簡易雪密度測定器
【課題】斜面においても迅速、正確、簡単に計測できる簡易雪密度測定器を提供する。
【解決手段】一定体積の雪を採取し秤本体に差し込む差込み突起を有する密度サンプラーと、該密度サンプラーの差込み突起を受ける差込み突起受け口を有する秤本体とからなり、該秤本体は、前記密度サンプラーの重みを感じる部分に設けられた圧電素子と、該圧電素子の出力から前記密度サンプラーの重さを算出して表示する表示部と、風袋引き演算処理を実行する風袋引き演算処理部と、各部に必要な電源を供給する電源供給部と、電源投入ボタンと、風袋引きボタンと、簡易水準器とを有する。
【解決手段】一定体積の雪を採取し秤本体に差し込む差込み突起を有する密度サンプラーと、該密度サンプラーの差込み突起を受ける差込み突起受け口を有する秤本体とからなり、該秤本体は、前記密度サンプラーの重みを感じる部分に設けられた圧電素子と、該圧電素子の出力から前記密度サンプラーの重さを算出して表示する表示部と、風袋引き演算処理を実行する風袋引き演算処理部と、各部に必要な電源を供給する電源供給部と、電源投入ボタンと、風袋引きボタンと、簡易水準器とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積雪から一定体積の雪を採取し、その重量を計ることにより雪の密度を測定する簡易雪密度測定器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
雪の密度を測定する技術としては、超音波を用いるもの（特許文献１）、電磁波を用いるもの（特許文献２）、静電容量センサを用いるもの（特許文献３）などが提案されている。
【０００３】
一方、多雪地帯、豪雪地帯にあっては、積雪の一部は、時間と共にこしまり雪、しまり雪などと変化し、硬くなることによって、密度が変化する。なだれの発生を予測するなどの目的で雪の層の構造を解析したり、道路維持管理の立場から道路わきの雪の構造を観測したりする必要から、観測のための竪穴を掘り、そこに人が入った上で、地上からの高さの違いを考慮して、いくつかのサンプリングをして、密度を測定する場合がある。そのような場合、従来は所定の体積（１００ｃｍ３）の雪を密度サンプラーと呼ばれる器具を用いて現場にて採取し、上皿秤を置くための水平なスペースを確保した上で、１００ｃｍ３の雪の重量を計測する方法が採られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平 １１−２１１８４６号公報
【特許文献２】特開平 １１−０１４４３４号公報
【特許文献３】特開平 ０６−２８８８８８号公報
【特許文献４】特開２００４−１５６９５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
雪氷調査の現場、道路維持管理の現場では、特に傾斜のある箇所において、秤を水平に設置するのに手間がかかる。採取した雪を上皿秤に載せる際に、皿から雪を落としてしまうことがあり、熟練が必要である。寒さの中でつらい作業をする時間を短縮したい。
本発明の目的は、斜面においても迅速、簡単、正確に、雪氷初心者でも雪密度測定ができる簡易雪密度測定器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る簡易雪密度測定器は、一定体積の雪を採取し秤本体に差し込む差込み突起を有する密度サンプラーと、該密度サンプラーの差込み突起を受ける差込み突起受け口を有する秤本体とからなり、該秤本体は、前記密度サンプラーの重みを感じる部分に設けられた圧電素子と、該圧電素子の出力から前記密度サンプラーの重さを算出して表示する表示部と、風袋引き演算処理を実行する風袋引き演算処理部と、各部に必要な電源を供給する電源供給部と、電源投入ボタンと、風袋引きボタンと、簡易水準器とを有することを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の簡易雪密度測定器は、屋外の傾斜のある箇所であっても、雪密度計測の時間を短縮し、かつ初心者であっても安定した精度で計ることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明に係る簡易雪密度測定器の外観を示す斜視図である（実施例１）。
【図２】図２は、本発明に係る簡易雪密度測定器の密度サンプラーの鉛直カッターを外した様子を示す斜視図である（実施例１）。
【図３】図３は、密度サンプラーの平面図及び側面図である。図３（ａ）は、水平カッターの平面図及び側面図である。図３（ｂ）は、鉛直カッターの平面図及び側面図である。
【図４】図４は、本発明に係る簡易雪密度測定器の平面図及び側面図である（実施例１）。
【図５】図５は、本発明に係る簡易雪密度測定器の六面図である（実施例１）。
【図６】図６は、秤本体に簡易水準器を取り付ける前の状態を示す平面図及び側面図である（実施例１）。
【図７】図７は、Ｂタイプの密度サンプラーの平面図及び側面図である。図７（ａ）は、水平カッターの平面図及び側面図である。図７（ｂ）は、鉛直カッターの平面図及び側面図である（実施例２）。
