(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上に設置される掘削機から複数本の掘削ロッドを継ぎ足し、最下端に接続される掘削ヘッドで縦孔を掘削する掘削機において、掘削ロッドを伝送経路に利用して、前記掘削ヘッドに搭載された各種測定用検出器による掘削状況に係る測定信号を地上の管理装置へ伝送する伝送システムであって、
前記掘削ヘッドから掘削機の駆動部に至る前記掘削ヘッドと前記掘削ロッドとの継手部、前記掘削ロッド同士の継手部、該掘削ロッドに外嵌するケーシング同士の継手部を含む掘削軸のすべての継手部に、送受信する一対の中継モジュールからなる微弱型無線送受信ユニットを該一対の中継モジュール同士が非接触で対向した状態に組み込み、
前記掘削軸の前記各継手部のうち、掘削ロッド同士の継手部では、その雄雌嵌合部の軸心部に、それぞれ対をなす中継モジュールを非接触で所定の間隔をおいて対向した状態に組み込むことを特徴とする掘削時の測定信号伝送システム。
【請求項２】
地上に設置される掘削機から複数本の掘削ロッドを継ぎ足し、最下端に接続される掘削ヘッドで縦孔を掘削する掘削機において、掘削ロッドを伝送経路に利用して、前記掘削ヘッドに搭載された各種測定用検出器による掘削状況に係る測定信号を地上の管理装置へ伝送する伝送システムであって、
前記掘削ヘッドから掘削機の駆動部に至る前記掘削ヘッドと前記掘削ロッドとの継手部、前記掘削ロッド同士の継手部、該掘削ロッドに外嵌するケーシング同士の継手部を含む掘削軸のすべての継手部に、送受信する一対の中継モジュールからなる微弱型無線送受信ユニットを該一対の中継モジュール同士が非接触で対向した状態に組み込み、
前記掘削機の前記各継手部のうち、ケーシング同士の継手部では、前記対をなす中継モジュール同士をそのアンテナが雌雄嵌合部の内・外周面で所定の間隔をおいて対向した状態になるように組み込むことを特徴とする掘削時の測定信号伝送システム。
【請求項３】
地上に設置される掘削機から複数本の掘削ロッドを継ぎ足し、最下端に接続される掘削ヘッドで縦孔を掘削する掘削機において、掘削ロッドを伝送経路に利用して、前記掘削ヘッドに搭載された各種測定用検出器による掘削状況に係る測定信号を地上の管理装置へ伝送する伝送システムであって、
前記掘削ヘッドから掘削機の駆動部に至る前記掘削ヘッドと前記掘削ロッドとの継手部、前記掘削ロッド同士の継手部、該掘削ロッドに外嵌するケーシング同士の継手部を含む掘削軸のすべての継手部に、送受信する一対の中継モジュールからなる微弱型無線送受信ユニットを該一対の中継モジュール同士が非接触で対向した状態に組み込み、
前記掘削機の前記各継手部のうち、前記駆動部と掘削ロッドとの継手部では、一方の中継モジュールのアンテナを継手部の周方向全域に延びるサークル形状とし、他方の中継モジュールのアンテナが非接触で前記一方の中継モジュールのアンテナに対向することを特徴とする掘削時の測定信号伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、掘削機における各種計測信号を地上の管理部へ伝送する伝送システムおよびその伝送システムを備えた掘削機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地中に縦孔を掘削して杭を造成したり、あるいは既製杭を建て込む場合、その縦孔は鉛直に掘削する必要がある。
【０００３】
そのため一般に掘削ロッドの下端の掘削ヘッドに周知の傾斜計等の電気的検出器を設置しておき、この検出器による計測信号を掘削ロッド内に挿通するケーブルを通じて地上に伝送し、その測定結果に基づいて掘削状況を地上で監視しながら掘削作業を進めるようになされている。
【０００４】
上記計測信号の伝送方式として、従来メタルコンセント方式、多重伝送方式、電磁誘導方式が用いられている。
【０００５】
上記メタルコンセント方式は、掘削ロッドの継ぎ足し時にコンセントを人手により接続するものであり、また傾斜計等の検出器の作動電源用の専用配線を信号線とは別に掘削ロッド内に挿通して設け、地上から掘削ヘッドに向けて作動電源電力を送るようになされたものである。
【０００６】
