JP7144914B2 - 回転体情報取得システム - Google Patents
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Description
本発明は、掘削機の掘削用の回転体に係る情報を取得する回転体情報取得システムに関する。
従来、例えばカッターヘッド等の掘削用の回転体の回転によって地盤中を掘削する掘削機がトンネルの施工に用いられている。このような掘削機としては、土砂等の比較的軟弱な地盤中を掘削するシールドマシンや、岩盤等の比較的硬質の地盤中を掘削するＴＢＭ（Tunnel Boring Machine）などが知られている。これらの掘削機は、円周状又は放射状に設置されたビットと呼ばれる刃によって土や岩盤を削りながら掘進していく。そのため、ビット等の回転体を構成する部品の摩耗が激しく、トンネル施工中に何度も部品交換をする必要がある。そのため、部品の交換時期や状況を把握するために、ビット摩耗量などの回転体の状態に係る情報を取得する装置が考案されている。
例えば、特許文献１には、ビットの摩耗量を検出し、検出した摩耗量の情報を含む信号を、超音波によってチャンバー内の泥水中を介して伝搬させて本体側に送り、本体側でこの信号を受信するビット摩耗検知装置が開示されている。
また、例えば、特許文献２には、カッターヘッドに設置された複数個のセンサで検出されたデータを、変換装置によってシリアル通信で本体側の回転接続装置に伝送する構成のデータ転送装置が開示されている。
また、例えば、特許文献２には、カッターヘッドに設置された複数個のセンサで検出されたデータを、変換装置によってシリアル通信で本体側の回転接続装置に伝送する構成のデータ転送装置が開示されている。
しかしながら、上記特許文献１に記載のビット摩耗検知装置は、泥土圧式のシールド工法の１つである気泡シールド工法に適用した場合に、この工法では加泥材として気泡を用いるため、チャンバー内にはシェービングクリーム状の気泡が注入される。そのため、超音波による信号の送信時に、気泡に対して超音波が反射し信号が伝搬しにくくなり、正常な通信を行えないという問題がある。また、上記特許文献２に記載のデータ転送装置は、スリップリングを介して回転体側の情報を本体側へと送るように構成されているため、センサの数が多くなると引き出し配線も多くなり、スリップリングが大型化するという問題がある。
そこで、本発明は、上記従来の未解決の課題に着目してなされたものであり、回転体側で検出した回転体の状態に係る情報を、本体側でより好適に取得することの可能な回転体情報取得システムを提供することを目的としている。
本発明の一態様によれば、地盤中を掘削用の回転体の回転によって掘削できる掘削機の、前記回転体の状態に係る情報である回転体情報を取得する回転体情報取得システムであって、前記掘削機は、前記回転体と、該回転体の後方に位置して前記回転体を駆動する本体とを備えており、前記回転体に取り付けられ、前記回転体情報を検出する検出器と、前記回転体の背面側に取り付けられていると共に前記検出器に接続されている電波式の無線発信機と、前記回転体の回転によって移動する前記無線発信機と近接可能な位置であって且つ前記回転体の背面と対向する前記本体の表面位置に取り付けられたアンテナと、前記本体に取り付けられ、前記アンテナを介して前記無線発信機から無線送信された前記回転体情報を受信する無線通信機と、前記無線通信機で受信した前記回転体情報を処理する情報処理装置と、前記回転体の回転中心から径方向に離れた位置に取り付けられた前記無線発信機と前記アンテナとの接近を検出する接近検出部と、を備え、前記情報処理装置は、前記接近検出部で前記接近を検出したときに、前記無線通信機に、給電用の電波を送信させると共に、この電波の送信に応じて前記無線発信機から送信された前記回転体情報を受信させる制御を行う。
また、本発明の他の態様によれば、地盤中を掘削用の回転体の回転によって掘削できる掘削機の、前記回転体の状態に係る情報である回転体情報を取得する回転体情報取得システムであって、前記掘削機は、前記回転体と、該回転体の後方に位置して前記回転体を駆動する本体とを備えており、前記回転体に取り付けられ、前記回転体情報を検出する検出器と、前記回転体の背面側に取り付けられていると共に前記検出器に接続されている電波式の無線発信機と、前記回転体の回転によって移動する前記無線発信機と近接可能な位置であって且つ前記回転体の背面と対向する前記本体の表面位置に取り付けられたアンテナと、前記本体に取り付けられ、前記アンテナを介して前記無線発信機から無線送信された前記回転体情報を受信する無線通信機と、前記無線通信機で受信した前記回転体情報を処理する情報処理装置と、を備え、前記掘削機はシールドマシンであり、前記検出器は、掘進方向の軸力を検出する軸力検出器、温度を検出する温度検出器、ビットの摩耗を検出するビット摩耗検出器、ビットの回転情報を検出する回転情報検出器のうち少なくとも１つを含む。
また、本発明の他の態様によれば、地盤中を掘削用の回転体の回転によって掘削できる掘削機の、前記回転体の状態に係る情報である回転体情報を取得する回転体情報取得システムであって、前記掘削機は、前記回転体と、該回転体の後方に位置して前記回転体を駆動する本体とを備えており、前記回転体に取り付けられ、前記回転体情報を検出する検出器と、前記回転体の背面側に取り付けられていると共に前記検出器に接続されている電波式の無線発信機と、前記回転体の回転によって移動する前記無線発信機と近接可能な位置であって且つ前記回転体の背面と対向する前記本体の表面位置に取り付けられたアンテナと、前記本体に取り付けられ、前記アンテナを介して前記無線発信機から無線送信された前記回転体情報を受信する無線通信機と、前記無線通信機で受信した前記回転体情報を処理する情報処理装置と、を備え、前記掘削機はシールドマシンであり、前記検出器は、掘進方向の軸力を検出する軸力検出器、温度を検出する温度検出器、ビットの摩耗を検出するビット摩耗検出器、ビットの回転情報を検出する回転情報検出器のうち少なくとも１つを含む。
本発明によれば、電波式の無線発信機を用いて回転体と本体との間で電波による無線通信を行うようにしたので、気泡中も信号を正常に伝搬させることが可能となり、且つ、センサを増やしても配線の増加が無いため受信側の装置の大型化を防ぐことが可能となる。その結果、回転体側で検出した回転体の状態に係る情報を、本体側でより好適に取得することが可能となる。
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、部材ないし部分の縦横の寸法や縮尺は実際のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法や縮尺は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、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ことはもちろんである。
また、以下に示す実施形態は、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、配置等を下記のものに特定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
また、以下に示す実施形態は、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、配置等を下記のものに特定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
［実施形態］
図１は、実施形態に係る回転体情報取得システムの構成例を示すブロック図である。
図１に示すように、回転体情報取得システム１は、検出装置２と、アンテナ装置３と、リーダライタ４０と、情報処理装置５０と、回転位置検出装置６０とを備える。
検出装置２は、ｎ個（ｎは１以上の自然数）のＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグ１０＿１～１０＿ｎと、ｎ個の検出器２０＿１～２０＿ｎとを備え、アンテナ装置３は、ｍ個（ｍは１以上の自然数）のアンテナ３０＿１～３０＿ｍを備える。なお、「ｎ≧ｍ」の関係となる。
以下、区別する必要が無い場合に、ＲＦＩＤタグ１０＿１～１０＿ｎを「ＲＦＩＤタグ１０」と称し、検出器２０＿１～２０＿ｎを「検出器２０」と称し、アンテナ３０＿１～３０＿ｍを「アンテナ３０」と称する。
図１は、実施形態に係る回転体情報取得システムの構成例を示すブロック図である。
図１に示すように、回転体情報取得システム１は、検出装置２と、アンテナ装置３と、リーダライタ４０と、情報処理装置５０と、回転位置検出装置６０とを備える。
検出装置２は、ｎ個（ｎは１以上の自然数）のＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグ１０＿１～１０＿ｎと、ｎ個の検出器２０＿１～２０＿ｎとを備え、アンテナ装置３は、ｍ個（ｍは１以上の自然数）のアンテナ３０＿１～３０＿ｍを備える。なお、「ｎ≧ｍ」の関係となる。
以下、区別する必要が無い場合に、ＲＦＩＤタグ１０＿１～１０＿ｎを「ＲＦＩＤタグ１０」と称し、検出器２０＿１～２０＿ｎを「検出器２０」と称し、アンテナ３０＿１～３０＿ｍを「アンテナ３０」と称する。
ＲＦＩＤタグ１０は、例えばシールドマシンやＴＢＭのカッターヘッド（面板ともいう）等の掘削機の掘削用の回転体の背面に取り付けられる。実施形態に係るＲＦＩＤタグ１０は、バッテリーを有さないパッシブ型のＲＦＩＤタグから構成されている。即ち、このＲＦＩＤタグ１０は、図示省略するが、アンテナと、受信回路と、送信回路と、整流回路と、メモリとを含んで構成されている。ＲＦＩＤタグ１０は、本体側のアンテナ３０から放射された電波を、アンテナを介して受信し、整流回路にて、受信した電波から駆動電力（直流電力）を生成する。そして、生成した駆動電力にて各回路を駆動し、受信回路にて、受信した電波を復調して電波に含まれるコマンドを抽出し、送信回路にて、抽出したコマンドに応じた応答信号を反射電波としてアンテナを介して出力する。
具体的に、ＲＦＩＤタグ１０は、抽出したコマンドが、ＲＦＩＤタグ１０のデータを読み出すコマンドである場合は、送信回路にて、メモリに記憶されたデータに基づき搬送波を変調して応答信号を生成し、生成した応答信号を、アンテナを介して出力する。なお、メモリに記憶されたデータには、検出器２０で検出された検出データ、ＲＦＩＤタグ１０の識別データ等が含まれている。
また、ＲＦＩＤタグ１０は、電気ケーブル１０ｃを介して、生成した駆動電力を検出器２０に供給して検出器２０を駆動し、駆動した検出器２０から検出情報を取得するように構成されている。
また、ＲＦＩＤタグ１０は、電気ケーブル１０ｃを介して、生成した駆動電力を検出器２０に供給して検出器２０を駆動し、駆動した検出器２０から検出情報を取得するように構成されている。
