(57)【要約】【課題】先端ビットの向きを正確に把握することができる削孔方向検出装置を提供する。【解決手段】先端ビット２内に取り付けられ、先端ビット２の先端部に形成されたテーパ面２０の向きを示す方向確認用ピン６と、削孔管３内に挿入され、方向確認用ピン６を撮像可能なカメラ装置７０と、削孔管３内への挿入時に、カメラ装置７０をその撮像面７０Ａの向きが予め決められた所定方向を向くように支持する支持装置８とを備える。支持装置８は、カメラ装置７０を内部に回転不能に支持するケース８０と、ケース８０を内部に回転可能に支持するカバー８１と、ケース８０に設けられ、カメラ装置７０の鉛直方向を一定に保持するための錘部材８５とを備える。【選択図】図５
2013209827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
削孔装置の先端ビットの向きを検出するための削孔方向検出装置であって、
先端ビット内に取り付けられ、先端ビットの先端部に形成されたテーパ面の向きを示す方向確認用目印と、
削孔管内に挿入され、前記方向確認用目印を撮像可能な撮像手段と、
削孔管内への挿入時に、前記撮像手段を、前記撮像手段の撮像面の向きが予め決められた所定方向を向くように支持する支持手段と、を備える削孔方向検出装置。  
【請求項２】
前記支持手段は、前記撮像手段を内部に回転不能に支持するケースと、
前記ケースを内部に回転可能に支持するカバーと、
前記ケースに設けられ、前記撮像手段の鉛直方向を一定に保持するための錘部材と、を備える請求項１に記載の削孔方向検出装置。
【請求項３】
前記方向確認用目印は、基端部の先端にピンが設けられた構成のものであり、前記ピンは、先端ビット内に、前記ピンが真上方向を向く時に、先端ビットのテーパ面が推進方向に対して鉛直方向下向きを向くような位置に設けられている請求項１または２に記載の削孔方向検出装置。
【請求項４】
前記支持手段に取り付けられ、削孔管の削孔軌跡を計測する計測手段をさらに備える請求項１〜３のいずれかに記載の削孔方向検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、曲線削孔が可能な削孔装置の先端ビットの向きを検出するための削孔方向検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、地表面から建造物の下方に向かって斜めに曲線削孔を行い、その後、水平方向に向きを変えて直線削孔を行うことで、例えば建造物の下方に薬液などを注入するための孔を形成するための工法として、曲がりボーリング工法が知られている。この曲がりボーリング工法を行うための削孔装置においては、折り曲げ可能な削孔管の先端部に、先端面がテーパ面に形成された先端ビットが連結されている。曲線削孔時には、削孔管および先端ビットを回転させないで地中を推進させることで、先端ビットにテーパ面を介して特定方向からの土圧が継続的に作用するので、先端ビットの進行方向（削孔方向）が随時変化する結果、先端ビットが曲線状に推進される。一方、直線削孔時には、削孔管および先端ビットを回転させながら地中を推進させることで、先端ビットのテーパ面に作用する土圧の方向が回転軸周りの変化により打ち消されるので、先端ビットが直線状に推進される。
【０００３】
この曲がりボーリング方法では、曲線削孔時に、所望の削孔軌跡を描くためには、先端ビットのテーパ面が所定の向きを向いている必要がある。例えば、図１１に示すように、先端ビット１００により斜め下方向に凸の曲線状の削孔を行うためには、テーパ面１０１が先端ビット１００の推進方向Ｘに対して鉛直方向下向きＹを向くように、先端ビット１００の向きを保持した状態で、地上に設置されたボーリングマシン１０３により地中を推進させる必要がある。
【０００４】
ところが、曲線削孔時に先端ビット１００を非回転で地中を推進させる際に、削孔管１０２が捩れたり、先端ビット１００が地中の異物と接触するなどすると、先端ビット１００のテーパ面１０１の向きが当初の鉛直方向下向きＹからずれるおそれがある。この向きがずれた状態で先端ビット１００をさらに推進させ続けると、先端ビット１００の進行方向（削孔方向）がずれて、削孔軌跡が所望の削孔軌跡から外れてしまう。よって、高精度な削孔を行うためには、先端ビット１００のテーパ面１０１の向きを随時確認する必要がある。
【０００５】
