(57)【要約】【課題】カッタでの掘削時にカッタ駆動軸とこれを支持する軸受の接触部にかかる負荷を低減することができる偏心多軸掘削機を提供する。【解決手段】回転駆動される回転軸１１と、回転軸１１に偏心して配置されカッタフレーム８を駆動するカッタ駆動軸１５と、カッタ駆動軸挿入穴１２ａを有するロータ１２と、カッタ駆動軸挿入穴６ａを有しカッタフレーム８に設けられた駆動軸ケース６とを複数組具備した偏心多軸掘削機において、カッタ駆動軸挿入穴１２ａにカッタ駆動軸１５の一端部側を挿入して揺動可能に支持するとともに、カッタ駆動軸挿入穴６ａに球面軸受２０を設けて、カッタ駆動軸挿入穴６ａにカッタ駆動軸１５の他端部側を挿入した状態で、この他端部側と球面軸受２０の間にカッタ駆動軸１５の揺動を許容する隙間ができるようにし、揺動姿勢の前記他端部側を球面軸受２０により線接触状態で支持し得るように構成した。【選択図】　　　　図１
2004084384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カッタビットを取り付けるためのカッタフレームを備え、駆動装置により回転駆動される回転軸と、この回転軸に偏心して配置されカッタフレームを駆動するカッタ駆動軸と、このカッタ駆動軸の一端部側を挿入するためのカッタ駆動軸挿入穴を有し回転軸と共に回転するロータと、カッタ駆動軸の他端部側を挿入するためのカッタ駆動軸挿入穴を有しカッタフレーム側に設けられたカッタ駆動軸の取付部とを複数組具備した偏心多軸掘削機において、ロータのカッタ駆動軸挿入穴及びカッタ駆動軸の取付部のカッタ駆動軸挿入穴のうちの一方のカッタ駆動軸挿入穴にカッタ駆動軸の一方の端部側を挿入して揺動可能に支持するとともに、他方のカッタ駆動軸挿入穴にその穴壁に沿って球面軸受を設けて、この他方のカッタ駆動軸挿入穴にカッタ駆動軸の他方の端部側を挿入した状態で、この他方の端部側と球面軸受の間にカッタ駆動軸の揺動を許容する隙間が形成されるようにして、カッタ駆動軸の他方の端部側を他方のカッタ駆動軸挿入穴に揺動姿勢で挿入したときにカッタ駆動軸の他方の端部側を球面軸受で支持し得るように構成したことを特徴とする偏心多軸掘削機。
【請求項２】
請求項１に記載の偏心多軸掘削機において、他方のカッタ駆動軸挿入穴にその穴壁に沿って球面軸受を設ける場合、そのカッタ駆動軸挿入穴に間隔を置いて二つの球面軸受を設け、これらの球面軸受により協働してカッタ駆動軸を支持し得るように構成したことを特徴とする偏心多軸掘削機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数のカッタビットを取り付けたカッタフレームに籾摺り状の掘削運動を生起させて横坑や立坑等の地下坑を掘削する偏心多軸掘削機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シールド掘進機等の掘削機では、通常、カッタスポークや面板等のカッタビット取付部材としてのカッタフレームをカッタ駆動装置で回転駆動できるように掘削機本体に設置するとともに、カッタフレームに多数のカッタビットを取り付けてカッタを構成し、これら多数のカッタビットで地山を同心円状に切削して円形断面の穴を掘削するようにしている。こうした、カッタフレームを回転駆動して地下坑を掘削する掘削機では、円形断面の地下坑や円形断面を基調にした地下坑しか掘削することができず、これとは異なる断面形状をした矩形状や楕円形状等の異形断面の地下坑を掘削することはできない。また、カッタフレームに取り付けた多数のカッタビットは、外周側が内周側に比べてカッタ１回転当たりの切削量が多く摩耗しやすいため、摩耗が不均一に進行するという問題も生じる。
【０００３】
こうした問題に対応して、輪郭が掘削予定の地下坑の断面形状と相似形をなしその断面形状より若干小さくなるように形成したカッタフレームと、このカッタフレームに籾摺り運動を生起させる複数のカッタ駆動軸を備えた運動機構とを設置して、この運動機構によりカッタフレームに籾摺り運動を生起させることにより所望の断面形状の地下坑を掘削できるようにした偏心多軸掘削機が昨今実用化されている。また、この種の偏心多軸掘削機が開示された特許文献としては、特開２０００ー８７７６号公報を挙げることができる。本発明は、こうした偏心多軸掘削機を損傷しにくくするように改良しようとするものである。
【０００４】
