特許 7394936 地中レーダ装置及び建設機械

(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】2023-11-30

(45)【発行日】2023-12-08

(54)【発明の名称】地中レーダ装置及び建設機械

(51)【国際特許分類】

   G01V 3/12 20060101AFI20231201BHJP

   G01S 13/88 20060101ALI20231201BHJP

【ＦＩ】

G01V3/12 B

G01S13/88 200

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022133749

(22)【出願日】2022-08-25

(62)【分割の表示】P 2018137940の分割

【原出願日】2018-07-23

(65)【公開番号】P2022174105

(43)【公開日】2022-11-22

【審査請求日】2022-09-21

(73)【特許権者】

【識別番号】590002482

【氏名又は名称】株式会社ＮＩＰＰＯ

(73)【特許権者】

【識別番号】000004651

【氏名又は名称】日本信号株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100129425

【弁理士】

【氏名又は名称】小川 護晃

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(72)【発明者】

【氏名】丑久保 吾郎

(72)【発明者】

【氏名】駒坂 翼

(72)【発明者】

【氏名】千賀 敦夫

【審査官】岡村 典子

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１８／００１１１８６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００９－３００３１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６５３６５５３（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開平０１－１５５２９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１０１１６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２７８０２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｖ １／００－９９／００

Ｇ０１Ｓ ７／００－７／４２

Ｇ０１Ｓ １３／００－１３／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ドラム状のケーシングと、
前記ケーシングに対して相対回転可能なドラム軸と、
前記ケーシングの内部において、前記ケーシングの内面と相対変位可能なように、前記ドラム軸から垂下されたレーダと、
を有し、
前記レーダの下面は平面をなし、
前記レーダの下面と前記ケーシングの内面との間に誘電体が充填され、
前記ケーシングと前記誘電体がポリ塩化ビニルから構成された、
地中レーダ装置。

【請求項2】

前記レーダは、前記ドラム軸に対して相対回転可能に固定された、
請求項１に記載の地中レーダ装置。

【請求項3】

前記レーダは、前記ドラム軸に対して一体的に固定された、
請求項１に記載の地中レーダ装置。

【請求項4】

前記誘電体は、前記レーダの下面に一体的に固定された、
請求項１に記載の地中レーダ装置。

【請求項5】

前記レーダの下面がアンテナ面である、
請求項１～請求項４のいずれか１つに記載の地中レーダ装置。

【請求項6】

請求項１～請求項５のいずれか１つに記載の地中レーダ装置を搭載した建設機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地中の埋設物を探知する地中レーダ装置、及びこれを搭載した建設機械に関する。

【背景技術】

【0002】

地中の埋設物を探知することを目的として、特開平８－２４０６６７号公報（特許文献１）に記載されるように、地表面に沿って移動する移動用台車に対して、送信機及び受信機が一体となったレーダを搭載する技術が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平８－２４０６６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、不整地など凹凸のある地表面において、特許文献１に記載された地中レーダ装置を使用して地中の埋設物を探知すると、例えば、移動用台車が地表面の凹凸に引っかかって、レーダと地表面との距離が変化してしまう。レーダの下面にはアンテナが設置されており、このアンテナと地表面との距離が変化すると、周波数利得などのレーダ特性も変化し、特に、その距離が大きくなるにつれて探知性能が低下してしまう。

【0005】

そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、不整地など凹凸のある地表面であっても、埋設物の探知性能が低下し難い地中レーダ装置、及びこれを搭載した建設機械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】

【0006】

このため、地中レーダ装置は、ドラム状のケーシングと、ケーシングに対して相対回転可能なドラム軸と、ケーシングの内部においてその内面と相対回転可能なように、ドラム軸から垂下されたレーダと、を有している。ここで、レーダの下面は平面をなし、レーダの下面とケーシングの内面との間に誘電体が充填され、ケーシングと誘電体がポリ塩化ビニルから構成されている。また、建設機械は、このような地中レーダ装置を搭載している。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、ドラム状のケーシングが地表面を転がって進むので、不整地などの凹凸のある地表面であっても、レーダと地表面との間の距離が大きく変化せず、埋設物の探知性能の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】ロードスタビライザの側面図である。

