(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘進機のシールド本体後部に配設されて後方から搬入されたセグメントピースを位置決めして円形のセグメントを組立てるセグメント組立装置であって、
シールド本体に、シールド軸心周りに旋回される旋回機構と、シールド法線周りに揺動されるヨーイング機構と、シールド軸心周りに旋回微調整する旋回微調機構と、シールド法線およびシールド軸心に直交するピッチング軸心を中心に揺動させるピッチング機構とを介して姿勢調整フレームを設け、
この姿勢調整フレームに、シールド法線方向に出退させる出退機構、シールド軸心方向に移動させるスライド機構、シールド軸心に平行なローリング軸心を中心に揺動させるローリング機構を介して姿勢調整可能なセグメント把持装置を設けた
ことを特徴とするセグメント組立装置。
【請求項２】
旋回機構は、シールド本体にシールド軸心周りに旋回自在に配置された旋回フレームと、この旋回フレームを旋回駆動する旋回駆動装置からなり、
ヨーイング機構は、前記旋回フレームにシールド法線を中心に揺動されるヨーイングフレームと、このヨーイングフレームを揺動させるヨーイング駆動装置からなり、
旋回微調機構は、前記ヨーイングフレームにシールド軸心周りに所定範囲で旋回自在に配置された旋回微調フレームと、この旋回微調フレームを旋回させる旋回調整装置からなり、
ピッチング機構は、前記旋回微調フレームにシールド軸心およびシールド法線に直交交差するピッチング軸を中心に揺動自在に配置された姿勢調整フレームと、この姿勢調整フレームを揺動させるピッチング駆動装置からなる
ことを特徴とする請求項１記載のセグメント組立装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド工法により小径のトンネルを掘削するシールド掘進機の後部に配置されて、トンネル覆工用のセグメントを組立てるセグメント組立装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のセグメント組立装置は、たとえば特開平５−３４０１９４号公報に開示されており、このセグメント保持装置におけるセグメントピースＰの姿勢制御装置は、シールド軸心Ｏに平行な矢印Ｚ方向のスライド動作と、シールド法線Ｏｙ方向に沿う矢印Ｙ方向の出退動作と、シールド軸心Ｏおよびシールド法線Ｏｙに直交するＸ方向の旋回微調動作と、シールド軸心Ｏを中心とする旋回動作Ｃと、球面継手ｊを通るシールド法線Ｏｙ方向のヨーイング軸Ｏｙを中心とするヨーイング動作Ｃｙ、球面継手ｊを通りシールド法線Ｏｙおよびシールド軸心Ｏに直交するピッチング軸Ｏｘを中心とするピッチング動作Ｃｘと、球面継手ｊを通るシールド軸心Ｏに平行なローリング軸Ｏｚを中心とするローリング動作Ｃｚにより構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来構成において、接線方向Ｘの旋回微調動作を行うと、ローリング動作Ｃｚと半径方向Ｙへの出退動作により、セグメントピースＰの姿勢を補完する必要があった。また接線方向Ｘの旋回微調機構により組立装置が接線方向に大形化し、小口径トンネルに適さないという問題があった。さらに、曲線施工部では、組立装置の機軸とトンネル軸心とがずれるため、その補正動作が複雑になるという問題があった。
【０００４】
本発明は上記問題点を解決して、セグメントピースの位置制御が容易で小径のトンネルに適したセグメント組立装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、シールド掘進機のシールド本体後部に配設されて後方から搬入されたセグメントピースを位置決めして円形のセグメントを組立てるセグメント組立装置であって、シールド本体に、シールド軸心周りに旋回される旋回機構と、シールド法線周りに揺動されるヨーイング機構と、シールド法線およびシールド軸心に直交するピッチング軸心を中心に揺動させるピッチング機構とを介して姿勢調整フレームを設け、この姿勢調整フレームに、シールド法線方向に出退させる出退機構、シールド軸心方向に移動させるスライド機構、シールド軸心に平行なローリング軸心を中心に揺動させるローリング機構を介して姿勢調整可能なセグメント把持装置を設けたものである。
【０００６】
