(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
既設セグメントに対して新設セグメントを把持して周方向に沿って弧状に組み付けた後、前記各セグメント同士の密着部側面に形成された係止孔に対してコッタを挿入して両者を連結固定するセグメント締結装置において、掘削機本体の後部にトンネルの長手方向と周方向と径方向とに移動自在に支持された移動体と、該移動体に装着されたコッタ容器と、基端部が前記移動体に支持されて先端部にコッタを把持可能な把持部を有して前記コッタ容器内に収納されたコッタを前記係止孔へ挿入可能な少なくとも６つの可動軸を有するマニプレータと、を具えたことを特徴とするセグメント締結装置。
【請求項２】
請求項１記載のセグメント締結装置において、前記コッタ容器を前記移動体に着脱自在なカートリッジとしたことを特徴とするセグメント締結装置。
【請求項３】
請求項１記載のセグメント締結装置において、前記マニプレータの先端部に、前記把持部と共にコッタ押込手段を設けたことを特徴とするセグメント締結装置。
【請求項４】
請求項１記載のセグメント締結装置において、前記マニプレータの先端部の移動位置及び姿勢を教示データとして任意に記憶する記憶部と、該記憶部に記憶された前記教示データに基づいて前記マニプレータを駆動制御する駆動制御部とを設けたことを特徴とするセグメント締結装置。
【請求項５】
請求項４記載のセグメント締結装置において、前記マニプレータの先端部に装着されたカメラと、該カメラにより撮影された画像に基づいて前記コッタと前記係止孔との隙間の位置データを求める画像処理部とを設けたことを特徴とするセグメント締結装置。
【請求項６】
請求項５記載のセグメント締結装置において、前記画像処理部により求められた前記隙間の計測位置データと予め設定された所定の隙間位置データとの位置偏差を演算する第１補正部を設け、前記駆動制御部は該第１補正部が求めた前記位置偏差に基づいて前記教示データにおける移動位置データを補正することを特徴とするセグメント締結装置。
【請求項７】
請求項１記載のセグメント締結装置において、前記マニプレータの先端部に装着された少なくとも１つの距離計と、該距離計により計測された前記マニプレータの先端部から前記係止孔のあるセグメント端面までの距離データと予め設定された所定の距離データとの距離偏差を演算する第２補正部を設け、前記駆動制御部は該第２補正部が求めた前記距離偏差に基づいて前記教示データにおける移動位置データを補正することを特徴とするセグメント締結装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、既設セグメントに対して把持セグメントを弧状に組み付けて両者を締結するセグメント締結装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、一般的なシールド掘削機において、円筒形状をなす掘削機本体の前部にはカッタヘッドが駆動モータによって回転自在に装着され、この掘削機本体の後部には複数本のシールドジャッキが周方向に沿って並設されると共に、エレクタ装置が装着されている。従って、駆動モータによってカッタヘッドを回転駆動させながら、各シールドジャッキを伸長して既設のセグメントへの押し付け反力によって掘削機本体を前進させると、カッタヘッドが前方の地盤を掘削する。そして、掘削土砂を外部に排出すると共に、エレクタ装置によってセグメントをトンネルの内壁面にリング状に組付けることで所定長さのトンネルを構築することができる。
【０００３】
このようなトンネル掘削作業において、エレクタ装置はトンネル内に搬入されたセグメントを把持して移動し、トンネルの内壁面の所定の位置に把持したセグメントを組付けていく。この場合、エレクタ装置は組付けられたセグメント同士を締結してリング状に組付けられたトンネルを強固に固定する必要がある。従来、エレクタ装置にはセグメント締結装置としてボルト締結装置が設けられており、周方向に隣接するセグメント同士をボルト及びナットを用いて締結していた。
【０００４】
ところが、ボルト締結装置を用いてボルト及びナットにより隣接するセグメント同士を締結する場合、ナットを所定箇所に挿入して保持する装置と、ボルトを保持して所定箇所に挿入し、回転することでナットに螺合する装置などが必要となる。そのため、ボルト締結装置が大型で複雑なものとなることから、エレクタ装置全体が大型化して狭いトンネル内での作業が困難になってしまう。
【０００５】
