特開 2022-41996 電場を用いた地盤改良・掘削データ通信装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022041996

(43)【公開日】2022-03-11

(54)【発明の名称】電場を用いた地盤改良・掘削データ通信装置

(51)【国際特許分類】

   E02D 3/12 20060101AFI20220304BHJP

【ＦＩ】

E02D3/12 102

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021141159

(22)【出願日】2021-08-31

(31)【優先権主張番号】P 2020146980

(32)【優先日】2020-09-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】504145342

【氏名又は名称】国立大学法人九州大学

(71)【出願人】

【識別番号】390025759

【氏名又は名称】株式会社ワイビーエム

(74)【代理人】

【識別番号】100093687

【弁理士】

【氏名又は名称】富崎 元成

(74)【代理人】

【識別番号】100168468

【弁理士】

【氏名又は名称】富崎 曜

(72)【発明者】

【氏名】水永 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】田中 俊昭

(72)【発明者】

【氏名】財部 繁久

(72)【発明者】

【氏名】大久保 博晃

(72)【発明者】

【氏名】居石 良

【テーマコード（参考）】

2D040

【Ｆターム（参考）】

2D040AB05

2D040BA01

2D040BA08

2D040FA05

2D040GA02

(57)【要約】

【課題】本発明は、攪拌翼を有する地盤改良機において、地盤改良を監視するための検出信号を掘削工具に設置された送信手段から送信して地上で受信する電場を用いた地盤改良・掘削データ通信装置を提供することを目的とする。
【解決手段】地盤改良機に搭載される電場を用いた地盤改良・掘削データ通信装置１の送信器２は、回転ロッド１７に電気的に接続され供回り防止翼に設置された１送信電極４、供回り防止翼の羽根体の端部に設置された第２送信電極５を備える。受信器３は、回転ロッド１７に電気的に接続し、地盤改良機１０に設置された第１受信電極６、掘削穴の地表付近に回転ロッド１７から離れて設置された第２受信電極７を備える。送信器２は計測手段で計測した計測データを、１ｋＨｚ～１００ｋＨｚの周波数の信号を利用し、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、ＦＳＫ等の方式で変調して送信する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

機械本体に設けられた回転駆動装置と、
前記回転駆動装置により回転駆動され、地盤改良材を吐出させるための吐出穴を有する回転ロッドと、
前記回転ロッドの地盤底側の端部に設けられ、複数の掘削刃を有し、地盤改良を行うために、地盤に掘削穴を掘削する削穴ビットと、
前記回転ロッドに固定され、前記掘削穴内の掘削された掘削土を攪拌する攪拌翼と、
前記攪拌翼と前記削穴ビットとの間の前記回転ロッドに回転自在に設けられ、外周端部が前記掘削穴の周壁に係合して回転が止められ、前記攪拌翼及び前記削穴ビットの回転と相対回転して掘削された掘削土を前記地盤改良材とともに混合攪拌させる供回り防止翼と、
前記地盤又は前記地盤改良に関するデータを送受信するための地盤改良・掘削データ通信装置と
からなる地盤改良機において、
前記地盤改良・掘削データ通信装置は、
前記地盤又は前記地盤改良に関する地盤改良データを計測するための計測手段と、
前記回転ロッド及び前記供回り防止翼にそれぞれ設置された第１送信電極と第２送信電極と、
前記地盤改良翼又は前記回転ロッドに設置されたもので、前記計測手段で計測した計測データを受信して信号処理を行い送信のために変調して、前記第１送信電極と前記第２送信電極を介して送信する前記送信手段と、
前記地盤改良機又は前記掘削穴の地表付近に、前記回転ロッドから所定距離離れて設置された第１受信電極と、
前記掘削穴の地表付近に、前記第１受信電極及び前記回転ロッドから離れて設置された第２受信電極と、
前記第１受信電極及び前記第２受信電極で受信した信号を信号処理し前記地盤改良データを復調して出力するための受信手段と
からなることを特徴とする電場を用いた地盤改良・掘削データ通信装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電場を用いた地盤改良・掘削データ通信装置において、
前記第１送信電極は前記回転ロッドに電気的に接して前記供回り防止翼に設置され、
前記第２送信電極は前記供回り防止翼の羽根体の端部に設置され、
前記送信手段は、前記供回り防止翼に設置されている
ことを特徴とする電場を用いた地盤改良・掘削データ通信装置。

【請求項3】

請求項１に記載の電場を用いた地盤改良・掘削データ通信装置において、
前記第１送信電極は前記回転ロッドに電気的に接して前記供回り防止翼に設置され、
前記第２送信電極は前記供回り防止翼の支持体又は羽根体の外面に絶縁体で絶縁して設置され、
前記送信手段は、前記供回り防止翼に設置されている
ことを特徴とする電場を用いた地盤改良・掘削データ通信装置。

【請求項4】

請求項１に記載の電場を用いた地盤改良・掘削データ通信装置において、
前記回転ロッド内に前記送信手段を格納し、前記回転ロッドに前記第１送信電極及び前記第２送信電極を接触して設置されている
ことを特徴とする電場を用いた地盤改良・掘削データ通信装置。

【請求項5】

請求項１に記載の電場を用いた地盤改良・掘削データ通信装置において、
前記地盤改良機は、高圧噴射工法又は非開削工法による地盤改良に用いるものであり、前記回転ロッドに前記第１送信電極及び／又は前記第２送信電極並びに前記送信手段を設置されている
ことを特徴とする電場を用いた地盤改良・掘削データ通信装置。

【請求項6】

請求項１乃至５の中から選択される１項に記載の電場を用いた地盤改良・掘削データ通信装置において、
前記計測手段は、回転速度を検知する回転センサー、回転加速度を検知する回転加速度センサー、改良土の比抵抗を検知する比抵抗センサー及び圧力を検知する圧力センサー、被接触物の温度を検知する温度、及び、被設置個所の物理的なひずみを検知するひずみセンサーからなる群の中から選択される１以上のセンサーである
ことを特徴とする電場を用いた地盤改良・掘削データ通信装置。

【請求項7】

請求項１乃至６の中から選択される１項に記載の電場を用いた地盤改良・掘削データ通信装置において、
前記地盤改良データ通信装置は、１ｋＨｚ～１００ｋＨｚの周波数を利用する
ことを特徴とする電場を用いた地盤改良・掘削データ通信装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地盤改良データ等を地中で通信するための電場を用いた地盤改良・掘削データ通信装置に関する。更に詳しくは、土木工事の機械攪拌工法、高圧噴射工法等において使用される地盤改良や非開削工法等にて使用される掘削機において、その地盤改良を監視するための地盤改良データや掘削データを地中から地上へ通信するための電場を用いた地盤改良・掘削データ通信装置に関する。

【背景技術】

【0002】

地盤改良を行うための工法として種々の方式が提案されているが、地盤に掘削穴を形成し、その掘削土にセメント等の凝固剤を注入し、攪拌翼で混合攪拌し固化させて杭等の地盤改良柱を形成する工法が知られ施工されている。攪拌翼で掘削土と凝固剤を混合攪拌するとき、攪拌翼と改良土が一体となって塊状になり供回りすることがある。この供回りを防止するために、回転ロッド上の軸受で自由回転する構造にした供回り防止翼を設け、施工時にこの供回り防止翼を掘削穴の壁面に固定するものも知られている。

【0003】

しかしながら、この構造の地盤攪拌翼であっても、供回り防止翼と攪拌翼が供回りすることもあり、供回り防止翼と攪拌翼が相対的に回転していないという保証はない。このために、供回り防止翼と攪拌翼との間の相対回転数をセンサーで検知し、これを監視するものも提案されている（特許文献１、２）。

