支持地盤検出装置およびそれを用いた掘削機
【課題】地盤内の支持地盤を正確に検出するために、有効電力量の検出手段と、有効電力量を用いた、掘削ロッドが支持地盤に到達したかどうかの判定手段を提供する。
【解決手段】単位掘削体積あたりの汎用モータに印加される有効電力量を検出する有効電力量検出手段と、有効電力量検出手段により検出された有効電力量があらかじめ定められた値になったときに、掘削ロッドが支持地盤に到達したと判定する。
【解決手段】単位掘削体積あたりの汎用モータに印加される有効電力量を検出する有効電力量検出手段と、有効電力量検出手段により検出された有効電力量があらかじめ定められた値になったときに、掘削ロッドが支持地盤に到達したと判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支持地盤検出装置およびそれを用いた掘削機に関する。詳しくは、三相交流電源から汎用モータに電力が供給され、該汎用モータにより回転軸を介し回転駆動される掘削ロッドで地盤を掘削して、地盤内の支持地盤を検出する支持地盤検出装置およびそれを用いた掘削機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、地盤内の強い支持層である支持地盤を検知する工法が知られている。たとえば、この工法として、先端に掘削ヘッドを有する掘削ロッドで、地盤を掘削して杭穴を形成する方法であって、下記の（式１）により求められるＥｐの値が予め設定した値又は掘削作業中に設定した値となった場合に、当該地盤を支持地盤と推定して、杭穴の根固め部を構築する杭穴掘削方法が知られていた(たとえば、特許文献１)。ここで、Ａave1はある区間で深さＬ１を掘削速度ｖ１で掘削する場合の平均積算電流値であり、Ｖは掘削機のオーガー電圧である。また、Ｄは杭穴径である。
（式１）Ｅｐ＝Ａave1×Ｖ／（ｖ１・Ｄ２・π／４） ［Ｊ／ｍ３］
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３４８５１５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、従来の杭穴掘削方法では、Ｅｐを求めるために掘削負荷電流（積算電流値）を検出しているが、この検出される積算電流は皮相電流であって、積算電流の中には本来掘削に使用されない無効電流も含まれている（皮相電流検出方式）。この皮相電流検出方式では、力率が低く（無効電流が大きく）なってしまうと積算電流値をエネルギー換算して用いても、正確に地盤内の支持地盤を検出することができなかった。
【０００５】
また、従来の杭穴掘削方法では、掘削機のオーガー電圧Ｖを一定として用いているが、インバータと用いた掘削機では、周波数ｆが低周波数の領域では電圧Ｖが一定にならず、（式１）を用いて正確に地盤内の支持地盤を検出することができなかった。さらに、２個のモータがそれぞれ単独のインバータにより制御され、その２個のモータにより回転駆動される掘削機では、それぞれのモータを流れる電流や電圧に位相差が生じ、単純に上記（式１）を用いても地盤内の支持地盤を検出することができなかった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、正確に地盤内の支持地盤を検出することができる支持地盤検出装置およびそれを用いた掘削機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】
【０００７】
上記課題を解決し上記目的を達成するために、本発明のうち第１の態様に係るものは、三相交流電源から汎用モータに電力が供給され、該汎用モータにより回転軸を介し回転駆動される掘削ロッドで地盤を掘削して、地盤内の支持地盤を検出する支持地盤検出装置であって、単位掘削体積あたりの汎用モータに印加される有効電力量を検出する有効電力量検出手段と、該有効電力量検出手段により検出された有効電力量があらかじめ定められた値になったときに、掘削ロッドが支持地盤に到達したと判定する支持地盤判定手段とを備えたものである。
【０００８】
本発明によれば、有効電力量検出手段により検出された単位掘削体積あたりの有効電力量があらかじめ定められた値になったときに掘削ロッドが支持地盤に到達したと判定されるので、正確に地盤内の支持地盤を検出することができる。すなわち、汎用モータで実際に使用される電力の変化を検出し、その実際に汎用モータで使用される電力である有効電力量があらかじめ定められた値になったときに掘削ロッドが支持地盤に到達したと判定されるので、正確に地盤内の支持地盤を検出することができる。
【０００９】
本発明のうち第２の態様に係るものは、第１の態様に係る支持地盤検出装置であって、汎用モータは、インバータにより駆動制御されるものである。
【００１０】
汎用モータがインバータにより駆動制御されるものであっても、有効電力量検出手段により検出された単位掘削体積あたりの有効電力量があらかじめ定められた値になったときに掘削ロッドが支持地盤に到達したと判定されるので、正確に地盤内の支持地盤を検出することができる。すなわち、汎用モータがインバータに駆動制御される場合は、周波数ｆが低周波数の領域では電圧Ｖも周波数ｆに沿って低くなるが、本発明によれば、その低くなった電圧も考慮して、有効電力量検出手段により有効電力量が検出されるので、正確に地盤内の支持地盤を検出することができる。
【００１１】
本発明のうち第３の態様に係るものは、第１の態様に係る支持地盤検出装置であって、２個の汎用モータにより回転軸を介し回転駆動される掘削ロッドで地盤を掘削して、地盤内の支持地盤を検出する支持地盤検出装置であって、各汎用モータは、各汎用モータに対応してそれぞれ設けられたインバータにより駆動制御され、有効電力量検出手段は、各汎用モータに印加される有効電力量を検出し、支持地盤判定手段は、該有効電力量検出手段に検出された各汎用モータの有効電力量の合計値があらかじめ定められた値になったときに、掘削ロッドが支持地盤に到達したと判定することを特徴とするものである。
【００１２】
本発明によれば、インバータにより駆動制御される２個の汎用モータで掘削ロッドを回転駆動する場合でも、２個の汎用モータで実際に使用される電力である有効電力量の合計があらかじめ定められた値になったときに掘削ロッドが支持地盤に到達したと判定されるので、正確に地盤内の支持地盤を検出することができる。
【００１３】
上記課題を解決し上記目的を達成するために、本発明のうち第４の態様に係るものは、三相交流電源から汎用モータに電力が供給され、該汎用モータにより回転軸を介し回転駆動される掘削ロッドで地盤を掘削して、地盤内の支持地盤を検出する支持地盤検出装置であって、単位掘削体積あたりの汎用モータに印加される有効電力量を検出する有効電力量検出手段と、該有効電力量検出手段により検出された有効電力量を標準貫入試験のＮ値に換算するＮ値換算手段と、該Ｎ値換算手段により換算されたＮ値があらかじめ定められた値になったときに、掘削ロッドが支持地盤に到達したと判定する支持地盤判定手段とを備えたものである。
【００１４】
本発明によれば、有効電力量検出手段により検出された単位掘削体積あたりの有効電力量を標準貫入試験のＮ値に換算するＮ値換算手段が設けられ、該Ｎ値換算手段により換算されたＮ値があらかじめ定められた値になったときに掘削ロッドが支持地盤に到達したと判定されるので、たとえば、国の運用基準などで支持地盤の硬さの単位がＮ値（試験時の打ち込み回数）で規定されている場合は、その運用基準に合致した表示で正確に地盤内の支持地盤を検出することができる。これにより、たとえば、支持地盤が検出された後にＮ値の値を基礎の設計などに使用することもできる。
【００１５】
本発明のうち第５の態様に係るものは、第４の態様に係る支持地盤検出装置であって、２個の汎用モータにより回転軸を介し回転駆動される掘削ロッドで地盤を掘削して、地盤内の支持地盤を検出する支持地盤検出装置であって、各汎用モータは、各汎用モータに対応してそれぞれ設けられたインバータにより駆動制御され、有効電力量検出手段は、各汎用モータに印加される有効電力量を検出し、支持地盤判定手段は、Ｎ値換算手段により換算された各汎用モータのＮ値の合計値があらかじめ定められた値になったときに、掘削ロッドが支持地盤に到達したと判定することを特徴とするものである。
【００１６】
本発明によれば、インバータにより駆動制御される２個の汎用モータで掘削ロッドを回転駆動する場合でも、Ｎ値換算手段により換算された各汎用モータのＮ値の合計値があらかじめ定められた値になったときに掘削ロッドが支持地盤に到達したと判定されるので、国の運用基準などに合致した表示で正確に地盤内の支持地盤を検出することができる。
【００１７】
本発明のうち第６の態様に係るものは、第１〜５のいずれかの態様に係る支持地盤検出装置であって、汎用モータにより回転される回転軸と一体に回動する太陽歯車と、太陽歯車の外周を覆うように、該太陽歯車に空隙を介して同軸状に配設されている内歯車と、空隙に配設され太陽歯車及び内歯車に噛合する遊星歯車と、回転軸に取り付けられた掘削ロッドと、内歯車に取り付けられた掘削刃とを、有し、掘削ロッドおよび掘削刃により掘削することを特徴とするものである。
【００１８】
本発明によれば、回転軸と一体に回動する太陽歯車と、太陽歯車の外周を覆うように、該太陽歯車に空隙を介して同軸状に配設されている内歯車と、空隙に配設され太陽歯車及び内歯車に噛合する遊星歯車と、回転軸に取り付けられた掘削ロッドと、内歯車に取り付けられた掘削刃とを有しているので、少ない歯車数で大きな減速比を得ながら掘削することができ、掘削機の小型化も図ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、単位掘削体積あたりの有効電力量（またはＮ値）を用いて掘削ロッドが支持地盤に到達したかを判定しているので、正確に地盤内の支持地盤を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）本発明の一実施形態における支持地盤検出装置が用いられた掘削機の上面図Ｘ軸方向の側面図である。 （ｂ）同掘削機の上面図Ｙ軸方向の側面図である。 （ｃ）同掘削機の上面図である。
【図２】図１（ｂ）および図１（ｃ）のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明の一実施形態における支持地盤検出装置の回路図を示す図である。
【図５】同支持地盤検出装置が用いられた掘削機の支持地盤検出工程を示すフローチャートである。
【図６】Ｎ値換算手段により求められた標準貫入試験のＮ値（合計値）をグラフ化した図である。
【図７】本発明の第一実施形態の変形例１における支持地盤検出装置の回路図を示す図である。
【図８】本発明の第一実施形態の変形例２における支持地盤検出装置の回路図を示す図である。
【図９】本発明の第一実施形態の変形例３における支持地盤検出装置の回路図を示す図である。
【図１０】本発明の第二実施形態における支持地盤検出装置の回路図を示す図である。
【図１１】本発明の第二実施形態の変形例１における支持地盤検出装置の回路図を示す図である。
【図１２】本発明の第二実施形態の変形例２における支持地盤検出装置の回路図を示す図である。
【図１３】本発明の第二実施形態の変形例３における支持地盤検出装置の回路図である。
【図１４】（ａ）本発明の第三実施形態における支持地盤検出装置が用いられた掘削機の上面図Ｘ軸方向の側面図である。 （ｂ）同掘削機の上面図Ｙ軸方向の側面図である。 （ｃ）同掘削機の上面図である。
【図１５】図１４（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図１６】図１５のＤ−Ｄ断面図である。
【図１７】本発明の第三実施形態における支持地盤検出装置が用いられた掘削機の掘削刃を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第一実施形態）
以下、本発明の支持地盤検出装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１（ａ）は本発明の一実施形態における支持地盤検出装置が用いられた掘削機の上面図Ｘ軸方向の側面図であり、図１（ｂ）は同掘削機の上面図Ｙ軸方向の側面図であり、図１（ｃ）は同掘削機の上面図である。
【００２２】
図１（ａ）に示すように、掘削機１は、内部に汎用モータ５ａ、５ｂを含み断面がＵ字形（御椀状）の上部ケース２と、上部ケース２にボルトやピンなどの固着手段（図示略）により固着された中空状の中部ケース３と、中部ケース３にボルトやピンなどの固着手段（図示略）により固着された中空状の下部ケース４により覆われている。この下部ケース４には中空状の下部部材７が取り付けられている。
【００２３】
出力軸（回転軸）１１は、後述するように汎用モータ５ａ、５ｂにより回転するもので中空状の下部部材７の下部から突出させている。この出力軸１１には、ボルトやピンなどの固着手段（図示略）により掘削ロッド（ドリル）１２が取り付けられている。なお、本実施形態でいう固着手段がボルトの場合には、固着される側にボルトに対応する螺子穴が設けられ、反対側にボルトと螺合するナットを設けるようにしてもよい。掘削ロッド１２は、中空状で円形断面を有し地上から掘削ロッド１２の内側の中空部（図示略）にセメントミルクなどを供給することにより、掘削ロッド１２の先端部からそのセメントミルクなどを噴射させることができる。このようにして、掘削ロッド１２を順次接続しながら掘削し、掘削ロッド１２が地中に挿入される。なお、本実施形態では、掘削ロッド１２を順次接続するとしたが、これに限らず、先端の掘削ロッド（ドリル）１２に継ぎ手（図示略）を順次接続しながら掘削するようにしてもよい。
【００２４】
次に、掘削機１の内部構造について図２を用いて説明する。図２は図１（ｂ）および図１（ｃ）のＡ-Ａ断面図であり、図３は図１（ａ）のＢ-Ｂ断面図である。
【００２５】
三相誘導電動機（誘導電動機）からなる汎用モータ５ａ、５ｂは、モータ回転軸６ａ、６ｂを回転させるもので、上部ケース３の内部にそれぞれ備えられている（図１（ａ）および図２参照）。また、汎用モータ５ａ、５ｂは、上部に冷却ファン（図示略）が設けられ、冷却ファン（図示略）は汎用モータ５ａ、５ｂのファン駆動軸（図示略）より回転するように構成されている。この冷却ファン（図示略）は上部ケース２の上部に備えられている。このように、汎用モータ５ａ、５ｂに冷却ファン（図示略）が設けられているので、回転により温度が上がった汎用モータ５ａ、５ｂを冷却することができる。
