(57)【要約】【課題】駆動系の回転ぶれや振動を低減するとともに駆動系や設計コストを低減した上で、同一中心で円形状および非円形状の軌跡を得て、非円形状の掘削断面の掘削を行う。【解決手段】所定の固定中心線Ｏを中心として回転可能に設けた中心軸３１と、中心軸３１の径外方向に延在して設けた主羽根部材２１１（主掘削カッタ２１）と、固定中心線Ｏに平行な移動中心線Ｐを中心として主羽根部材２１１に対して回転可能に設けた回転軸３３と、回転軸３３の径外方向に延在して回転軸３３の回転に伴い主羽根部材２１の先端からの突出寸法が変化する態様で設けた副羽根部材２２１（副掘削カッタ２２）と、中心軸３１を回転駆動する駆動部と、中心軸３１の１回転を当該中心軸３１と同方向への回転軸３３の２回転として伝達する回転伝達機構３４とを備える。【選択図】        図２
2007205104.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て回転可能に設けた中心軸と、
前記中心軸の径外方向に延在して設けた主羽根部材と、
前記固定中心線に平行な移動中心線を中心として前記主羽根部材に対して回転可能に設けた回転軸と、
前記回転軸の径外方向に延在して当該回転軸の回転に伴い前記主羽根部材の先端からの突出寸法が変化する態様で設けた副羽根部材と、
前記中心軸を回転駆動する駆動部と、
前記中心軸の１回転を前記回転軸の所定回転として伝達する回転伝達機構と
を備えたことを特徴とする回転機構。
【請求項２】
前記回転伝達機構は、前記移動中心線を中心とした円状の外周部を有して前記回転軸に設けた第一係合部と、前記固定中心線を中心とした円状の外周部を有して前記中心軸を回転可能に内挿して固定された第二係合部と、前記第一係合部の外周部および第二係合部の外周部に係合して前記中心軸の回転を回転軸の回転として伝達しつつ前記主羽根部材の１回転に対して前記副羽根部材を同方向に２回転させる駆動伝達部とで構成してあることを特徴とする請求項１に記載の回転機構。
【請求項３】
前記副羽根部材は、円形状の輪郭を有し、その中心から所定の偏心量ずらした位置を前記移動中心線上に置いた回転中心としてあることを特徴とする請求項１または２に記載の回転機構。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の回転機構を用いて、
前記第二係合部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、
前記主羽根部材にカッタを配設した主掘削カッタと、
前記副羽根部材にカッタを配設した副掘削カッタと
を備えたことを特徴とする掘削機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同一中心で円形状および非円形状の軌跡をなす回転機構、および当該回転機構を用いて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、必要とされる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）。なお、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、同一中心で矩形、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：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、クランクさせることによって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、いずれも合理的な駆動を実現するものではない。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、矩形状や楕円形状の掘削に対応しているが、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、駆動系の回転ぶれや振動を低減するとともに低コストで、同一中心で円形状および非円形状の軌跡をなす回転機構、および当該回転機構を用いて同一中心で円形状および非円形状の断面の掘削を連続して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に係る回転機構は、所定の固定中心線を中心として回転可能に設けた中心軸と、前記中心軸の径外方向に延在して設けた主羽根部材と、前記固定中心線に平行な移動中心線を中心として前記主羽根部材に対して回転可能に設けた回転軸と、前記回転軸の径外方向に延在して当該回転軸の回転に伴い前記主羽根部材の先端からの突出寸法が変化する態様で設けた副羽根部材と、前記中心軸を回転駆動する駆動部と、前記中心軸の１回転を前記回転軸の所定回転として伝達する回転伝達機構とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項２に係る回転機構は、上記請求項１において、前記回転伝達機構は、前記移動中心線を中心とした円状の外周部を有して前記回転軸に設けた第一係合部と、前記固定中心線を中心とした円状の外周部を有して前記中心軸を回転可能に内挿して固定された第二係合部と、前記第一係合部の外周部および第二係合部の外周部に係合して前記中心軸の回転を回転軸の回転として伝達しつつ前記主羽根部材の１回転に対して前記副羽根部材を同方向に２回転させる駆動伝達部とで構成してあることを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項３に係る回転機構は、上記請求項１または２において、前記副羽根部材は、円形状の輪郭を有し、その中心から所定の偏心量ずらした位置を前記移動中心線上に置いた回転中心としてあることを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項４に係る掘削機は、請求項１〜３のいずれかに一つに記載の回転機構を用いて、前記第二係合部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、前記主羽根部材にカッタを配設した主掘削カッタと、前記副羽根部材にカッタを配設した副掘削カッタとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、駆動部の駆動力を中心軸に伝達することによって、中心軸が固定中心線を中心として回転する。