JPH06248877A - シールド掘進機 - Google Patents

シールド掘進機

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JPH06248877A
JPH06248877A JP3380793A JP3380793A JPH06248877A JP H06248877 A JPH06248877 A JP H06248877A JP 3380793 A JP3380793 A JP 3380793A JP 3380793 A JP3380793 A JP 3380793A JP H06248877 A JPH06248877 A JP H06248877A
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rotary
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shield
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Tadao Yoshikawa
忠男 吉川
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成でありながら、断面が矩形状のト
ンネルを掘削することができるシールド掘進機を提供す
る。 【構成】 シールド本体1内でかつ偏心した位置で水平
方向の貫通穴4が形成された筒状回転体5の上記貫通穴
4内に、回転軸体8を回転自在に保持させ、この回転軸
体8の前端部にカッタヘッド9を取り付けるとともに、
その後端部にシールド本体1側に回転自在に設けられた
回転歯車17に噛合するリングギヤ18を取り付け、上記回
転歯車17とリングギヤ18との歯数を2対3に設定すると
ともに、歯車連動機構21を介して、筒状回転体5と回転
歯車17とを同一速度でもってかつ回転軸体8に対しては
3倍の速度で回転させるようになし、さらにカッタヘッ
ド9の正面視形状を、ルーロの三角形と同一形状に形成
したものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、断面形状が矩形状のト
ンネルを掘削し得るシールド掘進機に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来、断面形状が矩形状のトンネルを掘
削し得るものとしては、特開平2−66295号公報お
よび特開平2−315592号公報に開示されたものが
ある。特開平2−66295号公報に開示されたトンネ
ル掘削装置は、シールド掘進機本体の前部に、左右一対
のドラムカッタと、これら両ドラムカッタの中央空間部
の上下に配置された一対のリングカッタとを有するもの
であり、矩形状のトンネル断面全体に亘って掘削用のド
ラムを配置して回転させるようにしたものである。
【0003】また、特開平2−315592号公報に開
示されたシールド機は、センターカッタの他に所定の軌
跡に沿って移動手段により移動されるサイドカッタを有
するものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のトンネル掘
削装置の構成によると、シールド掘進機本体の前部に、
トンネルの矩形状断面全体にほぼ対応するように、少な
くともリングカッタの両側に、大きいドラムカッタを配
置しなければならず、装置として非常に高価なものにな
るという問題を有しており、また上記従来のシールド機
の構成によると、サイドカッタを所定の軌跡に沿って移
動させる移動手段を必要とするとともに、サイドカッタ
自身の回転駆動機構も必要となり、機械全体として、駆
動機構が非常に複雑になるという問題を有していた。
【0005】そこで、本発明は上記問題を解消し得るシ
ールド掘進機を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のシールド掘進機は、シールド本体の前部
に、偏心した位置で水平方向の貫通穴が形成された筒状
回転体を回転自在に設けるとともに、シールド本体側
に、筒状回転体側に設けられた第1リングギヤを介して
筒状回転体を所定方向に回転させる回転駆動装置を設
け、上記筒状回転体の後方位置のシールド本体側に回転
歯車を設け、上記筒状回転体の貫通穴内に回転軸体を回
転自在に保持させ、この回転軸体の前端部にカッタヘッ
ドを取り付けるとともに、後端部に上記回転歯車の歯部
に噛合する内歯が形成された第2リングギヤを取り付
け、上記回転歯車とリングギヤとの歯数を2対3にする
とともに、上記筒状回転体側に設けられた第1リングギ
ヤと、回転歯車との間に歯車連動機構を介在させて、筒
状回転体と回転軸体とを互いに逆方向にかつ筒状回転体
を回転軸体に対して3倍の速度でもって回転させるよう
になし、さらに上記カッタヘッドの正面視形状を、ルー
ロの三角形と同一形状に形成したものである。
【0007】
【作用】上記の構成によると、筒状回転体を所定方向に
所定回転数でもって回転させると、回転軸体が公転しな
がらその端部に取り付けられた第2リングギヤおよび歯
車連動機構を介して、回転軸体に取り付けられるととも
にその外周形状がルーロの三角形に形成されたカッタヘ
ッドが、筒状回転体に対して逆方向にかつ1/3の速度
でもって回転して、断面が矩形状のトンネルが掘削され
ることになる。
【0008】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1〜図5に基づ
