JP7500185B2 - 偏心多軸シールド掘進機 - Google Patents

Description

本発明は、掘削領域と略相似形のカッタヘッドを、駆動軸に対し同一方向に同一距離偏心した複数の軸で支持して回転駆動することにより、カッタヘッドを平行クランク運動させ、掘削領域の軌跡に沿って移動させることによりトンネルを掘削する偏心多軸シールド掘進機に関する。

従来、掘削領域と略相似形のカッタヘッドを、駆動軸に対し同一距離で同一方向に偏心した複数の軸で支持して回転駆動することにより、カッタヘッドを平行クランク運動させ、掘削領域の軌跡に沿って移動させることによりトンネルを掘削するシールド掘進機が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、掘削盤（カッタヘッド）と、複数の自転軸（駆動軸）と、自転軸に対して偏心して設けられ、掘削盤を支持する公転軸（偏心体）とを備えるシールド掘進機が開示されている。公転軸は、複数の自転軸毎に１つずつ設けられている。

特公平６-９６９４８号公報

しかしながら、上記特許文献１のシールド掘進機では、掘削盤（カッタヘッド）などが掘削時に大きな荷重を受けた場合に所定の自転軸（駆動軸）の回転に対して他の自転軸の回転にずれが生じたり、複数の自転軸または複数の公転軸（偏心体）の製作時における互いの軸心の製作誤差やその誤差に対応するために設けたクリアランスおよび構造の変形などに起因して、掘削盤の円滑な回転が妨げられるという不都合があった。なお、掘削盤の円滑な回転が妨げられた場合、掘削盤が回転不能になったり、あるいは掘削盤のねじれ等が発生することがあり、好ましくない。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、複数の駆動軸の駆動を確実に同期させることによって、カッタヘッドを円滑に回転させることが可能な偏心多軸シールド掘進機を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の偏心多軸シールド掘進機は、掘削領域と略相似形のカッタヘッドを、駆動軸に対し同一方向に同一距離偏心した複数の軸で支持して回転駆動することにより、カッタヘッドを平行クランク運動をさせ、掘削領域の軌跡に沿って移動させることによりトンネルを掘削する偏心多軸シールド掘進機であって、１つのカッタヘッドと、各々が駆動ギヤを含み、掘進方向に延びる各中心軸線回りに回転する複数の駆動軸と、複数の駆動軸毎に１つずつ設けられ、駆動軸の中心軸線の周りを公転するように、駆動軸の中心軸線に対して偏心した位置で回転可能に駆動軸に支持されるとともに、カッタヘッドを支持する偏心体と、複数の駆動軸の駆動ギヤに噛み合うことにより、１つのカッタヘッドを駆動させる複数の駆動軸の駆動を同期させて、１つのカッタヘッドの回転を円滑にする中間ギヤとを備え、偏心体は、掘進方向に貫通する貫通穴が設けられるとともに、カッタヘッドを直接または間接的に支持する座部と、座部を駆動軸側から支持する複数の支柱部とを有している。

この発明の偏心多軸シールド掘進機では、上記のように、複数の駆動軸の駆動ギヤに噛み合うことにより、複数の駆動軸の駆動を同期させる中間ギヤを設ける。これにより、所定の駆動軸が回転した際に、中間ギヤを介して他の駆動軸を強制的に適切な方向に回転させることができるとともに、中間ギヤを介して複数の駆動軸を略同時に回転させることができる。その結果、複数の駆動軸の駆動を確実に同期させることによって、カッタヘッドを円滑に回転させることができる。また、複数の駆動軸の駆動ギヤに略同平面で噛み合う中間ギヤという構成により、複数の駆動軸の同期を図ることができ、駆動ギヤ後部の空間を占有することがないので、カッタヘッドに通される配線や配管を設けるための空間を容易に確保することができる。

上記偏心多軸シールド掘進機において、好ましくは、駆動軸は、中間ギヤの両側に一対設けられている。このように構成すれば、駆動軸の数を、カッタヘッドを円形状の軌跡に沿って移動させることが可能な最小の数（２つ）にすることができるので、駆動軸の数が３つ以上である場合と比較して、いずれかの駆動軸に発生する同期不良などの不具合を低減することができるとともに、構造の簡素化することができる。その結果、構造の簡素化を図りながら、カッタヘッドをより円滑に回転させることができる。

上記偏心多軸シールド掘進機において、好ましくは、中間ギヤは、複数の駆動軸の駆動ギヤの間に１つ設けられている。このように構成すれば、簡易な構成により、複数の駆動軸の駆動を確実に同期させることができる。また、複数の中間ギヤが設けられた際の中間ギヤ同士の回転のずれを防止することができる。