このため、中心軸に設けた主羽根部材が固定中心線を中心として回転する。また、中心軸の回転が駆動伝達部によって回転軸に伝達されることによって、回転軸が移動中心線を中心として回転する。このため、回転軸に設けた副羽根部材が移動中心線を中心として回転（自転）する。すなわち、固定中心線を中心として主羽根部材を回転駆動して円形状の軌跡をなし、かつ、固定中心線を中心として公転する副羽根部材が自転することで主羽根部材の外側で円形状の掘削断面を拡張する軌跡をなす。この結果、副羽根部材の負担が小さい単純なメカニズムによって円形状を拡張した非円形状の軌跡を得ることができる。また、主羽根部材の駆動系は従前からある回転機構であり、この回転機構に副羽根部材の駆動系を補助的に付加しているため、低コストで信頼性の高い回転機構を得ることができる。そして、各羽根部材にカッタを配設した掘削カッタを備えた掘削機とすれば、円形状を拡張した非円形状の掘削断面の掘削孔を掘削することができる。この掘削孔は、一般的な円形状の掘削断面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できる。
【００２０】
また、回転伝達機構によって、主羽根部材の１回転に対して副羽根部材を同方向に２回転（自転）することで、副羽根部材が固定中心線を中心とした長円形状の軌跡をなす。この結果、長円形状の掘削断面の掘削孔を掘進できる。
【００２１】
すなわち、本発明は、固定中心線を中心として主羽根部材を回転駆動して円形状の軌跡をなし、かつ、固定中心線を中心として公転する副羽根部材が自転することで主羽根部材の外側で円形状の掘削断面を拡張する軌跡をなす回転機構によって成り立っている。この結果、副羽根部材の負担が小さい単純なメカニズムによって長円形状などの非円形状の掘削断面の掘進を行うことができる。また、主羽根部材の駆動系は従前からある回転機構であり、この回転機構に副羽根部材の駆動系を補助的に付加しているため、低コストで信頼性の高い回転機構および掘削機を得ることができる。
【００２２】
さらに、固定中心線を中心として主羽根部材を回転駆動し、かつ、固定中心線を中心として副羽根部材を公転駆動する回転機構であるため、副羽根部材の駆動系である回転伝達機構による回転の伝達を行うことで副羽根部材を駆動して長円形状などの非円形状の掘削断面の掘削を行う一方、回転伝達機構による回転の伝達を断つことで円形状の掘削断面の掘削を行うように切り替えることができる。この結果、例えば１台の掘削機によって線路用トンネルの円形状の掘削断面の掘削をし、続けて駅ホーム用トンネルの長円形状などの非円形状の掘削断面の掘削をし、さらに続けて線路用トンネルの円形状の掘削断面の掘削をするなど、続けて異なる断面形状のトンネルを掘削でき、その断面中心を全て固定中心線に合わせることができる。
【００２３】
また、主羽根部材は中心軸の径外方向に延出する構成であって掘削面にあたるカッタヘッドの面積が過大にならないため、掘削土を胴部の内部に取り込むための開口面積を十分に確保することができる。
【００２４】
また、中心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、中心軸をさらに前方向に延長した先端にロックオーガーなどの円形ドリルを設けた掘削を併用することができる。この結果、掘削に先駆けて削岩を行うことが可能になり、主掘削カッタや副掘削カッタの負荷を軽減できる。
【００２５】
また、中心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可能になる。さらに、中心軸と回転軸との回転の伝達に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。回転機構は、固定中心線を中心として主羽根部材を回転駆動し、かつ、固定中心線を中心として副羽根部材を公転駆動する回転機構である。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、上記回転機構（掘削機）は、簡素な機構で長円形状などの非円形状の掘削断面の掘削孔を掘進するため、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できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る回転機構および掘削機の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２７】
［実施の形態１］
図１は本発明に係る回転機構を用いた掘削機の実施の形態１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２の一部拡大図である。
【００２８】
図１および図２に示すように掘削機は、胴部１と掘削カッタ２１，２２とを備えている。胴部１は、掘削カッタを支持するものであって、掘削機の外郭をなし、筒状とした内部に掘削カッタ２１，２２を回転駆動する回転機構３を有している。
【００２９】
回転機構３は、中心軸３１、駆動部３２、回転軸３３、回転伝達機構３４、主羽根部材２１１および副羽根部材２２１を有している。
【００３０】
中心軸３１は、胴部１の前後方向に沿って配置した所定の固定中心線Ｏを中心として回転可能に支持してある。中心軸３１は、胴部１の前方に前端が延出して設けてあり、当該前端に主羽根部材２１１が設けてある。
【００３１】
主羽根部材２１１は、固定中心線Ｏと直交して中心軸３１の径外方向に延在して、胴部１の前方外側に設けてある。主羽根部材２１１は、図２に示すように固定中心線Ｏから相反する方向に同じ長さで延在した一文字形状を２つ合わせて十字形状に形成してある。この主羽根部材２１１は、主掘削カッタ２１を構成する。
【００３２】
駆動部３２は、中心軸３１を回転させるものであり、例えばモータなど胴部１に設けた駆動源からなる。駆動部３２は、固定中心線Ｏ上に出力軸を配置し、当該出力軸を中心軸３１に接続してある。なお、駆動部３２は、図には明示しないが駆動源と中心軸３１との間に適宜減速機構を有していてもよい。
【００３３】
回転軸３３は、固定中心線Ｏに平行な移動中心線Ｐを中心として主羽根部材２１１に対して回転可能に設けてある。回転軸３３は、主羽根部材２１１に貫通して配設してあり、胴部１の前方に延出した前端に副羽根部材２２１が設けてある。なお、回転軸３３は、図２に示すように固定中心線Ｏから相反する方向に延在した一文字形状の主羽根部材２１１の各端部で２つ設けてある。
