JPH089950B2 - 矩形シールド掘削機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、断面が正方形の穴を
掘進するための矩形シールド掘削機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、シールド掘削機としては次のよう
なものがある(特開昭６３−２４７４９７号公報)。この
シールド機は、円筒形状のシェルの前端に漏斗形状のフ
ードを固定し、上記シェルにフードの後方に位置するよ
うに隔壁を固定して、上記フードの後端と隔壁との間に
チャンバーを形成している。この隔壁の中心には回転軸
を回転自在に挿通している。したがって、この回転軸は
円筒形のシェルの中心に位置している。この回転軸の先
端にはカッタヘッドを固定している。このカッタヘッド
は回転軸の先端に固定したコーンとこのコーンの先端に
固定したカッタアーム等の掘削部とからなっており、上
記コーンとフードとの間に破砕室を形成している。そし
て、この破砕室には送泥管により泥水を供給し、掘削部
により地盤を掘削し、掘削された礫を破砕室で破砕し、
破砕された礫，土砂等を破砕室からチャンバーに導き、
さらに、チャンバーに連通する排泥管により外部に排出
するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最近、断面
が正方形の管路のための穴を掘る際には、その管路の形
状に合わせて断面が正方形の穴を掘削したいという要請
がある。

【０００４】ところが、上記従来のシールド掘削機は円
筒形のシェルに固定した隔壁の中心、つまり円筒形のシ
ェルの中心に回転軸を配置し、この回転軸に固定したカ
ッタヘッドの回転によって掘削を行うため、掘削された
穴は必然的に円形になり、断面が正方形の穴を掘ること
ができないという問題がある。

【０００５】そこで、この発明の目的は、断面が正方形
の穴を掘進することができる矩形シールド掘削機を提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の矩形シールド掘削機は、面正方形状のシ
ェルと、上記シェルの前端部に設けられて,上記シェル
の前端から後方内側に向かって縮径する漏斗形状のフー
ドと、上記シェルの中心を回転中心として上記シェルに
回転自在に支持されて,前方に位置する上記フードの後
端との間にチャンバーを形成すると共に,回転軸を上記
シェルの中心に対して偏心した位置で支持する回転隔壁
と、前方に向かって縮径して上記フードとの間に破砕室
を形成するコーン及びこのコーンの前端に設けられて正
三角形を構成する掘削部を有すると共に,上記コーンの
後端が上記回転軸の前端に固定されて成るカッタヘッド
と、上記回転隔壁の後方に配置され,互いに噛合すると
共に,ピッチ円の直径が３対４の比を有する外歯ギヤと
内歯ギヤを有し、上記内歯ギヤの中心が上記シェルの中
心に一致する一方,上記外歯ギヤが上記回転軸に固定さ
れている偏心リングギヤ装置と、上記シェルの中心を回
転中心として上記シェルに回転自在に支持され,上記外
歯ギヤを上記内歯ギヤに噛合させて自転させながら公転
させるクランク軸と、上記クランク軸を回転駆動する駆
動装置とを備えたことを特徴としている。

【０００７】また、請求項２の矩形シールド掘削機は、
請求項１の矩形シールド掘削機の構成に加えて、上記回
転軸における上記フードおよびコーンの後端面に近接し
た位置に固定されると共に、上記破砕室から上記チャン
バーへ所定の径以下の礫を通過させる開口を有するスリ
ットプレートを備えたことを特徴としている。

【０００８】

【作用】上記駆動装置を駆動すると、クランク軸が回転
して、偏心リングギヤ装置の外歯ギヤは内歯ギヤに噛合
して自転しながら公転する。このため外歯ギヤに固定さ
れた回転隔壁の回転軸も自転しながら公転する。このと
き、回転隔壁は、断面正方形のシェルに回転自在に支持
され、かつ、上記回転軸を偏心した位置で支持している
ため、自転をおこなう。つまり、上記回転軸は、自転す
る回転隔壁を介してシェルに偏心して支持された状態
で、自転しながら公転する遊星運動を行うのである。こ
のため、回転軸の先端に固定されたカッタヘッドの正三
角形を構成する掘削部は地盤の土砂や礫を掘削し、コー
ンとフードの間の破砕室に土砂を導びく。この破砕室に
導びかれた礫は、回転軸の自転しながら公転する運動に
伴って、フードの内周面とコーン外周面との間に挟まれ
て破砕される。破砕された礫，土砂はチャンバーに導び
かれ、チャンバーから外部に排出される。

