(57)【要約】【課題】完全な矩形断面のトンネルを掘削可能で、複雑な構造を有さずに十分な掘削力を得る事ができる掘削機を提供する。【解決手段】隔壁１５後方に設置される駆動機構である油圧ジャッキにより、鉛直方向に伸びる回転軸１１がチャンバ６内で回転動作すると、これに伴い、フレーム９ａ、９ｂに接合されたカッタ部５は水平方向に揺動し、前方の地山を掘削する。掘削された土砂は、カッタ部５と隔壁１５の間のチャンバ６内に流入し、穴部１７からスクリューコンベア１９により後方へ排出される。【選択図】図１
2008190277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スキンプレート内部に鉛直方向に設けられた回転軸と、
前記回転軸に水平方向に揺動可能に設けられたカッタ部と、
前記カッタ部を揺動させる駆動機構と、
を具備することを特徴とする掘削機。
【請求項２】
前記スキンプレート内部に隔壁が設けられ、
前記隔壁の上下にはハウジングが設けられ、
前記回転軸は、前記隔壁の前方で前記カッタ部と接続され、前記ハウジング内で前記駆動機構と接続されることを特徴とする請求項１記載の掘削機。
【請求項３】
前記駆動機構は、
互いに対向して設けられた油圧ジャッキ本体と、
前記油圧ジャッキ本体の軸方向に動作可能なロッドと、
前記ロッド同士を結合する連結部と、
前記回転軸と前記連結部を結合する連結アームと、
を具備することを特徴とする請求項１記載の掘削機。
【請求項４】
前記ハウジングは、
前記ハウジング内への土砂の流入を防止する土砂シールと、
前記回転軸を回転方向に保持するラジアルベアリングと、
前記回転軸を軸方向に保持するスラストベアリングと、
を具備することを特徴とする請求項１記載の掘削機。
【請求項５】
前記カッタ部と前記回転軸とを接続するフレームと、
前記フレームに設けられた土砂攪拌板と、
を具備することを特徴とする請求項１記載の掘削機。
【請求項６】
前記カッタ部の上端部及び下端部の少なくとも一方に、コピーカッタを具備することを特徴とする請求項１記載の掘削機。
【請求項７】
前記カッタ部近傍に、加泥材を注入する手段を具備することを特徴とする請求項１記載の掘削機。
【請求項８】
請求項１記載の掘削機を複数台併設したことを特徴とする掘削機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、完全矩形断面のトンネルを掘削可能な掘削機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の掘削機の多くは、掘削方向に対面する略円形のカッタの回転により掘削機前方の地山を掘削するものであり、この場合、トンネルは円形断面形状となる。これに対し、矩形断面トンネルが掘削可能な掘削機が開発されている。
【０００３】
矩形断面トンネル掘削機としては、（１）従来の円形カッタの回転に合わせてコピーカッタが伸縮する掘進機（特許文献１）、（２）ドラム型のカッタ２台を水平方向に上下回転させるボックスシールド機（特許文献２）、（３）油圧ジャッキによりカッタを上下に往復させる掘削機（特許文献３）、（４）油圧ジャッキにより掘削部が上下方向へ伸びる軸線を中心とする円弧上の動作をする掘削機がある。
【特許文献１】特開２００１−１３２３８７号公報
【特許文献２】特開平１０−１６９３６４号公報
【特許文献３】特開平１１−８１８７８号公報
【特許文献４】特開平７−２６８８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、（１）の掘進機では、操作が難しく、また完全な矩形断面を掘削することは困難であるという問題がある。（２）のシールド機は、完全矩形断面を得ることはできるが、構造が複雑であり、設備が高価であるという問題がある。（３）の掘削機は、矩形断面を比較的簡単な構造で掘削できるが、カッタの動作が上下方向であるため、地山掘削面上部がオーバーハングとなる恐れがあり、また、カッタの往復動作が、油圧ジャッキの一方向からの駆動である為、油圧ジャッキの押し方向と引き方向でカッタトルクが変動する恐れがある。（４）の掘削機は、掘削部が水平方向へ往復動作する為掘削面上部のオーバーハングは生じないが、カッタ動作の回転軸が、シールド機内の隔壁後方にあるため、回転軸から掘削部までの距離が長くなり、このため掘削のためのカッタトルクが不十分となる恐れがある。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、完全な矩形断面のトンネルを掘削可能で、複雑な構造を有さずに十分な掘削力を得る事ができる掘削機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述した目的を達成するため、第１の発明は、スキンプレート内部に鉛直方向に設けられた回転軸と、前記回転軸に水平方向に揺動可能に設けられたカッタ部と、前記カッタ部を揺動させる駆動機構と、を具備することを特徴とする掘削機である。
