特開 2024-104099 貫入ロッド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024104099

(43)【公開日】2024-08-02

(54)【発明の名称】貫入ロッド

(51)【国際特許分類】

   E02D 1/02 20060101AFI20240726BHJP

【ＦＩ】

E02D1/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023008147

(22)【出願日】2023-01-23

(71)【出願人】

【識別番号】502231096

【氏名又は名称】株式会社サムシング

(71)【出願人】

【識別番号】000233734

【氏名又は名称】株式会社アステック入江

(74)【代理人】

【識別番号】110002538

【氏名又は名称】弁理士法人あしたば国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】前 俊守

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 公一朗

(72)【発明者】

【氏名】宮城 健

(72)【発明者】

【氏名】牧野 暢久

(72)【発明者】

【氏名】安部 雅臣

(72)【発明者】

【氏名】大嶋 凜太郎

(72)【発明者】

【氏名】大前 泰輔

【テーマコード（参考）】

2D043

【Ｆターム（参考）】

2D043AB03

2D043AB04

2D043AC01

2D043BA01

2D043BB01

(57)【要約】

【課題】ロッドの接続部分に破損を生じる頻度を低減できる貫入ロッドを提供する。
【解決手段】貫入ロッドは、第１端部と、前記第１端部に設けられたおねじ部と、を有する第１ロッドと、第２端部と、前記第２端部に設けられ前記おねじ部と係合可能なめねじ部と、軸方向に関する前記めねじ部の長さの少なくとも一部の長さで前記第２端部から形成された焼き入れ部と、を有する第２ロッドと、を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１端部と、前記第１端部に設けられたおねじ部と、を有する第１ロッドと、
第２端部と、前記第２端部に設けられ前記おねじ部と係合可能なめねじ部と、軸方向に関する前記めねじ部の長さの少なくとも一部の長さで前記第２端部から形成された焼き入れ部と、を有する第２ロッドと、
を備える貫入ロッド。

【請求項2】

前記焼き入れ部の長さは、前記軸方向に関する前記めねじ部の長さと同等かそれよりも大きい長さを有する請求項１に記載の貫入ロッド。

【請求項3】

前記焼き入れ部の長さは、前記軸方向に関する前記めねじ部の長さの１００～５００％の長さである請求項２に記載の貫入ロッド。

【請求項4】

前記焼き入れ部の長さは、前記軸方向に関する前記めねじ部の長さの１００～３５０％の長さである請求項２に記載の貫入ロッド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、土質の調査を行う貫入試験機に用いられる貫入ロッドに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、土質の調査を行う貫入試験には、貫入試験機が使用されている。貫入試験機は、載荷台と、載荷台に対して回転可能に設けられるチャックユニットと、チャックユニットを回転駆動する駆動源部と、チャックユニットに把持される貫入ロッドと、を備える（特許文献１参照）。貫入試験は、一般に１５ｍ程度の深度まで行われる。このため、貫入ロッドの先端側に位置する先端ロッドの末端に、延長ロッドが継ぎ足される。継ぎ足しは、めねじ部に対しておねじ部を締結することでなされる。延長ロッドの継ぎ足しは、複数回なされる場合が通常である。これによって、貫入ロッドの長さが適宜に延長される（特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００－２６５４５１号公報

【特許文献2】特許第６２１１７３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

貫入ロッドは、複数の現場で使い回すことが通常であるが、その際に、先端ロッドと延長ロッドとの間の締結および締結解除と、延長ロッド同士の間の締結および締結解除と、が繰り返し行われる。貫入試験においては、当該接続部分に大きなトルクが付与されるため、締結および締結解除を繰り返すと、接続部分が破損してしまう問題がある。

【0005】

従って、本発明の目的は、ロッドの接続部分に破損を生じる頻度を低減できる貫入ロッドを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題は、以下により解決される。すなわち、本発明（１）の貫入ロッドは、
第１端部と、前記第１端部に設けられたおねじ部と、を有する第１ロッドと、
第２端部と、前記第２端部に設けられ前記おねじ部と係合可能なめねじ部と、軸方向に関する前記めねじ部の長さの少なくとも一部の長さで前記第２端部から形成された焼き入れ部と、を有する第２ロッドと、
を備える。

