JP2018146126A - 送電装置及び無線起爆システム - Google Patents

Abstract

【課題】起爆操作機から送電ループへより大きな交流電流を供給可能であり、連続して爆破する場合において爆破毎の消費部材をより低減し、爆破毎の消費部材の交換の手間と消費部材の消費量を低減して爆破作業の作業効率をより向上させることができる、送電装置及び無線起爆システムを提供する。【解決手段】送電装置６０Ａは、起爆操作機５０に一方端が接続された発破母線６３と、発破母線６３の他方端に一方端が接続された補助母線６２と、補助母線６２の他方端に接続された送電ループ６１とを有し、発破母線６３は爆破毎に張り替えられることがなく、補助母線６２及び送電ループ６１は爆破毎に張り替えられ、発破母線６３の他方端と補助母線６２の一方端との間には、補助母線６２と送電ループ６１を無線の周波数で共振させる同調用コンデンサ８０が接続されている。【選択図】図８

Description

本発明は、トンネルの掘削等にて使用する爆薬（無線起爆雷管が取り付けられた爆薬）に、無線方式で、無線起爆雷管の点火用のエネルギー、起爆側電子回路の駆動用のエネルギー、制御信号を受け渡す送電装置、及び無線起爆システムに関する。

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、起爆操作機と送電装置（発破母線と送電ループを有する送電装置）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、起爆側受信アンテナと起爆側送信アンテナと起爆側電子回路とを有しており、当該起爆側受信アンテナにて、送電装置の周囲（送電ループの周囲）に発生した磁界もしくは電界を利用することで、無線方式で無線起爆雷管の点火用のエネルギー、起爆側電子回路の駆動用のエネルギーを受け取る。また無線起爆雷管は、起爆側受信アンテナを介して無線の制御信号（ＩＤ要求信号や電子回路準備開始信号や起爆信号を含む）を受信し、制御信号に対する応答信号を起爆側送信アンテナを介して送信する。

送電装置は、切羽または切羽の外周に、導電線がループ状に張り巡らされた送電ループと、当該送電ループと起爆操作機とを接続する発破母線にて構成されている。そして送電装置は、起爆操作機からの出力信号（無線起爆雷管の点火用のエネルギー、起爆電子回路の駆動用のエネルギー、制御信号を含む出力信号）を、送電ループから効率良く無線方式で出力する性能が要求される。また送電ループ及び発破母線は、切羽または切羽の外周に張り巡らされているため起爆時に破損するので、起爆後に容易に張り替え可能であることが要求される。

例えば特許文献１には、図１１に示すように、切羽３４１に削孔された複数の装薬孔３４０に装填された爆薬３２０（無線起爆雷管が取り付けられた爆薬）に対して、送電ループと、受信アンテナを、洞床、洞側壁、洞天井等の地盤に固定して設置して、起爆の信頼性と安全性の向上を図った遠隔無線起爆システム用アンテナが開示されている。図１１に示すように、当該遠隔無線起爆システム用アンテナは、洞床３４２と洞側壁３４３と洞天井３４４に固定された送電ループ３６１と、洞天井３４４に固定された受信アンテナ３６５と、起爆操作機３５０と、発破母線３６３と、受信側母線３６６と、を有している。

また特許文献２には、図１２に示すように、切羽４４１に削孔された複数の装薬孔４４０に装填された爆薬４２０（無線起爆雷管が取り付けられた爆薬）に対して、送電ループを、洞床、洞側壁、洞天井等の地盤に固定して設置して、安定したエネルギーを無線起爆雷管に供給し、飛石等によるアンテナ被膜の損傷を良好に防止することができる遠隔無線起爆システム用送信アンテナが開示されている。図１２に示すように、当該遠隔無線起爆システム用送信アンテナは、洞床４４２と洞側壁４４３と洞天井４４４に固定された送電ループ４６１と、起爆操作機４５０と、発破母線４６３と、送電ループ４６１のインダクタンス成分をキャンセルして大きな電力を送信可能とするための同調用コンデンサ４８０と、を有している。

特開２００１−３３０４００号公報 特開２００１−１２７５１１号公報

図１３に、特許文献１における起爆操作機３５０から送電ループ３６１までの模式図（図１１における送電装置３６０の模式図）を示す。コネクタ３６８Ｄには起爆操作機３５０と発破母線３６３の一方端が接続され、コネクタ３６８Ａには発破母線３６３の他方端と送電ループ３６１が接続されている。つまり、特許文献１では送電装置３６０は、送電ループ３６１と発破母線３６３にて構成されている。

図１３に示す構成の送電装置３６０では、送電ループ３６１のインダクタンス成分をキャンセルする静電容量を有していないので、送電ループ３６１のインピーダンスが高く、起爆操作機３５０から送電ループ３６１へ交流の大電流を供給しにくい。また、図１３に示す構成では、コネクタ３６８Ａから見た起爆操作機３５０の側の出力インピーダンスＺoutと、コネクタ３６８Ａから見た送電ループ３６１の側の負荷インピーダンスＺloadは、インピーダンス整合が取れていないので、コネクタ３６８Ａの位置における反射電力Ｗrevが大きい。すなわち、起爆操作機３５０からの入射電力Ｗfwdに対して、反射電力Ｗrevが大きいので、送電ループ３６１から出力される出射電力Ｗout（Ｗout＝Ｗfwd−Ｗrev）が低下し、電力伝送効率（Ｗout／Ｗfwd）が低下する。また、爆破の際には、送電ループ３６１と、送電ループ３６１の近傍の発破母線３６３が破損する。従って、連続して爆破をする場合、送電ループ３６１だけでなく、非常に距離が長い（例えば１００〜３００［ｍ］）発破母線３６３も張り替える必要があり、手間がかかるとともに、必要以上に発破母線３６３を消費してしまう。

また図１４に、特許文献２における起爆操作機４５０から送電ループ４６１までの模式図（図１２に示す送電装置４６０の模式図）を示す。コネクタ４６８Ｄには起爆操作機４５０と発破母線４６３の一方端が接続され、コネクタ４６８Ａには、発破母線４６３の他方端と、同調用コンデンサ４８０が接続された送電ループ４６１が接続されている。同調用コンデンサ４８０は、送電ループ４６１のインダクタンス成分をキャンセルする静電容量とされている。つまり、特許文献２では送電装置４６０は、送電ループ４６１と同調用コンデンサ４８０と発破母線４６３にて構成されている。

図１４に示す構成では、同調用コンデンサ４８０にて送電ループ４６１のインダクタンス成分をキャンセルしている（同調させている）ので、特許文献１の構成よりもより大きな交流電流を送電ループ４６１に供給することができる。しかし、コネクタ４６８Ａから見た起爆操作機４５０の側の出力インピーダンスＺoutと、コネクタ４６８Ａから見た送電ループ４６１の側の負荷インピーダンスＺloadは、インピーダンス整合が取れていないので、反射電力Ｗrevは大きい。すなわち、起爆操作機４５０からの入射電力Ｗfwdに対して、反射電力Ｗrevが大きいので、送電ループ４６１から出力される出射電力Ｗout（Ｗout＝Ｗfwd−Ｗrev）が低下し、電力伝送効率（Ｗout／Ｗfwd）が低下する。また爆破の際には、送電ループ４６１と、同調用コンデンサ４８０と、送電ループ４６１の近傍の発破母線４６３が破損する。従って、連続して爆破する場合、送電ループ４６１だけでなく、同調用コンデンサ４８０と、非常に距離が長い発破母線４６３も張り替える必要があり、手間がかかるとともに、必要以上に発破母線４６３や同調用コンデンサ４８０を消費してしまう。特に同調用コンデンサ４８０は、送電ループ４６１のインダクタンス成分をキャンセルするために静電容量を微調整する必要があるので、同調用コンデンサ４８０を爆破毎に交換するのは、非常に手間がかかる。

本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、起爆操作機から送電ループへより大きな交流電流を供給可能であり、連続して爆破する場合において爆破毎の消費部材をより低減し、爆破毎の消費部材の交換の手間と消費部材の消費量を低減して爆破作業の作業効率をより向上させることができる、送電装置及び無線起爆システムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る送電装置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、起爆側受信アンテナと起爆側電子回路とを有する無線起爆雷管が取り付けられて被爆破個所に配置された爆薬に、無線方式で、前記無線起爆雷管の点火用のエネルギー、前記起爆側電子回路の駆動用のエネルギー、及び制御信号を受け渡す、送電装置であって、遠隔操作が可能な起爆操作機に、一方端が接続された発破母線と、前記発破母線の他方端に、一方端が接続された補助母線と、前記補助母線の他方端に接続されて前記被爆破個所である切羽あるいは前記切羽の外周に張り巡らされた送電ループと、を有している。そして、前記発破母線は、爆破毎に張り替えられることがなく、前記補助母線及び前記送電ループは、爆破毎に張り替えられ、前記発破母線の他方端と前記補助母線の一方端との間には、前記補助母線と前記送電ループを前記無線方式の周波数で共振させる同調用コンデンサが接続されている、送電装置である。

