シールド機用カッタおよびシールド機
【課題】 単一のカッタによって、前方の地山を任意の形状に掘削可能なシールド機およびこれに特に適したカッタを提供する。
【解決手段】 カッタ２９は、カッタ回転軸３７を中心として、スポーク４３が放射状に設けられる。スポーク４３は、略矩形断面の部材である。スポーク４３の前面には、複数の刃３９が設けられる。スポーク４３には、回転内周側の前方掘削部４７と、回転外周側の側方掘削部４５が設けられる。前方掘削部４７は、カッタ２９前方（シールド機１の進行方向）に向けて配置される。一方、側方掘削部４５は、シールド機１の進行方向に対して、カッタ径方向にやや傾きをもって配置される。前方掘削部４７は、主にカッタ２９前方（シールド機１の進行方向）に対して地山を掘削する部位である。側方掘削部４５は、主にカッタ２９の側方（シールド機１の進行方向に略垂直な方向）に対して地山を掘削する部位である。
【解決手段】 カッタ２９は、カッタ回転軸３７を中心として、スポーク４３が放射状に設けられる。スポーク４３は、略矩形断面の部材である。スポーク４３の前面には、複数の刃３９が設けられる。スポーク４３には、回転内周側の前方掘削部４７と、回転外周側の側方掘削部４５が設けられる。前方掘削部４７は、カッタ２９前方（シールド機１の進行方向）に向けて配置される。一方、側方掘削部４５は、シールド機１の進行方向に対して、カッタ径方向にやや傾きをもって配置される。前方掘削部４７は、主にカッタ２９前方（シールド機１の進行方向）に対して地山を掘削する部位である。側方掘削部４５は、主にカッタ２９の側方（シールド機１の進行方向に略垂直な方向）に対して地山を掘削する部位である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド機用のカッタおよびこれを用いたシールド機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の掘削機の多くは、掘削方向に対面する略円形のカッタの回転により掘削機前方の地山を掘削するものであり、この場合、トンネルは円形断面形状となる。これに対し、複数のカッタを用いて、矩形断面トンネルが掘削可能な掘削機が開発されている。
【０００３】
このような矩形形状等断面形状を有するトンネルを掘削可能なシールド機としては、例えば、シールド機本体前面にメインカッタを設け、メインカッタと一体に回転する回転体の径方向に変位可能な遊星カッタを備え、遊星カッタの公転軌道を制御部により制御し、メインカッタで掘削不可能な部位を遊星カッタの動作によって掘削する自由断面シールド機がある（特許文献１）。
【０００４】
また、シールド機の前面にセンターカッタが設けられ、センターカッタの回転体から外れた位置に回動部材およびこれに設けられた遊星カッタを有し、遊星カッタの軌道を規制するガイド部材が設けられる自由断面シールド機がある（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１４０５８５号公報
【特許文献２】特開平２−３１１６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１、特許文献２に記載されたシールド機は、前方の地山を掘削するメインのカッタをシールド機の前面に設ける必要がある。例えば矩形形状の断面を掘削する場合には、メインのカッタによって円形に掘削されたトンネルの４隅の掘削を補助的に設けられた遊星カッタにより行うものである。このため、メインカッタに加え遊星カッタが必要となり、複数の形状のカッタを必要とする。
【０００７】
また、特許文献１、特許文献２いずれのシールド機に用いられるメインカッタおよび遊星カッタのカッタ形状等は従来のカッタと同様であり、あくまでも複数のカッタの組み合わせおよび、これらの連係動作を工夫したものにすぎない。したがって、概ね全てのカッタが常に掘削範囲全体に配置される必要がある。たとえば遊星カッタは、メインカッタの回転に応じて回転するが、矩形部角部の掘削を行うため、遊星カッタが次々と当該部位に移動してきて、当該部位の前方を掘削していく必要がある。このため、遊星カッタは複数必要となる。（例えば特許文献１、特許文献２ともに遊星カッタは３機搭載される）。したがって、多くのカッタを必要とする。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、単一のカッタによって、前方の地山を任意の形状に掘削可能なシールド機およびこれに特に適したカッタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述した目的を達成するための第１の発明は、シールド機の掘削部に設けられ、地山を掘削するシールド機用カッタであって、前記カッタは、前記カッタの回転軸と略垂直な面であるシールド機進行方向前面を掘削する前方掘削部と、前記前方掘削部の周囲に設けられ、前記シールド機進行方向前面とは略垂直な面を掘削する側方掘削部と、前記前方掘削部および前記側方掘削部に設けられた複数の刃と、を有し、前記前方掘削部により掘削される前記シールド機進行方向と、前記側方掘削部に設けられる刃の配置方向が所定の角度を有することを特徴とするシールド機用カッタである。
【００１０】
なお、シールド機用カッタにおいて、シールド機の進行方向とは、シールド機用カッタの回転軸方向であって、刃が設けられる側をいい、シールド機の進行方向前面とは、シールド機用カッタの回転軸方向を面方向とする面である。
【００１１】
前記側方掘削部に設けられる刃の設置間隔は、前記前方掘削部に設けられる刃設置間隔よりも狭いことが望ましい。
【００１２】
前記カッタに設けられる前記複数の刃は、全て同じ周方向に向けられており、前記カッタは１方向回転においてのみ掘削可能であってもよい。
【００１３】
前記複数の刃は、前記カッタの回転軸を中心に放射状に設けられたスポークの前面に設けられ、前記スポークの側面に、加泥材注入口が設けられてもよい。
【００１４】
第１の発明のシールド機用カッタによれば、シールド機の前方を掘削する前方掘削部と、シールド機前面と略垂直な面方向を掘削する側方掘削部とが設けられるため、シールド機用カッタは、カッタが取り付けられるシールド機の進行方向と、進行方向に略垂直な方向の両方向を掘削することができる。
【００１５】
また、前方掘削部における刃の設置間隔よりも側方掘削部における刃の設置間隔が狭ければ、カッタの側方（シールド機前面と略垂直な面方向）の掘削能力がカッタの前方の掘削能力よりも高い。すなわち、本発明のシールド機用カッタは、カッタ前方の掘削能力に対してカッタ側方の掘削能力が高めることができ、シールド機に用いられた際に、シールド機の掘進方向への掘削よりも、シールド機の掘進方向とは垂直な方向への掘削能力に優れ、シールド機用カッタをシールド機前面に対して移動させながら地山を掘削する能力を高めることができる。
【００１６】
また、カッタに設けられる刃の向きがすべて一方の回転方向に向けて設けられれば、カッタを両方向へ回転させて掘削することは困難ではあるが、掘削回転方向での掘削において、逆回転用の余計な刃が存在せず、掘削抵抗が小さい。
