(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削機本体の前部に回転可能に設けたカッタに、同一回転半径上のビット条数を外径側に多く内径側に少なく取り付けたシールド掘進機であって、
上記カッタをビット条数の多い外周側の第１カッタ部とそれよりビット条数の少ない内周側の第２カッタ部とに径方向に同芯的に分割し、上記第１カッタ部を上記掘削機本体に回転可能に支持された第１支持部材に取り付け、該第１支持部材に上記第２カッタ部を回転可能に支持し、
上記掘削機本体に対して上記第１支持部材を回転させる第１駆動モータと、上記第１支持部材に対して上記第２カッタ部を回転させる第２駆動モータとを備え、上記第２カッタ部を上記第１カッタ部よりも速く回転させるようにしたことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
掘削機本体の前部に回転可能に設けたカッタに、同一回転半径上のビット条数を外径側に多く内径側に少なく取り付けたシールド掘進機であって、
上記カッタをビット条数の最も多い外周側の第１カッタ部からビット条数の最も少ない内周側の第ｎカッタ部（ｎ≧３）まで径方向に同芯的にｎ分割し、上記第１カッタ部を上記掘削機本体に回転可能に支持された第１支持部材に取り付け、該第１支持部材に回転可能に支持された第２支持部材に第２カッタ部を取り付け、以下同様に第ｎ−２支持部材に回転可能に支持された第ｎ−１支持部材に第ｎ−１カッタ部を取り付け、第ｎ−１支持部材に第ｎカッタ部を回転可能に支持し、
上記掘削機本体に対して上記第１支持部材を回転させる第１駆動モータと、上記第１支持部材に対して上記第２支持部材を回転させる第２駆動モータと、以下同様に上記第ｎ−２支持部材に対して上記第ｎ−１カッタ部を回転させる第ｎ−１駆動モータと、上記第ｎ−１支持部材に対して上記第ｎカッタ部を回転させる第ｎ駆動モータとを備え、第１〜第ｎカッタ部について夫々隣接する内径側のカッタ部を外径側のカッタ部よりも速く回転させるようにしたことを特徴とするシールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各ビットの切羽に対する切込深さの均一化を図ったシールド掘進機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６に示すように、シールド掘進機ａは、筒体状のシールドフレームｂと、シールドフレームｂ内を切羽側と坑内側とに仕切る隔壁ｃと、隔壁ｃに回転可能に取り付けられたカッタｄと、カッタｄを回転駆動する駆動モータｅとを備えている。カッタｄには、実質的に切羽を掘削するビットｆ1 、ｆ2 が複数取り付けられている。ビットｆは、カッタｄの外径側には同一回転半径上のビット条数を多く、カッタｄの内径側には同一回転半径上のビット条数を少なく取り付けられている。
【０００３】
カッタｄは、１回転当たりの切羽に対する摺動距離が、外径側の方が内径側よりも長くなるため、外径側には同一回転半径上のビット条数を多く、内径側には同一回転半径上のビット条数を少なく取り付け、外径側のビットｆ2 の摩耗対策としているのである。図例では、カッタｄの内周側に、ビットｆ1 を１条配置した部分ｇを設定すると共に、外周側にビットｆ2 を２条配置した部分ｈを設定している。なお、図６(a) のハッチング部分は、土砂取込口である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、ビットｆ1 、ｆ2 によって切羽から切り出された掘削土砂の搬送や後処理等の便宜を考慮して、各ビットｆ1 、ｆ2 の切羽に対する切込深さをなるべく一定にすることが望まれている。各ビットｆ1 、ｆ2 の切込深さが略一定になれば、切り出される掘削土砂の塊の大きさが略一定となり、その搬送や後処理（地山固形回収）等が容易となるからである。ここで、地山固形回収とは、泥水式シールドにおいて地山をカッタ部にて、排出可能な最大の大きさで切り出すことにより、泥水中から比較的大きな固形物を容易に回収して残りの細かな土砂のみを後処理するものであり、後処理する土砂量の低減を狙った技術である。
【０００５】
