JP2576362Y2

JP2576362Y2 - セグメント組立装置

Info

Publication number: JP2576362Y2
Application number: JP1992082755U
Authority: JP
Inventors: 周武田; 進一梅田
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1992-11-05
Filing date: 1992-11-05
Publication date: 1998-07-09
Anticipated expiration: 2007-11-05
Also published as: JPH0640100U

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、シールド掘削機によっ
て掘削したトンネルの覆工用セグメントを所定の位置に
搬送、位置決めするセグメント組立装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】トンネル工事におけるセグメントの組立
ては、エレクタと呼ばれるセグメント組立装置を用いて
行われる。このエレクタは、幅１ｍ程度のリングを複数
に分割したセグメントを、トンネルの円周に沿って移動
させる旋回機構、トンネルの軸線方向に移動させる摺動
機構、およびトンネルの径方向に移動させる昇降機構を
備えており、３つの自由度を持っている。

【０００３】エレクタによるセグメントの組立ては、ま
ず、エレクタによってインバートセグメントと呼ばれる
１リングの最初のセグメントを把持し、組み立てるべき
所定の位置に移動させる。その後、オペレータがエレク
タをインチング操作し、インバートセグメントを昇降・
旋回させてインバートセグメントのトンネル軸線方向の
ボルト孔と既に組み立てられているセグメント（既設セ
グメント）のトンネル軸線方向のボルト孔とを合わせ、
両者をボルトによって締結する。２番目以降のセグメン
トの組立ては、エレクタによって把持したセグメントの
トンネル周方向のボルト孔と既に組み立てられているセ
グメントの周方向のボルト孔との位置を合わせ、この両
者をボルトによって締結したのち、エレクタの把持して
いるセグメントのトンネル軸線方向のボルト孔が既設セ
グメントのボルト孔に合うようにエレクタを操作し、両
者をボルトによって締結する。

【０００４】しかし、従来のエレクタは、上記した旋
回、摺動、昇降の３自由度だけであるため、エレクタに
保持させたセグメントのボルト孔を既設セグメントのボ
ルト孔と位置合わせする場合に、作業者が手作業によっ
てセグメントの位置を調節する必要があり、組立て作業
が煩雑で、重量物を取り扱うために危険も多い。また、
トンネル周方向におけるボルト孔の位置合わせと締結、
その後のトンネル軸線方向におけるボルト孔の位置合わ
せと締結、というように、周方向の締結と軸線方向の締
結とを別々に行っているため、施工に多くの時間を必要
とし、非常に能率が悪かった。

【０００５】そこで、把持したセグメントに任意の姿勢
をとらせることができるように、エレクタに６自由度の
動きができるような機構を設けることが提案されている
（特開昭６０−２６１８９７号公報）。すなわち、開昭
６０−２６１８９７号公報には、シールド掘削機本体の
径方向に移動できる吊りビームを旋回輪に設けるととも
に、その吊りビームに掘削機の軸方向に移動する補助ビ
ームを取り付け、その補助ビームにピッチング、ローリ
ング、ヨーイングの揺動をさせる継手と姿勢調節用シリ
ンダとを設けたエレクタが示されている。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】しかし、上記の特開昭
６０−２６１８９７号公報に記載されたエレクタは、旋
回輪に吊りビームと補助ビームとを設けるばかりでな
く、補助ビームに姿勢調節用の機構をシリアルに設ける
ため、機構が複雑となり、また装置が大型化して重量が
重く、狭いトンネル内の各種の作業に影響を与える。

【０００７】本考案は、前記従来技術の欠点を解消する
ためになされたもので、簡素な構造により、把持したセ
グメントに６つの自由度の動きを与えることが可能なセ
グメント組立装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本考案に係るセグメント組立装置は、シールド掘
削機本体の内周部を周方向に旋回する旋回フレームと、
この旋回フレームに支持され、セグメントを着脱自在に
把持するセグメント把持機構とを備えたセグメント組立
装置において、前記旋回フレームに設けられた枢着部
と、前記セグメント把持機構を取り付けたセグメント操
作板と、それぞれの両端が自在継手を介して前記枢着部
と前記セグメント操作板とに取り付けられ、前記セグメ
ント操作板を介して前記セグメントを操作する６個のア
クチュエータとを有し、これらのアクチュエータは、前
記セグメント操作板が前記枢着部に対して任意の位置お
よび姿勢に置かれた場合であっても、任意に選択した一
対の前記アクチュエータにより形成された面と前記他の
任意のアクチュエータとが斜交するように配置したこと
を特徴としている。

