JPH06323085A - 矩形泥水シールド掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 断面が正方形の横孔を掘削できる矩形泥水シ
ールド掘削機を提供する。 【構成】 断面が正方形状のスキンプレート１の内側に
固定された支持板３に回転隔壁４を回転自在に支持す
る。この回転隔壁４のスキンプレート１の中心に対して
偏心した位置に回転軸１５を回転自在に嵌合する。この
回転軸１５の先の一端にカッタヘッド２０を固定し、他
端に外歯ギヤ３１を固定して、外歯ギヤ３１は内歯ギヤ
３２に噛合する。上記回転隔壁４が電動機４２により回
転すると、外歯ギヤ３１と共に回転軸１５とカッタヘッ
ド２０とが遊星運動する。このため、カッタヘッド２０
の正三角形を構成する掘削部は、その包絡線が正方形の
軌跡を描いて、断面が正方形の横孔を掘削する。そし
て、掘削された土砂や礫はチャンバー１６内に導かれ、
第１の攪拌羽根７と第２の攪拌羽根２７とによって送泥
管５２から送り込まれた泥水とともに攪拌され、排泥管
から外部に排出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、断面が正方形の横孔
を掘削するための矩形泥水シールド掘削機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、シールド掘削機としては次のよう
なものがある（特開昭６３−２４７４９７号公報)。こ
のシールド掘削機は、円筒形状のスキンプレートの前端
に漏斗形状のフードを固定し、上記スキンプレートにフ
ードの後方に位置するように隔壁を固定して、上記フー
ドの後端と隔壁との間にチャンバーを形成している。こ
の隔壁の中心には回転軸を回転自在に嵌合し、この回転
軸の先端にカッタヘッドを固定している。このカッタヘ
ッドは回転軸の先端に固定したコーンとこのコーンの先
端に固定したカッタアーム等の掘削部とからなってお
り、上記コーンとフードとの間に破砕室を形成してい
る。そして、この破砕室には送泥管により泥水を供給
し、掘削部により地盤を掘削し、掘削された礫を破砕室
で破砕し、破砕された礫，土砂等を破砕室からチャンバ
ーに導き、さらに、チャンバーに連通する排泥管により
外部に排出するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最近、断面
が正方形の管路のための横孔を掘る際には、その管路の
形状に合わせて断面が正方形の横孔を掘削したいという
要請がある。

【０００４】ところが、上記従来のシールド掘削機は円
筒形のスキンプレートに固定した隔壁の中心、つまり円
筒形のスキンプレートの中心に回転軸を配置し、この回
転軸に固定したカッタヘッドの回転によって掘削を行う
ため、掘削された横孔は必然的に円形になり、断面が正
方形の横孔を掘ることができないという問題がある。

【０００５】そこで、この発明の目的は、断面が正方形
の横孔を掘削することができる矩形泥水シールド掘削機
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明の矩形泥水シールド掘削機は、断面
略正方形状のスキンプレートと、上記スキンプレートの
内側に配置され、前方のチャンバーに面するとともに、
上記スキンプレートの中心を回転中心として上記スキン
プレートに回転自在に支持された回転隔壁と、上記チャ
ンバーに面する回転隔壁の壁面に固定された攪拌羽根
と、上記回転隔壁の上記スキンプレートの中心に対して
偏心した位置に回転自在に支持された回転軸と、上記回
転軸の先端に固定され、略正三角形を構成する掘削部を
有するカッタヘッドと、上記回転軸の他端に固定された
外歯ギヤと、中心が上記スキンプレートの中心と一致す
るように上記スキンプレートに固定されるとともに、ピ
ッチ円の直径が上記外歯ギヤのピッチ円の直径の４／３
倍であり、かつ、上記外歯ギヤと噛合する内歯ギヤと、
上記回転隔壁を駆動する駆動装置と、外部から上記チャ
ンバー内に泥水を送り込む送泥管と、上記チャンバー内
の泥水を外部に排出する排泥管とを備えたことを特徴と
する矩形泥水シールド掘削機。