【図８】図８は、Ｃタイプの密度サンプラーの平面図及び側面図である。図８（ａ）は、水平カッターの平面図及び側面図である。図８（ｂ）は、鉛直カッターの平面図及び側面図である（実施例３）。
【図９】図９は、硬い雪の場合に用いる木柄の平面図及び側面図である（実施例４）。
【図１０】図１０は、木柄を秤本体に差し込むための計量治具の平面図及び側面図である（実施例４）。
【図１１】図１１は、木柄、計量治具、密度サンプラー、秤本体を組んだ状態を示す側面図である（実施例４）。
【図１２】図１２は、秤本体内に設けられた回路基板上の回路構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明に係る簡易雪密度測定器は、雪を採取する密度サンプラーと秤本体とからなる。密度サンプラーは、一定体積の雪を採取すべく水平カッターと鉛直カッターとを有する。水平カッターは、秤本体に差し込む差込み突起を有する。秤本体は、該密度サンプラーの差込み突起を受ける差込み突起受け口を有する。そして秤本体は、前記密度サンプラーの重みを感じる部分に設けられた圧電素子と、該圧電素子の出力から前記密度サンプラーの重さを算出して表示する表示部と、風袋引き演算処理を実行する風袋引き演算処理部と、各部に必要な電源を供給する電源供給部と、電源投入ボタンと、風袋引きボタンと、簡易水準器とを有する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本発明に係る簡易雪密度測定器の外観を示す斜視図である（実施例１）。雪を採取する密度サンプラー１０は、後述する水平カッター１１と鉛直カッター１２とからなる。密度サンプラー１０は、差込み突起１９を秤本体５０の一端に設けられた差込み突起受け口５１に差し込むことによって、秤本体５０に取り付けられる。差込み突起１９の形状については、図３を参照しつつ後述するが、差込み突起１９を差し込み突起受け口５１の奥にまで差し込むことによって固定される。密度サンプラー１０を梃子の原理で説明すると、差込み突起１９の先端部が差し込み突起受け口５１の最も奥の部分で固定された位置が支点となる。力点は密度サンプラー１０により雪を採取した場合の採取した雪の重心である。いいかえると水平カッター１１と鉛直カッター１２とで切り出される直方体の重心位置が力点である。そして作用点の位置に圧電素子５５が置かれる。圧電素子は、受けた力を電流に変換する受動素子である。
【００１１】
図１２は、秤本体５０内に設けられた回路基板７５上の回路構成を示すブロック図である。秤本体５０は、片手にて把持可能な持ち手を有する棒状の形状を有する。上述の差込み突起受け口５１を有する端とは反対側の部分が持ち手の部分となり、その内部には電池ボックス９２が設けられる。電池ボックス９２には、たとえば単４型電池２本を収納する。電池ボックス９２の電池から得られる電力は、電源供給部９０を介して、表示部６０及び回路基板７５上の各回路、すなわち制御部７０、信号処理部５９、演算処理部８０、記憶部８９などに供給される。
【００１２】
制御部７０は、各回路を制御する部分であり、マイクロプロセッサなどにより構成される。信号処理部５９は、圧電素子５５からの信号をデジタル値に変換する処理などを行う回路である。演算処理部８０は、風袋引き演算などを実行する回路である。制御部７０を構成するチップがこの機能を兼ね備える実施例も可能である。記憶部８９は、制御部７０のプロセッサが実行すべきプログラムを記憶し、また、場合によっては、演算処理部８０の演算結果を記憶するなどの記憶を担当する回路である。電源投入ボタン９１は、この秤全体の電源のオンオフをするためのボタンである。このボタンをオンにすることで、制御部７０は、必要なプログラムを読み込んで実行する。
【００１３】
風袋引きボタン８１は、そのときに掛かっている荷重をゼロとするボタンである。雪を採取する前に、密度サンプラーだけの重さをゼロとし、その後、雪を採取してから表示部６０に示される数値が採取した雪の重さとなる。表示内容保持ボタン８３は、測定した重さを保持するためのボタンである。この簡易雪密度測定器は、水平状態にて用いる必要があるため、簡易水準器９９が表示部６０の近くの見やすい場所に取り付けられている。その簡易水準器の中央の円内に気泡が見えている状態で測定値を保持すると、その後、水平が崩されたとしても、その値を保持する。したがって、測定後、手帳に書き取る場合などに、表示内容保持ボタン８３を用いることができる。
【００１４】
図１２に示した実施例では、ボタンを電源投入、風袋引き、表示内容保持の三つとしたが、そのほかに、密度計算ボタン８２、風袋値記憶ボタン８４などを設ける実施例も可能である。また、それぞれの機能に特化したボタンを設けるのではなく、メニューボタン、選択ボタン、決定ボタンなどの汎用的なボタンを設けて、操作者が表示部６０の表示内容を視認しつつメニューを選択し、実行することとしてもよい。
【００１５】
図１の斜視図には、秤本体５０の外観が描かれている。差込み突起受け口５１とは反対側に電池ボックス９２を収納するふくらみを有した部分が、把持可能な部分となっていること、表示部６０の近くの見やすい部分に簡易水準器９９が取り付けられていること、把持する操作者の手指にて押しやすい位置に電源投入ボタン９１、風袋引きボタン８１、表示内容保持ボタン８３が設けられていること、が示されている。
