地質調査装置
【課題】重錘の自由落下による貫入ロッドの打ち込み動作が迅速且つ効率的に行え、装置全体の構成を簡素化して、地質調査装置の小型化及び軽量化、製作費の低減を図ることができる地質調査装置を提供する。
【解決手段】地質調査装置１を構成する装置本体２を起立姿勢に保持して、装置本体２の筒状収容部３に垂設した貫入ロッド４を地盤Ｃに貫入する。筒状収容部３内の重錘下降位置Ｂ１に落下された重錘５を永久磁石６で吸着した後、永久磁石６で吸着した重錘５を、磁石昇降装置７により重錘下降位置Ｂ１から重錘上昇位置Ａ１に上昇させる。永久磁石６で吸着した重錘５を重錘下降位置Ｂ１の当接部３ｃに当接して自由落下させ、重錘５の自由落下時に生じる衝撃により貫入ロッド４を地盤Ｃに打ち込んで、実際に打ち込まれた貫入ロッド４の貫入長さに基づいて、例えば地盤の硬軟、締まり具合、地盤支持強度等の地質に関する所定項目を調査する。
【解決手段】地質調査装置１を構成する装置本体２を起立姿勢に保持して、装置本体２の筒状収容部３に垂設した貫入ロッド４を地盤Ｃに貫入する。筒状収容部３内の重錘下降位置Ｂ１に落下された重錘５を永久磁石６で吸着した後、永久磁石６で吸着した重錘５を、磁石昇降装置７により重錘下降位置Ｂ１から重錘上昇位置Ａ１に上昇させる。永久磁石６で吸着した重錘５を重錘下降位置Ｂ１の当接部３ｃに当接して自由落下させ、重錘５の自由落下時に生じる衝撃により貫入ロッド４を地盤Ｃに打ち込んで、実際に打ち込まれた貫入ロッド４の貫入長さに基づいて、例えば地盤の硬軟、締まり具合、地盤支持強度等の地質に関する所定項目を調査する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば地盤の硬軟、締まり具合、地盤支持強度等の地盤に関する所定項目を調査する地質調査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
前記地盤に関する所定項目を調査する地質調査装置としては、例えばボーリングロッドを、打撃用ウエイトの自由落下時に生じる打撃加重により地盤内に打ち込んで調査する地盤貫入試験装置がある（特許文献１参照）。この地盤貫入試験装置は、吊上げ機構のフック部を打撃用ウエイト上部に係止した後、吊上げ機構全体を、リニア駆動機構により所望する高さに上昇させる。吊上げ機構全体を所望する高さに上昇停止した後、フック部の係止を解除して、打撃用ウエイトを所望する高さから自由落下させ、その落下時に生じる打撃加重によりボーリングロッドを地盤内に打ち込むものもある。
【特許文献１】特開２００１−３４８８５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記地盤貫入試験装置は、吊上げ機構全体を所望する高さに上昇させる際に、吊上げ機構のフックを打撃用ウエイト上部に係止する。打撃用ウエイトを自由落下させる際には、打撃用ウエイト上部からフック部を離脱させて係止解除するので、フックを係止する動作及び係止を解除する動作に時間が掛かる。また、フック以外の方法として、例えば爪をウエイトに係止するか、ハンガーでウエイトを保持する等して所望する高さに上昇する吊上げ機構があるが、前述と同様に、爪を係止する動作及びハンガーで保持する動作に時間が掛かるため、ボーリングロッドを地盤に打ち込む動作が迅速に行えない。
【０００４】
この発明は前記問題に鑑み、重錘の自由落下による貫入ロッドの打ち込み動作が迅速且つ効率的に行え、装置全体の構成を簡素化して、地質調査装置の小型化及び軽量化、製作費の低減を図ることができる地質調査装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載した発明の地質調査装置は、重錘を所定高さから自由落下させた際に生じる衝撃により、装置本体に垂設した貫入ロッドを地盤に打ち込んで地質の所定項目を調査する地質調査装置であって、前記貫入ロッドと同一軸芯上に配置された重錘を、該貫入ロッドが地盤に対して略垂直に打ち込まれる方向に向けて落下ガイドする重錘ガイド手段と、前記重錘を吸着するのに必要な磁力に励磁された磁石を、該磁石で吸着した重錘が所定高さに上昇される磁石上昇位置と、前記自由落下した重錘が吸着される磁石下降位置との間で移動する磁石移動手段と、前記磁石の磁力に抗して、前記磁石上昇位置に上昇された磁石から該磁石に吸着された重錘を分離する重錘分離手段と、前記重錘の自由落下により地盤に打ち込まれた貫入ロッドの貫入長さを測定する貫入長さ測定手段と、前記磁石移動手段の駆動及び停止と、前記貫入長さ測定手段の測定動作を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
この発明によると、貫入ロッドの先端を所望する長さ地盤に貫入するか、地盤に接地した後、制御手段により磁石移動手段を駆動して、磁石を、磁石昇降手段により磁石下降位置へ移動させ、重錘下降位置に自由落下された重錘を磁石で吸着する。重錘が吸着された磁石を、磁石昇降手段により磁石上昇位置に移動させる。この後、磁石の磁力に抗して、重錘分離手段により磁石から重錘を強制的に分離して自由落下させ、重錘の自由落下時に生じる衝撃により貫入ロッドを地盤に打ち込む。また、貫入ロッドと同一軸芯上に配置された重錘を、重錘ガイド手段により貫入ロッドが地盤に対して略垂直に打ち込まれる方向に向けて落下ガイドするので、重錘の自由落下時に生じる衝撃が、貫入ロッドが地盤に対して略垂直に打ち込まれる方向に対して加えられる。重錘を所望する回数だけ自由落下させて、貫入ロッドを地盤に打ち込んだ後、制御手段により磁石移動手段を停止させ、地盤に打ち込まれた貫入ロッドの貫入長さを貫入長さ測定手段により測定するものである。
【０００７】
前記磁石は、例えば重錘を吸着するのに必要な磁力に励磁された永久磁石等で構成することができる。また、重錘ガイド手段は、例えば重錘が上下移動自在に収容された筒状収容部、或いは、重錘が上下移動自在に取り付けられた棒状又は軸状の案内部材等で構成することができる。また、磁石移動手段は、例えば磁石に連結されたワイヤと、ワイヤを巻回するプーリと、プーリを巻取り方向と巻戻し方向へ回転するモータを備えた磁石昇降装置、或いは、磁石が取り付けられたチェーン等の無端帯を周回方向へ回転する磁石周回装置等で構成することができる。また、重錘分離手段は、例えば所定高さに上昇された重錘に対して当接される段部、突起等の当接部で構成することができる。また、貫入長さ測定手段は、例えば超音波センサ、光電センサ等の距離検出センサで構成することができる。また、制御手段は、例えばＰＩＣ(Peripheral Interface Controller＝周辺機器接続制御用ＩＣ)、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備えた制御回路等の制御装置で構成することができる。
【０００８】
請求項２に記載した発明の地質調査装置は、重錘を所定高さから自由落下させた際に生じる衝撃により、装置本体に垂設した貫入ロッドを地盤に打ち込んで地質の所定項目を調査する地質調査装置であって、前記貫入ロッドと同一軸芯上に配置された重錘を、該貫入ロッドが地盤に対して略垂直に打ち込まれる方向に向けて落下ガイドする重錘ガイド手段と、前記重錘を吸着するのに必要な磁力に励磁される磁石を、該磁石で吸着した重錘が所定高さに上昇される磁石上昇位置と、前記自由落下した重錘が吸着される磁石下降位置との間で移動する磁石移動手段と、前記磁石で吸着した重錘が所定高さに上昇された際に前記磁石の励磁を解除し、前記自由落下された重錘を吸着する際に前記磁石を励磁する励磁制御手段と、前記重錘の自由落下により地盤に打ち込まれた貫入ロッドの貫入長さを測定する貫入長さ測定手段と、前記磁石移動手段の駆動及び停止と、前記貫入長さ測定手段の測定動作を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
この発明によると、貫入ロッドの先端を所望する長さ地盤に貫入するか、地盤に接地した後、制御手段により磁石移動手段を駆動して、磁石を、磁石昇降手段により磁石下降位置へ移動させる。重錘を吸着する際に磁石を励磁制御手段で励磁して、重錘下降位置に自由落下された重錘を磁石で吸着する。重錘が吸着された磁石を、磁石昇降手段により磁石上昇位置に移動させる。磁石で吸着した重錘が所定高さに上昇された際に、磁石の励磁を励磁制御手段で解除して、磁石から重錘を分離して自由落下させ、重錘の自由落下時に生じる衝撃により貫入ロッドを地盤に打ち込む。また、貫入ロッドと同一軸芯上に配置された重錘を、重錘ガイド手段により貫入ロッドが地盤に対して略垂直に打ち込まれる方向に向けて落下ガイドするので、重錘の自由落下時に生じる衝撃が、貫入ロッドが地盤に対して略垂直に打ち込まれる方向に対して加えられる。重錘を所望する回数だけ自由落下させて、貫入ロッドを地盤に打ち込んだ後、制御手段により磁石移動手段を停止させ、地盤に打ち込まれた貫入ロッドの貫入長さを貫入長さ測定手段により測定するものである。
【００１０】
前記磁石は、例えば重錘を吸着する際に励磁され、重錘を落下させる際に励磁が解除される電磁石等で構成することができる。また、励磁制御手段は、例えばマグネットスイッチ、近接スイッチ、光電スイッチ、リミットスイッチ等の磁石を検出する検出スイッチと、その検出スイッチから出力される検出信号に基づいて、磁石の励磁を制御する制御装置等で構成することができる。
【００１１】
請求項３に記載した発明の地質調査装置は、前記請求項１又は２に記載の構成と併せて、前記重錘ガイド手段を、前記重錘の収容が許容される大きさ及び形状の筒状収容部で構成したことを特徴とする。
【００１２】
この発明によると、筒状収容部に収容された重錘を、筒状収容部内面に沿って貫入ロッドが地盤に対して略垂直に打ち込まれる方向に向けて落下ガイドする。
【００１３】
請求項４に記載した発明の地質調査装置は、前記請求項１に記載の構成と併せて、前記重錘分離手段を、前記磁石移動手段により重錘上昇位置に上昇された重錘に対して当接される当接部で構成したことを特徴とする。
【００１４】
この発明によると、磁石で吸着した重錘を、磁石移動手段により重錘下降位置から重錘上昇位置に上昇させて当接部に当接し、その当接時に生じる反力により、磁石の磁力に抗して、磁石から重錘を強制的に分離して自由落下させる。前記当接部は、例えば段部、突起等で構成することができる。
【００１５】
請求項５に記載した発明の地質調査装置は、前記請求項１〜４のいずれか一つに記載の構成と併せて、前記磁石移動手段を、前記磁石で吸着した重錘が所定高さに上昇される磁石上昇位置と、前記自由落下した重錘が吸着される磁石下降位置とに前記磁石を昇降する磁石昇降手段で構成したことを特徴とする。
【００１６】
