(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意断面形状の掘削機フレームの先端に設けられたカッターフレームから延びる支持ビームと上記掘削機フレーム側のカッター駆動軸とを回転子を介してクランク状に連結した偏芯多軸掘削機において、上記支持ビームの一端部を首振り機構を介して上記カッターフレーム側に揺動自在に連結すると共に、この支持ビームの他端部が嵌入される上記回転子の嵌入孔の内径をその支持ビームの他端部の外径より拡径させて形成したことを特徴とする偏芯多軸掘削機。
【請求項２】
上記首振り機構が自動調芯ころ軸受けであることを特徴とする請求項１に記載の偏芯多軸掘削機。
【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５及び図６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７（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運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、この偏芯多軸掘進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８に示すように従来と同様な円形断面の掘削機フレームへの適用も可能となっている。
【０００７】
尚、図５，図６中、７は掘削機フレーム１内を区画するバルクヘッド、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にあっては、掘削機フレーム１にカッターフレーム２を組み付ける場合には、図９に示すようにカッターフレーム２側から延びる支持ビーム３の軸心部と、回転子４に形成された支持ビーム嵌入孔４ａの軸心部を一致させながらカッターフレーム２を回転子４側に移動させ、その支持ビーム３の端部を回転子４の支持ビーム嵌入孔４ａ内に嵌入した後、図示しない連結ピンで両者を連結することでカッター駆動軸５と支持ビーム３が機械的に連結されるようになっている。
【０００９】
しかしながら、図５〜図９に示すように、このカッターフレーム２及び掘削機フレーム１には、安定した平行リンク運動を行うために少なくとも３本以上の支持ビーム３及びそれに対応する回転子４が備えられているため、カッターフレーム２を組み付ける際には、それぞれの位置関係を精度良く一致させなければならず、その組み付け作業は容易ではなかった。
【００１０】
また、製作時の機械的誤差により、両者の位置関係が一致しないときには、その都度調整・補修を行ったり、新たに部品を交換しなければならず、その作業は煩わしいものであった。
【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、カッターフレームの組み付けを容易・確実に行うことが出る新規な偏芯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、任意断面形状の掘削機フレームの先端に設けられたカッターフレームから延びる支持ビームと上記掘削機フレーム側のカッター駆動軸とを回転子を介してクランク状に連結した偏芯多軸掘削機において、上記支持ビームの一端部を自動調芯ころ軸受け等からなる首振り機構を介して上記カッターフレーム側に揺動自在に連結すると共に、この支持ビームの他端部が嵌入される上記回転子の嵌入孔の内径をその支持ビームの他端部の外径より拡径させて形成したものである。
【００１３】
これにより、支持ビームがカッターフレーム側を軸として上下左右に任意に揺動することになるため、支持ビームの他端部と回転子の嵌入孔との位置が一致していなくても支持ビームを適当に揺動させることにより、両者を簡単に一致することができる。その後、この支持ビームを嵌入孔に嵌入するに際して両者の軸がずれていても、支持ビームと嵌入孔との間には適当な隙間が形成されることになるため、容易に両者を嵌入して連結することができる。
【００１４】
【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。
【００１５】
図１は本発明に係る偏芯多軸掘削機のうちいわゆるシールド掘削機と称されるトンネル掘削機の実施の一実施例を示したものであり、図中２は上述したカッターフレーム、３はこのカッターフレーム２の軸方向に延びる複数の支持ビームのうちの一つ、５はこの支持ビーム３に対して偏芯するようにバルクヘッド７（掘削機フレーム１）側に軸支される駆動軸、４はこの駆動軸５と支持ビーム３をクランク状に連結する回転子である。
