JPH08312292A - 異形断面のトンネル掘進機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 異形断面のトンネル掘進機Ａに装着されたド
ラムカッタ６の駆動装置を提供する。 【構成】 トンネル掘進機本体１の前端部に設けた掘進
方向と平行の第１回転軸３を有する円形カッタヘッド４
と、この円形カッタヘッド４に隣接する位置に掘進方向
と直角の第２回転軸７を有し、かつ円形カッタヘッド４
の外周面と略同一曲率の鼓形で、軸方向長さが円形カッ
タヘッド４の直径と略等しい形状のドラムカッタヘッド
６とを備えた異形断面のトンネル掘進機Ａにおいて、前
記ドラムカッタヘッド６を駆動するための巻掛け伝動装
置１７，１８，１９を有することを特徴とする異形断面
のトンネル掘進機。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は異形断面のトンネル掘進
機に関し、特に、異形断面のトンネル掘進機に装着され
たドラムカッタヘッドの駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】第１の従来技術として、図４に「特公平
６−９６９５０」の多芯並列シールド掘削機に適用した
実施例を示す。トンネル軸と平行な水平軸を中心として
回転する相隣る一双の回転式掘削面板５０の中間に、ト
ンネル軸直角方向の回転式掘削装置Ａが介装され、この
回転式掘削装置Ａの鉛直回転掘削部材５１の両側が回転
式掘削面板５０の外周に対応する凹曲面に形成されると
共に、上下両端部のトンネル軸方向と平行な横断面が漸
変され、両回転式掘削面板５０とともに楕円形断面のト
ンネル穴を掘削するものであり、このように回転式掘削
面板５０と鉛直回転掘削部材５１とを組合わせることに
よって、シールド断面内の未掘削範囲をできるだけ少な
くしている。

【０００３】第２の従来技術として、図５，図６に「特
願平６−３０７６７８」および「特願平６−３０７７３
１」の一実施例を示す。ドラムカッタヘッド６０は第１
ドラムカッタヘッド６１と第２ドラムカッタヘッド６２
とセンタカッタ６３を備え、第１、第２ドラムカッタヘ
ッド６１，６２は漏斗状の外周面を有するドラム６４に
複数のビット６６を取付けたもので、そのドラム６４の
小径部がギヤボックス６７の上下に相対向して回転自在
に支承され、第１、第２ドラムカッタヘッド６１，６２
の各ビット６６の軸方向の配列軌跡は図示しない隣接す
る円形カッタヘッドの外周面と略同一曲率の凹円弧状と
なり、ドラムカッタヘッド６０は軸方向に図示しない隣
接する円形カッタヘッドの外周面と略同一曲率の鼓形で
軸方向長さが円形カッタヘッドの外径と略同一となり、
ギヤボックス６７の前面にセンタカッタ６２が回転自在
に支承され、このセンタカッタ６２の回転軸は第１、第
２ドラムカッタヘッド６１，６２の回転軸と９０度位相
がずれている。