先端ビットのテーパ面の向きを確認するためには、削孔管内へジャイロスコープを挿入することが一般的に行われている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、削孔管内の先端部に、先端ビットのテーパ面の向きと対応した雌型を設ける一方、ジャイロスコープの先端部に前記雌型と係合する雄型を設けている。そして、削孔管内の先端部付近までジャイロスコープを挿入した後、ジャイロスコープの先端部の雄型を回転させて削孔管内の雌型と係合させ、その際に雄型が回転した角度をジャイロスコープで検出することで、先端ビットのテーパ面の向きを確認している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許３７６３３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、ジャイロスコープの挿入時にジャイロスコープが削孔管内で回転し、先端ビットとジャイロスコープとの間で相対捩じれが発生すると、ジャイロスコープによる計測に誤差が生じるので、検出の精度が低下するという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記した問題に着目してなされたもので、先端ビットの向きを正確に把握して、先端ビットによる削孔方向を検出することができる削孔方向検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の上記目的は、削孔装置の先端ビットの向きを検出するための削孔方向検出装置であって、先端ビット内に取り付けられ、先端ビットの先端部に形成されたテーパ面の向きを示す方向確認用目印と、削孔管内に挿入され、前記方向確認用目印を撮像可能な撮像手段と、削孔管内への挿入時に、前記撮像手段を、前記撮像手段の撮像面の向きが予め決められた所定方向を向くように支持する支持手段と、を備える削孔方向検出装置によって達成される。
【００１０】
本発明の好ましい実施態様においては、前記支持手段は、前記撮像手段を内部に回転不能に支持するケースと、前記ケースを内部に回転可能に支持するカバーと、前記ケースに設けられ、前記撮像手段の鉛直方向を一定に保持するための錘部材と、を備えることを特徴としている。
【００１１】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記方向確認用目印は、基端部の先端にピンが設けられた構成のものであり、前記ピンは、先端ビット内に、前記ピンが真上方向を向く時に、先端ビットのテーパ面が推進方向に対して鉛直方向下向きを向くような位置に設けられていることを特徴としている。
【００１２】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記支持手段に取り付けられ、削孔管の削孔軌跡を計測する計測手段をさらに備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る削孔方向検出装置によれば、削孔管の先端部に取り付けられた先端ビットの向きを検出する際に、先端ビット内に取り付けた方向確認用目印を、撮像手段により撮像するだけで、先端ビットの向きを検出することができる。よって、容易かつ正確に先端ビットの向きを把握することができるので、精度の高い削孔を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る削孔方向検出装置が使用された削孔装置の全体構成を示した概略図である。
【図２】先端ビットの側面図である。
【図３】先端ビットの平面図である。
【図４】先端ビットのテーパ面の向きと削孔方向との関係を示す説明図である。
【図５】撮像手段および支持装置の断面図である。
【図６】撮像手段および支持装置の断面図である。
【図７】視準線の他の実施形態を示す説明図である。
【図８】カメラ装置により先端ビット内を撮像した画像の説明図である。
【図９】先端ビットの他の実施形態の側面図である。
【図１０】方向確認用目印の他の実施形態を示す説明図である。
【図１１】従来例の削孔装置の全体構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実態形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る削孔方向検出装置５が適用された削孔装置１の全体構成を示す概略図を、図２および図３は先端ビット２の側面図および平面図を、それぞれ示している。
【００１６】
