(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
親機内に、親機の中心から偏心させて回転構造体を回転可能に設け、該回転構造体に、上記親機の中心に位置させて子機を離脱可能に保持し、上記回転構造体を回転させることで上記子機を上記親機の中心に対して偏心回転させるようにした親子シールド機であって、
上記子機のカッタの外周側に親機用の外周カッタを配置し、該外周カッタに、上記子機の偏心回転時に上記子機のカッタを摺動させて上記親機の径方向外方に導くための案内部材を設けたことを特徴とする親子シールド機。
【請求項２】
上記回転構造体の回転時に、上記子機のカッタが上記回転構造体の１／２の回転速度で逆方向に回転駆動される請求項１記載の親子シールド機。
【請求項３】
上記案内部材が、上記子機のカッタの直径部分を挟むように配置された一対の直線部と、該直線部にその長手方向に沿って形成された係合溝とを有し、
上記子機のカッタに、上記係合溝に係脱する第１ジャッキを設けた請求項２記載の親子シールド機。
【請求項４】
上記案内部材が、上記子機のカッタの外周に沿って形成された半円部を有し、
上記子機のカッタに、上記半円部に係脱する第２ジャッキを設けた請求項２又は３記載の親子シールド機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大小の異径の穴を連続的に掘削することができる親子シールド機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、偏心対応の親子シールド機は、例えば下水道用の管頂或いは管底接合のトンネル掘削に適しており、これは大小の異径の穴を連続的に、特に互いの穴の軸心をずらせて即ち偏心させて掘削することができる。
【０００３】
図９は従来の偏心対応の親子シールド機を示し、これは親機ａに子機ｂが合体されてこれらが協同して大断面の穴を掘削するようになっている。子機ｂは小径の子機カッタｃを、親機ａは子機カッタｃの外周側を囲繞する外周カッタｄをそれぞれ備え、これらカッタｃ，ｄは連結ジャッキｅで連結されて、一本の駆動軸ｆによって回転駆動されるようになっている。ここで駆動軸ｆは、親機中心ｃ  0 から子機中心ｃ1 へと偏心位置にスライド移動でき、子機カッタｃへの接続位置を変更できるようになっている。そしてこの偏心移動は、第１及び第２移動ジャッキｇ，ｈが、駆動軸ｆをその駆動ユニットｉごと引き上げることで行われる。こうして駆動軸ｆを子機中心ｃ1 に移動したならば、子機ｂを親機ａから離脱させ前進させることにより、小断面の偏心穴を掘削できるようになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の親子シールド機では、子機カッタｃの背面に駆動軸ｆの接続位置を変更するためのスライド機構ｊを備えており、偏心量を大きくとりたい場合これが大形化し、カッタ背面部のスペースが縮小したりカッタスポーク間の隙間を塞いだりして、土砂の取り込みを悪化させる問題があった。
【０００５】
また、機内側においても、駆動軸ｆとともに駆動ユニットｉ、軸受ケースｋ及びスライドフレームｌ等が全体でスライド移動するため、偏心量を大きくとりたい場合、これらが周辺の機器や構造物と干渉する問題があった。
【０００６】
結局、これらの理由により、従来の親子シールド機では偏心量をあまり大きくとることができず、これに起因して穴の断面積比も大きくとることができなかった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る親子シールド機は、親機内に、親機の中心から偏心させて回転構造体を回転可能に設け、該回転構造体に、上記親機の中心に位置させて子機を離脱可能に保持し、上記回転構造体を回転させることで上記子機を上記親機の中心に対して偏心回転させるようにした親子シールド機であって、上記子機のカッタの外周側に親機用の外周カッタを配置し、該外周カッタに、上記子機の偏心回転時に上記子機のカッタを摺動させて上記親機の径方向外方に導くための案内部材を設けたものである。
【０００８】
これによれば、子機を偏心回転によって偏心位置に移動するため、上述の如きスライド機構を廃止でき、大きな偏心量をとれるようになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１０】
図１は本発明に係る親子シールド機を示す正面図、図２は同縦断側面図、図３は背面図である。図示するように、親子シールド機１は、親機２に子機３が離脱可能に合体されて構成される。親機２は円筒状の親機シールドフレーム４を有し、子機３もまた円筒状の子機シールドフレーム５を有する。子機シールドフレーム５は親機シールドフレーム４より小径とされ、親機シールドフレーム４内に同心に配置される。
【００１１】
