JP2000257385A - 地中掘削機 - Google Patents

地中掘削機

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JP2000257385A
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rotating
bit
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excavator
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栄治 酒井
Naoto Tokieda
直人 時枝
Tadao Fujita
忠男 藤田
Hiroya Nagai
博也 永井
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Shin Gizyutsukoei Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 泥水と切土を充分に撹拌・混合して切羽を安
定させて掘削できるようにし、又排泥土の流動性を高め
て排泥を容易にし、更に四角形・楕円状の非円形状に掘
削できるようにする。 【解決手段】 掘進機Aの前端前面の回転体11の回転
中心から偏心した位置に水平の回転軸16を3本取付
け、同回転軸16の先端にビット取付盤21を設け、同
ビット取付盤21の回転軸16の軸心から異なる距離に
複数のビット22a〜22fを設け、回転体11の外側
のケーシング10の内面に円環状内ギア19を設け、回
転軸16の軸に同内ギア19と噛合する遊星ギアのギア
18を軸着してビット22a〜22fを回転体11の中
心まわりの公軸と回転軸16まわりに回転させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は地中に大中口径のト
ンネルを削孔するための地中掘削機に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、推進工法・シールド工法等におい
て使用される地中掘削機は、円筒状機体の先端前面に回
転体を機体の中心まわりに回動させ、同回転体に複数の
ビットを取付け、回転体を回転させることで、ビットを
その機体中心まわりに回転して円形状に地中を掘削する
ものである。この従来の掘削機では、ビットは同じ回転
軌跡であり、その回転軌跡はビットの数だけであるので
掘削の均一さが不足しがちとなる。又泥水を使用した工
法では泥水・切土の撹拌が不充分になって、切羽が不安
定となったり、排泥の流動性が悪く、排泥の移送性が乏
しくなる等の問題点があった。又、従来の掘削機のビッ
トは、機体の中心(回転体の回転中心)まわりに回転す
るため、その中心からビットまでの距離が長くなり、回
転体の回動には大きなトルクを必要となり、駆動源が大
きくなり、限られた大きさの駆動源を使うときはビット
の切削力が低いという問題点があった。更に、従来の掘
削機では、ビットは回転体の中心まわりしか回転しない
ので穿孔する形状は略円形状にしか掘削できないもので
あった。一方近年、地中のトンネルの形状は円形ばかり
でなく四角形・楕円(長円)状の様に非円形状にするこ
とが要求されることが多くなってきている。これらの形
状に掘削することは従来の掘削機では困難であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、従来のこれらの問題点を解消し、切羽面を
均一に掘削し、又泥水の撹拌が充分にできて切羽が安定
し、排泥の流動性が高くなり排泥し易く、しかも切削力
が高い地中掘削機を提供することにある。本発明の他の
課題は、楕円・四角状等の非円形状に切羽を掘削できる
ようにすることにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決した本
発明の構成は、 1) 掘削機の先端前面に回転体を水平軸まわりに回動
し、同回転体の回転中心から偏心した回転体位置に略水
平な回転軸を複数前方へ突設するように設け、同回転軸
をその軸まわりに回転させる駆動手段を設け、同回転軸
の先端にビット取付盤を取付け、同ビット取付盤に複数
のビットを回転軸の軸心から離れた位置に固着し、ビッ
トを回転体の回転中心まわりに公転させながら回転軸ま
わりに回転させて二重の回転を与えて掘削させることを
特徴とする地中掘削機 2) ビット取付盤に取付けられるビットがその回転軸
の軸心から異なった距離の位置に取付けられ、ビットに
よって非円形状に掘削できるようにした前記1)記載の
地中掘削機 3) 機体の先端前面に回転体を回転自在に取付け、同
回転体の一部に内側にラックギアを設けた大型リングを
固着し、同リングのラックギアに噛合するピニオンを取
付け、同ピニオンを回動する駆動源を設け、又回転体の
外側の機体の一部に内側にラックギアを設けたリングを
固設し、同リングのラックギアと噛合するピニオンギア
を複数配置するとともに、同ピニオンギアを軸着した水
平の回転軸を回転体で軸支し、同回転軸の先端にビット
取付盤を取付けた構造の前記1)又は2)記載の地中掘
削機にある。
【0005】
【作用】本発明では、ビットは回転体の回転中心を公転
しながら、回転軸まわりに回転するので、ビットの運動
