(57)【要約】【課題】駆動系の回転ぶれや振動を低減し、駆動系のコストを低減した上で長円形状の軌跡を得る。【解決手段】固定中心線Ｐが中心の外周部３１１を有する固定の中心軸３１、固定中心線に平行な移動中心線Ｇが中心の内周部３２１および外周部３２２を有して内周部を中心軸の外周部に当接係合した環状軸３２と、移動中心線上に中心を置いたルーロー三角形状の範囲内の中心と頂点Ｔとを結ぶ延長線に沿って環状軸に設けた主掘削カッタ２と、固定中心線が中心の内周部３３１を有して内周部を環状軸の外周部に当接係合して固定中心線を中心に回転可能に設けた主回転軸３３と、環状軸の外周部と回転軸の内周部との係合および中心軸の外周部と環状軸の内周部との係合を保持する保持部材３４と、固定中心線を中心に回転可能に設けた副回転軸３５と、副回転軸に設けた副掘削カッタ２’と、主回転軸３３および副回転軸３５を回転駆動する駆動部とを備える。【選択図】        図２
2007126884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の固定中心線を中心とした外周部を有する固定の中心軸と、
前記固定中心線に平行な所定の移動中心線を中心とした内周部および外周部を有して環状に形成してあって当該内周部を前記中心軸の外周部に当接係合した環状軸と、
前記移動中心線上に中心を置いたルーロー三角形状の範囲内の少なくとも中心と頂点とを結ぶ延長線に沿って前記環状軸に設けた主掘削カッタと、
前記固定中心線を中心とする内周部を有して環状に形成してあり当該内周部を前記環状軸の外周部に当接係合して固定中心線を中心に回転可能に設けた主回転軸と、
前記移動中心線を中心に前記環状軸を回転に支持して当該環状軸の外周部と前記主回転軸の内周部との係合および前記中心軸の外周部と前記環状軸の内周部との係合を保持する保持部材と、
前記固定中心線を中心として回転可能に設けた副回転軸と、
前記副回転軸に設けた副掘削カッタと、
前記主回転軸および前記副回転軸を回転駆動する駆動部と、
前記中心軸および主回転軸を支持するとともに前記駆動部を内部に配置した筒状の胴部と
を備えたことを特徴とする掘削機。
【請求項２】
前記駆動部は、駆動源からの前記主回転軸および前記副回転軸への駆動力の伝達を連係してあることを特徴とする請求項１に記載の掘削機。
【請求項３】
前記保持部材に代えて前記移動中心線を中心に前記環状軸を回転可能に支持し、前記中心軸の外周部と前記環状軸の内周部との係合を離隔しつつ前記固定中心線に移動中心線を一致させた形態で前記環状軸を保持する他の保持部材と、
前記駆動部の駆動力を前記環状軸に伝達する駆動伝達手段と
を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の掘削機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤などを掘削する掘削機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な掘削機は、回転機構によってカッタヘッドを回転させて当該カッタヘッドで地盤を掘削するものが知られている。このような掘削機は、カッタヘッドが所定の中心を以て回転することから必然的に断面形状が円形になる。しかし、鉄道や道路などのトンネル利用空間においては、断面形状が非円形状であることが多く、上記円形の掘削断面内に非円形状とした鉄道や道路などの空間を構築する。このため、利用空間以上の掘削を行うことになるので、用地面積が多く必要となることに加えて建設費が嵩むという問題がある。
【０００３】
従来、例えばルーロー三角形なるルーロー三角形回転体に切削用バイトを設け、当該ルーロー三角形回転体を回転することで、被加工物に正方形状の穴明けを行う正方形穴明け加工装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
他に、加工部材をその中心周りに回転自在に加工部材自転支持装置に取り付け、当該加工部材自転支持装置を加工部材公転支持装置に取り付けた掘削機がある。加工部材には、中心と同芯状のほぼ正三角形の各頂点とその内方に掘削刃を設けて掘削作用面が形成してある。加工部材自転支持装置は、加工部材を前記正三角形の一辺の（（１／２）／ｃｏｓ３０°−（１／２））倍の半径で中心が回転するように加工部材公転支持装置に取り付けてある。そして、加工部材を自転させながらその自転方向とは逆の方向に３倍公転させる駆動手段を設けてある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また他に、正三角形の各頂点を中心とし、その一辺の長さを半径とする円弧を各対辺の外側に描き、これらの３つの円弧により囲まれたルーロー三角形を外形とするカッタを、矩形状スキンプレートの中心軸の回りに公転させながら自転させて掘削する矩形シールド工法がある。スキンプレートの中心軸に対するカッタの回転軸の偏心距離は、（Ｌ／２）／ｃｏｓ３０°−（Ｌ／２）を満足するように設定してある（Ｌ：ルーロー三角形の頂点間の距離）。また、カッタの公転数は自転数の３倍で、公転方向と自転方向が逆方向である（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