検出器２０は、掘削用の回転体における例えばビット等の検出対象の構成部品の近傍に取り付けられ、ＲＦＩＤタグ１０に電気ケーブル１０ｃを介して接続される。検出器２０としては、例えば、回転体の掘進方向の軸力を検出する軸力検出器（例えば、歪計、圧力計等）と、温度を検出する温度検出器（例えば、温度計等）とが挙げられる。加えて、ビットの摩耗を検出するビット摩耗検出器（例えば、ビットと共に削られる抵抗体を有するもの等）と、ビットの回転情報を検出する回転情報検出器（例えば、磁気センサ等）とが挙げられる。なお、検出器２０は、これらに限定されず、回転体の状態に係る情報（回転体情報）を検出可能なものであれば、例えば、異常振動を検出する検出器（例えば、加速度計）等の他の検出器であってもよい。
アンテナ３０は、回転体の回転に伴って移動するＲＦＩＤタグ１０と近接可能な位置であって且つ回転体の背面と対向する掘削機本体の表面位置に取り付けられる。アンテナ３０は、電気ケーブル３０ｃを介してリーダライタ４０に接続されている。なお、近接可能な位置とは、回転体が特定の回転位置に回転したときにＲＦＩＤタグ１０とアンテナ３０とが信号（電波）を送受信可能に近接する位置となる。
アンテナ３０としては、例えば、コイル状のループアンテナや、ダイポールアンテナなどが挙げられる。実施形態のアンテナ３０は、ダイポールアンテナから構成されている。ここで、ダイポールアンテナは、ループアンテナと比較して、指向性が高く通信距離の長さで有利である。また、実施形態のＲＦＩＤタグ１０のアンテナもダイポールアンテナから構成する。
アンテナ３０としては、例えば、コイル状のループアンテナや、ダイポールアンテナなどが挙げられる。実施形態のアンテナ３０は、ダイポールアンテナから構成されている。ここで、ダイポールアンテナは、ループアンテナと比較して、指向性が高く通信距離の長さで有利である。また、実施形態のＲＦＩＤタグ１０のアンテナもダイポールアンテナから構成する。
リーダライタ４０は、図示省略するが、ＲＦＩＤタグ１０に対して電力を供給すると共にコマンドを送信するための電波を、アンテナ３０を介して放射する発信部と、ＲＦＩＤタグ１０からの反射電波を受信し、それを増幅する増幅部とを備えている。実施形態の発信部は、回転体の回転によってアンテナ３０に近接したＲＦＩＤタグ１０に届く範囲（例えば１～５［ｍ］）に電波を放射するように構成されている。
即ち、本実施形態のＲＦＩＤタグ１０は、リーダライタ４０からの電波によって動作可能となっている。逆に、ＲＦＩＤタグ１０の近傍にアンテナ３０が無い場合は、電波を受信できないため駆動電力を得られず動作できない。
即ち、本実施形態のＲＦＩＤタグ１０は、リーダライタ４０からの電波によって動作可能となっている。逆に、ＲＦＩＤタグ１０の近傍にアンテナ３０が無い場合は、電波を受信できないため駆動電力を得られず動作できない。
ここで、ＲＦＩＤタグ１０とリーダライタ４０との間の電波の伝達方式として、例えば、ＵＨＦ帯（９００［ＭＨｚ］帯の極超短波）や２．４５［ＧＨｚ］のマイクロ波などを用いる電波式のものと、電磁誘導現象を利用した電磁誘導式のものとがある。一般に、電波式の通信可能距離は、約０～５［ｍ］であり、電磁誘導式の通信可能距離は、約０～１［ｍ］である。実施形態では、電波式を採用し、また電波を泥水中に伝搬させることを考慮して、ＵＨＦ帯（例えば、９２０［ＭＨｚ］）の電波にて通信を行う構成とする。
情報処理装置５０は、例えばＰＣ（Personal Computer）等の情報処理機器から構成されており、回転位置検出装置６０からの回転体の回転位置情報に基づき、リーダライタ４０の動作を制御する。加えて、リーダライタ４０から受信した検出器２０の検出情報を処理する。ここで、実施形態では、各アンテナ３０の設置位置と各ＲＦＩＤタグ１０の設置位置とが回転体の回転角度（機械角度）に対応付けられている。これにより、例えば、回転体の回転角度がα［°］のときは、アンテナ３０＿１とＲＦＩＤタグ１０＿１とが接近している状態であり、β［°］のときは、アンテナ３０＿１とＲＦＩＤタグ１０＿２とが接近している状態であると判定することが可能となる。
情報処理装置５０は、アンテナ３０とＲＦＩＤタグ１０とが接近している状態であると判定したときに、リーダライタ４０に対して、給電用で且つ読出し用コマンドの送信用の電波の放射を指示する。以下、この電波を、「給電読出用電波」と称す。
回転位置検出装置６０は、回転体に取り付けられる。回転位置検出装置６０は、回転体の回転角度（例えば機械角度）を検出する検出器を備えている。具体的に、回転位置検出装置６０は、例えば、レゾルバ、ホールセンサ、ロータリーエンコーダー等を含んで構成される。
回転位置検出装置６０は、回転体に取り付けられる。回転位置検出装置６０は、回転体の回転角度（例えば機械角度）を検出する検出器を備えている。具体的に、回転位置検出装置６０は、例えば、レゾルバ、ホールセンサ、ロータリーエンコーダー等を含んで構成される。
［第１実施形態］
次に、上記回転体情報取得システム１を回転体側に撹拌翼を備えた泥土圧式のシールドマシンに適用した第１実施形態を説明する。ここで、図２は、第１実施形態に係るシールドマシンの内部を側面方向からみた略式構成図である。図２では、説明に必要な構成部以外の部分を一部省略且つ簡略化して記載している。例えば、シールドマシンを掘進させるための推進ジャッキ等の記載が省略されている。また、図３（ａ）は、図２のＡ矢視図であり、（ｂ）は、図２のＢ－Ｂ線断面図である。
次に、上記回転体情報取得システム１を回転体側に撹拌翼を備えた泥土圧式のシールドマシンに適用した第１実施形態を説明する。ここで、図２は、第１実施形態に係るシールドマシンの内部を側面方向からみた略式構成図である。図２では、説明に必要な構成部以外の部分を一部省略且つ簡略化して記載している。例えば、シールドマシンを掘進させるための推進ジャッキ等の記載が省略されている。また、図３（ａ）は、図２のＡ矢視図であり、（ｂ）は、図２のＢ－Ｂ線断面図である。
［構成］
図２に示すように、第１実施形態に係るシールドマシン１００は、掘削機本体１１０と、掘削機本体１１０の前面に回転可能に取り付けられた掘削用の回転体であるカッターヘッド１２０とを備える。掘削機本体１１０は、円筒状の外殻部１１１と、この外殻部１１１の内側に設けられた、排土装置１１２と、油圧モータ１１３とを備えている。
外殻部１１１は、前方（掘進方向）のカッターヘッド１２０側の端部に設けられた隔壁部１１１ａと、隔壁部１１１ａの外縁部から前方に突出して設けられた円筒状のフード部１１１ｂとを有している。隔壁部１１１ａ及びフード部１１１ｂとカッターヘッド１２０の背面部とで囲まれた内側にはチャンバー１１５が形成されている。隔壁部１１１ａの中央には、回転支軸１１４の一端部が固定されており、回転支軸１１４の他端部は、チャンバー１１５を通じてカッターヘッド１２０の中央部に軸受を介して取り付けられている。
図２に示すように、第１実施形態に係るシールドマシン１００は、掘削機本体１１０と、掘削機本体１１０の前面に回転可能に取り付けられた掘削用の回転体であるカッターヘッド１２０とを備える。掘削機本体１１０は、円筒状の外殻部１１１と、この外殻部１１１の内側に設けられた、排土装置１１２と、油圧モータ１１３とを備えている。
外殻部１１１は、前方（掘進方向）のカッターヘッド１２０側の端部に設けられた隔壁部１１１ａと、隔壁部１１１ａの外縁部から前方に突出して設けられた円筒状のフード部１１１ｂとを有している。隔壁部１１１ａ及びフード部１１１ｂとカッターヘッド１２０の背面部とで囲まれた内側にはチャンバー１１５が形成されている。隔壁部１１１ａの中央には、回転支軸１１４の一端部が固定されており、回転支軸１１４の他端部は、チャンバー１１５を通じてカッターヘッド１２０の中央部に軸受を介して取り付けられている。
排土装置１１２は、例えばスクリューコンベアを含んで構成されており、チャンバー１１５内の泥土を取り込んで地上に送るための装置である。
油圧モータ１１３は、カッターヘッド１２０に回転駆動力を付与する油圧式のモータである。油圧モータ１１３の回転軸は、歯車を介して、カッターヘッド１２０の回転用の大型の歯車に接続されており、油圧モータ１１３の回転駆動力により大型の歯車が回転駆動すると、この回転に伴って大型の歯車に接続されたカッターヘッド１２０が回転支軸１１４回りに回転する。
油圧モータ１１３は、カッターヘッド１２０に回転駆動力を付与する油圧式のモータである。油圧モータ１１３の回転軸は、歯車を介して、カッターヘッド１２０の回転用の大型の歯車に接続されており、油圧モータ１１３の回転駆動力により大型の歯車が回転駆動すると、この回転に伴って大型の歯車に接続されたカッターヘッド１２０が回転支軸１１４回りに回転する。
また、図２及び図３（ｂ）に示すように、油圧モータ１１３のチャンバー１１５内の部分のカッターヘッド１２０の背面と対向する面には、アンテナ３０＿１が取り付けられている。第１実施形態では、アンテナ装置３は、アンテナ３０＿１の単一の構成となっている。
また、図２に示すように、油圧モータ１１３の筐体の、外殻部１１１内の掘削機本体１１０側の部分の下部には、リーダライタ４０が取り付けられている。また、リーダライタ４０は、電気ケーブル４０ｃを介して、外部の情報処理装置５０に接続されている。なお、リーダライタ４０への電源供給は、第１実施形態では、図示省略するが、電源ケーブルを介して外部の電源装置から供給している。また、アンテナ３０＿１への電源供給は、電気ケーブル３０ｃを介してリーダライタ４０から行われている。
また、カッターヘッド１２０の回転支軸１１４との接続部には、回転位置検出装置６０が取り付けられている。回転位置検出装置６０は、カッターヘッド１２０の回転位置情報を検出して、検出した回転位置情報を、電気ケーブル６０ｃを介して情報処理装置５０に送信する。
また、図２に示すように、油圧モータ１１３の筐体の、外殻部１１１内の掘削機本体１１０側の部分の下部には、リーダライタ４０が取り付けられている。また、リーダライタ４０は、電気ケーブル４０ｃを介して、外部の情報処理装置５０に接続されている。なお、リーダライタ４０への電源供給は、第１実施形態では、図示省略するが、電源ケーブルを介して外部の電源装置から供給している。また、アンテナ３０＿１への電源供給は、電気ケーブル３０ｃを介してリーダライタ４０から行われている。
また、カッターヘッド１２０の回転支軸１１４との接続部には、回転位置検出装置６０が取り付けられている。回転位置検出装置６０は、カッターヘッド１２０の回転位置情報を検出して、検出した回転位置情報を、電気ケーブル６０ｃを介して情報処理装置５０に送信する。
一方、カッターヘッド１２０は、図２及び図３（ａ）に示すように、円環状のフレーム部１２１と、フレーム部１２１から内側の開口部を渡って平面視で略十字状に懸架して設けられたビット形成用のフレームであるビットフレーム１２３とを備える。加えて、ビットフレーム１２３の略十字状の中心部に掘進方向に突出して設けられたセンタービット１２２を備える。以下、センタービット１２２を境に、センタービット１２２の外周部からフレーム部１２１へと伸びる４本のビットフレーム部を、ビットフレーム部１２３Ａ、１２３Ｂ、１２３Ｃ及び１２３Ｄと称す。
