JP7084167B2 - フィード長検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、クローラドリル等の穿孔機械に装備されるフィード長検出装置に関する。

この種の穿孔機械は、送り機構の駆動によりガイドシェルに沿って前進後退するさく岩機のフィード長および進退方向を検出するフィード長検出装置を備えている。この種の穿孔機械では、フィード長検出装置で検出したフィード長のデータを用いて穿孔速度を算出するとともに、さく岩機の停止位置を制御している。

従来のフィード長検出装置としては、例えば図１５に示すものが提案されている。
同図に示す従来のフィード長検出装置６０は、フィードモータ（図示略）の駆動軸に金属円盤６１が同軸に取付けられている。金属円盤６１の周縁には、円弧状をなす複数の切欠６２が所定間隔で設けられ、隣接する切欠６２によって凸部６３が形成されている。金属円板６１の切欠６２および凸部６３と軸方向で対向する位置には、一対の近接スイッチ６４ａ、６４ｂが配設されている。
ここで、上記フィード長検出装置６０の各構成は、直径φＮ４の基準円上において、隣接する切欠６２のなす中心角度がＰ、凸部６３のなす中心角度がＰ１、一対の近接スイッチ６４ａ、６４ｂ相互のなす中心角度がθ''と設定され、それぞれの関係は、Ｐ＞Ｐ１、θ''≠Ｐ（同図ではθ''＞Ｐ）とされている（例えば特許文献１参照）。

このフィード長検出装置６０では、フィード長は、一方の近接スイッチが検出するパルス信号をカウントすることで算出している、また、このフィード長検出装置６０では、位相の異なる２つの近接スイッチによって得られるパルス信号の位相のずれのパターンが、フィードモータの回転が正回転と逆回転とでは異なることを利用して、さく岩機の進退方向、つまり前進工程と後退工程とを判断している。そして、前進工程と判断すれば検出したフィード長を加算し、後退工程と判断すれば検出したフィード長を減算する。ここで、従来のフィード長検出装置６０の分解能は、金属円盤６１に設けられた切欠６２がなす中心角度Ｐと同義であり、中心角度Ｐは、この例では切欠６２が１２箇所に設けられているので、３０°（３６０÷１２＝３０）である。

特開平１０－３０６６７８号公報

近年、穿孔機械の自動化が進み、穿孔速度やさく岩機の停止位置決めの正確さが重要度を増していることから、フィード長検出装置の検出精度の向上が求められている。しかしながら、従来のフィード長検出装置６０においては、検出精度の向上には限界があった。

すなわち、検出精度向上のために切欠６２の数の増加を試みる場合、切欠６２のサイズと隣り合う切欠６２の間隔を維持しながら切欠６２の数を増加させるためには、金属円板６１の径を拡大する必要がある。そのため、レイアウト的な制約や重量増に伴う慣性力の増大等の問題があり現実的ではない。また、仮に金属円板６１の径を維持し、切欠６２のサイズを小さくして切欠６２の数を増加させると、隣接する切欠６２の間隔が狭くなる。そのため、さく岩機を早送りで移動させると、正規のパルス信号を検出できなくなり検出精度が低下するという問題がある。

そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、検出精度が高いフィード長検出装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るフィード長検出装置は、穿孔機械に装備されてガイドシェルに沿って前進後退するさく岩機のフィード長および進退方向を検出するフィード長検出装置であって、フィードモータの駆動軸に設けられた円板状のドッグプレートと、該ドッグプレートに形成された複数のドッグ部と、前記フィードモータの回転に伴う前記ドッグ部の近接、近接－開放切換、開放、および、開放－近接切換の各信号を検出する複数の近接スイッチと、を備え、前記ドッグ部は、前記ドッグプレートの外周部に形成した歯数Ｃの角スプラインであり、前記駆動軸の軸線方向から見たときに、前記角スプラインを構成する歯と溝の基準円上の幅が等しく形成され、少なくとも第１の近接スイッチと第２の近接スイッチとの２つ近接スイッチが前記基準円上に配設されており、単位検出角度αが下記（式１）にて設定されるとともに、前記第１の近接スイッチと前記第２の近接スイッチとがなす中心角度θが下記（式２）を満たすように配設されていることを特徴とする。
α＝β／Ｘ・・・・・・・・（式１）
θ＝α（２Ｙ＋１）・・・・（式２）
但し、βは、前記基準円上の歯幅または溝幅が形成する中心角度、Ｘは、近接スイッチの個数であって２以上の整数であり、Ｙは、０以上（Ｃ－１）以下の整数である。

本発明の一態様に係るフィード長検出装置によれば、上記要件を満たすように設けられた第１の近接スイッチと第２の近接スイッチとによる２つの検出信号によってフィード長と進退方向の両方を検出しており、個々の近接スイッチの分解能は、後に詳述するように、検出限界から余裕を持って設定していながら全体としては高分解能を達成しているので、送り機構を早送りで作動しても検出精度の低下が無い、検出精度が高いフィード長検出装置を提供できる。

つまり、本発明の検出精度について考察すると、例えば、図３に示すように、歯数Ｃが６歯の角スプラインからなるドッグ部が形成されたドッグプレートの場合、基準円φＮ１上の歯幅または溝幅のなす中心角度βは３０°（３６０÷１２＝３０）であり、近接スイッチの個数Ｘは２なので、単位検出角度αは（式１）により、１５°（３０÷２＝１５）となる。

