(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド本体の前部にシールド軸心回りに回転自在に支持された公転体の公転速度を、この公転体のシールド軸心から偏心した位置に回転自在に支持されカッタヘッドが取付けられた自転軸の回転に対して、逆方向に３倍の速度とすることにより、矩形断面のトンネルを掘削可能な矩形断面シールド掘進機の駆動機構において、
前記公転体に、自転軸を回転自在に支持する前部軸受と、カッタ駆動モータにより駆動される駆動ギヤに噛合される公転用外歯ギヤとを設けるとともに、シールド本体に固定された自転用内歯ギヤとを設け、
自転軸に前記自転用内歯ギヤに噛合される自転用遊星ギヤを固定し、
前記公転体の後部に、公転体と同期して公転される公転支持体を配置するとともに、この公転支持体に自転軸を回転自在に支持する後部軸受を設け、
前記自転軸を前部軸受と後部軸受とにより自転用遊星ギヤの前後で支持するように構成した
ことを特徴とする矩形断面用シールド掘進機の駆動機構。
【請求項２】
カッタ駆動モータにより回転される駆動軸と公転支持体との間に、公転支持体を公転駆動する連動ギヤ装置を設けた
ことを特徴とする請求項１記載の矩形断面用シールド掘進機の駆動機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド軸心に回りに回転自在に支持された公転壁体を、この公転壁体の偏心位置に支持されてカッタヘッドを駆動する自転軸体の回転に対して、逆方向に３倍の速度で公転させることにより、矩形断面のトンネルを掘削可能な矩形断面用シールド掘進機の駆動機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、たとえば特開平４−２８１９９５号公報や特開平５−２０９４９７号公報に、シールド軸心に回転自在に支持された公転体を公転させるとともに、カッタヘッドを有する自転軸を公転体の偏心位置に回転自在に支持させ、自転軸の回転に対して、公転体を逆方向に３倍の速度で回転させることにより、矩形断面のトンネルを掘削する矩形断面トンネル掘削用のシールド掘進機が提案されている。
【０００３】
上記矩形断面用シールド掘進機において、公転体の回転駆動装置と、自転軸の駆動装置がそれぞれ配設されており、それぞれの駆動モータの回転数を制御することでカッタヘッドを駆動していた。
【０００４】
また、遊星ギヤ機構を使用して単一の入力機構により公転と自転とを行うものも提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、先の従来構成によれば、公転体および自転軸は、それぞれ負荷が異なるとともに、回転速度も異なることから、自転運動および公転運動が不安定であるという問題があった。
【０００６】
後者の遊星ギヤ機構によれば、自転運動と公転運動は安定するが、カッタヘッドを介して自転軸に、自転と公転とによる掘削反力により複雑な負荷がかかり、公転体だけでは支持することが困難であるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決して、公転体および自転軸の回転を安定して制御できるとともに、自転軸を確実に支持することができる矩形断面シールド掘進機を提供することを目的とする。
【０００８】
【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、シールド本体の前部にシールド軸心回りに回転自在に支持された公転体の公転速度を、この公転体のシールド軸心から偏心した位置に回転自在に支持されカッタヘッドが取付けられた自転軸の回転に対して、逆方向に３倍の速度とすることにより、矩形断面のトンネルを掘削可能な矩形断面シールド掘進機の駆動機構において、前記公転体に、自転軸を回転自在に支持する前部軸受と、カッタ駆動モータにより駆動される駆動ギヤに噛合される公転用外歯ギヤとを設けるとともに、シールド本体に固定された自転用内歯ギヤとを設け、自転軸に前記自転用内歯ギヤに噛合される自転用遊星ギヤを固定し、前記公転体の後部に、公転体と同期して公転される公転支持体を配置するとともに、この公転支持体に自転軸を回転自在に支持する後部軸受を設け、前記自転軸を前部軸受と後部軸受とにより自転用遊星ギヤの前後で支持するように構成したものである。