【0004】

特許文献１に記載の装置は、供回り防止翼の回転を検知したセンサーの信号を発信装置から発する無線信号で地上へ送信している。地上の受信装置でその無線信号を受信している。特許文献２に記載の検知装置は、供回り防止翼の回転を地下で検知したセンサーの信号を回転ロッド内の送信電線で地上へ送り、回転ロッドの上端部のスリップリングを介してカウンター装置に接続している。また、地盤改良時にその改良土の比抵抗、圧力等をセンサーで検知し、把握することで、地盤改良の度合い（質）を把握する必要性もある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０００－１４４７０３号公報

【特許文献2】特開２００１－３２３４５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上述した通信システムは、回転ロッドの下端部に設置された送信装置から無線信号を地上へ送信し、受信装置でこれを受信するとき、無線信号は地盤を通過して、その信号が減衰するという問題がある。掘削深さが深いほど、通過する地盤が厚くなり、場合によって、水分を多く含む地層等では、無線信号が受信しにくいということが起こる。また、回転ロッドの上端部のスリップリングを開始して信号を取り出す通信システムは、回転ロッドが回転し、送信信号カウンターまでの電線接続構造に限られる。

【0007】

本発明は上述のような技術背景のもとになされたものであり、下記目的を達成する。
本発明の目的は、攪拌翼を有する地盤改良機において、供回り防止翼の回転状況、地盤改良土の特性等の地盤改良を監視するための検出信号を掘削工具に設置された送信手段から送信して地上で受信するための、電場を用いた地盤改良・掘削データ通信装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、前記目的を達成するため、次の手段を採る。
本発明は、地盤の攪拌回転翼を有して、掘削穴を掘削し掘削穴内の地盤改良を行う地盤改良機において、地盤改良翼の供回りを検知し監視するための電場を用いた地盤改良・掘削データ通信装置である。

【0009】

本発明の電場を用いた地盤改良・掘削データ通信装置は、
機械本体に設けられた回転駆動装置と、
前記回転駆動装置により回転駆動され、地盤改良材を吐出させるための吐出穴を有する回転ロッドと、
前記回転ロッドの地盤底側の端部に設けられ、複数の掘削刃を有し、地盤改良を行うために、地盤に掘削穴を掘削する削穴ビットと、
前記回転ロッドに固定され、前記掘削穴内の掘削された掘削土を攪拌する攪拌翼と、
前記攪拌翼と前記削穴ビットとの間の前記回転ロッドに回転自在に設けられ、外周端部が前記掘削穴の周壁に係合して回転が止められ、前記攪拌翼及び前記削穴ビットの回転と相対回転して掘削された掘削土を前記地盤改良材とともに混合攪拌させる供回り防止翼と、
前記地盤又は前記地盤改良に関するデータを送受信するための地盤改良・掘削データ通信装置と
からなる地盤改良機のためのものである。

【0010】

本発明の電場を用いた地盤改良・掘削データ通信装置は、
前記地盤又は前記地盤改良に関する地盤改良データを計測するための計測手段と、
前記回転ロッド及び前記供回り防止翼にそれぞれ設置された第１送信電極と第２送信電極と、
前記地盤改良翼又は前記回転ロッドに設置されたもので、前記計測手段で計測した計測データを受信して信号処理を行い送信のために変調して、前記第１送信電極と前記第２送信電極を介して送信する前記送信手段と、
前記地盤改良機又は前記掘削穴の地表付近に、前記回転ロッドから所定距離離れて設置された第１受信電極と、
前記掘削穴の地表付近に、前記第１受信電極及び前記回転ロッドから離れて設置された第２受信電極と、
前記第１受信電極及び前記第２受信電極で受信した信号を信号処理し前記地盤改良データを復調して出力するための受信手段と
からなることを特徴とする。

【0011】

前記第１送信電極は前記回転ロッドに電気的に接して前記供回り防止翼に設置され、前記第２送信電極は前記供回り防止翼の羽根体の端部に設置され、前記送信手段は、前記供回り防止翼に設置されていると良い。

【0012】

前記第１送信電極は前記回転ロッドに電気的に接して前記供回り防止翼に設置され、前記第２送信電極は前記供回り防止翼の支持体又は羽根体の外面に絶縁体で絶縁して設置され、前記送信手段は、前記供回り防止翼に設置されていると良い。

【0013】

また、本発明の電場を用いた地盤改良・掘削データ通信装置は、前記回転ロッド内に前記送信手段を格納し、前記回転ロッドに前記第１送信電極及び前記第２送信電極を接触して設置されていると良い。

【0014】

更に、本発明の電場を用いた地盤改良・掘削データ通信装置において、前記地盤改良機は、高圧噴射工法又は非開削工法による地盤改良に用いるものであり、前記回転ロッドに前記第１送信電極及び／又は前記第２送信電極並びに前記送信手段を設置されていると良い。

【0015】

本発明の電場を用いた地盤改良・掘削データ通信装置の前記計測手段は、回転速度を検知する回転センサー、回転加速度を検知する回転加速度センサー、改良土の比抵抗を検知する比抵抗センサー及び圧力を検知する圧力センサー、被接触物の温度を検知する温度、及び、被設置個所の物理的なひずみを検知するひずみセンサーからなる群の中から選択される１以上のセンサーであると良い。

【0016】

本発明の電場を用いた地盤改良・掘削データ通信装置は、１ｋＨｚ～１００ｋＨｚの周波数を利用すると良い。

【0017】

以下、本発明の電場を用いた地盤改良・掘削データ通信装置において利用される、電場通信の原理を点電極と線電線を例に説明する。
〔本発明の原理について〕
改良杭を施工するため、掘削を開始する地表を原点とし、図１３に図示したように、長さＤ［ｍ］の掘削ロッドが原点から垂直に地中に存在する場合を想定する。この時、掘削ロッドを伝送のための線電極とする。掘削ロッドの先端の深度Ｄ［ｍ］に掘削ロッドと絶縁された点電極を想定する。点電極は、伝送のための基準電位（グランド）とする。

【0018】

掘削ロッドを通じた電場による伝送には、１００ｋＨｚ程度の交流を想定し、表皮効果や誘導を無視する。そうすることで、伝送に使用する線電極や点電極に直流を印加した場合（直流比抵抗法）の式がそのまま使用できる。大地の比抵抗をρ［Ωｍ］とし、線電極に＋Ｉ［Ａ］、点電極に－Ｉ［Ａ］を通電する。地表において原点から距離ｒ［ｍ］離れた地点の線電極により生じる電位Ｖ_ｌ［Ｖ］は、無限遠を電位の基準とすると次の式になる。

【数1】

【0019】

同様に、原点から距離ｒ［ｍ］離れた地表の深度Ｄ［ｍ］に設置された点電極により生じる電位Ｖ_ｐ［Ｖ］は、無限遠を基準とすると次の式になる。

【数2】

よって、原点から距離ｒ［ｍ］離れた地表の電位Ｖ_ｒ［Ｖ］は、線電極による電位と点電極による電位の差として次の式になる。

【数3】

【0020】

原点から距離ｒ_１「ｍ」と距離ｒ_２「ｍ」の地点における電位差ΔＶは次の式のようになる。

【数4】

【0021】

〔計算例１〕
この式を利用し、電位分布をグラフ化すると、図１４及び図１５のグラフのようになる。ここで、計算するとき、大地の比抵抗は１００［Ωｍ］、電流は１０［ｍＡ］、掘削ロッドの長さ（点電極深度）は３０［ｍ］（深部）とし、横軸は、原点からの距離を示し、縦軸は電位を示している（以下、同様である。）。