【０００４】前記ギヤボックス６７には第１ドラムカッ
タヘッド６１を駆動する第１駆動軸６８と第２ドラムカ
ッタヘッド６２を駆動する第２駆動軸６９とセンタカッ
タ６３を駆動する第３駆動軸７０が設けてあり、この第
１、第２駆動軸６８，６９は傘歯車機構７１を介して主
駆動軸７２に連結し、第３駆動軸７０は主駆動軸７２に
連結している。前記傘歯車機構７１は図６（ａ）に示す
ように、主駆動軸７２に設けて第１駆動歯車７３を第１
駆動軸６８に設けた第１従動傘歯車７４に噛合し、主駆
動軸７２に設けた第２駆動傘歯車７５を中間傘歯車７６
を介して第２駆動軸６９に設けた第２従動傘歯車７７に
噛合してあり、主駆動軸７２を一方向に駆動すると第１
駆動軸６８が他方向に回転し、第２駆動軸６９が第１駆
動軸６８と同方向に回転する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、第１の従来技
術には異形断面のトンネル掘進機において、回転式掘削
面板５０と鉛直回転掘削部材５１とを組合わせることに
よって、異形のシールド断面内の未掘削範囲をできるだ
け少なくする思想が記載されているが、鉛直回転掘削部
材５１の具体的な回転駆動手段が開示されていない。ま
た、第２の従来技術には図６（ａ）〜（ｃ）において、
ドラムカッタヘッド６０の第１、第２ドラムカッタヘッ
ド６１，６２の第１、第２駆動軸６８，６９の回転駆動
手段が具体的に記載されているが、いずれも傘歯車機構
を用いているため、駆動源の取付け位置が制限されると
共に、傘歯車機構の取付け精度が必要とされると共に、
ギヤボックスが大きくなるためにセンタカッタが大型化
する欠点があり、さらに、大動力を傘歯車機構で伝達す
るため軸受にはラジアル力とスラスト力の両方が作用す
るために軸受等、装置の耐久性に問題があった。本発明
は前記従来技術の課題を解決するためになされたもの
で、異形断面のトンネル掘進機において巻掛け伝動装置
により駆動されるドラムカッタヘッドを有する異形断面
のトンネル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】前記目的を達成するた
め、本発明に係る異形断面のトンネル掘進機は、トンネ
ル掘進機本体の前端部に設けた掘進方向と平行の第１回
転軸を有する円形カッタヘッドと、この円形カッタヘッ
ドに隣接する位置に掘進方向と直角の第２回転軸を有
し、かつ円形カッタヘッドの外周面と略同一曲率の鼓形
であり、軸方向長さが円形カッタヘッドの直径と略等し
い形状のドラムカッタヘッドとを備えた異形断面のトン
ネル掘進機において、前記ドラムカッタヘッドを駆動す
るための巻掛け伝動装置を有することを特徴とする。前
記巻掛け伝動装置はチェーン式伝動装置であって、ドラ
ムカッタヘッドの回転軸とその駆動軸とに設けたスプロ
ケットと、それら各スプロケット間に捲装されるチェー
ンにより構成しても、前記ドラムカッタヘッドの駆動源
は揺動アクチュエータにより構成してもよい。

【０００７】

【作用】トンネル掘進機本体の前端部に設けた掘進方向
と平行の第１回転軸を有する円形カッタヘッドによって
掘削される円形断面以外の断面は、この円形カッタヘッ
ドに隣接する位置に掘進方向と直角の第２回転軸を有
し、かつ円形カッタヘッドの外周面と略同一曲率の鼓形
であり、軸方向長さが円形カッタヘッドの直径と略等し
い形状のドラムカッタヘッドによって掘削すれば、円形
断面以外の異形断面のトンネルを掘削できる。このドラ
ムカッタヘッドを巻掛け伝動装置により駆動すれば、巻
掛け伝動装置のスプロケット間距離を調整すればよいの
で、傘歯車機構のように、駆動源の取付け位置が制限さ
れることなく自由度があり、巻掛け伝動装置の張り具合
を調整することにより傘歯車機構のような取付け精度が
不要となる。また、傘歯車機構のように動力伝達方向を
変える必要がなく伝達機構が簡素になり、ドラムカッタ
ヘッド駆動用ギヤボックスはトンネル掘進機前方からの
投影面積を小さくすることができるのでセンタカッタを
小型化できる。前記巻掛け伝動装置を、ドラムカッタヘ
ッドの回転軸とその駆動軸とに設けたスプロケットと、
それら各スプロケット間に捲装されるチェーンによるチ
ェーン式伝動装置とすれば、第２回転軸に１つのチェー
ンスプロケットを設ければよく単純な伝動装置で大きな
トルクを確実に伝達することができる。また、前記ドラ
ムカッタヘッドの駆動源を揺動アクチュエータとすれ
ば、ドラムカッタヘッドが正逆転を繰り返すので、発生
する回転力も正逆転を繰り返すため、ドラムカッタヘッ
ドの回転によって生ずるトンネル掘進方向の偏向を防止
してトンネルの直進性を向上できる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明に関する一実施例について図１
〜図３により詳述する。図１は本発明に係る異形断面の
トンネル掘進機の第１実施例を示す図で、（Ａ）は前面
図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面図、（Ｃ）は（Ａ）の
Ｃ−Ｃ断面図、図２は図１におけるドラムカッタヘッド
の駆動部詳細図で、（Ａ）は平面断面図、（Ｂ）は側面
断面図、図３は本発明に係る第２実施例を示す図で、
（Ａ）は平面断面図、（Ｂ）は側面断面図である。図１
および図２において、異形断面のトンネル掘進機Ａは、
トンネル掘進機本体１の本体フレーム１ａに固定された
ブラケット２に、掘進方向と平行の第１回転軸３が回転
可能に支持され、この第１回転軸３のトンネル掘進機本
体１の前端部に位置する部分には円形カッタヘッド４が
固定されている。また本体フレーム１ａの後方には歯車
装置５を介して第１回転軸３を駆動するための第１駆動
源１０が固定されている。

