米国特許情報 | 欧州特許情報 | 国際公開(PCT)情報 | Google の米国特許検索
 
     特許分類
A 農業
B 衣類
C 家具
D 医学
E スポ−ツ;娯楽
F 加工処理操作
G 机上付属具
H 装飾
I 車両
J 包装;運搬
L 化学;冶金
M 繊維;紙;印刷
N 固定構造物
O 機械工学
P 武器
Q 照明
R 測定; 光学
S 写真;映画
T 計算機;電気通信
U 核技術
V 電気素子
W 発電
X 楽器;音響


  ホーム -> 固定構造物 -> 清水建設株式会社

発明の名称 掘削機
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−126884(P2007−126884A)
公開日 平成19年5月24日(2007.5.24)
出願番号 特願2005−320756(P2005−320756)
出願日 平成17年11月4日(2005.11.4)
代理人 【識別番号】100089118
【弁理士】
【氏名又は名称】酒井 宏明
発明者 前 孝一 / 河辺 衛 / 小川 晃
要約 課題
駆動系の回転ぶれや振動を低減し、駆動系のコストを低減した上で長円形状の軌跡を得る。

解決手段
固定中心線Pが中心の外周部311を有する固定の中心軸31、固定中心線に平行な移動中心線Gが中心の内周部321および外周部322を有して内周部を中心軸の外周部に当接係合した環状軸32と、移動中心線上に中心を置いたルーロー三角形状の範囲内の中心と頂点Tとを結ぶ延長線に沿って環状軸に設けた主掘削カッタ2と、固定中心線が中心の内周部331を有して内周部を環状軸の外周部に当接係合して固定中心線を中心に回転可能に設けた主回転軸33と、環状軸の外周部と回転軸の内周部との係合および中心軸の外周部と環状軸の内周部との係合を保持する保持部材34と、固定中心線を中心に回転可能に設けた副回転軸35と、副回転軸に設けた副掘削カッタ2’と、主回転軸33および副回転軸35を回転駆動する駆動部とを備える。
特許請求の範囲
【請求項1】
所定の固定中心線を中心とした外周部を有する固定の中心軸と、
前記固定中心線に平行な所定の移動中心線を中心とした内周部および外周部を有して環状に形成してあって当該内周部を前記中心軸の外周部に当接係合した環状軸と、
前記移動中心線上に中心を置いたルーロー三角形状の範囲内の少なくとも中心と頂点とを結ぶ延長線に沿って前記環状軸に設けた主掘削カッタと、
前記固定中心線を中心とする内周部を有して環状に形成してあり当該内周部を前記環状軸の外周部に当接係合して固定中心線を中心に回転可能に設けた主回転軸と、
前記移動中心線を中心に前記環状軸を回転に支持して当該環状軸の外周部と前記主回転軸の内周部との係合および前記中心軸の外周部と前記環状軸の内周部との係合を保持する保持部材と、
前記固定中心線を中心として回転可能に設けた副回転軸と、
前記副回転軸に設けた副掘削カッタと、
前記主回転軸および前記副回転軸を回転駆動する駆動部と、
前記中心軸および主回転軸を支持するとともに前記駆動部を内部に配置した筒状の胴部と
を備えたことを特徴とする掘削機。
【請求項2】
前記駆動部は、駆動源からの前記主回転軸および前記副回転軸への駆動力の伝達を連係してあることを特徴とする請求項1に記載の掘削機。
【請求項3】
前記保持部材に代えて前記移動中心線を中心に前記環状軸を回転可能に支持し、前記中心軸の外周部と前記環状軸の内周部との係合を離隔しつつ前記固定中心線に移動中心線を一致させた形態で前記環状軸を保持する他の保持部材と、
前記駆動部の駆動力を前記環状軸に伝達する駆動伝達手段と
を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の掘削機。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、地盤などを掘削する掘削機に関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般的な掘削機は、回転機構によってカッタヘッドを回転させて当該カッタヘッドで地盤を掘削するものが知られている。このような掘削機は、カッタヘッドが所定の中心を以て回転することから必然的に断面形状が円形になる。しかし、鉄道や道路などのトンネル利用空間においては、断面形状が非円形状であることが多く、上記円形の掘削断面内に非円形状とした鉄道や道路などの空間を構築する。このため、利用空間以上の掘削を行うことになるので、用地面積が多く必要となることに加えて建設費が嵩むという問題がある。
【0003】
従来、例えばルーロー三角形なるルーロー三角形回転体に切削用バイトを設け、当該ルーロー三角形回転体を回転することで、被加工物に正方形状の穴明けを行う正方形穴明け加工装置がある(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
