JP3090260B2 - 掘削装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は掘削装置に係り、特
に断面矩形状の掘削孔を拡幅掘削する掘削装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】地下鉄道や上下水道などのトンネルをシ
ールド工法により構築する装置にシールド掘進機があ
る。このシールド掘進機は、先端に取り付けられたカッ
ター装置で地中を掘削すると同時に、その後部でセグメ
ントによる覆工を行いながらトンネルを構築する装置で
ある。

【０００３】ところで、このシールド掘進機で構築する
トンネルは直線のものばかりであるとは限らず、必要に
応じてトンネルを曲げて構築する場合もある。この場
合、カッター装置は、トンネルの曲線部において、その
トンネルの曲がり具合に応じて掘削孔を拡幅して掘削し
なければならない。すなわち、余掘りを行わなければな
らない。

【０００４】従来のシールド掘削機では、この曲線部の
余掘りをカッター装置に設けられたコピーカッター又は
オーバーカッターにより行っていた。このコピーカッタ
ーは、カッター装置の外周に出没自在に設けられてお
り、余掘り時は、このコピーカッターをカッター装置の
外周から突出させることにより、必要な範囲の余掘りを
行っていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このコ
ピーカッターによる余掘りでは、余掘りを行う量に応じ
て、コピーカッターをカッター装置の外周から突出させ
なければならないので、大径の掘削孔を掘削する場合に
は、それに応じて長いコピーカッターを使用しなければ
ならない。しかし、コピーカッターの長さには、強度的
な面から限界があり、余掘りができる範囲には限界があ
った。

【０００６】また、本願出願人は、先に特願平８−２１
６４２６号において、断面多角形状の掘削孔を掘削でき
る掘削装置について出願しているが、例えば、断面矩形
状の掘削孔の余掘りをコピーカッターで実施しようとし
た場合、その突出量が相当長くなり、制御は極めて難し
く、困難なものとなる。本発明は、このような問題に鑑
みてなされたもので、矩形断面掘削孔の余掘りを行うこ
とができる掘削装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
前記目的を達成するために、先端に取り付けられたカッ
ター装置を回転させて掘削孔を掘削する掘削装置であっ
て、ビットが備えられて回転駆動するビット本体と、該
ビット本体の掘削部に設けられて駆動機構により前記ビ
ット本体の回転で公転しながら自転する遊星カッター
と、で前記カッター装置を構成すると共に、前記遊星カ
ッターの輪郭形状を前記遊星カッターの自転回転数と公
転回転数の比に応じて形成することにより断面矩形状の
掘削孔を掘削する掘削装置において、前記遊星カッター
の駆動機構は、遊星ギアと、前記遊星ギアがアイドルギ
アを介して噛合する太陽ギアと、前記遊星ギアを前記太
陽ギアの回りに公転させて、前記遊星ギアに自転と公転
を与える駆動手段と、前記ビット本体の径方向にスライ
ド自在に設けられ、前記遊星カッターを回転自在に支持
するスライド手段と、前記スライド手段を移動させる移
動手段と、前記遊星ギアと前記遊星カッターとを連結
し、前記遊星ギアの回転を前記遊星カッターに伝達する
伸縮自在な自在軸継手と、からなり、前記遊星カッター
を前記ビット本体の径方向に移動させることにより、断
面矩形状の掘削孔を拡幅掘削することを特徴とする。

【０００８】本発明によれば、遊星カッターがビット本
体の径方向にスライド可能に設けられている。したがっ
て、遊星カッターをビット本体の中心から離れる方向に
移動させれば、断面矩形状の掘削孔を拡幅掘削すること
ができる。また、請求項２に係る発明は、前記目的を達
成するために、先端に取り付けられたカッター装置を回
転させて掘削孔を掘削する掘削装置であって、ビットが
備えられて回転駆動するビット本体と、該ビット本体の
掘削部に設けられて駆動機構により前記ビット本体の回
転で公転しながら自転する遊星カッターと、で前記カッ
ター装置を構成すると共に、前記遊星カッターの輪郭形
状を前記遊星カッターの自転回転数と公転回転数の比に
応じて形成することにより断面矩形状の掘削孔を掘削す
る掘削装置において、前記遊星カッターの駆動機構は、
前記遊星カッターに設けられた遊星ギアと、前記遊星ギ
アが噛合する第１のギアと、前記第１のギアと同軸に配
設された第２のギアと、前記第２のギアが噛合する太陽
ギアと、前記遊星ギアと前記第１のギア及び第２のギア
を前記太陽ギアの回りに公転させて、前記遊星ギアに自
転と公転を与える駆動手段と、前記遊星ギアを前記第１
のギアの回りに回転移動させることにより、前記遊星カ
ッターを前記ビット本体の中心に対して進退移動させる
進退移動手段と、前記太陽ギアを回動させて、前記太陽
ギアからの回転を前記遊星カッターに伝達することによ
り、前記遊星カッターを前記進退移動手段で進退移動さ
せた時に生じた位相のズレを相殺する回動手段と、から
なり、前記遊星カッターを前記ビット本体の中心に対し
て進退移動させることにより、断面矩形状の掘削孔を拡
幅掘削することを特徴とする。

【０００９】本発明によれば、遊星カッターがビット本
体の中心に対して進退移動可能に設けられている。した
がって、遊星カッターをビット本体の中心から離れる方
向に移動させれば、断面矩形状の掘削孔を拡幅掘削する
ことができる。また、請求項３に係る発明は、前記目的
を達成するために、先端に取り付けられたカッター装置
を回転させて掘削孔を掘削する掘削装置であって、ビッ
トが備えられて回転駆動するビット本体と、該ビット本
体の掘削部に設けられて駆動機構により前記ビット本体
の回転で公転しながら自転する遊星カッターと、で前記
カッター装置を構成すると共に、前記遊星カッターの輪
郭形状を前記遊星カッターの自転回転数と公転回転数の
比に応じて形成することにより断面矩形状の掘削孔を掘
削する掘削装置において、前記遊星カッターの駆動機構
は、前記遊星カッターに設けられた遊星ギアと、前記遊
星ギアがアイドルギアを介して噛合された太陽ギアと、
前記遊星ギアを前記太陽ギアの回りに公転させて、前記
遊星カッターに自転と公転を与える駆動手段と、前記太
陽ギアを回動させることにより、該太陽ギアからの回転
を前記遊星カッターに伝達して、前記遊星カッターを自
転させる回動手段と、からなり、前記回動手段によっ
て、前記太陽ギアを回動させることにより、前記遊星カ
ッターの公転角度に対する自転角度を変化させて、記遊
星カッターの掘削孔を拡幅掘削することを特徴とする。

【００１０】本発明によれば、遊星カッターの自転角度
を可変できるように構成されている。これにより、遊星
カッターの公転角度に対し自転角度を変化させれば、断
面矩形状の掘削孔を拡幅掘削することができる。また、
請求項４に係る発明は、前記目的を達成するために、先
端に取り付けられたカッター装置を回転させて掘削孔を
掘削する掘削装置であって、ビットが備えられて回転駆
動するビット本体と、該ビット本体の掘削部に設けられ
て駆動機構により前記ビット本体の回転で公転しながら
自転する遊星カッターと、で前記カッター装置を構成す
ると共に、前記遊星カッターの輪郭形状を前記遊星カッ
ターの自転回転数と公転回転数の比に応じて形成するこ
とにより断面矩形状の掘削孔を掘削する掘削装置におい
て、前記遊星カッターは、前記駆動機構により前記ビッ
ト本体の回転で公転しながら自転する子カッターと、前
記子カッターよりも輪郭形状の一部が大径に形成され、
該子カッターの回転軸と同軸上に配置された親カッター
と、前記子カッターの回転軸に前記親カッターを接続又
は切り離すクラッチ機構と、からなり、通常掘削時は、
前記子カッターのみを自転、公転させて断面矩形状の掘
削孔を掘削し、拡幅掘削時は、前記親カッターを前記子
カッターとともに自転、公転させて断面矩形状の掘削孔
を拡幅掘削することを特徴とする。

