スクリューカッタ機構およびこれを用いた掘削装置
【課題】攪拌性能の向上や移送能力の調整が図れるとともに、切削土砂の回転軸方向の移送能力を変えることで、地盤の土圧に対応する圧力を一定とし、地表面沈下の発生を抑えることができる。
【解決手段】スクリューカッタ２０は、軸部２１の周囲に一連の螺旋羽根２２が設けられ、その螺旋羽根２２の外周部に切削ビット２３が取り付けられ、螺旋羽根２２の軸回転により切削ビット２３で地盤を切削するとともに切削土砂を排土側に移送する構成であり、螺旋羽根２２の軸部２１側には、螺旋巻き方向に沿って複数の開口部２４、２４、…が形成され、それら開口部２４は排土側に向かうにしたがって開口率が小さくなり、配置間隔が大きくなっている。
【解決手段】スクリューカッタ２０は、軸部２１の周囲に一連の螺旋羽根２２が設けられ、その螺旋羽根２２の外周部に切削ビット２３が取り付けられ、螺旋羽根２２の軸回転により切削ビット２３で地盤を切削するとともに切削土砂を排土側に移送する構成であり、螺旋羽根２２の軸部２１側には、螺旋巻き方向に沿って複数の開口部２４、２４、…が形成され、それら開口部２４は排土側に向かうにしたがって開口率が小さくなり、配置間隔が大きくなっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリューカッタ機構およびこれを用いた掘削装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、都市域に設けられる比較的小規模のトンネルの断面形状は円形断面とするよりも矩形断面とすることが合理的である場合が多いことから、矩形断面のトンネル掘削機が採用されている。このようなトンネル掘削機の切削機構としては、掘削方向に直交し略水平方向に配置させるとともに、螺旋状の羽根の外周部に土砂を切削するための切削ビットを配置させたスクリュー形状のカッタ（以下、スクリューカッタという）を、掘削機本体の先端に上下方向に平行に複数配列させたものがある（例えば、特許文献１、２、３参照）。
このようなスクリューカッタによる機構は、油圧モータ等の回転駆動により、螺旋羽根を回転させて土砂を切削しながら、左右方向に切削した土砂を移送し、スクリュー端部付近でスクリューカッタの回転軸方向と直角方向に設置したスクリューコンベヤによりシールド機の後方に掘削土砂を排出するものである。
【特許文献１】特許第３６６７７１７号公報
【特許文献２】特開平１１−２２９７７４号公報
【特許文献３】特公平７−５９８７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、特許文献１、２、３で開示されているスクリューカッタ機構は、水平なスクリューカッタにより地盤を幅方向に掘削するとともに左右方向（横方向）へ土砂を移送するものであるため、スクリューカッタは、土砂攪拌能力が低い欠点があることから、その点で改良の余地があった。また、その左右方向への移送能力が一定であるため、スクリューカッタの回転軸方向で排土側ほどスクリュー内部への取込み土量が多くなり、スクリュー内圧も高くなる。つまり、切削する地盤の土圧に対応するスクリューカッタの圧力が軸方向（トンネル幅方向）の範囲で一定にならず、圧力差が生じることから、地盤の土圧が部分的に低下し、地表面沈下を発生させてしまうおそれがあった。
【０００４】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、本発明の主な目的は、攪拌性能の向上や移送能力の調整が図れるスクリューカッタ機構およびこれを用いた掘削装置を提供することである。また、切削土砂の回転軸方向の移送能力を変えることで、地盤の土圧に対応する圧力を一定とし、地表面沈下の発生を抑えるようにしたスクリューカッタ機構およびこれを用いた掘削装置を提供することを他の目的とする。
また、
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明に係るスクリューカッタ機構では、軸部の周囲に一連の螺旋羽根が設けられ、螺旋羽根の外周部に切削ビットが取り付けられ、螺旋羽根の軸回転により切削ビットで地盤を切削するとともに切削土砂を排土側に移送するスクリューカッタ機構であって、螺旋羽根には、螺旋巻き方向に沿って複数の開口部が形成されていることを特徴としている。
【０００６】
本発明では、螺旋羽根に開口部を適宜な位置に設けることで、切削土砂の一部が開口部より螺旋羽根の裏側（排土側と反対側）に戻され、排土側へ向けて移送されないことから、切削土砂の攪拌能力が向上することになり、切削部付近に添加材を加える場合は強制攪拌することで、均質な泥土状にして流動性、止水性をもたせ、切羽の安定とスクリューコンベヤからの地下水の噴出を防ぐことの確実性を高めることが可能となる。そして、開口部の開口率や配置間隔を変えた場合には、切削土砂の回転方向で移送能力を変えることができる。例えば、排土側からの距離が遠くなるにしたがって開口部を大きくしたり配置間隔を小さくすることで、排土側の移送能力を大きくすることができる。これにより、スクリュー内部への取込み土量が軸方向全体にわたって一定に保持され、切削する地盤の土圧に対応するスクリューカッタ機構の圧力も軸方向全体にわたる範囲でほぼ一定となって圧力差が生じなくなり、その結果、地盤を安定させた状態で掘削することができる。つまり、移送能力が一定である場合のように、スクリューカッタ機構の排土側で取込み土量が減少し、部分的にスクリューカッタ機構の圧力が大きくなるといった不具合を防ぐことができる。
【０００７】
上述のように、本発明に係るスクリューカッタ機構では、開口部の開口率は、排土側に向かうにしたがって小さくなることが好ましい。
本発明では、螺旋羽根に形成される開口部が排土側と反対側ほど大きくなる構成であって、切削土砂の移送能力は排土側で大きく、その反対側で小さくなることから、スクリュー内部への取込み土量が軸方向全体にわたって一定に保持され、切削する地盤の土圧に対応するスクリューカッタ機構の圧力も軸方向全体にわたる範囲でほぼ一定となって圧力差が生じなくなる効果を高めることができる。
【０００８】
また、本発明に係るスクリューカッタ機構では、開口部の配置間隔は、排土側に向かうにしたがって大きくなることが好ましい。
本発明では、螺旋羽根に形成される開口部の配置間隔が排土側ほど大きくなる構成であって、切削土砂の移送能力は排土側で大きく、その反対側で小さくなることから、スクリュー内部への取込み土量が軸方向全体にわたって一定に保持され、切削する地盤の土圧に対応するスクリューカッタ機構の圧力も軸方向全体にわたる範囲でほぼ一定となって圧力差が生じなくなる効果を高めることができる。
【０００９】
また、本発明に係るスクリューカッタ機構では、螺旋羽根の羽根ピッチは、排土側に向かうにしたがって大きくなることが好ましい。
本発明では、切削土砂の移送能力は螺旋羽根の羽根ピッチが大きい排土側で大きく、羽根ピッチが小さい排土側と反対側で移送能力が小さくなることから、スクリュー内部への取込み土量が軸方向全体にわたって一定に保持され、切削する地盤の土圧に対応するスクリューカッタ機構の圧力も軸方向全体にわたる範囲でほぼ一定となって圧力差が生じなくなる効果を高めることができる。
【００１０】
また、本発明に係るスクリューカッタ機構では、軸部の軸径は、排土側に向かうにしたがって細くなることが好ましい。
