(57)【要約】【課題】低コスト且つ省スペースでカッタ前面荷重を的確に検知可能なカッタ前面荷重検知方法及び装置並びに掘進機を提供する。【解決手段】フレーム(1)に対するセンタシャフト(4)またはシャフト支持部材(6)のスラスト方向での第１の変位を検知する第１変位検知手段(20)と、シャフト支持部材(6)に対するセンタシャフト(4)のスラスト方向での第２の変位を検知する第２変位検知手段(22)とを備える。さらに、これら第１及び第２の変位に応じて推進手段(10)の推進速度を制御する制御手段(32)を備える。【選択図】図１
2008127825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転により土石を切削するカッタヘッドが旋回部材によって支持部材を介してフレームに回転可能に支持され、推進手段により前記フレームを推進させることで該フレーム、前記支持部材及び前記旋回部材とともに前記カッタヘッドを土石を切削しつつ前進させる掘進機のカッタ前面荷重検知方法であって、
前記フレームに対する前記旋回部材または前記支持部材のスラスト方向での第１の変位を検知し、
前記支持部材に対する前記旋回部材のスラスト方向での第２の変位を検知し、
これら第１及び第２の変位の少なくともいずれか一方が各初期値より大きいときには前記カッタヘッドが該変位に応じたカッタ前面荷重を受けたとみなすことを特徴とする掘進機のカッタ前面荷重検知方法。
【請求項２】
回転により土石を切削するカッタヘッドが旋回部材によって支持部材を介してフレームに回転可能に支持され、推進手段により前記フレームを推進させることで該フレーム、前記支持部材及び前記旋回部材とともに前記カッタヘッドを土石を切削しつつ前進させる掘進機のカッタ前面荷重検知装置であって、
前記フレームに対する前記旋回部材または前記支持部材のスラスト方向での第１の変位を検知する第１変位検知手段と、
前記支持部材に対する前記旋回部材のスラスト方向での第２の変位を検知する第２変位検知手段とを備え、
これら第１及び第２の変位の少なくともいずれか一方が各初期値より大きいときには前記カッタヘッドが該変位に応じたカッタ前面荷重を受けたとみなすことを特徴とする掘進機のカッタ前面荷重検知装置。
【請求項３】
前記第１変位検知手段及び前記第２変位検知手段はそれぞれ変位センサまたは測距センサで構成されることを特徴とする、請求項２記載の掘進機のカッタ前面荷重検知装置。
【請求項４】
回転により土石を切削するカッタヘッドが旋回部材によって支持部材を介してフレームに回転可能に支持され、推進手段により前記フレームを推進させることで該フレーム、前記支持部材及び前記旋回部材とともに前記カッタヘッドを土石を切削しつつ前進させる掘進機であって、
前記フレームに対する前記旋回部材または前記支持部材のスラスト方向での第１の変位を検知する第１変位検知手段と、
前記支持部材に対する前記旋回部材のスラスト方向での第２の変位を検知する第２変位検知手段と、
これら第１及び第２の変位の少なくともいずれか一方が各初期値より大きいときには該変位に応じて前記推進手段の推進速度を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする掘進機。
【請求項５】
前記制御手段は、前記第１変位検知手段により初期値より大きな第１の変位のみが検知されたときには、該第１の変位のみに応じて前記推進手段の推進速度を制限し、前記第２変位検知手段により初期値より大きな第２の変位が検知されたときには、該第２の変位に応じて前記推進手段の推進速度をより大きく制限することを特徴とする、請求項４記載の掘進機。
【請求項６】
前記制御手段は、前記第２変位検知手段により所定値以上の第２の変位が検知されたときには、前記推進手段による推進を停止することを特徴とする、請求項５記載の掘進機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掘進機のカッタ前面荷重検知方法及び装置並びに掘進機に係り、詳しくは、低コスト且つ省スペースで掘進機のカッタ前面荷重を検知する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
地中にトンネル等の坑を掘削するための掘進機には、センタシャフトによってカッタヘッドを回転可能に支持するセンタシャフト支持方式、隔壁に旋回環を備えてカッタヘッドを回転可能に支持する中間ビーム支持方式、外周ビームによってカッタヘッドを回転可能に支持する外周ビーム支持方式等の種々の方式のものがある。
例えば、センタシャフト支持方式を用いた掘進機の場合、カッタヘッドのセンタシャフトは、例えば外殻フレームの前端に設けられた隔壁の中心部を貫通し、スラスト軸受とラジアル軸受からなるカッタ軸受を介して隔壁と一体をなすシャフト支持部材に軸支されており、当該センタシャフトに固定されたカッタヘッドギヤがピニオンを介して駆動モータにより駆動されることで回転可能に構成されている。
【０００３】
