JP2519934B2 - 横坑掘削機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は横坑を掘削する際に使用するシールドおよび
セミシールド用の横坑掘削機に関する。

（背景技術およびその問題点） 従来、シールドおよびセミシールドの掘削機において
は掘削した土砂あるいは礫の搬出にスクリューコンベア
あるいは流体輸送等を用いている。しかし、地盤によっ
ては非常に大なる礫が存在し機内に取り込めないことが
あり、その場合に種々の対策が施されているが、安全、
かつ迅速に掘削作業を行うことのできる決定的な横坑掘
削機は未だ存在していない実情にある。

そこで本願出願人によって特願昭61-3350号および特
願昭61-126248号として、掘削すべき地盤にスクリュー
コンベアや流体輸送等で取り出し得ない大きさの礫を容
易、かつ連続的に取り出すことができ作業性が良好で比
較的簡易構成としたことを目的とした比較的簡易構成の
シールドおよびセミシールド用の横坑掘削機が既に提案
されている。

しかしながら、前者のものにおいては、第６図に示す
ように、波形体をマシン本体側に固定され、これに接し
て鋼球24を埋め込んだ回転子25が回転する形になってお
り、この場合、回転子25に埋め込んだ鋼球24もしくは、
テーパーローラーは、面接触の状態で埋め込まれてい
る。

ところで、このような面接触の場合、通常、球面と回
転子１との間にはその間の摩擦力を小さくするために潤
滑材が必要であり、常に潤滑油の中にこの部分を浸して
おくか、潤滑油が切れないように供給してやることが必
要であり、その機構を設けなければならないという問題
点がある。

これに対し、後者の特願昭61-126248号においては第
７図に示すように、回転可能な波形回転子16′に対し円
錐コロ17を用いころがり軸受けとしているため、上記問
題点はなく、好ましい。

本発明は更にその改良を図った関連技術に関し、第１
の目的は、回転カッターを強制的に前後動させる場合、
より確実に大きな力によって動かし、特に引いた時の破
砕力が効果的に得られる横坑掘削機を提供することを目
的としたものである。

また、第２目的としては、破砕効果を上げ、かつ破砕
部の偏摩耗の防止を図った横坑掘削機を提供するにあ
る。

すなわち、前述した特願昭61-3350号においては、破
砕効果を上げるために、そのカッターヘッドの構成の一
態様として、第８図（イ），（ロ）に示すように、カッ
ターヘッド６′の後部の破砕部を上方や左右に偏心させ
ており、カッターヘッドが駆動されると偏心状態で回転
し、かつ前後に摺動することで破砕効果を上げるものが
考えられている。

しかしながら、この場合には偏心させたカッター後部
破砕部等は、常に同一の部分が破砕にかかわるため、部
分的に早期に摩耗しやすい。

そこで、本発明では、カッターヘッドを偏心させるこ
となく破砕効果を上げ、かつ破砕部の偏摩耗を防止する
ようにしている。

（問題点を解決するための手段） すなわち、本発明は上記目的を達成するために、前方
に破砕室が形成されたシールド筒と、このシールド筒の
破砕室の前部に設けられ、かつ回転しつつ前後動可能で
あると共に掘削刃が前面に設けられたカッターヘッド
と、このカッターヘッドを回転摺動させる装置とを備
え、この装置は前端部に前記カッターヘッドが設けられ
たセンターシャフトを前後動させる、両面にそれぞれ波
形面を有する波形体と、この波形体の波形面と接触しつ
つ回転する回転部材を有することを発明の要旨としてい
る。

また、上記下位概念としてシールド筒のフード部内周
面またはカッターヘッド後部の外周面を凹凸状に形成し
ている。

（作用） 本発明は、スクリューコンベアや流体輸送等により取
り出すことの困難な大きさの礫が混入している地盤に横
坑を掘削する際に用いると好適であり、波形体の両側に
回転部材を設けてカッターヘッドを回転させつつ前後動
可能とし、カッターヘッドの前部の掘削刃で切羽を掘削
すると共に礫等を一次破砕するなどし、かつ破砕室に取
り込んだ礫等をカッターヘッド後面に必要に応じ設けた
破砕刃と、これと対向するシールド筒のフード部分に同
じく必要に応じ設けた破砕刃とによって、カッターヘッ
ドを前後動させた場合、その手段によって挟み込むよう
にしてカッターヘッドを確実に引き込んで打撃し二次破
砕することにより細かくして排出を容易とし、作業性の
向上を図っている。

