シールド掘進機
【課題】小型化を図ることができるシールド掘進機を提供する。
【解決手段】トンネルの掘削を行うシールド掘進機において、シールド本体１と、このシールド本体１の前方に回転自在に設けられ、切羽の掘削を行うカッタヘッド３と、このカッタヘッド３の回転軸４と、シールド本体１内において回転軸４に固設され、ほぼ等しい間隔で配置された複数の歯２０ｂにより波状に形成された外周面２０ａを有するリング部材２０と、このリング部材２０の外周側に放射状に配置され、先端に設けたローラ２１が外周面２０ａと当接可能であり、リング部材２０の回転角度に応じて伸縮動作する複数の伸縮ジャッキ２２とを備える。
【解決手段】トンネルの掘削を行うシールド掘進機において、シールド本体１と、このシールド本体１の前方に回転自在に設けられ、切羽の掘削を行うカッタヘッド３と、このカッタヘッド３の回転軸４と、シールド本体１内において回転軸４に固設され、ほぼ等しい間隔で配置された複数の歯２０ｂにより波状に形成された外周面２０ａを有するリング部材２０と、このリング部材２０の外周側に放射状に配置され、先端に設けたローラ２１が外周面２０ａと当接可能であり、リング部材２０の回転角度に応じて伸縮動作する複数の伸縮ジャッキ２２とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はカッタヘッドで地山を掘削するシールド掘進機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シールド掘進機は、通常、シールド本体（スキンプレート）の前方に設けたカッタヘッドを回転させることにより、カッタヘッドに設けたカッタビットで切羽の掘削を行う。掘削された土砂は、カッタヘッドと隔壁との間に区画形成された掘削室内で撹拌される。土圧式シールド掘進機では、必要に応じて掘削土砂の塑性流動化を促進するための作泥材が注入され、塑性流動化した土砂を、スクリューコンベア等の排土装置によってシールド本体の後方へ排出する。また、泥水式シールド掘進機では、掘削室内に送泥管等の注水手段を用いて注水を行い、掘削土砂を泥水の状態として排泥管等の排泥手段によりシールド本体の後方へ排出する。
【０００３】
このとき、シールド本体の後部にはエレクタを設けており、このエレクタがトンネルを構築すべくセグメントを順次組み立ててセグメントリングを構築していく。またシールド本体内のエレクタよりやや前方側に、シールド本体に掘進方向への推進力を与えるための複数のシールドジャッキを環状に配設しており、これらシールドジャッキを伸ばしそのロッド部先端に設けたスプレッダ部でセグメントリングを軸方向に押し付けることによりシールド本体を前方へ推進させ、カッタヘッドを切羽に押し付けるようになっている。セグメントリングの周囲にできる空洞部分には裏込め材が注入され、その空洞部分が埋められる。
【０００４】
このようにして、シールド本体を推進させつつ前方側の切羽を掘削して掘進を行い、後方側にはセグメントリングによるトンネルを構築していく。シールド工法は、シールド掘進機を用いた以上のような作業を繰り返すことにより、一方の立坑（発進立坑）から他の立坑（到達立坑）までの所定の地中区間にトンネルを形成するものである。
【０００５】
上記構成のシールド掘進機において、例えば油圧モータ等の駆動装置により減速機を介してカッタヘッド（カッターディスク）を回転駆動するものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】実開平５−６４２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来技術では以下のような課題が存在する。
すなわち、前述したように、シールド掘進機は前方に設けたカッタヘッドを回転させることによって切羽の掘削を行う。したがって、カッタヘッドの駆動には大きなトルクが必要であり、そのために駆動装置も大型のものが必要となる。一般に、駆動装置は大型化するとシールド掘進機の軸方向の占有スペースが大きくなる。その結果、上記従来技術ではシールド掘進機の機長の増大を招いていた。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型化を図ることができるシールド掘進機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、トンネルの掘削を行うシールド掘進機において、シールド本体と、このシールド本体の前方に回転自在に設けられ、切羽の掘削を行うカッタヘッドと、このカッタヘッドの回転軸と、前記シールド本体内において前記回転軸に固設され、ほぼ等しい間隔で配置された複数の歯により波状に形成された外周面を有する環状部材と、この環状部材の外周側に放射状に配置され、先端部が前記外周面と当接可能であり、前記環状部材の回転角度に応じて伸縮動作する複数の伸縮ジャッキとを備えるものとする。
【００１０】
本発明においては、環状部材の外周側に先端部が外周面と当接可能なように配置された複数の伸縮ジャッキを環状部材の回転角度に応じて伸縮させることによって、例えば環状部材外周面の歯における回転方向上流側の斜面に伸縮ジャッキの先端部を押し付けることにより接線力を発生させ、その接線力により環状部材に回転力を作用させることが可能となる。このようにして、環状部材、回転軸と共にカッタヘッドを回転駆動させる。
【００１１】
ここで、前述の従来技術のように油圧モータ等の駆動装置により減速機を介してカッタヘッドを回転駆動する構造の場合には、カッタヘッドの駆動には大きなトルクが必要であることから、駆動装置が大型化してそのシールド掘進機の軸方向の占有スペースが大きくなる。その結果、シールド掘進機の機長の増大を招いていた。
【００１２】
これに対し、本発明においては、環状部材とその外周側に設けた複数の伸縮ジャッキとをほぼ同一平面上に配置する構成とすることが可能であり、また環状部材は伸縮ジャッキの押し付け力を回転軸の回転力に変換できるだけの強度があれば足りることから、例えばそのシールド掘進機の軸方向における厚みを伸縮ジャッキの太さと同等又はそれ以下程度にすることが可能である。これにより、カッタヘッドの駆動装置（伸縮ジャッキ、環状部材）部分のシールド掘進機軸方向の厚みを伸縮ジャッキの太さ程度に抑制することができ、上記従来技術に比べて軸方向占有スペースを大幅に低減することができる。その結果、本発明によれば、シールド掘進機の機長の増大を抑制し、小型化を図ることができる。
【００１３】
（２）上記（１）において、さらに好ましくは、前記伸縮ジャッキの先端部と前記環状部材の外周面との当接位置が前記歯における回転方向上流側の斜面となるときの前記環状部材の回転角度の場合に、前記伸縮ジャッキを伸長させるものとする。
【００１４】
（３）上記（２）において、さらに好ましくは、前記伸縮ジャッキの先端に、前記環状部材の外周面に沿って転がり可能なローラを設けるものとする。
【００１５】
（４）上記（１）乃至（３）のいずれかにおいて、また好ましくは、前記環状部材のシールド掘進機軸方向の厚みは前記伸縮ジャッキの太さ以下であるものとする。
【００１６】
（５）上記（１）乃至（４）のいずれかにおいて、また好ましくは、前記伸縮ジャッキの伸縮動作をガイドするガイド部材を設けるものとする。
【００１７】
