(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘削機にて掘削したトンネルの内面に、セグメントを把持して回転、位置決めを行い既設セグメントに連結することによりトンネルを覆工するシールド掘削機のセグメント位置決め装置であって、シールド掘削機本体の後部に設けられる回転体の後部に、周方向の一部外側にセグメントの把持装置が備えられた揺動板を所要の間隔を有して配置し、回転体と揺動板との間を、回転体の周方向に配置した６軸パラレルマニピュレータにより連結して揺動板を６自由度で移動できるようにし、且つ回転体における揺動板の把持装置に対応した位置に、シールド掘削機本体の軸方向に延びて揺動板の押し引きを行う圧着マニピュレータを備えたことを特徴とするセグメント位置決め装置。
【請求項２】
回転体及び揺動板における６軸パラレルマニピュレータ及び圧着マニピュレータが配置された内側位置に、貫通口を備えたことを特徴とする請求項１記載のセグメント位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド掘削機におけるセグメント位置決め装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３〜図６は従来のセグメント位置決め装置を備えたシールド掘削機の一例を示しており、図３はシールド掘削機の側面断面図、図４は従来のセグメント位置決め装置の側面断面図、図５は図４の正面図、図６は６軸パラレルマニピュレータの概念図である。
【０００３】
図３において、Ｓはトンネルを覆工する既設セグメント、１はシールド掘削機のカッタフェース、４はシールド掘削機本体、５はシールド掘削機の後胴であり、該後胴５は掘削円周面の土砂の崩壊を防ぐ役目を有している。
【０００４】
シールド掘削機本体４にはスラスト軸受６を介してカッタフェース１が軸方向に支持され、カッタフェース１とシールド掘削機本体４との間には外軸受７及び内軸受８が円周方向に配設されている。カッタフェース１の回転中心軸２は中心軸受９を介してシールド掘削機本体４に支持されている。
【０００５】
カッタフェース１にはリングギヤ１０が設けられ、リングギヤ１０にはピニオン１１が噛み合っている。シールド掘削機本体４にはピニオン１１に接続されたモータ１２が設けられており、モータ１２の駆動により、ピニオン１１及びリングギヤ１０を介してカッタフェース１が該カッタフェース１の回転中心軸２を中心に回転する。
【０００６】
シールド掘削機本体４の後部内面にはシールドジャッキ１３が円周方向に沿って複数設けられ、シールドジャッキ１３が伸張することにより既設セグメントＳの前部側面を押し付けながらシールド掘削機本体４を前進させる。
【０００７】
前記カッタフェース１後面の空間部３の下部には電動機２６で駆動されるスクリューコンベア２５の導入口が開口している。該スクリューコンベア２５は右上がりに配置され、搬送方向下流端の排出口は排泥管１８の上部に開口している。排泥管１８はＡ矢印方向に排泥する。
【０００８】
図４において、シールド掘削機本体４の後胴５には、環状のエレクタ支持板３１が鉛直に取り付けられ、エレクタ支持板３１には複数個のローラ１６が後胴５の中心軸に対して円周上に配設され、該ローラ１６によって環状の回転体１７が回動自在に支持されている。
【０００９】
回転体１７は、鉛直面１７ａと、後胴５の中心軸と平行にフランジ状に延びる外周面１７ｂとを備えていて、外周面１７ｂが前記ローラ１６によって支持されており、更に、外周面１７ｂの内周側にはリングギヤ１７ｃが刻設されており、また、回転体１７の鉛直面１７ａの内部には前記スクリューコンベア２５等を配置するための貫通口１７ｄが設けられている。
【００１０】
エレクタ支持板３１にはモータ１４が固定されており、該モータ１４によって回転するピニオン１５が、前記回転体１７のリングギヤ１７ｃに噛み合っており、前記モータ１４の駆動により回転体１７が、シールド掘削機本体４の軸心を中心に旋回されるようになっている。
【００１１】
