杭穴掘削ヘッド、杭穴掘削ヘッドの掘削腕の位置確認方法
【課題】掘削腕２０の揺動角度を測定することにより、掘削腕２０の長さを考慮して、その深さでの杭穴径を、地上にてリアルタイムで把握し、全長に亘る正確な杭穴掘削を保証できる。
【解決手段】揺動軌跡に沿った第二センサー２７Ａ、２８Ａを有するヘッド本体１の水平軸１９に、第一センサー２７、２８を有する掘削腕２０、２０を揺動自在に取り付けて掘削ヘッド３０とする。掘削ロッド４０を正回転すると、掘削刃２５で径Ｄ１の杭穴軸部４２を掘削し（ａ。小径掘削状態）、逆回転で径Ｄ２の拡底根固め部４３を掘削する（ｂ。大径掘削状態）。この際、第一センサー２７が、小径掘削で第二センサー２７Ａの２７Ａｂに位置し、大径掘削で第二センサー２７Ａの２７Ａｂに位置するので、揺動角度データが地上に送られる。掘削ロッド４０を回転しないと、第一センサー２７は第二センサー２７Ａの２７Ａａに位置し、掘削角度無しのデータが送られる。
【解決手段】揺動軌跡に沿った第二センサー２７Ａ、２８Ａを有するヘッド本体１の水平軸１９に、第一センサー２７、２８を有する掘削腕２０、２０を揺動自在に取り付けて掘削ヘッド３０とする。掘削ロッド４０を正回転すると、掘削刃２５で径Ｄ１の杭穴軸部４２を掘削し（ａ。小径掘削状態）、逆回転で径Ｄ２の拡底根固め部４３を掘削する（ｂ。大径掘削状態）。この際、第一センサー２７が、小径掘削で第二センサー２７Ａの２７Ａｂに位置し、大径掘削で第二センサー２７Ａの２７Ａｂに位置するので、揺動角度データが地上に送られる。掘削ロッド４０を回転しないと、第一センサー２７は第二センサー２７Ａの２７Ａａに位置し、掘削角度無しのデータが送られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、地盤に杭穴を掘削する際に使用する杭穴掘削ヘッドであって、小径の軸部に対して大径の拡大部を１台の掘削ヘッドで掘削できる杭穴掘削ヘッド、及びこの杭穴掘削ヘッドに使用する杭穴掘削ヘッドの掘削腕の位置確認方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、杭穴掘削して、杭穴内に鉄筋かごを納めてコンクリートを充填する現場造成杭や、杭穴掘削して杭穴内に既製杭を納める先掘工法、杭穴を掘削しながら既製杭を杭穴内に徐々に下降して納める中掘工法などが採用されている。このいずれの場合でも、杭穴の底等の径を杭穴の軸部より拡大する場合があった。
【０００３】
この場合、１つの掘削ヘッドで杭穴軸部（小径）と杭穴拡底部（大径）の杭穴を掘削する場合に、軸部掘削用の掘削刃とは別に、拡大用の掘削刃を備え、油圧で掘削刃を開き（特許文献１）、または空気圧で拡大用の掘削刃を開く構造（特許文献２）が提案されていた。
【０００４】
しかし、油圧や空気圧を使用する構造では（とりわけ油圧）、装置が大型化するので、簡易な構造で、小さな装置で大径の杭穴掘削ができる装置として、先端に掘削刃を設けた掘削腕を土圧で揺動させて、揺動方向で掘削径を変化させる掘削ヘッドが提案されている（特許文献３、４）。
【０００５】
また、掘削ロッドへの各種センサーの適用については、オーガーの油圧モータの供給圧や回転数を感知して効率良い動力の供給（内燃機関に制御）を図る提案（特許文献５）、掘削ロッドの傾斜を感知して垂直を維持する提案（特許文献６）、また、杭の長さを検知して埋設杭の本数を管理する提案（特許文献７）がなされている。
【特許文献１】特開昭６３−１８４６１２
【特許文献２】特開平３−２２１６９７
【特許文献３】特開平３−２６０２７９
【特許文献４】特開２００５−３０７４９６
【特許文献５】特開２０００−７３６８０
【特許文献６】特開平１１−１４８２９０
【特許文献７】特開平７−１１６４３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
杭穴内で使用される掘削ヘッドでは、地上から掘削ヘッドの状態（軸部掘削状態か拡大径掘削状態）を目視することができず、油圧・空気圧を使用する構造では、供給した媒体の量や圧力で推定していたが、操作は確実であるが装置が大型化し、通常１０ｍ程度のロッドを連結しながら５０ｍ以上を掘削する場合もあり、油圧管や空気圧管の圧力を維持して連結する必要があり、連結構造に工夫が必要であり、連結に時間を要し、工期の短縮の障害となるおそれがあった（特許文献１、２）。
【０００７】
また、掘削ロッドの回転方向を変えて掘削腕を揺動させて土圧で開く構造の掘削ヘッドの場合には、簡易な構造であり、先端の掘削ヘッドで完結しているので、上下の連結が簡略化でき、回転方向を把握することで、掘削腕の状況を把握することができた。しかし、直接的に目視で掘削径の把握、即ち掘削腕の揺動状態を確認することはできなかった。
【０００８】
また、掘削ヘッドの掘削径の把握に各種センサーを使用する提案はなされていない。従って、いずれの場合も、拡開したヘッドの様子を地上から把握することができず、より確実に開いていることを検証する手段が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
然るにこの発明は、ヘッド本体に揺動自在に掘削腕を取り付けた掘削ヘッドで、水平軸に角度センサーを設け、あるいは掘削腕に第一センサーを設け、ヘッド本体に第一センサーの相対位置を感知する第二センサーを設けたので、前記問題点を解決した。
【００１０】
即ちこの発明は、上端部に掘削ロッドとの連結部を有するヘッド本体の両側に、水平軸を介して、下端部に掘削刃を有する掘削腕の上端部を、揺動自在に取り付けしてなる掘削ヘッドにおいて、前記ヘッド本体又は掘削腕に、前記水平軸に対する前記掘削腕の揺動角度を感知するセンサーを取り付けると共に、前記センサーから地上へのデータ送信手段を設けたことを特徴とする杭穴掘削ヘッドである。
【００１１】
また、他の発明は、上端部に掘削ロッドとの連結部を有するヘッド本体の両側に、水平軸を介して、下端部に掘削刃を有する掘削腕の上端部を、揺動自在に取り付けしてなる掘削ヘッドにおいて、前記掘削腕のヘッド本体側の面に第一センサーを取り付け、前記掘削腕が揺動した際に前記第一センサーの軌道に合わせて、前記ヘッド本体に第二センサーを取り付けし、前記掘削ヘッド内又は地上に、位置確認手段、データ送信手段を設けてなり、前記位置確認手段は、前記第一センサー又は第二センサーは、第二センサーの軌道の長さ方向における第一センサーの相対位置を関知する機能を有し、前記データ送信手段は、その位置データの情報を地上に伝える機能を有することを特徴とする杭穴掘削ヘッドである。また、前記において、掘削腕の上端に上方突部を形成し、前記掘削腕で、水平軸の下方と前記上方突部に夫々第一センサーを取り付けし、ヘッド本体に、前記各第一センサーに対応させた第二センサーを夫々取り付けたことを特徴とする杭穴掘削ヘッドである。
【００１２】
また、前記各発明において、ヘッド本体又は掘削腕に、各センサーの作動用電源を収容する杭穴掘削ヘッドである。また、水平軸に動力装置を連結してなり、該動力装置は掘削腕を一方の側又は両方の側に選択して強制的に揺動させることができる機能を有したことを特徴とする杭穴掘削ヘッドである。
【００１３】
また、他の発明は、上端部に掘削ロッドとの連結部を有するヘッド本体の両側に、水平軸を介して、下端部に掘削刃を有する掘削腕の上端部を、揺動自在に取り付けしてなる掘削ヘッドにおいて、
