JP4134431B2

JP4134431B2 - セグメント位置決め装置

Info

Publication number: JP4134431B2
Application number: JP08199999A
Authority: JP
Inventors: 研吾松尾; 秀一福士; 宏明富松
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1999-03-25
Filing date: 1999-03-25
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2019-03-25
Also published as: JP2000274196A

Description

【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ものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４はシールド掘削機の縦断側面図であって、Ｓはセグメント、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を示しており、該後胴５は掘削円周面の土砂の崩壊を防ぐ役目をしている。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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が円周方向に間隔をおいて複数設けられ、シールドジャッキ１３が伸張することにより既設のセグメント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。
【０００６】
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は後部が高くなるように配置され、搬送方向下流側の排出口はベルトコンベア１８の搭載部上部に開口している。ベルトコンベア１８は矢印Ａ方向に搭載物を搬送する。
【０００７】
図５は従来のセグメント位置決め装置の縦断側面図であって、シールド掘削機本体の後胴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が回転自在に支持されている。
【０００８】
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。
【０００９】
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が旋回されるようになっている。
【００１０】
回転体１７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、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。
【００１１】
前記結合部材２０の後方にはガイド部材２９が設けられ、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５において左右方向）に前後動する。さらに門型部材１９は上下ジャッキ２７の作動でトンネル半径方向（図５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の半径方向作動機構及び前後方向作動機構が構成されている。
【００１２】
図６は図５の正面図であって、図６に示すように、上述の門型部材１９は前記スクリューコンベア２５（図４参照）に干渉することなく上下、前後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。
【００１３】
図５、図６に示すように門型部材１９の下部は保持板３０を構成し、該保持板３０の下面には６軸パラレルマニピュレータ３２を介して揺動板３８が支持されている。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。
【００１４】
図７は、図５の６軸パラレルマニピュレータ３２の概念図であって、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の２本ずつ同士が一体となって、３個の継手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の２本ずつ同士が一体となって、３個の継手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グ配置となっている。各シリンダ３３（３３ａ〜３３ｆ）には制御弁３５（図５参照）が設けられていて、図示しない油圧源から油圧をシリンダ３３（３３ａ〜３３ｆ）の内部に個別に給排することで、ロッド３４ａ〜３４ｆが個別に伸縮するようになっている。
【００１５】
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（前後、左右、上下、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。
【００１６】
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を伸長させ、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及びベルトコンベア１８によりシールド掘削機本体４の後方に搬送され外部に排出される。
【００１７】
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のセグメントＳとの間に空間を形成し、把持装置２２によってセグメントＳ₀ を把持し、門型部材１９の回転方向作動機構、半径方向作動機構、前後方向作動機構を夫々作動させ、門型部材１９を移動させて把持セグメントＳ₀ を所定の位置に位置決めする。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て揺動板３８に前後、左右、上下、ピッチング、ローリング、ヨーイングの動きを発生させ、既設セグメントＳに対して把持セグメントＳ₀ の合わせ面及び内外面を合致させる。
【００１８】
図４に示すように、既設セグメントＳとのボルト孔（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て既設セグメント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。
【００１９】
【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。
【００２０】
このために、図４〜図７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移動調整を行わせ、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、このために従来技術では構造が非常に複雑になってしまい、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。
【００２１】
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、６軸パラレルマニピュレータのシリンダを短くしても、把持セグメントに対し大きな範囲で移動調整を行わせることを可能とし、半径方向作動機構、前後方向作動機構を使用しなくて済む簡単な構成のセグメント位置決め装置を提供することを目的とするものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、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、回転体により回転し位置決め装置により位置決めして既設セグメントに連結することによりトンネル覆工を行うシールド掘削機のセグメント位置決め装置であって、回転体と共に回転する保持板の周方向外側に、セグメントの把持装置を備えた揺動板を対向配置し、６本のシリンダの各２本の一端を３個の継手により前記揺動板に対して円上の等間隔位置に取り付け、前記各継手に取り付けた２本のシリンダの各１本ずつからなる２本のシリンダの他端を別の３個の継手により前記保持板に対して円上の等間隔位置に取り付けた６軸パラレルマニピュレータを設け、６軸パラレルマニピュレータに備えた前記継手の一方を、保持板若しくは揺動板の一方に備えた放射状のガイドレールに沿って摺動可能に支持し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。
【００２３】
上記手段によれば、６軸パラレルマニピュレータを構成するシリンダの端部を保持板若しくは揺動板に対し放射状のガイドレールに沿って摺動させると、６軸パラレルマニピュレータを構成するシリンダの傾斜角度が変わるため、シリンダのストロークを大きくして揺動板の移動範囲を大きくすることが可能になり、門型部材の半径方向作動機構、前後方向作動機構を設けず簡単な構成で十分な可動範囲をもつ６軸パラレルマニピュレータを狭い空間に収容することができるようになる。
【００２４】