次に、本発明の第２の発明は、上記第１の発明に係る送電装置であって、前記発破母線の他方端と前記補助母線の一方端との間には、インピーダンス整合器が接続されており、前記インピーダンス整合器は、前記インピーダンス整合器を含めて前記インピーダンス整合器から見た前記発破母線と前記起爆操作機の側のインピーダンスである出力インピーダンスと、前記インピーダンス整合器を含めて前記インピーダンス整合器から見た前記補助母線と前記送電ループの側のインピーダンスである負荷インピーダンスと、を整合しており、前記同調用コンデンサは前記インピーダンス整合器と前記補助母線の一方端との間に接続されている、あるいは、前記同調用コンデンサは前記インピーダンス整合器内に収容されている、送電装置である。

次に、本発明の第３の発明は、上記第２の発明に係る送電装置であって、前記同調用コンデンサは、可変容量コンデンサであり、前記インピーダンス整合器は、インピーダンス変換比を選択可能なトランス、を有しており、前記可変容量コンデンサの静電容量の調整と前記トランスのインピーダンス変換比の選択を遠隔操作で実行可能な遠隔調整装置、を有している、送電装置である。

次に、本発明の第４の発明は、上記第２の発明に係る送電装置であって、前記インピーダンス整合器は、前記同調用コンデンサによる前記補助母線と前記送電ループの前記共振と、前記出力インピーダンスと前記負荷インピーダンスの前記整合と、を行うための２つの可変容量コンデンサ、を有しており、それぞれの前記可変容量コンデンサの静電容量の調整を遠隔操作で実行可能な遠隔調整装置、を有している、送電装置である。

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つに係る送電装置であり、前記切羽から第１所定距離だけ離れた位置に前記送電ループが配置された前記送電装置と、前記切羽から第２所定距離だけ離れた位置に配置された起爆操作機側受信アンテナと、前記送電装置と前記起爆操作機側受信アンテナが接続された前記起爆操作機であり、前記切羽から離れた遠隔位置に配置されて、無線方式で、前記無線起爆雷管の点火用のエネルギー、前記起爆側電子回路の駆動用のエネルギー、及び前記制御信号を、前記送電装置を介して前記無線起爆雷管に受け渡し、前記無線起爆雷管からの応答信号を、前記起爆操作機側受信アンテナを介して受信する前記起爆操作機と、起爆側送信アンテナと前記起爆側受信アンテナと前記起爆側電子回路とを有する前記無線起爆雷管であり、前記無線起爆雷管の点火用のエネルギー、前記起爆側電子回路の駆動用のエネルギー、及び前記制御信号を、前記起爆側受信アンテナを介して受け取り、前記制御信号に対する前記応答信号を前記起爆側送信アンテナを介して送信する前記無線起爆雷管と、前記切羽に削孔された装薬孔に装填された前記爆薬であり、前記無線起爆雷管が取り付けられた前記爆薬と、を有している、無線起爆システムである。

第１の発明によれば、送電装置は、起爆操作機の側から、発破母線、補助母線、送電ループ、にて構成されている。そして発破母線と補助母線との間には送電ループを所望の操作周波数（例えば１００［ＫＨｚ］以上５００［ＫＨｚ］以下）で共振させる同調用コンデンサが接続されているので、起爆操作機から送電ループへより大きな交流電流を供給することができる。また、発破母線と送電ループとの間に補助母線を有している。このため、爆破の際に発破母線が損傷しないように補助母線の長さを調整することで、爆破毎に送電ループと補助母線は損傷するが、同調用コンデンサと発破母線は損傷しないようにすることができる。従って、爆破毎の消費部材の交換の手間と消費部材の消費量を低減して爆破作業の作業効率をより向上させることができる。

第２の発明では、発破母線と補助母線との間に、同調用コンデンサに加えてインピーダンス整合器を有する。これにより、インピーダンス整合器を含めてインピーダンス整合器から見た発破母線及び起爆操作機の側のインピーダンス（出力インピーダンス）と、インピーダンス整合器を含めてインピーダンス整合器から見た補助母線及び送電ループの側のインピーダンス（負荷インピーダンスであって、補助母線と送電ループのインダクタンス成分をキャンセルする同調用コンデンサが接続され、同調された後のインピーダンス）とを整合することができるので、反射電力を低減することが可能であり、起爆操作機から送電ループへの電力伝送効率を向上させることができる。またインピーダンス整合器は、発破母線と補助母線との間に配置されるので、爆破で損傷する位置には配置されない。さらに、インピーダンス整合器内に同調用コンデンサを収容した場合は、収容しない場合と比較して、現場（トンネル内等）における設置が容易になる。

第３の発明によれば、爆破毎に送電ループと補助母線とを張り替えた際、張り替え毎に補助母線と送電ループのインダクタンス成分が変化した場合があっても、起爆操作機の位置等から遠隔操作によって可変容量コンデンサの静電容量を調整できる。また、張り替え毎に補助母線と送電ループのインピーダンス（負荷インピーダンス）が変化しても、遠隔操作によってトランスのインピーダンス変換比の選択を実行できる。従って、作業者は、可変容量コンデンサの静電容量の調整と、トランスのインピーダンス変換比の選択と、を実行する際、起爆操作機とインピーダンス整合器との間を往復する必要がないので、作業効率をより向上させることができる。また、補助母線と送電ループとのインダクタンスに対する同調と、補助母線と送電ループとのインピーダンス（負荷インピーダンス）に対する整合と、を最適にするための微調整を可能とすることで、爆破毎に張り替えた補助母線と送電ループのインダクタンスやインピーダンスが変化した場合であっても、送電ループへ効率良く電流を流すことができる。

第４の発明によれば、爆破毎に送電ループと補助母線とを張り替えた際、張り替え毎に補助母線と送電ループのインダクタンス成分が変化した場合や、張り替え毎に補助母線と送電ループのインピーダンス（負荷インピーダンス）が変化した場合が発生しても、遠隔操作によって２つの可変容量コンデンサのそれぞれの静電容量の調整を実行できる。従って、作業者は、２つの可変容量コンデンサのそれぞれの静電容量の調整を実行する際、起爆操作機とインピーダンス整合器との間を往復する必要がないので、作業効率をより向上させることができる。また、補助母線と送電ループとのインダクタンスに対する同調と、補助母線と送電ループとのインピーダンス（負荷インピーダンス）に対する整合と、を最適にするための微調整を可能とすることで、爆破毎に張り替えた補助母線と送電ループのインダクタンスやインピーダンスが変化した場合であっても、送電ループへ効率良く電流を流すことができる。

第５の発明によれば、起爆操作機から送電ループへの電力伝送効率をより向上させ、連続して爆破する場合において爆破毎の消費部材をより低減し、爆破毎の消費部材の交換の手間と消費部材の消費量を低減して爆破作業の作業効率をより向上させることができる無線起爆システムを、適切に実現することができる。

トンネル掘削現場における切羽等の被爆破個所を爆破するための、無線起爆システムの全体構成を説明する斜視図である。 図１に示す無線起爆システムに対して、中継装置を省略して受信側母線を起爆操作機に直接接続した例を説明する斜視図である。 図１及び図２におけるＩＩＩ部分の拡大図であり、切羽等の被爆破個所に削孔した装薬孔に無線起爆雷管と爆薬を装填した状態の断面図である。 無線起爆雷管の構成を説明する分解斜視図である。 第３ケースを使用する場合の無線起爆雷管の部分分解斜視図である。 第３ケースを使用した無線起爆雷管の外観斜視図である。 図６に示す無線起爆雷管の断面図である。 第１の実施の形態の送電装置の全体構成を説明する図である。 第２の実施の形態の送電装置の全体構成を説明する図である。 第３の実施の形態の送電装置の全体構成を説明する図である。 従来の無線起爆システム（トンネル掘削現場における切羽を爆破するための無線起爆システム）の全体構成の例（その１）を説明する斜視図である。 従来の無線起爆システム（トンネル掘削現場における切羽を爆破するための無線起爆システム）の全体構成の例（その２）を説明する斜視図である。 図１１に示す従来の無線起爆システムにおける送電装置の全体構成を説明する図である。 図１２に示す従来の無線起爆システムにおける送電装置の全体構成を説明する図である。

