JP3343568B2 - トンネル掘削機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、掘削機本体の前部
にトンネル軸心周りに揺動可能に設けられるカッタヘッ
ドと、このカッタヘッドを揺動させる揺動機構とを備え
るトンネル掘削機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、トンネル掘削機においては、掘
削機本体の前部に設けられるカッタヘッドを回転させな
がら地山の掘削を行うようにされている。この場合、カ
ッタヘッドは、油圧モータもしくは電動モータの回転力
をギアもしくはスプロケットもしくはそれと同等の機能
を有する回転トルク伝達機構に伝達することにより回転
される。

【０００３】しかしながら、この回転式のカッタヘッド
においては、これら油圧モータもしくは電動モータの１
台当たりの出力トルクが小さいため、大きな回転トルク
を必要とするトンネル掘削機の場合に、所要掘削回転ト
ルクを得るために多数のモータを設置する必要があった
り、あるいはカッタヘッドに連結されたギアなどを大き
くして減速比を大きく確保する必要があった。このた
め、カッタヘッドの駆動部が全体として大掛かりにな
り、掘削機本体内にその駆動部を設置するのが困難であ
ったり、製作コストが嵩むといった問題点があった。

【０００４】このような問題点を解決する手段として、
特開平１０−１４０９７９号公報および特許第２８７２
６５６号公報には、前部に設けられるカッタヘッドをジ
ャッキにより揺動駆動させるトンネル掘削機が提案され
ている。

【０００５】前記特開平１０−１４０９７９号公報に提
案されているトンネル掘削機５０は、図９（ａ）に示さ
れるように、前部に設けられるカッタヘッドを揺動させ
て矩形等の異形断面を掘削するものであり、そのカッタ
ヘッドの揺動機構は、前記カッタヘッドの主軸５１に固
着される４本のブラケット５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５
２ｄと、掘削機本体５７の内壁面に固着される各ブラケ
ット５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄと、各ブラケット
５２ａ〜５２ｄ；５３ａ〜５３ｄの間にそれぞれ装着さ
れる揺動ジャッキ５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄとに
より構成される。

【０００６】このような構成からなるトンネル掘削機５
０においては、前記揺動ジャッキ５４ａ〜５４ｄのうち
の互いに対角線の位置にある一対の揺動ジャッキ５４
ａ，５４ｃを伸長方向に作動させると同時に、他の一対
の揺動ジャッキ５４ｂ，５４ｄを収縮方向に作動させる
ことでカッタヘッドを所定角度回動させ（図９
（ｂ））、この回動の後に前記一対の揺動ジャッキ５４
ａ，５４ｃを収縮方向に作動させると同時に、他の一対
の揺動ジャッキ５４ｂ，５４ｄを伸長方向に作動させる
ことで、カッタヘッドを逆方向に所定角度回転させ（図
９（ｃ））、これら各作動を交互に繰り返し行なうこと
で前記カッタヘッドに所定の角度範囲内での揺動運動を
行わせるようにされている。

【０００７】また、前記特許第２８７２６５６号公報に
開示されるトンネル掘削機６１は、図１０に示されるよ
うに、前部に設けられるカッタヘッドをトンネル軸心周
りに揺動させて掘削するものであり、この揺動機構が直
線的に往復動可能な油圧シリンダ６２と、この油圧シリ
ンダ６２により往復動されるラック６３と、このラック
６３の往復動をカッタヘッドの揺動運動に変換して伝達
するようにカッタヘッドの主軸６４に取り付けられるス
プロケット６５とを有する構造とされている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開平１０−１４０９７９号公報に提案されているトンネ
ル掘削機５０においては、カッタヘッドの揺動行程端
（図９（ｂ）（ｃ））で各揺動ジャッキ５４ａ〜５４ｄ
が最も出力トルクを発生できない位置となってしまう。
なお、各揺動ジャッキ５４ａ〜５４ｄは、そのストロー
ク中央付近で最も大きな出力トルクを発生させている。
この揺動機構を例えば円形断面のカッタヘッドに適用し
た場合には、揺動ジャッキの配置によりカッタヘッドの
揺動行程端で出力トルクの減少がより顕著となり、トル
ク不足が生じ掘削が不安定になるという問題点がある。
一方、十分な掘削トルクを得るためには、必要以上に高
出力の揺動ジャッキが必要になるという問題点がある。