【００３４】
副羽根部材２２１は、移動中心線Ｐと直交して回転軸３３の径外方向に延在して設けてある。副羽根部材２２１は、図２に示すように中心Ｇを中心とした円盤状（円形状）の輪郭に形成してあり、その中心Ｇから所定の偏心量ｒずらした位置を移動中心線Ｐ上に置いて回転軸３３に設けてある。このため、副羽根部材２２１は、回転軸３３の回転に伴って主羽根部材２１１の先端からの突出寸法が変化しながら回転移動する。この副羽根部材２２１は、副掘削カッタ２２を構成する。
【００３５】
回転伝達機構３４は、第一係合部３４１、第二係合部３４２および駆動伝達部３４４を有している。第一係合部３４１は、移動中心線Ｐを中心とした外周部３４１ａを有して円盤状に形成してあり、当該移動中心線Ｐを中心に回転するように各回転軸３３の後端にそれぞれ固定してある。第二係合部３４２は、固定中心線Ｏを中心とした外周部３４２ａを有し、かつ、中心軸３１を回転可能に内挿して胴部１に固定してある。
【００３６】
駆動伝達部３４４は、第一係合部３４１の外周部３４１ａおよび第二係合部３４２の外周部３４２ａに係合して中心軸３１の回転を回転軸３３の回転として伝達する。この駆動伝達部３４４は、回転軸３４４Ａと、第三係合部３４４Ｂと、第四係合部３４４Ｃと、伝達部材３４４Ｄとで構成してある。回転軸３４４Ａは、固定中心線Ｏおよび移動中心線Ｐと平行な中心線Ｓを中心として主羽根部材２１１に回転可能に設けてある。回転軸３４４Ａは、主羽根部材２１１に貫通した後端が主羽根部材２１１の後方に延出して設けてある。なお、回転軸３４４Ａは、図２に示すように固定中心線Ｏから相反する方向に延在した一文字形状の主羽根部材２１１に２つ設けてある。第三係合部３４４Ｂは、中心線Ｓを中心とした外周部３４４Ｂａを有して円盤状に形成してあり、当該中心線Ｓを中心に回転するように各回転軸３４４Ａの後端にそれぞれ固定してある。この第三係合部３４４Ｂは、外周部３４４Ｂａを第二係合部３４２の外周部３４２ａに係合してある（例えば、歯車の噛合による係合）。第四係合部３４４Ｃは、中心線Ｓを中心とした外周部３４４Ｃａを有して円盤状に形成してあり、当該中心線Ｓを中心に回転するように第三係合部３４４Ｂと共に各回転軸３４４Ａの後端にそれぞれ固定してある。伝達部材３４４Ｄは、第一係合部３４１の外周部３４１ａおよび第四係合部３４４Ｃの外周部３４４Ｃａに掛け回して係合する無端状部材からなる。実施の形態１における回転伝達機構３４は、第一係合部３４１の外周部３４１ａおよび第四係合部３４４Ｃの外周部３４４Ｃａをスプロケットとして構成し、このスプロケットにチェーンとして構成した無端状部材からなる伝達部材３４４Ｄを係合する構成としてある。また、第二係合部３４２の外周部３４２ａと第三係合部３４４Ｂの外周部３４４Ｂａとの係合は、歯車の噛合による係合であってもよい。なお、第一係合部３４１の外周部３４１ａ、第二係合部３４２の外周部３４２ａ、第三係合部３４４Ｂの外周部３４４Ｂａ、第四係合部３４４Ｃの外周部３４４Ｃａ、伝達部材３４４Ｄの係合は、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。
【００３７】
掘削カッタは、中心軸３１の前端に設けた主羽根部材２１１の前面に掘削ビット（図示せず）を設けることによって主掘削カッタ２１が構成される。また、掘削カッタは、回転軸３３の前端に設けた副羽根部材２２１の前面に掘削ビット（図示せず）を設けることによって副掘削カッタ２２が構成される。
【００３８】
ここで、回転機構３に係る寸法設定について説明する。図２および図３に示すように副羽根部材２２１の半径をｂとし、当該副羽根部材２２１の中心Ｇから回転軸３３の中心（移動中心線Ｐ）に至る距離ｒをｒ≦ｂと設定する。そして、第一係合部３４１の外周部３４１ａの直径ＤをＤ≦２（ｂ−ｒ）と設定し、第二係合部３４２の外周部３４２ａの直径を４Ｄと設定する。さらに、第三係合部３４４Ｂの外周部３４４Ｂａの直径を２Ｄと設定し、第四係合部３４４Ｃの外周部３４４Ｃａの直径を第一係合部３４１と同じくＤと設定する。すなわち、第一係合部３４１の外周部３４１ａおよび第二係合部３４２の外周部３４２ａに係合する駆動伝達部３４４を設けることによって、第一係合部３４１の外周部３４１ａが副羽根部材２２１の輪郭の外側にはみ出すことなく、主羽根部材２１１の１回転に対して副羽根部材２２１を同方向に２回転（自転）させる駆動条件が満足される。
【００３９】
上記構成の掘削機は、回転機構３において駆動部３２の駆動力を中心軸３１に伝達することによって、中心軸３１が固定中心線Ｏ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。このとき、中心軸３１に設けた主羽根部材２１１（主掘削カッタ２１）が固定中心線Ｏ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。また、中心軸３１の回転が駆動伝達部３４４によって回転軸３３に伝達されることによって、回転軸３３が移動中心線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。このため、回転軸３３に設けた副羽根部材２２１（副掘削カッタ２２）が移動中心線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。このとき、上述した回転伝達機構３４によって、主羽根部材２１１の１回転に対して副羽根部材２２１を同方向に２回転（自転）させることになる。なお、これは掘削機に固定された絶対座標系において、主羽根部材２１１の１回転に対して副羽根部材２２１が同方向に３回転することに相当している。
【００４０】
具体的には、図２に示すように副羽根部材２２１が、主羽根部材２１１の先端から最も後退した位置であって、固定中心線Ｏから副羽根部材２２１の中心Ｇ、移動中心線Ｐの順で所望とする長円形状の軌跡の長辺に直交する直線上に並ぶように位置している。この状態から、固定中心線Ｏを中心に主羽根部材２１１を時計回りに１回転させる。このとき、主羽根部材２１１は、二点鎖線で示すように固定中心線Ｏを中心とした円形状の軌跡をなす。
【００４１】
