(57)【要約】【課題】  任意断面形状を滑らかに掘削でき、且つ、掘削機構がシンプルなシールド掘削機を提供する。【解決手段】  シールド掘削機１は、シールド本体８前方の中心軸上に位置する回転軸６に基端部を軸支された４本のカッター２をシールド本体８前端に備えている。カッター２は、前面に複数のカッタービット５を有する直方体状のカッター先端部３と、同じく前面に複数のカッタービット５を有する直方体状のカッター伸縮部４とから構成される。カッター先端部３の後面には、回転軸６と平行に先端軸３ａが連結されている。先端軸３ａの他端には、カッター２を回転軸６回りに回転駆動させるためのモーター７が連結されており、モーター７の外周面にはピニオン歯車７ａが装着されている。一方、スキンプレート８ｂ前方の内周面には、ラック歯車７ｂが全周にわたって取り付けられている。【選択図】      図２
2005155171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル断面形状に略相似形に形成された外殻と、
当該外殻と係合する先端部が当該外殻に沿って移動自在とされ、基端部がシールド本体の中心軸回りに回転自在に軸支され、中間部が前記シールド本体の径方向に伸縮自在なカッターとを備えることを特徴とするシールド掘削機。
【請求項２】
前記外殻の内周部または外周部に沿ってラック歯車を設けるとともに、当該ラック歯車に噛合して移動するピニオン歯車を前記カッターの先端部に設けることを特徴とする請求項１に記載のシールド掘削機。
【請求項３】
前記外殻の内周部または外周部に沿って係合溝を設けるとともに、当該係合溝内を摺動する係合突起を前記カッターの先端部に設けることを特徴とする請求項１に記載のシールド掘削機。
【請求項４】
前記カッターの先端部に係合溝を設けるとともに、当該係合溝内を摺動する係合突起を前記外殻の内周部または外周部に沿って設けることを特徴とする請求項１に記載のシールド掘削機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド掘削機に関し、特に、非円形断面形状を有するトンネルを掘削するためのシールド掘削機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シールドトンネルの断面形状は円形であったが、用途に応じて自由な断面形状のトンネルを掘削できるシールド掘削機の開発が望まれていた。そこで、近年、矩形や楕円形などの非円形断面を掘削することができるシールド掘削機が開発されており、円形カッターを多重配置した掘削機や、偏芯多軸掘削機（特許文献１参照。）、あるいは固定カッターに伸縮カッターを付加した掘削機（特許文献２参照。）などがある。
（特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２０００−６４７８２号公報  （第２−３頁、第３図）
【特許文献２】特開平６−２１２８８３号公報  （第２頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、円形カッターを多重配置した掘削機は、多数のカッターを使用するにもかかわらず、掘り残しや過掘りの危険性がある。また、偏芯多軸掘削機の場合は、掘削機構が複雑なうえ、カッター反力でシールド本体が揺れ動くという問題がある。さらに、固定カッターに伸縮カッターを付加した掘削機の場合は、伸縮機構が複雑になるという問題がある。
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、任意断面形状を滑らかに掘削でき、且つ、掘削機構がシンプルなシールド掘削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】
【０００４】
上記目的を達成するため、本発明に係るシールド掘削機では、トンネル断面形状に略相似形に形成された外殻と、当該外殻と係合する先端部が当該外殻に沿って移動自在とされ、基端部がシールド本体の中心軸回りに回転自在に軸支され、中間部が前記シールド本体の径方向に伸縮自在なカッターとを備えることを特徴とする。
本発明では、トンネル断面形状に略相似形に形成された外殻に沿って、伸縮自在なカッターをシールド本体の中心軸回りに回転駆動させることにより、カッターを伸縮させるためのジャッキ等を必要とせず、任意断面形状を滑らかに掘削でき、且つ、掘削機構がシンプルなシールド掘削機を実現することができる。