【００１７】
また、複数の刃がスポーク前面に設けられ、スポークの側面（カッタの回転周方向）に加泥材注入口が設けられれば、従来のように、主な掘削方向であるカッタ前面へ加泥材の注入口が設けるのではなく、カッタ移動方向であるカッタの側方への加泥材の注入を適切に行うことができる。
【００１８】
第２の発明は、地山を掘進するシールド機であって、シールド機本体と、前記シールド機本体を推進するジャッキと、前記シールド機本体前方に設けられる掘削部と、を有し、前記掘削部は、前記シールド機本体の軸方向の略中心を回転軸とする回転体と、前記回転体の前面に前記回転軸に対して略垂直な方向に設けられ、一方の端部が前記回転軸から偏心した位置に回転可能に配置されたフレームと、前記フレームの他方の端部に設けられ、複数の刃を有する回転可能なカッタと、を具備し、前記カッタが、第１の発明にかかるシールド機用カッタであることを特徴とするシールド機である。
【００１９】
前記シールド機の進行方向とは略垂直な面内での前記カッタの移動速度は、前記シールド機の掘進速度よりも十分に速く、
前記カッタは、前記カッタの回転軸に対して略垂直な方向に移動しながら前記カッタの側方を掘削可能であることが望ましい。
【００２０】
第２の発明によれば、回転体とこれに設けられるフレームとフレームに設けられるカッタにより構成され、カッタが掘削面全域に対して移動可能であるため、単一のカッタによってシールド機前方の地山を掘削することができる。
【００２１】
また、回転体とフレームの動作を適宜連携させることで、シールド機本体に対して任意の位置にカッタを移動させることができる。すなわち、カッタをシールド機の掘進方向とは略垂直な方向へ移動させることができる。
【００２２】
また、シールド機の進行方向とは略垂直な面内でのカッタの移動速度が、シールド機の掘進速度よりも十分に速ければ、カッタの掘削方向を、カッタの前面ではなく主にカッタの側方とすることが可能である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、単一のカッタによって、前方の地山を任意の形状に掘削可能なシールド機およびこれに特に適したカッタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】シールド機１を示す側方断面図。
【図２】シールド機１の正面図。
【図３】シールド機１における、回転体２１、フレーム２５、カッタ２９の動作を示す図。
【図４】カッタ２９を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＨ方向矢視図。
【図５】スポーク４３の側面を示す図で、刃の配置角度を示す図。
【図６】シールド機１の掘進とカッタ２９の移動による地山５３の掘削状態を示す図。
【図７】その他の実施形態にかかるスポーク形状を示す図で、（ａ）はスポーク６０を示す図、（ｂ）はスポーク７０を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明にかかるシールド機１を示す図である。シールド機１は、主に、スキンプレート３、隔壁５、スクリューコンベア１５等から構成されるシールド機本体と、シールドを推進させるためのシールドジャッキである油圧ジャッキ７と、シールド前方の地山を掘削するカッタ２９、フレーム２５、回転体２１等からなる掘削部などから構成される。
【００２６】
シールド機１は、略矩形断面形状の筒状のスキンプレート３を有し、スキンプレート３の後方には、筒状のテールプレート９が接続される。スキンプレート３の内部には、油圧ジャッキ７が設けられる。テールプレート１１内には、図示を省略したセグメント組み立て装置によって組み立てられたセグメント１１が設置される。セグメント１１とテールプレート９との間はテールシール１３によってシールされる。
【００２７】
油圧ジャッキ７は、軸方向に往復動作可能である。シールド機１は、油圧ジャッキ７によってセグメント１１を押圧し、セグメント１１からの反力にて前方に推進する。
【００２８】
スキンプレート３の前方には隔壁５が設けられる。隔壁５は、油圧ジャッキ７等が設けられる側と、後述するカッタ２９等が設けられる側（チャンバ１９側）とを区画する。隔壁５の下方には、開口部１７が設けられる。開口部１７は、後方のスクリューコンベア１５と連通する。すなわち、隔壁５の前方に向かって開口する開口部１７は後方にスクリューコンベア１５に連通する孔が設けられる。掘削部によって掘削されたチャンバ１９内の掘削土砂は、所定の圧力を保持しつつ開口部１７内に取り込まれ、スクリューコンベア１５によって後方に排出される。
【００２９】
隔壁５には、回転体２１が設けられる。回転体２１は、シールド機１の略中心（すなわち、シールド機１の推進方向の略中心）に位置する回転体回転軸３３を中心に回転可能である。すなわち、回転体２１は、回転体モータ２３によって回転体回転軸３３を中心に回転する。
【００３０】
回転体２１の前面には、フレーム２５が設けられる。フレーム２５は、回転体２１の回転体回転軸３３に対して略垂直な方向にアーム状に設けられる。回転体２１にはフレーム２５を回転させるためのフレームモータ２７が設けられ、フレーム２５は、フレーム回転軸３５を中心に回転可能である。なお、フレーム回転軸３５は回転体回転軸３３に対し偏心している（すなわちずれた位置に位置する）。すなわち、フレーム２５の一方の端部が、フレーム回転軸３５を中心に回転可能なように回転体２１に接合され、フレーム２５は、回転体２１に対して異なる回転軸で回転動作が可能である。
【００３１】
フレーム２５の、回転体２１との接合部とは反対側の端部近傍に、複数の刃を有するカッタ２９が設けられる。シールド機用カッタであるカッタ２９は地山を掘削する部位である。フレーム２５にはカッタモータ３１が設けられ、カッタ２９は、カッタ回転軸３７を中心に回転可能である。なお、カッタ回転軸３７はフレーム回転軸３５および回転体回転軸３３に対し偏心している（すなわちずれた位置に位置する）。
【００３２】
図２は、シールド機１の正面図を示す。略矩形の断面形状を有するスキンプレート３はシールド機１の外周を形成する。前述の通り、シールド機１の略中央には回転体２１が設けられる。回転体２１にはフレーム２５が接合される。フレーム２５は回転体２１の径方向に向けて延伸されており、端部にはカッタ２９が設けられる。カッタ２９には複数の刃３９が設けられる。フレーム２５のカッタ２９との接合部とは逆側には、攪拌翼４１が設けられる。攪拌翼４１は、チャンバ１９（図１）内の土砂を攪拌し、土砂の固結や閉塞を防止する。
【００３３】
ここで、回転体２１は、回転体回転軸３３を中心に往復方向に回転可能である（図中矢印Ａ、Ｂ方向）。また、フレーム２５はフレーム回転軸３５を中心に往復回転動作が可能である（図中矢印Ｃ、Ｄ方向）。また、カッタ２９はカッタ回転軸３７を中心に一方向に回転する（例えば図中矢印Ｅ方向）。すなわち、カッタ２９は常に同じ方向に回転し、地山を掘削する。このため、カッタ２９に設けられる刃３９は、一方向（回転方向に対し同一周方向）に向けて設けられる。