他に、加工部材をその中心周りに回転自在に加工部材自転支持装置に取り付け、当該加工部材自転支持装置を加工部材公転支持装置に取り付けた掘削機がある。加工部材には、中心と同芯状のほぼ正三角形の各頂点とその内方に掘削刃を設けて掘削作用面が形成してある。加工部材自転支持装置は、加工部材を前記正三角形の一辺の((1/2)/cos30°−(1/2))倍の半径で中心が回転するように加工部材公転支持装置に取り付けてある。そして、加工部材を自転させながらその自転方向とは逆の方向に3倍公転させる駆動手段を設けてある(例えば、特許文献2参照)。
【0005】
また他に、正三角形の各頂点を中心とし、その一辺の長さを半径とする円弧を各対辺の外側に描き、これらの3つの円弧により囲まれたルーロー三角形を外形とするカッタを、矩形状スキンプレートの中心軸の回りに公転させながら自転させて掘削する矩形シールド工法がある。スキンプレートの中心軸に対するカッタの回転軸の偏心距離は、(L/2)/cos30°−(L/2)を満足するように設定してある(L:ルーロー三角形の頂点間の距離)。また、カッタの公転数は自転数の3倍で、公転方向と自転方向が逆方向である(例えば、特許文献3参照)。
【0006】
さらに、掘削断面の円形中心部を主カッタが掘削し、その外周部を複数の遊星カッタが掘削する自由断面シールド工法がある。遊星カッタは、主カッタの回転につれて主カッタの外周部を自転しながら公転する。この公転軌道は、遊星カッタを設置したスイングアームの角度調整によって任意に変えることができる。この結果、矩形、楕円形、馬蹄形、卵形など様々な掘削断面形状を選択できる(例えば、非特許文献1参照)。
【0007】
【特許文献1】特開平11−267950号公報
【特許文献2】特開平1−158196号公報
【特許文献3】特許第2926125号公報
【非特許文献1】シールド工法技術協会、“自由断面シールド工法”、[online]、平成17年9月16日検索、インターネット<URL: HYPERLINK "http://www.shield-method.gr.jp/pdf_data/jiyu.pdf" http://www.shield-method.gr.jp/pdf_data/jiyu.pdf>
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
ところで、ルーロー三角形を利用して非円形状である略矩形状に掘削を行う場合には、ルーロー三角形をその重心を中心として回転させ、かつルーロー三角形の重心を正方形の中心の周りに公転させる必要がある。
【0009】
特許文献1の発明は、モータのトルクを伝達する軸と、ルーロー三角形回転体の重心の軸とを自在継手で連結してある。しかし、この構成では駆動伝達系に回転ぶれや振動が生じることになり、さらに大きなトルクが必要となる掘削機では自在継手は高価であり製造コストが嵩む。
【0010】
特許文献2の発明では、モータからのトルクをクランク軸によって加工部材に伝達して公転装置を構成してある。しかし、クランクさせた回転軸部材にせん断力や曲げモーメントが生じて回転ぶれや振動の原因となる。
【0011】
特許文献3の発明は、矩形状スキンプレートの中心に公転駆動盤を設けてこの公転駆動盤にカッタ回転軸を設けてある。そして、公転駆動盤を回転させるモータと、カッタ回転軸を回転させるモータを設けてある。しかし、カッタ回転軸を回転させるモータは、公転駆動盤に設けてあるため、配線や配管の処理を十分検討して設計する必要がある。さらに、各モータの回転数や回転方向を調整してそれぞれ同期させる必要がある。この結果、設計コストが嵩むことになる。
【0012】
このように、ほぼ矩形状の軌跡をなすためにルーロー三角形の原理を利用した回転機構についての出願はあるものの、いずれも円滑な駆動を実現するものはない。また、大きなトルクが必要である掘削機においては、正方形枠は掘削孔内で大きなスペースを要することから正方形枠のない機構が望まれている。さらに、矩形状の掘削に限らず矩形状を含む多角形状の軌跡をなす回転機構、および当該回転機構を用いた掘削機を実現するものはない。
【0013】
また、非特許文献1の工法は、主カッタの回転につれて主カッタの外周部を自転しながら公転する複数の遊星カッタを得るために、スイングアームを用いた複雑な構成にしてある。この結果、製造コストが嵩むという問題がある。
【0014】
本発明は、上記実情に鑑みて、枠体を要することなく駆動系の回転ぶれや振動を低減するとともに駆動系や製造コストを低減した上で非円形状の断面の掘削を実現することができる掘削機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】
