JP2005097830A - 掘進機 - Google Patents

Abstract

【課題】 掘削障害物の大きさ、形状に応じて臨機応変にかつ切れ味良く掘削障害物を砕断できる掘進機を提供する。
【解決手段】 本発明の掘進機は、シールド本体部１の掘進方向先端部に設けられかつシールド本体部１に対して回転可能のカッターヘッド部２にアブレッシブジェット水を噴射するアブレッシブジェット噴射ノズル１０ａが可動に設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は掘削障害物を粉砕しつつ掘進する掘進機に関するものである。

従来から、掘進機には掘削障害物を粉砕しつつ掘進するために、シールド本体部の掘進方向先端部に設けられてシールド本体部に対して回転可能のカッターヘッド部にウォータジェット噴射ノズルを備えたものが知られている。
特開平１０−２８０８８０号公報

しかしながら、従来の掘進機は、噴射ノズルが固定であるので、掘進中に遭遇した掘削障害物の大きさ、形状に応じて臨機応変にかつ切れ味良く細分化して排除しやすいように掘削障害物を砕断し難いという問題が残存する。

請求項１に記載の掘進機は、シールド本体部の掘進方向先端部に設けられかつ該シールド本体部に対して回転可能のカッターヘッド部にアブレッシブジェット水を噴射するアブレッシブジェット噴射ノズルが可動に設けられていることを特徴とする。

請求項２に記載の掘進機は、前記アブレッシブジェット噴射ノズルが半径方向に可動されて、掘削障害物を輪切りかつ半径方向に切断可能としたことを特徴とする。
請求項３に記載の掘進機は、前記アブレッシブジェット噴射ノズルが揺動されて噴射方向を変更可能とされていることを特徴とする。

請求項４に記載の掘進機は、前記アブレッシブジェット噴射ノズルから噴射されるアブレッシブジェット水にスラリーが混入されていることを特徴とする。
請求項５に記載の掘進機は、前記カッターヘッド部に高圧ジェット水を噴射する固定噴射ノズルが設けられ、該固定噴射ノズルにより噴射された高圧ジェット水の反射音に基づき前記掘削障害物を探索することを特徴とする。

請求項６に記載の掘進機は、前記カッターヘッド部に高圧ジェット水を噴射する固定噴射ノズルが設けられ、該固定噴射ノズルは前記カッターヘッド部のカッタービットの清浄に用いられることを特徴とする。

請求項７に記載の掘進機は、前記アブレッシブジェット噴射ノズルの近傍に該アブレッシブジェット噴射ノズルを保護するためのカッタービットが設けられていることを特徴とする。

請求項８に記載の掘進機は、前記アブレッシブジェット噴射ノズルの駆動機構がシリンダとピストンロッドとからなる油圧シリンダ駆動方式であることを特徴とする。
請求項９に記載の掘進機は、前記アブレッシブジェット噴射ノズルの駆動機構が駆動モータとロッドネジとからなるロッドネジ駆動方式であることを特徴とする。

請求項１０に記載の掘進機は、前記アブレッシブジェット噴射ノズルの駆動機構が駆動モータとラックとピニオンとからなるラックピニオン駆動方式であることを特徴とする。
請求項１１に記載の掘進機は、前記アブレッシブジェット噴射ノズルが半径方向に少なくとも二個以上設けられ、各アブレッシブジェット噴射ノズルはノズルヘッドに支持され、半径方向に可動されることを特徴とする。

請求項１２に記載の掘進機は、前記ノズルヘッドは半径方向に長く延びる筐体内に設けられ、該筐体内に清浄水が常時供給され、前記ノズルヘッドは清浄水に浸漬されて半径方向に可動されることを特徴とする。

請求項１３に記載の掘進機は、前記アブレッシブジェット噴射ノズルが旋回可能とされていることを特徴とする。
請求項１４に記載の掘進機は、前記アブレッシブジェット噴射ノズルが旋回軸に対して偏心して設けられていることを特徴とする。

