(57)【要約】【課題】  地中掘削機の各種設備のロングライフ化を図るとともに、該地中掘削機の掘削断面形状の自由度を向上させることが可能な地中掘削機を提案する。【解決手段】  掘削機本体１０と掘削機本体１０の前面に配設されてその回転により地山を切削するカッターヘッド２０とを有する地中掘削機１であって、カッターヘッド２０はカッターヘッド２０と一体に回転する移動部２３を有し、掘削機本体１０には移動部２３の少なくとも外周若しくは内周に移動部２３と所定の間隔を有して配設される固定部１３が固定されており、なおかつ移動部２３と固定部１３とのいずれか一方には電流が流れる電線１４が配線されていて、電線１４への通電に伴い発生する磁力により、移動部２３が固定部１３沿って回転して、カッターヘッド２０による地山の切削が行われる。【選択図】      図１
2005344334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削機本体と前記掘削機本体の前面に配設されてその回転により地山を切削するカッターヘッドとを有する地中掘削機であって、
前記カッターヘッドは該カッターヘッドと一体に回転する移動部を有し、
前記掘削機本体には前記移動部の少なくとも外周若しくは内周に前記移動部と所定の間隔を有して配設される固定部が固定されており、
なおかつ前記移動部と前記固定部とのいずれか一方には電流が流れる電線が配線されていて、
前記電線への通電に伴い発生する磁力により、前記移動部が前記固定部沿って回転して、前記カッターヘッドによる地山の切削が行われることを特徴とする地中掘削機。
【請求項２】
前記掘削機本体には、前記電線の電流が停電している時に前記移動部を仮受する仮受部材が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の地中掘削機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カッターヘッドを、ダイレクトドライブで回転させることにより、駆動系の簡略化と軸受周りの摩耗を低減し合理化を図る地中掘削機に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド掘削機、ＴＢＭ、推進掘削機等の地中掘削機による地中掘削は、掘削機本体により切羽の安定を保ちながら掘削を行うとともにその後方で順次セグメントの組み立てや管渠の配管等の覆工作業を行いながら掘進するものであり、軟弱地盤においても切羽を安定させて地山の崩壊を防ぎながら安全に施工を行うことを可能としている。そのため、これらの地中掘削工法は、近接施工を伴う都市部や軟弱地盤等において、道路トンネル等の大断面トンネルから下水道管路用の小断面トンネル等の様々な形状及び用途の施工で使用されている。
【０００３】
従来、地中掘削機の内部には、複数の推進ジャッキ、歯車が取り付けられたカッターヘッドの軸、カッターヘッド駆動用のモータ、駆動歯車等を配置する必要があり、小断面シールド掘進機や特殊断面シールド掘進機においては、これら各種設備の配置が困難な場合がある。
【０００４】
そのため、特許文献１には、カッターヘッドの偏心軸に取り付けられた歯車と、複数のモータに取り付けられた駆動歯車とを噛合させて構成することにより、駆動装置の出力を大きくする必要がある場合にも地中掘削機の内部に配設された各機器の干渉を防止して、所定の断面形状で形成された地中掘削機が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３４９１９２号公報（［００１５］−［００２４］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、近年のトンネル工事では、地中掘削機による長距離掘進が求められており、この場合、ベアリングや歯車または駆動装置等の摩耗や疲労が大きく、この補修等に手間がかかるという問題点を有している。また、小断面や特殊断面のトンネル施工に関しては、歯車、ベアリング、駆動装置等の各種設備の配置により、その断面の小断面化及び特殊断面の形成に限界があった。
【０００６】