ところで、掘進機は、例えばシールド掘進機の場合には、カッタヘッドで土石を切削しながら後部に設けられたジャッキを伸長させて前進するように構成されており、この際、カッタヘッドは後方から土石に強く押圧されるため、反力としてカッタ前面荷重を受けることになる。このようにカッタヘッドがカッタ前面荷重を受けると、センタシャフト支持方式では当該カッタ前面荷重はセンタシャフトを介してカッタ軸受、シャフト支持部材ひいては隔壁に伝達されることになり、例えば硬い地質の場所では、非常に大きな力がカッタ軸受、シャフト支持部材ひいては隔壁に作用することになり、状況によってはシャフト支持部材や隔壁が後方に大きく撓んだり或いはカッタ軸受のスラスト軸受機能が損なわれたりして掘進機の故障を招くおそれがある。
【０００４】
そこで、このような掘進機の故障を未然に防止すべく、カッタ前面荷重を検出する手法が種々考えられており、例えば、シャフト支持部材等に歪計を設置し、当該歪計の検出結果に基づき算出された応力値と予め荷重条件を設定し構造解析により求めておいた応力値とを比較してカッタ前面荷重を検出する手法が公知である（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１７０４７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示される手法の場合、予め荷重条件を設定して構造解析を行っておかなければならず、カッタ前面荷重を検出するのに手間がかかるという問題がある。
また、当該手法では、歪計の検出結果を演算処理するための機材を掘進機に設置する必要があり、コストがかかるのみならず機材の設置スペースが必要となり、特にセンタシャフト支持方式が多用される小口径の小型掘進機においては、設置スペースが小さく当該手法を採用し難いという欠点がある。
【０００６】
さらに、歪計を適正に配置することは容易でなく、専門業者に頼らざるを得ないという事情もある。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、低コスト且つ省スペースで掘進機のカッタ前面荷重を的確に検知可能な掘進機のカッタ前面荷重検知方法及び装置並びに掘進機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的を達成するために、請求項１の掘進機のカッタ前面荷重検知方法は、回転により土石を切削するカッタヘッドが旋回部材によって支持部材を介してフレームに回転可能に支持され、推進手段により前記フレームを推進させることで該フレーム、前記支持部材及び前記旋回部材とともに前記カッタヘッドを土石を切削しつつ前進させる掘進機のカッタ前面荷重検知方法であって、前記フレームに対する前記旋回部材または前記支持部材のスラスト方向での第１の変位を検知し、前記支持部材に対する前記旋回部材のスラスト方向での第２の変位を検知し、これら第１及び第２の変位の少なくともいずれか一方が各初期値より大きいときには前記カッタヘッドが該変位に応じたカッタ前面荷重を受けたとみなすことを特徴とする。
【０００８】
請求項２の掘進機のカッタ前面荷重検知装置は、回転により土石を切削するカッタヘッドが旋回部材によって支持部材を介してフレームに回転可能に支持され、推進手段により前記フレームを推進させることで該フレーム、前記支持部材及び前記旋回部材とともに前記カッタヘッドを土石を切削しつつ前進させる掘進機のカッタ前面荷重検知装置であって、前記フレームに対する前記旋回部材または前記支持部材のスラスト方向での第１の変位を検知する第１変位検知手段と、前記支持部材に対する前記旋回部材のスラスト方向での第２の変位を検知する第２変位検知手段とを備え、これら第１及び第２の変位の少なくともいずれか一方が各初期値より大きいときには前記カッタヘッドが該変位に応じたカッタ前面荷重を受けたとみなすことを特徴とする。
【０００９】
請求項３の掘進機のカッタ前面荷重検知装置では、請求項２において、前記第１変位検知手段及び前記第２変位検知手段はそれぞれ変位センサまたは測距センサで構成されることを特徴とする。
請求項４の掘進機は、回転により土石を切削するカッタヘッドが旋回部材によって支持部材を介してフレームに回転可能に支持され、推進手段により前記フレームを推進させることで該フレーム、前記支持部材及び前記旋回部材とともに前記カッタヘッドを土石を切削しつつ前進させる掘進機であって、前記フレームに対する前記旋回部材または前記支持部材のスラスト方向での第１の変位を検知する第１変位検知手段と、前記支持部材に対する前記旋回部材のスラスト方向での第２の変位を検知する第２変位検知手段と、これら第１及び第２の変位の少なくともいずれか一方が各初期値より大きいときには該変位に応じて前記推進手段の推進速度を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項５の掘進機では、請求項４において、前記制御手段は、前記第１変位検知手段により初期値より大きな第１の変位のみが検知されたときには、該第１の変位のみに応じて前記推進手段の推進速度を制限し、前記第２変位検知手段により初期値より大きな第２の変位が検知されたときには、該第２の変位に応じて前記推進手段の推進速度をより大きく制限することを特徴とする。
【００１１】