【０００９】このとき、カッタヘッドの掘削部は正三角
形を構成し、偏心リングギヤ装置の外歯ギヤのピッチ円
の直径と内歯ギヤのピッチ円の直径が３対４の比を有す
るため、つまり、外歯ギヤのピッチ円の半径を３、内歯
ギヤのピッチ円の半径を４とすると、クランク軸の偏心
量ｅが１の関係を有するため、掘削部の軌跡の包絡線は
図３に示すように正方形となり、シェルが正方形断面を
持っていることと相俟って、正方形の穴が掘削される。

【００１０】このように正方形の穴を掘削すると同時
に、回転軸が自転を行いながら公転を行うという遊星運
動を行うため、フードの内面とコーンの内面との間の寸
法が径方向に拡縮して礫の破砕作用を行う。

【００１１】また請求項２のように、スリットプレート
を設けた場合には、回転軸の遊星運動つまり、コーンの
遊星運動により、フードの後端とコーンの後端との間の
寸法が拡大した箇所から搬送できない大きな礫がチャン
バーに供給されようとするが、このような礫の通過を妨
げる所定の大きさの開口を有するスリットプレートが回
転軸に固定しているため、搬送できないような大きな礫
がチャンバーに供給されることがなく、礫は破砕された
後、スリットプレートの開口部を通してチャンバーに供
給される。したがって、破砕室において礫が確実に破砕
されると共に、搬送可能な大きさに破砕された礫のみが
チャンバーに供給される。

【００１２】

【実施例】以下、この発明を図示の実施例により詳細に
説明する。図１において、１は断面が正方形状のシェル
であり、このシェル１の前端には内周が漏斗形状で外周
が正方形のフード２を固定している。このフード２の内
周面には、図２に示すように放射状の突起３を設けてい
る。一方、上記シェル１の内側には、フード２の後端か
ら所定の間隔をあけて支持板５を固定している。この支
持板５にはベアリング６を介して回転隔壁７を回転自在
に取り付けて、上記回転隔壁７の前面とフード２の後端
面との間にはチャンバー１３を形成している。上記回転
隔壁７は外周の円筒部と内周の円筒部とフランジ部と放
射状のリブとからなり、内周の円筒部は偏心した位置に
あって、回転軸１５を回転隔壁７の中心に対して偏心し
た内周部にブッシュ１６を介して回転自在に支持してい
る。したがって、この回転軸１５は正方形断面のシェル
１の中心に対しても偏心した位置にあることになる。ま
た、上記ベアリング６は回転隔壁７に作用するラジアル
荷重とスラスト荷重の両方を支持することができる。上
記回転隔壁７の外周の円筒部と、シェル１の内周に固定
した外周が正方形で内周が円筒形のスペーサ板１１との
間はシール部材１２によりシールしている。

【００１３】一方、上記回転軸１５の先端にはカッタヘ
ッド２０を固定している。このカッタヘッド２０は図
１、２に示すように、回転軸１５の先端に固定したコー
ン２１とそのコーン２１の先端に円周方向に等間隔に固
定され、半径方向に延びる３本のカッタアーム２２と、
このカッタアーム２２のほぼ先端部をつなぐ小さな曲率
のカッタリング２３と、カッタアーム２２とコーン２１
とをつなぐ送りブレード２４とからなる。図２に示すよ
うに、このカッタアーム２２の最先端(Ａ)は正方形のフ
ード２のほぼ内側に位置し、このカッタアーム２２の最
先端Ａを結ぶと正三角形を構成するようにしている。

【００１４】なお、図２において、２５はカッタアーム
２２の前面に設けたカッタツース、２６はカッタリング
２３の前面に設けた外周ビット、２７はコーン２１の外
周に設けた突起である。

【００１５】また、上記回転軸１５には、フード２の内
周面かつ後端とコーン２１の外周面かつ後端との間を塞
ぐスリットプレート３０を固定している。このスリット
プレート３０は、コーン２１の外周後端とフード２の内
周後端が最大限離れても、それらの間に面するような寸
法になっている。このスリットプレート３０には、後に
述べる配泥管によって搬送可能な礫のみを通過させる大
きさの開口３１を設けている。したがって、フード２の
内周とコーン２１の外周との間の破砕室Ｂにおいて、こ
の開口３１よりも小さく破砕された礫や土砂のみがチャ
ンバー１３内に入ることができる。また、上記回転軸１
５にはチャンバー１３内に位置するように掻き上げ板３
２を固定している。この掻き上げ板３２はチャンバー１
３内において礫や土砂などを泥水と攪拌する働きをす
る。

