(57)【要約】【課題】長時間の通信を実現し、かつ、バッテリの劣化を抑制する。【解決手段】掘削機１は、各々が回転自在な複数の掘削軸２と、複数の掘削軸２のうちの第１の掘削軸２１の内部に設けられてデータを連続的に受信機４３へ送信する送信部とを備える。また、掘削機１は、当該送信部を駆動するための駆動電力を当該送信部に供給する電源部５と、電源部５を管理する管理部とを備える。電源部５は、第１の掘削軸２１の内部に設けられた複数のバッテリ５１〜５４を有する。管理部において、電圧監視部は使用バッテリの出力電圧を監視し、温度監視部は使用バッテリの使用温度を監視する。選択部は、当該電圧監視部が監視する出力電圧が所定電圧範囲外になったとき、および、当該温度監視部が監視する使用温度が所定温度範囲外になったときの少なくともいずれかが発生した場合に、複数のバッテリ５１〜５４の中で使用バッテリを切り替える。【選択図】図１
2015014147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が回転自在な複数の掘削軸と、
前記複数の掘削軸のうちの一の掘削軸の内部に設けられてデータを連続的に受信機へ送信する送信部と、
前記送信部を駆動するための駆動電力を当該送信部に供給する電源部と、
前記電源部を管理する管理部とを備え、
前記電源部は、
前記一の掘削軸の内部に設けられた複数のバッテリを有し、
前記管理部は、
前記複数のバッテリの中から、前記駆動電力を前記送信部に供給するために使用する使用バッテリを選択する選択部と、
前記使用バッテリの出力電圧を監視する電圧監視部と、
前記使用バッテリの使用温度を監視する温度監視部とを有し、
前記選択部は、前記電圧監視部が監視する前記出力電圧が所定電圧範囲外になったとき、および、前記温度監視部が監視する前記使用温度が所定温度範囲外になったときの少なくともいずれかが発生した場合に、前記複数のバッテリの中で前記使用バッテリを切り替える
ことを特徴とする掘削機。
【請求項２】
前記複数の掘削軸を回転自在に支持して当該複数の掘削軸の相互の位置関係を拘束するための第１の拘束連結部および第２の拘束連結部をさらに備え、
前記送信部は、前記データとして、前記複数の掘削軸の地中挿入時における前記第１の拘束連結部に対する前記第２の拘束連結部が捩れた角度を計測するために、前記複数の掘削軸の回転に関する検知データを前記受信機へ送信する
ことを特徴とする請求項１記載の掘削機。
【請求項３】
前記複数のバッテリは、前記一の掘削軸の内部において当該一の掘削軸の軸回りに配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の掘削機。
【請求項４】
前記複数のバッテリと前記送信部とを中継する接続ボックスをさらに備え、
前記複数のバッテリ、前記送信部および前記接続ボックスは、前記一の掘削軸の軸回りに並んで配置されている
ことを特徴とする請求項３記載の掘削機。
【請求項５】
前記一の掘削軸の軸方向において前記複数のバッテリを挟持する一対の固定部材をさらに備えることを特徴とする請求項３または４記載の掘削機。
【請求項６】
前記使用温度を計測して前記温度監視部へ出力する温度センサをさらに備え、
前記温度センサは、前記一の掘削軸の内部であって前記複数のバッテリの周囲に設けられている
ことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の掘削機。
【請求項７】
前記複数のバッテリにおいて前記使用バッテリとは異なる２つ以上のバッテリの出力電圧を監視する第２の電圧監視部をさらに備え、
前記選択部は、前記電圧監視部が監視する前記出力電圧が前記所定電圧範囲外になったとき、および、前記温度監視部が監視する前記使用温度が前記所定温度範囲外になったときの少なくともいずれかが発生した場合に、前記第２の電圧監視部が監視した前記出力電圧の最も高いバッテリに前記使用バッテリを切り替える
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の掘削機。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の管理部と、
各々が回転自在な複数の掘削軸のうちの一の掘削軸の内部に設けられてデータを連続的に受信機へ送信する送信部を駆動するための駆動電力を当該送信部へ供給するために複数のバッテリを有し前記管理部によって管理される電源部と
を備えることを特徴とする電源装置。
【請求項９】
請求項８記載の電源装置と、
複数のバッテリの各々を充電する充電器とを備え、
前記充電器は、複数の掘削軸の外部に設けられている
ことを特徴とする充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の掘削軸を用いて掘削する掘削機、電源装置および充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、列状に設けられた複数の掘削軸によって地中に溝を掘削する多軸回転式の掘削機が知られている。このような掘削機は、クローラクレーン（掘削機基体）に上下動可能に垂設された複数の掘削軸を備え、各掘削軸よりセメントミルクを注入し土砂と混合攪拌して地中にソイル固結体を造成する。そして、掘削機は、このような単位操作を繰り返して、連続する山止壁や止水壁を造成することができる。