請求項６の掘進機では、請求項５において、前記制御手段は、前記第２変位検知手段により所定値以上の第２の変位が検知されたときには、前記推進手段による推進を停止することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の掘進機のカッタ前面荷重検知方法によれば、第１の変位と第２の変位を検知し、これら第１及び第２の変位の少なくともいずれか一方が各初期値より大きいときにはカッタヘッドが該変位に応じたカッタ前面荷重を受けたとみなすので、第１の変位と第２の変位の２つの変位に基づき簡単にして低コスト且つ省スペースでカッタ前面荷重を的確に検知することができる。
【００１３】
これより、小型掘進機であっても、簡単な構成にしてカッタ前面荷重を的確に検知することができる。
請求項２の掘進機のカッタ前面荷重検知装置によれば、第１変位検知手段と第２変位検知手段により第１の変位と第２の変位を検知し、これら第１及び第２の変位の少なくともいずれか一方が各初期値より大きいときにはカッタヘッドが該変位に応じたカッタ前面荷重を受けたとみなすので、第１変位検知手段と第２変位検知手段による第１の変位と第２の変位の２つの変位に基づき簡単にして低コスト且つ省スペースでカッタ前面荷重を的確に検知することができる。
【００１４】
請求項３の掘進機のカッタ前面荷重検知装置によれば、第１変位検知手段と第２変位検知手段に変位センサまたは測距センサを用いることで簡単にして低コストでカッタ前面荷重を的確に検知することができる。
請求項４の掘進機によれば、第１変位検知手段と第２変位検知手段により第１の変位と第２の変位を検知し、これら第１及び第２の変位の少なくともいずれか一方が各初期値より大きいときには該変位に応じて推進手段の推進速度を制御するようにしたので、第１変位検知手段と第２変位検知手段による第１の変位と第２の変位の２つの変位に基づき簡単にして低コスト且つ省スペースでカッタ前面荷重を的確に検知しつつ推進手段の推進速度を適切に制限するようにでき、掘進機を十分に保護することができる。
【００１５】
請求項５の掘進機によれば、初期値より大きな第１の変位のみが検知されたときには、該第１の変位のみに応じて推進手段の推進速度を制限し、初期値より大きな第２の変位が検知されたときには、該第２の変位に応じて推進手段の推進速度をより大きく制限するようにしたので、第１変位検知手段と第２変位検知手段による第１の変位と第２の変位の２つの変位に基づきカッタ前面荷重を的確に検知しつつ推進手段の推進速度を適切に制限するようにでき、掘進機を十分に保護することができる。
【００１６】
請求項６の掘進機によれば、所定値以上の第２の変位が検知されたときには推進手段による推進を停止するので、掘進機を破損なく確実に保護することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
先ず、第１実施例について説明する。
図１は、本発明のカッタ前面荷重検知方法及び装置が適用される第１実施例に係る掘進機の縦断面図を示す（部材断面を示す斜線は省略、以下同様）。
当該第１実施例では、掘進機としてセンターシャフト支持方式のシールド掘進機が採用される。
【００１８】
同図に示すように、本発明の第１実施例に係るシールド掘進機では、円筒状のシールドフレーム１の前端内部に隔壁２が径方向に一体に設けられており、当該隔壁２の中心部をカッタヘッド３に接合されたセンターシャフト（旋回部材）４が回転可能に貫通している。そして、センターシャフト４の後端部が、スラスト軸受５ａとラジアル軸受５ｂからなるカッタ軸受５を介して隔壁２に一体に接合されたシャフト支持部材（支持部材）６に回転自在に軸支されている。
【００１９】
センターシャフト４には、隔壁２とシャフト支持部材６間に位置してカッタヘッドギヤ７が外嵌されており、一方シャフト支持部材６には、カッタヘッドギヤ７と噛合するピニオン９を備えた回転駆動モータ８が固定されている。つまり、センターシャフト４は、回転駆動モータ８によりピニオン９、カッタヘッドギヤ７を介して駆動されてカッタヘッド３を高トルクで回転可能である。これにより、シールド掘進機は、カッタヘッド３を回転させながらカッタヘッド３前面に複数配設されたカッタビット（図示せず）により前方の土石を切削可能である。なお、図１においてカッタヘッド３、センターシャフト４及びカッタヘッドギヤ７等を斜線で示してあるが、当該斜線部分が回転駆動モータ８により回転する部分である。
【００２０】
また、当該シールド掘進機には、シールドフレーム１の後端部に位置して油圧シリンダからなるシールドジャッキ（推進手段）１０（簡易的にブロックで示す）が設けられている。これにより、シールド掘進機は、土石を切削しながら当該シールドジャッキ１０を伸長させることで後方に設置したセグメント（図示せず）の反力を受けてシールド掘進機を前進可能である。
【００２１】
シャフト支持部材６のボス部６ａの後端には、カッタ軸受５、即ちセンターシャフト４とボス部６ａとの間に充填した潤滑剤の外部への飛散を防止するため、環状のシール部材１１が内周面をセンターシャフト４の外周面に当接させて複数のボルト１２によって固定されている。詳しくは、センターシャフト４の外周面には、全周に亘り環状突起４ａが形成されており、シール部材１１は、当該環状突起４ａの少なくともセンターシャフト４の先端側の面と当接するようにボス部６ａの後端に固定されている。