上記偏心多軸シールド掘進機において、好ましくは、偏心体は、駆動軸の中心軸線と偏心体の中心軸線との間の距離を示す偏心量の２倍以上の径よりも大きな領域でカッタヘッドを支持している。このように構成すれば、比較的広い範囲でカッタヘッドを支持することができるので、安定してカッタヘッドを支持することができる。

上記偏心多軸シールド掘進機において、好ましくは、座部は、掘進方向と交差する方向に延びる板状に形成されている。このように構成すれば、偏心体の中間部（座部の駆動軸側）は、複数の支柱部によって構成されて、座部の中央に貫通穴（開口）が設けられるので、カッタヘッドの前面より偏心体の内側を土砂が通過することが可能になる。その結果、偏心体が掘進方向に直交する方向において大きな範囲で構成されていても、カッタヘッドの前面からの土砂の流入を阻害することなく、貫通穴（開口）と複数の支柱部の間の隙間とを介して、効果的に土砂をチャンバ内に流入させることができる。

上記偏心多軸シールド掘進機において、好ましくは、偏心体は、掘進方向に直交する方向に離間して設けられ、１つのカッタヘッドを支持する複数の支持軸部を有している。このように構成すれば、偏心体が１箇所でカッタヘッドを支持する場合と比較して、偏心体が互いに掘進方向に直交する方向において比較的広い範囲でカッタヘッドを支持することができるので、偏心体によって安定してカッタヘッドを支持することができる。その結果、カッタヘッドをより円滑に回転させることができる。

この場合、好ましくは、支持軸部は、４つ設けられ、偏心体は、掘進方向と直交する方向に延びる略矩形の平板形状に形成され、四隅に支持軸部が１つずつ固定される座部を有している。このように構成すれば、４つの支持軸部を共通の座部に固定することができるので、４つの支持軸部における互いの軸心の狂いを抑制することができる。このため、偏心体によって、より安定してカッタヘッドを支持して、カッタヘッドをより一層円滑に回転させることができる。

上記偏心体が１つのカッタヘッドを支持する複数の支持軸部を有する構成において、好ましくは、カッタヘッドは、支持軸部が挿入される穴部を含み、穴部と支持軸部との間には、支持軸部に対するカッタヘッドの位置ずれを許容する隙間が設けられている。このように構成すれば、互いに異なる構造であるカッタヘッドと偏心体の支持軸部との連結箇所に隙間が設けられるので、製作時に発生する複数の駆動軸における互いの軸心の狂いを、隙間により吸収することができる。その結果、カッタヘッドをより円滑に回転させることができる。

本発明によれば、上記のように、複数の駆動軸の駆動を確実に同期させることによって、カッタヘッドを円滑に回転させることができる。

実施形態による偏心多軸シールド掘進機を前方側から示した斜視図である。 実施形態による偏心多軸シールド掘進機を掘進方向から示した正面図である。 図２の５００－５００線に沿った断面図である。 実施形態による偏心多軸シールド掘進機のカッタヘッド駆動機構およびカッタヘッドの模式図であり、（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）は左右方向からの側面図であり、（Ｃ）は前方側からの斜視図である。 実施形態による偏心多軸シールド掘進機のカッタヘッド駆動機構の分解斜視図である。 図２の５１０－５１０線に沿った断面図である。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。

図１～図６を参照して、実施形態による偏心多軸シールド掘進機１００について説明する。

なお、各図では、偏心多軸シールド掘進機１００の前後方向をＸ方向により示す。Ｘ方向のうち、偏心多軸シールド掘進機１００の掘進方向（前方）をＸ１方向により示し、後方をＸ２方向により示す。また、上下方向をＺ方向により示す。Ｚ方向のうち、上方をＺ１方向により示し、下方をＺ２方向により示す。また、掘進方向および上下方向に直交する方向（左右方向）をＹ方向により示す。

（偏心多軸シールド掘進機の構成）
図１および図２に示すように、偏心多軸シールド掘進機１００は、縦断面（掘進方向に直交する方向の断面）が非円形形状である異形断面を有するシールド掘進機である。詳細には、偏心多軸シールド掘進機１００のカッタヘッド２は、概して、上下方向を長手方向とする楕円形状の異形断面を有している。

偏心多軸シールド掘進機１００は、掘削領域と略相似形のカッタヘッド２を、駆動軸３に対し同一方向に同一距離偏心した複数の軸で支持して同時に回転駆動することにより、カッタヘッド２を平行クランク運動をさせ、掘削領域の軌跡に沿って移動させることによりトンネルを掘削するように構成されている。したがって、偏心多軸シールド掘進機１００により掘削されるトンネルの断面形状は、カッタヘッド２と略相似形状（概して、上下方向を長手方向とする楕円形状）になる。