【００２６】
なお、本実施形態では、説明の便宜上、モータ回転軸６（６ａ、６ｂ）とファン駆動軸（図示略）を別部材のように説明しているが、もともとモータ回転軸６（６ａ、６ｂ）とファン駆動軸（図示略）は一体的に構成された汎用モータ５（５ａ、５ｂ）の回転軸であり、この回転軸は汎用モータ５ａ、５ｂの駆動力により駆動される。
【００２７】
２つの汎用モータ５ａ、５ｂのモータ回転軸６ａ、６ｂには、それぞれにモータ回転軸取付ボス（モータ回転軸取付手段（図示略））を用いて圧入された電動機歯車９ａ、９ｂが固着されている。このように、電動機歯車９ａ、９ｂはモータ回転軸６ａ、６ｂと固着されているので、モータ回転軸６ａ、６ｂと同心で回転することができる。
【００２８】
入力歯車１０は、２つの電動機歯車９ａ、９ｂと外接するように配され、電動機歯車９ａ、９ｂが回転することにより回転することができる（図２および図３参照）。入力歯車１０には、入力軸取付ボス（入力軸取付手段（図示略））を用いて圧入された出力軸１１が固着されている。
【００２９】
次に、本実施形態における支持地盤検出装置の回路図について図４を参照にして説明する。ここで、図４は、本発明の一実施形態における支持地盤検出装置の回路図である。上述したように、２個の汎用モータ５ａ、５ｂのそれぞれに対応して設けられたインバータ８ａ、８ｂは、それぞれの汎用モータ５ａ、５ｂを駆動制御するものである。
【００３０】
掘削機１に備えられた支持地盤検出装置１３は、交流電源（三相交流電源）からの交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部１４ａ、１４ｂと、該コンバータ部１４ａ、１４ｂからの出力電圧を平滑するコンデンサ部１５ａ、１５ｂと、該コンデンサ部１５ａ、１５ｂにより平滑された直流電圧を三相交流に変換し、汎用モータ（誘導電動機）５ａ、５ｂに出力する出力ブリッジ部１６ａ、１６ｂと、該出力ブリッジ部１６ａ、１６ｂを駆動制御する制御装置（図示略）と、コンバータ部１４ａ、１４ｂとコンデンサ部１５ａ、１５ｂの間に接続された突入電流抑制抵抗部１８ａ、１８ｂと、該突入電流抑制抵抗部１８ａ、１８ｂに並列接続された第一スイッチ１９ａ、１９ｂと、該汎用モータ５ａ、５ｂのうちの一方の汎用モータ５（５ａ、５ｂ）のコンデンサ部１５（１５ａまたは１５ｂ）と他方の汎用モータのコンデンサ部１５（１５ａまたは１５ｂ）を並列接続させ、該並列回路内に接続された第二スイッチ２０と、該第二スイッチ２０が設けられた並列回路に放電抵抗２１を並列接続させ、該放電抵抗２１が設けられた並列回路に接続された第三スイッチ２２を有している。そして、図４に示すように、インバータ８ａ、８ｂが構成されている。
【００３１】
支持地盤検出装置１３は、Ｕ相電流計測器３５ａ、３５ｂと、Ｗ相電流計測器３６ａ、３６ｂと、Ｖ相電流計算器２３（図示略）、Ｕ相−Ｖ相間電圧計測器３７ａ、３７ｂと、Ｖ相−Ｗ相間電圧計測器３８ａ、３８ｂと、相間−相電圧変換器３９ａ、３９ｂと、有効電力量検出手段４０（図示略）と、Ｎ値換算手段４１（図示略）と有している。
【００３２】
まず電流の計測について説明すると、Ｕ相電流計測器３５ａ、３５ｂは、Ｕ相を流れる皮相電流Ｉｕを計測するものであり、Ｗ相電流計測器３６ａ、３６ｂは、Ｗ相を流れる皮相電流Ｉｗを計測するものである。また、Ｖ相電流計算器２３（図示略）は、Ｕ相電流計測器３５ａ、３５ｂにより計測されたＵ相を流れる皮相電流値ＩｕとＷ相電流計測器３６ａ、３６ｂにより計測されたＷ相を流れる皮相電流値Ｉｗを用いて、Ｖ相を流れる皮相電流値Ｉｖを計算するものである。具体的には、Ｕ相を流れる皮相電流ＩｕとＷ相を流れる皮相電流ＩｗとＶ相を流れる皮相電流Ｉｖの和が「０」（Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０）になることから、この関係式を用いて、Ｖ相を流れる皮相電流値Ｉｖが求められる。なお、本実施形態では、Ｖ相電流計算器２３（図示略）を設けて、Ｖ相を流れる皮相電流値Ｉｖを求めるようにしたが、これに限らず、Ｖ相電流計算器２３（図示略）の換わりに、Ｖ相電流計測器（図示略）を設けて、Ｖ相を流れる皮相電流値Ｉｖを計測してもよい。なお、言うまでもないが、上記の皮相電流値Ｉｕ、皮相電流値ＩＷ、皮相電流値ＩＶは、それぞれの汎用モータ５ａ、５ｂに対応して求められる。
【００３３】
次に電圧の計測について説明すると、Ｕ相−Ｖ相間電圧計測器３７ａ、３７ｂは、Ｕ相−Ｖ相間の電圧を計測するものであり、Ｖ相−Ｗ相間電圧計測器３８ａ、３８ｂは、Ｖ相−Ｗ相間の電圧を計測するものである。また、相間−相電圧変換器３９ａ、３９ｂは、Ｕ相−Ｖ相間電圧計測器３７ａ、３７ｂにより計測されたＵ相−Ｖ相間電圧値とＶ相−Ｗ相間電圧計測器３８ａ、３８ｂにより計測されたＶ相−Ｗ相間電圧値を用いて、Ｕ相電圧ＥｕとＶ相電圧ＥｖとＷ相電圧Ｅｗをそれぞれ求めるものである。Ｕ相電圧ＥｕとＶ相電圧ＥｖとＷ相電圧Ｅｗの求め方として、たとえば、Ｕ相電圧ＥｕとＶ相電圧ＥｖとＷ相電圧Ｅｗのいずれかの電圧を測定し、その電圧とＵ相−Ｖ相間電圧値とＶ相−Ｗ相間電圧値を用いて、Ｕ相電圧ＥｕとＶ相電圧ＥｖとＷ相電圧Ｅｗを求めている。なお、上記電流同様、Ｕ相電圧Ｅｕ、Ｖ相電圧Ｅｖ、Ｗ相電圧Ｅｗも、それぞれの汎用モータ５ａ、５ｂに対応して求められる。
【００３４】
有効電力量検出手段４０は、単位掘削体積あたりのモータ回転軸６ａ、６ｂに印加される有効電力量を検出するものである。この有効電力量検出手段４０は、Ｕ相電流計測器３５ａ、３５ｂにより検出されたＵ相を流れる皮相電流値Ｉｕと、Ｗ相電流計測器３６ａ、３６ｂにより検出されたＷ相を流れる皮相電流値ＩＷと、Ｖ相電流計算器２３（図示略）により計算されたＶ相を流れる皮相電流値ＩＶと、相間−相電圧変換器３９ａ、３９ｂにより変換されたＵ相電圧ＥｕとＶ相電圧ＥｖとＷ相電圧Ｅｗを用いて、単位掘削体積あたりの汎用モータ５ａ、５ｂに印加される有効電力量を求めている。具体的には、まず第一に、下記の（数１）と（数２）を用いて、この（数１）と（数２）にＵ相を流れる皮相電流ＩｕとＶ相を流れる皮相電流ＩｖとＷ相を流れる皮相電流Ｉｗ、およびＵ相のＵ相電圧ＥｕとＶ相のＶ相電圧ＥｖとＷ相のＷ相電圧Ｅｗを代入して三相二相変換を行い、三相二相変換して求められた電流値（Ｉα、Ｉβ）と電圧値（Ｅα、Ｅβ）を（数３）に代入することにより瞬時有効電力Ｐと瞬時無効電力Ｑを求める（ＰＱ理論）。
【００３５】
なお、本実施形態では、有効電力量検出手段４０を、説明の都合上、Ｕ相電流計測器３５ａ、３５ｂとＷ相電流計測器３６ａ、３６ｂとＶ相電流計算器２３（図示略）とＵ相−Ｖ相間電圧計測器３７ａ、３７ｂとＶ相−Ｗ相間電圧計測器３８ａ、３８ｂとＵ相間−相電圧変換器３９ａ、３９ｂとを別構成として説明しているが、これに限らず、Ｕ相電流計測器３５ａ、３５ｂとＷ相電流計測器３６ａ、３６ｂとＶ相電流計算器２３（図示略）とＵ相−Ｖ相間電圧計測器３７ａ、３７ｂとＶ相−Ｗ相間電圧計測器３８ａ、３８ｂと相間−相電圧変換器３９ａ、３９ｂを有効電力量検出手段４０と別構成にする必要はなく、これらを有効電力量検出手段４０の一部として、有効電力量検出手段４０により、Ｕ相の電流値およぶ電圧値、Ｗ相の電流値およぶ電圧値、Ｖ相の電流値およぶ電圧値を求めるようにしてもよい（汎用モータ１つの場合も含め他の実施形態および変形例でも同様）。
【００３６】
【数１】
【００３７】
【数２】
【００３８】
【数３】
【００３９】
次に、有効電力Ｐ（ｎ）を求める。この有効電力Ｐ（ｎ）は、深度Ｄ（たとえば、１ｃｍ）掘削する間の瞬時有効電力Ｐを積算することにより求めることができる。具体的には、本支持地盤検出装置１３には、深度計測器（図示略）が設けられている。この深度計測器（図示略）は、掘削機１の掘削ロッド１２により深度Ｄ（たとえば、１ｃｍ）の深さが掘削されるごとに深度計測パルスを発する。そして、この発せられた深度計測パスルと一つ前に発せられた深度計測パスルの間に供給された瞬時有効電力Ｐが積算されることにより有効電力Ｐ（ｎ）が求められる。
【００４０】
なお、一つの有効電力Ｐ（ｎ）が計測された後は、その値がリセットされ、新たに次の深度計測パスルとそれより一つ前の深度計測パスルの間に供給された瞬時有効電力Ｐが積算されることにより有効電力Ｐ（ｎ＋１）が求められる。また、本実施形態では、深度Ｄ（たとえば、１ｃｍ）掘削の間に供給された瞬時有効電力Ｐから直接有効電力Ｐ（ｎ）を求めたが、これに限らず、ＰＱ理論により瞬時有効電力Ｐを求めた後、デジタルＬＰＦを用いて高周波を抑制し、その高周波が抑制された瞬時有効電力Ｐを用いて有効電力Ｐ（ｎ）を求めるようにしてもよい。
【００４１】
次に、単位掘削体積あたりの有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）が求められる。具体的には、単位掘削体積あたりの有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）は、（数４）を用いて求められる。このように、有効電力量検出手段４０により単位掘削体積あたりの各汎用モータ５ａ、５ｂに印加される有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）が検出される。なお、この単位掘削体積あたりの有効電力Ｐｖａｌ（ｎ）は、有効電力量検出手段４０が内蔵される制御装置で検出される。ここで、Ｄは抗穴径である。
【００４２】
【数４】
【００４３】
なお、本実施形態では、Ｐｖａｌ（ｎ）を用いて単位掘削体積あたりの汎用モータ５ａ、５ｂに印加される有効電力量としているが、本発明にいう単位掘削体積あたりの汎用モータ５ａ、５ｂに印加される有効電力量は、これに限らず、たとえば、Ｐｖａｌ（ｎ）をｎ倍（整数倍）した値や、瞬時有効電力Ｐを他の方法で加工した有効電力量などであってもよい（汎用モータ１つの場合も含め他の実施形態および変形例でも同様）。
【００４４】
Ｎ値換算手段４１は、有効電力量検出手段４０により検出された有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）を標準貫入試験のＮ値に換算するものである。ここでは、各汎用モータ５ａ、５ｂに印加される有効電力量ｖａｌ（ｎ）の和がＮ値に換算される。ここで、標準貫入試験とは、ＪＩＳ Ａ １２１９に規定される地盤の工学的性質（Ｎ値）及び試料を求めるために行われる試験ことをいい、この標準貫入試験のＮ値は、土の硬軟あるいは締まり具合の相対値を示す指標であり、質量６３．５ｋｇのハンマーを７５ｃｍから自由落下させ、標準貫入試験用サンプラを３０ｃｍ打込むのに要する打撃回数のことである。具体的には、Ｎ値は（数５）により求められる。なお、このＮ値はＮ値換算手段４１が内蔵される制御装置で検出される。ここで、ｍは標準貫入試験のハンマーの質量、ｈはハンマーの落下高さ、Ｓはコーンの断面積、ｇは重力加速度であり、ＮはＮ値である。なお、本実施形態では、（数５）で求められたＮをＮ値として用いているが、これに限らず、たとえば、（数５）で求められたＮをｎ倍（整数倍）した値をＮ値として用いてもよい（汎用モータ１つの場合も含め他の実施形態および変形例でも同様）。
【００４５】
【数５】
【００４６】
次に、本実施形態における支持地盤検出装置が用いられた掘削機の動作について図５および図６を用いて説明する。ここで、図５は、本発明の一実施形態における支持地盤検出装置が用いられた掘削機の支持地盤検出工程を示すフローチャートである。
【００４７】
図５に示すように、支持地盤検出工程は、まずＳ１により、掘削機１の電源スイッチ（図示略）がＯＮかが判断される。この電源スイッチ（図示略）は掘削機１の主電源であり、電源スイッチ（図示略）をＯＮすることにより、後述するスタートスイッチ（図示略）をＯＮにすることができる。ここで、電源スイッチ（図示略）がＯＦＦの場合はＳ１でＮＯと判断され、電源スイッチ（図示略）がＯＮになるまでＳ１の処理が行われる。そして、電源スイッチ（図示略）がＯＮになればＳ１でＹＥＳと判断され、Ｓ２に進む。
【００４８】
Ｓ２において、スタートスイッチ（図示略）がＯＮかが判断される。このスタートスイッチ（図示略）は、掘削機１による掘削を開始させるためのスイッチである。すなわち、このスタートスイッチ（図示略）がＯＮになることにより、交流電流が供給され汎用モータ５ａ、５ｂにより掘削ロッド１２が回転されて掘削が開始される。ここで、スタートスイッチ（図示略）がＯＦＦの場合はＳ２でＮＯと判断され、スタートスイッチ（図示略）がＯＮになるまでＳ２の処理が行われる。そして、スタートスイッチ（図示略）がＯＮになればＳ２でＹＥＳと判断され、Ｓ３に進む。このようにして、汎用モータ５ａ、５ｂの駆動力により掘削ロッド１２が地中内に挿入され、掘削が開始される（Ｓ３参照）。そして、Ｓ４に進む。
【００４９】
Ｓ４において、単位掘削体積あたりの汎用モータ５ａ、５ｂに印加される有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）が検出される（有効電力量検出工程（有効電力量検出手段））。すなわち、Ｓ４において、Ｕ相電流計測器３５ａ、３５ｂにより検出されたＵ相を流れる皮相電流値Ｉｕと、Ｗ相電流計測器３６ａ、３６ｂにより検出されたＷ相を流れる皮相電流値ＩＷと、Ｖ相電流計算器２３（図示略）により計算されたＶ相を流れる皮相電流値ＩＶと、Ｕ相−Ｖ相間電圧計測器３７ａ、３７ｂにより計測されたＵ相−Ｖ相間の電圧とＶ相−Ｗ相間電圧計測器３８ａ、３８ｂにより計測されたＶ相−Ｗ相間の電圧を用いて、相間−相電圧変換器３９ａ、３９ｂにより求められたＵ相電圧ＥｕとＶ相電圧ＥｖとＷ相電圧Ｅｗをそれぞれ用いて、単位掘削体積あたりの各汎用モータ５ａ、５ｂに印加される有効電力量ｖａｌ（ｎ）が検出される（数１〜数４参照）。ここで、本実施形態では、２個の汎用モータ５ａ、５ｂを用いているので、それぞれの汎用モータ５ａ、５ｂに対応して、単位掘削体積あたりの汎用モータ５ａ、５ｂに印加される有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）が求められる。そして、Ｓ５に進む。
【００５０】
