(57)【要約】【課題】  親シールド機と子シールド機の径差が大きくとも十分なトルクでカッタを駆動でき、かつ、親カッタに流入材ラインを延ばすことができる安価な親子シールド機を提供する。【解決手段】  軸芯部２に円盤状の子カッタ３を有する子シールド機４と、子シールド機４の子カッタ３の外周にこれを囲繞する環状の親カッタ５を有する親シールド機６とを備え、親シールド機６より子シールド機４を発進させて地山を掘削して小径のトンネルを構築する親子シールド機１において、親カッタ５を回転駆動すべく親カッタ５の後方に且つその周方向に沿って配列された回転駆動モータ１０と、子シールド機４の子カッタ３から親カッタ５に係脱自在に設けられ、親カッタ５から子カッタ３に回転駆動力を伝達あるいは遮断させるための係合手段３１とを備え、親シールド機６より子シールド機４が発進する際には、係合手段３１を回転駆動力を遮断するようにすると共に、親カッタ５に連結されている回転駆動モータ１０の一部または全てを子カッタ３を駆動する位置に移設するものである。【選択図】  図１
2005194752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸芯部に円盤状の子カッタを有する子シールド機と、該子シールド機の子カッタの外周にこれを囲繞する環状の親カッタを有する親シールド機とを備え、親シールド機より子シールド機を発進させて地山を掘削して小径のトンネルを構築する親子シールド機において、上記親カッタを回転駆動すべく親カッタの後方に且つその周方向に沿って配列された回転駆動モータと、上記子シールド機の子カッタから上記親カッタに係脱自在に設けられ、親カッタから子カッタに回転駆動力を伝達あるいは遮断させるための係合手段とを備え、上記親シールド機より子シールド機が発進する際には、係合手段を回転駆動力を遮断するようにすると共に、上記親カッタに連結されている回転駆動モータの一部または全てを上記子カッタを駆動する位置に移設することを特徴とする親子シールド機。
【請求項２】
上記係合手段が、上記子カッタから油圧シリンダ等の伸縮機構によって径方向外方に出没自在に設けられた係合突起部材と、該係合突起部材と係合すべく上記親カッタの内周部に設けられた係合溝と、該係合溝内に設けられ、且つ、係合される上記係合突起部材の相対移動を許容する緩衝材層とを備えた請求項１記載の親子シールド機。
【請求項３】
上記係合突起部材の先端部がカッタによって構成され、上記親シールド機より子シールド機が発進して地山を掘削する際に、上記子カッタの外周より径方向外方に突出できるコピーカッタとなっていることを特徴とする請求項１又は２記載の親子シールド機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、親シールド機より子シールド機を発進させて小径のトンネルを構築する親子シールド機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
軸芯部に円盤状の子カッタを有する子シールド機と、子シールド機の子カッタの外周にこれを囲繞する環状の親カッタを有する親シールド機とを備え、親シールド機より子シールド機を発進させて地山を掘削して小径のトンネルを構築する親子シールド機としては、特許文献１記載のものが知られている。この親子シールド機は、子シールド機に子カッタを駆動するための駆動モータを設け、親カッタと子カッタとを回転伝達手段を介して脱着可能に連結して構成されており、子カッタの回転力を親カッタに伝えることでそれぞれのカッタを一体に回転させるようになっている。これによれば、親シールド機から子シールド機を発進させるとき、駆動モータをそのままの状態で用いることができ、子シールド機組立に要する手間と時間とを省くことができる。そして、特許文献２、３等にも記載されるように、この技術は広く一般的なものとなっている。
【０００３】
また、特許文献４には、親シールド機に親カッタを駆動させる駆動モータを設ける一方、子シールド機に子カッタを駆動させる駆動モータを設け、親カッタと子カッタとをそれぞれ別々に駆動させる技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特許第３１９２５７６号公報
【特許文献２】特開平３−１９７７９１号公報
【特許文献３】特公平２−４４９９６号公報
