特許 7608393 トンネル掘削機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-20

(45)【発行日】2025-01-06

(54)【発明の名称】トンネル掘削機

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/093 20060101AFI20241223BHJP

   E21D 9/06 20060101ALI20241223BHJP

【ＦＩ】

E21D9/093 Z

E21D9/06 301A

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2022090241

(22)【出願日】2022-06-02

(65)【公開番号】P2023177519

(43)【公開日】2023-12-14

【審査請求日】2023-11-06

(73)【特許権者】

【識別番号】521478094

【氏名又は名称】地中空間開発株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104433

【弁理士】

【氏名又は名称】宮園 博一

(72)【発明者】

【氏名】花岡 泰治

【審査官】松本 泰典

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０９１０３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－００３４２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－０３６４９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３１８０３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０１４７０８３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１１２０６５４２１（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１６－００３４３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１３８７９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－００３７８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０５７６０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－１８３９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－２１９５６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０２４１００２７（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０１４８５６６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｄ ９／０９３

Ｅ２１Ｄ ９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転により地盤を掘削するカッタヘッドと、
前記カッタヘッドを支持する掘削機本体を推進させる推進ジャッキと、
前記掘削機本体に設けられ、掘削時の振動の大きさを計測する振動計測部と、
表示部と、を備え、
前記カッタヘッドの回転速度を変化させた場合、および、前記掘削機本体の推進速度を変化させた場合の少なくとも一方の場合において、前記カッタヘッドの回転速度の変化および前記掘削機本体の推進速度の変化の少なくとも一方の変化に応じて生じる掘削時の振動の大きさの変動を視認可能な画像として前記表示部に表示する場合に、前記掘削機本体の前後方向の振動の大きさ、左右方向の振動の大きさ、および、上下方向の振動の大きさの３方向の各振動の大きさを互いに識別可能な状態で、前記表示部に表示するように構成されている、トンネル掘削機。

【請求項2】

前記カッタヘッドの回転速度を増減により変化させた場合、および、前記掘削機本体の推進速度を増減により変化させた場合の少なくとも一方の場合において、前記カッタヘッドの回転速度の変化および前記掘削機本体の推進速度の変化の少なくとも一方の変化に応じて生じる掘削時の振動の大きさの増減による変動を視認可能な前記画像を前記表示部に表示するように構成されている、請求項１に記載のトンネル掘削機。

【請求項3】

前記振動計測部の計測結果に基づいて前記カッタヘッドの回転速度を増減させることにより振動を小さくする制御、および、前記振動計測部の計測結果に基づいて前記掘削機本体の推進速度を増減させことにより振動を小さくする制御の少なくとも一方を行う制御部を備える、請求項２に記載のトンネル掘削機。

【請求項4】

前記カッタヘッドの回転速度と振動の大きさとの関係を示す振動情報が予め記憶された記憶部を備え、
前記振動情報である前記カッタヘッドの互いに異なる複数の回転速度と振動の大きさとの関係を前記画像として示した振動グラフを少なくとも前記表示部に表示するように構成されている、請求項１に記載のトンネル掘削機。

【請求項5】

前記振動情報は、前記カッタヘッドの回転速度に対する前記掘削機本体の前記前後方向の振動の大きさ、前記左右方向の振動の大きさ、および、前記上下方向の振動の大きさの情報を含み、
前記掘削機本体の前記前後方向の振動の大きさ、前記左右方向の振動の大きさ、および、前記上下方向の振動の大きさを互いに識別可能な状態で、前記振動グラフを前記表示部に表示するように構成されている、請求項４に記載のトンネル掘削機。

【請求項6】

前記振動計測部は、前記掘削機本体の前記前後方向の振動、前記左右方向の振動および前記上下方向の振動の各々を個別に計測可能に構成され、
前記制御部は、前記掘削機本体の外周部における地盤との摩擦の影響によって、前記振動計測部により計測された前記掘削機本体の前記前後方向の振動が前記左右方向の振動および前記上下方向の振動の各振動よりも大きくなっている場合には、前記掘削機本体の推進速度を変化させる制御を行うように構成されている、請求項３に記載のトンネル掘削機。

【請求項7】

前記振動計測部の計測結果に基づいて警告を報知する報知部を備える、請求項１に記載のトンネル掘削機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、カッタヘッドおよび推進ジャッキを備えるトンネル掘削機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、カッタヘッドおよび推進ジャッキを備えるトンネル掘削機が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

【0003】

上記特許文献１には、カッタヘッドおよび推進ジャッキを備えるシールド掘進機が開示されている。上記トンネル掘削機は、推進ジャッキの変形に起因する振動が発生した際に、推進ジャッキを縮めることにより、推進ジャッキをセグメントから離間させることによって、変形した推進ジャッキに作用する荷重を緩和するように構成されている。その結果、推進ジャッキが変形した状態で推進を継続することによって発生する振動を抑制している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第６４２６５７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ここで、上記特許文献１に記載のシールド掘進機を含むトンネル掘削機の分野では、掘削するために構成される推進ジャッキなどの駆動が振動の発生にどの程度影響し、かつ、掘削するために構成される推進ジャッキなどの駆動(例えば速度)を調整することによってどの程度振動を軽減できるかをユーザが把握したいという要求が存在する。特に、手動で推進ジャッキなどの掘削するために構成される装置を駆動させる場合などに推進ジャッキなどの構成の駆動がどの程度、振動の軽減に影響するかをユーザが把握することは有効である。また、自動で推進ジャッキなどの掘削するために構成される装置の駆動を制御する場合においても、推進ジャッキなどの構成の駆動がどの程度、振動の軽減に影響するかをユーザが把握することは、振動の軽減に用いる構成の制御量などを調整することが可能となるため、有効である。