【０００５】
本発明に係るシールド掘削機では、前記カッターの駆動機構として、前記外殻の内周部または外周部に沿ってラック歯車を設けるとともに、当該ラック歯車に噛合して移動するピニオン歯車を前記カッターの先端部に設けてもよい。
本発明では、前記カッターの先端部に設けたピニオン歯車を、前記外殻の内周部または外周部に沿って設けたラック歯車上を移動させることにより、前記カッターを前記外殻に沿ってシールド本体の中心軸回りに回転駆動させることができる。
【０００６】
また、本発明に係るシールド掘削機では、前記カッターの駆動機構として、前記外殻の内周部または外周部に沿って係合溝を設けるとともに、当該係合溝内を摺動する係合突起を前記カッターの先端部に設けてもよい。
本発明では、前記カッターの先端部に設けた係合突起を、前記外殻の内周部または外周部に沿って設けた係合溝内を摺動させることにより、前記カッターを前記外殻に沿ってシールド本体の中心軸回りに回転駆動させることができる。
【０００７】
逆に、本発明に係るシールド掘削機では、前記カッターの駆動機構として、前記カッターの先端部に係合溝を設けるとともに、当該係合溝内を摺動する係合突起を前記外殻の内周部または外周部に沿って設けてもよい。
本発明では、前記外殻の内周部または外周部に沿って設けた係合突起をガイドレールとすることで、前記カッターを前記外殻に沿ってシールド本体の中心軸回りに回転駆動させることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、トンネル断面形状に略相似形に形成された外殻に沿って、伸縮自在なカッターをシールド本体の中心軸回りに回転駆動させることにより、カッターを伸縮させるためのジャッキ等を必要とせず、任意断面形状を滑らかに掘削でき、且つ、掘削機構がシンプルなシールド掘削機を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に係るシールド掘削機の実施形態について、図面に基いて説明する。
図１は、シールド掘削機の第一の実施形態を示す立面図である。また、図２は、その側断面図である。以下、シールド掘削機１の掘進方向を「前」、その逆側を「後」と称する。
本実施形態によるシールド掘削機１は、シールド本体８前方の中心軸上に位置する回転軸６を中心として、回転軸６直交方向に放射状に延びた４本のカッター２をシールド本体８前端に備えている。各カッター２の基端部は、基端軸６ａを介して回転軸６に軸支されている。
シールド本体８は、外殻を形成するスキンプレート８ｂと、回転軸６を軸支する、シールド本体８前方の隔壁８ａを備えている。スキンプレート８ｂの断面形状は、トンネル断面形状に略相似な楕円形状をしている。
カッター２は、前面に複数のカッタービット５を有する直方体状のカッター先端部３と、同じく前面に複数のカッタービット５を有する直方体状のカッター伸縮部４とから構成される。
カッター先端部３の後面には、回転軸６と平行に先端軸３ａが連結されている。先端軸３ａの他端には、カッター２を回転軸６回りに回転駆動させるためのモーター７が連結されており、モーター７の外周面にはピニオン歯車７ａが装着されている。一方、スキンプレート８ｂ前方の内周面には、ラック歯車７ｂが全周にわたって取り付けられている。モーター７は、スキンプレート８ｂ内周面のラック歯車７ｂと、スキンプレート８ｂから一定の間隔をおいて内側に形成されたスキンプレート８ｃ間で挟持されている。そして、モーター７の外周面がピニオン歯車７ａとともに回転することにより、ラック歯車７ｂ上をモーター７が移動するようになっている。
カッター伸縮部４は、先端側の第一部材４ａと、基端側の第二部材４ｂと、第一部材４ａと第二部材４ｂを連結する中間部材４ｃとからなる。中間部材４ｃの両端部は、それぞれ第一部材４ａおよび第二部材４ｂに内蔵され、中間部材４ｃが第一部材４ａ内および第二部材４ｂ内を摺動することにより、カッター伸縮部４がシールド本体８の径方向に伸縮するようになっている。
【００１０】
次に、本実施形態によるシールド掘削機１の動作について説明する。