【０００９】

【作用】上記の如く構成した本考案は、前記旋回フレー
ムに設けられた枢着部と、セグメントを把持するセグメ
ント操作板とを、自在継手を介して６個のアクチュエー
タによって連結したため、シールド掘削機本体に対して
セグメント操作板を、周方向の移動（旋回）、軸方向の
移動（摺動）、上下方向（半径方向）の移動（昇降）、
シールド掘削機本体の前後方向の揺動（ピッチング）、
シールド掘削機の左右方向の揺動（ローリング）、水平
面ないでの揺動（ヨーイング）の６自由度の動きを自由
に与えることができる。しかも、本考案は、枢着部とセ
グメント操作板、および６個のアクチュエータだけでセ
グメント操作板に６自由度の動きを行わせることがで
き、構造を極めて簡素にすることができる。

【００１０】また、本考案においては、各アクチュエー
タのそれぞれを自在継手を介して取り付けていても、任
意に選択した一対のアクチュエータにより形成した平面
が、他の任意のいかなるアクチュエータとも平行になら
ないように配置してあるため、３個以上のアクチュエー
タが同時に平行となることがなく、セグメント操作板が
枢着部に対していかなる位置、姿勢をとったとしても、
外力の作用によりセグメント操作板が位置ずれをした
り、セグメント操作板の運動が不確定となる等の不具合
がなく、安定してセグメントを任意の位置、姿勢に保持
することができる。

【００１１】

【実施例】本考案に係るセグメント組立装置の好ましい
実施例を、添付図面に従って詳説する。図１は、本考案
の実施例に係るセグメント組立装置の全体を模式的に示
した斜視図である。

【００１２】図１において、セグメント組立装置１０
は、図示しないシールド掘削機本体の内部に配置した旋
回フレーム１２を備えている。この旋回フレーム１２
は、シールド掘削機本体の内周面の周方向に配置した複
数のローラ１４によって、シールド掘削機本体の周方向
に旋回可能に支持されている。また、旋回フレーム１２
は、内周面が歯車部１６となっており、この歯車部１６
がシールド掘削機本体に設けた旋回モータ１８の回転軸
に取り付けたピニオン２０と噛み合っていて、旋回モー
タ１８によって掘削機本体の周方向に旋回させられる。

【００１３】旋回フレーム１２のシールド掘削機本体後
方側の端面には、平板状の枢着部２２が設けてある。枢
着部２２の両側部は、枢着部２２に直交して旋回フレー
ム１２に設けられた板状のブラケット２４、２６に設け
てある。そして、図１における枢着部２２の下方には、
中央下部にセグメント把持機構２８を備えたセグメント
操作板３０が枢着部２２に対面させて配置してある。

【００１４】一方、セグメント把持機構２８に把持され
た組立セグメント４０は、鋼製またはコンクリート製の
一般的なセグメントであって、リングを複数に分割した
円弧をなし（図１参照）、組み立てられたときにリング
の内周面となる内側面４１に、セグメント把持機構２８
の把持部に結合される結合孔等が設けられている。そし
て、セグメント操作板３０は、下面がセグメント把持機
構２８に把持された組立セグメント４０の内側面４１に
沿うように下方に湾曲して形成され、組立セグメント４
０をしっかり保持できるようにしてある。

【００１５】セグメント操作板３０の上面と枢着部２２
の下面とは、アクチュエータである６つの油圧シリンダ
３２ａ〜３２ｆによって連結してある。各油圧シリンダ
３２ａ〜３２ｆは、シリンダヘッドとピストンロッドの
先端とが、図２に示したように、自在継手３４ａ、３４
ｂを介して枢着部２２とセグメント操作板３０とに取り
付けてあり、詳細を後述するように、セグメント操作板
３０に６自由度の動きを与えるられるようになってい
る。これらの油圧シリンダ３２ａ〜３２ｆは、図３、図
４に示した配置、取り付け状態になっていて、セグメン
ト操作板３０が枢着部２２に対していかなる位置、姿勢
をとったとしても、任意の２つの油圧シリンダによって
平面を形成したときに、他のいかなる油圧シリンダもそ
の平面と平行とならず、平面に斜交するようになってい
る。

