(57)【要約】【課題】  カッターで切り崩した土砂を、水と共に効率的に排出するための手段を備えた横穴掘進機を提供する。【解決手段】  推進ジャッキ２によって前進する管本体１０と、管本体１０の前端部に屈曲自在に取付けられ、後部に縦壁２１を有する羽口部２０と、羽口部２０の縦壁２１に、略中間部分の外周面が密に嵌入した状態で固定されたモーター部４０の前端部にサイクロイド式の減速部５０を一体的に設けた減速モーター３０と、減速部５０の前端部に取付けられて回転するカッター機構６０と、カッター機構６０で切り崩した土砂Ｓを粉砕する破砕機構７０と、管本体１０の前部に斜め前方に傾斜した姿勢で設けられ、水Ｗを管本体１０の外側からカッター機構６０に供給する噴射ノズル８１を有する水供給機構８０とを設けて構成する。【選択図】      図２
2015001119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に横穴を掘削するための掘進機であって、
推進ジャッキ（２）によって前進する管本体（１０）と、
前記管本体の前端部に屈曲自在に取付けられ，後部に縦壁（２１）を有する羽口部（２０）と、
前記羽口部の縦壁に，略中間部分の外周面が密に嵌入した状態で固定されたモーター部（４０）の前端部にサイクロイド式の減速部（５０）を一体的に設けた減速モーター（３０）と、
前記減速部の前端部に取付けられて回転するカッター機構（６０）と、
前記カッター機構で切り崩した土砂（Ｓ）を粉砕する破砕機構（７０）と、
前記管本体の前部に斜め前方に傾斜した姿勢で設けられ，水（Ｗ）を前記管本体の外側から前記カッター機構に供給する噴射ノズル（８１）を有する水供給機構（８０）と、を備えることを特徴とする横穴掘進機。
【請求項２】
地中に横穴を掘削するための掘進機であって、
推進ジャッキ（２）によって前進する管本体（１０）と、
前記管本体の前端部に屈曲自在に取付けられ，後部に縦壁（２１）を有する羽口部（２０）と、
前記羽口部の縦壁に，略中間部分の外周面が密に嵌入した状態で固定されたモーター部（４０）の前端部にサイクロイド式の減速部（５０）を一体的に設けた減速モーター（３０）と、
前記減速部の前端部に取付けられて回転するカッター機構（６０）と、
前記カッター機構で切り崩した土砂（Ｓ）を粉砕する破砕機構（７０）と、
前記管本体の前部に斜め前方に傾斜した姿勢で設けられ，水（Ｗ）を前記管本体の外側から前記カッター機構に供給する噴射ノズル（８１）を有する水供給機構（８０）と、を備え、
前記水供給機構を，前記噴射ノズルに加えて，前記水を蓄える貯水タンク（８２）と、
前記貯水タンクと前記噴射ノズルとを送水ポンプ（８４）を介して連通する送水管（８３）と、
前記噴射ノズルの上流側に設けられた切替弁（８５）と、
前記切替弁と前記羽口部とを，前記縦壁を貫通して連通する連通管（８６）と、
前記羽口部と前記貯水タンクとを，排水ポンプ（８８）および土砂分離器（８９）を介して連通する排水管（８７）と、を設けて構成したことを特徴とする横穴掘進機。
【請求項３】
前記羽口部（２０）の縦壁（２１）より前側部分を水（Ｗ）が流通する水冷空間部（Ｃ）とし、前記モーター部（４０）の前半部（４０ａ）を水冷することを特徴とする請求項１または２に記載の横穴掘進機。
【請求項４】
前記切替弁（８５）の上流側に、前記送水管（８３）と排水管（８７）の水（Ｗ）の流れを遮断するバイパス弁（９０）を設けたことを特徴とする請求項１、２または３に記載の横穴掘進機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上下水道管やガス管あるいは通信ケーブル配管などを埋設する際に、地中に横穴を掘削するために使用する横穴掘進機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、地中に上下水道管や通信ケーブル配管などを埋設するために、横穴掘進機が使用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この横穴掘進機は、管体の前端部に回転式のカッターを取付け、このカッターを回転させながら前進させることによって土砂（岩石を含む）を切り崩し、切り崩した土砂をそのまま管体の内部を通して排出しながら横穴を連続的に掘削するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公昭６１−５６３９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の横穴掘進機は、カッターで切り崩した土砂を管体の内部を通して排出するものであるが、この土砂の排出は水と共に行うことによって、より効率的に達成することができる。また、水も、切り崩した土砂を効率的に排出できるように供給することが望まれる。しかし、特許文献１にはこうした水によって土砂を効率的に排出するための手段は示されていない。