本発明は、前記の問題点を解決することを目的とするものであり、地中掘削機の各種設備のロングライフ化を図るとともに、該地中掘削機の掘削断面形状の自由度を向上させることが可能な地中掘削機を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような課題を解決するために、請求項１にかかる発明は、掘削機本体と前記掘削機本体の前面に配設されてその回転により地山を切削するカッターヘッドとを有する地中掘削機であって、前記カッターヘッドは該カッターヘッドと一体に回転する移動部を有し、前記掘削機本体には前記移動部の少なくとも外周若しくは内周に前記移動部と所定の間隔を有して配設される固定部が固定されており、なおかつ前記移動部と前記固定部とのいずれか一方には電流が流れる電線が配線されていて、前記電線への通電に伴い発生する磁力により、前記移動部が前記固定部沿って回転して、前記カッターヘッドによる地山の切削が行われることを特徴としている。
【０００８】
かかる地中掘削機は、磁力により移動部に回転力を付与するものであり、移動部と固定部とが非接触の状態でカッターヘッドを回転させて地山の切削を行うことが可能となるため、歯車や車輪などの動力を伝達する機構を必要とすることがない、駆動機構の簡易化が可能となる。
また、非接触状態で駆動するため、摩耗等がなく、地中掘削機のロングライフ化が可能となる。
【０００９】
また、請求項２にかかる発明は、請求項１に記載の地中掘削機であって、前記掘削機本体には、前記電線の電流が停電している時に前記移動部を仮受する仮受部材が配設されていることを特徴としている。
【００１０】
かかる地中掘削機は、カッターヘッドが磁力により浮上した状態で支持されているため、カッターヘッドの回転時に摩擦抵抗力等が発生することがなく、カッターヘッドの回転力がそのまま地山の切削力として使用されて、地山の切削効率が良い。また、停電時には仮受部材によりカッターヘッドを支持するため、カッターヘッドの中心がずれることによりトンネル線形が曲がる事がない。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の地中掘削機により、地中掘削機の各種設備のロングライフ化と、掘削断面形状の自由度の向上を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。また、説明における「前」「後」は、シールド掘進機の進行方向を基準として決定する。
【００１３】
＜第１の実施の形態＞
図１は、第１の実施の形態（以下「第１実施形態」という場合がある）により構成されたシールド掘進機（地中掘削機）を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は駆動機構の説明図、（ｃ）は仮受部材の概略を示す断面図である。
【００１４】
［構成］
まず、第１実施形態のシールド掘進機の構成を説明する。
図１（ａ）に示すように、シールド掘進機１は、センター支持方式により構成されており、シールド機本体１０（掘進機本体）と、このシールド機本体１０の前面に配設されてその回転により地山を切削するカッターヘッド２０とから構成されている。そして、シールド機本体１０の内部の所定の位置には円筒形状の固定部１３が固定されており、カッターヘッド２０には固定部１３の内面から所定の間隔を有して形成されている円筒形状の移動部２３がカッターヘッド２０と一体に回転するように固定されている。
【００１５】
シールド機本体１０は、筒状に形成された外殻部材１１と、この外殻部材１１の前方を閉塞するバルクヘッド１２とから構成されている。バルクヘッド１２には、外殻部材１１と所定の間隔を有して、円筒形状の固定部１３が後方向に突出して固定されている。そして固定部１３には、移動部２３と対応する位置に図示しない電源から延設された電線１４が配置されている。なお、電線１４は、通電時に電流が前後方向に流れるように、図示しない配線部材を介して前後方向に巻き付けられている。
【００１６】
また、バルクヘッド１２には、その中央に後記するカッターヘッド２０のセンターシャフト２２を挿通するシャフト孔１５が形成されている。シャフト孔１５は、バルクヘッド１２の前後に突出するように円筒形状に形成されており、その内径は、センターシャフト２２の外径よりもやや大きく形成されている。そして、シャフト孔１５の内面の２箇所には、センターシャフト２２との間に形成された隙間を塞いでシールド機本体１０の内部への泥水の流入を防止する円筒形状のシール材１６が配設されている。ここで、シール材１６はセンターシャフト２２と当接した状態で配設されており、センターシャフト２２の回転時の摩擦抵抗力が極力低減される材質、形状から構成されている。
