(57)【要約】【課題】ルーロの三角形の動作原理を用いて断面が略正方形状のトンネルを掘削するものにおいて、シールド本体の小型化および軽量化を図り得るシールド掘進機を提供する。【解決手段】シールド本体１の前部に回転自在に設けられた回転板体４の偏心位置に、３本のアーム状カッタ部７ｂを有するカッタヘッド７を回転自在に支持するとともに、第１リング状歯車１１を介して回転板体４を所定方向に回転させた際に、連動機構９を介して、カッタヘッド７を逆方向に回転させて略正方形状のトンネルを掘削するシールド掘進機であって、連動機構９を、シールド本体１側に支持されたリング状内歯車１５と、カッタヘッド７の回転軸部７ａの後部に取り付けられてリング状内歯車１５に噛合する第２リング状外歯車１７とから構成し、且つ第２リング状外歯車１７を、旋回台軸受１８を介して回転板体４側に支持したものである。【選択図】      図１
2005163306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド本体の前部に回転自在に設けられた回転板体に、その回転軸心に対して偏心した位置で、回転軸部の前端部に３本のアーム状カッタ部が等角度おきで突設されてなるカッタヘッドを回転自在に支持するとともに、上記回転板体を、その外周近傍に取り付けられた第１リング状歯車を介して回転駆動機により所定方向に回転させた際に、連動機構を介して、上記カッタヘッドを逆方向に４／３倍の速度でもって回転させてアーム状カッタ部により略正方形状のトンネルを掘削するシールド掘進機であって、
上記連動機構を、上記第１リング状外歯車と同一軸心を有するようにシールド本体側に支持されたリング状内歯車と、上記カッタヘッドの回転軸部の後部に取付部材を介して取り付けられるとともに上記リング状内歯車に噛合する第２リング状外歯車とから構成し、
且つ上記第２リング状外歯車を、軸受部材を介して上記回転板体側に支持させたことを特徴とするシールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断面が略正方形状のトンネルを掘削し得るシールド掘進機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シールド掘進機の中には、ルーロの三角形の動作原理を利用したものがあり、このシールド掘進機は、回転軸部の前端部に、３本のアーム状カッタ部が等角度おきで放射状に突設されてなるカッタヘッドを、公転および自転させることにより、断面が略正方形状のトンネルを掘削するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このシールド掘進機は、図６に示すように、シールド本体５１内の前部に配置された隔壁５２に回転自在に設けられた回転板体５３に、軸受部材（後述する５５，５７に相当する）を介して、その回転軸心ｃから所定距離ｅだけ偏心した位置ｄでカッタヘッド５４の回転軸部５４ａを回転自在に支持したもので、しかもこの回転軸部５４ａを、カッタヘッド５４の回転方向（自転）と逆方向に３／４倍の速度でもって回転（公転）させるようにしたものである。
【０００４】
以下、カッタヘッド５４の回転駆動機構および支持構造について簡単に説明する。
上記カッタヘッド５４の回転軸部５４ａについては、その前方寄り部分が回転板体５３に軸受５５を介して支持されるとともに、後部についても回転板部５６により軸受５７を介して支持されている。
【０００５】
上記回転板体５３の後面外周部には、第１リング状外歯車６１が取り付けられ、また回転板体５３と回転板部５６との間の回転軸部５４ａの外周には、シールド本体５１側に固定されたリング状内歯車６２に噛合する第２リング状外歯車６３が取り付けられている。
【０００６】
そして、電動機６４により、第１リング状外歯車６１を介して回転板体５３が所定方向に回転（公転）されると、リング状内歯車６２および第２リング状外歯車６３を介して、回転軸部５４ａが公転方向とは逆方向に回転（自転）されて、断面が略正方形状のトンネルが掘削される。
【特許文献１】特開平１１−２５６９９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記シールド掘進機の構成によると、カッタヘッド５４の回転軸部５４ａについては、前後部にて、それぞれ軸受５５，５７を介して支持されるとともに、これら両軸受５５，５７による支持箇所の中間位置には、自転用の第２リング状外歯車６３が取り付けられているため、どうしても、回転軸部５４ａが長くなり、当然に、シールド本体５１の全長も長くなる。したがって、曲線施工時における曲進性能が低下するとともに、重量の増加により、制御性能についても低下するという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、ルーロの三角形の動作原理を用いて断面が略正方形状のトンネルを掘削するものにおいて、シールド本体の小型化および軽量化を図り得るシールド掘進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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のシールド掘進機は、シールド本体の前部に回転自在に設けられた回転板体に、その回転軸心に対して偏心した位置で、回転軸部の前端部に３本のアーム状カッタ部が等角度おきで突設されてなるカッタヘッドを回転自在に支持するとともに、上記回転板体を、その外周近傍に取り付けられた第１リング状歯車を介して回転駆動機により所定方向に回転させた際に、連動機構を介して、上記カッタヘッドを逆方向に４／３倍の速度でもって回転させてアーム状カッタ部により略正方形状のトンネルを掘削するシールド掘進機であって、
