(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド本体の前部に、偏心した位置で水平方向の貫通穴が形成された筒状回転体を回転自在に設けるとともに、シールド本体側に、筒状回転体側に設けられた第１歯車を介して筒状回転体を回転させる第１回転駆動装置を設け、
上記筒状回転体の貫通穴内に回転軸体を回転自在に挿通し、この回転軸体の前端部にカッタヘッドを取り付けるとともに後部に第２歯車を取り付け、
上記回転軸体側に、上記第２歯車を回転させる第２回転駆動装置が設けられた第１支持体を回転自在に支持し、
この第１支持体の両側部にシールド本体軸心と直交する平面内で突設された第１支持軸部を介して、第１支持体を、第１支持軸部の軸心方向で第２支持体に移動可能に支持するとともに、
この第２支持体を、上記第１支持軸部とは９０度異なる方向でその両側に突設された第２支持軸部を介して、シールド本体側に、第２支持軸部の軸心方向で移動可能に支持したことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
シールド本体の前部に回転自在に設けられるとともに偏心した位置で水平方向の貫通穴が形成された筒状回転体と、
シールド本体側に設けられて上記筒状回転体側に設けられた第１歯車を介して筒状回転体を回転させる第１回転駆動装置と、
上記筒状回転体の貫通穴内に回転自在に挿通されるとともに、前端部にカッタヘッドがかつ後端部に第２歯車が取り付けられた回転軸体と、
この回転軸体側に回転自在に支持されるとともに上記第２歯車を回転させる第２回転駆動装置を支持し、かつシールド本体軸心と直交する平面内で両側に第１支持軸部が突設された第１支持体と、
これら両第１支持軸部を介して第１支持体を、第１支持軸部の軸心方向で移動可能に保持するとともに、上記第１支持軸部とは９０度異なる方向でその両側に突設された第２支持軸部を介して、シールド本体側に、第２支持軸部の軸心方向で移動可能に保持された第２支持体とから構成された掘削体を、
シールド本体の前部に複数個並置するとともに、各掘削体の第１歯車同士を中間歯車を介して連動連結したことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項３】
回転軸体の後方位置でかつシールド本体の中心軸上に固定された第３歯車と、上記回転軸体の後端部に取り付けられるとともに上記第３歯車の外歯に噛合する内歯を有するリング状の第４歯車とから構成された速度調整機構を具備したことを特徴とする請求項１または２に記載のシールド掘進機。
【請求項４】
回転軸体の後方位置でかつシールド本体の中心軸上に固定されたリング状の第４歯車と、上記回転軸体の後端部に取り付けられるとともに上記第４歯車の内歯に噛合する外歯を有する第３歯車とから構成された速度調整機構を具備したことを特徴とする請求項１または２に記載のシールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ルーロの三角形に基づき形成されたカッタヘッドを自転させるとともに偏心した軸心回りで公転させることにより、断面が楕円形状または矩形状のトンネルを掘削するためのシールド掘進機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、断面が楕円形状のトンネルを掘削し得るシールド掘進機としては、例えば特開平６−３０７１９０号公報に開示されたものがある。
このシールド掘進機は、図８に示すように、シールド本体１０１の前部隔壁１０２に設けられた円筒支持体１０３に回転自在に支持されるとともに所定距離ｅだけ偏心した位置で貫通穴１０４が形成された筒状回転体１０５と、この筒状回転体１０５を、その後端部に設けられた第１歯車１０６を介して回転させる第１回転駆動装置１０７と、上記筒状回転体１０５の貫通穴１０４に回転自在に挿通された回転軸体１０８と、この回転軸体１０８の前端部に設けられたルーロの三角形状をしたカッタヘッド１０９と、上記回転軸体１０８の後端部に取り付けられた第２歯車１１０を介してカッタヘッド１０９を回転させる第２回転駆動装置１１１とが具備されたものであり、また上記第１回転駆動装置１０７はシールド本体１０１側に設けられるとともに、上記第２回転駆動装置１１１は、筒状回転体１０５側に取り付けられていた。
