(57)【要約】【課題】外周カッタの強度を十分に確保する。【解決手段】シールド本体１１の前方に設けられるカッタフレーム１４を、中央カッタ１５と、中央カッタ１５の外周を囲む外周カッタ１６とに分離形成したシールド掘進機において、シールド本体１１の前端部近傍に設けられたバルクヘッド１２に、第一回転軸２５、及び、第一回転軸２５を囲む第二回転軸３０を回転自在に支持させ、外周カッタ１６を、第一ビーム２８によって第一回転軸２５と連結すると共に、第二ビーム３６によって第二回転軸３０と連結する。【選択図】図２
2007239402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド本体の前方に設けられるカッタフレームを、中央カッタと、該中央カッタの外周を囲む外周カッタとに分離形成したシールド掘進機において、
上記シールド本体の前端部近傍に設けられたバルクヘッドに、第一回転軸、及び、該第一回転軸を囲む第二回転軸を回転自在に支持させ、上記外周カッタを、第一ビームによって上記第一回転軸と連結すると共に、第二ビームによって上記第二回転軸と連結したことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
シールド本体の前方に設けられるカッタフレームを、中央カッタと、該中央カッタの外周を囲む外周カッタとに分離形成したシールド掘進機において、
上記シールド本体の前端部近傍に設けられたバルクヘッドに、中央回転軸、及び、該中央回転軸を囲む外周回転軸を回転自在に支持させ、上記外周カッタを、第一ビームによって上記中央回転軸と連結すると共に、第二ビームによって上記外周回転軸と連結したことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項３】
上記中央回転軸に中央筒体を取り付け、該中央筒体に中央カッタ回転軸を回転自在に支持させ、該中央カッタ回転軸の前端部に上記中央カッタを取り付けると共に、上記中央カッタ回転軸を回転駆動するための駆動手段を上記中央筒体に設けた請求項２記載のシールド掘進機。
【請求項４】
上記外周カッタの外周部にコピーカッタを出没自在に設けると共に、上記中央回転軸に、上記コピーカッタを駆動するための流体圧を上記シールド本体側から上記外周カッタ側へと供給するためのロータリジョイントを設け、該ロータリジョイントと上記コピーカッタとを接続する供給管を、上記第一ビームを通して配設した請求項２又は３記載のシールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド本体の前方に設けられるカッタフレームを、中央カッタと外周カッタとに分離形成したシールド掘進機に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド掘進機は、シールド本体の前方に設けられたカッタで切羽を掘削して、その後方でセグメントを順次組立てることにより、トンネルを構築していくものである。カッタの前端には複数のカッタビットが配置されており、カッタを回転させてカッタビットにより切羽を掘削するようになっている。
【０００３】
ところで、カッタのカッタフレームが一体物である場合、特に大口径のシールド掘進機では、カッタフレームの中央部の周速と外周部の周速とに大きな違いが生じる。特にカッタフレームの中央部の周速が外周部の周速よりも遅いため、掘削土砂の取り込み性能がカッタフレームの径方向で一様でない。
【０００４】
また、カッタフレームの中央部側よりも外周部側のカッタビットの掘削距離が長いため、カッタフレームの中央部と外周部とでカッタビットの摩耗の程度が不均一となる。
【０００５】
このような問題を解決するために、シールド本体の前方に設けられるカッタフレームを中央カッタと外周カッタとに分離形成し、それら中央カッタ及び外周カッタをそれぞれ独立に回転駆動するシールド掘進機が提案されている（特許文献１等参照）。
【０００６】
例えば、上記のようなシールド掘進機では、図４に示すように、カッタフレーム６０は、円盤状の中央カッタ６１と、中央カッタ６１の外周を囲むドーナツ状の外周カッタ６２とに分離形成されている。中央カッタ６１及び外周カッタ６２の前端部にはそれぞれ、切羽を掘削するためのカッタビット６３、６４が設けられている。
