JP2898966B1 - 矩形トンネル用シールド掘進機 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 矩形トンネル用シールド掘進機において、ト
ンネルの角部を合理的に余堀りできるコピーカッター装
置を実現する。 【解決手段】 カッターディスク２を回転駆動するカッ
ター回転駆動手段６を備え、カッターディスク２がディ
スク本体４とディスク本体４に装備され且つディスク本
体４の回転に同期して自・公転する１対の遊星カッター
５を備え、ディスク本体４の回転に連動して遊星カッタ
ー５を自転させる遊星歯車機構７を有し、遊星カッター
５の輪郭形状を遊星カッター５の自転数と公転数の比に
応じて形成し矩形断面トンネルを掘削可能なシールド掘
進機において、一方の遊星カッター５に、トンネル角部
を外側へ余掘り可能な第１のコピーカッター装置５１を
設けたので、コピーカッター装置５１の突出ストローク
が過大にならず、コピーカッター装置５１が大型化する
こともない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、矩形トンネル用
シ−ルド掘進機に関し、特にディスク本体にその回転に
同期して自転しつつ公転する遊星カッターを設けて矩形
断面トンネルを掘削する掘進機において遊星カッターに
コピーカッター装置を設けたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】 各種のシールド坑（上下水道用トンネ
ル、地下鉄用トンネル、通信ケーブル用トンネル、共同
溝用トンネルなど）をシールド工法により構築する為の
掘削装置としてシールド掘進機が広く実用に供されてい
る。通常のシールド掘進機は、円形断面トンネルを掘削
するように構成されている。しかし、近年、矩形断面ト
ンネルを掘削可能な矩形トンネル用シールド掘進機が提
案され、実用化の為の検討がなされている。

【０００３】例えば、特開平１０−６１３８２号公報に
記載されたシールド掘進機においては、スキンプレート
として前側の矩形断面状の胴部材と、その後端に連結さ
れた矩形断面状のシールド枠とが設けられ、カッターデ
ィスクと、カッターディスクを回転駆動するカッター回
転駆動手段とが設けられ、カッターディスクはディスク
本体とディスク本体に装備され且つディスク本体の回転
に同期して自転しつつ公転する１対の遊星カッターとを
有する。

【０００４】ディスク本体の回転に連動して遊星カッタ
ーを自転させる遊星歯車機構が設けられ、遊星カッター
の輪郭形状をその遊星カッターの自転回転数と公転回転
数との比に応じて形成して矩形断面トンネルを掘削可能
に構成してある。そして、このシールド掘進機において
は、遊星カッターの自転回転数と公転回転数との比は
４：１に設定され、トンネル中央部の円形断面部をディ
スク本体のメインカッターで掘削し、４つ角部を１対の
遊星カッターにて掘削する。

【０００５】ところで、シールド掘進機には、トンネル
を湾曲状に掘進する際に、トンネルの外周部を余分に掘
削するコピーカッター装置が設けられる。従来のコピー
カッター装置は、コピーカッターと、このコピーカッタ
ーを進退駆動する油圧シリンダとで構成され、カッター
ディスクの何れかのカッタースポークに装備される。前
記公報の矩形トンネル用シールド掘進機には、コピーカ
ッター装置が具体的に提案されていない。

【０００６】そこで、従来の通常のシールド掘進機と同
様に、カッターディスクに複数のメインカッタースポー
クを設け、その何れかのメインカッタースポークにコピ
ーカッター装置を装備し、そのコピーカッター装置の回
転位相に適合させてコピーカッター装置の油圧シリンダ
のストローク制御を行うことで、矩形断面トンネルの全
周に亙って、そのコピーカッター装置により余掘りを行
うようにすることが考えられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】 前記のように、矩形
トンネル用シールド掘進機において、メインカッタース
ポークにコピーカッター装置を装備する場合、矩形断面
トンネルの各角部におけるコピーカッター装置の突出長
さが非常に大きくなるので、コピーカッター本体を太く
高剛性のものに構成し、それに応じてメインカッタース
ポークを大型化すると、コピーカッター装置とカッター
ディスクが大型化し、製作費も高価になる。

【０００８】本発明の目的は、矩形トンネル用シールド
掘進機において、トンネルの角部を合理的に余堀りでき
るコピーカッター装置を実現すること、トンネルの角部
の両側付近部を合理的に余堀りできるコピーカッター装
置を実現すること、トンネルの上下左右の直線部を合理
的に余堀りできるコピーカッター装置を実現すること等
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】 請求項１の矩形トンネ
ル用シールド掘進機は、カッターディスクと、カッター
ディスクを回転駆動するカッター回転駆動手段とを備
え、カッターディスクがディスク本体とディスク本体に
装備され且つディスク本体の回転に同期して自転しつつ
公転する１対の遊星カッターとを備え、ディスク本体の
回転に連動して遊星カッターを自転させる遊星歯車機構
を有し、遊星カッターの輪郭形状をその遊星カッターの
自転回転数と公転回転数との比に応じて形成して矩形断
面トンネルを掘削可能なシールド掘進機において、一方
の遊星カッターに、矩形断面トンネルの角部を外側へ余
掘り可能な第１のコピーカッター装置を設けたものであ
る。

【００１０】トンネル掘進の際、カッター回転駆動手段
によりカッターディスクが回転駆動されると、ディスク
本体が回転するとともに、遊星歯車機構を介して遊星カ
ッターが自転しつつ公転し、遊星カッターの輪郭形状が
適切に設定されており、遊星カッターの自転回転数と公
転回転数との比が４：１のとき矩形断面トンネルが掘削
される。

