JP2721325B2 - 多関節型エレクタ装置の操作方法とその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願に係る発明は、シー
ルド掘進機に装備して各種セグメントを組立る多関節型
エレクタ装置の操作方法とその装置に関するものであ
り、特に、異形トンネルを掘削するためのシールド掘進
機用多関節型エレクタ装置において好適な操作方法とそ
の装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、地下にトンネルを形成する場
合には円形のシールド掘進機が用いられており、このシ
ールド掘進機は、前部のカッターヘッドで地山を掘削し
た後に後部のエレクタ装置でセグメントを組立ることに
より土砂等の崩壊を防止しながらトンネルを形成して行
くものである。

【０００３】一方、上記シールド掘進機で円形に掘削し
た場合でも、実際の使用断面としては矩形状や横長長円
形状等で使用する場合が多いため、近年では、より使用
断面形状に近いトンネルを掘削する非円形シールド掘進
機が用いられる場合がある。

【０００４】このような非円形シールド掘進機は、例え
ば、高速道路や地下道を形成する場合には矩形シールド
掘進機が用いられ、地下鉄の駅ホーム等を形成する場合
には三連複合円断面形シールド掘進機が用いられてい
る。

【０００５】そこで、この出願に係る発明の出願人は、
上記三連複合円断面形シールド掘進機において好適なエ
レクタ装置として特開平７−７６９９８号公報記載の発
明を先に出願した。以下、この発明を例にして説明す
る。

【０００６】この発明は、図９の正面図に示すように、
シールド掘進機の長手方向に直交する垂直面内で旋回可
能な旋回ドラム５１に基端を垂直面内で回動自在に枢着
した第１アーム５２と、この第１アーム５２の先端に基
端を垂直面内で回動自在に枢着した第２アーム５３と、
この第２アーム５３の先端に基端を垂直面内で回動自在
に枢着したセグメント把持部５４（以下、この明細書で
はセグメント把持アームという。）とが設けられ、これ
ら第１アーム５２と第２アーム５３とセグメント把持ア
ーム５４との間に各アームの回動駆動手段５５，５６，
５７が設けられた多関節エレクタアーム５８を具備した
多関節型エレクタ装置５９である。そして、この多関節
型エレクタ装置５９により、シールド掘進機のカッター
ヘッドで掘削したトンネル内周の所定位置にセグメント
Ｓを搬送して組立るものである。

【０００７】なお、この種の従来技術として特開平７−
１８０４９８号公報記載の発明があるが、この発明はエ
レクタを自動制御することによってセグメントを予め定
めた目的位置へ目的姿勢で設置しようとするものであ
り、この出願に係る発明のように操作者が二次元傾倒レ
バーを操作しセグメントを目で確認しながらシールド掘
進機内の限られたセグメント組立空間内で任意の方向へ
移動させることができるものではない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記した多関節型エレ
クタ装置５９でトンネル内周の所定位置にセグメントＳ
を搬送して組立る場合、シールド掘進機の掘削誤差やセ
グメントＳの組立進行状況等を操作者が確認しながら作
業を行うので、この多関節型エレクタ装置５９のセグメ
ント把持アーム５４を所望の方向へ移動させる場合に
は、操作者がセグメント把持アーム５４の把持部を目で
確認しながら水平方向（以下、ｘ方向という。）と垂直
方向（以下、ｙ方向という。）へ移動させることとなる
が、多関節エレクタアーム５８の場合には複数のアーム
５２，５３，５４を所定量ずつ回動させなければセグメ
ント把持アーム５４が所望の方向へ移動しないため、所
望位置へセグメントＳを搬送するにはｘ方向への移動と
ｙ方向への移動とを多数回（例えば５０〜６０回）繰り
返して位置修正を行いながら移動させなければならず、
非常に操作が煩雑で熟練を要する作業となる。

【０００９】しかも、セグメントの組立作業は、数ton
もある重量物のセグメントを限られたシールド掘進機内
の空間で移動させるため、作業性の観点から旋回ドラム
の旋回と多関節エレクタアームの移動とは別々に操作す
ることとなるが、作業位置まで旋回ドラム５１を旋回さ
せると多関節エレクタアーム５８と操作者、つまりセグ
メント把持アーム５４と操作者との相対位置が変化する
ため、旋回ドラム５１を旋回させる度に操作者がセグメ
ント把持アーム５４を水平方向と垂直方向とに移動させ
る操作を操作感覚を変更しながら操作しなければなら
ず、操作者の操作感覚が頻繁に変化して作業をより困難
なものにしている。

