JPH1193152A - 地層調査用貫入試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地層調査における貫入試験の計測を容易にし
且つ測定精度を向上させる。 【解決手段】 地層調査用の貫入ポール３の軸方向への
移動が可能なように、測定機本体２１をポール３に外装
して被検地層側に固定的に設け、ポール３側に設けられ
た検出対象部のポール軸芯方向の移動を検出する検出装
置を測定機本体２１に支持して設け、上記検出装置に接
続して設けたコンピュータよりなる測定制御装置３５に
よりポール３の貫入量を演算する装置で、検出装置を、
検出対象部に圧接するように軸支され、ポール３の軸芯
方向への移動に伴って回転するローラ６８と、該ローラ
６８と連結され、ローラ６８の回転方向と回転角度を検
出するセンサ６４とにより構成した、又は検出対象部を
ポール３と一体的に連動する識別杆５６に設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は主として地層調査
に際して行われる標準貫入試験等の地層調査用貫入試験
方法とその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来地盤に対するボーリングや掘削工事
に先立って、地層の硬さ等を調査するための標準貫入試
験は、先端にサンプラーをはした試験用ポールを被検地
層に対して貫入方向に支持し、ポールヘッドにハンマー
を繰り返し落下させ、所定寸法（通常は３００ｍｍ）貫
入するのにハンマーを何回落下させる必要があるかの打
撃数を調べることによって行い、一般に１５０ｍｍの予
備打ち，３００ｍｍの本打ち，５０ｍｍの後打ちの順に
分けられ、各工程で地層内のサンプリングを行う方法が
採用されている。

【０００３】そしてこの貫入試験時の貫入量はポール周
面にチョーク等で目印をはした目測による等の原始的な
方法のほか、ポール側上端部にロープを係止し、ロープ
の巻取量をポテンションメーターで検出し、またハンマ
ーのリバウンドはリバウンド時間より算出するととも
に、さらにこれらを計測制御装置で処理してプリントす
る等の方法や装置が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし従来の方法中、
チョーク等を用いた目測では測定が不正確であり、計器
計測による場合も測定現場において計測制御装置による
各種の複雑な初期設定が必要であり、これらの制御器操
作が現場環境に馴染まない等の問題がある。この発明は
これらの問題を改善し、計測が簡単で正確に行える方法
と装置を提供せんとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めの本発明の地層調査用貫入試験装置は、地層調査用の
貫入ポール３に対し、ポール３が軸方向移動可能な如く
外装され被検地層側に固定的に支持される測定機本体２
１と、該測定機本体２１に支持され、ポール３側に設け
られた検出対象部のポール軸芯方向の移動を検出する検
出装置とを設け、該検出装置の検出データを処理してポ
ール３の貫入量を演算するコンピュータよりなる測定制
御装置３５を上記検出装置に接続して設け、上記検出対
象部をポール３と一体的に連動する識別杆５６に設けた
ことを第１の特徴としている。

【０００６】また検出装置又は測定制御装置３５が、少
なくとも１つの検出対象部の移動検出データを検出対象
部のセンシング状態に応じたＯＮ、ＯＦＦのパルス信号
とする装置であり、上記測定制御装置３５内に、上記パ
ルス信号の長さを管理することによりポール３が貫入さ
れる正進方向の移動量と、ポール３のリバウンド時の逆
進方向の移動又はポール３の静止状態を感知してポール
貫入量を算出する処理装置を設けてなることを第２の特
徴としている。

【０００７】さらに測定制御装置３５内に、少なくとも
１つの検出対象部の移動検出データによるＯＮ，ＯＦＦ
のパルス信号の間隔を管理することによりポール３を貫
入せしめるためにポール３側に与えられる打撃回数を算
出する処理装置を設けてなることを第３の特徴としてい
る。

【０００８】そして地層調査用の貫入ポール３に対し、
ポール３が軸方向移動可能な如く外装され被検地層側に
固定的に支持される測定機本体６１と、該測定機本体６
１に支持され、ポール３側に設けられた検出対象部のポ
ール軸芯方向の移動を検出する検出装置とを設け、該検
出装置の検出データを処理してポール３の貫入量を演算
するコンピュータよりなる測定制御装置３５を上記検出
装置に接続して設け、上記検出装置を、検出対象部に圧
接するように軸支され、ポール３の軸芯方向への移動に
伴って回転するローラ６８と、該ローラ６８と連結さ
れ、ローラ６８の回転方向と回転角度を検出するセンサ
６４とにより構成したことを第４の特徴としている。

【０００９】

【発明の実施の形態】図面は本発明の一実施形態を示
し、図１は標準貫入試験作業時の機器配置と作業状態を
示す全体正面図であり、被検地である地盤１上には、ポ
ールホルダ２により貫入用のポール３を貫入方向に支持
する油圧及び吊り上げ用の駆動装置４が配置されている
とともに、該駆動装置４のまわりには上記ポール３の軸
芯上に頂点を形成する支柱６が組立て配置されており、
また上記ポール３の上端と支柱６の頂点間には滑車７を
介して油圧式の自動落下装置８がワイヤ９によって吊り
下げられて介設されている。

【００１０】そして上記自動落下装置８は上端に昇降ス
トロークするロッド１１を備えた油圧シリンダ１２と、
該油圧シリンダ１２に外装してロッド１１のストローク
により昇降スライドするハンガー装置１３，上記ハンガ
ー装置１３に係脱自在に把持され、上昇スライド時に把
持されてハンガー装置１３とともに上昇し、上昇位置で
解放されてシリンダー１２に沿って自由落下するハンマ
１４（ＪＩＳにおける標準貫入試験の場合、６３．５ｋ
ｇで落下高７５ｃｍ）、該ハンマ１４の落下時にその衝
撃荷重を受けてポール３の上端に伝えるノッキングヘッ
ド１６等により構成され、ハンガー装置１３は図示する
ように下降位置でハンマ１４のヘッド部に係止され、上
昇位置で該係止を解除する開閉自在なフックにより構成
されており、これらの装置及びポール３への装着方法等
はいずれも現用されている公知のものである。

【００１１】次に上記配置に対する本発明における貫入
測定装置と測定結果を処理制御する制御装置の装備につ
いて説明する。この例では地盤１内へのポール立込みを
ガイドするために予め立込み固定されている筒状のガイ
ド１７の上端内にガイド固定パイプ１８が挿入固定され
ているとともに、このガイド固定パイプ１８内にポール
３が挿通されており、上記ガイド固定パイプ１８の上端
に、硬質ゴム又は弾力性を有するプラスチック等の弾性
体又は金属等の剛体からなる支持体１９を介して筒状の
貫入測定装置の測定機本体２１が、ポール３に外装され
るように装着固定されている。

【００１２】そして上記本体２１の上下端には内部に弾
力性を有する耐水性のリングからなるシール部材２２を
内挿した（図２参照）シールリング２３が着脱自在に装
着されており、上記シール部材２２はポール３に上下ス
ライド自在に外装され、昇降するポール３周面の泥水等
を払拭除去する。なお上記測定機本体２１は装置の便宜
上左右に分割接合可能な構造が望ましい。

【００１３】一方上記本体２１の中間部周面側にはＴ字
形に交差する筒状のセンサユニット取付部２４が連通し
て形成されており、該取付部２４内は中央で略水平な仕
切壁２６により上下２室に仕切られている。このとき該
仕切壁２６は後述する上下のセンサの感知機能の干渉を
防止するためのものであり、取付部２４内には上下に仕
切られた空間からなる測定室２４ａ，２４ｂが形成され
ている。

【００１４】また上記取付部２４の筒状開口端には、筒
状のセンサケース２７が挿脱自在に挿入されて着脱可能
に取り付けられ、その内部中央には水平方向の仕切壁２
８が設けられるとともに、仕切られた上下の空間にはそ
れぞれポール３周面に向かったレーザ光（レーザ光線）
発生部からなる発光センサ２９と、ポール周面から反射
したレーザ光（レーザ光線）を受光感知する受光ダイオ
ード等の受光素子からなる受光センサ３１とがそれぞれ
収容設置されている。

【００１５】つまり各測定室２４ａ，２４ｂ内に発光セ
ンサ２９と受光センサ３１とにより構成されるレーザ光
の送受光センサＳ１，Ｓ２が配置され、この上下に設け
られたセンサＳ１，Ｓ２からなるポールの移動検出用の
検出装置であるセンサＳ（検出の詳細は後述する）がセ
ンサケース２７内に収容され、全体として１ユニット
（センサケース２７内に収容される送受光センサＳ１と
Ｓ２で１ユニットとなる）として構成されている。そし
て各センサＳ１，Ｓ２は後述するコントロールボックス
３３（図４参照）に電気的に接続されている。