図３に示すように、偏心多軸シールド掘進機１００は、胴体１０と、隔壁１１と、カッタヘッド２と、カッタヘッド２を駆動させるカッタヘッド駆動機構１００ａとを備えている。

（胴体および隔壁の構成）
胴体１０は、掘進方向（前後方向）に延びる筒形状を有している。胴体１０の外縁は、概して、上下方向を長手方向とする楕円形状の異形断面を有している。

胴体１０は、内周側にチャンバ１２が設けられる前胴部１０ａと、前胴部１０ａの後方に配置される後胴部１０ｂとを含んでいる。後胴部１０ｂの内周側には、掘進機本体を前進させるシールドジャッキ（図示せず）や、セグメントを組み付けるエレクタ装置（図示せず）などが配置されている。

隔壁１１は、前胴部１０ａの内周側に配置されている。隔壁１１は、前方側の空間であるチャンバ１２と、後方側の空間である作業空間との２つに胴体１０内の空間を区画している。隔壁１１には、カッタヘッド駆動機構１００ａが設置されている。隔壁１１には、チャンバ１２の土砂をスクリュコンベア（図示せず）により排出するための開口（図示せず）が設けられている。

（カッタヘッドの構成）
図１および図２に示すように、カッタヘッド２には、複数のカッタビットＢが設置されている。カッタヘッド２は、偏心多軸シールド掘進機１００の前方端部に１つ設けられている。カッタヘッド２は、上記の通り、概して、上下方向を長手方向とする楕円形状を有している。

カッタヘッド２は、複数の梁部材により形成されるフレーム型のカッタヘッド２である。詳細には、カッタヘッド２は、カッタヘッド２の楕円形状の外縁を形成する梁部材と、左右方向に延びる複数（６つ）の梁部材と、上下方向に延びる複数（２つ）の梁部材とを含み、格子状に形成されている。梁部材は、上下方向および左右方向に略等間隔で配置されている。

上下方向に延びる複数（２つ）の梁部材と、左右方向に延びる複数（６つ）の梁部材とは、互いに交差している（交差部２０を有している）。一例ではあるが、交差部２０は、左右方向に２行、かつ、上下方向に６列の配列により合計１２箇所に設けられている。

交差部２０（カッタヘッド２）は、カッタヘッド駆動機構１００ａの後述する支持軸部が挿入される穴部２１を含んでいる。

詳細には、カッタヘッド２は、上端側の２列の交差部２０（合計４つの交差部２０）に、前後方向に貫通する穴部２１が設けられている。また、カッタヘッド２は、下端側の２列の交差部２０（合計４つの交差部２０）に、前後方向に貫通する穴部２１が設けられている。なお、上端側の２列の交差部２０（合計４つの交差部２０）と、下端側の２列の交差部２０（合計４つの交差部２０）とは、上下方向の中間に位置する２列の交差部２０（合計４つの交差部２０）と比較して、穴部２１を形成するために、掘進方向から見て矩形の厚肉状に形成されている。

穴部２１は、掘進方向に延びる円形状に形成されている。穴部２１の前端には、内径が一回り大きくなる円形状のザグリ部２１ａが設けられている。ザグリ部２１ａには、カッタヘッド駆動機構１００ａの後述するピン４２の移動規制部４２ａが配置されている。なお、ピン４２は、特許請求の範囲の「支持軸部」の一例である。

（カッタヘッド駆動機構の構成）
カッタヘッド駆動機構１００ａは、複数（２つ）の駆動軸３と、複数（２つ）の駆動軸３毎に１つずつ設けられた偏心体４と、各駆動軸３に１つずつ設けられた複数（２つ）の駆動ギヤ３１の間に１つ設けられた中間ギヤ５（アイドルギヤ）と、複数（２つ）の駆動ギヤ３１の各々を直接駆動させる複数のカッタ駆動モータ６（図４（Ａ）参照）とを備えている。なお、図１では、実際には隔壁１１により中間ギヤ５が隠れる位置にあるが、説明の便宜上、中間ギヤ５を実線により示している。

すなわち、カッタヘッド駆動機構１００ａは、１つの駆動軸３、１つの偏心体４およびカッタ駆動モータ６により構成される駆動ユニットを一対備えており、一対の駆動ユニットの間に配置される中間ギヤ５により、一対の駆動ユニットの駆動を同期させるように構成されている。一対の駆動ユニットは、上下方向に並ぶように配置されている。すなわち、駆動軸３（駆動ギヤ３１）および偏心体４は、中間ギヤ５の上下方向の両側に一対設けられている。

