特許 7591423 ケーシングロッドのロッド先端位置計測システム

(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】2024-11-20

(45)【発行日】2024-11-28

(54)【発明の名称】ケーシングロッドのロッド先端位置計測システム

(51)【国際特許分類】

   E21B 7/00 20060101AFI20241121BHJP

   E02D 7/00 20060101ALI20241121BHJP

   E02F 5/02 20060101ALI20241121BHJP

【ＦＩ】

E21B7/00 A

E02D7/00 Z

E02F5/02 E

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2021025814

(22)【出願日】2021-02-22

(65)【公開番号】P2022127682

(43)【公開日】2022-09-01

【審査請求日】2023-12-20

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 第１４回地盤改良シンポジウム 開催日： 令和２年１２月３日（木）・４日（金）

(73)【特許権者】

【識別番号】303057365

【氏名又は名称】株式会社安藤・間

(73)【特許権者】

【識別番号】520104374

【氏名又は名称】システム建設株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】592093833

【氏名又は名称】青山機工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001564

【氏名又は名称】フェリシテ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】足立 有史

(72)【発明者】

【氏名】グエン ホン ソン

(72)【発明者】

【氏名】高田 守康

(72)【発明者】

【氏名】高植 俊彰

【審査官】松本 泰典

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１３３２９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３１４１７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／００３８８４９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－００２１９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０１９４５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１３１４６９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｂ ７／００

Ｅ０２Ｆ ５／０２

Ｅ０２Ｄ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の管状のケーシングロッドが継ぎ足されたケーシング掘削機において、
それぞれの前記ケーシングロッドの内部に配置される位置計測装置と、
前記互いに継ぎ足された複数のケーシングロッドのジョイント部において、それぞれのケーシングロッドの内部に取り付けられた複数のアンテナと、
前記互いに継ぎ足された複数のケーシングロッドの内部において、前記位置計測装置と前記アンテナとの間に接続され、前記位置計測装置で得られた計測データを送受信する通信ケーブルとを具備し、
前記複数のアンテナは、前記互いに継ぎ足された複数のケーシングロッドのジョイント部において、一方のケーシングロッドから他方のケーシングロッドに向けて前記ケーシングロッドの継ぎ足し方向に互いに逆向きに延び、また、前記複数のアンテナは、両アンテナの間にロッドの半径方向に隙間が形成され、且つ、両アンテナの先端部分同士は前記ケーシングロッドの継ぎ足し方向にオーバーラップして設置され、アンテナ同士間で無線通信を行い、
前記ケーシングロッドは一端に凸側部分を有し、他端に嵌合孔が形成された凹側部分を有し、ケーシングロッドを継ぎ足すとき、一方のケーシングロッドの凸側部分を他方のケーシングロッドの凹側部分の嵌合孔に挿入して繋いで行き、
前記凸側部分の前端部には前記複数のアンテナのうちの第１アンテナが取り付けられ、
前記凹側部分の嵌合孔内には前記複数のアンテナのうちの第２アンテナが取り付けられ、
前記位置計測装置からは通信ケーブルが延びて第１アンテナ及び第２アンテナに接続されていることにより、前記管状のケーシングロッド内においては有線による通信を行い、また、ケーシングロッドのジョイント部においては前記オーバーラップして設置された前記第１アンテナ及び第２アンテナに間で無線通信を行い、
前記ケーシングロッドの凸側部分においては、前端面から後方へ向けて当該ケーシングロッドの管体内部にアンテナ設置孔が形成され、
前記第１アンテナは当該アンテナ設置孔の中に収容設置され、
ケーシングロッドの凹側部分は、前記凸側部分受け入れる嵌合孔を有するとともに、この嵌合孔の終端となる段差面を有し、
前記段差面近辺の内周面には、前記第２アンテナを収容設置するアンテナ設置部が設けられており、
前記第２アンテナは当該アンテナ設置部の中に収容設置され、
前記一方のケーシングロッドの凸側部分を他方のケーシングロッドの凹側部分の嵌合孔に挿入したとき、前記アンテナ設置孔の中に収容設置された前記第１アンテナと、前記アンテナ設置部の中に収容設置された前記第２アンテナとは、ケーシングロッドの半径方向へ隙間を開けて対面配置され、
前記第１アンテナは、アンテナ設置孔の中に収容設置された状態で、その先端がケーシングロッドの凸側部分の前端面よりも前方へ突出することがないように前記第１アンテナの設置位置が設定され、
前記ケーシングロッドの凹側部分においては、アンテナ設置部は、最奥端から後方へ窟孔として延び、前記段差面に一致した部位でハーフパイプ状の溝に連続して嵌合孔の空間部に露出して延び、
前記第２アンテナは、前記アンテナ設置部の中に、窟孔からハーフパイプ状の溝にまたがって収容設置されることにより、前記第１アンテナと、前記第２アンテナは、ケーシングロッドのジョイント部においてオーバーラップして配置される、
ことを特徴とするケーシングロッドのロッド先端位置計測システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、掘削機等に用いられるケーシングロッドのロッド先端位置計測システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、地下に建造物を構築する際には、周りの土砂の崩落を防止するために、土留めのための連続壁が構築される。このような連続壁を構築するには例えば水平回転式掘削機（以下、単に「掘削機」という）が用いられる。代表的な回転式掘削工法としてはオーガー撹拌工法（ＳＭＷ工法）があり、この技術は、例えば特許文献１等により開示されている。

