(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多軸型シールドのカッタ回転軸の入力側端部に、カッタ回転軸に対して直角に第２のクランクを設け、この第２のクランクはクランクアームとクランクピンを有し、このクランクピンは、掘削機中心部付近に設けられた駆動ジャッキ固定部に一端が連結された、液圧で作動する複数本の駆動ジャッキの他端に連結され、かつ前記カッタ回転軸は前記第２クランクのクランク軸兼第１クランクのクランクピンに相当し、このクランクピンの前方には第１のクランクのクランクアームを介しクランク軸が設けられ、このクランク軸前端部はカッタ背面に連結され、前記駆動ジャッキにより前記カッタ回転軸を回転させ、このカッタ回転軸により前記カッタを回転させ、地山を掘削することを特徴とする地中掘削機。
【請求項２】
多軸型シールドのカッタ回転軸の入力側端部に、カッタ回転軸に対して直角に第２のクランクを設け、この第２のクランクはクランクアームとクランクピンを有し、このクランクピンは、掘削機中心部付近に設けられた駆動ジャッキ固定部に一端が連結された、液圧で作動する複数本の駆動ジャッキの他端に連結され、かつ前記カッタ回転軸は前記第２クランクのクランク軸兼第１クランクのクランクピンに相当し、このクランクピンの前方には第１のクランクのクランクアームを介しクランク軸が設けられ、このクランク軸前端部はカッタ背面に連結され、前記複数本の駆動ジャッキを前記第２のクランクが１回転する間に上死点、下死点が重ならないように配置し、前記駆動ジャッキにより前記カッタ回転軸を回転させ、このカッタ回転軸により前記カッタを回転させ、地山を掘削することを特徴とする地中掘削機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液圧で作動する複数本の駆動ジャッキにより複数本のカッタ回転軸を回転させ、このカッタ回転軸によりカッタを回転させて地山を掘削する型式の地中掘削機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来例の縦断側面図、図６は図５のＣ−Ｃ矢視図（背面図）である。
【０００３】
これら図５および図６に示す従来例では、地中掘削機であるシールド機１はシールド筒２と、隔壁３と、フード４と、前面に多数のカッタビット６を有するカッタ５と、カッタ回転装置と、掘削土砂のチャンバ２５と、排土装置であるスクリューコンベア２６と、複数本のシールドジャッキ２７とを装備している。シールド機１は、他にはテールシールや添加剤注入手段、裏込め注入手段等を備えているが、これらの部材は図面では省略されている。
【０００４】
前記カッタ回転装置は、複数個（４個）の第１クランク９ａ〜９ｄと、複数本（４本）のカッタ回転軸１２ａ〜１２ｄと、複数個（４個）の第２クランク１３ａ〜１３ｄと、駆動ジャッキ連結板２０と、複数本（４本）の駆動ジャッキ２１ａ〜２１ｄとを備えている。
【０００５】
前記第１クランク９ａ〜９ｄは、それぞれクランクアーム１０と、クランク軸１１とを有して構成されている。そして、第１クランク９ａ〜９ｄはカッタ５の背面において、円周方向に所定の間隔をおいて配置され、各クランク軸１１を介してカッタ５に取り付けられている。
【０００６】
前記カッタ回転軸１２ａ〜１２ｄは、第１クランク９ａ〜９ｄのクランクピンであり、第２クランク１３ａ〜１３ｄのクランク軸であって、第１クランク９ａ〜９ｄの当該クランクアーム１０に接続されている。また、カッタ回転軸１２ａ〜１２ｄは隔壁３に設けられた軸受１６に支持されている。
【０００７】
前記第２クランク１３ａ〜１３ｄは、それぞれクランクアーム１４と、クランクピン１５とを有している。そして、第２クランク１３ａ〜１３ｄはクランク軸である当該カッタ回転軸１２ａ〜１２ｄに接続されている。
【０００８】
前記駆動ジャッキ連結板２０は、第２クランク１３ａ〜１３ｄのクランクピン１５に共通に取り付けられている。
【０００９】
