シールド掘進機
【課題】シンプルな構成でトンネル孔の断面変化の大きい部分を精度良く掘削する。
【解決手段】シールド本体２の前部に回転自在に設けられたカッタフレーム８と、カッタフレーム８にその半径方向に沿って且つカッタフレーム８の周方向に互いに所定角度となるように配置された二つのビームカッタ用油圧ジャッキ１８、１９と、ビーム状に形成され、その長手方向端部よりも長手方向内側の部分がビームカッタ用油圧ジャッキ１８、１９の伸縮端部に回動自在に支持されたビームカッタ４と、ビームカッタ用油圧ジャッキ１８、１９を伸縮させることにより、ビームカッタ４の長手方向端部をカッタフレーム８の半径方向外側に突出させる制御手段４１とを備えたシールド掘進機において、ビームカッタ４の長手方向端部に、コピーカッタ４３を出没自在に設ける。
【解決手段】シールド本体２の前部に回転自在に設けられたカッタフレーム８と、カッタフレーム８にその半径方向に沿って且つカッタフレーム８の周方向に互いに所定角度となるように配置された二つのビームカッタ用油圧ジャッキ１８、１９と、ビーム状に形成され、その長手方向端部よりも長手方向内側の部分がビームカッタ用油圧ジャッキ１８、１９の伸縮端部に回動自在に支持されたビームカッタ４と、ビームカッタ用油圧ジャッキ１８、１９を伸縮させることにより、ビームカッタ４の長手方向端部をカッタフレーム８の半径方向外側に突出させる制御手段４１とを備えたシールド掘進機において、ビームカッタ４の長手方向端部に、コピーカッタ４３を出没自在に設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、矩形断面、楕円形断面或いは馬蹄形断面等の異形断面のトンネル孔を掘削するためのシールド掘進機に係り、特に、二つの油圧ジャッキにより駆動されるビームカッタを備えたシールド掘進機に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド掘進機は、シールド本体の前部に設けられた回転カッタで地山を掘削して、その後方でセグメントを順次組立てることにより、トンネルを構築していくものである。回転カッタの前面には複数のビットが配置されており、回転カッタを回転させてビットにより地山を掘削するようになっている。
【０００３】
矩形断面、楕円形断面或いは馬蹄形断面等の異形断面のトンネル孔を掘削するシールド掘進機としては、例えば、シールド本体の前部に設けられ、掘進方向と平行な軸廻りに回転駆動される回転カッタと、その回転カッタのカッタスポークに設けられ、回転カッタの外周縁よりも半径方向外側に出没自在なオーバカッタとを備えたものが知られている。このようなシールド掘進機では、オーバカッタを回転カッタの外周縁よりも半径方向外側に突出させ、そのオーバカッタにより回転カッタの外周縁よりも半径方向外側の領域を掘削するようになっている。
【０００４】
なお、引用文献１には、円形のメインカッタの外周に開閉自在にスイングカッタを設けたシールド掘進機が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３０３５８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者らは、矩形断面、楕円形断面或いは馬蹄形断面等の異形断面のトンネル孔を掘削するシールド掘進機を新規開発中である。
【０００７】
このシールド掘進機は、シールド本体の前部に回転自在に設けられたカッタフレームに、その半径方向に沿って且つカッタフレームの周方向に互いに所定角度となるように配置された二つの油圧ジャッキと、ビーム状に形成され、その長手方向端部よりも長手方向内側の部分が二つの油圧ジャッキの伸縮端部に回動自在に支持されたビームカッタとを備えている。
【０００８】
このシールド掘進機においては、二つの油圧ジャッキを伸縮させることにより、二つの油圧ジャッキの内一方の伸縮端部をカッタフレームの半径方向外側に移動させ、他方の伸縮端部をカッタフレームの半径方向内側に移動させ、ビームカッタの長手方向端部をカッタフレームの半径方向外側に突出させるようになっている。このように二つの油圧ジャッキを適宜伸縮させることで、ビームカッタにより矩形断面、楕円形断面或いは馬蹄形断面等の異形断面のトンネル孔が形成される。
【０００９】
このようなシールド掘進機にあっては、特に矩形断面のトンネル孔の角部分のように断面変化の大きい部分（図４中の符号ｄ参照）を掘削する場合、油圧ジャッキを素速く伸縮させなければならず、そのように油圧ジャッキを素速く伸縮させるために油圧回路等の構成が複雑となりコストアップを招くという問題がある。例えば、油圧ジャッキを素速く伸縮させるために、油圧ジャッキに供給する油量を制御するための制御弁としてサーボ弁のような高速応答弁を用いることが考えられるが、高速応答弁は高価であり、このような高速応答弁の使用がコストアップを招く。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、シンプルな構成でトンネル孔の断面変化の大きい部分を精度良く掘削す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】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明は、シールド本体の前部に回転自在に設けられたカッタフレームと、該カッタフレームにその半径方向に沿って且つ上記カッタフレームの周方向に互いに所定角度となるように配置された二つのビームカッタ用油圧ジャッキと、ビーム状に形成され、その長手方向端部よりも長手方向内側の部分が上記ビームカッタ用油圧ジャッキの伸縮端部に回動自在に支持されたビームカッタと、上記ビームカッタ用油圧ジャッキを伸縮させることにより、上記ビームカッタ用油圧ジャッキの一方の伸縮端部を上記カッタフレームの半径方向外側に移動させ、上記ビームカッタ用油圧ジャッキの他方の伸縮端部を上記カッタフレームの半径方向内側に移動させ、上記ビームカッタの長手方向端部を上記カッタフレームの半径方向外側に突出させる制御手段とを備えたシールド掘進機において、上記ビームカッタの長手方向端部に、コピーカッタを出没自在に設けたものである。
【００１２】
ここで、上記コピーカッタを駆動するコピーカッタ用油圧ジャッキと、該コピーカッタ用油圧ジャッキを上記ビームカッタ用油圧ジャッキの一方に連動させる連動手段とを備えても良い。
【００１３】
また、上記連動手段は、上記制御手段が上記ビームカッタの長手方向端部を上記カッタフレームの半径方向外側に移動させるべく上記ビームカッタ用油圧ジャッキを制御するときには、上記コピーカッタを上記ビームカッタの長手方向端部から突出させ、上記制御手段が上記ビームカッタの長手方向端部を上記カッタフレームの半径方向内側に移動させるべく上記ビームカッタ用油圧ジャッキを制御するときには、上記コピーカッタを上記ビームカッタの長手方向端部内に没入させるものであっても良い。
【００１４】
また、上記連動手段は、上記コピーカッタ用油圧ジャッキを、上記二つのビームカッタ用油圧ジャッキの内上記カッタフレームが一回転するときに伸縮量の変化が大きい方に連動させるものであっても良い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、シンプルな構成でトンネル孔の断面変化の大きい部分を精度良く掘削することができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係るシールド掘進機の正面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢視図である。
【００１８】
図１及び図２に示すように、シールド掘進機１は、筒状のシールド本体２と、シールド本体２の前部に回転自在に設けられ、円形断面のトンネル孔を掘削する回転カッタ３とを備えている。シールド本体２は、断面略矩形状であって、上下方向（図１中の上下方向）の高さに比べて横方向（図１中の左右方向）の幅が大きく（広く）なるように形成されている。回転カッタ３は、掘進方向と平行な軸廻りに回転駆動される。
【００１９】
シールド本体２の後部には、回転カッタ３及び後述するビームカッタ４により掘削したトンネル孔内にセグメントを組み立ててトンネルを構築するためのエレクタ（図示せず）と、シールド本体２の内周に所定間隔を隔てて複数設けられ、セグメントに反力を取ってシールド本体２を推進させるためのシールドジャッキ（図示せず）とが設けられる。
【００２０】
回転カッタ３と、シールド本体２の前端部近傍に設けられたバルクヘッド（隔壁）５との間には、回転カッタ３及びビームカッタ４により掘削した土砂（掘削土砂）を取り込むチャンバ６が形成される。バルクヘッド５の下部には、これを貫通してチャンバ６に開口するスクリュコンベア７が設けられる。
【００２１】
