JP3579366B2 - 自由断面トンネル用シールド掘進機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自由断面トンネル用シ−ルド掘進機に関し、特にメインカッターの他にメインカッターの回転に連動して公転しつつ自転する遊星カッターを設けて自由断面トンネルや矩形断面トンネルを掘削するシ−ルド掘進機において遊星歯車機構の構造とそれに関連する構造を改良したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
地下鉄道や上下水道等のトンネルをシールド工法により構築する際に使用する掘削装置としてシールド掘進機がある。シールド掘進機は通常円形断面トンネルを掘削可能であるが、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ている。尚、矩形断面とは、正方形断面を含むものとする。
【０００３】
特開平１０−６１３８２号公報に記載の多角形孔掘削装置（自由断面トンネル用シールド掘進機）は、断面矩形状の胴部材及びシールド枠と、このシールド枠の前端側に配置されたディスク本体（ビット本体）とディスク本体に装備された１対の遊星カッターとを備えたカッターディスクと、カッター駆動機構と、ディスク本体と同期して遊星カッターを自転させつつ公転させる遊星歯車機構とを有する。この遊星歯車機構は、太陽ギヤと遊星アイドルギヤと遊星カッターの自転中心と同心の遊星ギヤとからなり、この遊星歯車機構はディスク本体に装備されている。
【０００４】
カッター駆動機構によりディスク本体を回転駆動すると、遊星アイドルギヤが太陽ギヤを中心に公転しつつ自転し、この遊星アイドルギヤを介して遊星ギヤが自転し、遊星カッターが太陽ギヤを中心に公転しつつ遊星ギヤと一体的に自転する。この遊星カッター付きシールド掘進機では、ディスク本体に遊星歯車機構の全部を組み込んでいるため、カッターディスクの開口率が小さくなり、掘削土をカッターディスクの後側のチャンバー内へ効率よく取り込むことができない。
【０００５】
そこで、本願出願人等は、特開２０００−８７８１号において、前記開口率を大きくし、遊星カッターを自転させる駆動力伝達系を簡単化した自由断面トンネル用シールド掘進機を提案した。このシールド掘進機においては、遊星カッターをディスク本体の回転に連動させて自転させる為の遊星歯車機構を含む構造を次のように構成している。カッターディスクの後側にチャンバーを画成する隔壁を設け、この隔壁の外周付近部にカッタードラムを収容する環状のドラム収容部を設け、このドラム収容部の内周壁の外面に、遊星歯車機構の太陽ギヤを固定し、この太陽ギヤに１対のアイドルギヤを介して１対の遊星ギヤを夫々噛合させ、これら遊星ギヤに夫々スプライン結合した遊星シャフトの前端部を遊星カッターに固定的に連結している。
【０００６】
他方、特開平９−１７０３９９号公報には、偏平な矩形状の大断面トンネルを掘削する為の矩形断面トンネル用シールド掘進機が提案されている。このシールド掘進機では、３つの主カッターディスクと、それを回転駆動する機構と、矩形の４隅に配置した４つの補助カッターディスクと、これらカッターディスクで掘削できない未掘削領域となる位置に配設された８つのローラ状のカッタードラム（ドラムカッター）とを備え、３つの主カッターディスクをその両側の２つの主カッターディスクよりも前側に配置してそれらと部分的にラップさせてある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記特開平１０−６１３８２号公報のシールド掘進機では、チャンバーの前側のカッターディスクに、遊星歯車機構を組み込んであるため、チャンバーへの掘削土の取入口が小さくなりカッターディスクの開口率が小さくなる。 特開２０００−８７８１号の自由断面トンネル用シールド掘進機では、遊星歯車機構を隔壁のドラム収容部内に設けたため、カッターディスクの開口率を大きくすることができ、遊星カッターを駆動する回転駆動機構を簡単化できる。
【０００８】
しかし、遊星シャフトを遊星カッターの自転中心と同心に配置する関係上、また、遊星カッターの自転中心はシールド掘進機の外周付近部に設ける必要がある関係上、遊星シャフトがシールド掘進機の外周付近部に位置することになる。そのため、ドラム収容部をシールド掘進機の外周付近部に設けなければならないから、排土設備のスクリューコンベヤの掘削土吸入部をシールド掘進機の外周付近部に設けることが不可能となり、ドラム収容部よりも内周側に配置せざる得なくなる。そのため、スクリューコンベヤの掘削土吸入部をチャンバーの底部に臨むように配置できず、掘削土吸入部の位置が高くなるため、流動性の悪い掘削土の場合、チャンバーの外周付近部の掘削土が排出されにくくなり、排土性能を高めることが困難となる。
【０００９】
特開平９−１７０３９９号公報の矩形断面トンネル用シールド掘進機では、主カッターディスク、補助カッターディスク、カッタードラム（ドラムカッター）などの掘削部材の数が多く、それらの回転駆動系の構造が複雑となり、製作費が高くなる。
【００１０】
本発明の目的は、遊星シャフトを外周付近部よりも軸心側に配置してチャンバーからの掘削土の排出性能を高めた自由断面トンネル用シールド掘進機を提供すること、未掘削領域を残さずに大断面の偏平な矩形トンネルを掘削可能な簡単な構造のカッターヘッド回転駆動機構を有する自由断面トンネル用シールド掘進機を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の自由断面トンネル用シールド掘進機は、メインカッターと遊星カッターとを有するカッターヘッドと、カッターヘッドを回転駆動するカッター駆動手段と、カッター駆動手段の回転駆動力によりメインカッター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とを備え、遊星カッターの輪郭形状をその遊星カッターの公転回転数と自転回転数との比に応じて形成して自由断面トンネルを掘削可能に構成したシールド掘進機において、前記シールド掘進機の外周付近部よりも軸心側においてカッターヘッドの後側のチャンバーを挿通する遊星シャフトであって遊星カッターを自転させる回転駆動力を伝達する遊星シャフトと、前記遊星シャフトの後端部に連結された第１遊星ギヤと、前記カッターヘッド内に夫々装備された第２遊星ギヤ及び遊星カッターの自転軸心と同心状の第３遊星ギヤとを有し、遊星シャフトの回転駆動力を遊星カッターに伝達させるようにしたことを特徴とするものである。
【００１２】
カッター駆動手段により、カッターヘッドのメインカッターと遊星カッターを回転駆動して円形断面に掘削すると共に、遊星カッターをメインカッターの回転に連動して自転させ、遊星カッターにより自由断面のうちの円形からはみ出す外側部分や角部分を掘削し、自由断面トンネルを掘削する。尚、「自由断面」とは正方形や矩形や多角形や楕円や長円形などの非円形断面ないし異形断面のことである。
【００１３】
遊星カッターを自転させる回転駆動力は、遊星シャフトから第２遊星ギヤを介して第３遊星ギヤに伝達され、遊星カッターが自転する。
遊星カッターの自転軸心はシールド掘進機の外周付近部に配設されるため、第３遊星ギヤもカッターヘッドの外周付近部に配設されるから、第２遊星ギヤと遊星シャフトの位置は、シールド掘進機の外周付近部よりも軸心側の位置になる。そのため、遊星シャフトに付与する回転駆動力を発生させる機構をシールド掘進機の外周付近部よりも軸心側の位置に、シールド掘進機の前胴部材との間に環状スペースを空けて配置可能となる。それ故、シールド掘進機の底部において、排土設備や排泥設備の掘削土吸入部を前記環状スペースの底部に配設することができる。
請求項２の自由断面トンネル用シールド掘進機は、請求項１の前提構成と同様の前提構成を備えたシールド掘進機において、前記遊星歯車機構は、シールド掘進機の外周付近部よりも軸心側においてカッターヘッドの後側のチャンバーを挿通する遊星シャフトであって遊星カッターを自転させる回転駆動力を伝達する遊星シャフトと、前記遊星シャフトの後端部に連結された第１遊星ギヤと、前記カッターヘッド内に夫々装備された第２遊星ギヤ及び遊星カッターの自転軸心と同心状の第３遊星ギヤとを有し、前記カッターヘッドの後側にチャンバーを隔てて位置する隔壁とこの各壁で構成される環状のドラム収容部を設け、前記環状のドラム収容部の外周壁が、前胴部材との間に排土設備を接続可能な環状スペースを空けて配設されたことを特徴とするものである。
それ故、チャンバー内に取り込まれた掘削土を、この環状スペースに導入した排土設備や排泥の掘削土吸入部へ吸入して排出することができる。その他の作用は、請求項１と同様である。
【００１４】
請求項３の自由断面トンネル用シールド掘進機は、請求項１の前提構成と同様の前提構成を備えたシールド掘進機において、前記カッターヘッドの後側にチャンバーを隔てて位置する隔壁とこの隔壁で構成される環状のドラム収容部を設け且つこのドラム収容部にカッター駆動手段で回転駆動されるカッタードラムを回転自在に装着し、カッタードラムをカッターヘッドに連結する複数の連結部材を設け、前記遊星歯車機構は、ドラム収容部の外周壁の内面に固定されたリングギヤと、このリングギヤに噛合した第１遊星ギヤと、カッターヘッドに夫々設けられた第２遊星ギヤ及びアイドルギヤ及び遊星カッターの自転軸心と同心の第３遊星ギヤと、第１遊星ギヤの回転駆動力を第２遊星ギヤに伝達する遊星シャフトとを備え、前記遊星シャフトの回転駆動力を第２遊星ギヤからアイドルギヤを介して第３遊星ギヤに伝達して遊星カッターを自転させるように構成したことを特徴とするものである。
【００１５】
カッター駆動手段により、カッターヘッドのメインカッターと遊星カッターを回転駆動して円形断面に掘削し、遊星カッターをメインカッターの回転に連動して自転させ、遊星カッターにより自由断面のうちの円形からはみ出す外側部分や角部分を掘削し、自由断面トンネルを掘削する。カッターヘッドが回転するとき、リングギヤに噛合している第１遊星ギヤが公転しつつ自転し、この回転力が遊星シャフト、第２遊星ギヤ、アイドルギヤを介して第３遊星ギヤに伝達され、第３遊星ギヤと遊星カッターとが自転する。
【００１６】
遊星カッターの自転軸心はカッターヘッドの外周付近部に配設されるため、第３遊星ギヤもカッターヘッドの外周付近部に配設される。そのため、第２遊星ギヤと遊星シャフトの位置は、外周付近部よりも軸心側（内周側）の位置、シールド掘進機の軸心付近部よりもやや外周側の位置になる。その結果、遊星シャフトに付与する回転駆動力を発生させる機構（リングギヤや第１遊星ギヤ）とドラム収容部とカッタードラムを、シールド掘進機の外周付近部よりも軸心側の位置に、シールド掘進機の前胴部材との間に環状スペースを空けて配置可能となる。それ故、シールド掘進機の底部において排土設備や排泥設備の掘削土吸入部を前記環状スペースの底部に配設し、チャンバーの底部から掘削土を吸入可能になる。
【００１７】
請求項４の自由断面トンネル用シールド掘進機は、請求項１の前提構成と同様の前提構成を備えたシールド掘進機において、前記カッターヘッドの後側にチャンバーを隔てて位置する隔壁とこの隔壁で構成される環状のドラム収容部を設け且つこのドラム収容部にカッター駆動手段で回転駆動されるカッタードラムを回転自在に装着し、カッタードラムをカッターヘッドに連結する複数の連結部材を設け、前記遊星歯車機構は、ドラム収容部の内周壁の外面に固定されたサンギヤと、このサンギヤに噛合した第１遊星ギヤと、カッターヘッドに夫々設けられた第２遊星ギヤ及びアイドルギヤ及び遊星カッターの自転軸心と同心の第３遊星ギヤと、第１遊星ギヤの回転駆動力を第２遊星ギヤに伝達する遊星シャフトとを備え、前記遊星シャフトの回転駆動力を第２遊星ギヤからアイドルギヤを介して第３遊星ギヤに伝達して遊星カッターを自転させるように構成したことを特徴とするものである。
【００１８】
この請求項４の自由断面トンネル用シールド掘進機は、前記リングギヤの代わりにサンギヤを設け、このサンギヤに第１遊星ギヤを噛合させた点で、請求項２の装置と異なるのみであり、カッターヘッドが回転するとき、サンギヤに噛合している第１遊星ギヤが公転しつつ自転し、この回転力が遊星シャフト、第２遊星ギヤ、アイドルギヤを介して第３遊星ギヤに伝達され、第３遊星ギヤと遊星カッターとが自転する。その他の作用は、請求項３と同様である。
【００１９】
