JP2954451B2 - 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、断面が正方形の横孔
を掘削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、円筒形状のスキンプレートの前端に
漏斗形状のフードを固定し、上記スキンプレートにフー
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嵌合し、この回転軸
の先端に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横孔を掘る際には、その管路の
形状に合わせて断面が正方形の横孔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
筒形のスキンプレートに固定した隔壁の中心、つまり円
筒形のスキンプレート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、掘削された横孔は必然的に円形になり、断面が正
方形の横孔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
の横孔を掘削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、この発明の矩形シールド掘削機は、断面略正方形状
のスキンプレートと、上記スキンプレートの内側に配置
され、後部にギヤを有し、上記スキンプレートの中心を
回転中心として上記スキンプレートに回転自在に支持さ
れた回転隔壁と、上記回転隔壁の上記スキンプレートの
中心に対して偏心した位置に回転自在に支持された回転
軸と、上記回転軸の先端に固定され、略正三角形を構成
する掘削部を有するカッタヘッドと、上記回転軸の他端
に固定された外歯ギヤと、中心が上記スキンプレートの
中心と一致するように上記スキンプレートに固定される
とともに、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、上記外歯ギヤと噛合する
内歯ギヤと、上記回転隔壁の上記ギヤに噛合する駆動ギ
ヤと、上記駆動ギヤに一端が取り付けられ、上記内歯ギ
ヤを貫通する駆動軸と、上記駆動軸の他端に取り付けら
れ、上記駆動軸,上記駆動ギヤおよび上記回転隔壁の上
記ギヤを介して上記回転隔壁を駆動する駆動装置とを備
えたことを特徴としている。

【０００７】

【作用】上記構成の矩形シールド掘削機は、断面が略正
方形状のスキンプレートに回転自在に支持された回転隔
壁を、上記駆動装置により上記駆動軸,上記駆動ギヤお
よび上記回転隔壁の上記ギヤを介して回転駆動する。そ
して、この回転隔壁にその中心に対して、つまりスキン
プレートの中心に対して偏心した位置で支持された回転
軸はスキンプレートの中心の回りを回転する。このた
め、上記回転軸の他端に固定された外歯ギヤが内歯ギヤ
に噛合して公転しながら自転する。したがって、上記回
転軸もスキンプレートの中心の回りを公転しながら自転
する。すなわち、上記回転軸は、自転する回転隔壁を介
してスキンプレートにその中心に対して偏心して支持さ
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。そして、上記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、
外歯ギヤのピッチ円の直径と内歯ギヤのピッチ円の直径
とが３対４の比であるから、上記回転軸が遊星運動を行
い、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、上記スキンプレートの断面が
略正方形状であることと相俟って、略正方形の横孔を掘
削できる。

【０００９】また、上記回転隔壁は駆動装置により回転
し、これにより回転軸に固定した外歯ギヤは内歯ギヤに
噛合して遊星運動を行う。したがって、この矩形シール
ド掘削機は、例えばクランク機構を用いるものに比べ
て、構造を簡単にでき、機長を短くできる。また、この
矩形シールド掘削機の機長が短くなるから、掘削部の進
む角度を従来より大きな角度に変えることができ、曲線
施工がしやすくなる。

【００１０】上記回転軸が遊星運動しているため、この
箇所でスキンプレート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、かつ回転隔壁はスキンプレー
ト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、上記スキンプレート内のカッタヘッ
ド側と駆動装置側とを密に仕切ることができる。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の矩形シールド掘削機を一実
施例により詳細に説明する。

