特許 6302105 打音装置およびこれを用いた点検方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6302105

(24)【登録日】2018年3月9日

(45)【発行日】2018年3月28日

(54)【発明の名称】打音装置およびこれを用いた点検方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/04 20060101AFI20180319BHJP

   G01N 29/22 20060101ALI20180319BHJP

【ＦＩ】

   G01N29/04

   G01N29/22

【請求項の数】5

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2017-13039(P2017-13039)

(22)【出願日】2017年1月27日

【審査請求日】2017年1月30日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 平成２８年１０月２８日、東急建設株式会社（技術研究所）内、「技術展２０１６」にて公開。

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２６〜３０年度国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「ＳＩＰ（戦略的イノベーション創造プログラム）インフラ維持管理・更新・マネジメント技術／維持管理ロボット・災害対応ロボットの開発」に関する委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】303056368

【氏名又は名称】東急建設株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】308007228

【氏名又は名称】株式会社小川優機製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100082418

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 朔生

(72)【発明者】

【氏名】高橋 悠輔

(72)【発明者】

【氏名】小川 安一

(72)【発明者】

【氏名】小松 忠弘

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 友哉

【審査官】 越柴 洋哉

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−２５４９４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０５５８９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０１４６０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭４８−０３０９８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５４−０３６７５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−００８０９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０２０８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−１８３１６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−０２４０６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４４４６７３４（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２９／００−２９／５２

Ｇ０１Ｈ １／００−１７／００

Ｇ０１Ｍ ５／００−７／０８

Ｇ０１Ｂ １７／００−１７／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータと、
前記モータの回転によって駆動する揺動スライダクランク機構と、
前記モータを支持する支持体と、
前記揺動スライダクランク機構を支持する基台と、からなり、
前記揺動スライダクランク機構は、
前記モータにより回転するクランクと、
前記基台に軸支するてこと、
前記てこに揺動可能に軸支するハンマーと、
前記クランクに連結し、前記てこに沿って形成したスライド溝内をスライドするスライドローラーと、
を有する、打音装置。

【請求項2】

請求項１に記載の打音装置において、
前記支持体は、
前記クランクの回転軸位置を上下動して、前記スライドローラーの前記スライド溝内のスライド位置を調節するスライドモータと連結することを特徴とする、打音装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の打音装置において、
前記モータの回転軸に取り付ける第一歯車と、
前記第一歯車と噛み合う第二歯車と、を有し、
前記第一歯車と前記第二歯車は略楕円形状であり、
前記クランクを前記第二歯車の回転軸に取り付けることを特徴とする、打音装置。

【請求項4】

請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の打音装置において、
前記ハンマーが打撃した点周辺を撮影するためのカメラと、
打音を集音するためのマイクを有することを特徴とする、打音装置。

【請求項5】

請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の打音装置を用いて構造物表面を点検する、点検方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、打音検査を行うための打音装置およびこれを用いた点検方法に関する。

【背景技術】

【0002】

各種構造物の躯体コンクリートまたはトンネルの覆工コンクリート等のコンクリートの状態を検査する方法の一つとして、打音法がある。この打音法は、ハンマー等によりコンクリート面を打撃し、その打音を聴くことでコンクリート内部の状態（変状）を評価するものである。

【0003】

この検査は点検員により実施されるが、点検員の習熟度により打撃の技巧に差があるため、検査結果にばらつきが生じる。また人力による打音検査には多大な労力を要するため、長時間連続して検査することはできない。このため、近年は打撃動作を人から装置に代替させる取り組みがなされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特願２０１６−０３２０２２

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

例えば特許文献１の発明は、モータにより駆動するてこクランク機構と、クランクの先端に揺動可能にハンマーを取り付けたハンマー揺動機構によって、ハンマーを揺動して慣性により打撃する打音装置である。

【0006】

特許文献１の打音装置は、自由な向きの面を点検可能であるが、向きに応じて重力の影響を受けるため、横向きに打撃する場合と上向きに打撃する場合とでは、上向きで打撃する場合の方が打撃エネルギーは小さくなる。このため、特許文献１の打音装置はモータの回転数を制御する回転数制御器を有しており、重力方向に応じて手動または自動によりモータの回転数を制御し、打撃エネルギーを一定にすることが可能である。