【０００７】
前記スキンプレート内部には隔壁が設けられ、前記隔壁の上下にはハウジングが設けられ、前記回転軸は、前記隔壁の前方で前記カッタ部と接続され、前記ハウジング内で前記駆動機構と接続されてもよい。
【０００８】
前記駆動機構は、互いに対向して設けられた油圧ジャッキ本体と、前記油圧ジャッキ本体の軸方向に動作可能なロッドと、前記ロッド同士を結合する連結部と、前記回転軸と前記連結部を結合する連結アームと、を具備してもよい。
【０００９】
前記ハウジングは、前記ハウジング内への土砂の流入を防止する土砂シールと、前記回転軸を回転方向に保持するラジアルベアリングと、前記回転軸を軸方向に保持するスラストベアリングと、を具備してもよい。
【００１０】
前記カッタ部と前記回転軸とを接続するフレームと、前記フレームに設けられた土砂攪拌板と、を更に具備してもよい。
【００１１】
前記カッタ部の上端部及び下端部の少なくとも一方に、コピーカッタを更に具備してもよい。
【００１２】
前記カッタ部近傍に、加泥材を注入する手段を更に具備してもよい。
【００１３】
第１の発明によれば、カッタ部を水平方向に揺動させるため、完全矩形断面の掘削が可能であり、掘削地山のオーバーハングの恐れもない。また、カッタ部動作機構が互いに対向して設けられた油圧ジャッキであるため、構造が複雑では無く、カッタの往復動作でトルク差を生じない。更に、カッタ部の動作の回転軸は、隔壁の前方でカッタ部と接続されるため、カッタ部と回転軸との距離を短くできるため、より大きな掘削トルクを得る事ができる。このため、完全な矩形断面のトンネルを掘削可能で、複雑な構造を有さずに十分な掘削力を得る事ができる掘削機を提供することができる。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明にかかる掘削機を複数台併設したことを特徴とする掘削機である。
【００１５】
第２の発明によれば、掘削機を複数台組み合わせることにより、1台当りの掘削機が掘削する範囲を小さくする事ができるため、回転軸の回転角度を小さくする事ができ、このため掘削面の曲率を小さくする事ができる。また、掘削機の組み合わせにより縦長又は横長の完全矩形断面や、大断面の完全矩形断面の掘削を行う事ができる掘削機を提供する事ができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、完全な矩形断面のトンネルを掘削可能で、複雑な構造を有さずに十分な掘削力を得る事ができる掘削機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る掘削機１の斜視図であり、図２は、掘削機１を前方より見た図である。掘削機１は、周方向断面が矩形であるスキンプレート３と、スキンプレート３前方に配置されたカッタ部５と、スキンプレート３内に設けられた隔壁１５と、隔壁１５の下方に設けられた穴部１７より土砂を掘削機１後方へ排出するスクリューコンベア１９とから構成される。
【００１８】
カッタ部５は、掘削機１の上下方向に伸びた２列の板状のカッタ面板８ａ、８ｂと、カッタ面板８ａ、８ｂの前面に複数設けられたカッタビット７ａ，７ｂから構成される
【００１９】
スキンプレート３内の隔壁１５の前方には、回転軸１１及びハウジング１３が設けられる。回転軸１１は、掘削機１の幅方向の中央に、掘削機１の上下方向に伸びており、回転軸１１の上下端はそれぞれハウジング１３ａ、１３ｂ内に挿入される。ハウジング１３の詳細については後述する。
【００２０】
回転軸１１には、上下２箇所に板状のフレーム９ａ、９ｂが接合される。フレーム９ａ、９ｂの反対端はカッタ部５と接合される。
【００２１】
回転軸１１が回転すると、フレーム９ａ、９ｂに接合されたカッタ部５は水平方向に揺動し、前方の地山を掘削する。掘削された土砂は、カッタ部５と隔壁１５の間のチャンバ６内に流入し、穴部１７からスクリューコンベア１９により後方へ排出される。