回転カッタ３は、バルクヘッド５に回転自在に設けられている。回転カッタ３は、その回転中心から半径方向外側に延出し、掘進方向と平行な軸廻りに回転されるカッタフレーム８を有している。カッタフレーム８の前面には、その半径方向中央にセンタビット９が配置され、そのセンタビット９よりも外周側に複数のカッタビット１０が配置されている。これらセンタビット９及びカッタビット１０は、回転カッタ３の外周縁よりも半径方向内側の地山に当接される。カッタフレーム８の後面には、後方に延出してチャンバ６内の掘削土砂を撹拌するための撹拌翼１１が設けられている。
【００２２】
カッタフレーム８は、中心部材１２と、中心部材１２に放射状に取り付けられた複数のカッタスポーク１３とを有している。つまり、各カッタスポーク１３は、回転カッタ３の回転中心から半径方向外側に延出している。
【００２３】
バルクヘッド５には、ギヤ１４を有する回転軸１５が回転自在に支持されている。回転軸１５は、その前端部にてカッタフレーム８の中心部材１２と連結されている。シールド本体２内には、回転軸１５を回転させるための駆動モータ１６（例えば、油圧モータ）が設けられている。駆動モータ１６には、ピニオン１７が取り付けられており、そのピニオン１７が回転軸１５に装着されたギヤ１４と歯合するようになっている。
【００２４】
回転カッタ３には、カッタフレーム８にその半径方向に沿って、且つ、カッタフレーム８の周方向に互いに所定角度となるように配置された二つのビームカッタ用油圧ジャッキ（第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９）が設けられる。第一油圧ジャッキ１８のシリンダ１８ａと第二油圧ジャッキ１９のシリンダ１９ａとは、それらの長手方向中間部にて中間部材２０により連結されている。
【００２５】
ここで、本実施形態では、二つのビームカッタ用油圧ジャッキ１８、１９の内、カッタフレーム８が一回転するときに伸縮量（ストローク）の変化が大きいビームカッタ用油圧ジャッキ１８を第一油圧ジャッキとし、カッタフレーム８が一回転するときに伸縮量の変化が小さいビームカッタ用油圧ジャッキ１９を第二油圧ジャッキとしている。詳しくは、本実施形態では、二つのビームカッタ用油圧ジャッキ１８、１９の内、カッタフレーム８の回転方向前側に位置するビームカッタ用油圧ジャッキ１８を第一油圧ジャッキとし、カッタフレーム８の回転方向後側に位置するビームカッタ用油圧ジャッキ１９を第二油圧ジャッキとする。
【００２６】
第一油圧ジャッキ１８の伸縮端部（先端部）には、第一油圧ジャッキ１８の長手方向、つまり回転カッタ３の半径方向に沿って移動自在な第一支持部２１が設けられている。第一支持部２１は、第一油圧ジャッキ１８の伸縮端部（先端部）に装着され、後述するビームカッタ本体２２に装着したピン２３を支持するための軸受部２４を有している。
【００２７】
第二油圧ジャッキ１９の伸縮端部（先端部）には、第二油圧ジャッキ１９の長手方向、つまり回転カッタ３の半径方向に沿って移動自在な第二支持部２５が設けられている。第二支持部２５は、第二油圧ジャッキ１９の伸縮端部（先端部）に装着され、後述するビームカッタ本体２２に装着したピン２６を支持するための軸受部２７を有している。
【００２８】
シールド掘進機１は、回転カッタ３の外周縁よりも半径方向外側の地山を掘削するためのビームカッタ４を備えている。ビームカッタ４は、ビーム状に形成されたビームカッタ本体２２を有している。ビームカッタ本体２２は、長手方向一端部よりも長手方向内側の部分及び長手方向他端部にてそれぞれ、第二支持部２５、第一支持部２１に回動自在に支持されており、長手方向一端部が第二支持部２５よりも長手方向外側に延出している。
【００２９】
なお、本実施形態には限定はされず、図３中に破線で示すように、ビームカッタ本体２２が、長手方向両端部よりも長手方向内側の部分にてそれぞれ、各支持部（第一支持部２１、第二支持部２５）に回動自在に支持され、長手方向両端部が各支持部（第一支持部２１、第二支持部２５）よりも長手方向外側に延出するものであっても良い。
【００３０】
本実施形態では、ビームカッタ本体２２の長手方向一端部よりも長手方向内側の部分及び長手方向他端部にはそれぞれピン２６、２３が設けられており、このピン２６、２３にてビームカッタ本体２２は第二支持部２５、第一支持部２１に回動自在に支持されている。
【００３１】
図３に示すように、第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９はそれぞれ、カッタフレーム８の中心部材１２に取り付けられたシリンダチューブ１８ａ、１９ａと、シリンダチューブ１８ａ、１９ａ内にその軸方向に摺動自在に設けられ、ヘッド側油圧室（伸長側油圧室）１８ｂ、１９ｂとキャップ側油圧室（縮退側油圧室）１８ｃ、１９ｃとを区画するピストン１８ｄ、１９ｄと、一端がピストン１８ｄ、１９ｄに連結され、他端が各支持部（第一支持部２１、第二支持部２５）に連結されたロッド１８ｅ、１９ｅとを有している。
【００３２】
第一油圧ジャッキ１８のヘッド側油圧室１８ｂに作動油を供給する油圧供給ライン２８、及び、第一油圧ジャッキ１８のキャップ側油圧室１８ｃに作動油を供給する油圧供給ライン２９は、第一切換弁３０を介して、油圧ポンプ３１及びオイルタンク３２に接続されている。ヘッド側油圧室１８ｂに作動油を供給する油圧供給ライン２８における第一切換弁３０とヘッド側油圧室１８ｂとの間の箇所には、ヘッド側油圧室１８ｂに供給する油量を制御するための流量制御弁（例えば、比例弁及びサーボ弁等）（図示せず）、チェック弁３３、リリーフ弁（図示せず）が介設されている。また、キャップ側油圧室１８ｃに作動油を供給する油圧供給ライン２９における第一切換弁３０とキャップ側油圧室１８ｃとの間の箇所には、キャップ側油圧室１８ｃに供給する油量を制御するための流量制御弁（例えば、比例弁及びサーボ弁等）（図示せず）、チェック弁３４、リリーフ弁（図示せず）が介設されている。
【００３３】
第二油圧ジャッキ１９のヘッド側油圧室１９ｂに作動油を供給する油圧供給ライン３５、及び、第二油圧ジャッキ１９のキャップ側油圧室１９ｃに作動油を供給する油圧供給ライン３６は、第二切換弁３７を介して、油圧ポンプ３１及びオイルタンク３２に接続されている。ヘッド側油圧室１９ｂに作動油を供給する油圧供給ライン３５における第二切換弁３７とヘッド側油圧室１９ｂとの間の箇所には、ヘッド側油圧室１９ｂに供給する油量を制御するための流量制御弁（例えば、比例弁及びサーボ弁等）（図示せず）、チェック弁３８、リリーフ弁（図示せず）が介設されている。また、キャップ側油圧室１９ｃに作動油を供給する油圧供給ライン３６における第二切換弁３７とキャップ側油圧室１９ｃとの間の箇所には、キャップ側油圧室１９ｃに供給する油量を制御するための流量制御弁（例えば、比例弁及びサーボ弁等）（図示せず）、チェック弁３９、リリーフ弁（図示せず）が介設されている。
【００３４】
第一油圧ジャッキ１８に設けた第一支持部２１を回転カッタ３の半径方向外側に移動させる際には、第一切換弁３０を伸長側に切り換えて、第一油圧ジャッキ１８を伸長させると共に、第二切換弁３７を縮退側に切り換えて、第二油圧ジャッキ１９を縮退させる。このとき、第二油圧ジャッキ１９に設けた第二支持部２５は、回転カッタ３の半径方向内側に移動される。
【００３５】
一方、第二油圧ジャッキ１９に設けた第二支持部２５を回転カッタ３の半径方向外側に移動させる際には、第一切換弁３０を縮退側に切り換えて、第一油圧ジャッキ１８を縮退させると共に、第二切換弁３７を伸長側に切り換えて、第二油圧ジャッキ１９を伸長させる。このとき、第一油圧ジャッキ１８に設けた第一支持部２１は、回転カッタ３の半径方向内側に移動される。
【００３６】
図１に示すように、ビームカッタ４のビームカッタ本体２２の長手方向一端部の前面には、ビームカッタ本体２２の長手方向に所定間隔を隔てて複数のカッタビット４０が配置されている。また、これらカッタビット４０は、カッタフレーム８に設けたカッタビット１０よりもわずかに掘進方向後方に配置される。つまり、ビームカッタ本体８の長手方向一端部が回転カッタ３の外周縁よりも半径方向内側に位置した状態では、ビームカッタ本体２２の長手方向一端部（カッタビット４０）は地山には当接されず掘削土砂を撹拌するのみである。また、ビームカッタ本体２２の長手方向一端部（カッタビット４０）が回転カッタ３の外周縁よりも半径方向外側に突出した状態では、ビームカッタ本体２２の長手方向一端部（カッタビット４０）が回転カッタ３の外周縁よりも半径方向外側の地山に当接されて地山を掘削する。
【００３７】
本実施形態では、ビームカッタ本体２２に設けた各カッタビット４０の幅方向中心線Ｌｃが回転カッタ３の外周縁の接線Ｌｎに対してなす角度を、それよりも内周側に配設したカッタビット４０の幅方向中心線Ｌｃが回転カッタ３の外周縁の接線Ｌｎに対してなす角度よりも大きくしている（図４参照）。また、ビームカッタ本体２２に設けた複数のカッタビット４０の内長手方向の最も内側に配設したカッタビット４０を、その幅方向中心線Ｌｃが回転カッタ３の外周縁の接線Ｌｎに対して略平行となるようにしている（図４参照）。