第１の近接スイッチと第２の近接スイッチとのなす中心角度θは、（式２）より、１５°、４５°、７５°、１０５°、１３５°、１６５°の中から選択可能である。このように構成したフィード長検出装置において、分解能は、第１の近接スイッチと第２の近接スイッチの検出信号の位相差である１５°となるところ、これは従来に対して２倍の精度となっている。

次に、近接スイッチが検出する軌道上、すなわち、基準円上の歯幅および溝幅のなす角度に着目して従来技術と本発明とを対比すると、上述した従来技術は、図１５に示すように、切欠６２中心角度Ｐは、凸部の中心角度Ｐ１の２倍以上となっているので、凸部の角度Ｐ１は、１０°以下（実際には６．５°）である。これに対し、本発明では、歯幅と溝幅のなす角度βは等しく３０°である。

したがって、個別の近接スイッチが角スプラインの１個の歯を検出するためには、従来の近接スイッチは、１０°以下の検出性能が必要となるのに対し、本発明では、３０°以下の検出性能があればよいことになる。よって、求められる検出精度は、従来技術と本発明とでは、単純な比較で３倍以上（実際には４．６倍）の開きがある。

例えば、フィードモータの最高回転数を９０ｒｐｍ、基準円の直径φＮ４とφＮ１を便宜上等しいものとしてφＮ４を２４５ｍｍとすると、基準円φＮ４上の最大周速度は１１５５ｍｍ／ｓ（２４５×π×９０÷６０≒１１５５）となる。
上述した基準円上の歯幅角度（従来１０°／本発明３０°）は、歯幅に換算すると、従来技術が２１．４ｍｍ（２４５×π×１０÷３６０≒２１．４）に対し、本発明は、６４．１ｍｍ（２４５×π×３０÷３６０≒６４．１）となる。したがって、フィードモータの最高回転時における基準円φＮ４上を歯幅が通過する時間は、従来技術が１８．５ｍｓ（２１．４÷１１５５≒０．０１８５）であり、本発明は、５５．５ｍｓ（６４．１÷１１５５≒０．０５５５）となる。

クローラドリル等の穿孔機械においては、近年、センサやアクチュエータ等の各種機器は、省配線化や情報機器の相互通信を目的として、フィールドネットワークに組み込んでシステムを構成している。このようなネットワーク経由で信号処理をすると、検出プログラムのサンプリングタイムは１０～４０ｍｓになるところ、従来技術での歯幅通過時間１８．５ｍｓでは検出できない場合が生じる。これに対し、本発明での歯幅通過時間５５．５ｍｓであれば、充分な余裕を持って検出可能である。

ここで、本発明の一態様に係るフィード長検出装置において、少なくとも１つの追加ドッグ部をドッグ部とは異なる箇所に設けるとともに、追加ドッグ部に対応する追加近接スイッチを設け、追加ドッグ部が、所定の溝幅を有する円弧の溝からなり、フィードモータの回転に伴って追加ドッグ部の近接－開放切換信号または開放－近接切換信号を追加近接スイッチによって検出し、第１の近接スイッチまたは第２の近接スイッチを歯幅または溝幅が通過する時間をＴａｂとし、追加近接スイッチを追加ドッグ部溝幅が通過する時間をＴｚとするとき、下記（式３）を満たすように設定し、この追加近接スイッチによって追加ドッグ部を検出する検出信号を用いてキャリブレーションを行うことは好ましい。
Ｔａｂ＜Ｔｚ・・・（式３）

このような構成であれば、追加ドッグ部を追加近接スイッチで検出することが、ドッグ部を第１の近接スイッチまたは第２の近接スイッチで検出することよりも確実に行なうことができる。よって、この追加ドッグ部の検出信号を利用してキャリブレーションを行なうことで、仮に、早送りの動作によってドッグ部の信号の未検出状態が発生しても、誤差を較正して検出精度を維持することが可能となる。

上述のように、本発明によれば、検出精度が高いフィード長検出装置を提供できる。

本発明の一態様に係るフィード長検出装置を備えた穿孔機械の第一実施形態に係るクローラドリルの側面図である。 図１のフィード長検出装置およびこれを備えるガイドシェルの側面図である。 図１のフィード長検出装置の要部拡大図である。 図３のフィード長検出装置のＡ－Ａ断面図である。 第一実施形態に係るフィード長検出装置を用いたフィード長検出の信号状態であって、さく岩機が前進工程の場合の説明図（（ａ）～（ｄ））である。 図５に示す前進工程でのタイミングチャートである。 第一実施形態に係るフィード長検出装置を用いたフィード長検出の信号状態であって、さく岩機が後退工程の場合の説明図（（ａ）～（ｄ））である。 図７に示す後退工程でのタイミングチャートである。 本発明の第二実施形態に係るフィード長検出装置の要部拡大図である。 図９に示すフィード長検出装置のＢ－Ｂ断面図である。 本発明の第三実施形態に係るフィード長検出装置の要部拡大図である。 第一実施形態の変形例であり、同図は、近接スイッチの個数を３個としたフィード長検出装置の要部を拡大して示している。 図１２に示す、第一実施形態の変形例のフィード長検出装置を用いたフィード長検出の信号状態であって、さく岩機が前進工程の場合の説明図（（ａ）～（ｆ））である。 図１３に示す前進工程でのタイミングチャートである。 従来のフィード長検出装置の要部拡大図である。

