JP5378905B2 - シールド掘進機 - Google Patents

Description

本発明は、シールド掘進機に関するものである。

従来のシールド掘進機は、筒状のシールドフレームの前部に備えているカッタが円形の単一のものであったので、前記カッタは、外周部に比べて中央部の回転速度が遅く、地山の掘削性の低下及びチャンバー内の掘削土砂と添加材の攪拌が不十分な傾向があり、掘進速度の向上に制約を受けていた。そこで、前記カッタを中央カッタと外周カッタとに同心円状に分割して構成したシールド掘進機が提案されている（特許文献１参照）。かかるシールド掘進機によれば、前記中央カッタの回転数と前記外周カッタの回転数をそれぞれ独立して制御することができるため、前記中央カッタの回転数を前記外周カッタの回転数よりも速い適正な回転数に制御することにより、掘進速度の向上が図れる。

ところで、前記中央カッタにその土砂取込口の開度を調節するシャッタを設けてその駆動用の油圧ジャッキを設ける場合、該油圧ジャッキへの油圧の給排は、前記中央カッタの中央軸の後端部に公知の回転継手（ロータリジョイント）を設けることで実現できる。この回転継手は、前記シールドフレームに対する前記中央軸の回転を許容しつつ、前記シールドフレームと前記中央軸との間で油圧をやり取りするものである。

特許２６９５８０１号公報 特開２００２−２１３１８４号公報

しかしながら、前記外周カッタに径方向外方に出没するコピーカッタを設けてその駆動用の油圧ジャッキを設ける場合、前記回転継手から前記中央軸を介して中央カッタに供給された油圧を外周カッタの油圧ジャッキに供給することはできない。外周カッタは、中央カッタから切り離されているからである。この場合、外周カッタの後部にこれと同径のリング状の回転継手を設ければ、理論的にはそのリング状の回転継手を介してシールドフレームと外周カッタとの間で相対回転を許容しつつ油圧をやり取りできると考えられる。しかしながら、その場合、現実には回転継手が非常に大径となり、構造が煩雑化するため、高圧の油圧ラインのシール精度を確保できず、実現が難しい。

また、以上の問題は、油圧供給ではなく、電気供給や薬液供給についても同様に生じる。すなわち、外周カッタに油圧ジャッキのような油圧機器ではなく電動シリンダや超音波式地山空洞探査装置や電気式摩耗検知ビット等のような電気機器を設ける場合や、薬液中入ノズルのような機器を設ける場合も、スリップリング等の回転継手を設けることになるが、このような場合も上述と全く同様の問題が生じる。

なお、かかる問題を解決するものとして、掘削機本体（シールドフレームに相当）の前部に回転可能に設けたカッタを径方向に同芯的に第１カッタ部（外周カッタに相当）と第２カッタ部（中央カッタに相当）とに分割し、外側の第１カッタ部に第１支持部材（回転隔壁に相当）を、内側の第２カッタ部に第２支持部材（中央軸に相当）を夫々設け、他方、掘削機本体に前記第１支持部材を軸支する第１軸受と第１支持部材を回転駆動する第１駆動モータとを設け、前記第１支持部材に第２支持部材を軸支する第２軸受と第２支持部材を回転駆動する第２駆動モータとを設け、且つ、第１および第２支持部材のうち少なくとも第１支持部材の回転中心に、相対回転を許容しつつ油圧や電気を接続する回転継手を設けたシールド掘進機が提案されている（特許文献２参照）。しかしながら、このシールド掘進機は、前記第１支持部材（回転隔壁）に第２支持部材（中央軸）を軸支する第２軸受と第２支持部材を回転駆動する第２駆動モータとを設けていて、この第２駆動モータそのものが回転するため、その駆動用の配管又は配線に回転継手を必要とし、大容量駆動モータを採用することが難しい。