【００１６】なお上下の各センサＳ１，Ｓ２は実際の構
成では上下各室内において左右に並列配置されており、
また測定室２４ａ，２４ｂとセンサケース２７内とは、
各センサＳ１，Ｓ２の機能保護と確保のために強化ガラ
ス板等によって形成された仕切板３４によって仕切られ
ている。このとき図３（Ａ），（Ｂ）に示されるように
該仕切板３４により反射される発光センサ２９からのレ
ーザ光を受光センサ３１が容易に受光感知しないよう、
仕切板３４の発光及び受光センサ２９，３１に対向する
面をレーザ光の進行方向に対して傾斜せしめ、仕切板３
４による反射光（直接反射光）の進行方向を受光センサ
３１に対向させない構成としてもよい。

【００１７】この場合は受光センサ３１は仕切板３４か
らの反射光の影響が比較的少ない環境でポール３周面か
らの反射光のセンシングを行うことができ、センシング
結果の信頼度が向上する。このとき仕切板３４は図３
（Ａ）に示されるようにレーザ光の進行方向に対して傾
斜せしめて配置したプレートにより形成することや、受
光及び発光センサ２９．３１に対向する面がレーザ光の
進行方向に対して傾斜した多角形断面を有する立体物等
で形成することが可能である。

【００１８】一方上記各センサ取付構造に対応し、上記
測定室２４ａ，２４ｂに対向して移動する範囲における
ポール３の周面には、図２等に示されるように前記セン
サからのレーザ光の反射率が高い（反射量が多い）反射
部３６ａと反射率が低い（反射量が少ない）吸収部３６
ｂとを備えたバーコード等からなる検出対象部である識
別部３６が印刷，シール貼着又は表面加工等により設け
られている。

【００１９】この例では識別部３６は同一幅（約５ｍ
ｍ）で交互にレーザ光の反射率が高い白，反射率が低い
黒（明，暗）に間欠的に表示された識別部となってお
り、センサＳ１又はＳ２が明（白）部に対向すると、セ
ンサＳ１又はＳ２は受光センサ３１が反射光を感知（セ
ンシング）して出力（受光センサ３１の出力）がＨｉｇ
ｈとなり、暗（黒）部に対向するとセンサＳ１又はＳ２
は受光センサ３１が反射光を感知せず出力（受光センサ
３１の出力）がＬｏｗとなる。

【００２０】なお一般的に上記センサＳ１，Ｓ２は、レ
ーザ光の焦点距離に測定物を配置することにより、最も
測定感度が高くなる（反射光の強さの誤差に対する影響
が比較的少ない）が、この場合はセンサＳ１，Ｓ２と測
定物との距離の誤差に比較的大きな影響を受け、一方セ
ンサＳ１，Ｓ２と測定物との距離を焦点距離より短く設
定すると、感度は落ちる（レーザー光のスポット径が大
きくなり、反射光の強さの誤差に対する影響が比較的大
きい）が、この場合はセンサＳ１，Ｓ２と測定物との距
離の誤差に対する影響が比較的少ないという特色があ
る。

【００２１】上記は例えば焦点距離が１８．５ｍｍの場
合、センサＳ１，Ｓ２と測定物（識別部３６）との距離
が１６〜１９ｍｍの間でしかＨｉｇｈ，Ｌｏｗの判断が
できないが、センサＳ１，Ｓ２と識別部３６との間を１
８．５ｍｍより短い８ｍｍに設定することで、０〜１１
ｍｍの間でＨｉｇｈ，Ｌｏｗの判断が可能となるという
ことである。

【００２２】このため本発明ではポール３（識別部３
６）に対するセンサＳ１及びＳ２の距離を、センサＳ１
及びＳ２（レーザ光）の焦点距離より短い距離に設定
し、一般的にぶれながら昇降するポール３のぶれを比較
的広い測定距離により吸収するように構成されている。
このときセンサＳ１，Ｓ２のＯＮ，ＯＦＦ（Ｈｉｇｈ，
Ｌｏｗ）切り換え（感度）の調節は、仕切板３４の設置
後に行われ、仕切板３４による測定に対する悪影響を取
り除くと共に、反射光の誤差に対する影響がより少なく
なるように測定環境を保護している。

【００２３】なおポール３に識別部３６を施す方法とし
ては、焼付けや溶接による塗装の他、同一幅の白と黒の
模様（メッシュ）が施されたシールやガムテープ等で形
成された粘着式識別部をポール３に巻き付け粘着せしめ
る、上記メッシュが形成された強化プラスチック，ラバ
ー，ウレタン等からなる円筒状のメッシュ筒をポール３
に外嵌せしめる、メッシュの幅でポール３の表面を凹凸
状に形成して凹部を金属やペイント等で埋める、メッシ
ュ幅の金属，プラスチック，ラバー，ウレタン等からな
るメッシュを構成する２色（白と黒）のリングをそれぞ
れ形成せしめ、該２色のリングを交互にポール３に外嵌
せしめる等が考えられ、上記の方法により容易に損傷す
ることがない識別部３６を形成することができ、センサ
Ｓによる測定時の誤差や測定ミスが減少する。

【００２４】一方上記コントロールボックス３３は図１
に示されるように測定現場に配置されるとともに、図４
に示されるように概念構成され、内部にはボードコンピ
ュータからなる測定制御装置３５，入出力又は所定操作
用の操作パネル３７，ＬＣＤ等からなる表示装置３８，
ＰＯＳプリンタ等からなるプリンタ３９，ラム（ＲＡ
Ｍ）又はフロッピーデスク（ＦＤ）等の補助記憶装置４
１，センサＳ１，Ｓ２の受光信号をデジタル信号に変換
して制御装置３５に入力する信号変換ボード（回路）４
２及びこれらの諸装置の電源部４３，センサケース２７
を含めたセンサユニットが格納可能なセンサユニット格
納部４４等が設けられ、持ち運び携帯可能に構成されて
いる。

【００２５】また上記測定制御装置３５は、センサＳ
（センサＳ１，Ｓ２）による計測情報を演算処理して、
測定結果を算出する処理装置とプログラムとを内蔵して
いるが、上記センサＳによる計測データや処理結果その
他の記憶データを通信回線（例えばＲＳ２３２Ｃ）等を
介して他のコンピュータ（パソコン）に接続するための
信号変換回路を内蔵し又はこれを装着可能な構成となっ
ている。

【００２６】これにより測定制御装置３５のすべての測
定データ又は処理データ等は他のコンピュータで別途解
析又は任意に再現確認することが可能である。なおコン
トロールボックス３３内の電源は携帯の都合上電池が好
ましいが、一般家庭用電源，バッテリー（蓄電池），発
電機等に接続使用することも可能である。

【００２７】このときコントロールボックス３３は図５
に示されるような外観をなしているが、操作パネル３７
はコントロールボックス３３に対して着脱可能なボック
ス形状のユニット４６となっており、つまり操作パネル
３７（操作パネルユニット４６）は通常はコントロール
ボックス３３の所定位置３３ａに挿入配置されており、
必要な場合コントロールボックス３３から取り外して単
独で使用することができる（コントロールボックス３３
をリモートコントロールできる）構造となっている。

【００２８】なお図５ではコントロールボックス３３と
操作パネルユニット４６はケーブル４７で接続されてい
るが、場合によっては赤外線や電波を使用してコードレ
ス化しても良く、この場合コントロールボックス３３か
らより離れた位置でコントロールボックス３３のリモー
トコントロールが可能となる。また操作パネル３７の操
作は、操作パネルユニット４６がコントロールボックス
３３内に収容された状態でも操作が可能である。一方通
常操作パネルユニット４６はコントロールボックス３３
内に収容されているため、コントロールボックス３３と
の一体的な持ち運びが容易である。

【００２９】一方地層の硬さ等を調査するための標準貫
入試験は前述のように、ポール３を所定寸法（通常は３
００ｍｍ）貫入するのにハンマ１４を何回落下させる必
要があるかの打撃数を調べることによって行われる。こ
のためハンマ１４によるノッキングヘッド１６への打撃
数を測定する打撃検知装置３０が（図１参照）設置され
ている。

【００３０】このとき打撃検知装置３０には、ワイヤ
９，ハンマ１４，ノッキングヘッド１６等に取り付けら
れた打撃を感知するセンサ（打撃センサ）４８（図６参
照）が接続されており、打撃検知装置３０は該打撃セン
サ４８からの情報により打撃回数をカウントし、制御装
置３５側に打撃回数の情報を送るように構成されてい
る。なお打撃センサ４８を制御装置３５側に接続し、該
制御装置３５に打撃センサ４８からのデータにより打撃
回数を演算する処理装置やプログラム等を備えさせて打
撃回数を測定するように構成しても良い。

