JPH0238692A - トルクバランス型メカニカルシールド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は掘削作業におけるシールド本体のローティジョ
ンを防止して横穴と縦穴の掘削を可能としたメカニカル
シールドに関するものである。

〔従来の技術〕

トンネルや上下水道或いは電纜用洞道等を掘削する手段
として、近年、メカニカルシールド工法が盛んに用いら
れている。

このシールド工法は、シールド本体（鋼殻）内に設けた
カッタ駆動用モータが直接或いは減速機構を介してカッ
タを回転させて土砂（土石）を掘削するものである。

そして、掘削に際して、該カッタ駆動用モータの回転と
反対方向に作用する反力によってシールド本体が回動（
ローティジョン）するのを防ぐために、シールド本体の
外周に複数の抵抗板を長手方向に設けである。

この抵抗板は、横穴掘削において、シールドの自重によ
ってシールド本体と土砂との周面摩擦抵抗が大きいが故
に効果を奏するものであって、縦穴掘削用としては適用
が難しい。

即ち、橋桁用の縦穴掘削や海底資源等の発掘ポーリング
作業等においては、掘削用ドリルの回転反力に対してド
リル駆動用モータが反転しない様に、該駆動用モータを
しっかりと固定する強固な建造物が必要である。

また、縦穴掘削用のドリルには、横穴掘削用のシールド
に匹敵する様な大径のものがなく、横穴並の穴は掘削出
来ないのが実状である。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、上記した点に鑑みて、強固な建造物による支
えを必要とすることな（、海底等に大径の縦穴を効率良
く掘削出来る手段を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記の目的を達成するために、シールド本体
内部に、カッタ駆動用モータの出力軸によって駆動され
る第一のカッタドラムを設けると共に、該カッタ駆動用
モータのハウジングによって駆動される第二のカッタド
ラムを設けて成ることを特徴とするトルクバランス型メ
カニカルシールド、或いは、シールド本体内部に、カッ
タ駆動用正転モータと、該カッタ駆動用正転モータと同
出力のカッタ駆動用逆転モータを同数設け、該正転モー
タと該逆転モータが夫々、同心円上に配設された別々の
カッタドラムを駆動して成ることを特徴とするトルクバ
ランス型メカニカルシールドを基本の手段とする。

〔作　用〕

掘削に際して、上記した前者の手段によって、カッタ駆
動用モータの出力軸とハウジング本体は夫々反対方向に
回転して夫々のカッタドラムを駆動するから、掘削によ
って生じる反力を互いに相殺して、シールドのローティ
ジョンを防止することが出来る。

また、後者の手段によって、同−出力且つ同数のカッタ
駆動用正転モータとカッタ駆動用逆転モータは同時に夫
々側々のカッタドラムを駆動するから、シール、ド本体
に作用する反力は大きさが等しく且つ方向が反対となっ
て、シールドのローティジョンを防止することが出来る
。

尚、前者の手段に対し、駆動用モータとカッタドラムの
間にプラネタリギヤを介在させると共に出力軸とハウジ
ング本体の何れか一方を停止させるブレーキ機構を設け
れば、カッタが岩盤に突き当たった場合でも、ブレーキ
作用により他方の回転数を倍加させることが出来るから
、効率的な掘削が可能となる。

〔実施例〕

第１図は、本発明のトルクバランス型メカニカルシール
ドの一実施例を示す縦断面図であり、シールド本体１の
内部にカッタ駆動用モータ４を一台設けると共に、該モ
ータ４の出力軸５によって駆動される内側カッタドラム
２３と、シールド本体１に回動自在に支持された該モー
タ４のハウジング６によって駆動される外側カッタドラ
ム２４を夫々同心円上に設けである。

該モータ４の出力軸５と内側カッタドラム２３の間には
プラネタリギヤを用いた減速機構７を介在させてあり、
即ち、出力軸５に対し、太陽歯車（外歯歯車）８を設け
、該太陽歯車８の外周に複数の遊星歯車９を介してリン
グ状の内歯歯車１０を設けである。

該遊星歯車９は、シールド本体１の内側に張り出して設
けた歯車支持壁２０，２０’にヘアリング１９ａを介し
て軸支しである。

そして、該内歯歯車１０に内側カッタドラム２３を接合
して設けである。

該内側カッタドラム２３の先端には内側カッタホイール
２５を設け、該カッタホイール２５には掘削用のカッタ
２７を放射状に且つ一列毎に千鳥状に配設してあり、該
カッタ２７はボルト止め等により固定されて交換可能に
なっている。

一方、該モータ４のハウジング６と外側カッタドラ仏２
４の間にもプラネタリギヤを用いた減速機構１３を介在
させてあり、即ち、スリップリング１２を設けて回動可
能なハウジング６に対し、回転体１１を固定して設ける
と共に、該回転体１１の外周にリング状の太陽歯車（外
歯歯車）１４を設け、さらに該太陽歯車１４の外周に複
数の遊星歯車１５を介在させてリング状の内歯歯車１６
を設けである。