【００１１】本発明によれば、通常掘削時は、遊星カッ
ターの子カッターのみを自転、公転させて掘削孔を掘削
する。そして、拡幅掘削時は、遊星カッターの親カッタ
ーと子カッターを同時に自転、公転させて掘削孔を掘削
する。ここで、親カッターは、その輪郭形状の一部が子
カッターよりも大きく形成されているので、子カッター
とともに自転、公転することにより、子カッター単独で
掘削する場合に比べ、拡大した掘削孔を掘削することが
できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下添付図面に従って本発明に係
る掘削装置の好ましい実施の形態について詳説する。図
１は、本発明に係る掘削装置の第１の実施の形態の側面
断面図である。同図に示すように、本実施の形態の掘削
装置１０は、地中に矩形断面のシールドトンネルを構築
する際に使用するシールド掘削機である。

【００１３】断面矩形状に形成されたシールド枠１２、
１２、…の先端には、複数個のステアリングジャッキ１
４、１４、…を介して図示しない中折れ機構を備えた可
動シュー１６が連結されている。この可動シュー１６
は、前記ステアリングジャッキ１４を伸張することによ
り推力を得て推進する。そして、各ステアリングジャッ
キ１４の伸張量を個別に調整することにより、その推進
方向を可変する。

【００１４】前記可動シュー１６の後端部にはテールシ
ール１８が設けられており、該テールシール１８は前記
シールド枠１２の先端外周面に密着して、シールド枠１
２をシールしている。一方、前記可動シュー１６の先端
内周部には、切羽側と操作側とを仕切るバルクヘッド２
０が形成されている。このバルクヘッド２０の切羽側に
は、ギアケース２２がベアリング２４を介して回動自在
に支持されている。

【００１５】前記ギアケース２２の後端部には、インタ
ーナルギア２８が一体形成されており、該インターナル
ギア２８には駆動モータ３０に連結された駆動ギア３２
が噛合されている。駆動モータ３０は、前記バルクヘッ
ド２０に固定されており、この駆動モータ３０を駆動す
ることにより、前記ギアケース２２が回転する。なお、
前記ギアケース２２の先端部に設けられた番号２６はシ
ール部材であり、該シール部材２６はギアケース２２と
可動シュー１６の内周面との隙間をシールしている。ま
た、図１中駆動モータ３０は、一台のみ図示されている
が、駆動モータ３０は複数台設置されている。

【００１６】前記ギアケース２２の内部には、一対の遊
星アイドルギア３４、３４と一対の遊星ギア３６、３６
が、それぞれベアリング３８、３８、…を介して回動自
在に支持されている。この遊星アイドルギア３４と遊星
ギア３６は互いに噛合されており、遊星アイドルギア３
４が回転することにより、その回転が伝達されて遊星ギ
ア３６が回転する。

【００１７】ここで、前記ギアケース２２はドーナツ状
に形成されており、該ギアケース２２の内周部には前記
バルクヘッド２２に一体形成された円筒面板４０が設け
られている。この円筒面板４０の外周部には、太陽ギア
４４が形成されており、該太陽ギア４４は前記ギアケー
ス２２内に設けられた遊星アイドルギア３４、３４に噛
合されている。この結果、前記ギアケース２２が回転す
ると、太陽ギア４４を中心として、その回りを遊星アイ
ドルギア３４、３４が公転しながら自転する。そして、
この遊星アイドルギア３４、３４が自転することによ
り、その回転が遊星ギア３６、３６に伝達されて、遊星
ギア３６、３６も太陽ギア４４を中心として公転しなが
ら自転する。なお、遊星アイドルギア３４、３４がギア
ケース２２の回転方向と同じ方向に自転するのに対し、
遊星ギア３６、３６はギアケース２２の回転方向とは逆
方向に自転する。

【００１８】前記ギアケース２２には、２本の連結軸４
６、４６を介して円盤状に形成されたビット本体４８が
固定されている。このビット本体４８の先端面には、図
２に示すように、扇状に形成されたセンタービット５
０、５０が配設されている。このセンタービット５０、
５０の表面には、多数のメタルチップ５２、５２、…が
植設されており、このセンタービット５０、５０が回転
することにより、円形断面の掘削孔が掘削される。

【００１９】また、図１に示すように、前記ビット本体
４８には、遊星カッター６２を回転自在に支持する一対
のスライダ５４、５４が互いに対向するように配設され
ており、ともにビット本体４８の径方向にスライド自在
に支持されている。このスライダ５４、５４には、それ
ぞれビット本体４８に内蔵された一対の拡縮用油圧シリ
ンダ５６、５６が連結されており、この拡縮用油圧シリ
ンダ５６、５６を駆動することにより、ビット本体４８
の径方向に沿ってスライドする。

【００２０】前記一対のスライダ５４、５４には、それ
ぞれベアリング５８、５８を介して回転軸６０、６０が
回動自在に支持されている。この回転軸６０、６０の先
端部には、図２に示すように、木の葉状に形成された遊
星カッター６２、６２が固着されている。ここで、前記
スライダ５４、５４は、前記ビット本体４８に設けられ
ているので、ビット本体４８が回転すると、そのビット
本体４８の中心Ｏを中心として公転する。したがって、
このスライダ５４、５４に設けられている遊星カッター
６２、６２もビット本体４８が回転すると、そのビット
本体４８の中心Ｏを中心として公転する。

【００２１】また、前記スライダ５４、５４は、前記ビ
ット本体４８の径方向にスライド可能に設けられている
ので、このスライダ５４、５４がスライド移動すると、
遊星カッター６２、６２もそれに伴ってスライド移動す
る。そして、このスライダ５４、５４がスライド移動す
ることにより、遊星カッター６２、６２の公転半径が可
変する。

【００２２】前記遊星カッター６２、６２が固着された
回転軸６０、６０の後端部には、図１に示すように、自
在軸継手６４、６４の一方端が連結されている。この自
在軸継手６４、６４の他方端は前記ギアケース２２に設
けられた遊星ギア３６、３６に連結されており、この自
在軸継手６４、６４を介して前記遊星ギア３６、３６の
回転が回転軸６０、６０に伝達される。そして、この回
転軸６０、６０が回転することにより、遊星カッター６
２、６２が自転する。

【００２３】なお、この遊星ギア３６、３６と遊星カッ
ター６２、６２とを連結する自在軸継手６４、６４は伸
縮自在に形成されている。このため、前記スライダ５
４、５４がスライドしても、それに応じて伸縮するの
で、遊星ギア３６、３６の回転を回転軸６０、６０に有
効に伝達することができる。以上の構成の遊星カッター
６２、６２は、駆動モータ３０でギアケース２２を回転
させることにより、ビット本体４８の中心Ｏを公転中心
として公転し、かつ、回転軸６０を中心に自転する。そ
して、拡縮用油圧シリンダ５６、５６でスライダ５４、
５４を移動させることにより、その公転半径を可変す
る。

【００２４】ところで、前記遊星ギア３６及び太陽ギア
４４で構成される遊星歯車機構では、前記遊星カッター
６２の公転回転数と自転回転数の比を各ギアの歯数比を
調整することにより、任意に設定することができる。例
えば、矩形状の掘削孔を掘削する場合は、前記遊星カッ
ター６２の公転回転数と自転回転数の比が１：４となる
ように、前記遊星ギア３６、遊星アイドルギア３４及び
太陽ギア４４の各歯数を設定する。この結果、前記遊星
カッター６２は、ビット本体４８が４分の１回転すると
１回自転する。なお、この時、ビット本体４８の回転方
向と遊星カッター６２の回転方向は互いに逆方向にな
る。

【００２５】さらに、矩形状の掘削孔を形成するために
は、前記遊星カッター６２の公転回転数と自転回転数を
１：４に設定するとともに、前記遊星カッター６２の輪
郭形状を次のように設定する。いま、本実施の形態の掘
削装置１０で掘削する掘削孔の断面形状を図３に二点破
線で示すように正方形ｈとする。この正方形ｈの掘削孔
を掘削するには、前記遊星カッター６２が、自・公転す
る際に、常にこの正方形ｈに内接していればよい。この
ためには、遊星カッター６２の公転中心Ｏからの最遠点
部の軌跡が１回の公転と４回の自転とで正方形ｈとなる
ように、遊星カッター６２の輪郭形状を決定すればよ
い。

【００２６】図３において、一点破線で示す円ｋは、遊
星カッター６２の自転中心Ｏ_B の公転軌跡である。この
円ｋ上の点ｍ₁ 、ｍ₂ 、…は、遊星カッター６２をθ°
（θ＝１５）づつ回転させた場合の自転中心Ｏ_B の位置
を示している。また、正方形ｈ上の点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、…
は、前記円ｋ上の各点ｍ₁ 、ｍ₂ 、…と公転中心Ｏとを
結ぶ直線が、正方形ｈと交わる点を示している。

