(57)【要約】【課題】  立坑の掘削において、切羽面上に堆積する掘削土砂を効率的に取り込んで排土する。【解決手段】  立坑を掘削する立坑掘進機１の前面軸心部に掘削方向に延びて設けられたカッタヘッド回転軸５に、半径方向外方に延出させて回転駆動するスクリュカッタ９を設けると共に、該スクリュカッタ９の外側部に地山側にスクリュカッタ９を臨ませ露出させて覆うケーシング８を設けた。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
立坑を掘削する立坑掘進機の前面軸心部に掘削方向に延びて設けられたカッタヘッド回転軸に、半径方向外方に延出させて回転駆動するスクリュカッタを設けると共に、該スクリュカッタの外側部に地山側にスクリュカッタを臨ませ露出させて覆うケーシングを設けたことを特徴とするスクリュコンベア型カッタ。
【請求項２】
立坑を掘削する立坑掘進機において、掘進機本体の前面軸心部に掘削方向に延びて設けられたカッタヘッド回転軸に、半径方向外方に延出させて回転駆動するスクリュカッタを設けると共に、該スクリュカッタの外側部に地山側にスクリュカッタを臨ませ露出させて覆うケーシングを設けたことを特徴とする立坑掘進機。
【請求項３】
上記ケーシングの上記スクリュカッタの露出部の反対側に、掘削土砂を機内側へ排出するための土砂排出口を形成した請求項２記載の立坑掘進機。
【請求項４】
上記土砂排出口が、上記ケーシングの基端部近傍に形成された請求項３記載の立坑掘進機。
【請求項５】
上記スクリュカッタの外周部に、超硬チップが所定ピッチで設けられた請求項２〜４いずれかに記載の立坑掘進機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立坑を掘削するためのカッタ及び立坑掘進機に係り、掘削土砂を効率的に排土することができるように改良されたカッタ及び立坑掘進機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トンネル工事の起点或いは終点となる立坑を掘削する際には、下向きに配置されたカッタを備えた立坑掘進機を用いる。そのため、掘削土砂がカッタ前面の切羽面上に堆積し、チャンバ内に取り込めず、機内への取込みができなくなる場合がある。そこで、従来より、カッタヘッドを円錐形に形成して、地山をすり鉢状に掘削することで、切羽の底面中央に掘削土砂を集めて吸い上げる立坑掘進機（例えば特許文献１または２参照）や、切羽に高圧水を流すことによりチャンバ内に掘削土砂を送り込む掘進機があった。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−４２２９２号公報
【特許文献２】特開平５−２５９８９号公報
【特許文献３】特開昭６４−２４９９３号公報
【特許文献４】特開平６−１６７１９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のように円錐形のカッタヘッドを有する立坑掘進機では、切羽と掘削土砂との摩擦が高いと、掘削土砂が切羽の底面中央に集まらず、掘削土砂の取込効率が悪化するといった問題があった。
【０００５】
また、切羽に高圧水を流す立坑掘進機では、土砂の性状によっては掘削土砂が適正に移動せず、掘削土砂の取込効率が悪化する場合があった。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題を解決すべく創案されたものであり、その目的は、切羽面上に堆積する掘削土砂を効率的に取り込んで排土することができるカッタ及び立坑掘進機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、立坑を掘削する立坑掘進機の前面軸心部に掘削方向に延びて設けられたカッタヘッド回転軸に、半径方向外方に延出させて回転駆動するスクリュカッタを設けると共に、該スクリュカッタの外側部に地山側にスクリュカッタを臨ませ露出させて覆うケーシングを設けたスクリュコンベア型カッタである。
【０００８】
請求項２の発明は、立坑を掘削する立坑掘進機において、掘進機本体の前面軸心部に掘削方向に延びて設けられたカッタヘッド回転軸に、半径方向外方に延出させて回転駆動するスクリュカッタを設けると共に、該スクリュカッタの外側部に地山側にスクリュカッタを臨ませ露出させて覆うケーシングを設けた立坑掘進機である。
【０００９】
請求項３の発明は、上記ケーシングの上記スクリュカッタの露出部の反対側に、掘削土砂を機内側へ排出するための土砂排出口を形成した立坑掘進機である。
【００１０】
請求項４の発明は、上記土砂排出口が、上記ケーシングの基端部近傍に形成された立坑掘進機である。
【００１１】
