JP2019019453A - 掘削ロッド、掘削ヘッド、杭穴掘削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】掘削ロッド内もしくは掘削ヘッド内における電池の交換作業が頻繁に起こらない掘削ロッド、掘削ヘッド、杭穴掘削装置を提供すること。
【解決手段】杭穴を掘削する際に、掘削動力を掘削ヘッド３に伝達するとともに、掘削ヘッド３に設けたセンサ１６の信号を地上の監視装置に伝達する掘削ロッド２であって、一方側端部に設けられた非接触受電部１１と、他方側端部に設けられた非接触給電部１２と、一方側端部及び他方側端部にそれぞれ設けられた無線送受信機１３と、非接触受電部１１と非接触給電部１２との間を接続する電力線２１と、無線送受信機１３間を接続する通信線と、を備え、無線送受信機１３は、非接触受電部１１から電力線２１を介して電力が供給されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、根固め部を形成する杭穴を掘削するための掘削ロッド、掘削ヘッド、杭穴掘削装置に関するものである。

基礎杭を構築する方法として、支持層まで杭穴を掘削して、杭穴内に既製杭や鉄筋篭を設置するものがある。この方法においては、杭穴内の底部に根固め液を注入し、固化させて根固め部を形成する。根固め部の形成は、地中深くにおいて行うため、品質管理が難しい。この根固め部の品質管理を行う装置として、掘削機の先端に根固め部の状態を知るためのセンサを取り付けたものがある。この装置は、センサからの信号を掘削ロッド内は有線で伝達し、掘削ロッド間の継ぎ目においては各掘削ロッド内に配設された無線中継装置を介して無線で伝達し、地中から掘削ロッドに沿って地上にある監視装置までセンサからの信号を伝達するものである（例えば、特許文献１参照）。尚、地中にあるセンサから地上の監視装置まで無線で直接伝送することは、杭穴内に満たされる泥水やセメントミルクの影響から困難である。

特開２０１３−２１９７号公報

しかし、各掘削ロッドに備えられた無線中継装置は電池で作動するものであるので、電池切れの際の電池の交換作業に手間がかかるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、掘削ロッド内もしくは掘削ヘッド内における電池の交換作業が頻繁に起こらない掘削ロッド、掘削ヘッド、杭穴掘削装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る掘削ロッドは、杭穴を掘削する際に、掘削動力を掘削ヘッドに伝達するとともに、前記掘削ヘッドに設けたセンサの信号を地上の監視装置に伝達する掘削ロッドであって、一方側端部に設けられた非接触受電部と、他方側端部に設けられた非接触給電部と、前記一方側端部及び前記他方側端部にそれぞれ設けられた無線送受信機と、前記非接触受電部と前記非接触給電部との間を接続する電力線と、前記無線送受信機間を接続する通信線と、を備え、前記無線送受信機は、前記非接触受電部から電力線を介して電力が供給されることを特徴とする。

本発明に係る掘削ロッドにおいては、前記無線送受信機間に、信号中継器が設けられているとよい。

本発明に係る掘削ロッドにおいては、前記電力線に接続されたバッテリーを備えているとよい。

本発明に係る掘削ヘッドは、掘削ロッドの先端に連結され、杭穴を掘削する掘削ヘッドであって、施工状態に関する情報を計測するセンサと、前記掘削ロッド側に設けられた非接触受電部と、前記掘削ロッド側に設けられた無線送受信機と、前記無線送受信機は電力線を介して前記非接触受電部から電力が供給され、通信線を介して前記センサに接続されることを特徴とする。

本発明に係る掘削ヘッドにおいては、前記センサと前記無線送受信機との間に、信号中継器が設けられているとよい。

本発明に係る掘削ヘッドにおいては、前記電力線に接続されたバッテリーを備えているとよい。

本発明に係る杭穴掘削装置は、複数の掘削ロッドを上下に連結し、最下端の前記掘削ロッドの下端に、施工状態に関する情報を計測するセンサが設けられた掘削ヘッドを連結した杭穴掘削装置であって、前記各掘削ロッドは、上側端部に設けられた非接触受電部と、下側端部に設けられた非接触給電部と、前記上側端部及び前記下側端部にそれぞれ設けられた無線送受信機と、前記非接触受電部と前記非接触給電部との間を接続するとともに前記無線送受信機に電力を供給する電力線と、前記無線送受信機間を接続する通信線と、を備え、前記掘削ヘッドは、上側端部に設けられた非接触受電部と、上側端部に設けられた無線送受信機と、非接触受電部で受電した電力を無線送受信機に供給する電力線と、を備え、前記非接触受電部は、上側の前記掘削ロッドの前記非接触給電部から、または外部の非接触給電部から、非接触で電力が供給され、前記非接触給電部は、下側の前記掘削ロッドまたは前記掘削ヘッドの前記非接触受電部に対して非接触で電力を供給し、前記無線送受信機は、前記掘削ロッド間、前記掘削ヘッドと前記掘削ロッドとの間、及び最上部の前記掘削ロッドと外部の無線送受信機との間を無線接続し、前記センサが検出する信号を前記無線送受信機を介して外部に出力することを特徴とする。

