(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドトンネル工事用運搬車両であって、
車両本体の左右方向中央部の前後方向に少なくとも２個設けられ、単一のレール上を転動可能な鉄車輪と、
車両本体の左右前後に４個設けられ、路面上を転動可能なタイヤ車輪と、
前記鉄車輪を駆動可能な駆動装置と、
前記鉄車輪及び前記タイヤ車輪をそれぞれ制動可能な制動装置と、
を含んで構成されるシールドトンネル工事用運搬車両。
【請求項２】
前記タイヤ車輪のうち、前後いずれか一対のタイヤ車輪の軸受部を固定し、他の一対のタイヤ車輪の軸受部をこれらのタイヤ車輪間の中間部を支点として上下方向に揺動可能に支持したことを特徴とする請求項１記載のシールドトンネル工事用運搬車両。
【請求項３】
前記タイヤ車輪の制動装置は、前後いずれか一対のタイヤ車輪のうち、軸受部固定側のタイヤ車輪に設けられることを特徴とする請求項２記載のシールドトンネル工事用運搬車両。
【請求項４】
前記鉄車輪の制動装置を常用ブレーキとし、前記タイヤ車輪の制動装置を非常用ブレーキとしたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のシールドトンネル工事用運搬車両。
【請求項５】
前記鉄車輪の軸受部を支持するスプリングの設定により、総重量の６５〜８５％を前記鉄車輪で受けるように構成したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のシールドトンネル工事用運搬車両。
【請求項６】
前記各車輪の軸受部とこれを支持する車体本体との間にシムを介在させて、前記各車輪の取付高さの調整を可能としたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載のシールドトンネル工事用運搬車両。
【請求項７】
前記駆動装置は、前記鉄車輪のそれぞれに設けた電動機により構成されることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載のシールドトンネル工事用運搬車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールドトンネル工事用の資材（セグメント等）を運搬するシールドトンネル工事用運搬車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、資材運搬用の車両としては、路面上をタイヤ車輪で走行するものと、軌道上を鉄車輪で走行するものとがあるが、シールドトンネル工事用の資材（セグメント等）の重量をタイヤ車輪（例えば４輪）で支持しようとすると、タイヤ車輪の大型化を招き、高さ等のスペースが制限されるトンネル内での使用には適さない。一方、鉄車輪で支持する場合は、小型化が可能となる。従って、従来のシールドトンネル工事用運搬車両としては、レールを２本敷設する手間と、制動性能に劣るという欠点はあるものの、鉄車輪の軌道車両が用いられている。
【０００３】
また、特許文献１には、鉄車輪とタイヤ車輪とを併用した単レール軌道走行システムが開示されている。これは、単一のレール上に乗った前車輪（鉄車輪）により誘導し、路面上の後車輪（左右一対のタイヤ車輪）によって駆動することにより、車両をレールに沿って走行させるものであり、制動もタイヤ車輪によって行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−１２０２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
シールドトンネル工事用運搬車両は、従来、５〜１０ｋｍ／ｈ程度で走行するが、例えば１５ｋｍ／ｈ程度への走行速度向上が求められており、これに伴って制動性能の向上が求められている。このため、鉄車輪とタイヤ車輪との併用システムが見直された。