そこで、本発明の改良点の理解を容易にするため、現在実用化されている偏心多軸掘削機を従来の技術として位置付け、その技術内容を図３乃至図８に基づいて概説する。
【０００５】
図３は、従来の偏心多軸掘削機の全体像を概略的に示す縦断面図、図４は、図３の偏心多軸掘削機の正面図、図５は、図３の偏心多軸掘削機におけるカッタ駆動装置部の背面図、図６は、カッタフレームの駆動時の軌跡を併記した図３と同様の図、図７は、カッタフレームの駆動時の軌跡を併記した図４と同様の図、図８は、従来の偏心多軸掘削機におけるカッタ駆動軸用軸受の近辺を概念的に示す拡大断面図であり、（ａ）はカッタ駆動軸が中立状態にあるときの図、（ｂ）はカッタ駆動軸が傾斜した状態にあるときの図である。なお、これらの図には、従来の偏心多軸掘削機をシールド掘進機に具体化した場合の例が示されている。
【０００６】
これらの図において、１はシールド掘進機の胴体をなすシールド本体、１ａはシールド本体１の前端部をなしチャンバを区画するフード、１ｂはシールド本体の主要部をなすスキンプレート、２はスキンプレート１ｂ内を機外から遮断する隔壁としてのバルクヘッド、３はチャンバＣ内の掘削土砂をスキンプレート１ｂ内に移送する排土装置としてのスクリューコンベア、４はスキンプレート１ｂ内の周方向に複数個設置され既設のセグメントＳで反力を取りながらシールド本体１を推進するシールドジャッキであり、これらの機器や部材の構造は、通常のシールド掘進機が備えている構造と基本的に変わらない。
【０００７】
５は後述する回転体１０（図５を参照のこと）を内蔵した回転体ケース、５’は後述する配管用回転体１０’を内蔵した配管用回転体ケース、６はカッタフレーム８側に設けられ後述するカッタ駆動軸１５（図８を参照のこと）の一方の端部側を取り付けるためのカッタ駆動軸１５の取付部をなす駆動軸ケース、７はカッタフレーム８側に設けられ後述する配管軸（図示せず）の一方の端部側を取り付けるための配管軸の取付部をなす配管軸ケース、８は籾摺り状の掘削運動を行うカッタビットの取付部材としてのカッタフレーム、８ａは地山を切削するためのカッタビット、９は回転体１０を回転駆動することによりカッタ駆動軸１５を介してカッタフレーム８を駆動するカッタ駆動装置、１０はカッタ駆動装置９により回転駆動され回転中心線ｘの周りにカッタ駆動軸１５を旋回駆動する後に詳述する回転体、１０’は回転体１０と近似する構造を備えカッタフレーム８の籾摺り運動に配管軸と共に従動して回転中心線ｘ’を中心に回転する後に詳述する配管用回転体、１４は環状をなし内周部に多数のベアリングを設けた旋回輪、１５は回転体１０に偏心して配置され籾摺り運動を生起させるようにカッタフレーム８を駆動するカッタ駆動軸である。
【０００８】
回転体ケース５は３個、配管用回転体ケース５’は１個設けられて、強度を向上するよう一体的に結合され、バルクヘッド２に固定されている。カッタフレーム８は、外周部を形成する略リング状の外周部フレーム８ｂとこの外周部フレーム８ｂに架け渡すように固着して内部の骨組みをなす縦方向のカッタスポーク８ｃ及び横方向のカッタスポーク８ｄとで形成されている。これらの外周部フレーム８ｂやカッタスポーク８ｃ，８ｄには、多数のカッタビット８ａを取り付けてカッタを形成している。カッタフレーム８は、籾摺り運動により円形断面の地下坑の輪郭を形成するため、シールド本体１の外径よりも小径をなしている。ここに示す例では、カッタフレーム８にこうしたカッタスポークによるものを用いているが、面板によるものを用いてもよい。外周部フレーム８ｂの近傍には、３個の駆動軸ケース６と１個の配管軸ケース７とが上下左右に対称に配置されて一対の縦方向のカッタスポーク８ｃに溶接により固着されている。
【０００９】
回転体１０の具体的な構造について説明をする。この回転体１０の具体的な構造は、従来の技術に係る図面（図３乃至図８）には図示していないが、その構造は、図１に図示の回転体１０の構造と実質上変わらないので、図１を援用しながら説明する。
【００１０】
回転体１０は、図１中の斜線部の機械要素を意味するものである。これを大別すると、回転体１０の回転中心線ｘを中心にカッタ駆動装置９により回転駆動される回転軸１１と、この回転軸１１と一体に形成されて、その回転に伴って回転する回転軸１１よりも大径のロータ１２と、回転軸１１に対して偏心して一体に形成され、回転軸１１を回転駆動するためのカッタ駆動装置９の駆動力が伝達される回転軸１１よりも小径の動力伝達軸１３とに大別することができる。回転軸１１は、ベアリングを介して旋回輪１４により回転可能に支持しており、これにより、回転体１０を回転体ケース５内に回転可能に設置している。