本発明は、前記事情を考慮してなされたものであり、外周カッタに設けられた機器に簡単な構造で媒体を容易に供給することができると共に、中央カッタ用に大容量駆動モータを採用することができるシールド掘進機を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、筒状のシールドフレーム内の固定系に軸支されて回転駆動される中央軸と、該中央軸に設けられた中央カッタと、該中央カッタの外側に配置され前記固定系に回転可能に支持されて回転駆動される外周カッタと、該外周カッタに設けられたコピーカッタ、カッタビット摩耗検知装置、薬液注入ノズル等の機器と、該機器に油圧、電気、薬液等の媒体を供給するための媒体供給手段とを備えたシールド掘進機であって、前記媒体供給手段は、前記中央軸の外周面に設けられ前記外周カッタと前記中央軸との相対回転を許容しつつ前記機器と前記中央軸の内部との間で前記媒体を流通させる第１回転継手と、該第１回転継手よりも後方の前記中央軸の外周面に設けられ該中央軸と前記固定系との相対回転を許容しつつ前記中央軸の内部と前記固定系との間で前記媒体を流通させる第２回転継手とを備えたことを特徴とする。

前記外周カッタの径方向内方には回転隔壁が設けられ、該回転隔壁に前記中央軸が貫通した状態で回転可能に支持され、前記中央カッタの背面には前記回転隔壁に向って攪拌翼が突設されていることが好ましい。

前記外周カッタは、前記回転隔壁の外縁部よりも径方向内方に突出した複数の突出部を有し、これら突出部の内方に前記中央カッタが配置されており、該中央カッタには前記回転隔壁の外縁部に向かって斜めに突出した隅部用の攪拌翼が設けられていることが好ましい。

前記中央カッタにも前記機器と同種の別の機器が設けられ、前記中央軸の内部には前記別の機器に媒体を供給する流路が設けられ、前記第２回転継手は、前記流路と前記固定系との間の前記媒体の流通を行うことが好ましい。

本発明によれば、外周カッタに設けられた機器に簡単な構造で媒体を容易に供給することができると共に、中央カッタ用に大容量駆動モータを採用することができる。

本発明の実施形態に係るシールド掘進機の正面図である。 同シールド掘進機の縦断面図である。 第１回転継手及び第２回転継手の拡大断面図である。

以下に、本発明を実施するための形態を添付図面に基いて詳述する。

図１ないし図２に示すように、シールド掘進機１は、筒状に形成されたシールドフレーム２と、このシールドフレーム２内の固定系３に軸支されて回転駆動される中央軸４と、該中央軸４に設けられた中央カッタ５と、該中央カッタ５の外側ないし外周に配置され前記固定系３に回転可能に支持されて回転駆動される円環状の外周カッタ６とを備えている。

前記中央カッタ５と外周カッタ６は、同一平面上に同芯的に配置されている。中央カッタ５は、例えばカッタスポーク７を十文字又は放射状に配設してなり、その中心部に中央軸４の一端が結合されている。外周カッタ６は、例えば同芯的に配置した外周リング８と内周リング９との間に複数のカッタスポーク１０を放射状に配設してなる。前記カッタスポーク７，１０には複数のカッタビットｇが取付けられている。

前記外周カッタ６においては、内周リング９の内縁部ないし後述する回転隔壁２６の外縁部よりも径方向内方に突出した複数の突出部１０ａを有し、これら突出部１０ａの内方に前記中央カッタ５が配置されている。図示例では、複数のカッタスポーク１０のうち、いくつかのカッタスポーク１０の端部が内周リング９よりも径方向内方に延出されて突出部１０ａとされている。

外周カッタ６は、その内周リング９から後方に延びる支持ビーム１１を介して結合された旋回環１２を有し、この旋回環１２が軸受１３を介して固定系３に回転可能に支持されている。前記軸受１３は、固定系３に設けられた固定側軸受部材１３ａと、旋回環１２に設けられた回転側軸受部材１３ｂとを有し、この回転側軸受部材１３ｂの外周には外歯歯車１４が設けられている。固定系３にはその外歯歯車１４に噛合するピニオン１５ａを有する第１駆動モータ１５が設けられている。

