(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドフレームの前部に、所定の半径で偏心回転するカッタフレームを設け、そのシールドフレーム側からカッタフレームの各種機器へユーティリティラインを接続し、そのユーティリティラインを覆うべくカッタフレームにガイドパイプを接続すると共にそのガイドパイプをカッタフレームの偏心回転に追従させて回転させるための駆動回転ドラムを設け、その駆動回転ドラムに挿通された上記ガイドパイプの公転を許容しつつ自転を防止する自転拘束装置を設けたことを特徴とする偏心多軸掘削機のカッタ配管材回転機構。
【請求項２】
上記ガイドパイプが、上記駆動回転ドラムに挿通されその駆動回転ドラムの回転で公転する偏心パイプと、その偏心パイプと回転自在に接続されると共にカッタフレームに回転自在に接続される接続パイプとからなり、上記自転拘束装置が、上記偏心パイプの後端に一体的に設けられたスライダと、そのスライダの垂直方向の移動を許容するための垂直レールと、その垂直レールを水平方向に移動させる水平レールとからなり、駆動回転ドラムの回転で上記スライダを垂直方向及び水平方向に移動して接続パイプを公転させながら、その自転を防止する請求項１記載の偏心多軸掘削機のカッタ配管材回転機構。
【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・建設可能な偏心多軸掘削機のカッタフレームの各種機器へのユーティリティラインを覆うガイドパイプの公転を許容しつつ自転を防止するための偏心多軸掘削機のカッタ配管材回転機構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では、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掘削工法と称される新しい掘削工法及びその工法を実現するための偏心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】
この偏心多軸掘削機は、図３及び図４に示すように例えば断面矩形状をしたシールドフレーム１の前面にこのシールドフレーム１と相似形をした小型のカッタフレーム２を備えると共に、このカッタフレーム２のカッタ支持ビーム３を回転子４を介してカッタ駆動軸５に偏心させてクランク状に連結したものであり、この回転子４をカッタ駆動軸５を中心に回転させ、図５（ａ）〜（ｄ）に示すようにカッタフレーム２をシールドフレーム１の径方向に所定の半径で偏心回転させることでシールドフレーム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、この偏心多軸掘削機のシールドフレーム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、この偏心多軸掘削機は、任意断面形状のトンネルを掘削・建設できる他に、カッタフレーム２に設けられた全てのカッタビット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ビット６の磨耗が均一となる、各カッタビット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６に示すように従来と同様な円形断面のシールドフレームへの適用も可能となっている。
【０００７】
尚、図３，図４中、７はシールドフレーム１の前端部を仕切るバルクヘッド、８は各カッタ駆動軸５を駆動するカッタ駆動モータ、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、上述した偏心多軸掘削機のカッタフレーム２には、例えば図７に示すようにカッタフレーム２に設けられたコピーカッタ２ａ，２ａを出没するための各種油圧シリンダ１６や薬液注入口１７あるいは土圧計等のセンサ類（図示せず）が付設されている。そして、これらに接続される油圧配管や電気ケーブル，薬注管等のユーティリティラインＬは、図８に示すようにカッタフレーム２とバルクヘッド７間に架け渡されたガイドパイプ１１内を通過してシールドフレーム１内から引き延ばされるようになっている。すなわち、このガイドパイプ１１は図８〜図１０に示すようにその端部が軸受け１２を介してカッタフレーム２側に接続されると共に、他端部がシールドフレーム１に回転自在に支持された駆動回転ドラム１３側にその軸心部から偏心した位置に接続されるようになっており、カッタフレーム２の動きに追従してガイドパイプ１１及び駆動回転ドラム１３が駆動回転ドラム１３の軸心部を軸として、カッタフレーム２と同期回転することでユーティリティラインＬを保護しつつカッタフレーム２側に引き延ばすようになっている。
【０００９】
しかしながら、このガイドパイプ１１は、その端部が直接又は軸受け１２を介してそれぞれカッタフレーム２及び駆動回転ドラム１３側に連結されているため、図１０に示すように、カッタフレーム２に加わる土圧がガイドパイプ１１を介して直接駆動回転ドラム１３側に伝わってしまうことがある。その結果、駆動回転ドラム１３の回転抵抗が大きくなることによって駆動回転ドラム１３側の軸受け１４や駆動回転ドラム１３自体を損傷する等といった不都合が考えられる。
