JP3338584B2 - 掘進機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カッターディスクを掘
進機の軸心と同心回転させて地盤を掘削すると共に、掘
削した土砂に含まれた礫を偏心回転するコーンローター
によって破砕し得るように構成した掘進機の改良に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】本件出願人は、岩盤から巨礫層，粘性土
に至る全ての土質に対応することが可能であり、特に、
粘性土の掘削に効果を発揮し得る掘進機を開発している
（特公平7-995 号公報）。この掘進機は、ローラービッ
トを取り付け且つ本体の軸心と同心回転するカッターデ
ィスクと、本体の軸心に対し偏心回転するコーンロータ
ーと、予め設定された偏心部を有するクランク軸とを有
し、カッターディスクをクランク軸の先端に回転不能に
装着すると共にコーンローターをクランク軸の偏心部に
回転可能に装着して構成されている。

【０００３】上記掘進機は発進立坑に設置された元押し
装置によって推力を付与され、カッターディスクに取り
付けたローラービットによって岩盤や巨礫層或いは粘性
土を掘削して土砂を削土室に取り込み、削土室に取り込
んだ土砂に含まれた礫を偏心回転するコーンロータによ
って破砕し、破砕した礫及び土砂を外部に排出すること
で、地中にトンネルを掘削し或いは管路を敷設すること
が可能である。

【０００４】また上記掘進機では軸が片持ち梁状のクラ
ンク軸として構成され、隔壁によって支持される支持部
の断面内に偏心部が形成され、且つ該偏心部の断面内に
支持部と同一軸心を有する先端部が形成される。このた
め、クランク軸は支持部から先端部に向けて形成された
コーンローターの装着部である偏心部，カッターディス
クの装着部である先端部を順次直径を縮小させて形成せ
ざるを得ない。

【０００５】一方、地盤を掘削する際のカッターディス
クを駆動する動力はクランク軸を介して伝達されるた
め、該クランク軸の先端部の直径及び該先端部とカッタ
ーディスクとの結合構造は伝達すべき動力及び回転数等
の設計条件に応じて設計される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】軸を介してカッターデ
ィスクに動力を伝達する場合、両者をキー或いはスプラ
インによって結合するのが一般である。然し、軸径に対
しキー溝の深さが大きくなると形状係数が増大して溝に
対する応力集中が増大するため、上記掘進機では、軸と
カッターディスクをスプラインによって結合している。
このため、軸の先端部及びカッターディスクのボスにス
プラインを構成する多条溝を正確な寸法と平行度を持っ
て加工することが必要となり、加工コストが上昇すると
いう問題がある。

【０００７】またコーンローターはローラーベアリング
を介してクランク軸に支持され、該ベアリングはオイル
バス方式で潤滑されている。このため、コーンローター
の両端面には潤滑油の漏洩を防止し或いは削土室の泥水
の浸入を防止するためにシール装置を構成している。こ
のシール装置はコーンローターが偏心回転することから
複雑な機構にせざるを得ず、加工コストやシール装置の
消耗に伴う交換コストが高いという問題がある。

【０００８】本発明の目的は、軸に対する加工及びシー
ル部の加工を軽減させてコストを低減することが出来る
掘進機を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明に係る掘進機は、地盤を掘削するカッターディ
スクと掘削した礫を破砕するコーンローターと前記カッ
ターディスク及びコーンローターを装着する軸を有する
掘進機に於いて、前記軸を掘進機の軸心と略一致した軸
部と該軸部から所定距離偏心した偏心部とからなる偏心
軸として構成すると共に、前記カッターディスクのボス
に前記偏心軸に於ける偏心部の偏心量と等しい偏心量を
持った穴を形成し、前記コーンローターを前記偏心軸の
偏心部に回転可能に装着すると共に、前記カッターディ
スクを前記穴を介して前記偏心軸の先端に回転不能に装
着して構成されるものである。