【0007】

しかし、特許文献１の打音装置では、打撃方向によってモータの回転数が変わるため、打撃の間隔が変わり、点検が困難な場合がある。
また、横向きの場合はモータの回転数を小さくする必要があるため打撃の間隔が大きくなり、点検速度が著しく低下してしまうおそれがある。

【0008】

本発明は、打撃の間隔を変えることなく、一定の打撃エネルギーで点検を行うことが可能となる打音装置と、これを用いた点検方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するためになされた本願の第１発明は、モータと、前記モータの回転によって駆動する揺動スライダクランク機構と、前記モータを支持する支持体と、前記揺動スライダクランク機構を支持する基台と、からなり、前記揺動スライダクランク機構は、前記モータにより回転するクランクと、前記基台に軸支するてこと、前記てこに揺動可能に軸支するハンマーと、前記クランクに連結し、前記てこに沿って形成したスライド溝内をスライドするスライドローラーと、を有する、打音装置を提供する。
本願の第２発明は、第１発明の打音装置において、前記支持体は、前記クランクの回転軸位置を上下動して、前記スライドローラーの前記スライド溝内のスライド位置を調節するスライドモータと連結することを特徴とする、打音装置を提供する。
本願の第３発明は、第１発明または第２発明の打音装置において、前記モータの回転軸に取り付ける第一歯車と、前記第一歯車と噛み合う第二歯車と、を有し、前記第一歯車と前記第二歯車は略楕円形状であり、前記クランクを前記第二歯車の回転軸に取り付けることを特徴とする、打音装置を提供する。
本願の第４発明は、第１乃至第３発明のいずれかの打音装置において、前記ハンマーが打撃した点周辺を撮影するためのカメラと、打音を集音するためのマイクを有することを特徴とする、打音装置を提供する。
本願の第５発明は、第１乃至第４発明のいずれかの打音装置を用いて構造物表面を点検する、点検方法を提供する。

【発明の効果】

【0010】

本発明は、上記した課題を解決するための手段により、次のような効果の少なくとも一つを得ることができる。
（１）揺動スライダクランク機構にハンマーを揺動可能に軸支することによって、ハンマーが加速し、大きな打撃力が得られる。
（２）揺動スライダクランク機構にハンマーを揺動可能に軸支することによって、ハンマーが打撃後にコンクリート面から打撃の反発力により離れるため、二度叩きが発生しない。
（３）ハンマーが打撃後にコンクリート面から打撃の反発力により離れるため、打撃によって生じるコンクリートの振動を阻害しない
（４）揺動スライダクランク機構に略楕円形状の歯車を組み合わせることによって、加速したハンマーを打撃の直前に急減速することにより打撃時に大きな打撃力を得られる。
（５）揺動スライダクランク機構のスライドローラーのスライド位置を調節することでハンマーによる打撃エネルギーを調節可能であるため、打撃間隔が変わることなく、正確な点検が可能となる。
（６）ハンマーがコンクリート面を打撃した点周辺を撮影するためのカメラと、打音を集音するためのマイクを有することで、有線または無線を用いた遠隔操作によって点検を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の打音装置の説明図

【図2】本発明の打音装置の平面図

【図3】揺動スライダクランク機構の説明図

【図4】本発明の打音装置の動作の説明図

【図5】第一歯車、第二歯車およびクランクの動作の説明図

【図6】クランクの減速比の説明図

【図7】打撃エネルギーの調整の説明図（１）

【図8】打撃エネルギーの調整の説明図（２）

【図9】カメラおよびマイクの設置図

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

【0013】

［１］打音装置。
＜１＞打音装置の構成。
本発明の打音装置は、モータ１と、モータ１の回転によって揺動運動する揺動スライダクランク機構２と、揺動スライダクランク機構２の揺動運動に合わせて揺動するハンマー３と、モータ１を支持する支持体４と、揺動スライダクランク機構２を支持する基台５からなる。（図１、２）