【００２２】
図３は、図１のＡ断面を上方から見た断面図であり、（ａ）は、カッタ部５が進行方向に対して最も右側へ移動した状態を示し、（ｂ）は、カッタ部５が最も左側へ移動した状態を示す図である。
【００２３】
スキンプレート３内の隔壁１５は、掘削機１の内部を、チャンバ６側と駆動エリア２０側に仕切る。よって、チャンバ６内の土砂は駆動エリア２０内には侵入しない。駆動エリア２０には、カッタ部５の駆動機構として油圧ジャッキ２１ａ、２１ｂが互いに対向して設けられる。
【００２４】
油圧ジャッキ２１は、油圧ジャッキ本体２３とロッド２５とから構成される。ロッド２５は、円形断面の棒形状であり、その先端部のみが穴を有する平坦形状となっている。油圧ジャッキ本体２３に油を送ることで、ロッド２５は、油圧ジャッキ２１軸方向へ往復動作が可能である。
【００２５】
対向する油圧ジャッキ２１ａ、２１ｂのロッド２５ａとロッド２５ｂの先端は、コの字状の板部材からなる連結部２７と、連結部２７、ロッド２５ａ、２５ｂを貫通して、回転可能に設けられたピン２９により連結される。よって、ロッド２５ａが油圧ジャッキ本体２３ａから押し出される動作を行う際は、逆にロッド２５ｂは油圧ジャッキ２３ｂ内へ引き戻される動作を行う。また、ロッド２５ａが油圧ジャッキ本体２３ａに引き戻される動作を行う際は、逆にロッド２５ｂは油圧ジャッキ２３ｂから押し出される動作を行う。
【００２６】
連結部２７とピン２９は、ロッド２５ａ、２５ｂとともに板状の連結アーム３１の端部を連結する。連結アーム３１の他方の端は、ハウジング１３内で回転軸１１と接合される。
【００２７】
すなわち、油圧ジャッキ２１ａ、２１ｂの動作に伴い、連結アーム３１を介して回転軸１１が回転する。さらに回転軸１１の回転により、フレーム９を介して、カッタ部５は回転軸１１を中心に水平方向に揺動する。図３（ａ）の状態は、ロッド２５ａが最も押し出され、ロッド２５ｂが最も引き戻された状態であり、この状態においては、カッタ部５は進行方向に対して最も右側へ移動した状態となる。
【００２８】
図３（ｂ）は、ロッド２５ａが最も引き戻され、ロッド２５ｂが最も押し出された状態であり、この状態では、カッタ部５は進行方向に対して最も左側へ移動した状態となる。このように、油圧ジャッキ２１の動作に伴いカッタ部５は水平方向に揺動し前方の地山を掘削する。
【００２９】
図４は、図１のＢ断面を側面から見た断面図である。ハウジング１３は、チャンバ６の上下端に、隔壁１５と接するように設けられる。ハウジング１３と隔壁１５との境界面には開放部１４が設けられ、ハウジング１３の内部と駆動エリア２０とは空間的につながっている。よって、連結アーム３１は、この開放部１４を通じて、駆動エリア２０内に設けられる連結部２７とチャンバ６内に設けられる回転軸１１とを接続する。
【００３０】
油圧ジャッキ２１は、掘削機の上下に設置される。すなわち、掘削機１には、上下に各一対、計４台の油圧ジャッキ２１が設置される。
【００３１】
ハウジング１３には、チャンバ６内に設けられた回転軸１１が挿入される。ハウジング１３内には、チャンバ６からの土砂の侵入を防ぐ土砂シール３９と、回転軸１１のラジアル荷重を支えるためのラジアルベアリング３５とが、回転軸１１の挿入部から順に設けられる。また、回転軸１１のスラスト荷重を支えるため、回転軸１１の上下端にはスラストベアリグ３３が設けられる。
【００３２】
油圧ジャッキ２１からの力を受けて、回転軸１１がチャンバ６内で回転往復動作すると、これに伴い、フレーム９を介してカッタ部５は水平方向に揺動し、前方の土砂を掘削する。この際、回転軸１１はチャンバ６内に設置されるため、掘削土砂と接する。しかし、土砂シール３９により、ハウジング１３内には掘削土砂は浸入せず、また、隔壁１５により、駆動エリア２０へも掘削土砂は侵入しない。このため、油圧ジャッキ２１及び連結アーム３１等は土砂と接することはない。
【００３３】
なお、掘削機１は、必要に応じて油圧ジャッキ２１を増設することもできる。例えば、高さ方向の中央に新たに油圧ジャッキ２１を一対設置すれば、計６台の油圧ジャッキ２１により駆動させる事ができ、より大きな掘削力を得る事ができる。この場合、チャンバ６内の該当する位置に、土砂シール３９及びラジアルベアリング３５を具備する新たなハウジング１３を増設すればよい。
【００３４】