【特許文献４】実開平３−３２６９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、親子シールド機で大断面のトンネルを構築したい場合、親子シールド機にはその径に応じた大きなトルクが要求されることとなる。しかしながら、上述の従来技術を踏襲して子シールド機のみに駆動モータを設けて親シールド機の親カッタに駆動力を伝達させる技法を採用すると、子シールド機に設けることのできる駆動モータの数や大きさは、子シールド機の径によって決まってしまい、子シールド機の径が小さい場合、親シールド機の親カッタに十分な駆動トルクを与えることができず、子シールド機に比して大きな径の親シールド機を組み合わせることができないという課題があった。
【０００６】
また、特許文献４記載の親子シールド機のように親シールド機と子シールド機にそれぞれ駆動モータを設け、親カッタと子カッタをそれぞれ別々に回転駆動させるものとすると、親カッタに十分な駆動トルクを与えることは容易であるものの、親カッタと子カッタとの間に回転差が生じることから、子カッタ側から親カッタ側へ油圧や加泥材を供給する流入材ラインを設けることができず、親カッタにコピーカッタ等の油圧機器や、加泥材供給口等を設けることができないという課題があった。なお、一般に子カッタの軸芯部に設けたロータリジョイントから子カッタを経由して親カッタ側に油圧等を供給する技術は確立されているが、固定系から子カッタを経由せずに直接親カッタ側に油圧等を供給する技術は極めて困難であることが予想され、存在しないものと考えられる。
【０００７】
そしてさらに、親子シールド機を掘進させるとき、親シールド機の駆動モータが子カッタより大径のギヤに動力を伝達するのに対し、子シールド機の駆動モータが子カッタより小径のギヤに動力を伝達するため、子シールド機の駆動モータから得られるトルクは親シールド機の駆動モータから得られるトルクよりも小さく、効率が悪いという問題も潜在していた。そしてこの問題は、必要な駆動モータの数や大きさ等にも関わり、製造コスト高騰の一因にもなっていた。
【０００８】
そこで、本発明の目的は上記課題を解決し、親シールド機と子シールド機の径差が大きくとも十分なトルクでカッタを効率よく駆動でき、かつ、親カッタに流入材ラインを延ばすことができる安価な親子シールド機を提供することにある。
【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は、軸芯部に円盤状の子カッタを有する子シールド機と、該子シールド機の子カッタの外周にこれを囲繞する環状の親カッタを有する親シールド機とを備え、親シールド機より子シールド機を発進させて地山を掘削して小径のトンネルを構築する親子シールド機において、上記親カッタを回転駆動すべく親カッタの後方に且つその周方向に沿って配列された回転駆動モータと、上記子シールド機の子カッタから上記親カッタに係脱自在に設けられ、親カッタから子カッタに回転駆動力を伝達あるいは遮断させるための係合手段とを備え、上記親シールド機より子シールド機が発進する際には、係合手段を回転駆動力を遮断するようにすると共に、上記親カッタに連結されている回転駆動モータの一部または全てを上記子カッタを駆動する位置に移設するものである。
【００１０】
上記係合手段が、上記子カッタから油圧シリンダ等の伸縮機構によって径方向外方に出没自在に設けられた係合突起部材と、該係合突起部材と係合すべく上記親カッタの内周部に設けられた係合溝と、該係合溝内に設けられ、且つ、係合される上記係合突起部材の相対移動を許容する緩衝材層とを備えるとよい。
【００１１】
また、上記係合突起部材の先端部がカッタによって構成され、上記親シールド機より子シールド機が発進して地山を掘削する際に、上記子カッタの外周より径方向外方に突出できるコピーカッタとなっているとよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、親シールド機と子シールド機の径差が大きくとも十分なトルクで効率よくカッタを駆動でき、かつ、親カッタに流入材ラインを延ばすことができ、親子シールド機を安価に製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の好適実施の形態を示す親子シールド機の側面断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線矢視断面図であり、特に親シールド機内の駆動モータの配置を示すものである。
【００１４】
図１及び図２に示すように、親子シールド機１は、軸芯部２に円盤状の子カッタ３を有する子シールド機４と、子シールド機４の子カッタ３の外周にこれを囲繞する環状の親カッタ５を有する親シールド機６とを備えて構成されている。
【００１５】
