JP2000008781A - 自由断面トンネル用シールド掘進機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 土砂をチャンバー内に効率よく取り込むこと
ができ、遊星カッターに駆動力を伝達する伝達系を簡単
化し小型化した自由断面トンネル用シールド掘進機を提
供する。 【解決手段】 カッターディスク２の後側にチャンバー
８を隔てて隔壁構造９を設け、遊星歯車機構７が、隔壁
構造９に固定された太陽ギヤ１２と、太陽ギヤ１２に噛
合したアイドルギヤ１３と、アイドルギヤ１３に噛合し
た遊星ギヤ１４を有し、遊星ギヤ１４の回転駆動力を遊
星カッター５に伝達する遊星シャフト１６を設け、遊星
シャフト１６の後端部と遊星ギヤ１４とを回転駆動力伝
達可能に連結するスプライン結合を設けたことで、矩形
断面トンネルを掘削でき、遊星歯車機構７が隔壁構造近
傍でチャンバー８と遮断され且つディスク本体４の回転
に連動して設けられているため、チャンバー８前側に隣
接する土砂取入口の制約が少くなり、開口率を大きくで
き、土砂をチャンバー８内に効率よく取込める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、自由断面トンネ
ル用シ−ルド掘進機に関し、特にディスク本体にその回
転に同期して自転しつつ公転する遊星カッターを設けて
自由断面トンネルを掘削するようにしたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】 地下鉄道や上下水道などのトンネルを
シールド工法により構築する際に使用する掘削装置とし
てシールド掘進機がある。シールド掘進機は、通常円形
断面トンネルを掘削可能であるが、近年、矩形断面トン
ネルを掘削可能な矩形トンネル用シールド掘進機（以
下、単にシールド掘進機と呼ぶ）が開発されている。例
えば、特開平１０−６１３８２号公報に記載されたシー
ルド掘進機について説明すると、図９、図１０に示すよ
うに、シールド掘進機は、断面矩形状のシールド枠１０
０と胴部材１１０とを有し、この胴部材１１０の先端部
にカッターディスク１０１が設けられ、カッターディス
ク１０１はディスク本体１０２を有し、カッターディス
ク１０１を回転させて掘削する。

【０００３】カッターディスク１０１は、ディスク本体
１０２の回転中心１０２ａを中心に回転するセンターカ
ッター１０３と、ディスク本体１０２の回転中心１０２
ａを中心に公転しつつ遊星シャフト１１５回りに自転す
る１対の遊星カッター１０４とを有する。遊星カッター
１０４の正面視における輪郭形状を遊星カッター１０４
の自転回転数と公転回転数の比に応じて形成し、その自
転回転数と公転回転数の比を適切に設定することで、矩
形断面トンネルを掘削することができる。

【０００４】ディスク本体１０２には、その回転中心１
０２ａから後方へ延びるセンターフレーム１０５が形成
され、センターフレーム１０５は筒状のハウジング１０
７内に挿入され、軸受１０６を介してハウジング１０７
に支持されている。このハウジング１０７の後端側の外
周縁から径方向の外方へ向けてフランジ形状の隔離壁１
０８が、ハウジング１０７と一体に形成され、隔離壁１
０８は胴部材１１０と一体形成されている。シールド枠
１００と胴部材１１０とは、中折れ部と複数の中折れジ
ャッキを介して連結され、掘進の推力を発生させる為の
複数のシールドジャッキ１０９も設けられている。

【０００５】隔離壁１０８には中央壁部１１１が固定さ
れ、この中央壁部１１１には複数のカッター駆動モータ
１１２が固定され、そのモータ１１２のモータ軸にはピ
ニオンギヤ１１３が設けられ、センターフレーム１０５
の後端部の外周にギヤ１０５ａが形成され、そのギヤ１
０５ａにモータ１１２のピニオンギヤ１１３が噛合して
いる。こうして、センターフレーム１０５は、カッター
駆動モータ１１２の駆動力で回転駆動される。

【０００６】ディスク本体１０２の外周側には、軸受１
１４，１１４を介して回動自在に支持された遊星シャフ
ト１１５が、センターフレーム１０５と平行でかつ正面
視でビット本体１０２の軸中心１０２ａに対して１８０
度対称位置に夫々配設され、１対の遊星カッター１０４
は、各遊星シャフト１１５の先端部に固定されている。
各遊星シャフト１１５の長手方向ほぼ中央部には、遊星
ギヤ１１６が夫々外嵌され、各遊星ギヤ１１６はディス
ク本体１０２の内径側（センターシャフト１０５側）に
設けられた遊星アイドルギヤ１１７に噛合している。各
遊星アイドルギヤ１１７はディスク本体１０２に軸受１
１８．１１８を介して回動自在に支持されたアイドルシ
ャフト１１９に外嵌され、ハウジング１０７の先端部の
外周部に太陽ギヤ１２０が形成され、各遊星アイドルギ
ヤ１１７は太陽ギヤ１２０に夫々噛合している。