【０００７】また、請求項２の発明の矩形泥水シールド
掘削機は、請求項１の矩形泥水シールド掘削機におい
て、上記回転軸の上記チャンバー内に位置する部分に固
定された攪拌羽根を備えたことを特徴としている。

【０００８】

【作用】上記請求項１の矩形泥水シールド掘削機は、上
記駆動装置を駆動すると、断面が略正方形状のスキンプ
レートに回転自在に支持された回転隔壁が回転する。そ
して、この回転隔壁にその中心に対して、つまりスキン
プレートの中心に対して偏心した位置で支持された回転
軸はスキンプレートの中心の回りを回転する。このた
め、上記回転軸の他端に固定された外歯ギヤが内歯ギヤ
に噛合して公転しながら自転する。したがって、上記回
転軸もスキンプレートの中心の回りを公転しながら自転
する。すなわち、上記回転軸は、自転する回転隔壁を介
してスキンプレートにその中心に対して偏心して支持さ
れた状態で、自転しながら公転する遊星運動を行うので
ある。そして、上記回転軸の先端に固定されたカッタヘ
ッドの略正三角形を構成する掘削部は、地盤の土砂や礫
を掘削する。このとき、上記カッタヘッドの掘削部は、
外歯ギヤのピッチ円の直径と内歯ギヤのピッチ円の直径
とが３対４の比であるから、上記回転軸が遊星運動を行
い、この掘削部の軌跡の包絡線は略正方形となる。ま
た、掘削された地盤の土砂や礫はチャンバー内に入り、
上記回転隔壁のチャンバー側の壁面に固定された攪拌羽
根によって、送泥管から送り込まれた泥水と攪拌され
る。そして、この攪拌された土砂や礫を含む泥水は、排
泥管から外部に排出される。

【０００９】したがって、上記スキンプレートの断面が
略正方形状であることと相俟って、略正方形の横孔を掘
削できる。

【００１０】また、上記回転隔壁は駆動装置により回転
し、これにより回転軸に固定した外歯ギヤは内歯ギヤに
噛合して遊星運動を行う。したがって、この矩形泥水シ
ールド掘削機は、例えばクランク機構を用いるものに比
べて構造を簡単にでき、機長を短くできる。また、この
矩形泥水シールド掘削機の機長が短くなるから、掘削部
の進む角度を従来より大きな角度に変えることができ、
曲線施行がしやすくなる。

【００１１】また、上記回転隔壁の攪拌羽根は、上記カ
ッタヘッドが１回転する間に逆の回転方向に３回転する
から、上記チャンバー内の土砂や礫を効率よく攪拌でき
る。

【００１２】上記回転軸が遊星運動しているため、この
箇所でスキンプレート内をカッタヘッド側と駆動装置側
とに仕切ることは、通常困難と考えられている。しか
し、この発明では、上記回転軸は回転隔壁の偏心した位
置に回転自在に支持され、かつ回転隔壁はスキンプレー
トに回転自在に支持されているから、上記回転軸の遊星
運動を許容しつつ、上記スキンプレート内のカッタヘッ
ド側と駆動装置側とを密に仕切ることができる。

【００１３】また、請求項２の矩形泥水シールド掘削機
によれば、上記請求項１の矩形泥水シールド掘削機にお
いて、回転軸のチャンバー内に位置する部分に固定され
た攪拌羽根を備えたので、この回転軸の攪拌羽根は、上
記回転隔壁の攪拌羽根が３回転する間に逆の回転方向に
１回転するから、チャンバー内に導かれた土砂や礫を効
率よく攪拌する。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の矩形泥水シールド掘削機を
一実施例により詳細に説明する。