請求項５の自由断面トンネル用シールド掘進機は、請求項１〜４の何れかの発明において、前記遊星カッターの公転回転数と自転回転数との比が１：４に設定され、正方形断面トンネルを掘削可能に構成されたことを特徴とするものである。それ故、遊星カッターは、メインカッターが１回転すると４回自転して正方形断面の４つの角部を含む外側部分を掘削する。
【００２０】
請求項６の自由断面トンネル用シールド掘進機は、請求項３又は４の発明において、前記環状のドラム収容部の外周壁が、前胴部材との間に排土設備を接続可能な環状スペースを空けて配設されたことを特徴とするものである。それ故、チャンバー内に取り込まれた掘削土を、この環状スペースに導入した排土設備や排泥設備の掘削土吸入部へ吸入して排出することができる。
【００２１】
請求項７の自由断面トンネル用シールド掘進機は、請求項５に記載の自由断面トンネル用シールド掘進機の両側にシールド掘進機を連結し、前記中央のシールド掘進機のカッターヘッドを両側のシールド掘進機のカッターヘッドよりも掘進方向前方に配置するとともに、この中央のシールド掘進機のカッターヘッドに対して両側のシールド掘進機のカッターヘッドを部分的にラップさせたことを特徴とするものである。それ故、複数のシールド掘進機を並列的に連結した構造のシールド掘進機であるが、未掘削領域を残すことなく、偏平な立長または横長の矩形断面トンネル（大断面トンネルの場合もある）を掘削可能である。尚、前記自由断面トンネル用シールド掘進機の両側の各シールド掘進機は、中央の自由断面トンネル用シールド掘進機と同様の自由断面トンネル用シールド掘進機であってもよく、その他の構造のシールド掘進機であってもよい。
【００２２】
請求項８の自由断面トンネル用シールド掘進機は、請求項５に記載の自由断面トンネル用シールド掘進機の両側にこのシールド掘進機とほぼ同構造のシールド掘進機を連結し、前記中央のシールド掘進機のカッターヘッドを両側のシールド掘進機のカッターヘッドよりも掘進方向前方に配置するとともに、この中央のシールド掘進機のカッターヘッドに対して両側のシールド掘進機のカッターヘッドを部分的にラップさせたことを特徴とするものである。それ故、請求項６と同様に、未掘削領域を残すことなく偏平な立長または横長の矩形断面トンネル（大断面トンネルの場合もある）を掘削可能である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。本実施形態は、正方形断面トンネルを掘削する自由断面トンネル用シールド掘進機に本発明を適用した場合の例である。尚、掘進方向に向かって前後左右を前後左右として説明する。このシールド掘進機１は、図１、図２に示すように、正方形断面の前胴部材２及び後胴部材３と、カッターヘッド４と、遊星歯車機構５と、カッター駆動機構６と、複数のシールドジャッキ７と、排土設備８と、エレクター９等を有する。
【００２４】
前胴部材２と後胴部材３について説明する。図１に示すように、前胴部材２の後端部に、中折れ部１０及び複数の中折れジャッキ１１を介して後胴部材３が連結され、後胴部材３の後端部には２列のテールグラウトシール１２が設けられている。
【００２５】
次に、カッターヘッド４について説明する。図１〜３に示すように、カッターヘッド４は前胴２の前端側に配設され、このカッターヘッド４は、センターフレーム１３と、メインカッター１４と、遊星カッタースポーク１８と、この遊星カッタースポーク１８に装着された遊星カッター１５とを有する。センターフレーム１３は横向き状の略円筒体に形成され、このセンターフレーム１３の外周の前半部には、メインカッター１４の２本のメインカッタースポーク１４ａが正面視で１８０度対称位置に溶接接合されている。各メインカッタースポーク１４ａは外径側程幅広の略扇形に形成され、その回転中心から外径部分までの長さが前記正方形断面の１辺の１／２の長さに形成され、メインカッタースポーク１４ａの前面には多数のカッタービット１６が付設され、加泥剤吐出口１７も形成されている。
【００２６】
センタフレーム１３の後部には、メインカッタースポーク１４ａに対して９０度位相が異なる１対の遊星カッタースポーク１８が固定されている。各遊星カッタースポーク１８には、ほぼ木の葉形状の遊星カッター１５が回転自在に枢着されている。各遊星カッタースポーク１８は、後述の第２遊星ギヤ３２とアイドルギヤ３３と第３遊星ギヤ３４とを枢着できるようなほぼ扇形に形成され、各遊星カッター１５は遊星カッタースポーク１８の前側に配置されている。
【００２７】
各遊星カッタースポーク１８は、メインカッタースポーク１４ａと同様に、前記正方形断面トンネルの１辺の１／２長さに形成されている。遊星カッター１５の正面視における輪郭形状は、遊星カッター１５の公転回転数と自転回転数の比に応じてほぼ木の葉状に形成されている。各遊星カッター１５の前面の外周部には多数のビット２０が付設されている。各遊星カッター１５の外周側の端部寄り部分に第３遊星ギヤ３４の軸部３５が固定され、この軸部３５が遊星カッター１５の自転軸になっている。尚、１対の遊星カッター１５はカッターヘッド４の公転中心に対して対称に配置されている。
【００２８】
次に、チャンバー２１と隔壁２２とカッタードラム２８等について説明する。図１、図３に示すように、カッターヘッド４の後側にはチャンバー２１が形成され、前胴部材２にはチャンバー２１を隔てて位置する隔壁２２であってチャンバー２１の後端を仕切る隔壁２２が設けられ、この隔壁２２は前胴部材２に溶接接合されている。隔壁２２は、トンネル軸心と同心の円筒部２３と、円筒部２３の前端を封鎖する中央壁部２４と、円筒部２３の後端と前胴部材２に溶接接合された開口壁部２５と、開口壁部２５及び円筒部２３と協働して環状のドラム収容部２７を形成する断面Ｌ形の環状壁部２６とで構成されている。環状壁部２６の筒状壁２６ａと前胴部材２間には外形が正方形状の環状スペース５２が形成されている。環状壁部２６の環状板部２６ｂの外周は前胴部材２に溶接接合され、筒状壁２６ａの後端は開口壁部２５に溶接接合されている。
【００２９】
環状のドラム収容部２７は、シールド掘進機１の軸心付近部よりも外周側で且つ外周付近部よりも内周側に形成され、ドラム収容部２７の前端はチャンバー２１に開放されている。ドラム収容部２７には、カッタードラム２８が回転自在に装着され、カッタードラム２８の内側と外側の環状隙間には、複数のシール部材兼軸受部材２８ａ，２８ｂが装着されている。
【００３０】
次に、遊星歯車機構５について説明する。遊星歯車機構５は、リングギヤ２９と、１対の第１遊星ギヤ３０と、１対の遊星シャフト３１と、１対の第２遊星ギヤ３２と、１対のアイドルギヤ３３と、１対の第３遊星ギヤ３４とを有する。
リングギヤ２９はドラム収容部２７の外周壁（環状壁部２６の筒状部２６ａ）の内面に固定され、第１遊星ギヤ３０はドラム収容部２７内でリングギヤ２９に噛合している。尚、遊星歯車機構５の回転部材（３０〜３４）の軸心はトンネル軸心と平行である。
【００３１】
第２遊星ギヤ３２とアイドルギヤ３３と第３遊星ギヤ３４は、遊星カッタースポーク１８内に設けられ、第２遊星ギヤ３２はアイドルギヤ３３を介して第３遊星ギヤ３４に噛合し、第３遊星ギヤ３４の軸部３５の前端部に遊星カッター１５が固着されている。この軸部３５は、遊星カッタースポーク１８を長さ方向に３等分する２点のうちの外周側の３等分の近傍位置に１対の軸受３６を介して回動自在に支持されている。
【００３２】
遊星シャフト３１は、ドラム収容部２７と同じ半径方向位置に位置してドラム収容部２７の前側にチャンバー２１を挿通する状態に配設され、１対の軸受３７ａ，３７ｂにより回動自在に支持されている。遊星シャフト３１の後部はカッタードラム２８の前部を挿通し、遊星シャフト３１の後端部に第１遊星ギヤ３０が回転力伝達可能に連結され、遊星シャフト３１の前端部に第２遊星ギヤ３２が回転力伝達可能に連結されている。
【００３３】
遊星シャフト３１の後端部は、カッタードラム２８の後部をなすプラネタリキャリヤ３８に軸受３７ａを介して回動自在に支持されている。遊星シャフト３１の前端部は、遊星カッタースポーク１８の前壁部３９に軸受３７ｂを介して回動自在に支持され、第１遊星ギヤ３０の回転駆動力を第２遊星ギヤ３１に伝達するように構成されている。尚、遊星カッタースポーク１８内への土砂の侵入を防止用の封鎖板４０、４１も設けられている。
【００３４】
遊星シャフト３１のうちのチャンバー２１内の部分には、遊星シャフト３１を覆う為の筒状の連結部材４２が外装され、連結部材４２の後端がカッタードラム２８に固定され、連結部材４２の前端が遊星カッタースポーク１８に固定されている。各メインカッタースポーク１４ａは、連結部材４２よりもやや長い連結部材４３を介してカッタードラム２８に連結されている。カッタードラム２８に入力された回転駆動力は、１対の連結部材４２と１対の連結部材４３を介してカッターヘッド４に伝達され、カッタードラム２８とカッターヘッド４は一体的に回転するようになっている。
【００３５】
次に、カッター駆動機構６について説明する。カッター駆動機構６は、環状ギヤ４４と、環状ギヤ４４を回転駆動する複数のカッター駆動モータ４５などを有する。各カッター駆動モータ４５のモータ軸に固着のピニオンギヤ４６が環状ギヤ４４に噛合し、環状ギヤ４４はカッタードラム２８及びプラネタリキャリヤ３８に固定され、カッター駆動モータ４５は開口壁部２５に布設されている。尚、リングギヤ４４は図示外の旋回軸受を介して開口壁部２５に支承されている。
【００３６】
複数のカッター駆動モータ４５が作動すると、環状ギヤ４４、カッタードラム２８（プラネタリキャリヤ３８を含む）がシールド掘進機１の中心（トンネル軸心）を回転中心として公転回転し、複数の連結部材４２、４３を介してカッターヘッド４（メインカッター１４と遊星カッター１５を含む）および遊星歯車機構５がカッタードラム２８と一体的に公転回転する。カッタードラム２８と共に第１遊星ギヤ３０が公転回転するため第１遊星ギヤ３０が自転回転し、遊星シャフト３１と第２遊星ギヤ３２も自転回転し、その自転回転がアイドルギヤ３３を介して第３遊星ギヤ３４に伝達され、遊星カッター１５が第３遊星ギヤ３４と一体的に自転回転し、遊星カッター１９がカッターヘッド４と一体的に公転しつつ、公転回転速度の例えば４倍の回転速度で自転回転する。
【００３７】
次に、複数のシールドジャッキ７について説明する。図１に示すように、掘進の推力を発生させる為の複数のシールドジャッキ７は、前胴部材２の後部と後胴部材３の前端部の内側に周方向適当間隔おきに前後方向向きに配設されている。 各シールドジャッキ７は、後胴部材３の前端部内面に固着された環状フレーム４７に固定的に付設され、シールドジャッキ７のロッドの先端部には偏心金具４８を介してスプレッダー４９が連結され、複数のシールドジャッキ７の反力をトンネルの内面に覆工済みのセグメント５０にとって掘進推力を発生させる。
【００３８】
次に、排土設備８について説明する。図１に示すように、隔壁２２の開口壁部２５の下端部から後方上り傾斜状に、スクリューコンベヤ５１が配設されている。環状壁部２６と開口壁部２５と前胴部材２とで区画された環状スペース５２のうちの底部には、連通穴２６ａを介してチャンバー２１に連通する排出部５２ａが形成され、スクリューコンベヤ５１の掘削土吸入部５１ａが排出部５２ａに配設され、スクリューコンベヤ５１はチャンバー２１から排出部５２ａに流入した掘削土を吸入して後方へ移送し、後胴部材３内から後方へ延びるベルトコンベヤへ移送する。そのベルトコンベヤに送られた掘削土は図示外のベルトコンベヤによりトンネル内の後方へ搬送され、地上に搬送される。
【００３９】
次に、エレクター９について説明する。図１に示すように、エレクター９は、正方形断面トンネルの内面にセグメント５０を組み付ける装置である。前記の環状フレーム４７には複数のブラケット５６がリング状に設けられ、これらブラケット５６に案内ローラ５８が夫々回動自在に支持されている。リング状のエレクタドラム５３はそれら案内ローラ５８に回転自在に支持され、このエレクタドラム５３には後方へ張り出すようにエレクタ本体５４が付設され、エレクタドラム５３はブラケット５９に取付けられた回転駆動モータ５５で回転駆動可能になっている。即ち、エレクタドラム５３の内周面にチェーン部材又はラックが固定され、回転駆動モータ５５の出力軸のピニオンがチェーン部材又はラックに噛合している。
【００４０】
尚、隔壁２２の中央壁部２４にはロータリジョイント６０が連結され、このロータリジョイント６０の外筒部材６１は中央壁部２４に固定され、このロータリジョイント６０には加泥剤通路とグリース導入流路等が設けられている。
【００４１】
前記の遊星歯車機構５においては、遊星カッター１５の公転回転数と自転回転数の比は、リングギヤ２９、第１遊星ギヤ３０、第２遊星ギヤ３２、アイドルギヤ３３、第３遊星ギヤ３４の歯数を適切に設定することで任意に設定できる。