【０００７】このシールド掘進機によれば、駆動モータ
１１２を駆動することにより、センターフレーム１０５
とディスク本体１０２が回転する。ディスク本体１０２
が回転すると、センターカッター１０３が回転し、遊星
アイドルギヤ１１７が太陽ギヤ１２０を中心に公転しつ
つ自転（自・公転）する。遊星アイドルギヤ１１７の自
・公転に伴って遊星ギヤ１１６が回転することで、各遊
星カッター１０４は太陽ギヤ１２０を中心に公転しつつ
自転（自・公転）する。マタ、各遊星カッター１０４の
正面視における輪郭形状が遊星カッター１０４の自転回
転数と公転回転数の比に応じて形成され、遊星カッター
１０４の自転回転数と公転回転数の比が適切に設定され
ているので、矩形断面のトンネルを掘削できる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】 しかし、前記のシー
ルド掘進機によれば、ディスク本体１０２と隔離壁１０
８との間に形成された環状空間であるチャンバー内の前
側に、遊星アイドルギヤ１１７と、遊星ギヤ１１６とが
組み込まれているため、チャンバーを大きくしにくく、
チャンバーへの土砂の取入口が制約されてカッターディ
スク１０１における開口率が小さくなる。それ故、掘削
した土砂をチャンバー内に効率よく取り込むことができ
ず、掘削性能を高めにくい。また、太陽ギヤ１２０が、
センターフレーム１０５の軸中心近傍に配置されてお
り、チャンバー内の前側に配置されているため、カッタ
ーディスク１０１の中央部における土砂の開口部の面積
を大きく取れず、それ故カッターディスク１０１の中央
部における土砂をチャンバー内に効率よく取り込むこと
ができない。

【０００９】このように、土砂をチャンバー内に効率よ
く取り込むことができないので、土砂をチャンバー内か
らスクリューコンベヤ内にスムーズに導入できず、その
ため、このシールド掘進機は、流動性の良い限られた土
質の地盤の掘削にしか適応できないという問題がある。

【００１０】そこで、カッターディスクの開口率を大き
くする為に、遊星カッターを自転させる為の遊星歯車機
構をチャンバーの後側に配置し、遊星ギヤと遊星シャフ
トとを自在継手的にピン連結し、遊星シャフトと遊星カ
ッターとを自在継手的にピン連結することも検討されて
いる。しかし、この構造では、遊星カッターに自転の為
の回転駆動力を伝達する伝達系が複雑な構造のものとな
り、耐久性の乏しいものとなってしまう。本発明の目的
は、自由断面トンネル用シールド掘進機において、土砂
をチャンバー内に効率よく取り込めるようにすること、
遊星カッターを自転させる為の駆動力伝達系を簡単化し
耐久性に優れるものとすること、等である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の自由断面トン
ネル用シールド掘進機は、カッターディスクと、カッタ
ーディスクを回転駆動するカッター回転駆動手段とを備
え、前記カッターディスクがディスク本体とディスク本
体に装備され且つディスク本体の回転に同期して自転し
つつ公転する遊星カッターとを備え、前記ディスク本体
の回転に連動して遊星カッターを自転させる遊星歯車機
構を備え、遊星カッターの輪郭形状をその遊星カッター
の自転回転数と公転回転数との比に応じて形成して矩形
断面トンネルを掘削可能なシールド掘進機において、前
記カッターディスクの後側にチャンバーを隔てて隔壁構
造を設け、前記遊星歯車機構が、隔壁構造に固定された
太陽ギヤと、この太陽ギヤに噛合したアイドルギヤと、
そのアイドルギヤに噛合した遊星ギヤを有し、前記遊星
ギヤの回転駆動力を遊星カッターに伝達する遊星シャフ
トを設け、前記遊星シャフトの後端部と遊星ギヤとを回
転駆動力伝達可能に連結するスプライン結合またはそれ
と同等の連結機構を設けたことを特徴とするものであ
る。

【００１２】カッターディスクのディスク本体により円
形断面に掘削し、遊星カッターを介して自由断面の複数
の角部を掘削することで、自由断面のトンネルを掘削す
ることができる。遊星カッターを自転させる為の遊星歯
車機構の太陽ギヤが、チャンバーを隔てた隔壁構造に設
けられ、太陽ギヤとアイドルギヤと遊星ギヤとを含む遊
星歯車機構が隔壁構造の近傍に配設され、チャンバーの
前側における土砂の取入口の制約が少なくなり、開口率
を大きくすることができる。これにより、土砂をチャン
バー内に効率よく取り込むことができる。さらに、遊星
シャフトの後端部と遊星ギヤとが、スプライン結合また
はそれと同等の連結機構により連結されているので、遊
星ギヤの回転駆動力を遊星シャフトに確実に伝達するこ
とができ、遊星シャフトと遊星ギヤとをほぼ同一軸心上
に配置できる。