伸縮ジャッキの先端を環状部材の外周面に押し付けた際に発生する接線力により、伸縮ジャッキには環状部材の回転方向とは反対向きの反力が作用する。このため、伸縮ジャッキには横荷重が発生する。そこで本発明では、伸縮ジャッキにガイド部材を設ける。これにより、伸縮ジャッキの横荷重に対する強度を増大させることができるので、信頼性を向上することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、波状に形成した外周面を有する環状部材の外周側に、環状部材の回転角度に応じて伸縮動作する複数の伸縮ジャッキを設ける。これにより、カッタヘッドの駆動装置部分のシールド掘進機軸方向における厚みを大幅に低減することができる。したがって、シールド掘進機の機長の増大を抑制し、小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明のシールド掘進機の一実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明のシールド掘進機の一実施の形態の全体構造を表す側断面図である。
【００２０】
この図１において、本実施の形態のシールド掘進機は、例えば軟岩、固結シルト、土丹、玉石混じり砂礫、砂礫、砂、粘性土（シルト、粘土）等の軟岩以下の土質（言い換えれば硬岩以外の土質）の掘削に特に好適なものであり、シールド掘進機の胴体でありかつ後述する中折れを可能とするために掘進方向最前部に位置する前胴１Ａとその後方側に隣接する後胴１Ｂとを折り曲げ可能に連結した構造となっているシールド本体１と、このシールド本体１の機内と掘削室Ｐとを隔離する隔壁２と、前記前胴１Ａの掘進方向前方側（図１中左側）に設けられ、地山の切羽を掘削して掘削室Ｐへ取り込むカッタヘッド３と、このカッタヘッド３の回転軸４と、この回転軸４を前記隔壁２（正確には隔壁２に設けられた軸受支持部材７）に対し回転自在に支持する軸受装置５と、前記掘削室Ｐ内に取り込まれた掘削土砂を前記シールド本体１の掘進方向後方側（図１中右側）に搬送し排出する排土装置（ここではスクリューコンベア。以下、スクリューコンベアと記載。）６と、前記後胴１Ｂ内に設けられ、トンネル（図示せず）の内面を覆工するセグメントリングＳを順次組み立てるエレクタ装置９と、前記軸受装置５により回転自在に支持されたカッタヘッド回転軸４を回転駆動するカッタ駆動装置１０とを有している。
【００２１】
前記の前胴１Ａと後胴１Ｂとの間には、それらを互いに摺動可能に連結する中折れ機構１１が設けられている。すなわち、後胴１Ｂの前方側端部には、外周面がほぼ球面状の摺動部１１ａが設けられており、前胴１Ａの後端部にはその摺動部１１ａに摺接し摺動部１１ａと前胴１Ａ後端部との間をシールする（土砂、地下水の浸入を防止する）略リング状のシール部材１１ｂが設けられており、これら摺動部１１ａとシール部材１１ｂとで中折れ機構１１を構成している。
【００２２】
そしてこのとき、前胴１Ａ内部に設けた中折れジャッキブラケット１２と後胴１Ｂの最前部（詳細には前記摺動部１１ａの内周側）に設けたリングガーダ１３に取り付けた中折れジャッキブラケット１３ａとの間に、周方向に複数本（例えば８本）の中折れジャッキ（前胴推進ジャッキ）１４が設けられている。そして、曲線施工時あるいは掘進方向修正時において、これら中折れジャッキ１４の伸縮動作により前記中折れ機構１１を介して前胴１Ａを後胴１Ｂに対して曲げ、それらのなす角度を変化させて掘進方向を変えられるようになっている。
【００２３】
また、後胴１Ｂに設けた前記のリングガーダ１３の前記中折れジャッキブラケット１３ａとは異なる周方向位置にはシールドジャッキブラケット１３ｂが設けられており、このシールドジャッキブラケット１３ｂに周方向に複数本（例えば１０本）のシールドジャッキ１５が取り付けられている。
【００２４】
そして、これらシールドジャッキ１５は、特に詳細図示を省略するが、例えば等間隔に環状に配置されており、それらを伸長させてシールドジャッキ１５の掘進方向後端部１５ａに接続されたスプレッダ１６を既設のセグメントリングＳに押し付けることにより、その押し付け反力が前胴１Ａを介してカッタヘッド３に掘進方向前方側へ推進力として与えられる。これにより、掘進中においてカッタヘッド３を地山の切羽に押し付けるようになっている。
【００２５】
前記のスクリューコンベア６は、その吸い込み口６ｄが掘削室Ｐの下部に開口しており、掘削土砂の排土経路を内部に形成するケーシング６ａと、このケーシング６ａ内に軸方向に配置されたスクリューシャフト６ｂと、このスクリューシャフト６ｂを回転駆動する駆動装置、例えば油圧モータ６ｃとを備えており、油圧モータ６ｃの駆動力でスクリューシャフト６ｂが回転することにより、掘削室Ｐ下部に設けられた吸い込み口６ｄから土砂を取り込んでシールド本体１内後方へと排出するようになっている。
【００２６】
なお、後胴１Ｂの後端部には、複数のテールパッキン８ａを備えたテールシール部８が設けられており、これによって、前進していくシールド掘進機のシールド本体１の後端部と前記セグメントリングＳとの間のシールを行い、シールド掘進機外から機内への水及び土砂の浸入防止を図るようになっている。
【００２７】
前記のエレクタ装置９は、前記後胴１Ｂの内周に沿って配置されたガイドローラ１６により案内され、旋回用モータ１７によって旋回駆動されるエレクタリング１８を備えており、前記セグメントリングＳの分割ピースを構成するセグメント（図示せず）を１つずつ吊り上げ、所定の組立位置に搬送し、シールド本体１の軸方向（掘進前後方向）に隣接する既設セグメントリングＳ及び周方向に隣接する既設セグメントに順次ボルト締結してセグメントリングＳを組み立てるようになっている。
【００２８】
図２は図１中II−II断面によるシールド掘進機の横断面図である。以下、先の図１及びこの図２を用いて前記のカッタ駆動装置１０について説明する。
これら図１及び図２において、カッタ駆動装置１０は、前記前胴１Ａ内において前記回転軸４の後方側に固設され、波状に形成された外周面２０ａを有するリング部材（環状部材）２０と、このリング部材２０の外周側に放射状に配置され、ロッド側先端に設けたローラ２１が上記リング部材２０の外周面２０ａと当接可能であり、リング部材２０の回転角度に応じて伸縮動作する複数（本実施形態では１６本）の伸縮ジャッキ２２とを備えている。
【００２９】
上記リング部材２０は回転軸４の後方側に固設されたリング状の部材であり、回転軸４はこのリング部材２０を介して軸受装置５により軸受支持部材７に対して回転自在に支持されている。このリング部材２０の外周面２０ａは略山状の歯２０ｂを所定のピッチ（ここでは２０°おき）で複数（ここでは１８個）有しており、波状に形成されている。また、このリング部材２０のシールド掘進機軸方向の厚みは、図１に示すように伸縮ジャッキ２２の太さ以下となっている。
【００３０】
上記伸縮ジャッキ２２は例えば油圧シリンダ等の押し付け装置であり、ジャッキチューブ２２ａと、ジャッキロッド２２ｂと、このジャッキロッド２２ｂの先端にローラ支持部材２４を介して回転自在に設けられた前記ローラ２１とを有しており、リング部材２０の外周側に放射状に所定のピッチ（ここでは２２．５°おき）で複数（ここでは１６本）配置されている。これら伸縮ジャッキ２２のジャッキチューブ２２ａは、隔壁２に設けられた環状のジャッキブラケット２３にそれぞれ固定されている。
【００３１】
