地中掘削機
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、地下鉄,道路用トンネルや上下水道等を構築すべく、そのトンネルを掘削するのに適した地中掘削機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来からこの種のものとしては、特開平５ー３２１５８８号公報に記載されたようなものがある。これは、シールド筒の前部にカッターフレームが配設され、このカッターフレームに掘削具としてのローラビットが所定の間隔をおいて複数個配設されると共に、これらが平行クランク機構により平行運動されるようになっている。そして、そのカッターフレームに、回転台座が回転可能に装着され、この回転台座に前記ローラビットが、回転台座の中心軸の周りに所定の偏心距離を回転半径として首振り運動可能に取り付けられている。
【０００３】これによれば、平行クランク機構により、カッターフレームを平行運動させたときに、ローラビットの回転中心軸が回転台座の回転中心軸の回りに所定の偏心距離を回転半径として首振り運動する。その結果、ローラビットが転動しやすい位置に移動し、スムーズに転動するので、切羽が土丹等であっても、能率良く破砕し掘削することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このような従来の地中掘削機にあっては、ローラビットを首振り運動可能に設けているため、この回転半径中には、他のローラビットを配設できないことから、必然的に各ローラビットのピッチが広くなってしまい、ローラビットにより切羽に形成される切削溝の間隔が広くなり、この点で、いまひとつ掘削性能が良好とは言い難いものであった。
【０００５】そこで、この発明は、掘削性能のより一層の向上を図る地中掘削機を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】かかる課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、進退自在に設けられた支保部の前側に、前記進退方向と直交する方向に沿うカッターフレームが平行クランク機構を介して回転自在に配設され、該カッターフレームの前面に複数のビットが配設された地中掘削機であって、前記支保部は、駆動装置により、前記進退方向と直交する方向に平行移動自在に配設される一方、前記ビットは、前記カッターフレームに回転台座を介して取り付けられ、該回転台座は、進退方向に沿う台座軸にて前記カッターフレームに回転自在に装着される一方、前記ビットへの地盤からの反力の作用点が、前記台座軸上からオフセットされた位置に設定されている地中掘削機としたことを特徴としている。
【０００７】請求項２に記載された発明は、請求項１の構成に加え、前記駆動装置による前記支保部の移動量は、前記各ビットの配設ピッチより長いと共に、該支保部の移動速度と前記カッターフレームの回転速度との関係が、該支保部が１配設ピッチ移動する間に、前記カッターフレームが１回転より多く回転するように設定されていることを特徴とする。
【０００８】請求項３に記載された発明は、請求項１又は２の構成に加え、前記支保部は、前部支保部と後部支保部とに分割され、該前部支保部は、前記後部支保部の前側に水平方向にスライド自在に設けられて前記カッターフレームを支持し、一方、前記駆動装置は、前記後部支保部の上下に、トンネル天井及びトンネル底の間に介在して該後部支保部を上下移動させる上下移動ジャッキが設けられ、又、前記前部支保部の左右に、トンネル側壁の間に介在して該前部支保部を水平移動させる水平移動ジャッキが設けられたことを特徴とする。
【０００９】請求項４に記載された発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の構成に加え、前記ビットは、円形を呈し、前記進退方向と直交する方向のビット軸にて前記回転台座に回転自在に支持され、該ビット軸は前記台座軸と近距離交叉するように設定されていることを特徴とする。
【００１０】請求項５に記載された発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の構成に加え、前記ビットは、前記回転台座と一体であると共に、該回転台座が前記カッターフレームに埋め込まれていることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態について説明する。
【００１２】［発明の実施の形態１］図１乃至図６には、この発明の実施の形態１を示す。
【００１３】まず構成について説明すると、この実施の形態１の地中掘削機１は、岩盤ＧにトンネルＴを掘削するためのもので、この地中掘削機１は以下のように構成されている。
【００１４】すなわち、この地中掘削機１は、大別すると、前側から、トンネルＴの切羽Ｔ１を掘削する掘削部２と、この掘削部２を回転,上下動及び左右動自在に支持する支保部３と、この支保部３からの掘削時の反力を受ける反力部４とを有している。
【００１５】具体的には、この反力部４は、図１及び図２に示すように、上下のそれぞれに計４本づつ上下反力ジャッキ７が配設され、更に、左右のそれぞれに水平反力ジャッキ９が設けられ、これらジャッキ７，９の先端部に、それぞれトンネルＴの内壁面に当接するトンネルＴの曲面形状に沿った反力外殻部１０が設けられている。これら反力外殻部１０を各ジャッキ７，９の駆動力により、トンネルＴの内壁面に圧接させて反力部４を固定して、前記支保部３側からの反力を受けるようにしている。
