JP2017101498A - 地盤改良翼の回転検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】攪拌翼を有する地盤改良装置において、供回り防止翼の回転状況を検知し、地上の受信装置に検知信号を確実に送信する地盤改良翼の供回り検知装置及び地盤改良翼の供回り監視方法を提供する。【解決手段】地盤改良装置の供回り防止翼４に方位検知器２４からなる被検知体を、単体軸にコイルからなる受信器２５を設置する。受信器２５で方位検知器２４を検知することで、単体軸１と供回り防止翼４の配置位置を把握し、その回転が検知できる。電線２３で、ウォータースイベル１０内に設置された無線発信器２２に検知信号として送信する。無線発信器２２は、この検知信号を受信して、無線通信で、地盤改良装置の周辺に設置した受信装置２６へ送信する。受信装置２６は、検知信号を受信する。そして、検知信号を利用して相対回転の回転速度、供回り防止翼４の配置位置を求めて表示器に表示する。【選択図】 図１

Description

本発明は、攪拌翼を有する地盤改良装置において、その地盤改良翼の回転を検知し監視するための地盤改良翼の回転検知装置に関する。更に詳しくは、地盤改良掘削土の供回り現象を防止するようにした地盤改良装置において、供回り防止翼の回転を検知するための地盤改良翼の回転検知装置に関する。

地盤改良を行うための工法として種々の方式が提案されているが、地盤に掘削穴を形成し、その掘削土にセメント等の凝固剤を注入し、攪拌翼で混合攪拌し固化させて杭等の地盤改良柱を形成する工法が知られ施工されている。攪拌翼で混合攪拌するとき、攪拌翼と改良土が一体となって塊状になり供回りすることがある。この供回りを防止するために、回転ロッド上の軸受で自由回転できる構造にした供回り防止翼を設け、施工時にこの供回り防止翼を掘削穴の壁面に固定するものも知られている。

しかしながら、この構造の地盤攪拌翼であっても、供回り防止翼と攪拌翼が供回りすることもあり、供回り防止翼と攪拌翼が相対的に正常に回転している保証はない。このために、供回り防止翼と攪拌翼との間の相対回転数をセンサで検知し、これを監視するものも提案されている（特許文献１、２）。

特許文献１に記載の装置は、供回り防止翼の回転を検知したセンサの信号を発信装置から発する無線信号で地上へ送信している。地上の受信装置がその無線信号を受信している。特許文献２に記載の検知装置は、供回り防止翼の回転を地下で検知したセンサの信号を回転ロッド内の送信電線で地上へ送り、回転ロッドの上端部のスリップリングを介してカウンター装置に接続している。

特開２０００−１４４７０３号公報 特開２００１−３２３４５４号公報

しかしながら、供回り防止翼と攪拌翼との間の相対回転数をセンサで検知すると、供回り防止翼の回転速度を正確に検知できないことがある。更に、供回り防止翼の配置位置も特定できない。

本発明は上述のような技術背景のもとになされたものであり、下記目的を達成する。
本発明の目的は、攪拌翼を有する地盤改良装置において、供回り防止翼の回転状況を検知し、地上の受信装置に検知信号を確実に送信する地盤改良翼の回転検知装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、攪拌翼を有する地盤改良装置において、供回り防止翼の回転を検知し、地上の受信装置に検知信号を送信する地盤改良翼の回転検知装置を提供することにある。

本発明は、前記目的を達成するため、次の手段を採る。
本発明は、地盤の攪拌回転翼を有して、掘削穴を掘削し前記掘削穴内の地盤改良を行う地盤改良装置において、地盤改良翼の供回りを検知し監視するための地盤改良装置の地盤改良翼の回転検知装置である。

本発明の発明１の地盤改良翼の回転検知装置は、
地盤の攪拌回転翼を有し、掘削穴を掘削し前記掘削穴内の地盤改良を行う地盤改良装置であって、
回転駆動装置により回転駆動され、地盤改良材を供給する供給路を有する単体軸と、
この単体軸に固定され、前記掘削穴内の掘削された掘削土を攪拌する翼体と、
前記単体軸の地盤底側の端部に設けられ、複数の掘削刃を有して前記掘削穴を掘削する削穴ビットと、
前記翼体と前記削穴ビットとの間の前記単体軸に回転自在に設けられ、外周端部が前記掘削穴の周壁に係合して回転が止められ、前記翼体及び前記削穴ビットの回転と相対回転して掘削された掘削土を前記地盤改良材とともに混合攪拌させる供回り防止翼と
からなる地盤改良装置において、
前記供回り防止翼の回転を検知するために、前記供回り防止翼に設置され、前記供回り防止翼の配置方位を検知して配置方位信号を出力する方位検知手段と、
前記方位検知手段に接続され、前記配置方位信号を地上又は前記単体軸の上部に伝達するための通信手段と
からなることを特徴とする。

本発明の発明２の地盤改良翼の回転検知装置は、本発明１において、前記方位検知手段は、方位を測定して前記配置方位信号を出力するためのもので、電子方位計又は磁石を有する磁石方位計であることを特徴とする。

