特許 7015090 変形検出器付き掘削ロッド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-01-25

(45)【発行日】2022-02-02

(54)【発明の名称】変形検出器付き掘削ロッド

(51)【国際特許分類】

   E21B 7/00 20060101AFI20220126BHJP

【ＦＩ】

E21B7/00 A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018043192

(22)【出願日】2018-03-09

(65)【公開番号】P2019157434

(43)【公開日】2019-09-19

【審査請求日】2021-03-02

(73)【特許権者】

【識別番号】000176512

【氏名又は名称】三谷セキサン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108947

【弁理士】

【氏名又は名称】涌井 謙一

(74)【代理人】

【識別番号】100117086

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 典弘

(74)【代理人】

【識別番号】100124383

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 一永

(74)【代理人】

【識別番号】100173392

【弁理士】

【氏名又は名称】工藤 貴宏

(74)【代理人】

【識別番号】100189290

【弁理士】

【氏名又は名称】三井 直人

(72)【発明者】

【氏名】木谷 好伸

(72)【発明者】

【氏名】酒井 隆男

(72)【発明者】

【氏名】北岡 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】清水 茂治郎

【審査官】小倉 宏之

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－１９１９５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２２３０８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表平０５－５０８８９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２２０９８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１２５３２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３７１７７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０３３５００（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００７／０２２７７８０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｂ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

掘削ヘッドと、下端部に前記掘削ヘッドが取り付けられた筒状のロッド本体と、を有し、前記ロッド本体を回転させて前記掘削ヘッドにより地面に杭穴を掘削する掘削ロッドにおいて、
前記ロッド本体は、内壁面に取り付けられて当該ロッド本体の変形を検出する変形検出器を有し、
前記変形検出器は、
前記ロッド本体の内壁面側に配置され、前記ロッド本体の軸線方向に延びる計測ロッドと、
前記内壁面に固定された固定部材側固定部と、前記固定部材側固定部よりも内周側で前記計測ロッドが固定された計測ロッド固定部と、を有する固定部材と、
前記内壁面に固定された支持部材側固定部と、前記支持部材側固定部よりも内周側で前記計測ロッドを当該計測ロッドの計測ロッド軸線方向に移動可能かつ当該ロッド軸線回りに回転可能に支持する計測ロッド支持部と、を有する支持部材と、
前記計測ロッド固定部から前記軸線方向に離間する移動検出位置で前記内壁面と前記計測ロッドとが前記計測ロッド軸線方向で相対移動する移動量を検出する移動量検出器と、
前記計測ロッド固定部から前記軸線方向に離間する回転検出位置で前記内壁面と前記計測ロッドとが前記計測ロッド軸線回りで相対回転する回転量を検出する回転量検出器と、
を備える
ことを特徴とする変形検出器付き掘削ロッド。

【請求項2】

ロッド本体の内壁面に固定されて、前記ロッド本体の軸線方向に延びる長尺状のベース部材を有し、
固定部材側固定部および支持部材側固定部は、前記ベース部材に固定されて、前記ベース部材を介して、前記内壁面に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の変形検出器付き掘削ロッド。

【請求項3】

移動量検出器は、計測ロッドおよびベース部材の一方に固定された移動量検出用磁石と、他方に固定された移動量検出用磁気センサとを備え、
回転量検出器は、前記計測ロッドおよび前記ベース部材の一方に固定された回転量検出用磁石と、他方に固定された回転量検出用磁気センサとを備えることを特徴とする請求項２に記載の変形検出器付き掘削ロッド。

【請求項4】

計測ロッド固定部と移動検出位置との間の第２の移動検出位置でロッド本体の内壁面と計測ロッドとが前記計測ロッド軸線方向で相対移動する第２の移動量を検出する第２の移動量検出器と、
前記計測ロッド固定部と回転検出位置との間の第２の回転検出位置で前記ロッド本体の内壁面と前記計測ロッドとが前記計測ロッド軸線回りで相対回転する第２の回転量を検出する第２の回転量検出器と、を備えることを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の変形検出器付き掘削ロッド。

【請求項5】

変形検出器として、内壁面において軸線を間に挟んだ一方側および他方側にそれぞれ配置された複数の前記変形検出器を備えることを特徴とする請求項１から４のうちのいずれか一項に記載の変形検出器付き掘削ロッド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、既製杭などを埋設する抗穴を掘削するための変形検出器付き掘削ロッドに関する。

【背景技術】

【0002】

抗穴を掘削するための掘削ロッドは特許文献１に記載されている。同文献の掘削ロッドは、掘削ヘッドと、端部に掘削ヘッドが取り付けられるロッド本体と、を有する。掘削ロッドにより杭穴を設ける際には、地上に配置した駆動装置によってロッド本体を当該ロッド本体の軸線回りに回転させて掘削ヘッドにより地面を掘削する。ロッド本体は、筒状である。ロッド本体は、その中空部分に、掘削した杭穴にセメントミルクを流し込むための流通管を同軸に備える場合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－２２３０８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

掘削時に掘削ロッドにかかるトルクに関しては計測していないため、トルクが過剰となるとロッド本体に撓みや捩じれなどの変形が発生し、掘削ロッドの破損を招く可能性があった。