本発明では、軸部の軸径が細い部分では螺旋羽根の羽根ピッチ間の移送路断面が広くなる構成となり軸部の細い排土側の移送路断面ほど切削土砂の移送能力が大きく、その反対側の移送路断面で移送能力が小さくなることから、スクリュー内部への取込み土量が軸方向全体にわたって一定に保持され、切削する地盤の土圧に対応するスクリューカッタ機構の圧力も軸方向全体にわたる範囲でほぼ一定となって圧力差が生じなくなる効果を高めることができる。
【００１１】
また、本発明に係るスクリューカッタ機構では、螺旋羽根には、切削土砂を開口部に誘導する誘導板が設けられていてもよい。
本発明では、スクリューカッタ機構によって移送される切削土砂の一部が誘導板によって開口部に誘導されることから、攪拌能力の向上や移送能力の調整をより確実に行うことができる。
【００１２】
また、本発明に係るスクリューカッタ機構を用いた掘削装置では、上述したスクリューカッタ機構を備えた掘削装置であって、掘削機本体の先端に、スクリューカッタ機構をその回転軸方向を掘削方向に交差する方向に配置されていることを特徴としている。
本発明では、螺旋羽根に開口部を設けることで、攪拌能力の向上や切削土砂の移送能力を調整可能としたスクリューカッタ機構を掘削装置に備えているので、安定した掘削を行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のスクリューカッタ機構およびこれを用いた掘削装置によれば、スクリューカッタにおける攪拌能力の向上や切削土砂の移送能力を調整することが可能であるので、安定した掘削が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の第１の実施の形態によるスクリューカッタ機構およびこれを用いた掘削装置について、図１乃至図５に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態によるトンネル掘削機の概略構成を示す側面図、図２は図１に示すＡ−Ａ線断面図、図３は図１に示すトンネル掘削機の正面図、図４はトンネル掘削機に備えられるスクリューカッタの概略構成を示す斜視図、図５（ａ）は図４に示すＢ−Ｂ線矢視図、（ｂ）は同じくＣ−Ｃ線矢視図である。
【００１５】
図１に示すように、本第１の実施の形態によるスクリューカッタ２０（スクリューカッタ機構）は、トンネル掘削機１（掘削装置）の先端部に備えられ、掘削機１の推進とともに回転させて掘削土砂を取り込むためのものである。
【００１６】
図１に示すように、先ず、本第１の実施の形態が装備されているトンネル掘削機１の概略構成について説明する。
図１乃至図３に示すトンネル掘削機１は、ボックスカルバート等の矩形断面のトンネルを掘削するためのものであって、基本的には通常のシールド機と同様に、地盤を掘削しつつその後方において、コンクリート造のボックス２を組み立て、その組み立て済みのボックス２から反力をとって掘進していくように構成されたものである。
【００１７】
トンネル掘削機１の基本構成は、通常のシールド機とほぼ同様に築造すべきトンネルの断面形状に合わせて掘削機本体３の内部にトンネル掘削に必要な各種の機器類のほぼ全てを収容し、その掘削機本体３の前部には地盤掘削のためのカッタを配置したものである。
さらに具体的には、掘削機本体３は掘削すべきトンネルの断面形状に合致する矩形筒状のスキンプレート４を外殻とし、その後部には施工済みのボックス２を押圧してそこから反力をとって推進するための推進ジャッキ５が多数設けられている。また、掘削機本体３の内部にはボックス２の組み立てに使用するためのエレクタ装置６が備えられている他、トンネル掘削に必要な装置類が備えられている。
【００１８】
本トンネル掘削機１では、掘削機本体３の前部に配置されているカッタとして、切羽を矩形断面に掘削するための複数段（図では５段）のスクリューカッタ２０、１０、…と、その前部に配置された先端カッタ７とが併用されている。スクリューカッタ２０の詳細な構成については後述する。
【００１９】
各スクリューカッタ２０の前方には、それらスクリューカッタ２０では有効に掘削し得ない範囲を掘削するために先端カッタ７が配置され、その先端カッタ７として本実施の形態では一般的な回転カッタが採用されている。先端カッタ７は、各段のスクリューカッタ２０の端部を支持しているサイドフレーム８およびセンターフレーム９内に配置されていて掘削方向と平行をなす回転軸１０の先端部に設けられていて、サイドフレーム８およびセンターフレーム９の前方の地盤を掘削するものである。
【００２０】
なお、センターフレーム９内に組み込まれている回転軸１０は先端カッタ専用のものであって、それはセンターフレーム９の後部に設けられている第１駆動モータ１１によって回転駆動されるものであるが、サイドフレーム８内に組み込まれている回転軸１０はスクリューコンベヤ１２を兼用している。つまり、先端カッタ７の回転軸１０に土砂移送用の螺旋羽根を形成した構成となっており、そのスクリューコンベヤ１２および先端カッタ７はサイドフレーム８の後部に設けられている第２駆動モータ１３により回転駆動されるものである。このようにサイドフレーム８は、スクリューコンベヤ１２のケーシングの機能を兼ねたものとなっている。
【００２１】
さらに、上記した各段のスクリューカッタ２０および先端カッタ７は、図１に示すように上段側のものほどやや前方に位置するように鉛直面に対して傾斜状態で並べられて配置されることが基本とされ、その状態で固定的に設置することでも良いが、図示例のように各段のスクリューカッタ２０および先端カッタ７をそれぞれが独立に前後方向に進退可能とすることが好ましい。
【００２２】
すなわち、図示例においては、各スクリューカッタ２０の両端部を支持しているサイドフレーム８とセンターフレーム９とは支持フレーム１４によって支持されていた構成となっている。
【００２３】
そして、各段の支持フレーム１４と掘削機本体３内のメインフレーム１５との間には進退ジャッキ１６が介装されていて、各段の進退ジャッキ１６の操作により各段の支持フレーム１４を介して各段のスクリューカッタ２０および先端カッタ７を前後方向に進退させることによって、地盤状況や掘削作業工程に応じてそれぞれを最適位置に配置することができるようになっており、これにより上段側のものほどやや前方に位置するように配置するばかりでなく、逆に下段側のものほどやや前方に位置するように配置したり、全ての位置を揃えることが可能となっている。
なお、上述のように各段の支持フレーム１４には主移送装置としてのスクリューコンベヤ１２が組み込まれていることから、各段の支持フレーム１４を進退させた際には同時に各段のスクリューコンベヤ１２も一体に進退することになる。
【００２４】
次に、本トンネル掘削機１のメインカッタをなすスクリューカッタ２０の構成について具体的に説明する。
ここで、図４は、図３に示すトンネル掘削機１の正面斜視図で図３の紙面に向かって右側に位置するスクリューカッタ２０を示している。つまり、図４で紙面右側から左側を見た断面視で軸部２１を右回転させた場合に矢印Ｅ方向が土砂移送方向であり、その終点側が排土側となっている。
