WO2022009853A1

WO2022009853A1 - 打撃装置

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Publication number: WO2022009853A1
Application number: PCT/JP2021/025379
Authority: WO
Inventors: 美保恵佐藤; 進堀野
Original assignee: 株式会社インパクト
Priority date: 2020-07-10
Filing date: 2021-07-05
Publication date: 2022-01-13
Also published as: US20230288285A1; JP6758010B1; JP2022015926A

Abstract

検査対象物を打撃する打撃部を備えた打撃装置であって、この打撃装置は、打撃部に連結され、鉛直方向を維持した状態で移動可能な縦長の中間リンクと、中間リンクに各々の一端が回転可能に連結され、互いに平行で横長の駆動リンクと駆動リンクに従動する従動リンクと、を有し、駆動リンク及び従動リンクの各々は、他端側において同一鉛直線上の異なる位置において当該鉛直線に垂直方向にそれぞれ設けられた回転軸周りに回転することを特徴とする。

Description

打撃装置

　本発明は、打撃装置に関する。

　従来、コンクリート等の検査対象物をハンマー等の鋼材によって叩いたときの打撃音に基づいて検査対象物のひび割れ等の欠陥を検査する装置が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

　特許文献１には、伸縮及び揺動が可能なブームと、ブームの先端に設けられ検査対象物に打撃を加える打撃ユニットと、打撃ユニットが検査対象物に対して打撃を加える打撃位置に到達したことを検出する検出センサを備えた打音検査用打撃装置に係る技術が開示されている。特許文献１に係る技術によれば、検査対象物に対してより適切且つ容易に位置決めすることができる。

　特許文献２には、構造物を打撃する打撃装置と、打撃時の打音を測定するマイクロホンとがマルチロータ型ヘリコプターに搭載された構造物の打音検査装置に係る技術が開示されている。特許文献２に係る技術によれば、マルチロータ型ヘリコプターを利用して高所での構造物の打音検査を簡単に行うことができる。

特開２０１６－５０８０２号公報特開２０１５－２１９０２８号公報

　しかしながら、上記従来の打撃検査用打撃装置は複雑な制御構成若しくは装置構成となっていた。また、例えば手動の簡易な打撃検査用打撃装置では、打撃時に精度良く打撃点、すなわち検査対象物における打撃すべき点を打撃できないという問題があった。

　本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、簡易な装置構成で打撃点を精度良く打撃可能な打撃装置を提供することを目的とする。

　上記の目的を達成するために、本発明に係る打撃装置は、検査対象物を打撃する打撃部を備えた打撃装置であって、前記打撃部に連結され、鉛直方向を維持した状態で移動可能な縦長の中間リンクと、前記中間リンクに各々の一端が回転可能に連結され、互いに平行で横長の駆動リンクと前記駆動リンクに従動する従動リンクと、を有し、前記駆動リンク及び前記従動リンクの各々は、他端側において同一鉛直線上の異なる位置において当該鉛直線に垂直方向にそれぞれ設けられた回転軸周りに回転することを特徴とする。

　本発明によれば、簡易な装置構成で打撃点を精度良く打撃することができる。

本実施形態に係る打撃装置の概略構成例を示す斜視図である。本実施形態に係る打撃装置を横方向から見た図である。本実施形態に係る打撃装置の動作を説明する第１の図である。本実施形態に係る打撃装置の動作を説明する第２の図である。本実施形態に係る打撃装置の変形例を示す図である。

　以下、本発明の実施形態について説明する。

　［打撃装置の構成例］
　図１は、本実施形態に係る打撃装置の概略構成例を示す斜視図である。図２は、本実施形態に係る打撃装置を横方向から見た図である。

　図１及び図２に示す打撃装置１は、基台２、第１側板３、第２側板４、固定枠５、駆動リンク（第１アーム）６、従動リンク（第２アーム）７、中間リンク（第３アーム）８、打撃部連結部（第４アーム）９、打撃部１０、第１打撃速度主調整部１１、第１打撃速度副調整部１２、第２打撃速度調整部１３、検出部１４、制御部１５等を有する。図１及び図２では、非動作状態における打撃装置１の各構成要素の配置を示している。