本発明に係る削孔方向検出装置５が利用される削孔装置１としては、特定の形態のものに限定されるものではなく、先端ビット２および削孔管３を、地上に設置されたボーリングマシン４で非回転状態または回転状態で地中に押し込むことで、地中を曲線状または直線状に削孔する従来から公知の削孔装置を利用することができる。
【００１７】
削孔管３は、折り曲げ可能な中空の筒状のものであり、管内全体に、各種液体の供給や各種器具の挿入が可能な空洞３０を有している。この削孔管３は、例えば、地中に挿入する深さに応じて複数の筒状体を順次直列に継ぎ足すように連結していくことで形成することができる。削孔管３の材質としては、金属製や樹脂製など、公知の材料を使用することができる。また、削孔管３の内径や肉厚についても、地盤の強度や土質などに応じて適宜設定すればよく、限定されるものではない。
【００１８】
削孔管３の先端部には、先端ビット２が取り付けられている。先端ビット２の先端面は、削孔管３側から先端側に向けて厚みが薄くなるように傾斜するテーパ面２０に形成されている。これにより、先端ビット２を非回転の状態で地中を推進させることで曲線削孔が可能になっている。例えば、図４に示すように、テーパ面２０が先端ビット２の推進方向Ｘに対して鉛直方向下向きＹを向くように、先端ビット２を非回転の状態で斜め下方に向かって地中に押し込むと、テーパ面２０に継続的に作用する土圧Ｐにより、先端ビット２には、推進方向Ｘに対して鉛直方向上向きＺの力が随時働く。そうすると、先端ビット２の進行方向は推進方向Ｘよりも上方を向いて先端ビット２がテーパ面２０の傾斜方向Ｗに推進される結果、先端ビット２は図１に示すような斜め下方向に凸の曲線状に推進されて、曲線削孔が行われる。
【００１９】
一方で、先端ビット２を回転状態で地中に押し込むと、先端ビット２のテーパ面２０に作用する特定方向からの土圧Ｐが回転軸周りの変化により打ち消される。よって、先端ビット２が推進方向Ｘに沿って直線状に推進される結果、直線削孔が行われる。
【００２０】
なお、テーパ面２０の表面形状は、図示例では表面が側面視において直線状となるように形成されているが、例えば曲線状など種々の形状に形成されていてもよい。また、図中、符号２１は先端治具を示しており、符号２２，２３は、先端ビット２のテーパ面２０側およびその反対側にそれぞれ形成された噴射口を示している。削孔管３から先端ビット２内に形成された空洞２４に供給された流体は、各噴射口２２，２３を介して地中に噴射可能となっている。
【００２１】
次に、本発明に係る削孔方向検出装置５について説明する。図１に示すように、上記構成の削孔装置１を用いて、例えば地表面から斜め下方に向かって曲線状の削孔を行うためには、削孔時、テーパ面２０が先端ビット２の周方向に回転したり左右に傾いたりせず、推進方向Ｘに対して真っ直ぐ正面を向いて、削孔方向Ｘ（図４に示す）に対して鉛直方向下向きＹ（図４に示す）を向いている状態を保持する必要がある。よって、曲線削孔時には、先端ビット２の向きを随時調整しながら先端ビット２を地中内に押し込む必要があるため、先端ビット２の向きを正確に把握する必要があるところ、本発明に係る削孔方向検出装置５では、削孔時、地中にある先端ビット２の向きを正確に把握することが可能になっている。
【００２２】
本発明に係る削孔方向検出装置５は、先端ビット２内に設けられた方向確認用目印６（図２および図３参照）と、削孔管３内に挿入され、方向確認用目印６を撮像可能な撮像手段７（図５および図６参照）と、削孔管３内への挿入時に撮像手段７を支持する支持装置８（図５および図６参照）とを備えている。
【００２３】
すなわち、先端ビット２内の空洞２３には、削孔時、地中にある先端ビット２の向き、つまりは、テーパ面２０の向きを確認可能な方向確認用目印６が取り付けられている。方向確認用目印６は、本実施形態では、基端部６０と、基端部６０に固定された針状または棒状のピン６１とを備えており、先端ビット２の筒壁２５に形成されたピン孔２６から先端ビット２内に挿入し、基端部６０をピン孔２６に嵌合して固定することで、ピン６１が空洞２３内に露出するようになっている。
【００２４】
ピン孔２６は、先端ビット２の筒壁２５に、先端ビット２内からピン６１を見た際に、ピン６１が真上方向を向く時に、テーパ面２０が推進方向Ｘに対して鉛直方向下向きＹを向くような位置に、形成されている（図２および図４参照）。
【００２５】
撮像手段７は、図５および図６に示すように、例えばＣＣＤカメラなどのカメラ装置７０からなり、カメラ装置７０で撮像された画像は、カメラ装置７０の後端部から削孔管３内を延びるケーブル７１を通じて地上のコンピュータ装置１０などに送出され、モニタなどの表示装置１１によって表示される。
【００２６】