【０００３】
このような山止壁や止水壁を造成する場合に、単位操作ごとの固結体が相互に齟齬を生じないように造成されなければ、単位操作ごとの固結体の連結が不十分となり、完成した山止壁や止水壁について力学的に脆弱な箇所を生じたり、止水効果が不完全な箇所を生じたりする。
【０００４】
このような事態を招来させないために、従来から複数の掘削軸の施工状態における傾斜を計測したり、複数の掘削軸の捻れを計算したりする（例えば特許文献１，２参照）。
【０００５】
ところで、このような技術を用いて複数の掘削軸の傾斜および捩れを求めるために、少なくともいずれかの掘削軸、または、複数の掘削軸を連結する連結バンドには、センサが設けられている。また、掘削軸の内部には、センサの計測結果を取り出して受信機に送信するための送信機が設けられている。受信機は、掘削軸の外部に設けられ、送信機からのデータを受信する。そして、送信機がセンサからの計測結果を取り出して受信機に送信するために、掘削軸の内部には、送信機を駆動するためにバッテリが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２８０５４２９号公報
【特許文献２】特許第３８４０２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の掘削機は、計測結果を取り出して送信する動作を短時間または比較的長い時間間隔で行うため、バッテリの電力容量をさほど大きくする必要はなかった。
【０００８】
一方、近年、複数の掘削軸の傾斜および捩れをリアルタイムで計測することが要求されている。例えば、１０時間以上、連続しての計測が要求されている。
【０００９】
このような要求を満たすためには、長時間連続して送信機を駆動するためのバッテリが必要である。
【００１０】
また、掘削機で使用される計測機器に必要な電源電圧は２４Ｖ程度の高い電圧となっている。
【００１１】
このため、送信機を長時間連続して駆動するためには、通常購入可能なバッテリの電力容量では十分とはいえず、複数のバッテリを組み合わせざるを得ない環境にある。
【００１２】
ところが、施工現場において、複数のバッテリを簡単に交換可能な場所に配置することは難しく、また、バッテリの交換が可能になったとしても、バッテリの交換が施工工事を妨げることになる。
【００１３】
また、掘削軸では、掘削によって掘削軸内部の温度が上昇する。さらに、掘削軸の内部に設けられたバッテリは、使用中に発熱する。
【００１４】
このため、バッテリは、温度が上昇しやすい環境にあり、バッテリの温度が高い状態でバッテリを使用し続けると、バッテリが劣化し、バッテリの寿命を短くすることになる。
【００１５】
本発明は上記の点に鑑みて為された発明であり、本発明の目的は、長時間の通信を実現し、かつ、バッテリの劣化を抑制することができる掘削機、電源装置および充電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の掘削機は、各々が回転自在な複数の掘削軸と、前記複数の掘削軸のうちの一の掘削軸の内部に設けられてデータを連続的に受信機へ送信する送信部と、前記送信部を駆動するための駆動電力を当該送信部に供給する電源部と、前記電源部を管理する管理部とを備え、前記電源部は、前記一の掘削軸の内部に設けられた複数のバッテリを有し、前記管理部は、前記複数のバッテリの中から、前記駆動電力を前記送信部に供給するために使用する使用バッテリを選択する選択部と、前記使用バッテリの出力電圧を監視する電圧監視部と、前記使用バッテリの使用温度を監視する温度監視部とを有し、前記選択部は、前記電圧監視部が監視する前記出力電圧が所定電圧範囲外になったとき、および、前記温度監視部が監視する前記使用温度が所定温度範囲外になったときの少なくともいずれかが発生した場合に、前記複数のバッテリの中で前記使用バッテリを切り替えることを特徴とする。
【００１７】
この掘削機において、前記複数の掘削軸を回転自在に支持して当該複数の掘削軸の相互の位置関係を拘束するための第１の拘束連結部および第２の拘束連結部をさらに備え、前記送信部は、前記データとして、前記複数の掘削軸の地中挿入時における前記第１の拘束連結部に対する前記第２の拘束連結部が捩れた角度を計測するために、前記複数の掘削軸の回転に関する検知データを前記受信機へ送信することが好ましい。
【００１８】
この掘削機において、前記複数のバッテリは、前記一の掘削軸の内部において当該一の掘削軸の軸回りに配置されていることが好ましい。
【００１９】
この掘削機において、前記複数のバッテリと前記送信部とを中継する接続ボックスをさらに備え、前記複数のバッテリ、前記送信部および前記接続ボックスは、前記一の掘削軸の軸回りに並んで配置されていることが好ましい。
【００２０】
この掘削機において、前記一の掘削軸の軸方向において前記複数のバッテリを挟持する一対の固定部材をさらに備えることが好ましい。
【００２１】