このシールド掘進機１においては、遊星カッターディスク１９の公転回転数と自転回転数との比が１：４に設定され、カッターヘッド４が１回転する間に遊星カッター１５が４回自転し、正方形断面トンネル（矩形断面トンネル）を掘削可能に構成されている。
【００４２】
遊星カッターディスク１９の正面視の輪郭形状はほぼ木の葉状の形状であるが、その輪郭形状について、図４に基づいて説明する。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でこのトンネルを掘削するには、遊星カッター１５が公転しつつ自転する際、遊星カッター１５が常にこの正方形ｈに内接するような軌跡を描く必要がある。遊星カッターディスク１９が１回公転しつつ４回自転すると、遊星カッター１５の公転中心Ｏから最も遠い最遠点部の軌跡が正方形ｈを描くように、遊星カッターディスク１９の輪郭形状が決定されている。
【００４３】
ここで、メインカッター１４で掘削する円形領域の外形を円Ｊとし、遊星カッター１５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１５を角度θ（θ＝１５°）づつ回転させた場合の各角度における遊星カッター１５の自転中心Ｏｂの位置を示す。正方形ｈ上の点Ｐ1 ，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。
【００４４】
遊星カッター１５の自転中心Ｏｂが点ｍ1 にある場合、遊星カッターディスク１９が正方形ｈと内接するためには、遊星カッターディスク１９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。次に、遊星カッター１５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１５が正方形ｈと内接するためには、遊星カッター１５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。
【００４５】
以下同様に、遊星カッター１５が点ｍ3 の位置に移動した場合、遊星カッター１５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１５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１５の半径長さをｎ１，ｎ２，・・・に設定することで、遊星カッター１５の輪郭形状が決定される。そのため遊星カッター１５の輪郭形状はほぼ木の葉状となる。このように遊星カッター１５の正面視における輪郭形状を設定することで、各遊星カッター１５で正方形断面の角部を掘削できるため、正方形断面のトンネルを掘削できる。
【００４６】
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。
シ−ルド掘進機１で正方形断面のトンネルを掘削する際には、複数のシールドジャッキ７により掘進の推力を発生させつつ、カッター駆動モータ４５を回転駆動させると、ピニオンギヤ４６と環状ギヤ４４を介してカッタードラム２８が回転し、複数の連結部材４２、４３を介してカッタードラム２８と一体的にカッターヘッド４が回転する。このカッターヘッド４の回転により、メインカッター１４と遊星カッター１５が回転し、主にメインカッター１４の回転により正方形断面トンネル内の円形断面部分（図４の円Ｊの部分）が掘削される。
【００４７】
一方、遊星カッター１５は、カッターヘッド４の回転によりカッターヘッド４の中心を中心として公転するが、カッタードラム２８の自転により、遊星歯車機構５の前記の作用により、第１遊星ギヤ３０、遊星シャフト３１、第２遊星ギヤ３２、アイドルギヤ３３、第３遊星ギヤ３４が夫々自転し、遊星カッター１５が第３遊星ギヤ３４と同心状に自転する。遊星カッター１５の公転回転数と自転回転数との比が１：４であるので、カッターヘッド４が１回転する間に、遊星カッターディスク１９はカッターヘッド４の回転方向とは逆方向に４回転自転する。
【００４８】
このように、遊星カッター１５を公転させつつ自転させることにより、遊星カッター１５は、常に正方形Ｋに内接しながら自転しつつ公転する。よって、この自転しつつ公転する遊星カッター１５により、円形断面のトンネルの４つの角部が掘削され、メインカッター１４と遊星カッター１５との協働により正方形断面のトンネルが掘削される。そして、１リング分の掘削毎に掘進を停止して、エレクター９を用いてトンネルの内面にセグメント５０を組付けていき、その後掘進が再開される。
【００４９】
以上説明したシールド掘進機１によれば、遊星歯車機構５のリングギヤ２９と第１遊星ギヤ３０をドラム収容部２７内に配設し、遊星シャフト３１をシールド掘進機１の外周付近部よりもシールド掘進機１の軸心側（内周側）に配設し、カッターヘッド４の遊星カッタースポーク１８内に第２遊星ギヤ３２とアイドルギヤ３３と第３遊星ギヤ３４とを配設し、第３遊星ギヤ３４の軸部３５（遊星カッター１５の自転中心）をシールド掘進機１の外周付近部に配置したので、ドラム収容部２７とカッタードラム２８とリングギヤ２９と第１遊星ギヤ３０とを、シールド掘進機１の外周付近部よりも軸心側に、前胴部材２との間に環状スペース５２を空けて配設できる。
【００５０】
その結果、排土設備又は排泥設備の掘削土吸入部５１ａを環状スペース５２の底部に配置し、チャンバー２１の底部から掘削土を吸入することができるから、排土性能又は排泥性能を確保することができる。そして、遊星歯車機構５のリングギヤ２９をドラム収容部２７の外周壁の内面に設けたため、環状ギヤ４４とプラネタリキャリア３８とカッタードラム２８の一体的な連結の面で有利である。また、メインカッター１４と遊星カッター１５とを有するカッターヘッド４を設け、遊星歯車機構５の一部だけをカッターヘッド４に装備したので、カッターヘッド４の開口率を十分確保できる。
【００５１】
次に、本実施形態を部分的に変更した変更形態や別実施形態について説明する。但し、前記実施形態と同機能の部材には同一符号を付して説明を省略する。
１〕変更形態（図５参照）
このシールド掘進機１Ｃは、シールド掘進機１の遊星歯車機構５の構造を部分的に変更した遊星歯車機構５Ｃを採用している。この遊星歯車機構５Ｃにおいては、リングギヤ２９の代わりにドラム収容部２７の内周壁に固定されたサンギヤ２９Ｃが設けられ、第１遊星ギヤ３０がサンギヤ２９Ｃに噛合している。
【００５２】
カッタードラム２８Ｃの一部であるプラネタリキャリア３８Ｃは、第１遊星ギヤ３０の外周側を経由して前方へ延びカッタードラム２８Ｃと一体的に連結されている。 この遊星歯車機構５Ｃは、前記遊星歯車機構５とほぼ同様に作動する。即ち、カッタードラム２８Ｃが回転駆動されると、第１遊星ギヤ３０はサンギヤ２９Ｃの回りを公転しながら自転し、その自転回転が、遊星シャフト３１，第２遊星ギヤ３２、アイドルギヤ３３を介して第３遊星ギヤ３４に伝達され、遊星カッター１５が公転しつつ自転する。尚、遊星カッター１５の公転回転数と自転回転数の比が１：４となるように、ギヤ類の歯数が設定されている。
【００５３】
２〕前記シールド掘進機１では、遊星カッター１５の公転回転数と自転回転数との比を１：４に設定し、正方形断面のトンネルを掘削する場合を例として説明したが、遊星カッター１５の公転回転数と自転回転数との比は前記の例に限定されるものではなく、公転回転数と自転回転数との比を１：３に設定した場合は三角形断面、１：２に設定した場合は長方形断面、１：５に設定した場合は正五角形断面のトンネルを夫々掘削することができる。但し、掘削するトンネルの断面形状、つまり遊星カッターディスク１９の公転回転数と自転回転数との比に応じて遊星カッターディスク１９の輪郭形状を適切に設定するものとする。
【００５４】
３〕前記シールド掘進機１では、カッターヘッド４に１対の遊星カッター１５を設けているが、カッターヘッド４に１つの遊星カッター１５を装備してもよく、３つ以上の遊星カッター１５を装備してもよい。また、遊星カッタースポーク１８内に設けたアイドルギヤ３３を省略し、第２遊星ギヤ３２を第３遊星ギヤ３４に直接噛合する構造にしてもよい。
【００５５】
４〕別実施形態１（図６〜図９参照）
この矩形断面（自由断面）トンネル用シールド掘進機１Ａは、前記実施形態に記載のシールド掘進機１と同様の自由断面トンネル用シールド掘進機７０と、その両側に並列的に連結された左右１対のシールド掘進機７１，７２とを備え、大断面の偏平な横長の矩形断面トンネルを掘削可能に構成されている。シールド掘進機７１，７２も、前記実施形態のシールド掘進機１と略同様のものである。
【００５６】
シールド掘進機１Ａの前胴部材２Ａは、図７，図８に示すように偏平な矩形状に形成されているが、シールド掘進機７０，７１間には前胴部材２の部分に相当する隔壁も設けられている。シールド掘進機１Ａの後胴部材３Ａは、図９に示すように厚肉の偏平な矩形状に形成されている。中央のシールド掘進機７０のカッターヘッド４を両側のシールド掘進機７１、７２のカッターヘッド４よりも掘進方向前方に配置するとともに、この中央のシールド掘進機７０のカッターヘッド４に対して両側のシールド掘進機７１、７２のカッターヘッド４を部分的にラップさせて配置している。
【００５７】
両側のシールド掘進機７１，７２の環状スペース５２のうちの中央のシールド掘進機７０側の部分は設けられておらず、左右のシールド掘進機７１，７２の隔壁７３，７４は軸心に対して非対称の形状になっている。シールド掘進機１Ａの内部には、前記シールド掘進機１と同様に、多数のシールドジャッキ７も設けられている。
【００５８】
排土設備７５について説明すると、図６、図７に示すように、シールド掘進機１Ａの後部内の中央部には合流スクリューコンベヤ７８が設置され、この合流スクリューコンベヤ７８は、左右１対のやや小径スクリューコンベヤ７６，７７に分岐し、これら小径スクリューコンベヤ７６，７７の前端の掘削土吸入部が、中央のシールド掘進機７０の環状スペース５２の右底部と左底部に夫々突入されている。
【００５９】
次に、エレクター８１について説明する。図６、図９に示すように、エレクター８１は、上下１対のガイドフレーム８２と、エレクタフレーム８３と、エレクタ本体８４と、移動駆動モータ８５と、回転駆動モータ８６等を有する。上下１対のガイドフレーム８２は、左端から右端までの略全幅にわたり上下に一定間隔をあけて平行に設置されている。エレクタフレーム８３は、これらガイドフレーム８２に可動に支持され、環状フレーム４７に連結された移動駆動モータ８５により左右方向に移動可能に構成されている。
【００６０】
この矩形断面トンネル用シールド掘進機１Ａによれば、中央のシールド掘進機７０のカッターヘッド４を両側のシールド掘進機７１，７２のカッターヘッド４よりも掘進方向前方に配置するとともに、この中央のシールド掘進機７０のカッターヘッド４に対して両側のシールド掘進機７１，７２のカッターヘッド４を部分的にラップさせたことにより、シールド掘進機７０，７１間とシールド掘進機７０，７２間に掘削できない未掘削領域が生じることがなく、硬質の土質でも能率的に掘削可能である。
【００６１】
５〕別実施形態２（図１０〜図１３参照）
この矩形断面（自由断面）トンネル用シールド掘進機１Ｂは、前記のメイン実施形態の自由断面トンネル用シールド掘進機と同様の構造の自由断面トンネル用シールド掘進機９０と、その上下両側に並列的に連結された１対のシールド掘進機９１，９２とを備え、大断面の偏平な立長の矩形断面トンネルを掘削可能に構成されている。中央のシールド掘進機９０のカッターヘッド４を両側のシールド掘進機９１，９２のカッターヘッド４よりも掘進方向前方に配置するとともに、この中央のシールド掘進機９０のカッターヘッド４に対して両側のシールド掘進機９１，９２のカッターヘッド４を部分的にラップさせて配置してある。
【００６２】
シールド掘進機１Ｂの前胴部材２Ｂは、図１１，図１２に示すように偏平な矩形状に形成されているが、シールド掘進機９０，９１間には前胴部材２の部分に相当する隔壁も設けられている。シールド掘進機１Ｂの後胴部材３Ｂは、図１３に示すように厚肉の偏平な矩形状に形成されている。
中央のシールド掘進機９０のカッターヘッド４、遊星歯車機構５などは前記シールド掘進機１のものと同様であるが、このシールド掘進機９０の上下両面の隔壁間の間隔が狭められている関係上、前記シールド掘進機１の環状スペース５２に相当するものは省かれている。
【００６３】