しかし、特許文献１は、鉄車輪とタイヤ車輪とを備えるものの、鉄車輪は案内輪であり、駆動輪ではない。従って、タイヤ車輪に車両本体及び積載資材の荷重の多くを受ける必要があり、タイヤ車輪の大型化を招いてしまう。また、タイヤ車輪の大型化に伴い、シールドトンネル工事用運搬車両として高さ等のスペースが制限されるトンネル内で資材及び機材の荷役スペースの確保ができない。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、車輪ひいては車両の大型化を招くことなく、車両本体及び積載資材の荷重を受けることができ、しかも十分な制動性能が得られる鉄車輪、タイヤ車輪併用のシールドトンネル工事用運搬車両を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明は、車両本体の左右方向中央部の前後方向に少なくとも２個設けられ、単一のレール上を転動可能な鉄車輪と、車両本体の左右前後に４個設けられ、路面上を転動可能なタイヤ車輪と、前記鉄車輪を駆動可能な駆動装置と、前記鉄車輪及び前記タイヤ車輪をそれぞれ制動可能な制動装置と、を含んで構成されるシールドトンネル工事用運搬車両を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、鉄車輪とタイヤ車輪の両方を備えて、鉄車輪で駆動し、荷重を主に鉄車輪で受けることができ、タイヤ車輪の大型化を抑えて、車輪の小型化を図ることができる。従って、車両全体をコンパクトにでき、特にトンネル内で制限される高さを抑えることができる。また、タイヤ車輪は車体左右方向のバランスを保持し安定性を向上させることができる。
【０００９】
また、鉄車輪とタイヤ車輪の両方に制動装置を備えることで、優れた制動性能を得ることができる。一方で鉄車輪の駆動装置により必要な駆動性能を確保するものである。
また、レールは１本でよく、レール敷設の手間を軽減できる。その一方、レールの使用により、一定の軌条性（ステアリング性能）を確保でき、無人自動運転に好適となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態を示す車両の平面レイアウト図
【図２】同上の車両の側面レイアウト図
【図３】同上の車両の正面レイアウト図
【図４】鉄車輪取付部の正面縦断面図
【図５】鉄車輪取付部の平面図
【図６】図４のＡ−Ａ矢視図
【図７】固定側のタイヤ車輪取付部の正面縦断面図
【図８】揺動側のタイヤ車輪取付部の正面縦断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて、詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態を示すシールドトンネル工事用運搬車両の平面レイアウト図、図２はセグメント積載状態での車両の側面レイアウト図である。また、図３はその車両の正面レイアウト図である。
このシールドトンネル工事用運搬車両は、円形断面のセグメント坑内を走行して主にシールドトンネル工事用の資材であるセグメントの搬入を行う自走台車であり、この車両を用いるにあたっては、図３に示されるように、セグメント坑内の円弧状の路面ＲＳの中央部に沿って１本のレールＲＬを敷設する。
【００１２】
車両本体（台車）１は、その上面側に、セグメントＳＧを積載するもので、その下面側に、２個の鉄車輪３、４と、４個のタイヤ車輪（例えばゴムソリッドタイヤ）５Ａ、５Ｂ、６Ａ、６Ｂとを備える。
鉄車輪３、４は、車両本体１の左右方向中央部に前後１列に２個設けられ、それぞれ両フランジ付きで１本のレールＲＬ上を転動可能である。
【００１３】