前記駆動ジャッキ２１ａ〜２１ｄは、第２クランク１３ａ〜１３ｄの回転半径か、それよりもやや長いストロークを持っている。また、これらの駆動ジャッキ２１ａ〜２１ｄは円周方向に互いに９０°の間隔をおいて配置されている。そして、各駆動ジャッキ２１ａ〜２１ｄのシリンダ側端部はシールド筒２の内周に固定された当該駆動ジャッキ固定部２２に取り付けピン２３を介して結合され、ロッド側端部は連結ピン２４を介して駆動ジャッキ連結板２０に結合されている。
【００１０】
そして、センサ（図示せず）により駆動ジャッキ２１ａ〜２１ｄのストロークまたはクランクの回転角度を検出し、制御器（これも図示せず）により駆動ジャッキ２１ａ〜２１ｄの上死点，下死点またはそれらの近傍で、駆動ジャッキ２１ａ〜２１ｄの押しと引きが切り替わるように制御し、駆動ジャッキ２１ａ〜２１ｄによる複数の押しと引きが重なり、効率よく働くように構成されている。
【００１１】
しかして、この従来例では駆動ジャッキ２１ａ〜２１ｄを前述のごとく押しまたは引き側に動作させ、駆動ジャッキ連結板２０→第２クランク１３ａ〜１３ｄ→カッタ回転軸１２ａ〜１２ｄ→第１クランク９ａ〜９ｄを通じてカッタ５に回転力を与えるとともに、シールドジャッキ２７によりカッタ５に推力を与え、カッタ５の前面に設けられた多数のカッタビット６により地山を掘削する。
【００１２】
その掘削土砂をチャンバ２５内に取り込み、この取り込んだ掘削土砂によりチャンバ２５内を所定の圧力に維持し、切羽の崩壊を防止しつつチャンバ２５からスクリューコンベア２６により掘削土砂を取り込み、排出する。
【００１３】
このようにして、地山を所定範囲掘削後、シールドジャッキ２７を縮小させ、シールド筒２の後部でセグメント（図示せず）を組み立て、そのセグメントに反力を取ってシールドジャッキ２７を伸長させ、シールド機１全体を推進させる。
【００１４】
以上の作業を繰り返して行い、トンネルを掘進して行く。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来例では、第２クランク１３ａ〜１３ｄに共通に駆動ジャッキ連結板２０を取り付け、この駆動ジャッキ連結板２０とシールド筒２の内周間に駆動ジャッキ２１ａ〜２１ｄを連結している。すなわち、多軸シールドのカッタ回転軸１２ａ〜１２ｄの外側に駆動ジャッキ２１ａ〜２１ｄを配置している。したがって、前記従来例では駆動ジャッキ２１ａ〜２１ｄにより機内スペースの使用が制約されるという問題がある。
【００１６】
ところで、図９は前記従来例におけるトルク線図であり、この図９の下段に１サイクルにおける駆動ジャッキ２１ａ〜２１ｄによって発生するトルクの変動を示し、上段に駆動ジャッキ２１ａ〜２１ｄの合成トルクの変動を示す。
【００１７】
前記従来例では図６に示すように、４本の駆動ジャッキ２１ａ〜２１ｄは円周方向に９０°ずつの間隔をおいて設置され、上死点，下死点が互いに相対する位置に配置されている。
【００１８】
そして、図６の状態では駆動ジャッキ２１ａは上死点で引きから押しに切り替わろうとし、駆動ジャッキ２１ｂは引きの状態にあり、駆動ジャッキ２１ｃは下死点で押しから引きに切り替わろうとし、駆動ジャッキ２１ｄは押しの状態にあり、駆動ジャッキ連結板２０や第２クランク１３ａ〜１３ｄが時計方向に回転しようとする状態にある。
【００１９】
この状態から、カッタ回転軸１２ａ〜１２ｄが時計方向に９０°回転すると、駆動ジャッキ２１ｂが上死点の位置に、駆動ジャッキ２１ｄが下死点の位置になる。
【００２０】
このように、９０°ずつ回転するごとに相対する駆動ジャッキ２１ａと２１ｃ、駆動ジャッキ２１ｂと２１ｄが死点（上死点，下死点）の位置に来る。
【００２１】
その結果、図９に示す合成トルクの変動を見れば、大きな谷が９０°ピッチで現われ、トルクの変動が大きいことが分かる。このように、前記従来技術では合成トルクの変動が大きく、安定した回転力が得られないという問題もあった。
【００２２】
本発明は、上記の事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、多軸型シールドにおいて機内スペースを有効に使用でき、かつカッタ回転軸の入力側端部のクランクと駆動ジャッキの接続位置を任意に選択でき、しかも掘削機の小型化を図り得る地中掘削機を提供することにある。
【００２３】