本発明の発明３の地盤改良翼の回転検知装置は、本発明１又は２において、前記単体軸の上部に配置され、前記通信手段から前記配置方位信号を受信して、前記配置方位信号を無線信号に変換するための無線通信手段を備えていることを特徴とする。

本発明の発明４の地盤改良翼の回転検知装置は、本発明３において、前記通信手段は、（ａ）前記単体軸の下端の中に設置され、前記方位検知手段からの前記配置方位信号を受信する受信手段と、（ｂ）前記単体軸の中のパイプ間の中空部を通って前記受信手段と前記無線通信手段を接続させ、前記配置方位信号を前記受信手段から前記無線通信手段に伝達するための電線とからなることを特徴とする。

本発明の発明５の地盤改良翼の回転検知装置は、本発明３において、前記通信手段は、前記単体軸の下端の中に設置され、前記方位検知手段に接続されて、前記配置方位信号を前記方位検知手段から受信し、前記無線通信手段に無線通信で伝達するための無線中継手段からなることを特徴とする。

本発明の発明６の地盤改良翼の回転検知装置は、本発明５において、前記通信手段は、ZigBee規格に準拠したZigBee Coordinator及び前記ZigBee End Device又はZigBee Coordinator、ZigBee Router及びZigBee End Deviceからなることを特徴とする。

本発明の発明７の地盤改良翼の回転検知装置は、本発明３において、前記無線通信手段は、回転している前記単体軸内へ連続的に地盤改良材を送るために前記単体軸の上端に固定されたウォータースイベルに配置されていることを特徴とする。

本発明の発明８の地盤改良翼の回転検知装置は、本発明４において、前記電線は、前記単体軸の接続部分で、電磁式の接続端子で接続されていることを特徴とする。

本発明によると、次の効果が奏される。本発明によると、地盤改良装置の供回り防止翼の回転を検知し、地盤改良装置の管理者や操作者がその回転と配置位置を把握することができるようになった。また、無線通信を利用しているので、地盤改良装置から離れた場所でも、供回り防止翼の回転を監視できるようになった。

本発明によると、供回り防止翼に設置した方位検知センサでその方位を検知することで、供回り防止翼の絶対位置が取得できるようになった。

図１は、本発明の第１の実施の形態の攪拌ヘッドＡを示す外観図である。 図２は、本発明の第１の実施の形態において、攪拌ヘッドＡを駆動する回転ロッドの上部を示す外観図である。 図３は、本発明の第１の実施の形態において、回転ロッドの縦断面図である。 図４は、本発明の第１の実施の形態の地盤改良翼の回転検知装置２０の概要を図示したブロック図である。 図５は、本発明の第１の実施の形態において、供回り防止翼４に方位検知器２４を設置した様子を示す図であり、図５（ａ）は供回り防止翼４の平面図、図５（ｂ）は供回り防止翼４の正面図である。 図６は、本発明の第１の実施の形態において、図３のＡ−Ａ'断面の断面図である。 図７は、本発明の第１の実施の形態において、方位検知器２４の概要を図示したブロック図である。 図８は、本発明の第１の実施の形態の無線発信器２２の概要を図示したブロック図である。 図９は、本発明の第１の実施の形態の供回り防止翼４の回転状況を受信装置２６の画面に表示する一例を図示した図である。 図１０は、本発明の第３の実施の形態において、上端単体軸と下端単体軸の接続部分に、非接触端子２７ａ，２７ｂを設ける様子を示す概念図である。 図１１は、本発明の第４の実施の形態において、上端単体軸と下端単体軸の接続部分に、ＺＣ（ZigBee Coordinator）６０とＺＥＤ（ZigBee End Device）６２を設け、ケーブル２３ａ，２３ｂを接続する様子を示す概念図である。

［第１の実施の形態］
次に、本発明の第１の実施の形態を図に基づき説明する。本発明の地盤改良翼の供回り検知装置（以下、供回り検知装置という。）は、図示していないが、地上を移動可能な地盤改良装置の改良機本体に組み込まれて動作する。即ち、改良機本体に設けられている駆動モータの出力軸に回転ロッドが連結されており、地盤改良装置の攪拌ヘッドＡは、駆動モータの回転駆動で回転する回転ロッドにより回転駆動される。

図１は、本発明の第１の実施の形態の攪拌ヘッドＡの外観を示す外観図であり、図２は、攪拌ヘッドＡを駆動する回転ロッドの上部を示す外観図である。攪拌ヘッドＡの先端の削穴ビット２で地盤を掘削し、掘削土を上方へ移送する。そして、攪拌ヘッドＡの単体軸１に固定された攪拌翼３ａ，３ｂと単体軸１に回転自在に設けられた供回り防止翼４により、この掘削土を攪拌しながら地盤改良材と混合し混合土にする。ここで、攪拌翼３ａ，３ｂと供回り防止翼４は、地盤改良翼として機能する。