【００１３】請求項２の自由断面トンネル用シールド掘
進機は、請求項１の発明において、前記カッター回転駆
動手段が、ディスク本体に固定的に装備されたリングギ
ヤと、このリングギヤを回転駆動する複数のカッター駆
動モータとを有することを特徴とするものである。リン
グギヤは、カッター駆動モータの駆動力を受けて回転
し、ディスク本体を回転させることができる。

【００１４】請求項３の自由断面トンネル用シールド掘
進機は、請求項２の発明において、前記リングギヤは、
ラジアル荷重とアキシアル荷重を許容し得るころ軸受を
介して支承されたことを特徴とするものである。リング
ギヤは、カッター駆動モータの駆動力を受けて回転し、
カッターディスクを回転させる。リングギヤは、カッタ
ーディスクからリングギヤに作用する土荷重や掘進の推
力等のアキシアル方向の荷重を受けて隔壁構造との間で
伝達することができる。

【００１５】請求項４の自由断面トンネル用シールド掘
進機は、請求項３の発明において、前記遊星シャフトに
外装された遊星ハウジングを設け、遊星カッターに作用
する土荷重を遊星シャフトから遊星ハウジングに伝達す
る軸受を設け、前記土荷重を遊星ハウジングから前記隔
壁構造に伝達するように構成したことを特徴とするもの
である。遊星カッターに作用する土荷重を、遊星シャフ
トから軸受を介して遊星ハウジングに伝達し、この遊星
ハウジングからリングギヤに伝達し、隔壁構造に伝達す
ることができる。

【００１６】請求項５の自由断面トンネル用シールド掘
進機は、請求項４の発明において、前記軸受は、スラス
ト自動調心ころ軸受もしくは少なくともアキシアル荷重
を許容し得るころ軸受であることを特徴とするものであ
る。軸受の内輪から外輪にアキシアル荷重を伝達すると
ができる。

【００１７】請求項６の自由断面トンネル用シールド掘
進機は、請求項４の発明において、前記遊星シャフト
は、ディスク本体の軸心と平行に配設され、遊星シャフ
トの前端部は遊星カッターに固定的に連結されたことを
特徴とするものである。遊星ギヤ、遊星シャフト、遊星
カッターの順に回転駆動力を伝達する伝達系が簡単化す
る。

【００１８】請求項７の自由断面トンネル用シールド掘
進機は、請求項１〜６の何れか１項の発明において、前
記カッターディスクにおける開口率が任意に設定されて
いることを特徴とするものである。開口率を任意に設定
できるので、開口率を大きく設定することができ、掘削
能率を高め、種々の土質に対してもシールド掘進可能と
なる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図１〜図８を参照して説明する。図１、図２に示すよ
うに、この実施の形態に係るシールド掘進機１は、自由
断面トンネルの一例としての正方形断面トンネル（矩形
断面トンネルという場合もある）を掘削するものであ
る。このシールド掘進機１は、胴部材としてのシールド
枠１ａとその前側の胴部材１ｂとを有し、シールド枠１
ａと胴部材１ｂとは中折れ部及び複数の中折れジャッキ
３０を介して連結されている。カッターディスク２は、
胴部材１ｂの前端側に配設されている。このカッターデ
ィスク２は、ディスク本体４と、このディスク本体４に
装備された１対の遊星カッター５と、ディスク本体４に
複数の連結部材４ｂを介して連結された環状のカッター
ドラム３を備えている。

【００２０】ディスク本体４とカッタードラム３を回転
駆動するカッター回転駆動機構６が設けられ、ディスク
本体４の前端部にはメインカッター４ａが設けられ、メ
インカッター４ａはディスク本体４と一体的に回転する
ように構成されている。カッタードラム３内には、ディ
スク本体４の回転つまりカッタードラム３の回転に連動
して各遊星カッター５を自転させる遊星歯車機構７が設
けられ、遊星カッター５の正面視における輪郭形状は、
その遊星カッター５の自転回転数と公転回転数の比に応
じて木の葉状に形成されている。

【００２１】図３、図４に示すように、カッターディス
ク２の後側には、チャンバー８を隔てて胴部材１ｂに一
体的に固定された隔壁構造９が設けられ、この隔壁構造
９は、横向き状の円筒体１０と、円筒体１０の前端を封
鎖する中央壁部１０ａと、円筒体１０の後端の周縁部か
ら径方向の外方へ向けて胴部材１ｂまで延びる開口壁部
１１とで構成されている。遊星歯車機構７は、太陽ギヤ
１２と、太陽ギヤ１２に噛合した１対のアイドルギヤ１
３と、１対のアイドルギヤ１３に夫々噛合した１対の遊
星ギヤ１４を有し、太陽ギヤ１２は円筒体１０の外周に
沿って形成され、遊星ギヤ１４とアイドルギヤ１３は、
夫々軸受１５，１５を介して回動自在に支持されてい
る。

