JP2021173105A - スイベルジョイントおよびトンネル切羽前方探査システム - Google Patents

Abstract

【課題】流体の移送機能と電気信号や電力を移送する伝送路としての機能が集約されたスイベルジョイントを提供する。
【解決手段】周壁に流体の供給口が設けられた筒状のハウジングと、ハウジングを貫通する筒状体よりなり、流体の流入口が周壁に設けられるとともに流出口が先端側に設けられ、ハウジングに対して軸周りに回転自在に配置された回転シャフトと、回転シャフトの後端側を閉塞する閉塞体と、回転シャフトとともに軸周りに回転するよう回転シャフト内に配置され、先端側に接続端子が設けられるスイベル側導電棒と、スイベル側導電棒の後端側と対向して配置される回転コネクタと、を備え、閉塞体には、回転シャフトと同軸に形成された空洞部が形成され、空洞部を利用して、スイベル側導電棒の後端側と回転コネクタが接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸周りに回転する回転筒体に接続するスイベルジョイント、及びスイベルジョイントを用いたトンネル切羽前方探査システムに関する。

従来より、山岳トンネルを施工する際には、掘削対象領域を含む周辺地山に対して事前調査を行い、この調査結果に基づいてトンネルの設計及び施工計画を立案している。そして、山岳トンネルの事前調査では、地山の地盤強度や地層境界の位置を把握する手段として弾性波探査技術が採用されている。

弾性波探査とは、地中で人工的に弾性波を発生させて、弾性波が直接または屈折して地層中を伝播する状況を測定し、この測定結果に基づいて地山の状況を推定する方法である。例えば特許文献１では、切羽の前方に向けてドリルビットによる削孔を行い、これらドリルビットから発生する削孔振動の弾性波を利用する方法が開示されている。

ドリルビットによる切羽前方の削孔は、振動打撃を発生させる機構をドリルビットの背面に設けた、いわゆる先端打撃方式により行っている。具体的には、ロッドの先端側にドリルビットと振動打撃を発生させる機構を設けるとともに、ロッドの後端側にスイベルを設け、ロッドをボーリングマシンにて軸周りに回転させつつ、スイベルを介してロッドの先端側に向けて作動流体を供給する。すると、この作動流体を利用して振動打撃を発生させる機構が、ドリルビットに打撃を発生させることができる。

特開２０１６−１７９００号公報

上記のようなドリルビットから発生する削孔振動の弾性波を利用する方法では、ロッドを伝搬した削孔振動をパイロットセンサで受振するが、特許文献１ではパイロットセンサを、ドリルビットから離れたロッドの後端側に装備したボーリングマシンに取り付けている。すると、パイロットセンサは、ボーリングマシンから発振される機械振動や、ロッドのジョイント部で生じる削孔振動の重複反射等、様々なノイズを併せて受振してしまうため、解析結果の精度や信頼性に影響を生じやすい。

このような中、パイロットセンサをドリルビットに近接させて配置するべく、回転するロッドの中空部を、振動打撃を発生させる機構に作動流体を移送する流体経路とパイロットセンサに電気信号や電力を移送する伝送路との、両者に利用する方法が検討されている。

こうすると、ドリルビットに近接配置したパイロットセンサで、削孔振動を受振することができる。しかし、一般に使用されているスイベルは、小口径のロッドの中空部に、電気信号及び電力と作動流体の両者を同時に移送することが困難である。

本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであって、その主な目的は、流体の移送機能と電気信号や電力を移送する機能が集約されたスイベルジョイントを提供することである。

