(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削機フレームの先端にその前方の地山を掘削すべく径方向に平行リンク的に回動するカッターフレームを備えた偏芯多軸掘削機において、上記カッタフレームの外縁部に、外周フレームを複数放射状に設けると共に、外周フレームの掘進方向前面にカッタービットを複数設け、それぞれの外周フレームの径方向外方の先端に余掘り用の可動ビットを油圧ジャッキを介して径方向に出没自在に設けたことを特徴とする偏芯多軸掘削機。
【請求項２】
上記各油圧ジャッキを掘削機フレームの中心から４つ以上の複数のブロックのグループに分割する一方、掘削機フレーム側からカッタフレーム内に上記グループの分割数の油圧ホースを引き延ばし、これら油圧ホースを各グループ毎に分けると共に、各油圧ジャッキに分岐させて接続した請求項１に記載の偏心多軸掘削機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、あらゆる断面形状のトンネルを掘削・建設可能な偏芯多軸掘削機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のトンネル掘削機は、原則として高さや幅方向に無駄の多い円形断面のトンネルしか掘削することができないため、都市の道路下等の制約の多い地下空間に新たにトンネルを建設する場合には掘削自体又はその地下空間を有効利用することが困難な場合が多かった。
【０００３】
そのため、最近ではいわゆる任意断面トンネル工法と称される新しいトンネル掘削工法及びその工法を実現するための偏芯多軸掘削機が提案されており、上述したような制約の多い都市の道路下の地下空間に対して任意の断面形状を有する効率的なトンネルの掘削・建設を可能とすると共に、実際にその適用も計画されている。
【０００４】
この偏芯多軸掘削機は、図６及び図７に示すように例えば断面矩形状をした掘削機フレーム１の前面にこの掘削機フレーム１と相似形をした小型のカッターフレーム２を備えると共に、このカッターフレーム２のカッター支持ビーム３を回転子４を介してカッター駆動軸５に偏芯させてクランク状に連結したものであり、この回転子４をカッター駆動軸５を中心に回転させ、図８（ａ）〜（ｄ）に示すようにカッターフレーム２を掘削機フレーム１の径方向に平行リンク的に回動させることで掘削機フレーム１と略相似形（矩形状）の断面形状のトンネルを掘削・建設するようにしたものである。
【０００５】
従って、この偏芯多軸掘削機の掘削機フレーム１の断面形状と相似形のカッタフレーム２を用いることで上述したような矩形断面の他に、例えば、楕円形断面，円弧状矩形断面，馬蹄形断面，突起付円形断面等のあらゆる断面形状のトンネルを容易に掘削・建設できるようになっている。
【０００６】
また、この偏芯多軸掘削機は、任意断面形状のトンネルを掘削・建設できる他に、▲１▼カッターフレーム２に設けられた全てのカッタービット６がそれぞれ独立した同一円形の軌跡を描くように旋回することから各カッタービット６の磨耗が均一となる、▲２▼各カッタービット６の回転半径が小さいため回転トルクを軽減できる等といった長所を有しているため、図９に示すような従来と同様な円形断面の掘削機フレーム１への適用した場合にも優れた効果を発揮することができる。
【０００７】
尚、図６，図７中、７は掘削機フレーム１の前端部を仕切る隔壁であるバルクヘッド、８は各カッター駆動軸５を駆動するカッター駆動モータ、９は掘削した土砂を取り出すスクリューコンベア、１０はセグメントｓを組み立てるためのエレクターである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した偏芯多軸掘削機の場合でも、従来と同様に地山をカーブさせて掘削する際にそのカーブの内周側を余掘りするための余掘り機構が備えたものが提案されている（特開平８−１４４６９０号，特開平９−１５８６７６号等）。
【０００９】
しかしながら、これら従来の余掘り機構は、図１０に示すようにカッターフレーム２の外周の一部を構成する外周フレーム２ａ全体を径方向外方に突出させて余掘りを行うようにしたものであるため、元来掘削すべき進行方向正面の掘削が良好に行われなくなってしまうといったおそれがある。
【００１０】