図２に示すように、スクリューカッタ２０は、その回転軸方向が掘削方向と直交して交差する方向に配置され、一対２台が中央のセンターフレーム９を挟んで左右両側に対称配置されていて、それらの両端部がサイドフレーム８とセンターフレーム９に対して回転自在に支持され、それらの端部内側に組み込まれた第３駆動モータ１７によって回転されるようになっている。これにより、それぞれが切羽を幅方向に掘削して、それら複数のスクリューカッタ２０、２０、…全体で矩形断面のトンネルを掘削するようになっている。
【００２５】
そして、各段における左右一対のスクリューカッタ２０、２０により掘削された掘削土砂は、それぞれ中央側（センターフレーム９側）から両側（サイドフレーム８、８側）に向かって移送されるようになっている。そして、スクリューカッタ２０によって掘削の両側方に移送された掘削土砂は、各段のサイドフレーム８内のスクリューコンベヤ１２に受け渡され、そのコンベヤ１２によって後方に移送され、排土口１８（図１、図２参照）より排出されるようになっている。
【００２６】
図４に示すように、スクリューカッタ２０は、軸部２１の周囲に一連の螺旋羽根２２が設けられるとともに、螺旋羽根２２の外周部に沿って切削ビット２３、２３、…が取り付けられている。このスクリューカッタ２０は、螺旋羽根２２の右回転により切削ビット２３で地盤を掘削すると同時に切削土砂を螺旋羽根２２によって排土側（矢印Ｅ方向）に向けて移送する構成となっている。
【００２７】
そして、螺旋羽根２２には適宜な大きさ（開口率）の複数の開口部２４、２４、…が形成され、その開口部２４は螺旋羽根２２の延びる方向に所定間隔をあけて配置されている。この開口部２４は、螺旋羽根２２の切削ビット２３を配した外周部を残した軸部２１側の一部を切り欠いたものであり、これら開口部２４、２４、…は排土側に向かうにしたがって開口率が小さくなるとともに、配置間隔が大きくなっている。
つまり、図５（ａ）に示す排土側（サイドフレーム８側）に設けられる開口部２４（符号２４Ａ）は、図５（ｂ）に示す螺旋羽根２２の排土側と反対側（トンネル掘削機１の幅方向中央部側、センターフレーム９側）に設けられる開口部２４（ここでは符号２４Ｂ）より開口率が小さく、且つ隣り合う開口部２４、２４どうしの間隔も小さくなっている。
【００２８】
次に、上述したトンネル掘削機１による掘削方法およびスクリューカッタ１の作用について、図面に基づいて詳細に説明する。
図２に示すように、本トンネル掘削機１では、各段のスクリューカッタ２０および先端カッタ７を順次（例えば上方から順に）、前方に推進させて地盤を掘削する。このときの推進順は、上方のスクリューカッタ２０から順に先に掘削することが地盤の緩みを抑える点で好ましいが、この順に限定されることはなく、また複数のスクリューカッタ２０、２０、…を同時に推進させるようにしてもかまわない。
【００２９】
各段のスクリューカッタ２０による掘削は、図１に示す推進ジャッキ１６を伸長させつつ、スクリューカッタ２０を適宜な回転速度で回転させ、螺旋羽根２２の外周部に配置されている切削ビット２３によって切羽の地盤を切削するとともに、その切削土砂は螺旋羽根２２の回転とともに排土側（図４に示す矢印Ｅ方向）へ移送され、サイドフレーム８内に備えられているスクリューコンベヤ１２に受け渡され、掘削機本体３の後方へ搬出される。
【００３０】
図４に示すように、スクリューカッタ２０は、螺旋羽根２２に複数の開口部２４、２４、…を適宜な位置に設けることで、切削土砂の一部が開口部２４より螺旋羽根２２の裏側２２ａ（排土側と反対側）に戻され、排土側（矢印Ｅ方向）へ向けて移送されないことから、開口部２４の開口率や配置間隔を変えることで、切削土砂の移送能力を調整することができる。
【００３１】
つまり、本実施の形態のスクリューカッタ２０は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、螺旋羽根２２に形成される開口部２４の面積が排土側から反対側（土砂移送方向起点側）に行くほどほど大きくなる（開口率が大きくなる）、つまり排土側に向かうほど開口率が小さくなるとともに、配置間隔は逆に排土側に行くほど大きくなる構成であって、切削土砂の移送能力は排土側で大きく、その反対側で小さくなることから、スクリュー内部への取込み土量が軸方向全体にわたって一定に保持され、切削する地盤の土圧に対応するスクリューカッタ２０の圧力も軸方向全体にわたる範囲でほぼ一定となって圧力差が生じなくなり、その結果、地盤を安定させた状態で掘削することができる。したがって、移送能力が一定である場合のように、スクリューカッタ機構の排土側で取込み土量が減少し、部分的にスクリューカッタ機構の圧力が大きくなるといった不具合を防ぐことができる。
【００３２】
さらに、螺旋羽根２２に開口部２４を設けることで、トンネルの切羽付近に注入する添加材と切削土砂の攪拌能力が向上することになり、切削部付近に添加材を加えて強制攪拌し、均質な泥土状にして流動性、止水性をもたせ、切羽の安定とスクリューコンベヤ１２からの地下水の噴出を防ぐことの確実性を高めることが可能となる。
【００３３】
上述した本第１の実施の形態によるスクリューカッタ機構およびこれを用いた掘削装置では、スクリューカッタ２０における攪拌能力の向上や切削土砂の移送能力を調整することが可能であるので、安定した掘削が可能である。すなわち、スクリューカッタ２０の軸方向全体にわたって、スクリュー内部への取込み土量を一定に保持することができ、これにより地盤の土圧に対応するスクリューカッタ２０の圧力も軸方向全体にわたってほぼ一定となり、地盤の土圧の低下をなくすことができ、トンネルの場合において、土圧低下の影響による地表面沈下の発生を抑制することができる。
また、螺旋羽根２２に開口部２４が設けられているので、攪拌性能の向上を図ることができる。
【００３４】
次に、本発明の他の実施の形態および変形例について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第１の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第１の実施の形態と異なる構成について説明する。
図６は第１の実施の形態の変形例によるスクリューカッタの概略構成を示す斜視図であって、図４に対応する図である。
図６に示すように、第１の実施の形態の変形例によるスクリューカッタ２０は、軸部２１の周囲に設けられた一連の螺旋羽根２２に、切削土砂を開口部２４に誘導する誘導板２５を設けた構成である。そして、複数の開口部２４、２４、…は、上述した第１の実施の形態では排土側（矢印Ｅ方向）に向かうにしたがって開口率と配置間隔が小さくなる構成（図４参照）としているが、本変形例では開口率、配置間隔ともに変わらない構成となっている。
【００３５】
誘導板２５は、図４と同様に軸部２１が右回転した場合に、その回転方向に対して開口部２４の下流側端部２４ａに、また移送方向（Ｅ方向）に対しては開口部２４の下流側に取り付けられている。さらに、誘導板２５は、螺旋羽根２２の表面より切削土砂の進行方向に対して鋭角となるように回転方向上流側に向かって突出された板状部材である。これにより、スクリューカッタ２０によって移送される切削土砂の一部が誘導板２５によって矢印Ｆ方向に示すように開口部２４に誘導されることから、攪拌能力向上と誘導板２５の大きさや突出角度を調整することで切削土砂の移送能力の調整を行うことができる。
【００３６】