この発明によると、磁石を、磁石昇降手段により磁石下降位置に下降させて、重錘下降位置に自由落下された重錘を磁石で吸着する。重錘が吸着された磁石を、磁石昇降手段により磁石上昇位置に上昇させるので、貫入ロッドと同一軸芯上に配置された重錘を、貫入ロッドが地盤に対して略垂直に打ち込まれる方向に向けて昇降することができる。前記磁石昇降手段は、例えば磁石に連結されたワイヤと、ワイヤを巻回するプーリと、プーリを巻取り方向と巻戻し方向へ回転するモータを備えた磁石昇降装置等で構成することができる。
【００１７】
請求項６に記載した発明の地質調査装置は、前記請求項１〜４のいずれか一つに記載の構成と併せて、前記磁石移動手段を、前記自由落下した重錘が吸着される重錘下降位置から、該磁石で吸着した重錘が自由落下される重錘上昇位置に向けて前記磁石を周回移動する磁石周回手段で構成したことを特徴とする。
【００１８】
この発明によると、磁石を、磁石周回手段により重錘下降位置から重錘上昇位置へ周回移動させ、重錘下降位置に自由落下された重錘を磁石で吸着して重錘上昇位置へ上昇させるので、例えばモータ等の駆動手段を正逆回転するか駆動及び停止する必要がない。前記磁石周回手段は、例えば磁石が取り付けられたループ状のチェーンと、チェーンが掛け渡された上下のスプロケットと、スプロケットを回転するモータ等を備えた磁石周回装置等で構成することができる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、磁石で吸着した重錘を重錘上昇位置へ上昇させ際に、磁石から重錘を分離して自由落下させた際に生じる衝撃により貫入ロッドを地盤へ打ち込むので、従来例のようにフックや爪を重錘に係止及びその係止を解除するか、ハンガーで保持及びその保持を解除する等の動作や機構が不要であり、重錘の自由落下による貫入ロッドの打ち込み動作が迅速且つ効率的に行える。また、装置全体の構成が簡素化されるため、地質調査装置の小型化及び軽量化、製作費の低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
この発明は、重錘の自由落下による貫入ロッドの打ち込み動作が迅速且つ効率的に行え、装置全体の構成を簡素化して、地質調査装置の小型化及び軽量化、製作費の低減を図ることができるという目的を、磁石で吸着した重錘を重錘上昇位置へ上昇させ際に、磁石から重錘を分離して自由落下させた際に生じる衝撃により貫入ロッドを地盤に打ち込むことで達成した。
【実施例】
【００２１】
この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳述する。
【００２２】
図面は、重錘の自由落下時に生じる衝撃により貫入ロッドを地盤に打ち込んで所定項目を調査する地質調査装置を示し、図１〜図４に於いて、この地質調査装置１は、箱形状に形成された装置本体２の下面側中央部に、上端部と下端部が閉塞された筒状収容部３を下方に向けて略垂直に固定している。また、筒状収容部３の下端側中心部に、所定長さに形成された貫入ロッド４を下方に向けて略垂直に固定している。また、筒状収容部３内に、貫入ロッド４を打ち込むのに必要な衝撃を付与する重錘５と、重錘５を上昇するのに必要な磁力に励磁された永久磁石６を上下移動自在に収容している。
【００２３】
つまり、筒状収容部３に収容された重錘５を永久磁石６で吸着した後、永久磁石６で吸着した重錘５を、後述する磁石昇降装置７により筒状収容部３内に設定した下位側の重錘下降位置Ｂ１から上位側の重錘上昇位置Ａ１に上昇させる。重錘上昇位置Ａ１において、永久磁石６から重錘５を強制的に分離して自由落下させ、その自由落下時に生じる衝撃により貫入ロッド４を地盤Ｃに打ち込んで地質の所定項目を調査するものである。
【００２４】
筒状収容部３に収容された重錘５と永久磁石６は、貫入ロッド４と同一軸芯上に配置され、筒状収容部３の内面に沿って貫入ロッド４が地盤Ｃに対して略垂直に打ち込まれる方向に向けて昇降ガイドされる。なお、貫入ロッド４の先端部は、先端に向けて徐々に細くなる形状（例えば尖鋭形状）に形成している。
【００２５】
筒状収容部３は、重錘５が収容される下側収容部３ａと、永久磁石６のみが収容される上側収容部３ｂを上下に形成している。上側収容部３ｂよりも横断面が大きい下側収容部３ａは、重錘５の収容が許容される大きさ及び形状に形成されている（図１参照）。また、下側収容部３ａよりも横断面が小さい上側収容部３ｂは、永久磁石６のみの収容が許容される大きさ及び形状に形成されている。
【００２６】
また、下側収容部３ａと上側収容部３ｂの間に生じる段差部分には、永久磁石６で吸着した重錘５の上端側外周縁部に対して当接される当接部３ｃを形成している。つまり、当接部３ｃは、永久磁石６で吸着した重錘５を、後述する磁石昇降装置７により筒状収容部３内に設定した重錘下降位置Ｂ１から重錘上昇位置Ａ１へ上昇させた際に該重錘５の上端側外周縁部に当接される。その当接時に生じる反力により、永久磁石６の磁力に抗して、重錘５を永久磁石６から強制的に分離して自由落下させる。
【００２７】
当接部３ｃは、重錘５の重錘上昇位置Ａ１と対応して装置本体２下面と略水平となる高さであって、重錘上昇位置Ａ１に上昇された重錘５の上端側外周縁部に対して当接される高さ位置に設けられている。また、当接部３ｃは、永久磁石６の昇降が許容される大きさ及び形状に形成され、重錘５の上面側外周縁部に対して当接される大きさ及び形状に形成している。また、下側収容部３ａから上側収容部３ｂに向けて徐々に狭くなるテーパ面に形成しているので、永久磁石６を下側収容部３ａから上側収容部３ｂへ上昇させる際に、上側収容部３ｂ内に向けて永久磁石６が収容ガイドされる。
【００２８】
磁石昇降装置７は、永久磁石６上端に連結されたワイヤ７ａと、ワイヤ７ａ上端が固定されたプーリ７ｂと、プーリ７ｂ中心に直結されたモータ７ｃで構成され、装置本体２内の右側上部に配置されている。
【００２９】
ワイヤ７ａ下端は、筒状収容部３の上端側中心部に形成した挿通孔３ｄを介して、筒状収容部３内に収容された永久磁石６上端に連結している。また、ワイヤ７ａ上端は、モータ７ｃが直結されたプーリ７ｂに固定している。
【００３０】
モータ７ｃは、後述するバッテリーで構成される電源８に接続されており、後述する制御装置２０（図５参照）から出力される指令信号により正逆回転される。また、後述する上昇スイッチ１０と下降スイッチ１１のスイッチ操作により正逆回転することもできる。
【００３１】
つまり、モータ７ｃを下降方向へ回転駆動して、プーリ７ｂを巻取り方向へ回転させ、永久磁石６に連結されたワイヤ７ａをプーリ７ｂに巻き取ることにより、永久磁石６を、筒状収容部３内面に沿って磁石下降位置Ｂ２（図２参照の実線）から磁石上昇位置Ａ２（図３参照の実線）へ上昇する。また、モータ７ｃを上昇方向へ回転駆動して、プーリ７ｂを巻戻し方向へ回転させ、永久磁石６に連結されたワイヤ７ａをプーリ７ｂから巻き戻すことにより、永久磁石６を、筒状収容部３内面に沿って磁石上昇位置Ａ２から磁石下降位置Ｂ２へ下降する。このように、永久磁石６を磁石上昇位置Ａ２と磁石下降位置Ｂ２へ昇降することにより、貫入ロッド４と同一軸芯上に配置された重錘５を、貫入ロッド４が地盤に対して略垂直に打ち込まれる方向に向けて昇降することができる。
【００３２】
重錘５は、貫入ロッド４を打ち込むのに必要な重量に形成され、重錘５全体又は永久磁石６が吸着される部分を磁力により吸着可能な金属で構成している。また、重錘５の外観を、筒状収容部３の下側収容部３ａに対して上下移動が許容される大きさ及び形状に形成している。実施例では、５ｋｇの重錘５を、５０ｃｍの落下高さから自由落下するが、重錘５の重量を、例えば５ｋｇ以下又は５ｋｇ以上の重量に変更してもよい。また、後述する落下距離ｂ１，ｂ２と対応する重錘５の落下高さを、例えば５０ｃｍ以下又は５０ｃｍ以上の高さに変更してもよい。
【００３３】
永久磁石６は、重錘５を吸着するのに必要な磁力に励磁された永久磁石で構成され、永久磁石６の外観を、筒状収容部３の上側収容部３ｂに対して上下移動が許容される大きさ及び形状に形成している。
【００３４】
装置本体２側面には、電源８から供給される電力を各部へ通電するための電源スイッチ９と、磁石昇降装置７を上昇動作するための上昇スイッチ１０と、下降するための下降スイッチ１１を配置している。また、装置本体２下面には、重錘上昇位置Ａ１に上昇された重錘５上端部と対応する装置本体２下面から貫入ロッド４が接地又は貫入された地盤Ｃまでの距離を測定するための距離検出センサ１２を配置している。また、装置本体２上面には、貫入ロッド４の打ち込み動作を手動及び自動に切換えるための切換えスイッチ１３と、貫入ロッド４の打ち込み回数や貫入長さ等を表示する表示器１４と、装置全体の姿勢を調整するための水平器１５とを配置している。
【００３５】
また、磁石昇降装置７と、電源スイッチ９と、上昇スイッチ１０と、下降スイッチ１１と、距離検出センサ１２と、切換えスイッチ１３と、表示器１４と、後述する上昇検出スイッチ１６と、下降検出スイッチ１７と、正逆回路１８と、トランス１９とは、後述する制御装置２０に接続されている（図５参照）。
【００３６】
電源８は、地質調査装置１を駆動するのに必要な電力が蓄電されたバッテリーで構成され、磁石昇降装置７のモータ７ｃへ供給される電力を正逆切換えるための後述する正逆回路１８と、回路を駆動するのに適した電圧に変圧するトランス１９を介して、制御装置２０に接続されている。なお、バッテリーに代えて、例えば家庭用や工業用の外部電源、太陽光発電装置等を電源８として用いてもよい。また、トランス１９に代えて、電力を交流から直流へ変換するとともに、回路を駆動するのに適した電圧に変圧する整流回路を用いてもよい。
【００３７】
距離検出センサ１２は、波長の短い検出波Ｄ（例えば超音波）を地盤Ｃに向けて発信する図示しない発信部と、その地盤Ｃが反射した検出波Ｄを受信する図示しない受信部とを備えたセンサ（例えば超音波センサ）で構成され、重錘上昇位置Ａ１に上昇された重錘５上端部と対応する装置本体２下面に対して下向きに取り付けられている。この距離検出センサ１２は、貫入ロッド４の打ち込み開始前及び打ち込み終了後において、発信部から発信される検出波Ｄを、貫入ロッド４が貫入された地盤Ｃに向けて略垂直に当てる。地盤Ｃが反射する検出波Ｄを受信部で受信して、その受信した検出信号を制御装置２０へ出力する。
【００３８】
表示器１４は、７セグメント式のデジタル表示器で構成され、作業者の目で読取り可能に設けられている。この表示器１４は、制御装置２０から出力される貫入ロッド４の打ち込み回数、貫入ロッド４の貫入長さ等の打ち込み情報を表示する。また、デジタル表示器に代えて、アナログ表示器で表示してもよい。
【００３９】
水平器１５は、液体が封入された水準器で構成され、作業者の目で読取り可能に設けられている。この水平器１５は、装置全体の姿勢を液中に封入された気泡の位置で表示する。つまり、液中の気泡が略真ん中に位置するように装置全体の姿勢を調整すれば、貫入ロッド４を地盤Ｃに対して略垂直に打ち込むことができる。また、液体式の水準器に代えて、レーザー水準器を用いてもよい。
【００４０】
