JP2566497B2 - 掘削機の方向制御方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヘッド部およびこれの
後部に屈曲可能に連結されたテール部を備えるシールド
本体を用いた掘削機の方向制御方法および装置に関し、
特に構築すべきトンネルの計画線のような基準線に沿っ
て指向される光線を利用して掘削機の前進の方向を制御
する方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】相対的な屈曲可能に連結されたヘッド部
およびテール部を備えるシールド本体を用いたシールド
型トンネル掘削機により管路のようなトンネルを構築す
る場合、掘削機が構築すべきトンネルの計画線から変位
しているとき、掘削機の前進方向を修正するいわゆる方
向修正が行われる。

【０００３】この種の方向制御方法および装置の１つと
して、構築すべきトンネルの計画線に沿って指向される
レーザ光のような光線を変位確認のための基準として用
い、この光線を受けるターゲットをテール部に取り付
け、光線がターゲットの目標位置に照射するように、換
言すれば、ターゲットへの光線の照射位置が所定の箇所
すなわち目標位置となるように、掘削機の前進方向特に
テール部に対するヘッド部の向きを修正する技術があ
る。

【０００４】この従来技術において、ターゲットは、掘
削機の軸線が計画線のような基準線と一致しているとき
のように基準線に対する掘削機の位置および姿勢の両者
が正しいときに光線が目標位置に照射するように配置さ
れる。このため、掘削機が基準線からずれていると、タ
ーゲットへの光線の照射位置は目標位置から外れる。こ
の場合、この従来技術においては、ターゲットへの光線
の照射位置がターゲット内の目標位置となるように、掘
削機の前進方向を修正する。しかし、この方向制御技術
では、基準線に沿って指向される光線をテール部に取り
付けられたターゲットに直接照射しているから、基準線
の方向におけるターゲットの配置箇所の部位が基準線に
沿うように方向修正をするにすぎない。

【０００５】このように、基準線の方向におけるターゲ
ットの配置箇所の部位が基準線に沿うように方向修正を
する方向制御では、たとえ光線がターゲットの目標位置
に照射していても、ヘッド部がテール部または基準線に
対し傾斜している場合が多く、したがって方向修正作業
が複雑である。また、ヘッド部の先端部を基準線を越え
て変位させることにより、基準線の方向におけるターゲ
ットの配置箇所の部位を基準線に一致させなければなら
ないから、ヘッド部が基準線から大きく変位し、したが
って、掘削機が所定の距離前進される間のヘッド部の蛇
行回数が多いのみならず、ヘッド部の蛇行の範囲が大き
く、その結果掘削機が大きく蛇行しつつ前進してしま
い、方向修正作業がより複雑になる。

【０００６】掘削機の方向制御方法および装置の他の１
つとして、基準線としての光線を発生するレーザ照準器
を掘削機に設け、その光線を受光するターゲットを発進
立坑に設けて、ターゲットへの光線の照射位置が目標位
置となるように、掘削機の前進方向を修正する技術があ
る（特開昭６２−１３６９１号公報）。しかし、この従
来技術も、基準線としての光線をターゲットに照射して
いるにすぎないから、前記した従来技術と同様に、基準
線の方向におけるレーザ照準器の配置箇所の部位が基準
線に沿うように方向修正をすることになる。したがっ
て、この従来の方向制御技術も、前記した従来技術と同
様の種々の課題を有する。

【０００７】掘削機の方向制御方法および装置の他の１
つとして、ターゲットとして作用する光電装置を反射鏡
の後方に設けて、レーザ発生装置で発生される基準線と
してのレーザ光線と、反射鏡からの反射光線とが光電装
置の中心穴を通過するように方向修正をする技術がある
（特開昭４９−８２１３９号公報）。この従来技術にお
いて、反射鏡と光電装置とは、これらが掘削機に組み付
けられた受光器を構成するものであり、レーザ光線に対
して一体的に変位するが、相対的には変位しない。この
ように光電装置と反射鏡とが相対的に変位しない方向修
正技術では、光電装置が反射鏡の後方に設けられていて
も、基準線の方向における光電装置の配置箇所の部位が
基準線に沿うように方向修正をすることになる。したが
って、この従来の方向制御技術も、前記した従来技術と
同様の種々の課題を有する。

【０００８】掘削機の方向制御方法および装置の他の１
つとして、ターゲットとして作用する透光性板をマジッ
クミラーの後方に設け、レーザ発信器で発生される基準
線としてのレーザ光線と、マジックミラーからの反射光
線とが透光性板の中心穴を通過するように方向修正をす
る技術がある（特開昭６０−２２５０１８号公報）。こ
の従来技術において、マジックミラーと透光性板とは、
これらが掘削機に組み付けられたレーザ受信器を構成す
るものであり、レーザ光線に対して一体的に変位する
が、相対的には変位しない。このように透光性板とマジ
ックミラーとが相対的に変位しない方向修正技術では、
透光性板がマジックミラーの後方に設けられていても、
基準線の方向における透光性板の配置箇所の部位が基準
線に沿うように方向修正をすることになる。したがっ
て、この従来の方向制御技術も、前記した従来技術と同
様の種々の課題を有する。