【００１６】
図２は、本発明に係る簡易雪密度測定器の密度サンプラー１０の鉛直カッター１２を外した様子を示す斜視図である。密度サンプラー１０は、水平カッター１１の上に鉛直カッター１２をかぶせることができるように設計されている。水平カッター１１は、雪の壁に対して、水平方向に動かして、雪を採取すべく上部、底部、左右側面の仕切りが設けられ、秤本体５０と反対側の部分が鋭く尖った刃先となっている。水平カッター１１を用いて雪を採取すると、前後方向に雪があふれている状態となるから、鉛直カッター１２を用い、これを上からかぶせることで、前後の雪をカットする。鉛直カッター１２の下方部分は、刃先となって尖っており雪のカットができる。水平カッター１１及び鉛直カッター１２で切り出される直方体の体積は、この実施例ではちょうど５０ｃｍ3である。
【００１７】
図３は、密度サンプラーの平面図及び側面図である。図３（ａ）は、水平カッター１１の平面図及び側面図である。図３（ｂ）は、鉛直カッター１２の平面図及び側面図である。水平カッター１１の雪採取の際の前方（図３では上方）及び鉛直カッター１２の下方が刃先になっていること、が見て取れる。また、水平カッター１１には上述した差込み突起１９が連結されていて、その端の形状は、差込み突起受け口５１に置くまで入るように形成されている。水平カッター１１及び鉛直カッター１２の材質は、ステンレスとすることができる。
【００１８】
図４は、本発明に係る簡易雪密度測定器の平面図及び側面図である。密度サンプラー１０を秤本体５０に取り付けた状態を示している。密度サンプラー１０は、強く引き抜くことで、秤本体５０から分離することが可能である。分離して持ち歩いて、測定の現場で組み立てることができる。
【００１９】
図５は、本発明に係る簡易雪密度測定器の六面図である。
【００２０】
図６は、秤本体５０に簡易水準器を取り付ける前の状態を示す平面図及び側面図である。この秤本体５０は、上述したように本発明に係る簡易雪密度測定器として、圧電素子、信号処理部、制御部、演算処理部、記憶部、表示部などの電子回路を有する機器として製造することが可能である。また、既に市場に出ているものを流用することもできる。米国Acurex社から「デジタル計量スプーン」なるものが販売されており、その日本総代理店から入手することができる。この秤は、先端部が大さじと小さじとからなり、それらは抜き差しにより交換可能となっている。したがって、この秤の先端部を上述した密度サンプラーに取り替えることで、本発明の簡易雪密度測定器を構成することが可能である。
【００２１】
この秤の仕様を示す。最大計量、３００ｇ。最小目盛、０．１ｇ。精度±０．１ｇ＋１％×物体重量（０℃〜１８℃の場合）。作用温度０℃〜４０℃。保管温度ー１０℃〜６０℃。オートパワーオフ約２分。電源単４アルカリ電池２本。電池寿命約１．５年（毎日１０分使用時）。サイズ先端部大装着時約タテ２５１×ヨコ６５×高さ３０ｍｍ。重量先端部大装着時約９１ｇ（電池含む）。材料ＡＢＳ樹脂、ステンレス。以上である。この秤には、風袋引き機能がある。この秤による重さの計測は、先端部に計量スプーンを取り付けて、計測対象となる物体をすくうという、ひとつの動作で簡単に行うことができる。
【００２２】
この市販品の秤を用いて、雪密度の測定を行うべく、この秤に付属する先端部に取り付けるスプーンの重心位置と、上述の密度サンプラーの重心位置とが同じになるように設計し、上述の差込み突起の形状及び寸法を該スプーンに合わせるようにした。
【００２３】
さらに、この市販品の秤を用いる場合、秤本体を水平に保つ必要がある。そこで、斜面や足場の悪い現場でも容易に水平を取れるように、簡易水準器９９を表示部６０の近くの見やすい場所に取り付けることとした。簡易水準器９９は、気泡を閉じ込めてあり、中央の円内にその気泡がくるように保つことで当該機器の水平を取るものである。
【００２４】
秤の先端部の計量スプーンを密度サンプラーに取り替えることによる測定精度への影響を調べるため、重さの異なる４種類の分銅を用いて常温の室内で検証を行った。その結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】
【００２６】
この秤の精度は、前述したように概ね±０．１ｇであり、先端部の計量スプーンを密度サンプラーに交換しても製品本来の測定精度に変わりがないことを確認できた。
【００２７】
本発明に係る簡易雪密度測定器による測定と、従来の密度サンプラー（１００ｃｍ3）と上皿秤とを用いる測定との間で、その測定値と測定時間とにどれだけの違いがあるかを比較する試験を行った。比較試験は、独立行政法人防災科学技術研究所新庄支所の雪氷防災実験棟にて人工雪を用いて行った。この人工雪は、降雪後３週間ほど保管庫に保存されていた雪で、これをふるいに掛けたものを人力で集積し、さらに一晩、室温約−１０℃の環境に放置してから使用した。
【００２８】