上昇検出スイッチ１６と下降検出スイッチ１７は、永久磁石６を検出するマグネットスイッチで構成されている。上昇検出スイッチ１６は、筒状収容部３の上側収容部３ｂ外面に設けられ、磁石昇降装置７の永久磁石６が磁石上昇位置Ａ２に上昇されたことを検出し、その検出信号を制御装置２０へ出力する。下降検出スイッチ１７は、下側収容部３ａ外面に設けられ、永久磁石６が磁石下降位置Ｂ２に下降されたことを検出し、その検出信号を制御装置２０へ出力する。制御装置２０は、切換えスイッチ１３の自動設定時において、上昇検出スイッチ１６と下降検出スイッチ１７から検出信号が出力された際に、モータ７ｃの駆動を即時逆転させる。また、切換えスイッチ１３による手動設定時には、上昇検出スイッチ１６と下降検出スイッチ１７から検出信号が出力されると、モータ７ｃの駆動を即時停止させる。
【００４１】
制御装置２０は、周辺機器接続制御用ＩＣ（通称ＰＩＣ）で構成され、装置本体２内の左側上部に配置されている。また、トランス１９を介して電源８から供給される電力で駆動され、予め記憶された動作プログラムに沿って装置全体の動作を制御する。
【００４２】
つまり、制御装置２０は、貫入ロッド４の打ち込み開始前（図１参照）において、距離検出センサ１２から出力される検出信号に基づいて、重錘上昇位置Ａ１に上昇された重錘５上端部と対応する装置本体２下面から貫入ロッド４の先端が貫入された地盤Ｃまでの距離ａ１を算出する。また、全体の距離ａ１から重錘５の落下距離ｂ１を減算して、貫入ロッド４の貫入距離ｃ１を算出するとともに、その距離ａ１，ｂ１，ｃ１の情報を記憶する。
【００４３】
貫入ロッド４の打ち込み終了後（図４参照）において、距離検出センサ１２から出力される検出信号に基づいて、装置本体２下面から貫入ロッド４が打ち込まれた地盤Ｃまでの距離ａ２を算出する。その全体の距離ａ２から重錘５の落下距離ｂ２を減算して、貫入ロッド４の残りの貫入距離ｃ２を算出する。また、打ち込み開始前（図１参照）に算出した貫入距離ｃ１から、打ち込み終了後（図４参照）に算出した貫入距離ｃ２を減算して、実際に打ち込まれた貫入ロッド４の貫入距離ｃ３を算出するとともに、その距離ａ２，ｂ２，ｃ２の情報を記憶する。
【００４４】
なお、打ち込み開始前に測定される全体の距離ａ１は、重錘５の落下距離ｂ１と、貫入ロッド４の貫入距離ｃ１を加算したものと同一である。また、打ち込み終了後に測定される全体の距離ａ２も、重錘５の落下距離ｂ２と、貫入ロッド４の貫入距離ｃ２を加算したものと同一である。
【００４５】
他の算出方法として、貫入ロッド４の打ち込み開始前に測定した全体の距離ａ１（図１参照）から、打ち込み終了後に測定した距離ａ２（図４参照）を減算すれば、実際に打ち込まれた貫入ロッド４の貫入距離ｃ３を算出することができる。
【００４６】
貫入ロッド４の打ち込み動作を自動で行う場合、切換えスイッチ１３を自動に切換えた後、下降スイッチ１１を手動によりＯＮ操作すると、制御装置２０は、予め記憶された動作プログラムに沿って貫入ロッド４の打ち込み動作を自動で開始する。
【００４７】
また、下降スイッチ１１を手動によりＯＮ操作すると、制御装置２０は、磁石昇降装置７のモータ７ｃを下降方向へ回転させる。プーリ７ｂに巻回されたワイヤ７ａを巻き戻しして、永久磁石６を筒状収容部３内面に沿って磁石下降位置Ｂ２まで下降させ、下側収容部３ａ最下部の重錘下降位置Ｂ１に自由落下された重錘５を永久磁石６で吸着する（図１及び図２参照）。
【００４８】
永久磁石６が磁石下降位置Ｂ２に降下すると、制御装置２０は、下降検出スイッチ１７から出力される検出信号に基づいて、磁石昇降装置７のモータ７ｃを上昇方向へ回転させる。ワイヤ７ａをプーリ７ｂに巻き取り、永久磁石６を筒状収容部３内面に沿って磁石上昇位置Ａ２まで上昇させ、永久磁石６で吸着した重錘５を筒状収容部３内面に沿って重錘上昇位置Ａ１まで上昇させる（図３参照）。重錘上昇位置Ａ１に上昇された重錘５は、下側収容部３ａと上側収容部３ｂの段差部分に設けた当接部３ｃに当接し、永久磁石６から強制的に分離されて下側収容部３ａ最下部の重錘下降位置Ｂ１に自由落下される（図４参照）。
【００４９】
永久磁石６が磁石上昇位置Ａ２に上昇すると、制御装置２０は、上昇検出スイッチ１６から出力される検出信号に基づいて、磁石昇降装置７のモータ７ｃを下降方向へ回転させる。プーリ７ｂに巻回されたワイヤ７ａを巻き戻しして、永久磁石６を筒状収容部３内面に沿って磁石下降位置Ｂ２まで下降させるので、重錘下降位置Ｂ１に自由落下した重錘５が永久磁石６で再び吸着される（図１及び図２参照）。
【００５０】
永久磁石６が磁石下降位置Ｂ２に下降すると、制御装置２０は、下降検出スイッチ１７から出力される検出信号に基づいて、磁石昇降装置７のモータ７ｃを上昇方向へ回転させる。ワイヤ７ａをプーリ７ｂに巻き取り、永久磁石６を筒状収容部３内面に沿って磁石上昇位置Ａ２まで上昇させる。前述と同様に、永久磁石６で吸着した重錘５を重錘上昇位置Ａ１まで上昇させて当接部３ｃに当接し、永久磁石６から強制的に分離させて自由落下する。このように、重錘５の自由落下による貫入ロッド４の打ち込み動作が予め設定された回数繰り返されるようにプログラムされている。
【００５１】
貫入ロッド４の打ち込み動作を手動で行う場合、切換えスイッチ１３を手動に切換えた後、下降スイッチ１１を手動によりＯＮ操作すると、制御装置２０は、磁石昇降装置７のモータ７ｃが下降方向へ回転する。プーリ７ｂに巻回されたワイヤ７ａを巻き戻しし、磁石上昇位置Ａ２に待機する永久磁石６を磁石下降位置Ｂ２まで下降させ、重錘下降位置Ｂ１に自由落下した重錘５を永久磁石６で吸着する。永久磁石６が磁石下降位置Ｂ２に下降すると、下降検出スイッチ１７が永久磁石６を検出し、その検出信号を制御装置２０へ出力する。制御装置２０は、下降検出スイッチ１７から検出信号が出力されると同時に、磁石昇降装置７のモータ７ｃを停止させる。
【００５２】
また、上昇スイッチ１０を手動によりＯＮ操作すると、制御装置２０は、磁石昇降装置７のモータ７ｃが上昇方向へ回転する。ワイヤ７ａをプーリ７ｂに巻き取り、永久磁石６で吸着した重錘５を重錘上昇位置Ａ１まで上昇させて当接部３ｃに当接し、永久磁石６から強制的に分離させて自由落下する。永久磁石６が磁石上昇位置Ａ２に上昇すると、上昇検出スイッチ１６が永久磁石６を検出し、その検出信号を制御装置２０へ出力する。制御装置２０は、上昇検出スイッチ１６から検出信号が出力されると同時に、磁石昇降装置７のモータ７ｃを停止させ、永久磁石６を磁石上昇位置Ａ２に待機させる。
【００５３】
実施例では、上昇検出スイッチ１６と下降検出スイッチ１７をマグネットスイッチで構成しているが、例えば近接スイッチ、光電スイッチ等の非接触式スイッチ、リミットスイッチ等の接触式スイッチで構成してもよい。
【００５４】
図示実施例は前記の如く構成するものにして、以下、地質調査装置１による地質の調査方法を説明する。
【００５５】
先ず、調査開始前において、水平器１５の気泡の位置を見ながら、装置全体を、貫入ロッド４が地盤Ｃに対して略垂直に打ち込まれる起立姿勢に作業者の手で調整して、装置全体の重量を利用して貫入ロッド４の先端を所望する長さだけ地盤Ｃに貫入する（図１参照）。なお、装置全体の重量を付加しても貫入ロッド４が地盤Ｃに貫入されない場合、装置全体又は貫入ロッド４を所望する回数回転させて貫入してもよい。また、装置全体の起立姿勢を、例えば支持棒、支持脚、持枠等の支持装置で機械的に支持してもよい。
【００５６】
次に、貫入ロッド４の打ち込み開始前（図１参照）において、電源スイッチ９のＯＮ操作して、距離検出センサ１２から発信される検出波Ｄを、貫入ロッド４が貫入された地盤Ｃに向けて略垂直に当てる。地盤Ｃが反射する検出波Ｄを距離検出センサ１２で受信し、その受信した検出信号を制御装置２０へ出力する。
【００５７】
制御装置２０は、距離検出センサ１２から出力される検出信号に基づいて、装置本体２下面から、貫入ロッド４が貫入された地盤Ｃまでの距離ａ１を算出する。また、全体の距離ａ１から重錘５の落下距離ｂ１を減算して、貫入ロッド４の貫入距離ｃ１を算出するとともに、距離ａ１，ｂ１，ｃ１の情報を記憶する。また、貫入ロッド４の先端を地盤Ｃに貫入せずに、貫装置本体２下面と、貫入ロッド４の先端が接地された地盤Ｃとの距離を、打ち込み開始前の距離情報として記憶してもよい。
【００５８】
貫入ロッド４の打ち込み動作を自動で行う場合、切換えスイッチ１３を自動に切換えて、下降スイッチ１１を手動によりＯＮ操作すると、制御装置２０は、予め記憶された動作プログラムに沿って貫入ロッド４の打ち込み動作を自動で開始する。
【００５９】
つまり、下降スイッチ１１をＯＮ操作すると、制御装置２０は、磁石昇降装置７のモータ７ｃを下降方向へ回転させる。プーリ７ｂに巻回されたワイヤ７ａを巻き戻しして、永久磁石６を磁石下降位置Ｂ２まで下降させ、下側収容部３ａ最下部の重錘下降位置Ｂ１に自由落下された重錘５を永久磁石６で吸着する（図１及び図２参照）。
【００６０】
永久磁石６が磁石下降位置Ｂ２に降下すると、制御装置２０は、下降検出スイッチ１７から出力される検出信号に基づいて、磁石昇降装置７のモータ７ｃを上昇方向へ回転させる。ワイヤ７ａをプーリ７ｂに巻き取り、永久磁石６を磁石上昇位置Ａ２まで上昇させる。永久磁石６で吸着した重錘５を重錘上昇位置Ａ１まで上昇させて当接部３ｃに当接し、永久磁石６から強制的に分離して下側収容部３ａ最下部の重錘下降位置Ｂ１に自由落下させるので、重錘５の自由落下時に生じる衝撃により貫入ロッド４が地盤Ｃに打ち込まれる（図４参照）。
【００６１】
永久磁石６が磁石上昇位置Ａ２に上昇すると、制御装置２０は、上昇検出スイッチ１６から出力される検出信号に基づいて、磁石昇降装置７のモータ７ｃを下降方向へ回転させる。プーリ７ｂに巻回されたワイヤ７ａを巻き戻しして、永久磁石６を磁石下降位置Ｂ２まで下降させ、下側収容部３ａ最下部の重錘下降位置Ｂ１に自由落下した重錘５を永久磁石６で再び吸着する（図１及び図２参照）。
【００６２】
永久磁石６が磁石下降位置Ｂ２に下降すると、制御装置２０は、下降検出スイッチ１７から出力される検出信号に基づいて、磁石昇降装置７のモータ７ｃを上昇方向へ回転させる。ワイヤ７ａをプーリ７ｂに巻き取り、永久磁石６を磁石上昇位置Ａ２まで上昇させる。永久磁石６で吸着した重錘５を重錘上昇位置Ａ１の当接部３ｃに当接し、永久磁石６から強制的に分離して自由落下させる（図３参照）。このように、重錘５の自由落下による貫入ロッド４の打ち込み動作を予め設定された回数繰り返して、貫入ロッド４を地盤Ｃに打ち込む。
【００６３】
貫入ロッド４の打ち込み終了後（図４参照）において、距離検出センサ１２から発信される検出波Ｄを、貫入ロッド４が打ち込まれた地盤Ｃに向けて略垂直に当てる。地盤Ｃが反射する検出波Ｄを距離検出センサ１２で受信し、その受信した検出信号を制御装置２０へ出力する。
【００６４】