本発明に係る掘進機は、アブレッシブジェット噴射ノズルがカッターヘッド部に対して可動可能であるので、掘削障害物をその形状、大きさに応じて臨機応変に砕断できるという効果を奏する。

アブレッシブジェット噴射ノズルをカッターヘッド部に設け、カッターヘッド部を回転させつつアブレッシブジェット水を噴射して掘削障害物を輪切りにし、次いで、アブレッシブ噴射ノズルを半径方向に移動させつつアブレッシブジェット水を噴射させることにより、大きな掘削障害物を扇形に砕断する。

以下、本発明に係る掘進機の具体的実施例を図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の実施の形態に係るシールド本体部の部分縦断面図である。この図１において、１はシールド本体部、２はカッターヘッド部、３は回転軸、４は排泥管である。そのカッターヘッド部２は掘進方向先端部に設けられ、図２に示すようにリング板３′を有する。このリング板３′には互いに直交する取り付け板４、５が掛け渡されて固定されている。

その取り付け板４、５は回転軸３において互いに交差している。その取り付け板４、５には中心ビット６、カッタービット７、先行ビット８、トリムビット９が適宜設けられている。

ここでは、取り付け板４にはその幅方向両側に、アブレッシブジェット噴射ノズル１０ａを有するノズルヘッド１０が設けられている。そのノズルヘッド１０の両側にはこのアブレッシブジェット噴射ノズル１０ａを保護するためのカッタービット１１が設けられている。

そのノズルヘッド１０は図３（ａ）、（ｂ）に示す駆動機構（駆動方式）１０Ａにより駆動されるもので、ここでは、その駆動機構１０Ａはピストンロッド１２と油圧シリンダ１３とからなる油圧シリンダ駆動方式とされている。ノズルヘッド１０はシリンダ１３の一端部に取り付けヘッド１４を介して取り付けられ、シリンダ１３は油圧のイン・アウト（ＩＮ・ＯＵＴ）の切り換えによりピストンロッド１２に沿って往復方向に可動されるものとなっている。

そのピストンロッド１２には回転軸３から超高圧水を供給する通路１２ａが形成され、その通路１２ａは供給管１２ｂを介してアブレッシブジェット噴射ノズル１０ａに連通されている。

ピストンロッド１２にはその供給管１２ｂの進退を許容する許容空間１２ｃが形成されている。そのノズルヘッド１０には、図４、図５に詳細な構成が示され、このノズルヘッド１０にはスラリー（でんぷん系切削剤）を供給する供給管１５が接続され、図５に示すようにエアー１０ｄに囲まれてアブレッシブジェット水１０ｅが噴射される。ここでは、このアブレッシブジェット噴射ノズル１０ａは、図６に模式的に示すように、取り付け板４の延びる半径方向に間隔を開けて３個設けられているが、１個又は２個設ける構成であっても良い。

そのカッターヘッド部２は図１に示すように回転軸３を中心にして駆動モータ１７により回転され、その回転中に各アブレッシブジェット噴射ノズル１０ａからアブレッシブジェット水１０ｅを噴射させることにより掘削障害物１８を輪切りにすることができる。また、その各アブレッシブジェット噴射ノズル１０ａを半径方向に高速移動させることにより輪切りにされた掘削障害物１８を半径方向に切断することができる。

このアブレッシブジェット噴射ノズル１０ａによれば、高圧ジェット水にスラリーを混入させることにしたので、アブレッシブジェット噴射ノズル１０ａの摩耗の低減を図りつつ掘削障害物１８の切削・砕断の効率化を図ることができる。

本発明に係るアブレッシブジェット噴射ノズル１０ａの駆動機構１０Ａは、図３に示すものに限らず、以下の変形例に示す駆動機構１０Ａにより構成しても良い。
（変形例１）
例えば、図７に示すように、先端部にノズルヘッド１０が取り付けられたロッドネジ１９の後端部にギヤ２０を設け、駆動モータ２１の出力軸２２をギヤ２０に噛み合わせて、駆動モータ２１の回転をロッドネジ１９の前進・後退に変換してノズルヘッド１０を半径方向に前後させる構成としても良い。