【００３８】
シールド掘進機１は、第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９を伸縮させることによりビームカッタ本体２２の長手方向一端部を回転カッタ３の外周縁よりも半径方向外側に突出させるための制御手段としてのコントローラ４１（図３参照）を備えている。コントローラ４１には、第一切換弁３０、第二切換弁３７、第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９の流量制御弁等が接続されており、コントローラ４１は、第一切換弁３０、第二切換弁３７をそれぞれ切換制御すると共に、第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９の流量制御弁の開度をそれぞれ制御するようになっている。
【００３９】
ビームカッタ４のビームカッタ本体２２の長手方向一端部を回転カッタ３の外周縁よりも半径方向外側に突出させる際には、第二油圧ジャッキ１９に設けた第二支持部２５を回転カッタ３の半径方向外側に移動させると共に、第一油圧ジャッキ１８に設けた第一支持部２１を回転カッタ３の半径方向内側に移動させる。一方、ビームカッタ本体２２の長手方向一端部を回転カッタ３の外周縁よりも半径方向内側に没入させる際には、第一油圧ジャッキ１８に設けた第一支持部２１を回転カッタ３の半径方向外側に移動させると共に、第二油圧ジャッキ１９に設けた第二支持部２５を回転カッタ３の半径方向内側に移動させる。
【００４０】
コントローラ４１には、回転カッタ３（カッタフレーム８）の回転角度を検出するための回転角度検出手段としての回転角度センサ４２が接続されている。コントローラ４１は、回転角度センサ４２によって検出した回転カッタ３の回転角度をルックアップテーブル（図示せず）に入力して第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９の伸縮量（ストローク）の目標値を求める。ルックアップテーブルには、回転カッタ３の回転角度に応じた第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９の伸縮量の目標値がそれぞれ予め求められて入力されており、ルックアップテーブルに回転カッタ３の回転角度を入力することによって、第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９の伸縮量の目標値が求められる。
【００４１】
ここで、本実施形態では、ビームカッタ４のビームカッタ本体２２の長手方向一端部に、コピーカッタ４３をビームカッタ本体２２に対して出没自在に設けている。
【００４２】
本実施形態に係るシールド掘進機１は、コピーカッタ４３を駆動するコピーカッタ用油圧ジャッキ（第三油圧ジャッキ４４）（図３参照）と、第三油圧ジャッキ４４をビームカッタ４を駆動する第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９の内一方（本実施形態では、第一油圧ジャッキ１８）に連動させる連動手段とを備えている。
【００４３】
ビームカッタ本体２２の長手方向中間部には、第三油圧ジャッキ４４を駆動するための作動油を回転カッタ３側からビームカッタ４側へと中継して供給するための可撓性ホース４５を有する中継部が設けられる。ビームカッタ本体２２の長手方向中間部では、ビームカッタ４（ビームカッタ本体２２）と回転カッタ３（カッタフレーム８）との相対位置が比較的変わり難いためである。
【００４４】
図３に示すように、第三油圧ジャッキ４４は、ビームカッタ本体２２に取り付けられたシリンダチューブ４４ａと、シリンダチューブ４４ａ内にその軸方向に摺動自在に設けられ、ヘッド側油圧室（伸長側油圧室）４４ｂとキャップ側油圧室（縮退側油圧室）４４ｃとを区画するピストン４４ｄと、一端がピストン４４ｄに連結され、他端がコピーカッタ４３のカッタ部分をなすビットが装着されるロッド４４ｅとを有している。
【００４５】
本実施形態では、第三油圧ジャッキ４４のヘッド側油圧室４４ｂに作動油を供給する油圧供給ライン４６を、第一油圧ジャッキ１８のキャップ側油圧室１８ｃに作動油を供給する油圧供給ライン２９の途中に接続すると共に、第三油圧ジャッキ４４のキャップ側油圧室４４ｃに作動油を供給する油圧供給ライン４７を、第一油圧ジャッキ１８のヘッド側油圧室１８ｂに作動油を供給する油圧供給ライン２８の途中に接続している。本実施形態では、ヘッド側油圧室４４ｂに作動油を供給する油圧供給ライン４６は、油圧供給ライン２９における第一油圧ジャッキ１８の流量制御弁とキャップ側油圧室１８ｃとの間の箇所に接続され、キャップ側油圧室４４ｃに作動油を供給する油圧供給ライン４７は、油圧供給ライン２８における第一油圧ジャッキ１８の流量制御弁とヘッド側油圧室１８ｂとの間の箇所に接続される。
【００４６】
つまり、第三油圧ジャッキ４４のヘッド側油圧室４４ｂに作動油を供給する油圧供給ライン４６、及び、第三油圧ジャッキ４４のキャップ側油圧室４４ｃに作動油を供給する油圧供給ライン４７は、第一油圧ジャッキ１８の流量制御弁及び第一切換弁３０を介して、油圧ポンプ３１及びオイルタンク３２に接続されている。ヘッド側油圧室４４ｂに作動油を供給する油圧供給ライン４６には、チェック弁４８、リリーフ弁（図示せず）が介設されている。また、キャップ側油圧室４４ｃに作動油を供給する油圧供給ライン４７には、チェック弁４９、リリーフ弁（図示せず）が介設されている。
【００４７】
本実施形態では、第三油圧ジャッキ４４への油圧供給ライン４６、４７に流量制御弁を介設していないので、第三油圧ジャッキ４４のヘッド側油圧室４４ｂ、キャップ側油圧室４４ｃに供給される油量は、第一油圧ジャッキ１８の流量制御弁の開度に応じて決まる。
【００４８】
第一油圧ジャッキ１８のヘッド側油圧室１８ｂに油圧ポンプ３１から作動油が油圧供給ライン２８を通して供給されると、この作動油により第一油圧ジャッキ１８のピストン１８ｄが伸長側（すなわち回転カッタ３の半径方向外側）に押される。すると、第一油圧ジャッキ１８のキャップ側油圧室１８ｃから作動油が油圧供給ライン２９を通して適宜排出されて、第一油圧ジャッキ１８が伸長される。これにより、第一支持部２１が回転カッタ３の半径方向外側に移動される。第一油圧ジャッキ１８のヘッド側油圧室１８ｂに油圧ポンプ３１から作動油が油圧供給ライン２８を通して供給されると、同時に、第三油圧ジャッキ４４のキャップ側油圧室４４ｃに油圧ポンプ３１から作動油が油圧供給ライン４７を通して供給され、この作動油によりピストン４４ｄが縮退側（すなわちビームカッタ本体２２の長手方向内側）に押される。すると、第三油圧ジャッキ４４のヘッド側油圧室４４ｂから作動油が油圧供給ライン４６を通して適宜排出されて、第三油圧ジャッキ４４が縮退される。これにより、コピーカッタ４３がビームカッタ本体２２の長手方向一端部内に没入される。
【００４９】
一方、第一油圧ジャッキ１８のキャップ側油圧室１８ｃに油圧ポンプ３１から作動油が油圧供給ライン２９を通して供給されると、この作動油により第一油圧ジャッキ１８のピストン１８ｄが縮退側（すなわち回転カッタ３の半径方向内側）に押される。すると、第一油圧ジャッキ１８のヘッド側油圧室１８ｂから作動油が油圧供給ライン２８を通して適宜排出されて、第一油圧ジャッキ１８が縮退される。これにより、第一支持部２１が回転カッタ３の半径方向内側に移動される。第一油圧ジャッキ１８のキャップ側油圧室１８ｃに油圧ポンプ３１から作動油が油圧供給ライン２９を通して供給されると、同時に、第三油圧ジャッキ４４のヘッド側油圧室４４ｂに油圧ポンプ３１から作動油が油圧供給ライン４６を通して供給され、この作動油によりピストン４４ｄが伸長側（すなわちビームカッタ本体２２の長手方向内側）に押される。すると、第三油圧ジャッキ４４のキャップ側油圧室４４ｃから作動油が油圧供給ライン４７を通して適宜排出されて、第三油圧ジャッキ４４が伸長される。これにより、コピーカッタ４３がビームカッタ本体２２の長手方向一端部から突出される。
【００５０】
このように、本実施形態に係る連動手段は、コントローラ４１がビームカッタ本体２２の長手方向一端部をカッタフレーム８の半径方向外側に移動させるべく第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９を制御するときには、コピーカッタ４３をビームカッタ本体２２の長手方向一端部から突出させ、コントローラ４１がビームカッタ本体２２の長手方向一端部をカッタフレーム８の半径方向内側に移動させるべく第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９を制御するときには、コピーカッタ４３をビームカッタ本体２２の長手方向一端部内に没入させるものである。
【００５１】
本実施形態の油圧供給ライン２８、２９、４６、４７、第一切換弁３０、第一油圧ジャッキ１８の流量制御弁等が、上述の連動手段をなす。