タイヤ車輪５Ａ、５Ｂ、６Ａ、６Ｂは、車両本体１の前後左右に４個、詳しくは、前側の鉄車輪３より前方に左右一対（５Ａ、５Ｂ）、また、後側の鉄車輪４より後方に左右一対（６Ａ、６Ｂ）の計４個設けられる。また、図３に示されるように、セグメント坑内の円弧状の路面ＲＳに対し、直角に接地するように、走行方向左側のタイヤ車輪５Ａ、６Ａと右側のタイヤ車輪５Ｂ、６Ｂは、正面から見てハの字状になるように、車輪軸を傾斜させて配置される。
【００１４】
尚、本車両は単一のレールＲＬ上を立坑から切羽まで一方向に走行してセグメントＳＧの搬入を行い、その後は反転することなくレールＲＬ上を反対方向に切羽から立坑まで走行するので、本来的には、どちらが前で、どちらが後とは言えないが、便宜上、図１及び図２の左側を前側、図１及び図２の右側を後側と称することとする。
図４は鉄車輪取付部の正面図、図５はその平面図、図６は図４のＡ−Ａ矢視図であり、これらによって、鉄車輪３、４及びその駆動系について説明する。尚、ここでは、前側の鉄車輪３について代表して説明するが、後側の鉄車輪４についても同様である。
【００１５】
鉄車輪３は、車輪軸（回転軸）１１に固定されており、車輪軸１１は、鉄車輪３の左右に設けた軸受部１２、１２により、回転自在に支持されている。そして、軸受部１２は、車体本体１にスプリング式懸架装置（サスペンション）を構成するスプリング１３を介して取付けられている。そして、車両本体１側のスプリング１３と軸受部１２との間には、シム１４を介在させて、鉄車輪３の取付高さを調整可能としている。
【００１６】
車輪軸１１の一方の端部には、ディスクブレーキ１５を配置している。そして、車輪軸１１の他方の端部には、中空軸減速機１６を配置している。中空軸減速機１６の特徴は、車輪軸に直接減速機を組み込めるため、スペース、部品構成が単純化される点である。この減速機１６には内蔵のベベルギア等を介してその後方に配置した電動機（例えば３相誘導モータ）１７及び電磁ブレーキ１８を直結してスペースを小型化している。
【００１７】
従って、駆動装置としての電動機１７により減速機１６及び車輪軸１１を介して鉄車輪３、４を駆動でき、制動装置としてのディスクブレーキ１５及び電磁ブレーキ１８により鉄車輪３、４を制動できる。ここで、鉄車輪３、４はこれらの軸受部１２を支持するスプリング１３の設定により、総重量の６５〜８５％を受け、これらの鉄車輪３、４を介して車両の駆動、制動を行う。
【００１８】
図７は前側の一対のタイヤ車輪の取付部の正面縦断面図である。
前側の一対のタイヤ車輪５Ａ、５Ｂはそれぞれ個別に取付けられ、左右対称に配置されるので、一方のタイヤ車輪５Ａを代表して説明する。
車両本体１にタイヤ取付用ブラケット２１を介して軸受部２２が保持される。この軸受部２２は斜めに傾斜させて設けられる。そして、この軸受部２２に車輪軸（回転軸）２３が回転自在に支持され、車輪軸２３の外側の端部にタイヤ車輪５Ａが取付けられる。従って、軸受部２２と共に車輪軸２３及びタイヤ車輪５Ａは斜めに傾斜させて取付けられる。これはセグメント坑内の円弧状の路面ＲＳにタイヤ車輪５Ａの角度を合わせるためである。また、車輪軸２３の内側の端部には制動用のディスクブレーキ２４が配置される。
【００１９】
ここで、車両本体１とタイヤ取付ブラケット２１との間には、シム２５を介在させて、タイヤ車輪５Ａの取付高さを調整可能としている。
図８は後側の一対のタイヤ車輪の取付部の正面縦断面図である。
後側の一対のタイヤ車輪６Ａ、６Ｂは、これらのタイヤ車輪の中間部を支点として上下方向に揺動可能に支持される。
【００２０】
すなわち、車両本体１の左右方向中央部に支持部３１を介して揺動ピン軸受部３２が固定され、この揺動ピン軸受部３２に、揺動アーム３３の中央部の揺動ピン３４が回転自在に支持されている。