支持装置８は、カメラ装置７０を内部に収容した筒状のケース８０と、ケース８０を内部に収容した筒状のカバー８１とを備えている。カメラ装置７０は、ケース８０内に回転不能に固定されている。これに対して、カバー８１内には、前後２箇所の位置に、軸受８２，８３が固定されており、ケース８０の外周面の一部に形成された円筒部分８０Ａ，８０Ｂが軸受８２，８３に回転可能に支持されることで、ケース８０はカバー８１内で回転可能となっている。なお、カバー８１の後方には、カメラ装置７０のケーブル７１を収容する後方カバー８４が設けられている。カバー８１の後端部が後方カバー８４の前端部内に嵌合することで、両者が連結されており、後方カバー８４を介してカバー８１を削孔管３内に押し込むことで、カメラ装置７０が削孔管３内に挿入される。
【００２７】
ケース８０の外周面の一部には、錘部材８５が設けられている。この錘部材８５により、削孔管３内に支持装置８を押し込む際に、支持装置８のカバー８１が削孔管３内で回転した場合でも、錘部材８５が取り付けられた部分が常に下側となるように、ケース８０が軸受８２，８３を介してカバー８１内で相対的に回転するようになっている。これにより、ケース８０内に固定されたカメラ装置７０の鉛直方向が常に一定方向に保持される、つまり、カメラ装置７０の撮像面７０Ａが周方向（図６に示すＭ，Ｎ方向）に傾かず（回転・反転せず）、撮像面７０Ａにより撮像された画像の上下方向が常に削孔管３内の上下方向と一致するように調整されている。このように、支持装置８は、削孔管３内への挿入時にカメラ装置７０の撮像面７０Ａが傾く（回転・反転する）ことを防止して、撮像面７０Ａの向きを予め決められた所定の向きに調芯する自動調芯機能を備えている。
【００２８】
カバー８１のカメラ装置７０の撮像面７０Ａ前には、図５および図６に示すように、視準線７２が設けられている。この視準線７２は、カメラ装置７０自体の上下方向を確認するためのものであり、図６に示されている例では、二重線からなる鉛直線７３Ａの向きがカメラ装置７０の上下方向を示しているとともに、鉛直線７３Ａの中心よりも上方で交差する水平線７３Ｂのある方向が上方向を示している。なお、視準線７２の他の例としては、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、水平線７４Ａの中心から鉛直線７４Ｂが下向きに延びるもの、水平線７５Ａの中心から鉛直線７５Ｂが下向きに延びるとともに、その上方には三角形の目印７５Ｃが設けられているもの、二重線からなる鉛直線７６Ａと水平線７６ＢとがＬ字に交差するものが挙げられるが、必ずしも図示例のものに限られるものではない。なお、図７（ａ）の例では、鉛直線７４Ｂの向きがカメラ装置７０の下方向を示している。また、図７（ｂ）の例では、鉛直線７５Ａの向きがカメラ装置７０の下方向（つまり、三角形の目印７５Ｃの向きがカメラ装置７０の上方向）を示している。また、図７（ｃ）の例では、鉛直線７６Ａの向きがカメラ装置７０の下方向を示している。
【００２９】
本発明に係る削孔方向検出装置５を用いて先端ビット２の向きを検出するには、まず、削孔管３内に支持装置８を介してカメラ装置７０を挿入し、先端ビット２内に取り付けられた方向確認用目印６まで近接させる。この挿入作業の際、支持装置８のカバー８１が削孔管３内で回転してカバー８１と先端ビット２との間で相対捩じれが生じても、カバー８１内のケース８０は、軸受８２，８３で回転可能に支持されているとともに、錘部材８５が常に下側となるようにカバー８１内で相対的に回転して鉛直方向が一定に保持されている。よって、カバー８１が削孔管３内で回転した場合でも、ケース８０は先端ビット２との間で相対捩じれを生じることなく挿入される結果、カメラ装置７０も、撮像面７０Ａが周方向に傾く（回転・反転する）ことなく挿入時と同じ所定の向き（つまり、撮像面７０Ａにより撮像された画像の上下方向が常に削孔管３内の上下方向と一致する方向）を向いてまま挿入される。
【００３０】
そして、カメラ装置７０を用いて方向確認用目印６を撮像し、方向確認用目印６が基準位置からどれだけ回転しているかを確認することにより、先端ビット２の向きを把握することができる。この実施形態では、図８（ａ）に示すように、方向確認用目印６のピン６１が真上に向いている状態を基準位置として設定して、先端ビット２のテーパ面２０が、掘進方向Ｘに対して鉛直方向下向きＹを向いている状態と対応させている。よって、図８（ｂ）に示すように、カメラ装置７０により方向確認用目印６のピン６１を撮像した結果、ピン６１が先端ビット２の周方向Ｓに傾いている場合には、先端ビット２のテーパ部２０が先端ビット２の周方向Ｓに傾いている（回転・反転している）ことが確認できるので、削孔管３および先端ビット２を図８（ｂ）に示す矢印Ｔの方向に回転させて、方向確認用目印６のピン６１を基準位置（図８（ａ））まで戻すことにより、先端ビット２による削孔方向を所望の削孔軌跡に合わせることができる。
