JP3403384B2 - 地中掘削機 - 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、地中にトンネルを
削孔したり、地中に管を埋設するために用いる地中掘削
機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の地中掘削機では、掘削のための刃
は、掘削機の所定の軸と同軸で回転するよう設けられて
いた。しかし、この刃で軟岩や巨礫を掘り進むと、掘削
のための刃が全体的に当たって抵抗を受けるため非常に
大きい抵抗を受けるため効率よく掘削して行くことが難
しかった。また、掘削の際に岩片や礫片を十分に破砕す
ることが難しく、破砕片の排出が良好に行なわれていな
かった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、従来のこれらの問題点を解消し、小さな力
で、外周リングカッターと自転公転破砕部にて十分な破
砕を行って効率よく掘削ができる地中掘削機を提供する
ことにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決した本
発明の構成は、 １） 先端部に泥水を送りながら先端部分で地中を掘削
する地中掘削機において掘削機本体の先端に掘削機本体
外径と略同径の皿形状の回転体を回転可能に取付け、同
回転体の環状にはり出した部分の先端にカッター部を設
け、環状にはり出した部分の内側面に破砕刃を多数取付
けて外周リングカッターとし、前記回転体の回転中心よ
り偏心した回転体の内部の位置に破砕刃を多数外周面に
取付けたコーン形状の自転公転破砕部を回転自在に複数
設け、前記回転体を回転させかつ前記自転公転破砕部を
回転させる駆動手段を設け、前記回転体に破砕した岩石
・礫・泥水を掘削機本体内に取り込んで排出する排出口
を設け、外周リングカッターの破砕刃と自転公転破砕部
の破砕刃でかみ込むようにして岩石や礫を破砕して掘進
できるようにしたことを特徴とする地中掘削機 ２） 外周リングカッターが、正転・逆転いずれでも可
能な構造にした前記１）記載の地中掘削機。 ３） 外周リングカッターの回転方向と自転公転破砕部
の自転方向を異なる方向にした前記１），２）いずれか
に記載の地中掘削機 ４） 外周リングカッターが、内周を先端に行くに従っ
て拡径する構造にした前記１）〜３）いずれかに記載の
地中掘削機 ５） 掘削機本体内にギアを出力軸に備えた駆動モータ
ーを設け、同駆動モーターで掘削機本体の所定の軸と同
軸になるよう環状ギアを設け、複数の自転公転破砕部と
回転体とを公転するように環状ギアに取り付け、複数の
自転公転破砕部それぞれに外周に歯面を有するピニオン
ギアを設け、掘削機本体に内周に歯面を有するリングギ
アを設け、同リングギアに前記ピニオンギアを係合させ
るようにした前記１）〜４）いずれかに記載の地中掘削
機 ６） 掘削機本体の外周から外側に突出する排土板を掘
削機本体外周に円周状に複数設けて破砕片が後方に残る
のを防止するようにした前記１）〜５）いずれかに記載
の地中掘削機にある。

