JP7608914B2 - 起爆雷管用充電装置 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル等の掘削現場や、岩石等の破砕現場や、ビル等の構造物の破砕現場等で使用する無線起爆雷管を充電するための充電装置に関する。

起爆雷管は、例えばトンネルの掘削現場等における爆破作業で使用される。発破対象の切羽面に複数の装薬孔が形成される。装薬孔は、例えば径が数ｃｍで深さが数ｍ程度である。装薬孔に起爆雷管が爆薬とともに爆薬装填機によって装填される。起爆装置が切羽面から離れた遠隔地に設置され、起爆装置が装薬孔に装填された無線起爆雷管に向けて起爆信号を発信する。これにより起爆雷管の雷管点火部が点火して火薬類が起爆する。

有線で起爆雷管と起爆装置が接続される場合がある。この場合、作業者が切羽面に接近して起爆雷管の結線作業を行う必要がある。結線作業には比較的長い時間が必要である。有線式の起爆雷管に代えて、起爆装置と無線で通信可能な送受信アンテナを具備する無線起爆雷管を用いる場合がある。無線起爆雷管は、例えば電池内蔵型であって、通信と起爆に必要な電力が予め内蔵された電池に蓄えられる。あるいは装填後充電型であって、装薬孔に装填された後に装薬孔の外方に設置した送電線から無線で電力を受けて充電される。

電池内蔵型の無線起爆雷管の場合、蓄えられた電力は、無線起爆雷管を製造してから消費するまでに自然放電によって減少する。そのため電池切れを起こすおそれがある。電池内蔵型の起爆雷管を低温下で保存した場合には、電池性能が低下する場合がある。加えて無線起爆雷管を製造してから消費するまでの保管中や運搬中に蓄えられた電力によって誤発火するおそれがある。

特許文献１，２の無線起爆システムは、装薬孔の外方から装薬孔に装填された無線起爆雷管に無線で電力を供給する充電装置を有する。充電装置は、切羽面の近傍に設置されかつ送受信アンテナを兼ねる送電コイルを有する。特許文献１，２の送電コイルは、切羽面の近傍に複数の装薬孔を囲む大きさのループ状で設置される。そのため大型の送電コイルを設置する手間があった。また起爆装置側アンテナを設置できる場所に制約があり、作業性が良好でない場合があった。送電コイルの切羽面からの距離は遠くはないものの、近くないため、無線で送電するために大きな電力が必要であった。加えて送電コイルは、送受信アンテナとして無線起爆雷管の充電後に起爆準備のための通信を行う。そのため通信に使用した電力を補充するため、無線起爆雷管に間欠的に充電をする必要がある。しかも起爆に必要な通信は、全て無線起爆雷管を装着孔に装填した後に行う。そのため無線起爆雷管を装填した後の充電時間や通信時間が長くなる場合がある。

特許文献３の爆薬装填機は、切羽面に形成される複数の装薬孔に関する装薬孔情報を集約して管理する。装薬孔に装填される起爆雷管には、例えば個別の起爆雷管を識別するための識別番号や、起爆信号を受けてから起爆するまでの起爆遅延時間が設定される。しかし従来、装薬孔情報と起爆雷管に設定される情報を集約して管理する技術は知られていない。

特許第５６３０３９０号公報 特許第４３０９００１号公報 特開２００８－２５９７２号公報

上述のように作業性を良好にするために、無線起爆雷管に電力を供給する充電装置に様々な改良をする余地があった。そのため小電力で無線起爆雷管を充電できる充電装置が従来必要とされている。例えば、自然放電による無線起爆雷管の電力損失の少ない装置、あるいは無線起爆雷管に近い位置で充電できる装置、あるいは起爆前動作における無線起爆雷管の消費電力の少ない装置が従来必要とされている。

本開示の１つの特徴によると起爆雷管用充電装置は、起爆雷管の受電コイルに無線で電力を供給する送電コイルを有する。起爆雷管に信号を無線で送信する送信アンテナが設けられる。起爆雷管からの識別信号を無線で受信する受信アンテナが設けられる。識別信号を送信する送信回路が設けられる。起爆雷管に接続された火薬類と起爆雷管とを装薬孔に装填する装填機に装着される装着部が設けられる。装着部が装填機に装着されることで充電装置が一体的に装填機に装着される。送信回路は、識別信号を装填機の制御装置に送信する。これにより制御装置は、識別信号と装薬孔に関する装薬孔情報とを紐づけることが可能である。本開示において起爆雷管に接続された火薬類は、例えば装薬孔に装填できる大きさの棒状の爆薬や、導爆線等の火工品である。

したがって火薬類と起爆雷管を装填機で装薬孔に装填する際、装填機に設けられた充電装置によって起爆雷管を充電する。そのため起爆雷管は、装薬孔に装填される直前に充電されるため、充電から装薬孔に装填するまでの時間を短くできる。その結果、起爆雷管の電池が自然放電する量が少なくなる。しかも充電装置は、例えば従来のように装薬孔が設けられた切羽面の近傍に設置された送電コイルで装薬孔に装填された起爆雷管を充電する場合に比べて起爆雷管から近い距離で充電できる。そのため充電に必要な電力を抑えることができる。

さらに充電装置は、起爆雷管を装薬孔に装填する前に起爆雷管と無線で信号を送受信する。したがって起爆雷管を装薬孔に装填した後に起爆雷管と信号を送受信する場合に比べて、近い距離で信号を送受信する。その結果、信号を送受信するための電力も小さくできる。かくして起爆雷管の電池に必要な電力を従来に比べて小さくできる。そして充電装置から起爆雷管に送る電力を少なくできる。

しかも充電装置が起爆雷管から受信した識別信号は、装薬孔情報と紐づけられる。装薬孔情報は、例えば装薬孔の位置に関連する情報であるため、所定位置の装薬孔に所定の起爆雷管が装填されることを間違い無く紐づけできる。そして例えば装薬孔情報に基づいて起爆雷管に対して正しい起爆遅延時間（起爆信号を受けてから起爆するまでの時間）を記憶させることができる。

本開示の他の特徴によると充電装置は、棒状の起爆雷管が挿入される入口を有する。充電装置は、入口の反対側に位置し、入口から挿入された起爆雷管が直線的に移動することで排出される出口を有する。充電装置は、入口と出口を備え、かつ送電コイルが周方向に巻き回された筒体を有する。送電コイルに電流が流されることで送電コイルが筒体内に位置する起爆雷管の受電コイルに無線で電力を供給する。

したがって起爆雷管は、略直線的に筒体を貫通する。そのため起爆雷管を充電装置によって円滑にあるいは連続して充電できる。しかも筒体の送電コイルと起爆雷管の受電コイルを近接させることができる。これにより受電コイルは、少ない消費電力または短い充電時間またはその両方によって効率良く電力を送電コイルから受けることができる。

本開示の他の特徴によると筒体は、装着部が装填機に装着されることで、装填機の供給路途中に配置される。供給路を移動する火薬類が筒体を貫通する。したがって火薬類と起爆雷管が供給路途中で停止するまたは供給路を移動する際に起爆雷管に電力を供給できる。そのため起爆雷管を装薬孔に装填する作業と並行して起爆雷管を効率良く充電できる。

本開示の他の特徴によると送電コイルは、装填ブームに設けられる。送電コイルは、筒体の内側または装填ブームで停止した火薬類に接続された起爆雷管に電力を供給する。したがって起爆雷管を装薬孔に装填する準備ができている時点で起爆雷管に電力が供給される。そのため短い時間で起爆雷管を充電できかつ起爆雷管を装薬孔に装填できる。

本開示の他の特徴によると送電コイルは、送信アンテナと受信アンテナを兼ねる。したがって充電装置を通信装置の部品を共通することでコンパクトにできる。そのため充電装置を例えば装填ブームまたは装填機本体等の様々な場所に取り付けることができる。

本開示の他の特徴によると送電コイルは、内径が２０～５０ｍｍかつ巻き数が３０～３００周のヘリカル形状である。電源から送電コイルに１～１００Ｗの入力電力を３～６０秒間供給されることで、受電コイルに１０～３００ｋＨｚの無線で電力が供給される。これにより受電コイルに電気的に接続された起爆雷管の電池が充電される。充電装置は、送電コイルから受電コイルに電力を供給する際に受電コイルと送電コイルが同軸上でかつ５００ｍｍ以内の距離になるように起爆雷管を配置する停止機構を有する。充電装置は、充電した起爆雷管を装薬孔に装填する移動機構を有する。

したがって送電コイルの巻き数を３０～３００周と比較的多くすることにより、少ない電流で大きな磁界を発生できる。そのため１～１００Ｗの比較的小さい入力電力と３～６０秒間の短い充電時間で起爆雷管の電池に必要な電力を供給できる。さらに送電コイルの巻き数を３０～３００周と必要以上に巻き過ぎないことにより、過剰なジュール熱の発生を抑制できる。

