JP3551362B2 - 複数本の液圧シリンダの制御装置と、トンネル掘削機のカッタ駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数本の液圧シリンダを往復動させ、回転体を回転駆動する装置における液圧シリンダの制御装置と、前記制御装置によりカッタを回転させ、地山を掘削するトンネル掘削機のカッタ駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数本のシリンダにより回転軸を回転させる技術としては、油圧ピストンモータを用いる技術と、方向切換弁によって液圧シリンダを押し側と引き側に切り換える技術とが知られている。
【０００３】
前記油圧ピストンモータを用いる技術は、１個のケーシングの中にピストンが複数個納められており、連続的な油の流れ方向または流量によって回転運動を発生させるようにしている。
【０００４】
図１７は方向切換弁により液圧シリンダのピストンロッドを押しと引きに切り換える方式の従来技術を示す図である。
【０００５】
この図１７に示す従来技術では、回転体としての回転軸１にクランク２が連接されている。このクランク２には、連結部材である連結板３が連結ピン１０を介し取り付けられている。
【０００６】
前記連結板３の周りには、複数本としての４本の液圧シリンダ４ａ〜４ｄが配置されている。各液圧シリンダ４ａ〜４ｄは、シリンダ本体５と、ピストン６と、ピストンロッド７とを有している。そして、各液圧シリンダ４ａ〜４ｄのシリンダ本体５の端部は、固定部材に取り付けられたシリンダブラケット８に取り付けピン９を介して取り付けられ、ピストンロッド７の端部は前記連結板３にピン結合により取り付けられている。
【０００７】
前記液圧シリンダ４ａと４ｃは、回転軸１の中心Ｏを通る一直線Ｘ−Ｘ上に取り付けられ、液圧シリンダ４ｂと４ｄは、同じく回転軸１の中心Ｏを通る他の一直線Ｙ−Ｙ上に取り付けられている。
【０００８】
前記液圧シリンダ４ａ〜４ｄは、液圧回路１１’に接続されている。この液圧回路１１’は、液圧ポンプ１２と、タンク１３と、二位置方向切換弁１４ａ，１４ｂとを備えている。
【０００９】
前記液圧回路１１’の一方の二位置方向切換弁１４ａには、前記液圧シリンダ４ａ，４ｃが接続され、他方の二位置方向切換弁１４ｂには前記液圧シリンダ４ｂ，４ｄが接続されている。
【００１０】
そして、この従来技術では二位置方向切換弁１４ａ，１４ｂをイ位置またはロ位置に切り換え、一方の二位置方向切換弁１４ａにより２本の液圧シリンダ４ａ，４ｃを押し側と引き側に制御し、他方の二位置方向切換弁１４ｂにより他の２本の液圧シリンダ４ｂ，４ｄを押し側と引き側に制御するようにしている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記図１７に示す従来技術では、回転体である回転軸１の中心Ｏを通る一直線Ｘ−Ｘ上に液圧シリンダ４ａと４ｃを取り付け、同回転軸１の中心Ｏを通る他の一直線Ｙ−Ｙ上に液圧シリンダ４ｂと４ｄを取り付けているので、液圧シリンダ４ａ〜４ｄの複数の死点が重ならないように、液圧シリンダ４ａ〜４ｄを制御することが難しい。したがって、従来技術では４本の液圧シリンダ４ａ〜４ｄの合成トルクの変動が大きいという課題がある。
【００１２】
また、前記図１７に示す従来技術では、１個の二位置方向切換弁１４ａに２本の液圧シリンダ４ａ，４ｃを接続し、他の１個の二位置方向切換弁１４ｂに２本の液圧シリンダ４ｂ，４ｄを接続している。したがって、液圧シリンダ４ａ〜４ｄを複数の押しと複数の引きが位相をずらして重なるように制御することが困難である。このため、４本の液圧シリンダ４ａ〜４ｄの合成トルクの変動を小さく抑えることができないという課題があり、二位置方向切換弁を使用しているため、液圧シリンダが押し側から引き側へ、または引き側から押し側へ瞬時に切り換えられるので、衝撃が発生するという課題もある。
【００１３】
本発明は、上記の事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、複数本の液圧シリンダを、複数の死点が重ならないように、しかも複数の押しと複数の引きが位相をずれながら重なるように取り付けた状態で、押し側から引き側へ、または引き側から押し側へスムーズに切り換えることができ、かつその切り換え時において衝撃の発生を防止し得る複数本の液圧シリンダの制御装置を提供することにある。
【００１４】
そして、本発明の他の目的は、変動の小さいトルクでカッタを回転駆動し、地山を効率よく掘削し得るトンネル掘削機を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明では複数本の液圧シリンダ４ａ，４ｂ，…によりそれぞれのピストンロッド７を往復動させ、回転体を回転駆動する装置における液圧シリンダの制御装置において、各液圧シリンダ４ａ，４ｂ，…のシリンダ本体５とピストンロッド７の一方の部材に、ピストンロッド７の死点近傍への到達と、当該死点への到達と、当該死点を脱したことを検出するセンサ２３ａ，２３ｂを設け、他方の部材には被検出体２２を設け、液圧シリンダ４ａ，４ｂ，…の液圧回路１１に、三位置方向切換弁１５ａ，１５ｂ，…を設置し、前記センサ２３ａ，２３ｂと、三位置方向切換弁１５ａ，１５ｂ，…とを制御器２５に接続するとともに、前記制御器２５を、センサ２３ａ，２３ｂによりピストンロッド７が死点近傍まで到達したことを検出するまでは、ピストンロッド７を当該三位置方向切換弁１５ａ，１５ｂ，…の位置を保持し、センサ２３ａ，２３ｂによりピストンロッド７が死点近傍に到達したことを検出したときは、当該ピストンロッド７の移動方向を中立状態に解放すべく当該三位置方向切換弁１５ａ，１５ｂ，…を中立位置に切り換え、ピストンロッド７が当該死点に到達した後，この死点を脱するまでは、当該三位置方向切換弁１５ａ，１５ｂ，…を中立位置に保持し、センサ２３ａ，２３ｂによりピストンロッド７が当該死点を脱したことを検出したときは、ピストンロッド７を他の方向へ移動させるべく当該三位置方向切換弁１５ａ，１５ｂ，…を切り換え制御するように構成している。