【０００５】

【作用】本発明では、掘削の際に岩石や礫を回転する外
周リングカッターの内周と複数の回転する自転公転破砕
部の間でかみ込むようにして破砕を行う。外周リングカ
ッターの内周面に破砕刃を多数設け、外周リングカッタ
ーの内周面に取り付けた破砕刃と複数の自転公転破砕部
の側面の破砕刃の間でかみ込むようにして破砕を行う。
外周リングカッターが正転・逆転いずれでも可能な構造
にしたものは、カッターの偏減りを防ぎ、また破砕の際
にかみ込んでも破砕ができない場合、逆転してその状態
から脱することができる。外周リングカッターの回転方
向と自転公転破砕部の自転方向を異なる方向にしたもの
は、外周リングカッターと自転公転破砕部の破砕面がよ
り速い速度ですれ違うようにしてより強く破砕を行うよ
うにする。掘削機本体先端に回転体を設け、外周リング
カッターと自転公転破砕部に破砕刃を多数設け、掘削機
本体の先端に設けた回転体を駆動手段で回転させ、回転
体の環状にはり出した部分の先端のカッター部で、大き
く切り取るように掘削し、切り取った岩石・礫は回転体
の外周リングカッターの内周の破砕刃と自転公転する自
転公転破砕部の破砕刃とその間でかみ込んで破砕し、破
砕した岩石や礫は掘削機本体の回転体の排出口より掘削
機本体内に取り込んで排出する。また、破砕せずに排出
口より排出できる大きさの岩石や礫は回転体の皿形状内
部の空間を移動して破砕されずに排出口より排出され
る。自転公転破砕部がコーン形状であるものと外周リン
グカッターが内周を先端に行くに従って拡径する構造に
したものは、自転公転破砕部と外周リングカッターの間
が徐々に狭くなるようにして、徐々に小さくなるよう破
砕を行う。駆動モーターで回転させる環状ギアに回転体
と自転公転破砕部を取り付け、さらに自転公転破砕部に
設けたピニオンギアと掘削機本体に設けたリングギアを
係合させたものは、駆動モーターで回転させる環状ギア
に回転体と自転公転破砕部を一体的に回転させ、回転体
の回転及び自転公転破砕部の公転を行い、自転公転破砕
部のピニオンギアと掘削機本体に設けたリングギアを係
合させて、自転公転破砕部の公転によって自転公転破砕
部が自転するようにする。排土板を掘削機本体外周に設
けたものは、掘削機先端から掘削機本体外周と削孔との
間から掘削機本体後方に残ろうとする破砕片を排土板で
堰止めて掘削機本体が掘り進むことにより破砕片が掘削
機本体後方に残らないようにする。また、削孔に接する
面積が小さくなり、掘削機本体の外周摩擦力が小さくな
る。

【０００６】

【発明の実施の形態】自転公転破砕部の公転は、自転公
転破砕部を回転体に取り付けて一体として回転するよう
にしてもよく、また自転公転破砕部と回転体を異なる回
転になるようにしてもよい。破砕刃は、取付け・交換が
容易なものが好ましい。

【０００７】

【実施例】本発明の実施例について図面を参照して具体
的に説明する。図１〜８に示すのは、皿形状の回転体の
前方にはり出した部分の内周を先端に行くに従って拡径
するようにし、コーン形状の自転公転破砕部を複数設け
て回転体と自転公転破砕部を環状ギアに取り付けるよう
にし、掘削機本体に排土板を設けるようにした地中掘削
機の例である。図１は、実施例の地中掘削機の説明図で
ある。図２は、実施例の地中掘削機の正面図である。図
３は、実施例の地中掘削機の説明図である。図４は、実
施例の地中掘削機の駆動モーターで環状ギアを回転させ
る状態を示す説明図である。図５は、実施例の地中掘削
機のリングギアに係合したピニオンギアの動きを示す説
明図である。図６は、実施例の地中掘削機が破砕を行う
状態を示す説明図である。図７は、図１のＡ−Ａ断面図
である。図８は、実施例の地中掘削機の排土板を使用し
ている状態を示す説明図である。図９は、実施例の地中
掘削機の駆動モーターと方向修正ジャッキの配置を示す
説明図である。図中、１は地中掘削機、２は掘削機本
体、２ａは軸受部、３は回転体、３ａは排出口、３ｂは
外周リングカッター、３ｃは破砕ビット、３ｄはカッタ
ー部、３ｅは支持部、３ｆは軸受部、４は自転公転破砕
部、４ａは破砕ビット、４ｂはピニオンギア、４ｃは破
砕ヘッド、５は環状ギア、６はリングギア、７は駆動モ
ーター、７ａはギア、８は回転可能で下側にレキ片が沈
降する事を防止する排土口、９はコンベア、１０は排土
板、１０ａは進退装置、１１は送泥注入口、１２は方向
修正ジャッキ、１３は排土量・圧を調整する排土バル
ブ、１４は固結型滑材注入口、２０は礫である。