【００１７】
カッターヘッド２０は、面板２１とその後面の中心に後方向に突出された円柱状のセンターシャフト２２とから構成されている。センターシャフト２２には、シールド機本体１０の内部において、円筒状に形成された移動部２３が接続部材２４により所定の間隔をあけて一体に固定されている。ここで、本実施の形態では、接続部材２４として、図１（ｂ）に示すように、４本のスポーク部材を十字状に配置するものとしたが、移動部２３をカッターヘッド２０と一体に回転することが可能となるように強固に固定することが可能であれば、その形状は限定されるものではない。
【００１８】
移動部２３の外径は、固定部１３の内径よりもやや小さく、両者の間には所定の隙間が形成されている。また、図１（ｂ）に示すように、移動部２３には、Ｎ極、Ｓ極の磁石が交互に配設されている。
【００１９】
また、センターシャフト２２の後端には、仮支持部材２２ａが突出しており、シールド機本体１０の内部には、仮支持部材２２ａに対応する位置に図示しない部材を介して仮受部材１７が固定されている（図１（ｃ）参照）。
【００２０】
さらに、シールド掘進機１には、面板２１の後面とバルクヘッド１２の前面との間に、掘削土を泥水と混合するチャンバ２が形成されている。なお、チャンバ２の内部で掘削土と混合される泥水は、図示しない送泥管によりトンネル坑外から送泥される。そして、チャンバ２の内部で掘削土と混合された泥水は、図示しない排泥管により、トンネル坑外の沈殿槽へ送泥される。
【００２１】
［作用効果］
次に第１実施形態のシールド掘進機による作用効果について説明する。
電線１４に通電を行うと、電流が固定部１３の前後方向に流れるため、フレミングの法則に従い、図１（ｂ）に示すように、固定部１３の内周面には、固定部１３からセンターシャフト２２方向への磁力φが発生し、この磁力φと直角をなす円周方向に力Ｆが加わる。そして、この円周方向の力Ｆにより、移動部２３が回転するため、これに伴いセンターシャフト２２が回転し、その結果、面板２１も回転して、地山の切削が可能となる。
【００２２】
ここで、移動部２３の外周面には磁石が配設されているため、電線１４への通電時には、磁力φと反発することで、固定部１３との間隔が常に一定に保たれている。つまり、従来のシールド掘削機が歯車又はローラやベアリング等の軸受部材によりカッターヘッドを支持していたのに対し、第１実施形態に係るシールド掘削機１は、磁力φによりカッターヘッド２０が支持されている。
【００２３】
そして、停電時には、シールド機本体１０の内部に形成された仮受部材１７によりカッターヘッド２０が支持される。つまり、図１（ａ）に示すように、カッターヘッド２０は、そのセンターシャフト２２の後端に仮支持部材２２ａを備えており、図１（ｃ）に示すように、磁力φ（図１（ｂ）参照）が発生する通電時には、仮支持部材２２ａが仮受部材１７から浮遊し、磁力φが発生しない停電時には、重力により下方へ移動したカッターヘッド２０の仮支持部材２２ａが仮受部材１７により受け止められる。
ここで、切削時の摩擦抵抗をなくすために、仮支持部材２２ａと仮受部材１７とは通電時にわずかな間隔を維持するように構成されている。そのため、停電時にはセンターシャフト２２がわずかに下方へ移動して掘削方向の中心軸からずれる場合があるが、再び通電すると元の位置にもどるため、施工誤差が発生することはない。
【００２４】
したがって、シールド掘進機１によれば、カッターヘッド２０への回転力の伝達に、歯車やハウジングなどの部材を必要としないため、駆動機構が簡単となるとともに、各部材の摩耗や疲労が少なく、シールド掘進機１のロングライフ化が可能となる。
また、シールド掘進機１によれば、カッタモータや歯車、ハウジングなどに要するスペースを大幅に省略することが可能となるため、小断面トンネルや特殊断面トンネル等のシールド掘進機の構築の自由度が増す。
また、駆動機構は非接触状態のため、動力伝達系によるロスが減少し、同時に使用電力の低減が図れる。
また、シールド掘進機１内の騒音が低下するため、作業環境が向上する。
【００２５】