【００１６】
先ず、この支持ビーム３のカッターフレーム２側端部３ａは、首振り機構１１を介してカッターフレーム２側に軸支されており、その端部を中心に回転子４側の端部が上下左右３６０°方向に揺動（首振り）自在となっている。すなわち、この首振り機構１１は、主にカッターフレーム２側に固定された外輪１２と、支持ビーム３の周囲に設けられた断面蒲鉾型の内輪１３と、この外輪１２と内輪１３との間に設けられた複数のベアリング１４とからなる自動調芯ころ軸受けであり、このベアリング１４が外輪１２と内輪１３との間を軸方向にスライドすることで支持ビーム３を揺動すると共に、これが周方向に回転することで支持ビーム３がカッターフレーム２側に回転自在に軸支されるようになっている。さらに、この支持ビーム３の端部にはスラスト自動調芯ころ軸受け１５を介して外輪１２の端面に支持されており、支持ビーム３の端部３ａの揺動を許容すると共にカッターフレーム２に加わる土圧をこの支持ビーム３側に伝達するようになっている。また、この首振り機構１１の外輪１２の他端面にはシール機構１６が設けられており、カッター室１７内の土砂等が外輪１２と支持ビーム３との隙間から入り込まないようにシールするようになっている。
【００１７】
一方、この支持ビーム３の回転子４側端部３ｂは、図１及び図２に示すように、回転子４に形成された嵌入孔４ａに挿入されると共に、その先端を貫通するように穿孔されたピン孔３ｃに回転子４側から挿入される連結ピン１８によって連結されるようになっており、この連結ピン１８によって着脱自在となっていると共に、連結時の抜けや回転が防止されるようになっている。
【００１８】
そして、本発明の実施の形態にあっては、図４に示すようにこの嵌入孔４ａの内径が支持ビーム３の端部３ｂの直径よりもある程度大きく形成されており、その端部３ｂの周囲及び端面に適当な隙間Ｃが形成されるようになっている。そのため、支持ビーム３の軸と嵌入孔４ａの軸とが完全に一致せずに多少ずれている状態であっても、嵌入孔４ａに対する支持ビーム３の端部３ｂの嵌入が容易にできるようになっている。また、図示するように、嵌入後に連結ピン１８によって連結した後であってもこの連結ピン１８を軸として支持ビーム３が適当に揺動できるようになっている。
【００１９】
また、この回転子４は、図２に示すようにその突出部に上記支持ビーム３の端部３ｂが嵌入されると共に径大な部分に上記駆動軸５が挿入固定されたカム形状に形成されており、この駆動軸５を軸としてその突出部が図中左右いずれかの方向に回転するようになっている。尚、図１，図２，図４中１９は回転子４の突出部側に設けられた断面Ｔ字状の攪拌羽根であり、回転子４と共に回転してカッター室１７内に取り込まれた土砂を攪拌するようになっている。また、この回転子４に接続される駆動軸５は断面円形に形成されているが、その周囲には図示しない凸状体等が形成されており、駆動軸５の回転時に回転子４が空回りしないように構成されている。
【００２０】
次に、この駆動軸５は、図１に示すようにバルクヘッド７に支持される筒状のセンターブロック２０を貫通して設けられており、その隙間に設けられたオイルレス軸受け２１によって回転自在に軸支されている。また、この駆動軸５の他端部はバルクヘッド７の裏面側に設けられたハウジングカバー２２に、ラジアル軸受け２３及びスラスト軸受け２４によって回転自在に、かつ抜けが防止されるように軸支されている。さらに、この駆動軸５には図１及び図３に示すように、カッターギアー２５が設けられており、上記ハウジングカバー２２側に固定されたカッター駆動モータ８のカッターピニオン２６と噛み合っている。従って、カッター駆動モータ８を駆動することによってカッターピニオン２６，カッターギアー２５を介し、高いトルクで駆動軸５が回転駆動されるようになっている。尚、図１中２７は、駆動軸シール機構であり、カッター室１７内の土砂等が回転子４とバルクヘッド７との隙間を介して駆動軸５とセンターブロック２０との隙間に入り込まないようにシールするようになっている。また、図中２８は突出自在なカッター固定ピンであり、図３に示すように、カッターギアー２５に形成されたピン孔２９に固定ピンを挿入することでカッターギアー２５，すなわち、駆動軸５の回転を止めるようになっている。さらに、図３中３０はカッター駆動モータ８の駆動軸である。