表２は、測定器による雪密度の比較結果である。表２において「密度サンプラー」とのみ表記したのは、従来の１００ｃｍ3の密度サンプラーと上皿秤とを用いる測定を示す。「簡易密度測定器」と表記したのが、本発明に係る簡易雪密度測定器を用いた測定である。
【００２９】
【表２】
【００３０】
測定対象とした雪は、温度−９．７℃のしまり雪だが、人力により集積したため均質な状態ではなかった。しかし、表２に示す３回の測定値に着目すると、簡易雪密度測定器の方がばらつきが小さい。また、これらの平均値から求めた密度は両者でほぼ同じ値となった。表２はわずか１回の測定結果であるが、表１で示した分銅による精度検証結果と合わせて考えると、簡易雪密度測定器によって雪密度を正確にかつ安定した精度で測ることが可能であると考えられる。
【００３１】
表３は測定時間の比較である。従来の密度サンプラーによる測定は上皿秤を設置済みの状態で行った。測定時間の平均が２１．８秒であった。これに対し、本発明に係る簡易雪密度測定器では、１９．０秒となり、約１３％の時間短縮となった。従来方法の上皿秤の設置時間が実際にはかかっていることを考慮すると、本発明の時間短縮に対する寄与はさらに大きいものと言える。
【００３２】
【表３】
【実施例２】
【００３３】
図７は、Ｂタイプの密度サンプラーの平面図及び側面図である。図７（ａ）は、水平カッターの平面図及び側面図である。図７（ｂ）は、鉛直カッターの平面図及び側面図である。水平カッター２１は、水平カッター１１に比べて刃先の形状に特徴を有している。鉛直カッター２２は、鉛直カッター１２とほぼ同じである。に関しては雪の硬さ、雪質などによっては、実施例１の水平カッターよりも刃先の形状が異なるものを用いることが求められる場合がある。そこで、異なる形状の水平カッターを準備した。差込み突起２９は、差込み突起１９と同様である。
【実施例３】
【００３４】
図８は、Ｃタイプの密度サンプラーの平面図及び側面図である。図８（ａ）は、水平カッターの平面図及び側面図である。図８（ｂ）は、鉛直カッターの平面図及び側面図である。水平カッター３１の刃先形状にその特徴を有する。
【実施例４】
【００３５】
図９は、硬い雪の場合に用いる木柄の平面図及び側面図である（実施例４）。図１０は、木柄を秤本体に差し込むための計量治具の平面図及び側面図である（実施例４）。図１１は、木柄、計量治具、密度サンプラー、秤本体を組んだ状態を示す側面図である。
【００３６】
図９の木柄４０はできるだけ軽量かつ丈夫に作る。木柄４０の後ろ側にはフックを設け、計量治具４９の穴に掛けられるようにする。計量治具４９のその穴の位置は、密度サンプラー１０の重心位置に一致するように設計される。そして、木柄４０の先端部には、密度サンプラー１０、２０、３０のいずれかが固定される。プランジャーを用いて固定され、使用時には容易に外れないようにする。図１１のように組立てて用いる際には、秤の電源を入れて、雪の採取前に、木柄と密度サンプラーを結合させたものを計量治具４９にぶら下げて風袋引きを行う。その後、雪を採取して再びぶら下げて、水平を取った状態で測定を行う。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
雪氷調査の現場、道路維持管理の現場で用いる簡易雪密度測定器として用いるのみならず、土質調査についても、あまり硬くない粘性土などで土密度を計測可能である。したがって、簡易土密度測定器としての利用が可能である。また、同様に、肥料などの粒状体の密度測定も可能であるから、簡易粒状体密度測定器としての利用も可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１０，２０，３０ 密度サンプラー
１１，２１，３１ 水平カッター
１２，２２，３２ 鉛直カッター
１９，２９，３９ 差込み突起
４０ 木柄
４９ 計量冶具
５０ 秤本体
５１ 差込み突起受け口
５５ 圧電素子
５９ 信号処理部
６０ 表示部
７０ 制御部
７５ 回路基板
８０ 演算処理部
８１ 風袋引きボタン
８２ 密度計算ボタン
８３ 表示内容保持ボタン
８４ 風袋値記憶ボタン
８９ 記憶部
９０ 電源供給部
９１ 電源投入ボタン
９２ 電池ボックス
９９ 簡易水準器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積雪から一定体積の雪を採取し、その重量を計ることにより雪の密度を測定する簡易雪密度測定器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
雪の密度を測定する技術としては、超音波を用いるもの（特許文献１）、電磁波を用いるもの（特許文献２）、静電容量センサを用いるもの（特許文献３）などが提案されている。
【０００３】
