JP2018087673A - Antenna for wireless primer detonator, wireless primer detonator, and wireless detonation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トンネルの掘削等にて使用する無線起爆雷管に取り付けるアンテナである無線起爆雷管用アンテナ、及び当該無線起爆雷管用アンテナを備えた無線起爆雷管、及び当該無線起爆雷管を用いた無線起爆システムに関する。 The present invention relates to a wireless detonator antenna that is an antenna attached to a wireless detonator used for tunnel excavation or the like, a wireless detonator equipped with the wireless detonator antenna, and a wireless detonator using the wireless detonator About the system.
従来より、トンネルの掘削現場等における爆破作業では、掘削面である切羽面において掘削方向に向けて、例えば径が数[cm]、深さが数[m]程度の装薬孔を複数削孔し、各装薬孔に無線で起爆させることができる無線起爆雷管と爆薬とを装填し、切羽面から離れた遠隔位置から、起爆操作機と操作側アンテナとを用いて制御信号を無線で送信して爆破する種々の発破工法が開示されている。無線起爆雷管は、無線起爆雷管用アンテナを有しており、当該無線起爆雷管用アンテナにて、操作側アンテナ周囲に発生した磁界もしくは電界を利用することで、無線方式で点火用のエネルギーや電子回路駆動用のエネルギーを受け取るとともに、無線の制御信号(ID要求信号や蓄電要求信号や蓄電状況確認信号や起爆実行信号等を含む)を受信して起爆する。従って、無線起爆雷管用アンテナは、前記エネルギー(点火用のエネルギーや電子回路駆動用のエネルギー等)を受け取ることができる性能が要求されるとともに、無線の制御信号を効率良く受信することができる性能が要求される。 Conventionally, in a blasting operation at a tunnel excavation site or the like, a plurality of charge holes having a diameter of several [cm] and a depth of several [m], for example, are drilled in the face of the excavation face. Then, each detonation hole is loaded with a wireless detonator and explosive that can be detonated wirelessly, and a control signal is transmitted wirelessly from a remote location away from the face using the detonator and the operating antenna. Various blasting methods for blasting are disclosed. The radio detonator has a radio detonator antenna. By using a magnetic field or electric field generated around the operation side antenna with the radio detonator antenna, the radio detonator is radiated in a wireless manner. In addition to receiving circuit driving energy, a wireless control signal (including an ID request signal, a power storage request signal, a power storage status confirmation signal, a detonation execution signal, etc.) is received and detonated. Therefore, the radio detonator antenna is required to be capable of receiving the energy (ignition energy, electronic circuit driving energy, etc.) and can efficiently receive a radio control signal. Is required.
例えば特許文献1には、円筒状にコイルを巻回した起爆側アンテナ(無線起爆雷管用アンテナに相当)を備えた無線起爆雷管が記載されている。そして起爆側アンテナは、円筒状の軸方向を装薬孔の軸方向に沿う方向に設定されて、装薬孔内に配置されている。
For example,
また、特許文献2には、受信起爆装置(無線起爆雷管に相当)の長手方向を軸とした場合、当該軸回りに導電線が巻回された受信コイル(無線起爆雷管用アンテナに相当)を有する受信起爆装置が記載されている。
また、特許文献3には、起爆操作機の操作側アンテナから無線で送信された交流磁界エネルギーを受け取る受信コイル(無線起爆雷管用アンテナに相当)を備えた無線起爆雷管が記載されている。
また、特許文献4には、起爆操作機の操作側アンテナから無線で送信された交流磁界エネルギーを受け取る受信コイル(無線起爆雷管用アンテナに相当)を備えた無線雷管ユニット(無線起爆雷管に相当)が記載されている。 Patent Document 4 discloses a radio detonator unit (corresponding to a radio detonator) equipped with a receiving coil (corresponding to a radio detonator antenna) that receives AC magnetic field energy transmitted wirelessly from an operation side antenna of a detonator. Is described.
例えば図5に示すように、トンネルの内壁に沿って複数回巻回された操作側アンテナ60は、切羽面41から所定距離L1だけ離れた位置のトンネル内壁に張られ、トンネル内壁に沿って巻回されて形成されている。そして操作側アンテナ60の周囲に発生する磁界の方向は、図3において一点鎖線で示すように、巻回された操作側アンテナ60の中央部の近傍では、切羽面41にほぼ直交する方向(この場合、Z軸方向)である。しかし、巻回された操作側アンテナ60の中央部から離れた縁部の近傍における磁界の方向は、切羽面41に直交する方向に対して大きく湾曲した方向となる。つまり、図5の例において、巻回された操作側アンテナ60の中央近傍となる装薬位置P2bでは、磁界の方向の成分がほぼZ軸方向のみであるので、この位置ではZ軸方向を軸として導電線が巻回されたアンテナで効率良く前記エネルギーを受け取ることができる。しかし、図5の例において、巻回された操作側アンテナ60の縁部の近傍となる位置である、例えば装薬位置P3cでは、磁界の方向は、X軸方向の成分とY軸方向の成分とZ軸方向の成分を有し、しかもZ軸方向の成分の大きさは、X軸方向の成分の大きさ及びY軸方向の成分の大きさよりも小さくなる場合がある。従って、例えば装薬位置P3cの位置では、Z軸方向を軸として導電線が巻回されたアンテナでは効率良く前記エネルギーを受け取ることができないとともに、無線の制御信号を効率良く受信することができない可能性がある。
For example, as shown in FIG. 5, the operation-
特許文献1及び特許文献2に記載の発明では、無線起爆雷管用アンテナの導電線は円筒状に巻回されて円筒の軸方向が装薬孔の軸方向(すなわち図5におけるZ軸方向)に沿う方向に設定されて装薬孔内に配置されている。従って、当該無線起爆雷管用アンテナでは、巻回された操作側アンテナの中央部の近傍では効率良く前記エネルギーを受け取ることができるとともに無線の制御信号を効率良く受信することができるが、巻回された操作側アンテナの縁部では、効率良く前記エネルギーを受け取ることができないとともに、無線の制御信号を効率良く受信することができない可能性がある。
In the inventions described in
また特許文献3及び特許文献4に記載の発明では、無線起爆雷管用アンテナである受信コイルにおける導電線の巻回方向に関する記載が見当たらないので、特許文献1及び特許文献2と同様、導電線が円筒状に巻回されたアンテナであると考えられる。従って、特許文献1及び特許文献2と同様、巻回された操作側アンテナの中央部の近傍では効率良く前記エネルギーを受け取るとともに無線の制御信号を効率良く受信することができるが、巻回された操作側アンテナの縁部では、効率良く前記エネルギーを受け取ることができないとともに、無線の制御信号を効率良く受信することができない可能性がある。
In addition, in the inventions described in
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、操作側アンテナと無線起爆雷管用アンテナの位置関係の影響によらず、より効率良く点火用のエネルギーや電子回路駆動用のエネルギーと制御信号を受け取ることができる無線起爆雷管用アンテナ、当該無線起爆雷管用アンテナを備えた無線起爆雷管、及び当該無線起爆雷管を用いた無線起爆システムを提供することを課題とする。 The present invention was devised in view of such points, and is more efficient for ignition energy and electronic circuit driving energy regardless of the positional relationship between the operation side antenna and the radio detonator antenna. It is an object of the present invention to provide a wireless detonator antenna capable of receiving a control signal, a wireless detonator equipped with the wireless detonator antenna, and a wireless detonation system using the wireless detonator.