以下、本発明の一態様に係るフィード長検出装置を備えた穿孔機械の第一実施形態であるクローラドリルについて図面を適宜参照しつつ説明する。本明細書においては、図中左方向を前方、右方向を後方として説明をする。
なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。また、以下に示す実施形態ないし変形例は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態ないし変形例に特定するものではない。

［第一実施形態］
まず、第一実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態のクローラドリル１は、クローラで走行可能な走行台車２を有する。走行台車２の上部には、オペレータキャビン３およびブーム４等の周知の構成が装備され、ブーム４の先端には、ガイドシェル５が設けられている。
ガイドシェル５の側方には、ロッドチェンジャ９が設けられるとともに、ガイドシェル５の先端には、セントラライザ１０が設けられている。また、ガイドシェル５には、ガイドシェル５の後部に設けられた送り機構２０によって前進後退可能なキャリッジ６が搭載されている。キャリッジ６には、ドリフタ７が乗架されている。

ドリフタ７には、公知の打撃機構と回転機構が設けられたさく岩機であり、図２に示すように、回転機構には、シャンクロッド８が装着される。シャンクロッド８には、スリーブ（図示略）を介してロッド（図示略）が螺着され、ロッドの先端にはビット（図示略）が螺着される。ドリフタ７は、打撃機構で発生する衝撃と回転機構で発生する回転を、シャンクロッド８からビットを介して岩盤に伝達して破砕可能に構成されている。

送り機構２０は、図３および図４に示すように、ガイドシェル５の後端に設けられたケーシング２１と、ケーシング２１に装着されたフィードモータ２２と、を備える。フィードモータ２２は、駆動軸２３の軸線がキャリッジ６の前後進方向と直交する方向に配置され、フィードモータ２２の駆動軸２３には、ドライブスプロケット２４が同軸に装着されている。

そして、ドライブスプロケット２４とキャリッジ６には、図示しないチェーンが前後進方向に沿って掛け回されている。これにより、フィードモータ２２を図３中反時計周りに回転させると、キャリッジ６がガイドシェル５上を前進（すなわち、ドリフタ７が前進）し、図３中時計周りに回転させると、キャリッジ６がガイドシェル５上を後退（すなわちドリフタ７が後退）するように構成されている。

さらに、本実施形態のクローラドリル１は、フィードモータ２２の駆動軸２３の先端側の位置に、フィード長検出装置３０が設けられている。フィード長検出装置３０は、ドライブスプロケット２４と同軸に配置された円板状のドッグプレート３１と、ドッグプレート３１に対向配置された複数（この例では３個）の近接スイッチ３６ａ、３６ｂ、３６ｚと、を有する。
ドッグプレート３１には、角スプライン３２が６等配に周縁部分に設けられている。角スプライン３２は、複数のスプライン歯３３と、複数のスプライン溝３４とからなり、各スプライン歯３３と各スプライン溝３４との間には、前方壁面３２ａおよび後方壁面３２ｂがそれぞれ形成されている。

ここで、本実施形態における角スプライン３２は、一般的な角スプラインのように歯部の両端面が平行な二面幅を構成しておらず、前方壁面３２ａと後方壁面３２ｂが、回転中心から放射状、すなわち法線と一致するように形成されている。
スプライン歯３３とスプライン溝３４は、駆動軸２３の軸線方向から見たときに、直径φＮ１の基準円上において、歯幅と溝幅が等しくなるように設定されている。前述の通り、前方壁面３２ａと後方壁面３２ｂが法線上に形成されているので、前方壁面３２ａと後方壁面３２ｂとがなす中心角度βが、スプライン歯３３とスプライン溝３４で等しく設定される。

中心角度βを基準円上に配設した近接スイッチの個数で割ったものが、上記課題を解決するための手段に記載の「単位検出角度α」である。本実施形態における角スプライン３２は６等配なので、中心角度βは３０°（３６０÷６÷２＝３０）になり、基準円上の近接スイッチの個数Ｘは２なので、単位検出角度度αは１５°（３０÷２＝１５）となる。

さらに、このドッグプレート３１には、直径φＮ２上の位置に、円弧状溝３５が形成されている。円弧状溝３５には、周方向の前後に、前方壁面３５ａと後方壁面３５ｂが形成されており、前方壁面３５ａと後方壁面３５ｂは、回転中心から放射状、すなわち法線と一致するように形成されている。前方壁面３５ａと後方壁面３５ｂがなす中心角度γは、前述の中心角度βの３倍、すなわち９０°に設定されている。本実施形態の角スプライン３２が、上記課題を解決するための手段に記載の「ドッグ部」を構成し、円弧状溝３５が、上記課題を解決するための手段に記載の「追加ドッグ部」を構成している。

円弧状溝３５と角スプライン３２との相対関係は任意に設定可能であるが、本実施形態においては、円弧状溝３５の前方壁面３５ａと角スプライン３２の後方壁面３２ｂとが同一法線上となるように設定され、円弧状溝３５の後方壁面３５ｂと角スプライン３２の前方壁面３２ａとが同一法線上となるように設定されている。

フィードモータ２２の回転に伴うドッグ部の近接、近接－開放切換、開放、および、開放－近接切換の各信号を検出するように、複数の近接スイッチ３６ａ、３６ｂ、３５ｚがそれぞれ設けられている。近接スイッチ３６ａ、３６ｂ、３５ｚは、ドッグプレート３１と対向する平面を形成するブラケット３７に、その検出軸線が駆動軸２３と平行となるように対向配置されている。