【００２７】ここで、前記遊星カッター６２の自転中心
Ｏ_B が点ｍ₁ の位置にある場合、遊星カッター６２が正
方形ｈと内接するためには、遊星カッター６２の半径は
ｌ₁でなければならない（ｌ₁ は、円ｋ上の点ｍ₁ と正
方形ｈ上の点Ｐ₁ とを結ぶ直線の長さ）。また、遊星カ
ッター６２が点ｍ₁ の位置からθ°公転して点ｍ₂ の位
置に移動した場合、遊星カッター６２が正方形ｈと内接
するためには、遊星カッター６２の半径はｌ₂ でなけれ
ばならない。同様に、遊星カッター６２がｍ₃の位置に
移動したとすれば、遊星カッター６２の半径はｌ₃ 、ｍ
₄ の位置に移動したとすればｌ₄ でなければならない。

【００２８】一方、前記遊星カッター６２は、θ°（θ
＝１５）公転する間に、４θ°（４θ＝６０）自転す
る。以上のことから、遊星カッター６２が点ｍ₂ の位置
に移動したときに、遊星カッター６２が正方形ｈに内接
するためには、ｌ₁ から反時計回りに４θ°の位置での
半径がｌ₂ であればよい。また、遊星カッター６２が点
ｍ₃ の位置に位置したときは、前記ｌ₂ から反時計回り
に４θ°の位置での半径がｌ₃ であればよい。

【００２９】このように、順次、遊星カッター６２の半
径を定めてゆくことにより、遊星カッター６２の輪郭形
状は決定され、この結果、遊星カッター６２の輪郭形状
は、図３に示すような木の葉状となる。以上のように設
定された輪郭形状を有する遊星カッター６２を公転と自
転の回転数比を１対４で自・公転させると、常に正方形
ｈに内接しながら自・公転する。したがって、図２に示
すように、この遊星カッター６２の周縁部に沿ってメタ
ルチップ６６、６６、…を植設すれば、地盤に正方形ｈ
の孔を掘削することができる。

【００３０】図１に示すように、前記センタービット５
０及び遊星カッター６２で掘削された掘削土砂は、ビッ
ト本体４８とギアケース２２との間に形成されたチャン
バー６８に取り込まれ、該チャンバー６８に取り込まれ
た掘削土砂は、円筒面板４０を貫通して設けられたスク
リューコンベア７０によって排土される。また、スクリ
ューコンベア７０から排土された掘削土砂は、シールド
枠１２内に設けられたベルトコンベア７２を介して搬送
台車７４に積載され、該搬送台車７４によって地上に搬
送される。

【００３１】また、前記センタービット４８及び遊星カ
ッター６２による切削を安定させるために、チャンバー
６８内の土圧は所定の値に保つ必要がある。このため、
前記スクリューコンベア７０の排出口７０Ａは、その開
口量を調整可能に形成されている。前記のごとく構成さ
れた本発明に係る掘削装置の第１の実施の形態の作用は
次の通りである。

【００３２】本実施の形態の掘削装置１０では、通常掘
削と余掘りを行うことができる。まず、通常掘削を行う
場合について説明する。この場合、遊星カッター６２、
６２は、最も縮径させた位置に位置させておく。駆動モ
ータ３０を駆動して、ギアケース２２を回転させると、
ギアケース２２に連結されたビット本体４８が回転す
る。ビット本体４８が回転することにより、このビット
本体４８に設けられたセンタービット５０、５０及び一
対の遊星カッター６２、６２がビット本体４８の中心Ｏ
を中心として回転し、この回転するセンタービット５
０、５０と遊星カッター６２、６２とにより、地盤が掘
削される。

【００３３】ここで、前記センタービット５０、５０
は、前記ビット本体４８に固定されているため、このセ
ンタービット５０、５０の回転によって掘削される掘削
孔の断面は円形状となる。一方、前記遊星カッター６
２、６２は、前記ビット本体４８が回転することによ
り、ビット本体４８の中心Ｏを中心として回転（公転）
するが、これに伴い、前記遊星カッター６２、６２は、
遊星ギア３６、３６、遊星アイドルギア３４、３４及び
太陽ギア４４で構成される遊星歯車機構の作用により、
回転軸６０、６０を中心に前記ビット本体４８の回転方
向とは逆方向に回転（自転）する。

【００３４】今、この遊星カッター６２、６２の公転回
転数と自転回転数の比は１：４となるように前記遊星歯
車機構により設定されており、これにより、前記遊星カ
ッター６２、６２は、前記ビット本体４８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。そし
て、このように、遊星カッター６２、６２を自・公転さ
せることにより、遊星カッター６２、６２は、図３に示
すように常に正方形ｈに内接しながら自・公転する。そ
して、この結果、前記センタービット５０、５０により
掘削された円形断面の掘削孔は、この自・公転する遊星
カッター６２、６２によりその外周部を掘削され、正方
形ｈの掘削孔となる。

【００３５】なお、ビット本体４８を揺動させても、同
様に正方形ｈの掘削孔を掘削することができる。以上が
通常掘削を行う場合であって、次に、余掘りを行う場合
について説明する。掘削装置１０が所望の余掘り地点
（例えば、トンネルの曲線部等）に到達したら、拡縮用
油圧シリンダ５６、５６を駆動して、所望の余掘り量だ
け遊星カッター６２、６２をビット本体４８の中心Ｏか
ら離れる方向に移動させる。

【００３６】遊星カッター６２、６２がビット本体４８
の中心Ｏから離れる方向に移動すると、図２に示すよう
に、遊星カッター６２、６２の公転半径は拡大する。そ
して、このように遊星カッター６２、６２の公転半径が
拡大することにより、遊星カッター６２、６２が内接す
る正方形も同図に示す正方形Ｈに拡大し、この結果、遊
星カッター６２、６２に掘削される掘削孔も拡大する。

【００３７】なお、同図に示す円ｋは、移動前の遊星カ
ッター６２の自転中心Ｏ_B の公転軌跡であり、円Ｋは、
移動後の遊星カッター６２の自転中心Ｏ_B の公転軌跡で
ある。また、同図では、図中上側の遊星カッター６２の
みが移動した状態が示されている。このように、本実施
の形態の掘削装置１０では、遊星カッター６２、６２の
位置を移動させるだけで、容易に矩形断面の掘削孔を拡
大掘削することができる。また、その余掘り量も遊星カ
ッター６２、６２の移動量を調整するだけで自由に可変
させることができる。

【００３８】ところで、本実施の形態では、拡大掘削時
に遊星カッター６２、６２の位置を移動させないで掘削
していた。すなわち、拡大掘削時も常に同じ公転軌跡Ｋ
上を公転させながら掘削していた。この場合、上述した
ように、拡大した相似形の掘削孔が掘削される。しか
し、本実施の形態の掘削装置１０では、遊星カッター６
２、６２の公転角度に応じて遊星カッター６２、６２の
位置を可変させることにより、部分的に掘削孔を拡大さ
せて掘削することができる。たとえば、図４に示すよう
に、範囲Ｓの部分を通過する時だけ、遊星カッター６２
をビット本体４８の中心Ｏから離れる方向に移動させる
ことにより、その範囲Ｓの部分だけ掘削孔を拡大して掘
削することができる。

【００３９】図５は、本発明に係る掘削装置の第２の実
施の形態の側面断面図である。同図に示すように、第２
の実施の形態の掘削装置１００も、地中に矩形断面のシ
ールドトンネルを構築する際に使用するシールド掘削機
である。なお、上述した第１の実施の形態の掘削装置１
０と同一部材には、同一符号を付して、その説明は省略
する。

【００４０】シールド枠１２、１２、…の先端に連結さ
れた可動シュー１６の先端にはバルクヘッド２０が形成
されており、該バルクヘッド２０の切羽側にはギアケー
ス１０２がベアリング１０４を介して回動自在に支持さ
れている。前記ギアケース１０２の後端部には、インタ
ーナルギア１０６が一体形成されており、該インターナ
ルギア１０６には駆動モータ３０に連結された駆動ギア
３２が噛合されている。駆動モータ３０は、前記バルク
ヘッド２０に固定されており、この駆動モータ３０を駆
動することにより、前記ギアケース１０２が回転する。