【0007】

本発明（２）の貫入ロッドは、（１）記載の貫入ロッドであって、
前記焼き入れ部の長さは、前記軸方向に関する前記めねじ部の長さと同等かそれよりも大きい長さを有する。

【0008】

本発明（３）の貫入ロッドは、（２）記載の貫入ロッドであって、
前記焼き入れ部の長さは、前記軸方向に関する前記めねじ部の長さの１００～５００％の長さである。

【0009】

本発明（４）の貫入ロッドは、（２）記載の貫入ロッドであって、
前記焼き入れ部の長さは、前記軸方向に関する前記めねじ部の長さの１００～３５０％の長さである。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、ロッドの接続部分に破損を生じる頻度を低減できる貫入ロッドを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、実施形態の貫入ロッドを用いる貫入試験機を示す側面図である。

【図2】図２は、図１の貫入ロッドを示す模式図である。

【図3】図３は、図２に示す貫入ロッドの第２ロッドを示す側面図である。

【図4】図４は、実施例の試験片および治具を示す図である。

【図5】図５は、図４に示す治具の詳細を示す側面図である。

【図6】図６は、実施例の圧縮試験に用いた試験装置を示す斜視図である。

【図7】図７は、図６に示す試験装置の台座と圧縮ヘッドとの間に試験片と治具とを装着した状態を示す斜視図である。

【図8】実施例１－１の試験片の圧縮試験の結果を示すグラフである。

【図9】実施例１－１の試験片であって、試験後に破損した状態の試験片および治具を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に図面を参照しつつ、貫入試験機およびそれに用いられる貫入ロッドについて説明する。貫入試験機は、例えば、戸建て住宅の地盤調査として最も一般的に行われるJIS A 1221 スクリューウエイト貫入試験等に用いられる。

【0013】

［第１実施形態］
図１、図２を参照して、実施形態の貫入試験機１１について説明する。図１に示すように、貫入試験機１１は、地盤１２上に設置される脚部１３と、脚部１３から上方に延びる支軸１４と、支軸１４に対して昇降可能な載荷台１５と、載荷台１５上に回転可能に設けられるチャックユニット１６と、載荷台１５上に設けられチャックユニット１６を回転駆動する駆動源１７（モータ）と、チャックユニット１６に把持されて鉛直線回りに正転方向および逆転方向に回転可能な貫入ロッド１８と、を有する。

【0014】

脚部１３は、中央部に地盤を露出させるように開口部２１を有しており、貫入ロッド１８は、開口部２１を介して地盤１２を掘り進むことができる。脚部１３は、貫入試験機１１を移動するのに用いられるローラを有していてもよい。チャックユニット１６は、貫入ロッド１８を外側から把持するための複数の鋼球を有する。

【0015】

貫入ロッド１８は、地盤調査において、地盤１２に対して回転しつつ貫入される。貫入ロッド１８は、例えば鋼材、より詳細にはクロムモリブデン鋼によって棒状に形成されている。貫入ロッド１８は、例えば、ＳＣＭ４３５Ｈで構成されることが好ましい。図２に示すように、貫入ロッド１８は、第１ロッド２２と、第１ロッド２２に接続される第２ロッド２３と、を有する。第１ロッド２２は、後述する先端ロッド３１又は延長ロッド３２に対応するものである。第２ロッド２３は、延長ロッド３２に対応している。

【0016】

なお、この対応関係は一例であり、第２ロッド２３が先端ロッド３１に対応し、第１ロッド２２が延長ロッド３２に対応していてもよい。或いは、第１ロッドおよび第２ロッドが共に延長ロッドに対応するものであってもよい。

【0017】

先端ロッド３１は、中実の丸棒状の基部３３と、基部３３の第２端部２５に設けられた貫入体３４（貫入刃）と、基部３３の第２端部２５とは反対側の第１端部２４に設けられたおねじ部３５と、チャックユニット１６の鋼球によって把持される細長い溝状の複数の把持溝３６と、を有する。図３に示すように、把持溝３６は、先端ロッド３１の軸Ｓ回りの例えば３か所に、均一な間隔をあけて設けられている。

【0018】

図２に示すように、延長ロッド３２は、中実の丸棒状の基部３３と、基部３３の第２端部２５に設けられためねじ部４２と、基部３３の第２端部２５とは反対側の第１端部２４に設けられたおねじ部３５と、チャックユニット１６の鋼球によって把持される細長い溝状の複数の把持溝３６と、を有する。めねじ部４２は、おねじ部３５を受け入れ可能に、基部３３の第２端部２５から凹状に窪むように形成されている。めねじ部４２は、おねじ部３７と相補的な形状を有し、おねじ部３７と締結可能である。延長ロッド３２のおねじ部３５は、先端ロッド３１のおねじ部３５と同様の形態を有する。延長ロッド３２の把持溝３６は、先端ロッド３１の把持溝３６と同様の形態を有する。