【図2】ロードスタビライザの背面図である。

【図3】地中レーダ装置の一例を示す縦断面図である。

【図4】地中レーダ装置の一例を示す横断面図である。

【図5】地中レーダ装置の他の例を示す縦断面図である。

【図6】取付部材の詳細を示す側面図である。

【図7】取付部材の詳細を示す斜視図である。

【図8】地中レーダ装置の第１変形例を示す横断面図である。

【図9】地中レーダ装置の第２変形例を示す横断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１及び図２は、地中レーダ装置が搭載された建設機械の一例を示す。以下の説明においては、安定処理工法で使用されるロードスタビライザについて説明するが、本発明は、ロードスタビライザ以外の建設機械にも適用可能である。

【0010】

ロードスタビライザ１００は、自走車両２００と、現状路床土と安定材とを均一に混合する作業装置３００と、現状路床土の下方に埋設されている埋設物を探知する地中レーダ装置４００と、を有している。

【0011】

自走車両２００は、例えば、ディーゼルエンジンなどの原動機により駆動される、左右一対のクローラ（履帯）２１０を有している。また、自走車両２００の後部の上部には、作業者がロードスタビライザ１００を操作する操縦席２２０が取り付けられている。操縦席２２０の所定位置には、例えば、作業者が着座する座席、計器盤、操縦レバーなどが取り付けられている。さらに、操縦席２２０の上方には、雨や直射日光などを避けるための屋根２３０が取り付けられている。なお、自走車両２００の原動機は、油圧シリンダ、油圧モータなどの油圧アクチュエータを作動させるための油圧を生成する、油圧ポンプも併せて駆動している。

【0012】

作業装置３００は、複数の切削刃が取り付けられたロータドラム３１０と、ロータドラム３１０を回転可能に支持するフレーム３２０と、ロータドラム３１０を支持するフレーム３２０を上下方向に揺動させる左右一対の油圧シリンダ３３０と、を有している。ここで、油圧シリンダ３３０を作業装置３００の車幅方向中央に１本設けて、チルト機構により揺動させる構成とすることもできる。ロータドラム３１０は、その軸線が自走車両２００の左右方向に延びるようにフレーム３２０に取り付けられている。なお、フレーム３２０には、ロータドラム３１０を回転させるための油圧モータ又は電動モータ（図示せず）も取り付けられている。

【0013】

フレーム３２０の基端部３２２は、自走車両２００の左右方向に延びる揺動軸２４０を介して、自走車両２００の後部の下方に揺動可能に取り付けられている。また、油圧シリンダ３３０の中間部は、自走車両２００の左右方向に延びる揺動軸（図示せず）を介して、自走車両２００の後部であって揺動軸２４０の上方に揺動可能に取り付けられている。油圧シリンダ３３０のロッド先端部は、作業装置３００の左右方向に延びる揺動軸（図示せず）を介して、フレーム３２０の所定位置に揺動可能に取り付けられている。従って、油圧シリンダ３３０を作動させてロッドを伸縮させると、自走車両２００の揺動軸２４０の周りにフレーム３２０が揺動してロータドラム３１０が上下動することで、既設の路床面５００に対する切削刃の深さを任意に調整することができる。

【0014】

地中レーダ装置４００は、取付部材６００を介して、自走車両２００の左右方向に３つ直列に並んだ状態でその前部の下部に取り付けられている。なお、地中レーダ装置４００の数、配置位置などは、例えば、自走車両２００の幅、埋設物の探知範囲などに応じて任意に増減することができる。

【0015】

地中レーダ装置４００は、図３及び図４に示すように、ドラム状のケーシング４１０と、ケーシング４１０に対して相対回転可能なドラム軸４２０と、ドラム軸４２０から垂下されたレーダ４３０と、を有している。ここで、「ドラム状」とは、円筒の軸方向の両端が円板で閉塞された形状、即ち、中空円柱形状のことをいい、一見して中空円柱形状であると認識できる程度でよい。