【００１０】
また、運転時のカッタフレーム２の掘削抵抗等によりカッタフレーム２が径方向に変位した場合、その変位が直接ガイドパイプ１１に伝わってガイドパイプ１１に無理な荷重が加わってしまい、ガイドパイプ１１が破損してしまうといったおそれもあった。
【００１１】
そこで、本発明者らは、図１に示すような駆動回転ドラム２２を、カッタフレーム２を回転させるカッタ駆動部３２に同期回転装置３６を介して連結して駆動させる偏心多軸掘削機を発明した。これによれば、ガイドパイプ２４の一部を構成する接続パイプ３０を介して駆動回転ドラム２２を強制的に回転させる必要が無いので、その強度を低くすると共に、駆動回転ドラム２２と構造的に縁を切って形成することができ、カッタフレーム２に発生した変位をその接続パイプ３０で吸収できるので、ガイドパイプ２４や駆動回転ドラム２２の損傷を防止できるようになっている。
【００１２】
ところで、この偏心多軸掘削機にあっては、カッタフレーム２の各種機器へのユーティリティラインＬを覆うガイドパイプは、駆動回転ドラム２２に挿通されその駆動回転ドラム２２の回転で公転する偏心パイプ２６と、その偏心パイプ２６と回転自在に接続されると共にカッタフレーム２に回転自在に接続される接続パイプ３０とからなっており、駆動回転ドラム２２内で、ユーティリティラインＬが振り回されて接触するのを防止するようになっていた。
【００１３】
しかしながら、偏心パイプ２６は接続パイプ３０と縁を切って設けられているので、偏心パイプ２６が駆動回転ドラム２２内で公転すると、それに伴って偏心パイプ２６の回転軸Ｙ廻りに自転しようとする。このように偏心パイプ２６が自転すると、その内部でユーティリティラインＬが捩れ易くなり、耐久性が悪化する等の不具合があった。
【００１４】
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、ユーティリティラインを覆うガイドパイプの公転を許容しつつ自転を防止する偏心多軸掘削機のカッタ配管材回転機構を提供することにある。
【００１５】
【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、シールドフレームの前部に、所定の半径で偏心回転するカッタフレームを設け、そのシールドフレーム側からカッタフレームの各種機器へユーティリティラインを接続し、そのユーティリティラインを覆うべくカッタフレームにガイドパイプを接続すると共にそのガイドパイプをカッタフレームの偏心回転に追従させて回転させるための駆動回転ドラムを設け、その駆動回転ドラムに挿通された上記ガイドパイプの公転を許容しつつ自転を防止する自転拘束装置を設けたものである。
【００１６】
これによれば、ガイドパイプは、駆動回転ドラムの回転に伴って公転しつつ、自転拘束装置によって自転を防止することができるので、ユーティリティラインが捩れることなく、これを案内し保護することができる。
【００１７】
そして、上記ガイドパイプが、上記駆動回転ドラムに挿通されその駆動回転ドラムの回転で公転する偏心パイプと、その偏心パイプと回転自在に接続されると共にカッタフレームに回転自在に接続される接続パイプとからなり、上記自転拘束装置が、上記偏心パイプの後端に一体的に設けられたスライダと、そのスライダの垂直方向の移動を許容するための垂直レールと、その垂直レールを水平方向に移動させる水平レールとからなり、駆動回転ドラムの回転で上記スライダを垂直方向及び水平方向に移動して接続パイプを公転させながら、その自転を防止するものが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
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。
【００１９】
図１は偏心多軸掘削機のうちいわゆるシールド掘削機と称される掘削機の実施の形態を示した断面図、図２は本発明に係る偏心多軸掘削機のカッタ配管材回転機構の実施の形態を示した要部拡大図である。なお、図中２は上述したカッタフレーム、７はこのカッタフレーム２と平行に位置し、シールドフレーム１の前面に設けられたバルクヘッド、１５はカッタフレーム２とバルクヘッド７間に形成されるカッタ室である。
【００２０】
まず本発明に係る偏心多軸掘削機の構成から説明する。
【００２１】
図示するように、このバルクヘッド７には軸方向に延びる外部支持筒２０が一体的に設けられており、その内周面には駆動回転ドラム２２が外部スラスト軸受け２３等を介して回転自在に軸支されている。駆動回転ドラム２２のカッタフレーム２側は閉止板２１によって閉じられている。
【００２２】
さらに、この駆動回転ドラム２２のカッタフレーム２側周縁部にはシール部材２５が設けられており、カッタ室１５側の土砂等が駆動回転ドラム２２と外部支持筒２０との隙間に入り込まないようにシールしている。