【0003】

掘削機により上記のような連続壁を構築するには、連続壁が隣接する敷地との間で敷地境界線近くで構築されるため、掘削孔施工の精度管理が重要になる。そのためには、掘削孔施工中における掘削機の先端位置を正確に計測することが必要で、かかる掘削機の先端位置を計測する技術としては例えば特許文献２に記載されたものがある。

【0004】

上記特許文献２に記載された従来技術は、中空のロッドの内部に、密封された傾斜測定装置と、アンテナ部材（例：棒体）とを収容し、傾斜測定装置の容器の上下に、アンテナ部材が挿入される凹部が形成される一方、この凹部には、容器の内側にアンテナ部（無線回路）が設けられ、傾斜センサで測定された測定データは、アンテナ部とアンテナ部材との間で送受信されてデータ収集部へ無線で送信される、というものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】HYPERLINK "javascript:void(0)" HYPERLINK "javascript:void(0)" 特開平１１－１３１４６９号公報

【文献】HYPERLINK "javascript:void(0)" HYPERLINK "javascript:void(0)" 特開２０１７－１３３２９６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、上記特許文献２に記載された技術は、簡易な構成により掘削機の先端位置を計測することができるという利点はあるが無線通信による作動不良や通信障害を受けやすく、計測データの伝送のためには未だ十分とはいえなかった。

【0007】

本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、ケーシングロッドにおけるロッド先端位置の計測データを適所に配置した有線伝送路と無線伝送路により伝送し、精度よく、且つ確実な送受信によりロッド先端位置を認定することが可能なケーシングロッドのロッド先端位置計測システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は上記目的を達するために、複数の管状のケーシングロッドが継ぎ足されたケーシング掘削機において、それぞれの前記ケーシングロッドの内部に配置される位置計測装置と、前記互いに継ぎ足された複数のケーシングロッドのジョイント部において、それぞれのケーシングロッドの内部に取り付けられた複数のアンテナと、前記互いに継ぎ足された複数のケーシングロッドの内部において、前記位置計測装置と前記アンテナとの間に接続され、前記位置計測装置で得られた計測データを送受信する通信ケーブルとを具備し、前記複数のアンテナは、前記互いに継ぎ足された複数のケーシングロッドのジョイント部において、一方のケーシングロッドから他方のケーシングロッドに向けて前記ケーシングロッドの継ぎ足し方向に互いに逆向きに延び、また、前記複数のアンテナは、両アンテナの間にロッドの半径方向に隙間が形成され、且つ、両アンテナの先端部分同士は前記ケーシングロッドの継ぎ足し方向にオーバーラップして設置され、アンテナ同士間で無線通信を行い、前記ケーシングロッドは一端に凸側部分を有し、他端に嵌合孔が形成された凹側部分を有し、ケーシングロッドを継ぎ足すとき、一方のケーシングロッドの凸側部分を他方のケーシングロッドの凹側部分の嵌合孔に挿入して繋いで行き、前記凸側部分の前端部には前記複数のアンテナのうちの第１アンテナが取り付けられ、前記凹側部分の嵌合孔内には前記複数のアンテナのうちの第２アンテナが取り付けられ、前記位置計測装置からは通信ケーブルが延びて第１アンテナ及び第２アンテナに接続されていることにより、前記管状のケーシングロッド内においては有線による通信を行い、また、ケーシングロッドのジョイント部においては前記オーバーラップして設置された前記第１アンテナ及び第２アンテナに間で無線通信を行い、前記ケーシングロッドの凸側部分においては、前端面から後方へ向けて当該ケーシングロッドの管体内部にアンテナ設置孔が形成され、前記第１アンテナは当該アンテナ設置孔の中に収容設置され、ケーシングロッドの凹側部分は、前記凸側部分受け入れる嵌合孔を有するとともに、この嵌合孔の終端となる段差面を有し、前記段差面近辺の内周面には、前記第２アンテナを収容設置するアンテナ設置部が設けられており、前記第２アンテナは当該アンテナ設置部の中に収容設置され、前記一方のケーシングロッドの凸側部分を他方のケーシングロッドの凹側部分の嵌合孔に挿入したとき、前記アンテナ設置孔の中に収容設置された前記第１アンテナと、前記アンテナ設置部の中に収容設置された前記第２アンテナとは、ケーシングロッドの半径方向へ隙間を開けて対面配置され、前記第１アンテナは、アンテナ設置孔の中に収容設置された状態で、その先端がケーシングロッドの凸側部分の前端面よりも前方へ突出することがないように前記第１アンテナの設置位置が設定され、前記ケーシングロッドの凹側部分においては、アンテナ設置部は、最奥端から後方へ窟孔として延び、前記段差面に一致した部位でハーフパイプ状の溝に連続して嵌合孔の空間部に露出して延び、前記第２アンテナは、前記アンテナ設置部の中に、窟孔からハーフパイプ状の溝にまたがって収容設置されることにより、前記第１アンテナと、前記第２アンテナは、ケーシングロッドのジョイント部においてオーバーラップして配置される、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、ケーシングロッドにおけるロッド先端位置の計測データを適所に配置した有線伝送路と、一対のアンテナ間通信による無線伝送路により伝送ようにしたため、精度よく、且つ確実な送受信によりケーシングロッドのロッド先端位置を計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明のケーシングロッド先端位置計測システムが適用されるケーシング掘削機の概略構成を示す全体図である。