該遊星歯車１５は、シールド本体１の歯車支持壁２，２
０にベアリング１９ｅを介して軸支しである。

そして、該内歯歯車１６には外側カッタドラム２４を一
体に或いは接合して設け、該外側カッタドラム２４の先
端に環状の外側カッタホイール２６を設けである。

該外側カッタホイール２６にも前述と同様なカッタ２８
が設けてあり、これらのカッタホイール２５．２６には
、細長形状の土砂採入れ口２９を放射状に設けである。

尚、前記内歯歯車ｌＯは、歯車支持壁２０にベアリング
１９ｂ、ｃを介して支持されると共に、前記回転体１１
は歯車支持壁２にベアリング１９ｄを介し、また、内歯
歯車１６と歯車支持壁２゜３の間、並びに前記内側カッ
タホイール２５と外側カッタドラム２４の間等には夫々
ベアリング１９ｆ、ｇ、ｈ・・・を介在させである。

これらのベアリング１９ｂ−ｄ、ｆ−ｈは高荷重に耐え
る様にテーパベアリング或いはコロベアリングが使用さ
れる。

また、内側カッタドラム２３並びに外側カッタドラム２
４の外周に土砂搬送用のスクリューコンベヤ２１．２２
を夫々接合して設けてあり、カッタ駆動用モータ４が該
スクリューコンベヤ２１゜２２の動力源を兼ねている。

図中３０は土砂搬送孔であり、図示しないベルトコンベ
ヤ等によって土砂の排出がなされる。

さらに、回転体１１に対し、ブレーキ板１７を接合して
設けると共に、シールド本体１の歯車支持壁２に対して
ブレーキライニング１８を設けである。

このブレーキ機構は出力軸５の駆動トルクセンサー（図
示せず）の信号により制御されており、即ち、内側力フ
タホイール２５が岩盤に突き当って該ホイール２５の回
転が停止したり遅くなった場合に、出力軸５は内歯歯車
１０の周上で遊星歯車９を空転させて駆動トルクの伝達
を弱めるので、その情報信号によりブレーキをオンにし
て回転体１１即ち外側カッタホイール２６を停止させ、
そのトルクを出力軸５の駆動に使用させることにより、
出力軸５のトルクを倍加させて岩盤を掘削することが出
来るのである。

尚、ブレーキ機構をハウジング側と出力軸側の両方に設
ければ、外側カッタホイール２６と内側カッタホイール
２５のどちらに対しても駆動トルクを配分することが可
能となる。

さらに、これらの場合、シールド本体１の外周に抵抗板
３１を設けておけばローティジョンを防ぐことが出来る
。

図中３２は土中進入時の抵抗を減少させるために回転自
在に軸支した抵抗板である。

また、シールド本体ｌの歯車支持壁２並びに外側カッタ
ホイール２６は、図中３４．３３で示す継ぎ口部により
切り離しが可能であり、掘削完了後にシールドの内部構
造物を全て回収することが出来る。

図中３５は図示しないセグメントを覆工すると共にシー
ルド自体を推進させるための油圧ジヤツキである。

ここで、本実施例の作用を説明すると、カッタ駆動用モ
ータ４を始動すると、出力軸５が回転すると共にハウジ
ング６が反対方向に回転し、それらの回転力は夫々の減
速機構７，１３によって増加されて、夫々のカッタドラ
ム２３，２４を対向方向に回転させる。

即ち、該出力軸５に設けた太陽歯車８が図示イ方向に回
転すると、遊星歯車９は口方向に回転し、内歯歯車ｌＯ
を凸方向に回転させる。

従って、内側カッタドラム２３は二方向に回転して、該
ドラム２３に設けたカッタ２７により土砂を掘削すると
共に、内側スクリューコンベヤ２１によりズリ（土砂）
を搬送する。

一方、ハウジング６の回転体１１に設けた外歯歯車１４
はホ方向に回転して、遊星歯車１５をへ方向に回転させ
るから、内歯歯車１６即ち外側カッタドラム２４をト方
向に回転させて、該ドラム２４に設けたカッタ２８並び
に外側スクリューコンベヤ２２により、前記内側カッタ
ドラム２３と逆向きに掘削及び搬送を行う。

第２図は、本発明のトルクバランス型メカニカルシール
ドの他の実施例を示すものであり、シールド本体３６の
内部にモータ固定壁３７を張り出して設け、該固定壁３
７に対し、シールド軸中心ｍから放射状に、内側にカッ
タ駆動用正転モータ３８ａ　、ｂを、そして外側に該正
転モータ３８ａ、ｂと同出力のカッタ駆動用逆転モータ
３９ａ。

ｂを夫々対称位置に同数（図中各二個）配設しである。

そして、これらのモータ３８ａ−ｂ、３９ａ〜ｂの出力
軸ａ９ｂｔａ’９ｂ′に夫々小歯車４０ａ、４０ｂ、４
０ｃ、４０ｄを設けると共に、該小歯車４０ａ−ｄに噛
み合うリング状の内歯歯車４２．４４と外歯歯車４１，
４３をシールド軸中心ｍに対して同心円上に設けである
。