【００１１】１対の遊星カッターのうちの一方の遊星カ
ッターに、矩形断面トンネルの角部を外側へ余掘り可能
な第１のコピーカッター装置を設けたので、トンネルの
掘進方向を左方又は右方へ湾曲させる場合に、第１のコ
ピーカッター装置を余堀り位置に切換えると、トンネル
の４つの角部を外側へ余掘りする。このように、トンネ
ルの角部及びその付近部分を掘削する遊星カッターに第
１のコピーカッター装置を設けるので、そのコピーカッ
ター装置の突出ストロークが過大になることもなく、コ
ピーカッター装置が大型化することもない。

【００１２】請求項２の矩形トンネル用シールド掘進機
は、請求項１の発明において、他方の遊星カッターに、
矩形断面トンネルの角部の両側付近部を外側へ余掘り可
能な１対の第２のコピーカッター装置を設けたことを特
徴とするものである。トンネルの掘進方向を左方又は右
方へ湾曲させる場合に、１対の第２のコピーカッター装
置を余堀り位置に切換えると、トンネルの４つの角部の
両側付近部を外側へ余掘りする。

【００１３】このように、トンネルの角部及びその付近
部分を掘削する遊星カッターに１対の第２のコピーカッ
ター装置を設けるので、そのコピーカッター装置の突出
ストロークが過大になることもなく、コピーカッター装
置が大型化することもない。しかも、第１のコピーカッ
ター装置を一方の遊星カッターに設け、１対の第２のコ
ピーカッター装置を他方の遊星カッターに設けるので、
１対の遊星カッターの掘削負荷を極力均一化できる。

【００１４】請求項３の矩形トンネル用シールド掘進機
は、請求項２の発明において、前記ディスク本体に複数
のメインカッタースポークを設け、何れかのメインカッ
タースポークに、矩形断面トンネルの上下左右の直線部
を外側へ余掘り可能なメインコピーカッター装置を設け
たことを特徴とするものである。ディスク本体が回転す
るとき、複数のメインカッタースポークも回転して矩形
断面トンネルのうちの円形断面部が掘削される。トンネ
ルの掘進方向を湾曲させる際に、メインコピーカッター
装置を余堀り位置に切換えると、矩形断面トンネルの上
下左右の直線部が外側へ余掘りされる。

【００１５】矩形断面トンネルの上下左右の直線部は、
前記の円形断面部の外周から大きくは離隔していないこ
とに鑑み、何れかのメインカッタースポークに、矩形断
面トンネルの上下左右の直線部を外側へ余掘り可能なメ
インコピーカッター装置を設けた。それ故、メインコピ
ーカッター装置の突出ストロークが過大になることもな
く、メインコピーカッター装置が大型化することもな
い。

【００１６】請求項４の矩形トンネル用シールド掘進機
は、請求項２の発明において、前記第１のコピーカッタ
ー装置は、コピーカッターとこのコピーカッターを進退
駆動する第１の油圧シリンダを有し、前記第２のコピー
カッター装置は、コピーカッターとこのコピーカッター
を進退駆動する第２の油圧シリンダを有することを特徴
とするものである。余堀りを実行する場合には、第１、
第２の油圧シリンダにより第１、第２のコピーカッター
装置を余堀り位置に切換えて余堀りを行う。

【００１７】請求項５の矩形トンネル用シールド掘進機
は、請求項３の発明において、前記メインコピーカッタ
ー装置は、メインコピーカッターとこのメインコピーカ
ッターを進退駆動するメイン油圧シリンダを有し、この
メイン油圧シリンダのストローク制御を行う制御手段を
設けたことを特徴とするものである。

【００１８】余堀り実行の際、メインコピーカッター装
置が矩形断面トンネルの上下左右の直線部の何れかの一
端部に対応したとき、メイン油圧シリンダの進出ストロ
ークを最大にし、その後直線部の中央になるまでは進出
ストロークを徐々に減少させ、直線部の中央から直線部
の他端部にかけては進出ストロークを徐々に増大させ
る。こうして、矩形断面トンネルの上下左右の直線部に
平行に余堀りすることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図１〜図１８を参照して説明する。図１、図２に示す
ように、この実施の形態に係るシ−ルド掘進機１は、胴
部材としてのシ−ルド枠１ａとその前側の胴部材１ｂと
を有し、シ−ルド枠１ａと胴部材１ｂとは中折れ部及び
複数の中折れジャッキ３０を介して連結されている。カ
ッターディスク２は、胴部材１ｂの前側に配設されてい
る。このカッターディスク２は、ディスク本体４と、こ
のディスク本体４に装備された１対の遊星カッター５と
ディスク本体４に複数の連結部材４ｂを介して連結され
た環状のカッタードラム３を備えている。

【００２０】ディスク本体４とカッタードラム３を回転
駆動するカッター回転駆動機構６が設けられ、ディスク
本体４の前端部にはメインカッター４ａが設けられ、メ
インカッター４ａはディスク本体４と一体的に回転する
ように構成されている。カッタードラム３内には、ディ
スク本体４の回転つまりカッタードラム３の回転に連動
して各遊星カッター５を自転させる遊星歯車機構７が設
けられ、遊星カッター５の正面視における輪郭形状は、
その遊星カッター５の自転回転数と公転回転数の比に応
じて木の葉状に形成されている。各遊星カッター５は、
木の葉状の外形に沿って所定間隔置きに複数のカッター
ビット５ａを突設し、各カッタービット５ａにより掘削
した土砂をチャンバー８内に導入するための開口部５ｂ
も複数形成されている。勿論、メインカッター４ａに
も、外形およびその前面に所定間隔置きに複数のカッタ
ービット４ｃが突設されている。