そのため、周方向に隣接するセグメント同士をコッタを用いて締結するようにしたものが提案され、例えば、特開平７−２６９２９９号公報に開示されている。この公報に開示されたセグメント締結装置は、トンネルの周方向及び径方向に沿って移動自在に支持されたセグメント把持台に装着されており、一対のフックが楔継手を挾持してセグメント締結孔に挿入し、係止用突起がセグメントの凹部に係止した状態で締結ジャッキ機構により楔継手をセグメント締結孔に押し込んでセグメント同士を締結するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のセグメント締結装置にあっては、継手挾持用フックが楔継手を把持した状態で所定位置まで移動し、この楔継手をセグメント締結孔に押し込んでセグメント同士を締結している。この場合、継手挾持用フックは、トンネル内における楔継手の載置位置から、セグメントへの組付位置まで３次元的に移動する必要があり、複数のスライド機構を設けることから装置が複雑化並びに大型化してしまうと共に、作業性がよくないという問題がある。そして、トンネル内では、セグメント締結装置の周辺にセグメント組付装置やシールドジャッキ等が配設されており、各種の装置が干渉しないように配設することは困難であり、装置が複雑化して製造コストも増加してしまうという問題がある。
【０００７】
本発明はこのような問題を解決するものであって、装置の簡素化を図ると共に作業性の向上を図ったセグメント締結装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項１の発明のセグメント締結装置は、既設セグメントに対して新設セグメントを把持して周方向に沿って弧状に組み付けた後、前記各セグメント同士の密着部側面に形成された係止孔に対してコッタを挿入して両者を連結固定するセグメント締結装置において、掘削機本体の後部にトンネルの長手方向と周方向と径方向とに移動自在に支持された移動体と、該移動体に装着されたコッタ容器と、基端部が前記移動体に支持されて先端部にコッタを把持可能な把持部を有して前記コッタ容器内に収納されたコッタを前記係止孔へ挿入可能な少なくとも６つの可動軸を有するマニプレータと、を具えたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、請求項２の発明のセグメント締結装置では、前記コッタ容器を前記移動体に着脱自在なカートリッジとしたことを特徴としている。
【００１０】
また、請求項３の発明のセグメント締結装置では、前記マニプレータの先端部に、前記把持部と共にコッタ押込手段を設けたことを特徴としている。
【００１１】
また、請求項４の発明のセグメント締結装置では、前記マニプレータの先端部の移動位置及び姿勢を教示データとして任意に記憶する記憶部と、該記憶部に記憶された前記教示データに基づいて前記マニプレータを駆動制御する駆動制御部とを設けたことを特徴としている。
【００１２】
また、請求項５の発明のセグメント締結装置では、前記マニプレータの先端部に装着されたカメラと、該カメラにより撮影された画像に基づいて前記コッタと前記係止孔との隙間の位置データを求める画像処理部とを設けたことを特徴としている。
【００１３】
また、請求項６の発明のセグメント締結装置では、前記画像処理部により求められた前記隙間の計測位置データと予め設定された所定の隙間位置データとの位置偏差を演算する第１補正部を設け、前記駆動制御部は該第１補正部が求めた前記位置偏差に基づいて前記教示データにおける移動位置データを補正することを特徴としている。
【００１４】
また、請求項７の発明のセグメント締結装置では、前記マニプレータの先端部に装着された少なくとも１つの距離計と、該距離計により計測された前記マニプレータの先端部から前記係止孔のあるセグメント端面までの距離データと予め設定された所定の距離データとの距離偏差を演算する第２補正部を設け、前記駆動制御部は該第２補正部が求めた前記距離偏差に基づいて前記教示データにおける移動位置データを補正することを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１６】
図１に本発明の第１実施形態に係るセグメント締結装置の概略構成、図２に本実施形態のセグメント締結装置が適用されたエレクタ装置の正面視、図３にエレクタ装置の側面視、図４にセグメント締結装置を構成するマニプレータ先端部の概略、図５にマニプレータの制御ブロック、図６にセグメントの組付状態を表す概略、図７にセグメント締結部の概略、図８にコッタの概略を示す。
【００１７】