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。

［無線起爆システム１の全体構成（図１、図２）と、装薬孔４０への無線起爆雷管２及び爆薬３６の装填状態（図３）］
図１は、無線起爆システム１の全体構成を説明する斜視図を示しており、図２は、図１に示す無線起爆システム１に対して、中継装置５１を省略して受信側母線６６を起爆操作機５０に直接接続した無線起爆システム１Ａの全体構成を説明する斜視図を示しており、どちらの無線起爆システムとしてもよい。

図１（及び図２）に示すように、無線起爆システム１は、無線起爆雷管が取り付けられて切羽面４１（被爆破個所）に削孔された装薬孔４０に装填される爆薬３６及び無線起爆雷管２（図３参照）と、起爆操作機５０と、送電装置６０と、起爆操作機側受信アンテナ６５と、受信側母線６６等にて構成されている。また送電装置６０は、発破母線６３と、中継装置５１（図２では中継装置５１は省略）と、インピーダンス整合器５２と、補助母線６２と、送電ループ６１と、遠隔操作機５３と遠隔調整配線６４と、を有している。なお、送電装置６０は、後述する第１の実施の形態に示す送電装置６０Ａ（図８参照）、第２の実施の形態に示す送電装置６０Ｂ（図９参照）、第３の実施の形態の形態に示す送電装置６０（図１０参照）、のいずれの構成としてもよい。また、インピーダンス整合器５２（後述する第２の実施の形態を参照）を、インピーダンス整合器５２Ａ（後述する第３の実施の形態を参照）に置き換えてもよい。

起爆操作機５０は、装薬孔４０から離れた遠隔位置に配置されて、発破母線６３と中継装置５１とインピーダンス整合器５２と補助母線６２を介して送電ループ６１に電流を供給して、送電ループ６１の周囲に磁界を発生させるとともに制御信号（例えば、ＩＤ要求信号や電子回路準備開始信号や起爆信号に相当）を重畳している。従って、起爆操作機５０は、送電ループ６１を介して無線方式で、無線起爆雷管の点火用のエネルギー及び起爆側電子回路の駆動用のエネルギーと制御信号を、後述する起爆側受信アンテナ１２を介して、無線起爆雷管２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送電ループ６１に流れる電流の周波数、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。

図１の例の場合では、起爆操作機５０は、無線起爆雷管２の起爆側送信アンテナ２４（図４参照）からの無線の応答信号を、起爆操作機側受信アンテナ６５と受信側母線６６と中継装置５１と発破母線６３を介して受信する。中継装置５１内にはスイッチ切換配線が設けられており、当該スイッチ切換配線を切り換えることで、起爆操作機５０の接続先を、インピーダンス整合器５２の側の配線とするか、受信側母線６６とするか、を切り換えることができる。なお図２の例の場合では、送信時では発破母線６３を接続し、受信時では受信側母線６６を接続するように、起爆操作機５０の内部にて切り換える。なお、無線起爆雷管２からの応答信号の周波数である応答周波数は、例えば１００［ＭＨｚ］以上１［ＧＨｚ］以下に設定されている。応答周波数を１［ＧＨｚ］より高く設定すると、岩盤を透過しにくいので、あまり好ましくない。なお、応答周波数は５００［ＫＨｚ］以上であり、応答信号の出力は、無線起爆雷管の点火用のエネルギーと起爆側電子回路の駆動用のエネルギーと制御信号の出力と比較して非常に小さく、定在波は発生するが、起爆操作機側受信アンテナを最適に設置できるため問題ない。

図１の例の場合では、中継装置５１は、起爆操作機５０と送電ループ６１との間、及び起爆操作機５０と起爆操作機側受信アンテナ６５との間、に設けられている。中継装置５１は、発破母線６３を介して起爆操作機５０に接続され、発破母線６３の反対側はインピーダンス整合器５２に接続され、受信側母線６６を介して起爆操作機側受信アンテナ６５に接続されている。中継装置５１は、起爆操作機５０から無線起爆雷管２に向けて、無線起爆雷管の点火用のエネルギーと起爆側電子回路の駆動用のエネルギーと制御信号を受け渡す場合、起爆操作機５０からの無線起爆雷管の点火用のエネルギーと起爆側電子回路の駆動用のエネルギーを含む制御信号を、インピーダンス整合器５２に出力する。また中継装置５１は、無線起爆雷管２から起爆操作機５０に向けて送信された応答信号を受け取る場合、無線起爆雷管２からの応答信号を、起爆操作機側受信アンテナ６５と受信側母線６６を介して受け取って、起爆操作機５０へと受け渡す。

また図２の例の場合では、起爆操作機５０は、無線起爆雷管２に向けて、無線起爆雷管の点火用のエネルギーと起爆側電子回路の駆動用のエネルギーと制御信号を受け渡す場合、無線起爆雷管の点火用のエネルギーと起爆側電子回路の駆動用のエネルギーを含む制御信号を、発破母線６３を介してインピーダンス整合器５２に出力する。また起爆操作機５０は、無線起爆雷管２から起爆操作機５０に向けて送信された応答信号を受け取る場合、無線起爆雷管２からの応答信号を、起爆操作機側受信アンテナ６５と受信側母線６６を介して受け取る。

インピーダンス整合器５２は、発破母線６３と補助母線６２との間に接続されている。インピーダンス整合器５２は、インピーダンス整合器５２を含めてインピーダンス整合器５２から見た発破母線６３と起爆操作機５０の側の出力インピーダンスＺout（図９、図１０参照）と、インピーダンス整合器５２を含めてインピーダンス整合器５２から見た補助母線６２と送電ループ６１の側の負荷インピーダンスＺload（図９、図１０参照。同調用コンデンサ８０にて適切に同調された後のインピーダンス）と、の間のインピーダンスの整合を行う。インピーダンス整合器５２は、後述するように、起爆操作機５０からの入射電力Ｗfwdに対する反射電力Ｗrevを低減させ、送電ループ６１への出射電力Ｗoutを増し、電力伝送効率（Ｗout／Ｗfwd）を向上させる。

また図１の例において、インピーダンス整合器５２の内部には、図９に示す同調用コンデンサ８０である可変容量コンデンサが設けられ、インピーダンス整合器５２は、後述するトランス（セレクトスイッチにてインピーダンス変換比を選択可能なトランス）を有しているものとする。そして図１の例では、図１０に示す遠隔操作機５３、遠隔調整配線６４、遠隔調整装置５４が設けられているものとする。同調用コンデンサ８０の静電容量の調整と、インピーダンス整合器５２のトランスのインピーダンス変換比の選択は、遠隔操作機５３から有線または無線にて、それぞれ可能とされている。図１は、有線である遠隔調整配線６４を介して同調用コンデンサ８０（可変容量コンデンサ）の静電容量の調整と、インピーダンス整合器５２のトランスのインピーダンス変換比の選択を、それぞれ可能とする例を示している。

作業者は、遠隔操作機５３を用いて同調用コンデンサ８０（可変容量コンデンサ）の静電容量を調整し、インピーダンス整合器５２を含めてインピーダンス整合器５２から見た補助母線６２と送電ループ６１の側のインダクタンス成分をキャンセルするように、同調用コンデンサ８０の静電容量を調整する（同調させる）。周波数ｆに対して下記の（式１）が成立するように同調用コンデンサ８０の静電容量を調整することで、周波数ｆの電流が効率よく流れ、大きな電力を送信可能となる。なお、同調後の負荷は、Ｚloadの負荷インピーダンスを持つ。インダクタンス成分をＬ［Ｈ］、可変容量コンデンサの静電容量をＣ［Ｆ］、操作周波数をｆ［Ｈｚ］とした場合、以下の（式１）が成立するように可変容量コンデンサの静電容量を調整することで、前記同調を行うことができる。
ｆ＝１／［２π√（ＬＣ）］ （式１）

また作業者は、遠隔操作機５３を用いてインピーダンス整合器５２のトランスのインピーダンス変換比を選択するセレクトスイッチを操作し、インピーダンス整合器５２を含めて発破母線６３と起爆操作機５０の側の出力インピーダンスＺoutと、インピーダンス整合器５２を含めて補助母線６２と送電ループ６１の側の負荷インピーダンスＺloadと、の間のインピーダンス整合を行う。このインピーダンス整合によって、出力インピーダンスＺoutと負荷インピーダンスＺloadとのインピーダンスの不一致を電気回路で解決することで、最も効率よく電力（や信号）を伝達できるようになる。また、同調状態、インピーダンス整合状態を確認するには、例えば起爆操作機５０から、低出力の操作周波数ｆの信号をテスト信号として出力して、当該テスト信号をモニタすることで、同調状態、インピーダンス整合状態、を確認できる。

