JPH08270350A - 埋設物検知方法及び埋設物センサーを備えた掘削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ジェット噴射式掘削装置による埋設物検知方
法において、掘削ヘッド１の先端部に設けた筒状噴射ノ
ズル６を覆う摺動筒体９の変位量を検出し、この検出値
が設定値を上まわった場合、タッチセンサー８を作動さ
せ警報及び（または）筒状噴射ノズル６による掘進の速
度制御を行い、同時に同変位量が設定値を上まわった場
合、ロードセル３を作動させ、垂直荷重、斜め荷重の検
知をし、この検出信号により警報及び（または）筒状噴
射ノズル６による掘進の停止制御を行うようにしたこと
を特徴とする埋設物検知方法及びその埋設物センサーを
備えた掘削装置。 【効果】 変位を検知するタッチセンサー、荷重を検知
するロードセル、閉塞を検知するプレッシャセンサーの
３種の検知手段の組み合わせにより、安全、確実に掘削
作業が実行でき、しかも埋設物の破壊、損傷等を確実に
防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス管、水道管等を埋
設するための穴掘削における掘削装置で、該掘削装置に
設けた各センサーによって、掘進方向に埋設されている
既存の鋼管等の地下埋設物や障害物を堀進する際に事前
に検知して、警報及び（または）筒状噴射ノズルによる
掘進の停止制御を行う埋設物検知方法及び埋設物センサ
ーを備えた掘削装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、掘削能力を高めるために、切削チ
ップを回転させる空気式土壌掘削装置として真空吸引用
ブロワと、このブロワの吸引経路に連通して設けられる
土砂収集室と、この土砂収集室に連通した状態で昇降可
能に支持される中空筒と、この中空筒の下部に装着され
る機械式掘削手段とを有し、この機械式掘削手段は中空
筒の先端にその内部の土砂吸引通路と連通して真空吸引
力が作用する掘削筒を備え、この掘削筒の切削チップを
具備する掘削ヘッドが、中空筒側に取付られる油圧モー
タに所定の速度で回転して土壌を掘削するように連結
し、油圧モータの出力側に所定の負荷がかかった場合に
切断するトルクリミッタを介設して構成される空気式土
壌掘削装置（特開平５−３１１９６６号公報参照）が存
在している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
従来技術の空気式土壌掘削装置では、油圧モータによ
り、所定の速度で回転して土壌を掘削する切削チップに
所定の負荷がかかった場合に切断するトルクリミッタを
介設して、切削チップにより地中に埋設されている種々
の埋設物に対してもそれを破砕してしまうのを防ぐもの
であるが、どうしても切削チップが埋設物に接して負荷
がかかった時にトルクリミッタが作用して切削チップの
回転を停止するが、埋設物に対して傷つけてしまうとい
う欠点があった。

【０００４】また、埋設物に切削チップが直接触れて負
荷がかかった時に初めて切削チップの回転を停止するよ
うにしたものなので、埋設位置の分解能力が低く、埋設
物に切削チップが触れなければ確認することができず、
きわめて不安定な検出であるという欠点があった。

【０００５】本発明は、これらの事情に鑑み、タッチセ
ンサー、ロードセル、プレッシャセンサーの３種類の検
出装置を設けることにより、埋設位置の分解能力を高め
て、安全に確実に掘削作業を行うことができる埋設物検
知方法及び埋設物センサーを備えた掘削装置を提供する
ことを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために、次のような技術手段を採用した。請求項
１記載の発明においては、ジェット噴射式掘削装置によ
る埋設物検知方法において、掘削ヘッドの先端部に設け
た筒状噴射ノズルを覆う摺動筒体の変位量を検出し、こ
の検出値が設定値を上まわった場合、タッチセンサーを
作動させ警報及び（または）筒状噴射ノズルによる掘進
の速度制御を行い、同時に同変位量が設定値を上まわっ
た場合、ロードセルを作動させ、垂直荷重、斜め荷重の
検知をし、この検出信号により警報及び（または）筒状
噴射ノズルによる掘進の停止制御を行うようにするとい
う技術手段を採用した。

【０００７】また請求項２記載の発明においては、請求
項１記載の埋設物検知方法において、さらに埋設位置に
荷重が掛かっていない状態でも摺動筒体の先端が閉塞さ
れることにより、掘削ヘッドの噴射ノズル内流体圧の上
昇を検出し、この検出値が設定値を上まわった場合、プ
レッシャセンサーを作動させ警報及び（または）筒状噴
射ノズルによる掘進の停止制御を行うようにするという
技術手段を採用した。