【0022】

線電極による電位Ｖ_ｌは、地表の原点からの距離に対し大きく減衰するのに対し、深度Ｄ［ｍ］に設置された点電極による電位Ｖ_ｐは地表の原点からの距離に対し減衰はわずかである。これは、点電極により生じる電位分布は点電極を中心に同心円状を示す。点電極を中心に半径方向では距離に比例して減衰するのに対し、点電極を中心とした周方向では電位は一定である。

【0023】

地表の原点から離れる方向に移動すると、深度Ｄ［ｍ］に設置された点電極による電位分布の周方向への移動に近いことから、電位の減衰がわずかになる。その傾向は、点電極の深度が深くなるにつれて周方向の移動に近づくことから、電位の減衰はより少なくなる。線電極による電位分布は、地表の原点から離れるに従い、原点からの距離と深度の比の対数により減衰する。

【0024】

原点付近の電位の減衰は大きいが、原点からある程度離れると電位の減衰は緩やかになる。線電流源と点電流源の差として測定される電位に対し、原点から基準電極（ｒ_２）の距離を大きく離してもそれほど電位差は大きくならないことが予測できる。隣接する掘削ロッドとの干渉を避けるためには、電位電極（ｒ_１）と基準電極（ｒ_２）の間隔は必要以上に大きくする必要はない。

【0025】

〔計算例２〕
この式を利用し、別の条件で電位分布をグラフ化すると、図１６及び図１７のグラフのようになる。ここで、計算するとき、大地の比抵抗は１００［Ωｍ］、電流は１０［ｍＡ］、掘削ロッドの長さ（点電極深度）は５［ｍ］（深部）とした。

【0026】

線電極による電位Ｖ_ｌは、地表の原点からの距離に対し大きく減衰するのに対し、点電極による電位Ｖ_ｐは、地表の原点からの距離に対し減衰はわずかである。原点付近の電位差が大きいことから、基準電極（ｒ_２）は距離を大きく離してもそれほど電位差は大きくならない。隣接する掘削ロッドとの干渉を避けるためには、電位電極（ｒ_１）と基準電極（ｒ_２）の間隔は必要以上に大きくする必要はない。

【発明の効果】

【0027】

本発明によると、次の効果が奏される。本発明によると、地盤改良の特性、地盤改良翼の挙動等を検知して、掘削工具から送信し、地上でそれを受信することで、地盤改良機及び地盤改良の挙動を把握することができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】図１は、本発明の第１の実施の形態の地盤改良・掘削データ通信装置１の概要を示す概念図である。

【図2】図２は、本発明の第１の実施の形態の地盤改良・掘削データ通信装置１を備えた地盤改良機１０を示す概念図である。

【図3】図３は、本発明の第１の実施の形態において、地盤改良機１０に搭載された掘削工具１８の縦断面図である。

【図4】図４は、本発明の第１の実施の形態において、送信器２の構成例を示すブロック図である。

【図5】図５は、本発明の第１の実施の形態において、受信器３の構成例を示すブロック図である。

【図6】図６は、本発明の第１の実施の形態において、受信器３の同期部４５の構成例を示すブロック図である。

【図7】図７は、本発明の第１の実施の形態において、供回り防止翼２４に送信器２を設置した例の様子を示す図であり、図７（ａ）は供回り防止翼２４の平面図、図７（ｂ）は供回り防止翼２４の正面図、図７（ｃ）は供回り防止翼２４の羽体２４ａの端部の正面図（供回り防止翼２４の側面図）である。

【図8】図８は、本発明の第１の実施の形態において、供回り防止翼２４に送信器２を設置した他の例の様子を示す図であり、図８（ａ）は供回り防止翼２４の平面図、図７（ｂ）は供回り防止翼２４の正面図である。

【図9】図９は、本発明の地盤改良・掘削データ通信装置１を備えた地盤改良機１０において、地盤改良機のエンジン回転中にデータ送信試験（１ｋＨｚ）を行った結果を示すグラフであり、図９（ａ）はオシロスコープによって受信した信号を、図９（ｂ）は図９（ａ）の信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）して示している図である。

【図10】図１０は、本発明の地盤改良・掘削データ通信装置１を備えた地盤改良機１０において、地盤改良機のエンジン回転中にデータ送信試験（５ｋＨｚ）を行った結果を示すグラフであり、図１０（ａ）はオシロスコープによって受信した信号を、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）して示している図である。

【図11】図１１は、本発明の地盤改良・掘削データ通信装置１を備えた地盤改良機１０において、供回り防止翼を降下させながらデータ送信試験（１０ｋＨｚ）を行った結果を示すグラフであり、図１１（ａ）はオシロスコープによって受信した信号を、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）して示している図である。

【図12】図１２は、本発明の地盤改良・掘削データ通信装置１を備えた地盤改良機１０において、データ送信試験（２０ｋＨｚ）を行った結果を示すグラフであり、図１２（ａ）はオシロスコープによって受信した信号を、図１２（ｂ）は図１２（ａ）の信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）して示している図である。

【図13】図１３は、本発明のデータ通信に利用される通信原理を説明するための説明図である。

【図14】図１４は、本発明のデータ通信に利用される通信原理の説明において、計算例１（点電極深度３０ｍ）を示すグラフである。

【図15】図１５は、本発明のデータ通信に利用される通信原理の説明において、計算例１（点電極深度３０ｍ）を示すグラフである。

【図16】図１６は、本発明のデータ通信に利用される通信原理の説明において、計算例２（点電極深度５ｍ）を示すグラフである。

【図17】図１７は、本発明のデータ通信に利用される通信原理の説明において、計算例２（点電極深度５ｍ）を示すグラフである。

【図18】図１８は、本発明の第３の実施の形態において、第２送信電極５及び絶縁体５ａを示す図であり、図１８（ａ）は上面図、図１８（ｂ）は正面図である。

【図19】図１９は、本発明の第３の実施の形態において、第２送信電極５及び絶縁体５ａを供回り防止翼２４に設置した様子を示している図である。

【図20】図２０（ａ）は、本発明の第４の実施の形態において、供回り防止翼２４の例を示す図であり、図２０（ａ）は、第２送信電極５と絶縁体５ａが設置された供回り防止翼２４の支持体２４ｅを図示した図で、図２０（ｂ）は図２０（ａ）のＡ－Ａ断面の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

［第１の実施の形態］
次に、本発明の第１の実施の形態を図に基づき説明する。図１は本発明の電場を用いた地盤改良・掘削データ通信装置１（以下、「地盤改良・掘削データ通信装置１」という。）の概要を示す概念図である。図２は本発明の第１の実施の形態の地盤改良・掘削データ通信装置１を備えた地盤改良機１０を示す概念図であり、図３は地盤改良機１０に搭載された掘削工具（削穴ビット、攪拌翼、共回り防止翼等を「掘削工具」という。）１８の縦断面図である。

【0030】

地盤改良・掘削データ通信装置１は様々な地盤施工用機械に搭載できるが、ここで、図２に図示したように地盤改良機１０を例に説明する。地盤改良・掘削データ通信装置１は、センサー８で検知した検知データを送信するための送信手段である送信器２と、送信された検知データを受信し、信号処理して出力するための受信手段である受信器３等からなる。送信器２は、地盤改良機１０の掘削工具１８に設置されている。受信器３は地上に設置されるものであり、本例では地盤改良機１０の本体１１の付近に設置されている。

【0031】

本実施の形態における地盤改良機１０は、図２に図示したように、掘削工具１８によって地盤に掘削穴２８を掘削しながら、掘削土を地盤改良材と混合撹拌するためのものである。図２に図示したように、地盤改良機１０の本体１１は、車体と一体の運転台１２、移動手段としてのクローラー１３、アウトリガー１４等からなる。地盤改良機１０は、ガイド本体１５、リーダー１６、回転ロッド１７、掘削工具１８、回転駆動部１９（駆動モータ）等を備える。

