JPH0781510B2 - 自由断面シールド機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、円形に限らず、所望の断面形状のトンネルを
連続して掘削することができる自由断面シールド機に関
するものである。

〔従来の技術〕

従来、上記のようなシールド機として種々のものが提案
され、実施されている。一般には、シールド機本体の前
面に配置したカッタを、このシールド機の中心軸回りに
回転させることにより、シールド機の推進方向前面を掘
削し、この掘削した分だけシールド機を推進させてセグ
メントリングを継足すことにより掘り進むといったもの
が用いられている。

また、特開昭59−102090号公報には、上記シールド機に
よって掘削したトンネル内の一部区間に退避部や駅部な
どの拡径部を形成するための拡大シールド工法が開示さ
れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のシールド工法やシールド機は、前面カッタの回転
により掘削するものであるため、掘削断面形状は円形に
限られ、それ以外の異形断面形状のトンネルを掘削する
ことは困難である。これに対し、下水道、電力線、地下
鉄のトンネル等、実際に必要とされる横断面形状は円形
以外のものが大半であるため、従来は、このような異形
断面形状を包含する大きな円形断面の掘削を行わねばな
らず、余分な掘削作業と、その掘削ずりの処理作業とが
必要とされている。このような余分な作業は、地下鉄の
トンネルのように大口径断面となる程、トンネル築造コ
ストに与える影響が大きく、シールド工法適用に際して
の制約ともなっている。

この問題に対し、上述の公報に示される発明は、一旦ト
ンネルを通常径で掘削してセグメントリングを組立てた
後、対象部分のセグメントリングを取外して半径方向に
特殊掘削作業を行うことにより上記拡径部などを部分的
に形成するものであり、円形以外の所望形状の断面を連
続して掘削するものではない。

本発明は、このような事情に鑑み、円形に限らず所望の
断面形状のトンネルを連続して掘削することができるシ
ールド機を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、シールド機本体と、このシールド機本体にそ
の推進方向に延びる軸回りに回転可能に支持され、前面
にセンターカッタを有する回転体と、この回転体を駆動
する回転体駆動手段と、この回転体にその回転軸から外
れた位置に回動可能に支持された複数の回動部材と、こ
の回動部材を駆動する回動部材駆動手段と、この回動部
材においてその回動中心軸から外れた位置に回転可能に
支持された遊星カッタと、遊星カッタ駆動手段と、この
遊星カッタ駆動手段の駆動力を各遊星カッタの回転軸に
伝達する駆動伝達機構と、各遊星カッタが所望の掘削形
状に応じた軌跡を描きながら公転するように回動部材の
駆動を制御する駆動制御系とを備えたものである。

〔作用〕

上記構成によれば、回転体駆動手段により回転体および
センターカッタが回転駆動されることによって、掘削前
面である切羽の中央部分が掘削される。さらに、このセ
ンターカッタおよび回転体の回転中、この回転体に回動
可能に支持された遊星カッタが駆動制御系の制御の下で
特有の軌跡を描きながら公転し、かつ遊星カッタ駆動手
段から駆動伝達機構を介して伝達された駆動力で自転す
ることにより、上記切羽の外周部が掘削され、全体とし
て所望の断面形状の掘削が行われる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１実施例（第１図〜第７図） ここに示されるシールド機は、角筒形状のスキンプレー
ト（シールド機本体）１を備え、このスキンプレート１
の先端部にカッティングホイール（回転体）２を内蔵し
ている。

このカッティングホイール２は前面板３および後面板10
を有し、上記スキンプレート１の中心軸（推進方向に延
びる軸）Ｇを中心に回転可能に構成されている。上記前
面板３には、複数のスリット3aが放射状に形成されると
ともに、この前面板３の中心部分にはセンタービット４
が設けられ、上記スリット3aの周縁部分には多数のカッ
タビット５が配設されており、両ビット4,5によりセン
ターカッタ６が構成されている。また、このカッティン
グホイール２の周縁部前方の複数箇所には、カッタビッ
ト7a,7bをもつ遊星カッタ７が配設されている。

第２図に示されるように、カッティングホイール２の後
部外周面は、スキンプレート１側のブラケット8aに固定
された旋回軸受９の内輪に接合されており、カッティン
グホイール２の後面板10には後方に延びるリング11が固
定されている。これに対し、スキンプレート１の中央部
分には中空状の固定リング15が設置されており、この固
定リング15の外側にシール16を挟んで上記リング11が回
転可能に嵌められている。