【００２２】
そして、シール部材１１の外側の面１１ａのスラスト方向の変位を検知するようにして２個の第１変位センサ（第１変位検知手段）２０、第２変位センサ（第２変位検知手段）２２が設けられており、第１変位センサ２０については腕部材２４の先端に支持され、第２変位センサ２２については腕部材２６の先端に支持されている。なお、腕部材２４、２６は例えば十分な剛性を有した中空の角材で構成されている。
【００２３】
図２に第２変位センサ２２の固定部分を拡大して示すように、第２変位センサ２２は、センサ先端部２２ａがシール部材１１の外側の面１１ａに当接するよう金具２３によって腕部材２６の先端に固定されている。なお、図示しないものの、第１変位センサ２０についても、第２変位センサ２２と同様に、センサ先端部２０ａがシール部材１１の外側の面１１ａに当接するようにして腕部材２４の先端に固定されている。
【００２４】
詳しくは、第１変位センサ２０を支持する腕部材２４は、その後端がシールドフレーム１の一部１ａに固定されており、一方、第２変位センサ２２を支持する腕部材２６は、その後端がシャフト支持部材６に固定されている。これより、第１変位センサ２０については、シールドフレーム１に対するセンターシャフト４またはシャフト支持部材６のスラスト方向の相対変位をシール部材１１を介して検知可能であり、第２変位センサ２２については、シャフト支持部材６に対するセンターシャフト４のスラスト方向の相対変位をシール部材１１を介して検知可能である。
【００２５】
操作盤３０はシールド掘進機の各種操作及び制御を行うための装置であり、本発明に係るシールド掘進機では、操作盤３０内にカッタ前面荷重検知部３１とシールドジャッキ制御部（制御手段）３２とを備えている。カッタ前面荷重検知部３１の入力側には上記第１変位センサ２０、第２変位センサ２２が電気的に接続され、カッタ前面荷重検知部３１はシールドジャッキ制御部３２に内部接続され、シールドジャッキ制御部３２の出力側には上記シールドジャッキ１０の油圧制御部（図示せず）が電気的に接続されている。
【００２６】
以下、上記のように構成されたセンターシャフト支持方式のシールド掘進機の本発明に係る作用を説明しつつ、併せて本発明に係るカッタ前面荷重検知方法、カッタ前面荷重検知装置の作用について説明する。
上述したように、シールド掘進機は、カッタヘッド３を回転させてカッタビットで土石を切削しながらシールドジャッキ１０を伸長させることによりシールド掘進機を前進可能である。
【００２７】
しかしながら、掘削する土質が硬い場所等では、カッタヘッド３を回転させてもカッタビットが土石を十分に切削できないことがあり得、このような場合、シールドジャッキ１０を伸長させてもシールド掘進機を前進させることができず、カッタヘッド３は反力としてカッタ前面荷重を大きく受けることとなる。
このようにカッタヘッド３がカッタ前面荷重を大きく受けると、当該荷重は、センターシャフト４をスラスト方向後方に押圧し、主としてスラスト軸受５ａを介してシャフト支持部材６ひいては隔壁２を撓ませるように作用する。シャフト支持部材６や隔壁２が撓ませられると、シールドフレーム１に対してシャフト支持部材６がスラスト方向で相対変位することになり、シール部材１１を介してセンサ先端部２０ａが圧縮され、当該シールドフレーム１に対するセンターシャフト４またはシャフト支持部材６の相対変位が第１変位センサ２０によって検知される。
【００２８】
さらに、カッタ前面荷重が極めて大きいような場合には、当該荷重は、スラスト軸受５ａの軸受能力を超えてセンターシャフト４をスラスト方向に押圧しようとし、この場合には、シャフト支持部材６に対してセンターシャフト４がスラスト方向で相対変位することになり、シール部材１１が環状突起４ａに押されて撓むことでセンサ先端部２２ａが圧縮され、当該シャフト支持部材６に対するセンターシャフト４の相対変位が第２変位センサ２２によって検知される。
【００２９】
このように第１変位センサ２０、第２変位センサ２２によって変位が検知されると、当該変位情報はカッタ前面荷重検知部３１に入力する。
図３を参照すると、カッタ前面荷重検知部３１及びシールドジャッキ制御部３２が実行するシールドジャッキ制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同フローチャートに基づき第１実施例に係るシールドジャッキ制御の制御内容を説明する。
【００３０】
ステップＳ１０では、第１変位センサ２０の出力Ｄ1を読込み、ステップＳ１２では、第２変位センサ２２の出力Ｄ2を読込む。
ステップＳ１４では、第２変位センサ２２の出力Ｄ2が初期値より大きいか否か、即ちスラスト軸受５ａの軸受能力を超えてセンターシャフト４が後退し、シャフト支持部材６に対してセンターシャフト４が相対変位したか否かを判別する。
【００３１】
ここに、出力Ｄ2の初期値は例えば第２変位センサ２２の初期設置時の値である。また、出力Ｄ2は当該出力Ｄ2が当該初期値以上の範囲においてはカッタ前面荷重Ｆ2と略比例していることから、これら出力Ｄ2の値とカッタ前面荷重Ｆ2とは実験等により予め関係付けられている。通常はステップＳ１４の判別結果は偽（Ｎｏ）であって第２変位センサ２２の出力Ｄ2に変化はなく初期値は維持され（出力変化無し）、この場合にはステップＳ１６に進む。
