JPH10317870A - 単軸掘削装置および多軸掘削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】信号ケーブル線を不要とし、掘削中に傾斜角度
などの掘削情報を確実な信号伝送でもってリアルタイム
で得て、極めて高い精度の掘削を行う。 【解決手段】掘削情報検出器１１ｘ，１１ｙと、音響発
振子１２と、地上側に設けられた音響発振子１２からの
信号を受ける受信子１３とを有し、掘削情報検出器１１
ｘ，１１ｙからの掘削情報信号は有線で音響発振子１２
に与えられて、この掘削情報信号に応じて音響発振子１
２を発振させ、この発振を音響伝送管Ｓ介して受信子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、単軸および多軸掘
削装置に関し、さらに詳しくは、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する単
軸掘削装置、およびベースマシンに支持されて立設され
たリーダ沿って昇降自在とされた、複数の掘削軸および
これを回転駆動させる回転駆動手段を有し、前記各掘削
軸相互は、その下方部分において、各掘削軸をその軸心
回りに回転自在に抱持する連結部材により連結された多
軸掘削装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の単軸および多軸掘削装置は、地
中連続壁やソイル柱列杭の造成に用いられいる。近年、
これら単軸および多軸掘削装置（以下、両装置を単に掘
削装置ともいう）による要求される掘削深度はより深ま
る方傾向にある。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。掘削軸の傾斜・捩じれが過度に生じ
ると、造成される壁面が設計通りとならず、特に既設の
壁または続いて造成する壁との連続性が確保できない事
態が生じる。

【０００３】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。

【０００４】この例としては、特開昭６２−１１０１１
１号、特開平１−９４１１７号、特開平１−２７８６８
７号、特開平５−７１１２２号、特開平６−３４６４３
５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信号ケーブル線を介して
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信号ケーブル
線を介して信号を導くかするものである。

【０００６】

【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。

【０００７】（１）多軸掘削機における掘削軸内の信号
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
必要があるところ、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。

【０００８】（２）回転する掘削軸内に傾斜計を設けて
回転中に傾斜角度を検出することは一般に困難であり、
したがって、掘削軸の回転を止めた後に傾斜角度を測定
する間欠的な測定とならざるを得ない。

【０００９】（３）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
に対する掘削を要するが、単位掘削軸の継ぎ足し時にお
いて、信号ケーブル線の継ぎ足しも行う必要があり、こ
れが施工能率を低下させる原因となっていた。

【００１０】一方、かかる信号ケーブル線方式の問題点
に鑑み、本出願人は、信号ケーブル線を不要とし、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、掘削中に傾斜角度
などの掘削情報をリアルタイムで得ることができ、きわ
めて高い精度の掘削を行いうる掘削装置を提案している
（特願平８−２５４７４５、特願平８−２８０４２
４）。

【００１１】これらの掘削装置は、単軸掘削装置につい
ては掘削軸内に、多軸掘削装置については掘削軸内また
は各掘削軸相互を連結する連結部材に掘削情報検出器お
よび音響発振子を設け、掘削情報検出器からの掘削情報
信号を音響発振子にて音響振動として発振し、この音響
振動を掘削軸を伝送媒体にして地上側に伝送し、地上側
において掘削軸に設けられた受信子により電気信号に変
換して掘削情報を得るものである。

【００１２】しかし、これら本出願人による掘削軸自体
を伝送媒体とした掘削装置は、前述の信号ケーブル線方
式の問題点を解決しうるものの、なお次記の問題点を有
していた。

【００１３】（４）例えば大深度掘削においては、通常
の深度における場合よりも多数の単位掘削軸を連結して
掘削を行うが、この種の掘削装置における掘削軸は、ネ
ジ接合により連結するものではなく、ピン接合により連
結するものである。そのため、多数の単位掘削軸を連結
した場合、ピン接合部における音響振動の減衰により、
理想的な信号伝送が困難であった。

【００１４】（５）また、外周面に螺旋状の羽根を有す
る掘削軸を使用した場合に、螺旋羽根において音響振動
が逃げるため、３０ｍ以上の音響振動の伝送が不可能で
あった。