上記課題を解決するため、本発明に係る無線起爆雷管用アンテナ、無線起爆雷管、及び無線起爆システムは次の手段をとる。まず、本発明の第1の発明は、無線方式で点火用のエネルギーと電子回路駆動用のエネルギーと制御信号を受け取るアンテナである無線起爆雷管用アンテナである。そして、軟磁性体で形成された軟磁性体コアと、Z軸用コイルと、X軸用コイルと、Y軸用コイルと、を有し、前記軟磁性体コアの軸をZ軸、前記Z軸に直交する軸をX軸、前記Z軸と前記X軸との双方に直交する軸をY軸とした場合、前記Z軸の周囲かつ前記軟磁性体コアの周囲に導電線が巻回された前記Z軸用コイル、あるいは、前記Z軸の周囲かつ非磁性体で形成されたZ軸用ボビンを介して前記軟磁性体コアの周囲に導電線が巻回された前記Z軸用コイルと、前記軟磁性体コアと、にてZ軸用アンテナが形成されており、前記X軸の周囲かつ前記軟磁性体コアの周囲に導電線が巻回された前記X軸用コイル、あるいは、前記X軸の周囲かつ非磁性体で形成されたX軸用ボビンを介して前記軟磁性体コアの周囲に導電線が巻回された前記X軸用コイルと、前記軟磁性体コアと、にてX軸用アンテナが形成されており、前記Y軸の周囲かつ前記軟磁性体コアの周囲に導電線が巻回された前記Y軸用コイル、あるいは、前記Y軸の周囲かつ非磁性体で形成されたY軸用ボビンを介して前記軟磁性体コアの周囲に導電線が巻回された前記Y軸用コイルと、前記軟磁性体コアと、にてY軸用アンテナが形成されており、前記Z軸用アンテナと前記X軸用アンテナと前記Y軸用アンテナとが、近接されて配置されている、無線起爆雷管用アンテナである。 In order to solve the above problems, the antenna for a radio detonator, the radio detonator, and the radio detonation system according to the present invention take the following means. First, a first invention of the present invention is a radio detonator antenna that is an antenna that receives ignition energy, electronic circuit driving energy, and a control signal in a wireless manner. And a soft magnetic core formed of a soft magnetic material, a Z-axis coil, an X-axis coil, and a Y-axis coil, wherein the axis of the soft magnetic core is a Z-axis, and the Z-axis When the axis orthogonal to the axis is the X axis and the axis orthogonal to both the Z axis and the X axis is the Y axis, a conductive wire is wound around the Z axis and around the soft magnetic core. The Z-axis coil, or the Z-axis coil in which a conductive wire is wound around the soft magnetic core through a Z-axis bobbin formed around the Z-axis and made of a non-magnetic material. A Z-axis antenna is formed by the soft magnetic core, and the X-axis coil in which a conductive wire is wound around the X axis and around the soft magnetic core, or Before the conductive wire is wound around the soft magnetic core around the X axis and through the X axis bobbin formed of a non-magnetic material An X-axis antenna is formed by the X-axis coil and the soft magnetic core, and a conductive wire is wound around the Y axis and around the soft magnetic core. A coil or a Y-axis coil in which a conductive wire is wound around the soft magnetic core via a Y-axis bobbin formed around the Y-axis and a non-magnetic material; and the soft magnetic material A wireless detonator antenna, wherein a Y-axis antenna is formed by a core, and the Z-axis antenna, the X-axis antenna, and the Y-axis antenna are arranged close to each other. .
次に、本発明の第2の発明は、上記第1の発明に係る無線起爆雷管用アンテナであって、前記Z軸用アンテナと前記X軸用アンテナと前記Y軸用アンテナとが、前記Z軸の方向に沿って、直線状に隣り合うように配置されている、無線起爆雷管用アンテナである。 Next, a second invention of the present invention is the radio detonator antenna according to the first invention, wherein the Z-axis antenna, the X-axis antenna, and the Y-axis antenna are the Z-axis antenna. It is an antenna for a radio detonator and arranged adjacent to each other in a straight line along the axis direction.
次に、本発明の第3の発明は、上記第2の発明に係る無線起爆雷管用アンテナであって、前記Z軸用アンテナは、前記X軸用アンテナと前記Y軸用アンテナとに挟まれる位置に配置されている、無線起爆雷管用アンテナである。 Next, a third invention of the present invention is the radio detonator antenna according to the second invention, wherein the Z-axis antenna is sandwiched between the X-axis antenna and the Y-axis antenna. This is a radio detonator antenna placed at a position.
次に、本発明の第4の発明は、上記第1の発明〜第3の発明のいずれか1つに係る無線起爆雷管用アンテナであって、前記軟磁性体コアは、筒状に形成されている、無線起爆雷管用アンテナである。 Next, a fourth invention of the present invention is the radio detonator antenna according to any one of the first to third inventions, wherein the soft magnetic core is formed in a cylindrical shape. It is a radio detonator antenna.
次に、本発明の第5の発明は、上記第1の発明〜第4の発明のいずれか1つに係る無線起爆雷管用アンテナと、前記無線起爆雷管用アンテナに接続されて起爆部に点火する制御部と、前記制御部に接続された前記起爆部と、を有する、無線起爆雷管である。 Next, according to a fifth aspect of the present invention, there is provided a wireless detonator antenna according to any one of the first to fourth aspects of the present invention, and an ignition portion connected to the wireless detonator antenna. A wireless detonator having a control unit that performs the operation and the initiation unit connected to the control unit.
次に、本発明の第6の発明は、上記第5の発明に係る無線起爆雷管と、前記無線起爆雷管が取り付けられて、被爆破個所に削孔された装薬孔に装填される爆薬と、前記装薬孔の近傍に張り巡らされた操作側アンテナと、前記装薬孔から離れた遠隔位置に配置されて前記操作側アンテナを介して無線方式で前記点火用のエネルギーと前記電子回路駆動用のエネルギーと前記制御信号を前記無線起爆雷管用アンテナを介して前記無線起爆雷管に受け渡す起爆操作機と、にて構成されている、無線起爆システムである。 Next, a sixth invention of the present invention includes a wireless detonator according to the fifth invention, an explosive loaded in the charge hole to which the wireless detonator is attached and drilled at the bombed location. An operation-side antenna stretched in the vicinity of the charging hole, and the ignition energy and the electronic circuit driven in a wireless manner via the operation-side antenna disposed at a remote position away from the charging hole And a detonator operating device for transferring the control signal and the control signal to the wireless detonator through the wireless detonator antenna.
次に、本発明の第7の発明は、上記第6の発明に係る無線起爆システムであって、前記無線起爆雷管における前記無線起爆雷管用アンテナは筒状であり、前記無線起爆雷管用アンテナの内径は、前記無線起爆雷管の前記起爆部と前記制御部の少なくとも一方の外径よりも大きく形成されており、前記無線起爆雷管の前記起爆部と前記制御部の少なくとも一方は、前記無線起爆雷管用アンテナに挿通されて前記無線起爆雷管用アンテナと一体化されて前記装薬孔に装填されている、無線起爆システムである。 Next, a seventh invention of the present invention is the wireless detonation system according to the sixth invention, wherein the radio detonator antenna in the radio detonator is cylindrical, and the radio detonator antenna An inner diameter is formed to be larger than an outer diameter of at least one of the initiation part and the control part of the wireless detonator, and at least one of the initiation part and the control part of the wireless detonator is the wireless detonator This is a wireless detonation system that is inserted into the antenna and integrated with the radio detonator antenna and loaded in the charge hole.
第1の発明によれば、図5におけるZ軸方向の磁界成分に対して効率良く前記エネルギーを受け取ることができるとともに無線の制御信号を効率良く受信することができるZ軸用アンテナと、図5におけるX軸方向の磁界成分に対して効率良く前記エネルギーを受け取ることができるとともに無線の制御信号を効率良く受信することができるX軸用アンテナと、図5におけるY軸方向の磁界成分に対して効率良く前記エネルギーを受け取ることができるとともに無線の制御信号を効率良く受信することができるY軸用アンテナと、の3つのアンテナが配置された無線起爆雷管用アンテナを構成することができる。これにより、切羽面における位置毎に異なる無線起爆雷管用アンテナを構成する必要がなく、1種類の無線起爆雷管用アンテナにて、切羽面におけるいずれの位置に削孔された装薬孔であっても、より効率良く前記エネルギーを受け取ることができるとともに無線の制御信号を効率良く受信することができる無線起爆雷管用アンテナを実現することができる。 According to the first invention, the Z-axis antenna that can efficiently receive the energy with respect to the magnetic field component in the Z-axis direction in FIG. 5 and can efficiently receive a wireless control signal, and FIG. The X-axis antenna that can efficiently receive the energy with respect to the magnetic field component in the X-axis direction and the wireless control signal efficiently, and the magnetic field component in the Y-axis direction in FIG. A wireless detonator antenna can be configured in which three antennas, the Y-axis antenna that can efficiently receive the energy and can efficiently receive a wireless control signal, are arranged. As a result, it is not necessary to configure a different radio detonator antenna for each position on the face, and it is a charge hole drilled at any position on the face by one type of radio detonator antenna. However, it is possible to realize a radio detonator antenna that can receive the energy more efficiently and can efficiently receive a radio control signal.
第2の発明によれば、無線起爆雷管用アンテナの全体の形状を、例えばZ軸方向に削孔された装薬孔に無線起爆雷管用アンテナを装填する際に都合の良い形状とすることができる。 According to the second aspect of the invention, the overall shape of the radio detonator antenna can be made convenient when, for example, the radio detonator antenna is loaded into a charge hole drilled in the Z-axis direction. it can.