【００１０】

【作用】上記掘進機では、軸を掘進機の軸心と一致した
軸部と該軸部から偏心した偏心部からなる偏心軸として
構成したので、該軸の先端部の直径を偏心部の直径と略
同等にすることが出来る。またカッターディスクのボス
に偏心軸の偏心量と等しい偏心量を持った穴を形成し、
この穴に偏心軸の先端を嵌合させてカッターディスクを
取り付けることで、該カッターディスクを偏心軸に対し
て回転不能に装着すると共に、カッターディスクを掘進
機と同心回転させることが出来る。従って、偏心軸の先
端をクランク軸の先端部よりも太くすることが可能とな
り、該先端部とカッターディスクを結合させる際の構造
の自由度を向上させることが出来る。即ち、先端部の軸
径を太くすることが可能なため、溝を形成した場合に該
溝の軸径に対する比が小さくなり、形状係数を小さくし
て応力集中を軽減させることが出来る。従って、カッタ
ーディスクをキー結合させることが可能となり、１本の
キー溝を加工することでカッターディスクを結合するこ
とが出来、軸に対する加工を軽減させて加工コストを低
減することが出来る。

【００１１】またカッターディスクとコーンローターを
共に偏心軸の偏心部に装着することによって、両者の間
に相対的な偏心回転が生じることがない。このため、シ
ール部の構成を簡単なものにすることが可能となり、加
工コストを低減することが出来る。

【００１２】

【実施例】以下、上記掘進機の一実施例について図を用
いて説明する。図１は掘進機の全体構成を説明する図、
図２は掘進機の要部を説明する図である。

【００１３】図に示す掘進機Ａは図示しない発進立坑に
設置された元押し装置によって推進され、この推進過程
でカッターディスク16を駆動して地山を掘削し、且つ掘
削された土砂に含まれた礫を破砕しつつ外部に排出して
地中にトンネルを形成し或いは掘進機Ａに複数のヒュー
ム管を後続させて該管による管路を敷設し得るように構
成されている。

【００１４】掘進機Ａはシールド本体１とテールシール
ド２を２本の油圧ジャッキ３及び図示しないロッドによ
って接続して屈折可能に構成されている。そして推進に
伴って掘進機Ａが予定敷設線からズレたとき、各油圧ジ
ャッキ３に独立して圧油を供給することでシールド本体
１とテールシールド２を所望の角度に屈折させて方向制
御を行って予定敷設線に一致させるように構成されてい
る。

【００１５】シールド本体１の所定位置には隔壁４が設
けられており、該隔壁４の前方側（図１の左側）に削土
室５が形成され、後方側（図１の右側）に機内室６が形
成されている。隔壁４は所定距離離隔させて配置して２
枚のプレート４ａ，４ｂによって構成されており、これ
らのプレート４ａ，４ｂにシールド本体１の軸心と一致
した軸心を有するケーシング部材７が固着されている。
このケーシング部材７には一対の軸受７ａ，７ｂが配置
されており、これらの軸受７ａ，７ｂに偏心軸８が回転
可能に支持されている。

【００１６】シールド本体１の機内室６側の所定位置に
支持壁９が設けられており、この支持壁９に偏心軸８を
駆動する駆動手段としてのモーター10ａ，減速機10ｂが
固定されている。前記駆動手段の出力軸10ｃはスプライ
ン軸として形成され、偏心軸８の軸端に形成されたスプ
ライン８ａと噛合することで、モーター10ａの動力を偏
心軸８に伝達し得るように構成されている。

【００１７】機内室６には、掘進機Ａの推進に伴う予定
敷設線からのズレを監視すると共に方向制御を実施した
ときの修正量を監視する光学系11が配置されている。こ
の光学系11は複数のミラー11ａ〜11ｃ，ターゲット11ｄ
及びテレビカメラ11ｅからなり、予定敷設線に沿って照
射されるレーザー光12の入射スポットとミラー11ａから
の反射スポットをターゲット11ｄに結像させ、これらの
スポットをテレビカメラ11ｅによって監視しつつ、掘進
機Ａの予定敷設線からズレに伴って２つのスポットが離
隔したとき、これらのスポットを一致させるように油圧
ジャッキ３を操作することで方向制御を実施し得るよう
に構成されている。