【0005】

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、ロッド本体の変形を検出できる掘削ロッドを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明は、掘削ヘッドと、端部に前記掘削ヘッドが取り付けられた筒状のロッド本体と、を有し、前記ロッド本体を回転させて前記掘削ヘッドにより地面に抗穴を掘削する掘削ロッドにおいて、前記ロッド本体の内壁面に取り付けられて当該ロッド本体の変形を検出する変形検出器を有し、前記変形検出器は、前記内壁面から内周側に離間する位置を前記ロッド本体の軸線方向に延びる計測ロッドと、前記内壁面に固定された固定部材側固定部と、前記固定部材側固定部よりも内周側で前記計測ロッドが固定された計測ロッド固定部と、を有する固定部材と、前記内壁面に固定された支持部材側固定部と、前記支持部材側固定部よりも内周側で前記計測ロッドを当該計測ロッドの計測ロッド軸線方向に移動可能かつ当該ロッド軸線回りに回転可能に支持する計測ロッド支持部と、を有する支持部材と、を備え、前記計測ロッド固定部から前記軸線方向に離間する移動検出位置で前記内壁面と前記計測ロッドとが前記計測ロッド軸線方向で相対移動する移動量を検出する移動量検出器と、前記計測ロッド固定部から前記軸線方向に離間する回転検出位置で前記内壁面と前記計測ロッドとが前記計測ロッド軸線回りで相対回転する回転量を検出する回転量検出器と、を備えることを特徴とする。

【0007】

本発明によれば、ロッド本体には当該ロッド本体の変形を検出する変形検出器が取り付けられている。変形検出器は、ロッド本体の内周壁の内側を軸線方向に延びる計測ロッドを備える。また、計測ロッドは、計測ロッド軸線方向の一部分が固定部材を介してロッド本体（内壁面）に固定されている。従って、掘削ロッドに過剰なトルクが付与されてロッド本体が撓んだ場合には、計測ロッドとロッド本体との接続部となる固定部材の計測ロッド固定部から軸線方向に離間する移動検出位置において、計測ロッドとロッド本体（内周面）との軸線方向への相対移動を検出できる。また、掘削ロッドに過剰なトルクが付与されてロッド本体が捩じれた場合には、計測ロッドとロッド本体との接続部となる固定部材の計測ロッド固定部から軸線方向に離間する回転検出位置において、計測ロッドとロッド本体（内周面）との軸線回りの相対回転を検出できる。従って、変形検出器は、移動検出位置において計測ロッドとロッド本体（内周面）とが相対移動した移動量と、回転検出位置において計測ロッドとロッド本体（内周面）とが相対回転した回転量と、に基づいて、ロッド本体が撓んで捩じれる変形量を取得できる。ここで、変形検出器は筒状のロッド本体の内周側に位置するので、ロッド本体によって外部から保護される。従って、掘削時に、変形検出器が破損することがない。

【0008】

本発明において、前記内壁面に固定されて前記軸線方向に延びる長尺状のベース部材を有し、前記固定部材側固定部および前記支持部材側固定部は、前記ベース部材に固定されて、前記ベース部材を介して、前記内壁面に固定されていることが望ましい。このようにすれば、固定部材および支持部材をロッド本体の内壁面に直接固定する場合と比較して、変形検出器をロッド本体の内周側に設置することが容易となる。

【0009】

本発明において、前記移動量検出器は、前記計測ロッドおよび前記ベース部材の一方に固定された移動量検出用磁石と、他方に固定された移動量検出用磁気センサとを備え、前記回転量検出器は、前記計測ロッドおよび前記ベース部材の一方に固定された回転量検出用磁石と、他方に固定された回転量検出用磁気センサとを備えるものとすることができる。このようにすれば、移動量検出器は、計測ロッドとロッド本体（内周面）とが相対移動する移動量を非接触で検出できる。また、移動量検出器は計測ロッドとロッド本体（内周面）とが相対回転する回転量を非接触で検出できる。従って、ロッド本体に過大な撓みや捩じれが発生した場合でも移動量検出器や回転量検出器が破損することがない。

【0010】

本発明において、前記計測ロッド固定部と前記移動検出位置との間の第２の移動検出位置で前記内壁面と前記計測ロッドとが前記計測ロッド軸線方向で相対移動する第２の移動量を検出する第２の前記移動量検出器と、前記計測ロッド固定部と前記回転検出位置との間の第２の回転検出位置で前記内壁面と前記計測ロッドとが前記計測ロッド軸線回りで相対回転する第２の回転量を検出する第２の前記回転量検出器と、を備えることが望ましい。このようにすれば、計測ロッドとロッド本体との相対的な移動量および回転量を異なる２つの感度で検出できる。すなわち、ロッド本体が撓んだ場合の移動量は、固定部材の計測ロッド固定部から移動検出位置までの軸線方向の距離の長さに比例して大きくなる。従って、移動検出位置よりも計測ロッド固定部からの距離が短い第２の移動検出位置では、掘削ロッドに過大な負荷が加わってロッド本体が撓んだ場合に発生するロッド本体と計測ロッドとの大きな相対移動を検出できる。一方、第２の移動検出位置よりも計測ロッド固定部からの距離が長い移動検出位置では、掘削ロッドに加わる負荷が小さくて、ロッド本体の撓みが小さい場合（ロッド本体と計測ロッドとの相対移動が小さい場合）でも、その移動量を検出できる。同様に、ロッド本体が捩じれた場合の回転量は、固定部材の計測ロッド固定部から回転検出位置までの軸線方向の距離の長さに比例して大きくなる。従って、回転検出位置よりも計測ロッド固定部からの距離が短い第２の回転検出位置では、掘削ロッドに過大な負荷が加わってロッド本体の捩じれが大きい場合に発生するロッド本体と計測ロッドとの大きな相対回転を検出できる。一方、第２の回転検出位置よりも計測ロッド固定部からの距離が長い回転検出位置では、掘削ロッドに加わる負荷が小さくてロッド本体の捩じれが小さい場合（ロッド本体と計測ロッドとの相対回転が小さい場合）でも、その回転量を検出できる。

【0011】

本発明において、前記変形検出器として、前記内壁面において前記軸線を間に挟んだ一方側および他方側にそれぞれ配置された２つの前記変形検出器を備えることが望ましい。このようにすれば、２つの変形検出器のそれぞれによって検出される移動量の差分に基づいて、ロッド本体がいずれの方向に撓んでいるかを取得できる。また、２つの変形検出器のそれぞれによって検出される移動量の差分に基づいて、ロッド本体の曲りの程度を把握できる。