また、破砕室の空間部分に広狭の変化をもたせた構成
にすると、破砕室内に取込まれた掘削土砂に含まれてい
る礫等を破砕室内においてその狭くなった空間流体で挟
み込みフード部内周面とカッターヘッド後部の外周面と
で更に砕くようにしている。

（実施例） 以下、図面に沿って本発明の好ましい実施例を説明す
る。

第１図ないし第３図（イ），（ロ）は本発明の一実施
例を示す。このうち、第１図は本発明装置の側断面図、
第２図は正面図であり、これらの図中１は鋼板よりなる
略円筒状のシールド筒で、前方部内には隔壁２が形成さ
れその前方が破砕室３となっており、かつ前端のフード
1aの内周の一部は円錐状を呈しその部分にフード破砕刃
４が設けられている。この場合、フード1aの内周から隔
壁２のバルクヘッド部分にわたって円錐状にしたり、全
面にわたってフード破砕刃４を設けても良い。

また、５はシールド筒１の前方においてシールド筒１
と略同心に設けられた回転型カッターで、この回転型カ
ッター５のカッターヘッド６の前方に設けられた面板状
を呈する円板部6aの前面には、例えば略十字状に配列さ
れ、かつ前面に突出する断面略山形のリブ6bが部分的に
設けられ、このリブ6bの頂部には超硬掘削刃6cが設けら
れている。また、カッターヘッド６の外周部の適箇所に
は破砕室３に通じる切欠き状の土砂取込口6dが形成さ
れ、かつ前部の適位置にはローラー掘削刃Ｒが設けられ
ている。この場合、土砂取込口6dの前方開口部はリブ6b
の外周部の側方の位置に形成されているが、必らずしも
図示の例に限定されるものではなく、土質条件などによ
り適宜決められるものである。さらに、シールド筒１の
フード1aおよび隔壁２と相俟って破砕室３を区画形成す
るカッターヘッド６の背面部および円錐状の背面にはカ
ッター破砕刃6eが設けられている。

しかして、カッターヘッド６の後部には後方に延びる
センターシャフト７が一体的に設けられている。このセ
ンターシャフト７は隔壁２を貫通し、かつシール８およ
び円筒状の軸受９を介し回転可能に支持され、また、後
部には回転型カッター５を回転させつつ前後動させる回
転摺動変換装置10が設けられている。この回転摺動変換
装置10はセンターシャフト７に設けられた後述する波形
体16と、この波形体16と接触しつつ回転し、かつ波形体
16を介してセンターシャフト７を前後動させる円錐コロ
の如き回転部材17とを主要部として構成されている。

すなわち、センターシャフト７の後端には摺動可能ス
プライン11が取付けられ、このスプライン11はその外周
側に設けられた大歯車12と噛合し、かつこの大歯車12は
フレーム13に固定された駆動モータ14の出力軸に取付け
たピニオン15と噛合しており、駆動モータ14の回転力が
伝達される。

そして、隔壁２の後方側のセンターシャフト外周には
一体的に前述の波形体16が設けられている。この波形体
16の両面にはそれぞれ波形面16aが形成され、かつその
波形面16aは詳しくは第３図（イ），（ロ）に示すよう
に適宜のピッチで凹凸をなし波形に形成されているが、
前面および後面の凹凸のピッチはそれぞれ逆となってい
る。これらの前後の波形面16aに対しては再び第１図に
示す如く接触しつつ回転可能な回転部材17がそれぞれ接
触するように設けられている。この回転部材17は縦断面
形状が台形をなす円錐状に形成され、かつ例えば両面の
上下に設けられ、機内のフレームに固定された軸18を介
しそれぞれ回転可能となっており、回転部材17自体の位
置は固定となっている。これらの回転部材17は必要に応
じ適宜増減される。また、必ずしも円錐状に形成する必
要はなく、球形としたり、円筒状にしても良い。

