(57)【要約】【課題】揺動カッタを用いて容易に余掘できる安価なシールド掘進機を提供する。【解決手段】断面が異形状を呈するシールド本体２の掘進方向前方に、これに臨んで軸回りに回転あるいは揺動駆動されるべく設けられた回転盤カッタ３と、回転盤カッタ３の両側部に、回転盤カッタ３の回転方向に揺動自在に支持された略矩形状の揺動カッタ４、５と、揺動カッタ４、５の揺動角を大きく変化させ揺動カッタ４、５側の地山を余掘する余掘制御手段とを備えたものである。【選択図】        図１
2004353322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面が異形状を呈するシールド本体の掘進方向前方に、これに臨んで軸回りに回転あるいは揺動駆動されるべく設けられた回転盤カッタと、該回転盤カッタの両側部に、該回転盤カッタの回転方向に揺動自在に支持された略矩形状の揺動カッタと、該揺動カッタの揺動角を大きく変化させ揺動カッタ側の地山を余掘する余掘制御手段とを備えたことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
上記揺動カッタにコピーカッタを出没自在に設けた請求項１記載のシールド掘進機。
【請求項３】
上記揺動カッタの揺動軸が上記回転盤カッタの回転軸に所定の距離を隔てて並列に配列された請求項１又は２記載のシールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、断面異形状を呈するシールド掘進機に係り、特に揺動カッタを有するシールド掘進機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
揺動カッタを有する断面異形状のシールド掘進機としては特許文献１に記載のものが知られている。図９に示すように、このシールド掘進機４０は、シールド本体４１の掘進方向前方に一対の揺動カッタ４２を有し、揺動カッタ４２を機軸と平行な軸４３回りに揺動させることで掘進方向前方の地山を掘削するようになっている。そして、それぞれの揺動カッタ４２には径方向へ向けて伸縮するコピーカッタ４４が設けられている。このシールド掘進機４０でカーブするトンネルを構築する場合は、カーブの内周側に位置する揺動カッタ４２に設けられたコピーカッタ４４を伸ばし、カーブの内周側を余掘して機体の姿勢を制御しながら掘進するようになっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１４０９７９号公報
【特許文献２】
特開平１０−７７７９０号公報
【特許文献３】
特開平１０−２８０８７３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、揺動カッタ４２は軸回りに所定の範囲で往復回動するものであるため、１つのコピーカッタ４４で余掘できる範囲は揺動カッタ４２の揺動角度分だけである。このため、カーブの内周側をシールド本体４１の上下高さの範囲に渡って余掘するためには、それぞれの揺動カッタ４２に非常に高価なコピーカッタ４４を多数設けなければならないという課題があった。また、コピーカッタ４４は１本ごとに伸縮制御する必要があるため、操作が煩雑であるという課題があった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、揺動カッタを用いて容易に余掘できる安価なシールド掘進機を提供することにある。
【０００６】
【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、断面が異形状を呈するシールド本体の掘進方向前方に、これに臨んで軸回りに回転あるいは揺動駆動されるべく設けられた回転盤カッタと、該回転盤カッタの両側部に、該回転盤カッタの回転方向に揺動自在に支持された略矩形状の揺動カッタと、該揺動カッタの揺動角を大きく変化させ揺動カッタ側の地山を余掘する余掘制御手段とを備えたものである。
【０００７】
そして、上記揺動カッタにコピーカッタを出没自在に設けるとよい。
【０００８】
また、上記揺動カッタの揺動軸が上記回転盤カッタの回転軸に所定の距離を隔てて並列に配列されるとよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の好適実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１０】
