JP3422714B2 - 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】本発明は地中に大中口径のト
ンネルを削孔するための地中掘削機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、推進工法・シールド工法等におい
て使用される地中掘削機は、円筒状機体の先端前面に回
転体を機体の中心まわりに回動させ、同回転体に複数の
ビットを取付け、回転体を回転させることで、ビットを
その機体中心まわりに回転して円形状に地中を掘削する
ものである。この従来の掘削機では、ビットは同じ回転
軌跡であり、その回転軌跡はビットの数だけであるので
掘削の均一さが不足しがちとなる。又泥水を使用した工
法では泥水・切土の撹拌が不充分になって、切羽が不安
定となったり、排泥の流動性が悪く、排泥の移送性が乏
しくなる等の問題点があった。又、従来の掘削機のビッ
トは、機体の中心（回転体の回転中心）まわりに回転す
るため、その中心からビットまでの距離が長くなり、回
転体の回動には大きなトルクを必要となり、駆動源が大
きくなり、限られた大きさの駆動源を使うときはビット
の切削力が低いという問題点があった。更に、従来の掘
削機では、ビットは回転体の中心まわりしか回転しない
ので穿孔する形状は略円形状にしか掘削できないもので
あった。一方近年、地中のトンネルの形状は円形ばかり
でなく四角形・楕円（長円）状の様に非円形状にするこ
とが要求されることが多くなってきている。これらの形
状に掘削することは従来の掘削機では困難であった。

【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、切羽面を
均一に掘削し、又泥水の撹拌が充分にできて切羽が安定
し、排泥の流動性が高くなり排泥し易く、しかも切削力
が高い地中掘削機を提供することにある。本発明の他の
課題は、楕円・四角状等の非円形状に切羽を掘削できる
ようにすることにある。

【０００４】かかる課題を解決した本発明の構成は、 １） 掘削機の先端前面に回転体を水平軸まわりに回動
し、同回転体の回転中心から偏心した回転体位置に略水
平な回転軸を複数前方へ突設するように設け、同回転軸
をその軸まわりに回転させる駆動手段を設け、同回転軸
の先端にビット取付盤を取付け、同ビット取付盤に複数
のビットを回転軸の軸心から離れた位置に固着し、同ビ
ットは回転体の中心を掘削できる位置にも固着され、ビ
ットを回転体の回転中心まわりに公転させながら回転軸
まわりに回転させて二重の回転を与えて掘削させる地中
掘削機であって、機体の先端前面に回転体を回転自在に
取付け、同回転体の一部に内側にラックギアを設けた大
型リングを固着し、同リングのラックギアに噛合するピ
ニオンを取付け、同ピニオンを回動する駆動源を設け、
又回転体の外側の機体の一部に内側にラックギアを設け
たリングを固設し、同リングのラックギアと噛合するピ
ニオンギアを複数配置するとともに、同ピニオンギアを
軸着した水平の回転軸を回転体で軸支し、同回転軸の先
端にビット取付盤を取付けた構造とした地中掘削機 ２） ビット取付盤に取付けられるビットがその回転軸
の軸心から異なった距離の位置に取付けられ、ビットに
よって非円形状に掘削できるようにした前記１）記載の
地中掘削機にある。