前記シールドフレーム２の内周には中空環状の固定隔壁１６が設けられている。この固定隔壁１６は、所定の間隔をもって配設された前隔壁１６ａと後隔壁１６ｂと、これら前隔壁１６ａと後隔壁１６ｂとの間に介設された筒状の内周壁１６ｃとを有している。この固定隔壁１６の前隔壁１６ａと前記外周カッタ６の背面部との間には掘削土砂を取り込むための外周チャンバ１７が形成されていると共に、固定隔壁１６の前隔壁１６ａと前記外周カッタ６の背面部とには外周チャンバ１７内に取り込まれた掘削土砂を攪拌するための攪拌翼１８ａ，１８ｂが互いに干渉しない状態で配設されている。

前記外周カッタ６には、外周カッタ６よりも外方の地山を掘削（余掘り）するためのコピーカッタ（機器）１９が設けられていると共に、切羽地山に向って薬液（例えば作泥剤）を注入するための薬液注入ノズル２０が設けられている。前記コピーカッタ１９は、外周カッタ６の何れかのカッタスポーク１０内に設けられており、そのカッタスポーク１０内にはコピーカッタ１９を外周カッタ６の外縁部から径方向外方に伸張又は縮退させることが可能な油圧ジャッキ２１が設けられている。

前記シールドフレーム２内には固定隔壁１６よりも径方向内方にシールドフレーム２内を前後に仕切る仕切壁２２が設けられ、この仕切壁２２の中央部には前記中央軸４が貫通した状態で軸受２３を介して回転可能に支持されている。また、固定隔壁１６の下方には前記外周チャンバ１７内の掘削土砂をシールドフレーム２内の後方に搬出するためのスクリューコンベヤ２４が固定隔壁１６を斜めに貫通するように設けられている。シールドフレーム２、固定隔壁１６、仕切壁２２及びスクリューコンベヤ２４が、前記固定系３に含まれる。

前記外周カッタ６の径方向内方には外周カッタ６と一体に回転する回転隔壁２６が設けられ、この回転隔壁２６の中央部には前記中央軸４が貫通した状態で軸受２７及びシール部材２８を介して回転可能に支持されている。なお、前記回転隔壁２６の外縁部は、前記旋回環１２に直接接合されていることが好ましいが、図示例のように回転隔壁２６の外縁部が旋回環１２よりも前方に位置している場合には回転隔壁２６の外縁部が環状の接続部材２９を介して旋回環１２と接続されていることが好ましい。また、前記旋回環１２と前記固定隔壁１６との間にはシール部材３０が介設されている。

前記中央カッタ５と前記回転隔壁２６の間には中央チャンバ３１が形成されており、中央カッタ５の背面部には中央チャンバ３１内に取り込まれた掘削土砂を攪拌するための攪拌翼３２ａが回転隔壁２６に向って突設されている。前記外周カッタ６は、前述したように前記回転隔壁２６の外縁部よりも径方向内方に突出した複数の突出部１０ａを有し、これら突出部１０ａの内方に前記中央カッタ５が配置されているため、中央チャンバ３１の外周がデッドスペースとなり、ここに掘削土砂が滞留し易い。そこで、中央チャンバ３１の外周の掘削土砂を攪拌するために、中央カッタ５の背面部には回転隔壁２６の外縁部に向かって斜めに突出した隅部用の攪拌翼３２ｂが設けられている。

前記中央カッタ５を回転駆動するために、前記仕切壁２２と回転隔壁２６との間の中央軸４の外周には従動歯車３３が設けられ、前記仕切壁２２には前記従動歯車３３に噛合するピニオン３４ａを有する第２駆動モータ３４が設けられている。本実施形態における前記第１駆動モータ１５及び第２駆動モータ３４は電動駆動方式のものが採用されている。