制御装置２０は、距離検出センサ１２から出力される検出信号に基づいて、装置本体２下面から、貫入ロッド４が打ち込まれた地盤Ｃまでの距離ａ２を算出する。その全体の距離ａ２から重錘５の落下距離ｂ２を減算して、貫入ロッド４の残りの貫入距離ｃ２を算出する。この後、打ち込み開始前（図１参照）に算出した貫入ロッド４の貫入距離ｃ１から、打ち込み終了後（図４参照）に算出した貫入距離ｃ２を減算すれば、実際に打ち込まれた貫入ロッド４の貫入距離ｃ３を算出することができる。このように、重錘５の自由落下により打ち込まれた貫入ロッド４の貫入距離ｃ３を算出するので、例えば地盤の硬軟、締まり具合、地盤支持強度等の地質に関する所定項目を評価するのに必要な測定結果が得られる。また、表示器１４は、貫入ロッド４の打ち込み回数や貫入長さ等を表示する。
【００６５】
また、切換えスイッチ１３を手動に切換えた後、上昇スイッチ１０と下降スイッチ１１を手動によりＯＮ操作して、重錘５の自由落下による貫入ロッド４の打ち込み動作を手動操作により所望する回数行ってもよい。
【００６６】
以上のように、永久磁石６で吸着した重錘５を、磁石昇降装置７により重錘下降位置Ｂ１から重錘上昇位置Ａ１へ上昇させて当接部３ｃに当接し、永久磁石６から重錘５を強制的に分離して自由落下させた際に生じる衝撃により貫入ロッド４を地盤Ｃへ打ち込むので、従来例のようにフックや爪を重錘に係止及びその係止を解除するか、ハンガーで保持及びその保持を解除する等の動作や機構が不要であり、重錘５の自由落下による貫入ロッド４の打ち込み動作が迅速且つ効率的に行える。また、装置全体の構成が簡素化されるため、地質調査装置１の小型化及び軽量化、製作費の低減を図ることができる。
【００６７】
また、貫入ロッド４と同一軸芯上に配置された重錘５を、筒状収容部３内面に沿って貫入ロッド４が地盤Ｃに対して略垂直に打ち込まれる上下方向に向けて落下ガイドするので、重錘５の自由落下時に生じる衝撃を、貫入ロッド４が地盤Ｃに対して略垂直に打ち込まれる方向に対して加えることができ、重錘５の自由落下を利用した打ち込み作業が確実に行える。
【００６８】
図６は、重錘５を、チェーン２８に取り付けられた永久磁石６で吸着して重錘下降位置Ｂ１から重錘上昇位置Ａ１へ上昇させる磁石周回装置２７を備えた地質調査装置１の他の実施例を示し、磁石周回装置２７は、永久磁石６が取り付けられたチェーン２８を、筒状収容部３の上端側外面部に軸支したスプロケット２９と、下端側外面部に軸支したスプロケット３０に掛け渡して、装置本体２内の右側上部に配置したモータ３１により、スプロケット３１ａ，３１ｂ及びチェーン３１ｃを介して、重錘下降位置Ｂ１から重錘上昇位置Ａ１に向けて図中矢印で示す周回方向Ｅへ回転する。
【００６９】
つまり、永久磁石６を、チェーン２８の回転により周回方向Ｅへ周回移動させながら、筒状収容部３の側面全長（重錘下降位置Ｂ１から重錘上昇位置Ａ１に至る全長）に開口した縦長の開口部３ｅに下端側から挿入し、上端側から抜き取る。
【００７０】
筒状収容部３の重錘下降位置Ｂ１に自由落下された重錘５を永久磁石６で吸着して、開口部３ｅに沿って重錘下降位置Ｂ１から重錘上昇位置Ａ１へ上昇させる。永久磁石６で吸着した重錘５を重錘上昇位置Ａ１へ上昇させた際に、永久磁石６で吸着した重錘５を重錘上昇位置Ａ１の当接部３ｃに当接し、永久磁石６の磁力に抗して、重錘５を永久磁石６から強制的に分離して自由落下させる。重錘５の自由落下時に生じる衝撃により貫入ロッド４を地盤Ｃに打ち込むので、前記実施例と略同等の作用及び効果を奏することができる。また、重錘５を吸着する際に励磁するか、重錘５を落下させる際に励磁を解除する必要がなく、モータ３１を正逆回転するか駆動及び停止する必要もないので、消費電力の低減を図ることができる。
【００７１】
また、永久磁石６が取り付けられたチェーン２８を筒状収容部３の両側部に配置し、各永久磁石６，６が取り付けられた左右一対の各チェーン２８，２８を周回方向Ｅへ同期回転させて、筒状収容部３に収容された重錘５を左右一対の各永久磁石６，６で吸着して重錘下降位置Ｂ１から重錘上昇位置Ａ１へ上昇させてもよい。
【００７２】
図７は、重錘５を、励磁可能な電磁石６Ａで吸着して重錘下降位置Ｂ１から重錘上昇位置Ａ１へ上昇させる磁石昇降装置７を備えた地質調査装置１のその他の実施例を示し、電磁石６Ａを、磁石昇降装置７により磁石上昇位置Ａ２から磁石下降位置Ｂ２へ下降させた際に、制御装置２０は、下降検出スイッチ１７から出力される検出信号に基づいて、電磁石６Ａを励磁させ、筒状収容部３の重錘下降位置Ｂ１に自由落下された重錘５を電磁石６Ａで吸着する。電磁石６Ａで吸着した重錘５を重錘下降位置Ｂ１から重錘上昇位置Ａ１へ上昇させた際に、制御装置２０は、上昇検出スイッチ１６から出力される検出信号に基づいて、電磁石６Ａの励磁を解除し、重錘５を電磁石６Ａから分離して自由落下させる。重錘５の自由落下時に生じる衝撃により貫入ロッド４を地盤Ｃに打ち込むので、前記実施例と略同等の作用及び効果を奏することができる。
【００７３】
また、プーリ７ｂによるワイヤ７ａの巻き取り量を検出して、電磁石６Ａで吸着した重錘５を重錘上昇位置Ａ１へ上昇したときに検出される巻き取り量と一致した際に、電磁石６Ａの励磁を解除して自由落下させてもよい。なお、電磁石６Ａは、図示しない電線を介して電源８と制御装置２０に接続されている。また、筒状収容部３と電磁石６Ａの対向面に通電が許容される接点を設けてもよい。
【００７４】
図８は、重錘５を、電磁石６Ａで吸着して重錘下降位置Ｂ１から重錘上昇位置Ａ１へ上昇させる磁石周回装置２７を備えた地質調査装置１のその他の実施例を示し、電磁石６Ａを、磁石周回装置２７により重錘上昇位置Ａ１から重錘下降位置Ｂ１へ周回移動させた際に、制御装置２０は、下降検出スイッチ１７から出力される検出信号に基づいて、電磁石６Ａを励磁させ、筒状収容部３の重錘下降位置Ｂ１に自由落下された重錘５を電磁石６Ａで吸着する。電磁石６Ａで吸着した重錘５を重錘下降位置Ｂ１から重錘上昇位置Ａ１へ上昇させた際に、制御装置２０は、上昇検出スイッチ１６から出力される検出信号に基づいて、電磁石６Ａの励磁を解除し、重錘５を電磁石６Ａから分離して自由落下させる。重錘５の自由落下時に生じる衝撃により貫入ロッド４を地盤Ｃに打ち込むので、前記実施例と略同等の作用及び効果を奏することができる。
【００７５】
なお、図６〜図８の他の実施例に於いて、前記実施例と同一構成の部分は同一の符号を記してその詳細な説明を省略する。
【００７６】
この発明の構成と、前述の実施例との対応において、
この発明の重錘ガイド手段は、実施例の筒状収容部３に対応し、
以下同様に、
重錘分離手段は、筒状収容部３の当接部３ｃに対応し、
請求項１の磁石は、永久磁石６に対応し、
請求項２の磁石は、電磁石６Ａに対応し、
磁石移動手段は、磁石昇降手段である磁石昇降装置７と、磁石周回手段である磁石周回装置２７に対応し、
貫入長さ測定手段は、距離検出センサ１２に対応し、
励磁制御手段及び制御手段は、制御装置２０に対応するも、
この発明は、前述の実施例の構成のみに限定されるものではなく、請求項に示される技術思想に基づいて応用することができ、多くの実施の形態を得ることができる。
【００７７】
例えば重錘５（図１〜図４参照）を電磁石６Ａ（図７参照）で吸着する構成を採用してもよい。この場合、電磁石６Ａで吸着した重錘５を当接部３ｃに当接した際に生じるモータ７ｃの過電流を検出し、その検出時に出力される検出信号に基づいて、電磁石６Ａの励磁を解除し、電磁石６Ａから重錘５を自由落下させる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】地質調査装置を構成する磁石の下降動作を示す断面図。
【図２】重錘下降位置の重錘を磁石で吸着した状態を示す断面図。
【図３】磁石で吸着した重錘を重錘上昇位置に上昇した状態を示す断面図。
【図４】重錘の自由落下による貫入ロッドの打ち込み状態を示す断面図。
【図５】制御装置の制御系を示す回路図。
【図６】磁石を周回移動する地質調査装置の他の例を示す断面図。
【図７】重錘を電磁石で吸着する地質調査装置のその他の例を示す断面図。
【図８】電磁石を周回移動する地質調査装置のその他の例を示す断面図。
【符号の説明】
【００７９】
Ａ１…重錘上昇位置
Ｂ１…重錘下降位置
Ａ２…磁石上昇位置
Ｂ２…磁石下降位置
Ｃ…地盤
Ｄ…検出波
１…地質調査装置
２…装置本体
３…筒状収容部
３ｃ…当接部
４…貫入ロッド
５…重錘
６…磁石
６Ａ…電磁石
７…磁石昇降装置
７ｃ…モータ
８…電源
９…電源スイッチ
１０…上昇スイッチ
１１…下降スイッチ
１２…距離検出センサ
１３…切換えスイッチ
１４…表示器
１５…水平器
１６…上昇検出スイッチ
１７…下降検出スイッチ
１８…正逆回路
１９…トランス
２０…制御装置
２７…磁石周回装置
２８…チェーン
２９，３０…スプロケット
３１…モータ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば地盤の硬軟、締まり具合、地盤支持強度等の地盤に関する所定項目を調査する地質調査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
前記地盤に関する所定項目を調査する地質調査装置としては、例えばボーリングロッドを、打撃用ウエイトの自由落下時に生じる打撃加重により地盤内に打ち込んで調査する地盤貫入試験装置がある（特許文献１参照）。この地盤貫入試験装置は、吊上げ機構のフック部を打撃用ウエイト上部に係止した後、吊上げ機構全体を、リニア駆動機構により所望する高さに上昇させる。吊上げ機構全体を所望する高さに上昇停止した後、フック部の係止を解除して、打撃用ウエイトを所望する高さから自由落下させ、その落下時に生じる打撃加重によりボーリングロッドを地盤内に打ち込むものもある。
【特許文献１】特開２００１−３４８８５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記地盤貫入試験装置は、吊上げ機構全体を所望する高さに上昇させる際に、吊上げ機構のフックを打撃用ウエイト上部に係止する。打撃用ウエイトを自由落下させる際には、打撃用ウエイト上部からフック部を離脱させて係止解除するので、フックを係止する動作及び係止を解除する動作に時間が掛かる。また、フック以外の方法として、例えば爪をウエイトに係止するか、ハンガーでウエイトを保持する等して所望する高さに上昇する吊上げ機構があるが、前述と同様に、爪を係止する動作及びハンガーで保持する動作に時間が掛かるため、ボーリングロッドを地盤に打ち込む動作が迅速に行えない。
【０００４】