【0016】

ケーシング４１０は、レーダ４３０による埋設物の探知を妨げないように、例えば、誘電体の一例として挙げられるポリ塩化ビニルからなり、その直径を５００ｍｍ程度とすることができる。ドラム軸４２０は、例えば、金属製の丸パイプからなり、ケーシング４１０の軸方向に沿ってその軸心を通り、ケーシング４１０の両端部を貫通するように配設されている。ここで、ドラム軸４２０は、ケーシング４１０に対して円滑に相対回転するように、例えば、ボールベアリング、ローラベアリング、ブッシュなどのベアリングを介して、ケーシング４１０の軸方向の両端部に支持されるようにしてもよい。

【0017】

レーダ４３０は、図示しないが、少なくとも、電磁波を送信する送信機と、埋設物で反射した電磁波を受信する受信機と、送信機及び受信機を内包するケーシングと、電磁波を放射・受信するアンテナと、が一体化されたものである。そして、レーダ４３０は、ケーシング４１０の内部において、ケーシング４１０の内面と相対変位可能なように、左右一対の垂下部材４４０を介して、ドラム軸４２０から垂下されている。ここで、レーダ４３０は、平面視で略矩形形状（四角形状）をなし、ケーシング４１０の内周面及び両側面と所定間隔を隔てた状態で配設されている。所定間隔は、ドラム軸４２０の周りにケーシング４１０を回転させても、ケーシング４１０とレーダ４３０とが接触しない最小間隔とすることが望ましい。

【0018】

垂下部材４４０は、例えば、側面視で略矩形形状の金属板からなり、その上端部がドラム軸４２０に対して相対回転可能に固定され、その下端部がレーダ４３０の上面に固定されている。従って、レーダ４３０は、ドラム軸４２０に対して相対回転可能に固定され、自重によってドラム軸４２０の略鉛直下方に位置するようになる。この場合、レーダ４３０の送信機及び受信機の配線は、例えば、ドラム軸４２０の外面に沿って延びて外部へと導かれ、レーダ４３０を制御する制御装置（図示せず）に接続されている。そして、制御装置は、レーダ４３０の出力信号に応じて埋設物を探知し、例えば、操縦席２２０に設置されたモニタなどに埋設物を示す光点を表示する（以下同様）。なお、垂下部材４４０の上端部は、ドラム軸４２０に対して円滑に相対回転するように、例えば、ボールベアリング、ローラベアリング、ブッシュなどのベアリングを介して、ドラム軸４２０に固定されていてもよい。

【0019】

垂下部材４４０の上端部は、図５に示すように、溶接などによって、ドラム軸４２０に対して一体的に固定（固着）することもできる。この場合、レーダ４３０は自重によってドラム軸４２０の略鉛直下方に位置するようにはならないが、自走車両２００に対するドラム軸４２０の取付位置、取付角度などを適切に設定することで、レーダ４３０がドラム軸４２０の略鉛直下方に位置するようになる。この場合、ドラム軸４２０とレーダ４３０とが相対回転しないことから、レーダ４３０の送信機及び受信機の配線は、ドラム軸４２０の内部を通って外部へと導かれ、レーダ４３０を制御する制御装置（図示せず）に接続されている。なお、垂下部材４４０の上端部は、溶接などに代えて、例えば、ボルト、止めねじ、クランプなどでドラム軸４２０に対して着脱可能かつ一体的に固定してもよい。いずれにしても、地中レーダ装置４００のレーダ４３０の下面側に設けられたアンテナが常に鉛直下方へ向くように取り付けられていればよい。

【0020】

取付部材６００は、図６及び図７に示すように、自走車両２００の前部の下部から前方へと延びる第１のフレーム６１０と、第１のフレーム６１０の先端部から下方へと延びる第２のフレーム６２０と、第２のフレーム６２０の下部から自走車両２００に向かって延びるパラレルリンク６３０と、パラレルリンク６３０の先端部に取り付けられるクレビス（Ｕリンク）６４０と、を有している。