Ｓ５において、Ｓ４により求められた単位掘削体積あたりの有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）の合計値を標準貫入試験のＮ値に換算される（Ｎ値換算工程（Ｎ値換算手段））。ここで、Ｎ値は上述した（数５）を用いて求められる。なお、本実施形態では、２個の汎用モータ５ａ、５ｂを用いているので、それぞれの汎用モータ５ａ、５ｂに対応したＮ値の合計値が求められる。図６は、Ｎ値換算手段により求められた標準貫入試験のＮ値（合計値）をグラフ化した図である。そしてＳ６に進む。
【００５１】
Ｓ６において、掘削ロッド１２が支持地盤に到達したかが判定される（支持地盤判定工程（支持地盤判定手段））。このＮ値は、土の硬軟あるいは締まり具合の相対値を示す指標であり、硬い地盤の方がＮ値が高くなるので、Ｓ６ではＮ値が支持地盤検出値Ｋになった場合に支持地盤に到達したと判断している。そして、Ｓ５により求められたＮ値（合計値）が支持基盤検出値Ｋ以下の場合はＳ６でＮＯと判断され、Ｎ値が支持基盤検出値ＫになるまでＳ６→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ６の処理が繰り返し行われる。そして、Ｓ６により、Ｎ値が支持基盤検出値Ｋになったと判断されるとＳ６でＹＥＳと判断され、Ｓ７に進み、Ｓ７により、掘削ロッド１２が支持地盤に到達したことを知らせるための報知が行われる。この報知は、音声により掘削ロッド１２が支持地盤に到達したことを報知してもよいし、またディスプレ（表示手段（図示略））に表示させることにより報知してもよい。そして、Ｓ８に進む。
【００５２】
Ｓ８において、掘削ロッド１２により掘削された削孔から掘削ロッド１２が引き上げられる。そして掘削ロッド１２が引き上げられると、Ｓ９に進み、スタートスイッチ（図示略）がＯＦＦにされ、掘削を終了する場合は、Ｓ１０により電源スイッチ（図示略）がＯＦＦにされる。なお、上述したように、本実施形態では、Ｐｖａｌ（ｎ）を用いて単位掘削体積あたりの汎用モータ５ａ、５ｂに印加される有効電力量としているが、本発明にいう単位掘削体積あたりの汎用モータ５ａ、５ｂに印加される有効電力量は、これに限らず、たとえば、Ｐｖａｌ（ｎ）をｎ倍（整数倍）した値や、瞬時有効電力Ｐを他の方法で加工した有効電力量などであってもよい（汎用モータ１つの場合も含め他の実施形態および変形例でも同様）また、本実施形態では、（数５）で求められたＮをＮ値として用いているが、これに限らず、たとえば、（数５）で求められたＮをｎ倍（整数倍）した値をＮ値として用いてもよい（汎用モータ１つの場合も含め他の実施形態および変形例でも同様）。この場合は、当然ながら、それぞれに応じて支持基盤検出値Ｋの値も変更することになる。
【００５３】
以上説明したように、有効電力量検出手段４０により検出された単位掘削体積あたりの有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）を換算した標準貫入試験のＮ値があらかじめ定められた支持基盤検出値Ｋになったときに掘削ロッド１２が支持地盤に到達したと判定されるので、正確に地盤内の支持地盤を検出することができる。すなわち、汎用モータ５ａ、５ｂで実際に使用される電力の変化を検出し、その実際に汎用モータ５ａ、５ｂで使用される電力である有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）を換算したＮ値があらかじめ定められた支持基盤検出値Ｋになったときに掘削ロッド１２が支持地盤に到達したと判定されるので、正確に地盤内の支持地盤を検出することができる。また、Ｎ値を用いているので、国の運用基準などで支持地盤の硬さの単位がＮ値（試験時の打ち込み回数）で規定されている場合は、その運用基準に合致した表示で正確に地盤内の支持地盤を検出することができる。これにより、たとえば、支持地盤が検出された後にＮ値の値を基礎の設計などに使用することもできる。
【００５４】
また、汎用モータ５ａ、５ｂがインバータ８ａ、８ｂにより駆動制御されるものであっても、有効電力量検出手段４０により検出された単位掘削体積あたりの有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）を換算した標準貫入試験のＮ値があらかじめ定められた支持基盤検出値Ｋになったときに掘削ロッド１２が支持地盤に到達したと判定されるので、正確に地盤内の支持地盤を検出することができる。すなわち、汎用モータ５ａ、５ｂがインバータ８ａ、８ｂに駆動制御される場合は、周波数ｆが低周波数の領域では電圧Ｖも周波数ｆに沿って低くなるが、本発明によれば、その低くなった電圧も考慮して、有効電力量検出手段により有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）が検出されるので、正確に地盤内の支持地盤を検出することができる。
【００５５】
また、インバータ８ａ、８ｂにより駆動制御される２個の汎用モータ５ａ、５ｂで掘削ロッド１２を回転駆動する場合でも、２個の汎用モータ５ａ、５ｂで実際に使用される電力である有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）を換算した標準貫入試験のＮ値の合計値があらかじめ定められた値になったときに掘削ロッド１２が支持地盤に到達したと判定されるので、正確に地盤内の支持地盤を検出することができる。
【００５６】
（変形例１）
次に、本発明の第一実施形態の変形例１について図面を参照しながら説明する。第一実施形態の変形例１と第一実施形態とでは、第一実施形態ではインバータ（インバータ装置）８ａ、８ｂを用いているのに対し、変形例１ではインバータを用いず三相交流電源から直接汎用モータ５ａ、５ｂに電力を供給するところが異なる。図７は、本発明の第一実施形態の変形例１における支持地盤検出装置の回路図である。このように、インバータを用いない場合は、三相交流電源から汎用モータ５ａ、５ｂに供給される電圧が２個の汎用モータ５ａ、５ｂで同じになるので、Ｕ相−Ｖ相間電圧計測器３７ａと、Ｖ相−Ｗ相間電圧計測器３８ａと、相間−相電圧変換器３９ａを用いることにより、２個の汎用モータ５ａ、５ｂに供給される電圧が計測できる。これにより、Ｕ相−Ｖ相間電圧計測器３７ａ、３７ｂと、Ｖ相−Ｗ相間電圧計測器３８ａ、３８ｂと、相間−相電圧変換器３９ａ、３９ｂのいずれか一方の電圧計測器および電圧変換機を省略（ａかｂのいずれかを省略）することができる。その他は第一実施形態と同様であるので、説明は省略する。
【００５７】
（変形例２）
次に、本発明の第一実施形態の変形例２について図面を参照しながら説明する。第一実施形態の変形例２は、第一実施形態では２個の汎用モータ５ａ、５ｂにより掘削ロッド１２を回転駆動させたところを、１個の汎用モータ５ａにより掘削ロッド１２を回転駆動させるようにしたものである。図８は、本発明の第一実施形態の変形例２における支持地盤検出装置の回路図である。なお、第一実施形態の変形例２では、汎用モータ５ａを１個にして、出力軸（回転軸）１１を１個の汎用モータ５ａにより回転させる点以外は第一実施形態と同様である。
【００５８】
第一実施形態の変形例２の支持地盤検出装置１３は、交流電源（三相交流電源）からの交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部１４ａと、該コンバータ部１４ａからの出力電圧を平滑するコンデンサ部１５ａと、該コンデンサ部１５ａにより平滑された直流電圧を三相交流に変換し、汎用モータ（誘導電動機）５ａに出力する出力ブリッジ部１６ａと、該出力ブリッジ部１６ａを駆動制御する制御装置（図示略）と、コンバータ部１４ａとコンデンサ部１５ａの間に接続された突入電流抑制抵抗部１８ａと、該突入電流抑制抵抗部１８ａに並列接続された第一スイッチ１９ａと、汎用モータ５ａのコンデンサ部１５ａと並列接続させた第二スイッチ２０と、該第二スイッチ２０が設けられた並列回路に放電抵抗２１を接続させ、該放電抵抗２１が設けられた並列回路に接続された第三スイッチ２２を有している。また、第一実施形態の変形例２の支持地盤検出装置１３は、Ｕ相電流計測器３５ａと、Ｗ相電流計測器３６ａと、Ｖ相電流計算器２３（図示略）、Ｕ相−Ｖ相間電圧計測器３７ａと、Ｖ相−Ｗ相間電圧計測器３８ａと、相間−相電圧変換器３９ａと、有効電力量検出手段４０（図示略）と、Ｎ値換算手段４１（図示略）と有している。
【００５９】
有効電力量検出手段４０は、単位掘削体積あたりの汎用モータ５ａに印加される有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）を検出するものである。ここで、汎用モータ５ａに印加される有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）を検出する方法は、第一実施形態と同様、（数１）〜（数４）を用いて求められ、（数５）を用いて有効電力量検出手段４０により検出された有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）を標準貫入試験のＮ値に換算される。
【００６０】
Ｎ値換算手段４１によりＮ値が求められた後は、汎用モータ５ａのＮ値と支持地盤検出値Ｋを比較して掘削ロッド１２が支持地盤に到着したかが判断される（Ｓ４）。このように、第一実施形態の変形例２でも、第一実施形態と同様の効果を有する。
【００６１】
（変形例３）
次に、本発明の第一実施形態の変形例３について図面を参照しながら説明する。第一実施形態の変形例３と変形例２とでは、第一実施形態の変形例２ではインバータ８ａを用いているのに対し、変形例３ではインバータを用いず三相交流電源から直接汎用モータに電力を供給するところが異なる。図９は、本発明の第一実施形態の変形例３における支持地盤検出装置の回路図である。図９に示すように、インバータを用いない場合も、第一実施形態の変形例２と同様、Ｕ相電流計測器３５ａと、Ｗ相電流計測器３６ａと、Ｖ相電流計算器２３（図示略）、Ｕ相−Ｖ相間電圧計測器３７ａと、Ｖ相−Ｗ相間電圧計測器３８ａと、相間−相電圧変換器３９ａと、有効電力量検出手段４０と、Ｎ値換算手段４１が用いられ、単位掘削体積あたりの汎用モータ５ａに印加される有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）、Ｎ値が求められる。その他の支持地盤の検出方法は、第一実施形態の変形例２と同様であるので、説明は省略する。
【００６２】
（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態について図面を参照しながら説明する。第一実施形態と第二実施形態では、瞬時有効電力Ｐの求め方が異なる点であり、その他は第一実施形態と同じである。以下、第一実施形態と異なるところを中心に説明し、第一実施形態と同様のところは説明を省略する。図１０は、本発明の第二実施形態における支持地盤検出装置の回路図である。
【００６３】
第２実施形態では、Ｕ相−Ｖ相間電圧を計測する電圧計測器３７ａ、３７ｂと、Ｗ相を流れる電流を計測する電流計測器３６ａ、３６ｂと、Ｕ相−Ｖ相間電圧値とＷ相を流れる電流値を用いて有効電力を計算する計算機（図示略）を用いて、三相誘導電動機からなる汎用モータ５ａ、５ｂのＵ相−Ｖ相間電圧とＷ相を流れる電流を計測して、各汎用モータ５ａ、５ｂに流れる有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）を求めている。このようにすることにより、電流計測器および電圧計測器を少なくすることができる。
【００６４】
次に、有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）の検出方法について説明する。上記のように計測された汎用モータ５ａ、５ｂのＵ相−Ｖ相間電圧とＷ相を流れる電流の位相差はπ／２であることから、これらの波形のπ／２〜３π／２の範囲を積分することにより、第一実施形態体の瞬時有効電力Ｐに相当する有効電力Ｐが求められる。ここで、本実施形態では、π／２〜３π／２の範囲を積分したが、これに限らず、π／２＋２ｎπ〜３π／２＋２ｎπ（ｎは整数）の範囲で積分して有効電力Ｐを求めてもよい。なお、本実施形態では、電流計測器３６ａ、３６ｂとして、５Ｈｚ〜１５０Ｈｚ程度までの周波数帯域において平坦な特性を有するホール素子型の電流計測器が用いられている。そして、第一実施形態と同様、深度Ｄ（たとえば、１ｃｍ）掘削の間に供給される有効電力Ｐを積算することにより有効電力Ｐ（ｎ）が求められ、（数４）を用いて有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）が求められ、（数５）を用いて有効電力量検出手段４０により検出された有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）が標準貫入試験のＮ値に換算される。なお、本実施形態では、深度Ｄを、たとえば、１ｃｍとしたが、これに限らず、１０ｃｍとしてもよく、他の深度を用いてもよい。特に、本実施形態では、上記波形のπ（π／２〜３π／２）の範囲を積分して有効電力Ｐを求めているため、深度Ｄ掘削される時間がこの波形の周期より十分長い時間であることが望ましい。その他は、第一実施形態と同様であるので、説明は省略する。
【００６５】
（変形例１）
次に、本発明の第２実施形態の変形例１について図面を参照しながら説明する。第２実施形態の変形例１と第二実施形態とでは、第二実施形態ではインバータ（インバータ装置）８ａ、８ｂを用いているのに対し、第２実施形態の変形例１ではインバータを用いず三相交流電源から直接汎用モータに電力を供給するところが異なる。図１１は、本発明の第二実施形態の変形例１における支持地盤検出装置の回路図である。このように、インバータを用いない場合は、三相交流電源から汎用モータ５ａ、５ｂに供給される電圧が２個の汎用モータ５ａ、５ｂで同じになるので、Ｕ相−Ｖ相間電圧計測器３７ａを用いることにより２個の汎用モータに供給されるＵ相−Ｖ相間の電圧を計測することができる。これにより、Ｕ相−Ｖ相間電圧計測器３７ａ、３７ｂのいずれか一方の電圧計測器を省略（ａかｂのいずれかを省略）することができる。その他は第二実施形態と同様であるので、説明は省略する。