【００１０】このことは、シールド掘進機が非円形シー
ルド掘進機である場合程困難を伴い、異形セグメントを
所定位置へ移動させて組立る必要性から、セグメント把
持アーム５４の移動作業が困難な作業となる。特に、三
連複合円断面形シールド掘進機にあっては中央トンネル
と側部トンネルとの間の異形（Ｙ型）セグメントＳ₀を
水平動作によって組立る必要があり、また、上下のセグ
メントを組立た後で支柱セグメントＴを組立る場合も水
平動作によって組立る必要があるため、これらのセグメ
ント組立作業は、セグメントＳ₀ ，Ｔを水平動作させる
ために各アーム５２，５３，５４の伸縮を微小量ずつ多
数回繰り返して調節しながらクリアランスの狭い隙間に
水平挿入する非常に困難な作業となる。

【００１１】このように、シールド掘進機の旋回ドラム
５１に設けられたエレクター装置が多関節型の場合、多
関節エレクタアーム５８の先端に設けられたセグメント
把持アーム５４の動きを操作者が直観的に理解すること
が困難であるため相当の熟練を要し、そうでないとセグ
メントを所定の位置へ移動させることができないのが現
状である。しかも、この操作を容易に行える装置もな
い。

【００１２】そこで、上記課題に鑑みて、この出願に係
る発明のうち請求項１および２記載の発明は、シールド
掘進機と多関節型エレクタ装置との相対位置が変化して
も同一操作でセグメントを移動させることができる多関
節型エレクタ装置の操作方法を提供することを目的とし
たものであり、請求項３および４記載の発明は、非円形
シールド掘進機における多関節型エレクタ装置の操作方
法を提供することを目的としたものである。

【００１３】また、請求項５および６記載の発明は、シ
ールド掘進機と多関節型エレクタ装置との相対位置が変
化しても同一操作でセグメントを移動させることができ
る多関節型エレクタ装置の操作装置を提供することを目
的としたものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る多関節型エレクタ装置の操作方法
は、シールド掘進機の長手方向に直交する垂直面内で旋
回可能な多関節型エレクタ装置の旋回ドラム回転角初期
値と、該旋回ドラム回転角初期値における旋回ドラムと
多関節エレクタアームの第１アームとの間の回転角初期
値と、該第１アームと第２アームとの間の回転角初期値
と、該第２アームとセグメント把持アームとの間の回転
角初期値と、これら各アームの回動駆動手段の変位量初
期値とを制御演算装置に記憶し、前記旋回ドラムを旋回
させた時の回転角信号を検出して多関節エレクタアーム
の第１アームと第２アームとセグメント把持アームの基
端を座標変換し、１本の二次元傾倒レバーからのセグメ
ント把持アーム変位信号により、該二次元傾倒レバーの
傾倒方向に対応した前記第１アームと第２アームとセグ
メント把持アームとの間の変位角を算出するとともに、
該変位角とするためのこれらアーム間に設けた各回動駆
動手段の変位量を算出し、該変位量になるまで各回動駆
動手段をサーボ制御したことを特徴とするものである。

【００１５】このように、旋回ドラムの旋回角度から多
関節エレクタアームの第１アームと第２アームとセグメ
ント把持アームの基端の変位量を座標変換することによ
り、二次元傾倒レバーを操作する時には多関節エレクタ
アーム基部が座標変換された状態であるため、二次元傾
倒レバーによるセグメント把持アーム変位信号である傾
倒角度に応じた第１アームと第２アームとセグメント把
持アームとの間の変位角が一義的に算出されるととも
に、これらのアーム間に設けた各回動駆動手段の変位量
も一義的に算出され、該変位量になるまで各アームの変
位量をサーボ制御すれば、操作者が二次元傾倒レバーを
傾倒させた方向にセグメント把持アームを移動させるこ
とができる。

【００１６】請求項２に係る多関節型エレクタ装置の操
作方法は、請求項１記載の各回動駆動手段に油圧シリン
ダを用い、該油圧シリンダの伸縮量を各回動駆動手段の
変位量としてサーボ制御したことを特徴とするものであ
り、この請求項２によれば制御が容易な油圧シリンダの
伸縮量でセグメント把持アームを変位させることができ
る。

【００１７】請求項３に係る多関節型エレクタ装置の操
作方法は、請求項１又は請求項２記載の多関節型エレク
タ装置の操作方法を非円形シールド掘進機に用いること
により、矩形状や横長長円形状等の非円形シールド掘進
機において、シールド掘進機の長手方向に直交する垂直
面内で移動自在の多関節エレクタアームによって全ての
セグメントを組立ることができる。