一方、多雪地帯、豪雪地帯にあっては、積雪の一部は、時間と共にこしまり雪、しまり雪などと変化し、硬くなることによって、密度が変化する。なだれの発生を予測するなどの目的で雪の層の構造を解析したり、道路維持管理の立場から道路わきの雪の構造を観測したりする必要から、観測のための竪穴を掘り、そこに人が入った上で、地上からの高さの違いを考慮して、いくつかのサンプリングをして、密度を測定する場合がある。そのような場合、従来は所定の体積（１００ｃｍ３）の雪を密度サンプラーと呼ばれる器具を用いて現場にて採取し、上皿秤を置くための水平なスペースを確保した上で、１００ｃｍ３の雪の重量を計測する方法が採られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平 １１−２１１８４６号公報
【特許文献２】特開平 １１−０１４４３４号公報
【特許文献３】特開平 ０６−２８８８８８号公報
【特許文献４】特開２００４−１５６９５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
雪氷調査の現場、道路維持管理の現場では、特に傾斜のある箇所において、秤を水平に設置するのに手間がかかる。採取した雪を上皿秤に載せる際に、皿から雪を落としてしまうことがあり、熟練が必要である。寒さの中でつらい作業をする時間を短縮したい。
本発明の目的は、斜面においても迅速、簡単、正確に、雪氷初心者でも雪密度測定ができる簡易雪密度測定器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る簡易雪密度測定器は、一定体積の雪を採取し秤本体に差し込む差込み突起を有する密度サンプラーと、該密度サンプラーの差込み突起を受ける差込み突起受け口を有する秤本体とからなり、該秤本体は、前記密度サンプラーの重みを感じる部分に設けられた圧電素子と、該圧電素子の出力から前記密度サンプラーの重さを算出して表示する表示部と、風袋引き演算処理を実行する風袋引き演算処理部と、各部に必要な電源を供給する電源供給部と、電源投入ボタンと、風袋引きボタンと、簡易水準器とを有することを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の簡易雪密度測定器は、屋外の傾斜のある箇所であっても、雪密度計測の時間を短縮し、かつ初心者であっても安定した精度で計ることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明に係る簡易雪密度測定器の外観を示す斜視図である（実施例１）。
【図２】図２は、本発明に係る簡易雪密度測定器の密度サンプラーの鉛直カッターを外した様子を示す斜視図である（実施例１）。
【図３】図３は、密度サンプラーの平面図及び側面図である。図３（ａ）は、水平カッターの平面図及び側面図である。図３（ｂ）は、鉛直カッターの平面図及び側面図である。
【図４】図４は、本発明に係る簡易雪密度測定器の平面図及び側面図である（実施例１）。
【図５】図５は、本発明に係る簡易雪密度測定器の六面図である（実施例１）。
【図６】図６は、秤本体に簡易水準器を取り付ける前の状態を示す平面図及び側面図である（実施例１）。
【図７】図７は、Ｂタイプの密度サンプラーの平面図及び側面図である。図７（ａ）は、水平カッターの平面図及び側面図である。図７（ｂ）は、鉛直カッターの平面図及び側面図である（実施例２）。
【図８】図８は、Ｃタイプの密度サンプラーの平面図及び側面図である。図８（ａ）は、水平カッターの平面図及び側面図である。図８（ｂ）は、鉛直カッターの平面図及び側面図である（実施例３）。
【図９】図９は、硬い雪の場合に用いる木柄の平面図及び側面図である（実施例４）。
【図１０】図１０は、木柄を秤本体に差し込むための計量治具の平面図及び側面図である（実施例４）。
【図１１】図１１は、木柄、計量治具、密度サンプラー、秤本体を組んだ状態を示す側面図である（実施例４）。
【図１２】図１２は、秤本体内に設けられた回路基板上の回路構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明に係る簡易雪密度測定器は、雪を採取する密度サンプラーと秤本体とからなる。密度サンプラーは、一定体積の雪を採取すべく水平カッターと鉛直カッターとを有する。水平カッターは、秤本体に差し込む差込み突起を有する。秤本体は、該密度サンプラーの差込み突起を受ける差込み突起受け口を有する。そして秤本体は、前記密度サンプラーの重みを感じる部分に設けられた圧電素子と、該圧電素子の出力から前記密度サンプラーの重さを算出して表示する表示部と、風袋引き演算処理を実行する風袋引き演算処理部と、各部に必要な電源を供給する電源供給部と、電源投入ボタンと、風袋引きボタンと、簡易水準器とを有する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本発明に係る簡易雪密度測定器の外観を示す斜視図である（実施例１）。雪を採取する密度サンプラー１０は、後述する水平カッター１１と鉛直カッター１２とからなる。密度サンプラー１０は、差込み突起１９を秤本体５０の一端に設けられた差込み突起受け口５１に差し込むことによって、秤本体５０に取り付けられる。差込み突起１９の形状については、図３を参照しつつ後述するが、差込み突起１９を差し込み突起受け口５１の奥にまで差し込むことによって固定される。密度サンプラー１０を梃子の原理で説明すると、差込み突起１９の先端部が差し込み突起受け口５１の最も奥の部分で固定された位置が支点となる。力点は密度サンプラー１０により雪を採取した場合の採取した雪の重心である。いいかえると水平カッター１１と鉛直カッター１２とで切り出される直方体の重心位置が力点である。そして作用点の位置に圧電素子５５が置かれる。圧電素子は、受けた力を電流に変換する受動素子である。