【０００８】請求項３記載の発明においては、ジェット
噴射式掘削装置において、掘削ヘッドの先端部に設けた
筒状噴射ノズルを覆って摺動する摺動筒体に障害物が接
触したことを検知するタッチセンサーと、前記摺動筒体
に障害物が接触することにより生じる垂直荷重及び斜め
荷重を検知するロードセルとを設けるという技術手段を
採用した。

【０００９】請求項４記載の発明においては、請求項３
に記載の埋設物センサーを備えた掘削装置において、掘
削ヘッドの先端に設けた筒状噴射ノズルを覆って摺動す
る摺動筒体先端が閉塞されることにより掘削ヘッドの噴
射ノズル内における流体圧の上昇を検知するプレッシャ
センサーを設けるという技術手段を採用した。

【００１０】請求項５記載の発明においては、ジェット
噴射式掘削装置において、掘削ヘッドの先端部に設けた
筒状噴射ノズルを覆うように摺動筒体を設け、該摺動筒
体の変位量により作動するタッチセンサーと、同変位量
により垂直荷重及び斜め荷重を検知するロードセルを設
け、さらに、荷重が掛かっていない状態でも掘削ヘッド
の先端に設けた摺動筒体先端が閉塞されることにより、
掘削ヘッドの噴射ノズル内流体圧の上昇を検知するプレ
ッシャセンサーを各々適宜の部位に設け、前記各タッチ
センサー、ロードセル、プレッシャセンサーの検出信号
により、警報及び（または）筒状噴射ノズルによる掘進
の停止制御を行う制御装置を設けるという技術手段を採
用した。

【００１１】請求項６記載の発明においては、請求項５
に記載の埋設物センサーを備えた掘削装置において、摺
動筒体を摺動自在にするために、掘削ヘッドと摺動筒体
間にコイルスプリングを介設するという技術手段を採用
した。

【００１２】請求項７記載の発明においては、請求項３
〜請求項６の各々の発明の掘削ヘッドを複数個設けると
いう技術手段を採用した。

【００１３】

【作用】本発明は、以上の技術手段を採用した結果、掘
削ヘッドの先端部に設けられた筒状噴射ノズルを覆うよ
うにして摺動する摺動筒体の変位量を通常掘削時と異常
掘削時（埋設物等の障害物に近づいて触れる時）の変位
量の差を設定値との比較で読み取り、ストロークＬ／掘
削ヘッド挿入速度Ｖから掘削ヘッドが埋設物に触れるま
での余裕時間（タイムラグ）をとることができるタッチ
センサーの作用と、ロードセルによる垂直荷重だけでな
く、斜め方向（圧縮＋曲げ）の荷重を検知でき、さら
に、埋設物位置の分解能力を高めるために、上記のタッ
チセンサー、ロードセルの補助的な役割として、荷重が
かかっていない状態でも摺動筒体の先端の閉塞により、
掘削ヘッドの噴射ノズル内流体圧の上昇を検知して、警
報、速度制御、停止制御を行うことを可能にし、より安
全に確実に掘削作業を行うことができるものである。

【００１４】

【実施例】ガス管、水道管、地中ケーブル、電柱等を敷
設するための帯溝状掘削、縦穴状掘削等を行う掘削装置
で、深さは３ｍ前後の比較的浅い掘削に使用されるもの
であり、この掘削装置に３種類のセンサーを設けて、障
害物等の埋設位置の分解能力を高めたものである。

【００１５】以下、本発明の一実施例を添付図面で詳細
に説明する。図１は本発明に係る一実施例の埋設物を検
知するセンサーを備えた掘削装置を示す概略正面図であ
る。この図１により本発明の全体像を概略説明すると、
図示されているものからも理解できるように、掘削ヘッ
ド１の上部にコイルスプリング受け２を形成し、このコ
イルスプリング受け２の上部にロードセル３、そしてロ
ードセル３の上部にエルボ４を介してエアーホース５に
連結し、このエアーホース５を図示されていないが空気
圧源（コンプレッサー、レシーバ等）に連設してある。

【００１６】さらに、掘削ヘッド１には空気噴射ノズル
６が設けられている。なお、エネルギー源として、例え
ば空気に換えて、水、粉粒体等も採用することがある。
この噴射ノズル６は、掘削深さに対応させて適宜の長さ
を有する筒体状のものである。該噴射ノズル６を覆うよ
うに、リニアエンコーダ７と共にタッチセンサー８とし
ての役目をするものにとして摺動筒体９が摺動自在に設
けられている。この摺動筒体９が摺動自在に作動するよ
うに、一例として、摺動筒体９の適宜部位に縦溝１０を
穿設し、この縦溝１０に係合するように噴射ノズル６に
は係合突起１１を設けて、上下に案内摺動できるように
してある。