【０００８】実施例の地中掘削機１は、図１，２に示す
ように円筒状の掘進機本体２の先端位置に、皿形状の回
転体３を回転自在に設ける。皿形状の回転体３の環状に
はり出した部分の内周側は、先端に行くに従って拡径す
るテーパ状にする。また、この回転体３は、掘進機本体
２の内部に後方に伸びる支持部３ｅを設け、この支持部
３ｅの外周の一部を軸受部２ａで支持するようにして、
掘進機本体２に対して回転自在に取り付けるようにす
る。次に、図１，４に示すように支持部３ｅの後端に環
状ギア５を取り付ける。環状ギア５は内周にラック状の
歯面を設けたものである。この環状ギア５に出力軸に取
り付けたギア７ａを係合させるようにして４つの駆動モ
ーター７を掘削機本体２内に設けて、環状ギア５を駆動
させて回転体を回転させるようにする。次に、回転体３
の環状にはり出した部分の先端には、図１，２に示すよ
うに掘進機本体２の外周よりわずかに外側にはり出した
掘削のためのカッター部３ｄを複数設ける。また、回転
体３の環状にはり出した部分の内周側には、多数の破砕
ビット３ｃを設けて外周リングカッター３ｂを形成す
る。次に、回転体３の平面部分の中央に図１，２に示す
ように排出口３ａを設ける。

【０００９】次に、回転体３の平面部分で排出口３ａの
外周側４箇所に自転公転破砕部４を設ける。自転公転破
砕部４は、回転体３の軸受部３ｆで回転自在に支持する
ように回転体に取り付ける。さらに自転公転破砕部４の
先端は、回転体３の平面部より皿形状の内側空間に突出
するようにし、この突出部分にコーン形状の破砕ヘッド
４ｃを設ける。コーン形状の破砕ヘッド４ｃの外周面に
は、多数の破砕ビット４ａを設ける。次に、自転公転破
砕部４の一部には外周に歯面を有するピニオンギア４ｂ
を自転公転破砕部４と同軸に設け、この部分は、回転体
３の支持部３ｅからピニオンギア４ｂの一部が外周側に
突出するようにする。さらに、掘削機本体２の内部に
は、４つの自転公転破砕部４のピニオンギア４ｂと内周
の歯面で係合するリングギア６を固定して取り付ける。

【００１０】回転体３の排出口３ａの後方には、回転可
能な構造で土砂の分離沈降を防止する排土口８を接続す
るように掘削機本体２内部に設け、排出管後端よりさら
に後方に搬送するためのコンベア９を設け、コンベア９
の後方には、さらに後方に搬送するための搬送路を設け
る。

【００１１】掘削機本体２の所定位置には、外周より外
側に向って突出自在で、突出すると掘削機本体２の外周
の外側を堰止める形状の排土板１０を円周に沿って配置
するよう複数設け、油圧を加えることによってこの排土
板１０を外側に突出させる進退装置１０ａをそれぞれ排
土板１０に取り付ける。

【００１２】次に図１に示すように、掘削機本体の所定
位置に図示しない送泥装置より送られる所定濃度の泥水
を掘削機本体２の先端に近い外周より外側に送り出す送
泥注入口１１を設ける。掘削機本体２は、図１に示すよ
うに複数の円筒状のものを接続した構造になっている。
所定位置の前後のこの円筒状部分をまたぐように方向修
正ジャッキ１２を９０°位相差を持つように４箇所に設
ける。

【００１３】本実施例の地中掘削機１は、掘削機本体２
内に設けた駆動モータ７の駆動によるギア７ａの回転で
環状ギア５を回転させることによって、回転体３及び回
転体３に取り付けた自転公転破砕部４を回転させる。こ
れによりカッター部３ｄ及び外周リングカッター３ｂは
回転し、自転公転破砕部４は公転する。さらに、掘削機
本体２内に設けたリングギア６と自転公転破砕部４のピ
ニオンギア４ｂを係合させることによって、自転公転破
砕部４の公転によりピニオンギア４ｂが回転し自転公転
破砕部４が自転する。