【００１８】請求項４に係る多関節型エレクタ装置の操
作方法は、請求項３記載の多関節型エレクタ装置の操作
方法を三連複合円断面形シールド掘進機に用いることに
より、三連複合円断面形シールド掘進機において、シー
ルド掘進機の長手方向に直交する垂直面内で移動自在の
多関節エレクタアームによって隣接するトンネルも含め
た全てのセグメントを組立ることができる。

【００１９】請求項５に係る多関節型エレクタ装置の操
作装置は、シールド掘進機の長手方向に直交する垂直面
内で旋回可能な旋回ドラムに基端を該垂直面内で回動自
在に枢着した第１アームと、該第１アームの先端に基端
を垂直面内で回動自在に枢着した第２アームと、該第２
アームの先端に基端を垂直面内で回動自在に枢着したセ
グメント把持アームとを有する多関節エレクタアーム
と、これら第１アーム，第２アームおよびセグメント把
持アームの各回動駆動手段とを具備した多関節型エレク
タ装置において、前記旋回ドラムの回転角を検出する回
転角検出手段と、前記各回動駆動手段の変位量を検出す
る変位量検出手段と、該各回動駆動手段の変位量を入力
する１本の二次元傾倒レバーと、該二次元傾倒レバーの
セグメント把持アーム変位信号に対応して前記セグメン
ト把持アームの座標を演算して各回動駆動手段に制御信
号を出力する制御演算装置とを設け、該制御演算装置で
前記回転角検出手段の検出した回転角信号から前記第１
アームと第２アームとセグメント把持アームの基端を座
標変換するとともに、二次元傾倒レバーの傾倒方向に対
応した制御信号を出力してセグメント把持アームをサー
ボ制御したことを特徴とするものである。

【００２０】このように、回転角検出手段で検出した旋
回ドラムの旋回角から多関節エレクタアーム基部の変位
量を制御演算装置で座標変換することにより、二次元傾
倒レバーを操作する時には多関節エレクタアーム基部が
座標変換された状態であるため、二次元傾倒レバーによ
るセグメント把持アーム変位信号に応じたセグメント把
持アームの座標は一義的に演算されて、制御演算装置か
らの信号により第１アームと第２アームとセグメント把
持アームとの間の変位角を各アーム間に設けた回動駆動
手段を駆動して各回動駆動手段の変位量をサーボ制御す
ることにより、二次元傾倒レバーの傾倒方向にセグメン
ト把持アームを移動させることができる。

【００２１】また、変位量検出手段でのサーボ制御と
は、二次元傾倒レバーのセグメント把持アーム変位信号
から制御演算装置で演算したセグメント把持アームの座
標となるように、制御演算装置の制御信号で各回動駆動
手段を駆動してセグメント把持アームを二次元傾倒レバ
ーの傾倒方向に移動させなが変位量検出手段で変位量を
フィードバックしながら偏差をなくすように制御するこ
とである。

【００２２】請求項６に係る多関節型エレクタ装置の操
作装置は、請求項５記載の各回動駆動手段に油圧シリン
ダを用い、該油圧シリンダの伸縮量を変位量検出手段で
検出して該伸縮量をサーボ制御したことを特徴とするも
のであり、この請求項６によれば制御力が大きい油圧シ
リンダの伸縮量でセグメント把持アームを変位させるた
め、多関節エレクタアームや各油圧シリンダを小型に構
成することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、この出願に係る発明の実施
の形態の一例を図面に基づいて説明する。この実施の形
態では、非円形シールド掘進機である三連複合円断面形
シールド掘進機を例にし、各アーム間の回動駆動手段に
油圧シリンダを用いた例を示す。

【００２４】図１はこの出願に係る発明の各アーム間の
関係を示す正面図であり、図２は同各アーム間に設けら
れた各回転駆動手段を制御するための操作装置を示す系
統図である。この例では図１のようにシールド掘進機の
後部に装備された旋回ドラム１に一対の多関節エレクタ
アームＲが設けられた多関節型エレクタ装置Ｅを例にし
ており、図において右側の多関節エレクタアームＲが伸
びた状態を説明する。

【００２５】図１に示すように、シールド掘進機の長手
方向に直交する垂直面内で旋回可能に設けられた旋回ド
ラム１に、多関節エレクタアームＲの基部ｒが、旋回ド
ラム１の中心を通る軸線ａ上に回動自在に枢着されてお
り、この多関節エレクタアームＲは、第１アーム２の基
端が回動軸２ａを介して垂直面内で回動自在に旋回ドラ
ム１に枢着されることにより全体として枢着されてい
る。この旋回ドラム１は、例えば磁気センサ等の図示し
ない回転角検出手段によって回転角を検出するように構
成されている。