子機シールドフレーム５はドラム部材６に離脱可能に保持され、ドラム部材６（回転構造体）は親機シールドフレーム４に回転自在に支持される。ドラム部材６は、その中心Ｃ1 が、親機２又は子機３の中心Ｃ0 に対し所定距離ｚだけ上方に偏心される。またドラム部材６は、中心Ｃ0 の位置に円筒部７を一体的に有し、この円筒部７内に子機シールドフレーム５を軸方向に沿って挿抜自在に嵌合させている。そしてドラム部材６は、親機シールドフレーム４の下部フレーム８に複数のローラ９を介して下方から支持され、その中心Ｃ1 回りを回転できるようになっている。またドラム部材６は、スラスト軸受１０により、親機シールドフレーム４の格子状後部フレーム１１に軸方向ないしスラスト方向に支持される。
【００１２】
ここで特に図３に示すが、子機シールドフレーム５には複数の子機シールドジャッキ１２が周方向に列設され、子機シールドジャッキ１２には全体で円環状をなすブロック１３が取り付けられている。そしてブロック１３とドラム部材６との後端面同士が、複数の連結部材１４で連結されることにより、子機シールドフレーム５とドラム部材６とは一体的に固定されることになる。なお連結部材１４は、後に子機３を離脱させる際に外す必要があり、よって固定方法としてはボルト止めや溶接（溶断して取り外す）等が考えられる。
【００１３】
子機シールドフレーム５には、その中心Ｃ0 の位置に駆動軸１５が回転自在に取り付けられる。そして駆動軸１５の前端には子機カッタ１６が一体的に取り付けられる。子機カッタ１６は、駆動軸１５から周方向90°間隔で十字形に延出された子機カッタスポーク１７を有し、これに複数のカッタビット１８が列設されて構成される。子機カッタスポーク１７は、それら外周端同士が子機外周リング１９によってそれぞれ連結される。
【００１４】
一方、子機カッタ１６の外周側には、親機カッタとしての外周カッタ２０が配設される。外周カッタ２０は、Ｘ字状に配設された外周カッタスポーク２１と、外周カッタスポーク２１に列設された複数のカッタビット２２とを有し、外周カッタスポーク２１の外周端同士は親機外周リング２３で連結される。他方、外周カッタスポーク２１の内周端は、横向きのＵ字状に形成された案内部材２４に一体的に結合される。なお親機外周リング２３と案内部材２４とは、水平に延出された補助スポーク２５によっても連結されている。
【００１５】
案内部材２４は、中心がＣ0 であって図１の左側で上下に円弧状に延出する半円部２６と、半円部２６の上下の端部から図１の右側に延び、親機外周リング２３に接続する一対の直線部２７とを有する。そして半円部２６が子機外周リング１９に外側から嵌合され、以下の方法で固定されている。
【００１６】
図４に示すように、先ず、上下の子機カッタスポーク１７（下側のみ図示）の裏面部には第１ジャッキ２８が設けられる。そして第１ジャッキ２８は、そのロッド２９の先端部が子機カッタスポーク１７に固定され、シリンダ本体３０が子機カッタスポーク１７にスライド自在に支持される。さらに第１ジャッキ２８は伸長されて、シリンダ本体３０を案内部材２４の第１穴３１に挿通させる。この挿通ないし係合により、外周カッタ２０は子機カッタ１６に上下の位置で支持される。
【００１７】
次に、図５に示すように、図１の左側の子機カッタスポーク１７の裏面部にも第２ジャッキ３２が設けられる。そして同様に、そのロッド３３の先端部が子機カッタスポーク１７に固定され、シリンダ本体３４が子機カッタスポーク１７にスライド自在に支持される。さらに第２ジャッキ３２は、最収縮位置から僅かに伸びた状態で、シリンダ本体３４の端部を案内部材２４の第２穴３５にテーパ嵌合させている。この嵌合ないし係合により、外周カッタ２０は子機カッタ１６に図１の左側の位置で支持される。
【００１８】
このようにして、外周カッタ２０は子機カッタ１６に三点支持により固定されることになる。なお図４に示すように、案内部材２４の直線部２７には第１穴３１に連続する係合溝３６が全長に亘り形成されている。これの役割については後述する。
【００１９】
ところで、子機シールドフレーム５、ドラム部材６及び親機シールドフレーム４の前面部は、それぞれ子機隔壁３７、ドラム隔壁３８及び親機隔壁３９で閉鎖されており、これら隔壁３７，３８，３９の前方に取り入れられた掘削土砂は、スクリュコンベヤ４０によって後方に送られる。即ち、このシールド機１は土圧式となっている。また、子機隔壁３７にも子機スクリュコンベヤ４１が取り付けられるが、これは親子シールド機１による掘削の際には用いられず、子機３のみによる掘削の際に使用されるのみである。
【００２０】
子機隔壁３７の裏面側において、駆動軸１５にはリングギヤ４２が固設され、これには駆動用油圧モータ４３の回転軸に取り付けられたピニオンギヤ４４が噛合される。これにより油圧モータ４３は、親子シールド機１による掘削の際には外周カッタ２０と子機カッタ１６とを両方とも駆動し、子機３のみによる掘削の際には子機カッタ１６のみを駆動することになる。
