JP2824187B2 - 矩形シールド掘削機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、断面が正方形の穴を
掘進するための矩形シールド掘削機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、シールド掘削機としては次のよう
なものがある(特開昭６３−２４７４９７号公報)。この
シールド掘削機は、円筒形状のシェルの前端に漏斗形状
のフードを固定し、上記シェルにフードの後方に位置す
るように隔壁を固定して、上記フードの後端と隔壁との
間にチャンバーを形成している。この隔壁の中心には回
転軸を回転自在に挿通している。したがって、この回転
軸は円筒形のシェルの中心に位置している。この回転軸
の先端にはカッタヘッドを固定している。このカッタヘ
ッドは回転軸の先端に固定したコーンとこのコーンの先
端に固定したカッタアーム等の掘削部とからなってお
り、上記コーンとフードとの間に破砕室を形成してい
る。そして、この破砕室には送泥管により泥水を供給
し、掘削部により地盤を掘削し、掘削された礫を破砕室
で破砕し、破砕された礫，土砂等を破砕室からチャンバ
ーに導き、さらに、チャンバーに連通する排泥管により
外部に排出するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最近、断面
が正方形の管路のための穴を掘る際には、その管路の形
状に合わせて断面が正方形の穴を掘削したいという要請
がある。

【０００４】ところが、上記従来のシールド掘削機は円
筒形のシェルに固定した隔壁の中心、つまり円筒形のシ
ェルの中心に回転軸を配置し、この回転軸に固定したカ
ッタヘッドの回転によって掘削を行うため、掘削された
穴は必然的に円形になり、断面が正方形の穴を掘ること
ができないという問題がある。

【０００５】そこで、この発明の目的は、断面が正方形
の穴を掘進することができる矩形シールド掘削機を提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の矩形シールド掘削機は、断面正方形状の
シェルと、上記シェルの中心を回転中心として上記シェ
ルの内側に回転自在に支持された回転隔壁と、略正三角
形を構成する掘削部を有するカッタヘッドを先端に固定
すると共に、上記シェルの中心に対して偏心した位置で
上記回転隔壁に支持された回転軸と、上記回転軸の他端
に固定された外歯ギヤと、上記外歯ギヤと互いに噛合す
ると共に、ピッチ円の直径が上記外歯ギヤのピッチ円の
直径の４／３倍であり、かつ、中心が上記シェルの中心
と一致する内歯ギヤと、一端が上記外歯ギヤの中心に回
転自在に嵌合され、他端が上記シェルに回転自在に支持
され、上記外歯ギヤを上記内歯ギヤに噛合させて自転さ
せながら公転させて遊星運動をさせるクランク軸と、上
記クランク軸を回転駆動する駆動装置とを備えて、上記
カッタヘッドの掘削部により構成された略正三角形の中
心を上記回転軸の中心に一致させ、上記カッタヘッドの
掘削部により構成された略正三角形の各頂点を直線で結
ぶ各辺の長さと上記シェルの一辺の長さを略等しくする
と共に、上記カッタヘッドの掘削部により構成された略
正三角形の２つの頂点を直線で結ぶ一辺が上記シェルの
一辺と平行であるとき、上記シェルのその一辺の対辺中
央に上記カッタヘッドの掘削部の略正三角形の他の頂点
が位置するようにし、上記外歯ギヤの遊星運動と共に上
記回転軸が遊星運動をして、上記カッタヘッドで上記シ
ェルの断面形状に略一致する矩形の穴を掘ると共に、上
記回転隔壁がその回転隔壁の中心から偏心した位置で支
持された上記回転軸によって回転させられながら上記シ
ェル内を前後に仕切ることを特徴としている。また、請
求項２の矩形シールド掘削機は、請求項１の矩形シール
ド掘削機において、上記カッタヘッドの略正三角形を構
成する掘削部の各辺は、夫々対向する頂点を中心とする
円弧形状であることを特徴としている。