しかし、図６に示す構成であると、１条配置した部分ｇのビットｆ1 は、図７(a) に示すように切羽面Ａに対する切込深さが深くなるのに対し、２条配置した部分ｈのビットｆ2 は、図７(b) に示すように切羽面に対する切込深さが浅くなり、両ビットｆ1 、ｆ2 の切込深さを等しくすることができない。カッタｄが１回転したとき、１条配置した部分ｇのビットｆ1 は、図７(a) に示すように、その間の推進ジャッキの押出量がそのまま切込深さとなるのに対し、２条配置した部分ｈのビットｆ2 は、図７(b) に示すように、その間の推進ジャッキの押出量の１／２相当が切込深さとなるからである。同様に、ビットｆを３条配置した場合には、図７(c) に示すように、推進ジャッキの押出量の１／３相当が切込深さとなり、ビットｆを４条配置した場合には、図７(d) に示すように、推進ジャッキの押出量の１／４相当が切込深さとなる。
【０００６】
このため、仮に、１条配置した部分ｇのビットｆ1 の切込深さを設定値に合せると、２条配置した部分ｈのビットｆ2 の切り込み深さが設定値の１／２となり、掘削土砂の塊の大きさが略１／２となるため、地山固形回収を有効に実施できない。逆に、２条配置した部分ｈのビットｆ2 の切込深さを設定値に合せると、１条配置した部分ｇのビットｆ1 の切込深さが設定値の２倍となり、掘削土砂の塊の大きさが略２倍となるため、カッタ室ｉ内の掘削土砂を坑内ｊへ搬送する土砂搬送装置（排泥管等）の閉塞を招く可能性がある。
【０００７】
なお、ビットｆの切羽Ａに対する切込深さｔは次式で示される
ｔ＝Ｖ／（Ｎ×ｎ）
Ｖ：推進速度(mm/min)
Ｎ：カッタ回転数(rpm)
ｎ：ビット条数
ｔ：切込深さ(mm/rev)。
【０００８】
また、図７において、右端のビットｆと左端のビットｆとは同一のビットであり、カッタｄが１回転した際の同一回転半径上のビットｆの切羽Ａに対する切込みの様子を模式的に表したものである。
【０００９】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、カッタに取り付けられた各ビットの切羽に対する切込深さの均一化を図ったシールド掘進機を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく第１の発明は、掘削機本体の前部に回転可能に設けたカッタに、同一回転半径上のビット条数を外径側に多く内径側に少なく取り付けたシールド掘進機であって、上記カッタをビット条数の多い外周側の第１カッタ部とそれよりビット条数の少ない内周側の第２カッタ部とに径方向に同芯的に分割し、上記第１カッタ部を上記掘削機本体に回転可能に支持された第１支持部材に取り付け、該第１支持部材に上記第２カッタ部を回転可能に支持し、上記掘削機本体に対して上記第１支持部材を回転させる第１駆動モータと、上記第１支持部材に対して上記第２カッタ部を回転させる第２駆動モータとを備え、上記第２カッタ部を上記第１カッタ部よりも速く回転させるようにしたものである。
【００１１】
第２の発明は、掘削機本体の前部に回転可能に設けたカッタに、同一回転半径上のビット条数を外径側に多く内径側に少なく取り付けたシールド掘進機であって、上記カッタをビット条数の最も多い外周側の第１カッタ部からビット条数の最も少ない内周側の第ｎカッタ部（ｎ≧３）まで径方向に同芯的にｎ分割し、上記第１カッタ部を上記掘削機本体に回転可能に支持された第１支持部材に取り付け、該第１支持部材に回転可能に支持された第２支持部材に第２カッタ部を取り付け、以下同様に第ｎ−２支持部材に回転可能に支持された第ｎ−１支持部材に第ｎ−１カッタ部を取り付け、第ｎ−１支持部材に第ｎカッタ部を回転可能に支持し、上記掘削機本体に対して上記第１支持部材を回転させる第１駆動モータと、上記第１支持部材に対して上記第２支持部材を回転させる第２駆動モータと、以下同様に上記第ｎ−２支持部材に対して上記第ｎ−１カッタ部を回転させる第ｎ−１駆動モータと、上記第ｎ−１支持部材に対して上記第ｎカッタ部を回転させる第ｎ駆動モータとを備え、第１〜第ｎカッタ部について夫々隣接する内径側のカッタ部を外径側のカッタ部よりも速く回転させるようにしたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を添付図面に基いて説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態に係るシールド掘進機１の側断面図である。図示するように、このシールド掘進機１は、筒体状に形成されたシールドフレーム２とその内周面にフランジ状に形成された本体隔壁部３とからなる掘削機本体４を有する。掘削機本体４の前部には、カッタ５が回転可能に設けられている。カッタ５には、実質的に切羽Ａを掘削するビット６ａ、６ｂが複数取り付けられている。
