JPH1089948A

JPH1089948A - 多軸掘削軸の捩じれ角度検出機構

Info

Publication number: JPH1089948A
Application number: JP20487896A
Authority: JP
Inventors: Nobuhisa Ikeda; 修久池田; Hiroyuki Kawasaki; 博行川崎; Akira Nishimura; 章西村; Taro Watanabe; 太郎渡辺; Osamu Miyamoto; 修宮本; Masanori Kumegawa; 政則粂川
Original assignee: Tone KK
Current assignee: Tone KK
Priority date: 1996-07-23
Filing date: 1996-08-02
Publication date: 1998-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】多軸掘削軸の捩じれ角度を精度よく、かつ迅速
に測定することができる多軸掘削軸の捩じれ角度検出機
構を提供する。【解決手段】中央の掘削軸１４の同軸上に角度検出部５
０を回動自在に支持し、その外周に太陽ギアＡを形成す
る。この太陽ギアＡと結束ケース２０に設けられた内歯
ギアＥとの間に遊星ギア機構を構成し、結束ケース２０
が捩じれると、その捩じれ角度に応じた分だけ角度検出
部５０が回転するように構成する。これにより、角度検
出部５０の回転角度が検出すれば、結束部材２０の捩じ
れ角度、すなわち、多軸掘削軸の捩じれ角度を検出する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は多軸掘削軸の捩じれ
角度検出機構に係り、特に地中における多軸掘削軸の捩
じれ角度を測定する多軸掘削軸の捩じれ角度検出機構に
関する。

【０００２】

【従来の技術】多軸掘削軸でソイルミキシング地中連続
壁を造成し、セメントミルクと原位置土砂で固結された
山留壁や止水壁等を形成する場合、個々の地中連続壁が
正確な位置に造成されていなければ、山留壁や止水壁
は、力学的に脆弱な箇所を生じたり、止水効果が不完全
なものとなる。このため、多軸掘削軸で約５０ｍ位の深
度の深い地中連続壁を造成する場合は、地中連続壁が正
確な位置に造成されるように、所定深さごとに多軸掘削
軸の傾斜角度及び捩じれ角度を測定することが必要にな
る。

【０００３】この測定作業は、傾斜角度センサの内蔵さ
れた傾斜計を多軸掘削軸の両端の軸に挿入し、その両端
の軸の所定深度における傾斜量から多軸掘削軸の傾斜角
度及び捩じれ角度を測定していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の測定作業は、多軸掘削軸の両端２軸の測定を行わな
ければならないので、測定に時間を要するという欠点が
あった。また、セメントミルクが入っている軸に測定器
を入れるため、洗浄等が必要となり作業性に問題がある
という欠点があった。

【０００５】また、先に本願出願人は、特願平８−４４
５５７号を出願したが、当該発明は、掘削軸に対する結
束ケースの捩じれ量を計測するものであり、磁気センサ
等を使うので複雑になるという欠点があった。本発明
は、このような問題に鑑みてなされたもので、多軸掘削
軸の捩じれ角度を機械的に検出し、精度よく、かつ迅速
に測定することができる多軸掘削軸の捩じれ角度検出機
構を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、複数本の各掘削軸を結束部材によって回
転可能かつ並列に結束した多軸掘削軸の捩じれ角度を検
出する多軸掘削軸の捩じれ角度検出機構において、前記
多軸掘削軸のうち１本の掘削軸の同軸上に角度検出部を
配置するとともに、前記角度検出部を備えた太陽ギア
（歯数Ｚ_A）と、該太陽ギアとギア連結される第１の遊
星ギア（歯数Ｚ_C）と、該第１の遊星ギアと同軸上に固
定された第２の遊星ギア（歯数Ｚ_D）と、該第２の遊星
ギアとギア連結される前記結束部材に固定された内歯ギ
ア（歯数Ｚ_E）と、前記太陽ギアと前記第１の遊星ギア
の中間に或いは前記第２の遊星ギアと前記内歯ギアの中
間に噛み合う遊星アイドルギアと、前記太陽ギア、前記
遊星アイドルギア、前記第１の遊星ギアと同軸上に固定
された前記第２の遊星ギアの各ギアを回転自在に支持す
るとともに前記掘削軸に連結された遊星キャリアと、で
遊星歯車機構を構成し、かつ、その歯数比が