【図2】（ａ）本実施の形態のシステムにおいて採用されるケーシングロッドの内部構造及びその内部におけるケーシングロッド先端位置計測装置の設置状態を示す断面図である。（ｂ）図２（ａ）において部分的な破断断面部を拡大して示す破断面拡大図である。

【図3】上記実施の形態に係るケーシングロッド先端位置計測システムの収納ボックスの内部構造を示す平面断面図である。

【図4】本発明の一実施の形態に係るケーシングロッド先端位置計測システムの測器ノードの内部構造を示す平面断面図である。

【図5】上記実施の形態に係るケーシングロッド先端位置計測システムのジョイント部の構造を示す部分側面図である。

【図6】（ａ）上記実施の形態で用いられるケーシングロッドの構造を示す正面図である。（ｂ）図６（ａ）において示されたケーシングロッドを側方から見た側面図である。

【図7】（ａ）図６に示されたケーシングロッドを反時計方向に９０度回転させてロッドの凸側部分の構造を示す拡大正面図である。（ｂ）図７（ａ）において示されたケーシングロッドの凸側部分を側方から見て内部構造を示す拡大側面断面図である。

【図8】（ａ）図７に示されたケーシングロッドの凹側部分を側方から見て内部構造を示す拡大側面断面図である。（ｂ）図８（ａ）において示されたケーシングロッドの凹側部分を後ろから見た拡大背面図である。

【図9】図６乃至図８に示されたケーシングロッドの凸側部分におけるアンテナの取り付け状態を表す斜視図である。

【図10】図６乃至図８に示されたケーシングロッドの凹側部分におけるアンテナの取り付け状態を表す斜視図である。

【図11】上記実施の形態に係るケーシングロッド先端位置計測システムにおける計測結果の表示画面（専用ソフトウェアの処理結果画面）を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明のロッド先端位置計測システムが適用される、回転式のケーシング掘削機（以下、単に「掘削機」という）の概略構成を示す全体図である。掘削機１は、駆動部３と、ケーシングロッド（以下、単に「ロッド」という）５と、データ収集・解析部７等を備えて成る。

【0015】

掘削機１のベースマシン２には鉛直方向に延びてロッド５を支持するガイドバー４が設けられている。ガイドバー４には、カッターを回転駆動する駆動部３が配置され、この駆動部３はベースマシン２とガイドバー４にわたって設置された昇降装置（図示していない）によりガイドバー４に沿って昇降される。

【0016】

駆動部３の先端には、ロッド５が接続される。ロッド５は複数個（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）が用いられ、複数のロッド５は、互いにジョイント部６において接続されて削孔装置を構成している。各ロッド５の外周にはスクリュー羽が設けられる場合がある。また、複数のロッド５の先端５１にはボーリングビット又は撹拌翼が固定される。なお、掘削機１は、例えば、３連のオーガーを有する。