〈カッタヘッド駆動機構の構成の概略〉
ここで、カッタヘッド駆動機構１００ａの各部の詳細について説明する前に、カッタヘッド駆動機構１００ａおよびカッタヘッド２を模式的に示した図４（Ａ）～（Ｃ）を参照して、カッタヘッド駆動機構１００ａの構成の概略について説明する。説明では、上下一対の駆動ユニット（１つの駆動軸３、１つの偏心体４およびカッタ駆動モータ６）のうち、上方側の構成のみについて説明する。

なお、図４（Ａ）～（Ｃ）では、理解容易化のため、駆動軸３は駆動ギヤ３１を含む円柱形状に、偏心体４は小径の円柱形状に、中間ギヤ５は大径の円柱形状に、カッタヘッド２を平板形状に簡略化して図示している。

図４（Ｂ）に示すように、駆動ギヤ３１は、隔壁１１に固定された状態で、複数（５つ）のカッタ駆動モータ６により駆動されるように構成されている。複数（５つ）のカッタ駆動モータ６は、駆動ギヤ３１の周方向に略等角度間隔で配置されている。駆動ギヤ３１は、掘進方向に延びる中心軸線α回りに回転するように構成されている。

図４（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、偏心体４は、駆動軸３の前方で、かつ、カッタヘッド２の後方に配置されている。偏心体４は、駆動軸３の中心軸線αに対して掘進方向に直交する方向に偏心した位置で、駆動軸３に回転可能に支持されている。

偏心体４は、駆動軸３が中心軸線α回りに回転することによって、中心軸線αの周りを公転（図４（Ａ）の二点鎖線で示す矢印方向に移動）するように構成されている。すなわち、偏心体４は、中心軸線αの周りを公転するように、中心軸線αに対して偏心した位置で駆動軸３に支持されている。なお、偏心体４の駆動軸３に対する偏心量Ｄ１は、中心軸線αと偏心体４の掘進方向に延びる中心軸線βとの間の距離である。

偏心体４は、後方からカッタヘッド２を支持している。偏心体４は、カッタヘッド２に対して固定されていない。すなわち、偏心体４は、偏心体４に対するカッタヘッド２の僅かな位置ずれを許容した状態でカッタヘッド２を支持している。偏心体４の中心軸線βは、左右方向において、カッタヘッド２の中間に配置されている（図４（Ａ）参照）。

中間ギヤ５は、隔壁１１に含まれる壁部１１ｂ（図２参照）に固定されている。壁部１１ｂは、カッタ駆動モータ６を支持している。中間ギヤ５は、軸受部１１ｃ（図２参照）により中心軸線γ（図２参照）回りに回転可能に支持されている。中間ギヤ５は、複数（２つ）の駆動ギヤ３１に噛み合うことにより、複数（２つ）の駆動軸３の駆動を同期させるように構成されている。中間ギヤ５は、駆動ギヤ３１が中心軸線α回りに回転することによって、掘進方向に延びる中心軸線γ回りに回転するように構成されている。中間ギヤ５は、複数（２つ）の駆動ギヤ３１により駆動される駆動力を有さない従動ギヤである。中心軸線γは、複数（２つ）の駆動ギヤ３１の中心軸線αの中間に配置されている。図４（Ａ）に示すように、中間ギヤ５の直径ｄ１は、駆動ギヤ３１の直径ｄ２と略等しい。

中間ギヤ５の直径ｄ１を駆動ギヤ３１の直径ｄ２と略等しくなるように構成しているが、実施例の断面形状において、適切な大きさで構成したものであり、部品の共通化を図る効果も得られている。

また、中間ギヤの直径が駆動ギヤの直径に対して小さくなる程、中間ギヤの各外歯の噛み合い数が駆動ギヤの各外歯の噛み合い数よりも多くなり、経時的な使用に伴う中間ギヤの交換時期が早まることになる。さらに、中間ギヤが負担する接線力は大きなものとなる。したがって、中間ギヤ５の直径ｄ１と駆動ギヤ３１の直径ｄ２とを略等しくすることにより、中間ギヤ５の劣化を抑制して、中間ギヤ５の交換時期が早まることを回避することができ、負担する接線力も同等となる。

以下、カッタヘッド駆動機構１００ａの各部の詳細（具体的）な構成について順に説明する。説明では、上下一対の駆動ユニット（１つの駆動軸３、１つの偏心体４およびカッタ駆動モータ６）のうち、上方側の構成について主に説明する。

