JP6541558B2 - データ転送装置を有する掘削機 - Google Patents

Description

本発明は、データ転送装置を有する掘削機に関し、例えば、掘削機の回転式のカッタヘッドに設置されたセンサにより得られた各種のデータを後段の情報処理装置に転送し保存するデータ転送装置を有する掘削機に関するものである。

掘削機を代表するシールドマシンは、その前面に回転可能な状態で設置されたカッタヘッドを切羽に押し当てた状態で回転させ切羽の安定を図りながら地盤を掘削する一方、掘削坑の内壁面に複数個の鋼製セグメントを組み付けてトンネルを構築する機器である。

このシールドマシンを用いた掘削施工に際しては、カッタヘッドに設置された加速度計等のような複数個のセンサからリアルタイムで送られるデータに基づいて機器を駆動することにより、高精度で安全かつ効率的な施工を行う情報化施工が実施されている。

この場合、カッタヘッドの複数個のセンサから引き出された複数本の配線は、カッタヘッドの径方向中心に集められ、シールドマシンの鋼管内のスリップリング等を介してシールドマシンの後段の情報処理装置に電気的に接続されている。

スリップリングは、回転体と固定体との間で電力および信号を伝達する回転接続装置の一例であり、例えば、回転体側に設けられた複数の円環状の電極に、固定体側に設けられた複数のブラシ接点を直接接触させることで通電を行う構造になっている。

なお、掘削機については、例えば、特許文献１に記載があり、カッタヘッドに設けられたビットにセンサを取り付け、そのセンサから得られる情報によって掘削対象の岩盤の種類等を判定する技術が開示されている。

特開平１０−１９８５３号公報

上記したように情報化施工は高精度で安全かつ効率的な掘削施工を実施する上で重要な技術であるが、カッタヘッドに設置された複数個のセンサから複数本の配線が引き出されるので、複数本の配線が電気的に接続されるスリップリングにも複数の電極が必要になる。例えば、最大１００極程度まで通電可能なスリップリングを設置する場合もある。このため、電極数の増加に伴ってスリップリングが大型化してしまい、中小口径のシールドマシンへの取り付けが制限される、という問題がある。

また、加速度センサ等の電気信号は微弱なためノイズの発生により測定が困難である。ノイズの問題を解決するために、ブラシ接点に代えて水銀やガリウム合金等で構成される液体接点を用いるロータリコネクタを使用し、微弱電流の伝送を可能とさせる技術もあるが、ロータリコネクタは最大で１０極程度しか対応できないので、多極の伝送を必要とする場合は適用が困難である。

本発明は、上述の技術的背景からなされたものであって、その目的は、データ転送装置を小型化することが可能な技術を提供することを目的とする。また、その他の目的は、データ転送装置を小型化するとともに、データ転送装置でのノイズを低減することが可能な技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明のデータ転送装置を有する掘削機は、機器本体の前面に回転可能な状態で装着され切羽を掘削するカッタ盤と、前記機器本体と前記カッタ盤との間に設けられ、前記カッタ盤の開口部を通じて取り込まれた掘削土砂を収容する収容部と、前記収容部と前記機器本体の内部とを隔てる隔壁と、前記カッタ盤の径方向中心に、前記カッタ盤から前記収容部および前記隔壁を貫通し、前記機器本体の内部まで延在した状態で設けられ、前記カッタ盤とともに回転する回転軸と、前記カッタ盤側で検出されたデータを情報処理装置に転送するデータ転送装置と、を備え、前記データ転送装置は、前記カッタ盤に設けられ、前記カッタ盤側のデータを検出する複数個のセンサと、前記回転軸の前記カッタ盤とは反対側の端部において、前記複数個のセンサと電気的に接続された状態で設けられ、前記複数個のセンサから伝送された第１のデータをシリアル通信が可能なように第２のデータに変換する変換装置と、前記機器本体の内部において前記変換装置と前記情報処理装置との間に電気的に接続された状態で設けられ、前記回転軸とともに回転する前記変換装置から伝送された前記第２のデータを固定体側の引出電極を通じて前記情報処理装置へシリアル通信で伝送する回転接続装置と、を備えることを特徴とする。

また、請求項２に記載の本発明は、上記請求項１記載の発明において、前記回転接続装置は、前記固定体側の引出電極としてブラシ接点を有するスリップリングであることを特徴とする。