次に、図７は第２の実施の形態によるスクリューカッタの概略構成を示す斜視図であって、図４に対応する図である。
図７に示すように、本第２の実施の形態によるスクリューカッタ３０は、軸部３１の周囲に設けられた一連の螺旋羽根３２の羽根ピッチＰ（Ｐ１〜Ｐ５）は、排土側（矢印Ｅ方向）に向かうにしたがって大きくなる構成となっている。つまり、羽根ピッチＰは、排土側と反対側に位置する符号Ｐ５から排土側に位置する符号Ｐ１の羽根ピッチの順で漸次大きくなっている。
そして、複数の開口部３４、３４、…は、上述した第１の実施の形態では排土側（矢印Ｅ方向）に向かうにしたがって開口率が小さく、且つ配置間隔が大きくなる構成（図４、図５参照）としているが、本第２の実施の形態では開口率、配置間隔ともに変わらない構成となっている。
【００３７】
このように、本第２の実施の形態では、切削土砂の移送能力は螺旋羽根３２の羽根ピッチＰが大きい排土側（符号Ｐ５の羽根ピッチ側）で大きく、羽根ピッチＰが小さい排土側と反対側（符号Ｐ１の羽根ピッチ側）で移送能力が小さくなることから、上述した第１の実施の形態と同様に、スクリュー内部への取込み土量が軸方向全体にわたって一定に保持され、切削する地盤の土圧に対応するスクリューカッタ３０の圧力も軸方向全体にわたる範囲でほぼ一定となって圧力差が生じなくなる効果を高めることができる。合わせて、攪拌能力も向上する。
【００３８】
次に、図８は第３の実施の形態によるスクリューカッタの概略構成を示す斜視図であって、図４に対応する図である。
図８に示すように、本第３の実施の形態によるスクリューカッタ４０は、軸部４１の軸径が排土側（矢印Ｅ方向）に向かうにしたがって細くなる構成となっている。
そして、複数の開口部４４、４４、…は、上述した第１の実施の形態では排土側（矢印Ｅ方向）に向かうにしたがって開口率が小さく、且つ配置間隔が大きくなる構成（図４、図５参照）としているが、本第３の実施の形態では開口率、配置間隔ともに変わらない構成となっている。
【００３９】
このように、本第３の実施の形態では、軸部４１の軸径が細い部分では螺旋羽根４２の羽根ピッチ間の切削土砂の移送路断面Ｓが広くなる構成となり軸部の細い排土側の移送路断面（符号Ｓ１）ほど切削土砂の移送能力が大きく、その反対側の移送路断面（Ｓ２）で移送能力が小さくなることから、上述した第１および第２の実施の形態と同様に、スクリュー内部への取込み土量が軸方向全体にわたって一定に保持され、切削する地盤の土圧に対応するスクリューカッタ４０の圧力も軸方向全体にわたる範囲でほぼ一定となって圧力差が生じなくなる効果を高めることができる。合わせて、攪拌能力も向上する。
【００４０】
以上、本発明によるスクリューカッタ機構およびこれを用いた掘削装置の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、スクリューカッタ２０、３０、４０の外径寸法、軸方向の長さ寸法、螺旋羽根の厚さ寸法などの構成は、第１〜第３の実施の形態に限定されることはなく、切削する地盤の硬さや地質、切削能力などの条件に応じて適宜設定することができる。
また、本実施の形態ではスクリューカッタ２０、３０、４０を矩形断面を掘削するトンネル掘削機１に採用しているが、このような形態に限定されることはなく、またトンネル掘削機１に配置されるスクリューカッタの台数、配置形態は任意に設定することができる。
【００４１】
この他、第１の実施の形態では、螺旋羽根に設けた開口部について、排土側に向かうにしたがって開口率を小さくし、且つ開口部の配置間隔を大きくしているが、排土側に向かうにしたがって、開口率を小さくするか、配置間隔を大きくするか、いずれか一方を採用するだけでもよい。
また、第１の実施の形態の変形例および第２、第３の実施の形態においては、螺旋羽根に設けた開口部の開口率、配置間隔をともに一定の値としたが、開口率については排土側に向かうにしたがって小さくすること、配置間隔については排土側に向かうにしたがって大きくすることのいずれか又は双方を採用するようにしてもよい。
それから、第２、第３の実施の形態において第１の実施の形態の変形例における誘導板を開口部に設けてもよい。
さらにまた、回転軸方向に切削土砂の移送能力の変化をつけるといった観点だけでとらえれば、第２、第３の実施の形態において、螺旋羽根の開口部は設けなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるトンネル掘削機の概略構成を示す側面図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示すトンネル掘削機の正面図である。
【図４】トンネル掘削機に備えられるスクリューカッタの概略構成を示す斜視図である。
【図５】（ａ）は図４に示すＢ−Ｂ線矢視図、（ｂ）は同じくＣ−Ｃ線矢視図である。
【図６】第１の実施の形態の変形例によるスクリューカッタの概略構成を示す斜視図であって、図４に対応する図である。
【図７】第２の実施の形態によるスクリューカッタの概略構成を示す斜視図であって、図４に対応する図である。
【図８】第３の実施の形態によるスクリューカッタの概略構成を示す斜視図であって、図４に対応する図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ トンネル掘削機（掘削装置）
２０、３０、４０ スクリューカッタ（スクリューカッタ機構）
２１、３１、４１ 軸部
２２、３２、４２ 螺旋羽根
２３、３３、４３ 切削ビット
２４、３４、４４ 開口部
２５ 誘導板
２１ａ 上面
３ スクリューコンベヤ
Ｓ１、Ｓ２ 移走路断面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリューカッタ機構およびこれを用いた掘削装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、都市域に設けられる比較的小規模のトンネルの断面形状は円形断面とするよりも矩形断面とすることが合理的である場合が多いことから、矩形断面のトンネル掘削機が採用されている。このようなトンネル掘削機の切削機構としては、掘削方向に直交し略水平方向に配置させるとともに、螺旋状の羽根の外周部に土砂を切削するための切削ビットを配置させたスクリュー形状のカッタ（以下、スクリューカッタという）を、掘削機本体の先端に上下方向に平行に複数配列させたものがある（例えば、特許文献１、２、３参照）。
このようなスクリューカッタによる機構は、油圧モータ等の回転駆動により、螺旋羽根を回転させて土砂を切削しながら、左右方向に切削した土砂を移送し、スクリュー端部付近でスクリューカッタの回転軸方向と直角方向に設置したスクリューコンベヤによりシールド機の後方に掘削土砂を排出するものである。
【特許文献１】特許第３６６７７１７号公報
【特許文献２】特開平１１−２２９７７４号公報
【特許文献３】特公平７−５９８７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、特許文献１、２、３で開示されているスクリューカッタ機構は、水平なスクリューカッタにより地盤を幅方向に掘削するとともに左右方向（横方向）へ土砂を移送するものであるため、スクリューカッタは、土砂攪拌能力が低い欠点があることから、その点で改良の余地があった。また、その左右方向への移送能力が一定であるため、スクリューカッタの回転軸方向で排土側ほどスクリュー内部への取込み土量が多くなり、スクリュー内圧も高くなる。つまり、切削する地盤の土圧に対応するスクリューカッタの圧力が軸方向（トンネル幅方向）の範囲で一定にならず、圧力差が生じることから、地盤の土圧が部分的に低下し、地表面沈下を発生させてしまうおそれがあった。