【００１６】そして、この反力部４の前面と支保部３との間には、計４本の推進ジャッキ１２が配設され、このジャッキ１２の駆動により支保部３が進退動されるようになっている。この推進ジャッキ１２は、支保部３の上下動に追従して斜めとなるように、前端部１２ａがボールジョイントにより支保部３に接続され、後端部１２ｂが反力部４に可動自在に接続されている。
【００１７】また、支保部３は、前部支保部１４と後部支保部１５とに分割され、この後部支保部１５の後端面部に、前記推進ジャッキ１２の前端部１２ａが接続され、又、この後部支保部１５の前端面部に水平方向に沿うスライド突部１５ａが上下一対形成されている。この前部支保部１４の後端面部に、そのスライド突部１５ａがスライド自在に嵌合されるスライド溝１４ａが形成され、前部支保部１４が後部支保部１５に対して水平方向にスライド自在に支持されている。そして、かかる支保部３が駆動装置１７にて、進退方向と直行する方向に平行移動自在、ここでは上下左右に平行移動自在に設定されている。
【００１８】この駆動装置１７は、まず、後部支保部１５の上下にそれぞれ計４本づつ上下移動ジャッキ１８が配設され、これらジャッキ１８により、後部支保部１５が上下動されるようになっている。これらジャッキ１８の先端部には、それぞれトンネルＴの天井及び底に当接する外殻部２１が各々独立して設けられている。また、この後部支保部１５の左右には、それぞれ水平保持ジャッキ２３が配設され、このジャッキ２３の先端部にはトンネルＴ側壁面に当接する外殻部２５が設けられている。この水平保持ジャッキ２３により、後部支保部１５の左右方向への移動が阻止されるようになっており、又、後部支保部１５が上下動されたときには、このジャッキ２３の両端部に設けられた図示省略のボールジョイントにより、傾斜することにより、その上下動を吸収できるようになっている。
【００１９】また、前部支保部１４の左右には、図１，３，４に示すように、この前部支保部１４を進退方向と直行する方向で水平方向に移動させる水平移動ジャッキ２６が配設され、これらジャッキ２６の言った陰部２６ａである先端部は、前記外殻部２５に接続されている。これらジャッキ２６の両端部２６ａは、図示省略のボールジョイントにより前部支保部１４又は外殻部２５に接続されているため、これらに対して揺動自在となっている。そして、これら水平移動ジャッキ２６が下方に垂れ下がらないようにする保持ジャッキ２７が設けられている。
【００２０】さらに、前記掘削部２は、進退方向と直交する方向方向に沿う円形のカッターフレーム２９が平行クランク機構を介して前記前部支保部１４に平行運動可能に設けられ、このカッターフレーム２９の最外周部に外周ローラビット３１が設けられ、この内側に多数のローラビット３２が所定の配設ピッチＰ１で配設されている。
【００２１】その平行クランク機構は、図１に示すように、クランク形状の回転子３３が４カ所設けられ、これら回転子３３の支保部側軸部３３ａが前記前部支保部１４の貫通孔１４ｂに回転自在に挿通される一方、回転子３３の、前記支保部側軸部３３ａとオフセットされたカッター側軸部３３ｂが、前記カッターフレーム２９に回転自在に挿通され、この回転子３３が駆動モータ３４で回転されることにより、カッターフレーム２９が平行運動されるようになっている。
【００２２】また、ローラビット３１は、主に図５に示すように、カッターフレーム２９に回転台座３６を介して取り付けられている。詳しくは、回転台座３６は、進退方向に沿う台座軸３６ａにて軸受け３７を介してカッターフレーム２９に回転自在に装着されると共に、この回転台座３６には、ローラビット３１を支持する一対の支持突片３６ｂが形成されている。そして、この支持突片３６ｂに、円形を呈するローラビット３１が、進退方向と直交する方向のビット軸３８にて回転自在に支持されている。このビット軸３８は台座軸３６ａと図５の（ｂ）中距離ｅ離間した状態で近距離交叉するように設定されている。これにより、ローラビット３１への岩盤Ｇからの反力の作用点が、台座軸３６ａ上からオフセットされた位置に設定されている。
【００２３】ところで、前記駆動装置１７による支保部３の上下又は水平方向への移動量は、前記各ローラビット３１の配設ピッチＰ１より長く設定されている。また、支保部３の移動速度Ｖｓとカッターフレーム２９の平行運動速度Ｎとの関係は、支保部３が１配設ピッチＰ１移動する間に、カッターフレーム２９が１回転より多く回転するように設定されている。従って、図６に示すように、切羽Ｔ１に形成されるローラビット３１の切削溝Ｔ２の切削溝ピッチＰ２が、ローラビット３１の配設ピッチＰ１より小さくなる。
【００２４】ここで、その切削溝ピッチＰ２,移動速度Ｖｓ及び平行運動速度Ｎの関係は、配設ピッチＰ１間の移動に要する時間をｔとすると、Ｎｔ・Ｐ２＝Ｐ１……■Ｖｓ・ｔ ＝Ｐ１……■■及び■より、Ｐ２＝Ｖｓ／Ｎが成立する。従って、この式より、Ｐ２＜Ｐ１となるように、Ｖｓ及びＮを求める。また、Ｐ２は掘削対象岩盤Ｇの硬さや強度、節理の程度により適宜決定されるものである。
【００２５】なお、符号４０はズリ搬出装置で、この実施の形態１では、例えばベルトコンベアにて構成されている。
【００２６】次に、作用について説明する。