【００１７】しかも、前記の掘削ヘッド１の上部に設け
たコイルスプリング受け２と摺動筒体９との間にコイル
スプリング１２が介在されていて、掘削ヘッド１の摺動
筒体９が埋設物等の障害物に触れると、該コイルスプリ
ング１２に抗して上昇する。この摺動筒体９の上昇によ
り、リニアエンコーダ７を起動させる変位棒１３を変位
させる係合部材１４が、掘削ヘッド１の摺動筒体９の上
端に設けられている。

【００１８】また、埋設位置の分解能力を高めるため
に、前記摺動筒体９からなるタッチセンサー８と、ロー
ドセル３の補助的な役割をするものとして、荷重が掛か
っていない状態でも、摺動筒体９の先端の閉塞により、
噴射ノズル６内の流体圧の上昇を検知すべく、噴射ノズ
ル６とエアーホース５の中間、例えばエルボ４の一部か
ら分岐して、プレッシャセンサー１５が設けられてい
る。

【００１９】これら、リニアエンコーダ７、ロードセル
３、プレッシャセンサー１５により得られた検知結果で
ある検出信号は、それぞれ受信機１６、警報器１７に送
信されている。この警報器１７の警報で、手動により、
掘削作業を停止する。

【００２０】なお、掘削作業を自動化するには、リニア
エンコーダ７、ロードセル３、プレッシャセンサー１５
による検出信号をマイクロコンピュータに送信して、設
定値との比較演算を行い、この結果を電磁弁等を介して
掘削装置に反映させて警報及び（または）掘削速度を制
御したり、掘削作業の停止制御を行うようにする。

【００２１】次に、タッチセンサー用リニアエンコーダ
７の一例を図２に基づいて説明する。変位棒１３のスト
ロークにより、ヘアピン型の歪体１８が広がる。それに
より、ヘアピン型の歪体１８の付け根には、ストローク
に相当する歪みが発生し、この歪みを歪計１９で読み取
る。歪計１９は、ブリッジ回路２０が構成されているの
で、これによりストロークは電気信号として出力され
る。そして、この出力信号により警報及び（または）流
体圧を絞り、速度制御を行うものである。

【００２２】さらに原理として、コイルスプリング１２
の変位は荷重に比例するためにリニアエンコーダ７と組
み合わせて変位量に相当する荷重を測定し、これをリニ
アエンコーダ７によって変位量をアナログｍｖに変換す
るものである。また種類としては、圧電式、歪計式、線
抵抗式があり、特徴としてアナログｍｖの出力を得られ
るので制御リレーの動作とその微調整が容易にでき、し
かも、光電式のセンサーに比べ粉塵の影響が少なく、耐
久性に優れる。

【００２３】また、ロードセル３の一例を図３に基づい
て説明すると、四角柱の非歪体２１の各面（少なくとも
一面）に圧縮と曲げの荷重を読み取るための圧縮歪み回
路２２と、曲げ歪み回路２３の２種類の回路を構成す
る。それはアクティブゲージとダミーゲージを備えた回
路構成をしており、アクティブゲージは変位を感知し、
ダミーゲージは基準値として構成されることにより、こ
の両ゲージの平衡条件から、アクティブゲージとダミー
ゲージの差が変位量（荷重）に相当することになる。こ
の変位量を検出して、電気信号として出力し、警報及び
（または）流体圧の停止制御を行うものである。

【００２４】さらに原理としては、歪計１９で構成され
るブリッジ回路２０で、微小歪量を増幅器を介して荷重
に相当するアナログｍｖに変換する。その特徴として
は、歪計１９のチップは小さく薄いため、部品の一部に
組み込むことが容易である。また、非歪体２１が金属性
の場合、温度による伸び縮みがあるので温度補償が必要
になる。したがって温度差の大きい場所への組み込みは
困難である。しかし、アナログｍｖの出力が得られるの
で、制御リレーの動作とその微調整が容易にできる。

【００２５】続いて、埋設位置の分解能力を高めるため
のプレッシャセンサー１５の一例を図４に基づいて説明
する。構造的にはアナグロメーターと同じ様な原理のダ
イアフラム２４の圧による膨れを圧電素子２５に伝え、
流体圧に相当する量として直接的に読み取る。この読み
取った量を電気信号として出力し、複数本が閉塞したこ
とを検知すると、警報及び（または）流体圧の停止制御
を行うものである。