(1) 前記掘削腕で前記ヘッド本体側の面に基準点を設定し、前記ヘッド本体に前記基準点の揺動軌跡に対応させて、揺動範囲を設定し、
(2) 前記基準点が、前記揺動範囲内のどこに位置するかの位置情報を取得することにより、
(3) 掘削腕の揺動角度を確認する。
ことを特徴とする杭穴掘削ヘッドの掘削腕の位置確認方法である。
【発明の効果】
【００１４】
水平軸周りに揺動自在の掘削腕を有する掘削ヘッドで、掘削腕のヘッド本体側の面に第一センサーを取り付け、掘削腕が揺動した際に第一センサーの軌道に合わせた第二センサーを取り付けて掘削ヘッドを構成したので、第一センサーを基準点として、掘削腕の揺動に対応して、基準点である第一センサーが、第二センサーの揺動範囲のどこに位置しているかのデータを地上に送ることができ、掘削腕の揺動角度を地上で確認できる。また、水平軸に対する揺動腕の揺動角度を感知するセンサーを設けたので、掘削腕の揺動角度を地上で確認できる。
【００１５】
従って、地上で、掘削腕の長さを適用すれば、現在掘削している深さにおける掘削径を目視により確認できる効果がある。従って、掘削電流値データや掘削ヘッドの深さデータ、Ｎ値データ等と合わせて処理すれば、正確な杭穴を築造できる効果がある。例えば、ある深さで掘削腕の揺動が少なく、杭穴径が小さくなった場合でも、その情報が瞬時に把握できるので、その深さを繰り返し掘削することで、所定の杭穴径に仕上げることができる。
【００１６】
また、センサーを２箇所以上に設ければ、いずれか一方のセンサーに不都合が生じた場合であっても、他方のセンサーからの情報で、掘削径の把握ができる効果がある。
【００１７】
また、センサー作動用の電源を掘削ヘッド内に内蔵すれば、地上からの電源供給を不要にできるので、地上への配線を簡略化できるので掘削ロッドの上下の連結部分の構造を簡略化できる。更に、無線での送信も可能であり、この場合には配線自体を省略できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
掘削ロッド４０に連結するための連結部１１を有するヘッド本体１に、水平軸１９で揺動自在に掘削腕２０、２０を取り付けて、掘削ヘッド３０を構成する（図１）。掘削ヘッド３０は、掘削ロッド４０掘削腕２０の先端に掘削刃２５を有し、掘削ロッド４０を回転しない場合には、掘削腕２０、２０は下方に垂れた状態にあり（図１（ａ）。下垂れ状態）、掘削ロッド４０を正回転することにより、一側に矢示３１のように、掘削腕２０が土圧で振れて、掘削刃２５、２５で径Ｄ１の杭穴軸部４２を掘削できる（図２（ａ）。小径掘削状態）。また、掘削ロッド４０を逆回転することにより、一側に矢示３２のように、掘削腕２０が土圧で振れて、掘削刃２５、２５で径Ｄ２の拡底根固め部４３を掘削できる（図２（ｂ）。大径掘削状態）。
【００１９】
また、掘削ヘッド３０の掘削腕２０の中間部２２に第一センサー（基準点）２７を取り付け、上方突部２６に第一センサー（基準点）２８を取り付ける。ヘッド本体１の膨出部５の一側面６に、掘削腕２０が揺動した際に、第一センサー２７の揺動軌道に沿った形状の第二センサー（揺動範囲）２７Ａを取り付け、掘削腕２０の上方突部２６の面２６ａに、第二センサー（揺動範囲）２８Ａを取り付ける。
【００２０】
従って、掘削腕２０の下垂れ状態、小径掘削状態、大径掘削状態に応じて、センサー２７、２７Ａ、２８、２８Ａは以下のように作用する。
【００２１】
（ａ） 第一センサー２７と第二センサー２７Ａとの協働で、第一センサー２７が、
・「第二センサー２７Ａの中央部２７Ａａに位置する」
（図１（ａ）。下垂れ状態）
・「第二センサー２７Ａの軸部掘削側２７Ａｂに位置する」
（図２（ａ）。小径掘削状態）
・「第二センサー２７Ａの拡大掘削側２７ｃに位置する」
（図２（ｂ）。大径掘削状態）
かのいずれかに位置しているか、あるいは２７Ａａ、２７Ａｂ、２７Ａｃの中間に位置するかの情報が地上に送られる。
（ｂ） 第一センサー２８と第二センサー２８Ａとの協働で、第一センサー２８が、
・「第二センサー２８Ａの中央部２８Ａａに位置する」
（図１（ａ）。下垂れ状態）
・「第二センサー２８Ａの軸部掘削側２８Ａｂに位置する」
（図２（ａ）。小径掘削状態）
・「第二センサー２８Ａの拡大掘削側２８ｃに位置する」
（図２（ｂ）。大径掘削状態）
かのいずれかに位置しているか、あるいは２８Ａａ、２８Ａｂ、２８Ａｃの中間に位置するかの情報が地上に送られる。
【００２２】
従って、これらにより、基準点２７（２８）が、揺動範囲２７Ａ（２８Ａ）内のどこに位置するかの位置情報が得られ、これにより、掘削腕２０の揺動角度が把握され、掘削腕２０の長さ（水平軸１９から掘削刃２５までの長さ）を考慮すれば、その深さでの掘削径がわかる。
【００２３】
この際、第一センサー２７（２８）、第二センサー２７Ａ（２８Ａ）のデータを対応させて位置確認手段で位置情報を処理して、データ送信手段で必要ならば増幅して地上に送られる。データ送信手段は、通常は地上に至る配線と必要な回路から構成されるが、無線送信機をデータ送信手段とすれば、配線を省略できる。また、位置確認手段は、掘削ヘッド３０内（ヘッド本体１又は掘削腕２０内）に設けた電気回路又は地上に設置した電気回路から構成される。
【実施例１】
【００２４】
図面に基づきこの発明の実施例を説明する。
【００２５】
１．掘削ヘッド３０の構成
【００２６】
（１） ヘッド本体１は、四角柱状の基部２の上端２ａに六角状の接続部１１を連設し、基部２の下縁に連続して、扁平の膨出部５を形成してなる。基部２は、対向する一側面３、３と、一側面３に隣接して対向する他側面４、４とする。一側面３、３に水平軸１９を取り付ける。
【００２７】
基部２は下方に向けて一側面３、３が近づくように、両他側面４、４の幅が縮まるように寸法が設定されており、基部２の下端に連続して膨出部５に至っている。膨出部５は水平方向に膨出して、一側面３、３の幅が大きくなるように形成され、多側面３、４側の膨出部８も基部２に連続して下方に向けて一側面３、４が近づくように形成されている。
【００２８】
膨出部８の下縁１０は、掘削腕２０の揺動軌道に沿った円弧に形成され、下端面７に下方に向けて、固定掘削刃９、９を取付ける。膨出部５の面で、基部２の一側面３に連続する面を一側面６とする。また、ヘッド本体１の他側面４、４に、撹拌翼１７、１８を傾斜して、かつ各他側面４、４で、取り付け高さを違えて（撹拌翼１７が撹拌翼１８より上方に位置している）、取り付ける。
【００２９】
（２） ヘッド本体１の基部２の一側面３、３に水平軸１９を突出して形成する。水平軸１９は一側面３、４で軸が一致してあれば、一体の軸でも、分割された軸でもいずれでも可能である。水平軸１９に掘削腕２０の基端部２１を揺動自在に取り付ける。また、水平軸１９は掘削腕２０を回動できる軸が形成されれば良いので、掘削腕２０に水平軸１９を設けて、ヘッド本体１に軸受けを設けても良い。
【００３０】
（３） 掘削腕２０は基端部２１で、水平軸１９の周りが大径に形成され、中間部２２で幅が小さく、先端部２３は幅広く形成される。掘削腕２０は、ヘッド本体１の一側面３、３の表面形状の変形に沿って変形され、ヘッド本体１の基部２、膨出部５の形状変化（下方に向けて一側面３、３が近づくように形成されている）に併せて、両掘削腕２０、２０が近づくように屈曲して形成され、膨出部５の下部で逆に外側に向けた方向に（掘削腕２０、２０が離れるように）屈曲する。掘削腕２０の先端部２３に、外側に向けた方向に（掘削腕２０、２０が離れるように）、掘削刃２５、２５を突設する。