【００２６】また、この第１アーム２の先端には、回動
軸３ａを介して第２アーム３の基端が垂直面内で回動自
在に枢着されており、この第２アーム３の先端にはセグ
メント把持アーム４の基端である略中央部が回動軸４ａ
を介して垂直面内で回動自在に枢着されている。

【００２７】そして、第１アーム２の基端側に設けられ
たブラケット２ｂと旋回ドラム１に設けられたブラケッ
ト１ａとの間に回動駆動手段たる第１油圧シリンダＪ₁
が設けられ、第２アーム３の基端側に設けられたブラケ
ット３ｂと第１アーム２の基端側に設けられたブラケッ
ト２ｃとの間に回動駆動手段たる第２油圧シリンダＪ₂
が設けられ、第２アーム３の基端側に設けられたブラケ
ット３ｃとセグメント把持アーム４との間に回動駆動手
段たる第３油圧シリンダＪ₃ が設けられ、各アーム２，
３，４が同一垂直面内で回動自在に枢着されている。

【００２８】従って、第１アーム２は第１油圧シリンダ
Ｊ₁ を伸縮させることにより回動軸２ａを中心にして垂
直面内で回動し、第２アーム３は第２油圧シリンダＪ₂
を伸縮させることにより回動軸３ａを中心にして垂直面
内で回動し、セグメント把持アーム４は第３油圧シリン
ダＪ₃ を伸縮させることにより回動軸４ａを中心にして
垂直面内で回動する。

【００２９】また、この図の状態では、上記軸線ａと旋
回ドラム中心を通る水平方向の軸線ｂとの角度がθ
₀ で、上記第１アーム２の回動軸２ａと３ａとの間の軸
線ｄと上記回動軸２ａの垂直方向の軸線ｃとの角度がθ
₁ で、上記第２アーム３の回動軸３ａと４ａとの間の軸
線ｅと上記軸線ｄとの角度がθ₂ で、この軸線ｅとセグ
メント把持アーム４の回動軸４ａの垂直方向の軸線ｆと
の角度がθ₃ となっている。また、この時、第１油圧シ
リンダＪ₁ の伸縮量はＬ₁ であり、第２油圧シリンダＪ
₂ の伸縮量はＬ₂ であり、第３油圧シリンダＪ₃ の伸縮
量はＬ₃ である。これら旋回ドラム１に対する角度θ₀
と各アーム２，３，４間の角度θ₁,θ₂,θ₃と伸縮量
Ｌ₁,Ｌ₂,Ｌ₃ は後述する制御演算装置に記憶される。な
お、この例では、旋回ドラム１の水平方向の軸線ｂを基
準にして多関節エレクタアームＲの角度を検出してい
る。

【００３０】また、セグメント把持アーム４の回動軸４
ａは、後述する１本の二次元傾倒レバーを傾倒させる時
の水平方向信号をｘ方向信号とし、垂直方向信号をｙ方
向信号として出力させる基準点となっている。なお、上
記セグメント把持アーム４にはセグメントＳを把持する
公知の把持部Ｓ₁ が具備されているが公知の技術である
ため説明は省略する。

【００３１】一方、図２に示すように、上記各油圧シリ
ンダＪ₁,Ｊ₂,Ｊ₃ を伸縮させる制御機構としては、それ
ぞれの油圧シリンダＪ₁,Ｊ₂,Ｊ₃ に逃し弁Ｐ₁,Ｐ₂,Ｐ₃
とチェック弁Ｃ₁,Ｃ₂,Ｃ₃ とが設けられた油圧回路Ｏ₁,
Ｏ₂,Ｏ₃ が連結されており、これらの油圧回路Ｏ₁,Ｏ₂,
Ｏ₃ にはサーボ弁Ｖ₁,Ｖ₂,Ｖ₃ が設けられている。ま
た、各油圧シリンダＪ₁,Ｊ₂,Ｊ₃ には変位量検出手段た
るストロークセンサＵ₁,Ｕ₂,Ｕ₃ がそれぞれ設けられて
いる。そして、上記サーボ弁Ｖ₁,Ｖ₂,Ｖ₃ にはサーボア
ンプＡ₁,Ａ₂,Ａ₃ からの制御信号を送る配線Ｗ₁,Ｗ₂,Ｗ
₃ が接続され、ストロークセンサＵ₁,Ｕ₂,Ｕ₃ には油圧
シリンダＪ₁,Ｊ₂,Ｊ₃ の伸縮量をフィードバックする配
線Ｗ₁,Ｗ₂,Ｗ₃ が接続されている。なお、このストロー
クセンサＵ₁,Ｕ₂,Ｕ₃ はポテンショメータ等の公知の技
術で可能である。