揺動アーム３３は、左右方向に延び、中央部の揺動ピン３４を支点として上下方向に揺動可能である。また、揺動アーム３３の最大揺動角を３°程度に規制するため、車両本体１側に機械式ストッパ３５を設け、また揺動アーム３３側にゴムバッファ３６を設けている。
【００２１】
揺動アーム３３の両端には、車輪軸３７、３７が斜め上方に傾斜させて固定され、各車輪軸３７、３７に軸受部３８、３８を介してタイヤ車輪６Ａ、６Ｂが回転自在に取付けられている。車輪軸３７、３７を傾斜させるのは、セグメント坑内の円弧状の路面ＲＳにタイヤ車輪６Ａ、６Ｂの角度を合わせるためである。
ここで、車両本体１側の支持部３１と揺動ピン軸受部３２との間には、シム３９を介在させて、タイヤ車輪６Ａ、６Ｂの取付高さを調整可能としている。
【００２２】
これら４個のタイヤ車輪５Ａ、５Ｂ、６Ａ、６Ｂは車体左右方向のバランスを保持すると共に、ディスクブレーキ２４によるタイヤ車輪５Ａ、５Ｂの制動時には鉄車輪３、４による制動を補助して強力な制動力を発揮する。
実際の運行にあたっては、本車両を５両連結し、１〜４両目をセグメント搬送自走台車とし、５両目を発電機搭載自走台車とする。すなわち、５両目にディーゼル発電機を搭載して、各車両に３相２２０Ｖの電力を供給するようにする。そして、各車両には、バッテリ（例えば密閉鉛酸電池）と、発電機からの電力をバッテリ充電と負荷駆動とに切換えるスイッチング電源装置とを搭載する。従って、各車両の電動機１７等はバッテリ又は発電機からの電力で作動し、各車両はハイブリッド方式のバッテリーロコとなる。長距離輸送の場合、バッテリだけでは、容量が非常に大きくなる。このため、ディーゼル発電機とバッテリとのハブリッド方式として、バッテリ容量と発電機容量を最適に設定している。
【００２３】
また、本車両は、無人の自動運転を基本としている。立坑では、セグメント搬送自走台車にセグメントをセグメントセッターで移載後、作業員が移載状態及び安全確認して、無線ペンダントで発進位置まで誘導する。発進位置で作業員が「切羽行き」発進釦を押して発車する（自動走行開始）。発車後は、通常の平坦路では１５ｋｍ／ｈの速度で自動走行し、地上側のマーカ等の指示に従い、途中の曲線、勾配、すれ違いポイント等では、減速、低速、停止等を指定速度で自動走行する。切羽では、自動停止する。切羽作業員の安全確認後、無線操作によりセグメント移載装置まで低速走行する。定位置停止後、セグメント移載装置によりセグメントを積降する。その後、切羽作業員が、安全確認後、「立坑行き」発進釦を押すことで、再び自動走行する。
【００２４】
本車両の目的は、牽引車でなく、セグメント（例えば２２ｔ）を積載し、積載時及び空車時ともに走行可能とする必要があった。空車重量を１４ｔとすると、積載時／空車時の重量比は３６ｔ／１４ｔと非常に差があり、タイヤ車輪だけで積載時の荷重を受けるとすると、タイヤ車輪が非常に大きくなり現実的ではない。そこで、鉄車輪で積載時、空車時ともに総重量の６５〜８５％を受けることにより、装置の小型化が可能となる。
【００２５】
また、鉄車輪で積載時、空車時ともに総重量の６５〜８５％を受けることにより、鉄車輪を駆動輪とすることで、積載時はもちろん空車時でも必要な駆動力を確保することができる。
ここで、鉄車輪側のスプリングのばね係数をｋ１、圧力が設定値に保たれたタイヤ車輪側のタイヤをばねとみなしてばね係数をｋ２として、例えば、ｋ１＝３×ｋ２の関係になるばね係数ｋ１のスプリングを採用すれば、
鉄車輪の車輪軸に加わる力Ｆ１＝ｋ１×ｘ
タイヤ車輪の車輪軸に加わる力Ｆ２＝ｋ２×ｘ    （ｘは台車の高さ方向の変位）
となり、通常ｘは等しいので、常に鉄車輪で総重量の７５％を受けることができる。
【００２６】
つまり、タイヤの選定、タイヤの空気圧の設定と、鉄車輪側のスプリングばねの設定との協調をとることにより、鉄車輪、タイヤ車輪の受ける荷重割合をコントロールするものである。