しかも受電コイルと送電コイルの距離を５００ｍｍ以内に近づけることにより、送電コイルで発生する磁界の大きさに対して受電コイルが受ける電力の割合が大きくなる。そのため送電コイルから受電コイルへ効率良く電力を供給できる。また送電コイルで発生する磁界によって、例えば供給途中の充電中ではない他の起爆雷管の受電コイルで誘導電流が発生することを抑制できる。

しかも岩盤透過性が良くかつ一般的な通信機器の使用領域外である３００ｋＨｚ以下の無線で送電コイルから受電コイルに電力を供給する。そのため受電コイルを起爆装置と無線通信できる送受信アンテナとして兼用できる。さらに１０ｋＨｚ以上の無線で送電コイルから受電コイルに電力を供給する。そのため送電コイルと受電コイルを互いに無線通信できかつ１ｋｂｐｓ以上の通信速度を確保できる送受信アンテナとして兼用できる。

本開示の他の特徴によると装填機は、起爆雷管と火薬類とを装薬孔に装填し、かつ起爆雷管を充電する充電装置を具備する。装填機本体に移動可能に保持される削孔ブームが設けられる。削孔ブームに対して回転して装薬孔を形成する削孔ビットが設けられる。削孔メモリに記録された削孔データに基づいて削孔ブームの目的位置を決定して削孔ブームを移動させる削孔ブーム移動装置が設けられる。したがって削孔ブームが削孔作業をしている際中に充電装置から起爆雷管に電力を供給できる。そのため削孔作業と充電作業を並行させることができ、作業効率が良くなる。

本開示の他の特徴によると装填機は、削孔メモリに記録された削孔データに基づいて装填機に設けられた装填ブームの目的位置を決定して装填ブームを移動させる装填ブーム移動装置を有する。したがって装填ブームの移動先である所定の装薬孔と、充電装置が起爆雷管から読み取った識別信号を間違い無く対応させることができる。そのため例えば、削孔データに基づいた起爆雷管の位置に対応して正しい起爆遅延時間を起爆雷管に記憶させることができる。

本開示の他の特徴によると装填機は、起爆雷管から受信した識別信号と削孔メモリに記録された削孔データとを紐づけして準備信号を得る。各起爆雷管の準備信号を複数まとめて起爆装置に発信する準備信号発信装置が設けられる。したがって起爆装置は、例えば同じ起爆遅延時間の複数の起爆雷管についての準備信号をまとめて受け取る。そのため装填機から起爆装置へ無線信号を発信する回数を減らすことが可能になる。さらに、例えば所定の起爆雷管の起爆遅延時間とその起爆雷管が装填される装薬孔の対応関係を起爆装置側で容易に確認できかつ管理できる。

本開示の他の特徴によると受電コイルを有する起爆雷管と、内径が２０～５０ｍｍかつ巻き数が３０～３００周のヘリカル形状またはスパイラル形状の送電コイルを有する充電装置を準備する。受電コイルと送電コイルを同軸上でかつ５００ｍｍ以内の距離になるように起爆雷管と充電装置を配置する。送電コイルに電源から１～１００Ｗの入力電力を３～６０秒間供給することで、送電コイルが受電コイルに１０～３００ｋＨｚの無線で電力を供給する。受電コイルに電気的に接続された起爆雷管の電池を充電する。充電した起爆雷管を装薬孔に装填する。

したがって送電コイルの巻き数を比較的多くすることにより、少ない電流で大きな磁界を発生できる。さらに受電コイルと送電コイルの距離を近づけることにより、送電コイルで発生する磁界の大きさに対して受電コイルが受ける電力の割合が大きくなる。そのため小電力で送電コイルから起爆雷管の電池に必要な電力を供給できる。しかも起爆雷管が装薬孔に装填される直前に充電されるため、充電から装薬孔に装填するまでの時間を短くできる。その結果、自然放電が少なくなる。そのため起爆雷管の電池の必要な容量を従来よりも小さくできる。さらに送電コイルにおける過剰なジュール熱の発生を抑制できる。さらに受電コイルと送電コイルの距離を近づけることにより、充電中ではない他の起爆雷管の受電コイルで誘導電流が発生することを抑制できる。しかも岩盤透過性が良くかつ一般的な通信機器の使用領域外である３００ｋＨｚ以下であり、かつ必要な通信速度を確保できる１０ｋＨｚ以上の無線で送電コイルから受電コイルに電力を供給する。そのため送電コイルと受電コイルを互いに無線通信できる送受信アンテナとして兼用できる。

無線起爆システムの全体構成とトンネル掘削現場の概略図である。 第１実施形態に係る爆薬装填機による起爆雷管の充電と装薬孔への装填を示す概略図である。 充電装置と起爆雷管の概略図である。 充電装置と起爆雷管と起爆装置のブロック図である。 爆薬装填機と起爆装置のブロック図である。 無線起爆システムによる一連の作業を示すフローチャートである。 充電装置による起爆雷管の充電処理のフローチャートである。 起爆前準備における通信装置と起爆雷管の通信処理の前半のフローチャートである。 起爆前準備における通信装置と起爆雷管の通信処理の後半のフローチャートである。 起爆装置と起爆雷管における起爆処理のフローチャートである。 第２実施形態に係る爆薬装填機による起爆雷管の充電と装薬孔への装填を示す概略図である。

本開示の一つの実施の形態を図１～１０にしたがって説明する。説明中の同じ参照番号は、重複する説明をしないが、同じ機能を有する同じ要素を意味する。無線起爆システム１は、爆薬を爆破させて例えばトンネル、海底、岩石、ビル等の構造物等を掘削または破砕するために用いられる。本実施形態では、図１に示すようにトンネル３の掘削現場を例として説明する。トンネル３は、切羽面４を奥部に有する。切羽面４には、上下方向及び左右方向に所定の間隔を有して複数の装薬孔５が削孔される。装薬孔５は、トンネル３の奥行き方向に直線的に延出する。装薬孔５は、例えば径が数ｃｍかつ深さが数ｍ程度で削孔される。

図１，２に示すように各装薬孔５には、棒状の起爆雷管１０と複数の棒状の爆薬２が装填される。起爆雷管１０が装薬孔５の奥側に装填される。複数の爆薬２が起爆雷管１０よりも手前側に装填される。爆薬２よりも手前の装薬孔５の入口は、粘土等の封止部材６で封止される。爆薬２は、本開示における火薬類の一例である。火薬類は、例えば導爆線または導爆線を短く切断したもの等の火工品であっても良い。

図１に示すように無線起爆システム１は、トンネル３の洞床またはトンネル３の外部に設置される起爆装置７０を有する。起爆装置７０は、切羽面４から距離Ｌ１だけ離れた位置に配置される。距離Ｌ１は、例えば１００ｍ～１０００ｍに設定される。起爆装置７０は、無線信号を受信可能な受信アンテナ７５と無線信号を送信可能な送信アンテナ７６を有する。起爆装置７０は、装薬孔５に起爆雷管１０と爆薬２を装填する爆薬装填機３０から無線信号を受信できる。また起爆装置７０は、装薬孔５内の複数の起爆雷管１０のそれぞれに無線信号を送信できる。

図１に示すように起爆雷管１０と爆薬２は、例えば車両型の爆薬装填機３０を利用して装薬孔５に装填される。爆薬装填機３０は、本開示における装填機の一例である。爆薬装填機３０には、略円筒形状の筒体３１が装着される。筒体３１には、起爆雷管１０を充電するための充電装置５０が装着される。充電装置５０は、起爆雷管１０を装薬孔５に装填する直前において起爆雷管１０に電力を供給する。

図３に示すように起爆雷管１０は、略円柱形状の雷管本体１１を有する。雷管本体１１の外周面の略中央部には、受電コイル１２が円環状に巻き回される。受電コイル１２の巻き数は、１周以上で例えば１０周以上である。受電コイル１２は、電磁場に曝されることにより特定の周波数、振幅の電流を発生させる。受電コイル１２は、特定の周波数の各種信号を送受信する送受信アンテナを兼ねる。受電コイル１２は、特定の周波数、振幅の電流が流れることで各種信号を送信する。受電コイル１２は、特定の電磁場に曝されることで特定の周波数、振幅の各種信号を受信する。

図３に示すように起爆雷管１０は、雷管本体１１の一端面から突出する略円柱形状の雷管点火部１３を有する。雷管点火部１３は、雷管本体１１の長手方向に沿って延出する。雷管点火部１３は、爆薬２の１つである親ダイ２ａに挿入される。これにより起爆雷管１０が親ダイ２ａと一体に連結される。