一方、固定中心線Ｏを中心に主羽根部材２１１を反時計回りに１回転させると、副羽根部材２２１は、主羽根部材２１１の固定中心Ｏからの延在方向に対して、移動中心線Ｐを中心に同方向に２回転する。すなわち、主羽根部材２１１が図２および図４に至り時計回りに４５°回転する過程で、副羽根部材２２１は時計回りに９０°回転し、主羽根部材２１１の先端から進出し始める。次いで、主羽根部材２１１が、図４から図５に至り時計回りにさらに４５°回転する過程で、副羽根部材２２１は時計回りにさらに９０°回転し、主羽根部材２１１の先端から最も進出した位置であって、副羽根部材２２１の中心Ｇが固定中心線Ｏと移動中心線Ｐとを結ぶ直線上に位置する。次いで、主羽根部材２１１が、図５から図６に至り時計回りにさらに４５°回転する過程で、副羽根部材２２１は時計回りにさらに９０°回転し、主羽根部材２１１の先端から退避し始める。次いで、主羽根部材２１１が、図６から図７に至り時計回りにさらに４５°回転する過程で、副羽根部材２２１は時計回りにさらに９０°回転し、主羽根部材２１１の先端から最も後退した位置であって、副羽根部材２２１の中心Ｇが固定中心線Ｏと移動中心線Ｐとを結ぶ直線上に位置する。ここで、主羽根部材２１１が時計回りに１８０°回転した時点で、副羽根部材２２１が時計回りに３６０°回転する。そして、主羽根部材２１１が上記と同様に図４から図７に至り時計回りにさらに１８０°回転する過程で、副羽根部材２２１は時計回りに３６０°回転する。このようにして、副羽根部材２２１は、主羽根部材２１１の１回転に対して同方向に２回転することで、図７に示すように固定中心線Ｏを中心として左右方向に膨出した長円形状の軌跡をなす。この結果、本掘削機を前方向（図１参照）に推進することで図７に示すように長円形状の掘削断面の掘削孔Ｈを掘進することが可能になる。
【００４２】
長円形状の軌跡を得る原理構成としては、ルーロー三角形の原理が用いられる。すなわち、図８に示すように、掘削機からみて主羽根部材２１１が固定中心線Ｏ（座標０，０）を中心にφ／３だけ回転する間に、副羽根部材２２１が移動中心線Ｐを中心にφだけ主羽根部材２１１と同方向に１回転するようにする。このとき、移動中心線Ｐから距離（偏心量）ｒ離れた副羽根部材２２１の中心Ｇの座標は、横軸をＸ座標、縦軸をＹ座標とする絶対座標系で、Ｏ，Ｇ，Ｐの順で直線上に並んだ位置からの主羽根部材２１１の回転角をφ／３として下記数１および数２で得られる。なお、ルーロー三角形の幾何学条件から、副羽根部材２２１の中心Ｇがなす長円形状の軌跡の短辺長をａ’（なお長辺長はａ’＋４ｒ）として、下記数３のごとく偏心量ｒ＝０．０７７４ａ’と求まる。この偏心量ｒは、長円形状の軌跡で短辺長をａとして０．０５ａ〜０．０６５ａの範囲が好ましく、この範囲よりも大きくすると長円形状の短辺中央部が内側に凹形状となり、小さくすると円形状の軌跡に近づくように調整することが可能である。
【００４３】
【数１】
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【００４４】
【数２】
2007205104.tif 000004
【００４５】
【数３】
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【００４６】
ここで、中心Ｇを中心として半径ｂの副羽根部材２２１を設定する。半径ｂは偏心量ｒ以上（ｒ≦ｂ）で、かつ、副羽根部材２２１が主羽根部材２１１の先端からあまり突出しないようにする。主羽根部材２１１の先端に移動中心線Ｐがある場合はｂ＝ｒであるが回転軸３３を設ける寸法が必要となるため、実施する寸法はｂ＞ｒとなる。なお、回転軸３３を主羽根部材２１１に設ける寸法を考慮すると、主羽根部材２１１の長さ（固定中心線Ｏからの延在長さ）Ｌは、Ｌ＝０．５ａ＋ｂとなる。
【００４７】
例えば、図８において単位をｍ（メートル）とする。ここでは、副羽根部材２２１の中心Ｇの軌跡（図８に破線で示す）となる長円形状の短辺長ａ’＝４ｍとし、偏心量ｒ＝０．０７５×ａ’＝０．３ｍ、副羽根部材２２１の半径ｂ＝０．５ｍ、主羽根部材２１１の長さＬ＝０．５ａ’＋ｂ＝２．５ｍ（副羽根部材２２１の接合軸芯である移動中心線Ｐまでは２．３ｍ）とした場合では、掘削される長円形状の掘削断面の短辺長ａはａ’＋２ｂ＝５ｍ、長辺長はａ’＋４ｒ＋２ｂ＝６．２ｍとなる。すなわち、図８に示す絶対座標系において、固定中心線Ｏを中心とした主羽根部材２１１の円形状の軌跡の左右両側を、当該主羽根部材２１１と同じ向きで３倍の速度で回転する副羽根部材２２１で掘削することがわかる。これは、主羽根部材２１１に副羽根部材２２１を取り付けた座標系（移動座標系）においては、主羽根部材２１１が１回転する間に副羽根部材２２１が同方向に２回転（自転）することに相当する。
【００４８】
このように、上述した実施の形態１における回転機構３（掘削機）は、所定の固定中心線Ｏを中心として回転可能に設けた中心軸３１と、中心軸３１の径外方向に延在して設けた主羽根部材２１１（主掘削カッタ２１）と、固定中心線Ｏに平行な移動中心線Ｐを中心として主羽根部材２１１に対して回転可能に設けた回転軸３３と、回転軸３３の径外方向に延在して回転軸３３の回転に伴い主羽根部材２１１の先端からの突出寸法が変化する態様で設けた副羽根部材２２１（副掘削カッタ２２）と、中心軸３１を回転駆動する駆動部３２と、中心軸３１の１回転を回転軸３３の同方向の２回転として伝達する回転伝達機構３４とを備えている。
【００４９】
そして、駆動部３２の駆動力を中心軸３１に伝達することによって、中心軸３１が固定中心線Ｏを中心として回転する。このため、中心軸３１に設けた主羽根部材２１１が固定中心線Ｏを中心として回転する。また、中心軸３１の回転が駆動伝達部３４４によって回転軸３３に伝達されることによって、回転軸３３が移動中心線Ｐを中心として中心軸３１と同方向に回転する。このため、回転軸３３に設けた副羽根部材２２１が移動中心線Ｐを中心として主羽根部材２１１と同方向に回転する。このとき、回転伝達機構３４によって、主羽根部材２１１の１回転に対して副羽根部材２２１を同方向に２回転する。このため、主羽根部材２１１が固定中心線Ｏを中心とした円形状の軌跡をなし、副羽根部材２２１が固定中心線Ｏを中心とした長円形状の軌跡をなす。この結果、長円形状の掘削断面の掘削孔Ｈを掘進できる。なお、上述した実施の形態１では、横長の長円形状の軌跡を得ているが、上記回転機構３の構成で９０°位相をずらすことで縦長の長円形状の軌跡となる。
【００５０】