【００３１】
また、前記掘削腕２０の基部２１の上端部（即ち掘削腕２０の長さ方向で、水平軸１９を挟んで、掘削刃２５の反対側）に、上方突部２６を形成する。上方突部２６のヘッド本体１側の面２６ａは、後述するセンサー２８、２８Ａの取り付け及び有効な作動を考慮して、ヘッド本体１の一側面３に近接した位置にある。
【００３２】
（４） 掘削腕２０のヘッド本体１に向いた面２０ａで、ヘッド本体１の膨出部５に位置する部分に、第一センサー２７２を取り付ける。ヘッド本体１の膨出部５の一側面６に、掘削腕２０が揺動した際に、第一センサー２７の軌道に沿った範囲で、円弧状の第二センサー２７Ａを取り付ける。
【００３３】
また、掘削腕２０の上方突部２６の面２６ａに、第一センサー２８を取り付ける。ヘッド本体１の基部２の上縁２ａの近傍に、掘削腕２０が揺動した際に、第一センサー２８の軌道に沿った範囲で、円弧状の第二センサー２８Ａを取り付ける。
【００３４】
第二センサー２７Ａは、第一センサー２７が第二センサー２７Ａ上のどこに位置するかを感知できるように作用する。尚、第一センサー２７の位置については、連続的に第二センサー２７Ａの何処に位置するか感知できることが望ましいが、少なくとも３位置、即ち
・第一センサー２７が、第二センサー２７Ａの中央２７Ａａ付近
（掘削ヘッド２０が下垂れ状態）の位置（図１（ａ））、
・第一センサー２７が、第二センサー２７Ａの右端２７Ａｂ付近
（掘削ヘッド２０が小径掘削状態）の位置（図２（ａ））、
・第一センサー２７が、第二センサー２７Ａの左端付２７Ａｂ付近
（掘削ヘッド２０が大径掘削状態）の位置（図２（ｂ））
のいずれの位置にあるかを把握できれば目的を達成する。
【００３５】
また、第一センサー２８と第二センサー２８Ａの関係も第一センサー２７と第二センサー２７Ａとの関係と同様である。即ち、第二センサー２７Ａは、第一センサー２８が第二センサー２８Ａ上のどこに位置するかを感知できるように対応し、第一センサー２７の位置については、連続的に第二センサー２７Ａの何処に位置するか感知できることが望ましい。しかし、少なくとも３位置、即ち、
・第一センサー２８が、第二センサー２８Ａの中央２８Ａａ付近
（掘削ヘッド２０が下垂れ状態）の位置（図１（ａ））、
・第一センサー２８が、第二センサー２８Ａの右端２８Ａｂ付近
（掘削ヘッド２０が小径掘削状態）の位置（図２（ａ））、
・第一センサー２８が、第二センサー２８Ａの左端２８Ａｃ付近
（掘削ヘッド20が大径掘削）の位置（図２（ｂ））
のいずれの位置にあるかを把握できれば目的を達成する。
【００３６】
従って、第二センサー２７Ａ、２８Ａが連続的に作用しない構成とする場合には、３段階以上の５段階、７段階等の多段階で構成することもできる。また、各センサーは非接触型で、第一センサー２７と第二センサー２７Ａとが接しなくとも、作用できるので、対応する第一第二センサー間に泥土が介在した場合でも支障無く作用する。
【００３７】
また、掘削ヘッド４０の使用目的上、掘削腕２０が垂れた状態を把握する必要が無い工法の場合には、第二センサー２７Ａ、２８Ａの位置２７Ａａ、２８Ａａの把握は不要であり、この場合には、位置２７Ａｂ、２７Ａｃ（２８Ａｂ、２８Ａｃ）の最低限２箇所のデータが取得できれば良い。
【００３８】
（５） ヘッド本体１の一側面３、３に、掘削腕２０、２０が揺動して小径掘削をする際に、掘削腕２０の最大揺動を規制するストッパー１２、１３を取付け、ストッパー１２は掘削腕２０の上方突部２６が当設し、ストッパー１３は掘削腕２０の中間部２２が当設する位置に夫々配置する。
【００３９】
また、ヘッド本体１の膨出部５、５に、掘削腕２０、２０が揺動して大径掘削をする際に、掘削腕２０の最大揺動を規制するストッパー１４を夫々取付ける。また、ヘッド本体１の膨出部５、５に、掘削腕２０、２０が揺動して大径掘削をする際に、掘削腕２０の最大揺動を規制するストッパー１５、ストッパー１６を夫々取付ける。ストッパー１６はバネで出没する構造で、掘削腕２０の本体側の面２０ａに、突出したストッパー１６を受けるストッパー受け（凹部）１６ａを設ける。
【００４０】
（６） ヘッド本体１内に、各センサー２７、２８、２７Ａ、２８Ａに電力を供給するバッテリー２９を内蔵し（図１（ａ）（ｂ））、バッテリー２９と各センサー２７、２８、２７Ａ、２８Ａとを接続する配線を施す（図示していない）。
【００４１】
また、各センサー２７、２８、２７Ａ、２８Ａの出力を地上に送る配線を施す（図示していない）。この場合、接続部１１を通って掘削ロッド４０の内壁又は外壁に沿ってに配置し、あるいは掘削ロッド４０の壁面肉厚内に内蔵する。また、各掘削ロッド４０、４０を上下に連結する場合には、電気的なジョイントを設ける（図示していない）。尚、各センサー２７、２８、２７Ａ、２８Ａの出力を無線で送信できる付属装置を組み込めば、配線及び電気的なジョイントは不要である。
【００４２】
以上のようにして、掘削ヘッド３０を構成する（図１（ａ）〜（ｃ））。
【００４３】
２．掘削ヘッド３０の使用
【００４４】
続いて、この発明の掘削ヘッド３０の使用について説明する。
【００４５】
（１） 掘削機（図示していない）に掘削ロッド４０を取り付け、掘削ロッド４０の下端に掘削ヘッド３０の接続部１１を取り付けて、従来と同様に杭穴を掘削する。即ち、杭穴掘削位置で、掘削ロッド４０を正回転させ、土圧により掘削腕２０は、先端部２３（掘削刃２５）が矢示３１方向に揺動して、ストッパー１２、１３で規制された揺動角度で、杭穴軸部を掘削できる（図２（ａ））。従って、この状態で、径Ｄ１の杭穴の軸部４２を掘削できる。また、この際、撹拌翼１７、１８により、掘削土を破砕・撹拌しながら上方に移送できる。
【００４６】
（２） この際、「第一センサー２７が第二センサー２７Ａ上の位置２７Ａｂにある」「第一センサー２８が第二センサー２８Ａ上の位置２８Ａｂにある」というデータが地上に送られ、掘削径Ｄ１が維持されていることが目視できる。また、掘削途中で、「第一センサー２７が第二センサー２７Ａ上の位置２７Ａｂに位置せず、若干２７Ａａ側に位置する」旨のデータが得られた場合には、掘削径が小さくなっていることを示す。従って、杭穴の品質に影響を与える程度に掘削径が小さくなっている場合には、掘削ヘッド３０をその高さで上下させることで、杭穴壁を削り、正常の杭穴を築造できる。
【００４７】
この場合、更に同時に記録しているオーガー（掘削機）のモータの電流値データで、負荷がかかっているデータがあれば、現在掘削している地層が、地中に砕石等の障害物が含まれた層であることが予想され、また、前記杭穴径のデータと合わせて、その大きさも推定できることから必要な処置をして対処できる。
【００４８】
（３） 所定の深さまで、杭穴の軸部４２を掘削したならば（根固め部形成深さで）、掘削ロッド４０の回転を止め、続いて、掘削ロッド４０を逆回転すれば、掘削腕２０は、逆側に矢示３２方向に揺動して、ストッパー１４、ストッパー１５に当設し、ストッパー１６がストッパー受け１６ａに嵌合して、ストッパー１４、１５、１６で規制された揺動角度で、杭穴の拡底部４３を掘削できる（図２（ｂ））。この状態で、径Ｄ２の杭穴の拡底根固め部４３を掘削できる。また、撹拌翼１７、１８で掘削土を破砕・撹拌できる。