【００３４】
次に、シールド機１の掘削部の動作を説明する。図３はシールド機１の掘削部動作を示す図である。
【００３５】
まず、図３（ａ）の位置からシールド機１に向かって（図面正面からみて）時計回りにカッタ２９が移動する例を説明する。図３（ａ）の位置は、矩形断面の角部近傍を掘削する状態であり、カッタ２９は、中心（回転体回転軸３３）から最も遠い位置を掘削する。従って、例えば、回転体回転軸３３、フレーム回転軸３５、カッタ回転軸３７が一直線上に並ぶように位置する。
【００３６】
この状態から、カッタ２９の位置を動かすためには、回転体２１を時計回り方向（図中矢印Ｂ方向）に回転させながら、フレーム２５を反時計回り（図中矢印Ｃ方向）に回転させる。なお、以下、カッタ２９は常に一定方向（例えば図中矢印Ｅ方向の時計回り）に回転しながら掘削を行う。
【００３７】
図３（ｂ）は、このようにしてカッタ２９の位置が移動した状態を示す。同様に、さらに回転体２１を時計回り方向（図中矢印Ｂ方向）に回転させながら、フレーム２５を反時計回り（図中矢印Ｃ方向）に回転させ、カッタ２９の位置を図３（ｃ）の位置まで移動させる。
【００３８】
カッタ２９がシールド機１の高さの約半分程度まで移動したら（図３（ｃ））、回転体２１の動作はそのままの方向で、フレーム２５の回転方向を時計回りに逆転する（図中矢印Ｃ方向）。
【００３９】
さらにカッタ２９が下方の角部近傍まで移動すると（図３（ｄ））、回転体２１の回転方向を反時計回りに（図中矢印Ａ方向）逆転させるとともに、フレーム２５の回転方向を時計回り（図中矢印Ｄ方向）に逆転させる。この状態から、カッタ２９が矩形断面の角部に来るように回転体２１、フレーム２５の位置を調整する（図３（ｅ））。
【００４０】
以後、同様に、カッタ２９を矩形断面下方に沿って移動させる（図３（ｆ））。以上の動作を繰り返し、カッタ２９を掘削範囲内で移動させながら、シールド機１の前方の地山を掘削する。カッタ２９は、シールド機１の前面をシールド機１の掘進方向とは略垂直な面内を移動可能であるため、カッタ２９のみによって、シールド機１の前方の地山を掘削可能である。
【００４１】
なお、図３（ｆ）に示すように、フレーム２５、カッタ２９が開口部１７の前を通過する際においても、開口部１７がフレーム２５の幅よりも大きいため、フレーム２５によって開口部１７が完全に塞がれることがない。このため、カッタ２９の位置によらず、掘削土砂の排出には問題がない。
【００４２】
次に、カッタ２９について説明する。図４は、カッタ２９を示す図で、図４（ａ）は正面図、図４（ｂ）はスポーク４３の側面図であり、図４（ａ）のＨ矢視図である。カッタ２９は、カッタ回転軸３７を中心として、スポーク４３が放射状に設けられる。スポーク４３は、略矩形断面の部材である。
【００４３】
スポーク４３の前面には、複数の刃３９が設けられる。図４（ａ）に示すように、カッタ２９は、矢印Ｆ方向の一方向に回転する。したがって、カッタ２９の各スポーク４３に設けられる刃３９は、全て同一周方向（図中矢印Ｇ方向）に向けて設けられる。カッタ２９の回転方向を一方向とすることで、刃３９を両側（両回転方向）に向けて設置する必要がなく、このため、カッタ２９による掘削時の抵抗を減らすことができる。
【００４４】
図４（ｂ）に示すように、スポーク４３には、回転内周側の前方掘削部４７と、回転外周側の側方掘削部４５が設けられる。前方掘削部４７は、カッタ２９前方（シールド機１の進行方向）に向けて配置される。一方、側方掘削部４５は、シールド機１の進行方向に対して、カッタ径方向にやや傾きをもって配置される。
【００４５】
前方掘削部４７は、主にカッタ２９前方（シールド機１の進行方向の前面）に対して地山を掘削する部位である。側方掘削部４５は、主にカッタ２９の側方（シールド機１の進行方向に略垂直な方向）に対して地山を掘削する部位である。
【００４６】
すなわち、前述の通りカッタ２９は、回転体２１およびフレーム２５の回転動作によって、シールド機１の進行方向に略垂直な面内を移動する。側方掘削部４５は、カッタ２９の移動方向に対して地山を掘削する部位である。
【００４７】
スポーク４３の側面（カッタ２９が回転する方向の側面）には、加泥材注入口４９が設けられる。通常、シールド機に使用されるカッタは、シールド機の進行方向前面に対して地山を掘削するため、加泥材注入口はカッタ前方に向けて設置される。一方、本発明のカッタ２９は、側方掘削部４５により、カッタの２９の移動方向（カッタ２９の側方）の掘削がメインとなるため、カッタ２９の掘削方向であるスポーク４３の側面に加泥材注入口４９を設けることが望ましい。
【００４８】
図５は、カッタ２９により地山５３を掘削する状態を示す図で、刃３９の配置および方向を示した図である。図中矢印Ｉは、カッタ２９の前方であり、シールド機１の進行方向を示す。前方掘削部４７の刃３９は、刃間隔５５ａをあけて配置される。前方掘削部４７の刃３９の設置方向はシールド機１の進行方向と一致する。すなわち、前方掘削部４７の刃３９はシールド機１の進行方向前面の地山５３を掘削する。
【００４９】
側方掘削部４５においては、スポーク４３は前方掘削部４７に対して２段階で所定の角度のテーパが形成される。側方掘削部４５では、テーパに応じて刃３９がカッタ２９の径方向に傾けて設けられる。たとえば、前方掘削部４７の外周位置には、２０度程度の角度を設け、さらにその外周に４５度程度の角度を有するテーパ部を設ける。さらに最外周部には、シールド機１の進行方向とは略垂直な面を形成する。したがって、この場合、それぞれの位置での刃３９の設置方向は、シールド機１の進行方向に対して、刃角度５１ａが２０度、刃角度５１ｂが４５度、刃角度５１ｃが９０度となる。
【００５０】
また、側方掘削部４５における刃３９の刃間隔５５ｂは、前方掘削部４７における刃間隔５５ａよりも狭い。すなわち、側方掘削部４５においては刃３９の設置密度が大きい。これは、カッタ２９は、カッタ前方向への掘削よりもカッタ側方への掘削がメインとなるためである。
【００５１】
なお、カッタ２９の形状は図５に示す例に限られない。側方掘削部４５のテーパ形状は２段階以外でもよく、また、角度は問わない。ただし、カッタ側方を効率良く掘削するためには、側方掘削部は２０〜９０度程度の角度を有することが望ましく、さらに望ましくは、カッタ外周部に少なくとも４５〜９０度程度の角度が形成されていることが望ましい。
【００５２】
次に、シールド機１の掘進とカッタ２９の移動の関係について説明する。図６（ａ）の位置にカッタ２９が位置する状態において、シールド機１の側面から見た図が図６（ｂ）である。カッタ２９は、シールド機１の掘削範囲の上方を矢印Ｋ方向に向けて移動する。これに応じてシールド機１は矢印Ｐ方向に掘進する。
【００５３】
この状態から、図６（ｃ）に示すように、カッタ２９はシールド機１の前方から見て時計回りに移動し（矢印Ｎ、Ｍ方向）、シールド機１の掘削範囲の下方を矢印Ｏ方向に向けて移動する状態のシールド機１の側面から見た図が図６（ｄ）である。
【００５４】