【００１５】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し、かつ掘
削中に傾斜角度などの掘削情報をリアルタイムで得るこ
とができ、きわめて高い精度の掘削を行うことが可能と
なるとともに、多数の単位掘削軸を連結した場合におい
ても確実な信号伝送を可能とする掘削装置を提供するこ
とにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決した本発
明のうち、請求項１に記載の発明は、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、前記掘削軸に設けられた掘削情報検出器および音響
伝送管と、前記掘削情報信号検出器の近傍に配設された
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
音響発振子からの音響振動を前記音響伝送管を伝送媒体
として前記受信子に与え、この受信子で音響振動を電気
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である。

【００１７】請求項２に記載の発明は、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請求
項１記載の単軸掘削装置である。

【００１８】請求項３に記載の発明は、前記受信子は実
質的に前記音響伝送管の上端部に設けられ、前記掘削軸
上端部に設けられた無線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または２記載の単軸掘削装
置である。

【００１９】請求項４に記載の発明は、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また
は２記載の単軸掘削装置である。

【００２０】請求項５に記載の発明は、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
固定してあり、前記音響伝送管と前記受信子との間は、
音響振動が伝播可能である関係にある請求項１または２
記載の単軸掘削装置である。

【００２１】請求項６に記載の発明は、前記掘削軸に、
前記掘削情報検出器および音響発振子を動作させる電源
バッテリーが設けられた請求項１〜５のいずれか１項に
記載の単軸掘削装置である。

【００２２】請求項７に記載の発明は、前記掘削軸の上
端部に、前記受信子および無線式送信器を動作させる電
源バッテリーが設けられた請求項３記載の単軸掘削装置
である。

【００２３】請求項８記載の発明は、前記掘削軸は２本
以上の単位掘削軸を連結してなり、各単位掘削軸にそれ
ぞれ音響伝送管を有し、前記各単位掘削軸を連結して前
記掘削軸を構成した状態において、一方の単位掘削軸の
音響伝送管が、この一方の単位掘削軸に連結される他方
の単位掘削軸の音響伝送管に連結して、前記掘削軸の長
手方向に一体的な音響伝送管が構成されるようにした請
求項１〜７のいずれか１項に記載の単軸掘削装置であ
る。

【００２４】一方、請求項９に記載の発明は、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、複数の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、前記各掘削軸相互は、その下方部分に
おいて、各掘削軸をその軸心回りに回転自在に抱持する
連結部材により連結された掘削装置において、前記掘削
軸または連結部材に設けられた掘削情報検出器と、前記
掘削情報信号検出器の近傍に配設された音響発振子と、
前記掘削軸に設けられた音響伝送管と、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およ
び／または無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、この音響発振子
からの音響振動を前記音響伝送管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音響振動を電気信号
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
する多軸掘削装置である。

【００２５】請求項１０に記載の発明は、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、複数の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、前記各掘削軸相互は、その下方部分におい
て、各掘削軸をその軸心回りに回転自在に抱持する連結
部材により連結された掘削装置において、前記連結部材
に固定された掘削情報検出器および音響発振子と、前記
掘削軸に設けられた音響伝送管と、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および／ま
たは無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、この音響発振子からの
音響振動を前記音響伝送管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音響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、前記連結部材と前記
音響伝送管との間は音響振動が伝播可能である関係にあ
ることを特徴とする多軸掘削装置である。

【００２６】請求項１１に記載の発明は、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り、この
傾斜検出器が掘削軸列の両端または連結部材の両端部に
設けられている請求項９または１０記載の多軸削孔装置
である。

【００２７】請求項１２に記載の発明は、前記受信子は
実質的に前記掘削軸の上端部に設けられ、前記掘削軸上
端部に設けられた無線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９〜１１のいずれか１項に記載
の多軸掘削装置である。

【００２８】請求項１３に記載の発明は、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９〜
１１のいずれか１項に記載の多軸掘削装置である。

【００２９】請求項１４に記載の発明は、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
に固定してあり、前記音響伝送管と前記受信子との間
は、音響振動が伝播可能である関係にある請求項９〜１
１のいずれか１項に記載の多軸掘削装置。

【００３０】請求項１５に記載の発明は、前記連結部材
または掘削軸に、前記掘削情報検出器および音響発振子
を動作させる電源バッテリーが設けられた請求項９〜１
４のいずれか１項に記載の多軸掘削装置である。

