ウダブレーキのパウダを均一にして、パウダブレーキの
発生する制動力を安定させることができる。

【０００５】また、このようにパウダを均一にして後
に、載荷台に設けられる回転可能なチャックにねじ軸に
螺合したナット部材を保持し、ねじ軸が荷重検出手段に
当接するまで載荷台を下降させ、パウダブレーキに電流
を通電しつつチャックを回転させて載荷台を下降させ、
荷重検出手段の出力荷重を基準としてパウダブレーキに
通電する電流値を補正する方法を用いれば、上述のよう
にパウダブレーキの制動力を安定させること以外に、実
際の貫入試験で貫入ロッドに作用する荷重を知ることが
でき、しかもその荷重を基にパウダブレーキを精度良く
較正することができる。

【０００６】さらに、パウダブレーキの制動力により支
柱に沿って自重で下降する所定重量の載荷台の下降速度
を変更し、このことによって載荷台のチャックに保持さ
れて地中に貫入する貫入ロッドにかかる荷重を変更する
一方、載荷台の下降量と時間から載荷台の下降にともな
う加速度を常時測定し、この加速度の変動時パウダブレ
ーキの電流値を補正し、貫入ロッドにかかる荷重を適正
化する方法を用いることによって、従来、載荷台の重量
を変更せずにパウダブレーキの制動力によって貫入ロッ
ドの先端にかかる荷重を変更していた自動貫入試験機に
見られる、加速度の影響による荷重の誤差をなくし、貫
入ロッド先端に正確な力を作用させることが可能とな
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
の形態を説明する。まず最初に、本発明の自動貫入試験
機における測定荷重の較正方法（以下、単に較正方法と
いう）をより明確なものとするために、較正方法の対象
となる自動貫入試験機について説明する。図５におい
て、１は自動貫入試験機であり、支柱２に沿って昇降可
能な載荷台３を有している。この載荷台３は、図６に示
すように、支柱２に沿って垂直に配された案内チェーン
２ａに沿って回転するスプロケット３ａを有し、このス
プロケット３ａが案内チェーン２ａに沿って回転するこ
とで昇降するように構成されている。このスプロケット
３ａの歯に近接する位置には、スプロケット３ａの歯の
通過をパルス信号として検出するセンサ３ｂが設けられ
ており、このセンサ３ｂによって検出されたパルス信号
は、制御装置１０に送られてここで載荷台３の下降量に
換算される。なお、制御装置１０内では、このパルス信
号から得られる下降量と、カウンタ（図示せず）によっ
て計測された時間とを基に加速度が算出されるようにな
っている。また、スプロケット３ａの駆動軸３ｃは、モ
ータなどの正逆転可能な回転駆動源４と一方向クラッチ
５を介して連結されており、回転駆動源４の駆動は、載
荷台３を上昇させる方向の回転のみが伝達されるように
なっている。従って、載荷台３は回転駆動源４の減速比
などの影響を受けることなく自重で下降する。

【０００８】また、スプロケット３ａの駆動軸３ｃに
は、パウダブレーキ６が連結されており、このパウダブ
レーキ６の制動力で自由落下する載荷台３の下降速度が
変更できるようになっている。パウダブレーキ６は、ス
プロケット３ａの駆動軸３ｃなどの被制動側の軸が挿通
可能なケーシング６ａを有し、このケーシング６ａ内に
は、励磁コイル６ｂに電流を通電することによって励磁
され、互いの結合によって被制動軸（スプロケットの駆
動軸３ｃ）の回転を制動する粉末状のパウダ６ｃが封入
されている。さらに、載荷台３には、貫入ロッド７を保
持するためのチャック８が回転駆動源９の駆動により回
転可能に取り付けられており、貫入ロッド７は、このチ
ャック８に保持されることによって載荷台と一体に昇降
するようになっている。なお、この自動貫入試験機１に
おけるパウダブレーキ６には、前記制御装置から所望の
荷重に応じて定められた電流が通電されるように構成さ
れている。

【０００９】上記自動貫入試験機１を用いるためには、
まず、パウダブレーキ６の制動力によって載荷台３の下
降速度が所定の速度に変化するよう、パウダブレーキ６
に通電する電流値を設定（較正）する必要があるため、
図１および図２に示す較正器具２０を使用する。この較
正器具２０は、上記自動貫入試験機１のチャック８に保
持可能なナット部材２１と、このナット部材２１に螺合
されるねじ軸２２と、このねじ軸２２の一端にかかる荷
重を測定する荷重検出手段２３とから成る。