角スプライン３２の歯数Ｃは６歯なので、歯幅のなす中心角度βは３０°であり、基準円φＮ１上に配設された近接スイッチ３６ａ、３６ｂの個数Ｘは２なので単位検出角度αは、下記（式１）より、１５°である。
α＝β／Ｘ・・・（式１）
但し、Ｘは２以上の整数である。

また、２つの近接スイッチ３６ａと近接スイッチ３６ｂとがなす中心角度θは、下記（式２）より、１５°、４５°、７５°、１０５°、１３５°、１６５°から任意に選択可能であり、図３に示すように、本実施形態ではθを７５°に設定している。
θ＝α（２Ｙ＋１）・・・（式２）
但し、Ｙは、０～（Ｃ－１）の整数である。

本実施形態において、フィードモータ２２の最高回転数を９０ｒｐｍ、基準円の直径φＮ１を２４５ｍｍとすると、基準円φＮ１上の最大周速度は、１１５５ｍｍ／ｓ（２４５×π×９０÷６０≒１１５５）となる。基準円上の角スプライン３２の歯幅のなす角度、すなわち前方壁面３２ａと後方壁面３２ｂとがなす中心角度βを距離に換算すると、６４．１ｍｍ（２４５×π×３０÷３６０≒６４．１）となる。

したがって、フィードモータ２２の最高回転時における基準円φＮ１上を歯幅が通過する時間Ｔａｂは、５５．５ｍｓ（６４．１÷１１５５≒０．０５５５）となる。本実施形態のクローラドリル１では、検出プログラムのサンプリングタイムは１０～４０ｍｓなので、歯幅通過時間Ｔａｂが５５．５ｍｓであれば、充分な余裕を持って検出可能である。

また、本実施形態において、円弧状溝３５が形成された直径φＮ２を１５０ｍｍとすると、直径φＮ２上の最大周速度は、７０７ｍｍ／ｓ（１５０×π×９０÷６０≒７０７）となる。直径φＮ２上の円弧状溝３５のなす角度、すなわち前方壁面３５ａと後方壁面３５ｂとがなす角度γを距離に換算すると、１１７．８ｍｍ（１５０×π×９０÷３６０≒１１７．８）となる。

したがって、フィードモータ２２の最高回転時におけるφＮ２上を円弧状溝３５が通過する時間Ｔｚは、１６６．６ｍｓ（１１７．８÷７０７≒０．１６６６）となる。歯幅通過時間Ｔａｂが５５．５ｍｓなのに対し、円弧状溝通過時間Ｔｚは１６６．６ｍｓであり、下記（式３）が成立している。
Ｔａｂ＜Ｔｚ・・・（式３）

本実施形態において、円弧状溝３５の通過時間Ｔｚは、角スプライン３２の通過時間Ｔａｂの３倍程度に設定されており、さらに、検出プログラムのサンプリングタイムの１０～４０ｍｓの４～１６倍に設定されていることから、フィードモータ２２が１回転する間に円弧状溝３５を確実に検出可能である。そこで、円弧状溝３５の検出信号を用いて検出信号のキャリブレーションを行なうことで、フィード長検出装置の検出精度を向上させることが可能となる。

次に、上記フィード長検出装置３０によるフィード長検出について、図５～図８を用いて説明する。なお、図５および図６は、フィードモータ２２が図３中反時計周りに回転してドリフタ７が前進する際の検出状態を表し、図７および図８は、フィードモータ２２が図３中時計周りに回転してドリフタ７が後退する際の検出状態を表している。

図５は、フィードモータ２２が図３中反時計回りに回転して、状態１（図５（ａ））から状態４（同図（ｄ））に至るまでの各近接スイッチ３６ａ～３６ｚの検出状態の推移を示しており、図６に示すタイミングチャートの縦軸が信号のＯＮ―ＯＦＦ、横軸が時間を表している。
状態１（図５（ａ））は、Ａ相の近接スイッチ３６ａがスプライン歯３３を検出（＝「近接」）し、Ｂ相の近接スイッチ３６ｂが非検出状態から前方壁面３２ａを検出（＝「開放―近接切換」）し、Ｚ相の近接スイッチ３６ｚがドッグプレート３１を検出状態から後方壁面３５ｂを検出（＝「近接―開放切換」）した状態である。

状態２（図５（ｂ））は、近接スイッチ３６ａがスプライン歯３３を検出状態から後方壁面３２ｂを検出（＝「近接―開放切換」）し、近接スイッチ３６ｂがスプライン歯３３を検出（＝「近接」）し、近接スイッチ３６ｚが非検出（＝「開放」）の状態である。
状態３（図５（ｃ））は、近接スイッチ３６ａが非検出（＝「開放」）状態であり、近接スイッチ３６ｂがスプライン歯３３検出から後方壁面３２ｂを検出（＝「近接―開放切換」）した状態であり、近接スイッチ３６ｚが非検出（＝「開放」）の状態である。

状態４（図５（ｄ））は、近接スイッチ３６ａが非検出から前方壁面３２ａを検出（＝「開放―近接切換」）した状態であり、近接スイッチ３６ｂが非検出（＝「開放」）、近接スイッチ３６ｚが非検出（＝「開放」）の状態である。