【００１８】偏心軸８は、ケーシング部材７に設けた軸
受７ａ，７ｂによって支持されシールド本体１の軸心と
同心回転する支持部８ｂと、支持部８ｂの前方側に形成
され支持部８ｂの軸心から所定距離偏心した偏心部８ｃ
と、偏心部８ｃの前方に形成され該偏心部８ｃと同一軸
心を持った先端部８ｄを有して構成されている。支持部
８ｂに対する偏心部８ｃの偏心量は破砕すべき礫の大き
さに応じて予め設計段階で設定される。

【００１９】偏心部８ｃには一対の軸受13が配置され、
この軸受13にコーンローター14が回転可能に装着されて
いる。即ち、コーンローター14には特別な駆動力が付与
されることなく、偏心軸８の偏心部８ｃを中心として自
由に回転し得るように構成されている。

【００２０】このコーンローター14はシールド本体１の
前端に形成されたテーパ部１ａとの間に礫を挟んで破砕
するものであり、礫の破砕時に軸受13に大きな負荷が作
用する。このため、コーンローター14に内部には隔壁４
に設けたケーシング部材７の内部と連通する油室14ａが
形成されており、軸受13はオイルバス方式で潤滑されて
いる。

【００２１】ケーシング部材７のコーンローター14と対
向する面には外径がコーンローター14の偏心外径に等し
い寸法を持ったシール材15ａが設けられ、且つコーンロ
ーター14のケーシング部材７と対向する面にはバネ15ｃ
によってシール材15ａ側に付勢されたシール材15ｂが配
置され、これらのシール材15ａ，15ｂによって潤滑油の
漏洩、及び削土室５にある泥水の油室14ａへの浸入を防
止している。

【００２２】先端部８ｄにはカッターディスク16が回転
不能に装着されている。カッターディスク16には、岩盤
や巨礫層を掘削する複数のローラービット17が回転加工
に取り付けられると共に粘性土を掘削する複数のビット
18が取り付けられている。

【００２３】カッターディスク16は、偏心軸８の先端部
８ｄと結合するボス16ａと、ボス16ａに固定された回転
盤16ｂとによって構成されており、ボス16ａには偏心軸
８に於ける支持部８ｂと偏心部８ｃの偏心量と等しい偏
心量を持った穴16ｃが形成されている。そして回転盤16
ｂの軸心をシールド本体１の軸心と一致させた状態で穴
16ｃを先端部８ｄに嵌合させてキー19によって結合する
ことで、カッターディスク16を偏心軸８に回転不能に結
合している。

【００２４】コーンローター14のカッターディスク16と
対向する面にはシールキャップ20が取り付けられてい
る。このシールキャップ20の内周面には偏心軸８の偏心
部８ｃと接触するリップパッキン21が設けられており、
コーンローター14の油室14ａに充填された潤滑油の漏洩
を防止している。またコーンローター14及びカッターデ
ィスク16の夫々対向する面にフローティングシール22が
互いに接触して設けられ、このフローティングシール22
によって二次シールを形成して潤滑油の漏洩、及び削土
室５内の泥水の油室14ａへの浸入を略完全に防止してい
る。

【００２５】上記の如く構成された掘進機Ａでは、元押
し装置によって推力を付与しつつ、モーター10ａを駆動
すると偏心軸８が回転する。偏心軸８の回転に伴って、
該軸８の偏心部８ｃに装着されたコーンローター14はシ
ールド本体１の軸心の周りを偏心回転する。

【００２６】カッターディスク16の穴16ｃが偏心部８ｃ
の偏心量と等しい偏心量を有し、且つ回転盤16ｂの軸心
をシールド本体１の軸心と一致させた状態で先端部８ｄ
に結合しているため、偏心軸８の回転の伴ってカッター
ディスク16はシールド本体１の軸心と同心回転する。

【００２７】カッターディスク16の回転によって該ディ
スク16と対向する地山が掘削され、土砂は回転盤16ｂに
形成された図示しない穴から削土室５に取り込まれる。
削土室５では、シールド本体１のテーパ面１ａとコーン
ローター14とによって掘削土砂を圧密すると共に掘削土
砂に含まれた礫を破砕し、削土室５と隔壁４の間に形成
された泥水室から排泥管23によって掘進機Ａの外部に排
出される。