【００５２】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００５３】
地山を掘削する際には、図４に示すように、駆動モータ１６により回転カッタ３を回転駆動させると、その回転カッタ３によって地山が円形断面に掘削されて、円形断面のトンネル孔ａが形成される。
【００５４】
また、回転カッタ３の回転角度に応じて、ビームカッタ本体２２の長手方向一端部を回転カッタ３の外周縁よりも半径方向外側に突出させる共に、ビームカッタ本体２２の長手方向一端部に設けられたコピーカッタ４３をビームカッタ本体２２に対して突出させると、回転カッタ３により形成された円形断面のトンネル孔ａの外周縁よりも半径方向外側の未掘削領域ｂの地山が、ビームカッタ４及びコピーカッタ４３により掘削されて、円形断面のトンネル孔ａに連続された略矩形断面のトンネル孔ｃが形成される。
【００５５】
ここで、本実施形態では、ビームカッタ４のビームカッタ本体２２の長手方向一端部に、コピーカッタ４３をビームカッタ本体２２に対して出没自在に設けたため、ビームカッタ４とコピーカッタ４３とを同時に作動させ、コピーカッタ４３をビームカッタ本体２２の長手方向一端部に対して出没させることで、ビームカッタ４の回転中心からビームカッタ本体２２（コピーカッタ４３）の先端までの距離を変化させることができるので、コピーカッタ４３がない場合に比べてビームカッタ４を駆動するビームカッタ用油圧ジャッキ（第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９）を素速く伸長させなくとも、略矩形断面のトンネル孔ｃの角部分のように断面変化の大きい部分ｄ（図４参照）を精度良く掘削することが可能となる。そのため、ビームカッタ用油圧ジャッキ（第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９）の流量制御弁として、高価なサーボ弁を必ずしも使用する必要がなく、サーボ弁に比べて安価な比例弁を使用しても良いこととなる。
【００５６】
また、本実施形態では、コントローラ４１がビームカッタ本体２２の長手方向一端部をカッタフレーム８の半径方向外側に移動させるべく第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９を制御するときには、コピーカッタ４３をビームカッタ本体２２の長手方向一端部から突出させ、コントローラ４１がビームカッタ本体２２の長手方向一端部をカッタフレーム８の半径方向内側に移動させるべく第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９を制御するときには、コピーカッタ４３をビームカッタ本体２２の長手方向一端部内に没入させるようにしている。
【００５７】
つまり、本実施形態では、ビームカッタ４がカッタフレーム８の半径方向外側に移動して大きく掘削する必要があるときには、コピーカッタ４３がビームカッタ本体２２の長手方向一端部の長手方向外側に突出して大きく掘削し、ビームカッタ４がカッタフレーム８の半径方向内側に移動して小さく掘削する必要があるときには、コピーカッタ４３がビームカッタ本体２２の長手方向一端部の長手方向内側に没入して小さく掘削するため、コピーカッタ４３がない場合に比べてビームカッタ４を駆動するビームカッタ用油圧ジャッキ（第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９）を素速く伸長させなくとも、略矩形断面のトンネル孔ｃの角部分のように断面変化の大きい部分ｄを精度良く掘削することが可能となる。
【００５８】
また、本実施形態では、コピーカッタ４３を駆動するコピーカッタ用油圧ジャッキ（第三油圧ジャッキ４４）を、ビームカッタ４を駆動するビームカッタ用油圧ジャッキ１８、１９の一方（第一油圧ジャッキ１８）に連動させたため、コントローラ４１によって第三油圧ジャッキ４４の伸長量を別途制御する必要がなく、油圧ジャッキ（第一油圧ジャッキ１８、第二油圧ジャッキ１９及び第三油圧ジャッキ４４）の制御方法がシンプルとなる。
【００５９】
また、本実施形態では、ビームカッタ４を駆動するビームカッタ用油圧ジャッキ（第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９）に連動されるコピーカッタ用油圧ジャッキ（第三油圧ジャッキ４４）を、二つのビームカッタ用油圧ジャッキ１８、１９の内、カッタフレーム８が一回転するときに伸縮量の変化が大きい第一油圧ジャッキ１８に連動させることとしたため、第三油圧ジャッキ４４をカッタフレーム８が一回転するときに伸縮量の変化が小さい第二油圧ジャッキ１９に連動させた場合に比べて、第三油圧ジャッキ４４における作動油の供給・排出量が多くなるため、コピーカッタ４３の伸縮量の変化を大きくでき、ビームカッタ４を駆動するビームカッタ用油圧ジャッキ（第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９）を素速く伸長させなくとも、略矩形断面のトンネル孔ｃの角部分のように断面変化の大きい部分ｄを精度良く掘削することが可能となる。
【００６０】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。
【００６１】
例えば、上記実施形態には限定はされず、図３中に破線で示すように、第三油圧ジャッキ４４のヘッド側油圧室４４ｂに作動油を供給する油圧供給ライン４６を、第二油圧ジャッキ１９のヘッド側油圧室１９ｂに作動油を供給する油圧供給ライン３５の途中に接続すると共に、第三油圧ジャッキ４４のキャップ側油圧室４４ｃに作動油を供給する油圧供給ライン４７を、第二油圧ジャッキ１９のキャップ側油圧室１９ｃに作動油を供給する油圧供給ライン３６の途中に接続してもよい。その場合、第三油圧ジャッキ４４が第二油圧ジャッキ１９に連動されることとなり、油圧供給ライン３５、３６、４６、４７、第二切換弁３７、第二油圧ジャッキ１９の流量制御弁等が、上述の連動手段をなすこととなる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の一実施形態に係るシールド掘進機の正面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線矢視図である。
【図３】ビームカッタ及びコピーカッタの概略図である。
【図４】略矩形断面のトンネル孔を掘削するシールド掘進機の正面概略図である。
【符号の説明】
【００６３】
１ シールド掘進機
２ シールド本体
３ 回転カッタ
４ ビームカッタ
８ カッタフレーム
１８ 第一油圧ジャッキ（ビームカッタ用油圧ジャッキ）
１９ 第二油圧ジャッキ（ビームカッタ用油圧ジャッキ）
２２ ビームカッタ本体
４１ コントローラ（制御手段）
４３ コピーカッタ
４４ 第三油圧ジャッキ（コピーカッタ用油圧ジャッキ）
２８ 油圧供給ライン（連動手段）
２９ 油圧供給ライン（連動手段）
３０ 第一切換弁（連動手段）
４６ 油圧供給ライン（連動手段）
４７ 油圧供給ライン（連動手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、矩形断面、楕円形断面或いは馬蹄形断面等の異形断面のトンネル孔を掘削するためのシールド掘進機に係り、特に、二つの油圧ジャッキにより駆動されるビームカッタを備えたシールド掘進機に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド掘進機は、シールド本体の前部に設けられた回転カッタで地山を掘削して、その後方でセグメントを順次組立てることにより、トンネルを構築していくものである。回転カッタの前面には複数のビットが配置されており、回転カッタを回転させてビットにより地山を掘削するようになっている。
【０００３】
矩形断面、楕円形断面或いは馬蹄形断面等の異形断面のトンネル孔を掘削するシールド掘進機としては、例えば、シールド本体の前部に設けられ、掘進方向と平行な軸廻りに回転駆動される回転カッタと、その回転カッタのカッタスポークに設けられ、回転カッタの外周縁よりも半径方向外側に出没自在なオーバカッタとを備えたものが知られている。このようなシールド掘進機では、オーバカッタを回転カッタの外周縁よりも半径方向外側に突出させ、そのオーバカッタにより回転カッタの外周縁よりも半径方向外側の領域を掘削するようになっている。
【０００４】
なお、引用文献１には、円形のメインカッタの外周に開閉自在にスイングカッタを設けたシールド掘進機が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３０３５８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者らは、矩形断面、楕円形断面或いは馬蹄形断面等の異形断面のトンネル孔を掘削するシールド掘進機を新規開発中である。