【０００４】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、本発明の主な目的は、攪拌性能の向上や移送能力の調整が図れるスクリューカッタ機構およびこれを用いた掘削装置を提供することである。また、切削土砂の回転軸方向の移送能力を変えることで、地盤の土圧に対応する圧力を一定とし、地表面沈下の発生を抑えるようにしたスクリューカッタ機構およびこれを用いた掘削装置を提供することを他の目的とする。
また、
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明に係るスクリューカッタ機構では、軸部の周囲に一連の螺旋羽根が設けられ、螺旋羽根の外周部に切削ビットが取り付けられ、螺旋羽根の軸回転により切削ビットで地盤を切削するとともに切削土砂を排土側に移送するスクリューカッタ機構であって、螺旋羽根には、螺旋巻き方向に沿って複数の開口部が形成されていることを特徴としている。
【０００６】
本発明では、螺旋羽根に開口部を適宜な位置に設けることで、切削土砂の一部が開口部より螺旋羽根の裏側（排土側と反対側）に戻され、排土側へ向けて移送されないことから、切削土砂の攪拌能力が向上することになり、切削部付近に添加材を加える場合は強制攪拌することで、均質な泥土状にして流動性、止水性をもたせ、切羽の安定とスクリューコンベヤからの地下水の噴出を防ぐことの確実性を高めることが可能となる。そして、開口部の開口率や配置間隔を変えた場合には、切削土砂の回転方向で移送能力を変えることができる。例えば、排土側からの距離が遠くなるにしたがって開口部を大きくしたり配置間隔を小さくすることで、排土側の移送能力を大きくすることができる。これにより、スクリュー内部への取込み土量が軸方向全体にわたって一定に保持され、切削する地盤の土圧に対応するスクリューカッタ機構の圧力も軸方向全体にわたる範囲でほぼ一定となって圧力差が生じなくなり、その結果、地盤を安定させた状態で掘削することができる。つまり、移送能力が一定である場合のように、スクリューカッタ機構の排土側で取込み土量が減少し、部分的にスクリューカッタ機構の圧力が大きくなるといった不具合を防ぐことができる。
【０００７】
上述のように、本発明に係るスクリューカッタ機構では、開口部の開口率は、排土側に向かうにしたがって小さくなることが好ましい。
本発明では、螺旋羽根に形成される開口部が排土側と反対側ほど大きくなる構成であって、切削土砂の移送能力は排土側で大きく、その反対側で小さくなることから、スクリュー内部への取込み土量が軸方向全体にわたって一定に保持され、切削する地盤の土圧に対応するスクリューカッタ機構の圧力も軸方向全体にわたる範囲でほぼ一定となって圧力差が生じなくなる効果を高めることができる。
【０００８】
また、本発明に係るスクリューカッタ機構では、開口部の配置間隔は、排土側に向かうにしたがって大きくなることが好ましい。
本発明では、螺旋羽根に形成される開口部の配置間隔が排土側ほど大きくなる構成であって、切削土砂の移送能力は排土側で大きく、その反対側で小さくなることから、スクリュー内部への取込み土量が軸方向全体にわたって一定に保持され、切削する地盤の土圧に対応するスクリューカッタ機構の圧力も軸方向全体にわたる範囲でほぼ一定となって圧力差が生じなくなる効果を高めることができる。
【０００９】
また、本発明に係るスクリューカッタ機構では、螺旋羽根の羽根ピッチは、排土側に向かうにしたがって大きくなることが好ましい。
本発明では、切削土砂の移送能力は螺旋羽根の羽根ピッチが大きい排土側で大きく、羽根ピッチが小さい排土側と反対側で移送能力が小さくなることから、スクリュー内部への取込み土量が軸方向全体にわたって一定に保持され、切削する地盤の土圧に対応するスクリューカッタ機構の圧力も軸方向全体にわたる範囲でほぼ一定となって圧力差が生じなくなる効果を高めることができる。
【００１０】
また、本発明に係るスクリューカッタ機構では、軸部の軸径は、排土側に向かうにしたがって細くなることが好ましい。
本発明では、軸部の軸径が細い部分では螺旋羽根の羽根ピッチ間の移送路断面が広くなる構成となり軸部の細い排土側の移送路断面ほど切削土砂の移送能力が大きく、その反対側の移送路断面で移送能力が小さくなることから、スクリュー内部への取込み土量が軸方向全体にわたって一定に保持され、切削する地盤の土圧に対応するスクリューカッタ機構の圧力も軸方向全体にわたる範囲でほぼ一定となって圧力差が生じなくなる効果を高めることができる。
【００１１】
また、本発明に係るスクリューカッタ機構では、螺旋羽根には、切削土砂を開口部に誘導する誘導板が設けられていてもよい。
本発明では、スクリューカッタ機構によって移送される切削土砂の一部が誘導板によって開口部に誘導されることから、攪拌能力の向上や移送能力の調整をより確実に行うことができる。
【００１２】
また、本発明に係るスクリューカッタ機構を用いた掘削装置では、上述したスクリューカッタ機構を備えた掘削装置であって、掘削機本体の先端に、スクリューカッタ機構をその回転軸方向を掘削方向に交差する方向に配置されていることを特徴としている。
本発明では、螺旋羽根に開口部を設けることで、攪拌能力の向上や切削土砂の移送能力を調整可能としたスクリューカッタ機構を掘削装置に備えているので、安定した掘削を行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のスクリューカッタ機構およびこれを用いた掘削装置によれば、スクリューカッタにおける攪拌能力の向上や切削土砂の移送能力を調整することが可能であるので、安定した掘削が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の第１の実施の形態によるスクリューカッタ機構およびこれを用いた掘削装置について、図１乃至図５に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態によるトンネル掘削機の概略構成を示す側面図、図２は図１に示すＡ−Ａ線断面図、図３は図１に示すトンネル掘削機の正面図、図４はトンネル掘削機に備えられるスクリューカッタの概略構成を示す斜視図、図５（ａ）は図４に示すＢ−Ｂ線矢視図、（ｂ）は同じくＣ−Ｃ線矢視図である。
【００１５】
図１に示すように、本第１の実施の形態によるスクリューカッタ２０（スクリューカッタ機構）は、トンネル掘削機１（掘削装置）の先端部に備えられ、掘削機１の推進とともに回転させて掘削土砂を取り込むためのものである。
【００１６】
図１に示すように、先ず、本第１の実施の形態が装備されているトンネル掘削機１の概略構成について説明する。
図１乃至図３に示すトンネル掘削機１は、ボックスカルバート等の矩形断面のトンネルを掘削するためのものであって、基本的には通常のシールド機と同様に、地盤を掘削しつつその後方において、コンクリート造のボックス２を組み立て、その組み立て済みのボックス２から反力をとって掘進していくように構成されたものである。