〈カッタ駆動モータおよび駆動軸の構成〉
図３に示すカッタ駆動モータ６は、上記の通り、１つの駆動ギヤ３１に対して複数（５つ）設けられている。カッタ駆動モータ６は、減速機を含んでいる。カッタ駆動モータ６の出力軸の前端には、ピニオン６ａが設けられている。ピニオン６ａは、駆動ギヤ３１に側方（掘進方向に直交する方向）から噛み合うことにより、駆動ギヤ３１を回転させるように構成されている。

駆動軸３は、駆動軸本体３０と、駆動軸本体３０に後方から固定される駆動ギヤ３１（被支持部）と、駆動軸本体３０の前方に固定される環状の軸受部３２とを備えている。

駆動ギヤ３１（駆動軸３）は、隔壁１１に設けられた環状の軸受部１１ａに内周側から支持されることにより、掘進方向に延びる中心軸線α（軸受部１１ａの中心軸線）回りに回転可能に構成されている。駆動ギヤ３１は、外歯を有し、外歯とピニオン６ａとが噛み合うことにより、掘進方向に延びる中心軸線α回りに回転するように構成されている。駆動ギヤ３１は、下端において、外歯と中間ギヤ５とが噛み合うことにより、中間ギヤ５を掘進方向に延びる中心軸線γ（図２参照）回りに回転させるように構成されている。なお、中間ギヤ５の回転方向は、２つの駆動軸３（駆動ギヤ３１）とは逆である。

軸受部３２は、偏心体４を後方から駆動軸３に対して回転可能に支持している。

〈偏心体の構成〉
偏心体４は、偏心体本体４１と、偏心体本体４１に前方から固定される複数（４つ）のピン４２とを備えている。

偏心体４は、カッタヘッド２を掘進方向に直交する方向に離間した複数（４）箇所（４つの交差部２０）で支持することにより（図１参照）、偏心体４に対してカッタヘッド２を回転することがない状態で支持している。

偏心体本体４１は、駆動軸３の環状の軸受部３２に内周側から支持される被支持部４１ａと、被支持部４１ａに前方から固定される複数（４つ）の支柱部４１ｂと、支柱部４１ｂに前方から固定される座部４１ｃとを含んでいる。

被支持部４１ａ（偏心体４）は、軸受部３２に内周側から支持されることにより、掘進方向に延びる中心軸線β（軸受部１１ａの中心軸線）回りに駆動軸３に対して回転可能に構成されている。この際、２つの偏心体４がカッタヘッド２を上方側および下方側の２箇所を支持していることから、駆動軸３が中心軸線α回りに回転した場合に、偏心体４は、カッタヘッド２の姿勢を保持しながら（掘進方向から見て、カッタヘッド２を傾かせることなく）、中心軸線αの周りを公転するように構成されている（図４（Ａ）に示す二点鎖線のカッタヘッド２を参照）。すなわち、カッタヘッド２は平行クランク運動を行う。

図５に示すように、複数（４つ）の支柱部４１ｂは、掘進方向（前後方向）に延びる円柱形状を有している。複数（４つ）の支柱部４１ｂは、掘進方向（前後方向）から見て、２行２列となる略矩形形状（略正方形形状）に配列されている。複数（４つ）の支柱部４１ｂは、座部４１ｃを駆動軸３側（後方）から支持している。

座部４１ｃは、掘進方向と直交（交差）する方向に延びる略矩形（略正方形）の平板形状（板状）に形成されている。座部４１ｃには、中心に前後方向に貫通する貫通穴４ａが設けられている。貫通穴４ａは、掘削した土砂をチャンバ１２内に取り込む機能を有している。座部４１ｃは、ピン４２を介してカッタヘッド２を間接的に支持している。座部４１ｃは、前方から四隅にピン４２が１つずつ固定されるように構成されている。この際、ピン４２は、溶接またはボルトによる螺合などの手段により座部４１ｃに固定される。

複数（４つ）のピン４２は、掘進方向に直交する方向に離間して設けられている。複数（４つ）のピン４２は、掘進方向（前後方向）から見て、２行２列となり、複数（４つ）の支柱部４１ｂよりも一回り大きい略矩形形状（略正方形形状）に配列されている。複数（４つ）のピン４２は、カッタヘッド２の交差部２０に設けられた穴部２１に前方から挿入されて、偏心体本体４１に固定されることにより、１つのカッタヘッド２を支持している。