このような構造により、リング部材２０の回転角が、伸縮ジャッキ先端のローラ２１とリング部材外周面２０ａとの当接位置が歯２０ｂにおける回転方向上流側の斜面２０ｃ（後述の図４等参照）となるような角度のときに、伸縮ジャッキ２２が伸長してローラ２１を径方向中心側に向かって押し付けることで、ローラ２１とリング部材外周面２０ａとの間に接線力を発生させ、これによりリング部材２０に回転力を付与するようになっている。また、リング部材２０の歯２０ｂの角度ピッチ（２０°）と伸縮ジャッキ２２の角度ピッチ（２２．５°）とをずらした構造とすることにより、複数の伸縮ジャッキ２２によってローラ２１を次々と連続的にリング部材外周面２０ａに対して押し付け、リング部材２０を滑らかに回転させることができるようになっている。以下、この伸縮ジャッキ２２の伸縮動作について、図３乃至図８を用いて詳細に説明する。
【００３２】
図３は各伸縮ジャッキ２２についてローラ２１がリング部材２０の歯２０ｂの頂点から次の歯２０ｂの頂点に至るまで（すなわち角度ピッチ２０°の範囲。以下、１サイクルと記載）の動作を示す表であり、表中の「伸」はジャッキの伸長、「縮」はジャッキの縮短、「停」はジャッキの全縮（最も縮短した状態で停止）状態を表す。また、表中の「旋回１」〜「旋回８」は上記１サイクルを８つに分けたときのリング部材２０の旋回状態（すなわちそれぞれの回転角度差が２．５°）を表しており、図４乃至図８はそのうち旋回１から旋回５までの状態を表すシールド掘進機の横断面図である。なお、表中のジャッキＮＯ．は図４乃至図８に示す伸縮ジャッキ２２のナンバーに対応している。
【００３３】
これら図３乃至図８において、ジャッキＮｏ．１の伸縮ジャッキ２２の動作に着目すると、図４に示す旋回１状態では伸縮ジャッキ２２は全縮状態、すなわち最も縮短した状態で停止しており、その先端のローラ２１とリング部材外周面２０ａとの当接位置は歯２０ｂの頂点となっている。
【００３４】
次に、ローラ２１と外周面２０ａとの当接位置は歯２０ｂにおける回転方向上流側の斜面２０ｃとなるため、伸縮ジャッキ２２は伸長動作を開始し、ローラ２１は歯２０ｂの回転方向上流側の斜面２０ｃに押し付けられる。これにより、ローラ２１は斜面２０ｃに当接しつつ、その斜面を転がり落ちる。図５乃至図７の旋回２、旋回３及び旋回４はこのときの状態を示しており、それぞれリング部材２０の旋回１の状態からの回転角度が２．５°，５°及び７．５°となったときの状態である。これら旋回２、旋回３及び旋回４の状態においては、ローラ２１と斜面２０ｃとの間に発生する接線力によりリング部材２０には反時計回り方向（図中カッタ左旋回の矢印方向）の回転力が作用する。
【００３５】
この後、ローラ２１は斜面２０ｃを下りきり、歯２０ｂと次の歯２０ｂとの間の谷部分に到達する。このときのリング部材２０の旋回１の状態からの回転角度は１０°であり、図８の旋回５がこのときの状態を示している。このとき、図３に示すように伸縮ジャッキ２２は縮短動作を開始し、最も縮んだ状態となったら停止する（図８中Ｎｏ．２〜Ｎｏ．４ジャッキの状態となる）。その後、次の歯２０ｂの頂点と当接したら（リング部材２０の旋回１の状態からの回転角度が２０°となったら）、上記旋回１からの動作を繰り返す。
【００３６】
以上の動作を１６本の伸縮ジャッキ２２が位相を一定ずつずらして行うことにより、リング部材２０に連続的に回転力を付与することができるようになっている。これにより、リング部材２０、回転軸４及びカッタヘッド３を滑らかに回転駆動できるようになっている。
【００３７】
以上のように構成した本実施の形態のシールド掘進機の基本動作を以下に説明する。
シールド掘進機は、カッタ駆動装置１０の駆動力でカッタヘッド３を回転駆動させ、地山を掘削する。このときのカッタヘッド３への推進力は、前述したように、既設のセグメントリングＳを反力受けとしてシールドジャッキ１５を伸長させることにより与えられる。
【００３８】
掘削された土砂は、カッタヘッド３から掘削室Ｐ内に取り込まれ、掘削室Ｐ内で撹拌されて塑性流動化され、これによって地山の崩壊防止・止水が図られる。またこのとき、必要に応じ、カッタヘッド３に設けられた注入口（図示せず）から、掘削土砂の塑性流動化を促進するための作泥材が注入される。塑性流動化した土砂は、スクリューコンベア６に取り込まれて排土される。
【００３９】
このようにして所定距離（例えばシールドジャッキ１５の１ストローク分の距離）だけ掘進を行った後、シールドジャッキ１５を縮め、スプレッダ１６と既設のセグメントリングＳとの間に生じたスペースに、エレクタ装置９で新たなセグメントリングＳを組み立てて配置し、既設のセグメントリングＳとボルト連結する。このとき、セグメントリングＳの周囲にできる空洞部分には例えば図示しない注入手段で裏込め材が注入され、これによりこの空洞部分が埋められる。
【００４０】
そして、上記新たに配置したセグメントリングＳを再び反力受けとしてシールドジャッキ１５を伸長してシールド本体１を前方へ推進させつつ、カッタヘッド３を回転させて再び地山の掘削を行っていく。
【００４１】
以上の手順を繰り返し、円形断面のトンネルを構築する。なお、シールド掘進機が通過した後のセグメントリングＳの周囲の土砂に対しては、例えば図示しない注入手段で時効硬化する裏込め材を注入充填し、トンネル壁面を地山に固定する。
【００４２】
以上のような構成及び動作を行う本実施形態のシールド掘進機によれば、以下の効果を得られる。
本実施形態においては、以上説明したように、リング部材２０の外周側に放射状に配置された１６本の伸縮ジャッキ２２をリング部材２０の回転角度に応じて伸縮動作させることによって、リング部材の波状に形成された外周面２０ａに伸縮ジャッキ先端のローラ２１を押し付け、このとき発生する接線力によりリング部材２０に回転力を作用させる。このようにしてリング部材２０に回転力を作用させることによって、回転軸４を介してカッタヘッド３を回転駆動する。
【００４３】
ここで、例えば前述した従来技術のように油圧モータ等の駆動装置により減速機を介してカッタヘッド３を回転駆動する構造とした場合、カッタヘッド３の駆動には大きなトルクが必要であることから、駆動装置が大型化してそのシールド掘進機の軸方向の占有スペースが大きくなる。その結果、シールド掘進機の機長の増大を招いてしまう。
【００４４】
これに対し、本実施形態においては、伸縮ジャッキ２２はリング部材２０の外周側に放射状に配置されており、リング部材２０と全ての伸縮ジャッキ２２とはほぼ同一平面上に配置された構成となっている。さらに、リング部材２０は伸縮ジャッキ２２の押し付け力を回転軸４の回転力に変換できるだけの強度があれば足りることから、前述したようにリング部材２０のシールド掘進機の軸方向における厚みは伸縮ジャッキ２２の太さ以下である。以上のことから、カッタ駆動装置１０（伸縮ジャッキ２２、リング部材２０）のシールド掘進機軸方向の厚みを伸縮ジャッキ２２の太さ程度に抑制することが可能となり、上記従来技術に比べて軸方向占有スペースを大幅に低減することができる。その結果、シールド掘進機の機長の増大を抑制し、小型化を図ることができる。また、このようにシールド掘進機の機長を短くすることができる結果、シールド掘進機の地中への出し入れ等を行う立抗の口径を小さくすることができ、さらにトンネルのカーブ部分等を掘削する場合における方向制御も容易となる。
【００４５】
また本実施形態によれば、上記以外にも種々の効果を得ることができる。以下、この効果について比較例を用いて説明する。