【０００７】

【数２】となるようにし、前記角度検出部の回転角度を検出する
ことによって前記結束部材の捩じれ角度を計測すること
を特徴とする。

【０００８】本発明によれば、結束部材と角度検出部と
の間に構成した遊星歯車機構により、結束部材が捩じれ
ると、その捩じれ角度に応じた分だけ角度検出部が回転
する。したがって、この角度検出部の回転角度を検出す
れば、結束部材の捩じれ角度、すなわち、多軸掘削軸の
捩じれ角度を検出することができる。

【０００９】

【実施の形態】以下添付図面に従って本発明に係る多軸
掘削軸の捩じれ角度検出機構の実施の形態について詳説
する。まず、本発明に係る多軸掘削軸の捩じれ角度検出
機構が適用された多軸掘削軸の構成について説明する。

【００１０】図１は、多軸掘削軸の構成図である。同図
に示すように、前記多軸掘削軸１０は、３本の掘削軸１
２、１４、１６から成り、これら３本の掘削軸１２、１
４、１６は、結束バンド１８及び結束ケース２０によっ
て各々の軸心が略一直線上に並ぶように連結されてい
る。そして、それぞれ上端部を図示しない多軸掘削機に
連結されている。

【００１１】前記掘削軸１２、１４、１６の先端部に
は、それぞれビット２２、２４、２６が設けられてい
る。ビット２２、２４、２６は、互いの回転軌跡の一部
がオーバーラップするように互い違いに配置されてお
り、このビット２２、２４、２６が回転することによ
り、地盤に数珠繋ぎ状の掘削孔３４が掘削される。ま
た、前記結束ケース２０には、前記掘削軸１２、１４、
１６の回転に連動して回転する壁面カッター２８、２８
が配置されており、この壁面カッター２８、２８が回転
することにより、前記ビット２２、２４、２６で穿孔さ
れた数珠繋ぎ状の掘削孔３４のラップ部である小径部
（いわゆる耳部）が掘削される。したがって、前記ビッ
ト２２、２４、２６で穿孔された数珠繋ぎ状の掘削孔３
４は、断面小判形状の掘削孔３４に成形される。

【００１２】前記３本の掘削軸１２、１４、１６は、そ
れぞれ内部を中空状に形成されている。この３本の掘削
軸１２、１４、１６のうち両端の掘削軸１２、１６内に
は、セメントミルク等の液体が供給され、供給された液
体は逆止弁付きのビット２２、２６の先端部から噴射さ
れる。一方、中央の掘削軸１４内には圧縮エアが供給さ
れ、供給された圧縮エアは、前記同様逆止弁付きのビッ
ト２４の先端部から噴出される。

【００１３】また、前記３本の掘削軸１２、１４、１６
のうち中央の掘削軸１４にはブレード翼３０、３０、…
が、また、両端の掘削軸１２、１６にはオーガ翼３２、
３２、…等の混練翼が、それぞれ軸線方向に沿って所定
間隔で互いの回転軌跡の一部がオーバーラップするよう
に配設されており、このブレード翼３０、３０、…及び
オーガ翼３２、３２、…が回転することにより、前記ビ
ット２２、２４、２６で掘削された掘削土砂と前記ビッ
ト２２、２６の先端部から噴射されたセメントミルク等
の液体とが混練される。さらに、ビット２４からは混練
効果を上げるエアが噴出される。

【００１４】次に、前記多軸掘削軸１０に適用される捩
じれ角度検出機構の構成について説明する。前記多軸掘
削軸１０が土砂の抵抗で捩じれると、例えば、図６に示
すように、前記結束ケース２０が、中央の掘削軸１４を
中心に回転する。したがって、この結束ケース２０の回
転角度を検出すれば、多軸掘削軸１０の捩じれ角度を検
出することができる。このため、前記中央の掘削軸１４
の結束部には、前記結束ケース２０の回転角度を検出す
るための、次のような捩じれ角度検出機構４０が設けら
れている。