【0014】

＜２＞揺動スライダクランク機構。
揺動スライダクランク機構２は、モータ１の回転によっててこ２１を揺動するものである。
揺動スライダクランク機構２は、てこ２１、モータ１の回転軸に取り付ける第一歯車２２、第一歯車２２と噛み合う第二歯車２３、第二歯車２３の回転軸（クランク回転軸２４１）に取り付けるクランク２４、およびクランク２４に取り付けるスライドローラー２５を有する。
てこ２１は、てこ回転軸２１１によって一方の端部付近を軸支する。他方の端部にはハンマー３をハンマー揺動回転軸３１によって軸支する。
てこ２１には、長さ方向に沿ってスライド溝２１２を形成し、スライド溝２１２内部にスライドローラー２５を配置する。

【0015】

＜２．１＞てこの揺動。
クランク２４をクランク回転軸２４１を中心に回転させると、クランク２４に固定したスライドローラー２５がスライド溝２１２内をスライドし、てこ２１が揺動する（図３）。

【0016】

＜３＞ハンマー。
ハンマー３は、てこ２１の揺動に追従して揺動する。
ハンマー揺動回転軸３１は自由回転であり、てこ２１にはハンマー３の回転する角度を制限するためのストッパー２６を設ける。
ストッパー２６には衝撃吸収材２６１を取り付ける。

【0017】

＜４＞支持体。
支持体４は２枚の板体４１を保持材４２によって平行に保持して構成する。
支持体４にはモータ１を取り付けるとともに、２枚の板体４１の間に第一歯車２２と第二歯車２３を収容する。

【0018】

＜５＞基台。
基台５は、てこ２１をてこ回転軸２１１で支持する部材である。
基台５は、スライドモータ６を介して支持体４と連結して一体となる。

【0019】

＜６＞ハンマーの動き。
＜６．１＞復帰状態。
ハンマー３はストッパー２６によって一定角度以上回転しないように支えられる（図４ａ）。
ストッパー２６に衝撃吸収材２６１を取り付けることにより、ハンマー３とストッパー２６の接触音は低減される。

【0020】

＜６．２＞てことハンマーの揺動。
モータ１を回転すると第一歯車２２、第二歯車２３が回転し、第二歯車２３に取り付けたクランク２４が回転する。
第一歯車２２と第二歯車２３はいずれも略楕円形状であり（図５）、クランク２４は一回転する間に連続的に減速比が変化する（図６）
クランク２４が回転することで、クランク２４に固定したスライドローラー２５がスライド溝２１２内をスライドしててこ２１を揺動する。
てこ２１は、復帰位置から打撃に向けて加速し打撃前に急減速するため、てこ２１の揺動のエネルギーがてこ２１からハンマー３に遷移し、ハンマー３の揺動が速くなる（図４ｂ）。

【0021】

＜６．３＞打撃。
てこ２１は減速し上死点でてこ２１が止まることで、ハンマー３がハンマー揺動回転軸３１を中心として回転して打撃を行う（図４ｃ）。
この打撃時にハンマー３の速度が最大となるように、復帰状態（図４ａ）でのストッパー２６の高さを設定して、てこ２１とハンマー３のなす角度を決定する。例えば、１００ｇのハンマー３を使用する際には、復帰状態でのてこ２１とハンマー３のなす角度は２０°で、クランク回転軸２４１の回転角は２９０°である。
このように、揺動スライダクランク機構２にハンマー３を揺動可能に取り付けることによって、ハンマー３が加速して大きな打撃力を得られる。

【0022】

＜６．４＞打撃後。
打撃後は、打撃の反発力によりハンマー３が打撃面から離れるためハンマー３による二度叩きが発生しない。また、ハンマー３が打撃面に押し付けられることによるコンクリートの振動の阻害もない。
また、打撃後にはてこ２１が打撃面と逆方向に回転を始めるため、打撃による反発力が小さい場合でも二度叩きは発生しない。
そして、クランク２４が回転することで、てこ２１が復帰状態にもどる（図４ａ）。
ストッパー２６には衝撃吸収材２６１を取り付けるため、ストッパー２６とハンマー３の接触音は低減される。また、繰り返し動作に対応するため、衝撃吸収材２６１は交換可能とする。