【００２２】遊星カッター５と遊星ギヤ１４とは遊星シ
ャフト１６により連動連結され、遊星ギヤ１４の回転駆
動力が遊星シャフト１６を介して遊星カッター５に伝達
される。遊星シャフト１６の後端部１６ａと遊星ギヤ１
４とはスプライン結合により連結され、遊星シャフト１
６の前端部１６ｂと遊星カッター５とはボルトを介して
連結されている。遊星シャフト１６と遊星ギヤ１４と
は、同一軸心上に配設され、遊星シャフト１６は、ディ
スク本体４の軸心と平行に配設されている。この遊星シ
ャフト１６に複数の軸受１７を介して遊星ハウジング１
８が外装され、遊星ハウジング１８は、カッタードラム
３の外周側の先端部３ａに連結されている。尚、遊星シ
ャフト１６の後端部１６ａと遊星ギヤ１４とをスプライ
ン結合の代わりにスプライン結合と同等の連結機構を介
して連結してもよい。

【００２３】図４〜図７に示すように、カッター回転駆
動機構６は、カッタードラム３の後端側と開口壁部１１
の間に設けられた内歯車１９ａを有するリングギヤ１９
と、このリングギヤ１９を回転駆動する複数のカッター
駆動モータ２０とで構成されている。リングギヤ１９は
カッタードラム３に固定されて旋回軸受１９ｂを介して
開口壁部１１に支承されている。各カッター駆動モータ
２０は例えば油圧モータからなり、このモータ軸に固定
されたピニオンギヤ２０ａがリングギヤ１９に噛合して
いる。旋回軸受１９ｂとしては、ラジアル荷重とアキシ
アル荷重を共に許容できる例えば円錐ころ軸受が採用さ
れている。旋回軸受１９ｂの内輪はリングギヤ１９と一
体形成され、旋回軸受１９ｂの外輪は開口壁部１１にボ
ルトを介して連結されている。

【００２４】旋回軸受１９は、カッター駆動油圧モータ
２０の回転駆動力を受けて内輪１９ｂが回転する機能を
有し、この内輪１９ｂと一体にカッタードラム３および
ディスク本体４が回転するように構成されている。各遊
星シャフト１６を支承する軸受１７は、シャフト１６の
前端側部分を支持するラジアル軸受としての自動調心こ
ろ軸受１７ａと、スラスト軸受としてのスラスト自動調
心ころ軸受１７ｂと、シャフト１６の後端部を支持する
ラジアル軸受としての自動調心ころ軸受１７ａとで構成
され、スペーサ２１も設けられている。

【００２５】遊星カッター５に作用する土荷重は、主
に、アキシアル方向の荷重であり、遊星シャフト１６の
前端部１６ｂからスペーサ２１とスラスト自動調心ころ
軸受１７ｂを介して遊星ハウジング１８に伝達され、遊
星ハウジング１８からカッタードラム３の外周を経由し
て旋回軸受１９ｂに伝達され、旋回軸受１９ｂから開口
壁部１１に伝達され、土荷重は、開口壁部１１から最終
的にシ−ルドジャッキ２２に伝達されるように構成され
ている。複数のシ−ルドジャッキ２２は、掘進の推力を
発生する為のものであり、各シールドジャッキ２２は後
方向きに配設されて、そのロッドの先端部には偏心金具
２２ａを介してスプレッダー２２ｂが連結され、これら
シールドジャッキ２２によりトンネルの内面に覆工済み
のセグメント３４に反力をとって掘進推力を発生させ
る。

【００２６】ところで、矩形トンネルの掘進方向を湾曲
させる際には、トンネル外形を大きめに余堀りする必要
があり、この余堀りのために、図１、図２、図５に示す
ように、メインカッター４ａにはコピーカッター２３Ａ
が設けられ、一方の遊星カッター５には１対のコピーカ
ッター２３Ｂが設けられ、他方の遊星カッター５にはコ
ピーカッター２３Ｃが設けられている。コピーカッター
装置２３Ａは、径方向の外方へ突出可能なカッター部２
３ａと、カッター部２３ａを出退させる油圧シリンダ２
３ｂとから構成されている。尚、コピーカッター２３
Ｂ，２３Ｃも同様の構造である。

【００２７】前記コピーカッター２３Ａ，２３Ｂ，２３
Ｃへ油圧を給排する為の油圧系について説明する。中央
壁部１０ａの中心部にはスイベルジョイント２４が設け
られ、ディスク本体４から後方へ延びるセンター部材２
５が設けられ、スイベルジョイント２４とセンター部材
２５には、複数の油路２６とグリース導入流路２７が設
けられている。一部の油路２６はセンター部材２５とデ
ィスク本体４の内部を通ってコピーカッター２３Ａまで
導設され、残りの油路２６はセンター部材２５と遊星ハ
ウジング１８と遊星シャフト１６の内部を通ってコピー
カッター２３Ｂ，２３Ｃまで導設されている。