【０００７】

【作用】上記駆動装置を駆動すると、クランク軸が回転
して、外歯ギヤは、ピッチ円の直径がその外歯ギヤのピ
ッチ円の直径の４／３倍である内歯ギヤに噛合して自転
しながら公転する。このため外歯ギヤに固定された回転
軸も自転しながら公転する。このとき、回転隔壁は、断
面正方形のシェルに回転自在に支持され、かつ、回転軸
をその回転隔壁の中心から偏心した位置で支持している
ため、自転をおこなう。つまり、上記回転軸は、自転す
る回転隔壁を介してシェルに偏心して支持された状態
で、自転しながら公転する遊星運動を行うのである。こ
のため、回転軸の先端に固定されたカッタヘッドの略正
三角形を構成する掘削部は、地盤の土砂や礫を掘削す
る。このとき、上記カッタヘッドの掘削部は、クランク
軸の偏心量に従って、遊星運動し、この掘削部の軌跡の
包絡線は略正方形となる。

【０００８】したがって、上記シェルが正方形断面を持
っていることと相俟って、正方形の穴を掘削することが
できる。

【０００９】また、掘削時に、遊星運動する回転軸に作
用する大きな曲げモーメントは、上記回転軸を偏心した
位置で回転自在に支持しながら回転する回転隔壁により
支持されるから、この回転軸は曲がることなくスムーズ
に回転できる。

【００１０】上記回転軸が遊星運動しているため、この
箇所でシェル内をカッタヘッド側と駆動装置側とに仕切
ることは、通常困難と考えられている。しかし、この発
明では、上記回転軸は回転隔壁の偏心した位置に回転自
在に支持され、かつ上記回転隔壁はシェルに回転自在に
支持されているから、上記回転軸の遊星運動を許容しつ
つ、上記シェル内のカッタヘッド側と駆動装置側とを密
に仕切ることができるのである。

【００１１】

【実施例】以下、この発明を図示の実施例により詳細に
説明する。

【００１２】図１において、１は断面が正方形状のシェ
ルであり、このシェル１の前端には内周が漏斗形状で外
周が正方形のフード２を固定している。このフード２の
内周面には、図２に示すように放射状の突起３を設けて
いる。一方、上記シェル１の内側には、フード２の後端
から所定の間隔をあけて支持板５を固定している。この
支持板５にはベアリング６を介して回転隔壁７を回転自
在に取り付けて、上記回転隔壁７の前面とフード２の後
端面との間にはチャンバー１３を形成している。上記回
転隔壁７は外周の円筒部と内周の円筒部とフランジ部と
放射状のリブとからなり、内周の円筒部は偏心した位置
にあって、回転軸１５を回転隔壁７の中心に対して偏心
した内周部にブッシュ１６を介して回転自在に支持して
いる。したがって、この回転軸１５は正方形断面のシェ
ル１の中心に対しても偏心した位置にあることになる。
また、上記ベアリング６は回転隔壁７に作用するラジア
ル荷重とスラスト荷重の両方を支持することができる。
上記回転隔壁７の外周の円筒部と、シェル１の内周に固
定した外周が正方形で内周が円筒形のスペーサ板１１と
の間はシール部材１２によりシールしている。

【００１３】一方、上記回転軸１５の先端にはカッタヘ
ッド２０を固定している。このカッタヘッド２０は図
１、２に示すように、回転軸１５の先端に固定したコー
ン２１とそのコーン２１の先端に円周方向に等間隔に固
定され、半径方向に延びる３本のカッタアーム２２と、
このカッタアーム２２のほぼ先端部をつなぐ小さな曲率
のカッタリング２３と、カッタアーム２２とコーン２１
とをつなぐ送りブレード２４とからなる。図２に示すよ
うに、このカッタアーム２２の頂点Ａは正方形のフード
２のほぼ内側に位置し、このカッタアーム２２の頂点Ａ
を結ぶと正三角形を構成するようにしている。