また、請求項３に記載の本発明は、上記請求項１記載の発明において、前記回転接続装置は、前記固定体側の引出電極として液体接点を有するロータリコネクタであることを特徴とする。

また、請求項４に記載の本発明は、上記請求項１、２または３記載の発明において、前記回転接続装置と前記情報処理装置とが有線で電気的に接続されることを特徴とする。

また、請求項５に記載の本発明は、上記請求項１、２または３記載の発明において、前記回転接続装置と前記情報処理装置とが無線で電気的に接続されることを特徴とする。

また、請求項６に記載の本発明は、上記請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、前記変換装置は、前記情報処理装置から前記回転接続装置を介してシリアル通信で伝送されたセンサ制御用のデータをパラレルデータに変換して前記複数のセンサのうちの所定のセンサに伝送する機能を有することを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、複数のセンサと回転接続装置との間に変換装置を設けることにより、複数のセンサ側から回転接続装置に引き出される配線の本数を低減することができるので、回転接続装置の電極数を低減することができる。このため、回転接続装置を小型化することができるので、データ転送装置を小型化することが可能になる。

請求項２記載の発明によれば、複数のセンサと回転接続装置との間に変換装置を設けることにより、複数のセンサ側から回転接続装置に引き出される配線の本数を低減することができるので、回転接続装置の電極数を低減することができる。このため、回転接続装置を小型化することができるので、データ転送装置を小型化することが可能になる。

請求項３記載の発明によれば、複数のセンサと回転接続装置との間に変換装置を設けることにより、複数のセンサ側から回転接続装置に引き出される配線の本数を低減することができるので、回転接続装置の電極数を低減することができる。このため、回転接続装置を小型化することができるので、データ転送装置を小型化することが可能になる。また、回転接続装置において固定体側の引出電極として液体接点を使用することができるのでデータ転送装置でのノイズを低減することが可能になる。

請求項４記載の発明によれば、複数のセンサと回転接続装置との間に変換装置を設けることにより、複数のセンサ側から回転接続装置に引き出される配線の本数を低減することができるので、回転接続装置の電極数を低減することができる。このため、回転接続装置を小型化することができるので、データ転送装置を小型化することが可能になる。

請求項５記載の発明によれば、複数のセンサと回転接続装置との間に変換装置を設けることにより、複数のセンサ側から回転接続装置に引き出される配線の本数を低減することができるので、回転接続装置の電極数を低減することができる。このため、回転接続装置を小型化することができるので、データ転送装置を小型化することが可能になる。また、掘削機を構成する機器本体の内部の配線本数を低減することができるので、機器本体の内部を簡素化することが可能になる。

請求項６記載の発明によれば、カッタ盤に設置可能なセンサの種類を増やすことができ、カッタ盤側の検出データの種類を増やすことができるので、カッタ盤側の情報をより多く取得することができ、より高精度で安全かつ効率的な施工を行うことが可能になる。

本発明の一実施の形態に係る掘削機を有する掘削システム全体を示す概略構成図である。 図１の掘削機を構成するカッタヘッドの一例の正面図である。 図１の掘削システムを構成する掘削機に設置されたデータ転送装置の概略構成図である。 図３のデータ転送装置の回路ブロック構成を示す概略構成図である。 （ａ），（ｂ）は図３および図４のデータ転送装置を構成するセンサで検出される電機信号の波形図である。 図３および図４のデータ転送装置を構成する変換装置から出力されるシリアルデータの一例を模式的に示した説明図である。 図３および図４のデータ転送装置を構成する変換装置でのアナログ−デジタル変換の説明図である。 （ａ）は図３および図４のデータ転送装置を構成する変換装置の出力端子に接続される配線の構成図、（ｂ）は図８（ａ）の配線の断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る掘削システムを構成する掘削機に設置されたデータ転送装置の概略構成図である。

以下、本発明の一例としての実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（第１の実施の形態）

図１は本発明の一実施の形態に係る掘削機を有する掘削システム全体を示す概略構成図、図２は図１の掘削機を構成するカッタヘッドの一例の正面図である。

本実施の形態の掘削システムＳＹは、地盤Ｇに掘削坑ＨＬを掘削するためのシステムであり、掘削機Ｍと、その後方の掘削坑ＨＬ内に配置された第１の制御室Ｃ１と、掘削坑ＨＬの外部の地盤Ｇ上に配置された第２の制御室Ｃ２とを備えている。なお、図１の符号ＨＶは発進立坑を示している。また、符号ＳＧはセグメントを示している。