　なお、説明の便宜上、図１に示す３次元座標系においてＸ軸方向、Ｙ軸方向をそれぞれ左右方向、前後方向と称する。また図１では、第１側板３を破線で示している。一方、図２では、第１側板３、検出部１４、制御部１５については図示を省略する。

　基台２は、略直方体状の土台となる部分である。この基台２の略中央には、駆動リンク６や従動リンク７の長軸方向に対して垂直な上面を備えた副基台２１が配設される。基台２及び副基台２１は、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼やエポキシ樹脂により形成される。

　また基台２の左右端において、レベル調整ネジ２２、２３が基台２の上下面に垂直に貫設される。これらレベル調整ネジ２２、２３は、基台２を水平に配置するためのものであり、下端に例えばレベル調整用のロックナット、すなわち水平な底面部分が取り付けられたネジである。これらレベル調整ネジ２２、２３は、例えば樹脂により形成された樹脂ネジである。

　なお、レベル調整ネジ２２、２３に対する振動伝達を抑制すべく、これらレベル調整ネジ２２、２３が基台２に貫設される場合には、レベル調整ネジ２２、２３と基台２との間に０．５～１ｍｍ程度の厚みのゴム緩衝材を介装することが好ましい。また、下端のロックナットにゴム緩衝材を被装することが好ましい。更に、打撃部１０による打撃点を適切に設定できるように、レベル調整ネジ２２、２３には自動でレベルを調整する機能を付加することが好ましい。また、レベル調整ネジ２２、２３の配設個数や配設位置は図１や図２に示す位置に限定されるものではない。

　第１側板３及び第２側板４は、それぞれ基台２の前後端に所定の間隙を介して平行に立設される例えばカーボンファイバーやタモ材等で形成された平板状部材である。これら第１側板３及び第２側板４は、後述する駆動リンク５及び従動リンク６の各々の回転軸である軸部材Ｙ１、Ｙ２を軸支する。

　第１側板３には、軸部材Ｙ１用の孔部３１及び軸部材Ｙ２用の孔部３２が高さ方向に所定距離離間して貫通穴として形成される。第２側板４には、軸部材Ｙ１用の孔部４１及び軸部材Ｙ２用の孔部４２が高さ方向に孔部３１、３２間の距離と同じ距離離間して貫通穴として形成される。

　固定枠５は、第１側板３及び第２側板４の右端側において両側板３、４を挟装して斜め上方向に配設される例えばカーボンファイバーやタモ材等で形成されたコの字状の枠型部材である。この固定枠５の上部裏面には、第１打撃速度主調整部１１の上端が固設される。なお、固定枠５の配設方向は、駆動リンク５及び従動リンク６の長軸方向に対して垂直な方向である。

　駆動リンク６、従動リンク７は、互いに平行で例えばカーボンファイバーやタモ材等で形成された横長部材である。図２から分かるように、従動リンク７は駆動リンク６に比べて左右長が短い。駆動リンク６の上面には、横長の板状部材である駆動板６ａが固着される。第２打撃速度調整部１３は、この駆動板６ａを押し下げることで打撃装置１を作動させる。なお、駆動板６ａには第１打撃速度主調整部１１の一端側が駆動板６ａの長軸方向に移動可能な孔部６ｂが形成されている。

　これら駆動リンク６及び従動リンク７は、左端（一端）において各々のリンクを前後に貫通する軸部材Ｙ３、Ｙ４を介して中間リンク８に回転可能に連結される。一方、この連結部分より右方（他端側）においては、鉛直方向の異なる位置に各々のリンクを貫通するよう設けられた回転軸である軸部材Ｙ１、Ｙ２を介して第１側板３及び第２側板４に回転可能に連結される。