【０００９】また、前記特許第２８７２６５６号公報に
開示されるトンネル掘削機６１の揺動機構においては、
油圧シリンダ６２の伸縮速度に対するカッタヘッドの角
速度を一定に保つことができるため、回転位置によるト
ルク変動がなく、安定した掘削が行なえるが、構造が複
雑であるとともに、カッタヘッドに伝達される揺動力の
反力が前記油圧シリンダ６２を撓ませる方向に作用して
しまうため、油圧シリンダ６２の剛性を上げざるを得な
いという問題点がある。このため、前記揺動機構が全体
として大掛かりなものになってしまう。

【００１０】本発明は、このような問題点を解消するた
めになされたもので、揺動式のカッタヘッドを備える形
式のトンネル掘削機において、小型で簡易な構成の揺動
機構により、十分な掘削力が得られ、掘削断面形状を問
わず常に安定した掘削を行なうことができるようにする
ことを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段および作用・効果】前述さ
れた目的を達成するために、本発明によるトンネル掘削
機は、掘削機本体の前部にトンネル軸心周りに揺動可能
に設けられるカッタヘッドと、このカッタヘッドを揺動
させる揺動機構とを備えるトンネル掘削機において、前
記揺動機構が、前記カッタヘッドの駆動軸から半径方向
に突設されるアームと、このアームに一端が枢着される
とともに他端が掘削機本体に枢着されるカッタ揺動ジャ
ッキと、前記アームに一端が枢着されるとともに他端が
掘削機本体に枢着されるアシストジャッキを備え、この
アシストジャッキが、前記カッタ揺動ジャッキの伸縮に
より揺動する前記カッタヘッドの揺動行程端に近づくに
つれてそのカッタヘッドに加えられるトルクが大きくな
るように配置されることを特徴とするものである。

【００１２】本発明においては、一端がアームに枢着さ
れるとともに他端が掘削機本体に枢着されるカッタ揺動
ジャッキを伸縮させて、前記アームに揺動力を伝達して
カッタヘッドを揺動させ、このカッタヘッドの揺動角度
が大きくなるに従って、一端がアームに枢着されるとと
もに他端が掘削機本体に枢着されるアシストジャッキを
伸長させる。こうしてアームの回動に伴いカッタヘッド
が揺動されるに際して、カッタ揺動ジャッキによりカッ
タヘッドに加えられるトルクが減少するのに対してアシ
ストジャッキによりカッタヘッドに加えられるトルクを
増大させて、カッタヘッドトルクの減少が抑制される。

【００１３】本発明によれば、カッタ揺動ジャッキによ
りカッタヘッドに加えられるトルクの減少を補うように
アシストジャッキが設けられる非常に簡易な構成で、か
つその揺動機構の装着スペースをコンパクトにすること
ができるとともに、掘削断面形状を問わずカッタヘッド
トルクの減少を抑えて十分な掘削力が得られ、常に安定
した掘削を行なうことが可能となる。

【００１４】本発明において、前記アシストジャッキ
は、前記カッタ揺動ジャッキのストロークの略中央付近
で死点となるように配置されるのが好ましい。このよう
にアシストジャッキを配置することにより、カッタヘッ
ドの揺動行程端に近づくに従って大きなトルクを発生さ
せることができ、より安定した掘削を行うことができる
効果を奏する。また、１本のアシストジャッキにより、
２本の揺動ジャッキの動作を補助することができるた
め、構造がより簡素となり、その制御も容易となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明によるトンネル掘削
機の具体的な実施の形態につき、図面を参照しつつ説明
する。

【００１６】（第１実施例）本発明の第１実施例に係る
トンネル掘削機１の正面図が図１に、同トンネル掘削機
１の縦断面図が図２に、図２のＡ矢視図が図３にそれぞ
れ示されている。