【００２７】岩盤ＧにトンネルＴを掘削するには、まず、反力部４側の各ジャッキ７,９にて反力外殻部１０をトンネルＴ内壁面に押圧することにより、反力部４を所定の位置で固定する。この状態で、推進ジャッキ１２により、支保部３及び掘削部２を前進させて各ローラビット３０，３１をトンネルＴの切羽Ｔ１に押し付ける。これと共に、各駆動モータ３４を駆動させて回転子３３を介してカッターフレーム２９を平行運動させる。これにより、複数の外周ローラビット３０及びローラビット３１が図１中半径Ｒで回転運動する。
【００２８】これにより、各ローラビット３１で、図５の（ａ）に示すように、切羽Ｔ１に切削溝Ｔ２が形成され、この溝Ｔ２が接近して形成されることにより、ローラビット３１が岩盤Ｇに食い込み、くさび効果により、順次岩盤Ｇが破砕されて掘削されることとなる。
【００２９】この掘削時には、ビット軸３８は台座軸３６ａと図５の（ｂ）中距離ｅ離間した状態で近距離交叉するように設定されているため、回転台座３６がいわゆる首振り運動をしてローラビット３１の刃の方向が、カッターフレーム２９平行運動によるローラビット３１の回転運動の接線方向を向くこととなる。従って、ローラービット３１はビット軸３８を中心に円滑に回転運動をすることにより、切削溝Ｔ２が良好に形成され、掘削性能が確保されることとなる。
【００３０】しかし、このようにローラビット３１を回転台座３６を介して台座軸３６ａを中心に回転するようにしているため、各ローラビット３１はそれ程接近させて配設することができない。その結果、カッターフレーム２９を単に回転させただけでは、ローラビット３１により形成される切削溝Ｔ２の間隔が広くなり、岩盤Ｇを破砕し難くなる。
【００３１】このため、この発明では、上記動作に加えて、駆動装置１７により支保部３を上下左右方向に移動させるようにしている。
【００３２】すなわち、上下動させる場合には、駆動装置１７の上下移動ジャッキ１８を駆動させることにより、後部支保部１５、ひいては支保部３全体を上下動させることにより、この支保部３に支持されているカッターフレーム２９が上下動されることとなる。
【００３３】また、左右動させる場合には、水平移動ジャッキ２６を駆動させることにより、前部支保部１４が後部支保部１５に対してスライド溝１４ａ・スライド突部１５ａを介して水平方向に移動させることにより、この前部支保部１４に支持されているカッターフレーム２９が水平方向に移動されるようになっている。
【００３４】勿論、上下移動ジャッキ１８と水平移動ジャッキ２６を同時に駆動させれば、カッターフレーム２９を斜め上方又は斜め下方に移動させることができる。
【００３５】この際には、上述のように、カッターフレーム２９の移動量は、各ローラビット３１の配設ピッチＰ１より長く設定され、又、支保部３の移動速度Ｖｓとカッターフレーム２９の平行運動速度Ｎとの関係は、カッターフレーム２９が１配設ピッチＰ１移動する間に、カッターフレーム２９が１回転より多く回転するように設定されている。
【００３６】従って、ローラビット３１の切削溝Ｔ２の軌跡が図６に示すように隣接するローラビット３１の間にも３本形成されることとなり、切削溝ピッチＰ２が極めて接近するため、掘削性能を極めて向上させることができる。
【００３７】また、上述のように、支保部３を上下左右に平行移動させるようにしているため、従来と同一の径のトンネルＴを掘削しようとすれば、カッターフレーム２９の外形を小さくできる。
【００３８】さらに、岩盤Ｇを掘削する場合、その岩盤Ｇの崩れを、それ程考慮する必要がないときは、各ジャッキ１８,２６等の先端部に独立した外殻部２１，２５を設けて、これをトンネルＴの内壁面に当接させるだけで良いため、支保部３等の全体を覆うような筒状のシールドを用いる必要が無く、構造を簡単にできる。
【００３９】［発明の実施の形態２］図７には、この発明の実施の形態２を示す。
【００４０】この実施に形態２は、ビットの構成が実施の形態１と異なっている。すなわち、この実施の形態２のビット４２は、回転台座４３が一体に形成され、回転台座４３の進退方向に沿う台座軸４３ａにより、軸受け３７を介してカッターフレーム２９に装着されている。
【００４１】そして、このビット４２への岩盤Ｇからの反力の作用点Ｓが、前記台座軸４３ａ上からオフセットされた位置に設定されている。
【００４２】これにより、ビット４２がいわゆる首振り運動をしてビット４２の刃の方向が常に回転方向に沿うようになっており、良好に切削溝Ｔ２を形成することができる。
【００４３】他の構成及び作用は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００４４】なお、上記各実施の形態では、岩盤Ｇを掘削する掘削機１について説明したが、これに限らず、もっと軟質の地盤を掘削する掘削機にも、この発明を適用できることは勿論である。また、上記各実施の形態では、支保部３を３６０度の範囲で移動可能としているが、上下又は左右等の一方向でも良い。
【００４５】
【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、カッターフレームを支持する支保部を、進退方向と直行する方向に平行移動させることにより、ビットには、その平行移動と、カッターフレームの平行運動とが複合された運動が付与されるため、より複雑な動きをすることから、ビットの配設ピッチが多少広くても、切削溝のピッチを狭くすることができ、掘削性能を向上させることができる。