　これら駆動リンク６及び従動リンク７は、図１や図２に示す非動作状態では、左端から右端に向かうほど下方に傾斜して配設されている。一方、後述の図４に示すように、打撃部１０が打撃点Ｔを打撃するとき、駆動リンク６及び従動リンク７は水平状態となるよう構成されている。

　軸部材Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、Ｙ４は円柱状の例えばステンレス等で形成された円柱状の軸体である。特に、軸部材Ｙ１の前後端は孔部３１、４１に固着され、軸部材Ｙ２の前後端は孔部３２、４２に固着される。軸部材Ｙ３の前端側は駆動リンク６に固着され、後端側は中間リンク８に回転可能に取り付けられる。軸部材Ｙ４の前端側は従動リンク７に固着され、後端側は中間リンク８に回転可能に取り付けられる。

　中間リンク８は、例えばカーボンファイバーやタモ材等で形成された縦長部材である。図１から分かるように、駆動リンク６及び従動リンク７の各々は、軸部材Ｙ１、Ｙ２を介してこの中間リンク８の上下位置において回転可能に連結される。この中間リンク８には、打撃部連結部９を介して打撃部１０が連結され、鉛直方向を維持した状態で移動可能である。

　打撃部連結部９は、中間リンク８の下端に取り付けられ、例えばカーボンファイバーやタモ材等で形成された部材である。この打撃部連結部９は中間リンク８と打撃部１０とを連結するためのものである。この打撃部連結部９には、重りを設置する等により打撃部１０による打撃速度の上昇を図ってもよい。

　以上示してきた駆動リンク６、従動リンク７、中間リンク８及び打撃部連結部９は、カーボンファイバーやタモ材等の軽量な材料で構成されている。

　打撃部１０は、打撃部連結部９に連結された例えばスチール製又は樹脂製のハンマーである。この打撃部１０は、鋼球であってもよい。この打撃部１０は、打撃装置１を用いて打音検査を行う場合にコンクリート等の検査対象物を打撃する。上記スチール製又は樹脂製のハンマーや鋼球とすることにより、打撃強度のバラつきが少なくなり、安定した波形検出が可能となる。従って、高周波並びに低周波衝撃弾性波発生打撃装置としての適用が可能となる。打撃部１０は、中間リンク８とともに鉛直方向を維持した状態で見かけ上の支点Ｏ（図２参照）周りに回転することとなる。なお、支点Ｏと打撃部１０の重心との距離Ｌ０は、軸部材Ｙ１と軸部材Ｙ３との距離Ｌ１と同一である。

　第１打撃速度主調整部１１は、駆動板６ａの右端側において上下に貫通して駆動板６ａに対して垂直に配設され、内部に備えた円柱状の軸心部１１ａ（図２参照）の頂部は固定枠５の裏面に固着される。この第１打撃速度主調整部１１は、駆動リンク６（駆動板６ａ）の回転に係る速度を調整することにより、打撃部１０による打撃速度を調整する第１の機構である。

　この第１打撃速度主調整部１１は、図２に示すように、軸心部１１ａに縦長のバネスプリング等の弾性体１１ｂが取り付けられており、この弾性体１１ｂは、第１打撃速度主調整部１１の頂部（固定枠５の裏面）と駆動板６ａの上面との間において当該弾性体１１ｂの上下端がいずれも固定されずに配設される。

　そのため、第２打撃速度調整部１３が駆動板６ａを押し下げた後に離すと、駆動板６ａは打撃部１０の自重や後述する弾性体１２ｂの弾性力によりまず上方に反動するが、一定以上の力が弾性体１１ｂに加わると当該弾性体１１ｂの弾性力によって下方に押し返される。なお、図２に示す弾性体１１ｂ周囲のワッシャー１１ｃ、１１ｄ等の内円部にはＲ加工が施される。