請求項５の発明は、上記スクリュカッタの外周部に、超硬チップが所定ピッチで設けられた立坑掘進機である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、切羽面上に堆積する掘削土砂を効率的に取り込んで排土することができるといった優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１４】
図１は本発明に係る立坑掘進機の好適な実施の形態を示した底面図、図２は本発明に係るスクリュコンベア型カッタの好適な実施の形態を示した側面断面図、図３は本発明に係るスクリュコンベア型カッタの好適な実施の形態を示した要部拡大断面図、図４は図２のＩＶ−ＩＶ線断面図、図５は本発明に係る立坑掘進機の好適な実施の形態を示した側面断面図である。
【００１５】
なお、本実施の形態では、地山に泥水を供給して、掘削土砂を泥水と共に取り込む泥水式のシールド掘進機を例に挙げて説明する。
【００１６】
図１及び図５に示すように、かかる立坑掘進機１は、上下方向に延びる円筒状のシールドフレーム２を備え、そのシールドフレーム２の下端（前面）近傍には、バルクヘッド３が設けられている。バルクヘッド３の中心（軸心部）には、後述するスクリュコンベア型カッタ１１が設けられている。バルクヘッド３とシールドフレーム２の前端部分２ａとで、泥水チャンバ１２が区画されている。バルクヘッド３の外周部近傍には、泥水チャンバ１２に泥水を供給する送泥管１４が開口して設けられている。送泥管１４は、シールド周方向に所定ピッチで複数設けられている。バルクヘッド３の中心部近傍には、掘削土砂を泥水と共に取り込む排泥管１５が開口して設けられている。
【００１７】
スクリュコンベア型カッタ１１は、バルクヘッド３の中心に設けられ、掘削方向に延びるカッタヘッド回転軸５を備えている。カッタヘッド回転軸５は、バルクヘッド３を貫通して軸支されており、その後部のシールドフレーム２内側には、カッタヘッド回転軸５を回転させるためのカッタヘッド駆動用モータ６が設けられ、平歯車からなるギヤ７を介して接続されている。カッタヘッド駆動用モータ６は、減速機を備え、機内に固定されている。
【００１８】
図２、図３及び図５に示すように、カッタヘッド回転軸５の前端近傍には、下部が開口した断面略円弧状（図４参照）のケーシング８が放射状に複数設けられている。ケーシング８の下部に形成された開口部２３は、長手方向全長に渡って形成されており、そのケーシング８内には、ネジ羽根状のスクリュカッタ９が半径方向外方に延出されて回転自在に設けられている。スクリュカッタ９は、螺旋状に構成された羽根の外周部がケーシング８下部の開口部２３から所定長さ下方に突出しており、地山側に臨んで露出するように構成されている。
【００１９】
ケーシング８は、シールド径方向に延びて配置され、その基端部がカッタヘッド回転軸５の外周面に一体的に固定されており、先端部がシールドフレーム２の前端部分２ａの内周面近傍まで延出している。ケーシング８の先端部には、その先端を覆う蓋部材８ａが設けられている。スクリュカッタ９は、羽根の外周部がケーシング８の内周面と若干のクリアランスをあけて回転可能に形成されており、スクリュカッタ９の外側部にケーシング８が設けられていることとなる。このスクリュカッタ９とケーシング８とで、掘削土砂をケーシング８内でその長手方向に移送するスクリュコンベアを形成している。
【００２０】
ケーシング８の基端部近傍の上面（スクリュカッタ９の露出部の反対側）には、掘削土砂を機内側へと排出するための土砂排出口２４が形成されている。土砂排出口２４は、排泥管１５の取込口２５に対向する位置に形成されている。
【００２１】
スクリュカッタ９は、ケーシング８内でその長手方向に沿って設けられたカッタスポーク１６に取り付けられている。スクリュカッタ９とカッタスポーク１６は、その先端部がケーシング８の蓋部材８ａ近傍まで延出している。カッタスポーク１６は、その基端部がカッタヘッド回転軸５に軸支されてカッタヘッド回転軸５の内部まで延出している。カッタスポーク１６の基端部には、ベベルギヤ１７ａ（図５参照）が固定されている。一方、カッタヘッド回転軸５は、筒状に形成され、その内部には、カッタスポーク１６と一体のスクリュカッタ９を回転させるためのスクリュカッタ用回転軸１８が掘削方向に沿って設けられている。スクリュカッタ用回転軸１８の後端には、スクリュカッタ駆動用モータ１９が設けられ、平歯車からなるギヤ２１を介して接続されている。スクリュカッタ駆動用モータ１９は、減速機を備え、機内に固定されている。スクリュカッタ用回転軸１８の前端には、ベベルギヤ１７ｂが固定されている。ベベルギヤ１７ｂは、上記ベベルギヤ１７ａにそれぞれ噛合しており、スクリュカッタ駆動用モータ１９の駆動力は、スクリュカッタ用回転軸１８、ベベルギヤ１７ｂ、１７ａを介して、カッタスポーク１６と一体のスクリュカッタ９に伝達される。