本実施形態のシールド掘削機において、掘削機本体は円筒形状をなし、前部に円盤形状のカッタヘッドが回転自在に装着され、駆動モータによって回転駆動可能となっており、前面部に多数のカッタビットが取付けられている。そして、この掘削機本体の後部に複数本のシールドジャッキが周方向に沿って並設されると共に、覆工部材としてのセグメントをトンネルの内壁面に組み付けるエレクタ装置が装着されている。
【００１８】
まず、本実施形態にて適用するセグメントについて説明する。図６に示すように、トンネルＴは６つのセグメントＡ１，Ａ２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｋを下方から順に周方向に接合することで１つのリングセグメントＳを組み立てて構成されており、最下部にＡ１セグメント、その両側にＡ２セグメント及びＡ３セグメント、その上部にＢ１セグメント及びＢ２セグメント、そして、最上部にＫセグメントを組み付ける。各セグメントはその形状が異なっており、特に、Ｋセグメントは平面視が台形状をなし、トンネルの前方から後方に移動しながら組付けを行うようになっており、Ｂ１、Ｂ２セグメントはこのＫセグメントに合わせた形状となっている。そして、隣接するリングセグメントＳ同士で周方向の接合部を所定距離ずらしてトンネルの強度が低下しないようにしている。
【００１９】
そして、図７に示すように、各セグメント（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｋセグメント）、例えば、Ａ１セグメントとＡ３セグメントとの周方向端面には、トンネル長手方向に沿って係止溝（係止孔）１１が形成されており、この係止溝１１にはテール側コッタ金具１２と切羽側コッタ金具１３とが固定されている。各コッタ金具１２，１３は矩形の係止溝１２ａ，１３ａと、この係止溝１２ａ，１３ａを開放する挿通溝１２ｂ，１３ｂと、を有し、係止溝１２ａ，１３ａを構成する側面には傾斜面１２ｃ，１３ｃが形成されている。そして、Ａ１セグメントとＡ３セグメントの各端面と共に対向する各コッタ金具１２，１３が密着したとき、テール側コッタ金具１２の溝幅Ｇ1 よりも切羽側コッタ金具１３の溝幅Ｇ2 の方がやや大きく形成されると共に、テール側コッタ金具１２の楔部１２ｄの前端幅Ｗ1 よりも切羽側コッタ金具１３の楔部１３ｄの後端幅Ｗ2 の方がやや小さく形成されている。
【００２０】
一方、隣接する各セグメント（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｋセグメント）同士を連結固定するコッタは、図８に示すように、テール側コッタ金具１２に対応するテール側コッタ１４と、切羽側コッタ金具１３に対応する切羽側コッタ１５がある。各コッタ１４，１５は係止溝１２ａ，１３ａに係止する楔状の係止部１４ａ，１５ａと、この係止部１４ａ，１５ａを連結する水平部１４ｂ，１５ｂと、取手部１４ｃ，１５ｃと、を有し、各取手部１４ｃ，１５ｃには把持用の切欠１４ｄ，１５ｄが穿設されている。なお、１４ｅ，１５ｅは重量軽減用の貫通孔である。そして、図７及び図８に示すように、Ａ１セグメントとＡ３セグメントの各端面と共に対向する各コッタ金具１２，１３が密着したとき、係止溝１１からテール側コッタ１４を挿入すると、係止部１４ａは切羽側コッタ金具１３の係止溝１３ａを挿通し、テール側コッタ金具１２の係止溝１２ａに係止し、切羽側コッタ１５は係止部１５ａが切羽側コッタ金具１３の係止溝１３ａに係止するようになっている。即ち、テール側コッタ１４の係止部１４ａはテール側コッタ金具１２の係止溝１２ａとほぼ同形状であり、切羽側コッタ１５の係止部１５ａは切羽側コッタ金具１３の係止溝１３ａとほぼ同形状となっている。また、テール側コッタ１４の取手部１４ｃの長さはコッタ金具１２，１３の間隔よりもやや短く形成されている。
【００２１】
次に、本実施形態のエレクタ装置について説明する。図２及び至図３に示すように、エレクタ装置２１は、掘削機本体２２の後部に設けられており、このエレクタ装置２１はシールドジャッキ２３によって前進した掘削機本体２２と既設リングセグメントＳとの間の空所に新しいセグメントを組み付けるものである。
【００２２】
即ち、掘削機本体２２の後部に設けられた支持リング２４には回転リング２５が回転自在に支持され、この回転リング２５は複数の油圧モータ（図示略）によって回転可能となっている。この回転リング２５の外周部には昇降台２６が一対のガイドロッド２７によりトンネルの径方向となるＺ軸方向に沿って昇降自在に支持され、昇降ジャッキ２８によって昇降可能となっている。そして、この昇降台２６の左右には制御装置２９や油圧ユニット３０が設置されると共に、上部にはカウンタウエイト（図示略）が取付けられている。