回転体１７の後方には、結合部材２０を介して門型部材１９が取り付けられている。回転体１７の回転により門型部材１９はトンネルの内周面に沿う方向に回転される。即ち、モータ１４、ピニオン１５、リングギヤ１７ｃ、ローラ１６及び回転体１７によって門型部材１９の回転方向作動機構が構成されている。
【００１２】
前記結合部材２０の後方にはガイド部材２９が設けられており、前後ジャッキ２８の作動で門型部材１９がガイド部材２９に沿ってトンネル軸方向（図４において左右方向）に前後動する。更に門型部材１９は上下ジャッキ２７の作動でトンネル半径方向（図３において上下方向）に上下動する。つまり、上下ジャッキ２７及び前後ジャッキ２８により、夫々門型部材１９の半径方向動作機構及び前後方向動作機構が構成されている。
【００１３】
図４、図５において、門型部材１９は前記スクリューコンベア２５に干渉することなく上下、前後動及び旋回することが可能となるように門型に構成されている。
【００１４】
門型部材１９の下部は保持板３０を構成しており、該保持板３０の下面には、シールド掘削機本体４の軸心と平行な揺動板３８が、６軸パラレルマニピュレータ３２を介して支持されている。該揺動板３８の下面には把持装置２２が設けられ、把持装置２２によってセグメントＳ0が把持されるようになっている。
【００１５】
６軸パラレルマニピュレータ３２を図６により説明する。図６は６軸パラレルマニピュレータ３２の機構概念図を示している。
【００１６】
６軸パラレルマニピュレータ３２は、６本のシリンダ３３（３３ａ〜３３ｆ）から成り、シリンダ３３ａ，３３ｂ、シリンダ３３ｃ，３３ｄ、シリンダ３３ｅ，３３ｆ同士が一体となって継手３６により揺動板３８に支持されている。シリンダ３３のロッド３４（３４ａ〜３４ｆ）は、シリンダ３３ｆ，３３ａのロッド３４ｆ，３４ａ、シリンダ３３ｂ，３３ｃのロッド３４ｂ，３４ｃ、シリンダ３３ｄ，３３ｅのロッド３４ｄ，３４ｅ同士が一体となって継手３７により保持板３０に支持されている。これによりシリンダ３３ａ〜３３ｆは側面から見た際に鋸刃状のジグザク配置となっている。各シリンダ３３ａ〜３３ｆには制御弁３５（図４）が設けられ、図示しない油圧源から油圧をシリンダの内部に個別に給排することで、ロッド３４ａ〜３４ｆが個別に伸縮される。
【００１７】
６本のシリンダ３３ａ〜３３ｆのストローク制御を行うことにより、揺動板３８にＸ、Ｙ、Ｚ、α、β、γの６方向（周方向、前後方向、径方向、ピッチング、ローリング、ヨーイング）の動きを発生させることができる。
【００１８】
次に作用を説明する。前述したシールド掘削機では、シールド掘削機本体４のシールドジャッキ１３を伸張させ、既設セグメントＳの前部側面を押し付けながらシールド掘削機本体４を前進させる。一方、モータ１２の駆動によりカッタフェース１を回転させる。これにより、シールド掘削機本体４は前方の土砂を切削しながら前進する。切削された土砂は、カッタフェース１後面の空間部３の下部に集められる。カッタフェース１後面の空間部３に集められた土砂は、スクリューコンベア２５及び排泥管１８によりシールド掘削機本体４の右側後方に搬送されて外部に排出される。
【００１９】
次に、複数のシールドジャッキ１３のいずれか一つを縮み方向に作動して既設セグメントＳとの間に空間を形成する。把持装置２２にてセグメントＳ0を把持し、回転方向作動機構のモータ１４、半径方向作動機構の上下ジャッキ２７、前後方向作動機構の前後ジャッキ２８を夫々作動させて門型部材１９を移動させ、把持セグメントＳ0を前記空間の位置に荒位置決めする。次に、６軸パラレルマニピュレータ３２の６本のシリンダ３３ａ〜３３ｆの動作を組み合わせることにより、揺動板３８に周方向Ｘ、前後方向Ｙ、径方向Ｚ、ピッチングα、ローリングβ、ヨーイングγの動きを発生させ、既設セグメントＳに対し把持セグメントＳ0の合わせ面及び内外面を合致させる微調整を行う。
【００２０】
この時、既設セグメントＳに対して把持セグメントＳ0を押し付けることにより、セグメント相互間に備えられている図示しないシールパッキンを押し潰すように変形させて密着した状態に保持させる。
【００２１】