【００３２】
ステップＳ１６では、第１変位センサ２０の出力Ｄ1が初期値より大きいか否か、即ちカッタ前面荷重によりシャフト支持部材６や隔壁２が撓み、シールドフレーム１に対してセンターシャフト４またはシャフト支持部材６が相対変位したか否かを判別する。
ここに、出力Ｄ1の初期値は例えば第１変位センサ２０の初期設置時の値である。また、出力Ｄ1は当該出力Ｄ1が当該初期値以上の範囲においてはカッタ前面荷重Ｆ1と略比例していることから、上記出力Ｄ2と同様にこれら出力Ｄ1の値とカッタ前面荷重Ｆ1とは実験等により予め関係付けられている。なお、上記カッタ前面荷重Ｆ2はシャフト支持部材６や隔壁２を撓ませるよりも大きな力、即ちスラスト軸受５ａの軸受能力を超えてセンターシャフト４を後退させるほどの大きな力であることから、出力Ｄ1と出力Ｄ2とが同一の値では上記カッタ前面荷重Ｆ2の方がカッタ前面荷重Ｆ1よりも大きな値を採る。
【００３３】
ステップＳ１６の判別結果が偽（Ｎｏ）で初期値より大きな出力Ｄ1が検知されていない場合（出力変化無しの場合）には、カッタ前面荷重Ｆ1は構造部材の耐用範囲と判断でき、当該ルーチンを抜ける。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）で第１変位センサ２０の出力Ｄ1が初期値より大きいような場合には、カッタヘッド３は当該出力Ｄ1に応じたカッタ前面荷重Ｆ1を受けたとみなすことができ、ステップＳ１８に進む。
【００３４】
ステップＳ１８では、第１変位センサ２０の出力Ｄ1に応じてシールドジャッキ速度を制御する。具体的には、当該出力Ｄ1が大きくなるほどシールドジャッキ速度が小さくなるよう、当該シールドジャッキ速度を例えばゲインＧ1で減速側に補正する。即ち、初期値より大きな出力Ｄ1のみが検知された場合には、出力Ｄ1のみに基づいてシールドジャッキ速度を制限する。なお、ゲインＧ1については実験等に基づき適宜設定される。
【００３５】
一方、上記ステップＳ１４の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、第２変位センサ２２の出力Ｄ2が初期値より大きいような場合には、カッタヘッド３は当該出力Ｄ2に応じたカッタ前面荷重Ｆ2を受けたとみなすことができ、ステップＳ２０に進む。
ステップＳ２０では、第２変位センサ２２の出力Ｄ2が所定値以上であるか否かを判別する。即ち、出力Ｄ2に対応するカッタ前面荷重Ｆ2がスラスト軸受５ａの破損を示す程の極めて大きな値に達しているか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）で出力Ｄ2が所定値未満である場合には、ステップＳ２２に進む。
【００３６】
ステップＳ２２では、出力Ｄ2に応じてシールドジャッキ速度を制御する。この場合、カッタヘッド３には上述した如く少なくともスラスト軸受５ａの軸受能力を超えるほどの大きな力が作用していると判断できるため、具体的には、出力Ｄ2の増大に応じてシールドジャッキ速度が大幅に小さくなるよう、当該シールドジャッキ速度を上記ゲインＧ1よりも大きなゲインＧ2で減速側に補正する。即ち、初期値より大きく所定値未満の出力Ｄ2が検知された場合には、出力Ｄ2に基づいてシールドジャッキ速度をより大きく制限する。なお、ゲインＧ2については上記同様に実験等により適宜設定される。
【００３７】
一方、上記ステップＳ２０の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、第２変位センサ２２の出力Ｄ2が所定値以上と判定された場合には、カッタ前面荷重Ｆ2がスラスト軸受５ａの破損を示す程の極めて大きな値にまで達していると判断でき、この場合にはステップＳ２４に進み、シールドジャッキ１０の作動を停止させる。
このように、本発明に係るカッタ前面荷重検知方法及び装置並びに掘進機では、センタシャフト支持方式の掘進機において、２個の第１変位センサ２０と第２変位センサ２２とを用い、第１変位センサ２０によってシールドフレーム１に対するセンターシャフト４またはシャフト支持部材６の相対変位（出力Ｄ1）を検知し、第２変位センサ２２によってシャフト支持部材６に対するセンターシャフト４の相対変位（出力Ｄ2）を検知し、これら検知情報に基づいてシールドジャッキ１０を減速制御するようにしている。
【００３８】
従って、当該カッタ前面荷重検知方法及び装置並びに掘進機によれば、センタシャフト支持方式の掘進機において、２個の変位センサを用い、これら２個の変位センサからの出力に基づいて、複雑な演算処理を必要としないことで演算処理のための機材を別途必要とせず操作盤３０を有効に利用しつつ、簡単な構成にして全体として低コスト且つ省スペースを実現してカッタ前面荷重を的確に検知することができる。さらに、これら２個の変位センサからの出力に基づいて、シールドジャッキ１０を適切に減速或いは停止するようにでき、掘進機を十分に保護することができる。特に、第２変位センサ２２の出力Ｄ2が所定値以上であってカッタ前面荷重Ｆ2が極めて大きな値であるときには、シールドジャッキ１０の作動を停止させるようにしているので、掘進機を破損なく確実に保護することができる。