軌跡は複雑となり、種々の角度・方向から地盤を均一且
つ隈なく切削する。又、ビットと回転体の複雑な回転
は、同時に切羽の切土と泥水とを均一に撹拌して地羽面
に泥水と切土とが適度に混合した流動壁を形成し、切羽
を安定させる。又、よく混合撹拌されることで排泥土の
流動性がよくなり、効率的に排出される。又、ビットは
回転軸中心まわりに回転して掘削する割合が高く、回転
軸の軸心とビットの距離は回転体の中心とビットの距離
よりかなり短かいので、ビットの切削に必要なトルクは
小さくできる。よって同じ駆動力の駆動源ならば高い切
削力を得ることができるようになる。更に、ビットと回
転軸の軸心との距離を異にするようにビットをビット取
付盤上に配置すれば、ビットの二つの回転、二つの回転
の速度、ビット取付位相等の調整によって、各ビットの
切削領域を大きく異にすることができ、円形以外の角形
・長円等の形状に切削することが可能となる。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明では、回転体の回動の動力
源と回転軸を回動する動力源とは、独立した二つの駆動
源を用いる場合と共通の一つの動力源からとり出すよう
にする場合とがある。又各回転軸の回転数、回転速度、
回転体の中心と回転軸の軸心までの距離は同一にする場
合、異なるようにする場合がある。本発明のビットは、
超鋼製・セラミック製等が使用でき、又ビット取付盤で
のビットの取付個数、配置はその地盤・掘削形状等で適
宜定める。ビット取付盤及び回転体ともに正逆両方に回
転できるようにすることが、大きな負荷がかかったとき
の解消の為、ビットの損傷・摩耗の均一化の為、及び掘
削の効率的な削孔の為に有効である。
【0007】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。本実施例は、掘進機本体1の後方に矩形管2を継
ぎ足しながら長尺にし、切羽に泥水を圧送しながら掘進
機本体1の先端前面のビット22a,22fでもって泥
水中で切羽を掘削し、その切土と泥水の混合体を後方へ
排出させる掘削機の一タイプである掘進機の例である。
掘進機A(本体,矩形管)の外周形状は四角(正方形)
形状であり、ビット22a,・・・・22fはビット取
付盤21に異なった位置に複数取付けられ、四角形状に
掘削できる例である。図1は、実施例の掘進機本体の縦
断面図である。図2は、実施例の左側面図である。図3
は、実施例の回転軸の回転機構を示す説明図である。図
4は、実施例の回転体の回転を示す説明図である。図5
は、実施例の二つの回転の回転機構説明図である。図6
は、実施例の廻り止め板の取付を示す説明図である。図
7は、実施例のビットの運動軌跡を示す説明図である。
図8は、実施例のビットの運動軌跡を示す説明図であ
る。図9は、実施例のビットの運動軌跡を示す説明図で
ある。図10は、実施例のビットの運動軌跡を示す説明
図である。図中、Aは掘進機、1は外周形状が角型の掘
進機本体、2は矩形管である。10は掘進機本体1の角
筒状のケーシング、11は回転体、12は同回転体の中
央に設けた排泥管、12aは同排泥管の排泥口、13は
回転体の後方外周に設けた円環状内ギア、14は同内ギ
アと噛合する二つのピニオンギア、15は同ピニオンギ
アを駆動するモータ、16は回転体11の排泥管12の
外側の位置に設けた3本の回転軸、17は同回転軸の軸
受、18は回転軸16に軸着したギア、19は同ギアと
噛合するケーシング10に固着された円環状内ギア、2
0は回転軸16の支持筒、21は回転軸16の先端に取
付けたビット取付盤、22a,22b,22cはビット
取付盤21に取付けた遠く離れた方のビット、22d,
22e,22fはビット取付盤21に取付けた近い方の
ビット、23は泥水噴出口、24は排泥輸送管、25は
掘進機後方の4隅に設けた4個のローリング修正加圧
板、26はローリング修正加圧板を出没させる油圧ジャ
ッキ、27は方向修正ジャッキである。この実施例で
は、掘進機本体1内にある二つのモータ15を作動させ
ると、各モータの出力軸15aに軸着したピニオンギア
14が回動させられ、これと噛合した円環状内ギア13
が回転し、これと連結されている回転体11も回転す
る。回転体11が回転すると同回転体11に取付けた水
平の3本の回転軸16は回転体11の中心(ケーシング
10の中心)まわりに公転する(図4,5参照)。回転
軸16が公転するとこれに軸着したギア18がケーシン
グ10に固着した固定の円環状内ギア19と噛合して自
転し、回転軸16が自転(回転)してその先端に取付け
たビット取付盤21を回転軸16の軸心まわりに回転す
る。するとビット取付盤21に取付けたビット22a,
22b,22c,22d,22e,22fは回転体11
の中心まわりに公転しながら且つ回転軸16まわりにも
回転する(図3,5参照)。しかも回転軸16まわりの
回転の方が回転体11の回転中心(ケーシング中心)ま
わりの回転より4倍程速く回転する(内ギア19の内径
とギア18の外径の比で決まる)。このように、ビット
は回転体11の中心まわりに公転しながら、回転軸16
まわりに速く回転することで、その運動軌跡は図7〜1
0に示すように複雑となり、切羽を均一に且つ隈なく切
削することとなる。伴せてビットのこの運動で切土と泥
水とが均一に撹拌され、切羽面に泥水と切土が適度に混