さらに、掘削断面の円形中心部を主カッタが掘削し、その外周部を複数の遊星カッタが掘削する自由断面シールド工法がある。遊星カッタは、主カッタの回転につれて主カッタの外周部を自転しながら公転する。この公転軌道は、遊星カッタを設置したスイングアームの角度調整によって任意に変えることができる。この結果、矩形、楕円形、馬蹄形、卵形など様々な掘削断面形状を選択できる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２６７９５０号公報
【特許文献２】特開平１−１５８１９６号公報
【特許文献３】特許第２９２６１２５号公報
【非特許文献１】シールド工法技術協会、“自由断面シールド工法”、［online］、平成１７年９月１６日検索、インターネット＜ＵＲＬ： HYPERLINK "http://www.shield-method.gr.jp/pdf_data/jiyu.pdf" http://www.shield-method.gr.jp/pdf_data/jiyu.pdf＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、ルーロー三角形を利用して非円形状である略矩形状に掘削を行う場合には、ルーロー三角形をその重心を中心として回転させ、かつルーロー三角形の重心を正方形の中心の周りに公転させる必要がある。
【０００９】
特許文献１の発明は、モータのトルクを伝達する軸と、ルーロー三角形回転体の重心の軸とを自在継手で連結してある。しかし、この構成では駆動伝達系に回転ぶれや振動が生じることになり、さらに大きなトルクが必要となる掘削機では自在継手は高価であり製造コストが嵩む。
【００１０】
特許文献２の発明では、モータからのトルクをクランク軸によって加工部材に伝達して公転装置を構成してある。しかし、クランクさせた回転軸部材にせん断力や曲げモーメントが生じて回転ぶれや振動の原因となる。
【００１１】
特許文献３の発明は、矩形状スキンプレートの中心に公転駆動盤を設けてこの公転駆動盤にカッタ回転軸を設けてある。そして、公転駆動盤を回転させるモータと、カッタ回転軸を回転させるモータを設けてある。しかし、カッタ回転軸を回転させるモータは、公転駆動盤に設けてあるため、配線や配管の処理を十分検討して設計する必要がある。さらに、各モータの回転数や回転方向を調整してそれぞれ同期させる必要がある。この結果、設計コストが嵩むことになる。
【００１２】
このように、ほぼ矩形状の軌跡をなすためにルーロー三角形の原理を利用した回転機構についての出願はあるものの、いずれも円滑な駆動を実現するものはない。また、大きなトルクが必要である掘削機においては、正方形枠は掘削孔内で大きなスペースを要することから正方形枠のない機構が望まれている。さらに、矩形状の掘削に限らず矩形状を含む多角形状の軌跡をなす回転機構、および当該回転機構を用いた掘削機を実現するものはない。
【００１３】
また、非特許文献１の工法は、主カッタの回転につれて主カッタの外周部を自転しながら公転する複数の遊星カッタを得るために、スイングアームを用いた複雑な構成にしてある。この結果、製造コストが嵩むという問題がある。
【００１４】
本発明は、上記実情に鑑みて、枠体を要することなく駆動系の回転ぶれや振動を低減するとともに駆動系や製造コストを低減した上で非円形状の断面の掘削を実現することができる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】
【００１５】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る掘削機は、所定の固定中心線を中心とした外周部を有する固定の中心軸と、前記固定中心線に平行な所定の移動中心線を中心とした内周部および外周部を有して環状に形成してあって当該内周部を前記中心軸の外周部に当接係合した環状軸と、前記移動中心線上に中心を置いたルーロー三角形状の範囲内の少なくとも中心と頂点とを結ぶ延長線に沿って前記環状軸に設けた主掘削カッタと、前記固定中心線を中心とする内周部を有して環状に形成してあり当該内周部を前記環状軸の外周部に当接係合して固定中心線を中心に回転可能に設けた主回転軸と、前記移動中心線を中心に前記環状軸を回転可能に支持して当該環状軸の外周部と前記主回転軸の内周部との係合および前記中心軸の外周部と前記環状軸の内周部との係合を保持する保持部材と、前記固定中心線を中心として回転可能に設けた副回転軸と、前記副回転軸に設けた副掘削カッタと、前記主回転軸および前記副回転軸を回転駆動する駆動部と、前記中心軸および主回転軸を支持するとともに前記駆動部を内部に配置した筒状の胴部とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