また、本発明の他の目的は、複数本の駆動ジャッキによって発生したトルクにおける合成トルクの変動が小さく、安定した回転力を得ることができる地中掘削機を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明では多軸型シールドのカッタ回転軸の入力側端部に、カッタ回転軸に対して直角に第２のクランクを設け、この第２のクランクはクランクアームとクランクピンを有し、このクランクピンは、掘削機中心部付近に設けられた駆動ジャッキ固定部に一端が連結された、液圧で作動する複数本の駆動ジャッキの他端に連結され、かつ前記カッタ回転軸は前記第２クランクのクランク軸兼第１クランクのクランクピンに相当し、このクランクピンの前方には第１のクランクのクランクアームを介しクランク軸が設けられ、このクランク軸前端部はカッタ背面に連結され、前記駆動ジャッキにより前記カッタ回転軸を回転させ、このカッタ回転軸により前記カッタを回転させ、地山を掘削するように構成している。
【００２５】
また、前記目的を達成するため、本発明では多軸型シールドのカッタ回転軸の入力側端部に、カッタ回転軸に対して直角に第２のクランクを設け、この第２のクランクはクランクアームとクランクピンを有し、このクランクピンは、掘削機中心部付近に設けられた駆動ジャッキ固定部に一端が連結された、液圧で作動する複数本の駆動ジャッキの他端に連結され、かつ前記カッタ回転軸は前記第２クランクのクランク軸兼第１クランクのクランクピンに相当し、このクランクピンの前方には第１のクランクのクランクアームを介しクランク軸が設けられ、このクランク軸前端部はカッタ背面に連結され、前記複数本の駆動ジャッキを前記第２のクランクが１回転する間に上死点、下死点が重ならないように配置し、前記駆動ジャッキにより前記カッタ回転軸を回転させ、このカッタ回転軸により前記カッタを回転させ、地山を掘削するように構成している。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００２７】
図１は本発明の実施例１の縦断側面図、図２は図１のＡ−Ａ矢視図（背面図）である。
【００２８】
これら図１，図２に示す実施例１では、地中掘削機であるシールド機１のカッタ５の前面には多数のカッタビット６が設けられ、カッタ５の背面には複数本の練り混ぜ翼７が設けられている。
【００２９】
また、カッタ５の背面には５個の第１クランク９ａ〜９ｅが円周方向に所定の間隔おいてを取り付けられている。各第１クランク９ａ〜９ｅは、クランクアーム１０と、クランク軸１１と、クランクピンであるカッタ回転軸１２ａ〜１２ｅとを有している。そして、第１クランク９ａ〜９ｅは、カッタ５に設けられた軸受８にクランク軸１１を装着した構造を介してカッタ５に連結されている。
【００３０】
前記５本のカッタ回転軸１２ａ〜１２ｅは、図１に示すように、隔壁３に設けられた軸受１６に回転可能に支持されている。
【００３１】
前記カッタ回転軸１２ａ〜１２ｅの入力側端部には、第２クランク１３ａ〜１３ｅが接続されている。各第２クランク１３ａ〜１３ｅは、クランクアーム１４と、クランクピン１５とを有している。前記カッタ回転軸１２ａ〜１２ｅは、第２クランク１３ａ〜１３ｅのクランク軸であり、前述のごとく第１クランク９ａ〜９ｅのクランクピンである。前記第２クランク１３ａ〜１３ｅのクランクアーム１４は、当該カッタ回転軸１２ａ〜１２ｅに対して直角で、かつ図２から分かるように、任意の角度に設けられている。
【００３２】
掘削機中心部付近において、隔壁３の背面には駆動ジャッキ固定部１７が設けられている。
【００３３】
前記駆動ジャッキ固定部１７の周りには、液圧で作動する５本の駆動ジャッキ１８ａ〜１８ｅが配置されている。前記駆動ジャッキ１８ａ〜１８ｅのシリンダ側端部は、取り付けピン１９を介して駆動ジャッキ固定部１７に枢支され、駆動ジャッキ１８ａ〜１８ｅのロッド側端部は、クランクピン１５を介して当該第２クランク１３ａ〜１３ｅに回転可能に接続されている。
【００３４】