【０００６】
本発明はこうした問題に鑑み創案されたもので、カッターで切り崩した土砂を、水と共に効率的に排出するための手段を備えた横穴掘進機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
図１乃至図５を参照して説明する。請求項１に記載の横穴掘進機１は、地中に横穴を掘削するためのものであって、推進ジャッキ２によって前進する管本体１０と、前記管本体１０の前端部に屈曲自在に取付けられ、後部に縦壁２１を有する羽口部２０と、前記羽口部２０の縦壁２１に、略中間部分の外周面が密に嵌入した状態で固定されたモーター部４０の前端部にサイクロイド式の減速部５０を一体的に設けた減速モーター３０と、前記減速部５０の前端部に取付けられて回転するカッター機構６０と、前記カッター機構６０で切り崩した土砂Ｓを粉砕する破砕機構７０と、前記管本体１０の前部に斜め前方に傾斜した姿勢で設けられ、水Ｗを前記管本体１０の外側から前記カッター機構６０に供給する噴射ノズル８１を有する水供給機構８０とを備える。
【０００８】
請求項２に記載の横穴掘進機１は、地中に横穴を掘削するためのものであって、推進ジャッキ２によって前進する管本体１０と、前記管本体１０の前端部に屈曲自在に取付けられ、後部に縦壁２１を有する羽口部２０と、前記羽口部２０の縦壁２１に、略中間部分の外周面が密に嵌入した状態で固定されたモーター部４０の前端部にサイクロイド式の減速部５０を一体的に設けた減速モーター３０と、前記減速部５０の前端部に取付けられて回転するカッター機構６０と、前記カッター機構６０で切り崩した土砂Ｓを粉砕する破砕機構７０と、前記管本体１０の前部に斜め前方に傾斜した姿勢で設けられ、水Ｗを前記管本体１０の外側から前記カッター機構６０に供給する噴射ノズル８１を有する水供給機構８０とを備える。
【０００９】
また、前記水供給機構８０を、前記噴射ノズル８１に加えて、前記水Ｗを蓄える貯水タンク８２と、前記貯水タンク８２と前記噴射ノズル８１とを送水ポンプ８４を介して連通する送水管８３と、前記噴射ノズル８１の上流側に設けられた切替弁８５と、前記切替弁８５と前記羽口部２０とを、前記縦壁２１を貫通して連通する連通管８６と、前記羽口部２０と前記貯水タンク８２とを、排水ポンプ８８および土砂分離器８９を介して連通する排水管８７とを設けて構成した。
【００１０】
請求項３に記載の横穴掘進機１は、請求項１または２に記載の発明において、前記羽口部２０の縦壁２１より前側部分を水Ｗが流通する水冷空間部Ｃとし、前記モーター部４０の前半部４０ａを水冷する。
【００１１】
請求項４に記載の横穴掘進機１は、請求項１、２または３に記載の発明において、前記切替弁８５の上流側に、前記送水管８３と排水管８７の水Ｗの流れを遮断するバイパス弁９０を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の横穴掘進機１は、管本体１０の前部に斜め前方に傾斜した姿勢で設けられ、水Ｗを管本体１０の外側からカッター機構６０に供給する噴射ノズル８１を有する水供給機構８０を備えるので、カッター機構６０で切り崩した土砂Ｓにこの水Ｗを供給することができる。これにより、土砂Ｓを流動し易くして効率的に排出することができる。
【００１３】
請求項２に記載の横穴掘進機１は、請求項１に記載の発明と同様の効果を発揮する。また、水供給機構８０を、噴射ノズル８１に加えて、水Ｗを蓄える貯水タンク８２と、貯水タンク８２と噴射ノズル８１とを送水ポンプ８４を介して連通する送水管８３と、噴射ノズル８１の上流側に設けられた切替弁８５と、切替弁８５と羽口部２０とを縦壁２１を貫通して連通する連通管８６と、羽口部２０と貯水タンク８２とを、排水ポンプ８８および土砂分離器８９を介して連通する排水管８７とを設けて構成したので、以下の効果を発揮する。
【００１４】