【００６６】
（変形例２）
次に、本発明の第二実施形態の変形例２について図面を参照しながら説明する。第二実施形態の変形例２は、第二実施形態では２個の汎用モータ５ａ、５ｂにより掘削ロッド１２を回転駆動させたところを、１個の汎用モータ５ａにより掘削ロッド１２を回転駆動させるようにしたものである。図１２は、本発明の第二実施形態の変形例２における支持地盤検出装置の回路図である。なお、第二実施形態の変形例２では、汎用モータ５ａを１個にして、出力軸（回転軸）１１を１個の汎用モータ５ａにより回転させる点以外は第二実施形態と同様であるので、説明は省略する。
【００６７】
第二実施形態の変形例２の支持地盤検出装置１３は、交流電源（三相交流電源）からの交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部１４ａと、該コンバータ部１４ａからの出力電圧を平滑するコンデンサ部１５ａと、該コンデンサ部１５ａにより平滑された直流電圧を三相交流に変換し、汎用モータ（誘導電動機）５ａに出力する出力ブリッジ部１６ａと、該出力ブリッジ部１６ａを駆動制御する制御装置（図示略）と、コンバータ部１４ａとコンデンサ部１５ａの間に接続された突入電流抑制抵抗部１８ａと、該突入電流抑制抵抗部１８ａに並列接続された第一スイッチ１９ａと、汎用モータ５ａのコンデンサ部１５ａと並列接続させた第二スイッチ２０と、該第二スイッチ２０が設けられた並列回路に放電抵抗２１を接続させ、該放電抵抗２１が設けられた並列回路に接続された第三スイッチ２２を有している。また、第二実施形態の変形例２の支持地盤検出装置１３は、Ｗ相電流計測器３６ａと、Ｕ相−Ｖ相間電圧計測器３７ａと、有効電力量検出手段４０（図示略）と、Ｎ値換算手段４１（図示略）と有している。
【００６８】
有効電力量検出手段４０は、単位掘削体積あたりの汎用モータ５ａに印加される有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）を検出するものである。ここで、汎用モータ５ａに印加される有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）を検出する方法は、第二実施形態と同様、（数４）を用いて求められ、（数５）を用いて有効電力量検出手段４０により検出された有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）を標準貫入試験のＮ値に換算される。
【００６９】
Ｎ値換算手段４１によりＮ値が求められた後は、汎用モータ５ａのＮ値と支持地盤検出値Ｋを比較して掘削ロッド１２が支持地盤に到着したかが判断（Ｓ４）される。このように、第二実施形態の変形例２でも、第一実施形態と同様の効果を有する。
【００７０】
（変形例３）
次に、本発明の第二実施形態の変形例３について図面を参照しながら説明する。第二実施形態の変形例３と変形例２とでは、第二実施形態の変形例２ではインバータ８ａを用いているのに対し、変形例３ではインバータを用いず三相交流電源から直接汎用モータに電力を供給するところが異なる。図１３は、本発明の第二実施形態の変形例３における支持地盤検出装置の回路図である。図１３に示すように、インバータを用いない場合も、第二実施形態の変形例２と同様、Ｗ相電流計測器３６ａと、Ｕ相−Ｖ相間電圧計測器３７ａと、有効電力量検出手段４０と、Ｎ値換算手段４１が用いられ、単位掘削体積あたりの汎用モータ５ａに印加される有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）およびＮ値が求められる。その他の支持地盤の検出方法は、第二実施形態の変形例２と同様であるので、説明は省略する。
【００７１】
（第三実施形態）
以下、本発明の第三実施形態について図面を参照しながら説明する。図１４（ａ）は本発明の第三実施形態における支持地盤検出装置が用いられた掘削機の上面図Ｘ軸方向の側面図であり、図１４（ｂ）は同掘削機の上面図Ｙ軸方向の側面図であり、図１４（ｃ）は同掘削機の上面図である。
【００７２】
本発明の第三実施形態と第一実施形態および第二実施形態の異なるところは、第一実施形態および第二実施形態の下部ケース４の内部は中空状のものであったのに対し、第三実施形態では、その下部ケース４の内部に遊星歯車装置２４を備え、出力軸１１に取り付けられた掘削ロッド１２で掘削するとともに、下部部材７を介し遊星歯車装置２４の内歯車２５に取り付けられた掘削刃２６でも掘削できるようにしたところである。なお、図１４では、出力軸１１に取り付けられた掘削ロッド１２を省略しているが、第三実施形態でも第一実施形態および第二実施形態同様に、掘削ロッド１２で掘削が行われる。以下、具体的に説明する。
【００７３】
図１４に示すように、掘削刃２６がボルトとナットからなる固定手段（図示略）により下部部材７に取り付けられている。
【００７４】
次に、下部ケース４の内部に備えられた遊星歯車装置２４について説明する。ここで、図１５は、図１４（ａ）のＣ-Ｃ断面図であり、図１６は図１５のＤ-Ｄ断面図である。
【００７５】
図１４および図１５に示すように、遊星歯車装置２４は、出力軸１１（回転軸）に太陽歯車取付ボス（太陽歯車取付手段（図示略））を用いて圧入された太陽歯車２７と、該太陽歯車２７の外周を覆うように、太陽歯車２７に空隙を介して同軸状に配設されている内歯車２５と、太陽歯車２７と内歯車２５の間の空隙に配設され、太陽歯車２７及び内歯車２５に噛合し、太陽歯車２７の周囲で自転する遊星歯車２８と、を備えている。遊星歯車２８は、回転軸上に配設された太陽歯車２７の周囲に等間隔で複数個（本実施形態では、３つ）配設されている。
【００７６】
太陽歯車２７は、外周面に歯が形成された略円柱状のギア部２９と、ギア部２９より小径で、出力軸１１と嵌合する嵌合部３０とを有する。ギア部２９は、遊星歯車２８と噛み合うように構成され、嵌合部３０は、出力軸１１の嵌合部３１と嵌合することにより出力軸１１と一体となって回転する。
【００７７】
各遊星歯車２８は、中央部分に軸方向に貫通する貫通孔３２が形成され、この貫通孔３２に挿入されたピン３４の周りを自転することができる。ここで、遊星歯車２８はニードルベアリング（図示略）を介してピン３４に挿入されている。このピン３４は、下部ケース４と一体的に構成されたケーシング５１にニードルベアリング（図示略）を介して回転自在に取り付けられている。
【００７８】
内歯車２５は、下部ケース４にベアリング５０を介し回転自在に取り付けられている。これにより、各遊星歯車２８は、太陽歯車２７の回転に伴ってピン３４を中心として自転し、その遊星歯車２８の自転により内歯車２５を回転させることができる。
【００７９】
下部部材７は、内歯車２５にボルト５２などの固着手段により取り付けられている。また、上述したように内歯車２５には下部部材７を介し掘削刃２６（図１７参照）が取り付けられている。このように、掘削刃２６は、内歯車２５が回転することにより下部部材７を介し内歯車２５と同回転で回転することができ、この掘削刃２６が回転することにより円形の穴を掘削することができる。そして、この円形の穴の内部では、掘削刃２６の内側の掘削ロッド１２で土を掻き揚げながら掘削され、円柱型の穴を造成することができる。このようにして、掘削刃２６の継ぎ手を順次接続しながら掘削し、掘削刃２６が地中に挿入される。なお、本実施形態では、掘削刃２６が下部部材７を介し内歯車２５に取り付けられる態様を示したが、これに限らず、掘削刃２６を直接内歯車２５に取り付けられるようにしてもよい。すなわち、掘削刃２６は直接的または間接的に内歯車２５に取り付けられるようにすればよい。ここで、図１７は、本発明の第三実施形態における支持地盤検出装置が用いられた掘削機の掘削刃を示す図である。
【００８０】
以上のように、遊星歯車装置２４を設け、その遊星歯車装置２４の内歯車２５に掘削刃２６を設けているので、少ない歯車数で大きな減速比を得ながら掘削することができ、掘削機の小型化も図ることができる。
【００８１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。さらに本発明の範囲は、上記した説明ではなく特許請求の範囲の記載によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００８２】
次に、変形例について説明する。
（１） 第一実施形態〜第三実施形態（変形例も含む）では、図４のＳ４により、単位掘削体積あたりの汎用モータ５ａ、５ｂに印加される有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）が検出され、Ｓ５により、単位掘削体積あたりの有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）（合計値）が標準貫入試験のＮ値に換算され、そして、Ｓ６により、そのＮ値が支持地盤検出値Ｋになった場合に支持地盤に到達したと判断されるが、これに限らず、Ｓ４により単位掘削体積あたりの汎用モータ５ａ、５ｂに印加される有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）が検出され、Ｓ５およびＳ６として、その単位掘削体積あたりの有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）（汎用モータが２個の場合は合計値）があらかじめ定められた支持地盤検出値ＫＫになったときに、掘削ロッド１２が支持地盤に到達したと判定してもよい。すなわち、Ｎ値は、Ｓ４により検出される単位掘削体積あたりの汎用モータ５ａ、５ｂに印加される有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）の（０．３Ｓ／ｍｇｈ）倍（定数倍）であるので、支持地盤検出値ＫＫを支持地盤検出値Ｋの（ｍｇｈ／０．３Ｓ）倍することにより、単位掘削体積あたりの汎用モータに印加される有効電力量（汎用モータが２個の場合は合計値）を用いることにより、掘削ロッド１２が支持地盤に到達したかを判定することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１ 掘削機
２ 上部ケース
３ 中部ケース
４ 下部ケース
５ａ、５ｂ 汎用モータ
６ａ、６ｂ モータ回転軸
７ 下部部材
８ａ、８ｂ インバータ
９ａ、９ｂ 電動機歯車
１０ 入力歯車
１１ 出力軸
１２ 掘削ロッド
１３ 支持地盤検出装置
１４ａ、１４ｂ コンバータ部
１５ａ、１５ｂ コンデンサ部
１６ａ、１６ｂ 出力ブリッジ部
１７ 制御装置
１８ａ、１８ｂ 突入電流抑制抵抗部
１９ａ、１９ｂ 第一スイッチ
２０ 第二スイッチ
２１ 放電抵抗
２２ 第三スイッチ
２３ Ｖ相電流計算器
２４ 遊星歯車機構
２５ 内歯車
２６ 掘削刃
２７ 太陽歯車
２８ 遊星歯車
２９ ギア部
３０ 嵌合部
３１ 嵌合部
３２ 貫通孔
３４ ピン
３５ａ、３５ｂ Ｕ相電流計測器
３６ａ、３６ｂ Ｗ相電流計測器
３７ａ、３７ｂ Ｕ−Ｖ相間電圧計測器
３８ａ、３８ｂ Ｖ−Ｗ相間電圧計測器
３９ａ、３９ｂ 相間−相電圧変換器
４０ 有効電力量検出手段
４１ Ｎ値換算手段
５０ ベアリング
５１ ケーシング
５２ ボルト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支持地盤検出装置およびそれを用いた掘削機に関する。詳しくは、三相交流電源から汎用モータに電力が供給され、該汎用モータにより回転軸を介し回転駆動される掘削ロッドで地盤を掘削して、地盤内の支持地盤を検出する支持地盤検出装置およびそれを用いた掘削機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、地盤内の強い支持層である支持地盤を検知する工法が知られている。たとえば、この工法として、先端に掘削ヘッドを有する掘削ロッドで、地盤を掘削して杭穴を形成する方法であって、下記の（式１）により求められるＥｐの値が予め設定した値又は掘削作業中に設定した値となった場合に、当該地盤を支持地盤と推定して、杭穴の根固め部を構築する杭穴掘削方法が知られていた(たとえば、特許文献１)。ここで、Ａave1はある区間で深さＬ１を掘削速度ｖ１で掘削する場合の平均積算電流値であり、Ｖは掘削機のオーガー電圧である。また、Ｄは杭穴径である。
（式１）Ｅｐ＝Ａave1×Ｖ／（ｖ１・Ｄ２・π／４） ［Ｊ／ｍ３］
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３４８５１５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、従来の杭穴掘削方法では、Ｅｐを求めるために掘削負荷電流（積算電流値）を検出しているが、この検出される積算電流は皮相電流であって、積算電流の中には本来掘削に使用されない無効電流も含まれている（皮相電流検出方式）。この皮相電流検出方式では、力率が低く（無効電流が大きく）なってしまうと積算電流値をエネルギー換算して用いても、正確に地盤内の支持地盤を検出することができなかった。
【０００５】
また、従来の杭穴掘削方法では、掘削機のオーガー電圧Ｖを一定として用いているが、インバータと用いた掘削機では、周波数ｆが低周波数の領域では電圧Ｖが一定にならず、（式１）を用いて正確に地盤内の支持地盤を検出することができなかった。さらに、２個のモータがそれぞれ単独のインバータにより制御され、その２個のモータにより回転駆動される掘削機では、それぞれのモータを流れる電流や電圧に位相差が生じ、単純に上記（式１）を用いても地盤内の支持地盤を検出することができなかった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、正確に地盤内の支持地盤を検出することができる支持地盤検出装置およびそれを用いた掘削機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】
【０００７】
上記課題を解決し上記目的を達成するために、本発明のうち第１の態様に係るものは、三相交流電源から汎用モータに電力が供給され、該汎用モータにより回転軸を介し回転駆動される掘削ロッドで地盤を掘削して、地盤内の支持地盤を検出する支持地盤検出装置であって、単位掘削体積あたりの汎用モータに印加される有効電力量を検出する有効電力量検出手段と、該有効電力量検出手段により検出された有効電力量があらかじめ定められた値になったときに、掘削ロッドが支持地盤に到達したと判定する支持地盤判定手段とを備えたものである。