このリング11の後端部にはカッティングホイール駆動用
歯車12が固定され、リング11の外周面には幅広の遊星カ
ッタ駆動用歯車13が軸受14を介して回転可能に支承され
ている。リング11の後方では、スキンプレート１に設け
られたブラケット8cに減速機付モータ（回転体駆動手
段）35が固定されており、この減速機付モータ35の駆動
軸に設けられたピニオン18bが上記カッティングホイー
ル駆動用歯車12に噛合されている。また、この減速機付
モータ35に加え、同モータ35と位置をずらして減速機付
モータ45が取付座45aを介して上記ブラケット8cに固定
され、この減速機付モータ45の駆動軸に設けられたピニ
オン18dが上記遊星カッタ駆動用歯車13の後半部に噛合
されている。

なお、第２図中16aはシールであり、チャンバ2a内の土
砂が後方に流入するのを防いでいる。このシール16aを
設ける座にあたるスキンプレート１の一部の内周は円状
に形成されている。

次に、上記遊星カッタ７を支持する回動部材の構造、並
びに遊星カッタ７を駆動するための駆動伝達機構Ｃを第
３図に基づいて説明する。

カッティングホイール２の後面板10には、この後面板10
を前後方向に貫通する状態でトーションバー23が取付け
られ、このトーションバー23の前部および後部にレバー
24および制御レバー29が一体に固定されており、これら
によって、トーションバー23を中心に回動可能な回動部
材が構成されている。

具体的には、後面板10に設けられた貫通孔にハウジング
25aが嵌められ、このハウジング25a内に設けられた軸受
26aによってトーションバー23が回転可能に支持されて
いる。このトーションバー23は略筒状に形成され、その
内部には前記方向に延びる駆動軸19が回転可能に収納さ
れている。この駆動軸19の後端部はトーションバー23の
外部に突出しており、この突出部分にスプライン20aに
よって遊星カッタ駆動用ピニオン18aが結合され、この
遊星カッタ駆動用ピニオン18aが上記遊星カッタ駆動用
歯車13の前半部に噛合されている。

レバー24は、レバー本体24aおよびレバー蓋24bに分解可
能に構成されており、レバー蓋24bにおいて上記駆動軸1
9の軸心線上に位置する部分には軸状突出部24cが形成さ
れている。これに対し、前面板３の後面には軸受26bを
内蔵するハウジング25bが固定されており、上記軸受26b
によって軸状突出部24cが回転可能に支持されている。

このレバー24内には、第３図の上から順に、遊星カッタ
回転軸22の後端部、中間軸19b、および駆動軸19の前端
部が回転可能に支持されている。各軸にはそれぞれ歯車
21a,21b,21cが固定され、歯車21aと歯車21b、および歯
車21bと歯車21cが各々噛合されており、遊星カッタ７は
上記遊星カッタ回転軸22の前端部にスプライン20bを介
して結合されている。また、この遊星カッタ７の回動軌
跡に応じてカッティングホイール２に切欠2b（第１図）
が形成されており、これによって両者の干渉が防止され
ている。

この構造において、上記遊星カッタ駆動用ピニオン18a
および駆動軸19が回転すると、その回転が歯車列21a〜2
1cを介して遊星カッタ回転軸22に伝達され、遊星カッタ
７が自転することとなる。

制御レバー29は、上記トーションバー23の後端部にスプ
ライン20cを介して結合されている。これに対し、第４
図に示されるように、前記リング11の外周には複数のブ
ラケット8eが配設され、各ブラケット8eにピン27bを中
心として揺動可能に伸縮部材（回動部材駆動手段）33が
取付けられており、この伸縮部材33の可動端に、上記制
御レバー29がピン27cを介して回転可能に連結されてい
る。従って、この伸縮部材33の伸縮に伴い、上記制御レ
バー29等からなる回動部材が一体に回動するようになっ
ている。

さらに、このシールド機の内部には、第５図に示される
ような駆動制御系が設けられている。

図において、カッティングホイール回転位置検出器90
は、カッティングホイール２の基準回転位置を適当な位
置（例えば第１図の位置）に定め、この基準回転位置に
対するカッティングホイール２の回転変位量（例えば角
度）を検出するものである。

伸縮部材伸縮量検出器94は、伸縮部材33の基準長さを適
当な値に定め、この長さに対する実際の伸縮部材33の伸
縮量を検出するものであり、ポテンショメータ等で構成
されている。なお、上記基準長さとしては、例えば制御
レバー29が第１図の位置にあるときの伸縮部材33の長さ
を設定すればよい。