すなわち、貯水タンク８２の水Ｗを送水管８３と排水管８７によって循環させ、かつ、土砂分離器８９によって土砂Ｓを分離することができるので、送水管８３から噴射ノズル８１を介してカッター機構６０に水Ｗを供給し、その水Ｗと切り崩した土砂Ｓを排水管８７を通して円滑に排出することができる。また、この水Ｗを繰り返し使用することができるので経済的である。
【００１５】
また、切替弁８５を操作して、水Ｗを噴射ノズル８１あるいは連通管８６に自在に供給することができるので、例えば、カッター機構６０で土砂Ｓを繰り崩す際に、切り崩した土砂Ｓを常に効率的に排出することができる。地下水圧に変動を与えることなく、安定した状態となるようポンプ８４，８８の出力調整を行い安定的な掘削を行う。
【００１６】
請求項３に記載の横穴掘進機１は、請求項１および２に記載の発明と同様の効果を発揮する。また、羽口部２０の縦壁２１より前側部分を水Ｗが流通する水冷空間部Ｃとし、モーター部４０の前半部４０ａを水冷するので、当該モーター部４０を効果的に冷却することができる。これにより、モーター部４０の性能を維持して、土砂Ｓをさらに効率的に排出することができる。
【００１７】
請求項４に記載の横穴掘進機１は、請求項１乃至３に記載の発明と同様の効果を発揮する。また、切替弁８５の上流側に、送水管８３と排水管８７の水Ｗの流れを遮断するバイパス弁９０を設けたので、例えば、作業を中断する場合などにおいて水Ｗが不必要に流れてしまうのを防止することができる。さらに、送水管８３・連通管８６・排水管８７内に残留したエアー溜まり等によるウォーターハンマー現象など不安定な流体をポンプ８４，８８の調整により安定させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る横穴掘進機の使用状態を示す側面図である。
【図２】本発明に係る横穴掘進機の実施形態を示す一部断面側面図である。
【図３】図２に示す横穴掘進機の正面図である。
【図４】図２に示す横穴掘進機の水供給機構を示す概略構成図である。
【図５】図４の要部拡大断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明に係る横穴掘進機１の実施形態を、図１乃至図５に示す。これは、電気、ガス、上下水道などの配管を地中に埋設するために地盤Ｇに横穴を掘削するための掘進機１であり、管本体１０、羽口部２０、減速モーター３０、カッター機構６０、破砕機構７０および水供給機構８０を備える。
【００２０】
Ｄは横穴の円筒状周壁、Ｅは円筒状周壁の下側部分、Ｆは横穴の円板状端壁である。作図の都合上、図では横穴掘進機１と端壁Ｆとの間に空間があるが、実際にはゼロに近く、また横穴掘進機１と円筒状周壁Ｄとの間の空間も実際にはゼロに近い。
【００２１】
管本体１０は円筒状であり、その後端部が直接あるいはヒューム管３などを介して間接に推進ジャッキ２によって押圧されることによって地中を前進する。この管本体１０の前端部には複数の油圧シリンダー１３を設け、この油圧シリンダー１３で羽口部２０の外周端後端部を押圧することによって進行方向を自在に調整する。
【００２２】
羽口部２０は略円筒状であり、その後部に縦壁２１を備え、前記油圧シリリンダー１３はこの縦壁２１を押圧する。この羽口部２０は、その後端部が管本体１０の前端部に嵌合し、パッキン１１を介して当該管本体１０に屈曲自在に取付けられる。
【００２３】
減速モーター３０は、羽口部２０の縦壁２１に、前後方向の略中間部分の外周面が密に嵌入された状態で固定されたモーター部４０と、その前端部に一体的に設けられた減速部５０とで構成される。モーター部４０は、ステーター、コイルおよびローターを備える電磁モーターである。なお、縦壁２１にモーター部４０の外周面を密に嵌入することによって、羽口部２０の水Ｗが縦壁２１を超えて管本体１０の内部へ侵入するのを防止している。
【００２４】
また、減速部５０はその外郭を形成する回転体５１を備え、この回転体５１は羽口部２０に対して偏心して減速回転する。この減速部５０はモーター部４０の回転軸４１に固定された偏心クランク５２、丸孔を有する曲線板、内ピンおよび回転体５１に固定された外ピンなどによって構成されるいわゆるサイクロイド式である。従って、歯車の噛み合わせによって減速する一般的な減速機とは異なる。
【００２５】
なお、本実施形態におけるサイクロイド式の減速部５０は、二つの偏心クランク５２と、それに対応して二枚の曲線板を備え、また、内ピンを、その前端部と後端部の双方で支持しており、一般に使用されるサイクロイド減速機ともその構造が異なる。
【００２６】