【００１７】本実施例のトンネル掘削機１においては、
円筒状のスキンプレート２が設けられ、このスキンプレ
ート２の前方にはカッタヘッド３が後述するカッタヘッ
ド揺動機構４により揺動可能に配設されている。このカ
ッタヘッド３の後方に先端部には、バルクヘッド５との
間にチャンバ６が区画形成されて、このチャンバ６内か
ら後方に向けてそのチャンバ６内の土砂を後方に排出す
る土砂排出装置（図示省略）が延設されている。なお、
前記スキンプレート２およびバルクヘッド５は、本発明
における掘削機本体を構成している。

【００１８】前記カッタヘッド３をカッタヘッド揺動機
構４により揺動させつつ、図示されない推進装置を伸長
させることで掘進が行なわれる。この掘進によりカッタ
ヘッド３前方の土砂が前記チャンバ６内に取り込まれ、
このチャンバ６内に貯留される掘削土砂は土砂排出装置
により後方へ搬出される。

【００１９】次に、カッタヘッド３およびカッタヘッド
揺動機構４の詳細構造について説明する。

【００２０】本実施例のカッタヘッド３は、スポーク式
カッタヘッドであって、４本のスポーク７，８，９，１
０が互いに隣接するスポーク同士のなす角度が９０°に
なるように配置される。前記各スポーク７〜１０にはオ
ーバカッタ装置１１が内蔵され、このオーバカッタ装置
１１の先端部に設けられるオーバカッタ１２がそれらス
ポーク７〜１０の先端部から外方へ突出することで、掘
削径を大きく設定できるようにされている。

【００２１】また、前記カッタヘッド３の主軸（本発明
における駆動軸に相当する。）１３はセンタシャフト式
とされ、前部がブッシュ１４により、後部がベアリング
１５によりそれぞれ軸心回りに回動自在に支持されてい
る。

【００２２】前記主軸１３の中央部（前記バルクヘッド
５の後方）の外周面には、前記カッタヘッド３の半径方
向に突出する２つのアーム１６，１７が固着されてい
る。

【００２３】前記各アーム１６，１７には、それぞれ一
本のカッタ揺動ジャッキ（以下、揺動ジャッキとい
う。）１８，１９の一端側が回動自在に連結されてお
り、これら揺動ジャッキ１８，１９の他端側がバルクヘ
ッド５の後方面上部に回動自在に連結されている。

【００２４】また、前記各アーム１６，１７には、それ
ぞれ一本のアシストジャッキ２０，２１の一端側が回動
自在に連結されており、これらアシストジャッキ２０，
２１の他端側がバルクヘッド５の後方面側下部に回動自
在に連結されている。本実施例におけるカッタヘッド揺
動機構４は、前記アーム１６，１７と、揺動ジャッキ１
８，１９と、アシストジャッキ２０，２１とにより構成
されている。

【００２５】前記アシストジャッキ２０，２１は、前記
揺動ジャッキ１８，１９をストローク中央部まで伸縮さ
せた際に、最も収縮された状態とされるとともに、前記
アシストジャッキ２０，２１の両端側の各連結点と前記
主軸１３の中心点とを結んだ直線が一直線上にあるよう
に、すなわち死点となるように配置されている。また、
これらアシストジャッキ２０，２１は、伸長方向に作動
させるに伴って発生トルク、言い換えればカッタヘッド
３に加えられるトルクが大きくなるような配置とされて
いる。

【００２６】また、前記揺動ジャッキ１８，１９をスト
ローク中央部まで伸縮させた際に、前記１つのアーム１
６に連結される揺動ジャッキ１８およびアシストジャッ
キ２０の配置状態と他方のアーム１７に連結される揺動
ジャッキ１９およびアシストジャッキ２１の配置状態
は、前記主軸１３の中心点を通る直線Ｂ（図４参照）に
対して線対称になるようにされている。