【0015】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項1に係る掘削機は、所定の固定中心線を中心とした外周部を有する固定の中心軸と、前記固定中心線に平行な所定の移動中心線を中心とした内周部および外周部を有して環状に形成してあって当該内周部を前記中心軸の外周部に当接係合した環状軸と、前記移動中心線上に中心を置いたルーロー三角形状の範囲内の少なくとも中心と頂点とを結ぶ延長線に沿って前記環状軸に設けた主掘削カッタと、前記固定中心線を中心とする内周部を有して環状に形成してあり当該内周部を前記環状軸の外周部に当接係合して固定中心線を中心に回転可能に設けた主回転軸と、前記移動中心線を中心に前記環状軸を回転可能に支持して当該環状軸の外周部と前記主回転軸の内周部との係合および前記中心軸の外周部と前記環状軸の内周部との係合を保持する保持部材と、前記固定中心線を中心として回転可能に設けた副回転軸と、前記副回転軸に設けた副掘削カッタと、前記主回転軸および前記副回転軸を回転駆動する駆動部と、前記中心軸および主回転軸を支持するとともに前記駆動部を内部に配置した筒状の胴部とを備えたことを特徴とする。
【0016】
本発明の請求項2に係る掘削機は、上記請求項1において、前記駆動部は、前記主回転軸および前記副回転軸への駆動力の伝達を連係してあることを特徴とする。
【0017】
本発明の請求項3に係る掘削機は、上記請求項1または2において、前記保持部材に代えて前記移動中心線を中心に前記環状軸を回転可能に支持し、前記中心軸の外周部と前記環状軸の内周部との係合を離隔しつつ前記固定中心線に移動中心線を一致させた形態で前記環状軸を保持する他の保持部材と、前記駆動部の駆動力を前記環状軸に伝達する駆動伝達手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、駆動部の駆動力を主回転軸に伝達することによって、主回転軸が固定中心線を中心として回転する。すると、主回転軸の内周部に係合する環状軸が移動中心線を中心として主回転軸と同方向に回転する。さらに、移動中心線を中心として回転する環状軸は、その内周部が中心軸の外周部に係合しているため、当該中心軸の外周部に沿って固定中心線の周りに主回転軸と同方向に輪転運動(公転)することになる。このため、環状軸に設けた主掘削カッタは、環状軸の輪転運動に伴って自転および公転移動する。移動する主掘削カッタの先端は、非円形状である長円形状の軌跡をなし、非円形状断面である長円形状断面の掘削孔が得られる。この掘削孔は、一般的な断面円形の掘削孔と比較して、不要な空間を掘削せずに利用空間のみの掘削で得られるため、必要以上の用地面積を要さないことに加えて建設費を低減することが可能になる。
【0019】
一方、駆動部の駆動力を副回転軸に伝達することによって、副回転軸が固定中心線を中心として回転する。このため、副回転軸に設けた副掘削カッタは、副回転軸の回転に伴って回転移動する。移動する副掘削カッタの先端は、円形状の軌跡をなし、円形状断面の掘削孔が得られる。この結果、長円形状断面の掘削孔を掘削する前に円形状の補助掘削孔を掘削することができる。すなわち、掘削孔Hを掘削する前に削岩が可能になり、掘削の負荷を低減できる。
【0020】
また、上記掘削機は、主回転軸が固定中心線を中心として回転駆動され、かつ、環状軸が主回転軸の回転に伴って保持部材に保持された形態で移動中心線を中心として回転しつつ固定中心線を中心として公転する。この結果、主回転軸が固定中心線上でその軸心がずれることなく回転するため、回転ぶれや振動を低減することができる。また、環状軸が主回転軸の回転に伴って保持部材に保持された形態で移動中心線を中心として回転しつつ固定中心線を中心として公転するため、環状軸の自転および公転移動に際して従前の自在継手を要することがないので、自在継手に係るコストを低減することができる。
【0021】
また、上記掘削機は、主掘削カッタを設けた環状軸を、保持部材によって保持した形態で公転および自転させる構成である。このため、従前のほぼ正方形状の軌跡をなすようにルーロー三角形の外幅を一辺とする正方形枠にルーロー三角形状の軸を支持して回転させる必要がない。すなわち、枠体が必要ない。このため、掘進した掘削孔の断面形状に対して、掘削機の胴部の前面視の輪郭を小さく形成することが可能になる。この結果、主掘削カッタが先行して掘進した掘削孔に胴部が通過できるので、掘削断面が長円形状の掘削孔の掘進を行う掘削機を得ることが可能になる。
【0022】
また、上記掘削機は、主掘削カッタを設けた環状軸を、保持部材によって保持した形態で公転および自転させる構成で非円形状である長円形状の掘削孔を得る。このため、従前のごとくスイングアームを用いた複雑な構成にすることがなく、製造コストを低減することができる。すなわち、上記掘削機は、簡素な機構で非円形状断面である長円形状断面の掘削孔を掘進できるため、故障が起こり難く信頼性が向上するので、掘進長さに応じたコストを低減することができる。
【0023】
また、駆動源からの主回転軸および副回転軸への駆動力の伝達を連係した駆動部とすることで、単一の駆動源の駆動力によって主回転軸および副回転軸を回転駆動することができ、駆動源に係るコストを低減することができる。
【0024】