図３は攪拌ヘッドＡの回転ロッドの下部の縦断面図である。この縦断面図から理解されるように、本実施の形態の回転軸は、管状の単体軸１であって、所謂、二重管ではない。単体軸１の地盤底側に削穴ビット２が配置され、この削穴ビット２は単体軸１を駆動する駆動モータ（図示せず。）の駆動により、単体軸１と共に一体的に回転駆動される。削穴ビット２は、その回転外径が地中に形成される地盤改良柱の外径（掘削穴５の内径）に一致する。

削穴ビット２は、複数の刃部２ａが削穴ビット２の半径方向に直線上に配置されており、これは地盤改良柱の地盤底の低面を削りながら下方に前進し掘削を行う。又、この削穴ビット２の近傍の単体軸１の先端部には、地盤改良材を掘削穴内に注入するための吐出穴８が配置されている。地盤改良材は地上部の供給装置から、この単体軸１の中心に配置されたパイプの中空部１ａを介して供給され、掘削された地盤底側の掘削穴５に吐出される。

この削穴ビット２の上部には、一端が単体軸１に溶接により一体に固定された半径方向に設けられた翼である攪拌翼３ｂが設けられている。即ち、この攪拌翼３ｂは、それぞれねじれ板形状の２つの羽根からなり、２つの羽根は半径方向に単体軸１を挟んで対向して配置されている。攪拌翼３ｂの上部の単体軸１には、９０度角度位相が異なる同様な構造である攪拌翼３ａが配置されている（図１を参照。）。単体軸１の下部に配置された削穴ビット２と攪拌翼３ｂとの間には、軸受７が単体軸１に固定されている。供回り防止翼４は軸受７に回転自在に設けられている。

この供回り防止翼４は、単体軸１を挟んで２つの板状の羽根体４ｃがボルト６による締結により、１８０度の半径方向に延在し、かつ供回り防止翼４の羽根面が、掘削穴５の中心線方向と平行に配置された構成となっている。これにより、羽根体４ｃの中心部４ｂは、参照番号４ｄで示すように、中心部が半円状の半円筒４ｄを構成する（図５を参照。）。この供回り防止翼４の外周の先端部４ａは、掘削穴５に縦方向に食い込み接触するようになっている。即ち、この供回り防止翼４の先端部４ａの先端は、削穴ビット２の回転円軌跡より直径が大きくなるように設定されている。

［ウォータースイベル１０］
単体軸１の上部には、ウォータースイベル１０が搭載されている。ウォータースイベル１０は、回転している単体軸１に地盤改良材を連続的に供給するための継手である。従って、ウォータースイベル１０は、単体軸１と一体に回転する部分と、回転しない軸、軸受、シール部等からなる。この構造、機能は公知であり、その説明は省略する。

ウォータースイベル１０の回転部は、単体軸１と一体であり、共に回転する。後述する地中の受信器２５からの検知信号を受け、この検知信号を外部に発信する無線発信器２２（図４を参照。）がウォータースイベル１０の回転部に搭載されている。ウォータースイベル１０の固定部には、ホース係止部材１１が一体に設けられている。ホース係止部材１１は地盤改良材を供給するホースを固定するものである。

［地盤改良方法の施工例］
次に、地盤改良装置により地盤改良を行う方法について説明する。地盤に貫入する際は、地盤改良機の駆動装置により単体軸１が正転駆動回転される。この回転は、削穴ビット２と翼体２ａの複数の刃部が地盤に食い込み、掘削した掘削土を上方へ移送させる。この地盤貫入の進行に伴って、供回り防止翼４の中心部は軸受７で回転自在な状態に支持されている。

供回り防止翼４の外周端円軌跡は、掘削穴５より大きく設定されているので、掘削時に供回り防止翼４の外周端部４ａが掘削穴５の内周の壁面に食い込み、供回り防止翼４は回転停止状態になる。削穴ビット２と攪拌翼３ａ，３ｂは、回転を継続して掘削するので、供回り防止翼４は相対回転の状態、即ち供回り防止翼４のみ回転停止状態で、掘削穴５の面に回転軸線方向に食い込みながら掘削方向に進行する。

このとき同時に地盤改良材が注入され、吐出穴８から吐出される。この注入により掘削された掘削土は、掘削と同時に攪拌翼３ａ，３ｂと供回り防止翼４により攪拌され、地盤改良材との混合土となり、その攪拌に伴い相対的に徐々に上方へもたらされる。この攪拌において掘削土は、回転する攪拌翼３ａ，３ｂと回転停止している供回り防止翼４の間で、裁断され回転方向と上下方向に対流しながら攪拌される。以上説明した攪拌ヘッドＡの構造、機能は公知の技術である。

［地盤改良翼の供回り検知装置］
以上説明した攪拌ヘッドＡにおいて、地盤改良翼の回転検知装置２０の第１の実施の形態について説明する。地盤改良翼の回転検知装置２０の概要を、図４にブロック図で図示している。地盤改良翼の回転検知装置２０は、供回り防止翼４の配置方位を検知し検知信号を出力するための検知部２１、検知信号をユーザへ送信するための無線発信器２２、両者を互いに接続するための電線２３、検知信号を受信し信号処理して表示するための受信装置２６等からなる。