第3の発明によれば、Z軸方向に沿って並べられた3つのアンテナにおいて、Z軸用アンテナを中央に配置する。発明者による種々の実験の結果、Z軸用アンテナを中央に配置した場合のほうが、Z軸用アンテナを端部に配置した場合よりも、より効率良く前記エネルギーと制御信号を受け取ることができることを確認した。従って、切羽面におけるいずれの位置に削孔された装薬孔であっても、さらに効率良く前記エネルギーと制御信号を受け取ることができる無線起爆雷管用アンテナを実現することができる。 According to the third invention, in the three antennas arranged along the Z-axis direction, the Z-axis antenna is arranged at the center. As a result of various experiments by the inventors, it has been found that the energy and control signal can be received more efficiently when the Z-axis antenna is arranged in the center than when the Z-axis antenna is arranged at the end. confirmed. Therefore, it is possible to realize a radio detonator antenna capable of receiving the energy and the control signal more efficiently even if the charging hole is drilled at any position on the face.
第4の発明によれば、X軸用アンテナの導電線及びY軸用アンテナの導電線を、筒状形状のコアの中空部の開口部を避けるように巻回して3個のコアを直線状に配置すれば、3個のコアの中空部は連続した貫通孔として形成される。例えば、前記貫通孔に、無線起爆雷管の制御部や起爆部等を挿通すれば、スペース効率のよい無線起爆雷管を構成することができるので便利である。 According to the fourth invention, the X-axis antenna conductive wire and the Y-axis antenna conductive wire are wound so as to avoid the opening of the hollow portion of the cylindrical core, and the three cores are linearly formed. If it arrange | positions in, the hollow part of three cores is formed as a continuous through-hole. For example, if a control unit, a detonation unit, or the like of a wireless detonator is inserted into the through hole, a space-efficient wireless detonator can be configured, which is convenient.
第5の発明によれば、切羽面に削孔された各装薬孔にて、より効率良く前記エネルギーを受け取ることができるとともに無線の制御信号を効率良く受信することができる無線起爆雷管用アンテナを備えた無線起爆雷管を実現することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, a radio detonator antenna capable of receiving the energy more efficiently and receiving a radio control signal more efficiently at each charge hole cut in the face. A wireless detonator equipped with can be realized.
第6の発明によれば、切羽面に削孔された各装薬孔にて、より効率良く前記エネルギーを受け取ることができるとともに無線の制御信号を効率良く受信することができる無線起爆雷管用アンテナを有する無線起爆雷管を用いた無線起爆システムを実現することができる。 According to the sixth aspect of the present invention, a radio detonator antenna for a radio detonator capable of receiving the energy more efficiently and receiving a radio control signal more efficiently at each charge hole drilled in the facet. It is possible to realize a wireless detonation system using a radio detonator having the following.
第7の発明によれば、筒状の無線起爆雷管用アンテナに、無線起爆雷管の起爆部と制御部の少なくとも一方を挿通して一体化することで、装薬孔のより奥まで爆薬を装填することが可能になり、起爆効率を向上させることができる。 According to the seventh aspect of the present invention, an explosive is loaded into the cylindrical radio detonator antenna by inserting at least one of the detonator and controller of the radio detonator into the interior of the charge hole. It is possible to improve detonation efficiency.
以下に本発明を実施するための形態を図面を用いて説明し、トンネルの掘削現場を例として説明する。なお、X軸とY軸とZ軸が記載されている場合、X軸とY軸とZ軸は互いに直交しており、Y軸方向は鉛直上方を示し、Z軸方向はトンネルの堀削方向(水平方向)とは反対方向を向く装薬孔40の軸方向を示している。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings, and a tunnel excavation site will be described as an example. In addition, when the X axis, the Y axis, and the Z axis are described, the X axis, the Y axis, and the Z axis are orthogonal to each other, the Y axis direction indicates a vertically upward direction, and the Z axis direction is a tunnel excavating direction. The axial direction of the
●[無線起爆システム1の全体構成(図1)と、装薬孔40への爆薬ユニット20の装填状態(図2)]
図1に示すように、無線起爆システム1は、切羽面41(被爆破個所)に削孔された装薬孔40に装填される爆薬ユニット20(図2参照)と、装薬孔40から離れた遠隔位置に配置されて爆薬ユニット20に対して、操作側アンテナ周囲に磁界を発生させるための電流を供給するとともに制御信号(例えば、ID要求信号や蓄電要求信号や蓄電状況確認信号や起爆実行信号等を含む)を重畳する起爆操作機50と、切羽面41(装薬孔)の近傍に張り巡らされた操作側アンテナ60と、にて構成されている。
● [Overall configuration of wireless detonation system 1 (FIG. 1) and loading state of
As shown in FIG. 1, the
起爆操作機50は、発破母線62と補助母線61を介して操作側アンテナ60に電流を供給して、操作側アンテナ60の周囲に磁界を発生させるとともに制御信号を重畳している。従って、起爆操作機50は、操作側アンテナ60を介して無線方式で、点火用のエネルギーと電子回路駆動用のエネルギーと制御信号を、後述する無線起爆雷管用アンテナ11(図2参照)を介して、無線起爆雷管を構成している制御部及び起爆部に受け渡す。そして、磁界を発生させるために操作側アンテナ60に流れる電流の周波数、および制御信号の周波数である操作周波数は、例えば100[KHz]以上500[KHz]以下に設定されている。なお、操作周波数を500[KHz]より高くすると、トンネル内で定在波が発生しやすいので、あまり好ましくない。また起爆操作機50は、無線起爆雷管からの無線の応答信号を、操作側アンテナ60と補助母線61と発破母線62を介して受信する。なお、無線起爆雷管からの応答信号の周波数である応答周波数は、例えば10[MHz]に設定されている。
The