【００１５】図２は、前記捩じれ角度検出機構４０の構
成を示す側面断面図である。同図に示すように、前記中
央の掘削軸１４は、軸受４２を介して結束ケース２０に
回動自在に支持されている。なお、この掘削軸１４は分
割可能に形成されており、同図には、上方の掘削軸１４
が外された状態が示されている。また、掘削軸１４の上
端にボルト４４で連結された番号４６は六角ジョイント
であり、この六角ジョイント４６を介して上方の掘削軸
１４が連結される。

【００１６】前記掘削軸１４の同軸上には、軸受４８、
４８を介して角度検出部５０が回動自在に支持されてい
る。この角度検出部５０は、中空溝孔が環状に形成され
ており、その外周に太陽ギアＡが形成されている。前記
太陽ギアＡには、遊星アイドルギアＢが噛合されてお
り、該遊星アイドルギアＢは、前記掘削軸１４に連結さ
れた遊星キャリア１５に設けられた軸受５２、５２に回
動自在に支持されている。

【００１７】前記遊星アイドルギアＢには、第１の遊星
ギアＣが噛合されており、該第１の遊星ギアＣは、前記
遊星キャリア１５に設けられた軸受５４、５４に回動自
在に支持されている。この第１の遊星ギアＣが固着され
たシャフト５６には、さらに第２の遊星ギアＤが同軸上
に固着されている。前記第２の遊星ギアＤには、内歯ギ
アＥが噛合されている。この内歯ギアＥは、前記角度検
出部５０と同軸上に設けられたリング５８の内周部に形
成されており、該リング５８は前記結束ケース２０にボ
ルト６０で固定されている。したがって、前記内歯ギア
Ｅは、前記結束ケース２０と共に回動する。なお、前記
遊星キャリア１５は、このリング５８の上端内周部を摺
動し、その摺動面の一部には、内部の気密性を高めるた
めにパッキン６２が設けられている。

【００１８】以上の構成の遊星歯車機構により、結束ケ
ース２０が回転すると、その回転量に応じて角度検出部
５０が回転する。したがって、この角度検出部５０の回
転角度を検出すれば、結束ケース２０の回転角度が分か
るが、結束ケース２０の回転角度と角度検出部５０の回
転角度を一致させるためには、内歯ギアＥと太陽ギアＡ
との速比を１とする必要がある。以下、その内歯ギアＥ
と太陽ギアＡの速比を１とするための各ギアの歯数の決
定方法について説明する。

【００１９】図３及び図４は、上述した遊星歯車機構の
構成を模式的に表した図であり、図２と同一部材には、
同一符号が付されている。なお、説明の便宜上、遊星ア
イドルギアＢ及び第１、第２の遊星ギアＣ、Ｄは、掘削
軸１４に固着された遊星キャリア１５に回動自在に支持
されていることとする。ここで、太陽ギアＡの歯数をＺ
_A、遊星アイドルギアＢの歯数をＺ_B、第１の遊星ギア
Ｃの歯数をＺ_C、第２の遊星ギアＤの歯数をＺ_D、内歯
ギアＥの歯数をＺ_Eとし、遊星キャリア１５をＦとすれ
ば、各ギアと遊星キャリア１５の正味回転数は、表１の
ようになる。