【００２１】図２〜図４に示すように、カッターディス
ク２の後側には、チャンバー８を隔てて胴部材１ｂに一
体的に固定された隔壁構造９が設けられ、この隔壁構造
９は、横向き状の円筒体１０と、円筒体１０の前端を封
鎖する中央壁部１０ａと、円筒体１０の後端の周縁部か
ら径方向の外方へ向けて胴部材１ｂまで延びる開口壁部
１１とで構成されている。遊星歯車機構７は、太陽ギヤ
１２と、太陽ギヤ１２に噛合した１対のアイドルギヤ１
３と、１対のアイドルギヤ１３に夫々噛合した１対の遊
星ギヤ１４を有し、太陽ギヤ１２は円筒体１０の外周に
沿って形成され、遊星ギヤ１４とアイドルギヤ１３は、
夫々軸受１５、１５を介して回動自在に支持されてい
る。

【００２２】遊星カッター５と遊星ギヤ１４とは遊星シ
ャフト１６により連動連結され、遊星ギヤ１４の回転駆
動力が遊星シャフト１６を介して遊星カッター５に伝達
される。遊星シャフト１６の後端部１６ａと遊星ギヤ１
４とはスプライン結合により連結され、遊星シャフト１
６の前端部１６ｂと遊星カッター５とはボルトを介して
連結されている。遊星シャフト１６と遊星ギヤ１４と
は、同一軸心上に配設され、遊星シャフト１６は、ディ
スク本体４の軸心と平行に配設されている。この遊星シ
ャフト１６に複数の軸受１７を介して遊星ハウジング１
８が外装され、遊星ハウジング１８は、カッタードラム
３の外周側の先端部３ａに連結されている。尚、遊星シ
ャフト１６の後端部１６ａと遊星ギヤ１４とをスプライ
ン結合の代わりにスプライン結合と同等の連結機構を介
して連結してもよい。

【００２３】図４〜図７に示すように、カッター回転駆
動機構６は、カッタードラム３の後端側と開口壁部１１
の間に設けられた内歯車１９ａを有するリングギヤ１９
と、このリングギヤ１９を回転駆動する複数のカッター
駆動モータ２０とで構成されている。リングギヤ１９は
カッタードラム３に固定されて旋回軸受１９ｂを介して
開口壁部１１に支承されている。各カッター駆動モータ
２０は例えば油圧モータからなり、このモータ軸に固定
されたピニオンギヤ２０ａがリングギヤ１９に噛合して
いる。旋回軸受１９ｂとしては、ラジアル荷重とアキシ
アル荷重を共に許容できる例えば円錐ころ軸受が採用さ
れている。旋回軸受１９ｂの内輪はリングギヤ１９と一
体形成され、旋回軸受１９ｂの外輪は開口壁部１１にボ
ルトを介して連結されている。

【００２４】カッター駆動油圧モータ２０の回転駆動力
を受けてリングギヤ１９が回転し、このリングギヤ１９
と一体にカッタードラム３およびディスク本体４が回転
するように構成されている。各遊星シャフト１６を支承
する軸受１７は、シャフト１６の前端側部分を支承する
ラジアル軸受としての自動調心ころ軸受１７ａと、スラ
スト軸受としてのスラスト自動調心ころ軸受１７ｂと、
シャフト１６の後端部を支持するラジアル軸受としての
自動調心ころ軸受１７ａとで構成され、スペーサ２１も
設けられている。

【００２５】遊星カッター５に作用する土荷重は、主
に、アキシアル方向の荷重であり、遊星シャフト１６の
前端部１６ｂからスペーサ２１とスラスト自動調心ころ
軸受１７ｂを介して遊星ハウジング１８に伝達され、遊
星ハウジング１８からカッタードラム３の外周を経由し
て旋回軸受１９ｂに伝達され、旋回軸受１９ｂから開口
壁部１１に伝達され、土荷重は、開口壁部１１から最終
的にシ−ルドジャッキ２２に伝達されるように構成され
ている。複数のシ−ルドジャッキ２２は、掘進の推力を
発生する為のものであり、各シ−ルドジャッキ２２は後
方向きに配設されて、そのロッドの先端部には偏心金具
２２ａを介してスプレッダー２２ｂが連結され、これら
シ−ルドジャッキ２２によりトンネルの内面に覆工済み
のセグメント３４に反力をとって掘進推力を発生させ
る。