【００３１】請求項１６に記載の発明は、前記掘削軸の
上端部に、前記受信子および無線式送信器を動作させる
電源バッテリーが設けられた請求項１３記載の多軸掘削
装置である。

【００３２】請求項１７に記載の発明は、前記掘削軸は
２本以上の単位掘削軸を連結してなり、各単位掘削軸に
それぞれ音響伝送管を有し、前記各単位掘削軸を連結し
て前記掘削軸を構成した状態において、一方の単位掘削
軸の音響伝送管が、この一方の単位掘削軸に連結される
他方の単位掘削軸の音響伝送管に連結して、前記掘削軸
の長手方向に一体的な音響伝送管が構成されるようにし
た請求項９〜１７のいずれか１項に記載の多軸掘削装置
である。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明について、図面を参
照しつつさらに詳述する。

【００３４】＜単軸掘削装置の具体例＞本発明の単軸掘
削装置１は、たとえば図１および図２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。

【００３５】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。

【００３６】掘削軸６は、図３に示すように、単位掘削
軸６ｃ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（図４参照）、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。

【００３７】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ことを目的とするものである。図４
に掘削情報の全体の系統を概略的に示した。すなわち、
掘削軸６内に傾斜計１１ｘ，１１ｙなどの掘削情報検出
器が設けられ、この傾斜計１１ｘ，１１ｙの近傍に音響
伝送管Ｓの下端に音響発振子１２が配設され、さらに地
上側の適宜の位置、たとえば掘削軸６の上端部における
音響伝送管Ｓの上端に前記音響発振子１２からの音響信
号を受ける受信子１３けられている。

【００３８】そして、傾斜計１１ｘ，１１ｙ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、この音響
発振子１２からの音響振動を音響伝送管Ｓ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傾斜角度が得られる。

【００３９】以下、上記掘削情報の信号伝達系統につい
てさらに詳しく説明する。まず、傾斜計１１としては、
一方向のみでもよいが、好ましくは図示のように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。その際、Ｘ軸およびＹ軸傾斜計１１ｘ，１１ｙ
はロッド長手方向に並設すると、供給路のスペース確保
の観点から好ましい。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。

【００４０】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。

【００４１】図５は、信号検出系統を示したものであ
り、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
の信号に基づき音響発振子１２をドライブする音響発振
子ドライブ装置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、次いで変調器
３３で変調されたのち、音響発振子ドライブ装置１５Ｂ
に与えられる。音響発振子ドライブ装置１５Ｂでは、前
記変調信号に基づいて、音響発振子１２をドライブし、
音響発振子１２から音響信号が発振される。

【００４２】音響発振子１２から発振された音響信号
は、掘削軸６内において、音響発振子からその上端の受
信子１３にまで延在する音響伝送管Ｓを介して伝送され
る。図示の掘削軸６は、必要に応じた数の単位掘削軸６
ｃが連結されたものである。この単位掘削軸６ｃの具体
例を図６に示した。すなわち、単位掘削軸６ｃには、略
軸心に沿ってその上端側から下端側にまで延在する音響
伝送管Ｓ' が間隙Ｔをもって内装されており、この間隙
Ｔが削孔水や地盤改良剤等の流通路となる。音響伝送管
の一方側の端部には雄部材Ｍが設けられ、他方側の端部
には雌部材Ｆが設けられる。この単位掘削軸６ｃが連結
されて掘削軸６が構成されると、図６中に一点鎖線で示
すようにして、単位掘削軸６ｃにおける音響伝送管Ｓの
雄部材Ｍ（および雌部材Ｆ）が、これに連結される他の
単位掘削軸における音響伝送管の雌部材Ｆ’（および雄
部材Ｍ’）に自動的に連結され、掘削軸６長手方向に一
体的な音響伝送管Ｓが構成される仕組みとされている。
６４，６７は音響伝送管Ｓ’の支持部材であり、図示し
ないが、間隙Ｔにより構成される流通路を塞がないよう
に設けられる。