ビットフレーム部１２３Ａには、その幅方向の両端部に、幅方向に相対向する３対のビット１２４が長手方向に沿って所定間隔を空けて設けられている。また、ビットフレーム部１２３Ａの長手方向のややセンタービット１２２寄りの位置に検出器２０＿１が取り付けられている。同様に、ビットフレーム部１２３Ｂには、その幅方向に相対向する２対のビット１２４が長手方向に沿って所定間隔を空けて設けられており、長手方向のセンタービット１２２寄りの位置に検出器２０＿２が取り付けられている。同様に、ビットフレーム部１２３Ｃには、その幅方向に相対向する３対のビット１２４が長手方向に沿って所定間隔を空けて設けられており、長手方向のフレーム部１２１側の端部位置に検出器２０＿３が取り付けられている。同様に、ビットフレーム部１２３Ｄには、その幅方向に相対向する３対のビット１２４が長手方向に所定間隔を空けて設けられており、長手方向のややフレーム部１２１寄りの位置に検出器２０＿４が取り付けられている。
カッターヘッド１２０は、更に、背面側に掘削機本体１１０の隔壁部１１１ａ側に向かって突出して設けられた複数の撹拌翼１２６を備える。そして、ビットフレーム部１２３の検出器２０の取付位置近傍の背面側にＲＦＩＤタグ１０が取り付けられている。なお、背面側に撹拌翼１２６がある場合は、撹拌翼１２６の先端部にＲＦＩＤタグ１０が取り付けられ、一方、撹拌翼１２６が無い場合は、ビットフレーム部１２３の背面にＲＦＩＤタグ１０が取り付けられる。第１実施形態では、このようにして、ＲＦＩＤタグ１０＿１～１０＿４が取り付けられている。
［施工手順について］
次に、シールドマシン１００によるトンネル施工手順の一例を説明する。
第１実施形態に係るシールドマシン１００は、掘削面（切羽）の土砂をカッターヘッド１２０で切削し、切削した土砂をチャンバー１１５内に取り込む。更に、この取り込んだ土砂に対して加泥材を注入して撹拌翼１２６で練り混ぜて、塑性流動性と不透水性を持つ泥土に変換する。この泥土をチャンバー１１５と排土装置１１２の送土管内に充満させ、推進ジャッキの推力により泥土圧を発生させる。この圧力で地下水圧と土圧に対抗し切羽の安定を図る。そして、この安定状態を保ちながら、掘削、排土、掘進、トンネル壁の組立を繰り返し行っていく。隔壁部１１１ａに取り付けた土圧計（図示略）により泥土圧を常時測定し、掘進時は、圧力が「泥土圧＝土圧（静止土圧）＋水圧」となるように掘進速度とスクリューコンベアの回転速度を制御する。また、トンネル壁の組立は、掘削箇所の崩落を防止するために行われ、シールドマシン１００の後部（テール部）にて、図２に示すように、セグメント１３０をトンネル形状に合わせて筒状に組み立てることで行われる。
次に、シールドマシン１００によるトンネル施工手順の一例を説明する。
第１実施形態に係るシールドマシン１００は、掘削面（切羽）の土砂をカッターヘッド１２０で切削し、切削した土砂をチャンバー１１５内に取り込む。更に、この取り込んだ土砂に対して加泥材を注入して撹拌翼１２６で練り混ぜて、塑性流動性と不透水性を持つ泥土に変換する。この泥土をチャンバー１１５と排土装置１１２の送土管内に充満させ、推進ジャッキの推力により泥土圧を発生させる。この圧力で地下水圧と土圧に対抗し切羽の安定を図る。そして、この安定状態を保ちながら、掘削、排土、掘進、トンネル壁の組立を繰り返し行っていく。隔壁部１１１ａに取り付けた土圧計（図示略）により泥土圧を常時測定し、掘進時は、圧力が「泥土圧＝土圧（静止土圧）＋水圧」となるように掘進速度とスクリューコンベアの回転速度を制御する。また、トンネル壁の組立は、掘削箇所の崩落を防止するために行われ、シールドマシン１００の後部（テール部）にて、図２に示すように、セグメント１３０をトンネル形状に合わせて筒状に組み立てることで行われる。
［ＲＦＩＤタグ１０、検出器２０及びアンテナ３０の防護形態］
次に、ＲＦＩＤタグ１０、検出器２０及びアンテナ３０の防護形態の一例を説明する。
図４は、ＲＦＩＤタグ１０及びアンテナ３０の防護形態の一例を示す図である。また、図５は、検出器２０の防護形態の一例を示す図である。
アンテナ３０は、図４の右図に示すように、カッターヘッド１２０の背面と対面する位置に取り付けられている。具体的に、第１実施形態では、撹拌翼１２６が通るチャンバー１１５内の他の構成部が何も無い隔壁部１１１ａ側の取付箇所に設けられた凹部１１３ｄの内側にアンテナ３０の全体が配置され、その状態の凹部１１３ｄ内に固化体７０の固化前の材料（例えば、熱硬化性の材料）が充填される。これにより、図４の右図に示すように、アンテナ３０は、取付箇所の表面からチャンバー１１５内へと出っ張ることなく、露出部を含む全体が固化体７０によって覆われた状態となる。また、凹部１１３ｄの底部には、ケーブル引き出し用の孔１１３ｈが設けられており、この孔１１３ｈ内を通って電気ケーブル３０ｃがリーダライタ４０側へと引き出されている。同様に、カッターヘッド１２０側（図４の例では撹拌翼１２６の先端部）に取り付けられたＲＦＩＤタグ１０も、撹拌翼１２６の先端部に設けられた凹部１２６ｄの内側にＲＦＩＤタグ１０の全体が配置され、その状態の凹部１２６ｄ内に固化体７０の固化前の材料が充填される。これにより、図４の左図に示すように、ＲＦＩＤタグ１０は、先端部の表面からチャンバー１１５内へと出っ張ることなく、露出部を含む全体が固化体７０によって覆われた状態となる。また、凹部１２６ｄの底部には、ケーブル引き出し用の孔１２６ｈが設けられ、この孔１２６ｈ内を通って電気ケーブル１０ｃが検出器２０側へと引き出されている。更に、第１実施形態では、図５に示すように、検出器２０も、ビットフレーム１２３の取付部に設けられた凹部１２３ｄの内側に全体が配置され、その状態の凹部１２３ｄ内に固化体７０の固化前の材料が充填される。これにより、図５に示すように、検出部２０は、ビットフレーム１２３の表面から出っ張ることなく、露出部を含む全体が固化体７０によって覆われた状態となる。また、凹部１２６ｄの底部には、ケーブル引き込み用の孔１２３ｈが設けられ、この孔１２３ｈ内を通って電気ケーブル１０ｃが検出器２０側へと引き込まれている。ここで、固化体７０は、水分が少なく且つ電磁波の減衰が少ない物質から構成されている。例えば、エポキシなどの樹脂から構成されている。
次に、ＲＦＩＤタグ１０、検出器２０及びアンテナ３０の防護形態の一例を説明する。
図４は、ＲＦＩＤタグ１０及びアンテナ３０の防護形態の一例を示す図である。また、図５は、検出器２０の防護形態の一例を示す図である。
アンテナ３０は、図４の右図に示すように、カッターヘッド１２０の背面と対面する位置に取り付けられている。具体的に、第１実施形態では、撹拌翼１２６が通るチャンバー１１５内の他の構成部が何も無い隔壁部１１１ａ側の取付箇所に設けられた凹部１１３ｄの内側にアンテナ３０の全体が配置され、その状態の凹部１１３ｄ内に固化体７０の固化前の材料（例えば、熱硬化性の材料）が充填される。これにより、図４の右図に示すように、アンテナ３０は、取付箇所の表面からチャンバー１１５内へと出っ張ることなく、露出部を含む全体が固化体７０によって覆われた状態となる。また、凹部１１３ｄの底部には、ケーブル引き出し用の孔１１３ｈが設けられており、この孔１１３ｈ内を通って電気ケーブル３０ｃがリーダライタ４０側へと引き出されている。同様に、カッターヘッド１２０側（図４の例では撹拌翼１２６の先端部）に取り付けられたＲＦＩＤタグ１０も、撹拌翼１２６の先端部に設けられた凹部１２６ｄの内側にＲＦＩＤタグ１０の全体が配置され、その状態の凹部１２６ｄ内に固化体７０の固化前の材料が充填される。これにより、図４の左図に示すように、ＲＦＩＤタグ１０は、先端部の表面からチャンバー１１５内へと出っ張ることなく、露出部を含む全体が固化体７０によって覆われた状態となる。また、凹部１２６ｄの底部には、ケーブル引き出し用の孔１２６ｈが設けられ、この孔１２６ｈ内を通って電気ケーブル１０ｃが検出器２０側へと引き出されている。更に、第１実施形態では、図５に示すように、検出器２０も、ビットフレーム１２３の取付部に設けられた凹部１２３ｄの内側に全体が配置され、その状態の凹部１２３ｄ内に固化体７０の固化前の材料が充填される。これにより、図５に示すように、検出部２０は、ビットフレーム１２３の表面から出っ張ることなく、露出部を含む全体が固化体７０によって覆われた状態となる。また、凹部１２６ｄの底部には、ケーブル引き込み用の孔１２３ｈが設けられ、この孔１２３ｈ内を通って電気ケーブル１０ｃが検出器２０側へと引き込まれている。ここで、固化体７０は、水分が少なく且つ電磁波の減衰が少ない物質から構成されている。例えば、エポキシなどの樹脂から構成されている。
即ち、カッターヘッド１２０やチャンバー１１５内は泥土にさらされるため、ＲＦＩＤタグ１０、検出器２０及びアンテナ３０も泥土にさらされる。特に、チャンバー１１５内は撹拌翼１２６によって泥土が撹拌されるため、ＲＦＩＤタグ１０及びアンテナ３０を剥き出しで設置すると、すぐに破損してしまう。そこで、第１実施形態では、ＲＦＩＤタグ１０、検出器２０及びアンテナ３０をその取付部の内側に埋め込み、固化体７０によって露出部分を被覆して、泥土から防護している。
［回転体情報取得処理］
次に、情報処理装置５０で実行される回転体情報取得処理の処理手順を説明する。
図６は、第１実施形態に係る回転体情報取得処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。ここで、回転体情報取得処理は、所定周期で繰り返し行われる処理である。
情報処理装置５０のＣＰＵにて回転体情報取得処理が開始されると、まず、図６に示すように、ステップＳ１００に移行する。
次に、情報処理装置５０で実行される回転体情報取得処理の処理手順を説明する。
図６は、第１実施形態に係る回転体情報取得処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。ここで、回転体情報取得処理は、所定周期で繰り返し行われる処理である。
情報処理装置５０のＣＰＵにて回転体情報取得処理が開始されると、まず、図６に示すように、ステップＳ１００に移行する。
ステップＳ１００では、情報処理装置５０において、回転位置検出装置６０からカッターヘッド１２０の回転位置情報を取得する。その後、ステップＳ１０２に移行する。ここで、情報処理装置５０は、回転位置情報として、カッターヘッド１２０の回転支軸１１４回りの回転角度（機械角度）の情報を取得する。なお、回転位置検出装置６０から、回転位置情報として、機械角度の情報を直接取得する構成に限らず、電気角度の情報を取得して、情報処理装置５０側で取得した電気角度に基づき機械角度を算出する構成としてもよい。または、油圧モータの回転軸に回転位置検出装置６０を設け、油圧モータの回転軸の回転角度情報を取得し、この回転角度から計算によりカッターヘッド１２０の回転角度を取得する構成としてもよい。
ステップＳ１０２では、情報処理装置５０において、ステップＳ１００で取得した回転位置情報に基づき、アンテナ３０＿１がＲＦＩＤタグ１０＿１～１０＿４のうちのいずれか１つの取付位置の近傍にあるか否かを判定する。そして、近傍にあると判定した場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ１０４に移行し、そうでないと判定した場合（Ｎｏ）は、一連の処理を終了して元の処理に復帰する。