最上段のシールド掘進機９１と最下段のシールド掘進機９２は、実施形態のシールド掘進機１と異なる構造のシールド掘進機であって、本願出願人が提案した特開２０００−８７８１号に記載したシールド掘進機と同様のものである。
このシールド掘進機９１，９２においては、ドラム収容部２７Ｂが、前胴部材２Ｂの内側付近部に形成され、ドラム収容部２７Ｂにカッタードラム２８が回転自在に装着されている。ここで、シールド掘進機９１，９２は、シールド掘進機９０の軸心に対して対称のものであるので、シールド掘進機９１を例として説明する。
【００６４】
図１０〜図１２に示すように、遊星歯車機構５Ｂは、サンギヤ９３と、サンギヤ９３に噛合した１対のアイドルギヤ９４と、１対のアイドルギヤ９４に夫々噛合した１対の遊星ギヤ９５を有し、サンギヤ９３はドラム収容部２７Ｂの内周壁の外面に固定され、遊星ギヤ９５とアイドルギヤ９４は、夫々軸受を介してカッタードラム２８の一部をなすプラネタリキャリアに回動自在に支持されている。
【００６５】
遊星シャフト９６は遊星カッター１５の自転中心と同心となるようにシールド掘進機９１の外周付近部に配設され、この遊星シャフト９６の後端部と遊星ギヤ９５とはスプライン結合により連結され、遊星シャフト９６の前端部が遊星カッター１５に固定的に連結されている。カッタードラム２８が回転駆動されると、遊星ギヤ９５がサンギヤ９３の回りを公転しながら自転し、その遊星ギヤ９５の回転力が遊星シャフト９６を介して遊星カッター１５に伝達され、遊星カッター１５がシールド掘進機９１の軸心を中心として公転しつつ遊星シャフト９６の中心を中心として公転方向と反対方向へ自転する。
【００６６】
尚、カッタードラム２８とカッターヘッド４とを連結し、カッタードラム２８からカッターヘッド４に回転駆動力を伝達する１対の連結部材９７が１対の遊星シャフト９６に夫々外装され、その他の連結部材４２も設けられている。
排土設備について説明すると、図１０、図１２、図１３に示すように、スクリューコンベヤ９８の掘削土吸入部がシールド掘進機９２の隔壁２２の中央壁部２４の下部を貫通してチャンバー２１の下端付近部に突入し、そのスクリューコンベヤ９８は後方上り傾斜状に配設され、チャンバー２１から吸入した掘削土を図示外のベルトコンベヤ又は搬送台車へ移送し、その後トンネル内の後方へ搬送し地上へ搬送する。
【００６７】
このシールド掘進機１Ｂによれば、シールド掘進機９０〜９２のカッターヘッド４を前記のシールド掘進機１Ａと同様に配置したので、シールド掘進機１Ａと同様に、シールド掘進機９０，９１間とシールド掘進機９０，９２間に掘削できない未掘削領域が生じることがなく、硬質の土質でも能率的に掘削可能である。
【００６８】
前記シールド掘進機１Ａ，１Ｂを部分的に変更する例について説明する。
各シールド掘進機に１つの遊星カッター１５を装備してもよく、３つ以上の遊星カッター１５を装備してもよい。
シールド掘進機１Ａにおいて、中央のシールド掘進機７０の両側のシールド掘進機７１，７２の代わりにシールド掘進機１Ｂにおけるシールド掘進機９１，９２と同様のシールド掘進機を設けてもよい。また、シールド掘進機１Ｂにおいて、中央のシールド掘進機９０の両側のシールド掘進機９１，９２の代わりに、シールド掘進機１Ａのシールド掘進機７１，７２と同様のシールド掘進機を設けてもよい。その他、本願発明の趣旨を逸脱しない範囲において前記シールド掘進機１，１１Ａ，１Ｂの各部に種々の変更を付加した形態で実施可能である。
【００６９】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、遊星シャフトの回転を第２，第３の遊星ギヤを介して遊星カッターに伝達して遊星カッターを自転させる構成としたので、遊星シャフトをシールド掘進機の外周付近部よりも軸心側に配置することができる。
【００７０】
前記遊星シャフトがシールド掘進機の外周付近部よりも軸心側にあるから、遊星シャフトに付与する回転駆動力を発生させる為の機構をシールド掘進機の外周付近部よりも軸心側に、シールド掘進機の前胴部材との間にスペースを空けて配置することができる。それ故、シールド掘進機の底部において、排土設備や排泥設備の掘削土吸入部を前記スペースの底部に配設可能となり、排土性能や排泥性能を確保することができる。尚、カッターヘッドに遊星歯車機構の一部の部材を配設するだけであるから、カッターヘッドの開口率が小さくなることもない。
請求項２の発明によれば、環状ドラムの収容部の外周壁が、前胴部材との間に、チャンバーからの掘削土の排出に供する排土設備接続可能な環状スペースを空けて配設されたので、この環状スペースの底部に排土設備や排泥設備の掘削土吸入部を配設して、チャンバーの底部から掘削土を吸入することができる。その他、請求項１と同様の効果を奏する。
【００７１】
請求項３の発明によれば、請求項１と同様に遊星シャフトの回転をカッターヘッドに第２遊星ギヤ、アイドルギヤ、第３遊星ギヤを設け、遊星シャフトの回転を第２遊星ギヤとアイドルギヤを介して第３遊星ギヤ及び遊星カッターに伝達するよう構成したので、請求項１と同様に、遊星シャフトをシールド掘進機の外周付近部よりも軸心側（内周側）に配置できる。
【００７２】
その結果、ドラム収容部及びカッタードラム、遊星歯車機構のリングギヤと第１遊星ギヤなどを、シールド掘進機の外周付近部よりも軸心側に、シールド掘進機の胴部材との間にスペースを空けて配置できる。それ故、請求項１と同様に、シールド掘進機の底部において、排土設備や排泥設備の掘削土吸入部を前記スペースの底部に配設可能となり、排土性能や排泥性能を確保することができる。尚、カッターヘッドに遊星歯車機構の一部の部材を配設するだけであるから、カッターヘッドの開口率が小さくなることもない。
【００７３】
請求項４の発明によれば、基本的に請求項３と同様の効果が得られる。
【００７４】
請求項５の発明によれば、遊星カッターの公転回転数と自転回転数との比が１：４に設定されたので、遊星カッターは、メインカッター及び遊星カッターが１回公転する間に４回自転して正方形断面の４つの角部を含む外形部分を掘削し、正方形断面のトンネルを掘削することができる。
【００７５】
請求項６の発明によれば、環状のドラム収容部の外周壁が、前胴部材との間に、チャンバーからの掘削土の排出に供する排土設備を接続可能な環状スペースを空けて配設されたので、この環状スペースの底部に排土設備や排泥設備の掘削土吸入部を配設して、チャンバーの底部から掘削土を吸入することができる。
【００７６】
請求項７の発明によれば、請求項５の自由断面トンネル用シールド掘進機の両側にシールド掘進機を連結し、中央のシールド掘進機のカッターヘッドを両側のシールド掘進機のカッターヘッドよりも掘進方向前方に配置すると共に、中央のカッターヘッドに対して両側のカッターヘッドを部分的にラップさせたので、シールド掘進機の掘削境界部に未掘削領域が生じることがない。特に、中央のシールド掘進機が請求項５の自由断面トンネル用シールド掘進機であり、遊星シャフトが外周付近部よりも軸心側に位置している関係上、中央のカッターヘッドに対して両側のカッターヘッドを部分的にラップさせる構造が簡単になる。
【００７７】
請求項８の発明によれば、請求項５に記載の自由断面トンネル用シールド掘進機の両側にこのシールド掘進機とほぼ同構造のシールド掘進機を連結し、前記中央のシールド掘進機のカッターヘッドを両側のシールド掘進機のカッターヘッドよりも掘進方向前方に配置するとともに、この中央のシールド掘進機のカッターヘッドに対して両側のシールド掘進機のカッターヘッドを部分的にラップさせたので、シールド掘進機の掘削境界部に未掘削領域が生じることがない。
【００７８】
特に、中央のシールド掘進機が請求項５の自由断面トンネル用シールド掘進機であり、遊星シャフトが外周付近部よりも軸心側に位置している関係上、中央のカッターヘッドに対して両側のカッターヘッドを部分的にラップさせる構造が簡単になる。また、３つのシールド掘進機が全て請求項５に記載のような自由断面トンネル用シールド掘進機であるから、請求項１〜４と同様に、立長の矩形断面トンネルを掘削する場合に、排土性能又は排泥性能を確保しやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る自由断面トンネル用シ−ルド掘進機の縦断側面図である。
【図２】シ−ルド掘進機の正面図である。
【図３】遊星歯車機構、カッター駆動機構等の要部拡大縦断側面図である。
【図４】遊星カッターの輪郭形状の説明図である。
【図５】変更形態に係る図３相当図である。
【図６】別実施形態の矩形断面トンネル用シールド掘進機の横断平面図である。
【図７】図６のシールド掘進機の正面図である。
【図８】図６のシールド掘進機の遊星歯車機構の構造を説明する複数位置での断面を示す断面図である。
【図９】図６のシールド掘進機の縦断正面図である。
【図１０】別実施形態に係る矩形断面トンネル用シ−ルド掘進機の横断側面図である。
【図１１】図１０のシールド掘進機の正面図である。
【図１２】図１０のシールド掘進機の遊星歯車機構の構造を説明する複数位置での断面を示す断面図である。
【図１３】図１０のシールド掘進機の縦断正面図である。
【符号の説明】
１ シールド掘進機
４ カッターヘッド
５ 遊星歯車機構
６ カッター駆動機構
１４ メインカッター
１５ 遊星カッター
２１ チャンバー
２２ 隔壁
２７ ドラム収容部
２８ カッタードラム
２９ リングギヤ
３０ 第１遊星ギヤ
３１ 遊星シャフト
３２ 第２遊星ギヤ（第１の遊星ギヤ）
３３ アイドルギヤ
３４ 第３遊星ギヤ（第２の遊星ギヤ）
４２，４３ 連結部材
５２ 環状スペース
【発明の属する技術分野】
本発明は、自由断面トンネル用シ−ルド掘進機に関し、特にメインカッターの他にメインカッターの回転に連動して公転しつつ自転する遊星カッターを設けて自由断面トンネルや矩形断面トンネルを掘削するシ−ルド掘進機において遊星歯車機構の構造とそれに関連する構造を改良したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
地下鉄道や上下水道等のトンネルをシールド工法により構築する際に使用する掘削装置としてシールド掘進機がある。シールド掘進機は通常円形断面トンネルを掘削可能であるが、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ている。尚、矩形断面とは、正方形断面を含むものとする。
【０００３】
特開平１０−６１３８２号公報に記載の多角形孔掘削装置（自由断面トンネル用シールド掘進機）は、断面矩形状の胴部材及びシールド枠と、このシールド枠の前端側に配置されたディスク本体（ビット本体）とディスク本体に装備された１対の遊星カッターとを備えたカッターディスクと、カッター駆動機構と、ディスク本体と同期して遊星カッターを自転させつつ公転させる遊星歯車機構とを有する。この遊星歯車機構は、太陽ギヤと遊星アイドルギヤと遊星カッターの自転中心と同心の遊星ギヤとからなり、この遊星歯車機構はディスク本体に装備されている。
【０００４】
カッター駆動機構によりディスク本体を回転駆動すると、遊星アイドルギヤが太陽ギヤを中心に公転しつつ自転し、この遊星アイドルギヤを介して遊星ギヤが自転し、遊星カッターが太陽ギヤを中心に公転しつつ遊星ギヤと一体的に自転する。この遊星カッター付きシールド掘進機では、ディスク本体に遊星歯車機構の全部を組み込んでいるため、カッターディスクの開口率が小さくなり、掘削土をカッターディスクの後側のチャンバー内へ効率よく取り込むことができない。
【０００５】
そこで、本願出願人等は、特開２０００−８７８１号において、前記開口率を大きくし、遊星カッターを自転させる駆動力伝達系を簡単化した自由断面トンネル用シールド掘進機を提案した。このシールド掘進機においては、遊星カッターをディスク本体の回転に連動させて自転させる為の遊星歯車機構を含む構造を次のように構成している。カッターディスクの後側にチャンバーを画成する隔壁を設け、この隔壁の外周付近部にカッタードラムを収容する環状のドラム収容部を設け、このドラム収容部の内周壁の外面に、遊星歯車機構の太陽ギヤを固定し、この太陽ギヤに１対のアイドルギヤを介して１対の遊星ギヤを夫々噛合させ、これら遊星ギヤに夫々スプライン結合した遊星シャフトの前端部を遊星カッターに固定的に連結している。
【０００６】