すなわち、通常の掘削時においては、図９に示すように各カッタービット６，６…がカッターフレーム２に所定の間隔で配置された状態となっているため、正面地山に対して均一な掘削が行われることになるが、余掘り時には図１０に示すようにフレーム２ａ全体がその部分に設けられているカッタービット６と共に径方向外方に移動することにより本来位置している部分のカッタービットが無くなってその部分のカッタービット６が不足してしまうため、正面部分の掘削能力が低下してしまうといった不都合が考えられる。
【００１１】
また、同図に示すような余掘り機構では、余掘り範囲が外周フレーム２ａの突出方向に限定されてしまうため、外周フレーム２ａの届かない範囲、例えば斜め方向の余掘りを理想的に行うことが困難であり、周辺地山へ悪影響を及ぼすことが考えられる。
【００１２】
そこで、本発明はこのような課題を有効に解決するために案出されたものであり、その目的は、正面部分の掘削能力を低下させることなく、任意の範囲を理想的に余掘りすることができる新規な偏芯多軸掘削機を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、掘削機フレームの先端にその前方の地山を掘削すべく径方向に平行リンク的に回動するカッターフレームを備えた偏芯多軸掘削機において、上記カッタフレームの外縁部に、外周フレームを複数放射状に設けると共に、外周フレームの掘進方向前面にカッタービットを複数設け、それぞれの外周フレームの径方向外方の先端に余掘り用の可動ビットを油圧ジャッキを介して径方向に出没自在に設けたものである。
【００１４】
従って、本発明の構成によれば、カッターフレームによる正面部分の掘削と同時に余掘り範囲に位置する可動ビット付きジャッキのみを径方向外方に突出させることで掘進方向の地山に対する掘削能力を低下させることなく、また、余分な地山を余掘することがなく任意の範囲を理想的に余掘りすることができる。
【００１５】
また、第二の発明は上記各油圧ジャッキを掘削機フレームの中心から４つ以上の複数のブロックのグループに分割する一方、掘削機フレーム側からカッタフレーム内に上記グループの分割数の油圧ホースを引き延ばし、これら油圧ホースを各グループ毎に分けると共に、各油圧ジャッキに分岐させて接続したものである。
【００１６】
すなわち、上記ジャッキとして安定した作動が得られる油圧ジャッキを用い、かつその設置数が多い場合には、それぞれの油圧ジャッキの作動油を供給する油圧ホースや油圧を発生するアクチュエータ等の数も増えてしまい、引き回しや油圧制御が複雑になってしまうが、これら各油圧ジャッキを隣接する二つ以上のグループ単位で纏めて制御するようにすれば、油圧ホースやアクチュエータ等の設置数が減少すると共にその制御も容易となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を実施する好適一形態を添付図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は本発明に係る多軸偏芯掘削機の実施の一実施例を示したものであり、図中２は断面円形の掘削機フレーム１先端に設けられた円形のカッターフレーム、７はこのカッターフレーム２の後方に平行に位置する隔壁であるバルクヘッド、９はこのカッターフレーム２で掘削された土砂を搬出するスクリューコンベアである。
【００１９】
図示するように、このカッターフレーム２は、その外周を構成すべく円環状をしたリングフレーム１１と、このリングフレーム１１を補強すべくその内側を横断するように架け渡された梁状の支持フレーム１２と、このリングフレーム１１の外周に複数放射状，かつ等間隔に設けられたＴ字状の外周フレーム１３，１３…とから構成されいる。
【００２０】
そして、これらリングフレーム１１，支持フレーム１２，外周フレーム１３，１３…の掘進方向前面にはカッタービット６が複数配列されており、これらカッタービット６，６…によって前方の地山が掘削されるようになっている。
【００２１】
また、このカッターフレーム２は、リングフレーム１１の後方からバルクヘッド７側に延びる６本の支持ビーム３，３，３，３，３，３をそれぞれバルクヘッド７側に回転自在に設けられた６つの回転子４，４，４，４，４，４にクランク状に連結されて偏芯させた状態で支持されている。
【００２２】