上記構成によれば、シールド本体側に旋回機構とヨーイング機構とピッチング機構とを設けたので、旋回機構によりセグメントの位置決め角度を決定するごとに、ヨーイング機構とピッチング機構を調整してこのセグメント組立装置の機軸をトンネル軸心に一致させることができる。したがって、曲線施工部であっても、出退機構、スライド機構およびローリング機構の補正動作が不要または極めて少なくすることができ、位置決め制御を容易に行うことができる。また従来の接線方向の直線微動に代えて、旋回微調機構を旋回微動としたので、旋回微調動作後の先端側の調整機構による補正動作が不要となり、姿勢制御および位置制御を単純化することができる。また旋回微調機構は周方向に収容することができ、従来の接線方向に占有する直線微動に比較して、コンパクト化することができ、小径シールド掘進機の狭い空間であっても、容易に設置できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係るセグメント組立装置の実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。
このセグメント組立装置は、シールド掘進機のシールド本体１後部に配設されて、後方から搬入されたセグメントピース５０を位置決めして円形のセグメントを組立てるもので、特に小径トンネルに適したものである。すなわち、図１〜図３に示すように、シールド本体１の後部に、シールド軸心Ｏ周りに矢印Ｃ方向に旋回される旋回機構２と、シールド法線Ｏｙ周りに矢印Ｃｙ方向揺動されるヨーイング機構３と、シールド軸心Ｏ周りに矢印Ｃ′方向に所定範囲で旋回される旋回微調機構４を介して旋回微調フレーム５が設けられている。そして、この姿勢調整フレーム５に、シールド法線Ｏｙおよびシールド軸心Ｏに直交するピッチング軸心Ｏｘを中心に所定角度範囲で矢印Ｃｘ方向に揺動させるピッチング機構６と、シールド法線Ｏｙに平行な矢印Ｙ方向に所定範囲で出退させる出退機構７と、シールド軸心Ｏに平行な矢印Ｚ方向に移動させるスライド機構８と、シールド軸心Ｏに平行なローリング軸心Ｏｚを中心に所定範囲で矢印Ｃｚ方向に揺動させるローリング機構９を介して姿勢調整可能なセグメント把持装置１０が設けられている。
【０００８】
以下詳細を説明する。
シールド本体１の後部に取付けられたリング状の支持フレーム１１には、図１，図４に示すように、旋回軸受１２を介してリング状の旋回フレーム１３がシールド軸心Ｏ周りに旋回自在に支持され、旋回フレーム１３を旋回駆動する旋回駆動装置１４が設けられて旋回機構２が構成されている。そしてこの旋回駆動装置１４は、旋回フレーム１３の外周部に取付けられたリングギヤ１４ａと、支持フレーム１１に取付けられた旋回用モータ１４ｂと、旋回用モータ１４ｂに回転駆動されてリングギヤ１４ａに噛合される旋回用ピニオン１４ｃとで構成される。
【０００９】
この旋回フレーム１３の背面には、上下位置に設けられたブラケット１５にシールド法線Ｏｙ上のヨーイング軸１６を介してリング状のヨーイングフレーム１７が所定範囲で揺動自在に支持され、このヨーイングフレーム１７を揺動するヨーイング駆動装置１８が設けられてヨーイング機構３が構成されている。そしてこのヨーイング駆動装置１８は、旋回フレーム１３の左右両側でシールド軸心Ｏ方向に設けられた左右一対のヨーイング用シリンダ１８ａにより構成される。
【００１０】
またこのヨーイングフレーム１７の背面には、微調用軸受２１を介してリング状の旋回微調フレーム５がシールド軸心Ｏ周りに旋回可能に支持されており、この旋回微調フレーム５を旋回させる旋回微調駆動装置２３が設けられて旋回微調機構４が構成されている。そしてこの旋回微調駆動装置２３は、図５に示すように、ヨーイングフレーム１７と旋回微調フレーム５との間に連結された左右一対の微調用シリンダ２３ａにより構成されている。
【００１１】
前記旋回微調フレーム５の背面には、左右一対の支持ブラケット２４が両側にそれぞれ配設され、これら支持ブラケット２４にシールド軸心Ｏおよびシールド法線Ｏｙに直交交差するピッチング軸Ｏｘ方向のピッチング軸２５を介して揺動自在な左右一対の姿勢調整フレーム２６と、これら姿勢調整フレーム２６を揺動させるピッチング駆動装置２７からなるピッチング機構６が設けられている。このピッチング駆動装置２７は、旋回微調フレーム５に配設された左右一対のピッチング用シリンダ２７ａのピストンロッドが姿勢調整フレーム２６にそれぞれ連結されて構成される。
【００１２】