前記多重伝送方式は、雌雄の電極継手を掘削ロッドの各継手部に設置し、掘削ロッドの継ぎ足し時に各電極継手が自動的に接続されるようにしたものである。
【０００７】
さらに前記電磁誘導方式は、掘削ヘッド内に電池を内蔵しておき、掘削ヘッド内に設置された検出器による検出信号を上記電池を作動電源として掘削ヘッドの上端、掘削ロッドの両端の各電磁誘導部を順次介しながら地上へ伝送するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかして前記メタルコンセント方式では、掘削ロッドの継ぎ足し時に、吊り下げられた掘削ロッドの下に手を差し込んでメタルコンセントを接続させることが必要となり、そのため著しく手数を要するばかりでなく危険を伴なうという問題があった。
【０００９】
前記多重伝送方式によるものは、掘削ロッドの継ぎ足し時に電極継手が自動的に接続されるので、前記メタルコンセント方式に比べて手数が掛からず、危険性も伴わないという利点を有するが、その反面、機器が高価であること、および電極継手部にセメントミルク等が付着して硬化した場合、電極の摩耗、通信障害などの弊害をもたらすおそれがある。
【００１０】
またこの多重伝送方式では、前記メタルコンセント方式のように作動電源用の専用配線を信号線とは別に設けるような必要はないが、この多重伝送方式においても少なくとも１本の配線は掘削ロッド内を貫通させて地上の管理装置と結線する必要がある。この場合、掘削ロッドおよびその下端の掘削ヘッドは回動しながら掘進するので、地上の管理装置との間にはスリップリングを介在して接続する必要があるが、このスリップリングを介在すると摺動面を経由して伝送が行われるため配線およびその保護手段が複雑となり、加えて摺動ノイズの発生に基づいて微小信号の伝送に支障をもたらすという問題があった。
【００１１】
前記電磁誘導方式では、掘削ロッドの継ぎ足し時に伝送線の継ぎ足しは不要であるが、掘削ロッドの継ぎ足し本数が増すごとに電磁誘導信号が減衰し、この減衰に対応すべく初期出力を高めると電力消費量が大きくなり、電池容量に限界を生じる。その結果、電池の消耗（３週間〜１ヶ月間）に対する保守管理の問題が付きまとうという問題があた。またこの電磁誘導方式では伝送器間の隙間が適正でないと伝送不可となるという問題もある。
【００１２】
本発明はこれら従来の技術が有する諸問題を解決することができる伝送システムを提供することを課題としてなされたもので、掘削ロッドの継ぎ足し時に伝送線の継ぎ足し作業を必要とせず、かつ低消費電力で長期にわたってメンテナンスを不要とすることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する手段として本発明は、地上に設置される掘削機から複数本の掘削ロッドを継ぎ足し、最下端に接続される掘削ヘッドで縦孔を掘削する掘削機において、掘削ロッドを伝送経路に利用して、前記掘削ヘッドに搭載された各種測定用検出器による掘削状況に係る測定信号を地上の管理装置へ伝送する伝送システムであって、前記掘削ヘッドから掘削機の駆動部に至る前記掘削ヘッドと前記掘削ロッドとの継手部、前記掘削ロッド同士の継手部、該掘削ロッドに外嵌するケーシング同士の継手部を含む掘削軸のすべての継手部に、送受信する一対の中継モジュールからなる微弱型無線送受信ユニットを該一対の中継モジュール同士が非接触で対向した状態に組み込み、前記掘削軸の前記各継手部のうち、掘削ロッド同士の継手部では、その雄雌嵌合部の軸心部に、それぞれ対をなす中継モジュールを非接触で所定の間隔をおいて対向した状態に組み込むことを特徴とする。
また、本発明は、地上に設置される掘削機から複数本の掘削ロッドを継ぎ足し、最下端に接続される掘削ヘッドで縦孔を掘削する掘削機において、掘削ロッドを伝送経路に利用して、前記掘削ヘッドに搭載された各種測定用検出器による掘削状況に係る測定信号を地上の管理装置へ伝送する伝送システムであって、前記掘削ヘッドから掘削機の駆動部に至る前記掘削ヘッドと前記掘削ロッドとの継手部、前記掘削ロッド同士の継手部、該掘削ロッドに外嵌するケーシング同士の継手部を含む掘削軸のすべての継手部に、送受信する一対の中継モジュールからなる微弱型無線送受信ユニットを該一対の中継モジュール同士が非接触で対向した状態に組み込み、前記掘削機の前記各継手部のうち、ケーシング同士の継手部では、前記対をなす中継モジュール同士をそのアンテナが雌雄嵌合部の内・外周面で所定の間隔をおいて対向した状態になるように組み込むことを特徴とする。