項２に係る掘削機は、上記請求項１において、前記駆動部は、前記主回転軸および前記副回転軸への駆動力の伝達を連係してあることを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項３に係る掘削機は、上記請求項１または２において、前記保持部材に代えて前記移動中心線を中心に前記環状軸を回転可能に支持し、前記中心軸の外周部と前記環状軸の内周部との係合を離隔しつつ前記固定中心線に移動中心線を一致させた形態で前記環状軸を保持する他の保持部材と、前記駆動部の駆動力を前記環状軸に伝達する駆動伝達手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、駆動部の駆動力を主回転軸に伝達することによって、主回転軸が固定中心線を中心として回転する。すると、主回転軸の内周部に係合する環状軸が移動中心線を中心として主回転軸と同方向に回転する。さらに、移動中心線を中心として回転する環状軸は、その内周部が中心軸の外周部に係合しているため、当該中心軸の外周部に沿って固定中心線の周りに主回転軸と同方向に輪転運動（公転）することになる。このため、環状軸に設けた主掘削カッタは、環状軸の輪転運動に伴って自転および公転移動する。移動する主掘削カッタの先端は、非円形状である長円形状の軌跡をなし、非円形状断面である長円形状断面の掘削孔が得られる。この掘削孔は、一般的な断面円形の掘削孔と比較して、不要な空間を掘削せずに利用空間のみの掘削で得られるため、必要以上の用地面積を要さないことに加えて建設費を低減することが可能になる。
【００１９】
一方、駆動部の駆動力を副回転軸に伝達することによって、副回転軸が固定中心線を中心として回転する。このため、副回転軸に設けた副掘削カッタは、副回転軸の回転に伴って回転移動する。移動する副掘削カッタの先端は、円形状の軌跡をなし、円形状断面の掘削孔が得られる。この結果、長円形状断面の掘削孔を掘削する前に円形状の補助掘削孔を掘削することができる。すなわち、掘削孔Ｈを掘削する前に削岩が可能になり、掘削の負荷を低減できる。
【００２０】
また、上記掘削機は、主回転軸が固定中心線を中心として回転駆動され、かつ、環状軸が主回転軸の回転に伴って保持部材に保持された形態で移動中心線を中心として回転しつつ固定中心線を中心として公転する。この結果、主回転軸が固定中心線上でその軸心がずれることなく回転するため、回転ぶれや振動を低減することができる。また、環状軸が主回転軸の回転に伴って保持部材に保持された形態で移動中心線を中心として回転しつつ固定中心線を中心として公転するため、環状軸の自転および公転移動に際して従前の自在継手を要することがないので、自在継手に係るコストを低減することができる。
【００２１】
また、上記掘削機は、主掘削カッタを設けた環状軸を、保持部材によって保持した形態で公転および自転させる構成である。このため、従前のほぼ正方形状の軌跡をなすようにルーロー三角形の外幅を一辺とする正方形枠にルーロー三角形状の軸を支持して回転させる必要がない。すなわち、枠体が必要ない。このため、掘進した掘削孔の断面形状に対して、掘削機の胴部の前面視の輪郭を小さく形成することが可能になる。この結果、主掘削カッタが先行して掘進した掘削孔に胴部が通過できるので、掘削断面が長円形状の掘削孔の掘進を行う掘削機を得ることが可能になる。
【００２２】
また、上記掘削機は、主掘削カッタを設けた環状軸を、保持部材によって保持した形態で公転および自転させる構成で非円形状である長円形状の掘削孔を得る。このため、従前のごとくスイングアームを用いた複雑な構成にすることがなく、製造コストを低減することができる。すなわち、上記掘削機は、簡素な機構で非円形状断面である長円形状断面の掘削孔を掘進できるため、故障が起こり難く信頼性が向上するので、掘進長さに応じたコストを低減することができる。
【００２３】
また、駆動源からの主回転軸および副回転軸への駆動力の伝達を連係した駆動部とすることで、単一の駆動源の駆動力によって主回転軸および副回転軸を回転駆動することができ、駆動源に係るコストを低減することができる。
【００２４】
また、前記保持部材に代えて移動中心線を中心に環状軸を回転可能に支持し、中心軸の外周部と環状軸の内周部との係合を離隔しつつ固定中心線に移動中心線を一致させた形態で環状軸を保持する他の保持部材と、駆動部の駆動力を環状軸に伝達する駆動伝達手段とを備えた場合には、１台の掘削機で長円形状断面の掘削孔の掘削と、円形状断面の掘削孔の掘削を行うことができる。このようにすることで、例えば地下鉄で一般部分を円形状断面とし、駅ホームのある部分だけを長円形状断面にすることが可能になる。また、例えばトンネルで一般部分を円形状断面とし、分岐部だけを長円形状断面にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る掘削機の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２６】