【００１６】
ビット６は、カッタ５の外径側には同一回転半径上のビット条数を多く、カッタ５の内径側には同一回転半径上のビット条数を少なく、取り付けられている。カッタ５は、１回転当たりの切羽Ａに対する摺動距離が、外径側の方が内径側よりも長くなるため、カッタ５の外径側には同一回転半径上のビット条数を多く、内径側には同一回転半径上のビット条数を少なく取り付け、外径側のビット６ａの摩耗対策としているのである。なお、ビット６は、互いに切削回転方向を逆に取り付けられた２個一組で１条である。
【００１７】
かかるカッタ５は、径方向に内外にビット条数の多い第１カッタ部５ａとそれよりビット条数の少ない第２カッタ部５ｂとに、所定間隔（ハッチング部分）を隔てて同芯的に分割されている。本実施形態では、外径側の第１カッタ部５ａは同一回転半径上にビット６ａが２個取り付けられた２条配置となっており、内径側の第２カッタ部５ｂは同一回転半径上にビット６ｂが１個取り付けられた１条配置となっている。
【００１８】
外径側の第１カッタ部５ａは、径方向に90度間隔で配置された４本のスポーク部７ａと、各スポーク部７ａの間に配置された面板部８ａと、スポーク部７ａと面板部８ａとの間に開口された土砂取込口９ａ（ハッチング部分）とから一体的になっている。そして、各スポーク部７ａに、ビット６ａが同一回転半径上に２個取り付けられて２条配置となっている。なお、各スポーク部７ａに対となるように取り付けられたビット６ａは、夫々一方の回転方向にのみ切削機能を発揮する。また、面板部８ａは、地山の土質によっては省略可能である。
【００１９】
他方、内径側の第２ビット部５ｂは、径方向に 180度間隔で配置された２本のスポーク部７ｂと、各スポーク部７ｂの間に配置された面板部８ｂと、スポーク部７ｂと面板部８ｂとの間に開口された土砂取込口９ｂ（ハッチング部分）とから一体的になっている。そして、各スポーク部７ｂに、ビット６ｂが同一回転半径上に１個取り付けられて１条配置となっている。なお、各カッタスポーク７ｂに対となるように取り付けられたビット６ｂは、それぞれ一方の回転方向にのみ切削機能を発揮する。また、面板部８ｂは、地山の土質によっては省略可能である。
【００２０】
外側の第１カッタ部５ａには、周方向に所定間隔が隔てられた中間ビーム１０を介し、第１支持部材１１が取り付けられている。第１支持部材１１は、上記本体隔壁部３と面一に配置され実質的に切羽側と坑内側とを仕切る隔壁として機能する円板状の隔壁部１２と、隔壁部１２の背面に設けられ円筒状に形成された筒体部１３と、筒体部１３の側面にその周方向に沿って設けられた第１ギヤ部１４と、筒体部１３の側面に鍔状に設けられた係合部１５とを有する。
【００２１】
掘削機本体４の本体隔壁部３には、上記係合部１５に係合して第１支持部材１１を軸支する第１軸受１６が設けられている。第１軸受１６には図示しないシールが設けられている。また、シールドフレーム２には、上記第１ギヤ部１４に噛合する第１ピニオン１７を有する第１駆動モータ１８が、ブラケット１９を介して設けられている。第１駆動モータ１８は周方向に所定間隔を隔てて複数配置されている。この構成によれば、第１駆動モータ１８を駆動すると、第１支持部材１１が回転され、中間ビーム１０を介して第１カッタ部５ａが回転する。
【００２２】
他方、第１カッタ部５ａの内側の第２カッタ部５ｂには、第２支持部材としてセンターシャフト２０が取り付けられている。センターシャフト２０は、第１支持部材１１の隔壁部１２に形成された支持穴２１を貫通し、支持穴２１に取り付けられた第２軸受２２を介して第１支持部材１１に軸支されている。第２軸受２２には図示しないシールが設けられている。支持穴２１を貫通したセンターシャフト２０には、第２ギヤ部２３が設けられている。第２ギヤ部２３は、第１支持部材１１の隔壁部１２に設けられたケース部２４によって覆われている。
【００２３】