すなわち、固定中心線Ｏを中心として主羽根部材２１１を回転駆動して円形状の掘削断面の掘削をし、かつ、固定中心線Ｏを中心として公転する副羽根部材２２１が自転することで主羽根部材２１１の外側で円形状の掘削断面を拡張するように長円形状の掘削断面の掘削をする回転機構によって成り立っている。この結果、副羽根部材２２１の負担が小さい単純なメカニズムによって長円形状の掘進を行うことが可能になる。また、主羽根部材２１１の駆動系は従前からある回転機構であり、この回転機構に副羽根部材２２１の駆動系を補助的に付加しているため、低コストで信頼性の高い回転機構および掘削機を得ることが可能である。
【００５１】
さらに、固定中心線Ｏを中心として主羽根部材２１１を回転駆動し、かつ、固定中心線Ｏを中心として公転する副羽根部材２２１が自転する回転機構であるため、副羽根部材２２１の駆動系である回転伝達機構３４による回転の伝達を行うことで副羽根部材２２１を駆動して長円形状の掘削断面の掘削を行う一方、回転伝達機構３４による回転の伝達を断つことで円形状の掘削断面の掘削を行うように切り替えることが可能である。この結果、例えば１台の掘削機によって線路用トンネルの円形状の掘削断面の掘削をし、続けて駅ホーム用トンネルの拡幅した長円形状の掘削断面の掘削をし、さらに続けて線路用トンネルの円形状の掘削断面の掘削をするなど、続けて異なる断面形状のトンネルを掘削でき、その断面中心を全て固定中心線Ｏに合わせることができる。
【００５２】
また、副羽根部材２２１の主羽根部材２１１に対する位相角を調整することで、長円形状の長辺（長軸方向）を自由に設定でき、例えば横長の長円形状や縦長の長円形状の掘削断面の掘削を行うことができる。ここで、位相角とは、主羽根部材２１１と副羽根部材２２１とを接合する回転軸３３（移動中心線Ｐ）から固定中心線Ｏまでのベクトルに対する、主羽根部材２１１と副羽根部材２２１とを接合する回転軸３３（移動中心線Ｐ）から副羽根部材２２１の中心Ｇまでのベクトルの回転角を指し、当該回転角が０となる方向が長円形状の短辺方向である。
【００５３】
また、主羽根部材２１１は十文字形状に配置されているため、掘削面にあたるカッタヘッドの面積が過大にならないため、掘削土を胴部１の内部に取り込むための開口面積を十分に確保することができる。
【００５４】
また、中心軸３１が固定中心線Ｏ上でその軸心がずれることなく回転するため、中心軸３１をさらに前方向に延長した先端にロックオーガーなどの円形ドリルを設けた掘削を併用することができる。この結果、掘削に先駆けて削岩を行うことが可能になり、主掘削カッタ２１や副掘削カッタ２２の負荷を軽減できる。
【００５５】
また、上記回転機構３は、固定中心線Ｏを中心として主羽根部材２１１を回転駆動し、かつ、主羽根部材２１１に対して移動中心線Ｐを中心として副羽根部材２２１を回転駆動する構成である。このため、ロータリーエンジンにおけるケーシングのようにルーロー三角形の移動軌跡を内面とする枠体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、掘削カッタ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、長円形状の掘削断面の掘削孔Ｈの掘進を行う掘削機を得ることが可能になる。さらに、中心軸３１が固定中心線Ｏ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、中心軸３１と回転軸３３との回転の伝達に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。また、上記回転機構３は、固定中心線Ｏを中心として主羽根部材２１１を回転駆動し、かつ、固定中心線Ｏを中心として副羽根部材２２１を公転駆動する回転機構である。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可能である。すなわち、上記回転機構３（掘削機）は、簡素な機構で長円形状の掘削断面の掘削孔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。
【００５６】
また、主羽根部材２１１と副羽根部材２２１とが同方向に回転するため、各羽根部材に設けるカッタビットの形状を切削方向に特定したものを用いることができる。この結果、カッタビットの切削方向の変化が小さく、特に副羽根部材２２１（副掘削カッタ２２）での掘削が大きい長円形状の長辺方向拡幅部分においてカッタビットを安定して移動できる。
【００５７】
［実施の形態２］
図９は本発明に係る回転機構を用いた掘削機の実施の形態２を示す概略側断面図、図１０は図９に示す掘削機を軸方向（前方向）から視た概念図、図１１は図１０の一部拡大図である。なお、以下に説明する実施の形態２において、上述した実施の形態１と同等部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５８】
実施の形態２における掘削機では、回転機構３について回転伝達機構３４の構成が異なる。この回転伝達機構３４は、第一係合部３４１、第二係合部３４２および駆動伝達部３４３を有している。第一係合部３４１は、移動中心線Ｐを中心とした外周部３４１ａを有して円盤状に形成してあり、当該移動中心線Ｐを中心に回転するように各回転軸３３の後端にそれぞれ固定してある。第二係合部３４２は、固定中心線Ｏを中心とした外周部３４２ａを有し、かつ、中心軸３１を回転可能に内挿して胴部１に固定してある。駆動伝達部３４３は、第一係合部３４１の外周部３４１ａおよび第二係合部３４２の外周部３４２ａに係合して中心軸３１の回転を回転軸３３の回転として伝達する。この駆動伝達部３４３は、主羽根部材２１１の１回転に対して副羽根部材２２１を逆方向に４回転させるように、第一係合部３４１の外周部３４１ａおよび第二係合部３４２の外周部３４２ａに掛け回して係合する無端状部材からなる。実施の形態２における回転伝達機構３４は、第一係合部３４１の外周部３４１ａおよび第二係合部３４２の外周部３４２ａをスプロケットとして構成し、このスプロケットにチェーンとして構成した無端状部材からなる駆動伝達部３４３を係合する構成としてある。他に、第一係合部３４１の外周部３４１ａ、第二係合部３４２の外周部３４２ａおよび無端状部材からなる駆動伝達部３４３の係合は、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。
【００５９】