掘削機Ｍは、例えば、泥土圧式のシールドマシン（密閉式のシールドマシン）であり、その外形は掘削方向に沿って細長い円柱状に形成されている。この掘削機Ｍは、カッタヘッド（カッタ盤）１と、機器本体２とを備えている。なお、泥土圧式の掘削機Ｍに適用することに限定されるものではなく、例えば、泥水圧式の掘削機に適用しても良い。

カッタヘッド１は、地盤Ｇの切羽を掘削する円盤状の掘削盤であり、機器本体２の前面（切羽に対向する面）にカッタヘッド１の外周に沿って回転可能な状態で支持されている。このカッタヘッド１の前面には、センタービット１ａ、ローラカッタ１ｂ、ビット１ｃおよびスクレーパツース１ｄ等のような地盤Ｇを掘削する複数の掘削部材が設けられているとともに、掘削土砂を掘削機Ｍのチャンバ３内に取り込む開口部１ｅが設けられている。

また、カッタヘッド１には、例えば、ローラカッタ回転計、ローラカッタ電磁波摩耗センサ、多段導通式摩耗検知ビットおよび加速度計等のような後述する複数個のセンサ（図１および図２には図示せず）が設置されている。

ローラカッタ回転計は、ローラカッタ１ｂの回転速度を計測するセンサである。カッタヘッド１におけるローラカッタ回転計の設置箇所は、例えば、９箇所である。１個のローラカッタ回転計に必要な配線の本数は、例えば、３本なので、全部で２７本の配線が配置される。

ローラカッタ電磁波摩耗センサは、ローラカッタ１ｂの摩耗状態を計測するセンサである。カッタヘッド１におけるローラカッタ電磁波摩耗センサの設置箇所は、例えば、１箇所である。ローラカッタ電磁波摩耗センサに必要な配線の本数は、例えば、３本である。

多段導通式摩耗検知ビットは、ビット１ｃの摩耗状態を計測するセンサである。カッタヘッド１における多段導通式摩耗検知ビットの設置箇所は、例えば、２箇所である。１個の多段導通式摩耗検知ビットに必要な配線の本数は、例えば、２６本なので、全部で５２本の配線が配置される。

加速度計は、カッタヘッド１の回転加速度を計測するセンサである。カッタヘッド１における加速度計の設置箇所は、例えば、１箇所である。加速度計に必要な配線本数は、例えば、２本（＋シールド）である。なお、加速度計は、例えば、チャンバ３内と機器本体２の内部とを隔てる隔壁５にも１箇所設置されている。

機器本体２は、掘削機Ｍを駆動する機器や掘削土砂を後方に搬送する機器等を備える掘削機本体である。図１に示すように、機器本体２の前端から機器本体２の内方に後退した位置には上記隔壁５が設けられている。この隔壁５は機器本体２内を切羽側と機内側とに分ける部材であり、切羽側（すなわち、カッタヘッド１と隔壁５との間）には、カッタヘッド１により掘削された土砂（掘削土）等を収容する上記チャンバ３が設けられている。

一方、機器本体２の機内側には、カッタ駆動部２ａ、中折れジャッキ２ｂ、シールドジャッキ２ｃおよびスクリューコンベヤ２ｄ等が設けられている他、図示しない添加材注入部および土圧検出部等の各種の機器等が設けられている。

カッタ駆動部２ａは、カッタヘッド１を回転させる回転駆動手段であり、駆動源として、例えば、油圧式のモータを備えている。ここでは、カッタ駆動方式として中間支持駆動方式が例示されている。すなわち、カッタ駆動部２ａは、カッタヘッド１の正面内の中央と外周との間にカッタヘッド１の周方向に沿って複数個並んで配置されている。

中折れジャッキ２ｂは、掘削機Ｍの掘削方向を修正する機器であり、機器本体２の機内の内壁近傍において、掘削機Ｍの周方向に沿って複数個並んで配置されている。この中折れジャッキ２ｂに圧油を供給し掘削機Ｍを予め決められた方向および角度に屈折させた状態で推進させることにより、掘削機Ｍの掘削方向を制御することが可能になっている。

