(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とカッタフレームとの間に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をカッタフレームの偏心回転に追従して回転するように設け、そのガイドパイプのシールドフレーム側にガイドパイプを追従して偏心回転させるカッタ配管回転ドラムを設けた偏心多軸掘削機において、上記カッタ配管回転ドラムを、上記カッタフレームを回転させるカッタ駆動部に同期回転装置を介して連結して駆動させるようにしたことを特徴とする偏心多軸掘削機。
【請求項２】
上記ガイドパイプが、その先端が上記カッタフレームに回転自在に支持され、後端が上記カッタ配管回転ドラムに回転自在に支持された請求項１記載の偏心多軸掘削機。
【請求項３】
上記同期回転装置が、上記カッタ配管回転ドラムに設けられた回転ドラムギヤと上記カッタ駆動部に設けられた駆動ギヤとを連結する中間ギヤ機構からなる請求項１又は２記載の偏心多軸掘削機。
【請求項４】
上記中間ギヤ機構が、上記カッタフレームの回転と上記カッタ配管回転ドラムの回転とを同期させる同期ギヤ機構を有する請求項３記載の偏心多軸掘削機。
【請求項５】
上記中間ギヤ機構が、上記カッタ駆動部の駆動ギヤに連結される第一回転ギヤと、この第一回転ギヤと同軸に配設され上記カッタ配管回転ドラムの回転ドラムギヤに連結される第二回転ギヤとからなり、上記第一回転ギヤと第二回転ギヤとのギヤ比が上記カッタフレームと上記カッタ配管回転ドラムとが同期して回転するように設定された請求項４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・建設可能な偏心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カッタ配管回転ドラム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及びカッタ配管回転ドラム１３がカッタ配管回転ドラム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及びカッタ配管回転ドラム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を介して直接カッタ配管回転ドラム１３側に伝わってしまうことがある。その結果、カッタ配管回転ドラム１３の回転抵抗が大きくなることによってカッタ配管回転ドラム１３側の軸受け１４やカッタ配管回転ドラム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る。
【００１１】
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、カッタフレームに発生する軸方向及び径方向の変位による装置の損傷を防止し、カッタ配管回転ドラムを的確にカッタフレームと同期回転させることができる新規な偏心多軸掘削機を提供するものである。
【００１２】
【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とカッタフレームとの間に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をカッタフレームの偏心回転に追従して回転するように設け、そのガイドパイプのシールドフレーム側にガイドパイプを追従して偏心回転させるカッタ配管回転ドラムを設けた偏心多軸掘削機において、上記カッタ配管回転ドラムを、上記カッタフレームを回転させるカッタ駆動部に同期回転装置を介して連結して駆動させるようにしたものである。
【００１３】
これによれば、カッタ配管回転ドラムを同期回転装置によって、従来のようにカッタフレームを介さずに、カッタ駆動部から直接回転させることができるので、ガイドパイプは従来のような剛性を有する必要が無い。従って、カッタフレームに加わる土圧をガイドパイプで逃がすことができ、その土圧が直接カッタ配管回転ドラム側に伝わるのを防止することができ、カッタフレームに発生する軸方向及び径方向の変位による装置の損傷を防止できると共に、カッタ配管回転ドラムを的確に回転させることができる。また、同期回転装置は、掘削土砂側ではなくシールドフレーム内に設けられているので、そのメンテナンスを容易に行うことができる。
【００１４】
そして、上記ガイドパイプが、その先端が上記カッタフレームに回転自在に支持され、後端が上記カッタ配管回転ドラムに回転自在に支持されたものが好ましい。
【００１５】
これによれば、ガイドパイプが、偏心回転するカッタフレームとカッタ配管回転ドラムとの間で、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。
【００１６】
また、上記同期回転装置が、上記カッタ配管回転ドラムに設けられた回転ドラムギヤと上記カッタ駆動部に設けられた駆動ギヤとを連結する中間ギヤ機構からなるものがよい。
【００１７】
さらに、上記中間ギヤ機構が、上記カッタフレームの回転と上記カッタ配管回転ドラムの回転とを同期させる同期ギヤ機構を有するものがよい。
【００１８】
そして、上記中間ギヤ機構が、上記カッタ駆動部の駆動ギヤに連結される第一回転ギヤと、この第一回転ギヤと同軸に配設され上記カッタ配管回転ドラムの回転ドラムギヤに連結される第二回転ギヤとからなり、上記第一回転ギヤと第二回転ギヤとのギヤ比が上記カッタフレームと上記カッタ配管回転ドラムとが同期して回転するように設定されたものが好ましい。
【００１９】
【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。
【００２０】
図１は本発明に係る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一形態を示した断面図、図２は図１のＡ部拡大図である。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。
【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、その内周面にはカッタ配管回転ドラム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。カッタ配管回転ドラム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。また、このカッタ配管回転ドラム２２の閉止板２１には径方向外側に突出したフランジ２４が形成されており、カッタ配管回転ドラム２２が外部支持筒２０からバルクヘッド７内に脱落しないように規制されている。さらに、このカッタ配管回転ドラム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側の土砂等がカッタ配管回転ドラム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。
【００２２】
また、このカッタ配管回転ドラム２２の外部支持筒２０内には、両端が開口した状態の偏心パイプ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。
【００２３】
一方、カッタフレーム２側には、バルクヘッド７側に延びるガイドパイプ３０が設けられている。このガイドパイプ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カッタ配管回転ドラム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。
【００２４】