この掘削機において、前記使用温度を計測して前記温度監視部へ出力する温度センサをさらに備え、前記温度センサは、前記一の掘削軸の内部であって前記複数のバッテリの周囲に設けられていることが好ましい。
【００２２】
この掘削機において、前記複数のバッテリにおいて前記使用バッテリとは異なる２つ以上のバッテリの出力電圧を監視する第２の電圧監視部をさらに備え、前記選択部は、前記電圧監視部が監視する前記出力電圧が前記所定電圧範囲外になったとき、および、前記温度監視部が監視する前記使用温度が前記所定温度範囲外になったときの少なくともいずれかが発生した場合に、前記第２の電圧監視部が監視した前記出力電圧の最も高いバッテリに前記使用バッテリを切り替えることが好ましい。
【００２３】
本発明の電源装置は、前記管理部と、各々が回転自在な複数の掘削軸のうちの一の掘削軸の内部に設けられてデータを連続的に受信機へ送信する送信部を駆動するための駆動電力を当該送信部へ供給するために複数のバッテリを有し前記管理部によって管理される電源部とを備えることを特徴とする。
【００２４】
本発明の充電装置は、前記電源装置と、複数のバッテリの各々を充電する充電器とを備え、前記充電器は、複数の掘削軸の外部に設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明では、電源部によって長時間の通信を実現し、かつ、各バッテリの劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施形態に係る掘削機の概略構成図である。
【図２】実施形態に係る掘削機の側面図である。
【図３】実施形態に係る掘削機の掘削軸の正面図である。
【図４】実施形態に係る掘削機の送信機の構成を示すブロック図である。
【図５】実施形態に係る掘削機における第１の掘削軸の連結部材の上面図である。
【図６】実施形態に係る掘削機における第１の掘削軸の連結部材の図５のＡ−Ａ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下の実施形態に係る掘削機は、送信部を駆動するための駆動電力を当該送信部に供給するために複数のバッテリを備える。そして、本実施形態の掘削機は、駆動電力を送信部に供給している使用バッテリの出力電圧が所定電圧範囲外になったとき、および、使用バッテリの使用温度が所定温度範囲外になったときの少なくともいずれかが発生した場合に、複数のバッテリの中で使用バッテリを切り替える。
【００２８】
以下、図面を参照しながら、実施形態に係る掘削機の詳細について説明する。
【００２９】
本実施形態の掘削機１は、図２，３に示すように、クローラクレーン（掘削機基体）７のリーダ８に上下方向に移動自在に取り付けられた回転装置９に、横方向に一列に並設された複数の掘削軸２の上端部がそれぞれ回転自在に連結して構成されている。すなわち、本実施形態の掘削機１は、多軸掘削機である。
【００３０】
複数の掘削軸２は、図３に示すように、各々の軸が平行になるように当該軸方向とは直交する方向に並んで設けられている。そして、複数の掘削軸２の各々は、当該軸回りに回転して当該軸方向に移動して掘削する。
【００３１】
複数の掘削軸２は、上下方向の複数箇所において連結バンド１１，１２により連結されている。連結バンド１１，１２には、横に一列に並んだ複数の掘削軸２が回転自在に嵌挿されている。複数の掘削軸２の各々は、連結バンド１１，１２内で回転自在であるが、連結バンド１１，１２に対して上下方向に移動しないようになっている。すなわち、本実施形態においては、回転装置９および連結バンド１１，１２が複数の掘削軸２を回転自在に支持して複数の掘削軸２の相互の位置関係を拘束する。回転装置９は、上部の拘束連結部すなわち第１の拘束連結部に相当する。連結バンド１１は、下部の拘束連結部すなわち第２の拘束連結部に相当する。
【００３２】
図１に示す第１の近接センサ３１および第２の近接センサ３２は掘削軸２の上部の回転を検出するために設けられ、第３の近接センサ３３は掘削軸２の下部の回転を検出するために設けられている。
【００３３】
上記のように、掘削軸２の上部に第１の近接センサ３１と第２の近接センサ３２とが設けられるとともに掘削軸２の下部に第３の近接センサ３３が設けられた掘削機１は、複数の掘削軸２を地中に挿入した場合における平面視において掘削軸２の上部に対して掘削軸２の下部がどれだけ捩れたかを検出する。
【００３４】
続いて、本実施形態の掘削機１における３軸の捩れ（複数の掘削軸２の捩れ）の計測について説明する。
【００３５】
本実施形態の掘削機１に用いられる計測システムは、中央軸としての第１の掘削軸２１の位置と３軸の捩れ角度（複数の掘削軸２の捩れ角度）とを連続的に計測することにより、地中の軸位置を得て、その結果、壁体造成精度の把握を迅速かつ容易に行う。
【００３６】
まず、本計測システムは、連結バンド１１に取り付けられた傾斜計３４の計測データを、深度を利用して、第１の掘削軸２１の変位に変換処理し、地表より累積して地中の位置を得る。
【００３７】