【0032】

掘削工具１８は、地盤を掘削するためのもので、送信器２を搭載している。掘削工具１８は、回転ロッド１７の先端に搭載され、回転ロッド１７の下端部に搭載された回転駆動部１９によって、回転ロッド１７と共に回転し、地盤を掘削する。地盤改良機１０は、クローラー１３で任意位置へ自力移動が可能であり、クローラー１３で移動し所定位置に到達すると、油圧式のアウトリガー１４により地面に安定的に設置される。

【0033】

地盤改良機１０、そのリーダー１６を起伏用の油圧シリンダー２０の駆動で所定の角度で傾倒させて、例えば図２の例では鉛直に立てて、掘削作業を行う。リーダー１６には案内台２１が設けられる。案内台２１はフィールド用油圧モータ、チェーン等からなる昇降駆動手段でリーダー１６上を上下方向に移動可能である。リーダー１６の下部には、回転ロッド１７を下方で支持し揺れ止めするための支持体２７が設けられている。

【0034】

回転ロッド１７は昇降手段により直線駆動される案内台２１を介して上下に移動され、かつヘッドに内蔵した回転駆動部１９により回転駆動される。回転ロッド１７が回転駆動されると、その先端の掘削工具１８は回転し、地盤に掘削穴２８掘削しながら、前進し掘削土を地盤改良材と混合撹拌する。リーダー１６、回転ロッド１７は金属製であり、地盤改良機１０の本体１１とは支持体２７、ガイド本体１５、リーダー１６、回転駆動部１９等を介して、これらの構成部は全て金属製であるため、電気的に導通し接続されている。

【0035】

本発明の地盤改良・掘削データ通信装置１は、地上を移動可能な地盤改良機１０に組み込まれているので、地盤改良機１０の移動と共に移動する。掘削工具１８はその先端の削穴ビット２２で地盤を掘削し、掘削土を上方へ移送・攪拌する。そして、回転ロッド１７に固定された攪拌翼２３ａ，２３ｂと、回転ロッド１７に回転自在に設けられた供回り防止翼２４により、この掘削土を攪拌しながら地盤改良材と混合し混合土にする。ここで、攪拌翼２３ａ，２３ｂと供回り防止翼２４は地盤改良翼として機能する。

【0036】

図３の回転ロッドの先端部の縦断面図から理解されるように、本実施の形態の回転ロッド１７は、管状の単体軸であり、回転ロッド１７の地盤底側に削穴ビット２２が配置され、この削穴ビット２２は回転ロッド１７を駆動する回転駆動部１９の駆動により、回転ロッド１７と共に一体的に回転駆動される。削穴ビット２２は、その回転外径が地盤改良柱の外径（掘削穴２８の内径）に一致する。

【0037】

削穴ビット２２は、複数の刃部が削穴ビット２２の半径方向に直線上に配置されており、これは地盤改良柱の地盤底の低面を削りながら下方に前進し掘削を行う。又、削穴ビット２２の近傍の回転ロッド１７の先端部には、地盤改良材を掘削穴２８内に注入するための吐出穴２５が配置されている。地盤改良材は、地上部の供給装置（図示せず。）から、この回転ロッド１７の中心に配置されたパイプの中空部１７ａを介して供給され、掘削された地盤底側の掘削穴２５に吐出される。

【0038】

この削穴ビット２２の上部は、これと同径に一端が回転ロッド１７に溶接により一体に固定された半径方向に配置された翼である攪拌翼２３ａに固着されている。即ち、二つの攪拌翼２３ａは、それぞれねじれ板形状の２つの羽根からなり、２つの羽根は半径方向に回転ロッド１７を挟んで、１８０度の角度で対向して配置されている。攪拌翼２３ａの上部の回転ロッド１７には、９０度角度位相が異なる同様な構造である攪拌翼２３ｂが配置されている。

【0039】

回転ロッド１７の下部に配置された削穴ビット２２と攪拌翼２３ｂとの間には、軸受２６が回転ロッド１７に固定されている。供回り防止翼２４は軸受２６に回転自在に設けられている。図７に図示したように、この供回り防止翼２４は、回転ロッド１７を挟んで２つの板状の羽根体２４ａがボルト２４ｃによる締結により、１８０度の半径方向に延在し、かつ供回り防止翼２４の羽根面が、掘削穴２８の中心線（回転ロッド１７の軸線）を含む面に配置された構成となっている。

【0040】

この供回り防止翼２４の外周先端部２４ａの一部は、掘削穴２８の内周壁の外側に食い込み接触するようになっている。即ち、この供回り防止翼２４の先端部２４ａの先端は、削穴ビット２２の回転円軌跡より直径が大きくなるように設定される。回転ロッド１７、供回り防止翼２４、軸受２６は全て金属製であり、互いに電気的に接続されている。回転ロッド１７の上部には、図示しないが、回転している回転ロッド１７に地盤改良材を連続的に供給するための継手であるウォータースイベルが搭載されている。

【0041】

［地盤改良方法の施工例］
次に、地盤改良機１０により地盤改良を行う方法について説明する。地盤改良のために地盤に貫入する際は、地盤改良機１０の回転駆動部により回転ロッド１７が正転駆動回転される。この回転は、削穴ビット２２と翼体の複数の刃部が地盤に食い込み掘削した掘削土を上方へ移送させながら下降される。

【0042】

この地盤貫入の進行に伴って、供回り防止翼２４の中心部は軸受２６上に回転自在な状態に支持されているが、供回り防止翼２４の外周端の軌跡になる円は掘削穴２８より大きく直径が設定されているので、掘削時に供回り防止翼２４の外周端部が掘削穴２８の内周の壁面に食い込み、供回り防止翼２４は回転停止状態になる。削穴ビット２２と攪拌翼２３ａ，２３ｂは、回転を継続して掘削するので、供回り防止翼２４は相対回転の状態、即ち供回り防止翼２４のみ回転停止状態で、掘削穴２８の内周壁面の回転軸線を含む面方向に食い込みながら掘削方向に進行する。

【0043】

このとき同時に地盤改良材が注入され、吐出穴２５から吐出される。この注入により掘削された掘削土は、掘削と同時に攪拌翼２３ａ，２３ｂと回転しない供回り防止翼２４により攪拌され、地盤改良材との混合土となり、その攪拌に伴い相対的に徐々に上方へもたらされる。この攪拌において掘削土は、回転する攪拌翼２３ａ，２３ｂと回転停止している供回り防止翼２４の間で、攪拌・裁断され回転方向と上下方向に対流しながら攪拌される。

【0044】

上述のように、地盤改良機１０とその構成部分の概略を説明したが、これらの構造、機能は、公知であり、その説明は省略する。地盤改良機１０によって、掘削穴を掘削しながら地盤改良を行うとき、供回り防止翼２４が回転しているか否か測定して把握することで、地盤改良の特性を知ることができる。供回り防止翼２４が回転していると、掘削土と地盤改良材が撹拌翼と共に回転していることになり、地盤改良が行われていないか、その地盤改良柱の品質が下がっていることを意味する。

【0045】

そのため、供回り防止翼２４の回転、その回転速度、回転加速度を測定して把握することで、地盤改良柱の品質を把握することができる。本発明の地盤改良・掘削データ通信装置１は、センサー８で供回り防止翼２４の回転、その回転速度、回転加速度等を測定し、地上へ送信するものである。また、地盤改良中に、センサー８で、改良土の比抵抗、圧力等を測定し、地上へ送信することもできる。