なお、機内の後方に延びるセンターシャフト７は後方
に設けられた軸受け19によって軸支されている。

また、図中20はセンターシャフト７内においてその軸
方向中央部に設けられたベントナイト溶液、CMC等の作
泥土材、水ないし泥水、さらには高圧のエアー等を外部
に噴射させるための噴射管であり、その前端の噴射孔は
各十字状に交叉するリブ6bの根元近くに設けられている
が、その他の位置に設けても良い。また、この噴射管20
の後端部にはスイベルジヨイント21を介し注入管22が接
続されている。

しかして、土質がシルトや砂礫層などの場合、噴射管
20を介し作泥土材を注入すると好適であり、また、特に
粘着性の大きな土質の場合には掘削刃の付近に掘削片が
付着しやすいので、このとき噴射管20、その噴射孔を介
して高圧エアーないし高圧ジェット水等を噴射して付着
した土砂を取り除くことが可能であるが、噴射管20等は
常に必要ではなく、土質によっては設けなくとも良い。

また、23は破砕室３の下方側に設けられ、坑内側に延
びる排出管で、特に図示しないポンプと適宜接続されて
いる。

なお、この実施例における掘削機はシールドおよびセ
ミシールドに適用するもので推進装置は従前のものを適
用可能である。

次に本発明の動作を説明する。

いま、駆動モーター14を回転せしめるとカッターヘッ
ド６はピニオン15、大歯車12、摺動可能スプライン11等
を介して回転カッターヘッド６の前面の超硬掘削刃6cに
より切羽を掘削する。この時、センターシャフト7,カッ
ター６は波形体16,およびその両側に設けられた回転部
材17等により回転と同時に前後動する。すなわち、波形
体16が回転し、その後面の凸部分が回転部材17と接触す
る際には前面の凹部分が前面側に設けられた回転部材17
と接触し、センターシャフト７は前方へ移動する。ま
た、その逆の関係のときにはセンターシャフト７は後方
へ移動して引き込まれる。このようにして、センターシ
ャフト７は回転に伴なって強制的に前後方向にも移動さ
れる。この強制摺動運動はカッターヘッド６による打撃
効果を生み切羽に存在する礫を切羽面においてカッター
ヘッドの回転力と打撃力の相乗効果により破砕（一次破
砕）し、土質によっては礫を地山の中へ押しのける効果
も生じせしめることもできる。一方、超硬掘削刃6cによ
って掘削破砕された土砂・礫は土砂取込口6dを通りカッ
ター破砕刃6eとフード破砕刃４との間隙部において摺動
のもどり時に挟み込まれると同時に回転しさらに破砕さ
れ、破砕室３に取り込まれる。

しかして、この実施例では、回転と共にカッターヘッ
ド６を前後に摺動させる場合、波形体16の両面に波形面
が形成され、それらと接触する回転部材17が設けられて
いるため、回転力をロスなく摺動させる力にすることが
可能であり、特に引き込む力を利用してカッターヘッド
後面の破砕刃６とフードの破砕刃４とで礫等を効率よく
破砕することができる。

また、機内上方に給水管（図示せず）を設け、この給
水管の開口部をフード内周面に設け、この実施例の場
合、給水管より常に水ないし泥水を供給し切羽に常時水
圧あるいは泥水圧を付加せしめて切羽の安定を図りつつ
掘削破砕された礫を供給水とともに排水管31によって排
出せしめるようにても良い。なお、カッターヘッド６の
後面のカッター破砕刃6eおよびフード部のフード破砕刃
４は必ずしも必要でなく、また、カッターヘッド自体の
形状も第１図に示した形状である必要はなく、通常の面
板タイプやスポークタイプのものであっても良い。

更に、上記実施例ではカッターヘッド６はシールド筒
１に対し略同心状に配設しているが、何れかの位置に偏
心させるなどし、それに応じて回転摺動変換装置等を構
成することも可能であり、それらの構成は土質や礫径等
に応じ任意に採択し得る。

また、波形体16はセンターシャフト７と分離し、シー
ルド機のフレーム側に固定とし、一方、回転部材17をセ
ンターシャフト７に固定しても良く、この場合もセンタ
ーシャフト７を前後動させることができる。

第４図および第５図（イ），（ロ）は本発明の第２実
施例を示すもので、この実施例では破砕室３の形状に特
徴をもたせ、これにより破砕効果を向上させている。す
なわち、フード1aの内周面の破砕部が波形の凹凸状に形
成され、破砕室３の空間部に広狭をもたせている。