【００１１】
図１２は、秤本体５０内に設けられた回路基板７５上の回路構成を示すブロック図である。秤本体５０は、片手にて把持可能な持ち手を有する棒状の形状を有する。上述の差込み突起受け口５１を有する端とは反対側の部分が持ち手の部分となり、その内部には電池ボックス９２が設けられる。電池ボックス９２には、たとえば単４型電池２本を収納する。電池ボックス９２の電池から得られる電力は、電源供給部９０を介して、表示部６０及び回路基板７５上の各回路、すなわち制御部７０、信号処理部５９、演算処理部８０、記憶部８９などに供給される。
【００１２】
制御部７０は、各回路を制御する部分であり、マイクロプロセッサなどにより構成される。信号処理部５９は、圧電素子５５からの信号をデジタル値に変換する処理などを行う回路である。演算処理部８０は、風袋引き演算などを実行する回路である。制御部７０を構成するチップがこの機能を兼ね備える実施例も可能である。記憶部８９は、制御部７０のプロセッサが実行すべきプログラムを記憶し、また、場合によっては、演算処理部８０の演算結果を記憶するなどの記憶を担当する回路である。電源投入ボタン９１は、この秤全体の電源のオンオフをするためのボタンである。このボタンをオンにすることで、制御部７０は、必要なプログラムを読み込んで実行する。
【００１３】
風袋引きボタン８１は、そのときに掛かっている荷重をゼロとするボタンである。雪を採取する前に、密度サンプラーだけの重さをゼロとし、その後、雪を採取してから表示部６０に示される数値が採取した雪の重さとなる。表示内容保持ボタン８３は、測定した重さを保持するためのボタンである。この簡易雪密度測定器は、水平状態にて用いる必要があるため、簡易水準器９９が表示部６０の近くの見やすい場所に取り付けられている。その簡易水準器の中央の円内に気泡が見えている状態で測定値を保持すると、その後、水平が崩されたとしても、その値を保持する。したがって、測定後、手帳に書き取る場合などに、表示内容保持ボタン８３を用いることができる。
【００１４】
図１２に示した実施例では、ボタンを電源投入、風袋引き、表示内容保持の三つとしたが、そのほかに、密度計算ボタン８２、風袋値記憶ボタン８４などを設ける実施例も可能である。また、それぞれの機能に特化したボタンを設けるのではなく、メニューボタン、選択ボタン、決定ボタンなどの汎用的なボタンを設けて、操作者が表示部６０の表示内容を視認しつつメニューを選択し、実行することとしてもよい。
【００１５】
図１の斜視図には、秤本体５０の外観が描かれている。差込み突起受け口５１とは反対側に電池ボックス９２を収納するふくらみを有した部分が、把持可能な部分となっていること、表示部６０の近くの見やすい部分に簡易水準器９９が取り付けられていること、把持する操作者の手指にて押しやすい位置に電源投入ボタン９１、風袋引きボタン８１、表示内容保持ボタン８３が設けられていること、が示されている。
【００１６】
図２は、本発明に係る簡易雪密度測定器の密度サンプラー１０の鉛直カッター１２を外した様子を示す斜視図である。密度サンプラー１０は、水平カッター１１の上に鉛直カッター１２をかぶせることができるように設計されている。水平カッター１１は、雪の壁に対して、水平方向に動かして、雪を採取すべく上部、底部、左右側面の仕切りが設けられ、秤本体５０と反対側の部分が鋭く尖った刃先となっている。水平カッター１１を用いて雪を採取すると、前後方向に雪があふれている状態となるから、鉛直カッター１２を用い、これを上からかぶせることで、前後の雪をカットする。鉛直カッター１２の下方部分は、刃先となって尖っており雪のカットができる。水平カッター１１及び鉛直カッター１２で切り出される直方体の体積は、この実施例ではちょうど５０ｃｍ3である。
【００１７】
図３は、密度サンプラーの平面図及び側面図である。図３（ａ）は、水平カッター１１の平面図及び側面図である。図３（ｂ）は、鉛直カッター１２の平面図及び側面図である。水平カッター１１の雪採取の際の前方（図３では上方）及び鉛直カッター１２の下方が刃先になっていること、が見て取れる。また、水平カッター１１には上述した差込み突起１９が連結されていて、その端の形状は、差込み突起受け口５１に置くまで入るように形成されている。水平カッター１１及び鉛直カッター１２の材質は、ステンレスとすることができる。
【００１８】
図４は、本発明に係る簡易雪密度測定器の平面図及び側面図である。密度サンプラー１０を秤本体５０に取り付けた状態を示している。密度サンプラー１０は、強く引き抜くことで、秤本体５０から分離することが可能である。分離して持ち歩いて、測定の現場で組み立てることができる。
【００１９】
図５は、本発明に係る簡易雪密度測定器の六面図である。
【００２０】
