(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体圧により作動する複数のジャッキをクランクに連結し、該複数のジャッキにてクランクを回転させることにより、該クランクに連結されたカッターを回転させて地山を掘削する掘削機用カッター駆動装置において、
それぞれの前記ジャッキと前記各ジャッキに流体を圧送する圧送管との連結部分には、前記圧送管と前記ジャッキとの間における前記流体の流れる方向を変換させる方向切替え弁がそれぞれ設けられ、
前記複数のジャッキは、全て一の前記クランクに連結されると共に該クランクに連結された一の駆動軸から伝達された駆動力によって駆動され、
前記ジャッキは、シリンダ内にピストンが進退動自在に配設され、前記方向切替え弁を切り換えることにより前記ピストンが進退動し、該ピストンと前記クランクとが連結部材にて連結され、該連結部材を押し・引きした時に、前記クランクに力を作用させて回転させ、
前記圧送管は、流体を圧送するポンプから延長されて分岐されることにより前記各ジャッキに連結されて、該各ジャッキ同士を連結することで流体圧を一定としたことを特徴とする掘削機用カッター駆動装置。
【請求項２】
それぞれの前記ジャッキは回動自在に配設されて該配設位置は同心円状かつ略等間隔であることを特徴とする請求項１に記載の掘削機用カッター駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、横坑や縦坑（立坑や構造物基礎の掘削坑等）等を掘削する掘削機用カッターの駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の掘削機においては、油圧又は電動のモータに取り付けられたピニオンギヤをカッターと一体の大型のリングギヤの外周に配置し、これら各ギヤ等を介してカッターの回転駆動を行っていた。この場合には、各ギヤ及びモータなどが高価であるため、掘削機も高くなるという問題があった。
【０００３】
そこで、図５に示すように、複数の油圧ジャッキ１，２とクランク４により、カッター６を駆動する方式が提案されている。
【０００４】
この油圧ジャッキ１，２は、それぞれ方向切替え弁７を介して油圧ポンプ８及びタンク９に接続され、その油圧ポンプ８と方向切替え弁７との間に流量調整弁１０が配設されている。また、クランク４の回転角度を検出する回転角度センサ１１が配設されている。
【０００５】
これにより、クランク４の回転角度が回転角度センサ１１にて検出され、この角度に応じて方向切替え弁７及び流量調整弁１０が制御され、各油圧ジャッキ１，２の任意の油圧室に油が圧送されることにより、ピストン１ａ，２ａが進退動され、連結部材１ｂ，２ｂを介して力がクランク４に作用することにより、このクランク４が回転されることとなる。
【０００６】
そして、このクランク４の回転にて図示省略のカッターが回転されて地山が掘削されるようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のものにあっては、クランク４が円運動することから、各油圧ジャッキ１，２の速度はクランク４の位置により異なり、それに伴い油圧ジャッキ１，２に出入りする油量も零から最大値まで、その速度に応じて大幅に変化させなければならないが、各油圧ジャッキ１，２毎に流量調整弁１０を調整するのは非常に難しいものである。
【０００８】
また、回転角度センサ１１からの信号を受けて、流量調整弁１０によって油圧ジャッキ１，２に流れる流量を調整するようにしているが、クランク４の回転に追従させるのは非常に難しく、頻繁にリリーフと流量不足を繰り返すため、クランク４、ひいてはカッター６の回転角速度が一定にならない。
【０００９】
しかも、図５では、第２油圧ジャッキ２は、クランク４の下死点にあり、この第２油圧ジャッキ２の伸縮速度は略零になり、この位置で第２油圧ジャッキ２を引きから押しに切り換えるため、方向切替え弁７及び流量調整弁１０を制御する必要があるが、両者を同時に精度良く制御して円滑な切り替えを行うのが難しい。
【００１０】
さらに、各油圧ジャッキ１，２毎に油圧ポンプ８や流量調整弁１０が配設されているため、設備や電力量が増加し、又、運転中の油温の異常上昇が起こる。
【００１１】
また、フローコントロールバルブや可変油圧ポンプにより油量を調整する方法も考えられるが、応答が遅く制御が難しい。
【００１２】