また、移動部２３の位置をセンターシャフト２２から離すことにより、磁力φを受ける面積が広くなり（つまり、円周が大きくなる）、より大きな力Ｆを受けることが可能となるため、効率的な削孔を可能としている。
【００２６】
なお、第１実施形態のシールド掘進機１は、カッターヘッド２０を、通電時には固定部１３と移動部２３の磁力φにより支持し、停電時には仮受部材１７により支持する機構としたが、これに限定されるものではなく、例えば、バルクヘッド１２のシャフト孔１５にベアリング部材を装着してもよい。このようにベアリング部材を介してセンターシャフト２２を支持する構成とすると、センターシャフト２２の軸芯がずれることがないので、より正確な掘進が可能な機構としてもよい。
【００２７】
また、第１実施形態のシールド掘進機１は、センターシャフト２２から所定の間隔を有した位置に移動部２３を配設して、その周囲に配設された固定部１３から発生する磁力φにより回転する機構としたが、これに限定されるものではなく、例えば、図２に示すように、バルクヘッド１２に形成されたシャフト孔１５を固定部１３’、センターシャフト２２を移動部２３’として、電線１４を配設したシャフト孔１５において発生した磁力により回転する機構としてもよい。
また、仮受部材１７は、シャフト孔１５の内面に配設する構成としてもよいことはいうまでもない。
【００２８】
＜第２の実施の形態＞
次に図３を参照して第２の実施の形態（以下「第２実施形態という場合がある」）に係るシールド掘進機の説明を行う。
図３は、第２実施形態に係るシールド掘進機１’を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は駆動機構の説明図である。
【００２９】
［構成］
まず、第２実施形態のシールド掘進機１’の構成を説明する。
図３（ａ）に示すように、第２実施形態に係るシールド掘進機１’は、中間支持方式によりカッターヘッド４０が支持されており、シールド機本体３０（掘進機本体）と、このシールド機本体３０の前面に配設されてその回転により地山を切削するカッターヘッド４０とから構成されている。そして、シールド機本体３０の内部の所定の位置には円筒形状の固定部３２が固定されており、カッターヘッド４０には固定部３２の外周面から所定の間隔を有して形成される円筒形状の移動部４２がカッターヘッド４０と一体に回転するように固定されている。
【００３０】
シールド機本体は３０は、筒状に形成された外殻部材３１と、この外殻部材３１の前方を閉塞するバルクヘッド３２とから構成されている。バルクヘッド３２には、円筒形状の固定部３３が後方向に突出して固定されている。そして固定部３３には、後記する移動部４２と対応する位置に図示しない電源から延設された電線３４が配置されている。なお、電線３４は、通電時に電流が前後方向に流れるように、図示しない配線部材を介して前後方向に巻き付けられている。
また、バルクヘッド３２の後面には、固定部３３の周囲に固定部３３の外径よりも大きな内径を有する円筒部材である取付部材３５が固定部３３と所定の間隔を有して突出している。
【００３１】
また、バルクヘッド３２の固定部３３と取付部材３５との間隔に対応する部分は開口部となっており、後記するカッターヘッド４０の移動部４２が挿通されている。なお、固定部３３と取付部材３５との間隔は、移動部４２の厚みよりも大きく、移動部４２が挿入された状態で所定の隙間が形成される。そして、前記開口部には固定部３３及び取付部材３５と移動部４２との間に形成された隙間を塞いでシールド機本体３０の内部への泥水の流入を防止する円筒形状のシール材３６，３６が配設されている。ここで、シール材３６，３６は移動部４２と当接した状態で配設されており、移動部４２の回転時には、摩擦抵抗力が極力低減される材質、形状から構成されている。
【００３２】
また、取付部材３５の後端部にはベアリングからなる支持部材３７が取り付けられている。つまり、支持部材３７は、移動部４２の外周を回転可能に支持している。
【００３３】
カッターヘッド４０は、面板４１とその後面から突出された円筒形状の移動部４２とから構成されている。
【００３４】
移動部４２の内径は、固定部３３の外径よりもやや大きく、両者の間には所定の隙間が形成されている。また、図３（ｂ）に示すように、移動部４２の内周面には、Ｎ極、Ｓ極の磁石が交互に配設されている。