【0019】

図３に示すように、延長ロッド３２は、焼き入れ部４３を有する。焼き入れ部４３は、第２端部２５から軸Ｓ方向に関するめねじ部４２の長さの少なくとも一部に焼き入れすることで形成されている。焼き入れ部４３の長さは、軸Ｓ方向に関するめねじ部４２の長さと同等かそれよりも大きい長さを有していてもよい。

【0020】

焼き入れ部４３に対する焼き入れは、コイルの中にロッドを通し、８４０℃～８６０℃で加熱を行う。焼き入れ範囲により加熱時間が変わるが、焼入れ範囲８ｍｍ当たり２秒程度である。

【0021】

本実施形態において、軸Ｓ方向に関する焼き入れ部４３の第２端部２５からの長さは、任意の長さであってよい。例えば、図３に示すように、焼き入れ部４３は、軸Ｓ方向に関するめねじ部４２の長さの数倍の長さＡ分を第２端部２５から焼き入れして形成してよいし、軸Ｓ方向に関するめねじ部４２の長さの一部の長さＢ分を第２端部２５から焼き入れして形成してもよい。

【0022】

焼き入れ部４３は、軸Ｓ方向に関するめねじ部４２の長さの１００～５００％の長さ分を、第２端部２５から軸Ｓ方向に焼き入れて形成されることが好ましい。焼き入れ部４３は、軸Ｓ方向に関するめねじ部４２の長さの１００～３５０％の長さ分を、第２端部２５から軸Ｓ方向に焼き入れて形成されることがさらに好ましい。第２端部２５からの焼き入れ部４３の長さが、軸Ｓ方向に関するめねじ部４２の長さの１００％未満である場合には、焼き入れ部４３の長さが十分でなく、めねじ部４２における剛性の確保が十分ではない。一方、第２端部２５からの焼き入れ部４３の長さが、軸Ｓ方向に関するめねじ部４２の長さの５００％を超える場合には、めねじ部４２およびその周辺の剛性が高くなりすぎ、金属材料としての粘性が低下し、脆くてひび割れしやすくなってしまう。本実施形態では、焼き入れ部４３が適切な長さで形成されるため、めねじ部４２周辺の剛性を向上して、貫入ロッド１８の繰り返しの使用によって締結・締結解除を繰り返した場合でも、めねじ部４２に変形・破損を生じることを防止できる。

【0023】

本実施形態の貫入ロッド１８の作用について説明する。

【0024】

貫入試験機１１によって地盤１２を調査する際に、まず貫入ロッド１８（先端ロッド３１）に対して上方から図示しない錘を用いて所定重量の負荷荷重を付与して、地盤１２に対して貫入ロッド１８が沈む否かを確認する。所定重量でも貫入ロッド１８が貫入しない場合には、駆動源１７の駆動によってチャックユニット１６を介して貫入ロッド１８に右回りのトルクを付与する。これによって、貫入ロッド１８を右回りに回転させ、貫入ロッド１８によって地盤１２を掘り進める。貫入ロッド１８が地盤に対して所定の深さ分差し込まれ、貫入ロッド１８（先端ロッド３１）の長さが足りなくなった場合には、先端ロッド３１の末端に対して延長ロッド３２を継ぎ足して、掘削を継続する。

【0025】

その際、作業者は、チャックユニット１６による先端ロッド３１の把持を解除する。そして、先端ロッド３１のおねじ部３５に延長ロッド３２のめねじ部４２を締結して貫入ロッド１８を延長する。そして、載荷台１５を上昇させ、チャックユニット１６によって延長ロッド３２を把持する。この状態で、貫入ロッド１８を回転させて地盤１２の掘削を継続する。延長ロッド３２を継ぎ足しは、複数回なされる場合がある。先端ロッド３１の貫入体３４が固い地盤１２に到達したときに、掘削作業を完了する。

【0026】

このように、掘削作業を継続すると、貫入ロッド１８に比較的に大きなトルクが付与されるとともに、土壌の抵抗によって貫入ロッド１８に捩じるように力が働く。これによって、先端ロッド３１と延長ロッド３２との間、延長ロッド３２同士の間で、互いに強固に締結されることとなる。