【0046】

［地盤改良データ通信装置］
地盤改良・掘削データ通信装置１について説明する。地盤改良・掘削データ通信装置１の概要を図１にブロック図で図示している。地盤改良・掘削データ通信装置１は、地中のセンサー８、センサー８で検知した検知信号を信号処理し送信するための送信器２、送信された信号を受信し信号処理して出力するための地上の受信器３等からなる。受信器３から出力された信号は電子計算機９等で受信し、信号処理等を行い、その結果を電子計算機９の表示手段に表示、又は他の機器等へ送信する。

【0047】

ユーザは、電子計算機９で表示され信号処理された受信信号を閲覧し、地盤改良の状況を確認することができる。送信器２は第１送信電極４と第２送信電極５を有する。第１送信電極４は、回転ロッド１７に電気的に接続される。正確には、本例では、第１送信電極４は、供回り防止翼２４に接続され、軸受２６を介して回転ロッド１７に接続されている。受信器３は第１受信電極６と第２受信電極７を有する。第１受信電極６は回転ロッド１７に電気的に接続される。

【0048】

第１受信電極６は地盤改良機１０の本体１１等のように回転ロッド１７に電気的に接続されている地盤改良機１０の構成部分に設置され、これらの構成部分が回転ロッド１７を介して第１送信電極４に電気的に接続される。本例では、第１受信電極６はクローラー１３に接続され、最終的に、回転ロッド１７に接続される。

【0049】

以下、送信器２と受信器３について詳細に説明する。センサー８は、掘削工具１８の各種データ、改良中の改良土の各種特性を検知するためのもので、供回り防止翼２４等に設置されるものである。図１には、例として１個のセンサー８を表示しているが、同じ種類のデータ又は異なる種類のデータを検知するための複数のセンサーを備えることもできる。また、センサー８と送信器２は、供回り防止翼２４の羽部、回転ロッド１７等の部材の内部に又は接して設置されるが、図１には、説明をわかりやすくするために図式的にブロック図で表示している。

【0050】

送信器２は、信号送信のために第１送信電極４と第２送信電極５を有する（図８参照）。第１送信電極４は、回転ロッド１７に接して、特に電気的に回転ロッド１７に接して設置され、導線で送信器２に接続される。第２送信電極５は、供回り防止翼２４に設置されるもので、第１送信電極４から所定の距離を有して、供回り防止翼２４の掘削穴２８の壁面側の端部に設置される（図７を参照。）。

【0051】

本実施の形態では、第２送信電極５は供回り防止翼２４の羽体の端部に電極用穴２９を形成してその内部に設置されている。第２送信電極５は、供回り防止翼２４と電気的に接しないように、第２送信電極５と供回り防止翼２４の羽体との間は絶縁体を介在して固定設置されている。第２送信電極５は送信器２に導線で接続される。この導線は、電極用穴２９から送信器２の本体までに羽体の表面又は中に形成した溝部に設置、又は、羽体の表面に固定することでも良い。

【0052】

受信器３は、信号受信のために第１受信電極６と第２受信電極７を有する。第１受信電極６は、電気的に回転ロッド１７に接して設置される。本実施の形態において、第１受信電極６の設置位置は、例として、地盤改良機１０の本体１１又はクローラー１３に接して設置されている。本体１１とクローラー１３は、回転ロッド１７とは、電気的に接続されているので、第１受信電極６は回転ロッド１７と電気的に接続する。

【0053】

第１受信電極６は導線で受信器３に接続されている。第２受信電極７は、図１に図示したように、第１受信電極６と、それと電気的に接続している回転ロッド１７から所定の距離Ｌを有して設置される。本実施の形態において、第２受信電極７は、地盤改良機１０の本体１１の付近で作業現場の地盤に設置されている。第２受信電極７は受信器３に導線で接続される。送信器２と受信器３について詳しく説明する。

【0054】

図４に送信器２の構成例を、図５に受信器３の構成例をブロック図で図示している。センサー８は導線で送信器２に接続されており、地盤、特に改良中の地盤の特性を検知して、検知信号を送信器２へ出力する。センサー８と送信器８が供回り防止翼２４に形成された穴、又は供回り防止翼２４の羽体の表面等に固定されているので、掘削工具１８が正常動作している間は、時に地盤改良中に回転ロッド１７の周りを移動しないで検知信号を取得する。

【0055】

センサー８は、例えば、供回り防止翼２３の回転速度、回転加速度、改良地盤の比抵抗、非接触箇所（地盤改良土又は地盤改良翼）の圧力、被接触物の温度、被接触物の湿度、被設置個所の物理的なひずみ等を測定するセンサー配置することができ、公知の原理、構造のあらゆるセンサーを使用できる。

【0056】

センサー８と送信器２と接続する導線、送信器２と第１送信電極４、第２送信電極５を接続する導線は、供回り防止翼２４の羽体の表面に作った溝等に設置、又は、羽体の表面に強力な接着剤等で貼り付けることもできる。供回り防止翼２４の羽根体と羽根面は、掘削土と地盤改良材に常に接触するので、できるかぎり羽根面から突出しないように設置されることが好ましく、又掘削土が侵入しないように、導線が設置された溝が充填材等でシールすることが好ましい。

【0057】

〔送信器〕
図４には、送信機２の構成例をブロック図で図示している。送信器２は、Ａ／Ｄ(Analogue/Digital)変換部３０、信号発振部３１、信号処理部３２、増幅部３３、送信部３４等からなる。Ａ／Ｄ変換部３０はセンサー８と接続し、センサー８で検知したアナログ信号をディジタル信号に変換するものである。信号発振部３１は、水晶発振器等からなり信号処理に必要なクロックを発生させるためのものである。

【0058】

信号処理部３２は、Ａ／Ｄ変換部３０から出力されたディジタル検知信号、信号発振器３１から主力クロックを取得して、ディジタル検知信号を信号処理して、送信信号を出力するものである。増幅部３３は、信号処理部３２から出力される送信信号を増幅するためのものである。送信部３４は、第１送信電極４及び第２送信電極５からなり、送信信号をこれらの電極を利用し、信号送信するためのものである。

【0059】

信号発振部３１は、例えば、水晶発振器と（１／ｐ）分周器からなり、後段の信号処理部３２に動作クロックを提供する。信号処理部３２は、計測したデータを処理するＭＰＵ（Micro-processing unit）等からなり、受信信号をディジタル信号に変換し、伝送に必要な周波数で変調して出力する。

【0060】

ここで利用する水晶発振器は変調周波数を安定化させるために、変調周波数（キャリア周波数）の数百倍の周波数のものを分周して使用する。センサー８は、地盤の特性を検知できる任意の種類のセンサーを利用できるが、例えば、供回り防止翼２４の動作する加速度を検知する加速度センサー、供回り防止翼２４の動作の角速度を検知する角速度センサー、地盤の温度を検知する温度センサー、地盤の圧力を検知する圧力センサー等を利用することができる。

【0061】

本実施の形態において、センサー８は、供回り防止翼２５に設置された例を説明しているので、供回り防止翼２５に限定して加速度センサー、角速度センサーを限定したが、この限りではない。センサー８は、掘削工具１８の各構成部分、例えば、回転ロッド１７、撹拌翼２３等に設置されることができ、この発明の範囲に入る。供回り防止翼２４は、掘削工具１８の構成部分の中で、回転運動をしない部品である。そのため、送信された信号を受信する上、信号が比較的に安定するので、センサー８と送信器２は供回り防止翼２４に設置されることが好ましい。

【0062】

また、センサー８は、検知した信号をディジタル信号で出力するディジタルセンサー、又は、Ａ／Ｄ変換機能を内蔵したセンサーを使用でき、これらのセンサーも本発明でいうセンサーの範囲に含まれる。この場合、上述のＡ／Ｄ変換部３０は必要なく、又は、センサー８が直接信号処理部３２に接続される。送信器２は、図示しないが、その構成部に必要な電源を供給できる電源部を有する。