【００１０】上記パウダブレーキ内のパウダは、長時間
使用していない場合、あるいは自動貫入試験機を移動さ
せた場合など、図４（ａ）に示すように、パウダブレー
キ内の１箇所に偏ってしまっている。この状態で貫入試
験を行うと、パウダが偏った位置で結合するため、スプ
ロケット３ａの駆動軸３ｃに安定した制動力が作用しな
くなる。そこで、このパウダ６ｃを均一にするための較
正を行う。較正にあたっては、まず、パウダブレーキ６
のパウダ６ｃが僅かに励磁する程度（スプロケット３ａ
の駆動軸３ｃが回転可能な程度）の電流をパウダブレー
キ６の励磁コイル６ｂに通電し、磁束Ｍを発生させて、
偏った状態にあるパウダ６ｃを励磁する。このことによ
って、パウダ６ｃは、図４（ｂ）に示すように、パウダ
ブレーキ内の磁束密度の高い位置にある程度移動する。
次に、通電状態のまま回転駆動源４を駆動して図３
（ａ）、（ｂ）に示すように載荷台の昇降を繰り返し行
うと、パウダブレーキ６内のパウダ６ｃは攪拌されて、
図４（ｃ）に示すようにケーシング６ａおよびスプロケ
ット３ａの駆動軸３ｃ周辺にほぼ均一に分布する。この
ように、パウダブレーキ６内のパウダ６ｃを均一にする
ことによって、スプロケット３ａの駆動軸３ｃには、周
囲からまんべんなくパウダブレーキ６の制動力が作用す
ることになり、パウダブレーキ６の制動力を安定させ
て、貫入ロッド７に作用する荷重を一定ならしめること
ができる。この時点でパウダブレーキに通電するべき電
流値が制御装置１０に登録されているならば、即時貫入
試験を行うことが可能である。

【００１１】また、自動貫入試験機１が組立てられて直
後の状態、あるいは長年の使用によりパウダブレーキ６
のパウダ６ｃが劣化して明らかに貫入ロッド７に作用す
る荷重が異常であると判断されるような場合には、上述
のようにパウダブレーキ６内にパウダ６ｃを均一に分布
させて後、上記した較正器具２０を使用してパウダブレ
ーキ６に通電する電流値を制御装置１０に登録する必要
がある。この場合、較正器具２０のナット部材２１をね
じ軸２２に螺合させた状態で自動貫入試験機１のチャッ
ク８に保持し、載荷台３を下降させてねじ軸２２の一端
を荷重検出手段２３に当接させる。この時、パウダブレ
ーキ６には電流を通電せずに、載荷台３の重量がねじ軸
２２を通じてそのまま荷重検出手段２３に作用するよう
にしておく。なお、通電を解除してもパウダ６ｃの磁力
は、パウダ６ｃ同士が相互に結合する程度残留するた
め、一旦パウダブレーキ６の通電を解除した程度では、
パウダ６ｃが偏るようなことはない。その後回転駆動源
９が駆動してチャック８を回転させ、回転駆動源４が一
方向クラッチを解除する方向に駆動すると、ナット部材
２１がねじ軸２２に沿って回転することによって載荷台
３が下降する。これと同時にパウダブレーキ６に通電を
再開し、荷重検出手段２３の出力値によって載荷台３が
ねじ軸２２先端に及ぼす荷重を測定する。

【００１２】貫入試験では、貫入ロッド７に負荷する荷
重として２４５Ｎ｛２５ｋｇｆ｝、４９０Ｎ｛５０ｋｇ
ｆ｝、７３５Ｎ｛７５ｋｇｆ｝、９８０Ｎ｛１００ｋｇ
ｆ｝が必要であるため、荷重検出手段２３の出力値を基
準にパウダブレーキ６にかける電流値を変更し、各荷重
を得るに適正な電流値をパウダブレーキ６の通電を制御
する制御装置に新規に書き込むか、あるいは既に書き込
まれている電流値の補正を行う。なお、載荷台の重量は
あらかじめ９８０Ｎ｛１００ｋｇｆ｝に設定されてお
り、このため、この荷重に対してパウダブレーキ６には
電流が通電されないようになっている。

【００１３】貫入試験は、上述のようにしてパウダブレ
ーキ６の電流値を較正した後に、チャック８に貫入ロッ
ド７を保持し、これに荷重を負荷して地中に貫入して行
うものであるが、上記自動貫入試験機１においては、載
荷台３の荷重が常に一定である（荷重変更はパウダブレ
ーキ６の発する制動力による）ため、実際に錘を増減し
て荷重を変更する試験機と比較して、加速度が生じた場
合の荷重の作用が異なってくる。そこで、本自動貫入試
験機１は、貫入試験中にも加速度の変化に応じてパウダ
ブレーキ６に通電する電流値を補正するようになってい
る。すなわち、制御装置１０内では常に載荷台３の下降
量とカウンタ（図示せず）の計測時間とから加速度が求
められているが、この加速度が地層の変化などによって
変動した場合、加速度が一定となるまでの間、パウダブ
レーキ６には、加速度を基に補正した電流値が通電され
る。このように、加速度のデータを基にパウダブレーキ
６に通電される電流値を補正することによって、地層の
変化などで加速度が付加されるような場合にも、実際に
錘の増減によって荷重変更を行う試験機と同様の力を貫
入ロッド７先端に作用させることができる。