ここで、各状態の間隔は、単位検出角度α（＝１５°）に相当する時間であり、状態１から状態４において、Ａ相の近接スイッチ３６ａとＢ相の近接スイッチ３６ｂとの検出状態の組合せは全て異なっていることから、単位検出角度αは、本実施形態のフィード長検出装置３０の分解能と同義であることが見て取れる。

また、各状態の推移に着目すると、近接スイッチ３６ａと近接スイッチ３６ｂとの検出状態は、それぞれ「近接」→「近接―開放切換」→「開放」→「開放―近接切換」を繰り返しているところ、近接スイッチ３６ａと近接スイッチ３６ｂとでは、Ａ相の近接スイッチ３６ａの状態が、Ｂ相の近接スイッチ３６ｂの状態よりも先行して推移している。これにより、フィードモータ２２の回転方向が、図５中反時計回りに回転（すなわち、ドリフタ７が前進）していることを各状態毎（すなわち、分解能ごと）に判別可能である。

上述した通り、本実施形態のフィード長検出装置３０の分解能は、単位検出角度αと同義であるが、個々の近接スイッチ３６ａ、３６ｂに求められる検出精度は、歯幅のなす中心角度βを検出可能であればよいことになる。したがって、個々の近接スイッチ３６ａ、３６ｂの検出には、余裕があるので正確なフィード長検出が可能である。また、個々の近接スイッチ３６ａ、３６ｂとして、単位検出角度αの１／２の検出精度を備える近接スイッチ、すなわち、分解能よりも性能の低い近接スイッチを採用可能となるので、コストを抑えることができる。

Ｚ相の近接スイッチ３６ｚの検出状態は、状態１では「近接―開放切換」となり、状態２から状態４では「開放」で変化が無く、その後も「開放」が２回繰り返され、３回目の状態変化で「開放―近接切換」となる。すなわち、単位検出角度αの６倍に相当する間隔で「開放」が維持される。
そのため、この間隔は、近接スイッチ３６ａ、３６ｂと対比しても３倍となるので、検出ミスが発生するおそれは無い。したがって、Ｚ相の近接スイッチ３６ｚの検出信号を用いて毎回転毎にキャリブレーションを行なうことで、フィード長検出装置３０の検出精度をより確かなものとすることができる。

図７は、フィードモータ２２が、同図中時計回りに回転して状態５（図７（ａ））から状態８（図７（ｄ））に至るまでの各近接スイッチ３６ａ～３６ｚの検出状態の推移を示しており、図８に示すタイミングチャートの縦軸が信号のＯＮ―ＯＦＦ、横軸が時間を表している。
図７において、状態５（図７（ａ））は、Ａ相の近接スイッチ３６ａが非検出（＝「開放」）、Ｂ相の近接スイッチ３６ｂが非検出から後方壁面３２ｂを検出（＝「開放―近接切換」）、Ｚ相の近接スイッチ３６ｚがドッグプレート３１を検出した状態から後方壁面３５ｂを検出（＝「近接―開放切換」）した状態である。

状態６（図７（ｂ））は、近接スイッチ３６ａが非検出から前方壁面３２ａを検出（＝「開放―近接切換」）した状態であり、近接スイッチ３６ｂがスプライン歯３３を検出（＝「近接」）し、近接スイッチ３６ｚが非検出（＝「開放」）の状態である。
状態７（図７（ｃ））は、近接スイッチ３６ａがスプライン歯３３を検出（＝「近接」）し、近接スイッチ３６ｂがスプライン歯３３検出から前方壁面３２ａを検出（＝「近接―開放切換」）し、近接スイッチ３６ｚがドッグプレート３１を検出から後方壁面３５ｂを検出（＝「近接―開放切換」）した状態である。

状態８（図７（ｄ））は、近接スイッチ３６ａがスプライン歯３３検出した状態から後方壁面３２ｂを検出（＝「近接―開放切換」）した状態であり、近接スイッチ３６ｂが非検出（＝「開放」）、近接スイッチ３６ｚが非検出（＝「開放」）の状態である。

図５および図６と、図７および図８とを対比すると、単位検出角度αが分解能と同義であること、各近接スイッチに求められる検出性能、キャリブレーションに好適な信号を検出可能なこと、はそれぞれ共通していることが見て取れる。また、Ａ相の近接スイッチ３６ａおよびＢ相の近接スイッチ３６ｂの検出状態が、それぞれ「近接」→「近接―開放切換」→「開放」→「開放―近接切換」を繰り返すことも共通している。

しかし、Ａ相の近接スイッチ３６ａとＢ相の近接スイッチ３６ｂとでは、Ｂ相の近接スイッチ３６ｂの状態がＡ相の近接スイッチ３６ａの状態よりも先行して推移している。これにより、フィードモータ２２の回転方向が、図７中時計回りに回転（すなわち、ドリフタ７が後退）していることを状態毎（すなわち、分解能ごと）に判別可能である。

このように、第一実施形態のフィード長検出装置３０では、フィードモータ２２の回転方向を、分解能毎に判別しながら検出状態をカウントすることが可能であり、ドリフタ７が前進している場合はカウントを加算し、後退している場合はカウントを減算することでフィード長を精度良く算出することができる。