ケース部２４には、第２ギヤ部２３に噛合する第２ピニオン２５を有する第２駆動モータ２６が設けられていると共に、センターシャフト２０の端部を軸支する別の第２軸受２７が設けられている。第２駆動モータ２６は、周方向に所定間隔を隔てて複数配置されている。この構成によれば、第２駆動モータ２６を駆動すると、センターシャフト２０が回転駆動され、第２カッタ部５ｂが回転する。すなわち、第２カッタ部５ｂは、第１駆動モータ１８によって回転駆動される第１支持部材１１を基準として、その第１支持部材１１に対して回転することになる。
【００２４】
第１支持部材１１のケース部２４の回転中心には、掘削機本体４に対する相対回転を許容しつつ油圧を接続する回転継手２８（ロータリージョイント）が設けられている。ロータリージョイント２８は、そのロータ部２９がケース部２４の回転中心に固定されると共にステータ部３０がブラケット３１を介してシールドフレーム２に固定されており、掘削機本体４と第１支持部材１１との相対回転を許容しつつ、オイル配管３２ａ、３２ｂ間の油圧、オイル配管３３ａ、３３ｂ間の油圧を夫々接続するものである。
【００２５】
オイル配管３３ｂは、第１支持部材１１に取り付けられた第２駆動モータ２６（油圧モータ）に接続されている。また、オイル配管３２ｂは、中間ビーム１０の内部を通って、第１カッタ部５ａに設けられたコピーカッタ３４用の油圧ジャッキ３５に接続されている。コピーカッタ３４は、油圧ジャッキ３５によって径方向外方に出没し、カーブ掘進時のコーナー内側を余掘りするものである。なお、図例では、供給側のオイル経路のみを示しているが、排出側のオイル経路も同様の構成になっている。
【００２６】
以上の構成からなる本実施形態の作用を述べる。
【００２７】
本実施形態によれば、第１駆動モータ１８を駆動すると、第１支持部材１１および中間ビーム１０を介して外径側の第１カッタ部５ａが回転され、第２駆動モータ２６を駆動すると、センターシャフト２０を介して内径側の第２カッタ部５ｂが回転される。ここで、第２カッタ部５ｂは、第１駆動モータ１８によって回転駆動される第１支持部材１１を基準として、その第１支持部材１１に対して回転する。
【００２８】
よって、第１および第２駆動モータ１８、２６の回転方向を同方向にした場合、ビット６ｂが１条配置された内径側の第２カッタ部５ｂは、第２駆動モータ２６によって回転される分だけ必然的に、ビット６ａが２条配置された外径側の第１カッタ部５ａよりも、速く同方向に回転される。すなわち、本実施形態では、上記第１駆動モータ１８、第２駆動モータ２６、第１支持部材１１、第２支持部材２０（センターシャフト）および回転継手２８（ロータリージョイント）等が、特許請求の範囲の請求項１の「駆動装置」を構成する。
【００２９】
このように、本実施形態によれば、内径側の第２カッタ部５ｂ（１条配置）を外径側の第１カッタ部５ａ（２条配置）よりも速く回転しているので、内径側の第２カッタ部５ｂ（１条配置）に取り付けられた各ビット６ｂの切羽Ａに対する切込深さが、第１カッタ部５ａと第２カッタ部５ｂとを一体的に回転した場合よりも浅くなり、外径側の第１カッタ部５ａ（２条配置）に取り付けられた各ビット６ａの切羽Ａに対する切込深さに近付く。このため、外径側の第１カッタ部５ａ（２条配置）のビット６ａと内径側の第２カッタ部５ｂ（１条配置）のビット６ｂとで切羽Ａから切り出される掘削土砂の塊の大きさが近付く。
【００３０】
各ビット６ａ、６ｂで切羽Ａから切り出される掘削土砂の塊の大きさが略一定となれば、その塊の大きさをカッタ室３６内の掘削土砂を坑内３７へ搬送する土砂搬送装置（排泥管等：図示せず）が閉塞しない範囲でなるべく大きく設定することにより、搬送後の掘削土砂の塊から比較的大きな固形物を回収して残りの細かな土砂のみを後処理する地山固形回収を有効に実施できる。すなわち、掘削土砂の搬送や後処理（地山固形回収）等が容易となる。
【００３１】
特に、外径側の第１カッタ部５ａ（２条配置）と内径側の第２カッタ部５ｂ  （１条配置）とを夫々のビット条数の逆数の回転数比（1/2:1/1 ＝１：２）で回転させれば、各カッタ部５ａ、５ｂのビット６ａ、６ｂの切込深さが理論的には同一となり、掘削土砂の搬送や後処理（地山固形回収）等が一層容易となる。この場合、図７(a) の内径側の第２カッタ部５ｂの１条配置のビット６ｂの１回転の所要時間が1/2 となって、図７(b) の外径側の第１カッタ部５ａの２条配置のビット６ａの１回転の所要時間と等しくなり、各ビット６ａ、６ｂの切羽Ａに対する切込み深さが一定となるのである。