操作側アンテナ60は、切羽面41から例えば1[m]程度の距離L1だけ離れた位置に、洞床42、洞側壁43、洞天井44に沿って張られている。発破母線62の先端から切羽面41までの距離L2は、例えば30[m]程度である。また発破母線62の先端から起爆操作機50までの距離L3は、例えば70[m]程度である。起爆操作機50には、発破母線62と補助母線61を介して操作側アンテナ60が接続されている。なお、操作側アンテナ60と補助母線61は、爆破する毎に新たに張られる。
The
図2に示すように、装薬孔40は、例えば径D1が5[cm]程度、深さD2が2[m]程度に削孔された孔であるが、この数値に限定されるものではない。そして図2に示すように装薬孔40内には、爆薬ユニット20が装填され、粘土等の込め物22にて蓋がされている。また爆薬ユニット20は、親ダイ201と増しダイ202にて構成されている。なお、増しダイ202に無線起爆雷管10が取り付けられることで親ダイ201が構成されている。親ダイ201は、装薬孔40に装填される際の先頭となる爆薬であって無線起爆雷管10が取り付けられた爆薬である。また増しダイ202は、親ダイ201に対して適宜増減される爆薬である。なお、爆薬ユニット20は、親ダイ201のみ、あるいは親ダイ201に増しダイ202が追加された状態の爆薬である。
As shown in FIG. 2, the
無線起爆雷管10は、図2に示すように、無線起爆雷管用アンテナ11と、制御部12と、起爆部14と、にて構成されている。そして無線起爆雷管用アンテナ11はZ軸方向に延びる空洞部を有しており、例えば、制御部12は無線起爆雷管用アンテナ11の前記空洞部内に収容され、起爆部14は一部が無線起爆雷管用アンテナ11の前記空洞部内に収容されて残りの部分は無線起爆雷管用アンテナ11から突出している。そして、無線起爆雷管用アンテナ11から突出した起爆部14が差し込まれた爆薬は、無線起爆雷管用アンテナ11と一体化されて親ダイ201を形成し、装薬孔40に装填されている。また、無線起爆雷管用アンテナ11の外径は、装薬孔40の内径以下である。なお、図11、図22の例に示すように、起爆部14と、制御部12Aを無線起爆雷管用アンテナの外に配置してもよい。
As shown in FIG. 2, the
また表示装置72は、作業者が無線起爆雷管10を識別可能な個体情報(例えば起爆遅延時間や識別番号)が表示されたものであり、ケーブル71を介して無線起爆雷管10に取り付けられている。そしてケーブル71の長さは、親ダイ201が装薬孔40に装填された際に、表示装置72が装薬孔40の外に達することが可能な長さに設定されている。従って図2に示すように、表示装置72は、親ダイ201が装薬孔40に装填された場合、装薬孔40の外に配置される。なお、ケーブル71と表示装置72は省略してもよい。また本実施の形態の説明では、無線起爆雷管10にケーブル71を介して表示装置72を取り付けた例を説明したが、表示装置72を無線起爆雷管10に直接取り付けてもよい。表示装置を無線起爆雷管に直接取り付けた場合、作業者は、装薬孔に装填した後に表示装置を確認することはできないが、装薬孔に装填する際に表示装置を確認しながら装填することができる。
The
●[操作側アンテナ60の周囲に発生する磁界の方向(図3〜図5)]
図3は、図1から操作側アンテナ60のみを抽出した図である。図3において、操作側アンテナ60に実線の矢印の方向に電流が流れると、一点鎖線に示すような磁界が発生する。無線起爆雷管用アンテナ11は、この磁界の方向を軸とした場合、当該軸の回りに導電線が巻回されている場合に、最も効率良く点火用のエネルギーや電子回路駆動用のエネルギーを受け取ることができる(なお、本明細書では、「点火用のエネルギーや電子回路駆動用のエネルギー」を「前記エネルギー」と記載する)とともに無線の制御信号を受信することができる。
[Direction of the magnetic field generated around the operation-side antenna 60 (FIGS. 3 to 5)]
FIG. 3 is a diagram in which only the
なお図4は、図3をIV方向から見た図である。巻回された操作側アンテナ60に対して、ほぼ中央に相当する切羽面41の装薬孔の位置を装薬位置P2bにて示す。そして操作側アンテナ60の縁部に相当する位置であって装薬位置P2bの左上方の位置を装薬位置P1aにて示し、操作側アンテナ60の縁部に相当する位置であって装薬位置P2bの右上方の位置を装薬位置P1cにて示し、操作側アンテナ60の縁部に相当する位置であって装薬位置P2bの上方の位置を装薬位置P1bにて示す。また、操作側アンテナ60の縁部に相当する位置であって装薬位置P2bの左方の位置を装薬位置P2aにて示し、操作側アンテナ60の縁部に相当する位置であって装薬位置P2bの右方の位置を装薬位置P2cにて示す。また、操作側アンテナ60の縁部に相当する位置であって装薬位置P2bの左下方の位置を装薬位置P3aにて示し、操作側アンテナ60の縁部に相当する位置であって装薬位置P2bの右下方の位置を装薬位置P3cにて示し、操作側アンテナ60の縁部に相当する位置であって装薬位置P2bの下方の位置を装薬位置P3bにて示す。
4 is a view of FIG. 3 viewed from the IV direction. With respect to the wound
図5は、図4に示す切羽面41の装薬位置P1a〜P1c、装薬位置P2a〜P2c、装薬位置P3a〜P3cの各位置における、磁界(操作側アンテナ60の周囲に発生する磁界)の方向と大きさの例を示す図である。操作側アンテナ60のほぼ中央に相当する装薬位置P2bでは、磁界の成分はZ軸方向のみであるので、Z軸回りに導電線を巻回したアンテナ(図6の例ではZ軸用アンテナ11Z)で効率良く前記エネルギーを受け取ることができる。しかし、操作側アンテナ60の縁部の近傍では、Z軸方向の磁界の大きさが減少し、X軸方向の磁界やY軸方向の磁界の大きさが増大する。例えば装薬位置P3cでは、Z軸方向の磁界の大きさは装薬位置P2bよりも小さく、X軸方向の磁界とY軸方向の磁界の大きさがZ軸方向の磁界の大きさよりも大きい。また装薬位置P1bでは、Z軸方向の磁界の大きさは装薬位置P2bよりも小さく、Y軸方向の磁界の大きさがZ軸方向の磁界の大きさよりも大きい。従って、操作側アンテナ60の縁部の位置となる、装薬位置P1a〜P1c、装薬位置P2a、装薬位置P2c、装薬位置P3a〜P3cでは、Z軸回りに導電線を巻回したアンテナ(図6の例ではZ軸用アンテナ11Z)のみでは、効率良く前記エネルギーを受け取るとともに無線の制御信号を効率良く受信することができるとは限らない。そこで、以下に説明する無線起爆雷管用アンテナ11とすることで、切羽面41におけるいずれの位置に削孔された装薬孔に配置(装填)された無線起爆雷管用アンテナであっても、より効率良く前記エネルギーを受け取ることができるとともに無線の制御信号を効率良く受信することができる無線起爆雷管用アンテナ11を実現する。
FIG. 5 shows magnetic fields (magnetic fields generated around the operation-side antenna 60) at each of the charging positions P1a to P1c, the charging positions P2a to P2c, and the charging positions P3a to P3c of the
●[第1の実施の形態の無線起爆雷管10の構造(図6〜図8)]
図6は、第1の実施の形態の無線起爆雷管10の分解斜視図を示している。無線起爆雷管10は、無線起爆雷管用アンテナ11と、無線起爆雷管用アンテナ11に接続されて起爆部14に点火する制御部12と、制御部12に接続された起爆部14と、にて構成されている。また図7は、図6における無線起爆雷管用アンテナ11を図6中のVII方向から見た図である。無線起爆雷管用アンテナ11は、導電線が巻回された3個のコア(軟磁性体コア)のそれぞれにて形成されたZ軸用アンテナ11Z、X軸用アンテナ11X、Y軸用アンテナ11Yが、同軸に配置されて構成されている。そして無線起爆雷管用アンテナ11は、Z軸用アンテナ11Z、X軸用アンテナ11X、Y軸用アンテナ11Yの3つが、Z軸の方向に沿って並べられている。なお、無線起爆雷管用アンテナ11の形状は、円筒状であることが好ましいが、軸方向に沿った中央部が中空の筒状形状であれば外径部の輪郭形状はどのような形状でもよく、軸方向の断面における外径の輪郭形状が、円、楕円、多角形等、どのような形状であってもよい。また無線起爆雷管用アンテナ11と制御部12とは導電線111にて接続されている。
[Structure of the
FIG. 6 shows an exploded perspective view of the