【０００９】円形カッタヘッド４に隣接する位置には、
この円形カッタヘッド４の外周面と略同一曲率の鼓形
で、軸方向長さが円形カッタヘッド４の直径と略等しい
形状のドラムカッタヘッド６が配置され、そのドラムカ
ッタヘッド６を固定した第２回転軸７がトンネル掘進機
Ａの掘進方向と直角方向に回転可能に支持されている。
トンネル掘進機本体１の本体フレーム１ａ前方にはドラ
ムカッタフレーム８が固定され、このドラムカッタフレ
ーム８には第２回転軸７を回転可能に支持する軸受９，
９を装着するための軸受フレーム２９が固定されてい
る。

【００１０】トンネル掘進機本体１の本体フレーム１ａ
後方には駆動フレーム１１が固定され、この駆動フレー
ム１１には第２回転軸７と平行な駆動軸１２を回転自在
に支持するための軸受１３，１３が装着されると共に、
駆動軸１２の第２駆動源１４が取付けられている。第２
駆動源１４の出力軸にはピニオン１５が固定され、前記
駆動軸１２にはこのピニオン１５と噛合うギヤー１６が
固定されている。また、駆動軸１２には駆動スプロケッ
ト１７が、また第２回転軸７には被駆動スプロケット１
８が固定され、これら各スプロケット１７，１８間には
チェーン１９が捲装されている。

【００１１】また、前記ドラムカッタフレーム８の前端
部にはアローカッタ２０のアローカッタ軸２０ａを回転
自在に支持する軸受２１を装着するためのアローカッタ
フレーム２２が固定され、アローカッタ２０と反対側の
アローカッタ軸２０ａには傘歯車２３が固定され、この
傘歯車２３は前記第２回転軸７に固定された傘歯車２４
と噛合している。なお、円形カッタヘッド４の後方に
は、送泥管２５から供給される泥水を充填加圧し、切羽
の水圧あるいは土圧に対向させるためのチャンバ２６が
設置され、このチャンバ２６内には土砂および泥水を排
出するための排泥管２７が開口している。また、掘進機
本体１は前胴と後胴とに別けられ、これら前胴と後胴間
にはアーティキュレートジャッキ２８が装架されてい
る。

