JPH10238286A - 地中掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カッターフレームの大きさや平行運動量を変
えずに更に大きな径のトンネルを掘削できる地中掘削機
を提供する。 【解決手段】 進退自在に設けられた支保部の前側に、
進退方向と直交する方向に沿うカッターフレーム１１が
平行クランク機構を介して回転自在に配設され、このカ
ッターフレーム１１の前面に回転台座１９を介して複数
のビット１２,１３が配設された地中掘削機であって、
前記回転台座１９は、前記進退方向に沿う台座軸１９ａ
にて前記カッターフレーム１１に回転自在に装着される
一方、カッターフレーム１１の外周縁部に配設される外
周ローラビット１２が回転台座１９の台座軸１９ａに対
して傾斜し、この外周ローラビット１２への地盤からの
反力の作用点が、前記台座軸１９ａに対して後方にオフ
セットされ、且つ、該台座軸１９ａより外側に位置して
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、地下鉄,道路用
トンネルや上下水道等を構築すべく、そのトンネルを掘
削するのに適した地中掘削機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来からこの種のものとしては、特開平
５ー３２１５８８号公報に記載されたようなものがあ
る。これは、シールド筒の前部にカッターフレームが配
設され、このカッターフレームに掘削具としてのローラ
ビットが所定の間隔をおいて複数個配設されると共に、
これらが平行クランク機構により平行運動されるように
なっている。そして、そのカッターフレームに、回転台
座が回転可能に装着され、この回転台座に前記ローラビ
ットが、回転台座の中心軸の周りに所定の偏心距離を回
転半径として首振り運動可能に取り付けられている。

【０００３】これによれば、平行クランク機構により、
カッターフレームを平行運動させたときに、ローラビッ
トの回転中心軸が回転台座の回転中心軸の回りに所定の
偏心距離を回転半径として首振り運動する。その結果、
ローラビットが転動しやすい位置に移動し、スムーズに
転動するので、切羽が土丹等であっても、能率良く破砕
し掘削することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の地中掘削機にあっては、カッターフレームが
平行クランク機構にて平行運動することにより、カッタ
ーフレームの径より大きな径のトンネルを掘削できるよ
うになっているが、カッターフレームの大きさや平行運
動量を変えずに更に大きな径のトンネルを掘削できる装
置の提供が望まれる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】かかる課題を達成するた
めに、請求項１に記載の発明は、進退自在に設けられた
支保部の前側に、前記進退方向と直交する方向に沿うカ
ッターフレームが平行クランク機構を介して回転自在に
配設され、該カッターフレームの前面に回転台座を介し
て複数のビットが配設された地中掘削機であって、前記
回転台座は、前記進退方向に沿う台座軸にて前記カッタ
ーフレームに回転自在に装着される一方、該カッターフ
レームの外周縁部に配設されるビットは、前記台座軸に
対して傾斜し、該ビットへの地盤からの反力の作用点
が、前記台座軸に対して後方にオフセットされ、且つ、
該台座軸より外側に位置している地中掘削機としたこと
を特徴としている。

【０００６】請求項２に記載された発明は、請求項１の
構成に加え、前記回転台座には、２組の支持突片が逆ハ
の字に前記台座軸方向に対して斜めに延長され、該両支
持突片に円形のビットが回転自在に配設されていること
を特徴とする。

【０００７】請求項３に記載された発明は、請求項１の
構成に加え、前記回転台座には、１組の支持突片が前記
台座軸方向に対して斜めに延設され、該支持突片に円形
のビットが回転自在に配設されていることを特徴とす
る。

【０００８】請求項４に記載された発明は、請求項１の
構成に加え、前記ビットは、前記回転台座と一体である
ことを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて説明する。

【００１０】［発明の実施の形態１］図１乃至図７に
は、この発明の実施の形態１を示す。

【００１１】まず構成について説明すると、この実施の
形態の地中掘削機１は、岩盤ＧにトンネルＴを掘削する
ためのもので、この地中掘削機１は以下のように構成さ
れている。

【００１２】すなわち、この地中掘削機１は、大別する
と、前側から、トンネルＴの切羽Ｔ１を掘削する掘削部
２と、この掘削部２を回転自在に支持する支保部３と、
この支保部３からの掘削時の反力を受ける反力部４とを
有している。