子シールド機４は、親シールド機６より発進して地山を掘削し、小径のトンネルを構築するものであり、機体を構成する子シールドフレーム７と、子シールドフレーム７に枢支されて掘進方向前方へ延びる回転軸８と、回転軸８の前端に設けられ地山を掘削するための子カッタ３とを備えている。子シールドフレーム７は、親シールド機６と一体のとき、前後に分割されており、前部のみが後述する親シールドフレーム９内に発進可能に設けられている。そして、子シールドフレーム７には、親シールド機６から子シールド機４が発進する際に、親カッタ５に連結されている回転駆動モータ１０の一部を移し替えるための回転駆動モータ移設手段１１が設けられるようになっている。回転駆動モータ移設手段１１は、ホイスト等からなり、回転駆動モータ１０を子シールドフレーム７に設けられた子機側モータ取付枠１２の位置まで移送できるように構成されている。
【００１６】
また、図１及び図３に示すように、子カッタ３と親カッタ５とには、親カッタ５から子カッタ３に回転駆動力を伝達あるいは遮断させるための係合手段３１が設けられている。係合手段３１は、図３に示すように、子カッタ３に伸縮機構たる油圧シリンダ１４を介して設けられ子カッタ３から径方向外方に出没自在な係合突起部材１３と、この係合突起部材１３と係合すべく親カッタ５の内周部に設けられた係合溝１５と、係合溝１５内に設けられ、且つ、係合される係合突起部材１３の相対移動を所定の範囲内で許容する緩衝材層２７とを備えて構成されている。係合突起部材１３の先端部はカッタが形成されており、親シールド機６より子シールド機４が発進して地山を掘削する際に、子カッタ３の外周より径方向外方に突出させることでコピーカッタ３２となるように構成されている。このように、係合突起部材１３にはコピーカッタ３２が一体的に形成されていることにより、子カッタ３と親カッタ５とを連結させて駆動力を伝達させる機能と、コピーカッタ３２の機能とを兼ね備えていることになる。係合溝１５は、親カッタ５の内周に径方向内側へ開口するように形成されており、係合突起部材１３が径方向外方へ突出したときにこれを収容して親カッタ５と子カッタ３とを互いに係合して連結するように構成されている。そして、係合溝１５の溝内にはこれに係合した係合突起部材１３の前後方向と回転方向との相対移動を所定の範囲内で許容するように緩衝材層２７が張設されている。この緩衝材層２７は、ゴム或いはウレタン等の弾性を有すると共に充分な強度を有する材料からなり、係合突起部材１３が係合溝１５内に係合したときに密に係合すると共に相互の係合応力に応じて変形することで相対移動を許容するようになっている。さらに、緩衝材層２７は回転方向に厚く形成されており、親カッタ５から子カッタ３へ伝わる駆動力の変動を良好に吸収して係合突起部材１３と親カッタ５とを保護するように構成されている。
【００１７】
また、回転軸８には、親シールド機６から移し替えられる回転駆動モータ１０に噛合される子カッタ用ギヤ１６と、子シールドフレーム７内から子カッタ３側へ油圧や加泥材等の流入材を供給するためのロータリジョイント１８とが設けられている。
【００１８】
親シールド機６は、子シールドフレーム７を囲繞する略筒体状に形成され機体を構成する親シールドフレーム９と、親シールドフレーム９にラジアル・スラスト軸受１９を介して同軸上で回転するように支持され後述する親カッタ５に動力を伝達するための動力伝達部材２０と、動力伝達部材２０を介して親シールドフレーム９に回転自在に設けられ地山を掘削するための親カッタ５とを備えて構成されている。
【００１９】
図１及び図２に示すように、親シールドフレーム９は、構築すべきトンネルの径に合わせて大径に形成されており、前端部に回転駆動モータ１０を取り外し可能に取り付けるための親機側モータ取付枠２１が設けられている。具体的には、親機側モータ取付枠２１は、親シールドフレーム９の内外周に沿う環状に形成されており、ラジアル・スラスト軸受１９の後端に近接して設けられている。そして回転駆動モータ１０は、親機側モータ取付枠２１の複数の取付位置にそれぞれ取り付けられることで、親カッタ５の後方に且つその周方向に沿って配列されるようになっている。これにより、それぞれの回転駆動モータ１０の回転駆動力を後述する親カッタ用ギヤ２２に集め、親カッタ５と子カッタ３とを一体に回転駆動させる大きな駆動力を得られるようになっている。すなわち、親カッタ５を回転駆動するための総駆動力は、複数個の回転駆動モータ１０に分割され、これら複数個の回転駆動モータ１０で担うように構成されている。全ての回転駆動モータ１０が少なくとも子カッタ用ギヤ１６よりも大径の親カッタ用ギヤ２２に動力を伝達することから、親カッタ用ギヤ２２に沿ってより多くの回転駆動モータ１０を機内に設けることができる。また、親カッタ用ギヤ２２は親シールド機６の径に応じて大きくできることから、親シールド機６が大径になればそれに応じて回転駆動モータ１０をより多く設けることが可能となり、回転駆動モータ１０の設置スペースが不足することはない。そして、大径の親カッタ５にのみ回転駆動モータ１０を連結し、親カッタ５を介して子カッタ３に動力を伝達するものとしたため、回転駆動モータ１０からより大きなトルクを得ることができ、親カッタ５と子カッタ３とを効率よく回転駆動できる。これにより、子カッタ３にのみ回転駆動モータ１０を連結する従来の親子シールド機に比して、機器の構成を簡易にすることができる。