【００１６】一方、上記支持板５の後方には偏心リング
ギヤ装置４０を設けている。この偏心リングギヤ装置４
０はシェル１の内周に固定した内歯ギヤ４１とこの内歯
ギヤ４に噛合する外歯ギヤ４２からなる。この内歯ギヤ
４１のピッチ円と外歯ギヤ４２のピッチ円の比は４対３
になっている。この外歯ギヤ４２は回転軸１５に固定し
ている。この内歯ギヤ４１の中心はシェル１の中心に位
置している。したがって、内歯ギヤ４１のピッチ円の半
径Ｒ₁＝４、外歯ギヤ４２のピッチ円の半径Ｒ₂＝３とす
ると、上記回転軸１５および外歯ギヤ４２はシェル１の
中心から偏心量ｅ＝１だけ偏心していることになる。さ
らに、この偏心量ｅ＝１、半径Ｒ₁＝４、Ｒ₂＝３のとき
に、図２に示すように、シェル１およびフード２の一辺
の長さＳ＝１４およびカッタアームの頂点Ａを結ぶ正三
角形の一辺の長さＳ＝１４の関係になっている。

【００１７】一方、上記シェル１に固定した支持フレー
ム５０にクランク軸５２の一端部をベアリング５３,５
４を介して回転自在に支持している。このクランク軸５
２の他端部は外歯ギヤ４２の後端部にブッシュ５５を介
して回転自在に嵌合している。したがって、このクラン
ク軸５２の回転によって外歯ギヤ４２を内歯ギヤ４１に
噛合させて、外歯ギヤ４２を内歯ギヤ４１に沿って自転
させながら公転させることができる。上記クランク軸５
２は、シェル１内に設けた駆動装置としての電動機６０
によって、減速装置６１、互いに噛合する伝達歯車６
２,６３を介して回転させるようにしている。

【００１８】なお、図１において、７１はこの矩形シー
ルド掘削機の掘進方向を修正するための方向修正ジャッ
キ、７２は上記フード２に設けた開口７３を通して泥水
を破砕室Ｂに導びく送泥管、７５は上記スペーサ板１１
のシェル１のコーナ部近傍の広い箇所に開口して、チャ
ンバー１３内の土砂を外部に排出するための排泥管であ
る。

【００１９】上記構成の矩形シールド掘削機は次のよう
に動作する。この矩形シールド掘削機は、縦穴の底部に
設けた図示しないジャッキによって埋設管を介して前方
に推進される。

【００２０】この矩形シールド掘削機を前方に推進しな
がら、電動機６０によって減速機６１、伝達歯車６２,
６３を介してクランク軸５２を回転させると、偏心リン
グギヤ装置４０の外歯ギヤ４２はクランク軸５２の３回
転によって自転を４回しながらそれと逆方向の公転を３
回行う。この外歯ギヤ４２の遊星運動によって回転軸１
５およびカッタヘッド２０も同じくクランク軸５２の３
回転によって自転を４回行ってそれと逆方向の公転を３
回行う遊星運動を行う。これによってカッタヘッド２０
のカッタアーム２２の先端Ａの軌跡は、前述の如く偏心
リングギヤ装置４０の内歯ギヤ４１のピッチ内の半径Ｒ
₁＝４、外歯ギヤ４２のピッチ円の半径Ｒ₂＝３、クラン
ク軸５２の偏心量ｅ＝１、カッタアーム２２の頂点Ａを
結ぶ三角形の一辺の長さＳ＝１４、およびシェル１およ
びフード２の一辺の長さＳ＝１４の関係を有するため、
上記正三角形が描く軌跡は図３に示すようになり、カッ
タアーム２２等の掘削部はシェル１の外形に適合した正
方形の穴を掘削する。

【００２１】また、上記クランク軸５２の回転により、
偏心リングギヤ装置４０の外歯ギヤ４２が遊星運動を行
うため、カッタヘッド２０のコーン２１も遊星運動を行
う。このためフード２の内周とコーン２１の外周との間
の破砕室Ｂの半径方向の寸法が拡縮し、破砕室Ｂに掘削
されて導びかれてきた礫などは、このフード２に対する
コーン２１の接離する遊星運動によって粉砕される。し
たがって、礫の破砕を効率よく行うことができる。

【００２２】この礫を破砕する際に、回転軸１５に作用
する回転モーメントは回転隔壁７によって支持され、ベ
アリング６を介して支持板５によって支持される。上記
回転隔壁７は回転軸１５を偏心した位置で支持し、かつ
自転が可能なので、回転軸１５の遊星運動を許容するの
である。

【００２３】破砕室Ｂで破砕された礫のうち、スリット
プレート３０の開口３１を通過することができる礫のみ
が、送泥管７２の出口７３より破砕室Ｂに導びかれた泥
水によってチャンバー１３に導びかれる。上記開口３１
を通過できない礫は、破砕室Ｂにおいてより小さく砕か
れた後、開口３１を通ってチャンバー１３に導びかれ
る。このようにして、チャンバー１３に導びかれた礫や
土砂は、攪拌羽根３２によって攪拌されて、図示しない
出口から排泥管７５を通して外部に排出される。このチ
ャンバー１３内にある礫はスリットプレート３０の開口
３１を通った礫であるので、排泥管３５に詰まることは
なく確実に外部に排出される。