【０００３】
そして、上記構成において、各回転駆動装置１０７，１１１を駆動させて、カッタヘッド１０９を所定速度で自転させるとともに、筒状回転体１０５をその３倍の速度でかつ同一方向に公転させることにより、断面が楕円形状のトンネルが掘削されていた。
なお、カッタヘッド１０９に対して、筒状回転体１０５をその３倍の回転速度でかつ両者を互いに逆方向に回転させた場合には、断面が矩形状のトンネルが掘削される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のシールド掘進機の構成によると、カッタヘッド１０９を自転させる第２回転駆動装置１１１が、筒状回転体１０５側に取り付けられているため、カッタヘッド１０９に作用する掘削抵抗は、全て、カッタヘッド１０９を公転させる第１回転駆動装置１０７側に加わり、したがってこの第１回転駆動装置１０７は、大きい動力を必要とし非経済的であった。
【０００５】
また、断面が大きいトンネルを掘削しようとすると、第１回転駆動装置１０７の駆動能力を大きくする必要が生じるが、その装置の占める容積が大きく、実際に、シールド本体内に設置することが困難になるという問題があった。
そこで、本発明は、カッタヘッドを回転させる回転駆動装置の必要動力の低減化を図り得るシールド掘進機を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の第１のシールド掘進機は、シールド本体の前部に、偏心した位置で水平方向の貫通穴が形成された筒状回転体を回転自在に設けるとともに、シールド本体側に、筒状回転体側に設けられた第１歯車を介して筒状回転体を回転させる第１回転駆動装置を設け、上記筒状回転体の貫通穴内に回転軸体を回転自在に挿通し、この回転軸体の前端部にカッタヘッドを取り付けるとともに後部に第２歯車を取り付け、上記回転軸体側に、上記第２歯車を回転させる第２回転駆動装置が設けられた第１支持体を回転自在に支持し、この第１支持体の両側部にシールド本体軸心と直交する平面内で突設された第１支持軸部を介して、第１支持体を、第１支持軸部の軸心方向で第２支持体に移動可能に支持するとともに、この第２支持体を、上記第１支持軸部とは９０度異なる方向でその両側に突設された第２支持軸部を介して、シールド本体側に、第２支持軸部の軸心方向で移動可能に支持したものである。
【０００７】
上記の構成によると、筒状回転体に偏心した位置で支持された回転軸体を回転させる第２回転駆動装置を、互いに９０度異なる方向で移動可能に支持された２個の支持体を介して、シールド本体側に、回転軸体の公転を、すなわちカッタヘッドの公転を許し得るように支持したので、カッタヘッドの公転時の掘削反力を第１回転駆動装置側にて支持することができるとともに、カッタヘッドの自転時の掘削反力を第２回転駆動装置側にて支持することができ、したがって従来のように、カッタヘッドの全ての掘削反力を１個の回転駆動装置にて受けるものに比べて、回転駆動装置の必要動力を大きくする必要がなく、したがって非常に経済的であるとともに、回転駆動装置の能力を大きくすることなく掘削能力の増大化を図ることができる。
【０００８】
また、本発明の第２のシールド掘進機は、シールド本体の前部に回転自在に設けられるとともに偏心した位置で水平方向の貫通穴が形成された筒状回転体と、シールド本体側に設けられて上記筒状回転体側に設けられた第１歯車を介して筒状回転体を回転させる第１回転駆動装置と、上記筒状回転体の貫通穴内に回転自在に挿通されるとともに、前端部にカッタヘッドがかつ後端部に第２歯車が取り付けられた回転軸体と、この回転軸体側に回転自在に支持されるとともに上記第２歯車を回転させる第２回転駆動装置を支持し、かつシールド本体軸心と直交する平面内で両側に第１支持軸部が突設された第１支持体と、これら両第１支持軸部を介して第１支持体を、第１支持軸部の軸心方向で移動可能に保持するとともに、上記第１支持軸部とは９０度異なる方向でその両側に突設された第２支持軸部を介して、シールド本体側に、第２支持軸部の軸心方向で移動可能に保持された第２支持体とから構成された掘削体を、シールド本体の前部に複数個並置するとともに、各掘削体の第１歯車同士を中間歯車を介して連動連結したものである。