【００１４】本実施例の地中掘削機１は、送泥注入口１
１より先端付近に所定濃度の泥水を送りながら、駆動モ
ーター７の駆動によって環状ギア５を回転させて、回転
体３の先端のカッター部３ｄを回転させて地中の軟岩・
巨礫部分の掘削を行う。泥水を送ることにより地盤の崩
壊を防ぎながら掘削が行える。カッター部３ｄによって
掘削された礫２０のうち大きなものは、回転体３の皿形
状の内側部分において、回転体３に取り付けられている
ことによって公転し、かつ自転している４つの自転公転
破砕部４によって破砕される。また、礫２０は回転体３
の回転する外周リングカッター３ｂによっても破砕され
る。さらに、礫２０のうち小さいものは、外周リングカ
ッター３ｂと自転公転破砕部４の間でさらに小さく破砕
される。外周リングカッター３ｂは、先端に行くに従っ
て拡径する形状になっていて自転公転破砕部４はコーン
状になっているので、また自転公転破砕部４は複数であ
るので徐々にさらに小さく破砕していく。このように破
砕された礫は泥土とともに、排出口３ａより排土口８を
通過しコンベア９によってさらに後方に送られ図示しな
い排土装置によってさらに後方に排出される。このよう
に本実施例の地中掘削機は、従来のようにほぼ全面的に
小さく破砕するよう掘削するのでなく、皿形状の空間内
に掘り取って破砕を行う。よって排出口３ａより摘出可
能な玉石、岩片、礫は無理に破砕されず皿形状の回転体
３内の空間を移動して排出口３ａより排出される。よっ
て排出口３ａより排出されない大きさの玉石、岩片、礫
に破砕を行って、排出口３ａより排出できる大きさの玉
石、岩片、礫はそのまま通過させることで従来より２倍
近く効率よく掘削でき、破砕ビットの使用期間を長くで
き、施工コスト、工期を抑制できる。

【００１５】地中掘削機１はこのように掘削しながら、
図示しない設備によって後方より推されることにより掘
り進んでいく。地中掘削機１によって掘削された削孔
は、カッター部３ｄが掘削機本体２より外周にはり出し
ていることにより、掘削機本体２より大きくなる。この
スキマには、掘削機本体２の掘進により破砕片である礫
が残されて行くことになり、後方に埋設される管などを
傷つけてしまうことがあり、好ましくない。本実施例の
地中掘削機では、円周上の複数箇所に設けた進退装置１
０ａを作動させて、排土板１０を掘削機本体２の外周か
ら外側に突出させる。排土板１０は、掘削機本体２の外
周後方に残ろうとする破砕片である礫を堰止めるように
し、進んで行くので、破砕片である礫が後方に残りにく
いので、破砕片である礫で後方に埋設する管を傷つけて
しまうことがないようにする。このように本実施例の地
中掘削機１では、軟岩や巨礫にも対応して効率よく破砕
を行ないながら掘進することができる。また、このよう
に破砕片を排した空間に２液性固結型の注入材を注入し
て地山のゆるみを防止する。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、十分な破砕を行って効
率よく掘削でき、またスムーズに排出できる地中掘削機
にできる。外周リングカッターの内周面に破砕刃を多数
設けているので、さらに効率よく破砕を行うことができ
る。外周リングカッターが正転・逆転いずれでも可能な
構造にしたものは、カッターの偏減りを防いで施工コス
トを抑制し、破砕が良好に行われるようにできる。外周
リングカッターの回転方向と自転公転破砕部の自転方向
を異なる方向にしたものは、より効率よく破砕を行って
さらに効率よく破砕を行うことができる。掘削機先端に
回転体を設け、外周リングカッターと、複数の自転公転
破砕部に破砕刃を多数設けるようにしたものは、さらに
効率よく破砕を行って効率よく掘削できるようにする。
自転公転破砕部がコーン形状として、外周リングカッタ
ーが内周を先端に行くに従って拡径する構造にしたもの
は、徐々に小さくなるように破砕を行えるようにして、
さらに小さく破砕が行えるようにして、効率よく掘削す
る。駆動モーターで回転させる環状ギアに回転体と自転
公転破砕部を取り付け、さらに自転公転破砕部に設けた
ピニオンギアと掘削機本体に設けたリングギアを係合さ
せたものは、少ない駆動モーターで駆動できるようにし
て省スペースでコストを抑制した地中掘削機にできる。
排土板を掘削機本体外周に設けたものは、後方に埋設す
る管を破砕片が傷つけるのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の地中掘削機の説明図である。