前記シールド掘進機１は、前記コピーカッタ（機器）１９に油圧（媒体）を供給し、また前記薬液注入ノズル２０に薬液（媒体）を供給するための媒体供給手段３５を備えている。この媒体供給手段３５は、図３に示すように回転隔壁２６と仕切壁２２との間の中央軸４の外周面に回転可能に設けられ、前記外周カッタ６と前記中央軸４との相対回転を許容しつつ前記コピーカッタ１９の油圧ジャッキ２１と前記中央軸４の内部の第１流路３６との間で油圧を、又は薬液注入ノズル２０と中央軸４の内部の第２流路３７との間で薬液をそれぞれ流通させる第１回転継手（第１ロータリジョイント）３５ａと、該第１回転継手３５ａよりも後方の前記中央軸４の外周面に設けられ該中央軸４と前記固定系３との相対回転を許容しつつ前記中央軸４の内部の第１流路３６と前記固定系３との間で前記油圧を、又は前記中央軸４の内部の第２流路３７と前記固定系３との間で前記薬液を流通させる第２回転継手（第２ロータリジョイント）３５ｂとを備えている。

前記第１回転継手３５ａは、第１流路３６と連通する第１環状流路３８と、第２流路３７と連通する第２環状流路３９とを有している。前記第１環状流路３８には配管４０を介して前記コピーカッタ１９の駆動用油圧ジャッキ２１が接続されている。前記第２環状流路３９には配管４１を介して前記薬液注入ノズル２０が接続されている。

前記配管４０，４１は、カッタスポーク１０内、内周リング９内及び支持ビーム１１内を順に通って仕切壁２２と回転隔壁２６との間の中空室４２内に導かれ、第１回転継手３５ａの第１環状流路３８と第２環状流路３９に接続されている。なお、この中空室４２は、軸受１３，２３，２７等を潤滑する潤滑油を溜めるオイルバスになっている。

前記第２回転継手３５ｂは、第１流路３６と連通する第１環状流路４３と、第２流路３７と連通する第２環状流路４４とを有している。前記第１環状流路４３には配管４５を介して図示しない油圧供給源が接続されている。前記第２環状流路４４には配管６０を介して図示しない薬液供給源が接続されている。

なお、中央カッタ５にも薬液注入ノズル４６が設けられ、前記中央軸４の軸芯部にはその薬液注入ノズル４６と連通する第３流路４７が設けられている。前記第２回転継手３５ｂには、前記第３流路４７と連通する第３環状流路４８が設けられ、この第３環状流路４８には配管４９を介して図示しない薬液供給源が接続されている。前記第１回転継手３５ａは支持部材５０を介して前記回転隔壁２６に固定されており、前記第２回転継手３５ｂは支持部材５１を介して固定系である前記スクリューコンベヤ２４に固定されている。

図３の図示例では、第１回転継手３５ａは、中央軸４の外周に嵌合固定さられた環状部材５２の外周部に図示しない軸受を介して回転可能に設けられ、環状部材５２と第１回転継手３５ａとの間には第１環状流路３８と第２環状流路３９のそれぞれの両側をシールする図示しないＯリングが設けられている。なお、環状部材５２を用いずに中央軸４の外周部に軸受を介して第１回転継手３５ａが回転可能に設けられていてもよい。また、第２回転継手３５ｂは、中央軸４の後部外周に図示しない軸受を介して回転可能に設けられ、後部外周と第２回転継手３５ｂとの間には第１環状流路４３と第２環状流路４４と第３環状流路４８のそれぞれの両側をシールする図示しないＯリングが設けられている。