【００２６】ところで、矩形トンネルの掘進方向を湾曲
させる際には、トンネル外形を大きめに余堀りする必要
があり、この余堀りのために、図８〜図１１に示すよう
に、メインカッター４ａにはメインコピーカッター装置
５０が設けられ、各遊星カッター５にはそれぞれ第１、
第２のコピーカッター装置５１、５２が設けられてい
る。図８、図９に示すように、メインコピーカッター装
置５０は、ディスク本体４内に備えられた１対の筒状メ
インカッタースポーク５３の一方に備えられ、主に、メ
インコピーカッターとしてのカッター部５４と、カッタ
ー部５４を出退させるメイン油圧シリンダ５５とから構
成されている。カッター部５４は、メインカッタースポ
ーク５３内から径方向の外方へ突出可能に設けられ、矩
形断面トンネルの外形の特に４辺（すなわち矩形断面ト
ンネルの上下左右の直線部）を外側へ余堀りできる。さ
らにカッター部５４は、メイン油圧シリンダ５５のシリ
ンダ本体５５ａにボルトなどの連結具を介して連結さ
れ、摩耗時に適宜交換可能に設けられている。メイン油
圧シリンダ５５は、そのロッド部５５ｂがメインカッタ
ースポーク５３内の内径壁部５３ａにピン５６を介して
連結され、シリンダ本体５５ａをメインカッタースポー
ク５３内で摺動するように成している。

【００２７】次にメインコピーカッター装置５０へ油圧
を給排する為の油圧系について説明する。図１２〜図１
４に示すように、中央壁部１０ａの中心部にはスイベル
ジョイント２４が設けられ、ディスク本体４から後方へ
延びるセンター部材２５が設けられている。スイベルジ
ョイント２４とセンター部材２５には、複数の油路２６
とグリース導入流路２７が設けられ、一部の油路２６の
一方側は、センター部材２５とディスク本体４の内部を
通ってメインコピーカッター装置５０のメイン油圧シリ
ンダ５５まで導設されている。なお、後述するように、
残りの油路２６はセンター部材２５と遊星ハウジング１
８と遊星シャフト１６の内部を通って各遊星コピーカッ
ター装置５１、５２まで導設されている。

【００２８】図１５に示すように、メイン油圧シリンダ
５５は、油圧制御回路５７に接続され、この油圧制御回
路５７によりカッター部５４の出退方向と、ストローク
量すなわちカッター部５４の出退量と、出退速度が制御
される。この油圧制御回路５７は、油圧供給源（油タン
ク６７、油圧ポンプ６０、ポンプ駆動モータ６１、フィ
ルター６６等からなる）と、油圧供給源から油圧シリン
ダ５５に延びる油路６５ａ，６５ｂ、５５ｃ，５５ｄ
と、油路６５ａに介装された電磁比例流量制御弁５９
と、油路６５ａ，６５ｂに介装された電磁方向切換弁５
８と、電磁比例流量制御弁５９を駆動する流量制御弁用
アンプ６２と、このパンプ６２へ供給する駆動信号を調
整する抵抗値の異なる例えば６つのボリューム（可変抵
抗）Ａ〜Ｆを含むボリュームユニット６３と、制御装置
６４と、ディスク本体４の回転量を検出する回転検出器
６４ａなどを有する。なお、ボリュームＡ〜Ｆは、例え
ば手動により外部から各抵抗値を調整可能である。

【００２９】前記回転検出器６４ａは、カッター駆モー
タ２０の１つに組み込まれピニオンギヤ２０ａの回転量
を検出するロータリエンコーダ、又はスイベルジョイン
ト２４の回転部材の回転を検出するロータリエンコーダ
等からなる。制御装置６４は、マイクロコンピュータ及
びこのマイクロコンピュータに予め入力格納された制御
プログラムとを有する。この制御装置６４は、回転検出
器６４ａからの検出信号に基づいて、ディスク本体４の
所定の原点位置からの回転位相角を求め、その回転位相
角に基づいてアンプ６２へ供給する駆動信号を設定する
とともに選択設定した１つのボリュームＡ〜Ｆに駆動信
号を供給する。また、制御装置６４は、前記回転位相角
に基づいて電磁方向切換弁５８を制御する駆動信号を電
磁方向切換弁５８に出力する。このとき制御装置６４
は、カッター部５４の所定の角度すなわち矩形断面トン
ネルの上下左右の直線位置（例えば、図１８の(1) 〜
(9) ）において、それぞれ異なる駆動信号を電磁方向切
換弁５８に出力する。

【００３０】次に、第１のコピーカッター装置５１につ
いて説明する。図８、図１０に示すように、コピーカッ
タースポーク５Ａが、一方の遊星カッター５内で且つ正
面視において木の葉形状の長軸方向に沿って設けられて
いる。第１のコピーカッター装置５１は、コピーカッタ
ースポーク５Ａ内に備えられ、主に、コピーカッターと
してのカッター部６９と、カッター部６９を出退させる
第１の油圧シリンダ７０とから構成されている。カッタ
ー部６９は、正面視において木の葉形状の自転軸中心Ｏ
b から長軸方向の長半径側に沿って、且つ、コピーカッ
タースポーク５Ａ内から径方向の外方へ突出可能に設け
られ、矩形断面トンネルの外形の特に４隅（すなわち矩
形断面トンネルの４つの角部）を外側へ余堀りできる。
さらにカッター部６９は、第１の油圧シリンダ７０のシ
リンダ本体７０ａ側に連結され、摩耗時に適宜交換可能
に設けられている。第１の油圧シリンダ７０は、そのロ
ッド部７０ｂがコピーカッタースポーク５Ａ内に連結具
を介して連結され、シリンダ本体７０ａをコピーカッタ
ースポーク５Ａ内で摺動するように成している。