【0017】

ベースマシン２には、測定データをデータ処理するデータ収集・解析部７が配置される。データ収集・解析部７は、例えばコンピュータによって構成される。当該コンピュータとしては、例えばパーソナルコンピュータやタブレット端末が用いられても良い。データ収集・解析部７は、各ロッド５の位置、或いは傾斜の測定データを収集し、オーガーの傾斜、或いはロッド５の先端位置を算出することができる。

【0018】

次に、ロッド先端位置計測装置（以下、単に「位置計測装置」という）について説明する。図２は、本実施の形態のシステムにおいて採用されるロッド５の内部構造及びその内部における位置計測装置の設置状態を示す断面図である。図２において、符号１０は位置計測装置を示す。ロッド５は図１に示されたロッド５ａ、５ｂ、５ｃが例として示され、且つロッド５ｂについての位置計測装置１０の設置状態が示されている。各ロッド５ａ、５ｂ、５ｃには１基又は複数の位置計測装置１０が設けられている。位置計測装置１０はロッド５ｂの内面に固定取り付けされ、この位置計測装置１０からはロッド５ｃの方へ向けて通信ケーブル１１ａが延びている。通信ケーブル１１ａはロッド５ｂとロッド５ｃとのジョイント部６の近辺でロッド５ｂ側のアンテナである第１アンテナ１２ａに接続されている。また、位置計測装置１０からはロッド５ａの方へ向けても通信ケーブル１１ｂが延びている。通信ケーブル１１ｂはロッド５ｂとロッド５ａとのジョイント部６の近辺でロッド５ｂ側のアンテナである第２アンテナ１２ｂに接続されている。ロッド５ｂ側の第１アンテナ１２ａの隣接位置にはロッド５ｃ側の位置計測装置１０から延びた通信ケーブル１１ｂに接続された第２アンテナ１２ｂが設置され、上記第１アンテナ１２ａと第２アンテナ１２ｂとは、互いに逆向きになって近接した状態でオーバーラップして配置されている。

【0019】

図３は位置計測装置１０の内部構造を示す平面図である。位置計測装置１０は、ロッド先端５１の位置計測を行う測器ユニット１３と、測器ユニット１３に電力を供給するバッテリー１４と、これら測器ユニット１３及びバッテリー１４を収納保護する収納ボックス１５とから成る。図３において、測器ユニット１３とバッテリー１４は収納ボックス１５の内部に横並びに設置されて収納ボックス１５の内部底面に固定取り付けされると共に、測器ユニット１３とバッテリー１４の間は電線２３で接続されている。測器ユニット１３とバッテリー１４は収納ボックス１５の内部側面に固定取り付けされていてもよい。収納ボックス１５の左右端部の側壁には、通信ケーブル１１ａ、１１ｂを接続するためのケーブル接続端子１６ａ、１６ｂが設けられ、ケーブル接続端子１６ａには、図２を参照して説明された通信ケーブル１１ａが接続される一方、ケーブル接続端子１６ｂには、通信ケーブル１１ｂが接続される。収納ボックス１５はまた、内部に水や泥水が侵入しないよう気密に保たれており、本実施の形態では、水圧１０ＭＮ／ｍ² の防水試験をクリアし得る程度の防水機能を有している。なお、図３においては、位置計測装置１０の内部構造をより分かりやすく示すため、収納ボックス１５の蓋は外してある。

【0020】

図４は測器ユニット１３の内部構造を示す平面図である。測器ユニット１３は、ロッド先端５１の位置計測を行うためのセンサーである２軸傾斜計１７と、２軸傾斜計１７の計測動作により取得された測定データを通信機へ向けて送信したり、通信機からの指令を受信したりする通信部１８と、これら２軸傾斜計１７及び通信部１８を収容するボックス体１９とから成る。２軸傾斜計１７は傾斜測定センサーとして市販されているものが使われる。通信部１８は回路基板の構造に製作され、ボックス体１９の底部に固定取り付けされる。２軸傾斜計１７は通信部１８の回路基板の所定の位置にコネクター接続或いは半田付けなどの方法により接続されている。ボックス体１９は、上記収納ボックス１５と同様、内部に水等が侵入しないよう気密に保たれており、防水機能を有している。また、ボックス体１９の左右端部の側壁には、電線取付部２０ａ、２０ｂが設けられている。さらにボックス体１９の中央部分の内壁には、ボックスの外部から内部へ入った電気コード又は通信ケーブル１１ａ、１１ｂを２軸傾斜計１７及び通信部１８といった電子部品に接続するに当たって、線材の引っ張り等により電子部品に損傷が生じないよう仲立ちを行うための中継端子２１が設けられている。図４においても図３の場合と同様、測器ユニット１３の内部構造をより分かりやすく示すため、ボックス体１９の蓋は外してある。