【0012】

本発明において、前記変形検出器として、前記内壁面において前記軸線回りの等角度間隔に配置された４つの前記変形検出器を備えることが望ましい。このようにすれば、４つの変形検出器のそれぞれによって検出される移動量に基づいて、ロッド本体の軸線方向の伸縮を検出できる。また、４つの変形検出器のそれぞれによって検出される回転量に基づいて、ロッド本体の捩じれを精度よく検出できる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、掘削ロッドのロッド本体が撓んで捩じれる変形量を、変形検出器が検出する移動量および回転量に基づいて取得できる。ここで、掘削ロッドのロッド本体の変形量を取得できれば、掘削ロッドにかかっている負荷（トルク）を取得できる。従って、掘削時に掘削ロッドにかかる負荷により掘削先端地盤の抵抗の大小が検出でき、ロッド本体が破損することを回避できる。
また、掘削ヘッド直上でロッドにかかる負荷と、掘削電流値及び積算電流値を比較検討することにより、地盤抵抗の変化がより正確に判断でき、支持地盤の出現深度を容易に確認できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明を適用した掘削ロッドの使用状態を説明する概略図である。

【図2】本発明の掘削ロッドに使用する変形検出器を説明する斜視図である。

【図3】変形検出器が備える第１移動量検出器の説明図で、（ａ）は概略した断面図、（ｂ）は計測した信号の説明図である。

【図4】変形検出器が備える第１回転量検出器の説明図で、（ａ）は概略した断面図、（ｂ）は計測した信号の説明図である。

【図5】変形検出器の信号伝送機構の説明図である。

【図6】他の実施形態の掘削ロッドの拡大断面図である。

【図7】他の実施形態の掘削ロッドの拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下に、図面を参照して、本発明を適用した掘削ロッドを説明する。

【0016】

１．掘削ロッド１の構成

【0017】

図１は掘削ロッド１の説明図である。掘削ロッド１は、既製杭などを埋設する杭穴２を掘削する際に、杭打ち機３に取り付けられて用いられる。杭打ち機３は地上を鉛直方向に延びるマスト４と、マスト４に昇降自在に取り付けられたオーガー５を備える。掘削ロッド１はオーガー５に取り付けられている。

【0018】

掘削ロッド１は、掘削ヘッド１１と、端部に掘削ヘッド１１が取り付けられるロッド本体１２と、を有する。ロッド本体１２の軸線Ｌ方向において、掘削ヘッド１１が取り付けられている一方側とは反対の他方側の端部はオーガー５に接続されている。オーガー５に接続されたときに、掘削ヘッド１１は掘削ロッド１が下端に位置する掘削姿勢１Ａとされる。オーガー５が駆動されると、ロッド本体１２は軸線Ｌ回りに回転し、掘削ヘッド１１が地面７を掘削する。

【0019】

ロッド本体１２は、円筒状である。ロッド本体１２の内壁面１２ａには当該ロッド本体１２の変形を検出する変形検出器１５が取り付けられている。図１で、変形検出器１５からみて、掘削ロッド１の下端側（すなわち掘削ヘッド１１側）をＹ１方向、掘削ロッド１の上端側（すなわちオーガー５側）をＹ２方向とする。
ここで、ロッド本体１２は、その中空部分に、掘削した杭穴２にセメントミルクを流し込むための小径円筒状の流通管１８を同軸に備える場合がある。この場合には、変形検出器１５は、ロッド本体１２の内壁面１２ａと流通管１８との間に構成される（図６）。

【0020】

２．変形検出器１５の構成

【0021】

図２は変形検出器１５の説明図である。図２では、変形検出器１５の構成が分かるように、ロッド本体１２を、点線で示す。図３（ａ）は、第１移動量検出器３１の構成の説明図であり、図３（ｂ）は第１移動量検出器３１から出力される信号の説明図である。図３(ａ)では、第１移動量検出器３１を計測ロッド２１の計測ロッド軸線Ｌ１と直交する方向から見ている。図４（ａ）は第１回転量検出器３２の構成の説明図であり、図４（ｂ）は第１回転量検出器３２から出力される信号の説明図である。図４(ａ)では、第１回転量検出器３２を計測ロッド２１の計測ロッド軸線Ｌ１方向から見ている。図５は変形検出器１５からの信号を地上に送信する伝送機構の説明図である。

【0022】

図２に示すように、変形検出器１５は、ロッド本体１２の内壁面１２ａから内周側に離間する位置を軸線Ｌ方向に延びる計測ロッド２１と、計測ロッド２１の軸線Ｌ１方向（すなわち、軸線Ｌ方向）に離間する位置で計測ロッド２１を支持する固定部材２２および複数の支持部材２３、２３を備える。計測ロッド２１はロッド本体１２よりも十分に細い。また、変形検出器１５は軸線Ｌ１方向に延びる長尺状のベース部材２４を有する。ベース部材２４は、ロッド本体１２の内壁面１２ａにおいて、軸線Ｌ１方向（＝軸線Ｌ方向）と直交する径方向で計測ロッド２１と重なる位置に固定されている。ベース部材２４の外側面２４ａ（軸線Ｌ１とは反対側に位置する面）はロッド本体１２の内壁面１２ａの形状に対応する円弧形状を備える曲面である。ベース部材２４の外側面２４ａは、ロッド本体１２の内壁面１２ａに密着する状態で固定されている。ベース部材２４の内側面２４ｂ（軸線Ｌ１の側の面）は径方向と直交する平面である。固定部材２２および複数の支持部材２３は、ベース部材２４を介して、内壁面１２ａに固定されている。なお、変形検出器１５の計測ロッド２１は、ロッド本体１２の内側面１２ａの変形を計測するので、できるだけロッド本体１２の内側面１２ａに近い位置に配置することが望ましい。