シールドジャッキ２ｃは、機器本体２の後方に設置されたセグメントＳＧに反力をとって掘削機Ｍを前進させるための推進力を発生させる機器であり、機器本体２の機内の内壁近傍において、掘削機Ｍの周方向に沿って複数個並んで配置されている。

スクリューコンベヤ２ｄは、チャンバ３内に取り込まれた掘削土砂を機外に搬送する搬送機器であり、下部から高さ方向中央に向かって斜め上向きに延在した状態で設けられている。スクリューコンベヤ２ｄは、例えば、リボン式のスクリューコンベヤで構成されている。すなわち、スクリューコンベヤ２ｄの排土管内に回転可能な状態で設けられ回転動作により排土管内の泥土等を後方に押し出す軸無しスクリュー部を備えている。なお、スクリューコンベヤ２ｄの排出端部には排土管（図示せず）が連結されており、掘削土砂は、その排土管を通じてズリ搬出台車（図示せず）等に載せられ掘削坑ＨＬの外に搬送される。

添加材注入部は、チャンバ３内の泥土の状態を好適化するためやチャンバ３内の泥土圧を調節する等のためにチャンバ３内に添加材を注入する機構部である。添加材としては、例えば、ベントナイト溶液等のような作泥土材、気泡材またはその両方が使用される。

土圧検出部は、チャンバ３内の泥土圧を歪ゲージにより電気信号に変換するセンサ部分であり、その土圧検出面をチャンバ３内に向けた状態で設けられている。掘削機Ｍは、土圧検出部で検出されるチャンバ３内の泥土圧が予め決められた値の範囲になるように管理することで切羽の安定性を維持しながら掘削処理を進めることが可能になっている。

上記した掘削システムＳＹを構成する第１の制御室Ｃ１および第２の制御室Ｃ２は、掘削機Ｍの全体動作の制御や計測データの管理等を行う情報処理室であり、それぞれ第１のＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｅｒ）装置Ｐ１と、第２のＰＬＣ装置Ｐ２とを備えている。

第１のＰＬＣ装置Ｐ１および第２のＰＬＣ装置Ｐ２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）とメモリとを内蔵する情報処理装置である。第１のＰＬＣ装置Ｐ１の複数の入力端子は、配線ＬＡを通じてカッタヘッド１の上記複数個のセンサと電気的に接続されている。また、第１のＰＬＣ装置Ｐ１の複数の出力端子は、配線ＬＢを通じて第２のＰＬＣ装置Ｐ２の複数個の入力端子と電気的に接続されている。

第１のＰＬＣ装置Ｐ１は、カッタヘッド１の上記複数個のセンサから配線ＬＡを通じて転送されたデータを、メモリに記憶されたプログラムに基づいて処理（演算および加工）し、断続的に保存するとともに、そのデータを配線ＬＢを通じて第２のＰＬＣ装置Ｐ２に転送する機能を備えている。一方、第２のＰＬＣ装置Ｐ２は、第１のＰＬＣ装置Ｐ１から転送されたデータを、メモリに記憶されたプラグラムに基づいて処理（演算および加工）し、断続的に保存する機能を備えている。

次に、カッタヘッド１の複数個のセンサＳで検出されたデータを第１のＰＬＣ装置Ｐ１に転送するデータ転送装置について図３〜図７を参照して説明する。

まず、図３は図１の掘削システムを構成する掘削機に設置されたデータ転送装置の概略構成図、図４は図３のデータ転送装置の回路ブロック構成を示す概略構成図である。図３および図４に示すように、データ転送装置１０は、掘削機Ｍの前面から後方に向かって順に、上記した複数個のセンサＳ（図４参照）と、変換装置ＳＣと、回転接続装置ＲＪとを備えている。

図４に示すように、センサＳは、掘削時にカッタヘッド１や切羽の状態を検出し電気信号に変換する部品であり、カッタヘッド１に複数個設置されている。ここで、図５（ａ），（ｂ）は図３および図４のデータ転送装置を構成するセンサで検出される電気信号の波形図を示している。複数個のセンサＳのうち、加速度計およびローラカッタ電磁波摩耗センサ等は、電流や電圧の変化を読み取ることで、図５（ａ）に示すように、アナログ信号Ａのデータを出力（伝送）するようになっている。また、複数個のセンサＳのうち、多段導通式摩耗検知ビットおよびローラカッタ回転計等は、図５（ｂ）に示すように、オンおよびオフで表現されるデジタル信号Ｄ１のデータを出力（伝送）するようになっている。なお、これらデジタルデータを出力するセンサＳは、例えば、通電の有無を検知する通電検知形のセンサで構成されており、通電の有無をそれぞれ「１」、「０」等に対応させることでデジタルデータを生成するようになっている。