【００３１】図６（実線）は打撃センサ４８をノッキン
グヘッド１６に取り付けた例について示してある（他の
構成は図１と同一である）が、打撃センサ４８は、図７
に示されるように円柱形状の物体に容易に取り付けるこ
とができる形状変更自在な金属製等のベルト４９とバッ
クルのように該ベルト４９の長さを調節固定することが
できる調節部５１とからなる固定具５２と、上記ベルト
に着脱自在に取り付けられるブラケット５３を介してノ
ッキングヘッド１６固定されている。

【００３２】これにより調節部５１の調節によるベルト
４９のノッキングヘッド１６に対する着脱により打撃セ
ンサ４８の着脱が容易となり、機器の設置が容易となる
ほか、打撃センサ４８を図６（想像線）に示されるよう
にワイヤ９，ハンマ１４等の径の異なる円柱状又は他の
形状の物体（立体）に着脱自在に容易に取り付けること
ができ、取り付け位置や方向等の打撃センサ４８の取り
付けの自由度が比較的高くなっている。またワイヤ９，
ハンマ１４，ノッキングヘッド１６に対応する長さのベ
ルト４９を予め用意しておき、打撃センサ４８を各位置
に取り付ける際に、各取り付け位置に対応するベルトを
使用するようにしてもよい。

【００３３】なお打撃センサ４８としてノッキングヘッ
ド１６又はハンマ１４等との接触により打撃を感知する
接触式センサ（例えばリミットスイッチ，回転棒を用い
たセンサ等），ハンマの打撃圧力を直接又は空気の圧縮
により検知して打撃を感知する圧力センサ等の接触非接
触兼用センサ，ハンマ１４とノッキングヘッド１６の距
離を測る光学，磁気，金属感知センサ、打撃時の振動，
周波，音量，音圧等を測る音，振動，加速度センサ等の
非接触タイプセンサ等が考えられる（本件の場合、近接
スイッチである金属センサが使用されている）。

【００３４】次に本発明による貫入測定方法を改めて具
体的に説明する。図８に示すように本例ではポール３が
どれだけ移動したかを検出する方法として、次の原理を
使用している。即ち、移動対象のポール３に一定幅の濃
淡のはっきりした（白・黒）メッシュをペイント等によ
り形成して識別部３６とし、このメッシュに対し、鋭利
な光（レーザ光や光ファイバから発光されるファイバ光
等）を当てたとき反射される光の強弱を受光センサ３１
で測定し、この強弱の信号をデジタル化することによっ
てＯＮ，ＯＦＦ（Ｈｉｇｈ，Ｌｏｗ）のパルス信号に置
き換え、このパルス信号をカウントすることで移動距離
を知るものである。

【００３５】そして本実施形態ではレーザ光の反射率が
高いメッシュの白（淡色）部分（反射部３６ａ）にレー
ザ光が照射されていると受光センサ３１がレーザ光の反
射光を感知してＨｉｇｈを出力し、該信号が信号変換回
路４２によりＯＮ信号に変換され、ＯＮ信号として制御
装置３５側に出力され、一方レーザ光の反射率が低いメ
ッシュの黒（濃色）部分（吸収部３６ｂ）にレーザ光が
照射されていると受光センサ３１はレーザ光の反射光を
感知せずＬｏｗを出力し、該信号が信号変換回路４２に
よりＯＦＦ信号に変換され、ＯＦＦ信号として制御装置
３５側に出力されることで、識別部３６に応じたＯＮ，
ＯＦＦのパルス信号が制御装置３５側に入力される。

【００３６】具体的に移動距離の測定例について説明す
ると、上記原理図（図８）では最初にレーザ光が当たっ
ていた位置からの位置までくるようにポール３が貫入
移動した場合について示しており、この場合明暗に応じ
たパルス信号が８回発生して７回変化する。その結果メ
ッシュ幅（白部分及び黒部分の移動方向の長さ）をａと
し、レーザ光のビーム（レーザスポット）径を０とする
と、ポール３の移動距離Ｌはａ×７−α＜Ｌ＜ａ×７＋
α（αは誤差であり、０＜α＜ａ）移動したと演算する
ことができ、所定の誤差を含むポール３の移動距離を測
定することができる。

【００３７】なお上記原理による実験の結果、メッシュ
幅２ｍｍまでの測定が可能であったが、現在のレーザ発
生装置のビーム（ビーム径）が適正位置で２ｍｍ×０．
７ｍｍの楕円であるためポール３傾きの誤差（これにつ
いては改めて後で考察する）を考慮すると実験室レベル
ではこのあたりが限界と思われ、また実際の現場では、
ポール３の汚れ，傾き，振動，セッティングの問題から
５ｍｍ〜１０ｍｍが限界で、５ｍｍ程度のメッシュ幅が
実用的と考えられる。

【００３８】また５ｍｍメッシュ幅が実用的と考えられ
る理由として他に、ポール３に対し防水，防泥対策を施
しても何らかのごみが付着する可能性は残るため、適当
な幅をもたすことが必要であり、またポール３がレーザ
光に対し傾くことに対し許される幅を考えたとき、機械
的誤差等を考えるとこの幅程度が必要だと考え得るもの
等がある。そして５ｍｍメッシュ時、約７００ｃｍ／秒
の移動スピードで測定が可能であり、これは信号解析の
回路系の改良によってさらに実用的な高精度に十分改善
できる。

【００３９】一方ハンマ１４がノッキングヘッド１６を
打撃した場合、一般的にポール３は地盤（被検知層）に
一旦所定量貫入された後、反力により貫入方向の逆方向
に跳ね返り移動（リバウンド）し、再度貫入方向に移動
し、再度リバウンドし、これを繰り返して静止する（場
合によってはリバウンド中にハンマ１４の打撃時のリバ
ウンドにより再度打撃される）。

【００４０】このため本実施形態では２つのセンサＳ
１，Ｓ２を１ユニットとして、図２のようにメッシュ幅
に応じた上下方向に一定間隔を置いてセットし、２つの
センサＳ１，Ｓ２からのデータによりポール３の移動距
離の他、移動方向の反転を測定することができる構成と
なっており、次にこの移動方向の反転の測定原理につい
て説明する。

【００４１】上記２つのセンサＳ１，Ｓ２の間隔ｄは、
２つのセンサＳ１，Ｓ２から出力される明暗のパターン
として、以下の４つのパターンが得られる間隔である２
ａｎ＋ａ／２（ｎは正の整数）となっている。 センサＳ１ Ｈｉｇｈ − Ｌｏｗ センサＳ２ センサＳ１ Ｌｏｗ − Ｌｏｗ センサＳ２ センサＳ１ Ｌｏｗ − Ｈｉｇｈ センサＳ２ センサＳ１ Ｈｉｇｈ − ＨＩｇｈ センサＳ２

【００４２】そしてこの４つのパターンの発生の順番を
調べることによってポール３の逆進を知ることができ
る。つまりポール３が所定の方向に進行すると、ある規
則的な順で各パターンが発生するが、このパターンの順
がそれまでとは逆転した場合ポール３は逆進したことに
なる。次に図９〜図１２に従って具体的に説明する。

【００４３】図９は２つのセンサＳ１，Ｓ２が２ａ＋ａ
／２＝（５／２）ａの間隔で配置され（センサＳ２がセ
ンサＳ１の上方の位置する）、ａ幅のメッシュ（メッシ
ュ幅がａであるメッシュという意味）で識別部３６が形
成されたポール３が下方向に４ａ進んだところで反転
し、２ａ上方向に進んだ場合の例のポール３（識別部３
６）とセンサＳ（センサＳ１，Ｓ２）の位置関係を示す
図である。この場合センサＳ１はのメッシュからの
メッシュまでスキャンしたところで反転してのメッシ
ュまでスキャンし、センサＳ２はのメッシュからの
メッシュまでスキャンしたところで反転しのメッシュ
までスキャンすることになる。

【００４４】このとき上記センサＳ１，Ｓ２のスキャン
（レーザ光の当たる面の明暗の測定）によるパルス信号
（制御装置３５に入力される両センサＳ１，Ｓ２から信
号変換ボード４２を介したパルス信号）は、図１０に示
すパターンとなり、また該パターンをセンサＳ１，Ｓ２
のＨｉｇｈ，Ｌｏｗ（ＨｉｇｈをＨ，ＬｏｗをＬとす
る）のパターンの組み合わせによって区切れば、図１１
（Ａ），（Ｂ）のグラフ及び表に示す様に（１）〜（１
３）の組み合わせになる。