【0023】

ここで、図１に示すように、掘削ロッド１を掘削姿勢１Ａとしたとき（すなわち、略鉛直方向に配置してＹ１方向、Ｙ２方向が略鉛直方向となったとき）に、固定部材２２は、ロッド本体１２の下端部分（すなわち、Ｙ２方向の端）に位置する（図２）。すなわち、固定部材２２は、掘削ヘッド１１に近い位置に配置されている。複数の支持部材２３、２３は固定部材２２から上方に離間する位置にある。複数の支持部材２３、２３は軸線Ｌ１方向で互いに離間している。

【0024】

固定部材２２は、ベース部材２４に固定された固定部材側固定部２５と、固定部材側固定部２５よりも内周側（ロッド本体１２の軸線Ｌ側）で計測ロッド２１が固定された計測ロッド固定部２６とを備える。固定部材２２は、ベース部材２４を介して、内壁面１２ａに固定されている。また、計測ロッド２１は、計測ロッド軸線Ｌ１方向の先端部（掘削姿勢１Ａとしたときの下端部）が、固定部材２２およびベース部材２４を介して、ロッド本体１２の内壁面１２ａに固定されている。

【0025】

各支持部材２３、２３は、ベース部材２４に固定された支持部材側固定部２８と、支持部材側固定部２８よりも内周側（ロッド本体１２の軸線Ｌ側）で計測ロッド２１を当該計測ロッド２１の計測ロッド軸線Ｌ１方向に移動可能、かつ、計測ロッド軸線Ｌ１回りに回転可能に支持する計測ロッド支持部２９と、を備える。支持部材側固定部２８は、ベース部材２４を介して、ロッド本体１２の内壁面１２ａに固定されている。計測ロッド支持部２９は、軸線Ｌ１方向に貫通する貫通穴２９ａを備える。貫通穴２９ａの直径は計測ロッド２１の直径よりも大きく設定されており、これにより、支持部材２３は、計測ロッド支持部２９によって計測ロッド２１を移動可能かつ回転可能に支持する。

【0026】

固定部材２２における固定部材側固定部２５から計測ロッド固定部２６までの寸法Ｈ１と、支持部材２３における支持部材側固定部２８から計測ロッド支持部２９までの寸法Ｈ２とは同一である。これにより、計測ロッド２１はベース部材２２の内側面２４ｂから距離Ｈ１（＝Ｈ２）で略平行に配置されるので（図２）、固定部材２２および複数の支持部材２３は計測ロッド２１を全長に亘り、内壁面１２ａから一定距離だけ離間する位置に支持する。

【0027】

また、変形検出器１５は、計測ロッド固定部２６から軸線Ｌ１方向に離間する移動検出位置Ａで、ロッド本体１２の内壁面１２ａと計測ロッド２１とが計測ロッド軸線Ｌ１方向で相対移動する移動量を検出する第１移動量検出器３１を備える。さらに、変形検出器１５は、計測ロッド固定部２６から軸線Ｌ１方向に離間する第１回転検出位置Ｂで、ロッド本体１２の内壁面１２ａと計測ロッド２１とが計測ロッド軸線Ｌ１回りで相対回転する回転量を検出する第１回転量検出器３２を備える。また、変形検出器１５は、計測ロッド固定部２６と移動検出位置Ａとの間の第２移動検出位置Ｃで、ロッド本体１２の内壁面１２ａと計測ロッド２１とが計測ロッド軸線Ｌ１方向で相対移動する第２移動量を検出する第２移動量検出器３３を備える。さらに変形検出器１５は、計測ロッド固定部２６と回転検出位置Ｂとの間の第２回転検出位置Ｄで、ロッド本体１２の内壁面１２ａと計測ロッド２１とが計測ロッド軸線Ｌ１回りで相対回転する第２回転量を検出する第２回転量検出器３４とを備える。

【0028】

ここで、第１移動量検出器３１と第２移動量検出器３３とは、軸線Ｌ１方向における設置位置は相違するが、それらの構成は同一である。また、第１回転量検出器３２と第２回転量検出器３４とは、軸線Ｌ１方向における設置位置は相違するが、それらの構成は同一である。従って、以下では、第１移動量検出器３１を説明して、第２移動量検出器３３の説明を省略する。また、第１回転量検出器３２を説明して、第２回転量検出器３４の説明は省略する。

【0029】

図３（ａ）に示すように、第１移動量検出器３１は、計測ロッド２１に固定された移動量検出用磁石４１と、ベース部材２４の内側面２４ｂに固定された移動量検出用磁気センサ４２と、を備える。移動量検出用磁石４１と移動量検出用磁気センサ４２とは計測ロッド軸線Ｌ１と直交する計測ロッド２１の径方向でギャップ３７を開けて対向する。移動量検出用磁石４１は環状であり、その中心孔４１を計測ロッド２１が貫通した状態で計測ロッド２１に固定されている。移動量検出用磁石４１は計測ロッド軸線Ｌ１方向で、着磁分極線４１ａからＳ極とＮ極との２極に分割着磁されている。移動量検出用磁気センサ４２は、当該移動量検出用磁気センサ４２のセンサ面４２ａと移動量検出用磁石４１の着磁分極線４１ａとが計測ロッド軸線Ｌ１方向で相対移動すると、その移動量に対応する信号Ｓ１を出力する。