他方、特開平９−１７０３９９号公報には、偏平な矩形状の大断面トンネルを掘削する為の矩形断面トンネル用シールド掘進機が提案されている。このシールド掘進機では、３つの主カッターディスクと、それを回転駆動する機構と、矩形の４隅に配置した４つの補助カッターディスクと、これらカッターディスクで掘削できない未掘削領域となる位置に配設された８つのローラ状のカッタードラム（ドラムカッター）とを備え、３つの主カッターディスクをその両側の２つの主カッターディスクよりも前側に配置してそれらと部分的にラップさせてある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記特開平１０−６１３８２号公報のシールド掘進機では、チャンバーの前側のカッターディスクに、遊星歯車機構を組み込んであるため、チャンバーへの掘削土の取入口が小さくなりカッターディスクの開口率が小さくなる。 特開２０００−８７８１号の自由断面トンネル用シールド掘進機では、遊星歯車機構を隔壁のドラム収容部内に設けたため、カッターディスクの開口率を大きくすることができ、遊星カッターを駆動する回転駆動機構を簡単化できる。
【０００８】
しかし、遊星シャフトを遊星カッターの自転中心と同心に配置する関係上、また、遊星カッターの自転中心はシールド掘進機の外周付近部に設ける必要がある関係上、遊星シャフトがシールド掘進機の外周付近部に位置することになる。そのため、ドラム収容部をシールド掘進機の外周付近部に設けなければならないから、排土設備のスクリューコンベヤの掘削土吸入部をシールド掘進機の外周付近部に設けることが不可能となり、ドラム収容部よりも内周側に配置せざる得なくなる。そのため、スクリューコンベヤの掘削土吸入部をチャンバーの底部に臨むように配置できず、掘削土吸入部の位置が高くなるため、流動性の悪い掘削土の場合、チャンバーの外周付近部の掘削土が排出されにくくなり、排土性能を高めることが困難となる。
【０００９】
特開平９−１７０３９９号公報の矩形断面トンネル用シールド掘進機では、主カッターディスク、補助カッターディスク、カッタードラム（ドラムカッター）などの掘削部材の数が多く、それらの回転駆動系の構造が複雑となり、製作費が高くなる。
【００１０】
本発明の目的は、遊星シャフトを外周付近部よりも軸心側に配置してチャンバーからの掘削土の排出性能を高めた自由断面トンネル用シールド掘進機を提供すること、未掘削領域を残さずに大断面の偏平な矩形トンネルを掘削可能な簡単な構造のカッターヘッド回転駆動機構を有する自由断面トンネル用シールド掘進機を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の自由断面トンネル用シールド掘進機は、メインカッターと遊星カッターとを有するカッターヘッドと、カッターヘッドを回転駆動するカッター駆動手段と、カッター駆動手段の回転駆動力によりメインカッター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とを備え、遊星カッターの輪郭形状をその遊星カッターの公転回転数と自転回転数との比に応じて形成して自由断面トンネルを掘削可能に構成したシールド掘進機において、前記シールド掘進機の外周付近部よりも軸心側においてカッターヘッドの後側のチャンバーを挿通する遊星シャフトであって遊星カッターを自転させる回転駆動力を伝達する遊星シャフトと、前記遊星シャフトの後端部に連結された第１遊星ギヤと、前記カッターヘッド内に夫々装備された第２遊星ギヤ及び遊星カッターの自転軸心と同心状の第３遊星ギヤとを有し、遊星シャフトの回転駆動力を遊星カッターに伝達させるようにしたことを特徴とするものである。
【００１２】
カッター駆動手段により、カッターヘッドのメインカッターと遊星カッターを回転駆動して円形断面に掘削すると共に、遊星カッターをメインカッターの回転に連動して自転させ、遊星カッターにより自由断面のうちの円形からはみ出す外側部分や角部分を掘削し、自由断面トンネルを掘削する。尚、「自由断面」とは正方形や矩形や多角形や楕円や長円形などの非円形断面ないし異形断面のことである。
【００１３】
遊星カッターを自転させる回転駆動力は、遊星シャフトから第２遊星ギヤを介して第３遊星ギヤに伝達され、遊星カッターが自転する。
遊星カッターの自転軸心はシールド掘進機の外周付近部に配設されるため、第３遊星ギヤもカッターヘッドの外周付近部に配設されるから、第２遊星ギヤと遊星シャフトの位置は、シールド掘進機の外周付近部よりも軸心側の位置になる。そのため、遊星シャフトに付与する回転駆動力を発生させる機構をシールド掘進機の外周付近部よりも軸心側の位置に、シールド掘進機の前胴部材との間に環状スペースを空けて配置可能となる。それ故、シールド掘進機の底部において、排土設備や排泥設備の掘削土吸入部を前記環状スペースの底部に配設することができる。
請求項２の自由断面トンネル用シールド掘進機は、請求項１の前提構成と同様の前提構成を備えたシールド掘進機において、前記遊星歯車機構は、シールド掘進機の外周付近部よりも軸心側においてカッターヘッドの後側のチャンバーを挿通する遊星シャフトであって遊星カッターを自転させる回転駆動力を伝達する遊星シャフトと、前記遊星シャフトの後端部に連結された第１遊星ギヤと、前記カッターヘッド内に夫々装備された第２遊星ギヤ及び遊星カッターの自転軸心と同心状の第３遊星ギヤとを有し、前記カッターヘッドの後側にチャンバーを隔てて位置する隔壁とこの各壁で構成される環状のドラム収容部を設け、前記環状のドラム収容部の外周壁が、前胴部材との間に排土設備を接続可能な環状スペースを空けて配設されたことを特徴とするものである。
それ故、チャンバー内に取り込まれた掘削土を、この環状スペースに導入した排土設備や排泥の掘削土吸入部へ吸入して排出することができる。その他の作用は、請求項１と同様である。
【００１４】
請求項３の自由断面トンネル用シールド掘進機は、請求項１の前提構成と同様の前提構成を備えたシールド掘進機において、前記カッターヘッドの後側にチャンバーを隔てて位置する隔壁とこの隔壁で構成される環状のドラム収容部を設け且つこのドラム収容部にカッター駆動手段で回転駆動されるカッタードラムを回転自在に装着し、カッタードラムをカッターヘッドに連結する複数の連結部材を設け、前記遊星歯車機構は、ドラム収容部の外周壁の内面に固定されたリングギヤと、このリングギヤに噛合した第１遊星ギヤと、カッターヘッドに夫々設けられた第２遊星ギヤ及びアイドルギヤ及び遊星カッターの自転軸心と同心の第３遊星ギヤと、第１遊星ギヤの回転駆動力を第２遊星ギヤに伝達する遊星シャフトとを備え、前記遊星シャフトの回転駆動力を第２遊星ギヤからアイドルギヤを介して第３遊星ギヤに伝達して遊星カッターを自転させるように構成したことを特徴とするものである。
【００１５】
カッター駆動手段により、カッターヘッドのメインカッターと遊星カッターを回転駆動して円形断面に掘削し、遊星カッターをメインカッターの回転に連動して自転させ、遊星カッターにより自由断面のうちの円形からはみ出す外側部分や角部分を掘削し、自由断面トンネルを掘削する。カッターヘッドが回転するとき、リングギヤに噛合している第１遊星ギヤが公転しつつ自転し、この回転力が遊星シャフト、第２遊星ギヤ、アイドルギヤを介して第３遊星ギヤに伝達され、第３遊星ギヤと遊星カッターとが自転する。
【００１６】
遊星カッターの自転軸心はカッターヘッドの外周付近部に配設されるため、第３遊星ギヤもカッターヘッドの外周付近部に配設される。そのため、第２遊星ギヤと遊星シャフトの位置は、外周付近部よりも軸心側（内周側）の位置、シールド掘進機の軸心付近部よりもやや外周側の位置になる。その結果、遊星シャフトに付与する回転駆動力を発生させる機構（リングギヤや第１遊星ギヤ）とドラム収容部とカッタードラムを、シールド掘進機の外周付近部よりも軸心側の位置に、シールド掘進機の前胴部材との間に環状スペースを空けて配置可能となる。それ故、シールド掘進機の底部において排土設備や排泥設備の掘削土吸入部を前記環状スペースの底部に配設し、チャンバーの底部から掘削土を吸入可能になる。
【００１７】
請求項４の自由断面トンネル用シールド掘進機は、請求項１の前提構成と同様の前提構成を備えたシールド掘進機において、前記カッターヘッドの後側にチャンバーを隔てて位置する隔壁とこの隔壁で構成される環状のドラム収容部を設け且つこのドラム収容部にカッター駆動手段で回転駆動されるカッタードラムを回転自在に装着し、カッタードラムをカッターヘッドに連結する複数の連結部材を設け、前記遊星歯車機構は、ドラム収容部の内周壁の外面に固定されたサンギヤと、このサンギヤに噛合した第１遊星ギヤと、カッターヘッドに夫々設けられた第２遊星ギヤ及びアイドルギヤ及び遊星カッターの自転軸心と同心の第３遊星ギヤと、第１遊星ギヤの回転駆動力を第２遊星ギヤに伝達する遊星シャフトとを備え、前記遊星シャフトの回転駆動力を第２遊星ギヤからアイドルギヤを介して第３遊星ギヤに伝達して遊星カッターを自転させるように構成したことを特徴とするものである。
【００１８】
この請求項４の自由断面トンネル用シールド掘進機は、前記リングギヤの代わりにサンギヤを設け、このサンギヤに第１遊星ギヤを噛合させた点で、請求項２の装置と異なるのみであり、カッターヘッドが回転するとき、サンギヤに噛合している第１遊星ギヤが公転しつつ自転し、この回転力が遊星シャフト、第２遊星ギヤ、アイドルギヤを介して第３遊星ギヤに伝達され、第３遊星ギヤと遊星カッターとが自転する。その他の作用は、請求項３と同様である。
【００１９】
請求項５の自由断面トンネル用シールド掘進機は、請求項１〜４の何れかの発明において、前記遊星カッターの公転回転数と自転回転数との比が１：４に設定され、正方形断面トンネルを掘削可能に構成されたことを特徴とするものである。それ故、遊星カッターは、メインカッターが１回転すると４回自転して正方形断面の４つの角部を含む外側部分を掘削する。
【００２０】
請求項６の自由断面トンネル用シールド掘進機は、請求項３又は４の発明において、前記環状のドラム収容部の外周壁が、前胴部材との間に排土設備を接続可能な環状スペースを空けて配設されたことを特徴とするものである。それ故、チャンバー内に取り込まれた掘削土を、この環状スペースに導入した排土設備や排泥設備の掘削土吸入部へ吸入して排出することができる。
【００２１】
請求項７の自由断面トンネル用シールド掘進機は、請求項５に記載の自由断面トンネル用シールド掘進機の両側にシールド掘進機を連結し、前記中央のシールド掘進機のカッターヘッドを両側のシールド掘進機のカッターヘッドよりも掘進方向前方に配置するとともに、この中央のシールド掘進機のカッターヘッドに対して両側のシールド掘進機のカッターヘッドを部分的にラップさせたことを特徴とするものである。それ故、複数のシールド掘進機を並列的に連結した構造のシールド掘進機であるが、未掘削領域を残すことなく、偏平な立長または横長の矩形断面トンネル（大断面トンネルの場合もある）を掘削可能である。尚、前記自由断面トンネル用シールド掘進機の両側の各シールド掘進機は、中央の自由断面トンネル用シールド掘進機と同様の自由断面トンネル用シールド掘進機であってもよく、その他の構造のシールド掘進機であってもよい。
【００２２】
請求項８の自由断面トンネル用シールド掘進機は、請求項５に記載の自由断面トンネル用シールド掘進機の両側にこのシールド掘進機とほぼ同構造のシールド掘進機を連結し、前記中央のシールド掘進機のカッターヘッドを両側のシールド掘進機のカッターヘッドよりも掘進方向前方に配置するとともに、この中央のシールド掘進機のカッターヘッドに対して両側のシールド掘進機のカッターヘッドを部分的にラップさせたことを特徴とするものである。それ故、請求項６と同様に、未掘削領域を残すことなく偏平な立長または横長の矩形断面トンネル（大断面トンネルの場合もある）を掘削可能である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。本実施形態は、正方形断面トンネルを掘削する自由断面トンネル用シールド掘進機に本発明を適用した場合の例である。尚、掘進方向に向かって前後左右を前後左右として説明する。このシールド掘進機１は、図１、図２に示すように、正方形断面の前胴部材２及び後胴部材３と、カッターヘッド４と、遊星歯車機構５と、カッター駆動機構６と、複数のシールドジャッキ７と、排土設備８と、エレクター９等を有する。
【００２４】
前胴部材２と後胴部材３について説明する。図１に示すように、前胴部材２の後端部に、中折れ部１０及び複数の中折れジャッキ１１を介して後胴部材３が連結され、後胴部材３の後端部には２列のテールグラウトシール１２が設けられている。
【００２５】