【００１２】図１および図２の構成による作用について
説明する。トンネル掘進機Ａは、第１駆動源１０により
歯車装置５を介して第１回転軸３を駆動すると、第１回
転軸３に固定された円形カッタヘッド４が回転するた
め、図示しない推進ジャッキによりトンネル掘進機Ａを
推進させると、円形カッタヘッド４に固定された公知の
カッタビットにより円形のトンネルを掘削することがで
きる。同時に、第２駆動源１４によりピニオン１５およ
びギヤー１６を介して駆動軸１２が駆動されると、この
駆動軸１２に固定された駆動スプロケット１７によりチ
ェーン１９を介して被駆動スプロケット１８を駆動す
る。従って、被駆動スプロケット１８が固定された第２
回転軸７が駆動されるため、この第２回転軸７を固定し
たドラムカッタヘッド６が回転駆動される。このドラム
カッタヘッド６はこれに隣接する円形カッタヘッド４の
外周面と略同一曲率の鼓形で、軸方向長さが円形カッタ
ヘッド４の直径と略等しい形状に形成されているため、
円形カッタヘッド４により掘削された円形のトンネルに
連続した断面を掘り残しなく掘削することができる。

【００１３】また、前記第２回転軸７が駆動されると、
この第２回転軸７に固定された傘歯車２４が、アローカ
ッタ軸２０ａに固定された傘歯車２３と噛合してアロー
カッタ２０が回転駆動される。そのため、ドラムカッタ
フレーム８の前端部で形成されるギヤボックス部を覆
う、ドラムカッタヘッド６では掘削できない範囲をアロ
ーカッタ２０により掘削して異形断面のトンネル全面を
掘削することができる。なお、送泥管２５からチャンバ
２６内に泥水が供給されると、このチャンバ２６内では
円形カッタヘッド４により掘削された掘削土と泥水が排
泥管２７から排出される。

【００１４】図３はドラムカッタヘッド６の駆動源が揺
動アクチュエータ３０により構成されている以外は、図
１および図２と同様であるため同一符号を付してその説
明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。図２と
同様に、本体フレーム１ａの後方に回転可能に支持され
た駆動軸１２を駆動するために、市販されている揺動ア
クチュエータ３０が取付けられる。

【００１５】図３の構成によれば次のように作用する。
ドラムカッタヘッド６の駆動源を揺動アクチュエータ３
０とすることにより、この揺動アクチュエータ３０の揺
動は図１および図２と同様にして、駆動軸１２、駆動ス
プロケット１７、チェーン１９、被駆動スプロケット１
８を介して第２回転軸７に伝動されて第２回転軸７を±
９０度の範囲で揺動させると、ドラムカッタヘッド６も
±９０度の範囲で揺動する。なお、このドラムカッタヘ
ッド６の揺動範囲は必要に応じて適宜決定すればよく、
これに限るものではない。このようにドラムカッタヘッ
ド６を回転するのではなく揺動駆動させれば、ドラムカ
ッタヘッド６を回転するときに生じる掘進方向の偏向を
防止してトンネルの直進性を向上させつつ、図１および
図２と同様にして円形断面以外の異径断面のトンネルを
掘残しなく掘削することができる。以上、本発明の各実
施例では巻掛け伝動装置をチェーン伝動装置として記載
したが、これに限るものではなく、歯付きベルト伝動装
置や鎖伝動装置等の巻掛け伝動装置であってもよいこと
は勿論である。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る異形
断面のトンネル掘進機によれば次の効果が得られる。 （１）ドラムカッタヘッド駆動源の取付位置に自由度が
あり、装置の構成が単純化されるため製造コストが低減
される。 （２）ドラムカッタヘッドの駆動部は駆動軸等の撓変形
が問題とならないため、歯車駆動装置のように取付精度
を必要としないことからも製造コストが低減される。 （３）トンネル掘進機のように少量生産する製品では、
傘歯車伝動装置に比べて大幅なコスト低減を図ることが
できる。 （４）歯車伝動装置のように噛合歯面で動力伝達するの
ではなく、チェーンの捲装された複数のスプロケット歯
で動力伝達すると共に、必要に応じてチェーンを複列に
することにより動力伝動装置の小型化を図ることができ
る。また、同じ動力伝動装置であればその耐久性を向上
できる。 （５）傘歯車伝動装置のように少なくとも一方の伝動軸
を片持ち支持にする必要がなく、ドラムカッタヘッドの
駆動軸と第２回転軸とをそれぞれ両持ち支持にすること
により、軸受の耐久性を向上できると共に、軸受の小型
化を図ることができる。 （６）ドラムカッタヘッドの駆動部を傘歯車伝動装置と
すると、従動側傘歯車は駆動側傘歯車の軸心から略その
半径分だけ離して取付けねばならないため、ギヤーケー
スが大型になるが、本発明では傘歯車伝動装置に比べて
ギヤーケースを小型化できるため、掘り残しを少なくす
るためのセンタアローカッタを小型化できると共に、そ
のセンタアローカッタの駆動力も少なくて済む。 （７）ドラムカッタヘッドを回転するのではなく揺動駆
動すれば、ドラムカッタヘッドを回転するときに生じる
掘進方向の偏向を防止して、トンネルの直進性を向上さ
せつつ、円形断面以外の異径断面のトンネルを掘残しな
く掘削することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る異形断面のトンネル掘進機の第１
実施例を示す図で、（Ａ）は前面図、（Ｂ）は（Ａ）の
Ｂ−Ｂ断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ断面図である。