ここで、第１実施形態では、ＲＦＩＤタグ１０＿１～１０＿４と、アンテナ３０＿１との取付位置は、カッターヘッド１２０の回転角度（機械角度）と対応付けられている。第１実施形態では、例えば、カッターヘッド１２０の機械角度がα［°］のときに、ＲＦＩＤタグ１０＿１とアンテナ３０＿１とが近接する位置関係となり、機械角度がβ［°］のときに、ＲＦＩＤタグ１０＿２とアンテナ３０＿１とが近接する位置関係となるといった情報（データテーブル）が、予め情報処理装置５０の有する記憶装置（図示略）に記憶されている。従って、情報処理装置５０は、この情報に基づき、取得した機械角度とデータテーブルの機械角度とを比較し、両者が一致したときに、ＲＦＩＤタグ１０とアンテナ３０とが近接していると判定する。一方、両者が不一致のときに、近接していないと判定する。
ステップＳ１０４に移行した場合は、情報処理装置５０において、リーダライタ４０に情報取得指示信号を送信して、ステップＳ１０６に移行する。
ステップＳ１０６では、情報処理装置５０において、リーダライタ４０からの検出情報及び識別情報を受信したか否かを判定し、受信したと判定した場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ１０８に移行し、そうでないと判定した場合（Ｎｏ）は、受信するまで判定処理を繰り返す。
ステップＳ１０８に移行した場合は、情報処理装置５０において、ステップＳ１０６で受信した検出情報を同じく受信した識別情報に対応付けて記憶装置に記憶する。その後、一連の処理を終了して元の処理に復帰する。
ステップＳ１０６では、情報処理装置５０において、リーダライタ４０からの検出情報及び識別情報を受信したか否かを判定し、受信したと判定した場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ１０８に移行し、そうでないと判定した場合（Ｎｏ）は、受信するまで判定処理を繰り返す。
ステップＳ１０８に移行した場合は、情報処理装置５０において、ステップＳ１０６で受信した検出情報を同じく受信した識別情報に対応付けて記憶装置に記憶する。その後、一連の処理を終了して元の処理に復帰する。
［動作］
次に、第１実施形態に係る回転体情報取得システム１の動作例を説明する。
リーダライタ４０、情報処理装置５０及び回転位置検出装置６０に電源が投入されると、情報処理装置５０のＣＰＵにて回転体情報取得処理が実行される。
その後、シールドマシン１００による掘削作業が開始されたとする。掘削作業が開始されると油圧モータ１１３が駆動し、大型の歯車が回転駆動する。これにより、カッターヘッド１２０が回転して、掘削面の土砂が切削される。
情報処理装置５０は、所定周期で回転位置検出装置６０からの回転位置情報を取得し（ステップＳ１００）、取得した回転位置情報（機械角情報）と、記憶装置に記憶されたデータテーブルの機械角情報とを比較する（ステップＳ１０２）。そして、両者が一致したと判定したときに（ステップＳ１０２のＹｅｓ）、情報取得指示信号をリーダライタ４０に送信する（ステップＳ１０４）。
次に、第１実施形態に係る回転体情報取得システム１の動作例を説明する。
リーダライタ４０、情報処理装置５０及び回転位置検出装置６０に電源が投入されると、情報処理装置５０のＣＰＵにて回転体情報取得処理が実行される。
その後、シールドマシン１００による掘削作業が開始されたとする。掘削作業が開始されると油圧モータ１１３が駆動し、大型の歯車が回転駆動する。これにより、カッターヘッド１２０が回転して、掘削面の土砂が切削される。
情報処理装置５０は、所定周期で回転位置検出装置６０からの回転位置情報を取得し（ステップＳ１００）、取得した回転位置情報（機械角情報）と、記憶装置に記憶されたデータテーブルの機械角情報とを比較する（ステップＳ１０２）。そして、両者が一致したと判定したときに（ステップＳ１０２のＹｅｓ）、情報取得指示信号をリーダライタ４０に送信する（ステップＳ１０４）。
リーダライタ４０は、情報処理装置５０からの情報取得指示信号を受信したことに応じて、アンテナ３０＿１から、給電読出用電波を放射する。現在、掘削作業中であるため、電波はチャンバー１１５内の土砂に向かって放射される。
一方、ＲＦＩＤタグ１０＿１～１０＿４のうちアンテナ３０＿１と近接状態にあるいずれか１つは、アンテナ３０＿１から放射された電波を受信したことに応じて駆動用の電力を生成する。この駆動用電力によって自身の各回路を駆動すると共に、生成した駆動電力を、検出器２０＿１～２０＿４のうち自身に接続された検出器２０に供給する。
この検出器２０は、ＲＦＩＤタグ１０からの駆動電力によって駆動し、自身の有する検出機能に応じた回転体情報を検出する。例えば、温度検出器であれば、回転体情報として温度を検出する。この検出された回転体情報は、電気ケーブル１０ｃを介してＲＦＩＤタグ１０に送られ、ＲＦＩＤタグ１０にてそのメモリに記憶される。
一方、ＲＦＩＤタグ１０＿１～１０＿４のうちアンテナ３０＿１と近接状態にあるいずれか１つは、アンテナ３０＿１から放射された電波を受信したことに応じて駆動用の電力を生成する。この駆動用電力によって自身の各回路を駆動すると共に、生成した駆動電力を、検出器２０＿１～２０＿４のうち自身に接続された検出器２０に供給する。
この検出器２０は、ＲＦＩＤタグ１０からの駆動電力によって駆動し、自身の有する検出機能に応じた回転体情報を検出する。例えば、温度検出器であれば、回転体情報として温度を検出する。この検出された回転体情報は、電気ケーブル１０ｃを介してＲＦＩＤタグ１０に送られ、ＲＦＩＤタグ１０にてそのメモリに記憶される。
また、ＲＦＩＤタグ１０は、受信した電波に含まれた読出し用コマンドに応じて、メモリに記憶された回転体情報と自身の識別情報とを読み出し、読み出した情報を含む電波を、アンテナを介して放射する。この放射された電波は、チャンバー１１５内の土砂内を伝搬してアンテナ３０＿１にて受信される。
リーダライタ４０は、アンテナ３０＿１を介して受信した電波から検出情報及び識別情報を抽出し、抽出した検出情報及び識別情報を、電気ケーブル４０ｃを介して情報処理装置５０に送信する。
リーダライタ４０は、アンテナ３０＿１を介して受信した電波から検出情報及び識別情報を抽出し、抽出した検出情報及び識別情報を、電気ケーブル４０ｃを介して情報処理装置５０に送信する。
情報処理装置５０は、リーダライタ４０から送信された検出情報及び識別情報を受信すると（ステップＳ１０６のＹｅｓ）、受信した検出情報を同じく受信した識別情報に対応付けて記憶装置に記憶する（ステップＳ１０８）。
回転体情報取得システム１は、上記一連の動作を繰り返し行うことで、カッターヘッド１２０のビット摩耗量、掘進方向の軸力、温度等の回転体情報を取得する。
ここで、カッターヘッド１２０が掘削用の回転体に対応し、シールドマシン１００が掘削機に対応し、ＲＦＩＤタグ１０が電波式の無線発信機に対応し、リーダライタ４０が無線通信機に対応し、情報処理装置５０（ステップＳ１００～Ｓ１０２の処理部）が接近検出部に対応する。
回転体情報取得システム１は、上記一連の動作を繰り返し行うことで、カッターヘッド１２０のビット摩耗量、掘進方向の軸力、温度等の回転体情報を取得する。
ここで、カッターヘッド１２０が掘削用の回転体に対応し、シールドマシン１００が掘削機に対応し、ＲＦＩＤタグ１０が電波式の無線発信機に対応し、リーダライタ４０が無線通信機に対応し、情報処理装置５０（ステップＳ１００～Ｓ１０２の処理部）が接近検出部に対応する。
［第１実施形態の作用及び効果］
第１実施形態に係る回転体情報取得システム１は、地盤中をカッターヘッド１２０の回転によって掘削できるシールドマシン１００の、カッターヘッド１２０の状態に係る情報である回転体情報を取得するシステムである。この回転体情報取得システム１は、回転体情報を検出する検出器２０がカッターヘッド１２０に取り付けられ、ＲＦＩＤタグ１０がカッターヘッド１２０の背面に取り付けられていると共に検出器２０に接続されている。加えて、アンテナ３０がカッターヘッド１２０の回転によって移動するＲＦＩＤタグ１０と近接可能な位置であって且つカッターヘッド１２０の背面と対向する掘削機本体１１０の表面位置に取り付けられている。更に、リーダライタ４０が、掘削機本体１１０に取り付けられ、アンテナ３０を介してＲＦＩＤタグ１０から無線送信された回転体情報を受信する。なお更に、情報処理装置５０が、リーダライタ４０で受信した回転体情報を処理する。
第１実施形態に係る回転体情報取得システム１は、地盤中をカッターヘッド１２０の回転によって掘削できるシールドマシン１００の、カッターヘッド１２０の状態に係る情報である回転体情報を取得するシステムである。この回転体情報取得システム１は、回転体情報を検出する検出器２０がカッターヘッド１２０に取り付けられ、ＲＦＩＤタグ１０がカッターヘッド１２０の背面に取り付けられていると共に検出器２０に接続されている。加えて、アンテナ３０がカッターヘッド１２０の回転によって移動するＲＦＩＤタグ１０と近接可能な位置であって且つカッターヘッド１２０の背面と対向する掘削機本体１１０の表面位置に取り付けられている。更に、リーダライタ４０が、掘削機本体１１０に取り付けられ、アンテナ３０を介してＲＦＩＤタグ１０から無線送信された回転体情報を受信する。なお更に、情報処理装置５０が、リーダライタ４０で受信した回転体情報を処理する。
この構成であれば、回転体であるカッターヘッド１２０側に取り付けられたＲＦＩＤタグ１０と、掘削機本体１１０側に取り付けられたアンテナ３０との間で電波による回転体情報の無線通信処理を行うことが可能となる。これにより、気泡中も信号を正常に伝搬させることが可能となり、且つ、検出器２０を増やしても配線の増加が無いため受信側の装置の大型化を防ぐことが可能となる。その結果、回転体側で検出した回転体情報を、本体側でより好適に取得することが可能となる。
また、第１実施形態に係る回転体情報取得システム１は、更に、リーダライタ４０が、アンテナ３０を介して給電読出用電波を送信するように構成されており、ＲＦＩＤタグ１０が、給電読出用電波を受信して自身と検出器２０の駆動用電力を生成するように構成されている。
この構成であれば、検出装置２（ＲＦＩＤタグ１０及び検出器２０）側に電源が不要となるので、検出装置２のコンパクト化が可能になると共に、定期的なバッテリーの充電やＲＦＩＤタグ１０の定期交換等の手間を不要とすることが可能となる。
この構成であれば、検出装置２（ＲＦＩＤタグ１０及び検出器２０）側に電源が不要となるので、検出装置２のコンパクト化が可能になると共に、定期的なバッテリーの充電やＲＦＩＤタグ１０の定期交換等の手間を不要とすることが可能となる。
また、第１実施形態に係る回転体情報取得システム１は、更に、情報処理装置５０が、回転位置検出装置６０で検出した回転位置情報に基づき、カッターヘッド１２０の回転中心から径方向に離れた位置に取り付けられたＲＦＩＤタグ１０とアンテナ３０との接近を検出する。加えて、接近を検出したときに、リーダライタ４０に、給電読出用電波を送信させると共に、この電波の送信に応じてＲＦＩＤタグ１０から無線送信された回転体情報を受信させる制御を行う。
この構成であれば、アンテナ３０とＲＦＩＤタグ１０とが接近したときだけ、アンテナ３０から電波を放射すればよいので、アンテナ３０から常に電波を放射する構成と比較して消費電力を低減することが可能となる。
この構成であれば、アンテナ３０とＲＦＩＤタグ１０とが接近したときだけ、アンテナ３０から電波を放射すればよいので、アンテナ３０から常に電波を放射する構成と比較して消費電力を低減することが可能となる。