次に、カッターヘッド４について説明する。図１〜３に示すように、カッターヘッド４は前胴２の前端側に配設され、このカッターヘッド４は、センターフレーム１３と、メインカッター１４と、遊星カッタースポーク１８と、この遊星カッタースポーク１８に装着された遊星カッター１５とを有する。センターフレーム１３は横向き状の略円筒体に形成され、このセンターフレーム１３の外周の前半部には、メインカッター１４の２本のメインカッタースポーク１４ａが正面視で１８０度対称位置に溶接接合されている。各メインカッタースポーク１４ａは外径側程幅広の略扇形に形成され、その回転中心から外径部分までの長さが前記正方形断面の１辺の１／２の長さに形成され、メインカッタースポーク１４ａの前面には多数のカッタービット１６が付設され、加泥剤吐出口１７も形成されている。
【００２６】
センタフレーム１３の後部には、メインカッタースポーク１４ａに対して９０度位相が異なる１対の遊星カッタースポーク１８が固定されている。各遊星カッタースポーク１８には、ほぼ木の葉形状の遊星カッター１５が回転自在に枢着されている。各遊星カッタースポーク１８は、後述の第２遊星ギヤ３２とアイドルギヤ３３と第３遊星ギヤ３４とを枢着できるようなほぼ扇形に形成され、各遊星カッター１５は遊星カッタースポーク１８の前側に配置されている。
【００２７】
各遊星カッタースポーク１８は、メインカッタースポーク１４ａと同様に、前記正方形断面トンネルの１辺の１／２長さに形成されている。遊星カッター１５の正面視における輪郭形状は、遊星カッター１５の公転回転数と自転回転数の比に応じてほぼ木の葉状に形成されている。各遊星カッター１５の前面の外周部には多数のビット２０が付設されている。各遊星カッター１５の外周側の端部寄り部分に第３遊星ギヤ３４の軸部３５が固定され、この軸部３５が遊星カッター１５の自転軸になっている。尚、１対の遊星カッター１５はカッターヘッド４の公転中心に対して対称に配置されている。
【００２８】
次に、チャンバー２１と隔壁２２とカッタードラム２８等について説明する。図１、図３に示すように、カッターヘッド４の後側にはチャンバー２１が形成され、前胴部材２にはチャンバー２１を隔てて位置する隔壁２２であってチャンバー２１の後端を仕切る隔壁２２が設けられ、この隔壁２２は前胴部材２に溶接接合されている。隔壁２２は、トンネル軸心と同心の円筒部２３と、円筒部２３の前端を封鎖する中央壁部２４と、円筒部２３の後端と前胴部材２に溶接接合された開口壁部２５と、開口壁部２５及び円筒部２３と協働して環状のドラム収容部２７を形成する断面Ｌ形の環状壁部２６とで構成されている。環状壁部２６の筒状壁２６ａと前胴部材２間には外形が正方形状の環状スペース５２が形成されている。環状壁部２６の環状板部２６ｂの外周は前胴部材２に溶接接合され、筒状壁２６ａの後端は開口壁部２５に溶接接合されている。
【００２９】
環状のドラム収容部２７は、シールド掘進機１の軸心付近部よりも外周側で且つ外周付近部よりも内周側に形成され、ドラム収容部２７の前端はチャンバー２１に開放されている。ドラム収容部２７には、カッタードラム２８が回転自在に装着され、カッタードラム２８の内側と外側の環状隙間には、複数のシール部材兼軸受部材２８ａ，２８ｂが装着されている。
【００３０】
次に、遊星歯車機構５について説明する。遊星歯車機構５は、リングギヤ２９と、１対の第１遊星ギヤ３０と、１対の遊星シャフト３１と、１対の第２遊星ギヤ３２と、１対のアイドルギヤ３３と、１対の第３遊星ギヤ３４とを有する。
リングギヤ２９はドラム収容部２７の外周壁（環状壁部２６の筒状部２６ａ）の内面に固定され、第１遊星ギヤ３０はドラム収容部２７内でリングギヤ２９に噛合している。尚、遊星歯車機構５の回転部材（３０〜３４）の軸心はトンネル軸心と平行である。
【００３１】
第２遊星ギヤ３２とアイドルギヤ３３と第３遊星ギヤ３４は、遊星カッタースポーク１８内に設けられ、第２遊星ギヤ３２はアイドルギヤ３３を介して第３遊星ギヤ３４に噛合し、第３遊星ギヤ３４の軸部３５の前端部に遊星カッター１５が固着されている。この軸部３５は、遊星カッタースポーク１８を長さ方向に３等分する２点のうちの外周側の３等分の近傍位置に１対の軸受３６を介して回動自在に支持されている。
【００３２】
遊星シャフト３１は、ドラム収容部２７と同じ半径方向位置に位置してドラム収容部２７の前側にチャンバー２１を挿通する状態に配設され、１対の軸受３７ａ，３７ｂにより回動自在に支持されている。遊星シャフト３１の後部はカッタードラム２８の前部を挿通し、遊星シャフト３１の後端部に第１遊星ギヤ３０が回転力伝達可能に連結され、遊星シャフト３１の前端部に第２遊星ギヤ３２が回転力伝達可能に連結されている。
【００３３】
遊星シャフト３１の後端部は、カッタードラム２８の後部をなすプラネタリキャリヤ３８に軸受３７ａを介して回動自在に支持されている。遊星シャフト３１の前端部は、遊星カッタースポーク１８の前壁部３９に軸受３７ｂを介して回動自在に支持され、第１遊星ギヤ３０の回転駆動力を第２遊星ギヤ３１に伝達するように構成されている。尚、遊星カッタースポーク１８内への土砂の侵入を防止用の封鎖板４０、４１も設けられている。
【００３４】
遊星シャフト３１のうちのチャンバー２１内の部分には、遊星シャフト３１を覆う為の筒状の連結部材４２が外装され、連結部材４２の後端がカッタードラム２８に固定され、連結部材４２の前端が遊星カッタースポーク１８に固定されている。各メインカッタースポーク１４ａは、連結部材４２よりもやや長い連結部材４３を介してカッタードラム２８に連結されている。カッタードラム２８に入力された回転駆動力は、１対の連結部材４２と１対の連結部材４３を介してカッターヘッド４に伝達され、カッタードラム２８とカッターヘッド４は一体的に回転するようになっている。
【００３５】
次に、カッター駆動機構６について説明する。カッター駆動機構６は、環状ギヤ４４と、環状ギヤ４４を回転駆動する複数のカッター駆動モータ４５などを有する。各カッター駆動モータ４５のモータ軸に固着のピニオンギヤ４６が環状ギヤ４４に噛合し、環状ギヤ４４はカッタードラム２８及びプラネタリキャリヤ３８に固定され、カッター駆動モータ４５は開口壁部２５に布設されている。尚、リングギヤ４４は図示外の旋回軸受を介して開口壁部２５に支承されている。
【００３６】
複数のカッター駆動モータ４５が作動すると、環状ギヤ４４、カッタードラム２８（プラネタリキャリヤ３８を含む）がシールド掘進機１の中心（トンネル軸心）を回転中心として公転回転し、複数の連結部材４２、４３を介してカッターヘッド４（メインカッター１４と遊星カッター１５を含む）および遊星歯車機構５がカッタードラム２８と一体的に公転回転する。カッタードラム２８と共に第１遊星ギヤ３０が公転回転するため第１遊星ギヤ３０が自転回転し、遊星シャフト３１と第２遊星ギヤ３２も自転回転し、その自転回転がアイドルギヤ３３を介して第３遊星ギヤ３４に伝達され、遊星カッター１５が第３遊星ギヤ３４と一体的に自転回転し、遊星カッター１９がカッターヘッド４と一体的に公転しつつ、公転回転速度の例えば４倍の回転速度で自転回転する。
【００３７】
次に、複数のシールドジャッキ７について説明する。図１に示すように、掘進の推力を発生させる為の複数のシールドジャッキ７は、前胴部材２の後部と後胴部材３の前端部の内側に周方向適当間隔おきに前後方向向きに配設されている。 各シールドジャッキ７は、後胴部材３の前端部内面に固着された環状フレーム４７に固定的に付設され、シールドジャッキ７のロッドの先端部には偏心金具４８を介してスプレッダー４９が連結され、複数のシールドジャッキ７の反力をトンネルの内面に覆工済みのセグメント５０にとって掘進推力を発生させる。
【００３８】
次に、排土設備８について説明する。図１に示すように、隔壁２２の開口壁部２５の下端部から後方上り傾斜状に、スクリューコンベヤ５１が配設されている。環状壁部２６と開口壁部２５と前胴部材２とで区画された環状スペース５２のうちの底部には、連通穴２６ａを介してチャンバー２１に連通する排出部５２ａが形成され、スクリューコンベヤ５１の掘削土吸入部５１ａが排出部５２ａに配設され、スクリューコンベヤ５１はチャンバー２１から排出部５２ａに流入した掘削土を吸入して後方へ移送し、後胴部材３内から後方へ延びるベルトコンベヤへ移送する。そのベルトコンベヤに送られた掘削土は図示外のベルトコンベヤによりトンネル内の後方へ搬送され、地上に搬送される。
【００３９】
次に、エレクター９について説明する。図１に示すように、エレクター９は、正方形断面トンネルの内面にセグメント５０を組み付ける装置である。前記の環状フレーム４７には複数のブラケット５６がリング状に設けられ、これらブラケット５６に案内ローラ５８が夫々回動自在に支持されている。リング状のエレクタドラム５３はそれら案内ローラ５８に回転自在に支持され、このエレクタドラム５３には後方へ張り出すようにエレクタ本体５４が付設され、エレクタドラム５３はブラケット５９に取付けられた回転駆動モータ５５で回転駆動可能になっている。即ち、エレクタドラム５３の内周面にチェーン部材又はラックが固定され、回転駆動モータ５５の出力軸のピニオンがチェーン部材又はラックに噛合している。
【００４０】
尚、隔壁２２の中央壁部２４にはロータリジョイント６０が連結され、このロータリジョイント６０の外筒部材６１は中央壁部２４に固定され、このロータリジョイント６０には加泥剤通路とグリース導入流路等が設けられている。
【００４１】
前記の遊星歯車機構５においては、遊星カッター１５の公転回転数と自転回転数の比は、リングギヤ２９、第１遊星ギヤ３０、第２遊星ギヤ３２、アイドルギヤ３３、第３遊星ギヤ３４の歯数を適切に設定することで任意に設定できる。
このシールド掘進機１においては、遊星カッターディスク１９の公転回転数と自転回転数との比が１：４に設定され、カッターヘッド４が１回転する間に遊星カッター１５が４回自転し、正方形断面トンネル（矩形断面トンネル）を掘削可能に構成されている。
【００４２】
遊星カッターディスク１９の正面視の輪郭形状はほぼ木の葉状の形状であるが、その輪郭形状について、図４に基づいて説明する。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でこのトンネルを掘削するには、遊星カッター１５が公転しつつ自転する際、遊星カッター１５が常にこの正方形ｈに内接するような軌跡を描く必要がある。遊星カッターディスク１９が１回公転しつつ４回自転すると、遊星カッター１５の公転中心Ｏから最も遠い最遠点部の軌跡が正方形ｈを描くように、遊星カッターディスク１９の輪郭形状が決定されている。
【００４３】
ここで、メインカッター１４で掘削する円形領域の外形を円Ｊとし、遊星カッター１５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１５を角度θ（θ＝１５°）づつ回転させた場合の各角度における遊星カッター１５の自転中心Ｏｂの位置を示す。正方形ｈ上の点Ｐ1 ，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。
【００４４】
遊星カッター１５の自転中心Ｏｂが点ｍ1 にある場合、遊星カッターディスク１９が正方形ｈと内接するためには、遊星カッターディスク１９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。次に、遊星カッター１５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１５が正方形ｈと内接するためには、遊星カッター１５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。
【００４５】
以下同様に、遊星カッター１５が点ｍ3 の位置に移動した場合、遊星カッター１５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１５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１５の半径長さをｎ１，ｎ２，・・・に設定することで、遊星カッター１５の輪郭形状が決定される。そのため遊星カッター１５の輪郭形状はほぼ木の葉状となる。このように遊星カッター１５の正面視における輪郭形状を設定することで、各遊星カッター１５で正方形断面の角部を掘削できるため、正方形断面のトンネルを掘削できる。
【００４６】
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。