そこで、この発明は、各ジャッキに対する油量の調整を簡単に行うことができ、カッターの回転角速度を一定にでき、エネルギー効率を良くでき、ジャッキの切り替えを円滑に行うことができ、設備も簡単で、電力消費量を削減でき、運転中の油温の異常上昇を防止でき、更に、応答性の良好な掘削機用カッター駆動装置を提供することを課題としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、流体圧により作動する複数のジャッキをクランクに連結し、該複数のジャッキにてクランクを回転させることにより、該クランクに連結されたカッターを回転させて地山を掘削する掘削機用カッター駆動装置において、それぞれの前記ジャッキと前記各ジャッキに流体を圧送する圧送管との連結部分には、前記圧送管と前記ジャッキとの間における前記流体の流れる方向を変換させる方向切替え弁がそれぞれ設けられ、前記複数のジャッキは、全て一の前記クランクに連結されると共に該クランクに連結された一の駆動軸から伝達された駆動力によって駆動され、前記ジャッキは、シリンダ内にピストンが進退動自在に配設され、前記方向切替え弁を切り換えることにより前記ピストンが進退動し、該ピストンと前記クランクとが連結部材にて連結され、該連結部材を押し・引きした時に、前記クランクに力を作用させて回転させ、前記圧送管は、流体を圧送するポンプから延長されて分岐されることにより前記各ジャッキに連結されて、該各ジャッキ同士を連結することで流体圧を一定としたことを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、それぞれの前記ジャッキは回動自在に配設されて、該配設された位置は同心円状かつ略等間隔であることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
［発明の実施の形態１］
図１及び図２には、この発明の実施の形態１を示す。
【００１９】
まず、構成を説明すると、図２中符号１５は掘削機で、この掘削機１５は、筒状の外殻１６を有し、この外殻１６内には隔壁１７が設けられている。そして、この隔壁１７の中央部には、駆動軸１８が軸受け１９にて回転自在に支持され、この駆動軸１８の先端部にはカッター２４が連結されると共に、駆動軸１８の後端部にはクランク２１が連結されている。このクランク２１が複数の油圧ジャッキ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ，２６Ｅにて回転されることにより、カッター２４が回転されて、地山が掘削されるようになっている。
【００２０】
そのカッター２４には、カッタービット２４ａ，撹拌翼２４ｂ及びフィッシュテール２４ｃが設けられている。
【００２１】
なお、図２中、符号２０はシールドジャッキ、符号２２は排土装置である。
【００２２】
詳しくは、前記各油圧ジャッキ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ，２６Ｅは、シリンダ２７の基端部側が外殻１６に回動自在に連結され、シリンダ２７内にピストン２９が進退動可能に配設されている。そして、このピストン２９から延長された棒状の連結部材３０の先端部が、クランク２１の連結軸２３に連結されている。
【００２３】
また、そのシリンダ２７は、ピストン２９にて押し側油圧室２７ａと引き側油圧室２７ｂとに隔てられ、押し側油圧室２７ａに油が圧送されることにより、連結部材３０が押し出されて前進され、引き側油圧室２７ｂに油が圧送されることにより、連結部材３０が引かれて後退されるようになっている。
【００２４】
そして、各油圧室２７ａ，２７ｂが方向切替え弁３２を介して、各油圧ジャッキ２６Ａ…毎に配設されたタンク３４…に接続される一方、一つの油圧ポンプ３５から延長された圧送管３７が分岐されて方向切替え弁３２を介して前記各ジャッキ２６Ａ…に接続されている。これにより、油圧ポンプ３５からその圧送管３７を介して圧送される油の圧力は、各ジャッキ２６Ａ…間において一定となるように構成されている。
【００２５】
次に、作用について説明する。
【００２６】
回転角度センサ２５により、クランク２１の回転角度を検出し、この検出値に基づき、各油圧ジャッキ２６Ａ…から見たクランク２１の上死点、下死点において、各油圧ジャッキ２６Ａ…をそれぞれ方向切替え弁３２を制御することにより、連結部材３０にてクランク２１を押している場合には引きに切り替え、又、引いている場合には押しに切り替える。
【００２７】
具体的には、図１に示すように、クランク２１を時計回りに回転させる場合、クランク２１が図に示す回動位置では、この位置が回転角度センサ２５により検出され、各油圧ジャッキ２６Ａ…の方向切替え弁３２が制御されることにより、２つの油圧ジャッキ２６Ａ，２６Ｅは、油圧ポンプ３５から油が押し側油圧室２７ａに圧送されて連結部材３０が押し出されてクランク２１に回転駆動力が付与される。
【００２８】