【００３２】
ここで、第１および第２カッタ部５ａ、５ｂの回転数制御は、第１および第２駆動モータ１８、２６への油量を調節することによって行う。本実施形態では、内径側の第２カッタ５ｂが外径側の第１カッタ部５ａに連結された第１支持部材１１に対して回転するので、第１および第２駆動モータ１８、２６への油量を、第１駆動モータ１８による第１カッタ部５ａのシールドフレーム２に対する回転数(rpm) と第２駆動モータ２６による第２カッタ部５ｂの第１支持部材１１に対する回転数(rpm) とが等しくなるように設定すれば、内径側の第２カッタ５ｂが外径側の第１カッタ部５ａの２倍の回転数(rpm) で回転する。このとき、各カッタ部５ａ、５ｂの回転数(rpm) を図示しない回転センサで検出し、その出力を用いて各カッタ部５ａ、５ｂの回転数をフィードバック制御してもよい。
【００３３】
また、各ビット６ａ、６ｂの切羽Ａに対する切込深さは、前述したように、
ｔ＝Ｖ／（Ｎ×ｎ）
Ｖ：推進速度(mm/min)
Ｎ：カッタ回転数(rpm)
ｎ：ビット条数
ｔ：切込深さ(mm/rev)
なので、各ビット６ａ、６ｂの切羽Ａに対する切込み深さを一定にするという観点からは、シールド掘進機１の推進速度Ｖに比例して各カッタ部５ａ、５ｂの回転数Ｎを増減させるようにしてもよい。この場合、推進ジャッキにストロークセンサを設け、その出力を用いて各カッタ部５ａ、５ｂの回転数をフィードバック制御する。
【００３４】
別の実施形態を図２に示す。
【００３５】
図２に示すこの実施形態は、前実施形態と比べると第１カッタ部５ａのみが異なっており、その他は全く同様の構成となっているため、相違点である第１カッタ部５ａのみを説明し、その他の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図示するように、本実施形態における第１カッタ部５ａは、その外周側に追加ビット６ｃを有し、前実施形態と同様の２条配置部５ｘのみならず、その外周側に４条配置部５ｙを備えている。切羽Ａに対する摺動距離の長い外径側のビット６ｃの摩耗対策のためである。
【００３６】
この実施形態においても、前実施形態と同様に内周側の第２カッタ部５ｂ（１条配置）を外径側の第１カッタ部５ａ（２条配置部５ｘ＋４条配置部５ｙ）よりも速く回転させることにより、第１および第２カッタ部５ａ、５ｂの各ビット６ａ、６ｂ、６ｃの切羽Ａに対する切込深さを略等しくでき、掘削土砂の搬送や後処理（地山固形回収）等が容易となる。この場合、内径側の第２カッタ部５ｂ  （１条配置）と外径側の第１カッタ部５ａ（２条配置部５ｘ＋４条配置部５ｙ）との回転数比は、前実施形態と同様に２：１でもよいが、外径側の第１カッタ部５ａの４条配置部５ｙの影響を考慮して内径側の第２カッタ部５ｂ（１条配置）の回転数をやや速め、例えば２．５：１程度としてもよい。
【００３７】
本発明の実施形態ではない参考形態を図３に示す。
【００３８】
図３に示すこの参考形態は、図１に示す実施形態と比べると第１および第２カッタ部５ａ、５ｂの駆動装置のみが異なっており、その他は全く同様の構成となっているため、相違点である駆動装置のみを説明し、その他の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図示するように、本参考形態における外周側の第１カッタ部５ａは、周方向に所定間隔が隔てられた中間ビーム３８を介し、隔壁３９に軸支された筒体４０に連結されている。筒体４０には、第１ギヤ４１がリング条に設けられており、第１ギヤ４１には第１駆動モータ４２のピニオン４３が噛合されている。他方、内径側の第２カッタ部５ｂは、センターシャフト４４を介して隔壁３９に軸支されている。センターシャフト４４には第２ギヤ４５が設けられており、第２ギヤ４５には第２駆動モータ４６のピニオン４７が噛合されている。
【００３９】