【０００９】
上記構成によれば、遊星ギヤ機構により、公転と自転とを安定して正確に駆動制御できるとともに、カッタヘッドの公転運動および自転運動による掘削反力により、回転軸に加わるラジアル方向の負荷およびスラスト方向の負荷やその変動が大きくても、自転用遊星ギヤの前後に配置された前部軸受と後部軸受で確実に支持することができ、また自転用内歯ギヤと自転用遊星ギヤとの噛み合いを良好に保持することができる。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、上記構成において、カッタ駆動モータにより回転される駆動軸と公転支持体との間に、公転支持体を公転駆動する連動ギヤ装置を設けたものである。
【００１１】
上記構成によれば、カッタ駆動と同一の駆動源により公転支持体を公転させることができ、同期駆動が容易でコンパクトに構成できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係る矩形断面シールド掘進機の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。
【００１３】
矩形断面のシールド本体１の前部には、正面視で先端部が正三角形の頂点に位置する３本のスポーク２ａにより構成されたカッタヘッド２が配置されている。シールド本体１の前部には、支持隔壁３に公転軸受４を介して公転体である公転隔壁５がシールド軸心Ｏを中心に回転自在に支持され、この公転隔壁５により切羽崩壊土圧を支持する圧力室６が形成されている。またこの公転隔壁５でシールド軸心Ｏから偏心量ｅだけ偏心した偏心軸心Ｏｅ上に、前部軸受７を介して自転軸８が回転自在に支持され、この自転軸８の先端部にカッタヘッド２が取り付けられている。またこのカッタヘッド２の偏心量ｅは、
ｅ＝（Ｌ／２）／ｃｏｓ３０°−（Ｌ／２）
を満足するように設定される。ここでＬはカッタヘッド２の頂点を結ぶ正三角形の一辺の長さである。
【００１４】
前記カッタヘッド２は、各スポーク２ａに半径方向に伸縮自在なコピーカッタ装置２ｂが内蔵されるとともに、図示しないが多数のカッタビットと複数の土砂取り入れ口とを具備している。９は支持隔壁３に貫設されて圧力室６から掘削土砂を排出する排土装置である。
【００１５】
このカッタヘッド２は、公転隔壁５の後部に配設されたカッタ駆動装置１０により回転（自転）駆動および公転駆動されており、このカッタ駆動装置１０は、カッタヘッド２を自転軸８の１回転に対して公転隔壁５がその逆方向に３回転するように構成され、カッタヘッド２の自転運動と公転運動とにより矩形断面を掘削することができる。
【００１６】
すなわち、カッタ駆動装置１０は、公転隔壁５の外周部所定位置に後部支持壁２０を介して配置された複数（図面では４個、なお図２は簡略化のため１個）のカッタ駆動モータ１１と、これらカッタ駆動モータ１１により駆動される駆動軸１２に取付けられた駆動ギヤ１３と、公転隔壁５の後部外周に固定され各駆動ギヤ１３が噛合される公転用外歯ギヤ１４と、公転隔壁５の後部外周に軸受１７を介して回転自在に連結され前部支持壁１８を介してシールド本体１に固定された自転用内歯ギヤ１５と、自転軸８に固定されて自転用内歯ギヤ１５に噛合する自転用遊星ギヤ１６とを具備し、カッタ駆動モータ１１により駆動ギヤ１３および公転用外歯ギヤ１４を介して公転隔壁５を公転させ、自転用遊星ギヤ１６と自転用内歯ギヤ１５との噛み合いにより自転軸８をその軸心回りに回転させ、カッタヘッド２を回転駆動することができる。
【００１７】