【００３９】
これより、センタシャフト支持方式は小口径の小型掘進機に多用される傾向にあるところ、このような小型掘進機であっても、本発明に係るカッタ前面荷重検知方法及び装置を適用することで、簡単な構成でありながらカッタ前面荷重を的確に検知して掘進機を確実に保護することができる。
図４を参照すると、第１実施例の変形例に係るシールドジャッキ制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同フローチャートに基づき第１実施例の変形例に係るシールドジャッキ制御の制御内容を説明する。
【００４０】
当該変形例では、先ず上記図３のステップＳ１０、Ｓ１２と同様に、ステップＳ３０において第１変位センサ２０の出力Ｄ1を読込み、ステップＳ３２において第２変位センサ２２の出力Ｄ2を読込む。
ステップＳ３４では、出力Ｄ1をカッタ前面荷重Ｆ1に変換する。具体的には、出力Ｄ1の値とカッタ前面荷重Ｆ1とを実験等により予め関係付けてマップ化しておき、当該マップからカッタ前面荷重Ｆ1を求める。
【００４１】
さらに、ステップＳ３６では、出力Ｄ2をカッタ前面荷重Ｆ2に変換する。具体的には、カッタ前面荷重Ｆ1と同様、出力Ｄ2の値とカッタ前面荷重Ｆ2とを実験等により予め関係付けてマップ化しておき、当該マップからカッタ前面荷重Ｆ2を求める。なお、出力Ｄ1と出力Ｄ2とが同一の値ではカッタ前面荷重Ｆ2の方がカッタ前面荷重Ｆ1よりも大きな値を採ることは上述の通りである。
【００４２】
ステップＳ３８では、第２変位センサ２２の出力Ｄ2に基づき上記出力Ｄ2の初期値に対応する初期荷重値より大きなカッタ前面荷重Ｆ2が検知されたか否か、即ちスラスト軸受５ａの軸受能力を超えてセンターシャフト４が後退し、シャフト支持部材６に対してセンターシャフト４が相対変位して初期荷重値を超えるようなカッタ前面荷重Ｆ2が発生したか否かを判別する。通常であれば判別結果は偽（Ｎｏ）であって初期荷重値より大きなカッタ前面荷重Ｆ2は検知されておらず（出力変化無し）、ステップＳ４０に進む。
【００４３】
ステップＳ４０では、第１変位センサ２０の出力Ｄ1に基づき初期荷重値より大きなカッタ前面荷重Ｆ1が検知されたか否か、即ちカッタ前面荷重によりシャフト支持部材６や隔壁２が撓み、シールドフレーム１に対してセンターシャフト４またはシャフト支持部材６が相対変位して初期荷重値を超えるようなカッタ前面荷重Ｆ1が発生したか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）で初期荷重値より大きなカッタ前面荷重Ｆ1が検知されていない場合（出力変化無しの場合）、即ちカッタ前面荷重Ｆ1やカッタ前面荷重Ｆ2がそれぞれ初期荷重値を超えるような出力Ｄ2も出力Ｄ1も検知されていない場合には、カッタ前面荷重は構造部材の耐用範囲と判断でき、当該ルーチンを抜ける。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）で第１変位センサ２０の出力Ｄ1に基づき初期荷重値より大きなカッタ前面荷重Ｆ1が検知された場合には、ステップＳ４２に進む。
【００４４】
ステップＳ４２では、上記同様にカッタ前面荷重Ｆ1のみに基づいてシールドジャッキ速度を制限する。
一方、上記ステップＳ３８の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、第２変位センサ２２の出力Ｄ2に基づき初期荷重値より大きなカッタ前面荷重Ｆ2が検知された場合には、ステップＳ４４に進む。
【００４５】
ステップＳ４４では、カッタ前面荷重Ｆ2が上記出力Ｄ2の所定値に対応する所定荷重値以上であるか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）でカッタ前面荷重Ｆ2が所定荷重値未満である場合には、ステップＳ４６に進む。
ステップＳ４６では、上記同様カッタ前面荷重Ｆ2に応じてシールドジャッキ速度をより大きく制限する。
【００４６】
一方、上記ステップＳ４４の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、カッタ前面荷重Ｆ2が所定荷重値以上と判定された場合には、ステップＳ４８に進み、上記同様にシールドジャッキ１０の作動を停止させる。
この変形例においても、２個の変位センサを用い、これら２個の変位センサからの出力に基づいて、複雑な演算処理を必要としないことで演算処理のための機材を別途必要とせず操作盤３０を有効に利用しつつ、簡単な構成にして全体として低コスト且つ省スペースを実現してカッタ前面荷重を的確に検知することができる。さらに、これら２個の変位センサからの出力に基づいて、シールドジャッキ１０を適切に減速或いは停止するようにでき、掘進機を十分に保護することができる。
【００４７】
次に、第２実施例について説明する。
図５は、本発明のカッタ前面荷重検知方法及び装置が適用される第２実施例に係る掘進機の縦断面図を示す。
当該第２実施例では、掘進機として中間ビーム支持方式のシールド掘進機が採用される。
【００４８】