き説明する。図1において、1はシールド掘進機のシー
ルド本体で、その内部の中心前方位置には、円筒支持体
2が前部隔壁3を介して取り付けられるとともに、この
円筒支持体2の中央空間部内には、円筒支持体2の中心
軸aに対して所定の偏心量eでもって偏心された水平か
つ前後方向の貫通穴4が形成された筒状回転体5が軸受
6を介して回転自在に挿入されている。
【0009】この筒状回転体5の貫通穴4内には、さら
に軸受7を介して回転軸体8が回転自在に配置されてお
り、またこの回転軸体8の前端部にはカッタヘッド9が
取り付けられている。
【0010】このカッタヘッド9は、正面視形状がルー
ロの三角形となるような形状にされている。すなわち、
図2に示すように、正三角形の任意の頂点を中心とし
て、その一辺を半径Rとして他の2つの頂点を通過する
3個の劣弧Sにより構成された形状とされている。
【0011】上記筒状回転体5の後端部には、外歯11
aを有するリング状ギヤ(第1リングギヤ)11が形成
されるとともに、シールド本体1側には、このリング状
ギヤ11の外歯11aに噛合する駆動用ピニオン12が
その出力軸に取り付けられた回転駆動装置(例えば電動
機などが使用されている)13が配置されている。
【0012】また、シールド本体1の筒状回転体5の後
方位置の後部壁体15には、軸受16を挿通支持された
回転軸部17bを介して回転歯車17が保持されてお
り、さらに上記回転軸体8の後端面には、この回転歯車
17の外歯17aに噛合する内歯18aを有するリング
ギヤ(第2リングギヤ)18が取り付けられており、ま
た上記固定歯車17の外歯17aと、リングギヤ18の
内歯18aとの歯数の比は2対3に設定されている。
【0013】そして、上記筒状回転体5と上記回転歯車
17とは、歯車連動機構21を介して、互いに逆方向に
回転するように連動連結されている。すなわち、この歯
車連動機構21は、図3に示すように、後部壁体15に
軸受22を介して回転自在に挿通支持された第1支持軸
体23と、この第1支持軸体23の一端部に取り付けら
れるとともに上記リング状ギヤ11の外歯11aに噛合
する第1連動用歯車24と、上記第1支持軸体23の他
端部に取り付けられた第2連動用歯車25と、後部壁体
15に突設された支持軸体26に軸受27を介して回転
自在に支持されるとともに上記第2連動用歯車25に噛
合された第3連動用歯車28と、上記回転歯車17の支
持軸部17bの他端部に取り付けられるとともに上記第
3連動用歯車28に噛合された第4連動用歯車29とか
ら構成されている。
【0014】そして、さらに上記歯車連動機構21にお
ける各連動用歯車の歯数は、筒状回転体5の回転速度
と、回転歯車17の回転速度とが、同一となるように設
定されている。
【0015】なお、カッタヘッド9の所定の外周頂点部
にはコピーカッタ装置31が配置されており、コピーカ
ッタが例えば油圧シリンダーにより、カッタヘッド9の
外周面から出退自在にされており、またこの油圧シリン
ダーへの油の供給は、カッタヘッド9の面板内および回
転軸体8内並びに回転歯車17の中心部を挿通された油
圧配管32により供給されるようにしている。
【0016】また、上記シールド本体1内には、カッタ
ヘッド9により掘削された土砂を外部に排出するため
の、スクリュウ式排土装置33が配置されている。上記
構成において、回転駆動装置13により、筒状回転体5
が所定速度でもって回転されると、この筒状回転体5に
かつ偏心した位置で保持されている回転軸体8が、その
偏心量eを半径として公転するとともに、歯車連動機構
21を介して回転歯車17が筒状回転体5と逆方向でか
つ同一速度でもって回転されることになる。
【0017】ところで、上記リングギヤ18の内歯18
aは回転歯車17の外歯17aに噛合されているため、
筒状回転体5が1回転すると、回転軸体8が1/3回転
自転する。したがって、カッタヘッド9が3回公転する
間に、カッタヘッド9自身は1回自転することになる。
【0018】この時、回転軸体8の前端部に取り付けら
れているカッタヘッド9の外周の軌跡は、図2に示すよ
うに、矩形状でかつその四隅が円弧状となり、したがっ
て断面形状が正方形のトンネルが掘削されることにな
る。
【0019】例えば、掘削されるトンネルの具体的な形
状について説明すると、図2に示すように、カッタヘッ
ド9におけるルーロの三角形の中心から頂点までの距離
をrとすると、頂点同士を結ぶ一辺の長さRは下記の
式で表される。
【0020】 R=3r2 /[8(r/2−2×e)]+r/4−e・・・ したがって、図4に示すように、掘削される正方形の一
辺をLとすると、下記式のような関係がある。
【0021】 L/2=r−e ・・・・ なお、必要に応じて、カッタヘッド9の外周部に配置さ
れたコピーカッタ装置31を使用することにより、トン
ネルの掘削断面形状を、所望の形状に修正することがで
きる。
【0022】ここで、図5を参照して、筒状回転体5、
リングギヤ18および回転歯車17の回転数の関係を求
めてみると下記式のようになる。 Nb =(1−a/b)×Nc +(a/b)×Na ・・・・ 但し、Na :リングギヤの回転数 Nb :回転歯車の回転数 Nc :筒状回転体の回転数 a :リングギヤの内歯の歯数 b :回転歯車の外歯の歯数 なお、式中において、+は右回りを示し、−は左回り
を示す。
【0023】上記式に具体的な数値として、 a=30枚,b=20枚,Nc =−3,Na =1を代入