図１は本発明に係る掘削機の実施の形態を示す概略側断面図、図２は図１に示す掘削機を軸方向（前方向）から視た概念図、図３は図１に示す回転機構の分解斜視図である。
【００２７】
図１〜図３に示すように掘削機は、胴部１と主掘削カッタ２と副掘削カッタ２’を備えている。胴部１は、主掘削カッタ２および副掘削カッタ２’を支持しつつ主掘削カッタ２および副掘削カッタ２’を駆動するものであって、掘削機の外郭をなし、筒状とした内部に回転機構３を有している。
【００２８】
回転機構３は、中心軸３１、環状軸３２、主回転軸３３、保持部材３４、副回転軸３５および駆動部３６を有している。
【００２９】
中心軸３１は、胴部１に固定してあり、胴部１の前後方向に沿って配置した所定の固定中心線Ｐを中心とした外周部３１１を有して円柱形状に形成してある。
【００３０】
環状軸３２は、固定中心線Ｐと平行にして胴部１の前後方向に沿って配置した所定の移動中心線Ｇを中心とした内周部３２１および外周部３２２を有してほぼ円環状に形成してある。この環状軸３２は、中心軸３１を内装し、内周部３２１を中心軸３１の外周部３１１に対して当接係合してある。なお、環状軸３２は、内周部３２１および外周部３２２を一体に有した環状体、あるいは内周部３２１を有した管体と外周部３２２を有した管体とを組み合わせた構成とすることができる。
【００３１】
主回転軸３３は、中心軸３１の固定中心線Ｐを回転中心として回転可能に胴部１に支持してある。主回転軸３３は、固定中心線Ｐを中心とする内周部３３１を有して環状に形成してあり、その内周部３３１を環状軸３２の外周部３２２に当接係合してある。
【００３２】
保持部材３４は、環状軸３２の内周とほぼ同じ外周を有して所定厚さの円板状に形成してあり、環状軸３２の内周に摺接して移動中心線Ｇを中心に回転する態様で環状軸３２に内装してある。また、保持部材３４には、固定中心線Ｐを中心として中心軸３１の外周とほぼ同じ内周を有した挿通孔３４１が偏心して設けてある。この挿通孔３４１は、中心軸３１に対して回転可能に挿通してある。このため、保持部材３４は、移動中心線Ｇを中心に環状軸３２を回転可能に支持することになり、当該環状軸３２の外周部３２２と主回転軸３３の内周部３３１との係合、および中心軸３１の外周部３１１と環状軸３２の内周部３２１との係合を常に保持する。
【００３３】
なお、図には明示しないが、環状軸３２の外周と主回転軸３３の内周との間に保持部材が内装されることによっても、環状軸３２の外周部３２２と主回転軸３３の内周部３３１との係合を常に保持しつつ、中心軸３１の外周部３１１と環状軸３２の内周部３２１との係合を常に保持することになるので、このような形態であってもよい。この場合の保持部材（図示なし）は、主回転軸３３の内周とほぼ同じ外周を有して所定厚さの円板状に形成してあり、環状軸３２の外周に摺接して固定中心線Ｐを中心に回転する態様で主回転軸３３に内装してある。そして、この保持部材（図示なし）には、移動中心線Ｇを中心として環状軸３２の外周とほぼ同じ内周を有する貫通孔が偏心して設けられている。もちろん、この図示しない保持部材と図１に示す保持部材３４とをそれぞれ組み合わせて双方用いてもよい。
【００３４】
副回転軸３５は、固定中心線Ｐに沿って中心軸３１に設けた軸孔３１２に対して回転可能に挿通支持してある。すなわち、副回転軸３５は、固定中心線Ｐを中心として回転可能に設けてある。
【００３５】
駆動部３６は、主回転軸３３および副回転軸３５を回転させるものであり、胴部１の内部に設けたモータなどの駆動源３６１の駆動力を主回転軸３３および副回転軸３５に伝達する。この駆動部３６は、固定中心線Ｐおよび移動中心線Ｇに平行する中心線Ｏを中心に回転可能に設けた駆動軸３６２を有し、当該駆動軸３６２に設けた駆動歯３６３を主回転軸３３の内周部３３１に当接係合してある。また、駆動軸３６２には、伝達歯３６４が設けてあり、副回転軸３５に設けた伝達歯３６５に対して互いに係合してある。そして、駆動源３６１は、副回転軸３５に連結してある。すなわち、駆動源３６１の駆動力は、副回転軸３５に伝達されて当該副回転軸３５が回転駆動される。一方、副回転軸３５の回転は、伝達歯３６５および伝達歯３６４によって連係されて駆動軸３６２に伝達される。そして、駆動歯３６３と主回転軸３３の内周部３３１との当接係合によって主回転軸３３が回転駆動される。
【００３６】
なお、上記駆動部３６において、副回転軸３５に駆動源３６１を連結して構成してあるが、駆動源３６１を駆動軸３６２に連結して構成してあってもよい。すなわち、駆動源３６１の駆動力は、駆動軸３６２に伝達されて、駆動歯３６３と主回転軸３３の内周部３３１との当接係合によって主回転軸３３が回転駆動される。一方、駆動軸３６２の回転は、伝達歯３６５および伝達歯３６４によって連係されて副回転軸３５に伝達される。
【００３７】