【００２０】
親カッタ５に駆動力を伝える動力伝達部材２０は、環状に形成され親シールドフレーム９に液密にシールされるシール部２３と、シール部２３に後方に延びて設けられラジアル・スラスト軸受１９に支持される被支持部２４と、被支持部２４に一体に形成され回転駆動モータ１０に噛合される親カッタ用ギヤ２２と、シール部２３に前方に延びて設けられ親カッタ５の後端に一体に連結される複数の連結ロッド部２５とを備えて構成されている。
【００２１】
図１に示すように、親カッタ５には、コピーカッタ３３と、コピーカッタ３３を径方向外方へ出没させるための油圧シリンダ３０とが設けられている。油圧シリンダ３０に油圧を供給する流入材供給ライン１７は、子シールド機４の機内からロータリジョイント１８を介して子カッタ３に延びた後、親カッタ５に延びるように配管されている。親カッタ５と子カッタ３とは係合手段３１にて一体に連結されているため、子カッタ３から親カッタ５に流入材ライン１７を簡単に延ばすことができ、コピーカッタ３３を出没させる油圧シリンダ３０に油圧を容易に供給できる。また、流入材ライン１７には、子カッタ３側と親カッタ５側との間を開閉自在に遮断するためのバルブ（図示せず）が設けられており、親シールド機６から子シールド機４を分離させるときにバルブを閉じることで、管路内の油が漏出するのを防ぐようになっている。
【００２２】
次に本実施の形態の作用を述べる。
【００２３】
親子シールド機１を一体的に掘進させて地山を掘削する場合、各回転駆動モータ１０に油圧を供給し、回転駆動させる。各回転駆動モータ１０の駆動力は、全て親カッタ用ギヤ２２に伝達され、親カッタ５を回転駆動させる。親カッタ用ギヤ２２は、子カッタ用ギヤ１６よりも十分大径に形成されているため、従来のように子カッタ用ギヤ１６に駆動力を伝達する場合と比べ、それぞれの回転駆動モータ１０からより大きなトルクを引き出してカッタ５、３に伝達することができる。
【００２４】
親カッタ５の回転は、係合手段たる係合突起部材１３が子カッタ３の係合溝１５に係合されることにより子カッタ３に伝達され、子カッタ３は親カッタ５に連れ回される。このとき、係合突起部材１３は係合溝１５内で緩衝材層２７の変形により所定の範囲内で相対移動が可能であるため、親カッタ５と子カッタ３とが多少位置ズレを起こしていてもこれを吸収でき、親カッタ５の回転を子カッタ３に円滑に伝えることができる。そして、係合突起部材１３と係合溝１５とは緩衝材層２７で埋まって密着しているため、係合突起部材１３と係合溝１５との間に掘削土砂などの異物が詰まることはなく、上記相対移動が確実に許容され親カッタ５の回転を安定して子カッタ３に伝えることができる。
【００２５】
また、親子シールド機１でカーブ施工する場合は、流入材ライン１７に油圧を供給することで、ロータリジョイント１８から子カッタ３を経て親カッタ５側へ油圧を供給でき、親カッタ５からコピーカッタ３３を出没させて余堀りすることができる。これにより、カーブ施工を容易に行うことができる。
【００２６】
このようにして大径トンネルの構築が終了し、親子シールド機１が子シールド機４を発進させるべき地点に到達したら、図４に示すように、子シールド機４から予め外しておいた排土装置等の部品をそれぞれ子シールド機４に戻し、子シールド機４を発進可能な状態にする。このとき、回転駆動モータ１０については、親シールド機６のものを取り外し、図１で示す回転駆動モータ移設手段１１を用いて子機側モータ取付枠１２の位置まで移送して取り付け、再利用する。子シールド機４は親シールド機６ほど大きなトルクを必要としないため、図５に示すように、親シールド機６の回転駆動モータ１０の一部を移し替えることになる。このため、回転駆動モータ１０を有効に利用でき、親子シールド機１全体の製造コストを下げることができる。
【００２７】
子シールド機４が組み上がったら、子カッタ３の係合突起部材１３を縮退させて子カッタ３と親カッタ５との係合を解くと共に、子シールドフレーム７と親シールドフレーム９との係合を解く。そして、流入材ライン１７に設けたバルブを閉じ、流入材ライン１７を親カッタ５と子カッタ３との間で切断する。このようにして子シールド機４が親シールド機６から分離されたら子シールド機４を発進させる。