【０００９】方向制御方法および装置の他の１つとし
て、目盛板および指針の一方をヘッド部に他方をテール
部にそれぞれ取り付け、目盛板上における指針の位置か
ら、テール部に対するヘッド部の屈曲の方向および大き
さを確認し、掘削機の前進方向、特にテール部に対する
ヘッド部の方向を修正する技術がある。しかし、この方
向修正技術では、テール部に対するヘッド部の屈曲の方
向および大きさを確認することはできるが、掘削機が基
準線に一致しているか否かは確認することができないか
ら、テール部に対するヘッド部の屈曲の方向および大き
さを修正することはできても、掘削機が基準線に一致す
るようにテール部に対するヘッド部の屈曲の方向および
大きさを修正することはできない。

【００１０】掘削機が基準線に一致するようにテール部
に対するヘッド部の屈曲の方向および大きさを修正すべ
く、光線およびターゲットを用いる従来の方向制御技術
と、目盛板および指針を用いる従来の方向制御技術とを
併用することが考えられる。しかし、ターゲットへの光
線の照射位置のずれの方向および大きさと、目盛板に対
する指針のずれの方向および大きさとが無関係であるか
ら、作業者は互いに無関係な情報を基に方向修正をしな
ければならず、したがって方向修正作業に熟練を要す
る。

【００１１】（解決しようとする課題） 本発明の目的は、掘削機を大きく蛇行させないように、
掘削機の前進方向を容易に制御することができるように
することにある。

【００１２】（解決手段、作用、効果） 本発明の掘削機の方向制御方法は、光線を掘削機の後方
から仮想的な基準線に沿って前記掘削機に向けて指向さ
せ、前記光線をシールド本体のヘッド部に取り付けられ
た反射鏡に受け、前記反射鏡からの反射光線をシールド
本体のテール部に取り付けられたターゲットに受け、前
記反射光線が前記ターゲット内の目標位置に照射するよ
うに方向修正手段を制御することを含む。前記目標位置
は、前記ヘッド部の先端部に定められた前進のための基
準部が本質的に前記基準線上にあるときの前記ターゲッ
トへの反射光線の照射位置である。

【００１３】本発明の掘削機の方向制御装置は、掘削機
の後方から仮想的な基準線に沿って前記掘削機に向けて
指向される光線を受けるべくシールド本体のヘッド部に
取り付けられた反射鏡と、該反射鏡からの反射光線を受
けるべくシールド本体のテール部に取り付けられたター
ゲットとを含む。前記ターゲットは、前記ヘッド部の先
端部に定められた前進のための基準部が本質的に前記基
準線上にあるときの前記ターゲットへの反射光線の照射
位置である目標位置を有する。

【００１４】発進立坑等に設置された光源から発生され
たレーザ光線のような基準となる光線は、ヘッド部に取
り付けられた反射鏡により反射された後、テール部に取
り付けられたターゲットに照射する。、反射鏡およびタ
ーゲットは、ヘッド部およびテール部の相対的変位によ
り相対的に変位するのみならず、基準となる光線に対す
るヘッド部およびテール部の変位により基準となる光線
に対してもそれぞれ独立して変位する。

【００１５】このため、ターゲット内の目標位置に対す
る反射光線の照射位置の変位量は、テール部に対するヘ
ッド部の角度、光線に対するテール部の角度、光線に対
するヘッド部の角度、基準線と光線との変位量等に応じ
て異なるが、目標位置に対する反射光線の照射位置の変
位方向は、主として、基準線に対するヘッド部の傾きの
方向に関係する。

【００１６】したがって、反射光線が目標位置に照射す
るように、テール部に対するヘッド部の向きを修正して
掘削機を前進させるならば、たとえ掘削機が基準線に対
し正しい位置および正しい姿勢のいずれにもおかれてい
ない場合でも、掘削機はヘッド部の先端の基準部が基準
線と一致する方向に常に修正され、掘削機はヘッド部の
先端が基準線に沿うように前進される。結果として、掘
削機は、これを基準線に対し正しい位置および正しい姿
勢におく修正を受けつつ、前進される。

【００１７】また、反射鏡およびターゲットが相対的に
変位するとともに、基準線に対し個々に独立して変位す
るから、掘削機の先端の部位が基準線に沿うように方向
制御をすることができる。このため、基準線の方向にお
けるターゲットの配置箇所の部位が基準線に沿うように
方向修正をする従来技術に比べ、ヘッド部の蛇行回数が
少ないし、ヘッド部の蛇行の範囲が小さく、したがっ
て、掘削機の蛇行回数が少なくなり、掘削機の蛇行の範
囲が小さくなる。

【００１８】本発明によれば、反射鏡およびターゲット
をそれぞれ屈曲可能に連結されたヘッド部およびテール
部に配置し、基準となる光線を、ヘッド部側の反射鏡に
より反射させた後、テール部側のターゲットに照射させ
るようにし、またヘッド部の先端部に定められた前進の
ための基準部が本質的に基準線上にあるときのターゲッ
トへの反射光線の照射位置を目標位置としたから、作業
者の勘に依存することなく、および、掘削機を大きく蛇
行させることなく、掘削機の前進方向を容易制御するこ
とができる。