かかる目的を達成するため、本発明のスイベルジョイントは、周壁に流体の供給口が設けられた筒状のハウジングと、該ハウジングを貫通する筒状体よりなり、前記流体の流入口が周壁に設けられるとともに流出口が先端側に設けられ、前記ハウジングに対して軸周りに回転自在に配置された回転シャフトと、該回転シャフトの後端側を閉塞する閉塞体と、前記回転シャフトとともに軸周りに回転するよう前記回転シャフト内に配置され、先端側に接続端子が設けられるスイベル側導電棒と、前記スイベル側導電棒の後端側と対向して配置される回転コネクタと、を備え、前記閉塞体には、前記回転シャフトと同軸に形成された空洞部が形成され、該空洞部を利用して、前記スイベル側導電棒の後端側と前記回転コネクタが接続されていることを特徴とする。

本発明のスイベルジョイントによれば、回転シャフトに流体の流入口及び流出口を設けるとともに、回転シャフト内に回転コネクタに接続されたスイベル側導電棒を設けることから、回転シャフト内に、流体経路と伝送路が集約される。これにより、流体と電気信号及び電力の移送先となる回転筒体の口径がいずれの大きさであっても、この回転筒体の口径に回転シャフトを対応させて接続することで、流体経路と伝送路を同時に確保することができる。したがって、電気ケーブルや流体供給用配管を別途接続することなく、使用環境を簡素化することが可能となる。

本発明のスイベルジョイントは、止水材が、前記ハウジングと前記回転シャフトとの間、前記回転シャフトと前記閉塞体の間、及び前記閉塞体と前記スイベル側導電棒との間の各々に設けられることを特徴とする。

本発明のスイベルジョイントによれば、回転シャフト内に供給する流体として高圧流体を採用しても隙間から漏れ出す現象を確実に防止でき、高圧流体を効率よく回転シャフトの流出口へ流下させることが可能となる。

本発明のトンネル切羽前方探査システムは、弾性波探査によりトンネル切羽前方の地山状況を推定するための、本発明のスイベルジョイントを用いたトンネル切羽前方探査システムであって、金属製の中空筒体よりなる削孔ロッド本体、及び該削孔ロッド本体の中空部に配置されるロッド側導電棒を有する削孔ロッドと、該削孔ロッドの先端側に設けられ、地山を削孔する掘削ビット、及び該掘削ビットに打撃を発生させる振動発生機構を有する削孔機と、を備える削孔装置と、前記削孔ロッドと前記削孔機の間に介装され、削孔時に発生する前記掘削ビットのビット振動を受振するパイロットセンサと、を備え、前記削孔ロッドの後端側に前記スイベルジョイントが接続され、該スイベルジョイントの前記回転シャフトが、前記削孔ロッド本体に接続され、前記スイベル側導電棒が、前記ロッド側導電棒に接続されることを特徴とする。

本発明のトンネル切羽前方探査システムによれば、別途流体用配管や電気ケーブルを設けることなく、回転シャフトと削孔ロッド本体とにより振動発生機構に作動流体を供給する流体経路を形成できるとともに、スイベル側導電棒とロッド側導電棒によりパイロットセンサの伝送路を形成できる。

これにより、振動発生機構として水圧ハンマー等の作動流体を要する流体機器を採用できるため、ドリフタ等の打撃装置を使用する場合と異なり、地山の削孔中に打撃装置に起因する大きな機械振動が発生しない。したがてって、パイロットセンサは、掘削ビットから発生するビット振動を、最もノイズの少ない環境下で受振することが可能となる。

また、パイロットセンサを掘削ビットに近接して配置し、掘削ビットから発生するビット振動を実振動に近い状態で、かつ最もノイズの少ない環境下で受振しつつ伝送できる。したがって、受振した情報を用いて算出する弾性波速度の精度を向上することが可能になるとともに、弾性波速度から推定する地山に関する構成や硬軟、含水の程度等の地山状況に高い信頼性を確保することが可能となる。

本発明によれば、回転シャフトに流体の流入口及び流出口を設けるとともに、回転シャフト内に回転コネクタに接続されたスイベル側導電棒を設けることから、回転シャフト内に、流体経路とスイベル側導電棒による伝送路が集約されるため、回転シャフトの口径を、流体と電気信号及び電力の移送先となる回転筒体に対応させて接続することで、流体経路と伝送路を同時に確保することができる。

