JPH10121878A - 単軸掘削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】信号ケーブル線を不要とし、かつ既存の掘削軸
に簡易な加工を施すだけで、掘削中に傾斜角度などの掘
削情報を容易に得ることができるようにする。 【解決手段】掘削軸６内に設けられた傾斜計１１と、こ
の傾斜計の近傍に固定された磁歪型発振子１２と、地上
側に設けられた磁歪型発振子１２からの信号を受ける受
信子１３とを有し、傾斜計１１からの掘削情報信号は有
線で磁歪型発振子１２に与えられて、掘削情報信号に応
じて磁歪型発振子１２を発振させ、この発振を掘削軸６
の音響振動に変換させて掘削軸６を伝送媒体として受信
子１３に与え、この受信子１３において音響振動を電気
信号に変換して掘削情報信号を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、単軸掘削装置に係
り、特にベースマシンに支持されて立設されたリーダに
沿って昇降自在とされた単掘削軸およびこれを回転駆動
させる回転駆動手段を有する単軸掘削装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の掘削装置は、機械式深層地盤改
良やソイル杭等の造成に用いられている。近年、この掘
削装置に要求される掘削深度はより深まる傾向にある。
しかるに、この掘削装置はその装置構造の点から、ま
た、地盤強度の深さ方向のばらつきに伴う反力により、
掘削過程で徐々に曲がったり、捩じれたりすることが多
い。

【０００３】掘削軸の傾斜・捩じれが過度に生じると、
造成される改良体が設計通りにならず、特に先行して造
成した改良体と、次に造成した改良体との間に、大きな
未改良部分が生じることがある。

【０００４】そこで、最近は、掘削軸内に傾斜計を設け
て、傾斜度合いを測定しながら、掘削軸の傾斜を修正す
ることが行われている。この例としては、特開昭６２−
１１０１１１号、特開平１−９４１１７号、特開平１−
２７８６８７号公報に記載のものを挙げることができ
る。

【０００５】これらは掘削軸内に傾斜計などの検出器を
設けて、その軸内を通して地上に至る信号ケーブル線を
配線して信号を導くか、掘削軸とは別に制御管を設け、
その内部に傾斜計を設けてその管内を通して地上に至る
信号ケーブル線を配線して信号を導くようにしている。

【０００６】また、信号ケーブル線の接続部の伝送方法
としては、単位掘削軸の上下端部に電磁コイル等を埋設
した非接触型コネクターを利用するものもある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの方式
には、根本的に次記の問題が残されている。

【０００８】（１）掘削軸内の信号ケーブル線を介して
信号を伝達するものであるために、その信号ケーブル線
を通すためのスペースの確保を行う必要がある。特に継
手部分において、困難性をきたし、継手を含めた掘削軸
の構造上の制約が大きいばかりでなく、掘削軸の長さが
長くなるに従って、その損傷の都度交換する必要のある
信号ケーブル線のコストが嵩む。

【０００９】（２）この種の掘削では、所定の長さの掘
削が終了したならば、単位掘削軸を継ぎ足して、続く深
度に対する掘削を行うが、単位掘削軸の継ぎ足し時にお
いて、同時に信号ケーブル線の継ぎ足しを行う必要があ
り、これが施工能率を低下させる原因になるとともに、
危険作業ともなっていた。

【００１０】（３）また、前記非接触型のコネクターを
使用する場合には、単位掘削軸の継ぎ足し時に信号ケー
ブル線の接続作業が不要となる利点はあるものの、各単
位掘削軸の上下端部に電磁コイル等の非接触コネクター
の埋込みを行わなければならないため、既存の掘削軸を
そのままでは使用することができず、大幅な装置改造が
必要となるためコストが嵩むなどの問題がある。

【００１１】そこで本発明の主たる課題は、信号ケーブ
ル線を不要とし、したがって、掘削軸の継ぎ足しにおけ
る信号ケーブル線の連結およびその付帯作業を不要とす
るばかりでなく、既存の掘削軸に簡易な加工を施すだけ
で、掘削中に傾斜角度などの掘削情報を容易に得ること
ができ、その結果きわめて高い掘削精度で掘削を行うこ
とが可能となる単軸掘削装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、ベースマシンに支持されて立設されたリー
ダに沿って昇降自在とされた単掘削軸およびこれを回転
駆動させる回転駆動手段を有し、前記掘削軸内に設けら
れた掘削情報検出器と、この掘削情報信号検出器の近傍
に固定された音響発振子と、地上側に設けられた前記音
響発振子からの信号を受ける受信子とを有し、前記掘削
情報検出器からの掘削情報信号は有線で前記音響発振子
に与えられて、掘削情報信号に応じて音響発振子を発振
させ、この発振を前記掘削軸の機械的振動に変換させて
当該掘削軸を伝送媒体として前記受信子に与え、この受
信子において機械的振動を電気信号に変換して掘削情報
信号を得る構成としたことを特徴とするものである。