【００１９】ターゲット内の目標位置は、基準部が本質
的に基準線上にあるときの、前記反射光線の照射位置で
あれば、任意な箇所としてもよい。換言すれば、基準部
は、前記反射光線が目標位置に照射しているとき、基準
線上にある任意な箇所としてもよい。

【００２０】しかし、ターゲット内の目標位置は、掘削
機が基準線に対し正しい位置にあって正しい姿勢にある
ときのターゲットへの反射光線の照射位置とすることが
好ましい。このようにすれば、基準部が、掘削機が基準
線に対し正しい位置および正しい姿勢にあるときの基準
線上の部位となるから、ヘッド部の蛇行回数がより少な
くなるし、ヘッド部の蛇行の範囲がより小さくなり、し
たがって、掘削機の蛇行回数がより少なくなるし、掘削
機の蛇行の範囲がより小さくなり、その結果掘削機を本
質的に直進させることができる。

【００２１】前記基準線に沿って指向される光線を前記
基準線から変位した光路に沿いかつ前記反射鏡に向けて
指向させる偏向器を含むことが好ましい。これにより、
テール部の軸線上を指向する光線を用いても、該光線を
シールド本体内の障害物を迂回させることができる。

【００２２】この偏向器の代りに、前記基準線に沿って
指向される光線を前記シールド本体の半径方向外方へ偏
向し、偏向された光線を前記反射鏡に向けて指向させ、
前記反射鏡からの反射光線を前記シールド本体の半径方
向中央に向けて指向させ、前記半径方向中央に向けて指
向された光線を前記ターゲットに指向させる偏向器を含
むことがより好ましい。これにより、前記光線がシール
ド本体内の障害物の影響を受けることを避けて、ヘッド
部の先端部から反射鏡までの距離を短くし、それにより
方向制御の精度を高めることができる。

【００２３】前記ターゲットは、前記反射鏡へ向けて指
向される光線の通過を許す半透明の光通過部と、前記反
射鏡からの反射光線を受ける受光部とを備えることが好
ましい。これにより、光通過部への光線の照射位置と受
光部への反射光線の照射位置どから、光線に対する掘削
機特にテール部の変位量を知ることができる。

【００２４】さらに、前記ターゲットの近傍を撮影する
テレビカメラを配置し、その映像をモニタで監視するよ
うにしてもよい。ＰＩ４−１５２（１９９５，１２，２
７）

【００２５】

【実施例】図１（Ａ）を参照するに、シールド型トンネ
ル掘削機１０は、筒状のシールド本体１２を含む。シー
ルド本体１２は、ヘッド部１４と、該ヘッド部の後部に
続くテール部１６とを備える。ヘッド部１４とテール部
１６とは、掘削機１０（実際にはテール部１６）の軸線
１８上の屈曲中心点２０を中心として屈曲可能に結合さ
れており、またテール部に対するヘッド部の向きを修正
する方向修正用の複数のジャッキ２２により互いに連結
されている。

【００２６】ヘッド部１４は、これの後端部にテール部
１６の前端部を屈曲可能に受け入れている。テール部１
６は、複数のボルトにより分離可能にかつ相対的変位不
能に連結された複数の筒状体１６ａ，１６ｂに分割され
ている。同様に、ヘッド部１４も、複数のボルトにより
分離可能にかつ相対的変位不能に連結された複数の筒状
体に分割されていてもよい。

【００２７】ヘッド部１４内は、隔壁２４により前方域
と後方域とに区画されている。隔壁２４には、クランク
シャフト２６が軸線１８の周りに回転可能に支持されて
いる。クランクシャフト２６は、その偏心部が前記前方
域となるように配置されている。クランクシャフト２６
の偏心部には、ロータ２８が回転可能に支持されてお
り、ロータ２８にはカッタ組立体３０が取り付けられて
いる。カッタ組立体３０は、ロータ２８から半径方向外
方へ伸びる複数のアームと、該アームの先端部に取り付
けられた複数のカッタビットとを備える既知のものであ
る。

【００２８】隔壁２４には、また、クランクシャフト２
６を回転させる回転機構３２が取り付けられている。ロ
ータ２８およびカッタ組立体３０は、クランクシャフト
２６が回転されることにより、軸線１８を中心とする旋
回運動（公転運動）と、クランクシャフト２６の偏心部
を中心とする回転運動（自転運動）とをするように構成
されている。このような構成は、たとえば、特開昭６３
−１８９５９６号公報等に記載された公知の技術であり
また方向制御に直接関係しないから、その詳細な説明は
省略する。

【００２９】ヘッド部１４の前方域には、掘削物排出用
の泥水が給水管３４を介して地上の側から供給される。
ヘッド部１４の前方域に供給された泥水は、掘削物とと
もに、排出管３６を介して地上の側へ排出される。給水
管３４および排出管３６は、テール部１６、コンクリー
ト管のような敷設すべき管３８および発進立坑（図示せ
ず）を経て地上へ伸びている。

