JP2017129364A - トルクセンサ、トルクセンサユニットおよび貫入試験機 - Google Patents
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て発生する回転負荷(トルク)と、第1ホルダと第2ホルダとの相対回転角度との関係は、予め試験を行うことにより取得しておくことができる。従って、同軸に配置された一方の部材に第1ホルダを接続して、他方の部材に第2ホルダを接続した状態として、第1ホルダと第2ホルダの相対回転角度を検出すれば、同軸に配置された2つの部材の間で発生するトルクを取得できる。
給電を行うための給電線や、検出器からの信号を外部に取り出すための信号線を、貫通孔を介して引き回すことができる。従って、これらの配線を軸線方向のいずれの側にも引き回すことができる。また、貫通孔は、第1ホルダと第2ホルダが相対回転する際の回転中心に近い位置を当該回転中心に沿って設けられる。従って、貫通孔を介して配線を引き回せば、第1ホルダと第2ホルダが相対回転した場合でも配線の変位が少なく、配線の断線を防止できる。
(スクリューポイントの回転負荷)を検出できる。よって、ロッドとスクリューポイントとからなる貫入ロッドの回転負荷とロッドの回転負荷とを別々に計測して、貫入ロッドの回転負荷からロッドの回転負荷を差し引くなどの作業を行うことなく、スクリューポイントの回転負荷を取得できる。
図1は本発明を適用した貫入試験機の説明図である。図1に示す貫入試験機はスウェーデン式サウンディング方法による地盤の調査に用いられる。貫入試験機1は地盤に突き刺す貫入ロッド2を備える。貫入ロッド2は、ロッド5、ロッド5と同軸に配置されたスクリューポイント6、および、ロッド5とスクリューポイント6の間に同軸に配置されてロッド5とスクリューポイント6とを接続するセンサ機構部7を備える。また、図示を省略するが、貫入試験機1は、ロッド5におけるスクリューポイント6とは反対側の端部分に錘とハンドルを備える。なお、貫入試験機1は、ロッド5におけるスクリューポイント6とは反対側の端部分に、貫入ロッド2を地中に貫入させるためのアクチュエーターを備える場合がある。以下では、貫入ロッド2が地盤に突き刺される際の姿勢を基準姿勢とし、ロッド5の位置する側を上下方向Xの上方X1、スクリューポイント6の位置する側を上下方向Xの下方X2として説明する。
図2はトルクセンサ10の外観斜視図である。図2はケースを取り除いたトルクセンサ10の外観斜視図である。図3は第1筒状部材および第2筒状部材を取り除いたトルクセ
ンサ10の斜視図である。図4は第1筒状部材および第2筒状部材を取り除いたトルクセンサ10の縦断面図である。図2に示すように、トルクセンサ10は、筒状のケース17と、ケース17の内周側に配置されたセンサ本体23を備える。ケース17の上端部分とセンサ本体23との間には第1Oリング18が介在する。ケース17の下端部分とセンサ本体23の間には第2Oリング19が介在する。第1Oリング18および第2Oリング19はケース17の内周側に異物が侵入することを防止する。
弾性体保持孔37の形状は第1ホルダ26の第1弾性体保持孔31の形状と同一である。また、ホルダ本体部材33は第1弾性体保持孔31と同数の第2弾性体保持孔37を備える。従って、ホルダ本体部材33は8つの第2弾性体保持孔37を備える。
次に、図6および図7を参照して荷重センサ9を説明する。図6(a)は荷重センサ9の斜視図であり、図6(b)は荷重センサ9の分解斜視図である。図7は荷重センサ9の縦断面図である。荷重センサ9は、筒状部材61と、軸線L方向に移動可能な状態で筒状部材61に挿入された可動部材62を備える。また、荷重センサ9は、筒状部材61に挿入されたバネ部材63と、筒状部材61の内側に配置された検出器64と、筒状部材61の上端開口縁に固定された環状のストッパ部材65を備える。ストッパ部材65の内周面にはOリング59が取り付けられている。検出器64はマグネット66と磁気センサユニット67を備える。
地盤の調査では、貫入ロッド2を地盤に突き刺して地中に貫入させる。ここで、貫入ロ