比較例として、例えばカッタヘッド３の回転軸４後方側に偏心軸を設け、この偏心軸を連結部材を介して複数の伸縮ジャッキ２２により回転させてカッタヘッド３を回転駆動させる構造を考える。この構造は、複数の伸縮ジャッキ２２の伸縮運動をカッタヘッド３の回転運動に変換する点については本実施形態と同様であるが、偏心軸を伸縮ジャッキ２２で押す構造であるため、偏心軸に大きなラジアル荷重が発生し、例えば回転軸４の振れが生じてカッタヘッド３の安定した回転駆動が得られない恐れがある。また、偏心軸のラジアル荷重が回転軸４にも作用するため、回転軸４を回転自在に支持する軸受装置５はそのラジアル荷重についても考慮する必要があり、構造が複雑化する。さらに、この比較例のような構造の場合、通常、伸縮ジャッキ２２の一端側はシールド本体１の内周側に連結され、他端側が径方向中心付近に位置する連結部材に連結される構造となるため、伸縮ジャッキ２２としてはシールド本体１の断面をほぼ占有するような大型のジャッキが必要となり、伸縮ジャッキの汎用化が困難であるという問題がある。
【００４６】
これに対し、本実施形態においては、前述したように複数の伸縮ジャッキ２２によりリング部材２０の波状の外周面２０ａを押し付ける構造であり、上記変形例のように偏心軸を用いない構造であるため、リング部材２０に大きなラジアル荷重が発生するのを抑制でき、上記したような回転軸４の振れ等の事態を防止することができる。これによりカッタヘッド３の安定した回転駆動を得ることができる。またその結果、回転軸４に作用するラジアル荷重も小さくなるので、軸受装置５の構造を単純化することができる。さらに、伸縮ジャッキ２２をリング部材２０の外周側に設ける構造のため、伸縮ジャッキ２２としては小型のもので足りる。したがって、汎用化を容易にすることができる。
【００４７】
なお、伸縮ジャッキ２２のローラ２１とリング部材外周面２０ａの斜面２０ｃとの間に発生する接線力により、伸縮ジャッキ２２にはリング部材２０の回転方向と反対方向の反力が作用する。そこで伸縮ジャッキ２２の強度を向上させるために、伸縮ジャッキ２２にガイド部材を設けてもよい。図９はこのガイド部材を伸縮ジャッキ２２に設けたときのシールド掘進機の前方部分の側断面図、図１０は図９中X−X断面によるシールド掘進機の横断面図である。なお、これら図９及び図１０において、前述の図１及び図２と同様の部分には同符号を付し説明を省略する。
【００４８】
これら図９及び図１０において、各伸縮ジャッキ２２には、そのジャッキロッド２２ｂを前後方向（図９中左右方向、図１０中紙面に垂直方向）から挟みこむように一対のガイド部材２５，２５が設けられている。これらガイド部材２５，２５には図示しないスリットがそれぞれ形成されており、前記ローラ支持部材２４の前後方向にそれぞれ設けた一対の摺動メタル２６，２６（図９参照）が上記スリットにそれぞれ係合し、スリット内を径方向（伸縮ジャッキ２２の伸縮方向）に摺動可能となっている。このような構成により、ガイド部材２５は伸縮ジャッキ２２の伸縮方向の動作を許容しつつ、伸縮ジャッキ２２がリング部材外周面２０ａから受ける反力による横荷重を支持するようになっている。なお、この他の構成については、前述の図１及び図２と同様であるので説明を省略する。
【００４９】
本変形例によれば、このようにガイド部材２５を設けることにより、伸縮ジャッキ２２の横荷重に対する強度を増大させることができるので、カッタ駆動装置１０の信頼性、ひいてはシールド掘進機の信頼性を向上することができる。また、強度を大きくするために伸縮ジャッキ２２を大型化する必要がなくなるため、コンパクトなカッタ駆動装置１０を実現できる。
【００５０】
なお、上記本発明の一実施の形態では、リング部材２０の歯２０ｂのピッチを２０°（１周で１８個）、伸縮ジャッキ２２の配設ピッチを２２．５°（１周で１６本）としたが、これに限らず、カッタヘッド３の安定した回転駆動が得られる範囲において、双方のピッチをさらに小さくしてそれぞれの数量を増やしてもよいし、ピッチを大きくしてそれぞれの数量を減らしてもよい。
【００５１】
また、上記本発明の一実施の形態では、ローラ２１が歯２０ｂと次の歯２０ｂとの間の谷部に到達した後伸縮ジャッキ２２を縮短させるようにしたが、これに限らず、例えば谷部に到達した時点で伸縮ジャッキ２２をフリー状態（例えば伸縮ジャッキ２２が油圧シリンダである場合にはボトム側及びロッド側の圧力をタンク圧にした状態）とし、ローラ２１が次の歯２０ｂの斜面を転がり上がることにより伸縮ジャッキ２２が押し上げられて縮短されるようにしてもよい。この場合、ローラ２１が次の歯２０ｂの頂点に達した時点で再び圧をかけて伸縮ジャッキ２２を駆動するようにすれば足りる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明のシールド掘進機の一実施の形態の全体構造を表す側断面図である。
【図２】図１中II−II断面によるシールド掘進機の横断面図である。
【図３】各伸縮ジャッキについて、ローラがリング部材の歯の頂点から次の歯の頂点に至るまでの動作を示す表である。
【図４】ローラが歯の頂点でリング部材の外周面と当接する旋回１の状態を表すシールド掘進機の横断面図である。
【図５】リング部材の旋回１の状態からの回転角度が２．５°となる旋回２の状態を表すシールド掘進機の横断面図である。
【図６】リング部材の旋回１の状態からの回転角度が５°となる旋回３の状態を表すシールド掘進機の横断面図である。
【図７】リング部材の旋回１の状態からの回転角度が７．５°となる旋回４の状態を表すシールド掘進機の横断面図である。
【図８】リング部材の旋回１の状態からの回転角度が１０°となる旋回５の状態を表すシールド掘進機の横断面図である。
【図９】本発明のシールド掘進機の一実施の形態の変形例における前方部分の構造を抽出して表す側断面図である。
【図１０】図９中X−X断面によるシールド掘進機の横断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ シールド本体
３ カッタヘッド
４ 回転軸
２０ リング部材（環状部材）
２０ａ 外周面
２０ｂ 歯
２０ｃ 斜面
２１ ローラ
２２ 伸縮ジャッキ
２５ ガイド部材
【技術分野】
【０００１】
本発明はカッタヘッドで地山を掘削するシールド掘進機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シールド掘進機は、通常、シールド本体（スキンプレート）の前方に設けたカッタヘッドを回転させることにより、カッタヘッドに設けたカッタビットで切羽の掘削を行う。掘削された土砂は、カッタヘッドと隔壁との間に区画形成された掘削室内で撹拌される。土圧式シールド掘進機では、必要に応じて掘削土砂の塑性流動化を促進するための作泥材が注入され、塑性流動化した土砂を、スクリューコンベア等の排土装置によってシールド本体の後方へ排出する。また、泥水式シールド掘進機では、掘削室内に送泥管等の注水手段を用いて注水を行い、掘削土砂を泥水の状態として排泥管等の排泥手段によりシールド本体の後方へ排出する。
【０００３】
このとき、シールド本体の後部にはエレクタを設けており、このエレクタがトンネルを構築すべくセグメントを順次組み立ててセグメントリングを構築していく。またシールド本体内のエレクタよりやや前方側に、シールド本体に掘進方向への推進力を与えるための複数のシールドジャッキを環状に配設しており、これらシールドジャッキを伸ばしそのロッド部先端に設けたスプレッダ部でセグメントリングを軸方向に押し付けることによりシールド本体を前方へ推進させ、カッタヘッドを切羽に押し付けるようになっている。セグメントリングの周囲にできる空洞部分には裏込め材が注入され、その空洞部分が埋められる。