送電ループ６１は、切羽面４１（装薬孔）の近傍であって切羽あるいは切羽の外周に張り巡らされ、切羽面４１から例えば０〜１［ｍ］程度の距離Ｌ１（第１所定距離に相当）だけ離れた位置に、洞床４２、洞側壁４３、洞天井４４に沿ってループ状に張られている。インピーダンス整合器５２から切羽面４１までの距離Ｌ３は、爆破によって破損される長さよりも少し長い程度の長さに設定されている。またインピーダンス整合器５２から起爆操作機５０までの距離Ｌ４は、例えば１００〜３００［ｍ］程度である。なお、送電ループ６１と補助母線６２は、爆破する毎に新たに張り替えられるが、発破母線６３（及びインピーダンス整合器５２、中継装置５１）は、発破毎に張り替えられるものではない（発破毎に交換されるものではない）。

起爆操作機側受信アンテナ６５は、例えばポール状のアンテナであり、切羽面４１（被爆破個所）から距離Ｌ２（第２所定距離に相当）程度離れた位置に配置されている。例えば距離Ｌ２は、爆破によって破損される長さよりも少し長い程度の長さに設定されている。無線起爆雷管２から受信する応答信号の応答周波数は１００［ＭＨｚ］以上１［ＧＨｚ］以下であるので、送電ループ６１とは大きく形状が異なり、ループ状に大きく巻回する必要は無い。なお、起爆操作機側受信アンテナ６５と受信側母線６６は、被爆破個所からの距離Ｌ２が、ある程度離れていれば、爆破する毎に交換されるものではない。

なお、送電ループ６１を、起爆操作機５０からの無線起爆雷管の点火用のエネルギーと起爆側電子回路の駆動用のエネルギーを含む制御信号を送信するための送信用アンテナと、無線起爆雷管２からの応答信号を受信するための受信用アンテナと、を兼用させた場合、起爆操作機側受信アンテナ６５、受信側母線６６、中継装置５１を省略することができる。

図１及び図２に示す無線起爆システム１、１Ａにおいては、トンネルの切羽面４１に複数削孔された各装薬孔４０に対し、図３で示すように無線起爆雷管２が爆薬３６と共に挿入・セット（装填）されている。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。各装薬孔４０の開口部は、粘土等の封止物４５によって塞がれている。爆薬３６は、各装薬孔４０の最奥部に装填される一つの親ダイ３６Ａと、その後方（装薬孔４０の開口部側）に連続する複数個の増ダイ３６Ｂとで構成されている。そのうち、親ダイ３６Ａが、無線起爆雷管２とユニット化されている。なお、増ダイ３６Ｂは、爆発力を増大調整するために必要に応じて適宜配される任意の爆薬であって、掘削現場によっては親ダイ３６Ａだけで爆薬３６が構成される場合もある。

［無線起爆雷管２の構造（図４〜図７）］
無線起爆雷管２は、図５及び図７に示す第１ケース１０、第２ケース２０、および第３ケース３０からなる無線起爆雷管用ケースを使用することによってユニット化されている。これら第１ケース１０、第２ケース２０、および第３ケース３０は円筒形状に形成されており、例えばＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）等の合成樹脂からなる射出成形品である。中でも、成形性が良く機械的強度が高く、耐衝撃性が高く、接着性の良いＡＢＳやＰＣが好ましい。

図４に示すように、第１ケース１０と第２ケース２０とは、同軸上で前後に連結可能となっている。具体的には、第１ケース１０の先端部と第２ケース２０の後端部とが連結可能となっている。第３ケース３０は、後述する第１ケース１０の外面に装着された起爆側受信アンテナ１２を被うように、第１ケース１０の外面に装着可能となっている（図６、図７参照）。したがって、第１ケース１０および第２ケース２０と第３ケース３０も、同軸関係にある。

第１ケース１０は、後端（装薬孔４０の開口部側）が開口している。第１ケース１０の先端（装薬孔４０の奥方側）も開口しているが、その先端から所定寸法後方位置には、壁板１０ｄが設けられている。この第１ケース１０の先端から壁板１０ｄまでのスペース（軸方向寸法）は、第２ケース２０と連結するためのスペース（軸方向寸法）である。したがって、第１ケース１０の先端部が、第２ケース２０と連結するための連結端部１０ａとして形成されている。第１ケース１０の連結端部１０ａの外面先端部は、第２ケース２０と連結した際に第２ケース２０との外観的な連続性を出すため、テーパー面となっている。

図４に示すように、第１ケース１０における連結端部１０ａの外周壁には、後述する起爆側受信アンテナ１２と電子回路基板２２とを電気的に接続する導電線２６を通すためのスリット１０ｂが、内外貫通状に設けられている。第１ケース１０の後端縁外周には、第３ケース３０の後端を受け止めるため、フランジ形状のストッパー１０ｃが形成されている。第１ケース１０の軸方向中央部（ストッパー１０ｃと連結端部１０ａとの間の領域）の外径は、その外面に起爆側受信アンテナ１２を装着するため、連結端部１０ａの外径より僅かに小径となっている。第１ケース１０の内径は先端から後端にかけて一様であり、親ダイ３６Ａがちょうど収まる径に設計されている。第１ケース１０の長さ（軸方向寸法）は、親ダイ３６Ａよりも短寸である。したがって、親ダイ３６Ａを第１ケース１０内へ装填したとき、親ダイ３６Ａは第１ケース１０から突出している（図７等参照）。これにより、必要に応じて各装薬孔４０へ親ダイ３６Ａに連続して増ダイ３６Ｂを装填する場合に、親ダイ３６Ａと増ダイ３６Ｂとを確実に接触させることができる。

図４に示す壁板１０ｄの径方向中心部には、無線起爆雷管２における後述の起爆部１４を挿通させるための貫通孔１０ｅが設けられている（図７参照）。また、第１ケース１０の連結端部１０ａの内周面には、スリット１０ｂを囲むように突起１０ｆ（図７参照）が内周に向けて突設されている。スリット１０ｂは、突起１０ｆ（図７参照）を含めて内外面に貫通している。

図４及び図７に示すように、第２ケース２０は後端が開口しており、先端は閉塞されている。第２ケース２０の後端から所定寸法（軸方向寸法）は、第２ケース２０の外径よりも小径となっている。この小径とする軸方向寸法は、第１ケース１０と連結するための寸法であって、第１ケース１０における先端から壁板１０ｄまでの軸方向寸法、すなわち第１ケース１０の連結端部１０ａと同じ寸法に設計されている。これにより、第２ケース２０の後端部が、第１ケース１０との連結端部２０ａとして形成されている。第２ケース２０の連結端部２０ａの外径は、第１ケース１０の連結端部１０ａにちょうど内嵌する径に設計されている。また、第２ケース２０（連結端部２０ａ以外の部分）の外径は、第１ケース１０の先端の外径とほぼ同じである。

図４に示すように、第２ケース２０の連結端部２０ａには、切欠部２０ｂが設けられている。この切欠部２０ｂは、後述する第１ケース１０の外面（の起爆側受信アンテナ１２）からスリット１０ｂを介して第２ケース２０の内部（の電子回路基板２２）に配索される導電線２６が、連結端部２０ａによって邪魔されることを避けるために設けられている。すなわち、切欠部２０ｂを設けることによって、第１ケース１０と第２ケース２０とを連結する際に、スリット１０ｂに通された導電線２６に第２ケース２０の連結端部２０ａの端面が押し付けられ、導電線２６に損傷を与える等の事態が回避される。また、第１ケース１０と第２ケース２０とを連結したとき、切欠部２０ｂは第１ケース１０の突起１０ｆ（図７参照）に嵌合する。これにより、導電線２６を内外に通す第１ケース１０のスリット１０ｂと第２ケース２０の切欠部２０ｂとの位置合わせが容易となる。また、第１ケース１０と第２ケース２０とを連結してユニット化した後に、第２ケース２０が第１ケース１０に対して相対的に周回転し、スリット１０ｂと切欠部２０ｂとの位置関係がズレることも防止される。

第３ケース３０は、軸方向両端、すなわち先端および後端が開口している。第３ケース３０は、これの後端側を第１ケース１０の先端側から挿通することで、第１ケース１０の外面へ装着可能である。第３ケース３０の長さ（軸方向寸法）は、第１ケース１０とほぼ同じ（正確には僅かに短寸）である。したがって、第３ケース３０を第１ケース１０へ装着した状態では、第３ケース３０が第１ケース１０のスリット１０ｂを覆い（図６等参照）、第３ケース３０の後端は第１ケース１０のストッパー１０ｃで受け止められる。第３ケース３０の内径は、第１ケース１０の連結端部１０ａへちょうど外嵌できる寸法に設定されている。第３ケース３０の先端部外面は、第１ケース１０へ装着した際に、第１ケース１０や第２ケース２０との外観的な連続性を出すためにテーパー面となっている。第２ケース２０の外径は、第３ケース３０の外径よりも小さい。

