(57)【要約】【課題】排土量の大幅な変更を高回転化・大径化・複数化以外手法で可能とし、密閉掘削と開放掘削とを切り替えるトンネル掘削機の排土装置として好適な親子スクリュコンベヤを提供する。【解決手段】小径の子スクリュコンベヤ１０と、その外周を覆うように同芯的に配置された大径の親スクリュコンベヤ１１と、それら子スクリュコンベヤ１０と親スクリュコンベヤ１１とを選択的に駆動する駆動手段１２とを備えた親子スクリュコンベヤ１。子スクリュコンベヤ１０は、筒状の子ケーシング１３と、子ケーシング１３内に回転可能に収容された螺旋状の子フライト１４とを有し、親スクリュコンベヤ１１は、子ケーシング１３の外周面に装着された螺旋状の親フライト１８と、親フライト１８を回転可能に囲繞する筒状の親ケーシング１９とを有し、駆動手段１２は、親フライト１８を親ケーシング１９に対して回転駆動する親駆動部２４と、子フライト４を子ケーシング１３に対して回転駆動する子駆動部２５と、それら親駆動部２４および子駆動部２５のいずれか一方を駆動する切替部２６とを有する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
小径の子スクリュコンベヤと、その外周を覆うように同芯的に配置された大径の親スクリュコンベヤと、それら子スクリュコンベヤと親スクリュコンベヤとを選択的に駆動する駆動手段とを備えたことを特徴とする親子スクリュコンベヤ。
【請求項２】
上記子スクリュコンベヤは、筒状の子ケーシングと、該子ケーシング内に回転可能に収容された螺旋状の子フライトとを有し、上記親スクリュコンベヤは、上記子ケーシングの外周面に装着された螺旋状の親フライトと、該親フライトを回転可能に囲繞する筒状の親ケーシングとを有する請求項１記載の親子スクリュコンベヤ。
【請求項３】
上記駆動手段は、上記親フライトを上記親ケーシングに対して回転駆動する親駆動部と、上記子フライトを上記子ケーシングに対して回転駆動する子駆動部と、それら親駆動部および子駆動部のいずれか一方を駆動する切替部とを有する請求項２記載の親子スクリュコンベヤ。
【請求項４】
上記子フライトは、その螺旋方向が親フライトの螺旋方向とは逆方向に設定された請求項２〜３記載の親子スクリュコンベヤ。
【請求項５】
上記親子スクリュコンベヤは、密閉掘削と開放掘削とが切替可能なトンネル掘削機の排土装置として用いられ、密閉掘削時には子スクリュコンベヤのみを駆動し、開放掘削時には親スクリュコンベヤのみを駆動するものである請求項１〜４記載の親子スクリュコンベヤ。
【請求項６】
小径の子スクリュコンベヤと、その外周を覆うように同芯的に配置された大径の親スクリュコンベヤと、上記子スクリュコンベヤを駆動する子駆動部と、該子駆動部とは別個独立に上記親スクリュコンベヤを駆動する親駆動部とを備えたことを特徴とする親子スクリュコンベヤ。
【請求項７】
上記子スクリュコンベヤは、筒状に形成された後部子ケーシングと、該後部子ケーシングの前に相対回転可能に配置された前部子ケーシングと、それら前部子ケーシングおよび後部子ケーシング内に回転可能に収容された螺旋状の子フライトとを有し、上記親スクリュコンベヤは、上記前部子ケーシングの外周面に装着された螺旋状の親フライトと、該親フライトを回転可能に囲繞する筒状の親ケーシングとを有し、上記子駆動部は、上記子フライトを上記後部子ケーシングに対して回転駆動するものであり、上記親駆動部は、上記親フライトを上記親ケーシングに対して回転駆動するものである請求項６記載の親子スクリュコンベヤ。
【請求項８】
上記子スクリュコンベヤは、筒状に形成された子ケーシングと、該子ケーシング内に回転可能に収容された螺旋状の子フライトとを有し、上記親スクリュコンベヤは、上記子ケーシングの外周面に回転可能に被嵌された筒状の内側親ケーシングと、該内側親ケーシングの外周面に装着された螺旋状の親フライトと、該親フライトを回転可能に囲繞する筒状の外側親ケーシングとを有し、上記子駆動部は、上記子フライトを上記子ケーシングに対して回転駆動するものであり、上記親駆動部は、上記親フライトを上記外側親ケーシングに対して回転駆動するものである請求項６記載の親子スクリュコンベヤ。
【請求項９】
上記子スクリュコンベヤは、筒状に形成された子ケーシングと、該子ケーシング内に回転可能に収容された螺旋状の子フライトとを有し、上記親スクリュコンベヤは、上記子ケーシングの外周面に回転可能に被嵌されたリボン螺旋状の親フライトと、該親フライトを回転可能に囲繞する筒状の親ケーシングとを有し、上記子駆動部は、上記子フライトを上記子ケーシングに対して回転駆動するものであり、上記親駆動部は、上記親フライトを上記親ケーシングに対して回転駆動するものである請求項６記載の親子スクリュコンベヤ。
【請求項１０】
上記親子スクリュコンベヤは、密閉掘削と開放掘削とが切替可能なトンネル掘削機の排土装置として用いられ、密閉掘削時には子スクリュコンベヤのみを駆動し、開放掘削時には少なくとも親スクリュコンベヤを駆動するものである請求項６〜９記載の親子スクリュコンベヤ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排土量の大幅な変更が可能な親子スクリュコンベヤに係り、特に、密閉掘削と開放掘削とを切り替えるトンネル掘削機の排土装置として用いるのに好適な親子スクリュコンベヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７に示すように、密閉掘削と開放掘削とが切替可能なトンネル掘削機ａが知られている。このトンネル掘削機ａは、筒状のシールドフレームｂと、その内部を前後に仕切る隔壁ｃと、隔壁ｃの開口ｄに挿入されたベルトコンベヤｅと、隔壁ｃに装着されたスクリュコンベヤｆと、隔壁ｃに回転可能に装着されモータｇで回転駆動されるカッタｈと、カッタｈの裏面に設けられたバケットｉとを有する。