ここで、回転機構３に係る寸法設定について説明する。図１０および図１１に示すように副羽根部材２２１の半径をｂとし、当該副羽根部材２２１の中心Ｇから回転軸３３の中心（移動中心線Ｐ）に至る距離ｒをｒ≦ｂと設定する。そして、第一係合部３４１の外周部３４１ａの直径ＤをＤ≦２（ｂ−ｒ）と設定し、第二係合部３４２の外周部３４２ａの直径を４Ｄと設定する。すなわち、第一係合部３４１の外周部３４１ａおよび第二係合部３４２の外周部３４２ａに掛け回して係合する無端状部材の駆動伝達部３４３を設けることによって、第一係合部３４１の外周部３４１ａが副羽根部材２２１の輪郭の外側にはみ出すことなく、主羽根部材２１１の１回転に対して副羽根部材２２１を逆方向に４回転（自転）させる駆動条件が満足される。
【００６０】
上記構成の掘削機は、回転機構３において駆動部３２の駆動力を中心軸３１に伝達することによって、中心軸３１が固定中心線Ｏを中心として回転（例えば図１０における反時計回り方向）する。このため、中心軸３１に設けた主羽根部材２１１（主掘削カッタ２１）が固定中心線Ｏを中心として回転（例えば図１０における反時計回り方向）する。また、中心軸３１の回転が駆動伝達部３４３によって回転軸３３に伝達されることによって、回転軸３３が移動中心線Ｐを中心として回転（例えば図１０における時計回り方向）する。このため、回転軸３３に設けた副羽根部材２２１（副掘削カッタ２２）が移動中心線Ｐを中心として回転（例えば図１０における時計回り方向）する。このとき、上述した回転伝達機構３４によって、主羽根部材２１１の１回転に対して副羽根部材２２１を逆方向に４回転（自転）させることになる。なお、これは掘削機に固定された絶対座標系において、主羽根部材２１１の１回転に対して副羽根部材２２１が逆向きに３回転することに相当している。
【００６１】
具体的には、図１０に示すように副羽根部材２２１が、主羽根部材２１１の先端から最も後退した位置であって、固定中心線Ｏから副羽根部材２２１の中心Ｇ、移動中心線Ｐの順で所望とする略正方形状の軌跡の１辺に直交する直線上に並ぶように位置している。この状態から、固定中心線Ｏを中心に主羽根部材２１１を反時計回りに１回転させる。このとき、主羽根部材２１１は、二点鎖線で示すように固定中心線Ｏを中心とした円形状の軌跡をなす。
【００６２】
一方、固定中心線Ｏを中心に主羽根部材２１１を反時計回りに１回転させると、副羽根部材２２１は、主羽根部材２１１の固定中心線Ｏからの延在方向に対して、移動中心線Ｐを中心に逆方向に４回転する。すなわち、主羽根部材２１１が図１０、図１２および図１３に至り反時計回りに４５°回転する過程で、副羽根部材２２１は時計回りに１８０°回転し、主羽根部材２１１の先端から最も進出した位置であって、副羽根部材２２１の中心Ｇが固定中心線Ｏと移動中心線Ｐとを結ぶ直線上に位置する。次いで、主羽根部材２１１が、図１３から図１５に至り反時計回りにさらに４５°回転する過程で、副羽根部材２２１は時計回りにさらに１８０°回転し、主羽根部材２１１の先端から最も後退した位置であって、副羽根部材２２１の中心Ｇが固定中心線Ｏと移動中心線Ｐとを結ぶ直線上に位置する。次いで、主羽根部材２１１が、図１５から図１７に至り反時計回りにさらに４５°回転する過程で、副羽根部材２２１は時計回りにさらに１８０°回転し、主羽根部材２１１の先端から最も進出した位置であって、副羽根部材２２１の中心Ｇが固定中心線Ｏと移動中心線Ｐとを結ぶ直線上に位置する。最後に、主羽根部材２１１が、図１７から図１９に至り反時計回りにさらに４５°回転する過程で、副羽根部材２２１は時計回りにさらに１８０°回転し、主羽根部材２１１の先端から最も後退した位置であって、副羽根部材２２１の中心Ｇが固定中心線Ｏと移動中心線Ｐとを結ぶ直線上に位置する。このようにして、副羽根部材２２１は、主羽根部材２１１の１回転に対して逆方向に４回転することで、図１９に示すように固定中心線Ｏを中心として角部を円弧状とした略正方形状の軌跡をなす。この結果、本掘削機を前方向（図９参照）に推進することで図１９に示すように角部が円弧状の略正方形状の掘削断面の掘削孔Ｈを掘進することが可能になる。
【００６３】
略正方形状の軌跡を得る原理構成としては、ルーロー三角形の原理が用いられる。すなわち、図２０に示すように、掘削機から見て主羽根部材２１１が固定中心線Ｏ（座標０，０）を中心にφ／３だけ回転する間に、副羽根部材２２１が移動中心線Ｐを中心にφだけ主羽根部材２１１と逆方向に１回転するようにする。このとき、移動中心線Ｐから距離（偏心量）ｒ離れた副羽根部材２２１の中心Ｇの座標は、横軸をＸ座標、縦軸をＹ座標とする絶対座標系で、Ｏ，Ｇ，Ｐの順で直線上に並んだ位置からの主羽根部材２１１の回転角をφ／３として下記数４および数５で得られる。なお、ルーロー三角形の幾何学条件から、図１０にあるように副羽根部材２２１の中心Ｇがなす略正方形状の軌跡の辺長をａ’として、上記数３のごとく偏心量ｒ＝０．０７７４ａ’と求まる。この偏心量ｒは、略正方形状の軌跡の長辺をａとして０．０５ａ〜０．０６５ａの範囲が好ましく、この範囲よりも大きくすると略正方形状の辺中央部が内側に凹形状となり、小さくすると円形状の軌跡に近づくように調整することが可能である。
【００６４】
【数４】
2007205104.tif 000006
【００６５】
【数５】
2007205104.tif 000007
【００６６】
ここで、中心Ｇを中心として半径ｂの副羽根部材２２１を設定する。半径ｂは偏心量ｒ以上（ｒ≦ｂ）で、かつ、副羽根部材２２１が主羽根部材２１１の先端からあまり突出しないようにする。主羽根部材２１１の先端に移動中心線Ｐがある場合はｂ＝ｒであるが回転軸３３を設ける寸法が必要となるため、実施する寸法はｂ＞ｒとなる。なお、回転軸３３を主羽根部材２１１に設ける寸法を考慮すると、主羽根部材２１１の長さ（固定中心線Ｏからの延在長さ）Ｌは、Ｌ＝０．５ａ’＋ｂとなる。
【００６７】
例えば、図２０において単位をｍ（メートル）とする。ここでは、副羽根部材２２１の中心Ｇの軌跡（図２０に破線で示す）となる略正方形状の辺長ａ’＝４ｍとし、偏心量ｒ＝０．０７５×ａ’＝０．３ｍ、副羽根部材２２１の半径ｂ＝０．５ｍ、主羽根部材２１１の長さＬ＝０．５ａ’＋ｂ＝２．５ｍ（副羽根部材２２１の接合軸芯である移動中心線Ｐまでは２．３ｍ）とした場合では、掘削される略正方形状の掘削断面の辺長ａは、ａ’＋２ｂ＝５ｍとなる。すなわち、図２０に示す絶対座標系において、固定中心線Ｏを中心とした主羽根部材２１１の円形状の軌跡の四隅を、当該主羽根部材２１１とは逆向きで３倍の速度で回転する副羽根部材２２１で掘削することがわかる。これは、主羽根部材２１１に副羽根部材２２１を取り付けた座標系（移動座標系）においては、主羽根部材２１１が１回転する間に副羽根部材２２１が逆方向に４回転（自転）することに相当する。