上述の構成によれば、非接触受電部から非接触で電力の供給を行うことができるので、電池の交換が頻繁に発生せず、メンテナンスが容易となる。

図１は、本発明の実施形態における杭穴掘削装置を模式的に示した断面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る掘削ロッド、掘削ヘッド、杭穴掘削装置の好適な実施形態について詳細に説明する。本発明に係る掘削ロッド、掘削ヘッド、杭穴掘削装置は、杭穴を掘削し、杭穴の底部にセメントミルクを注入し、根固め部を構築する際に使用されるものである。

杭穴掘削装置１は、図１に示すように、上下に連結された複数の掘削ロッド２と、最下端の掘削ロッド２の下端に連結された掘削ヘッド３と、を備えている。掘削ロッド２は、地上に置かれた図示せぬ掘削機の動力を掘削ヘッド３に伝達するものである。掘削ロッド２は、円筒状のロッド本体２Ａを備えている。ロッド本体２Ａは、その内部に、内壁面に固定されるように、非接触受電部１１と、非接触給電部１２と、無線送受信機１３と、信号中継器１４と、バッテリー１５と、を備えている。

非接触受電部１１は、掘削ロッド２の上端部に設けられている。非接触受電部１１は、非接触電力伝送を行うことのできるものであり、非接触電力伝送において受電を行う部分である。非接触給電部１２は、掘削ロッド２の下端部に設けられている。非接触給電部１２は、非接触電力伝送を行うことのできるものであり、非接触電力伝送において給電（送電）を行う部分である。非接触給電部１２は、非接触受電部１１と電力線２１によって接続され、非接触受電部１１から非接触給電部１２に電力が供給されるようになっている。

無線送受信機１３は、掘削ロッド２の上端部及び下端部に設けられ、信号を無線で送受信可能なものである。無線送受信機１３は、非接触受電部１１と電力線２１によって接続され、非接触受電部１１から電力が供給されるようになっている。無線送受信機１３同士は、通信線２２で接続されている。無線送受信機１３は、例えばＷｉｆｉ等の無線通信を行えるものである。

信号中継器１４は、上下の無線送受信機１３の間に設けられ、下側の無線送受信機１３から送られてきた信号を増幅し、上側の無線送受信機１３に送信するものである。信号中継器１４は、無線送受信機１３と通信線２２によって接続されている。信号中継器１４は、電力線２１を介して電力が供給される。

バッテリー１５は、非接触受電部１１と電力線２１によって接続され、非接触受電部１１から電力が供給されるようになっている。バッテリー１５は、整流機能や、過充放電防止機能を備えていることが好ましい。バッテリー１５は、無線送受信機１３と信号中継器１４と電力線２１によって接続され、バッテリー１５から無線送受信機１３と信号中継器１４とに電力の供給が可能なようになっている。バッテリー１５は、非接触受電部１１から電力の供給が行われない場合、無線送受信機１３及び信号中継器１４に電力を供給し、非接触受電部１１から電力の供給が行われている場合に、非接触受電部１１から充電を行う。

掘削ヘッド３は、杭穴を掘削するものである。掘削ヘッド３は、内部が中空の掘削ヘッド本体３Ａを備えている。掘削ヘッド３は、掘削ヘッド本体３Ａ内に、非接触受電部１１と、無線送受信機１３と、信号中継器１４Ａと、バッテリー１５と、センサ１６と、を備えている。非接触受電部１１と無線送受信機１３とは、掘削ヘッド３の基端部（上端部）に備えられている。無線送受信機１３は、非接触受電部１１と電力線２１によって接続され、非接触受電部１１から電力が供給されるようになっている。信号中継器１４Ａは、無線送受信機１３とセンサ１６と通信線２２によって接続されている。信号中継器１４Ａは、非接触受電部１１と電力線２１によって接続され、非接触受電部１１から電力が供給されるようになっている。信号中継器１４Ａは、センサ１６からの信号を送信用データに変換する機能を有する。