【０００７】
このシールド掘進機は、シールド本体の前部に回転自在に設けられたカッタフレームに、その半径方向に沿って且つカッタフレームの周方向に互いに所定角度となるように配置された二つの油圧ジャッキと、ビーム状に形成され、その長手方向端部よりも長手方向内側の部分が二つの油圧ジャッキの伸縮端部に回動自在に支持されたビームカッタとを備えている。
【０００８】
このシールド掘進機においては、二つの油圧ジャッキを伸縮させることにより、二つの油圧ジャッキの内一方の伸縮端部をカッタフレームの半径方向外側に移動させ、他方の伸縮端部をカッタフレームの半径方向内側に移動させ、ビームカッタの長手方向端部をカッタフレームの半径方向外側に突出させるようになっている。このように二つの油圧ジャッキを適宜伸縮させることで、ビームカッタにより矩形断面、楕円形断面或いは馬蹄形断面等の異形断面のトンネル孔が形成される。
【０００９】
このようなシールド掘進機にあっては、特に矩形断面のトンネル孔の角部分のように断面変化の大きい部分（図４中の符号ｄ参照）を掘削する場合、油圧ジャッキを素速く伸縮させなければならず、そのように油圧ジャッキを素速く伸縮させるために油圧回路等の構成が複雑となりコストアップを招くという問題がある。例えば、油圧ジャッキを素速く伸縮させるために、油圧ジャッキに供給する油量を制御するための制御弁としてサーボ弁のような高速応答弁を用いることが考えられるが、高速応答弁は高価であり、このような高速応答弁の使用がコストアップを招く。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、シンプルな構成でトンネル孔の断面変化の大きい部分を精度良く掘削す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】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明は、シールド本体の前部に回転自在に設けられたカッタフレームと、該カッタフレームにその半径方向に沿って且つ上記カッタフレームの周方向に互いに所定角度となるように配置された二つのビームカッタ用油圧ジャッキと、ビーム状に形成され、その長手方向端部よりも長手方向内側の部分が上記ビームカッタ用油圧ジャッキの伸縮端部に回動自在に支持されたビームカッタと、上記ビームカッタ用油圧ジャッキを伸縮させることにより、上記ビームカッタ用油圧ジャッキの一方の伸縮端部を上記カッタフレームの半径方向外側に移動させ、上記ビームカッタ用油圧ジャッキの他方の伸縮端部を上記カッタフレームの半径方向内側に移動させ、上記ビームカッタの長手方向端部を上記カッタフレームの半径方向外側に突出させる制御手段とを備えたシールド掘進機において、上記ビームカッタの長手方向端部に、コピーカッタを出没自在に設けたものである。
【００１２】
ここで、上記コピーカッタを駆動するコピーカッタ用油圧ジャッキと、該コピーカッタ用油圧ジャッキを上記ビームカッタ用油圧ジャッキの一方に連動させる連動手段とを備えても良い。
【００１３】
また、上記連動手段は、上記制御手段が上記ビームカッタの長手方向端部を上記カッタフレームの半径方向外側に移動させるべく上記ビームカッタ用油圧ジャッキを制御するときには、上記コピーカッタを上記ビームカッタの長手方向端部から突出させ、上記制御手段が上記ビームカッタの長手方向端部を上記カッタフレームの半径方向内側に移動させるべく上記ビームカッタ用油圧ジャッキを制御するときには、上記コピーカッタを上記ビームカッタの長手方向端部内に没入させるものであっても良い。
【００１４】
また、上記連動手段は、上記コピーカッタ用油圧ジャッキを、上記二つのビームカッタ用油圧ジャッキの内上記カッタフレームが一回転するときに伸縮量の変化が大きい方に連動させるものであっても良い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、シンプルな構成でトンネル孔の断面変化の大きい部分を精度良く掘削することができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係るシールド掘進機の正面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢視図である。
【００１８】
図１及び図２に示すように、シールド掘進機１は、筒状のシールド本体２と、シールド本体２の前部に回転自在に設けられ、円形断面のトンネル孔を掘削する回転カッタ３とを備えている。シールド本体２は、断面略矩形状であって、上下方向（図１中の上下方向）の高さに比べて横方向（図１中の左右方向）の幅が大きく（広く）なるように形成されている。回転カッタ３は、掘進方向と平行な軸廻りに回転駆動される。
【００１９】
シールド本体２の後部には、回転カッタ３及び後述するビームカッタ４により掘削したトンネル孔内にセグメントを組み立ててトンネルを構築するためのエレクタ（図示せず）と、シールド本体２の内周に所定間隔を隔てて複数設けられ、セグメントに反力を取ってシールド本体２を推進させるためのシールドジャッキ（図示せず）とが設けられる。
【００２０】
回転カッタ３と、シールド本体２の前端部近傍に設けられたバルクヘッド（隔壁）５との間には、回転カッタ３及びビームカッタ４により掘削した土砂（掘削土砂）を取り込むチャンバ６が形成される。バルクヘッド５の下部には、これを貫通してチャンバ６に開口するスクリュコンベア７が設けられる。
【００２１】
回転カッタ３は、バルクヘッド５に回転自在に設けられている。回転カッタ３は、その回転中心から半径方向外側に延出し、掘進方向と平行な軸廻りに回転されるカッタフレーム８を有している。カッタフレーム８の前面には、その半径方向中央にセンタビット９が配置され、そのセンタビット９よりも外周側に複数のカッタビット１０が配置されている。これらセンタビット９及びカッタビット１０は、回転カッタ３の外周縁よりも半径方向内側の地山に当接される。カッタフレーム８の後面には、後方に延出してチャンバ６内の掘削土砂を撹拌するための撹拌翼１１が設けられている。
【００２２】
カッタフレーム８は、中心部材１２と、中心部材１２に放射状に取り付けられた複数のカッタスポーク１３とを有している。つまり、各カッタスポーク１３は、回転カッタ３の回転中心から半径方向外側に延出している。
【００２３】
バルクヘッド５には、ギヤ１４を有する回転軸１５が回転自在に支持されている。回転軸１５は、その前端部にてカッタフレーム８の中心部材１２と連結されている。シールド本体２内には、回転軸１５を回転させるための駆動モータ１６（例えば、油圧モータ）が設けられている。駆動モータ１６には、ピニオン１７が取り付けられており、そのピニオン１７が回転軸１５に装着されたギヤ１４と歯合するようになっている。
【００２４】
回転カッタ３には、カッタフレーム８にその半径方向に沿って、且つ、カッタフレーム８の周方向に互いに所定角度となるように配置された二つのビームカッタ用油圧ジャッキ（第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９）が設けられる。第一油圧ジャッキ１８のシリンダ１８ａと第二油圧ジャッキ１９のシリンダ１９ａとは、それらの長手方向中間部にて中間部材２０により連結されている。
【００２５】
ここで、本実施形態では、二つのビームカッタ用油圧ジャッキ１８、１９の内、カッタフレーム８が一回転するときに伸縮量（ストローク）の変化が大きいビームカッタ用油圧ジャッキ１８を第一油圧ジャッキとし、カッタフレーム８が一回転するときに伸縮量の変化が小さいビームカッタ用油圧ジャッキ１９を第二油圧ジャッキとしている。詳しくは、本実施形態では、二つのビームカッタ用油圧ジャッキ１８、１９の内、カッタフレーム８の回転方向前側に位置するビームカッタ用油圧ジャッキ１８を第一油圧ジャッキとし、カッタフレーム８の回転方向後側に位置するビームカッタ用油圧ジャッキ１９を第二油圧ジャッキとする。
【００２６】
第一油圧ジャッキ１８の伸縮端部（先端部）には、第一油圧ジャッキ１８の長手方向、つまり回転カッタ３の半径方向に沿って移動自在な第一支持部２１が設けられている。第一支持部２１は、第一油圧ジャッキ１８の伸縮端部（先端部）に装着され、後述するビームカッタ本体２２に装着したピン２３を支持するための軸受部２４を有している。
【００２７】
第二油圧ジャッキ１９の伸縮端部（先端部）には、第二油圧ジャッキ１９の長手方向、つまり回転カッタ３の半径方向に沿って移動自在な第二支持部２５が設けられている。第二支持部２５は、第二油圧ジャッキ１９の伸縮端部（先端部）に装着され、後述するビームカッタ本体２２に装着したピン２６を支持するための軸受部２７を有している。
【００２８】