図２に示すように、ガイドパイプ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、ガイドパイプ３０が、偏心回転するカッタフレーム２とカッタ配管回転ドラム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、ガイドパイプ３０の軸方向へのズレが多少、許容されることとなる。
【００２５】
また、ガイドパイプ３０とカッタ配管回転ドラム２２との接合部のカッタ配管回転ドラム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、そのガイドパイプ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とガイドパイプ３０内部とを区画するシール部材３１が設けられている。シール部材３１は凸型リング４３と凹型リング４４との距離よりも長い長さを有しており、その端部が、凸型リングのテーパ部４５に当接して、径方向外側に折り返されている。このシール部材３１が摺動することによって、ガイドパイプ３０が偏心パイプ２６側に回転自在に接続されると共に、ガイドパイプ３０の径方向へのズレが多少、許容されることとなる。そして、そのズレはシール部材３１の弾性力によって、戻されることとなる。
【００２６】
凹型リング４３の外周側には、凸型リング４３側に延出した突出部４６が形成されており、ガイドパイプ３０がその径方向にずれたときに、この突出部４６が凸型リング４３に接触して、ガイドパイプ３０がカッタ配管回転ドラム２２から離脱するのを防止するようになっている。なお、ガイドパイプ３０の内側に、図中破線で示すような、凸型リング４３の径方向内側に延出する離脱防止リング４７を設けるようにしてもよい。
【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からガイドパイプ３０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】
カッタ配管回転ドラム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、カッタ配管回転ドラム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、カッタ配管回転ドラム２２に設けられた回転ドラムギヤ３５との間には、カッタ配管回転ドラム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とを連結する中間ギヤ機構３７からなり、この中間ギヤ機構３７は、カッタフレーム２の回転とカッタ配管回転ドラム２２の回転とを同期させる同期ギヤ機構３８を有している。
【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に配設されカッタ配管回転ドラム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とカッタ配管回転ドラム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とカッタ配管回転ドラム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】
次に、本発明の作用を説明する。
【００３５】
バルクヘッド７の前方に位置するカッタフレーム２が、カッタ駆動部３２によって、所定の半径で偏心回転する。これと同時に、カッタ駆動部３２の駆動ギヤ３４の回転によって、中間ギヤ機構３７が回転されてカッタ配管回転ドラム２２が、カッタフレーム２の偏心回転と同期して回転する。この回転によって、カッタ配管回転ドラム２２内にその回転軸Ｘから偏心して軸支された偏心パイプ２６が、カッタフレーム２の偏心回転に追従して偏心回転する。
【００３６】
これによって、カッタフレーム２の偏心回転時にバルクヘッド７内から延びるユーティリティラインＬが無理な応力やカッタ室１５内の土砂などの悪影響を受けることなく良好にカッタフレーム２内に引き延ばされることとなる。
【００３７】
このように、同期回転装置３６によって、カッタ配管回転ドラム２２をカッタ駆動部３２から直接回転させるようにしたことによって、従来のように、カッタ配管回転ドラム２２を回転させるのにカッタフレーム２を介さなくてよい。従って、カッタフレーム２とカッタ配管回転ドラム２２側を連結するガイドパイプ３０を従来のガイドパイプ１１程強固にする必要が無いので、比較的柔軟に形成可能となるため、カッタフレーム２に加わる土圧をガイドパイプ３０によって逃がすことができ、その土圧が直接カッタ配管回転ドラム２２側に伝わってしまうことがない。さらに、ガイドパイプ３０と偏心パイプ２６とは、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ので、土圧が大きい場合でも、確実に土圧のカッタ配管回転ドラム２２側への伝達を防止できる。その結果、カッタ配管回転ドラム１３側の軸受け１４やカッタ配管回転ドラム２２自体の損傷を防止することができる。
【００３８】
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であっても、ガイドパイプ３０が比較的柔軟に形成されているので、その変位をカッタ配管回転ドラム２２に伝えることなく逃がすことができる。これによって、ガイドパイプ３０自体の損傷を防止することができる。
【００３９】
さらに、同期回転装置３６は、掘削土砂側ではなくシールドフレーム２内に設けられた中間ギヤ機構３７にて構成されているので、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。
【００４０】
なお、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。
【００４１】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、カッタフレームや加わる土圧や掘削抵抗等によるカッタフレームの軸方向及び径方向の変位を、ガイドパイプによって逃がすことができる。従って、カッタフレームの変位による応力が直接カッタ配管回転ドラム側へ伝わることがなくなり、回転体本体やその軸受け部及びこの回転体を軸支するバルクヘッド等への悪影響を効果的に回避することができるので、装置の損傷を防止でき、カッタ配管回転ドラムを的確にカッタフレームと同期回転させ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】  図１のＡ部拡大断面図である。
【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  カッタ配管回転ドラム
３０  ガイドパイプ
３２  カッタ駆動部
３４  駆動ギヤ
３５  回転ドラムギヤ
３６  同期回転装置
３７  中間ギヤ機構
３８  同期ギヤ機構
３９  第一回転ギヤ
４０  第二回転ギヤ
Ｌ  ユーティリティライン
【図１】
0004020506.tif 000002
【図２】
0004020506.tif 000003
【図３】
0004020506.tif 000004
【図４】
0004020506.tif 000005
【図５】
0004020506.tif 000006
【図６】
0004020506.tif 000007
【図７】
0004020506.tif 000008
【図８】
0004020506.tif 000009
【図９】
0004020506.tif 000010
【図１０】
0004020506.tif 000011