【００３１】次に、第２のコピーカッター装置５２につ
いて説明する。図１１に示すように、コピーカッタース
ポーク５Ｂ，５Ｂが、他方の遊星カッター５内で、且
つ、正面視において木の葉形状の長軸の長半径方向を０
度として遊星カッター５の中心を基準にして正逆約６０
度方向に夫々設けられている。１対の第２のコピーカッ
ター装置５２は、各コピーカッタースポーク５Ｂ内に備
えられ、主に、コピーカッターとしてのカッター部７１
と、カッター部７１を出退させる第２の油圧シリンダ７
２とからそれぞれ構成されている。各カッター部７１
は、正面視において木の葉形状の略中心から上述した正
逆約６０度方向に、且つ、各コピーカッタースポーク５
Ｂ，５Ｂ内から径方向の外方へ突出可能に設けられ、矩
形断面トンネルの外形の特に４隅近傍（すなわち矩形断
面トンネルの４つの角部の両側付近部）を外側へ余堀り
できる。さらに各カッター部７１は、第２の油圧シリン
ダ７２のシリンダ本体７２ａ側に連結され、摩耗時に適
宜交換可能に設けられている。第２の油圧シリンダ７２
は、そのロッド部７２ｂがコピーカッタースポーク５Ｂ
内に連結具を介して連結され、シリンダ本体７２ａをコ
ピーカッタースポーク５Ｂ内で摺動するように成してい
る。

【００３２】次に各第１、第２のコピーカッター装置５
１、５２へ油圧を給排する為の油圧系について説明す
る。各第１、第２のコピーカッター装置５１、５２にお
ける各第１、第２の油圧シリンダ７０、７２は、それぞ
れソレノイドバルブ（図示せず）を備え、このソレノイ
ドバルブは、接続管路を介して油圧ポンプ６０に接続さ
れている。このソレノイドバルブは、各カッター部６
９、７１の出退方向を変える機能を有し、各第１、第２
の油圧シリンダ７０、７２のポート部（ＩＮ側，ＯＵＴ
側）からそれぞれ油路２６，２６を経由してこの油路２
６，２６の他方側に継手および接続管路（いづれも図示
せず）を介して導設されている。

【００３３】排土設備に関して、円筒体１０の前端を封
鎖する中央壁部１０ａから後方へ向けてスクリューコン
ベヤ２８が設けられ、スクリューコンベヤ２８は、チャ
ンバー８に連通し、チャンバー８内の土砂をシ−ルド枠
１ａ内のベルトコンベヤ（図示略）へ移送し、そのベル
トコンベヤに送られた土砂はベルトコンベヤ又は搬送台
車によりトンネル内の後方へ搬送され、地上に搬送され
る。

【００３４】矩形断面のトンネルの内面にセグメントを
組付けるエレクタ装置３３について説明する。シ−ルド
枠１ａの内周部には環状フレーム３１が固定され、この
環状フレーム３１に複数のブラケットを介して案内リン
グ３２が固定されている。エレクタ装置３３のエレクタ
フレーム３５は複数の案内ローラを介して案内リング３
２に回動自在に支持され、エレクタフレーム３５にエレ
クタ本体３７が取付けられ、エレクタフレーム３５を回
転駆動する為の駆動モータ３６を含む回動駆動部も設け
られている。

【００３５】前記の遊星歯車機構７においては、遊星カ
ッター５の公転回転数と自転回転数の比は、太陽ギヤ１
２，アイドルギヤ１３，遊星ギヤ１４の歯数比を調整す
ることで任意に設定できる。本実施形態のシールド掘進
機のように、矩形断面のトンネルを掘削する掘進機で
は、遊星カッター５の公転回転数と自転回転数の比が
１：４となるように、太陽ギヤ１２，アイドルギヤ１
３，遊星ギヤ１４の歯数が設定される。それ故、各遊星
カッター５はディスク本体４が４分の１回転すると１回
自転する。尚、ディスク本体４と遊星カッター５の回転
方向は逆方向である。

【００３６】遊星カッター５の正面視における輪郭形状
を上記のように木の葉状に形成することで、各遊星カッ
ター５で矩形断面の角部を掘削できるため、矩形断面の
トンネルを掘削できる。ここで、遊星カッター５の正面
視における輪郭形状を木の葉状に形成した理由について
説明する。図１６に示すように、トンネルの矩形断面形
状を仮想線で示すような正方形ｈとする。シ−ルド掘進
機１でこの正方形断面のトンネルを掘削するには、遊星
カッター５が、公転しつつ自転する際、常にこの正方形
ｈに内接するような軌跡を描かなければならない。よっ
て、遊星カッター５が１回公転しつつ４回自転すると、
遊星カッター５の公転中心Ｏからの最遠点部の軌跡が、
正方形ｈを描くように、遊星カッター５の輪郭形状を決
定する。

【００３７】今、遊星カッター５の自転中心Ｏｂの公転
軌跡を円Ｋ（仮想線で示す）とすると、円Ｋ上の点ｍ1
，ｍ2 ，・・・は、遊星カッター５を角度θ（θ＝１
５°）づつ回転させた場合の各角度θにおける遊星カッ
ター５の自転中心Ｏｂの位置を示す。正方形ｈ上の点Ｐ
1 ，Ｐ2 ，・・・は、円Ｋ上の各点ｍ1 ，ｍ2 ，・・・
と公転中心Ｏとを結ぶ直線が、正方形ｈと交わる点であ
る。