【０００７】
バルクヘッド６５には、中央回転軸６６が回転自在に支持されている。中央回転軸６６の前端部に、中央カッタ６１が連結される。中央回転軸６６には、ギヤ６７を介して駆動モータ（中央カッタ駆動モータ）６８が設けられている。
【０００８】
また、バルクヘッド６５には、中央回転軸６６を囲む円筒状の外周回転軸６９が回転自在に支持されている。外周回転軸６９は、外周カッタ６２から掘進方向後方に延出する中間ビーム７０によって、外周カッタ６２と連結されている。外周回転軸６９には、ギヤ７１を介して駆動モータ（外周カッタ駆動モータ）７２が設けられている。
【０００９】
中央カッタ駆動モータ６８を駆動すると、中央カッタ駆動モータ６８による回転トルクが、中央回転軸６６を介して中央カッタ６１に伝わり、中央カッタ６１が回転駆動される。一方、外周カッタ駆動モータ７２を駆動すると、外周カッタ駆動モータ７２による回転トルクが、外周回転軸６９及び中間ビーム７０を介して外周カッタ６２に伝わり、外周カッタ６２が回転駆動される。
【００１０】
このように、カッタフレーム６０を中央カッタ６１と外周カッタ６２とに分離形成し、中央カッタ６１と外周カッタ６２とをそれぞれ独立に回転駆動するようにしたので、中央カッタ６１の回転数を外周カッタ６２の回転数よりも速くすることにより、中央カッタ６１の周速と外周カッタ６２の周速とをほぼ一致させることが可能となる。
【００１１】
【特許文献１】特許第２６９５８０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、図４に示した従来のシールド掘進機では、外周カッタ６２はドーナツ状に形成されているため、外周カッタ６２の芯抜き部（図４の符号７３参照）で強度不足が生じ、外周カッタ６２の強度確保が難しいという問題がある。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、外周カッタの強度を十分に確保することができるシールド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】
【００１４】
上記目的を達成するために本発明は、シールド本体の前方に設けられるカッタフレームを、中央カッタと、該中央カッタの外周を囲む外周カッタとに分離形成したシールド掘進機において、上記シールド本体の前端部近傍に設けられたバルクヘッドに、第一回転軸、及び、該第一回転軸を囲む第二回転軸を回転自在に支持させ、上記外周カッタを、第一ビームによって上記第一回転軸と連結すると共に、第二ビームによって上記第二回転軸と連結したものである。
【００１５】
また本発明は、シールド本体の前方に設けられるカッタフレームを、中央カッタと、該中央カッタの外周を囲む外周カッタとに分離形成したシールド掘進機において、上記シールド本体の前端部近傍に設けられたバルクヘッドに、中央回転軸、及び、該中央回転軸を囲む外周回転軸を回転自在に支持させ、上記外周カッタを、第一ビームによって上記中央回転軸と連結すると共に、第二ビームによって上記外周回転軸と連結したものである。
【００１６】
ここで、上記中央回転軸に中央筒体を取り付け、該中央筒体に中央カッタ回転軸を回転自在に支持させ、該中央カッタ回転軸の前端部に上記中央カッタを取り付けると共に、上記中央カッタ回転軸を回転駆動するための駆動手段を上記中央筒体に設けても良い。
【００１７】
また、上記外周カッタの外周部にコピーカッタを出没自在に設けると共に、上記中央回転軸に、上記コピーカッタを駆動するための流体圧を上記シールド本体側から上記外周カッタ側へと供給するためのロータリジョイントを設け、該ロータリジョイントと上記コピーカッタとを接続する供給管を、上記第一ビームを通して配設しても良い。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、外周カッタの強度を十分に確保することができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