【００４９】
（４） 所定の杭穴拡底根固め部４３の掘削が完了したならば、従来と同様に、掘削ヘッド３０のセメントミルク吐出口（膨出部８の下端面１１）からセメントミルクを吐出して根固め部４３内で撹拌して、根固め層を形成して、掘削ヘッド３０を地上に引き上げる。この際、掘削ロッド４０の回転を止めると掘削腕２０が下方に垂れた状態となり、引き上げが容易となる（図１（ｂ））。
【００５０】
この際、「第一センサー２７が第二センサー２７Ａの位置２７ａにある」「第一センサー２８が第二センサー２８Ａの位置２８ａにある」データが地上に送られ、掘削腕２０が開いていないことが地上で把握できる。
【００５１】
とりわけ、中掘工法用の掘削ヘッドに使用した場合には、掘削腕２０が閉じたことを確認できるので、中空杭の中空部を通して掘削ヘッドを引き上がる際に、掘削刃２５、２５が中空杭の内壁を傷つけることを防止できる（図示していない）。
【００５２】
（５） 以上のように、掘削腕２０が、小径掘削時の揺動範囲（第一位置）にあるか、大径掘削時の揺動範囲（第二位置）にあるか、あるいは下方に垂れた状態にあるかを、リアルタイムで把握できる。従って、掘削腕２０の長さ（水平軸１９から掘削刃２５までの長さ）を考慮すれば、その深さにおける掘削径が把握されるので、掘削ヘッド３０の深度データと合わせれば、掘削径がリアルタイムでかつ目視で把握できる。
【００５３】
また、掘削径のデータを杭穴の全長に亘ってまとめれば、杭穴全体の形状を把握できるので、杭径も含めた基礎の形状を報告できる、品質保証及び確認が確実にできる効果がある。地震時など大きな荷重が作用する状況に対して有効である。
【００５４】
３．他の実施例
【００５５】
（１） 前記実施例において、「第一センサー２７、第二センサー２７Ａ」（中間部２２側）、「第一センサー２８、第二センサー２７Ａ」（上方突部２６側）の両方を取り付けたので、いずれか一方の側のセンサーが感知不能となっても、他方の側のセンサーから位置情報を取得できるので好ましいが、中間部２２側又は上方突部２６側のいずれか一方の組合せのみを設け、他方を省略することもできる（図示していない）。
【００５６】
この場合、上方突部２６に第一センサー２８（第二センサー２８Ａ）のみを設ける場合は、第一センサー２７（第二センサー２７Ａ）の場合に比べて、第一センサー２８の揺動範囲が狭いので、第二センサー２８Ａの範囲が狭くて済み安価に構成できる。
【００５７】
（２） また、前記実施例において、各センサーの電源をバッテリー２９から提供したが、地上から供給することもでき、この場合には、バッテリー２９を省略できる（図示していない）。
【００５８】
（３） また、前記実施例において、掘削腕２０の揺動を制限するストッパーの内、「ストッパー１２、ストッパー１３」のいずれか一方があれば軸部掘削径の規制ができ、また、「ストッパー１４、ストッパー１５、ストッパー１６（ストッパー受け１６ａ）」のいずれか一方があれば、拡底部掘削径の記載ができる（いずれも図示していない）。従って、他方を省略することもできる。
【００５９】
（４） また、前記実施例において、掘削腕２０の揺動を補助する動力装置を、ヘッド本体１又は掘削腕２０に組み込むこともできる（図示していない）。この場合、動力装置の電源としてバッテリー２９を使用することもできる。
【００６０】
この掘削腕２０、２０の動力装置の消費電流Ａは、地盤の抵抗が大きいほど電流が大きくなると考えられ、掘削機のオーガー（掘削ロッド４０を回転させるモータ）の掘削電流値Ｂと比例して変動するものであるから、両電流値Ａ、Ｂを同時に計測してデータ処理することで、Ｎ値データと比較すれば、掘削する地盤の性状を今まで以上に正確に把握することが可能となる。
【００６１】
（５） また、前記実施例において、第一センサー２７（２８）と第二センサー２７Ａ（２８Ａ）とを組み合わせて、掘削腕２０の揺動角度を把握したが、水平軸１９と掘削腕２０との間に、機械的又は電気的な角度センサーを取り付けて、掘削腕２０の揺動角度を直接に測定することもできる（図示していない）。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】この発明の掘削ヘッドの実施例で（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。
【図２】同じく使用状態の正面図で、（ａ）は杭穴軸部（小径）掘削時、（ｂ）は杭穴拡底部（大径）掘削時を夫々表す。
【符号の説明】
【００６３】
１ ヘッド本体
２ ヘッド本体の基部
５ ヘッド本体の膨出部
９ ヘッド本体の固定掘削刃
１２、１３、１４、１５、１６ ストッパー
１７、１８ 撹拌翼
１９ 水平軸
２０ 掘削腕
２０ａ 掘削腕のヘッド本体側の面
２１ 掘削腕の基部
２２ 掘削腕の中間部
２３ 掘削腕の先端部
２５ 掘削腕の掘削刃
２６ 掘削腕の上方突部
２６ａ 上方突部のヘッド本体側の面
２７、２８ 第一センサー
２７Ａ、２８Ａ 第二センサー
２７Ａａ、２８Ａａ 第二センサーの下垂れ位置
２７Ａｂ、２８Ａｂ 第二センサーの小径掘削位置
２７Ａｃ、２８Ａｃ 第二センサーの大径掘削位置
２９ バッテリー
３０ 掘削ヘッド
４０ 掘削ロッド
４２ 杭穴の軸部
４３ 杭穴の拡底部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、地盤に杭穴を掘削する際に使用する杭穴掘削ヘッドであって、小径の軸部に対して大径の拡大部を１台の掘削ヘッドで掘削できる杭穴掘削ヘッド、及びこの杭穴掘削ヘッドに使用する杭穴掘削ヘッドの掘削腕の位置確認方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、杭穴掘削して、杭穴内に鉄筋かごを納めてコンクリートを充填する現場造成杭や、杭穴掘削して杭穴内に既製杭を納める先掘工法、杭穴を掘削しながら既製杭を杭穴内に徐々に下降して納める中掘工法などが採用されている。このいずれの場合でも、杭穴の底等の径を杭穴の軸部より拡大する場合があった。
【０００３】
この場合、１つの掘削ヘッドで杭穴軸部（小径）と杭穴拡底部（大径）の杭穴を掘削する場合に、軸部掘削用の掘削刃とは別に、拡大用の掘削刃を備え、油圧で掘削刃を開き（特許文献１）、または空気圧で拡大用の掘削刃を開く構造（特許文献２）が提案されていた。
【０００４】
しかし、油圧や空気圧を使用する構造では（とりわけ油圧）、装置が大型化するので、簡易な構造で、小さな装置で大径の杭穴掘削ができる装置として、先端に掘削刃を設けた掘削腕を土圧で揺動させて、揺動方向で掘削径を変化させる掘削ヘッドが提案されている（特許文献３、４）。
【０００５】
また、掘削ロッドへの各種センサーの適用については、オーガーの油圧モータの供給圧や回転数を感知して効率良い動力の供給（内燃機関に制御）を図る提案（特許文献５）、掘削ロッドの傾斜を感知して垂直を維持する提案（特許文献６）、また、杭の長さを検知して埋設杭の本数を管理する提案（特許文献７）がなされている。
【特許文献１】特開昭６３−１８４６１２
【特許文献２】特開平３−２２１６９７
【特許文献３】特開平３−２６０２７９
【特許文献４】特開２００５−３０７４９６
【特許文献５】特開２０００−７３６８０