本発明の実施の形態におけるトンネル切羽前方探査システムの概略を示す図である。 本発明の実施の形態におけるスイベルジョイントを示す図である。 本発明の実施の形態におけるスイベルジョイントの流体経路の詳細を示す図である。 本発明の実施の形態におけるスイベルジョイントの伝送路の詳細を示す図である。

本実施の形態ではスイベルジョイントを、トンネル切羽前方探査システムに採用する場合を事例に挙げ、以下に図１〜図４を参照しつつその詳細を説明する。

トンネル切羽前方探査システムは、トンネルの切羽前方で人工的に弾性波を発生させて、弾性波が直接または屈折して地層中を伝播する状況を測定し、この測定結果に基づいて地山の状況を推定するために用いるシステムである。その概要を、図１を参照しつつ、以下に説明する。なお、トンネル切羽前方探査システムの、より詳細な構成は、特願２０１９―４２５２１号に譲る。

≪トンネル切羽前方探査システム≫
トンネル切羽前方探査システム１００は、図１で示すように、トンネルＴの切羽前方で弾性波を発生させるために用いる削孔装置Ｍと、削孔装置Ｍの先端側に配置される振動センサ機構１１０と、削孔装置Ｍの後端側に配置されるデータ処理装置１４０と、トンネルＴの切羽近傍に配置される受振器Ａと、を備えている。

削孔装置Ｍは、いわゆる先端打撃方式の削孔装置であり、削孔機１２０と、削孔機１２０の後端部に配置される削孔ロッド１３０と、削孔ロッド１３０を把持して回転力と推進力を付与するボーリングマシンＢとを備えている。そして、削孔機１２０と削孔ロッド１３０は、後述する振動センサ機構１１０を介して接続されている。

削孔機１２０は、地山を削孔する掘削ビット１２１と、掘削ビット１２１の背面側に位置して打撃を発生させる振動発生機構１２２とを備える。本実施の形態では、振動発生機構１２２に水圧ハンマーを採用しており、作動流体として高圧水Ｗが供給されている間中、掘削ビット１２１に連続的な打撃を発生させて地山を削孔する。

削孔ロッド１３０は、ロッド本体１３１と、ロッド側導電棒１３２と、スペーサ１３３とを備え、ロッド本体１３１は、金属製の中空筒体よりなる。ロッド側導電棒１３２は、導電材料で形成された高導電性金属棒よりなり、ロッド本体１３１内でスペーサ１３３によりロッド本体１３１と同軸となる位置に支持されている。

スペーサ１３３は、電気絶縁材料よりなり、ロッド本体１３１内でロッド側導電棒１３２を支持できればいずれの形状でもよいが、ロッド本体１３１内を閉塞することはないよう切欠きや通し孔が設けられている。

このような構成の削孔ロッド１３０は、金属製のロッド本体１３１をマイナス配線と見做すとともにロッド側導電棒１３２をプラス配線と見做して、２芯の電気ケーブルとして機能させることができる。また、スペーサ１３３を設けることによりロッド側導電棒１３２とロッド本体１３１との間に確保した隙間を、高圧水Ｗが流下する作動流体流路Ｌ１として機能させることができる。

振動センサ機構１１０は、パイロットセンサ１１１と、センサケース１１２と、センサ側導電棒１１３と、ケースロッド１１４を備える。なお、パイロットセンサ１１１は、削孔時の掘削ビット１２１から削孔機１２０を伝わるビット振動を受振するセンサである。

ケースロッド１１４は、金属製の中空筒体よりなり、先端側が削孔機１２０の振動発生機構１２２に接続されるとともに、後端側が削孔ロッド１３０のロッド本体１３１に接続される。そして、ケースロッド１１４の内方には、先端側にセンサケース１１２が配置され、後端側にセンサ側導電棒１１３が配置されている。