【００２８】排土設備に関して、円筒体１０の前端を封
鎖する中央壁部１０ａから後方へ向けてスクリューコン
ベヤ２８が設けられ、スクリューコンベヤ２８は、チャ
ンバー８に連通し、チャンバー８内の土砂をシ−ルド枠
１ａ内のベルトコンベヤ（図示略）へ移送し、そのベル
トコンベヤに送られた土砂はベルトコンベヤ又は搬送台
車によりトンネル内の後方へ搬送され、地上に搬送され
る。

【００２９】矩形断面のトンネルの内面にセグメントを
組付けるエレクタ装置３３について説明する。シ−ルド
枠１ａの内周部には環状フレーム３１が固定され、この
環状フレーム３１に複数のブラケットを介して案内リン
グ３２が固定されている。エレクタ装置３３のエレクタ
フレーム３５は複数の案内ローラを介して案内リング３
２に回動自在に支持され、エレクタフレーム３５にエレ
クタ本体３７が取付けられ、エレクタフレーム３５を回
転駆動する為の駆動モータ３６を含む回動駆動部も設け
られている。

【００３０】前記の遊星歯車機構７においては、遊星カ
ッター５の公転回転数と自転回転数の比は、太陽ギヤ１
２，アイドルギヤ１３，遊星ギヤ１４の歯数比を調整す
ることで任意に設定できる。本実施形態のシールド掘進
機のように、矩形断面のトンネルを掘削する掘進機で
は、遊星カッター５の公転回転数と自転回転数の比が
１：４となるように、太陽ギヤ１２，アイドルギヤ１
３，遊星ギヤ１４の歯数が設定される。それ故、各遊星
カッター５はディスク本体４が４分の１回転すると１回
自転する。尚、ディスク本体４と遊星カッター５の回転
方向は逆方向である。

【００３１】遊星カッター５の正面視における輪郭形状
を上記のように木の葉状に形成することで、各遊星カッ
ター５で矩形断面の角部を掘削できるため、矩形断面の
トンネルを掘削できる。ここで、遊星カッター５の正面
視における輪郭形状を木の葉状に形成した理由について
説明する。図８に示すように、トンネルの矩形断面形状
を仮想線で示すような正方形ｈとする。シ−ルド掘進機
１でこの正方形断面のトンネルを掘削するには、遊星カ
ッター５が、公転しつつ自転する際、常にこの正方形ｈ
に内接するような軌跡を描かなければならない。よっ
て、遊星カッター５が１回公転しつつ４回自転すると、
遊星カッター５の公転中心Ｏからの最遠点部の軌跡が、
正方形ｈを描くように、遊星カッター５の輪郭形状を決
定する。

【００３２】今、遊星カッター５の自転中心Ｏｂの公転
軌跡を円Ｋ（仮想線で示す）とすると、円Ｋ上の点ｍ1
，ｍ2 ，・・・は、遊星カッター５を角度θ（θ＝１
５°）づつ回転させた場合の各角度θにおける遊星カッ
ター５の自転中心Ｏｂの位置を示す。正方形ｈ上の点Ｐ
1 ，Ｐ2 ，・・・は、円Ｋ上の各点ｍ1 ，ｍ2 ，・・・
と公転中心Ｏとを結ぶ直線が、正方形ｈと交わる点であ
る。

【００３３】ここで、遊星カッター５の自転中心Ｏｂが
点ｍ1 の位置にある場合、遊星カッター５が正方形ｈと
内接するためには、遊星カッター５の半径は、円Ｋ上の
点ｍ1 と正方形ｈ上の点Ｐ1 とを結ぶ直線長さｎ1 でな
ければならない。また、遊星カッター５が点ｍ1 の位置
から角度θ公転して点ｍ2 の位置に移動した場合、遊星
カッター５が正方形ｈと内接するためには、遊星カッタ
ー５の半径は、円Ｋ上の点ｍ2 と正方形ｈ上の点Ｐ2 と
を結ぶ直線長さｎ2 でなければならない。

【００３４】以下同様に、遊星カッター５が点ｍ3 の位
置に移動した場合、遊星カッター５の半径は、円Ｋ上の
点ｍ3 と正方形ｈ上の点Ｐ3 とを結ぶ直線長さｎ3 でな
ければならない。一方、遊星カッター５は、角度θ公転
する間に角度４θ自転する。従って、上述したように、
順次遊星カッター５の半径長さを定めることで、遊星カ
ッター５の輪郭形状は決定され、よって遊星カッター５
の輪郭形状は、木の葉状となる。