また、第１実施形態に係る回転体情報取得システム１は、更に、検出器２０が、掘進方向の軸力を検出する軸力検出器、温度を検出する温度検出器、ビットの摩耗を検出するビット摩耗検出器、ビットの回転情報を検出する回転情報検出器のうち少なくとも１つを含む。
この構成であれば、シールドマシン１００のカッターヘッド１２０の掘進方向の軸力、温度、ビット摩耗、ビット回転情報の少なくとも１つを検出することが可能であり、この検出情報を、ＲＦＩＤタグ１０を介して電波によって無線送信することが可能となる。
この構成であれば、シールドマシン１００のカッターヘッド１２０の掘進方向の軸力、温度、ビット摩耗、ビット回転情報の少なくとも１つを検出することが可能であり、この検出情報を、ＲＦＩＤタグ１０を介して電波によって無線送信することが可能となる。
［第２実施形態］
次に、上記回転体情報取得システム１を、固定翼を備えた泥土圧式のシールドマシンに適用した第２実施形態を説明する。ここで、図７は、第２実施形態に係るシールドマシンの内部を側面方向からみた略式構成図である。図７では、説明に必要な構成部以外の部分を一部省略且つ簡略化して記載している。例えば、シールドマシンを掘進させるための推進ジャッキ等の記載が省略されている。また、図８の左図は、図７のＣ矢視図の一部を示す図であり、図８の右図は、図７のＤ－Ｄ線部分断面図である。
次に、上記回転体情報取得システム１を、固定翼を備えた泥土圧式のシールドマシンに適用した第２実施形態を説明する。ここで、図７は、第２実施形態に係るシールドマシンの内部を側面方向からみた略式構成図である。図７では、説明に必要な構成部以外の部分を一部省略且つ簡略化して記載している。例えば、シールドマシンを掘進させるための推進ジャッキ等の記載が省略されている。また、図８の左図は、図７のＣ矢視図の一部を示す図であり、図８の右図は、図７のＤ－Ｄ線部分断面図である。
［構成］
図７に示すように、第２実施形態に係るシールドマシン２００は、掘削機本体２１０と、掘削機本体２１０の前面に回転可能に取り付けられた掘削用の回転体であるカッターヘッド２２０とを備える。掘削機本体２１０は、円筒状の外殻部２１１と、この外殻部２１１の内側に設けられた、排土装置２１２と、油圧モータ２１３とを備えている。
外殻部２１１は、前方（掘進方向）のカッターヘッド２２０側の端部に設けられた隔壁部２１１ａと、隔壁部２１１ａの外縁部から前方に突出して設けられた円筒状のフード部２１１ｂとを有している。隔壁部２１１ａのカッターヘッド２２０と対向する側の面の中央より下部には、撹拌用の複数の固定翼２１５が設けられている。また、隔壁部２１１ａ及びフード部２１１ｂとカッターヘッド２２０の背面部とで囲まれた内側にはチャンバー２１６が形成されている。隔壁部１１１ａの中央には、回転支軸２１４の中央部が固定されており、回転支軸２１４のカッターヘッド２２０側の端部は、チャンバー２１６を通じてカッターヘッド２２０の中央部に軸受を介して取り付けられている。
排土装置２１２は、上記第１実施形態の排土装置１１２と同様の構成を有している。
図７に示すように、第２実施形態に係るシールドマシン２００は、掘削機本体２１０と、掘削機本体２１０の前面に回転可能に取り付けられた掘削用の回転体であるカッターヘッド２２０とを備える。掘削機本体２１０は、円筒状の外殻部２１１と、この外殻部２１１の内側に設けられた、排土装置２１２と、油圧モータ２１３とを備えている。
外殻部２１１は、前方（掘進方向）のカッターヘッド２２０側の端部に設けられた隔壁部２１１ａと、隔壁部２１１ａの外縁部から前方に突出して設けられた円筒状のフード部２１１ｂとを有している。隔壁部２１１ａのカッターヘッド２２０と対向する側の面の中央より下部には、撹拌用の複数の固定翼２１５が設けられている。また、隔壁部２１１ａ及びフード部２１１ｂとカッターヘッド２２０の背面部とで囲まれた内側にはチャンバー２１６が形成されている。隔壁部１１１ａの中央には、回転支軸２１４の中央部が固定されており、回転支軸２１４のカッターヘッド２２０側の端部は、チャンバー２１６を通じてカッターヘッド２２０の中央部に軸受を介して取り付けられている。
排土装置２１２は、上記第１実施形態の排土装置１１２と同様の構成を有している。
油圧モータ２１３は、カッターヘッド２２０に回転駆動力を付与する油圧式のモータである。油圧モータ２１３の回転軸は、歯車を介して、カッターヘッド２２０の回転用の大型の歯車に接続されており、油圧モータ２１３の回転駆動により大型の歯車が回転駆動すると、この回転に伴って大型の歯車に接続されたカッターヘッド２２０が回転支軸２１４回りに回転する。
また、図７及び図８に示すように、固定翼２１５の先端部に、アンテナ３０が取り付けられている。第２実施形態では、アンテナ装置３は、アンテナ３０＿１及び３０＿２を含む複数のアンテナから構成されている。
また、図７及び図８に示すように、固定翼２１５の先端部に、アンテナ３０が取り付けられている。第２実施形態では、アンテナ装置３は、アンテナ３０＿１及び３０＿２を含む複数のアンテナから構成されている。
また、図７に示すように、外殻部２１１内の掘削機本体２１０側の部分の回転支軸２１４の下部に設置された歯車を収容するフレームの表面上に、リーダライタ４０が取り付けられている。また、リーダライタ４０は、電気ケーブル４０ｃを介して、外部の情報処理装置５０に接続されている。なお、リーダライタ４０及びアンテナ３０への電源供給は、上記第１実施形態と同様となる。また、回転支軸２１４には、回転位置検出装置６０が取り付けられている。また、回転位置検出装置６０は、電気ケーブル６０ｃを介して、外部の情報処理装置５０に接続されている。
一方、カッターヘッド２２０は、図７及び図８の左図に示すように、円環状のフレーム部２２１と、フレーム部２２１の開口部の中央部に設けられたセンタービット２２２とを備えている。加えて、センタービット２２２の外周部からフレーム部２２１へと等間隔で放射状に伸びる平面視で細長い矩形状の６本のビットフレーム部２２３Ａ、２２３Ｂ、２２３Ｃ、２２３Ｄ、２２３Ｅ及び２２３Ｆを備えている。
一方、カッターヘッド２２０は、図７及び図８の左図に示すように、円環状のフレーム部２２１と、フレーム部２２１の開口部の中央部に設けられたセンタービット２２２とを備えている。加えて、センタービット２２２の外周部からフレーム部２２１へと等間隔で放射状に伸びる平面視で細長い矩形状の６本のビットフレーム部２２３Ａ、２２３Ｂ、２２３Ｃ、２２３Ｄ、２２３Ｅ及び２２３Ｆを備えている。
ビットフレーム部２２３Ａ～２２３Ｆには、その幅方向の両端部に、幅方向に相対向する７対のビット２２４が長手方向に沿って等間隔に並んで設けられている。また、ビットフレーム部２２３Ａには、その幅方向の中央部に長手方向に沿って等間隔に３つの検出器２０＿１、２０＿２及び２０＿３が取り付けられている。また、ビットフレーム部２２３Ｄには、その幅方向の中央部に長手方向に沿って所定間隔を空けて２つの検出器２０＿４及び２０＿５が取り付けられている。また、ビットフレーム部２２３Ｅには、その幅方向の中央部に長手方向に沿って等間隔に３つの検出器２０＿６、２０＿７及び２０＿８が取り付けられている。また、ビットフレーム部２２３Ｆには、その幅方向の中央部に長手方向に沿って等間隔に３つの検出器２０＿９、２０＿１０及び２０＿１１が取り付けられている。
更に、ビットフレーム部２２３Ａの検出器２０＿１～２０＿３の取付位置近傍の背面側には、ＲＦＩＤタグ１０＿１～１０＿３が取り付けられており、検出器２０＿１～２０＿３と電気ケーブル１０ｃを介して接続されている。また、ビットフレーム部２２３Ｄの検出器２０＿４～２０＿５の取付位置近傍の背面側には、ＲＦＩＤタグ１０＿４～１０＿５が取り付けられており、検出器２０＿４～２０＿５と電気ケーブル１０ｃを介して接続されている。また、ビットフレーム部２２３Ｅの検出器２０＿６～２０＿８の取付位置近傍の背面側には、ＲＦＩＤタグ１０＿６～１０＿８が取り付けられており、検出器２０＿６～２０＿８と電気ケーブル１０ｃを介して接続されている。また、ビットフレーム部２２３Ｆの検出器２０＿９～２０＿１１の取付位置近傍の背面側には、ＲＦＩＤタグ１０＿９～１０＿１１が取り付けられており、検出器２０＿９～２０＿１１と電気ケーブル１０ｃを介して接続されている。
なお、図示省略しているが、ビットフレーム部２２３Ｂ及び２３３Ｃにも複数の検出器２０が取り付けられており、これら近傍の背面側にはＲＦＩＤタグ１０がそれぞれ取り付けられている。
なお、図示省略しているが、ビットフレーム部２２３Ｂ及び２３３Ｃにも複数の検出器２０が取り付けられており、これら近傍の背面側にはＲＦＩＤタグ１０がそれぞれ取り付けられている。
ここで、トンネルの施工手順は、上記第１実施形態と同様となる。また、トンネル壁の組立は、シールドマシン２００の後部（テール部）にて、図７に示すように、セグメント２３０をトンネル形状に合わせて筒状に組み立てることで行われる。また、ＲＦＩＤタグ１０、検出器２０及びアンテナ３０の防護形態は、上記第１実施形態と同様となっており、これらの露出部分の全体が固化体７０によって被覆されている。
また、第２実施形態では、上記第１実施形態と同様に、ＲＦＩＤタグ１０＿１～１０＿ｎと、アンテナ３０＿１～３０＿ｍとの取付位置は、カッターヘッド２２０の回転角度（機械角度）と対応付けられている。従って、第２実施形態に係る回転体情報取得システム１の動作も上記第１実施形態と同様となるので説明を省略する。
また、第２実施形態では、上記第１実施形態と同様に、ＲＦＩＤタグ１０＿１～１０＿ｎと、アンテナ３０＿１～３０＿ｍとの取付位置は、カッターヘッド２２０の回転角度（機械角度）と対応付けられている。従って、第２実施形態に係る回転体情報取得システム１の動作も上記第１実施形態と同様となるので説明を省略する。
［第２実施形態の作用及び効果］
第２実施形態に係る回転体情報取得システム１は、上記第１実施形態の回転体情報取得システム１と同等の作用及び効果を奏する。
第２実施形態に係る回転体情報取得システム１は、上記第１実施形態の回転体情報取得システム１と同等の作用及び効果を奏する。
［第２実施形態の変形例１］
次に、第２実施形態の変形例１を説明する。ここで、図９は、第２実施形態の変形例１に係るシールドマシンの内部を側面方向からみた略式構成図である。図９では、説明に必要な構成部以外の部分を一部省略且つ簡略化して記載している。例えば、シールドマシンを掘進させるための推進ジャッキ等の記載が省略されている。
次に、第２実施形態の変形例１を説明する。ここで、図９は、第２実施形態の変形例１に係るシールドマシンの内部を側面方向からみた略式構成図である。図９では、説明に必要な構成部以外の部分を一部省略且つ簡略化して記載している。例えば、シールドマシンを掘進させるための推進ジャッキ等の記載が省略されている。
［構成］
本変形例は、上記第２実施形態において、固定翼２１５の先端部にアンテナ３０を取り付けているのに対して、隔壁部２１１ａのカッターヘッド２２０の背面と対向する側の面に専用の固定台を設け、この固定台上にアンテナ３０を取り付けた点が上記第２実施形態と異なる。
以下、上記第２実施形態と同様の構成部については同様の符号を付して適宜説明を省略し、異なる部分を詳細に説明する。
本変形例は、上記第２実施形態において、固定翼２１５の先端部にアンテナ３０を取り付けているのに対して、隔壁部２１１ａのカッターヘッド２２０の背面と対向する側の面に専用の固定台を設け、この固定台上にアンテナ３０を取り付けた点が上記第２実施形態と異なる。