【0027】

一方、掘削作業を完了した場合には、先端ロッド３１と延長ロッド３２との締結と、延長ロッド３２同士の締結と、を解除することとなる。このように、ロッド同士の締結と締結解除を繰り返すと、めねじ部４２が拡開するように変形して破損してしまう場合がある。本実施形態では、第２端部２５から軸Ｓ方向に関して所定の長さ分だけ焼き入れ部４３が設けられているために、めねじ部４２の剛性が向上して、めねじ部４２の変形が極力防止される。

【0028】

上記した実施形態は、種々の置き換えや変形を加えて実施できる。

【実施例0029】

本発明の貫入ロッド１８において、第１ロッド２２と第２ロッド２３との間の締結および締結解除によって、めねじ部４２が拡開するように変形することを模擬した試験を行った。

【0030】

（実施例、比較例の試験片Ｃ、治具Ｄの作成）
実施例、比較例に係る試験片Ｃは、いずれもＳＣＭ４３５Ｈ製の第２ロッド２３から作成した。図４に示すように、実施形態で説明した丸棒状の第２ロッド２３の根元側（めねじ部４２が形成された側）を切断して、所定長さを有する実施例の試験片Ｃを形成した。試験片Ｃの軸方向の長さは、１１０ｍｍとした。試験片Ｃの基部３３の直径は、１９ｍｍである。軸Ｓ方向に関する第２端部２５からのめねじ部４２（完全にねじが形成されている完全ねじ部）の長さは、２０ｍｍである。

【0031】

実施例の試験片Ｃとなる第２ロッド２３には、予め異なる長さで焼き入れ部４３が形成されている。実施例１の第２ロッド２３（試験片Ｃ）には、第２端部２５から５ｍｍ（めねじ部４２の長さの２５％）の長さ分だけ焼き入れ部４３を形成した。実施例２の第２ロッド２３（試験片Ｃ）には、第２端部２５から２０ｍｍ（めねじ部の長さの１００％）の長さ分だけ焼き入れ部４３を形成した。実施例３の第２ロッド２３（試験片Ｃ）には、第２端部２５から５０ｍｍ（めねじ部４２の長さの２５０％）の長さ分だけ焼き入れ部４３を形成した。実施例４の第２ロッド２３（試験片Ｃ）には、第２端部２５から７０ｍｍ（めねじ部４２の長さの３５０％）の長さ分だけ焼き入れ部４３を形成した。実施例５の第２ロッド２３（試験片Ｃ）には、第２端部２５から１００ｍｍ（めねじ部４２の長さの５００％）の長さ分だけ焼き入れ部４３を形成した。各実施例の試験片Ｃを、２本ずつ用意し、一方を例えば実施例１－１、他方を実施例１－２のように表記した。

【0032】

比較例の試験片Ｃも用意した。比較例の第２ロッド２３（試験片Ｃ）には、焼き入れ部４３を設けなかった。比較例の試験片Ｃを、２本ずつ用意し、一方を例えば比較例１－１、他方を比較例１－２のように表記した。

【0033】

実施例および比較例の試験片Ｃのめねじ部４２の周辺の変形を生じさせる治具として、図５に示すような略円錐台形状の治具Ｄを製造した。円錐台形の底面の直径は２１．５ｍｍである。治具Ｄの軸方向における長さは、３５ｍｍである。先端側は、４ｍｍの曲率半径でアール状に加工されている。治具Ｄは、ＳＣＭ４３５Ｈで形成した。

【0034】

（圧縮試験の試験装置）
図６に本実施例で用いた試験機５１の外観を示す。本実施例で用いた試験機５１は、島津製作所製の５００ｋＮ万能試験機である。試験機５１は、台座５２と、台座５２に設置された試験片Ｃおよび治具Ｄを圧縮する圧縮ヘッド５３と、を有する。圧縮ヘッド５３は、試験片Ｃを差し込める窪みを有する。図４、図７に示すように、試験片Ｃおよび治具Ｄは、試験機５１の圧縮ヘッド５３と台座５２の間に設置されて試験に供される。

【0035】

（圧縮試験）
圧縮試験は、図４に示すように、試験片Ｃのめねじ部４２に対して治具Ｄの先端を差し込み、試験機５１によって図４に矢印で示す方向に圧縮して、試験片Ｃが破壊するまで行った。圧縮試験は、大気下で、室温で行った。