【００１２】図１はこの発明の一実施例の矩形シールド
掘削機の断面図を示しており、１は断面が略正方形状の
スキンプレート、２は上記スキンプレート１の前端の内
側に固定され、内周が漏斗形状で外周が略正方形のフー
ド、３は上記スキンプレート１の内側に上記フード２の
後端から所定の間隔をあけて固定されたリング形状の支
持板、４はこの支持板３にベアリング１１を介して、上
記スキンプレート１の中心を回転中心として回転自在に
支持された回転隔壁である。この回転隔壁４とフード２
の後端との間にはチャンバー１６を形成している。そし
て、上記回転隔壁４のスキンプレート１の中心に対して
偏心した位置に第１円筒部６を固定し、その内側に回転
軸１５を挿通し、図示しないブッシュを介して回転自在
に支持している。上記回転軸１５のフード２側の一端に
は、カッタヘッド２０を固定する。一方、上記回転軸１
５の支持板３側の他端には、外歯ギヤ３１を固定してい
る。この外歯ギヤ３１は、スキンプレート１の内周に固
定された内歯ギヤ３２と歯合し、この外歯ギヤ３１と内
歯ギヤ３２とで偏心リングギヤ装置３０を構成してい
る。

【００１３】上記回転隔壁４は、円板部４ａと、この円
板部４ａに固定された上述の第１円筒部６と、この円板
部４ａの外周から支持板３側に延びる第２円筒部４ｂ
と、この第２円筒部４ｂの内周に円板部４ａから支持板
３側に伸びる第３円筒部５とを備えている。また、上記
円板部４ａのカッタヘッド２０側の平面には、回転隔壁
４の回転角度にして略９０度毎に放射状に配置した図４
に示す三つの攪拌羽根７を備え、チャンバー１６内にお
いて礫や土砂などを泥水と攪拌する働きをする。上記回
転隔壁４は、支持板３に第２円筒部４ｂの内周に配置さ
れたベアリング１１を介して回転自在に支持され、この
ベアリング１１によって、回転隔壁４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。
また、上記回転隔壁４の外周の第２円筒部４ｂと、スキ
ンプレート１の内周に固定された外周が略正方形で内周
が円筒形のスペーサ板１２との間はシール部材１３によ
りシールしている。一方、上記第３円筒部５は、上記支
持板３の内周を貫通し、上記偏心リングギヤ装置３０側
の外周に図５に示す外歯ギヤ５ａを形成している。この
外歯ギヤ５ａと互いに歯合する駆動ギヤ４１と内歯ギヤ
３２を貫通する駆動軸４３とを介して駆動装置としての
電動機４２により、第３円筒部５すなわち回転隔壁４を
回転するようにしている。

【００１４】上記カッタヘッド２０は、図２および図３
に示すように、上記回転軸１５の先端にキー２７により
固定された円筒部２６と、この円筒部２６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２１と、このカッタアーム２１のほぼ先端部をつなぐ
小さな曲率のカッタリング２２とから構成されている。
なお、上記カッタアーム２１の回転隔壁４側には、図１
に示すブレード２３が補強のために設けられている。そ
して、上記カッタアーム２１の前面には、一つまたは二
つのカッタ歯２４を半径方向に異なった位置に夫々配置
する一方、カッタリング２３の前面の中央には、一つの
外周ビット２５を夫々配置している。なお、上記各カッ
タアーム２１の頂点Ａは、略正方形のスキンプレート１
のほぼ外側に位置し、このカッタアーム２１の頂点Ａを
夫々結ぶと正三角形が構成されるようにしている。

【００１５】一方、上記偏心リングギヤ装置３０は、図
６に示す内歯ギヤ３２のピッチ円の半径と外歯ギヤ３１
のピッチ円の半径の比は４対３になっている。この内歯
ギヤ３２の中心はスキンプレート１の中心に位置してい
る。例えば、上記内歯ギヤ３２のピッチ円の半径Ｒ1＝
４、外歯ギヤ３１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３１はスキンプレート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、半径Ｒ2＝３
のときに、図２に示すように、スキンプレート１の一辺
の長さＳ＝１４とし、カッタアームの頂点Ａを結ぶ正三
角形の一辺の長さＳ＝１４としている。そして、上記電
動機４２が第３円筒部５の外歯ギヤ５ａと駆動ギヤ４１
とを介して回転隔壁４を回転させると、上記偏心リング
ギヤ装置３０の外歯ギヤ３１は内歯ギヤ３２に噛合し、
外歯ギヤ３１は内歯ギヤ３２の内周を自転しながら公転
することができる。

