JP4134425B2 - セグメント位置決め装置 - Google Patents
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Description
【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の改善に関する。
【0002】
【従来の技術】
図3〜図6は従来のセグメント位置決め装置を備えたシールド掘削機の一例を示しており、図3はシールド掘削機の側面断面図、図4は従来のセグメント位置決め装置の側面断面図、図5は図4の正面図、図6は6軸パラレルマニピュレータの概念図である。
【0003】
図3において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であり、該後胴5は掘削円周面の土砂の崩壊を防ぐ役目を有している。
【0004】
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。
【0005】
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。
【0006】
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が円周方向に沿って複数設けられ、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。
【0007】
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は右上がりに配置され、搬送方向下流端の排出口は排泥管18の上部に開口している。排泥管18はA矢印方向に排泥する。
【0008】
図4において、シールド掘削機本体4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が回動自在に支持されている。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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4において左右方向)に前後動する。更に門型部材19は上下ジャッキ27の作動でトンネル半径方向(図3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の半径方向動作機構及び前後方向動作機構が構成されている。
【0013】
図4、図5において、門型部材19は前記スクリューコンベア25に干渉することなく上下、前後動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。
【0014】
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。
【0015】
6軸パラレルマニピュレータ32を図6により説明する。図6は6軸パラレルマニピュレータ32の機構概念図を示している。
【0016】
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同士が一体となって継手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同士が一体となって継手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ク配置となっている。各シリンダ33a〜33fには制御弁35が設けられ、図示しない油圧源から油圧をシリンダ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。
【0017】
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。
【0018】
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を伸張させ、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及び排泥管18によりシールド掘削機本体4の右方向に搬送され外部に排出される。
【0019】
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て門型部材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。
【0020】
図3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。
【0021】
【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。
【0022】
このために、図3〜図6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、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。
【0023】
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、簡単な構成でセグメントの位置決め操作も容易なセグメント位置決め装置を提供することを目的とする。
【0024】
【課題を解決するための手段】
本発明は、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の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回転体の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、前記揺動板に、回転体が有するスクリューコンベア配置のための貫通口に対応する貫通口を形成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】
本発明によれば、揺動板を回転体と対向する位置となるように6軸パラレルマニピュレータで支持させるようにしたので、可動範囲の大きい直動シリンダを使用することができる。従って、6本のシリンダのストロークの制御を行うことにより、揺動板に備えた把持装置を介して直接、把持セグメントS0を前後、左右、上下、ピッチング、ローリング、ヨーイングの6方向に所要のストロークで移動させることができる。
【0026】
上記したように、従来技術における半径方向動作機構及び前後動作機構を不要にできるばかりでなく、従来技術における6軸パラレルマニピュレータの作用を兼ね備えることができるので、従来技術に比して、構成の簡略化と操作性の向上とを達成できる。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図1、図2により説明する。
【0028】
図1は本発明の一例に係るセグメント位置決め装置の側面断面図、図2は図1のセグメント位置決め装置の斜視図である。なお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。
【0029】
図1、図2に示すように、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、所要の間隔を有して対向するように鉛直方向の揺動板39を配置し、該揺動板39を、周方向に配置された6軸パラレルマニピュレータ40によって回転体17に支持している。
【0030】
6軸パラレルマニピュレータ40のシリンダ41、ロッド42は、図4に示した6軸パラレルマニピュレータ32のシリンダ33、ロッド34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、各シリンダ41は、シリンダ4内を摺動するピストンに固着したロッド42を作動させる図示しない伸び側、縮み側の圧油室を備えた複動型のアクチュエータを構成している。
【0031】
各シリンダ41は、図6のシリンダ33と同様に、側面から見た際に鋸刃状のジグザク配置となるように、継手43,44によって回転体17と揺動板39における外周位置に接続されている。
【0032】
各シリンダ41には、図示しない油圧源から制御弁45を介して前記図示しない伸び側と縮み側の圧油室に圧油を給排制御している。
【0033】
回転体17に対向するように支持された揺動板39の下部には、水平方向後方に延びる保持板46が固定されていて、該保持板46にセグメントS0の把持装置47が設けらている。
【0034】
揺動板39における6軸パラレルマニピュレータ40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48が形成されていて、スクリューコンベア25を収容できるようになっている。
【0035】
次に本発明の作用を図1、図2を用いて説明する。
【0036】
図1、図2において、モータ14を駆動してピニオン15を回転すると、リングギヤ17cを介してローラ16に支持された回転体17が回転し、回転体17に6軸パラレルマニピュレータ40を介して支持された揺動板39が回転する。これにより、揺動板39に固定された保持板46の把持装置47に支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。
【0037】
更に、図示しない油圧源の圧油を6本のシリンダ41の制御弁45により夫々適宜図示しない延び側、縮み側の圧油室に給排して、6軸パラレルマニピュレータ40の6本のシリンダ41による大きな可動範囲でのストローク制御により、揺動板39を上下、前後に任意に移動させることができる。
【0038】
また、6軸パラレルマニピュレータ40は微少な制御も可能であるので、揺動板39を介して把持セグメントS0に、図6と同様のX,Y,Z,α、β、γの6方向の動きを確実に発生させて、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(姿勢調整)することができる。
【0039】
上記したように、回転体17に対向するように設けた揺動板39を支持する6軸パラレルマニピュレータ40の各シリンダ41は、伸縮ストロークを大きくしてもスクリューコンベア25等に干渉する恐れもなく、揺動板39の十分な移動量を確保することができ、よって従来技術における半径方向動作機構、前後動作機構を備えた構成に比して、構成の大幅な簡略化と操作性の向上とを図ることができる。
【0040】
なお、本発明の実施の形態例においては、6軸パラレルマニピュレータを同一諸元のシリンダを用いて説明したが、用途によっては諸元の異なるアクチュエータを組み合わせて構成することも可能であること、その他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ること、等は勿論である。
【0041】
【発明の効果】
本発明によれば、揺動板を回転体と対向する位置となるように6軸パラレルマニピュレータで支持させるようにしたので、可動範囲の大きい直動シリンダを使用することができる。従って、6本のシリンダのストロークの制御を行うことにより、揺動板に備えた把持装置を介して直接、把持セグメントを前後、左右、上下、ピッチング、ローリング、ヨーイングの6方向に所要のストロークで移動させることができる効果がある。
【0042】
更に、従来技術における半径方向動作機構及び前後動作機構を不要にできるばかりでなく、従来技術における6軸パラレルマニピュレータの作用を兼ね備えることができるので、従来に比して極めて簡単な構造のセグメント位置決め装置とすることができ、よって位置決め操作性も向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の掘削機のセグメント位置決め装置の側面断面図である。
【図2】図1のセグメント位置決め装置の斜視図である。
【図3】シールド掘削機の側面断面図である。
【図4】従来のセグメント位置決め装置の側面断面図である。
【図5】図4の正面図である。
【図6】図4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
17d 貫通口
39 揺動板
40 6軸パラレルマニピュレータ
41 6本のシリンダ
43 継手
44 継手
46 保持板
47 把持装置
48 貫通口
S 既設セグメント
S0 セグメント(把持)
Claims (1)
- 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の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回転体の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、前記揺動板に、回転体が有するスクリューコンベア配置のための貫通口に対応する貫通口を形成したことを特徴とするセグメント位置決め装置。
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JP05719299A Expired - Fee Related JP4134425B2 (ja) | 1999-03-04 | 1999-03-04 | セグメント位置決め装置 |
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1999
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