この発明は前記問題に鑑み、重錘の自由落下による貫入ロッドの打ち込み動作が迅速且つ効率的に行え、装置全体の構成を簡素化して、地質調査装置の小型化及び軽量化、製作費の低減を図ることができる地質調査装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載した発明の地質調査装置は、重錘を所定高さから自由落下させた際に生じる衝撃により、装置本体に垂設した貫入ロッドを地盤に打ち込んで地質の所定項目を調査する地質調査装置であって、前記貫入ロッドと同一軸芯上に配置された重錘を、該貫入ロッドが地盤に対して略垂直に打ち込まれる方向に向けて落下ガイドする重錘ガイド手段と、前記重錘を吸着するのに必要な磁力に励磁された磁石を、該磁石で吸着した重錘が所定高さに上昇される磁石上昇位置と、前記自由落下した重錘が吸着される磁石下降位置との間で移動する磁石移動手段と、前記磁石の磁力に抗して、前記磁石上昇位置に上昇された磁石から該磁石に吸着された重錘を分離する重錘分離手段と、前記重錘の自由落下により地盤に打ち込まれた貫入ロッドの貫入長さを測定する貫入長さ測定手段と、前記磁石移動手段の駆動及び停止と、前記貫入長さ測定手段の測定動作を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
この発明によると、貫入ロッドの先端を所望する長さ地盤に貫入するか、地盤に接地した後、制御手段により磁石移動手段を駆動して、磁石を、磁石昇降手段により磁石下降位置へ移動させ、重錘下降位置に自由落下された重錘を磁石で吸着する。重錘が吸着された磁石を、磁石昇降手段により磁石上昇位置に移動させる。この後、磁石の磁力に抗して、重錘分離手段により磁石から重錘を強制的に分離して自由落下させ、重錘の自由落下時に生じる衝撃により貫入ロッドを地盤に打ち込む。また、貫入ロッドと同一軸芯上に配置された重錘を、重錘ガイド手段により貫入ロッドが地盤に対して略垂直に打ち込まれる方向に向けて落下ガイドするので、重錘の自由落下時に生じる衝撃が、貫入ロッドが地盤に対して略垂直に打ち込まれる方向に対して加えられる。重錘を所望する回数だけ自由落下させて、貫入ロッドを地盤に打ち込んだ後、制御手段により磁石移動手段を停止させ、地盤に打ち込まれた貫入ロッドの貫入長さを貫入長さ測定手段により測定するものである。
【０００７】
前記磁石は、例えば重錘を吸着するのに必要な磁力に励磁された永久磁石等で構成することができる。また、重錘ガイド手段は、例えば重錘が上下移動自在に収容された筒状収容部、或いは、重錘が上下移動自在に取り付けられた棒状又は軸状の案内部材等で構成することができる。また、磁石移動手段は、例えば磁石に連結されたワイヤと、ワイヤを巻回するプーリと、プーリを巻取り方向と巻戻し方向へ回転するモータを備えた磁石昇降装置、或いは、磁石が取り付けられたチェーン等の無端帯を周回方向へ回転する磁石周回装置等で構成することができる。また、重錘分離手段は、例えば所定高さに上昇された重錘に対して当接される段部、突起等の当接部で構成することができる。また、貫入長さ測定手段は、例えば超音波センサ、光電センサ等の距離検出センサで構成することができる。また、制御手段は、例えばＰＩＣ(Peripheral Interface Controller＝周辺機器接続制御用ＩＣ)、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備えた制御回路等の制御装置で構成することができる。
【０００８】
請求項２に記載した発明の地質調査装置は、重錘を所定高さから自由落下させた際に生じる衝撃により、装置本体に垂設した貫入ロッドを地盤に打ち込んで地質の所定項目を調査する地質調査装置であって、前記貫入ロッドと同一軸芯上に配置された重錘を、該貫入ロッドが地盤に対して略垂直に打ち込まれる方向に向けて落下ガイドする重錘ガイド手段と、前記重錘を吸着するのに必要な磁力に励磁される磁石を、該磁石で吸着した重錘が所定高さに上昇される磁石上昇位置と、前記自由落下した重錘が吸着される磁石下降位置との間で移動する磁石移動手段と、前記磁石で吸着した重錘が所定高さに上昇された際に前記磁石の励磁を解除し、前記自由落下された重錘を吸着する際に前記磁石を励磁する励磁制御手段と、前記重錘の自由落下により地盤に打ち込まれた貫入ロッドの貫入長さを測定する貫入長さ測定手段と、前記磁石移動手段の駆動及び停止と、前記貫入長さ測定手段の測定動作を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
この発明によると、貫入ロッドの先端を所望する長さ地盤に貫入するか、地盤に接地した後、制御手段により磁石移動手段を駆動して、磁石を、磁石昇降手段により磁石下降位置へ移動させる。重錘を吸着する際に磁石を励磁制御手段で励磁して、重錘下降位置に自由落下された重錘を磁石で吸着する。重錘が吸着された磁石を、磁石昇降手段により磁石上昇位置に移動させる。磁石で吸着した重錘が所定高さに上昇された際に、磁石の励磁を励磁制御手段で解除して、磁石から重錘を分離して自由落下させ、重錘の自由落下時に生じる衝撃により貫入ロッドを地盤に打ち込む。また、貫入ロッドと同一軸芯上に配置された重錘を、重錘ガイド手段により貫入ロッドが地盤に対して略垂直に打ち込まれる方向に向けて落下ガイドするので、重錘の自由落下時に生じる衝撃が、貫入ロッドが地盤に対して略垂直に打ち込まれる方向に対して加えられる。重錘を所望する回数だけ自由落下させて、貫入ロッドを地盤に打ち込んだ後、制御手段により磁石移動手段を停止させ、地盤に打ち込まれた貫入ロッドの貫入長さを貫入長さ測定手段により測定するものである。
【００１０】
前記磁石は、例えば重錘を吸着する際に励磁され、重錘を落下させる際に励磁が解除される電磁石等で構成することができる。また、励磁制御手段は、例えばマグネットスイッチ、近接スイッチ、光電スイッチ、リミットスイッチ等の磁石を検出する検出スイッチと、その検出スイッチから出力される検出信号に基づいて、磁石の励磁を制御する制御装置等で構成することができる。
【００１１】
請求項３に記載した発明の地質調査装置は、前記請求項１又は２に記載の構成と併せて、前記重錘ガイド手段を、前記重錘の収容が許容される大きさ及び形状の筒状収容部で構成したことを特徴とする。
【００１２】
この発明によると、筒状収容部に収容された重錘を、筒状収容部内面に沿って貫入ロッドが地盤に対して略垂直に打ち込まれる方向に向けて落下ガイドする。
【００１３】
請求項４に記載した発明の地質調査装置は、前記請求項１に記載の構成と併せて、前記重錘分離手段を、前記磁石移動手段により重錘上昇位置に上昇された重錘に対して当接される当接部で構成したことを特徴とする。
【００１４】
この発明によると、磁石で吸着した重錘を、磁石移動手段により重錘下降位置から重錘上昇位置に上昇させて当接部に当接し、その当接時に生じる反力により、磁石の磁力に抗して、磁石から重錘を強制的に分離して自由落下させる。前記当接部は、例えば段部、突起等で構成することができる。
【００１５】
請求項５に記載した発明の地質調査装置は、前記請求項１〜４のいずれか一つに記載の構成と併せて、前記磁石移動手段を、前記磁石で吸着した重錘が所定高さに上昇される磁石上昇位置と、前記自由落下した重錘が吸着される磁石下降位置とに前記磁石を昇降する磁石昇降手段で構成したことを特徴とする。
【００１６】
この発明によると、磁石を、磁石昇降手段により磁石下降位置に下降させて、重錘下降位置に自由落下された重錘を磁石で吸着する。重錘が吸着された磁石を、磁石昇降手段により磁石上昇位置に上昇させるので、貫入ロッドと同一軸芯上に配置された重錘を、貫入ロッドが地盤に対して略垂直に打ち込まれる方向に向けて昇降することができる。前記磁石昇降手段は、例えば磁石に連結されたワイヤと、ワイヤを巻回するプーリと、プーリを巻取り方向と巻戻し方向へ回転するモータを備えた磁石昇降装置等で構成することができる。
【００１７】
請求項６に記載した発明の地質調査装置は、前記請求項１〜４のいずれか一つに記載の構成と併せて、前記磁石移動手段を、前記自由落下した重錘が吸着される重錘下降位置から、該磁石で吸着した重錘が自由落下される重錘上昇位置に向けて前記磁石を周回移動する磁石周回手段で構成したことを特徴とする。
【００１８】
この発明によると、磁石を、磁石周回手段により重錘下降位置から重錘上昇位置へ周回移動させ、重錘下降位置に自由落下された重錘を磁石で吸着して重錘上昇位置へ上昇させるので、例えばモータ等の駆動手段を正逆回転するか駆動及び停止する必要がない。前記磁石周回手段は、例えば磁石が取り付けられたループ状のチェーンと、チェーンが掛け渡された上下のスプロケットと、スプロケットを回転するモータ等を備えた磁石周回装置等で構成することができる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、磁石で吸着した重錘を重錘上昇位置へ上昇させ際に、磁石から重錘を分離して自由落下させた際に生じる衝撃により貫入ロッドを地盤へ打ち込むので、従来例のようにフックや爪を重錘に係止及びその係止を解除するか、ハンガーで保持及びその保持を解除する等の動作や機構が不要であり、重錘の自由落下による貫入ロッドの打ち込み動作が迅速且つ効率的に行える。また、装置全体の構成が簡素化されるため、地質調査装置の小型化及び軽量化、製作費の低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
この発明は、重錘の自由落下による貫入ロッドの打ち込み動作が迅速且つ効率的に行え、装置全体の構成を簡素化して、地質調査装置の小型化及び軽量化、製作費の低減を図ることができるという目的を、磁石で吸着した重錘を重錘上昇位置へ上昇させ際に、磁石から重錘を分離して自由落下させた際に生じる衝撃により貫入ロッドを地盤に打ち込むことで達成した。
【実施例】
【００２１】
この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳述する。
【００２２】
図面は、重錘の自由落下時に生じる衝撃により貫入ロッドを地盤に打ち込んで所定項目を調査する地質調査装置を示し、図１〜図４に於いて、この地質調査装置１は、箱形状に形成された装置本体２の下面側中央部に、上端部と下端部が閉塞された筒状収容部３を下方に向けて略垂直に固定している。また、筒状収容部３の下端側中心部に、所定長さに形成された貫入ロッド４を下方に向けて略垂直に固定している。また、筒状収容部３内に、貫入ロッド４を打ち込むのに必要な衝撃を付与する重錘５と、重錘５を上昇するのに必要な磁力に励磁された永久磁石６を上下移動自在に収容している。
【００２３】
つまり、筒状収容部３に収容された重錘５を永久磁石６で吸着した後、永久磁石６で吸着した重錘５を、後述する磁石昇降装置７により筒状収容部３内に設定した下位側の重錘下降位置Ｂ１から上位側の重錘上昇位置Ａ１に上昇させる。重錘上昇位置Ａ１において、永久磁石６から重錘５を強制的に分離して自由落下させ、その自由落下時に生じる衝撃により貫入ロッド４を地盤Ｃに打ち込んで地質の所定項目を調査するものである。
【００２４】
筒状収容部３に収容された重錘５と永久磁石６は、貫入ロッド４と同一軸芯上に配置され、筒状収容部３の内面に沿って貫入ロッド４が地盤Ｃに対して略垂直に打ち込まれる方向に向けて昇降ガイドされる。なお、貫入ロッド４の先端部は、先端に向けて徐々に細くなる形状（例えば尖鋭形状）に形成している。
【００２５】