次に、回転装置９の下面には第１の近接センサ３１と第２の近接センサ３２とが設置され、中央軸としての第１の掘削軸２１には、第１の近接センサ３１に対応する第１のターゲット（図示せず）と、第２の近接センサ３２に対応する第２のターゲット（図示せず）とが設置されている。また、連結バンド１１には、第３の近接センサ３３が設置され、中央軸としての第１の掘削軸２１には、第３の近接センサ３３に対応する第３のターゲット（図示せず）が設置されている。
【００３８】
本計測システムは、移動・芯合わせの後、掘削開始直前で、まだ３軸の捩れのない状態で複数の掘削軸２を回転させる。そして、本計測システムは、第１の近接センサ３１の２回の立ち上がりから、第１の掘削軸２１の１回転（３６０度）の時間Ｔ１を初期値として記憶する。また、計測システムは、第１の近接センサ３１の立ち上がりと第３の近接センサ３３の立ち上がりとの時間差Ｔ２を初期値として記憶する。
【００３９】
掘削開始後、掘削中に３軸の捩れ（複数の掘削軸２の捩れ）が生じた場合、連結バンド１１に設置されている第３の近接センサ３３の位置が変わる。このために、第１の近接センサ３１の立ち上がりと第３の近接センサ３３の立ち上がりとの時間差がＴ２からＴ２１になったとすると、Ｔ１とＴ２とＴ２１とにより、３軸の捩れ角（複数の掘削軸２の捩れ角）ＴＷは、ＴＷ＝（Ｔ２−Ｔ２１）×３６０／Ｔ１となる。
【００４０】
本計測システムは、３軸の捩れ角度（複数の掘削軸２の捩れ角度）と軸間距離とから、中央軸としての第１の掘削軸２１の位置に対する左右軸としての第２の掘削軸２２および第３の掘削軸２３の各位置を算出し、施工機オペレータ室内の表示・操作パネルに表示し、内部にデータを記憶する。
【００４１】
続いて、本実施形態の掘削機１における第３の近接センサ３３および傾斜計３４の計測結果の送信および当該送信に必要な電源について説明する。
【００４２】
本実施形態の掘削機１は、図１に示すように、送信機４と、電源部５と、接続ボックス６とを備えている。
【００４３】
電源部５は、送信機４を駆動するための駆動電力を送信機４に供給する。電源部５は、複数のバッテリ５１〜５４を有している。
【００４４】
複数のバッテリ５１〜５４の各々は、後述のように第１の掘削軸２１の内部に設けられている。複数のバッテリ５１〜５４は、電気的に並列に接続されている。
【００４５】
複数のバッテリ５１〜５４の各々は、複数のセルから構成されている。複数のセルは、直列接続された状態で、バッテリ筐体５０に収納されている。各バッテリ５１〜５４は、例えばリチウムイオン電池またはニッケル水素電池などである。各バッテリ５１〜５４の定格の出力電圧は例えば２４Ｖである。各バッテリ５１〜５４の電池容量は例えば２．２Ａｈである。この場合、複数のバッテリ５１〜５４の合計容量は８．８Ａｈ（２．２Ａｈ×４）である。
【００４６】
上記のように、バッテリ５１〜５４は、例えば２４Ｖの高電圧が要求されているから、複数のセルが直列接続して構成されている。リチウム電池においてはセル電圧が３．６Ｖ、ニッケル水素電池においてはセル電圧が１．２Ｖである。このため、リチウム電池で２４Ｖを得るには７セルが直列接続された構成、ニッケル水素電池で２４Ｖを得るには２０セルが直列接続された構成が必要になる。
【００４７】
一般的にセル数が多くなると、複数のセルを組み込んだバッテリ５１〜５４の信頼性が低下する。すなわち、バッテリ５１〜５４の複数のセルのいずれか１つでも不具合が発生すると、１つのバッテリ全体として使用不可能になる可能性が高い。バッテリの故障率は、過放電や使用状況、充放電などを繰り返すことにより増加する。
【００４８】
そこで、本実施形態では、連続的な施工運用を可能にし、バッテリ不具合による交換作業などによる施工コストを低減させるために、複数のバッテリ５１〜５４をクラスタ化することでバッテリ全体の故障率の低減と、長時間の運用とを実現している。
【００４９】
ここで、電源部５と送信機４（後述の管理部４２）とで電源装置を構成する。また、当該電源装置と以下の充電器４５とで充電装置を構成する。
【００５０】
充電器４５は、複数のバッテリ５１〜５４の各々を充電する。充電器４５は、複数の掘削軸２の外部に設けられており、例えば交流１００Ｖで動作する。
【００５１】
送信機４は、後述のように第１の掘削軸２１の内部に設けられており、図４に示すように、送信部４１と、管理部４２とを備えている。送信部４１および管理部４２は、送信機筐体４０に収納されている。送信機４の電源電圧は、例えば２４Ｖである。
【００５２】
送信部４１は、複数の掘削軸２の地中挿入時における回転装置９に対する連結バンド１１が捩れた角度を計測するために、複数の掘削軸２の回転に関する検知データを受信機４３へ送信する。
【００５３】
すなわち、送信部４１は、第３の近接センサ３３からのデータおよび傾斜計３４からのデータを連続的に受信機４３へ送信する。送信部４１は、例えばＦＭ変調方式を用いて、当該データを受信機４３へ送信する。
【００５４】
図１に示す受信機４３は、複数の掘削軸２の外部に設けられており、第１の掘削軸２１の内部に設けられている送信機４からデータを受信する。また、受信機４３は、第１の近接センサ３１および第２の近接センサ３２の各々からデータを取得する。そして、受信機４３は、受信したデータを操作・監視部４６に出力する。