【００３８】ここで、遊星カッター５の自転中心Ｏｂが
点ｍ1 の位置にある場合、遊星カッター５が正方形ｈと
内接するためには、遊星カッター５の半径は、円Ｋ上の
点ｍ1 と正方形ｈ上の点Ｐ1 とを結ぶ直線長さｎ1 でな
ければならない。また、遊星カッター５が点ｍ1 の位置
から角度θ公転して点ｍ2 の位置に移動した場合、遊星
カッター５が正方形ｈと内接するためには、遊星カッタ
ー５の半径は、円Ｋ上の点ｍ2 と正方形ｈ上の点Ｐ2 と
を結ぶ直線長さｎ2 でなければならない。

【００３９】以下同様に、遊星カッター５が点ｍ3 の位
置に移動した場合、遊星カッター５の半径は、円Ｋ上の
点ｍ3 と正方形ｈ上の点Ｐ3 とを結ぶ直線長さｎ3 でな
ければならない。一方、遊星カッター５は、角度θ公転
する間に角度４θ自転する。従って、上述したように、
順次遊星カッター５の半径長さを定めることで、遊星カ
ッター５の輪郭形状は決定され、よって遊星カッター５
の輪郭形状は、木の葉状となる。

【００４０】次に、以上説明したシールド掘進機１の作
用について説明する。矩形断面のトンネルをストレート
状に掘進していく通常掘削時においては、複数のシール
ドジャッキ２２より掘進の推力を発生させつつ、カッタ
ー駆動モータ２０を駆動させると、ピニオンギヤ２０ａ
が回転し、リングギヤ１９が回転し、カッタードラム３
が回転し、このカッタードラム３と一体に遊星ハウジン
グ１８とディスク本体４が回転する。ディスク本体４の
回転により、メインカッター４ａと１対の遊星カッター
５がディスク本体４の中心を中心として回転する。その
結果、メインカッター４ａの回転により、円形断面のト
ンネルが掘削される。

【００４１】一方、遊星カッター５は、ディスク本体４
の回転によりディスク本体４の中心を中心として回転
（公転）するが、この公転に伴い、遊星歯車機構７の作
用により自転する。即ち、ディスク本体４の回転によ
り、太陽ギヤ１２に噛合したアイドルギヤ１３が、ディ
スク本体４の中心を中心として回転しつつ自転する。こ
のアイドルギヤ１３の回転により、遊星ギヤ１４が回転
し、この遊星ギヤ１４と一体に遊星シャフト１６が回転
し、この遊星シャフト１６の回転により、遊星カッター
５は自転する。

【００４２】今、遊星カッター５の公転回転数と自転回
転数の比は、１：４に設定され、これにより、遊星カッ
ター５は、ディスク本体４が１回転する間に、その回転
方向とは逆方向に４回転自転する。このように、遊星カ
ッター５を公転させつつ自転させることにより、遊星カ
ッター５は、常に正方形に内接しながら自・公転する。
よって、この自・公転する遊星カッター５により、円形
断面のトンネルの外周部が矩形断面状に掘削され、矩形
断面のトンネルが掘削される。こうして、所定の１リン
グ分の掘削毎に掘進を停止して、エレクタ装置３３を用
いてトンネルの内面の最新に掘進された１リング分の部
分にセグメントを組付け、その後、カッターディスク２
の回転方向を逆転させて掘進が再開される。

【００４３】図１７に示すように、トンネルの掘進方向
を左方向または右方向などへ湾曲させる際には、各第
１、第２のコピーカッター装置５１、５２およびメイン
コピーカッター装置５０を余堀り位置に切り換えて、デ
ィスク本体４および遊星カッター５を回転させる。する
と、矩形断面トンネルの上下左右の外形線部が外側へ余
堀りされる。即ち、一方の遊星カッター５の第１のコピ
ーカッター装置５１においては、ポンプ駆動モータ６１
により油圧ポンプ６０を作動させるとともに、ソレノイ
ドバルブが伸信号を受けて伸長位置に切り換わるとシリ
ンダ本体７０ａが摺動する。すると、カッター部６９が
コピーカッタースポーク５Ａから突出する（この突出位
置が、余堀り位置である）。勿論この状態でディスク本
体４および遊星カッター５は回転している。依って、カ
ッター部６９によりトンネルの１つの角部が外側へ余堀
りされる。以下、２つ目の角部、３つ目の角部、４つ目
の角部の余堀りを順次行う。勿論、この余堀りの深さ
は、所定の余堀り深さが得られるようなカッター部６９
が選択されている。

【００４４】他方の遊星カッター５の第２のコピーカッ
ター装置５２においては、ポンプ駆動モータ６１により
油圧ポンプ６０を作動させるとともに、ソレノイドバル
ブが伸信号を受けて伸長位置に切り換わると各シリンダ
本体７２ａが摺動する。すると、各カッター部７１がコ
ピーカッタースポーク５Ｂから同時に突出する（この突
出位置が、余堀り位置である）。勿論この状態でディス
ク本体４および遊星カッター５は回転している。依っ
て、各カッター部７１によりトンネルの１つの角部の両
側付近部が外側へ余堀りされる。以下、３つ目の角部、
４つ目の角部の両側付近部の余堀りを順次行う。勿論、
この余堀りの深さは、所定の余堀り深さが得られるよう
なカッター部７１が選択されている。

【００４５】図１８に示すように、メインコピーカッタ
ー装置５０においては、所定の余堀り幅を反時計回りに
順次余堀りするに際し、ポンプ駆動モータ６１を駆動さ
せて油圧ポンプ６０を作動させ、メインコピーカッター
装置５０が(1) の位置に達すると、電磁方向切換弁５８
が伸信号を受けて伸長位置に切り換わり、シリンダ本体
７０ａが摺動し、カッター部５４がメインカッタースポ
ーク５３から最大量突出する。