筒状収容部３は、重錘５が収容される下側収容部３ａと、永久磁石６のみが収容される上側収容部３ｂを上下に形成している。上側収容部３ｂよりも横断面が大きい下側収容部３ａは、重錘５の収容が許容される大きさ及び形状に形成されている（図１参照）。また、下側収容部３ａよりも横断面が小さい上側収容部３ｂは、永久磁石６のみの収容が許容される大きさ及び形状に形成されている。
【００２６】
また、下側収容部３ａと上側収容部３ｂの間に生じる段差部分には、永久磁石６で吸着した重錘５の上端側外周縁部に対して当接される当接部３ｃを形成している。つまり、当接部３ｃは、永久磁石６で吸着した重錘５を、後述する磁石昇降装置７により筒状収容部３内に設定した重錘下降位置Ｂ１から重錘上昇位置Ａ１へ上昇させた際に該重錘５の上端側外周縁部に当接される。その当接時に生じる反力により、永久磁石６の磁力に抗して、重錘５を永久磁石６から強制的に分離して自由落下させる。
【００２７】
当接部３ｃは、重錘５の重錘上昇位置Ａ１と対応して装置本体２下面と略水平となる高さであって、重錘上昇位置Ａ１に上昇された重錘５の上端側外周縁部に対して当接される高さ位置に設けられている。また、当接部３ｃは、永久磁石６の昇降が許容される大きさ及び形状に形成され、重錘５の上面側外周縁部に対して当接される大きさ及び形状に形成している。また、下側収容部３ａから上側収容部３ｂに向けて徐々に狭くなるテーパ面に形成しているので、永久磁石６を下側収容部３ａから上側収容部３ｂへ上昇させる際に、上側収容部３ｂ内に向けて永久磁石６が収容ガイドされる。
【００２８】
磁石昇降装置７は、永久磁石６上端に連結されたワイヤ７ａと、ワイヤ７ａ上端が固定されたプーリ７ｂと、プーリ７ｂ中心に直結されたモータ７ｃで構成され、装置本体２内の右側上部に配置されている。
【００２９】
ワイヤ７ａ下端は、筒状収容部３の上端側中心部に形成した挿通孔３ｄを介して、筒状収容部３内に収容された永久磁石６上端に連結している。また、ワイヤ７ａ上端は、モータ７ｃが直結されたプーリ７ｂに固定している。
【００３０】
モータ７ｃは、後述するバッテリーで構成される電源８に接続されており、後述する制御装置２０（図５参照）から出力される指令信号により正逆回転される。また、後述する上昇スイッチ１０と下降スイッチ１１のスイッチ操作により正逆回転することもできる。
【００３１】
つまり、モータ７ｃを下降方向へ回転駆動して、プーリ７ｂを巻取り方向へ回転させ、永久磁石６に連結されたワイヤ７ａをプーリ７ｂに巻き取ることにより、永久磁石６を、筒状収容部３内面に沿って磁石下降位置Ｂ２（図２参照の実線）から磁石上昇位置Ａ２（図３参照の実線）へ上昇する。また、モータ７ｃを上昇方向へ回転駆動して、プーリ７ｂを巻戻し方向へ回転させ、永久磁石６に連結されたワイヤ７ａをプーリ７ｂから巻き戻すことにより、永久磁石６を、筒状収容部３内面に沿って磁石上昇位置Ａ２から磁石下降位置Ｂ２へ下降する。このように、永久磁石６を磁石上昇位置Ａ２と磁石下降位置Ｂ２へ昇降することにより、貫入ロッド４と同一軸芯上に配置された重錘５を、貫入ロッド４が地盤に対して略垂直に打ち込まれる方向に向けて昇降することができる。
【００３２】
重錘５は、貫入ロッド４を打ち込むのに必要な重量に形成され、重錘５全体又は永久磁石６が吸着される部分を磁力により吸着可能な金属で構成している。また、重錘５の外観を、筒状収容部３の下側収容部３ａに対して上下移動が許容される大きさ及び形状に形成している。実施例では、５ｋｇの重錘５を、５０ｃｍの落下高さから自由落下するが、重錘５の重量を、例えば５ｋｇ以下又は５ｋｇ以上の重量に変更してもよい。また、後述する落下距離ｂ１，ｂ２と対応する重錘５の落下高さを、例えば５０ｃｍ以下又は５０ｃｍ以上の高さに変更してもよい。
【００３３】
永久磁石６は、重錘５を吸着するのに必要な磁力に励磁された永久磁石で構成され、永久磁石６の外観を、筒状収容部３の上側収容部３ｂに対して上下移動が許容される大きさ及び形状に形成している。
【００３４】
装置本体２側面には、電源８から供給される電力を各部へ通電するための電源スイッチ９と、磁石昇降装置７を上昇動作するための上昇スイッチ１０と、下降するための下降スイッチ１１を配置している。また、装置本体２下面には、重錘上昇位置Ａ１に上昇された重錘５上端部と対応する装置本体２下面から貫入ロッド４が接地又は貫入された地盤Ｃまでの距離を測定するための距離検出センサ１２を配置している。また、装置本体２上面には、貫入ロッド４の打ち込み動作を手動及び自動に切換えるための切換えスイッチ１３と、貫入ロッド４の打ち込み回数や貫入長さ等を表示する表示器１４と、装置全体の姿勢を調整するための水平器１５とを配置している。
【００３５】
また、磁石昇降装置７と、電源スイッチ９と、上昇スイッチ１０と、下降スイッチ１１と、距離検出センサ１２と、切換えスイッチ１３と、表示器１４と、後述する上昇検出スイッチ１６と、下降検出スイッチ１７と、正逆回路１８と、トランス１９とは、後述する制御装置２０に接続されている（図５参照）。
【００３６】
電源８は、地質調査装置１を駆動するのに必要な電力が蓄電されたバッテリーで構成され、磁石昇降装置７のモータ７ｃへ供給される電力を正逆切換えるための後述する正逆回路１８と、回路を駆動するのに適した電圧に変圧するトランス１９を介して、制御装置２０に接続されている。なお、バッテリーに代えて、例えば家庭用や工業用の外部電源、太陽光発電装置等を電源８として用いてもよい。また、トランス１９に代えて、電力を交流から直流へ変換するとともに、回路を駆動するのに適した電圧に変圧する整流回路を用いてもよい。
【００３７】
距離検出センサ１２は、波長の短い検出波Ｄ（例えば超音波）を地盤Ｃに向けて発信する図示しない発信部と、その地盤Ｃが反射した検出波Ｄを受信する図示しない受信部とを備えたセンサ（例えば超音波センサ）で構成され、重錘上昇位置Ａ１に上昇された重錘５上端部と対応する装置本体２下面に対して下向きに取り付けられている。この距離検出センサ１２は、貫入ロッド４の打ち込み開始前及び打ち込み終了後において、発信部から発信される検出波Ｄを、貫入ロッド４が貫入された地盤Ｃに向けて略垂直に当てる。地盤Ｃが反射する検出波Ｄを受信部で受信して、その受信した検出信号を制御装置２０へ出力する。
【００３８】
表示器１４は、７セグメント式のデジタル表示器で構成され、作業者の目で読取り可能に設けられている。この表示器１４は、制御装置２０から出力される貫入ロッド４の打ち込み回数、貫入ロッド４の貫入長さ等の打ち込み情報を表示する。また、デジタル表示器に代えて、アナログ表示器で表示してもよい。
【００３９】
水平器１５は、液体が封入された水準器で構成され、作業者の目で読取り可能に設けられている。この水平器１５は、装置全体の姿勢を液中に封入された気泡の位置で表示する。つまり、液中の気泡が略真ん中に位置するように装置全体の姿勢を調整すれば、貫入ロッド４を地盤Ｃに対して略垂直に打ち込むことができる。また、液体式の水準器に代えて、レーザー水準器を用いてもよい。
【００４０】
上昇検出スイッチ１６と下降検出スイッチ１７は、永久磁石６を検出するマグネットスイッチで構成されている。上昇検出スイッチ１６は、筒状収容部３の上側収容部３ｂ外面に設けられ、磁石昇降装置７の永久磁石６が磁石上昇位置Ａ２に上昇されたことを検出し、その検出信号を制御装置２０へ出力する。下降検出スイッチ１７は、下側収容部３ａ外面に設けられ、永久磁石６が磁石下降位置Ｂ２に下降されたことを検出し、その検出信号を制御装置２０へ出力する。制御装置２０は、切換えスイッチ１３の自動設定時において、上昇検出スイッチ１６と下降検出スイッチ１７から検出信号が出力された際に、モータ７ｃの駆動を即時逆転させる。また、切換えスイッチ１３による手動設定時には、上昇検出スイッチ１６と下降検出スイッチ１７から検出信号が出力されると、モータ７ｃの駆動を即時停止させる。
【００４１】
制御装置２０は、周辺機器接続制御用ＩＣ（通称ＰＩＣ）で構成され、装置本体２内の左側上部に配置されている。また、トランス１９を介して電源８から供給される電力で駆動され、予め記憶された動作プログラムに沿って装置全体の動作を制御する。
【００４２】
つまり、制御装置２０は、貫入ロッド４の打ち込み開始前（図１参照）において、距離検出センサ１２から出力される検出信号に基づいて、重錘上昇位置Ａ１に上昇された重錘５上端部と対応する装置本体２下面から貫入ロッド４の先端が貫入された地盤Ｃまでの距離ａ１を算出する。また、全体の距離ａ１から重錘５の落下距離ｂ１を減算して、貫入ロッド４の貫入距離ｃ１を算出するとともに、その距離ａ１，ｂ１，ｃ１の情報を記憶する。
【００４３】
貫入ロッド４の打ち込み終了後（図４参照）において、距離検出センサ１２から出力される検出信号に基づいて、装置本体２下面から貫入ロッド４が打ち込まれた地盤Ｃまでの距離ａ２を算出する。その全体の距離ａ２から重錘５の落下距離ｂ２を減算して、貫入ロッド４の残りの貫入距離ｃ２を算出する。また、打ち込み開始前（図１参照）に算出した貫入距離ｃ１から、打ち込み終了後（図４参照）に算出した貫入距離ｃ２を減算して、実際に打ち込まれた貫入ロッド４の貫入距離ｃ３を算出するとともに、その距離ａ２，ｂ２，ｃ２の情報を記憶する。
【００４４】
なお、打ち込み開始前に測定される全体の距離ａ１は、重錘５の落下距離ｂ１と、貫入ロッド４の貫入距離ｃ１を加算したものと同一である。また、打ち込み終了後に測定される全体の距離ａ２も、重錘５の落下距離ｂ２と、貫入ロッド４の貫入距離ｃ２を加算したものと同一である。
【００４５】
他の算出方法として、貫入ロッド４の打ち込み開始前に測定した全体の距離ａ１（図１参照）から、打ち込み終了後に測定した距離ａ２（図４参照）を減算すれば、実際に打ち込まれた貫入ロッド４の貫入距離ｃ３を算出することができる。
【００４６】
貫入ロッド４の打ち込み動作を自動で行う場合、切換えスイッチ１３を自動に切換えた後、下降スイッチ１１を手動によりＯＮ操作すると、制御装置２０は、予め記憶された動作プログラムに沿って貫入ロッド４の打ち込み動作を自動で開始する。
【００４７】
また、下降スイッチ１１を手動によりＯＮ操作すると、制御装置２０は、磁石昇降装置７のモータ７ｃを下降方向へ回転させる。プーリ７ｂに巻回されたワイヤ７ａを巻き戻しして、永久磁石６を筒状収容部３内面に沿って磁石下降位置Ｂ２まで下降させ、下側収容部３ａ最下部の重錘下降位置Ｂ１に自由落下された重錘５を永久磁石６で吸着する（図１及び図２参照）。
【００４８】
永久磁石６が磁石下降位置Ｂ２に降下すると、制御装置２０は、下降検出スイッチ１７から出力される検出信号に基づいて、磁石昇降装置７のモータ７ｃを上昇方向へ回転させる。ワイヤ７ａをプーリ７ｂに巻き取り、永久磁石６を筒状収容部３内面に沿って磁石上昇位置Ａ２まで上昇させ、永久磁石６で吸着した重錘５を筒状収容部３内面に沿って重錘上昇位置Ａ１まで上昇させる（図３参照）。重錘上昇位置Ａ１に上昇された重錘５は、下側収容部３ａと上側収容部３ｂの段差部分に設けた当接部３ｃに当接し、永久磁石６から強制的に分離されて下側収容部３ａ最下部の重錘下降位置Ｂ１に自由落下される（図４参照）。