演算装置91は、所定の掘削断面を得ることを目的とした
場合に上記カッティングホイール２の回転変位量に対し
て必要な伸縮部材33の伸縮量を演算するプログラムが組
込まれたものであり、上記カッティングホイール回転位
置検出器90から入力されたカッティングホイール２の回
転変位量に対して必要な伸縮部材33の伸縮量を瞬時に演
算する。その演算内容については後に詳細に記す。

比較器92は、演算装置91および伸縮部材伸縮量検出器94
から各々入力された変位量同士を比較し、両者が等しく
なるように伸縮部材制御器93に伸長あるいは収縮の指令
を与え、両者の差がなくなった時点で停止の指令を与え
るものである。

伸縮部材制御器93は、伸縮部材33の実際の伸縮量を制御
するものである。例えば伸縮部材33に油圧シリンダを使
用した場合には、この油圧シリンダへの供給油を制御す
るサーボ弁、並びにこのサーボ弁の制御機器一式が上記
伸縮部材制御器93に該当する。

なお、第２図において、66はチャンバ2a内の掘削土砂を
後方に搬出するスクリューコンベア、37はシールド機で
掘削したトンネル内壁にセグメント36を敷設するエレク
タ、38はセグメント36から反力をとってシールド機を推
進させるシールドジャッキ、39はセグメント36の外周部
からシールド機内へ土砂や水等が流入することを防ぐテ
ールシールである。

次に、このシールド機の作用を説明する。

スキンプレート１内の減速機付モータ35を駆動すること
により、その駆動軸に固定されたピニオン18bに噛合さ
れているカッティングホイール駆動用歯車12が回転し、
これと一体にリング11およびカッティングホイール２も
回転する。このカッティングホイール２の回転に伴っ
て、遊星カッタ７およびその駆動装置全体も中心軸Ｇ回
りに一体に公転する。

また、これと並行して減速機付モータ45を駆動すること
により、その回転力が遊星カッタ駆動用歯車13を介して
遊星カッタ駆動用ピニオン18aに伝達され、さらに上記
第３図で説明した機構により各遊星カッタ回転軸22に伝
達されるため、各遊星カッタ７がカッティングホイール
２の回転とは独立した回転数で回転駆動されることにな
る。

一方、駆動制御系では、まず演算装置91により、カッテ
ィングホイール２の回転位置に対し、所望の断面形状を
得るために必要な伸縮部材33の伸縮量が演算され、この
伸縮量と実際の伸縮量との比較から、伸縮部材33の伸縮
駆動、すなわち制御レバー29等からなる回動部材の回動
駆動が制御される。

その制御内容を具体的に説明すると、例えば遊星カッタ
７がスキンプレート１のコーナー部に対応する位置にあ
るときは、伸縮部材33を伸長させることによって、中心
軸Ｇから遊星カッタ７までの距離（すなわち公転半径）
を延ばし、これによって遊星カッタ７による掘削領域を
コーナー部まで広げる。逆に、遊星カッタ７が角型スキ
ンプレート１の各辺の中点に対応する位置にあるとき
は、伸縮部材33を収縮させ、中心軸Ｇから遊星カッタ７
までの距離を縮める。このような制御により、遊星カッ
タ７は所望の掘削形状（ここでは略四角形状）に応じた
軌跡を描いて公転する。

このとき、駆動軸19に対する制御レバー29の取付角α₁
（第４図）と、駆動軸19に対するレバー24の取付角α₂
（第１図）とを同一に設定しておけば、遊星カッタ７の
描く軌跡は伸縮部材33の先端（可動端）が描く軌跡と完
全に相似することになる。

従って、上記減速機付モータ35,45によってカッティン
グホイール２および遊星カッタ７を回転駆動しながら、
シールド機ジャッキ38の作動力でシールド機全体を推進
させることにより、中央で回転するセンタービット４お
よびカッタビット５によって中央円形部分を掘削すると
ともに、その周囲を特有の軌跡を描きながら公転し、か
つ自転する遊星カッタ７のカッタビット7a,7bによって
外周部分を掘削することができ、全体として所望の断面
形状を有するトンネルを掘削することができる。

このようにして掘削された土砂は、前面板３に形成され
たスリット3a、およびカッティングホイール２の切欠2b
を通ってチャンバ2a内に取込まれ、順次スクリューコン
ベア66によって後方に搬出された後、第２図に一点鎖線
で示されるベルトコンベア40等で最終的に地上へ搬出さ
れる。