【００５５】
操作・監視部４６は、図示しない操作部と表示部とを備えており、例えば直流２４Ｖで動作する。操作部は、操作スイッチおよびタッチパネルによる操作を受け付ける。表示部は、接続段数とバッテリの出力電圧とを表示する。また、表示部は、受信機４３から取得したデータを演算部４７に出力する。さらに、表示部は、受信機４３を介して送信機４からバッテリの不具合に関する情報を取得する。そして、表示部は、バッテリの不具合の警告（例えば×マークなど）を表示する。これにより、バッテリの不具合が発生していることを管理者に通知することができる。
【００５６】
図４に示す管理部４２は、電源部５を管理する。管理部４２は、電圧監視部４２１と、温度監視部４２２と、第１の判定部４２３と、第２の判定部４２４と、選択部４２５とを有している。
【００５７】
電圧監視部４２１は、送信部４１に電力供給している使用バッテリの出力電圧を監視する。電圧監視部４２１は、例えば使用バッテリの出力端に並列に接続された一対の抵抗要素の分圧電圧を取得することによって、使用バッテリの出力電圧を監視する。なお、一対の抵抗要素の各々は、単体の抵抗素子であってもよいし、複数の抵抗素子から構成されてもよい。
【００５８】
温度監視部４２２は、送信部４１に電力供給している使用バッテリの使用温度を監視する。また、温度監視部４２２は、送信機４の温度を監視する。
【００５９】
図５に示すように、本実施形態の掘削機１は、使用バッテリの使用温度を計測して温度監視部４２２へ出力するために複数の温度センサ４４１〜４４４を備えている。複数の温度センサ４４１〜４４４は、複数のバッテリ５１〜５４と一対一で対応している。温度センサ４４ｎ（ｎ＝１〜４）は、対応するバッテリ５ｎに密着した状態でバッテリ筐体５０に収納され、対応するバッテリ５ｎの温度を計測する。温度監視部４２２は、使用バッテリとして用いられているバッテリ５ｎに対応する温度センサ４４ｎの計測結果を取得することによって、使用バッテリの使用温度をリアルタイムで監視する。
【００６０】
また、本実施形態の掘削機１は、送信機４の温度を計測する温度センサ４４５を備えている。温度センサ４４５は、送信機４に密着した状態で送信機筐体４０に収納されている。温度監視部４２２は、温度センサ４４５の計測結果を取得することによって、送信機４の温度をリアルタイムで監視する。
【００６１】
さらに、本実施形態の掘削機１は、接続ボックス６の温度を計測する温度センサ４４６を備えている。温度センサ４４６は、接続ボックス筐体６０に収納されている。温度監視部４２２は、温度センサ４４６の計測結果を取得することによって、接続ボックス６の温度をリアルタイムで監視する。
【００６２】
図４に示す第１の判定部４２３は、電圧監視部４２１が監視する出力電圧が所定電圧範囲内であるか否かをリアルタイムで判定する。所定電圧範囲は、バッテリ５１〜５４が正常に使用できるように予め設定された電圧範囲であり、例えば１９Ｖ〜２８Ｖの範囲などに設定される。
【００６３】
第２の判定部４２４は、温度監視部４２２が監視する温度が所定温度範囲内であるか否かをリアルタイムで判定する。所定温度範囲は、バッテリ５１〜５４が正常に使用できるように予め設定された温度範囲であり、例えば−２０℃〜６０℃の範囲などに設定される。
【００６４】
選択部４２５は、複数のバッテリ５１〜５４の中から、駆動電力を送信部４１（送信機４）に供給するために使用する使用バッテリを選択する。
【００６５】
本実施形態では、選択部４２５は、電圧監視部４２１が監視する出力電圧が所定電圧範囲外になったと第１の判定部４２３が判定した場合、複数のバッテリ５１〜５４の中で使用バッテリを切り替える。使用バッテリは使い続けると残量が減っていき、出力電圧が所定電圧範囲の下限電圧未満になる。バッテリ５１〜５４の出力電圧と残量との関係は既知の情報であるから、当該関係に基づいて所定電圧範囲の下限電圧を設定すればよい。すなわち、送信機４の駆動電圧の限界電圧以上に上記下限電圧を設定すればよい。
【００６６】
また、温度監視部４２２が監視する使用温度が所定温度範囲外になったと第２の判定部４２４が判定した場合も、選択部４２５は、複数のバッテリ５１〜５４の中で使用バッテリを切り替える。バッテリ５１〜５４は、使用バッテリとして使用し続けると温度が上昇していくから、使用バッテリの使用温度が使用時の所定温度範囲の上限温度を超えた場合、選択部４２５は、使用バッテリを、現行のバッテリから異なるバッテリに切り替えるのがよい。新しい使用バッテリは、まだ温度が低いから長時間使用することができる。例えば各バッテリ５１〜５４の使用時の限界温度が６０℃である場合、所定温度範囲の上限温度を６０℃に設定しておけば、バッテリ５１〜５４を限界温度以下で使用することができ、バッテリ５１〜５４の劣化を抑制することができる。
【００６７】
また、バッテリ５１〜５４の使用中に振動や水圧による漏水時の腐食による断線、短絡が発生した場合、バッテリ５１〜５４の使用温度が所定温度範囲外になったり、バッテリ５１〜５４の出力電圧が所定電圧範囲外になったりする。
【００６８】