【００４１】前記ギアケース１０２の内部には、一対の
第１遊星アイドルギア１０８Ａ、１０８Ｂが、それぞれ
ベアリング１１０を介して回動自在に支持されている。
また、前記ギアケース１０２はドーナツ状に形成されて
おり、その内周部には二重管構造の円筒面板１１２が挿
入されている。前記円筒面板１１２は、第１円筒面板１
１２Ａと第２円筒面板１１２Ｂとから構成されており、
第２円筒面板１１２Ｂは、第１円筒面板１１２Ａの外周
にベアリング１１４を介して回動自在に支持されてい
る。また、前記第１円筒面板１１２Ａは、ベアリング１
１６を介してバルクヘッド２０に回動自在に支持されて
いる。

【００４２】前記第１円筒面板１１２Ａと第２円筒面板
１１２Ｂの外周には、それぞれ第１太陽ギア１１８Ａと
第２太陽ギア１１８Ｂが形成されており、各太陽ギア１
１８Ａ、１１８Ｂは、それぞれ前記ギアケース１０２内
に設けられた第１遊星アイドルギア１０８Ａ、１０８Ｂ
に噛合されている。また、前記第１円筒面板１１２Ａと
第２円筒面板１１２Ｂには、それぞれ図７に示すよう
に、バルクヘッド２０に設けられた第１油圧シリンダ１
２０Ａと第２油圧シリンダ１２０Ｂが連結されている。
前記第１円筒面板１１２Ａと第２円筒面板１１２Ｂは、
この第１油圧シリンダ１２０Ａと第２油圧シリンダ１２
０Ｂを駆動することにより回転する。そして、この第１
円筒面板１１２Ａと第２円筒面板１１２Ｂを回転させる
ことにより、前記第１太陽ギア１１８Ａと第２太陽ギア
１１８Ｂが回転し、この結果、前記第１遊星アイドルギ
ア１０８Ａ、１０８Ｂが自転する。また、この第１遊星
アイドルギア１０８Ａ、１０８Ｂは、前記ギアケース１
０２を回転させると、それぞれ各太陽ギア１１８Ａ、１
１８Ｂの回りを公転しながら自転する。

【００４３】前記ギアケース１０２には、２本の連結軸
１２２、１２２を介して円盤状に形成されたビット本体
１２４が固定されている。このビット本体１２４の先端
面には、図６に示すように、扇状に形成されたセンター
ビット１２６、１２６が配設されている。このセンター
ビット１２６、１２６の表面には、多数のメタルチップ
１２８、１２８…が植設されており、このセンタービッ
ト１２６、１２６が回転することにより、円形断面の掘
削孔が掘削される。

【００４４】また、図５に示すように、前記第１遊星ア
イドルギア１０８Ａ、１０８Ｂが固着されたギア軸１３
０Ａ、１３０Ｂには、ベアリング１３２、１３２を介し
てカッターケース１３４Ａ、１３４Ｂが回動自在に支持
されている。このカッターケース１３４Ａ、１３４Ｂ内
には、ベアリング１３６、１３６を介して遊星ギア１３
８Ａ、１３８Ｂが回動自在に支持されており、該遊星ギ
ア１３８Ａ、１３８Ｂは、前記ギア軸１３０Ａ、１３０
Ｂに固着された第２遊星アイドルギア１４０Ａ、１４０
Ｂに噛合されている。

【００４５】前記第２遊星アイドルギア１４０Ａ、１４
０Ｂは、前記第１遊星アイドルギア１０８Ａ、１０８Ｂ
と同じギア軸１３０Ａ、１３０Ｂに固着されているの
で、前記第１遊星アイドルギア１０８Ａ、１０８Ｂが自
・公転すると、これに伴って自・公転する。そして、前
記遊星ギア１３８Ａ、１３８Ｂは、この自・公転する第
２遊星アイドルギア１４０Ａ、１４０Ｂから回転力を得
て自転するとともに、第２遊星アイドルギア１４０Ａ、
１４０Ｂとともに公転する。

【００４６】前記のごとく自・公転する遊星ギア１３８
Ａ、１３８Ｂが固着されたギア軸１４２Ａ、１４２Ｂに
は、それぞれ遊星カッター１４４Ａ、１４４Ｂの回転軸
１４６Ａ、１４６Ｂが連結されており、該遊星カッター
１４４Ａ、１４４Ｂの回転軸１４６Ａ、１４６Ｂは、前
記カッターケース１３４Ａ、１３４Ｂにベアリング１４
８、１４８を介して回動自在に支持されている。

【００４７】ところで、前記遊星カッター１４４Ａ、１
４４Ｂが設けられているカッターケース１３４Ａ、１３
４Ｂは、前述したように前記ギア軸１３０Ａ、１３０Ｂ
を中心に回動自在に支持されているので、このカッター
ケース１３４Ａ、１３４Ｂを揺動させれば、前記遊星カ
ッター１４４Ａ、１４４Ｂは、その位置を可変させるこ
とができる。すなわち、その公転半径を可変させること
ができる。

【００４８】ここで、前記カッターケース１３４Ａ、１
３４Ｂには、それぞれ前記ビット本体１２４に内蔵され
た一対の拡縮用油圧シリンダ１５０Ａ、１５０Ｂが連結
されており、カッターケース１３４Ａ、１３４Ｂは、こ
の拡縮用油圧シリンダ１５０Ａ、１５０Ｂを駆動するこ
とにより揺動する。第２の実施の形態の掘削装置１００
は以上のように構成される。なお、遊星カッター１４４
Ａ、１４４Ｂの公転回転数と自転回転数の比は、上述し
た第１の実施の形態の掘削装置１０と同様に１：４とな
るように設定する。そして、遊星カッター１４４Ａ、１
４４Ｂの輪郭形状も第１の実施の形態と同様に木の葉状
とする。この結果、本実施の形態の掘削装置１００で
は、上述した第１の実施の形態の掘削装置１０と同様に
断面正方形の掘削孔が掘削される。なお、この遊星カッ
ター１４４Ａ、１４４Ａの輪郭形状の設定方法について
は、上述した第１の実施の形態と同じなので、その設定
方法の説明は省略する。

【００４９】前記のごとく構成された本発明に係る掘削
装置の第２の実施の形態の作用は次の通りである。本実
施の形態の掘削装置１００においても、上述した第１の
実施の形態の掘削装置１０と同様に通常掘削と余掘りを
行うことができる。まず、通常掘削を行う場合について
説明する。この場合、遊星カッター１４４Ａ、１４４Ｂ
は、最も縮径させた位置に位置させておく。

【００５０】駆動モータ３０を駆動して、ギアケース１
０２を回転させると、ギアケース１０２に連結されたビ
ット本体１２４が回転する。ビット本体１２４が回転す
ることにより、このビット本体１２４に設けられたセン
タービット１２６、１２６及び一対の遊星カッター１４
４Ａ、１４４Ｂがビット本体１２４の中心Ｏを中心とし
て回転し、この回転するセンタービット１２６、１２６
と遊星カッター１４４Ａ、１４４Ｂとにより、地盤が掘
削される。

【００５１】ここで、前記センタービット１２６、１２
６は、前記ビット本体１２４に固定されているため、こ
のセンタービット１２６、１２６の回転によって掘削さ
れる掘削孔の断面は円形状となる。一方、前記遊星カッ
ター１４４Ａ、１４４Ｂは、前記ビット本体１２４が回
転することにより、公転しながら、その公転方向とは逆
方向に自転する。この際、遊星カッター１４４Ａ、１４
４Ｂは、常に正方形に内接しながら自・公転し、この結
果、正方形の掘削孔が掘削される。

【００５２】以上が通常掘削を行う場合であって、次
に、余掘りを行う場合について説明する。掘削装置１０
０が所望の余掘り地点に到達したら、拡縮用油圧シリン
ダ１５０Ａ、１５０Ｂを駆動して、所望の余掘り量だけ
遊星カッター１４４Ａ、１４４Ｂをビット本体１２４の
中心Ｏから離れる方向に移動させる。

【００５３】遊星カッター１４４Ａ、１４４Ｂがビット
本体１２４の中心Ｏから離れる方向に移動すると、図６
に示すように、遊星カッター１４４Ａ、１４４Ｂの公転
半径はｋからＫに拡大する。そして、このように遊星カ
ッター１４４Ａ、１４４Ｂの公転半径がＫに拡大するこ
とにより、遊星カッター１４４、１４４が内接する正方
形も同図に示す正方形Ｈに拡大し、この結果、遊星カッ
ター１４４Ａ、１４４Ｂに掘削される掘削孔も拡大す
る。