【００４３】単位掘削軸６ｃの連結は、例えば図６に示
すように、単位掘削軸６ｃの一方の端部に設けられた突
継手７０と、他端部に設けられた受継手７１によりなさ
れる。図７〜１０に詳しく示すように、突継手７０は端
部外面が六角筒として形成され、これに対応して受継手
７１の内面も六角筒形に形成され、これら突継手７０と
受継手７１とを嵌合した後に、受継手７１のピン挿入孔
７１ａに接合ピン７２を挿通させて、突継手７０の外面
に形成された半円筒凹部７０ａに係止させて、最終的に
は接合ピン７２の抜け止めを、止めピン挿入孔７１ｂか
ら止めピン（図示せず）を挿入して接合ピン７２を固定
するものである。尚、図７〜図１０においては本発明の
音響伝送管は図示していない。

【００４４】そして、掘削に際しては、傾斜計１１から
の信号は音響発振子１２に与えられた後、これから音響
振動として音響伝送管Ｓ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、地
上側のベースマシン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２２に記録する。

【００４５】電波送信器１７の他の配設例を図１１に示
した。同図に示す例では、掘削軸６の上端側における単
位掘削軸６ｃの代わりに中継掘削軸６０が連結されてい
る。

【００４６】この中継掘削軸６０は、下端から略中央ま
で延在する音響伝送管Ｓと、この音響伝送管１２の上端
に固定された受信子１３とを有する単位掘削軸であっ
て、特に無線送信のために受信子１３からの検出信号を
電波信号に変換する信号変換処理部１７ａと、電波発振
子１７ｂと、アンテナ１７ｃと、これら装置を動作させ
るための電源バッテリー（図示せず）とを内装してい
る。受信子１３により検出された音響信号は、信号変換
処理部１７ａにて電波信号とされ、電波発信子１７ｂお
よびアンテナ１７ｃにより電波として発信される。発信
された電波を電波受信器２０に受信して掘削情報を得る
過程は、前述したとおりである。

【００４７】上記例では、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１２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
１３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。但し、音響伝送管Ｓ１の上端
と受信子１３との間は、音波振動が電波可能とされる。
図示の例では音響伝送管Ｓ１の上端を受信子１３方向に
屈曲して構成し、音波振動が掘削軸６を介して伝播し易
いようにしてある。

【００４８】また、上記例においては、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
して一対の音響発振子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音響発振子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
音響発振子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。

【００４９】このように、本発明では、音響振動伝送専
用に音響伝送管を設けているために、掘削軸を伝送媒体
とする従来例に比べ理想的に音響振動の伝送がなされ
る。

【００５０】＜多軸掘削装置＞次に、本発明に係る多軸
掘削装置について詳述する。本発明の多軸掘削装置１Ｐ
は、たとえば図１４および図１５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２Ｐの前方にお
いて支持され設置されたリーダ３Ｐに沿って昇降自在に
されており、このリーダ３Ｐはベースマシン２Ｐのリー
ダ受台４Ｐとバックステイ５Ｐにより支える構造となっ
ている。リーダ３Ｐには、複数の掘削軸６，６…（図示
例では３本）が鉛直方向に移動可能なように並列に沿わ
せて配置され、その掘削軸６，６…の頭部には、リーダ
３Ｐに沿ってスライドする動力源７Ｐが搭載されてい
る。動力源７Ｐの動力は多軸減速機８Ｐを介して各掘削
軸６，６…に分配されるようになっていっている。

【００５１】掘削軸６の本数は複数本であることが本発
明において必須であるが、複数本である限りその本数に
限定はないものの、好適には３〜５本である場合におい
て本発明の利点が明確に現れる。これらの掘削軸６，６
…はリーダ３に固定された振れ止め装置９Ｐにより振れ
止めが図られた状態で、これをガイドとして上下動可能
に支持されている。

【００５２】動力源７Ｐとして、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。この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、多軸減速機８Ｐにより回
転数が減速されて各掘削軸６，６…に分配される。

【００５３】各掘削軸６，６…は、振れ止め装置９Ｐよ
り下方に攪拌ヘッド６ａ，６ａ…を有し、下端に掘削ヘ
ッド６ｂ，６ｂ…が取り付けられている。攪拌ヘッド６
ａは翼片または螺旋翼などで構成される。掘削軸６，６
…相互の離間間隔は深度が深くなるに従って拡がる傾向
があるために、適宜の位置において各掘削軸６，６…相
互はその軸心回りに回転自在に抱持する連結部材１００
により連結される。