　第１打撃速度副調整部１２は、軸部材Ｙ１と駆動リンク６の右端との間において駆動リンク６を下方から支持するよう配設され、内部に備えた円柱状の軸心部１２ａの下端は副基台２１の上面に固着される。この第１打撃速度副調整部１２は、第１打撃速度主調整部１１による打撃部１０の打撃速度の調整の補助を行う機構である。

　この第１打撃速度副調整部１２は、図２に示すように、軸心部１２ａに縦長のバネスプリング等の弾性体１２ｂが取り付けられており、この弾性体１２ｂは、駆動リンク６の下面と副基台２１の上面との間において当該弾性体１２ａの上下端がいずれも固定されずに配設される。

　そのため、前述の弾性体１１ｂと異なり、第２打撃速度調整部１３が駆動板６ａを押し下げた後に離すと、駆動板６ａは打撃部１０の自動や弾性体１２ｂの弾性力によりまず上方に反動する。その後弾性体１１ｂの弾性力によって下方に押し返された駆動板６ａは、当該弾性体１２ｂの弾性力によって再度上方に反動する。なお、図２に示す弾性体１２ａ周囲のワッシャー１２ｃ、１２ｄ等の内円部にはＲ加工が施される。

　以上に示すように、第１打撃速度主調整部１１及び第１打撃速度副調整部１２の各々が備える弾性体１１ｂ、１２ｂが、それぞれ駆動リンク６（駆動板６ａ）の上面側及び下面側に対向して設けられている。そのため、駆動板６ａが第２打撃速度調整部１３によって押し下げられた状態から解放されると、まず駆動リンク６は最も大きな移動量だけ上方に反動するが、その後二つの弾性体１１ｂ、１２ｂの作用により上下に減衰しながら移動する。これにより、打撃部１０によって検査対象物を二度打ちすることを防止することができる。なお、二つの弾性体１１ｂ、１２ｂはそれぞれ上下端が固定されずに配設されているが、上下端の少なくともいずれか一方を固定してもよい。また、第１打撃速度主調整部１１と第１打撃速度副調整部１２とを総称する場合には、第１打撃速度調整部という。なお、第１打撃速度主調整部１１及び第１打撃速度副調整部１２の一方を設けてもよい。

　第２打撃速度調整部１３は、基台２の右端に設けられ、不図示のサーボモーターを内蔵し、駆動板６ａ側に突設された移動部１３ａを鉛直方向に上下動させる装置である。この第２打撃速度調整部１３は、駆動リンク６（駆動板６ａ）の回転に係る速度を調整することにより、打撃部１０による打撃速度を調整する第２の機構である。この第２打撃速度調整部１３の動作は後述する制御部１５によって制御される。

　この第２打撃速度調整部１３は、移動部１３ａが駆動板６ａの右端を下方に押し下げる際の駆動板６ａの上下移動領域を決定する。駆動板６ａの押し下げられる位置が下方であるほど、弾性体１２ｂの収縮に基づく弾性力は大きくなり、押し下げから解放後の駆動板６ａの移動速度並びに打撃部１０の打撃速度は速くなる。この第２打撃速度調整部１３は打撃部１０の打撃速度を決定づける要素の一つとなっている。なお、この第２打撃速度調整部１３の代わりに、手動で駆動板６ａを下方に押し下げるように構成してもよい。

　検出部１４は、打撃部１０が検査対象物を打撃したときに発生する弾性波を検出する例えばＡＥ（Acoustic　Emission）センサである。この検出部１４は打撃部１０の近傍に配置される。制御部１５は、検出部１４によって検出された弾性波の波形に基づいて検査対象物の欠陥等を検査したり、移動部１３ａの上下移動を制御したりする一般的なコンピュータ装置である。特に移動部１３ａの上下移動を制御することで、打撃部１０による打撃の強度を調整することができる。これら検出部１４及び制御部１５については既知の技術であるため、ここでは説明を省略する。