シ−ルド掘進機１で正方形断面のトンネルを掘削する際には、複数のシールドジャッキ７により掘進の推力を発生させつつ、カッター駆動モータ４５を回転駆動させると、ピニオンギヤ４６と環状ギヤ４４を介してカッタードラム２８が回転し、複数の連結部材４２、４３を介してカッタードラム２８と一体的にカッターヘッド４が回転する。このカッターヘッド４の回転により、メインカッター１４と遊星カッター１５が回転し、主にメインカッター１４の回転により正方形断面トンネル内の円形断面部分（図４の円Ｊの部分）が掘削される。
【００４７】
一方、遊星カッター１５は、カッターヘッド４の回転によりカッターヘッド４の中心を中心として公転するが、カッタードラム２８の自転により、遊星歯車機構５の前記の作用により、第１遊星ギヤ３０、遊星シャフト３１、第２遊星ギヤ３２、アイドルギヤ３３、第３遊星ギヤ３４が夫々自転し、遊星カッター１５が第３遊星ギヤ３４と同心状に自転する。遊星カッター１５の公転回転数と自転回転数との比が１：４であるので、カッターヘッド４が１回転する間に、遊星カッターディスク１９はカッターヘッド４の回転方向とは逆方向に４回転自転する。
【００４８】
このように、遊星カッター１５を公転させつつ自転させることにより、遊星カッター１５は、常に正方形Ｋに内接しながら自転しつつ公転する。よって、この自転しつつ公転する遊星カッター１５により、円形断面のトンネルの４つの角部が掘削され、メインカッター１４と遊星カッター１５との協働により正方形断面のトンネルが掘削される。そして、１リング分の掘削毎に掘進を停止して、エレクター９を用いてトンネルの内面にセグメント５０を組付けていき、その後掘進が再開される。
【００４９】
以上説明したシールド掘進機１によれば、遊星歯車機構５のリングギヤ２９と第１遊星ギヤ３０をドラム収容部２７内に配設し、遊星シャフト３１をシールド掘進機１の外周付近部よりもシールド掘進機１の軸心側（内周側）に配設し、カッターヘッド４の遊星カッタースポーク１８内に第２遊星ギヤ３２とアイドルギヤ３３と第３遊星ギヤ３４とを配設し、第３遊星ギヤ３４の軸部３５（遊星カッター１５の自転中心）をシールド掘進機１の外周付近部に配置したので、ドラム収容部２７とカッタードラム２８とリングギヤ２９と第１遊星ギヤ３０とを、シールド掘進機１の外周付近部よりも軸心側に、前胴部材２との間に環状スペース５２を空けて配設できる。
【００５０】
その結果、排土設備又は排泥設備の掘削土吸入部５１ａを環状スペース５２の底部に配置し、チャンバー２１の底部から掘削土を吸入することができるから、排土性能又は排泥性能を確保することができる。そして、遊星歯車機構５のリングギヤ２９をドラム収容部２７の外周壁の内面に設けたため、環状ギヤ４４とプラネタリキャリア３８とカッタードラム２８の一体的な連結の面で有利である。また、メインカッター１４と遊星カッター１５とを有するカッターヘッド４を設け、遊星歯車機構５の一部だけをカッターヘッド４に装備したので、カッターヘッド４の開口率を十分確保できる。
【００５１】
次に、本実施形態を部分的に変更した変更形態や別実施形態について説明する。但し、前記実施形態と同機能の部材には同一符号を付して説明を省略する。
１〕変更形態（図５参照）
このシールド掘進機１Ｃは、シールド掘進機１の遊星歯車機構５の構造を部分的に変更した遊星歯車機構５Ｃを採用している。この遊星歯車機構５Ｃにおいては、リングギヤ２９の代わりにドラム収容部２７の内周壁に固定されたサンギヤ２９Ｃが設けられ、第１遊星ギヤ３０がサンギヤ２９Ｃに噛合している。
【００５２】
カッタードラム２８Ｃの一部であるプラネタリキャリア３８Ｃは、第１遊星ギヤ３０の外周側を経由して前方へ延びカッタードラム２８Ｃと一体的に連結されている。 この遊星歯車機構５Ｃは、前記遊星歯車機構５とほぼ同様に作動する。即ち、カッタードラム２８Ｃが回転駆動されると、第１遊星ギヤ３０はサンギヤ２９Ｃの回りを公転しながら自転し、その自転回転が、遊星シャフト３１，第２遊星ギヤ３２、アイドルギヤ３３を介して第３遊星ギヤ３４に伝達され、遊星カッター１５が公転しつつ自転する。尚、遊星カッター１５の公転回転数と自転回転数の比が１：４となるように、ギヤ類の歯数が設定されている。
【００５３】
２〕前記シールド掘進機１では、遊星カッター１５の公転回転数と自転回転数との比を１：４に設定し、正方形断面のトンネルを掘削する場合を例として説明したが、遊星カッター１５の公転回転数と自転回転数との比は前記の例に限定されるものではなく、公転回転数と自転回転数との比を１：３に設定した場合は三角形断面、１：２に設定した場合は長方形断面、１：５に設定した場合は正五角形断面のトンネルを夫々掘削することができる。但し、掘削するトンネルの断面形状、つまり遊星カッターディスク１９の公転回転数と自転回転数との比に応じて遊星カッターディスク１９の輪郭形状を適切に設定するものとする。
【００５４】
３〕前記シールド掘進機１では、カッターヘッド４に１対の遊星カッター１５を設けているが、カッターヘッド４に１つの遊星カッター１５を装備してもよく、３つ以上の遊星カッター１５を装備してもよい。また、遊星カッタースポーク１８内に設けたアイドルギヤ３３を省略し、第２遊星ギヤ３２を第３遊星ギヤ３４に直接噛合する構造にしてもよい。
【００５５】
４〕別実施形態１（図６〜図９参照）
この矩形断面（自由断面）トンネル用シールド掘進機１Ａは、前記実施形態に記載のシールド掘進機１と同様の自由断面トンネル用シールド掘進機７０と、その両側に並列的に連結された左右１対のシールド掘進機７１，７２とを備え、大断面の偏平な横長の矩形断面トンネルを掘削可能に構成されている。シールド掘進機７１，７２も、前記実施形態のシールド掘進機１と略同様のものである。
【００５６】
シールド掘進機１Ａの前胴部材２Ａは、図７，図８に示すように偏平な矩形状に形成されているが、シールド掘進機７０，７１間には前胴部材２の部分に相当する隔壁も設けられている。シールド掘進機１Ａの後胴部材３Ａは、図９に示すように厚肉の偏平な矩形状に形成されている。中央のシールド掘進機７０のカッターヘッド４を両側のシールド掘進機７１、７２のカッターヘッド４よりも掘進方向前方に配置するとともに、この中央のシールド掘進機７０のカッターヘッド４に対して両側のシールド掘進機７１、７２のカッターヘッド４を部分的にラップさせて配置している。
【００５７】
両側のシールド掘進機７１，７２の環状スペース５２のうちの中央のシールド掘進機７０側の部分は設けられておらず、左右のシールド掘進機７１，７２の隔壁７３，７４は軸心に対して非対称の形状になっている。シールド掘進機１Ａの内部には、前記シールド掘進機１と同様に、多数のシールドジャッキ７も設けられている。
【００５８】
排土設備７５について説明すると、図６、図７に示すように、シールド掘進機１Ａの後部内の中央部には合流スクリューコンベヤ７８が設置され、この合流スクリューコンベヤ７８は、左右１対のやや小径スクリューコンベヤ７６，７７に分岐し、これら小径スクリューコンベヤ７６，７７の前端の掘削土吸入部が、中央のシールド掘進機７０の環状スペース５２の右底部と左底部に夫々突入されている。
【００５９】
次に、エレクター８１について説明する。図６、図９に示すように、エレクター８１は、上下１対のガイドフレーム８２と、エレクタフレーム８３と、エレクタ本体８４と、移動駆動モータ８５と、回転駆動モータ８６等を有する。上下１対のガイドフレーム８２は、左端から右端までの略全幅にわたり上下に一定間隔をあけて平行に設置されている。エレクタフレーム８３は、これらガイドフレーム８２に可動に支持され、環状フレーム４７に連結された移動駆動モータ８５により左右方向に移動可能に構成されている。
【００６０】
この矩形断面トンネル用シールド掘進機１Ａによれば、中央のシールド掘進機７０のカッターヘッド４を両側のシールド掘進機７１，７２のカッターヘッド４よりも掘進方向前方に配置するとともに、この中央のシールド掘進機７０のカッターヘッド４に対して両側のシールド掘進機７１，７２のカッターヘッド４を部分的にラップさせたことにより、シールド掘進機７０，７１間とシールド掘進機７０，７２間に掘削できない未掘削領域が生じることがなく、硬質の土質でも能率的に掘削可能である。
【００６１】
５〕別実施形態２（図１０〜図１３参照）
この矩形断面（自由断面）トンネル用シールド掘進機１Ｂは、前記のメイン実施形態の自由断面トンネル用シールド掘進機と同様の構造の自由断面トンネル用シールド掘進機９０と、その上下両側に並列的に連結された１対のシールド掘進機９１，９２とを備え、大断面の偏平な立長の矩形断面トンネルを掘削可能に構成されている。中央のシールド掘進機９０のカッターヘッド４を両側のシールド掘進機９１，９２のカッターヘッド４よりも掘進方向前方に配置するとともに、この中央のシールド掘進機９０のカッターヘッド４に対して両側のシールド掘進機９１，９２のカッターヘッド４を部分的にラップさせて配置してある。
【００６２】
シールド掘進機１Ｂの前胴部材２Ｂは、図１１，図１２に示すように偏平な矩形状に形成されているが、シールド掘進機９０，９１間には前胴部材２の部分に相当する隔壁も設けられている。シールド掘進機１Ｂの後胴部材３Ｂは、図１３に示すように厚肉の偏平な矩形状に形成されている。
中央のシールド掘進機９０のカッターヘッド４、遊星歯車機構５などは前記シールド掘進機１のものと同様であるが、このシールド掘進機９０の上下両面の隔壁間の間隔が狭められている関係上、前記シールド掘進機１の環状スペース５２に相当するものは省かれている。
【００６３】
最上段のシールド掘進機９１と最下段のシールド掘進機９２は、実施形態のシールド掘進機１と異なる構造のシールド掘進機であって、本願出願人が提案した特開２０００−８７８１号に記載したシールド掘進機と同様のものである。
このシールド掘進機９１，９２においては、ドラム収容部２７Ｂが、前胴部材２Ｂの内側付近部に形成され、ドラム収容部２７Ｂにカッタードラム２８が回転自在に装着されている。ここで、シールド掘進機９１，９２は、シールド掘進機９０の軸心に対して対称のものであるので、シールド掘進機９１を例として説明する。
【００６４】
図１０〜図１２に示すように、遊星歯車機構５Ｂは、サンギヤ９３と、サンギヤ９３に噛合した１対のアイドルギヤ９４と、１対のアイドルギヤ９４に夫々噛合した１対の遊星ギヤ９５を有し、サンギヤ９３はドラム収容部２７Ｂの内周壁の外面に固定され、遊星ギヤ９５とアイドルギヤ９４は、夫々軸受を介してカッタードラム２８の一部をなすプラネタリキャリアに回動自在に支持されている。
【００６５】
遊星シャフト９６は遊星カッター１５の自転中心と同心となるようにシールド掘進機９１の外周付近部に配設され、この遊星シャフト９６の後端部と遊星ギヤ９５とはスプライン結合により連結され、遊星シャフト９６の前端部が遊星カッター１５に固定的に連結されている。カッタードラム２８が回転駆動されると、遊星ギヤ９５がサンギヤ９３の回りを公転しながら自転し、その遊星ギヤ９５の回転力が遊星シャフト９６を介して遊星カッター１５に伝達され、遊星カッター１５がシールド掘進機９１の軸心を中心として公転しつつ遊星シャフト９６の中心を中心として公転方向と反対方向へ自転する。
【００６６】
尚、カッタードラム２８とカッターヘッド４とを連結し、カッタードラム２８からカッターヘッド４に回転駆動力を伝達する１対の連結部材９７が１対の遊星シャフト９６に夫々外装され、その他の連結部材４２も設けられている。
排土設備について説明すると、図１０、図１２、図１３に示すように、スクリューコンベヤ９８の掘削土吸入部がシールド掘進機９２の隔壁２２の中央壁部２４の下部を貫通してチャンバー２１の下端付近部に突入し、そのスクリューコンベヤ９８は後方上り傾斜状に配設され、チャンバー２１から吸入した掘削土を図示外のベルトコンベヤ又は搬送台車へ移送し、その後トンネル内の後方へ搬送し地上へ搬送する。
【００６７】
このシールド掘進機１Ｂによれば、シールド掘進機９０〜９２のカッターヘッド４を前記のシールド掘進機１Ａと同様に配置したので、シールド掘進機１Ａと同様に、シールド掘進機９０，９１間とシールド掘進機９０，９２間に掘削できない未掘削領域が生じることがなく、硬質の土質でも能率的に掘削可能である。
【００６８】
前記シールド掘進機１Ａ，１Ｂを部分的に変更する例について説明する。
各シールド掘進機に１つの遊星カッター１５を装備してもよく、３つ以上の遊星カッター１５を装備してもよい。
シールド掘進機１Ａにおいて、中央のシールド掘進機７０の両側のシールド掘進機７１，７２の代わりにシールド掘進機１Ｂにおけるシールド掘進機９１，９２と同様のシールド掘進機を設けてもよい。また、シールド掘進機１Ｂにおいて、中央のシールド掘進機９０の両側のシールド掘進機９１，９２の代わりに、シールド掘進機１Ａのシールド掘進機７１，７２と同様のシールド掘進機を設けてもよい。その他、本願発明の趣旨を逸脱しない範囲において前記シールド掘進機１，１１Ａ，１Ｂの各部に種々の変更を付加した形態で実施可能である。