本実施形態においても、鉄車輪３、４の軸受部１２を支持するスプリング１３の設定により、総重量の６５〜８５％を鉄車輪３、４で受けるように構成することができる。これにより、空車時でも鉄車輪３、４による駆動力、鉄車輪３、４を介しての制動力を確保することができる。
【００２７】
また、鉄車輪３、４の軸受部１２とこれを支持する車両本体１との間（軸受部１２とスプリング１３との間）、タイヤ車輪５Ａ、５Ｂの軸受部２２とこれを支持する車両本体１との間（タイヤ取付ブラケット２１と車両本体１との間）、タイヤ車輪６Ａ、６Ｂの軸受３８とこれを支持する車両本体１との間（揺動ピン軸受部３２と支持部３１との間）に、それぞれシム１４、２５、３９を介装して、各車輪の取付高さを調整可能としている。これにより、実車時の各車輪の耐荷重を考慮して、取付高さを設定することができる。但し、タイヤ車輪、鉄車輪の摩耗（車輪径の変化）により各軸での荷重が変化するため、摩耗後はシム１４、２５、３９の再調整が必要である。
【００２８】
また、主に鉄車輪３、４で荷重を受けることにより、主にタイヤ車輪で荷重を受ける場合のタイヤ車輪径に比べ、鉄車輪径を小型（例えばφ７５０ｍｍ）にでき、車両全体寸法を要求寸法に適合させることができる。
また、鉄車輪３，４の両フランジとレールＲＬとの係合によりステアリングする方式として、ステアリング装置を小型化、簡略化できる。但し、ステアリングのため、鉄車輪３、４は常にレールＲＬと接触してガイドされることが必要であり、追従性向上のためサスペンション機構（スプリング１３）を組み込んでいる。
【００２９】
タイヤ車輪の取付けについて、本実施形態では、走行方向左側のタイヤ車輪５Ａ、６Ａと右側のタイヤ車輪５Ｂ、６Ｂとをそれぞれ傾斜させて、タイヤ車輪側をセグメント坑内の円弧状の路面ＲＳに合わせることにより、ステアリング性能の向上を図っている。但し、タイヤ車輪を傾斜設置することは必ずしも要しない。
タイヤ車輪の取付けについては、また、前後いずれか一対のタイヤ車輪５Ａ、５Ｂについては固定方式、他の一対のタイヤ車輪６Ａ、６Ｂについては揺動方式として、タイヤ車輪の４輪接地を確保している。片側を揺動方式とする理由は、タイヤ車輪の接触面の状態により３点支持となるのを回避するためである。両側を揺動方式としない理由は、荷が偏荷重の時に車体が片側に傾くのを避けるためである。
【００３０】
また、制動装置については、鉄車輪３、４と、タイヤ車輪５Ａ、５Ｂの両方に取付けることにより、様々なシーンで十分な制動力を確保している。
ここで、鉄車輪３、４側のディスクブレーキ１５は常用ブレーキとし、タイヤ車輪５Ａ、５Ｂ側のディスクブレーキ２４は非常用ブレーキ（車両が非常停止の状態になったとき、例えば鉄車輪がレールから逸脱したときや鉄車輪側のブレーキが動作不良を起こしたときに作動するブレーキ）とする。また、鉄車輪３、４側の電磁ブレーキ１８は車両停止後の駐車用ブレーキとする。
【００３１】
尚、下記の各条件で、鉄車輪のブレーキのみ作動させたときと、鉄車輪のブレーキとタイヤ車輪のブレーキの両方を作動させたときとについて、制動距離を測定したところ、表１のようになった。これにより、鉄車輪とタイヤ車輪の制動を併用することで、制動距離が短縮されることが確認された。
条件１：平坦路、                実車３１ｔ、車速１５ｋｍ／ｈ
条件２：下り（３０／１０００）、実車３１ｔ、車速１０ｋｍ／ｈ
条件３：下り（１３／１０００）、実車３１ｔ、車速１５ｋｍ／ｈ
【００３２】
【表１】
0005422476.tif 000002
【００３３】
