JPH10176484A - シールド掘進機のカッタ駆動方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、シールド掘進機のローリング
補正時等においても、大きな起動電流が発生することの
ないシールド掘進機のカッタ駆動方法及び装置を提供す
ることにある。 【解決手段】シールド掘進機１０００の先端には、カッ
タ駆動装置１００が備えられている。カッタ駆動装置１
００は、回転可能に保持されたカッタ１１０と、カッタ
１１０を回転駆動する複数の電動モータ１４０，１４２
と、電動モータ１４０，１４２の回転駆動力のカッタ１
１０への伝達を断続するクラッチ１３０，１３２と、電
動モータ１４０，１４２に対する電源供給を制御して、
電動モータの回転／停止を制御するカッタ駆動制御装置
１６０とから構成されている。ここで、カッタ駆動制御
装置１６０は、カッタ１１０の回転を検出する回転検出
器１５０からの信号に基づいて、カッタ１１０の回転停
止を判断し、回転停止後に、クラッチ１３０，１３２を
切断するようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シールド掘進機の
カッタ駆動方法及び装置に係り、特に、カッタの停止制
御に使用するに好適なシールド掘進機のカッタ駆動方法
及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のシールド掘進機のカッタ駆動装置
においては、一般的に、カッタと、このカッタを回転駆
動する電動モータとの間に、クラッチを有する構成とな
っている。カッタの回転起動時には、電動モータを起動
させた後、クラッチを接続して、電動モータの駆動力を
カッタに伝達して、カッタを回転させるようにしてい
る。一方、カッタの回転停止時には、電動モータの電源
の切断と、クラッチの切断を同時に行い、カッタを停止
させるようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】カッタの回転停止をす
るのは、一般的には、シールド掘進機による掘進を停止
する場合であり、このような場合には、上述したよう
に、電動モータの電源の切断とクラッチの切断を同時に
行っても問題は生じないものである。しかしながら、他
のカッタの回転停止をする場合として、シールド掘進機
本体のローリングを補正するために、一旦、カッタの回
転を停止し、その後、回転方向を逆方向に変える場合が
ある。

【０００４】回転方向を逆方向に変えようとする場合に
おいて、上述した従来の方法では、大きな起動電流が発
生するという問題があった。即ち、カッタを停止するた
めに、電動モータの電源の切断とクラッチの切断を同時
に行うと、カッタは、接触している地山との抵抗によっ
て停止するが、クラッチによってカッタから分離された
電動モータは、慣性により回転を続ける。このように、
電動モータが回転中に、この慣性による回転方向とは逆
方向に回転させようとすると、大きな起動電流が発生す
ることになる。発生した大きな起動電流が、電源容量よ
りも大きい場合には、ブレーカが断となるため、このよ
うな事態を回避するためには、電源の容量を大きくする
等の対策を講じておく必要があった。

【０００５】本発明の目的は、シールド掘進機のローリ
ング補正時等のカッタを逆転させる場合においても、大
きな起動電流が発生することのないシールド掘進機のカ
ッタ駆動方法及び装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、シールド掘進機の先端に回転可能に保持
されたカッタと、このカッタを回転駆動する複数の電動
モータと、上記カッタと上記電動モータの間に配置さ
れ、上記電動モータの回転駆動力の上記カッタへの伝達
を断続するクラッチと、上記電動モータに対する電源供
給を制御して、上記電動モータの回転／停止を制御する
カッタ駆動制御装置とから構成され、上記複数の電動モ
ータの回転駆動力を、それぞれ上記クラッチを介して、
上記カッタに伝達して、上記カッタを回転駆動するシー
ルド掘進機のカッタ駆動方法において、上記カッタの回
転停止時に、上記カッタの回転が停止した後、上記クラ
ッチを切断するようにしたものであり、かかる方法によ
り、シールド掘進機のローリング補正時等のカッタを逆
転させる場合においても、大きな起動電流が発生しする
ことがないようにし得るものとなる。