【０００８】
本発明によれば、有効電力量検出手段により検出された単位掘削体積あたりの有効電力量があらかじめ定められた値になったときに掘削ロッドが支持地盤に到達したと判定されるので、正確に地盤内の支持地盤を検出することができる。すなわち、汎用モータで実際に使用される電力の変化を検出し、その実際に汎用モータで使用される電力である有効電力量があらかじめ定められた値になったときに掘削ロッドが支持地盤に到達したと判定されるので、正確に地盤内の支持地盤を検出することができる。
【０００９】
本発明のうち第２の態様に係るものは、第１の態様に係る支持地盤検出装置であって、汎用モータは、インバータにより駆動制御されるものである。
【００１０】
汎用モータがインバータにより駆動制御されるものであっても、有効電力量検出手段により検出された単位掘削体積あたりの有効電力量があらかじめ定められた値になったときに掘削ロッドが支持地盤に到達したと判定されるので、正確に地盤内の支持地盤を検出することができる。すなわち、汎用モータがインバータに駆動制御される場合は、周波数ｆが低周波数の領域では電圧Ｖも周波数ｆに沿って低くなるが、本発明によれば、その低くなった電圧も考慮して、有効電力量検出手段により有効電力量が検出されるので、正確に地盤内の支持地盤を検出することができる。
【００１１】
本発明のうち第３の態様に係るものは、第１の態様に係る支持地盤検出装置であって、２個の汎用モータにより回転軸を介し回転駆動される掘削ロッドで地盤を掘削して、地盤内の支持地盤を検出する支持地盤検出装置であって、各汎用モータは、各汎用モータに対応してそれぞれ設けられたインバータにより駆動制御され、有効電力量検出手段は、各汎用モータに印加される有効電力量を検出し、支持地盤判定手段は、該有効電力量検出手段に検出された各汎用モータの有効電力量の合計値があらかじめ定められた値になったときに、掘削ロッドが支持地盤に到達したと判定することを特徴とするものである。
【００１２】
本発明によれば、インバータにより駆動制御される２個の汎用モータで掘削ロッドを回転駆動する場合でも、２個の汎用モータで実際に使用される電力である有効電力量の合計があらかじめ定められた値になったときに掘削ロッドが支持地盤に到達したと判定されるので、正確に地盤内の支持地盤を検出することができる。
【００１３】
上記課題を解決し上記目的を達成するために、本発明のうち第４の態様に係るものは、三相交流電源から汎用モータに電力が供給され、該汎用モータにより回転軸を介し回転駆動される掘削ロッドで地盤を掘削して、地盤内の支持地盤を検出する支持地盤検出装置であって、単位掘削体積あたりの汎用モータに印加される有効電力量を検出する有効電力量検出手段と、該有効電力量検出手段により検出された有効電力量を標準貫入試験のＮ値に換算するＮ値換算手段と、該Ｎ値換算手段により換算されたＮ値があらかじめ定められた値になったときに、掘削ロッドが支持地盤に到達したと判定する支持地盤判定手段とを備えたものである。
【００１４】
本発明によれば、有効電力量検出手段により検出された単位掘削体積あたりの有効電力量を標準貫入試験のＮ値に換算するＮ値換算手段が設けられ、該Ｎ値換算手段により換算されたＮ値があらかじめ定められた値になったときに掘削ロッドが支持地盤に到達したと判定されるので、たとえば、国の運用基準などで支持地盤の硬さの単位がＮ値（試験時の打ち込み回数）で規定されている場合は、その運用基準に合致した表示で正確に地盤内の支持地盤を検出することができる。これにより、たとえば、支持地盤が検出された後にＮ値の値を基礎の設計などに使用することもできる。
【００１５】
本発明のうち第５の態様に係るものは、第４の態様に係る支持地盤検出装置であって、２個の汎用モータにより回転軸を介し回転駆動される掘削ロッドで地盤を掘削して、地盤内の支持地盤を検出する支持地盤検出装置であって、各汎用モータは、各汎用モータに対応してそれぞれ設けられたインバータにより駆動制御され、有効電力量検出手段は、各汎用モータに印加される有効電力量を検出し、支持地盤判定手段は、Ｎ値換算手段により換算された各汎用モータのＮ値の合計値があらかじめ定められた値になったときに、掘削ロッドが支持地盤に到達したと判定することを特徴とするものである。
【００１６】
本発明によれば、インバータにより駆動制御される２個の汎用モータで掘削ロッドを回転駆動する場合でも、Ｎ値換算手段により換算された各汎用モータのＮ値の合計値があらかじめ定められた値になったときに掘削ロッドが支持地盤に到達したと判定されるので、国の運用基準などに合致した表示で正確に地盤内の支持地盤を検出することができる。
【００１７】
本発明のうち第６の態様に係るものは、第１〜５のいずれかの態様に係る支持地盤検出装置であって、汎用モータにより回転される回転軸と一体に回動する太陽歯車と、太陽歯車の外周を覆うように、該太陽歯車に空隙を介して同軸状に配設されている内歯車と、空隙に配設され太陽歯車及び内歯車に噛合する遊星歯車と、回転軸に取り付けられた掘削ロッドと、内歯車に取り付けられた掘削刃とを、有し、掘削ロッドおよび掘削刃により掘削することを特徴とするものである。
【００１８】
本発明によれば、回転軸と一体に回動する太陽歯車と、太陽歯車の外周を覆うように、該太陽歯車に空隙を介して同軸状に配設されている内歯車と、空隙に配設され太陽歯車及び内歯車に噛合する遊星歯車と、回転軸に取り付けられた掘削ロッドと、内歯車に取り付けられた掘削刃とを有しているので、少ない歯車数で大きな減速比を得ながら掘削することができ、掘削機の小型化も図ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、単位掘削体積あたりの有効電力量（またはＮ値）を用いて掘削ロッドが支持地盤に到達したかを判定しているので、正確に地盤内の支持地盤を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）本発明の一実施形態における支持地盤検出装置が用いられた掘削機の上面図Ｘ軸方向の側面図である。 （ｂ）同掘削機の上面図Ｙ軸方向の側面図である。 （ｃ）同掘削機の上面図である。
【図２】図１（ｂ）および図１（ｃ）のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明の一実施形態における支持地盤検出装置の回路図を示す図である。
【図５】同支持地盤検出装置が用いられた掘削機の支持地盤検出工程を示すフローチャートである。
【図６】Ｎ値換算手段により求められた標準貫入試験のＮ値（合計値）をグラフ化した図である。
【図７】本発明の第一実施形態の変形例１における支持地盤検出装置の回路図を示す図である。
【図８】本発明の第一実施形態の変形例２における支持地盤検出装置の回路図を示す図である。
【図９】本発明の第一実施形態の変形例３における支持地盤検出装置の回路図を示す図である。
【図１０】本発明の第二実施形態における支持地盤検出装置の回路図を示す図である。
【図１１】本発明の第二実施形態の変形例１における支持地盤検出装置の回路図を示す図である。
【図１２】本発明の第二実施形態の変形例２における支持地盤検出装置の回路図を示す図である。
【図１３】本発明の第二実施形態の変形例３における支持地盤検出装置の回路図である。
【図１４】（ａ）本発明の第三実施形態における支持地盤検出装置が用いられた掘削機の上面図Ｘ軸方向の側面図である。 （ｂ）同掘削機の上面図Ｙ軸方向の側面図である。 （ｃ）同掘削機の上面図である。
【図１５】図１４（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図１６】図１５のＤ−Ｄ断面図である。
【図１７】本発明の第三実施形態における支持地盤検出装置が用いられた掘削機の掘削刃を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第一実施形態）
以下、本発明の支持地盤検出装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１（ａ）は本発明の一実施形態における支持地盤検出装置が用いられた掘削機の上面図Ｘ軸方向の側面図であり、図１（ｂ）は同掘削機の上面図Ｙ軸方向の側面図であり、図１（ｃ）は同掘削機の上面図である。
【００２２】
図１（ａ）に示すように、掘削機１は、内部に汎用モータ５ａ、５ｂを含み断面がＵ字形（御椀状）の上部ケース２と、上部ケース２にボルトやピンなどの固着手段（図示略）により固着された中空状の中部ケース３と、中部ケース３にボルトやピンなどの固着手段（図示略）により固着された中空状の下部ケース４により覆われている。この下部ケース４には中空状の下部部材７が取り付けられている。
【００２３】
出力軸（回転軸）１１は、後述するように汎用モータ５ａ、５ｂにより回転するもので中空状の下部部材７の下部から突出させている。この出力軸１１には、ボルトやピンなどの固着手段（図示略）により掘削ロッド（ドリル）１２が取り付けられている。なお、本実施形態でいう固着手段がボルトの場合には、固着される側にボルトに対応する螺子穴が設けられ、反対側にボルトと螺合するナットを設けるようにしてもよい。掘削ロッド１２は、中空状で円形断面を有し地上から掘削ロッド１２の内側の中空部（図示略）にセメントミルクなどを供給することにより、掘削ロッド１２の先端部からそのセメントミルクなどを噴射させることができる。このようにして、掘削ロッド１２を順次接続しながら掘削し、掘削ロッド１２が地中に挿入される。なお、本実施形態では、掘削ロッド１２を順次接続するとしたが、これに限らず、先端の掘削ロッド（ドリル）１２に継ぎ手（図示略）を順次接続しながら掘削するようにしてもよい。
【００２４】
次に、掘削機１の内部構造について図２を用いて説明する。図２は図１（ｂ）および図１（ｃ）のＡ-Ａ断面図であり、図３は図１（ａ）のＢ-Ｂ断面図である。
【００２５】
三相誘導電動機（誘導電動機）からなる汎用モータ５ａ、５ｂは、モータ回転軸６ａ、６ｂを回転させるもので、上部ケース３の内部にそれぞれ備えられている（図１（ａ）および図２参照）。また、汎用モータ５ａ、５ｂは、上部に冷却ファン（図示略）が設けられ、冷却ファン（図示略）は汎用モータ５ａ、５ｂのファン駆動軸（図示略）より回転するように構成されている。この冷却ファン（図示略）は上部ケース２の上部に備えられている。このように、汎用モータ５ａ、５ｂに冷却ファン（図示略）が設けられているので、回転により温度が上がった汎用モータ５ａ、５ｂを冷却することができる。
【００２６】
なお、本実施形態では、説明の便宜上、モータ回転軸６（６ａ、６ｂ）とファン駆動軸（図示略）を別部材のように説明しているが、もともとモータ回転軸６（６ａ、６ｂ）とファン駆動軸（図示略）は一体的に構成された汎用モータ５（５ａ、５ｂ）の回転軸であり、この回転軸は汎用モータ５ａ、５ｂの駆動力により駆動される。
【００２７】
２つの汎用モータ５ａ、５ｂのモータ回転軸６ａ、６ｂには、それぞれにモータ回転軸取付ボス（モータ回転軸取付手段（図示略））を用いて圧入された電動機歯車９ａ、９ｂが固着されている。このように、電動機歯車９ａ、９ｂはモータ回転軸６ａ、６ｂと固着されているので、モータ回転軸６ａ、６ｂと同心で回転することができる。
【００２８】
入力歯車１０は、２つの電動機歯車９ａ、９ｂと外接するように配され、電動機歯車９ａ、９ｂが回転することにより回転することができる（図２および図３参照）。入力歯車１０には、入力軸取付ボス（入力軸取付手段（図示略））を用いて圧入された出力軸１１が固着されている。
【００２９】
次に、本実施形態における支持地盤検出装置の回路図について図４を参照にして説明する。ここで、図４は、本発明の一実施形態における支持地盤検出装置の回路図である。上述したように、２個の汎用モータ５ａ、５ｂのそれぞれに対応して設けられたインバータ８ａ、８ｂは、それぞれの汎用モータ５ａ、５ｂを駆動制御するものである。
【００３０】
掘削機１に備えられた支持地盤検出装置１３は、交流電源（三相交流電源）からの交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部１４ａ、１４ｂと、該コンバータ部１４ａ、１４ｂからの出力電圧を平滑するコンデンサ部１５ａ、１５ｂと、該コンデンサ部１５ａ、１５ｂにより平滑された直流電圧を三相交流に変換し、汎用モータ（誘導電動機）５ａ、５ｂに出力する出力ブリッジ部１６ａ、１６ｂと、該出力ブリッジ部１６ａ、１６ｂを駆動制御する制御装置（図示略）と、コンバータ部１４ａ、１４ｂとコンデンサ部１５ａ、１５ｂの間に接続された突入電流抑制抵抗部１８ａ、１８ｂと、該突入電流抑制抵抗部１８ａ、１８ｂに並列接続された第一スイッチ１９ａ、１９ｂと、該汎用モータ５ａ、５ｂのうちの一方の汎用モータ５（５ａ、５ｂ）のコンデンサ部１５（１５ａまたは１５ｂ）と他方の汎用モータのコンデンサ部１５（１５ａまたは１５ｂ）を並列接続させ、該並列回路内に接続された第二スイッチ２０と、該第二スイッチ２０が設けられた並列回路に放電抵抗２１を並列接続させ、該放電抵抗２１が設けられた並列回路に接続された第三スイッチ２２を有している。そして、図４に示すように、インバータ８ａ、８ｂが構成されている。
【００３１】
支持地盤検出装置１３は、Ｕ相電流計測器３５ａ、３５ｂと、Ｗ相電流計測器３６ａ、３６ｂと、Ｖ相電流計算器２３（図示略）、Ｕ相−Ｖ相間電圧計測器３７ａ、３７ｂと、Ｖ相−Ｗ相間電圧計測器３８ａ、３８ｂと、相間−相電圧変換器３９ａ、３９ｂと、有効電力量検出手段４０（図示略）と、Ｎ値換算手段４１（図示略）と有している。
【００３２】