（変形例２）
また、例えば、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、ノズルヘッド１０にラック２３を設け、このラック２３に噛み合うピニオン２４を駆動モータ２５の出力軸２６に取り付け、駆動モータ２５の回転をラック２３の前進・後退に変換してノズルヘッドを１０半径方向に前後させる構成としても良い。

（変形例３）
また、本発明に係るノズルヘッド１０はその駆動機構１０Ａを汚泥等の異物から保護するために、図９に示すように、取り付け板４に半径方向に長く延びる容器体２７を設け、その容器体２７内には常時清浄水２８を供給し、容器体２７の内部を正圧に保持し、ノズルヘッド１０をその清浄水２８に浸漬する構成とするのが望ましい。

このように構成すると、駆動機構１０Ａに異物が付着するのを防止でき、ノズルヘッド１０の往復動のスムーズ化、故障発生の低減を図ることができる。なお、その図９において、符号２９はノズルカバー、符号３０はシールリングである。

（変形例４）
また、本発明に係るノズルヘッドは、図１０（ａ）に模式的に示すように取り付け板４の幅方向両側に設ける構成としたが、図１０（ｂ）に模式的に示すように一方のノズルヘッド１０を取り付け板４に設け、他方のノズルヘッド１０を取り付け板４と直交する方向に延びる取り付け板５に設ける構成としても良い。また、図１０（ｃ）、図１０（ｄ）に模式的に示すように回転軸３を挟んで反対側の位置にノズルヘッド１０をそれぞれ設ける構成としても良い。

更に、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）に示すように取り付け板４に高圧ジェット水を噴射する固定噴射ノズル３１を設け、この固定噴射ノズル３１の高圧ジェット水の噴射による掘削障害物１８からの反射音をオシロスコープで解析することにより掘削障害物１８の存在を探索して、ノズルヘッド１０を可動させる構成としても良い。

その固定噴射ノズル３１は図１０（ｄ）に示すように、取り付け板４と直交する取り付け板５に設ける構成としても良い。
また、ここでは、その固定噴射ノズル３１を掘削障害物１８の探索に用いることにしたが、カッタービット７の清浄に用いる構成とすることもできる。

（変形例５）
以上の実施例では、ノズルヘッド１０を半径方向に可動させる構成としたが、ノズルヘッド１０を図１１に示すように油圧式回転アクチュエータ３２に取り付け、ノズルヘッド１０の旋回軸Ｏ１に対してアブッシブジェット噴射ノズル１０ａの噴射方向Ｏ２を斜めに設定し、ノズルヘッド１０を旋回させることにより噴射方向Ｏ２を変更する構成としても良い。また、図１２に示すようにアブレッシブジェット噴射ノズル１０ａを旋回軸Ｏ１に対して偏心させて設け、アブレッシブジェット水の噴射方向Ｏ２の変更を拡大する構成とすることもできる。