この際、掘削土砂をチャンバ2a内に充満させ、チャンバ
2a内の圧力を一定範囲に保持するようにスクリューコン
ベア66で引出す土砂の量を調節すれば、チャンバ2a内お
よびその前方にある土砂は、スクリューコンベア66の作
動により生ずる圧力差によってその先端取込み口に円滑
に流れることになる。

このようなシールド機によれば、カッティングホイール
２に固定されたセンターカッタ６と、その周囲に支持さ
れた遊星カッタ７により、所望の断面形状をもつトンネ
ルを連続して容易に掘削することができる。

しかも、このシールド機では、減速機付モータ35でカッ
ティングホイール２を駆動し、これとは別の減速機付モ
ータ45で各遊星カッタ７を回転駆動するようにしている
ので、カッティングホイール２の回転数および遊星カッ
タ７の回転数を別個独立に設定することができる。従っ
て、カッティングホイール２の回転数に拘らず、遊星カ
ッタ７の回転数を土質等に応じて所望の値に設定するこ
とができる。また、第７図に示されるように、上記遊星
カッタ駆動用歯車13として前歯車13aおよび後歯車13bか
らなる二重構造の歯車を用い、前歯車13aに遊星カッタ
駆動用ピニオン18aを噛合し、後歯車13bにピニオン18d
を噛合するようにすれば、両歯車13a,13bの歯車比を変
えることにより、遊星カッタ７の駆動減速比を適宜設定
することができる。

また、このシールド機では遊星カッタ７を正逆いずれの
方向にも駆動することができるため、駆動伝達機構Ｃや
レバー24等の設計の際に遊星カッタ７の回転方向にとら
われる必要がなく、その作業が容易となる。さらに、遊
星カッタ７の回転方向を変えることにより、この遊星カ
ッタ７の外周部とスキンプレート１との間に噛み込んだ
石を取除いたり、掘削途中でローリングの修正を行った
りすることも可能となる。

また、この実施例に示されるように、シールド機本体の
中央部に中空状の固定リング15を設け、この固定リング
15の外周部に伸縮部材33等を設けることにより、この固
定リング15の内部空間を利用してスクリューコンベア66
を好適な傾斜角度で設定することが可能になる。

さらに、このシールド機では、駆動制御系によって回動
部材の回動駆動を制御することにより、遊星カッタ７が
所望の公転軌跡を描くようにしているので、演算装置91
に組込まれるプログラムを適宜変換するだけの操作で、
種々の掘削断面形状を容易に得ることができる。

また、このような機能を利用していわゆるオーバーカッ
トを行うことにより、さらに優れた効果を得ることがで
きる。このオーバーカットを第６図に基づいて説明す
る。

図において、スキンプレート１の外周1aの外側にハッチ
ングで示された領域J,K,L,Mがオーバーカットゾーンで
ある。通常の掘削は、演算装置91に組込まれたプログラ
ムによって遊星カッタ７がスキンプレート１の外周形状
に沿って移動するように制御されるが、ここでは、演算
装置91に、上記移動を実現するためのプログラムの他、
スキンプレート１の外周形状に領域Ｊを加えた外周形状
96aに沿って遊星カッタ７を移動させるプログラム、ま
た、領域Ｋを加えた外周形状96b、領域Ｌを加えた外周
形状96c、領域Ｍを加えた外周形状96dに沿ってそれぞれ
遊星カッタ７を移動させるプログラムを組込むようにす
る。これと同時に、上記５種類のプログラムを任意に選
択するための選択回路を演算装置91に付加し、必要に応
じて５種類の掘削断面のうちの１つを任意に選択できる
ようにする。このような構成にすることにより、次に説
明するようなオーバーカットによる効果を得ることがで
きる。

例えば、通常の掘削断面プログラムを選択して掘進して
いる途中で、このプログラムを外周形状96aに一致する
掘削断面プログラムに切換えると、スキンプレート１の
上辺から上方にはみ出した部分の土砂も掘削される（オ
ーバーカット）。この状態で掘削を進めると、スキンプ
レート１上方の領域Ｊに相当する断面空間が形成され、
この部分でのスキンプレート１と土砂との摩擦抵抗が減
少する。一方、スキンプレート１の下部は依然土砂と接
しているため、スキンプレート１の上部の摩擦抵抗とス
キンプレート１の下部の摩擦抵抗との差は次第に大きく
なる。その結果、シールド機は摩擦抵抗の小さい上側に
逃げようとし、シールド機の推進方向は次第に上を向
く。