【００２７】次に、図４を用いて前記カッタヘッド揺動
機構４の動作を説明する。

【００２８】前記揺動ジャッキ１８，１９をストローク
中央部まで伸縮させた状態を揺動基準状態（図中実線で
示す。）とし、この揺動基準状態から前記揺動ジャッキ
１８を伸長方向に作動させると同時に、他方の揺動ジャ
ッキ１９を収縮方向に作動させることで、カッタヘッド
３を左方向に所定角度（本実施例では約＋１５°）回動
させて、アシスト開始位置に達した時点で伸長方向に作
動する揺動ジャッキ１８を補助するようにアシストジャ
ッキ２０を伸長方向に作動させて、カッタヘッド３を揺
動行程端（本実施例では＋４７．５°）まで回動させ
る。この回動の後、前記揺動ジャッキ１８を収縮方向に
作動させると同時に他方の揺動ジャッキ１９を伸長方向
に作動させ、さらにアシストジャッキ２０を収縮方向に
作動させることで、カッタヘッド３を右方向に回動さ
せ、前記アシスト開始位置に達した時点でアシストジャ
ッキ２０の作動を停止させる。

【００２９】続いて、前記揺動ジャッキ１８の収縮およ
び揺動ジャッキ１９の伸長により揺動基準状態を経て所
定角度（本実施例では約−１５°）回動させてアシスト
開始位置に達した時点で伸長方向に作動する揺動ジャッ
キ１９を補助するようにアシストジャッキ２１を伸長方
向に作動させて、カッタヘッド３を揺動行程端（本実施
例では−４７．５°）まで回動させる。この回動の後、
前記揺動ジャッキ１８を伸長方向に作動させると同時に
他方の揺動ジャッキ１９を収縮方向に作動させ、さらに
アシストジャッキ２１を収縮方向に作動させることで、
カッタヘッド３を右方向に回動させ前記アシスト開始位
置に達した時点でアシストジャッキ２１の作動を停止さ
せる。こうして揺動ジャッキ１８，１９が前記揺動基準
位置を通過し、これら一連の動作を繰り返し行なうこと
で、カッタヘッド３に所定の角度範囲（本実施例の場合
９５°）内での揺動運動を行なわせる。なお、図４には
前記カッタヘッド３を左右両側の揺動行程端まで回動さ
せた際の揺動ジャッキ１８，１９およびアシストジャッ
キ２０，２１の配置状態がそれぞれ二点鎖線で示されて
いる。

【００３０】図５には、前記揺動ジャッキ１８，１９お
よびアシストジャッキ２０，２１を作動させる油圧回路
が示されている。

【００３１】前記各揺動ジャッキ１８，１９のヘッド側
油圧配管２２，２２’およびボトム側油圧配管２３，２
３’は、パイロットチェック弁２４，２４’を介して電
磁弁２５，２５’に連結されており、これら電磁弁２
５，２５’はＰライン２６を介してポンプ２７に連結さ
れるとともに、Ｒライン２８を介してタンク２９に連結
されている。

【００３２】前記電磁弁２５，２５’には、Ｐライン２
６とボトム側油圧配管２３，２３’とを連結させるとと
もにＲライン２８とヘッド側油圧配管２２，２２’とを
連結させて揺動ジャッキ１８，１９を伸長させるＡポー
トと、Ｐライン２６とヘッド側油圧配管２２，２２’と
を連結させるとともにＲライン２８とボトム側油圧配管
２３，２３’とを連結させて揺動ジャッキ１８，１９を
収縮させるＢポートと、前記揺動ジャッキ１８，１９の
伸縮動作を停止させるＨポートとが設けられている。

【００３３】また、前記各アシストジャッキ２０，２１
のヘッド側油圧配管３１，３１’およびボトム側油圧配
管３２，３２’は電磁弁３３，３３’に連結されてお
り、各電磁弁３３，３３’は絞り弁３４を有するＰライ
ン２６ａを介して前記ポンプ２７に連結されるととも
に、前記Ｒライン２８を介してタンク２９に連結されて
いる。なお、この絞り弁３４は、アシストジャッキ２
０，２１に圧力油を供給する際に、回路全体の圧力が低
下するのを防止するために設けられている。

【００３４】前記電磁弁３３，３３’には、Ｐライン２
６ａとボトム側油圧配管３２，３２’とを連結させると
ともにＲライン２８とヘッド側油圧配管３１，３１’と
を連結させてアシストジャッキ２０，２１を伸長させる
ａポートと、Ｐライン２６ａとヘッド側油圧配管３１，
３１’とを連結させるとともにＲライン２８とボトム側
油圧配管３２，３２’とを連結させてアシストジャッキ
２０，２１を収縮させるｂポートと、前記アシストジャ
ッキ２０，２１の作動を停止させて揺動ジャッキ１８の
伸縮により伸縮可能とするＪポートとが設けられてい
る。