【００１３】具体的には、この反力部４は、図５に示す
ように、上下左右に反力ジャッキ５が配設され、これら
反力ジャッキ５の先端部に、それぞれトンネルＴの内壁
面に当接するトンネルＴの曲面形状に沿った反力外殻部
６が設けられている。これら反力外殻部６を各ジャッキ
７の駆動力により、トンネルＴの内壁面に圧接させて反
力部４を固定して、前記支保部３側からの反力を受ける
ようにしている。

【００１４】そして、この反力部４の前面と支保部３と
の間には、計４本の推進ジャッキ７が配設され、これら
ジャッキ７の駆動により支保部３が進退動されるように
なっている。

【００１５】また、支保部３は、上下左右に支保ジャッ
キ８が配設され、これら支保ジャッキ８の先端部に、そ
れぞれトンネルＴの内壁面に当接するトンネルＴの曲面
形状に沿った支保外殻部９が設けられている。これら支
保外殻部９を各ジャッキ８の駆動力により、トンネルＴ
の内壁面に圧接させて支保部３を固定して、前記掘削部
２側からの反力を受けるようにしている。

【００１６】さらに、前記掘削部２は、進退方向と直交
する方向方向に沿う円形のカッターフレーム１１が平行
クランク機構を介して前記支保部３に平行運動可能に設
けられ、このカッターフレーム１１の外周縁部に「この
発明に係るビット」としての外周ローラビット１２が設
けられ、この内側に多数の内側ローラビット１３が図７
に示すように所定の配設ピッチＰ１で配設されている。

【００１７】その平行クランク機構は、図１に示すよう
に、クランク形状の回転子１４が４カ所設けられ、これ
ら回転子１４の支保部側軸部１４ａが前記支保部３の貫
通孔に回転自在に挿通される一方、回転子１４の、前記
支保部側軸部１４ａとオフセットされたカッター側軸部
１４ｂが、前記カッターフレーム１１に回転自在に挿通
され、この回転子１４が駆動モータ１５で回転されるこ
とにより、カッターフレーム１１が平行運動されるよう
になっている。

【００１８】また、前記内側ローラビット１３は、図７
に示すように、カッターフレーム１１に回転台座１６を
介して取り付けられている。詳しくは、回転台座１６
は、進退方向に沿う台座軸１６ａが軸受け１７を介して
カッターフレーム１１に回転自在に装着されると共に、
この回転台座１６には、内側ローラビット１３を支持す
る一対の支持突片１６ｂが台座軸１６ａ方向（進退方
向）に沿って突設されている。そして、この支持突片１
６ｂに、円形を呈する内側ローラビット１３が、進退方
向と直交する方向のビット軸１８にて回転自在に支持さ
れている。このビット軸１８は台座軸１６ａと図７の
（ｂ）中距離ｅ離間した状態で近距離交叉するように設
定されている。これにより、内側ローラビット１３への
岩盤Ｇからの反力の作用点が、台座軸１６ａ上からオフ
セットされた位置に設定されている。

【００１９】一方、前記外周ローラビット１２は、主に
図１に示すように、一つの回転台座１９に対して２つ取
り付けられている。詳しくは、この回転台座１９は、進
退方向に沿う台座軸１９ａが軸受け２０を介してカッタ
ーフレーム１１に回転自在に装着されると共に、この回
転台座１９には、外周ローラビット１２を支持する一対
の支持突片１９ｂが２組、逆ハの字状に突設されてい
る。そして、これら２組の支持突片１９ｂに、２つの円
形を呈する外周ローラビット１２がビット軸２１にて回
転自在に支持されることにより、これら外周ローラビッ
ト１２が、台座軸１９ａに対して傾斜して配設されてい
る。これら両外周ローラービット１２の中心を結ぶ線Ｐ
と台座軸１９ａ中心とは、図２中距離ｅ離間した状態で
近距離交叉するように設定されている。これにより、外
周ローラビット１２への岩盤Ｇからの反力の作用点が、
台座軸１９ａ上からオフセットされた位置に設定されて
いる。

【００２０】なお、符号２３はズリ搬出装置で、この実
施の形態では、例えばベルトコンベアにて構成されてい
る。そして、図１中上側の外周ローラビット１２の反力
の作用点（岩盤Ｇへの接触点）が台座軸１９ａより外側
（図中上側）に位置している。