このように、シールド機はオーバーカットした方向に向
きを変えようとするので、第６図の外周形状96a〜96dに
一致する掘削断面プログラムを適宜選択することによ
り、シールド機の進行方向を上下左右に容易に変更する
ことができ、急カーブの掘進が可能になる。また、４つ
のコーナー部をそれぞれオーバーカットできるプログラ
ムを組込んでおけば、ローリングに対する姿勢立直し制
御も容易に行うことができる。

第２実施例（第８図〜第12図） ここでは、前記第１実施例における遊星カッタ７がカッ
ティングホイール２の後方に配置されている。

具体的には、カッティングホイール２がスポーク状の前
面板３と後面板10とに２分され、前面板３側に補強用の
外周リング3cが、後面板10側に箱型断面リング10aが各
々設けられており、両リング3c,10a同士がトルクアーム
3bによって連結されている。また、前記第１実施例にお
けるハウジング25bが前方に延長されるとともに、レバ
ー蓋24bにおいて遊星カッタ回転軸22を支持する部分の
突出量が減縮されている。

このような構造によれば、まず、前面板３に設けられた
センタービット４およびカッタビット５が土砂を掘削
し、次に、その周囲の部分を遊星カッタ７が掘削するた
め、遊星カッタ７が掘削する領域は第11図の斜線領域と
なる。

これに対し、前記第１実施例のシールド機によれば遊星
カッタ７が面板３の前方に配置されており、まず遊星カ
ッタ７が土砂を掘削し、その残りの部分を前面板３のセ
ンタービット４およびカッタビット５が掘削するため、
遊星カッタ７による掘削領域は第12図の斜線領域とな
る。

従って、この第２実施例の構造によれば、第１実施例の
構造に比べて遊星カッタ７による掘削領域が大幅に減少
し、これに伴い次のような効果が得られる。

（１）一般に、遊星カッタ７におけるカッタビット7bの
先端部の回転半径、すなわち遊星カッタ７の外周半径D₁
は、カッティングホイール２のカッタ径D₂よりも小さく
設定される。従って、前記第１実施例のように遊星カッ
タ７の負担が大きい（第12図では両カッタの仕事量の比
は約1:1となる。）と、遊星カッタ７のカッタビット7a,
7bがセンターカッタ６よりも先行して損耗することにな
る。これに対し、この実施例のように遊星カッタ７を後
方に配置すれば、その掘削面積が低減するとともに、カ
ッティングホイール２のカッタによる掘削で土砂が弛む
ため、遊星カッタ７の負担が軽減され、両カッタの損耗
度が平均化されて、シールド機全体の寿命が延びる。

（２）カッティングホイール２の駆動に比べ、遊星カッ
タ７の駆動には複雑な機構を要するため、遊星カッタ７
の負担を軽減することにより、その駆動機構をより簡略
化してコストの低減およびシールド機の小型化を図るこ
とができる。特に、チャンバ2a内のレバー24を薄肉にす
ることにより、チャンバ2a内の土砂の流動性が高まると
ともに、遊星カッタ７で掘削された土砂がチャンバ2a内
に取込まれ易くなる。

（３）スキンプレート１内から見て遊星カッタ７がカッ
ティングホイール２よりも手前側に位置することになる
ので、掘削途中で遊星カッタ７のカッタビット7a,7bが
折損した場合等、遊星カッタ７に異常が生じたときにそ
の補修を容易に行うことができる。

第３実施例（第13図） 上記のようなシールド機において、切羽を安定させ、か
つスクリューコンベア66の土砂取込み口にチャンバ2a内
の土砂を円滑に流入させるためには、シールド機内から
切羽面およびチャンバ2a内に向けて泥水を注入する工法
がよく用いられる。この場合には、高濃度泥水がチャン
バ2aの下部に溜まるのを防ぐ手段が必要になる。そこ
で、この実施例では、前記減速機付モータの駆動力を利
用してチャンバ2a内で攪拌翼を回すようにしている。

具体的に、第13図において、カッティングホイール２の
後面板10および箱形断面リング10aにより筒状のハウジ
ング62が支持されており、このハウジング62内に前後一
対の軸受63が設けられ、これらの軸受63によって攪拌軸
61が回転可能に支持されている。

この攪拌軸61は、前端部、すなわちチャンバ2a内に臨む
端部に放射状に延びる攪拌翼64を有し、後端部に攪拌駆
動ピニオン61aを有しており、この攪拌駆動ピニオン61a
が遊星カッタ駆動用歯車13に噛合されている。