【特許文献６】特開平１１−１４８２９０
【特許文献７】特開平７−１１６４３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
杭穴内で使用される掘削ヘッドでは、地上から掘削ヘッドの状態（軸部掘削状態か拡大径掘削状態）を目視することができず、油圧・空気圧を使用する構造では、供給した媒体の量や圧力で推定していたが、操作は確実であるが装置が大型化し、通常１０ｍ程度のロッドを連結しながら５０ｍ以上を掘削する場合もあり、油圧管や空気圧管の圧力を維持して連結する必要があり、連結構造に工夫が必要であり、連結に時間を要し、工期の短縮の障害となるおそれがあった（特許文献１、２）。
【０００７】
また、掘削ロッドの回転方向を変えて掘削腕を揺動させて土圧で開く構造の掘削ヘッドの場合には、簡易な構造であり、先端の掘削ヘッドで完結しているので、上下の連結が簡略化でき、回転方向を把握することで、掘削腕の状況を把握することができた。しかし、直接的に目視で掘削径の把握、即ち掘削腕の揺動状態を確認することはできなかった。
【０００８】
また、掘削ヘッドの掘削径の把握に各種センサーを使用する提案はなされていない。従って、いずれの場合も、拡開したヘッドの様子を地上から把握することができず、より確実に開いていることを検証する手段が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
然るにこの発明は、ヘッド本体に揺動自在に掘削腕を取り付けた掘削ヘッドで、水平軸に角度センサーを設け、あるいは掘削腕に第一センサーを設け、ヘッド本体に第一センサーの相対位置を感知する第二センサーを設けたので、前記問題点を解決した。
【００１０】
即ちこの発明は、上端部に掘削ロッドとの連結部を有するヘッド本体の両側に、水平軸を介して、下端部に掘削刃を有する掘削腕の上端部を、揺動自在に取り付けしてなる掘削ヘッドにおいて、前記ヘッド本体又は掘削腕に、前記水平軸に対する前記掘削腕の揺動角度を感知するセンサーを取り付けると共に、前記センサーから地上へのデータ送信手段を設けたことを特徴とする杭穴掘削ヘッドである。
【００１１】
また、他の発明は、上端部に掘削ロッドとの連結部を有するヘッド本体の両側に、水平軸を介して、下端部に掘削刃を有する掘削腕の上端部を、揺動自在に取り付けしてなる掘削ヘッドにおいて、前記掘削腕のヘッド本体側の面に第一センサーを取り付け、前記掘削腕が揺動した際に前記第一センサーの軌道に合わせて、前記ヘッド本体に第二センサーを取り付けし、前記掘削ヘッド内又は地上に、位置確認手段、データ送信手段を設けてなり、前記位置確認手段は、前記第一センサー又は第二センサーは、第二センサーの軌道の長さ方向における第一センサーの相対位置を関知する機能を有し、前記データ送信手段は、その位置データの情報を地上に伝える機能を有することを特徴とする杭穴掘削ヘッドである。また、前記において、掘削腕の上端に上方突部を形成し、前記掘削腕で、水平軸の下方と前記上方突部に夫々第一センサーを取り付けし、ヘッド本体に、前記各第一センサーに対応させた第二センサーを夫々取り付けたことを特徴とする杭穴掘削ヘッドである。
【００１２】
また、前記各発明において、ヘッド本体又は掘削腕に、各センサーの作動用電源を収容する杭穴掘削ヘッドである。また、水平軸に動力装置を連結してなり、該動力装置は掘削腕を一方の側又は両方の側に選択して強制的に揺動させることができる機能を有したことを特徴とする杭穴掘削ヘッドである。
【００１３】
また、他の発明は、上端部に掘削ロッドとの連結部を有するヘッド本体の両側に、水平軸を介して、下端部に掘削刃を有する掘削腕の上端部を、揺動自在に取り付けしてなる掘削ヘッドにおいて、
(1) 前記掘削腕で前記ヘッド本体側の面に基準点を設定し、前記ヘッド本体に前記基準点の揺動軌跡に対応させて、揺動範囲を設定し、
(2) 前記基準点が、前記揺動範囲内のどこに位置するかの位置情報を取得することにより、
(3) 掘削腕の揺動角度を確認する。
ことを特徴とする杭穴掘削ヘッドの掘削腕の位置確認方法である。
【発明の効果】
【００１４】
水平軸周りに揺動自在の掘削腕を有する掘削ヘッドで、掘削腕のヘッド本体側の面に第一センサーを取り付け、掘削腕が揺動した際に第一センサーの軌道に合わせた第二センサーを取り付けて掘削ヘッドを構成したので、第一センサーを基準点として、掘削腕の揺動に対応して、基準点である第一センサーが、第二センサーの揺動範囲のどこに位置しているかのデータを地上に送ることができ、掘削腕の揺動角度を地上で確認できる。また、水平軸に対する揺動腕の揺動角度を感知するセンサーを設けたので、掘削腕の揺動角度を地上で確認できる。
【００１５】
従って、地上で、掘削腕の長さを適用すれば、現在掘削している深さにおける掘削径を目視により確認できる効果がある。従って、掘削電流値データや掘削ヘッドの深さデータ、Ｎ値データ等と合わせて処理すれば、正確な杭穴を築造できる効果がある。例えば、ある深さで掘削腕の揺動が少なく、杭穴径が小さくなった場合でも、その情報が瞬時に把握できるので、その深さを繰り返し掘削することで、所定の杭穴径に仕上げることができる。
【００１６】
また、センサーを２箇所以上に設ければ、いずれか一方のセンサーに不都合が生じた場合であっても、他方のセンサーからの情報で、掘削径の把握ができる効果がある。
【００１７】
また、センサー作動用の電源を掘削ヘッド内に内蔵すれば、地上からの電源供給を不要にできるので、地上への配線を簡略化できるので掘削ロッドの上下の連結部分の構造を簡略化できる。更に、無線での送信も可能であり、この場合には配線自体を省略できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
掘削ロッド４０に連結するための連結部１１を有するヘッド本体１に、水平軸１９で揺動自在に掘削腕２０、２０を取り付けて、掘削ヘッド３０を構成する（図１）。掘削ヘッド３０は、掘削ロッド４０掘削腕２０の先端に掘削刃２５を有し、掘削ロッド４０を回転しない場合には、掘削腕２０、２０は下方に垂れた状態にあり（図１（ａ）。下垂れ状態）、掘削ロッド４０を正回転することにより、一側に矢示３１のように、掘削腕２０が土圧で振れて、掘削刃２５、２５で径Ｄ１の杭穴軸部４２を掘削できる（図２（ａ）。小径掘削状態）。また、掘削ロッド４０を逆回転することにより、一側に矢示３２のように、掘削腕２０が土圧で振れて、掘削刃２５、２５で径Ｄ２の拡底根固め部４３を掘削できる（図２（ｂ）。大径掘削状態）。
【００１９】
また、掘削ヘッド３０の掘削腕２０の中間部２２に第一センサー（基準点）２７を取り付け、上方突部２６に第一センサー（基準点）２８を取り付ける。ヘッド本体１の膨出部５の一側面６に、掘削腕２０が揺動した際に、第一センサー２７の揺動軌道に沿った形状の第二センサー（揺動範囲）２７Ａを取り付け、掘削腕２０の上方突部２６の面２６ａに、第二センサー（揺動範囲）２８Ａを取り付ける。
【００２０】
従って、掘削腕２０の下垂れ状態、小径掘削状態、大径掘削状態に応じて、センサー２７、２７Ａ、２８、２８Ａは以下のように作用する。
【００２１】
（ａ） 第一センサー２７と第二センサー２７Ａとの協働で、第一センサー２７が、
・「第二センサー２７Ａの中央部２７Ａａに位置する」
（図１（ａ）。下垂れ状態）