【０００３】
密閉掘削時には、ベルトコンベヤｅを隔壁ｃの開口ｄから引き抜き、その開口ｄに、図示しない蓋を装着する。これにより、土砂取込室ｊと坑内ｋとは、隔壁ｃによって切り離される。そして、スクリュコンベヤｆを排土口ｍを開閉制御しながら運転することで、土砂取込室ｊの土圧水圧を所定圧力に維持して切羽ｎの安定を図りつつ、土砂取込室ｊ内の土砂をスクリュコンベヤｆによって排土する。
【０００４】
開放掘削時には、上記蓋を取り外し、その開口ｄにベルトコンベヤｅを挿入する。その状態で、カッタｈを回転させる。すると、土砂取込室ｊの底部の土砂は、バケットｉで掬い上げられて上部にて落荷され、上記ベルトコンベヤｅ上に移され、排土される。かかる開放掘削は、地下水がなく切羽ｎの崩落のない安定した地山にてなされ、切羽ｎを大気開放圧（トンネル坑内ｋと同圧力）とする。
【０００５】
開放掘削時には、密閉掘削時よりも排土量が多くなる。このため、開放掘削時に、ベルトコンベヤｅを用い、排土量の大幅な増加に対応しているのである（ベルトコンベヤは一般にスクリュコンベヤよりも排土能力が大きい）。しかし、かかるタイプでは、開放掘削と密閉掘削とを切り替えるときに、その都度ベルトコンベヤｅを隔壁ｃの開口ｄに対して着脱する必要があり、作業効率が悪い。
【０００６】
そこで、上記ベルトコンベヤｅの代わりに、スクリュコンベヤ（図示せず）を隔壁ｃに常設し、そのスクリュコンベヤで開放掘削時の排土を行うものが開発されている（特許文献１参照）。しかし、かかるタイプでは、スクリュコンベヤが常に隔壁ｃに装着された状態となっているため、そのスクリュコンベヤによってトンネル掘削機内の作業スペースが侵食され、作業性の悪化を招く可能性がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−３３０６９０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
他方、密閉掘削から開放掘削への切替時の排土量の増加に対応する別のシステムとして、図７に示すベルトコンベヤｅを省略してその開口ｄを塞ぎ、▲１▼スクリュコンベヤｆの回転速度を高くして排土量を増加する、▲２▼スクリュコンベヤｆの径を大きくして排土量を増加する、▲３▼スクリュコンベヤｆを複数本並設して排土量を増加する、等の対策も考えられる。
【０００９】
しかし、▲１▼スクリュコンベヤｆの回転速度を速くすると、フライトｐとケーシングｑとの摩耗の問題が生じる。▲２▼スクリュコンベヤｆを大径化すると、密閉掘削時に微妙な排土量制御が困難となり、切羽ｎの安定化を図ることが困難となる。▲３▼スクリュコンベヤｆを複数本並設すると、特許文献１に記載のタイプと同様に機内スペースに制約が生じ、また、いずれかのスクリュコンベヤを最も排土に有効な隔壁の中央下部に設置すると、残りのスクリュコンベヤをそれ以外の箇所に設置しなければならず、効率が悪い。
【００１０】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、排土量の大幅な変更を高回転化・大径化・複数化以外手法で可能とし、密閉掘削と開放掘削とを切り替えるトンネル掘削機の排土装置として好適な親子スクリュコンベヤを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために第１の発明に係る親子スクリュコンベヤは、小径の子スクリュコンベヤと、その外周を覆うように同芯的に配置された大径の親スクリュコンベヤと、それら子スクリュコンベヤと親スクリュコンベヤとを選択的に駆動する駆動手段とを備えたものである。
【００１２】
上記子スクリュコンベヤは、筒状の子ケーシングと、該子ケーシング内に回転可能に収容された螺旋状の子フライトとを有し、上記親スクリュコンベヤは、上記子ケーシングの外周面に装着された螺旋状の親フライトと、該親フライトを回転可能に囲繞する筒状の親ケーシングとを有するものであってもよい。
【００１３】
上記駆動手段は、上記親フライトを上記親ケーシングに対して回転駆動する親駆動部と、上記子フライトを上記子ケーシングに対して回転駆動する子駆動部と、それら親駆動部および子駆動部のいずれか一方を駆動する切替部とを有するものであってもよい。
【００１４】
上記子フライトは、その螺旋方向が親フライトの螺旋方向とは逆方向に設定されていてもよい。
【００１５】
上記親子スクリュコンベヤは、密閉掘削と開放掘削とが切替可能なトンネル掘削機の排土装置として用いられ、密閉掘削時には子スクリュコンベヤのみを駆動し、開放掘削時には親スクリュコンベヤのみを駆動するものであってもよい。
【００１６】
また、第２の発明に係る親子スクリュコンベヤは、小径の子スクリュコンベヤと、その外周を覆うように同芯的に配置された大径の親スクリュコンベヤと、上記子スクリュコンベヤを駆動する子駆動部と、該子駆動部とは別個独立に上記親スクリュコンベヤを駆動する親駆動部とを備えたものである。
【００１７】
上記子スクリュコンベヤは、筒状に形成された後部子ケーシングと、該後部子ケーシングの前に相対回転可能に配置された前部子ケーシングと、それら前部子ケーシングおよび後部子ケーシング内に回転可能に収容された螺旋状の子フライトとを有し、上記親スクリュコンベヤは、上記前部子ケーシングの外周面に装着された螺旋状の親フライトと、該親フライトを回転可能に囲繞する筒状の親ケーシングとを有し、上記子駆動部は、上記子フライトを上記後部子ケーシングに対して回転駆動するものであり、上記親駆動部は、上記親フライトを上記親ケーシングに対して回転駆動するものであってもよい。
【００１８】