この状態で、図３に示すように、既設セグメントＳと把持セグメントＳ0のボルト孔（図示省略）にピース間ボルト２３及びリング間ボルト２４を挿入し、ナットによって締め付けることにより、既設セグメントＳに把持セグメントＳ0を結合する。この作業の繰り返しにより所定長さのトンネルを覆工する。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述したシールド掘削機では、回転するセグメント位置決め装置の内部を通してスクリューコンベア２５等の機器を設置する際に、セグメント位置決め装置が機器と干渉し、このために保持板３０と揺動板３８との間に十分な可動範囲をもつ６軸パラレルマニピュレータ３２を収容することが困難な場合がある。特に中小口径のシールド掘削機では干渉の問題が厳しくなる場合がある。
【００２３】
このために、図３〜図６に示した従来技術では、回転方向作動機構の他に、半径方向作動機構、前後方向作動機構を特別に設けて、把持セグメントＳ0の大きなストロークでの荒調整を行い、６軸パラレルマニピュレータ３２では微調整のみを行うようにしており、構造が非常に複雑化し、把持セグメントＳ0の位置決め操作も面倒になるという問題を有していた。
【００２４】
本発明は、上記従来の問題点を解決するべくなしたもので、簡単な構成でセグメントの荒位置決めから微調整までを容易に行うことができ、しかも把持セグメントを既設セグメントに密着させる操作を小型の構成にて容易に行えるようにしたセグメント位置決め装置を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、シールド掘削機にて掘削したトンネルの内面に、セグメントを把持して回転、位置決めを行い既設セグメントに連結することによりトンネルを覆工するシールド掘削機のセグメント位置決め装置であって、シールド掘削機本体の後部に設けられる回転体の後部に、周方向の一部外側にセグメントの把持装置が備えられた揺動板を所要の間隔を有して配置し、回転体と揺動板との間を、回転体の周方向に配置した６軸パラレルマニピュレータにより連結して揺動板を６自由度で移動できるようにし、且つ回転体における揺動板の把持装置に対応した位置に、シールド掘削機本体の軸方向に延びて揺動板の押し引きを行う圧着マニピュレータを備えたことを特徴とするセグメント位置決め装置、に係るものである。
【００２６】
上記手段において、回転体及び揺動板における６軸パラレルマニピュレータ及び圧着マニピュレータが配置された内側位置に、貫通口を備えてもよい。
【００２７】
本発明によれば、揺動板を回転体に対向配置し６軸パラレルマニピュレータで支持させるようにしたので、可動範囲の大きい直動シリンダを使用することができ、６本のシリンダのストロークの制御を行うことにより、揺動板の把持装置に支持した把持セグメントを、周方向、前後方向、径方向、ピッチング、ローリング、ヨーイングの６自由度に所要のストロークで移動させて把持セグメントを位置決めすることができる。従って、従来技術における半径方向動作機構及び前後動作機構を不要にできるばかりでなく、従来技術における６軸パラレルマニピュレータによる微調整の機能を兼ね備えることができるので、従来技術に比して、構成の大幅な簡略化と操作性の向上が達成できる。
【００２８】
更に、回転体における揺動板の把持装置に対応する位置に、シールド掘削機本体の軸方向に延びて揺動板の押し引きを行う圧着マニピュレータを備えたので、把持セグメントを既設セグメントに押し付けて密着させる力を小型（小径）のシリンダで得ることができる。このように、６軸パラレルマニピュレータのみによってセグメントの密着力を得る方式に比して、１本の圧着マニピュレータで大きな密着力を得ることができ、よって６軸パラレルマニピュレータはセグメントの位置決めができる容量を備えていればよいので、６軸パラレルマニピュレータを小型（小径）なものとすることができる。
【００２９】
また、回転体と揺動板における６軸パラレルマニピュレータ及び圧着マニピュレータが配置された内側位置に、貫通口を形成しているので、スクリューコンベア等の配置が容易になる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００３１】