・「第二センサー２７Ａの軸部掘削側２７Ａｂに位置する」
（図２（ａ）。小径掘削状態）
・「第二センサー２７Ａの拡大掘削側２７ｃに位置する」
（図２（ｂ）。大径掘削状態）
かのいずれかに位置しているか、あるいは２７Ａａ、２７Ａｂ、２７Ａｃの中間に位置するかの情報が地上に送られる。
（ｂ） 第一センサー２８と第二センサー２８Ａとの協働で、第一センサー２８が、
・「第二センサー２８Ａの中央部２８Ａａに位置する」
（図１（ａ）。下垂れ状態）
・「第二センサー２８Ａの軸部掘削側２８Ａｂに位置する」
（図２（ａ）。小径掘削状態）
・「第二センサー２８Ａの拡大掘削側２８ｃに位置する」
（図２（ｂ）。大径掘削状態）
かのいずれかに位置しているか、あるいは２８Ａａ、２８Ａｂ、２８Ａｃの中間に位置するかの情報が地上に送られる。
【００２２】
従って、これらにより、基準点２７（２８）が、揺動範囲２７Ａ（２８Ａ）内のどこに位置するかの位置情報が得られ、これにより、掘削腕２０の揺動角度が把握され、掘削腕２０の長さ（水平軸１９から掘削刃２５までの長さ）を考慮すれば、その深さでの掘削径がわかる。
【００２３】
この際、第一センサー２７（２８）、第二センサー２７Ａ（２８Ａ）のデータを対応させて位置確認手段で位置情報を処理して、データ送信手段で必要ならば増幅して地上に送られる。データ送信手段は、通常は地上に至る配線と必要な回路から構成されるが、無線送信機をデータ送信手段とすれば、配線を省略できる。また、位置確認手段は、掘削ヘッド３０内（ヘッド本体１又は掘削腕２０内）に設けた電気回路又は地上に設置した電気回路から構成される。
【実施例１】
【００２４】
図面に基づきこの発明の実施例を説明する。
【００２５】
１．掘削ヘッド３０の構成
【００２６】
（１） ヘッド本体１は、四角柱状の基部２の上端２ａに六角状の接続部１１を連設し、基部２の下縁に連続して、扁平の膨出部５を形成してなる。基部２は、対向する一側面３、３と、一側面３に隣接して対向する他側面４、４とする。一側面３、３に水平軸１９を取り付ける。
【００２７】
基部２は下方に向けて一側面３、３が近づくように、両他側面４、４の幅が縮まるように寸法が設定されており、基部２の下端に連続して膨出部５に至っている。膨出部５は水平方向に膨出して、一側面３、３の幅が大きくなるように形成され、多側面３、４側の膨出部８も基部２に連続して下方に向けて一側面３、４が近づくように形成されている。
【００２８】
膨出部８の下縁１０は、掘削腕２０の揺動軌道に沿った円弧に形成され、下端面７に下方に向けて、固定掘削刃９、９を取付ける。膨出部５の面で、基部２の一側面３に連続する面を一側面６とする。また、ヘッド本体１の他側面４、４に、撹拌翼１７、１８を傾斜して、かつ各他側面４、４で、取り付け高さを違えて（撹拌翼１７が撹拌翼１８より上方に位置している）、取り付ける。
【００２９】
（２） ヘッド本体１の基部２の一側面３、３に水平軸１９を突出して形成する。水平軸１９は一側面３、４で軸が一致してあれば、一体の軸でも、分割された軸でもいずれでも可能である。水平軸１９に掘削腕２０の基端部２１を揺動自在に取り付ける。また、水平軸１９は掘削腕２０を回動できる軸が形成されれば良いので、掘削腕２０に水平軸１９を設けて、ヘッド本体１に軸受けを設けても良い。
【００３０】
（３） 掘削腕２０は基端部２１で、水平軸１９の周りが大径に形成され、中間部２２で幅が小さく、先端部２３は幅広く形成される。掘削腕２０は、ヘッド本体１の一側面３、３の表面形状の変形に沿って変形され、ヘッド本体１の基部２、膨出部５の形状変化（下方に向けて一側面３、３が近づくように形成されている）に併せて、両掘削腕２０、２０が近づくように屈曲して形成され、膨出部５の下部で逆に外側に向けた方向に（掘削腕２０、２０が離れるように）屈曲する。掘削腕２０の先端部２３に、外側に向けた方向に（掘削腕２０、２０が離れるように）、掘削刃２５、２５を突設する。
【００３１】
また、前記掘削腕２０の基部２１の上端部（即ち掘削腕２０の長さ方向で、水平軸１９を挟んで、掘削刃２５の反対側）に、上方突部２６を形成する。上方突部２６のヘッド本体１側の面２６ａは、後述するセンサー２８、２８Ａの取り付け及び有効な作動を考慮して、ヘッド本体１の一側面３に近接した位置にある。
【００３２】
（４） 掘削腕２０のヘッド本体１に向いた面２０ａで、ヘッド本体１の膨出部５に位置する部分に、第一センサー２７２を取り付ける。ヘッド本体１の膨出部５の一側面６に、掘削腕２０が揺動した際に、第一センサー２７の軌道に沿った範囲で、円弧状の第二センサー２７Ａを取り付ける。
【００３３】
また、掘削腕２０の上方突部２６の面２６ａに、第一センサー２８を取り付ける。ヘッド本体１の基部２の上縁２ａの近傍に、掘削腕２０が揺動した際に、第一センサー２８の軌道に沿った範囲で、円弧状の第二センサー２８Ａを取り付ける。
【００３４】
第二センサー２７Ａは、第一センサー２７が第二センサー２７Ａ上のどこに位置するかを感知できるように作用する。尚、第一センサー２７の位置については、連続的に第二センサー２７Ａの何処に位置するか感知できることが望ましいが、少なくとも３位置、即ち
・第一センサー２７が、第二センサー２７Ａの中央２７Ａａ付近
（掘削ヘッド２０が下垂れ状態）の位置（図１（ａ））、
・第一センサー２７が、第二センサー２７Ａの右端２７Ａｂ付近
（掘削ヘッド２０が小径掘削状態）の位置（図２（ａ））、
・第一センサー２７が、第二センサー２７Ａの左端付２７Ａｂ付近
（掘削ヘッド２０が大径掘削状態）の位置（図２（ｂ））
のいずれの位置にあるかを把握できれば目的を達成する。
【００３５】
また、第一センサー２８と第二センサー２８Ａの関係も第一センサー２７と第二センサー２７Ａとの関係と同様である。即ち、第二センサー２７Ａは、第一センサー２８が第二センサー２８Ａ上のどこに位置するかを感知できるように対応し、第一センサー２７の位置については、連続的に第二センサー２７Ａの何処に位置するか感知できることが望ましい。しかし、少なくとも３位置、即ち、
・第一センサー２８が、第二センサー２８Ａの中央２８Ａａ付近
（掘削ヘッド２０が下垂れ状態）の位置（図１（ａ））、
・第一センサー２８が、第二センサー２８Ａの右端２８Ａｂ付近
（掘削ヘッド２０が小径掘削状態）の位置（図２（ａ））、
・第一センサー２８が、第二センサー２８Ａの左端２８Ａｃ付近
（掘削ヘッド20が大径掘削）の位置（図２（ｂ））
のいずれの位置にあるかを把握できれば目的を達成する。
【００３６】
従って、第二センサー２７Ａ、２８Ａが連続的に作用しない構成とする場合には、３段階以上の５段階、７段階等の多段階で構成することもできる。また、各センサーは非接触型で、第一センサー２７と第二センサー２７Ａとが接しなくとも、作用できるので、対応する第一第二センサー間に泥土が介在した場合でも支障無く作用する。
【００３７】
また、掘削ヘッド４０の使用目的上、掘削腕２０が垂れた状態を把握する必要が無い工法の場合には、第二センサー２７Ａ、２８Ａの位置２７Ａａ、２８Ａａの把握は不要であり、この場合には、位置２７Ａｂ、２７Ａｃ（２８Ａｂ、２８Ａｃ）の最低限２箇所のデータが取得できれば良い。
【００３８】