【００２１】
また、ドラム部材６には、その外周に沿って円弧状ラック４５が固設され、これには偏心回転用油圧モータ４６の回転軸に取り付けられたピニオンギヤ４７が噛合される。そして油圧モータ４６は、親機シールドフレーム４の内面に固設されたモータマウントフレーム４８に固定されている。これにより、油圧モータ４６を回転させるとドラム部材６が中心Ｃ1 回りを回転し、子機３がその中心Ｃ  1 回りを偏心回転することになる。
【００２２】
図６は、子機シールドフレーム５の上端部を示す拡大図である。図２では省略したが、子機シールドフレーム５は、その外周側に軸方向にスライド可能なスライドフレーム４９を有し、これはスライドジャッキ５０に押されて子機隔壁３７より前方に突出することができる。スライドジャッキ５０は、スライドフレーム４９とドラム部材６の後端壁６ａとを連結して周方向に複数設けられる。そしてスライドフレーム４９は、親子シールド機１による掘削の際には収納され、子機３による掘削の際には突出されて土砂の取込スペースを区画する。なおスライドジャッキ５０のある位置では、ドラム部材６の円筒部７が部分的に切り欠かれる。
【００２３】
子機シールドフレーム５とドラム部材６とにはそれぞれエントランスシール５１が配設され、これらシール５１はスライドフレーム４９をスライド自在に挟んでそれとの隙間をシールする。またドラム部材６の後端は後端壁６ａで閉鎖されるが、子機シールドフレーム５の後端は開放されている。これによってドラム部材６は、円筒部７内を除き密閉の箱状に形成されるが、ドラム隔壁３８や後端壁６ａにマンホールを設け、内部に入れるようにすることは任意である。また、ここでは子機シールドフレーム５が中折れ可能で、つまり子機シールドフレーム５は前後に分割され、これら分割フレーム同士が摺動部５２と球面部５３とで互いに接触され、図示しない複数の中折れジャッキで連結されている。
【００２４】
さらに図７は子機シールドフレーム５の下端部を示す拡大図である。ここではドラム部材６側のエントランスシール５１が軸方向に二つ配設され、シール性が高められている。またドラム部材６の下面部と下部フレーム８との間も、下部フレーム８に配設されたエントランスシール５４によってシールされる。
【００２５】
また図２に示す如く、親機シールドフレーム４も同様に中折れ可能となっている。そしてその前後の分割フレーム同士が、周方向に複数配設された中折れジャッキ５５で連結されている。５６は親機シールドジャッキで、これは既設セグメント５７に突き当たって掘進時の反力をとるものである。これと同様に、子機シールドジャッキ１２も、子機３のみによる掘進時には既設セグメントから反力をとる。５７は後部フレーム１１から後方に延びる後方設備用架台、５８はエレクタの環状フレームである。
【００２６】
次に、上記構成による作用について説明する。
【００２７】
親子シールド機１で大断面の穴を掘削する場合、親機シールドジャッキ５６で推進しながら、駆動用油圧モータ４３で外周カッタ２０及び子機カッタ１６を中心Ｃ0 回りに回転駆動し、掘削を行う。なおこのときには、偏心回転用油圧モータ４６を制動し、ドラム部材６の回転止めを行う。そしてこの掘削を終了し、偏心位置における小断面の穴の掘削に移行したい場合は、以下の手順で子機３を偏心移動し分離する。
【００２８】
先ず移動の際、図４を参照して、第１ジャッキ２８を僅かに収納させ、シリンダ本体３０の突出量を係合溝３６の深さに一致させる。これによりシリンダ本体３０は係合溝３６に沿って摺動ないしスライド移動可能となり、子機カッタ１６は案内部材２４の直線部２７に導かれて径方向外方に移動できるようになる。
【００２９】
この後、図８に示すように、ドラム部材６を油圧モータ４６で矢示方向に回転させる。こうすると子機３全体を上方に 180°、中心Ｃ1 回りに偏心回転させることができる。なお図８において、（ａ）図は偏心回転前の状態、（ｂ）図、（ｃ）図、（ｄ）図はそれぞれ、ドラム部材６が30°、90°、 180°回転したときの状態を示す。
【００３０】
このとき、先のシリンダ本体３０は係合溝３６上を摺動し、子機外周リング１９は案内部材２４の一対の直線部２７に挟まれつつ、それら直線部２７上を摺動する。この摺動により、外周カッタ２０は中心Ｃ0 回りを同一方向に回転されることになる。ここで外周カッタ２０は、既に掘削された大径穴の内周面によって外周側から支持され、第１ジャッキ２８の係合溝３６への係合、及び第２ジャッキ３２の第２穴３５への係合により、軸方向に支持されている。さらに、第２ジャッキ３２が偏心回転に合わせて伸長され、これにより子機カッタ１６を押し、その径方向外方への移動を促進ないし補助することができる。
【００３１】