各部について詳細に説明する。検知部２１は、方位検知器２４と受信器２５からなる。方位検知器２４は、供回り防止翼４の配置方位を検知し、検知信号を無線信号で送信するためのものである。図５は、供回り防止翼４に方位検知器２４を設置した様子を示す図である。図５（ａ）は供回り防止翼４の平面図、図５（ｂ）は供回り防止翼４の正面図である。方位検知器２４は、図３と図５に図示したように、供回り防止翼４の羽根体に設置される。

受信器２５は、方位検知器２４からの無線信号を受信し、無線発信器２２へ送信する中継器であり、単体軸１の下端部内に設置される。単体軸１の下端部は、通常の掘削作業のとき、地下に位置するので、受信器２５は地下に位置し、方位検知器２４から発信された信号を中継する。受信器２５は、電線２３に接続されており、この電線２３を介して検知信号を無線発信器２２へ送信する。電線２３は、管状の単体軸１の中のパイプ間の中空部であるパイプ間中空部１ｂに設置されている（図３、図６を参照。）。

［方位検知器２４の構造］
方位検知器２４は、図３、図５に図示したように、供回り防止翼４の羽根体の正面に設置されている。この供回り防止翼４の羽根体と羽根面は、掘削土と地盤改良材に常に接触するので、方位検知器２４は、羽根面又は羽根内に埋め込むように配置し、ビス等の機械的な固着手段で固定される（図示せず。）。また、方位検知器２４は、羽根面に接着材で固定しても良く、この場合、追加部品が必要なく安価になる。

方位検知器２４は、供回り防止翼４の羽根面に固定されているので、供回り防止翼４が回転すると、方位検知器２４はそれと一緒に回転する。方位検知器２４は、箱状等の筐体に格納される。方位検知器２４は、アンテナを有し、受信器２５との間で無線通信する。このために、その筐体は無線通信の電波に支障がない材料からできているものが好ましい。筐体は電波を遮断する性質を持つ金属材料である場合、筐体の部分でアンテナが設置された位置に該当する部分は非金属材料でできているものが好ましい。

図７は、方位検知器２４の概要を図示したブロック図である。方位検知器２４は、方位計４８で検知した検知信号を無線通信で送信する機能を有するものであれば、アナログ通信装置でも、ディジタル通信装置でも、利用することができる。方位検知器２４の構造及び機能について、これに限定されないが、図７を例に説明する。方位検知器２４は、筐体（図示せず。）に格納された無線発信器本体４０、アンテナ４７、方位計４８、電源部４６等からなる。

無線発信器本体４０は、方位計４８で検知した検知信号を信号処理し、アンテナ４７を介して無線通信で送信するためのものである。無線発信器本体４０は、所定の命令を実行し装置全体を制御するための中央処理装置（ＣＰＵ）４１、命令を含む制御プログラムやデータを格納するメモリ４２、通信を制御するための通信部４３、検知信号を受信し、ディジタル信号に変換するための受信部４４等からなる。電源部４６は、無線発信器本体３０に電源供給をするための２次蓄電器であり、この２次蓄電器はアルカリバッテリ、リチウムイオンバッテリ等である。

電源部４６は、ボタン電池等の小型で容量の大きいものが好ましい。方位計４８で検知した検知信号は、受信部４４で信号処理され、ディジタル化され、ディジタル検知信号に変換されて、通信部４３に送られる。通信部３３は、このディジタル検知信号を通信用に変換して、アンテナ４７から無線信号として送信する。アンテナ４７から送信された無線信号は、受信器２５で受信される。

［方位計４８］
方位計４８は、方位を検知するものであれば任意の原理の機器を利用することができるが、ここでいくつかを例示する。例えば、方位計４８は、磁石からなり、その磁石の向きを検知して出力する機器が利用できる。また、方位計４８として電子コンパス、地磁気センサ 、デジタルコンパス等の電子方位計を用いる。電子方位計は、磁気センサで微弱な地磁気を検知し、その大きさを電気的に計測して、方位情報を算出するものである。

電子方位計は、周囲の磁気や磁界の影響を取り除き調整する補正アルゴリズムを有するものが好ましい。電子方位計は、２軸又は３軸構造にした、コイル、ホール素子、磁気抵抗素子、磁気インピーダンス素子、超伝導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）等の素子を利用して地磁気の方向と強度を検知し、これらの検知データを信号処理器で信号処理して方位を算出している。

方位計４８は、ジャイロセンサ（角速度センサ）と組み合わせることができる。ジャイロセンサは、供回り防止翼４の回転の有無、回転速度を検知することができる。方位計４８の代わりにジャイロセンサを利用することもできる。この場合は、供回り防止翼４の回転の有無、回転速度を検知し把握することができる。本発明の趣旨は、方位計４８そのものの発明ではなく、かつ方位計の構造、機能は公知技術であるので、方位計４８の詳細な説明は省略する。