【０００７】上記目的を達成するために、本発明は、シ
ールド掘進機の先端に回転可能に保持されたカッタと、
このカッタを回転駆動する複数の電動モータと、上記カ
ッタと上記電動モータの間に配置され、上記電動モータ
の回転駆動力の上記カッタへの伝達を断続するクラッチ
と、上記電動モータに対する電源供給を制御して、上記
電動モータの回転／停止を制御するカッタ駆動制御装置
とを有するシールド掘進機のカッタ駆動装置において、
上記カッタ駆動制御装置は、上記カッタの回転停止を判
断し、回転停止後に、上記クラッチを切断するようにし
たものであり、かかる構成により、シールド掘進機のロ
ーリング補正時等のカッタを逆転させる場合において
も、大きな起動電流が発生しすることがないようにし得
るものとなる。

【０００８】上記シールド掘進機のカッタ駆動装置にお
いて、好ましくは、上記カッタの回転を検出する回転検
出器を備えるとともに、上記カッタ駆動制御装置は、上
記回転検出器の出力信号に基づいて、上記カッタの回転
停止を判断し、回転停止後に、上記クラッチを切断する
ようにしたものであり、かかる構成により、カッタの回
転停止を正確に判断し得るものとなる。

【０００９】上記シールド掘進機のカッタ駆動装置にお
いて、好ましくは、上記カッタ駆動制御装置は、上記電
動モータに対する電源供給の遮断後、所定時間経過する
ことにより、上記カッタの回転停止を判断し、回転停止
後に、上記クラッチを切断するようにしたものであり、
かかる構成により、カッタの回転停止を容易に判断し得
るものとなる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図１〜４を用いて、本発明
の一実施形態によるシールド掘進機のカッタ駆動方法及
び装置について説明する。最初に、図１を用いて、本発
明の一実施形態によるシールド掘進機の機構系の構成に
ついて説明する。図１は、本発明の一実施形態によるシ
ールド掘進機の機構系のブロック図である。

【００１１】シールド掘進機１０００の先端付近には、
カッタ駆動装置１００が備えられている。カッタ駆動装
置１００は、カッタ１１０と、駆動歯車１２０と、複数
のクラッチ１３０，１３２と、複数の電動モータ１４
０，１４２と、回転検出器１５０とから構成されてい
る。電動モータ１４０，１４２の数は、図示するような
２台に限られるものでなく、カッタ１１０が必要とする
トルクに応じて、台数を増加減少することができるもの
である。なお、カッタ駆動装置１００の構成としては、
他に制御部であるカッタ駆動制御装置を備えているが、
これについては、図２を用いて後述する。

【００１２】カッタ１１０は、シールド掘進機１０００
の先端に回転可能に取り付けられている。カッタ１１０
を回転させることにより、地山を掘削する。電動モータ
１４０，１４２は、それぞれ、減速機構を内蔵してい
る。駆動歯車１２０は、電動モータ１４０，１４２の駆
動力をまとめて、カッタ１１０を駆動する。クラッチ１
３０，１３２は、それぞれ、電動モータ１４０，１４２
の駆動力をカッタ１１０に伝達するのを断続する。電動
モータ１４０，１４２の回転駆動力は、減速機構によっ
て減速された上で、クラッチ１３０，１３２及び駆動歯
車１２０を介して、カッタ１１０に伝達される。回転検
出器１５０は、カッタ１１０の回転／停止を検出するも
のである。

【００１３】シールド掘進機１０００に取り付けられた
シールドジャッキ２００，２０２を用いて、カッタ駆動
装置１００を掘進対象である地山に押しつけることによ
り、回転するカッタ１１０を用いて、地山の掘進を行う
ことができるものである。

【００１４】次に、図２を用いて、本発明の一実施形態
によるシールド掘進機のカッタ駆動装置の制御系の構成
について説明する。図２は、本発明の一実施形態による
シールド掘進機のカッタ駆動装置の制御系のブロック図
である。