【0063】

電源部は、バッテリ又は掘削工具１８の動作又は地盤改良の圧力で電力発生する圧電素子からなるものも使用できる。また、信号の変調方式として、強度変調、周波数変調等を利用することができる。特に、雑音に対して良好な感度を示すＢＰＳＫ (Binary Phase Shift Keying)、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying)、ＦＳＫ（Frequency Shift Keying）等が好ましい。

【0064】

本発明で使用する周波数は商業電力の周波数より高く、特に限定しないが、１ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下、好ましく５ｋＨｚ～３０ｋＨｚの領域が好ましい。また、通信方式としては、特に限定しないが、電力線搬送通信（ＰＬＣ：Power Line Communication）が利用でき、特にＰＬＣに利用する直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ方式）、スペクトラム拡散変調方式（ＳＳ方式）等が利用できる。

【0065】

〔受信器〕
図５には、受信器３の構成例をブロック図で図示している。受信器３は、受信部４０、増幅部４１、ＨＰＦ（High-pass filter）４２、ＬＰＦ(Low-pass filter)４３、増幅部４４、同期部４５信号処理部４６、ＬＰＦ４７等からなる。受信部４０は、送信器２から送信された送信信号を受信するためのものであり、第１受信電極６と第２受信電極７からなる。

【0066】

受信部４０で受信された受信信号は増幅部４１へ出力される。増幅部４１は、受信部４０で受信された信号を増幅するためのものある。受信部４０で受信された信号は、送信された無線信号を受信するので微弱である。そのため、この受信信号を増幅部４１で増幅する。増幅４１は、基本的に、受信した信号の振幅を信号処理に必要な大きさになるように増幅する。

【0067】

ＨＰＦ４２は遮断周波数（第１遮断周波数）以上の周波数の信号を通過させ（ほぼ減衰せず）、所定周波数以下の周波数の信号をカットする（低減する）ものである。ＬＰＦ４３は遮断周波数（第２遮断周波数）以下の信号を通過させ、遮断周波数以上の信号を低減するものである。よって、増幅部４１から出された増幅された受信信号は、ＨＰＦ４２とＬＰＦ４３を通過し、第１遮断周波数と第２遮断周波数の間の周波数の信号になり、信号処理に不必要な信号が遮断される。

【0068】

以下、この通過信号は受信信号として説明する。ＬＰＦ４３から出力された受信信号は、同期部４５と増幅部４４へ入力され、両部を通過して信号処理部４６にて信号処理される。増幅部４４は、ＬＰＦ４３から入力された受信信号を増幅するものである。同期部４５は、受信信号を信号処理し、信号の位相同期し出力するものである。

【0069】

信号処理部４６は同期部４５から受信した信号を用いて、増幅部４４から受信した信号を信号処理し、２値化して出力する。信号処理部４６から出力された出力信号は後段の信号処理に必要ない高周波数分、雑音等をＬＰＦ４７で遮断し、最終的に出力信号を出力する。同期部４５はこの機能を実現できるものであれば、任意の回路を利用することができるが、図６にその一構成例を図示している。

【0070】

図６に図示した同期部４５は、信号を増幅するための増幅部５０、受信信号を直流電圧に整流するための整流部５１、遮断周波数以下の信号を増幅するためのＬＰＦ・増幅部５２、信号パルスを平滑化するためのコンバータ５３、信号のクロックパルスを整える１／２分周部５４、信号の位相を同期するためのＰＬＬ（Phase Locked Loop）５５、ＣＮＴ（Counter）５６等からなる。増幅部５０は、入力された信号（ＬＰＦ４３から入力された受信信号）を信号処理に必要な振幅までに増幅するためのものでる。

【0071】

増幅部５０で増幅された受信信号は、整流部５１で直流信号に変換される。整流部５１から出力された信号は、ＬＰＦ・増幅部５２で遮断周波数以下の信号が取り出され、増幅される。ここでは受信信号を整流するときに入ったノイズ、残った交流信号等が低減される。コンバータ５３ではＬＰＦ・増幅部５２から出力される信号のパルスを平滑化して出力する。１／２分周部５４は、コンバータ５３から出力された信号のクロックパルスを整え後段の回路へ出力する。

【0072】

ＰＬＬ５５では、１／２分周部４４と増幅部４４から出力された信号を受信して位相同期してＣＮＴ５６から出力される。信号処理部４６は、受信したデータを処理するＭＰＵ（Micro-processing unit）等からなり、受信信号をディジタル信号に変換し、伝送に必要な周波数で変調して出力する。受信器３は、図示しないが、その構成部に必要な電源を供給できる電源部を有し、電源部はバッテリ、ソーラー電池、地盤改良機の電源、モータ等に接続等の任意の電源を利用することができる。

【0073】

図７は、本発明の第１の実施の形態において、供回り防止翼２４に送信器２を設置した例を示す図であり、図７（ａ）は供回り防止翼２４の平面図、図７（ｂ）は供回り防止翼２４の正面図、図７（ｃ）は供回り防止翼２４の羽体２４ａの端部の正面図（供回り防止翼２４の側面図）である。この供回り防止翼２４は、回転ロッド１７を挟んで２つの板状の羽根体２４ａがボルト２４ｃによる締結により、１８０度の半径方向に延在し、かつ供回り防止翼２４の羽根面が、掘削穴２８の中心線方向と平行に配置された構成となっている。

【0074】

これにより、羽根体２４ａは、一端部は半円孔を形成する半円筒体２４ｂを有し他端は板状を構成する２部材からなる。二つの半円筒体２４ｂにより、供回り防止翼２４の中心には、軸受を較正する円筒孔２４ｅが形成される。この供回り防止翼２４の外周の先端部は、掘削穴２８に縦方向に食い込み接触する。即ち、この供回り防止翼２４の先端部２４の先端は、削穴ビット２２の回転円軌跡より直径が大きくなるように設定されている。送信器２は、図７に図示したように、供回り防止翼２４の羽根体に設置されている。

【0075】

送信器２は、供回り防止翼２４の羽根体２４ａに形成された穴内に設置されている。この供回り防止翼２４の羽根体と羽根面は、掘削土と地盤改良材に常に接触しているので、送信器２は、羽根面又は羽根内に埋め込むように配置し、ビス等の機械的な固着手段で固定される（図示せず。）。送信器２は、供回り防止翼２４の羽根面に固定されているので、供回り防止翼２４が回転すると、送信器２はそれと共に回転する。

【0076】

第１送信電極４は、供回り防止翼２４の羽根体２４ａの回転ロッド１７側の端部、例えば、半円筒体２４ｂ内に設置され、送信器２の本体と導線で接続される。この導線は、羽根体２４ａの中に形成した溝に設置されるか、羽根体２４ａの表面に固定される。例えば、この導線は、供回り防止翼２４の表面に接着材等で固定される。このように、第１送信電極４は供回り防止翼２４と軸受け２６を介して、回転ロッド１７と電気的に接続するように設置される。

【0077】

第２送信電極５は第１送信電極４（図３、図７）から所定距離離れた箇所に設置されるが、供回り防止翼２４及び回転ロッド１７と電気的に接続しないように設置するため、第２送信電極５は供回り防止翼２４に絶縁体を介して設置される。送信器２と第２送信電極５を接続する導線は、供回り防止翼２４の表面に接着材等で固定されている。

【0078】

図７には、送信器２の他の設置例として、羽根体２４ａを固定しているボルト２４ｃに近い位置に送信器２を配置しているが、２枚の羽根体２４ａの接合部に空所を設け、この内部に送信器２を収納する例である。また、２枚の羽根体２４ａの片方のみに、又は半円筒体２４ｂに空所を設け、この内部に送信器２を収納する。送信器２４は、可能な限り地盤改良材等の流動を妨げないよう、羽根面から突出しないように設置したものが好ましい。又掘削土が侵入しないように、充填材、シール材等でシールする構造が好ましい。