図５には、方位検知器２４の他の設置例として、羽根体４ｃの中心部４ｂに近い位置に方位検知器２４ａを配置したものである。正確には、２枚の羽根体４ｃの接合部に、空所を設け、この内部に方位検知器２４ａを収納したものである。方位検知器２４は、可能な限り地盤改良材等の流動を妨げないよう、羽根面から突出しないように設置したものが好ましい。又掘削土が侵入しないように、充填材、シール材等でシールする構造が好ましい。

［無線発信器２２］
図８は、無線発信器２２の概要を図示したブロック図である。無線発信器２２は、ウォータースイベル１０の中、特にその回転部に搭載される。無線発信器２２は、検知部２１から検知信号を受信して無線通信で送信する機能を有するものであれば、アナログ通信装置でも、ディジタル通信装置でも、利用することができる。無線発信器２２の構造及び機能について、図８を例に説明する。

無線発信器２２は、筐体（図示せず。）に格納された無線発信器本体３０とアンテナ３７からなる。無線発信器本体３０は、受信器２５で検知した検知信号を信号処理し、無線通信で送信するための機器である。無線発信器本体３０は、所定の命令を実行し装置全体を制御するための中央処理装置（ＣＰＵ）３１、命令を含む制御プログラムやデータを格納するメモリ３２、通信を制御するための通信部３３、検知信号を受信し、ディジタル信号に変換するための受信部３４等からなる。

無線発信器２２は、無線発信器本体３０に設置したバッテリ等から電源部３６、又は、無線発信器本体３０と分離した電源部３９を有する。電源部３６と電源部３９は、無線発信器本体３０に電源供給をするための２次蓄電器であり、この２次蓄電器はアルカリバッテリ、リチウムイオンバッテリ等である。電源部３９は、太陽電池等も利用することができる。この場合は、太陽電池は、ウォータースイベル１０の外側に設置される。無線発信器２２は、受信器２５の検知信号を受信するために、電線２３を接続する接続端子３８を有する。

接続端子３８は、受信部３４に接続されており、これにより、受信器２５の検知信号を受信部３４が受信する。検知信号は、受信部３４で信号処理され、ディジタル化され、ディジタル検知信号に変換されて、送信部３３に送られる。送信部３３は、このディジタル検知信号を通信用に変換して、アンテナ３７から無線信号として送信する。アンテナ３７から送信された無線信号は、受信装置２６で受信され、処理される。受信装置２６は、この無線信号を受信して、信号処理し、供回り防止翼４の回転状況を表示する。

受信器２５が単体軸１と共に回転し、方位検知器２４は供回り防止翼４と共に基本的に静止していることが前提になっている。このように供回り防止翼４が静止している場合、方位検知器２４は常に同じ方位を検知する。方位検知器２４で検知した方位を示す検知信号を利用して、供回り防止翼４の配置位置を把握する。供回り防止翼４が回転する場合、方位検知器２４で検知した検知信号は、方位の変化を示す。検知信号を信号処理ことで、供回り防止翼４の回転の有無、その回転速度までを計算することができる。

本例では、受信装置２６はパーソナルコンピュータ、タブレット端末、スマートフォン等の汎用の電子計算機を利用している。供回り防止翼４の回転状況としては、供回り防止翼４が回転しているか否か、回転速度等を表示する。図９には、供回り防止翼４の回転状況を表示する一例を図示している。図９の表示領域５０は、受信装置２６の画面上に表示されるもので、基本情報領域５１、供回り防止翼４の回転状況を表示する表示領域５２等からなる。

基本情報領域５１は、地盤改良装置を利用するときの工事現場の情報を表示するもので、工事している場所の名称を示す工事現場、工事担当者又は掘削作業者の名前を示す担当者、工事の期間を示す工事期間、現在の作業の開始時間を示す当日開始時間等が表示される。表示領域５２は、供回り防止翼４の状況を示す領域である。供回り防止翼４の配置されている方位を示す配置方位、供回り防止翼４が回転しているか静止しているかを示す回転状況、その回転の速度を示す回転速度、回転の方向を示す回転方向、供回り防止翼４が位置する掘削穴５の深さを示す掘削深さ等がこの領域に表示される。

また、供回り防止翼４の配置方位を方角で示す表示と一緒に表示すると分かりやすい。図９の例では、方角を示す「北」、「東」、「南」、「西」を円形の周囲に表示し、その中で、供回り防止翼４の配置方位を矢印で示している。これを見ることで、供回り防止翼４の絶対位置が一目でわかる。また、表示領域５２の中には、供回り防止翼４の回転状況を見やすくするために図で表示したグラフ領域５３がある。

グラフ領域５３は、一例として、供回り防止翼の回転状況を経過時間軸上に回転速度でグラフ化して表示する。グラフ領域５３の例では、横軸が経過時間を、縦軸が供回り防止翼４の回転速度を表している。この回転速度は、方位検知器２４で検知した検知信号から求めた回転速度を求めたものである。グラフ領域５３の例では、横軸の経過時間は、方位検知器２４からの検知信号を信号処理して所定間隔で表示されている。