図４に示すように起爆雷管１０には、受電コイル１２と電気的に接続される同調回路１５と整流素子１６と充電器（蓄電回路）１９が設けられる。同調回路１５は、受電コイル１２が電力を受信する際に発生した電流の受信周波数に同調する。整流素子１６は、同調回路１５から入力された電流を直流電流に整流する。充電器１９は、例えばコンデンサ等であり、本開示における電池の一例である。充電器１９は、整流素子１６で整流された電力を蓄える。充電器１９に蓄えられた電力は、起爆雷管１０の各電子部品を動作させる際や、雷管点火部１３を点火する際に用いられる。

図４に示すように起爆雷管１０には、受信回路（復調回路）１７と送信回路（変調回路）１８が設けられる。受信回路１７と送信回路１８は、それぞれ受電コイル１２と制御回路（ＣＰＵ）１４に接続される。受電コイル１２が信号を受信する際に電流が発生する。受信回路１７は、この電流の変化に基づくアナログ信号をデジタル信号に変換（復調）する。これにより受電コイル１２を受信アンテナとして利用できる。送信回路１８は、制御回路１４から送信されたデジタル信号をアナログ信号に変換（変調）する。受電コイル１２には、送信回路１８で変調した信号に基づく電流が流れる。これにより受電コイル１２を送信アンテナとして利用できる。

図４に示すように起爆雷管１０には、制御回路１４に接続されたメモリ２０が設けられる。メモリ２０には、起爆雷管１０固有のシリアルナンバーやアルゴリズムが予め記録される。メモリ２０には、例えば受信回路１７で復調した起爆遅延時間を設定する信号に基づいて起爆遅延時間が記録される。

図４に示すように起爆雷管１０には、制御回路１４に接続された起爆スイッチ２１と抵抗測定回路２２が設けられる。起爆スイッチ２１は、充電器１９と雷管点火部１３を電気的に接続した接続状態と切断した遮断状態とに切替える。起爆スイッチ２１は、制御回路１４からオン信号が出力されない場合、充電器１９と雷管点火部１３を遮断状態にする。起爆スイッチ２１は、制御回路１４からオン信号が出力された際に、充電器１９と雷管点火部１３を接続状態にする。抵抗測定回路２２は、雷管点火部１３が正常か否かを判断するために、制御回路１４からの出力に基づいて雷管点火部１３の電気抵抗を測定する。

図２に示すように爆薬装填機３０は、車両型の装填機本体３０ａを有する。装填機本体３０ａには、保管容器３０ｅと装填装置４０が設けられる。保管容器３０ｅには、充電前の起爆雷管１０と爆薬２が保管される。装填装置４０には、装填ブーム３０ｂが設けられる。装填ブーム３０ｂの先端には、筒体３１の入口３１ａ側が装着部５０ａによって装着される。装着部５０ａでは、筒体３１と装填ブーム３０ｂに設けられた貫通孔にボルトを貫通させ締結させる。これにより筒体３１が装填ブーム３０ｂに装着される。筒体３１の出口３１ｂは、筒体３１の先端に位置する。筒体３１は、入口３１ａから出口３１ｂまで起爆雷管１０と爆薬２が貫通可能な内径を有する。

図２に示すように装填装置４０は、保管容器３０ｅから爆薬供給路３０ｆを経て筒体３１の出口３１ｂまで起爆雷管１０と爆薬２を送る装填装置４０を有する。爆薬供給路３０ｆは、本開示における供給路の一例である。装填装置４０には、装填ブーム３０ｂを動作させる装填ブーム移動装置４１と、起爆雷管１０と爆薬２を爆薬供給路３０ｆに供給する供給装置４３が設けられる。装填ブーム移動装置４１を駆動させる装填ブーム駆動機構４２は、油圧式モータ、油圧式シリンダ、電動モータ等またはそれらを複合させた機構である。装填ブーム３０ｂは、装填ブーム駆動機構４２によって伸縮または傾動する。これにより装填ブーム３０ｂの先端が移動する。

図２に示すように爆薬装填機３０には、爆薬供給路３０ｆに沿って起爆雷管１０と爆薬２を移動させる移動機構４４が設けられる。移動機構４４は、供給装置４３と充電装置５０に跨って設けられる。爆薬供給路３０ｆは、保管容器３０ｅから装填ブーム３０ｂの基部までの経路と、装填ブーム３０ｂの基部から筒体３１の入口３１ａまでの経路と、入口３１ａから出口３１ｂまでの経路を含む。保管容器３０ｅから入口３１ａまでの爆薬供給路３０ｆは、ホースまたはパイプで連結される。移動機構４４は、空気圧で起爆雷管１０と爆薬２を圧送するコンプレッサである。移動機構４４は、水圧で圧送するポンプ、押し棒で機械的に押し出す押出し機構、コンベヤ、装填ブーム駆動機構４２と協働して起爆雷管１０と爆薬２を受け渡す受渡し機構等またはそれらを複合させた機構であっても良い。供給装置４３には、起爆雷管１０を入口３１ａの近傍位置で停止させる停止機構４５が設けられる。移動機構４４は停止機構４５を兼ねる。

図３に示すように装填ブーム３０ｂ（図２参照）の先端の筒体３１には、起爆雷管１０の受電コイル１２に電力を供給する充電装置５０が設けられる。充電装置５０は、筒体３１の入口３１ａの近くに設けられた送電コイル５１を有する。換言すると送電コイル５１は、装填ブーム３０ｂの先端位置に設けられる。筒体３１の外周面に沿って周方向に円環状かつヘリカル形状に巻き回される。送電コイル５１の巻き数は、３０～３００周である。送電コイル５１の内径Ｄ１は、２０～５０ｍｍである。受電コイル１２は、送電コイル５１と距離Ａの位置で電力を供給される。距離Ａは、５００ｍｍ以内が望ましい。例えば送電コイル５１の中心軸Ｃ上にと受電コイル１２の中心軸を配置させかつ送電コイル５１の内側に受電コイル１２を配置させる。この際に距離Ａは、送電コイル５１の端面と受電コイル１２の端面の間の距離である。

図３に示すように送電コイル５１は、特定の周波数、振幅、波長の電流が流れることで送電コイル５１の周囲に電場または磁場を発生させて特定の電磁波を送信する。送電コイル５１は、特定の電磁場に曝されることで特定の周波数、振幅の各種信号を受信する。電磁波の周波数は、充電装置５０を爆薬装填機３０に搭載できるサイズにするために例えば１ｋＨｚ以上である。さらに土中や岩盤内の透過性が良いように例えば５００ｋＨｚ以下である。好ましくは例えば１ｋｂｐｓ以上の通信速度を確保するために１０ｋＨｚ以上である。また、好ましくは一般的な通信機器の使用領域を考慮して例えば３００ｋＨｚ以下である。

図４に示すように充電装置５０には、充電装置５０の各電気部品からの電気信号の入力に基づいて各電気部品に電気信号を出力する制御回路（ＣＰＵ）５３を具備する制御部５２が設けられる。制御回路５３は、入力部３２と表示部３３とに電気的に接続される。制御回路５３は、本開示における送信回路の一例である。入力部３２は、例えば装填機本体３０ａに設けられたキーボードやスイッチ、タッチパネル等である。表示部３３は、例えば装填機本体３０ａに設けられたディスプレイや点灯・消灯をするランプ等である。作業者は、表示部３３に表示された情報を確認しながら、入力部３２を操作する。

図４に示すように制御回路５３は、指令に基づいて例えば起爆雷管１０に設定されたＩＤ番号等の情報を爆薬装填機３０に設けられたメモリ３６に記録、またはメモリ３６の記憶されたデータを読出し、またはメモリ３６に記憶されたアルゴリズムに基づいて計算する。充電装置５０には、制御回路５３に電力を供給する電源５４と給電回路５５が設けられる。給電回路５５は、電源５４と送電コイル５１に電気的に接続される。制御回路５３は、指令に基づいて電源５４から給電回路５５を介して送電コイル５１に電流を出力する。

図４に示すように充電装置５０には、送電コイル５１と制御回路５３とに接続される受信回路５６と送信回路５７が設けられる。受信回路５６は、送電コイル５１が受信したアナログ信号をデジタル信号に復調する。送信回路５７は、制御回路５３から送信されたデジタル信号をアナログ信号に変調する。送信回路５７は、例えば起爆遅延時間の設定信号等に係る特定の周波数１０ｋ～３００ｋＨｚでありかつ特定の符号信号を設定した電流を送電コイル５１に出力する。これにより送電コイル５１を受電コイル１２と無線で通信可能な送受信アンテナとして兼用できる。