【００１３】この場合に、前記掘削情報検出器は、掘削
軸の傾斜を検出する傾斜検出器である態様が提供され
る。また、前記受信子の取付け態様としては、たとえば
受信子を実質的に前記掘削軸の上端部に設け、同じく掘
削軸上端部に設けた電波式送信器を介して無線で信号を
取り出すこともできるし、また受信子を実質的に掘削軸
の上端部に設け、スリップリングを介して有線で信号を
取り出すようにしてもよい。さらには、前記受信子を前
記掘削軸の上端部に設けられたスイベルの非回転部分に
固定することもできる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を具体
的に詳説する。本発明の単軸掘削装置１は、たとえば図
１〜図３に示す全体構造を有するものである。すなわ
ち、ベースマシン２の前方において支持され設置された
リーダ３はベースマシン２のリーダ受台４とバックステ
イ５により支えられる構造となっている。前記リーダ３
には、複数本の単位掘削軸を長手方向に連結して構成さ
れた長尺の掘削軸６が鉛直方向に移動可能なように設け
られ、その掘削軸６の頭部にはリーダ３に沿ってスライ
ドする動力源７が搭載されている。この動力源７の動力
は、減速機８を介して掘削軸６に伝達される。

【００１５】動力源７としては、油圧モータが用いられ
ることもあるが、一般的には電動モータが多く用いられ
る。この種の電動モータは一台に限られず、複数台用い
ることも可能である。これら電動モータからの動力は図
示しない歯車列により一つにまとめられ、減速機８によ
り回転数が減速されて掘削軸６に伝達される。

【００１６】掘削軸６は、単位掘削ロッドが長手方向に
複数本連結されて構成されたもので、その下方には攪拌
ヘッド６ａを有し、下端に掘削ヘッド６ｂが取り付けら
れている。前記攪拌ヘッド６ａは翼片または螺旋翼など
で構成される。また、掘削軸６の上端には、削孔水、安
定液またはセメントミルクなどの地盤改良材や安定液を
供給するためのスイベル２４が設けられ、構造は図示し
ないが、掘削軸６内にはこれらの液体流路が形成され掘
削軸６の下端部から吐出可能になっている。

【００１７】本発明では、かかる掘削装置１による掘削
に際して、主に掘削している過程での掘削情報を得て精
度の高い掘削を行うとするものである。図４に掘削情報
の全体の系統を示した。すなわち、掘削軸６内に傾斜計
１１などの掘削情報検出器が設けられ、この傾斜計１１
の近傍に音響発振子１２が固定され、さらに地上側の適
宜の位置、たとえば掘削軸６の上端部に前記音響発振子
１２からの信号を受ける磁歪型の受信子または音響振動
を検出する加速度計などからなる受信子１３が設けられ
ている。

【００１８】傾斜計１１からの傾斜角度信号は有線で音
響発振子１２に対して与えられて、その信号に応じて音
響発振子１２を発振させ、この発振を掘削軸６の音響振
動に変換させて当該掘削軸６を伝送媒体として受信子１
３に与え、この受信子１３において音響振動を電気信号
に変換して傾斜角度を得る構成としてある。ここにおい
て、音響発振子としては、圧電型発振子や音響発振子な
どを使用することができるが、本発明では、音響発振子
を使用することがより好ましく、以下では音響発振子の
うち、特に磁歪型発振子を用いた場合の上記掘削情報の
系統を、図７をも参照しながらさらに詳しく説明する。