【0006】

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、掘削するために構成される装置の駆動が振動の発生にどの程度影響し、かつ、掘削するために構成される装置の駆動を調整することによってどの程度振動を軽減できるかをユーザが容易に把握することが可能なトンネル掘削機およびトンネル掘削機を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、この発明のトンネル掘削機は、回転により地盤を掘削するカッタヘッドと、カッタヘッドを支持する掘削機本体を推進させる推進ジャッキと、掘削機本体に設けられ、掘削時の振動の大きさを計測する振動計測部と、表示部と、を備え、カッタヘッドの回転速度を変化させた場合、および、掘削機本体の推進速度を変化させた場合の少なくとも一方の場合において、カッタヘッドの回転速度の変化および掘削機本体の推進速度の変化の少なくとも一方の変化に応じて生じる掘削時の振動の大きさの変動を視認可能な画像として表示部に表示する場合に、掘削機本体の前後方向の振動の大きさ、左右方向の振動の大きさ、および、上下方向の振動の大きさの３方向の各振動の大きさを互いに識別可能な状態で、表示部に表示するように構成されている。

【0008】

この発明のトンネル掘削機では、上記のように、カッタヘッドの回転速度を変化させた場合、および、掘削機本体の推進速度を変化させた場合の少なくとも一方の場合において、掘削時の振動の大きさの変動を視認可能な画像を表示部に表示するように構成されている。これによって、表示部を介して、カッタヘッドの回転速度を変化させた場合および推進ジャッキによる掘削機本体の推進速度を変化させた場合の少なくとも一方の場合の振動への影響を画像として可視化することができる。このため、掘削するために構成される装置であるカッタヘッドおよび推進ジャッキの少なくとも一方の駆動がどの程度、振動の発生に影響し、かつ、駆動を調整することによってどの程度振動を軽減できるかをユーザが容易に把握することができる。

【0009】

上記トンネル掘削機において、好ましくは、カッタヘッドの回転速度を増減により変化させた場合、および、掘削機本体の推進速度を増減により変化させた場合の少なくとも一方の場合において、カッタヘッドの回転速度の変化および掘削機本体の推進速度の変化の少なくとも一方の変化に応じて生じる掘削時の振動の大きさの増減による変動を視認可能な画像を表示部に表示するように構成されている。このように構成すれば、カッタヘッドの回転速度の増減および掘削機本体の推進速度の増減の少なくとも一方により、振動を増幅させている共振点を外すことができるので、効果的に振動を軽減することができる。カッタヘッドの回転速度を増加させて振動が軽減できれば、切込み量が小さくなり、駆動力が軽減でき、攪拌性能も向上させることができる。また、掘削機本体の推進速度を増加させて振動が軽減できる場合には、掘削効率を低下させることなく、振動を軽減することができる。

【0010】

この場合、好ましくは、振動計測部の計測結果に基づいてカッタヘッドの回転速度を増減させることにより振動を小さくする制御、および、振動計測部の計測結果に基づいて掘削機本体の推進速度を増減させことにより振動を小さくする制御の少なくとも一方を行う制御部を備える。このように構成すれば、制御部により、自動で、カッタヘッドの回転速度の増減または掘削機本体の推進速度の増減を行うことができるので、容易に振動を軽減することができる。すなわち、トンネル掘削機を操作するユーザの負担を軽減することができる。

【0011】

上記トンネル掘削機において、好ましくは、カッタヘッドの回転速度と振動の大きさとの関係を示す振動情報が予め記憶された記憶部を備え、振動情報であるカッタヘッドの互いに異なる複数の回転速度と振動の大きさとの関係を画像として示した振動グラフを少なくとも表示部に表示するように構成されている。このように構成すれば、振動情報であるカッタヘッドの互いに異なる複数の回転速度と振動の大きさとの関係を画像として示した振動グラフをユーザが確認することによって、掘削するために構成されるカッタヘッドの回転速度が、振動の発生にどの程度影響し、かつ、回転速度を調整することによって、どの程度振動を軽減できるかをユーザがより容易に把握することができる。

【0012】

この場合、好ましくは、振動情報は、カッタヘッドの回転速度に対する掘削機本体の前後方向の振動の大きさ、左右方向の振動の大きさ、および、上下方向の振動の大きさの情報を含み、掘削機本体の前後方向の振動の大きさ、左右方向の振動の大きさ、および、上下方向の振動の大きさを互いに識別可能な状態で、振動グラフを表示部に表示するように構成されている。このように構成すれば、トンネル掘削機の３軸方向に振動をわけた状態で振動グラフを表示することができるので、ユーザはより詳細な振動の情報を取得することができる。たとえば、前後方向の振動が突出して大きい場合には、掘削機本体の外周部における地盤との摩擦（外周摩擦）が発生している可能性が高いなど、ユーザはより詳細な振動の状態を把握することができる。

【0013】

上記制御部を備える構成において、好ましくは、振動計測部は、掘削機本体の前後方向の振動、左右方向の振動および上下方向の振動の各々を個別に計測可能に構成され、制御部は、掘削機本体の外周部における地盤との摩擦（外周摩擦）の影響によって、振動計測部により計測された掘削機本体の前後方向の振動が左右方向の振動および上下方向の振動の各振動よりも大きくなっている場合には、掘削機本体の推進速度を変化させる制御を行うように構成されている。このように構成すれば、外周摩擦による振動が共振により悪化している場合は、掘削機本体の推進速度を変化させて、地盤と外周部との間の振動を増幅させている共振点を外し、効果的に振動を軽減することができる。