【００１６】
さらに、前記目的を達成するため、本発明では複数本の液圧シリンダ４ａ，４ｂ，…によりそれぞれのピストンロッド７を往復動させ、回転体を回転駆動する装置における液圧シリンダの制御装置において、各液圧シリンダ４ａ，４ｂ，…のシリンダ本体５とピストンロッド７の一方の部材に、ピストンロッド７の死点への到達を検出するセンサ２３ａ，２３ｂを設け、他方の部材には被検出体２２を設け、液圧シリンダ４ａ，４ｂ，…の液圧回路１１に、三位置方向切換弁１５ａ，１５ｂ，…を設置し、前記センサ２３ａ，２３ｂと、三位置方向切換弁１５ａ，１５ｂ，…とを制御器２５に接続するとともに、前記制御器２５に、個々の液圧シリンダ４ａ，４ｂ，…の伸縮方向と揺動方向の初期設定を記憶するプログラムコントローラ４６ａ，４６ｂ，…と、回転体の回転方向を指示するスイッチ４７とを設け、前記センサ２３ａ，２３ｂにより当該液圧シリンダ４ａ，４ｂ，…のピストンロッド７が押しまたは引きの死点近傍に達したことを検出したときは、そのピストンロッド７の移動方向を解放すべく三位置方向切換弁１５ａ，１５ｂ，…を中立位置に切り換えることを含む液圧シリンダ４ａ，４ｂ，…の固有の初期設定に従って三位置方向切換弁１５ａ，１５ｂ，…を切り換える機能を持たせている。
【００１７】
そして、前記目的を達成するため、本発明ではカッタ３１にカッタ回転軸を取り付け、このカッタ回転軸の少なくとも入力側端部にクランクを設け、このクランクに直接または連結部材を介して複数本の液圧シリンダ４ａ，４ｂ，…を連結し、これら複数本の液圧シリンダ４ａ，４ｂ，…を往復動させ、カッタ３１を回転させるカッタ駆動装置において、各液圧シリンダ４ａ，４ｂ，…のシリンダ本体５とピストンロッド７の一方の部材に、ピストンロッド７の死点近傍への到達と、当該死点への到達を検出するセンサ２３ａ，２３ｂを設け、他方の部材には被検出体２２を設け、液圧シリンダ４ａ，４ｂ，…の液圧回路１１に、三位置方向切換弁１５ａ，１５ｂ，…を設置し、前記センサ２３ａ，２３ｂと、三位置方向切換弁１５ａ，１５ｂ，…とを、センサによりピストンロッド７が死点近傍まで到達したことを検出するまでは、ピストンロッド７を当該三位置方向切換弁の位置を保持し、センサによりピストンロッド７が死点近傍に到達したことを検出したときは、当該三位置方向切換弁を中立位置に切り換え、ピストンロッド７が当該死点に到達した後，この死点を脱するまでは、当該三位置方向切換弁を中立位置に保持し、センサによりピストンロッド７が当該死点を脱したことを検出したときは、ピストンロッド７を他の方向へ積極的に移動させるべく当該三位置方向切換弁を切り換え制御するように構成した制御器２５、または個々の液圧シリンダ４ａ，４ｂ，…の伸縮方向と揺動方向の初期設定を記憶するプログラムコントローラ４６ａ，４６ｂ，…と、回転体の回転方向を指示するスイッチ４７とを設け、前記センサ２３ａ，２３ｂからの信号により各三位置方向切換弁１５ａ，１５ｂ，…を液圧シリンダ４ａ，４ｂ，…の固有の初期設定に従って切り換える機能を持った制御器２５に接続している。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１および図２は本発明制御装置の一例を示すもので、図１は液圧回路図、図２は１本の液圧シリンダとその液圧回路とピストンロッドの位置検出手段の詳細を示す図である。そして、図３，図５，図７および図９はピストンロッドの位置検出手段の作用説明図であり、図４，図６，図８および図１０は図３，図５，図７および図９に示す状態における三位置方向切換弁の位置を示す図である。
【００２０】
これらの図に示す実施例では、図１７に示す従来技術と同様、回転体である回転軸１にクランク２が連接されている。このクランク２には、連結部材である連結板３が取り付けられている。
【００２１】
前記連結板３には、図１７に示す従来技術と同様、複数本としての４本の液圧シリンダ４ａ〜４ｄが連結されている。なお、図２では１本の液圧シリンダをとりあげて符号４で示す。各液圧シリンダ４ａ〜４ｄは、シリンダ本体５と、ピストン６と、ピストンロッド７とを有している。そして、各液圧シリンダ４ａ〜４ｄのシリンダ本体５の端部は、固定側の部材に取り付けられたシリンダブラケット８に、取り付けピン９を介して取り付けられている。また、各液圧シリンダ４ａ〜４ｄのピストンロッド７の端部は、前記連結板３に連結ピン１０を介して連結されている。連結板３は連結ピン１０を有し、かつ回転軸１とクランク２を介し連結されている。
【００２２】
そして、各液圧シリンダ４ａ〜４ｄは回転軸１の中心Ｏを通る一直線上に二つの液圧シリンダの取り付け位置が重ならないように、つまり複数の死点が重ならないように、しかも複数の押しと引きが位相をずらして重なるように配置され、取り付けられている。
【００２３】
前記液圧シリンダ４ａ〜４ｄは、液圧回路１１に接続されている。この液圧回路１１は、液圧ポンプ１２と、タンク１３と、各液圧シリンダ４ａ〜４ｄに１個宛設置された三位置方向切換弁１５ａ〜１５ｄと、アプローチ側通路１６と、リターン側通路１７とを有している。なお、図２では１個の三位置方向切換弁をとりあげて符号１５で示す。前記アプローチ側通路１６は、三位置方向切換弁１５ａ〜１５ｄのＡポートと、当該液圧シリンダ４ａ〜４ｄのシリンダ本体５内のピストンヘッド側室とを結んでいる。前記リターン側通路１７は、三位置方向切換弁１５ａのＢポートと、当該液圧シリンダ４ａ〜４ｄのシリンダ本体５内のピストンロッド側室とを結んでいる。