経過時間は、検知信号から求めた供回り防止翼４の回転をリアルタイムで表示しても、検知信号を受信した時間間隔で表示しても良い。これは、作業者の要請、作業現場等に応じて設定する。図９の表示領域５０には、上述のデータの他に、現場の気象情報、地盤の種類等の情報、削穴ビット２の深さ、半径等の情報、駆動モータと回転ロッドの回転数、攪拌ヘッドＡの情報、検知信号の強弱の情報、無線信号の強弱の情報等のデータを表示することができる。

受信装置２６は、本例では、中央処理装置、メモリ、入出力装置を備えて汎用の電子計算機を例にしたが、無線発信器２２からの無線信号を信号処理し、最低でも供回り防止翼４の回転状況を利用者に分かりやすく表示するものであれば、任意の装置を利用することができる。例えば、供回り防止翼４の回転の有無又はその回転速度の状況のみを表示する簡易の電子機器でも良い。

［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態について説明する。本発明の第２の実施の形態は上述の第１の実施の形態と基本的に同じであり、異なる部分のみを説明する。単体軸１は、長い場合は、図１０に図示したように、上端単体軸と下端単体軸からなり、上端単体軸と下端単体軸は雄雌の形で接続されることがある。

この接続部分では、単体軸１の中のパイプ間の中空部であるパイプ間中空部１ｂは連続とならないで、上端単体軸の下端部と下端単体軸の上端部が接触し、所定の厚さの金属壁１ｄとなる。この部分では、貫通孔（図示せず。）を設け、電線２３を通すことができる。また、図１０に図示したように、上端単体軸の下端部と下端単体軸の上端部には、それぞれ凹部１ｅ，１ｆを設け、電線２３に接続された非接触端子２７ａ，２７ｂを設ける。

［第３の実施の形態］
本発明の第３の実施の形態について説明する。本発明の第３の実施の形態は、上述の第２の実施の形態と基本的に同じであり、異なる部分のみを説明する。単体軸１は、長い場合は、図１０と図１１に図示したように、上端単体軸と下端単体軸からなり、上端単体軸と下端単体軸は雄雌の形で接続されることがある。この接続部分は、図１１では参照番号１ｄで示している所定の厚さの金属壁１ｄとなる。

上端単体軸の下端部と下端単体軸の上端部には、それぞれ凹部１ｅ，１ｆを設け、ZigBee Coordinator（以下、ＺＣという。）６０とZigBee End Device（以下、ＺＥＤという。）６２を設置して、検知信号を送信する。ＺＥＤ６２は電線２３ｂで受信器２５に接続され、ＺＣ６０は電線２３ａで無線発信器２２に接続されている。ＺＥＤ６２は、受信器２５で検知した検知信号を受信する。ＺＥＤ６２は、受信した検知信号を、ＺＣ６０へ無線通信で送信する。

ＺＣ６０はＺＥＤ６２から受信した検知信号を、無線発信器２２に送信する。ＺＣ６０とＺＥＤ６２の間の無線通信は、それぞれに接続されたアンテナ６３とアンテナ６１によって行われる。ＺＣ６０とＺＥＤ６２は、近距離無線通信規格のZigBee（登録商標）に準拠した通信デバイスである。ZigBeeは、国際標準化機構（ＩＳＯ）によって策定されたＯＳＩ参照モデル（ＯＳＩ reference model）による通信プロトコルの７階層の内、最下位の物理層とデータリンク層の仕様でIEEE 802.15.4として規格化されている。

ZigBeeは、通信データの転送距離が短く、転送速度が低速で、消費電力が少ないという特徴を持つ。ZigBeeに準拠したデバイスは、安価でかつ消費電力が少ないため、長期間にわたって利用できる利点があり、センサネットワークを主目的に利用されている。ZigBeeに準拠したデバイスは、動作する周波数帯は、2.4GHz、902-928MHz、8６8-870MHzで動作する。

ＺＣ６０とＺＥＤ６２は、無線通信を制御するための無線回路、デバイス全体の制御を行うためのマイコン、データを格納するためのメモリ、デバイスに接続された外部デバイスとの通信を制御するための周辺回路、外部のデバイスと無線通信するための内蔵アンテナ、外部のデバイスと無線通信するためのアンテナを接続するための外部アンテナ用コネクタをそれぞれ備える。マイコンは、中央処理装置（ＣＰＵ）、ＲＡＭ，フラッシュメモリ等から構成される。

また、ＺＣ６０とＺＥＤ６２は、デバイスに必要電源を供するための電源コネクタと、データ通信のためのシリアル入出力コネクタ、アナログ入出力コネクタ、ディジタル入出力コネクタ、パルス入出力コネクタ等を備える。本発明は、ZigBee準拠デバイスを要旨とする発明ではないので、ＺＣ６０とＺＥＤ６２を利用する動作の概略を説明し、その内部構造と動作についての詳細な説明は省略する。ＺＥＤ６２は、その入力コネクタに、受信器２５が接続される。