【００２０】

【表１】この表１から、太陽ギアＡの回転数Ｎ_Aは、

【００２１】

【数３】Ｎ_A＝ｎ₁＋ｎ₂ 一方、内歯ギアＥの回転数Ｎ_Eは、

【００２２】

【数４】であるから、Ｎ_A＝Ｎ_Eとするためには、

【００２３】

【数５】となるように、各ギアの歯数を設定すればよい。

【００２４】例えば、いま、Ｚ_A＝７５、Ｚ_C＝２０、
Ｚ_D＝４０、Ｚ_E＝１５０とすれば、前記ギア比は１と
なり、内歯ギアＥと太陽ギアＡの回転数が同一になる。
したがって、結束ケース２０の動きと角度検出部５０の
動きが同一になる。この結果、角度検出部５０は、結束
ケース２０と同じ回転角度で回転する。したがって、こ
の角度検出部５０の回転角度を検出すれば、結束ケース
２０の回転角度が分かり、多軸掘削軸１０の捩じれ角度
も分かる。なお、この角度検出部５０は、例えば、角形
に形成されるとともに、その一部に基準点を有してお
り、検出時は、この基準点の回転量を検出する。なお、
角度検出部５０の形状は、角形に限らずキー溝や三角
形、楕円形等でもよい。

【００２５】前記角度検出部５０の回転角度は、図１に
示すように、前記中央の掘削軸１４内に挿入された検出
器６４で検出される。この検出器６４の内部には、例え
ば、図示しない三次元ジャイロが内蔵されており、結束
ケース２０の回転角度の他、中央の掘削軸１４の傾斜角
度も併せて検出される。前記三次元ジャイロは、地上の
設定点を基準として前記中央の掘削軸１４の内部を移動
することにより、掘削軸１４の傾斜角度と偏位を検出す
る。また、前記角度検出部５０に挿入することにより、
基準点の捩じれ回転角度と偏位を検出する。

【００２６】前記三次元ジャイロで検出された角度検出
部５０の回転角度及び偏位と、中央の掘削軸１４の傾斜
角度及び偏位は、検出器６４に接続されたケーブル６６
を介して地上のパソコン６８に送信され、前記検出器６
４で検出された検出データを処理し、その結果を適宜プ
リンタ７０に出力する。また、前記ケーブル６６は、地
上に設置されたケーブルリール７２に巻かれている。こ
のケーブルリール７２には、図示しないモータが接続さ
れており、該モータを駆動することにより、前記ケーブ
ルリール７２からケーブル６６が繰り出される。また、
このケーブルリール７２には、図示しないエンコーダが
設置されており、このエンコーダが検出するケーブルリ
ール７２の回転数からケーブル６６の繰り出し量が検出
され、検出器６４の挿入量が検出される。なお、図中番
号７４は、ガイドリールであり、中央の掘削軸１４の上
方に回動自在に支持され、ケーブル４８を中央の掘削軸
１４内にガイドする。

【００２７】前記のごとく構成された本発明に係る多軸
掘削軸の捩じれ検出機構の作用はの通りである。掘削を
行うに際して、まず、地上の基準座標軸（Ｘ_O，Ｙ_O，
Ｚ_O）の設定を行う。図５に示すように、基準座標軸
（Ｘ_O，Ｙ_O，Ｚ_O）は、掘削計画を示し、捩じれ及び
傾斜がないときの掘削軸１２、１４、１６の状態を表し
ている。同図上、Ｘ_O−Ｙ_O平面は地表面上に設定され
ており、中央の掘削軸１４の軸心を原点Ｏとしている。
また、各掘削軸１２、１４、１６の軸心を通る直線をＸ
_O軸とし、原点Ｏを通りＸ_O軸に直交する直線をＹ
_O軸、原点Ｏを通りＸ_O−Ｙ_O平面に直交する直線、す
なわち、中央の掘削軸１４の軸線をＺ_O軸としている。

【００２８】ところで、この基準座標軸（Ｘ_O，Ｙ_O，
Ｚ_O）を設定することにより、中央の掘削軸１４がＺ_O
軸に沿い、かつ、各掘削軸１２、１４、１６の軸心がＸ
_O軸上に位置しているならば、掘削軸１２、１４、１６
は地中において傾斜又は捩じれていないことが分かる。
したがって、測定は中央の掘削軸１４の軸線Ｌの前記Ｚ
_O軸に対する傾斜角度γ、及び、各掘削軸１２、１４、
１６の軸心を通る直線Ｓ、すなわち、結束ケース２０の
前記Ｘ_O軸に対する回転角度θを測定すれば地中におけ
る掘削軸１２、１４、１６の精度を把握することができ
る。