上記子スクリュコンベヤは、筒状に形成された子ケーシングと、該子ケーシング内に回転可能に収容された螺旋状の子フライトとを有し、上記親スクリュコンベヤは、上記子ケーシングの外周面に回転可能に被嵌された筒状の内側親ケーシングと、該内側親ケーシングの外周面に装着された螺旋状の親フライトと、該親フライトを回転可能に囲繞する筒状の外側親ケーシングとを有し、上記子駆動部は、上記子フライトを上記子ケーシングに対して回転駆動するものであり、上記親駆動部は、上記親フライトを上記外側親ケーシングに対して回転駆動するものであってもよい。
【００１９】
上記子スクリュコンベヤは、筒状に形成された子ケーシングと、該子ケーシング内に回転可能に収容された螺旋状の子フライトとを有し、上記親スクリュコンベヤは、上記子ケーシングの外周面に回転可能に被嵌されたリボン螺旋状の親フライトと、該親フライトを回転可能に囲繞する筒状の親ケーシングとを有し、上記子駆動部は、上記子フライトを上記子ケーシングに対して回転駆動するものであり、上記親駆動部は、上記親フライトを上記親ケーシングに対して回転駆動するものであってもよい。
【００２０】
上記親子スクリュコンベヤは、密閉掘削と開放掘削とが切替可能なトンネル掘削機の排土装置として用いられ、密閉掘削時には子スクリュコンベヤのみを駆動し、開放掘削時には少なくとも親スクリュコンベヤを駆動するものであってもよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を添付図面に基いて説明する。
【００２２】
図６に本実施形態に係る親子スクリュコンベヤ１が備えられたトンネル掘削機２を示す。
【００２３】
図示するように、このトンネル掘削機２は、筒状のシールドフレーム３と、その内部を前後に仕切る隔壁４と、隔壁４に回転可能に装着されたカッタ５と、カッタ５を回転駆動するモータ６とを備える。カッタ５によって切削された土砂は、一旦、隔壁４の前方の土砂取込室７内に取り込まれ、隔壁４に取り付けられた親子スクリュコンベヤ１によって坑内８側に排土される。
【００２４】
親子スクリュコンベヤ１は、密閉掘削と開放掘削とを切り替える。密閉掘削とは、土砂取込室７内の土圧水圧を所定圧力に維持しつつ排土を行って切羽９の安定を図る掘削方式をいい、開放掘削とは、地下水がなく切羽９の崩落のない安定した地山にてなされるものであって、切羽９を大気開放圧（トンネル坑内８と同圧力）の状態として土砂取込室７内を排土する掘削方式をいう。
【００２５】
親子スクリュコンベヤ１の詳細を図１を用いて説明する。
【００２６】
図示するように、この親子スクリュコンベヤ１は、小径の子スクリュコンベヤ１０と、その外周を覆うように同芯的に配置された大径の親スクリュコンベヤ１１と、それら子スクリュコンベヤ１０と親スクリュコンベヤ１１とを選択的に駆動する駆動手段１２とを備える。
【００２７】
子スクリュコンベヤ１０は、筒状の子ケーシング１３と、子ケーシング１３内に回転可能に収容された螺旋状の子フライト１４と、子フライト１４が装着されたセンタシャフト１５とを有する。子ケーシング１３は、その前端に形成された開口１６と、後端に設けられた蓋１７とを有する。センタシャフト１５は、蓋１７に軸支されている。
【００２８】
親スクリュコンベヤ１１は、子ケーシング１３の外周面に装着された螺旋状の親フライト１８と、親フライト１８を回転可能に囲繞する筒状の親ケーシング１９とを有する。親ケーシング１９は、その前端に形成された開口２０と、後端に設けられた蓋２１とを有し、隔壁４（固定系）に装着されている。蓋２１には、子ケーシング１３が貫通する穴２２が形成され、穴２２には、軸受・シール２３が設けられている。
【００２９】
駆動手段１２は、親フライト１８を親ケーシング１９に対して回転駆動する親駆動部２４と、子フライト１４を子ケーシング１３に対して回転駆動する子駆動部２５と、それら親駆動部２４および子駆動部２５のいずれか一方を駆動する切替部２６とを有する。
【００３０】
親駆動部２４は、親フライト１８の後端部の外周縁に被嵌固定された駆動筒２７と、駆動筒２７の外周面に固設された外歯ギヤ２８と、外歯ギヤ２８に噛合するピニオン２９と、ピニオン２９を回転駆動する親モータ３０（油圧式）とを有する。駆動筒２７および外歯ギヤ２８は、親ケーシング１９の後端側部に設けられたギヤケース３１内に収容され、回転可能に支持されている。親モータ３０は、外歯ギヤ８の周方向に所定間隔を隔てて複数配置され、ギヤケース３１に装着されている。
【００３１】
子駆動部２５は、子ケーシング１３の後端の蓋１７に装着された子モータ３２（油圧式）からなる。子モータ３２は、センタシャフト１５を子ケーシング１３に対して回転駆動する。子モータ３２と親モータ３０とは、切替部２６に接続され、いずれか一方のみが選択的に駆動される。
【００３２】
親ケーシング１９には、親駆動部２４より前方に位置させて、親排土口３３が形成されている。親排土口３３には、開閉蓋３４がスライド自在に装着されており、開閉蓋３４には、アクチュエータとしてのジャッキ３５が連結されている。
親排土口３３より後方の親フライト１８には、土砂を前方に圧送して圧密を回避するため、螺旋方向が逆に形成された逆フライト１８ａが設けられている。
【００３３】
子ケーシング１３の後部には、子排土口３６が形成されている。子排土口３６には、開閉蓋３７がスライド自在に装着されており、開閉蓋３７には、アクチュエータとしてのジャッキ３８が連結されている。
【００３４】
以上の構成からなる本実施形態の作用を述べる。
【００３５】
図６に示すトンネル掘削機２が密閉掘削する場合には、図１に示す親排土口３３を開閉蓋３４で全閉とし、切替部２６によって、親モータ３０を停止すると共に子モータ３２のみを駆動する。すると、親フライト１８が停止した状態で、子フライト１４が子ケーシング１３に対して回転駆動される。
【００３６】