さらに、本発明は、地上に設置される掘削機から複数本の掘削ロッドを継ぎ足し、最下端に接続される掘削ヘッドで縦孔を掘削する掘削機において、掘削ロッドを伝送経路に利用して、前記掘削ヘッドに搭載された各種測定用検出器による掘削状況に係る測定信号を地上の管理装置へ伝送する伝送システムであって、前記掘削ヘッドから掘削機の駆動部に至る前記掘削ヘッドと前記掘削ロッドとの継手部、前記掘削ロッド同士の継手部、該掘削ロッドに外嵌するケーシング同士の継手部を含む掘削軸のすべての継手部に、送受信する一対の中継モジュールからなる微弱型無線送受信ユニットを該一対の中継モジュール同士が非接触で対向した状態に組み込み、前記掘削機の前記各継手部のうち、前記駆動部と掘削ロッドとの継手部では、一方の中継モジュールのアンテナを継手部の周方向全域に延びるサークル形状とし、他方の中継モジュールのアンテナが非接触で前記一方の中継モジュールのアンテナに対向することを特徴とする。
【００１４】
こうしたことにより、掘削ロッド（および／またはケーシング）の継ぎ足し時に信号伝送系を手動で接続する必要がないので余分な手数が掛からず、かつ接触状態として接続することがないので接続不良や接続不能に陥いることがなく、検出器による測定信号を確実に伝送することができ、作動電力も少なくてすむとともにメンテナンス周期を長くすることが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施の形態を参照して説明する。
【００１７】
図１は本発明による掘削時の測定信号伝送システムの全体の構成を示すもので、掘削機１と、地上におかれ管理装置２を搭載したベースマシン３とを備えている。
【００１８】
上記掘削機１は、前記ベースマシン３に立設される図示しないリーダーにそって昇降自在に支持された駆動部４と、この駆動部４の出力軸に接続される掘削ロッド（図１では第１掘削ロッド５１と、第２掘削ロッド５２を例示し、符号５で総称する）と、その下端に接続される掘削ヘッド６とを有し、掘削ロッド５１，５２には図１には示していないがケーシングが外嵌される場合がある。
【００１９】
上記掘削ヘッド６による掘進が進むにしたがって掘削ロッド５を順次継ぎ足しながら削孔するようになっている。
【００２０】
前記掘削ヘッド６と掘削ロッド５との継手部、掘削ロッド同士の継手部、掘削ロッド５と駆動部４との継手部には微弱型無線送受信ユニットが配設されている。
【００２１】
また前記掘削ヘッド６には傾斜角検出器７が組み込まれており、その検出器用のバッテリーが搭載されている。
【００２２】
この検出器７は、掘削ヘッド６に前記無線送受信ユニットの端局モジュールＢが組み込まれ、この端局モジュールＢに前記検出器７が電気的に接続されている。
【００２３】
上記端局モジュールＢから送信される検出信号は、掘削ヘッド６に継ぎ足された掘削ロッド５（スクリューロッド）内に組み込まれている中継モジュールＡで受信され、中継モジュールＢ１に引き継がれて再度送信され、次ぎに継ぎ足された掘削ロッド５２に伝送されて行き、これを順次繰り返して地上の駆動部４に設置されている端局モジュールＡに到達し、そこから一般的な無線伝送装置Ｃを介してベースマシン３のオペレータ室３ａ内の管理装置２としての計測器８へ送られる。
【００２４】
この計測器８に示される傾斜角から掘削状況を判断し、掘削ロッドの傾斜角の修正を行い、鉛直性を常に確保しながら施工を行う。
【００２５】
図２は前記中継モジュールＡ，Ｂの内部構成の一例を示すもので、この中継モジュールＡ，Ｂは、送受信アンテナ９，送受信基盤１０、ＣＰＵ１１、およびバッテリ１２からなっており、その大きさは例えば直径３０φ、長さ１００ｍｍ程度の小型のものである。
【００２６】
図３は上記中継モジュールＡ，Ｂを、順次継ぎ足して使用される掘削ロッド５およびケーシング１３への組み込み例を示すもので、図３（Ａ）は掘削ロッド５の場合、図３（Ｂ）はケーシング１３の場合を示している。