図１及び図８に示すように、シールド掘進機１は、断面が異形状（非円形）を呈するシールド本体２と、シールド本体２の掘進方向前方に、これに臨んで機軸回りに回転駆動されるべく設けられた回転盤カッタ３と、回転盤カッタ３の両側部に、回転盤カッタ３の回転方向に揺動自在に支持された略矩形状の揺動カッタ４、５と、揺動カッタ４、５の揺動角を大きく変化させ揺動カッタ４、５側の地山を余掘する余掘制御手段６とを備えて構成されている。
【００１１】
図２及び図３に示すように、シールド本体２は、外周を液密に区画するシールドフレーム７と、前端を液密に区画するバルクヘッド８と、シールドフレーム７にこの内周に沿って複数設けられたシールドジャッキ９と、バルクヘッド８に設けられ揺動カッタ４、５で掘削した掘削土を取り込んで後方へ送る排土装置１０とを備えて構成されている。シールドフレーム７は、前後の中間を中折れ自在に構成されている。また具体的には、シールド本体２は、構築すべきトンネル１３の断面形状に合わせて断面形状を決定されており、断面形状を丸みを帯びた横長の矩形状に形成されている。
【００１２】
図１及び図２に示すように、回転盤カッタ３は、シールド本体２の機軸１４上に配置された回転軸１５に設けられ放射状に延びるスポーク１６と、それぞれのスポーク１６の先端間に掛け渡すように設けられたリング部１７と、スポーク１６に径方向外方へ出没自在に設けられた中央コピーカッタ１８とを備えて構成されている。スポーク１６とリング部１７の前側にはカッタビット１９が多数設けられており、回転盤カッタ３を回転させることにより回転盤カッタ３の前方の地山を掘削するようになっている。具体的には、回転盤カッタ３は、シールド本体２の高さ寸法（短辺の寸法）と略同じ直径に形成されており、シールド本体２の機幅方向中央の前方を上端から下端に渡って掘削するようになっている。そして、回転軸１５はバルクヘッド８を貫通して機内へ延びており、機内に設けられた回転駆動装置２０によって回転駆動されるようになっている。
【００１３】
図１及び図３に示すように、揺動カッタ４、５は、回転盤カッタ３の左右両側に一基ずつ配置されており、回転軸１５に所定の距離を隔てて並列に配列された揺動軸２１回り揺動するように構成されている。具体的には、揺動軸２１は、機体の上下方向の中央であって、かつ、上下端までの距離よりも左端又は右端に近い位置に偏心して配置されている。揺動軸２１は、バルクヘッド８を貫通して機内へ延びており、機内に設けられた揺動駆動装置２２によって揺動駆動されるようになっている。揺動駆動装置２２は一端をシールド本体２に連結されると共に他端を揺動軸２１に偏心して連結された油圧シリンダ２３からなり、伸縮することで揺動軸２１を正逆回動させるように構成されている。油圧シリンダ２３は、それぞれの揺動軸２１に２つずつ連結されており、それぞれ揺動カッタ４、５をシールド本体２の外側にはみ出して回動できる程度に十分ストロークの長いものが用いられている。そして、油圧シリンダ２３は、バルクヘッド８の後側に回転駆動装置２０に干渉しないように配置されている。
【００１４】
また、揺動カッタ４、５は、回転盤カッタ３の後側に段違いに配置されており、揺動しても回転盤カッタ３に干渉しないようになっている。そして、揺動カッタ４、５は、揺動軸２１から下方に延びる下側部分２４を機幅方向外側へ向けて揺動させることで下側部分２４をシールド本体２の機幅方向外側の下部外縁に沿わせ、揺動軸２１から上方に延びる上側部分２５を機幅方向外側へ向けて揺動させることで上側部分２５をシールド本体２の機幅方向外側の上部外縁に沿わせるように略弓形に湾曲して形成されている。また、揺動カッタ４、５には、シールド本体２の上下中央部分の径方向外側を余掘するためのコピーカッタ２６が出没自在に設けられている。
【００１５】