【００２１】
次に、本発明の作用を説明する。先ず、本発明は上述したように構成したことから、図１に示すようにカッター駆動モータ８を駆動して駆動軸５を回転駆動させ、回転子４を回転させると、この回転に伴って上記支持ビーム３がこの駆動軸５を軸として旋回することになる。そして、このような支持ビーム３は一つの掘進機に対して少なくとも３つ以上設置されていることから、この旋回によって上述したようにカッターフレーム２全体がバルクヘッド７と平行に回転運動することになる。これによって、カッターフレーム２の前端に設けられた図示しない複数のカッタービットがそれぞれ同一形状の軌跡を描くように旋回し、従来と同様に前面の地山を均一のトルクで良好に掘削することができる。
【００２２】
ここで、本発明の構成の場合、上述したようにカッターフレーム２と回転子４とを連結する支持ビーム３の端部３ａ，３ｂが、カッターフレーム２側にあっては、首振り機構１１によって回転自在に軸支され、その端部３ａを中心として回転子４側端部３ｂが上下左右３６０°方向に自在に揺動することができるようになっているため、製作時の機械的誤差等により、支持ビーム３の他端部３ｂと回転子４側の嵌入孔４ａの位置が多少ずれている状態であっても、支持ビーム３を揺動させることで、その端部３ｂを嵌入孔４ａ側に容易に一致させることができる。また、上述したようにこの回転子４の嵌入孔４ａの内径は、支持ビーム３の端部３ｂの外径よりも大きく形成されているため、図４に示すように、支持ビーム３と嵌入孔４ａとの軸心部が一致していなくとも、支持ビーム３の周囲に形成される隙間Ｃがこのずれを許容できるようになっているため、嵌入孔４ａに対する支持ビーム３の端部３ｂの嵌入・連結を確実に行うことができる。
【００２３】
尚、本実施の形態では、支持ビーム３のカッタービーム２側端部３ａ側に首振り機構１１を設け、嵌入孔４ａ側に隙間Ｃを形成するようにした例で説明したが、この首振り機構１１を回転子４側に設け、嵌入孔４ａをカッタービーム２側に設けるように構成しても上記と同様の作用効果を得ることができる。そして、この場合、支持ビーム２は予め回転子４側に取り付けられることとなるため、カッターフレーム２は回転子４とではなく支持ビーム２に直接組み付けられることはいうまでもない。また、この首振り機構１１として、本実施の形態ではいわゆる自動調芯ころ軸受けを用いたが、同様の作用効果を得られる機構であれば、自動調芯ころ軸受けに限られず、例えば、その端部が球状をしたいわゆるユニバーサルジョイントであっても良い。また、本発明はトンネルの軸方向に延びる筒状の掘削機フレームを持たないいわゆる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。
【００２４】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、カッターフレームを回転子に支持連結するための支持ビームを首振り機構を介してカッターフレーム側に軸支したため、製作時の機械的誤差等によりその支持ビームの接続端部の位置が多少ずれていた状態であってもカッターフレームを回転子に対して容易・確実に組み付けることができる。
【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中Ａ−Ａ断面図である。
【図３】図１中Ｂ−Ｂ断面図である。
【図４】回転子に対する支持ビームの嵌入状態を示す概念図である。
【図５】断面矩形状をした従来の偏芯多軸掘削機の一例を示す正面図である。
【図６】従来の偏芯多軸掘削機の一例を示す断面図である。
【図７】従来の偏芯多軸掘削機のカッターフレームの動きを示す作動図である。
【図８】断面円形をした従来の偏芯多軸掘削機の一例を示す正面図である。
【図９】従来の偏芯多軸地中掘削機のカッターフレーム組み付け状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１  掘削機フレーム（バルクヘッド）
２  カッターフレーム
３  支持ビーム
3a,3b   支持ビーム端部
４  回転子
4a  嵌入孔
11  首振り機構
【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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