上記連動機構を、上記第１リング状外歯車と同一軸心を有するようにシールド本体側に支持されたリング状内歯車と、上記カッタヘッドの回転軸部の後部に取付部材を介して取り付けられるとともに上記リング状内歯車に噛合する第２リング状外歯車とから構成し、
且つ上記第２リング状外歯車を、軸受部材を介して上記回転板体側に支持させたものである。
【発明の効果】
【００１０】
上記の構成によると、回転軸部の後部に取付部材を介して設けられた第２リング状外歯車を、回転板体側に軸受部材を介して支持したので、従来のように、第２リング状外歯車よりも後方位置で回転軸部の後端部を回転板などにより支持する必要がなくなり、回転軸部を短くすることができる。すなわち、回転軸部が短くなると、シールド本体も短くすることができるので、曲線施工時における曲進性能の向上を図り得るとともに、重量の軽減化により、制御性能についても向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、ルーロの三角形の動作原理を用いて断面が略正方形状のトンネルを掘削するものにおいて、シールド本体の小型化および軽量化を図り得るシールド掘進機について説明する。
［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態に係るシールド掘進機を、図１〜図３に基づき説明する。
【００１２】
このシールド掘進機は、図１〜図３に示すように、断面が略正方形状に形成されてなるシールド本体１と、このシールド本体１の前部内周面に設けられた隔壁２に軸受３を介して当該シールド本体１の中心軸ａ回りで回転自在に支持された円形の回転板体４と、この回転板体４の中心軸（回転軸心ともいう）ａとは所定距離ｅだけ偏心した位置ｂで当該回転板体４を挿通するように取り付けられるとともに中心部に貫通穴５ａが形成された筒状部材５と、この筒状部材５の貫通穴５ａ内にラジアル軸受（例えば、自動調心軸受が用いられる）６を介して回転自在に挿通（支持）された回転軸部７ａおよび当該回転軸部７ａの前端部に等角度おきで且つ放射状に突設された３本のアーム状カッタ部７ｂからなるカッタヘッド７と、上記回転板体４を回転させる回転駆動装置８とを有するとともに、上記回転板体４が所定方向に回転された際に、カッタヘッド７を当該回転板体４とは逆方向に４／３倍の速度で回転させるための連動機構９が具備されている。
【００１３】
上記回転駆動装置８は、回転板体４の外周近傍で且つ後方に突出して設けられた第１リング状外歯車（外周面に歯部が設けられたもの）１１と、この第１リング状外歯車１１を駆動用歯車（図示せず）を介して回転させる回転駆動機（例えば、電動機が用いられる）１２とから構成されている。
【００１４】
また、上記連動機構９は、上記第１リング状外歯車１１の内方位置（対向する位置）で且つ当該第１リング状外歯車１１の回転軸心ａと同一軸心を有するように取付ブラケット（取付壁でもある）１４を介してシールド本体１側に取り付けられたリング状内歯車（内周面に歯部が設けられたもの）１５と、上記カッタヘッド７の回転軸部７ａの後部に取付ブラケット（取付部材の一例）１６を介して支持されるとともに上記リング状内歯車１５に噛合する第２リング状外歯車（外周面に歯部が設けられたもので、歯車体の一例である）１７とから構成され、しかもこの第２リング状外歯車１７は、回転板体４の後面に取り付けられた旋回台軸受（軸受部材の一例）１８を介して、回転板体４側にも支持されている。上記旋回台軸受１８は、第２リング状外歯車１７の内面に突設された環状突条部１７ａの前後面および内周面の３面に配置される円筒ころ１８ａにより構成されている。すなわち、これら円筒ころ１８ａにより、前後スラスト方向およびラジアル方向での支持が行われる。さらに、リング状内歯車１５と第２リング状外歯車１７との歯数の比は、回転板体４が所定方向に１回転する間に、言い換えれば、筒状部材５に支持されたカッタヘッド７が１回転でもって公転する間に、カッタヘッド７がその軸心回りで逆方向に４／３回（相対角度）でもって自転するように構成されている。すなわち、シールド本体１に対してカッタヘッド７が所定方向に１回転（自転）する間に、同じくシールド本体１に対して回転板体４が逆方向に３回転（公転）して、各アーム状カッタ部７ｂの先端部が正方形状に移動するため、断面が略正方形状のトンネルが掘削されることになる。
【００１５】