【００１９】具体的には、図５に示されるように、掘削
軸６の先端部には検出信号発振ユニットを収納するため
の空間部が形成され、この空間部にはＸ・Ｙ軸の２軸用
傾斜計１１と、この傾斜計１１からの傾斜検出信号を処
理するための信号変換処理部１５Ａと、励磁電流制御装
置１５Ｂと、前記傾斜検出信号に応じた振動を発する磁
歪型発振子１２と、傾斜計１１等の掘削情報検出器およ
び磁歪型発振子１２を動作させるための電源バッテリー
１４が納められている。すなわち、図６に示されるよう
に、傾斜計１１に連結して信号発信側に、増幅器３１、
Ａ／Ｄ変換器３２およびインパルス変調器３３を有する
信号変換処理部１５Ａが設けられ、この信号変換処理部
１５Ａから、磁歪型発振子１２に励磁電流およびインパ
ルス電流を与えるための励磁電流制御装置１５Ｂが設け
られている。傾斜計１１からの傾斜角度信号は、増幅器
３１で増幅され、Ａ／Ｄ変換器３２によりデジタル信号
に変換され、次いでインパルス変調器３３で変調された
のち、励磁電流制御装置１５Ｂに与えられる。励磁電流
制御装置１５Ｂでは、前記変調信号に基づいて、インパ
ルス電流を磁歪型発振子１２に与え、磁歪型発振子１２
を発振する構成となっている。磁歪型発振子１２は、こ
れが固定された掘削軸６に弾性波を与える。

【００２０】前記磁歪型発振子１２は、掘削軸６の内面
に対して実質的に直に音響振動が伝播可能なように固定
されているので、その音響振動は掘削軸６を通して前記
受信子１３まで伝播可能となっている。また、前記磁歪
型発振子１２は、たとえば図１０に示す外形をもつもの
であり、金属磁歪素子１２ａを多数積層したものに対し
て励磁コイル１２ｂを巻回し、その励磁コイル１２ｂに
大電流を流して励磁させて、同図矢印方向の振動加速度
を生成させるものである。掘削軸６に磁歪型発振子１２
を固定する場合は、振動の伝播性および解析精度からし
て、図５に示すように磁歪型発振子１２の振動方向を鉛
直方向に選択するのが望ましい。

【００２１】傾斜計１１としては、一方向のみでもよい
が好ましくはＸ軸およびＹ軸の両方向についての傾斜角
度を測定するために、そのＸ軸およびＹ軸専用の傾斜計
１１ｘ，１１ｙを設ける。このような傾斜計としては、
差動トランス、歪みゲージ、静電容量、加速度計などの
各種測定器を用いることができる。

【００２２】また、必要ならば方位信号を取り込んで掘
削情報とすることができる。方位計としては、たとえば
図示されるように、掘削軸６の上端付近にロータリーエ
ンコーダーやポテンションメータ１０などの回転角度計
測器を設けることにより、掘削軸６の回転角度から傾斜
計１１の方位を測定することができる。なお、場合によ
っては別途掘削軸６の先端に磁気コンパスやジャイロな
どの絶対方位を測定し得る方位計を設けることもできる
（図示しない）。１６は後に詳述する掘削深度計であ
る。

【００２３】かくして、傾斜計１１からの信号は磁歪型
発振子１２に与えられた後、これから音響振動信号とし
て掘削軸６を伝送媒体として受信子１３に与えられ、そ
の受信信号がＦＭ電波等の電波を用いた電波送信器１７
により無線によって送信される。一方、ベースマシン２
または管理室１８には中央演算処理装置１９が設けら
れ、電波送信器１７からの電波を電波受信器２０により
取り込む。それと共に掘削深度を計測する深度計１６か
らの深度信号および傾斜計１１の方位を計測する方位計
からの方位信号等の地上部での計測情報をも取り込み、
これらの掘削情報を基に解析演算処理し、結果をＣＲＴ
などの表示装置２１に表示させるとともに、記録装置２
２に記録する。

【００２４】ここでは、掘削軸６内に電波送信器１７を
設置して直接的に電波受信器２０を介して中央演算処理
装置１９に送信する方法を採用しているが、電波を使用
せずに、図８に示すように掘削軸６の上部にいわゆるス
リップリング２３を設けて有線で信号を取出し、中央演
算処理装置１９に送信することもできる。また、図９に
示すように、受信子１３を掘削軸６ではなく、掘削軸６
の上端に設置してあるスイベル２４の非回転部分に固定
して、ここから有線により信号を送信することも可能で
ある。この場合には、電波送信器１７やスリップリング
２３が不要となる。