図６（ａ）から図６（ｃ）の状態に至るまでに、カッタ２９は掘削範囲の略半分を掘削する。この際のシールド機１は、図６（ｄ）に示すように距離Ｒだけ前進する。すなわち、カッタ２９の移動速度（シールド機１の進行方向とは略垂直な方向の移動）は、シールド機１の進行速度に対して十分に大きい。したがって、カッタ２９の前面に対してよりも、カッタ２９の側方に対する方が地山５３の掘削量が大きい。たとえば、シールド機１が２０〜２５ｍｍ程度前進する間に、カッタ２９はシールド機１の前面を１周し、掘削範囲全体を掘削する。したがって、カッタ２９は、シールド機１の進行方向に向けて地山を掘削するよりも、主に、側方掘削部４５によって、シールド機１の進行方向を略垂直な方向への掘削を行うことができる。
【００５５】
以上説明したように、本発明の実施形態にかかるシールド機１によれば、回転体２１とフレーム２５の動作を適宜連携させることで、シールド機１の本体に対して任意の位置にカッタ２９を移動させることができる。すなわち、カッタ２９をシールド機１の掘進方向とは略垂直な方向へ移動させることができる。
【００５６】
また、カッタ２９がシールド機１の前方を掘削する前方掘削部４７と、主にシールド機１前方と略垂直な方向を掘削する側方掘削部４５とが設けられるため、シールド機１は、カッタ２９が取り付けられるシールド機１の進行方向と、進行方向に略垂直な方向の両方向を掘削することができる。
【００５７】
また、前方掘削部４７における刃３９の刃間隔５５ａよりも側方掘削部４５における刃３９の刃間隔５５ｂが狭いため、カッタ２９の側方（シールド機１前方と略垂直な方向）の掘削能力がカッタ２９の前方の掘削能力よりも高い。すなわち、本発明のカッタ２９を用いることで、前方向の地山５３の掘削能力に対して側方向の地山５３の掘削能力が高いため、シールド機１に用いられた際に、シールド機１の掘進方向への掘削よりも、シールド機１の掘進方向とは垂直な方向への掘削能力に優れる。
【００５８】
また、カッタ２９に設けられる刃３９の向きがすべて一方の回転方向に向けて設けられるため、カッタ２９に対して逆回転用の余計な刃を必要せず、掘削抵抗が小さい。
【００５９】
また、複数の刃３９がスポーク４３前面に設けられ、スポーク４３の側面（カッタの回転周方向）に加泥材注入口４９が設けられるため、カッタ２９の移動方向であるカッタ２９の側方への加泥材の注入を適切に行うことができる。
【００６０】
また、シールド機１の進行方向とは略垂直な方向へのカッタ２９の移動速度が、シールド機１の掘進速度よりも十分に速いため、カッタ２９の掘削方向を、カッタ２９の前面ではなく主にカッタ２９の側方とすることが可能である。
【００６１】
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６２】
例えば、シールド機１により掘削可能な断面は、前記した矩形断面に限られない。たとえば、完全円形の掘削断面であってもよく、または、矩形形状と円形状とを組み合わせたような掘削断面であっても掘削可能である。すなわち、シールド機１によれば、フレーム２５と回転体２１との動作によってカバーできる範囲内であれば、任意の掘削断面を掘削可能である。
【００６３】
また、スポーク４３の本数や配置位置等は問わない。たとえば、実施例においてはスポーク４３を８本設けた例を示したが、より多くのスポークであってもよく、または少なくてもよい。
【００６４】
また、スポーク４３の形状は、図５に示す例には限られない。例えば、図７（ａ）に示すように、側方掘削部４５を円弧状に形成したスポーク６０を使用してもよい。この場合でも前方掘削部４７ではカッタ前方に向けて刃３９が配置され、側方掘削部４５ではカッタ前方に対してカッタ径方向に所定の角度で傾けて刃３９が設けられれば良い。
【００６５】
また、同様に、図７（ｂ）に示すように、側方掘削部４５を単純なテーパのみで形成したスポーク７０を使用してもよい。この場合でも前方掘削部４７ではカッタ前方に向けて刃３９が配置され、側方掘削部４５ではカッタ前方に対してカッタ径方向に所定の角度で傾けて刃３９が設けられれば良い。
【符号の説明】
【００６６】
１………シールド機
３………スキンプレート
５………隔壁
７………油圧ジャッキ
９………テールプレート
１１………セグメント
１３………テールシール
１５………スクリューコンベア
１７………開口部
１９………チャンバ
２１………回転体
２３………回転体モータ
２５………フレーム
２７………フレームモータ
２９………カッタ
３１………カッタモータ
３３………回転体回転軸
３５………フレーム回転軸
３７………カッタ回転軸
３９………刃
４１………攪拌翼
４３、６０、７０………スポーク
４５………側方掘削部
４７………前方掘削部
４９………加泥材注入口
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ………刃角度
５３………地山
５５ａ、５５ｂ………刃間隔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド機用のカッタおよびこれを用いたシールド機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の掘削機の多くは、掘削方向に対面する略円形のカッタの回転により掘削機前方の地山を掘削するものであり、この場合、トンネルは円形断面形状となる。これに対し、複数のカッタを用いて、矩形断面トンネルが掘削可能な掘削機が開発されている。
【０００３】
このような矩形形状等断面形状を有するトンネルを掘削可能なシールド機としては、例えば、シールド機本体前面にメインカッタを設け、メインカッタと一体に回転する回転体の径方向に変位可能な遊星カッタを備え、遊星カッタの公転軌道を制御部により制御し、メインカッタで掘削不可能な部位を遊星カッタの動作によって掘削する自由断面シールド機がある（特許文献１）。
【０００４】
また、シールド機の前面にセンターカッタが設けられ、センターカッタの回転体から外れた位置に回動部材およびこれに設けられた遊星カッタを有し、遊星カッタの軌道を規制するガイド部材が設けられる自由断面シールド機がある（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１４０５８５号公報
【特許文献２】特開平２−３１１６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１、特許文献２に記載されたシールド機は、前方の地山を掘削するメインのカッタをシールド機の前面に設ける必要がある。例えば矩形形状の断面を掘削する場合には、メインのカッタによって円形に掘削されたトンネルの４隅の掘削を補助的に設けられた遊星カッタにより行うものである。このため、メインカッタに加え遊星カッタが必要となり、複数の形状のカッタを必要とする。
【０００７】