同図に示すように、本発明の第２実施例に係るシールド掘進機では、円筒状のシールドフレーム１０１の前端内部に隔壁１０２が径方向に一体に設けられており、カッタヘッド１０３に複数のビーム１０４を介して接合された環状の旋回環（旋回部材）１０７が当該隔壁１０２を貫通して配設されている。そして、旋回環１０７は、スラストローラ１０５ａ、１０５ｃとラジアルローラ１０５ｂからなるカッタ支持ローラ１０５を介して隔壁１０２と半ば一体に接合された旋回環支持部材（支持部材）１０６に回転自在に支持されている。詳しくは、カッタ支持ローラ１０５はシールドフレーム１０１に沿うよう旋回環支持部材１０６に配設された環状の旋回レール１０６ａに周方向で一定の間隔を有して複数箇所設けられており、旋回環１０７ひいてはカッタヘッド１０３は、当該旋回レール１０６ａに沿って旋回自在である。
【００４９】
旋回環１０７の内周面には、ギヤ歯が形成されており、ピニオン１０９を介して旋回環支持部材１０６に固定された回転駆動モータ１０８が複数連結されている。つまり、旋回環１０７は、回転駆動モータ１０８によりピニオン１０９を介して駆動され、カッタヘッド１０３を高トルクで回転可能である。これにより、シールド掘進機は、カッタヘッド１０３を回転させながらカッタヘッド１０３前面に複数配設されたカッタビット（図示せず）により前方の土石を切削可能である。
【００５０】
また、当該シールド掘進機においても、シールドフレーム１０１の後端部に位置して油圧シリンダからなるシールドジャッキ（推進手段）１０（簡易的にブロックで示す）が設けられている。これにより、シールド掘進機は、土石を切削しながら当該シールドジャッキ１０を伸長させることで後方に設置したセグメント（図示せず）の反力を受けてシールド掘進機を前進可能である。
【００５１】
そして、旋回環支持部材１０６の旋回レール１０６ａ近傍におけるスラスト方向の変位を検知するようにして第１測距センサ（第１変位検知手段）１２０が周方向で例えばカッタ支持ローラ１０５に対応して一定の間隔を有して複数設けられており、さらに、旋回環１０７のスラスト方向の変位を検知するようにして第２測距センサ（第２変位検知手段）１２２が第１測距センサ１２０に対応して複数設けられている。
【００５２】
詳しくは、第１測距センサ１２０については、シールドフレーム１０１から延びる腕部材１２４の先端に支持されて旋回環支持部材１０６までの距離を測定可能に配設されており、第２測距センサ１２２については旋回環支持部材１０６に直接支持されて旋回環１０７までの距離を測定可能に配設されている。なお、腕部材１２４は例えば十分な剛性を有した中空の角材で構成されている。
【００５３】
これより、第１測距センサ１２０については、シールドフレーム１０１に対する旋回環支持部材１０６ひいては旋回環１０７のスラスト方向の相対変位を検知可能であり、第２測距センサ１２２については、旋回環支持部材１０６に対する旋回環１０７のスラスト方向の相対変位を検知可能である。
そして、当該シールド掘進機においても、上記第１実施例の場合と同様に、カッタ前面荷重検知部３１とシールドジャッキ制御部（制御手段）３２とを備えた操作盤３０が設けられており、カッタ前面荷重検知部３１の入力側には上記第１測距センサ１２０、第２測距センサ１２２が電気的に接続され、シールドジャッキ制御部３２の出力側には上記シールドジャッキ１０の油圧制御部（図示せず）が電気的に接続されている。
【００５４】
以下、このように構成された中間ビーム支持方式のシールド掘進機の本発明に係る作用を説明しつつ、併せて本発明に係るカッタ前面荷重検知方法、カッタ前面荷重検知装置の作用について説明する。なお、上記第１実施例及びその変形例と共通する事項については簡略化して説明する。
当該中間ビーム支持方式のシールド掘進機では、カッタヘッド１０３がカッタ前面荷重を大きく受けると、当該荷重は、複数のビーム１０４を介して旋回環１０７をスラスト方向後方に押圧し、主としてスラストローラ１０５ｃを介して旋回レール１０６ａ、即ち旋回環支持部材１０６ひいては隔壁１０２を撓ませるように作用する。旋回環支持部材１０６や隔壁１０２が撓ませられると、シールドフレーム１０１に対して旋回環支持部材１０６がスラスト方向で相対変位することになり、即ち旋回環支持部材１０６と第１測距センサ１２０間の距離が短くなり、当該シールドフレーム１０１に対する旋回環支持部材１０６の相対変位が第１測距センサ１２０によって検知される。
【００５５】
さらに、カッタ前面荷重が極めて大きいような場合には、当該荷重は、スラストローラ１０５ｃの耐荷重を超えて旋回環１０７をスラスト方向に押圧しようとし、この場合には、旋回環支持部材１０６に対して旋回環１０７がスラスト方向で相対変位することになり、即ち旋回環１０７と第２測距センサ１２２間の距離が短くなり、当該旋回環支持部材１０６に対する旋回環１０７の相対変位が第２測距センサ１２２によって検知される。
【００５６】
このように第１測距センサ１２０、第２測距センサ１２２によって変位が検知されると、当該変位情報はカッタ前面荷重検知部３１に入力し、カッタ前面荷重検知部３１及びシールドジャッキ制御部３２において、上記図３の制御ルーチンに基づいて上記同様にシールドジャッキ制御が行われる。なお、シールドジャッキ制御については上記同様でありここでは説明を省略するが、当該第２実施例では、ステップＳ１０、Ｓ３０の第１変位センサ２０を第１測距センサ１２０に読み替え、ステップＳ１２、Ｓ３２の第２変位センサ２２を第２測距センサ１２２に読み替える。