子フライト１４の回転に伴って、土砂取込室７内の土砂は、子ケーシング１３内を軸方向に搬送され、子排土口３６から排土される。このとき、子排土口３６の開口面積を開閉蓋３７で調節することで、土砂取込室７の土圧水圧を所定圧力に保って切羽９の安定を図りつつ、土砂取込室７内の土砂を排土できる。
【００３７】
子ケーシング１３および子フライト１４の直径は、密閉掘削時の排土量に好適な寸法に設定されている。よって、土砂取込室７すなわち切羽９の土圧水圧を細かく微妙に制御できる。また、子フライト１４の回転速度は、密閉掘削時の排土量に好適な速度に設定されている。よって、子フライト１４と子ケーシング１３との摩耗を抑制できる。
【００３８】
なお、このとき子ケーシング１３は、子フライト１４の回転に伴って連れ廻ろうとするが、かかる子ケーシング１３の連れ廻りは、親フライト１８、駆動筒２７、外歯ギヤ２８およびピニオン２９を介し、停止状態の親モータ３０によって抑えられる。よって、親モータ３０には、回転軸をロックするブレーキ機構を設けることが好ましい。
【００３９】
他方、開放掘削する場合には、先ず、図１に示す子モータ３２に接続された配線（切替部２６に繋がれた配線等）および配管（子モータ３２の駆動用油圧配管等）を取り外す。そして、子排土口３６を開閉蓋３７で全閉とし、切替部２６によって、子モータ３２を停止すると共に親モータ３０のみを駆動する。すると、親フライト１８が親ケーシング１９に対して回転駆動される。
【００４０】
親フライト１８の回転に伴って、土砂取込室７内の土砂は、親ケーシング１９内を軸方向に搬送され、親排土口３３から排土される。かかる開放掘削時には、排土量が密閉掘削時よりも増大するが、親スクリュコンベヤ１１の方が子スクリュコンベヤ１０よりも直径が大きく排土量も大きいため、問題なく排土できる。
また、開放掘削時には、切羽９が大気開放圧（トンネル坑内８と同圧力）となるので、親排土口３３を開閉蓋３４で覆うことなく全開とする。
【００４１】
なお、このとき親フライト１８が装着された子ケーシング１３も回転し、子ケーシング１３内の子フライト１４も回転するが、子ケーシング１３と子フライト１４とは一体的に回転するので、土砂が子ケーシング１３内を搬送されることは殆どない。すなわち、一般にスクリュコンベヤは、フライトがケーシング内を相対的に回転することで土砂を搬送するものなので、上述のように子ケーシング１３と子フライト１４とが一体的に回転した場合には、土砂は殆ど搬送されないのである。
【００４２】
但し、万一、土砂が子ケーシング１３内を搬送された場合を考慮して、子排土口３６は開閉蓋３７で閉じておくことが好ましい。搬送された土砂が子ケーシング１３の回転に伴って子排土口３６から径方向外方に飛び散ることを防止するためである。また、子モータ３２に接続されていた上記配線および配管が予め取り外されているので、子ケーシング１３が回転しても、それら配線および配管の捩れの問題が生じることはない。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態に係る親子スクリュコンベヤ１によれば、切羽９の土圧管理が必要な密閉掘削モード（シールドモード）と、高排土能力が必要な開放掘削モード（オープンモード）とを、シールドフレーム２内において子モータ３２の配線および配管を着脱し、子モータ３２と親モータ３０との運転を切り替えるのみで、容易に変更できる。よって、地山条件に影響を受けることなく短時間かつ安全に、密閉掘削モードと開放掘削モードとを切り替えることができる。
【００４４】
また、上記親子スクリュコンベヤ１は、子ケーシング１３および子フライト１４のサイズ（直径等）を密閉掘削モード時の切羽９の排土管理に好適な寸法に設定すれば、子ケーシング１３の外周面に被嵌される親フライト１８および親ケーシング１９のサイズ（直径等）が必然的に子フライト１４および子ケーシング１３よりも大型化する。
【００４５】
よって、親ケーシング１９の断面積から子ケーシング１３の断面積を減じた面積（ドーナッツ状の面積）を、子ケーシング１３の断面積（円形面積）よりも大きく設定することで、開放掘削モード時には自動的に高排土能力を発揮する。よって、この親子スクリュコンベヤ１は、切羽９の土圧管理が必要な密閉掘削モードと、高排土能力が必要な開放掘削モードとを、寸法的必然性から両立できる。
【００４６】
また、この親子スクリュコンベヤ１は、子スクリュコンベヤ１０と親スクリュコンベヤ１１とを同芯的に配置した二重構造なので、その設置場所を排土に好適な隔壁４の下部中央に設定できる。よって、密閉掘削モード時および開放掘削モード時にかかわりなく、常に、隔壁４の下部中央から土砂を取り込むことができ、良好な土砂取込性を発揮できる。また、親子スクリュコンベヤ１を上記隔壁４の下部中央に取り付けることは、シールドフレーム２内の作業スペースを確保する上でも有利となる。
【００４７】
なお、上記親子スクリュコンベヤ１は、密閉掘削時に子スクリュコンベヤ１０を駆動し、開放掘削時に親スクリュコンベヤ１１を駆動する使用方法に限られることはなく、例えば、密閉掘削時に急にそれ以前よりも地山が軟らかくなって排土量が増加した場合には、密閉掘削時においても子スクリュコンベヤ１０から親スクリュコンベヤ１１へ運転を切り替えて排土量の増加を図ってもよい。この場合であっても、親排土口３３の開口面積を開閉蓋３４で調節することで、切羽９の土圧水圧管理が行える。
【００４８】
別の実施形態を図２に示す。
【００４９】
図示するようにこの実施形態は、前実施形態と基本的な構成を同一とし、子フライト１４ａの螺旋方向を前実施形態と逆方向とした点のみが異なっている。よって、同一の部品には同一の符号を付して説明を省略し、相違点である子フライト１４ａについてのみ説明する。
【００５０】