【０００４】
このようにして、シールド本体を推進させつつ前方側の切羽を掘削して掘進を行い、後方側にはセグメントリングによるトンネルを構築していく。シールド工法は、シールド掘進機を用いた以上のような作業を繰り返すことにより、一方の立坑（発進立坑）から他の立坑（到達立坑）までの所定の地中区間にトンネルを形成するものである。
【０００５】
上記構成のシールド掘進機において、例えば油圧モータ等の駆動装置により減速機を介してカッタヘッド（カッターディスク）を回転駆動するものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】実開平５−６４２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来技術では以下のような課題が存在する。
すなわち、前述したように、シールド掘進機は前方に設けたカッタヘッドを回転させることによって切羽の掘削を行う。したがって、カッタヘッドの駆動には大きなトルクが必要であり、そのために駆動装置も大型のものが必要となる。一般に、駆動装置は大型化するとシールド掘進機の軸方向の占有スペースが大きくなる。その結果、上記従来技術ではシールド掘進機の機長の増大を招いていた。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型化を図ることができるシールド掘進機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、トンネルの掘削を行うシールド掘進機において、シールド本体と、このシールド本体の前方に回転自在に設けられ、切羽の掘削を行うカッタヘッドと、このカッタヘッドの回転軸と、前記シールド本体内において前記回転軸に固設され、ほぼ等しい間隔で配置された複数の歯により波状に形成された外周面を有する環状部材と、この環状部材の外周側に放射状に配置され、先端部が前記外周面と当接可能であり、前記環状部材の回転角度に応じて伸縮動作する複数の伸縮ジャッキとを備えるものとする。
【００１０】
本発明においては、環状部材の外周側に先端部が外周面と当接可能なように配置された複数の伸縮ジャッキを環状部材の回転角度に応じて伸縮させることによって、例えば環状部材外周面の歯における回転方向上流側の斜面に伸縮ジャッキの先端部を押し付けることにより接線力を発生させ、その接線力により環状部材に回転力を作用させることが可能となる。このようにして、環状部材、回転軸と共にカッタヘッドを回転駆動させる。
【００１１】
ここで、前述の従来技術のように油圧モータ等の駆動装置により減速機を介してカッタヘッドを回転駆動する構造の場合には、カッタヘッドの駆動には大きなトルクが必要であることから、駆動装置が大型化してそのシールド掘進機の軸方向の占有スペースが大きくなる。その結果、シールド掘進機の機長の増大を招いていた。
【００１２】
これに対し、本発明においては、環状部材とその外周側に設けた複数の伸縮ジャッキとをほぼ同一平面上に配置する構成とすることが可能であり、また環状部材は伸縮ジャッキの押し付け力を回転軸の回転力に変換できるだけの強度があれば足りることから、例えばそのシールド掘進機の軸方向における厚みを伸縮ジャッキの太さと同等又はそれ以下程度にすることが可能である。これにより、カッタヘッドの駆動装置（伸縮ジャッキ、環状部材）部分のシールド掘進機軸方向の厚みを伸縮ジャッキの太さ程度に抑制することができ、上記従来技術に比べて軸方向占有スペースを大幅に低減することができる。その結果、本発明によれば、シールド掘進機の機長の増大を抑制し、小型化を図ることができる。
【００１３】
（２）上記（１）において、さらに好ましくは、前記伸縮ジャッキの先端部と前記環状部材の外周面との当接位置が前記歯における回転方向上流側の斜面となるときの前記環状部材の回転角度の場合に、前記伸縮ジャッキを伸長させるものとする。
【００１４】
（３）上記（２）において、さらに好ましくは、前記伸縮ジャッキの先端に、前記環状部材の外周面に沿って転がり可能なローラを設けるものとする。
【００１５】
（４）上記（１）乃至（３）のいずれかにおいて、また好ましくは、前記環状部材のシールド掘進機軸方向の厚みは前記伸縮ジャッキの太さ以下であるものとする。
【００１６】
（５）上記（１）乃至（４）のいずれかにおいて、また好ましくは、前記伸縮ジャッキの伸縮動作をガイドするガイド部材を設けるものとする。
【００１７】
伸縮ジャッキの先端を環状部材の外周面に押し付けた際に発生する接線力により、伸縮ジャッキには環状部材の回転方向とは反対向きの反力が作用する。このため、伸縮ジャッキには横荷重が発生する。そこで本発明では、伸縮ジャッキにガイド部材を設ける。これにより、伸縮ジャッキの横荷重に対する強度を増大させることができるので、信頼性を向上することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、波状に形成した外周面を有する環状部材の外周側に、環状部材の回転角度に応じて伸縮動作する複数の伸縮ジャッキを設ける。これにより、カッタヘッドの駆動装置部分のシールド掘進機軸方向における厚みを大幅に低減することができる。したがって、シールド掘進機の機長の増大を抑制し、小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明のシールド掘進機の一実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明のシールド掘進機の一実施の形態の全体構造を表す側断面図である。
【００２０】
この図１において、本実施の形態のシールド掘進機は、例えば軟岩、固結シルト、土丹、玉石混じり砂礫、砂礫、砂、粘性土（シルト、粘土）等の軟岩以下の土質（言い換えれば硬岩以外の土質）の掘削に特に好適なものであり、シールド掘進機の胴体でありかつ後述する中折れを可能とするために掘進方向最前部に位置する前胴１Ａとその後方側に隣接する後胴１Ｂとを折り曲げ可能に連結した構造となっているシールド本体１と、このシールド本体１の機内と掘削室Ｐとを隔離する隔壁２と、前記前胴１Ａの掘進方向前方側（図１中左側）に設けられ、地山の切羽を掘削して掘削室Ｐへ取り込むカッタヘッド３と、このカッタヘッド３の回転軸４と、この回転軸４を前記隔壁２（正確には隔壁２に設けられた軸受支持部材７）に対し回転自在に支持する軸受装置５と、前記掘削室Ｐ内に取り込まれた掘削土砂を前記シールド本体１の掘進方向後方側（図１中右側）に搬送し排出する排土装置（ここではスクリューコンベア。以下、スクリューコンベアと記載。）６と、前記後胴１Ｂ内に設けられ、トンネル（図示せず）の内面を覆工するセグメントリングＳを順次組み立てるエレクタ装置９と、前記軸受装置５により回転自在に支持されたカッタヘッド回転軸４を回転駆動するカッタ駆動装置１０とを有している。
【００２１】
前記の前胴１Ａと後胴１Ｂとの間には、それらを互いに摺動可能に連結する中折れ機構１１が設けられている。すなわち、後胴１Ｂの前方側端部には、外周面がほぼ球面状の摺動部１１ａが設けられており、前胴１Ａの後端部にはその摺動部１１ａに摺接し摺動部１１ａと前胴１Ａ後端部との間をシールする（土砂、地下水の浸入を防止する）略リング状のシール部材１１ｂが設けられており、これら摺動部１１ａとシール部材１１ｂとで中折れ機構１１を構成している。
【００２２】