【0021】

図５は、図２に示したロッド５ｂとロッド５ｃとのジョイント部分における第１アンテナ１２ａと第２アンテナ１２ｂの設置構造を示す正面図である。図５に示すように、ロッド５ｂ側においては第１アンテナ１２ａがロッド５ｃの方に先端を向けてロッド５ｂの外周近辺に設置されている。他方、ロッド５ｃ側においては第２アンテナ１２ｂがロッド５ｂの方に先端を向けてロッド５ｃの外周から半径方向へ少し離れた位置に設置されている。第１アンテナ１２ａは、その先端がロッド５ｂとロッド５ｃとのジョイント部分と略同じ位置に設置されているのに対して、第２アンテナ１２ｂは、その先端がロッド５ｂとロッド５ｃとのジョイント部分よりもロッド５ｂ側に進入した位置に設置されている。また第１アンテナ１２ａのロッド５ｂの中心からの距離寸法（ｄとする）は、第２アンテナ１２ｂのロッド５ｃの外周から中心からの距離寸法（Ｄとする）よりも小さく、
ｄ < Ｄ
の関係に設定されている。これにより、第１アンテナ１２ａと第２アンテナ１２ｂとの間にはロッドの半径方向に隙間ができ、且つ、両部材の先端部分同士はオーバーラップした状態で支持されている。

【0022】

この、第１アンテナ１２ａと第２アンテナ１２ｂとの間にロッドの半径方向に隙間を作り、且つ、両部材の先端部分同士がオーバーラップした状態によるロッド５（例えば５ｂ、５ｃ）の結合構造および第１アンテナ１２ａと第２アンテナ１２ｂとの取付け構造の一実現例について説明する。

【0023】

図６（ａ）はロッド５の構造を示す正面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）において示されたロッド５を側方から見た側面図である。図７（ａ）は図６に示されたロッド５を反時計方向に９０度回転させて当該ロッド５の凸側部分（Ａで示す）を拡大して示す拡大正面図である。図７（ｂ）は図７（ａ）において示されたロッド５の凸側部分Ａを側方から見て内部構造を示す拡大側面断面図である。図８（ａ）は図７に示されたロッド５の凹側部分（Ｂで示す）を側方から見て内部構造を示す拡大側面断面図である。図８（ｂ）は図８（ａ）において示されたロッド５の凹側部分Ｂを後ろから見た拡大背面図である。

【0024】

図６（ａ）に示されるように、ロッド５は一端に凸側部分Ａを有し、他端に凹側部分Ｂを有し、ロッド５を継ぎ足すとき、一方のロッド（例えば図２の５ｂ）の凸側部分Ａを他方のロッド（例えば図２の５ｃ）の凹側部分の嵌合孔３１に挿入して繋いで行く。図６（ａ）において、符号１２ａは第１アンテナ１２ａを示す。また、図７に示されるように、第１アンテナ１２ａは、ロッド５の凸側部分Ａにおいて、ロッド５の開放端面（前端面５ｇとする）から後方へ向けて当該ロッド５の管体内部にアンテナ設置孔３０が形成され、当該アンテナ設置孔３０の中に収容設置される。アンテナ設置孔３０は、ロッド５の凸側部分Ａの前端面５ｇから後方へ、トンネル構造の窟孔を穿設して成形され、前端面５ｇに対応する出口部分において外周面５ｆを削って一部が外部に表れる露出部３０ａとなっている。

【0025】

第１アンテナ１２ａは、アンテナ設置孔３０の中に収容設置された状態で、その半径方向最外側がロッド５の外周面５ｆより外径側へはみ出すことがないように第１アンテナ１２ａの直径とアンテナ設置孔３０の径が設定される一方、先端部分がアンテナ設置孔３０の露出部３０ａにより外部に表れるようになっている。また、第１アンテナ１２ａは、アンテナ設置孔３０の中に収容設置された状態で、その先端がロッド５の前端面５ｇよりも前方へ突出することがないように第１アンテナ１２ａの設置位置が設定されている。なおロッド５には、その凹側部分Ｂに近い場所の内部に位置計測装置１０が配置されている。