また、上記駆動部３６において、伝達歯３６５および伝達歯３６４で連係して単一の駆動源３６１の駆動力によって主回転軸３３および副回転軸３５を回転駆動しているが、伝達歯３６５および伝達歯３６４を設けずに副回転軸３５および駆動軸３６２にそれぞれ駆動源３６１を連結してもよい。すなわち、一方の駆動源３６１を駆動軸３６２に連結して主回転軸３３を回転駆動する主駆動部を構成し、他方の駆動源３６１を副回転軸３５に連結して当該副回転軸３５を回転駆動する副駆動部を構成することも可能である。
【００３８】
また、上記駆動部３６において、図には明示しないが駆動源３６１と、これに連結する軸との間に適宜減速機構を有していてもよい。
【００３９】
ところで、上記回転機構３において、中心軸３１と環状軸３２との係合、環状軸３２と主回転軸３３との係合、主回転軸３３と駆動部３６との係合には、例えば歯車の噛合による係合がある。あるいは、高摩擦材などを介して接触滑りが防止された係合であってもよい。
【００４０】
主掘削カッタ２は、胴部１の前側に延出した環状軸３２の前端に設けてある。この主掘削カッタ２は、移動中心線Ｇ上に中心（重心）を置いた仮想ルーロー三角形状の範囲内であって、少なくとも中心（移動中心線Ｇ）と頂点（Ｔ）とを結ぶ延長線に沿って羽根部材を配置し、当該羽根部材の前面に掘削ビット（図示せず）を設けてある。ルーロー三角形は、図２に一点鎖線で示すように正三角形の各頂点Ｔを中心として他の頂点Ｔを結ぶ円弧を描いてなる形状をなし、その外幅（差し渡し幅）がいずれも定幅なものである。そして、本実施の形態における主掘削カッタ２は、上記延長線に沿って環状軸３２の縁部から頂点Ｔに至り延在してある。
【００４１】
ここで、上記中心軸３１、環状軸３２および主掘削カッタ２の寸法設定は、図２に示すように中心軸３１および主回転軸３３の中心（固定中心線Ｐ）から環状軸３２の中心（移動中心線Ｇ）に至る距離（偏心量）を［ｒ］とし、中心軸３１の外周部３１１の直径を［４ｒ］、環状軸３２の外周部３２２の直径を［６ｒ］、および主掘削カッタ２を配置するルーロー三角形の中心（移動中心線Ｇ）と頂点Ｔとを結ぶ延長線Ｌを［Ｌ≧７．５ｒ］と設定してある。
【００４２】
副掘削カッタ２’は、胴部１の前側であって上記主掘削カッタ２のさらに前側に延出した副回転軸３５の前端に設けてある。この副掘削カッタ２’は、固定中心線Ｐを中心として放射方向に延在して羽根部材を配置し、当該羽根部材の前面に掘削ビット（図示せず）を設けてある。なお、本実施の形態において、副掘削カッタ２’は、固定中心線Ｐを中心として放射方向に等間隔で３方向に延在して配置してあり、固定中心線Ｐからの延在長さを、主掘削カッタ２がなす軌跡の範囲内としてある。
【００４３】
上記構成の掘削機は、回転機構３において駆動部３６の駆動力を主回転軸３３に伝達することによって、主回転軸３３が固定中心線Ｐを中心として回転（例えば図２における時計回り方向）する。すると、主回転軸３３の内周部３３１に係合する環状軸３２が移動中心線Ｇを中心として主回転軸３３と同方向（例えば図２における時計回り方向）に回転する。さらに、移動中心線Ｇを中心として回転する環状軸３２は、その内周部３２１が中心軸３１の外周部３１１に係合しているため、当該中心軸３１の外周部３１１に沿って固定中心線Ｐの周りに主回転軸３３と同方向（例えば図２における時計回り方向）に輪転運動（公転）する。このとき、保持部材３４は、その外周が環状軸３２の内周に摺接し、挿通孔３４１が中心軸３１の外周に摺接して、環状軸３２の公転に伴って固定中心線Ｐを中心として回転することで主回転軸３３の内周部３３１と環状軸３２の外周部３２２との係合、および中心軸３１の外周部３１１と環状軸３２の内周部３２１との係合を常に保持する。このため、環状軸３２に設けた主掘削カッタ２は、環状軸３２の輪転運動に伴って自転および公転移動する。
【００４４】
具体的には、図２および図４〜図７に示すように、環状軸３２の内周部の直径と中心軸３１の外周部３１１の直径との比率が３：２であるため、環状軸３２が固定中心線Ｐを中心に１回転公転すると、当該環状軸３２は移動中心線Ｇの周りに１／３自転する。したがって、図２および図４〜図７における主掘削カッタ２の先端Ｔ（Ａ，Ｂ，Ｃ）の移動位置で示すように主掘削カッタ２も同様に公転および自転し、図７に示すように長円形状の軌跡をなす。この結果、本掘削機を前方向（図２参照）に推進することで長円形状断面の掘削孔Ｈを掘進することが可能になる。
【００４５】
長円形状の軌跡を得る原理構成としては、固定中心線Ｐと移動中心線Ｇとの間の距離である偏心量［ｒ］を規定し、得るべき長円形状の中心座標［０，０］（図８参照）を固定中心線Ｐとする。すると、固定中心線Ｐから偏心量［ｒ］を半径とした軌跡上に移動中心線Ｇの座標が決定する。そして、移動中心線Ｇから所定長さ［Ｌ≧７．５ｒ］で主掘削カッタ２を延在する。主掘削カッタ２の先端Ｔの座標は、例えば横軸をＸ座標、縦軸をＹ座標とする座標系で、図２に示すように移動中心線Ｇ、固定中心線Ｐおよび主掘削カッタ２の先端Ｔが直線上に並んだときからの回転中心線Ｐに対する移動中心線Ｇの回転角をφとすると、下記数１および数２から固定中心線Ｐを中心とした長円形状の軌跡が得られる。