したがって、破砕室３に取り込まれ、かつ破砕室３の
広い領域にある比較的大きな礫はカッターヘッド６が回
転する際に狭い領域に挟み込まれ、カッターヘッド後部
の破砕部とフード側の破砕部とによってカッターヘッド
６の前後動および回転による二次破砕により確実に破砕
することができる。

また、この場合、各破砕部は略均一に礫破砕に関与す
ることから、偏摩耗を防止し得、耐久性が向上するもの
である。

なお、以上の実施例ではフード1a側の破砕部を凹凸状
の波形にして破砕室３の空間を大小異ならせた場合につ
いて説明したが、カッターヘッド６の後部の破砕部を凹
凸状にしたり、それらとフード内周面の凹凸と組合わせ
たりしても良いことは勿論である。

また、カッターヘッド６の後部のカッター破砕刃6eお
よびフード1aのフード破砕刃４は必ずしも必要でなく、
また、カッターヘッド自体の形状も第１図に示した形状
である必要はなく、通常の面板タイプやスポークタイプ
のものであっても良い。これらの何れの構成を採用する
かは土質や礫径等に応じ任意に採択される。

また、上記において本発明は横坑掘削用の実施例につ
いて説明したが、横坑のみならず縦坑掘削用のものとし
て用いることもできることは云うまでもない。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、カッターヘッドを回転
摺動させる装置の波形体の両面に波形面を形成し、それ
らと接触し、ころがり軸受けとして機能する回転部材を
両側に設け、鋼球やたんなるローラーの面接触によるす
べり摩擦でなく、ころがり摩擦としたため、摩擦を軽減
でき、かつ波形体も両面に同様の波形を加工したものを
１ケ作るのみでよく、経済的にも有利である。

また、回転と共にカッターヘッドを前後に摺動させる
場合、回転力をロスなく摺動させる力に生かすことが可
能であり、特に引き込む力を利用してカッターヘッド背
面とフード部分とで礫等を効率よく破砕することができ
る効果がある。

さらに、シールド筒のフード内周面またはカッターヘ
ッド後部の外周面を凹凸状とした場合、カッターヘッド
を偏心させなくとも破砕室内に取込まれた掘削土砂に含
まれている礫等を破砕室内の狭くなった空間領域でフー
ド部とカッターヘッド後部とによって挟み込むようにし
て効率良く砕くことができ、十分な破砕効果を得ること
ができる効果がある。

また、カッターヘッドを偏心させた場合に比べ、破砕
部の偏摩耗はなく、破砕部の耐久性が向上する効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例で、第２図におけるＡ−Ａ
線で断面にした側断面図、第２図は同上の実施例の正面
図、第３図（イ）は本発明に用いられる波形回転子の正
面図、（ロ）は側面図、第４図はフードおよびカッター
ヘッド後部にかけての正面から見た縦断面図、第５図
（イ）は第４図中Ｂ−Ｂ線断面図、（ロ）は同Ｃ−Ｃ線
断面図、第６図ないし第８図（イ），（ロ）は本願出願
人によって既に提出された本発明の関連技術の先行例を
示す。 １……シールド筒、２……隔壁、３……破砕室、４……
フード破砕刃、５……回転型カッター、６……カッター
ヘッド、6b……リブ、6c……超硬掘削刃、７……センタ
ーシャフト、10……回転摺動変換装置、16……波形体、
16a……波形面、17……回転部材

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】前方に破砕室が形成されたシールド筒と、
   このシールド筒の破砕室の前部に設けられ、かつ回転し
   つつ前後動可能であると共に掘削刃が前面に設けられた
   カッターヘッドと、このカッターヘッドを回転摺動させ
   る装置とを備え、この装置は前端部に前記カッターヘッ
   ドが設けられたセンターシャフトを前後動させる、両面
   にそれぞれ波形面を有する波形体と、この波形体の波形
   面と接触しつつ回転する回転部材を有することを特徴と
   した横坑掘削機。
2. 【請求項２】シールド筒のフード部内周面またはカッタ
   ーヘッド後部の外周面を凹凸状に形成し、破砕室内の掘
   削土砂を破砕する特許請求の範囲第１項記載の横坑掘削
   機。