図６は、秤本体５０に簡易水準器を取り付ける前の状態を示す平面図及び側面図である。この秤本体５０は、上述したように本発明に係る簡易雪密度測定器として、圧電素子、信号処理部、制御部、演算処理部、記憶部、表示部などの電子回路を有する機器として製造することが可能である。また、既に市場に出ているものを流用することもできる。米国Acurex社から「デジタル計量スプーン」なるものが販売されており、その日本総代理店から入手することができる。この秤は、先端部が大さじと小さじとからなり、それらは抜き差しにより交換可能となっている。したがって、この秤の先端部を上述した密度サンプラーに取り替えることで、本発明の簡易雪密度測定器を構成することが可能である。
【００２１】
この秤の仕様を示す。最大計量、３００ｇ。最小目盛、０．１ｇ。精度±０．１ｇ＋１％×物体重量（０℃〜１８℃の場合）。作用温度０℃〜４０℃。保管温度ー１０℃〜６０℃。オートパワーオフ約２分。電源単４アルカリ電池２本。電池寿命約１．５年（毎日１０分使用時）。サイズ先端部大装着時約タテ２５１×ヨコ６５×高さ３０ｍｍ。重量先端部大装着時約９１ｇ（電池含む）。材料ＡＢＳ樹脂、ステンレス。以上である。この秤には、風袋引き機能がある。この秤による重さの計測は、先端部に計量スプーンを取り付けて、計測対象となる物体をすくうという、ひとつの動作で簡単に行うことができる。
【００２２】
この市販品の秤を用いて、雪密度の測定を行うべく、この秤に付属する先端部に取り付けるスプーンの重心位置と、上述の密度サンプラーの重心位置とが同じになるように設計し、上述の差込み突起の形状及び寸法を該スプーンに合わせるようにした。
【００２３】
さらに、この市販品の秤を用いる場合、秤本体を水平に保つ必要がある。そこで、斜面や足場の悪い現場でも容易に水平を取れるように、簡易水準器９９を表示部６０の近くの見やすい場所に取り付けることとした。簡易水準器９９は、気泡を閉じ込めてあり、中央の円内にその気泡がくるように保つことで当該機器の水平を取るものである。
【００２４】
秤の先端部の計量スプーンを密度サンプラーに取り替えることによる測定精度への影響を調べるため、重さの異なる４種類の分銅を用いて常温の室内で検証を行った。その結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】
【００２６】
この秤の精度は、前述したように概ね±０．１ｇであり、先端部の計量スプーンを密度サンプラーに交換しても製品本来の測定精度に変わりがないことを確認できた。
【００２７】
本発明に係る簡易雪密度測定器による測定と、従来の密度サンプラー（１００ｃｍ3）と上皿秤とを用いる測定との間で、その測定値と測定時間とにどれだけの違いがあるかを比較する試験を行った。比較試験は、独立行政法人防災科学技術研究所新庄支所の雪氷防災実験棟にて人工雪を用いて行った。この人工雪は、降雪後３週間ほど保管庫に保存されていた雪で、これをふるいに掛けたものを人力で集積し、さらに一晩、室温約−１０℃の環境に放置してから使用した。
【００２８】
表２は、測定器による雪密度の比較結果である。表２において「密度サンプラー」とのみ表記したのは、従来の１００ｃｍ3の密度サンプラーと上皿秤とを用いる測定を示す。「簡易密度測定器」と表記したのが、本発明に係る簡易雪密度測定器を用いた測定である。
【００２９】
【表２】
【００３０】
測定対象とした雪は、温度−９．７℃のしまり雪だが、人力により集積したため均質な状態ではなかった。しかし、表２に示す３回の測定値に着目すると、簡易雪密度測定器の方がばらつきが小さい。また、これらの平均値から求めた密度は両者でほぼ同じ値となった。表２はわずか１回の測定結果であるが、表１で示した分銅による精度検証結果と合わせて考えると、簡易雪密度測定器によって雪密度を正確にかつ安定した精度で測ることが可能であると考えられる。
【００３１】
表３は測定時間の比較である。従来の密度サンプラーによる測定は上皿秤を設置済みの状態で行った。測定時間の平均が２１．８秒であった。これに対し、本発明に係る簡易雪密度測定器では、１９．０秒となり、約１３％の時間短縮となった。従来方法の上皿秤の設置時間が実際にはかかっていることを考慮すると、本発明の時間短縮に対する寄与はさらに大きいものと言える。
【００３２】
【表３】
【実施例２】
【００３３】
図７は、Ｂタイプの密度サンプラーの平面図及び側面図である。図７（ａ）は、水平カッターの平面図及び側面図である。図７（ｂ）は、鉛直カッターの平面図及び側面図である。水平カッター２１は、水平カッター１１に比べて刃先の形状に特徴を有している。鉛直カッター２２は、鉛直カッター１２とほぼ同じである。に関しては雪の硬さ、雪質などによっては、実施例１の水平カッターよりも刃先の形状が異なるものを用いることが求められる場合がある。そこで、異なる形状の水平カッターを準備した。差込み突起２９は、差込み突起１９と同様である。
【実施例３】
【００３４】
図８は、Ｃタイプの密度サンプラーの平面図及び側面図である。図８（ａ）は、水平カッターの平面図及び側面図である。図８（ｂ）は、鉛直カッターの平面図及び側面図である。水平カッター３１の刃先形状にその特徴を有する。
【実施例４】