【００２３】
この昇降台２６にはトンネルの長手方向となるＸ軸方向に沿って第１移動部材３１が移動自在に支持され、移動ジャッキ３２によって移動可能となっている。この第１移動部材３１にはトンネルの周方向となるＹ軸方向に沿って第２移動部材３３が移動自在に支持され、移動ジャッキ３４によって移動可能となっている。この第２移動部材３３には回転筒３５が回転自在に支持され、この回転筒３５の下部には移動体としてのセグメントサポート３６が揺動自在に支持されている。そして、第２移動部材３３と回転筒３５との間にはセグメントサポート３６をＺ軸回りに揺動させる左右一対のヨーイングジャッキ３７が架設されている。また、回転筒３５とセグメントサポート３６との間にはこのセグメントサポート３６をＸ軸回りに揺動させる左右一対のローリングジャッキ３８が架設され、回転筒３５とセグメントサポート３６との間にはこのセグメントサポート３６をＹ軸回りに揺動させる左右一対のピッチングジャッキ３９が架設されている。
【００２４】
そして、セグメントサポート３６にはトンネル内に搬入されたセグメントを把持するセグメント把持機構４０が装着されている。このセグメント把持機構４０はセグメントの中心部に固定されたボルト４１を係止部４２が掴持し、把持ジャッキ４３を収縮してセグメントをセグメントサポート３６に押し付けることで、このセグメントを把持できるようになっている。
【００２５】
従って、セグメント把持機構４０がセグメントを把持した状態で、昇降ジャッキ２８を伸縮すると把持セグメントをＺ軸方向に移動でき、移動ジャッキ３２を伸縮すると把持セグメントをＸ軸方向に移動でき、移動ジャッキ３４を伸縮すると把持セグメントをＹ軸方向に移動できる。また、ローリングジャッキ３８を伸縮すると把持セグメントをＸ軸回りに揺動でき、ピッチングジャッキ３９を伸縮すると把持セグメントをＹ軸回りに揺動でき、ヨーイングジャッキ３７を伸縮すると把持セグメントをＺ軸回りに揺動できる。
【００２６】
また、このセグメントサポート３６には把持セグメントを既設セグメントに連結して固定するための左右一対のセグメント締結装置５１，５２が装着されている。このセグメント締結装置５１，５２は、前述したコッタ１４，１５を保持してセグメントの係止溝１１へ挿入するためにそれぞれ６つの可動軸を有するマニプレータ５３，５４を有すると共に、この係止溝１１へ挿入されたコッタ１４，１５を押し込んでテール側コッタ金具１２及び切羽側コッタ金具１３に係止する図示しないコッタ押込装置を有している。なお、このセグメント締結装置５１，５２は左右対称でほぼ同様の構成をなしているため、一方のセグメント締結装置５１についてのみ説明する。
【００２７】
セグメント締結装置５１において、図１及び図２に示すように、セグメントサポート３６の前部には円形の基盤５５が固定され、この基盤５５には回転台５６が第１軸Ａ回りに回転自在に支持されており、この回転台５６には先端がセグメントの係止溝１１側に延出された第１アーム５７の基端部が第２軸Ｂ回りに回転自在に支持されている。この第１アーム５７の先端部には支持部５８ａと２つの支持板５８ｂとからなる第２アーム５８の基端部が第３軸Ｃ回りに回転自在に支持されており、この第２アーム５８の先端部には第３アーム５９の基端部が第４軸Ｄ回りに回転自在に支持されている。そして、この第３アーム５９の先端部には支持部６０ａと２つの支持板６０ｂとからなる第４アーム６０の基端部が第５軸Ｅ回りに回転自在に支持されており、この第４アーム６０の先端部に工具アーム６１が第６軸Ｆ回りに回転自在に支持されており、この工具アーム６１にコッタ１４，１５を把持可能な把持部６２が装着されている。この把持部６２は、上下一対の把持レバー６３，６４と、下方の把持レバー６４を昇降する把持ジャッキ６５とからなり、把持レバー６４上昇することで把持レバー６３，６４によりコッタ１４，１５の取手部１４ｃ，１５ｃを把持可能となっている。なお、把持レバー６３，６４の対向面には凹部が形成され、この凹部が取手部１４ｃ，１５ｃの切欠１４ｄ，１５ｄを係止することで、確実に把持できる。
【００２８】
また、セグメントサポート３６の側部には取付台６６によりコッタ容器としてのカートリッジ６７が着脱自在に装着されている。このカートリッジ６７は切羽側に開口し、内部にテール側コッタ１４及び切羽側コッタ１５が３個ずつ収納されている。そして、６個のコッタ１４，１５を使用した後は、空のカートリッジ６７を６個のコッタ１４，１５を収納した新しいカートリッジと交換可能となっている。なお、カートリッジ６７を固定として６個のコッタ１４，１５を新しく収容するようにしてもよい。