図３および図４に示すように、各センサＳの出力端子は複数本の配線（第１の配線）ＬＡ１（ＬＡ）によって引き出されている。この複数本の配線ＬＡ１の総本数は、例えば、９０本程度である。この複数本の配線ＬＡ１は、カッタヘッド１の径方向中心に集められ配線（第１の配線）ＬＡ２（ＬＡ）として束ねられ、カッタヘッド１の径方向中心の回転軸１ｒ上に設置された変換装置ＳＣ（ＳＣ１，ＳＣ２）の複数個の入力端子に電気的に接続されている。

変換装置ＳＣは、複数個のセンサＳの各々から伝送されたデータ（第１のデータ）をシリアル通信で伝送可能なようにシリアルデータ（第２のデータ）に変換し、回転接続装置ＲＪを介してＰＬＣ装置Ｐ１へ伝送する装置である。ここで、図６は、図３および図４のデータ転送装置を構成する変換装置から出力されるシリアルデータの一例を模式的に示している。シリアル通信は、１本の配線に、１度に１ビットずつ、逐次的にデータＳＤを転送する通信方式である。この通信方式を採用することにより、複数個のセンサＳからの検出信号を１本の配線で伝送することができるので、変換装置ＳＣの出力端子の数を入力端子の数に対して大幅に減らすことができる。すなわち、複数個のセンサＳの各々から引き出された９０本ほどの配線ＬＡ１を、変換装置ＳＣを介することで、例えば、５本（２本の電源配線を含む）程度の配線（伝送ケーブルＬＡ３中の配線）に減らすことができる。このようにデータ転送装置１０を構成する配線の本数を低減することができるので、データ転送装置１０を小型化することができ、データ転送装置１０のコストを低減することができる上、ノイズを低減することもできる。

この変換装置ＳＣは、例えば、データロガー集約用ＰＬＣユニットで構成されており、図４に示すように、例えば、２種類の変換装置ＳＣ１，ＳＣ２を備えている。これらの変換装置ＳＣ１，ＳＣ２は、コントロールアンドコミュニケーションリンク（ＣＣ-Ｌｉｎｋ（ＣＣ-Ｌｉｎｋ協会の登録商標））ケーブル等により互いに電気的に接続されており、シリアル通信が可能になっている。

変換装置ＳＣ１は、例えば、リモートデバイス局であり、図７に示すように、加速度計およびローラカッタ電磁波摩耗センサ等のようなセンサＳから伝送されたアナログ信号Ａのデータ（第１のデータ）をデジタル信号Ｄ２のデータに変換した後、シリアル通信が可能なようにシリアルデータ（第２のデータ）に変換し、回転接続装置ＲＪを介してＰＬＣ装置Ｐ１へ伝送する機能を備えている。この変換装置ＳＣ１としては、特に限定されるものではないが、例えば、三菱電機株式会社製シーケンサのＣＣ-Ｌｉｎｋアナログ−デジタル変換ユニット（型番：ＡＪ６５ＢＴ−６４ＡＤ）が使用されている。なお、図７は図３および図４のデータ転送装置を構成する変換装置でのアナログ−デジタル変換の説明図である。

一方、変換装置ＳＣ２は、例えば、リモートＩ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）局であり、多段導通式摩耗検知ビットおよびローラカッタ回転計等のようなセンサＳから伝送されたデジタル信号のデータ（第１のデータ）をシリアル通信が可能なようにシリアルデータ（第２のデータ）に変換し、回転接続装置ＲＪを介してＰＬＣ装置Ｐ１へ伝送する機能を備えている。この変換装置ＳＣ２としては、特に限定されるものではないが、例えば、三菱電機株式会社製シーケンサのＣＣ-Ｌｉｎｋ小形リモートＩ／Ｏユニット（型番：ＡＪ６５ＳＢＴＢ１−１６Ｄ）が使用されている。