またカッタ駆動装置１０では、公転と自転による掘削反力によりカッタヘッド２を介して複雑な負荷を受ける自転軸８を安定して支持するために、公転隔壁５に設けられた前部軸受７の他に、この公転支持壁２２に自転軸８を支持する後部軸受２３が公転支持体である公転支持壁２２を介して設けられている。すなわち、後部支持壁２０の内周部に支持壁軸受２４を介して公転支持壁２２がシールド軸心Ｏを中心に回転自在に支持され、カッタ駆動モータ１１に連動ギヤ装置２１を介して公転支持壁２２が連結連動されている。この連動ギヤ装置２１は、支持壁軸受２４の外周部に連動用外歯ギヤ２５が取り付けられ、この連動用外歯ギヤ２５が、カッタ駆動モータ１１の駆動軸１２に取付けられた連動用ギヤ２６に２個のアイドルギヤ２７Ａ，２７Ｂを介して連結連動されて構成され、連動用ギヤ２６と、２個のアイドルギヤ２７Ａ，２７Ｂ、連動用外歯ギヤ２５のギヤ比が、公転壁５の公転と同期するように設定される。
【００１８】
上記構成において、カッタ駆動装置１０のカッタ駆動モータ１１が駆動されると、駆動ギヤ１３により公転用外歯ギヤ１４を介して公転隔壁５が公転される。そして、公転隔壁５の公転に従って自転軸８が公転され、自転用内歯ギヤ１５に噛合される自転用遊星ギヤ１６を介して自転軸８が自転される。さらにカッタヘッド２がシールド軸心Ｏを中心に公転されつつ自転軸８が偏心軸心Ｏｅを中心に自転され、自転軸８の１回転に対して公転隔壁５が逆方向に３回転公転される。これによりカッタヘッド２により矩形断面のトンネルが掘削される。同時に、カッタ駆動モータ１１が駆動に連動ギヤ装置２１の連動用ギヤ２６によりアイドルギヤ２７Ａ，２７Ｂを介して公転支持壁２２が公転隔壁５に同期して回転され、公転隔壁５の公転に追従される。
【００１９】
上記構成によれば、自転用遊星ギヤ１６の前後で前部軸受７と後部軸受２３とにより自転軸８を支持隔壁３および後部支持壁２０に支持するので、カッタヘッド２の自転運動および公転運動による掘削反力により作用するラジアル方向の負荷およびスラスト方向の負荷を、確実に支持することができる。また、公転支持壁２２は、カッタ駆動モータ１１により連動されるので、別に連動用の駆動源も不要で簡略化できる。さらに、公転支持壁２２は、自転軸８の公転範囲を含む最小の大きさに形成され、２個のアイドルギヤ２７Ａ，２７Ｂを介して連結連動されるので、全体をコンパクトに形成することができ、公転支持壁２２の周囲の空間を有効利用することができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上に述べたごとく本発明の請求項１記載の発明によれば、遊星ギヤ機構により、公転と自転とを安定して正確に駆動制御できるとともに、カッタヘッドの公転運動および自転運動による掘削反力により、回転軸に加わるラジアル方向の負荷およびスラスト方向の負荷やその変動が大きくても、自転用遊星ギヤの前後に配置された前部軸受と後部軸受で確実に支持することができ、また自転用内歯ギヤと自転用遊星ギヤとの噛み合いを良好に保持することができる。
【００２１】
また、請求項２記載の発明によれば、カッタ駆動と同一の駆動源により公転支持壁を公転させることができ、同期駆動が容易でコンパクトに構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る矩形断面シールド掘進機の実施の形態を示す縦断面図である。
【図２】同矩形断面シールド掘進機のカッタヘッド駆動装置を示す概略構成図である。
【図３】図１に示すＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１    シールド本体
２    カッタヘッド
３    支持隔壁
５    公転隔壁（公転体）
７    前部軸受
８    自転軸
１０    カッタ駆動装置
１１    カッタ駆動モータ
１２    駆動軸
１３    駆動ギヤ
１４    公転用外歯ギヤ
１５    自転用内歯ギヤ
１６    自転用遊星ギヤ
１７    軸受
１８    前部支持壁
２０    後部支持壁
２１    連動ギヤ装置
２２    公転支持壁（公転支持体）
２３    後部軸受
２４    支持壁軸受
２５    連動用外歯ギヤ
２６    連動用ギヤ
２７Ａ，２７Ｂ  連動用ギヤ
【図１】
0003606733.tif 000002
【図２】
0003606733.tif 000003
【図３】
0003606733.tif 000004