【００１５】図１はこの発明の一実施例の矩形泥水シー
ルド掘削機の断面図を示しており、１は断面が略正方形
状のスキンプレート、２は上記スキンプレート１の前端
の内側に固定され、内周が漏斗形状で外周が略正方形の
フード、３は上記スキンプレート１の内側に上記フード
２の後端から所定の間隔をあけて固定されたリング形状
の支持板、４はこの支持板３にベアリング１１を介し
て、上記スキンプレート１の中心を回転中心として回転
自在に支持された回転隔壁である。この回転隔壁４とフ
ード２の後端との間にはチャンバー１６を形成してい
る。そして、上記回転隔壁４のスキンプレート１の中心
に対して偏心した位置に第１円筒部６を固定し、その内
側に回転軸１５を挿通し、図示しないブッシュを介して
回転自在に支持している。上記回転軸１５のフード２側
の一端には、カッタヘッド２０を固定する。一方、上記
回転軸１５の支持板３側の他端には、外歯ギヤ３１を固
定している。この外歯ギヤ３１は、スキンプレート１の
内周に固定された内歯ギヤ３２と歯合し、この外歯ギヤ
３１と内歯ギヤ３２とで偏心リングギヤ装置３０を構成
している。

【００１６】上記回転隔壁４は、円板部４ａと、この円
板部４ａに固定された上述の第１円筒部６と、この円板
部４ａの外周から支持板３側に延びる第２円筒部４ｂ
と、この第２円筒部４ｂの内周に円板部４ａから支持板
３側に伸びる第３円筒部５とを備えている。また、上記
回転隔壁４のチャンバー１６側の円板部４ａの壁面に
は、図４に示すように、回転隔壁４の第１円筒部６の外
周と円板部４ａの外周との間の距離が最も大きい位置に
半径方向に配置した第１の攪拌羽根７を備え、チャンバ
ー１６内において礫や土砂などを泥水と攪拌する働きを
する。上記回転隔壁４は、支持板３に第２円筒部４ｂの
内周に配置されたベアリング１１を介して回転自在に支
持され、このベアリング１１によって、回転隔壁４に作
用するラジアル荷重とスラスト荷重の両方を支持するこ
とができる。また、上記回転隔壁４の外周の第２円筒部
４ｂと、スキンプレート１の内周に固定された外周が略
正方形で内周が円筒形のスペーサ板１２との間はシール
部材１３によりシールしている。一方、上記第３円筒部
５は、上記支持板３の内周を貫通し、上記偏心リングギ
ヤ装置３０側の外周に図５に示す外歯ギヤ５ａを形成し
ている。この外歯ギヤ５ａと互いに歯合する駆動ギヤ４
１を介して駆動装置としての電動機４２により、第３円
筒部５すなわち回転隔壁４を回転するようにしている。

【００１７】上記カッタヘッド２０は、図２および図３
に示すように、上記回転軸１５の先端にキー２８により
固定された円筒部２６と、この円筒部２６に円周方向に
等間隔に固定され、半径方向に延びる３本のカッタアー
ム２１と、このカッタアーム２１のほぼ先端部をつなぐ
小さな曲率のカッタリング２２とから構成されている。
なお、上記カッタアーム２１の回転隔壁４側には、図１
に示すブレード２３が補強のために設けられている。そ
して、上記カッタアーム２１の前面には、一つまたは二
つのカッタ歯２４を半径方向に異なった位置に夫々配置
する一方、カッタリング２３の前面の中央には、一つの
外周ビット２５を夫々配置している。なお、上記各カッ
タアーム２１の頂点Ａは、略正方形のスキンプレート１
のほぼ外側に位置し、このカッタアーム２１の頂点Ａを
夫々結ぶと正三角形が構成されるようにしている。さら
に、上記カッタヘッド２０の円筒部２６のチャンバー１
６に面する外周には、円周方向に等間隔に固定され、半
径方向に伸びる三つの第２の攪拌羽根２７を設けてい
る。つまり、上記回転軸１５に円筒部２６を介して第２
の攪拌羽根２７を設けている。