以上の構成からなる本実施形態の作用を説明する。本実施形態によれば、外周カッタ６と中央カッタ５とをそれぞれ独立して駆動しつつ、第１回転継手３５ａと第２回転継手３５ｂとによって外周カッタ６に設けたコピーカッタ１９の油圧ジャッキ２１に油圧を簡単な構造で容易に供給・排出できる。また、第１回転継手３５ａと第２回転継手３５ｂとによって外周カッタ６に設けた薬液注入ノズル２０に薬液を簡単な構造で容易に供給することができる。更に、第２回転継手３５ｂによって中央カッタ５に設けた薬液注入ノズル４６に薬液を簡単な構造で容易に供給することができる。また、中央カッタ５を回転駆動する第２駆動モータ３４が固定系３である仕切壁２２に設けられているため、その駆動用の配管又は配線に回転継手が不要となり、大容量駆動モータを採用することができる。

油圧ジャッキ２１のような油圧機器ではなく、電動ジャッキや超音波式地山空洞検査装置や電気式摩耗検知ビット等のような電気機器を外周カッタに設ける場合、第１回転継手３５ａ及び第２回転継手３５ｂとしてスリップリングを用いればよい。

外周カッタ６と中央カッタ５との回転方向は、理論的には同方向でも逆方向でも自由に設定可能であり、逆方向とした場合にはシールドフレーム２のローリングを抑制できる。また、前記実施形態では流体圧として油圧を用いたものを示したが、これに限らず液圧、空気圧等を用いてもよい。また、外周カッタ６及び中央カッタ５の駆動を電動駆動方式としているが、これに限らず油圧駆動方式としてもよいし、油圧駆動方式と電動駆動方式を併用してもよい。

以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更が可能である。

１ シールド掘進機
２ シールドフレーム
３ 固定系
４ 中央軸
５ 中央カッタ
６ 外周カッタ
１９ コピーカッタ
２０ 薬液注入ノズル
２６ 回転隔壁
３２ａ 攪拌翼
３２ｂ 隅部用の攪拌翼
３５ 媒体供給手段
３５ａ 第１回転継手
３５ｂ 第２回転継手

Claims (4)

1. 筒状のシールドフレーム内の固定系に軸支されて回転駆動される中央軸と、該中央軸に設けられた中央カッタと、該中央カッタの外側に配置され前記固定系に回転可能に支持されて回転駆動される外周カッタと、該外周カッタに設けられたコピーカッタ、カッタビット摩耗検知装置、薬液注入ノズル等の機器と、該機器に油圧、電気、薬液等の媒体を供給するための媒体供給手段とを備えたシールド掘進機であって、前記媒体供給手段は、前記中央軸の外周面に設けられ前記外周カッタと前記中央軸との相対回転を許容しつつ前記機器と前記中央軸の内部との間で前記媒体を流通させる第１回転継手と、該第１回転継手よりも後方の前記中央軸の外周面に設けられ該中央軸と前記固定系との相対回転を許容しつつ前記中央軸の内部と前記固定系との間で前記媒体を流通させる第２回転継手とを備えたことを特徴とするシールド掘進機。
2. 前記外周カッタの径方向内方には回転隔壁が設けられ、該回転隔壁に前記中央軸が貫通した状態で回転可能に支持され、前記中央カッタの背面には前記回転隔壁に向って攪拌翼が突設されていることを特徴とする請求項１記載のシールド掘進機。
3. 前記外周カッタは、前記回転隔壁の外縁部よりも径方向内方に突出した複数の突出部を有し、これら突出部の内方に前記中央カッタが配置されており、該中央カッタには前記回転隔壁の外縁部に向かって斜めに突出した隅部用の攪拌翼が設けられていることを特徴とする請求項２記載のシールド掘進機。
4. 前記中央カッタにも前記機器と同種の別の機器が設けられ、前記中央軸の内部には前記別の機器に媒体を供給する流路が設けられ、前記第２回転継手は、前記流路と前記固定系との間の前記媒体の流通を行うことを特徴とする請求項１記載のシールド掘進機。

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