センサ側導電棒１１３は、導電材料で形成された高導電性金属棒よりなり、先端側がセンサケース１１２に収納されたパイロットセンサ１１１に接続され、後端側が削孔ロッド１３０に設けたロッド側導電棒１３２に接続されている。

センサケース１１２は、金属製の容器であり、ケースロッド１１４の内周面に外接する大きさの筒状体に形成されているが、その外周面には、軸線方向に延びる切欠き部が複数設けられている。したがっており、センサケース１１２とケースロッド１１４との間は閉塞されることなく、隙間が形成されている。

このような構成の振動センサ機構１１０は、センサケース１１２及びケースロッド１１４をマイナス配線と見做すとともにセンサ側導電棒１１３をプラス配線と見做して、これらを２芯の電気ケーブルとして機能させることができる。このため、パイロットセンサ１１１は、プラス配線をセンサ側導電棒１１３に接続し、マイナス配線をセンサケース１１２に接続している。

また、振動センサ機構１１０は、センサケース１１２とケースロッド１１４との隙間を、削孔ロッド１３０の作動流体流路Ｌ１と連通し、振動発生機構１２２に高圧水Ｗを供給する作動流体流路Ｌ２として機能させることができる。

データ処理装置１４０は、データ収録システム１４１と、データ解析装置１４２とを備える。データ収録システム１４１は、いわゆるデータロガーであり、受振器Ａ及びパイロットセンサ１１１が受振したビット振動情報を読み取り、データ解析装置１４２に出力する。

データ解析装置１４２は、いわゆるノート型パソコンやタブレット端末であり、受振器Ａ及びパイロットセンサ１１１が受振したビット振動情報に基づいて、地山の弾性波速度を算出する。トンネル切羽前方探査システム１００は、この弾性波速度から地山に関する構成や硬軟、含水の程度等の地山状況を推定するものである。

なお、受振機Ａで受振する振動は、地山を伝わるビット振動情報である。また、トンネル切羽前方探査システム１００で地山状況を把握できる範囲は、トンネルＴの切羽位置と掘削ビット１２１の配置位置の間の領域内に限定される。

≪スイベルジョイント≫
上記の構成を有するトンネル切羽前方探査システム１００において、削孔装置Ｍとデータ処理装置１４０との間にスイベルジョイント１が介装され、両者が接続されている。以下に、スイベルジョイント１の詳細を、図２〜図４を参照しつつ説明する。

スイベルジョイント１は、図２で示すように、削孔装置Ｍに備えた削孔ロッド１３０が先端側に接続される回転シャフト２と、回転シャフト２の後端側に配置されるブッシュ４と、回転シャフト２内に配置されるスイベル側導電棒３と、回転シャフト２に外装されるハウジング５と、回転シャフト２の後端側であって外方に配置される回転コネクタ６と、を備える。

回転シャフト２とハウジング５は、削孔ロッド１３０に高圧水Ｗを供給する流体経路Ｌ３として機能する。また、スイベル側導電棒３と回転コネクタ６は、削孔ロッド１３０に設けられたロッド側導電棒１３２に電力及び電子信号を移送する伝送路Ｔｒとして機能する。そして、これらがブッシュ４を利用して一体化されることにより、スイベルジョイント１は、高圧水Ｗの流体経路Ｌ３としての機能と、電力及び電子信号を移送する伝送路Ｔｒとして機能が集約された構造となる。

≪流体経路Ｌ３としての機能≫
回転シャフト２は、図２の側面図及び図３の断面図で示すように、筒状体よりなり、先端側にメス継手７２が形成され、削孔ロッド１３０のロッド本体１３１に接続される。一方、後端側には縮径部２２が形成され、この縮径部２２に後述するブッシュ４が挿入されることにより、閉塞された状態となっている。そして、回転シャフト２の側周面には、内空部に高圧水Ｗを流入させるための流入口２１が、周方向に間隔を設けて複数設けられている。