【００４６】また、その平行移動をさせることにより、その分、カッターフレームの外形が小さくても、広い範囲の掘削を行うことができる。
【００４７】請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、支保部の移動量は、各ビットの配設ピッチより長いと共に、支保部の移動速度とカッターフレームの平行運動速度との関係が、支保部が１配設ピッチ移動する間に、カッターフレーム上のビットが１回転より多く回転するように設定されているため、ビットの切削溝の軌跡が、隣接するビットの間にも形成されることとなり、切削溝ピッチが極めて接近するため、掘削性能を極めて向上させることができる。
【００４８】請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加え、より安定した状態で支保部を平行移動させることができる。
【００４９】請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３の何れかに記載の効果と同様な効果が得られる。
【００５０】請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至３の何れかに記載の効果に加え、回転台座がカッターフレームに埋め込まれているため、破砕岩により回転台座が損傷を受けることがない、という実用上有益な効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係るトンネル掘削状態を示す断面図である。
【図２】同実施の形態１に係る図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】同実施の形態１に係る図１のＢーＢ線に沿う断面図である。
【図４】同実施の形態１に係る図１のＣーＣ線に沿う断面図である。
【図５】同実施の形態１に係るローラビット配設状態を示す図である。
【図６】同実施の形態１に係るローラビットによる切削溝の軌跡を示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態２を示す図５の（ｂ）に相当する断面図である。
【符号の説明】
１ 地中掘削機
２ 掘削部
３ 支保部
４ 反力部
14 前部支保部
15 後部支保部
17 駆動装置
18 上下移動ジャッキ
21,25 外殻部
26 水平移動ジャッキ
29 カッターフレーム
31 ローラビット
平行クランク機構
33 回転子
34 駆動モータ
36 回転台座
36a 台座軸
38 ビット軸
42 ビット
43 回転台座
Ｇ 岩盤
Ｔ トンネル
Ｓ 作用点
P1 配設ピッチ
Vs 移動速度
Ｎ 回転速度
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、地下鉄,道路用トンネルや上下水道等を構築すべく、そのトンネルを掘削するのに適した地中掘削機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来からこの種のものとしては、特開平５ー３２１５８８号公報に記載されたようなものがある。これは、シールド筒の前部にカッターフレームが配設され、このカッターフレームに掘削具としてのローラビットが所定の間隔をおいて複数個配設されると共に、これらが平行クランク機構により平行運動されるようになっている。そして、そのカッターフレームに、回転台座が回転可能に装着され、この回転台座に前記ローラビットが、回転台座の中心軸の周りに所定の偏心距離を回転半径として首振り運動可能に取り付けられている。
【０００３】これによれば、平行クランク機構により、カッターフレームを平行運動させたときに、ローラビットの回転中心軸が回転台座の回転中心軸の回りに所定の偏心距離を回転半径として首振り運動する。その結果、ローラビットが転動しやすい位置に移動し、スムーズに転動するので、切羽が土丹等であっても、能率良く破砕し掘削することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このような従来の地中掘削機にあっては、ローラビットを首振り運動可能に設けているため、この回転半径中には、他のローラビットを配設できないことから、必然的に各ローラビットのピッチが広くなってしまい、ローラビットにより切羽に形成される切削溝の間隔が広くなり、この点で、いまひとつ掘削性能が良好とは言い難いものであった。
【０００５】そこで、この発明は、掘削性能のより一層の向上を図る地中掘削機を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】かかる課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、進退自在に設けられた支保部の前側に、前記進退方向と直交する方向に沿うカッターフレームが平行クランク機構を介して回転自在に配設され、該カッターフレームの前面に複数のビットが配設された地中掘削機であって、前記支保部は、駆動装置により、前記進退方向と直交する方向に平行移動自在に配設される一方、前記ビットは、前記カッターフレームに回転台座を介して取り付けられ、該回転台座は、進退方向に沿う台座軸にて前記カッターフレームに回転自在に装着される一方、前記ビットへの地盤からの反力の作用点が、前記台座軸上からオフセットされた位置に設定されている地中掘削機としたことを特徴としている。