【0079】

図８は、送信器２の他の設置例として、羽根体２４ａの表面に送信器２を配置したものである。送信器２は、羽根面に穴を形成しその中に埋め込むように固定して配置し、ビス等の機械的な固着手段で固定される（図示せず。）。また、送信器２は、羽根面に接着材で固定しても良く、この場合、追加部品が必要なく安価になる。

【0080】

〔試験測定〕
以下、本発明の地盤改良・掘削データ通信装置１を備えた地盤改良機１０において、データ送信試験を行った結果を説明する。上述の説明した図４に図示した構成の送信器２を用い、送信機２を共回り防止翼２４の中に穴を形成して設置し試験を行った。試験には、動作周波数であるキャリア周波数を１ｋＨｚ，３ｋＨｚ，５ｋＨｚ，１０ｋＨｚ，２０ｋＨｚに設定してデータ送信試験を行った。

【0081】

受信側は、オシロスコープと受信器３で信号を受信し分析した。結果として、送信信号を良好な感度で受信することができた。この試験において、第１送信電極４は、図８に図示したように、共回り防止翼２４に接触するように配置された。第２送信電極５は、共回り防止翼２４とナイロン樹脂のキャップにより絶縁されて設置されている。第１受信電極６は、地盤改良機１０のクローラー１３（図２を参照。）と接触して設置した。

【0082】

第２受信電極７は、地盤改良機１０の近くの地面と接触し、例えば、地面に打ち込んだ金属製のアングルに接続させた（図２を参照。）。これにより、第１送信電極４、回転ロッド１７、地盤改良機１０、第１受信電極６は、ほぼ等電位になる。地盤改良機１０によって、６ｍ地下まで攪拌翼と共回り防止翼２４を利用し掘削し、通信試験を行った。この試験を行った地盤の地下の地質は、砂や粘土であり含水率が低い状態であったため、高比抵抗の地面であり、電位差が付き易く信号受信が受信し易い条件であった。

【0083】

また、加速度と地磁気等のセンサーで検知した検知データを、送信器で受信し、この受信したデータを強度による２値変調（ｏｎ、ｏｆｆ変調）を行い、送信した実験を行った。この実験では１．５ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚの搬送波を利用し、第１送信電極、第２送信電極でデータを送った。地上では、第１受信電極と第２受信電極で受信したデータを増幅器（アンプ）で増幅し、オシロスコープで計測した。

【0084】

この実験結果は、図９～図１２に図示したデータであり、詳しくはオシロスコープによるデータの受信結果である。オシロスコープの入力電極を第１受信電極６と第２受信電極７によって検知した信号を増幅してオシロスコープで受信した信号をディスプレイに表示して確認した。オシロスコープでは、受信信号をＦＦＴ分析し結果を見ると、キャリア周波数の箇所が他の周波数より受信レベル（電圧）が高い結果が得られており、データが受信できていることが確認できた。

【0085】

図９～図１２は、キャリア周波数をそれぞれ１ｋＨｚ、５ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚに設定して行った試験のデータ結果である。但し、図９と図１０は地盤改良機のエンジン回転中に、図１１は掘削工具１８を降下しながら（供回り防止翼２４を降下しながら）、図１２は掘削工具１８を止めた時に行った試験のデータ結果である。図９～図１２において、この各図（ａ）は受信信号を示したもので、横軸は時間を示し、縦軸は信号振幅（Ｖ）を示す。図９～図１２において、この各図（ｂ）は夫々の図（ａ）の信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）したものであり、横軸は周波数を、縦軸は信号振幅を示している。

【0086】

図９（ｂ）～図１２（ｂ）に示したように、キャリア周波数で良好な受信感度が得られている。また、図１０（ｂ）に矢印で図示したように地盤改良機１０のモータによるノイズ、図１１（ｂ）に矢印で図示したように現場（工場）のノイズ等の特定の設備等から発生した信号を受信している。

【0087】

上述の試験結果からみると、本発明の地盤改良・掘削データ通信装置１を用いて、地盤改良中に検知データを送信し、地上で受信することができた。

【0088】

〔第２の実施の形態〕
以下、本発明の第２の実施の形態について説明する。本発明の第２の実施の形態は上述の本発明の第１の実施形態と基本的に同じであり、異なる部分についてのみ説明する。本発明の第２の実施の形態において、第１受信電極６’は、図１及び図２に図示したように、掘削穴２８の地表付近に設置される。従って、第１受信電極６’は、回転ロッド１７から離れて設置される。

【0089】

また、第１受信電極６’の設置位置は回転ロッド１７との距離が第２受信電極７より短いので、第２受信電極７とも所定距離離れて設置されることになる。よって、第１受信電極６’と第２受信電極７が離れて設置されるので、電位差が生じ、送信器２からの送信信号を受信できる。

【0090】

〔第３の実施の形態〕
以下、本発明の第３の実施の形態について説明する。本発明の第３の実施の形態は、上述の本発明の第１及び第２の実施形態と基本的には同じ配置、機能であり、異なる部分についてのみ説明する。本発明の第３の実施の形態の地盤改良・掘削データ通信装置１は、図１８及び図１９に図示したように、供回り防止翼２４の支持体２４ｅには、この円筒孔２４ｄの近傍に設置した送信器２、支持体２４ｅの外面に設置した第２送信電極５と絶縁体５ａからなる。

【0091】

送信器２の第１送信電極４（図８参照）は、供回り防止翼２４に、詳しくは供回り防止翼２４の羽体２４ａ、支持体２４ｅ等に接続される。第２送信電極５は、供回り防止翼２４に絶縁体５ａを介して設置されている。この第２送信電極５は、箱型の形状を成している。第２送信電極５は、材質が金属であり、好ましくは鉄鋼製が良い。絶縁体５ａは、同じく箱型の形状をしている。

【0092】

絶縁体５ａは、電気的に絶縁性のものであれば任意の材料を利用することができる。例えば、絶縁体５ａは、絶縁性のあるナイロン等のエンジニアリングプラスチックを利用することができる。第２送信電極５は、供回り防止翼２４の外面（外部）に絶縁して設置される。詳しくは、第２送信電極５は、供回り防止翼２４の支持体２４ｅの上下に、又は、羽体２４ａの任意の外面に絶縁して設置される。

【0093】

図１９に図示したように、供回り防止翼２４は、軸受２６（図３）に固定される支持体２４ｅと、これに固着された羽体２４ａからなる。図１９に図示したように、支持体２４ｅは中心が中空でその外側は矩形であり、その中間部が 軸受２６に合致する円筒孔２４ｆを有する。支持体２４ｅの角部に羽体２４ａの端部が固定されている。回転ロッド１７の軸線に沿った２４ｅの高さは、羽体２４ａの高さ以上である。

【0094】

支持体２４ｅの中空部に、送信器２が設置されている。図１９に図示したように、支持体２４ｅの角部の上部に、絶縁体５ａが設置され、その上に中央部に第２送信電極５が設置されている。絶縁体５ａと第２送信電極５が一体になっており、支持体２４ｅにはボルト用穴５ｂにボルト等によって、固定される。図示しないが、支持体２４ｅの角部の下部又は、羽体２４ａの上下若しくは側面に、絶縁体５ａと第２送信電極５が同様に設置されることができる。

【0095】

このような 本発明の第３の実施の形態の地盤改良・掘削データ通信装置１を用いて行ったデータ送受信の試験結果を以下に示す。ここで、送信器２は、通信用ボードを用いた。第２送信電極５は、幅４０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、高さ（厚さ）２５ｍｍの寸法を有する鋼鉄製の電極を利用した。絶縁体５ａは、幅８０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、高さ（厚さ）２５ｍｍの寸法を有するＭＣナイロン（登録商標）を利用した。