したがって、旋回機構２では、旋回駆動装置１４の旋回用モータ１４ｂにより旋回用ピニオン１４ｃを回転駆動して、リングギヤ１４ａを介して旋回フレーム１３を回転させ、把持装置１０に把持されたセグメントピース５０をシールド軸心周りに３６０°旋回移動させることができ、セグメントを周方向に位置決めすることができる。またヨーイング機構３では、ヨーイング駆動装置１８のヨーイング用シリンダ１８ａを伸縮させることにより、シールド法線（ヨーイング軸心）Ｏｙを中心にヨーイングフレーム１７を所定範囲で傾斜させ、さらにピッチング機構６により、ピッチング用シリンダ２７ａを伸縮して姿勢調整フレーム２６をピッチング軸２５を中心に所定角度範囲で揺動させる。これにより、任意の角度位置で、直線施工時にはシールド軸心Ｏと一致している組立装置の機軸を傾斜させることができ、曲線施工時のトンネル軸心と一致させることができる。したがって、先端（後方）側の駆動機構の補正動作を不要にすることができる。ここで、旋回微調機構４はピッチング機構６の先端（後方）側に設けることが理想的であるが、ここに旋回微調機構４を設けると、全体が大形化して小口径シールドに適さなくなる。また旋回微調機構４による旋回微調整範囲はきわめてわずかであり、この旋回微調機構４により先端（後方）側にあるピッチング機構６のピッチング軸２５が基準位置からシールド軸心Ｏ周りに僅かに傾くことになるが、ほとんどこのずれを無視することができる。
【００１３】
これら姿勢調整フレーム２６に取付けられたガイド部材３０のガイド穴にスライド自在に嵌合するガイドロッド２８（ガイド部材）を介して出退フレーム２９がシールド法線方向に出退自在に支持され、この出退フレーム２９を出退させる出退駆動装置３１が設けられて出退機構７が構成されている。そしてこの出退駆動装置３１は、ガイド部材３０に設けられた出退用シリンダ３１ａのピストンロッドが出退フレーム２９に連結されて構成される。
【００１４】
図１，図２，図６に示すように、前記出退フレーム２９には、シールド軸心Ｏ方向に配設された一対のスライド軸（ガイド部材）３２に、スライドフレーム３３がシールド軸心方向にスライド自在に支持され、スライドフレーム３３を前後に移動させる単数または複数のスライド用シリンダ３４ａからなるスライド駆動装置３４によりスライド機構８が構成されている。
【００１５】
このスライドフレーム３３には、シールド法線Ｏｙ上でシールド軸心と平行なローリング軸心Ｏｚ上にローリング軸３５が配設され、このローリング軸３５に把持フレーム３６が揺動自在に支持されている。そして、この把持フレーム３６を所定角度範囲で揺動するローリング用シリンダ３７ａからなるローリング駆動装置３７を備えたローリング機構９が設けられている。
【００１６】
したがって、さらに出退機構７により、出退用シリンダ３１ａを伸縮させて把持装置１０に把持されたセグメントピース５０をシールド法線方向に移動し組立位置に移動させる。また、スライド機構８によりスライド用シリンダ３４ａを伸縮してスライドフレーム３３をシールド軸心方向に位置調整することができる。さらにローリング機構９により、ローリングシリンダ３７ａを伸縮してローリング軸３５を中心に把持装置１０に把持されたセグメントピース５０の傾きを調整することができる。
【００１７】
セグメントピース５０は、内面中心に把持用ピン５１が突設されるとともに、把持用ピン５１の両側に一対の位置決め用ピン孔５２が形成されている。前記セグメント把持装置１０の把持フレーム３６には、把持用ピン５１を把持可能な一対の把持爪４１と、これらを互いに接近離間して把持用ピン５１を把持開放する把持用シリンダ４２と、位置決め用ピン孔５２に嵌合される左右一対の位置決めピン４３と、位置決めピン４３を位置決め用ピン孔５２に嵌合離脱可能なピン嵌脱用シリンダ４４とが具備されている。
【００１８】
したがって、セグメントピース５０に対向してセグメント把持装置１０を配置し、出退機構７により把持フレーム３６をセグメントピース５０に接近させてピン嵌脱用シリンダ４４を伸展し、位置決めピン４３を位置決め用ピン孔５２に嵌合させる。そして把持用シリンダ４２を作動して把持爪４１により把持用ピン５１を把持させることにより、セグメントピース５０を正確かつ確実に保持することができる。
【００１９】