【００３０】方向制御装置は、前記発進立坑に設置され
た光源から発生されるレーザ光のような光線４０を利用
する。図示の例では、構築すべきトンネル（図示の例で
は、管路）の計画線を基準線として用い、光線４０は計
画線すなわち基準線上を指向される。しかし、計画線と
平行な仮想線を基準線として用いてもよいし、光線４０
を計画線と平行に指向させてもよい。

【００３１】方向制御装置は、隔壁２４からテール部１
６内へ伸びるアーム４２と、該アームの後端部に取り付
けられたブラケット４４と、光線４０を受けるべくブラ
ケット４４に取り付けられた反射鏡４６と、該反射鏡か
らの反射光線４８を受けるべくテール部１６に取り付け
られたターゲット５０と、該ターゲットを撮像するテレ
ビカメラ５２とを含む。

【００３２】反射鏡４６は、図示の例では平面鏡である
が、曲率半径の大きい凹面鏡であってもよい。反射鏡４
６は、これの中心が軸線１８上に位置しかつ反射面が軸
線１８に対し所定角度傾斜するように配置されている。

【００３３】ターゲット５０は、テール部１６に取り付
けられたブラケット５４に取り付けられている。ターゲ
ット５０は、反射鏡４６へ向かう光線４０が通過するこ
とを許す半透明部５０ａと、反射鏡４６からの反射光線
４８を受光する受光部５０ｂとを有する。このため、図
１（Ｂ）に示すように、ターゲット５０には、半透明部
５０ａへの光線４０の照射による光スポット４０ａと、
受光部５０ａへの反射光線４８の照射による光スポット
４８ａとが形成される。

【００３４】テレビカメラ５２はターゲット５０全体を
その前方から映すようにブラケット５６によりテール部
１６に取り付けられており、その出力信号は図示しない
ケーブルにより地上に配置されたモニタに伝達される。
したがって、ターゲット５０への光線の照射位置を地上
のモニタ上で確認することができる。

【００３５】掘削機１０が、ジャッキ２２に作用してい
る圧力を表示する計器、ジャッキ２２にの伸長量を表示
する計器、シールド本体１２の前方域内の圧力を表示す
る計器等を備える場合は、これらの計器をターゲット５
０の近傍に配置し、これらの計器の表示部をテレビカメ
ラ５２によりターケット５０とともに撮像してもよい。

【００３６】掘削機１０が基準線に対し正しい位置およ
び正しい姿勢におかれているならば、光線４０は軸線１
８上を指向されてターゲット５０の光通過部５０ａの所
定の部位を通過して反射鏡４６に達し、反射光線４８は
ターゲット５０の受光部５０ｂの所定の部位に照射す
る。このときの、ターゲット５０への反射光線４８の照
射位置は方向制御のための目標位置７２（図２参照）で
あり、また掘削機１０の先端と基準線との交差部は方向
制御のための基準部５８である。

【００３７】基準部５８は、図示の例では、ヘッド部１
４の先端と基準線との交差部である。したがって、光線
４０が基準線上を指向され、掘削機１０の軸線１８が基
準線と一致する場合、基準部５８はヘッド部１４の先端
の中心となる。しかし、基準部５８は、他の部位であっ
てもよい。

【００３８】ターゲット５０は、掘削機１０が基準線に
対し正しい位置および正しい姿勢におかれているとき
に、反射鏡４４の光照射部と直交する線７６と平行の方
向における反射鏡４６と目標位置７２との距離Ｌ１が基
準部５８と屈曲中心点２０との距離Ｌ２の２分の１以上
となるように配置されている。しかし、後に詳細に説明
するように、距離Ｌ２の２分の１未満となるように反射
鏡４６を配置してもよい。

【００３９】掘進時、掘削機１０は、ロータ２８および
カッタ組立体３０が回転機構３２により回転された状態
で、前記した発進立坑に配置された元押し機構により前
進される。このとき、反射光線４８は、基準線に対する
掘削機１０の位置および姿勢に応じて、受光部５０ｂの
所定の位置に照射する。このため、作業者は、反射光線
４８が目標位置に照射されるようにジャッキ２２を制御
する。これにより、掘削機１０は、これが基準線に対し
正しい位置を正しい姿勢で前進するように制御される。

【００４０】次に、図２を参照して、方向制御装置によ
る掘削機１０の前進方向の制御法を説明する。

【００４１】図２は、基準部５８がヘッド部１４の先端
と基準線７０との交差部であり、光線４０が基準線７０
上を指向され、受光部５６ｂの目標位置７２が軸線１８
上にあるものとして示す。図２（Ａ），（Ｂ）および
（Ｃ）は軸線１８が基準線７０と平行であるものとして
示すが、図２（Ｄ）は軸線１８が基準線７０に対し傾い
ているものとして示す。また、図２（Ａ），（Ｂ）およ
び（Ｃ）は、それぞれ、反射鏡４４の光照射部位に垂直
な線７６の方向（図２に示す例では、基準部５８と屈曲
中心点２０とを結ぶ方向）における反射鏡４６と目標位
置７２との距離Ｌ１が、基準部５８と屈曲中心点２０と
の距離Ｌ２の２分の１，２分の１より大、および２分の
１未満であるものとして示す。さらに、図２（Ｄ）は、
距離Ｌ１が２分の１であるものとして示す。