【００１１】
カッタ駆動軸１５は、一端部側をロータ１２側に取り付けるとともに他端部側をカッタフレーム８側に取り付ける。そのため、カッタ駆動軸１５の一端部側を挿入するためのカッタ駆動軸挿入穴１２ａをロータ１２に形成するとともに、カッタ駆動軸１５の他端部側を挿入するためのカッタ駆動軸挿入穴６ａをカッタ駆動軸１５の取付部である駆動軸ケース６に形成する。その場合、カッタ駆動軸１５を回転軸１０に偏心して取り付けるようにするため、両カッタ駆動軸挿入穴６ａ，１２ａの中心線ｙが回転体１０の回転中心線ｘから所定距離離れて位置するようにする。カッタ駆動軸１５の端部側をカッタ駆動軸挿入穴６ａ，１２ａに挿入して取り付ける場合、少なくとも一方の端部側を相対回転可能に取り付ける必要があるが、その手段については、後に詳述する。
【００１２】
配管用回転体１０’は、具体的な構造を図示していないが、回転体１０のように動力源により駆動されるものではなく、カッタフレーム８の運動に単に追従して回転するだけのものであるため、回転体１０から動力伝達軸１３を取り除いた構造をなしており、回転体１０と同様の方法で配管用回転体ケース５’内に回転可能に支持している。この配管用回転体１０’のロータには、カッタ駆動軸１５と近似した構造の配管軸の一端側を取り付けるとともに、その他端側を配管軸ケース７に取り付ける。そのため、配管軸ケース７やロータには、カッタ駆動軸挿入穴６ａ，１２ａと近似した配管軸挿入穴を、その穴の中心線ｙ’が配管用回転体１０’の回転中心線ｘ’から所定距離離れて位置するように形成している。配管軸の端部側を配管軸挿入穴に挿入して取り付ける場合、少なくとも一方の端部側を相対回転可能に取り付ける。オーバーカッタ用の油圧ホースや給脂用ホース等の配管類の案内路をスキンプレート１ｂ側とカッタフレーム８側との間に形成するため、配管用回転体１０’及び配管軸の内部には、配管類を通すことができる挿通孔を形成して配管案内装置を構成しいる。
【００１３】
偏心多軸掘削機は、カッタフレーム８に籾摺り運動を行わせて地山を掘削するが、この籾摺り運動を生起させる籾摺り運動機構を、前記の駆動軸ケース６、回転体１０及びカッタ駆動軸１５を設けて構成している。また、配管案内装置を、特に、配管軸ケース７、配管用回転体１０’及び配管軸を設けて構成することにより、従動機構としてカッタフレーム８の籾摺り運動に追従できるようにしている。ここに示す例では、籾摺り運動機構を３組設け、配管案内装置を１組設けているが、籾摺り運動機構については、カッタフレーム８の動作の安定性を考慮しながら２組以上所望の数設けることができる。
【００１４】
カッタ駆動装置９の具体的な構造を図３及び図５に基づいて説明する。このカッタ駆動装置９は、大別すると、３本の油圧シリンダ９ａと、これらの各油圧シリンダ９ａの一端部を挟持して相対回動可能に取り付けた一対の山形状のブラケット９ｂと、これら一対のブラケット９ｂに挟持されるようにして溶接により固着され３個の回転体１０の動力伝達軸１３に相対回動可能に連結した三叉状の連結板９ｃとで構成されている。油圧シリンダ９ａは、スキンプレート１ｂの径方向に向けて配置して、シリンダ側及びロッド側をそれぞれスキンプレート１ｂ及びブラケット９ｂに回動可能に軸着している。このカッタ駆動装置９は、油圧シリンダ９ａの伸縮によりブラケット９ｂに籾摺り状の円運動を行わせ、これにより、連結板９ｃを介して各動力伝達軸１３の中心軸線ｚを各回転体１０の回転中心線ｘの周りに旋回させて、３本の回転軸１１を同時に回転駆動する。
【００１５】
以上の構造を備えた偏心多軸掘削機において、カッタ駆動装置９の油圧シリンダ９ａを駆動すると、その駆動力が動力伝達軸１３に伝達されて、回転軸１１やさらにはロータ１２が回転中心線ｘを中心に回転し、このロータ１２の回転に伴って、カッタ駆動軸１５が回転中心線ｘの周りを円を描くように旋回する。そうすると、このカッタ駆動軸１５の旋回運動がカッタフレーム８のカッタ駆動軸挿入穴６ａに伝達されて、このカッタ駆動軸挿入穴６ａの中心線ｙが回転中心線ｘを中心とする円運動をするため、カッタフレーム８は、いわゆる籾摺り運動を行って地山を掘削することができる。図６及び図７には、このときに駆動軸ケース６やカッタフレーム８等が中立位置から変位した状態を鎖線で示している。
【００１６】