【００１４】

【発明の効果】本発明の自動貫入試験機における測定荷
重の較正方法によれば、貫入試験前、載荷台を昇降させ
てパウダブレーキ内のパウダを撹拌して、パウダブレー
キ内に均一に分布させることができるため、パウダブレ
ーキの発生する制動力を常に一定にすることができ、載
荷台の下降速度を安定させることができ、これにより貫
入ロッドに常に同一の荷重を負荷することができる等の
利点がある。また、パウダを均一にして後、荷重検出手
段に先端が当接するねじ軸に沿って移動可能なナット部
材をチャックに保持し、このチャックを回転させながら
自動貫入試験機の載荷台を下降させることにより、実際
の貫入試験において貫入ロッド先端に作用する荷重を模
擬的に知ることが可能であるとともに、荷重検出手段の
出力値に合わせてパウダブレーキに通電する電流値を変
更することができるため、自動貫入試験機の初期の荷重
設定、あるいは使用後の荷重の補正を極めて精密に行う
ことができ、貫入試験データの信頼性を向上させること
ができる等の利点がある。さらに、載荷台の加速度の変
動に応じてパウダブレーキの電流補正を行うことも可能
であるため、載荷台の重量を変更せずに荷重変更を行う
自動貫入試験機にあっても、実際に錘を増減する試験機
において貫入速度が加速した場合と同等の力を貫入ロッ
ドに作用させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す側面図である。

【図２】図１の要部拡大断面図である。

【図３】載荷台の昇降状態を示す自動貫入試験機の側面
図である。

【図４】パウダブレーキ内のパウダの状態変化を示す断
面説明図である。

【図５】自動貫入試験機の全容を示す斜視説明図であ
る。

【図６】自動貫入試験機の要部拡大断面図である。

【符号の説明】

１ 自動貫入試験機 ２ 支柱 ２ａ 案内チェーン ３ 載荷台 ３ａ スプロケット ３ｂ センサ ３ｃ 駆動軸 ４ 回転駆動源 ５ 一方向クラッチ ６ パウダブレーキ ６ａ ケーシング ６ｂ 励磁コイル ６ｃ パウダ ７ 貫入ロッド ８ チャック ９ 回転駆動源 １０ 制御装置 ２０ 較正器具 ２１ ナット部材 ２２ ねじ軸 ２３ 荷重検出手段 Ｍ 磁束

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】支柱に沿って自重で下降する所定重量の載
   荷台の下降速度を変更することによって載荷台と一体に
   下降する貫入ロッドにかかる荷重を変更するパウダブレ
   ーキに所定値の電流を通電して載荷台の下降速度を変更
   する制動力を発生させるためのパウダを励磁し、パウダ
   が励磁した状態で載荷台の昇降を繰り返し行ってパウダ
   ブレーキ内でパウダを均一にし、貫入ロッドにかかる荷
   重を常に一定にすることを特徴とする自動貫入試験機に
   おける測定荷重の較正方法。
2. 【請求項２】支柱に沿って自重で下降する所定重量の載
   荷台の下降速度を変更することによって載荷台に設けら
   れる回転可能なチャックに保持される貫入ロッドにかか
   る荷重を変更するパウダブレーキに所定値の電流を通電
   して載荷台の下降速度を変更する制動力を発生させるた
   めのパウダを励磁し、パウダが励磁した状態で載荷台の
   昇降を繰り返し行ってパウダブレーキ内でパウダを均一
   にし、載荷台のチャックにねじ軸に螺合したナットを保
   持し、ねじ軸が荷重検出手段に当接するまで載荷台を下
   降させ、パウダブレーキに所定の電流を通電しつつチャ
   ックを回転させて載荷台を下降させ、荷重検出手段の出
   力荷重を基準としてパウダブレーキに通電する電流値を
   補正することを特徴とする自動貫入試験機における測定
   荷重の較正方法。
3. 【請求項３】パウダブレーキの制動力により支柱に沿っ
   て自重で下降する所定重量の載荷台の下降速度を変更
   し、このことによって載荷台のチャックに保持されて地
   中に貫入する貫入ロッドにかかる荷重を変更する一方、
   載荷台の下降量と時間から載荷台の下降にともなう加速
   度を常時測定し、この加速度の変動時パウダブレーキの
   電流値を補正し、貫入ロッドにかかる荷重を適正化する
   ことを特徴とする自動貫入試験機における測定荷重の較
   正方法。