【００１６】すなわち、各油圧シリンダ３２ａ〜３２ｆ
は、セグメント操作板３０が枢着部２２と平行に、つま
りシールド掘削機本体（旋回フレーム１２）の軸線方向
であるｘ軸と、シールド掘削機本体の水平左右方向であ
るｙ軸とがなす平面と平行に配置され、かつ各油圧シリ
ンダ３２ａ〜３２ｆのストローク量を均等に場合、その
配置を上方から見ると、図３のように正六角形をなし、
かつ各油圧シリンダのそれぞれの枢着部２２への取り付
部が隣接する一方のシリンダの枢着部２２への取り付け
部に近接しており、セグメント操作板３０への取り付け
部が隣接する他方のシリンダのセグメント操作板３０へ
の取り付け部に近接している。従って、各シリンダの配
置状態をｘ方向から見ると、図４に示したように、油圧
シリンダ３２ｂと油圧シリンダ３２ｆとが交差し見え、
油圧シリンダ３２ｃと油圧シリンダ３２ｅとが交差して
見える。

【００１７】油圧シリンダ３２ａ〜３２ｆをこのように
配置することにより、組立セグメント４０を把持してい
るセグメント操作板３０の位置、姿勢の６つの自由度を
決定すると、各油圧シリンダ３２ａ〜３２ｆのストロー
ク量が一意的に定まる。すなわち、組立セグメント４０
を−ｚ方向に動かす場合には、油圧シリンダ３２ａ〜３
２ｆのすべてのストロークを伸ばし、ｙ方向に移動させ
る場合には、油圧シリンダ３２ａ、３２ｂ、３２ｆを伸
ばし、油圧シリンダ３２ｃ、３２ｄ、３２ｅを縮める。
そして、組立セグメント４０をｘ方向に動かす場合に
は、油圧シリンダ３２ａ〜３２ｄを伸ばし、油圧シリン
ダ３２ｅ、３２ｆを縮める。また、組立セグメント４０
にローリング（ｘ軸回りの揺動）やピッチング（ｙ軸回
りの揺動）、ヨーイング（ｚ軸回りの揺動）などを与え
る場合でも、各油圧シリンダを前記と同様に操作するこ
とにより実現することができ、組立セグメント４０に任
意の位置、姿勢をとらせることが可能となる。

【００１８】なお、図１に示した符号４２ａ〜４２ｃ
は、すでに組み上がっている既設セグメントである。ま
た、符号４４ａ、４４ｂは、組立セグメント４０の掘削
機周方向の端面に設けたボルト孔であり、４６は組立セ
グメント４０の掘削機軸方向端面に形成したボルト孔で
ある。そして、符号４８は、既設セグメント４２ａの周
方向端面に設けてあるボルト孔、符号５０は既設セグメ
ント４２ｂ、４２ｃの軸方向に設けたボルト孔である。
さらに、図２に示した符号５２は、ボルト締結装置であ
る。

【００１９】上記の如く構成した実施例によるセグメン
トの組立ては、次のようにして行われる。まず、オペレ
ータは、セグメント操作板３０に設けてあるセグメント
把持機構２８を、油圧シリンダ３２ａ〜３２ｆを操作し
てトンネル内に搬入された組立セグメント４０を掴みや
すい位置に移動させ、組立セグメント４０を把持する。
その後、各油圧シリンダ３２ａ〜３２ｆを縮め、把持し
た組立セグメント４０が既設セグメント４２ａ〜４２ｃ
等と干渉しないようにし、旋回モータ１６を駆動して組
立セグメント４０を、既に組み上がっている既設セグメ
ントに取り付けるべき位置まで粗い精度で移動させる。
そして、組立セグメント４０を粗い精度で位置決めした
ならば、組立セグメント４０の各ボルト孔４４ａ、４６
が既設セグメント４２ａのボルト孔４８と既設セグメン
ト４２ｂ、４２ｃのボルト孔５０と合うように、各油圧
シリンダ３２ａ〜３２ｆのストローク量を調節する。

【００２０】この組立セグメント４０を昇降、旋回、摺
動、ピッチング、ローリング、ヨーイングさせて位置合
わせをするときの、油圧シリンダ３２ａ〜３２ｆの具体
的な制御を図５に基づいて説明する。なお、図５におい
て、符号Ｐ_１〜Ｐ_６は油圧シリンダ３２ａ〜３２ｆのセ
グメント操作板３０への取り付け位置を示し、符号Ｑ_１
〜Ｑ_６は油圧シリンダ３２ａ〜３２ｆの枢着部２２への
取り付け位置を示している。