［第二実施形態］
次に、第二実施形態について説明する。図９および図１０は、第二実施形態のフィード長検出装置４０を示している。第二実施形態のフィード長検出装置４０と第一実施形態のフィード長検出装置３０との差異は、課題を解決するための手段の「追加ドッグ部」である円弧状溝３５に替えて、較正用のドッグプレート４１を設けた点であり、その他の構成は、第一実施形態のフィード長検出装置３０と共通している。

詳しくは、第二実施形態のドッグプレート４１は、第一実施形態のドッグプレート３１よりも径小な円板であり、周縁部の１箇所に、方形溝４２が設けられている。方形溝４２の両端部には、前方壁面４２ａおよび後方壁面４２ｂが形成されている。前方壁面４２ａと後方壁面４２ｂとがなす中心角度は、９０°に設定されている。

ドッグプレート４１は、ドッグプレート３１と平行に、かつ、ドッグプレート４１がドッグプレート３１の上面側（図１０中下方）となるように、フィードモータ２２の駆動軸２３に同軸に装着されている。複数の近接スイッチ３６ａ、３６ｂ、３６ｚは、ブラケット４３に、その検出軸線が駆動軸２３と平行となるように対向配置されている。ドッグプレート３１とドッグプレート４１とでは、検出距離に差があるので、それぞれの検出対象との適正な距離を保つように装着されている。

第二実施形態のフィード長検出装置４０のフィード長検出の状態は、第一実施形態のフィード長検出装置３０と同じであり、ドリフタ７の前進工程は、図５および図６に示した例、後退工程は図７および図８に示した例の通りであるので、第二実施形態での説明は省略する。
この第二実施形態のフィード長検出装置４０は、追加ドッグ部として較正用のドッグプレート４１を別個追加することが特徴であるが、このように構成することで、追加ドッグ部を多段に追加して、キャリブレーションの精度を向上することが容易に行える。

［第三実施形態］
次に、第三実施形態について説明する。図１１は、本発明の第三実施形態であるフィード長検出装置５０を示している。
第三実施形態のフィード長検出装置５０は、ドッグプレート５１と、複数（この例では４個）の近接スイッチ５７ａ、５７ｂ、５７ｚ１、５７ｚ２と、を有する。第三実施形態のドッグプレート５１と第一実施形態のドッグプレート３１の基本的な構成は共通している。
つまり、角スプライン５２は角スプライン３１に対応し、スプライン歯５３はスプライン歯３３に対応し、スプライン溝５４はスプライン溝３４に対応し、円弧状溝（内）５５は円弧状溝３５に対応し、近接スイッチ５７ａは近接スイッチ３６ａに対応し、近接スイッチ５７ｂは近接スイッチ３６ｂに対応し、近接スイッチ５７ｚ１は近接スイッチ３６ｚに対応している。

第三実施形態のフィード長検出装置５０と第一実施形態のフィード長検出装置３０との差異は、上記の共通構成に対し、さらに追加ドッグ部として円弧状溝（外）５６と、これに対向配置された近接スイッチ５７ｚ２と、が追加された点である。円弧状溝（外）５６は、直径φＮ３の円上の４箇所に設けられている。各円弧状溝（外）５６には、前方壁面５６ａと後方壁面５６ｂが形成され、前方壁面５６ａおよび後方壁面５６ｂは、回転中心から放射状、すなわち法線と一致するように形成されている。

前方壁面５６ａと後方壁面５６ｂとがなす中心角度δは、図３の中心角度βの１．５倍、すなわち４５°に設定されている。さらに、周方向で隣接する円弧状溝（外）５６の前方壁面５６ａと後方壁面５６ｂとがなす中心角度も同じく４５°に設定されている。φＮ３は、φＮ２よりも大きくφＮ１よりも小さいことから、円弧状溝（外）５６は、円弧状溝（内）５５と角スプライン３２との間の空間に設けられている。

第三実施形態のフィード長検出装置５０のフィード長検出は、共通構成部分は第一実施形態のフィード長検出装置３０と同じなので説明は省略する。第三実施形態の円弧状溝（外）５６は、４箇所に設けられているので、ドッグプレートが１回転する間に、溝を４回検出することになり、この検出信号を用いてキャリブレーションを行なうことで較正の頻度が増加してフィード長の検出精度がより向上する。

［第一実施形態の変形例］
次に、第一実施形態の変形例について説明する。図１２に、第一実施形態の変形例のフィード長検出装置３０'を示す。
同図に示すように、本変形例のフィード長検出装置３０'と第一実施形態のフィード長検出装置３０との差異は、フィード長検出のための近接スイッチを１個追加した点である。つまり、本変形例のフィード長検出装置３０'は、近接スイッチ３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、および近接スイッチ３８ｚを備える。

本変形例では、近接スイッチの個数が変更になることから、単位検出角度α'と近接スイッチのなす中心角度θ'も前述の（式１）および（式２）により変更になる。すなわち、角スプライン３２の歯数Ｃは変更なく６歯なので、歯幅のなす中心角度βは３０°であり、基準円φＮ１上に配設された近接スイッチ３８ａ、３８ｂ、３８ｃの個数Ｘは３なので、単位検出角度α'は、下記（式１）により、１０°である。
α'＝β／Ｘ・・・（式１）