【0021】

第１のフレーム６１０は、例えば、金属製の角パイプを梯子形状に溶接で集成した部材であって、その長辺の一方である基端部が、ボルトや溶接などを介して自走車両２００の前面に固定されている。第２のフレーム６２０は、例えば、金属製の角パイプを矩形形状に溶接で集成した部材であって、その基端部が、ボルトや溶接などを介して第１のフレーム６１０の先端部の下面であって、３つの地中レーダ装置４００に対応した位置に夫々固定されている。パラレルリンク６３０は、例えば、金属製の角パイプを平行に並べた２つの部材からなり、その基端部が、第１のフレーム６１０の長手方向に延びる揺動軸（図示せず）を介して、それぞれの第２のフレーム６２０の下部に揺動可能に固定されている。クレビス６４０は、例えば、所定形状を有する金属製の板材を溶接で集成した部材であって、その基端部が、第１のフレーム６１０の長手方向に延びる揺動軸（図示せず）を介して、各パラレルリンク６３０の先端部に揺動可能に固定されている。ここで、クレビス６４０の腕部（二股部分）は、第１のフレーム６１０と平行になるように取り付けられている。

【0022】

クレビス６４０の腕部の先端部には、例えば、地中レーダ装置４００のドラム軸４２０の両端部がボルトや溶接などを介して一体的に固定されている。従って、第２のフレーム６２０に対してパラレルリンク６３０が上下に揺動しても、パラレルリンク６３０が有する機能によって、垂直方向におけるドラム軸４２０の回転位置（角度位置）を略一定に保つことができる。なお、符号６５０で示す部材は、第１のフレーム６１０に対する第２のフレーム６２０の固定強度を向上させる、例えば、斜めに延びる金属製の角パイプからなる補強部材である。

【0023】

次に、地中レーダ装置４００を搭載したロードスタビライザ１００を使用し、軟弱な現状路床土と安定材とを均一に混合しつつ、地中に埋設された埋設物を探知する手順の一例について説明する。

【0024】

ロードスタビライザ１００を施工箇所に配置した後、路床面５００に粉末の安定材を散布し、ロータドラム３１０を回転駆動させながら、油圧シリンダ３３０を適宜操作してロータドラム３１０を所定の深さにする。また、図示しない制御装置によって地中レーダ装置４００のレーダ４３０を作動させ、地中の埋設物の探知を開始する。そして、この状態で自走車両２００のクローラ２１０を駆動し、ロードスタビライザ１００を走行させる。すると、ロータドラム３１０の回転駆動により、路床面５００の安定材が現状路床土と混合され、これをタイヤローラなどにより締め固めることで軟弱な現状路床土の強度が改善される。

【0025】

また、ロードスタビライザ１００が走行すると、地中レーダ装置４００のケーシング４１０は、取付部材６００を介して自走車両２００に取り付けられているドラム軸４２０と相対回転可能であるため、路床面５００上を転がって進む。このとき、地中レーダ装置４００のレーダ４３０は、ドラム軸４２０から垂下し、かつ、ドラム軸４２０に対して相対回転可能又は一体的に固定されているので、ドラム軸４２０の略鉛直下方に位置することとなる。このため、ケーシング４１０が路床面５００上を転がって進むことと相まって、路床面５００とレーダ４３０との間隔が略一定に保たれて、埋設物の探知性能の低下を抑制することができる。

【0026】

路床面５００に凹凸がある場合には、取付部材６００のパラレルリンク６３０の機能によって、自走車両２００に対する地中レーダ装置４００の相対位置が上下方向に変化する。このため、地中レーダ装置４００のケーシング４１０は、路床面５００の凹凸に沿って転がって進み、上述したように、路床面５００とレーダ４３０との間隔が略一定に保たれて、埋設物の探知性能の低下を抑制することができる。また、路床面５００に、例えば、粉末の安定材が散布されていても、その上をケーシング４１０が転がって進むので、これを剥ぎ取ることがない。

【0027】

ところで、地中レーダ装置４００のレーダ４３０の下面側には電磁波を放射・受信するアンテナが設置されており、探知対象物との間隔を略一定にすることを目的として、平面をなしていることが一般的である。この場合、レーダ４３０の下面とケーシング４１０の内面との間には、円弧形状の横断面を有する空間が形成されてしまい、レーダ４３０の下面と路床面５００との間の間隔が多少広がって、埋設物の探知性能の向上には限界があった。