【０００７】請求項２に記載された発明は、請求項１の構成に加え、前記駆動装置による前記支保部の移動量は、前記各ビットの配設ピッチより長いと共に、該支保部の移動速度と前記カッターフレームの回転速度との関係が、該支保部が１配設ピッチ移動する間に、前記カッターフレームが１回転より多く回転するように設定されていることを特徴とする。
【０００８】請求項３に記載された発明は、請求項１又は２の構成に加え、前記支保部は、前部支保部と後部支保部とに分割され、該前部支保部は、前記後部支保部の前側に水平方向にスライド自在に設けられて前記カッターフレームを支持し、一方、前記駆動装置は、前記後部支保部の上下に、トンネル天井及びトンネル底の間に介在して該後部支保部を上下移動させる上下移動ジャッキが設けられ、又、前記前部支保部の左右に、トンネル側壁の間に介在して該前部支保部を水平移動させる水平移動ジャッキが設けられたことを特徴とする。
【０００９】請求項４に記載された発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の構成に加え、前記ビットは、円形を呈し、前記進退方向と直交する方向のビット軸にて前記回転台座に回転自在に支持され、該ビット軸は前記台座軸と近距離交叉するように設定されていることを特徴とする。
【００１０】請求項５に記載された発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の構成に加え、前記ビットは、前記回転台座と一体であると共に、該回転台座が前記カッターフレームに埋め込まれていることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態について説明する。
【００１２】［発明の実施の形態１］図１乃至図６には、この発明の実施の形態１を示す。
【００１３】まず構成について説明すると、この実施の形態１の地中掘削機１は、岩盤ＧにトンネルＴを掘削するためのもので、この地中掘削機１は以下のように構成されている。
【００１４】すなわち、この地中掘削機１は、大別すると、前側から、トンネルＴの切羽Ｔ１を掘削する掘削部２と、この掘削部２を回転,上下動及び左右動自在に支持する支保部３と、この支保部３からの掘削時の反力を受ける反力部４とを有している。
【００１５】具体的には、この反力部４は、図１及び図２に示すように、上下のそれぞれに計４本づつ上下反力ジャッキ７が配設され、更に、左右のそれぞれに水平反力ジャッキ９が設けられ、これらジャッキ７，９の先端部に、それぞれトンネルＴの内壁面に当接するトンネルＴの曲面形状に沿った反力外殻部１０が設けられている。これら反力外殻部１０を各ジャッキ７，９の駆動力により、トンネルＴの内壁面に圧接させて反力部４を固定して、前記支保部３側からの反力を受けるようにしている。
【００１６】そして、この反力部４の前面と支保部３との間には、計４本の推進ジャッキ１２が配設され、このジャッキ１２の駆動により支保部３が進退動されるようになっている。この推進ジャッキ１２は、支保部３の上下動に追従して斜めとなるように、前端部１２ａがボールジョイントにより支保部３に接続され、後端部１２ｂが反力部４に可動自在に接続されている。
【００１７】また、支保部３は、前部支保部１４と後部支保部１５とに分割され、この後部支保部１５の後端面部に、前記推進ジャッキ１２の前端部１２ａが接続され、又、この後部支保部１５の前端面部に水平方向に沿うスライド突部１５ａが上下一対形成されている。この前部支保部１４の後端面部に、そのスライド突部１５ａがスライド自在に嵌合されるスライド溝１４ａが形成され、前部支保部１４が後部支保部１５に対して水平方向にスライド自在に支持されている。そして、かかる支保部３が駆動装置１７にて、進退方向と直行する方向に平行移動自在、ここでは上下左右に平行移動自在に設定されている。
【００１８】この駆動装置１７は、まず、後部支保部１５の上下にそれぞれ計４本づつ上下移動ジャッキ１８が配設され、これらジャッキ１８により、後部支保部１５が上下動されるようになっている。これらジャッキ１８の先端部には、それぞれトンネルＴの天井及び底に当接する外殻部２１が各々独立して設けられている。また、この後部支保部１５の左右には、それぞれ水平保持ジャッキ２３が配設され、このジャッキ２３の先端部にはトンネルＴ側壁面に当接する外殻部２５が設けられている。この水平保持ジャッキ２３により、後部支保部１５の左右方向への移動が阻止されるようになっており、又、後部支保部１５が上下動されたときには、このジャッキ２３の両端部に設けられた図示省略のボールジョイントにより、傾斜することにより、その上下動を吸収できるようになっている。
【００１９】また、前部支保部１４の左右には、図１，３，４に示すように、この前部支保部１４を進退方向と直行する方向で水平方向に移動させる水平移動ジャッキ２６が配設され、これらジャッキ２６の言った陰部２６ａである先端部は、前記外殻部２５に接続されている。これらジャッキ２６の両端部２６ａは、図示省略のボールジョイントにより前部支保部１４又は外殻部２５に接続されているため、これらに対して揺動自在となっている。そして、これら水平移動ジャッキ２６が下方に垂れ下がらないようにする保持ジャッキ２７が設けられている。