【００２６】さらに原理として、ダイアフラム２４の圧
による膨れと圧電素子２５の変位との組み合わせによ
り、流体圧に相当するアナログｍｖに変換するものであ
る。特徴として、アナログｍｖの出力を得られるので、
制御リレーの動作とその微調整が容易にできる。しか
も、機械式に比べ小型で組み込みが容易にできる。

【００２７】そして、これら３種のセンサーは共通の特
徴として、同じ形の信号として得られるため複数多種類
の情報の集約ができ、コンピュータに情報を流し、集約
高速処理して安全性を高めることができる。それは、機
械式制御の場合は、最終制御までの時間を要し、１ｓｅ
ｃ以下の制御は困難であるが、コンピュータ制御の場合
は、電気信号で行えるため１／１０ｓｅｃの制御が可能
になる。

【００２８】次に、図５に基づいてセンサーの動作を説
明する。ブロック図を見れば理解できるように、掘削す
る場所を特定して、掘削装置の掘削ヘッドに設けられた
管状筒体の噴射ノズル６から流体を噴射して掘削を開始
する。この状態は先端付近は開放状態で掘削は進み、異
物（例えば埋設物）がなければ掘削完了する。

【００２９】そして、異物があると摺動筒体９からなる
タッチセンサー８が異物に触れ、コイルスプリング１２
に抗して変位（上昇）するが、変位量が設定値より低い
場合には警報の青ランプが点灯し、そのまま掘削が進み
掘削完了する。

【００３０】また、変位量が、設定値より高くなるとリ
ニアエンコーダ７の変位棒１３が変位し、その変位スト
ロークによりヘアピン型の歪体に、ストロークに相当す
る歪が発生する。それを歪計１９で読み取り、この読み
取り値を電気信号に変換して出力し、黄ランプの点灯に
よる警報及び（または）掘削速度を低速に制御する。

【００３１】さらに掘削を進めると、ロードセル３で設
定した設定値より荷重圧が低い場合はそのまま掘削を継
続して掘削を完了する。しかし、その設定値より荷重圧
（この荷重圧は垂直荷重圧だけでなく、斜め方向いいか
えれば圧縮と曲げ荷重の検知を行う）が高くなると、赤
ランプの点灯による警報及び（または）掘削を停止する
制御を行い、埋設物（例えば異物）を確認して、なけれ
ば掘削を進めて完了する。もしあれば、それを取り除く
なり回避して掘削を進め完了する。

【００３２】また、並行して埋設位置の分解能力を高め
るために、前記摺動筒体９からなるタッチセンサー８、
ロードセル３の変位検知、荷重検知の補助的な役割とし
て、荷重が掛かっていない状態でもタッチセンサー８の
摺動筒体９先端が閉塞されることにより、噴射ノズル６
内の流体圧の上昇を検知し、しかも、これが複数本閉塞
したことを検知しない場合は、黄ランプを点灯させて警
報するにとどめ、さらに掘削して複数本が閉塞したこと
を検知したら赤ランプを点灯して警報すると同時に、掘
削を停止する制御を行うものである。

【００３３】次に、センサー情報のマップ化について図
６に基づいて説明する。複数の掘削ヘッド１のそれぞれ
１本ずつに、タッチセンサー８、ロードセル３、プレッ
シャセンサー１５を取り付け、その情報を集約すると、
面的な位置情報に変換可能になる。それにより、埋設物
回避の対策がスピーディーに極めて良好に容易に行うこ
とができる。

【００３４】それは例えば２×２の４個の掘削ヘッド１
を設けたもので掘削作業を行う場合、図６（Ａ）のよう
に、タッチセンサー８とプレッシャセンサー１５によっ
て、ロードセル３の荷重が許容を越える前に検知できる
し、図６（Ｂ）に示すように、タッチセンサー８とロー
ドセル３によって、２ヶ所の荷重が検知されるので許容
を越え検知できる。また、図６（Ｃ）に示すようにロー
ドセル３の曲げ荷重の検知で、埋設物の位置を予測する
ことができる。

【００３５】

【発明の効果】本発明は、以上の構成を採用した結果、
次の効果を得ることができる。 （１）変位を検知するタッチセンサー、荷重を検知する
ロードセル、閉塞を検知するプレッシャセンサーの３種
の検知手段の組み合わせにより、安全、確実に掘削作業
が実行でき、しかも埋設物の破壊、損傷等を確実に防止
できる。 （２）掘削ヘッドを複数設け、この各掘削ヘッドにそれ
ぞれ３種のセンサーを取り付けたことにより、センサー
情報のマップ化ができ、その情報を集約することによ
り、面的な位置情報に変換可能になる。したがって、こ
の位置情報により埋設物回避の対策が確実に容易に行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例に関する埋設物センサーを備
えた掘削装置を示す概略正面図である。