【0028】

そこで、埋設物のさらなる探知性能の向上を目的として、図８に示すように、レーダ４３０の下面とケーシング４１０の内面との間に、円弧形状の横断面を有する、固形の誘電体７００を充填する。固形の誘電体７００の下面は、ケーシング４１０の内面に倣った円筒形状をなしている。固形の誘電体７００としては、例えば、誘電率が比較的高いポリ塩化ビニル（誘電率：２．８～３．１（硬質）、３．３～４．５（軟質））、ニューライト（登録商標）などの超高分子量ポリエチレン（誘電率：２．３～２．４）を使用することができる。このようにすれば、レーダ４３０の送信機から送信された電磁波は、固形の誘電体７００を通って地中へと導かれるので、その減衰を抑制することができる。なお、固形の誘電体７００は、相対回転するケーシング４１０の内面との接触を回避すべく、例えば、接着、ボルトなどによって、レーダ４３０の下面に一体的に固定されることが望ましい。

【0029】

また、レーダ４３０の下面とケーシング４１０の内面との間に、流動性を有する誘電体７００を充填することもできる。流動性を有する誘電体７００としては、例えば、誘電率が比較的高い砂（誘電率：３．０～５．０）、シリコンオイル（誘電率：２．６～２．８）などを使用することができる。このようにすれば、固形の誘電体７００と同様に、レーダ４３０の送信機から送信された電磁波は、流動性を有する誘電体７００を通って地中へと導かれるので、その減衰が抑制され、埋設物のさらなる探知性能の向上を図ることができる。

【0030】

レーダ４３０の下面とケーシング４１０の内面との間に誘電体７００を充填する代わりに、図９に示すように、レーダ４３０の下面を、ケーシング４１０の内周面に倣った円柱形状に形成してもよい。この場合、レーダ４３０の下面は、ケーシング４１０との相対回転を妨げない限度において、両者の間隔をできるだけ小さくすることが望ましい。また、レーダ４３０の送信機及び受信機は、埋設物のさらなる探知性能を向上することを目的として、円柱形状の下面に沿って配置することが望ましい。なお、かかる工夫による効果は、誘電体７００を充填したものと同様であるのでその説明は省略する。

【0031】

さらに、レーダ４３０の送信機から送信された電磁波の減衰を抑制するために、ケーシング４１０及び誘電体７００を同じ材質にすることも効果がある。

【0032】

本発明は、上記及び図示の実施形態に限定されないことを理解されたい。むしろ、当業者であれば、添付の特許請求の範囲内で、多くの変更、変形及び修正が可能であることを認識するであろう。
ここで、補正前の特許請求の範囲で定義された特徴を以下に列挙する。
［特徴１］
ドラム状のケーシングと、
前記ケーシングに対して相対回転可能なドラム軸と、
前記ケーシングの内部において、前記ケーシングの内面と相対変位可能なように、前記ドラム軸から垂下されたレーダと、
を有する、地中レーダ装置。
［特徴２］
前記レーダは、前記ドラム軸に対して相対回転可能に固定された、
特徴１に記載の地中レーダ装置。
［特徴３］
前記レーダは、前記ドラム軸に対して一体的に固定された、
特徴１に記載の地中レーダ装置。
［特徴４］
前記レーダの下面は平面をなし、
前記レーダの下面と前記ケーシングの内面との間に、固形の誘電体が充填された、
特徴１～特徴３のいずれか１つに記載の地中レーダ装置。
［特徴５］
前記固形の誘電体は、前記レーダの下面に一体的に固定された、
特徴４に記載の地中レーダ装置。
［特徴６］
前記レーダの下面は平面をなし、
前記レーダの下面と前記ケーシングの内面との間に、流動性を有する誘電体が充填された、
特徴１～特徴３のいずれか１つに記載の地中レーダ装置。
［特徴７］
前記レーダの下面は、前記ケーシングの内周面に倣った形状をなしている、
特徴１～特徴３のいずれか１つに記載の地中レーダ装置。
［特徴８］
前記レーダの下面がアンテナ面である、
特徴４～特徴７のいずれか１つに記載の地中レーダ装置。
［特徴９］
特徴１～特徴８のいずれか１つに記載の地中レーダ装置を搭載した建設機械。

【符号の説明】

【0033】

１００ ロードスタビライザ（建設機械）
４００ 地中レーダ装置
４１０ ケーシング
４２０ ドラム軸
４３０ レーダ
７００ 誘電体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】