また、他の一つの油圧ジャッキ２６Ｂは、クランク２１の延長方向と連結部材３０の延長方向とが一直線状となり、方向切替え弁３２が図の状態に切り替えられて押し側油圧室２７ａに油圧ポンプ３５から油が圧送されて、連結部材３０が引きから押しに切り替えられる。この位置が当該油圧ジャッキ２６Ｂの下死点であり、又、クランク２１がその位置から１８０°回転した位置が、当該油圧ジャッキ２６Ｂの上死点である。他の油圧ジャッキ２６Ａ…についても同様にそれぞれ異なる位置に上死点と下死点が存在する。
【００２９】
さらに、他の２つの油圧ジャッキ２６Ｃ，２６Ｄは、方向切替え弁３２により、シリンダ２７の引き側油圧室２７ｂに油圧ポンプ３５からの油が圧送されて連結部材３０が引かれ、クランク２１に回転駆動力が付与される。
【００３０】
これにより、クランク２１が回転されて、カッター２４が回転されることとなる。
【００３１】
この場合、加圧側（油圧ポンプ３５側）を一系統とし、一つの油圧ポンプ３５から複数の油圧ジャッキ２６Ａ…へ分岐して油を圧送しているため、各油圧ジャッキ２６Ａ…の圧力は等しくなる。
【００３２】
従って、図１に示す位置では、クランク２１の延長方向とほぼ直角方向に位置する油圧ジャッキ２６Ａ，２６Ｃの押し引きする方向は、クランク２１の回転軸２２を中心として連結軸２３を通る円の接線方向であるため、これら油圧ジャッキ２６Ａ，２６Ｃによる押し引きする力は、分散されることなく、クランク２１を回転させる力として有効に作用する。
【００３３】
また、それ以外の油圧ジャッキ２６Ｄ，２６Ｅは、連結部材３０を押し引きする力が、クランク２１を回転させる力と、クランク２１を圧縮する力又は引っ張る力とに分解されるため、クランク２１を回転させる力としては効率が悪い。
【００３４】
さらに、油圧ジャッキ２６Ｂの連結部材３０を押し引きする力は、クランク２１を回転させる力として殆ど作用しない。
【００３５】
従って、各油圧ジャッキ２６Ａ…を一系統として一つの油圧ポンプ３５からの油が流れ込むようにすることにより、すべての油圧ジャッキ２６Ａ…に対する作動圧が等しく、トルク効率の良い油圧ジャッキ（図１では、油圧ジャッキ２６Ａ，２６Ｃ）に自動的に油量は配分されるため、全体としてエネルギー効率が良い。
【００３６】
また、トルク効率が特に悪い上死点又は下死点の油圧ジャッキ（図１では、油圧ジャッキ２６Ｂ）には、トルク効率の良い（負荷が小さい）油圧ジャッキ２６Ａ，２６Ｃに油が流れ込むため無理な負荷が掛からない。
【００３７】
さらに、この発明では、従来の流量調整弁１０を用いておらず、単に一定圧で油を油圧ポンプ３５から圧送しているだけであるため、従来のように流量調整弁１０の非常に難しい調整が必要ない。
【００３８】
また、各油圧ジャッキ２６Ａ…は圧送管３７で互いに連結されるだけで、一定の圧力に設定されているため、従来のように頻繁に油のリリーフと流量不足を繰り返すことがないことから、クランク２１、ひいてはカッター２４の回転角速度を一定にすることが出来る。しかも、フローコントロールバルブや可変油圧ポンプを用いて油量を調整していないため、応答性も良好である。
【００３９】
さらに、従来のような流量調整弁１０を用いることなく、方向切替え弁３２のみの操作で簡単に押し引きの切り換えを行うことが出来るため、制御が簡単で、円滑な切り替えを行うことが出来る。
【００４０】
さらにまた、各油圧ジャッキ２６Ａ…は圧送管３７で互いに連結されているため、各ジャッキ２６Ａ…毎に流量調整弁１０を配設する必要がないと共に、油圧ポンプ３５も１ヶ所で良いことから、設備が簡単になり、電力消費量も減少し、又、運転中の油温の異常上昇も防止できる。
【００４１】
［発明の実施の形態２］
図３には、この発明の実施の形態２を示す。
【００４２】
上記実施の形態１では、油圧ジャッキ２６Ａ…は、連結部材３０の押し引きの何れも可能であったが、この実施の形態２の油圧ジャッキ２６Ａ…は、連結部材３０の押しのみが可能に構成されている。
【００４３】
すなわち、シリンダ２７の引き側油圧室２７ｂはタンク３４に直接接続され、一系統の油圧ポンプ３５から方向切替え弁３２を介してシリンダ２７の押し側油圧室２７ａのみに圧送管３７を介して油が圧送されるようになっている。
【００４４】
このようなものにあっては、回転角度センサ２５の信号によって油圧ジャッキ２６Ａ…を押しているのは、実施の形態１と同様であるが、下死点から切り替わる際には、油圧ポンプ３５側と切断し、油圧ジャッキ２６Ａ…の引きの時にはクランク２１の動きに任せている。さらに、上死点では油圧ポンプ３５側と接続して、油圧ジャッキ２６Ａ…を押しにする。
【００４５】
具体的には、図３では、クランク２１を時計回りに回転させる場合、クランク２１が図に示す回動位置では、この位置が回転角度センサ２５により検出され、各油圧ジャッキ２６Ａ…の方向切替え弁３２が制御されることにより、２つの油圧ジャッキ２６Ａ，２６Ｅは、油圧ポンプ３５から油が押し側油圧室２７ａに圧送されて連結部材３０が押し出されてクランク２１に回転駆動力が付与される。