【００１７】
トンネル掘削機１の基本構成は、通常のシールド機とほぼ同様に築造すべきトンネルの断面形状に合わせて掘削機本体３の内部にトンネル掘削に必要な各種の機器類のほぼ全てを収容し、その掘削機本体３の前部には地盤掘削のためのカッタを配置したものである。
さらに具体的には、掘削機本体３は掘削すべきトンネルの断面形状に合致する矩形筒状のスキンプレート４を外殻とし、その後部には施工済みのボックス２を押圧してそこから反力をとって推進するための推進ジャッキ５が多数設けられている。また、掘削機本体３の内部にはボックス２の組み立てに使用するためのエレクタ装置６が備えられている他、トンネル掘削に必要な装置類が備えられている。
【００１８】
本トンネル掘削機１では、掘削機本体３の前部に配置されているカッタとして、切羽を矩形断面に掘削するための複数段（図では５段）のスクリューカッタ２０、１０、…と、その前部に配置された先端カッタ７とが併用されている。スクリューカッタ２０の詳細な構成については後述する。
【００１９】
各スクリューカッタ２０の前方には、それらスクリューカッタ２０では有効に掘削し得ない範囲を掘削するために先端カッタ７が配置され、その先端カッタ７として本実施の形態では一般的な回転カッタが採用されている。先端カッタ７は、各段のスクリューカッタ２０の端部を支持しているサイドフレーム８およびセンターフレーム９内に配置されていて掘削方向と平行をなす回転軸１０の先端部に設けられていて、サイドフレーム８およびセンターフレーム９の前方の地盤を掘削するものである。
【００２０】
なお、センターフレーム９内に組み込まれている回転軸１０は先端カッタ専用のものであって、それはセンターフレーム９の後部に設けられている第１駆動モータ１１によって回転駆動されるものであるが、サイドフレーム８内に組み込まれている回転軸１０はスクリューコンベヤ１２を兼用している。つまり、先端カッタ７の回転軸１０に土砂移送用の螺旋羽根を形成した構成となっており、そのスクリューコンベヤ１２および先端カッタ７はサイドフレーム８の後部に設けられている第２駆動モータ１３により回転駆動されるものである。このようにサイドフレーム８は、スクリューコンベヤ１２のケーシングの機能を兼ねたものとなっている。
【００２１】
さらに、上記した各段のスクリューカッタ２０および先端カッタ７は、図１に示すように上段側のものほどやや前方に位置するように鉛直面に対して傾斜状態で並べられて配置されることが基本とされ、その状態で固定的に設置することでも良いが、図示例のように各段のスクリューカッタ２０および先端カッタ７をそれぞれが独立に前後方向に進退可能とすることが好ましい。
【００２２】
すなわち、図示例においては、各スクリューカッタ２０の両端部を支持しているサイドフレーム８とセンターフレーム９とは支持フレーム１４によって支持されていた構成となっている。
【００２３】
そして、各段の支持フレーム１４と掘削機本体３内のメインフレーム１５との間には進退ジャッキ１６が介装されていて、各段の進退ジャッキ１６の操作により各段の支持フレーム１４を介して各段のスクリューカッタ２０および先端カッタ７を前後方向に進退させることによって、地盤状況や掘削作業工程に応じてそれぞれを最適位置に配置することができるようになっており、これにより上段側のものほどやや前方に位置するように配置するばかりでなく、逆に下段側のものほどやや前方に位置するように配置したり、全ての位置を揃えることが可能となっている。
なお、上述のように各段の支持フレーム１４には主移送装置としてのスクリューコンベヤ１２が組み込まれていることから、各段の支持フレーム１４を進退させた際には同時に各段のスクリューコンベヤ１２も一体に進退することになる。
【００２４】
次に、本トンネル掘削機１のメインカッタをなすスクリューカッタ２０の構成について具体的に説明する。
ここで、図４は、図３に示すトンネル掘削機１の正面斜視図で図３の紙面に向かって右側に位置するスクリューカッタ２０を示している。つまり、図４で紙面右側から左側を見た断面視で軸部２１を右回転させた場合に矢印Ｅ方向が土砂移送方向であり、その終点側が排土側となっている。
図２に示すように、スクリューカッタ２０は、その回転軸方向が掘削方向と直交して交差する方向に配置され、一対２台が中央のセンターフレーム９を挟んで左右両側に対称配置されていて、それらの両端部がサイドフレーム８とセンターフレーム９に対して回転自在に支持され、それらの端部内側に組み込まれた第３駆動モータ１７によって回転されるようになっている。これにより、それぞれが切羽を幅方向に掘削して、それら複数のスクリューカッタ２０、２０、…全体で矩形断面のトンネルを掘削するようになっている。
【００２５】
そして、各段における左右一対のスクリューカッタ２０、２０により掘削された掘削土砂は、それぞれ中央側（センターフレーム９側）から両側（サイドフレーム８、８側）に向かって移送されるようになっている。そして、スクリューカッタ２０によって掘削の両側方に移送された掘削土砂は、各段のサイドフレーム８内のスクリューコンベヤ１２に受け渡され、そのコンベヤ１２によって後方に移送され、排土口１８（図１、図２参照）より排出されるようになっている。
【００２６】
図４に示すように、スクリューカッタ２０は、軸部２１の周囲に一連の螺旋羽根２２が設けられるとともに、螺旋羽根２２の外周部に沿って切削ビット２３、２３、…が取り付けられている。このスクリューカッタ２０は、螺旋羽根２２の右回転により切削ビット２３で地盤を掘削すると同時に切削土砂を螺旋羽根２２によって排土側（矢印Ｅ方向）に向けて移送する構成となっている。
【００２７】
そして、螺旋羽根２２には適宜な大きさ（開口率）の複数の開口部２４、２４、…が形成され、その開口部２４は螺旋羽根２２の延びる方向に所定間隔をあけて配置されている。この開口部２４は、螺旋羽根２２の切削ビット２３を配した外周部を残した軸部２１側の一部を切り欠いたものであり、これら開口部２４、２４、…は排土側に向かうにしたがって開口率が小さくなるとともに、配置間隔が大きくなっている。
つまり、図５（ａ）に示す排土側（サイドフレーム８側）に設けられる開口部２４（符号２４Ａ）は、図５（ｂ）に示す螺旋羽根２２の排土側と反対側（トンネル掘削機１の幅方向中央部側、センターフレーム９側）に設けられる開口部２４（ここでは符号２４Ｂ）より開口率が小さく、且つ隣り合う開口部２４、２４どうしの間隔も小さくなっている。
【００２８】
次に、上述したトンネル掘削機１による掘削方法およびスクリューカッタ１の作用について、図面に基づいて詳細に説明する。
図２に示すように、本トンネル掘削機１では、各段のスクリューカッタ２０および先端カッタ７を順次（例えば上方から順に）、前方に推進させて地盤を掘削する。このときの推進順は、上方のスクリューカッタ２０から順に先に掘削することが地盤の緩みを抑える点で好ましいが、この順に限定されることはなく、また複数のスクリューカッタ２０、２０、…を同時に推進させるようにしてもかまわない。
【００２９】