【００５４】ところで、本実施の形態の掘削装置１００
では、遊星カッター１４４Ａ、１４４Ｂを移動させる
際、カッターケース１３４Ａ、１３４Ｂをギア軸１３０
Ａ、１３０Ｂの回りに揺動させることにより行ってい
る。しかし、このようにカッターケース１３４Ａ、１３
４Ｂをギア軸１３０Ａ、１３０Ｂの回りに揺動（回転）
させると、そのカッターケース１３４Ａ、１３４Ｂ内に
内蔵されている遊星ギア１３８Ａ、１３８Ｂも第２遊星
アイドルギア１４０Ａ、１４０Ｂの回りを回転してしま
う。そして、この遊星ギア１３８Ａ、１３８Ｂが回転す
ることによって、遊星カッター１４４Ａ、１４４Ｂも同
時に回転してしまい、この結果、位相がズレてしまう。
そして、この状態で掘削を行うと、図８（ａ）に示すよ
うに、その位相のズレ分だけ回転した掘削孔Ｈが掘削さ
れる。

【００５５】このため、本実施の形態の掘削装置１００
では、遊星カッター１４４Ａ、１４４Ｂを移動させた場
合は、その移動によって生じる位相のズレを修正する必
要がある。そして、この修正は、以下の操作により行
う。図８（ａ）に示すように、図中左側の遊星カッター
１４４Ａの公転半径をｒからＲに拡大する場合について
考える（図中右側の遊星カッター１４４Ｂは移動させな
い）。

【００５６】遊星カッター１４４Ａの公転半径をｒから
Ｒに拡大するためには、同図に示すように、カッターケ
ース１３４Ａをα１°だけ回転させる。カッターケース
１３４Ａをα１°回転させると、遊星ギア１３８Ａも第
２遊星アイドルギア１４０Ａの回りをα１°だけ回転移
動し、この結果、遊星ギア１３８Ａの自転中心が公転半
径Ｒ上の点に移動する。

【００５７】このとき、遊星ギア１３８Ａは、前記第２
遊星アイドルギア１４０Ａの回りを回転移動することに
より、自身もα２°だけ自転する。この結果、遊星カッ
ター１４４Ａはα２°だけ自転する。なお、このときの
α２の角度は、第２遊星アイドルギア１４０Ａの歯数を
Ｚ１、遊星ギア１３８Ａの歯数をＺ２とすれば、

【００５８】

【数１】α２＝α１（１＋Ｚ１／Ｚ２） となる。また、前記遊星カッター１４４Ａは、前記カッ
ターケース１３４Ａをα１°回転させることにより、移
動前の状態からβ°だけ逆方向に公転した位置に移動す
る。

【００５９】ここで、移動後のβ°だけ公転した位置で
の遊星カッター１４４Ａの正しい方向は、自転と公転の
回転数比がｎであり、自転と公転が逆の回転方向である
ことより、β°の回転方向と逆に（ｎ−１）β°回転し
た位置である。以上のことより、移動により生じた位相
のズレを相殺するためには、この移動により自転した遊
星カッター１４４Ａの方向から正しい方向まで遊星カッ
ター１４４Ａを逆方向に自転させればよい（公転させな
い状態で自転させる）。

【００６０】図８（ｂ）は、修正後の遊星カッター１４
４Ａの正しい状態を示している。ここで、前記遊星カッ
ター１４４Ａの移動により生じた位相のズレを相殺する
ために必要とする遊星カッター１４４Ａの自転角度をθ
とすれば、

【００６１】

【数２】θ＝（ｎ−１）β＋α２ … （１） となる。なお、本実施の形態では、遊星カッター１４４
Ａの公転回転数と自転回転数の比が１：４に設定されて
いるので、ｎ＝４である。

【００６２】したがって、上式（１）は、

【００６３】

【数３】θ＝３β＋α２ となる。また、この遊星カッター１４４Ａを公転させな
いで自転のみさせるためには、次の方法で行う。

【００６４】すなわち、図５に示すように、第１油圧シ
リンダ１２０Ａを駆動して、第１太陽ギア１１８Ａを所
定量回転させる。この第１太陽ギア１１８Ａが回転する
と、その回転が第１遊星アイドルギア１０８Ａ、第２遊
星アイドルギア１４０Ａを介して遊星ギア１３８Ａに伝
達され、この結果、遊星カッター１４４Ａが公転しない
で自転のみする。

【００６５】そして、以上のように遊星カッター１４４
Ａ、１４４Ｂの移動により生じた位相のズレを修正する
ことにより、図８（ｂ）に示すように、元の掘削孔（通
常掘削時の掘削孔）をそのまま拡大した掘削孔Ｈを掘削
することができる。このように、本実施の形態の掘削装
置１００においても、上述した第１の実施の形態の掘削
装置１０と同様に、容易に矩形断面の掘削孔を拡大掘削
することができる。

【００６６】なお、上述した第１の実施の形態の掘削装
置１０と同様に、本実施の形態の掘削装置１００におい
ても、遊星カッター１４４Ａ、１４４Ｂの位置を公転角
度に応じて可変させることにより、全体的に拡大するの
ではなく、部分的に拡大させた掘削孔を掘削することが
できる（図４参照）。また、本実施の形態では、第１円
筒面板１１２Ａと第２円筒面板１１２Ｂを回転させる手
段として、第１油圧シリンダ１２０Ａと第２油圧シリン
ダ１２０Ｂを利用しているが、回転手段はこれに限らな
い。例えば、各円筒面板１１２Ａ、１１２Ｂにギアを形
成し、モータで回転させるようにしてもよい。

【００６７】図９は、本発明に係る掘削装置の第３の実
施の形態の側面断面図である。同図に示すように、第３
の実施の形態の掘削装置２００も、地中に矩形断面のシ
ールドトンネルを構築する際に使用するシールド掘削機
である。なお、上述した第１の実施の形態の掘削装置１
０と同一部材には、同一符号を付して、その説明は省略
する。

【００６８】シールド枠１２、１２、…の先端に連結さ
れた可動シュー１６の先端にはバルクヘッド２０が形成
されており、該バルクヘッド２０の切羽側にはギアケー
ス２０２がベアリング２０４を介して回動自在に支持さ
れている。前記ギアケース２０２の後端部には、インタ
ーナルギア２０６が一体形成されており、該インターナ
ルギア２０６には駆動モータ３０に連結された駆動ギア
３２が噛合されている。駆動モータ３０は、前記バルク
ヘッド２０に固定されており、この駆動モータ３０を駆
動することにより、前記ギアケース２０２が回転する。

【００６９】前記ギアケース２０２の内部には、一対の
遊星アイドルギア２０８Ａ、２０８Ｂと一対の遊星ギア
２１０Ａ、２１０Ｂが、それぞれベアリング２１１、２
１１、…を介して回動自在に支持されている。この遊星
アイドルギア２０８Ａ、２０８Ｂと遊星ギア２１０Ａ、
２１０Ｂは互いに噛合されており、遊星アイドルギア２
０８Ａ、２０８Ｂが回転することにより、その回転が伝
達されて遊星ギア２１０Ａ、２１０Ｂが回転する。

【００７０】また、前記ギアケース２０２はドーナツ状
に形成されており、その内周部には二重管構造の円筒面
板２１２が挿入されている。前記円筒面板２１２は、第
１円筒面板２１２Ａと第２円筒面板２１２Ｂとから構成
されており、第２円筒面板２１２Ｂは、第１円筒面板２
１２Ａの外周にベアリング２１６を介して回動自在に支
持されている。また、前記第１円筒面板２１２Ａは、ベ
アリング２１４を介してバルクヘッド２０に回動自在に
支持されている。

【００７１】前記第１円筒面板２１２Ａと第２円筒面板
２１２Ｂの外周には、それぞれ第１太陽ギア２１８Ａと
第２太陽ギア２１８Ｂが形成されている。そして、前記
第１太陽ギア２１８Ａは前記遊星アイドルギア２０８
Ａ、また、前記第２太陽ギア２１８Ｂは前記遊星アイド
ルギア２０８Ｂにそれぞれ噛合されている。また、図１
１に示すように、前記第１円筒面板２１２Ａと第２円筒
面板２１２Ｂには、それぞれ前記バルクヘッド２０に固
定された第１油圧シリンダ２２０Ａと第２油圧シリンダ
２２０Ｂが連結されている。第１円筒面板２１２Ａと第
２円筒面板２１２Ｂは、この第１油圧シリンダ２２０Ａ
と第２油圧シリンダ２２０Ｂを駆動することにより回転
する。そして、この第１円筒面板２１２Ａと第２円筒面
板２１２Ｂを回転させることにより、前記第１太陽ギア
２１８Ａと第２太陽ギア２１８Ｂが回転し、この結果、
前記遊星アイドルギア２０８Ａ、２０８Ｂが公転しない
で自転する。