本実施形態に係る親子スクリュコンベヤ１ａの子フライト１４ａの螺旋方向は、親フライト１８の螺旋方向とは逆方向となっている。このため、開放掘削時に、親フライト１８が土砂を後方へ圧送する方向に回転駆動されるとき、子ケーシング１３を介して子フライト１４ａが、土砂を前方に押し出す方向に回転されることになる。よって、子スクリュコンベヤ１０内の土砂閉塞を確実に防止できる。
【００５１】
すなわち、図１に示すように子フライト１４の螺旋方向が親フライト１８の螺旋方向と同方向であると、親フライト１８が土砂を後方へ圧送する方向に回転駆動されるとき、子ケーシング１３を介して子フライト１４も土砂を後方に圧送する方向に回転することになるため、子ケーシング１３内に入り込んだ土砂が排出されず、子スクリュコンベヤ１０内にて土砂閉塞が生じる可能性がある。
【００５２】
そこで、本実施形態では、図２に示すように、子フライト１４ａの螺旋方向を親フライト１８の螺旋方向とは逆方向に設定し、親フライト１８の回転駆動時に子ケーシング３内に入り込んだ土砂を積極的に前方に押し出し、子スクリュコンベヤ１０の土砂閉塞を防止しているのである。なお、かかる土砂閉塞が生じると、子スクリュコンベヤ１０が使用不能となり、密閉掘削モードに移行できない虞がある。
【００５３】
別の実施形態を図３に示す。
【００５４】
図示するように、この実施形態に係る親子スクリュコンベヤ１ｂは、小径の子スクリュコンベヤ４０と、その外周を覆うように同芯的に配置された大径の親スクリュコンベヤ４１と、子スクリュコンベヤ４０を駆動する子駆動部４２と、子駆動部４２とは別個独立に親スクリュコンベヤ４１を駆動する親駆動部４３とを備える。
【００５５】
子スクリュコンベヤ４０は、筒状に形成された前部子ケーシング４４と、前部子ケーシング４４の後に相対回転可能に直列配置された筒状の後部子ケーシング４５と、それら前部子ケーシング４４および後部子ケーシング４５内に回転可能に収容された螺旋状の子フライト４６と、子フライト４６が装着されたセンタシャフト４７とを有する。
【００５６】
前部子ケーシング４４と後部子ケーシング４５とは、回転継手４８を介して相対回転可能に接続されている。回転継手４８は、前部子ケーシング４４の後端側部に設けられたフランジ４９と、後部子ケーシング４５の前端側部に設けられ上記フランジ４９と相対回転可能に係合する溝が形成されたブロック５０とを有する。フランジ４９とブロック５０との間には、径方向および軸方向に軸受やシールが介設されている。また、後部子ケーシング４５は、その後端に蓋５１を有する。センタシャフト４７は、蓋５１に軸支されている。
【００５７】
親スクリュコンベヤ４１は、前部子ケーシング４４の外周面に装着された螺旋状の親フライト５２と、親フライト５２を回転可能に囲繞する筒状の親ケーシング５３とを有する。親ケーシング５３は、隔壁４（固定系）に装着されており、後端に蓋５４を有する。蓋５４には、前部子ケーシング４４が回転可能に貫通する穴５５が形成され、穴５５には、軸受・シール５６が設けられている。親ケーシング５３とブロック５０とは、ブラケット５７によって連結されており、後部子ケーシング４５が廻り止めされている。
【００５８】
親駆動部４３は、親フライト５２の後端部の外周縁に被嵌固定された駆動筒５８と、駆動筒５８の外周面に固設された外歯ギヤ５９と、外歯ギヤ５９に噛合するピニオン６０と、ピニオン６０を回転駆動する親モータ６１（油圧式）とを有する。駆動筒５８および外歯ギヤ５９は、親ケーシング５３の後端側部に設けられたギヤケース６２内に収容され、回転可能に支持されている。親モータ６１は、外歯ギヤ５９の周方向に所定間隔を隔てて複数配置され、ギヤケース６２に装着されている。
【００５９】
子駆動部４２は、後部子ケーシング４５の後端の蓋５１に装着された子モータ６３（油圧式）からなる。子モータ６３は、センタシャフト４７を回転駆動する。
【００６０】
親ケーシング５３には、親駆動部４３より前方に位置させて、親排土口６４が形成されている。親排土口６４には、開閉蓋６５がスライド自在に装着されており、開閉蓋６５には、アクチュエータとしてのジャッキ６６が連結されている。
親排土口６４より後方の親フライト５２には、土砂を前方に圧送して圧密を回避するため、螺旋方向が逆に形成された逆フライト５２ａが設けられている。
【００６１】
後部子ケーシング４５の後部には、子排土口６７が形成されている。子排土口６７には、開閉蓋６８がスライド自在に装着されており、開閉蓋６８には、アクチュエータとしてのジャッキ６９が連結されている。
【００６２】
以上の構成からなる本実施形態の作用を述べる。
【００６３】
密閉掘削する場合には、親排土口６４を開閉蓋６５で全閉とし、親モータ６１を停止し子モータ６３を駆動する。すると、親フライト５２が停止した状態で、子フライト４６が後部子ケーシング４５に対して回転駆動される。子フライト４６の回転に伴って、土砂取込室７内の土砂は、前部子ケーシング４４および後部子ケーシング４５内を軸方向に搬送され、子排土口６７から排土される。そして、子排土口６７の開口面積を開閉蓋６８で調節することで、土砂取込室７の土圧水圧を所定圧力に保って切羽９の安定を図りつつ、土砂取込室７内の土砂を排土できる。
【００６４】
なお、このとき前部子ケーシング４４は、子フライト４６の回転に伴って連れ廻ろうとするが、かかる前部子ケーシング４４の連れ廻りは、親フライト５２、駆動筒５８、外歯ギヤ５９およびピニオン６０を介し、停止状態の親モータ６１によって抑えられる。よって、親モータ６１には、回転軸をロックするブレーキ機構を設けることが好ましい。
【００６５】
他方、開放掘削する場合には、子モータ６３を停止し親モータ６１を駆動する。すると、子フライト４６が停止した状態で、親フライト５２が親ケーシング５３に対して回転駆動される。親フライト５２の回転に伴って、土砂取込室７内の土砂は、親ケーシング５３内を軸方向に搬送され、親排土口６４から排土される。