【0014】

上記トンネル掘削機において、好ましくは、振動計測部の計測結果に基づいて警告を報知する報知部を備える。このように構成すれば、報知部による警告によりユーザに対して振動の発生を容易に知らせることができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、上記のように、掘削するために構成される装置の駆動が振動の発生にどの程度影響し、かつ、掘削するために構成される装置の駆動を調整することによってどの程度振動を軽減できるかをユーザが容易に把握することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】第１（第２）実施形態によるトンネル掘削機を側方から示した断面図である。

【図2】第１実施形態によるトンネル掘削機を後方側から示した断面図である。

【図3】第１実施形態によるトンネル掘削機の表示部の振動グラフを含む画像の表示例を示した図である。

【図4】第１実施形態によるトンネル掘削機の表示部のリアルタイム振動表示モデルを含む画像の表示例を示した図である。

【図5】第２実施形態によるトンネル掘削機の表示部の振動グラフを含む画像の表示例を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。

【0018】

［第１実施形態］
（トンネル掘削機の構成）
図１～図４を参照して、トンネル掘削機１００について説明する。

【0019】

各図では、掘削機本体１００ａの前後方向を、Ｘ方向により示す。Ｘ方向のうち、前方（掘進方向）をＸ１方向により示し、後方をＸ２方向により示す。カッタヘッド１の回転中心である中心軸線αは、Ｘ方向に延びている。中心軸線αは、胴体３の中心軸線でもある。

【0020】

各図では、掘削機本体１００ａの上下方向をＺ方向により示す。Ｚ方向のうち、上方をＺ１方向により示し、下方をＺ２方向により示す。

【0021】

各図では、掘削機本体１００ａの左右方向をＹ方向により示す。Ｙ方向のうち、前方に対する右方をＹ１方向により示し、左方をＹ２方向により示す。なお、掘削機本体１００ａの上下方向の中心線βはＹ方向に延びている。掘削機本体１００ａの左右方向の中心線γはＺ方向に延びている。

【0022】

図１に示すように、トンネル掘削機１００は、カッタヘッド１と、カッタヘッド１を後方側（Ｘ２方向側）から中心軸線αまわりに回転可能に支持する掘削機本体１００ａとを備えている。トンネル掘削機１００は、泥土圧式のトンネル掘削機である。

【0023】

（カッタヘッドの構成）
カッタヘッド１は、前面に複数のカッタビットＣＢを有しており、回転により地盤を掘削するように構成されている。カッタヘッド１は、後方から複数の支持脚１０により支持されている。

【0024】

カッタヘッド１には、カッタヘッド１を回転させる駆動モータ１１と、旋回台軸受２とが設けられている。

【0025】

一例ではあるが、駆動モータ１１は、４つ設けられている。４つの駆動モータ１１は、中心線βおよび中心線γの各線に対して対称に配置されている。駆動モータ１１は、後述する操作盤Ｂに対するユーザによる駆動モータ１１の回転速度（回転数）を設定する手動操作によって、駆動モータ１１の回転速度を増減により変更することが可能に構成されている。また、駆動モータ１１は、振動を軽減するために、自動で駆動モータ１１の回転速度を増減により変更することも可能に構成されている。

【0026】

一例ではあるが、トンネル掘削機１００は、操作盤Ｂに対する所定のモード切替操作によって、駆動モータ１１の回転速度の変更を手動操作で行うこと（手動変更モード）、および、駆動モータ１１の回転速度の変更を自動で行うこと（自動変更モード）を切り替え可能に構成されている。

【0027】

旋回台軸受２は、駆動モータ１１の駆動力をカッタヘッド１に伝達するように構成されている。旋回台軸受２は、前胴３０に固定された円環状の固定外輪２ａと、固定外輪２ａの内周側に配置された円環状の可動内輪２ｂとを含んでいる。

【0028】

（掘削機本体の構成）
掘削機本体１００ａは、円筒状の胴体３と、複数の推進ジャッキ４と、スクリュコンベア５と、振動計測部６と、記憶部７と、表示部８と、制御部９と、報知部Ａとを備えている。一例ではあるが、表示部８および報知部Ａは、共通の操作盤Ｂに設けられている。操作盤Ｂは、掘削機本体１００ａに設けられている。

【0029】

（掘削機本体の「胴体」の構成）
胴体３は、カッタヘッド１の後方に配置されている。胴体３は、前胴３０と、前胴３０の後方に配置された後胴３１とを含んでいる。前胴３０の内側には、旋回台軸受２および駆動モータ１１などが配置されている。また、前胴３０の内側には、隔壁３ａが設けられている。

【0030】

隔壁３ａは、前後方向（Ｘ方向）と直交する方向に延びており、カッタヘッド１により掘削された土砂が貯留されるチャンバＣ１と、チャンバＣ１よりも後方に位置する後方空間Ｃ２とを区画している。

【0031】

（掘削機本体の「推進ジャッキ」の構成）
複数の推進ジャッキ４は、カッタヘッド１の回転方向に所定の角度間隔で並ぶように配置されている。複数の推進ジャッキ４は、胴体３に固定されており、掘削機本体１００ａを前方（Ｘ１方向）に押し進めるように構成されている。すなわち、複数の推進ジャッキ４は、掘削機本体１００ａを推進させる駆動源である。推進ジャッキ４は、油圧ジャッキにより構成されている。