【0026】

図８に示されるように、ロッド５の凹側部分Ｂにおいては、内部に、隣接するロッド５（例えば、図２におけるロッド５ｂに対して５ｃが相当する）の凸側部分Ａを受け入れ収容する嵌合孔３１が設けられている。嵌合孔３１は、凸側部分Ａの外径と略同じかそれよりも少し大きな内径寸法を持ち（上記受入れ収容のため）、ロッド５の後端から前方へ向けて延びており、その前端において段差面５ｈが形成されて終端となっている。段差面５ｈは、隣接するロッド５の凸側部分Ａが嵌合孔３１に挿入されたとき、その前端面５ｇが当接する面である。

【0027】

ロッド５の凸側部分Ａのアンテナ設置孔３０に対応する凹側部分Ｂの段差面５ｈ部分近辺の内周面５ｉには、第２アンテナ１２ｂを収容設置するアンテナ設置部３２が設けられている。図８においてアンテナ設置部３２は、嵌合孔３１の内周面５ｉの天井部において、内周面５ｉの壁を削ってハーフパイプ状の溝を形成し、内周面５ｉが段差面５ｈに突き当たった部位において、上記ハーフパイプ状の溝に連続してトンネル構造の窟孔を穿設して成形されている。ここで「ハーフパイプ」とは、円管を縦軸方向へ半分に切って出来た半円経路部材（例：雨樋）を表す。すなわちアンテナ設置部３２は、最奥端から後方（図８（ａ）で右方）へ窟孔として延び、段差面５ｈに一致した部位でハーフパイプ状の溝に連続して延び、後端部５ｋにおいて終わっている。したがってアンテナ設置部３２は、ハーフパイプ状の溝に連続した部分から先（後方）は溝形状であるから、嵌合孔３１の空間部に露出していることになる。

【0028】

第２アンテナ１２ｂは、当該アンテナ設置部３２の中に、窟孔からハーフパイプ状の溝にまたがって後方向き、すなわち、先端が嵌合孔３１に露出する方向へ向けて収容設置される。したがって、第２アンテナ１２ｂもまた、嵌合孔３１の空間部に露出することになる。第２アンテナ１２ｂは、アンテナ設置部３２の中に収容設置された状態で、その半径方向最内側が嵌合孔３１の空間部側へはみ出すことがないように第２アンテナ１２ｂの直径とアンテナ設置部３２（特に、ハーフパイプ状の溝部分）の径が設定されている。また、第２アンテナ１２ｂは、アンテナ設置部３２の中に収容設置された状態で、その先端がロッド５の後端部５ｋに到達するように第１アンテナ１２ａの設置位置が設定されている。したがって、第２アンテナ１２ｂは、アンテナ設置部３２の中に収容設置されたとき、その先端部分が段差面５ｈよりも後方（右側）まで延びて設置され、この先端部分が嵌合孔３１の空間部に露出することになる。

【0029】

図９は、図６乃至図８に示されたロッドの凸側部分Ａにおけるアンテナの取り付け状態を表す斜視図である。図９に示されているように、第１アンテナ１２ａは、アンテナ設置孔３０の中に収容設置されている。第１アンテナ１２ａの半径方向最外側がロッド５の外周面５ｆより外径側へはみ出してはおらず、アンテナ設置孔３０の中に入った状態で先端部分が露出部３０ａから露出している。また、第１アンテナ１２ａは、アンテナ設置孔３０の中に収容設置された状態で、その先端がロッド５の前端面５ｇよりも前方へ突出していない。

【0030】

図１０は、図６乃至図８に示されたロッド５の凹側部分Ｂにおけるアンテナの取り付け状態を表す斜視図である。この図１０は、ロッド５の凹側部分Ｂの後端面側から嵌合孔３１の内部に入って第２アンテナ１２ｂの取り付け部分を見た状況を表しており、（ａ）は第２アンテナ１２ｂが未だアンテナ設置部３２の中に収容設置されていない状態を示し、（ｂ）は第２アンテナ１２ｂがアンテナ設置部３２の中に収容設置されている状態を示す。図１０に示されているように、第２アンテナ１２ｂは、アンテナ設置部３２の中に収容設置されている。第２アンテナ１２ｂは、嵌合孔３１の空間部に露出しており、その半径方向最内側が嵌合孔３１の空間部側へはみ出すことなくアンテナ設置部３２のハーフパイプ状の溝部分に入っている。また第２アンテナ１２ｂは、アンテナ設置部３２の中に収容設置された状態で、その先端部分が段差面５ｈよりもさらに後方まで延びており、上記ハーフパイプ状の溝部分に入った状態でその先端部分が嵌合孔３１の空間部に露出している。