図１は本発明の一例に係るセグメント位置決め装置の側面断面図、図２は図１のセグメント位置決め装置の斜視図である。なお従来技術において説明した部分と同じ部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【００３２】
図１、図２に示すように、シールド掘削機に回転可能に備えられている回転体１７に対し、所要の間隔を有して対向するように鉛直方向の揺動板３９を配置し、該揺動板３９を、回転体１７の周方向に配置した６軸パラレルマニピュレータ４０によって支持する。揺動板３９の周方向一部の外側には、把持装置４７が備えられた保持板４６が固定されている。
【００３３】
６軸パラレルマニピュレータ４０のシリンダ４１、ロッド４２は、図６に示した６軸パラレルマニピュレータ３２のシリンダ３３、ロッド３４と、配置される方向及び伸縮ストロークが異なるのみで同じ作用を有するものであり、各シリンダ４１は、制御弁４５による油圧の給排によって、シリンダ４１内を摺動するピストンに固着したロッド４２を作動させる図示しない伸び側、縮み側の圧油室を備えた複動型のアクチュエータを構成している。
【００３４】
各シリンダ４１は、図６のシリンダ３３と同様に、側面から見た際に鋸刃状のジグザク配置となるように、継手４３，４４によって回転体１７と揺動板３９における外周位置に接続されている。この時、各シリンダ４１は、揺動板３９が回転体１７に対していかなる位置、姿勢をとっても３つ以上が同時に平行にならないように傾斜配置している。
【００３５】
回転体１７における揺動板３９の把持装置４７に対応した位置には、シールド掘削機本体４の軸方向に延びて揺動板３９の押し引きを行うようにした圧着マニピュレータ４８を備えている。圧着マニピュレータ４８は、シリンダ４９の基端が継手５０により回転体１７に接続され、ロッド５１端が継手５２により揺動板３９に接続されている。
【００３６】
回転体１７及び揺動板３９における６軸パラレルマニピュレータ４０、及び圧着マニピュレータ４８が配置された内側中央位置には、回転体１７の貫通口１７ｄに対応するように貫通口５３が形成されていて、スクリューコンベア２５等を収容できるようになっている。
【００３７】
次に本発明の作用を図１、図２を用いて説明する。
【００３８】
図１、図２において、モータ１４を駆動してピニオン１５を回転すると、リングギヤ１７ｃを介してローラ１６に支持された回転体１７が回転し、回転体１７に６軸パラレルマニピュレータ４０を介して支持された揺動板３９が回転する。これにより、揺動板３９に固定された保持板４６の把持装置４７に支持された把持セグメントＳ0は、所要の位置に回転して周方向の位置決めをすることができる。
【００３９】
更に、図示しない油圧源の圧油を６本のシリンダ４１の制御弁４５により夫々適宜図示しない延び側、縮み側の圧油室に給排して、６軸パラレルマニピュレータ４０の６本のシリンダ４１による大きな可動範囲で揺動板３９をストロークさせて、把持セグメントＳ0の前後方向、径方向の位置を任意に位置決めすることができる。
【００４０】
上記６軸パラレルマニピュレータ４０は、微調制御も可能であり、揺動板３９を介して把持セグメントＳ0に、図６と同様のＸ、Ｙ、Ｚ、α、β、γの６方向の動きを確実に発生させて、既設のセグメントＳに対し把持セグメントＳ0の合わせ面及び内外面を正確に位置合わせ（姿勢調整）することができる。
【００４１】
上記したように、回転体１７に対向するように設けた揺動板３９を支持する６軸パラレルマニピュレータ４０の各シリンダ４１は、伸縮ストロークを大きくしてもスクリューコンベア２５等に干渉する恐れもなく、揺動板３９の十分な移動量を確保することができ、よって従来技術における半径方向動作機構、前後動作機構を備えた構成に比して、構成の大幅な簡略化と操作性の向上とを図ることができる。
【００４２】
一方、把持セグメントＳ0を位置決めする際には、既設セグメントＳに対して把持セグメントＳ0を押し付けることにより、セグメント相互間に備えられている図示しないシールパッキンを押し潰して密着力を保持する必要がある。
【００４３】