【0030】

例えば、図３（ａ）に示すように、移動量検出用磁石４１の着磁分極線４１ａが、移動量検出用磁気センサ４２のセンサ面４２ａと正対する位置では、移動量検出用磁気センサ４２からの信号Ｓ１はゼロとなる。計測ロッド２１が計測ロッド軸線Ｌ１方向の一方側Ｑ１に移動して着磁分極線４１ａが計測ロッド軸線Ｌ１の一方側Ｑ１に移動すると（図２）、図３（ｂ）に示すように、その移動量に応じて、移動量検出用磁気センサ４２からの信号Ｓ１はプラス側に増大する。その後、着磁分極線４１ａのセンサ面４２ａからの離間が所定の距離を超えると、移動量検出用磁気センサ４２からの信号Ｓ１は減少に転じる。
一方、計測ロッド２１が計測ロッド軸線Ｌ１方向の他方側Ｑ２に移動して着磁分極線４１ａが計測ロッド軸線Ｌ１の他方側Ｑ２に移動すると（図２）、その移動量に応じて、移動量検出用磁気センサ４２からの信号Ｓ１はマイナス側に増大する。その後、着磁分極線４１ａのセンサ面４２ａからの離間が所定の距離を超えると、移動量検出用磁気センサ４２からの信号Ｓ１は減少に転じる。
ここで、計測ロッド２１の移動量を検出する第１移動量検出器３１の検出範囲は、移動量検出用磁石４１の着磁分極線４１ａがセンサ面４２ａと正対する位置にある計測ロッド２１が、計測ロッド軸線Ｌ１方向の一方側Ｑ１および他方側Ｑ２に所定の距離だけ移動する範囲である。なお、ここでは、Ｑ１方向はＹ１方向と同じであり、計測ロッド２１が相対的に原長さを保った状態（移動量検出磁石４１が定位置を保った状態）で、ロッド本体１２が移動量磁気センサ４２と共に伸びた状態である。また、Ｑ２方向はＹ２方向と同じであり、同様にロッド本体１２が移動量磁気センサ４２と共に縮んだ状態である（図２）。

【0031】

図４（ａ）に示すように、第１回転量検出器３２は、ホルダ４５を介して計測ロッド２１固定された回転量検出用磁石４６と、ベース部材２４の内側面２４ｂに固定された回転量検出用磁気センサ４７と、を備える。回転量検出用磁石４６は、計測ロッド軸線Ｌ１回りの周方向で、着磁分極線４６ａからＮ極とＳ極との２極に分割着磁されている。回転量検出用磁気センサ４７は、当該回転量検出用磁気センサ４７のセンサ面４７ａと回転量検出用磁石４６の着磁分極線４６ａとが周方向で相対回転すると、その回転量に対応する信号Ｓ２を出力する。

【0032】

例えば、図４（ａ）に示すように、回転量検出用磁石４６の着磁分極線４６ａがセンサ面４７ａと正対する位置では、回転量検出用磁気センサ４７からの信号Ｓ２はゼロとなる。計測ロッド２１が、計測ロッド軸線Ｌ１回りの一方側Ｒ１に回転して（図２）、着磁分極線４６ａが計測ロッド軸線Ｌ１回りの一方側Ｒ１に回転すると、図４（ｂ）に示すように、その回転量に応じて、回転量検出用磁気センサ４７からの信号Ｓ２はプラス側に増大する。その後、着磁分極線４６ａのロッド軸線Ｌ１回りの角度位置が所定の角度位置を超えると、回転量検出用磁気センサ４７からの信号Ｓ２は減少に転じる。
一方、計測ロッド２１が計測ロッド軸線Ｌ１回りの他方側Ｒ２に回転して（図２）、着磁分極線４６ａが計測ロッド軸線Ｌ１回りの他方側Ｒ２に回転すると、その回転量に応じて、回転量検出用磁気センサ４７からの信号Ｓ２はマイナス側に増大する。その後、着磁分極線４６ａのロッド軸線Ｌ１回りの角度位置が所定の角度位置を超えると、回転量検出用磁気センサ４７からの信号Ｓ２は減少に転じる。
ここで、計測ロッド２１の回転量を検出する第１回転量検出器３２の検出範囲は、回転量検出用磁石４６の着磁分極線４６ａがセンサ面４７ａと正対する位置にある計測ロッド２１が、計測ロッド軸線Ｌ１回りの一方側Ｒ１および他方側Ｒ２で所定の角度位置まで回転する範囲である。

【0033】

次に、変形検出器１５は、図２および図５に示すように、第１移動量検出器３１からの信号Ｓ１、第１回転量検出器３２からの信号Ｓ２、第２移動量検出器３３からの信号Ｓ１´、第２回転量検出器３４からの信号Ｓ２´、を地上の上位機器に送信するための信号伝送機構５１を備える。図５に示すように、信号伝送機構５１は、デジタル通信線５２と、第１移動量検出器３１からの信号Ｓ１および第１回転量検出器３２からの信号Ｓ２を、デジタル通信線５２を介して送信する第１通信部５３と、第２移動量検出器３３からの信号Ｓ１´および第２回転量検出器３４からの信号Ｓ２´を、デジタル通信線５２を介して送信する第２通信部５４とを備える。第１通信部５３および第２通信部５４のそれぞれは、Ａ/Ｄ変換器５５とデジタル通信制御部５６を備える（図５）。

【0034】

第１移動量検出器３１からの信号Ｓ１、第１回転量検出器３２からの信号Ｓ２は、第１通信部５３において、Ａ/Ｄ変換器５５に入力されて、アナログ信号Ｓ１からデジタル信号に変換される。Ａ/Ｄ変換器５５から出力されるデジタル信号はデジタル通信制御部５６に入力され、デジタル通信制御部５６から、デジタル通信線５２を介して地上の上位機器に送信される。第２移動量検出器３３からの信号Ｓ１´、第２回転量検出器３４からの信号Ｓ２´は、第２通信部５４において、Ａ/Ｄ変換器５５に入力されて、アナログ信号Ｓ１からデジタル信号に変換される。Ａ/Ｄ変換器５５から出力されるデジタル信号はデジタル通信制御部５６に入力され、デジタル通信制御部５６から、デジタル通信線５２を介して地上の上位機器に送信される（図５）。

【0035】

第１通信部５３のデジタル通信制御部５６は、第１移動量検出器３１（移動量検出用磁気センサ４２）からの信号Ｓ１に基づくデジタル信号、および、第１回転量検出器３２（回転量検出用磁気センサ４７からの信号Ｓ２）に基づくデジタル信号のそれぞれに識別情報を付与して、上位機器に送信する。同様に、第２通信部５４のデジタル通信制御部５６は、第２移動量検出器３３（移動量検出用磁気センサ４２）からの信号Ｓ１´に基づくデジタル信号、および、第１回転量検出器３４（回転量検出用磁気センサ４７からの信号Ｓ２´）に基づくデジタル信号のそれぞれに識別情報を付与して、上位機器に送信する。