【００２２】
図４に示すように、スクリュカッタ９の羽根の外周部には、超硬チップ２２が所定ピッチで埋め込まれている。超硬チップ２２は、棒状に形成されており、スクリュカッタ９の羽根の外周部より羽根径方向に延びて埋め込まれている。
【００２３】
上記構成のスクリュコンベア型カッタ１１は、カッタヘッド駆動用モータ６でケーシング８及びスクリュカッタ９を、カッタヘッド回転軸５回りに回転させながら、スクリュカッタ駆動用モータ１９で、スクリュカッタ９及びカッタスポーク１６をカッタスポーク１６の軸回りに回転させることで、地山を掘削する。
【００２４】
上記構成によれば、カッタヘッド回転軸５回りの回転と、カッタスポーク１６の軸回りの回転とは、独立に操作可能となっている。ここでは、図１中、矢印にて示すように、カッタヘッド回転軸５回りの回転によるカッタスポーク１６の進行方向（摺動方向）と、カッタスポーク１６の軸回りの回転による掘削面の進行方向（回転方向）を同じにすることにより、地山とスクリュカッタ９との相対的な摺動速度が高くなる。よって、掘削効率が大幅に向上する。具体的には、地山とスクリュカッタ９との相対速度は、カッタヘッド回転軸５回りの回転によるカッタスポーク１６の地山に対する摺動速度と、カッタスポーク１６の回転角速度とスクリュカッタ１６の半径を乗じて算出されるスクリュカッタ９外周面の地山に対する摺動速度とを足した速度となる。
【００２５】
そして、掘削された土砂は、スクリュカッタ９の回転によって、泥水と共にケーシング８内を土砂排出口２４に向かって移送された後、排泥管１５に取り込まれて、立坑掘進機１の後方へと排出される。
【００２６】
このとき、ケーシング８と切羽面とで区画された筒状空間の内部で、スクリュカッタ９は回転することになるので、スクリュカッタ９のカッタスポーク１６の軸回りの回転によって、掘削土砂を泥水と共にシールド径方向内側の土砂排出口２４に向かって（スクリュカッタ９の押出方向に向かって）移送させることができ、効率的な排土を行うことができる。
【００２７】
上述のように、カッタをスクリュコンベア型カッタ１１として、掘削土砂を、排泥管１５の取込口２５部分まで機械的に移送するようにしたので、切羽面上に堆積しようとする掘削土砂を確実且つ効率的に取り込んで排土することができる。さらに、切羽面上の掘削土砂が移送されて除去されることで、スクリュカッタ９は、常に切羽面に接することとなり、掘削効率の向上が図れる。
【００２８】
また、本発明によれば、カッタ自身が掘削土砂を移送する機能を有しているため、掘削土砂移送用の装置を別個に設ける必要がなく、比較的単純な構成の立坑掘進機１とすることができる。さらに、スクリュカッタ９の羽根の外周部をカッタの掘削面としているので、掘削面を長く確保でき、切羽との摺動によるカッタ摩耗を分散できるので、カッタの長寿命化が達成できる。また、スクリュカッタ９に超硬チップ２２を設けたことによって、カッタのさらなる長寿命化が図れる。
【００２９】
図６は、本発明に係る立坑掘進機の好適な他の実施の形態を示した側面断面図である。
【００３０】
本実施の形態の立坑掘進機３１は、土圧式のシールド掘進機である。機内には、掘削土砂を掘進機後方へ排出する排土装置としてスクリュコンベア３２が設けられている。このスクリュコンベア３２は、その取込口３３が、バルクヘッド３の中央部近傍に開口しており、その取込口３３の近傍には、ケーシング８の土砂排出口２４が形成されている。
【００３１】
なお、その他の構成については、上記実施の形態と同様であるので、同じ符号を付して、説明を省略する。
【００３２】
本実施の形態においても、掘削土砂は、排土装置（スクリュコンベア３２）の取込口３３へと確実に移送されるので、上述と同様の作用効果を得ることができる。
【００３３】
図７、図８及び図９は、本発明に係るスクリュコンベア型カッタの好適な他の実施の形態をそれぞれ示した側面断面図である。
【００３４】
図７の実施の形態のスクリュコンベア型カッタ３５は、ケーシング８の長手方向中間部に土砂排出口２４が設けられている。その土砂排出口２４に向かって掘削土砂が移送されるように、スクリュカッタ９の中間部で、スクリュの捩り方向が逆転している。すなわち、カッタスポーク１６の基端側と先端側で、捩り方向が反対のスクリュカッタ９がそれぞれ設けられている。その他の構成については、上記図１乃至図５に示した実施の形態と同様であるので、同じ符号を付して、説明を省略する。
【００３５】