【００２４】
前記液圧シリンダ４ａ〜４ｄには、ピストンロッドの位置検出手段１８ａ〜１８ｄが付設されている。なお、図２では１個の位置検出手段をとりあげて符号１８で示す。各ピストンロッドの位置検出手段１８ａ〜１８ｄは、各液圧シリンダ４ａ〜４ｄのピストンロッド７の端部からシリンダ本体５方向に延設されたガイドブラケット１９と、このガイドブラケット１９に設けられたガイド２０および被検出体２２と、各液圧シリンダ４ａ〜４ｄのシリンダ本体５に固定されかつ前記ガイド２０を係合しているセンサブラケット２１と、このセンサブラケット２１に所定の間隔をおいて設けられたセンサ２３ａ，２３ｂとを有している。前記センサ２３ａ，２３ｂはいわゆる磁気センサであり、磁束が発せられ、磁場が形成されている。そして、ピストンロッドの位置検出手段１８ａ〜１８ｄは、センサ２３ａ，２３ｂと被検出体２２とによりピストンロッド７の押し側と引き側の位置の死点を検出し、その検出信号を制御器２５に送り込むようになっている。
【００２５】
前記ピストンロッドの位置検出手段１８ａ〜１８ｄと、三位置方向切換弁１５ａ〜１５ｄとは、制御器２５に共通に接続されている。この制御器２５は、少なくとも次の機能を持っている。
（１）ピストンロッドの位置検出手段１８ａ〜１８ｄのセンサ２３ａにより、当該液圧シリンダ４ａ〜４ｄのピストンロッド７が押し側の死点で折り返し、この死点を脱したことを検出したとき、その検出信号により当該三位置方向切換弁１５ａ〜１５ｄをハ位置（中立位置）からロ位置に切り換える。
（２）ピストンロッドの位置検出手段１８ａ〜１８ｄのセンサ２３ｂにより、当該液圧シリンダ４ａ〜４ｄのピストンロッド７が引き側の死点近傍に到達したことを検出したとき、その検出信号により当該三位置方向切換弁１５ａ〜１５ｄをロ位置からハ位置に切り換える。
（３）当該液圧シリンダ４ａ〜４ｄのピストンロッド７が引き側の死点に到達した後、この死点で折り返し、ピストンロッドの位置検出手段１８ａ〜１８ｄのセンサ２３ｂにより、当該ピストンロッド７が引き側の死点を脱したことを検出するまでは当該三位置方向切換弁１５ａ〜１５ｄをハ位置に保持する。
（４）ピストンロッドの位置検出手段１８ａ〜１８ｄのセンサ２３ｂにより、ピストンロッド７が引き側の死点を脱したことを検出したとき、その検出信号により当該三位置方向切換弁１５ａ〜１５ｄをハ位置からイ位置に切り換える。
（５）ピストンロッドの位置検出手段１８ａ〜１８ｄのセンサ２３ａにより、当該液圧シリンダ４ａ〜４ｄのピストンロッド７が押し側の死点近傍に到達したことを検出したとき、その検出信号により当該三位置方向切換弁１５ａ〜１５ｄをイ位置からハ位置に切り換える。
（６）当該液圧シリンダ４ａ〜４ｄのピストンロッド７が押し側の死点に到達した後、この死点で折り返し、ピストンロッドの位置検出手段１８ａ〜１８ｄのセンサ２３ａにより、当該ピストンロッド７が押し側の死点を脱したことを検出するまでは当該三位置方向切換弁１５ａ〜１５ｄをハ位置に保持する。
【００２６】
次に、前述のごとく構成された複数本の液圧シリンダの制御装置の作用について説明する。
【００２７】
まず、回転体である回転軸１を回転駆動する４本の液圧シリンダ４ａ〜４ｄは、互いに死点が重ならないように配置され、かつ当該シリンダブラケット８に取り付けられている。その理由は、液圧シリンダ４ａ〜４ｄの複数の死点が重なると、４本の液圧シリンダ４ａ〜４ｄにより発生されるトルクにおける合成トルクの変動が大きくなるからである。
【００２８】
また、液圧シリンダ４ａ〜４ｄは複数の押しと引きが位相をずらして重なるように設定されている。その理由は、変動が小さく、かつ大きなトルクで回転軸１を回転させるためである。
【００２９】
なお、図３，図５，図７および図９では、ピストンロッドの位置検出手段１８ａ〜１８ｄの一つをとりあげて符号１８で示し、図４，図６，図８および図１０では、三位置方向切換弁１５ａ〜１５ｄの一つをとりあげて符号１５で示す。
【００３０】
いま、４本の液圧シリンダ４ａ〜４ｄのうちの、ある液圧シリンダ４の三位置方向切換弁１５が図４に示すように、ロ位置に切り換えられているものとすると、リターン側通路１７を通じて液圧シリンダ４のシリンダ本体５内のピストンロッド側室に作動液が供給され、ピストン６を介してピストンロッド７が図３に矢印で示すように、引き側に積極的に移動操作される。
【００３１】
前述のごとく、ピストンロッド７が引き側に移動するに伴い、ピストンロッドの位置検出手段１８の被検出体２２がピストンロッド７と一緒に引き側に移動する。そして、図５に示すように、前記被検出体２２がピストンロッドの位置検出手段１８のセンサ２３ｂの磁束２４で形成された磁場に入ると、このセンサ２３ｂによりピストンロッド７が引き側の死点近傍の所定位置に到達したことを検出し、その検出信号を制御器２５に送出する。
【００３２】
前記制御器２５がセンサ２３ｂからピストンロッド７の検出信号を受け取ると、当該三位置方向切換弁１５をロ位置から図６に示すように、ハ位置に切り換える。
【００３３】
当該三位置方向切換弁１５がハ位置に切り換えられると、当該液圧シリンダ４のピストンロッド７が自由に移動できるように解放される。その結果、当該ピストンロッド７は他の液圧シリンダの力により引き側の死点まで移動した後、この死点で折り返し、押し側に移動する。
【００３４】
当該ピストンロッド７が引き側の死点で折り返して押し側に移動し、この引き側の死点を脱したとき、つまり図９に示すように、ピストンロッドの位置検出手段１８のセンサ２３ｂの磁界を越えて被検出体２２が移動したとき、センサ２３ｂがこれを検出し、その検出信号を制御器２５に送り込む。
【００３５】