【００４９】
永久磁石６が磁石上昇位置Ａ２に上昇すると、制御装置２０は、上昇検出スイッチ１６から出力される検出信号に基づいて、磁石昇降装置７のモータ７ｃを下降方向へ回転させる。プーリ７ｂに巻回されたワイヤ７ａを巻き戻しして、永久磁石６を筒状収容部３内面に沿って磁石下降位置Ｂ２まで下降させるので、重錘下降位置Ｂ１に自由落下した重錘５が永久磁石６で再び吸着される（図１及び図２参照）。
【００５０】
永久磁石６が磁石下降位置Ｂ２に下降すると、制御装置２０は、下降検出スイッチ１７から出力される検出信号に基づいて、磁石昇降装置７のモータ７ｃを上昇方向へ回転させる。ワイヤ７ａをプーリ７ｂに巻き取り、永久磁石６を筒状収容部３内面に沿って磁石上昇位置Ａ２まで上昇させる。前述と同様に、永久磁石６で吸着した重錘５を重錘上昇位置Ａ１まで上昇させて当接部３ｃに当接し、永久磁石６から強制的に分離させて自由落下する。このように、重錘５の自由落下による貫入ロッド４の打ち込み動作が予め設定された回数繰り返されるようにプログラムされている。
【００５１】
貫入ロッド４の打ち込み動作を手動で行う場合、切換えスイッチ１３を手動に切換えた後、下降スイッチ１１を手動によりＯＮ操作すると、制御装置２０は、磁石昇降装置７のモータ７ｃが下降方向へ回転する。プーリ７ｂに巻回されたワイヤ７ａを巻き戻しし、磁石上昇位置Ａ２に待機する永久磁石６を磁石下降位置Ｂ２まで下降させ、重錘下降位置Ｂ１に自由落下した重錘５を永久磁石６で吸着する。永久磁石６が磁石下降位置Ｂ２に下降すると、下降検出スイッチ１７が永久磁石６を検出し、その検出信号を制御装置２０へ出力する。制御装置２０は、下降検出スイッチ１７から検出信号が出力されると同時に、磁石昇降装置７のモータ７ｃを停止させる。
【００５２】
また、上昇スイッチ１０を手動によりＯＮ操作すると、制御装置２０は、磁石昇降装置７のモータ７ｃが上昇方向へ回転する。ワイヤ７ａをプーリ７ｂに巻き取り、永久磁石６で吸着した重錘５を重錘上昇位置Ａ１まで上昇させて当接部３ｃに当接し、永久磁石６から強制的に分離させて自由落下する。永久磁石６が磁石上昇位置Ａ２に上昇すると、上昇検出スイッチ１６が永久磁石６を検出し、その検出信号を制御装置２０へ出力する。制御装置２０は、上昇検出スイッチ１６から検出信号が出力されると同時に、磁石昇降装置７のモータ７ｃを停止させ、永久磁石６を磁石上昇位置Ａ２に待機させる。
【００５３】
実施例では、上昇検出スイッチ１６と下降検出スイッチ１７をマグネットスイッチで構成しているが、例えば近接スイッチ、光電スイッチ等の非接触式スイッチ、リミットスイッチ等の接触式スイッチで構成してもよい。
【００５４】
図示実施例は前記の如く構成するものにして、以下、地質調査装置１による地質の調査方法を説明する。
【００５５】
先ず、調査開始前において、水平器１５の気泡の位置を見ながら、装置全体を、貫入ロッド４が地盤Ｃに対して略垂直に打ち込まれる起立姿勢に作業者の手で調整して、装置全体の重量を利用して貫入ロッド４の先端を所望する長さだけ地盤Ｃに貫入する（図１参照）。なお、装置全体の重量を付加しても貫入ロッド４が地盤Ｃに貫入されない場合、装置全体又は貫入ロッド４を所望する回数回転させて貫入してもよい。また、装置全体の起立姿勢を、例えば支持棒、支持脚、持枠等の支持装置で機械的に支持してもよい。
【００５６】
次に、貫入ロッド４の打ち込み開始前（図１参照）において、電源スイッチ９のＯＮ操作して、距離検出センサ１２から発信される検出波Ｄを、貫入ロッド４が貫入された地盤Ｃに向けて略垂直に当てる。地盤Ｃが反射する検出波Ｄを距離検出センサ１２で受信し、その受信した検出信号を制御装置２０へ出力する。
【００５７】
制御装置２０は、距離検出センサ１２から出力される検出信号に基づいて、装置本体２下面から、貫入ロッド４が貫入された地盤Ｃまでの距離ａ１を算出する。また、全体の距離ａ１から重錘５の落下距離ｂ１を減算して、貫入ロッド４の貫入距離ｃ１を算出するとともに、距離ａ１，ｂ１，ｃ１の情報を記憶する。また、貫入ロッド４の先端を地盤Ｃに貫入せずに、貫装置本体２下面と、貫入ロッド４の先端が接地された地盤Ｃとの距離を、打ち込み開始前の距離情報として記憶してもよい。
【００５８】
貫入ロッド４の打ち込み動作を自動で行う場合、切換えスイッチ１３を自動に切換えて、下降スイッチ１１を手動によりＯＮ操作すると、制御装置２０は、予め記憶された動作プログラムに沿って貫入ロッド４の打ち込み動作を自動で開始する。
【００５９】
つまり、下降スイッチ１１をＯＮ操作すると、制御装置２０は、磁石昇降装置７のモータ７ｃを下降方向へ回転させる。プーリ７ｂに巻回されたワイヤ７ａを巻き戻しして、永久磁石６を磁石下降位置Ｂ２まで下降させ、下側収容部３ａ最下部の重錘下降位置Ｂ１に自由落下された重錘５を永久磁石６で吸着する（図１及び図２参照）。
【００６０】
永久磁石６が磁石下降位置Ｂ２に降下すると、制御装置２０は、下降検出スイッチ１７から出力される検出信号に基づいて、磁石昇降装置７のモータ７ｃを上昇方向へ回転させる。ワイヤ７ａをプーリ７ｂに巻き取り、永久磁石６を磁石上昇位置Ａ２まで上昇させる。永久磁石６で吸着した重錘５を重錘上昇位置Ａ１まで上昇させて当接部３ｃに当接し、永久磁石６から強制的に分離して下側収容部３ａ最下部の重錘下降位置Ｂ１に自由落下させるので、重錘５の自由落下時に生じる衝撃により貫入ロッド４が地盤Ｃに打ち込まれる（図４参照）。
【００６１】
永久磁石６が磁石上昇位置Ａ２に上昇すると、制御装置２０は、上昇検出スイッチ１６から出力される検出信号に基づいて、磁石昇降装置７のモータ７ｃを下降方向へ回転させる。プーリ７ｂに巻回されたワイヤ７ａを巻き戻しして、永久磁石６を磁石下降位置Ｂ２まで下降させ、下側収容部３ａ最下部の重錘下降位置Ｂ１に自由落下した重錘５を永久磁石６で再び吸着する（図１及び図２参照）。
【００６２】
永久磁石６が磁石下降位置Ｂ２に下降すると、制御装置２０は、下降検出スイッチ１７から出力される検出信号に基づいて、磁石昇降装置７のモータ７ｃを上昇方向へ回転させる。ワイヤ７ａをプーリ７ｂに巻き取り、永久磁石６を磁石上昇位置Ａ２まで上昇させる。永久磁石６で吸着した重錘５を重錘上昇位置Ａ１の当接部３ｃに当接し、永久磁石６から強制的に分離して自由落下させる（図３参照）。このように、重錘５の自由落下による貫入ロッド４の打ち込み動作を予め設定された回数繰り返して、貫入ロッド４を地盤Ｃに打ち込む。
【００６３】
貫入ロッド４の打ち込み終了後（図４参照）において、距離検出センサ１２から発信される検出波Ｄを、貫入ロッド４が打ち込まれた地盤Ｃに向けて略垂直に当てる。地盤Ｃが反射する検出波Ｄを距離検出センサ１２で受信し、その受信した検出信号を制御装置２０へ出力する。
【００６４】
制御装置２０は、距離検出センサ１２から出力される検出信号に基づいて、装置本体２下面から、貫入ロッド４が打ち込まれた地盤Ｃまでの距離ａ２を算出する。その全体の距離ａ２から重錘５の落下距離ｂ２を減算して、貫入ロッド４の残りの貫入距離ｃ２を算出する。この後、打ち込み開始前（図１参照）に算出した貫入ロッド４の貫入距離ｃ１から、打ち込み終了後（図４参照）に算出した貫入距離ｃ２を減算すれば、実際に打ち込まれた貫入ロッド４の貫入距離ｃ３を算出することができる。このように、重錘５の自由落下により打ち込まれた貫入ロッド４の貫入距離ｃ３を算出するので、例えば地盤の硬軟、締まり具合、地盤支持強度等の地質に関する所定項目を評価するのに必要な測定結果が得られる。また、表示器１４は、貫入ロッド４の打ち込み回数や貫入長さ等を表示する。
【００６５】
また、切換えスイッチ１３を手動に切換えた後、上昇スイッチ１０と下降スイッチ１１を手動によりＯＮ操作して、重錘５の自由落下による貫入ロッド４の打ち込み動作を手動操作により所望する回数行ってもよい。
【００６６】
以上のように、永久磁石６で吸着した重錘５を、磁石昇降装置７により重錘下降位置Ｂ１から重錘上昇位置Ａ１へ上昇させて当接部３ｃに当接し、永久磁石６から重錘５を強制的に分離して自由落下させた際に生じる衝撃により貫入ロッド４を地盤Ｃへ打ち込むので、従来例のようにフックや爪を重錘に係止及びその係止を解除するか、ハンガーで保持及びその保持を解除する等の動作や機構が不要であり、重錘５の自由落下による貫入ロッド４の打ち込み動作が迅速且つ効率的に行える。また、装置全体の構成が簡素化されるため、地質調査装置１の小型化及び軽量化、製作費の低減を図ることができる。
【００６７】
また、貫入ロッド４と同一軸芯上に配置された重錘５を、筒状収容部３内面に沿って貫入ロッド４が地盤Ｃに対して略垂直に打ち込まれる上下方向に向けて落下ガイドするので、重錘５の自由落下時に生じる衝撃を、貫入ロッド４が地盤Ｃに対して略垂直に打ち込まれる方向に対して加えることができ、重錘５の自由落下を利用した打ち込み作業が確実に行える。
【００６８】
図６は、重錘５を、チェーン２８に取り付けられた永久磁石６で吸着して重錘下降位置Ｂ１から重錘上昇位置Ａ１へ上昇させる磁石周回装置２７を備えた地質調査装置１の他の実施例を示し、磁石周回装置２７は、永久磁石６が取り付けられたチェーン２８を、筒状収容部３の上端側外面部に軸支したスプロケット２９と、下端側外面部に軸支したスプロケット３０に掛け渡して、装置本体２内の右側上部に配置したモータ３１により、スプロケット３１ａ，３１ｂ及びチェーン３１ｃを介して、重錘下降位置Ｂ１から重錘上昇位置Ａ１に向けて図中矢印で示す周回方向Ｅへ回転する。
【００６９】
つまり、永久磁石６を、チェーン２８の回転により周回方向Ｅへ周回移動させながら、筒状収容部３の側面全長（重錘下降位置Ｂ１から重錘上昇位置Ａ１に至る全長）に開口した縦長の開口部３ｅに下端側から挿入し、上端側から抜き取る。
【００７０】
筒状収容部３の重錘下降位置Ｂ１に自由落下された重錘５を永久磁石６で吸着して、開口部３ｅに沿って重錘下降位置Ｂ１から重錘上昇位置Ａ１へ上昇させる。永久磁石６で吸着した重錘５を重錘上昇位置Ａ１へ上昇させた際に、永久磁石６で吸着した重錘５を重錘上昇位置Ａ１の当接部３ｃに当接し、永久磁石６の磁力に抗して、重錘５を永久磁石６から強制的に分離して自由落下させる。重錘５の自由落下時に生じる衝撃により貫入ロッド４を地盤Ｃに打ち込むので、前記実施例と略同等の作用及び効果を奏することができる。また、重錘５を吸着する際に励磁するか、重錘５を落下させる際に励磁を解除する必要がなく、モータ３１を正逆回転するか駆動及び停止する必要もないので、消費電力の低減を図ることができる。
【００７１】
また、永久磁石６が取り付けられたチェーン２８を筒状収容部３の両側部に配置し、各永久磁石６，６が取り付けられた左右一対の各チェーン２８，２８を周回方向Ｅへ同期回転させて、筒状収容部３に収容された重錘５を左右一対の各永久磁石６，６で吸着して重錘下降位置Ｂ１から重錘上昇位置Ａ１へ上昇させてもよい。
【００７２】