モーター７を駆動させると、モーター７の軸は回転せず、モーター７の外周面がピニオン歯車７ａとともに回転し、モーター７はラック歯車７ｂ上をスキンプレート８ｂの内周面に沿って移動する。それと同時に、先端部をモーター７に連結されたカッター２も、カッター伸縮部４を伸縮させながら、スキンプレート８ｂの内周面に沿って移動し、複数のカッタービット５を使って図示しない切羽面の掘削を行う。
なお、本実施形態では、カッター２ごとにモーター７が備えられているため、カッター２の回転角速度がカッター２ごとに異なる。そのため、カッター２の基端部は基端軸６ａを介して回転軸６に軸支されている。
【００１１】
本実施形態によるシールド掘削機１では、トンネル断面形状に略相似形に形成された外殻８ｂに沿って、伸縮自在なカッター２をシールド本体８の回転軸６回りに回転駆動させることにより、カッター２を伸縮させるためのジャッキ等を必要とせず、任意断面形状を滑らかに掘削でき、且つ、掘削機構がシンプルなシールド掘削機１を実現することができる。
【００１２】
次に、本発明に係るシールド掘削機の第二の実施形態について説明する。
図３は、シールド掘削機の第二の実施形態を示す立面図である。また、図４は、その側断面図である。シールド本体１８およびカッター１２の構成は、基本的に第一の実施形態と同様であるため、本実施形態が第一の実施形態と異なる点を中心に説明する。
本実施形態によるシールド掘削機１１も、第一の実施形態と同様に、シールド本体１８の径方向に伸縮自在な４本のカッター１２をシールド本体１８前端に備えている。しかし、第一の実施形態と異なり、４本のカッター１２の基端部は、全て、シールド本体１８前方の中心軸上に位置する回転軸１６に固定されている。
回転軸１６の後端部は、シールド本体１８前方の隔壁１８ａに軸支されている。また、隔壁１８ａ上には、回転軸１６を回転駆動するためのモーター１７が備えられており、各カッター先端部１３には、カッター１２を駆動するための個別のモーターは備えられていない。
カッター先端部１３の先端には、係合突起１３ａが設けられている。一方、スキンプレート１８ｂの前端の内周面には係合溝１３ｂが全周にわたって設けられており、係合溝１３ｂ内を係合突起１３ａが摺動するようになっている。
【００１３】
引き続き、本実施形態によるシールド掘削機１１の動作について説明する。
モーター１７を駆動させると、回転軸１６が回転する。回転軸１６が回転すると、回転軸１６に基端部を固定された４本のカッター１２も、カッター先端部１３の係合突起１３ａが、スキンプレート１８ｂ内周面に設けられた係合溝１３ｂ内を摺動しながら、スキンプレート１８ｂの内周面に沿って移動する。この間、カッター１２は、カッター伸縮部１４を伸縮させながら、複数のカッタービット１５を使って図示しない切羽面の掘削を行う。
本実施形態によるシールド掘削機１１の作用効果は、第一の実施形態の作用効果と同様である。
【００１４】
以上、本発明に係るシールド掘削機の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記の実施形態では、外殻の内周部に沿ってラック歯車を形成しているが、本発明では、外殻の外周部に沿ってラック歯車を形成してもよい。また、上記の実施形態では、外殻の内周部に沿って係合溝を設け、カッター先端部に係合突起を設けているが、本発明では、外殻の内周部に沿って係合突起を設け、カッター先端部に係合溝を設けてもよいし、あるいは、外殻の外周部に沿って係合溝や係合突起を設けることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るシールド掘削機の第一の実施形態を示す立面図である。
【図２】本発明に係るシールド掘削機の第一の実施形態を示す側断面図である。
【図３】本発明に係るシールド掘削機の第二の実施形態を示す立面図である。
【図４】本発明に係るシールド掘削機の第二の実施形態を示す側断面図である。
【符号の説明】
【００１６】
１、１１  シールド掘削機
２、１２  カッター
３、１３  カッター先端部
４、１４  カッター伸縮部
５、１５  カッタービット
６、１６  回転軸
７、１７  モーター
８、１８  シールド本体
【図１】
2005155171.tif 000003
【図２】
2005155171.tif 000004
【図３】
2005155171.tif 000005
【図４】
2005155171.tif 000006