合された流動壁が形成され、切羽が安定する。又よく混
合撹拌されることで排泥土の流動性が高まり、排泥が容
易となる。更にビット22a,・・・,22fを回動さ
せるための駆動トルクは、ビット22a,・・・,22
fと回転軸16との距離が、回転体11の回転中心まで
の距離に比べてかなり短かいので大巾に低くすることが
できる。よって小さな駆動源で大きな切削力を可能とす
る。そして、ビットを回転軸16の軸心から、遠近差の
ある異なった位置に取付けたことで、遠方のビット22
a〜22cは、ケーシング20の辺の長さの半分の長さ
よりケーシング中心から離れた遠い位置を掘削できる。
よって回転体1の回転に伴って、ビットの切削刃面の運
動軌跡は図10の如くなり、ケーシング10の外周形状
の略四角形状(略正方形状)に掘削できるものとした。
よって角筒形状のケーシング10及び矩形管2の推進を
可能としている。
【0008】
【発明の効果】以上の様に、本発明によれば、ビットを
回転体の中心まわりに公転させながらビット取付盤の回
転軸まわりに回転させることで、ビットで切羽面を均一
且つ隈なく切削でき、又ビットが二重の回転で撹拌する
ので泥水と切土の撹拌効果が高く、切羽をより安定させ
る。又切土と泥水との撹拌は、流動性を高めて排泥を容
易とする。又、ビットを回動駆動する必要トルクは、回
転軸とビットの距離が回転体の中心との距離に比べて短
かいので、小さくでき、よって同じトルクの駆動源で高
い切削力を得ることができる。更に、ビットのビット取
付盤での取付位置に遠近差を設けて取付ければ、より均
一な切削と、撹拌が可能となるばかりでなく、掘削外形
状を四角形・楕円状等に非円形のものにもすることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の掘進機本体の縦断面図である。
【図2】実施例の左側面図である。
【図3】実施例の回転軸の回転機構を示す説明図であ
る。
【図4】実施例の回転体の回転を示す説明図である。
【図5】実施例の二つの回転の回転機構説明図である。
【図6】実施例の廻り止め板の取付を示す説明図であ
る。
【図7】実施例のビットの運動軌跡を示す説明図であ
る。
【図8】実施例のビットの運動軌跡を示す説明図であ
る。
【図9】実施例のビットの運動軌跡を示す説明図であ
る。
【図10】実施例のビットの運動軌跡を示す説明図であ
る。
【符号の説明】
A 掘進機(掘削機) 1 掘進機本体 2 矩形管 10 ケーシング 11 回転体 12 排泥管 12a 排泥口 13 円環状内ギア 14 ピニオンギア 15 モータ 15a 出力軸 16 回転軸 17 軸受 18 ギア 19 円環状内ギア 20 支持筒 21 ビット取付盤 22a,22b,22c 遠い位置のビット 22d,22e,22f 近い位置のビット 23 泥水噴出口 24 排泥輸送管 25 ローリング修正加圧板 26 油圧ジャッキ 27 方向修正ジャッキ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 時枝 直人 福岡県福岡市博多区博多駅南五丁目二九番 地二三号 新技術工営株式会社推進事業部 内 (72)発明者 藤田 忠男 奈良県天理市杉本町269−5 (72)発明者 永井 博也 奈良県天理市西井戸堂町514−1 Fターム(参考) 2D054 AB01 AB05 AC05 BA03 BA09 BB02 BB09 CA04 DA12

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 掘削機の先端前面に回転体を水平軸まわ
    りに回動し、同回転体の回転中心から偏心した回転体位
    置に略水平な回転軸を複数前方へ突設するように設け、
    同回転軸をその軸まわりに回転させる駆動手段を設け、
    同回転軸の先端にビット取付盤を取付け、同ビット取付
    盤に複数のビットを回転軸の軸心から離れた位置に固着
    し、ビットを回転体の回転中心まわりに公転させながら
    回転軸まわりに回転させて二重の回転を与えて掘削させ
    ることを特徴とする地中掘削機。
  2. 【請求項2】 ビット取付盤に取付けられるビットがそ
    の回転軸の軸心から異なった距離の位置に取付けられ、
    ビットによって非円形状に掘削できるようにした請求項
    1記載の地中掘削機。
  3. 【請求項3】 機体の先端前面に回転体を回転自在に取
    付け、同回転体の一部に内側にラックギアを設けた大型
    リングを固着し、同リングのラックギアに噛合するピニ
    オンを取付け、同ピニオンを回動する駆動源を設け、又
    回転体の外側の機体の一部に内側にラックギアを設けた
    リングを固設し、同リングのラックギアと噛合するピニ
    オンギアを複数配置するとともに、同ピニオンギアを軸
    着した水平の回転軸を回転体で軸支し、同回転軸の先端
    にビット取付盤を取付けた構造の請求項1又は2記載の
    地中掘削機。
JP5990999A 1999-03-08 1999-03-08 地中掘削機 Expired - Lifetime JP3422714B2 (ja)

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