【００４６】
【数１】
2007126884.tif 000003
【００４７】
【数２】
2007126884.tif 000004
【００４８】
そして、図２に示すように移動中心線Ｇ→固定中心線Ｐ→主掘削カッタ２の先端Ｔの順で直線上に並ぶ方向が長円形状の短軸［２（Ｌ―ｒ）］方向になり、図４に示すように固定中心線Ｐ→移動中心線Ｇ→主掘削カッタ２の先端Ｔの順で直線上に並ぶ方向が長円形状の長軸［２（Ｌ＋ｒ）］方向になる。
【００４９】
図８は横長の長円形状の軌跡を示す図であり、単位をｍ（メートル）とする。ここでは、移動中心線Ｇ→固定中心線Ｐ→主掘削カッタ２の先端Ｔの順で直線上に並ぶ方向を縦軸に合わせ、固定中心線Ｐ→移動中心線Ｇ→主掘削カッタ２の先端Ｔの順で直線上に並ぶ方向を横軸に合わせる。そして、偏心量ｒ＝１ｍ，主掘削カッタ２の長さＬ＝８ｍとする。これにより、図８に示す横長の長円形状の軌跡（掘削断面）が得られる。すなわち、本掘削機によって図８で示す断面形状のトンネルを施工すれば、例えば地下鉄駅部分を拡幅できる。
【００５０】
また、図９は縦長の長円形状の軌跡を示す図であり、単位をｍ（メートル）とする。ここでは、移動中心線Ｇ→固定中心線Ｐ→主掘削カッタ２の先端Ｔの順で直線上に並ぶ方向を横軸に合わせ、固定中心線Ｐ→移動中心線Ｇ→主掘削カッタ２の先端Ｔの順で直線上に並ぶ方向を縦軸に合わせる。そして、偏心量ｒ＝１ｍ，主掘削カッタ２の長さＬ＝８ｍとする。これにより、図９に示す縦長の長円形状の軌跡（掘削断面）が得られる。すなわち、本掘削機によって図９で示す断面形状のトンネルを施工すれば、例えば道路幅内に設置する下水道の有効空間を円形断面よりも大きく取ることができる。
【００５１】
一方、上記構成の掘削機は、回転機構３において駆動部３６の駆動力を副回転軸３５に伝達することによって、副回転軸３５が固定中心線Ｐを中心として回転（例えば図２における反時計回り方向）する。このため、副回転軸３５に設けた副掘削カッタ２’は、副回転軸３５の回転に伴って回転移動する。
【００５２】
具体的には、図２および図４〜図７における副掘削カッタ２’の先端Ｓ（Ａ，Ｂ，Ｃ）の移動位置で示すように副掘削カッタ２’が回転し、図５〜図７に示すように円形状の軌跡をなす。すなわち、本掘削機を前方向（図２参照）に推進することで円形状断面の掘削孔ｈを掘進することが可能になる。このため、主掘削カッタ２に先行して副掘削カッタ２’による円形状の掘削孔ｈを掘削することが可能になる。この結果、長円形状断面の掘削孔Ｈを掘削する前に円形状の補助掘削孔を掘削することができる。
【００５３】
このように、上述した実施の形態における掘削機は、所定の固定中心線Ｐを中心とした外周部３１１を有する固定の中心軸３１と、固定中心線Ｐに平行な所定の移動中心線Ｇを中心とした内周部３２１および外周部３２２を有して環状に形成してあって当該内周部３２１を中心軸３１の外周部３１１に当接係合した環状軸３２と、移動中心線Ｇ上に中心を置いたルーロー三角形状の範囲内の少なくとも中心と頂点とを結ぶ延長線に沿って環状軸３２に設けた主掘削カッタ２と、固定中心線Ｐを中心とする内周部３３１を有して環状に形成してあり当該内周部３３１を環状軸３２の外周部３２２に当接係合して固定中心線Ｐを中心に回転可能に設けた主回転軸３３と、移動中心線Ｇを中心に環状軸３２を回転可能に支持して当該環状軸３２の外周部３２２と主回転軸３３の内周部３３１との係合および中心軸３１の外周部３１１と環状軸３２の内周部３２１との係合を保持する保持部材３４と、固定中心線Ｐを中心として回転可能に設けた副回転軸３５と、副回転軸３５に設けた副掘削カッタ２’と、主回転軸３３および副回転軸３５を回転駆動する駆動部３６とを備えている。
【００５４】
そして、駆動部３６の駆動力を主回転軸３３に伝達することによって、主回転軸３３が固定中心線Ｐを中心として回転する。すると、主回転軸３３の内周部３３１に係合する環状軸３２が移動中心線Ｇを中心として主回転軸３３と同方向に回転する。さらに、移動中心線Ｇを中心として回転する環状軸３２は、その内周部３２１が中心軸３１の外周部３１１に係合しているため、当該中心軸３１の外周部３１１に沿って固定中心線Ｐの周りに主回転軸３３と同方向に輪転運動（公転）する。このとき、保持部材３４は、その外周が環状軸３２の内周に摺接し、挿通孔３４１が中心軸３１の外周に摺接して、環状軸３２の公転に伴って固定中心線Ｐを中心として回転するので主回転軸３３の内周部３３１と環状軸３２の外周部３２２との係合、および中心軸３１の外周部３１１と環状軸３２の内周部３２１との係合を常に保持する。このため、環状軸３２に設けた主掘削カッタ２は、環状軸３２の輪転運動に伴って自転および公転移動する。移動する主掘削カッタ２の先端Ｔは、非円形状である長円形状の軌跡をなし、非円形状断面である長円形状断面の掘削孔Ｈが得られる。この掘削孔Ｈは、一般的な断面円形の掘削孔と比較して、不要な空間を掘削せずに利用空間のみの掘削で得られるため、必要以上の用地面積を要さないことに加えて建設費を低減することが可能になる。