図１は、本発明の第一実施形態に係るシールド掘進機の正面図である。図２は、本発明の第一実施形態に係るシールド掘進機の側断面図である。
【００２１】
図１及び図２に示すように、本実施形態のシールド掘進機は、掘進方向前方（図２中の左側）にカッタ１０を有するシールド本体１１を備えている。シールド本体１１の後部には、カッタ１０により掘削した孔内にセグメントを組み立ててトンネルを構築するためのエレクタ（図示せず）と、シールド本体１１の内周に所定間隔を隔てて複数設けられ、セグメントに反力を取ってシールド本体１１を推進させるためのシールドジャッキ（図示せず）とが設けられる。
【００２２】
カッタ１０と、シールド本体１１の前端部近傍に設けられたバルクヘッド（隔壁）１２との間には、カッタ１０により掘削した土砂（掘削土砂）を取り込むカッタチャンバ１３が形成されている。
【００２３】
カッタ１０は、切羽に対して回転駆動されるカッタフレーム１４を有している。カッタフレーム１４は、円盤状の中央カッタ（カッタ中央部）１５と、中央カッタ１５の外周を囲むドーナツ状の外周カッタ（カッタ外周部）１６とに分離形成されている。本実施形態では、中央カッタ１５及び外周カッタ１６は、面盤状に形成されている（図１参照）。なお、中央カッタ１５及び外周カッタ１６は、スポーク状に形成されていても良い。
【００２４】
中央カッタ１５及び外周カッタ１６の前端部にはそれぞれ、切羽を掘削するための複数のカッタビット１７、１８が設けられている。
【００２５】
中央カッタ１５及び外周カッタ１６にはそれぞれ、カッタビット１７、１８により掘削した土砂をカッタチャンバ１３内に取り込むためのスリット１９、２０が設けられている（図１参照）。
【００２６】
中央カッタ１５及び外周カッタ１６の後端部にはそれぞれ、カッタチャンバ１３内に取り込んだ掘削土砂を撹拌するための撹拌翼２１、２２が設けられている。
【００２７】
外周カッタ１６の外周部には、コピーカッタ２３が外周カッタ１６の径方向に出没自在に設けられている。
【００２８】
バルクヘッド１２に設けた円筒状のハウジング２４には、中央回転軸（第一回転軸）２５が回転自在に支持されている。中央回転軸２５とバルクヘッド１２（ハウジング２４）との間には、シールド本体１１内に掘削土砂が侵入するのを防止するためのシール機構２６が設けられている。中央回転軸２５には、コピーカッタ２３及び後述する第二駆動モータ４１等を駆動するための流体圧用の作動流体（本実施形態では、油圧用の作動油）をシールド本体１１側から外周カッタ１６側及び内周カッタ１５へと供給するためのロータリジョイント２７が設けられている。
【００２９】
中央回転軸２５は、外周カッタ１６から掘進方向後方に延出する中央ビーム（第一ビーム）２８によって、外周カッタ１６と連結されている。中央ビーム２８は、その前端部が外周カッタ１６の内周部に連結されている。中央ビーム２８は、外周カッタ１６の周方向に所定間隔を隔てて複数設けられている（図１参照）。
【００３０】
また、バルクヘッド１２に設けた円筒状のハウジング２９には、中央回転軸２５を囲む円筒状の外周回転軸（第二回転軸）３０が回転自在に支持されている。外周回転軸３０は、軸受３１、３２を介してバルクヘッド１２に支持されている。外周回転軸３０とバルクヘッド１２（ハウジング２９）との間には、シールド本体１１内に掘削土砂が侵入するのを防止するためのシール機構３３が設けられている。外周回転軸３０には、ギヤ３４を介して、外周回転軸３０を回転駆動するための駆動手段としての複数の駆動モータ（第一駆動モータ）３５（本実施形態では、電動モータ）が設けられている。第一駆動モータ３５は、バルクヘッド１２に取り付けられている。
【００３１】
外周回転軸３０は、外周カッタ１６から掘進方向後方に延出し、外周カッタ１６の半径方向の略中間部に位置する中間ビーム（第二ビーム）３６によって、外周カッタ１６と連結されている。中間ビーム３６は、その前端部が外周カッタ１６の内周部よりも外周側の部分に連結されている。中間ビーム３６は、外周カッタ１６の周方向に所定間隔を隔てて複数設けられている。
【００３２】