また、特許文献１、特許文献２いずれのシールド機に用いられるメインカッタおよび遊星カッタのカッタ形状等は従来のカッタと同様であり、あくまでも複数のカッタの組み合わせおよび、これらの連係動作を工夫したものにすぎない。したがって、概ね全てのカッタが常に掘削範囲全体に配置される必要がある。たとえば遊星カッタは、メインカッタの回転に応じて回転するが、矩形部角部の掘削を行うため、遊星カッタが次々と当該部位に移動してきて、当該部位の前方を掘削していく必要がある。このため、遊星カッタは複数必要となる。（例えば特許文献１、特許文献２ともに遊星カッタは３機搭載される）。したがって、多くのカッタを必要とする。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、単一のカッタによって、前方の地山を任意の形状に掘削可能なシールド機およびこれに特に適したカッタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述した目的を達成するための第１の発明は、シールド機の掘削部に設けられ、地山を掘削するシールド機用カッタであって、前記カッタは、前記カッタの回転軸と略垂直な面であるシールド機進行方向前面を掘削する前方掘削部と、前記前方掘削部の周囲に設けられ、前記シールド機進行方向前面とは略垂直な面を掘削する側方掘削部と、前記前方掘削部および前記側方掘削部に設けられた複数の刃と、を有し、前記前方掘削部により掘削される前記シールド機進行方向と、前記側方掘削部に設けられる刃の配置方向が所定の角度を有することを特徴とするシールド機用カッタである。
【００１０】
なお、シールド機用カッタにおいて、シールド機の進行方向とは、シールド機用カッタの回転軸方向であって、刃が設けられる側をいい、シールド機の進行方向前面とは、シールド機用カッタの回転軸方向を面方向とする面である。
【００１１】
前記側方掘削部に設けられる刃の設置間隔は、前記前方掘削部に設けられる刃設置間隔よりも狭いことが望ましい。
【００１２】
前記カッタに設けられる前記複数の刃は、全て同じ周方向に向けられており、前記カッタは１方向回転においてのみ掘削可能であってもよい。
【００１３】
前記複数の刃は、前記カッタの回転軸を中心に放射状に設けられたスポークの前面に設けられ、前記スポークの側面に、加泥材注入口が設けられてもよい。
【００１４】
第１の発明のシールド機用カッタによれば、シールド機の前方を掘削する前方掘削部と、シールド機前面と略垂直な面方向を掘削する側方掘削部とが設けられるため、シールド機用カッタは、カッタが取り付けられるシールド機の進行方向と、進行方向に略垂直な方向の両方向を掘削することができる。
【００１５】
また、前方掘削部における刃の設置間隔よりも側方掘削部における刃の設置間隔が狭ければ、カッタの側方（シールド機前面と略垂直な面方向）の掘削能力がカッタの前方の掘削能力よりも高い。すなわち、本発明のシールド機用カッタは、カッタ前方の掘削能力に対してカッタ側方の掘削能力が高めることができ、シールド機に用いられた際に、シールド機の掘進方向への掘削よりも、シールド機の掘進方向とは垂直な方向への掘削能力に優れ、シールド機用カッタをシールド機前面に対して移動させながら地山を掘削する能力を高めることができる。
【００１６】
また、カッタに設けられる刃の向きがすべて一方の回転方向に向けて設けられれば、カッタを両方向へ回転させて掘削することは困難ではあるが、掘削回転方向での掘削において、逆回転用の余計な刃が存在せず、掘削抵抗が小さい。
【００１７】
また、複数の刃がスポーク前面に設けられ、スポークの側面（カッタの回転周方向）に加泥材注入口が設けられれば、従来のように、主な掘削方向であるカッタ前面へ加泥材の注入口が設けるのではなく、カッタ移動方向であるカッタの側方への加泥材の注入を適切に行うことができる。
【００１８】
第２の発明は、地山を掘進するシールド機であって、シールド機本体と、前記シールド機本体を推進するジャッキと、前記シールド機本体前方に設けられる掘削部と、を有し、前記掘削部は、前記シールド機本体の軸方向の略中心を回転軸とする回転体と、前記回転体の前面に前記回転軸に対して略垂直な方向に設けられ、一方の端部が前記回転軸から偏心した位置に回転可能に配置されたフレームと、前記フレームの他方の端部に設けられ、複数の刃を有する回転可能なカッタと、を具備し、前記カッタが、第１の発明にかかるシールド機用カッタであることを特徴とするシールド機である。
【００１９】
前記シールド機の進行方向とは略垂直な面内での前記カッタの移動速度は、前記シールド機の掘進速度よりも十分に速く、
前記カッタは、前記カッタの回転軸に対して略垂直な方向に移動しながら前記カッタの側方を掘削可能であることが望ましい。
【００２０】
第２の発明によれば、回転体とこれに設けられるフレームとフレームに設けられるカッタにより構成され、カッタが掘削面全域に対して移動可能であるため、単一のカッタによってシールド機前方の地山を掘削することができる。
【００２１】
また、回転体とフレームの動作を適宜連携させることで、シールド機本体に対して任意の位置にカッタを移動させることができる。すなわち、カッタをシールド機の掘進方向とは略垂直な方向へ移動させることができる。
【００２２】
また、シールド機の進行方向とは略垂直な面内でのカッタの移動速度が、シールド機の掘進速度よりも十分に速ければ、カッタの掘削方向を、カッタの前面ではなく主にカッタの側方とすることが可能である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、単一のカッタによって、前方の地山を任意の形状に掘削可能なシールド機およびこれに特に適したカッタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】シールド機１を示す側方断面図。
【図２】シールド機１の正面図。
【図３】シールド機１における、回転体２１、フレーム２５、カッタ２９の動作を示す図。
【図４】カッタ２９を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＨ方向矢視図。
【図５】スポーク４３の側面を示す図で、刃の配置角度を示す図。
【図６】シールド機１の掘進とカッタ２９の移動による地山５３の掘削状態を示す図。
【図７】その他の実施形態にかかるスポーク形状を示す図で、（ａ）はスポーク６０を示す図、（ｂ）はスポーク７０を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明にかかるシールド機１を示す図である。シールド機１は、主に、スキンプレート３、隔壁５、スクリューコンベア１５等から構成されるシールド機本体と、シールドを推進させるためのシールドジャッキである油圧ジャッキ７と、シールド前方の地山を掘削するカッタ２９、フレーム２５、回転体２１等からなる掘削部などから構成される。
【００２６】
シールド機１は、略矩形断面形状の筒状のスキンプレート３を有し、スキンプレート３の後方には、筒状のテールプレート９が接続される。スキンプレート３の内部には、油圧ジャッキ７が設けられる。テールプレート１１内には、図示を省略したセグメント組み立て装置によって組み立てられたセグメント１１が設置される。セグメント１１とテールプレート９との間はテールシール１３によってシールされる。