この構成によれば、第１駆動モータ４２と第２駆動モータ４６とを別々に運転制御することで、外径側の第１カッタ部５ａの回転数(rpm) と内径側の第２カッタ部５ｂの回転数(rpm) とを夫々独立して制御できる。この参考形態においても、図１に示す実施形態と同様に内周側の第２カッタ部５ｂを外径側の第１カッタ部５ａよりも速く回転させることにより、第１および第２カッタ部５ａ、５ｂの各ビット６ａ、６ｂの切羽Ａに対する切込深さを略等しくでき、掘削土砂の搬送や後処理（地山固形回収）等が容易となる。なお、本参考形態における第１カッタ部５ａは、図１(a) の構成（２条配置）のみならず、図２の構成（２条配置部＋４条配置部）であってもよい。
【００４０】
本発明の別の実施形態を図４および図５に示す。
【００４１】
図示するように、このシールド掘進機５０は、筒体状に形成されたシールドフレーム５１とその内周面にフランジ状に形成された本体隔壁部５２とからなる掘削機本体５３を有すると共に、掘削機本体５３の前部に回転可能に設けたカッタ５４を径方向に同芯的に分割してなる第１カッタ部５４ａと第２カッタ部５４ｂと第３カッタ部５４ｃとを有する。
【００４２】
最外周の外径側の第１カッタ部５４ａは、径方向に45度間隔で配置された８本のスポーク部５５ａと、各スポーク部５５ａの間に配置された面板部５６ａと、スポーク部５５ａと面板部５６ａとの間に開口された土砂取込口５７ａ（ハッチング部分）とから一体的になっている。そして、各スポーク部５５ａに、ビット５８ａが同一回転半径上に４個取り付けられて４条配置となっている。なお、各スポーク部５５ａに対となるように取り付けられたビット５８ａは、夫々一方の回転方向にのみ切削機能を発揮する。また、面板部５６ａは、地山の土質によっては省略可能である。
【００４３】
その内径側の第２ビット部５４ｂは、径方向に90度間隔で配置された４本のスポーク部５５ｂと、各スポーク部５５ｂの間に配置された面板部５６ｂと、スポーク部５５ｂと面板部５６ｂとの間に開口された土砂取込口５７ｂ（ハッチング部分）とから一体的になっている。そして、各スポーク部５５ｂに、ビット５８ｂが同一回転半径上に２個取り付けられて２条配置となっている。なお、各カッタスポーク５５ｂに対となるように取り付けられたビット５８ｂは、それぞれ一方の回転方向にのみ切削機能を発揮する。また、面板部５６ｂは、地山の土質によっては省略可能である。
【００４４】
最内周の第３ビット部５４ｃは、径方向に 180度間隔で配置された２本のスポーク部５５ｃと、各スポーク部５５ｃの間に配置された面板部５６ｃと、スポーク部５５ｃと面板部５６ｃとの間に開口された土砂取込口５７ｃ（ハッチング部分）とから一体的になっている。そして、各スポーク部５５ｃに、ビット５８ｃが同一回転半径上に１個取り付けられて１条配置となっている。なお、各カッタスポーク５５ｃに対となるように取り付けられたビット５８ｃは、それぞれ一方の回転方向にのみ切削機能を発揮する。また、面板部５６ｃは、地山の土質によっては省略可能である。
【００４５】
最外周の第１カッタ部５４ａには、周方向に所定間隔が隔てられた第１中間ビーム５９を介し、第１支持部材６０が取り付けられている。第１支持部材６０は、上記本体隔壁部５２と面一に配置され実質的に切羽側と坑内側とを仕切る隔壁として機能する円板状の第１隔壁部６１と、第１隔壁部６１の背面に設けられ円筒状に形成された第１筒体部６２と、第１筒体部６２の側面に設けられた第１ギヤ部６３と、第１筒体部６２の端部に設けられたドーナッツ円板状の第１蓋部６４とを有する。
【００４６】
かかる第１支持部材６０は、掘削機本体５３の本体隔壁部５２に設けられた第１軸受６５によって軸支されている。第１軸受６５には図示しないシールが設けられている。また、掘削機本体５３のシールドフレーム５１には、上記第１ギヤ部６３に噛合する第１ピニオン６６を有する第１駆動モータ６７が、ブラケット６８を介して設けられている。ブラケット６８は、シールフドフレーム５１の周方向に沿ってフランジ状に形成されており、第１ギヤ部６３の収納室の一部を区画する。第１駆動モータ６７は周方向に所定間隔を隔てて複数配置されている。この構成によれば、第１駆動モータ６７を駆動すると、第１支持部材６０が回転され、第１中間ビーム５９を介して第１カッタ部５４ａが回転する。
【００４７】