以下、上記第２実施形態と同様の構成部については同様の符号を付して適宜説明を省略し、異なる部分を詳細に説明する。
本変形例１に係るシールドマシン２００Ａは、図９に示すように、上記第２実施形態のシールドマシン２００において、チャンバー２１６内における隔壁部２１１ａのカッターヘッド２２０の背面と対向する側の面の上部に、台形四角柱状の複数の固定台２４０を設けた構成となっている。そして、この複数の固定台２４０上には、それぞれアンテナ３０が取り付けられている。具体的に、複数の固定台２４０は、回転支軸２１４よりも上部で且つ取り付けられたアンテナ３０がカッターヘッド２２０側に設けられたＲＦＩＤタグ１０と近接可能な位置に設けられている。
ここで、泥土圧式のシールドマシンは、重力の関係もあって土砂が下側に溜まりやすい。そのため、下側に設けられた固定翼２１５の先端部にアンテナ３０を設けた場合、土砂の影響を受けやすくなり、破損しやすくなる。そこで、本変形例では、土砂の影響を受けにくい上方に専用の固定台２４０を設け、この固定台２４０上にアンテナ３０を設けるようにした。
ここで、泥土圧式のシールドマシンは、重力の関係もあって土砂が下側に溜まりやすい。そのため、下側に設けられた固定翼２１５の先端部にアンテナ３０を設けた場合、土砂の影響を受けやすくなり、破損しやすくなる。そこで、本変形例では、土砂の影響を受けにくい上方に専用の固定台２４０を設け、この固定台２４０上にアンテナ３０を設けるようにした。
［第２実施形態の変形例１の作用及び効果］
第２実施形態の変形例１は、上記第２実施形態の作用及び効果に加えて、以下の作用及び効果を奏する。
第２実施形態の変形例１に係る回転体情報取得システム１は、アンテナ３０を、チャンバー２１６内の掘削機本体２１０側の隔壁部２１１ａの上部に設けられた固定台２４０上に取り付けた。
この構成であれば、アンテナ３０が土砂の影響を受けにくくなり、下側の固定翼２１５に取り付けた場合と比較して、アンテナ３０の破損を低減することが可能となる。また、上側は土砂の割合が上へいくほど小さくなって、気泡等の加泥材の割合が大きくなるため、下側の固定翼２１５にアンテナ３０を取り付けた場合と比較して電波の伝搬効率を高めることが可能となる。
第２実施形態の変形例１は、上記第２実施形態の作用及び効果に加えて、以下の作用及び効果を奏する。
第２実施形態の変形例１に係る回転体情報取得システム１は、アンテナ３０を、チャンバー２１６内の掘削機本体２１０側の隔壁部２１１ａの上部に設けられた固定台２４０上に取り付けた。
この構成であれば、アンテナ３０が土砂の影響を受けにくくなり、下側の固定翼２１５に取り付けた場合と比較して、アンテナ３０の破損を低減することが可能となる。また、上側は土砂の割合が上へいくほど小さくなって、気泡等の加泥材の割合が大きくなるため、下側の固定翼２１５にアンテナ３０を取り付けた場合と比較して電波の伝搬効率を高めることが可能となる。
［第２実施形態の変形例２］
次に、第２実施形態の変形例２を説明する。ここで、図１０（ａ）及び（ｂ）は、第２実施形態の変形例２に係る除去装置の構成例と、この除去装置とＲＦＩＤタグとアンテナとの配置構成の一例とを示す図である。また、図１１（ａ）～（ｃ）は、第２実施形態の変形例２に係る除去装置の動作を説明するための模式的な断面図である。
次に、第２実施形態の変形例２を説明する。ここで、図１０（ａ）及び（ｂ）は、第２実施形態の変形例２に係る除去装置の構成例と、この除去装置とＲＦＩＤタグとアンテナとの配置構成の一例とを示す図である。また、図１１（ａ）～（ｃ）は、第２実施形態の変形例２に係る除去装置の動作を説明するための模式的な断面図である。
［構成］
第２実施形態は、アンテナ３０を隔壁部２１１ａの表面側の最上部に取り付けた点と、ＲＦＩＤタグ１０をカッターヘッド２２０の背面側のアンテナ３０と対向可能な位置に取り付けた点と、が上記第２実施形態と異なる。加えて、ＲＦＩＤ１０とアンテナ３０との間に介在する介在物を除去する除去装置２５０を備える点が、上記第２実施形態と異なる。
以下、上記第２実施形態及びその変形例１と同様の構成部については同様の符号を付して適宜説明を省略し、異なる部分を詳細に説明する。
ここで、泥土圧式のシールド工法では、加泥材として、地盤条件に合わせて粘土、高分子材料、気泡などを用いる。本変形例２では、加泥材として、気泡を用いることとする。
即ち、本変形例２に係るシールドマシン２００Ａは、シールド工法として、気泡シールド工法を用いてトンネルを施工する。
第２実施形態は、アンテナ３０を隔壁部２１１ａの表面側の最上部に取り付けた点と、ＲＦＩＤタグ１０をカッターヘッド２２０の背面側のアンテナ３０と対向可能な位置に取り付けた点と、が上記第２実施形態と異なる。加えて、ＲＦＩＤ１０とアンテナ３０との間に介在する介在物を除去する除去装置２５０を備える点が、上記第２実施形態と異なる。
以下、上記第２実施形態及びその変形例１と同様の構成部については同様の符号を付して適宜説明を省略し、異なる部分を詳細に説明する。
ここで、泥土圧式のシールド工法では、加泥材として、地盤条件に合わせて粘土、高分子材料、気泡などを用いる。本変形例２では、加泥材として、気泡を用いることとする。
即ち、本変形例２に係るシールドマシン２００Ａは、シールド工法として、気泡シールド工法を用いてトンネルを施工する。
本変形例２に係る回転体情報取得システム１Ａは、上記第２実施形態の回転体情報取得システム１に、除去装置２５０を追加した構成となっている。
除去装置２５０は、図１０（ａ）に示すように、シールドマシン２００Ａのフード部２１１ｂの内周側であって且つ隔壁部２１１ａの最上部に設けられている。また、シールドマシン２００Ａのカッターヘッド２２０の背面部の外周側端部には、撹拌翼２６０が設けられている。そして、撹拌翼２６０の先端部には、上記第１実施形態と同様の埋め込み構成且つ防護形態で複数のＲＦＩＤ１０が配置されている。なお、これら複数のＲＦＩＤ１０の各々は、図示省略するが、電気ケーブル１０ｃを介して、各検出位置に取り付けられた検出部２０と接続されている。
除去装置２５０は、図１０（ａ）に示すように、シールドマシン２００Ａのフード部２１１ｂの内周側であって且つ隔壁部２１１ａの最上部に設けられている。また、シールドマシン２００Ａのカッターヘッド２２０の背面部の外周側端部には、撹拌翼２６０が設けられている。そして、撹拌翼２６０の先端部には、上記第１実施形態と同様の埋め込み構成且つ防護形態で複数のＲＦＩＤ１０が配置されている。なお、これら複数のＲＦＩＤ１０の各々は、図示省略するが、電気ケーブル１０ｃを介して、各検出位置に取り付けられた検出部２０と接続されている。
除去装置２５０は、図１０（ｂ）に示すように、隔壁部２１１ａの最上部にフード部２１１ｂの内周部に沿って取り付けられた平面視で円弧状の取付台２５１と、取付台２５１の周方向の両側にそれぞれ先端部がカッターヘッド２２０の背面部に向かって突設されたブラシ２５２とを備えている。更に、本変形例２では、取付台２５１の中央部に、上記第１実施形態と同様の埋め込み構成且つ防護形態でアンテナ３０が配置されている。なお更に、取付台２５１の２つのブラシ２５２間の下部には円弧に沿って板面が湾曲した板状のひさし部２５１ａがカッターヘッド２２０の背面部に向かって突設されている。
ブラシ２５２は、例えば、ナイロン等の化学繊維から構成されており、ブラシ先端が撹拌翼２６０の先端部に接触可能な状態で取り付けられている。
ブラシ２５２は、例えば、ナイロン等の化学繊維から構成されており、ブラシ先端が撹拌翼２６０の先端部に接触可能な状態で取り付けられている。
ここで、カッターヘッド２２０による切削によって発生する重たい土砂は、重力によって、チャンバー２１６内の下側にその大部分が存在し、加泥材としてチャンバー２１６内に注入された気泡は、軽いため、チャンバー２１６内の下側で土砂と混ぜ合わされなかったものが上側に集まる。特に、チャンバー２１６内の最上部付近には、例えば、図１１（ａ）に示すように、注入した気泡５００によるエアー溜まりが発生し、ＲＦＩＤ１０とアンテナ３０との間に介在して電波の進行を妨げる。このとき、撹拌翼２６０の先端部の表面には、チャンバー２１６の下側にて付着した泥土５０１が存在する場合もある。この泥土５０１もアンテナ３０とＲＦＩＤ１０＿１～１０＿３との電波通信を妨げる要因となる。
これに対して、本変形例２では、チャンバー２１６の隔壁２１１ａ側の上部に、上述した構成の除去装置２５０を設けた。これにより、カッターヘッド２２０が回転して、ブラシ２５２が撹拌翼２６０の先端部と対向且つ接触する位置を通過するときに、図１１（ｂ）に示すように、ブラシ２５２によって、撹拌翼２６０の先端部の表面側に存在する気泡５００を除去することが可能である。加えて、先端部表面に付着した泥土５０１も除去することが可能である。更に、撹拌翼２６０がブラシ２５２の位置を通過した後は、ひさし部２５１ａによって、下側からの気泡５００の侵入を防ぐことが可能である。
これにより、ブラシ２５２の後に対向するアンテナ３０と撹拌翼２６０の先端部との間には、図１１（ｃ）に示すように、気泡５００や泥土５０１などの介在物が介在しない又は低減した状態となる。その結果、アンテナ３０とＲＦＩＤ１０＿１～１０＿３との間に介在物が存在しない又は低減した状態で電波通信を行うことが可能となる。
これにより、ブラシ２５２の後に対向するアンテナ３０と撹拌翼２６０の先端部との間には、図１１（ｃ）に示すように、気泡５００や泥土５０１などの介在物が介在しない又は低減した状態となる。その結果、アンテナ３０とＲＦＩＤ１０＿１～１０＿３との間に介在物が存在しない又は低減した状態で電波通信を行うことが可能となる。
［第２実施形態の変形例２の作用及び効果］
第２実施形態の変形例２は、上記第２実施形態及びその変形例１の作用及び効果に加えて、以下の作用及び効果を奏する。
第２実施形態の変形例２に係る回転体情報取得システム１Ａは、泥土圧式のシールドマシンに適用され、ＲＦＩＤタグ１０が、カッターヘッド２２０の背面側であって且つカッターヘッド２２０の回転によって掘削機本体２１０側の上部に取り付けられたアンテナ３０と対向可能な位置に取り付けられている。掘削機本体２１０側の上部のアンテナ３０とは異なる位置であって且つカッターヘッド２２０の回転によってＲＦＩＤタグ１０と対向可能な位置に取り付けられた、少なくとも自身とＲＦＩＤタグ１０との間に介在する介在物（変形例２では気泡５００及び泥土５０１）を除去する除去装置２５０を備える。
この構成であれば、アンテナ３０とＲＦＩＤタグ１０との間で電波通信を行う際に、両者間に介在する気泡５００や泥土５０１などの介在物を事前に除去することが可能となる。これにより、除去しない場合と比較して、アンテナ３０とＲＦＩＤタグ１０との電波の伝搬効率を向上することが可能となる。
第２実施形態の変形例２は、上記第２実施形態及びその変形例１の作用及び効果に加えて、以下の作用及び効果を奏する。
第２実施形態の変形例２に係る回転体情報取得システム１Ａは、泥土圧式のシールドマシンに適用され、ＲＦＩＤタグ１０が、カッターヘッド２２０の背面側であって且つカッターヘッド２２０の回転によって掘削機本体２１０側の上部に取り付けられたアンテナ３０と対向可能な位置に取り付けられている。掘削機本体２１０側の上部のアンテナ３０とは異なる位置であって且つカッターヘッド２２０の回転によってＲＦＩＤタグ１０と対向可能な位置に取り付けられた、少なくとも自身とＲＦＩＤタグ１０との間に介在する介在物（変形例２では気泡５００及び泥土５０１）を除去する除去装置２５０を備える。