上記構成によれば、排泥管１５の配置場所を変更できる。すなわち、スクリュの捩り方向を所望の位置で逆転させることで、土砂排出口２４の位置を任意に設定することができるので、排泥管１５の配置場所を所望の位置に設定できる。これによって、機内の各種装置のレイアウトの自由化が図れ、より効率的な機械配置が達成できる。
【００３６】
図８の実施の形態のスクリュコンベア型カッタ３６は、スクリュカッタ９の隣接する羽根間の配置ピッチを、変更したものである。具体的には、シールド径中心側（基端側）の羽根配置ピッチを広くし、シールド径方向外側（先端側）の羽根配置ピッチを狭くしている。なお、本実施の形態では、スクリュカッタ９の略中間部で、羽根配置ピッチが変化するように構成されているが、中心側から外側に向かうに連れて羽根配置ピッチを徐々に狭くするようにしてもよい。その他の構成については、上記図１乃至図５に示した実施の形態と同様であるので、同じ符号を付して、説明を省略する。
【００３７】
このように、シールド径方向外側に位置するスクリュカッタ９の羽根配置ピッチをシールド径中心側より狭くしたことで、シールド径方向外側の掘削面の長さを中心側よりも長くできる。よって、摺動掘削距離が中心側よりも長い外側に多くの超硬チップ２２を設けることができるので、カッタの偏摩耗を防止することができる。
【００３８】
図９の実施の形態のスクリュコンベア型カッタ３７は、ケーシング８が、シールド径方向外側に向かうに連れて徐々に拡径するテーパ状に形成されている。これに合わせて、スクリュカッタ９もその羽根径がシールド径方向外側に向かうに連れて拡径して形成されている。スクリュカッタ９の羽根の外周部とケーシング８の内周面とのクリアランスは一定になるように構成されている。その他の構成については、上記図１乃至図５に示した実施の形態と同様であるので、同じ符号を付して、説明を省略する。
【００３９】
このように、シールド径方向外側に位置するスクリュカッタ９の羽根径を大きくしたことで、シールド径方向外側の掘削面の長さを中心側よりも長くできる。よって、摺動掘削距離が中心側よりも長い外側に多くの超硬チップ２２を設けることができるので、カッタの偏摩耗を防止することができる。
【００４０】
なお、上記実施の形態では、スクリュカッタ９はカッタスポーク１６に設けられているが、スクリュカッタ９を直接カッタヘッド回転軸５に軸支させベベルギヤ１７ａに固定して、カッタスポーク１６を省略する構成としてもよい。但し、掘削時に受ける地山からの土圧を考えると、カッタスポーク１６を有する構成の方が強度的に優れており、好ましい。
【００４１】
また、上記実施の形態では、カッタスポーク１６は、その基端部がカッタヘッド回転軸５に軸支されて片持ち支持されているが、ケーシング８先端の蓋部材８ａに軸受け（図示せず）を設け、カッタスポーク１６をその両端で軸支するようにしてもよい。これによれば、掘削時に受ける地山からの土圧に対するカッタ強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る立坑掘進機の好適な実施の形態を示した底面図である。
【図２】本発明に係るスクリュコンベア型カッタの好適な実施の形態を示した側面断面図である。
【図３】本発明に係るスクリュコンベア型カッタの好適な実施の形態を示した要部拡大断面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】本発明に係る立坑掘進機の好適な実施の形態を示した側面断面図である。
【図６】本発明に係る立坑掘進機の好適な他の実施の形態を示した側面断面図である。
【図７】本発明に係るスクリュコンベア型カッタの好適な他の実施の形態を示した側面断面図である。
【図８】本発明に係るスクリュコンベア型カッタの好適な他の実施の形態を示した側面断面図である。
【図９】本発明に係るスクリュコンベア型カッタの好適な他の実施の形態を示した側面断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  立坑掘進機
５  カッタヘッド回転軸
８  ケーシング
９  スクリュカッタ
１１  スクリュコンベア型カッタ
２２  超硬チップ
２４  土砂排出口
３１  立坑掘進機
３５  スクリュコンベア型カッタ
３６  スクリュコンベア型カッタ
３７  スクリュコンベア型カッタ
【図１】
2005256355.tif 000003
【図２】
2005256355.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005256355.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2005256355.tif 000010
【図９】
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