また、駆動軸２３の軸線方向から見たときに、近接スイッチ３８ａと近接スイッチ３８ｂとがなす中心角度θ'、および、近接スイッチ３８ｂと近接スイッチ３８ｃとがなす中心角度θ''は、下記（式２）により、１０°、３０°、５０°、７０°、９０°、１１０°から任意に選択可能であり、図１２に示すように、本実施形態ではθ'およびθ''を５０°に設定している。
θ'＝α'（２Ｙ＋１）
θ''＝α'（２Ｙ＋１）・・・（式２）
但し、Ｙは０～５の整数である。

次に、本変形例のフィード長検出装置３０'によるフィード長検出について、図１３および図１４を用いて説明する。図１３は、フィードモータ２２が、同図中反時計周りに回転してドリフタ７が前進する際に、状態１（同図（ａ））から状態６（同図（ｆ））に至るまでの各近接スイッチ３８ａ～３８ｚの検出状態の推移を示しており、図１４に示すタイミングチャートの縦軸が信号のＯＮ―ＯＦＦ、横軸が時間を表している。

状態１（図１３（ａ））は、Ａ相の近接スイッチ３８ａが非検出状態から前方壁面３２ａを検出（＝「開放―近接切換」）し、Ｂ相の近接スイッチ３８ｂが非検出（＝「開放」）の状態であり、Ｃ相の近接スイッチ３８ｃが非検出（＝「開放」）、Ｚ相の近接スイッチ３８ｚがドッグプレート３１の検出状態から後方壁面３５ｂを検出（＝「近接―開放切換」）した状態である。

状態２（図１３（ｂ））は、近接スイッチ３８ａがスプライン歯３３を検出（＝「近接」）し、近接スイッチ３８ｂが非検出状態から前方壁面３２ａを検出（＝「開放―近接切換」）した状態であり、近接スイッチ３８ｃが非検出（＝「開放」）、近接スイッチ３８ｚが非検出（＝「開放」）の状態である。
状態３（図１３（ｃ））は、近接スイッチ３８ａがスプライン歯３３を検出（＝「近接」）し、近接スイッチ３８ｂがスプライン歯３３を検出（＝「近接」）し、近接スイッチ３８ｃが非検出状態から前方壁面３２ａを検出（＝「開放―近接切換」）、近接スイッチ３８ｚが非検出（＝「開放」）した状態である。

状態４（図１３（ｄ））は、近接スイッチ３８ａがスプライン歯３３の検出状態から後方壁面３２ｂを検出（＝「近接―開放切換」）した状態であり、近接スイッチ３８ｂがスプライン歯３３を検出（＝「近接」）し、近接スイッチ３８ｃがスプライン歯３３を検出（＝「近接」）し、近接スイッチ３８ｚが非検出（＝「開放」）の状態である。
状態５（図１３（ｅ））は、近接スイッチ３８ａが非検出（＝「開放」）の状態であり、近接スイッチ３８ｂがスプライン歯３３の検出状態から後方壁面３２ｂを検出（＝「近接―開放切換」）した状態であり、近接スイッチ３８ｃがスプライン歯３３を検出（＝「近接」）し、近接スイッチ３８ｚが非検出（＝「開放」）の状態である。

状態６（図１３（ｆ））は、近接スイッチ３８ａが非検出（＝「開放」）の状態であり、近接スイッチ３８ｂが非検出（＝「開放」）、近接スイッチ３８ｃがスプライン歯３３の検出状態から後方壁面３２ｂを検出（＝「近接―開放切換」）し、近接スイッチ３８ｚが非検出（＝「開放」）の状態である。

ここで、各状態の間隔は、単位検出角度α'（＝１０°）に相当する時間であり、状態１から状態６において、Ａ相の近接スイッチ３８ａ、Ｂ相の近接スイッチ３８ｂおよびＣ相の近接スイッチ３８ｃの検出状態の組合せは全て異なっていることから、単位検出角度α'は、本変形例のフィード長検出装置３０'の分解能と同義であることが見て取れる。したがって、基準円上の近接スイッチの個数を１個増やすことで、分解能は１５°から１０°に向上している。

また、各状態の推移に着目すると、近接スイッチ３８ａ、近接スイッチ３８ｂおよび近接スイッチ３８ｃの検出状態は、それぞれ「近接」→「近接」→「近接―開放切換」→「開放」→「開放」→「開放―近接切換」を繰り返しているところ、Ａ相の近接スイッチ３６ａとＢ相の近接スイッチ３８ｂとでは、Ａ相の近接スイッチ３８ａの状態がＢ相の近接スイッチ３８ｂの状態よりも先行し、Ｂ相の近接スイッチ３８ｂの状態がＣ相の近接スイッチ３８ｃの状態よりも先行して推移している。これにより、フィードモータ２２の回転方向が、図中反時計回りに回転（すなわち、ドリフタ７が前進）していることを状態毎（すなわち、分解能ごと）に判別可能である。

上述した通り、本変形例のフィード長検出装置３０'の分解能は、単位検出角度α'と同義であるが、個々の近接スイッチに求められる検出精度は、歯幅のなす中心角度βを検出可能であればよいことになる。したがって、個々の近接スイッチの検出には、余裕があるので正確なフィード長検出が可能である。
また、基準円上の近接スイッチ３８ａ、３８ｂ、３８ｃとして、単位検出角度α'の１／３の検出精度を備える近接スイッチ（すなわち、分解能よりも性能の低い近接スイッチ）を採用可能なのでコストを抑えることができる。本変形例のフィード長検出装置３０'のその他の作用効果は、第一実施形態のフィード長検出装置３０と同一であるので説明は省略する。