ハウジング５は、回転シャフト２の縮径部２２側を外装するようにして、回転シャフト２と同軸に配置され、ハウジング本体５１と、その両端各々に配置される一対のストップリング５２と、ハウジング本体５１と一対のストップリング５２を挟んだ両側に配置される一対の固定リング５３を備えている。

ハウジング本体５１は、内空部へ高圧水Ｗを注入させるためのポート５１１が、側周面を貫通して設けられており、図２で示すように、このポート５１１に外周面側から高圧水供給パイプＰが接続される。また、図３で示すように、ハウジング本体５１の両端部における内縁近傍にはそれぞれ、回転シャフト２の側周面に当接するベアリング５１２が対をなして設けられている。

これによりハウジング５は、ハウジング本体５１のポート５１１を介して回転シャフト２の流入口２１に高圧水Ｗを供給できる。また、ハウジング本体５１のベアリング５１２を介して、回転シャフト２を軸周りに回転自在に支持できる。

対をなすストップリング５２は、半割可能なリング状部材であり、ハウジング本体５１の両端部に同軸上に配置した際、その内周縁がハウジング本体５１の内周面から内側に突出する大きさに形成されている。そして、ストップリング５２の内周縁は、回転シャフト２の外周面に形成された周方向溝２３に嵌入される。

回転シャフト２に形成される周方向溝２３はその配置位置が、ハウジング５を回転シャフト２に外装した際、ポート５１１と流入口２１とが対向するよう、規定されている。これにより、ハウジング５は、周方向溝２３に嵌入されるストップリング５２を介して、回転シャフト２の軸方向への抜出しを防止できるだけでなく、回転シャフト２の流入口２１とハウジング本体５１のポート５１１との間の位置ずれを防止することができる。

なお、対をなす固定リング５３は、ボルト等の締結部材を介して、ストップリング５２とハウジング本体５１とを一体化させるためのリング部材であり、ハウジング本体５１との間にストップリング５２を挟み込むように配置される。

このような構成のハウジング５には、ハウジング本体５１の内周面であってポート５１１を挟んだ両側に、リング状のパッキン９１が回転シャフト２に接して設けられている。これにより、ハウジング本体５１のポート５１１から注入された高圧水Ｗは、ハウジング本体５１と回転シャフト２と隙間から漏出することなく、回転シャフト２の流入口２１に供給される。

そして、回転シャフト２に供給された高圧水Ｗは、図２で示すように、メス継手７２が設けられた先端側を流出口として、削孔装置Ｍの削孔ロッド１３０に流出する。なお、削孔装置Ｍの削孔ロッド１３０には、図２で示すよう、ロッド本体１３１の後端側にメス継手７２と嵌合するオス継手７１が形成されているから、回転シャフト２と削孔ロッド１３０のロッド本体１３１は隙間なく連結される。

≪伝送路としての機能≫
スイベル側導電棒３は、図４で示すように、高導電性金属棒よりなり、その外周面が電気絶縁材料よりなる絶縁部材Ｅにより被覆されている。これにより、図２で示すように、回転シャフト２内に配置された状態において、回転シャフト２に供給される高圧水Ｗが直接触れても、漏電することはない。そして、スイベル側導電棒３の先端側にはオス電極部８１が設置され、後端側には回転コネクタ６が接続されている。

回転コネクタ６は、図４で示すように、回転コネクタ本体６１と、回転コネクタ本体６１を内装する回転コネクタ収納部６２を備えている。回転コネクタ本体６１としては、中空筒体６１１に設けた金属製リング６１２とブラシ６１３を介して電気信号や電力を移送するスリップリングを採用している。

中空筒体６１１にはその中空部に、軸周りに回転するコネクタ導電棒６１４が挿入されており、このコネクタ導電棒６１４が同じく軸周りに回転するスイベル側導電棒３と接続する。そして、ブラシ６１３を介してデータ処理装置１４０のデータ収録システム１４１が接続される。