本発明に係る掘進機は、トンネル、地下通路、上下水道等の配管、マンホール等の工事作業の際に用いられる。

本発明の実施例に係る掘進機のカッターヘッド部を含むシールド本体部分を示す部分縦断面図である。 図１に示すカッターヘッド部の正面図である。 図２に示すアブレッシブジェット噴射ノズルの油圧シリンダ駆動機構を示す図であって、（ａ）は半径方向外側にノズルヘッドが位置した状態を示し、（ｂ）は半径方向内側にノズルヘッドが位置した状態を示す。 図２に示すノズルヘッドの詳細構成を示す図である。 図４に示すアブレッシブジェット噴射ノズルの詳細構成を示す図である。 図２に示すアブレッシブジェット噴射ノズルの作用を説明するための模式図である。 図２に示すアブレッシブジェット噴射ノズル駆動機構の他の例を示す図であって、ネジロッド駆動機構を示す図である。 図２に示すアブレッシブジェット噴射ノズル駆動機構の他の例を示す図であって、ラックピニオン駆動機構を示す図である。 図２に示すノズルヘッドを清浄水に浸漬して往復動可能とした状態を示す説明図である。 図２に示すノズルヘッドの配置方法の各種の例を示す模式図であって、（ａ）は一方の取り付け板の両側にノズルヘッドを配設しかつ固定噴射ノズルを一方の取り付け板に配設した状態を示し、（ｂ）は一方の取り付け板に一方のノズルヘッドを取り付けかつ他方の取り付け板に他方のノズルヘッドを取り付けしかも固定噴射ノズルを一方の取り付けた状態を示し、（ｃ）は一方の取り付け板にノズルヘッドを回転軸を挟んで互いに対向して配設しかつその一方の取り付け板に固定噴射ノズルを取り付けた状態を示し、（ｄ）は一方の取り付け板にノズルヘッドを回転軸を挟んで互いに対向して配設しかつ他方の取り付け板に固定噴射ノズルを取り付けた状態を示す。 アブレッシブジェット噴射ノズルを旋回可能に設けた例を示す概念図である。 アブレッシブジェット噴射ノズルを旋回可能かつ旋回軸に偏心させて設けた概念図である。

符号の説明

１…シールド本体部
２…カッターヘッド部
１０ａ…アブレッシブジェット噴射ノズル

Claims (14)

1. シールド本体部の掘進方向先端部に設けられかつ該シールド本体部に対して回転可能のカッターヘッド部にアブレッシブジェット水を噴射するアブレッシブジェット噴射ノズルが可動に設けられていることを特徴とする掘進機。
2. 前記アブレッシブジェット噴射ノズルが半径方向に可動されて、掘削障害物を切断可能としたことを特徴とする請求項１に記載の掘進機。
3. 前記アブレッシブジェット噴射ノズルが揺動されて噴射方向を変更可能にしたことを特徴とする請求項１に記載の掘進機。
4. 前記アブレッシブジェット噴射ノズルから噴射されるアブレッシブジェット水にスラリーが混入されていることを特徴とする請求項１に記載の掘進機。
5. 前記カッターヘッド部に高圧ジェット水を噴射する固定噴射ノズルが設けられ、該固定噴射ノズルにより噴射された高圧ジェット水の反射音に基づき前記掘削障害物を探索することを特徴とする請求項２に記載の掘進機。
6. 前記カッターヘッド部に高圧ジェット水を噴射する固定噴射ノズルが設けられ、該固定噴射ノズルは前記カッターヘッド部のカッタービットの清浄に用いられることを特徴とする請求項２に記載の掘進機。
7. 前記アブレッシブジェット噴射ノズルの近傍に該アブレッシブジェット噴射ノズルを保護するためのカッタービットが設けられていることを特徴とする請求項２に記載の掘進機。
8. 前記アブレッシブジェット噴射ノズルの駆動機構がシリンダとピストンロッドとからなる油圧シリンダ駆動方式であることを特徴とする請求項２に記載の掘進機。
9. 前記アブレッシブジェット噴射ノズルの駆動機構が駆動モータとロッドネジとからなるロッドネジ駆動方式であることを特徴とする請求項２に記載の掘進機。
10. 前記アブレッシブジェット噴射ノズルの駆動機構が駆動モータとラックとピニオンとからなるラックピニオン駆動方式であることを特徴とする請求項２に記載の掘進機。
11. 前記アブレッシブジェット噴射ノズルが半径方向に少なくとも二個以上設けられ、各アブレッシブジェット噴射ノズルはノズルヘッドに支持され、半径方向に可動されることを特徴とする請求項２に記載の掘進機。
12. 前記ノズルヘッドは半径方向に長く延びる筐体内に設けられ、該筐体内に清浄水が常時供給され、前記ノズルヘッドは清浄水に浸漬されて半径方向に可動されることを特徴とする請求項１１に記載の掘進機。
13. 前記アブレッシブジェット噴射ノズルが旋回可能とされていることを特徴とする請求項３に記載の掘進機。
14. 前記アブレッシブジェット噴射ノズルが旋回軸に対して偏心して設けられていることを特徴とする請求項１１または１２に記載の掘進機。

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