【0032】

推進ジャッキ４には、推進ジャッキ４の作動油の量を調整する油圧ポンプ（図示せず）が設けられている。推進ジャッキ４は、操作盤Ｂに対するユーザによる掘削機本体１００ａの推進速度を設定する手動操作によって、掘削機本体１００ａの推進速度を増減により変更することが可能に構成されている。

【0033】

（掘削機本体の「スクリュコンベア」の構成）
スクリュコンベア５は、チャンバＣ１に接続され、チャンバＣ１内の土砂を隔壁３ａの後方空間Ｃ２に排出するように構成されている。スクリュコンベア５は、前胴３０の内側の下方側に配置されている。

【0034】

スクリュコンベア５には、駆動モータ（図示せず）が設けられている。スクリュコンベア５の駆動モータは、推進ジャッキ４による掘削機本体１００ａの推進速度の変動に応じて、排土量が変わるように駆動が調整されるように構成されている。その結果、トンネル掘削機１００は、チャンバＣ１内の圧力を一定に保持するよう構成されている。

【0035】

（掘削機本体の「振動計測部」の構成）
図１および図２に示す振動計測部６は、トンネル掘削機１００による地盤の掘削時の各種の振動の大きさを計測するように構成されている。振動計測部６は、掘削機本体１００ａの前後方向（Ｘ方向）の振動、左右方向（Ｙ方向）の振動および上下方向（Ｚ方向）の振動を個別に計測可能に構成されている。一例ではあるが、振動計測部６は、３軸の加速度センサにより構成されている。

【0036】

上記の各種の振動とは、たとえば、カッタヘッド１により地盤を掘削する際に発生する掘削振動や、掘削機本体１００ａの外周部である胴体３の外周面における地盤との摩擦（外周摩擦）により発生する振動、トンネル掘削機１００の各摺接部における摩擦により発生する振動、掘削機本体１００ａを前進させる油圧式の推進ジャッキ４の脈動により発生する振動、カッタヘッド１を回転させる駆動モータ１１において発生する振動などである。

【0037】

ここで、掘削機本体の掘削時の振動を軽減するためには、カッタヘッドの回転速度を小さくすること、および、推進ジャッキによる掘削機本体の推進速度を小さくして推進ジャッキの負荷を軽減すること、などが考えられる。なお、トンネル掘削機の掘削時の振動には、振動を増幅させる共振点がある。

【0038】

第１実施形態のトンネル掘削機１００は、上記のように、単に各部の駆動速度を一律に小さくするのではなく、振動が発生した際に、カッタヘッド１の回転速度を増減により変動させて、トンネル掘削機１００の振動が軽減するような回転速度に調整するよう構成されている。この時、共振が発生している場合は、共振点を外すことによって、振動を軽減するように構成されている。なお、カッタヘッド１の回転速度を増加させることは、地盤の掘削に対して比較的制約はないが、機械能力としての制約がある。カッタヘッド１の回転速度を小さくする場合には、切り込み量の限界や攪拌性能を考慮する必要がある。また、カッタヘッド１の回転速度を大きくする場合には、各部の摩耗量増加による制約も考慮する必要がある。

【0039】

振動計測部６は、掘削機本体１００ａに設けられている。振動計測部６の設置箇所は、掘削機本体１００ａの振動を検知できる位置であれば掘削機本体１００ａのいかなる位置でもよい。一例ではあるが、振動計測部６は、掘削機本体１００ａに複数設けられている。

【0040】

具体的には、振動計測部６は、前胴３０の右方（Ｙ１方向）の内周面に設けられる振動計測部６ａと、前胴３０の左方側（Ｙ２方向）の内周面に設けられる振動計測部６ｂと、後胴３１の右方側の内周面に設けられる振動計測部６ｃと、後胴３１の左方側の内周面に設けられる振動計測部６ｄとの４つを含んでいる。４つの振動計測部６（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）は、上下方向において、カッタヘッド１の中心軸線αと略同じ高さ位置に配置されている。

【0041】

前胴３０の振動計測部６ａ、６ｂは、前胴３０の前方側に配置されている。前胴３０の振動計測部６ａ、６ｂは、前後方向において、互いに略同じ位置に配置されている。前胴３０の振動計測部６ａ、６ｂは、掘削機本体１００ａの左右方向の中心線γに対して略線対称に配置されている。

【0042】

後胴３１の振動計測部６ｃ、６ｄは、後胴３１の前方側に配置されている。後胴３１の振動計測部６ｃ、６ｄは、前後方向において、互いに略同じ位置に配置されている。後胴３１の振動計測部６ｃ、６ｄは、掘削機本体１００ａの左右方向の中心線γに対して略線対称に配置されている。

【0043】

振動計測部６の検知信号は、制御部９により取得される。また、振動計測部６の検知信号は、記憶部７に記憶される。

【0044】

（掘削機本体の「記憶部」の構成）
記憶部７には、カッタヘッド１の回転速度と振動の大きさとの関係を示す振動情報Ｉ１（図１参照）が予め記憶されている。振動情報Ｉ１は、表示部８に振動の大きさの変動を視認可能な画像Ｐ１（図３参照）を表示するために利用される。

【0045】

振動情報Ｉ１は、カッタヘッド１の回転速度に対する掘削機本体１００ａの前後方向（Ｘ方向）の振動の大きさ、左右方向（Ｙ方向）の振動の大きさ、および、上下方向（Ｚ方向）の振動の大きさの情報を含んでいる。