このような構造によれば、前記減速機付モータ35の作動
により、カッティングホイール２および遊星カッタ７に
加えて攪拌軸61が公転しながら攪拌翼64が回転する。こ
れによって、チャンバ2aの下部に高濃度泥水が溜まるの
が防止されるとともに、チャンバ2a内の土砂の凝固も防
止される。しかも、新たに駆動源を設ける必要がなく、
低コストおよび簡単な構造で上記効果が得られる。ま
た、複数の攪拌装置を円周上の要所に配置することも容
易である。

さらに、第14図に示されるように、攪拌軸61の前端部を
カッティングホイール２側に設けた軸受65で支持するよ
うにすれば、攪拌翼64を挟んで攪拌軸61を両端で支持す
ることができるため、攪拌軸が曲がりにくくなり、強度
的に有利な構造となる。

なお、攪拌翼の形状、大きさ、枚数等は土質に応じて適
宜設定すればよく、例えば翼を丸棒にし、その個数を増
やすようにしても同様の効果が得られる。また、攪拌翼
の位置についても、他の部材と干渉しない範囲で自由に
配置すればよい。

第４実施例（第15図） ここでは、カッティングホイール２の周縁部の所定箇所
に内側に膨出する膨出部2dを設け、この膨出部2dに円盤
状の小回転体（回動部材）70を軸受71を介して回転可能
に取付け、その偏心位置に遊星カッタ回転軸22を回転可
能に取付けている。なお、この遊星カッタ７の駆動構造
および公転軌跡の規制構造は前記実施例と同様である。

このような構造においても、カッティングホイール２の
回転中に小回転体70が適宜回転することにより、遊星カ
ッタ７は所望の掘削形状に応じた軌跡を描いて公転す
る。

ただし、前記各実施例に示されるように回動部材をレバ
ー形状にすれば、遊星カッタ回転軸22をカッティングホ
イール２の周縁よりも外側まで張り出すことができるた
め、遊星カッタ７の直径をより小さくするとともに、内
部空間であるチャンバ2aを大きく確保することができる
利点がある。

第５実施例（第16図〜第18図） この実施例では、カッティングホイール２に単一のハウ
ジング54を連結部材53を介して一体に連結し、このハウ
ジング54に回動部材であるレバー24を回動可能に取付け
るとともに、上記カッティングホイール２および遊星カ
ッタ７の回転駆動機構とレバー24の回動駆動機構とを、
このレバー24および上記ハウジング54内に全て収納する
ことを特徴としている。

具体的に、上記ハウジング54は、軸受９を介してスキン
プレート１側のブラケット8aに回転可能に支持され、そ
の後端部にカッティングホイール駆動用歯車12が固定さ
れており、このカッティングホイール駆動用歯車12が、
減速機付モータ35の駆動軸に設けられたピニオン18bに
噛合されている。

また、ハウジング54の後端部中央に減速機付モータ45が
固定され、この減速機付モータ45の出力軸と結合された
前後方向に延びる軸50aがハウジング54内に回転可能に
支持されている。そして、この軸50aの前端部に遊星カ
ッタ駆動用歯車13が固定されている。

一方、ハウジング54の後端部には、各レバー24を回動駆
動するための減速機付モータ55が固定され、この減速機
付モータ55の出力軸に結合された軸50bがハウジング54
内に回転可能に支持されており、この軸50bが歯車52a,5
2b,52cからなる歯車列を介してレバー24の回動軸である
トーションバー23に連結されている。上記減速機付モー
タ55は、前記実施例の伸縮部材33と同様に、遊星カッタ
７が所望の形状に応じた軌跡を描いて公転するように駆
動制御系によって駆動制御される。具体的には、上記第
５図に示される駆動制御系において、伸縮部材制御器93
がモータ制御器に置換えられ、伸縮部材伸縮量検出器94
がモータ回転数検出器に置換えられたものが用いられ
る。

一方、レバー24内には上記第３図に示されるものと同様
の歯車21a〜21cからなる歯車列が収納され、歯車21aに
駆動軸19が連結されており、この駆動軸19に固定された
遊星カッタ駆動用ピニオン18aが上記遊星カッタ駆動用
歯車13に噛合されている。また、駆動軸19は上記トーシ
ョンバー23と一直線上に並べられている。