各段のスクリューカッタ２０による掘削は、図１に示す推進ジャッキ１６を伸長させつつ、スクリューカッタ２０を適宜な回転速度で回転させ、螺旋羽根２２の外周部に配置されている切削ビット２３によって切羽の地盤を切削するとともに、その切削土砂は螺旋羽根２２の回転とともに排土側（図４に示す矢印Ｅ方向）へ移送され、サイドフレーム８内に備えられているスクリューコンベヤ１２に受け渡され、掘削機本体３の後方へ搬出される。
【００３０】
図４に示すように、スクリューカッタ２０は、螺旋羽根２２に複数の開口部２４、２４、…を適宜な位置に設けることで、切削土砂の一部が開口部２４より螺旋羽根２２の裏側２２ａ（排土側と反対側）に戻され、排土側（矢印Ｅ方向）へ向けて移送されないことから、開口部２４の開口率や配置間隔を変えることで、切削土砂の移送能力を調整することができる。
【００３１】
つまり、本実施の形態のスクリューカッタ２０は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、螺旋羽根２２に形成される開口部２４の面積が排土側から反対側（土砂移送方向起点側）に行くほどほど大きくなる（開口率が大きくなる）、つまり排土側に向かうほど開口率が小さくなるとともに、配置間隔は逆に排土側に行くほど大きくなる構成であって、切削土砂の移送能力は排土側で大きく、その反対側で小さくなることから、スクリュー内部への取込み土量が軸方向全体にわたって一定に保持され、切削する地盤の土圧に対応するスクリューカッタ２０の圧力も軸方向全体にわたる範囲でほぼ一定となって圧力差が生じなくなり、その結果、地盤を安定させた状態で掘削することができる。したがって、移送能力が一定である場合のように、スクリューカッタ機構の排土側で取込み土量が減少し、部分的にスクリューカッタ機構の圧力が大きくなるといった不具合を防ぐことができる。
【００３２】
さらに、螺旋羽根２２に開口部２４を設けることで、トンネルの切羽付近に注入する添加材と切削土砂の攪拌能力が向上することになり、切削部付近に添加材を加えて強制攪拌し、均質な泥土状にして流動性、止水性をもたせ、切羽の安定とスクリューコンベヤ１２からの地下水の噴出を防ぐことの確実性を高めることが可能となる。
【００３３】
上述した本第１の実施の形態によるスクリューカッタ機構およびこれを用いた掘削装置では、スクリューカッタ２０における攪拌能力の向上や切削土砂の移送能力を調整することが可能であるので、安定した掘削が可能である。すなわち、スクリューカッタ２０の軸方向全体にわたって、スクリュー内部への取込み土量を一定に保持することができ、これにより地盤の土圧に対応するスクリューカッタ２０の圧力も軸方向全体にわたってほぼ一定となり、地盤の土圧の低下をなくすことができ、トンネルの場合において、土圧低下の影響による地表面沈下の発生を抑制することができる。
また、螺旋羽根２２に開口部２４が設けられているので、攪拌性能の向上を図ることができる。
【００３４】
次に、本発明の他の実施の形態および変形例について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第１の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第１の実施の形態と異なる構成について説明する。
図６は第１の実施の形態の変形例によるスクリューカッタの概略構成を示す斜視図であって、図４に対応する図である。
図６に示すように、第１の実施の形態の変形例によるスクリューカッタ２０は、軸部２１の周囲に設けられた一連の螺旋羽根２２に、切削土砂を開口部２４に誘導する誘導板２５を設けた構成である。そして、複数の開口部２４、２４、…は、上述した第１の実施の形態では排土側（矢印Ｅ方向）に向かうにしたがって開口率と配置間隔が小さくなる構成（図４参照）としているが、本変形例では開口率、配置間隔ともに変わらない構成となっている。
【００３５】
誘導板２５は、図４と同様に軸部２１が右回転した場合に、その回転方向に対して開口部２４の下流側端部２４ａに、また移送方向（Ｅ方向）に対しては開口部２４の下流側に取り付けられている。さらに、誘導板２５は、螺旋羽根２２の表面より切削土砂の進行方向に対して鋭角となるように回転方向上流側に向かって突出された板状部材である。これにより、スクリューカッタ２０によって移送される切削土砂の一部が誘導板２５によって矢印Ｆ方向に示すように開口部２４に誘導されることから、攪拌能力向上と誘導板２５の大きさや突出角度を調整することで切削土砂の移送能力の調整を行うことができる。
【００３６】
次に、図７は第２の実施の形態によるスクリューカッタの概略構成を示す斜視図であって、図４に対応する図である。
図７に示すように、本第２の実施の形態によるスクリューカッタ３０は、軸部３１の周囲に設けられた一連の螺旋羽根３２の羽根ピッチＰ（Ｐ１〜Ｐ５）は、排土側（矢印Ｅ方向）に向かうにしたがって大きくなる構成となっている。つまり、羽根ピッチＰは、排土側と反対側に位置する符号Ｐ５から排土側に位置する符号Ｐ１の羽根ピッチの順で漸次大きくなっている。
そして、複数の開口部３４、３４、…は、上述した第１の実施の形態では排土側（矢印Ｅ方向）に向かうにしたがって開口率が小さく、且つ配置間隔が大きくなる構成（図４、図５参照）としているが、本第２の実施の形態では開口率、配置間隔ともに変わらない構成となっている。
【００３７】
このように、本第２の実施の形態では、切削土砂の移送能力は螺旋羽根３２の羽根ピッチＰが大きい排土側（符号Ｐ５の羽根ピッチ側）で大きく、羽根ピッチＰが小さい排土側と反対側（符号Ｐ１の羽根ピッチ側）で移送能力が小さくなることから、上述した第１の実施の形態と同様に、スクリュー内部への取込み土量が軸方向全体にわたって一定に保持され、切削する地盤の土圧に対応するスクリューカッタ３０の圧力も軸方向全体にわたる範囲でほぼ一定となって圧力差が生じなくなる効果を高めることができる。合わせて、攪拌能力も向上する。
【００３８】
次に、図８は第３の実施の形態によるスクリューカッタの概略構成を示す斜視図であって、図４に対応する図である。
図８に示すように、本第３の実施の形態によるスクリューカッタ４０は、軸部４１の軸径が排土側（矢印Ｅ方向）に向かうにしたがって細くなる構成となっている。
そして、複数の開口部４４、４４、…は、上述した第１の実施の形態では排土側（矢印Ｅ方向）に向かうにしたがって開口率が小さく、且つ配置間隔が大きくなる構成（図４、図５参照）としているが、本第３の実施の形態では開口率、配置間隔ともに変わらない構成となっている。
【００３９】
このように、本第３の実施の形態では、軸部４１の軸径が細い部分では螺旋羽根４２の羽根ピッチ間の切削土砂の移送路断面Ｓが広くなる構成となり軸部の細い排土側の移送路断面（符号Ｓ１）ほど切削土砂の移送能力が大きく、その反対側の移送路断面（Ｓ２）で移送能力が小さくなることから、上述した第１および第２の実施の形態と同様に、スクリュー内部への取込み土量が軸方向全体にわたって一定に保持され、切削する地盤の土圧に対応するスクリューカッタ４０の圧力も軸方向全体にわたる範囲でほぼ一定となって圧力差が生じなくなる効果を高めることができる。合わせて、攪拌能力も向上する。
【００４０】
以上、本発明によるスクリューカッタ機構およびこれを用いた掘削装置の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、スクリューカッタ２０、３０、４０の外径寸法、軸方向の長さ寸法、螺旋羽根の厚さ寸法などの構成は、第１〜第３の実施の形態に限定されることはなく、切削する地盤の硬さや地質、切削能力などの条件に応じて適宜設定することができる。