【００１５】カッタ駆動制御装置１６０には、回転検出
器１５０によって検出されたカッタ１１０の回転／停止
の状態信号と、電動モータの電源スイッチ１７０からの
電動モータの電源スイッチがオン／オフされる信号が入
力する。カッタ１１０を回転起動させるために電動モー
タ１４０，１４２を起動するには、電動モータ電源スイ
ッチ１７０をオンするものである。また、カッタ１１０
の回転停止のためには、電動モータ電源スイッチ１７０
をオフするものである。

【００１６】カッタ駆動制御装置１６０は、クラッチ１
３０，１３２に対して、クラッチ断／続制御信号を出力
し、また、電動モータ１４０，１４２に対して、電動モ
ータのオン／オフ制御信号を出力する。クラッチ１３
０，１３２の断続状態は、カッタ駆動制御装置１６０が
出力するクラッチ断／続制御信号によって制御される。
また、電動モータ１４０，１４２の回転停止は、カッタ
駆動制御装置１６０から出力される電動モータのオン／
オフ制御信号によって、電源の供給を断続することによ
って制御される。カッタ駆動制御装置１６０は、例え
ば、μ−ＣＰＵ等によって構成されるものである。

【００１７】次に、図３を用いて、図２に示したカッタ
駆動制御装置１６０によるカッタの起動制御について説
明する。図３は、本発明の一実施形態によるシールド掘
進機のカッタ駆動装置におけるカッタ駆動制御装置によ
るカッタ回転起動制御処理を示すフローチャートであ
る。

【００１８】ステップ３０２において、カッタ１１０の
回転起動時には、カッタ駆動制御装置１６０は、電動モ
ータ電源スイッチ１７０がオンされたことを検出する。

【００１９】次に、ステップ３０４において、カッタ駆
動制御装置１６０は、内部のカウンタの変数ｎを０クリ
アする。ステップ３０６において、カッタ駆動制御装置
１６０は、変数ｎに１を加える。

【００２０】電動モータのオン／オフ制御信号を出力す
る。

【００２１】次に、ステップ３０８において、カッタ駆
動制御装置１６０は、ｎ番目の電動モータを起動する。
ここでは、例えば、変数ｎが１であるので、１番目の電
動モータ１４０に電動モータのオン制御信号を出力し、
電動モータ１４０を起動する。

【００２２】ステップ３１０において、カッタ駆動制御
装置１６０は、変数ｎが、定数Ｎ以上となったか否かを
判定し、Ｎ以上であれば、ステップ３１２に進み、Ｎよ
り小さければ、ステップ３０６に戻って、ステップ３０
６，３０８，３１０を繰り返すものである。ここで、定
数Ｎは、カッタ駆動装置１００が備えている電動モータ
の個数であり、図１に示すように、カッタ駆動装置１０
０が、２台の電動モータ１４０，１４２を備えている場
合には、定数Ｎは２である。

【００２３】ここで、Ｎが２であるとすると、ステップ
３０６に戻って、カッタ駆動制御装置１６０は、変数ｎ
に１を加え、さらに、ステップ３０８において、カッタ
駆動制御装置１６０は、２番目の電動モータ１４２に電
動モータのオン制御信号を出力し、電動モータ１４２を
起動する。

【００２４】次に、ステップ３１０において、カッタ駆
動制御装置１６０は、変数ｎが、定数Ｎ以上となったこ
とを判定して、ステップ３１２に進む。ステップ３１２
において、カッタ駆動制御装置１６０は、クラッチ１３
０，１３２に対して、クラッチ接続制御信号を出力し
て、クラッチ１３０，１３２を接続する。

【００２５】以上の処理によって、電動モータ１４０，
１４２を起動し、その後、クラッチ１３０，１３２を接
続することにより、電動モータ１４０，１４２の回転駆
動力が、カッタ１１０に伝達される。