本実施形態によれば、車両本体１の左右方向中央部の前後方向に少なくとも２個設けられ、単一のレールＲＬ上を転動可能な鉄車輪３、４と、車両本体１の左右前後に４個設けられ、路面上を転動可能なタイヤ車輪５Ａ、５Ｂ、６Ａ、６Ｂと、を備えて、駆動装置（電動機１７）により鉄車輪３、４で駆動し、荷重を主に鉄車輪３、４で受けることができ、タイヤ車輪の大型化を抑えて、車輪の小型化を図ることができる。従って、車両全体をコンパクトにでき、特にトンネル内で制限される高さを抑えることができる。尚、鉄車輪３、４のみで駆動するのは、トンネル資材の運搬の目的から急発進の必要性が低いからでもある。
【００３４】
また、４個のタイヤ車輪５Ａ、５Ｂ、６Ａ、６Ｂは車体左右方向のバランスを保持し安定性を向上させることができる。
一方でトンネル作業の安全性確保の面からは、急停車の必要性が大きいため、鉄車輪とタイヤ車輪の両方に制動装置（ディスクブレーキ１５、２４）を備えることで、優れた制動性能を得ることができる。
【００３５】
また、レールＲＬは１本でよく、レール敷設の手間を軽減できる。その一方、レールＲＬの使用により、ステアリング機能を持たせ、ステアリング装置の小型化、簡略化を図ることができる。
また、本実施形態によれば、タイヤ車輪のうち、前後いずれか一対のタイヤ車輪５Ａ、５Ｂの軸受部を固定し、他の一対のタイヤ車輪６Ａ、６Ｂの軸受部をこれらのタイヤ車輪間の中間部を支点として上下方向に揺動可能に支持したことにより、タイヤ車輪の４輪接地を確保することができる。
【００３６】
また、本実施形態によれば、タイヤ車輪の制動装置（ディスクブレーキ２４）は、前後いずれか一対のタイヤ車輪のうち、軸受部固定側のタイヤ車輪５Ａ、５Ｂに設けることにより、装置を複雑化をすることなく、コストダウンを図ることができる。
また、本実施形態によれば、鉄車輪の制動装置（ディスクブレーキ１５）を常用ブレーキとし、タイヤ車輪の制動装置（ディスクブレーキ２４）を非常用ブレーキとすることにより、大きな荷重を受ける鉄車輪を介して制動することで基本制動性能を確保する一方、非常停止時の制動性能を向上させることができる。
【００３７】
また、本実施形態によれば、鉄車輪３、４の軸受部を支持するスプリング１３の設定により、総重量の６５〜８５％を鉄車輪３、４で受けるように構成することにより、比較的簡単な構成で所望の荷重分担を達成することができる。
また、本実施形態によれば、各車輪の軸受部とこれを支持する車体本体との間にシム１４、２５、３９を介在させて、各車輪の取付高さの調整を可能としたことにより、バランス調整等が可能であり、車輪の摩耗（車輪径の変化）にも対処可能となる。
【００３８】
また、本実施形態によれば、鉄車輪３、４の駆動装置は、鉄車輪３、４のそれぞれに設けた電動機１７により構成することで、中空軸減速機１６の使用と合わせ、駆動系の簡略化を図ることができる。
尚、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３９】
１  車両本体
３、４  鉄車輪
５Ａ、５Ｂ、６Ａ、６Ｂ  タイヤ車輪
１１  車輪軸
１２  軸受部
１３  スプリング（サスペンション）
１４  シム
１５  ディスクブレーキ
１６  中空軸減速機
１７  電動機
１８  電磁ブレーキ
２１  タイヤ取付用ブラケット
２２  軸受部
２３  車輪軸
２４  ディスクブレーキ
２５  シム
３１  支持部
３２  揺動ピン軸受部
３３  揺動アーム
３４  揺動ピン
３５  ストッパ
３６  ゴムバッファ
３７  車輪軸
３８  軸受部
３９  シム
【図１】
0005422476.tif 000003
【図２】
0005422476.tif 000004
【図３】
0005422476.tif 000005
【図４】
0005422476.tif 000006
【図５】
0005422476.tif 000007
【図６】
0005422476.tif 000008
【図７】
0005422476.tif 000009
【図８】
0005422476.tif 000010