【００４５】そしてＬｏｗ−Ｌｏｗ＝Ａ，Ｌｏｗ−Ｈｉ
ｇｈ＝Ｂ，Ｃ…Ｈｉｇｈ−Ｈｉｇｈ＝Ｃ，Ｈｉｇｈ−Ｌ
ｏｗ＝Ｄ（センサＳ１の出力−センサＳ２の出力）とし
て、センサＳ１，Ｓ２の状態をこのルールで規則化する
と、上記Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにより区分して記号化でき、さ
らにこれを各測定ポイント順に記号配列すると図１２の
ようになり、同表中のポイント（１０）以降Ａ〜Ｄのパ
ターンが逆順になっていることから、（９）と（１０）
の間でポール３が逆進したことが検出（測定）できる。

【００４６】一方ポール３の移動距離は前述の原理によ
り測定できるが、上記のように２つのセンサＳ１，Ｓ２
が上記間隔で設定されているため、パルス信号の変化は
最大ａ／２毎に発生し、ポール３の移動量Ｌが前述の原
理により（ａ／２）×（パルスの変化回数）−β＜Ｌ＜
（ａ／２）×（パルスの変化回数）＋β（βは誤差であ
り、０＜β＜ａ／２）となる。

【００４７】以上により図９の例では図１２の表から、
（１０）以降Ａ〜Ｄのパターンが逆順になっているとと
もに、パルス信号が（１）から（９）までに８回，
（９）から（１３）までに４回変化することが読みとれ
るため、仮に移動量の測定誤差がないもの｛Ｌ＝（ａ／
２）×（パルスの変化回数）｝とすると、ポール３は
（ａ／２）×８＝４ａ所定方向に移動した後、（ａ／
２）×４＝２ａ逆進したことが測定できる。

【００４８】そして本実施形態では制御装置３５におけ
る処理装置とプログラムがセンサＳ１，Ｓ２（信号変換
ボード４２）からのデータにより、ポール３の移動距離
と逆進を上記のように演算するように構成されている。
つまり制御装置３５側にポール３の移動距離と逆進を上
記のように演算する処理装置やプログラム等が備えられ
ている。

【００４９】なお図１０，図１１のパルス信号はポール
３が等速運動する場合についての例となっており、実際
にはポール３は等加速度運動を行うため、１パルスの長
さはそれぞれ異なる（それぞれバラバラな長さとな
る）。しかし等加速度運動を行う物体（ポール３）に対
しても上記原理は当てはまり、本発明の原理とすること
に問題はない。

【００５０】次に本方法における測定精度の問題につい
て考察する。装置の測定精度、つまり貫入長さを何ｍｍ
の精度で測るかは、測定ポール３のメッシュ幅に依存す
るが、試作装置による限られた条件下での実験結果によ
れば前述のように５ｍｍメッシュ幅が実用的と考えられ
るため、５ｍｍメッシュ幅では１つのセンサＳ１又はＳ
２による測定精度は前述のように±５ｍｍ（幅で１０ｍ
ｍ）となる。

【００５１】一方図１３（Ａ）に示すように測定機本体
２１（即ち、上下のセンサＳ１，Ｓ２の並び）に対し
て、ポール３が垂直な場合に比し、同図（Ｂ）に示すよ
うにポール３が傾いたとき正逆進測定用レーザ光のポー
ル面での間隔ｄ′は広がる。このとき許される９０°を
基準とした傾斜角度γの絶対値は、前述のような正逆進
測定のパルスパターンを発生させるために必要な範囲内
に入っている必要があるため、Cosγ＝（２ａｎ＋ａ／
２）／ａ（２ｎ＋１）（０°≦γ≦９０°）となる。但
し負値については考慮しなくてよい。

【００５２】なお５ｍｍピッチのメッシュであり、ｎ＝
１のとき許される傾斜角度γは９０°−約３３．６＜γ
＜９０°＋約３３．６となり、±約３３．６度の範囲で
ある。実際にポール３は振れながら進行するため倍以上
の余裕をもたせる必要があるが、実際には最大でも１ｍ
に４ｃｍ程度の振れであると予想され、その場合の角度
は約３．７度であるため、機械的電気的な余裕を見たと
きこの当たりが適当な間隔ではないかと考えられる。

【００５３】また上記のようにポール３の逆進動作をパ
ルスバターンの組み合わせを時系列的に考えて感知する
ため、センサＳ１，Ｓ２間の距離ｄは、２ａｎ＋ａ／２
に限られず、ｄ＝ａｋ＋α（但しαはレーザスポット径
より大きく、０＜α＜ａを満たす）と定めることがで
き、前述の２ａｎ＋ａ／２はｋ＝２ｎ（つまりｋが偶
数）の場合であると考えられる。

【００５４】このときｋ＝２ｎ（ｋが偶数）の場合に前
述のパルスパターンがＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄの順に発生する方
向にポール３が移動する場合、２つのセンサＳ１，Ｓ２
間の距離ｄをｋ＝２（ｎ−１）（ｋが奇数）で設定され
る長さにすると、パルスパターンはＢ→Ａ→Ｄ→Ｃ（Ｄ
→Ｃ→Ｂ→Ａ）の順に発生し、このパターンの発生順序
が逆順となったときにポール３が逆進したと判断するこ
とができる。

【００５５】なお測定精度を考慮するとαはａ／２、つ
まりバーコード幅が５ｍｍの場合は２．５ｍｍが望まし
く、これによりこのａ／２の差によりパルス変化がａ／
２毎に現れるため、精度を±ａから±ａ／２（本機の場
合±２．５ｍｍ、幅で５ｍｍ）に向上させることができ
る。またバーコード幅は、レーザ光スポット径よりも大
きな値でなることが望ましく、但しリバウンド検知（ポ
ール３の逆進検知）でセンサＳ１，Ｓ２を１ユニットと
したセンサＳを２ユニット使用する場合、レーザ光スポ
ット径の１．５倍、実用性を考えると２倍より大きい幅
とするのが望ましい（本件の場合、スポット径２ｍｍ×
０．７ｍｍの楕円形、バーコード幅ａ＝５ｍｍ）。

【００５６】次にポール３の静止状態の判断について説
明する。このシステムでは、計測時間を設定しなければ
静止の判断ができない。これは最大２つのセンサＳ１，
Ｓ２の位相差（２．５ｍｍ）を動かさなければ、パター
ン変動が現れず、例えば２．５ｍｍを１０分かけてゆっ
くりと移動した場合、１０分間待っていなければならな
いためである。このため一定時間で計測を区切り、この
一定時間２つのセンサＳ１，Ｓ２のパルスをチェック
し、どちらか一方でも同一のパルスの場合（どちらかの
センサＳ１，又はＳ２のパターンに変動が無い場合）、
静止状態と判断する（本件の場合、一定時間を２．５秒
とする）こととしている。

【００５７】なお両センサとしないのは、例えば静止し
たとき、センサＳ１が、白と黒のバーコード（マーク）
の線上を指している場合、ドリフト（白と黒のパターン
を同時に拾ってしまう）現象が起こる可能性があるた
め、どちらか一方のみが安定したら静止と判断する（ａ
／２の位相があるため、両センサＳ１，Ｓ２が同時にド
リフトすることはない）。

【００５８】次にポール３の移動方向（貫入方向又はリ
バウンド方向のいずれであるか）を定義する方法（条
件）について説明する。なお本実施形態では以下に示す
方法を制御装置３５が演算して実現するように設定され
ている。なお貫入方向には障害物（地質）が存在する
が、リバウンド方向は空間であり、リバウンド中に貫入
先端部に測定を狂わせる異物が入り込むことはないとい
う事を前提とする。

【００５９】前述のようにポール３は１度の打撃に対し
て貫入方向への移動とリバウンド方向への移動を交互に
繰り返してその後静止する。このため複数回移動方向が
反転し、各移動方向毎に移動距離が測定されるため、各
移動方向に対応して移動距離を測定する必要があり、図
１４〜図１７に示されるように１度の打撃に対する移動
距離の測定範囲は複数存在する。なお以下の説明では上
記各測定範囲を移動グループとして、順に第１グループ
（１Ｇ），第２グループ（２Ｇ），…とし、各移動グル
ープの頭の番号（第１，第２…）が奇数であるものを奇
数グループ，偶数であるものを偶数グループとして説明
する。