【００５４】また、単軸の場合と同様に、掘削軸６内に
はセメントミルクなどの地盤固化材や安定液が供給さ
れ、削孔内に注入可能となっている（図示せず）。

【００５５】かかる多軸の掘削装置１Ｐによる掘削に対
しても音響伝送管Ｓ２を適用して、掘削過程等での掘削
情報を得て精度の高い掘削を行うことができる。上述の
ように、多軸掘削装置１Ｐにおいては、掘削軸６，６…
を抱持する連結部材１００が設けられるために、前述の
単軸掘削装置１と異なる種々の態様が提案される。

【００５６】＜多軸掘削装置の第１の態様＞図１６に本
発明に係る多軸掘削装置の概要を示した。すなわち、多
軸掘削装置においては、例えば連結部材１００の両端に
傾斜計１１，１１などの掘削情報検出器が設けられ、こ
の傾斜計１１，１１の近傍の連結部材１００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
受ける音響受信子１３が設けられている。

【００５７】傾斜計１１，１１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、その信号に応じ
て音響発振子１２を発振させ、この音響発振子１２から
の音響振動を掘削軸６内に配設された音響伝送管Ｓ２を
伝送媒体として音響受信子１３に与え、この音響受信子
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。尚、傾斜計１１，１１から音響発
振子１２までの掘削情報検出系統は前述の単軸掘削装置
と同様のものを適用することができる（図５参照）。よ
ってこれについては、敢えて説明を省略する。

【００５８】また、連結部材１００に傾斜計１１，１
１、音響発振子１２の動作用として電源バッテリー１４
が設けられている。傾斜計１１としては、一方向のみで
もよいが好ましくは図示のように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、単軸の場合と同様に差動トランス、
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。さらに、図示するように、各掘削軸
６，６…がなす軸列の捩じれを計測するために、両端の
掘削軸６，６にそれぞれ傾斜計１１，１１を設けるのが
望ましい。また、必要ならば方位計１５０を連結部材１
００に固定して方位信号を取り込んで掘削情報とするこ
とができる。この方位計１５０は、連結部材１００に固
定して、該連結部材１００の方位を検出することによっ
て、当該連結部材１００に固定された傾斜計１１，１１
の方位（掘削開始時に設定た基準方位からのズレ）を測
定するためのものである。このような連結部材１００に
設ける場合の方位計１５０としては、磁気コンパスやジ
ャイロなどの絶対方位を示すものを使用することができ
る。また、１６は前述の掘削深度計である。

【００５９】より具体的には、例えば図１７および図１
８に示すように、各掘削軸６，…の周囲にはカラー２３
０が設けられ、これらを一体的に連結体１００Ａが包ん
でいる。掘削軸６の所定個所には上部フランジ部６Ａが
一体的に形成され、各掘削軸６，…と連結体１００Ａと
を挿嵌した後に、連結体１００Ａの下部において下部フ
ランジ６Ｂが掘削軸６に螺合されて、掘削軸６と連結体
１００Ａとを固定するようにしてある。掘削軸６は、い
わゆるＢＣメタル２４０が介在されたカラー２３０との
間において摺動しながら回転可能とされている。２５０
は補強用のリブである。かかる連結部材１００に対し
て、両端に傾斜計１１，１１、電源バッテリー１４およ
び音響発振子１２が設けられている。音響発振子１２は
連結部材１００に固定され、この連結部材１００は掘削
軸６に対して、図示例のように、部材を介在させて実質
的に密に音響振動が伝播可能なように連結されているの
で、その音響振動は掘削軸６を通して音響伝送管Ｓ２の
下端まで伝播可能である関係にある。

【００６０】多軸掘削装置において用いる単位掘削軸６
ｃについても、その構造および連結態様については、基
本的に前述の単軸掘削装置の場合と同様のものを用いる
ことができるが、連結部材１００が取付けられる部分に
は保持強度負荷がかかるので、掘削軸壁を肉厚なものと
するのが好ましい。

