JP2014237979A

JP2014237979A - 横穴掘進機

Info

Publication number: JP2014237979A
Application number: JP2013121887A
Authority: JP
Inventors: 弘美鈴江; Hiromi Suzue
Original assignee: ENERGY & MACHINERY KOREA CO LTD
Current assignee: ENERGY & MACHINERY KOREA CO LTD
Priority date: 2013-06-10
Filing date: 2013-06-10
Publication date: 2014-12-18
Also published as: KR20140144118A; KR101559757B1

Abstract

【課題】構成が簡易であり、大きな騒音が発生せず、動力伝達効率と耐久性に優れ、長時間にわたって連続的な使用ができる横穴掘進機を提供する。【解決手段】推進ジャッキ２によって前進する管本体１０と、管本体１０の前端部に屈曲自在に取付けられた羽口部２０と、羽口部２０に固定され、モーター部４０と減速部５０とを備える減速モーター３０と、減速モーター３０の前端部に取付けられ、減速された速度で回転するカッター機構７０とを備え、減速部５０をサイクロイド式減速機で構成する。【選択図】図２

Description

本発明は、上下水道管やガス管あるいは通信ケーブル配管などを埋設する際に、地中に横穴を掘削するために使用する横穴掘進機に関するものである。

従来から、地中に上下水道管や通信ケーブル配管などを埋設するために、横穴掘進機が使用されている（例えば、特許文献１参照）。

この横穴掘進機は、管体の前端部に回転式のカッターを取付け、このカッターを回転させながら前進させることによって土砂を切り崩し、横穴を連続的に掘削するものである。

特公昭６１−５６３９１号公報

しかし、従来の横穴掘進機には改良すべき点が多々ある。例えば、特許文献１に記載の掘進機では、カッター回転させるモーターの回転数を減速するために減速機を設けており、この減速機を複数の小歯車と大歯車の噛み合わせによって構成している。

従って、減速機の構成が複雑である。また、歯車の噛み合わせによって減速するため、騒音や高熱が発生し易いと共に動力伝達効率が悪く、さらに耐久性に欠けるので長時間にわたって連続使用することができないといった種々の問題がある。

本発明はこうした問題に鑑み創案されたもので、構成が簡易であり、大きな騒音が発生せず、動力伝達効率と耐久性に優れ、長時間にわたって連続的な使用ができる横穴掘進機を提供することを課題とする。

図１乃至図５を参照して説明する。請求項１に記載の横穴掘進機１は、地中に横穴を掘削するためのものであって、推進ジャッキ２によって前進する管本体１０と、前記管本体１０の前端部に屈曲自在に取付けられた羽口部２０と、前記羽口部２０に固定され、モーター部４０と減速部５０とを備える減速モーター３０と、前記減速モーター３０の前端部に取付けられ、減速された速度で回転するカッター機構７０とを備え、前記減速部５０をサイクロイド式減速機で構成したことを特徴とする。

請求項２に記載の横穴掘進機１は、地中に横穴を掘削するためのものであって、推進ジャッキ２によって前進する管本体１０と、前記管本体１０の前端部に屈曲自在に取付けられた羽口部２０と、前記羽口部２０に固定され、モーター部４０と減速部５０とを備える減速モーター３０と、前記減速モーター３０の前端部に取付けられ、減速された速度で回転するカッター機構７０とを備える。

また、前記減速部５０をサイクロイド式減速機で構成している。このサイクロイド式減速機は、複数の偏心クランク５１と、前記各偏心クランク５１の外周面にベアリング６０を介して設けられ、複数の丸孔５２を同心状に等間隔で有し、外周面に波状凸部５３ｂと波状凹部５３ｃを等間隔で交互に形成した波状面５３ａを有する曲線板５３と、前記各丸孔５２に挿通され、該丸孔５２より小径で、前記羽口部２０に固定された複数の内ピン５４と、前記曲線版の外周側に、前記波状面５３ａに当接する状態で等間隔に設けられた複数の外ピン５５と、前記複数の外ピン５５を囲む状態で設けられ、内周面に前記複数の外ピン５５を固定した回転体５６とを備える。

