(57)【要約】【目的】簡単な構造で、未切削部分を極力小さくすることができるコーナカッタ構造を安価で提供する。【構成】掘削断面のコーナ部の端部に回転式の端部カッタ８を設け、その端部カッタ８と同一平面上で互いの掘削軌跡１１、１２が重合するように隣接され且つ逆方向に同期回転する２つの隣接カッタ９を、上記端部カッタ８を中心として略Ｌ字状になるように配置すると共に、その２つの隣接カッタ９を互いの掘削軌跡１２がそれぞれ重合するように配置し、上記２つの隣接カッタ９同士が干渉しないように各隣接カッタ９の一部を短く形成した。【選択図】　　　　図１
2004052230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削断面のコーナ部の端部に回転式の端部カッタを設け、その端部カッタと同一平面上で互いの掘削軌跡が重合するように隣接され且つ逆方向に同期回転する２つの隣接カッタを、上記端部カッタを中心として略Ｌ字状になるように配置すると共に、その２つの隣接カッタを互いの掘削軌跡がそれぞれ重合するように配置し、上記２つの隣接カッタ同士が干渉しないように各隣接カッタの一部を短く形成したことを特徴とするコーナカッタ構造。
【請求項２】
矩形のトンネルを掘削する矩形型シールドのコーナ部に設けられるコーナカッタ構造において、上記コーナ部の出隅端部に回転式の端部カッタを設け、その端部カッタと同一平面上で互いの掘削軌跡が重合するように隣接され且つ逆方向に同期回転する２つの隣接カッタを、上記端部カッタを中心として略Ｌ字状になるように配置すると共に、その２つの隣接カッタを互いの掘削軌跡がそれぞれ重合するように配置し、上記２つの隣接カッタ同士が干渉しないように各隣接カッタの一部を短く形成したことを特徴とするコーナカッタ構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、矩形のトンネルを掘削する矩形型シールドのコーナ部に設けられるコーナカッタ構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
矩形型シールドのコーナ部に設けられるコーナカッタ構造は、複数の回転式カッタを配設したり、揺動カッタを採用するなどされていた。
【０００３】
複数の回転式カッタを用いる方式は、比較的小型のカッタを掘削断面のコーナ部に合わせてＬ字状に配置するようになっていた。ところで、回転式カッタでは、その掘削軌跡が円形であるため、隣接するカッタ間には未切削部分が発生してしまう。この未切削部分は、隣接するカッタ間の距離が大きいほど大きくなってしまう。
【０００４】
そのため、従来では、カッタを機長方向にずらして配置し、その掘削軌跡をラップさせることによって、上述の未切削部分を小さくするような構造が用いられていた。
【０００５】
一方、揺動カッタを用いる方式は、所定の長さのカッタを所定の角度範囲内で揺動運動させて、コーナ部を掘削するようになっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のコーナカッタ構造では、以下に示すような問題があった。
【０００７】
カッタを機長方向にずらして配置する場合では、装置の構造が複雑になる上に、前後にラップしている部分に礫や岩が挟まりやすく、礫等が挟まると、カッタの異常摩耗の発生や回転に必要なトルクが大きくなってしまう。さらに、前方に配置されたカッタのビットの摩耗が大きく、後方のカッタのビットとで、偏摩耗が発生してしまう。
【０００８】
一方、揺動カッタを用いる場合では、カッタを揺動させるために大きなトルクが必要となると共に、装置のハードやソフトが特殊なものとなるため、製造コストやメンテナンス費用の増大を招いてしまう。
【０００９】