【００３５】
この他の第２実施形態に係るシールド掘進機１’の構成は、第１実施形態のものと同様なため、詳細な記載は省略する。
【００３６】
［作用効果］
次に第２実施形態のシールド掘進機による作用効果について説明する。
電線３４に通電を行うと、電流が固定部３３の前後方向に流れるため、図３（ｂ）に示すように、フレミングの法則に従い、固定部３３の外周面には、固定部３３から外周方向への磁力φが発生し、この磁力φと直角をなす円周方向に力Ｆが加わる。そして、この円周方向の力Ｆにより、移動部４２が回転するため、これに伴い面板４１が回転して地山の切削が可能となる。
【００３７】
ここで、移動部４２は、取付部材３５に固定された支持部材３７により回転可能に支持されているため、カッターヘッド４０の回転軸の軸心のずれが生じることがなく、施工誤差が発生することもない。
【００３８】
なお、第２実施形態のシールド掘進機１’のその他の構成及びその作用効果等は、第１実施形態に示したものと同様のため、詳細な説明は省略する。
【００３９】
また、第２実施形態に示したシールド掘進機１’は、カッターヘッド４０の支持機構と駆動機構とをそれぞれ個別に有する構成としたが、これに限定されるものではなく、第１実施形態で示した構成と同様に、固定部３３にて発生する磁力φにより固定部３３と移動部４２との間隔を維持しつつ支持する構成としてもよい。
【００４０】
また、第２実施形態では、移動部４２の内周側に位置された固定部３３に電線３４を配線する構成としたが、取付部材３５に配線しても同様の作用効果を得ることができる。
【００４１】
以上、本発明の好適な実施形態についての例を説明したが、本発明は当該実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、前記各実施の形態では、固定部に電線を配設して通電する構成としたが、これに限定されるものではなく、移動部に電線、固定部に磁石を配設する構成としてもよい。
また、前記各実施の形態では、移動部、固定部ともに連続した円筒状の部材により構成するものとしたが、例えば、複数の分割された部材を円形に配置することにより構成してもよく、通電に伴い発生する磁力によりカッターヘッドの回転方向に力が加わる構成であれば、移動部及び固定部の形状は限定されるものではない。
【００４２】
また、前記各実施の形態では、センター支持方式及び中間支持方式によるシールド掘進機について説明したが、同様に外周支持方式によるシールド掘進機に採用してもよいことはいうまでもない。
また、シールド掘進機のカッターヘッドの形式は限定されるものではなく、面板形やスポーク形等、地山の条件に応じて適宜選定すればよい。また、本発明は、泥水式シールドに限定されるものではなく、泥土圧式シールド、土圧式シールド又は開放型シールド等、様々なシールド工法に採用可能であることはいうまでもない。
【００４３】
さらに、本発明の地中掘削機は、シールド掘進機に限定されるものではなく、例えばＴＢＭや推進機械に使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】第１の実施の形態にかかるシールド掘進機を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は駆動機構の説明図、（ｃ）は仮受部材の概略を示す断面図である。
【図２】第１の実施の形態にかかるシールド掘進機の変形例を示す縦断面図である。
【図３】第２実施形態に係るシールド掘進機１’を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は駆動機構の説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
１，１’    シールド掘進機（地中掘削機）
１０    シールド機本体
１３    固定部
１４    電線
１７    仮受部材
２０    カッターヘッド
２３    移動部
３０    シールド機本体
３３    固定部
３４    電線
３７    支持部材
４０    カッターヘッド
４２    移動部
【図１】
2005344334.tif 000003
【図２】
2005344334.tif 000004
【図３】
2005344334.tif 000005