【００５５】
一方、駆動部３６の駆動力を副回転軸３５に伝達することによって、副回転軸３５が固定中心線Ｐを中心として回転する。このため、副回転軸３５に設けた副掘削カッタ２’は、副回転軸３５の回転に伴って回転移動する。移動する副掘削カッタ２’の先端Ｓは、円形状の軌跡をなし、円形状断面の掘削孔Ｈが得られる。この結果、長円形状断面の掘削孔Ｈを掘削する前に円形状の補助掘削孔ｈを掘削することができる。すなわち、掘削孔Ｈを掘削する前に削岩が可能になり、掘削の負荷を低減できる。
【００５６】
したがって、上記掘削機は、主回転軸３３が固定中心線Ｐを中心として回転駆動され、かつ、環状軸３２が主回転軸３３の回転に伴って保持部材３４に保持された形態で移動中心線Ｇを中心として回転しつつ固定中心線Ｐを中心として公転する。この結果、主回転軸３３が固定中心線Ｐ上でその軸心がずれることなく回転するため、回転ぶれや振動を低減することが可能になる。また、環状軸３２が主回転軸３３の回転に伴って保持部材３４に保持された形態で移動中心線Ｇを中心として回転しつつ固定中心線Ｐを中心として公転するため、環状軸３２の自転および公転移動に際して従前の自在継手を要することがないので、自在継手に係るコストを低減することが可能になる。
【００５７】
さらに、上記掘削機は、主掘削カッタ２を設けた環状軸３２を、保持部材３４によって保持した形態で公転および自転させる構成である。このため、従前のほぼ正方形状の軌跡をなす場合と同様にルーロー三角形の外幅を一辺とする正方形枠にルーロー三角形状の軸を支持して回転させる必要がない。すなわち、枠体が必要ない。このため、掘進した掘削孔Ｈの断面形状に対して、掘削機の胴部１の前面視の輪郭を小さく形成することが可能になる。この結果、主掘削カッタ２が先行して掘進した掘削孔Ｈに胴部１が通過できるので、掘削断面が長円形状の掘削孔Ｈの掘進を行うことが可能になる。また、上記掘削機は、主掘削カッタ２を設けた環状軸３２を、保持部材３４によって保持した形態で公転および自転させる構成で非円形状である長円形状の掘削を行う。このため、従前のごとくスイングアームを用いた複雑な構成にすることがなく、製造コストを低減することが可能である。すなわち、上記掘削機は、簡素な機構で非円形状である長円形状の軌跡を得て、非円形状断面である長円形状断面の掘削孔Ｈを掘進するため、故障が起こり難く信頼性が高く、コストを低減することが可能である。
【００５８】
ところで、上述した各実施の形態において、上記回転機構３の環状軸３２を回転のみの構成に変えることによって円形状の軌跡をなし、円形状断面の掘削孔が得られる。図１０は本発明に係る掘削機の他の実施の形態を示す概略側断面図、図１１は図１０に示す掘削機を軸方向（前方向）から視た概念図である。なお、以下に説明する他の実施の形態において、上述した実施の形態と同等部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５９】
図１０および図１１に示す他の実施の形態における掘削機では、回転機構３について上記保持部材３４に代えて他の保持部材３７を備え、さらに駆動部３６の駆動力を環状軸３２に伝達する駆動伝達手段３８を備えたものである。他の保持部材３７は、保持部材３４に代えて移動中心線Ｇを中心に環状軸３２を回転可能に支持し、中心軸３１の外周部３１１と環状軸３２の内周部３２１との係合を離隔しつつ、固定中心線Ｐに移動中心線Ｇを一致させた形態で環状軸３２を保持するものである。具体的に、他の保持部材３７は、環状軸３２の内周とほぼ同じ外周を有して所定厚さの円板状に形成してあり、中心軸３１の外周に摺接して固定中心線Ｐを中心に回転する態様で環状軸３２に内装してある。そして、他の保持部材３７には、固定中心線Ｐと一致した移動中心線Ｇを中心として中心軸３１の外周とほぼ同じ内周を有する貫通孔３７１が設けてある。また、駆動伝達手段３８は、環状軸３２と主回転軸３３とを連結するものであり、例えば環状軸３２の外周部３２２および主回転軸３３の内周部３３１に当接係合する１つもしくは複数のアイドルギヤとして構成してある。なお、駆動伝達手段３８は、アイドルギヤに限らず、環状軸３２と主回転軸３３とを連結する構成であればよい。
【００６０】
このように、上述した他の実施の形態における掘削機は、駆動部３６の駆動力を主回転軸３３に伝達することによって、主回転軸３３が固定中心線Ｐを中心として回転する。すると、主回転軸３３に対して駆動伝達手段３８によって連結する環状軸３２が固定中心線Ｐに一致した移動中心線Ｇを中心として主回転軸３３と逆方向に回転する。このため、環状軸３２に設けた主掘削カッタ２は、環状軸３２の回転に伴って回転移動する。移動する主掘削カッタ２の先端Ｔは、円形状の軌跡をなし、円形状断面の掘削孔Ｈ’が得られる。
【００６１】
一方、駆動部３６の駆動力を副回転軸３５に伝達することによって、副回転軸３５が固定中心線Ｐを中心として回転する。このため、副回転軸３５に設けた副掘削カッタ２’は、副回転軸３５の回転に伴って回転移動する。移動する副掘削カッタ２’の先端Ｓは、円形状の軌跡をなし、円形状断面の掘削孔Ｈに先行して円形状の補助掘削孔ｈを掘削することができる。