【００２９】以下、測定方法をのべる。なお、測定は測
定間隔を予め決めておき、その際、掘削作業は中断す
る。まず、地盤を多軸掘削軸１０で所定深度まで掘削し
たのち、一時掘削作業を中断する。そして、各掘削軸１
２、１４、１６の上端部に連結された図示しない多軸掘
削機のジョイントを離し、多軸掘削機を移動する。

【００３０】次に、前記検出器６４に内蔵された三次元
ジャイロにより検出を開始する。検出器６４を中央の掘
削軸１４の上端部から挿入し、一定の速度で下げて行き
ながら掘削軸１４の傾斜量と偏位量を検出する。また、
検出器６４は、前記角度検出部５０の溝内まで挿入し、
地上の基準点に対しての捩じれ角度を検出し、結束ケー
ス２０の捩じれ角度を検出する。その挿入量は掘削深度
からあらかじめ求めることができる。また、適正に挿入
されたかを信号によってチェックすることもできる。

【００３１】図７に示すように、前記掘削軸１４の傾斜
量は、前記基準のＺ_O軸に対する中央の掘削軸１４の軸
線の傾斜角度（角度γ）とその傾斜方向（Ｘ，Ｙ）が検
出される。したがって、掘削軸１４の傾斜と偏位量が計
測できる。図６に示すように、基準座標軸（Ｘ_O，
Ｙ_O，Ｚ_O）上における結束ケース２０の捩じれ角度θ
が検出される。この検出は、結束ケース２０の回転に伴
って同じ回転量で回転する回転検出環５０の回転角度θ
を三次元ジャイロで検出することにより行う。また、回
転中心がズレた場合でも、三次元ジャイロによって、そ
の偏位を検出することができるので、偏位位置での捩じ
れ角度も検出可能である。したがって、他の軸を中心に
捩じれが起こった場合でも、掘削軸１４の位置と結束ケ
ース２０の捩じれ角度を測定することができる。

【００３２】前記検出値は、それぞれ電気信号に変換さ
れて、その検出値情報はパソコン６８に入力される。パ
ソコン６８は、入力した検出値情報をデータ処理し、前
記基準座標軸（Ｘ_O、Ｙ_O、Ｚ_O）上における中央の掘
削軸１４の傾斜角度θ及び結束ケース２０の回転角度γ
を求め、モニター上に表示する。そして、適宜、プリン
タ７０でプリントアウトする。

【００３３】これにより、地中における掘削軸１２、１
４、１６の状態が把握でき、地中連続壁に捩じれ又は傾
斜が生じていれば修正し、生じていなければ、そのまま
掘削作業を再開する。以下、同様の手順で所定深度ごと
に精度測定を行うことにより、各掘削溝孔３４を連続的
に継ぎ、捩じれ及び傾斜のない信頼性のある地中連続壁
の造成を行うことができる。したがって、山留壁や止水
壁等を形成する場合であっても、力学的に脆弱な箇所を
生じたり、止水効果が不完全なものになることはない。

【００３４】このように、本実施の形態の多軸掘削軸の
捩じれ検出機構によれば、精度の高い捩じれ情報及び傾
斜情報を迅速に得ることができる。また、従来、掘削軸
の両端２軸の測定を行わなければ得ることができなかっ
た捩じれ角度を１軸の測定で得ることができる。これに
より、測定作業時間の短縮を図ることができるととも
に、より高精度の測定値を得ることができる。

【００３５】さらに、従来は、セメントミルクの供給路
である掘削軸の両端２軸を利用して測定してるため、検
出器６４のスムーズな摺動が困難であるとともに、測定
後に洗浄を要するのに対し、本実施の形態ではエア供給
路である中央の掘削軸１４を利用することができるの
で、検出器６４のスムーズな上下動が可能になるととも
に、測定後に洗浄を行う必要がない。