【００２３】
また、この駆動回転ドラム２２の外部支持筒２０内には、両端が開口した筒状の偏心パイプ２６が閉止板２１を貫通するように設けられている。また、この偏心パイプ２６は、上記外部支持筒２０の回転軸Ｘから外れた位置に固定された内部支持筒２７内に内部スラスト軸受け２８等を介して回転自在に軸支されており、その回転軸Ｙが外部支持筒２０の回転軸Ｘから偏心して位置するようになっている。尚、図中、２９は内部支持筒２７を外部支持筒２０から支持するためのリブである。
【００２４】
一方、カッタフレーム２側には、バルクヘッド７側に延びる接続パイプ３０が設けられている。この接続パイプ３０はそのカッタフレーム２側端部がカッタフレーム２内と連通するように回転自在に接続されていると共に、その他端部はカッタ室１５を斜め下方に横断して上記駆動回転ドラム２２に設けられた偏心パイプ２６側に延出され回転自在に接続されており、両者が相互に連通するようになっている。
【００２５】
接続パイプ３０と偏心パイプ２６とでガイドパイプ２４が構成されており、これら接続パイプ３０と偏心パイプ２６とは、後述のシール部材３１によって接続されており、構造的には縁を切られている。これによれば、接続パイプ３０が、偏心回転するカッタフレーム２と駆動回転ドラム２２との間で、捩れることなくスムーズに偏心回転に追従することができると共に、接続パイプ３０の軸方向へのズレが多少、許容される。
【００２６】
また、接続パイプ３０と駆動回転ドラム２２との接合部の駆動回転ドラム２２側には、径方向内側が前方にテーパ状に突出した凸型リング４３が設けられている。この凸型リング４３に対向して、その接続パイプ３０側には径方向内側が前方にテーパ状に窪んだ凹型リング４４が設けられている。この凹型リング４４には、凸型リング４３に延びてカッタ室１５と接続パイプ３０内部とを区画するシール部材３１が設けられている。このシール部材３１が凸型リング４３に対して摺動することによって、接続パイプ３０が偏心パイプ２６側に回転自在に接続されると共に、接続パイプ３０の径方向へのズレが多少、許容される。そして、そのズレはシール部材３１の弾性力によって、戻される。
【００２７】
上記構成によって、バルクヘッド７側から延びる油圧配管や制御ケーブル等のユーティリティラインＬは、掘削土砂側から区画され、偏心パイプ２６と接続パイプ３０とからなるガイドパイプ２４内を通過してカッタフレーム２内に引き延ばされるようになっている。
【００２８】
駆動回転ドラム２２の後端には、これを回転させるための回転ドラムギヤ３５がその周方向に沿って設けられている。
【００２９】
図８に示す従来の偏心多軸掘削機と同様に、シールドフレーム１の内部で、駆動回転ドラム２２の上方及び下方には、カッタフレーム２を偏心回転させるためのカッタ駆動部３２がそれぞれ設けられている。カッタ駆動部３２は、カッタ駆動軸５と、これを駆動するカッタ駆動モータ８とから構成されている。カッタ駆動軸５には、カッタ駆動モータ８に設けられたモータギヤ３３に歯合する駆動ギヤ３４が設けられている。
【００３０】
図１に示すように、上下の駆動ギヤ３４のうち上方の駆動ギヤ３４と、駆動回転ドラム２２に設けられた回転ドラムギヤ３５との間には、駆動回転ドラム２２を、カッタフレーム２と同期回転させるための同期回転装置３６が介設されている。
【００３１】
同期回転装置３６は、回転ドラムギヤ３５と駆動ギヤ３４とを連結してカッタフレーム２の回転と駆動回転ドラム２２の回転とを同期させる中間ギヤ機構３７からなっている。
【００３２】
具体的には、中間ギヤ機構３７は、カッタ駆動部３２の駆動ギヤ３４に連結される第一回転ギヤ３９と、この第一回転ギヤ３９と同じ回転軸４１に配設され駆動回転ドラム２２の回転ドラムギヤ３５に連結される第二回転ギヤ４０とからなっている。回転軸４１は、カッタ駆動軸５と平行に設けられている。第一回転ギヤ３９と第二回転ギヤ４０とのギヤ比は、カッタフレーム２と駆動回転ドラム２２とが同期して回転するように設定されている。
【００３３】
すなわち、駆動ギヤ３４の回転によって、第一回転ギヤ３９が逆回転し、これと同じ方向に第二回転ギヤ４０が回転する。この第二回転ギヤ４０の回転によって、回転ドラムギヤ３５が、駆動ギヤ３４と同じ方向に回転する。そして、上記ギヤ比によって、カッタフレーム２と駆動回転ドラム２２とが同期して同じ方向に回転するようになっている。
【００３４】
上記構成によれば、駆動回転ドラム２２の回転に伴って偏心パイプ２６が回転軸Ｘを中心に公転（偏心回転）して、回転軸Ｙを中心に自転しようとするが、この自転を防止するための自転拘束装置４５が駆動回転ドラム２２の後方に設けられている。
【００３５】
自転拘束装置４５は、偏心パイプ２６の後端に一体的に設けられたスライダ４６と、そのスライダ４６の垂直方向の移動を許容するための垂直レール４７と、その垂直レール４７を水平方向に移動させるための水平レール４８とからなっている。
【００３６】