【００６６】
開放掘削時には、切羽９が大気開放圧（トンネル坑内８と同圧力）となるので、親排土口６４を開閉蓋６５で覆うことなく全開状態とする。かかる開放掘削時には、排土量が密閉掘削時よりも増大するが、親スクリュコンベヤ４１の方が子スクリュコンベヤ４０よりも直径が大きく、排土量を図１の実施形態と同様に大きくできるため、問題なく排土できる。
【００６７】
なお、このとき子フライト４６は、親フライト５２が装着された前部子ケーシング４４の回転に伴って連れ廻ろうとするが、かかる子フライト４６の連れ廻りは、センタシャフト４７を介して停止状態の子モータ６３によって抑えられる。
よって、子モータ６３には、回転軸をロックするブレーキ機構を設けることが好ましい。
【００６８】
また、開放掘削する場合には、子モータ６３および親モータ６１の双方を駆動してもよい。こうすれば、子フライト６３が後部子ケーシング４５に対して回転し、親フライト５２が親ケーシング５３に対して回転する。このとき、親フライト５３が装着された前部子ケーシング４４は、ブラケット５７で回転止めされた後部子ケーシング４５に対し、回転継手４８を介して回転する。
【００６９】
後部子ケーシング４５は、ブラケット５７を介して親ケーシング５３と連結されて回り止めされている。よって、後部子ケーシング４５に設けた子排土口６７が回転することはなく、子排土口６７から適切に排土できる。また、親ケーシング５３に設けた親排土口６４も回転しないので、そこから適切に排土できる。従って、子スクリュコンベヤ４０と親スクリュコンベヤ４１との双方によって排土でき、排土量が大幅に向上する。
【００７０】
ここで、図例では、子フライト４６の螺旋方向を親フライト５２の螺旋方向と逆方向に設定しているので、排土のときに子フライト４６と親フライト５２とは相互に逆方向に回転される。この結果、親フライト５２が装着された前部子ケーシング４４と子フライト４６とが、相互に逆方向に回転されることになる。
【００７１】
このため、前部子ケーシング４４と子フライト４６との相対速度差が大きくなり、子スクリュコンベヤ４０の排土能力が図１の実施形態よりも向上する。また、逆に考えれば、子フライト４６の回転速度を略半減させても、子スクリュコンベヤ４０の排土能力を図１の実施形態と略同等とできる。
【００７２】
なお、密閉掘削時に、急にそれ以前よりも地山が軟らかくなって排土量が増加した場合には、密閉掘削時においても、子フライト４６を停止させ親フライト５２を駆動させてもよい。この場合であっても、親排土口６４の開口面積を開閉蓋６５で調節することで、切羽９の土圧水圧管理が行える。また、密閉掘削時に排土量が大幅に増加した場合には、子フライト４６と親フライト５２との双方を駆動してもよい。
【００７３】
別の実施形態を図４に示す。
【００７４】
図示するように、この親子スクリュコンベヤ１ｃは、小径の子スクリュコンベヤ７０と、その外周を覆うように同芯的に配置された大径の親スクリュコンベヤ７１と、子スクリュコンベヤ７０を駆動する子駆動部７２と、子駆動部７２とは別個独立に親スクリュコンベヤ７１を駆動する親駆動部７３とを備える。
【００７５】
子スクリュコンベヤ７０は、筒状に形成された子ケーシング７４と、子ケーシング７４内に回転可能に収容された螺旋状の子フライト７５と、子フライト７５が装着されたセンタシャフト７６とを有する。子ケーシング７４は、その後端に蓋７７を有する。蓋７７には、センタシャフト７６が軸支されている。
【００７６】
親スクリュコンベヤ７１は、子ケーシング７４の外周面に回転可能に被嵌された筒状の内側親ケーシング７８と、内側親ケーシング７８の外周面に装着された螺旋状の親フライト７９と、親フライト７９を回転可能に囲繞する筒状の外側親ケーシング８０とを有する。外側親ケーシング８０は、隔壁４（固定系）に装着されており、後端に蓋８１を有する。
【００７７】
蓋８１には、内側親ケーシング７８が回転可能に貫通する穴８２が形成され、穴８２には、軸受・シール８３が設けられている。また、内側親ケーシング７８と子ケーシング７４との間にも、軸受８４やシール８５が設けられている。そして、外側親ケーシング８０と子ケーシング７４とは、ブラケット８６によって連結されており、子ケーシング７４が廻り止めされている。
【００７８】
親駆動部７３は、親フライト７９の後端部の外周縁に被嵌固定された駆動筒８７と、駆動筒８７の外周面に固設された外歯ギヤ８８と、外歯ギヤ８８に噛合するピニオン８９と、ピニオン８９を回転駆動する親モータ９０（油圧式）とを有する。駆動筒８７および外歯ギヤ８８は、外側親ケーシング８０の後端側部に設けられたギヤケース９１内に収容され、回転可能に支持されている。親モータ９０は、外歯ギヤ８８の周方向に所定間隔を隔てて複数配置され、ギヤケース９１に装着されている。
【００７９】
子駆動部７２は、子ケーシング７４の後端の蓋７７に装着された子モータ９２（油圧式）からなる。子モータ９２は、センタシャフト７６を回転駆動する。
【００８０】
外側親ケーシング８０には、親駆動部７３より前方に位置させて、親排土口９３が形成されている。親排土口９３には、開閉蓋９４がスライド自在に装着されており、開閉蓋９４には、アクチュエータとしてのジャッキ９５が連結されている。親排土口９３より後方の親フライト７９には、土砂を前方に圧送して圧密を回避するため、螺旋方向が逆に形成された逆フライト７９ａが設けられている。
【００８１】
子ケーシング７４の後部には、子排土口９６が形成されている。子排土口９６には、開閉蓋９７がスライド自在に装着されており、開閉蓋９７には、アクチュエータとしてのジャッキ９８が連結されている。
【００８２】
以上の構成からなる本実施形態の作用を述べる。
【００８３】