まず電流の計測について説明すると、Ｕ相電流計測器３５ａ、３５ｂは、Ｕ相を流れる皮相電流Ｉｕを計測するものであり、Ｗ相電流計測器３６ａ、３６ｂは、Ｗ相を流れる皮相電流Ｉｗを計測するものである。また、Ｖ相電流計算器２３（図示略）は、Ｕ相電流計測器３５ａ、３５ｂにより計測されたＵ相を流れる皮相電流値ＩｕとＷ相電流計測器３６ａ、３６ｂにより計測されたＷ相を流れる皮相電流値Ｉｗを用いて、Ｖ相を流れる皮相電流値Ｉｖを計算するものである。具体的には、Ｕ相を流れる皮相電流ＩｕとＷ相を流れる皮相電流ＩｗとＶ相を流れる皮相電流Ｉｖの和が「０」（Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０）になることから、この関係式を用いて、Ｖ相を流れる皮相電流値Ｉｖが求められる。なお、本実施形態では、Ｖ相電流計算器２３（図示略）を設けて、Ｖ相を流れる皮相電流値Ｉｖを求めるようにしたが、これに限らず、Ｖ相電流計算器２３（図示略）の換わりに、Ｖ相電流計測器（図示略）を設けて、Ｖ相を流れる皮相電流値Ｉｖを計測してもよい。なお、言うまでもないが、上記の皮相電流値Ｉｕ、皮相電流値ＩＷ、皮相電流値ＩＶは、それぞれの汎用モータ５ａ、５ｂに対応して求められる。
【００３３】
次に電圧の計測について説明すると、Ｕ相−Ｖ相間電圧計測器３７ａ、３７ｂは、Ｕ相−Ｖ相間の電圧を計測するものであり、Ｖ相−Ｗ相間電圧計測器３８ａ、３８ｂは、Ｖ相−Ｗ相間の電圧を計測するものである。また、相間−相電圧変換器３９ａ、３９ｂは、Ｕ相−Ｖ相間電圧計測器３７ａ、３７ｂにより計測されたＵ相−Ｖ相間電圧値とＶ相−Ｗ相間電圧計測器３８ａ、３８ｂにより計測されたＶ相−Ｗ相間電圧値を用いて、Ｕ相電圧ＥｕとＶ相電圧ＥｖとＷ相電圧Ｅｗをそれぞれ求めるものである。Ｕ相電圧ＥｕとＶ相電圧ＥｖとＷ相電圧Ｅｗの求め方として、たとえば、Ｕ相電圧ＥｕとＶ相電圧ＥｖとＷ相電圧Ｅｗのいずれかの電圧を測定し、その電圧とＵ相−Ｖ相間電圧値とＶ相−Ｗ相間電圧値を用いて、Ｕ相電圧ＥｕとＶ相電圧ＥｖとＷ相電圧Ｅｗを求めている。なお、上記電流同様、Ｕ相電圧Ｅｕ、Ｖ相電圧Ｅｖ、Ｗ相電圧Ｅｗも、それぞれの汎用モータ５ａ、５ｂに対応して求められる。
【００３４】
有効電力量検出手段４０は、単位掘削体積あたりのモータ回転軸６ａ、６ｂに印加される有効電力量を検出するものである。この有効電力量検出手段４０は、Ｕ相電流計測器３５ａ、３５ｂにより検出されたＵ相を流れる皮相電流値Ｉｕと、Ｗ相電流計測器３６ａ、３６ｂにより検出されたＷ相を流れる皮相電流値ＩＷと、Ｖ相電流計算器２３（図示略）により計算されたＶ相を流れる皮相電流値ＩＶと、相間−相電圧変換器３９ａ、３９ｂにより変換されたＵ相電圧ＥｕとＶ相電圧ＥｖとＷ相電圧Ｅｗを用いて、単位掘削体積あたりの汎用モータ５ａ、５ｂに印加される有効電力量を求めている。具体的には、まず第一に、下記の（数１）と（数２）を用いて、この（数１）と（数２）にＵ相を流れる皮相電流ＩｕとＶ相を流れる皮相電流ＩｖとＷ相を流れる皮相電流Ｉｗ、およびＵ相のＵ相電圧ＥｕとＶ相のＶ相電圧ＥｖとＷ相のＷ相電圧Ｅｗを代入して三相二相変換を行い、三相二相変換して求められた電流値（Ｉα、Ｉβ）と電圧値（Ｅα、Ｅβ）を（数３）に代入することにより瞬時有効電力Ｐと瞬時無効電力Ｑを求める（ＰＱ理論）。
【００３５】
なお、本実施形態では、有効電力量検出手段４０を、説明の都合上、Ｕ相電流計測器３５ａ、３５ｂとＷ相電流計測器３６ａ、３６ｂとＶ相電流計算器２３（図示略）とＵ相−Ｖ相間電圧計測器３７ａ、３７ｂとＶ相−Ｗ相間電圧計測器３８ａ、３８ｂとＵ相間−相電圧変換器３９ａ、３９ｂとを別構成として説明しているが、これに限らず、Ｕ相電流計測器３５ａ、３５ｂとＷ相電流計測器３６ａ、３６ｂとＶ相電流計算器２３（図示略）とＵ相−Ｖ相間電圧計測器３７ａ、３７ｂとＶ相−Ｗ相間電圧計測器３８ａ、３８ｂと相間−相電圧変換器３９ａ、３９ｂを有効電力量検出手段４０と別構成にする必要はなく、これらを有効電力量検出手段４０の一部として、有効電力量検出手段４０により、Ｕ相の電流値およぶ電圧値、Ｗ相の電流値およぶ電圧値、Ｖ相の電流値およぶ電圧値を求めるようにしてもよい（汎用モータ１つの場合も含め他の実施形態および変形例でも同様）。
【００３６】
【数１】
【００３７】
【数２】
【００３８】
【数３】
【００３９】
次に、有効電力Ｐ（ｎ）を求める。この有効電力Ｐ（ｎ）は、深度Ｄ（たとえば、１ｃｍ）掘削する間の瞬時有効電力Ｐを積算することにより求めることができる。具体的には、本支持地盤検出装置１３には、深度計測器（図示略）が設けられている。この深度計測器（図示略）は、掘削機１の掘削ロッド１２により深度Ｄ（たとえば、１ｃｍ）の深さが掘削されるごとに深度計測パルスを発する。そして、この発せられた深度計測パスルと一つ前に発せられた深度計測パスルの間に供給された瞬時有効電力Ｐが積算されることにより有効電力Ｐ（ｎ）が求められる。
【００４０】
なお、一つの有効電力Ｐ（ｎ）が計測された後は、その値がリセットされ、新たに次の深度計測パスルとそれより一つ前の深度計測パスルの間に供給された瞬時有効電力Ｐが積算されることにより有効電力Ｐ（ｎ＋１）が求められる。また、本実施形態では、深度Ｄ（たとえば、１ｃｍ）掘削の間に供給された瞬時有効電力Ｐから直接有効電力Ｐ（ｎ）を求めたが、これに限らず、ＰＱ理論により瞬時有効電力Ｐを求めた後、デジタルＬＰＦを用いて高周波を抑制し、その高周波が抑制された瞬時有効電力Ｐを用いて有効電力Ｐ（ｎ）を求めるようにしてもよい。
【００４１】
次に、単位掘削体積あたりの有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）が求められる。具体的には、単位掘削体積あたりの有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）は、（数４）を用いて求められる。このように、有効電力量検出手段４０により単位掘削体積あたりの各汎用モータ５ａ、５ｂに印加される有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）が検出される。なお、この単位掘削体積あたりの有効電力Ｐｖａｌ（ｎ）は、有効電力量検出手段４０が内蔵される制御装置で検出される。ここで、Ｄは抗穴径である。
【００４２】
【数４】
【００４３】
なお、本実施形態では、Ｐｖａｌ（ｎ）を用いて単位掘削体積あたりの汎用モータ５ａ、５ｂに印加される有効電力量としているが、本発明にいう単位掘削体積あたりの汎用モータ５ａ、５ｂに印加される有効電力量は、これに限らず、たとえば、Ｐｖａｌ（ｎ）をｎ倍（整数倍）した値や、瞬時有効電力Ｐを他の方法で加工した有効電力量などであってもよい（汎用モータ１つの場合も含め他の実施形態および変形例でも同様）。
【００４４】
Ｎ値換算手段４１は、有効電力量検出手段４０により検出された有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）を標準貫入試験のＮ値に換算するものである。ここでは、各汎用モータ５ａ、５ｂに印加される有効電力量ｖａｌ（ｎ）の和がＮ値に換算される。ここで、標準貫入試験とは、ＪＩＳ Ａ １２１９に規定される地盤の工学的性質（Ｎ値）及び試料を求めるために行われる試験ことをいい、この標準貫入試験のＮ値は、土の硬軟あるいは締まり具合の相対値を示す指標であり、質量６３．５ｋｇのハンマーを７５ｃｍから自由落下させ、標準貫入試験用サンプラを３０ｃｍ打込むのに要する打撃回数のことである。具体的には、Ｎ値は（数５）により求められる。なお、このＮ値はＮ値換算手段４１が内蔵される制御装置で検出される。ここで、ｍは標準貫入試験のハンマーの質量、ｈはハンマーの落下高さ、Ｓはコーンの断面積、ｇは重力加速度であり、ＮはＮ値である。なお、本実施形態では、（数５）で求められたＮをＮ値として用いているが、これに限らず、たとえば、（数５）で求められたＮをｎ倍（整数倍）した値をＮ値として用いてもよい（汎用モータ１つの場合も含め他の実施形態および変形例でも同様）。
【００４５】
【数５】
【００４６】
次に、本実施形態における支持地盤検出装置が用いられた掘削機の動作について図５および図６を用いて説明する。ここで、図５は、本発明の一実施形態における支持地盤検出装置が用いられた掘削機の支持地盤検出工程を示すフローチャートである。
【００４７】
図５に示すように、支持地盤検出工程は、まずＳ１により、掘削機１の電源スイッチ（図示略）がＯＮかが判断される。この電源スイッチ（図示略）は掘削機１の主電源であり、電源スイッチ（図示略）をＯＮすることにより、後述するスタートスイッチ（図示略）をＯＮにすることができる。ここで、電源スイッチ（図示略）がＯＦＦの場合はＳ１でＮＯと判断され、電源スイッチ（図示略）がＯＮになるまでＳ１の処理が行われる。そして、電源スイッチ（図示略）がＯＮになればＳ１でＹＥＳと判断され、Ｓ２に進む。
【００４８】
Ｓ２において、スタートスイッチ（図示略）がＯＮかが判断される。このスタートスイッチ（図示略）は、掘削機１による掘削を開始させるためのスイッチである。すなわち、このスタートスイッチ（図示略）がＯＮになることにより、交流電流が供給され汎用モータ５ａ、５ｂにより掘削ロッド１２が回転されて掘削が開始される。ここで、スタートスイッチ（図示略）がＯＦＦの場合はＳ２でＮＯと判断され、スタートスイッチ（図示略）がＯＮになるまでＳ２の処理が行われる。そして、スタートスイッチ（図示略）がＯＮになればＳ２でＹＥＳと判断され、Ｓ３に進む。このようにして、汎用モータ５ａ、５ｂの駆動力により掘削ロッド１２が地中内に挿入され、掘削が開始される（Ｓ３参照）。そして、Ｓ４に進む。
【００４９】
Ｓ４において、単位掘削体積あたりの汎用モータ５ａ、５ｂに印加される有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）が検出される（有効電力量検出工程（有効電力量検出手段））。すなわち、Ｓ４において、Ｕ相電流計測器３５ａ、３５ｂにより検出されたＵ相を流れる皮相電流値Ｉｕと、Ｗ相電流計測器３６ａ、３６ｂにより検出されたＷ相を流れる皮相電流値ＩＷと、Ｖ相電流計算器２３（図示略）により計算されたＶ相を流れる皮相電流値ＩＶと、Ｕ相−Ｖ相間電圧計測器３７ａ、３７ｂにより計測されたＵ相−Ｖ相間の電圧とＶ相−Ｗ相間電圧計測器３８ａ、３８ｂにより計測されたＶ相−Ｗ相間の電圧を用いて、相間−相電圧変換器３９ａ、３９ｂにより求められたＵ相電圧ＥｕとＶ相電圧ＥｖとＷ相電圧Ｅｗをそれぞれ用いて、単位掘削体積あたりの各汎用モータ５ａ、５ｂに印加される有効電力量ｖａｌ（ｎ）が検出される（数１〜数４参照）。ここで、本実施形態では、２個の汎用モータ５ａ、５ｂを用いているので、それぞれの汎用モータ５ａ、５ｂに対応して、単位掘削体積あたりの汎用モータ５ａ、５ｂに印加される有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）が求められる。そして、Ｓ５に進む。
【００５０】
Ｓ５において、Ｓ４により求められた単位掘削体積あたりの有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）の合計値を標準貫入試験のＮ値に換算される（Ｎ値換算工程（Ｎ値換算手段））。ここで、Ｎ値は上述した（数５）を用いて求められる。なお、本実施形態では、２個の汎用モータ５ａ、５ｂを用いているので、それぞれの汎用モータ５ａ、５ｂに対応したＮ値の合計値が求められる。図６は、Ｎ値換算手段により求められた標準貫入試験のＮ値（合計値）をグラフ化した図である。そしてＳ６に進む。
【００５１】
Ｓ６において、掘削ロッド１２が支持地盤に到達したかが判定される（支持地盤判定工程（支持地盤判定手段））。このＮ値は、土の硬軟あるいは締まり具合の相対値を示す指標であり、硬い地盤の方がＮ値が高くなるので、Ｓ６ではＮ値が支持地盤検出値Ｋになった場合に支持地盤に到達したと判断している。そして、Ｓ５により求められたＮ値（合計値）が支持基盤検出値Ｋ以下の場合はＳ６でＮＯと判断され、Ｎ値が支持基盤検出値ＫになるまでＳ６→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ６の処理が繰り返し行われる。そして、Ｓ６により、Ｎ値が支持基盤検出値Ｋになったと判断されるとＳ６でＹＥＳと判断され、Ｓ７に進み、Ｓ７により、掘削ロッド１２が支持地盤に到達したことを知らせるための報知が行われる。この報知は、音声により掘削ロッド１２が支持地盤に到達したことを報知してもよいし、またディスプレ（表示手段（図示略））に表示させることにより報知してもよい。そして、Ｓ８に進む。
【００５２】
Ｓ８において、掘削ロッド１２により掘削された削孔から掘削ロッド１２が引き上げられる。そして掘削ロッド１２が引き上げられると、Ｓ９に進み、スタートスイッチ（図示略）がＯＦＦにされ、掘削を終了する場合は、Ｓ１０により電源スイッチ（図示略）がＯＦＦにされる。なお、上述したように、本実施形態では、Ｐｖａｌ（ｎ）を用いて単位掘削体積あたりの汎用モータ５ａ、５ｂに印加される有効電力量としているが、本発明にいう単位掘削体積あたりの汎用モータ５ａ、５ｂに印加される有効電力量は、これに限らず、たとえば、Ｐｖａｌ（ｎ）をｎ倍（整数倍）した値や、瞬時有効電力Ｐを他の方法で加工した有効電力量などであってもよい（汎用モータ１つの場合も含め他の実施形態および変形例でも同様）また、本実施形態では、（数５）で求められたＮをＮ値として用いているが、これに限らず、たとえば、（数５）で求められたＮをｎ倍（整数倍）した値をＮ値として用いてもよい（汎用モータ１つの場合も含め他の実施形態および変形例でも同様）。この場合は、当然ながら、それぞれに応じて支持基盤検出値Ｋの値も変更することになる。
【００５３】
以上説明したように、有効電力量検出手段４０により検出された単位掘削体積あたりの有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）を換算した標準貫入試験のＮ値があらかじめ定められた支持基盤検出値Ｋになったときに掘削ロッド１２が支持地盤に到達したと判定されるので、正確に地盤内の支持地盤を検出することができる。すなわち、汎用モータ５ａ、５ｂで実際に使用される電力の変化を検出し、その実際に汎用モータ５ａ、５ｂで使用される電力である有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）を換算したＮ値があらかじめ定められた支持基盤検出値Ｋになったときに掘削ロッド１２が支持地盤に到達したと判定されるので、正確に地盤内の支持地盤を検出することができる。また、Ｎ値を用いているので、国の運用基準などで支持地盤の硬さの単位がＮ値（試験時の打ち込み回数）で規定されている場合は、その運用基準に合致した表示で正確に地盤内の支持地盤を検出することができる。これにより、たとえば、支持地盤が検出された後にＮ値の値を基礎の設計などに使用することもできる。