【０００５】

【作用】本発明では、ビットは回転体の回転中心を公転
しながら、回転軸まわりに回転するので、ビットの運動
軌跡は複雑となり、種々の角度・方向から地盤を均一且
つ隈なく切削する。又、ビットと回転体の複雑な回転
は、同時に切羽の切土と泥水とを均一に撹拌して地羽面
に泥水と切土とが適度に混合した流動壁を形成し、切羽
を安定させる。又、よく混合撹拌されることで排泥土の
流動性がよくなり、効率的に排出される。又、ビットは
回転軸中心まわりに回転して掘削する割合が高く、回転
軸の軸心とビットの距離は回転体の中心とビットの距離
よりかなり短かいので、ビットの切削に必要なトルクは
小さくできる。よって同じ駆動力の駆動源ならば高い切
削力を得ることができるようになる。更に、ビットと回
転軸の軸心との距離を異にするようにビットをビット取
付盤上に配置すれば、ビットの二つの回転、二つの回転
の速度、ビット取付位相等の調整によって、各ビットの
切削領域を大きく異にすることができ、円形以外の角形
・長円等の形状に切削することが可能となる。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明では、回転体の回動の動力
源と回転軸を回動する動力源とは、独立した二つの駆動
源を用いる場合と共通の一つの動力源からとり出すよう
にする場合とがある。又各回転軸の回転数、回転速度、
回転体の中心と回転軸の軸心までの距離は同一にする場
合、異なるようにする場合がある。本発明のビットは、
超鋼製・セラミック製等が使用でき、又ビット取付盤で
のビットの取付個数、配置はその地盤・掘削形状等で適
宜定める。ビット取付盤及び回転体ともに正逆両方に回
転できるようにすることが、大きな負荷がかかったとき
の解消の為、ビットの損傷・摩耗の均一化の為、及び掘
削の効率的な削孔の為に有効である。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。本実施例は、掘進機本体１の後方に矩形管２を継
ぎ足しながら長尺にし、切羽に泥水を圧送しながら掘進
機本体１の先端前面のビット２２ａ，２２ｆでもって泥
水中で切羽を掘削し、その切土と泥水の混合体を後方へ
排出させる掘削機の一タイプである掘進機の例である。
掘進機Ａ（本体，矩形管）の外周形状は四角（正方形）
形状であり、ビット２２ａ，・・・・２２ｆはビット取
付盤２１に異なった位置に複数取付けられ、四角形状に
掘削できる例である。図１は、実施例の掘進機本体の縦
断面図である。図２は、実施例の左側面図である。図３
は、実施例の回転軸の回転機構を示す説明図である。図
４は、実施例の回転体の回転を示す説明図である。図５
は、実施例の二つの回転の回転機構説明図である。図６
は、実施例の廻り止め板の取付を示す説明図である。図
７は、実施例のビットの運動軌跡を示す説明図である。
図８は、実施例のビットの運動軌跡を示す説明図であ
る。図９は、実施例のビットの運動軌跡を示す説明図で
ある。図１０は、実施例のビットの運動軌跡を示す説明
図である。図中、Ａは掘進機、１は外周形状が角型の掘
進機本体、２は矩形管である。１０は掘進機本体１の角
筒状のケーシング、１１は回転体、１２は同回転体の中
央に設けた排泥管、１２ａは同排泥管の排泥口、１３は
回転体の後方外周に設けた円環状内ギア、１４は同内ギ
アと噛合する二つのピニオンギア、１５は同ピニオンギ
アを駆動するモータ、１６は回転体１１の排泥管１２の
外側の位置に設けた３本の回転軸、１７は同回転軸の軸
受、１８は回転軸１６に軸着したギア、１９は同ギアと
噛合するケーシング１０に固着された円環状内ギア、２
０は回転軸１６の支持筒、２１は回転軸１６の先端に取
付けたビット取付盤、２２ａ，２２ｂ，２２ｃはビット
取付盤２１に取付けた遠く離れた方のビット、２２ｄ，
２２ｅ，２２ｆはビット取付盤２１に取付けた近い方の
ビット、２３は泥水噴出口、２４は排泥輸送管、２５は
掘進機後方の４隅に設けた４個のローリング修正加圧
板、２６はローリング修正加圧板を出没させる油圧ジャ
ッキ、２７は方向修正ジャッキである。この実施例で
は、掘進機本体１内にある二つのモータ１５を作動させ
ると、各モータの出力軸１５ａに軸着したピニオンギア
１４が回動させられ、これと噛合した円環状内ギア１３
が回転し、これと連結されている回転体１１も回転す
る。回転体１１が回転すると同回転体１１に取付けた水
平の３本の回転軸１６は回転体１１の中心（ケーシング
１０の中心）まわりに公転する（図４，５参照）。回転
軸１６が公転するとこれに軸着したギア１８がケーシン
グ１０に固着した固定の円環状内ギア１９と噛合して自
転し、回転軸１６が自転（回転）してその先端に取付け
たビット取付盤２１を回転軸１６の軸心まわりに回転す
る。するとビット取付盤２１に取付けたビット２２ａ，
２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆは回転体１１
の中心まわりに公転しながら且つ回転軸１６まわりにも
回転する（図３，５参照）。しかも回転軸１６まわりの
回転の方が回転体１１の回転中心（ケーシング中心）ま
わりの回転より４倍程速く回転する（内ギア１９の内径
とギア１８の外径の比で決まる）。このように、ビット
は回転体１１の中心まわりに公転しながら、回転軸１６
まわりに速く回転することで、その運動軌跡は図７〜１
０に示すように複雑となり、切羽を均一に且つ隈なく切
削することとなる。伴せてビットのこの運動で切土と泥
水とが均一に撹拌され、切羽面に泥水と切土が適度に混
合された流動壁が形成され、切羽が安定する。又よく混
合撹拌されることで排泥土の流動性が高まり、排泥が容
易となる。更にビット２２ａ，・・・，２２ｆを回動さ
せるための駆動トルクは、ビット２２ａ，・・・，２２
ｆと回転軸１６との距離が、回転体１１の回転中心まで
の距離に比べてかなり短かいので大巾に低くすることが
できる。よって小さな駆動源で大きな切削力を可能とす
る。そして、ビットを回転軸１６の軸心から、遠近差の
ある異なった位置に取付けたことで、遠方のビット２２
ａ〜２２ｃは、ケーシング２０の辺の長さの半分の長さ
よりケーシング中心から離れた遠い位置を掘削できる。
よって回転体１の回転に伴って、ビットの切削刃面の運
動軌跡は図１０の如くなり、ケーシング１０の外周形状
の略四角形状（略正方形状）に掘削できるものとした。
よって角筒形状のケーシング１０及び矩形管２の推進を
可能としている。