また、前記保持部材に代えて移動中心線を中心に環状軸を回転可能に支持し、中心軸の外周部と環状軸の内周部との係合を離隔しつつ固定中心線に移動中心線を一致させた形態で環状軸を保持する他の保持部材と、駆動部の駆動力を環状軸に伝達する駆動伝達手段とを備えた場合には、1台の掘削機で長円形状断面の掘削孔の掘削と、円形状断面の掘削孔の掘削を行うことができる。このようにすることで、例えば地下鉄で一般部分を円形状断面とし、駅ホームのある部分だけを長円形状断面にすることが可能になる。また、例えばトンネルで一般部分を円形状断面とし、分岐部だけを長円形状断面にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0025】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る掘削機の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【0026】
図1は本発明に係る掘削機の実施の形態を示す概略側断面図、図2は図1に示す掘削機を軸方向(前方向)から視た概念図、図3は図1に示す回転機構の分解斜視図である。
【0027】
図1〜図3に示すように掘削機は、胴部1と主掘削カッタ2と副掘削カッタ2’を備えている。胴部1は、主掘削カッタ2および副掘削カッタ2’を支持しつつ主掘削カッタ2および副掘削カッタ2’を駆動するものであって、掘削機の外郭をなし、筒状とした内部に回転機構3を有している。
【0028】
回転機構3は、中心軸31、環状軸32、主回転軸33、保持部材34、副回転軸35および駆動部36を有している。
【0029】
中心軸31は、胴部1に固定してあり、胴部1の前後方向に沿って配置した所定の固定中心線Pを中心とした外周部311を有して円柱形状に形成してある。
【0030】
環状軸32は、固定中心線Pと平行にして胴部1の前後方向に沿って配置した所定の移動中心線Gを中心とした内周部321および外周部322を有してほぼ円環状に形成してある。この環状軸32は、中心軸31を内装し、内周部321を中心軸31の外周部311に対して当接係合してある。なお、環状軸32は、内周部321および外周部322を一体に有した環状体、あるいは内周部321を有した管体と外周部322を有した管体とを組み合わせた構成とすることができる。
【0031】
主回転軸33は、中心軸31の固定中心線Pを回転中心として回転可能に胴部1に支持してある。主回転軸33は、固定中心線Pを中心とする内周部331を有して環状に形成してあり、その内周部331を環状軸32の外周部322に当接係合してある。
【0032】
保持部材34は、環状軸32の内周とほぼ同じ外周を有して所定厚さの円板状に形成してあり、環状軸32の内周に摺接して移動中心線Gを中心に回転する態様で環状軸32に内装してある。また、保持部材34には、固定中心線Pを中心として中心軸31の外周とほぼ同じ内周を有した挿通孔341が偏心して設けてある。この挿通孔341は、中心軸31に対して回転可能に挿通してある。このため、保持部材34は、移動中心線Gを中心に環状軸32を回転可能に支持することになり、当該環状軸32の外周部322と主回転軸33の内周部331との係合、および中心軸31の外周部311と環状軸32の内周部321との係合を常に保持する。
【0033】
なお、図には明示しないが、環状軸32の外周と主回転軸33の内周との間に保持部材が内装されることによっても、環状軸32の外周部322と主回転軸33の内周部331との係合を常に保持しつつ、中心軸31の外周部311と環状軸32の内周部321との係合を常に保持することになるので、このような形態であってもよい。この場合の保持部材(図示なし)は、主回転軸33の内周とほぼ同じ外周を有して所定厚さの円板状に形成してあり、環状軸32の外周に摺接して固定中心線Pを中心に回転する態様で主回転軸33に内装してある。そして、この保持部材(図示なし)には、移動中心線Gを中心として環状軸32の外周とほぼ同じ内周を有する貫通孔が偏心して設けられている。もちろん、この図示しない保持部材と図1に示す保持部材34とをそれぞれ組み合わせて双方用いてもよい。
【0034】
副回転軸35は、固定中心線Pに沿って中心軸31に設けた軸孔312に対して回転可能に挿通支持してある。すなわち、副回転軸35は、固定中心線Pを中心として回転可能に設けてある。
【0035】
駆動部36は、主回転軸33および副回転軸35を回転させるものであり、胴部1の内部に設けたモータなどの駆動源361の駆動力を主回転軸33および副回転軸35に伝達する。この駆動部36は、固定中心線Pおよび移動中心線Gに平行する中心線Oを中心に回転可能に設けた駆動軸362を有し、当該駆動軸362に設けた駆動歯363を主回転軸33の内周部331に当接係合してある。また、駆動軸362には、伝達歯364が設けてあり、副回転軸35に設けた伝達歯365に対して互いに係合してある。そして、駆動源361は、副回転軸35に連結してある。すなわち、駆動源361の駆動力は、副回転軸35に伝達されて当該副回転軸35が回転駆動される。一方、副回転軸35の回転は、伝達歯365および伝達歯364によって連係されて駆動軸362に伝達される。そして、駆動歯363と主回転軸33の内周部331との当接係合によって主回転軸33が回転駆動される。