その場合、カッタフレーム８に取り付けられた各カッタビット８ａは、掘削外径よりもきわめて小さい同一の回転半径で円運動をするため、各カッタビット８ａは、従来のようにカッタの外周側が内周側より急速に摩耗するようなことはなくなって均一に摩耗する。また、この種の偏心多軸掘削機は、カッタフレーム８の外周がその外周形状に近似する軌跡を描くことから、その外周を、所望の掘削断面形状に相似しその断面形状より小さい形状に形成することにより、楕円形、馬蹄形、略四角形等の任意の異形断面の穴を掘削することができる。
【００１７】
こうした偏心多軸掘削機を組み立てるときには、複数本のカッタ駆動軸１５の一端部側及び他端部側をそれぞれこれらに対応する複数のロータ１２のカッタ駆動軸挿入穴１２ａ及び駆動軸ケース６のカッタ駆動軸挿入穴６ａに挿入して取り付ける必要があるが、その場合、カッタ駆動軸挿入穴６ａ，１２ａとカッタ駆動軸１５と間に極力隙間が生じないようにするのが望ましい。しかしながら、複数本のカッタ駆動軸１５を取り付けるときには、まず、複数本のカッタ駆動軸１５の一方の端部側を対応する複数のカッタ駆動軸挿入穴６ａ，１２ａの一方に挿入して取り付けた後、複数本のカッタ駆動軸１５の他方の端部側を対応する複数のカッタ駆動軸挿入穴６ａ，１２ａの他方に同時に挿入する必要があり、しかも、カッタ駆動軸挿入穴６ａ，１２ａやカッタ駆動軸１５は、常に公差を設けて加工するため、カッタ駆動軸挿入穴６ａ，１２ａとカッタ駆動軸１５と間にある程度の隙間を設けないと、複数本のカッタ駆動軸１５の他方の端部側を複数のカッタ駆動軸挿入穴６ａ，１２ａの他方に同時に挿入するは、実際上は不可能である。こうした問題に対応して、従来の偏心多軸掘削機では、カッタ駆動軸１５を図８に示すような取付手段により取り付けていた。
【００１８】
その取付手段を図８に基づいて説明すると、この従来の偏心多軸掘削機では、カッタ駆動軸１５の一端部をロータ１２のカッタ駆動軸挿入穴１２ａ内に、同挿入穴１２ａの全ての径方向に揺動させることができるようユニバーサルジョイント１６で支持するようにしている。また、駆動軸ケース６のカッタ駆動軸挿入穴６ａの内周面には、円筒状のブッシング型滑り軸受１７を設けて、カッタ駆動軸１５の他端部側をこの滑り軸受１７内に挿入して支持するようにしている。その場合、この円筒状の滑り軸受１７とカッタ駆動軸１５の他端部側との間に、図８（ａ）に示すように滑り軸受１７の全周にわたって隙間δが生じるようにする。こうした取付手段は、３本のカッタ駆動軸１５の全てについて採用する。なお、図示していない配管軸は、カッタフレーム８の運動に追従して回転するだけの従動体であるので、こうした精密な取付手段を必ずしも必要としない。
【００１９】
こうした取付方法を採用すると、複数本のカッタ駆動軸１５の一端部をロータ１２の各カッタ駆動軸挿入穴１２ａ内にユニバーサルジョイント１６で予め揺動可能に取り付けておけば、各カッタ駆動軸１５の他端部側を各駆動軸ケース６のカッタ駆動軸挿入穴６ａに挿入する際、各カッタ駆動軸１５を適宜揺動させることにより、各カッタ駆動軸１５の他端を各カッタ駆動軸挿入穴６ａの入口に合致させるように位置合わせすることができる。そして、各滑り軸受１７と各カッタ駆動軸１５の他端部側との間には、滑り軸受１７の全周にわたって隙間δが生じるようにしているので、各カッタ駆動軸１５の他端部側を、対応する各カッタ駆動軸挿入穴６ａ内に同時に確実に挿入することが可能となるとともに、各カッタ駆動軸１５の他端部側は、滑り軸受１７で支持される。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この従来の偏心多軸掘削機では、カッタ駆動軸１５の他端部側をブッシング型滑り軸受１７で支持した場合、図８（ｂ）に示すように、カッタ駆動軸１５の両端部が滑り軸受１７に対し、２δの隙間が生じるように揺動して点接触し、カッタ駆動軸１５は、通常、この状態で滑り軸受１７に支持されることとなる。そして、カッタフレーム８を駆動して地山を掘削すると、カッタ駆動軸１５は、回転体１０の回転中心線ｘの周りを旋回しながら、滑り軸受１７に対して相対回転するが、その際、カッタ駆動軸１５は、滑り軸受１７に点接触で支持されながら相対回転するため、カッタ駆動軸１５と滑り軸受１７の接触部には、非常に大きな接触圧が作用することとなる。その結果、カッタでの地山の掘削時にカッタ駆動軸１５と滑り軸受１７の接触部にかかる負荷が過酷なものとなって、その接触部は、摩耗が進行しやすく破損が生じやすい。
【００２１】