バッテリー１５は、非接触受電部１１と電力線２１によって接続され、非接触受電部１１から電力が供給されるようになっている。バッテリー１５は、無線送受信機１３と信号中継器１４Ａとセンサ１６とに電力線２１によって接続され、これらに電力を供給できるようになっている。バッテリー１５は、非接触受電部１１から無線送受信機１３と信号中継器１４Ａとセンサ１６とに電力の供給が行われない場合、これらに電力を供給し、非接触受電部１１から無線送受信機１３と信号中継器１４Ａとセンサ１６とバッテリー１５とに電力の供給が行われている場合に、非接触受電部１１から充電を行う。

センサ１６は、電気伝導度を測定するセンサと、カルシウムイオン濃度を測定するセンサと、温度センサとである。センサ１６は、非接触受電部１１と電力線２１によって接続され、非接触受電部１１から電力が供給されるようになっている。

このように構成されている杭穴掘削装置１は、図示せぬ掘削機に掘削ロッド２を連結し、掘削ロッド２の先端に、掘削ヘッド３を連結し、杭穴の掘削を行う。杭穴を掘削する際には、掘削機によって掘削ロッド２を、図１に示す矢印の方向に、回転させることにより掘削ヘッド３を回転させ、掘削を行う。杭穴掘削装置１は、支持層地盤まで掘削を行ったら、杭穴の底部（根固め部）にセメントミルクを注入する。その後に、杭穴掘削装置１は、杭穴の根固め部よりも上の部分に、杭周固定液を注入する。

掘削ヘッド３に備えられたセンサ１６からの信号は、掘削ヘッド３の信号中継器１４Ａで送信用データに変換され、掘削ヘッド３の無線送受信機１３に送信される。掘削ヘッド３の無線送受信機１３は、掘削ヘッド３の上に連結されている掘削ロッド２の下端部に備えられた無線送受信機１３にデータを無線で送信する。その掘削ロッド２の下端部に備えられた無線送受信機１３は、データを受信すると、同じ掘削ロッド２に備えられた信号中継器１４にデータを送信する。信号中継器１４は、同じ掘削ロッド２に備えられた上側の無線送受信機１３にデータを増幅して送信する。上側の無線送受信機１３は、データを受信すると、上に連結されている掘削ロッド２の下端部に備えられた無線送受信機１３にそのデータを無線で送信する。

一連のデータ送受信を一番上に連結されている掘削ロッド２の上側に備えられた無線送受信機１３まで行う。一番上の掘削ロッド２の上側の無線送受信機１３は、地上の掘削機の接続部Ｃ（外部）に備えられた無線送受信機１３にデータを送信する。データは、掘削機の接続部Ｃに備えられた無線送受信機１３から、例えば、パーソナルコンピュータである監視装置Ａ（外部）に出力される。このように、無線送受信機１３は、掘削ロッド２間、掘削ヘッド３と掘削ロッド２との間、及び最上部の掘削ロッド２と外部の無線送受信機１３との間を無線接続し、センサ１６が検出する信号を、無線送受信機１３を介して外部に出力する。

一方、電力は、地上にある電源Ｂから、掘削機の接続部Ｃに備えられた非接触給電部１２に送られる。掘削機の接続部Ｃに備えられた非接触給電部１２は、杭穴掘削装置１の一番上に連結されている掘削ロッド２の上端部に備えられた非接触受電部１１に電力を非接触で供給する。非接触受電部１１に供給された電力は、電力線２１を介して、同じ掘削ロッド２に備えられた、非接触給電部１２と、無線送受信機１３と、信号中継器１４と、バッテリー１５と、に供給される。非接触給電部１２に供給された電力は、下側の連結されている掘削ロッド２の上端部に備えられた非接触受電部１１に非接触で供給される。この動作を杭穴掘削装置１の最下端の掘削ロッド２まで行う。最下端の掘削ロッド２の非接触給電部１２に供給された電力は、掘削ロッド２の下端部に連結された掘削ヘッド３の非接触受電部１１に非接触で供給される。掘削ヘッド３の非接触受電部１１に供給された電力は、電力線２１を介して、無線送受信機１３と、信号中継器１４と、バッテリー１５と、センサ１６と、に供給される。

本実施の形態における杭穴掘削装置１は、非接触で電力を供給できるので、掘削ロッド２を連結する際に有線ケーブルを接続させて電力を供給する場合と比較して、容易に防水することができる。また、電池の取り換え作業が頻繁に起きないのでメンテナンス性に優れる。

掘削ロッド２、及び、掘削ヘッド３には、バッテリー１５が備えられているので、掘削ロッド２と掘削ロッド２を連結する時、あるいは、連結を外す時に、外部からの電力の供給が途絶えるが、掘削ヘッド３のセンサ１６による測定を連続して行うことができる。

掘削ヘッド３には、電気伝導度を測定するセンサと、カルシウムイオン濃度を測定するセンサと、温度センサとが備えられているので、セメントミルクの量、セメント量、水の量に関する情報を連続的に得られ、施工管理が容易に行える。