【００３２】上記サーボアンプＡ₁,Ａ₂,Ａ₃ には制御演
算装置５が接続されており、この制御演算装置５にはセ
グメント把持アーム４の変位信号入力手段たる１本の二
次元傾倒レバー７が設けられた操作ボックス６が接続さ
れている。この二次元傾倒レバー７は３６０°任意の方
向に傾倒可能なものであり、傾倒方向に応じてｘ方向信
号とｙ方向信号とを出力するものである。そして、二次
元傾倒レバー７からのセグメント把持アーム変位信号に
より、制御演算装置５で各アーム間の変位角を算出する
とともに、この変位角にするための油圧シリンダＪ₁,Ｊ
₂,Ｊ₃ の伸縮量を算出して各サーボアンプＡ₁,Ａ₂,Ａ₃
に出力し、上記ストロークセンサＵ₁,Ｕ₂,Ｕ₃ からの信
号を各サーボアンプＡ₁,Ａ₂,Ａ₃ へフィードバックさせ
て、制御演算装置５から各サーボアンプＡ₁,Ａ₂,Ａ₃ に
送られた変位量たる伸縮量となるようにサーボ弁Ｖ₁,Ｖ
₂,Ｖ₃ で各油圧シリンダＪ₁,Ｊ₂,Ｊ₃ の伸縮量を制御す
るように構成されている。なお、上記操作ボックス６に
は、第１アーム２，第２アーム３およびセグメント把持
アーム４のみを回動させるための図示しないスイッチが
設けられている。また、油圧回路Ｏ₁,Ｏ₂,Ｏ₃ には油タ
ンク１０とポンプユニット１１が設けられており、上記
旋回ドラム１には、駆動手段たる電動モータ８とピニオ
ン９とが設けられている。

【００３３】以上のように構成された多関節型エレクタ
装置Ｅによるこの出願に係る発明の操作方法を、図３
(a),(b) のセグメント把持アームを移動させた時の各ア
ーム間の関係を示す概略図と図４のブロック図に基づい
て以下に説明する。この例では図３(a) の状態から(b)
に示すように移動させる場合を説明するため、多関節エ
レクタアームＲを格納した初期状態（例えば従来の図９
に示す状態）からの旋回ドラム１の旋回および多関節エ
レクタアームＲの各油圧シリンダＪ₁,Ｊ₂,Ｊ₃ の伸長に
ついての説明は省略し、図３(a) の状態（各アーム間が
所定角度となった状態）を旋回ドラム１の回転角初期値
θ₀,θ₁,θ₂,θ₃ および多関節エレクタアームＲの各油
圧シリンダＪ₁,Ｊ₂,Ｊ₃ の伸長量初期値Ｌ₁,Ｌ₂,Ｌ₃ と
して説明する。

【００３４】従って、この状態は、多関節エレクタアー
ムＲの基部ｒを所望位置へ移動させるために旋回ドラム
１を旋回させ、この旋回ドラム１に設けられた回転角検
出手段により軸線ａの回転角を検出し、制御演算装置５
により上記回転角初期値θ₀からの変位角Δθ₀ を算出
して多関節エレクタアームＲの第１アーム２と第２アー
ム３とセグメント把持アーム４の基端の座標変換を行っ
た状態である。なお、これらの回転角初期値θ₀,θ₁,θ
₂,θ₃ および伸長量初期値Ｌ₁,Ｌ₂,Ｌ₃ は制御演算装置
５に記憶されている。

【００３５】この状態から図３(b) のように、１本の二
次元傾倒レバーを真横に倒してセグメント把持アーム４
をｘ₀ からｘ₁ へΔｘだけ水平移動させる場合、軸線ｃ
と軸線ｄとの間の角度は初期値θ₁ ＋変位角Δθ₁ とな
り、軸線ｄと軸線ｅとの間の角度は初期値θ₂ ＋変位角
Δθ₂ となり、軸線ｅと軸線ｆとの間の角度は初期値θ
₃ ＋変位角Δθ₃ となる。

【００３６】この時、制御演算装置５では、図４に示す
ように操作者が二次元傾倒レバー７を倒すことによって
出力されるｘ方向とｙ方向の変位信号ΔｘとΔｙとを制
御演算装置５によって検出し、このΔｘとΔｙの変位信
号からθ₁,θ₂,θ₃ の各変位角Δθ₁,Δθ₂,Δθ₃ を座
標計算により一義的に算出している。