ピン４２は、前後方向に延びる円柱形状を有している。ピン４２の前端には、外径が一回り大きくなる円形状の移動規制部４２ａが設けられている。ピン４２は、移動規制部４２ａをカッタヘッド２のザグリ部２１ａに配置することにより、移動規制部４２ａによりカッタヘッド２の前方への移動を規制して、カッタヘッド２の脱落を防止している。

詳細には、偏心多軸シールド掘進機１００は、カッタヘッド２が前方に移動しようとした場合に、ザグリ部２１ａに配置された移動規制部４２ａにカッタヘッド２が後方から当接して、カッタヘッド２の前方への移動が規制されるように構成されている。

図６に示すように、ピン４２とカッタヘッド２の穴部２１との間には、ピン４２に対するカッタヘッド２の位置ずれを許容する隙間（クリアランス）Ｃ１およびＣ２が設けられている。すなわち、カッタヘッド２は、偏心体４に固定されてはおらず、偏心体４に対して僅かな移動（位置ずれ）が許容された状態で偏心体４に支持されている。

隙間Ｃ１は、ピン４２の半径方向の隙間であり、ピン４２の外径に対して十分に小さく設定されている。隙間Ｃ２は、ピン４２の掘進方向の隙間であり、ピン４２の掘進方向の長さに対して十分に小さく設定されている。一例ではあるが、ピン４２の外径が３００ｍｍである場合に、隙間Ｃ１は、半径方向３ｍｍ（片側３ｍｍ）に設定される。この場合、隙間Ｃ２は、片側１ｍｍに設定される。

図２に示すように、偏心体４は、駆動軸３の中心軸線αと偏心体４の中心軸線δとの間の距離を示す偏心量Ｄ１の２倍以上の径よりも大きな領域Ｒでカッタヘッド２を支持している。すなわち、上下方向（左右方向）における２つのピン４２の中心軸線δ間の間隔Ｄ２は、偏心体４の駆動軸３に対する偏心量Ｄ１の２倍よりも大きい。すなわち、偏心体４は、複数のピン４２により、カッタヘッド２を掘進方向に直交する方向において、比較的大きく離間した複数の位置で支持することによって、カッタヘッド２を安定して支持することが可能に構成されている。

偏心体４は、掘進方向から見て、複数（４つ）のピン４２に囲まれた領域Ｒに駆動軸３の中心軸線αを配置した状態で、中心軸線αの周りを公転するように構成されている。すなわち、２つの中心軸線δ間の間隔Ｄ２は、内側に駆動軸３の中心軸線αが収まるように、比較的大きく設定されている。

〈中間ギヤの構成〉
中間ギヤ５は、複数（２つ）の駆動軸３の回転方向を一致させた状態で、駆動を同期させるように構成されている。同期とは、複数（２つ）の駆動軸３（駆動ギヤ３１）の駆動タイミングを（略）一致させるとともに、複数（２つ）の駆動軸３の同一の回転方向における駆動量（回転量）を（略）一致させることを意味する。

中間ギヤ５は、外歯を有し、外歯と複数（２つ）の駆動ギヤ３１とが噛み合うことにより、掘進方向に延びる中心軸線γ回りに回転するように構成されている。

（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、複数の駆動軸３の駆動ギヤ３１に噛み合うことにより、複数の駆動軸３の駆動を同期させる中間ギヤ５を設ける。これにより、所定の駆動軸３が回転した際に、中間ギヤ５を介して他の駆動軸３を強制的に適切な方向に回転させることができるとともに、中間ギヤ５を介して複数の駆動軸３を略同時に回転させることができる。その結果、複数の駆動軸３の駆動を確実に同期させることによって、カッタヘッド２を円滑に回転させることができる。また、複数の駆動軸３の駆動ギヤ３１に略同平面で噛み合う中間ギヤ５という比較的簡易な構成（複雑ではない構成）により、複数の駆動軸３の同期を図ることができ、駆動ギヤ後部の空間を占有することがないので、カッタヘッド２に通される配線や配管を設けるための空間を容易に確保することができる。

本実施形態では、上記のように、駆動軸３は、中間ギヤ５の両側に一対設けられている。これにより、駆動軸３の数を、カッタヘッド２を円形状の軌跡に沿って移動させることが可能な最小の数（２つ）にすることができるので、駆動軸の数が３つ以上である場合と比較して、いずれかの駆動軸３に発生する同期不良などの不具合を低減することができるとともに、構造の簡素化することができる。その結果、構造の簡素化を図りながら、カッタヘッド２をより円滑に回転させることができる。

本実施形態では、上記のように、中間ギヤ５は、複数の駆動軸３の駆動ギヤ３１の間に１つ設けられている。これにより、簡易な構成により、複数の駆動軸３の駆動を確実に同期させることができる。また、複数の中間ギヤが設けられた際の中間ギヤ同士の回転のずれを防止することができる。