【００５４】
また、汎用モータ５ａ、５ｂがインバータ８ａ、８ｂにより駆動制御されるものであっても、有効電力量検出手段４０により検出された単位掘削体積あたりの有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）を換算した標準貫入試験のＮ値があらかじめ定められた支持基盤検出値Ｋになったときに掘削ロッド１２が支持地盤に到達したと判定されるので、正確に地盤内の支持地盤を検出することができる。すなわち、汎用モータ５ａ、５ｂがインバータ８ａ、８ｂに駆動制御される場合は、周波数ｆが低周波数の領域では電圧Ｖも周波数ｆに沿って低くなるが、本発明によれば、その低くなった電圧も考慮して、有効電力量検出手段により有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）が検出されるので、正確に地盤内の支持地盤を検出することができる。
【００５５】
また、インバータ８ａ、８ｂにより駆動制御される２個の汎用モータ５ａ、５ｂで掘削ロッド１２を回転駆動する場合でも、２個の汎用モータ５ａ、５ｂで実際に使用される電力である有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）を換算した標準貫入試験のＮ値の合計値があらかじめ定められた値になったときに掘削ロッド１２が支持地盤に到達したと判定されるので、正確に地盤内の支持地盤を検出することができる。
【００５６】
（変形例１）
次に、本発明の第一実施形態の変形例１について図面を参照しながら説明する。第一実施形態の変形例１と第一実施形態とでは、第一実施形態ではインバータ（インバータ装置）８ａ、８ｂを用いているのに対し、変形例１ではインバータを用いず三相交流電源から直接汎用モータ５ａ、５ｂに電力を供給するところが異なる。図７は、本発明の第一実施形態の変形例１における支持地盤検出装置の回路図である。このように、インバータを用いない場合は、三相交流電源から汎用モータ５ａ、５ｂに供給される電圧が２個の汎用モータ５ａ、５ｂで同じになるので、Ｕ相−Ｖ相間電圧計測器３７ａと、Ｖ相−Ｗ相間電圧計測器３８ａと、相間−相電圧変換器３９ａを用いることにより、２個の汎用モータ５ａ、５ｂに供給される電圧が計測できる。これにより、Ｕ相−Ｖ相間電圧計測器３７ａ、３７ｂと、Ｖ相−Ｗ相間電圧計測器３８ａ、３８ｂと、相間−相電圧変換器３９ａ、３９ｂのいずれか一方の電圧計測器および電圧変換機を省略（ａかｂのいずれかを省略）することができる。その他は第一実施形態と同様であるので、説明は省略する。
【００５７】
（変形例２）
次に、本発明の第一実施形態の変形例２について図面を参照しながら説明する。第一実施形態の変形例２は、第一実施形態では２個の汎用モータ５ａ、５ｂにより掘削ロッド１２を回転駆動させたところを、１個の汎用モータ５ａにより掘削ロッド１２を回転駆動させるようにしたものである。図８は、本発明の第一実施形態の変形例２における支持地盤検出装置の回路図である。なお、第一実施形態の変形例２では、汎用モータ５ａを１個にして、出力軸（回転軸）１１を１個の汎用モータ５ａにより回転させる点以外は第一実施形態と同様である。
【００５８】
第一実施形態の変形例２の支持地盤検出装置１３は、交流電源（三相交流電源）からの交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部１４ａと、該コンバータ部１４ａからの出力電圧を平滑するコンデンサ部１５ａと、該コンデンサ部１５ａにより平滑された直流電圧を三相交流に変換し、汎用モータ（誘導電動機）５ａに出力する出力ブリッジ部１６ａと、該出力ブリッジ部１６ａを駆動制御する制御装置（図示略）と、コンバータ部１４ａとコンデンサ部１５ａの間に接続された突入電流抑制抵抗部１８ａと、該突入電流抑制抵抗部１８ａに並列接続された第一スイッチ１９ａと、汎用モータ５ａのコンデンサ部１５ａと並列接続させた第二スイッチ２０と、該第二スイッチ２０が設けられた並列回路に放電抵抗２１を接続させ、該放電抵抗２１が設けられた並列回路に接続された第三スイッチ２２を有している。また、第一実施形態の変形例２の支持地盤検出装置１３は、Ｕ相電流計測器３５ａと、Ｗ相電流計測器３６ａと、Ｖ相電流計算器２３（図示略）、Ｕ相−Ｖ相間電圧計測器３７ａと、Ｖ相−Ｗ相間電圧計測器３８ａと、相間−相電圧変換器３９ａと、有効電力量検出手段４０（図示略）と、Ｎ値換算手段４１（図示略）と有している。
【００５９】
有効電力量検出手段４０は、単位掘削体積あたりの汎用モータ５ａに印加される有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）を検出するものである。ここで、汎用モータ５ａに印加される有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）を検出する方法は、第一実施形態と同様、（数１）〜（数４）を用いて求められ、（数５）を用いて有効電力量検出手段４０により検出された有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）を標準貫入試験のＮ値に換算される。
【００６０】
Ｎ値換算手段４１によりＮ値が求められた後は、汎用モータ５ａのＮ値と支持地盤検出値Ｋを比較して掘削ロッド１２が支持地盤に到着したかが判断される（Ｓ４）。このように、第一実施形態の変形例２でも、第一実施形態と同様の効果を有する。
【００６１】
（変形例３）
次に、本発明の第一実施形態の変形例３について図面を参照しながら説明する。第一実施形態の変形例３と変形例２とでは、第一実施形態の変形例２ではインバータ８ａを用いているのに対し、変形例３ではインバータを用いず三相交流電源から直接汎用モータに電力を供給するところが異なる。図９は、本発明の第一実施形態の変形例３における支持地盤検出装置の回路図である。図９に示すように、インバータを用いない場合も、第一実施形態の変形例２と同様、Ｕ相電流計測器３５ａと、Ｗ相電流計測器３６ａと、Ｖ相電流計算器２３（図示略）、Ｕ相−Ｖ相間電圧計測器３７ａと、Ｖ相−Ｗ相間電圧計測器３８ａと、相間−相電圧変換器３９ａと、有効電力量検出手段４０と、Ｎ値換算手段４１が用いられ、単位掘削体積あたりの汎用モータ５ａに印加される有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）、Ｎ値が求められる。その他の支持地盤の検出方法は、第一実施形態の変形例２と同様であるので、説明は省略する。
【００６２】
（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態について図面を参照しながら説明する。第一実施形態と第二実施形態では、瞬時有効電力Ｐの求め方が異なる点であり、その他は第一実施形態と同じである。以下、第一実施形態と異なるところを中心に説明し、第一実施形態と同様のところは説明を省略する。図１０は、本発明の第二実施形態における支持地盤検出装置の回路図である。
【００６３】
第２実施形態では、Ｕ相−Ｖ相間電圧を計測する電圧計測器３７ａ、３７ｂと、Ｗ相を流れる電流を計測する電流計測器３６ａ、３６ｂと、Ｕ相−Ｖ相間電圧値とＷ相を流れる電流値を用いて有効電力を計算する計算機（図示略）を用いて、三相誘導電動機からなる汎用モータ５ａ、５ｂのＵ相−Ｖ相間電圧とＷ相を流れる電流を計測して、各汎用モータ５ａ、５ｂに流れる有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）を求めている。このようにすることにより、電流計測器および電圧計測器を少なくすることができる。
【００６４】
次に、有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）の検出方法について説明する。上記のように計測された汎用モータ５ａ、５ｂのＵ相−Ｖ相間電圧とＷ相を流れる電流の位相差はπ／２であることから、これらの波形のπ／２〜３π／２の範囲を積分することにより、第一実施形態体の瞬時有効電力Ｐに相当する有効電力Ｐが求められる。ここで、本実施形態では、π／２〜３π／２の範囲を積分したが、これに限らず、π／２＋２ｎπ〜３π／２＋２ｎπ（ｎは整数）の範囲で積分して有効電力Ｐを求めてもよい。なお、本実施形態では、電流計測器３６ａ、３６ｂとして、５Ｈｚ〜１５０Ｈｚ程度までの周波数帯域において平坦な特性を有するホール素子型の電流計測器が用いられている。そして、第一実施形態と同様、深度Ｄ（たとえば、１ｃｍ）掘削の間に供給される有効電力Ｐを積算することにより有効電力Ｐ（ｎ）が求められ、（数４）を用いて有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）が求められ、（数５）を用いて有効電力量検出手段４０により検出された有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）が標準貫入試験のＮ値に換算される。なお、本実施形態では、深度Ｄを、たとえば、１ｃｍとしたが、これに限らず、１０ｃｍとしてもよく、他の深度を用いてもよい。特に、本実施形態では、上記波形のπ（π／２〜３π／２）の範囲を積分して有効電力Ｐを求めているため、深度Ｄ掘削される時間がこの波形の周期より十分長い時間であることが望ましい。その他は、第一実施形態と同様であるので、説明は省略する。
【００６５】
（変形例１）
次に、本発明の第２実施形態の変形例１について図面を参照しながら説明する。第２実施形態の変形例１と第二実施形態とでは、第二実施形態ではインバータ（インバータ装置）８ａ、８ｂを用いているのに対し、第２実施形態の変形例１ではインバータを用いず三相交流電源から直接汎用モータに電力を供給するところが異なる。図１１は、本発明の第二実施形態の変形例１における支持地盤検出装置の回路図である。このように、インバータを用いない場合は、三相交流電源から汎用モータ５ａ、５ｂに供給される電圧が２個の汎用モータ５ａ、５ｂで同じになるので、Ｕ相−Ｖ相間電圧計測器３７ａを用いることにより２個の汎用モータに供給されるＵ相−Ｖ相間の電圧を計測することができる。これにより、Ｕ相−Ｖ相間電圧計測器３７ａ、３７ｂのいずれか一方の電圧計測器を省略（ａかｂのいずれかを省略）することができる。その他は第二実施形態と同様であるので、説明は省略する。
【００６６】
（変形例２）
次に、本発明の第二実施形態の変形例２について図面を参照しながら説明する。第二実施形態の変形例２は、第二実施形態では２個の汎用モータ５ａ、５ｂにより掘削ロッド１２を回転駆動させたところを、１個の汎用モータ５ａにより掘削ロッド１２を回転駆動させるようにしたものである。図１２は、本発明の第二実施形態の変形例２における支持地盤検出装置の回路図である。なお、第二実施形態の変形例２では、汎用モータ５ａを１個にして、出力軸（回転軸）１１を１個の汎用モータ５ａにより回転させる点以外は第二実施形態と同様であるので、説明は省略する。
【００６７】
第二実施形態の変形例２の支持地盤検出装置１３は、交流電源（三相交流電源）からの交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部１４ａと、該コンバータ部１４ａからの出力電圧を平滑するコンデンサ部１５ａと、該コンデンサ部１５ａにより平滑された直流電圧を三相交流に変換し、汎用モータ（誘導電動機）５ａに出力する出力ブリッジ部１６ａと、該出力ブリッジ部１６ａを駆動制御する制御装置（図示略）と、コンバータ部１４ａとコンデンサ部１５ａの間に接続された突入電流抑制抵抗部１８ａと、該突入電流抑制抵抗部１８ａに並列接続された第一スイッチ１９ａと、汎用モータ５ａのコンデンサ部１５ａと並列接続させた第二スイッチ２０と、該第二スイッチ２０が設けられた並列回路に放電抵抗２１を接続させ、該放電抵抗２１が設けられた並列回路に接続された第三スイッチ２２を有している。また、第二実施形態の変形例２の支持地盤検出装置１３は、Ｗ相電流計測器３６ａと、Ｕ相−Ｖ相間電圧計測器３７ａと、有効電力量検出手段４０（図示略）と、Ｎ値換算手段４１（図示略）と有している。
【００６８】
有効電力量検出手段４０は、単位掘削体積あたりの汎用モータ５ａに印加される有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）を検出するものである。ここで、汎用モータ５ａに印加される有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）を検出する方法は、第二実施形態と同様、（数４）を用いて求められ、（数５）を用いて有効電力量検出手段４０により検出された有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）を標準貫入試験のＮ値に換算される。
【００６９】
Ｎ値換算手段４１によりＮ値が求められた後は、汎用モータ５ａのＮ値と支持地盤検出値Ｋを比較して掘削ロッド１２が支持地盤に到着したかが判断（Ｓ４）される。このように、第二実施形態の変形例２でも、第一実施形態と同様の効果を有する。
【００７０】
（変形例３）
次に、本発明の第二実施形態の変形例３について図面を参照しながら説明する。第二実施形態の変形例３と変形例２とでは、第二実施形態の変形例２ではインバータ８ａを用いているのに対し、変形例３ではインバータを用いず三相交流電源から直接汎用モータに電力を供給するところが異なる。図１３は、本発明の第二実施形態の変形例３における支持地盤検出装置の回路図である。図１３に示すように、インバータを用いない場合も、第二実施形態の変形例２と同様、Ｗ相電流計測器３６ａと、Ｕ相−Ｖ相間電圧計測器３７ａと、有効電力量検出手段４０と、Ｎ値換算手段４１が用いられ、単位掘削体積あたりの汎用モータ５ａに印加される有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）およびＮ値が求められる。その他の支持地盤の検出方法は、第二実施形態の変形例２と同様であるので、説明は省略する。
【００７１】
（第三実施形態）