図４及び図７に示すように、無線起爆雷管２は、起爆側受信アンテナ１２、起爆部１４、電子回路基板２２、起爆側送信アンテナ２４を備え、爆薬３６（親ダイ３６Ａ）が差し込まれている。起爆側受信アンテナ１２はコイルアンテナであり、第１ケース１０の外周面に巻回される。起爆部１４は、第１ケース１０における壁板１０ｄの貫通孔１０ｅに挿通される。電子回路基板２２は、第２ケース２０の内部に収納される。

電子回路基板２２は、起爆側受信アンテナ１２にて生じた起電力を変調・蓄電する電子回路２３を備えている。この電子回路２３は、起爆側受信アンテナ１２と導電線２６で接続されており、かつ、起爆部１４と導電線２８で接続されている。起爆側送信アンテナ２４は、電子回路基板２２にプリントされており、電子回路２３と配線パターンで接続されている。爆薬３６を構成する親ダイ３６Ａは、起爆部１４がセットされた状態で第１ケース１０の内部に装填される。

電子回路２３は、従来からこの種の無線起爆システムにおいて使用されている公知の回路であればよい。例えば電子回路２３は、共振回路、ダイオード、コンデンサ、ＣＰＵ、スイッチ回路、変調回路、復調回路等によって構成されている。起爆側受信アンテナ１２にて生じた起電力は、共振回路にて効率的に電力として取り出される。共振回路に生じた交流電流はダイオードを通して直流に整流され、コンデンサに蓄電される。このコンデンサに蓄えられた電力がＣＰＵ等を駆動する動力や、起爆用の点火エネルギーとして使用される。

次に図４を用いて、第１ケース１０および第２ケース２０を使用して、親ダイ３６Ａと共に起爆側受信アンテナ１２、電子回路基板２２、および起爆部１４をユニット化する手順を説明する。まず作業者は、第１ケース１０の外面へ起爆側受信アンテナ１２を巻回装着する一方、親ダイ３６Ａの先端へ起爆部１４の一部をセットした状態で親ダイ３６Ａと起爆部１４の両者を第１ケース１０の内部に装填する。そして、起爆側受信アンテナ１２および起爆部１４をそれぞれ導電線２６および導電線２８を介して電子回路２３と接続させた状態で、電子回路基板２２を第２ケース２０へ収納するように、第１ケース１０と第２ケース２０とを互いの連結端部１０ａ，２０ａにて嵌合させる。このとき、起爆側受信アンテナ１２と電子回路２３とを接続している導電線２６は、第１ケース１０のスリット１０ｂを通じて第２ケース２０内に引き込まれている。

このように、第１ケース１０と第２ケース２０とを連結することにより、無線起爆雷管２は親ダイ３６Ａも含めて効率よくユニット化された状態で取り扱うことが可能となる。したがって、切羽面４１の各装薬孔４０に対して無線起爆雷管２をセットする作業、あるいは無線起爆雷管２の運搬・保管も容易となる。また、図５〜図７に示すように、第１ケース１０の外面に第３ケース３０を装着することにより、起爆側受信アンテナ１２を保護することができる。

本実施形態の無線起爆雷管２においては、互いの周波数帯域が大きく異なる起爆側受信アンテナ１２と起爆側送信アンテナ２４とを、個々の周波数に最適なサイズに収めるために敢えて分離している。しかしながら、この分離に伴う課題についても、第１ケース１０と第２ケース２０とを連結してユニット化することによって解消される。すなわち、起爆側受信アンテナ１２を備えた第１ケース１０と、起爆側送信アンテナ２４を備えた電子回路基板２２が収納された第２ケース２０との連結により、起爆側受信アンテナ１２と起爆側送信アンテナ２４とを一体化された状態で扱うことができる。なお、起爆側受信アンテナ１２および起爆側送信アンテナ２４のサイズに拘らなければ、起爆側受信アンテナ１２に起爆側送信アンテナ２４の機能を兼用させてもよい。

本実施の形態では、以下の（１）〜（３）をすべて満足する無線起爆雷管として、起爆側受信アンテナ１２と起爆側送信アンテナ２４を別々のアンテナとして有する無線起爆雷管を例として説明する。
（１）起爆操作機から、１００［ＫＨｚ］以上５００［ＫＨｚ］以下の操作周波数の制御信号（無線起爆雷管の点火用のエネルギーと起爆側電子回路の駆動用のエネルギーを含む）を効率良く受け取ることができる。
（２）起爆操作機に、１００［ＭＨｚ］以上１［ＧＨｚ］以下の応答周波数の応答信号を効率良く送信できる。
（３）径が５［ｃｍ］程度、深さ（奥行き）が２［ｍ］程度の装薬孔に装填することが可能なサイズである。

以上に説明した無線起爆雷管２に、無線方式で、無線起爆雷管の点火用のエネルギーや起爆側電子回路の駆動用エネルギーや制御信号を送信する送電装置６０は、以下の（Ａ）〜（Ｃ）が要求される。
（Ａ）起爆操作機５０からより大きな交流電流を供給できること。
（Ｂ）起爆操作機５０からの入射電力を、効率良く（無駄なく）送電ループ６１に供給できること。
（Ｃ）爆破の際には送電ループ６１と、送電ループ６１の近傍の母線（補助母線）が破損するので、連続して爆破する際、送電ループ６１等を張り替える作業の作業効率が良いこと（張り替えの量が少ないこと）。

［従来の送電装置の例（図１３、図１４）］
図１３は、特許文献１に記載された無線起爆システム（図１１参照）において、起爆操作機３５０からの送信用の送電装置３６０の全体構成を説明する図であり、起爆操作機３５０から送電ループ３６１までの模式図を示している。図１３に示す送電装置３６０は、発破母線３６３と送電ループ３６１にて構成されている。そしてコネクタ３６８Ｄには起爆操作機３５０と発破母線３６３の一方端が接続され、コネクタ３６８Ａには発破母線３６３の他方端と送電ループ３６１が接続されている。

図１３に示す構成では、以下の（１−１）、（１−２）、（１−３）の３点がデメリットとして挙げられる。
（１−１）送電ループ３６１のインダクタンス成分をキャンセルする同調用コンデンサを有していないので（すなわち、同調がとれていないので）、送電ループ３６１に比較的大きな交流電流の供給が困難。
（１−２）コネクタ３６８Ａから見た発破母線３６３と起爆操作機３５０の側の出力インピーダンスＺoutと、コネクタ３６８Ａから見た送電ループ３６１の側の負荷インピーダンスＺloadとの整合が取れていない。従って、起爆操作機３５０からの入射電力Ｗfwdに対して、反射電力Ｗrevが大きくなり、送電ループ３６１に供給される出射電力Ｗout（Ｗout＝Ｗfwd−Ｗrev）の低下が大きく、電力伝送効率（Ｗout／Ｗfwd）が低い（例えば６０［％］程度）。
（１−３）爆破の際には、送電ループ３６１と、発破母線３６３における送電ループ３６１の近傍と、が破損する。従って、連続して爆破をする際は、送電ループ３６１を張り替えることはもちろんのこと、１００〜３００［ｍ］もの長さがある発破母線３６３の全体も張り替える必要があり、発破母線３６３の消費量が多く、作業効率も良くない。

図１４は、特許文献２に記載された無線起爆システム（図１２参照）において、起爆操作機４５０からの送信用の送電装置４６０の全体構成を説明する図であり、起爆操作機４５０から送電ループ４６１までの模式図を示している。図１４に示す送電装置４６０は、発破母線４６３と同調用コンデンサ４８０と送電ループ４６１にて構成されている。そしてコネクタ４６８Ｄには起爆操作機４５０と発破母線４６３の一方端が接続され、コネクタ４６８Ａには、発破母線４６３の他方端と、同調用コンデンサ４８０が接続された送電ループ４６１が接続されている。同調用コンデンサ４８０は、送電ループ４６１のインダクタンスをキャンセルする静電容量とされている。

図１４に示す構成では、送電ループ３６１のインダクタンス成分を同調用コンデンサ４８０にてキャンセルしているので、上記の（１−１）を改善している。しかし、下記の（２−１）、（２−２）がデメリットとして挙げられる。
（２−１）コネクタ４６８Ａから見た発破母線４６３と起爆操作機４５０の側の出力インピーダンスＺoutと、コネクタ４６８Ａから見た送電ループ４６１の側の負荷インピーダンスＺloadとの整合が取れていない。従って、起爆操作機４５０からの入射電力Ｗfwdに対して、反射電力Ｗrevが大きくなり、送電ループ４６１に供給される出射電力Ｗout（Ｗout＝Ｗfwd−Ｗrev）の低下が大きく、電力伝送効率（Ｗout／Ｗfwd）が低い（例えば６０［％］程度）。
（２−２）爆破の際には、送電ループ４６１及び同調用コンデンサ４８０と、発破母線４６３における送電ループ４６１の近傍と、が破損する。従って、連続して爆破をする際は、送電ループ４６１を張り替えることはもちろんのこと、１００〜３００［ｍ］もの長さがある発破母線４６３の全体も張り替える必要があり、発破母線４６３の消費量が多く、作業効率も良くない。また同調用コンデンサ４８０を交換する際は、静電容量を微調整して交換する必要があるため、手間がかかり、作業効率が良くない。そこで本願では、送電装置６０を以下の第１〜第３の実施の形態にて説明する構成とすることで、作業効率の向上、または作業効率の向上と反射電力の低減、を図っている。