密閉掘削する場合には、親排土口９３を開閉蓋９４で全閉とし、親モータ９０を停止し子モータ９２を駆動する。すると、親フライト７９が停止した状態で、子フライト７５が子ケーシング７４に対して回転駆動される。子フライト７５の回転に伴って、土砂取込室７内の土砂は、子ケーシング７４内を軸方向に搬送され、子排土口９６から排土される。
【００８４】
そして、子排土口９６の開口面積を開閉蓋９７で調節することで、土砂取込室７の土圧水圧を所定圧力に保って切羽９の安定を図りつつ、土砂取込室７内の土砂を排土できる。なお、このとき子ケーシング７４は、子フライト７５の回転に伴って連れ廻ろうとするが、かかる子ケーシング７４の連れ廻りは、ブラケット８６および親ケーシング８０を介し、隔壁４（固定系）によって抑えられる。
【００８５】
他方、開放掘削する場合には、子モータ９２を停止し親モータ９０を駆動する。すると、子フライト７５が停止した状態で、親フライト７９が外側親ケーシング８０に対して回転駆動される。このとき、親フライト７９が装着された内側親ケーシング７８は、ブラケット８６を介して回転止めされた子ケーシング７４に対し、相対的に回転する。親フライト７９の回転に伴って、土砂取込室７内の土砂は、外側親ケーシング８０内を軸方向に搬送され、親排土口９３から排土される。
【００８６】
このとき、親排土口９３を開閉蓋９４で覆うことなく全開状態とし、切羽９を大気開放圧（トンネル坑内８と同圧力）とする。かかる開放掘削時には、排土量が密閉掘削時よりも増大するが、親スクリュコンベヤ７１の方が子スクリュコンベヤ７０よりも直径が大きく、排土量を図１の実施形態と同様に大きくできるため、問題なく排土できる。
【００８７】
また、開放掘削する場合には、子モータ９２および親モータ９０の双方を駆動してもよい。こうすれば、子フライト７５が子ケーシング７４に対して回転し、親フライト７９が外側親ケーシング８０に対して回転する。このとき、親フライト７９が装着された内側親ケーシング７８は、ブラケット８６によって回転止めされた子ケーシング７４に対し、相対的に回転する。
【００８８】
子ケーシング７４は、ブラケット８６を介して外側親ケーシング８０と連結されて回り止めされている。よって、子排土口９６が回転することはなく、子排土口９６から適切に排土できる。また、外側親ケーシング８０に設けた親排土口９３も回転しないので、そこから適切に排土できる。従って、子スクリュコンベヤ７０と親スクリュコンベヤ７１との双方によって排土でき、排土量が大幅に向上する。
【００８９】
なお、密閉掘削時に、急にそれ以前よりも地山が軟らかくなって排土量が増加した場合には、密閉掘削時においても、子フライト７５を停止させ親フライト７９を駆動させてもよい。この場合であっても、親排土口９３の開口面積を開閉蓋９４で調節することで、切羽９の土圧水圧管理が行える。また、密閉掘削時に排土量が大幅に増加した場合には、子フライト７４と親フライト７９との双方を駆動してもよい。
【００９０】
別の実施形態を図５に示す。
【００９１】
図示するように、この親子スクリュコンベヤ１ｄは、小径の子スクリュコンベヤ１００と、その外周を覆うように同芯的に配置された大径の親スクリュコンベヤ１０１と、子スクリュコンベヤ１００を駆動する子駆動部１０２と、子駆動部１０２とは別個独立に親スクリュコンベヤ１０１を駆動する親駆動部１０３とを備える。
【００９２】
子スクリュコンベヤ１００は、筒状に形成された子ケーシング１０４と、子ケーシング１０４内に回転可能に収容された螺旋状の子フライト１０５と、子フライト１０５が装着されたセンタシャフト１０６とを有する。子ケーシング１０４は、その後端に蓋１０７を有する。蓋１０７には、センタシャフト１０６が軸支されている。
【００９３】
親スクリュコンベヤ１０１は、子ケーシング１０４の外周面に回転可能に被嵌されたリボン螺旋状の親フライト１０８と、親フライト１０８を回転可能に囲繞する筒状の親ケーシング１０９とを有する。親ケーシング１０９は、隔壁４（固定系）に装着されており、後端に蓋１１０を有する。
【００９４】
蓋１１０には、子ケーシング１０４が貫通する穴１１１が形成され、穴１１１には、シール１１２が設けられている。子ケーシング１０４は、ブラケット１１３を介して親ケーシング１０９に連結され、回転不能となっている。
【００９５】
親駆動部１０３は、親フライト１０８の後端部の外周縁に被嵌固定された駆動筒１１４と、駆動筒１１４の外周面に固設された外歯ギヤ１１５と、外歯ギヤ１１５に噛合するピニオン１１６と、ピニオン１１６を回転駆動する親モータ１１７（油圧式）とを有する。駆動筒１１４および外歯ギヤ１１５は、親ケーシング１０９の後端側部に設けられたギヤケース１１８内に収容され、回転可能に支持されている。親モータ１１７は、外歯ギヤ１１５の周方向に所定間隔を隔てて複数配置され、ギヤケース１１８に装着されている。
【００９６】
子駆動部１０２は、子ケーシング１０４の後端の蓋１０７に装着された子モータ１１９（油圧式）からなる。子モータ１１９は、センタシャフト１０６を回転駆動する。
【００９７】
親ケーシング１０９には、親駆動部１０３より前方に位置させて、親排土口１２０が形成されている。親排土口１２０には、開閉蓋１２１がスライド自在に装着されており、開閉蓋１２１には、アクチュエータとしてのジャッキ１２２が連結されている。親排土口１２０より後方の親フライト１０８には、土砂を前方に圧送して圧密を回避するため、螺旋方向が逆に形成された逆フライト１０８ａが設けられている。
【００９８】
子ケーシング１０４の後部には、子排土口１２３が形成されている。子排土口１２３には、開閉蓋１２４がスライド自在に装着されており、開閉蓋１２４には、アクチュエータとしてのジャッキ１２５が連結されている。
【００９９】