なお、第１リング状外歯車１１についても、シールド本体１側に支持されたリング状内歯車１５側に軸受部材として旋回台軸受１９を介して支持されている。この旋回台軸受１９は、第２リング状外歯車１７を回転板体４側に支持するための旋回台軸受１８と同じ構成であり、リング状内歯車１５の外面に突設された環状突条部１５ａの前後面および内周面の３面に配置される円筒ころ１９ａにより構成されている。
【００１６】
また、シールド本体１内には、図示しないが、隔壁２の下部に接続されてカッタヘッド７により掘削された掘削土砂を外部に排出するためのスクリュウ式排土装置が配置され、さらにシールドジャッキおよび掘削されたトンネル内壁面にセグメントを設置するためのセグメント組立装置が配置されており、またカッタヘッド７のアーム状カッタ部８にはコピーカッタ２１が配置されている。
【００１７】
上記シールド掘進機において、回転駆動機１２を作動させると、第１リング状外歯車１１を介して回転板体４が所定方向に回転し、回転板体４が所定方向に回転すると、当該回転板体４の偏心位置に設けられた筒状部材５が偏心距離ｅに相当する半径でもってシールド本体１の中心軸心ａ回りで公転する。
【００１８】
筒状部材５が公転すると、カッタヘッド７の回転軸部７ａに取り付けられている第２リング状外歯車１７がリング状内歯車１５に対して移動するため、両者の噛合により、第２リング状外歯車１７が回転板体４の回転方向とは逆方向に回転する。これら両者の回転により、カッタヘッド７の（アーム状カッタ部７ｂの先端）先端部が正方形状に移動して略正方形状のトンネルが掘削される。
【００１９】
上述したように、回転軸部７ａの後部に取付ブラケット１６を介して設けられた第２リング状外歯車１７を、回転板体４側に旋回台軸受１８を介して支持したので、従来のように、第２リング状外歯車よりも後方位置で回転軸部の後端部を回転板などにより支持する必要がなく、したがって回転軸部を短くすることができる。このように、回転軸部７ａが短くなると、シールド本体１も短くすることができるので、曲線施工時における曲進性能の向上を図り得るとともに、重量の軽減化により、制御性能についても向上を図ることができる。さらに、回転軸部７ａが短くなると、製作精度が向上するとともに発生する撓みが小さくなり、したがって隔壁と支持壁との２箇所にて回転軸部を支持する際に、軸心が振れるのを抑制することができるので、掘削作業（掘削制御）の信頼性の向上を図ることができる。
【００２０】
ところで、上記実施の形態においては、第２リング状外歯車１７を回転板体４側に支持する旋回台軸受１８として、環状凸部１７ａの３面（３方）に円筒ころ１８ａを配置したものを用いたが、例えば図４に示すように、単列のボール軸受よりなる旋回台軸受３１を用いてもよい。勿論、旋回台軸受であるボール軸受３１の内輪３１ａ側が回転板体４側に取り付けられるとともに、外輪３１ｂ側が第２リング状外歯車１７側に取り付けられる。この旋回台軸受３１は、前方向および後方向に作用するスラストおよびラジアル荷重を支持するものである。回転軸部７ａに作用するモーメント荷重は、旋回台軸受３１と前部に設けられたラジアル軸受６とにより支持される。
【００２１】
また、図５に示すように、筒状部材５に回転軸部７ａを支持する際に、ラジアル軸受６に加えてボール軸受よりなるスラスト軸受３２を設けてもよい。回転軸部７ａに作用するモーメント荷重は、第２リング状外歯車１７を支持する旋回台軸受３１と回転軸部７ａの前部に設けられたラジアル軸受６とにより支持され、また回転軸部７ａに作用する前方向に作用するスラスト荷重は、スラスト軸受３２により支持される。なお、後方向に作用するスラスト荷重は、旋回台軸受３１により支持される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態に係るシールド掘進機の断面図である。
【図２】同シールド掘進機の正面図である。
【図３】同シールド掘進機の背面図である。
【図４】同シールド掘進機の変形例を示す断面図である。
【図５】同シールド掘進機の変形例を示す断面図である。
【図６】従来例のシールド掘進機の断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１      シールド本体
２      隔壁
４      回転板体
５      筒状部材
５ａ    貫通穴
７      カッタヘッド
７ａ    回転軸部
７ｂ    アーム状カッタ部
８      回転駆動装置
９      連動機構
１１      第１リング状外歯車
１２      回転駆動機
１５      リング状内歯車
１６      取付ブラケット
１７      第２リング状外歯車
１８      旋回台軸受
１８ａ    円筒ころ
３１      旋回台軸受
３２      ラジアル軸受
【図１】
2005163306.tif 000003
【図２】
2005163306.tif 000004
【図３】
2005163306.tif 000005
【図４】
2005163306.tif 000006
【図５】
2005163306.tif 000007
【図６】
2005163306.tif 000008