［第１の実施の形態の送電装置６０Ａ（図８）］
図８に示す第１の実施の形態の送電装置６０Ａは、図１に示す送電装置６０の構成からインピーダンス整合器５２を省略し、当該インピーダンス整合器５２の代わりに同調用コンデンサ８０を取り付けたものである。なお同調用コンデンサ８０は、同調用コンデンサ８０から見た送電ループ６１と補助母線６２で構成される負荷のインダクタンス成分をキャンセルするように静電容量が調整されている。同調用コンデンサ８０を可変容量コンデンサとすると、静電容量を調整する（同調させる）ことが容易となる。また、送電ループ６１を、送信と受信を兼用するように構成した場合、中継装置５１と受信側母線６６と起爆操作機側受信アンテナ６５を省略することができる（後述する第２の実施の形態、第３の実施の形態も同様）。

図８に示す送電装置６０Ａは、発破母線６３と同調用コンデンサ８０と補助母線６２と送電ループ６１にて構成されている。そしてコネクタ６８Ｄには起爆操作機５０と発破母線６３の一方端が接続され、同調用コンデンサ８０がある側のコネクタ６８Ｃには発破母線６３の他方端と同調用コンデンサ８０の一方端が接続され、同調用コンデンサ８０が無い側のコネクタ６８Ｃには補助母線６２が延長されて接続されている。同調用コンデンサ８０がある側のコネクタ６８Ｂには同調用コンデンサ８０の他方端と補助母線６２の一方端が接続されている。そしてコネクタ６８Ａには補助母線６２の他方端と送電ループ６１が接続されている。つまり、発破母線６３の他方端と補助母線６２の一方端との間には、発破母線６３の側から見た、補助母線６２と送電ループ６１のインダクタンス成分をキャンセルする同調用コンデンサ８０が接続されている。同調用コンデンサ８０は、上述した（式１）を満足する静電容量Ｃに調整されており、補助母線６２と送電ループ６１を、操作周波数（無線方式の周波数）で共振させる（第２の実施の形態も同様）。補助母線６２の長さは、ほぼ図１に示す距離Ｌ３であり、爆破によって破損される長さよりも少し長い程度の長さに設定されている。つまり、コネクタ６８Ｂの位置から見て起爆操作機５０の側が爆破によって破損しないように、補助母線６２の長さが設定されている。

例えば発破母線６３には、起爆操作機５０の出力インピーダンスに合った特性インピーダンスを有する（周波数に依存しないインピーダンスを有する）同軸ケーブルを使用する。また例えば補助母線６２には、ツイストペア線や平行ビニル線を使用する（第２、第３の実施の形態も同様）。なお、起爆操作機５０と発破母線６３のインピーダンス整合が取れていない場合、起爆操作機５０と発破母線６３の間にインピーダンス整合器を入れるようにしてもよい。

図８に示す第１の実施の形態の送電装置６０Ａは、送電ループ６１（補助母線６２を含む）のインダクタンス成分を同調用コンデンサ８０にてキャンセルしているので、図１４に示す構成と同様、共振によって大きな交流電流を流すことが可能であり、図１３に示す構成に対して上記の（１−１）を改善している。また、爆破によって破損されるものが送電ループ６１と補助母線６２のみとなるように補助母線６２の長さ（距離Ｌ３）が設定されているので、図１３に示す構成に対して上記の（１−３）、及び図１４に示す構成に対して上記の（２−２）を改善している。つまり、爆破毎に１００〜３００［ｍ］もある発破母線６３及び同調用コンデンサ８０を張り替え及び交換する必要がなく、補助母線６２及び送電ループ６１を張り替えるだけでよい。従って、発破母線６３の張り替えを必要とした従来に対して、母線の消費量を低減し、張り替え作業の作業時間を低減させて作業効率を向上させることができる。ただし、以下の（３−１）が挙げられるが、この点については、以降に示す第２及び第３の実施の形態にて改善している。
（３−１）コネクタ６８Ｃから見た発破母線６３と起爆操作機５０の側の出力インピーダンスＺoutと、コネクタ６８Ｃから見た送電ループ６１の側の負荷インピーダンスＺloadとの整合が取れていない。従って、起爆操作機５０からの入射電力Ｗfwdに対して、反射電力Ｗrevが大きくなり、送電ループ６１に供給される出射電力Ｗout（Ｗout＝Ｗfwd−Ｗrev）の低下が大きく、電力伝送効率（Ｗout／Ｗfwd）がやや低い。例えば出力インピーダンスＺoutが約５０［Ω］、負荷インピーダンスＺloadが約１２．５［Ω］の場合、電力伝送効率（Ｗout／Ｗfwd）は約６０［％］程度であった。

なお、図８に示す同調用コンデンサ８０を可変容量コンデンサに変更して、図１０の例に示す遠隔操作機５３、遠隔調整装置５４、遠隔調整配線６４を追加して、同調用コンデンサ８０の静電容量の調整を遠隔操作で実行可能とするようにしてもよい。

［第２の実施の形態の送電装置６０Ｂ（図９）］
図９に示す第２の実施の形態の送電装置６０Ｂは、図８に示す第１の実施の形態の送電装置６０Ａに対して、発破母線６３と同調用コンデンサ８０の間にインピーダンス整合器５２が追加されている点が異なる。以下、第１の実施の形態との相違点について主に説明する。

図９に示す送電装置６０Ｂは、発破母線６３とインピーダンス整合器５２と同調用コンデンサ８０と補助母線６２と送電ループ６１にて構成されている。そしてコネクタ６８Ｄには起爆操作機５０と発破母線６３の一方端が接続され、コネクタ６８Ｃには発破母線６３の他方端とインピーダンス整合器５２が接続されている。またコネクタ６８Ｂには同調用コンデンサ８０を含めたインピーダンス整合器５２と補助母線６２の一方端が接続され、コネクタ６８Ａには補助母線６２の他方端と送電ループ６１が接続されている。

なお、インピーダンス整合器５２の具体的な回路は、例えば１次巻線と２次巻線を有するトランスであり、図９の例では、１次巻線はコネクタ６８Ｃに接続され、２次巻線の一方は同調用コンデンサ８０を介してコネクタ６８Ｂに接続され、２次巻線の他方はコネクタ６８Ｂに接続されている。本実施の形態にて用いるトランスは、セレクトスイッチを有しており、当該セレクトスイッチの選択にて、インピーダンス変換比を選択できるように構成されている。セレクトスイッチは、図９に示すインピーダンス整合器５２を含めてインピーダンス整合器５２から見た発破母線６３と起爆操作機５０の側の出力インピーダンスＺoutと、インピーダンス整合器５２を含めてインピーダンス整合器５２から見た補助母線６２（及び同調用コンデンサ８０）と送電ループ６１の側の負荷インピーダンスＺloadと、のそれぞれのインピーダンスに応じた適切なインピーダンス変換比を選択可能とするものである。例えばトランスには、複数のインピーダンス変換比が予め用意されており、作業者が、どのインピーダンス変換比を選択するか、をセレクトスイッチにて選択可能とされている。なお、インピーダンス変換比の選択は、遠隔操作できることが好ましい。例えば図１０に示す遠隔操作機５３と遠隔調整配線６４と遠隔調整装置５４を、図９の例に追加すれば、作業者が遠隔操作機５３を操作することで、セレクトスイッチの選択を遠隔操作で実行可能である。