【００２６】ここで、電動モータ１４０，１４２は、一
度に起動することなく、順次起動するようにしているた
め、大きな起動電流が発生することはないものである。
なお、複数のクラッチ１３０，１３２は、同時に接続す
るようにしており、これによって、電動モータ１４０，
１４２からの回転駆動力を同時にカッタ１１０に伝達す
ることができるようになっている。

【００２７】次に、図４を用いて、図２に示したカッタ
駆動制御装置１６０によるカッタの停止制御について説
明する。図４は、本発明の一実施形態によるシールド掘
進機のカッタ駆動装置におけるカッタ駆動制御装置によ
るカッタ回転停止制御処理を示すフローチャートであ
る。

【００２８】ステップ４０２において、カッタ１１０の
回転停止時には、カッタ駆動制御装置１６０は、電動モ
ータ電源スイッチ１７０がオフされたことを検出する。
次に、ステップ４０４において、カッタ駆動制御装置１
６０は、全ての電動モータ１４０，１４２に対して、電
動モータのオフ制御信号を出力し、電動モータ１４０，
１４２に対する電源の供給を遮断する。なお、電源の供
給を遮断しても、電動モータ１４０，１４２は、慣性で
回転している。

【００２９】ステップ４０６において、カッタ駆動制御
装置１６０は、カッタ１１０が回転停止したか否かを判
断する。カッタ１１０の回転停止は、図１に示した回転
検出器１５０から入力される信号に基づいて判断され
る。カッタ１１０が回転停止するまでは、ステップ４０
６を繰り返し、カッタ１１０が回転停止すると、ステッ
プ４０８に進む。

【００３０】カッタの回転が停止すると、次に、ステッ
プ４０８において、カッタ駆動制御装置１６０は、クラ
ッチ１３０，１３２を切断する。ここでは、全てのクラ
ッチ１３０、１３２に対して、クラッチ切断制御信号を
出力し、クラッチを切断する。

【００３１】以上説明したように、カッタ１１０の回転
停止時においては、カッタ１１０の回転停止を確認した
後、クラッチ１３０，１３２を切断するようにしてい
る。カッタ１１０は、シールドジャッキ２００，２０２
により、地山に押しつけられて地山を掘削しているた
め、地山との抵抗が大きいものである。従って、電動モ
ータ１４０，１４２に対する電源供給を遮断することに
より、カッタ１１０は、速やかに停止する。電動モータ
１４０，１４２は、クラッチ１３０，１３２を介して、
カッタ１１０と接続されているため、カッタ１１０が停
止することにより、電動モータ１４０，１４２も、速や
かに停止することになる。

【００３２】従って、シールド掘進機本体のローリング
を補正する等のために、一旦、カッタの回転を停止し、
その後、回転方向を逆方向に変える場合においても、電
動モータは、一旦完全に停止しているので、その後、以
前の回転方向とは逆方向に回転させようとしても、大き
な起動電流が発生するがなくなるものである。その結
果、電源の容量を大きくする等の対策を講じておく必要
も無くなるものである。

【００３３】また、電動モータを速やかに停止させるこ
とができるため、カッタが停止している時間を短くでき
るものである。従って、掘削の停止時間を短くすること
ができ、カッタ停止後、直ちに他の掘進作業を実行する
ことができるため、掘削作業の効率が向上するものであ
る。

【００３４】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、シールド掘進機のローリング補正時等においても、
大きな起動電流が発生するようになるものである。従っ
て、電源の容量を大きくする等の対策を講じておく必要
も無くなるものである。

【００３５】また、掘削作業の効率が向上するものであ
る。

【００３６】次に、図５を用いて、本発明の他の実施形
態によるカッタ駆動制御装置によるカッタの停止制御に
ついて説明する。図５は、本発明の他の実施形態による
シールド掘進機のカッタ駆動装置におけるカッタ駆動制
御装置によるカッタ回転停止制御処理を示すフローチャ
ートである。