【００３７】この変位角Δθ₁,Δθ₂,Δθ₃ が算出され
ると、予め制御演算装置５に記憶されている各アーム
２，３，４間の回転角初期値θ₁,θ₂,θ₃ と各油圧シリ
ンダＪ₁,Ｊ₂,Ｊ₃ の伸長量初期値Ｌ₁,Ｌ₂,Ｌ₃ から、各
油圧シリンダＪ₁,Ｊ₂,Ｊ₃ の必要変位量ΔＬ₀,ΔＬ₁,Δ
Ｌ₂,ΔＬ₃ を演算する。

【００３８】そして、この必要変位量ΔＬ₁,ΔＬ₂,ΔＬ
₃ の信号がサーボアンプＡ₁,Ａ₂,Ａ₃ に出力され、この
サーボアンプＡ₁,Ａ₂,Ａ₃ によって各油圧シリンダＪ₁,
Ｊ₂,Ｊ₃ への出力信号とストロークセンサＵ₁,Ｕ₂,Ｕ₃
からの入力信号とを制御して変位量ΔＬ₁,ΔＬ₂,ΔＬ₃
の偏差がなくなるようにサーボ制御される。なお、二次
元傾倒レバー７の傾倒角度に応じて変位信号も変化させ
て、各油圧シリンダＪ₁,Ｊ₂,Ｊ₃ の伸縮速度を変化させ
るように制御してもよい。

【００３９】このように旋回ドラム１が旋回した位置で
多関節エレクタアームＲの位置を予め座標変換した後
に、１本の二次元傾倒レバー７を倒すことによって入力
されるセグメント把持アーム変位信号により、制御演算
装置５でセグメント把持アーム４を二次元傾倒レバー７
の傾倒方向と同一方向に移動させることができるため、
旋回ドラム１の旋回位置に関係なく操作者は常に同一感
覚でセグメント把持アーム４を操作することができる。
つまり、図５(a),(b),(c) の模式図に示すように、二次
元傾倒レバー７を図(c) の方向（真下）へ倒せば、旋回
ドラム１が図(a)の状態であっても図(b) の状態であっ
ても、セグメント把持アーム４が二次元傾倒レバー７と
同一の方向（真下）へ移動するように制御される。

【００４０】以上のようにして多関節型エレクタ装置Ｅ
を制御するこの出願に係る発明の具体的な操作例を図６
〜図８の正面図に基づいて以下に説明する。この操作例
は、三連複合円断面形シールド掘進機における中央トン
ネルと側部トンネルとの間の中間トンネル用セグメント
と側部トンネル用セグメントとの接合部に用いられる異
形（Ｙ形）セグメントＳ₀ を例に説明する。なお、これ
らの図では、説明上、セグメント把持アーム４でセグメ
ントＳ₀ を把持した状態で隙間を設けて図示している。

【００４１】図６の正面図に示すように、Ｙ形の異形セ
グメントＳ₀ を旋回ドラム１の下方へ搬送する場合には
逆Ｙ形とした状態で搬送されるため、多関節エレクタア
ームＲのセグメント把持アーム４で把持する場合、ま
ず、旋回ドラム１を所定の角度で固定し、１本の二次元
傾倒レバーをセグメントＳ₀ に向けて倒すことによって
セグメント把持アーム４をセグメントＳ₀ の近傍まで移
動させる。そして、この状態で図示しないスイッチ等に
よってセグメント把持アーム４の把持部４ｂをセグメン
トＳ₀ の把持部Ｓ₁ に沿った角度に回動させた後、さら
に二次元傾倒レバーをセグメントＳ₀ 側へ倒せばセグメ
ント把持アーム４をセグメントＳ₀ へ近接させることが
容易にできる。従って、セグメントＳ₀ の把持部Ｓ₁ が
ある角度をもって搬送されてきた場合でも、熟練を要す
ることなく１本の二次元傾倒レバーで容易に把持するこ
とができる。

【００４２】また、このようにして把持した異形セグメ
ントＳ₀ は、図７の正面図に示すように、多関節エレク
タアームＲで把持した状態で旋回ドラム１により所定の
角度まで旋回させて旋回ドラム１を固定し、二次元傾倒
レバー７をほぼ水平方向に倒すことにより、セグメント
把持アーム４とともに異形セグメントＳ₀ をほぼ水平に
移動させて組立位置へ容易に移動させることができる。

【００４３】さらに、図８の正面図に示すように、上下
の異形セグメントＳ₀ を組立た後で支柱セグメントＴを
挿入する場合でも、旋回ドラム１を所定角度まで旋回さ
せて固定した後、二次元傾倒レバー７をほぼ水平方向に
倒すことにより、点線で示す程度に上下の隙間のクリア
ランスが非常に狭いセグメントＳ₀ 間に支柱セグメント
Ｔを容易に挿入することが可能となる。