また図９の例に示す同調用コンデンサ８０は、第１の可変容量コンデンサ（例えば回転式のバリアブルコンデンサ）である。第１の可変容量コンデンサである同調用コンデンサ８０は、起爆操作機５０からの操作周波数にて図９に示すコネクタ６８Ｂから右側となる補助母線６２と送電ループ６１が共振するように調整される。なお、第１の可変容量コンデンサの静電容量の調整は、遠隔操作できることが好ましい。例えば図１０に示す遠隔操作機５３と遠隔調整配線６４と遠隔調整装置５４を、図９の例に追加すれば、作業者が遠隔操作機５３を操作することで、第１の可変容量コンデンサである同調用コンデンサ８０の静電容量の調整を遠隔操作で実行可能である。遠隔操作機５３は、トランスを有するインピーダンス整合器５２のインピーダンス変換比と、第１の可変容量コンデンサである同調用コンデンサ８０の静電容量と、のそれぞれを遠隔操作で変更可能とする。なお、補助母線６２の長さは、第１の実施の形態と同様、ほぼ図１に示す距離Ｌ３であり、爆破によって破損される長さよりも少し長い程度の長さに設定されている。また図９の例は、同調用コンデンサ８０をインピーダンス整合器５２の外部に配置した例を示しているが、同調用コンデンサ８０をインピーダンス整合器５２の内部に配置してもよい。内部に配置した場合では、外部に配置した場合と比較して、同調用コンデンサ８０の配線の接続が減るので、現場（トンネル内等）における送電装置６０Ｂの設置が容易になる。

図９に示す第２の実施の形態の送電装置６０Ｂは、インピーダンス整合器５２によって、インピーダンス整合器５２を含めてインピーダンス整合器５２から見た起爆操作機５０の側の出力インピーダンスＺout（例えば約５０［Ω］）と、インピーダンス整合器５２を含めてインピーダンス整合器５２から見た送電ループ６１の側の負荷インピーダンスＺload（例えば約１２．５［Ω］）とを整合し、反射電力Ｗrevを大きく減衰させることができる。従って、第１の実施の形態に対して、起爆操作機５０からの入射電力Ｗfwdに対する出射電力Ｗout（Ｗout＝Ｗfwd−Ｗrev）をより大きくさせ、電力伝送効率（Ｗout／Ｗfwd）を、大きく向上させることが可能であり、上記の（３−１）を改善している。例えば出力インピーダンスＺoutが約５０［Ω］、負荷インピーダンスＺloadが約１２．５［Ω］の場合、インピーダンス整合器５２を追加したことで、第１の実施の形態に対して反射電力Ｗrevが約１／１０に低減され、電力伝送効率（Ｗout／Ｗfwd）は約９５［％］程度に向上した。

［第３の実施の形態の送電装置６０（図１０）］
図１０に示す第３の実施の形態の送電装置６０は、図９に示す第２の実施の形態の送電装置６０Ｂに対して、第１の可変容量コンデンサ８０Ｘ（例えば回転式のバリアブルコンデンサ）をインピーダンス整合器５２Ａ内に収容している。またインピーダンス整合器５２Ａは、トランスを有しておらず、トランスの代わりに、第２の可変容量コンデンサ８０Ｙ（例えば回転式のバリアブルコンデンサ）を有している。第３の実施の形態（図１０）におけるインピーダンス整合器５２Ａは、「インピーダンス整合」を実施して「同調」を実施しない第２の実施の形態のインピーダンス整合器５２（図９）に対して、「インピーダンス整合」と「同調」の双方を実施するものである。つまり、インピーダンス整合器５２Ａは、送電ループ６１に対して直列に接続された第１の可変容量コンデンサ８０Ｘと、送電ループ６１に対して並列に接続された第２の可変容量コンデンサ８０Ｙと、を有している。そしてインピーダンス整合器５２Ａには、第１の可変容量コンデンサ８０Ｘの静電容量と、第２の可変容量コンデンサ８０Ｙの静電容量と、をそれぞれ調整可能な遠隔調整装置５４（例えばサーボモータ）が設けられている。そして遠隔調整装置５４を遠隔操作する遠隔操作機５３を有している。第３の実施の形態では、インピーダンス整合器５２Ａにトランスを使用せず、第１の可変容量コンデンサ８０Ｘと第２の可変容量コンデンサ８０Ｙを直並列とした回路構成とすることで、インピーダンス変換比が固定となるトランス（複数の変換比を用意してセレクトスイッチで切り換えは可能）と比較して、様々な負荷に対して、最適なインピーダンス変換と同調が可能となる。つまり、第３の実施の形態では、第１の可変容量コンデンサ８０Ｘと第２の可変容量コンデンサ８０Ｙを用いることで、様々な負荷（例えば爆破毎に張り替えた、補助母線６２＋送電ループ６１）に対して効率よく操作周波数ｆの電流を流すことができる。さらに、第１の可変容量コンデンサ８０Ｘと第２の可変容量コンデンサ８０Ｙを用いることで、出力インピーダンスＺoutと、負荷インピーダンスＺloadと、の間のインピーダンス整合を効率よく行うことが可能であり、電力伝送効率（Ｗout／Ｗfwd）を効率よく向上させることができる。また第１及び第２の可変容量コンデンサの静電容量の調整を遠隔操作できるので、第１及び第２の可変容量コンデンサの静電容量を調整する作業時間をより短縮化することができる。これらが第２の実施の形態とは異なり、以下、第２の実施の形態との相違点を主に説明する。

図１０に示す送電装置６０は、発破母線６３とインピーダンス整合器５２Ａ（第１の可変容量コンデンサ８０Ｘと第２の可変容量コンデンサ８０Ｙを含む）と遠隔操作機５３と遠隔調整装置５４と補助母線６２と送電ループ６１にて構成されている。そしてコネクタ６８Ｄには起爆操作機５０と発破母線６３の一方端が接続され、コネクタ６８Ｃには発破母線６３の他方端とインピーダンス整合器５２Ａが接続されている。またコネクタ６８Ｂにはインピーダンス整合器５２Ａと補助母線６２の一方端が接続され、コネクタ６８Ａには補助母線６２の他方端と送電ループ６１が接続されている。インピーダンス整合器５２Ａは第１の可変容量コンデンサ８０Ｘと第２の可変容量コンデンサ８０Ｙと、遠隔調整装置５４を収容しており、第１の可変容量コンデンサ８０Ｘと第２の可変容量コンデンサ８０Ｙのそれぞれの静電容量は、遠隔調整装置５４にてそれぞれ調整される。そして遠隔調整装置５４は、遠隔操作機５３から無線または有線にて遠隔操作される。図１０は、遠隔調整配線６４（有線）にて、遠隔調整装置５４が遠隔操作される例を示している。なお、遠隔調整装置５４をインピーダンス整合器５２Ａの外部に設けるようにしてもよい。

図１０に示す第３の実施の形態の送電装置６０は、遠隔操作機５３と、遠隔調整装置５４と、第１の可変容量コンデンサ８０Ｘと第２の可変容量コンデンサ８０Ｙと、を有している。これにより、起爆操作機５０及び遠隔操作機５３を操作する作業者によって、第１の可変容量コンデンサ８０Ｘと第２の可変容量コンデンサ８０Ｙのそれぞれの静電容量の調整を遠隔操作で実行可能であるので、作業効率をより向上させることができる。爆破によって補助母線６２と送電ループ６１を張り替えた場合、張り替え前と張り替え後でインダクタンス成分が等しく無い場合や、張り替え前と張り替え後で負荷インピーダンスＺloadが等しく無い場合では、第１の可変容量コンデンサ８０Ｘと第２の可変容量コンデンサ８０Ｙのそれぞれの静電容量を再調整する必要があるので有効である。なお、第２の実施の形態と同様、インピーダンス整合器５２Ａを有しているので、電力伝送効率（Ｗout／Ｗfwd）を、大きく向上させることが可能であり、上記の（３−１）を改善している。

［無線起爆方法（図１〜図３）］
以上に説明した無線起爆システム１を用いた無線起爆方法の各ステップ（ａ）〜（ｈ）を以下に説明する。
（ａ）装薬孔削孔ステップ。
（ｂ）爆薬装填ステップ。
（ｃ）送電ループ設置ステップ。
（ｄ）起爆操作機側受信アンテナ設置ステップ。
（ｅ）電子回路準備開始送信ステップ。
（ｆ）電子回路準備完了応答ステップ。
（ｇ）起爆信号送信ステップ。
（ｈ）発破ステップ。

（ａ）装薬孔削孔ステップでは、図１（または図２）に示すように、被爆破個所（切羽面４１）に装薬孔４０を削孔する。

（ｂ）爆薬装填ステップでは、図３に示すように、無線起爆雷管２が取り付けられた爆薬である親ダイ３６Ａと、無線起爆雷管２が取り付けられていない爆薬である増ダイ３６Ｂとを装薬孔４０に装填する。