【００１４】なお、図２において、２５はカッタアーム
２２の前面に設けたカッタツース、２６はカッタリング
２３の前面に設けた外周ビット、２７はコーン２１の外
周に設けた突起である。

【００１５】また、上記回転軸１５には、フード２の内
周面かつ後端とコーン２１の外周面かつ後端との間を塞
ぐスリットプレート３０を固定している。このスリット
プレート３０は、コーン２１の外周後端とフード２の内
周後端が最大限離れても、それらの間に面するような寸
法になっている。このスリットプレート３０には、後に
述べる配泥管によって搬送可能な礫のみを通過させる大
きさの開口３１を設けている。したがって、フード２の
内周とコーン２１の外周との間の破砕室Ｂにおいて、こ
の開口３１よりも小さく破砕された礫や土砂のみがチャ
ンバー１３内に入ることができる。また、上記回転軸１
５にはチャンバー１３内に位置するように掻き上げ板３
２を固定している。この掻き上げ板３２はチャンバー１
３内において礫や土砂などを泥水と攪拌する働きをす
る。

【００１６】一方、上記支持板５の後方には偏心リング
ギヤ装置４０を設けている。この偏心リングギヤ装置４
０はシェル１の内周に固定した内歯ギヤ４１とこの内歯
ギヤ４に噛合する外歯ギヤ４２からなる。この内歯ギヤ
４１のピッチ円と外歯ギヤ４２のピッチ円の比は４対３
になっている。この外歯ギヤ４２は回転軸１５に固定し
ている。この内歯ギヤ４１の中心はシェル１の中心に位
置している。したがって、内歯ギヤ４１のピッチ円の半
径Ｒ₁＝４、外歯ギヤ４２のピッチ円の半径Ｒ₂＝３とす
ると、上記回転軸１５および外歯ギヤ４２はシェル１の
中心から偏心量ｅ＝１だけ偏心していることになる。さ
らに、この偏心量ｅ＝１、半径Ｒ₁＝４、Ｒ₂＝３のとき
に、図２に示すように、シェル１およびフード２の一辺
の長さＳ＝１４およびカッタアーム２２の頂点Ａを結ぶ
正三角形の一辺の長さＳ＝１４の関係になっている。

【００１７】一方、上記シェル１に固定した支持フレー
ム５０にクランク軸５２の一端部をベアリング５３,５
４を介して回転自在に支持している。このクランク軸５
２の他端部は外歯ギヤ４２の後端部にブッシュ５５を介
して回転自在に嵌合している。したがって、このクラン
ク軸５２の回転によって外歯ギヤ４２を内歯ギヤ４１に
噛合させて、外歯ギヤ４２を内歯ギヤ４１に沿って自転
させながら公転させることができる。上記クランク軸５
２は、シェル１内に設けた駆動装置としての電動機６０
によって、減速装置６１、互いに噛合する伝達歯車６
２,６３を介して回転させるようにしている。

【００１８】なお、図１において、７１はこの矩形シー
ルド掘削機の掘進方向を修正するための方向修正ジャッ
キ、７２は上記フード２に設けた開口７３を通して泥水
を破砕室Ｂに導びく送泥管、７５は上記スペーサ板１１
のシェル１のコーナ部近傍の広い箇所に開口して、チャ
ンバー１３内の土砂を外部に排出するための排泥管であ
る。

【００１９】上記構成の矩形シールド掘削機は次のよう
に動作する。この矩形シールド掘削機は、縦穴の底部に
設けた図示しないジャッキによって埋設管を介して前方
に推進される。