そしてこのとき、前胴１Ａ内部に設けた中折れジャッキブラケット１２と後胴１Ｂの最前部（詳細には前記摺動部１１ａの内周側）に設けたリングガーダ１３に取り付けた中折れジャッキブラケット１３ａとの間に、周方向に複数本（例えば８本）の中折れジャッキ（前胴推進ジャッキ）１４が設けられている。そして、曲線施工時あるいは掘進方向修正時において、これら中折れジャッキ１４の伸縮動作により前記中折れ機構１１を介して前胴１Ａを後胴１Ｂに対して曲げ、それらのなす角度を変化させて掘進方向を変えられるようになっている。
【００２３】
また、後胴１Ｂに設けた前記のリングガーダ１３の前記中折れジャッキブラケット１３ａとは異なる周方向位置にはシールドジャッキブラケット１３ｂが設けられており、このシールドジャッキブラケット１３ｂに周方向に複数本（例えば１０本）のシールドジャッキ１５が取り付けられている。
【００２４】
そして、これらシールドジャッキ１５は、特に詳細図示を省略するが、例えば等間隔に環状に配置されており、それらを伸長させてシールドジャッキ１５の掘進方向後端部１５ａに接続されたスプレッダ１６を既設のセグメントリングＳに押し付けることにより、その押し付け反力が前胴１Ａを介してカッタヘッド３に掘進方向前方側へ推進力として与えられる。これにより、掘進中においてカッタヘッド３を地山の切羽に押し付けるようになっている。
【００２５】
前記のスクリューコンベア６は、その吸い込み口６ｄが掘削室Ｐの下部に開口しており、掘削土砂の排土経路を内部に形成するケーシング６ａと、このケーシング６ａ内に軸方向に配置されたスクリューシャフト６ｂと、このスクリューシャフト６ｂを回転駆動する駆動装置、例えば油圧モータ６ｃとを備えており、油圧モータ６ｃの駆動力でスクリューシャフト６ｂが回転することにより、掘削室Ｐ下部に設けられた吸い込み口６ｄから土砂を取り込んでシールド本体１内後方へと排出するようになっている。
【００２６】
なお、後胴１Ｂの後端部には、複数のテールパッキン８ａを備えたテールシール部８が設けられており、これによって、前進していくシールド掘進機のシールド本体１の後端部と前記セグメントリングＳとの間のシールを行い、シールド掘進機外から機内への水及び土砂の浸入防止を図るようになっている。
【００２７】
前記のエレクタ装置９は、前記後胴１Ｂの内周に沿って配置されたガイドローラ１６により案内され、旋回用モータ１７によって旋回駆動されるエレクタリング１８を備えており、前記セグメントリングＳの分割ピースを構成するセグメント（図示せず）を１つずつ吊り上げ、所定の組立位置に搬送し、シールド本体１の軸方向（掘進前後方向）に隣接する既設セグメントリングＳ及び周方向に隣接する既設セグメントに順次ボルト締結してセグメントリングＳを組み立てるようになっている。
【００２８】
図２は図１中II−II断面によるシールド掘進機の横断面図である。以下、先の図１及びこの図２を用いて前記のカッタ駆動装置１０について説明する。
これら図１及び図２において、カッタ駆動装置１０は、前記前胴１Ａ内において前記回転軸４の後方側に固設され、波状に形成された外周面２０ａを有するリング部材（環状部材）２０と、このリング部材２０の外周側に放射状に配置され、ロッド側先端に設けたローラ２１が上記リング部材２０の外周面２０ａと当接可能であり、リング部材２０の回転角度に応じて伸縮動作する複数（本実施形態では１６本）の伸縮ジャッキ２２とを備えている。
【００２９】
上記リング部材２０は回転軸４の後方側に固設されたリング状の部材であり、回転軸４はこのリング部材２０を介して軸受装置５により軸受支持部材７に対して回転自在に支持されている。このリング部材２０の外周面２０ａは略山状の歯２０ｂを所定のピッチ（ここでは２０°おき）で複数（ここでは１８個）有しており、波状に形成されている。また、このリング部材２０のシールド掘進機軸方向の厚みは、図１に示すように伸縮ジャッキ２２の太さ以下となっている。
【００３０】
上記伸縮ジャッキ２２は例えば油圧シリンダ等の押し付け装置であり、ジャッキチューブ２２ａと、ジャッキロッド２２ｂと、このジャッキロッド２２ｂの先端にローラ支持部材２４を介して回転自在に設けられた前記ローラ２１とを有しており、リング部材２０の外周側に放射状に所定のピッチ（ここでは２２．５°おき）で複数（ここでは１６本）配置されている。これら伸縮ジャッキ２２のジャッキチューブ２２ａは、隔壁２に設けられた環状のジャッキブラケット２３にそれぞれ固定されている。
【００３１】
このような構造により、リング部材２０の回転角が、伸縮ジャッキ先端のローラ２１とリング部材外周面２０ａとの当接位置が歯２０ｂにおける回転方向上流側の斜面２０ｃ（後述の図４等参照）となるような角度のときに、伸縮ジャッキ２２が伸長してローラ２１を径方向中心側に向かって押し付けることで、ローラ２１とリング部材外周面２０ａとの間に接線力を発生させ、これによりリング部材２０に回転力を付与するようになっている。また、リング部材２０の歯２０ｂの角度ピッチ（２０°）と伸縮ジャッキ２２の角度ピッチ（２２．５°）とをずらした構造とすることにより、複数の伸縮ジャッキ２２によってローラ２１を次々と連続的にリング部材外周面２０ａに対して押し付け、リング部材２０を滑らかに回転させることができるようになっている。以下、この伸縮ジャッキ２２の伸縮動作について、図３乃至図８を用いて詳細に説明する。
【００３２】
図３は各伸縮ジャッキ２２についてローラ２１がリング部材２０の歯２０ｂの頂点から次の歯２０ｂの頂点に至るまで（すなわち角度ピッチ２０°の範囲。以下、１サイクルと記載）の動作を示す表であり、表中の「伸」はジャッキの伸長、「縮」はジャッキの縮短、「停」はジャッキの全縮（最も縮短した状態で停止）状態を表す。また、表中の「旋回１」〜「旋回８」は上記１サイクルを８つに分けたときのリング部材２０の旋回状態（すなわちそれぞれの回転角度差が２．５°）を表しており、図４乃至図８はそのうち旋回１から旋回５までの状態を表すシールド掘進機の横断面図である。なお、表中のジャッキＮＯ．は図４乃至図８に示す伸縮ジャッキ２２のナンバーに対応している。
【００３３】
これら図３乃至図８において、ジャッキＮｏ．１の伸縮ジャッキ２２の動作に着目すると、図４に示す旋回１状態では伸縮ジャッキ２２は全縮状態、すなわち最も縮短した状態で停止しており、その先端のローラ２１とリング部材外周面２０ａとの当接位置は歯２０ｂの頂点となっている。
【００３４】
次に、ローラ２１と外周面２０ａとの当接位置は歯２０ｂにおける回転方向上流側の斜面２０ｃとなるため、伸縮ジャッキ２２は伸長動作を開始し、ローラ２１は歯２０ｂの回転方向上流側の斜面２０ｃに押し付けられる。これにより、ローラ２１は斜面２０ｃに当接しつつ、その斜面を転がり落ちる。図５乃至図７の旋回２、旋回３及び旋回４はこのときの状態を示しており、それぞれリング部材２０の旋回１の状態からの回転角度が２．５°，５°及び７．５°となったときの状態である。これら旋回２、旋回３及び旋回４の状態においては、ローラ２１と斜面２０ｃとの間に発生する接線力によりリング部材２０には反時計回り方向（図中カッタ左旋回の矢印方向）の回転力が作用する。
【００３５】
この後、ローラ２１は斜面２０ｃを下りきり、歯２０ｂと次の歯２０ｂとの間の谷部分に到達する。このときのリング部材２０の旋回１の状態からの回転角度は１０°であり、図８の旋回５がこのときの状態を示している。このとき、図３に示すように伸縮ジャッキ２２は縮短動作を開始し、最も縮んだ状態となったら停止する（図８中Ｎｏ．２〜Ｎｏ．４ジャッキの状態となる）。その後、次の歯２０ｂの頂点と当接したら（リング部材２０の旋回１の状態からの回転角度が２０°となったら）、上記旋回１からの動作を繰り返す。