本実施形態では、上記のように、偏心体４は、駆動軸３の中心軸線αと偏心体４の中心軸線βとの間の距離を示す偏心量Ｄ１の２倍以上の径よりも大きな領域でカッタヘッド２を支持している。これにより、比較的広い範囲でカッタヘッド２を支持することができるので、安定してカッタヘッド２を支持することができる。

本実施形態では、上記のように、偏心体４は、中央に掘進方向に貫通する貫通穴４ａが設けられるとともに、掘進方向と交差する方向に延びる板状に形成され、カッタヘッド２を間接的に支持する座部４１ｃと、座部４１ｃを駆動軸３側から支持する複数の支柱部４１ｂとを有している。これにより、偏心体４の中間部（座部４１ｃの駆動軸３側）は、複数の支柱部４１ｂによって構成されて、座部４１ｃの中央に貫通穴４ａ（開口）が設けられるので、カッタヘッド２の前面より偏心体４の内側を土砂が通過することが可能になる。その結果、偏心体４が掘進方向に直交する方向において大きな範囲で構成されていても、カッタヘッド２の前面からの土砂の流入を阻害することなく、貫通穴４ａ（開口）と複数の支柱部４１ｂの間の隙間とを介して、効果的に土砂をチャンバ１２内に流入させることができる。

本実施形態では、上記のように、偏心体４は、掘進方向に直交する方向に離間して設けられ、１つのカッタヘッド２を支持する複数のピン４２を有している。これにより、偏心体が１箇所でカッタヘッドを支持する場合と比較して、偏心体４が互いに掘進方向に直交する方向において比較的広い範囲でカッタヘッド２を支持することができるので、偏心体４によって安定してカッタヘッド２を支持することができる。その結果、カッタヘッド２をより円滑に回転させることができる。

本実施形態では、上記のように、ピン４２は、４つ設けられ、偏心体４は、掘進方向と直交する方向に延びる略矩形の平板形状に形成され、四隅にピン４２が１つずつ固定される座部４１ｃを有している。これにより、４つのピン４２を共通の座部４１ｃに固定することができるので、４つのピン４２における互いの軸心の狂いを抑制することができる。このため、偏心体４によって、より安定してカッタヘッド２を支持して、カッタヘッド２をより一層円滑に回転させることができる。

本実施形態では、上記のように、カッタヘッド２は、ピン４２が挿入される穴部２１を含み、穴部２１とピン４２との間には、ピン４２に対するカッタヘッド２の位置ずれを許容する隙間（クリアランス）Ｃ１およびＣ２が設けられている。これにより、互いに異なる構造であるカッタヘッド２と偏心体４のピン４２との連結箇所に隙間Ｃ１およびＣ２が設けられるので、製作時に発生する複数の駆動軸３（駆動ギヤ３１）における互いの軸心の狂いを、隙間Ｃ１およびＣ２により吸収することができる。その結果、カッタヘッド２をより円滑に回転させることができる。

本実施形態では、上記のように、偏心体４は、掘進方向から見て、複数のピン４２に囲まれた領域Ｒに駆動軸３の中心軸線αを配置した状態で、中心軸線αの周りを公転するように構成するとともに、偏心体４を、駆動軸３の外径の中に略含まれるように構成する。これによって、安定してカッタヘッド２を支持することができるので、カッタヘッド２をより円滑に回転させることができる。

（変形例）
なお、今回開示された実施形態および変形例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、偏心多軸シールド掘進機（カッタヘッド）を異形断面のトンネルを掘削するように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、偏心多軸シールド掘進機（カッタヘッド）を円形断面のトンネルを掘削するように構成してもよい。

また、上記実施形態では、偏心多軸シールド掘進機が駆動軸を２つ備える例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、偏心多軸シールド掘進機が駆動軸を３つ以上備えていてもよい。

また、上記実施形態では、偏心多軸シールド掘進機が中間ギヤを１つ備える例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、偏心多軸シールド掘進機が中間ギヤを２つ以上備えていてもよい。なお、複数の中間ギヤは、複数の駆動軸の回転方向が同じになるように設けられる。

また、上記実施形態では、駆動ギヤの直径と中間ギヤの直径とを略等しくする例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、駆動ギヤの直径と中間ギヤの直径とを互いに異ならせてもよい（略等しくなくてもよい）。

また、上記実施形態では、中間ギヤを駆動ギヤにより駆動される従動ギヤとする例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、中間ギヤを直接駆動させる駆動源を設けてもよい。