ッド2を地中へ貫入させる間にスクリューポイント6からロッド5の側に向かって軸線L方向にかかる荷重は荷重センサ9により取得されてデータロガー14に記憶保持される。また、貫入ロッド2を地中へ貫入させる間にロッド5とスクリューポイント6との間で発生する回転負荷(スクリューポイント6の回転負荷)は、トルクセンサ10により取得されてデータロガー14に記憶保持される。
本例のトルクセンサ10によれば、同軸に配置されたロッド5とスクリューポイント6の間で発生するトルクを取得できる。また、トルクセンサ10では、第1ホルダ26と第2ホルダ27を接続する各弾性体25は、それぞれの材軸方向を軸線L方向に向けており、軸線L回りを等角度間隔に配置されている。従って、弾性体25に回転負荷が加わったときに、各弾性体25の材軸方向が軸線Lに対して傾斜している場合と比較して、第1ホルダ26と第2ホルダ27の同軸状態が崩れることを抑制できる。また、弾性体25に回転負荷が加わったときに、複数本の弾性体25の配置が等角度間隔でない場合と比較して、第1ホルダ26と第2ホルダ27の同軸状態が崩れることを抑制できる。従って、第1ホルダ26と第2ホルダ27との間で発生する回転負荷(トルク)を正確に取得できる。
い。この場合には、貫入ロッド2を地中に貫入させたときに、地上において、貫入ロッド2にかかる荷重やスクリューポイント6の回転負荷をモニタリングすることができる。
トルクセンサ10では、弾性体25は第1ホルダ26の第1弾性体保持孔31と第2ホルダ27の第2弾性体保持孔37に着脱可能に保持される。従って、図8に示す変形例1のトルクセンサ10´のように、弾性体25の本数を、第1弾性体保持孔31と第2弾性体保持孔37の数を上限として増減させることができる。これにより、トルクセンサ10のダイナミックレンジや感度を容易に変更できる。
次に、上記のトルクセンサ10を複数同軸に連結したトルクセンサユニットを説明する。図9はトルクセンサユニットの斜視図である。本例のトルクセンサユニット80は、同軸に連結された第1トルクセンサ10Aと第2トルクセンサ10Bとを有する。第1トルクセンサ10Aの第2ホルダ27は、筒状連結部材81を介して、第2トルクセンサ10Bの第1ホルダ26と相対回転不能に接続されている。
第1部材85と第2部材86との間で発生する回転負荷(トルク)を測定できる。この場合、第1トルクセンサ10Aの第1ホルダ26を第1部材85に接続し、第2トルクセンサ10Bの第2ホルダ27を第2部材86に接続する。そして、第1トルクセンサ10Aの検出器28からの信号および第2トルクセンサ10Bの検出器28からの第2信号に基づいて、第1部材85と第2部材86との間で発生する回転負荷を取得する。
図10はその他の実施の形態のトルクセンサの説明図である。図11は図10のトルクセンサによるトルクの取得方法の説明図である。図11(a)はトルクセンサを第1ホルダの側から見た場合の平面図であり、図11(b)はトルクセンサが搭載する磁気センサから出力される信号のグラフである。
ト96と第2マグネット97とは軸線L回りで角度θだけ離間する角度位置に配置されている。本例では、角度θは90°である。
5・・・ロッド
6・・・スクリューポイント
10・10´・10A・10B・90・・トルクセンサ
25・・・弾性体
25a・・・上端部分(第1端部分)
25b・・・下端部分(第2端部分)
26・・・第1ホルダ
26b・・・中心孔
27・・・第2ホルダ
28・・・検出器
31・・・第1弾性体保持孔
37・・・第2弾性体保持孔
38・・・貫通孔
40・・・第2ホルダ本体部
41・・・軸部
41a・・・突出部分
45・・・マグネット
80・・・トルクセンサユニット
98・・・磁気センサユニット
101・・・第1磁気センサ
102・・・第2磁気センサ
L・・・軸線
Claims (12)
- 並列に配置された複数本の棒状の弾性体と、
各弾性体の材軸方向の第1方向の第1端部分を保持する第1ホルダと、
前記第1ホルダと同軸に配置され、各弾性体の前記第1方向とは反対の第2方向の第2端部分を保持する第2ホルダと、
前記第1ホルダと前記第2ホルダとが当該第1ホルダおよび当該第2ホルダの軸線回りに相対回転した相対回転角度を検出する検出器と、を備えることを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項1において、