（５） ヘッド本体１の一側面３、３に、掘削腕２０、２０が揺動して小径掘削をする際に、掘削腕２０の最大揺動を規制するストッパー１２、１３を取付け、ストッパー１２は掘削腕２０の上方突部２６が当設し、ストッパー１３は掘削腕２０の中間部２２が当設する位置に夫々配置する。
【００３９】
また、ヘッド本体１の膨出部５、５に、掘削腕２０、２０が揺動して大径掘削をする際に、掘削腕２０の最大揺動を規制するストッパー１４を夫々取付ける。また、ヘッド本体１の膨出部５、５に、掘削腕２０、２０が揺動して大径掘削をする際に、掘削腕２０の最大揺動を規制するストッパー１５、ストッパー１６を夫々取付ける。ストッパー１６はバネで出没する構造で、掘削腕２０の本体側の面２０ａに、突出したストッパー１６を受けるストッパー受け（凹部）１６ａを設ける。
【００４０】
（６） ヘッド本体１内に、各センサー２７、２８、２７Ａ、２８Ａに電力を供給するバッテリー２９を内蔵し（図１（ａ）（ｂ））、バッテリー２９と各センサー２７、２８、２７Ａ、２８Ａとを接続する配線を施す（図示していない）。
【００４１】
また、各センサー２７、２８、２７Ａ、２８Ａの出力を地上に送る配線を施す（図示していない）。この場合、接続部１１を通って掘削ロッド４０の内壁又は外壁に沿ってに配置し、あるいは掘削ロッド４０の壁面肉厚内に内蔵する。また、各掘削ロッド４０、４０を上下に連結する場合には、電気的なジョイントを設ける（図示していない）。尚、各センサー２７、２８、２７Ａ、２８Ａの出力を無線で送信できる付属装置を組み込めば、配線及び電気的なジョイントは不要である。
【００４２】
以上のようにして、掘削ヘッド３０を構成する（図１（ａ）〜（ｃ））。
【００４３】
２．掘削ヘッド３０の使用
【００４４】
続いて、この発明の掘削ヘッド３０の使用について説明する。
【００４５】
（１） 掘削機（図示していない）に掘削ロッド４０を取り付け、掘削ロッド４０の下端に掘削ヘッド３０の接続部１１を取り付けて、従来と同様に杭穴を掘削する。即ち、杭穴掘削位置で、掘削ロッド４０を正回転させ、土圧により掘削腕２０は、先端部２３（掘削刃２５）が矢示３１方向に揺動して、ストッパー１２、１３で規制された揺動角度で、杭穴軸部を掘削できる（図２（ａ））。従って、この状態で、径Ｄ１の杭穴の軸部４２を掘削できる。また、この際、撹拌翼１７、１８により、掘削土を破砕・撹拌しながら上方に移送できる。
【００４６】
（２） この際、「第一センサー２７が第二センサー２７Ａ上の位置２７Ａｂにある」「第一センサー２８が第二センサー２８Ａ上の位置２８Ａｂにある」というデータが地上に送られ、掘削径Ｄ１が維持されていることが目視できる。また、掘削途中で、「第一センサー２７が第二センサー２７Ａ上の位置２７Ａｂに位置せず、若干２７Ａａ側に位置する」旨のデータが得られた場合には、掘削径が小さくなっていることを示す。従って、杭穴の品質に影響を与える程度に掘削径が小さくなっている場合には、掘削ヘッド３０をその高さで上下させることで、杭穴壁を削り、正常の杭穴を築造できる。
【００４７】
この場合、更に同時に記録しているオーガー（掘削機）のモータの電流値データで、負荷がかかっているデータがあれば、現在掘削している地層が、地中に砕石等の障害物が含まれた層であることが予想され、また、前記杭穴径のデータと合わせて、その大きさも推定できることから必要な処置をして対処できる。
【００４８】
（３） 所定の深さまで、杭穴の軸部４２を掘削したならば（根固め部形成深さで）、掘削ロッド４０の回転を止め、続いて、掘削ロッド４０を逆回転すれば、掘削腕２０は、逆側に矢示３２方向に揺動して、ストッパー１４、ストッパー１５に当設し、ストッパー１６がストッパー受け１６ａに嵌合して、ストッパー１４、１５、１６で規制された揺動角度で、杭穴の拡底部４３を掘削できる（図２（ｂ））。この状態で、径Ｄ２の杭穴の拡底根固め部４３を掘削できる。また、撹拌翼１７、１８で掘削土を破砕・撹拌できる。
【００４９】
（４） 所定の杭穴拡底根固め部４３の掘削が完了したならば、従来と同様に、掘削ヘッド３０のセメントミルク吐出口（膨出部８の下端面１１）からセメントミルクを吐出して根固め部４３内で撹拌して、根固め層を形成して、掘削ヘッド３０を地上に引き上げる。この際、掘削ロッド４０の回転を止めると掘削腕２０が下方に垂れた状態となり、引き上げが容易となる（図１（ｂ））。
【００５０】
この際、「第一センサー２７が第二センサー２７Ａの位置２７ａにある」「第一センサー２８が第二センサー２８Ａの位置２８ａにある」データが地上に送られ、掘削腕２０が開いていないことが地上で把握できる。
【００５１】
とりわけ、中掘工法用の掘削ヘッドに使用した場合には、掘削腕２０が閉じたことを確認できるので、中空杭の中空部を通して掘削ヘッドを引き上がる際に、掘削刃２５、２５が中空杭の内壁を傷つけることを防止できる（図示していない）。
【００５２】
（５） 以上のように、掘削腕２０が、小径掘削時の揺動範囲（第一位置）にあるか、大径掘削時の揺動範囲（第二位置）にあるか、あるいは下方に垂れた状態にあるかを、リアルタイムで把握できる。従って、掘削腕２０の長さ（水平軸１９から掘削刃２５までの長さ）を考慮すれば、その深さにおける掘削径が把握されるので、掘削ヘッド３０の深度データと合わせれば、掘削径がリアルタイムでかつ目視で把握できる。
【００５３】
また、掘削径のデータを杭穴の全長に亘ってまとめれば、杭穴全体の形状を把握できるので、杭径も含めた基礎の形状を報告できる、品質保証及び確認が確実にできる効果がある。地震時など大きな荷重が作用する状況に対して有効である。
【００５４】
３．他の実施例
【００５５】
（１） 前記実施例において、「第一センサー２７、第二センサー２７Ａ」（中間部２２側）、「第一センサー２８、第二センサー２７Ａ」（上方突部２６側）の両方を取り付けたので、いずれか一方の側のセンサーが感知不能となっても、他方の側のセンサーから位置情報を取得できるので好ましいが、中間部２２側又は上方突部２６側のいずれか一方の組合せのみを設け、他方を省略することもできる（図示していない）。
【００５６】
この場合、上方突部２６に第一センサー２８（第二センサー２８Ａ）のみを設ける場合は、第一センサー２７（第二センサー２７Ａ）の場合に比べて、第一センサー２８の揺動範囲が狭いので、第二センサー２８Ａの範囲が狭くて済み安価に構成できる。
【００５７】
（２） また、前記実施例において、各センサーの電源をバッテリー２９から提供したが、地上から供給することもでき、この場合には、バッテリー２９を省略できる（図示していない）。
【００５８】
（３） また、前記実施例において、掘削腕２０の揺動を制限するストッパーの内、「ストッパー１２、ストッパー１３」のいずれか一方があれば軸部掘削径の規制ができ、また、「ストッパー１４、ストッパー１５、ストッパー１６（ストッパー受け１６ａ）」のいずれか一方があれば、拡底部掘削径の記載ができる（いずれも図示していない）。従って、他方を省略することもできる。
【００５９】
（４） また、前記実施例において、掘削腕２０の揺動を補助する動力装置を、ヘッド本体１又は掘削腕２０に組み込むこともできる（図示していない）。この場合、動力装置の電源としてバッテリー２９を使用することもできる。
【００６０】