図２に示すよう爆薬装填機３０には、装薬孔５を削孔する削孔装置４６が設けられる。削孔装置４６は、装填機本体３０ａに設けられた削孔ブーム３０ｃと、削孔ブーム３０ｃの先端に設けられた削孔ビット３０ｄを有する。削孔装置４６は、削孔ブーム３０ｃを動作させる削孔ブーム移動装置４７を有する。削孔ブーム移動装置４７を駆動させる削孔ブーム駆動機構４８は、油圧式モータ、油圧式シリンダ、電動モータ等またはそれらを複合させた機構である。削孔ブーム３０ｃは、削孔ブーム駆動機構４８によって伸縮または傾動する。これにより削孔ブーム３０ｃの先端の削孔ビット３０ｄが移動する。削孔ビット３０ｄを駆動させる削孔ビット駆動機構４９は、油圧式モータ、電動モータ等またはそれらを複合させた機構である。

図５に示すように爆薬装填機３０には、制御装置３４が設けられる。制御装置３４には爆薬装填機３０に搭載された各電気部品からの電気信号の入力に基づいて各電気部品に電気信号を出力する制御回路３５が設けられる。制御回路３５は、制御装置３４に設けられたメモリ３６と電気的に接続される。メモリ３６は、一回の発破で必要な全ての装薬孔５（図１参照）の位置、深さ、角度等の削孔データが記録される削孔メモリ３６ａを含む。

図５に示すように爆薬装填機３０には、切羽面４（図１参照）から離間して設置された起爆装置７０と通信可能な準備信号発信装置６０が設けられる。準備信号発信装置６０には、送信回路６１と送信アンテナ６２が設けられる。送信回路６１は、制御回路３５と送信アンテナ６２とに電気的に接続される。送信回路６１は、制御回路３５から送信されたデジタル信号をアナログ信号に変調する。送信アンテナ６２は、送信回路６１で変調した信号に基づく電流が流れることにより無線電波を発信する。送信アンテナ６２は、土中や岩盤内を透過し難い例えば１Ｍ～１０ＧＨｚの無線電波を送信し、好ましくは１００ＭＨｚ以上の無線電波を送信する。

図５に示すように起爆装置７０には、制御回路（ＣＰＵ）７３と入力部７１と表示部７２が設けられる。制御回路７３は、起爆装置７０の各電気部品からの電気信号の入力に基づいて各電気部品に電気信号を出力する。入力部７１は、例えばキーボードやスイッチ、タッチパネル等を備える。表示部７２は、例えばディスプレイや点灯・消灯をするランプ等を備える。作業者は、表示部７２に表示された情報を確認しながら、入力部７１を操作する。入力部７１と表示部７２は、それぞれ制御回路７３と電気的に接続される。起爆装置７０には、制御回路７３と電気的に接続されたメモリ７４が設けられる。制御回路７３は、指令に基づいて例えば起爆雷管１０に設定されたＩＤ番号と装薬孔情報とを紐づけた情報をメモリ７４に記録、またはメモリ７４に記憶されたデータを読出し、またはメモリ７４に記憶されたアルゴリズムに基づいて計算する。

図５に示すように起爆装置７０には、受信アンテナ７５と送信アンテナ７６が設けられる。受信アンテナ７５と制御回路７３とに電気的に接続された受信回路７７が設けられる。送信アンテナ７６と制御回路７３とに電気的に接続された送信回路７８が設けられる。受信回路７７は、受信アンテナ７５が受信したアナログ信号をデジタル信号に復調する。送信回路７８は、制御回路７３から送信されたデジタル信号をアナログ信号に変調する。受信アンテナ７５は、例えば１Ｍ～１０ＧＨｚの無線電波を受信する。送信アンテナ７６は、受電コイル１２と通信可能な周波数帯の無線電波を送信し、例えば１０ｋ～３００ｋＨｚの無線電波を送信する。

図６～１０にしたがって無線起爆システム１を利用して切羽面４を爆破して掘削する無線起爆方法のフローを説明する。まず図５に示す削孔メモリ３６ａは、一回の発破で必要な切羽面４上の全ての装薬孔５（図１参照）の位置、深さ、角度等の削孔データを記録する（図６のステップ（以下、ＳＴとする）０１）。図１を参照するように切羽面４の近くに位置する爆薬装填機３０の削孔装置４６が切羽面４に複数の装薬孔５を削孔する（ＳＴ０２）。削孔する前の準備段階において、爆薬装填機３０に対する切羽面４の基準位置が設定される。切羽面４の基準位置は、例えば爆薬装填機３０に搭載された３Ｄスキャナでスキャンした切羽面４の３Ｄデータに基づいて設定される。あるいは切羽面４の近くに測量用のレーザを設置し、レーザによって切羽面の３次元データを取得することで設定される。各装薬孔５の削孔位置は、切羽面４の基準位置と削孔メモリ３６ａに記録された削孔データに基づいて設定される。

図２を参照するように削孔ブーム駆動機構４８は、削孔ビット３０ｄが所定の削孔位置に移動するように削孔ブーム３０ｃを駆動させる。削孔ビット３０ｄが所定の削孔位置の手前まで移動した後、削孔ブーム駆動機構４８と削孔ビット駆動機構４９が協働して削孔ブーム３０ｃと削孔ビット３０ｄを駆動させる。削孔メモリ３６ａ（図５参照）に記録された削孔データに基づいた深さと角度で装薬孔５が削孔される。装薬孔５は、例えば径が５０ｍｍ程度、深さが２ｍ程度に削孔される。削孔装置４６は、一つの装薬孔５を削孔した後、装薬孔５から削孔ブーム３０ｃを抜き出して次の装薬孔５を削孔する。爆薬装填機３０は、例えば切羽面４の全ての装薬孔５を削孔してから起爆雷管１０と爆薬２を装薬孔５に装填する。あるいは切羽面４を複数のエリアに分け、所定のエリアの装薬孔５を削孔した後に、起爆雷管１０と爆薬２を装薬孔５に装填する。あるいは装薬孔５の削孔作業と、起爆雷管１０と爆薬２の装薬孔５への装填作業を並行して行う。

図２を参照するように供給装置４３は、起爆雷管１０を保管容器３０ｅから筒体３１の入口３１ａの近傍に位置する充電装置５０に移動させる（ＳＴ０３）。停止機構４５は、起爆雷管１０を充電装置５０の筒体３１内で停止させる（ＳＴ０４）。充電装置５０は、起爆雷管１０に電力を供給する充電処理を行う（ＳＴ０５）。充電装置５０は、ＳＴ０５の後に起爆雷管１０と無線信号で通信する通信処理を行う。装填ブーム移動装置４１は、ＳＴ０３～ＳＴ０６と並行して、削孔メモリ３６ａ（図５参照）に記録された削孔データに基づいて装填ブーム３０ｂを装薬孔５に向けて移動させる（ＳＴ０７）。これにより筒体３１の出口３１ｂが装薬孔５に挿入される。

充電処理（ＳＴ０５）について詳しく説明する。図３，４を参照するように受電コイル１２は、送電コイル５１の内側に配置される。受電コイル１２は、送電コイル５１と５００ｍｍ以内の距離Ａの位置に配置される。充電装置５０の制御回路５３は、入力部３２からの入力信号を受けて給電回路５５を介して送電コイル５１に電流を出力する（図７のＳＴ２１）。送電コイル５１には、１～１００Ｗの入力電力が３～６０秒間供給される。送電コイル５１は、例えば周波数が１０ｋ～３００ｋＨｚの比較的高周波の磁界を発生させる（ＳＴ２２）。

図３，４を参照するように起爆雷管１０の受電コイル１２は、磁界を受信して電流を発生させる（ＳＴ２３）。同調回路１５は、受電コイル１２で発生した電流の周波数に同調する（ＳＴ２４）。整流素子１６は、同調回路１５から受信した電流を直流電流に整流する（ＳＴ２５）。充電器１９は、直流電流が供給されることで電力を蓄える（ＳＴ２６）。これにより充電器１９に通信と起爆に必要な電力が蓄えられる。なお受電コイル１２で電流が発生する前段階では、充電器１９の電圧は０Ｖである。

通信処理（ＳＴ０６）について詳しく説明する。図３，４を参照するように制御回路５３は、入力部３２からの信号を受けて起爆雷管１０のシリアルナンバーの問い合わせ番号を出力する（図８のＳＴ３１）。送信回路５７が信号を変調し（ＳＴ３２）、送信アンテナ５１が信号を発信する（ＳＴ３３）。受信アンテナ１２が問い合わせ信号を受信し（ＳＴ３４）、受信回路１７が信号を復調する（ＳＴ３５）。制御回路１４は、メモリ２０に記録された起爆雷管１０の識別信号（シリアルナンバー）を送信回路１８に送信する（ＳＴ３６）。送信回路１８が信号を変調する（ＳＴ３７）。送信アンテナ１２は、変調した信号を例えば１０ｋ～３００ｋＨｚの無線電波で送信する（ＳＴ３８）。