【００６１】かくして、傾斜計１１，１１および方位計
１５０からの信号は音響発振子１２に与えられた後、音
響振動信号に変換されて発振され、掘削軸６軸壁を介し
て音響伝送管Ｓ２の下端に達する。図示の例では音響伝
送管Ｓ２の下端は、音響発振子１２の設置位置に向けて
屈曲している。以降の信号伝送の形態は、前述の単軸掘
削装置の場合と同様である。すなわち、音響伝送管Ｓ２
の下端に達した音響振動は、音響伝送管Ｓ２を介して受
信子１３に与えられて、その受信信号が受信子１３にお
いて電気信号に変換された後無線送信器２０によって送
信される一方で、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に
より取り込み、それとともに、後述する掘削深度を計測
する深度計１６（後述する）からの深度信号および傾斜
計１１，１１からの方位信号等の地上部での計測除法を
盛り込み、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２２に記録する。

【００６２】上記例では、ＦＭ波などの電波を用いて無
線に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、前述の単軸掘削装置の場合と同様に、音響受信
子１３で受信した信号を、掘削軸６の上部に設けたスリ
ップリング２３を介して取り込み、有線にて中央演算処
理装置１９に送信することもでき（図１２参照）、また
音響受信子１３を音響伝送管Ｓではなく、掘削軸６の上
端部に設けたスイベル部２４に静止状態（掘削軸６と一
緒に回転しない）で設置することによって、この音響受
信子１３から直接、有線により信号を送信することもで
きる（図１３参照）。音響伝送管Ｓ２の上端とスイベル
部２４は音響振動が伝播可能な関係（図示の例では掘削
軸６を介して伝播される関係）にある。

【００６３】上記例においては、伝送受発信手段として
一対の音響発振子１２および音響受信子１３を用いてい
るので、２つの傾斜計１１，１１および方位計１５から
の信号を発信タイミングをずらして区別して伝送するこ
とができる。もちろん、音響発振子１２および音響受信
子１３の対を増設して専用の伝送受発信手段を構成する
こともできる（例えば、後述の第３の態様がこれに該
当）。また、ＦＭ波などの電波を用いる方式の具体例と
して、前述の単軸掘削装置における中継掘削軸６０を用
いることができる（図１１参照）。

【００６４】一方、多軸掘削装置に係る本発明におい
て、掘削情報検出器および音響発振子の設置位置として
は、前述のとおり種々の態様がある。すなわち、掘削情
報検出器および音響発振子１２の両者を連結部材１００
に設ける場合（前記第１の態様）、掘削情報検出器を連
結部材１００に設け、音響発振子１２は掘削軸に設ける
場合（以下、第２の態様という）、掘削情報検出器およ
び音響発振子１２の両者を掘削軸６内に設ける場合（以
下、第３の態様という）がある。

【００６５】これらのいずれの場合においても、掘削情
報検出器と音響発振子１２とは有線で信号が与えられ
る。しかし、第３の態様以外の場合には、ある条件が必
要となる。

【００６６】すなわち、第１の態様においては、連結部
材１００と音響伝送管Ｓ２下端との間は音響振動が伝播
可能である関係にあることである。したがって、連結部
材１００の振動を掘削軸６自体に伝播させるように、前
述例のような連結構造等を採用することである。この場
合において、振動が連結部材１００から掘削軸６に伝播
するときに減衰することがある場合には、図１９のよう
に、中継送受信器１２０を設けて、一旦音響発振子１２
からの振動を受信し、そこで増幅した状態で発振させ
て、音響伝送管Ｓを介して受信子１３に向かって振動を
発信することもできる。この場合における中継送受信器
１２０は、音響受信子１３と音響発振子１２とを組み合
わせた例であり、掘削軸６の上部に設けた音響受信子１
３に対して、振動を発信する無線信号発信手段を構成し
ている。

【００６７】＜多軸掘削装置の第２の態様＞図２０に示
す第２の態様は、掘削情報検出器は非回転であるのに対
して、音響発振子１２は回転する掘削軸６に設けられる
ので、有線で信号を与える際に、電動モータなどに採用
されているスリップリングなどにより電気的に接合する
ようにしたものである。傾斜計１１からのリード線３１
０を連結固定端子３２０および掘削軸と共に回転する回
転端子３３０を介して、リード線３４０により連結する
ことにより、傾斜計１１と音響発振子１２との信号伝達
が可能とされる。