第１カッタ部５４ａの内側の第２カッタ部５４ｂには、周方向に所定間隔が隔てられた第２中間ビーム６９を介し、第２支持部材７０が取り付けられている。第２支持部材７０は、上記第１隔壁部６１と面一に配置され実質的に切羽側と坑内側とを仕切る隔壁として機能する円板状の第２隔壁部７１と、第２隔壁部７１の背面に設けられ円筒状に形成された第２筒体部７２と、第２筒体部７２の側面に設けられた第２ギヤ部７３と、第２筒体部７２の端部に設けられた円板状の第２蓋部７４とを有する。
【００４８】
かかる第２支持部材７０は、第１支持部材６０の第１隔壁部６１に設けられた第２軸受７５に軸支されている。第２軸受７５には図示しないシールが設けられている。また、第１支持部材６０の第１蓋部材６４には、上記第２ギヤ部７３に噛合する第２ピニオン７６を有する第２駆動モータ７７が設けられている。なお、第１蓋部材６４は、ドーナッツ円板状に形成されており、第２ギヤ部７６の収納室の一部を区画する。第２駆動モータ７７は周方向に所定間隔を隔てて複数配置されている。この構成によれば、第２駆動モータ７７を駆動すると、第２支持部材７０が回転され、第２中間ビーム６９を介して第２カッタ部５４ｂが回転する。すなわち、第２カッタ部５４ｂは、第１駆動モータ６７によって回転駆動される第１支持部材６０を基準として、その第１支持部材６０に対して回転することになる。
【００４９】
第２カッタ部５４ｂの内側、即ち最内周の第３カッタ部５４ｃには、第３支持部材としてセンターシャフト７８が取り付けられている。センターシャフト７８は、第２支持部材７０の第２隔壁部７１に形成された支持穴７９を貫通し、支持穴７９に取り付けられた第３軸受８０を介して第２支持部材７０に軸支されている。第３軸受８０には図示しないシールが設けられている。支持穴７９を貫通したセンターシャフト７８には、第３ギヤ部８１が設けられている。第３ギヤ部８１は、第２支持部材７０の内部に収容されている。
【００５０】
第２支持部材７０の第２蓋部７４には、第３ギヤ部８１に噛合する第３ピニオン８２を有する第３駆動モータ８３が設けられている。第３駆動モータ８３は、周方向に所定間隔を隔てて複数配置されている。この構成によれば、第３駆動モータ８３を駆動すると、センターシャフト７８が回転駆動され、第３カッタ部５４ｃが回転する。すなわち、第３カッタ部５４ｃは、第２駆動モータ７７によって回転駆動される第２支持部材７０を基準として、その第２支持部材７０に対して回転することになる。
【００５１】
さて、第１支持部材６０には、その第１蓋部６４から当該第１支持部材６０の回転中心まで延出された第１延長部材８４が設けられている。第１延長部材８４には、第１支持部材６０の回転中心に位置させて、掘削機本体５３に対する相対回転を許容しつつ油圧を接続する第１回転継手８５（第１ロータリージョイント）が設けられている。第１ロータリージョイント８５は、ロータ部８５ａとステータ部８５ｂとからなり、ロータ部８５ａが第１延長部材８４の回転中心に固定され、ステータ部８５ｂがブラケット８６を介してシールドフレーム５１に固定されている。
【００５２】
また、第２支持部材７０には、その回転中心に位置させて第２延長部材８７が設けられている。第２延長部材８７には、第２支持部材７０の回転中心に位置させて、第１支持部材６０に対する相対回転を許容しつつ油圧を接続する第２回転継手８８（第２ロータリージョイント）が設けられている。第２ロータリージョイント８８は、ロータ部８８ａとステータ部８８ｂとからなり、ロータ部８８ａが第２延長部材８７の回転中心に固定され、ステータ部８８ｂがブラケット８９を介して第１延長部材８４に固定されている。
【００５３】
図５に示すように、第１ロータリージョイント８５のステータ部８５ｂに接続されたオイル配管９０ａは、オイル配管９０ｂを介して第２駆動モータ７７に接続される。また、第１ロータリージョイント８５のステータ部８５ｂに接続されたオイル配管９１ａは、オイル配管９１ｂを介して第２ロータリージョイント８８に接続され、さらにオイル配管９１ｃを介して第３駆動モータ８３に接続される。また、第１ロータリージョイント８５のステータ部８５ｂに接続されたオイル配管９２ａは、第１延長部材８４と第１支持部材６０と第１中間ビーム５９との内部に設けられたオイル配管９２ｂを介し、第１カッタ部５４ａに設けられたコピーカッタ９３用の油圧ジャッキ９４に接続される。なお、第１駆動モータ６７には駆動用のオイル配管９５が接続されている。
【００５４】