以上、詳細に説明したように、本発明の実施の形態によれば、カッタ部５が水平に揺動するため、地山掘削面上部のオーバーハングを生じる事がない。また、カッタ部５の動作が油圧ジャッキ２１の往復動作とクランク機構によるものであり、複雑な機構を有さず掘削する事ができる。
【００３５】
通常、油圧ジャッキ２１のロッド２５は、押し力と引き力が異なるが、本発明の実施の形態によれば、油圧ジャッキ２１は互いに対向するように設置され、それぞれの油圧ジャッキ２１から同時に押し引き動作を行い、回転軸１１に動力を伝える為、往復動作においてトルクの差が生じない。また、油圧ジャッキ２１を計４台備える為、個々の油圧ジャッキが小型であっても、十分な掘削力を得る事ができる。
【００３６】
更に、カッタ部５の動作中心となる回転軸１１がチャンバ６内に設置され、駆動機構である油圧ジャッキ２１が隔壁１５後面の駆動エリア２０内に設置されるため、駆動部と回転軸１１の距離に対する、回転軸１１とカッタ部５の距離の比を小さくすることができるため、小さな駆動力でも、より大きな掘削力を得る事ができる。
【００３７】
次に、第２の実施の形態にかかる掘削機５０について説明する。図５は、図３と同様に、掘削機５０の水平方向の断面を上方より見た断面図である。ここで、以下の実施の形態において、掘削機１と同一の機能を果たす構成要素には、図１から図４と同一の番号を付し、重複した説明を避ける。
【００３８】
掘削機５０は、攪拌板接続棒５３、攪拌板５１を具備する。攪拌板接続棒５３は、一方の端部がフレーム９に接続され、チャンバ６内にて掘削機５０の両幅方向に伸びている。攪拌板接続棒５３の他方の端部には板状の攪拌板５１が接続される。攪拌板５１と攪拌板接続棒５３の材質は特定しないが、例えば炭素鋼やステンレス鋼でよい。
【００３９】
油圧ジャッキ２１の動作により、連結アーム３１を介して回転軸１１が回転往復動作すると、回転軸１１の動作に伴い、フレーム９を介してカッタ部５が水平方向に揺動し、前方の地山を掘削する。掘削された土砂は、チャンバ６内に流入し、隔壁１５の下部に設けられた穴部１７からスクリューコンベア１９にて掘削機５０後方へ排出される。
【００４０】
攪拌板接続棒５３に接続された攪拌板５１は、フレーム９の水平方向の揺動に伴いチャンバ６内を水平方向に揺動し、チャンバ６内に流入した掘削土砂を攪拌する。
【００４１】
このように、第２の実施の形態によれば、掘削機５０は、掘削機１と同様の効果を奏する。また、掘削時にチャンバ６内に流入した掘削土砂を、攪拌板５１が攪拌するため、掘削土砂がチャンバ６内で堆積し、または閉塞を生じることを防ぐことができる。
【００４２】
次に、第３の実施の形態にかかる掘削機６０について説明する。図６は、図４と同様に、掘削機６０の鉛直方向の断面を側面より見た断面図である。
【００４３】
掘削機６０は、コピーカッタ６１を具備する。コピーカッタ６１は、カッタ部５の上下端に設置される。
【００４４】
油圧ジャッキ２１の動作により、連結アーム３１を介して回転軸１１が回転往復動作すると、回転軸１１の動作に伴い、フレーム９を介してカッタ部５が水平方向に揺動し、前方の地山を掘削する。掘削された土砂は、チャンバ６内に流入し、隔壁１５の下部に設けられた穴部１７からスクリューコンベア１９にて掘削機６０後方へ排出される。
【００４５】
コピーカッタ６１は、カッタ部５の動作に伴い水平方向に揺動し、カッタ部５の上下方向の地山を掘削する。
【００４６】
このように、第３の実施の形態によれば、掘削機６０は、掘削機１と同様の効果を奏する。また、コピーカッタ６１により、掘削機６０の上下に予掘りを行うことができ、掘削高さの管理を行う事ができる。
【００４７】
次に、第４の実施の形態にかかる掘削機７０について説明する。図７は、図４と同様に、掘削機７０の鉛直方向の断面を側面より見た断面図である。
【００４８】
掘削機７０は、加泥剤ホース７１、加泥剤配管７３を具備する。加泥剤ホース７１は可撓性を有する筒状の部材で、材質は特定しないが、例えば樹脂製のホースでよい。
【００４９】
加泥剤配管７３は、一方の端部がハウジング１３内の回転軸１１に設けられ、回転軸１１内を通りフレーム９内を貫通し、カッタ部５まで接続され、他方の端部がカッタ部５近傍で開放される。
【００５０】
加泥剤ホース７１の一方の端部は、図示しない加泥剤圧送装置に接続され、他方の端部は、回転軸１１に設けられた加泥剤配管７３の端部と、ハウジング１３内で接続される。加泥剤圧送装置から加泥剤ホース７１へ加泥剤が送られると、加泥剤は、加泥剤ホース７１内を通り、加泥剤配管７３内へ流出する。更に加泥剤は、加泥剤配管７３内を通り、カッタ部５近傍で掘削部へ流出する。