【００２１】次に、作用について説明する。

【００２２】岩盤ＧにトンネルＴを掘削するには、ま
ず、反力部４側の反力ジャッキ５にて反力外殻部６をト
ンネルＴ内壁面に押圧することにより、反力部４を所定
の位置で固定する。この状態で、推進ジャッキ７によ
り、支保部３及び掘削部２を前進させて各ローラビット
１２，１３をトンネルＴの切羽Ｔ１に押し付ける。これ
と共に、各駆動モータ１５を駆動させて回転子１４を介
してカッターフレーム１１を平行運動させる。これによ
り、複数の外周ローラビット１２及び内側ローラビット
１３がそれぞれ図５中半径Ｒで回転運動する。

【００２３】これにより、各ローラビット１２，１３
で、図７の（ａ）に示すように、切羽Ｔ１に切削溝Ｔ２
が形成され、この溝Ｔ２が接近して形成されることによ
り、各ローラビット１２，１３が岩盤Ｇに食い込み、く
さび効果により、順次岩盤Ｇが破砕されて掘削されるこ
ととなる。

【００２４】この掘削時には、ビット軸１８及び両外周
ローラビット１２の中心を結ぶ線Ｐと、台座軸１６ａ，
１９ａとが図２及び図５の（ｂ）中距離ｅ離間した状態
で近距離交叉するように設定されているため、回転台座
１６，１９がいわゆる首振り運動をして各ローラビット
１２，１３の刃の方向が、カッターフレーム１１平行運
動によるローラビット１２，１３の回転運動の接線方向
を向くこととなる。従って、各ローラービット１２，１
３はビット軸１８，２１を中心に円滑に回転運動をする
ことにより、切削溝Ｔ２が良好に形成され、掘削性能が
確保されることとなる。

【００２５】また、この掘削時には、台座軸１９ａの外
側に位置（図１中上側に位置）する外周ローラビット１
２にてカッターフレーム１１の外周縁より更に外側が掘
削されることとなる。従って、従来と同じ大きさのカッ
ターフレーム１１で、且つ、平行運動量が同じもので
も、従来より大きな径のトンネルＴを掘削することがで
きる。

【００２６】さらに、両外周ローラビット１２が台座軸
１９ａの両側に一対配設されているため、岩盤Ｇからの
反力が両外周ローラビット１２を介して回転台座１９に
バランス良く作用することとなり、この回転台座１９の
回転等が円滑に行われる。

【００２７】さらにまた、カッターフレーム１１が一方
向のみ回転する場合には、外周ローラビット１２は片側
に一つ設けられていれば良いが、逆回転する場合には、
両側に外周ローラビット１２を配設した方が良い。すな
わち、片側のみだと、例えば正回転の場合には、台座軸
１９ａより外側に外周ローラビット１２が位置するが、
逆回転すると、当該外周ローラビット１２は台座軸１９
ａより内側に位置してしまう。従って、両側に外周ロー
ラビット１２を配設すれば、カッターフレーム１１が正
逆回転しても、常に一方の外周ローラビット１２が台座
軸１９ａの外側に位置し、カッターフレーム１１の外周
縁より更に外側が掘削されることとなる。

【００２８】［発明の実施の形態２］図８には、この発
明の実施の形態２を示す。

【００２９】この実施の形態２は、ビットの構成が実施
の形態１と異なっている。すなわち、この実施の形態２
の一対のビット２５は、回転台座２６に一体に形成さ
れ、回転台座２６は台座軸２６ａにより、軸受け２７を
介してカッターフレーム１１に装着されている。

【００３０】そして、このビット２５への岩盤Ｇからの
反力の作用点が、前記台座軸２６ａ上からオフセットさ
れた位置に設定されている。

【００３１】これにより、ビット４２がいわゆる首振り
運動をしてビット４２の刃の方向が常に回転方向に沿う
ようになっており、良好に切削溝Ｔ２を形成することが
できるようになっている。