【0031】

以上の構成によりロッド５（５ｂとする）の凸側部分Ａをロッド５（５ｃとする）の凹側部分Ｂに挿入して凸側部分Ａの前端面５ｇが凹側部分Ｂの嵌合孔３１内で段差面５ｈに当接したとき、ロッド５ｂ側の露出部３０ａがロッド５ｃ側のアンテナ設置部３２のハーフパイプ状の溝部分に対面し、第１アンテナ１２ａと第２アンテナ１２ｂとは、それぞれの先端部分がオーバーラップした状態で対面する。これにより、第１アンテナ１２ａと第２アンテナ１２ｂとの間で無線通信が行えるようになる。

【0032】

動作説明
以上の構成を有する位置計測装置１０を備えた掘削装置について、動作を説明する。掘削動作に際してはケーシングロッドが回転しながら地中へ掘り進んで行き、掘削孔が形成される。この間、各ロッド５ａ～５ｄの内部に設置された位置計測装置１０はそれぞれのロッド５ａ～５ｄの傾斜の度合いを計測し測定値を得る。これらの測定データは各ロッド５ａ～５ｄの位置計測装置１０からデータ収集・解析部７へ送信される。このデータ送信動作は位置計測装置１０の通信部１８が動作することにより行われ、送信信号はデータ収集・解析部７に設けられた通信部へ送られる。

【0033】

このデータ送信動作においては、マイクロ波を用いることが望ましく、例えば、周波数が５００ＭＨｚ～１ＴＨｚの電波を用いることができる。ちなみに、本実施の形態で採用した第１アンテナ１２ａと第２アンテナ１２ｂとの間に隙間を作り、両部材の先端部分同士をオーバーラップ構成にした無線通信においては９２０ＭＨｚの高周波を用いることで良好な通信状態が得られた。また、上記周波数帯を選ぶことにより通信基板の構成を比較的小型な回路基板で実現でき、測器ユニット１３ひいては位置計測装置１０をコンパクトにすることができる。また、第１アンテナ１２ａと第２アンテナ１２ｂとをオーバーラップ構成にした状態での高周波通信動作では水中或いは泥土中などでの減衰がそれほど大きくないことが実験により判明した。すなわち、本実施の形態の構成は非接触ではあるが、両者の間は空間を有する状態となり、この構成について、水中においても６０ｃｍ以内であれば無線通信が可能であることを通信試験により確認された。

【0034】

上記データ送信動作における送信手順の一例について説明する。各ロッド５ａ～５ｄの位置計測装置１０がデータ収集・解析部７から測定指示を受信すると、各位置計測装置１０の２軸傾斜計１７は各ロッド５の傾斜を測定し、測定データを、通信部１８により通信ケーブル１１及びアンテナ部材１２を介して一つ上方のロッド５の位置計測装置１０に（本実施の形態でみれば、ロッド５ａの位置計測装置１０からロッド５ｂの位置計測装置１０に）送信する。さらに、下方側のロッド５ａの２軸傾斜計１７で測定された結果を受信した一つ上方のロッド５ｂの位置計測装置１０は、当該ロッド５ｂの傾斜測定結果と、一つ下のロッド５ａの測定結果とを、一つ上方のロッド５ｃの位置計測装置１０に送信する。

【0035】

以上のように、順次上方に、下方からの測定結果と自身の測定結果とを通信ケーブル１１及びアンテナ１２を介して送信して、それぞれの位置計測装置１０における測定結果を上方に送信する。

【0036】

また、データ送信動作における送信手順の他の例としては、各ロッド５ａ～５ｄの位置計測装置１０がデータ収集・解析部７から測定指示を受信すると、各位置計測装置１０の２軸傾斜計１７は対応するロッド（５ａとする）の傾斜を測定し、測定データを、それぞれの通信タイミングで通信部１８により通信ケーブル１１及びアンテナ部材１２を介して一つ上方のロッド（５ｂ）の位置計測装置１０に送信する。下方側のロッド５の２軸傾斜計１７で測定された結果を受信した上方のロッド５ｂの位置計測装置１０は、何らデータ追加処理をすることなく、そのまま一つ上方のロッド５ｃの位置計測装置１０に送信する。ロッド５ｃの位置計測装置１０もまた、何らデータ追加処理をすることなく、そのまま一つ上方のロッド５ｄの位置計測装置１０に送信する。これを続けてロッド５ａの測定データはデータ収集・解析部７へ送信される。