【図２】実施例の地中掘削機の正面図である。

【図３】実施例の地中掘削機の説明図である。

【図４】実施例の地中掘削機の駆動モーターで環状ギア
を回転させる状態を示す説明図である。

【図５】実施例の地中掘削機のリングギアに係合したピ
ニオンギアの動きを示す説明図である。

【図６】実施例の地中掘削機が破砕を行う状態を示す説
明図である。

【図７】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図８】実施例の地中掘削機の排土板を使用している状
態を示す説明図である。

【図９】実施例の地中掘削機の駆動モーターと方向修正
ジャッキの配置を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 地中掘削機 ２ 掘削機本体 ２ａ 軸受部 ３ 回転体 ３ａ 排出口 ３ｂ 外周リングカッター ３ｃ 破砕ビット ３ｄ カッター部 ３ｅ 支持部 ３ｆ 軸受部 ４ 自転公転破砕部 ４ａ 破砕ビット ４ｂ ピニオンギア ４ｃ 破砕ヘッド ５ 環状ギア ６ リングギア ７ 駆動モーター ７ａ ギア ８ 排土口 ９ コンベア １０ 排土板 １０ａ 進退装置 １１ 送泥注入口 １２ 方向修正ジャッキ １３ 排土バルブ １４ 固結型滑材注入口 ２０ 礫

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 時枝 直人 福岡県福岡市博多区博多駅南５丁目29番 23号 株式会社アルファシビルエンジニ アリング内 (72)発明者 藤田 忠男 奈良県天理市杉本町269−５ (56)参考文献 特開 平11−324571（ＪＰ，Ａ) 特開2000−257385（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−115999（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−87297（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−62995（ＪＰ，Ｕ) 特公 平７−62437（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 9/08 E21D 9/10 E21D 9/12

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端部に泥水を送りながら先端部分で地
   中を掘削する地中掘削機において掘削機本体の先端に掘
   削機本体外径と略同径の皿形状の回転体を回転可能に取
   付け、同回転体の環状にはり出した部分の先端にカッタ
   ー部を設け、環状にはり出した部分の内側面に破砕刃を
   多数取付けて外周リングカッターとし、前記回転体の回
   転中心より偏心した回転体の内部の位置に破砕刃を多数
   外周面に取付けたコーン形状の自転公転破砕部を回転自
   在に複数設け、前記回転体を回転させかつ前記自転公転
   破砕部を回転させる駆動手段を設け、前記回転体に破砕
   した岩石・礫・泥水を掘削機本体内に取り込んで排出す
   る排出口を設け、外周リングカッターの破砕刃と自転公
   転破砕部の破砕刃でかみ込むようにして岩石や礫を破砕
   して掘進できるようにしたことを特徴とする地中掘削
   機。
2. 【請求項２】 外周リングカッターが、正転・逆転いず
   れでも可能な構造にした請求項１記載の地中掘削機。
3. 【請求項３】 外周リングカッターの回転方向と自転公
   転破砕部の自転方向を異なる方向にした請求項１，２い
   ずれかに記載の地中掘削機。
4. 【請求項４】 外周リングカッターが、内周を先端に行
   くに従って拡径する構造にした請求項１〜３いずれかに
   記載の地中掘削機。
5. 【請求項５】 掘削機本体内にギアを出力軸に備えた駆
   動モーターを設け、同駆動モーターで掘削機本体の所定
   の軸と同軸になるよう環状ギアを設け、複数の自転公転
   破砕部と回転体とを公転するように環状ギアに取り付
   け、複数の自転公転破砕部それぞれに外周に歯面を有す
   るピニオンギアを設け、掘削機本体に内周に歯面を有す
   るリングギアを設け、同リングギアに前記ピニオンギア
   を係合させるようにした請求項１〜４いずれかに記載の
   地中掘削機。
6. 【請求項６】 掘削機本体の外周から外側に突出する排
   土板を掘削機本体外周に円周状に複数設けて破砕片が後
   方に残るのを防止するようにした請求項１〜５いずれか
   に記載の地中掘削機。