【００２７】
油圧ジャッキ７は、軸方向に往復動作可能である。シールド機１は、油圧ジャッキ７によってセグメント１１を押圧し、セグメント１１からの反力にて前方に推進する。
【００２８】
スキンプレート３の前方には隔壁５が設けられる。隔壁５は、油圧ジャッキ７等が設けられる側と、後述するカッタ２９等が設けられる側（チャンバ１９側）とを区画する。隔壁５の下方には、開口部１７が設けられる。開口部１７は、後方のスクリューコンベア１５と連通する。すなわち、隔壁５の前方に向かって開口する開口部１７は後方にスクリューコンベア１５に連通する孔が設けられる。掘削部によって掘削されたチャンバ１９内の掘削土砂は、所定の圧力を保持しつつ開口部１７内に取り込まれ、スクリューコンベア１５によって後方に排出される。
【００２９】
隔壁５には、回転体２１が設けられる。回転体２１は、シールド機１の略中心（すなわち、シールド機１の推進方向の略中心）に位置する回転体回転軸３３を中心に回転可能である。すなわち、回転体２１は、回転体モータ２３によって回転体回転軸３３を中心に回転する。
【００３０】
回転体２１の前面には、フレーム２５が設けられる。フレーム２５は、回転体２１の回転体回転軸３３に対して略垂直な方向にアーム状に設けられる。回転体２１にはフレーム２５を回転させるためのフレームモータ２７が設けられ、フレーム２５は、フレーム回転軸３５を中心に回転可能である。なお、フレーム回転軸３５は回転体回転軸３３に対し偏心している（すなわちずれた位置に位置する）。すなわち、フレーム２５の一方の端部が、フレーム回転軸３５を中心に回転可能なように回転体２１に接合され、フレーム２５は、回転体２１に対して異なる回転軸で回転動作が可能である。
【００３１】
フレーム２５の、回転体２１との接合部とは反対側の端部近傍に、複数の刃を有するカッタ２９が設けられる。シールド機用カッタであるカッタ２９は地山を掘削する部位である。フレーム２５にはカッタモータ３１が設けられ、カッタ２９は、カッタ回転軸３７を中心に回転可能である。なお、カッタ回転軸３７はフレーム回転軸３５および回転体回転軸３３に対し偏心している（すなわちずれた位置に位置する）。
【００３２】
図２は、シールド機１の正面図を示す。略矩形の断面形状を有するスキンプレート３はシールド機１の外周を形成する。前述の通り、シールド機１の略中央には回転体２１が設けられる。回転体２１にはフレーム２５が接合される。フレーム２５は回転体２１の径方向に向けて延伸されており、端部にはカッタ２９が設けられる。カッタ２９には複数の刃３９が設けられる。フレーム２５のカッタ２９との接合部とは逆側には、攪拌翼４１が設けられる。攪拌翼４１は、チャンバ１９（図１）内の土砂を攪拌し、土砂の固結や閉塞を防止する。
【００３３】
ここで、回転体２１は、回転体回転軸３３を中心に往復方向に回転可能である（図中矢印Ａ、Ｂ方向）。また、フレーム２５はフレーム回転軸３５を中心に往復回転動作が可能である（図中矢印Ｃ、Ｄ方向）。また、カッタ２９はカッタ回転軸３７を中心に一方向に回転する（例えば図中矢印Ｅ方向）。すなわち、カッタ２９は常に同じ方向に回転し、地山を掘削する。このため、カッタ２９に設けられる刃３９は、一方向（回転方向に対し同一周方向）に向けて設けられる。
【００３４】
次に、シールド機１の掘削部の動作を説明する。図３はシールド機１の掘削部動作を示す図である。
【００３５】
まず、図３（ａ）の位置からシールド機１に向かって（図面正面からみて）時計回りにカッタ２９が移動する例を説明する。図３（ａ）の位置は、矩形断面の角部近傍を掘削する状態であり、カッタ２９は、中心（回転体回転軸３３）から最も遠い位置を掘削する。従って、例えば、回転体回転軸３３、フレーム回転軸３５、カッタ回転軸３７が一直線上に並ぶように位置する。
【００３６】
この状態から、カッタ２９の位置を動かすためには、回転体２１を時計回り方向（図中矢印Ｂ方向）に回転させながら、フレーム２５を反時計回り（図中矢印Ｃ方向）に回転させる。なお、以下、カッタ２９は常に一定方向（例えば図中矢印Ｅ方向の時計回り）に回転しながら掘削を行う。
【００３７】
図３（ｂ）は、このようにしてカッタ２９の位置が移動した状態を示す。同様に、さらに回転体２１を時計回り方向（図中矢印Ｂ方向）に回転させながら、フレーム２５を反時計回り（図中矢印Ｃ方向）に回転させ、カッタ２９の位置を図３（ｃ）の位置まで移動させる。
【００３８】
カッタ２９がシールド機１の高さの約半分程度まで移動したら（図３（ｃ））、回転体２１の動作はそのままの方向で、フレーム２５の回転方向を時計回りに逆転する（図中矢印Ｃ方向）。
【００３９】
さらにカッタ２９が下方の角部近傍まで移動すると（図３（ｄ））、回転体２１の回転方向を反時計回りに（図中矢印Ａ方向）逆転させるとともに、フレーム２５の回転方向を時計回り（図中矢印Ｄ方向）に逆転させる。この状態から、カッタ２９が矩形断面の角部に来るように回転体２１、フレーム２５の位置を調整する（図３（ｅ））。
【００４０】
以後、同様に、カッタ２９を矩形断面下方に沿って移動させる（図３（ｆ））。以上の動作を繰り返し、カッタ２９を掘削範囲内で移動させながら、シールド機１の前方の地山を掘削する。カッタ２９は、シールド機１の前面をシールド機１の掘進方向とは略垂直な面内を移動可能であるため、カッタ２９のみによって、シールド機１の前方の地山を掘削可能である。
【００４１】
なお、図３（ｆ）に示すように、フレーム２５、カッタ２９が開口部１７の前を通過する際においても、開口部１７がフレーム２５の幅よりも大きいため、フレーム２５によって開口部１７が完全に塞がれることがない。このため、カッタ２９の位置によらず、掘削土砂の排出には問題がない。
【００４２】
次に、カッタ２９について説明する。図４は、カッタ２９を示す図で、図４（ａ）は正面図、図４（ｂ）はスポーク４３の側面図であり、図４（ａ）のＨ矢視図である。カッタ２９は、カッタ回転軸３７を中心として、スポーク４３が放射状に設けられる。スポーク４３は、略矩形断面の部材である。
【００４３】
スポーク４３の前面には、複数の刃３９が設けられる。図４（ａ）に示すように、カッタ２９は、矢印Ｆ方向の一方向に回転する。したがって、カッタ２９の各スポーク４３に設けられる刃３９は、全て同一周方向（図中矢印Ｇ方向）に向けて設けられる。カッタ２９の回転方向を一方向とすることで、刃３９を両側（両回転方向）に向けて設置する必要がなく、このため、カッタ２９による掘削時の抵抗を減らすことができる。
【００４４】
図４（ｂ）に示すように、スポーク４３には、回転内周側の前方掘削部４７と、回転外周側の側方掘削部４５が設けられる。前方掘削部４７は、カッタ２９前方（シールド機１の進行方向）に向けて配置される。一方、側方掘削部４５は、シールド機１の進行方向に対して、カッタ径方向にやや傾きをもって配置される。
【００４５】
前方掘削部４７は、主にカッタ２９前方（シールド機１の進行方向の前面）に対して地山を掘削する部位である。側方掘削部４５は、主にカッタ２９の側方（シールド機１の進行方向に略垂直な方向）に対して地山を掘削する部位である。
【００４６】