【００３１】
このように、本発明に係る削孔方向検出装置５によると、先端ビット２のテーパ面２０の向きを正確に把握することができるので、削孔の進行に伴って随時、カメラ装置７０を削孔管３内に挿入して、先端ビット２のテーパ面２０の向きを確認しながら先端ビット２による削孔方向を修正することにより、精度の高い削孔を行うことができる。
【００３２】
また、本発明に係る削孔方向検出装置５によると、先端ビット２のテーパ面２０の向きを検出する際に、先端ビット２内に取り付けた方向確認用目印６を、自動調芯機能を備えたカメラ装置７０で撮像するだけで、先端ビット２のテーパ面２０の向きを把握することができる。すなわち、従来技術のように、先端ビット２とジャイロスコープとの間に機械的な係合状態を生じさせる必要がなく、また、万が一、削孔管３内に異物が存在したとしても、この異物に邪魔されることなく、先端ビット２のテーパ面２０の向きを把握することが可能となる。また、従来技術のように、ジャイロスコープを用いることなく目視で先端ビット２のテーパ面２０の向きを把握することができるの、先端ビット２のテーパ面２０の向きを正確に把握することができる。
【００３３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。上記した実施形態では、方向確認用目印６のピン６１が真上に向いている状態を、先端ビット２のテーパ面２０が掘進方向Ｘに対して鉛直方向下向きＹを向いている状態と対応させていたが、ピン６１の位置はこれに限られるものではなく、種々の位置に設けることができる。例えば、図９に示すように、ピン６１は、先端ビット２内からピン６１を見た際に、ピン６１が真下方向を向く時に、テーパ面２０が推進方向Ｘに対して鉛直方向下向きＹを向くような位置に、設けられていてもよい。また、上記した実施形態では、先端ビット２のテーパ面２０の向きを示す目印として、ピン状のものが用いられているが、必ずしもこれに限られるものではなく、他の形態の目印であっても構わない。例えば、図１０に示すように、先端ビット２の筒壁２５内にレーザ光照射装置６２を設け、レーザ光照射装置６２より照射されるレーザ光の向きで、地中にある先端ビット２の向き、つまりは、テーパ面２０の向きを確認するように構成してもよい。なお、図１０中、６３は、レーザ光照射装置６２を駆動させる電池などの電源装置である。
【００３４】
また、上記した実施形態では、支持装置８は、錘部材８５の重みによりカメラ装置７０を自動調芯可能に支持しているが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、カバー８１内にカメラ装置７０を揺動可能に吊り下げ、カメラ装置７０の自重により、カバー８１が削孔管３内で回転してもカメラ装置７０が揺動することによって自動調芯可能に支持されるように構成してもよい。
【００３５】
さらに、支持装置８に、ジャイロスコープなどの削孔軌跡を計測可能な計測装置を取り付け、カメラ装置７０の削孔管３内への挿入時または削孔管３からの引き戻し時に、削孔管３の削孔軌跡を計測するように構成してもよい。これにより、先端ビット２のテーパ面２０の向きに加えて削孔軌跡も計測することが可能になる。
【符号の説明】
【００３６】
１    削孔装置
２    先端ビット
３    削孔管
６    方向確認用ピン
７    撮像手段
８    支持装置
２０  テーパ面
８０  ケース
８１  カバー
８２，８３  軸受
８５  錘部材  
【図１】
2013209827.tif 000003
【図２】
2013209827.tif 000004
【図３】
2013209827.tif 000005
【図４】
2013209827.tif 000006
【図５】
2013209827.tif 000007
【図６】
2013209827.tif 000008
【図７】
2013209827.tif 000009
【図８】
2013209827.tif 000010
【図９】
2013209827.tif 000011
【図１０】
2013209827.tif 000012
【図１１】
2013209827.tif 000013