前記第1ホルダは、各弾性体の第1端部分が着脱可能に挿入された複数の第1弾性体保持孔を備え、
前記第2ホルダは、各弾性体の第2端部分が着脱可能に挿入された複数の第2弾性体保持孔を備えることを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項2において、
前記第1端部分は、接着剤により前記第1ホルダに固定され、
前記第2端部分は、接着剤により前記第2ホルダに固定されていることを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項2または3において、
複数の前記第1弾性体保持孔は、前記軸線を中心とする環状に配列されおり、
各第2弾性体保持孔は、前記軸線方向から見た場合に、各第1弾性体保持孔と重なる位置に設けられており、
各弾性体は、それぞれの材軸方向を前記軸線方向に向けており、
複数本の前記弾性体は、前記軸線回りで等角度間隔に配置されていることを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項4において、
前記第2ホルダは、前記第2弾性体保持孔を備える第2ホルダ本体部と、前記第2ホルダ本体部から前記軸線に沿って前記第1ホルダの側に延びる軸部と、を備え、
前記第1ホルダは、前記軸線と重なる位置に前記軸部を挿通可能な中心孔を備え、
前記軸部は、前記中心孔を貫通して前記第1ホルダから前記第2ホルダとは反対側に突出した突出部分を備え、
前記検出器は、前記突出部分と前記第1ホルダとの相対回転角度を検出することを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項5において、
前記第2ホルダは、前記軸部および前記第2ホルダ本体部を前記軸線方向に貫通する貫通孔を備えることを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項1ないし6のうちのいずれか一項において、
前記第1ホルダと前記第2ホルダとが相対回転する回転角度範囲を所定の回転角度範囲に規制する回転規制機構を備えることを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項5において、
前記検出器は、前記軸部または前記第1ホルダの一方に取り付けたマグネットと、他方に取り付けられて前記マグネットの磁界を検出する磁気センサと、を備えることを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項5において、
前記検出器は、前記第1ホルダに取り付けた第1マグネットと、前記軸部に取り付けた第2マグネットと、前記軸部および前記第1ホルダから外周側に離間する位置に配置した磁気センサユニットを備え、
前記磁気センサユニットは、前記第1マグネットの磁界を検出する第1磁気センサと、前記第2マグネットの磁界を検出する第2磁気センサと、を備えることを特徴とするトルクセンサ。 - 第1トルクセンサと、
第2トルクセンサと、を有し、
前記第1トルクセンサおよび第2トルクセンサは、それぞれ請求項1ないし9のうちのいずれか一項に記載のトルクセンサであり、
前記第1トルクセンサの第1ホルダまたは前記第2ホルダは、前記第2トルクセンサの第1ホルダまたは第2ホルダに相対回転不能な状態で同軸に接続されていることを特徴とするトルクセンサユニット。 - 請求項10において、
前記第1トルクセンサが備える前記弾性体の本数と前記第2トルクセンサが備える前記弾性体の本数とは、異なることを特徴とするトルクセンサユニット。 - ロッドと、
前記ロッドの先端側に配置されたスクリューポイントと、
請求項1ないし8のうちのいずれか一項に記載のトルクセンサと、を有し、
前記トルクセンサは、前記ロッドと前記スクリューポイントとの間に配置され、
前記トルクセンサにおける前記第1ホルダおよび前記第2ホルダのいずれか一方は前記ロッドに相対回転不能に接続され、他方は前記スクリューポイントに相対回転不能に接続されていることを特徴とする貫入試験機。
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