【００４４】このように、セグメント組立時に旋回ドラ
ム１を任意の位置に旋回させることにより操作者と多関
節エレクタアームＲとの相対位置が頻繁に変化するセグ
メントＳの組立作業を行う場合でも、予め旋回ドラム１
の旋回角度を座標変換した後で１本の二次元傾倒レバー
による変位信号から多関節エレクタアームＲの座標位置
を算出しているため、旋回ドラム１が頻繁に旋回したと
しても操作者は常に同一感覚で二次元傾倒レバー７を倒
せばその方向にセグメント把持アーム４を移動させるこ
とができるので、熟練を要することなく容易にセグメン
ト組立作業を行うことができる。

【００４５】なお、上述した実施の形態では、シールド
掘進機として非円形シールド掘進機である三連複合円断
面形シールド掘進機を例に説明したが、例えば矩形断面
や馬蹄形断面を掘削する他の非円形シールド掘進機にお
いても効率的にセグメントを組立る操作が可能となる。
また、従来の円形断面のシールド掘進機において使用す
ることも可能である。

【００４６】また、上記実施の形態では、回動駆動手段
として油圧シリンダＪ₁,Ｊ₂,Ｊ₃ を用いた例を説明した
が、油圧シリンダに限定されるものではなく、油圧モー
タ等のアクチュエータであってもよく、この場合には回
動駆動手段の変位量は回転角として算出することとな
る。

【００４７】

【発明の効果】この出願に係る発明は、以上説明したよ
うに構成しているので、以下に記載するような効果を奏
する。

【００４８】請求項１〜４に係る多関節型エレクタ装置
の操作方法によれば、シールド掘進機の旋回ドラムがど
の位置に旋回していても、１本の二次元傾倒レバーを操
作することによって、多関節エレクタアームのセグメン
ト把持アームを任意の方向に移動させることができるの
で、旋回ドラムの旋回位置を意識せずにセグメントの組
立を容易に行うことが可能となり、操作者の熟練度に頼
ることなく様々なセグメントの組立が可能となる。

【００４９】特に、請求項２に係る多関節型エレクタ装
置の操作方法によれば、油圧シリンダの伸縮量を回動駆
動手段の変位量として制御することにより、制御が容易
な直線運動で各回動駆動手段を制御することが可能とな
る。

【００５０】特に、請求項３に係る多関節型エレクタ装
置の操作方法によれば、矩形状や横長長円形状等の非円
形シールド掘進機において、１本の二次元傾倒レバーで
異形セグメント等の全てのセグメントを容易に組立るこ
とが可能となる。

【００５１】特に、請求項４に係る多関節型エレクタ装
置の操作方法によれば、三連複合円断面形シールド掘進
機において、１本の二次元傾倒レバーで隣接するトンネ
ルも含めた異形セグメントや支柱セグメント等の全ての
セグメントを容易に組立ることが可能となる。

【００５２】請求項５および６に係る多関節型エレクタ
装置の操作装置によれば、１本の二次元傾倒レバーを操
作することによって、シールド掘進機に設けられた旋回
ドラムの位置を意識せずに多関節エレクタアームのセグ
メント把持アームを任意の方向に移動させることができ
るので、組立が困難な異形セグメントや支柱セグメント
の組立を操作者の熟練度に頼ることなく容易に行うこと
が可能となる。

【００５３】特に、請求項６に係る多関節型エレクタ装
置の操作装置によれば、油圧シリンダの伸縮量を回動駆
動手段の変位量として制御することにより、制御が容易
な直線運動をする油圧シリンダの伸縮量でセグメント把
持アームの変位量を制御することが可能な装置を構成す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この出願に係る発明の各アーム間の関係を示す
正面図である。