請求項２の発明は、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、回転体により回転し位置決め装置により位置決めして既設セグメントに連結することによりトンネル覆工を行うシールド掘削機のセグメント位置決め装置であって、回転体の回転面と平行に間隔を有して対向配置され且つ周方向外側に固定した保持板にセグメントの把持装置が取り付けられた揺動板を設け、６本のシリンダの各２本の一端を３個の継手により揺動板に対して円上の等間隔位置に取り付け、前記各継手に取り付けた２本のシリンダの各１本ずつからなる２本のシリンダの他端を別の３個の継手により回転体に対して円上の等間隔位置に取り付けた６軸パラレルマニピュレータを設け、６軸パラレルマニピュレータに備えた前記継手の一方を、回転体若しくは揺動板の一方に備えた放射状のガイドレールに沿って摺動可能に支持し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。
【００２５】
上記手段によれば、６軸パラレルマニピュレータを構成するシリンダの端部を回転体若しくは揺動板に対し放射状のガイドレールに沿って摺動させると、６軸パラレルマニピュレータを構成するシリンダの傾斜角度が変わるため、揺動板の移動範囲を大きくすることが可能になり、小さなストロークのシリンダで６軸パラレルマニピュレータを構成し、シールド掘削機の全長を短くしてコンパクトにすることができるようになる。
【００２６】
【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。
【００２７】
図１は本発明の実施の形態の一例を示す斜視図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ矢視図である。尚、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。
【００２８】
図１に示すように、揺動板３８を保持板３０に支持している６軸パラレルマニピュレータ３２を構成しているシリンダ３３ａ〜３３ｆのロッド３４ａ〜３４ｆ端部は、矢印で示すようにいずれも保持板３０に対して放射方向に摺動できるようになっている。
【００２９】
ロッド３４ａ〜３４ｆの端部を支持している図２に示す継手３７は、従来のように保持板３０に固定せず、保持板３０に放射状に取り付けてあるガイドレール３９に摺動可能に支持し、摺動用シリンダ４０を作動させることにより、ガイドレール３９に沿って継手３７が摺動変位するようにしている。そしてロッド３４ａ〜３４ｆ（図１参照）の端部は、ボールジョイント（図示せず）を介して２本ずつ継手３７に支持されている。
【００３０】
次に、図１、図２に示す装置の作用を説明する。
【００３１】
図２に示す摺動用シリンダ４０を作動させて継手３７をガイドレール３９に沿って摺動変位させると、図１に示すシリンダ３３ａ〜３３ｆの取付傾斜角が変わることになる。
【００３２】
継手３７を放射方向に互いに離れる方向に摺動変位させると、シリンダ３３ａ〜３３ｆの取付傾斜角は水平に近付くようになって揺動板３８は保持板３０に接近し、狭い空間で揺動板３８に前後、左右、上下、ピッチング、ローリング、ヨーイングの動きを発生させるのに適する状態になる。
【００３３】
継手３７を放射方向に互いに接近する方向に摺動変位させると、シリンダ３３ａ〜３３ｆの取付傾斜角は垂直状態に近付くようになって揺動板３８は保持板３０から離れ、余裕のある空間で揺動板３８に前後、左右、上下、ピッチング、ローリング、ヨーイングの大きな動きを発生させるのに適する状態になる。
【００３４】
従って図４、図５に示す従来のように、半径方向作動機構を構成する上下ジャッキ２７や前後方向作動機構を構成する前後ジャッキ２８を設けずに、門型部材１９を直接回転体１７に固定して、極めて簡単な構成で大きな可動範囲のセグメント位置決めを行うことができるようになる。
【００３５】
図１に示した実施の形態では、シリンダ３３ａ〜３３ｆのロッド３４ａ〜３４ｆ端部を保持板３０に対して放射方向に摺動できるようにしているが、シリンダ３３ａ〜３３ｆの他方の端部を支持している継手３６を、図２と同様な機構で揺動板３８に対して放射方向に摺動できるようにしてもよい。
【００３６】
図３は本発明の実施の形態の他の例を示す縦断側面図であって、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、所用の間隔をおいて対抗するように鉛直方向の揺動板４１を配置し、該揺動板４１を、周方向に配置した６軸パラレルマニピュレータ３２によって回転体１７に支持している。揺動板４１の下部には、水平方向前後方向に延びる保持板４２が固定されていて、該保持板４２の下面にセグメントＳ₀ の把持装置２２が設けられている。
【００３７】
揺動板４１を回転体１７に支持している６軸パラレルマニピュレータ３２は、図１に示した６軸パラレルマニピュレータ３２のシリンダ３３ａ〜３３ｆ、ロッド３４ａ〜３４ｆ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、各ロッド３４の端部を支持している継手３７は、図２と同様に摺動用シリンダ４０を作動させることにより、図示しないガイドレールに沿って矢印で示すように揺動板４１の表面に対して放射方向に摺動できるようになっている。
【００３８】
揺動板４１における６軸パラレルマニピュレータ３２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４３が形成されていて、スクリューコンベア２５（図４参照）を収容できるようになっている。
【００３９】
次に、図３に示す装置の作用を説明する。
【００４０】
モータ１４を駆動してピニオン１５を回転すると、ローラ１６に支持された回転体１７がリングギヤ１７ｃを介して回転し、回転体１７に６軸パラレルマニピュレータ３２を介して支持された揺動板４１が回転する。これにより、揺動板４１に固定された保持板４２の把持装置２２に把持された把持セグメントＳ₀ を所要の位置に回転させて位置決めすることができる。
【００４１】
摺動用シリンダ４０を作動させて継手３７を揺動板４１の表面に対して放射方向に摺動変位させると、シリンダ３３の取付傾斜角が変わることになり、揺動板４１を回転体１７に接近させた状態で揺動板４１に前後、左右、上下、ピッチング、ローリング、ヨーイングの動きをさせ、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することが可能になる。
【００４２】
従って図４、図５に示す従来のように、門型部材１９、半径方向作動機構を構成する上下ジャッキ２７、前後方向作動機構を構成する前後ジャッキ２８を設けずに極めて簡単な構成で、しかも前後方向の狭い空間でもセグメント位置決めを行うことが可能で、シールド掘削機の全長を短くしてコンパクトにすることができることになる。
【００４３】
図３に示した実施の形態では、シリンダ３３のロッド３４端部を支持している継手３７を揺動板４１の表面に対して放射方向に摺動できるようにしているが、シリンダ３３の端部を支持している継手３６を、回転体１７に対して放射方向に摺動できるようにしてもよい。
【００４４】
尚、本発明のセグメント位置決め装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、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得ることは勿論である。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明は、６軸パラレルマニピュレータを構成するシリンダの端部を保持板若しくは揺動板に対し放射状のガイドレールに沿って摺動させて６軸パラレルマニピュレータを構成するシリンダの傾斜角度を変え、シリンダのストロークを大きくして揺動板の移動範囲を大きくすることが可能になり、門型部材の半径方向作動機構、前後方向作動機構を設けず簡単な構成で十分な可動範囲をもつ６軸パラレルマニピュレータを狭い空間に収容することができる効果がある。
【００４６】
請求項２に記載の発明は、６軸パラレルマニピュレータを構成するシリンダの端部を回転体若しくは揺動板に対し放射状のガイドレールに沿って摺動させることにより、６軸パラレルマニピュレータを構成するシリンダの傾斜角度を変えて揺動板の移動範囲を大きくすることが可能になり、小さなストロークのシリンダで６軸パラレルマニピュレータを構成し、シールド掘削機の全長を短くしてコンパクトにすることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ矢視図である。
【図３】本発明の実施の形態の他の例を示す縦断側面図である。
【図４】シールド掘削機の縦断側面図である。
【図５】従来のセグメント位置決め装置の縦断側面図である。
【図６】図５の正面図である。
【図７】図５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】
１７回転体
２２把持装置
３０保持板
３２６軸パラレルマニピュレータ
３３ａ〜３３ｆシリンダ
３６継手
３７継手
３８揺動板
３９ガイドレール
４１揺動板
４２保持板
Ｓセグメント（既設）
Ｓ0 セグメント（把持）