【０００９】
この第２のシールド掘進機の構成によると、第１のシールド掘進機におけるカッタヘッドおよびその駆動部分からなる掘削体を複数個並置したので、断面が所定方向に細長い形状のトンネルを掘削することができる。
さらに、上記各シールド掘進機において、回転軸体の後方位置でかつシールド本体の中心軸上に固定された第３歯車と、上記回転軸体の後端部に取り付けられるとともに上記第３歯車の外歯に噛合する内歯を有するリング状の第４歯車とから構成された速度調整機構を具備させたものである。
【００１０】
また、上記各シールド掘進機において、回転軸体の後方位置でかつシールド本体の中心軸上に固定されたリング状の第４歯車と、上記回転軸体の後端部に取り付けられるとともに上記第４歯車の内歯に噛合する外歯を有する第３歯車とから構成された速度調整機構を具備したものである。
このような速度調整機構を設けることにより、カッタヘッドの自転速度と公転速度との比を確実に、所定値に維持することができる。
【００１１】
【実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態におけるシールド掘進機を、図１および図２に基づき説明する。
図１および図２において、１はシールド掘進機のシールド本体で、その内部の中心前方位置には、円筒支持体２が前部隔壁３を介して取り付けられるとともに、この円筒支持体２の中央空間部内には、円筒支持体２の中心軸ａに対して所定距離（以下、偏心量という）ｅでもって偏心された水平かつ前後方向の貫通穴４が形成された筒状回転体５が軸受６を介して回転自在に挿通されている。
【００１２】
この筒状回転体５の貫通穴４内には、さらに軸受７を介して回転軸体８が回転自在に挿通されるとともに、この回転軸体８の前端部にはカッタヘッド９が取り付けられている。
このカッタヘッド９は、正面視形状がルーロの三角形となるような形状にされている。すなわち、図２に示すように、正三角形の任意の頂点を中心として、その一辺を半径として他の２つの頂点を通過する３個の劣弧Ｓにより囲まれた形状とされている。
【００１３】
上記筒状回転体５の後端部には、外歯１１ａを有する第１歯車１１が形成されるとともに、シールド本体１側に設けられた支持ブラケット１２には、この第１歯車１１の外歯１１ａに噛合する第１ピニオン１３を回転させるための第１回転駆動装置（例えば電動機、油圧モータなどが使用される）１４が、その円周方向に沿って複数個配置されている。
【００１４】
この第１回転駆動装置１４により、筒状回転体５が回転されると、回転軸体８が偏心量ｅでもってシールド本体１の中心軸ａに対して公転される。
また、シールド本体１の筒状回転体５の後方部には、回転軸体８の公転を許しながら、回転軸体８を自転させるための回転駆動機構１５が具備されている。
この回転駆動機構１５は、回転軸体８の後部外周に取り付けられた第２歯車２１と、この第２歯車２１全体を覆うような形状にされるとともに回転軸体８に回転自在に保持され、かつ１８０度対称位置で水平方向に突出する一対の第１支持軸部２２が設けられた第１支持体２３と、この第１支持体２３に、複数箇所で取り付けられるとともに上記第２歯車２１に噛合する第２ピニオン２４を有する第２回転駆動装置（例えば電動機、油圧モータなどが使用される）２５と、上記第１支持体２３を囲むような環状に形成されてかつ上記両第１支持軸部２２を摺動軸受（実際には、ブッシュが設けられたブラケットよりなる）２６を介して第１支持軸部２２の軸心方向ｂで摺動可能（移動可能）に支持するとともに、上記第１支持軸部２２と９０度異なる（直交する）鉛直方向ｃで上下に１８０度対称位置で突出された一対の第２支持軸部２７を有する第２支持体２８とから構成され、しかもこの第２支持体２８に突設された第２支持軸部２７は、シールド本体１側に設けられた支持ブラケット１２側に、摺動軸受（実際には、ブッシュが設けられたブラケットよりなる）２９を介して鉛直方向ｃで摺動可能（移動可能）に支持されている。