この構成であれば、アンテナ３０とＲＦＩＤタグ１０との間で電波通信を行う際に、両者間に介在する気泡５００や泥土５０１などの介在物を事前に除去することが可能となる。これにより、除去しない場合と比較して、アンテナ３０とＲＦＩＤタグ１０との電波の伝搬効率を向上することが可能となる。
［第３実施形態］
次に、上記回転体情報取得システム１をトンネルボーリングマシン（ＴＢＭ）に適用した第３実施形態を説明する。ここで、図１２は、第３実施形態に係るＴＢＭの内部を側面方向からみた略式構成図である。図１２では、説明に必要な構成部以外の部分を一部省略且つ簡略化して記載している。また、図１３（ａ）は、図１２のＥ矢視図であり、（ｂ）は、図１２のＦ－Ｆ線断面図である。
次に、上記回転体情報取得システム１をトンネルボーリングマシン（ＴＢＭ）に適用した第３実施形態を説明する。ここで、図１２は、第３実施形態に係るＴＢＭの内部を側面方向からみた略式構成図である。図１２では、説明に必要な構成部以外の部分を一部省略且つ簡略化して記載している。また、図１３（ａ）は、図１２のＥ矢視図であり、（ｂ）は、図１２のＦ－Ｆ線断面図である。
［構成］
図１２に示すように、第３実施形態に係るＴＢＭ３００は、掘削機本体３１０と、掘削機本体３１０の前面に回転可能に取り付けられた掘削用の回転体であるカッターヘッド３２０とを備える。掘削機本体３１０は、円筒状の外殻部３１１と、この外殻部３１１の内側に設けられた、排土装置３１２と、油圧モータ３１３とを備えている。
排土装置３１２は、例えば、スクリューコンベア等から構成されており、カッターヘッド３２０で切削した岩盤のずりを、地上へと搬送するための装置である。
図１２に示すように、第３実施形態に係るＴＢＭ３００は、掘削機本体３１０と、掘削機本体３１０の前面に回転可能に取り付けられた掘削用の回転体であるカッターヘッド３２０とを備える。掘削機本体３１０は、円筒状の外殻部３１１と、この外殻部３１１の内側に設けられた、排土装置３１２と、油圧モータ３１３とを備えている。
排土装置３１２は、例えば、スクリューコンベア等から構成されており、カッターヘッド３２０で切削した岩盤のずりを、地上へと搬送するための装置である。
油圧モータ３１３は、カッターヘッド３２０に回転駆動力を付与する油圧式のモータである。油圧モータ３１３の回転軸は、歯車を介して、カッターヘッド３２０の回転用の大型の歯車に接続されており、油圧モータ３１３の回転駆動により大型の歯車が回転駆動すると、この回転に伴って大型の歯車に接続されたカッターヘッド３２０が掘削機本体３１０の中心軸回りに回転する。
また、図１２及び図１３（ｂ）に示すように、油圧モータ３１３のカッターヘッド３２０側の端部にアンテナ３０＿１が取り付けられ、排土装置３１２の排土管のカッターヘッド３２０側の端部にアンテナ３０＿２が取り付けられている。即ち、第３実施形態では、アンテナ装置３は、アンテナ３０＿１及び３０＿２から構成されている。
また、図１２及び図１３（ｂ）に示すように、油圧モータ３１３のカッターヘッド３２０側の端部にアンテナ３０＿１が取り付けられ、排土装置３１２の排土管のカッターヘッド３２０側の端部にアンテナ３０＿２が取り付けられている。即ち、第３実施形態では、アンテナ装置３は、アンテナ３０＿１及び３０＿２から構成されている。
また、図１２に示すように、外殻部３１１内の油圧モータ３１３の下部に、リーダライタ４０が取り付けられている。また、リーダライタ４０は、電気ケーブル４０ｃを介して、外部の情報処理装置５０に接続されている。なお、リーダライタ４０及びアンテナ３０への電源供給は、上記第１実施形態と同様となる。また、油圧モータ３１３には、回転位置検出装置６０が取り付けられている。また、回転位置検出装置６０は、電気ケーブル６０ｃを介して、外部の情報処理装置５０に接続されている。
一方、カッターヘッド３２０は、図１２及び図１３（ａ）に示すように、略円錐台形状のフレーム部３２１と、フレーム部３２１の中央部に設けられたセンタービット３２３とを備えている。加えて、センタービット３２３を中心に放射状に配列された複数のディスクビット３２２＿１～３２２＿１９を備えている。
また、カッターヘッド３２０には、図示省略するが、前面と後面との間を貫通する開口部が形成されている。岩盤の掘削により生じたずりは、カッターヘッド３２０の開口部を通じて内部に送られるようになっている。
また、カッターヘッド３２０には、図示省略するが、前面と後面との間を貫通する開口部が形成されている。岩盤の掘削により生じたずりは、カッターヘッド３２０の開口部を通じて内部に送られるようになっている。
ディスクビット３２２＿１～３２２＿１９の背面部には、検出器２０＿１～２０＿１９が取り付けられている。具体的に、ディスクビット３２２＿ｉ（ｉは１～１９の自然数）の背面部に検出器２０＿ｉが取り付けられている。
また、図１２に示すように、カッターヘッド３２０の背面部の各検出器２０＿１～２０＿１９の背面側の位置に、ＲＦＩＤタグ１０＿１～１０＿１９が取り付けられている。具体的に、検出器２０＿ｉの背面側にＲＦＩＤタグ１０＿ｉが取り付けられている。
ここで、トンネルの施工手順は、掘削対象が岩盤となるため泥土圧等を考慮しなくて済む点が上記第１実施形態とは異なるが、掘削、掘削ずりの搬送、掘進、トンネル壁の組立といった大まかな手順は、上記第１実施形態と同様となる。また、ＲＦＩＤタグ１０、検出器２０及びアンテナ３０の防護形態は、上記第１実施形態と同様となっており、これらの露出部分の全体が固化体７０によって被覆されている。
また、図１２に示すように、カッターヘッド３２０の背面部の各検出器２０＿１～２０＿１９の背面側の位置に、ＲＦＩＤタグ１０＿１～１０＿１９が取り付けられている。具体的に、検出器２０＿ｉの背面側にＲＦＩＤタグ１０＿ｉが取り付けられている。
ここで、トンネルの施工手順は、掘削対象が岩盤となるため泥土圧等を考慮しなくて済む点が上記第１実施形態とは異なるが、掘削、掘削ずりの搬送、掘進、トンネル壁の組立といった大まかな手順は、上記第１実施形態と同様となる。また、ＲＦＩＤタグ１０、検出器２０及びアンテナ３０の防護形態は、上記第１実施形態と同様となっており、これらの露出部分の全体が固化体７０によって被覆されている。
また、第３実施形態では、上記第１実施形態と同様に、ＲＦＩＤタグ１０＿１～１０＿１９と、アンテナ３０＿１～３０＿２との取付位置は、カッターヘッド３２０の回転角度（機械角度）と対応付けられている。また、第３実施形態の回転体情報取得システム１では、第１実施形態の回転支軸１１４のようなものが無いため、油圧モータ３１３の回転軸の回転角度からカッターヘッド３２０の回転位置情報（機械角度）を算出している。この点が上記第１実施形態と異なる。それ以外は、上記第１実施形態の回転体情報取得システム１と同様となるので動作の説明を省略する。
［第３実施形態の作用及び効果］
第３実施形態に係る回転体情報取得システム１は、上記第１実施形態の回転体情報取得システム１と同等の作用及び効果を奏する。
第３実施形態に係る回転体情報取得システム１は、上記第１実施形態の回転体情報取得システム１と同等の作用及び効果を奏する。
［他の変形例］
なお、上記第１及び第２実施形態では、泥土圧式のシールドマシンに本発明に係る回転体情報取得システム１を適用したが、この構成に限らない。例えば、泥水圧式のシールドマシンなどの他の方式のシールドマシンに本発明を適用してもよい。泥水圧式のシールドマシンの場合は、上記第１実施形態の撹拌翼１２６や、上記第２実施形態の固定翼２１５が無いため、上記第２実施形態の変形例と同様に固定台や取付台を設ける構成とする。そして、この固定台や取付台にアンテナ３０を取り付ける。
また、上記第２実施形態の変形例２では、介在物の除去にブラシ２５２を用いる構成を例に挙げて説明したが、この構成に限らない。例えば、高圧水を噴射して介在物を除去する構成や、高圧水とブラシとを併用する構成など他の除去手段を有する構成としてもよい。
なお、上記第１及び第２実施形態では、泥土圧式のシールドマシンに本発明に係る回転体情報取得システム１を適用したが、この構成に限らない。例えば、泥水圧式のシールドマシンなどの他の方式のシールドマシンに本発明を適用してもよい。泥水圧式のシールドマシンの場合は、上記第１実施形態の撹拌翼１２６や、上記第２実施形態の固定翼２１５が無いため、上記第２実施形態の変形例と同様に固定台や取付台を設ける構成とする。そして、この固定台や取付台にアンテナ３０を取り付ける。
また、上記第２実施形態の変形例２では、介在物の除去にブラシ２５２を用いる構成を例に挙げて説明したが、この構成に限らない。例えば、高圧水を噴射して介在物を除去する構成や、高圧水とブラシとを併用する構成など他の除去手段を有する構成としてもよい。
また、上記第２実施形態の変形例２では、加泥材として気泡を用いた構成を説明したが、この構成に限らず、加泥材として気泡以外を用いた構成としてもよい。
また、上記第２実施形態の各変形例では、泥土圧式のシールドマシンにおいて、アンテナ３０をチャンバー内の上側に配置する構成とした。また、変形例２では、ＲＦＩＤタグ１０を、カッターヘッド２２０の背面部の外周側の端部（アンテナ３０と対向可能な位置）に配置する構成とした。これらの構成は、泥土圧式のシールドマシンに限らず、上記第３実施形態のＴＢＭに適用してもよい。
また、上記第２実施形態の各変形例では、泥土圧式のシールドマシンにおいて、アンテナ３０をチャンバー内の上側に配置する構成とした。また、変形例２では、ＲＦＩＤタグ１０を、カッターヘッド２２０の背面部の外周側の端部（アンテナ３０と対向可能な位置）に配置する構成とした。これらの構成は、泥土圧式のシールドマシンに限らず、上記第３実施形態のＴＢＭに適用してもよい。
また、上記各実施形態では、アンテナ３０と、リーダライタ４０とを別々の構成として、１台のリーダライタ４０に複数のアンテナ３０を接続する構成としたが、この構成に限らない。例えば、アンテナ３０とリーダライタ４０とが一体となった構成のリーダライタ装置を用いる構成としてもよい。この構成とした場合に、例えば、アンテナからの電波の放射範囲を広げることで、１台のリーダライタ装置で複数台のＲＦＩＤタグに対応させて、アンテナの減少分をカバーすることが可能である。
また、上記各実施形態では、１台のＲＦＩＤタグ１０に１台の検出器２０を接続する構成としたが、この構成に限らない。例えば、図１４の回転体情報取得システム１Ｂに示すように、１台のＲＦＩＤタグ１０に２台の検出器２０を接続する構成とするなど、１台のＲＦＩＤタグ１０に複数台の検出器２０を接続する構成としてもよい。
また、上記各実施形態では、１台のＲＦＩＤタグ１０に１台の検出器２０を接続する構成としたが、この構成に限らない。例えば、図１４の回転体情報取得システム１Ｂに示すように、１台のＲＦＩＤタグ１０に２台の検出器２０を接続する構成とするなど、１台のＲＦＩＤタグ１０に複数台の検出器２０を接続する構成としてもよい。