【００７２】また、前記遊星アイドルギア２０８Ａ、２
０８Ｂは、前記ギアケース２０２を回転させると、それ
ぞれ各太陽ギア２１８Ａ、２１８Ｂの回りを公転しなが
ら自転する。そして、この遊星アイドルギア２０８Ａ、
２０８Ｂが自転することにより、その回転が遊星ギア２
１０Ａ、２１０Ｂに伝達されて、遊星ギア２１０Ａ、２
１０Ｂも前記第１太陽ギア２１８Ａと第２太陽ギア２１
８Ｂの回りを公転しながら自転する。

【００７３】前記ギアケース２０２には、４本の連結軸
２２２Ａ、２２２Ｂ、…を介して円盤状に形成されたビ
ット本体２２４が固定されている。このビット本体２２
４の先端面には、図１０に示すように、扇状に形成され
たセンタービット２２６、２２６が配設されている。こ
のセンタービット２２６、２２６の表面には、多数のメ
タルチップ２２８、２２８…が植設されており、このセ
ンタービット２２６、２２６が回転することにより、円
形断面の掘削孔が掘削される。

【００７４】また、図９に示すように、前記４本の連結
軸２２２Ａ、２２２Ｂ、…のうち２本の連結軸２２２
Ａ、２２２Ａは、ともに中空状に形成されており、その
内部に前記遊星ギア２１０Ａ、２１０Ｂが固着された回
転軸２３０Ａ、２３０Ｂがベアリング２３２、２３２を
介して回動自在に支持されている。この回転軸２３０
Ａ、２３０Ｂの先端には、それぞれ遊星カッター２３４
Ａ、２３４Ｂが連結されており、該遊星カッター２３４
Ａ、２３４Ｂは、前記遊星ギア２１０Ａ、２１０Ｂとと
もに自・公転する。

【００７５】第３の実施の形態の掘削装置２００は以上
のように構成される。なお、遊星カッター２３４Ａ、２
３４Ｂの公転回転数と自転回転数の比は、上述した第１
の実施の形態の掘削装置１０と同様に１：４となるよう
に設定する。そして、遊星カッター２３４Ａ、２３４Ｂ
の輪郭形状も第１の実施の形態と同様に木の葉状とす
る。この結果、本実施の形態の掘削装置２００では、上
述した第１の実施の形態の掘削装置１０と同様に断面正
方形の掘削孔が掘削される。なお、この遊星カッター２
３４Ａ、２３４Ｂの輪郭形状の設定方法については、上
述した第１の実施の形態と同じなので、その設定方法の
説明は省略する。

【００７６】前記のごとく構成された本発明に係る掘削
装置の第３の実施の形態の作用は次の通りである。本実
施の形態の掘削装置２００においても、上述した第１の
実施の形態の掘削装置１０と同様に通常掘削と余掘りを
行うことができる。まず、通常掘削を行う場合について
説明する。

【００７７】駆動モータ３０を駆動して、ギアケース２
０２を回転させると、ギアケース２０２に連結されたビ
ット本体２２４が回転する。ビット本体２２４が回転す
ることにより、このビット本体２２４に設けられたセン
タービット２２６、２２６及び一対の遊星カッター２３
４Ａ、２３４Ｂがビット本体２２４の中心Ｏを中心とし
て回転し、この回転するセンタービット２２６、２２６
と遊星カッター２３４Ａ、２３４Ｂとにより、地盤が掘
削される。

【００７８】ここで、前記センタービット２２６、２２
６は、前記ビット本体２２４に固定されているため、こ
のセンタービット２２６、２２６の回転によって掘削さ
れる掘削孔の断面は円形状となる。一方、前記遊星カッ
ター２３４Ａ、２３４Ｂは、前記ビット本体２３４が回
転することにより、公転しながら、その公転方向とは逆
方向に自転する。この際、遊星カッター２３４Ａ、２３
４Ｂは、常に正方形に内接しながら自・公転し、この結
果、正方形の掘削孔が掘削される。

【００７９】以上が通常掘削を行う場合であって、次
に、余掘りを行う場合について説明する。上記の通常掘
削において、遊星カッター２３４Ａ、２３４Ｂは、その
公転回転数と自転回転数の比を常に一定の状態（公転１
に対して自転４）に保ちながら自・公転している。そし
て、このように、常に一定の比率で遊星カッター２３４
Ａ、２３４Ｂを自・公転させることにより、遊星カッタ
ー２３４Ａ、２３４Ｂは、常に正方形に内接しながら自
・公転し、この結果、正方形状の掘削孔が掘削される。

【００８０】一方、本実施の形態の掘削装置２００で
は、第１油圧シリンダ２２０Ａと第２油圧シリンダ２２
０Ｂを駆動して、第１太陽ギア２１８Ａと第２太陽ギア
２１８Ｂを回転させることにより、遊星カッター２３４
Ａ、２３４Ｂを公転させないで自転のみさせることがで
きる。したがって、前記遊星カッター２３４Ａ、２３４
Ｂの公転中に、前記第１油圧シリンダ２２０Ａと第２油
圧シリンダ２２０Ｂを駆動して、第１太陽ギア２１８Ａ
と第２太陽ギア２１８Ｂを回転させれば、遊星カッター
２３４Ａ、２３４Ｂの公転回転数と自転回転数の比を自
由に変えることができる。

【００８１】たとえば、遊星カッター２３４Ａ、２３４
Ｂの公転方向とは逆方向に第１太陽ギア２１８Ａと第２
太陽ギア２１８Ｂを同じ回転量で回転させれば、遊星カ
ッター２３４Ａ、２３４Ｂを自転させずに公転のみさせ
ることができ、また、遊星カッター２３４Ａ、２３４Ｂ
の公転方向とは逆方向に第１太陽ギア２１８Ａと第２太
陽ギア２１８Ｂを２分の１の回転量で回転させれば、遊
星カッター２３４Ａ、２３４Ｂの自転回転数と公転回転
数の比は２：１になる。

【００８２】このように、遊星カッター２３４Ａ、２３
４Ｂの公転回転数と自転回転数の比を変化させることに
より、遊星カッター２３４Ａ、２３４Ｂが内接する掘削
孔の断面形状も変化させることができる。したがって、
余掘りを行う場合は、その余掘りをする掘削孔に常に前
記遊星カッター２３４Ａ、２３４Ｂが内接するように、
遊星カッター２３４Ａ、２３４Ｂの自転回転数を制御す
ればよいこととなる。以下にその具体的な掘削方法につ
いて説明する。

【００８３】図１２（ａ）に実線で示す正方形ｈは、通
常掘削時における掘削孔の断面形状を示している。今、
同図に二点破線で示す範囲を余掘りする場合について考
える。この場合、遊星カッター２３４Ａ、２３４Ｂは、
この余掘り後の掘削孔の断面形状Ｈに常に内接するよう
に、各公転角度における自転角度（自転回転数）を制御
すればよい。

【００８４】図１２（ｂ）〜図１２（ｇ）には、その制
御例が示されている。同図から分かるように、各公転角
度において余掘り範囲を掘削している遊星カッター２３
４Ａの自転角度は、通常掘削範囲を掘削している遊星カ
ッター２３４Ｂの自転角度とは異なっている。そして、
このように各公転角度に応じて自転角度を変化させなが
ら遊星カッター２３４Ａ、２３４Ｂを自・公転させる
と、遊星カッター２３４Ａ、２３４Ｂは、常に長方形Ｈ
に内接しながら自・公転する。そしてこの結果、図１２
（ｈ）に示すように、長方形Ｈの拡大掘削孔が掘削され
る。