　以上説明してきたように、本実施形態に係る打撃装置１では、駆動リンク６と、従動リンク７と、これら駆動リンク６及び従動リンク７が回転可能に連結された中間リンク８とからなるリンク機構を備えている。そのため、駆動リンク６及び従動リンク７がそれぞれ軸部材Ｙ１、Ｙ２周りに回転した場合に、これら駆動リンク６及び従動リンク７に連結された中間リンク８は鉛直方向を維持した状態で回転する。

　従って、このようにリンク機構を活用することで、打撃部１０は中間リンク８と同様に鉛直方向を維持した状態で、見かけ上の支点Ｏ周りに回転する構造となる。

　これにより、以下の利点を奏する。その利点とは、打撃時の打撃部１０の移動方向を容易に真下とすることができる。すなわち、打撃時に駆動リンク６（駆動板６ａ）に掛かるベクトルを真上になるように寸法を設計することで、打撃時の衝撃による左右の動きの抑制につながり、打撃点の位置ずれの抑制が可能となる。詳細には図３を用いて後述する。

　なお、第１打撃速度主調整部１１が備える弾性体１１ｂ、第１打撃速度副調整部１２が備える弾性体１２ｂは検査対象物の種別等に合わせて入れ替え可能にすることが好ましい。

　［打撃装置の動作例］
　図３は、本実施形態に係る打撃装置の動作を説明する第１の図である。図４は、本実施形態に係る打撃装置の動作を説明する第２の図である。

　図３では、図２に示す非動作状態の配置を破線で示し、第２打撃速度調整部１３の移動部１３ａが駆動板６ａを押し下げた状態の配置を実線で示している。特に図３の実線では、駆動板６ａが移動部１３ａによる押し下げから解放されるタイミングを示しており、その後図４に示す状態に移る。

　図３の実線に示すように、駆動リンク６及び従動リンク７はそれぞれ軸部材Ｙ１、Ｙ２周りに図中時計回りに角度θ１だけ回転している。同様に、打撃部１０も見かけ上の支点Ｏを中心に角度θ１回転して上方に移動している。なお、駆動リンク６の下方に配設された弾性体１２ｂは収縮している。

　一方の図４では、図２に示す非動作状態の配置を破線で示し、打撃部１０が打撃点Ｔに配置された検査対象物（不図示）を打撃するタイミングの状態を実線で示している。すなわち、前述の図３の実線に示す状態において、駆動リンク６、従動リンク７及び打撃部１０等は打撃部１０の自重や弾性体１２ｂによる付勢力に基づいて移動し、図４に示す状態に移行する。

　図４の実線に示すように、駆動リンク６及び従動リンク７はそれぞれ軸部材Ｙ１、Ｙ２周りに前述の角度θ１と逆回り（ここでは反時計回り）に、非動作状態を基準として角度θ２回転する。同様に、打撃部１０も見かけ上の支点Ｏを中心に、非動作状態を基準として角度θ２回転して下方に移動する。

　このとき図４の実線に示すように、駆動リンク６及び従動リンク７は水平状態となる。これにより、駆動リンク６及び従動リンク７の速度ベクトルの水平方向成分はいずれも０となり、鉛直下方向成分のみとなる。中間リンク８及び打撃部１０の速度ベクトルについても同様に鉛直下方向成分のみである。これにより、打撃時の打撃部１０の移動方向を容易に真下とするとともに、打撃部１０の左右の動きを抑制し、打撃点Ｔの位置ずれの抑制が可能となる。なお、駆動板６ａの上昇に伴い、駆動リンク６の上方に配設された弾性体１１ｂは収縮する。

　以上図３や図４を用いて説明してきたように、本実施形態に係る打撃装置１では、駆動リンク６及び従動リンク７の軸部材Ｙ１、Ｙ２回りに回転した場合に、これら駆動リンク６及び従動リンク７に連結された中間リンク８及び中間リンク８に打撃部連結部９を介して連結された打撃部１０も同様に回転するという簡易な装置構成で、打撃部１０が打撃点Ｔに配置された検査対象物（不図示）を打撃することができる。