【００１６】なお、図１において、５１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、５２は上記スペーサ板１２のスキンプレート１のコ
ーナー部近傍の広い箇所に設けた図４に示す開口部５３
を通して泥水をチャンバー１６に導びく送泥管である。
また、上記スペーサ板１２のスキンプレート１のコーナ
部近傍の広い箇所に設けた図４に示す開口部５４して、
チャンバー１６内の土砂を外部に排出するための図示し
ない排泥管である。

【００１７】上記構成の矩形シールド掘削機は次のよう
に動作する。まず、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。

【００１８】この矩形シールド掘削機を前方に推進しな
がら、電動機４２によって駆動軸４３と駆動ギヤ４１と
第３円筒部５の外歯ギヤ５ａとを介して回転隔壁４を回
転させると、回転隔壁４に偏心した位置に回転自在に支
持された回転軸１５がスキンプレート１の中心の回りを
回る。このため、上記回転軸１５の一端に固定された外
歯ギヤ３１は、内歯ギヤ３２に歯合して自転し、回転隔
壁４が３回転する間に自転を１回行い、自転をしながら
その自転と逆方向の公転を３回行う。この外歯ギヤ３１
の遊星運動によって、上記回転軸１５やカッタヘッド２
０も同様に回転隔壁４が３回転する間に、自転を１回行
い、それと逆方向の公転を３回して遊星運動を行う。一
方、上記偏心リングギヤ装置３０の内歯ギヤ３２のピッ
チ円の半径Ｒ1＝４、外歯ギヤ３１のピッチ円の半径Ｒ2
＝３、回転隔壁４の偏心量ｅ＝１、カッタアーム２１の
頂点Ａを結ぶ正三角形の一辺の長さＳ＝１４、およびス
キンプレート１の一辺の長さＳ＝１４であるため、上記
カッタヘッド２０のカッタアーム２１の先端Ａの軌跡
は、図７に示すように、スキンプレート１の外形に適合
した略正方形となる。したがって、上記カッタアーム２
１等の掘削部は、スキンプレート１の外形に適合した略
正方形の横孔を掘削することができる。そして、掘削さ
れた土砂や礫は、送泥管５２の開口部５３より導びかれ
た泥水の充満しているチャンバー１６内に導びかれる。
こうして、チャンバー１６内に導びかれた礫や土砂は、
攪拌羽根７によって攪拌され、開口部５４から図示しな
い排泥管を通して外部に排出される。

【００１９】また、上記電動機４２が第３円筒部５の外
歯ギヤ５ａと駆動ギヤ４１とを介して回転隔壁４を回転
させるから、外歯ギヤ３１を遊星運動させるための例え
ばクランク機構のような全長の長い伝達機構が不要であ
る。したがって、この矩形シールド掘削機の構造を簡単
にでき、機長を短くすることできる。また、この矩形シ
ールド掘削機の機長が短くなることによって、上記方向
修正ジャッキ５１による掘削部の進む角度を大きく変え
ることができ、横孔の曲線施工がしやすくなる。

【００２０】また、地盤を掘削する際に、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４によって支持されるから、この回転軸１
５は曲がることなくスムーズに回転することができる。

【００２１】また、上記回転軸１５は回転隔壁４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４は
スキンプレート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、上記スキンプレ
ート１内のチャンバー１６側と偏心リングギヤ装置３０
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１６内の泥水と攪拌された礫，土砂が、上記スキ
ンプレート１内の偏心リングギヤ装置３０側に侵入する
のを防止することができる。