【００４２】図２（Ａ）に示すように、距離Ｌ１が距離
Ｌ２の２分の１である場合においては、ターゲットへの
反射光線４８の照射位置７４が目標位置７２に一致して
いると、たとえヘッド部がテール部に対し傾いていて
も、基準部５８は基準線７０上にある。この状態で、テ
ール部に対するヘッド部の向きを修正することなく掘削
機を前進させると、掘削機はこれの軸線１８が基準線７
０に接近する方向へ徐々に変位されるが、基準部５８は
基準線７０から下方へ徐々に変位し、照射位置７４は目
標位置７２から上方へ徐々に変位する。

【００４３】このため、図２（Ａ）に示す場合は、照射
位置７４を目標位置７２から上方へ変位させないよう
に、または照射位置７４を目標位置７２に接近させるよ
うに、ヘッド部をテール部に対し現時点よりも上向きに
させる方向（図において時計方向）へ角度的に回転させ
るべく、テール部に対するヘッド部の向きを修正しつつ
または修正した後、掘削機を前進させる。これにより、
掘削機は、その軸線１８が基準線７０と一致し、基準部
５８が基準線７０と一致し、ヘッド部がテール部に対し
傾斜しない、正しい位置および正しい姿勢に徐々に修正
される。

【００４４】図２（Ｂ）に示すように、距離Ｌ１が距離
Ｌ２の２分の１を越えている場合においては、ターゲッ
トへの反射光線４８の照射位置７４が目標位置７２に一
致していると、たとえヘッド部がテール部に対し傾いて
いても、基準部５８は基準線７０より上方にある。この
状態で、テール部に対するヘッド部の向きを修正するこ
となく掘削機を前進させると、掘削機はこれの軸線１８
が基準線７０に接近する方向へ徐々に変位され、基準部
５８は基準線７０に徐々に接近するが、照射位置７４は
目標位置７２から上方へ徐々に変位する。

【００４５】このため、図２（Ｂ）に示す場合も、照射
位置７４を目標位置７２から上方へ変位させないよう
に、または照射位置７４を目標位置７２に接近させるよ
うに、ヘッド部をテール部に対し現時点よりも上向きに
させる方向（図において時計方向）へ角度的に回転させ
るべく、テール部に対するヘッド部の向きを修正しつつ
または修正した後、掘削機を前進させる。これにより、
掘削機は、その軸線１８が基準線７０と一致し、基準部
５８が基準線７０と一致し、ヘッド部がテール部に対し
傾斜しない、正しい位置および正しい姿勢に徐々に修正
される。

【００４６】図２（Ｃ）に示すように、距離Ｌ１が距離
Ｌ２の２分の１未満である場合においては、ターゲット
への反射光線４８の照射位置７４が目標位置７２に一致
していても、ヘッド部がテール部に対し傾いているこど
により、基準部５８が基準線７０の下方になるこどがあ
る。この状態で、テール部に対するヘッド部の向きを修
正することなく掘削機を前進させると、掘削機はその軸
線１８が基準線７０に接近する方向へ徐々に変位される
が、基準部５８は基準線７０から下方へ徐々に変位し、
照射位置７４は目標位置７２から上方へ徐々に変位す
る。

【００４７】このため、図２（Ｃ）に示す場合も、照射
位置７４を目標位置７２から上方へ変位させないよう
に、または照射位置７４を目標位置７２に接近させるよ
うに、ヘッド部をテール部に対し現時点よりも上向きに
させる方向（図において時計方向）へ角度的に回転させ
るべく、テール部に対するヘッド部の向きを修正しつつ
または修正した後、掘削機を前進させる。これにより、
掘削機は、その軸線１８が基準線７０と一致し、基準部
５８が基準線７０と一致し、ヘッド部がテール部に対し
傾斜しない、正しい位置および正しい姿勢に徐々に修正
される。

【００４８】図２（Ｄ）に示すように、ヘッド部がテー
ル部に対し傾いており、また軸線１８が基準線７０に対
して傾いていると、ターゲットへの反射光線４８の照射
位置７４は目標位置７２と一致しない。この場合、目標
位置に対する照射位置の変位方向は、テール部に対する
ヘッド部の傾きの方向および大きさならびに基準線７０
に対する軸線１８の傾きの方向および大きさに応じて異
なる（図示の例では上方である）。

【００４９】図２（Ｄ）に示す状態で、テール部に対す
るヘッド部の向きを修正することなく掘削機を前進させ
ると、掘削機はこれの軸線１８が基準線７０と一致する
方向へ徐々に変位され、照射位置７４は見掛け上目標位
置７２に接近する。

【００５０】しかし、実際の制御に際しては、テール部
に対するヘッド部の傾きの方向および大きさならびに基
準線７０に対する軸線１８の傾きの方向および大きさが
不明である。