【００３５】次に、以上説明したシールド掘進機１の作
用について説明する。矩形断面のトンネルをストレート
状に掘進していく通常掘削時においては、複数のシール
ドジャッキ２２より掘進の推力を発生させつつ、カッタ
ー駆動モータ２０を駆動させると、ピニオンギヤ２０ａ
が回転し、リングギヤ１９が回転し、カッタードラム３
が回転し、このカッタードラム３と一体に遊星ハウジン
グ１８とディスク本体４が回転する。ディスク本体４の
回転により、メインカッター４ａと１対の遊星カッター
５がディスク本体４の中心を中心として回転する。その
結果、メインカッター４ａの回転により、円形断面のト
ンネルが掘削される。所定の１リング分の掘削毎に掘進
を停止して、エレクタ装置３３を用いてトンネルの内面
の最新に掘進された１リング分の部分にセグメントを組
付け、その後、カッターディスク２の回転方向を逆転さ
せて掘進が再開される。

【００３６】一方、遊星カッター５は、ディスク本体４
の回転によりディスク本体４の中心を中心として回転
（公転）するが、この公転に伴い、遊星歯車機構７の作
用により自転する。即ち、ディスク本体４の回転によ
り、太陽ギヤ１２に噛合したアイドルギヤ１３が、ディ
スク本体４の中心を中心として回転しつつ自転する。こ
のアイドルギヤ１３の回転により、遊星ギヤ１４が回転
し、この遊星ギヤ１４と一体に遊星シャフト１６が回転
し、この遊星シャフト１６の回転により、遊星カッター
５は自転する。

【００３７】今、遊星カッター５の公転回転数と自転回
転数の比は、１：４に設定され、これにより、遊星カッ
ター５は、ディスク本体４が１回転する間に、その回転
方向とは逆方向に４回転自転する。このように、遊星カ
ッター５を公転させつつ自転させることにより、遊星カ
ッター５は、常に正方形に内接しながら自・公転する。
よって、この自・公転する遊星カッター５により、円形
断面のトンネルの外周部が矩形断面状に掘削され、矩形
断面のトンネルが掘削される。

【００３８】トンネルの掘進方向を湾曲させる際には、
コピーカッター２３Ａ，２３Ｂを突出させた余掘りを行
いつつ、且つ、左右両側部の中折れジャッキ３０を介し
て胴部材１ｂをシールド枠１ａに対して掘進方向へ方向
付けつつ掘進することで、湾曲状に掘進するのとする。

【００３９】以上説明したシ−ルド掘進機１によれば、
ディスク本体４に１対の遊星カッター５を装備している
ため、メインカッター４ａと遊星カッター５により矩形
断面のトンネルを掘削することができる。遊星歯車機構
７の太陽ギヤ１２がチャンバー８を隔てた隔壁構造９の
円筒体１０に設けられ、その遊星歯車機構７が隔壁構造
９の近傍に配設されているため、チャンバー８の前側の
土砂の取入口の制約が少なくなり、カッターディスク２
における開口率を大きくすることができ、この開口率が
６０％以上に設定されている。そして、カッターディス
ク２におけるメインカッター４ａの正面視の形状を自由
度の高いスリムな構造にでき、土砂をチャンバー８内に
効率よく取り込むことができる。

【００４０】また、遊星シャフト１６がカッターディス
ク２の軸心と平行に配設され、遊星シャフト１６の後端
部１６ａと遊星ギヤ１４とが、スプライン結合又はそれ
と同等の連結機構により連結されているので、遊星シャ
フト１６と遊星ギヤ１４とを同一軸心に配置でき、遊星
ギヤ１４の回転駆動力を遊星シャフト１６に確実に効率
よく伝達できるとともに、遊星カッター５へ自転駆動力
を伝達する駆動系の構造を簡単し、耐久性に優れるもの
とすることができる。

【００４１】また、リングギヤ１９を支承する軸受けと
して、ラジアル荷重とアキシアル荷重を共に許容できる
円錐ころ軸受を採用したので、カッタードラム３からの
土荷重（アキシアル方向の荷重）を受けて開口円板１１
に伝達することができる。遊星ハウジング１８と、スラ
スト自動調心ころ軸受１７ｂを設けたので、遊星カッタ
ー５に作用する土荷重を、遊星シャフト１６からスラス
ト自動調心ころ軸受１７ｂを介して遊星ハウジング１８
に伝達し、この遊星ハウジング１８からカッタードラム
３を介してリングギヤ１９に伝達し、上述したように開
口壁部１１に伝達することができる。尤も、複数のシー
ルドジャッキ２２による掘進推力も前記の土荷重の伝達
経路と逆の経路でカッターディスク２に伝達できる。