【００４６】
また、油圧ジャッキ２６Ｂは、クランク２１の延長方向と連結部材３０の延長方向とが一直線状となり、方向切替え弁３２が図の状態に切り替えられて押し側油圧室２７ａに油圧ポンプ３５から油が圧送されて、連結部材３０が引きから押しに切り替えられる。この位置が下死点である。
【００４７】
さらに、他の２つの油圧ジャッキ２６Ｃ，２６Ｄは、方向切替え弁３２により、シリンダ２７の引き側油圧室２７ｂと押し側油圧室２７ａとがタンク３４に接続されるため、これら油圧ジャッキ２６Ｃ，２６Ｄの連結部材３０は、クランク２１の動きに応じて引き込まれることとなる。
【００４８】
このように油圧ジャッキ２６Ａ…を押しのみとすることにより、押し引きの切替え時の圧力変動を抑制でき、衝撃を緩和することが出来る。
【００４９】
他の構成及び作用は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００５０】
［発明の実施の形態３］
図４には、この発明の実施の形態３を示す。
【００５１】
上記実施の形態２では、油圧ジャッキ２６Ａ…は、連結部材３０を押すときのみの力を付与するようにしているが、この実施の形態３は、それとは逆に連結部材３０を引くときのみに力を付与するようにしている。
【００５２】
すなわち、シリンダ２７の押し側油圧室２７ａはタンク３４に直接接続され、一系統の油圧ポンプ３５から方向切替え弁３２を介してシリンダ２７の引き側油圧室２７ｂのみに油が圧送されるようになっている。
【００５３】
このようにすれば、連結部材３０には、引っ張り荷重のみが作用するため、可撓性を有するワイヤー等を連結部材３０として使用することができ、又、圧縮の場合のように座屈を考慮する必要がない。
【００５４】
また、これら各実施の形態では、油圧ジャッキを５本配設しているが、これに限らず、押し引きできるものであれば、２本あれば良く、又、押し引きの一方のみできるものであれば、３本以上あれば良い。
【００５５】
さらに、上記各実施の形態では、クランク２１が一つの単軸型の掘削機１５にこの発明を適用したが、これに限らず、クランクが複数ある多軸型の掘削機にこの発明を適用することもできる。この場合には、各クランクを連結板で連結し、この連結板を介して複数のジャッキをクランクに連結し、これらジャッキ同士を連結して流体圧を一定とする構成、又は、各クランク毎に複数のジャッキを直接連結し、これらすべてのジャッキ同士を連結して流体圧を一定とする構成がある。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明してきたように、請求項１に記載の発明によれば、加圧側（ポンプ側）を一系統とし、一つのポンプから複数のジャッキへ流体を圧送して、各ジャッキの圧力を等しくしているため、トルク効率の良いジャッキに自動的に流体量は配分されるため、全体としてエネルギー効率が良い。
【００５７】
また、トルク効率が特に悪い上死点又は下死点のジャッキには、トルク効率の良い（負荷が小さい）ジャッキに流体が流れ込むため無理な負荷が掛からない。
【００５８】
さらに、流量調整弁を用いていないため、調整が簡単であると共に、切替え時の制御も簡単で円滑な切替え動作を行うことが出来き、しかも、ジャッキ制御の応答性も良好である。
【００５９】
さらにまた、ジャッキ毎にポンプや流量調整弁を設ける必要がないため、設備も簡単で、電力消費量を削減でき、運転中の流体温の異常上昇を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る掘削機用カッター駆動装置の概略図である。
【図２】同実施の形態１に係る掘削機の断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る掘削機用カッター駆動装置の概略図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係る掘削機用カッター駆動装置の概略図である。
【図５】従来例を示す掘削機用カッター駆動装置の概略図である。
【符号の説明】
15  掘削機
21  クランク
24  カッター
25  回転角度センサ
26A,26B,26C,26D,26E  油圧ジャッキ（ジャッキ）
27  シリンダ
27a 押し側油圧室
27b 引き側油圧室
29  ピストン
30  連結部材
32  方向切替え弁
34  タンク
35  油圧ポンプ
37  圧送管
【図１】
0004114896.tif 000002
【図２】
0004114896.tif 000003
【図３】
0004114896.tif 000004
【図４】
0004114896.tif 000005
【図５】
0004114896.tif 000006