【００２９】
なお、図示しないが、各マニプレータ５３，５４に隣接して前述したコッタ押込装置が設けられており、このコッタ押込装置は圧入ジャッキを有しており、係止溝１１の対向位置まで移動して圧入ジャッキを伸長することでコッタ１４，１５の取手部１４ｃ，１５ｃの後端部を押圧することができる。
【００３０】
ところで、このセグメント締結装置５１，５２におけるマニプレータ５３，５４は、教示データにより自動制御が可能となっている。即ち、図４に示すように、マニプレータ５３の先端部にはカメラ201が装着されており、このカメラ201により撮影された画像に基づいてコッタ１４，１５と係止溝１１との隙間を求めることができる。また、このマニプレータ５３の先端部には距離計202が装着されており、この距離計202によりマニプレータ５３の先端部から係止溝１１のあるセグメント端面までの距離を計測できる。
【００３１】
そして、図５に示すように、カメラ201には画像処理装置203が接続され、この画像処理装置203はカメラ201により撮影された画像に基づいてコッタ１４，１５と係止溝１１との隙間データを画像処理により求めることができる。更に、画像処理装置203にはＸ−Ｙ方向位置補正部（第１補正部）204が接続され、このＸ−Ｙ方向補正部204は、画像処理装置203により求められた隙間の計測データと予め設定された所定の隙間データとを比較して両者の位置偏差を演算する。一方、距離計202にはＺ方向位置補正部（第２補正部）205が接続され、このＺ方向補正部205は、距離計202により求められたマニプレータ５３の先端部から係止溝１１のあるセグメント端面までの距離データと予め設定された所定の距離データとを比較して両者の距離偏差を演算する。
【００３２】
また、マニプレータ５３の６つの作動軸（回転台５６、第１アーム５７、第２アーム５８、第３アーム５９、第４アーム６０、工具アーム６１）からなるマニプレータ駆動装置206の駆動を制御する制御装置207が設けられており、この制御装置207には操作装置208及びメモリ209が接続されている。作業者は操作装置208を操作することで制御装置207を介してマニプレータ駆動装置206の駆動を手動で制御可能となっており、作業者が操作装置208の操作によりマニプレータ駆動装置206を駆動制御したデータは教示データ（移動位置データＸ，Ｙ，Ｚ及び姿勢データθX ，θY ，θZ ）としてメモリ209に記憶させることができる。そして、作業者が操作装置208により自動制御を選択すると、制御装置207はメモリ209に記憶されている教示データに基づいてマニプレータ駆動装置206を自動制御するようになっている。このとき、制御装置207にはＸ−Ｙ方向位置補正部204から位置偏差が入力されると共に、Ｚ方向位置補正部205から距離偏差が入力されており、制御装置207はこの位置偏差及び距離偏差に基づいて教示データにおける移動位置データを補正し、メモリ209に書き換えることができる。
【００３３】
なお、マニプレータ５３の先端部に複数の距離計202を装着し、マニプレータ５３の先端部から係止溝１１のあるセグメント端面までの異なる位置での複数の距離データと隙間データとに基づいて姿勢偏差を求め、制御装置207がこの姿勢偏差に基づいて教示データにおける姿勢データを補正してもよい。
【００３４】
このように構成された本実施形態のエレクタ装置２１によってセグメントの組付作業を行うには、図１乃至図３に示すように、トンネル内にセグメントが搬入されると、セグメント把持機構４０がこのセグメントを把持し、昇降ジャッキ２８、移動ジャッキ３２、ローリングジャッキ３８、ピッチングジャッキ３９、ヨーイングジャッキ３７をそれぞれ伸縮することで、把持セグメントを所定の位置に組み付ける。そして、セグメント締結装置５１，５２を用いて既設セグメントに把持セグメントを連結して固定する。
【００３５】
即ち、既設のＡ１セグメントに対してセグメント把持機構４０がＡ３セグメントを把持して端面を既設のＡ１セグメントの端面に密着させると、セグメント締結装置５１がＡ１セグメントとＡ３セグメントとの密着部の係止溝１１の上方位置に位置するため、このセグメント締結装置５１を用いてコッタ１４，１５によりＡ１セグメントとＡ３セグメントとを接合する。この場合、マニプレータ５３の作動制御は接合するセグメントの種類に応じて予めプログラムされており、前述したように、制御装置207はメモリ209に記憶された教示データに基づいてマニプレータ駆動装置206を介して自動制御する。このとき、カメラ201は係止溝１１の周辺部を撮影し、距離計202はマニプレータ５３の先端部から係止溝１１のあるセグメント端面までの距離を計測しており、制御装置207には各補正部204，205から位置偏差及び距離偏差が入力され、制御装置207はこの位置偏差及び距離偏差により教示データを補正（フィードバック制御）しながら、マニプレータ駆動装置206を自動制御する。