上記構成において、セグメントを組立てる時には、後方から搬入されたセグメントピース５０をセグメント把持装置１０に保持させて旋回機構２により組立位置に対応する角度に旋回させる。そして特に曲線施工時には、ヨーイング機構３とピッチング機構６とにより、組立装置の機軸をトンネル軸と一致させ、さらに旋回微調機構４、出退機構７、スライド機構８、ローリング機構９によりセグメントの位置および姿勢を制御して適正位置に移動させ、位置決めする。
【００２０】
上記実施の形態によれば、シールド本体側に旋回機構２とヨーイング機構３とピッチング機構６とを設けたので、旋回機構２によりセグメントピース５０の位置決め角度を決定するごとに、ヨーイング機構３とピッチング機構６を調整してこのセグメント組立装置の機軸をトンネル軸心に一致させることができる。したがって、曲線施工部であっても、出退機構７、スライド機構８およびローリング機構９の補正動作が不要にまたは極めて少なくすることができ、位置決め制御を容易に行うことができる。
【００２１】
また旋回微調機構４を旋回方向に沿う旋回微動としたので、従来の直線微調による動作に比較して、旋回微調動作後の先端（後方）側の調整機構による補正動作が不要となり、姿勢制御および位置制御を単純化することができる。
また旋回微調機構４はヨーイングフレーム１７に微調用軸受２１を介して旋回微調フレーム５を設け、旋回微調駆動装置２３により旋回微調フレーム５を作動させるように構成されて、周方向に収容することができ、従来の接線方向に占有する直線微動に比較して、コンパクト化することができるので、小径シールド掘進機の狭い空間であっても、容易に設置できる。
【００２２】
【発明の効果】
以上に述べたごとく本発明の請求項１記載の発明によれば、従来の接線方向の直線微動に代えて、旋回微調機構を旋回微動としたので、旋回微調動作後の他の調整機構による補正動作が不要となり、姿勢制御および位置制御を単純化、高速化することができる。また旋回微調機構は周方向に収容することができ、従来の接線方向に占有する直線微動に比較して、コンパクト化することができ、小径シールド掘進機の狭い空間であっても、容易に設置できる。
【００２３】
また、直線または曲線施工時などで、トンネル軸心と組立装置の旋回軸心（シールド軸心）に傾きが生じている場合、旋回機構によりセグメントの位置決め角度に停止させるごとに、ヨーイング機構とピッチング機構により姿勢調整フレームを傾斜させて組立装置の機軸をトンネル軸心を一致させる。これにより、ピッチング機構の先端側の出退機構、スライド機構およびローリング機構の各動作の基準線をトンネル軸心に一致させることができ、これにより位置ずれを補正するための動作制御が不要となって、セグメントピースの姿勢制御を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るセグメント組立装置の実施の形態を示す側面図である。
【図２】同セグメント組立装置を示す背面図である。
【図３】同セグメント組立装置の制御動作を示す説明図である。
【図４】図１に示すＡ−Ａ断面図である。
【図５】図１に示すＢ−Ｂ断面図である。
【図６】図１に示すＣ−Ｃ断面図である。
【図７】従来のセグメント組立装置を示す斜視図である。
【図８】従来のセグメント組立装置の制御動作を示す説明図である。
【符号の説明】
Ｏ    シールド軸心
Ｏｘ  ピッチング軸心
Ｏｙ  シールド法線（ヨーイング軸心）
Ｏｚ  ローリング軸心
１    シールド本体
２    旋回機構
３    ヨーイング機構
４    旋回微調機構
５    旋回微調フレーム
６    ピッチング機構
７    出退機構
８    スライド機構
９    ローリング機構
１０    セグメント把持機構
１３    旋回フレーム
１４    旋回駆動装置
１７    ヨーイングフレーム
１８    ヨーイング駆動装置
２３    旋回微調駆動装置
２６    姿勢調整フレーム
２７    ピッチング駆動装置
２９    出退フレーム
３１    出退駆動装置
３３    スライドフレーム
３４    スライド駆動装置
３６    把持フレーム
４１    把持爪
４２    把持用シリンダ
４３    位置決めピン
５０    セグメントピース
５１    把持用ピン
５２    位置決め用ピン穴
【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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