すなわち、前述の通りカッタ２９は、回転体２１およびフレーム２５の回転動作によって、シールド機１の進行方向に略垂直な面内を移動する。側方掘削部４５は、カッタ２９の移動方向に対して地山を掘削する部位である。
【００４７】
スポーク４３の側面（カッタ２９が回転する方向の側面）には、加泥材注入口４９が設けられる。通常、シールド機に使用されるカッタは、シールド機の進行方向前面に対して地山を掘削するため、加泥材注入口はカッタ前方に向けて設置される。一方、本発明のカッタ２９は、側方掘削部４５により、カッタの２９の移動方向（カッタ２９の側方）の掘削がメインとなるため、カッタ２９の掘削方向であるスポーク４３の側面に加泥材注入口４９を設けることが望ましい。
【００４８】
図５は、カッタ２９により地山５３を掘削する状態を示す図で、刃３９の配置および方向を示した図である。図中矢印Ｉは、カッタ２９の前方であり、シールド機１の進行方向を示す。前方掘削部４７の刃３９は、刃間隔５５ａをあけて配置される。前方掘削部４７の刃３９の設置方向はシールド機１の進行方向と一致する。すなわち、前方掘削部４７の刃３９はシールド機１の進行方向前面の地山５３を掘削する。
【００４９】
側方掘削部４５においては、スポーク４３は前方掘削部４７に対して２段階で所定の角度のテーパが形成される。側方掘削部４５では、テーパに応じて刃３９がカッタ２９の径方向に傾けて設けられる。たとえば、前方掘削部４７の外周位置には、２０度程度の角度を設け、さらにその外周に４５度程度の角度を有するテーパ部を設ける。さらに最外周部には、シールド機１の進行方向とは略垂直な面を形成する。したがって、この場合、それぞれの位置での刃３９の設置方向は、シールド機１の進行方向に対して、刃角度５１ａが２０度、刃角度５１ｂが４５度、刃角度５１ｃが９０度となる。
【００５０】
また、側方掘削部４５における刃３９の刃間隔５５ｂは、前方掘削部４７における刃間隔５５ａよりも狭い。すなわち、側方掘削部４５においては刃３９の設置密度が大きい。これは、カッタ２９は、カッタ前方向への掘削よりもカッタ側方への掘削がメインとなるためである。
【００５１】
なお、カッタ２９の形状は図５に示す例に限られない。側方掘削部４５のテーパ形状は２段階以外でもよく、また、角度は問わない。ただし、カッタ側方を効率良く掘削するためには、側方掘削部は２０〜９０度程度の角度を有することが望ましく、さらに望ましくは、カッタ外周部に少なくとも４５〜９０度程度の角度が形成されていることが望ましい。
【００５２】
次に、シールド機１の掘進とカッタ２９の移動の関係について説明する。図６（ａ）の位置にカッタ２９が位置する状態において、シールド機１の側面から見た図が図６（ｂ）である。カッタ２９は、シールド機１の掘削範囲の上方を矢印Ｋ方向に向けて移動する。これに応じてシールド機１は矢印Ｐ方向に掘進する。
【００５３】
この状態から、図６（ｃ）に示すように、カッタ２９はシールド機１の前方から見て時計回りに移動し（矢印Ｎ、Ｍ方向）、シールド機１の掘削範囲の下方を矢印Ｏ方向に向けて移動する状態のシールド機１の側面から見た図が図６（ｄ）である。
【００５４】
図６（ａ）から図６（ｃ）の状態に至るまでに、カッタ２９は掘削範囲の略半分を掘削する。この際のシールド機１は、図６（ｄ）に示すように距離Ｒだけ前進する。すなわち、カッタ２９の移動速度（シールド機１の進行方向とは略垂直な方向の移動）は、シールド機１の進行速度に対して十分に大きい。したがって、カッタ２９の前面に対してよりも、カッタ２９の側方に対する方が地山５３の掘削量が大きい。たとえば、シールド機１が２０〜２５ｍｍ程度前進する間に、カッタ２９はシールド機１の前面を１周し、掘削範囲全体を掘削する。したがって、カッタ２９は、シールド機１の進行方向に向けて地山を掘削するよりも、主に、側方掘削部４５によって、シールド機１の進行方向を略垂直な方向への掘削を行うことができる。
【００５５】
以上説明したように、本発明の実施形態にかかるシールド機１によれば、回転体２１とフレーム２５の動作を適宜連携させることで、シールド機１の本体に対して任意の位置にカッタ２９を移動させることができる。すなわち、カッタ２９をシールド機１の掘進方向とは略垂直な方向へ移動させることができる。
【００５６】
また、カッタ２９がシールド機１の前方を掘削する前方掘削部４７と、主にシールド機１前方と略垂直な方向を掘削する側方掘削部４５とが設けられるため、シールド機１は、カッタ２９が取り付けられるシールド機１の進行方向と、進行方向に略垂直な方向の両方向を掘削することができる。
【００５７】
また、前方掘削部４７における刃３９の刃間隔５５ａよりも側方掘削部４５における刃３９の刃間隔５５ｂが狭いため、カッタ２９の側方（シールド機１前方と略垂直な方向）の掘削能力がカッタ２９の前方の掘削能力よりも高い。すなわち、本発明のカッタ２９を用いることで、前方向の地山５３の掘削能力に対して側方向の地山５３の掘削能力が高いため、シールド機１に用いられた際に、シールド機１の掘進方向への掘削よりも、シールド機１の掘進方向とは垂直な方向への掘削能力に優れる。
【００５８】
また、カッタ２９に設けられる刃３９の向きがすべて一方の回転方向に向けて設けられるため、カッタ２９に対して逆回転用の余計な刃を必要せず、掘削抵抗が小さい。
【００５９】
また、複数の刃３９がスポーク４３前面に設けられ、スポーク４３の側面（カッタの回転周方向）に加泥材注入口４９が設けられるため、カッタ２９の移動方向であるカッタ２９の側方への加泥材の注入を適切に行うことができる。
【００６０】
また、シールド機１の進行方向とは略垂直な方向へのカッタ２９の移動速度が、シールド機１の掘進速度よりも十分に速いため、カッタ２９の掘削方向を、カッタ２９の前面ではなく主にカッタ２９の側方とすることが可能である。
【００６１】
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６２】
例えば、シールド機１により掘削可能な断面は、前記した矩形断面に限られない。たとえば、完全円形の掘削断面であってもよく、または、矩形形状と円形状とを組み合わせたような掘削断面であっても掘削可能である。すなわち、シールド機１によれば、フレーム２５と回転体２１との動作によってカバーできる範囲内であれば、任意の掘削断面を掘削可能である。
【００６３】
また、スポーク４３の本数や配置位置等は問わない。たとえば、実施例においてはスポーク４３を８本設けた例を示したが、より多くのスポークであってもよく、または少なくてもよい。
【００６４】
また、スポーク４３の形状は、図５に示す例には限られない。例えば、図７（ａ）に示すように、側方掘削部４５を円弧状に形成したスポーク６０を使用してもよい。この場合でも前方掘削部４７ではカッタ前方に向けて刃３９が配置され、側方掘削部４５ではカッタ前方に対してカッタ径方向に所定の角度で傾けて刃３９が設けられれば良い。
【００６５】
また、同様に、図７（ｂ）に示すように、側方掘削部４５を単純なテーパのみで形成したスポーク７０を使用してもよい。この場合でも前方掘削部４７ではカッタ前方に向けて刃３９が配置され、側方掘削部４５ではカッタ前方に対してカッタ径方向に所定の角度で傾けて刃３９が設けられれば良い。