【００６８】
このように、上述した実施の形態２における回転機構３（掘削機）は、所定の固定中心線Ｏを中心として回転可能に設けた中心軸３１と、中心軸３１の径外方向に延在して設けた主羽根部材２１１（主掘削カッタ２１）と、固定中心線Ｏに平行な移動中心線Ｐを中心として主羽根部材２１１に対して回転可能に設けた回転軸３３と、回転軸３３の径外方向に延在して回転軸３３の回転に伴い主羽根部材２１１の先端からの突出寸法が変化する態様で設けた副羽根部材２２１（副掘削カッタ２２）と、中心軸３１を回転駆動する駆動部３２と、中心軸３１の１回転を回転軸３３の逆方向の４回転として伝達する回転伝達機構３４とを備えている。
【００６９】
そして、駆動部３２の駆動力を中心軸３１に伝達することによって、中心軸３１が固定中心線Ｏを中心として回転する。このため、中心軸３１に設けた主羽根部材２１１が固定中心線Ｏを中心として回転する。また、中心軸３１の回転が駆動伝達部３４３によって回転軸３３に伝達されることによって、回転軸３３が移動中心線Ｐを中心として中心軸３１と逆方向に回転する。このため、回転軸３３に設けた副羽根部材２２１が移動中心線Ｐを中心として主羽根部材２１１と逆方向に回転する。このとき、回転伝達機構３４によって、主羽根部材２１１の１回転に対して副羽根部材２２１を逆方向に４回転する。このため、主羽根部材２１１が固定中心線Ｏを中心とした円形状の軌跡をなし、副羽根部材２２１が固定中心線Ｏを中心とした略正方形状の軌跡をなす。この結果、略正方形状の掘削断面の掘削孔Ｈを掘進できる。
【００７０】
すなわち、固定中心線Ｏを中心として主羽根部材２１１を回転駆動して円形状の掘削断面の掘削をし、かつ、固定中心線Ｏを中心として公転する副羽根部材２２１が自転することで主羽根部材２１１の外側で円形状の掘削断面を拡張するように略正方形状の掘削断面の掘削をする回転機構によって成り立っている。この結果、副羽根部材２２１の負担が小さい単純なメカニズムによって略正方形状の掘進を行うことが可能になる。また、主羽根部材２１１の駆動系は従前からある回転機構であり、この回転機構に副羽根部材２２１の駆動系を補助的に付加しているため、低コストで信頼性の高い回転機構および掘削機を得ることが可能である。
【００７１】
さらに、固定中心線Ｏを中心として主羽根部材２１１を回転駆動し、かつ、固定中心線Ｏを中心として公転する副羽根部材２２１が自転する回転機構であるため、副羽根部材２２１の駆動系である回転伝達機構３４による回転の伝達を行うことで副羽根部材２２１を駆動して略正方形状の掘削断面の掘削を行う一方、回転伝達機構３４による回転の伝達を断つことで円形状の掘削断面の掘削を行うように切り替えることが可能である。この結果、例えば１台の掘削機によって線路用トンネルの円形状の掘削断面の掘削をし、続けて駅ホーム用トンネルの略正方形状の掘削断面の掘削をし、さらに続けて線路用トンネルの円形状の掘削断面の掘削をするなど、続けて異なる断面形状のトンネルを掘削でき、その断面中心を全て固定中心線Ｏに合わせることができる。
【００７２】
また、主羽根部材２１１は十文字形状に配置されているため、掘削面にあたるカッタヘッドの面積が過大にならないため、掘削土を胴部１の内部に取り込むための開口面積を十分に確保することができる。
【００７３】
また、中心軸３１が固定中心線Ｏ上でその軸心がずれることなく回転するため、中心軸３１をさらに前方向に延長した先端にロックオーガーなどの円形ドリルを設けた掘削を併用することができる。この結果、掘削に先駆けて削岩を行うことが可能になり、主掘削カッタ２１や副掘削カッタ２２の負荷を軽減できる。
【００７４】
また、上記回転機構３は、固定中心線Ｏを中心として主羽根部材２１１を回転駆動し、かつ、主羽根部材２１１に対して移動中心線Ｐを中心として副羽根部材２２１を回転駆動する構成である。このため、従前の略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、掘削カッタ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、略正方形状の掘削断面の掘削孔Ｈの掘進を行う掘削機を得ることが可能になる。さらに、中心軸３１が固定中心線Ｏ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、中心軸３１と回転軸３３との回転の伝達に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。また、上記回転機構３は、固定中心線Ｏを中心として主羽根部材２１１を回転駆動し、かつ、固定中心線Ｏを中心として副羽根部材２２１を公転駆動する回転機構である。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可能である。すなわち、上記回転機構３（掘削機）は、簡素な機構で略正方形状の掘削断面の掘削孔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。
【００７５】
ところで、図２１および図２２は実施の形態２における回転伝達機構３４の他の例を示している。ここでの回転伝達機構３４は、第一係合部３４１、第二係合部３４２および駆動伝達部３４５を有している。第一係合部３４１は、移動中心線Ｐを中心とした外周部３４１ａを有して円盤状に形成してあり、当該移動中心線Ｐを中心に回転するように各回転軸３３の後端にそれぞれ固定してある。第二係合部３４２は、固定中心線Ｏを中心とした外周部３４２ａを有し、かつ、中心軸３１を回転可能に内挿して胴部１に固定してある。駆動伝達部３４５は、第一係合部３４１の外周部３４１ａおよび第二係合部３４２の外周部３４２ａに係合して中心軸３１の回転を回転軸３３の回転として伝達する。この駆動伝達部３４５は、回転軸３４５Ａと、第五係合部３４５Ｂとで構成してある。回転軸３４５Ａは、固定中心線Ｏおよび移動中心線Ｐと平行な中心線Ｓを中心として主羽根部材２１１に回転可能に設けてある。回転軸３４５Ａは、主羽根部材２１１に貫通した後端が主羽根部材２１１の後方に延出して設けてある。なお、回転軸３４５Ａは、図２２に示すように固定中心線Ｏから相反する方向に延在した一文字形状の主羽根部材２１１に２つ設けてある。第五係合部３４５Ｂは、中心線Ｓを中心とした外周部３４５Ｂａを有して円盤状に形成してあり、当該中心線Ｓを中心に回転するように各回転軸３４５Ａの後端にそれぞれ固定してある。この第五係合部３４５Ｂは、外周部３４５Ｂａを第一係合部３４１の外周部３４１ａおよび第二係合部３４２の外周部３４２ａに係合してある（例えば、歯車の噛合による係合）。なお、第一係合部３４１の外周部３４１ａ、第二係合部３４２の外周部３４２ａ、第五係合部３４５Ｂの外周部３４５Ｂａの係合は、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。