本発明は、従来の偏心多軸掘削機にみられるこうした問題を解消するために創作されたものであって、その技術課題は、カッタでの掘削時にカッタ駆動軸とこれを支持する軸受の接触部にかかる負荷を低減することができる偏心多軸掘削機を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、こうした技術課題を達成するため、
カッタビットを取り付けるためのカッタフレームを備え、駆動装置により回転駆動される回転軸と、この回転軸に偏心して配置されカッタフレームを駆動するカッタ駆動軸と、このカッタ駆動軸の一端部側を挿入するためのカッタ駆動軸挿入穴を有し回転軸と共に回転するロータと、カッタ駆動軸の他端部側を挿入するためのカッタ駆動軸挿入穴を有しカッタフレーム側に設けられたカッタ駆動軸の取付部とを複数組具備した偏心多軸掘削機において、
ロータのカッタ駆動軸挿入穴及びカッタ駆動軸の取付部のカッタ駆動軸挿入穴のうちの一方のカッタ駆動軸挿入穴にカッタ駆動軸の一方の端部側を挿入して揺動可能に支持するとともに、他方のカッタ駆動軸挿入穴にその穴壁に沿って球面軸受を設けて、この他方のカッタ駆動軸挿入穴にカッタ駆動軸の他方の端部側を挿入した状態で、この他方の端部側と球面軸受の間にカッタ駆動軸の揺動を許容する隙間が形成されるようにして、カッタ駆動軸の他方の端部側を他方のカッタ駆動軸挿入穴に揺動姿勢で挿入したときにカッタ駆動軸の他方の端部側を球面軸受で支持し得るように構成した。
【００２３】
このように構成した本発明の偏心多軸掘削機では、ロータのカッタ駆動軸挿入穴及びカッタ駆動軸の取付部のカッタ駆動軸挿入穴のうちの一方のカッタ駆動軸挿入穴にカッタ駆動軸の一方の端部側を挿入して揺動可能に支持するようにしているので、各カッタ駆動軸の他方の端部側を他方の各カッタ駆動軸挿入穴に挿入する際、各カッタ駆動軸を適宜揺動させることにより、各カッタ駆動軸の他端を他方の各カッタ駆動軸挿入穴の入口に合致させるように位置合わせすることができる。そして、他方のカッタ駆動軸挿入穴にカッタ駆動軸の他方の端部側を挿入した状態で、この他方の端部側と球面軸受の間にカッタ駆動軸の揺動を許容する隙間が形成されるようにしているので、各カッタ駆動軸の他方の端部側を他方の各カッタ駆動軸挿入穴に差し込んで行くと、各カッタ駆動軸の揺動姿勢に従うように各球面軸受が作動して、各カッタ駆動軸の他方の端部側を、対応する他方の各カッタ駆動軸挿入穴内に同時にスムーズに挿入することが可能となる。
【００２４】
こうして各カッタ駆動軸の他方の端部側を他方の各カッタ駆動軸挿入穴に挿入すると、各カッタ駆動軸の他方の端部側は、他方の各カッタ駆動軸挿入穴に設けた球面軸受により支持されこととなる。その場合、各カッタ駆動軸の他方の端部側は、球面軸受と線接触して支持されるため、カッタでの掘削時にカッタ駆動軸と球面軸受の接触部にかかる負荷は、カッタ駆動軸を滑り軸受により点接触で支持する従来の偏心多軸掘削機と比べて低減することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が実際上どのように具体化されるのかを示す具体化例を図１及び図２に基づいて説明することにより、本発明の実施の形態を明らかにする。図１は、本発明の具体化例に係る偏心多軸掘削機の要部の構造を示す縦断面図、図２は、本発明の具体化例に係る偏心多軸掘削機におけるカッタ駆動軸用軸受の近辺を概念的に示す拡大断面図であり、（ａ）はカッタ駆動軸が中立状態にあるときの図、（ｂ）はカッタ駆動軸が傾斜した状態にあるときの図である。図１及び図２において既述の図３乃至図８と同一の符号を付けた部分は、これらの図と同等の部分を表すので、詳述しない。
【００２６】
図１及び図２に図示の偏心多軸掘削機は、本発明の偏心多軸掘削機をシールド掘進機として具体化した例である。この偏心多軸掘削機は、すでに述べた従来の偏心多軸掘削機と同様、カッタビット８ａを取り付けるためのカッタフレーム８を備え、回転中心線ｘを中心にカッタ駆動装置９により回転駆動される回転軸１１と、この回転軸１１に偏心して配置されカッタフレーム８を駆動するカッタ駆動軸１５と、このカッタ駆動軸１５の一端部側を挿入するためのカッタ駆動軸挿入穴１２ａを有し回転軸１１と共に回転するロータ１２と、カッタ駆動軸１５の他端部側を挿入するためのカッタ駆動軸挿入穴６ａを有しカッタフレーム８側に設けられたカッタ駆動軸１５の取付部としての駆動軸ケース６とを３組具備していて、基本的な構造は、従来の偏心多軸掘削機と変わらない。