前記制御器２５にセンサ２３ｂから、当該ピストンロッド７が引き側の死点を脱したことの検出信号を受け取ると、当該三位置方向切換弁１５をハ位置から図１０に示すように、イ位置に切り換える。
【００３６】
当該三位置方向切換弁１５がイ位置に切り換えられると、アプローチ側通路１６を通じて当該液圧シリンダ４のシリンダ本体５内のピストンロッド側室に作動液が供給され、ピストン６を介してピストンロッド７が押し側に積極的に移動操作される。
【００３７】
続いてピストンロッド７が押し側に移動し、押し側の死点近傍の所定位置に到達すると、ピストンロッド７と一緒に被検出体２２がセンサ２３ａの磁界に入り、このセンサ２３ａによりピストンロッド７が押し側の死点近傍に到達したことを検出し、その検出信号を制御器２５に送り込む。
【００３８】
前記制御器２５がセンサ２３ａからピストンロッド７の検出信号を受け取ると、当該三位置方向切換弁１５をイ位置からハ位置に切り換える。
【００３９】
当該三位置方向切換弁１５がハ位置に切り換えられると、当該液圧シリンダ４のピストンロッド７が自由に移動できるように解放される。その結果、当該ピストンロッド７は他の液圧シリンダの力により押し側の死点まで移動した後、この死点で折り返し、引き側に移動する。
【００４０】
当該ピストンロッド７が引き側に移動し、この引き側の死点を脱したとき、つまりピストンロッドの位置検出手段１８のセンサ２３ａの磁界を越えて被検出体２２が移動したとき、センサ２３ａがこれを検出し、その検出信号を制御器２５に送り込む。
【００４１】
前記制御器２５がセンサ２３ａからピストンロッド７が押し側の死点を脱したことの検出信号を受け取ると、当該三位置方向切換弁１５をハ位置からロ位置に切り換える。
【００４２】
これにより、再びリターン側通路１７を通じて当該液圧シリンダ４のシリンダ本体５内のピストンヘッド側室に作動液が供給され、ピストンロッド７が引き側に積極的に移動操作される。
【００４３】
以上が液圧シリンダ４の１ストロークであるが、この実施例では各液圧シリンダ４ａ〜４ｄに対応して三位置方向切換弁１５ａ〜１５ｄを設置し、当該液圧シリンダ４ａ〜４ｄのピストンロッド７が押し側の死点近傍の所定位置または引き側の死点近傍の所定位置に到達したときに、当該三位置方向切換弁１５ａ〜１５ｄを中立位置であるハ位置に切り換え、ピストンロッド７が自由に移動できるように解放し、そのピストンロッド７を他の液圧シリンダの力により移動させるようにしているので、４本の液圧シリンダ４ａ〜４ｄを、複数の死点が重ならないように、かつ複数の押しと引きが位相をずらして重なるように設置しても、ピストンロッド７を押し側から引き側に、または引き側から押し側にスムーズに切り換えることができる。したがって、複数本の液圧シリンダ４ａ〜４ｄの協調により、回転体である回転軸１を、合成トルクが大きくかつ変動が小さいトルクで、スムーズに回転駆動することができる。
【００４４】
また、この実施例ではピストンロッド７の押し側の死点近傍または引き側の死点近傍で三位置方向切換弁１５をいったん中立位置に切り換え、ピストン６およびピストンロッド７を自由に移動可能に解放するようにしているので、押し側から引き側に、または引き側から押し側に直接切り換えることによって発生する衝撃を防止することができる。
【００４５】
図１１は制御器の概念図、図１２は１本の液圧シリンダをとりあげて示した回転方向の指示による伸縮方向と揺動方向を判断するフローチャートである。
【００４６】
この実施例における制御器２５には、図１１に示すように、個々の液圧シリンダ４ａ〜４ｄの伸縮方向と揺動方向の初期設定を記憶するプログラムコントローラ４６ａ〜４６ｄと、回転体の回転方向を指示するスイッチ４７とが設けられている。そして、この制御器２５はピストンロッドの位置検出手段１８ａ〜１８ｄのセンサ２３ａ，２３ｂからの位置検出信号により各三位置方向切換弁１５ａ〜１５ｄを当該液圧シリンダ４ａ〜４ｄの固有の初期設定に従って切り換える機能を持っている。
【００４７】
すなわち、ピストンロッドの当該位置検出手段１８ａ〜１８ｄのセンサ２３ａ，２３ｂの磁束２４により形成された磁界に被検出体２２が入ったとき、または磁界から被検出体２２が脱したときに発する信号は制御器２５に入り、各液圧シリンダ４ａ〜４ｄは図１２に示すフローチャートに従って、記憶したプログラムコントローラ４６ａ〜４６ｄを介し制御され、また前記センサ２３ａ，２３ｂからの信号により当該三位置方向切換弁１５ａ〜１５ｄを制御するようにしている。
【００４８】
また、回転体の回転方向を指示するスイッチ４７からの信号と、センサ２３ａ，２３ｂからの信号とにより、プログラムコントローラ４６ａ〜４６ｄ内で、各液圧シリンダ４ａ〜４ｄのピストンロッド７の位置を常に認識し、記憶している。
【００４９】
次に、図１３および図１４は本発明制御装置を適用したトンネル掘削機であるシールド機のカッタ駆動装置の一実施例を示すもので、図１３は縦断側面図、図１４は図１３の背面図である。
【００５０】
これら図１３，図１４に示す実施例のシールド機２７は、シールド筒２８と、隔壁２９と、フード３０と、カッタ３１と、第１のクランク３４ａ〜３４ｄと、カッタ回転軸３５ａ〜３５ｄと、第２のクランク３７ａ〜３７ｄと、４本の液圧シリンダ４ａ〜４ｄと、三位置方向切換弁１５ａ〜１５ｄを含む液圧回路１１と、ピストンロッドの位置検出手段１８ａ〜１８ｄと、液圧回路の三位置方向切換弁の制御器（図１３，図１４では省略）と、掘削土砂のチャンバ３９と、排土装置であるスクリューコンベア４０とを装備している。これらの部材の他には、複数本のシールドジャッキと、テールシールと、添加剤注入手段と、裏込め注入手段等を備えているが、図面では省略されている。
【００５１】
前記カッタ３１は、カッタフレーム３２と、これの前面に設けられた多数のカッタビット３３とを有して構成されている。