【００３５】前記電磁弁２５，２５’，３３，３３’は
コントローラ３０からの信号により制御される。この制
御のために前記コントローラ３０には、図示されないカ
ッタヘッド３の揺動角度検出装置によって検出されるカ
ッタヘッド３の揺動角度が入力されており、この検出値
に応じて各電磁弁２５，２５’，３３，３３’はそれぞ
れ任意のポートに切替え操作される。

【００３６】次に、前記コントローラ３０による電磁弁
２５，２５’，３３，３３’の制御手順について説明す
る。まず、前記カッタヘッド３を揺動基準位置から左方
向に回動させる際には、前記電磁弁２５がＡポートに、
電磁弁２５’がＢポートに同時に切替えられて、前記揺
動角度検出装置による検出値（揺動角度）がアシスト開
始位置（約＋１５°）に達した時点で、電磁弁３３がａ
ポートに切替えられる。こうして検出値が揺動行程端
（４７．５°）に達した時点で、前記電磁弁２５がＢポ
ートに、電磁弁２５’がＡポートに同時に切替えられる
とともに、前記電磁弁３３がｂポートに切替えられる。
こうして前記検出値が前記アシスト開始位置に達した時
点で、電磁弁３３がＪポートに切替えられる。

【００３７】続いて、前記検出値が揺動基準位置（０
°）を通過してアシスト開始位置（約−１５°）に達し
た時点で、電磁弁３３’がａポートに切替えられる。こ
うして検出値が揺動行程端（揺動角度が−４７．５°）
に達した時点で、前記電磁弁２５がＡポートに、電磁弁
２５’がＢポートに同時に切替えられるとともに、前記
電磁弁３３’がｂポートに切替えられる。こうして前記
検出値が前記アシスト開始位置に達した時点で、電磁弁
３３’がＪポートに切替えられる。これら一連の制御が
繰り返えされることによって、カッタヘッド３が揺動駆
動するよう制御されている。

【００３８】図６には、カッタヘッドの揺動角度とカッ
タヘッドのトルクとの関係を説明する関係図が示されて
いる。なお、この図６には、カッタヘッド３を揺動基準
位置から揺動行程端まで揺動させた後、逆回動させて前
記揺動基準位置まで揺動させた場合について示されてい
る。

【００３９】図示されるように揺動ジャッキ１８，１９
のみを作動させてカッタヘッドを揺動させるとその揺動
角度により徐々にカッタヘッドトルクが低下するが、前
記アシスト開始位置（約１５°）でアシストジャッキ２
０（２１）を作動させることによりカッタヘッドトルク
が上昇し、前記揺動行程端（４７．５°）で得られるカ
ッタヘッドトルクを揺動基準状態（０°）で揺動ジャッ
キ１８，１９により得られるカッタヘッドトルクと略同
程度とすることができる。なお、図６において、アシス
トジャッキを伸長方向に作動させる場合の発生トルク
が、収縮方向に作動させる場合の発生トルクより小さく
なっている。これは伸長方向に作動させる場合に比べて
収縮方向に作動させる場合に油圧を受ける面積が小さく
なるためである。

【００４０】本実施例によれば、揺動ジャッキ１８，１
９によるカッタヘッドトルク減少をアシストジャッキ２
０（２１）の作動により補うようにされており、トルク
変動を抑えて十分な掘削力で常に安定した掘削を行なう
ことができるという効果を奏する。また、本実施例によ
れば、カッタヘッド揺動機構４が非常に簡易な構成にな
り、その装着スペースをコンパクトにすることができる
という効果を奏する。

【００４１】本実施例においては、４本のスポーク７〜
１０が互いに隣接するスポーク同士のなす角度が９０°
とされているため、揺動角度を９５°（９０°以上であ
ればよい）とすることにより切羽面を確実に掘削するこ
とができる。