【００２７】
図示はされていないが、この偏心多軸掘削機は、配管用回転体ケース５’に納められた配管用回転体１０’、配管軸及び配管軸ケース７を１組備えていて、この点でも従来の偏心多軸掘削機と変わらない。従来の技術の項で述べたように、回転軸１１及びロータ１２は、カッタ駆動装置９の駆動力が伝達される動力伝達軸１３と共に、一個の回転体１０をなすように一体的に形成されて回転体ケース５に納められているとともに、回転軸１１は、ベアリングを介して旋回輪１４により回転可能に支持されている。この回転体１０を回転駆動するカッタ駆動装置９は、図３及び図５に図示した３本の油圧シリンダ９ａと、これらの各油圧シリンダ９ａの一端部を挟持する一対の山形状のブラケット９ｂと、これら一対のブラケット９ｂに固着され３個の回転体１０の動力伝達軸１３に相対回動可能に連結した三叉状の連結板９ｃとで構成されていて、従来の偏心多軸掘削機で採用されているものと構造に差はない。
【００２８】
この偏心多軸掘削機は、こうした構造を備えた偏心多軸掘削機において、その組立時に複数本のカッタ駆動軸１５をスムーズに取り付けられるようにし、しかも、カッタでの掘削時にカッタ駆動軸１５と軸受の接触部にかかる負荷を低減するようにしたものである。そのため、ロータ１２のカッタ駆動軸挿入穴１２ａにカッタ駆動軸１５の一端部側を挿入して揺動可能に支持するとともに、駆動軸ケース６のカッタ駆動軸挿入穴６ａにその穴壁に沿って球面軸受２０を設けて、このカッタ駆動軸挿入穴６ａにカッタ駆動軸１５の他端部側を挿入した状態で、この他端部側と球面軸受２０の間にカッタ駆動軸１５の揺動を許容する隙間δを形成が形成されるようにして、カッタ駆動軸１５の他端部側をカッタ駆動軸挿入穴６ａに揺動姿勢で挿入したときにカッタ駆動軸１５の他端部側を球面軸受２０により支持し得るように構成しており、この点に最大の特徴がある。
【００２９】
そこで、この点に関する技術内容を以下に具体的に説明する。
【００３０】
カッタ駆動軸１５の一端部側は、従来の偏心多軸掘削機と同様、ロータ１２のカッタ駆動軸挿入穴１２ａ内に、同挿入穴１２ａの全ての径方向に揺動させることができるようユニバーサルジョイント１６で支持している。このユニバーサルジョイント１６は、カッタ駆動軸１５の一端部に形成した球状部分１６ａと、カッタ駆動軸挿入穴１２ａ内に設けられこの球状部分１６ａと嵌め合うことができる凹球面を有する軸受部１６ｂとで構成されている。
【００３１】
ここに示す例では、カッタ駆動軸１５の一端部側をカッタ駆動軸挿入穴１２ａ内に揺動可能に支持する場合に、ユニバーサルジョイント１６により支持しているが、周知の自動調芯ころ軸受により支持してもよく、要は、カッタ駆動軸１５をカッタ駆動軸挿入穴１２ａの周囲の任意の方向に向けて揺動できるように支持する手段であれよい。また、カッタ駆動軸１５の一端部側をこのように揺動可能に支持する場合には、当然のことながら、カッタ駆動軸１５に加わるスラスト方向、反スラスト方向及びラジアル方向の荷重を受けることができるようにすることも必要である。
【００３２】
一方、駆動軸ケース６のカッタ駆動軸挿入穴６ａ内には、その穴壁に沿って球面軸受２０を取り付ける。この球面軸受２０は、カッタ駆動軸１５の他端部側をカッタ駆動軸挿入穴６ａへの挿入時に支持し凹球面上を滑動する環状の滑動体２０ａと、カッタ駆動軸挿入穴６ａの穴壁に取り付けられ、滑動体２０ａを嵌め込んで滑動可能に支持する滑動体２０ａよりも大径の環状の滑動体支持部材２０ｂとで構成されている。滑動体２０ａは、外周面が凸球面の一部をなすよう横断面円弧状に形成され、内周面が円筒状に形成されている。また、滑動体支持部材２０ｂは、外周面が駆動軸ケース６の内周面と密接するよう円筒状に形成され、内周面が凹球面の一部をなすよう横断面円弧状に形成されて滑動体２０ａの外周面と嵌め合うことができる形状をなしている。したがって、滑動体２０ａは、凸球面の中心を通る線を中心に任意の方向に揺動又は回転することができる。
【００３３】
このような球面軸受２０は、カッタ駆動軸挿入穴６ａに間隔を置いて駆動軸ケース６の前部及び後部に合計二つを設けて、これらの球面軸受２０により協働してカッタ駆動軸１５を支持し得るように構成している。その場合、図２（ａ）に示すように、カッタ駆動軸挿入穴６ａにカッタ駆動軸１５の他端部側を挿入した状態で、この他端部側と球面軸受２０の間にカッタ駆動軸１５の揺動を許容する隙間δが形成されるようにする。そして、図２（ｂ）に示すように、カッタ駆動軸１５の他端部側をカッタ駆動軸挿入穴６ａに適宜の揺動角度θで揺動させた状態で挿入したときに、カッタ駆動軸１５の他端部側を球面軸受２０によりこれに線接触させた状態で支持し得るようにする。以上のようなユニバーサルジョイント１６と球面軸受２０とによりカッタ駆動軸１５を支持する構造は、３本のカッタ駆動軸１５の全てについて採用する。