【００８５】このように、本実施の形態の掘削装置２０
０においても、上述した第１、第２の実施の形態の掘削
装置１０、１００と同様に矩形断面の拡大掘削孔を掘削
することができる。なお、本実施の形態の掘削装置２０
０で掘削できる最大の掘削孔は、図１３に示すように、
遊星カッター２３４Ａ、２３４Ｂをビット本体２２４か
ら最も突出させた状態で、遊星カッター２３４Ａ、２３
４Ｂに公転のみを与えたときに掘削される掘削孔Ｍであ
る。したがって、本実施の形態の掘削装置２００で掘削
できる余掘り範囲は、この掘削孔Ｍ内の範囲、すなわ
ち、同図に斜線で示した範囲Ｎとなる。

【００８６】なお、本実施の形態では、第１円筒面板２
１２Ａと第２円筒面板２１２Ｂを回転させる手段とし
て、第１油圧シリンダ２２０Ａと第２油圧シリンダ２２
０Ｂを利用しているが、回転手段はこれに限らない。例
えば、各円筒面板２１２Ａ、２１２Ｂにギアを形成し、
モータで回転させるようにしてもよい。図１４は、本発
明に係る掘削装置の第４の実施の形態の側面断面図であ
る。同図に示すように、第４の実施の形態の掘削装置３
００も、地中に矩形断面のシールドトンネルを構築する
際に使用するシールド掘削機である。

【００８７】なお、上述した第１の実施の形態の掘削装
置１０と同一部材には、同一符号を付して、その説明は
省略する。可動シュー１６の先端にはバルクヘッド２０
が形成されており、該バルクヘッド２０の切羽側にはギ
アケース３０２がベアリング３０４を介して回動自在に
支持されている。

【００８８】前記ギアケース３０２の後端部には、イン
ターナルギア３０６が一体形成されており、該インター
ナルギア３０６には駆動モータ３０に連結された駆動ギ
ア３２が噛合されている。駆動モータ３０は、前記バル
クヘッド２０に固定されており、この駆動モータ３０を
駆動することにより、前記ギアケース３０２が回転す
る。

【００８９】前記ギアケース３０２の内部には、一対の
遊星アイドルギア３０８、３０８と一対の遊星ギア３１
０、３１０が、それぞれベアリング３１１、３１１、…
を介して回動自在に支持されている。この遊星アイドル
ギア３０８と遊星ギア３１０は互いに噛合されており、
遊星アイドルギア３０８が回転することにより、その回
転が伝達されて遊星ギア３１０が回転する。

【００９０】また、前記ギアケース３０２はドーナツ状
に形成されており、その内周部には前記バルクヘッド２
０に固定された円筒面板３１２が挿入されている。この
円筒面板３１２の外周には太陽ギア３１８が形成されて
おり、該太陽ギア３１８は前記遊星アイドルギア３０８
に噛合されている。前記遊星アイドルギア３０８は、前
記ギアケース３０２を回転させると、太陽ギア３１８の
回りを公転しながら自転する。そして、この遊星アイド
ルギア３０８が自転することにより、その回転が遊星ギ
ア３１０に伝達されて、遊星ギア３１０も太陽ギア３１
８の回りを公転しながら自転する。

【００９１】前記ギアケース３０２には、４本の連結軸
３１４Ａ、３１４Ｂ、…を介して円盤状に形成されたビ
ット本体３１６が固定されている。このビット本体３１
６の先端面には、図１５に示すように、センタービット
３１７、３１７が配設されている。このセンタービット
３１７の表面には、多数のメタルチップ３２０、３２０
…が植設されており、このセンタービット３１７が回転
することにより、円形断面の掘削孔が掘削される。

【００９２】また、図１４に示すように、前記４本の連
結軸３１４Ａ、３１４Ｂ、…のうち２本の連結軸３１４
Ａ、３１４Ａは、ともに中空状に形成されており、その
内部に前記遊星ギア３１０、３１０が固着された回転軸
３２２、３２２がベアリング３２４、３２４を介して回
動自在に支持されている。この回転軸３２２、３２２の
先端には、それぞれ遊星カッター３２６、３２６が連結
されており、該遊星カッター３２６、３２６は前記遊星
ギア３１０、３１０とともに自・公転する。

【００９３】前記遊星カッター３２６は、子カッター３
２６Ａと親カッター３２６Ｂを二枚重ねにして構成され
ており、子カッター３２６Ａは、前記回転軸３２２に直
結されている。一方、親カッター３２６Ｂは、前記回転
軸３２２に回動自在に支持されており、その内部に例え
ばクラッチ３２８が内蔵されている。親カッター３２６
Ｂは、このクラッチ３２８を作動させることにより、前
記回転軸３２２にスプライン嵌合して、前記子カッター
３２６Ｂと共に自転する。

【００９４】ここで、前記親カッター３２６Ｂは、その
輪郭形状の一部が前記子カッター３２６Ａよりも大きく
形成されているので、前記子カッター３２６Ａと共に自
・公転すると、断面矩形状の掘削孔を拡幅掘削すること
ができる。また、前記親カッター３２６Ｂには、出没自
在なロックピン３３０が設けられている。このロックピ
ン３３０は、図示しない油圧等で駆動されることにより
ビット本体３１６に向かって突出し、ビット本体３１６
に形成されたピン孔３３２に嵌入する。このロックピン
３３０が、ビット本体３１６のピン孔３３２に嵌入され
ると、親カッター３２６Ｂは、その動きをロックされ、
ビット本体３１６とともに回転する。

【００９５】第４の実施の形態の掘削装置３００は以上
のように構成される。なお、本実施の形態では、上述し
た一連の実施の形態とは異なり、遊星カッター３２６の
公転回転数と自転回転数の比を１：２に設定してある。
この場合、正方形の掘削孔を掘削するには、遊星カッタ
ー３２６の輪郭形状は、図１５に示すような形状とな
る。なお、この遊星カッター３２６の輪郭形状の設定
は、上述した第１の実施の形態と同様の方法で行えばよ
いので、ここでは、その説明は省略する。

【００９６】前記のごとく構成された本発明に係る掘削
装置の第４の実施の形態の作用は次の通りである。ま
ず、通常掘削を行う場合について説明する。この場合、
親カッター３２６Ｂのクラッチ３２８は作動させずに、
ロックピン３３０をビット本体３１６のピン孔３３２に
嵌入させておく（図１５で下部の親カッターの位置）。
これにより、親カッター３２６Ｂは、ビット本体３１６
に固定されて、ビット本体３１６とともに回転する。

【００９７】まず、駆動モータ３０を駆動して、ギアケ
ース３０２を回転させる。これにより、ギアケース３０
２に連結されたビット本体３１６が回転する。ビット本
体３１６が回転することにより、このビット本体３１６
に設けられたセンタービット３１７及び一対の遊星カッ
ター３２６がビット本体３１６の中心Ｏを中心として回
転し、この回転するセンタービット３１７と遊星カッタ
ー３２６とにより、地盤が掘削される。

【００９８】ここで、前記センタービット３１７及び遊
星カッター３２６の親カッター３２６Ｂは、前記ビット
本体３１６に固定されているため、このセンタービット
３１７と遊星カッター３２６の親カッター３２６Ｂとに
よって掘削される掘削孔の断面は円形状となる。一方、
前記遊星カッター３２６の子カッター３２６Ａは、前記
ビット本体３１６が回転することにより、公転しなが
ら、その公転方向とは逆方向に自転する。この際、子カ
ッター３２６Ａは、常に正方形に内接しながら自・公転
し、この結果、正方形の掘削孔が掘削される。

【００９９】以上が通常掘削を行う場合であって、次
に、余掘りを行う場合について説明する。余掘りを行う
場合は、まず、親カッター３２６Ｂのロックピン３３０
をビット本体３１６のピン孔３３２から抜く。これと同
時に、親カッター３２６Ｂのクラッチ３２８を作動させ
る。これにより、親カッター３２６Ｂは、ビット本体３
１６からのロックが解除されるとともに、回転軸３２２
とスプライン嵌合する。そして、この結果、親カッター
３２６Ｂが子カッター３２６Ａと共に自・公転を行う
（図１５で上部の親カッターの位置）。

【０１００】ここで、前記親カッター３２６Ｂは、前記
子カッター３２６Ａよりも大きく形成されているため、
この親カッター３２６Ｂが子カッター３２６Ａとともに
自・公転すると、その子カッター３２６Ａから突出し分
だけ、通常よりも多く地盤が掘削される。すなわち、掘
削孔が拡幅して掘削される。このように、本実施の形態
の掘削装置３００においても、上述した一連の実施の形
態と同様に、容易に断面矩形状の掘削孔を拡幅掘削する
ことができる。