また図8は、無線起爆雷管用アンテナ11内に制御部12と起爆部14とを収容させた無線起爆雷管10の断面図を示している。X軸用アンテナ11Xの導電線及びY軸用アンテナ11Yの導電線は、筒状形状のコアの中空部の開口部を避けるように巻回されているので(図15、図16参照)、3個のコアの中空部は連続した貫通孔として形成されている。そして制御部12には起爆部14が固定され、制御部12及び起爆部14は、無線起爆雷管用アンテナ11の貫通孔(空洞部)に挿通されて固定されている。また図8の例では、制御部12は無線起爆雷管用アンテナ11の貫通孔に収容され、起爆部14は一部が無線起爆雷管用アンテナ11の貫通孔に収容されて先端部は無線起爆雷管用アンテナ11から突出している。この突出した起爆部14を爆薬の先端に差し込むことで、親ダイ201を形成する(図2参照)。なおコア115の形状は、導電線を巻回することができれば、どのような形状であってもよいが、装薬孔内へ装填することと、制御部及び起爆部を収容することより、円筒形状とすることが、より好ましい。また図8の例では、筒状の無線起爆雷管用アンテナ11の貫通孔(空洞部)の内径を、無線起爆雷管10の起爆部14と制御部12のそれぞれの外径よりも大きく形成した例を示しており、貫通孔に起爆部14の一部と制御部12を収容(挿通)して無線起爆雷管用アンテナ11と一体化した例を示している。なお、無線起爆雷管用アンテナ11の貫通孔の内径を、起爆部14と制御部12の少なくとも一方の外径よりも大きく形成し、起爆部14と制御部12の少なくとも一方を貫通孔に収容(挿通)して無線起爆雷管用アンテナ11と一体化するように構成してもよい。
FIG. 8 shows a cross-sectional view of the
●[第2の実施の形態の無線起爆雷管10Aの構造(図9)]
図9は、第2の実施の形態の無線起爆雷管10Aの斜視図を示している。第2の実施の形態の無線起爆雷管10Aでは、図8に示す無線起爆雷管10に対して、長手方向をZ軸方向として制御部12を配置し、制御部12の周囲にZ軸回りにX軸用アンテナ11X、Y軸用アンテナ11Y、Z軸用アンテナ11Zが近接するように配置されている。なお、X軸用アンテナ11X、Y軸用アンテナ11Y、Z軸用アンテナ11Zのそれぞれは、図9に示すどのアンテナの位置に配置されていてもよい。そして無線起爆雷管10Aは、Z軸回りに近接するように配置されたX軸用アンテナ11X、Y軸用アンテナ11Y、Z軸用アンテナ11Zにて形成された無線起爆雷管用アンテナ11Aの中央の空洞部に制御部12が挿通され、起爆部14は無線起爆雷管用アンテナ11Aから突出されている。この突出した起爆部14を爆薬の先端に差し込むことで、親ダイ201(図2参照)を形成することができる。
[Structure of
FIG. 9 shows a perspective view of the
●[第3の実施の形態の無線起爆雷管10Bの構造(図10)]
図10は、第3の実施の形態の無線起爆雷管10Bの斜視図を示している。第3の実施の形態の無線起爆雷管10Bでは、図8に示す無線起爆雷管10に対して、長手方向をZ軸方向として制御部12を配置し、Z軸用アンテナ11Zの貫通孔(空洞部)に制御部12が挿通され、起爆部14がZ軸用アンテナ11Zから突出されている。そしてZ軸用アンテナ11Zにおける起爆部14とは反対の側に、Z軸に直交する方向に沿ってX軸用アンテナ11XとY軸用アンテナ11Yとが隣り合わせて配置されている。従って、X軸用アンテナ11XとY軸用アンテナ11YとZ軸用アンテナ11Zとが近接するように配置されている。なお、X軸用アンテナ11X、Y軸用アンテナ11Y、Z軸用アンテナ11Zのそれぞれは、図10に示すどのアンテナの位置に配置されていてもよい。また、突出した起爆部14を爆薬の先端に差し込むことで、親ダイ201(図2参照)を形成することができる。図10の例では、筒状のZ軸用アンテナ11Zの貫通孔(空洞部)の内径を、無線起爆雷管の起爆部14と制御部12のそれぞれの外径よりも大きく形成した例を示しており、貫通孔に起爆部14の一部と制御部12を収容(挿通)して無線起爆雷管用アンテナと一体化した例を示している。なお、Z軸用アンテナ11Zの貫通孔の内径を、起爆部14と制御部12の少なくとも一方の外径よりも大きく形成し、起爆部14と制御部12の少なくとも一方を貫通孔に収容(挿通)して無線起爆雷管用アンテナと一体化するように構成してもよい。
[Structure of
FIG. 10 is a perspective view of a
●[第4の実施の形態の無線起爆雷管10Cの構造(図11)]
図11は、第4の実施の形態の無線起爆雷管10Cの斜視図を示している。第4の実施の形態の無線起爆雷管10Cでは、図8に示す無線起爆雷管10の制御部10の形状と配置位置に対して、制御部12Aの形状と配置位置が異なる。制御部12Aは、X軸用アンテナ11Xの径以下の径を有する円柱状であり、起爆部14がZ軸方向に突出するように取り付けられている。そして無線起爆雷管10Cでは、起爆部14、制御部12A、X軸用アンテナ11X、Z軸用アンテナ11Z、Y軸用アンテナ11Yが、同軸となるようにZ軸方向に沿って配置されている。従って、X軸用アンテナ11XとY軸用アンテナ11YとZ軸用アンテナ11Zとが近接するように配置されている。なお、X軸用アンテナ11X、Y軸用アンテナ11Y、Z軸用アンテナ11Zのそれぞれは、図11に示すどのアンテナの位置に配置されていてもよい。また、突出した起爆部14を爆薬の先端に差し込むことで、親ダイ201(図2参照)を形成することができる。
[Structure of the wireless detonator 10C of the fourth embodiment (FIG. 11)]
FIG. 11 shows a perspective view of a wireless detonator 10C according to the fourth embodiment. In the wireless detonator 10C of the fourth embodiment, the shape and arrangement position of the
なお、図9に示すように配置されたX軸用アンテナ11X、Y軸用アンテナ11Y、Z軸用アンテナ11Zに、図11に示す制御部12A及び起爆部14を組み合わせて無線起爆雷管を構成してもよい。同様に、図10に示すように配置されたX軸用アンテナ11X、Y軸用アンテナ11Y、Z軸用アンテナ11Zに、図11に示す制御部12A及び起爆部14を組み合わせて無線起爆雷管を構成してもよい。
Note that a radio detonator is configured by combining the
●[無線起爆雷管用アンテナ11の構造(図12、図13)]
無線起爆雷管用アンテナ11は、無線方式で点火用のエネルギーと電子回路駆動用のエネルギーと制御信号を受け取るアンテナである。無線起爆雷管用アンテナ11は、図12及び図13に示すように、軟磁性体で形成されたコア115であって導電線111が巻回された3個のコアを有する。ここで、3個のコア115に対して、所定の方向の軸(この場合、コア115の軸)をZ軸、Z軸に直交する軸をX軸、Z軸とX軸の双方に直交する軸をY軸、に設定する。そして3個のコア115のうちの1つのコア115は、Z軸の周囲に導電線111が巻回されたZ軸用アンテナ11Zを形成している。また、残りのコア115のうちの1つのコア115は、X軸の周囲に導電線111が巻回されたX軸用アンテナ11Xを形成している。また、残りのコア115は、Y軸の周囲に導電線111が巻回されたY軸用アンテナ11Yを形成している。そして図12及び図13に示す例では、Z軸用アンテナ11Zと、X軸用アンテナ11Xと、Y軸様アンテナ11Yと、がいずれかの順序でZ軸方向に沿って配置されて、無線起爆雷管用アンテナ11が構成されている。図12及び図13に示す無線起爆雷管用アンテナ11は、第1の実施の形態の無線起爆雷管10(図8参照)、第4の実施の形態の無線起爆雷管10C(図11)にて利用される。
● [Structure of radio detonator antenna 11 (FIGS. 12 and 13)]
The
コア115の材質は、磁性体の中でも比較的容易に磁極が消失したり反転したりする高透磁率の軟磁性体であって、例えば鉄、ケイ素鋼、パーマロイ、センダスト、パーメンジュール、フェライト、アモルファス磁性合金、ナノクリスタル磁性合金、等が好ましく、本実施の形態では、フェライトを使用している。そしてコア115は、図6、図9〜図11に示すように、筒状形状を有しており、導電線111が巻回されている。
The material of the
この無線起爆雷管用アンテナ11は、無線起爆雷管用アンテナ11の軸であるアンテナ軸J11が、装薬孔40の軸方向(この場合、Z軸方向)と一致するように装薬孔に装填される。そして、図5におけるZ軸方向の成分の磁界に対しては、Z軸方向を導電線の巻回の軸とするZ軸用アンテナ11Zにて効率良く前記エネルギーを受け取ることができるとともに無線の制御信号を効率良く受信することができる。また図5におけるX軸方向の成分の磁界に対しては、X軸方向を導電線の巻回の軸とするX軸用アンテナ11Xにて効率良く前記エネルギーを受け取ることができるとともに無線の制御信号を効率良く受信することができる。また図5におけるY軸方向の成分の磁界に対しては、Y軸方向を導電線の巻回の軸とするY軸用アンテナ11Yにて効率良く前記エネルギーを受け取ることができるとともに無線の制御信号を効率良く受信することができる。
The
図12及び図13の例に示す無線起爆雷管用アンテナ11は、Z軸用アンテナ11Z、X軸用アンテナ11X、Y軸用アンテナ11Yの3つが、Z軸方向に沿って、直線状に隣り合うように配置されている。また、3個のコア115のそれぞれは筒状形状を有しており、筒状形状のコアのそれぞれの軸が同軸となるように3個のコア115が並べられて無線起爆雷管用アンテナ11が形成されている。発明者による種々の実験の結果によれば、Z軸用アンテナ11Zを中央に配置する(Z軸用アンテナを、X軸用アンテナとY軸用アンテナに挟まれる位置に配置する)ことが、より好ましい。例えば、図12の例では、左側にX軸用アンテナ11X、中央にZ軸用アンテナ11Z、右側にY軸用アンテナ11Y、となる順序で並べられており、この並び方を(11X、11Z、11Y)と記載する。Z軸用アンテナ11Zが中央に配置された並び方には、図12に示す(11X、11Z、11Y)の並び方と、図12に示す状態からZ軸回りに90[°]回転させた(11Y、11Z、11X)の順序の並び方がある。なお、図13の例に示すようにZ軸用アンテナ11Zを左端部に配置した(11Z、11X、11Y)の順序の並び方や、図示省略するが、(11Z、11Y、11X)、及びZ軸用アンテナ11Zを右端部に配置した(11X、11Y、11Z)、(11Y、11X、11Z)の順序の並び方としてもよい。