【００３６】
以上の動作を１６本の伸縮ジャッキ２２が位相を一定ずつずらして行うことにより、リング部材２０に連続的に回転力を付与することができるようになっている。これにより、リング部材２０、回転軸４及びカッタヘッド３を滑らかに回転駆動できるようになっている。
【００３７】
以上のように構成した本実施の形態のシールド掘進機の基本動作を以下に説明する。
シールド掘進機は、カッタ駆動装置１０の駆動力でカッタヘッド３を回転駆動させ、地山を掘削する。このときのカッタヘッド３への推進力は、前述したように、既設のセグメントリングＳを反力受けとしてシールドジャッキ１５を伸長させることにより与えられる。
【００３８】
掘削された土砂は、カッタヘッド３から掘削室Ｐ内に取り込まれ、掘削室Ｐ内で撹拌されて塑性流動化され、これによって地山の崩壊防止・止水が図られる。またこのとき、必要に応じ、カッタヘッド３に設けられた注入口（図示せず）から、掘削土砂の塑性流動化を促進するための作泥材が注入される。塑性流動化した土砂は、スクリューコンベア６に取り込まれて排土される。
【００３９】
このようにして所定距離（例えばシールドジャッキ１５の１ストローク分の距離）だけ掘進を行った後、シールドジャッキ１５を縮め、スプレッダ１６と既設のセグメントリングＳとの間に生じたスペースに、エレクタ装置９で新たなセグメントリングＳを組み立てて配置し、既設のセグメントリングＳとボルト連結する。このとき、セグメントリングＳの周囲にできる空洞部分には例えば図示しない注入手段で裏込め材が注入され、これによりこの空洞部分が埋められる。
【００４０】
そして、上記新たに配置したセグメントリングＳを再び反力受けとしてシールドジャッキ１５を伸長してシールド本体１を前方へ推進させつつ、カッタヘッド３を回転させて再び地山の掘削を行っていく。
【００４１】
以上の手順を繰り返し、円形断面のトンネルを構築する。なお、シールド掘進機が通過した後のセグメントリングＳの周囲の土砂に対しては、例えば図示しない注入手段で時効硬化する裏込め材を注入充填し、トンネル壁面を地山に固定する。
【００４２】
以上のような構成及び動作を行う本実施形態のシールド掘進機によれば、以下の効果を得られる。
本実施形態においては、以上説明したように、リング部材２０の外周側に放射状に配置された１６本の伸縮ジャッキ２２をリング部材２０の回転角度に応じて伸縮動作させることによって、リング部材の波状に形成された外周面２０ａに伸縮ジャッキ先端のローラ２１を押し付け、このとき発生する接線力によりリング部材２０に回転力を作用させる。このようにしてリング部材２０に回転力を作用させることによって、回転軸４を介してカッタヘッド３を回転駆動する。
【００４３】
ここで、例えば前述した従来技術のように油圧モータ等の駆動装置により減速機を介してカッタヘッド３を回転駆動する構造とした場合、カッタヘッド３の駆動には大きなトルクが必要であることから、駆動装置が大型化してそのシールド掘進機の軸方向の占有スペースが大きくなる。その結果、シールド掘進機の機長の増大を招いてしまう。
【００４４】
これに対し、本実施形態においては、伸縮ジャッキ２２はリング部材２０の外周側に放射状に配置されており、リング部材２０と全ての伸縮ジャッキ２２とはほぼ同一平面上に配置された構成となっている。さらに、リング部材２０は伸縮ジャッキ２２の押し付け力を回転軸４の回転力に変換できるだけの強度があれば足りることから、前述したようにリング部材２０のシールド掘進機の軸方向における厚みは伸縮ジャッキ２２の太さ以下である。以上のことから、カッタ駆動装置１０（伸縮ジャッキ２２、リング部材２０）のシールド掘進機軸方向の厚みを伸縮ジャッキ２２の太さ程度に抑制することが可能となり、上記従来技術に比べて軸方向占有スペースを大幅に低減することができる。その結果、シールド掘進機の機長の増大を抑制し、小型化を図ることができる。また、このようにシールド掘進機の機長を短くすることができる結果、シールド掘進機の地中への出し入れ等を行う立抗の口径を小さくすることができ、さらにトンネルのカーブ部分等を掘削する場合における方向制御も容易となる。
【００４５】
また本実施形態によれば、上記以外にも種々の効果を得ることができる。以下、この効果について比較例を用いて説明する。
比較例として、例えばカッタヘッド３の回転軸４後方側に偏心軸を設け、この偏心軸を連結部材を介して複数の伸縮ジャッキ２２により回転させてカッタヘッド３を回転駆動させる構造を考える。この構造は、複数の伸縮ジャッキ２２の伸縮運動をカッタヘッド３の回転運動に変換する点については本実施形態と同様であるが、偏心軸を伸縮ジャッキ２２で押す構造であるため、偏心軸に大きなラジアル荷重が発生し、例えば回転軸４の振れが生じてカッタヘッド３の安定した回転駆動が得られない恐れがある。また、偏心軸のラジアル荷重が回転軸４にも作用するため、回転軸４を回転自在に支持する軸受装置５はそのラジアル荷重についても考慮する必要があり、構造が複雑化する。さらに、この比較例のような構造の場合、通常、伸縮ジャッキ２２の一端側はシールド本体１の内周側に連結され、他端側が径方向中心付近に位置する連結部材に連結される構造となるため、伸縮ジャッキ２２としてはシールド本体１の断面をほぼ占有するような大型のジャッキが必要となり、伸縮ジャッキの汎用化が困難であるという問題がある。
【００４６】
これに対し、本実施形態においては、前述したように複数の伸縮ジャッキ２２によりリング部材２０の波状の外周面２０ａを押し付ける構造であり、上記変形例のように偏心軸を用いない構造であるため、リング部材２０に大きなラジアル荷重が発生するのを抑制でき、上記したような回転軸４の振れ等の事態を防止することができる。これによりカッタヘッド３の安定した回転駆動を得ることができる。またその結果、回転軸４に作用するラジアル荷重も小さくなるので、軸受装置５の構造を単純化することができる。さらに、伸縮ジャッキ２２をリング部材２０の外周側に設ける構造のため、伸縮ジャッキ２２としては小型のもので足りる。したがって、汎用化を容易にすることができる。
【００４７】
なお、伸縮ジャッキ２２のローラ２１とリング部材外周面２０ａの斜面２０ｃとの間に発生する接線力により、伸縮ジャッキ２２にはリング部材２０の回転方向と反対方向の反力が作用する。そこで伸縮ジャッキ２２の強度を向上させるために、伸縮ジャッキ２２にガイド部材を設けてもよい。図９はこのガイド部材を伸縮ジャッキ２２に設けたときのシールド掘進機の前方部分の側断面図、図１０は図９中X−X断面によるシールド掘進機の横断面図である。なお、これら図９及び図１０において、前述の図１及び図２と同様の部分には同符号を付し説明を省略する。
【００４８】
これら図９及び図１０において、各伸縮ジャッキ２２には、そのジャッキロッド２２ｂを前後方向（図９中左右方向、図１０中紙面に垂直方向）から挟みこむように一対のガイド部材２５，２５が設けられている。これらガイド部材２５，２５には図示しないスリットがそれぞれ形成されており、前記ローラ支持部材２４の前後方向にそれぞれ設けた一対の摺動メタル２６，２６（図９参照）が上記スリットにそれぞれ係合し、スリット内を径方向（伸縮ジャッキ２２の伸縮方向）に摺動可能となっている。このような構成により、ガイド部材２５は伸縮ジャッキ２２の伸縮方向の動作を許容しつつ、伸縮ジャッキ２２がリング部材外周面２０ａから受ける反力による横荷重を支持するようになっている。なお、この他の構成については、前述の図１及び図２と同様であるので説明を省略する。