【００６０】各移動グループには必ず移動量（距離）が
最大となる最大移動グループが存在するが、本実施形態
では最後に現れる最大移動グループが奇数グループ又は
偶数グループのどちらに属しているかを判断し、最大移
動グループが属しているグループ（奇数グループ又は偶
数グループ）が貫入方向への移動を示していると判断す
る。

【００６１】これは最後に現れる最大移動グループがリ
バウンド方向への移動であるならば、次の自由落下は空
中で止まることとなり、最後に現れる最大移動グループ
がリバウンド方向であることはあり得ないためである。
なお実際問題としてリバウンドから始まるケースは、予
備打ち又は本打ちの最初しか起こる可能性は無いが、プ
ログラムの処理上上記のように定義付けを行っている。

【００６２】以下図面に沿って具体例を述べると、図１
４においては最後に現れる最大移動グループが第１グル
ープで奇数グループに属するため奇数グループが貫入方
向、偶数グループがリバウンド方向となる。上記の場
合、２０ｍｍ貫入後、１５ｍｍリバウンド、１５ｍｍ落
下後、１０ｍｍリバウンド、再度自由落下１０ｍｍし、
止まったことになる。

【００６３】また図１５によれば最後に現れる最大移動
グループが第２グループである為、偶数グループが貫入
方向となり、図１６においても最後に現れる最大移動グ
ループが２グループであるため偶数グループが貫入方向
となる。さらに図１７においては、最後に現れる最大移
動グループが第３グループである為、奇数グループが貫
入方向となる。なお図１７においては、４Ｇ（グルー
プ）及び６Ｇが、｜４Ｇ｜＞｜５Ｇ｜、｜６Ｇ｜＞｜７
Ｇ｜となっており空中に浮いていることになるためあり
得ないが、単に例として挙げたものである。

【００６４】なおポール３移動方向（貫入方向又はリバ
ウンド方向のいずれであるか）を定義する方法（条件）
として、以下の優先順位で移動開始時の方向を決定する
ようにしてもよい。この場合実際問題としては以下に示
す、（２）と（４）は測定誤差や特殊な場合を除きあり
得ない。またその場合でも許容誤差の範疇又は試験無効
であるため、測定プログラム用としてとりあえず定義し
たものである。 （１）奇数、偶数各グループの移動合計量を比べ、大き
い方を貫入方向とする（大きい方がリバウンド方向への
移動であるなら空中で静止したことになり、大きい方が
リバウンド方向であることはあり得ないため）。 （２）奇数、偶数各グループの移動合計量が同量且つ最
大移動値が１つの場合、最大移動値が含まれるグループ
を貫入方向とする（最大移動値がリバウンド方向への移
動であるならば、次の自由落下は空中で止まることとな
り、最大移動値がリバウンド方向であることはあり得な
いため）。 （３）奇数、偶数各グループの移動合計量が同量且つ最
大移動値が複数（打撃直後又は２回目からの連続した最
大移動値）の場合、最大値連続の最後を含むグループを
貫入方向とする｛（２）と同様の考えより｝。 （４）それ以外のケースは通常あり得ないが、ソフト上
の処理としては、最後に現れた最大移動値を含むグルー
プを貫入方向とする｛（２）と同様の考えより｝。

【００６５】以下図面に沿って上記条件によるポール３
の移動方向決定の具体例を述べると、図１４において 奇数グループ移動合計量（２０＋１５＋１０＝４５ｍ
ｍ）＞偶数グループ移動 合計量（１５＋１０＝２５ｍｍ） 奇数グループ＝貫入方向、 偶数グループ＝リバウンド方向 となる。上記の場合、２０ｍｍ貫入後、１５ｍｍリバウ
ンド、１５ｍｍ落下後、１０ｍｍリバウンド、再度自由
落下１０ｍｍし、止まったことになる。

【００６６】図１５によれば、 奇数グループ移動合計量（２０＋１５＝３５ｍｍ）＝偶
数グループ移動合計量 （２５＋１０＝３５ｍｍ） ここで、最大移動値（２５ｍｍ）は第２グループである
為、偶数グループが貫入方向となる。仮に２グループを
リバウンドとすると、次の３グループは１０ｍｍ（２５
−１５）空中に浮くことになる（この例の場合３グルー
プの１５ｍｍに対し、４グループの１０ｍｍと空中に浮
いているが、実際にはあり得ない）。

【００６７】さらに図１６では、 奇数グループ移動合計量（２０＋１０＋５＝３５ｍｍ）
＝偶数グループ移動合 計量（２０＋１０＋５＝３５ｍｍ） ここで、最大移動値（２０ｍｍ）は第１、２グループで
ある為、２グループを含む偶数グループが貫入方向とな
る。仮に２グループをリバウンドとすると、次の３グル
ープは１０ｍｍ（２０−１０）空中に浮くことになる。

【００６８】さらに図１７においては、 奇数グループ移動合計量（１５＋１５＋５＋５＝４０ｍ
ｍ）＝偶数グループ移 動合計量（１５＋１０＋１０＋５＝４０ｍｍ） ここで、最大移動値（１５ｍｍ）は第１，２，３グルー
プである為、３グループを含む奇数グループが貫入方向
となる。仮に奇数グループをリバウンドとすると、４グ
ループは、５ｍｍ（１５−１０）空中に浮くことになる
（但し、例の｜４Ｇ｜＞｜５Ｇ｜、｜６Ｇ｜＞｜７Ｇ｜
は空中に浮いていることになるためあり得ない）。

【００６９】一方上記実施形態ではハンマ１４によるポ
ール３（ノッキングヘッド１６）の打撃回数は前述のよ
うに打撃センサ４８により測定するように構成されてい
るが、以下のように測定することで打撃センサ４８無し
にハンマ１４の打撃回数を測定することができる。

【００７０】通常ポール３はハンマ１４による打撃の直
前は静止しており、ハンマ１４の打撃により貫入移動す
る。このためセンサＳ１又はＳ２によるパルス信号を常
時測定し、図１８（Ａ）に示されるようにパルス信号の
間隔が急激に短くなった場所（点Ｈ１）が打撃であると
判断することができる。これによりパルス信号の間隔が
急激に短くなったタイミングをカウントすることにより
打撃センサ４８無しに打撃回数を測定することができ
る。なおパルス信号を常時計測することによりポール３
の静止状態もより確実に判断ができる。

【００７１】このときハンマ１４がノッキングヘッド１
６を打撃した後は、前述のようにハンマ１４は反力によ
り上方に跳ね返り（リバウンドし）再びノッキングヘッ
ド１６を打撃し、これを繰り返してハンマ１４の跳ね返
り（リバウンド）が収束される。このため上記状況にお
いてもパルスの間隔が急激に短くなる。しかし上記ハン
マ１４の跳ね返りによる打撃は自由落下であるため、重
力加速度をｇ（ｍ／ｓ²）とし、最大で７５ｃｍ（ハン
マ１４の標準貫入試験の落下高が７５ｃｍであるため、
７５ｃｍ以上の跳ね返りは考えられないため）跳ね返る
とし、ハンマ１４が７５ｃｍ（０．７５ｍ）移動するに
要する時間をｔとすると、ｔはｔ²＝２×０．７５／ｇ
を満たし、ｔ≒０．３９秒（ｓ）となる。

【００７２】このためハンマ１４のリバウンドによる打
撃は直前の打撃から最大でも０．３９×２＝０．７８秒
後に行われるため、例えば１秒以内に打撃が検知された
（パルスの間隔が急激に短くなる）場合はハンマ１４の
リバウンドによる打撃として打撃回数にカウントしない
ように演算することでハンマ１４のリバウンドの影響無
しに打撃回数を測定することができる。例えば図１８
（Ｂ）に示されるようにパルス信号の間隔が急激に短く
なったＨ１とＨ２がある場合、Ｈ１からＨ２までの間隔
が１秒（sec）以内であれば、Ｈ２はハンマ１４のリバ
ウンドによる打撃であると判断する。なおＰ１はポール
３の移動方向に変化点である。

【００７３】これにより打撃センサ４８を設けることな
く打撃回数のカウントを制御装置３５側の制御（データ
処理）によって容易に行うことができ、制御を一括して
行うことができるほか、部品点数が少なくなり、装置を
コンパクト且つ単純な構成とすることができる。

【００７４】そして本発明の貫入測定装置は、打撃検知
装置３０や上記制御方法により打撃回数をカウントしな
がら、打撃開始を移動距離測定の開始タイミングとして
制御装置３５（コントロールボックス３３）によりポー
ル３の移動方向と移動距離を計測して、１打撃に何ｍｍ
ポール３が貫入されたかを測定し、所定寸法（３００ｍ
ｍ）貫入するのにハンマ１４を何回落下させたかを自動
的に演算する。