上記より、使用バッテリの出力電圧が所定電圧範囲外になったとき、および、使用バッテリの使用温度が所定温度範囲外になったときの少なくともいずれかが発生した場合、選択部４２５は、複数のバッテリ５１〜５４の中で使用バッテリを切り替える。
【００６９】
また、複数のバッテリ５１〜５４のうち、出力電圧が所定電圧範囲外になったバッテリ、および、使用温度が所定温度範囲外になったバッテリは、不具合が発生していると判断され、送信部４１は、バッテリの不具合に関する情報を受信機４３に送信する。
【００７０】
ところで、選択部４２５は、使用バッテリの選択基準として順次切替方式を採用する。複数のバッテリ５１〜５４の各々には、番号が割り振られている。一例として、バッテリ５１には１番が割り振られ、バッテリ５２には２番が割り振られ、バッテリ５３には３番が割り振られ、バッテリ５４には４番が割り振られている。選択部４２５は、１番のバッテリ５１、２番のバッテリ５２、３番のバッテリ５３、４番のバッテリ５４の順に選択し、４番のバッテリ５４の次に１番のバッテリ５１を選択する。
【００７１】
したがって、最初に用いられるのは１番のバッテリ５１である。バッテリ５１の使用完了後、選択部４２５は、選択基準に従い、２番のバッテリ５２を選択する。さらに、バッテリ５２が選択基準外になった場合、選択部４２５は、３番のバッテリ５３を選択する。
【００７２】
図１に示す接続ボックス６は、複数のバッテリ５１〜５４と送信機４とを中継する。接続ボックス６は、送信機４が電気的に接続されている。また、接続ボックス６は、複数のバッテリ５１〜５４の各々が電気的に接続されている。複数のバッテリ５１〜５４は、接続ボックス６に個別に接続されている。
【００７３】
接続ボックス６には、送信機４に接続させるためのバッテリすなわち使用バッテリを切り替えるために、切替部（図示せず）が設けられている。切替部は、例えばＭＯＳＦＥＴなどの複数の半導体スイッチである。複数の半導体スイッチは、複数のバッテリ５１〜５４と一対一に対応し、対応するバッテリ５１〜５４と送信機４との配線に挿入されている。複数の半導体スイッチのいずれかのみがオン状態になり、オン状態になった半導体スイッチに対応するバッテリ５１〜５４が使用バッテリとして送信機４に電気的に接続される。
【００７４】
また、接続ボックス６は、充電器４５にも接続されている。これにより、接続ボックス６において、充電器４５によって各バッテリ５１〜５４を充電することができる。
【００７５】
接続ボックス６が充電器４５に接続されると、送信機４への電力供給は停止される。充電後に、送信機４の選択部４２５は、充電前に使用したバッテリではなく、次のバッテリに使用バッテリを切り替える。例えば夜間にバッテリ５１〜５４の充電が行われた後、掘削機１による施工を開始する場合、充電前の使用バッテリが２番のバッテリ５２である場合、選択部４２５は、２番のバッテリ５２ではなく、３番のバッテリ５３を最初に選択する。これにより、バッテリの充放電後にバッテリの切替を行わない場合とは異なり、同じバッテリを継続使用することを防止できる。すなわち、充電の度に、充電直前の使用バッテリをそのまま選択して用いることを防止できるので、複数のバッテリ５１〜５４の使用割合を均一化することができる。
【００７６】
ところで、本実施形態において、複数のバッテリ５１〜５４は、いずれかが使用バッテリであり、使用バッテリとは異なる２つ以上（図示例では３つ）が待機バッテリである。
【００７７】
本実施形態の電圧監視部４２１は、使用バッテリの出力電圧だけではなく、２つ以上の待機バッテリの出力電圧も監視する。本実施形態の電圧監視部４２１は、第２の電圧監視部に相当する。
【００７８】
本実施形態の選択部４２５は、使用バッテリの出力電圧が所定電圧範囲外になった場合に、複数の待機バッテリの中で、電圧監視部４２１が監視した出力電圧の最も高い待機バッテリに使用バッテリを切り替えてもよい。また、本実施形態の選択部４２５は、温度監視部４２２が監視する使用温度が所定温度範囲外になった場合に、待機バッテリの中で、電圧監視部４２１が監視した出力電圧の最も高い待機バッテリに使用バッテリを切り替えてもよい。
【００７９】
なお、複数のバッテリ５１〜５４が使用バッテリから待機バッテリになった後、少し回復することがある。したがって、全てのバッテリ５１〜５４がこれまでに使用バッテリとして使われて出力電圧が所定電圧範囲の下限電圧以下になって待機バッテリに切り替えられたとしても、待機中に回復して出力電圧が下限電圧よりも高くなるから、選択部４２５は、一度使用バッテリとして用いられたバッテリ５１〜５４を、再度、使用バッテリとして選択することができる。
【００８０】
続いて、送信機４および複数のバッテリ５１〜５４が収納されている連結部材２４について説明する。
【００８１】
図５，６に示すように、連結部材２４は第１の掘削軸２１（図３参照）の一部であり、筒状に形成されている。連結部材２４には、注入パイプ２４１が収納されている。注入パイプ２４１内には、セメントミルクが流れる。
【００８２】
また、複数のバッテリ５１〜５４は、送信機４および接続ボックス６とともに、第１の掘削軸２１の内部に収納されている。すなわち、送信機４と複数のバッテリ５１〜５４と接続ボックス６とは、注入パイプ２４１の周囲の空間２４２に配置されている。