【００２２】上記実施例では、上記第３円筒部５の外歯
ギヤ５ａと駆動ギヤ４１とを介して電動機４２により回
転隔壁４を回転させたが、電動機等の駆動装置から回転
隔壁に回転させる力を伝える伝達機構はこれに限らない
のは勿論である。

【００２３】また、上記実施例では、上記回転隔壁４の
偏芯量ｅ＝１、内歯ギヤ３２のピッチ円の半径Ｒ1＝
４、外歯ギヤ３１のピッチ円の半径Ｒ2＝３とし、さら
にカッタアーム２１の頂点Ａを結ぶ正三角形の一辺の長
さＳ＝１４としたが、この一辺の長さＳの長さと偏心量
ｅとの比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略正方形の断面の横孔を掘削
することができる。

【００２４】

【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、スキンプレートの断面を略
正方形にし、回転隔壁を駆動装置により駆動軸,駆動ギ
ヤおよび回転隔壁のギヤを介して駆動し、この回転隔壁
の回転によって外歯ギヤを内歯ギヤに噛合しながら自転
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、スキンプレートが略正方形断面を有す
ることと相俟って、略正方形の横孔を掘削することがで
きる。

【００２５】また、上記駆動装置が回転隔壁を駆動軸,
駆動ギヤおよび回転隔壁のギヤを介して直接回転させ、
クランク軸等を用いて外歯ギヤを駆動するような長い伝
達機構が不要であるから、この矩形シールド掘削機の構
造を簡単にでき、機長を短くすることができる。また、
この矩形シールド掘削機の機長が短くなると、掘削部の
進む角度をより大きく変えることができ、横孔の曲線施
工がしやすくなる。

【００２６】また、掘削時に、遊星運動している回転軸
に作用する大きな曲げモーメントは、上記回転隔壁によ
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。

【００２７】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スキンプ
レート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、上記スキンプレート内のカッタ
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】 図１は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】 図２は図１のII−II線から見た図である。

【図３】 図３は図１のIII−III線から見た図である。

【図４】 図４は図１のIV−IV線から見た図である。

【図５】 図５は図１のV−V線から見た図である。

【図６】 図６は図１のVI−VI線から見た図である。

【図７】 図７は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、正方形の横孔を掘削することを示
す説明図である。

【符号の説明】

１…スキンプレート、２…フード、３…支持板、４…回
転隔壁、４ａ…円板部、４ｂ…第２円筒部、５…第３円
筒部、６…第１円筒部、７…攪拌羽根、 １１…ベアリング、１２…スペーサ板、１３…シール部
材、 １５…回転軸、１６…チャンバー、２０…カッタヘッ
ド、２１…カッタアーム、 ３０…偏心リングギヤ装置、３１…外歯ギヤ、３２…内
歯ギヤ、 ４１…駆動ギヤ、４２…電動機、５１…方向修正ジャッ
キ、５２…送泥管。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 断面略正方形状のスキンプレートと、 上記スキンプレートの内側に配置され、後部にギヤを有
   し、上記スキンプレートの中心を回転中心として上記ス
   キンプレートに回転自在に支持された回転隔壁と、 上記回転隔壁の上記スキンプレートの中心に対して偏心
   した位置に回転自在に支持された回転軸と、 上記回転軸の先端に固定され、略正三角形を構成する掘
   削部を有するカッタヘッドと、 上記回転軸の他端に固定された外歯ギヤと、 中心が上記スキンプレートの中心と一致するように上記
   スキンプレートに固定されるとともに、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、上記外歯ギヤと噛合する内歯ギヤと、 上記回転隔壁の上記ギヤに噛合する駆動ギヤと、 上記駆動ギヤに一端が取り付けられ、上記内歯ギヤを貫
   通する駆動軸と、 上記駆動軸の他端に取り付けられ、上記駆動軸,上記駆
   動ギヤおよび上記回転隔壁の上記ギヤを介して上記回転
   隔壁を駆動する駆動装置とを備えたことを特徴とする矩
   形シールド掘削機。