また、図３および図４に示すように、変換装置ＳＣ（ＳＣ１，ＳＣ２）は、回転軸１ｒ上の後部において機器本体２の内部側（隔壁５よりも内側であってスクリューコンベヤ２ｄ（図１参照）等に干渉しない位置）に設置されている。これにより、変換装置ＳＣ（ＳＣ１，ＳＣ２）のメンテナンスを掘削機Ｍの機器本体２の内部で行うことができるので、変換装置ＳＣ（ＳＣ１，ＳＣ２）のメンテナンスをより安全にしかも容易に行うことができる。なお、変換装置ＳＣ（ＳＣ１，ＳＣ２）は、カッタヘッド１（回転軸１ｒ）の回転とともに回転する。

このような変換装置ＳＣ（ＳＣ１，ＳＣ２）の出力端子は、図３および図４に示すように、伝送ケーブル（第２の配線）ＬＡ３（ＬＡ）を通じて回転接続装置ＲＪの入力端子に電気的に接続されている。ここで、図８（ａ）は図３および図４のデータ転送装置を構成する変換装置の出力端子に接続される配線の構成図、図８（ｂ）は図８（ａ）の配線の断面図である。図８に示すように、伝送ケーブルＬＡ３は、例えば、３本の信号配線Ｌｓと、２本の電源配線Ｌｐとの合計５本の配線を有している。

３本の信号配線Ｌｓは、シリアルデータを伝送する配線であり、伝送ケーブルＬＡ３の保護外被覆を構成するシースＳｔ１内の内部シースＳｔ２内に互いに絶縁され撚られた状態で内包されている。内部シースＳｔ２の内部には、介在Ｋ１や接地線（図示せず）が設けられている他、内部シースＳｔ２の内壁には、３本の信号配線Ｌｓ、介在Ｋ１および接地線を取り囲むようにシールド層（図示せず）が設けられている。

一方、２本の電源配線Ｌｐは、電源供給用の配線であり、伝送ケーブルＬＡ３のシースＳｔ１内であって内部シースＳｔ２の外部に互いに絶縁され線状の状態で内包されている。シースＳｔ１内には、上記内部シースＳｔ２と２本の電源配線Ｌｐの他、介在Ｋ２と、これらを取り囲むテープ層（図示せず）とが設けられている。この３本の信号配線Ｌｓおよび２本の電源配線Ｌｐは、回転接続装置ＲＪの５個の入力端子を通じて回転接続装置ＲＪの円環状の５個の電極に電気的に接続されている。

図３および図４に示すように、回転接続装置ＲＪは、カッタヘッド１の回転とともに回転する変換装置ＳＣ側と、固定体側の引出電極との間で電力および信号を伝達する装置である。この回転接続装置ＲＪは、ブラケット１１に固定されている。ブラケット１１は、隔壁５に機械的に接合されている。上記したように本実施の形態においては、回転接続装置ＲＪの入力端子に電気的に接続される伝送ケーブルＬＡ３内の配線（信号配線Ｌｓおよび電源配線Ｌｐ）の本数を５本程度に減らすことができるので、回転接続装置ＲＪの電極数を減らすことができる。このため、回転接続装置ＲＪを大幅に小型化することができるので、データ転送装置１０を小型にすることができる。したがって、データ転送装置１０を中小口径の掘削機にも取り付けることができる。

このような回転接続装置ＲＪとして、例えば、回転接続装置ＲＪの円環状の５個の電極の各々にブラシ接点（引出電極）を直接接触させて回転体と固定体との間で電力および信号を伝達するスリップリングを使用しても良いが、本実施の形態においては回転接続装置ＲＪの電極数を減らせるので、最大で１０極程度しか対応できないロータリコネクタを使用することもできる。回転接続装置ＲＪとしてロータリコネクタを用いた場合、上記ブラシ接点に代えて水銀やガリウム合金等で構成される液体接点（引出電極）を用いるので、ノイズを大幅に低減することができ、微弱電流の伝送にも適用することができる。したがって、より高精度なデータ検出が可能となり、より高精度で安全かつ効率的な掘削施工を実施することができる。

また、回転接続装置ＲＪの固定体側の出力端子（５個のブラシ接点または５個の液体接点に接続される出力端子）は、伝送ケーブルＬＡ４（ＬＡ）中の５本の配線を通じて第１の制御室Ｃ１の第１のＰＬＣ装置Ｐ１に電気的に接続されている。伝送ケーブルＬＡ４は、伝送ケーブルＬＡ３と同様、例えば、５本の配線を有している。なお、伝送ケーブルＬＡ４の構成は、図８で説明した伝送ケーブルＬＡ３の構成と同じなので説明を省略する。