したがって、スイベル側導電棒３は回転コネクタ本体６１とともに、データ処理装置１４０の伝送路Ｔｒとして機能する。そして、図２で示すように、スイベル側導電棒３の先端に設けられたオス電極部８１が、削孔ロッド１３０に設けられたロッド側導電棒１３２のメス電極部８２に接続されることにより、スイベル側導電棒３とロッド側導電棒１３２が接続される。

なお、メス電極部８２は、その外周部が絶縁部材（図示せず）により形成されていればいずれでもよいが、オス電極部８１が差し込まれると通電状態となるキャップ状に形成されているとよい。

≪流体経路Ｌ３としての機能と伝送路としての機能の集約化≫
スイベルジョイント１は、図３で示すように、回転シャフト２の後端を閉塞するブッシュ４を利用することにより、上記の回転シャフト２とハウジング５による流体経路Ｌ３として機能と、スイベル側導電棒３と回転コネクタ６とによる伝送路Ｔｒとして機能とが集約された構造となっている。

ブッシュ４は、電気絶縁材料よりなる筒状部材であり、回転シャフト２の縮径部２２に挿入された状態で、回転シャフト２の軸線上に空洞部４５を設けている。そして、この空洞部４５にスイベル側導電棒３と回転コネクタ本体６１のコネクタ導電棒６１４とが挿入されている。

これにより、ブッシュ４は、回転シャフト２の後端側を閉塞しつつ、回転シャフト２内に位置するスイベル側導電棒３と回転シャフト２の外側に位置する回転コネクタ本体６１との、接続を可能にしている。また、ブッシュ４によりスイベル側導電棒３が、回転シャフト２の軸線上に配置されるとともに回転シャフト２に固定されるため、スイベル側導電棒３は回転シャフト２とともに軸周りに回転可能となる。

こうして、スイベル側導電棒３が、回転シャフト２内でその軸線上に配置されることにより、削孔ロッド１３０のロッド本体１３１と回転シャフト２とを接続すると同時に、スイベル側導電棒３を、ロッド本体１３１内でその軸線上に配置されているロッド側導電棒１３２に接続することが可能となる。

これにより、回転シャフト２の流体経路Ｌ３から削孔ロッド１３０に流入した高圧水Ｗは、図１で示すように、削孔ロッド１３０に形成された作動流体流路Ｌ１および振動センサ機構１１０に形成された作動流体流路Ｌ２を介して振動発生機構１２２に供給され、振動発生機構１２２に採用した水圧ハンマーを作動させることが可能となる。

また、データ処理装置１４０から回転コネクタ本体６１及びスイベル側導電棒３を介してロッド側導電棒１３２に移送された電力は、図１で示すように、振動センサ機構１１０に設けたセンサ側導電棒１１３を介して、センサケース１１２に収納されたパイロットセンサ１１１に給電される。なお、ロッド側導電棒１３２とセンサ側導電棒１１３との間も、オス電極部８１及びメス電極部８２と同様の接続手段を用いて、接続されている（図示せず）。

また、パイロットセンサ１１１から出力される振動情報は、センサ側導電棒１１３、ロッド側導電棒１３２を介して、スイベルジョイント１のスイベル側導電棒３に入力される。そののち、回転コネクタ６を介してデータ収録システム１４１に伝送することが可能となる。

上記の通り、スイベルジョイント１は、電力及び電子信号の伝送路Ｔｒと高圧水Ｗの流体経路Ｌ３とを、回転シャフト２内に集約できる。したがって、削孔装置Ｍとデータ処理装置１４０との間に介装するのみで、電気ケーブルや流体供給用配管を別途接続することなく流体経路Ｌ３と伝送路Ｔｒを同時に確保できるため、使用環境を簡素化することが可能となる。