この時、回転体１７における揺動板３９の把持装置４７に対応する位置に、シールド掘削機本体４の軸方向に延びて揺動板３９の押し引きを行うようにした圧着マニピュレータ４８を備えているので、把持セグメントＳ0を既設セグメントＳに押し付けて所要の密着力を得る作用を、小型（小径）のシリンダ４９で得ることができる。この把持セグメントＳ0を既設セグメントＳに密着させる作動は、６軸パラレルマニピュレータ４０は把持セグメントＳ0の位置を保持するのみの推力を保持させた状態として、圧着マニピュレータ４８を伸長させることによって行う。
【００４４】
従って、上記によれば、６軸パラレルマニピュレータ４０のみによって把持セグメントＳ0の密着力を得る方式に比して、１本の圧着マニピュレータ４８で大きな密着力を得ることができ、６軸パラレルマニピュレータ４０は把持セグメントＳ0の位置決めができる容量を備えていればよいので、６軸パラレルマニピュレータを小型（小径）なものとすることができる。
【００４５】
また、回転体１７と揺動板３９における６軸パラレルマニピュレータ４０及び圧着マニピュレータ４８が配置された内側位置に、貫通口１７ｄ，５３を形成しているので、スクリューコンベア２５等の配置は容易である。
【００４６】
なお、本発明の実施の形態例においては、６軸パラレルマニピュレータを同一諸元のシリンダを用いて説明したが、用途によっては諸元の異なるアクチュエータを組み合わせて構成することも可能であること、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えること、等は勿論である。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、揺動板を回転体に対向配置し６軸パラレルマニピュレータで支持させるようにしたので、可動範囲の大きい直動シリンダを使用することができ、６本のシリンダのストロークの制御を行うことにより、揺動板の把持装置に支持した把持セグメントを、周方向、前後方向、径方向、ピッチング、ローリング、ヨーイングの６自由度に所要のストロークで移動させて把持セグメントを位置決めすることができる。従って、従来技術における半径方向動作機構及び前後動作機構を不要にできるばかりでなく、従来技術における６軸パラレルマニピュレータによる微調整の機能を兼ね備えることができるので、従来技術に比して、構成の大幅な簡略化と操作性の向上が達成できる効果がある。
【００４８】
更に、回転体における揺動板の把持装置に対応する位置に、シールド掘削機の軸方向に延びて揺動板の押し引きを行う圧着マニピュレータを備えたので、把持セグメントを既設セグメントに押し付けて密着させる力を小型（小径）のシリンダで得ることができる。従って、６軸パラレルマニピュレータにて把持セグメントの密着力を得る方式に比して、１本の圧着マニピュレータで大きな密着力を得ることができ、よって６軸パラレルマニピュレータはセグメントの位置決めができる容量を備えていればよいので、６軸パラレルマニピュレータを小型（小径）なものとすることができる効果がある。
【００４９】
また、回転体と揺動板における６軸パラレルマニピュレータ及び圧着マニピュレータが配置された内側位置に、貫通口を形成しているので、スクリューコンベア等の配置が容易になる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の掘削機のセグメント位置決め装置の側面断面図である。
【図２】図１のセグメント位置決め装置の斜視図である。
【図３】シールド掘削機の側面断面図である。
【図４】従来のセグメント位置決め装置の側面断面図である。
【図５】図４の正面図である。
【図６】図４の６軸パラレルマニピュレータの概念図である。
【符号の説明】
４  シールド掘削機本体
１７  回転体
１７ｄ        貫通口
３９  揺動板
４０  ６軸パラレルマニピュレータ
４７  把持装置
４８  圧着マニピュレータ
５３  貫通口
Ｓ    既設セグメント
Ｓ0   セグメント（把持セグメント）
【図１】
0004161501.tif 000002
【図２】
0004161501.tif 000003
【図３】
0004161501.tif 000004
【図４】
0004161501.tif 000005
【図５】
0004161501.tif 000006
【図６】
0004161501.tif 000007