【００２０】この矩形シールド掘削機を前方に推進しな
がら、電動機６０によって減速機６１、伝達歯車６２,
６３を介してクランク軸５２を回転させると、偏心リン
グギヤ装置４０の外歯ギヤ４２はクランク軸５２の３回
転によって自転を４回しながらそれと逆方向の公転を３
回行う。この外歯ギヤ４２の遊星運動によって回転軸１
５およびカッタヘッド２０も同じくクランク軸５２の３
回転によって自転を４回行ってそれと逆方向の公転を３
回行う遊星運動を行う。これによってカッタヘッド２０
のカッタアーム２２の先端Ａの軌跡は、前述の如く偏心
リングギヤ装置４０の内歯ギヤ４１のピッチ内の半径Ｒ
₁＝４、外歯ギヤ４２のピッチ円の半径Ｒ₂＝３、クラン
ク軸５２の偏心量ｅ＝１、カッタアーム２２の頂点Ａを
結ぶ三角形の一辺の長さＳ＝１４、およびシェル１およ
びフード２の一辺の長さＳ＝１４の関係を有するため、
上記正三角形が描く軌跡は図３に示すようになり、カッ
タアーム２２等の掘削部はシェル１の外形に適合した正
方形の穴を掘削する。

【００２１】この礫を破砕する際に、遊星運動する回転
軸１５に作用する大きな曲げモーメントは、上記回転軸
１５に偏心した位置で回転自在に支持しながら回転する
回転隔壁７によって支持されるから、この回転軸１５は
曲がることなくスムーズに回転することができる。

【００２２】また、上記回転軸１５は回転隔壁７の偏心
した位置に回転自在に支持され、かつ上記回転隔壁７は
シェル１に回転自在に支持されているから、上記回転軸
１５の遊星運動を許容しつつ、上記シェル１内のチャン
バー１３側と偏心リングギヤ装置４０側とを密に仕切る
ことができる。したがって、上記チャンバー１３内の泥
水と攪拌された礫，土砂が、上記シェル１内の偏心リン
グギヤ装置４０側に侵入するのを防止することができ
る。

【００２３】また、上記クランク軸５２の回転により、
偏心リングギヤ装置４０の外歯ギヤ４２が遊星運動を行
うため、カッタヘッド２０のコーン２１も遊星運動を行
う。このためフード２の内周とコーン２１の外周との間
の破砕室Ｂの半径方向の寸法が拡縮し、破砕室Ｂに掘削
されて導びかれてきた礫などは、このフード２に対する
コーン２１の接離する遊星運動によって粉砕される。し
たがって、礫の破砕を効率よく行うことができる。

【００２４】破砕室Ｂで破砕された礫のうち、スリット
プレート３０の開口３１を通過することができる礫のみ
が、送泥管７２の出口７３より破砕室Ｂに導びかれた泥
水によってチャンバー１３に導びかれる。上記開口３１
を通過できない礫は、破砕室Ｂにおいてより小さく砕か
れた後、開口３１を通ってチャンバー１３に導びかれ
る。このようにして、チャンバー１３に導びかれた礫や
土砂は、攪拌羽根３２によって攪拌されて、図示しない
出口から排泥管７５を通して外部に排出される。このチ
ャンバー１３内にある礫はスリットプレート３０の開口
３１を通った礫であるので、排泥管３５に詰まることは
なく確実に外部に排出される。

【００２５】上記実施例ではクランク軸５２の偏心量ｅ
＝１、内歯ギヤ４１のピッチ円の半径Ｒ₁＝４、外歯ギ
ヤ４２のピッチ円の半径Ｒ₂＝３とし、さらにカッタア
ーム２２の頂点Ａを結ぶ三角形の一辺の長さＳ＝１４と
したが、この一辺の長さＳの長さを変えることによって
各一辺が内側あるいは外側に湾曲した多少変形した形の
正方形断面の穴を掘削することができる。