【００２７】
掘削ロッド５への組み込みは、その雌雄接続部５ａ，５ｂの軸心部に送受信用として一対の中継モジュールＡ，Ｂがそれぞれ組み込まれ、掘削ロッド５１，５２を継ぎ足したとき各中継モジュールＡ，Ｂ同士が非接触でそのアンテナ９，９が所定の間隔をおいて対向した状態におかれるようになされる。
【００２８】
ケーシング１３，１３への組み込みは、その雌雄嵌合部１３ａ，１３ｂの嵌合面に送受信用として一対の中継モジュールＡ，Ｂがそれぞれ組み込まれ、ケーシング１３，１３の嵌合部１３ａ，１３ｂ同士を嵌合させて接続したときアンテナ９，９が所定の間隔をおいて対向した状態におかれるようになされている。
【００２９】
掘削機１の駆動部４の非回転部に配設される送受信用端局モジュールＡは、図４に例示するように掘削ロッド５２の上端の中継モジュールＢのアンテナ９を周方向全域のサークル状のアンテナとし、前記端局モジュールＡのアンテナ９に非接触で対向するようになされる。なおこのアンテナ９，９は、掘削ロッド５側を周方向全域のサークル状のアンテナとしてもよい。
【００３０】
このほか、図示しないが、当該部分の送受信方式として、掘削ロッド５２も上記のような特殊形状とすることなく、継ぎ足し用の掘削ロッドと同形状のものを用い、駆動部４の掘削ロッド継ぎ足し部も掘削ロッド５２の下端と同形状とし、駆動部４の回転軸内に送受信用中継モジュールを組み込み、これと外接する例えば振れ止めブッシュ内全周に中継モジュールＡを組み込んでこの中継モジュールＡで受信するようにし、そこから無線伝送装置に送られてオペレータ室３ａの計測器８へ送信するようにしてもよい。
【００３１】
これらの方式とすることによりスリップリングが不要となり、雑音や故障などの不具合の発生を皆無とすることができる。またこの方式を採用した場合、駆動用電源は各々の送受信用モジュール内に組み込まれているので、１回のバッテリ交換で省電力制御により２００日以上の作動が可能であり、半年ごとにバッテリを交換すればよいのでメンテナンスフリーで使用することができる。
【００３２】
なお検出器７として、傾斜角検出器のほか深度検出器、その他の検出器で、電気信号を得るものであれば使用対象となる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば下記の効果を得ることができる。
【００３４】
▲１▼メタルコンセント方式によるもののように、掘削ロッド（および／またはケーシング）の継ぎ足し時に人手による作業を行う必要がなく、省力化が図れるとともに危険な作業を全廃することができる。
【００３５】
▲２▼電磁誘導方式のように伝送器間の隙間精度が厳しく要求されないので、設計・製作が容易である。
【００３６】
▲３▼駆動電源は各伝送器に組み込むことができるので、バッテリ交換頻度が少なくてすみ、メンテナンスフリーで使用することができる。
【００３７】
▲４▼電磁誘導方式に比べて通信速度が速い。
【００３８】
▲５▼非接触で送受信するので、セメントミルク等の付着硬化の影響を受けることがなく、付着物除去のためのメンテナンスを不要とすることができる。
【００３９】
▲６▼スリップリングを使用する必要がないので機械的故障が皆無となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による測定信号伝送システムの一実施形態の全体構成を示す説明図。
【図２】図１における中継モジュールの概要図。
【図３】送受信ユニットの中継モジュールの組み込み状態を示し、（Ａ）は掘削ロッド、（Ｂ）はケーシングの場合を示す各断面図。
【図４】一方が非回転部分に設ける送受信ユニットの一例を示す斜視図。
【符号の説明】
１  掘削機
２  管理装置
３  ベースマシン
４  駆動部
５（５１、５２）  掘削ロッド
６  掘削ヘッド
７  検出器
１３  ケーシング
【図１】
0003908079.tif 000002
【図２】
0003908079.tif 000003
【図３】
0003908079.tif 000004
【図４】
0003908079.tif 000005