【００２０】さらに、前記掘削部２は、進退方向と直交する方向方向に沿う円形のカッターフレーム２９が平行クランク機構を介して前記前部支保部１４に平行運動可能に設けられ、このカッターフレーム２９の最外周部に外周ローラビット３１が設けられ、この内側に多数のローラビット３２が所定の配設ピッチＰ１で配設されている。
【００２１】その平行クランク機構は、図１に示すように、クランク形状の回転子３３が４カ所設けられ、これら回転子３３の支保部側軸部３３ａが前記前部支保部１４の貫通孔１４ｂに回転自在に挿通される一方、回転子３３の、前記支保部側軸部３３ａとオフセットされたカッター側軸部３３ｂが、前記カッターフレーム２９に回転自在に挿通され、この回転子３３が駆動モータ３４で回転されることにより、カッターフレーム２９が平行運動されるようになっている。
【００２２】また、ローラビット３１は、主に図５に示すように、カッターフレーム２９に回転台座３６を介して取り付けられている。詳しくは、回転台座３６は、進退方向に沿う台座軸３６ａにて軸受け３７を介してカッターフレーム２９に回転自在に装着されると共に、この回転台座３６には、ローラビット３１を支持する一対の支持突片３６ｂが形成されている。そして、この支持突片３６ｂに、円形を呈するローラビット３１が、進退方向と直交する方向のビット軸３８にて回転自在に支持されている。このビット軸３８は台座軸３６ａと図５の（ｂ）中距離ｅ離間した状態で近距離交叉するように設定されている。これにより、ローラビット３１への岩盤Ｇからの反力の作用点が、台座軸３６ａ上からオフセットされた位置に設定されている。
【００２３】ところで、前記駆動装置１７による支保部３の上下又は水平方向への移動量は、前記各ローラビット３１の配設ピッチＰ１より長く設定されている。また、支保部３の移動速度Ｖｓとカッターフレーム２９の平行運動速度Ｎとの関係は、支保部３が１配設ピッチＰ１移動する間に、カッターフレーム２９が１回転より多く回転するように設定されている。従って、図６に示すように、切羽Ｔ１に形成されるローラビット３１の切削溝Ｔ２の切削溝ピッチＰ２が、ローラビット３１の配設ピッチＰ１より小さくなる。
【００２４】ここで、その切削溝ピッチＰ２,移動速度Ｖｓ及び平行運動速度Ｎの関係は、配設ピッチＰ１間の移動に要する時間をｔとすると、Ｎｔ・Ｐ２＝Ｐ１……
【００２５】なお、符号４０はズリ搬出装置で、この実施の形態１では、例えばベルトコンベアにて構成されている。
【００２６】次に、作用について説明する。
【００２７】岩盤ＧにトンネルＴを掘削するには、まず、反力部４側の各ジャッキ７,９にて反力外殻部１０をトンネルＴ内壁面に押圧することにより、反力部４を所定の位置で固定する。この状態で、推進ジャッキ１２により、支保部３及び掘削部２を前進させて各ローラビット３０，３１をトンネルＴの切羽Ｔ１に押し付ける。これと共に、各駆動モータ３４を駆動させて回転子３３を介してカッターフレーム２９を平行運動させる。これにより、複数の外周ローラビット３０及びローラビット３１が図１中半径Ｒで回転運動する。
【００２８】これにより、各ローラビット３１で、図５の（ａ）に示すように、切羽Ｔ１に切削溝Ｔ２が形成され、この溝Ｔ２が接近して形成されることにより、ローラビット３１が岩盤Ｇに食い込み、くさび効果により、順次岩盤Ｇが破砕されて掘削されることとなる。
【００２９】この掘削時には、ビット軸３８は台座軸３６ａと図５の（ｂ）中距離ｅ離間した状態で近距離交叉するように設定されているため、回転台座３６がいわゆる首振り運動をしてローラビット３１の刃の方向が、カッターフレーム２９平行運動によるローラビット３１の回転運動の接線方向を向くこととなる。従って、ローラービット３１はビット軸３８を中心に円滑に回転運動をすることにより、切削溝Ｔ２が良好に形成され、掘削性能が確保されることとなる。
【００３０】しかし、このようにローラビット３１を回転台座３６を介して台座軸３６ａを中心に回転するようにしているため、各ローラビット３１はそれ程接近させて配設することができない。その結果、カッターフレーム２９を単に回転させただけでは、ローラビット３１により形成される切削溝Ｔ２の間隔が広くなり、岩盤Ｇを破砕し難くなる。
【００３１】このため、この発明では、上記動作に加えて、駆動装置１７により支保部３を上下左右方向に移動させるようにしている。
【００３２】すなわち、上下動させる場合には、駆動装置１７の上下移動ジャッキ１８を駆動させることにより、後部支保部１５、ひいては支保部３全体を上下動させることにより、この支保部３に支持されているカッターフレーム２９が上下動されることとなる。
【００３３】また、左右動させる場合には、水平移動ジャッキ２６を駆動させることにより、前部支保部１４が後部支保部１５に対してスライド溝１４ａ・スライド突部１５ａを介して水平方向に移動させることにより、この前部支保部１４に支持されているカッターフレーム２９が水平方向に移動されるようになっている。
【００３４】勿論、上下移動ジャッキ１８と水平移動ジャッキ２６を同時に駆動させれば、カッターフレーム２９を斜め上方又は斜め下方に移動させることができる。
【００３５】この際には、上述のように、カッターフレーム２９の移動量は、各ローラビット３１の配設ピッチＰ１より長く設定され、又、支保部３の移動速度Ｖｓとカッターフレーム２９の平行運動速度Ｎとの関係は、カッターフレーム２９が１配設ピッチＰ１移動する間に、カッターフレーム２９が１回転より多く回転するように設定されている。