The
●[Z軸用アンテナ11Z、X軸用アンテナ11X、Y軸用アンテナ11Yの構造(図14〜図16)]
以下の各アンテナの説明では、コア115の軸をZ軸、Z軸に直交する軸をX軸、Z軸とX軸との双方に直交する軸をY軸、として説明する。
[[Z-
In the following description of each antenna, the axis of the
Z軸用アンテナ11Zは、図14に示すように、筒状形状のコア115の周囲に導電線111が巻回されて形成されており、導電線111がZ軸の周囲に巻回されたコイル117Z(Z軸用コイル)を有している。なおコア115は、大きいほど前記エネルギーを効率良く受け取ることができるとともに無線の制御信号を効率良く受信することができるので、筒状形状のコアを当該コアの軸方向に複数連結してコア115を構成してもよい(X軸用アンテナ、Y軸用アンテナも同様)。
As shown in FIG. 14, the Z-
X軸用アンテナ11Xは、図15に示すように、筒状形状のコア115の周囲に導電線111が巻回されて形成されており、導電線111がX軸の周囲に巻回されたコイル117X(X軸用コイル)を有している。なお、X軸用アンテナ11Xに巻回された導電線111は、X軸用アンテナ11Xのコア115の中空部の開口部114を避けるように巻回されていることが好ましい。つまり、コア115の中空部の開口部114が導電線111にて覆われていないことが好ましい。
As shown in FIG. 15, the
Y軸用アンテナ11Yは、図16に示すように、筒状形状のコア115の周囲に導電線11A111が巻回されて形成されており、導電線111がY軸の周囲に巻回されたコイル117Y(Y軸用コイル)を有している。なお、Y軸用アンテナ11Yに巻回された導電線111は、Y軸用アンテナ11Yのコア115の中空部の開口部114を避けるように巻回されていることが好ましい。つまり、コア115の中空部の開口部114が導電線111にて覆われていないことが好ましい。
As shown in FIG. 16, the Y-
そして図8(第1の実施の形態)、図9(第2の実施の形態)、図10(第3の実施の形態)、図11(第4の実施の形態)に示すように、Z軸用アンテナ11ZとX軸用アンテナ11XとY軸用アンテナ11Yは、近接されて配置され、無線起爆雷管用アンテナ11、11A、11Bが形成されている。なお、X軸用アンテナ11Xを、Z軸回りに90[°]旋回させたものがY軸用アンテナ11Yである。
As shown in FIG. 8 (first embodiment), FIG. 9 (second embodiment), FIG. 10 (third embodiment), and FIG. 11 (fourth embodiment), Z The
●[コアの周囲にボビンを介して導電線を巻回する例(図17〜図22)]
以下に説明するように、コア115を収容可能なボビンを用意して当該ボビンに導電線111を巻回し、導電線が巻回されたボビンにコア115を収容させてX軸用アンテナ、Y軸用アンテナ、Z軸用アンテナ、のそれぞれを構成するようにしてもよい。導電線111の巻回が容易となる外形形状を有するボビンを用いることで、コア115に導電線111を巻回するよりも、短時間に、かつ容易にX軸用アンテナ、Y軸用アンテナ、Z軸用アンテナを構成することができる。
● [Example of winding a conductive wire around a core via a bobbin (FIGS. 17 to 22)]
As described below, a bobbin capable of accommodating the core 115 is prepared, the
ボビンの材質は、導電線を巻回するため絶縁特性を有し、かつ非磁性体であり、かつコア115を収容する際に多少変形することが好ましいので弾性特性を有していることが好ましい。またボビンには、導電線を巻回しやすくするため、及び巻回した導電線の位置をズレにくくするため、少なくとも、巻回開始位置と巻回終了位置に、導電線の直径と同程度の案内溝が形成されていることが好ましい。巻回装置等を用いて機械的に導電線を巻回しようとした場合、コア115に導電線を直接巻回することは非常に困難である。しかし、ボビンを用いることで、巻回装置等を用いて機械的に導電線を巻回してコイル117X、117Y、117Zを形成することが容易となる。
The bobbin is preferably made of a material having an insulating property for winding a conductive wire, a non-magnetic material, and preferably has an elastic property because it is preferably slightly deformed when the
図17及び図18は、ボビン16、16B(X軸用ボビンに相当)を用いたX軸用アンテナ11XA、11XBの例を示している。図17の例では、ボビン16は、X軸に直交する面が省略された矩形の箱状の形状を有している。そしてボビン16の外周面に、かつX軸回りに、導電線111を巻回してコイル117Xを形成する。そしてコイル117Xが形成されたボビン16内にコア115を収容させることでX軸用アンテナ11XAが形成される。また図18の例では、ボビン16Bの形状が異なり、ボビン16BにおけるZ軸に直交する面(コア115の端面と対向する面)が、コア115の端面とほぼ同様の形状とされている(この場合、円形状とされている)。そして図17の例と同様、ボビン16Bの外周面に、かつX軸回りに導電線111が巻回されてコイル117Xが形成されたボビン16B内にコア115を収容させることでX軸用アンテナ11XBが形成される。以上、X軸用アンテナ11XA、11XBは、ボビン16、16Bを介してコア115の周囲に導電線111が巻回された(X軸用)コイル117Xと、コア115にて形成されている。
17 and 18 show examples of X-axis antennas 11XA and
図19及び図20は、ボビン16、16B(Y軸用ボビンに相当)を用いたY軸用アンテナ11YA、11YBの例を示している。図19に示すY軸用アンテナ11YAは、図17に示すX軸用アンテナ11XAに対して、導電線111が巻回されたボビン16をZ軸回りに90[°]旋回させており、コイル117YがY軸回りに巻回されている点が異なる。同様に、図20に示すY軸用アンテナ11YBは、図18に示すX軸用アンテナ11XBに対して、導電線111が巻回されたボビン16BをZ軸回りに90[°]旋回させており、コイル117YがY軸回りに巻回されている点が異なる。以上、Y軸用アンテナ11YA、11YBは、ボビン16、16Bを介してコア115の周囲に導電線111が巻回された(Y軸用)コイル117Yと、コア115にて形成されている。
19 and 20 show examples of Y-axis antennas 11YA and
図21は、ボビン16(Z軸用ボビンに相当)を用いたZ軸用アンテナ11ZAの例を示している。図21に示すボビン16は、図17に示すボビンと同様であるが、Z軸に直交する面が省略された矩形の箱状である点が異なり、図17に示すボビンをY軸回りに90[°]旋回させている点が異なる。従って、コイル117Zは、ボビン16の外周面に、かつZ軸回りに、導電線111が巻回されて形成されている。そして導電線111が巻回されたボビン16内にコア115を収容させることでZ軸用アンテナ11ZAが形成される。以上、Z軸用アンテナ11ZAは、ボビン16を介してコア115の周囲に導電線111が巻回された(Z軸用)コイル117Zと、コア115にて形成されている。
FIG. 21 shows an example of a Z-axis antenna 11ZA using a bobbin 16 (corresponding to a Z-axis bobbin). The
そしてX軸用アンテナ11XB(または11XA)、Y軸用アンテナ11YB(または11YA)、Z軸用アンテナ11ZA、制御部12A、起爆部14を、例えば(図11の例と同様に配置して)図22の例に示すように近接させて配置することで、無線起爆雷管10Dを構成する。なお、図22の例に示す配置では、Z軸方向に沿って3つ並んだアンテナの中央にZ軸用アンテナ11ZAが配置されていることがより好ましいが、X軸用アンテナとY軸用アンテナとZ軸用アンテナが、それぞれどの位置に配置されていてもよい。また、図示省略するが、図9の例に示す無線起爆雷管10Aにおいて、X軸用アンテナ11XをX軸用アンテナ11XB(または11XA)に変更し、Y軸用アンテナ11YをY軸用アンテナ11YB(または11YA)に変更し、Z軸用アンテナ11ZをZ軸用アンテナ11ZAに変更してもよい。さらに制御部12及び起爆部14を、図11に示す制御部12A及び起爆部14に変更してもよい。また図示省略するが、図10の例に示す無線起爆雷管において、X軸用アンテナ11XをX軸用アンテナ11XB(または11XA)に変更し、Y軸用アンテナ11YをY軸用アンテナ11YB(または11YA)に変更し、Z軸用アンテナ11ZをZ軸用アンテナ11ZAに変更してもよい。さらに制御部12及び起爆部14を、図11に示す制御部12A及び起爆部14に変更してもよい。