【００６８】＜多軸掘削装置の第３の態様＞図２１に示
す第３の態様は、両端の掘削軸６、６内に傾斜計１１、
１１を設ける場合において、それぞれの掘削軸６、６に
音響発振子１２、１２と受信子１３、１３を設け、各傾
斜計１１、１１の専用伝送手段を設けたものである。こ
の場合、前述の単軸掘削装置における掘削軸６を本多軸
掘削装置における両端の掘削軸６，６として用いること
ができる。図示の例では、受信子１３，１３からの受信
信号をスリップリング２３，２３により得る構成として
あるが、前述の無線方式、または受信子をスイベル部に
固定する方式を用いてもよい。無線方式を採用する場合
には、前述の中継掘削軸６０を両端の掘削軸６，６に用
いることができる。

【００６９】また、本第３の態様において、傾斜計１
１，１１とともに絶対方位を示す方位計１５０（図１６
〜図１８を参照）を掘削軸６内に固設することにより、
傾斜計１１，１１の方位を測定することが可能である
が、前述の単軸の場合と同じく、掘削軸６の上端付近に
ロータリエンコーダやポテンションメータなどの回転角
度から方位を出力する方位計１０，１０を設けて、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も
できる。この方式のほうが、前述の絶対方位計１５０を
用いる方式に比べ装置が簡便でしかも安価である。

【００７０】また、信号変換処理部、音響発振子ドライ
ブ装置および電源バッテリー１４の設置位置について
は、掘削情報検出器と音響発振子１２との位置関係に応
じて、掘削軸６または連結部材１００のどちらかに適宜
に選択される。尚、図１６〜図２１では、信号変換処理
部、音響発振子ドライブ装置は図示していない。

【００７１】他方、図２２は、掘削深度計１６の測定原
理を示したものである。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１６Ｂ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１６Ｃの張るための滑車である。

【００７２】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、信号ケー
ブル線が不要となり、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が不要となり、かつ
掘削中に傾斜角度などの掘削情報をリアルタイムで得る
ことができ、もってきわめて高い精度の掘削を行うこと
が可能となるとともに、多数の単位掘削軸を連結した場
合においても確実な信号伝送が可能となるなるなどの利
点がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】単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】その掘削軸の先端部分の正面図である。

【図４】本発明に係る単軸掘削装置の装置構成例を示す
概要図である。

【図５】信号検出系の概略図である。

【図６】単位掘削軸の具体例を示す概要図である。

【図７】受継手の半断面正面図である。

【図８】その平面図である。

【図９】突継手の半断面正面図である。

【図１０】その平面図である。

【図１１】他の、掘削軸からの信号取出し構造例を示す
概要図である。

【図１２】他の、掘削軸からの信号取出し構造例の要部
を示す概要図である。

【図１３】他の、掘削軸からの信号取出し構造例の要部
を示す概要図である。

【図１４】多軸掘削装置例の正面図である。

【図１５】その掘削軸の先端部分の正面図である。

【図１６】本発明に係る単軸掘削装置の第１の態様を示
す概要図である。

【図１７】掘削軸連結部分の拡大正面図である。

【図１８】その横断面図である。

【図１９】第１の態様の変形例を示す概要図である。

【図２０】第２の態様を示す概要図である。

【図２１】第３の態様を示す概要図である。

【図２２】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、６ｃ…単位掘削軸、７…
動力源、１１ｘ，１１ｙ…Ｘ軸、Ｙ軸傾斜計、１２…音
響発振子、１３…受信子、１４…電源バッテリー、１５
Ａ…信号変換処理部、１５Ｂ…音響発振子ドライブ装
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、２２…記録装置、２４…スイベル、６０…
中継掘削軸、Ｓ…音響伝送管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂本 隆博 長崎県長崎市丸尾町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 長崎県長崎市丸尾町６番14号 三菱電機株 式会社長崎製作所内

Claims (17)