【0036】

本例では、第１通信部５３のデジタル通信制御部５６は、第１移動量検出器３１からの信号Ｓ１に基づくデジタル信号にＣＨ１という識別情報を付加し、第１回転量検出器３２からの信号Ｓ２に基づくデジタル信号にＣＨ２という識別情報を付加する。また、第２通信部５４のデジタル通信制御部５６は、第２移動量検出器３３からの信号Ｓ１´に基づくデジタル信号にＣＨ３という識別情報を付加し、第２回転量検出器３４からの信号Ｓ２´´に基づくデジタル信号にＣＨ４という識別情報を付加する。従って、デジタル通信線５２を介して信号を受信した上位機器では、受信した信号が第１移動量検出器３１、第１回転量検出器３２、第２移動量検出器３３、第２回転量検出器３４のいずれから出力された信号に基づくデジタル信号であるかを識別できる。

【0037】

なお、デジタル通信線５２はロッド本体１１内を配線して、地面７上の上位機器に接続される。一般に、掘削ロッド１は、所定長さのロッド本体１２の複数本をつないで、地盤の深い位置まで掘削する。したがって、ロッド本体１２を上下に連結する際に、簡易に接続できるジョイント（カプラー）で上下のデジタル通信線５２、５２をつなぐことが望ましい。

【0038】

３．変形検出器１５の動作原理

【0039】

次に、変形検出器１５の動作原理を説明する。図２に示すように、変形検出器１５は、ロッド本体１２の内周壁面１２ａの内側（軸線Ｌ側）を軸線Ｌ方向に延びる計測ロッド２１を備える。また、計測ロッド２１は、計測ロッド軸線Ｌ１方向の端部が、固定部材２２およびベース部材２４を介して、ロッド本体１２（内壁面１２ａ）に固定されている。

【0040】

ここで、ロッド本体１２は、一般に機械構造用炭素鋼鋼管鋼製（ＳＴＫＭ１３Ａ）であり、機械的な特性として若干の弾性を備えるものである。従って、掘削ロッド１にトルクが付与されてロッド本体１２が撓んだ場合には、計測ロッド２１とロッド本体１２との接続部となる固定部材２２の計測ロッド固定部２６から軸線Ｌ１方向（＝軸線Ｌ方向）に離間する移動検出位置Ａにおいて、計測ロッド２１とロッド本体１２（内周面）との軸線Ｌ１方向への相対移動が検出される。また、掘削ロッド１に過剰なトルクが付与されてロッド本体１２が捩じれた場合には、計測ロッド２１とロッド本体１２との接続部となる固定部材２２の計測ロッド固定部２６から軸線Ｌ１方向に離間する回転検出位置Ｂにおいて、計測ロッド２１とロッド本体１２（内周面）との軸線Ｌ１回りの相対回転を検出される。従って、変形検出器１５は、移動検出位置Ａにおいて計測ロッド２１とロッド本体１２（内周面１２ａ）とが相対移動した移動量と、回転検出位置Ｂにおいて計測ロッド２１とロッド本体１２（内周面１２ａ）とが相対回転した回転量と、を検出できる。また、上位機器では、変形検出器１５が検出した移動量と回転量とに基づいて、ロッド本体１２が撓んで捩じれる変形量を取得できる。

【0041】

また、変形検出器１５は、第１移動検出位置Ａで移動量を検出する第１移動量検出器３１と、軸線Ｌ方向で第１移動検出位置Ａと計測ロッド固定部２６との間に位置する第２移動検出位置Ｃで移動量を検出する第２移動量検出器３３とを備える。従って、計測ロッド２１とロッド本体１２と相対的な移動量を異なる２つの感度で検出できる。さらに、変形検出器１５は、第１回転検出位置Ｂで回転量を検出する第１回転量検出器３２と、軸線Ｌ方向で第１回転検出位置Ｂと計測ロッド固定部２６との間に位置する第２回転検出位置Ｄで回転量を検出する第２回転量検出器３４とを備える。従って、計測ロッド２１とロッド本体１２と相対的な回転量を異なる２つの感度で検出できる。

【0042】

すなわち、ロッド本体１２が撓んだ場合の計測ロッド２１とロッド本体１２との相対的な移動量は、固定部材２２の計測ロッド固定部２６から移動検出位置までの軸線Ｌ方向の距離の長さに比例して大きくなる。従って、移動検出位置Ａよりも計測ロッド固定部２６からの距離が短い第２移動検出位置Ｃに配置した第２移動量検出器３３が移動量を検出する感度は、第１移動検出位置Ａに配置した第１移動量検出器３１が移動量を検出する検出感度よりも低い。これにより、第２移動検出位置Ｃに配置した第２移動量検出器３３では、掘削ロッド１に過大な負荷が加わってロッド本体１２が撓んだ場合に発生するロッド本体１２と計測ロッド２１との大きな相対移動を検出できる。一方、第２移動検出位置Ｃよりも計測ロッド固定部２６からの距離が長い移動検出位置Ａに配置した第１移動量検出器３１では、掘削ロッド１に加わる負荷が小さくてロッド本体１２の撓みが小さい場合（ロッド本体１２と計測ロッド２１との相対移動が小さい場合）でも、その移動量を検出できる。