【0036】
なお、上記駆動部36において、副回転軸35に駆動源361を連結して構成してあるが、駆動源361を駆動軸362に連結して構成してあってもよい。すなわち、駆動源361の駆動力は、駆動軸362に伝達されて、駆動歯363と主回転軸33の内周部331との当接係合によって主回転軸33が回転駆動される。一方、駆動軸362の回転は、伝達歯365および伝達歯364によって連係されて副回転軸35に伝達される。
【0037】
また、上記駆動部36において、伝達歯365および伝達歯364で連係して単一の駆動源361の駆動力によって主回転軸33および副回転軸35を回転駆動しているが、伝達歯365および伝達歯364を設けずに副回転軸35および駆動軸362にそれぞれ駆動源361を連結してもよい。すなわち、一方の駆動源361を駆動軸362に連結して主回転軸33を回転駆動する主駆動部を構成し、他方の駆動源361を副回転軸35に連結して当該副回転軸35を回転駆動する副駆動部を構成することも可能である。
【0038】
また、上記駆動部36において、図には明示しないが駆動源361と、これに連結する軸との間に適宜減速機構を有していてもよい。
【0039】
ところで、上記回転機構3において、中心軸31と環状軸32との係合、環状軸32と主回転軸33との係合、主回転軸33と駆動部36との係合には、例えば歯車の噛合による係合がある。あるいは、高摩擦材などを介して接触滑りが防止された係合であってもよい。
【0040】
主掘削カッタ2は、胴部1の前側に延出した環状軸32の前端に設けてある。この主掘削カッタ2は、移動中心線G上に中心(重心)を置いた仮想ルーロー三角形状の範囲内であって、少なくとも中心(移動中心線G)と頂点(T)とを結ぶ延長線に沿って羽根部材を配置し、当該羽根部材の前面に掘削ビット(図示せず)を設けてある。ルーロー三角形は、図2に一点鎖線で示すように正三角形の各頂点Tを中心として他の頂点Tを結ぶ円弧を描いてなる形状をなし、その外幅(差し渡し幅)がいずれも定幅なものである。そして、本実施の形態における主掘削カッタ2は、上記延長線に沿って環状軸32の縁部から頂点Tに至り延在してある。
【0041】
ここで、上記中心軸31、環状軸32および主掘削カッタ2の寸法設定は、図2に示すように中心軸31および主回転軸33の中心(固定中心線P)から環状軸32の中心(移動中心線G)に至る距離(偏心量)を[r]とし、中心軸31の外周部311の直径を[4r]、環状軸32の外周部322の直径を[6r]、および主掘削カッタ2を配置するルーロー三角形の中心(移動中心線G)と頂点Tとを結ぶ延長線Lを[L≧7.5r]と設定してある。
【0042】
副掘削カッタ2’は、胴部1の前側であって上記主掘削カッタ2のさらに前側に延出した副回転軸35の前端に設けてある。この副掘削カッタ2’は、固定中心線Pを中心として放射方向に延在して羽根部材を配置し、当該羽根部材の前面に掘削ビット(図示せず)を設けてある。なお、本実施の形態において、副掘削カッタ2’は、固定中心線Pを中心として放射方向に等間隔で3方向に延在して配置してあり、固定中心線Pからの延在長さを、主掘削カッタ2がなす軌跡の範囲内としてある。
【0043】
上記構成の掘削機は、回転機構3において駆動部36の駆動力を主回転軸33に伝達することによって、主回転軸33が固定中心線Pを中心として回転(例えば図2における時計回り方向)する。すると、主回転軸33の内周部331に係合する環状軸32が移動中心線Gを中心として主回転軸33と同方向(例えば図2における時計回り方向)に回転する。さらに、移動中心線Gを中心として回転する環状軸32は、その内周部321が中心軸31の外周部311に係合しているため、当該中心軸31の外周部311に沿って固定中心線Pの周りに主回転軸33と同方向(例えば図2における時計回り方向)に輪転運動(公転)する。このとき、保持部材34は、その外周が環状軸32の内周に摺接し、挿通孔341が中心軸31の外周に摺接して、環状軸32の公転に伴って固定中心線Pを中心として回転することで主回転軸33の内周部331と環状軸32の外周部322との係合、および中心軸31の外周部311と環状軸32の内周部321との係合を常に保持する。このため、環状軸32に設けた主掘削カッタ2は、環状軸32の輪転運動に伴って自転および公転移動する。
【0044】
具体的には、図2および図4〜図7に示すように、環状軸32の内周部の直径と中心軸31の外周部311の直径との比率が3:2であるため、環状軸32が固定中心線Pを中心に1回転公転すると、当該環状軸32は移動中心線Gの周りに1/3自転する。したがって、図2および図4〜図7における主掘削カッタ2の先端T(A,B,C)の移動位置で示すように主掘削カッタ2も同様に公転および自転し、図7に示すように長円形状の軌跡をなす。この結果、本掘削機を前方向(図2参照)に推進することで長円形状断面の掘削孔Hを掘進することが可能になる。