【００５１】このため、図２（Ｄ）に示す場合は、照射
位置７４を目標位置７２に接近させるように、ヘッド部
をテール部に対し現時点よりも上向きにさせる方向（図
において時計方向）へ角度的に回転させるべく、テール
部に対するヘッド部の向きを修正しつつまたは修正した
後、掘削機を前進させる。これにより、掘削機は、その
軸線１８が基準線７０と一致し、基準部５８が基準線７
０と一致し、ヘッド部がテール部に対し傾斜しない、正
しい位置および正しい姿勢に徐々に修正される。

【００５２】上記のように、本発明においては、たとえ
ば、次のようにして方向修正をすることができる。

【００５３】照射位置７４が目標位置７２の上方に変位
しているときは、照射位置７４を目標位置７２に接近さ
せるように、ヘッド部をテール部に対し現時点よりも上
向きにさせる方向（図において時計方向）へ角度的に回
転させるべく、テール部に対するヘッド部の向きを修正
しつつまたは修正した後、掘削機を前進させる。

【００５４】照射位置７４が目標位置７２の下方に変位
しているときは、照射位置７４を目標位置７２に接近さ
せるように、ヘッド部をテール部に対し現時点よりも下
向きにさせる方向（図において反時計方向）へ角度的に
回転させるべく、テール部に対するヘッド部の向きを修
正しつつまたは修正した後、掘削機を前進させる。

【００５５】照射位置７４が目標位置７２と一致してい
るときは、照射位置７４を目標位置７２から変化させな
いように、ヘッド部をテール部に対し現時点よりも上向
きまたは下向きにさせる方向（図において時計方向）へ
角度的に回転させるべく、テール部に対するヘッド部の
向きを修正しつつまたは修正した後、掘削機を前進させ
る。

【００５６】いずれの場合も、掘削機は、その軸線１８
が基準線７０と一致し、基準部５８が基準線７０と一致
し、ヘッド部がテール部に対し傾斜しない、正しい位置
および正しい姿勢に徐々に修正される。修正作業は、人
手により行ってもよいし、自動制御装置により行っても
よい。

【００５７】距離Ｌ２に対する距離Ｌ１がいずれの場合
も、テール部に対するヘッド部の傾きの方向が他の方向
であっても、軸線１８が基準線７０に対し傾いていて
も、および、照射位置７４が目標位置７２に対し変位し
ていても、照射位置７４を目標位置７２に一致させるよ
うに、テール部に対するヘッド部の向きを方向修正用ジ
ャッキで修正することにより、方向修正をすることがで
きる。

【００５８】図２に示す状態において、距離Ｌ１が距離
Ｌ２の２分の１以上である場合は、照射位置７４が目標
位置７２に一致していても、基準部５８は基準線７０を
越えていない。これに対し、距離Ｌ１が距離Ｌ２の２分
の１未満である場合は、ターゲットへの反射光線４８の
照射位置７４が目標位置７２に一致していると、基準部
５８はすでに基準線７０を越えている。このため、距離
Ｌ１を距離Ｌ２の２分の１以上どすれば、基準部５８が
基準線７０を越えないように制御することができるか
ら、距離Ｌ１を距離Ｌ２の２分の１未満とした場合に比
べ、ヘッド部の先端部の蛇行範囲が小さくなり、掘進機
の直進性が向上する。しかし、距離Ｌ１が距離Ｌ２の２
分の１未満であっても、公知の方向制御方法および装置
に比べ、掘削機の蛇行回数が少なくなり蛇行範囲が小さ
くなる。

【００５９】また、図２に示す状態において、距離Ｌ１
が距離Ｌ２の２分の１である場合は、照射位置７４が目
標位置７２に一致していると、基準部５８は基準線７０
と一致する。しかし、距離Ｌ１が距離Ｌ２の２分の１を
越えている場合は、照射位置７４が目標位置７２に一致
していても、基準部５８は基準綿７０と一致しない。こ
のため、距離Ｌ１を距離Ｌ２の２分の１とすれば、距離
Ｌ１が距離Ｌ２の２分を越える場合に比べ、ヘッド部の
先端部の蛇行範囲が小さくなる。

【００６０】上記のように、ヘッド部をテール部に対し
現時点よりも目標位置７２に対する照射位置７４の変位
方向に応じた方向へ角度的に回転させるべく、テール部
に対するヘッド部の向きを修正するならば、照射位置７
４が目標位置７２から変位したときまたは目標位置７２
から変位しそうなときに、照射位置７４が目標位置７２
に接近するようにまたは目標位置７２から変位しないよ
うに、テール部に対するヘッド部の向きを修正すればよ
く、したがって公知の方向修正技術に比べ、方向修正作
業が容易である。

【００６１】本発明の方向制御方法および装置では、掘
削機の軸線を基準線に一致させる場合、テール部に対す
るヘッド部の向きを、基準部５８が基準線７０に向かう
ように、常に修正することができる。これに対し、公知
の方向制御技術では、掘削機の軸線を基準線に一致させ
る場合、テール部に対するヘッド部の向きを、ヘッド部
の先端部が基準線から離れる方向へ、すなわち基準部５
８に対応する部位が基準線を越えるように、修正するこ
とが多い。このため、本発明の方向制御方法および装置
によれば、公知の方向制御技術に比べ、単位距離当りの
蛇行回数が少なく、また蛇行の範囲が小さい。