（ｃ）送電ループ設置ステップでは、図１（または図２）に示すように、最初の爆破の際には、被爆破個所から第３所定距離（距離Ｌ３）だけ離れた位置にインピーダンス整合器５２（５２Ａ）を配置し、インピーダンス整合器５２（５２Ａ）から第４所定距離（距離Ｌ４）だけ離れた位置に起爆操作機５０（及び遠隔操作機５３）を設置し、インピーダンス整合器５２（５２Ａ）と起爆操作機５０の間に中継装置５１（図２の例の場合では中継装置５１は省略）を配置する。そして、送電ループ６１と補助母線６２と発破母線６３と遠隔調整配線６４を張る（敷設する）。また２回目以降の爆破の際には、送電ループ６１と補助母線６２のみを張り替える。そして、各配線等を敷設した後、遠隔操作機５３を操作して同調用コンデンサの静電容量を調整し、インピーダンス整合用コンデンサの静電容量を調整する（インピーダンス整合器がトランスを有する場合では、トランスのインピーダンス変換比を選択する）。

（ｄ）起爆操作機側受信アンテナ設置ステップでは、図１（または図２）に示すように、被爆破個所から第２所定距離（距離Ｌ２）だけ離れた位置に、起爆操作機側受信アンテナ６５を設置し、受信側母線６６を張る（敷設する）。当該ステップは、距離Ｌ２を適切な長さ（爆破の影響を受けない長さ）に設定することで、２回目以降の爆破の際には不要となる。

（ｅ）電子回路準備開始送信ステップでは、起爆操作機５０が、１００［ｋＨｚ］以上５００［ｋＨｚ］以下の周波数（例えば２００［ＫＨｚ］）である操作周波数にて、電子回路準備を開始させる制御信号と無線起爆雷管の点火用のエネルギーと起爆側電子回路の駆動用のエネルギーとを含む電子回路準備開始信号を、送電ループ６１を介して、起爆操作機５０から無線起爆雷管２に送信する。

（ｆ）電子回路準備完了応答ステップでは、電子回路準備開始信号を、起爆側受信アンテナ１２を介して無線起爆雷管２にて受信し、無線起爆雷管２が、無線起爆雷管の点火用のエネルギーや起爆側電子回路の駆動用のエネルギーの充電及び起爆側電子回路の駆動とを含む電子回路準備を開始する。そして無線起爆雷管２は、上記の電子回路準備が完了した場合に、当該電子回路準備の完了を示す応答信号である電子回路準備完了信号を、応答周波数にて、起爆側送信アンテナ２４を介して、無線起爆雷管２から起爆操作機５０に送信する。なお、応答周波数は、１００［ＭＨｚ］以上１［ＧＨｚ］以下の周波数であって、例えば３１５［ＭＨｚ］または４２９［ＭＨｚ］である。

（ｇ）起爆信号送信ステップでは、電子回路準備完了信号を、起爆操作機側受信アンテナ６５を介して起爆操作機５０にて受信した後、起爆操作機５０が、上記の操作周波数にて、起爆信号を、送電ループ６１を介して、起爆操作機５０から無線起爆雷管２に送信する。

（ｈ）発破ステップでは、起爆信号を、起爆側受信アンテナ１２を介して無線起爆雷管２にて受信し、無線起爆雷管２が、充電した無線起爆雷管の点火用のエネルギーや起爆側電子回路の駆動用のエネルギーを用いて、起爆側電子回路から起爆部１４に点火して起爆させる。

本発明の送電装置６０、６０Ａ、６０Ｂ、及び無線起爆システム１、１Ａ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。

また本実施の形態にて説明した送電装置６０、６０Ａ、６０Ｂ、及び無線起爆システム１、１Ａ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。

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。

１、１Ａ 無線起爆システム
２ 無線起爆雷管
１０ 第１ケース
１０ａ 連結端部
１０ｂ スリット
１０ｄ 壁板
１０ｅ 貫通孔
１２ 起爆側受信アンテナ
１４ 起爆部
２０ 第２ケース
２０ａ 連結端部
２０ｂ 切欠部
２２ 電子回路基板
２４ 起爆側送信アンテナ
３０ 第３ケース
３６ 爆薬
３６Ａ 親ダイ
３６Ｂ 増ダイ
４０ 装薬孔
４１ 切羽面（被爆破個所）
４２ 洞床
４３ 洞側壁
４４ 洞天井
４５ 封止物
５０ 起爆操作機
５１ 中継装置
５２ インピーダンス整合器
５２Ａ インピーダンス整合器
５３ 遠隔操作機
５４ 遠隔調整装置
６０、６０Ａ、６０Ｂ 送電装置
６１ 送電ループ
６２ 補助母線
６３、６３Ａ、６３Ｂ 発破母線
６４ 遠隔調整配線
６５ 起爆操作機側受信アンテナ
６６ 受信側母線
６８Ａ、６８Ｂ、６８Ｃ、６８Ｄ コネクタ
８０ 同調用コンデンサ
８０Ｘ （第１の）可変容量コンデンサ
８０Ｙ （第２の）可変容量コンデンサ
Ｄ１ 径
Ｄ２ 深さ
Ｌ１ 距離（第１所定距離）
Ｌ２ 距離（第２所定距離）
Ｌ３、Ｌ４ 距離
Ｗfwd 入射電力
Ｗrev 反射電力
Ｗout 出射電力
Ｚload 負荷インピーダンス
Ｚout 出力インピーダンス

Claims (5)

1. 起爆側受信アンテナと起爆側電子回路とを有する無線起爆雷管が取り付けられて被爆破個所に配置された爆薬に、無線方式で、前記無線起爆雷管の点火用のエネルギー、前記起爆側電子回路の駆動用のエネルギー、及び制御信号を受け渡す、送電装置であって、
   遠隔操作が可能な起爆操作機に、一方端が接続された発破母線と、
   前記発破母線の他方端に、一方端が接続された補助母線と、
   前記補助母線の他方端に接続されて前記被爆破個所である切羽あるいは前記切羽の外周に張り巡らされた送電ループと、を有し、
   前記発破母線は、爆破毎に張り替えられることがなく、
   前記補助母線及び前記送電ループは、爆破毎に張り替えられ、
   前記発破母線の他方端と前記補助母線の一方端との間には、前記補助母線と前記送電ループを前記無線方式の周波数で共振させる同調用コンデンサが接続されている、
   送電装置。
2. 請求項１に記載の送電装置であって、
   前記発破母線の他方端と前記補助母線の一方端との間には、インピーダンス整合器が接続されており、
   前記インピーダンス整合器は、前記インピーダンス整合器を含めて前記インピーダンス整合器から見た前記発破母線と前記起爆操作機の側のインピーダンスである出力インピーダンスと、前記インピーダンス整合器を含めて前記インピーダンス整合器から見た前記補助母線と前記送電ループの側のインピーダンスである負荷インピーダンスと、を整合しており、
   前記同調用コンデンサは前記インピーダンス整合器と前記補助母線の一方端との間に接続されている、あるいは、前記同調用コンデンサは前記インピーダンス整合器内に収容されている、
   送電装置。
3. 請求項２に記載の送電装置であって、
   前記同調用コンデンサは、可変容量コンデンサであり、
   前記インピーダンス整合器は、
   インピーダンス変換比を選択可能なトランス、を有しており、
   前記可変容量コンデンサの静電容量の調整と前記トランスのインピーダンス変換比の選択を遠隔操作で実行可能な遠隔調整装置、を有している、
   送電装置。
4. 請求項２に記載の送電装置であって、
   前記インピーダンス整合器は、
   前記同調用コンデンサによる前記補助母線と前記送電ループの前記共振と、前記出力インピーダンスと前記負荷インピーダンスの前記整合と、を行うための２つの可変容量コンデンサ、を有しており、
   それぞれの前記可変容量コンデンサの静電容量の調整を遠隔操作で実行可能な遠隔調整装置、を有している、
   送電装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の送電装置であり、前記切羽から第１所定距離だけ離れた位置に前記送電ループが配置された前記送電装置と、
   前記切羽から第２所定距離だけ離れた位置に配置された起爆操作機側受信アンテナと、
   前記送電装置と前記起爆操作機側受信アンテナが接続された前記起爆操作機であり、前記切羽から離れた遠隔位置に配置されて、無線方式で、前記無線起爆雷管の点火用のエネルギー、前記起爆側電子回路の駆動用のエネルギー、及び前記制御信号を、前記送電装置を介して前記無線起爆雷管に受け渡し、前記無線起爆雷管からの応答信号を、前記起爆操作機側受信アンテナを介して受信する前記起爆操作機と、
   起爆側送信アンテナと前記起爆側受信アンテナと前記起爆側電子回路とを有する前記無線起爆雷管であり、前記無線起爆雷管の点火用のエネルギー、前記起爆側電子回路の駆動用のエネルギー、及び前記制御信号を、前記起爆側受信アンテナを介して受け取り、前記制御信号に対する前記応答信号を前記起爆側送信アンテナを介して送信する前記無線起爆雷管と、
   前記切羽に削孔された装薬孔に装填された前記爆薬であり、前記無線起爆雷管が取り付けられた前記爆薬と、を有している、
   無線起爆システム。
   
   

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