【００３５】
図９は、硬い雪の場合に用いる木柄の平面図及び側面図である（実施例４）。図１０は、木柄を秤本体に差し込むための計量治具の平面図及び側面図である（実施例４）。図１１は、木柄、計量治具、密度サンプラー、秤本体を組んだ状態を示す側面図である。
【００３６】
図９の木柄４０はできるだけ軽量かつ丈夫に作る。木柄４０の後ろ側にはフックを設け、計量治具４９の穴に掛けられるようにする。計量治具４９のその穴の位置は、密度サンプラー１０の重心位置に一致するように設計される。そして、木柄４０の先端部には、密度サンプラー１０、２０、３０のいずれかが固定される。プランジャーを用いて固定され、使用時には容易に外れないようにする。図１１のように組立てて用いる際には、秤の電源を入れて、雪の採取前に、木柄と密度サンプラーを結合させたものを計量治具４９にぶら下げて風袋引きを行う。その後、雪を採取して再びぶら下げて、水平を取った状態で測定を行う。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
雪氷調査の現場、道路維持管理の現場で用いる簡易雪密度測定器として用いるのみならず、土質調査についても、あまり硬くない粘性土などで土密度を計測可能である。したがって、簡易土密度測定器としての利用が可能である。また、同様に、肥料などの粒状体の密度測定も可能であるから、簡易粒状体密度測定器としての利用も可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１０，２０，３０ 密度サンプラー
１１，２１，３１ 水平カッター
１２，２２，３２ 鉛直カッター
１９，２９，３９ 差込み突起
４０ 木柄
４９ 計量冶具
５０ 秤本体
５１ 差込み突起受け口
５５ 圧電素子
５９ 信号処理部
６０ 表示部
７０ 制御部
７５ 回路基板
８０ 演算処理部
８１ 風袋引きボタン
８２ 密度計算ボタン
８３ 表示内容保持ボタン
８４ 風袋値記憶ボタン
８９ 記憶部
９０ 電源供給部
９１ 電源投入ボタン
９２ 電池ボックス
９９ 簡易水準器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定体積の雪を採取し秤本体に差し込む差込み突起を有する密度サンプラーと、該密度サンプラーの差込み突起を受ける差込み突起受け口を有する秤本体とからなる簡易雪密度測定器であって、
前記密度サンプラーは、
水平方向に動いて雪を筒状に切り取る水平カッターと、
該水平カッターが筒状に切り取った雪を鉛直方向に切り取る鉛直カッターと
を有し、
前記秤本体は、
前記密度サンプラーの重みを感じる部分に設けられた圧電素子と、該圧電素子の出力から前記密度サンプラーの重さを算出して表示する表示部と、風袋引き演算処理を実行する風袋引き演算処理部と、各部に必要な電源を供給する電源供給部と、電源投入ボタンと、風袋引きボタンと、簡易水準器と
を有することを特徴とする簡易雪密度測定器。
【請求項１】
一定体積の雪を採取し秤本体に差し込む差込み突起を有する密度サンプラーと、該密度サンプラーの差込み突起を受ける差込み突起受け口を有する秤本体とからなる簡易雪密度測定器であって、
前記密度サンプラーは、
水平方向に動いて雪を筒状に切り取る水平カッターと、
該水平カッターが筒状に切り取った雪を鉛直方向に切り取る鉛直カッターと
を有し、
前記秤本体は、
前記密度サンプラーの重みを感じる部分に設けられた圧電素子と、該圧電素子の出力から前記密度サンプラーの重さを算出して表示する表示部と、風袋引き演算処理を実行する風袋引き演算処理部と、各部に必要な電源を供給する電源供給部と、電源投入ボタンと、風袋引きボタンと、簡易水準器と
を有することを特徴とする簡易雪密度測定器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１３３２８１（Ｐ２０１１−１３３２８１Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９１６２２（Ｐ２００９−２９１６２２）
【出願日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 社団法人日本雪氷学会発行 雪氷研究大会（２００９・札幌）講演要旨集 第２０６ページ 平成２１年９月５日発行（その刊行物発表と密接不可分の研究集会は、雪氷研究大会（２００９・札幌）、社団法人日本雪氷学会主催、平成２１年１０月２日開催）
【出願人】（３０１０３１３９２）独立行政法人土木研究所 (107)
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 社団法人日本雪氷学会発行 雪氷研究大会（２００９・札幌）講演要旨集 第２０６ページ 平成２１年９月５日発行（その刊行物発表と密接不可分の研究集会は、雪氷研究大会（２００９・札幌）、社団法人日本雪氷学会主催、平成２１年１０月２日開催）
【出願人】（３０１０３１３９２）独立行政法人土木研究所 (107)
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