図３，４を参照するように受信アンテナ５１が信号を受信する（ＳＴ３９）。受信回路５６が信号を復調し（ＳＴ４０）、制御回路５３に送信する。制御回路５３は、起爆雷管１０のシリアルナンバーを確認し（ＳＴ４１）、メモリ３６にシリアルナンバーを記録する。制御回路５３は、起爆雷管１０のシリアルナンバーに紐づけたＩＤ番号を設定する。制御回路５３は、ＩＤ番号と、ＩＤ番号に応じた起爆遅延時間の設定信号を送信回路５７に送信する（ＳＴ４２）。送信回路５７が信号を変調する（ＳＴ４３）。送信アンテナ５１は、例えば１０ｋ～３００ｋＨｚの無線電波で設定信号を送信する（ＳＴ４４）。

図３，４を参照するように受信アンテナ１２が信号を受信し（ＳＴ４５）、受信回路１７が信号を復調する（ＳＴ４６）。メモリ２０は、制御回路１４の指令に基づいてＩＤ番号と起爆遅延時間を記録する（ＳＴ４７）。制御回路１４は、ＩＤ番号と起爆遅延時間の設定完了の信号を送信回路１８に送信する（ＳＴ４８）。送信回路１８が信号を変調し（ＳＴ４９）、送信アンテナ１２に送信する。送信アンテナ１２は、変調した信号を例えば１０ｋ～３００ｋＨｚの無線電波で送信する（ＳＴ５０）。受信アンテナ５１が信号を受信し（ＳＴ５１）、受信回路５６が信号を復調し（ＳＴ５２）、制御回路５３に送信する。制御回路５３は、起爆雷管１０のＩＤ番号と起爆遅延時間の設定完了を確認する（ＳＴ５３）。

図３，４を参照するように制御回路５３は、起爆雷管１０の健全性（通電性）を確認する導通確認信号を送信回路５７に送信する（図９のＳＴ５４）。送信回路５７が信号を変調し（ＳＴ５５）、送信アンテナ５１が信号を発信する（ＳＴ５６）。受信アンテナ１２が信号を受信し（ＳＴ５７）、受信回路１７が信号を復調する（ＳＴ５８）。抵抗測定回路２２は、制御回路１４からの出力に基づいて雷管点火部１３の電気抵抗を測定する（ＳＴ５９）。制御回路１４は、測定された抵抗値から雷管点火部１３の健全性（通電性）の良否を判定する（ＳＴ６０）。制御回路１４は、雷管点火部１３の健全性の良否の信号を送信回路１８に送信する（ＳＴ６１）。送信回路１８が信号を変調し（ＳＴ６２）、送信アンテナ１２が例えば１０ｋ～３００ｋＨｚの無線電波で信号を送信する（ＳＴ６３）。

図３，４を参照するように受信アンテナ５１が信号を受信し（ＳＴ６４）、受信回路５６が信号を変調する（ＳＴ６５）。制御回路５３は、雷管点火部１３の健全性が良好である場合（ＳＴ６６）、起爆雷管１０のシリアルナンバーに紐づけてＩＤ番号と起爆遅延時間をメモリ３６に記録する（ＳＴ６７）。表示部３３は、ＳＴ６７の後に起爆雷管１０が準備完了した状態であることを表示する（ＳＴ６８）。制御回路７３は、所定の起爆雷管１０の雷管点火部１３の健全性が良好でない場合（ＳＴ６６）、表示部７２にその起爆雷管１０がＮＧ（不良）の起爆雷管であることを表示させる（ＳＴ６９）。

図２を参照するように起爆雷管１０の通信処理（ＳＴ０６）が終わると、装填装置４０が起爆雷管１０と複数の爆薬２を装薬孔５に装填する（ＳＴ０８）。筒体３１の出口３１ｂは、装薬孔５の奥壁に対して少なくとも起爆雷管１０と親ダイ２ａの長を合わせた長さ分だけ手前の位置に配置されている。起爆雷管１０と親ダイ２ａは、移動機構４４の空気圧によって筒体３１の入口３１ａ近くから出口３１ｂまで送出される。これにより起爆雷管１０と親ダイ２ａは、装薬孔５の奥部に装填される。装填装置４０は、同様にして増ダイ２ｂを装薬孔５内の親ダイ２ａの手前に装填する。増ダイ２ｂは、起爆雷管１０の充電処理と通信処理と並行して保管容器３０ｅから入口３１ａの手前まで装填装置４０によって移動させても良い。

図２を参照するように増ダイ２ｂを装填する際には、装填ブーム駆動機構４２を駆動させて、増ダイ２ｂの個数に応じて筒体３１を装薬孔５から引き抜く。これにより出口３１ｂが装薬孔５の奥側から手前側に移動する。そのため複数の増ダイ２ｂを装薬孔５の貫通方向に並べて配置できる。装填装置４０は、一つの装薬孔５に起爆雷管１０と必要数の爆薬２を装填した後、装薬孔５から筒体３１を抜き出して次の装薬孔５に起爆雷管１０と爆薬２を装填する。起爆雷管１０と爆薬２が装填された装薬孔５の入口は、封止部材６で封止される。装填装置４０による装填処理は、必要数の装薬孔５に起爆雷管１０と爆薬２を装填するまで繰り返し行われる（図６のＳＴ０９）。

図５を参照するようにＳＴ０９の後に準備信号発信装置６０の送信アンテナ６２は、準備信号を例えば１Ｍ～１０ＧＨｚの無線電波で起爆装置７０に発信する（ＳＴ１１）。準備信号は、所定の起爆雷管１０と装薬孔５（図２参照）に関する情報を含む。メモリ３６に記録された所定の起爆雷管１０のＩＤ番号および起爆遅延時間と、削孔メモリ３６ａに記録されかつ所定の起爆雷管１０が装填された装薬孔５の削孔データとを紐づける。これにより所定の起爆雷管１０についての準備信号が所定の装薬孔５と紐づけられる。準備信号は、複数の起爆雷管１０の情報をまとめて、または１つの起爆雷管１０毎に発信される。複数の起爆雷管１０の情報をまとめて発信する場合は、例えば切羽面４の全ての装薬孔５に装填される起爆雷管１０の情報をまとめて発信する。あるいは、例えば同じ起爆遅延時間が設定された複数の起爆雷管１０毎に情報をまとめて発信する。

図１を参照するように切羽面４の全ての装薬孔５に起爆雷管１０と爆薬２を装填した後、爆薬装填機３０を切羽面４から所定の距離離れた遠隔地に退避させる。作業者は、切羽面４から所定の距離離れた遠隔地に設けられた起爆装置７０の入力部７１を操作する。これにより起爆雷管１０の起爆処理が開始する（ＳＴ１２）。

図４を参照するように起爆装置７０の制御回路７３は、入力部７１からの信号を受けて起爆信号を送信回路７８に送信する（図１０のＳＴ７１）。送信回路７８が信号を変調する（ＳＴ７２）。送信アンテナ７６が例えば１０ｋ～３００ｋＨｚの無線電波で起爆信号を発信する（ＳＴ７３）。受信アンテナ１２が信号を受信し（ＳＴ７４）、受信回路１７が信号を復調する（ＳＴ７５）。制御回路１４は、起爆信号を受信した際に内部に具備するタイマ回路を起動させる。タイマ回路はメモリ２０に記録された起爆遅延時間をカウントする（ＳＴ７６）。起爆遅延時間がカウントされた後に制御回路１４がオン信号を起爆スイッチ２１に出力する（ＳＴ７７）。起爆スイッチ２１がオンして接続状態になる（ＳＴ７８）。充電器１９が起爆スイッチ２１を介して雷管点火部１３に送電する（ＳＴ７９）。雷管点火部１３が点火して（ＳＴ８０）、爆薬２（図１参照）が起爆する。

上述した充電装置５０は、図２，４に示すように起爆雷管１０の受電コイル１２に無線で電力を供給する送電コイル５１を有する。起爆雷管１０に信号を無線で送信する送信アンテナ５１が設けられる。起爆雷管１０からの識別信号を無線で受信する受信アンテナ５１が設けられる。識別信号を送信する制御回路５３が設けられる。起爆雷管１０に接続された爆薬２と起爆雷管１０とを装薬孔５に装填する爆薬装填機３０に装着される装着部５０ａが設けられる。装着部５０ａが爆薬装填機３０に装着されることで充電装置５０が一体的に爆薬装填機３０に装着される。制御回路５３は、識別信号を爆薬装填機３０の制御装置３４（図５参照）に送信する。これにより制御装置３４は、識別信号と装薬孔５に関する装薬孔情報とを紐づけることが可能である。