【００４６】このカッター部５４の先端が(2) の位置に
達すると、ボリュームユニット６３のボリュームＡを選
択され、このボリュームＡを介して駆動信号が電磁比例
流量制御弁５９に供給されて、制御弁５９における流量
が制御され、この状態において電磁方向切換弁５８を退
入位置に制御してカッター部５４を徐々に退入させ、カ
ッターディスク２が約１０度回転する間に、カッター部
５４が(2) から(3) までほぼリニアに移動する。

【００４７】カッター部５４が(3) の位置に達すると、
ボリュームＢを選択されて前記と同様に駆動信号とボリ
ュームＢにより制御弁５９における流量が制御され、電
磁方向切換弁５８を退入位置に制御してカッター部５４
を徐々に退入させ、カッターディスク２が約１０度回転
する間に、カッター部５４が(3) から(4) までほぼリニ
アに移動する。カッター部５４が(4) の位置に達する
と、ボリュームＣが選択されて前記と同様に駆動信号と
ボリュームＣにより制御弁５９における流量が制御さ
れ、電磁方向切換弁５８を退入位置に制御してカッター
部５４を徐々に退入させ、カッターディスク２が約１０
度回転する間に、カッター部５４が(4) から(5) までほ
ぼリニアに移動する。

【００４８】カッター部５４が(5) の位置に達すると、
ボリュームＤが選択され、駆動信号とボリュームＤによ
り制御弁５９における流量が制御され、電磁方向切換弁
５８を伸長位置に切換えてカッター部５４を徐々に伸長
させ、カッターディスク２が約１０度回転する間に、カ
ッター部５４が(5) から(6) までほぼリニアに移動す
る。以下、同様に、カッター部５４が(6) の位置に達す
ると、ボリュームＥが選択され、駆動信号とボリューム
Ｅにより制御弁５９における流量が制御され、電磁方向
切換弁５８を伸長位置に制御してカッター部５４を徐々
に伸長させ、カッターディスク２が約１０度回転する間
に、カッター部５４が(6) から(7) までほぼリニアに移
動する。

【００４９】そして、カッター部５４が(7) の位置に達
すると、ボリュームＦが選択され、駆動信号とボリュー
ムＦにより制御弁５９における流量が制御され、電磁方
向切換弁５８を伸長位置に制御してカッター部５４を徐
々に伸長させ、カッターディスク２が約１０度回転する
間に、カッター部５４が(7) から(8) までほぼリニアに
移動する。次に、カッター部５４が(8) の位置に達する
と、電磁方向切換弁５８が退入位置に保持されて、カッ
ター部５４が退入駆動され、最大限退入した状態に保持
される。その後、カッター部５４がトンネルの左側の直
線部における前記(1) 相当位置に達した時には、前記と
同様の制御が実行されて、トンネルの左側の直線部の為
の余掘りが行なわれる。

【００５０】シ−ルド掘進機１によれば、メインコピー
カッター装置５０および第１、第２のコピーカッター装
置５１、５２において、それぞれ油圧シリンダのロッド
部を固定側とし、各シリンダ本体側にそれぞれカッター
部を連結したが、シリンダ本体側を固定側とし、各ロッ
ド部側にそれぞれカッター部を連結してもよい。シ−ル
ド掘進機１によれば、ボリューム６３は、Ａ〜Ｆの６種
類の信号を電磁比例流量制御弁５９に付与するように設
けられているが、この６種類の信号をさらに増やしても
よく、場合によっては、減らすことも可能である。さら
に、ボリューム６３およびアンプ６２の代わりに、マイ
クロコンピュータを使用して上述のような油圧制御回路
を構成するようにしてもよい。

【００５１】

【発明の効果】 請求項１の発明によれば、１対の遊星
カッターのうちの一方の遊星カッターに、矩形断面トン
ネルの角部を外側へ余掘り可能な第１のコピーカッター
装置を設けたので、矩形断面トンネルの４つの角部を外
側へ余掘りすることができ、トンネルの角部及びその付
近部分を掘削する遊星カッターに第１のコピーカッター
装置を設けるので、そのコピーカッター装置の突出スト
ロークが過大になることもなく、コピーカッター装置が
大型化することもなく、カッターディスクが大型化する
こともない。

【００５２】請求項２の発明によれば、他方の遊星カッ
ターに、矩形断面トンネルの角部の両側付近部を外側へ
余掘り可能な１対の第２のコピーカッター装置を設ける
ので、そのコピーカッター装置の突出ストロークが過大
になることもなく、コピーカッター装置が大型化するこ
ともない。しかも、第１のコピーカッター装置を一方の
遊星カッターに設け、１対の第２のコピーカッター装置
を他方の遊星カッターに設けるので、１対の遊星カッタ
ーの掘削負荷を極力均一化できる。その他請求項１と同
様の効果を奏する。

【００５３】請求項３の発明によれば、何れかのメイン
カッタースポークに、矩形断面トンネルの上下左右の直
線部を外側へ余掘り可能なメインコピーカッター装置を
設けたので、メインコピーカッター装置の突出ストロー
クが過大になることもなく、メインコピーカッター装置
が大型化することもなく、カッターディスクが大型化す
ることもなく、カッターディスクの製作費が高価になる
こともない。その他請求項２と同様の効果を奏する。