【0045】
長円形状の軌跡を得る原理構成としては、固定中心線Pと移動中心線Gとの間の距離である偏心量[r]を規定し、得るべき長円形状の中心座標[0,0](図8参照)を固定中心線Pとする。すると、固定中心線Pから偏心量[r]を半径とした軌跡上に移動中心線Gの座標が決定する。そして、移動中心線Gから所定長さ[L≧7.5r]で主掘削カッタ2を延在する。主掘削カッタ2の先端Tの座標は、例えば横軸をX座標、縦軸をY座標とする座標系で、図2に示すように移動中心線G、固定中心線Pおよび主掘削カッタ2の先端Tが直線上に並んだときからの回転中心線Pに対する移動中心線Gの回転角をφとすると、下記数1および数2から固定中心線Pを中心とした長円形状の軌跡が得られる。
【0046】
【数1】


【0047】
【数2】


【0048】
そして、図2に示すように移動中心線G→固定中心線P→主掘削カッタ2の先端Tの順で直線上に並ぶ方向が長円形状の短軸[2(L―r)]方向になり、図4に示すように固定中心線P→移動中心線G→主掘削カッタ2の先端Tの順で直線上に並ぶ方向が長円形状の長軸[2(L+r)]方向になる。
【0049】
図8は横長の長円形状の軌跡を示す図であり、単位をm(メートル)とする。ここでは、移動中心線G→固定中心線P→主掘削カッタ2の先端Tの順で直線上に並ぶ方向を縦軸に合わせ、固定中心線P→移動中心線G→主掘削カッタ2の先端Tの順で直線上に並ぶ方向を横軸に合わせる。そして、偏心量r=1m,主掘削カッタ2の長さL=8mとする。これにより、図8に示す横長の長円形状の軌跡(掘削断面)が得られる。すなわち、本掘削機によって図8で示す断面形状のトンネルを施工すれば、例えば地下鉄駅部分を拡幅できる。
【0050】
また、図9は縦長の長円形状の軌跡を示す図であり、単位をm(メートル)とする。ここでは、移動中心線G→固定中心線P→主掘削カッタ2の先端Tの順で直線上に並ぶ方向を横軸に合わせ、固定中心線P→移動中心線G→主掘削カッタ2の先端Tの順で直線上に並ぶ方向を縦軸に合わせる。そして、偏心量r=1m,主掘削カッタ2の長さL=8mとする。これにより、図9に示す縦長の長円形状の軌跡(掘削断面)が得られる。すなわち、本掘削機によって図9で示す断面形状のトンネルを施工すれば、例えば道路幅内に設置する下水道の有効空間を円形断面よりも大きく取ることができる。
【0051】
一方、上記構成の掘削機は、回転機構3において駆動部36の駆動力を副回転軸35に伝達することによって、副回転軸35が固定中心線Pを中心として回転(例えば図2における反時計回り方向)する。このため、副回転軸35に設けた副掘削カッタ2’は、副回転軸35の回転に伴って回転移動する。
【0052】
具体的には、図2および図4〜図7における副掘削カッタ2’の先端S(A,B,C)の移動位置で示すように副掘削カッタ2’が回転し、図5〜図7に示すように円形状の軌跡をなす。すなわち、本掘削機を前方向(図2参照)に推進することで円形状断面の掘削孔hを掘進することが可能になる。このため、主掘削カッタ2に先行して副掘削カッタ2’による円形状の掘削孔hを掘削することが可能になる。この結果、長円形状断面の掘削孔Hを掘削する前に円形状の補助掘削孔を掘削することができる。
【0053】
このように、上述した実施の形態における掘削機は、所定の固定中心線Pを中心とした外周部311を有する固定の中心軸31と、固定中心線Pに平行な所定の移動中心線Gを中心とした内周部321および外周部322を有して環状に形成してあって当該内周部321を中心軸31の外周部311に当接係合した環状軸32と、移動中心線G上に中心を置いたルーロー三角形状の範囲内の少なくとも中心と頂点とを結ぶ延長線に沿って環状軸32に設けた主掘削カッタ2と、固定中心線Pを中心とする内周部331を有して環状に形成してあり当該内周部331を環状軸32の外周部322に当接係合して固定中心線Pを中心に回転可能に設けた主回転軸33と、移動中心線Gを中心に環状軸32を回転可能に支持して当該環状軸32の外周部322と主回転軸33の内周部331との係合および中心軸31の外周部311と環状軸32の内周部321との係合を保持する保持部材34と、固定中心線Pを中心として回転可能に設けた副回転軸35と、副回転軸35に設けた副掘削カッタ2’と、主回転軸33および副回転軸35を回転駆動する駆動部36とを備えている。
【0054】