【００３６】従って、ローラビット３１の切削溝Ｔ２の軌跡が図６に示すように隣接するローラビット３１の間にも３本形成されることとなり、切削溝ピッチＰ２が極めて接近するため、掘削性能を極めて向上させることができる。
【００３７】また、上述のように、支保部３を上下左右に平行移動させるようにしているため、従来と同一の径のトンネルＴを掘削しようとすれば、カッターフレーム２９の外形を小さくできる。
【００３８】さらに、岩盤Ｇを掘削する場合、その岩盤Ｇの崩れを、それ程考慮する必要がないときは、各ジャッキ１８,２６等の先端部に独立した外殻部２１，２５を設けて、これをトンネルＴの内壁面に当接させるだけで良いため、支保部３等の全体を覆うような筒状のシールドを用いる必要が無く、構造を簡単にできる。
【００３９】［発明の実施の形態２］図７には、この発明の実施の形態２を示す。
【００４０】この実施に形態２は、ビットの構成が実施の形態１と異なっている。すなわち、この実施の形態２のビット４２は、回転台座４３が一体に形成され、回転台座４３の進退方向に沿う台座軸４３ａにより、軸受け３７を介してカッターフレーム２９に装着されている。
【００４１】そして、このビット４２への岩盤Ｇからの反力の作用点Ｓが、前記台座軸４３ａ上からオフセットされた位置に設定されている。
【００４２】これにより、ビット４２がいわゆる首振り運動をしてビット４２の刃の方向が常に回転方向に沿うようになっており、良好に切削溝Ｔ２を形成することができる。
【００４３】他の構成及び作用は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００４４】なお、上記各実施の形態では、岩盤Ｇを掘削する掘削機１について説明したが、これに限らず、もっと軟質の地盤を掘削する掘削機にも、この発明を適用できることは勿論である。また、上記各実施の形態では、支保部３を３６０度の範囲で移動可能としているが、上下又は左右等の一方向でも良い。
【００４５】
【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、カッターフレームを支持する支保部を、進退方向と直行する方向に平行移動させることにより、ビットには、その平行移動と、カッターフレームの平行運動とが複合された運動が付与されるため、より複雑な動きをすることから、ビットの配設ピッチが多少広くても、切削溝のピッチを狭くすることができ、掘削性能を向上させることができる。
【００４６】また、その平行移動をさせることにより、その分、カッターフレームの外形が小さくても、広い範囲の掘削を行うことができる。
【００４７】請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、支保部の移動量は、各ビットの配設ピッチより長いと共に、支保部の移動速度とカッターフレームの平行運動速度との関係が、支保部が１配設ピッチ移動する間に、カッターフレーム上のビットが１回転より多く回転するように設定されているため、ビットの切削溝の軌跡が、隣接するビットの間にも形成されることとなり、切削溝ピッチが極めて接近するため、掘削性能を極めて向上させることができる。
【００４８】請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加え、より安定した状態で支保部を平行移動させることができる。
【００４９】請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３の何れかに記載の効果と同様な効果が得られる。
【００５０】請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至３の何れかに記載の効果に加え、回転台座がカッターフレームに埋め込まれているため、破砕岩により回転台座が損傷を受けることがない、という実用上有益な効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係るトンネル掘削状態を示す断面図である。
【図２】同実施の形態１に係る図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】同実施の形態１に係る図１のＢーＢ線に沿う断面図である。
【図４】同実施の形態１に係る図１のＣーＣ線に沿う断面図である。
【図５】同実施の形態１に係るローラビット配設状態を示す図である。
【図６】同実施の形態１に係るローラビットによる切削溝の軌跡を示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態２を示す図５の（ｂ）に相当する断面図である。
【符号の説明】
１ 地中掘削機
２ 掘削部
３ 支保部
４ 反力部
14 前部支保部
15 後部支保部
17 駆動装置
18 上下移動ジャッキ
21,25 外殻部
26 水平移動ジャッキ
29 カッターフレーム
31 ローラビット
平行クランク機構
33 回転子
34 駆動モータ
36 回転台座
36a 台座軸
38 ビット軸
42 ビット
43 回転台座
Ｇ 岩盤
Ｔ トンネル
Ｓ 作用点
P1 配設ピッチ
Vs 移動速度
Ｎ 回転速度
【特許請求の範囲】