請求項３に記載の横穴掘進機１は、請求項１または２に記載の発明において、前記複数の内ピン５４の前端部を前端支持部材２１で支持すると共に、後端部を後端支持部材２２で支持したことを特徴とする。

請求項１に記載の横穴掘進機１は、減速モーター３０の減速部５０を、サイクロイド式減速機で構成したので、歯車式の減速機と比較して構成が簡易であり、騒音の発生を大幅に抑えることができる。また、従来技術のように歯車が摩耗することがないため動力伝達効率に優れると共に耐久性に優れるので、長時間にわたって連続的に使用することができる。

請求項２に記載の横穴掘削機は、請求項１に記載の発明と同様の効果を発揮する。また、減速部（サイクロイド式減速機）５０を、複数の偏心クランク５１と、各偏心クランク５１のそれぞれに対応して設けた曲線板５３と、当該複数の偏心クランク５１と曲線版とによって、内ピン５４および外ピン５５を介して回転体５６を減速状態で回転させる構成としている。従って、通常のサイクロイド減速機のように一つの偏心クランク５１のみによって減速を行う場合と比較して、モーターの回転力を回転体５６に複数倍効率的に伝達することができる。

請求項３に記載の横穴掘進機１は、請求項１および２に記載の発明と同様の効果を発揮することができる。また、複数の内ピン５４の前端部を前端支持部材２１で支持すると共に後端部を後端支持部材２２で支持して、いわゆる両持ち式での支持を行っているので、通常のサイクロイド減速機のように片持ち式で支持を行うものと比較して、内ピン５４を極めて安定した姿勢で長時間支持することができる。これにより、耐久性をさらに向上させて、より長時間にわたる連続使用が可能となる。

本発明に係る横穴掘進機の使用状態を示す側面図である。本発明に係る横穴掘進機の実施形態を示す一部断面側面図である。図２に示す横穴掘進機の正面図である。図２に示す横穴掘進機の要部拡大断面図である。図４のＸ−Ｘ線概略断面図である。

本発明に係る横穴掘進機１の実施例を、図１乃至図５に示す。これは、地盤Ｇの中に上下水道管やガス管あるいは通信ケーブル配管などを埋設する際、その地中に横穴を掘削するために使用する機械であり、管本体１０、羽口部２０、減速モーター３０およびカッター機構７０を備える。なお、図中において、符号Ｂはベアリング、Ｍはメカニカルシール、Ｓはスラストローラーベアリングをそれぞれ示す。

本実施形態における横穴掘進機１の管本体１０は円筒状であり、その後端部が直接あるいは間接に推進ジャッキ２によって押圧されることによって地中を前進する（本実施形態では、ヒューム管３を介して管本体１０を押圧している）。この、管本体１０の前端部には複数の油圧シリンダー１３を設け、この油圧シリンダー１３で羽口部２０の外周端後端部を押圧することによって、進行方向（埋設方向）を自在に調整する。また、当該管本体１０の前端部には、カッター機構７０で破砕した土砂を回収するための水Ｗを供給する給水部１２を備える。

羽口部２０は略円筒状であり、その後部に縦壁２６を備え、前記油圧シリリンダー１３はこの縦壁２６を押圧する。この羽口部２０は、その後端部が管本体１０の前端部に嵌合し、パッキン１１を介して当該管本体１０に屈曲自在に取付けられる。

減速モーター３０はモーター部４０と減速部５０とを備え、モーター部４０が羽口部２０の縦壁２６に貫通した状態で取付けられる。モーター部４０は、ステーター４２、コイル４３およびローター４４を備える電磁モーターで構成される。

また、減速部５０は、複数（図４・図５では二つ）の偏心クランク５１、複数枚（図４・図５では二枚）の曲線板５３、複数（偶数本）の内ピン５４、複数（偶数本）の外ピン５５、および回転体５６で構成される。なお、内ピン５４および外ピン５５の数は限定されない。複数の偏心クランク５１は、モーター部４０の回転軸４１に前後方向に隣接し、かつ、所定の偏心距離Ｄで相互に１８０°（又は１２０°）偏心した状態で設けられる（図４および図５参照）。