する。 Nb =(1−30/20)×(−3)+(30/20)×Na ・・・・ 上記式より、Nb を求めると、Nb =3となる。
【0024】したがって、図2に示すように、筒状回転
体5を左方向(矢印bにて示す)に3回転させるととも
に、回転歯車17を右方向に3回転させると、カッタヘ
ッド9は右方向(矢印cにて示す)に1回転し、カッタ
ヘッド9の外周部は正方形の軌跡を描くことになる。す
なわち、断面形状が正方形のトンネルを掘削することが
できる。
【0025】ところで、上記実施例においては、回転軸
体すなわちカッタヘッドの自転のための駆動源をカッタ
ヘッドを公転させるための電動機を利用するようにした
が、例えば図3の仮想線にて示すように、回転歯車17
に直接駆動ピニオン41が噛合された他の電動機(図示
せず)を配置して、補助駆動源を設けるようにしてもよ
い。
【0026】また、上記実施例においては、カッタヘッ
ド9を1個設けたシールド掘進機について説明したが、
例えば図6に示すように、2個のカッタヘッド9A,9
Bを並列に配置すれば、断面が長方形のトンネルを掘削
することができる。勿論、この場合、両カッタヘッド9
A,9Bが互いに干渉し合わないように、一方のカッタ
ヘッド9Aが他方のカッタヘッド9Bに対して前後方向
でずらして配置される。
【0027】また、上記実施例においては、カッタヘッ
ドの全周囲をルーロの三角形の形状としたが、例えば各
頂点付近だけをルーロの三角形の形状にするとともに、
各辺の中間部を凹ませた形状(スポーク形状)にしても
よい。すなわち、カッタヘッドの外周面が、少なくとも
ルーロの三角形の形状よりも外側に突出しない形状にし
てもよい。このような形状とすることにより、例えば図
6で示したように、カッタヘッドを2個並列に設ける場
合でも、図7に示すように、両カッタヘッド9A,9B
を前後方向でずらすことなく配置することができる。
【0028】また、上記実施例においては、カッタヘッ
ドを支持する回転軸体の直径を比較的細い軸体として図
示したが、例えばカッタヘッドが大きく、これを支持す
る回転軸体の直径が太くなる場合には、図8に示すよう
に、筒状回転体5の貫通穴4内に保持される回転軸体8
とカッタヘッド9との間は、複数本のスポーク51によ
り、連結するようにしてもよい。
【0029】さらに、上記実施例においては、シールド
掘進機の構成形式としては、スクリュウ排土方式(土圧
系シールド)を図示したが、例えば泥水式のシールド掘
進機にも適用し得る。
【0030】
【発明の効果】以上のように本発明の構成によると、ル
ーロの正三角形の形状にされたカッタヘッドの回転中心
を、所定の偏心距離でもってかつカッタヘッドと逆方向
に回転させて、断面形状が矩形状のトンネルを掘削する
ようにしので、従来の構成に比べて、非常に簡単な構造
でかつ安価なシールド掘進機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例におけるシールド掘進機の断
面図である。
【図2】同実施例におけるシールド掘進機の概略構成を
示す正面図である。
【図3】同実施例のシールド掘進機における歯車連動機
構を示す図1のA−A矢視図である。
【図4】同実施例のシールド掘進機におけるカッタヘッ
ドの寸法と偏心量との関係を示す正面図である。
【図5】同実施例のシールド掘進機における各回転部分
の回転数を求める際の要部模式図である。
【図6】本発明の一実施例におけるシールド掘進機の変
形例を示す正面図である。
【図7】本発明の一実施例におけるシールド掘進機の変
形例を示す正面図である。
【図8】本発明の他の実施例におけるシールド掘進機の
正面図である。
【符号の説明】
1 シールド本体 4 貫通穴 5 筒状回転体 8 回転軸体 9 カッタヘッド 11 リング状ギヤ 13 回転駆動装置 17 回転歯車 17a 外歯 18 リングギヤ 18a 内歯 21 歯車連動機構

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シールド本体の前部に、偏心した位置で水
    平方向の貫通穴が形成された筒状回転体を回転自在に設
    けるとともに、シールド本体側に、筒状回転体側に設け
    られた第1リングギヤを介して筒状回転体を所定方向に
    回転させる回転駆動装置を設け、上記筒状回転体の後方
    位置のシールド本体側に回転歯車を設け、上記筒状回転
    体の貫通穴内に回転軸体を回転自在に保持させ、この回
    転軸体の前端部にカッタヘッドを取り付けるとともに、
    後端部に上記回転歯車の歯部に噛合する内歯が形成され
    た第2リングギヤを取り付け、上記回転歯車とリングギ
    ヤとの歯数を2対3にするとともに、上記筒状回転体側
    に設けられた第1リングギヤと、回転歯車との間に歯車
    連動機構を介在させて、筒状回転体と回転軸体とを互い
    に逆方向にかつ筒状回転体を回転軸体に対して3倍の速
    度でもって回転させるようになし、さらに上記カッタヘ
    ッドの正面視形状を、ルーロの三角形と同一形状に形成
    したことを特徴とするシールド掘進機。
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Cited By (4)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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