【００６９】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、遊星シャフトの回転を第２，第３の遊星ギヤを介して遊星カッターに伝達して遊星カッターを自転させる構成としたので、遊星シャフトをシールド掘進機の外周付近部よりも軸心側に配置することができる。
【００７０】
前記遊星シャフトがシールド掘進機の外周付近部よりも軸心側にあるから、遊星シャフトに付与する回転駆動力を発生させる為の機構をシールド掘進機の外周付近部よりも軸心側に、シールド掘進機の前胴部材との間にスペースを空けて配置することができる。それ故、シールド掘進機の底部において、排土設備や排泥設備の掘削土吸入部を前記スペースの底部に配設可能となり、排土性能や排泥性能を確保することができる。尚、カッターヘッドに遊星歯車機構の一部の部材を配設するだけであるから、カッターヘッドの開口率が小さくなることもない。
請求項２の発明によれば、環状ドラムの収容部の外周壁が、前胴部材との間に、チャンバーからの掘削土の排出に供する排土設備接続可能な環状スペースを空けて配設されたので、この環状スペースの底部に排土設備や排泥設備の掘削土吸入部を配設して、チャンバーの底部から掘削土を吸入することができる。その他、請求項１と同様の効果を奏する。
【００７１】
請求項３の発明によれば、請求項１と同様に遊星シャフトの回転をカッターヘッドに第２遊星ギヤ、アイドルギヤ、第３遊星ギヤを設け、遊星シャフトの回転を第２遊星ギヤとアイドルギヤを介して第３遊星ギヤ及び遊星カッターに伝達するよう構成したので、請求項１と同様に、遊星シャフトをシールド掘進機の外周付近部よりも軸心側（内周側）に配置できる。
【００７２】
その結果、ドラム収容部及びカッタードラム、遊星歯車機構のリングギヤと第１遊星ギヤなどを、シールド掘進機の外周付近部よりも軸心側に、シールド掘進機の胴部材との間にスペースを空けて配置できる。それ故、請求項１と同様に、シールド掘進機の底部において、排土設備や排泥設備の掘削土吸入部を前記スペースの底部に配設可能となり、排土性能や排泥性能を確保することができる。尚、カッターヘッドに遊星歯車機構の一部の部材を配設するだけであるから、カッターヘッドの開口率が小さくなることもない。
【００７３】
請求項４の発明によれば、基本的に請求項３と同様の効果が得られる。
【００７４】
請求項５の発明によれば、遊星カッターの公転回転数と自転回転数との比が１：４に設定されたので、遊星カッターは、メインカッター及び遊星カッターが１回公転する間に４回自転して正方形断面の４つの角部を含む外形部分を掘削し、正方形断面のトンネルを掘削することができる。
【００７５】
請求項６の発明によれば、環状のドラム収容部の外周壁が、前胴部材との間に、チャンバーからの掘削土の排出に供する排土設備を接続可能な環状スペースを空けて配設されたので、この環状スペースの底部に排土設備や排泥設備の掘削土吸入部を配設して、チャンバーの底部から掘削土を吸入することができる。
【００７６】
請求項７の発明によれば、請求項５の自由断面トンネル用シールド掘進機の両側にシールド掘進機を連結し、中央のシールド掘進機のカッターヘッドを両側のシールド掘進機のカッターヘッドよりも掘進方向前方に配置すると共に、中央のカッターヘッドに対して両側のカッターヘッドを部分的にラップさせたので、シールド掘進機の掘削境界部に未掘削領域が生じることがない。特に、中央のシールド掘進機が請求項５の自由断面トンネル用シールド掘進機であり、遊星シャフトが外周付近部よりも軸心側に位置している関係上、中央のカッターヘッドに対して両側のカッターヘッドを部分的にラップさせる構造が簡単になる。
【００７７】
請求項８の発明によれば、請求項５に記載の自由断面トンネル用シールド掘進機の両側にこのシールド掘進機とほぼ同構造のシールド掘進機を連結し、前記中央のシールド掘進機のカッターヘッドを両側のシールド掘進機のカッターヘッドよりも掘進方向前方に配置するとともに、この中央のシールド掘進機のカッターヘッドに対して両側のシールド掘進機のカッターヘッドを部分的にラップさせたので、シールド掘進機の掘削境界部に未掘削領域が生じることがない。
【００７８】
特に、中央のシールド掘進機が請求項５の自由断面トンネル用シールド掘進機であり、遊星シャフトが外周付近部よりも軸心側に位置している関係上、中央のカッターヘッドに対して両側のカッターヘッドを部分的にラップさせる構造が簡単になる。また、３つのシールド掘進機が全て請求項５に記載のような自由断面トンネル用シールド掘進機であるから、請求項１〜４と同様に、立長の矩形断面トンネルを掘削する場合に、排土性能又は排泥性能を確保しやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る自由断面トンネル用シ−ルド掘進機の縦断側面図である。
【図２】シ−ルド掘進機の正面図である。
【図３】遊星歯車機構、カッター駆動機構等の要部拡大縦断側面図である。
【図４】遊星カッターの輪郭形状の説明図である。
【図５】変更形態に係る図３相当図である。
【図６】別実施形態の矩形断面トンネル用シールド掘進機の横断平面図である。
【図７】図６のシールド掘進機の正面図である。
【図８】図６のシールド掘進機の遊星歯車機構の構造を説明する複数位置での断面を示す断面図である。
【図９】図６のシールド掘進機の縦断正面図である。
【図１０】別実施形態に係る矩形断面トンネル用シ−ルド掘進機の横断側面図である。
【図１１】図１０のシールド掘進機の正面図である。
【図１２】図１０のシールド掘進機の遊星歯車機構の構造を説明する複数位置での断面を示す断面図である。
【図１３】図１０のシールド掘進機の縦断正面図である。
【符号の説明】
１ シールド掘進機
４ カッターヘッド
５ 遊星歯車機構
６ カッター駆動機構
１４ メインカッター
１５ 遊星カッター
２１ チャンバー
２２ 隔壁
２７ ドラム収容部
２８ カッタードラム
２９ リングギヤ
３０ 第１遊星ギヤ
３１ 遊星シャフト
３２ 第２遊星ギヤ（第１の遊星ギヤ）
３３ アイドルギヤ
３４ 第３遊星ギヤ（第２の遊星ギヤ）
４２，４３ 連結部材
５２ 環状スペース
Claims (8)
- メインカッターと遊星カッターとを有するカッターヘッドと、カッターヘッドを回転駆動するカッター駆動手段と、カッター駆動手段の回転駆動力によりメインカッター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とを備え、遊星カッターの輪郭形状をその遊星カッターの公転回転数と自転回転数との比に応じて形成して自由断面トンネルを掘削可能に構成したシールド掘進機において、
前記シールド掘進機の外周付近部よりも軸心側においてカッターヘッドの後側のチャンバーを挿通する遊星シャフトであって遊星カッターを自転させる回転駆動力を伝達する遊星シャフトと、
前記遊星シャフトの後端部に連結された第１遊星ギヤと、
前記カッターヘッド内に夫々装備された第２遊星ギヤ及び遊星カッターの自転軸心と同心状の第３遊星ギヤとを有し、
前記遊星シャフトの回転駆動力を遊星カッターに伝達させるようにした、
ことを特徴とする自由断面トンネル用シールド掘進機。 - メインカッターと遊星カッターとを有するカッターヘッドと、カッターヘッドを回転駆動するカッター駆動手段と、カッター駆動手段の回転駆動力によりメインカッター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とを備え、遊星カッターの輪郭形状をその遊星カッターの公転回転数と自転回転数との比に応じて形成して自由断面トンネルを掘削可能に構成したシールド掘進機において、
前記遊星歯車機構は、シールド掘進機の外周付近部よりも軸心側においてカッターヘッドの後側のチャンバーを挿通する遊星シャフトであって遊星カッターを自転させる回転駆動力を伝達する遊星シャフトと、前記遊星シャフトの後端部に連結された第１遊星ギヤと、前記カッターヘッド内に夫々装備された第２遊星ギヤ及び遊星カッターの自転軸心と同心状の第３遊星ギヤとを有し、
前記カッターヘッドの後側にチャンバーを隔てて位置する隔壁とこの各壁で構成される環状のドラム収容部を設け、
前記環状のドラム収容部の外周壁が、前胴部材との間に排土設備を接続可能な環状スペースを空けて配設された、
ことを特徴とする自由断面トンネル用シールド掘進機。 - メインカッターと遊星カッターとを有するカッターヘッドと、カッターヘッドを回転駆動するカッター駆動手段と、カッター駆動手段の回転駆動力によりメインカッター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とを備え、遊星カッターの輪郭形状をその遊星カッターの公転回転数と自転回転数との比に応じて形成して自由断面トンネルを掘削可能に構成したシールド掘進機において、
前記カッターヘッドの後側にチャンバーを隔てて位置する隔壁とこの隔壁で構成される環状のドラム収容部を設け且つこのドラム収容部にカッター駆動手段で回転駆動されるカッタードラムを回転自在に装着し、カッタードラムをカッターヘッドに連結する複数の連結部材を設け、
前記遊星歯車機構は、ドラム収容部の外周壁の内面に固定されたリングギヤと、このリングギヤに噛合した第１遊星ギヤと、カッターヘッドに夫々設けられた第２遊星ギヤ及びアイドルギヤ及び遊星カッターの自転軸心と同心の第３遊星ギヤと、第１遊星ギヤの回転駆動力を第２遊星ギヤに伝達する遊星シャフトとを備え、
前記遊星シャフトの回転駆動力を第２遊星ギヤからアイドルギヤを介して第３遊星ギヤに伝達して遊星カッターを自転させるように構成した、
ことを特徴とする自由断面トンネル用シールド掘進機。 - メインカッターと遊星カッターとを有するカッターヘッドと、カッターヘッドを回転駆動するカッター駆動手段と、カッター駆動手段の回転駆動力によりメインカッター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とを備え、遊星カッターの輪郭形状をその遊星カッターの公転回転数と自転回転数との比に応じて形成して自由断面トンネルを掘削可能に構成したシールド掘進機において、
前記カッターヘッドの後側にチャンバーを隔てて位置する隔壁とこの隔壁で構成される環状のドラム収容部を設け且つこのドラム収容部にカッター駆動手段で回転駆動されるカッタードラムを回転自在に装着し、カッタードラムをカッターヘッドに連結する複数の連結部材を設け、
前記遊星歯車機構は、ドラム収容部の内周壁の外面に固定されたサンギヤと、このサンギヤに噛合した第１遊星ギヤと、カッターヘッドに夫々設けられた第２遊星ギヤ及びアイドルギヤ及び遊星カッターの自転軸心と同心の第３遊星ギヤと、第１遊星ギヤの回転駆動力を第２遊星ギヤに伝達する遊星シャフトとを備え、
前記遊星シャフトの回転駆動力を第２遊星ギヤからアイドルギヤを介して第３遊星ギヤに伝達して遊星カッターを自転させるように構成した、
ことを特徴とする自由断面トンネル用シールド掘進機。 - 前記遊星カッターの公転回転数と自転回転数との比が１／４に設定され、正方形断面トンネルを掘削可能に構成されたことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の自由断面トンネル用シールド掘進機。
- 前記環状のドラム収容部の外周壁が、前胴部材との間に排土設備を接続可能な環状スペースを空けて配設されたことを特徴とする請求項３又は４に記載の自由断面トンネル用シールド掘進機。
- 請求項５に記載の自由断面トンネル用シールド掘進機の両側にシールド掘進機を連結し、前記中央のシールド掘進機のカッターヘッドを両側のシールド掘進機のカッターヘッドよりも掘進方向前方に配置するとともに、この中央のシールド掘進機のカッターヘッドに対して両側のシールド掘進機のカッターヘッドを部分的にラップさせたことを特徴とする自由断面トンネル用シールド掘進機。
- 請求項５に記載の自由断面トンネル用シールド掘進機の両側にこのシールド掘進機とほぼ同構造のシールド掘進機を連結し、前記中央のシールド掘進機のカッターヘッドを両側のシールド掘進機のカッターヘッドよりも掘進方向前方に配置するとともに、この中央のシールド掘進機のカッターヘッドに対して両側のシールド掘進機のカッターヘッドを部分的にラップさせたことを特徴とする自由断面トンネル用シールド掘進機。
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