【００６２】反射鏡４６への光線４０の照射位置におけ
る線７６が基準部５８ど屈曲中心点２０とを結ぶ仮想線
と平行に伸びるように、換言すれば反射面が基準部５８
と屈曲中心点２０とを結ぶ仮想線と直角となるように、
反射鏡４６を配置するならば、基準部５８が本質的に基
準線７０上にあるときの、ターゲットへの反射光線の照
射位置７４をターゲット内の目標位置７２とすることに
より、方向修正作業がより容易になる。しかし、反射鏡
は、上記のように配置しなくてもよい。

【００６３】また、基準線７０上を指向される光線４０
が反射鏡４６に直接入射するように、反射鏡４６をその
中心が軸線１８と一致するように配置する代りに、反射
鏡４６を掘削機１０の半径方向外方へ変位して配置して
もよい。

【００６４】図３に示す方向制御装置は、さらに、光線
４０の光路を変更する偏向器６０を含む。偏向器６０
は、基準線上を指向される光線４０をテール部の半径方
向外方へ偏向する第１の偏向鏡６２と、偏向された光線
を基準線と平行に指向させる第２の偏向鏡６４とを備え
る。

【００６５】図３の実施例における反射鏡４６は、第２
の偏向鏡６４により偏向された光線を受けるべくテール
部１６の半径方向外方に変位されている。また、ターゲ
ット５０は、第２の偏向鏡６４により偏向された光線が
光通過部５０ａを通過しかつ反射光線４８が受光部５０
ａに照射するように、テール部１６の半径方向外方に変
位されている。

【００６６】図３に示す装置の場合も、掘削機１０が基
準線に対し正しい位置および正しい姿勢で前進されるな
らば、光線４０は軸線１８上を指向されてターゲット５
０の光通過部５０ａの所定の部位を通過して反射鏡４６
に達し、反射光線４８はターゲット５０の受光部５０ｂ
の目標位置に照射する。また、ヘッド部１４がテール部
１６に対し傾斜していても、基準部５８が基準線上にあ
ると、反射光線４８は受光部５０ｂの目標位置に照射す
る。

【００６７】しかし、基準部５８が基準線から外れる
と、反射光線４８が受光部５０ｂの目標位置から離れた
箇所に照射するから、基準部５８が基準線から離れたこ
とを知ることができ、作業者は反射光線４８が受光部５
０ｂの目標位置に照射するようにジャッキ２２を制御す
ることができる。これにより、掘削機１０は、これが基
準線に対し正しい位置を正しい姿勢で前進するように制
御される。

【００６８】図３に示す装置によれば、軸線１８上を指
向される光線４０が障害物８６を迂回するから、テール
部１６内の空間を有効に利用することができる。図３に
示す装置の場合も、掘削機が基準線に対し正しい位置お
よび正しい姿勢に配置されているとき、距離Ｌ１が距離
Ｌ２の２分の１以上となるようにターゲット５０を配置
することが好ましい。

【００６９】図４に示す方向制御装置は、光線４０の光
路を変更する他の偏向器８０を含む。偏向器８０は、基
準線上を指向される光線４０をテール部１６の半径方向
外方へ偏向する第１の偏向鏡８２と、偏向された光線の
通過を許す半透明鏡８４と、該半透明鏡を通過した光線
を軸線１８と平行に指向させる第２の偏向鏡８６とを備
えており、またブラケット８８によりテール部１６に敗
り付けられている。

【００７０】第２の偏向鏡８６は、半透明鏡８４を通過
した光線を反射鏡４６に向けて指向させかつ反射鏡４６
からの反射光線４８を半透明鏡８４に向けて指向させる
ように配置されている。半透明鏡８４は、第１の偏向鏡
８２により偏向された光線が第２の偏向鏡８６に向けて
通過することを許し、また第２の偏向鏡８６により偏向
された反射光線４８がターゲット５０に向けて指向する
ことを許すように配置されている。テレビカメラ５２は
ターゲット５０全体をその後方から映すように配置され
ている。

【００７１】図４に示す装置の場合も、掘削機１０が基
準線に対し正しい位置および正しい姿勢で前進されるな
らば、光線４０は軸線１８上を指向されてターゲット５
０の光通過部５０ａの所定の部位および偏向器８０を通
過して反射鏡４６に達し、反射光線４８は偏向鏡８０を
経てターゲット５０の受光部５０ｂの目標位置に照射す
る。また、ヘッド部１４がテール部１６に対し傾斜して
いても、基準部５８が基準線上にあると、反射光線４８
は受光部５０ｂの目標位置に照射する。

【００７２】しかし、基準部５８が基準線から外れる
と、反射光線４８が受光部５０ｂの目標位置から離れた
箇所に照射するから、基準部５８が基準線から離れたこ
とを知ることができ、作業者は反射光線４８が受光部５
０ｂの目標位置に照射するようにジャッキ２２を制御す
ることができる。これにより、掘削機１０は、これが基
準線に対し正しい位置を正しい姿勢で前進するように制
御される。

