JP2000303787A - 地中掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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、かつ色々な部材の数や取り付け位置の設計
自由度を大きくなし得る地中掘削機を提供すること。 【解決手段】 多軸型シールドのカッタ回転軸１２ａ，
１２ｂ，…の入力側端部に、カッタ回転軸１２ａ，１２
ｂ，…に対して直角にクランク１３ａ，１３ｂ，…を設
け、掘削機中心部付近に駆動ジャッキ固定部１７を設
け、前記クランク１３ａ，１３ｂ，…のクランクピン１
５に共通に、リング状または一部に切欠部を有するリン
グ状の駆動ジャッキ連結材１８を取り付け、駆動ジャッ
キ固定部１７と駆動ジャッキ連結材１８間に、液圧で作
動する複数本の駆動ジャッキ１９ａ，１９ｂ，…を接続
し、これらの駆動ジャッキ１９ａ，１９ｂ，…によりカ
ッタ回転軸１２ａ，１２ｂ，…を回転させ、このカッタ
回転軸１２ａ，１２ｂ，…によりカッタ５を回転させて
地山を掘削するように構成した。

Description

【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３は従来例の縦断側面図、図４は図３
のＢ−Ｂ矢視図（背面図）である。

【０００３】これら図３，図４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２
７と、排土装置であるスクリューコンベア２８と、複数
本のシールドジャッキ２９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２２と、複数本
（４本）の駆動ジャッキ２３ａ〜２３ｄ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２２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２３ａ〜２３ｄ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２３ａ〜２３ｄ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２３ａ
〜２３ｄ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２４に取り付けピン２５
を介して結合され、ロッド側端部は連結ピン２６を介し
て駆動ジャッキ連結板２２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２３ａ〜２３ｄ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２３ａ〜２３ｄの上死点，下死点またはそれら
の近傍で、駆動ジャッキ２３ａ〜２３ｄの押しと引きが
切り替わるように制御し、駆動ジャッキ２３ａ〜２３ｄ
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２
３ａ〜２３ｄ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２２→第２クランク１３ａ〜
１３ｄ→カッタ回転軸１２ａ〜１２ｄ→第１クランク９
ａ〜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２９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２７内に取り込
み、この取り込んだ掘削土砂によりチャンバ２７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２
７からスクリューコンベア２８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２９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２９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２
２を取り付け、この駆動ジャッキ連結板２２とシールド
筒２の内周面間に駆動ジャッキ２３ａ〜２３ｄ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２３ａ〜２３ｄ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２３
ａ〜２３ｄ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６は前記従来例におけるトル
ク線図であり、この図６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の変動を示
す。

【００１７】前記従来例では図４に示すように、４本の
駆動ジャッキ２３ａ〜２３ｄ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４の状態では駆動ジャッキ２３
ａ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２３ｂは引きの状態にあり、駆動ジャッキ２３ｃ
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２３ｄは押しの状態にあり、駆動ジャッキ連結板２
２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〜１２
ｄが時計方向に９０°回転すると、駆動ジャッキ２３ｂ
が上死点の位置に、駆動ジャッキ２３ｄが下死点の位置
になる。

【００２０】このように、９０°回転するごとに相対す
る駆動ジャッキ２３ａと２３ｃ、駆動ジャッキ２３ｂと
２３ｄが死点（上死点，下死点）の位置に来る。

【００２１】その結果、図６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、前記従来例では
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】また、前記従来例では駆動ジャッキ連結板
２２を、カッタ５に対するカウンタウエイトとして利用
することに配慮されていない。

【００２３】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、駆動ジャッキ連結材を
介して駆動ジャッキを任意の取り付け角度に接続でき、
掘削機長を短くでき、かつ色々な部材の数や取り付け位
置の設計自由度を大きくなし得る地中掘削機を提供する
ことにある。

【００２４】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。

【００２５】さらに、本発明の他の目的はカッタトルク
の負担を軽減でき、カッタをより一層スムーズに回転さ
せ得る地中掘削機を提供することにある。

【００２６】

【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クランクを設け、
掘削機中心部付近に駆動ジャッキ固定部を設け、前記ク
ランクのクランクピンに共通に、リング状または一部に
切欠部を有するリング状の駆動ジャッキ連結材を取り付
け、前記駆動ジャッキ固定部と駆動ジャッキ連結材間
に、液圧で作動する複数本の駆動ジャッキを接続し、前
記駆動ジャッキにより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よ
うに構成している。

【００２７】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クランクを設け、掘削機中心部
付近に駆動ジャッキ固定部を設け、前記クランクのクラ
ンクピンに共通に、リング状または一部に切欠部を有す
るリング状の駆動ジャッキ連結材を取り付け、前記駆動
ジャッキ固定部と駆動ジャッキ連結材間に、液圧で作動
する複数本の駆動ジャッキを接続するとともに、前記複
数本の駆動ジャッキを駆動ジャッキ連結材が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ように
構成している。