【００３４】
ここに示す例では、ロータ１２のカッタ駆動軸挿入穴１２ａにユニバーサルジョイント１６を設けてカッタ駆動軸１５の一端部側を揺動可能に支持するとともに、駆動軸ケース６のカッタ駆動軸挿入穴６ａに球面軸受２０を設けているが、カッタ駆動軸挿入穴６ａ側にユニバーサルジョイント１６を設けてカッタ駆動軸１５の他端部側を揺動可能に支持するとともに、カッタ駆動軸挿入穴１２ａ側に球面軸受２０を設けるようにすることもできる。
【００３５】
以上の構造を備えた偏心多軸掘削機においては、３本の各カッタ駆動軸１５の一端部側を、対応する各ロータ１２のカッタ駆動軸挿入穴１２ａに挿入してユニバーサルジョイント１６により揺動可能に支持するようにしているので、３本の各カッタ駆動軸１５の他端部側を、対応する各駆動軸ケース６のカッタ駆動軸挿入穴６ａに挿入する際、各カッタ駆動軸１５を適宜揺動させることにより、各カッタ駆動軸１５の他端をカッタ駆動軸挿入穴６ａの入口に合致させるように位置合わせすることができる。
【００３６】
そして、駆動軸ケース６のカッタ駆動軸挿入穴６ａにカッタ駆動軸１５の他端部側を挿入した状態で、この他端部側と球面軸受２０の間にカッタ駆動軸１５の揺動を許容する隙間δが形成されるようにしているので、カッタフレーム８をシールド本体１側に移動させることにより、前記の適宜揺動させた各カッタ駆動軸１５の他端部側を、対応する各駆動軸ケース６のカッタ駆動軸挿入穴６ａに差し込んで行くと、各カッタ駆動軸挿入穴６ａ内に無理なく同時に挿入することができる。その場合、カッタ駆動軸挿入穴６ａの球面軸受２０は、滑動体２０ａを適宜滑動させながらカッタ駆動軸１５の揺動姿勢に従うように作動するため、各カッタ駆動軸１５の他端部側を各カッタ駆動軸挿入穴６ａ内に従来の技術よりもスムーズに挿入することが可能となる。
【００３７】
各カッタ駆動軸１５の他端部側を各駆動軸ケース６のカッタ駆動軸挿入穴６ａ内に挿入すると、各カッタ駆動軸１５の他端部側は、各カッタ駆動軸挿入穴６ａに設けた球面軸受２０により支持されこととなる。こうして各カッタ駆動軸１５の他端部側を球面軸受２０で支持した後は、ユニバーサルジョイント１６でロータ１２のカッタ駆動軸挿入穴１２ａに支持したカッタ駆動軸１５の一端部側を揺動しないようにピン等で位置固定する。また、各駆動軸ケース６のカッタ駆動軸挿入穴６ａの開口やロータ１２のカッタ駆動軸挿入穴１２ａの開口を遮蔽してシール部材で密封し、掘削土砂等の異物がカッタ駆動軸挿入穴６ａ，１２ａ内に浸入しないようにする。
【００３８】
この状態において、各カッタ駆動軸１５の他端部側は、揺動不能な状態で球面軸受２０と線接触しているとともに、各駆動軸ケース６のカッタ駆動軸挿入穴６ａに対して相対的に回転できるように支持されている。したがって、カッタフレーム８を駆動して地山を掘削すると、カッタ駆動軸１５は、回転体１０の回転中心線ｘの周りを旋回しながら、カッタ駆動軸挿入穴６ａに対して相対的に回転するが、カッタ駆動軸１５は、従来の偏心多軸掘削機のように滑り軸受１７に点接触で支持されるのではなく、球面軸受２０に線接触で支持されながら相対的に回転するため、カッタでの掘削時すなわちカッタ駆動軸１５の回転時にカッタ駆動軸１５と軸受の接触部にかかる負荷を従来の偏心多軸掘削機と比べて低減することができる。その結果、従来の偏心多軸掘削機にみられたようなカッタ駆動軸１５と軸受の接触部における摩耗の進行や破損の発生を抑制することができる。
【００３９】
ここに示す例では、カッタ駆動軸挿入穴６ａに間隔を置いて球面軸受２０を駆動軸ケース６の前部及び後部にそれぞれ設けていて、カッタ駆動軸１５の他端部側を両球面軸受２０により協働して支持することができるため、カッタ駆動軸１５の他端部側を球面軸受２０に対し、間隔を置いた二個所で線接触させて確りと支持することができ、カッタ駆動軸１５と軸受の接触部にかかる負荷の低減効果をより確実に達成することができる。その結果、カッタ駆動軸１５と軸受の接触部における摩耗の進行や破損の発生も一層確実に抑制することができる。
【００４０】