中央回転軸２５の前端には、円筒状の中央筒体３７が取り付けられている。中央筒体３７に設けた円筒状のハウジング３８には、中央カッタ回転軸３９が回転自在に支持されている。中央カッタ回転軸３９は、軸受（図示せず）を介して中央筒体３７に支持される。中央カッタ回転軸３９と中央筒体３７（ハウジング３８）との間には、中央筒体３７内に掘削土砂が侵入するのを防止するためのシール機構（図示せず）が設けられる。
【００３３】
中央カッタ回転軸３９の前端部に、中央カッタ１５が連結される。
【００３４】
中央カッタ回転軸３９には、ギヤ４０を介して、中央カッタ回転軸３９を回転駆動するための駆動手段としての複数の駆動モータ（第二駆動モータ）４１（本実施形態では、油圧モータ）が設けられている。第二駆動モータ４１は、中央筒体３７（外周カッタ１６側）に取り付けられている。
【００３５】
第一駆動モータ３５を駆動すると、第一駆動モータ３５による回転トルクが、外周回転軸３０及び中間ビーム３６を介して外周カッタ１６に伝わり、外周カッタ１６が回転駆動される。同時に、第一駆動モータ３５による回転トルクが、外周カッタ１６、中央ビーム２８、中央筒体３７（中央回転軸２５）及び中央カッタ回転軸３９を介して中央カッタ１５に伝わり、中央カッタ１５が回転駆動される。
【００３６】
一方、第二駆動モータ４１を駆動すると、第二駆動モータ４１による回転トルクが、中央カッタ回転軸３９を介して中央カッタ１５に伝わり、中央カッタ１５が中央筒体３７（外周カッタ１６）上で回転駆動される。
【００３７】
ここで、本実施形態では、シールド本体１１のバルクヘッド１２に、中央回転軸（第一回転軸）２５及び外周回転軸（第二回転軸）３０を回転自在に支持させ、外周カッタ１６を、中央ビーム（第一ビーム）２８によって中央回転軸２５と連結すると共に、中間ビーム（第二ビーム）３６によって外周回転軸３０と連結するようにしたため、外周カッタ１６の内周部を中央ビーム２８により支持し、内周部よりも外周側の部分を中間ビーム３６により支持することができ、外周カッタ１６の強度を十分に確保することができる。
【００３８】
また、外周カッタ１６の周方向に隣接する複数の中央ビーム２８間、及び、複数の中間ビーム３６間を掘削土砂が流れ得るため、これら中央ビーム２８及び中間ビーム３６によってカッタチャンバ１３内の掘削土砂の流れ（土砂流れ）が阻害されることがなく、カッタチャンバ１３の閉塞を防止することができる。
【００３９】
また、本実施形態では、中央回転軸２５に取り付けた中央筒体３７に、中央カッタ回転軸３９を回転自在に支持させ、中央カッタ回転軸３９の前端部に、中央カッタ１５を取り付けると共に、中央カッタ回転軸３９を回転駆動するための第二駆動モータ（駆動手段）４１を中央筒体３７に取り付けることで、中央カッタ１５を中央筒体３７（外周カッタ１６）上に回転自在に設けている。
【００４０】
そのため、第一駆動モータ３５により中央カッタ１５及び外周カッタ１６を回転駆動させた状態で、中央カッタ１５を、第二駆動モータ４１により外周カッタ１６と同一回転方向に少しでも回転させることで、中央カッタ１５の回転数を外周カッタ１６の回転数よりも速くすることが可能となる。したがって、少量の作動流体（作動油）で中央カッタ１５の周速を外周カッタ１６の周速よりも速くすることができ、第二駆動モータ４１を図４に示した中央カッタ駆動モータ６８に比べて小型化することができる。
【００４１】
ところで、図４に示した従来のシールド掘進機では、コピーカッタ（図４の符号７４参照）に流体圧用の作動流体を供給するための供給管（図４の符号７５参照）を配設するためには、例えば特開２００２−３５７０８５号公報等に記載されている特殊な機構を有する装置が必要だった。本実施形態では、図２に示すように、供給管４２を、中央ビーム２８を通してシールド本体１１側から外周カッタ１６側へと配設し、その供給管４２によって、コピーカッタ２３とロータリジョイント２７とを接続するようにしている。そのため本実施形態によれば、上記のような特殊な機構を有する装置を用いることなく、通常のロータリジョイント２７を用いて、コピーカッタ２３の供給管４２を容易に配設することができる。
【００４２】