そして、駆動部36の駆動力を主回転軸33に伝達することによって、主回転軸33が固定中心線Pを中心として回転する。すると、主回転軸33の内周部331に係合する環状軸32が移動中心線Gを中心として主回転軸33と同方向に回転する。さらに、移動中心線Gを中心として回転する環状軸32は、その内周部321が中心軸31の外周部311に係合しているため、当該中心軸31の外周部311に沿って固定中心線Pの周りに主回転軸33と同方向に輪転運動(公転)する。このとき、保持部材34は、その外周が環状軸32の内周に摺接し、挿通孔341が中心軸31の外周に摺接して、環状軸32の公転に伴って固定中心線Pを中心として回転するので主回転軸33の内周部331と環状軸32の外周部322との係合、および中心軸31の外周部311と環状軸32の内周部321との係合を常に保持する。このため、環状軸32に設けた主掘削カッタ2は、環状軸32の輪転運動に伴って自転および公転移動する。移動する主掘削カッタ2の先端Tは、非円形状である長円形状の軌跡をなし、非円形状断面である長円形状断面の掘削孔Hが得られる。この掘削孔Hは、一般的な断面円形の掘削孔と比較して、不要な空間を掘削せずに利用空間のみの掘削で得られるため、必要以上の用地面積を要さないことに加えて建設費を低減することが可能になる。
【0055】
一方、駆動部36の駆動力を副回転軸35に伝達することによって、副回転軸35が固定中心線Pを中心として回転する。このため、副回転軸35に設けた副掘削カッタ2’は、副回転軸35の回転に伴って回転移動する。移動する副掘削カッタ2’の先端Sは、円形状の軌跡をなし、円形状断面の掘削孔Hが得られる。この結果、長円形状断面の掘削孔Hを掘削する前に円形状の補助掘削孔hを掘削することができる。すなわち、掘削孔Hを掘削する前に削岩が可能になり、掘削の負荷を低減できる。
【0056】
したがって、上記掘削機は、主回転軸33が固定中心線Pを中心として回転駆動され、かつ、環状軸32が主回転軸33の回転に伴って保持部材34に保持された形態で移動中心線Gを中心として回転しつつ固定中心線Pを中心として公転する。この結果、主回転軸33が固定中心線P上でその軸心がずれることなく回転するため、回転ぶれや振動を低減することが可能になる。また、環状軸32が主回転軸33の回転に伴って保持部材34に保持された形態で移動中心線Gを中心として回転しつつ固定中心線Pを中心として公転するため、環状軸32の自転および公転移動に際して従前の自在継手を要することがないので、自在継手に係るコストを低減することが可能になる。
【0057】
さらに、上記掘削機は、主掘削カッタ2を設けた環状軸32を、保持部材34によって保持した形態で公転および自転させる構成である。このため、従前のほぼ正方形状の軌跡をなす場合と同様にルーロー三角形の外幅を一辺とする正方形枠にルーロー三角形状の軸を支持して回転させる必要がない。すなわち、枠体が必要ない。このため、掘進した掘削孔Hの断面形状に対して、掘削機の胴部1の前面視の輪郭を小さく形成することが可能になる。この結果、主掘削カッタ2が先行して掘進した掘削孔Hに胴部1が通過できるので、掘削断面が長円形状の掘削孔Hの掘進を行うことが可能になる。また、上記掘削機は、主掘削カッタ2を設けた環状軸32を、保持部材34によって保持した形態で公転および自転させる構成で非円形状である長円形状の掘削を行う。このため、従前のごとくスイングアームを用いた複雑な構成にすることがなく、製造コストを低減することが可能である。すなわち、上記掘削機は、簡素な機構で非円形状である長円形状の軌跡を得て、非円形状断面である長円形状断面の掘削孔Hを掘進するため、故障が起こり難く信頼性が高く、コストを低減することが可能である。
【0058】
ところで、上述した各実施の形態において、上記回転機構3の環状軸32を回転のみの構成に変えることによって円形状の軌跡をなし、円形状断面の掘削孔が得られる。図10は本発明に係る掘削機の他の実施の形態を示す概略側断面図、図11は図10に示す掘削機を軸方向(前方向)から視た概念図である。なお、以下に説明する他の実施の形態において、上述した実施の形態と同等部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【0059】
図10および図11に示す他の実施の形態における掘削機では、回転機構3について上記保持部材34に代えて他の保持部材37を備え、さらに駆動部36の駆動力を環状軸32に伝達する駆動伝達手段38を備えたものである。他の保持部材37は、保持部材34に代えて移動中心線Gを中心に環状軸32を回転可能に支持し、中心軸31の外周部311と環状軸32の内周部321との係合を離隔しつつ、固定中心線Pに移動中心線Gを一致させた形態で環状軸32を保持するものである。具体的に、他の保持部材37は、環状軸32の内周とほぼ同じ外周を有して所定厚さの円板状に形成してあり、中心軸31の外周に摺接して固定中心線Pを中心に回転する態様で環状軸32に内装してある。そして、他の保持部材37には、固定中心線Pと一致した移動中心線Gを中心として中心軸31の外周とほぼ同じ内周を有する貫通孔371が設けてある。また、駆動伝達手段38は、環状軸32と主回転軸33とを連結するものであり、例えば環状軸32の外周部322および主回転軸33の内周部331に当接係合する1つもしくは複数のアイドルギヤとして構成してある。なお、駆動伝達手段38は、アイドルギヤに限らず、環状軸32と主回転軸33とを連結する構成であればよい。
【0060】