　なお、第１打撃速度主調整部１１が備える弾性体１１ｂ、第１打撃速度副調整部１２が備える弾性体１２ｂがスプリングバネである場合にはこれらのバネ定数と、第２打撃速度調整部１３が移動部１３ａを上下動させる場合の移動量とを制御することにより、打撃を行う際の打撃速度を調整することができる。

　［打撃装置の変形例］
　図５は、本実施形態に係る打撃装置の変形例を示す図である。

　図５では、図１や図２に示す打撃装置１の変形例に係る打撃装置１Ａを示している。図５に示す打撃装置１Ａの基本的構成は打撃装置１と同様であるが、打撃部連結部９に代えて打撃部連結部９Ａを有する点が異なる。なお、前述の図１や図２と同様の構成要素については同一の符号を付して、適宜重複する説明を省略する。

　打撃部連結部９Ａは、中間リンク８の下端に取り付けられ、例えばカーボンファイバーやタモ材等で形成された略直方体状部材である。この打撃部連結部９Ａは中間リンク８と打撃部１０Ａとを連結するためのものであるが、前述の打撃部連結部９と異なり、打撃装置１Ａの左右方向略中心位置の鉛直下方向に打撃部１０Ａが配置されるような構成となっている。この変形例に係る打撃装置１Ａによれば、打撃部１０Ａを略中央に配設することで左右の重量バランスを安定して動作させることが可能となる。

　打撃部１０Ａは、打撃部連結部９Ａに連結された例えばスチール製又は樹脂製のハンマーである。この打撃部１０Ａは、前述の打撃部１０と同様のものである。

　図５に示すようなリンク機構を活用することで、打撃部１０Ａは中間リンク８と同様に鉛直方向を維持した状態で、見かけ上の支点Ｏ１（支点Ｏ１と打撃部１０Ａの重心との距離Ｌ２は、軸部材Ｙ１と軸部材Ｙ３との距離Ｌ１と同一）周りに回転する構造となる。

　以上、本発明の一実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したものであり、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１　打撃装置
２　基台
６　駆動リンク
７　従動リンク
８　中間リンク
９、９Ａ　打撃部連結部
１０　打撃部
１１　第１主打撃速度調整部
１１ａ　弾性体
１２　第１副打撃速度調整部
１２ａ　弾性体
１３　第２打撃速度調整部
１４　打音検出部
１５　制御部

Claims

　検査対象物を打撃する打撃部を備えた打撃装置であって、
　前記打撃部に連結され、鉛直方向を維持した状態で移動可能な縦長の中間リンクと、
　前記中間リンクに各々の一端が回転可能に連結され、互いに平行で横長の駆動リンクと前記駆動リンクに従動する従動リンクと、を有し、
　前記駆動リンク及び前記従動リンクの各々は、他端側において同一鉛直線上の異なる位置において当該鉛直線に垂直方向にそれぞれ設けられた回転軸周りに回転することを特徴とする打撃装置。
　前記打撃部が前記検査対象物を打撃するとき、前記駆動リンク及び前記従動リンクは水平状態になることを特徴とする請求項１に記載の打撃装置。
　前記駆動リンクの他端側の上面側又は下面側の少なくとも一方に設けられ、前記駆動リンクの回転に係る速度を調整する第１打撃速度調整部と、
　前記駆動リンクの他端を押し下げることで前記駆動リンクの回転に係る速度を調整する第２打撃速度調整部と、
　を有することを特徴とする請求項１に記載の打撃装置。
　前記第１打撃速度調整部は、前記駆動リンクの他端側の上面側又は下面側の少なくとも一方に設けられ、前記駆動リンクの回転に伴い伸縮する弾性体であることを特徴とする請求項３に記載の打撃装置。
　前記駆動リンク及び前記従動リンクは、当該打撃装置の非動作状態において前記一端から前記他端に向かうほど下方に傾斜して配設されることを特徴とする請求項１に記載の打撃装置。
　前記打撃部による打撃の強度を調整する制御部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の打撃装置。