【００３７】なお、本実施形態に用いるシールド掘進機
の機構系の構成は、図１のブロック図に示すものと同様
であるが、図１に示した回転検出器１５０は不要であ
る。また、本実施形態に用いるシールド掘進機のカッタ
駆動装置の制御系の構成は、図２に示すブロック図に示
すものと同様であるが、図２に示した回転検出器１５０
は不要である。さらに、本実施形態によるシールド掘進
機のカッタ駆動装置におけるカッタ駆動制御装置による
カッタ回転起動制御処理は、図３のフローチャートに示
したものと同様である。

【００３８】以下に、図５を用いて、本実施形態による
カッタ回転停止制御処理について説明する。基本的な考
え方は、図４に示したカッタ回転停止制御処理と同様で
あるが、ステップ５０６におけるカッタ停止判断処理が
異なっている。

【００３９】ステップ５０２において、カッタ１１０の
回転停止時には、カッタ駆動制御装置１６０は、電動モ
ータ電源スイッチ１７０がオフされたことを検出する。
次に、ステップ５０４において、カッタ駆動制御装置１
６０は、全ての電動モータ１４０，１４２に対して、電
動モータのオフ制御信号を出力し、電動モータ１４０，
１４２に対する電源の供給を遮断する。なお、電源の供
給を遮断しても、電動モータ１４０，１４２は、慣性で
回転している。

【００４０】ステップ５０６において、カッタ駆動制御
装置１６０は、時間Ｔ１が経過したか否かを判断する。
ここで、時間Ｔ１としては、電動モータ１４０，１４２
に対する電源遮断後、カッタ１１０の回転が停止するに
充分な時間が設定されている。従って、時間Ｔ１が経過
した時には、カッタ１１０の回転は停止したものと判断
できるものである。カッタ１１０が回転停止する時間Ｔ
１が経過するまでは、ステップ５０６を繰り返し、カッ
タ１１０が回転停止する時間Ｔ１が経過すると、ステッ
プ５０８に進む。時間Ｔ１の計測は、カッタ駆動制御装
置１６０の内部のソフトタイマー等を用いて実現できる
ものである。

【００４１】カッタの回転が停止する判断されると、次
に、ステップ５０８において、カッタ駆動制御装置１６
０は、クラッチ１３０，１３２を切断する。ここでは、
全てのクラッチ１３０、１３２に対して、クラッチ切断
制御信号を出力し、クラッチを切断する。

【００４２】以上説明したように、カッタ１１０の回転
停止時においては、カッタ１１０の回転停止を推定した
後、クラッチ１３０，１３２を切断するようにしてい
る。カッタ１１０は、シールドジャッキ２００，２０２
により、地山に押しつけられて地山を掘削しているた
め、地山との抵抗が大きいものである。従って、電動モ
ータ１４０，１４２に対する電源供給を遮断することに
より、カッタ１１０は、速やかに停止する。電動モータ
１４０，１４２は、クラッチ１３０，１３２を介して、
カッタ１１０と接続されているため、カッタ１１０が停
止することにより、電動モータ１４０，１４２も、速や
かに停止することになる。

【００４３】従って、シールド掘進機本体のローリング
を補正する等のために、一旦、カッタの回転を停止し、
その後、回転方向を逆方向に変える場合においても、電
動モータは、一旦完全に停止しているので、その後、以
前の回転方向とは逆方向に回転させようとしても、大き
な起動電流が発生するがなくなるものである。その結
果、電源の容量を大きくする等の対策を講じておく必要
も無くなるものである。

【００４４】また、カッタ１１０の停止を判断する手段
として、前述した実施例のように、回転検出器を用いな
いため、カッタ駆動装置の構成を簡単にすることができ
る。

【００４５】さらに、電動モータを速やかに停止させる
ことができるため、カッタが停止している時間を短くで
きるものである。従って、掘削の停止時間を短くするこ
とができ、カッタ停止後、直ちに他の掘進作業を実行す
ることができるため、掘削作業の効率が向上するもので
ある。