この掘削腕２０、２０の動力装置の消費電流Ａは、地盤の抵抗が大きいほど電流が大きくなると考えられ、掘削機のオーガー（掘削ロッド４０を回転させるモータ）の掘削電流値Ｂと比例して変動するものであるから、両電流値Ａ、Ｂを同時に計測してデータ処理することで、Ｎ値データと比較すれば、掘削する地盤の性状を今まで以上に正確に把握することが可能となる。
【００６１】
（５） また、前記実施例において、第一センサー２７（２８）と第二センサー２７Ａ（２８Ａ）とを組み合わせて、掘削腕２０の揺動角度を把握したが、水平軸１９と掘削腕２０との間に、機械的又は電気的な角度センサーを取り付けて、掘削腕２０の揺動角度を直接に測定することもできる（図示していない）。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】この発明の掘削ヘッドの実施例で（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。
【図２】同じく使用状態の正面図で、（ａ）は杭穴軸部（小径）掘削時、（ｂ）は杭穴拡底部（大径）掘削時を夫々表す。
【符号の説明】
【００６３】
１ ヘッド本体
２ ヘッド本体の基部
５ ヘッド本体の膨出部
９ ヘッド本体の固定掘削刃
１２、１３、１４、１５、１６ ストッパー
１７、１８ 撹拌翼
１９ 水平軸
２０ 掘削腕
２０ａ 掘削腕のヘッド本体側の面
２１ 掘削腕の基部
２２ 掘削腕の中間部
２３ 掘削腕の先端部
２５ 掘削腕の掘削刃
２６ 掘削腕の上方突部
２６ａ 上方突部のヘッド本体側の面
２７、２８ 第一センサー
２７Ａ、２８Ａ 第二センサー
２７Ａａ、２８Ａａ 第二センサーの下垂れ位置
２７Ａｂ、２８Ａｂ 第二センサーの小径掘削位置
２７Ａｃ、２８Ａｃ 第二センサーの大径掘削位置
２９ バッテリー
３０ 掘削ヘッド
４０ 掘削ロッド
４２ 杭穴の軸部
４３ 杭穴の拡底部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上端部に掘削ロッドとの連結部を有するヘッド本体の両側に、水平軸を介して、下端部に掘削刃を有する掘削腕の上端部を、揺動自在に取り付けしてなる掘削ヘッドにおいて、
前記ヘッド本体又は掘削腕に、前記水平軸に対する前記掘削腕の揺動角度を感知するセンサーを取り付けると共に、前記センサーから地上へのデータ送信手段を設けたことを特徴とする杭穴掘削ヘッド。
【請求項２】
上端部に掘削ロッドとの連結部を有するヘッド本体の両側に、水平軸を介して、下端部に掘削刃を有する掘削腕の上端部を、揺動自在に取り付けしてなる掘削ヘッドにおいて、
前記掘削腕のヘッド本体側の面に第一センサーを取り付け、
前記掘削腕が揺動した際に前記第一センサーの軌道に合わせて、前記ヘッド本体に第二センサーを取り付けし、前記掘削ヘッド内又は地上に、位置確認手段、データ送信手段を設けてなり、
前記位置確認手段は、前記第一センサー又は第二センサーは、第二センサーの軌道の長さ方向における第一センサーの相対位置を関知する機能を有し、
前記データ送信手段は、その位置データの情報を地上に伝える機能を有することを特徴とする杭穴掘削ヘッド。
【請求項３】
掘削腕の上端に上方突部を形成し、前記掘削腕で、水平軸の下方と前記上方突部に夫々第一センサーを取り付けし、ヘッド本体に、前記各第一センサーに対応させた第二センサーを夫々取り付けたことを特徴とする請求項２記載の杭穴掘削ヘッド。
【請求項４】
ヘッド本体又は掘削腕に、各センサーの作動用電源を収容する請求項１又は２記載の穴掘削ヘッド。
【請求項５】
水平軸に動力装置を連結してなり、該動力装置は掘削腕を一方の側又は両方の側に選択して強制的に揺動させることができる機能を有したことを特徴とする請求項１又は２記載の杭穴掘削ヘッド。
【請求項６】
上端部に掘削ロッドとの連結部を有するヘッド本体の両側に、水平軸を介して、下端部に掘削刃を有する掘削腕の上端部を、揺動自在に取り付けしてなる掘削ヘッドにおいて、
(1) 前記掘削腕で前記ヘッド本体側の面に基準点を設定し、前記ヘッド本体に前記基準点の揺動軌跡に対応させて、揺動範囲を設定し、
(2) 前記基準点が、前記揺動範囲内のどこに位置するかの位置情報を取得することにより、
(3) 掘削腕の揺動角度を確認する。
ことを特徴とする杭穴掘削ヘッドの掘削腕の位置確認方法。
【請求項１】
上端部に掘削ロッドとの連結部を有するヘッド本体の両側に、水平軸を介して、下端部に掘削刃を有する掘削腕の上端部を、揺動自在に取り付けしてなる掘削ヘッドにおいて、
前記ヘッド本体又は掘削腕に、前記水平軸に対する前記掘削腕の揺動角度を感知するセンサーを取り付けると共に、前記センサーから地上へのデータ送信手段を設けたことを特徴とする杭穴掘削ヘッド。
【請求項２】
上端部に掘削ロッドとの連結部を有するヘッド本体の両側に、水平軸を介して、下端部に掘削刃を有する掘削腕の上端部を、揺動自在に取り付けしてなる掘削ヘッドにおいて、
前記掘削腕のヘッド本体側の面に第一センサーを取り付け、
前記掘削腕が揺動した際に前記第一センサーの軌道に合わせて、前記ヘッド本体に第二センサーを取り付けし、前記掘削ヘッド内又は地上に、位置確認手段、データ送信手段を設けてなり、
前記位置確認手段は、前記第一センサー又は第二センサーは、第二センサーの軌道の長さ方向における第一センサーの相対位置を関知する機能を有し、
前記データ送信手段は、その位置データの情報を地上に伝える機能を有することを特徴とする杭穴掘削ヘッド。
【請求項３】
掘削腕の上端に上方突部を形成し、前記掘削腕で、水平軸の下方と前記上方突部に夫々第一センサーを取り付けし、ヘッド本体に、前記各第一センサーに対応させた第二センサーを夫々取り付けたことを特徴とする請求項２記載の杭穴掘削ヘッド。
【請求項４】
ヘッド本体又は掘削腕に、各センサーの作動用電源を収容する請求項１又は２記載の穴掘削ヘッド。
【請求項５】
水平軸に動力装置を連結してなり、該動力装置は掘削腕を一方の側又は両方の側に選択して強制的に揺動させることができる機能を有したことを特徴とする請求項１又は２記載の杭穴掘削ヘッド。
【請求項６】
上端部に掘削ロッドとの連結部を有するヘッド本体の両側に、水平軸を介して、下端部に掘削刃を有する掘削腕の上端部を、揺動自在に取り付けしてなる掘削ヘッドにおいて、
(1) 前記掘削腕で前記ヘッド本体側の面に基準点を設定し、前記ヘッド本体に前記基準点の揺動軌跡に対応させて、揺動範囲を設定し、
(2) 前記基準点が、前記揺動範囲内のどこに位置するかの位置情報を取得することにより、
(3) 掘削腕の揺動角度を確認する。
ことを特徴とする杭穴掘削ヘッドの掘削腕の位置確認方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００８−１５０８３４（Ｐ２００８−１５０８３４Ａ）
【公開日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３３８８０８（Ｐ２００６−３３８８０８）
【出願日】平成１８年１２月１５日（２００６．１２．１５）
【出願人】（０００１７６５１２）三谷セキサン株式会社 (91)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月１５日（２００６．１２．１５）
【出願人】（０００１７６５１２）三谷セキサン株式会社 (91)
【Ｆターム（参考）】
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