前記第２クランク１３ａ〜１３ｅと駆動ジャッキ１８ａ〜１８ｅは、第２クランク１３ａ〜１３ｅのクランクアーム１４と駆動ジャッキ１８ａ〜１８ｅが互いに平行ならどの位置で接続してもよいが、この実施例１では図２に示すように、カッタ回転軸１２ａ〜１２ｅと当該第２クランク１３ａ〜１３ｅのクランクピン１５を結ぶ中心線と、駆動ジャッキ１８ａ〜１８ｅと当該カッタ回転軸１２ａ〜１２ｅを結ぶ中心線とがなす角度が、駆動ジャッキ１８ａでは基準位置（０°）、駆動ジャッキ１８ｂでは概ね７２°、駆動ジャッキ１８ｃでは概ね１４４°、駆動ジャッキ１８ｄでは概ね２１６°、駆動ジャッキ１８ｅでは概ね２８８°に配置している。
【００３５】
また、前記駆動ジャッキ１８ａ〜１８ｅはそれぞれ第２クランク１３ａ〜１３ｅが１回転する間に上死点，下死点が重ならないように配置されている。
【００３６】
さらに、この実施例１においても、駆動ジャッキ１８ａ〜１８ｅのストロークまたはクランクの回転角度を検出するセンサ（図示せず）と、駆動ジャッキ１８ａ〜１８ｅの制御器（これも図示せず）とを配備している。
【００３７】
そして、前記センサにより検出した各駆動ジャッキ１８ａ〜１８ｅのストロークまたはクランクの回転角度に基づいて、駆動ジャッキ１８ａ〜１８ｅをその上死点，下死点またはその近傍で押しと引きが切り替わるように設定され、複数本の駆動ジャッキの押しと引きが重なり、効率よく働くように設定されている。
【００３８】
しかして、図２に示す状態では、駆動ジャッキ１８ａが上死点で押しから引きに替わりつつあり、駆動ジャッキ１８ｂと１８ｃが押しの状態にあり、駆動ジャッキ１８ｄと１８ｅが引きの状態にあり、駆動ジャッキ１８ａ〜１８ｅにより第２クランク１３ａ〜１３ｅはカッタ回転軸１２ａ〜１２ｅに時計方向の回転運動を伝達する。続いて、カッタ回転軸１２ａ〜１２ｅは第１クランク９ａ〜９ｅを通じてカッタ５に回転力を伝達し、カッタ５が回転し、カッタ５の前面に設けられた多数のカッタビット６により地山を掘削する。
【００３９】
ところで、図７は実施例１のトルク線図であり、この図の下段に１サイクルにおける５本の駆動ジャッキによって発生するトルクの変動を示し、上段に５本の駆動ジャッキの合成トルクを示す。
【００４０】
この図７から、５本の駆動ジャッキ１８ａ〜１８ｅの合成トルクでは１つの山から谷に移行する間の変動が小さく、最大トルクと最小トルクの差が小さく、安定していることが分かる。このように、実施例１によれば、安定した回転力を得ることができるため、地山を安定した掘削力で掘削することができる。
【００４１】
また、この実施例１では掘削機中心部付近に駆動ジャッキ固定部１７を設け、この駆動ジャッキ固定部１７と第２クランク１３ａ〜１３ｅ間に駆動ジャッキ１８ａ〜１８ｅを接続しているので、カッタ回転軸１２ａ〜１２ｅの内側に駆動ジャッキ１８ａ〜１８ｅを配置できるため、機内スペースを有効に使用できるし、ひいては掘削機径を小さくすることができる。
【００４２】
さらに、この実施例１によれば、第２クランク１３ａ〜１３ｅと駆動ジャッキ１８ａ〜１８ｅの接続位置を任意に選択することができる。
【００４３】
しかも、この実施例１によれば、駆動ジャッキ１８ａ〜１８ｅを同一平面内に配置しているので、掘削機長を短くすることができる。
【００４４】
この実施例１の他の構成，作用は、前記従来例と同様であり、同じ部材には同じ符号を付けて示している。
【００４５】
次に、図３は本発明の実施例２を示す縦断側面図、図４は図３のＢ−Ｂ矢視図（背面図）である。
【００４６】
これら図３，図４に示す実施例２では、４個の第１クランク９ａ〜９ｄと、４本のカッタ回転軸１２ａ〜１２ｄと、４個の第２クランク１３ａ〜１３ｄとが接続されている。
【００４７】
また、シールド機中心部付近に、駆動ジャッキ固定部１７′が設けられている
。
【００４８】
前記駆動ジャッキ固定部１７′と第２クランク１３ａ〜１３ｄのクランクピン１５間には、駆動ジャッキ１８ａ〜１８ｄが接続されている。
【００４９】
前記第２クランク１３ａ〜１３ｄと駆動ジャッキ１８ａ〜１８ｄは、互いに平行ならどの位置に接続しても回転を伝えることができるが、この実施例２では図４に示すように、カッタ回転軸１２ａ〜１２ｄと当該第２クランク１３ａ〜１３ｄのクランクピン１５を結ぶ中心線と、駆動ジャッキ１８ａ〜１８ｄと当該カッタ回転軸１２ａ〜１２ｄを結ぶ中心線とがなす角が、ｙ軸を基準（０°）として円周方向に、駆動ジャッキ１８ａでは（９０°）、駆動ジャッキ１８ｂでは２２５°、駆動ジャッキ１８ｃでは１８０°、駆動ジャッキ１８ｄでは３１５°に配置されている。