【００１８】一方、上記偏心リングギヤ装置３０は、図
６に示す内歯ギヤ３２のピッチ円の半径と外歯ギヤ３１
のピッチ円の半径の比は４対３になっている。この内歯
ギヤ３２の中心はスキンプレート１の中心に位置してい
る。例えば、上記内歯ギヤ３２のピッチ円の半径Ｒ1＝
４、外歯ギヤ３１のピッチ円の半径Ｒ2＝３とすると、
上記回転軸１５および外歯ギヤ３１はスキンプレート１
の中心から偏心量ｅ＝１だけ偏心していることになる。
さらに、この偏心量ｅ＝１、半径Ｒ1＝４、半径Ｒ2＝３
のときに、図２に示すように、スキンプレート１の一辺
の長さＳ＝１４とし、カッタアームの頂点Ａを結ぶ正三
角形の一辺の長さＳ＝１４としている。そして、上記電
動機４２が第３円筒部５の外歯ギヤ５ａと駆動ギヤ４１
とを介して回転隔壁４を回転させると、上記偏心リング
ギヤ装置３０の外歯ギヤ３１は内歯ギヤ３２に噛合し、
外歯ギヤ３１は内歯ギヤ３２の内周を自転しながら公転
することができる。

【００１９】なお、図１において、５１はこの矩形泥水
シールド掘削機の掘進方向を修正するための方向修正ジ
ャッキ、５２は上記スペーサ板１２のスキンプレート１
のコーナー部近傍の広い箇所に設けた図４に示す開口部
５３を通して泥水をチャンバー１６に導びく送泥管であ
る。また、上記スペーサ板１２のスキンプレート１のコ
ーナ部近傍の広い箇所に設けた図４に示す開口部５４し
て、チャンバー１６内の土砂を外部に排出するための図
示しない排泥管である。

【００２０】上記構成の矩形泥水シールド掘削機は次の
ように動作する。まず、この矩形泥水シールド掘削機
は、縦穴の底部に設けた図示しないジャッキによって埋
設管を介して前方に推進される。

【００２１】この矩形泥水シールド掘削機を前方に推進
しながら、電動機４２によって第３円筒部５の外歯ギヤ
５ａと駆動ギヤ４１とを介して回転隔壁４を回転させる
と、回転隔壁４に偏心した位置に回転自在に支持された
回転軸１５がスキンプレート１の中心の回りを回る。こ
のため、上記回転軸１５の一端に固定された外歯ギヤ３
１は、内歯ギヤ３２に歯合して自転し、回転隔壁４が３
回転する間に自転を１回行い、自転をしながらその自転
と逆方向の公転を３回行う。この外歯ギヤ３１の遊星運
動によって、上記回転軸１５やカッタヘッド２０も同様
に回転隔壁４が３回転する間に、自転を１回行い、それ
と逆方向の公転を３回して遊星運動を行う。一方、上記
偏心リングギヤ装置３０の内歯ギヤ３２のピッチ円の半
径Ｒ1＝４、外歯ギヤ３１のピッチ円の半径Ｒ2＝３、回
転隔壁４の偏心量ｅ＝１、カッタアーム２１の頂点Ａを
結ぶ正三角形の一辺の長さＳ＝１４、およびスキンプレ
ート１の一辺の長さＳ＝１４であるため、上記カッタヘ
ッド２０のカッタアーム２１の先端Ａの軌跡は、図７に
示すように、スキンプレート１の外形に適合した略正方
形となる。したがって、上記カッタアーム２１等の掘削
部は、スキンプレート１の外形に適合した略正方形の横
孔を掘削する。そして、掘削された土砂や礫は、送泥管
５２の開口部５３より導びかれた泥水の充満するチャン
バー１６内に導びかれる。こうして、チャンバー１６内
に導びかれた礫や土砂は、回転隔壁４の第１の攪拌羽根
７と回転軸１５の第２の攪拌羽根２７とによって攪拌さ
れ、開口部５４から図示しない排泥管を通して外部に排
出される。

【００２２】このように、上記カッタヘッド２０のカッ
タアーム２１の先端は、略正方形の軌跡を描きながら前
方の地盤を掘削するので、スキンプレート１の外形が略
正方形であることと相俟って、略正方形の横孔を掘削す
ることができる。

【００２３】また、上記電動機４２が第３円筒部５の外
歯ギヤ５ａと駆動ギヤ４１とを介して回転隔壁４を回転
させるから、外歯ギヤ３１を遊星運動させるための、例
えばクランク機構のような全長の長い伝達機構が不要で
ある。したがって、この矩形泥水シールド掘削機の構造
を簡単にでき、機長を短くすることできる。また、この
矩形泥水シールド掘削機の機長が短くなることによっ
て、上記方向修正ジャッキ５１による掘削部の進む角度
を大きく変えることができ、横孔の曲線施行がしやすく
なる。