そこで、本発明は、上記課題を解決するために案出されたものであり、その目的は、簡単な構造で、未切削部分を極力小さくすることができるコーナカッタ構造を安価で提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、掘削断面のコーナ部の端部に回転式の端部カッタを設け、その端部カッタと同一平面上で互いの掘削軌跡が重合するように隣接され且つ逆方向に同期回転する２つの隣接カッタを、上記端部カッタを中心として略Ｌ字状になるように配置すると共に、その２つの隣接カッタを互いの掘削軌跡がそれぞれ重合するように配置し、上記２つの隣接カッタ同士が干渉しないように各隣接カッタの一部を短く形成したものである。
【００１１】
上記構成によれば、各隣接カッタを端部カッタと逆方向に同期回転させると共に、隣接カッタの一部を短く形成したことによって、一方の隣接カッタの短く形成された部分と他方の隣接カッタの長く形成された部分（掘削軌跡の外周端まで延びた部分）とが互いにすれ違い回転するので、隣接カッタ同士を、その掘削軌跡が重合するように配置でき、各カッタ間の距離が小さくなるので、未切削部分を小さくすることが可能となる。また、同一平面で回転式のカッタを配設しているので、構造が比較的簡単で製造コストのアップを防止することができる。
【００１２】
そして、請求項２の発明は、矩形のトンネルを掘削する矩形型シールドのコーナ部に設けられるコーナカッタ構造において、上記コーナ部の出隅端部に回転式の端部カッタを設け、その端部カッタと同一平面上で互いの掘削軌跡が重合するように隣接され且つ逆方向に同期回転する２つの隣接カッタを、上記端部カッタを中心として略Ｌ字状になるように配置すると共に、その２つの隣接カッタを互いの掘削軌跡がそれぞれ重合するように配置し、上記２つの隣接カッタ同士が干渉しないように各隣接カッタの一部を短く形成したものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１４】
図１は本発明に係るコーナカッタ構造の好適な実施の形態の作動状態を示した正面図、図２は本発明に係るコーナカッタ構造を適用した矩形シールドを示した正面図、図３は本発明に係るコーナカッタ構造を適用した矩形シールドを示した断面図、図４は本発明に係るコーナカッタ構造との比較例の作動状態を示した正面図、図５は本発明に係るコーナカッタ構造の好適な他の実施の形態の作動状態を示した正面図である。
【００１５】
本実施の形態では、本発明に係るコーナカッタ構造を適用した開放型矩形シールドを例に挙げて、コーナカッタ構造について説明する。
【００１６】
図２及び図３に示すように、本実施の形態の開放型矩形シールド１は、矩形のトンネルを掘削する全面開放型の掘削機であって、掘削中、天端の地山崩落を防止するために、前面上部に、前方に突出した門型のフード２を有している。このフード２の下部後方には、地山を掘削するバックフォー３と掘削された土砂を後方に搬出する搬出コンベヤ４とが設けられている。バックフォー３は、先端部に爪５を有しており、その先端部が前後、上下及び左右に傾動することによって、地山を掘削するようになっている。
【００１７】
フード２の前端面には、地山を掘削する小型の回転カッタ６が複数、配設されている。回転カッタ６は１８０°ピッチで設けられた２本のカッタスポーク１５を有したカッタスポーク型のカッタにて構成されている。この回転カッタ６の内、フード２の左右端部に本発明に係るコーナカッタ構造７が採用されている。
【００１８】
係るコーナカッタ構造７は、図１に示すように、フード２の前端のコーナ部の出隅端部に回転式の端部カッタ８が設けられ、その端部カッタ８に隣接する２つの隣接カッタ９が、端部カッタ８を中心として略Ｌ字状になるように配置されている。隣接カッタ９は、端部カッタ８と同一平面上で設けられており、端部カッタ８の掘削軌跡１１と隣接カッタ９の掘削軌跡１２が互いに重合するように隣接されている。端部カッタ８と隣接カッタ９とは同径のギヤ１４を介して接続されており、互いに逆方向に同期回転するようになっている。端部カッタ８と隣接カッタ９のカッタスポーク１５は、その角度の位相が互いに９０°ずれて配置されている。
【００１９】