シールド掘進機１は、回転カッタ３の外周縁よりも半径方向外側の地山を掘削するためのビームカッタ４を備えている。ビームカッタ４は、ビーム状に形成されたビームカッタ本体２２を有している。ビームカッタ本体２２は、長手方向一端部よりも長手方向内側の部分及び長手方向他端部にてそれぞれ、第二支持部２５、第一支持部２１に回動自在に支持されており、長手方向一端部が第二支持部２５よりも長手方向外側に延出している。
【００２９】
なお、本実施形態には限定はされず、図３中に破線で示すように、ビームカッタ本体２２が、長手方向両端部よりも長手方向内側の部分にてそれぞれ、各支持部（第一支持部２１、第二支持部２５）に回動自在に支持され、長手方向両端部が各支持部（第一支持部２１、第二支持部２５）よりも長手方向外側に延出するものであっても良い。
【００３０】
本実施形態では、ビームカッタ本体２２の長手方向一端部よりも長手方向内側の部分及び長手方向他端部にはそれぞれピン２６、２３が設けられており、このピン２６、２３にてビームカッタ本体２２は第二支持部２５、第一支持部２１に回動自在に支持されている。
【００３１】
図３に示すように、第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９はそれぞれ、カッタフレーム８の中心部材１２に取り付けられたシリンダチューブ１８ａ、１９ａと、シリンダチューブ１８ａ、１９ａ内にその軸方向に摺動自在に設けられ、ヘッド側油圧室（伸長側油圧室）１８ｂ、１９ｂとキャップ側油圧室（縮退側油圧室）１８ｃ、１９ｃとを区画するピストン１８ｄ、１９ｄと、一端がピストン１８ｄ、１９ｄに連結され、他端が各支持部（第一支持部２１、第二支持部２５）に連結されたロッド１８ｅ、１９ｅとを有している。
【００３２】
第一油圧ジャッキ１８のヘッド側油圧室１８ｂに作動油を供給する油圧供給ライン２８、及び、第一油圧ジャッキ１８のキャップ側油圧室１８ｃに作動油を供給する油圧供給ライン２９は、第一切換弁３０を介して、油圧ポンプ３１及びオイルタンク３２に接続されている。ヘッド側油圧室１８ｂに作動油を供給する油圧供給ライン２８における第一切換弁３０とヘッド側油圧室１８ｂとの間の箇所には、ヘッド側油圧室１８ｂに供給する油量を制御するための流量制御弁（例えば、比例弁及びサーボ弁等）（図示せず）、チェック弁３３、リリーフ弁（図示せず）が介設されている。また、キャップ側油圧室１８ｃに作動油を供給する油圧供給ライン２９における第一切換弁３０とキャップ側油圧室１８ｃとの間の箇所には、キャップ側油圧室１８ｃに供給する油量を制御するための流量制御弁（例えば、比例弁及びサーボ弁等）（図示せず）、チェック弁３４、リリーフ弁（図示せず）が介設されている。
【００３３】
第二油圧ジャッキ１９のヘッド側油圧室１９ｂに作動油を供給する油圧供給ライン３５、及び、第二油圧ジャッキ１９のキャップ側油圧室１９ｃに作動油を供給する油圧供給ライン３６は、第二切換弁３７を介して、油圧ポンプ３１及びオイルタンク３２に接続されている。ヘッド側油圧室１９ｂに作動油を供給する油圧供給ライン３５における第二切換弁３７とヘッド側油圧室１９ｂとの間の箇所には、ヘッド側油圧室１９ｂに供給する油量を制御するための流量制御弁（例えば、比例弁及びサーボ弁等）（図示せず）、チェック弁３８、リリーフ弁（図示せず）が介設されている。また、キャップ側油圧室１９ｃに作動油を供給する油圧供給ライン３６における第二切換弁３７とキャップ側油圧室１９ｃとの間の箇所には、キャップ側油圧室１９ｃに供給する油量を制御するための流量制御弁（例えば、比例弁及びサーボ弁等）（図示せず）、チェック弁３９、リリーフ弁（図示せず）が介設されている。
【００３４】
第一油圧ジャッキ１８に設けた第一支持部２１を回転カッタ３の半径方向外側に移動させる際には、第一切換弁３０を伸長側に切り換えて、第一油圧ジャッキ１８を伸長させると共に、第二切換弁３７を縮退側に切り換えて、第二油圧ジャッキ１９を縮退させる。このとき、第二油圧ジャッキ１９に設けた第二支持部２５は、回転カッタ３の半径方向内側に移動される。
【００３５】
一方、第二油圧ジャッキ１９に設けた第二支持部２５を回転カッタ３の半径方向外側に移動させる際には、第一切換弁３０を縮退側に切り換えて、第一油圧ジャッキ１８を縮退させると共に、第二切換弁３７を伸長側に切り換えて、第二油圧ジャッキ１９を伸長させる。このとき、第一油圧ジャッキ１８に設けた第一支持部２１は、回転カッタ３の半径方向内側に移動される。
【００３６】
図１に示すように、ビームカッタ４のビームカッタ本体２２の長手方向一端部の前面には、ビームカッタ本体２２の長手方向に所定間隔を隔てて複数のカッタビット４０が配置されている。また、これらカッタビット４０は、カッタフレーム８に設けたカッタビット１０よりもわずかに掘進方向後方に配置される。つまり、ビームカッタ本体８の長手方向一端部が回転カッタ３の外周縁よりも半径方向内側に位置した状態では、ビームカッタ本体２２の長手方向一端部（カッタビット４０）は地山には当接されず掘削土砂を撹拌するのみである。また、ビームカッタ本体２２の長手方向一端部（カッタビット４０）が回転カッタ３の外周縁よりも半径方向外側に突出した状態では、ビームカッタ本体２２の長手方向一端部（カッタビット４０）が回転カッタ３の外周縁よりも半径方向外側の地山に当接されて地山を掘削する。
【００３７】
本実施形態では、ビームカッタ本体２２に設けた各カッタビット４０の幅方向中心線Ｌｃが回転カッタ３の外周縁の接線Ｌｎに対してなす角度を、それよりも内周側に配設したカッタビット４０の幅方向中心線Ｌｃが回転カッタ３の外周縁の接線Ｌｎに対してなす角度よりも大きくしている（図４参照）。また、ビームカッタ本体２２に設けた複数のカッタビット４０の内長手方向の最も内側に配設したカッタビット４０を、その幅方向中心線Ｌｃが回転カッタ３の外周縁の接線Ｌｎに対して略平行となるようにしている（図４参照）。
【００３８】
シールド掘進機１は、第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９を伸縮させることによりビームカッタ本体２２の長手方向一端部を回転カッタ３の外周縁よりも半径方向外側に突出させるための制御手段としてのコントローラ４１（図３参照）を備えている。コントローラ４１には、第一切換弁３０、第二切換弁３７、第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９の流量制御弁等が接続されており、コントローラ４１は、第一切換弁３０、第二切換弁３７をそれぞれ切換制御すると共に、第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９の流量制御弁の開度をそれぞれ制御するようになっている。
【００３９】
ビームカッタ４のビームカッタ本体２２の長手方向一端部を回転カッタ３の外周縁よりも半径方向外側に突出させる際には、第二油圧ジャッキ１９に設けた第二支持部２５を回転カッタ３の半径方向外側に移動させると共に、第一油圧ジャッキ１８に設けた第一支持部２１を回転カッタ３の半径方向内側に移動させる。一方、ビームカッタ本体２２の長手方向一端部を回転カッタ３の外周縁よりも半径方向内側に没入させる際には、第一油圧ジャッキ１８に設けた第一支持部２１を回転カッタ３の半径方向外側に移動させると共に、第二油圧ジャッキ１９に設けた第二支持部２５を回転カッタ３の半径方向内側に移動させる。
【００４０】
コントローラ４１には、回転カッタ３（カッタフレーム８）の回転角度を検出するための回転角度検出手段としての回転角度センサ４２が接続されている。コントローラ４１は、回転角度センサ４２によって検出した回転カッタ３の回転角度をルックアップテーブル（図示せず）に入力して第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９の伸縮量（ストローク）の目標値を求める。ルックアップテーブルには、回転カッタ３の回転角度に応じた第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９の伸縮量の目標値がそれぞれ予め求められて入力されており、ルックアップテーブルに回転カッタ３の回転角度を入力することによって、第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９の伸縮量の目標値が求められる。
【００４１】
ここで、本実施形態では、ビームカッタ４のビームカッタ本体２２の長手方向一端部に、コピーカッタ４３をビームカッタ本体２２に対して出没自在に設けている。
【００４２】
本実施形態に係るシールド掘進機１は、コピーカッタ４３を駆動するコピーカッタ用油圧ジャッキ（第三油圧ジャッキ４４）（図３参照）と、第三油圧ジャッキ４４をビームカッタ４を駆動する第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９の内一方（本実施形態では、第一油圧ジャッキ１８）に連動させる連動手段とを備えている。
【００４３】