【００５４】請求項４の発明によれば、第１のコピーカ
ッター装置は、コピーカッターとこのコピーカッターを
進退駆動する第１の油圧シリンダを有し、第２のコピー
カッター装置は、コピーカッターとこのコピーカッター
を進退駆動する第２の油圧シリンダを有するので、第
１、第２の油圧シリンダにより第１、第２のコピーカッ
ター装置を余堀り位置に切換えて余堀りを行うことがで
きる。その他請求項２と同様の効果を奏する。

【００５５】請求項５の発明によれば、メインコピーカ
ッター装置は、メインコピーカッターとこのメインコピ
ーカッターを進退駆動するメイン油圧シリンダを有し、
このメイン油圧シリンダのストローク制御を行う制御手
段を設けたので、矩形断面トンネルの上下左右の直線部
に平行に余堀りすることができる。その他請求項３と同
様の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る矩形トンネル用シ−ル
ド掘進機の概略正面図である。

【図２】シ−ルド掘進機の縦断側面図である。

【図３】シ−ルド掘進機の遊星歯車機構の概略正面図で
ある。

【図４】図２の要部の拡大図である。

【図５】図２の要部の拡大図である。

【図６】図２の要部及び遊星アイドルギヤの拡大図であ
る。

【図７】図２の要部の拡大図である。

【図８】カッターディスクとコピーカッター装置の縦断
側面図である。

【図９】カッターディスクの概略正面図である。

【図１０】遊星カッターとそのコピーカッター装置の断
面図である。

【図１１】遊星カッターとそのコピーカッター装置の断
面図である。

【図１２】コピーカッター装置の油路等の縦断側面図で
ある。

【図１３】カッターディスクの要部の概略正面図であ
る。

【図１４】図１３のＡ−Ａ線断面図である。

【図１５】メインコピーカッター装置の油圧系の構成図
である。

【図１６】シ−ルド掘進機の遊星カッターの輪郭形状の
説明図である。

【図１７】シ−ルド掘進機による余堀りの説明図であ
る。

【図１８】メインコピーカッター装置による余堀りの際
のカッター部位置制御の説明図である。

【符号の説明】

１ シ−ルド掘進機 ２ カッターディスク ４ ディスク本体 ５ 遊星カッター ６ カッター回転駆動手段 ７ 遊星歯車機構 ５０ メインコピーカッター装置 ５１ 第１のコピーカッター装置 ５３ メインカッタースポーク ５５ メイン油圧シリンダ ５７ 油圧制御回路 ６９ カッター部 ７０ 第１の油圧シリンダ ７１ カッター部 ７２ 第２の油圧シリンダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宗像 保 神戸市中央区東川崎町１丁目１番３号 川崎重工業株式会社 神戸本社内 (72)発明者 石田 正義 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田 建設株式会社内 (72)発明者 請川 誠 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田 建設株式会社内 (72)発明者 小國 拓也 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田 建設株式会社内 (72)発明者 高橋 潤 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田 建設株式会社内 (72)発明者 西村 章 東京都目黒区目黒１丁目６番17号 株式 会社利根内 (72)発明者 渡辺 太郎 東京都目黒区目黒１丁目６番17号 株式 会社利根内 (72)発明者 山田 彰 東京都目黒区目黒１丁目６番17号 株式 会社利根内 (56)参考文献 特開 平10−61382（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E21D 9/08

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カッターディスクと、カッターディスク
   を回転駆動するカッター回転駆動手段とを備え、カッタ
   ーディスクがディスク本体とディスク本体に装備され且
   つディスク本体の回転に同期して自転しつつ公転する１
   対の遊星カッターとを備え、ディスク本体の回転に連動
   して遊星カッターを自転させる遊星歯車機構を有し、遊
   星カッターの輪郭形状をその遊星カッターの自転回転数
   と公転回転数との比に応じて形成して矩形断面トンネル
   を掘削可能なシールド掘進機において、 一方の遊星カッターに、矩形断面トンネルの角部を外側
   へ余掘り可能な第１のコピーカッター装置を設けたこと
   を特徴とする矩形トンネル用シールド掘進機。
2. 【請求項２】 他方の遊星カッターに、矩形断面トンネ
   ルの角部の両側付近部を外側へ余掘り可能な１対の第２
   のコピーカッター装置を設けたことを特徴とする請求項
   １に記載の矩形トンネル用シールド掘進機。
3. 【請求項３】 前記ディスク本体に複数のメインカッタ
   ースポークを設け、何れかのメインカッタースポーク
   に、矩形断面トンネルの上下左右の直線部を外側へ余掘
   り可能なメインコピーカッター装置を設けたことを特徴
   とする請求項２に記載の矩形トンネル用シールド掘進
   機。
4. 【請求項４】 前記第１のコピーカッター装置は、コピ
   ーカッターとこのコピーカッターを進退駆動する第１の
   油圧シリンダを有し、前記第２のコピーカッター装置
   は、コピーカッターとこのコピーカッターを進退駆動す
   る第２の油圧シリンダを有することを特徴とする請求項
   ２に記載の矩形トンネル用シールド掘進機。
5. 【請求項５】 前記メインコピーカッター装置は、メイ
   ンコピーカッターとこのメインコピーカッターを進退駆
   動するメイン油圧シリンダを有し、このメイン油圧シリ
   ンダのストローク制御を行う制御手段を設けたことを特
   徴とする請求項３に記載の矩形トンネル用シールド掘進
   機。