次に、本実施の形態の掘削機Ｍによる泥土圧シールド工法の一例について図１および図４を参照して説明する。

本実施の形態においては、掘削機Ｍのカッタヘッド１を切羽に押し付け回転させながら機器本体２を推し進めることで地中に掘削抗ＨＬを形成する。この際、カッタヘッド１で掘削した土砂に上記添加材を添加するとともに、その土砂と添加材とをカッタヘッド１の回転やその回転に追従する練混ぜ翼等の動作により撹拌混合して掘削土砂を塑性流動性と不透水性を持つ泥土に変換する。そして、その泥土を掘削機Ｍのチャンバ３内およびスクリューコンベヤ２ｄ内に充満させ、その充満した泥土をシールドジャッキ２ｃの推進力により加圧して泥土圧を発生させ、この泥土圧を切羽の土圧に対抗させることで切羽の安定を維持する。

また、この際、データ転送装置１０の複数個のセンサＳで検出されたデータは、変換装置ＳＣでシリアルデータに変換されシリアル通信で伝送ケーブルＬＡ３を通じて回転接続装置ＲＪに送られる。シリアル通信で回転接続装置ＲＪに送られたシリアルデータは、回転接続装置ＲＪで固定体側に転送され、固定体側の伝送ケーブルＬＡ４を通じて第１のＰＬＣ装置Ｐ１に転送される。そして、掘削機Ｍにおいては、カッタヘッド１の複数個のセンサＳから転送されたデータに基づいて、例えば、カッタヘッド１の回転速度を一定にし、シールドジャッキ２ｃの伸長速度やスクリューコンベヤ２ｄの軸無しスクリューの回転速度を調整し、上記土圧計により測定されるチャンバ３内の泥土圧が一定になるようにすることで切羽の安定を維持する。これにより、高精度で安全かつ効率的な掘削施工を実施することができる。

（第２の実施の形態）

図９は本発明の他の実施の形態である掘削システムを構成する掘削機に設置されたデータ転送装置の概略構成図である。

本実施の形態においては、データ転送装置１０の回転接続装置ＲＪと第１のＰＬＣ装置Ｐ１とが無線で電気的に接続される構成になっている。すなわち、回転接続装置ＲＪの出力に電気的に接続された伝送ケーブルＬＡ４は、無線送信装置１２に電気的に接続されている。無線送信装置１２は、伝送ケーブルＬＡ４から伝送されたデータを電波にして離れた場所に送信することが可能になっている。

一方、第１のＰＬＣ装置Ｐ１は、その入力に無線受信装置１３が電気的に接続されており、無線送信装置１２から送られた電波（データ）を無線受信装置１３を介して受信することが可能になっている。この場合、前記第１の実施の形態で得られた効果の他に、掘削機Ｍの機器本体２の鋼管内の配線の本数を減らすことができるので、掘削機Ｍの機器本体２の内部を簡素化することができる。なお、電波による無線通信方式に代えて光や音による無線通信方式を採用しても良い。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって、開示された技術に限定されるものではない。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈されるべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲の要旨を逸脱しない限りにおけるすべての変更が含まれる。

例えば、前記実施の形態においては、複数のセンサＳで検出されたデータを変換装置ＳＣによってシリアル通信方式で回転接続装置ＲＪを介してＰＬＣ装置Ｐ１に伝送する場合について説明したが、これとは逆に、ＰＬＣ装置Ｐ１からセンサ制御用の制御データ（デジタル信号）をシリアル通信方式によって回転接続装置ＲＪを介して変換装置ＳＣに伝送し、変換装置ＳＣでパラレルデータに変換してから所定のセンサＳに伝送するようにしても良い。この場合、変換装置ＳＣは、ＰＬＣ装置Ｐ１からシリアル通信方式によって回転接続装置ＲＪを介して伝送されたセンサ制御用の制御データをパラレルデータに変換して複数のセンサＳのうちの所定のセンサＳに振り分けて伝送する機能を有している。

これにより、カッタヘッド１に設置可能なセンサＳの種類を増やすことができるので、カッタヘッド１側で検出される検出データの種類を増やすことができる。したがって、カッタヘッド１側の情報をより多く取得することができるので、より高精度で安全かつ効率的な施工を行うことができる。