【００１５】
すなわち、回転軸体８を回転させる第２回転駆動装置２５が設けられた第１支持体２３は、左右に突設された一対の第１支持軸部２２を介して、トンネル横断面内で水平方向に移動可能に第２支持体２８側に支持され、さらにこの第２支持体２８は、シールド本体１側に、トンネル横断面内で鉛直方向ｃで摺動可能に支持されていることになる。
【００１６】
また、上記カッタヘッド９の自転速度と公転速度との比は、各回転駆動装置１４，２５により、１対３となるようにされるのであるが、その速度比を確実に維持するために、速度調節機構３１が具備されている。
この速度調整機構３１は、回転軸体８の後方位置に設けられた後部隔壁１０のシールド本体１の中心軸上に固定された第３歯車３２と、上記回転軸体８の後端部に取り付けられるとともに上記第３歯車３２の外歯３２ａに噛合する内歯３３ａを有するリング状の第４歯車３３とから構成され、しかもこの内歯３２ａと外歯３３ａとの歯数の比は、３対１となるようにされている。
【００１７】
すなわち、筒状回転体５が３回転すると、回転軸体８が１回転することになり、したがって断面が楕円形状のトンネルが掘削される。
なお、カッタヘッド９の所定の外周頂点部には、油圧シリンダなどが用いられたコピーカッタ装置４１が配置されており、このコピーカッタ装置４１への油圧の供給は、カッタヘッド９内および回転軸体８並びに第３歯車３２の中心部を挿通された油圧配管４２により供給され、また第２回転駆動装置２５への駆動動力の供給についても、電気の場合にはスリップリングが、油圧の場合には、コピーカッタ装置４１と同様に、回転軸体８および第３歯車３２に形成される油圧配管を介して行われる。さらに、第２回転駆動装置２５に電気配線または油圧ホースを接続させる場合には、第１支持軸部２２および第２支持軸部２７の移動量を許容する弛みを持たせるようにすればよい。
【００１８】
上記構成において、トンネルを掘削する場合、第１回転駆動装置１４により、回転軸体８を介してカッタヘッド９を所定方向に所定速度で回転させるとともに、第２回転駆動装置２５により、筒状回転体５をカッタヘッド９の３倍の速度でかつ回転軸体８と同一方向に回転させることにより、断面が楕円形状のトンネルを掘削することができる。
【００１９】
ところで、回転軸体８は、筒状回転体５の回転軸心であるシールド本体１の中心軸ａに対して所定距離ｅ離れた位置で支持されているため、筒状回転体５の回転により、半径がｅである円の軌跡上を公転することになるが、この回転軸体８を回転させる第２回転駆動装置２５は、第１支持体２３および第２支持体２８を介して、シールド本体１側に支持されており、すなわち水平方向および鉛直方向で移動可能に支持されているため、支障無く、公転に追従することができる。
【００２０】
上述した構成によると、カッタヘッド９の掘削反力全てが、カッタヘッド９を公転させる第１回転駆動装置１４に負荷として作用することがなく、すなわち２個の回転駆動装置１４，２５により掘削反力を受けることになるため、各回転駆動装置の必要動力を大きくする必要がなく非常に経済的となり、さらには回転駆動装置の能力を大きくすることなく、掘削能力の増大化を図ることができる。
【００２１】
なお、上記構成においては、回転軸体８と筒状回転体５とを、すなわちカッタヘッド９の自転方向と公転方向とを同一方向となるように説明したが、互いに逆方向に回転させた場合には、図２の仮想線にて示すように、矩形状の断面、正確には、正方形状の断面のトンネルを掘削することができる。