【００３６】
即ち、基準位置Ｐ1 には把持レバー６３，６４がカートリッジ６７内に収納されているテール側コッタ１４を把持し、基準位置Ｐ2 に後退してから基準位置Ｐ3 に下降して係止溝１１と対向する位置に移動し、基準位置Ｐ4 に前進してテール側コッタ１４を係止溝１１に挿入する。そして、基準位置Ｐ4 、Ｐ3 、Ｐ2 、Ｐ1 と逆に移動してカートリッジ６７内に収納されている切羽側コッタ１５を把持する。
【００３７】
一方、テール側コッタ１４が係止溝１１に挿入されると、コッタ押込装置はマニプレータ５３が切羽側コッタ１５を取りにいっている間に、圧入ジャッキが係止溝１１との対向位置に移動し、圧入ジャッキを伸長してテール側コッタ１４を押圧して押込み、係止部１４ａを切羽側コッタ金具１３の係止溝１３ａに通過させてテール側コッタ金具１２の係止溝１２ａに係止し、その後に退避する。すると、マニプレータ５３は基準位置Ｐ1 にて把持した切羽側コッタ１５を、基準位置Ｐ2 、Ｐ3 、Ｐ4 と移動して係止溝１１に挿入し、続いて圧入ジャッキがこの切羽側コッタ１５を押込んで係止部１５ａを切羽側コッタ金具１３の係止溝１３ａに係止する。このような作業の繰り返しによりセグメント締結装置５１，５２により６つのセグメントＡ１，Ａ２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｋを全て締結する。
【００３８】
このように本実施形態のエレクタ装置２１では、セグメント締結装置５１，５２を６軸のマニプレータ５３，５４によって構成し、このマニプレータ５３，５４の教示動作により把持レバー６３，６４がカートリッジ６７内のコッタ１４，１５を把持し、セグメント同士の端面にトンネル長手方向に沿って形成された係止溝１１に対して切羽側から挿入し、圧入ジャッキがコッタ１４，１５を押し込んで係止部１４ａ，１５ａをコッタ金具１２，１３の係止溝１２ａ，１３ａに係止することでセグメント同士を締結するようにしている。
【００３９】
従って、マニプレータ５３，５４の作動によりカートリッジ６７内のコッタ１４，１５をセグメントの係止溝１１まで移動して挿入することができ、複数のスライド機構を設けることなく簡素化された装置により容易にセグメント締結作業を行うことができ、装置の簡素化及び作業性の向上を図ることができる。
【００４０】
また、制御装置207は教示データに基づいて、且つ、位置偏差及び距離偏差によりこの教示データを補正しながら、マニプレータ駆動装置206によりマニプレータ５３，５４を作動してコッタ１４，１５を係止溝１１に対して挿入してセグメント同士を締結するようにしている。従って、セグメントの締結作業を用意に短時間で行うことができる。
【００４１】
図９に本発明の第２実施形態に係るセグメント締結装置の概略を示す。なお、前述した実施形態で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００４２】
本実施形態において、図７に示すように、セグメントサポート３６には左右一対のセグメント締結装置７１，７２が装着されており、６つの可動軸を有するマニプレータ７３，７４により構成され、ほぼ同様の構成となっている。
【００４３】
セグメント締結装置７１において、セグメントサポート３６の前部には円形の基盤５５が固定され、この基盤５５には回転台５６、第１アーム５７、第２アーム５８、第３アーム５９、第４アーム６０、工具アーム６１からなるマニプレータ７３が装着され、この工具アーム６１に把持部６２とコッタ押込部７５が装着されている。把持部６２は把持レバー６３，６４と把持ジャッキ６５とからなり、コッタ１４，１５の取手部１４ｃ，１５ｃを把持可能となっている。一方、コッタ押込部７５にて、工具アーム６１に固定された取付板７６には一対の係止レバー７７が係止ジャッキ７８により開閉可能に装着され、先端部を係止溝１１に挿入したときに切羽側コッタ金具１３の係止凹部（図示略）に係止可能となっている。また、取付板７６には圧入ジャッキ７９が装着され、駆動ロッドが係止レバー７７の間から前方に延出して先端部にコッタ１４，１５の取手部１４ｃ，１５ｃの後端部を押圧する押圧部８０が固定されている。
【００４４】