【００７５】なお貫入量がパルス変化を起こすに至らな
い場合（最大ａ／２以下の移動量、本件の場合２．５ｍ
ｍ）であっても、打撃検知装置３０により打撃のカウン
ト自体は行わなけれ、打撃検知を計測時間の開始として
いるが、通常は１打撃に対する貫入量はパルス変化を起
こす程度以上はあると考えられるため、前述のパルス変
化による打撃回数のカウントにより、打撃回数の測定を
行うこともできる。

【００７６】なおロッド３に施されたメッシュ（識別部
３６）は、ロッド３の損傷又は汚れ等により反射部３６
ａ及び吸収部３６ｂの損傷（白部分の黒への変色や、黒
部分の白への変色等）が発生し、センサＳ（センサＳ
１，Ｓ２）からのデータ（パルス信号）が不正確になる
場合がある。このためセンサＳ１とＳ２とで１ユニット
をなすセンサＳを複数（複数ユニット）設け、各センサ
Ｓによってロッド３の異なる箇所の識別部３６を測定
し、各センサＳのパルスパターンとパーターンの並びに
よりデータの精度を向上させるようにしてもよい。

【００７７】これによりセンサＳの配置や、各センサＳ
におけるセンサＳ１，Ｓ２の配置等により測定誤差をよ
り小さくすることができ、さらにセンサＳ又はセンサＳ
におけるセンサＳ１，Ｓ２をロッドの径方向にずらす
（変位せしめる）こと等によりセンサ全体のサイズをコ
ンパクトにすることができる（例えば複数のセンサＳを
上下方向に配置するとセンサ全体が縦方向に長くなり、
サイズが大きくなるという問題があるため）。

【００７８】一方上記実施形態はポール３に直接識別部
３６を施すように構成されているが、図１９，図２０に
示すように白黒のバーコード等よりなるメッシュ（識別
部）３６が、印刷，シール接着，表面加工等により周面
の一部又は全部に設けられたプレートやポール状をなす
識別杆５６をポール３側に取り付け、該識別杆５６を介
してポール３の移動距離と移動方向を測定する構造とし
てもよい。

【００７９】次に上記検出対象部である識別部３６が形
成された識別杆５６によるポール３の移動距離と移動方
向の測定構造について説明する。なお図１９，図２０に
示される本実施形態の他の構造は図１〜図３に従ってお
り、同一符号は前述の実施形態と同一構造であり、同一
機能については説明を割愛する。

【００８０】図１９における上記識別杆５６はプレート
状をなしており、幅広の周面に識別部３６が形成されて
いると共に、着脱自在にポール３に外嵌可能で且つ回動
調節自在な固定部５７ａと該固定部５７ａからポール３
の径方向に突出した支持アーム５７ｂとを備えた識別杆
取付部５７の支持アーム５７ｂに一端側が揺動自在に軸
支されている。そして上記識別杆取付部５７がポール３
に上記固定部５７ａを介してポール３と一体移動するよ
うに取り付けられることで、識別杆５６がポール３側に
取り付けられている。

【００８１】一方図２０（Ａ），（Ｂ）に示されるよう
に上記取付部２４には、上記識別杆５６の挿通（通過）
が可能な通過孔５８が上下に形成されており、識別杆取
付部５７のポール３に対する取り付け位置（角度）は、
識別杆５６が上記通過孔５８に挿通されて他端（自由
端）が取付部２４の下方に突出するように回動調節され
ている。このとき通過孔５８には識別杆５６と摺接する
ゴムやフエルト等からなる摺接部５９が設けられてお
り、識別杆５６は該摺接部５９にスライド自在に支持さ
れている。

【００８２】そして識別杆５６はポール３の上下移動に
より該通過孔５８を介して取付部２４内を移動するが、
識別杆５６はメッシュ面（識別部３６）が取付部２４に
挿脱自在に取り付けられたセンサケース２７内のセンサ
Ｓ１，Ｓ２に対向するように識別杆取付部５７に軸支さ
れており、ポール３と一体移動する識別杆５６の識別部
３６をセンサＳ１，Ｓ２でスキャンすることで上記実施
形態同様の制御装置３５等によるデータ処理でポール３
の移動距離と移動方向の測定を行うことができる。

【００８３】なお該摺接部５９は識別杆５６の移動時に
識別杆５６の周面の汚れ等を払拭除去する。また識別杆
５６が支持アーム５７ｂに揺動自在に支持されているた
め、ポール３の移動時にぶれが発生した場合でも、上記
揺動がこのぶれを吸収して、識別杆５６は取付部２４内
を円滑に移動することができる。

【００８４】上記構造により識別部３６がポール３に直
接設けられていないため、容易に損傷することがなく、
また摩耗も少なく、さらセンサＳに対する測定部が平面
であるため安定した測定が可能となる他、識別部３６
（識別杆５６）の汚れ等を容易に確認することができ、
この汚れ等に対する対応を容易に行うこともできる。ま
た上記理由等により識別部３６（識別杆５６）の交換回
数が減少するとともに、交換も容易で保守性等も優れて
いる。

【００８５】このとき識別部３６はセンサＳの種類に応
じて、金属と非金属によるメッシュ（センサが金属感知
等の近接センサの場合），反射物と空間によるメッシュ
（センサがセンサＳ１，Ｓ２のような光学式のセンサ又
は金属感知等の近接センサの場合）等様々なタイプが考
えられ、これは他の実施形態（識別部３６を使用するも
の）においても当てはまる。

【００８６】次にセンサＳを１つ（センサＳ１又はＳ
２）のみ使用して、ポール３の移動距離と移動方向を測
定する実施形態について説明する。本実施形態は図１〜
図３に示される前述の実施形態と同様の装置であり、セ
ンサＳ１又はＳ２からのデータのみが制御装置３５等に
より後述するように処理され、ポール３の移動距離と移
動方向を後述するように測定する構成となっている。な
お本実施形態の構造は図１〜図３に従っており、同一符
号は前述の実施形態と同一構造であり、同一機能につい
ては説明を割愛する。

【００８７】まずセンサＳ１又はＳ２のみでポール３の
移動方向を検出する原理について説明する。貫入試験に
おいて測定方向は上下の動きが対象となるが、ポール３
の速度（速度の絶対値）は重力加速度により、貫入方向
は落下方向であるため地盤１（被検地層）に当接するま
で速度が徐々に増加し、リバウンド方向は上昇方向であ
るため徐々に減少する。

【００８８】つまりポール３は貫入時は被検地層との当
接時が最大速度となり、当接時とリバウンド時のエネル
ギーの差（理論的には）分被検地層に挿入され（このと
き瞬間的に速度は０となり、リバウンドに対して逆方向
の初速度を与える）、リバウンド時は速度（絶対値）が
０となったところで再度落下（貫入方向への移動）が開
始され、以上が繰り返され（貫入に費やされる被検地層
との当接によるエネルギーロスにより）最終的にポール
が被検地層に所定量貫入されて停止する。上記は力積と
エネルギー保存の法則に従っている。

【００８９】このため例えばポール３が所定量貫入した
後、リバウンドし、再度貫入方向に落下して静止した場
合のセンサＳ１又はＳ２からのデータによるパルス（信
号）変化が図２１に示されるものであったとすると、パ
ルス信号は徐々に短くなった後（速度が徐々に速くなる
ため所定量ａ進む時間は徐々に短くなる）、ポール３の
リバウンドでリバウンド後はパルス信号が徐々に長くな
り（速度が徐々に遅くなるため所定量ａ進む時間は徐々
に長くなる）ポール３の再度の貫入方向への移動（落
下）でパルス信号が徐々に短くなった後、ポール３の停
止でパルス変化が無くなる。

【００９０】つまりパルス信号の長さの変化が逆転した
位置付近でポール３の移動の反転が発生していると考え
られるが、メッシュに幅（ａ）が存在するため理論的に
は反転の位置は長さの変化が逆転した最初のパルス信号
又はこの最初のパルス信号の直前のパルス信号（逆転の
最初がＯＦＦの場合は直前のＯＮパルス信号，逆転の最
初がＯＮの場合は直前のＯＦＦパルス信号）で発生して
いると考えられる。

【００９１】このため上記２つのデータを除き、該２つ
のデータを挟んだ前後で速度変化のグラフを作成する
と、反転時は速度＝０となると考えられるので、上記グ
ラフが連続的になることを考慮した速度＝０の点で反転
が発生していると考えられる。これによりパルス変化の
表から反転位置を特定することができ、パルス変化の表
から前述の実施形態の原理に従って所定移動方向の移動
距離を演算することができる。