以下、本発明の第三実施形態について図面を参照しながら説明する。図１４（ａ）は本発明の第三実施形態における支持地盤検出装置が用いられた掘削機の上面図Ｘ軸方向の側面図であり、図１４（ｂ）は同掘削機の上面図Ｙ軸方向の側面図であり、図１４（ｃ）は同掘削機の上面図である。
【００７２】
本発明の第三実施形態と第一実施形態および第二実施形態の異なるところは、第一実施形態および第二実施形態の下部ケース４の内部は中空状のものであったのに対し、第三実施形態では、その下部ケース４の内部に遊星歯車装置２４を備え、出力軸１１に取り付けられた掘削ロッド１２で掘削するとともに、下部部材７を介し遊星歯車装置２４の内歯車２５に取り付けられた掘削刃２６でも掘削できるようにしたところである。なお、図１４では、出力軸１１に取り付けられた掘削ロッド１２を省略しているが、第三実施形態でも第一実施形態および第二実施形態同様に、掘削ロッド１２で掘削が行われる。以下、具体的に説明する。
【００７３】
図１４に示すように、掘削刃２６がボルトとナットからなる固定手段（図示略）により下部部材７に取り付けられている。
【００７４】
次に、下部ケース４の内部に備えられた遊星歯車装置２４について説明する。ここで、図１５は、図１４（ａ）のＣ-Ｃ断面図であり、図１６は図１５のＤ-Ｄ断面図である。
【００７５】
図１４および図１５に示すように、遊星歯車装置２４は、出力軸１１（回転軸）に太陽歯車取付ボス（太陽歯車取付手段（図示略））を用いて圧入された太陽歯車２７と、該太陽歯車２７の外周を覆うように、太陽歯車２７に空隙を介して同軸状に配設されている内歯車２５と、太陽歯車２７と内歯車２５の間の空隙に配設され、太陽歯車２７及び内歯車２５に噛合し、太陽歯車２７の周囲で自転する遊星歯車２８と、を備えている。遊星歯車２８は、回転軸上に配設された太陽歯車２７の周囲に等間隔で複数個（本実施形態では、３つ）配設されている。
【００７６】
太陽歯車２７は、外周面に歯が形成された略円柱状のギア部２９と、ギア部２９より小径で、出力軸１１と嵌合する嵌合部３０とを有する。ギア部２９は、遊星歯車２８と噛み合うように構成され、嵌合部３０は、出力軸１１の嵌合部３１と嵌合することにより出力軸１１と一体となって回転する。
【００７７】
各遊星歯車２８は、中央部分に軸方向に貫通する貫通孔３２が形成され、この貫通孔３２に挿入されたピン３４の周りを自転することができる。ここで、遊星歯車２８はニードルベアリング（図示略）を介してピン３４に挿入されている。このピン３４は、下部ケース４と一体的に構成されたケーシング５１にニードルベアリング（図示略）を介して回転自在に取り付けられている。
【００７８】
内歯車２５は、下部ケース４にベアリング５０を介し回転自在に取り付けられている。これにより、各遊星歯車２８は、太陽歯車２７の回転に伴ってピン３４を中心として自転し、その遊星歯車２８の自転により内歯車２５を回転させることができる。
【００７９】
下部部材７は、内歯車２５にボルト５２などの固着手段により取り付けられている。また、上述したように内歯車２５には下部部材７を介し掘削刃２６（図１７参照）が取り付けられている。このように、掘削刃２６は、内歯車２５が回転することにより下部部材７を介し内歯車２５と同回転で回転することができ、この掘削刃２６が回転することにより円形の穴を掘削することができる。そして、この円形の穴の内部では、掘削刃２６の内側の掘削ロッド１２で土を掻き揚げながら掘削され、円柱型の穴を造成することができる。このようにして、掘削刃２６の継ぎ手を順次接続しながら掘削し、掘削刃２６が地中に挿入される。なお、本実施形態では、掘削刃２６が下部部材７を介し内歯車２５に取り付けられる態様を示したが、これに限らず、掘削刃２６を直接内歯車２５に取り付けられるようにしてもよい。すなわち、掘削刃２６は直接的または間接的に内歯車２５に取り付けられるようにすればよい。ここで、図１７は、本発明の第三実施形態における支持地盤検出装置が用いられた掘削機の掘削刃を示す図である。
【００８０】
以上のように、遊星歯車装置２４を設け、その遊星歯車装置２４の内歯車２５に掘削刃２６を設けているので、少ない歯車数で大きな減速比を得ながら掘削することができ、掘削機の小型化も図ることができる。
【００８１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。さらに本発明の範囲は、上記した説明ではなく特許請求の範囲の記載によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００８２】
次に、変形例について説明する。
（１） 第一実施形態〜第三実施形態（変形例も含む）では、図４のＳ４により、単位掘削体積あたりの汎用モータ５ａ、５ｂに印加される有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）が検出され、Ｓ５により、単位掘削体積あたりの有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）（合計値）が標準貫入試験のＮ値に換算され、そして、Ｓ６により、そのＮ値が支持地盤検出値Ｋになった場合に支持地盤に到達したと判断されるが、これに限らず、Ｓ４により単位掘削体積あたりの汎用モータ５ａ、５ｂに印加される有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）が検出され、Ｓ５およびＳ６として、その単位掘削体積あたりの有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）（汎用モータが２個の場合は合計値）があらかじめ定められた支持地盤検出値ＫＫになったときに、掘削ロッド１２が支持地盤に到達したと判定してもよい。すなわち、Ｎ値は、Ｓ４により検出される単位掘削体積あたりの汎用モータ５ａ、５ｂに印加される有効電力量Ｐｖａｌ（ｎ）の（０．３Ｓ／ｍｇｈ）倍（定数倍）であるので、支持地盤検出値ＫＫを支持地盤検出値Ｋの（ｍｇｈ／０．３Ｓ）倍することにより、単位掘削体積あたりの汎用モータに印加される有効電力量（汎用モータが２個の場合は合計値）を用いることにより、掘削ロッド１２が支持地盤に到達したかを判定することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１ 掘削機
２ 上部ケース
３ 中部ケース
４ 下部ケース
５ａ、５ｂ 汎用モータ
６ａ、６ｂ モータ回転軸
７ 下部部材
８ａ、８ｂ インバータ
９ａ、９ｂ 電動機歯車
１０ 入力歯車
１１ 出力軸
１２ 掘削ロッド
１３ 支持地盤検出装置
１４ａ、１４ｂ コンバータ部
１５ａ、１５ｂ コンデンサ部
１６ａ、１６ｂ 出力ブリッジ部
１７ 制御装置
１８ａ、１８ｂ 突入電流抑制抵抗部
１９ａ、１９ｂ 第一スイッチ
２０ 第二スイッチ
２１ 放電抵抗
２２ 第三スイッチ
２３ Ｖ相電流計算器
２４ 遊星歯車機構
２５ 内歯車
２６ 掘削刃
２７ 太陽歯車
２８ 遊星歯車
２９ ギア部
３０ 嵌合部
３１ 嵌合部
３２ 貫通孔
３４ ピン
３５ａ、３５ｂ Ｕ相電流計測器
３６ａ、３６ｂ Ｗ相電流計測器
３７ａ、３７ｂ Ｕ−Ｖ相間電圧計測器
３８ａ、３８ｂ Ｖ−Ｗ相間電圧計測器
３９ａ、３９ｂ 相間−相電圧変換器
４０ 有効電力量検出手段
４１ Ｎ値換算手段
５０ ベアリング
５１ ケーシング
５２ ボルト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流電源から汎用モータに電力が供給され、該汎用モータにより回転軸を介し回転駆動される掘削ロッドで地盤を掘削して、地盤内の支持地盤を検出する支持地盤検出装置であって、
単位掘削体積あたりの前記汎用モータに印加される有効電力量を検出する有効電力量検出手段と、
該有効電力量検出手段により検出された有効電力量があらかじめ定められた値になったときに、前記掘削ロッドが支持地盤に到達したと判定する支持地盤判定手段とを備えた支持地盤検出装置。
【請求項２】
前記汎用モータは、インバータにより駆動制御される請求項１記載の支持地盤検出装置。
【請求項３】
２個の汎用モータにより回転軸を介し回転駆動される掘削ロッドで地盤を掘削して、地盤内の支持地盤を検出する支持地盤検出装置であって、
前記各汎用モータは、各汎用モータに対応してそれぞれ設けられたインバータにより駆動制御され、
前記有効電力量検出手段は、前記各汎用モータに印加される有効電力量を検出し、
前記支持地盤判定手段は、該有効電力量検出手段に検出された各汎用モータの有効電力量の合計値があらかじめ定められた値になったときに、前記掘削ロッドが支持地盤に到達したと判定することを特徴とする請求項１記載の支持地盤検出装置。
【請求項４】
三相交流電源から汎用モータに電力が供給され、該汎用モータにより回転軸を介し回転駆動される掘削ロッドで地盤を掘削して、地盤内の支持地盤を検出する支持地盤検出装置であって、
単位掘削体積あたりの前記汎用モータに印加される有効電力量を検出する有効電力量検出手段と、
該有効電力量検出手段により検出された有効電力量を標準貫入試験のＮ値に換算するＮ値換算手段と、
該Ｎ値換算手段により換算されたＮ値があらかじめ定められた値になったときに、前記掘削ロッドが支持地盤に到達したと判定する支持地盤判定手段とを備えた支持地盤検出装置。
【請求項５】
２個の汎用モータにより回転軸を介し回転駆動される掘削ロッドで地盤を掘削して、地盤内の支持地盤を検出する支持地盤検出装置であって、
前記各汎用モータは、各汎用モータに対応してそれぞれ設けられたインバータにより駆動制御され、
前記有効電力量検出手段は、前記各汎用モータに印加される有効電力量を検出し、
前記支持地盤判定手段は、前記Ｎ値換算手段により換算された各汎用モータのＮ値の合計値があらかじめ定められた値になったときに、前記掘削ロッドが支持地盤に到達したと判定することを特徴とする請求項４記載の支持地盤検出装置。
【請求項６】
前記汎用モータにより回転される回転軸と一体に回動する太陽歯車と、
前記太陽歯車の外周を覆うように、該太陽歯車に空隙を介して同軸状に配設されている内歯車と、
空隙に配設され前記太陽歯車及び前記内歯車に噛合する遊星歯車と、
前記回転軸に取り付けられた掘削ロッドと、
前記内歯車に取り付けられた掘削刃とを、有し、
前記掘削ロッドおよび前記掘削刃により掘削することを特徴とする請求項1〜５のいずれかに記載の支持地盤検出装置を用いた掘削機。
【請求項１】
三相交流電源から汎用モータに電力が供給され、該汎用モータにより回転軸を介し回転駆動される掘削ロッドで地盤を掘削して、地盤内の支持地盤を検出する支持地盤検出装置であって、
単位掘削体積あたりの前記汎用モータに印加される有効電力量を検出する有効電力量検出手段と、
該有効電力量検出手段により検出された有効電力量があらかじめ定められた値になったときに、前記掘削ロッドが支持地盤に到達したと判定する支持地盤判定手段とを備えた支持地盤検出装置。
【請求項２】
前記汎用モータは、インバータにより駆動制御される請求項１記載の支持地盤検出装置。
【請求項３】
２個の汎用モータにより回転軸を介し回転駆動される掘削ロッドで地盤を掘削して、地盤内の支持地盤を検出する支持地盤検出装置であって、
前記各汎用モータは、各汎用モータに対応してそれぞれ設けられたインバータにより駆動制御され、
前記有効電力量検出手段は、前記各汎用モータに印加される有効電力量を検出し、
前記支持地盤判定手段は、該有効電力量検出手段に検出された各汎用モータの有効電力量の合計値があらかじめ定められた値になったときに、前記掘削ロッドが支持地盤に到達したと判定することを特徴とする請求項１記載の支持地盤検出装置。
【請求項４】
三相交流電源から汎用モータに電力が供給され、該汎用モータにより回転軸を介し回転駆動される掘削ロッドで地盤を掘削して、地盤内の支持地盤を検出する支持地盤検出装置であって、
単位掘削体積あたりの前記汎用モータに印加される有効電力量を検出する有効電力量検出手段と、
該有効電力量検出手段により検出された有効電力量を標準貫入試験のＮ値に換算するＮ値換算手段と、
該Ｎ値換算手段により換算されたＮ値があらかじめ定められた値になったときに、前記掘削ロッドが支持地盤に到達したと判定する支持地盤判定手段とを備えた支持地盤検出装置。
【請求項５】
２個の汎用モータにより回転軸を介し回転駆動される掘削ロッドで地盤を掘削して、地盤内の支持地盤を検出する支持地盤検出装置であって、
前記各汎用モータは、各汎用モータに対応してそれぞれ設けられたインバータにより駆動制御され、
前記有効電力量検出手段は、前記各汎用モータに印加される有効電力量を検出し、
前記支持地盤判定手段は、前記Ｎ値換算手段により換算された各汎用モータのＮ値の合計値があらかじめ定められた値になったときに、前記掘削ロッドが支持地盤に到達したと判定することを特徴とする請求項４記載の支持地盤検出装置。
【請求項６】
前記汎用モータにより回転される回転軸と一体に回動する太陽歯車と、
前記太陽歯車の外周を覆うように、該太陽歯車に空隙を介して同軸状に配設されている内歯車と、
空隙に配設され前記太陽歯車及び前記内歯車に噛合する遊星歯車と、
前記回転軸に取り付けられた掘削ロッドと、
前記内歯車に取り付けられた掘削刃とを、有し、
前記掘削ロッドおよび前記掘削刃により掘削することを特徴とする請求項1〜５のいずれかに記載の支持地盤検出装置を用いた掘削機。
【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】
【公開番号】特開２０１２−２００７（Ｐ２０１２−２００７Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３９３９９（Ｐ２０１０−１３９３９９）
【出願日】平成２２年６月１８日（２０１０．６．１８）
【出願人】（５０６３４３７０４）株式会社トーメック (12)
【出願人】（５１０１７１８６３）丸門建設株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１８日（２０１０．６．１８）
【出願人】（５０６３４３７０４）株式会社トーメック (12)
【出願人】（５１０１７１８６３）丸門建設株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
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