【００２８】
子シールド機４を発進させたのちは、係合突起部材１３の先端部に形成したカッタがコピーカッタ３２として機能する。このため、子シールド機４でカーブ施工するときは、油圧シリンダ１４を伸縮させることで子カッタ３からコピーカッタ３２を適宜出没させて余掘りを行う。
【００２９】
このように、親カッタ５を回転駆動すべく親カッタ５の後方に且つその周方向に沿って配列され、回転駆動力が複数個に分割された回転駆動モータ１０と、子カッタ３から親カッタ５に係脱自在に設けられ、親カッタ５から子カッタ３に回転駆動力を伝達あるいは遮断させる係合突起部材１３と、親シールド機６より子シールド機４が発進する際に、子シールド機４に設けられ親カッタ５に連結されている回転駆動モータ１０の一部を移し替えるための回転駆動モータ移設手段１１とを備えて親子シールド機１を構成したため、親シールド機６と子シールド機４の径差が大きくとも十分なトルクでカッタ３、５を効率よく駆動でき、かつ、親カッタ５に流入材ライン１７を延ばすことができ、親子シールド機１の製造コストを下げることができる。
【００３０】
また、係合手段３１が、子カッタ３から油圧シリンダ１４等の伸縮機構によって径方向外方に出没自在に設けられた係合突起部材１３と、係合突起部材１３と係合すべく親カッタ５の内周部に設けられた係合溝１５と、係合溝１５内に設けられ、且つ、係合される係合突起部材１３の相対移動を所定の範囲内で許容する緩衝材層２７とを備えて構成されたため、それぞれシールドフレーム７、９に枢支された親カッタ５と子カッタ３との寸法誤差等を吸収することができると共に、係合突起部材１３と係合溝１５との間に掘削土砂等の異物が侵入するのを未然に防止することができる。
【００３１】
そして、係合突起部材１３の先端部がカッタによって構成され、親シールド機６より子シールド機４が発進して地山を掘削する際に、子カッタ３の外周より径方向外方に突出させるようにコピーカッタ３２を構成したため、子シールド機４のカーブ施工を容易になし得る。
【００３２】
なお、親カッタ５と子カッタ３を更に強固に連結したい場合、親カッタ５と子カッタ３に上述の係合手段３１に加えて補助的あるいは補強的な係合手段を設けてもよい。具体的には図６に示すように、この補助的ないし補強的な係合手段３５は、親カッタ５から油圧シリンダ２６等の伸縮機構によって径方向内方に出没自在に設けられた係合突起部材３４と、この係合突起部材３４と係合すべく子カッタ３の外周部に設けられた係合溝２８と、係合溝２８内に設けられ、且つ、係合される係合突起部材３４の相対移動を所定の範囲内で許容する緩衝材層２９とを備えて構成するとよい。このように、親カッタ５側に係合突起部材３４を設けることにより、子カッタ３に他の装置を設けることができ、子カッタ３の小さな設置スペースを有効に利用することができる。
【００３３】
また、回転駆動モータ１０は、過負荷に対する制御が容易な油圧モータからなるものとしたが、簡易な配線で駆動できる電動モータ（図示せず）からなるものとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の好適実施の形態を示す親子シールド機の側面断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図３】親子シールド機の要部拡大正面図である。
【図４】子シールド機の側面断面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図６】補助的乃至補強的な係合手段を示す親子シールド機の要部拡大正面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  親子シールド機
２  軸芯部
３  子カッタ
４  子シールド機
５  親カッタ
６  親シールド機
１０  回転駆動モータ
１１  回転駆動モータ移設手段
１３  係合突起部材
１４  油圧シリンダ（伸縮機構）
１５  係合溝
２７  緩衝材層
３１  係合手段
３２  コピーカッタ
【図１】
2005194752.tif 000003
【図２】
2005194752.tif 000004
【図３】
2005194752.tif 000005
【図４】
2005194752.tif 000006
【図５】
2005194752.tif 000007
【図６】
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