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

単軸掘削装置および多軸掘削装置

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JPH10317870A
JPH10317870A JP9133219A JP13321997A JPH10317870A JP H10317870 A JPH10317870 A JP H10317870A JP 9133219 A JP9133219 A JP 9133219A JP 13321997 A JP13321997 A JP 13321997A JP H10317870 A JPH10317870 A JP H10317870A
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shaft
acoustic
receiver
signal
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浩一 十河
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彰 渡辺
Ryosuke Taniguchi
良輔 谷口
Takahiro Sakamoto
隆博 坂本
Takashi Shimada
隆史 島田
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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。
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