【0023】

以上の工程が、モータ１の回転によって繰り返される。
そして、ハンマー３を揺動可能に軸支した揺動スライダクランク機構２に略楕円形状の第一歯車２２、第二歯車２３を組み合わせることにより、人の打撃動作に近い動きで、長時間繰り返して点検作業を行うことができる。

【0024】

＜７＞打撃方向による打撃エネルギーの調整。
点検する面は壁面や天井などであるが、天井を叩く動作になるほど、重力の影響により打撃エネルギーが小さくなる。
このため、スライドモータ６により、てこ２１やハンマー３に対するクランク回転軸２４１の位置を調節する。
揺動スライダクランク機構２は、クランク回転軸２４１を中心に一定の速度で回転するスライドローラー２５によっててこ２１をてこ回転軸２１１を中心に揺動させる。
クランク回転軸２４１の位置をてこ回転軸２１１に近づけると、てこ２１の揺動角度が大きくなる。てこ２１が一往復するのにかかる時間は一定であるため、てこ２１の先端速度が大きくなり、打撃間隔が変わることなく、ハンマー３による打撃エネルギーを大きくすることができる（図７）。
具体的には、上向きになるほど重力の影響を受けて打撃エネルギーが小さくなるため、クランク回転軸２４１をてこ回転軸２１１に近づけることで重力の影響を補正し、打撃エネルギーを維持することができる。
本発明の打音装置は、スライドモータ６により支持体４により支持されているモータ１、第一歯車２２、第二歯車２３、クランク２４およびスライドローラー２５の全体を上下動させることにより、クランク回転軸２４１の位置を調節する（図８）。
クランク回転軸２４１の位置は手動で設定してもよいし、装置に角度センサを設けて角度センサにより打撃方向を検知して自動で変更してもよい。

【0025】

＜８＞遠隔による点検。
高所作業では、移動機構に本発明の装置を取り付けて、遠隔操作によって壁面を移動しながら打撃を行うことができる。
このとき、本発明の打音装置は、ハンマー３がコンクリート表面を打撃した点周辺を確認できるカメラ７１と、打音を集音するマイク７２を取り付けた打音点検ユニット７に取り付け（図９）、有線または無線により点検員がカメラ７１による映像とマイク７２からの打音によって点検を行う。
打音点検ユニット７に水平移動機構を設けることにより、打音点検ユニット７内部で打音装置が移動可能であり、打音点検ユニット７を移動することなく所定範囲の点検することができる。

【0026】

［その他実施例］
＜１＞本発明の打音装置の適用。
上記実施例においては、本発明の打音装置をコンクリートの状態を検査に適用して説明したが、コンクリートに限らず、例えばタイルの浮きやボルトの締め付けなど、打音検査の対象物に合わせたハンマー３を用いることで、あらゆる打音検査に適用することができる。

【符号の説明】

【0027】

１ モータ
２ 揺動スライダクランク機構
２１ てこ
２１１ てこ回転軸
２２ 第一歯車
２３ 第二歯車
２４ クランク
２５ スライドローラー
２６ ストッパー
２６１ 衝撃吸収材
３ ハンマー
３１ ハンマー揺動回転軸
４ 支持体
４１ 板体
４２ 保持材
５ 基台
６ スライドモータ
７ 打音点検ユニット
７１ カメラ
７２ マイク

【要約】

【課題】打撃の間隔を変えることなく、一定の打撃エネルギーで点検を行うことが可能となる打音装置を提供する。
【解決手段】モータと、前記モータの回転によって駆動する揺動スライダクランク機構と、前記モータを支持する支持体と、前記揺動スライダクランク機構を支持する基台と、からなり、前記揺動スライダクランク機構は、前記モータにより回転するクランクと、前記基台に軸支するてこと、前記てこに揺動可能に軸支するハンマーと、前記クランクに連結し、前記てこに沿って形成したスライド溝内をスライドするスライドローラーと、を有する、打音装置。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】