【００７６】
このような他の回転伝達機構３４であっても、上述した回転伝達機構３４と同様に、回転軸３３に設けた副羽根部材２２１を、移動中心線Ｐを中心として主羽根部材２１１と逆方向に回転させ、主羽根部材２１１の１回転に対して副羽根部材２２１を逆方向に４回転させる。すなわち、主羽根部材２１１が固定中心線Ｏを中心とした円形状の軌跡をなし、副羽根部材２２１が固定中心線Ｏを中心とした略正方形状の軌跡をなし、略正方形状の掘削断面の掘削孔Ｈを掘進できる。
【００７７】
ところで、上記構成の掘削機において、中心軸３１を複数並設し、隣接する相互の掘削カッタの回転軌跡が前面視で重複する態様で隣接する相互の掘削カッタの位置を固定中心線Ｏの軸方向でずらして配置する。このように構成すれば、略正方形状の掘削断面を一連に連続した略長方形状の掘削断面の掘削孔を得ることが可能になる。また、中心軸３１を複数並設し、隣接する相互の掘削カッタの回転軌跡を前面視で重複する態様で配置する場合、隣接する各掘削カッタを固定中心線Ｏの軸方向で並べて同一面上に配置しつつ、隣接する各中心軸３１を逆方向に回転駆動し、掘削カッタが干渉しないように回転機構に例えば４５°の位相差を設ける。さらに、同様にして従前の円形状の掘削断面と略正方形状の掘削断面を一連に連続した掘削断面の掘削孔も得ることが可能である。
【００７８】
また、上述した実施の形態２では、略正方形状の軌跡をなす回転機構３および略正方形状の掘削断面の掘削孔を得る掘削機について説明したが、当該回転機構３の原理を応用して略正多角形状の軌跡をなす回転機構および略正多角形状の掘削断面の掘削孔を得る掘削機とすることもできる。具体的には、略正ｎ角形状（ｎ≧３）の軌跡および掘削孔とする場合、絶対座標系において主羽根部材と逆方向に（ｎ−１）倍の速度で副羽根部材を回転させる。偏心量については、所望とする正ｎ角形の寸法から適宜求める。
【００７９】
なお、上述した各実施の形態では、回転機構において、輪郭が円形状の副羽根部材２２１に対し、その中心Ｇ周りに回転駆動するモータなどの駆動部（図示せず）を設けてもよい。このように構成することによって、掘削能力を向上することが可能になる。
【００８０】
なお、上述した各実施の形態では、回転機構３を掘削機に適用した例で説明しているが、上記回転機構３は掘削機に限るものではない。例えば略矩形状や長円形状の軌跡をなす上記回転機構３の他の用途として、地中連続壁などで略矩形状や長円形状の掘削断面の掘削に用いたり、セメントなどの硬化材を地盤中に注入する地盤改良で地盤を硬化材とともに混練り攪拌するときに用いたり、あるいは工作物の略矩形状や長円形状の切削に用いたり、地盤以外の混練り物製造の攪拌に用いたりするなど、様々な用途が考えられる。すなわち、地盤改良や混練り攪拌に上記回転機構３を用いる場合には、各羽根部材が攪拌羽根となる。また、切削に上記回転機構３を用いる場合には、各羽根部材に切削刃を設けて切削カッタとなる。したがって、本発明の各実施の形態での掘削は、攪拌や切削を含む意味で用いている。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明に係る回転機構を用いた掘削機の実施の形態１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２の一部拡大図である。
【図４】図２に示す回転機構の動作を示す概念図である。
【図５】図２に示す回転機構の動作を示す概念図である。
【図６】図２に示す回転機構の動作を示す概念図である。
【図７】図２に示す回転機構の動作を示す概念図である。
【図８】図２に示す回転機構の絶対座標系での掘削軌跡を示す図である。
【図９】本発明に係る回転機構を用いた掘削機の実施の形態２を示す概略側断面図である。
【図１０】図９に示す回転機構を軸方向（前方向）から視た概念図である。
【図１１】図１０の一部拡大図である。
【図１２】図１０に示す回転機構の動作を示す概念図である。
【図１３】図１０に示す回転機構の動作を示す概念図である。
【図１４】図１０に示す回転機構の動作を示す概念図である。
【図１５】図１０に示す回転機構の動作を示す概念図である。
【図１６】図１０に示す回転機構を説明する概念図である。
【図１７】図１０に示す回転機構の動作を示す概念図である。
【図１８】図１０に示す回転機構の動作を示す概念図である。
【図１９】図１０に示す回転機構の動作を示す概念図である。
【図２０】図１０に示す回転機構の絶対座標系での掘削軌跡を示す図である。
【図２１】実施の形態２における他の回転伝達機構を用いた掘削機を示す概略側断面図である。
【図２２】図２１に示す回転機構を軸方向（前方向）から視た概念図である。
【符号の説明】
【００８２】
１    胴部
２１    主掘削カッタ
２１１    主羽根部材
２２    副掘削カッタ
２２１    副羽根部材
３    回転機構
３１    中心軸
３２    駆動部
３３    回転軸
３４    回転伝達機構
３４１    第一係合部
３４１ａ    外周部
３４２    第二係合部
３４２ａ    外周部
３４４    駆動伝達部
３４４Ａ    回転軸
３４４Ｂ    第三係合部
３４４Ｂａ    外周部
３４４Ｃ    第四係合部
３４４Ｃａ    外周部
３４４Ｄ    伝達部材
３４５    駆動伝達部
３４５Ａ    回転軸
３４５Ｂ    第五係合部
３４５Ｂａ    外周部
ａ    長円形状の短辺長（略正方形状の辺長）
ｂ    副羽根部材の半径
Ｄ    第一係合部（第四係合部）の外周部直径
Ｇ    副羽根部材の中心
Ｈ    掘削孔
Ｏ    固定中心線
Ｐ    移動中心線
ｒ    偏心量
Ｓ    中心線
【図１】
2007205104.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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