また、本実施の形態ではスクリューカッタ２０、３０、４０を矩形断面を掘削するトンネル掘削機１に採用しているが、このような形態に限定されることはなく、またトンネル掘削機１に配置されるスクリューカッタの台数、配置形態は任意に設定することができる。
【００４１】
この他、第１の実施の形態では、螺旋羽根に設けた開口部について、排土側に向かうにしたがって開口率を小さくし、且つ開口部の配置間隔を大きくしているが、排土側に向かうにしたがって、開口率を小さくするか、配置間隔を大きくするか、いずれか一方を採用するだけでもよい。
また、第１の実施の形態の変形例および第２、第３の実施の形態においては、螺旋羽根に設けた開口部の開口率、配置間隔をともに一定の値としたが、開口率については排土側に向かうにしたがって小さくすること、配置間隔については排土側に向かうにしたがって大きくすることのいずれか又は双方を採用するようにしてもよい。
それから、第２、第３の実施の形態において第１の実施の形態の変形例における誘導板を開口部に設けてもよい。
さらにまた、回転軸方向に切削土砂の移送能力の変化をつけるといった観点だけでとらえれば、第２、第３の実施の形態において、螺旋羽根の開口部は設けなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるトンネル掘削機の概略構成を示す側面図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示すトンネル掘削機の正面図である。
【図４】トンネル掘削機に備えられるスクリューカッタの概略構成を示す斜視図である。
【図５】（ａ）は図４に示すＢ−Ｂ線矢視図、（ｂ）は同じくＣ−Ｃ線矢視図である。
【図６】第１の実施の形態の変形例によるスクリューカッタの概略構成を示す斜視図であって、図４に対応する図である。
【図７】第２の実施の形態によるスクリューカッタの概略構成を示す斜視図であって、図４に対応する図である。
【図８】第３の実施の形態によるスクリューカッタの概略構成を示す斜視図であって、図４に対応する図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ トンネル掘削機（掘削装置）
２０、３０、４０ スクリューカッタ（スクリューカッタ機構）
２１、３１、４１ 軸部
２２、３２、４２ 螺旋羽根
２３、３３、４３ 切削ビット
２４、３４、４４ 開口部
２５ 誘導板
２１ａ 上面
３ スクリューコンベヤ
Ｓ１、Ｓ２ 移走路断面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部の周囲に一連の螺旋羽根が設けられ、該螺旋羽根の外周部に切削ビットが取り付けられ、前記螺旋羽根の軸回転により前記切削ビットで地盤を切削するとともに切削土砂を排土側に移送するスクリューカッタ機構であって、
前記螺旋羽根には、螺旋巻き方向に沿って複数の開口部が形成されていることを特徴とするスクリューカッタ機構。
【請求項２】
前記開口部の開口率は、排土側に向かうにしたがって小さくなることを特徴とする請求項１に記載のスクリューカッタ機構。
【請求項３】
前記開口部の配置間隔は、排土側に向かうにしたがって大きくなることを特徴とする請求項１又は２に記載のスクリューカッタ機構。
【請求項４】
前記螺旋羽根の羽根ピッチは、排土側に向かうにしたがって大きくなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のスクリューカッタ機構。
【請求項５】
前記軸部の軸径は、排土側に向かうにしたがって細くなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のスクリューカッタ機構。
【請求項６】
前記螺旋羽根には、切削土砂を前記開口部に誘導する誘導板が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のスクリューカッタ機構。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載のスクリューカッタ機構を備えた掘削装置であって、
掘削機本体の先端に、前記スクリューカッタ機構をその回転軸方向を掘削方向に交差する方向に配置されていることを特徴とするスクリューカッタ機構を用いた掘削装置。
【請求項１】
軸部の周囲に一連の螺旋羽根が設けられ、該螺旋羽根の外周部に切削ビットが取り付けられ、前記螺旋羽根の軸回転により前記切削ビットで地盤を切削するとともに切削土砂を排土側に移送するスクリューカッタ機構であって、
前記螺旋羽根には、螺旋巻き方向に沿って複数の開口部が形成されていることを特徴とするスクリューカッタ機構。
【請求項２】
前記開口部の開口率は、排土側に向かうにしたがって小さくなることを特徴とする請求項１に記載のスクリューカッタ機構。
【請求項３】
前記開口部の配置間隔は、排土側に向かうにしたがって大きくなることを特徴とする請求項１又は２に記載のスクリューカッタ機構。
【請求項４】
前記螺旋羽根の羽根ピッチは、排土側に向かうにしたがって大きくなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のスクリューカッタ機構。
【請求項５】
前記軸部の軸径は、排土側に向かうにしたがって細くなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のスクリューカッタ機構。
【請求項６】
前記螺旋羽根には、切削土砂を前記開口部に誘導する誘導板が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のスクリューカッタ機構。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載のスクリューカッタ機構を備えた掘削装置であって、
掘削機本体の先端に、前記スクリューカッタ機構をその回転軸方向を掘削方向に交差する方向に配置されていることを特徴とするスクリューカッタ機構を用いた掘削装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−３７９１２（Ｐ２０１０−３７９１２Ａ）
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０５７２４（Ｐ２００８−２０５７２４）
【出願日】平成２０年８月８日（２００８．８．８）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【出願人】（３０４０３９０６５）カヤバ システム マシナリー株式会社 (185)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月８日（２００８．８．８）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【出願人】（３０４０３９０６５）カヤバ システム マシナリー株式会社 (185)
【Ｆターム（参考）】
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