図７は、重錘５を、励磁可能な電磁石６Ａで吸着して重錘下降位置Ｂ１から重錘上昇位置Ａ１へ上昇させる磁石昇降装置７を備えた地質調査装置１のその他の実施例を示し、電磁石６Ａを、磁石昇降装置７により磁石上昇位置Ａ２から磁石下降位置Ｂ２へ下降させた際に、制御装置２０は、下降検出スイッチ１７から出力される検出信号に基づいて、電磁石６Ａを励磁させ、筒状収容部３の重錘下降位置Ｂ１に自由落下された重錘５を電磁石６Ａで吸着する。電磁石６Ａで吸着した重錘５を重錘下降位置Ｂ１から重錘上昇位置Ａ１へ上昇させた際に、制御装置２０は、上昇検出スイッチ１６から出力される検出信号に基づいて、電磁石６Ａの励磁を解除し、重錘５を電磁石６Ａから分離して自由落下させる。重錘５の自由落下時に生じる衝撃により貫入ロッド４を地盤Ｃに打ち込むので、前記実施例と略同等の作用及び効果を奏することができる。
【００７３】
また、プーリ７ｂによるワイヤ７ａの巻き取り量を検出して、電磁石６Ａで吸着した重錘５を重錘上昇位置Ａ１へ上昇したときに検出される巻き取り量と一致した際に、電磁石６Ａの励磁を解除して自由落下させてもよい。なお、電磁石６Ａは、図示しない電線を介して電源８と制御装置２０に接続されている。また、筒状収容部３と電磁石６Ａの対向面に通電が許容される接点を設けてもよい。
【００７４】
図８は、重錘５を、電磁石６Ａで吸着して重錘下降位置Ｂ１から重錘上昇位置Ａ１へ上昇させる磁石周回装置２７を備えた地質調査装置１のその他の実施例を示し、電磁石６Ａを、磁石周回装置２７により重錘上昇位置Ａ１から重錘下降位置Ｂ１へ周回移動させた際に、制御装置２０は、下降検出スイッチ１７から出力される検出信号に基づいて、電磁石６Ａを励磁させ、筒状収容部３の重錘下降位置Ｂ１に自由落下された重錘５を電磁石６Ａで吸着する。電磁石６Ａで吸着した重錘５を重錘下降位置Ｂ１から重錘上昇位置Ａ１へ上昇させた際に、制御装置２０は、上昇検出スイッチ１６から出力される検出信号に基づいて、電磁石６Ａの励磁を解除し、重錘５を電磁石６Ａから分離して自由落下させる。重錘５の自由落下時に生じる衝撃により貫入ロッド４を地盤Ｃに打ち込むので、前記実施例と略同等の作用及び効果を奏することができる。
【００７５】
なお、図６〜図８の他の実施例に於いて、前記実施例と同一構成の部分は同一の符号を記してその詳細な説明を省略する。
【００７６】
この発明の構成と、前述の実施例との対応において、
この発明の重錘ガイド手段は、実施例の筒状収容部３に対応し、
以下同様に、
重錘分離手段は、筒状収容部３の当接部３ｃに対応し、
請求項１の磁石は、永久磁石６に対応し、
請求項２の磁石は、電磁石６Ａに対応し、
磁石移動手段は、磁石昇降手段である磁石昇降装置７と、磁石周回手段である磁石周回装置２７に対応し、
貫入長さ測定手段は、距離検出センサ１２に対応し、
励磁制御手段及び制御手段は、制御装置２０に対応するも、
この発明は、前述の実施例の構成のみに限定されるものではなく、請求項に示される技術思想に基づいて応用することができ、多くの実施の形態を得ることができる。
【００７７】
例えば重錘５（図１〜図４参照）を電磁石６Ａ（図７参照）で吸着する構成を採用してもよい。この場合、電磁石６Ａで吸着した重錘５を当接部３ｃに当接した際に生じるモータ７ｃの過電流を検出し、その検出時に出力される検出信号に基づいて、電磁石６Ａの励磁を解除し、電磁石６Ａから重錘５を自由落下させる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】地質調査装置を構成する磁石の下降動作を示す断面図。
【図２】重錘下降位置の重錘を磁石で吸着した状態を示す断面図。
【図３】磁石で吸着した重錘を重錘上昇位置に上昇した状態を示す断面図。
【図４】重錘の自由落下による貫入ロッドの打ち込み状態を示す断面図。
【図５】制御装置の制御系を示す回路図。
【図６】磁石を周回移動する地質調査装置の他の例を示す断面図。
【図７】重錘を電磁石で吸着する地質調査装置のその他の例を示す断面図。
【図８】電磁石を周回移動する地質調査装置のその他の例を示す断面図。
【符号の説明】
【００７９】
Ａ１…重錘上昇位置
Ｂ１…重錘下降位置
Ａ２…磁石上昇位置
Ｂ２…磁石下降位置
Ｃ…地盤
Ｄ…検出波
１…地質調査装置
２…装置本体
３…筒状収容部
３ｃ…当接部
４…貫入ロッド
５…重錘
６…磁石
６Ａ…電磁石
７…磁石昇降装置
７ｃ…モータ
８…電源
９…電源スイッチ
１０…上昇スイッチ
１１…下降スイッチ
１２…距離検出センサ
１３…切換えスイッチ
１４…表示器
１５…水平器
１６…上昇検出スイッチ
１７…下降検出スイッチ
１８…正逆回路
１９…トランス
２０…制御装置
２７…磁石周回装置
２８…チェーン
２９，３０…スプロケット
３１…モータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重錘を所定高さから自由落下させた際に生じる衝撃により、装置本体に垂設した貫入ロッドを地盤に打ち込んで地質の所定項目を調査する地質調査装置であって、
前記貫入ロッドと同一軸芯上に配置された重錘を、該貫入ロッドが地盤に対して略垂直に打ち込まれる方向に向けて落下ガイドする重錘ガイド手段と、
前記重錘を吸着するのに必要な磁力に励磁された磁石を、該磁石で吸着した重錘が所定高さに上昇される磁石上昇位置と、前記自由落下した重錘が吸着される磁石下降位置との間で移動する磁石移動手段と、
前記磁石の磁力に抗して、前記磁石上昇位置に上昇された磁石から該磁石に吸着された重錘を分離する重錘分離手段と、
前記重錘の自由落下により地盤に打ち込まれた貫入ロッドの貫入長さを測定する貫入長さ測定手段と、
前記磁石移動手段の駆動及び停止と、前記貫入長さ測定手段の測定動作を制御する制御手段とを備えた
地質調査装置。
【請求項２】
重錘を所定高さから自由落下させた際に生じる衝撃により、装置本体に垂設した貫入ロッドを地盤に打ち込んで地質の所定項目を調査する地質調査装置であって、
前記貫入ロッドと同一軸芯上に配置された重錘を、該貫入ロッドが地盤に対して略垂直に打ち込まれる方向に向けて落下ガイドする重錘ガイド手段と、
前記重錘を吸着するのに必要な磁力に励磁される磁石を、該磁石で吸着した重錘が所定高さに上昇される磁石上昇位置と、前記自由落下した重錘が吸着される磁石下降位置との間で移動する磁石移動手段と、
前記磁石で吸着した重錘が所定高さに上昇された際に前記磁石の励磁を解除し、前記自由落下された重錘を吸着する際に前記磁石を励磁する励磁制御手段と、
前記重錘の自由落下により地盤に打ち込まれた貫入ロッドの貫入長さを測定する貫入長さ測定手段と、
前記磁石移動手段の駆動及び停止と、前記貫入長さ測定手段の測定動作を制御する制御手段とを備えた
地質調査装置。
【請求項３】
前記重錘ガイド手段を、前記重錘の収容が許容される大きさ及び形状の筒状収容部で構成した
請求項１又は２に記載の地質調査装置。
【請求項４】
前記重錘分離手段を、前記磁石移動手段により重錘上昇位置に上昇された重錘に対して当接される当接部で構成した
請求項１に記載の地質調査装置。
【請求項５】
前記磁石移動手段を、前記磁石で吸着した重錘が所定高さに上昇される磁石上昇位置と、前記自由落下した重錘が吸着される磁石下降位置とに前記磁石を昇降する磁石昇降手段で構成した
請求項１〜４のいずれか一つに記載の地質調査装置。
【請求項６】
前記磁石移動手段を、前記自由落下した重錘が吸着される重錘下降位置から、該磁石で吸着した重錘が自由落下される重錘上昇位置に向けて前記磁石を周回移動する磁石周回手段で構成した
請求項１〜４のいずれか一つに記載の地質調査装置。
【請求項１】
重錘を所定高さから自由落下させた際に生じる衝撃により、装置本体に垂設した貫入ロッドを地盤に打ち込んで地質の所定項目を調査する地質調査装置であって、
前記貫入ロッドと同一軸芯上に配置された重錘を、該貫入ロッドが地盤に対して略垂直に打ち込まれる方向に向けて落下ガイドする重錘ガイド手段と、
前記重錘を吸着するのに必要な磁力に励磁された磁石を、該磁石で吸着した重錘が所定高さに上昇される磁石上昇位置と、前記自由落下した重錘が吸着される磁石下降位置との間で移動する磁石移動手段と、
前記磁石の磁力に抗して、前記磁石上昇位置に上昇された磁石から該磁石に吸着された重錘を分離する重錘分離手段と、
前記重錘の自由落下により地盤に打ち込まれた貫入ロッドの貫入長さを測定する貫入長さ測定手段と、
前記磁石移動手段の駆動及び停止と、前記貫入長さ測定手段の測定動作を制御する制御手段とを備えた
地質調査装置。
【請求項２】
重錘を所定高さから自由落下させた際に生じる衝撃により、装置本体に垂設した貫入ロッドを地盤に打ち込んで地質の所定項目を調査する地質調査装置であって、
前記貫入ロッドと同一軸芯上に配置された重錘を、該貫入ロッドが地盤に対して略垂直に打ち込まれる方向に向けて落下ガイドする重錘ガイド手段と、
前記重錘を吸着するのに必要な磁力に励磁される磁石を、該磁石で吸着した重錘が所定高さに上昇される磁石上昇位置と、前記自由落下した重錘が吸着される磁石下降位置との間で移動する磁石移動手段と、
前記磁石で吸着した重錘が所定高さに上昇された際に前記磁石の励磁を解除し、前記自由落下された重錘を吸着する際に前記磁石を励磁する励磁制御手段と、
前記重錘の自由落下により地盤に打ち込まれた貫入ロッドの貫入長さを測定する貫入長さ測定手段と、
前記磁石移動手段の駆動及び停止と、前記貫入長さ測定手段の測定動作を制御する制御手段とを備えた
地質調査装置。
【請求項３】
前記重錘ガイド手段を、前記重錘の収容が許容される大きさ及び形状の筒状収容部で構成した
請求項１又は２に記載の地質調査装置。
【請求項４】
前記重錘分離手段を、前記磁石移動手段により重錘上昇位置に上昇された重錘に対して当接される当接部で構成した
請求項１に記載の地質調査装置。
【請求項５】
前記磁石移動手段を、前記磁石で吸着した重錘が所定高さに上昇される磁石上昇位置と、前記自由落下した重錘が吸着される磁石下降位置とに前記磁石を昇降する磁石昇降手段で構成した
請求項１〜４のいずれか一つに記載の地質調査装置。
【請求項６】
前記磁石移動手段を、前記自由落下した重錘が吸着される重錘下降位置から、該磁石で吸着した重錘が自由落下される重錘上昇位置に向けて前記磁石を周回移動する磁石周回手段で構成した
請求項１〜４のいずれか一つに記載の地質調査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−２６１１６６（Ｐ２００８−２６１１６６Ａ）
【公開日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１０５４０４（Ｐ２００７−１０５４０４）
【出願日】平成１９年４月１３日（２００７．４．１３）
【出願人】（３９５０１３１７５）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月１３日（２００７．４．１３）
【出願人】（３９５０１３１７５）
【Ｆターム（参考）】
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