【００２８】さらに、前記目的を達成するため、本発明
では前記カッタの重心と駆動ジャッキ連結材の重心を、
掘削機中心軸の回りにほぼ１８０°相対する位置に配置
している。

【００２９】

【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。

【００３０】図１は本発明の一実施例を示す縦断側面
図、図２は図１のＡ−Ａ矢視図（背面図）である。

【００３１】これら図１，図２に示す実施例では、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。

【００３２】また、カッタ５の背面には３個の第１クラ
ンク９ａ〜９ｃ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〜９ｃ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〜１２ｃとを有している。そして、
第１クランク９ａ〜９ｃ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。

【００３３】前記３本のカッタ回転軸１２ａ〜１２ｃ
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。

【００３４】前記カッタ回転軸１２ａ〜１２ｃの入力側
端部には、第２クランク１３ａ〜１３ｃが接続されてい
る。各第２クランク１３ａ〜１３ｃは、クランクアーム
１４と、クランクピンとを有している。前記カッタ回転
軸１２ａ〜１２ｃは、第２クランク１３ａ〜１３ｃのク
ランク軸であり、前述のごとく第１クランク９ａ〜９ｃ
のクランクピンである。前記第２クランク１３ａ〜１３
ｃのクランクアーム１４は、当該カッタ回転軸１２ａ〜
１２ｃに対して直角に、しかも同一平面上に配置させて
設けられている。

【００３５】前記隔壁３の背面には、掘削機中心部付近
に駆動ジャッキ固定部１７が設けられている。

【００３６】一方、前記第２クランク１３ａ〜１３ｃの
クランクピン１５に共通に、駆動ジャッキ連結材１８が
取り付けられている。この駆動ジャッキ連結材１８は、
この実施例ではほぼ五角形のリング状に形成されてい
て、その一辺を切欠した形状に形成されている。

【００３７】前記駆動ジャッキ連結材１８は、図２に示
すように、その重心Ｇ２がカッタ５の重心Ｇ１に対し
て、掘削機中心軸の回りにほぼ１８０°相対する位置に
配置されている。

【００３８】前記駆動ジャッキ固定部１７と駆動ジャッ
キ連結材１８間には、任意の間隔および任意の取り付け
角度をもって、液圧で作動する５本の駆動ジャッキ１９
ａ〜１９ｅが設置されている。各駆動ジャッキ１９ａ〜
１９ｅのシリンダ側端部は取り付けピン２０により駆動
ジャッキ固定部１７に取り付けられ、駆動ジャッキ１９
ａのロッド側端部は、第２クランク１３ａのクランクピ
ン１５を利用して駆動ジャッキ連結材１８の当該隅角部
付近に取り付けられ、駆動ジャッキ１９ｂ〜１９ｅのロ
ッド側端部は、他の取り付けピン２１により駆動ジャッ
キ連結材１８の当該隅角部付近に取り付けられている。

【００３９】また、前記５本の駆動ジャッキ１９ａ〜１
９ｅは、図２に示すように、駆動ジャッキ１９ａの中心
線が垂直のｙ軸に重なった位置を基準（０°）とすると
き、駆動ジャッキ１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１９ｅがそ
れぞれ時計回りに７２°，１４４°，２１６°，２８８
°の位置に配置され、しかも駆動ジャッキ連結材１８が
時計回りに１回転する間に、５本の駆動ジャッキ１９ａ
〜１９ｅの上死点，下死点が重ならないように配置され
ている。

【００４０】さらに、この実施例においても、駆動ジャ
ッキ１９ａ〜１９ｅ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１
９ａ〜１９ｅの制御器（これも図示せず）とを配備して
いる。

【００４１】そして、前記センサにより検出した各駆動
ジャッキ１９ａ〜１９ｅ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１９ａ〜１９ｅ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。

【００４２】しかして、図２に示す状態では、駆動ジャ
ッキ１９ａ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１９ｂと１９ｃが引きの状態とすると、駆
動ジャッキ１９ｄと１９ｅが押しの状態になり、駆動ジ
ャッキ連結材１８を介して第２クランク１３ａ〜１３ｅ
を時計方向に回転させる。その回転運動を第１クランク
９ａ〜９ｃを経てカッタ５に伝達し、カッタ５を回転さ
せ、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。

【００４３】図５はこの実施例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。

【００４４】この図５から、５本の駆動ジャッキ１９ａ
〜１９ｅの合成トルク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、この実施例によれ
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。

【００４５】また、この実施例では掘削機中心部付近に
駆動ジャッキ固定部１７を設け、第２クランク１３ａ〜
１３ｃのクランクピン１５に共通に駆動ジャッキ連結材
１８を取り付け、前記駆動ジャッキ固定部１７と駆動ジ
ャッキ連結材１８間に５本の駆動ジャッキ１９ａ〜１９
ｅを接続しており、駆動ジャッキ１９ａ〜１９ｅが駆動
ジャッキ連結材１９の外郭線内に納められているため、
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。