また、上記実施形態では、偏心体のピンとカッタヘッドとの間に隙間を設けて、偏心体に対するカッタヘッドの位置ずれを許容するように構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、偏心体に対するカッタヘッドの位置ずれを許容することなく、たとえば、偏心体とカッタヘッドとを互いに溶接して、偏心体にカッタヘッドを固定してもよい。

また、上記実施形態では、１つの偏心体（１つの偏心体の４つのピン）により、カッタヘッドを４箇所において支持する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、１つの偏心体により、カッタヘッドを１以上３以下、または５以上の箇所において支持してもよい。

また、上記実施形態では、駆動ギヤに対して偏心体を固定することなく、駆動ギヤにより偏心体を回転可能なように支持した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、駆動ギヤに対して偏心体が動くことがないように、駆動ギヤに対して偏心体を固定してもよい。この場合、偏心体によりカッタヘッドを回転可能なように支持する。

また、上記実施形態では、座部により、支持軸部を介して間接的にカッタヘッドを支持した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、支持軸部を設けることなく、座部により、カッタヘッドを直接支持してもよい。この場合、たとえば、座部とカッタヘッドとを、溶接により直接接合したり、ボルトなどの固定部材を用いて直接固定する。

２ カッタヘッド
３ 駆動軸
４ 偏心体
４ａ 貫通穴
５ 中間ギヤ
２１ 穴部
３１ 駆動ギヤ
４１ｂ 支柱部
４１ｃ 座部
４２ ピン（支持軸部）
１００ 偏心多軸シールド掘進機
Ｃ１ （ピンの半径方向の）隙間
Ｃ２ （ピンの掘進方向の）隙間
Ｒ （複数のピンに囲まれた）領域
α （駆動軸の）中心軸線
β （偏心体の）中心軸線

Claims (8)

1. 掘削領域と略相似形のカッタヘッドを、駆動軸に対し同一方向に同一距離偏心した複数の軸で支持して回転駆動することにより、前記カッタヘッドを平行クランク運動をさせ、前記掘削領域の軌跡に沿って移動させることによりトンネルを掘削する偏心多軸シールド掘進機であって、
   １つの前記カッタヘッドと、
   各々が駆動ギヤを含み、掘進方向に延びる各中心軸線回りに回転する複数の前記駆動軸と、
   前記複数の駆動軸毎に１つずつ設けられ、前記駆動軸の前記中心軸線の周りを公転するように、前記駆動軸の前記中心軸線に対して偏心した位置で回転可能に前記駆動軸に支持されるとともに、前記カッタヘッドを支持する偏心体と、
   前記複数の駆動軸の前記駆動ギヤに噛み合うことにより、前記１つのカッタヘッドを駆動させる前記複数の駆動軸の駆動を同期させて、前記１つのカッタヘッドの回転を円滑にする中間ギヤとを備え、
   前記偏心体は、掘進方向に貫通する貫通穴が設けられるとともに、前記カッタヘッドを直接または間接的に支持する座部と、前記座部を前記駆動軸側から支持する複数の支柱部とを有している、偏心多軸シールド掘進機。
2. 前記駆動ギヤは、前記中間ギヤの両側に一対設けられている、請求項１に記載の偏心多軸シールド掘進機。
3. 前記中間ギヤは、前記複数の駆動軸の前記駆動ギヤの間に１つ設けられている、請求項１または２に記載の偏心多軸シールド掘進機。
4. 前記偏心体は、前記駆動軸の前記中心軸線と前記偏心体の中心軸線との間の距離を示す偏心量の２倍以上の径よりも大きな領域で前記カッタヘッドを支持している、請求項１～３のいずれか１項に記載の偏心多軸シールド掘進機。
5. 前記座部は、掘進方向と交差する方向に延びる板状に形成されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の偏心多軸シールド掘進機。
6. 前記偏心体は、掘進方向に直交する方向に離間して設けられ、前記１つのカッタヘッドを支持する複数の支持軸部を有している、請求項１～５のいずれか１項に記載の偏心多軸シールド掘進機。
7. 前記支持軸部は、４つ設けられ、
   前記偏心体は、掘進方向と直交する方向に延びる略矩形の平板形状に形成され、四隅に前記支持軸部が１つずつ固定される前記座部を有している、請求項６に記載の偏心多軸シールド掘進機。
8. 前記カッタヘッドは、前記支持軸部が挿入される穴部を含み、
   前記穴部と前記支持軸部との間には、前記支持軸部に対する前記カッタヘッドの位置ずれを許容する隙間が設けられている、請求項６または７に記載の偏心多軸シールド掘進機。

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