図２に示すように、スライダ４６は、偏心パイプ２６の後端を上下から挟持するように支持部４９が設けられており、この支持部４９には、垂直レール４７に接して回動するローラ５１が軸支されている。スライダ４６はローラ５１によって、垂直レール４７に沿って自由に上下移動するようになっている。
【００３７】
垂直レール４７は、スライダ４６を左右から挟むように配置されており、偏心パイプ２６の公転軌跡Ｚよりも上下に延びて形成されて、その上下端では互いに連結され一体化されている。偏心パイプ２６の後端は、その左右両端が垂直方向にカットされて平らになっており、そのカット部分を垂直レール４７が若干のクリアランスをあけて挟むようになっている。
【００３８】
そして、垂直レール４７の水平レール４８と交差する位置には、水平レール４８と接して回動するローラ５２が軸支されている。水平レール４８は、偏心パイプ２６の公転軌跡Ｚよりも左右に水平に延びて形成されている。垂直レール４７はローラ５２によって、スライダ４６と共に水平レール４８に沿って自由に水平移動するようになっている。
【００３９】
次に、本発明の作用を説明する。
【００４０】
駆動回転ドラム２２は、同期回転装置３６を介して、カッタ駆動部３２により回転する。このとき、偏心パイプ２６の後端に一体的に設けられたスライダ４６は、駆動回転ドラム２２の回転により、垂直レール４７に沿って上下移動されると同時に、垂直レール４７がスライダ４６と共に水平レール４８に沿って水平移動される。これら上下移動と水平移動との組合わせによって、スライダ４６が偏心パイプ２６の公転軌跡Ｚに沿って移動して公転することが可能となる。
【００４１】
またこのとき、偏心パイプ２６は、その後端がスライダ４６によって上下が固定されており、偏心パイプ２６の回転軸Ｙを中心とする自転を規制することができる。
【００４２】
このように、偏心パイプ２６の公転を許容しつつ自転を防止することができるので、その内部に挿通されたユーティリティラインＬが捩れるのを防止でき、耐久性の悪化を防止できると共に、ユーティリティラインＬを案内し保護することができる。
【００４３】
また、自転拘束装置４５は、シールドフレーム１内の駆動回転ドラム２２の後方に設けられているので、不具合時の補修や点検等のメンテナンスを、シールドフレーム２の内側から容易に行うことができる。
【００４４】
なお、本実施の形態の自転拘束装置４５の垂直レール４７及び水平レール４８はそれぞれ２本ずつ設けられているが、これに限られることなく、各レールを１本ずつ設け、片持ちでローラを支持するようにしてもよい。
【００４５】
また、本実施の形態では、シールド掘削機の場合で説明したが、筒状のシールドフレームをもたないいわゆるＴＢＭ（トンネルボーリングマシン）や、完全なトンネルでなく、地表面のみを溝状に掘削する場合の掘削機にも同様に適用することができることは勿論である。
【００４６】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、自転拘束装置によって、偏心パイプをスライダで固定すると共に、このスライダを上下及び水平に組み合わせて移動させることにより、偏心パイプの公転を許容しつつ自転を防止することができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の一形態を示す断面図である。
【図２】  自転拘束装置を示す（ａ）は側面図、（ｂ）は後面図である。
【図３】  従来の偏心多軸掘削機の一例を示す正面図である。
【図４】  従来の偏心多軸掘削機の一例を示す側面図である。
【図５】  従来の偏心多軸掘削機の作用例を示す説明図である。
【図６】  従来の偏心多軸掘削機の一例を示す正面図である。
【図７】  図７に示す従来の偏心多軸掘削機の作用例を示す正面図である。
【図８】  従来の偏心多軸掘削機のユーティリティラインの配設状態を示す側面図である。
【図９】  従来のユーティリティラインのガイドパイプの動作状態を示す斜視図である。
【図１０】  従来のユーティリティラインのガイドパイプの設置状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１  シールドフレーム
２  カッタフレーム
２２  駆動回転ドラム
２４  ガイドパイプ
２６  偏心パイプ
３０  接続パイプ
４５  自転拘束装置
４６  スライダ
４７  垂直レール
４８  水平レール
Ｌ  ユーティリティライン
【図１】
0004020505.tif 000002
【図２】
0004020505.tif 000003
【図３】
0004020505.tif 000004
【図４】
0004020505.tif 000005
【図５】
0004020505.tif 000006
【図６】
0004020505.tif 000007
【図７】
0004020505.tif 000008
【図８】
0004020505.tif 000009
【図９】
0004020505.tif 000010
【図１０】
0004020505.tif 000011