ビームカッタ本体２２の長手方向中間部には、第三油圧ジャッキ４４を駆動するための作動油を回転カッタ３側からビームカッタ４側へと中継して供給するための可撓性ホース４５を有する中継部が設けられる。ビームカッタ本体２２の長手方向中間部では、ビームカッタ４（ビームカッタ本体２２）と回転カッタ３（カッタフレーム８）との相対位置が比較的変わり難いためである。
【００４４】
図３に示すように、第三油圧ジャッキ４４は、ビームカッタ本体２２に取り付けられたシリンダチューブ４４ａと、シリンダチューブ４４ａ内にその軸方向に摺動自在に設けられ、ヘッド側油圧室（伸長側油圧室）４４ｂとキャップ側油圧室（縮退側油圧室）４４ｃとを区画するピストン４４ｄと、一端がピストン４４ｄに連結され、他端がコピーカッタ４３のカッタ部分をなすビットが装着されるロッド４４ｅとを有している。
【００４５】
本実施形態では、第三油圧ジャッキ４４のヘッド側油圧室４４ｂに作動油を供給する油圧供給ライン４６を、第一油圧ジャッキ１８のキャップ側油圧室１８ｃに作動油を供給する油圧供給ライン２９の途中に接続すると共に、第三油圧ジャッキ４４のキャップ側油圧室４４ｃに作動油を供給する油圧供給ライン４７を、第一油圧ジャッキ１８のヘッド側油圧室１８ｂに作動油を供給する油圧供給ライン２８の途中に接続している。本実施形態では、ヘッド側油圧室４４ｂに作動油を供給する油圧供給ライン４６は、油圧供給ライン２９における第一油圧ジャッキ１８の流量制御弁とキャップ側油圧室１８ｃとの間の箇所に接続され、キャップ側油圧室４４ｃに作動油を供給する油圧供給ライン４７は、油圧供給ライン２８における第一油圧ジャッキ１８の流量制御弁とヘッド側油圧室１８ｂとの間の箇所に接続される。
【００４６】
つまり、第三油圧ジャッキ４４のヘッド側油圧室４４ｂに作動油を供給する油圧供給ライン４６、及び、第三油圧ジャッキ４４のキャップ側油圧室４４ｃに作動油を供給する油圧供給ライン４７は、第一油圧ジャッキ１８の流量制御弁及び第一切換弁３０を介して、油圧ポンプ３１及びオイルタンク３２に接続されている。ヘッド側油圧室４４ｂに作動油を供給する油圧供給ライン４６には、チェック弁４８、リリーフ弁（図示せず）が介設されている。また、キャップ側油圧室４４ｃに作動油を供給する油圧供給ライン４７には、チェック弁４９、リリーフ弁（図示せず）が介設されている。
【００４７】
本実施形態では、第三油圧ジャッキ４４への油圧供給ライン４６、４７に流量制御弁を介設していないので、第三油圧ジャッキ４４のヘッド側油圧室４４ｂ、キャップ側油圧室４４ｃに供給される油量は、第一油圧ジャッキ１８の流量制御弁の開度に応じて決まる。
【００４８】
第一油圧ジャッキ１８のヘッド側油圧室１８ｂに油圧ポンプ３１から作動油が油圧供給ライン２８を通して供給されると、この作動油により第一油圧ジャッキ１８のピストン１８ｄが伸長側（すなわち回転カッタ３の半径方向外側）に押される。すると、第一油圧ジャッキ１８のキャップ側油圧室１８ｃから作動油が油圧供給ライン２９を通して適宜排出されて、第一油圧ジャッキ１８が伸長される。これにより、第一支持部２１が回転カッタ３の半径方向外側に移動される。第一油圧ジャッキ１８のヘッド側油圧室１８ｂに油圧ポンプ３１から作動油が油圧供給ライン２８を通して供給されると、同時に、第三油圧ジャッキ４４のキャップ側油圧室４４ｃに油圧ポンプ３１から作動油が油圧供給ライン４７を通して供給され、この作動油によりピストン４４ｄが縮退側（すなわちビームカッタ本体２２の長手方向内側）に押される。すると、第三油圧ジャッキ４４のヘッド側油圧室４４ｂから作動油が油圧供給ライン４６を通して適宜排出されて、第三油圧ジャッキ４４が縮退される。これにより、コピーカッタ４３がビームカッタ本体２２の長手方向一端部内に没入される。
【００４９】
一方、第一油圧ジャッキ１８のキャップ側油圧室１８ｃに油圧ポンプ３１から作動油が油圧供給ライン２９を通して供給されると、この作動油により第一油圧ジャッキ１８のピストン１８ｄが縮退側（すなわち回転カッタ３の半径方向内側）に押される。すると、第一油圧ジャッキ１８のヘッド側油圧室１８ｂから作動油が油圧供給ライン２８を通して適宜排出されて、第一油圧ジャッキ１８が縮退される。これにより、第一支持部２１が回転カッタ３の半径方向内側に移動される。第一油圧ジャッキ１８のキャップ側油圧室１８ｃに油圧ポンプ３１から作動油が油圧供給ライン２９を通して供給されると、同時に、第三油圧ジャッキ４４のヘッド側油圧室４４ｂに油圧ポンプ３１から作動油が油圧供給ライン４６を通して供給され、この作動油によりピストン４４ｄが伸長側（すなわちビームカッタ本体２２の長手方向内側）に押される。すると、第三油圧ジャッキ４４のキャップ側油圧室４４ｃから作動油が油圧供給ライン４７を通して適宜排出されて、第三油圧ジャッキ４４が伸長される。これにより、コピーカッタ４３がビームカッタ本体２２の長手方向一端部から突出される。
【００５０】
このように、本実施形態に係る連動手段は、コントローラ４１がビームカッタ本体２２の長手方向一端部をカッタフレーム８の半径方向外側に移動させるべく第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９を制御するときには、コピーカッタ４３をビームカッタ本体２２の長手方向一端部から突出させ、コントローラ４１がビームカッタ本体２２の長手方向一端部をカッタフレーム８の半径方向内側に移動させるべく第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９を制御するときには、コピーカッタ４３をビームカッタ本体２２の長手方向一端部内に没入させるものである。
【００５１】
本実施形態の油圧供給ライン２８、２９、４６、４７、第一切換弁３０、第一油圧ジャッキ１８の流量制御弁等が、上述の連動手段をなす。
【００５２】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００５３】
地山を掘削する際には、図４に示すように、駆動モータ１６により回転カッタ３を回転駆動させると、その回転カッタ３によって地山が円形断面に掘削されて、円形断面のトンネル孔ａが形成される。
【００５４】
また、回転カッタ３の回転角度に応じて、ビームカッタ本体２２の長手方向一端部を回転カッタ３の外周縁よりも半径方向外側に突出させる共に、ビームカッタ本体２２の長手方向一端部に設けられたコピーカッタ４３をビームカッタ本体２２に対して突出させると、回転カッタ３により形成された円形断面のトンネル孔ａの外周縁よりも半径方向外側の未掘削領域ｂの地山が、ビームカッタ４及びコピーカッタ４３により掘削されて、円形断面のトンネル孔ａに連続された略矩形断面のトンネル孔ｃが形成される。
【００５５】
ここで、本実施形態では、ビームカッタ４のビームカッタ本体２２の長手方向一端部に、コピーカッタ４３をビームカッタ本体２２に対して出没自在に設けたため、ビームカッタ４とコピーカッタ４３とを同時に作動させ、コピーカッタ４３をビームカッタ本体２２の長手方向一端部に対して出没させることで、ビームカッタ４の回転中心からビームカッタ本体２２（コピーカッタ４３）の先端までの距離を変化させることができるので、コピーカッタ４３がない場合に比べてビームカッタ４を駆動するビームカッタ用油圧ジャッキ（第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９）を素速く伸長させなくとも、略矩形断面のトンネル孔ｃの角部分のように断面変化の大きい部分ｄ（図４参照）を精度良く掘削することが可能となる。そのため、ビームカッタ用油圧ジャッキ（第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９）の流量制御弁として、高価なサーボ弁を必ずしも使用する必要がなく、サーボ弁に比べて安価な比例弁を使用しても良いこととなる。
【００５６】
また、本実施形態では、コントローラ４１がビームカッタ本体２２の長手方向一端部をカッタフレーム８の半径方向外側に移動させるべく第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９を制御するときには、コピーカッタ４３をビームカッタ本体２２の長手方向一端部から突出させ、コントローラ４１がビームカッタ本体２２の長手方向一端部をカッタフレーム８の半径方向内側に移動させるべく第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９を制御するときには、コピーカッタ４３をビームカッタ本体２２の長手方向一端部内に没入させるようにしている。
【００５７】
つまり、本実施形態では、ビームカッタ４がカッタフレーム８の半径方向外側に移動して大きく掘削する必要があるときには、コピーカッタ４３がビームカッタ本体２２の長手方向一端部の長手方向外側に突出して大きく掘削し、ビームカッタ４がカッタフレーム８の半径方向内側に移動して小さく掘削する必要があるときには、コピーカッタ４３がビームカッタ本体２２の長手方向一端部の長手方向内側に没入して小さく掘削するため、コピーカッタ４３がない場合に比べてビームカッタ４を駆動するビームカッタ用油圧ジャッキ（第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９）を素速く伸長させなくとも、略矩形断面のトンネル孔ｃの角部分のように断面変化の大きい部分ｄを精度良く掘削することが可能となる。