【0043】

同様に、ロッド本体１２が捩じれた場合の回転量は、固定部材２２の計測ロッド固定部２６から回転検出位置までの軸線Ｌ方向の距離の長さに比例して大きくなる。従って、第１回転検出位置Ｂよりも計測ロッド固定部２６からの距離が短い第２回転検出位置Ｄに配置した第２回転量検出器３４が回転量を検出する感度は、第１回転検出位置Ｂに配置した第１回転量検出器３２が回転量を検出する検出感度よりも低い。これにより、第２回転検出位置Ｄでは、掘削ロッド１に過大な負荷が加わってロッド本体１２が捩じれた場合に発生するロッド本体１２と計測ロッド２１との大きな相対回転を検出できる。一方、第２回転検出位置Ｄよりも計測ロッド固定部２６からの距離が長い第１回転検出位置Ｂでは、掘削ロッド１に加わる負荷が小さくてロッド本体１２の捩じれが小さい場合（ロッド本体１２と計測ロッド２１との相対回転が小さい場合）でも、その回転量を検出できる。

【0044】

４．掘削ロッド１の作動と作用効果

【0045】

通常の杭穴掘削と同様に、掘削ロッド１を使用して、地面７から掘削ヘッド１１で杭穴２を掘削する（図１）。この際、掘削ロッド１の上端であるオーガー５の回転および下降が、掘削ロッド１の下端で掘削ヘッド１１に伝わり、掘削ヘッド１１は地盤の抵抗を受ける。したがって、地盤によっては（固い地盤や転石など）、掘削ロッド１は、上端と下端との間で、撓みや捻りや圧縮引張などの変形を受けることになる。

【0046】

本例では、ロッド本体１２に第１変形検出器１５および第２変形検出器１５を備えるので、第１移動検出位置Ａおよび第２検出位置のそれぞれにおいて計測ロッド２１とロッド本体１２（内周面）とが相対移動した移動量と、回転検出位置Ｂにおいて計測ロッド２１とロッド本体１２（内周面）とが相対回転した回転量とを検出できる。従って、これらの移動量および回転量に基づいて、ロッド本体１２が撓んで捩じれる変形量を取得できる。

【0047】

ここで、掘削ロッド１のロッド本体１２の変形量を取得できれば、掘削ロッド１にかかっている負荷（トルク）を取得できる。従って、掘削時に掘削ロッド１にかかる負荷によりロッド本体１２が破損することを回避できる。また、掘削ロッド１にかかる負荷を積算しておけば、掘削ロッド１の交換時期などを推定できる。
さらに、掘削時に掘削ロッド１にかかっている負荷（トルク）を取得すれば、掘削ロッド１が掘削している地盤の粘度や比重を取得することも可能となる。

【0048】

また、本例では、変形検出器１５は筒状のロッド本体１２の内周側に取り付けられている。従って、第１変形検出器１５および第２変形検出器１５はロッド本体１２により外側から保護される。よって、掘削時に、変形検出器１５が破損することがない。

【0049】

さらに、本例では、第１移動量検出器３１および第２移動量検出器３３は、計測ロッド２１に固定された移動量検出用磁石４１と、ベース部材２４に固定された移動量検出用磁気センサ４２とを備える。第１回転量検出器３２および第２回転量検出器３４は、計測ロッド２１に固定された回転量検出用磁石４６と、ベース部材２４に固定された回転量検出用磁気センサ４７とを備える。これにより、第１移動量検出器３１および第２移動量検出器３３は、計測ロッド２１とロッド本体１２（内周面）とが相対移動する移動量を非接触で検出できる。また、第１回転量検出器３２および第２回転量検出器３４は、計測ロッド２１とロッド本体１２（内周面）とが相対回転する回転量を非接触で検出できる。従って、ロッド本体１２に過大な撓みや捩じれが発生した場合でも第１移動量検出器３１、第２移動量検出器３３、第１回転量検出器３２および第２回転量検出器３４が破損することがない。

【0050】

また、本例では、第１移動検出位置Ａで移動量を検出する第１移動量検出器３１と、第２移動検出位置Ｃで移動量を検出する第２移動量検出器３３とを備え、これら２つの移動量検出器３１、３３が検出する計測ロッド２１とロッド本体１２と相対的な移動量の感度が異なる。従って、一つの移動量検出器を設置して、移動量検出器から出力される信号Ｓ１のゲインを変化させて感度調整を行う場合と比較して、ＳＮ比を大きくすることが容易であり、移動量を精度よく検出できる。

【0051】

同様に、本例では、第１回転検出位置Ｂで回転量を検出する第１回転量検出器３２と、第２回転検出位置Ｄで回転量を検出する第２回転量検出器３４とを備え、これら２つの回転量検出器３２、３４が検出する計測ロッド２１とロッド本体１２と相対的な回転量の感度が異なる。従って、一つの回転量検出器を設置して、回転量検出器から出力される信号Ｓ２のゲインを変化させて感度調整を行う場合と比較して、ＳＮ比を大きくすることが容易であり、回転量を精度よく検出できる。

【0052】

また、既製杭を施工する場合、杭先端を設置する支持地盤の出現深度を確認する必要がある。現状は、地上に配置したオーガー５（駆動装置）によって、掘削ロッド１を当該ロッド本体１２の軸線Ｌ回りに回転させて掘削ヘッド１１により地面７から地盤を掘削するときのオーガー５にかかる掘削抵抗の電流値の変化（地盤が硬くなると電流値は大きくなる）や区間毎の電流値の積算値の変化（地盤が硬くなると積算電流値は大きくなる）により、支持層の到達を判断している。この場合、掘削深度が深くなると、掘削ロッド１の重量が増えたり、掘削ロッド１の全長にかかる摩擦抵抗が大きくなってしまい、これらにより地上７に配置したオーガー５によってロッド本体１２を当該ロッド本体１２の軸線Ｌ回りに回転させるための電流値が大きくなり、先端地盤の掘削に要する電流値等が微妙に変化する場合もあった。このような場合に、ロッド１２の変形データ（、第１第２移動量検出器３１、３３、第１第２回転量検出器３２、３４からのデータ）を、上記の電流値などと比較検討して、総合的に判断して、より正確に支持地盤を特定できる。