尚、カッタ駆動モータの数は多い程、掘削力を増強させ
ることが出来るが、その場合でも正転、逆転モータを同
数設けることが望ましい。

さて、夫々の内歯歯車４２，４４と外歯歯車４１．４３
にはカッタドラム５０，５１，５２，５３を一体に或い
は接合して設けてあり、夫々のカッタドラム５０〜５３
にはカッタホイール５４゜５５．５６，５７を同心円上
に配設しである。

即ち、最内側のカッタドラム５０には円板状のカッタホ
イール５４を設け、以下軸心から内歯付カッタドラム５
１、外歯付カッタドラム５２、最外側の内歯付カッタド
ラム５３の順に夫々リング状のカッタホイール５５〜５
７を設けである。

そして、夫々のカッタホイール５４〜５７にはカッタ５
Ｂ、５９，６０，６１を交換可能に設けである。

さらに、夫々のカッタドラム５０〜５３の外周には土砂
搬送用スクリューコンベヤ４６，４７゜４８．４９を設
けである。

ここで、本実施例の作用を説明すると、内側←設けた正
転モータ３８ａ、３８ｂがチ方向に回転すると、出力軸
ａ、ｂの小歯車４０ａ、４０ｂは外歯歯車４１と内歯歯
車４２を夫々対向り、ヌ方向に回転させて、カッタホイ
ール５４．５５を対向して駆動させる。

さらに、外側に設けた逆転モータ３９ａ、３９ｂが前記
正転モータ３９ａｘｂの回転と逆向き（ル方向）に回転
して、出力軸ａ′　、ｂ′の小歯車４０ｃ、４０ｄが外
歯歯車４３と内歯歯車４４を夫々前記外歯歯車４１と内
歯歯車４２に対して逆方向（ル、ヲ）に回転させるから
、カッタホイール５６．５７は前記カッタホイール５４
．５５に対して逆向きに駆動される。

つまり、カッタホイール５４〜５７は交互に対向して回
転する。

従って、掘削に際して、シールド本体１が受ける反力は
相殺されるから、ローティジョンを起こすことがなく、
故に縦穴を掘削する場合でもシールド本体１を強固に固
定する必要はない。

尚、夫々の歯車４１〜４４並びにカッタドラム５０〜５
３は高荷重に耐えるコロ乃至はテーパベアリング４５ａ
ｘｄによって支持されており、また、シールド本体ｌの
モータ固定壁３７並びに最外側のカッタホイール５７は
、図中６２．６３で示す継ぎ口部により切り離しが可能
であり、掘削完了後にシールドの内部構造物を全て回収
することが出来るのは先の実施例と同様である。

本実施例によれば、先の実施例よりもシールド径（カッ
タホイール径）を大きくすることが出来るものである。

〔発明の効果〕

本発明は、上記の如くに、カッタ駆動モータの駆動反力
を相殺して、シールド本体にローティジョンを起こさな
い構造としたから、−台で横穴と縦穴両方の掘削に使用
することが出来るものであり、掘削機作製に要するコス
トを大幅に低減させる効果を有すると共に、縦穴の掘削
に使用した場合には、従来にない大径の穴を掘削するこ
とが出来るから、掘削作業の効率を上げて海底資源等の
開発に威力を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のトルクバランス型メカニカルシールド
の一実施例を示す縦断面図、 第２図は本発明の他の実施例を示す縦断面図である。 ｌ、３６・・・シールド本体、４・・・カッタ駆動用モ
ータ、５・・・出力軸、６・・・ハウジング、７，１３
・・・減速機構、１７・・・ブレーキ板、１８・・・ブ
レーキライニング、１９　ａ−ｈ　、　４５　ａＮｄ・
＜アリング、２３・・・内側カッタドラム、２４・・・
外側カッタドラム、３８ａ、３８ｂ・・・カッタ駆動用
正転モータ、３９ａ、３９ｂ・・・カッタ駆動用逆転モ
ータ、５０．５１，５２，５３・・・カッタドラム。 特許出願人　　日昭精工株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）シールド本体内部に、カッタ駆動用モータの出力
   軸によって駆動される第一のカッタドラムを設けると共
   に、該カッタ駆動用モータのハウジングによって駆動さ
   れる第二のカッタドラムを設けて成ることを特徴とする
   トルクバランス型メカニカルシールド。
2. （２）カッタ駆動用モータの出力軸と第一のカッタドラ
   ムの間、並びに該カッタ駆動用モータのハウジングと第
   二のカッタドラムの間にプラネタリギヤを用いた減速機
   構を介在させると共に、該出力軸と該ハウジングの何れ
   か一方の回転を停止させるブレーキ機構を設けて成る請
   求項（１）記載のトルクバランス型メカニカルシールド
   。
3. （３）シールド本体内部に、カッタ駆動用正転モータと
   、該カッタ駆動用正転モータと同出力のカッタ駆動用逆
   転モータを同数設け、該正転モータと該逆転モータが夫
   々、同心円上に配設された別々のカッタドラムを駆動し
   て成ることを特徴とするトルクバランス型メカニカルシ
   ールド。