尚、信号中継器１４と信号中継器１４Ａは、無くとも良い。その際には、センサ１６に測定信号を送信用データに変換する機能を持たせたものを使用してもよい。掘削ロッド２の上端部に備えられた無線送受信機１３と、掘削ヘッド３に備えられた無線送受信機１３は、無線に関しては送信機能を備えていればよい。掘削ロッド２の下端部に備えられた無線送受信機１３は、無線に関しては受信機能を備えていればよい。センサ１６は、３種類のセンサであるが、１以上組み合わせたものであればよい。

非接触受電部１１と、非接触給電部１２と、無線送受信機１３と、信号中継器１４と、バッテリー１５と、は、掘削ロッド２本体の内部に備えられているが、掘削ロッド２本体の外部に備えられていても良い。非接触受電部１１と、無線送受信機１３と、信号中継器１４と、バッテリー１５と、センサ１６と、は、掘削ヘッド本体３Ａの内部に備えられていたが、掘削ヘッド本体３Ａの外部に設けられていても良い。

１ 杭穴掘削装置
２ 掘削ロッド
３ 掘削ヘッド
１１ 非接触受電部
１２ 非接触給電部
１３ 無線送受信機
１４ 信号中継器
１５ バッテリー
１６ センサ
２１ 電力線
２２ 通信線
Ａ 監視装置
Ｂ 電源
Ｃ 接続部

Claims (8)

1. 杭穴を掘削する際に、掘削動力を掘削ヘッドに伝達するとともに、前記掘削ヘッドに設けたセンサの信号を地上の監視装置に伝達する掘削ロッドであって、
   一方側端部に設けられた非接触受電部と、
   他方側端部に設けられた非接触給電部と、
   前記一方側端部及び前記他方側端部にそれぞれ設けられた無線送受信機と、
   前記非接触受電部と前記非接触給電部との間を接続する電力線と、
   前記無線送受信機間を接続する通信線と、
   を備え、
   前記無線送受信機は、前記非接触受電部から電力線を介して電力が供給されることを特徴とする掘削ロッド。
2. 前記無線送受信機間に、信号中継器が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の掘削ロッド。
3. 前記電力線に接続されたバッテリーを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の掘削ロッド。
4. 掘削ロッドの先端に連結され、杭穴を掘削する掘削ヘッドであって、
   施工状態に関する情報を計測するセンサと、
   前記掘削ロッド側に設けられた非接触受電部と、
   前記掘削ロッド側に設けられた無線送受信機と、
   前記無線送受信機は電力線を介して前記非接触受電部から電力が供給され、通信線を介して前記センサに接続されることを特徴とする掘削ヘッド。
5. 前記センサと前記無線送受信機との間に、信号中継器が設けられたことを特徴とする請求項４に記載の掘削ヘッド。
6. 前記電力線に接続されたバッテリーを備えたことを特徴とする請求項４または５に記載の掘削ヘッド。
7. 前記センサは、電気伝導度を測定するセンサと、カルシウムイオン濃度を測定するセンサと、温度センサとを１以上組み合わせたものであることを特徴とする請求項４〜６のいずれか一つに記載の掘削ヘッド。
8. 複数の掘削ロッドを上下に連結し、最下端の前記掘削ロッドの下端に、施工状態に関する情報を計測するセンサが設けられた掘削ヘッドを連結した杭穴掘削装置であって、
   前記各掘削ロッドは、
   上側端部に設けられた非接触受電部と、
   下側端部に設けられた非接触給電部と、
   前記上側端部及び前記下側端部にそれぞれ設けられた無線送受信機と、
   前記非接触受電部と前記非接触給電部との間を接続するとともに前記無線送受信機に電力を供給する電力線と、
   前記無線送受信機間を接続する通信線と、
   を備え、
   前記掘削ヘッドは、
   上側端部に設けられた非接触受電部と、
   上側端部に設けられた無線送受信機と、
   非接触受電部で受電した電力を無線送受信機に供給する電力線と、
   を備え、
   前記非接触受電部は、上側の前記掘削ロッドの前記非接触給電部から、または外部の非接触給電部から、非接触で電力が供給され、
   前記非接触給電部は、下側の前記掘削ロッドまたは前記掘削ヘッドの前記非接触受電部に対して非接触で電力を供給し、
   前記無線送受信機は、前記掘削ロッド間、前記掘削ヘッドと前記掘削ロッドとの間、及び最上部の前記掘削ロッドと外部の無線送受信機との間を無線接続し、前記センサが検出する信号を前記無線送受信機を介して外部に出力することを特徴とする杭穴掘削装置。

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