【００２５】上記実施例においては、地下側の掘削情報
検出器は傾斜計１１だけであるため、送受発振手段とし
て一対の磁歪型発振子１２および受信子１３しか用いて
いないが、傾斜計１１の他に、たとえばジャイロ方位検
出器、トルク検出器などの掘削情報検出器を設ける場合
には、伝送効率を高めるために磁歪型発振子１２および
受信子１３の対を増設して複数の伝送受発振手段とする
のが望ましい。なお、伝送受発信手段として設けた一対
の磁歪型発振子１２および受信子１３を用いて、前記複
数の掘削情報検出器からの信号の発信タイミングをずら
すことによって区別することも可能である。

【００２６】ところで、この種の削孔装置に対して掘削
軸を振動の伝送媒体とすることは不可能であるのではな
いかと懸念していた。すなわち、この種の掘削軸は、ネ
ジによる連結接合ではなく、ピン接合によって連結し、
回転トルクは角（たとえば六角）連結部を介して伝達さ
れるために、主にそのピン接合部分がネックとなって振
動が伝達されないのではないかとの懸念があった。しか
し、現実に実験を繰り返したところ、良好に伝送が行わ
れることが知見された。

【００２７】図１１〜図１５は掘削軸６の連結構造例を
示すものである。すなわち、突継手６０は端部外面が六
角筒となり、これに対して受継手６１の内面も六角筒形
に形成され、図１１に示すように、これらの突継手６０
と受継手６１とを嵌合した後に、受継手６１のピン挿入
孔６１ａに接合ピン６２を挿通させて、突継手６０の外
面に形成された半円筒凹部６０ａに係止させて、最終的
には接合ピン６２の抜け止めを止めピン挿入孔６１ｂか
ら止めピン（図示せず）を挿入して接合ピン６２を固定
するものである。

【００２８】なお、前記突継手６０と受継手６１との間
に中間継手６３を介在し、この中間継手６３内に傾斜計
１１等を収納することもできる。たとえば、図１６に示
される例は、中間継手６３の周面から切削により収納凹
陥部６３ａ〜６３ｃを夫々形成し、各収納凹陥部６３ａ
〜６３ｃに電源バッテリー１４、磁歪型発振子１２、傾
斜計１１等を収納し蓋をしたもので、各機器間のコード
連結は連通孔６３ｄ、６３ｅ…を介して行う。

【００２９】実際に、図１１の継手６０，６１同士の接
合部分において振動がどのように伝播するか調べた。結
果を図１７に示す。同図によれば、磁歪型発振子１２に
よる加振側の測定点Ａと反対側の測定点Ｂとの間でさほ
ど減衰がないことが判る。また、図１６に示す態様にお
いて、３つの継手を経由して単位掘削軸を３本連結した
状態で掘削を行っている過程で、振動の伝播性を調べた
ところ、図１８に示す結果を得た。この結果から判るの
は、別の手段により計測した掘削中の雑音データとの比
較から、その雑音を拾うものの、確実に磁歪型発振子１
２からの振動データを検知できることである。

【００３０】上記実施例では、掘削軸６の先端に設けた
磁歪型発振子１２から掘削軸６の上端に設けた受信子１
３に対して直接信号を伝送しているが、多数の単位掘削
軸を連結した場合には、振動の減衰を補うために、中継
送受信器（図示しない）を掘削軸６の長さ方向に適宜の
数だけ設け、この中継送受信器にて一旦磁歪型発振子１
２からの振動を受信し、そこで増幅した状態で発振させ
て、次の中継送受信器または受信子１３に向かって振動
を発信することもできる。この場合の前記中継送受信器
は、受信子１３と磁歪型発振子１２とを組み合わせたも
のである。また、上記実施例のように、受信子１３をス
イベル２４に固定する場合には、掘削軸６とスイベル２
４との間で振動の減衰が大きいため、前記中継送受信器
を掘削軸６の上端近傍に設けるのが望ましい。他方、中
継送受信器としては、受信子１３により振動を検出する
ものの、発信はたとえば電波発信により行い、その電波
を掘削軸６の上部に設けた電波受信子１３により受信し
た後、外部の電波受信器２０に対して発信させる構成と
することもできる。