【図２】同各アーム間に設けられた各回転駆動手段を制
御するための操作装置を示す系統図である。

【図３】(a),(b) は、この出願に係る発明の操作方法で
セグメント把持アームを移動させた時の各アーム間の関
係を示す概略図である。

【図４】この出願に係る発明の変位角と変位量の関係を
示すブロック図である。

【図５】(a),(b) はセグメント把持アームの移動状態を
示す模式図であり、(c) は二次元傾倒レバーの傾倒状態
を示す模式図である。

【図６】この出願に係る発明の操作例を示す正面図であ
る。

【図７】この出願に係る発明の他の操作例を示す正面図
である。

【図８】この出願に係る発明のさらに他の操作例を示す
正面図である。

【図９】従来の多関節型エレクタ装置を示す正面図であ
る。

【符号の説明】

１…旋回ドラム ２…第１アーム ２ａ…回動軸 ３…第２アーム ３ａ…回動軸 ４…セグメント把持アーム ４ａ…回動軸 ５…制御演算装置 ６…操作ボックス ７…二次元傾倒レバー ８…旋回モータ ９…ピニオン Ｅ…多関節型エレクタ装置 Ｒ…多関節エレクタアーム ｒ…基部 Ｓ…セグメント Ｓ₀ …異形セグメント Ｓ₁ …把持部 ａ…垂直軸線 ｂ…軸線 ｃ…軸線 ｄ…軸線 ｅ…軸線 Ａ₁,Ａ₂,Ａ₃ …サーボアンプ Ｖ₁,Ｖ₂,Ｖ₃ …サーボ弁 Ｏ₁,Ｏ₂,Ｏ₃ …油圧回路 Ｊ₁,Ｊ₂,Ｊ₃ …油圧シリンダ Ｕ₁,Ｕ₂,Ｕ₃ …ストロークセンサ Ｌ₀,Ｌ₁,Ｌ₂,Ｌ₃ …変位量初期値 ΔＬ₀,ΔＬ₁,ΔＬ₂,ΔＬ₃ …変位量 θ₀,θ₁,θ₂,θ₃ …回転角初期値 Δθ₀,Δθ₁,Δθ₂,Δθ₃ …変位角

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平山 真治 兵庫県神戸市中央区東川崎町１丁目１番 ３号 川崎重工業株式会社 神戸本社内 (56)参考文献 特開 平７−76998（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−180498（ＪＰ，Ａ)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド掘進機の長手方向に直交する垂
   直面内で旋回可能な多関節型エレクタ装置の旋回ドラム
   回転角初期値と、該旋回ドラム回転角初期値における旋
   回ドラムと多関節エレクタアームの第１アームとの間の
   回転角初期値と、該第１アームと第２アームとの間の回
   転角初期値と、該第２アームとセグメント把持アームと
   の間の回転角初期値と、これら各アームの回動駆動手段
   の変位量初期値とを制御演算装置に記憶し、前記旋回ド
   ラムを旋回させた時の回転角信号を検出して多関節エレ
   クタアームの第１アームと第２アームとセグメント把持
   アームの基端を座標変換し、１本の二次元傾倒レバーか
   らのセグメント把持アーム変位信号により、該二次元傾
   倒レバーの傾倒方向に対応した前記第１アームと第２ア
   ームとセグメント把持アームとの間の変位角を算出する
   とともに、該変位角とするためのこれらアーム間に設け
   た各回動駆動手段の変位量を算出し、該変位量になるま
   で各回動駆動手段をサーボ制御したことを特徴とする多
   関節型エレクタ装置の操作方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の各回動駆動手段に油圧シ
   リンダを用い、該油圧シリンダの伸縮量を各回動駆動手
   段の変位量としてサーボ制御したことを特徴とする多関
   節型エレクタ装置の操作方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２記載のシールド掘
   進機が非円形シールド掘進機であることを特徴とする多
   関節型エレクタ装置の操作方法。
4. 【請求項４】 請求項３記載の非円形シールド掘進機が
   三連複合円断面形シールド掘進機であることを特徴とす
   る多関節型エレクタ装置の操作方法。
5. 【請求項５】 シールド掘進機の長手方向に直交する垂
   直面内で旋回可能な旋回ドラムに基端を該垂直面内で回
   動自在に枢着した第１アームと、該第１アームの先端に
   基端を垂直面内で回動自在に枢着した第２アームと、該
   第２アームの先端に基端を垂直面内で回動自在に枢着し
   たセグメント把持アームとを有する多関節エレクタアー
   ムと、これら第１アーム，第２アームおよびセグメント
   把持アームの各回動駆動手段とを具備した多関節型エレ
   クタ装置において、 前記旋回ドラムの回転角を検出する回転角検出手段と、
   前記各回動駆動手段の変位量を検出する変位量検出手段
   と、該各回動駆動手段の変位量を入力する１本の二次元
   傾倒レバーと、該二次元傾倒レバーのセグメント把持ア
   ーム変位信号に対応して前記セグメント把持アームの座
   標を演算して各回動駆動手段に制御信号を出力する制御
   演算装置とを設け、該制御演算装置で前記回転角検出手
   段の検出した回転角信号から前記第１アームと第２アー
   ムとセグメント把持アームの基端を座標変換するととも
   に、二次元傾倒レバーの傾倒方向に対応した制御信号を
   出力してセグメント把持アームをサーボ制御したことを
   特徴とする多関節型エレクタ装置の操作装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の各回動駆動手段に油圧シ
   リンダを用い、該油圧シリンダの伸縮量を変位量検出手
   段で検出して該伸縮量をサーボ制御したことを特徴とす
   る多関節型エレクタ装置の操作装置。