【００４２】シ−ルド掘進機１によれば、遊星シャフト
１６の後端部１６ａと遊星ギヤ１４とは、スプライン結
合により連結されているが、スプライン結合と同等の連
結機構を採用してもよい。また、シ−ルド掘進機１によ
れば、旋回軸受１９に、円錐ころ軸受を採用したが、ア
キシアル荷重の最大負荷によっては自動調心ころ軸受を
採用する場合もある。また、シ−ルド掘進機１によれ
ば、スラスト自動調心ころ軸受１７ｂが採用されている
が、スラスト自動調心ころ軸受に換えて円錐ころ軸受を
採用してもよい。

【００４３】尚、前記遊星シャフト１６の後端部を遊星
ギヤ１４に連結する機構として、スプライン結合以外
に、遊星ギヤの矩形断面孔に矩形断面軸部を挿入する等
のスプライン結合と同等の連結機構を採用することもで
きる。前記シールド掘進機１には１対の遊星カッター５
を装備した場合を例として説明したが、シールド掘進機
に１つの遊星カッター５を設けてもよい。また、前記シ
ールド掘進機では、土圧式シールドを例として排土設備
を設けたが、このシールド掘進機は泥水式シールドにも
適用可能であり、その場合には前記排土設備の代わりに
排泥設備が適用される。その他、本発明の趣旨を逸脱し
ない範囲において前記シールド掘進機の各部に種々の変
更を付加した形態で実施可能であることは勿論である。

【００４４】遊星カッターの自転回転数と公転回転数と
の比を４：１に設定した場合は正方形断面、３：１に設
定した場合は三角形断面、２：１に設定した場合は長方
形断面、５：１に設定した場合は正五角形のトンネルを
夫々掘削することができる。但し、掘削するトンネルの
断面形状、つまり遊星カッターの自転回転数と公転回転
数との比に応じて遊星カッターの輪郭形状を適切に設定
するものとする。

【００４５】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、カッターディ
スクのディスク本体と遊星カッターとで矩形断面トンネ
ルを掘削でき、遊星カッターをディスク本体の回転に連
動させて自転させる為の遊星歯車機構の太陽ギヤを、カ
ッターディスクの後側にチャンバーを隔てて位置する隔
壁構造に配設し、遊星歯車機構を隔壁構造の付近に配設
されたため、チャンバーを大きく形成できるうえ、チャ
ンバーの前側の土砂の取入口の制約が少なくなり、カッ
ターディスクの開口率を大きくして、掘削した土砂をチ
ャンバー内に効率よく取り込むことができる。それ故、
流動性の悪い土砂からなる地盤の掘削にも対応できる。

【００４６】遊星シャフトの後端部と遊星ギヤとが、ス
プライン結合又はそれと同等の連結機構により連結され
ているので、遊星シャフトと遊星ギヤとを同一軸心に配
置でき、遊星ギヤの回転駆動力を遊星シャフトに確実に
効率よく伝達できるとともに、遊星カッターへ自転駆動
力を伝達する駆動系の構造を簡単し、耐久性に優れるも
のとすることができる。

【００４７】請求項２の発明によれば、ディスク本体に
固定的に装備されたリングギヤと複数のカッター駆動モ
ータとを有するカッター回転駆動手段により、カッター
ディスクを回転させることができる。その他請求項１と
同様の効果を奏する。

【００４８】請求項３の発明によれば、リングギヤは、
ラジアル荷重とアキシアル荷重を許容し得るころ軸受を
介して支承されているため、カッターディスクからリン
グギヤに作用するアキシアル荷重をころ軸受を介して支
承できる。その他請求項２と同様の効果を奏する。

【００４９】請求項４の発明によれば、遊星ハウジング
を設け、遊星カッターに作用する土荷重を遊星シャフト
から軸受を介して遊星ハウジングに伝達し、遊星ハウジ
ングからリングギヤを介して隔壁構造に伝達することが
できる。その他請求項３と同様の効果を奏する。

【００５０】請求項５の発明によれば、請求項４の前記
軸受はスラスト自動調心ころ軸受もしくは少なくともア
キシアル荷重を許容し得るころ軸受であるので、請求項
４と同様の効果が確実になる。その他請求項４と同様の
効果を奏する。

【００５１】請求項６の発明によれば、前記遊星シャフ
トは、ディスク本体の軸心と平行に配設され、遊星シャ
フトの前端部は遊星カッターに固定的に連結されている
ため、遊星カッターへ自転駆動力を伝達する駆動系の構
造を簡単し、耐久性に優れるものとすることができる。
その他請求項４と同様の効果を奏する。

【００５２】請求項７の発明によれば、前記カッターデ
ィスクにおける開口率が任意に設定されているので、開
口率を大きくとれるとともに、掘削した土砂をチャンバ
ー内に効率よく取り込むことができる。それ故、流動性
の悪い土砂からなる地盤の掘削にも対応できる。その他
請求項１〜６の何れか１項と同様の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る矩形トンネル用シ−ル
ド掘進機の縦断側面図である。