なお、フード２前端の各回転カッタ６も、隣接する回転カッタ６同士が同径のギヤ１４を介して接続されており、互いに逆方向に同期回転するようになっており、そのカッタスポーク１５は、角度の位相が互いに９０°ずれて配置されている。
【００２０】
端部カッタ８に隣接する２つの隣接カッタ９は、その掘削軌跡１２が重合するように近接・配置されている。端部カッタ８の２本のカッタスポーク１５は、両方が掘削軌跡１１の外周端まで延びて形成されている。
【００２１】
２つの隣接カッタ９は、隣接カッタ９同士が重合した部分で干渉しないように各隣接カッタ９の一部が短くなるように形成されている。具体的には、各隣接カッタ９の一方のカッタスポーク１５ａが短く形成されて、他方のカッタスポーク１５ｂが掘削軌跡１２の外周端まで延びて形成されている。短いカッタスポーク１５ａの長さは、その先端が、隣接カッタ９の掘削軌跡１１同士の重合部１６に掛からない長さとなっている。２つの隣接カッタ９の短いカッタスポーク１５ａは、回転角度の位相が同じ側になるように形成されている。
【００２２】
次に、上記構成による開放型矩形シールド１及びコーナカッタ構造７の作動を説明しながら、その作用を説明する。
【００２３】
開放型矩形シールド１は、天端の地山崩落防止のためフード２を備え、シールドジャッキ１７の推進力とフード２の前面の回転カッタ６とで、掘削部上部を掘削しながら掘進すると共に、バックフォー３でフード２の下部の地山を掘削しながら、搬出コンベヤ４で掘削土砂を搬出する。
【００２４】
フード２の前面の回転カッタ６は、各々設けられた回転モータ１０にて回転力が与えられ、隣同士で互いに歯合する同径のギヤ１４によって、隣同士で互いに逆方向に同期回転する。これによって、各カッタスポーク１５は、干渉することなく回転する。
【００２５】
フード２の左右端部では、コーナカッタ構造７が採用されているが、本発明に係るコーナカッタ構造７は、各隣接カッタ９が端部カッタ８と逆方向に同期回転すると共に、隣接カッタ９の一方のカッタスポーク１５ａを短く形成したことによって、一方の短いカッタスポーク１５ａと他方の長いカッタスポーク１５ｂとが互いにすれ違い回転するので、端部カッタ８及び各隣接カッタ９同士が干渉することなく、隣接カッタ９を、その掘削軌跡１２同士が重合するように配置できる。
【００２６】
ここで、図１によって、端部カッタ８と隣接カッタ９の動作を詳述する。
【００２７】
図１（ａ）に示すように、原点位置である第一工程では、端部カッタ８のカッタスポーク１５は垂直方向に向いて、隣接カッタ９のカッタスポーク１５ａ、１５ｂは水平方向に向いている。短いカッタスポーク１５ａは、共に右側に位置している。
【００２８】
図１（ｂ）に示すように、端部カッタ８が左回りに４５°回転して、各隣接カッタ９が右回りに４５°回転した第二工程では、端部カッタ８と隣接カッタ９のカッタスポーク１５は互いに平行となり、隣接カッタ９のカッタスポーク１５ａ、１５ｂは一直線上に位置する。このとき、一方（下側）の隣接カッタ９の長いカッタスポーク１５ｂが隣接カッタ９同士の重合部１６に位置するが、この長いカッタスポーク１５ｂは、他方（左側）の隣接カッタ９の短いカッタスポーク１５ａと対向するので各カッタスポーク１５ａ、１５ｂが干渉することはない。
【００２９】
図１（ｃ）に示すように、端部カッタ８がさらに左回りに４５°回転して（９０°位置）、各隣接カッタ９がさらに右回りに４５°回転した第三工程では、端部カッタ８のカッタスポーク１５は水平方向に向いて、隣接カッタ９のカッタスポーク１５ａ、１５ｂは垂直方向に向いている。このとき、一方の隣接カッタ９のカッタスポーク１５ｂが端部カッタ８の掘削軌跡１１内に位置して、端部カッタ８のカッタスポーク１５が他方の隣接カッタ９の掘削軌跡１２内に位置するが、端部カッタ８と隣接カッタ９は逆方向に同期回転しているので、カッタスポーク１５、１５ａ、１５ｂ同士が干渉することはない。
【００３０】