【符号の説明】
【００６６】
１………シールド機
３………スキンプレート
５………隔壁
７………油圧ジャッキ
９………テールプレート
１１………セグメント
１３………テールシール
１５………スクリューコンベア
１７………開口部
１９………チャンバ
２１………回転体
２３………回転体モータ
２５………フレーム
２７………フレームモータ
２９………カッタ
３１………カッタモータ
３３………回転体回転軸
３５………フレーム回転軸
３７………カッタ回転軸
３９………刃
４１………攪拌翼
４３、６０、７０………スポーク
４５………側方掘削部
４７………前方掘削部
４９………加泥材注入口
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ………刃角度
５３………地山
５５ａ、５５ｂ………刃間隔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド機の掘削部に設けられ、地山を掘削するシールド機用カッタであって、
前記カッタは、
前記カッタの回転軸と略垂直な面であるシールド機進行方向前面を掘削する前方掘削部と、
前記前方掘削部の周囲に設けられ、前記シールド機進行方向前面とは略垂直な面を掘削する側方掘削部と、
前記前方掘削部および前記側方掘削部に設けられた複数の刃と、
を有し、
前記前方掘削部により掘削される前記シールド機進行方向と、前記側方掘削部に設けられる刃の配置方向が所定の角度を有することを特徴とするシールド機用カッタ。
【請求項２】
前記側方掘削部に設けられる刃の設置間隔は、前記前方掘削部に設けられる刃設置間隔よりも狭いことを特徴とする請求項１記載のシールド機用カッタ。
【請求項３】
前記カッタに設けられる前記複数の刃は、全て同じ周方向に向けられており、前記カッタは１方向回転においてのみ掘削可能であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシールド機用カッタ。
【請求項４】
前記複数の刃は、前記カッタの回転軸を中心に放射状に設けられたスポークの前面に設けられ、
前記スポークの側面に、加泥材注入口が設けられることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のシールド機用カッタ。
【請求項５】
地山を掘進するシールド機であって、
シールド機本体と、
前記シールド機本体を推進するジャッキと、
前記シールド機本体前方に設けられる掘削部と、
を有し、
前記掘削部は、
前記シールド機本体の軸方向の略中心を回転軸とする回転体と、
前記回転体の前面に前記回転軸に対して略垂直な方向に設けられ、一方の端部が前記回転軸から偏心した位置に回転可能に配置されたフレームと、
前記フレームの他方の端部に設けられ、複数の刃を有する回転可能なカッタと、
を具備し、
前記カッタが、請求項１から請求項４のいずれかに記載のシールド機用カッタであることを特徴とするシールド機。
【請求項６】
前記シールド機の進行方向とは略垂直な面内での前記カッタの移動速度は、前記シールド機の掘進速度よりも十分に速く、
前記カッタは、前記カッタの回転軸に対して略垂直な方向に移動しながら前記カッタの側方を掘削可能であることを特徴とする請求項５記載のシールド機。
【請求項１】
シールド機の掘削部に設けられ、地山を掘削するシールド機用カッタであって、
前記カッタは、
前記カッタの回転軸と略垂直な面であるシールド機進行方向前面を掘削する前方掘削部と、
前記前方掘削部の周囲に設けられ、前記シールド機進行方向前面とは略垂直な面を掘削する側方掘削部と、
前記前方掘削部および前記側方掘削部に設けられた複数の刃と、
を有し、
前記前方掘削部により掘削される前記シールド機進行方向と、前記側方掘削部に設けられる刃の配置方向が所定の角度を有することを特徴とするシールド機用カッタ。
【請求項２】
前記側方掘削部に設けられる刃の設置間隔は、前記前方掘削部に設けられる刃設置間隔よりも狭いことを特徴とする請求項１記載のシールド機用カッタ。
【請求項３】
前記カッタに設けられる前記複数の刃は、全て同じ周方向に向けられており、前記カッタは１方向回転においてのみ掘削可能であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシールド機用カッタ。
【請求項４】
前記複数の刃は、前記カッタの回転軸を中心に放射状に設けられたスポークの前面に設けられ、
前記スポークの側面に、加泥材注入口が設けられることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のシールド機用カッタ。
【請求項５】
地山を掘進するシールド機であって、
シールド機本体と、
前記シールド機本体を推進するジャッキと、
前記シールド機本体前方に設けられる掘削部と、
を有し、
前記掘削部は、
前記シールド機本体の軸方向の略中心を回転軸とする回転体と、
前記回転体の前面に前記回転軸に対して略垂直な方向に設けられ、一方の端部が前記回転軸から偏心した位置に回転可能に配置されたフレームと、
前記フレームの他方の端部に設けられ、複数の刃を有する回転可能なカッタと、
を具備し、
前記カッタが、請求項１から請求項４のいずれかに記載のシールド機用カッタであることを特徴とするシールド機。
【請求項６】
前記シールド機の進行方向とは略垂直な面内での前記カッタの移動速度は、前記シールド機の掘進速度よりも十分に速く、
前記カッタは、前記カッタの回転軸に対して略垂直な方向に移動しながら前記カッタの側方を掘削可能であることを特徴とする請求項５記載のシールド機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１８５２３７（Ｐ２０１０−１８５２３７Ａ）
【公開日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３０７９３（Ｐ２００９−３０７９３）
【出願日】平成２１年２月１３日（２００９．２．１３）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 〔発行所名〕 株式会社日本工業新聞新社 〔刊行物名〕 フジサンケイビジネスアイ 〔発行年月日〕 平成２０年８月２２日
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１３日（２００９．２．１３）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 〔発行所名〕 株式会社日本工業新聞新社 〔刊行物名〕 フジサンケイビジネスアイ 〔発行年月日〕 平成２０年８月２２日
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【Ｆターム（参考）】
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