カッター機構６０は、回転体５１の前端部に取付けられて回転する。このカッター機構６０は、減速部５０の回転体５１に固定した回転部材６２と、その回転部材６２に支軸６３を介して自転自在に取付けられた複数の回転カッター６１とを備え、減速部５０によって減速された速度で回転する。回転カッター６１は硬質製で角状の角切削部６１ａや螺旋状の螺旋切削部６１ｂを備える。なお、回転部材６２は切り崩した土砂Ｓと水Ｗが通過する通孔部６４を複数備えている。
【００２７】
破砕機構７０は回転破砕体７１と固定破砕体７２とで構成される。回転破砕体７１は回転体５１の後部外周面に設けられ、固定破砕体７２は、羽口部２０の内周面に回転破砕体７１に対向する状態で一体的に設けられる。前述したように回転体５１は羽口部２０に対して偏心しているので、回転破砕体７１も固定破砕体７２に対して偏心する。これにより、切り崩した土砂Ｓを細かく粉砕することができる。
【００２８】
水供給機構８０は、噴射ノズル８１、貯水タンク８２、送水管８３、切替弁８５、連通管８６、排水管８７、バイパス弁９０および圧力センサー９１を備える。
【００２９】
噴射ノズル８１は、管本体１０の内部において、その前部に斜め前方に傾斜した姿勢で配置され、水Ｗを、管本体１０に形成した開口部１２から、管本体１０の外側（外周面）と地盤Ｇとの間を通過させて前方に位置するカッター機構６０に供給する。すなわち、この噴射ノズル８１は斜め前方に傾斜した姿勢を備えるので、水Ｗをカッター機構６０に確実かつ容易に供給することができる。
【００３０】
貯水タンク８２は、多量の水Ｗを蓄える容器であり、地上に設けられる。送水管８３は、貯水タンク８２と噴射ノズル８１とを連通する。なお、この送水管８３には、貯水タンク８２の水Ｗを送るための送水ポンプ８４を設けている。
【００３１】
切替弁８５は噴射ノズル８１の上流側（基端部）に設けられ、水Ｗの供給方向を自在に変更する。この切替弁８５は弁体が回動するロータリー式である。連通管８６は、切替弁８５と羽口部２０とを、図示しない液体路Ｈを介して縦壁２１を貫通した状態で連通する。
【００３２】
排水管８７は羽口部２０と貯水タンク８２とを連通する。この排水管８７に排水ポンプ８８が設けられている。また、排水管８７の下流端部で貯水タンク８２に隣接する位置に土砂分離器８９が配置されている。
【００３３】
バイパス弁９０は切替弁８５の上流側に配置され、送水管８３と排水管８７の水Ｗの流れを遮断する機能を有する。このバイパス弁９０も弁体が回動するロータリー式である。圧力センサー９１は、縦壁２１に取付けられ羽口部２０の水圧を測定する。
【００３４】
なお、本実施形態における横穴掘進機１は、羽口部２０の縦壁２１と破砕機構７０との間部分を水Ｗが流通する水冷空間部Ｃとしている。この水冷空間部Ｃにはモーター部４０の前半部４０ａが配置される。
【００３５】
本実施形態に係る横穴掘進機１は次のように作動する。まず、カッター機構６０を、減速モーター３０を駆動して回転させながら推進ジャッキ２で前進移動させて、その回転カッター６１によって土砂Ｓを切り崩す。同時に、水供給機構８０の給水ポンプと排水ポンプ８８を稼働すると共に、水Ｗを切替弁８５によって噴射ノズル８１に案内し、当該噴射ノズル８１から噴射して、管本体１０と円筒状周壁Ｄの下側部分Ｅとの間からカッター機構６０に供給する（図２の実線矢印参照）。
【００３６】
回転カッター６１によって切り崩された土砂Ｓは、噴射ノズル８１から供給された水Ｗ（および地下水）と共に、回転部材６２の通孔部６４を通過して破砕機構７０に送られて細かく粉砕される。このとき、排水ポンプ８８を稼働しているので、土砂Ｓと水Ｗの混合物は当該排水ポンプ８８の吸引力によって容易に破砕機構７０に送られる。
【００３７】
粉砕された土砂Ｓと水Ｗの混合物は、水冷空間部Ｃを通って排水管８７を通過し、土砂分離器８９に供給され、そこで土砂Ｓが分離された後、水Ｗのみが貯水タンク８２に戻される。戻された水Ｗは再び給水ポンプによって吸引され、送水管８３を通過して噴射ノズル８１からカッター機構６０に送られる。こうした行程を繰り返すことによって横穴を連続的に掘削する。
【００３８】
なお、例えば、地盤掘削中における地下水の湧き出し量が多く、十分な水がカッター機構６０に供給されている場合には（すなわち羽口部２０の内部圧力が高い場合には）、それを感知した圧力センサー９１からの信号によって貯水タンク８２からの水Ｗの供給量を減らす。あるいは切替弁８５を切り替えて水Ｗを連通管８６から羽口部２０に供給し、当該羽口部２０から直接排水管８７に戻すなどの手段を講じる。