【００４９】
本変形例によれば、このようにガイド部材２５を設けることにより、伸縮ジャッキ２２の横荷重に対する強度を増大させることができるので、カッタ駆動装置１０の信頼性、ひいてはシールド掘進機の信頼性を向上することができる。また、強度を大きくするために伸縮ジャッキ２２を大型化する必要がなくなるため、コンパクトなカッタ駆動装置１０を実現できる。
【００５０】
なお、上記本発明の一実施の形態では、リング部材２０の歯２０ｂのピッチを２０°（１周で１８個）、伸縮ジャッキ２２の配設ピッチを２２．５°（１周で１６本）としたが、これに限らず、カッタヘッド３の安定した回転駆動が得られる範囲において、双方のピッチをさらに小さくしてそれぞれの数量を増やしてもよいし、ピッチを大きくしてそれぞれの数量を減らしてもよい。
【００５１】
また、上記本発明の一実施の形態では、ローラ２１が歯２０ｂと次の歯２０ｂとの間の谷部に到達した後伸縮ジャッキ２２を縮短させるようにしたが、これに限らず、例えば谷部に到達した時点で伸縮ジャッキ２２をフリー状態（例えば伸縮ジャッキ２２が油圧シリンダである場合にはボトム側及びロッド側の圧力をタンク圧にした状態）とし、ローラ２１が次の歯２０ｂの斜面を転がり上がることにより伸縮ジャッキ２２が押し上げられて縮短されるようにしてもよい。この場合、ローラ２１が次の歯２０ｂの頂点に達した時点で再び圧をかけて伸縮ジャッキ２２を駆動するようにすれば足りる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明のシールド掘進機の一実施の形態の全体構造を表す側断面図である。
【図２】図１中II−II断面によるシールド掘進機の横断面図である。
【図３】各伸縮ジャッキについて、ローラがリング部材の歯の頂点から次の歯の頂点に至るまでの動作を示す表である。
【図４】ローラが歯の頂点でリング部材の外周面と当接する旋回１の状態を表すシールド掘進機の横断面図である。
【図５】リング部材の旋回１の状態からの回転角度が２．５°となる旋回２の状態を表すシールド掘進機の横断面図である。
【図６】リング部材の旋回１の状態からの回転角度が５°となる旋回３の状態を表すシールド掘進機の横断面図である。
【図７】リング部材の旋回１の状態からの回転角度が７．５°となる旋回４の状態を表すシールド掘進機の横断面図である。
【図８】リング部材の旋回１の状態からの回転角度が１０°となる旋回５の状態を表すシールド掘進機の横断面図である。
【図９】本発明のシールド掘進機の一実施の形態の変形例における前方部分の構造を抽出して表す側断面図である。
【図１０】図９中X−X断面によるシールド掘進機の横断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ シールド本体
３ カッタヘッド
４ 回転軸
２０ リング部材（環状部材）
２０ａ 外周面
２０ｂ 歯
２０ｃ 斜面
２１ ローラ
２２ 伸縮ジャッキ
２５ ガイド部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルの掘削を行うシールド掘進機において、
シールド本体と、
このシールド本体の前方に回転自在に設けられ、切羽の掘削を行うカッタヘッドと、
このカッタヘッドの回転軸と、
前記シールド本体内において前記回転軸に固設され、ほぼ等しい間隔で配置された複数の歯により波状に形成された外周面を有する環状部材と、
この環状部材の外周側に放射状に配置され、先端部が前記外周面と当接可能であり、前記環状部材の回転角度に応じて伸縮動作する複数の伸縮ジャッキとを備えたことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
請求項１記載のシールド掘進機において、前記伸縮ジャッキの先端部と前記環状部材の外周面との当接位置が前記歯における前記環状部材の回転方向上流側の斜面となるときの前記環状部材部材の回転角度の場合に、前記伸縮ジャッキを伸長させることを特徴とするシールド掘進機。
【請求項３】
請求項２記載のシールド掘進機において、前記伸縮ジャッキの先端に、前記環状部材の外周面に沿って転がり可能なローラを設けたことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項において、前記環状部材のシールド掘進機軸方向の厚みは前記伸縮ジャッキの太さ以下であることを特徴とするシールド掘進機。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項において、前記伸縮ジャッキの伸縮動作をガイドするガイド部材を設けたことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項１】
トンネルの掘削を行うシールド掘進機において、
シールド本体と、
このシールド本体の前方に回転自在に設けられ、切羽の掘削を行うカッタヘッドと、
このカッタヘッドの回転軸と、
前記シールド本体内において前記回転軸に固設され、ほぼ等しい間隔で配置された複数の歯により波状に形成された外周面を有する環状部材と、
この環状部材の外周側に放射状に配置され、先端部が前記外周面と当接可能であり、前記環状部材の回転角度に応じて伸縮動作する複数の伸縮ジャッキとを備えたことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
請求項１記載のシールド掘進機において、前記伸縮ジャッキの先端部と前記環状部材の外周面との当接位置が前記歯における前記環状部材の回転方向上流側の斜面となるときの前記環状部材部材の回転角度の場合に、前記伸縮ジャッキを伸長させることを特徴とするシールド掘進機。
【請求項３】
請求項２記載のシールド掘進機において、前記伸縮ジャッキの先端に、前記環状部材の外周面に沿って転がり可能なローラを設けたことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項において、前記環状部材のシールド掘進機軸方向の厚みは前記伸縮ジャッキの太さ以下であることを特徴とするシールド掘進機。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項において、前記伸縮ジャッキの伸縮動作をガイドするガイド部材を設けたことを特徴とするシールド掘進機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−８９９９７（Ｐ２００６−８９９９７Ａ）
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２７６０７６（Ｐ２００４−２７６０７６）
【出願日】平成１６年９月２２日（２００４．９．２２）
【出願人】（０００２０７７８０）大豊建設株式会社 (77)
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月２２日（２００４．９．２２）
【出願人】（０００２０７７８０）大豊建設株式会社 (77)
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
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