【００２６】

【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の矩
形シールド掘削機によれば、シェルを断面正方形にし、
駆動装置によってクランク軸を回転駆動し、このクラン
ク軸の回転によって、ピッチ円の直径が外歯ギヤのピッ
チ円の直径の４／３倍である内歯ギヤに外歯ギヤを噛合
しながら自転をさせ、それと逆方向の公転をさせ、この
外歯ギヤに固定した回転軸およびカッタヘッドを自転さ
せながら公転させて、カッタヘッドの略正三角形を構成
する掘削部に遊星運動させるので、この略正三角形の掘
削部の軌跡が略正方形となり、シェルが正方形断面を有
することと相俟って、正方形の穴を掘削することができ
る。

【００２７】また、掘削時に、遊星運動する回転軸に作
用する大きな曲げモーメントは、上記回転軸を偏心した
位置で回転自在に支持しながら回転する回転隔壁により
支持されるから、この回転軸は曲がることなくスムーズ
に回転することができる。

【００２８】また、上記回転軸は回転隔壁の偏心した位
置に回転自在に支持され、かつ上記回転隔壁はシェルに
回転自在に支持されているから、上記回転軸の遊星運動
を許容しつつ、上記シェル内のカッタヘッド側と駆動装
置側とを密に仕切ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施例の矩形シールド掘削機の
断面図である。

【図２】 上記実施例の矩形シールド掘削機を前方から
見た図である。

【図３】 正三角形を構成する掘削部が遊星運動を行う
ことによって正方形の穴を掘削することを示すための説
明図である。

【符号の説明】

１…シェル、２…フード、７…回転隔壁、１３…チャン
バー、１５…回転軸、２０…カッタヘッド、２１…コー
ン、２２…カッタアーム、３０…スリットプレート、４
０…偏心リングギヤ装置、４１…内歯ギヤ、４２…外歯
ギヤ、５２…クランク軸、６０…電動機。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和田 洋 大阪府大阪市阿倍野区松崎町２丁目２番 ２号 株式会社奥村組内 (56)参考文献 特開 昭63−189596（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−158196（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 断面正方形状のシェルと、 上記シェルの中心を回転中心として上記シェルの内側に
   回転自在に支持された回転隔壁と、 略正三角形を構成する掘削部を有するカッタヘッドを先
   端に固定すると共に、上記シェルの中心に対して偏心し
   た位置で上記回転隔壁に支持された回転軸と、 上記回転軸の他端に固定された外歯ギヤと、 上記外歯ギヤと互いに噛合すると共に、ピッチ円の直径
   が上記外歯ギヤのピッチ円の直径の４／３倍であり、か
   つ、中心が上記シェルの中心と一致する内歯ギヤと、 一端が上記外歯ギヤの中心に回転自在に嵌合され、他端
   が上記シェルに回転自在に支持され、上記外歯ギヤを上
   記内歯ギヤに噛合させて自転させながら公転させて遊星
   運動をさせるクランク軸と、 上記クランク軸を回転駆動する駆動装置とを備えて、 上記カッタヘッドの掘削部により構成された略正三角形
   の中心を上記回転軸の中心に一致させ、 上記カッタヘッドの掘削部により構成された略正三角形
   の各頂点を直線で結ぶ各辺の長さと上記シェルの一辺の
   長さを略等しくすると共に、 上記カッタヘッドの掘削部により構成された略正三角形
   の２つの頂点を直線で結ぶ一辺が上記シェルの一辺と平
   行であるとき、上記シェルのその一辺の対辺中央に上記
   カッタヘッドの掘削部の略正三角形の他の頂点が位置す
   るようにし、 上記外歯ギヤの遊星運動と共に上記回転軸が遊星運動を
   して、上記カッタヘッドで上記シェルの断面形状に略一
   致する矩形の穴を掘ると共に、上記回転隔壁がその回転
   隔壁の中心から偏心した位置で支持された上記回転軸に
   よって回転させられながら上記シェル内を前後に仕切る
   ことを特徴とする矩形シールド掘削機。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の矩形シールド掘削機に
   おいて、 上記カッタヘッドの略正三角形を構成する掘削部の各辺
   は、夫々対向する頂点を略中心とする円弧形状であるこ
   とを特徴とする矩形シールド掘削機。