【００５２】
前記第１のクランク３４ａ〜３４ｄは、互いに平行に配置され、カッタフレーム３２の背面に固定されている。
【００５３】
前記カッタ回転軸３５ａ〜３５ｄは、互いに平行に配置され、かつ当該第１のクランク３４ａ〜３４ｄのクランクアームに連結されている。そして、各カッタ回転軸３５ａ〜３５ｄは、隔壁２９に設けられた軸受３６に回転自在に支持されている。
【００５４】
前記第２のクランク３７ａ〜３７ｄは、互いに平行に配置され、かつ当該カッタ回転軸３５ａ〜３５ｄの入力側端部に連接されている。
【００５５】
前記液圧シリンダ４ａ〜４ｄは、前述の図１，図２等に示したものと同様、それぞれシリンダ本体５と、ピストン６と、ピストンロッド７とを有している。前記各液圧シリンダ４ａ〜４ｄのシリンダ本体５の端部は、シールド筒２８の内周に取り付けられたシリンダブラケット８に取り付けピン９を介して取り付けられており、ピストンロッド７の端部は第２のクランク３７ａ〜３７ｄの当該クランク軸３８に枢支されている。
【００５６】
この実施例では、４本の液圧シリンダ４ａ〜４ｄにより回転駆動すべき回転体はカッタ３１である。そして、カッタ駆動装置は前記第１のクランク３４ａ〜３４ｄと、カッタ回転軸３５ａ〜３５ｄと、第２のクランク３７ａ〜３７ｄと、複数本としての４本の液圧シリンダ４ａ〜４ｄとを有して構成されている。
【００５７】
前記液圧シリンダ制御用の液圧回路１１は、前述の図１，図２等に示したものと同様、液圧ポンプ１２と、タンク１３と、各液圧シリンダ４ａ〜４ｄに１個宛設置された三位置方向切換弁１５ａ〜１５ｄと、三位置方向切換弁と当該液圧シリンダのシリンダ本体５のピストンヘッド側室とを結ぶアプローチ側通路１６と、三位置方向切換弁と当該液圧シリンダのシリンダ本体５のピストンロッド側室とを結ぶリターン側通路１７とを有している。
【００５８】
前記ピストンロッドの位置検出手段１８ａ〜１８ｄも、前述の図１，図２等に示したものと同様、当該液圧シリンダ４ａ〜４ｄのピストンロッド７の端部からシリンダ本体５方向に延設されたガイドブラケット１９と、これに設けられたガイド２０と、被検出体２２と、当該液圧シリンダ４ａ〜４ｄのシリンダ本体５に固定されかつガイド２０に係合されたセンサブラケット２１と、このセンサブラケット２１に所定の間隔をおいて設けられたセンサ２３ａ，２３ｂとを有している。そして、各位置検出手段１８ａ〜１８ｄのセンサ２３ａは被検出体２２を検出することにより、ピストンロッド７が押し側の死点近傍の所定位置に到達したことを検出したとき、およびピストンロッド７が押し側の死点から脱したことを検出したとき、その検出信号を制御器に送り込む。また、センサ２３ｂは同じく被検出体２２を検出することにより、ピストンロッド７が引き側の死点近傍の所定位置に到達したことを検出したとき、およびピストンロッド７が引き側の死点から脱したことを検出したとき、その検出信号を制御器に送り込む
【００５９】
前記制御器は、ピストンロッドの位置検出手段１８ａ〜１８ｄのセンサ２３ａから、ピストンロッド７が押し側の死点近傍の所定位置に到達したことを検出した信号を受け取ったとき、当該三位置方向切換弁１５ａ〜１５ｄをイ位置からハ位置に切り換え、ピストンロッド７が押し側の死点を脱したことを検出した信号を受け取ったとき、当該三位置方向切換弁１５ａ〜１５ｄをハ位置からロ位置に切り換える。また、制御器はピストンロッドの位置検出手段１８ａ〜１８ｄのセンサ２３ｂから、ピストンロッド７が引き側の死点近傍の所定位置に到達したことを検出した信号を受け取ったとき、当該三位置方向切換弁１５ａ〜１５ｄをロ位置からハ位置に切り換え、ピストンロッド７が引き側の死点を脱したことを検出した信号を受け取ったとき、当該三位置方向切換弁１５ａ〜１５ｄをハ位置からイ位置に切り換えるようになっている。
【００６０】
そして、いま図１４に示す状態では、三位置方向切換弁１５ａはハ位置に切り換えられていて、液圧シリンダ４ａのピストンロッド７は自由に移動可能に解放されており、三位置方向切換弁１５ｂはロ位置に切り換えられていて、液圧シリンダ４ｂは押し側に移動し、三位置方向切換弁１５ｃはロ位置に切り換えられていて、液圧シリンダ４ｃのピストンロッド７は押し側に移動し、三位置方向切換弁１５ｄはロ位置に切り換えられていて、液圧シリンダ４ｄのピストンロッド７は引き側に移動しているものとする。
【００６１】
この状態から、制御器はピストンロッドの位置検出手段１８ａ〜１８ｄのセンサ２３ａ，２３ｂから送り込まれる検出信号に基づいて、三位置方向切換弁１５ａ〜１５ｄを次のように切り換え、液圧シリンダ４ａ〜４ｄを次のように作動させる。
（１） 三位置方向切換弁１５ａを図１４に示すハ位置→ロ位置→ハ位置→イ位置→再びハ位置の順に切り換える。
これにより、液圧シリンダ４ａのピストンロッド７は自由に移動可能に解放されて他の液圧シリンダの力により押し側の死点への移動からこの死点を脱するまでの移動→引き側への積極的な移動→自由に移動可能に解放されて他の液圧シリンダの力により引き側の死点への移動からこの死点を脱するまでの移動→押し側への積極的な移動→再び自由に移動可能に解放される。
（２） 三位置方向切換弁１５ｂを図１４に示すロ位置→ハ位置→イ位置→ハ位置→再びロ位置の順に切り換える。
これにより、液圧シリンダ４ｂのピストンロッド７は押し側への積極的な移動→自由に移動可能に解放されて他の液圧シリンダの力により押し側の死点への移動からこの死点を脱するまでの移動→引き側への積極的な移動→自由に移動可能に解放されて他の液圧シリンダの力により引き側の死点への移動からこの死点を脱するまでの移動→再び押し側への積極的な移動に制御される。
（３） 三位置方向切換弁１５ｃを図１４に示すロ位置→ハ位置→イ位置→ハ位置→再びロ位置の順に切り換える。