【００３６】なお、本実施の形態では、検出器６４に三
次元ジャイロを用いたが、特に三次元ジャイロに限定さ
れるものではなく、掘削軸１４の傾斜と回転検出環５０
の回転角度を検出できるものであればよい。たとえば、
傾斜計やポテンショメータ、磁気センサなどを組み合わ
せてもよい。また、本発明は、特殊遊星歯車機構によっ
て内歯ギアＥが形成された結束ケース２０と同じ動きを
示す太陽ギアＡに設けた角度検出部５０の方向を測定す
ればよい。すなわち、非回転体である角度検出部５０の
動きを検出するので、容易に測定することができる。ま
た、地上より掘削軸１４の内径を通してカメラ等で監視
することによっても、その位置、捩じれ方向を知ること
もできる。

【００３７】また、本実施の形態では、測定は、中央の
掘削軸１４を利用して行ったが、基準座標軸（Ｘ_O，Ｙ
_O，Ｚ_O）上における結束ケース２０の回転角度θを計
測することができれば、両側の掘削軸１２、又は１６を
利用してもよい。なお、偶数軸についても１軸を測定す
ることで計測することが可能である。また、本実施の形
態では、太陽ギアＡと第１の遊星ギアＣの中間に遊星ア
イドルギアＢを配置して遊星歯車機構を構成したが、図
８に示すように、第２の遊星ギアＤと内歯ギアＥの中間
に遊星アイドルギアＢを配置して遊星歯車機構を構成し
てもよい。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
多軸掘削機の捩じれ角度を多軸掘削軸の１軸のみ利用し
て測定するので、精度の高い測定値を迅速に得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】多軸掘削軸の構成を示す側面図

【図２】捩じれ検出機構の構成を示す側面断面図

【図３】捩じれ検出機構に適用された遊星歯車機構を模
式的に示した側面図

【図４】図３の平面図

【図５】図１のＡ−Ａ断面図（捩じれ無しの状態）

【図６】図１のＡ−Ａ断面図（捩じれが時計回りにθ生
じた状態）

【図７】捩れ検出機構の作用を説明するための説明図

【図８】遊星歯車機構の他の実施の形態の構成を示す側
面図

【符号の説明】

１０…多軸掘削軸１２、１４、１６…掘削軸１５…遊星キャリア２０…結束ケース５０…角度検出部Ａ…太陽ギアＢ…遊星アイドルギアＣ…第１の遊星ギアＤ…第２の遊星ギアＥ…内歯ギア

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡辺太郎東京都目黒区目黒１丁目６番17号株式会社利根内 (72)発明者宮本修東京都目黒区目黒１丁目６番17号株式会社利根内 (72)発明者粂川政則東京都目黒区目黒１丁目６番17号株式会社利根内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数本の各掘削軸を結束部材によって回
転可能かつ並列に結束した多軸掘削軸の捩じれ角度を検
出する多軸掘削軸の捩じれ角度検出機構において、前記多軸掘削軸のうち１本の掘削軸の同軸上に角度検出
部を配置するとともに、前記角度検出部を備えた太陽ギ
ア（歯数Ｚ_A）と、該太陽ギアとギア連結される第１の
遊星ギア（歯数Ｚ_C）と、該第１の遊星ギアと同軸上に
固定された第２の遊星ギア（歯数Ｚ_D）と、該第２の遊
星ギアとギア連結される前記結束部材に固定された内歯
ギア（歯数Ｚ_E）と、前記太陽ギアと前記第１の遊星ギ
アの中間に或いは前記第２の遊星ギアと前記内歯ギアの
中間に噛み合う遊星アイドルギアと、前記太陽ギア、前記遊星アイドルギア、前記第１の遊星
ギアと同軸上に固定された前記第２の遊星ギアの各ギア
を回転自在に支持するとともに前記掘削軸に連結された
遊星キャリアと、で遊星歯車機構を構成し、かつ、その
歯数比が【数１】となるようにし、前記角度検出部の回転角度を検出する
ことによって前記結束部材の捩じれ角度を計測すること
を特徴とする多軸掘削軸の捩じれ角度検出機構。