【図２】本発明のタッチセンサー用リニアエンコーダの
１例を示す説明構造図である。

【図３】本発明のロードセルの１例を示す説明構造図で
ある。

【図４】本発明のプレッシャセンサーの１例を示す説明
断面図である。

【図５】本発明のセンサーの動作を示すブロック図であ
る。

【図６】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、本発明の掘削ヘッ
ドを４本組み合わせて、面的に位置情報を検知する状態
を示す概略平面図である。

【符号の説明】

１‥‥掘削ヘッド ２‥‥コイルス
プリング受け ３‥‥ロードセル ４‥‥エルボ ５‥‥エアーホース ６‥‥噴射ノズ
ル ７‥‥リニアエンコーダ ８‥‥タッチセ
ンサー ９‥‥摺動筒体 １０‥‥縦溝 １１‥‥係合突起 １２‥‥コイル
スプリング １３‥‥変位棒 １４‥‥係合部
材 １５‥‥プレッシャセンサー １６‥‥受信機 １７‥‥警報器 １８‥‥ヘアピ
ン型の歪体 １９‥‥歪計 ２０‥‥ブリッ
ジ回路 ２１‥‥非歪体 ２２‥‥圧縮歪
み回路 ２３‥‥曲げ歪み回路 ２４‥‥ダイア
フラム ２５‥‥圧電素子

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ジェット噴射式掘削装置による埋設物検
   知方法において、掘削ヘッドの先端部に設けた筒状噴射
   ノズルを覆う摺動筒体の変位量を検出し、この検出値が
   設定値を上まわった場合、タッチセンサーを作動させ警
   報及び（または）筒状噴射ノズルによる掘進の速度制御
   を行い、同時に同変位量が設定値を上まわった場合、ロ
   ードセルを作動させ、垂直荷重、斜め荷重の検知をし、
   この検出信号により警報及び（または）筒状噴射ノズル
   による掘進の停止制御を行うようにしたことを特徴とす
   る埋設物検知方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の埋設物検知方法におい
   て、さらに埋設位置に荷重が掛かっていない状態でも摺
   動筒体の先端が閉塞されることにより、掘削ヘッドの噴
   射ノズル内流体圧の上昇を検出し、この検出値が設定値
   を上まわった場合、プレッシャセンサーを作動させ警報
   及び（または）筒状噴射ノズルによる掘進の停止制御を
   行うようにしたことを特徴とする埋設物検知方法。
3. 【請求項３】 ジェット噴射式掘削装置において、掘削
   ヘッドの先端部に設けた筒状噴射ノズルを覆って摺動す
   る摺動筒体に障害物が接触したことを検知するタッチセ
   ンサーと、前記摺動筒体に障害物が接触することにより
   生じる垂直荷重及び斜め荷重を検知するロードセルとを
   設けたことを特徴とする埋設物センサーを備えた掘削装
   置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の埋設物センサーを備え
   た掘削装置において、掘削ヘッドの先端に設けた筒状噴
   射ノズルを覆って摺動する摺動筒体先端が閉塞されるこ
   とにより掘削ヘッドの噴射ノズル内における流体圧の上
   昇を検知するプレッシャセンサーを設けたことを特徴と
   する埋設物センサーを備えた掘削装置。
5. 【請求項５】 ジェット噴射式掘削装置において、掘削
   ヘッドの先端部に設けた筒状噴射ノズルを覆うように摺
   動筒体を設け、該摺動筒体の変位量により作動するタッ
   チセンサーと、同変位量により垂直荷重及び斜め荷重を
   検知するロードセルを設け、さらに、荷重が掛かってい
   ない状態でも掘削ヘッドの先端に設けた摺動筒体先端が
   閉塞されることにより、掘削ヘッドの噴射ノズル内流体
   圧の上昇を検知するプレッシャセンサーを各々適宜の部
   位に設け、前記各タッチセンサー、ロードセル、プレッ
   シャセンサーの検出信号により、警報及び（または）筒
   状噴射ノズルによる掘進の停止制御を行う制御装置を設
   けたことを特徴とする埋設物センサーを備えた掘削装
   置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の埋設物センサーを備え
   た掘削装置において、摺動筒体を摺動自在にするため
   に、掘削ヘッドと摺動筒体間にコイルスプリングを介設
   したことを特徴とする埋設物センサーを備えた掘削装
   置。
7. 【請求項７】 掘削ヘッドを複数個設けたことを特徴と
   する請求項３〜請求項６のいずれか１項に記載の埋設物
   センサーを備えた掘削装置。