【００７３】図４に示す装置によれば、光線４０が回転
機構３２のような隙害物の影響を受けることを避けて、
反射鏡４６を基準部５８に近づけることができるから、
基準部５８から反射鏡４６までの距離を短くすることが
でき、それにより方向制御の精度を高めることができ
る。

【００７４】図４に示す装置の場合も、掘削機が基準線
に対し正しい位置および正しい姿勢に配置されていると
きの、反射鏡４４の光照射部の垂直線７６と平行の方向
における反射鏡４６と目標位置７２との距離Ｌ１（実際
には、反射光線４８の光路長）を距離Ｌ２の２分の１以
上となるようにターゲット５０を配置することが好まし
い。この場合、反射光線４８の光路長Ｌ１は、反射鏡４
６と第２の偏向鏡８６との距離、第２の偏向鏡８６と半
透明鏡８４との距離、および半透明鏡８４とターゲット
５０との距離の和として得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方向制御装置を備えた掘削機の一実施
例を示す断面図とターゲットへの光線の照射位置を示す
図である。

【図２】本発明による方向修正方法の原理を説明するた
めの図である。

【図３】本発明の他の方向制御装置を備えた掘削機の一
実施例を示す断面図である。

【図４】本発明のさらに他の方向制御装置を備えた掘削
機の一実施例を示す断面図である。

【符号の説明】

１０ 掘削機 １２ シールド本体 １４ ヘッド部 １６ テール部 １８ 掘削機の軸線 ２０ 屈曲中心点 ２２ 方向修正用ジャッキ ４０ 光線 ４６ 反射鏡 ４８ 反射光線 ５０ ターゲット ５０ａ 光通過部 ５０ｂ 受光部 ５８ 基準部 ７０ 基準線 ７２ 目標位置 ７４ 反射光線の照射位置 ６０，８０ 偏向器

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヘッド部およびこれの後部に屈曲可能に
   連結されたテール部を備えるシールド本体と、前記テー
   ル部に対する前記ヘッド部の向きを修正する手段とを含
   む掘削機の方向制御方法であって、 光線を前記掘削機の後方から仮想的な基準線に沿って前
   記掘削機に向けて指向させ、前記光線を前記ヘッド部に
   取り付けられた反射鏡に受け、前記反射鏡からの反射光
   線を前記テール部に取り付けられたターゲットに受け、
   前記反射光線が前記ターゲット内の目標位置に照射する
   ように前記修正手段を制御することを含み、 前記目標位置は、前記ヘッド部の先端部に定められた前
   進のための基準部が本質的に前記基準線上にあるときの
   前記ターゲットへの反射光線の照射位置である、掘削機
   の方向制御方法。
2. 【請求項２】 前記基準部は、前記掘削機が前記基準線
   に対し正しい位置および正しい姿勢にあるときに本質的
   に前記基準線上に配置される、請求項１に記載の掘削機
   の方向制御方法。
3. 【請求項３】 ヘッド部およびこれの後部に屈曲可能に
   連結されたテール部を備えるシールド本体と、前記テー
   ル部に対する前記ヘッド部の向きを修正する手段とを含
   む掘削機の方向制御装置であって、 前記掘削機の後方から仮想的な基準線に沿って前記掘削
   機に向けて指向される光線を受けるべく前記ヘッド部に
   取り付けられた反射鏡と、該反射鏡からの反射光線を受
   けるべく前記テール部に取り付けられたターゲットとを
   含み、 前記ターゲットは、前記ヘッド部の先端部に定められた
   前進のための基準部が本質的に前記基準線上にあるとき
   の前記ターゲットへの反射光線の照射位置である目標位
   置を有する、掘削機の方向制御装置。
4. 【請求項４】 前記基準部は、前記掘削機が前記基準線
   に対し正しい位置および正しい姿勢にあるときに本質的
   に前記基準線上にある、請求項３に記載の方向制御装
   置。
5. 【請求項５】 さらに、前記基準線に沿って指向される
   光線を前記基準線から変位した光路に沿いかつ前記反射
   鏡に向けて指向させる偏向器を含む、請求項３または４
   に記載の方向制御装置。
6. 【請求項６】 さらに、前記基準線に沿って指向される
   光線を前記シールド本体の半径方向外方へ偏向し、偏向
   された光線を前記反射鏡に向けて指向させ、前記反射鏡
   からの反射光線を前記シールド本体の半径方向中央に向
   けて指向させ、前記半径方向中央に向けて指向された光
   線を前記ターゲットに指向させる偏向器を含む、請求項
   ３〜５のいずれか１項に記載の方向制御装置。
7. 【請求項７】 前記ターゲットは、前記反射鏡へ向けて
   指向される光線の通過を許す半透明の光通過部と、前記
   反射鏡からの反射光線を受ける受光部とを備える、請求
   項３〜６のいずれか１項に記載の方向制御装置。
8. 【請求項８】 さらに、前記ターゲットの近傍を撮影す
   るテレビカメラを含む、請求項３〜７のいずれか１項に
   記載の方向制御装置。