【００４６】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、シールド掘進機のローリング補正時等においても、
大きな起動電流が発生するようになるものである。従っ
て、電源の容量を大きくする等の対策を講じておく必要
も無くなるものである。

【００４７】また、カッタ駆動装置の構成を簡単にする
ことができる。

【００４８】さらに、掘削作業の効率が向上するもので
ある。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
シールド掘進機のローリング補正時等においても、大き
な起動電流が発生するようになるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態によるシールド掘進機の機
構系のブロック図である。

【図２】本発明の一実施形態によるシールド掘進機のカ
ッタ駆動装置の制御系のブロック図である。

【図３】本発明の一実施形態によるシールド掘進機のカ
ッタ駆動装置におけるカッタ駆動制御装置によるカッタ
回転起動制御処理を示すフローチャートである。

【図４】本発明の一実施形態によるシールド掘進機のカ
ッタ駆動装置におけるカッタ駆動制御装置によるカッタ
回転停止制御処理を示すフローチャートである。

【図５】本発明の他の実施形態によるシールド掘進機の
カッタ駆動装置におけるカッタ駆動制御装置によるカッ
タ回転停止制御処理を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１００…カッタ駆動装置 １１０…カッタ １２０…駆動歯車 １３０，１３２…クラッチ １４０，１４２…電動モータ １５０…回転検出器 １６０…カッタ駆動制御装置 １７０…電動モータ電源スイッチ ２００，２０２…シールドジャッキ １０００…シールド掘進機

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シールド掘進機の先端に回転可能に保持さ
   れたカッタと、このカッタを回転駆動する複数の電動モ
   ータと、上記カッタと上記電動モータの間に配置され、
   上記電動モータの回転駆動力の上記カッタへの伝達を断
   続するクラッチと、上記電動モータに対する電源供給を
   制御して、上記電動モータの回転／停止を制御するカッ
   タ駆動制御装置とから構成され、 上記複数の電動モータの回転駆動力を、それぞれ上記ク
   ラッチを介して、上記カッタに伝達して、上記カッタを
   回転駆動するシールド掘進機のカッタ駆動方法におい
   て、 上記カッタの回転停止時に、上記カッタの回転が停止し
   た後、上記クラッチを切断することを特徴とするシール
   ド掘進機のカッタ駆動方法。
2. 【請求項２】シールド掘進機の先端に回転可能に保持さ
   れたカッタと、 このカッタを回転駆動する複数の電動モータと、 上記カッタと上記電動モータの間に配置され、上記電動
   モータの回転駆動力の上記カッタへの伝達を断続するク
   ラッチと、 上記電動モータに対する電源供給を制御して、上記電動
   モータの回転／停止を制御するカッタ駆動制御装置とを
   有するシールド掘進機のカッタ駆動装置において、 上記カッタ駆動制御装置は、上記カッタの回転停止を判
   断し、回転停止後に、上記クラッチを切断することを特
   徴とするシールド掘進機のカッタ駆動装置。
3. 【請求項３】請求項２記載のシールド掘進機のカッタ駆
   動装置において、 上記カッタの回転を検出する回転検出器を備えるととも
   に、 上記カッタ駆動制御装置は、上記回転検出器の出力信号
   に基づいて、上記カッタの回転停止を判断し、回転停止
   後に、上記クラッチを切断することを特徴とするシール
   ド掘進機のカッタ駆動装置。
4. 【請求項４】請求項２記載のシールド掘進機のカッタ駆
   動装置において、 上記カッタ駆動制御装置は、上記電動モータに対する電
   源供給の遮断後、所定時間経過することにより、上記カ
   ッタの回転停止を判断し、回転停止後に、上記クラッチ
   を切断することを特徴とするシールド掘進機のカッタ駆
   動装置。