従って、セグメント締結装置７１にて、マニプレータ７３の把持部６２がカートリッジ６７内のテール側コッタ１４を把持して所定位置に作動し、このコッタ１４を係止溝１１に挿入して後退すると、工具アーム６１がほぼ９０度水平回動してコッタ押込部７５を係止溝１１に対向させる。そして、コッタ押込部７５が前進すると共に圧入ジャッキ７９を伸長して押圧部８０によりテール側コッタ１４を押圧して押込み、係止部１４ａを切羽側コッタ金具１３の係止溝１３ａに通過させてテール側コッタ金具１２の係止溝１２ａに係止し、その後に退避する。同様に、マニプレータ５３は把持部６２が切羽側コッタ１５を把持して移動し、係止溝１１に挿入した後、圧入ジャッキ７９を作動して切羽側コッタ１５を押込んで係止部１５ａを切羽側コッタ金具１３の係止溝１３ａに係止する。
【００４５】
このように本実施形態では、セグメント締結装置７１，７２を６軸のマニプレータ５３，５４によって構成し、このマニプレータ５３，５４の教示動作により把持部６２がカートリッジ６７内のコッタ１４，１５を把持し、セグメントの係止溝１１に挿入し、続いて圧入ジャッキ７９がこのコッタ１４，１５を押し込んでセグメント同士を締結するようにしている。従って、マニプレータ５３，５４の教示動作により係止溝１１へのコッタ１４，１５の挿入と押込を連続して行うことができ、セグメント締結作業の作業性を向上することができる。
【００４６】
図１０に本発明の第３実施形態に係るセグメント締結装置の概略を示す。なお、前述した実施形態で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００４７】
本実施形態にて、図１０に示すように、隣接するＡ１セグメントとＡ３セグメントとが密着する内周面には、トンネル径方向に沿って２つの係止溝（係止孔）101が形成されており、各係止溝101は先細形状となっている。一方、この係止溝101に圧入されてセグメント同士を連結固定するコッタ102はこの係止溝101と同形状をなしている。セグメントサポート３６には左右一対のセグメント締結装置８１（一方は図示略）が装着されており、６つの可動軸を有するマニプレータ８２により構成されており、このコッタ102を把持して係止溝101に挿入可能となっている。
【００４８】
このセグメント締結装置８１において、セグメントサポート３６の側部には円形の基盤５５が固定され、この基盤５５には回転台５６、第１アーム５７、第２アーム５８、第３アーム５９、第４アーム６０、工具アーム６１からなるマニプレータ８２が装着され、この工具アーム６１に把持部８３が装着されている。この把持部８３は把持レバー８４，８５と把持ジャッキ８６とからなり、コッタ102の中央凹部102aを把持可能となっている。また、セグメントサポート３６の側部には取付台８７によりカートリッジ８８が固定されている。このカートリッジ８８は上方に開口し、内部にコッタ102が収納されている。
【００４９】
従って、セグメント締結装置８１にて、マニプレータ８２の把持部８３がカートリッジ８８内のコッタ102を把持して所定位置に作動し、このコッタ102を係止溝１１に挿入して後退すると、図示しないコッタ押込装置がこのコッタ102を押圧して押込み、セグメントを連結固定することができる。
【００５０】
このように本実施形態では、セグメント締結装置８１にあっては、セグメントの内周面に形成された係止溝101に対して、セグメントの内周面からコッタ102を挿入することができ、マニプレータ８２をどのようなコッタに対しても利用することができ、汎用性を向上することができる。
【００５１】
なお、この実施形態では、工具アーム６１に把持部８３のみを装着したが、第２実施形態と同様に、工具アーム６１に把持部８３とコッタ押込部を装着して切換可能としてもよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように請求項１の発明のセグメント締結装置によれば、既設セグメントに対して新設セグメントを把持して周方向に沿って弧状に組み付けた後、前記各セグメント同士の密着部側面に形成された係止孔に対してコッタを挿入して両者を連結固定するセグメント締結装置において、掘削機本体の後部にトンネルの長手方向と周方向と径方向とに移動自在に支持された移動体と、該移動体に装着されたコッタ容器と、基端部が前記移動体に支持されて先端部にコッタを把持可能な把持部を有して前記コッタ容器内に収納されたコッタを前記係止孔へ挿入可能な少なくとも６つの可動軸を有するマニプレータと、を具えたので、マニプレータの教示動作によりカートリッジ内のコッタをセグメントの係止孔まで移動して挿入することができ、複数のスライド機構を設けることなく簡素化された装置により容易にセグメント締結作業を行うことができ、装置の簡素化及び作業性の向上を図ることができる。