【００９２】例えば上記例（図２１）の場合［５］と
［１１］がパルスの長さ変化が逆転したデータであるた
め、［４］，［５］，［１０］，［１１］を除いた前後
の速度変化をグラフにすると図２１に示されるグラフと
なり、［５］と［１０］で反転していると判断される。
そして以上により［５］までに４回、［５］から［１
０］までに５回、［１０］以降６回パルス変化があるた
め、メッシュ幅をａとすると、４×ａ貫入され、５×ａ
リバウンドし、６×ａ貫入され静止したと判断できる。

【００９３】なお上記例は貫入方向（落下方向）を＋と
して速度変化を算出しているため、速度の増加方向が貫
入方向，速度の減少方向がリバウンド方向と判断できる
が、貫入方向（落下方向）を−として速度変化を算出す
ると、速度の減少方向が貫入方向，速度の増加方向がリ
バウンド方向となる。

【００９４】つまり本実施形態における制御装置３５は
上記測定原理に則ってポール３の移動距離と移動方向を
も算出する処理装置とプログラムを内蔵しており、該制
御装置３５はセンサＳ１又はＳ２からのデータを上記プ
ログラム等で前述の原理に従って処理してポール３の移
動距離と移動方向を演算する。なお本実施形態ではセン
サが１つであるため移動距離の誤差が±ａ発生するほ
か、反転位置が１パルス分程度の誤差を含むため、前述
の実施形態に比較して誤差は大きい。

【００９５】以上に示す構造により、制御装置３５の機
能を変更するのみで前述の装置を本実施形態に利用する
ことができるという利点の他、センサが１つ（１組の発
光センサ２９と受光センサ３１であって、この場合セン
サＳ１又はＳ２）のみでよいため、測定機本体２１をコ
ンパクトに形成することができ、装置のコンパクト化と
コストダウン化が可能となる。但し誤差は若干増加する
ため、該誤差が問題にならない場合の使用が望ましい。

【００９６】次に他のセンサを用いてポール３の移動距
離と移動方向を測定する実施形態について説明する。本
実施形態は図１〜図３に示される前述の実施形態に対し
て、測定機本体２１が図２１に示される測定機本体６１
に変更されるとともに、コントロールボックス３３に接
続されるセンサＳ（センサＳ１，Ｓ２）が図２２に示さ
れるロータリエンコーダユニット６２（詳細は後述）に
変更され、センサ（ロータリエンコーダユニット６２）
からのデータを制御装置３５等が後述するように処理し
て、ポール３の移動距離と移動方向を測定する構成とな
っている。なお本実施形態において図１〜図３に示され
る前述の実施形態と同一符号は前述の実施形態と同一構
造であり、同一機能については説明を割愛する。

【００９７】本実施形態の測定機本体６１は、前記実施
形態同様に筒状をなしているとともに、固定パイプ１８
に支持体１９を介して装着固定されている。そして該本
体６１の上下端にはポール３をスライド自在に支持する
スラストベアリング６３が設けられており、ポール３が
上記ベアリング６３を介して本体６１内にスライド自在
に支持されている。なおベアリング６３の代わりに前記
シール部材２２を設け、該シール部材２２によりポール
３を支持すると共に、昇降するポール３の周面の泥水等
を払拭除去する構造としても良い。またベアリング６３
とシール部材２２の両方を設けた構造としても良い。

【００９８】一方上記本体６１の中間部周面側には前述
の実施形態同様にＴ字形に交差する筒状のセンサユニッ
ト取付部２４が連通して形成されており、該取付部２４
の筒状開口端には、筒状のセンサケース２７が挿脱自在
に挿入されて着脱可能に取り付けられている。そして上
記センサケース２７内にはセンサとして従来公知のロー
タリエンコーダ６４を備えたロータリエンコーダユニッ
ト６２が設けられている。

【００９９】このとき上記ロータリエンコーダ６４の回
転入力軸６６は、取付部２４内とセンサケース２７内と
を仕切り、ロータリエンコーダユニット６２の機能保護
と確保のために強化ガラス板等によって形成されている
仕切板３４より取付部２４内に突出している。そしてポ
ール３の移動方向に対して垂直となっている。また上記
回転入力軸６６は取付部２４内においてはラジアル軸受
け６７によって支持されている。

【０１００】一方上記取付部２４内における仕切板３４
よりポール３側は、仕切板３４と取付部２４（ハウジン
グ）により仕切られた空間よりなる測定室２４ａとして
形成されているが、該測定室２４ａ内には、軸心がポー
ル３の径方向（ポール３の移動方向及び上記回転入力軸
６６に対して共に垂直）であり、６８ａがポール３の周
面と接し、ポール３の（移動）昇降に従って回転する円
板状（周面に滑り止め等が施されている場合もある）の
検知ローラ６８が軸支されて設けられている。

【０１０１】そして上記検知ローラ６８と上記回転入力
軸６６との間には、ポール３の移動による検知ローラ６
８の回転を回転入力軸６６の回転方向に変換して回転入
力軸に伝動する伝動機構６９が介設されており、検知ロ
ーラ６８の回転に従って上記回転入力軸６６が回転駆動
され、検知ローラ６８の回転方向の変化に従って回転入
力軸６６も正逆回転する。なお本実施形態では伝動機構
６９としてハイポイドギヤ機構を使用しているが、その
他上記伝動を実現する構造のものであれば、ギヤ機構や
摩擦伝動機構等のいかなる機械要素を使用してもよい。

【０１０２】また本体６１における上記取付部２４のポ
ール３を挟んだ反対側には、Ｔ字形に交差する筒状の位
置決め収容部７１が形成されており、ポール３を検知ロ
ーラ６８側に押接せしめるようにポール３と接するロー
ラよりなる位置決め部材（ローラ）７２がスプリング等
の弾性部材７３に付勢されて内収されている。このとき
位置決めローラ７２の周面はポール３の周面と接してお
り、ポール３の昇降時に検知ローラ６８と同様に回転す
るように軸心が設定されている。これにより位置決めロ
ーラ７２はポール３の昇降を許容した状態で、ポール３
を検知ローラ６８側に付勢せしめる。

【０１０３】つまり位置決めローラ７２と弾性部材７３
によりポール３の昇降を許容した状態でポール３を検知
ローラ６８側に付勢せしめる位置決め機構が形成されて
おり、該位置決め機構によりポール３は昇降時常に検知
ローラ６８に押接され、検知ローラ６８にポール３の昇
降が比較的小さな誤差で摩擦伝動される。なお位置決め
ローラ７２は円板状又は球状等の形状が考えられる。

【０１０４】なお検知ローラ６８の上方には図２３
（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示されるように傘状のカバー
７４が本体６１側に取り付けられて設けられており、上
方から落下してくる砂やゴミ等を検知ローラ６８が巻き
込まないように、検知ローラ６８を上方側から保護して
いる。またポール３に前述のような識別部は設けられて
いない。

【０１０５】上記構造によりポール３が貫入又はリバウ
ンド方向に移動すると、ポール３の昇降により検知ロー
ラ６８を介してポール３の昇降に応じてロータリエンコ
ーダ６４の回転入力軸６６が回転せしめられるが、ロー
タリエンコーダ６４は回転入力軸６６の回転角度と回転
方向を検知することができるので、回転入力軸６６の回
転角度と回転方向からポール３の移動距離と移動方向を
測定することができる。なおロータリエンコーダ６４に
よる回転入力軸の回転角度と方向の測定方法はすでに公
知（ロータリエンコーダの構造が公知）であるため、詳
細な説明は省略する。

【０１０６】そして本実施形態では制御装置３５が上記
ロータリエンコーダユニット６２（ロータリエンコーダ
６４）と接続されて、ロータリエンコーダユニット６２
がコントロールボックス３３に電気的に接続されている
とともに、制御装置３５にロータリエンコーダユニット
６２側からのデータを処理して回転入力軸６６の回転角
度と回転方向からポール３の移動距離と移動方向を演算
する処理装置とプログラムが内蔵されており、該制御装
置３５はロータリエンコーダ６４側からのデータを上記
プログラム等で処理してポール３の移動距離と移動方向
を演算する。

【０１０７】つまりローラ６８の回転方向と回転量（角
度）を検知するセンサであるロータリエンコーダ６４と
ローラ６８により構成される検出装置に対して、ポール
３の周面が検出対象部としてローラ６８と圧接され、軸
芯方向への移動に伴って回転するローラ６８の回転方向
と回転角度を検出することでポール３の移動方向と移動
量が演算され、ポール３の貫入量が測定される。