【００２４】また、上記回転隔壁４の第１の攪拌羽根７
はカッタヘッド２０が１回転する間に逆の回転方向に３
回転するとともに、上記回転軸１５の第２の攪拌羽根２
７はこの回転隔壁４の第１の攪拌羽根７と逆の回転方
向、すなわちカッタヘッド２０と同じ回転方向に１回転
するから、チャンバー１６内に導かれた土砂や礫を特に
効率よく攪拌することができる。

【００２５】また、地盤を掘削する際に、遊星運動する
回転軸１５に作用する大きな曲げモーメントは、上記回
転軸１５を偏心した位置で回転自在に支持しながら回転
する回転隔壁４によって支持されるから、この回転軸１
５は曲がることなくスムーズに回転することができる。

【００２６】また、上記回転軸１５は回転隔壁４の偏心
した位置に回転自在に支持され、かつ上記回転隔壁４は
スキンプレート１に回転自在に支持されているから、上
記回転軸１５の遊星運動を許容しつつ、上記スキンプレ
ート１内のチャンバー１６側と偏心リングギヤ装置３０
側とを密に仕切ることができる。したがって、上記チャ
ンバー１６内の泥水と攪拌された礫，土砂が、上記スキ
ンプレート１内の偏心リングギヤ装置３０側に侵入する
のを防止することができる。

【００２７】上記実施例では、上記第３円筒部５の外歯
ギヤ５ａと駆動ギヤ４１とを介して電動機４２により回
転隔壁４を回転させたが、電動機等の駆動装置から回転
隔壁に回転させる力を伝える伝達機構はこれに限らない
のは勿論である。

【００２８】また、上記実施例では、上記回転隔壁４の
偏芯量ｅ＝１、内歯ギヤ３２のピッチ円の半径Ｒ1＝
４、外歯ギヤ３１のピッチ円の半径Ｒ2＝３とし、さら
にカッタアーム２１の頂点Ａを結ぶ正三角形の一辺の長
さＳ＝１４としたが、この一辺の長さＳの長さと偏心量
ｅとの比を変えることによって各一辺が内側あるいは外
側に湾曲した多少変形した略正方形の断面の横孔を掘削
することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１の発
明の矩形泥水シールド掘削機は、断面略正方形のスキン
プレートの内側に回転隔壁を配置し、この回転隔壁をス
キンプレートの中心を回転中心として回転自在に支持
し、この回転隔壁のチャンバー側の壁面に攪拌羽根を設
けるとともに、上記回転隔壁のスキンプレートの中心に
対して偏心した位置に回転軸を回転自在に支持し、上記
回転軸の先端に略正三角形を構成する掘削部を有するカ
ッタヘッドを固定し、上記回転軸の他端に外歯ギヤを固
定し、ピッチ円の直径が外歯ギヤのピッチ円の直径の４
／３倍の内歯ギヤを外歯ギヤと歯合し、この内歯ギヤの
中心がスキンプレートと一致するようにスキンプレート
に固定し、上記回転隔壁を駆動装置により駆動し、上記
回転隔壁の前方に設けられたチャンバー内に送泥管から
泥水を送り込み、上記チャンバー内の泥水を排泥管から
排出するものである。

【００３０】したがって、請求項１の発明の矩形泥水シ
ールド掘削機によれば、駆動装置によって回転隔壁を駆
動すると、この回転隔壁の回転によって外歯ギヤを内歯
ギヤに噛合しながら自転をさせ、それと逆方向の公転を
させて、この外歯ギヤに固定した回転軸およびカッタヘ
ッドを自転させながら公転させる。このため、上記カッ
タヘッドの略正三角形を構成する掘削部が遊星運動し、
この略正三角形の掘削部の軌跡が略正方形となるので、
スキンプレートが略正方形断面を有することと相俟っ
て、略正方形の横孔を掘削することができる。