ここで、変換装置ＳＣからセンサＳに伝送される制御データはデジタル信号でもアナログ信号でも良いが、センサ制御用の制御データとしてアナログ信号をセンサＳに伝送する場合、変換装置ＳＣは、ＰＬＣ装置Ｐ１からシリアル通信方式で伝送されたセンサ制御用の制御データ（デジタル信号）をアナログ信号に変換するアナログ-デジタル変換装置を備えている。

以上の説明では、シールド工法を採用する掘削機に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、後方に配置された推進管を介して掘削機を地中に押し込むことで推進管を地中に埋設する推進工法を採用する掘削機に適用しても良い。

１ カッタヘッド
１ａ センタービット
１ｂ ローラカッタ
１ｃ ビット
１ｄ スクレーパツース
１ｅ 開口部
１ｒ 回転軸
２ 機器本体
２ａ カッタ駆動部
２ｂ 中折れジャッキ
２ｃ シールドジャッキ
２ｄ スクリューコンベヤ
３ チャンバ
５ 隔壁
１０ データ転送装置
１１ ブラケット
１２ 無線送信装置
１３ 無線受信装置
ＳＹ 掘削システム
Ｍ 掘削機
Ｇ 地盤
ＨＬ 掘削坑
ＨＶ 立坑
ＬＡ 配線
Ｃ１ 第１の制御室
Ｃ２ 第２の制御室
Ｐ１ 第１のＰＬＣ装置
Ｐ２ 第２のＰＬＣ装置
Ｓ センサ
ＳＣ，ＳＣ１，ＳＣ２ 変換装置
ＲＪ 回転接続装置
ＬＡ，ＬＢ 配線
ＬＡ１ 配線
ＬＡ２ 配線
ＬＡ３ 伝送ケーブル
ＬＡ４ 伝送ケーブル
Ｌｓ 信号配線
Ｌｐ 電源配線
Ｓｔ１ シース
Ｓｔ２ 内部シース

Claims (6)

1. 機器本体の前面に回転可能な状態で装着され切羽を掘削するカッタ盤と、
   前記機器本体と前記カッタ盤との間に設けられ、前記カッタ盤の開口部を通じて取り込まれた掘削土砂を収容する収容部と、
   前記収容部と前記機器本体の内部とを隔てる隔壁と、
   前記カッタ盤の径方向中心に、前記カッタ盤から前記収容部および前記隔壁を貫通し、前記機器本体の内部まで延在した状態で設けられ、前記カッタ盤とともに回転する回転軸と、
   前記カッタ盤側で検出されたデータを情報処理装置に転送するデータ転送装置と、
   を備え、
   前記データ転送装置は、
   前記カッタ盤に設けられ、前記カッタ盤側のデータを検出する複数個のセンサと、
   前記回転軸の前記カッタ盤とは反対側の端部において、前記複数個のセンサと電気的に接続された状態で設けられ、前記複数個のセンサから伝送された第１のデータをシリアル通信が可能なように第２のデータに変換する変換装置と、
   前記機器本体の内部において前記変換装置と前記情報処理装置との間に電気的に接続された状態で設けられ、前記回転軸とともに回転する前記変換装置から伝送された前記第２のデータを固定体側の引出電極を通じて前記情報処理装置へシリアル通信で伝送する回転接続装置と、
   を備えることを特徴とするデータ転送装置を有する掘削機。
2. 前記回転接続装置は、前記固定体側の引出電極としてブラシ接点を有するスリップリングであることを特徴とする請求項１記載のデータ転送装置を有する掘削機。
3. 前記回転接続装置は、前記固定体側の引出電極として液体接点を有するロータリコネクタであることを特徴とする請求項１記載のデータ転送装置を有する掘削機。
4. 前記回転接続装置と前記情報処理装置とが有線で電気的に接続されることを特徴とする請求項１、２または３記載のデータ転送装置を有する掘削機。
5. 前記回転接続装置と前記情報処理装置とが無線で電気的に接続されることを特徴とする請求項１、２または３記載のデータ転送装置を有する掘削機。
6. 前記変換装置は、前記情報処理装置から前記回転接続装置を介してシリアル通信で伝送されたセンサ制御用のデータをパラレルデータに変換して前記複数のセンサのうちの所定のセンサに伝送する機能を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のデータ転送装置を有する掘削機。

Images