二枚の曲線板５３は前後方向に隣接して設けられ、それぞれが対応する偏心クランク５１の外周面にベアリング６０を介して配置される。また、二枚の曲線板５３はそれぞれ同じ数で複数（偶数本）の丸孔５２を同心状に等間隔で有し、外周面に同じ数で奇数個の波状凸部５３ｂと、それと同数の波状凹部５３ｃを等間隔で交互に形成した波状面５３ａを有する。従って、一方の曲線板５３に形成された複数の丸孔５２と、他方の曲線板５３に形成された複数の丸孔５２は、対応する二つの丸孔５２が偏心した状態で対向位置し、その中を対応する一本の内ピン５４が挿通する。

複数の内ピン５４は羽口部２０に固定され、各内ピン５４は、隣接して設けられた二枚の曲線板５３の対向位置する二つの丸孔５２に挿通される。この内ピン５４は丸孔５２より小径である。なお、本実施形態における複数の内ピン５４は、その前端部を前端支持部材２１で支持すると共に、後端部を羽口部２０に一体成形した後端支持部材２２で支持している。また、この内ピン５４は、その外周面に円筒状のローラー５４ａを回転自在に嵌装し、丸孔５２との接触抵抗をさらに低減している。

複数の外ピン５５は、曲線版の外周側に配置され、当該曲線板５３の波状面５３ａに当接する状態で等間隔に設けられる。

回転体５６は複数の外ピン５５を囲む状態で、内周面に当該複数の外ピン５５を等間隔で固定している。この回転体５６は、略円筒状の円筒部５６ａと、その円筒部５６ａの前端開口部覆う状態で一体成形された前壁部５６ｂとを備える。

カッター機構７０は、減速モーター３０（減速部５０）の回転体５６（前壁部５６ｂ）に固定した回転部材７２と、その回転部材７２に支軸７３を介して自転自在に取付けられた複数の回転カッター７１とを備え、減速部５０によって減速された速度で回転する。回転カッター７１は、略円錐体形状の本体部から角状の角切削部７１ａや、螺旋０状の螺旋切削部７１ｂを突設して構成される。角切削部７１ａおよび螺旋切削部７１ｂは土砂や岩盤を破砕できる硬度を備える硬質材で構成される。

なお、本実施形態における掘進機１においては、羽口部２０の後端部に水冷空間部２３を形成し、この水冷空間部２３でモーター部４０の前部を冷却している。

また、減速部５０の後部外周面に破砕突起部２４を設けると共に、羽口部２０の後部内周面に破砕受部２５を設け、さらに減速部５０の回転体５６の回転軸４１心を羽口部２０の中心軸線と偏心させている。これにより、破砕突起部２４と破砕受部２５との距離を連続的に変化させ、両者間で、カッター機構７０によって破砕したあらゆる大きさの岩石などを効果的に細かく粉砕する。

本実施形態における横穴掘進機１は、次のように作動する。まず、カッター機構７０を、減速モーター３０を駆動させることによって回転させると共に、管本体１０の後端部をヒューム管３を介して推進ジャッキ２で前方に押圧して前進させる。カッター機構７０が回転しながら前進することにより、複数の回転カッター７１はそれぞれの角切削部７１ａまたは螺旋切削部７１ｂが土砂に突き当たり、その反力で自転しながら当該土砂を破砕する。

破砕された土砂は、給水部１２から供給された水Ｗや地下水と共に、羽口部２０および管本体１０の内部に形成された排水路を通過して地上に排出される。こうしたカッター機構７０の回転と前進を同時に行うことによって、土砂を連続的に掘削して横穴を形成する。

本実施形態に係る横穴掘進機１は、減速モーター３０の減速部５０を、サイクロイド式減速機で構成しているので、構成が簡易である。また、このサイクロイド式減速機は歯車を使用せず、偏心クランク５１、曲線板５３、内ピン５４、外ピン５５および回転体５６によって減速するので大きな騒音が発生せず、耐久性と動力伝達効率に優れる。従って、長時間にわたって連続的に使用することができる。