図１（ｄ）に示すように、端部カッタ８がさらに左回りに４５°回転して（１３５°位置）、各隣接カッタ９がさらに右回りに４５°回転した第四工程では、端部カッタ８と隣接カッタ９のカッタスポーク１５、１５ａ、１５ｂは互いに平行となる。このときも、端部カッタ８と隣接カッタ９は逆方向に同期回転しているので、カッタスポーク１５、１５ａ、１５ｂ同士が干渉することはない。
【００３１】
図１（ｅ）に示すように、端部カッタ８がさらに左回りに４５°回転して（１８０°位置）、各隣接カッタ９がさらに右回りに４５°回転した第五工程では、端部カッタ８のカッタスポーク１５は垂直方向に向いて、隣接カッタ９のカッタスポーク１５ａ、１５ｂは水平方向に向いている。短いカッタスポーク１５ａは、共に左側に位置している。
【００３２】
図１（ｆ）に示すように、端部カッタ８がさらに左回りに４５°回転して（２２５°位置）、各隣接カッタ９がさらに右回りに４５°回転した第六工程では、端部カッタ８と隣接カッタ９のカッタスポーク１５、１５ａ、１５ｂは互いに平行となり、隣接カッタ９のカッタスポーク１５は一直線上に位置する。このとき、一方（左側）の隣接カッタ９の長いカッタスポーク１５ｂが隣接カッタ９同士の重合部１６に位置するが、この長いカッタスポーク１５ｂは、他方（下側）の隣接カッタ９の短いカッタスポーク１５ａと対向するので各カッタスポーク１５ａ、１５ｂが干渉することはない。
【００３３】
図１（ｇ）に示すように、端部カッタ８がさらに左回りに４５°回転して（２７０°位置）、各隣接カッタ９がさらに右回りに４５°回転した第七工程では、端部カッタ８のカッタスポーク１５は水平方向に向いて、隣接カッタ９のカッタスポーク１５ａ、１５ｂは垂直方向に向いている。このとき、端部カッタ８のカッタスポーク１５が他方の隣接カッタ９の掘削軌跡１２内に位置するが、端部カッタ８と隣接カッタ９は逆方向に同期回転しているので、カッタスポーク１５、１５ａ、１５ｂ同士が干渉することはない。
【００３４】
図１（ｈ）に示すように、端部カッタ８がさらに左回りに４５°回転して（３１５°位置）、各隣接カッタ９がさらに右回りに４５°回転した第八工程では、端部カッタ８と隣接カッタ９のカッタスポーク１５は互いに平行となる。このときも、端部カッタ８と隣接カッタ９は逆方向に同期回転しているので、カッタスポーク１５同士が干渉することはない。
【００３５】
そして、端部カッタ８がさらに左回りに４５°回転して（３６０°位置）、各隣接カッタ９がさらに右回りに４５°回転して、原点状態に戻る。
【００３６】
以上の作動を連続的に繰り返して行うことで、コーナ部を掘削し、端部カッタ８と各隣接カッタ９同士が干渉することはない。
【００３７】
これによって、端部カッタ８と隣接カッタ９との距離を小さくなるように配置することができるので、各掘削軌跡１１，１２が通過しない未切削部分１８を小さくすることが可能となる。
【００３８】
ここで、図４に示した、隣接カッタ９の掘削軌跡１２同士が重合しないコーナカッタ構造３１と未切削部分１８の大きさを比較する。
【００３９】
図４に示すように、隣接カッタ９同士が重合しない配置では、隣接カッタ９のカッタスポーク１５を短く形成しなくてもよいが、各掘削軌跡１１，１２が通過しない未切削部分３２が大きくなってしまう。
【００４０】
これに対して、本発明では、隣接カッタ９の一方のカッタスポーク１５ａを短く形成したことによって、端部カッタ８と隣接カッタ９との間隔を小さくすることができるので、未切削部分１８を大幅に小さくすることができる。
【００４１】
また、本発明によれば、回転式のカッタ８，９を用いているので、揺動式のカッタのような特殊なハードやソフトは不要である。さらに、同一平面で端部カッタ８と隣接カッタ９とを配設しているので、これら各カッタ８、９を同期回転させるのにギヤ１４を設けるだけでよく、構造を比較的簡単にすることができ、製造コストのアップを防止できる。
【００４２】