【０００８】

【発明の効果】以上の様に、本発明によれば、ビットを
回転体の中心まわりに公転させながらビット取付盤の回
転軸まわりに回転させることで、ビットで切羽面を均一
且つ隈なく切削でき、又ビットが二重の回転で撹拌する
ので泥水と切土の撹拌効果が高く、切羽をより安定させ
る。又切土と泥水との撹拌は、流動性を高めて排泥を容
易とする。又、ビットを回動駆動する必要トルクは、回
転軸とビットの距離が回転体の中心との距離に比べて短
かいので、小さくでき、よって同じトルクの駆動源で高
い切削力を得ることができる。更に、ビットのビット取
付盤での取付位置に遠近差を設けて取付ければ、より均
一な切削と、撹拌が可能となるばかりでなく、掘削外形
状を四角形・楕円状等に非円形のものにもすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の掘進機本体の縦断面図である。

【図２】実施例の左側面図である。

【図３】実施例の回転軸の回転機構を示す説明図であ
る。

【図４】実施例の回転体の回転を示す説明図である。

【図５】実施例の二つの回転の回転機構説明図である。

【図６】実施例の廻り止め板の取付を示す説明図であ
る。

【図７】実施例のビットの運動軌跡を示す説明図であ
る。

【図８】実施例のビットの運動軌跡を示す説明図であ
る。

【図９】実施例のビットの運動軌跡を示す説明図であ
る。

【図１０】実施例のビットの運動軌跡を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

Ａ 掘進機（掘削機） １ 掘進機本体 ２ 矩形管 １０ ケーシング １１ 回転体 １２ 排泥管 １２ａ 排泥口 １３ 円環状内ギア １４ ピニオンギア １５ モータ １５ａ 出力軸 １６ 回転軸 １７ 軸受 １８ ギア １９ 円環状内ギア ２０ 支持筒 ２１ ビット取付盤 ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ 遠い位置のビット ２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ 近い位置のビット ２３ 泥水噴出口 ２４ 排泥輸送管 ２５ ローリング修正加圧板 ２６ 油圧ジャッキ ２７ 方向修正ジャッキ

───────────────────────────────────────────────────── 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五丁目二九 番地二三号 新技術工営株式会社 推進 事業部内 (72)発明者 藤田 忠男 奈良県天理市杉本町269−５ (72)発明者 永井 博也 奈良県天理市西井戸堂町514−１ (56)参考文献 特開 平10−61382（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−310093（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−119288（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−73732（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 9/08 E21D 9/06 301

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 掘削機の先端前面に回転体を水平軸まわ
   りに回動し、同回転体の回転中心から偏心した回転体位
   置に略水平な回転軸を複数前方へ突設するように設け、
   同回転軸をその軸まわりに回転させる駆動手段を設け、
   同回転軸の先端にビット取付盤を取付け、同ビット取付
   盤に複数のビットを回転軸の軸心から離れた位置に固着
   し、同ビットは回転体の中心を掘削できる位置にも固着
   され、ビットを回転体の回転中心まわりに公転させなが
   ら回転軸まわりに回転させて二重の回転を与えて掘削さ
   せる地中掘削機であって、機体の先端前面に回転体を回
   転自在に取付け、同回転体の一部に内側にラックギアを
   設けた大型リングを固着し、同リングのラックギアに噛
   合するピニオンを取付け、同ピニオンを回動する駆動源
   を設け、又回転体の外側の機体の一部に内側にラックギ
   アを設けたリングを固設し、同リングのラックギアと噛
   合するピニオンギアを複数配置するとともに、同ピニオ
   ンギアを軸着した水平の回転軸を回転体で軸支し、同回
   転軸の先端にビット取付盤を取付けた構造とした地中掘
   削機。
2. 【請求項２】 ビット取付盤に取付けられるビットがそ
   の回転軸の軸心から異なった距離の位置に取付けられ、
   ビットによって非円形状に掘削できるようにした請求項
   １記載の地中掘削機。