ここでは、本発明の偏心多軸掘削機を、円形断面の穴を掘削するシールド掘進機として具体化した例を示したが、本発明は、楕円形、馬蹄形、略四角形等の任意の断面の穴を掘削するシールド掘進機にも適用することができ、さらには、シールド掘進機以外の横穴掘削用の地中掘削機や縦穴を掘削する地中掘削機にも適用することができる。ここに示す例では、回転軸１１、ロータ１２及び動力伝達軸１３を一個の回転体１０となるように一体的に形成しているが、これらのうちの所望のものを別個に形成して他と結合するようにしてもよい。また、ロータ１２はカッタ駆動軸１５を回転中心線ｘに対し偏心して取り付けることが可能であれば、必ずしも円筒状のものである必要はない。ここに示す例では、カッタ駆動装置を油圧シリンダ９ａを用いて複数の回転軸１１を同時に回転駆動できるように構成しているが、複数のモータにより各回転軸１１を個別的に回転駆動できるように構成してもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の偏心多軸掘削機は、「課題を解決するための手段」の項に示した手段を採用しているので、カッタ駆動軸の端部側をを軸受で支持する場合に、カッタ駆動軸の端部側を球面軸受により線接触するように支持することができて、カッタでの掘削時にカッタ駆動軸とこれを支持する軸受の接触部にかかる負荷を低減することができる。その結果、そのカッタ駆動軸と軸受の接触部における摩耗の進行や破損の発生を抑制することができる。また、偏心多軸掘削機を組み立てるため、一方の端部側を揺動可能に支持した各カッタ駆動軸の他方の端部側を、対応する各カッタ駆動軸挿入穴に揺動させた姿勢で挿入する場合、そのカッタ駆動軸挿入穴の球面軸受がカッタ駆動軸の揺動姿勢に従うように作動するため、各カッタ駆動軸の他方の端部側を各カッタ駆動軸挿入穴内に従来の技術よりもスムーズに挿入することが可能となる。
【００４２】
本発明の偏心多軸掘削機を具体化する場合、特に、特許請求の範囲の請求項２に記載のように具体化すれば、カッタ駆動軸の端部側を、間隔を置いた二つの球面軸受により協働して支持することができるため、カッタ駆動軸の端部側を球面軸受に対し、間隔を置いた二個所で線接触させて確りと支持することができ、カッタ駆動軸と軸受の接触部にかかる負荷の低減効果をより確実に達成することができる。その結果、カッタ駆動軸と軸受の接触部における摩耗の進行や破損の発生も一層確実に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の具体化例に係る偏心多軸掘削機の要部の構造を示す縦断面図である。
【図２】本発明の具体化例に係る偏心多軸掘削機におけるカッタ駆動軸用軸受の近辺を概念的に示す拡大断面図であり、（ａ）はカッタ駆動軸が中立状態にあるときの図、（ｂ）はカッタ駆動軸が傾斜した状態にあるときの図である。
【図３】従来の偏心多軸掘削機の全体像を概略的に示す縦断面図である。
【図４】図３の偏心多軸掘削機の正面図である。
【図５】図３の偏心多軸掘削機におけるカッタ駆動装置部の背面図である。
【図６】カッタフレームの駆動時の軌跡を併記した図３と同様の図である。
【図７】カッタフレームの駆動時の軌跡を併記した図４と同様の図である。
【図８】従来の偏心多軸掘削機におけるカッタ駆動軸用軸受の近辺を概念的に示す拡大断面図であり、（ａ）はカッタ駆動軸が中立状態にあるときの図、（ｂ）はカッタ駆動軸が傾斜した状態にあるときの図である。
【符号の説明】
１　　シールド本体
５　　回転体ケース
６　　駆動軸ケース
６ａ　（駆動軸ケース６の）カッタ駆動軸挿入穴
８　　カッタフレーム
８ａ　カッタビット
９　　カッタ駆動装置
１０　　回転体
１１　　回転軸
１２　　ロータ
１２ａ　（ロータ１２の）カッタ駆動軸挿入穴
１３　　動力伝達軸
１４　　旋回輪
１５　　カッタ駆動軸
１６　　ユニバーサルジョイント
２０　　球面軸受
２０ａ　滑動体
２０ｂ　滑動体支持部材
【図１】
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【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】
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【図８】
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