【００８３】
連結部材２４内では、複数のバッテリ５１〜５４、送信機４および接続ボックス６は、第１の掘削軸２１の軸回りに並んで配置されている。なお、複数のバッテリ５１〜５４、送信機４および接続ボックス６は、第１の掘削軸２１の軸回りに均等に配置されていることが好ましい。
【００８４】
また、本実施形態の掘削機１は、上部固定部材（第１の固定部材）２４３および下部固定部材（第２の固定部材）２４４を備えており、上部固定部材２４３および下部固定部材２４４は、第１の掘削軸２１の軸方向において複数のバッテリ５１〜５４を挟持する。すなわち、上部固定部材２４３と下部固定部材２４４とによって挟まれて固定される。上部固定部材２４３および下部固定部材２４４は、注入パイプ２４１に固定される。送信機４と複数のバッテリ５１〜５４と接続ボックス６とが固定された注入パイプ２４１は、連結部材２４内に固定される。
【００８５】
また、連結部材２４には、空間２４２よりも上部に、通信用同軸ケーブル２５３（図１参照）を接続するための通信用接続部２４５が設けられている。送信機４からのデータは、複数の通信用同軸ケーブル２５３〜２５５および複数対の誘導コイル２５６，２５７などを経由して受信機４３に送信される。
【００８６】
さらに、連結部材２４には、空間２４２よりも上部に、充電用ケーブル２５８（図１参照）を接続ボックス６に接続するための第１の充電用接続部２４６および第２の充電用接続部２４７が設けられている。また、連結部材２４のフランジ２５１には、充電用開口部２５２が形成されている。充電用開口部２５２には、第２の充電用接続部２４７が取り付けられている。
【００８７】
また、連結部材２４には、空間２４２よりも下部に、スリップリング３５（図１参照）との接続ケーブル２５９（図１参照）を接続するためのスリップリング用接続部２４８が設けられている。
【００８８】
スリップリング３５は、図１に示すように、回転する第１の掘削軸２１と、連結バンド１１に固定されている第３の近接センサ３３および傾斜計３４との間を電気的に接続するために設けられている。これにより、送信機４は、回転する第１の掘削軸２１内に収納されていても、第３の近接センサ３３および傾斜計３４の各々から計測結果を取得することができる。
【００８９】
次に、本実施形態に係る掘削機１におけるバッテリ切替の動作について図１，４を用いて説明する。
【００９０】
まず、送信機４の管理部４２は、複数のバッテリ５１〜５４のいずれかを使用バッテリにする。第１の判定部４２３は、使用バッテリの出力電圧が所定電圧範囲内であるか否かを判定する。第２の判定部４２４は、使用バッテリの使用温度が所定温度範囲内であるか否かを判定する。その後、選択部４２５は、使用バッテリの出力電圧が所定電圧範囲外であるとき、および、使用バッテリの温度が所定温度範囲外であるときの少なくともいずれかが発生した場合に、複数のバッテリ５１〜５４の中で使用バッテリを切り替える。
【００９１】
次に、複数のバッテリ５１〜５４の充電について説明する。複数のバッテリ５１〜５４をクラスタ化したことにより、電源部５全体の信頼性を向上させることができるが、充電器４５は、複数のバッテリ５１〜５４を短時間（夜間の施工時間外）で充電する必要がある。また、電源部５は第１の掘削軸２１の内部に設置されているから、充電器４５を接続するためには比較的小径の接続孔を経由して放電、充電のための電気接続を少ない線数のケーブルにより小型のコネクタの第２の充電用接続部２４７を用いて接続しなければならない。さらに、防水処理、堅牢性などの耐環境性も必要となり、限られた条件での充電装置が必要である。
【００９２】
そこで、本実施形態の充電装置は、複数のバッテリ５１〜５４の接続制御および充電制御開始を行う接続ボックス６と充電器４５との接続に用いられる充電用ケーブル２５８の線数を３線とし、第２の充電用接続部２４７として小型の防水コネクタを用いて、専用の充電器４５と接続している。なお、充電用ケーブル２５８の線数は２線または４線以上でもよく、コネクタ構造の第２の充電用接続部２４７との接続が可能であれば問題ない。
【００９３】
充電器４５は、自動モード機能と、手動モード機能とを有している。自動モード機能では、充電器４５は、放電を行い、放電終了後、自動で充電を行う。手動モード機能では、充電器４５は、放電のみを行い、自動では充電を行わない。また、充電器４５は、監視機能を有している。監視機能では、充電器４５は、充電時および放電時の各バッテリ５１〜５４の温度、電圧および電流を監視し、さらに、接続ボックス６の温度および電圧を監視する。さらに、充電器４５は、充電器４５内部の電圧、電流および温度を監視する機能を有している。
【００９４】
また、充電器４５は、停電対策機能として、充電器４５の動作中に停電または人為的に誤って電源が遮断された場合、再度、通電することにより、動作を継続する。これにより、通電後に、充電器４５を再確認および再設定する必要がない。
【００９５】