【００３９】
また、掘削作業を中断する場合などでは水Ｗをカッター機構６０や羽口部２０に供給する必要がないため、バイパス弁９０を閉じて送水管８３と排水管８７を直接連通した状態とする。これにより、水Ｗがカッター機構６０や羽口部２０に供給されるのを未然に防止する。
【００４０】
噴射ノズル８１の作用は次の通りである。通常、岩盤など自立する地盤掘削の場合には、羽口部２０及び管本体１０の外周に対する円筒状周壁の下側部分Ｅに取り残し残土が残り、これが後に管本体１０の外周に堆積し、管本体１０と円筒状周壁Ｄとの摩擦抵抗となって掘進工事に支障をきたすので、その掘削した切粉を押し流して清掃することが出来る。且つ、回転カッター６１及び円板状端壁Ｆを常に洗浄し、掘削時に発生する掘削熱を冷去することにより、回転カッターを長持ちさせることが出来る。また、円板状端壁Ｆの切削面を洗浄し、常に新鮮な面を出すことにより、掘削効率を上げる。さらに、回転カッター６１全体を水流が流れる事により、掘削土砂の運搬は勿論の事、回転カッターのチップによる二次破砕が大幅に減少できるので、従来の技術よりも飛躍的に回転カッターの寿命を延ばすことが出来る。前述の作用によりモーター部の負荷を低減させることが出来る。
【００４１】
本実施形態に係る横穴掘進機１は、以下の作用効果を発揮する。
（１）水供給機構８０を設け、当該機構に水Ｗを管本体１０の外側からカッター機構６０に供給する噴射ノズル８１を設けたので、カッター機構６０で切り崩した土砂Ｓに水Ｗを十分に供給することができる。これにより、土砂Ｓを流動し易くして効率的に排出することができる。
（２）水供給機構８０を設け、その貯水タンク８２の水Ｗを送水管８３と排水管８７によって循環させ、かつ、水Ｗと共に排出した土砂Ｓを土砂分離器８９によって分離するので、当該水Ｗを繰り返し使用しながら土砂Ｓを排出することができる。従って、経済性に優れる。
（３）水供給機構８０に切替弁８５を設けたので、水Ｗを噴射ノズル８１からカッター機構６０へ、あるいは連通管８６から羽口部２０に自在に供給することができ、これにより、切り崩した土砂Ｓをより効率的に排出することができる。
（４）水供給機構８０にバイパス弁９０を設けたので、例えば、作業を中断する場合などにおいて水Ｗが不必要に流れてしまうのを防止することができる。
（５）羽口部２０に水冷空間部Ｃを設けてモーター部４０の前半部４０ａを水冷するので、当該モーター部４０を効果的に冷却することができる。これにより、モーター部４０の性能を長時間良好に維持して、土砂Ｓをさらに効率的に排出することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１        横穴掘進機
２        推進ジャッキ
３        ヒューム管
１０      管本体
１１      パッキン
１２      開口部
１３      油圧シリンダー
２０      羽口部
２１      縦壁
３０      減速モーター
４０      モーター部
４０ａ    前半部
４１      回転軸
５０      減速部
５１      回転体
５２      偏心クランク
６０      カッター機構
６１      回転カッター
６１ａ    角切削部
６１ｂ    螺旋切削部
６２      回転部材
６３      支軸
６４      通孔部
７０      破砕機構
７１      回転破砕体
７２      固定破砕体
８０      水供給機構
８１      噴射ノズル
８２      貯水タンク
８３      送水管
８４      送水ポンプ
８５      切替弁
８６      連通管
８７      排水管
８８      排水ポンプ
８９      土砂分離器
９０      バイパス弁
９１      圧力センサー
Ｃ        水冷空間部
Ｄ        横穴の円筒状周壁
Ｅ        横穴の円筒状周壁の下側部分
Ｆ        横穴の底壁となる円板状端壁
Ｇ        地盤
Ｈ        液体路
Ｓ        土砂
Ｗ        水
【図１】
2015001119.tif 000003
【図２】
2015001119.tif 000004
【図３】
2015001119.tif 000005
【図４】
2015001119.tif 000006
【図５】
2015001119.tif 000007