この構造において、減速機付モータ35が作動することに
より、その駆動力がピニオン18bおよびカッティングホ
イール駆動用歯車12を介してハウジング54に伝達され、
このハウジング54と一体にカッティングホイール２が回
転駆動される。また、減速機付モータ45の作動により、
その駆動力が軸50a、遊星カッタ駆動用歯車13、遊星カ
ッタ駆動用ピニオン18a、およびレバー24内の駆動伝達
機構を介して遊星カッタ７に伝達され、これによって遊
星カッタ７が所望の回転数で駆動される。

さらに、減速機付モータ55の作動により、その駆動力が
軸50b、歯車52a〜52cを介してトーションバー23に伝達
されることにより、このトーションバー23を中心として
レバー24が回動する。この減速機付モータ55の駆動は、
上述のような駆動制御系により制御されているため、遊
星カッタ７は所望の掘削形状に応じた軌跡を描いて公転
する。

このような構造によれば、全ての回転駆動機構が単一の
ユニットとして構成されているので、上記機構の組立、
分解が容易となり、また、寿命に達した後はユニット全
体を交換することにより、交換作業時間の大幅な短縮を
図ることができる。さらに、スクリューコンベア66の取
込み口66aをチャンバ2aの下部に配置できるため、チャ
ンバ2a内の下部に溜った土砂の取込みがより容易とな
る。

なお、第17図に示されるようにスクリューコンベア66の
取込み口66aをチャンバ2aの下部中央に配置した場合に
は、チャンバ2aの隅Ｇに溜った土砂が取込み口66aに向
かって流動しにくく、土砂の流れを良くする加泥材を注
入する等の方策をとらないと上記隅Ｇに土砂が溜まり易
くなるが、第18図に示されるように複数のスクリューコ
ンベア66を左右方向に並設すれば、隅Ｇの土砂も容易に
取込むことが可能となる。

なお、本発明は以上説明した実施例に限定されず、例と
して次のような態様をとることもできる。

（１）本発明における駆動伝達機構は、前記各実施例に
示されるものに限らず、例えば第3,10図に示される軸状
突出部24cを設ける代わりに、第19図に示されるように
レバー蓋24bから駆動軸19の端部を突出させ、この突出
端部を軸受26bで支持するようにしてもよい。また、歯
車列21a〜21cの代わりに第20図に示されるようなスプロ
ケット30aを各軸22,19に固定し、両者をチェーン31で連
結するようにしても、上記と同様の効果を得ることがで
きる。

（２）駆動制御系の制御により決定される掘削形状は、
上記実施例のような角形に限らず、円形、卵形、馬蹄形
等、所望の掘削形状に合せて適宜設定すればよい。

第21図は、スキンプレート１の外周1a、カッティングホ
イール２の回転により得られる掘削断面形状である小円
100（一点鎖線）、上記小円100の中心から遊星カッタの
中心を最も遠ざけた状態でカッティングホイール２を回
転させたときに得られる掘削断面形状である大円101
（一点鎖線）を示したものであるが、この装置では、上
記小円100と大円101に囲まれる範囲内で自由に遊星カッ
タの公転軌跡を設定することができる。いずれの場合
も、演算装置91の掘削断面プログラムを交換し、かつ上
記形状に応じた断面形状をもつスキンプレートを用いる
ことにより、良好な掘削を行うことができる。例えば同
図は、各筒形状のスキンプレート１の外周1aを示したも
のであるが、この図から明らかなように、上記スキンプ
レート１の外周形状は上述の範囲内に収められている。

同様にして、第22,23図は、上述の範囲内に馬蹄形およ
び小判形の外周形状を収めた例を示している。これらの
場合も、上記馬蹄形や小判形の外周形状をもつスキンプ
レートを用いるとともに、遊星カッタの公転軌跡がこれ
らの形に合致するようなプログラムを演算装置に組込め
ばよい。

すなわち、このシールド機によれば、演算装置のプログ
ラムを変更し、かつスキンプレートの形状を上記演算装
置のプログラムに対応する形状に変更するだけで、単一
のシールド機により種々の掘削断面を容易に得ることが
できる。

（３）前記各実施例では、回動部材を駆動する手段とし
て伸縮部材33や減速機付モータ55を用いているが、その
駆動手段は問わず、周知のものを用いればよい。

（４）前記各実施例ではカッティングホイール２をスキ
ンプレート１の内側面で支持するようにしているが、例
えば第２図に示される固定リング15の外周に軸受を固定
し、この軸受によってカッティングホイール２を支承す
るようにしてもよい。