【００５０】
この実施例２においても、駆動ジャッキ１８ａ〜１８ｄは第２クランク１３ａ〜１３ｄが１回転する間に上死点，下死点が重ならないように配置されている。
【００５１】
この実施例２では、図４の状態で駆動ジャッキ１８ｃが上死点で押しから引きに替わりつつあり、駆動ジャッキ１８ｄが押しの状態にあり、駆動ジャッキ１８ａと１８ｂが引きの状態にあり、第２クランク１３ａ〜１３ｄは時計方向の回転運動をカッタ回転軸１２ａ〜１２ｄに伝達する。
【００５２】
図８は実施例２のトルク線図であり、この図の下段に１サイクルにおける４本の駆動ジャッキによって発生するトルクの変動を示し、上段に４本の駆動ジャッキの合成トルクを示す。
【００５３】
この図８から、４本の駆動ジャッキ１８ａ〜１８ｄの合成トルクでは１つの山から谷に移行する間の変動が小さく、最大トルクと最小トルクの差が小さく、安定していることが分かる。したがって、実施例２によっても安定した回転力を得ることができるため、地山を安定した掘削力で掘削することができる。
【００５４】
また、この実施例２では、上，下死点の位置で駆動ジャッキ１８ａと１８ｂ、駆動ジャッキ１８ｃと１８ｄが直線的に配置でき、かつ平行に配置されているので、例えば矩形シールドにおいて、その短辺を最小とすることができる。
【００５５】
この実施例２の他の構成や作用については、前記実施例１と同様である。
【００５６】
なお、本発明ではクランクの個数、カッタ回転軸および駆動ジャッキの本数は、実施例１および２に限らず、任意に設定することができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では多軸型のシールドのカッタ回転軸の入力側端部に、カッタ回転軸に対して直角にクランクを設け、各クランクと掘削機（シールド機）中心部付近に設けられた駆動ジャッキ固定部に、複数本の駆動ジャッキを連結しているので、多軸シールドのカッタ回転軸の内側に駆動ジャッキを配置できるため、機内スペースを有効に使用できる効果があり、ひいては掘削機径を小さくすることができる効果があり、カッタ回転軸の入力側端部に設けられたクランクと駆動ジャッキの接続位置を任意に選択できる効果があり、複数本の駆動ジャッキを同一平面内に配置できるので、掘削機長を短縮できる効果がある。
【００５８】
また、本発明では複数本の駆動ジャッキをクランクが１回転する間に上死点，下死点が重ならないように配置しているので、複数本の駆動ジャッキの合成トルクの変動の小さい、安定した回転力を得ることができる効果があり、したがって安定した掘削力で地山を掘削し得る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１を示す縦断側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視図であって、図１の背面図である。
【図３】本発明の実施例２を示す縦断側面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ矢視図であって、図３の背面図である。
【図５】従来例を示す縦断側面図である。
【図６】図５のＣ−Ｃ矢視図であって、図５の背面図である。
【図７】実施例１におけるトルク線図である。
【図８】実施例２におけるトルク線図である。
【図９】従来例におけるトルク線図である。
【符号の説明】
１    掘削機としてのシールド機
２    シールド筒
３    隔壁
５    カッタ
９ａ〜９ｅ  第１クランク
１２ａ〜１２ｅ  カッタ回転軸
１３ａ〜１３ｅ  第２クランク
１７  駆動ジャッキ固定部
１７′  駆動ジャッキ固定部
１８ａ〜１８ｅ  駆動ジャッキ
【図１】
0004246316.tif 000002
【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】
0004246316.tif 000008
【図８】
0004246316.tif 000009
【図９】
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