【図２】図１におけるドラムカッタヘッドの駆動部詳細
図で、（Ａ）は平面断面図、（Ｂ）は側面断面図であ
る。

【図３】本発明に係る第２実施例を示す図で、（Ａ）は
平面断面図、（Ｂ）は側面断面図である。

【図４】第１の従来技術を示す図である。

【図５】第２の従来技術におけるドラムカッタヘッドの
側面断面図である。

【図６】第２の従来技術におけるドラムカッタヘッドの
駆動部を示す図で、（ａ）は第１の構成、（ｂ）は第２
の構成、（ｃ）は第３の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ トンネル掘進機本体 １ａ 本体フレーム ２ ブラケット ３ 第１回転軸 ４ 円形カッタヘッド ５ 歯車装置 ６ ドラムカッタヘッド ７ 第２回転軸 ８ ドラムカッタフレーム ９，１３，２１ 軸受 １０ 第１駆動源 １１ 駆動フレーム １２ 駆動軸 １４ 第２駆動源 １５ ピニオン １６ ギヤー １７ 駆動スプロケット １８ 被駆動スプロケット １９ チェーン ２０ アローカッタ ２０ａ アローカッタ軸 ２２ アローカッタフレーム ２３，２４ 傘歯車 ２５ 送泥管 ２６ チャンバ ２７ 排泥管 ２８ アーティキュレートジャッキ ２９ 軸受フレーム ３０ 揺動アクチュエータ Ａ トンネル掘進機

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネル掘進機本体の前端部に設けた掘
   進方向と平行の第１回転軸を有する円形カッタヘッド
   と、この円形カッタヘッドに隣接する位置に掘進方向と
   直角の第２回転軸を有し、かつ円形カッタヘッドの外周
   面と略同一曲率の鼓形であり、軸方向長さが円形カッタ
   ヘッドの直径と略等しい形状のドラムカッタヘッドとを
   備えた異形断面のトンネル掘進機において、前記ドラム
   カッタヘッドを駆動するための巻掛け伝動装置を有する
   ことを特徴とする異形断面のトンネル掘進機。
2. 【請求項２】 請求項１記載の異形断面のトンネル掘進
   機において、前記巻掛け伝動装置はチェーン式伝動装置
   であって、ドラムカッタヘッドの回転軸とその駆動軸と
   に設けたスプロケットと、それら各スプロケット間に捲
   装されるチェーンよりなることを特徴とする異形断面の
   トンネル掘進機。
3. 【請求項３】 請求項１記載の異形断面のトンネル掘進
   機において、前記ドラムカッタヘッドの駆動源は揺動ア
   クチュエータであることを特徴とする異形断面のトンネ
   ル掘進機。