【００２１】いま、セグメント操作板３０の中心が枢着
部２２の中心（原点）Ｏに対してｘ_０、ｙ_０、ｚ_０、α
_０、β_０、γ_０の位置、姿勢にあったとすると、各油圧
シリンダ３２ａ〜３２ｆのセグメント操作板３０への取
り付け位置Ｐ_１〜Ｐ_６の原点Ｏに対する座標は、幾何学
的に求まる。ただし、図５に示した矢印ｘ_０はシールド
掘削機本体の軸線方向の移動である摺動量を表し、矢印
ｙ_０はシールド掘削機本体の周方向の移動である旋回量
を表し、矢印ｚ_０はシールド掘削機本体の上下方向の移
動である昇降量を表している。さらに、α_０はピッチン
グ量、β_０はローリング量、γ_０はヨーイング量を示し
ている。

【００２２】すなわち、セグメント操作板３０上に示し
たＯ_１は、セグメント操作板３０が初期状態にあったと
きの、枢着部２２の原点Ｏに対応したセグメント操作板
３０上の原点である。そして、軸ｘ_１、ｙ_１は、セグメ
ント操作板３０が初期状態にあったときの、枢着部２２
のｘ軸、ｙ軸と一致した座標軸を表しており、セグメン
ト操作板３０におけるｘ方向、ｙ方向を示し、軸ｚ_１は
このときのセグメント操作板３０の垂線方向（ｚ方向）
を示している。また、軸ｘ_２、ｙ_２、ｚ_２はそれぞれ、
セグメント操作板３０が図５に示した位置、姿勢をとっ
ているときの、枢着部２２上の座標軸ｘ、ｙ、ｚに平行
なセグメント操作板３０の原点Ｏ_１を通る軸を示してい
る。さらに、軸ｘ_３は軸ｘ_２、すなわち枢着部２２上の
ｘ_１軸のセグメント操作板３０（ｘ_１ｙ_１面）への投影
軸であり、軸ｙ_３は軸ｙ_２（ｙ軸）のｘ_１ｙ_１面への投
影軸を示している。また、軸_３は、図５に示した状態に
あるセグメント操作板３０の実際の垂線を示している。

【００２３】そこで、ピッチング量α_０は、枢着部２２
上のｘ座標軸に平行なｘ_２軸と、このｘ_２のｘ_１ｙ_１面
への投影軸ｘ_３との角度として表される。また、ローリ
ング量β_０は、セグメント操作板３０の初期状態の垂線
であるｚ_１と、現在のセグメント操作板３０の垂線ｚ_３
とのなす角として表される。そして、ヨーイング量γ_０
は、枢着部２２上のｙ座標軸のｘ_１ｙ_１面上への投影軸
ｙ_３とセグメント操作板３０の初期状態におけるｙ方向
を示すｙ_１軸とのさなす角として表される。

【００２４】従って、油圧シリンダ３２ａの取り付け位
置Ｐ_１、Ｑ_１の間の距離は、枢着部２２上の原点Ｏに対
するＰ_１の座標と枢着部上のＱ_１の座標とから求まり、
油圧シリンダ３２ａのストローク量も決定される。油圧
シリンダ３２ｂ〜３２ｆのストローク量についても、同
様に求めることができる。そこで、セグメント操作板３
０に保持された組立セグメント４０を、ある位置、姿勢
にある状態から、例えばΔｚだけ昇降させる場合、オペ
レータがその昇降量Δｚを図示しない演算機に入力する
と、演算機は組立セグメント４０を動かす前の位置、姿
勢の座標値と入力されたΔｚとに基づいて、移動させた
後のＰ_１〜Ｐ_６の座標値を演算し、新たなＰ_１〜Ｐ_６の
位置を得るための各油圧シリンダ３２ａ〜３２ｆのスト
ローク量を算出し、その値を油圧シリンダ３２ａ〜３２
ｆの制御装置（図示せず）に出力する。そして、制御装
置が油圧シリンダ３２ａ〜３２ｆを作動し、演算機の求
めたストローク量となるように各シリンダを伸縮させ
る。同様にしてオペレータは、組立セグメント４０のボ
ルト孔が既設セグメント４２ａ〜４２ｃのボルト孔と一
致するように、油圧シリンダ３２ａ〜３２ｆを作動して
旋回、摺動、ピッチング、ローリング、ヨーイングによ
る微修正を繰り返し、ボルト孔が一致したなら組立セグ
メント４０と既設セグメントとをボルトによって締結す
る。