【0046】

また、振動情報Ｉ１は、カッタヘッド１の回転速度と、掘削機本体１００ａの前後方向（Ｘ方向）の振動の大きさおよび左右方向（Ｙ方向）の振動の大きさのＸＹ平均値との関係を示す情報を含んでいる。また、振動情報Ｉ１は、カッタヘッド１の回転速度と、前後方向（Ｘ方向）の振動の大きさ、左右方向（Ｙ方向）の振動の大きさおよび上下方向（Ｚ方向）の振動の大きさのＸＹＺ平均値との関係を示す情報を含んでいる。

【0047】

（掘削機本体の「表示部」の構成）
表示部８は、操作盤Ｂに設けられている。一例ではあるが、表示部８は、タッチパネル式のディスプレイにより構成されている。

【0048】

トンネル掘削機１００は、記憶部７に予め記憶した振動情報Ｉ１を利用することにより、カッタヘッド１の回転速度を変化させた場合において、掘削時の振動の大きさの変動を視認可能な画像Ｐ１を表示部８に表示するように構成されている。詳細には、トンネル掘削機１００は、カッタヘッド１の回転速度を増減により変化させた場合において、掘削時の振動の大きさの増減による変動を視認可能な画像Ｐ１を表示部８に表示するように構成されている。

【0049】

より詳細には、トンネル掘削機１００は、上記の画像Ｐ１として振動情報Ｉ１であるカッタヘッド１の互いに異なる複数の回転速度と振動の大きさとの関係を示した振動グラフＧ１（図３参照）を表示部８に表示するように構成されている。なお、トンネル掘削機１００は、掘削機本体１００ａの前後方向の振動の大きさ、左右方向の振動の大きさ、および、上下方向の振動の大きさを互いに識別可能な状態で、振動グラフＧ１を表示部８に表示するように構成されている。

【0050】

具体的には、トンネル掘削機１００は、振動グラフＧ１として、カッタヘッド１の基準回転速度、および、基準回転速度から増減させたカッタヘッド１の複数の回転速度の各回転速度に対する、前後方向の振動の大きさ、左右方向の振動の大きさおよび上下方向の振動の大きさを棒グラフにより示した画像Ｐ１を表示部８に表示する。なお、一例ではあるが、基準回転速度は、現在（リアルタイム）のカッタヘッド１の回転速度であってもよい。さらに、基準回転速度は、報知部Ａにより警報が報知された時点である現在（リアルタイム）のカッタヘッド１の回転速度であってもよい。また、表示部８に表示される振動グラフＧ１の画像Ｐ１には、ＸＹ平均値（前後方向の振動の大きさ、左右方向の振動の大きさの平均値）およびＸＹＺ平均値（前後方向の振動の大きさ、左右方向の振動の大きさ、上下方向の振動の大きさの平均値）の線グラフも示される。

【0051】

また、トンネル掘削機１００は、振動計測部６（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）ごとに別々の振動グラフＧ１を表示部８に表示可能に構成されている。図３では、前胴３０の振動計測部６（６ａ、６ｂ）に対応する振動グラフＧ１を示している。なお、ユーザは、操作盤Ｂを操作して、振動計測部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄのいずれの振動グラフＧ１を表示部８に表示（監視）するかを個別に設定することが可能である。

【0052】

また、トンネル掘削機１００は、前胴３０（後胴３１）側の２つの振動計測部６ａ、６ｂ（６ｃ、６ｄ）の平均を示す振動グラフＧ１を表示部８に表示可能に構成されている。

【0053】

また、図４に示すように、表示部８には、振動計測部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄにより計測された振動の大きさをリアルタイムで表示する簡易のリアルタイム振動表示モデルＭも表示される。リアルタイム振動表示モデルＭには、トンネル掘削機１００を模したモデルＭ１と、振動計測部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの各々の振動の大きさを示す棒状のメーターＭ２と、振動の大きさ［ｄＢ］とが含まれる。棒状のメーターは、振動のしきい値を示す線を有している。振動計測部６ａ（６ｂ、６ｃ、６ｄ）の振動の大きさが、棒状のメーターのしきい値以上になった場合、棒状のメーターの表示色が所定の警告色に変化する。

【0054】

一例ではあるが、振動計測部６ａの振動の大きさが、棒状のメーターのしきい値未満の場合には棒状のメーターの表示色は緑色であり、棒状のメーターのしきい値以上になった場合には表示色が緑色から赤色に変化する。また、一例ではあるが、振動計測部６ａの振動の大きさがしきい値以上になる状態が一定時間以上継続した場合に、はじめて棒状のメーターの表示色を変化させてもよい。

【0055】

ここで、図３に示す振動計測部６ａ、６ｂの平均を示す振動グラフＧ１をユーザが確認して、ユーザが手動操作によりカッタヘッド１（駆動モータ１１）の回転速度を増減により変更する場合について説明する。すなわち、上記の手動変更モードである場合について説明する。ＸＹＺ平均の線グラフより、カッタヘッド１の回転速度が０．８［ｒｐｍ］の場合に、振動が最も小さくなることがわかる。そこで、ユーザは、基準回転速度（現在の回転速度）１．０［ｒｐｍ］から０．２［ｒｐｍ］だけ、カッタヘッド１の回転速度を小さくする。