【００４６】さらに、この実施例によれば、駆動ジャッ
キ１９ａ〜１９ｅを同一平面内に配置できるため、掘削
機長を短くすることができる。

【００４７】さらには、この実施例によれば、第２クラ
ンク１３ａ〜１３ｃと駆動ジャッキ連結材１８の取り付
け位置、カッタ回転軸の本数と駆動ジャッキの本数、お
よび駆動ジャッキ連結材１８と駆動ジャッキの取り付け
位置等の設計自由度が大きいため、掘削条件に適応する
掘削機を提供することが可能となる。

【００４８】しかも、この実施例ではカッタ５の重心Ｇ
１と駆動ジャッキ連結材１８の重心Ｇ２とを、掘削機中
心軸の回りにほぼ１８０°相対する位置に配置している
ので、駆動ジャッキ連結材１８がカウンタウエイトとし
て作用するため、カッタトルクの負担が軽減され、カッ
タ５をスムーズに回転させることができる。

【００４９】なお、本発明では第１クランクの個数、カ
ッタ回転軸の本数、第２クランクの個数、駆動ジャッキ
の本数は図面に示す実施例に限らず、複数であればよ
い。

【００５０】また、駆動ジャッキ連結材１８の形状は、
図面に示すものに限らず、円形のリング状のものでもよ
く、リングの一部分を切欠した形状のものでもよい。

【００５１】さらに、駆動ジャッキ連結材１８に対する
駆動ジャッキの取り付け位置は、駆動ジャッキ連結材１
８上であればどこでもよい。

【００５２】この実施例の他の構成，作用については、
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。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、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
角にクランクを設け、掘削機中心部付近に駆動ジャッキ
固定部を設け、前記複数個のクランクのクランクピンに
共通に、リング状または一部に切欠部を有するリング状
の駆動ジャッキ連結材を取り付け、前記駆動ジャッキ固
定部と駆動ジャッキ連結材間に、液圧で作動する複数本
の駆動ジャッキを接続しており、これら複数本の駆動ジ
ャッキが駆動ジャッキ連結材の外郭線内に納められてい
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、駆動ジャッキ連結材に駆動ジャッキを任意の取り付
け角度に接続できる効果があり、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。

【００５４】また、本発明では掘削機中心部付近に設け
られた駆動ジャッキ固定部と、カッタ回転軸の入力側端
部に設けられたクランクのクランクピンに共通に取り付
けられた駆動ジャッキ連結材間に、複数本の駆動ジャッ
キを取り付けているので、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連結材の取り付け位
置、カッタ回転軸の本数や駆動ジャッキの本数、および
駆動ジャッキ連結材と駆動ジャッキの取り付け位置等の
設計自由度が大きいため、掘削条件に適応する掘削機を
提供し得る効果がある。

【００５５】さらに、本発明では複数本の駆動ジャッキ
を駆動ジャッキ連結材が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。

【００５６】しかも、本発明ではカッタの重心と駆動ジ
ャッキ連結材の重心を、掘削機中心軸の回りにほぼ１８
０°相対する位置に配置しているので、駆動ジャッキ連
結材がカウンタウエイトとして作用するため、カッタト
ルクの負担を軽減でき、カッタをより一層スムーズに回
転させ得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例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】従来例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】本発明の実施例におけるトルク線図である。

【図６】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〜９ｃ 第１クランク １２ａ〜１２ｃ カッタ回転軸 １３ａ〜１３ｃ 第２クランク １７ 駆動ジャッキ固定部 １８ 駆動ジャッキ連結材 １９ａ〜１９ｅ 駆動ジャッキ Ｇ１ カッタの重心 Ｇ２ 駆動ジャッキ連結材の重心

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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クランクを設け、
   掘削機中心部付近に駆動ジャッキ固定部を設け、前記ク
   ランクのクランクピンに共通に、リング状または一部に
   切欠部を有するリング状の駆動ジャッキ連結材を取り付
   け、前記駆動ジャッキ固定部と駆動ジャッキ連結材間
   に、液圧で作動する複数本の駆動ジャッキを接続し、前
   記駆動ジャッキにより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こ
   とを特徴とする地中掘削機。
2. 【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クランクを設け、
   掘削機中心部付近に駆動ジャッキ固定部を設け、前記ク
   ランクのクランクピンに共通に、リング状または一部に
   切欠部を有するリング状の駆動ジャッキ連結材を取り付
   け、前記駆動ジャッキ固定部と駆動ジャッキ連結材間
   に、液圧で作動する複数本の駆動ジャッキを接続すると
   ともに、前記複数本の駆動ジャッキを駆動ジャッキ連結
   材が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
   掘削することを特徴とする地中掘削機。
3. 【請求項３】 前記カッタの重心と駆動ジャッキ連結材
   の重心を、掘削機中心軸の回りにほぼ１８０°相対する
   位置に配置したことを特徴とする請求項１または２記載
   の地中掘削機。