【００２５】このように、実施例においては、旋回フレ
ーム１２に設けられた枢着部２２と、セグメント把持機
構２８を備えたセグメント操作板３０とを、自在継手３
４ａ、３４ｂを介して６つの油圧シリンダ３２ａ〜３２
ｆにより連結したことにより、極めて簡素な構造で、セ
グメント操作板３０が保持している組立セグメント４０
に旋回、摺動、昇降、ピッチング、ローリング、ヨーイ
ングの６自由度の動きを容易に与えることができる。し
かも、各油圧シリンダ３２ａ〜３２ｆは、セグメント操
作板３０がいかなる位置、姿勢をとったとしても、３つ
以上が同時に平行となることがないように配置したた
め、いかなる状態においても、外力の作用によりセグメ
ント操作板が位置ずれしたり、運動が不確定となる等の
不具合がなく、安定してセグメントを任意の位置、姿勢
に保持することができる。

【００２６】なお、前記実施例においては、アクチュエ
ータとして油圧シリンダ３２ａ〜３２ｆを用いた場合に
ついて説明したが、アクチュエータは油圧シリンダに限
定されず、油圧シリンダに代替できるものを用いてもよ
い。また、前記実施例においては、ボルト孔の位置合わ
せを、オペレータが手動で行う場合について説明した
が、ボルト孔の位置ずれを検出できるセンサ（例えば磁
気センサ）を用いて、自動的に位置ずれを修正できるよ
うな装置にも適用することができる。

【００２７】

【考案の効果】以上に説明したように、本考案によれ
ば、旋回フレームに設けられた枢着部と、セグメントを
把持するセグメント操作板とを、自在継手を介して６個
のアクチュエータによって連結したため、シールド掘削
機本体に対してセグメント操作板を旋回、摺動、昇降、
ピッチング、ローリング、ヨーイングの６自由度の動き
を自由に与えることができる。しかも、本考案は、枢着
部とセグメント操作板、および６個のアクチュエータだ
けでセグメント操作板に６自由度の動きを行わせること
ができ、構造を極めて簡素にすることができる。

【００２８】また、本考案においては、各アクチュエー
タのそれぞれを自在継手を介して取り付けていても、任
意に選択した一対のアクチュエータにより形成した平面
が、他の任意のいかなるアクチュエータとも平行になら
ないように配置してあるため、３個以上のアクチュエー
タが同時に平行となることがなく、いかなる状態におい
ても、外力の作用によりセグメント操作板が位置ずれを
したり、セグメント操作板の運動が不確定となる等の不
具合がなく、安定してセグメントを任意の位置、姿勢に
保持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係るセグメント組立装置の全体を模式
的に示した斜視図である。

【図２】実施例における油圧シリンダの取り付け状態の
説明図である。

【図３】実施例における油圧シリンダの配置状態を模式
的に示した平面図である。

【図４】実施例における油圧シリンダの配置状態を模式
的に示した正面図である。

【図５】実施例におけるセグメント操作板に６自由度の
動きを与える方法の説明図である。

【符号の説明】

１０セグメント組立装置１２旋回フレーム１８旋回モータ２２枢着部２８セグメント把持機構３０セグメント操作板３２ａ〜３２ｆアクチュエータ（油圧シリンダ）４０組立セグメント４２ａ〜４２ｃ既設セグメント

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】シールド掘削機本体の内周部を周方向に
旋回する旋回フレームと、この旋回フレームに支持さ
れ、セグメントを着脱自在に把持するセグメント把持機
構とを備えたセグメント組立装置において、前記旋回フ
レームに設けられた枢着部と、前記セグメント把持機構
を取り付けたセグメント操作板と、それぞれの両端が自
在継手を介して前記枢着部と前記セグメント操作板とに
取り付けられ、前記セグメント操作板を介して前記セグ
メントを操作する６個のアクチュエータとを有し、これ
らのアクチュエータは、前記セグメント操作板が前記枢
着部に対して任意の位置および姿勢に置かれた場合であ
っても、任意に選択した一対の前記アクチュエータによ
り形成された面と前記他の任意のアクチュエータとが斜
交するように配置したことを特徴とするセグメント組立
装置。