Claims

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、回転体により回転し位置決め装置により位置決めして既設セグメントに連結することによりトンネル覆工を行うシールド掘削機のセグメント位置決め装置であって、回転体と共に回転する保持板の周方向外側に、セグメントの把持装置を備えた揺動板を対向配置し、６本のシリンダの各２本の一端を３個の継手により前記揺動板に対して円上の等間隔位置に取り付け、前記各継手に取り付けた２本のシリンダの各１本ずつからなる２本のシリンダの他端を別の３個の継手により前記保持板に対して円上の等間隔位置に取り付けた６軸パラレルマニピュレータを設け、６軸パラレルマニピュレータに備えた前記継手の一方を、保持板若しくは揺動板の一方に備えた放射状のガイドレールに沿って摺動可能に支持したことを特徴とするセグメント位置決め装置。
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、回転体により回転し位置決め装置により位置決めして既設セグメントに連結することによりトンネル覆工を行うシールド掘削機のセグメント位置決め装置であって、回転体の回転面と平行に間隔を有して対向配置され且つ周方向外側に固定した保持板にセグメントの把持装置が取り付けられた揺動板を設け、６本のシリンダの各２本の一端を３個の継手により揺動板に対して円上の等間隔位置に取り付け、前記各継手に取り付けた２本のシリンダの各１本ずつからなる２本のシリンダの他端を別の３個の継手により回転体に対して円上の等間隔位置に取り付けた６軸パラレルマニピュレータを設け、６軸パラレルマニピュレータに備えた前記継手の一方を、回転体若しくは揺動板の一方に備えた放射状のガイドレールに沿って摺動可能に支持したことを特徴とするセグメント位置決め装置。