The X-axis antenna 11XB (or 11XA), the Y-axis antenna 11YB (or 11YA), the Z-axis antenna 11ZA, the
●[無線起爆雷管10の制御部12内及び起爆部14内の回路(図23)]
次に図23に示す回路ブロック図を用いて、無線起爆雷管10、10A〜10Dの制御部12、12A内及び起爆部14内の回路について説明する。図23は例として、図6に示す無線起爆雷管用アンテナ11を含めた、制御部12、起爆部14の、それぞれの回路(ブロック図)を示している。
[Circuit in
Next, with reference to the circuit block diagram shown in FIG. 23, the circuits in the
無線起爆雷管用アンテナ11は、コイル117Xを有するX軸用アンテナと、コイル117Zを有するZ軸用アンテナと、コイル117Yを有するY軸用アンテナと、にて構成されている。コイル117Xは、可変コンデンサ等にて構成された同調回路121を介して3軸合成回路124に接続されている。同様に、コイル117Zは、可変コンデンサ等にて構成された同調回路122を介して3軸合成回路124に接続されている。同様に、コイル117Yは、可変コンデンサ等にて構成された同調回路123を介して3軸合成回路124に接続されている。このように、X軸用アンテナのコイル117X、Z軸用アンテナのコイル117Z、Y軸用アンテナのコイル117Y、のそれぞれは、導電線111が、同調回路121、122、123、のそれぞれに接続されている。そして、同調回路121、122、123、のそれぞれが、3軸合成回路124に接続されている。
The
制御部12は、同調回路121、122、123、3軸合成回路124、CPU131、検波・復調回路125、レギュレータ128、変調回路133、送信回路134、ID記憶装置132、電子回路駆動用蓄電装置127、起爆用スイッチ回路138、整流回路126等にて構成されている。なお、同調回路121、122、123、のそれぞれは、対応するコイル117X、コイル117Z、コイル117Y、の共振周波数を調整するための可変コンデンサ等にて構成されている。
The
3軸合成回路124は、コイル117X、コイル117Z、コイル117Yから同調回路121、122、123を介して入力される起爆側電子回路の駆動用エネルギーや制御信号及び起爆信号を合成し、経路151及び経路152に出力する。なお、経路151は、受信した制御信号や起爆信号を取り込むルートであり、経路152は、受け取ったエネルギーを整流、蓄電、定電圧化するルートである。そして、経路151及び検波・復調回路125を介して受信された無線の制御信号(ID要求信号や蓄電要求信号や蓄電状況確認信号等を含む)及び起爆信号は、CPU131に取り込まれ、経路152及びレギュレータ128(定電圧回路)を経由した前記エネルギーは、CPU131等の電子回路の電源として使用されるとともに電子回路駆動用蓄電装置127に蓄電される。また3軸合成回路124は、CPU131が無線信号を送信する場合、CPU131からの制御信号154に基づいて、CPU131から送信される信号を変調回路133及び送信回路134を介した経路153を、同調回路121を介してX軸用アンテナのコイル117X、同調回路122を介してZ軸用アンテナのコイル117Z、同調回路123を介してY軸用アンテナのコイル117Y、のいずれか1つ以上に接続する。なお、経路153は、無線起爆雷管から操作側アンテナへの応答信号を送信するルートである。そしてCPU131は経路153と無線起爆雷管用アンテナ11から応答信号を送信する。
The three-
ID記憶装置132には、無線起爆雷管10に固有の識別情報が記憶されている。CPU131は、ID要求信号(制御信号)を受信すると、ID記憶装置132から読み出した識別情報を含む応答信号を送信する。なお、ここではID記憶装置132がCPU131とは別に構成されている例を示したが、これに限定されるものではなく、ID記憶装置132がCPU131に内蔵されていてもよい。
Identification information unique to the
CPU131は、起爆実行信号(制御信号)を受信すると、制御信号156にて、起爆用スイッチ回路138を開状態から短絡状態へと制御して、電子回路駆動用蓄電装置127に蓄えたエネルギー(起爆側電子回路の駆動用エネルギー)を点火回路141に出力して起爆を実行する。
When the
起爆部14は、点火回路141、点火玉142、起爆薬143、添装薬144等を有している。点火回路141は、起爆用スイッチ回路138が短絡されると、電子回路駆動用蓄電装置127から電力(点火用のエネルギー)が供給されて点火玉142が着火される。そして点火玉142が点火されると、起爆薬143と添装薬144が点火され、起爆部14が点火される。そして起爆部14が点火されると、図2に示す親ダイ201が起爆される。
The
●[本発明の効果等]
本実施の形態にて説明した無線起爆システム1では、操作周波数を100[KHz]以上500[KHz]以下とする。無線起爆雷管の無線起爆雷管用アンテナ11は、効率良く前記エネルギーを受け取ることができるとともに無線の制御信号及び起爆信号を効率良く受信することができるので、操作側アンテナ60の巻き回数を、1回あるいは数回程度とすることができる。そして、当該操作周波数の電流を操作側アンテナ60に供給することで無線起爆雷管10の制御部12に給電するとともに点火用のエネルギーを蓄電させる。制御部12への給電及び蓄電のために操作側アンテナ60に供給する電力は、数10[W]〜数100[W]程度の比較的小電力で行うことができる。さらに、前記電流に重畳された制御信号(例えば、ID要求信号や蓄電要求信号や蓄電状況確認信号等を含む)及び起爆信号にて、無線起爆雷管の制御を行う。
● [Effects of the present invention]
In the
また、無線起爆雷管10から応答する信号の周波数を1[MHz]以上10[MHz]以下に設定することで、操作側アンテナ60の長さも、洞床、洞側、洞天井に沿って1回あるいは数回巻く程度の長さで良い。また、操作側アンテナ60にて、送信信号の送信と応答信号の受信を兼用させることが可能であり、送信信号の送信専用アンテナ及び応答信号の受信専用のダイポールアンテナを必要としない。例えば無線起爆雷管からの応答周波数を10[MHz]とした場合、起爆操作機の受信用のアンテナの長さは、応答周波数の波長λ(この場合、30[m])を超えない長さとすることが好ましく、1〜数回巻きの操作側アンテナを兼用することができる。また、無線起爆雷管用アンテナ11は、送信専用アンテナ及び受信専用アンテナを別々に用意する必要がなく、無線起爆雷管10から起爆操作機50へ送信する応答信号の送信用アンテナは、無線起爆雷管用アンテナ11を兼用することができる。
Further, by setting the frequency of the signal responding from the
また、本実施の形態にて説明した無線起爆雷管用アンテナ11は、Z軸方向の磁界から効率よく前記エネルギーを受け取ることができるとともに無線の制御信号を受信することができるコイル117Zとコア115によるZ軸用アンテナ11Zと、X軸方向の磁界から効率よく前記エネルギーを受け取ることができるとともに無線の制御信号を受信することができるコイル117Xとコア115によるX軸用アンテナ11Xと、Y軸方向の磁界から効率よく前記エネルギーを受け取ることができるとともに無線の制御信号を受信することができるコイル117Yとコア115によるY軸用アンテナ11Yと、を有している。このため、図1に示す切羽面41におけるいずれの位置に削孔された装薬孔40であっても、より効率良く前記エネルギーを受け取ることができるとともに無線の制御信号を受信することができる。また図2に示すように、無線起爆雷管用アンテナ11から突出した起爆部14を爆薬に差し込むことで、親ダイ201を容易に形成することができる。
In addition, the
本発明の無線起爆雷管用アンテナ11、無線起爆雷管10、無線起爆システム1は、本実施の形態にて説明した外観、構造、構成、形状等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
The
また本実施の形態にて説明した無線起爆雷管用アンテナ11、無線起爆雷管10、無線起爆システム1は、トンネルの掘削現場に限定されず、種々の現場の爆破に適用することが可能である。
The
また、本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。 The numerical values used in the description of the present embodiment are examples, and are not limited to these numerical values.