また、この横穴掘削機は、減速部５０をサイクロイド式減速機で構成し、かつ、そのサイクロイド減速機を二つの偏心クランク５１と、各偏心クランク５１に対応して設けた二つの曲線板５３とを設けて構成しているので、一つの偏心クランク５１のみによって減速する通常のサイクロイド減速機と比較して、モーターの回転力を２倍の効率で回転体５６に伝達することができる。

すなわち、例えば、図５に示すように、一方の曲線板５３の上端面が外ピン５５（回転体５６）に回転力を加えていない状態では、他方の曲線板５３の上端面が外ピン５５（回転体５６）に回転力を加えた状態となる。また、この状態では、他方の曲線板５３の下端面が外ピン５５（回転体５６）に回転力を加えていない状態となるが、一方の曲線板５３の下端面が外ピン５５（回転体５６）に回転力を加えた状態となる。従って、回転体５６には常に二枚の曲線板５３から回転力が伝達されることになり、その結果、回転力の伝達効率が大幅に高められる。

さらに、この横穴掘進機１は、複数の内ピン５４の前端部を前端支持部材２１で支持すると共に後端部を後端支持部材２２で支持しているので、片持式である通常のサイクロイド減速機と比較して、内ピン５４を極めて安定した姿勢で長時間支持することができる。これにより、安定性および耐久性をさらに高めて、より長時間におよぶ連続使用を可能とすることができる。

１横穴掘進機
２推進ジャッキ
３ヒューム管
１０管本体
１１パッキン
１２給水部
１３油圧シリンダー
２０羽口部
２１前端支持部材
２２後端支持部材
２３水冷空間部
２４破砕突起部
２５破砕受部
２６縦壁
３０減速モーター
４０モーター部
４１回転軸
４２ステーター
４３コイル
４４ローター
５０減速部
５１偏心クランク
５２丸孔
５３曲線板
５３ａ波状面
５３ｂ波状凸部
５３ｃ波状凹部
５４内ピン
５４ａローラー
５５外ピン
５６回転体
５６ａ円筒部
５６ｂ前壁部
６０ベアリング
７０カッター機構
７１回転カッター
７１ａ角切削部
７１ｂ螺旋切削部
７２回転部材
７３支軸
Ｂベアリング
Ｇ地盤
Ｍメカニカルシール
Ｓスラストローラーベアリング
Ｗ水

Claims

地中に横穴を掘削するための掘進機であって、推進ジャッキ（２）によって前進する管本体（１０）と、前記管本体の前端部に屈曲自在に取付けられた羽口部（２０）と、前記羽口部に固定され，モーター部（４０）と減速部（５０）とを備える減速モーター（３０）と、前記減速モーターの前端部に取付けられ，減速された速度で回転するカッター機構（７０）と、を備え、前記減速部をサイクロイド式減速機で構成したことを特徴とする横穴掘進機。
地中に横穴を掘削するための掘進機であって、推進ジャッキ（２）によって前進する管本体（１０）と、前記管本体の前端部に屈曲自在に取付けられた羽口部（２０）と、前記羽口部に固定され，モーター部（４０）と減速部（５０）とを備える減速モーター（３０）と、前記減速モーターの前端部に取付けられ，減速された速度で回転するカッター機構（７０）と、を備え、前記減速部を、複数の偏心クランク（５１）と、前記各偏心クランクの外周面にベアリング（６０）を介して設けられ，複数の丸孔（５２）を同心状に等間隔で有し，外周面に波状凸部（５３ｂ）と波状凹部（５３ｃ）を等間隔で交互に形成した波状面（５３ａ）を有する曲線板（５３）と、前記各丸孔に挿通され，該丸孔より小径で，前記羽口部に固定された複数の内ピン（５４）と、前記曲線版の外周側に，前記波状面に当接する状態で等間隔に設けられた複数の外ピン（５５）と、前記複数の外ピンを囲む状態で設けられ，内周面に前記複数の外ピンを固定した回転体（５６）と、を備えるサイクロイド式減速機で構成したことを特徴とする横穴掘進機。
前記複数の内ピン（５４）の前端部を前端支持部材（２１）で支持すると共に、後端部を後端支持部材（２２）で支持したことを特徴とする請求項１または２に記載の横穴掘進機。