【０１０８】以上によりセンサとしてロータリエンコー
ダ６４（ロータリエンコーダユニット６２）を使用した
場合は、ポール３の移動方向が回転入力軸６６の回転方
向に、移動距離が回転入力軸６６の回転角度にそれぞれ
換算されてロータリエンコーダ６４側から出力されるた
め、比較的簡単なデータ処理（回転方向を移動方向に、
回転角度を移動距離にそれぞれ換算する）でポール３の
移動距離と移動方向を測定することができるため、装置
を比較的簡単に構成することができる。

【０１０９】またポール３の昇降を直接検知する方法で
あるため測定誤差が比較的少ないだけでなく、ポール３
側に特別な処理（例えば識別部を施す等）をする必要が
無く、本体６１の設置が容易であり、さらに消耗部品が
少ないため交換部品が少なく保守等も容易である。

【０１１０】なお図２４に示すように検知ローラ６８を
球状に構成し、該検知ローラ６８におけるポール３の左
右及び上下の動作に対応する検知ローラ６８の回転を検
知する複数の位置（例えばパソコン用等のマウスの動作
を感知するように）に動作検出用のローラ７６をそれぞ
れ接触させ、該ローラ７６の回転を、各ローラ７６用に
設けられたロータリエンコーダ７８の回転入力軸７９に
入力するように構成しても良い。

【０１１１】この場合複数のロータリエンコーダ７８に
よりポール３の上下方向だけでなく、左右の回転角度も
検知することができ、これらのデータはハンマ１４の落
下によるエネルギーロス（一般にハンマ１４のエネルギ
ーはポール３を貫入させるだけに使用されず、左右回転
させる方向に働く場合もあり、この損失エネルギー等）
の演算等に使用することができる。

【０１１２】また回転入力軸６６の回転方向と角度をと
らえるセンサとしてロータリエンコーダ６４以外に、ポ
テンショメータや円板上のバーコードの動作を複数の光
学式や磁気式等のセンサでとらえるもの等が考えられ、
ロータリエンコーダ６４の代わりに上記センサ等を使用
する構造としてもよい。このときポール３に識別部が設
けられていない図１９，図２０に示されるものと同様の
ポール３と一体移動する識別杆を取り付け、検知ローラ
６８をこの識別杆に押接せしめることで、ポール３の移
動量を検出するように構成しても良い。

【０１１３】なお以上（各実施形態）に示した制御装置
側に備えられる処理装置やプログラム等は、各機能毎に
分割されたもの、又は一部あるいは全部が一括されたも
の等様々な形態が考えられるが、各演算が実施され、場
合に応じて処理が可能であればどのような形態でもよ
い。

【０１１４】

【発明の効果】以上のように構成される本発明の構造に
よれば、検出対象部をポールと一体的に連動する識別杆
に設けることにより、ポール貫入の際等に発生する検出
対象部の汚れや損傷等が減少し、ポール貫入時のデータ
が比較的正確となり、より正確なデータ（ポールの貫入
量等）を容易に得ることができるという効果がある。

【０１１５】また少なくとも１つの検出対象部の移動検
出データによるＯＮ、ＯＦＦのパルス信号群のパルス信
号の長さを管理することにより、ポール貫入量又はポー
ルを貫入せしめるためにポール側に与えられる打撃回数
を算出する構造とすることにより、検出装置に少なくと
も１つのセンサを設けることでポール貫入量又は打撃回
数を演算することができるため、装置自体をコンパクト
に形成することができる。

【０１１６】一方検出装置を、検出対象部に圧接するよ
うに軸支され、ポールの軸芯方向への移動に伴って回転
するローラと、該ローラと連結され、ローラの回転方向
と回転角度を検出するセンサとにより構成することで、
より容易にポールの貫入量等を測定することができ、特
にポールの移動をローラが直接回転に変換して測定が行
われるため測定誤差がより少なくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による貫入試験の作業状態を示す装置の
全体配置を示す概要図である。

【図２】本発明に係る測定装置の要部断面図である。

【図３】レーザ光の反射状態を示すセンサ部分の平面図
である。

【図４】本発明の測定装置の構成を示すブロック図であ
る。

【図５】コントロールボックス部分の斜視図である。

【図６】打撃センサの取り付け位置を示す全体概要図で
ある。

【図７】（Ａ），（Ｂ）は打撃センサの取り付け状態を
示す平面図及び正面図である。

【図８】本発明の検出装置の作用原理図である。

【図９】本発明の装置によるリバウンド時の作用原理図
である。

【図１０】本発明によるセンサ信号取出の原理的説明図
である。

【図１１】（Ａ）（Ｂ）はリバウンドを含むセンサ信号
の波形図とこれに対応する各センサの組み合わせパター
ン図である。

【図１２】２個のセンサ信号の組み合わせパターンを記
号化した場合の配列図である。

【図１３】（Ａ）（Ｂ）はポールが測定装置に対して垂
直な場合と傾斜した場合の誤差状況を示す説明図であ
る。

【図１４】本発明による貫入測定の２つのセンサによる
パルス信号のパターンとその分析状態図である。

【図１５】図１４に続く本発明による貫入測定の２つの
センサによるパルス信号のパターンとその分析状態図で
ある。

【図１６】図１５に続く本発明による貫入測定の２つの
センサによるパルス信号のパターンとその分析状態図で
ある。

【図１７】図１６に続く本発明による貫入測定の２つの
センサによるパルス信号のパターンとその分析状態図で
ある。

【図１８】（Ａ），（Ｂ）は、ハンマによる打撃時のパ
ルス信号を示す。

【図１９】識別板を使用した場合の装置の要部配置を示
す要部側面概要図である。

【図２０】（Ａ），（Ｂ）は識別板部分の斜視図及び取
付部の斜視図である。

【図２１】センサを１つのみ用いた場合のセンサ信号の
波形図と、これに対応するポールの移動速度変化図であ
る。

【図２２】ロータリエンコーダを使用した場合の測定装
置の要部断面図である。

【図２３】検知ローラ部分の平面図，正面図，側面図で
ある。

【図２４】検知ローラを球体とした場合の要部平面図で
ある。

【符号の説明】

３ ポール ２１，６１ 測定機本体 ３５ 測定制御装置 ５６ 識別杆 ６８ ローラ ６４ センサ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地層調査用の貫入ポール（３）に対し、
   ポール（３）が軸方向移動可能な如く外装され被検地層
   側に固定的に支持される測定機本体（２１）と、該測定
   機本体（２１）に支持され、ポール（３）側に設けられ
   た検出対象部のポール軸芯方向の移動を検出する検出装
   置とを設け、該検出装置の検出データを処理してポール
   （３）の貫入量を演算するコンピュータよりなる測定制
   御装置（３５）を上記検出装置に接続して設け、上記検
   出対象部をポール（３）と一体的に連動する識別杆（５
   ６）に設けた地層調査用貫入試験装置。
2. 【請求項２】 検出装置又は測定制御装置（３５）が、
   少なくとも１つの検出対象部の移動検出データを検出対
   象部のセンシング状態に応じたＯＮ、ＯＦＦのパルス信
   号とする装置であり、上記測定制御装置（３５）内に、
   上記パルス信号の長さを管理することによりポール
   （３）が貫入される正進方向の移動量と、ポール（３）
   のリバウンド時の逆進方向の移動又はポール（３）の静
   止状態を感知してポール貫入量を算出する処理装置を設
   けてなる請求項１の地層調査用貫入試験装置。
3. 【請求項３】 測定制御装置（３５）内に、少なくとも
   １つの検出対象部の移動検出データによるＯＮ，ＯＦＦ
   のパルス信号の間隔を管理することによりポール（３）
   を貫入せしめるためにポール（３）側に与えられる打撃
   回数を算出する処理装置を設けてなる請求項１又は２の
   地層調査用貫入試験装置。
4. 【請求項４】 地層調査用の貫入ポール（３）に対し、
   ポール（３）が軸方向移動可能な如く外装され被検地層
   側に固定的に支持される測定機本体（６１）と、該測定
   機本体（６１）に支持され、ポール（３）側に設けられ
   た検出対象部のポール軸芯方向の移動を検出する検出装
   置とを設け、該検出装置の検出データを処理してポール
   （３）の貫入量を演算するコンピュータよりなる測定制
   御装置（３５）を上記検出装置に接続して設け、上記検
   出装置を、検出対象部に圧接するように軸支され、ポー
   ル（３）の軸芯方向への移動に伴って回転するローラ
   （６８）と、該ローラ（６８）と連結され、ローラ（６
   ８）の回転方向と回転角度を検出するセンサ（６４）と
   により構成した地層調査用貫入試験装置。