【００３１】また、上記駆動装置は回転隔壁を回転さ
せ、クランク軸等を用いて外歯ギヤを駆動するような長
い伝達機構が不要であるから、この矩形泥水シールド掘
削機の構造を簡単にでき、機長を短くすることができ
る。また、この矩形泥水シールド掘削機の機長が短くな
ると、掘削部の進む角度をより大きく変えることがで
き、横孔の曲線施行がしやすくなる。

【００３２】また、上記回転隔壁の攪拌羽根は、上記カ
ッタヘッドが１回転する間に逆の回転方向に３回転する
から、上記チャンバー内に導かれた土砂や礫を効率よく
攪拌することができる。

【００３３】また、掘削時に、遊星運動している回転軸
に作用する大きな曲げモーメントは、上記回転隔壁によ
り支持されるから、この回転軸は曲がることなくスムー
ズに回転することができる。

【００３４】また、上記回転軸は回転隔壁の偏心した位
置に回転自在に支持され、かつ上記回転隔壁はスキンプ
レートに回転自在に支持されているから、上記回転軸の
遊星運動を許容しつつ、上記スキンプレート内のカッタ
ヘッド側と駆動装置側とを密に仕切ることができる。

【００３５】また、請求項２の発明の矩形泥水シールド
掘削機は、請求項１の矩形泥水シールド掘削機におい
て、上記回転軸のチャンバー内の部分に固定された攪拌
羽根を備えたものである。

【００３６】したがって、請求項２の発明の矩形泥水シ
ールド掘削機によれば、この回転軸の攪拌羽根は、上記
回転隔壁の攪拌羽根が３回転する間に逆の回転方向に４
回転するから、チャンバー内に導かれた土砂や礫を特に
効率よく攪拌することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１はこの発明の一実施例の矩形泥水シール
ド掘削機の断面図である。

【図２】 図２は図１のII−II線から見た図である。

【図３】 図３は図１のIII−III線から見た図である。

【図４】 図４は図１のIV−IV線から見た図である。

【図５】 図５は図１のV−V線から見た図である。

【図６】 図６は図１のVI−VI線から見た図である。

【図７】 図７は正三角形を構成する掘削部が遊星運動
を行うことによって、正方形の横孔を掘削することを示
す説明図である。

【符号の説明】

１…スキンプレート、２…フード、３…支持板、４…回
転隔壁、４ａ…円板部、４ｂ…第２円筒部、５…第３円
筒部、６…第１円筒部、７…第１の攪拌羽根、１１…ベ
アリング、１２…スペーサ板、１３…シール部材、１５
…回転軸、１６…チャンバー、２０…カッタヘッド、２
１…カッタアーム、２７…第２の攪拌羽根、３０…偏心
リングギヤ装置、３１…外歯ギヤ、３２…内歯ギヤ、４
１…駆動ギヤ、４２…電動機、５１…方向修正ジャッ
キ、５２…送泥管。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 断面略正方形状のスキンプレートと、 上記スキンプレートの内側に配置され、前方のチャンバ
   ーに面するとともに、上記スキンプレートの中心を回転
   中心として上記スキンプレートに回転自在に支持された
   回転隔壁と、 上記チャンバーに面する回転隔壁の壁面に固定された攪
   拌羽根と、 上記回転隔壁の上記スキンプレートの中心に対して偏心
   した位置に回転自在に支持された回転軸と、 上記回転軸の先端に固定され、略正三角形を構成する掘
   削部を有するカッタヘッドと、 上記回転軸の他端に固定された外歯ギヤと、 中心が上記スキンプレートの中心と一致するように上記
   スキンプレートに固定されるとともに、ピッチ円の直径
   が上記外歯ギヤのピッチ円の直径の４／３倍であり、か
   つ、上記外歯ギヤと噛合する内歯ギヤと、 上記回転隔壁を駆動する駆動装置と、 外部から上記チャンバー内に泥水を送り込む送泥管と、 上記チャンバー内の泥水を外部に排出する排泥管とを備
   えたことを特徴とする矩形泥水シールド掘削機。
2. 【請求項２】 上記回転軸の上記チャンバー内に位置す
   る部分に固定された攪拌羽根を備えたことを特徴とする
   請求項１に記載の矩形泥水シールド掘削機。