このように、上述した他の実施の形態における掘削機は、駆動部36の駆動力を主回転軸33に伝達することによって、主回転軸33が固定中心線Pを中心として回転する。すると、主回転軸33に対して駆動伝達手段38によって連結する環状軸32が固定中心線Pに一致した移動中心線Gを中心として主回転軸33と逆方向に回転する。このため、環状軸32に設けた主掘削カッタ2は、環状軸32の回転に伴って回転移動する。移動する主掘削カッタ2の先端Tは、円形状の軌跡をなし、円形状断面の掘削孔H’が得られる。
【0061】
一方、駆動部36の駆動力を副回転軸35に伝達することによって、副回転軸35が固定中心線Pを中心として回転する。このため、副回転軸35に設けた副掘削カッタ2’は、副回転軸35の回転に伴って回転移動する。移動する副掘削カッタ2’の先端Sは、円形状の軌跡をなし、円形状断面の掘削孔Hに先行して円形状の補助掘削孔hを掘削することができる。
【0062】
ここで、上述した長円形状断面の掘削孔Hを掘削する掘削機の胴部1は、前方から視て掘削孔Hと同じ、もしくは掘削孔Hよりもやや小さい長円形状の輪郭としてある。そして、本実施の形態のように円形状断面の掘削孔H’を掘削する掘削機とした場合には、前方から視て掘削孔H’と同じ、もしくは掘削孔H’よりもやや小さい円形状の輪郭とする。
【0063】
したがって、他の実施の形態における掘削機は、保持部材34に代えて移動中心線Gを中心に環状軸32を回転可能に支持し、中心軸31の外周部311と環状軸32の内周部321との係合を離隔しつつ、固定中心線Pに移動中心線Gを一致させた形態で環状軸32を保持する他の保持部材37と、駆動部36の駆動力を環状軸32に伝達する駆動伝達手段とを備えている。このため、環状軸32が固定中心線Pに一致した移動中心線Gを中心として回転するので、環状軸32に設けた主掘削カッタ2は、環状軸32の回転に伴って回転移動する。すなわち、移動する主掘削カッタ2の先端Tが円形状の軌跡をなし、円形状断面の掘削孔H’を得ることができる。この結果、1台の掘削機で長円形状断面の掘削孔Hの掘削と、円形状断面の掘削孔H’の掘削を行うことが可能になる。このようにすることで、例えば地下鉄で一般部分を円形状断面とし、駅ホームのある部分だけを長円形状断面にすることが可能になる。また、例えばトンネルで一般部分を円形状断面とし、分岐部だけを長円形状断面にすることが可能になる。
【0064】
なお、上述した他の保持部材37は、環状軸32の内周とほぼ同じ外周を有して所定厚さの円板状に形成してあり、中心軸31の外周に摺接して固定中心線Pを中心に回転する態様で環状軸32に内装してあるが、これに限らない。例えば、図12および図13に示すように、環状軸32と主回転軸33との間に内装してあり、かつ、環状軸32の外周部322および主回転軸33の内周部331に当接係合する構成であってもよい。このように構成した他の保持部材37であっても、中心軸31の外周部311と環状軸32の内周部321との係合を離隔しつつ、固定中心線Pに移動中心線Gを一致させた形態で環状軸32を保持する。特に、この他の保持部材37は、環状軸32の外周部322および主回転軸33の内周部331に当接係合して駆動伝達手段を兼ねる。この結果、駆動伝達手段の構成数を減らすことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0065】
【図1】本発明に係る掘削機の実施の形態を示す概略側断面図である。
【図2】図1に示す掘削機を軸方向(前方向)から視た概念図である。
【図3】図1に示す回転機構の分解斜視図である。
【図4】図2に示す掘削機の動作を示す概念図である。
【図5】図2に示す掘削機の動作を示す概念図である。
【図6】図2に示す掘削機の動作を示す概念図である。
【図7】図2に示す掘削機の動作を示す概念図である。
【図8】横長の長円形状の軌跡を示す図である。
【図9】縦長の長円形状の軌跡を示す図である。
【図10】本発明に係る掘削機の他の実施の形態を示す概略側断面図である。
【図11】図10に示す掘削機を軸方向(前方向)から視た概念図である。
【図12】本発明に係る掘削機の他の実施の形態を示す概略側断面図である。
【図13】図12に示す掘削機を軸方向(前方向)から視た概念図である。
【符号の説明】
【0066】
1 胴部
2 主掘削カッタ
2’ 副掘削カッタ
3 回転機構
31 中心軸
311 外周部
312 軸孔
32 環状軸
321 内周部
322 外周部
33 主回転軸
331 内周部
34 保持部材
341 挿通孔
35 副回転軸
36 駆動部
361 駆動源
362 駆動軸
363 駆動歯
364 伝達歯
365 伝達歯
37 他の保持部材
371 貫通孔
38 駆動伝達手段
P 固定中心線
G 移動中心線
H,h,H’ 掘削孔




 

 


     NEWS
会社検索順位 特許の出願数の順位が発表

URL変更
平成6年
平成7年
平成8年
平成9年
平成10年
平成11年
平成12年
平成13年


 
   お問い合わせ info@patentjp.com patentjp.com   Copyright 2007-2013