【００２８】上記構成に於いて、コーンローター14をシ
ールド本体１に対し偏心回転させると共にカッターディ
スク16をシールド本体１と同心回転させるために、偏心
軸８をクランク軸として構成することなくカッターディ
スク16のボス16ａに偏心させた穴16ｃを形成することに
よって、偏心軸８の先端部８ｄの直径を偏心部８ｃの直
径と略等しくすること、即ち、クランク軸の先端部の直
径よりも太くすることが可能であり、これにより、カッ
ターディスク16と先端部８ｄをキー19によって結合して
も、キー溝の深さと先端部８ｄの軸径との比が小さくな
って応力の集中を軽減させることが可能となる。このた
め、カッターディスク16と先端部８ｄとの結合方式を選
択する際の自由度が向上し、キーによる結合方式を採用
した場合には加工コストを低減させることが可能とな
る。

【００２９】またカッターディスク16とコーンローター
14は同心上に配置される。このため、両者の対向する面
には半径方向の滑りが生ぜず、且つ礫の破砕に伴うコー
ンローター14の偏心部８ｃを中心とする回転が生じない
限り相対的な滑りが発生しない。従って、カッターディ
スク16とコーンローター14の間のシール方式を互いに接
触して配置されたフローティングシール22による簡単な
構造とすることが可能となる。即ち、シールすべき部位
がコーンローター14とケーシング部材７のように偏心回
転する場合、円周方向の滑りと半径方向の滑りが発生す
るため、両方向の滑りに追従し得るメカニカルシールを
構成することが必要である。然し、シールすべき部位が
単に円周方向の滑りのみである場合、フローティングシ
ール22によってシールすることが可能である。このた
め、コーンローター14とカッターディスク16の間のシー
ル部の構造が簡単で且つ耐久性を向上させることが可能
となり、シール部の加工コストを低減することが可能と
なる。

【００３０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明に係る
掘進機では、コーンローター及びカッターディスクを装
着する軸を偏心軸として構成することによって、カッタ
ーディスクと偏心軸との結合方式の選択の自由度を向上
させることが出来、キー結合方式を採用した場合には、
偏心軸及びカッターディスクの加工コストを低減するこ
とが出来る。

【００３１】またコーンローターとカッターディスクが
同心上に配置されるため、両者の間には円周方向の滑り
のみが発生することとなり、潤滑油のシール構造を簡易
にすると共に耐久性を向上させることが出来る。このた
め、シール部の加工コストを低減し且つランニングコス
トを低減することが出来る等の特徴を有するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】掘進機の全体構成を説明する図である。

【図２】掘進機の要部を説明する図である。

【符号の説明】

Ａ 掘進機 １ シールド本体 ２ テールシールド ３ 油圧ジャッキ ４ 隔壁 ５ 削土室 ６ 機内室 ７ ケーシング部材 ８ 偏心軸 ８ａ スプライン ８ｂ 支持部 ８ｃ 偏心部 ８ｄ 先端部 ９ 支持壁 10ａ モーター 10ｂ 減速機 10ｃ 出力軸 11 光学系 12 レーザー光 14 コーンローター 15ａ，15ｂ シール材 16 カッターディスク 16ａ ボス 16ｂ 回転盤 17 ローラービット 18 ビット 19 キー 20 シールキャップ 21 リップパッキン 22 フローティングシール 23 排泥管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 9/06 301 E21D 9/06 311 E21D 9/08 E21D 9/12

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地盤を掘削するカッターディスクと掘削
   した礫を破砕するコーンローターと前記カッターディス
   ク及びコーンローターを装着する軸を有する掘進機に於
   いて、前記軸を掘進機の軸心と略一致した軸部と該軸部
   から所定距離偏心した偏心部とからなる偏心軸として構
   成すると共に、前記カッターディスクのボスに前記偏心
   軸に於ける偏心部の偏心量と等しい偏心量を持った穴を
   形成し、前記コーンローターを前記偏心軸の偏心部に回
   転可能に装着すると共に、前記カッターディスクを前記
   穴を介して前記偏心軸の先端に回転不能に装着したこと
   を特徴とする掘進機。