【0036】

結果を下記表に示す。

【0037】

【表1】

【0038】

図８に実施例１－１の試験片Ｃに対する圧縮試験の結果を示す。試験片が破壊されるまでは、荷重が右肩上がりで上昇し、試験片Ｃが破損すると、荷重が低下する。このグラフで最大となった負荷荷重が、最大荷重となる。図９に、試験後の実施例１－１の試験片Ｃを示す。試験片Ｃの焼き入れをした焼き入れ部４３を超えた位置まで破壊による亀裂Ｎが入っていることが分かる。

【0039】

（考察）
上記の結果から、焼き入れ部４３の長さが長くなるにつれて、破壊までの最大荷重が増加して、試験片Ｃの剛性が高くなることが分かった。一方、比較例１－１、１－２では、試験途中で試験片Ｃが座屈するなどの事象が発生し、破壊までの正確な最大荷重を測定することができなかった。

【0040】

実施例２～５の結果から、軸Ｓ方向に関するめねじ部４２（完全ねじ部）の長さに対して、焼き入れ部４３の長さを１００～５００％とすると、最大荷重が増強されることが理解できる。また、実施例２～４の結果から、軸Ｓ方向に関するめねじ部４２（完全ねじ部）の長さに対して、焼き入れ部４３の長さを１００～３５０％とすると、最大荷重がさらに増強されることが理解できる。すなわち、実施例５の最大荷重が実施例４の最大荷重よりも低下しているのは、焼き入れ部４３の長さが長くなりすぎ、めねじ部４２の周囲で剛性は高くなっているものの、金属として粘性又は弾性が低下して、めねじ部４２が脆くて割れやすい構造となり、結果的に最大荷重が低下したと推測される。

【0041】

上記実施形態および実施例によれば、以下のことがいえる。

【0042】

貫入ロッド１８は、第１端部２４と、第１端部２４に設けられたおねじ部３５と、を有する第１ロッド２２と、第２端部２５と、第２端部２５に設けられおねじ部３５と係合可能なめねじ部４２と、軸Ｓ方向に関するめねじ部４２の長さの少なくとも一部の長さで第２端部２５から形成された焼き入れ部４３と、を有する第２ロッド２３と、を備える。

【0043】

この構成によれば、焼き入れ部４３によってめねじ部４２に変形を生じることを防止できる。これによって、繰り返し利用により、第１ロッド２２および第２ロッド２３の間で、締結・締結解除が繰り返しなされた場合でも、第１ロッド２２および第２ロッド２３の接続部分に破損を生じる頻度を低減できる。これによって、接続部分の破損により、貫入ロッド１８が使用不可となり、地盤調査に必要なコストが増大することを防止できる。

【0044】

焼き入れ部４３の長さは、軸Ｓ方向に関するめねじ部４２の長さと同等かそれよりも大きい長さを有する。

【0045】

この構成によれば、少なくとも第２端部２５からめねじ部４２の長さ分は焼き入れ部４３が形成されることとなる。上記構成によれば、めねじ部４２の周囲で第２ロッド２３の強度を著しく向上することができる。これによって、繰り返し利用により、締結・締結解除が繰り返しなされた場合でも、第１ロッド２２および第２ロッド２３の接続部分に破損を生じる頻度を低減できる。

【0046】

焼き入れ部４３の長さは、軸Ｓ方向に関するめねじ部４２の長さの１００～５００％の長さである。

【0047】

この構成によれば、めねじ部４２の周囲で第２ロッド２３の強度を著しく向上することができる。これによって、繰り返し利用により、締結・締結解除が繰り返しなされた場合でも、第１ロッド２２および第２ロッド２３の接続部分に破損を生じる頻度を低減できる。

【0048】

焼き入れ部４３の長さは、軸Ｓ方向に関するめねじ部４２の長さの１００～３５０％の長さである。

【0049】

この構成によれば、めねじ部４２の周囲で第２ロッド２３の強度をさらに著しく向上することができる。これによって、繰り返し利用により、締結・締結解除が繰り返しなされた場合でも、第１ロッド２２および第２ロッド２３の接続部分に破損を生じる頻度を低減できる。

【符号の説明】

【0050】

１１ 貫入試験機
１２ 地盤
１８ 貫入ロッド
２２ 第１ロッド
２３ 第２ロッド
２４ 第１端部
２５ 第２端部
Ｓ 軸
３１ 先端ロッド
３２ 延長ロッド
３３ 基部
３５ おねじ部
４２ めねじ部
４３ 焼き入れ部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】