（５）本発明では、遊星カッタの個数および配設位置は
問わず、土質に応じて適当な場所に配置すればよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、センターカッタを有する回転体
を回転させるとともに、この回転体に回動部材を介して
遊星カッタを支持し、この遊星カッタが所望の掘削形状
に対応する軌跡を描くように上記回動部材の回動を制御
するものであるので、上記センターカッタによって切羽
の中央円形部分を掘削するとともに、その外周部を特有
の軌跡を描く遊星カッタによって掘削することにより、
全体として所望の断面形状を有するトンネルを自由に掘
削することができる。しかも、上記回動部材の駆動制御
内容を変えるだけで、上記遊星カッタによる掘削形状を
容易に変更することができる効果がある。

また、上記回転体の駆動手段および遊星カッタの駆動手
段を各々別個に設けているので、センターカッタおよび
遊星カッタの回転方向および回転数を各々独立して設定
することができ、掘削に適した回転数を自由に選択する
ことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例におけるシールド機の正面
図、第２図は第１図のII−II線断面図、第３図は上記シ
ールド機における遊星カッタの駆動構造を示す断面図、
第４図は第２図のIV−IV線断面図、第５図は上記シール
ド機に設けられた駆動制御系を示すブロック図、第６図
は同シールド機によるオーバーカットの領域を示す正面
図、第７図は遊星カッタの駆動構造の他の例を示す第２
図相当の断面図、第８図は第２実施例におけるシールド
機の正面図、第９図は第８図のIX−IX線断面図、第10図
は上記シールド機における遊星カッタの駆動構造を示す
断面図、第11図は第２実施例におけるシールド機の遊星
カッタにより掘削される領域を示す説明図、第12図は第
１実施例におけるシールド機の遊星カッタにより掘削さ
れる領域を示す説明図、第13図は第３実施例におけるシ
ールド機の要部を示す前記第９図相当の断面図、第14図
は同実施例の変形例を示す第９図相当の断面図、第15図
は第４実施例におけるシールド機の要部を示す断面正面
図、第16図は第５実施例におけるシールド機の要部を示
す断面図、第17図および第18図は同シールド機における
スクリューコンベアの配置例を示す断面正面図、第19図
および第20図は遊星カッタの駆動構造の他の変形例を示
す断面図、第21図は遊星カッタの公転軌跡およびスキン
プレートの外周形状の設定範囲を示す説明図、第22図お
よび第23図はスキンプレートの外周形状の他の例を示す
説明図である。 １…スキンプレート（シールド機本体）、２…カッティ
ングホイール（回転体）、３…前面板、６…センターカ
ッタ、７…遊星カッタ、23…トーションバー（回動部材
を構成）、24…レバー（回動部材を構成）、29…制御レ
バー（回動部材を構成）、33…伸縮部材（回動部材駆動
手段）、35…減速機付モータ（回転体駆動手段）、45…
減速機付モータ（遊星カッタ駆動手段）、55…減速機付
モータ（回動部材駆動手段）、90…カッティングホイー
ル回転位置検出器（駆動制御系を構成）、91…演算装置
（駆動制御系を構成）、92…比較器（駆動制御系を構
成）、93…伸縮部材制御器（駆動制御系を構成）、94…
伸縮部材伸縮量検出器（駆動制御系を構成）、Ｃ…駆動
伝達機構、Ｇ…中心軸（推進方向に延びる軸）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 朝日 利則 大阪府大阪市西淀川区姫島３丁目５番26号 奥村機械製作株式会社内 (72)発明者 福永 泰造 兵庫県神戸市西区伊川谷町有瀬131―１― 711 (72)発明者 竹村 守順 兵庫県芦屋市高浜町３―１―812 (56)参考文献 特開 昭50−21542（ＪＰ，Ａ) 特公 昭36−7671（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シールド機本体と、このシールド機本体に
   その推進方向に延びる軸回りに回転可能に支持され、前
   面にセンターカッタを有する回転体と、この回転体を駆
   動する回転体駆動手段と、この回転体にその回転軸から
   外れた位置に回動可能に支持された複数の回動部材と、
   この回動部材を駆動する回動部材駆動手段と、この回動
   部材においてその回動中心軸から外れた位置に回転可能
   に支持された遊星カッタと、遊星カッタ駆動手段と、こ
   の遊星カッタ駆動手段の駆動力を各遊星カッタの回転軸
   に伝達する駆動伝達機構と、各遊星カッタが所望の掘削
   形状に応じた軌跡を描きながら公転するように回動部材
   の駆動を制御する駆動制御系とを備えたことを特徴とす
   る自由断面シールド機。