次に、第二実施形態について説明する。
【００４３】
図３は、本発明の第二実施形態に係るシールド掘進機の側断面図である。図１及び図２と同一部材には同一符号を付して説明を省略し、相違点のみを説明する。
【００４４】
図３に示すように、中央回転軸５０の内周には、円筒状の中央筒体５１が取り付けられている。中央筒体５１に設けた円筒状のハウジング５２には、中央カッタ回転軸５３が回転自在に支持されている。中央カッタ回転軸５３は、軸受（図示せず）を介して中央筒体５１に支持される。中央カッタ回転軸５３と中央筒体５１（ハウジング５２）との間には、中央筒体５１内に掘削土砂が侵入するのを防止するためのシール機構（図示せず）が設けられる。
【００４５】
中央カッタ回転軸５３の前端部に、中央カッタ１５が連結される。
【００４６】
この実施形態では、中央カッタ回転軸５３は、その後端部がバルクヘッド１２よりも掘進方向後方に延出している。中央カッタ回転軸５３の後端部には、ギヤ５４を介して、中央カッタ回転軸５３を回転駆動するための駆動手段としての複数の駆動モータ（第二駆動モータ）５５（本実施形態では、油圧モータ）が設けられている。第二駆動モータ５５は、中央筒体５１に取り付けられている。
【００４７】
この実施形態では、ギヤ５４や第二駆動モータ５５等をバルクヘッド１２よりも掘進方向後方（つまり、シールド本体１１内）に配置するようにしている。そのため、図２に示すようにギヤ４０や第二駆動モータ４１等をバルクヘッド１２よりも掘進方向前方（つまり、カッタチャンバ１３内に位置する中央筒体３７内）に配置した場合に比べて、カッタチャンバ１３内に位置する中央筒体５１等を小型化することが可能である。
【００４８】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。
【００４９】
例えば、上記実施形態では、第二ビーム３６が、外周カッタ１６の半径方向の略中間部に位置する中間ビームであるとしたが、これには限定はされない。例えば、第二ビーム３６が、外周カッタ１６の半径方向の中間部よりも径方向内側に位置する内周ビームであっても良く、外周カッタ１６の半径方向の中間部よりも径方向外側に位置する外周ビームであっても良い。
【００５０】
また、上記実施形態では、第二駆動モータ４１、５５を中央筒体３７、５１に取り付けるとしたが、第二駆動モータ４１、５５をバルクヘッド１２に取り付けるようにしても良い。
【００５１】
また、上記実施形態では、第一駆動モータ３５を、外周回転軸３０に設けるとしたが、第一駆動モータ３５を、中央回転軸２５、５０に設けるようにしても良い。
【００５２】
さらに、中央回転軸２５、５０を、軸受を介してバルクヘッド１２（ハウジング２４）に支持させて、荷重を中央回転軸２５、５０と外周回転軸３０とで分担して受けるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】第一実施形態に係るシールド掘進機の正面図である。
【図２】第一実施形態に係るシールド掘進機の側断面図である。
【図３】第二実施形態に係るシールド掘進機の側断面図である。
【図４】従来のシールド掘進機の側断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１１  シールド本体
１２  バルクヘッド
１４  カッタフレーム
１５  中央カッタ（カッタ中央部）
１６  外周カッタ（カッタ外周部）
２３  コピーカッタ
２５  中央回転軸（第一回転軸）
２７  ロータリジョイント
２８  中央ビーム（第一ビーム）
３０  外周回転軸（第二回転軸）
３６  中間ビーム（第二ビーム）
３７  中央筒体
３９  中央カッタ回転軸
４１  駆動モータ（第二駆動モータ、駆動手段）
４２  供給管
５０  中央回転軸
５１  中央筒体
５３  中央カッタ回転軸
５５  駆動モータ（第二駆動モータ、駆動手段）
【図１】
2007239402.tif 000003
【図２】
2007239402.tif 000004
【図３】
2007239402.tif 000005
【図４】
2007239402.tif 000006