ＺＥＤ６２の外部アンテナ用コネクタにアンテナ６３が接続され、ＺＥＤ６２の電源コネクタに電池６４が接続される。詳しくは、ＺＥＤ６２は基板６５に搭載されて固定され、ＺＥＤ６２の電源コネクタが基板６５の電池接続端子に接続される。電池６４は基板６５に固定されて、その電極が基板６５の電池接続端子に接続される。よって、電池６４は、ＺＥＤ６２の電源コネクタに接続される。電池６４は任意の電池を使用することができるが、小型であるボタン電池であることが好ましい。

ボタン電池を利用すると、一例では、小型のコイン程度（例えば、１円硬貨）の寸法のデバイスができる。ＺＥＤ６２、電池６４、基板６５、アンテナ６３は一体となって筐体６６に格納される。筐体６６を含めてＺＥＤ６２と基板６５の大きさによる、汎用のデバイスの場合１〜１．５ｃｍぐらいの大きさのデバイスができる。ＺＥＤ６２は、ミリ秒から数秒、数十秒の間隔で、受信器２５から検知信号を受信する。このようなボタン電池は、その使用環境によるが、標準的なZigBeeデバイスであれば、少なくとも数日から数カ月間は電源供給できる。

また、ＺＥＤ６２は、ＺＣ６０から受信した要求によって動作して、受信器２５から検知信号を受信することができる。ＺＥＤ６２、電池６４、アンテナ６３、基板６５は、筐体６６に格納されて、下端単体軸の上端部に搭載される。ＺＣ６０は、その出力コネクタに、無線発信器２２が電線２３ａによって接続される。ＺＣ６０の外部アンテナ用コネクタにアンテナ６１が接続され、ＺＣ６０の電源コネクタに無線発信器２２から電線２３ａで電源供給される。

電線２３ａは、データ通信用の通信線と、電源供給用の電線からなるものが好ましい。ＺＣ６０とアンテナ６１は筐体６７に格納されて、上端単体軸の下端部に搭載される。また、ＺＣ６０の電源コネクタに、ＺＥＤ６２と同様に、ボタン電池で電源供給を行うことができる（図示せず。）。ＺＣ６０はアンテナ６１でＺＥＤ６２のアンテナ６３と無線通信し、検知信号を受信し、無線発信器２２へ送信する。また、ＺＣ６０は、予め設定された間隔で、ＺＥＤ６２から検知信号を受信する。

又は、ＺＣ６０は、無線発信器２２から検知信号を要求されたときに、ＺＥＤ６２に要求を送信して、その応答としてＺＥＤ６２から検知信号を受信し、これを無線発信器２２へ送信する。上述のように、ＺＣ６０とＺＥＤ６２は、受信感度が良いために、外部のアンテナ６１、６３を利用しているが、十分な受信感度が実現できる場合、内蔵アンテナ（図示せず。）を利用することができる。

上述通り、ZigBee規格に準拠した、ＺＣ６０とＺＥＤ６２の組によるデータ通信を説明したが、ＺＣ６０とＺＥＤ６２の間のデータを中継するためのデバイスであるZigBee Router（ＺＲ）を利用することができる。ＺＲは、ＺＣ６０と基本的に同じ構造ものが利用でき、ルータとしての設定をする。ＺＣ６０は、無線発信器２２の近傍に、無線発信器２２に電線で接続されて搭載され、ＺＲは、上端単体軸の下端部に搭載される。言い換えると、ＺＲは、図１１に図示したＺＣ６０の位置に搭載される。

ＺＣ６０は、ウォータースイベル１０内の無線発信器２２の近傍に、又は、ウォータースイベル１０の下側の単体軸１の中空部１ａ内に搭載される。ＺＲは、ＺＥＤ６２と同様に、アンテナ、基板付きのボタン電池の構造にする。ＺＲは、ＺＣ６０の要求を受けて、ＺＥＤ６２の検知信号をＺＣ６０へ送信する。上述のように、ＺＣ６０、ＺＥＤ６２、ＺＲは、外部のアンテナとしてマッチ棒アンテナ、ワイヤアンテナが使用できる。

［受信器２５の配置］
図３に示すように、受信器の設置例を受信器２５’で示している。受信器２５’は、単体軸１の下部の外側、軸受７の上部に設置することができる。このように設置すると、受信器２５’の取り外しが簡単で、保守点検が容易になる。電線２３’を単体軸１から軸受７の上の空間までに設置するために、図３に示すように、貫通孔１ｃが設けられている。貫通孔１ｃは、単体軸１の下端部の壁を貫通した孔である。この貫通孔１ｃの中を、電線２３’が通って、受信器２５’に接続されている。電線２３’は、管状の単体軸１の中のパイプ間の中空部を通っている電線２３の延長線である。受信器２５’はその外側にカバーを配置して、外部衝撃から保護する。