ところで、掘削軸２は、施工中に地下地盤との摩擦熱によって高温（例えば５０℃以上）となる。この温度は、通常の電子機器にとって故障や劣化の原因となる。本実施形態では、高温対応の部品を使用して保護対策を行っているが、充電時における接続ボックス６内部の充電制御回路は大きな電力を扱うため、無効電力による発熱を伴う。無効電力は例えば２０Ｗ程度である。この無効電力は全て熱となるため、接続ボックス６の温度を周囲温度よりも上昇させることになる。また、バッテリ５１〜５４からも相応な発熱があり、充電終了時には５０℃程度の筐体温度となる。周囲温度が２０℃である場合、掘削軸２に内蔵された送信機４、複数のバッテリ５１〜５４および接続ボックス６は上部固定部材２４３および下部固定部材２４４により連結され、熱的にも結合しているため、接続ボックス６で発生した熱は送信機４および複数のバッテリ５１〜５４に分散する。したがって、施工終了直後に充電を開始する場合、高温となったバッテリ５１〜５４に充電を行うことになるため、すぐに充電を開始したのでは、バッテリ５１〜５４および接続ボックス６に不具合が生じることとなる。
【００９６】
そこで、本実施形態の充電器４５は、複数のバッテリ５１〜５４の保護対策として、施工直後のバッテリ５１〜５４の温度が所定温度（例えば３５℃など）以下に低下するまで充電を待機する。また、充電器４５は、接続ボックス６の保護対策として、充電中に、接続ボックス６の温度がある温度を超えた場合に、バッテリ５１〜５４に流れる電流を制限する。充電器４５は、バッテリ５１〜５４に流れる電流を例えば本来の電流の６０％に制限する。この制限により、接続ボックス６の温度上昇を抑制することができる。
【００９７】
また、充電器４５は、充電用ケーブル２５８のコネクタが外れた場合、または、何らかの障害によって充電器４５と接続ボックス６との間の通信もしくは電力供給が途絶えた場合、応急的な処置として、充電器４５を自動で再起動することで充電器４５の復旧を試みる。
【００９８】
さらに、本実施形態では、正常に充電が完了しても、高温環境下で急速充電を行っているので、完全な満充電とはならない。この充電不足を解消するために、充電器４５は、バッテリ５１〜５４に対し、充電完了後のスタンバイ運転中に１時間に１回、１分から３分程度の補充電を行い、バッテリ５１〜５４が満充電となるように動作する。
【００９９】
以上説明した本実施形態の掘削機１は、使用バッテリの出力電圧が所定電圧範囲外になったとき、および、使用バッテリの使用温度が所定温度範囲外になったときの少なくともいずれかが発生した場合に、複数のバッテリ５１〜５４の中で使用バッテリを切り替える。これにより、本実施形態の掘削機１では、電源部５によって長時間の通信を実現し、かつ、各バッテリ５１〜５４の劣化を防止することができる。
【０１００】
特に、本実施形態の掘削機１は、使用バッテリの出力電圧が所定電圧範囲外になったとき、および、使用温度が所定温度範囲外になったときの少なくともいずれかが発生した場合に、出力電圧の最も高いバッテリに使用バッテリを切り替えることができる。これにより、本実施形態の掘削機１では、バッテリの切替回数を減らすことができる。
【０１０１】
また、本実施形態の掘削機１は、第１の掘削軸２１の軸方向において複数のバッテリ５１〜５４が上部固定部材（第１の固定部材）２４３および下部固定部材（第２の固定部材）２４４によって挟持される。これにより、本実施形態の掘削機１では、第１の掘削軸２１が軸方向に移動しても複数のバッテリ５１〜５４を第１の掘削軸２１内で固定することができる。
【０１０２】
さらに、本実施形態の掘削機１では、複数のバッテリ５１〜５４、送信機４（送信部４１）および接続ボックス６が、第１の掘削軸２１の軸回りに並んで配置されている。これにより、本実施形態の掘削機１では、第１の掘削軸２１の回転への悪影響を抑制することができる。この際に、複数のバッテリ５１〜５４、送信機４および接続ボックス６が、第１の掘削軸２１の軸回りに均等に配置されていれば、第１の掘削軸２１の回転への悪影響をより効果的に抑制することができる。
【０１０３】
また、本実施形態の掘削機１では、複数のバッテリ５１〜５４とは異なる場所に充電器４５が設けられているから、充電器４５から発生した熱に起因して使用バッテリの使用温度が上昇するのを抑制することができる。これにより、本実施形態の掘削機１では、使用バッテリの使用環境の劣化を抑制することができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１  掘削機
１１  連結バンド（第２の拘束連結部）
２  掘削軸
２１  第１の掘削軸（一の掘削軸）
２４３  上部固定部材
２４４  下部固定部材
４１  送信部
４２  管理部
４２１  電圧監視部（第２の電圧監視部）
４２２  温度監視部
４２５  選択部
４４１〜４４４  温度センサ
５  電源部
５１〜５４  バッテリ
６  接続ボックス
９  回転装置（第１の拘束連結部）
【図１】
2015014147.tif 000003
【図２】
2015014147.tif 000004
【図３】
2015014147.tif 000005
【図４】
2015014147.tif 000006
【図５】
2015014147.tif 000007
【図６】
2015014147.tif 000008