【０１０１】なお、上述した一連の実施の形態では、正
方形状の掘削孔（通常掘削時）を掘削する掘削装置に本
発明を適用した例で説明したが、掘削孔の断面形状（通
常掘削時）は、使用する遊星カッターの輪郭形状と、そ
の自転回転数と公転回転数の比により決まる。たとえ
ば、正方形や長方形の掘削孔を掘削する掘削装置にも同
様に適用することができる。

【０１０２】また、上述した一連の実施の形態では、本
発明をシールド掘進機に適用した例で説明したが、本発
明は連壁掘削機や地盤改良機等にも同様に適用すること
が可能である。

【０１０３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
断面矩形状の掘削孔の拡幅掘削を容易に行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態の掘削装置の側面断面図

【図２】第１の実施の形態の掘削装置の正面図

【図３】遊星カッターの輪郭形状の設定方法の説明図

【図４】第１の実施の形の態掘削装置の正面図（部分拡
大掘削時）

【図５】第２の実施の形態の掘削装置の側面断面図

【図６】第２の実施の形態の掘削装置の正面図

【図７】図５のＡ−Ａ断面図

【図８】位相のズレを修正する方法の説明図

【図９】第３の実施の形態の掘削装置の側面断面図

【図１０】第３の実施の形態の掘削装置の正面図

【図１１】図９のＢ−Ｂ断面図

【図１２】第３の実施の形態の掘削装置の作用の説明図

【図１３】第３の実施の形態の掘削装置の作用の説明図

【図１４】第４の実施の形態の掘削装置の側面断面図

【図１５】第４の実施の形態の掘削装置の正面図

【符号の説明】

１０、１００、２００、３００…掘削装置 １６…可動シュー ２２、１０２、２０２、３０２…ギアケース ２４、１０６、２０６、３０６…インターナルギア ３０…駆動モータ ３２…駆動ギア ３６、１３８Ａ、１３８Ｂ、２１０Ａ、２１０Ｂ、３１
０…遊星ギア ４４、３１８…太陽ギア ４８、１２４、２２４、３１６…ビット本体 ５４…スライダ ５６、１５０Ａ、１５０Ｂ…拡縮用油圧シリンダ ５０、１２６、２２６、３１７…センタービット ６２、１１４Ａ、１１４Ｂ、２２４Ａ、２２４Ｂ、３２
６…遊星カッター ６４…自在軸継手 １１８Ａ、２１８Ａ…第１太陽ギア １１８Ｂ、２１８Ｂ…第２太陽ギア １３４Ａ、１３４Ｂ…カッターケース １２０Ａ、２２０Ａ…第１油圧シリンダ １２０Ｂ、２２０Ｂ…第２油圧シリンダ ３２６Ａ…子カッター ３２６Ｂ…親カッター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (72)発明者 志関 彰男 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 松下 清一 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 谷口 徹 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 柴田 靖 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 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 渡辺 和夫 兵庫県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 宗像 保 兵庫県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 (56)参考文献 特公 平７−91942（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 9/08

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端に取り付けられたカッター装置を回
   転させて掘削孔を掘削する掘削装置であって、ビットが
   備えられて回転駆動するビット本体と、該ビット本体の
   掘削部に設けられて駆動機構により前記ビット本体の回
   転で公転しながら自転する遊星カッターと、で前記カッ
   ター装置を構成すると共に、前記遊星カッターの輪郭形
   状を前記遊星カッターの自転回転数と公転回転数の比に
   応じて形成することにより断面矩形状の掘削孔を掘削す
   る掘削装置において、 前記遊星カッターの駆動機構は、 遊星ギアと、 前記遊星ギアがアイドルギアを介して噛合する太陽ギア
   と、 前記遊星ギアを前記太陽ギアの回りに公転させて、前記
   遊星ギアに自転と公転を与える駆動手段と、 前記ビット本体の径方向にスライド自在に設けられ、前
   記遊星カッターを回転自在に支持するスライド手段と、 前記スライド手段を移動させる移動手段と、 前記遊星ギアと前記遊星カッターとを連結し、前記遊星
   ギアの回転を前記遊星カッターに伝達する伸縮自在な自
   在軸継手と、からなり、前記遊星カッターを前記ビット
   本体の径方向に移動させることにより、断面矩形状の掘
   削孔を拡幅掘削することを特徴とする掘削装置。
2. 【請求項２】 先端に取り付けられたカッター装置を回
   転させて掘削孔を掘削する掘削装置であって、ビットが
   備えられて回転駆動するビット本体と、該ビット本体の
   掘削部に設けられて駆動機構により前記ビット本体の回
   転で公転しながら自転する遊星カッターと、で前記カッ
   ター装置を構成すると共に、前記遊星カッターの輪郭形
   状を前記遊星カッターの自転回転数と公転回転数の比に
   応じて形成することにより断面矩形状の掘削孔を掘削す
   る掘削装置において、 前記遊星カッターの駆動機構は、 前記遊星カッターに設けられた遊星ギアと、 前記遊星ギアが噛合する第１のギアと、 前記第１のギアと同軸に配設された第２のギアと、 前記第２のギアが噛合する太陽ギアと、 前記遊星ギアと前記第１のギア及び第２のギアを前記太
   陽ギアの回りに公転させて、前記遊星ギアに自転と公転
   を与える駆動手段と、 前記遊星ギアを前記第１のギアの回りに回転移動させる
   ことにより、前記遊星カッターを前記ビット本体の中心
   に対して進退移動させる進退移動手段と、 前記太陽ギアを回動させて、前記太陽ギアからの回転を
   前記遊星カッターに伝達することにより、前記遊星カッ
   ターを前記進退移動手段で進退移動させた時に生じた位
   相のズレを相殺する回動手段と、からなり、前記遊星カ
   ッターを前記ビット本体の中心に対して進退移動させる
   ことにより、断面矩形状の掘削孔を拡幅掘削することを
   特徴とする掘削装置。
3. 【請求項３】 先端に取り付けられたカッター装置を回
   転させて掘削孔を掘削する掘削装置であって、ビットが
   備えられて回転駆動するビット本体と、該ビット本体の
   掘削部に設けられて駆動機構により前記ビット本体の回
   転で公転しながら自転する遊星カッターと、で前記カッ
   ター装置を構成すると共に、前記遊星カッターの輪郭形
   状を前記遊星カッターの自転回転数と公転回転数の比に
   応じて形成することにより断面矩形状の掘削孔を掘削す
   る掘削装置において、 前記遊星カッターの駆動機構は、 前記遊星カッターに設けられた遊星ギアと、 前記遊星ギアがアイドルギアを介して噛合された太陽ギ
   アと、 前記遊星ギアを前記太陽ギアの回りに公転させて、前記
   遊星カッターに自転と公転を与える駆動手段と、 前記太陽ギアを回動させることにより、該太陽ギアから
   の回転を前記遊星カッターに伝達して、前記遊星カッタ
   ーを自転させる回動手段と、からなり、前記回動手段に
   よって、前記太陽ギアを回動させることにより、前記遊
   星カッターの公転角度に対する自転角度を変化させて、
   記遊星カッターの掘削孔を拡幅掘削することを特徴とす
   る掘削装置。
4. 【請求項４】 先端に取り付けられたカッター装置を回
   転させて掘削孔を掘削する掘削装置であって、ビットが
   備えられて回転駆動するビット本体と、該ビット本体の
   掘削部に設けられて駆動機構により前記ビット本体の回
   転で公転しながら自転する遊星カッターと、で前記カッ
   ター装置を構成すると共に、前記遊星カッターの輪郭形
   状を前記遊星カッターの自転回転数と公転回転数の比に
   応じて形成することにより断面矩形状の掘削孔を掘削す
   る掘削装置において、 前記遊星カッターは、 前記駆動機構により前記ビット本体の回転で公転しなが
   ら自転する子カッターと、 前記子カッターよりも輪郭形状の一部が大径に形成さ
   れ、該子カッターの回転軸と同軸上に配置された親カッ
   ターと、 前記子カッターの回転軸に前記親カッターを接続又は切
   り離すクラッチ機構と、からなり、通常掘削時は、前記
   子カッターのみを自転、公転させて断面矩形状の掘削孔
   を掘削し、拡幅掘削時は、前記親カッターを前記子カッ
   ターとともに自転、公転させて断面矩形状の掘削孔を拡
   幅掘削することを特徴とする掘削装置。