以上の構成からなる本実施形態の作用を説明する。
【００５５】
第１駆動モータ６７と第２駆動モータ７７と第３駆動モータ８３とを同方向に回転させると、最外周の第１カッタ部５４ａが回転し、その第１カッタ部５４ａと一体回転する第１支持部材６０を基準として中央の第２カッタ部５４ｂが同方向に回転し、その第２カッタ部５４ｂと一体回転する第２支持部材７０を基準として最内周の第３カッタ部５４ｃが同方向に回転する。よって、第１乃至第３カッタ部５４ａ、５４ｂ、５４ｃは、最外周の第１カッタ部５４ａを基準とすると、必然的に、中央の第２カッタ部５４ｂがそれより速く回転し、最内周の第３カッタ部５４ｃがさらに速く回転することになる。
【００５６】
この結果、第１カッタ部５４ａ（４条配置）と第２カッタ部５４ｂ（２条配置）と第３カッタ部５４ｃ（１条配置）とに夫々取り付けられた各ビット５８ａ、５８ｂ、５８ｃの切羽Ａに対する切込深さが近付き、各ビット５８ａ、５８ｂ、５８ｃで切羽Ａから切り出される掘削土砂の塊の大きさが近付く。各ビット５８ａ、５８ｂ、５８ｃで切羽Ａから切り出される掘削土砂の塊の大きさが略一定となれば、その塊の大きさをカッタ室９６内の掘削土砂を坑内９７へ搬送する土砂搬送装置（排泥管等）が閉塞しない範囲でなるべく大きく設定することにより、掘削土砂の塊から比較的大きな固形物を回収して残りの細かな土砂のみを後処理する地山固形回収を有効に実施できる。すなわち、掘削土砂の搬送や後処理（地山固形回収）等が容易となる。
【００５７】
特に、第１カッタ部５４ａ（４条配置）と第２カッタ部５４ｂ（２条配置）と第３カッタ部５４ｃ（１条配置）との回転数比を各カッタ部５４ａ、５４ｂ、５４ｃのビット条数の逆数の回転数比に即ち1/4:1/2:1/1 ＝１：２：４に設置すれば、各カッタ部５４ａ、５４ｂ、５４ｃのビット５８ａ、５８ｂ、５８ｃの切込深さが理論的には同一となり、掘削土砂の搬送や後処理（地山固形回収）等が一層効率的となる。この場合、図７(a) の最内径側の第３カッタ部５４ｃの１条配置のビット５８ｃの１回転の所要時間が1/4 になって図７(d) の最外径側の第１カッタ部５４ａの４条配置のビット５８ａの１回転の所要時間と等しくなり、図７(b) の中央側の第２カッタ部５４ｂの２条配置のビット５８ｂの１回転の所要時間が1/2 になって図７(d) の最外径側の第１カッタ部５４ａの４条配置のビット５８ａの１回転の所要時間と等しくなるため、各ビット５８ａ、５８ｂ、５８ｃの切羽Ａに対する切込み深さが一定となるのである。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、第１乃至第ｎカッタ部（ｎ≧２）に取り付けられた各ビットの切羽に対する切込深さの均一化を図ることができる。よって、地山固形回収の効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係るシールド掘進機の説明図であり、図１(a) は正面図、図１(b) は側断面図である。
【図２】  本発明の別の実施形態を示すシールド掘進機の正面図である。
【図３】  本発明の実施形態ではない参考形態を示すシールド掘進機の側断面図である。
【図４】  本発明のまた別の実施形態を示すシールド掘進機の正面図である。
【図５】  上記シールド掘進機の側断面図である。
【図６】  従来例を示すシールド掘進機の説明図であり、図６(a) は正面図、図６(b) は側断面図である。
【図７】  ビット条数と切込深さとの関係を示す説明図であり、図７(a) は１条配置の場合、図７(b) は２条配置の場合、図７(c) は３条配置の場合、図７(d) は４条配置の場合をそれぞれ示す。
【符号の説明】
１  シールド掘進機
４  掘削機本体
５  カッタ
５ａ  第１カッタ部
５ｂ  第２カッタ部
６ａ  ビット
６ｂ  ビット
６ｃ  追加ビット
１１  駆動装置としての第１支持部材
１８  駆動装置としての第１駆動モータ
２６  駆動装置としての第２駆動モータ
２８  駆動装置としてのロータリージョイント
【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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