【００６２】
ここで、上述した長円形状断面の掘削孔Ｈを掘削する掘削機の胴部１は、前方から視て掘削孔Ｈと同じ、もしくは掘削孔Ｈよりもやや小さい長円形状の輪郭としてある。そして、本実施の形態のように円形状断面の掘削孔Ｈ’を掘削する掘削機とした場合には、前方から視て掘削孔Ｈ’と同じ、もしくは掘削孔Ｈ’よりもやや小さい円形状の輪郭とする。
【００６３】
したがって、他の実施の形態における掘削機は、保持部材３４に代えて移動中心線Ｇを中心に環状軸３２を回転可能に支持し、中心軸３１の外周部３１１と環状軸３２の内周部３２１との係合を離隔しつつ、固定中心線Ｐに移動中心線Ｇを一致させた形態で環状軸３２を保持する他の保持部材３７と、駆動部３６の駆動力を環状軸３２に伝達する駆動伝達手段とを備えている。このため、環状軸３２が固定中心線Ｐに一致した移動中心線Ｇを中心として回転するので、環状軸３２に設けた主掘削カッタ２は、環状軸３２の回転に伴って回転移動する。すなわち、移動する主掘削カッタ２の先端Ｔが円形状の軌跡をなし、円形状断面の掘削孔Ｈ’を得ることができる。この結果、１台の掘削機で長円形状断面の掘削孔Ｈの掘削と、円形状断面の掘削孔Ｈ’の掘削を行うことが可能になる。このようにすることで、例えば地下鉄で一般部分を円形状断面とし、駅ホームのある部分だけを長円形状断面にすることが可能になる。また、例えばトンネルで一般部分を円形状断面とし、分岐部だけを長円形状断面にすることが可能になる。
【００６４】
なお、上述した他の保持部材３７は、環状軸３２の内周とほぼ同じ外周を有して所定厚さの円板状に形成してあり、中心軸３１の外周に摺接して固定中心線Ｐを中心に回転する態様で環状軸３２に内装してあるが、これに限らない。例えば、図１２および図１３に示すように、環状軸３２と主回転軸３３との間に内装してあり、かつ、環状軸３２の外周部３２２および主回転軸３３の内周部３３１に当接係合する構成であってもよい。このように構成した他の保持部材３７であっても、中心軸３１の外周部３１１と環状軸３２の内周部３２１との係合を離隔しつつ、固定中心線Ｐに移動中心線Ｇを一致させた形態で環状軸３２を保持する。特に、この他の保持部材３７は、環状軸３２の外周部３２２および主回転軸３３の内周部３３１に当接係合して駆動伝達手段を兼ねる。この結果、駆動伝達手段の構成数を減らすことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明に係る掘削機の実施の形態を示す概略側断面図である。
【図２】図１に示す掘削機を軸方向（前方向）から視た概念図である。
【図３】図１に示す回転機構の分解斜視図である。
【図４】図２に示す掘削機の動作を示す概念図である。
【図５】図２に示す掘削機の動作を示す概念図である。
【図６】図２に示す掘削機の動作を示す概念図である。
【図７】図２に示す掘削機の動作を示す概念図である。
【図８】横長の長円形状の軌跡を示す図である。
【図９】縦長の長円形状の軌跡を示す図である。
【図１０】本発明に係る掘削機の他の実施の形態を示す概略側断面図である。
【図１１】図１０に示す掘削機を軸方向（前方向）から視た概念図である。
【図１２】本発明に係る掘削機の他の実施の形態を示す概略側断面図である。
【図１３】図１２に示す掘削機を軸方向（前方向）から視た概念図である。
【符号の説明】
【００６６】
１    胴部
２    主掘削カッタ
２’    副掘削カッタ
３    回転機構
３１    中心軸
３１１    外周部
３１２    軸孔
３２    環状軸
３２１    内周部
３２２    外周部
３３    主回転軸
３３１    内周部
３４    保持部材
３４１    挿通孔
３５    副回転軸
３６    駆動部
３６１    駆動源
３６２    駆動軸
３６３    駆動歯
３６４    伝達歯
３６５    伝達歯
３７    他の保持部材
３７１    貫通孔
３８    駆動伝達手段
Ｐ    固定中心線
Ｇ    移動中心線
Ｈ，ｈ，Ｈ’    掘削孔
【図１】
2007126884.tif 000005
【図２】
2007126884.tif 000006
【図３】
2007126884.tif 000007
【図４】
2007126884.tif 000008
【図５】
2007126884.tif 000009
【図６】
2007126884.tif 000010
【図７】
2007126884.tif 000011
【図８】
2007126884.tif 000012
【図９】
2007126884.tif 000013
【図１０】
2007126884.tif 000014
【図１１】
2007126884.tif 000015
【図１２】
2007126884.tif 000016
【図１３】
2007126884.tif 000017