【0096】

共回り防止翼２４の支持体２４ｅの中に送信器２を入れ、その電極の一方は第２送信電極５、他方は共回り防止翼２４に接続した。受信側の受信器３の電極は、片方は地盤改良機１０、もう片方は地盤改良機１０の周りに配置したアースと接続し、送信器２からのデータを受信した。

【0097】

また、比較試験として、送信器２は、比抵抗計測用に複数の箇所に比抵抗計測用電極を設置した。比抵抗計測用電極は、羽根体２４ａの最先端に４個、羽根体２４ａの支持体２４ｅ側の上部に４個を設置した。

【0098】

受信器３は、メイン受信用に、ゲインで約２０?９０倍の増幅器を使用した。受信器３は、比較試験の受信用に、フィルター、通信用ボードを用いた。通信用ボードの中にはフィルターが内蔵されている。本試験では、受信データは２回フィルターを通る場合と（表１のフィルターありの場合）、通信用ボードの内蔵フィルターだけ（表１のフィルターなしの場合）の場合の２パターンで試験した。

【0099】

また、送信器２は５秒ごとに時刻データと数字データを送信した。受信器３では、フィルターは、１０倍の増幅器で入力した後に、７ｋＨｚ中心波長で５－１２ｋＨｚの信号を通すもので、５倍の増幅器を通して出力する。よって、フィルターは、受信信号強度は、５ｋＨｚ波長で２／３、１５ｋＨｚ波長で１／３になっていた。

【0100】

詳しくは、送信信号は、送信器２から出力され、第２送信電極５、地面、アースを通り、受信器３で受信される（第１ルート）。送信信号は、送信器２から出力され、供回り防止翼２４、回転ロッド１７、地盤改良機１０を通って受信器３で受信される（第２ルート）。受信器３において、受信信号は、増幅器（マイクロアンプ）、フィルターを通り受信器３で受信され、電子計算機（コンピュータ）へ出力され、 電子計算機で受信信号を解析する。

【0101】

受信側において、掘削作業を行っている地盤改良機１０に設置した第１受信器６、地盤改良機１０から離れた位置２箇所に設置した第２受信電極７を利用した（図２を参照）。２箇所の第２受信電極７は、受信器３にアースとして接続される。よって、地盤改良機１０を稼働させ、地下３ｍまで下降と上昇して掘削し通信テストを行った。

【0102】

次の表１にこの通信テストの条件と、データ再現率を示している。表１の第１欄は、試験の名称を示し、第２欄は、試験で利用した電極の種類を、第３欄は受信時のフィルターの有無を、第４欄は掘削の向きを、第５欄はデータの再現率を示す。試験の名称が試験１－４は、電極の種類が蓋電極、言い換えると絶縁体５ａを有する第２送信電極（図１８）を利用するもので、試験５－８（比較試験）は、電極の種類が比抵抗計測用電極を利用するものである。

【0103】

データの再現率とは、送信器２で送信したデータを、受信機３で受信して出力するデータを比較し、再現された度合いを示すものである。また、下の表１は、それぞれの電極で、フィルター有り無し、掘削の向きによるデータ再現率(受信率)を表したものである。データ再現率とは、５秒ごとに送信されるデータが受信側で再現されたかを表したもので、数分間計測して推定している。

【0104】

結果として、試験１と試験２、つまり本実施の形態の第２送信電極５を利用して送信し、受信側でフィルター無しが最もデータ再現率が高かった。また、フィルター有りの方がデータ再現率が低い結果となり、フィルターで測定データの位相がずれたため、再現率が低くなったと考えられる。

【表1】

【0105】

〔第４の実施の形態〕
以下、本発明の第４の実施の形態について説明する。本発明の第４の実施の形態は、上述の本発明の第１乃至第３の実施形態と基本的には同じ配置、機能であり、異なる部分についてのみ説明する。本発明の第４の実施の形態の地盤改良・掘削データ通信装置１は、図２０に図示したように、供回り防止翼２４の支持体２４ｅに設置した環状の第２送信電極５と絶縁体５ａからなる。

【0106】

図２０（ａ）は、第２送信電極５と絶縁体５ａが設置された供回り防止翼２４の支持体２４ｅを図示しており、図２０（ｂ）は図２０（ａ）に図示したＡ－Ａ断面の断面図である。図２０（ａ）には、供回り防止翼２４の羽体２４ａ（図１９を参照。）を図示せず省略している。本例では、第２送信電極５と絶縁体５ａは、環状（リング状）の形状をしており、第２送信電極５は、図２０（ａ）に図示したように、支持体２４ｅの円筒部２４ｅ’の外周に、絶縁体５ａを介して、設置される。

【0107】

円筒部２４ｅ’の内面は上述の円筒孔２４ｆである。図２０（ｂ）は、図２０（ａ）に図示した支持体２４ｅ、それに設置された第２送信電極５と絶縁体５ａのＡ－Ａ断面を示す図である。図２０（ｂ）に図示したように、支持体２４ｅと絶縁体５ａの断面はＬ字形であり、第２送信電極５の断面は四角形である。第２送信電極５は、絶縁体５ａにボルト５ｃで固定され、一体になっている。

【0108】

第２送信電極５と絶縁体５ａの一体は、特に、絶縁体５ａはボルト５ｄ等で支持体２４ｅに固定される。第２送信電極５の支持体２４ｅ側の２面は、絶縁体５ａによって支持体２４ｅと絶縁されているので、直接的に電気的に接続されない。第２送信電極５は材質が金属であり、好ましくは鉄鋼製が良い。

【0109】

絶縁体５ａは、電気的に絶縁性のものであれ任意の材料を利用することができる。例えば、絶縁体５ａは、絶縁性のあるナイロン等のエンジニアリングプラスチックを利用することができる。第２送信電極５は送信器２に接続されるので、上述の第３の実施の形態の第２送信電極５と同様の働きをするので、詳細な説明は省略する。

【0110】

〔その他の実施の形態〕
本発明は、土木工事の機械攪拌工法、高圧噴射工法、非開削工法に用いられる、地盤改良機、掘削機等の機械に利用され、特に地盤の状況、地盤中の掘削土の特性、撹拌翼の動作状況等を監視するために利用される。上述の例では、地盤改良機を例に説明したが、非開削掘削機等の土木用機械に搭載して利用することができる。

【符号の説明】

【0111】

１…地盤改良データ通信装置
２…送信器
３…受信器
４…第１送信電極
５…第２送信電極
５ａ…絶縁体
６…第１受信電極
７…第２受信電極
８…センサー
９…電子計算機
１０…地盤改良機
１１…（地盤改良機の）本体
１２…運転台
１３…クローラー
１４…アウトリガー
１５…ガイド本体
１６…リーダー
１７…回転ロッド
１８…掘削工具
１９…回転駆動部（駆動モータ）
２０…油圧シリンダー
２１…案内台
２２…削穴ビット
２３ａ，２３ｂ…攪拌翼
２４…供回り防止翼
２５…吐出穴
２６…軸受
２７…支持体
２８…掘削穴
２９…電極用穴
３０…Ａ／Ｄ変換部
３１…信号発振部
３２…信号処理部
３３…増幅部
３４…送信部
４０…受信部
４１…増幅部
４２…ＨＰＦ
４３…ＬＰＦ
４４…増幅部
４５…同期部
４６…信号処理部
４７…ＬＰＦ
５０…増幅部
５１…整流部
５２…ＬＰＦ・増幅部
５３…コンバータ
５４…１／２分周部
５５…ＰＬＬ
５６…ＣＮＴ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】