本実施の形態にて説明した無線起爆雷管用アンテナ11は、Z軸用アンテナのみをZ軸方向に沿って装薬孔に配置した従来のアンテナに対して、点火用のエネルギーや電子回路駆動用のエネルギー等を、より「効率良く」受け取ることができるとともに、無線の制御信号を、より「効率良く」受信することができる。なお「効率良く」とは、従来のアンテナでは、例えば図4の例に示す装薬位置P1a、P1c、P3a、P3c等の操作側アンテナの縁部では、点火用のエネルギーや電子回路駆動用のエネルギーを充分に受け取れない場合や、無線の起爆信号を受信できない場合が、稀に発生したが、本実施の形態の無線起爆雷管用アンテナでは、発明者が何度も実験した結果、点火用のエネルギーや電子回路駆動用のエネルギーを充分に受け取れない場合や、無線の起爆信号を受信できない場合が、一度も発生しなかった、という意味を含んでいる。つまり本実施の形態にて説明した無線起爆雷管用アンテナ11にて「効率良く受け取ることができる」「効率良く受信できる」とは、上記の従来のアンテナと比較して、点火用のエネルギーや電子回路駆動用のエネルギー等を「より確実に受け取ることが可能」であり、無線の起爆信号を「より確実に受信することができる」、という意味を含んでいる。
The
1 無線起爆システム
10、10A〜10D 無線起爆雷管
11、11A、11B 無線起爆雷管用アンテナ
11X、11XA、11XB X軸用アンテナ
11Y、11YA、11YB Y軸用アンテナ
11Z、11ZA Z軸用アンテナ
111 導電線
114 開口部
115 コア(軟磁性体コア)
117X コイル(X軸用コイル)
117Y コイル(Y軸用コイル)
117Z コイル(Z軸用コイル)
12 制御部
121、122、123 同調回路
124 3軸合成回路
125 検波・復調回路
126 整流回路
127 電子回路駆動用蓄電装置
128 レギュレータ(定電圧回路)
131 CPU
132 ID記憶装置
133 変調回路
134 送信回路
138 起爆用スイッチ回路
14 起爆部
141 点火回路
142 点火玉
143 起爆薬
144 添装薬
151、152、153 経路
154 制御信号
156 制御信号
16、16B ボビン
20 爆薬ユニット
201 親ダイ
202 増しダイ
22 込め物
40 装薬孔
41 切羽面(被爆破個所)
42 洞床
43 洞側壁
44 洞天井
50 起爆操作機
60 操作側アンテナ
61 補助母線
62 発破母線
71 ケーブル
72 表示装置
D1 径
D2 深さ
J11 アンテナ軸
L1、L2、L3 距離
P1a〜P1c、P2a〜P2c、P3a〜P3c 装薬位置
DESCRIPTION OF
117X Coil (X axis coil)
117Y coil (coil for Y axis)
117Z coil (coil for Z-axis)
DESCRIPTION OF
131 CPU
132
42
Claims (7)
軟磁性体で形成された軟磁性体コアと、
Z軸用コイルと、
X軸用コイルと、
Y軸用コイルと、を有し、
前記軟磁性体コアの軸をZ軸、前記Z軸に直交する軸をX軸、前記Z軸と前記X軸との双方に直交する軸をY軸とした場合、
前記Z軸の周囲かつ前記軟磁性体コアの周囲に導電線が巻回された前記Z軸用コイル、あるいは、前記Z軸の周囲かつ非磁性体で形成されたZ軸用ボビンを介して前記軟磁性体コアの周囲に導電線が巻回された前記Z軸用コイルと、前記軟磁性体コアと、にてZ軸用アンテナが形成されており、
前記X軸の周囲かつ前記軟磁性体コアの周囲に導電線が巻回された前記X軸用コイル、あるいは、前記X軸の周囲かつ非磁性体で形成されたX軸用ボビンを介して前記軟磁性体コアの周囲に導電線が巻回された前記X軸用コイルと、前記軟磁性体コアと、にてX軸用アンテナが形成されており、
前記Y軸の周囲かつ前記軟磁性体コアの周囲に導電線が巻回された前記Y軸用コイル、あるいは、前記Y軸の周囲かつ非磁性体で形成されたY軸用ボビンを介して前記軟磁性体コアの周囲に導電線が巻回された前記Y軸用コイルと、前記軟磁性体コアと、にてY軸用アンテナが形成されており、
前記Z軸用アンテナと前記X軸用アンテナと前記Y軸用アンテナとが、近接されて配置されている、
無線起爆雷管用アンテナ。 A wireless detonator antenna that is an antenna that receives an ignition energy, an electronic circuit driving energy and a control signal in a wireless manner,
A soft magnetic core formed of a soft magnetic material;
A Z-axis coil;
An X-axis coil;
Y-axis coil,
When the axis of the soft magnetic core is the Z axis, the axis orthogonal to the Z axis is the X axis, and the axis orthogonal to both the Z axis and the X axis is the Y axis,
The Z-axis coil in which a conductive wire is wound around the Z-axis and the soft magnetic core, or the Z-axis bobbin formed of a non-magnetic material around the Z-axis. A Z-axis antenna is formed by the Z-axis coil in which a conductive wire is wound around a soft magnetic core and the soft magnetic core.
The X-axis coil in which a conductive wire is wound around the X-axis and the soft magnetic core, or the X-axis bobbin formed of a non-magnetic material around the X-axis An X-axis antenna is formed by the X-axis coil in which a conductive wire is wound around a soft magnetic core and the soft magnetic core.
The Y-axis coil in which a conductive wire is wound around the Y-axis and the soft magnetic core, or the Y-axis bobbin formed of a non-magnetic material around the Y-axis A Y-axis antenna is formed by the Y-axis coil in which a conductive wire is wound around a soft magnetic core and the soft magnetic core,
The Z-axis antenna, the X-axis antenna, and the Y-axis antenna are arranged close to each other,
Wireless detonator antenna.
前記Z軸用アンテナと前記X軸用アンテナと前記Y軸用アンテナとが、前記Z軸の方向に沿って、直線状に隣り合うように配置されている、
無線起爆雷管用アンテナ。 The radio detonator antenna according to claim 1,
The Z-axis antenna, the X-axis antenna, and the Y-axis antenna are arranged so as to be linearly adjacent along the Z-axis direction.
Wireless detonator antenna.
前記Z軸用アンテナは、前記X軸用アンテナと前記Y軸用アンテナとに挟まれる位置に配置されている、
無線起爆雷管用アンテナ。 The wireless detonator antenna according to claim 2,
The Z-axis antenna is disposed at a position sandwiched between the X-axis antenna and the Y-axis antenna.
Wireless detonator antenna.
前記軟磁性体コアは、筒状に形成されている、
無線起爆雷管用アンテナ。 The radio detonator antenna according to any one of claims 1 to 3,
The soft magnetic core is formed in a cylindrical shape,
Wireless detonator antenna.
前記無線起爆雷管用アンテナに接続されて起爆部に点火する制御部と、
前記制御部に接続された前記起爆部と、を有する、
無線起爆雷管。 An antenna for a wireless detonator according to any one of claims 1 to 4,
A controller connected to the wireless detonator antenna and igniting the detonator;
The initiation unit connected to the control unit,
Wireless detonator.
前記無線起爆雷管が取り付けられて、被爆破個所に削孔された装薬孔に装填される爆薬と、
前記装薬孔の近傍に張り巡らされた操作側アンテナと、
前記装薬孔から離れた遠隔位置に配置されて前記操作側アンテナを介して無線方式で前記点火用のエネルギーと前記電子回路駆動用のエネルギーと前記制御信号を前記無線起爆雷管用アンテナを介して前記無線起爆雷管に受け渡す起爆操作機と、にて構成されている、
無線起爆システム。 A wireless detonator according to claim 5;
The explosive loaded in the charge hole drilled at the bombed location, where the wireless detonator is attached,
An operation side antenna stretched in the vicinity of the charge hole,
The ignition energy, the energy for driving the electronic circuit, and the control signal are arranged wirelessly through the operation side antenna disposed at a remote position away from the charge hole, and the control signal is transmitted through the wireless detonator antenna. A detonator operating device to be transferred to the wireless detonator,
Wireless detonation system.
前記無線起爆雷管における前記無線起爆雷管用アンテナは筒状であり、
前記無線起爆雷管用アンテナの内径は、前記無線起爆雷管の前記起爆部と前記制御部の少なくとも一方の外径よりも大きく形成されており、
前記無線起爆雷管の前記起爆部と前記制御部の少なくとも一方は、前記無線起爆雷管用アンテナに挿通されて前記無線起爆雷管用アンテナと一体化されて前記装薬孔に装填されている、
無線起爆システム。
The wireless detonation system according to claim 6,
The antenna for the wireless detonator in the wireless detonator is cylindrical,
The inner diameter of the antenna for the wireless detonator is formed larger than the outer diameter of at least one of the initiation part and the control part of the radio detonator,
At least one of the initiation part and the control part of the wireless detonator is inserted into the wireless detonator antenna and integrated with the wireless detonator antenna, and loaded in the charge hole.
Wireless detonation system.
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