【0053】

５．他の実施形態

【0054】

前記実施形態において、第１移動量検出器３１および第２移動量検出器３３は、ベース部材２４に固定された移動量検出用磁石４１と、計測ロッド２１に固定された移動量検出用磁気センサ４２とを備えてもよい。また、第１回転量検出器３２および第１回転量検出器３４は、ベース部材２４に固定された回転量検出用磁石４６と、計測ロッド２１に固定された回転量検出用磁気センサ４７とを備えてもよい。このようにしても、計測ロッド２１とロッド本体１２（内周面）とが相対移動する移動量を非接触で検出できる。また、計測ロッド２１とロッド本体１２（内周面）とが相対回転する回転量を非接触で検出できる。従って、ロッド本体１２に過大な撓みや捩じれが発生した場合でも第１移動量検出器３１、第１回転量検出器３２、第２移動量検出器３３、第２回転量検出器３４が破損することがない。

【0055】

また、前記実施形態において、ベース部材２４を省略して、固定部材２２および複数の支持部材２３を直接ロータ本体の内壁面１２ａに固定してもよい。但し、上記の例のように、固定部材２２および複数の支持部材２３をベース部材２４に固定して、ベース部材２４を介して内壁面１２ａに固定すれば、変形検出器１５をロッド本体１２の内周側に設置することが容易となる。

【0056】

ここで、上記の例では、変形検出器１５は、軸線Ｌ方向で離間する第１移動量検出器３１および第２移動量検出器３３を備えるが、いずれか一方の移動量検出器を省略して、移動量検出器を一つにしてもよい。また、移動量検出器の数を増やして、３以上としてもよい。この場合には、例えば、軸線Ｌ方向で第１移動検出位置Ａと第２移動検出位置Ｃとの間に第３移動検出位置を設定して第３第動量検出器を配置する。同様に、変形検出器１５は、軸線Ｌ方向で離間する第１回転量検出器３２および第２回転量検出器３４を備えるが、いずれか一方の回転量検出器を省略して、回転量検出器を一つにしてもよい。また、回転量検出器の数を増やして、３以上としてもよい。この場合には、例えば、軸線Ｌ方向で第１回転検出位置Ｂと第２回転検出位置Ｄとの間に第３回転検出位置を設定して、第３移動量検出器を配置する。ここで、移動量検出器および移動量検出器の組を増加させた場合には、信号伝送機構５１は、移動量検出器および移動量検出器の組の数に対応する数の通信部を備えるものとする。

【0057】

また、前記実施形態において、変形検出器１５として、内壁面１２ａにおいて軸線Ｌを間に挟んだ一方側および他方側にそれぞれ配置された２つの変形検出器１５を備えるものとすることができる。例えば、軸線Ｌ回りで１８０°離間する位置に２つの変形検出器１５を配置することができる。このようにすれば、２つの変形検出器１５のそれぞれによって検出される移動量の差分に基づいて、ロッド本体１２がいずれの方向に撓んでいるかを取得できる。また、２つの変形検出器１５のそれぞれによって検出される移動量の差分に基づいて、ロッド本体１２の曲りの程度を把握できる。

【0058】

また、前記実施形態において、変形検出器１５として、内壁面１２ａにおいて軸線Ｌ回りの等角度間隔に配置された４つの変形検出器１５を備えるものとすることができる。図７は４つの変形検出器１５を備える変形例の掘削ロッド６０の説明図である。図７では、ロッド本体１２を軸線Ｌ方向から見ている。また、ロッド本体１２を掘削ヘッド１１が取り付けられる端部の側から見ている。変形例の掘削ロッド６０によれば、４つの変形検出器１５のそれぞれによって検出される移動量に基づいて、ロッド本体１２の軸線Ｌ方向の伸縮を検出できる。また、４つの変形検出器１５のそれぞれによって検出される回転量に基づいて、ロッド本体１２の捩じれを精度よく検出できる。例えば、４つの変形検出器１５のそれぞれによって検出される回転量の平均を取得することにより、ロッド本体１２の捩じれを精度よく検出できる。

【0059】

また、前記実施形態において、第１第２移動検出器３１、３３、第１第２回転量検出器３２、３４、固定部材２２、支持部材２３の構成は他の構成とすることもできる（図示していない）。

【符号の説明】

【0060】

１、６０ 掘削ロッド
１Ａ 掘削ロッドの掘削姿勢
２ 杭穴
３ 杭打ち機
４ マスト
５ オーガー
７ 地面
１１ 掘削ヘッド
１２ ロッド本体
１２ａ ロッド本体の内壁面
１５ 変形検出器
１８ 流通管
２１ 計測ロッド
２１、２２ 固定部材
２３ 支持部材
２４ ベース部材
２４ａ ベース部材の外側面
２４ｂ ベース部材の内側面
２５ 固定部材側固定部
２６ 計測ロッド固定部
２８ 支持部材側固定部
２９ 計測ロッド支持部
２９ａ 貫通穴
３１ 第１移動量検出器
３２ 第１回転量検出器
３３ 第２移動量検出器
３４ 第２回転量検出器
３７ ギャップ
４１ 移動量検出用磁石
４１ａ 着磁分極線
４２ 移動量検出用磁気センサ
４２ａ センサ面
４３ 中心孔（移動量検出用磁石）
４５ ホルダ
４６ 回転量検出用磁石
４６ａ 着磁分極線
４７ 回転量検出用磁気センサ
４７ａ センサ面
５１ 信号伝送機構
５２ デジタル通信線
５３ 第１通信部
５４ 第２通信部
５５ Ａ／Ｄ変換器
５６ デジタル通信制御部
Ａ 第１移動検出位置
Ｂ 第１回転検出位置
Ｃ 第２移動検出位置
Ｄ 第２回転検出位置
Ｌ 軸線（ロッド本体軸線）
Ｌ１ 軸線（計測ロッド軸線）
Ｓ１ 移動量検出器からの信号
Ｓ２ 回転量検出器からの信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】