【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、 前記掘削軸に設けられた掘削情報検出器および音響伝送
   管と、前記掘削情報信号検出器の近傍に配設された音響
   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、この音響発振子からの音響振動を前記音
   響伝送管を伝送媒体として前記受信子に与え、この受信
   子で音響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】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請求項１記載の単軸掘削装置。
3. 【請求項３】前記受信子は実質的に前記音響伝送管の上
   端部に設けられ、前記掘削軸上端部に設けられた無線式
   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または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または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り、前記音響伝
   送管と前記受信子との間は、音響振動が伝播可能である
   関係にある請求項１または２記載の単軸掘削装置。
6. 【請求項６】前記掘削軸に、前記掘削情報検出器および
   音響発振子を動作させる電源バッテリーが設けられた請
   求項１〜５のいずれか１項に記載の単軸掘削装置。
7. 【請求項７】前記掘削軸の上端部に、前記受信子および
   無線式送信器を動作させる電源バッテリーが設けられた
   請求項３記載の単軸掘削装置。
8. 【請求項８】前記掘削軸は２本以上の単位掘削軸を連結
   してなり、各単位掘削軸にそれぞれ音響伝送管を有し、 前記各単位掘削軸を連結して前記掘削軸を構成した状態
   において、一方の単位掘削軸の音響伝送管が、この一方
   の単位掘削軸に連結される他方の単位掘削軸の音響伝送
   管に連結して、前記掘削軸の長手方向に一体的な音響伝
   送管が構成されるようにした請求項１〜７のいずれか１
   項に記載の単軸掘削装置。
9. 【請求項９】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、複数の掘削軸およびこれ
   を回転駆動させる回転駆動手段を有し、 前記各掘削軸相互は、その下方部分において、各掘削軸
   をその軸心回りに回転自在に抱持する連結部材により連
   結された掘削装置において、 前記掘削軸または連結部材に設けられた掘削情報検出器
   と、前記掘削情報信号検出器の近傍に配設された音響発
   振子と、前記掘削軸に設けられた音響伝送管と、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および／
   または無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、この音響発振子から
   の音響振動を前記音響伝送管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音響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
   多軸掘削装置。
10. 【請求項１０】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、複数の掘削軸およびこ
    れを回転駆動させる回転駆動手段を有し、 前記各掘削軸相互は、その下方部分において、各掘削軸
    をその軸心回りに回転自在に抱持する連結部材により連
    結された掘削装置において、 前記連結部材に固定された掘削情報検出器および音響発
    振子と、前記掘削軸に設けられた音響伝送管と、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および／
    または無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、この音響発振子から
    の音響振動を前記音響伝送管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音響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、 前記連結部材と前記音響伝送管との間は音響振動が伝播
    可能である関係にあることを特徴とする多軸掘削装置。
11. 【請求項１１】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り、この傾斜検出器が掘削軸列の両
    端または連結部材の両端部に設けられている請求項９ま
    たは１０記載の多軸削孔装置。
12. 【請求項１２】前記受信子は実質的に前記掘削軸の上端
    部に設けられ、前記掘削軸上端部に設けられた無線式送
    信器を介して無線で信号を取り出すようにした請求項９
    〜１１のいずれか１項に記載の多軸掘削装置。
13. 【請求項１３】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９〜１１のいずれか１項に記載
    の多軸掘削装置。
14. 【請求項１４】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り、前記音響
    伝送管と前記受信子との間は、音響振動が伝播可能であ
    る関係にある請求項９〜１１のいずれか１項に記載の多
    軸掘削装置。
15. 【請求項１５】前記連結部材または掘削軸に、前記掘削
    情報検出器および音響発振子を動作させる電源バッテリ
    ーが設けられた請求項９〜１４のいずれか１項に記載の
    多軸掘削装置。
16. 【請求項１６】前記掘削軸の上端部に、前記受信子およ
    び無線式送信器を動作させる電源バッテリーが設けられ
    た請求項１３記載の多軸掘削装置。
17. 【請求項１７】前記掘削軸は２本以上の単位掘削軸を連
    結してなり、各単位掘削軸にそれぞれ音響伝送管を有
    し、 前記各単位掘削軸を連結して前記掘削軸を構成した状態
    において、一方の単位掘削軸の音響伝送管が、この一方
    の単位掘削軸に連結される他方の単位掘削軸の音響伝送
    管に連結して、前記掘削軸の長手方向に一体的な音響伝
    送管が構成されるようにした請求項９〜１７のいずれか
    １項に記載の多軸掘削装置。