従って、このカッターフレーム２は、図４（ａ）〜（ｂ）に示すように従来と同様、掘削機フレーム１の周縁部に沿って平行リンク的に回動することで全てのカッタービット６，６…を同一周速で回動させて前面の地山を均一に掘削できるようになっている。
【００２３】
また、図１及び図２に示すように、このカッターフレーム２の外周部を構成する各外周フレーム１３，１３…の先端にはそれぞれ余掘り用の可動ビット１４を備えた可動ビット付きジャッキ１５が設けられている。
【００２４】
この可動ビット付きジャッキ１５は、図３に示すように筒状をしたフレーム本体１２ａ内に収容された油圧ジャッキ１６の先端にその余掘り用の可動ビット１４を備えたものであり、この油圧ジャッキ１６の下端部に接続された油圧ホース１７から供給される作動油によってそれぞれの可動ビット１４が図２に示すようにカッターフレーム２の径方向に出没されるようになっている。
【００２５】
そのため、上述したようにカッターフレーム２を回動させて正面の地山を掘削すると同時にこの油圧ジャッキ１６によってその可動ビット１４を突出させると、図２に示すようにこの可動ビット１４が図中点線に示すような軌跡を描いて回動することとなり、これによって掘削機フレーム１より突出した部分、すなわち図中斜線で塗りつぶされた部分の地山が掘削されて余掘りが行われることになる。
【００２６】
従って、例えば、右カーブの掘削を行うべく掘進方向右側の地山を余掘りする場合には、図１に示すようにその部分に位置している各可動ビット付きジャッキ１５，１５…を駆動させてそれぞれの可動ビット１４，１４…を径方向外方に突出させた状態でカッターフレーム２を回動することで、掘進方向前方の地山の掘削能力を低下させることなく、掘進方向右側の地山を最適な範囲で余掘りすることができる。また、同様に、左カーブの掘削を行うべく掘進方向左側の地山を余掘りする場合には、先に突出させて可動ビット１４，１４…を引っ込めると共に、その余掘り側に位置している各可動ビット付きジャッキ１５，１５…を駆動することによって、また、斜め上方カーブの掘削を行うべく掘進方向斜め上方の地山を余掘りする場合には、同様にその部分に位置している各可動ビット付きジャッキ１５，１５…を駆動することによってそれぞれの可動ビット１４，１４…を径方向外方に突出させることで、余分な地山を余掘することなくそれぞれ任意の方向の地山を理想的な範囲で余掘りすることができる。
【００２７】
ところで、この可動ビット付きジャッキ１５は上述した作用からもわかるようにその設置数が多くなる程、最適な範囲を理想的に余掘りすることが可能となるが、その反面、各可動ビット付きジャッキ１５に作動油を供給する油圧ホース１７や油圧を発生するアクチュエータ等（図示せず）の数も増大したり、また、それらの構造や制御が複雑になってしまうといった新たな問題が生じてくる。
【００２８】
そのため、これら可動ビット付きジャッキ１５，１５…を隣接する二つ以上のブロックに分割し、各ブロック単位で制御するようにすれば、個々に制御する場合に比べて油圧ホース１７やアクチュエータ等の数を大幅に減少することが可能となってその構造が簡略化されると同時に制御も容易となる。
【００２９】
例えば、図１に示すように、各可動ビット付きジャッキ１５，１５…を掘削機フレーム１の中心から縦横に４つのブロックａ，ｂ，ｃ，ｄに分割し、各ブロックａ，ｂ，ｃ，ｄ単位に制御し、余掘り範囲を４つのゾーンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに区画して各ゾーン単位で掘削するようにすれば、掘削機フレーム１側から引き延ばされる油圧ホース１７の必要数が原則的に４本で済み、またアクチュエータ等も設置数も大幅に減少する。すなわち、それぞれの油圧ホース１７をカッターフレーム２内に引き延ばした後、ここから各ブロック毎にそれぞれ各可動ビット付きジャッキ１５，１５…側の作動油入口に分岐させて接続させればよいからである。
【００３０】