【0037】

ロッド５ｂ以下の測定データもまた、同様にしてデータ収集・解析部７へ送信される。このような通信動作を採ると、全体の位置計測装置１０（複数）のうちの１つにおいて２軸傾斜計１７が計測不能になっても、通信部１８が正常であれば測定データの送信は可能であり（但し、送信される測定データは減る）、ほぼ正確なケーシングロッドのロッド先端５１の位置を計測することができる。

【0038】

データ収集・解析部７へ送信された測定データはここで解析処理され、ケーシングロッドのロッド先端５１の位置が演算により算出される。本実施の形態では、専用ソフトウェアを備えるパーソナルコンピュータ（端末）をデータ収集・解析部７として用い、一定間隔及び任意の時間において傾斜データを無線通信により取得してケーシングロッドのロッド先端５１の位置を計測する。この演算によって算出された結果はデータ収集・解析部７に備えられた出力部から出力される。出力方法としては、プリンターによる文書の出力、スピーカーからの音声による伝達、モニターによる画像表示などがある。本実施の形態では、パーソナルコンピュータの画面２５に画像表示する。

【0039】

その画像表示例が図１１に示されている。画面２５には、そのデータ収集・解析部７における計測タイミング種別表示欄２６と、測定データ表示欄２７と、ロッド先端５１の位置表示欄２８等が表示されている。計測タイミング種別表示欄２６は計測タイミングを任意にするか、一定時間間隔で行うかの種別を選択する欄である。測定データ表示欄２７は各位置計測装置１０から送信されてきた測定データを一覧表形式で表示する欄である。ロッド先端５１の位置表示欄２８は演算により算出されたロッド５（具体的にはロッド５ａ）の先端５１の位置（地中の位置）を画面上にグラフ形式で表す欄である。ロッド先端５１の位置表示欄２８には、水平面にＸ，Ｙ座標成分を設定し、このＸ，Ｙ座標成分に対して直角の方向にＺ成分を設定するＸ、Ｙ、Ｚ三次元直交座標（Ｚは深さ）を設定してロッド５の先端のＸ－Ｚ座標位置を表すＸ－Ｚ位置表示欄２８ａと、ロッドの先端のＹ－Ｚ座標位置を表すＹ－Ｚ位置表示欄２８ｂと、掘削孔の予定中心位置（設計値）からの変位を表す変位表示欄２８ｃとが含まれている。Ｘ－Ｚ位置表示欄２８ａには、掘削進行の任意の時間おける、ロッド先端５１の、ロッド深度方向の設計値に対するＸ座標方向の水平変位がグラフ図として表示されており、最下点が現在のＸ座標方向の水平変位である。Ｙ－Ｚ位置表示欄２８ｂには、掘削進行の任意の時間おける、ロッド先端５１の、ロッド深度方向の設計値に対するＹ座標方向の水平変位がグラフ図として表示されており、最下点が現在のＹ座標方向の水平変位である。変位表示欄２８ｃには、掘削孔の設計値を座標の中心（原点）とする角座標が設定され、ロッド５の先端が現在、掘削孔の設計値からどの方向（例えば、東、西、南、または北）へどれ位の距離だけ水平変位している（離れている）かが表示されている。

【0040】

上述の画像表示により、操作者は、ロッド５の先端が地中深さのどの位置にあるか、及びそのロッド５の先端は掘削孔の設計値からどの程度ずれているかを把握することができる。よって、さらに継続して掘削作業を行うに当たって、どの進み方向へどれ位の距離だけ掘削すればよいかの判断及び決定をすることができる。

【0041】

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属する。

【符号の説明】

【0042】

１ 掘削機
２ ベースマシン
３ 駆動部
４ ガイドバー
５ ケーシングロッド
６ ジョイント部
７ データ収集・解析部
１０ 位置計測装置
１１ａ、１１ｂ 通信ケーブル
１２ａ 第１アンテナ
１２ｂ 第２アンテナ
１３ 測器ユニット
１４ バッテリー
１５ 収納ボックス
１６ａ、１６ｂ ケーブル接続端子
１７ ２軸傾斜計
１８ 通信部
１９ ボックス体
２０ 電線取付部
２１ 中継端子
２３ 電線
２５ 画面
２６ 計測タイミング種別表示欄
２７ 測定データ表示欄
２８ａ Ｘ－Ｚ位置表示欄
２８ｂ Ｙ－Ｚ位置表示欄
３０ アンテナ設置孔
３１ 嵌合孔
３２ アンテナ設置部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】