但し、この場合、速度調節機構３１については、第３歯車３２とリング状の第４歯車３３とが設けられる位置は、互いに逆となる。すなわち、図３に示すように、回転軸体８の後方位置に設けられた後部隔壁１０のシールド本体１の中心軸上には、リング状の第４歯車３３が固定されるとともに、上記回転軸体８の後端部には、上記第４歯車３３の内歯３３ａに噛合する外歯３２ａを有する第３歯車３２が取り付けられ、しかもこの内歯３３ａと外歯３２ａとの歯数の比は、３対１となるようにされている。
【００２２】
ところで、上記実施の形態において、カッタヘッド９の正面視形状をルーロの三角形状にしたが、例えば図４に示すように、１２０度おきに３本のアームを放射状に突設した三ツ矢形状のカッタヘッド９′を用いることもできる。
次に、本発明の第２の実施の形態におけるシールド掘進機を、図５に基づき説明する。
【００２３】
上記第１の実施の形態においては、シールド本体の前部に１個のカッタヘッドを配置したものについて説明したが、本第２の実施の形態においては、シールド本体の前部に、２個のカッタヘッドを並列に配置したものである。
すなわち、このシールド掘進機は、図５に示すように、シールド本体５１の前部の左右部の中心軸ｆ，ｇ上に対して所定距離ｅでもって偏心した位置で回転自在に設けられるとともに水平方向の貫通穴が形成された左右一対の筒状回転体（図示せず）と、シールド本体５１側に支持されて各筒状回転体側に設けられた第１歯車５２（５２Ａ，５２Ｂ）を介して各筒状回転体を回転させる第１回転駆動装置５３（５３Ａ，５３Ｂ）と、上記各筒状回転体の貫通穴内に回転自在に挿通されるとともに、前端部にそれぞれカッタヘッド５４（５４Ａ，５４Ｂ）がかつ後端部に第２歯車（図示せず）がそれぞれ取り付けられた回転軸体５５（５５Ａ，５５Ｂ）と、これら各回転軸体５５側にそれぞれ回転自在に保持されるとともに上記各第２歯車を回転させる第２回転駆動装置（図示せず）を支持し、かつシールド本体５１の中心軸ｆ，ｇと直交する平面内で両側に第１支持軸部６１（６１Ａ，６１Ｂ）がそれぞれ突設された第１支持体６２（６２Ａ，６２Ｂ）と、これら各第１支持軸部６１を介して各第１支持体６２を、第１支持軸部６１の軸心方向で摺動可能に支持するとともに、第１支持軸部６１とは９０度異なる方向で両側に突設された第２支持軸部６３（６３Ａ，６３Ｂ）を介して、シールド本体５１側に、第２支持軸部６３の軸心方向で摺動可能にそれぞれ支持された第２支持体６４（６４Ａ，６４Ｂ）とからそれぞれ構成されてなる掘削体７１（７１Ａ，７１Ｂ）を、シールド本体５１の前部に２個並置するとともに、両掘削体７１Ａ，７１Ｂの第１歯車５２Ａ，５２Ｂ同士を、２個の中間歯車８１（８１Ａ，８１Ｂ）を介して連動連結したものである。
【００２４】
また、上記各掘削体７１Ａ，７１Ｂに設けられるカッタヘッド５４Ａ，５４Ｂの形状は、一方（５４Ａ）がルーロの三角形状にされるとともに、他方（５４Ｂ）が１２０度おきにアームが放射状に突設された三ツ矢形状にされている。
この場合、２個のカッタヘッド５４Ａ，５４Ｂが、それぞれ自転および公転されると、水平方向に長い楕円形状のトンネルが掘削される。勿論、上記両カッタヘッド５４Ａ，５４Ｂは、２個の中間歯車８１Ａ，８１Ｂにより、互いの回転の位相がずれるように、すなわち両カッタヘッド５４Ａ，５４Ｂが、互いに接触しないように制御されている。なお、このシールド掘進機においても、必要に応じて、各カッタヘッド５４（５４Ａ，５４Ｂ）の自転速度と公転速度との比を確実に行わせるための速度調整機構が設けられる。
【００２５】
このシールド掘進機の構成においても、上述した第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
勿論、この場合も、カッタヘッドの自転と公転の回転方向を、同一方向にすれば、仮想線にて示すように、断面が長方形状のトンネルを掘削することができる。
【００２６】
上記第２の実施の形態においては、２個のカッタヘッドの形状をそれぞれ異なるようにしたが、図６に示すように、２個のカッタヘッド９１Ａ，９１Ｂともルーロの三角形状にしてもよく、また図７に示すように、２個のカッタヘッド９２Ａ，９２Ｂとも三ツ矢形状にしてもよい。なお、図６および図７において、実線は楕円形状のトンネルを、仮想線は長方形状のトンネルを示している。