以上、本発明の実施形態ないし変形例について図面を参照して説明したが、本発明に係るフィード長検出装置は、上記実施形態ないし変形例に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しなければ、その他の種々の変形や各構成要素を変更することが許容されることは勿論である。

例えば、基準円上で歯幅と溝幅を等しく設定するのであれば、角スプラインの壁面を法線と一致させずに平行な２面で形成してもよい。また、近接スイッチの配置は、一方向からではなくドッグプレートの両面に配してもよい。また、ドッグ部は、歯部と溝部とで構成するのではなく、凸部と凹部とで構成してもよい。

１ クローラドリル（穿孔機械）
２ 走行台車
３ オペレータキャビン
４ ブーム
５ ガイドシェル
６ キャリッジ
７ ドリフタ（さく岩機）
８ シャンクロッド
９ ロッドチェンジャ
１０ セントラライザ
２０ 送り機構
２１ ケーシング
２２ フィードモータ
２３ 駆動軸
２４ ドライブスプロケット
３０、３０' フィード長検出装置
３１ ドッグプレート
３２ 角スプライン（ドッグ部）
３２ａ、３２ｂ、 前方壁面、後方壁面
３３ スプライン歯
３４ スプライン溝
３５ 円弧状溝（追加ドッグ部）
３５ａ、３５ｂ 前方壁面、後方壁面
３６ａ、３６ｂ、３６ｚ 近接スイッチ（Ａ相）、（Ｂ相）、（Ｚ相）
３７ ブラケット
３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｚ 近接スイッチ（Ａ相）、（Ｂ相）、（Ｃ相）、（Ｚ相）
４０ フィード長検出装置
４１ ドッグプレート（較正用）
４２ 方形溝
４２ａ、４２ｂ 前方壁面、後方壁面
４３ ブラケット
５０ フィード長検出装置
５１ ドッグプレート（マルチ）
５２ 角スプライン
５３ スプライン歯
５４ スプライン溝
５５ 円弧状溝（外）
５６ 円弧状溝（内）
５６ａ、５６ｂ 前方壁面、後方壁面
５７ａ、５７ｂ、５７ｚ１、５７ｚ２ 近接スイッチ（Ａ相）、（Ｂ相）、（Ｚ１相）、（Ｚ２相）
６０ フィード長検出装置
６１ 金属円板
６２ 切欠
６３ 凸部
６４ａ、６４ｂ 近接スイッチ（Ａ相）、（Ｂ相）
α、α' 単位検出角度（分解能）
β 歯幅（溝幅）のなす中心角度
θ、θ'、θ'' 近接スイッチのなす中心角度
γ、δ 円弧状溝のなす中心角度
Ｃ 歯数（溝数）
φＮ１、φＮ２、φＮ３、φＮ４ 基準円直径
Ｐ 切欠のなす中心角度（分解能）
Ｐ１ 凸部のなす中心角度
Ｘ 近接スイッチの個数

Claims (2)

1. 穿孔機械に装備されてガイドシェルに沿って前進後退するさく岩機のフィード長および進退方向を検出するフィード長検出装置であって、
   フィードモータの駆動軸に設けられた円板状のドッグプレートと、該ドッグプレートに形成された複数のドッグ部と、前記フィードモータの回転に伴う前記ドッグ部の近接、近接－開放切換、開放および開放－近接切換の各信号を検出する複数の近接スイッチと、を備え、
   前記ドッグ部は、前記ドッグプレートの外周部に形成した歯数Ｃの角スプラインであり、
   前記駆動軸の軸線方向から見たときに、前記角スプラインを構成する歯と溝の基準円上の幅が等しく形成され、
   少なくとも第１の近接スイッチと第２の近接スイッチとの２つ近接スイッチが前記基準円上に配設されており、
   単位検出角度αが下記（式１）にて設定されるとともに、前記第１の近接スイッチと前記第２の近接スイッチとがなす中心角度θが下記（式２）を満たすように配設されていることを特徴とするフィード長検出装置。
   α＝β／Ｘ・・・・・・・・（式１）
   θ＝α（２Ｙ＋１）・・・・・（式２）
   但し、βは、前記基準円上の歯幅または溝幅が形成する中心角度、Ｘは、近接スイッチの個数であって２以上の整数であり、Ｙは、０以上（Ｃ－１）以下の整数である。
2. 前記ドッグ部とは異なる箇所に設けられた少なくとも１つの追加ドッグ部と、該追加ドッグ部に対応して設けられた追加近接スイッチと、を有するキャリブレーション手段を更に備え、
   前記追加ドッグ部は、所定の溝幅を有する円弧状の溝からなり、
   前記追加近接スイッチは、前記フィードモータの回転に伴って前記追加ドッグ部の近接－開放切換信号または開放－近接切換信号を検出するように設けられ、
   前記第１の近接スイッチまたは前記第２の近接スイッチは、下記（式３）を満たすように相対位置が設定されるとともに、
   当該追加近接スイッチによって当該追加ドッグ部を検出する検出信号を用いてキャリブレーションを行なう請求項１に記載のフィード長検出装置。
   Ｔａｂ＜Ｔｚ・・・（式３）
   但し、Ｔａｂは、歯幅または溝幅が通過する時間であり、Ｔｚは、前記追加近接スイッチを前記追加ドッグ部の溝幅が通過する時間である。

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