したがって爆薬２と起爆雷管１０を爆薬装填機３０で装薬孔５に装填する際、爆薬装填機３０に設けられた充電装置５０によって起爆雷管１０を充電する。そのため起爆雷管１０は、装薬孔５に装填される直前に充電されるため、充電から装薬孔５に装填するまでの時間を短くできる。その結果、起爆雷管１０の充電器１９が自然放電する量が少なくなる。しかも充電装置５０は、例えば従来のように装薬孔５が設けられた切羽面４の近傍に設置された送電コイルで装薬孔５に装填された起爆雷管１０を充電する場合に比べて起爆雷管１０から近い距離で充電できる。そのため充電に必要な電力を抑えることができる。

さらに充電装置５０は、起爆雷管１０を装薬孔５に装填する前に起爆雷管１０と無線で信号を送受信する。したがって起爆雷管１０を装薬孔５に装填した後に起爆雷管１０と信号を送受信する場合に比べて、近い距離で信号を送受信する。その結果、信号を送受信するための電力も小さくできる。かくして起爆雷管１０の充電器１９に必要な電力を従来に比べて小さくできる。そして充電装置５０から起爆雷管１０に送る電力を少なくできる。

しかも充電装置５０が起爆雷管１０から受信した識別信号は、装薬孔情報と紐づけられる。装薬孔情報は、例えば装薬孔５の位置に関連する情報であるため、所定位置の装薬孔５に所定の起爆雷管１０が装填されることを間違い無く紐づけできる。そして例えば装薬孔情報に基づいて起爆雷管１０に対して正しい起爆遅延時間を記憶させることができる。

図２に示すように充電装置５０は、棒状の起爆雷管１０が挿入される入口３１ａを有する。充電装置５０は、入口３１ａの反対側に位置し、入口３１ａから挿入された起爆雷管１０が直線的に移動することで排出される出口３１ｂを有する。充電装置５０は、入口３１ａと出口３１ｂを備え、かつ送電コイル５１が周面に沿って巻き回された筒体３１を有する。送電コイル５１に電流が流されることで送電コイル５１が筒体３１内に位置する起爆雷管１０の受電コイル１２に無線で電力を供給する。

したがって起爆雷管１０は、略直線的に筒体３１を貫通する。そのため起爆雷管１０を充電装置５０によって円滑にあるいは連続して充電できる。しかも筒体３１の送電コイル５１と起爆雷管１０の受電コイル１２を近接させることができる。これにより受電コイル１２は、少ない消費電力または短い充電時間またはその両方によって効率良く電力を送電コイル５１から受けることができる。

図２に示すように筒体３１は、装着部５０ａが爆薬装填機３０に装着されることで、爆薬装填機３０の爆薬供給路３０ｆの途中に配置される。爆薬供給路３０ｆを移動する爆薬２が筒体３１を貫通する。したがって爆薬２と起爆雷管１０が爆薬供給路３０ｆの途中で停止するまたは爆薬供給路３０ｆを移動する際に起爆雷管１０に電力を供給できる。そのため起爆雷管１０を装薬孔５に装填する作業と並行して起爆雷管１０を効率良く充電できる。

図２に示すように送電コイル５１は、装填ブーム３０ｂに設けられる。送電コイル５１は、筒体３１の内側で停止した爆薬２に接続された起爆雷管１０に電力を供給する。したがって起爆雷管１０を装薬孔５に装填する準備ができている時点で起爆雷管１０に電力が供給される。そのため短い時間で起爆雷管１０を充電できかつ起爆雷管１０を装薬孔５に装填できる。

図４に示すように送電コイル５１は、送信アンテナと受信アンテナを兼ねる。したがって充電装置５０を通信装置の部品を共通することでコンパクトにできる。そのため充電装置５０を例えば装填ブーム３０ｂ（図２参照）または装填機本体３０ａ等の様々な場所に取り付けることができる。

図２，３に示すように送電コイル５１は、内径が２０～５０ｍｍかつ巻き数が３０～３００周のヘリカル形状である。電源５４から送電コイル５１に１～１００Ｗの入力電力を３～６０秒間供給されることで、受電コイル１２に１０～３００ｋＨｚの無線で電力が供給される。これにより受電コイル１２に電気的に接続された起爆雷管１０の充電器１９が充電される。充電装置５０には、送電コイル５１から受電コイル１２に電力を供給する際に受電コイル１２と送電コイル５１が同軸上でかつ５００ｍｍ以内の距離になるように起爆雷管１０を配置する停止機構４５が設けられる。充電装置５０は、充電した起爆雷管１０を装薬孔５に装填する移動機構４４が設けられる。

したがって送電コイル５１の巻き数を３０～３００周と比較的多くすることにより、少ない電流で大きな磁界を発生できる。そのため１～１００Ｗの比較的小さい入力電力と３～６０秒間の短い充電時間で起爆雷管１０の充電器１９に必要な電力を供給できる。さらに送電コイル５１の巻き数を３０～３００周と必要以上に巻き過ぎないことにより、過剰なジュール熱の発生を抑制できる。

しかも受電コイル１２と送電コイル５１の距離を５００ｍｍ以内に近づけることにより、送電コイル５１で発生する磁界の大きさに対して受電コイル１２が受ける電力の割合が大きくなる。そのため送電コイル５１から受電コイル１２へ効率良く電力を供給できる。また送電コイル５１で発生する磁界によって、例えば供給途中の充電中ではない他の起爆雷管１０の受電コイル１２で誘導電流が発生することを抑制できる。

しかも岩盤透過性が良くかつ一般的な通信機器の使用領域外である３００ｋＨｚ以下の無線で送電コイル５１から受電コイル１２に電力を供給する。そのため受電コイル１２を起爆装置７０と無線通信できる送受信アンテナとして兼用できる。さらに１０ｋＨｚ以上の無線で送電コイル５１から受電コイル１２に電力を供給する。そのため送電コイル５１と受電コイル１２を互いに無線通信できかつ１ｋｂｐｓ以上の通信速度を確保できる送受信アンテナとして兼用できる。

図２に示すように爆薬装填機３０は、起爆雷管１０と爆薬２とを装薬孔５に装填し、かつ起爆雷管１０を充電する充電装置５０を具備する。装填機本体３０ａに移動可能に保持される削孔ブーム３０ｃが設けられる。削孔ブーム３０ｃに対して回転して装薬孔５を形成する削孔ビット３０ｄが設けられる。削孔メモリ３６ａ（図５参照）に記録された削孔データに基づいて削孔ブーム３０ｃの目的位置を決定して削孔ブーム３０ｃを移動させる削孔ブーム移動装置４７が設けられる。したがって削孔ブーム３０ｃが削孔作業をしている際中に充電装置５０から起爆雷管１０に電力を供給できる。そのため削孔作業と充電作業を並行させることができ、作業効率が良くなる。

図２に示すように爆薬装填機３０は、削孔メモリ３６ａ（図５参照）に記録された削孔データに基づいて爆薬装填機３０に設けられた装填ブーム３０ｂの目的位置を決定して装填ブーム３０ｂを移動させる装填ブーム移動装置４１を有する。したがって装填ブーム３０ｂの移動先である所定の装薬孔５と、充電装置５０が起爆雷管１０から読み取った識別信号を間違い無く対応させることができる。そのため例えば、削孔データに基づいた起爆雷管１０の位置に対応して正しい起爆遅延時間を起爆雷管１０に記憶させることができる。

図４，５に示すように爆薬装填機３０は、起爆雷管１０から受信した識別信号と削孔メモリ３６ａに記録された削孔データとを紐づけして準備信号を得る。各起爆雷管１０の準備信号を複数まとめて起爆装置７０に発信する準備信号発信装置６０が設けられる。したがって起爆装置７０は、例えば同じ起爆遅延時間の複数の起爆雷管１０についての準備信号をまとめて受け取る。そのため爆薬装填機３０から起爆装置７０へ無線信号を発信する回数を減らすことが可能になる。さらに、例えば所定の起爆雷管１０の起爆遅延時間とその起爆雷管１０が装填される装薬孔５の対応関係を起爆装置７０側で容易に確認できかつ管理できる。

図２，３に示すように受電コイル１２を有する起爆雷管１０と、内径が２０～５０ｍｍかつ巻き数が３０～３００周のヘリカル形状の送電コイル５１を有する充電装置５０を準備する。受電コイル１２と送電コイル５１を同軸上でかつ５００ｍｍ以内の距離になるように起爆雷管１０と充電装置５０を配置する。送電コイル５１に電源から１～１００Ｗの入力電力を３～６０秒間供給することで、送電コイル５１が受電コイル１２に１０～３００ｋＨｚの無線で電力を供給する。受電コイル１２に電気的に接続された起爆雷管１０の充電器１９を充電する。充電した起爆雷管１０を装薬孔５に装填する。