【請求項１】 進退自在に設けられた支保部の前側に、前記進退方向と直交する方向に沿うカッターフレームが平行クランク機構を介して回転自在に配設され、該カッターフレームの前面に複数のビットが配設された地中掘削機であって、前記支保部は、駆動装置により、前記進退方向と直交する方向に平行移動自在に配設される一方、前記ビットは、前記カッターフレームに回転台座を介して取り付けられ、該回転台座は、進退方向に沿う台座軸にて前記カッターフレームに回転自在に装着される一方、前記ビットへの地盤からの反力の作用点が、前記台座軸上からオフセットされた位置に設定されていることを特徴とする地中掘削機。
【請求項２】 前記駆動装置による前記支保部の移動量は、前記各ビットの配設ピッチより長いと共に、該支保部の移動速度と前記カッターフレームの回転速度との関係が、該支保部が１配設ピッチ移動する間に、前記カッターフレームが１回転より多く回転するように設定されていることを特徴とする請求項１記載の地中掘削機。
【請求項３】 前記支保部は、前部支保部と後部支保部とに分割され、該前部支保部は、前記後部支保部の前側に水平方向にスライド自在に設けられて前記カッターフレームを支持し、一方、前記駆動装置は、前記後部支保部の上下に、トンネル天井及びトンネル底の間に介在して該後部支保部を上下移動させる上下移動ジャッキが設けられ、又、前記前部支保部の左右に、トンネル側壁の間に介在して該前部支保部を水平移動させる水平移動ジャッキが設けられたことを特徴とする請求項１又は２記載の地中掘削機。
【請求項４】 前記ビットは、円形を呈し、前記進退方向と直交する方向のビット軸にて前記回転台座に回転自在に支持され、該ビット軸は前記台座軸と近距離交叉するように設定されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の地中掘削機。
【請求項５】 前記ビットは、前記回転台座と一体であると共に、該回転台座が前記カッターフレームに埋め込まれていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の地中掘削機。
【請求項１】 進退自在に設けられた支保部の前側に、前記進退方向と直交する方向に沿うカッターフレームが平行クランク機構を介して回転自在に配設され、該カッターフレームの前面に複数のビットが配設された地中掘削機であって、前記支保部は、駆動装置により、前記進退方向と直交する方向に平行移動自在に配設される一方、前記ビットは、前記カッターフレームに回転台座を介して取り付けられ、該回転台座は、進退方向に沿う台座軸にて前記カッターフレームに回転自在に装着される一方、前記ビットへの地盤からの反力の作用点が、前記台座軸上からオフセットされた位置に設定されていることを特徴とする地中掘削機。
【請求項２】 前記駆動装置による前記支保部の移動量は、前記各ビットの配設ピッチより長いと共に、該支保部の移動速度と前記カッターフレームの回転速度との関係が、該支保部が１配設ピッチ移動する間に、前記カッターフレームが１回転より多く回転するように設定されていることを特徴とする請求項１記載の地中掘削機。
【請求項３】 前記支保部は、前部支保部と後部支保部とに分割され、該前部支保部は、前記後部支保部の前側に水平方向にスライド自在に設けられて前記カッターフレームを支持し、一方、前記駆動装置は、前記後部支保部の上下に、トンネル天井及びトンネル底の間に介在して該後部支保部を上下移動させる上下移動ジャッキが設けられ、又、前記前部支保部の左右に、トンネル側壁の間に介在して該前部支保部を水平移動させる水平移動ジャッキが設けられたことを特徴とする請求項１又は２記載の地中掘削機。
【請求項４】 前記ビットは、円形を呈し、前記進退方向と直交する方向のビット軸にて前記回転台座に回転自在に支持され、該ビット軸は前記台座軸と近距離交叉するように設定されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の地中掘削機。
【請求項５】 前記ビットは、前記回転台座と一体であると共に、該回転台座が前記カッターフレームに埋め込まれていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の地中掘削機。
【図６】
【図７】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【特許番号】特許第３０１１８８７号（Ｐ３０１１８８７）
【登録日】平成１１年１２月１０日（１９９９．１２．１０）
【発行日】平成１２年２月２１日（２０００．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平８−１９５６０３
【出願日】平成８年７月６日（１９９６．７．６）
【公開番号】特開平１０−１８７７９
【公開日】平成１０年１月２０日（１９９８．１．２０）
【審査請求日】平成９年１０月１７日（１９９７．１０．１７）
【出願人】（０００２０７７８０）大豊建設株式会社 (77)
【登録日】平成１１年１２月１０日（１９９９．１２．１０）
【発行日】平成１２年２月２１日（２０００．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成８年７月６日（１９９６．７．６）
【公開番号】特開平１０−１８７７９
【公開日】平成１０年１月２０日（１９９８．１．２０）
【審査請求日】平成９年１０月１７日（１９９７．１０．１７）
【出願人】（０００２０７７８０）大豊建設株式会社 (77)
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