また、振動発生機構１２２として水圧ハンマー等の作動流体を要する流体機器を採用できるため、ドリフタ等の打撃装置を使用する場合と異なり、地山の削孔中に打撃装置に起因する大きな機械振動が発生しない。したがって、パイロットセンサ１１１は、掘削ビット１２１から発生するビット振動を、最もノイズの少ない環境下で受振することが可能となる。

また、パイロットセンサ１１１を掘削ビット１２１に近接して配置し、掘削ビット１２１から発生するビット振動を実振動に近い状態で、かつ最もノイズの少ない環境下で受振しつつ、データ処理装置１４０に伝送できる。したがって、受振した情報を用いて算出する弾性波速度の精度を向上することが可能になるとともに、弾性波速度から推定する地山に関する構成や硬軟、含水の程度等の地山状況に高い信頼性を確保することが可能となる。

なお、ブッシュ４は図３で示すように、先端側が回転シャフト２の縮径部２２内に配置され、後端側が回転シャフト２の外側に突出するとともに突出部４１を形成されている。この突出部４１は、留め具４２を介して回転シャフト２に固定されており、回転シャフト２内に高圧水Ｗが流入した際、ブッシュ４が縮径部２２から外側へ抜け出すことはない。

また、ブッシュ４の外周面には、回転シャフト２の縮径部２２と対向する位置に切欠き外周溝４３が設けられて、縮径部２２に当接するＯリング９２が収納されている。また、ブッシュ４の内周面には、スイベル側導電棒３と対向する位置に切欠き内周溝４４が設けられて、スイベル側導電棒３との間に止水用注入材９３が充填されている。

これにより、回転シャフト２の流入口２１から供給された高圧水Ｗが、回転シャフト２とブッシュ４との間、及びブッシュ４とスイベル側導電棒３の隙間から漏れ出すことはない。したがって、回転シャフト２に供給された高圧水Ｗを、メス継手７２が設けられた先端側を流出口として、削孔装置Ｍの削孔ロッド１３０に効率よく供給することが可能となる。

また、スイベル側導電棒３は、図３で示すように、オス電極部８１近傍にスペーサ１０が設置されて、回転シャフト２に支持されている。しかし、スペーサ１０には切り欠き通し孔等の連通部１０１が設けられており、回転シャフト２とスイベル側導電棒３との間の空間を閉塞することはない。

さらに、回転コネクタ６の回転コネクタ収納部６２は、図３で示すように、固定具６２１を介してハウジング５に固定されている。また、回転シャフト２に設けられたブッシュ４の留め具４２との間に、ベアリング６２２が設けられている。

これにより、回転コネクタ収納部６２は回転しないものの、回転シャフト２とともに回転するブッシュ４及び回転コネクタ本体６１のコネクタ導電棒６１４の回転を阻害することはない。

本発明のスイベルジョイント１及びトンネル切羽前方探査システム１００は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、本実施の形態では、スイベルジョイント１をトンネル切羽前方探査システム１００に適用する場合を例示したが、必ずしもこれに限定されるものではない。回転シャフト２の口径を、流体と電気信号及び電力の移送先となる回転筒体に対応させて接続することで、この回転筒体を備えるいずれの装置にも適用することが可能である。

また、スイベルジョイント１を用いたトンネル切羽前方探査システム１００では、掘削ビット１２１に打撃を発生させる振動発生機構１２２として、水圧ハンマーを採用している。このため、スイベルジョイント１のスイベル側導電棒３、削孔ロッド１３０のロッド側導電棒１３２及び振動センサ機構１１０のセンサ側導電棒１３はそれぞれ、図２及び図４で示すように、高圧水が直接触れることのないよう電気絶縁材料よりなる絶縁部材Ｅにより被覆され、漏電対策が講じられている。

しかし、振動発生機構１２２は、油圧や空圧等により作動する打撃ハンマを採用してもよい。したがって、例えば作動流体に圧縮空気を用いる場合には、必ずしも絶縁部材Ｅで、スイベル側導電棒３、ロッド側導電棒１３２及びセンサ側導電棒１３を被覆しなくてもよい。