したがって送電コイル５１の巻き数を比較的多くすることにより、少ない電流で大きな磁界を発生できる。さらに受電コイル１２と送電コイル５１の距離を近づけることにより、送電コイル５１で発生する磁界の大きさに対して受電コイル１２が受ける電力の割合が大きくなる。そのため小電力で送電コイル５１から起爆雷管１０の充電器１９に必要な電力を供給できる。しかも起爆雷管１０が装薬孔５に装填される直前に充電されるため、充電から装薬孔５に装填するまでの時間を短くできる。その結果、自然放電が少なくなる。そのため起爆雷管１０の充電器１９の必要な容量を従来よりも小さくできる。さらに送電コイル５１における過剰なジュール熱の発生を抑制できる。

さらに受電コイル１２と送電コイル５１の距離を近づけることにより、充電中ではない他の起爆雷管１０の受電コイル１２で誘導電流が発生することを抑制できる。しかも岩盤透過性が良くかつ一般的な通信機器の使用領域外である３００ｋＨｚ以下であり、かつ必要な通信速度を確保できる１０ｋＨｚ以上の無線で送電コイル５１から受電コイル１２に電力を供給する。そのため送電コイル５１と受電コイル１２を互いに無線通信できる送受信アンテナとして兼用できる。

本開示の他の実施の形態を図１１にしたがって説明する。第２実施形態の無線起爆システム８０は、図２に示す無線起爆システム１の爆薬装填機３０に代えて図１１に示す爆薬装填機８１を有する。爆薬装填機８１の装填機本体８１ａには、保管容器８１ｂと装填装置８３が設けられる。保管容器８１ｂには、充電前の起爆雷管１０と爆薬２が保管される。装填装置８３には、装填ブーム３０ｂが設けられる。装填ブーム３０ｂの先端には筒体８２が装着される。筒体８２は、入口８２ａが装填ブーム３０ｂの先端位置に位置する姿勢で装着される。筒体８２の出口８２ｂは、筒体８２の先端に位置する。筒体８２は、入口８２ａから出口８２ｂまで起爆雷管１０と爆薬２が貫通可能な内径を有する。

図１１に示すように装填装置８３は、保管容器８１ｂから爆薬供給路８１ｃを経て筒体８２の出口８２ｂまで起爆雷管１０と爆薬２を送る装填装置８３を有する。爆薬供給路８１ｃは、本開示における供給路の一例である。爆薬供給路８１ｃは、保管容器８１ｂから装填ブーム３０ｂを介して筒体８２の入口８２ａから出口８２ｂまで延出する。装填装置８３には、起爆雷管１０と爆薬２を爆薬供給路８１ｃに供給する供給装置８４が設けられる。供給装置８４には、爆薬供給路８１ｃに沿って起爆雷管１０と爆薬２を移動させる移動機構８５が設けられる。移動機構８５は、爆薬供給路８１ｃの途中であって装填ブーム３０ｂの基部に設けられる。移動機構８５は、空気圧で起爆雷管１０と爆薬２を圧送するコンプレッサである。移動機構８５から入口８２ａまでの爆薬供給路８１ｃは、ホースまたはパイプで連結される。移動機構８５は、水圧で圧送するポンプ、押し棒で機械的に押し出す押出し機構等であっても良い。

図１１に示すように爆薬供給路８１ｃの途中であって保管容器８１ｂと移動機構８５の間には、充電装置８７と通信装置８８が設けられる。充電装置８７は、爆薬供給路８１ｃにおいて通信装置８８よりも上流側に配置される。起爆雷管１０と爆薬２は、保管容器８１ｂから移動機構８５までの爆薬供給路８１ｃにおいて例えばコンベヤ等で移動する。供給装置８４には、起爆雷管１０を充電装置８７で停止させる停止機構８６が設けられる。停止機構８６は、例えば上述のコンベヤ等である。

図１１に示すように充電装置８７には、送電コイル８９が設けられる。送電コイル８９は、送電コイル５１（図３参照）と同様に内径が２０～５０ｍｍの円環状かつスパイラル形状またはヘリカル形状で巻き回される。送電コイル８９の巻き数は、３０～３００周である。充電装置８７は、送電コイル８９に１～１００Ｗの入力電力で３～６０秒間、電力を供給する。送電コイル８９は、例えば１０ｋ～３００ｋＨｚの磁界を発生させる。

図１１に示すように通信装置８８には、受信アンテナ（送信アンテナ）９０が設けられる。受信アンテナ９０は、送電コイル８９と同形状に設けられる。すなわち受信アンテナ９０は、内径が２０～５０ｍｍの円環状かつスパイラル形状またはヘリカル形状で巻き回される。受信アンテナ９０の巻き数は、３０～３００周である。受信アンテナ９０は、例えば１０ｋ～３００ｋＨｚの周波数帯でありかつ送電コイル８９の周波数と同一または異なる周波数の無線電波を発信する。

本発明の形態を上記構造を参照して説明したが、本発明の目的を逸脱せずに多くの交代、改良、変更が可能であることは当業者であれば明らかである。したがって本発明の形態は、添付された請求項の精神と目的を逸脱しない全ての交代、改良、変更を含み得る。例えば本発明の形態は、前記特別な構造に限定されず、下記のように変更が可能である。

例えば無線起爆システム１，８０は、上述するようにトンネル３の掘削作業に使用できる。これに代えて、例えばビル等の構造物の破砕作業や海底の掘削作業に適用しても良い。車両形状の爆薬装填機３０を例示した。これに代えて、例えば船形状や多脚形状の装填機であっても良い。

上記実施の形態の充電装置５０は、送受信アンテナを兼ねる送電コイル５１を有する。これに代えて充電装置５０とは別に通信装置を設け、通信装置に送受信アンテナ、または相互に別個である受信アンテナと送信アンテナを設けても良い。起爆雷管１０は、送受信アンテナを兼ねる受電コイル１２を有する。これに代えて起爆雷管１０は、受電コイル１２とは別の送受信アンテナ、または受電コイル１２とは別でありかつ相互に別個である受信アンテナと送信アンテナを有していても良い。

上記実施の形態の送電コイル５１は、筒体３１の外周面に沿って周方向に円環状かつヘリカル形状（螺旋形状）に巻き回される。これに代えて送電コイル５１は、筒体３１の外周面に沿ってスパイラル形状（渦巻き形状）に巻き回されていても良い。断面円形の筒体３１を例示した。これに代えて充電装置５０は、例えば断面矩形の筒体３１を有しても良い。筒体３１の外周面に沿って周方向に巻き回された送電コイル５１を例示した。これに代えて充電装置５０は、例えば筒体３１の内周面に沿って周方向に巻き回された送電コイルを有しても良い。あるいは充電装置５０は、例えば断面矩形の筒体３１の内周側において筒体３１の内周面と離間して断面円形状に巻かれた送電コイル５１を有しても良い。

上記実施の形態の充電装置５０は、起爆雷管１０を装薬孔５に装填する直前に起爆雷管１０と無線で通信する。これにより起爆雷管１０に所定の装薬孔５に対応する所定の起爆遅延時間が設定される。これに代えて充電装置５０は、例えば起爆雷管１０を装薬孔５に装填した後に起爆雷管１０と無線で通信しても良い。これにより作業効率を良くできる場合がある。

上記実施の形態の爆薬装填機３０には、１つの充電装置５０が設けられる。これに代えて複数の充電装置５０を設けても良い。充電装置５０を設ける場所は爆薬装填機３０に限らず、例えば爆薬装填機３０とは別の充電装置５０を備えた車両を設けても良い。爆薬装填機３０には、１つの装填ブーム３０ｂが設けられている。これに代えて複数の装填ブーム３０ｂが設けられていても良い。複数の装填ブーム３０ｂの全てまたは一部に充電装置５０と筒体３１が装着されていても良い。また、例えば装填ブーム３０ｂの中間位置や装填機本体３０ａ上に充電装置５０と筒体３１が装着されていても良い。爆薬装填機３０には、１つの削孔ブーム３０ｃが設けられている。これに代えて複数の削孔ブーム３０ｃが設けられていても良い。あるいは爆薬装填機３０とは別に削孔ブーム３０ｃを有する削孔機を設けても良い。

上記実施の形態の爆薬装填機３０では、装填機本体３０ａに保管容器３０ｅと移動機構４４が搭載され、充電装置（通信装置）５０が装填ブーム３０ｂに支持されている。爆薬装填機８１では、装填機本体８１ａに保管容器８１ｂ、充電装置８７、通信装置８８、移動機構８５が搭載され、装填ブーム３０ｂ上に設けられていない。これに代えて、例えば保管容器、充電装置、通信装置、移動装置の全てを装填ブーム３０ｂ上に設けても良い。あるいは、例えば充電装置と通信装置を保管容器と同筐体に設けても良い。