【００２７】
また、上記第２の実施の形態に関するシールド掘進機（図５〜図７に示したもの）では、カッタヘッドを２個並置したが、３個以上並置することもできる。
ところで、上記各実施の形態においては、第１支持体の第１支持軸部を水平方向に設けるとともに、第２支持体の第２支持軸部を鉛直方向に設けたが、その方向は、任意の方向でよく、要するに、第１支持軸部と第２支持軸部とが、互いに９０度異なる方向に設けられていればよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明の各構成によると、筒状回転体に偏心した位置で支持された回転軸体を回転させる第２回転駆動装置を、互いに直交する方向で移動可能に支持された２個の支持体を介して、シールド本体側に、回転軸体の公転を、すなわちカッタヘッドの公転を許し得るように支持したので、カッタヘッドの公転時の掘削反力を第１回転駆動装置側にて支持することができるとともに、カッタヘッドの自転時の掘削反力を第２回転駆動装置側にて支持することができ、したがって従来のように、カッタヘッドの全ての掘削反力を１個の回転駆動装置にて受けるものに比べて、回転駆動装置の必要動力を大きくする必要がなく、したがって非常に経済的であるとともに、回転駆動装置の能力を大きくすることなく掘削能力の増大化を図ることができる。
【００２９】
さらに、上記各構成において、回転軸体の自転速度と公転速度との速度を調整する速度調整機構を設けることにより、カッタヘッドの自転速度と公転速度との速度比を、確実に所定の値に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるシールド掘進機の断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】同第１の実施の形態のシールド掘進機の変形例における速度調整機構の概略側面図である。
【図４】同第１の実施の形態のシールド掘進機におけるカッタヘッドの変形例を示す正面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態におけるシールド掘進機の概略構成を示す背面図である。
【図６】同第２の実施の形態のシールド掘進機におけるカッタヘッドの変形例を示す正面図である。
【図７】同第２の実施の形態のシールド掘進機におけるカッタヘッドの変形例を示す正面図である。
【図８】従来例におけるシールド掘進機の断面図である。
【符号の説明】
１      シールド本体
２      円筒支持体
４      貫通穴
５      筒状回転体
８      回転軸体
１１      第１歯車
１１ａ    外歯
１３      第１ピニオン
１４      第１回転駆動装置
１５      回転駆動機構
２１      第２歯車
２２      第１支持軸部
２３      第１支持体
２４      第２ピニオン
２５      第２回転駆動装置
２７      第２支持軸部
２８      第２支持体
３１      速度調節機構
３２      第３歯車
３２ａ    外歯
３３      第４歯車
３３ａ    内歯
５１      シールド本体
５２      第１歯車
５３      第１回転駆動装置
５４      カッタヘッド
５５      回転軸体
６１      第１支持軸部
６２      第１支持体
６３      第２支持軸部
６４      第２支持体
７１      掘削体
８１      中間歯車
【図１】
0003792071.tif 000002
【図２】
0003792071.tif 000003
【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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