【００５３】
また、請求項２の発明のセグメント締結装置によれば、コッタ容器を移動体に着脱自在なカートリッジとしたので、収納したコッタを使用した後に、空のカートリッジとコッタを収納した新しいカートリッジとを交換可能することで作業性の向上を図ることができる。
【００５４】
また、請求項３の発明のセグメント締結装置によれば、マニプレータの先端部に把持部と共にコッタ押込手段を設けたので、マニプレータの教示動作により係止孔へのコッタの挿入作業と押込作業を連続して行うことができ、セグメント締結作業の作業性を向上することができる。
【００５５】
また、請求項４の発明のセグメント締結装置によれば、マニプレータの先端部の移動位置及び姿勢を教示データとして任意に記憶し、駆動制御部が記憶された教示データに基づいてマニプレータを駆動制御するようにしたので、マニプレータを自動的に駆動制御することで作業性の向上を図ることができる。
【００５６】
また、請求項５の発明のセグメント締結装置によれば、マニプレータの先端部に装着されたカメラにより撮影された画像に基づいてコッタと係止孔との隙間の位置データを求めるようにしたので、係止孔に対するコッタの挿入作業を円滑に行うことができる。
【００５７】
また、請求項６の発明のセグメント締結装置によれば、コッタと係止孔との隙間の計測位置データと予め設定された所定の隙間位置データとの位置偏差を演算し、この位置偏差に基づいて教示データにおける移動位置データを補正するようにしたので、係止孔に対するコッタの挿入位置制御をフィードバック制御することで、作業精度の向上を図ることができる。
【００５８】
また、請求項７の発明のセグメント締結装置によれば、マニプレータの先端部に装着された距離計により計測されたマニプレータの先端部から係止孔のあるセグメント端面までの距離データと予め設定された所定の距離データとの距離偏差を演算し、この距離偏差に基づいて教示データにおける移動位置データを補正するようにしたので、係止孔に対するコッタの挿入位置制御をフィードバック制御することで、作業精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態に係るセグメント締結装置の概略構成図である。
【図２】  本実施形態のセグメント締結装置が適用されたエレクタ装置の正面図である。
【図３】  エレクタ装置の側面図である。
【図４】  セグメント締結装置を構成するマニプレータ先端部の概略図である。
【図５】  マニプレータの制御ブロック図である。
【図６】  セグメントの組付状態を表す概略図である。
【図７】  セグメント締結部の概略図である。
【図８】  コッタの概略図である。
【図９】  本発明の第２実施形態に係るセグメント締結装置の概略図である。
【図１０】  本発明の第３実施形態に係るセグメント締結装置の概略図である。
【符号の説明】
１１  係止溝（係止孔）
１２  テール側コッタ金具
１３  切羽側コッタ金具
１２ａ，１３ａ  係止溝
１４  テール側コッタ
１５  切羽側コッタ
１４ａ，１５ａ  係止部
１４ｃ，１５ｃ  取手部
２１  エレクタ装置
２２  掘削機本体
２３  シールドジャッキ
３６  セグメントサポート（移動体）
５１，５２  セグメント締結装置
５３，５４  マニプレータ
５５  基盤
５６  回転台
５７  第１アーム
５８  第２アーム
５９  第３アーム
６０  第４アーム
６１  工具アーム
６２  把持部
６７  カートリッジ
７１，７２  セグメント締結装置
７３，７４  マニプレータ
７５  コッタ押込部
７９  圧入ジャッキ
８１  セグメント締結装置
８２  マニプレータ
８３  把持部
101   係止溝（係止孔）
102   コッタ
Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｋ  セグメント
201   カメラ
202   距離計
204   Ｘ−Ｙ方向位置補正部（第１補正部）
205   Ｚ方向位置補正部（第２補正部）
206   マニプレータ駆動装置
207   制御装置
208   操作装置
209   メモリ（記憶部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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