【0056】

なお、ユーザは、ＸＹＺ平均の線グラフではなく、上下方向の振動を無視して、ＸＹ平均の線グラフを考慮して、カッタヘッド１の回転速度を増減により変更してもよい。また、ユーザは、前胴３０の振動計測部６ａ、６ｂの平均を示す振動グラフＧ１を考慮するのではなく、後胴３１の振動計測部６ｃ、６ｄの平均を示す振動グラフＧ１を考慮して、カッタヘッド１の回転速度を増減により変更してもよい。また、ユーザは、振動計測部６ａ、６ｂの平均を示す振動グラフＧ１を考慮するのではなく、振動計測部６ａ（６ｂ、６ｃ、６ｄ）の単独の振動グラフＧ１を考慮して、カッタヘッド１の回転速度を増減により変更してもよい。

【0057】

次に、図３に示す振動計測部６ａ、６ｂの平均を示す振動グラフＧ１に基づいて、制御部９が自動でカッタヘッド１（駆動モータ１１）の回転速度を増減により変更する場合について説明する。すなわち、上記の自動変更モードである場合について以下説明する。自動変更モードでは、手動変更モードと同様に、画像Ｐ１として振動グラフＧ１が表示部８に表示される。なお、ユーザの操作盤Ｂに対する所定の設定操作により、自動変更モードにおいて、振動グラフＧ１が表示部８に表示されないようにすることも可能である。

【0058】

（掘削機本体の「制御部」の構成）
制御部９は、振動計測部６の計測結果に基づいてカッタヘッド１の回転速度を増減させることにより振動を小さくする制御を行うように構成されている。詳細には、制御部９は、振動計測部６の計測結果に基づいて、振動が大きくなり報知部Ａにより警告が報知された場合に、報知の時点の回転速度を基準回転速度として、カッタヘッド１の回転速度を増減により変動させて振動を小さくするように構成されている。

【0059】

詳細には、上記説明した手動変更モードの場合と同様であるが、制御部９は、振動計測部６ａ、６ｂの平均を示す振動グラフＧ１のＸＹＺ平均の線グラフよりカッタヘッド１の回転速度が０．８［ｒｐｍ］の場合に振動が最も小さくなるため、基準回転速度（現在の回転速度）１．０［ｒｐｍ］から０．２［ｒｐｍ］だけ、カッタヘッド１の回転速度を小さくする制御を行う。

【0060】

例外として、制御部９は、掘削機本体１００ａの外周部における地盤との摩擦（外周摩擦）の影響によって、振動計測部６により計測された掘削機本体１００ａの前後方向の振動が左右方向の振動および上下方向の振動の各振動よりも大きくなっている場合には、カッタヘッド１の回転速度を増減させることなく、推進ジャッキ４による掘削機本体１００ａの推進速度を小さくするだけでなく大きくする制御（推進速度を変化させる制御）も行うように構成されている。このように、外周摩擦による振動が共振によって悪化している場合は、制御部９は、掘削機本体１００ａの推進速度を小さくするだけではなく、逆に大きくすることによって、外周摩擦の振動を増幅させている共振点を外し、効果的に振動を軽減することができる。

【0061】

上記「外周摩擦の影響によって、振動計測部６により計測された掘削機本体１００ａの前後方向の振動が左右方向の振動および上下方向の振動の各振動よりも大きくなっている場合」とは、前後方向の振動が、単に左右方向の振動および上下方向の振動の各振動よりも大きいだけでなく、前後方向の振動が突出して大きい場合である。

【0062】

なお、自動変更モードにおいてユーザの操作盤Ｂに対する所定の設定操作により、制御部９は、ＸＹＺ平均ではなく、ＸＹ平均を考慮して、自動でカッタヘッド１の回転速度を増減により変更することも可能である。また、ユーザの操作盤Ｂに対する所定の設定操作により、制御部９は、振動計測部６ａ、６ｂの平均を示す振動グラフＧ１ではなく、振動計測部６ａ（６ｂ、６ｃ、６ｄ）の単独の振動グラフＧ１などを考慮して、カッタヘッド１の回転速度を増減により変更することも可能である。また、制御部９は、前後方向の振動、左右方向の振動および上下方向の振動に重みづけをした値の平均を取るなどの情報に基づいて、自動でカッタヘッド１の回転速度を増減により変更することも可能である。

【0063】

（掘削機本体の「報知部」の構成）
報知部Ａは、操作盤Ｂに設けられている。報知部Ａは、振動計測部６の計測結果に基づいて警告を報知するように構成されている。報知部Ａは、注意ランプＡ１と、警報ランプＡ２と、警報ブザーＡ３とを含んでいる。

【0064】

注意ランプＡ１は、ユーザに向けて振動に対する注意を喚起するためのランプである。注意ランプＡ１は、振動計測部６の計測結果に基づいて、振動の大きさがしきい値以上となっている場合に、点滅（継続点灯でもよい）するように構成されている。

【0065】

警報ランプＡ２は、ユーザに向けて振動を軽減する必要がある状態であることを視覚的に知らせるためのランプである。警報ランプＡ２は、振動計測部６の計測結果に基づいて、振動の大きさがしきい値以上となっている状態が一定時間以上継続した場合に、継続点灯（点滅でもよい）するように構成されている。すなわち、警報ランプＡ２は、注意ランプＡ１の点滅状態が一定時間以上継続した場合に、継続点灯するように構成されている。

【0066】

警報ブザーＡ３は、ユーザに向けて振動を軽減する必要がある状態であることを音により知らせるためのブザーである。警報ブザーＡ３は、警報ランプＡ２が点灯するタイミングと同じタイミングで警報音を発報する。