上記実施の形態の爆薬装填機３０は、起爆雷管１０と爆薬２を同じ筒体３１を貫通させて装薬孔５に装填する。これに代えて、例えば起爆雷管１０と親ダイ２ａを装薬孔５に装填する筒体と、増ダイ２ｂを装薬孔５に装填する筒体を別個に設けても良い。上記実施の形態の停止機構４５は、爆薬装填機３０に搭載される。これに代えて停止機構４５は、例えば充電装置５０や筒体３１に内蔵されていても良い。

上記実施の形態の起爆装置７０の送信アンテナ７６は、装薬孔５に装填された起爆雷管１０の受信アンテナ１２に無線電波を直接送信する。これに代えて起爆装置７０と起爆雷管１０の間で無線電波を中継する中継装置を設けても良い。例えば中継装置を１つまたは複数の装薬孔５内に設置しても良い。あるいは中継装置を切羽面４に近接した位置に設置しても良い。中継装置を用いる場合は、起爆装置と中継装置の間の通信に使用する周波数と、中継装置と起爆雷管の通信に使用する周波数を、それぞれの通信に適切な周波数に設定することが可能である。例えば起爆装置と中継装置の間の通信は１００ＭＨｚ～１０ＧＨｚに設定できる。例えば中継装置と起爆雷管の通信は１０ｋＨｚ～３００ｋＨｚに設定できる。装薬孔５の削孔作業、起爆雷管１０の充電作業および装薬孔５への装填作業等は、作業者が爆薬装填機３０に搭乗した状態で切羽面４の近くで実施しても良い。あるいは予め準備されたプログラムに従って爆薬装填機３０を自動で動かして実施しても良い。

１…無線起爆システム
２…爆薬（火薬類）、２ａ…親ダイ、２ｂ…増ダイ
３…トンネル
４…切羽面（発破対象）
５…装薬孔
６…封止部材
１０…起爆雷管
１１…雷管本体
１２…受電コイル（受信アンテナ、送信アンテナ）
１３…雷管点火部
１４…制御回路
１５…同調回路
１６…整流素子
１７…受信回路（復調回路）
１８…送信回路（変調回路）
１９…充電器（電池、蓄電回路）
２０…メモリ
２１…起爆スイッチ
２２…抵抗測定回路
３０…爆薬装填機、３０ａ…装填機本体、３０ｂ…装填ブーム、３０ｃ…削孔ブーム
３０ｄ…削孔ビット、３０ｅ…保管容器、３０ｆ…爆薬供給路
３１…筒体、３１ａ…入口、３１ｂ…出口
３２…入力部
３３…表示部
３４…制御装置
３５…制御回路
３６…メモリ、３６ａ…削孔メモリ
４０…装填装置
４１…装填ブーム移動装置
４２…装填ブーム駆動機構
４３…供給装置（コンプレッサ）
４４…移動機構
４５…停止機構
４６…削孔装置
４７…削孔ブーム移動装置
４８…削孔ブーム駆動機構
４９…削孔ビット駆動機構
５０…充電装置（通信装置）、５０ａ…装着部
５１…送電コイル（受信アンテナ、送信アンテナ）
５２…制御部
５３…制御回路（送信回路）
５４…電源
５５…給電回路
５６…受信回路（復調回路）
５７…送信回路（変調回路）
６０…準備信号発信装置
６１…送信回路（変調回路）
６２…送信アンテナ
７０…起爆装置
７１…入力部
７２…表示部
７３…制御回路
７４…メモリ
７５…受信アンテナ
７６…送信アンテナ
７７…受信回路（復調回路）
７８…送信回路（変調回路）
８０…無線起爆システム
８１…爆薬装填機、８１ａ…装填機本体、８１ｂ…保管容器、８１ｃ…爆薬供給路
８２…筒体、８２ａ…入口、８２ｂ…出口
８３…装填装置
８４…供給装置
８５…移動機構
８６…停止機構
８７…充電装置
８８…通信装置
８９…送電コイル
９０…受信アンテナ（送信アンテナ）
Ｃ…中心軸
Ｄ１…（送電コイルの）内径
Ｄ２…（受電コイルの）外径
Ａ…（送電コイルと受電コイルの）距離

Claims (9)

1. 起爆雷管用充電装置であって、
   起爆雷管の受電コイルに無線で電力を供給する送電コイルと、
   前記起爆雷管に信号を無線で送信する送信アンテナと、
   前記起爆雷管からの識別信号を無線で受信する受信アンテナと、
   前記識別信号を送信する送信回路と、
   棒状の前記起爆雷管が挿入される入口と、
   前記入口の反対側に位置し、前記入口から挿入された前記起爆雷管が直線的に移動することで排出される出口と、
   前記入口と前記出口を備え、かつ前記送電コイルが周方向に巻き回された筒体と、
   前記起爆雷管に接続された火薬類と前記起爆雷管とを装薬孔に装填する装填機に装着される装着部を有し、前記装着部が前記装填機に装着されることで一体的に前記装填機に装着され、
   前記送電コイルに電流が流されることで前記送電コイルが前記筒体内に位置する前記起爆雷管の前記受電コイルに無線で電力を供給し、
   前記送信回路が前記識別信号を前記装填機の制御装置に送信し、前記制御装置が前記識別信号と前記装薬孔に関する装薬孔情報とを紐づけることを許容する起爆雷管用充電装置。
2. 請求項１に記載の起爆雷管用充電装置であって、
   前記筒体は、前記装着部が前記装填機に装着されることで、前記装填機の供給路途中に配置され、前記供給路を移動する前記火薬類が前記筒体を貫通する起爆雷管用充電装置。
3. 請求項２に記載の起爆雷管用充電装置であって、
   前記筒体は、前記装填機の装填ブームに設けられ、前記筒体の内側または前記装填ブームで停止した前記火薬類に接続された前記起爆雷管に前記筒体に設けられた前記送電コイルが電力を供給する起爆雷管用充電装置。
4. 請求項１～３のいずれか１つに記載の起爆雷管用充電装置であって、
   前記送電コイルは、前記送信アンテナと前記受信アンテナを兼ねる起爆雷管用充電装置。
5. 請求項１～３のいずれか１つに記載の起爆雷管用充電装置であって、
   前記送電コイルは、内径が２０～５０ｍｍかつ巻き数が３０～３００周のヘリカル形状であり、電源から１～１００Ｗの入力電力を３～６０秒間供給されることで、前記受電コイルに１０～３００ｋＨｚの無線で電力を供給しかつ前記受電コイルに電気的に接続された前記起爆雷管の電池を充電し、
   前記起爆雷管用充電装置は、前記送電コイルから前記受電コイルに電力を供給する際に前記受電コイルと前記送電コイルが同軸上でかつ５００ｍｍ以内の距離になるように前記起爆雷管を配置する停止機構を有し、かつ充電した前記起爆雷管を前記装薬孔に装填するように移動させる移動機構を有する起爆雷管用充電装置。
6. 起爆雷管と火薬類とを装薬孔に装填し、かつ前記起爆雷管を充電する請求項１～５のいずれか１つに記載の起爆雷管用充電装置を具備する装填機であって、
   前記装填機の装填機本体に移動可能に保持される削孔ブームと、
   前記削孔ブームに対して回転して前記装薬孔を形成する削孔ビットと、
   削孔メモリに記録された削孔データに基づいて前記削孔ブームの目的位置を決定して前記削孔ブームを移動させる削孔ブーム移動装置を有する装填機。
7. 請求項６に記載の装填機であって、
   前記削孔メモリに記録された前記削孔データに基づいて前記装填機に設けられた装填ブームの目的位置を決定して前記装填ブームを移動させる装填ブーム移動装置を有する装填機。
8. 請求項６または７に記載の装填機であって、
   前記起爆雷管から受信した前記識別信号と前記削孔メモリに記録された前記削孔データとを紐づけして準備信号を得て、前記各起爆雷管の前記準備信号を複数まとめて起爆装置に発信する準備信号発信装置を有する装填機。
9. 起爆雷管の充電・装填方法であって、
   受電コイルを有する起爆雷管と、内径が２０～５０ｍｍかつ巻き数が３０～３００周のヘリカル形状またはスパイラル形状の送電コイルを有する充電装置を準備し、
   前記受電コイルと前記送電コイルを同軸上でかつ５００ｍｍ以内の距離になるように前記起爆雷管と前記充電装置を配置し、
   前記送電コイルに電源から１～１００Ｗの入力電力を３～６０秒間供給することで、前記送電コイルが前記受電コイルに１０～３００ｋＨｚの無線で電力を供給し、前記受電コイルに電気的に接続された前記起爆雷管の電池を充電し、
   充電した前記起爆雷管を装薬孔に装填する、起爆雷管の充電・装填方法。
   

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