【００２４】上記実施例ではクランク軸５２の偏芯量ｅ
＝１、内歯ギヤ４１のピッチ円の半径Ｒ₁＝４、外歯ギ
ヤ４２のピッチ円の半径Ｒ₂＝３とし、さらにカッタア
ーム２２の頂点Ａを結ぶ三角形の一辺の長さＳ＝１４と
したが、この一辺の長さＳの長さを変えることによって
各一辺が内側あるいは外側に湾曲した多少変形した形の
正方形断面の穴を掘削することができる。

【００２５】

【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１の発
明によれば、シエルを断面正方形にし、ピッチ円の直径の
比が３対４である互いに噛合する外歯ギヤと内歯ギヤを
有する偏心リングギヤ装置をクランク軸によって駆動
し、上記外歯ギヤをクランク軸の３回転によって自転を
４回させてそれと逆方向の公転を３回させ、この外歯ギ
ヤに固定した回転軸およびカッタヘッドを自転させなが
ら公転させて、回転隔壁の前に位置するカッタヘッドの
正三角形を構成する掘削部に上記回転隔壁の後に位置す
る外歯ギアの遊星運動を伝達するので、この正三角形の
掘削部の軌跡が正方形となり、シェルが正方形断面を有
することと相俟って、正方形の穴を掘削することができ
る。

【００２６】また、請求項１の発明によれば、回転隔壁
によって回転軸を偏心した位置で支持し、偏心リングギ
ヤ装置を介して回転軸に遊星運動を行なわせるので、カ
ッタヘッドのコーンとフードの内周面との間隔が拡縮し
て、破砕室における礫の破砕作用を増大させることがで
きる。

【００２７】また、請求項２の発明によれば、回転軸に
おける上記フードおよびコーンの後端面に所定の大きさ
の開口を有するスリットプレートを固定し、このスリッ
トプレートの開口を通る礫のみをチャンバーに導びくた
め、チャンバーに破砕されていない礫が導びかれるのを
防止して、排泥管に詰まることのない礫のみをチャンバ
ーに導びくようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施例の矩形シールド掘削機の
断面図である。

【図２】 上記実施例の矩形シールド掘削機を前方から
見た図である。

【図３】 正三角形を構成する掘削部が遊星運動を行う
ことによって正方形の穴を掘削することを示すための説
明図である。

【符号の説明】

１…シェル、２…フード、７…回転隔壁、１３…チャン
バー、１５…回転軸、２０…カッタヘッド、２１…コー
ン、２２…カッタアーム、３０…スリットプレート、４
０…偏心リングギヤ装置、４１…内歯ギヤ、４２…外歯
ギヤ、５２…クランク軸、６０…電動機。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−256697（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−158196（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−247497（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 断面正方形状のシェルと、 上記シェルの前端部に設けられて、上記シェルの前端か
   ら後方内側に向かって縮径する漏斗形状のフードと、 上記シェルの中心を回転中心として上記シェルに回転自
   在に支持されて、前方に位置する上記フードの後端との
   間にチャンバーを形成すると共に、回転軸を上記シェル
   の中心に対して偏心した位置で支持する回転隔壁と、 前方に向かって縮径して上記フードとの間に破砕室を形
   成するコーン及びこのコーンの前端に設けられて正三角
   形を構成する掘削部を有すると共に、上記コーンの後端
   が上記回転軸の前端に固定されて成るカッタヘッドと、 上記回転隔壁の後方に配置され、互いに噛合すると共
   に、ピッチ円の直径が３対４の比を有する外歯ギヤと内
   歯ギヤを有し、上記内歯ギヤの中心が上記シェルの中心
   に一致する一方、上記外歯ギヤが上記回転軸に固定され
   ている偏心リングギヤ装置と、 上記シェルの中心を回転中心として上記シェルに回転自
   在に支持され、上記外歯ギヤを上記内歯ギヤに噛合させ
   て自転させながら公転させるクランク軸と、 上記クランク軸を回転駆動する駆動装置とを備えたこと
   を特徴とする矩形シールド掘削機。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のシールド掘削機におい
   て、 上記回転軸における上記フードおよびコーンの後端面に
   近接した位置に固定されると共に、上記破砕室から上記
   チャンバーへ所定の径以下の礫を通過させる開口を有す
   るスリットプレートを備えたことを特徴とする矩形シー
   ルド掘削機。