【0067】

（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

【0068】

第１実施形態では、上記のように、カッタヘッド１の回転速度を変化させた場合において、掘削時の振動の大きさの変動を視認可能な画像Ｐ１を表示部８に表示するように構成されている。これによって、表示部８を介して、カッタヘッド１の回転速度を変化させた場合の振動への影響を画像Ｐ１として可視化することができる。このため、掘削するために構成される装置であるカッタヘッド１の駆動がどの程度、振動の発生に影響し、かつ、駆動を調整することによってどの程度振動を軽減できるかをユーザが容易に把握することができる。

【0069】

第１実施形態では、上記のように、カッタヘッド１の回転速度を増減により変化させた場合において、掘削時の振動の大きさの増減による変動を視認可能な画像Ｐ１を表示部８に表示するように構成されている。これによって、カッタヘッド１の回転速度の増減により、振動を増幅させている共振点を外すことができるので、効果的に振動を軽減することができる。カッタヘッド１の回転速度を増加させて振動が軽減できれば、切込み量が小さくなり、駆動力が軽減でき、攪拌性能も向上させることができる。

【0070】

第１実施形態では、上記のように、振動計測部６の計測結果に基づいてカッタヘッド１の回転速度を増減させることにより振動を小さくする制御を行う制御部９を備える。これによって、制御部９により、自動で、カッタヘッド１の回転速度の増減を行うことができるので、容易に振動を軽減することができる。すなわち、トンネル掘削機１００を操作するユーザの負担を軽減することができる。

【0071】

第１実施形態では、上記のように、カッタヘッド１の回転速度と振動の大きさとの関係を示す振動情報Ｉ１が予め記憶された記憶部７を備え、振動情報Ｉ１であるカッタヘッド１の互いに異なる複数の回転速度と振動の大きさとの関係を画像Ｐ１として示した振動グラフＧ１を少なくとも表示部８に表示するように構成されている。これによって、振動情報Ｉ１であるカッタヘッド１の互いに異なる複数の回転速度と振動の大きさとの関係を画像Ｐ１として示した振動グラフＧ１をユーザが確認することによって、掘削するために構成されるカッタヘッド１の回転速度が、振動の発生にどの程度影響し、かつ、回転速度を調整することによって、どの程度振動を軽減できるかをユーザがより容易に把握することができる。

【0072】

第１実施形態では、上記のように、振動情報Ｉ１は、カッタヘッド１の回転速度に対する掘削機本体１００ａの前後方向の振動の大きさ、左右方向の振動の大きさ、および、上下方向の振動の大きさの情報を含み、掘削機本体１００ａの前後方向の振動の大きさ、左右方向の振動の大きさ、および、上下方向の振動の大きさを互いに識別可能な状態で、振動グラフＧ１を表示部８に表示するように構成されている。これによって、トンネル掘削機１００の３軸方向に振動をわけた状態で振動グラフＧ１を表示することができるので、ユーザはより詳細な振動の情報を取得することができる。たとえば、前後方向の振動が突出して大きい場合には、掘削機本体１００ａの外周部における地盤との摩擦（外周摩擦）が発生している可能性が高いなど、ユーザはより詳細な振動の状態を把握することができる。

【0073】

第１実施形態では、上記のように、振動計測部６は、掘削機本体１００ａの前後方向の振動、左右方向の振動および上下方向の振動の各々を個別に計測可能に構成され、制御部９は、掘削機本体１００ａの外周部における地盤との摩擦（外周摩擦）の影響によって、振動計測部６により計測された掘削機本体１００ａの前後方向の振動が左右方向の振動および上下方向の振動の各振動よりも大きくなっている場合には、掘削機本体１００ａの推進速度を変化させる制御を行うように構成されている。これによって、外周摩擦による振動が共振により悪化している場合は、掘削機本体１００ａの推進速度を変化させて、地盤と外周部との間の振動を増幅させている共振点を外し、効果的に振動を軽減することができる。

【0074】

第１実施形態では、上記のように、振動計測部６の計測結果に基づいて警告を報知する報知部Ａを備える。これによって、報知部Ａによる警告によりユーザに対して振動の発生を容易に知らせることができる。

【0075】

［第２実施形態］
次に、図１および図５を参照して、第２実施形態によるトンネル掘削機２００の構成について説明する。第２実施形態では、制御部９により振動計測部６の計測結果に基づいてカッタヘッド１の回転速度を増減させることにより振動を小さくする制御を実行した上記第１実施形態とは異なり、制御部２０９により振動計測部６の計測結果に基づいて掘削機本体１００ａの推進速度を増減させことにより振動を小さくする制御を実行する例について説明する。なお、上記第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して、説明を省略する。

【0076】

図１に示すように、第２実施形態のトンネル掘削機２００は、制御部２０９を備えている。

【0077】

制御部２０９は、振動計測部６の計測結果に基づいて、推進ジャッキ４の駆動を制御することによって、掘削機本体１００ａの推進速度を増減させことにより振動を小さくする制御を行うように構成されている。制御部２０９の自動変更モードにおける振動を軽減する制御方法については、第１実施形態の制御部９の制御方法と同様であるため、説明を省略する。