１００ トンネル切羽前方探査システム
１１０ 振動センサ機構
１１１ パイロットセンサ
１１２ センサケース
１１３ センサ側導電棒
１１４ ケースロッド
１２０ 削孔機
１２１ 掘削ビット
１２２ 振動発生機構
１３０ 削孔ロッド
１３１ ロッド本体
１３２ ロッド側導電棒
１３３ スペーサ
１４０ データ処理装置
１４１ データ収録システム
１４２ データ解析装置
１ スイベルジョイント
２ 回転シャフト
２１ 流入口
２２ 縮径部
２３ 周方向溝
３ スイベル側導電棒
４ ブッシュ（閉塞体）
４１ 突出部
４２ 留め具
４３ 切欠き外周溝
４４ 切欠き内周溝
４５ 空洞部
５ ハウジング
５１ ハウジング本体
５１１ ポート（流体の供給口）
５１２ ベアリング
５２ ストップリング
５３ 固定リング
６ 回転コネクタ
７１ オス継手
７２ メス継手（流体の流出口）
８１ オス電極部
８２ メス電極部
９１ パッキン（止水材）
９２ Ｏリング（止水材）
９３ 止水用注入材（止水材）
１０ スペーサ
１０１ 連通部
Ａ 受振器
Ｂ ボーリングマシン
Ｌ１ 作動流体流路
Ｌ２ 作動流体流路
Ｌ３ 流体経路
Ｔｒ 伝送路
Ｍ 削孔装置
Ｗ 高圧水（作動流体）
Ｐ 高圧水供給パイプ
Ｔ トンネル

Claims (3)

1. 周壁に流体の供給口が設けられた筒状のハウジングと、
   該ハウジングを貫通する筒状体よりなり、前記流体の流入口が周壁に設けられるとともに流出口が先端側に設けられ、前記ハウジングに対して軸周りに回転自在に配置された回転シャフトと、
   該回転シャフトの後端側を閉塞する閉塞体と、
   前記回転シャフトとともに軸周りに回転するよう前記回転シャフト内に配置され、先端側に接続端子が設けられるスイベル側導電棒と、
   前記スイベル側導電棒の後端側と対向して配置される回転コネクタと、
   を備え、
   前記閉塞体には、前記回転シャフトと同軸に形成された空洞部が形成され、
   該空洞部を利用して、前記スイベル側導電棒の後端側と前記回転コネクタが接続されていることを特徴とするスイベルジョイント。
2. 請求項１に記載のスイベルジョイント装置において、
   止水材が、前記ハウジングと前記回転シャフトの間、該回転シャフトと前記閉塞体の間、及び前記閉塞体と前記スイベル側導電棒との間の各々に設けられることを特徴とするスイベルジョイント。
3. 弾性波探査によりトンネル切羽前方の地山状況を推定するための、請求項１または２に記載のスイベルジョイントを用いたトンネル切羽前方探査システムであって、
   金属製の中空筒体よりなる削孔ロッド本体、及び該削孔ロッド本体の中空部に配置されるロッド側導電棒を有する削孔ロッドと、
   該削孔ロッドの先端側に設けられ、地山を削孔する掘削ビット、及び該掘削ビットに打撃を発生させる振動発生機構を有する削孔機と、を備える削孔装置と、
   前記削孔ロッドと前記削孔機の間に介装され、削孔時に発生する前記掘削ビットのビット振動を受振するパイロットセンサと、を備え、
   前記削孔ロッドの後端側に前記スイベルジョイントが接続され、
   該スイベルジョイントの前記回転シャフトが、前記削孔ロッド本体に接続され、
   前記スイベル側導電棒が、前記ロッド側導電棒に接続されることを特徴とするトンネル切羽前方探査システム。

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