また、上記各実施形態では、１台のリーダライタ４０に複数台のアンテナ３０を接続する構成としたが、この構成に限らない。例えば、図１４の回転体情報取得システム１Ｂに示すように、検出情報（回転体情報）の読み取り装置４として、ｋ台（ｋは２以上の自然数）のリーダライタ４０＿１～４０＿ｋを備える構成としてもよい。この場合は、リーダライタ４０＿１～４０＿ｋのそれぞれに、１台又は複数台のアンテナ３０を接続する構成となる。
また、上記第２実施形態の変形例では、固定台２４０の形状を台形四角柱形状としたが、この構成に限らない、アンテナ３０を取り付け可能であれば、円錐台形状等の他の形状としてもよい。
また、上記第２実施形態の変形例では、固定台２４０の形状を台形四角柱形状としたが、この構成に限らない、アンテナ３０を取り付け可能であれば、円錐台形状等の他の形状としてもよい。
また、上記各実施形態では、ＲＦＩＤタグ１０をパッシブ型のタグから構成したが、この構成に限らず、バッテリーを内蔵したアクティブ型のタグから構成してもよい。また、ＲＦＩＤタグ１０を、アクティブ型のタグから構成した場合に、例えば、回転位置検出装置６０からの回転位置情報をタグに有線又は無線で送信する構成にすると共に、タグは定期的にセンサ情報を取得し、このセンサ情報を回転位置情報と対応付けてメモリに記憶する構成としてもよい。この構成とした場合、リーダライタ４０は、センサ情報と位置情報とが対応付けられた回転体情報をタグから読み出して、情報処理装置５０に送信することが可能となる。これにより、取得した回転体情報から、どの回転位置でどのような検出情報が得られたのかを知ることが可能となる。
また、上記各実施形態では、ＲＦＩＤタグ１０が検出器２０に給電する構成としたが、この構成に限らず、例えば、カッターヘッドの内部にバッテリーを設置し、このバッテリーから給電する構成とするなど他の構成としてもよい。バッテリーを設置する構成とした場合には定期的に充電を行う。
また、上記各実施形態では、ＲＦＩＤタグ１０とアンテナ３０との接近を検出して、両者が接近したと判定したときにアンテナ３０から給電読出用電波を放射する構成としたが、この構成に限らない。例えば、アンテナ３０から給電読出用電波を常に又は短い周期で連続的又は断続的に放射し、ＲＦＩＤタグ１０が近づいたらいつでも通信を行える構成としてもよい。この構成とした場合は、接近を検出する必要が無くなるため、回転位置検出装置６０を不要とすることが可能となる。
また、上記各実施形態では、シールドマシン又はＴＢＭに本発明を適用したが、この構成に限らず、同様の構成の掘削機であれば他の種類の掘削機に本発明を適用してもよい。
また、上記各実施形態では、ＲＦＩＤタグ１０とアンテナ３０との接近を検出して、両者が接近したと判定したときにアンテナ３０から給電読出用電波を放射する構成としたが、この構成に限らない。例えば、アンテナ３０から給電読出用電波を常に又は短い周期で連続的又は断続的に放射し、ＲＦＩＤタグ１０が近づいたらいつでも通信を行える構成としてもよい。この構成とした場合は、接近を検出する必要が無くなるため、回転位置検出装置６０を不要とすることが可能となる。
また、上記各実施形態では、シールドマシン又はＴＢＭに本発明を適用したが、この構成に限らず、同様の構成の掘削機であれば他の種類の掘削機に本発明を適用してもよい。
１ 回転体情報取得システム
２ 検出装置
３ アンテナ装置
４ 読み取り装置
１０ ＲＦＩＤタグ
２０ 検出器
３０ アンテナ
４０ リーダライタ
５０ 情報処理装置
６０ 回転位置検出装置
７０ 固化体
１００、１００Ａ、２００ シールドマシン
１１０、２１０、３１０ 掘削機本体
１１１、２１１、３１１ 外殻部
１１１ａ、２１１ａ 隔壁部
１１２、２１２、３１２ 排土装置
１１３、２１３、３１３ 油圧モータ
１１４、２１４ 回転支軸
１１５、２１６ チャンバー
１２０、２２０、３２０ カッターヘッド
１２１、２２１、３２１ フレーム部
１２２、２２２、３２３ センタービット
１２３、２２３ ビットフレーム
１２４、２２４ ビット
１２６ 撹拌翼
２１５ 固定翼
２４０ 固定台
３００ ＴＢＭ
３２２ ディスクビット
２ 検出装置
３ アンテナ装置
４ 読み取り装置
１０ ＲＦＩＤタグ
２０ 検出器
３０ アンテナ
４０ リーダライタ
５０ 情報処理装置
６０ 回転位置検出装置
７０ 固化体
１００、１００Ａ、２００ シールドマシン
１１０、２１０、３１０ 掘削機本体
１１１、２１１、３１１ 外殻部
１１１ａ、２１１ａ 隔壁部
１１２、２１２、３１２ 排土装置
１１３、２１３、３１３ 油圧モータ
１１４、２１４ 回転支軸
１１５、２１６ チャンバー
１２０、２２０、３２０ カッターヘッド
１２１、２２１、３２１ フレーム部
１２２、２２２、３２３ センタービット
１２３、２２３ ビットフレーム
１２４、２２４ ビット
１２６ 撹拌翼
２１５ 固定翼
２４０ 固定台
３００ ＴＢＭ
３２２ ディスクビット
Claims (5)
- 地盤中を掘削用の回転体の回転によって掘削できる掘削機の、前記回転体の状態に係る情報である回転体情報を取得する回転体情報取得システムであって、
前記掘削機は、前記回転体と、該回転体の後方に位置して前記回転体を駆動する本体とを備えており、
前記回転体に取り付けられ、前記回転体情報を検出する検出器と、
前記回転体の背面側に取り付けられていると共に前記検出器に接続されている電波式の無線発信機と、
前記回転体の回転によって移動する前記無線発信機と近接可能な位置であって且つ前記回転体の背面と対向する前記本体の表面位置に取り付けられたアンテナと、
前記本体に取り付けられ、前記アンテナを介して前記無線発信機から無線送信された前記回転体情報を受信する無線通信機と、
前記無線通信機で受信した前記回転体情報を処理する情報処理装置と、
前記回転体の回転中心から径方向に離れた位置に取り付けられた前記無線発信機と前記アンテナとの接近を検出する接近検出部と、を備え、
前記情報処理装置は、前記接近検出部で前記接近を検出したときに、前記無線通信機に、給電用の電波を送信させると共に、この電波の送信に応じて前記無線発信機から送信された前記回転体情報を受信させる制御を行う回転体情報取得システム。 - 地盤中を掘削用の回転体の回転によって掘削できる掘削機の、前記回転体の状態に係る情報である回転体情報を取得する回転体情報取得システムであって、
前記掘削機は、前記回転体と、該回転体の後方に位置して前記回転体を駆動する本体とを備えており、
前記回転体に取り付けられ、前記回転体情報を検出する検出器と、
前記回転体の背面側に取り付けられていると共に前記検出器に接続されている電波式の無線発信機と、
前記回転体の回転によって移動する前記無線発信機と近接可能な位置であって且つ前記回転体の背面と対向する前記本体の表面位置に取り付けられたアンテナと、
前記本体に取り付けられ、前記アンテナを介して前記無線発信機から無線送信された前記回転体情報を受信する無線通信機と、
前記無線通信機で受信した前記回転体情報を処理する情報処理装置と、を備え、
前記掘削機はシールドマシンであり、
前記検出器は、掘進方向の軸力を検出する軸力検出器、温度を検出する温度検出器、ビットの摩耗を検出するビット摩耗検出器、ビットの回転情報を検出する回転情報検出器のうち少なくとも１つを含む回転体情報取得システム。 - 前記回転体の回転中心から径方向に離れた位置に取り付けられた前記無線発信機と前記アンテナとの接近を検出する接近検出部を更に備え、
前記情報処理装置は、前記接近検出部で前記接近を検出したときに、前記無線通信機に、給電用の電波を送信させると共に、この電波の送信に応じて前記無線発信機から送信された前記回転体情報を受信させる制御を行う請求項２に記載の回転体情報取得システム。 - 前記アンテナは、チャンバー内の前記本体側の上部に取り付けられている請求項２又は３に記載の回転体情報取得システム。
- 前記シールドマシンは、泥土圧式のシールドマシンであり、
前記無線発信機は、前記回転体の背面側であって且つ前記回転体の回転によって前記本体側の上部に取り付けられた前記アンテナと対向可能な位置に取り付けられており、
前記本体側の上部の前記アンテナとは異なる位置であって且つ前記回転体の回転によって前記無線発信機と対向可能な位置に取り付けられた、少なくとも自身と前記無線発信機との間に介在する介在物を除去する除去装置を備える請求項４に記載の回転体情報取得システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019078065A JP7144914B2 (ja) | 2019-04-16 | 2019-04-16 | 回転体情報取得システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019078065A JP7144914B2 (ja) | 2019-04-16 | 2019-04-16 | 回転体情報取得システム |
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|---|---|
| JP2020176407A JP2020176407A (ja) | 2020-10-29 |
| JP7144914B2 true JP7144914B2 (ja) | 2022-09-30 |
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ID=72935914
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2019078065A Active JP7144914B2 (ja) | 2019-04-16 | 2019-04-16 | 回転体情報取得システム |
Country Status (1)
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| JP2002213181A (ja) | 2001-01-18 | 2002-07-31 | Tekken Constr Co Ltd | 土圧式シールド機 |
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| JPS6136498A (ja) * | 1984-07-27 | 1986-02-21 | 株式会社小松製作所 | 地中掘進機の切羽状態検知方法 |
| JP3221320B2 (ja) * | 1996-04-26 | 2001-10-22 | 株式会社大林組 | トンネル掘削機械の先端位置の検出方法 |
-
2019
- 2019-04-16 JP JP2019078065A patent/JP7144914B2/ja active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2017511436A (ja) | 2014-04-08 | 2017-04-20 | モンタンユニヴェルジテート レオーベン | トンネルボーリングマシーンの掘削工具の機械的負荷検出用高精度センサ |
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| JP2020176407A (ja) | 2020-10-29 |
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