【００５７】
これより、中間ビーム支持方式のシールド掘進機においても、２種の第１測距センサ１２０と第２測距センサ１２２とを用い、これら２個の測距センサからの出力に基づいて、複雑な演算処理を必要としないことで演算処理のための機材を別途必要とせず操作盤３０を有効に利用しつつ、簡単な構成にして全体として低コスト且つ省スペースを実現してカッタ前面荷重を的確に検知することができる。さらに、これら２個の測距センサからの出力に基づいて、シールドジャッキ１０を適切に減速或いは停止するようにでき、掘進機を十分に保護することができる。特に、第２測距センサ１２２が所定値以上であってカッタ前面荷重Ｆ2が極めて大きな値であるときには、シールドジャッキ１０の作動を停止させるようにしているので、掘進機を破損なく確実に保護することができる。
【００５８】
これより、中間ビーム支持方式のシールド掘進機であっても、本発明に係るカッタ前面荷重検知方法及び装置を適用することで、簡単な構成でありながらカッタ前面荷重を的確に検知して掘進機を確実に保護することができる。
以上で本発明に係る実施形態の説明を終えるが、実施形態は上記に限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
【００５９】
例えば、上記実施形態では、第１実施例において、第１変位センサ２０及び第２変位センサ２２によりシール部材１１の外側の面１１ａの変位を検知するようにしているが、第１変位センサ２０は例えばボス部６ａの後端またはセンターシャフト４の後端の変位を直接検知するようなものであってもよく、第２変位センサ２２はセンターシャフト４の後端の変位を直接検知するようなものであってもよい。
【００６０】
また、上記実施形態では、第２実施例において、第１測距センサ１２０により旋回環支持部材１０６の相対変位を検知するようにしているが、第１測距センサ１２０は例えば旋回環１０７の変位を直接検知するようなものであってもよい。
また、上記実施形態では、第１変位センサ２０、第１測距センサ１２０及び第２変位センサ２２、第２測距センサ１２２を用いるようにしたが、変位を検知できればこれら変位センサや測距センサに限られるものではなく、簡易型の歪センサ等を用いるようにしてもよい。
【００６１】
また、上記実施形態では、カッタ前面荷重Ｆ1、Ｆ2に応じてシールドジャッキ１０の速度を制限するようにしているが、カッタ前面荷重Ｆ1、Ｆ2に応じてカッタヘッド３の回転速度をも併せて制限するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、センターシャフト支持方式のシールド掘進機（第１実施例）、中間ビーム支持方式のシールド掘進機（第２実施例）について説明したが、本発明は外周ビーム支持方式にも適用可能である。
【００６２】
また、上記実施形態では、シールド掘進機を例に説明したが、本発明は推進式の掘進機にも当然に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明のカッタ前面荷重検知方法及び装置が適用される第１実施例に係る掘進機の縦断面図である。
【図２】第２変位センサの固定部分を拡大して示す図である。
【図３】カッタ前面荷重検知部及びシールドジャッキ制御部が実行する第１実施例に係るシールドジャッキ制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】カッタ前面荷重検知部及びシールドジャッキ制御部が実行する第１実施例の変形例に係るシールドジャッキ制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】本発明のカッタ前面荷重検知方法及び装置が適用される第２実施例に係る掘進機の縦断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１、１０１  シールドフレーム
２、１０２  隔壁
３、１０３  カッタヘッド
４  センターシャフト（旋回部材）
４ａ  環状突起
５  カッタ軸受
５ａ  スラスト軸受
５ｂ  ラジアル軸受
６  シャフト支持部材（支持部材）
６ａ  ボス部
１０  シールドジャッキ（推進手段）
１１  シール部材
２０  第１変位センサ（第１変位検知手段）
２２  第２変位センサ（第２変位検知手段）
２４、１２４  腕部材
２６  腕部材
３０  操作盤
３１  カッタ前面荷重検知部
３２  シールドジャッキ制御部（制御手段）
１０５  カッタ支持ローラ
１０５ａ、１０５ｃ  スラストローラ
１０５ｂ  ラジアルローラ
１０６  旋回環支持部材（支持部材）
１０６ａ  旋回レール
１０７  旋回環（旋回部材）
１２０  第１測距センサ（第１変位検知手段）
１２２  第２測距センサ（第２変位検知手段）
【図１】
2008127825.tif 000003
【図２】
2008127825.tif 000004
【図３】
2008127825.tif 000005
【図４】
2008127825.tif 000006
【図５】
2008127825.tif 000007