【００３２】また、それらビット２５の一方（図中上側
のビット２５）の作用点が台座軸２６ａの外側に位置し
ているため、より外側まで掘削できる。

【００３３】他の構成及び作用は実施の形態１と同様で
あるので説明を省略する。

【００３４】［発明の実施の形態３］図９には、この発
明の実施の形態３を示す。

【００３５】この実施に形態３は、ビットの構成が実施
の形態１と異なっている。すなわち、前記実施の形態１
の外周ローラビット１２は、一つの回転台座１９に対し
て両側に２つ配設されているが、この実施の形態３は片
側に一つしか設けられていない点で前記実施の形態１と
相違している。これは、カッターフレーム１１が一方向
のみに回転するものに用いられ、構造が実施の形態１よ
り簡単である。

【００３６】勿論、実施の形態２のようにビット２５と
回転台座２６とが一体型のものにおいても、片側のみに
ビット２５を設けるようにすることもできる。

【００３７】他の構成及び作用は実施の形態１と同様で
あるので説明を省略する。

【００３８】なお、上記各実施の形態では、岩盤Ｇを掘
削する掘削機１について説明したが、これに限らず、も
っと軟質の地盤を掘削する掘削機にも、この発明を適用
できることは勿論である。

【００３９】

【発明の効果】各請求項に記載の発明によれば、カッタ
ーフレームの外周縁部に配設されるビットが回転台座の
台座軸に対して傾斜し、このビットへの地盤からの反力
の作用点が、台座軸に対して後方にオフセットされ、且
つ、台座軸より外側に位置しているため、カッターフレ
ームの外周縁より更に外側まで掘削することができる。

【００４０】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
の効果に加え、岩盤からの反力が両ビットを介して回転
台座にバランス良く作用することとなり、この回転台座
の回転等が円滑に行われる。また、このようにビットを
配設すれば、カッターフレームが正逆回転しても、常に
一方のビットが台座軸の外側に位置し、カッターフレー
ムの外周縁より更に外側を掘削することができる。

【００４１】請求項３に記載の発明によれば、請求項１
の効果に加え、一つのビットでも、カッターフレームの
外周縁より更に外側を掘削することができ、構成を簡単
にできる、という実用上有益な効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１に係るトンネル掘削状
態を示す要部断面図である。

【図２】同実施の形態１に係る図１のＡ−Ａ線に沿う断
面図である。

【図３】同実施の形態１に係る外周ローラビット等の平
面図である。

【図４】同実施の形態１に係る外周ローラビット等の側
面図である。

【図５】同実施の形態１に係る地中掘削機の全体を示す
図である。

【図６】同実施の形態１に係る地中掘削機の正面図であ
る。

【図７】同実施の形態１に係る内側ローラビット等を示
す断面図である。

【図８】この発明の実施の形態２に係る回転台座等を示
す図１に相当する図である。

【図９】この発明の実施の形態３に係る図８に相当する
図である。

【符号の説明】

１ 地中掘削機 ２ 掘削部 ３ 支保部 ４ 反力部 11 カッターフレーム 12 外周ローラビット 平行クランク機構 14 回転子 15 駆動モータ 19,26 回転台座 19a,26a 台座軸 19b 支持突片 25 ビット Ｇ 岩盤 Ｔ トンネル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 進退自在に設けられた支保部の前側に、
   前記進退方向と直交する方向に沿うカッターフレームが
   平行クランク機構を介して回転自在に配設され、該カッ
   ターフレームの前面に回転台座を介して複数のビットが
   配設された地中掘削機であって、 前記回転台座は、前記進退方向に沿う台座軸にて前記カ
   ッターフレームに回転自在に装着される一方、該カッタ
   ーフレームの外周縁部に配設されるビットは、前記台座
   軸に対して傾斜し、該ビットへの地盤からの反力の作用
   点が、前記台座軸に対して後方にオフセットされ、且
   つ、該台座軸より外側に位置していることを特徴とする
   地中掘削機。
2. 【請求項２】 前記回転台座には、２組の支持突片が逆
   ハの字に前記台座軸方向に対して斜めに延長され、該両
   支持突片に円形のビットが回転自在に配設されているこ
   とを特徴とする請求項１記載の地中掘削機。
3. 【請求項３】 前記回転台座には、１組の支持突片が前
   記台座軸方向に対して斜めに延設され、該支持突片に円
   形のビットが回転自在に配設されていることを特徴とす
   る請求項１記載の地中掘削機。
4. 【請求項４】 前記ビットは、前記回転台座と一体であ
   ることを特徴とする請求項１記載の地中掘削機。