これにより、液圧シリンダ４ｃのピストンロッド７は押し側への積極的な移動→自由に移動可能に解放されて他の液圧シリンダの力により押し側の死点への移動からこの死点を脱するまでの移動→引き側への積極的な移動→自由に移動可能に解放されて他の液圧シリンダの力により引き側の死点への移動からこの死点を脱するまでの移動→再び押し側への積極的な移動に制御される。
（４） 三位置方向切換弁１５ｄを図１４に示すロ位置→ハ位置→イ位置→ハ位置→再びロ位置の順に切り換える。
これにより、液シリンダ４ｄのピストンロッド７は引き側への積極的な移動→自由に移動可能に解放されて他の液圧シリンダの力により引き側の死点への移動からこの死点を脱するまでの移動→押し側への積極的な移動→自由に移動可能に解放されて他の液圧シリンダの力により押し側の死点への移動からこの死点を脱するまでの移動→再び引き側への積極的な移動に制御される。
【００６２】
液圧シリンダ４ａ〜４ｄに前述の（１）〜（４）の作動を繰り返し行わせることにより、第２のクランク３７ａ〜３７ｄ→カッタ回転軸３５ａ〜３５ｄ→第１のクランク３４ａ〜３４ｄ→カッタ３１にトルクを伝達し、カッタ３１を図１４に矢印で示す時計方向に、平行リンク的に回転させる。
【００６３】
そして、複数本のシールドジャッキ（図示せず）によりカッタ３１に推力を与え、カッタフレーム３２の前面に設けられた多数のカッタビット３３により地山を掘削する。ついで、その掘削土砂をチャンバ３９に取り込み、チャンバ３９内を所定の圧力に保持しつつスクリューコンベア４０により掘削土砂をシールド機２７の後方へ搬出する。
【００６４】
以上の作業を繰り返し行い、トンネルを掘進して行く。
【００６５】
この図１３および図１４に示すシールド機２７においても、前述のごとく、複数本としての４本の液圧シリンダ４ａ〜４ｄを、ピストンロッド７が死点近傍の所定位置に到達したとき、自由に移動可能に解放し、他の液圧シリンダの力により押し側の死点への到達を経てこの死点を脱するまで、または引き側の死点への到達を経てこの死点を脱するまで、移動させるようにしている。
【００６６】
その結果、液圧シリンダ４ａ〜４ｄを、複数の死点が重ならないように、しかも複数の押しと引きが位相をずらして重なるように設定しても、各液圧シリンダ４ａ〜４ｄを押し側から引き側に、または引き側から押し側にそれぞれスムーズに切り換えることができる。
【００６７】
したがって、この実施例によれば、カッタ３１を液圧シリンダ４ａ〜４ｄにより発生される大きな合成トルクで、しかも変動の小さいトルクで回転駆動することができるので、回転体であるカッタ３１を大きなトルクでスムーズに回転させ、地山を効率よく掘削することができる。
【００６８】
ついで、図１５および図１６はトンネル掘削機であるシールド機の他の実施例を示すもので、図１５は縦断側面図、図１６は図１５の背面図である。
【００６９】
これら図１５，図１６に示す実施例では、第２のクランク３７ａ〜３７ｄのクランク軸３８に共通に、連結部材である連結板４１が取り付けられている。
【００７０】
そして、前記連結板４１に連結ピン４２を介して、液圧シリンダ４ａ〜４ｄのピストンロッド７の端部が連結されている。
【００７１】
したがって、この図１５，図１６に示す実施例では、液圧シリンダ４ａ〜４ｄによって発生したトルクが連結板４１→第２のクランク３７ａ〜３７ｄ→カッタ回転軸３５ａ〜３５ｄ→第１のクランク３４ａ〜３４ｄ→カッタ３１に伝達され、カッタ３１が平行リンク的に回転される。
【００７２】
これら図１５，図１６に示す実施例の他の構成，作用については、前記図１３，図１４に示す実施例と同様である。
【００７３】
なお、本発明カッタ駆動装置は図面に示す多軸型のものに限らず、単軸型のものにも適用することができる。
【００７４】
そして、本発明では各実施例とも、液圧シリンダは４本に限らないこと勿論である。
【００７５】
また、ピストンロッドの位置検出手段は磁気を利用したものに限らず、光センサまたはリミットスイッチ等を用いてもよい。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明制御装置では複数本の液圧シリンダ４ａ，４ｂ，…によりそれぞれのピストンロッド７を往復動させ、回転体を回転駆動する装置における液圧シリンダの制御装置において、各液圧シリンダ４ａ，４ｂ，…のシリンダ本体５とピストンロッド７の一方の部材に、ピストンロッド７の死点近傍への到達と、当該死点への到達と、当該死点を脱したことを検出するセンサ２３ａ，２３ｂを設け、他方の部材には被検出体２２を設け、液圧シリンダ４ａ，４ｂ，…の液圧回路１１に、三位置方向切換弁１５ａ，１５ｂ，…を設置し、前記センサ２３ａ，２３ｂと、三位置方向切換弁１５ａ，１５ｂ，…とを制御器２５に接続するとともに、前記制御器２５を、センサ２３ａ，２３ｂによりピストンロッド７が死点近傍まで到達したことを検出するまでは、ピストンロッド７を当該三位置方向切換弁１５ａ，１５ｂ，…の位置を保持し、センサ２３ａ，２３ｂによりピストンロッド７が死点近傍に到達したことを検出したときは、当該ピストンロッド７の移動方向を中立状態に解放すべく当該三位置方向切換弁１５ａ，１５ｂ，…を中立位置に切り換え、ピストンロッド７が当該死点に到達した後，この死点を脱するまでは、当該三位置方向切換弁１５ａ，１５ｂ，…を中立位置に保持し、センサ２３ａ，２３ｂによりピストンロッド７が当該死点を脱したことを検出したときは、ピストンロッド７を他の方向へ移動させるべく当該三位置方向切換弁１５ａ，１５ｂ，…を切り換え制御するように構成しており、ピストンロッド７が死点近傍に到達したとき、自由に移動可能に解放し、当該死点に到達した後、この死点を脱するまで当該ピストンロッド７を他の液圧シリンダの力により移動させるようにしているので、複数本の液圧シリンダ４ａ，４ｂ，…を、複数の死点が重ならないように、かつ複数の押しと引きが位相をずらして重なるように設置し、ピストンロッド７を押し側から引き側に、または引き側から押し側にスムーズに切り換えることができ、したがって複数の液圧シリンダ４ａ，４ｂ，…の協調により、回転体を合成トルクが大きくかつ変動が小さいトルクで、スムーズに回転駆動し得る効果がある。