図８に示すように、余掘制御手段６は、揺動駆動装置２２たる油圧シリンダ２３を駆動制御するための制御装置２７からなる。具体的には、油圧シリンダ２３には油圧回路２８が接続されており、油圧シリンダ２３は、伸長側油圧室２９或いは縮退側油圧室３０のいずれかに油圧を供給されることで伸縮するようになっている。油圧回路２８は一つの揺動軸２１に連結される一対の油圧シリンダ２３を１グループとするグループ毎に分岐されている。そして、油圧回路２８には油圧シリンダ２３を伸縮させ或いは油圧シリンダ２３の伸縮長さを固定するための方向制御弁３１が設けられている。方向制御弁３１は、油圧回路２８をグループ毎に分岐して形成された分岐路３２、３３にそれぞれ設けられており、同じグループの油圧シリンダ２３を一括して駆動できるようになっている。また、制御装置２７は、それぞれの方向制御弁３１に接続されると共に揺動軸２１の回動角度を検出するセンサ（図示せず）に接続されており、揺動軸２１の回動角度を検出しながらそれぞれの方向制御弁３１を個別に切り換えられるようになっている。
次に作用を述べる。
【００１６】
シールド掘進機１を直進させるとき、回転盤カッタ３を回転させつつ揺動カッタ４、５を揺動させてシールド本体２の前方の地山を掘削すると共に、それぞれのシールドジャッキ９を略均等に伸長させる。このとき、揺動カッタ４、５はシールド本体２の断面内で揺動させるようにする。具体的には、センサで揺動軸２１の回動角度を所定の微少時間毎に検出し、揺動軸２１が所定の角度揺動したら制御装置２７で油圧の供給方向を反転させるように方向制御弁３１を切り換えるという作業を繰り返す。
【００１７】
また、シールド掘進機１をカーブさせるときは、カーブの内周側に位置する揺動カッタ４又は５側の地山を余掘すると共に、シールド本体２の向きをカーブする方向へ向けるように推進力を調整する。推進力の調整は、カーブの内周側に位置するシールドジャッキ９の推進力と、カーブの外周側に位置するシールドジャッキ９の推進力とのバランスを変えることで行う。そして、地山の余掘は、余掘する側の揺動カッタ４又は５からコピーカッタ２６を突出させ、この揺動カッタ４又は５の揺動角を大きく変化させることで行う。
【００１８】
次に、シールド掘進機１を掘進方向右側にカーブさせる場合の余掘について図４〜図８を用いて具体的に説明する。
【００１９】
図８に示すように、制御装置２７は、図示しない操作手段から余掘を開始する旨の命令を受けると、掘進方向右側に配置された揺動カッタ４のコピーカッタ２６を伸長させると共に、この揺動カッタ４の揺動角を大きく変化させる。具体的には揺動カッタ４の揺動軸２１の回動を許容する角度を所定角度だけ大きくするように変化させる。このとき、揺動カッタ４が下側部分２４を機幅方向外側へ向けて揺動させている最中である場合、図４に示すように、揺動カッタ４は下側部分２４をシールド本体２の径方向外側に突出させる位置まで揺動したのち、反転を始める。これにより、シールド本体２の前端右側下部に隣接する地山が余掘される。進行方向左側の揺動カッタ５は、直進時と同様に揺動カッタ５の下側部分２４をシールド本体２の径方向外側の下部外縁に沿わせる位置で止まり、反転される。
【００２０】
そして、図５に示すように揺動カッタ４が上側部分２５を機幅方向外側へ向けて揺動を始めると、伸長されたコピーカッタ２６がシールド本体２の外側に突出しながら揺動軸２１回りに回動し、シールド本体２の前端右側中央部に隣接する地山が余掘される。
【００２１】
この後、図６に示すように、揺動カッタ４は更に揺動されて上側部分２５をシールド本体２の径方向外側に突出され、シールド本体２の前端右側上部に隣接する地山を余掘する。図７に示すように、揺動カッタ４が再び反転を始めるとシールド本体２の前端右側部分には上下に連なる余掘空間３４が形成されている。そして、このように揺動カッタ４を直進時よりも大きく振りながらシールド掘進機１を掘進させることでシールド本体２の右前方にシールド本体２の姿勢変化を許容する余掘空間３４を形成できる。
【００２２】
このように、回転盤カッタ３の両側部に、回転盤カッタ３の回転方向に揺動自在に支持された略矩形状の揺動カッタ４、５と、揺動カッタ４、５の揺動角を大きく変化させ揺動カッタ４、５側の地山を余掘する余掘制御手段６とを備えてシールド掘進機１を構成したため、揺動カッタ４、５を大きく揺動させてシールド本体２の外側に突出させることで大きな範囲に渡って地山を余掘することができ、揺動カッタ４、５に設ける高価なコピーカッタ２６を大幅に減らし、又はなくすことができ、シールド掘進機１を安価にできる。そして、コピーカッタ２６の制御部（図示せず）と、パワーユニット（図示せず）と、可動ジャッキ部（図示せず）とを減らすことができ、煩雑であった多数のコピーカッタ２６の伸縮制御を容易にできると共に信頼性を向上でき、余掘を容易にできる。