特に、ドラム部材６及び子機３が中心Ｃ1 回りを 180°回転するのに対し、外周カッタ２０は中心Ｃ0 回りを90°しか回転しない。そこでここでは、偏心回転に際し、子機３を外周カッタ２０の1/2 の回転速度で逆転方向に運転させ、即ち駆動用油圧モータ４３により、子機カッタ１６をその速度で逆回転方向に駆動するようにしている。こうすると、案内部材２４に対する子機カッタ１６の回転摺動（滑り）はなくなり、互いの相対位置が回転方向には変化しなくなる。よって、前述の第１ジャッキ２８による係合を常に可能とし、外周カッタ２０の軸方向の保持を確実に可能とすると共に、第２ジャッキ３２による押出しを可能とし、子機３の移動を効果的に補助することができる。さらには、摺動時の抵抗を大巾に低減でき、子機３のスムーズな移動を達成することができる。
【００３２】
こうして、偏心回転が終了すると、子機３はカッタ中心Ｃ0 から偏心量２ｚだけ上方に移動される。この後は、第１及び第２ジャッキ２８，３２を縮めて外周カッタ２０との係合を外し、スライドフレーム４９を伸長させると共に、後方の子機シールドジャッキ１２を伸長させれば、子機３を前進させることができる。なおこのときの推進反力は、連結部材１４、ドラム部材６及びスラスト軸受１０を介して後部フレーム１１により受け止められる。そしてある程度前進した後は、連結部材１４を取り外して既設セグメントにより反力を持たせるようにすればよい。
【００３３】
このように、かかる構成にあっては、ドラム部材６、円弧状ラック４５、偏心回転用油圧モータ４６及びピニオンギヤ４７が、子機３を偏心回転させるための偏心回転手段を構成する。
【００３４】
また、ドラム部材６が、親機２の偏心位置に回転自在に支持され子機３を親機２の中心位置に離脱可能に保持する回転構造体をなす。なおこの回転構造体としては上記ドラム部材６に限らず、環状のフレームの如きものも可能である。
【００３５】
以上説明したように、子機３が偏心回転されて移動されるため、従来の如きスライド機構が不要となり、子機３の偏心量延いては大小の穴同士の偏心量を大きくとることができる。また、穴の断面積比も大きくとれ、断面変化を大きくすることが可能となる。
【００３６】
特に、従来のように第１及び第２移動ジャッキｇ，ｈ（図９参照）を偏心側（上方）に設けないで済むため、それらの長さ分だけ偏心できるようになり、偏心量の増大が可能となる。また、駆動軸１５を子機カッタ１６の中心に固定したまま子機３を移動させるため、例えば子機カッタ１６の外径より大きな偏心量もとることができ、逆に言えば子機カッタ１６を小径化できて、これにより穴の断面積比を大きくとることができる。
【００３７】
また、カッタ１６，２０の背面部に従来の如きスライド機構を装備しないで済むため、その背面部のスペースを十分取れるようになり、さらにはカッタスポーク１７，２１間の土砂の取込口を塞ぐことがないので、土砂の取込みをスムーズに行うことができる。
【００３８】
さらに、子機３をドラム中心Ｃ1 回りの任意の位置に止めることもでき、これにより小径穴の掘削位置の選定幅を拡大できるメリットもある。
【００３９】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明してきたが、本発明は上記形態に限定されず他の様々な形態を採ることも可能である。
【００４０】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００４１】
（１）  従来の如きスライド機構が不要となり、偏心量を大きくとることができる。
【００４２】
（２）  穴の断面積比や断面変化を大きくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る親子シールド機を示す正面図である。
【図２】本発明に係る親子シールド機を示す縦断側面図である。
【図３】本発明に係る親子シールド機を示す背面図である。
【図４】子機カッタと外周カッタとの係合方法を示す正面図である。
【図５】子機カッタと外周カッタとの係合方法を示す正面図である。
【図６】子機シールドフレームの上端部を示す拡大縦断側面図である。
【図７】子機シールドフレームの下端部を示す拡大縦断側面図である。
【図８】子機の偏心回転の様子を示す正面図である。
【図９】従来の親子シールド機を示す縦断側面図である。
【符号の説明】
１  親子シールド機
２  親機
３  子機
６  ドラム部材
２４  案内部材
４５  円弧状ラック
４６  偏心回転用油圧モータ
４７  ピニオンギヤ
【図１】
0003766718.tif 000002
【図２】
0003766718.tif 000003
【図３】
0003766718.tif 000004
【図４】
0003766718.tif 000005
【図５】
0003766718.tif 000006
【図６】
0003766718.tif 000007
【図７】
0003766718.tif 000008
【図８】
0003766718.tif 000009
【図９】
0003766718.tif 000010