【００７７】
また、本発明制御装置ではピストンロッド７の押し側の死点近傍または引き側の死点近傍で各三位置方向切換弁１５ａ，１５ｂ，…をいったん中立位置に切り換え、ピストン６およびピストンロッド７を自由に移動可能に解放するようにしているので、押し側から引き側に、または引き側から押し側に直接切り換えることによって発生する衝撃を防止することができるという効果がある。
【００７８】
さらに、本発明制御装置では複数本の液圧シリンダ４ａ，４ｂ，…によりそれぞれのピストンロッド７を往復動させ、回転体を回転駆動する装置における液圧シリンダの制御装置において、各液圧シリンダ４ａ，４ｂ，…のシリンダ本体５とピストンロッド７の一方の部材に、ピストンロッド７の死点への到達を検出するセンサ２３ａ，２３ｂを設け、他方の部材には被検出体２２を設け、液圧シリンダ４ａ，４ｂ，…の液圧回路１１に、三位置方向切換弁１５ａ，１５ｂ，…を設置し、前記センサ２３ａ，２３ｂと、三位置方向切換弁１５ａ，１５ｂ，…とを制御器２５に接続するとともに、前記制御器２５に、個々の液圧シリンダ４ａ，４ｂ，…の伸縮方向と揺動方向の初期設定を記憶するプログラムコントローラ４６ａ，４６ｂ，…と、回転体の回転方向を指示するスイッチ４７とを設け、前記センサ２３ａ，２３ｂにより当該液圧シリンダ４ａ，４ｂ，…のピストンロッド７が押しまたは引きの死点近傍に達したことを検出したときは、そのピストンロッド７の移動方向を解放すべく三位置方向切換弁１５ａ，１５ｂ，…を中立位置に切り換えることを含む液圧シリンダ４ａ，４ｂ，…の固有の初期設定に従って三位置方向切換弁１５ａ，１５ｂ，…を切り換える機能を持たせており、回転体がどの位置で停止しても、制御器２５内のプログラムコントローラ４６ａ，４６ｂ，…に当該液圧シリンダに固有の制御シーケンスでピストンロッド７の位置を記憶しているので、各液圧シリンダ４ａ，４ｂ，…のピストンロッド７を停止した位置からスタートさせ、回転体をスムーズに回転駆動させ得る効果がある。
【００７９】
そして、本発明カッタ駆動装置では、カッタ３１にカッタ回転軸を取り付け、このカッタ回転軸の少なくとも入力側端部にクランクを設け、このクランクに直接または連結部材を介して複数本の液圧シリンダ４ａ，４ｂ，…を連結し、これら複数本の液圧シリンダ４ａ，４ｂ，…を往復動させ、カッタ３１を回転させるカッタ駆動装置において、各液圧シリンダ４ａ，４ｂ，…のシリンダ本体５とピストンロッド７の一方の部材に、ピストンロッド７の死点近傍への到達と、当該死点への到達を検出するセンサ２３ａ，２３ｂを設け、他方の部材には被検出体２２を設け、液圧シリンダ４ａ，４ｂ，…の液圧回路１１に、三位置方向切換弁１５ａ，１５ｂ，…を設置し、前記センサ２３ａ，２３ｂと、三位置方向切換弁１５ａ，１５ｂ，…とを、センサによりピストンロッド７が死点近傍まで到達したことを検出するまでは、ピストンロッド７を当該三位置方向切換弁の位置を保持し、センサによりピストンロッド７が死点近傍に到達したことを検出したときは、当該三位置方向切換弁を中立位置に切り換え、ピストンロッド７が当該死点に到達した後，この死点を脱するまでは、当該三位置方向切換弁を中立位置に保持し、センサによりピストンロッド７が当該死点を脱したことを検出したときは、ピストンロッド７を他の方向へ積極的に移動させるべく当該三位置方向切換弁を切り換え制御するように構成した制御器２５、または個々の液圧シリンダ４ａ，４ｂ，…の伸縮方向と揺動方向の初期設定を記憶するプログラムコントローラ４６ａ，４６ｂ，…と、回転体の回転方向を指示するスイッチ４７とを設け、前記センサ２３ａ，２３ｂからの信号により各三位置方向切換弁１５ａ，１５ｂ，…を液圧シリンダ４ａ，４ｂ，…の固有の初期設定に従って切り換える機能を持った制御器２５に接続しているので、複数本の液圧シリンダ４ａ，４ｂ，…の死点が重ならないように、かつ複数の押しと引きが位相をずらして重なるように設置しても、各液圧シリンダ４ａ，４ｂ，…を押し側から引き側に、または引き側から押し側にそれぞれスムーズに切り換えることができるため、カッタ３１を合成トルクが大きく、かつ変動の小さいトルクでスムーズに回転駆動することができ、したがって地山を効率よく掘削し得る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明制御装置の一例を示す図である。
【図２】図１に示す実施例における液圧シリンダとその液圧回路とピストンロッドの位置検出手段の詳細を示す図である。
【図３】ピストンロッドが引き側へ移動中の位置検出手段の作用説明図である。
【図４】図３に示す状態における三位置方向切換弁の位置を示す図である。
【図５】ピストンロッドが引き側の死点近傍に移動したときの位置検出手段の作用説明図である。
【図６】図５に示す状態における三位置方向切換弁の位置を示す図である。
【図７】ピストンロッドが引き側の死点に到達したときの位置検出手段の作用説明図である。
【図８】図７に示す状態における三位置方向切換弁の位置を示す図である。
【図９】ピストンロッドが引き側の死点で折り返し、この死点を脱したときの位置検出手段の作用説明図である。
【図１０】図９に示す状態における三位置方向切換弁の位置を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施例を示すもので、制御器の概念図である。