【００５１】
油圧ジャッキ２１の動作により、連結アーム３１を介して回転軸１１が回転往復動作すると、回転軸１１の動作に伴い、フレーム９を介してカッタ部５が水平方向に揺動し、前方の地山を掘削する。掘削された土砂は、チャンバ６内に流入する。
【００５２】
掘削時に加泥剤が加泥剤ホース７１、加泥剤配管７３を通じて、カッタ部５近傍に送られると、チャンバ６内において掘削土砂の粘性が調整される。
【００５３】
このように、第４の実施の形態によれば、掘削機７０は、掘削機１と同様の効果を奏する。また、掘削時において、掘削土砂の粘性等を調整する事ができるため、チャンバ６内に流入した掘削土砂がチャンバ６内で堆積し、または閉塞を生じることを防ぐことができる。
【００５４】
次に、第５の実施の形態にかかる掘削機８０について説明する。図８は、第５の実施に形態にかかる掘削機８０ａ、８０ｂの斜視図である。
【００５５】
掘削機８０は、併設された掘削機８０ａ、８０ｂとから構成される。回転軸１１ａ、１１ｂが回転往復動作すると、それに伴い、フレーム９ａ、９ｂを介してカッタ部５ａ、５ｂが水平方向にそれぞれ揺動し、前方の地山を掘削する。掘削された土砂は、チャンバ６ａ、６ｂ内に流入し、隔壁１５ａ、１５ｂの下部に設けられた穴部１７ａ、１７ｂからスクリューコンベア１９ａ、１９ｂにて掘削機８０後方へ排出される。
【００５６】
ここで、掘削機８０は、２台の掘削機８０ａ、８０ｂの併設に限らない。すなわち、必要に応じて３台以上の掘削機を併設してもよく、また、上下に連結させてもよい。
【００５７】
このように、第５の実施の形態によれば、掘削機８０は、掘削機１と同様の効果を奏する。また、一台の掘削機で大きな掘削幅を得ようとすると、回転軸１１の回転角度を大きくする必要があり、このため、掘削面の曲率が大きくなるが、掘削機８０を複数台組み合わせることにより、1台当りの掘削機が掘削する掘削幅を小さくする事ができるため、掘削面の曲率を小さくする事ができる。
【００５８】
また、掘削機８０ａ、８０ｂは完全矩形断面を掘削できるため、併設しても掘削残りがない。更に、組み合わせにより縦長又は横長の完全矩形断面や、大断面の完全矩形断面の掘削を行う事ができる掘削機を提供する事ができる。
【００５９】
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６０】
例えば、本発明にかかる掘削機は前胴側の掘削機構に関するものであるが、後胴側の機構により、シールド掘進機としても推進機としても利用する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】掘削機１の斜視図。
【図２】掘削機１を前方より見た図。
【図３】掘削機１の水平方向断面を、上方より見た断面図。
【図４】掘削機１の鉛直方向断面を、測方より見た断面図。
【図５】掘削機５０の水平方向断面を、上方より見た断面図。
【図６】掘削機６０の鉛直方向断面を、測方より見た断面図。
【図７】掘削機７０の鉛直方向断面を、測方より見た断面図。
【図８】掘削機８０ａ、８０ｂの併設状態を示す斜視図。
【符号の説明】
【００６２】
１、５０、６０、７０、８０………掘削機
３………スキンプレート
５………カッタ部
６………チャンバ
７………カッタビット
８………カッタ面板
９………フレーム
１１………回転軸
１３………ハウジング
１５………隔壁
１７………穴部
１９………スクリューコンベア
２０………駆動エリア
２１………油圧ジャッキ
２３………油圧ジャッキ本体
２５………ロッド
２７………連結部
２９………ピン
３１………連結アーム
３３………スラストベアリング
３５………ラジアルベアリング
３９………土砂シール
５１………攪拌板
５３………攪拌板接続棒
６１………コピーカッタ
７１………加泥剤ホース
７３………加泥剤配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
2008190277.tif 000005
【図４】
2008190277.tif 000006
【図５】
2008190277.tif 000007
【図６】
2008190277.tif 000008
【図７】
2008190277.tif 000009
【図８】
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