［その他］
上述の通り受信器２５は単体軸１の下端部に設置され通常は地下で動作する。これは、方位検知器２４からの無線信号を確実に受信するために、受信器２５は方位検知器２４に近い位置に設置するためである。現場の地表面は電波遮断の効果を持つ土や岩盤等で覆われている場合があり、受信器２５を方位検知器２４に近く、かつ、構造と材料が特定できる単体軸１の内部に配置することで確実に動作する。

少なくとも、周囲の土や岩盤の影響はない。方位検知器２４から発信される無線信号は、地上でも届くほど強度が十分に強い場合、受信器２５を地上で設置することが可能である。この場合は、方位検知器２４の通信部４３、アンテナ４７等は強い電波を発信するために大型になり、搭載バッテリも容量が大きくなる（図７を参照。）。よって、受信器２５を地上に設置することは本発明の範囲に入り、その動作は、上述した本発明の第１〜３の実施の形態と同様であり、詳細な説明は省略する。

Ａ…攪拌ヘッド
１…単体軸
２…削穴ビット
３ａ，３ｂ…攪拌翼
４…供回り防止翼
５…掘削穴
８…吐出穴
１０…ウォータースイベル
２０…地盤改良翼の回転検知装置
２１…検知部
２２…無線発信器
２３…電線
２４，２４ａ…方位検知器
２５…受信器
２６…受信装置
３７…アンテナ
６０…ZigBee Coordinator（ＺＣ）
６２…ZigBee End Device（ＺＥＤ）

Claims (8)

1. 地盤の攪拌回転翼を有し、掘削穴を掘削し前記掘削穴内の地盤改良を行う地盤改良装置であって、
   回転駆動装置により回転駆動され、地盤改良材を供給する供給路を有する単体軸と、
   この単体軸に固定され、前記掘削穴内の掘削された掘削土を攪拌する翼体と、
   前記単体軸の地盤底側の端部に設けられ、複数の掘削刃を有して前記掘削穴を掘削する削穴ビットと、
   前記翼体と前記削穴ビットとの間の前記単体軸に回転自在に設けられ、外周端部が前記掘削穴の周壁に係合して回転が止められ、前記翼体及び前記削穴ビットの回転と相対回転して掘削された掘削土を前記地盤改良材とともに混合攪拌させる供回り防止翼と
   からなる地盤改良装置において、
   前記供回り防止翼の回転を検知するために、前記供回り防止翼に設置され、前記供回り防止翼の配置方位を検知して配置方位信号を出力する方位検知手段と、
   前記方位検知手段に接続され、前記配置方位信号を地上又は前記単体軸の上部に伝達するための通信手段と
   からなることを特徴とする地盤改良翼の回転検知装置。
2. 請求項１に記載の地盤改良翼の供回り検知装置において、
   前記方位検知手段は、方位を測定して前記配置方位信号を出力するためのもので、電子方位計又は磁石を有する磁石方位計からなる
   ことを特徴とする地盤改良翼の回転検知装置。
3. 請求項１又は２に記載の地盤改良翼の供回り検知装置において、
   前記単体軸の上部に配置され、前記通信手段から前記配置方位信号を受信して、前記配置方位信号を無線信号に変換するための無線通信手段を備える
   ことを特徴とする地盤改良翼の回転検知装置。
4. 請求項３に記載の地盤改良翼の供回り検知装置において、
   前記通信手段は、（ａ）前記単体軸の下端の中に設置され、前記方位検知手段からの前記配置方位信号を受信する受信手段と、（ｂ）前記単体軸の中のパイプ間の中空部を通って前記受信手段と前記無線通信手段を接続させ、前記配置方位信号を前記受信手段から前記無線通信手段に伝達するための電線とからなる
   ことを特徴とする地盤改良翼の回転検知装置。
5. 請求項３に記載の地盤改良翼の供回り検知装置において、
   前記通信手段は、前記単体軸の下端の中に設置され、前記方位検知手段に接続されて、前記配置方位信号を前記方位検知手段から受信し、前記無線通信手段に無線通信で伝達するための無線中継手段である
   ことを特徴とする地盤改良翼の回転検知装置。
6. 請求項５に記載の地盤改良翼の供回り検知装置において、
   前記通信手段は、ZigBee規格に準拠したZigBee Coordinator及び前記ZigBee End Device又はZigBee Coordinator、ZigBee Router及びZigBee End Deviceである
   ことを特徴とする地盤改良翼の回転検知装置。
7. 請求項３に記載の地盤改良翼の供回り検知装置において、
   前記無線通信手段は、回転している前記単体軸内へ連続的に地盤改良材を送るために前記単体軸の上端に固定されたウォータースイベルに配置されている
   ことを特徴とする地盤改良翼の回転検知装置。
8. 請求項４に記載の地盤改良翼の供回り検知装置において、
   前記電線は、前記単体軸の接続部分で、電磁式の接続端子で接続されている
   ことを特徴とする地盤改良翼の回転検知装置。

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