そして、このように４つのブロックａ，ｂ，ｃ，ｄに分割した場合の制御例を説明すると、右カーブの掘削を行うには、図５（ａ）に示すように掘進方向右側に位置する余掘りゾーンＡとＢとを余掘りする必要があることから、ブロックａ，ｂの各可動ビット付きジャッキ１５，１５…を纏めて作動させ、それぞれの各可動ビット１４，１４…を突出させることでその範囲を最適に余掘りすることができる。また、左カーブの掘削を行う場合には、図５（ｂ）に示すように掘進方向左側に位置するブロックｃとｄの各可動ビット付きジャッキ１５，１５…纏めて作動させて余掘りゾーンＣとＤを、さらに掘進方向上側を余掘りするには、図５（ｃ）に示すようにブロックａとｃの各可動ビット付きジャッキ１５，１５…纏めて作動させて余掘りゾーンＡとＣを、また掘進方向下側を余掘りするには、図５（ｄ）に示すようにブロックｂとｄ側の各可動ビット付きジャッキ１５，１５…纏めて作動させて余掘りゾーンＢとＤを同時に余掘することで最適な範囲を効率良く余掘りすることが可能となる。さらに、例えば、進行方向斜め右上方を余掘りする場合にはブロックａのみあるいはブロックａと共にｂ，ｃも一緒に作動させればその範囲を最適に余掘りすることができる。
【００３１】
このように本発明は、カッタフレーム２の外縁部に径方向に出没自在な可動ビット付きジャッキ１５を複数放射状に備えると共に、隣接する可動ビット付きジャッキ１５を複数のグループ単位で制御するようにしたため、任意の位置を最適な範囲で余掘りすることが可能となると共に、油圧ホースやアクチュエータ等の設置数を必要最小限に抑えることが可能となるため、構造が簡略化されると同時に制御も容易となり、いたずらに複雑になってしまうおそれもない。
【００３２】
尚、この可動ビット付きジャッキ１５の設置数及び設置間隔は、図１に示されるものに限定されるものでなく必要に応じて適宜増減して設置することはいうまでもないが、この可動ビット付きジャッキ１５が備えられる掘削機フレーム１の形状自体も円形に限られず、掘削機フレーム１の断面形状と相似形であれば従来と同様に矩形、楕円形，円弧状矩形，馬蹄形，突起付円形等のあらゆる断面形状であっても同様な作用効果が得られることは勿論である。
【００３３】
また、ブロックの分割数も少なくとも４つ以上であれば、掘進方向上下左右の余掘りが可能となり、さらに細かく分割すればより理想的な余掘りを行うことが可能となる。さらに、この可動ビット付きジャッキ１５として油圧ジャッキ１６に代えて電動ジャッキ等を採用した場合にも給電ケーブル等が必要になるため、同様な作用効果を得ることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、掘進方向の地山の掘削能力を低下させることなく任意の位置を任意の範囲で余掘りすることが可能となるため、周辺地山への悪影響を与えることなく理想的な余掘りを行うことができる。また、カッターフレームに設けられる可動ビット付きジャッキを各ブロック毎に分割制御することにより、油圧ホースやアクチュエータ等の設置数を必要最小限に抑えることが可能となるため、カッターフレームの構造や制御をいたずらに複雑にすることがなくなり、余掘り機構の作動安定性及び信頼性を向上することができる等といった優れた効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の偏芯多軸掘削機の実施の一形態を示す正面図である。
【図２】図１中Ｒ部を示す部分拡大図である。
【図３】図２中Ｘ−Ｘ断面図である。
【図４】本発明の偏芯多軸掘削機の作動状態を示す説明図である。
【図５】本発明の偏芯多軸掘削機による余掘り例を示す説明図である。
【図６】従来の偏芯多軸掘削機の一例を示す正面図である。
【図７】従来の偏芯多軸掘削機の一例を示す側面図である。
【図８】従来の偏芯多軸掘削機の作動状態を示す説明図である。
【図９】従来の余掘機構付き偏芯多軸掘削機の一例を示す正面図である。
【図１０】従来の余掘機構付き偏芯多軸掘削機の作動例を示す正面図である。
【符号の説明】
１  掘削機フレーム
２  カッターフレーム
３  支持ビーム
４  回転子
７  バルクヘッド
９  コンベア
14  可動ビット
15  可動ビット付きジャッキ
16  油圧ジャッキ
ａ，ｂ，ｃ，ｄ  分割ブロック
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ  余掘りゾーン
【図１】
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【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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