以上の構成からなる本実施形態の作用を述べる。
【０１００】
密閉掘削する場合には、親排土口１２０を開閉蓋１２１で全閉とし、親モータ１１７を停止し子モータ１１９を駆動する。すると、親フライト１０８が停止した状態で、子フライト１０５が子ケーシング１０４に対して回転駆動される。子フライト１０５の回転に伴って、土砂取込室７内の土砂は、子ケーシング１０４内を軸方向に搬送され、子排土口１２３から排土される。
【０１０１】
そして、子排土口１２３の開口面積を開閉蓋１２４で調節することで、土砂取込室７の土圧水圧を所定圧力に保って切羽９の安定を図りつつ、土砂取込室７内の土砂を排土できる。なお、このとき子ケーシング１０４が、子フライト１０５の回転に伴って連れ廻ろうとするが、かかる子ケーシング１０４の連れ廻りは、ブラケット１１３および親ケーシング１０９を介し、隔壁４（固定系）によって抑えられる。
【０１０２】
他方、開放掘削する場合には、子モータ１１９を停止し親モータ１１７を駆動する。すると、子フライト１０５が停止した状態で、親フライト１０８が親ケーシング１０９に対して回転駆動される。親フライト１０８の回転に伴って、土砂取込室７内の土砂は、親ケーシング１０９内を軸方向に搬送され、親排土口１２０から排土される。なお、このとき子ケーシング１０４が、親フライト１０８の回転に伴って連れ廻ろうとするが、かかる子ケーシング１０４の連れ廻りは、ブラケット１１３および親ケーシング１０９を介し、隔壁４（固定系）によって抑えられる。
【０１０３】
かかる開放掘削時には、排土量が密閉掘削時よりも増大するが、親スクリュコンベヤ１０１の方が子スクリュコンベヤ１００よりも直径が大きく、排土量を図１の実施形態と同様に大きくできるため、問題なく排土できる。また、本実施形態は、親フライト１０８にリボンタイプを用いており、親フライト１０８を子ケーシング１０４に装着する必要がないので、親子独立駆動と全体構造の簡素化とを両立できる。すなわち、本実施形態は、親子独立駆動を成立させた上で、図３のタイプのように子ケーシング１０４を前後二分割する必要がなく、また図４のタイプのように子ケーシング１０４を二重筒とする必要もない。
【０１０４】
また、開放掘削する場合には、子モータ１１９および親モータ１１７の双方をを駆動してもよい。こうすれば、子フライト１０５が子ケーシング１０４に対して回転し、親フライト１０８が親ケーシング１０９に対して回転する。ここで、子ケーシング１０４は、ブラケット１１３を介して親ケーシング１０９に連結され、回転止めされている。よって、子排土口１２３が回転することはなく、子排土口１２３から適切に排土できる。また、外側親ケーシング１０９に設けた親排土口１２０も回転しないので、そこから適切に排土できる。従って、子スクリュコンベヤ１００と親スクリュコンベヤ１０１との双方によって排土でき、排土量が大幅に向上する。
【０１０５】
なお、密閉掘削時に、急にそれ以前よりも地山が軟らかくなって排土量が増加した場合には、密閉掘削時においても、子フライト１０５を停止させ親フライト１０８を駆動させてもよい。この場合であっても、親排土口１２０の開口面積を開閉蓋１２１で調節することで、切羽９の土圧水圧管理が行える。また、密閉掘削時に排土量が大幅に増加した場合には、子フライト１０５と親フライト１０８との双方を駆動してもよい。
【０１０６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る親子スクリュコンベヤによれば、排土量の大幅な変更を高回転化・大径化・複数化以外手法で可能とし、密閉掘削と開放掘削とを切り替えるトンネル掘削機の排土装置として好適なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す親子スクリュコンベヤの側断面図である。
【図２】変形例を示す親子スクリュコンベヤの側断面図である。
【図３】変形例を示す親子スクリュコンベヤの側断面図である。
【図４】変形例を示す親子スクリュコンベヤの側断面図である。
【図５】変形例を示す親子スクリュコンベヤの側断面図である。
【図６】図１の親子スクリュコンベヤを装着したトンネル掘削機の側断面図である。
【図７】従来例を示すトンネル掘削機の側断面図である。
【符号の説明】
１  親子スクリュコンベヤ
１０  子スクリュコンベヤ
１１  親スクリュコンベヤ
１２  駆動手段
１３  子ケーシング
１４  子フライト
１８  親フライト
１９  親ケーシング
２４  親駆動部
２５  子駆動部
２６  切替部
１ａ  親子スクリュコンベヤ
１４ａ  子フライト
１ｂ  親子スクリュコンベヤ
４０  子スクリュコンベヤ
４１  親スクリュコンベヤ
４２  子駆動部
４３  親駆動部
４４  前部子ケーシング
４５  後部子ケーシング
４６  子フライト
５２  親フライト
５３  親ケーシング
１ｃ  親子スクリュコンベヤ
７０  子スクリュコンベヤ
７１  親スクリュコンベヤ
７２  子駆動部
７３  親駆動部
７４  子ケーシング
７５  子フライト
７８  内側親ケーシング
７９  親フライト
８０  外側親ケーシング
１ｄ  親子スクリュコンベヤ
１００  子スクリュコンベヤ
１０１  親スクリュコンベヤ
１０２  子駆動部
１０３  親駆動部
１０４  子ケーシング
１０５  子フライト
１０８  親フライト
１０９  親ケーシング
【図１】
2005053595.tif 000003
【図２】
2005053595.tif 000004
【図３】
2005053595.tif 000005
【図４】
2005053595.tif 000006
【図５】
2005053595.tif 000007
【図６】
2005053595.tif 000008
【図７】
2005053595.tif 000009