また、カッタ８，９間に礫や岩が挟まることがなく、カッタ８，９の異常摩耗の発生や回転に必要なトルクが大きくなるといった問題を未然に防ぐことができる。また、従来発生していたカッタの偏摩耗を防止することもできる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、端部カッタ８及び隣接カッタ９を含む回転カッタ６がカッタスポーク式のカッタであったが、これに限られるものではない。図５に示すように、カッタスポークに相当する部分に扇状のカッタヘッド部２１を設けた形状であってもよい。すなわち、隣接カッタ９に、短いカッタヘッド部２１ａと長いカッタヘッド部２１ｂとが形成されることとなる。
【００４４】
これによれば、カッタ部２１前面のカッタビット（図示せず）をカッタスポークの場合よりも増設することができ、掘削効率を向上させることができる。
【００４５】
この場合の各カッタ８、９の作動は、図５（ａ）〜（ｈ）に示すようになるが、図１の作動と同様であるので、その説明を省略する。
【００４６】
なお、図示した扇形の形状は一例であって、端部カッタ８と隣接カッタ９間の距離やカッタ部２１の長さに応じて、扇形の開き角度は設定される。
【００４７】
また、本実施の形態では、かかるコーナカッタ構造７を開放型矩形シールド１のフード２に適用した例を挙げているが、これに限られるものではない。例えば、図６に示すように、回転式のメインカッタ２２の四隅に、コーナカッタ構造７をそれぞれ設けて構成した矩形シールド２４によって、矩形のトンネルを掘削することも可能である。
【００４８】
なお、この場合、メインカッタ２２と隣接カッタ９との間の空間２３は、メインカッタ２２にコピーカッタ（図示せず）を設けて、その伸縮で掘削するようにすればよい。
【００４９】
この場合においても、図１の開放型矩形シールド１と同様に、コーナ部における未切削部分の縮小や、構造の簡素化による製造コストのアップ防止といった作用を得ることができる。
【００５０】
さらに、本発明が適用可能なトンネル掘削機は、矩形のシールド掘進機に限られるものではなく、矩形以外の掘削断面のものやシールド掘進機以外のトンネル掘削機、さらにはトンネル以外の溝等を掘削する機械であってもよい。
【００５１】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、各隣接カッタを端部カッタと逆方向に同期回転させると共に、隣接カッタの一部を短く形成したことによって、一方の隣接カッタの短く形成された部分と他方の隣接カッタの長く形成された部分とが互いにすれ違い回転するので、隣接カッタ同士を、掘削軌跡が重合するように配置でき、各カッタ間の距離が小さくなるので、未切削部分を極力小さくすることが可能となるといった優れた効果を発揮する。
【００５２】
また、同一平面で回転式のカッタを配設しているので、構造が比較的簡単で製造コストのアップを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るコーナカッタ構造の好適な実施の形態の作動状態を示した正面図である。
【図２】本発明に係るコーナカッタ構造を適用した矩形シールドを示した正面図である。
【図３】本発明に係るコーナカッタ構造を適用した矩形シールドを示した断面図である。
【図４】本発明に係るコーナカッタ構造との比較例の作動状態を示した正面図である。
【図５】本発明に係るコーナカッタ構造の好適な他の実施の形態の作動状態を示した正面図である。
【図６】本発明に係るコーナカッタ構造を適用した矩形型シールドを示した正面図である。
【符号の説明】
７　コーナカッタ構造
８　端部カッタ
９　隣接カッタ
１１　（端部カッタの）掘削軌跡
１２　（隣接カッタの）掘削軌跡
【図１】
2004052230.tif 000003
【図２】
2004052230.tif 000004
【図３】
2004052230.tif 000005
【図４】
2004052230.tif 000006
【図５】
2004052230.tif 000007
【図６】
2004052230.tif 000008