【００３１】一方、図１９に前記掘削深度計１６の測定
原理を示す。すなわち、動力源７および多軸減速機８の
ケーシング１６Ａに対して、リーダ３の頂部に滑車１６
Ｂを設け、ベースマシン２のたとえばリーダ受台４に掘
削深度（速度）計１６を設け、これらにワイヤ１６Ｃを
巻き掛けて、掘削に伴って昇降するケーシング１６Ａの
移動量をワイヤ１６Ｃの移動量として、掘削深度計１６
により検出するものである。掘削深度計１６では、ワイ
ヤ１６Ｃの移動量をドラムの回転角度として検出し、深
度を検出する。具体的にはロータリエンコーダやポテン
ショメータを使用することができる。１６Ｄはワイヤ１
６Ｃの張るための滑車である。

【００３２】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、信号ケー
ブル線を不要とし、したがって、掘削軸の継ぎ足しにお
ける信号ケーブル線の連結およびその付帯作業を不要と
するばかりでなく、既存の掘削軸に簡易な加工を施すだ
けで、掘削中に傾斜角度などの掘削情報を容易に得るこ
とができ、その結果きわめて高い掘削精度で掘削を行う
ことが可能となるなどの利点がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】多軸掘削装置例の側面図である。

【図２】その正面図である。

【図３】掘削軸の先端部分の正面図である。

【図４】全体の装置構成の概要図である。

【図５】掘削軸先端部の拡大縦断面図である。

【図６】図５のVI−VI線矢視図である。

【図７】信号系統の概要図である。

【図８】掘削軸から信号を取出すための他の構造例を示
す要部拡大図である。

【図９】掘削軸からの信号取出すための他の構造例を示
す要部拡大図である。

【図１０】磁歪型発振子の外形図である。

【図１１】連結部分における連結構造を示す縦断面図で
ある。

【図１２】受継手の半断面正面図である。

【図１３】その平面図である。

【図１４】突継手の半断面正面図である。

【図１５】その平面図である。

【図１６】中間継手に磁歪型発振子を設けた例の縦断面
図である。

【図１７】振動の伝播性の試験結果を示すグラフであ
る。

【図１８】振動の伝播性の他の試験結果を示すグラフで
ある。

【図１９】掘削深度の検出例を示す概要図である。

【符号の説明】

１…単軸掘削装置、２…ベースマシン、３…リーダ、４
…リーダ受け台、６…掘削軸、７…動力源、１１…傾斜
計、１２…磁歪型発振子、１３…受信子、１４…電源バ
ッテリー、１５Ａ…信号変換処理部、１５Ｂ…励磁電流
制御装置、１６…掘削深度計、１７…電波送信器、１８
…管理室、１９…中央演算処理装置、２０…電波受信
器、２１…表示装置、２３…スリップリング、２４…ス
イベル、６３…中間継手

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成８年１０月２３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１０】

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｃ 9/00 (72)発明者 坂本 隆博 長崎市丸尾町６番14号 三菱電機株式会社 長崎製作所内 (72)発明者 島田 隆史 長崎市丸尾町６番14号 三菱電機株式会社 長崎製作所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ベースマシンに支持されて立設されたリー
   ダに沿って昇降自在とされた単掘削軸およびこれを回転
   駆動させる回転駆動手段を有し、 前記掘削軸内に設けられた掘削情報検出器と、この掘削
   情報信号検出器の近傍に固定された音響発振子と、地上
   側に設けられた前記音響発振子からの信号を受ける受信
   子とを有し、 前記掘削情報検出器からの掘削情報信号は有線で前記音
   響発振子に与えられて、掘削情報信号に応じて音響発振
   子を発振させ、この発振を前記掘削軸の機械的振動に変
   換させて当該掘削軸を伝送媒体として前記受信子に与
   え、この受信子において機械的振動を電気信号に変換し
   て掘削情報信号を得る構成としたことを特徴とする単軸
   掘削装置。
2. 【請求項２】掘削情報検出器は、掘削軸の傾斜を検出す
   る傾斜検出器である請求項１記載の単軸削孔装置。
3. 【請求項３】前記受信子は実質的に前記掘削軸の上端部
   に設けられ、同じく掘削軸上端部に設けられた電波式送
   信器を介して無線で信号を取り出すようにした請求項
   １、２記載の単軸掘削装置。
4. 【請求項４】前記受信子は実質的に前記掘削軸の上端部
   に設けられ、スリップリングを介して有線で信号を取り
   出すようにした請求項１、２記載の単軸掘削装置。
5. 【請求項５】前記受信子は前記掘削軸の上端部に設けら
   れたスイベルの非回転部分に固定してある請求項１、２
   記載の単軸掘削装置。