【図２】前記シ−ルド掘進機の概略正面図である。

【図３】前記シ−ルド掘進機の遊星歯車機構の概略正面
図である。

【図４】図１の要部の拡大断面図である。

【図５】図１の要部の拡大図である。

【図６】図１の要部及び遊星アイドルギヤの拡大図であ
る。

【図７】図１の要部の拡大図である。

【図８】前記シ−ルド掘進機の遊星カッターの輪郭形状
の説明図である。

【図９】従来の矩形トンネル用シ−ルド掘進機の要部の
縦断側面図である。

【図１０】図９のシ−ルド掘進機の正面図である。

【符号の説明】

１ シ−ルド掘進機 ２ カッターディスク ４ ディスク本体 ５ 遊星カッター ６ カッター回転駆動機構 ７ 遊星歯車機構 ９ 隔壁構造 １２ 太陽ギヤ １３ アイドルギヤ １４ 遊星ギヤ １６ 遊星シャフト １７ｂ スラスト自動調心ころ軸受 １８ 遊星ハウジング １９ リングギヤ ２０ カッター駆動油圧モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 光雄 神戸市中央区東川崎町１丁目１番３号 川 崎重工業株式会社神戸本社内 (72)発明者 宗像 保 神戸市中央区東川崎町１丁目１番３号 川 崎重工業株式会社神戸本社内 (72)発明者 志関 彰男 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田建 設株式会社内 (72)発明者 松下 清一 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田建 設株式会社内 (72)発明者 高橋 潤 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田建 設株式会社内 (72)発明者 小國 拓也 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田建 設株式会社内 (72)発明者 西村 章 東京都目黒区目黒１丁目６番17号 株式会 社利根内 (72)発明者 渡辺 太郎 東京都目黒区目黒１丁目６番17号 株式会 社利根内 (72)発明者 山田 彰 東京都目黒区目黒１丁目６番17号 株式会 社利根内 Ｆターム(参考） 2D054 AA05 AB05 AC04 AC05 AD19 BA07 BA09 BA25 BB02 BB09 BB10 DA02 DA03 DA17

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カッターディスクと、カッターディスク
   を回転駆動するカッター回転駆動手段とを備え、前記カ
   ッターディスクがディスク本体とディスク本体に装備さ
   れ且つディスク本体の回転に同期して自転しつつ公転す
   る遊星カッターとを備え、前記ディスク本体の回転に連
   動して遊星カッターを自転させる遊星歯車機構を備え、
   遊星カッターの輪郭形状をその遊星カッターの自転回転
   数と公転回転数との比に応じて形成して自由断面トンネ
   ルを掘削可能なシールド掘進機において、 前記カッターディスクの後側にチャンバーを隔てて隔壁
   構造を設け、 前記遊星歯車機構が、隔壁構造に固定された太陽ギヤ
   と、この太陽ギヤに噛合したアイドルギヤと、そのアイ
   ドルギヤに噛合した遊星ギヤを有し、 前記遊星ギヤの回転駆動力を遊星カッターに伝達する遊
   星シャフトを設け、 前記遊星シャフトの後端部と遊星ギヤとを回転駆動力伝
   達可能に連結するスプライン結合またはそれと同等の連
   結機構を設けたことを特徴とする自由断面トンネル用シ
   ールド掘進機。
2. 【請求項２】 前記カッター回転駆動手段が、ディスク
   本体に固定的に装備されたリングギヤと、このリングギ
   ヤを回転駆動する複数のカッター駆動モータとを有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の自由断面トンネル用
   シールド掘進機。
3. 【請求項３】 前記リングギヤは、ラジアル荷重とアキ
   シアル荷重を許容し得るころ軸受を介して支承されたこ
   とを特徴とする請求項２に記載の自由断面トンネル用シ
   ールド掘進機。
4. 【請求項４】 前記遊星シャフトに外装された遊星ハウ
   ジングを設け、遊星カッターに作用する土荷重を遊星シ
   ャフトから遊星ハウジングに伝達する軸受を設け、前記
   土荷重を遊星ハウジングから前記隔壁構造に伝達するよ
   うに構成したことを特徴とする請求項３に記載の自由断
   面トンネル用シールド掘進機。
5. 【請求項５】 前記軸受は、スラスト自動調心ころ軸受
   もしくは少なくともアキシアル荷重を許容し得るころ軸
   受であることを特徴とする請求項４に記載の自由断面ト
   ンネル用シールド掘進機。
6. 【請求項６】 前記遊星シャフトは、ディスク本体の軸
   心と平行に配設され、遊星シャフトの前端部は遊星カッ
   ターに固定的に連結されたことを特徴とする請求項４に
   記載の自由断面トンネル用シールド掘進機。
7. 【請求項７】 前記カッターディスクにおける開口率が
   任意に設定されていることを特徴とする請求項１〜６の
   何れか１項に記載の自由断面トンネル用シールド掘進
   機。