【００２３】
また、揺動カッタ４、５にコピーカッタ２６を出没自在に設けるため、シールド本体２の形状等により揺動カッタ４、５のみでは十分余掘できないエリアがあってもコピーカッタ２６で補うことができる。
【００２４】
そして、揺動カッタ４、５の揺動軸２１を、回転盤カッタ３の回転軸１５に所定の距離を隔てて並列に配列したため、機体のバランスを容易に保つことができる。
【００２５】
また、回転盤カッタ３と揺動カッタ４、５とを前後にずらして配置したため、揺動カッタ４、５が回転盤カッタ３に干渉するのを防ぐことができ、回転盤カッタ３との関係にとらわれることなく揺動カッタ４、５の形状及び揺動角度を任意に設定することができる。そしてこれにより、矩形、楕円形、馬蹄形状等の任意の形状の断面を容易に掘削できる。また、揺動カッタ４、５を回転盤カッタ３の上下両側に配置し、シールド掘進機を縦型とすることで横長だけでなく縦長の矩形、楕円形、馬蹄形等の任意の形状の断面をも容易に掘削できる。
【００２６】
なお、回転盤カッタ３は機軸１４回り回転駆動されるものとしたが、これに限るものではない。回転盤カッタ３は、機軸１４回り揺動駆動されるものであってもよい。
【００２７】
また、回転盤カッタ３は、スポーク１６にカッタビット１９を設けるタイプのもので説明したが、面板（図示せず）にカッタビットを設けるタイプであってもよい。
【００２８】
そして、揺動カッタ４、５の駆動手段は油圧シリンダ２３に限るものではない。例えば油圧モータや電動モータであってもよく、他のアクチュエータであってもよい。
【００２９】
また、揺動軸２１の回動角度をセンサで検出し、この検出値が所定の値になったときに揺動カッタ４、５を反転させるべく方向制御弁３１を切り換えるものとしたが、これに限るものではない。例えば揺動カッタ４、５の回動角度をセンサで直接検出するものとしてもよく、或いは油圧回路２８の分岐路３２、３３の流量をセンサで検出し、この流量が所定の値になったときに方向制御弁３１を切り換えるようにしてもよい。そしてさらに、駆動手段が電動モータである場合は供給する電流の極性を切り換える等により揺動カッタ４、５を反転させるようにしてもよい。
【００３０】
揺動カッタ４、５は、回転盤カッタ３の左右両側に一基ずつ配置するものとしたが、複数基ずつ配置してもよい。そして、回転盤カッタ３の両側であれば回転盤カッタ３の上下両側に揺動カッタ４、５を配置するものとしてもよい。回転盤カッタ３の両側にそれぞれ複数の揺動カッタ（図示せず）を配置する場合は、回転盤カッタ３の回転軸１５に対して対称となるようにそれぞれの揺動カッタを配置するとよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を奏する。
（１）揺動カッタを用いて容易に余掘できる。
（２）揺動カッタ式のシールド掘進機を安価にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適実施の形態を示すシールド掘進機の正面図である。
【図２】図１の側断面図である。
【図３】図１の要部平面断面図である。
【図４】揺動カッタで余掘している状態を示すシールド掘進機の正面説明図である。
【図５】揺動カッタで余掘している状態を示すシールド掘進機の正面説明図である。
【図６】揺動カッタで余掘している状態を示すシールド掘進機の正面説明図である。
【図７】揺動カッタで余掘している状態を示すシールド掘進機の正面説明図である。
【図８】揺動駆動装置に油圧を供給する油圧回路の油圧回路図である。
【図９】従来のシールド掘進機の正面図である。
【符号の説明】
１  シールド掘進機
２  シールド本体
３  回転盤カッタ
４  揺動カッタ
５  揺動カッタ
６  余掘制御手段
１５  回転軸
２１  揺動軸
２６  コピーカッタ
【図１】
2004353322.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004353322.tif 000009
【図８】
2004353322.tif 000010
【図９】
2004353322.tif 000011