【0078】

この場合、トンネル掘削機２００は、記憶部７に予め記憶した振動情報Ｉ２（図５参照）を利用することにより、掘削機本体１００ａの推進速度を変化させた場合において、掘削時の振動の大きさの変動を視認可能な画像Ｐ２（図５参照）を表示部８に表示するように構成されている。詳細には、トンネル掘削機２００は、掘削機本体１００ａの推進速度を増減により変化させた場合において、掘削時の振動の大きさの増減による変動を視認可能な画像Ｐ２を表示部８に表示するように構成されている。

【0079】

より詳細には、トンネル掘削機２００は、上記の画像Ｐ２として振動情報Ｉ２である掘削機本体１００ａの互いに異なる複数の推進速度と振動の大きさとの関係を示した振動グラフＧ２（図５参照）を表示部８に表示するように構成されている。なお、トンネル掘削機２００は、掘削機本体１００ａの前後方向の振動の大きさ、左右方向の振動の大きさ、および、上下方向の振動の大きさを互いに識別可能な状態で、振動グラフＧ２を表示部８に表示するように構成されている。

【0080】

具体的には、トンネル掘削機２００は、振動グラフＧ２として、掘削機本体１００ａの基準推進速度、および、基準推進速度から増減させた掘削機本体１００ａの複数の推進速度の各推進速度に対する、前後方向の振動の大きさ、左右方向の振動の大きさおよび上下方向の振動の大きさを棒グラフにより示した画像Ｐ２を表示部８に表示する。

【0081】

（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

【0082】

第２実施形態では、上記のように、掘削機本体１００ａの推進速度を変化させた場合において、掘削時の振動の大きさの変動を視認可能な画像Ｐ２を表示部８に表示するように構成されている。これによって、表示部８を介して、推進ジャッキ４による掘削機本体１００ａの推進速度を変化させた場合の振動への影響を画像Ｐ２として可視化することができる。このため、掘削するために構成される装置である推進ジャッキ４の駆動がどの程度、振動の発生に影響し、かつ、駆動を調整することによってどの程度振動を軽減できるかをユーザが容易に把握することができる。

【0083】

第２実施形態では、上記のように、掘削機本体１００ａの推進速度を増減により変化させた場合において、掘削時の振動の大きさの増減による変動を視認可能な画像Ｐ２を表示部８に表示するように構成されている。これによって、掘削機本体１００ａの推進速度の増減により、振動を増幅させている共振点を外すことができるので、効果的に振動を軽減することができる。掘削機本体１００ａの推進速度を増加させて振動が軽減できる場合には、掘削効率を低下させることなく、振動を軽減することができる。

【0084】

第２実施形態では、上記のように、振動計測部６の計測結果に基づいて掘削機本体１００ａの推進速度を増減させことにより振動を小さくする制御を行う制御部９を備える。これによって、制御部９により、自動で、掘削機本体１００ａの推進速度の増減を行うことができるので、容易に振動を軽減することができる。すなわち、トンネル掘削機２００を操作するユーザの負担を軽減することができる。

【0085】

［変形例］
なお、今回開示された実施形態および変形例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

【0086】

たとえば、第１実施形態では、制御部により振動計測部の計測結果に基づいてカッタヘッドの回転速度を増減させることにより振動を小さくする制御を行い、第２実施形態では制御部により振動計測部の計測結果に基づいて推進ジャッキによる掘削機本体の推進速度を増減させることにより振動を小さくする制御を行った例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御部により振動計測部の計測結果に基づいてカッタヘッドの回転速度を増減させるとともに、推進ジャッキによる掘削機本体の推進速度を増減させることにより振動を小さくする制御を行ってもよい。すなわち、カッタヘッドの駆動と推進ジャッキの駆動とを連動させる制御を行ってもよい。

【0087】

また、上記第１（第２）実施形態では、手動および自動の両方で、カッタヘッドの回転速度（推進ジャッキによる掘削機本体の推進速度）を増減により変動させることが可能なようにトンネル掘削機を構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、手動のみ、または、自動のみで、カッタヘッドの回転速度（推進ジャッキによる掘削機本体の推進速度）を増減により変動させることが可能なようにトンネル掘削機を構成してもよい。

【0088】

また、上記第１および第２実施形態では、泥土圧式のトンネル掘削機に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、泥水式のトンネル掘削機に本発明を適用してもよい。

【0089】

また、上記第１および第２実施形態では、振動計測部を前胴および後胴の両方に設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、振動計測部を前胴のみ、または、後胴のみに設けてもよい。

【0090】

また、上記第１および第２実施形態では、振動計測部を４つ設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、振動計測部を１つ、２つ、３つ、または、５つ以上設けてもよい。

【0091】

また、上記第１および第２実施形態では、表示部を操作盤に設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、表示部を操作盤と別体で構成してもよい。

【0092】

また、上記第１および第２実施形態では、報知部を操作盤に設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、報知部を操作盤と別体で構成してもよい。

【0093】

また、上記第１および第２実施形態では、報知部を、ランプおよびブザーにより構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、報知部を、ランプのみ、または、ブザーのみにより構成してもよい。

【0094】

また、本発明の画像の表示態様は、上記第１および第２実施形態により説明したものに限られない。掘削時の振動の大きさの変動を視認可能であればいかなる態様の画像でもよい。

【符号の説明】

【0095】

１ カッタヘッド
４ 推進ジャッキ
６ 振動計測部
７ 記憶部
８ 表示部
９、２０９ 制御部
１００、２００ トンネル掘削機
１００ａ 掘削機本体
Ａ 報知部
Ｇ１、Ｇ２ 振動グラフ
Ｉ１、Ｉ２ 振動情報
Ｐ１、Ｐ２ 画像

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】