【図１２】図１１に示す制御器を用いた場合の液圧シリンダの伸縮方向と揺動方向を制御するフローチャートである。
【図１３】本発明制御装置を取り入れたトンネル掘削機であるシールド機のカッタ駆動装置の一実施例を示す縦断側面図である。
【図１４】図９の背面図である。
【図１５】本発明にかかるシールド機の他の実施例を示す縦断側面図である。
【図１６】図１５の側面図である。
【図１７】従来技術を示す図である。
【符号の説明】
１ 回転体である回転軸
２ クランク
３ 連結部材である連結板
４，４ａ〜４ｄ 液圧シリンダ
５ シリンダ本体
６ ピストン
７ ピストンロッド
１１ 本発明における液圧シリンダ用の液圧回路
１５，１５ａ〜１５ｄ 三位置方向切換弁
１６ アプローチ側通路
１７ リターン側通路
１８，１８ａ〜１８ｄ ピストンロッドの位置検出手段
２２ 被検出体
２３ａ，２３ｂ センサ
２５ 制御器
２７ トンネル掘削機であるシールド機
２８ シールド筒
２９ 隔壁
３０ フード
３１ カッタ
３４ａ〜３４ｄ 第１のクランク
３５ａ〜３５ｄ カッタ回転軸
３７ａ〜３７ｄ 第２のクランク
４１ 連結部材である連結板
４６ａ〜４６ｄ 液圧シリンダの初期設定を記憶するプログラムコントローラ
４７ 回転体の回転方向を指示するスイッチ

Claims (3)

1. 複数本の液圧シリンダ（４ａ），（４ｂ），…によりそれぞれのピストンロッド（７）を往復動させ、回転体を回転駆動する装置における液圧シリンダの制御装置において、
   各液圧シリンダ（４ａ），（４ｂ），…のシリンダ本体（５）とピストンロッド（７）の一方の部材に、ピストンロッド（７）の死点近傍への到達と、当該死点への到達と、当該死点を脱したことを検出するセンサ（２３ａ），（２３ｂ）を設け、他方の部材には被検出体（２２）を設け、
   液圧シリンダ（４ａ），（４ｂ），…の液圧回路（１１）に、三位置方向切換弁（１５ａ），（１５ｂ），…を設置し、
   前記センサ（２３ａ），（２３ｂ）と、三位置方向切換弁（１５ａ），（１５ｂ），…とを制御器（２５）に接続するとともに、
   前記制御器（２５）を、センサ（２３ａ），（２３ｂ）によりピストンロッド（７）が死点近傍まで到達したことを検出するまでは、ピストンロッド（７）を当該三位置方向切換弁（１５ａ），（１５ｂ），…の位置を保持し、センサ（２３ａ），（２３ｂ）によりピストンロッド（７）が死点近傍に到達したことを検出したときは、当該ピストンロッド（７）の移動方向を中立状態に解放すべく当該三位置方向切換弁（１５ａ），（１５ｂ），…を中立位置に切り換え、ピストンロッド（７）が当該死点に到達した後，この死点を脱するまでは、当該三位置方向切換弁（１５ａ），（１５ｂ），…を中立位置に保持し、センサ（２３ａ），（２３ｂ）によりピストンロッド（７）が当該死点を脱したことを検出したときは、ピストンロッド（７）を他の方向へ移動させるべく当該三位置方向切換弁（１５ａ），（１５ｂ），…を切り換え制御するように構成した、
   ことを特徴とする複数本の液圧シリンダの制御装置。
2. 複数本の液圧シリンダ（４ａ），（４ｂ），…によりそれぞれのピストンロッド（７）を往復動させ、回転体を回転駆動する装置における液圧シリンダの制御装置において、
   各液圧シリンダ（４ａ），（４ｂ），…のシリンダ本体（５）とピストンロッド（７）の一方の部材に、ピストンロッド（７）の死点への到達を検出するセンサ（２３ａ），（２３ｂ）を設け、他方の部材には被検出体（２２）を設け、
   液圧シリンダ（４ａ），（４ｂ），…の液圧回路（１１）に、三位置方向切換弁（１５ａ），（１５ｂ），…を設置し、
   前記センサ（２３ａ），（２３ｂ）と、三位置方向切換弁（１５ａ），（１５ｂ），…とを制御器（２５）に接続するとともに、
   前記制御器（２５）に、個々の液圧シリンダ（４ａ），（４ｂ），…の伸縮方向と揺動方向の初期設定を記憶するプログラムコントローラ（４６ａ），（４６ｂ），…と、回転体の回転方向を指示するスイッチ（４７）とを設け、前記センサ（２３ａ），（２３ｂ）により当該液圧シリンダ（４ａ），（４ｂ），…のピストンロッド（７）が押しまたは引きの死点近傍に達したことを検出したときは、そのピストンロッド（７）の移動方向を解放すべく三位置方向切換弁（１５ａ），（１５ｂ），…を中立位置に切り換えることを含む液圧シリンダ（４ａ），（４ｂ），…の固有の初期設定に従って三位置方向切換弁（１５ａ），（１５ｂ），…を切り換える機能を持たせた、
   ことを特徴とする複数本の液圧シリンダの制御装置。
3. カッタ（３１）にカッタ回転軸を取り付け、このカッタ回転軸の少なくとも入力側端部にクランクを設け、このクランクに直接または連結部材を介して複数本の液圧シリンダ（４ａ），（４ｂ），…を連結し、これら複数本の液圧シリンダ（４ａ），（４ｂ），…を往復動させ、カッタ（３１）を回転させるカッタ駆動装置において、
   各液圧シリンダ（４ａ），（４ｂ），…のシリンダ本体（５）とピストンロッド（７）の一方の部材に、ピストンロッド（７）の死点近傍への到達と、当該死点への到達を検出するセンサ（２３ａ），（２３ｂ）を設け、他方の部材には被検出体（２２）を設け、
   液圧シリンダ（４ａ），（４ｂ），…の液圧回路（１１）に、三位置方向切換弁（１５ａ），（１５ｂ），…を設置し、
   前記センサ（２３ａ），（２３ｂ）と、三位置方向切換弁（１５ａ），（１５ｂ），…とを請求項１に記載の制御器（２５）または請求項２に記載の制御器（２５）に接続した、
   ことを特徴とするトンネル掘削機のカッタ駆動装置。

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