【００５８】
また、本実施形態では、コピーカッタ４３を駆動するコピーカッタ用油圧ジャッキ（第三油圧ジャッキ４４）を、ビームカッタ４を駆動するビームカッタ用油圧ジャッキ１８、１９の一方（第一油圧ジャッキ１８）に連動させたため、コントローラ４１によって第三油圧ジャッキ４４の伸長量を別途制御する必要がなく、油圧ジャッキ（第一油圧ジャッキ１８、第二油圧ジャッキ１９及び第三油圧ジャッキ４４）の制御方法がシンプルとなる。
【００５９】
また、本実施形態では、ビームカッタ４を駆動するビームカッタ用油圧ジャッキ（第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９）に連動されるコピーカッタ用油圧ジャッキ（第三油圧ジャッキ４４）を、二つのビームカッタ用油圧ジャッキ１８、１９の内、カッタフレーム８が一回転するときに伸縮量の変化が大きい第一油圧ジャッキ１８に連動させることとしたため、第三油圧ジャッキ４４をカッタフレーム８が一回転するときに伸縮量の変化が小さい第二油圧ジャッキ１９に連動させた場合に比べて、第三油圧ジャッキ４４における作動油の供給・排出量が多くなるため、コピーカッタ４３の伸縮量の変化を大きくでき、ビームカッタ４を駆動するビームカッタ用油圧ジャッキ（第一油圧ジャッキ１８及び第二油圧ジャッキ１９）を素速く伸長させなくとも、略矩形断面のトンネル孔ｃの角部分のように断面変化の大きい部分ｄを精度良く掘削することが可能となる。
【００６０】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。
【００６１】
例えば、上記実施形態には限定はされず、図３中に破線で示すように、第三油圧ジャッキ４４のヘッド側油圧室４４ｂに作動油を供給する油圧供給ライン４６を、第二油圧ジャッキ１９のヘッド側油圧室１９ｂに作動油を供給する油圧供給ライン３５の途中に接続すると共に、第三油圧ジャッキ４４のキャップ側油圧室４４ｃに作動油を供給する油圧供給ライン４７を、第二油圧ジャッキ１９のキャップ側油圧室１９ｃに作動油を供給する油圧供給ライン３６の途中に接続してもよい。その場合、第三油圧ジャッキ４４が第二油圧ジャッキ１９に連動されることとなり、油圧供給ライン３５、３６、４６、４７、第二切換弁３７、第二油圧ジャッキ１９の流量制御弁等が、上述の連動手段をなすこととなる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の一実施形態に係るシールド掘進機の正面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線矢視図である。
【図３】ビームカッタ及びコピーカッタの概略図である。
【図４】略矩形断面のトンネル孔を掘削するシールド掘進機の正面概略図である。
【符号の説明】
【００６３】
１ シールド掘進機
２ シールド本体
３ 回転カッタ
４ ビームカッタ
８ カッタフレーム
１８ 第一油圧ジャッキ（ビームカッタ用油圧ジャッキ）
１９ 第二油圧ジャッキ（ビームカッタ用油圧ジャッキ）
２２ ビームカッタ本体
４１ コントローラ（制御手段）
４３ コピーカッタ
４４ 第三油圧ジャッキ（コピーカッタ用油圧ジャッキ）
２８ 油圧供給ライン（連動手段）
２９ 油圧供給ライン（連動手段）
３０ 第一切換弁（連動手段）
４６ 油圧供給ライン（連動手段）
４７ 油圧供給ライン（連動手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド本体の前部に回転自在に設けられたカッタフレームと、該カッタフレームにその半径方向に沿って且つ上記カッタフレームの周方向に互いに所定角度となるように配置された二つのビームカッタ用油圧ジャッキと、ビーム状に形成され、その長手方向端部よりも長手方向内側の部分が上記ビームカッタ用油圧ジャッキの伸縮端部に回動自在に支持されたビームカッタと、上記ビームカッタ用油圧ジャッキを伸縮させることにより、上記ビームカッタ用油圧ジャッキの一方の伸縮端部を上記カッタフレームの半径方向外側に移動させ、上記ビームカッタ用油圧ジャッキの他方の伸縮端部を上記カッタフレームの半径方向内側に移動させ、上記ビームカッタの長手方向端部を上記カッタフレームの半径方向外側に突出させる制御手段とを備えたシールド掘進機において、
上記ビームカッタの長手方向端部に、コピーカッタを出没自在に設けたことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
上記コピーカッタを駆動するコピーカッタ用油圧ジャッキと、該コピーカッタ用油圧ジャッキを上記ビームカッタ用油圧ジャッキの一方に連動させる連動手段とを備えた請求項１に記載のシールド掘進機。
【請求項３】
上記連動手段は、
上記制御手段が上記ビームカッタの長手方向端部を上記カッタフレームの半径方向外側に移動させるべく上記ビームカッタ用油圧ジャッキを制御するときには、上記コピーカッタを上記ビームカッタの長手方向端部から突出させ、
上記制御手段が上記ビームカッタの長手方向端部を上記カッタフレームの半径方向内側に移動させるべく上記ビームカッタ用油圧ジャッキを制御するときには、上記コピーカッタを上記ビームカッタの長手方向端部内に没入させるものである
請求項２に記載のシールド掘進機。
【請求項４】
上記連動手段は、上記コピーカッタ用油圧ジャッキを、上記二つのビームカッタ用油圧ジャッキの内上記カッタフレームが一回転するときに伸縮量の変化が大きい方に連動させるものである請求項２又は３に記載のシールド掘進機。
【請求項１】
シールド本体の前部に回転自在に設けられたカッタフレームと、該カッタフレームにその半径方向に沿って且つ上記カッタフレームの周方向に互いに所定角度となるように配置された二つのビームカッタ用油圧ジャッキと、ビーム状に形成され、その長手方向端部よりも長手方向内側の部分が上記ビームカッタ用油圧ジャッキの伸縮端部に回動自在に支持されたビームカッタと、上記ビームカッタ用油圧ジャッキを伸縮させることにより、上記ビームカッタ用油圧ジャッキの一方の伸縮端部を上記カッタフレームの半径方向外側に移動させ、上記ビームカッタ用油圧ジャッキの他方の伸縮端部を上記カッタフレームの半径方向内側に移動させ、上記ビームカッタの長手方向端部を上記カッタフレームの半径方向外側に突出させる制御手段とを備えたシールド掘進機において、
上記ビームカッタの長手方向端部に、コピーカッタを出没自在に設けたことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
上記コピーカッタを駆動するコピーカッタ用油圧ジャッキと、該コピーカッタ用油圧ジャッキを上記ビームカッタ用油圧ジャッキの一方に連動させる連動手段とを備えた請求項１に記載のシールド掘進機。
【請求項３】
上記連動手段は、
上記制御手段が上記ビームカッタの長手方向端部を上記カッタフレームの半径方向外側に移動させるべく上記ビームカッタ用油圧ジャッキを制御するときには、上記コピーカッタを上記ビームカッタの長手方向端部から突出させ、
上記制御手段が上記ビームカッタの長手方向端部を上記カッタフレームの半径方向内側に移動させるべく上記ビームカッタ用油圧ジャッキを制御するときには、上記コピーカッタを上記ビームカッタの長手方向端部内に没入させるものである
請求項２に記載のシールド掘進機。
【請求項４】
上記連動手段は、上記コピーカッタ用油圧ジャッキを、上記二つのビームカッタ用油圧ジャッキの内上記カッタフレームが一回転するときに伸縮量の変化が大きい方に連動させるものである請求項２又は３に記載のシールド掘進機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２４０４６０（Ｐ２００８−２４０４６０Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８５４１６（Ｐ２００７−８５４１６）
【出願日】平成１９年３月２８日（２００７．３．２８）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【出願人】（０００１４０２９２）株式会社奥村組 (469)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２８日（２００７．３．２８）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【出願人】（０００１４０２９２）株式会社奥村組 (469)
【Ｆターム（参考）】
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