【００４２】本実施例においては、２つの電磁弁２５，
２５’を介して各揺動ジャッキ１８，１９のヘッド側油
圧配管２２，２２’およびボトム側油圧配管２３，２
３’が連結されているが、揺動ジャッキ１８のヘッド側
油圧配管２２と揺動ジャッキ１９のボトム側油圧配管２
３’とを連結し、揺動ジャッキ１８のボトム側油圧配管
２３と揺動ジャッキ１９のヘッド側油圧配管２２’を連
結して、１つの電磁弁に接続して作動させるように制御
することも可能である。

【００４３】また、本実施例においては、２本のアシス
トジャッキ２０，２１のうち、揺動基準状態から伸長す
る側のみの揺動ジャッキの作動を補助する１つのアシス
トジャッキを作動させるように制御されているが、これ
に限らず、前記揺動ジャッキ１８，１９の伸縮に応じて
２本のアシストジャッキ２０，２１を作動するように制
御してもよい。この場合は、アシストジャッキ２０，２
１を作動させることにより発生トルクが大きくなり過ぎ
ないように制御する必要がある。また、前述のように各
アシストジャッキ２０，２１の作動を制御する２つの電
磁弁を１つの電磁弁で制御させることが可能である。

【００４４】（第２実施例）第２実施例において、カッ
タヘッド３の揺動機構４ａの構成が異なる以外は、基本
的には第１実施例と異なるところがない。したがって、
第１実施例と共通する部分には、同一符号を用いて説明
する。

【００４５】図７には、第２実施例のカッタヘッド揺動
機構４ａの動作を説明する説明図が示されている。

【００４６】本実施例において、カッタヘッド３の主軸
１３中央部（前記バルクヘッド５の後方）の外周面に
は、前記カッタヘッド３の半径方向に突出する２つのア
ーム１６，１７が固着されている。これらアーム１６，
１７には、それぞれ１本の揺動ジャッキ１８，１９の一
端側が回動自在に連結されており、これら揺動ジャッキ
１８，１９の他端側がバルクヘッド５の後方面上部に回
動自在に連結されている。

【００４７】また、前記各アーム１６，１７には、それ
ぞれ一本のアシストジャッキ２０，２１の一端側が回動
自在に連結されており、これらアシストジャッキ２０，
２１の他端側がバルクヘッド５の後方面側部に回動自在
に連結されている。

【００４８】前記カッタヘッド揺動機構４ａは、前記ア
ーム１６，１７と、揺動ジャッキ１８，１９と、アシス
トジャッキ２０，２１とにより構成されており、前記ア
シストジャッキ２０，２１は前記揺動基準状態（揺動ジ
ャッキ１８，１９をストローク中央部まで伸縮させた状
態）（図中、実線で示す）で略収縮された状態にされ、
伸長方向に作動可能な配置とされるとともに、アシスト
ジャッキ２０は左回転時、アシストジャッキ２１は右回
転時に伸長させるに伴って発生トルクが大きくなり、揺
動行程端で発生トルクが最大となるように配置されてい
る。また、前記揺動ジャッキ１８，１９を揺動基準状態
とした際に、前記１つのアーム１６に連結される揺動ジ
ャッキ１８およびアシストジャッキ２０の配置状態と他
方のアーム１７に連結される揺動ジャッキ１９およびア
シストジャッキ２１の配置状態は、前記主軸１３の中心
点を通る直線Ｃに対して線対称とされている。

【００４９】次に、図７を用いて前記カッタヘッド揺動
機構４ａの動作について説明する。

【００５０】前記揺動ジャッキ１８，１９をストローク
中央部まで伸縮させた状態を揺動基準状態（図中、実線
で示す。）とし、この揺動基準状態から前記揺動ジャッ
キ１８を伸長方向に作動させると同時に、他方の揺動ジ
ャッキ１９を収縮方向に作動させて、さらに前記揺動ジ
ャッキ１８の作動を補助するようにアシストジャッキ２
０を伸長方向に作動させることで、カッタヘッド３を左
方向に揺動行程端（本実施例では＋４７．５°）まで回
動させる。

【００５１】この回動の後、前記揺動ジャッキ１９を伸
長方向に作動させると同時に、揺動ジャッキ１８および
アシストジャッキ２０を収縮方向に作動させてカッタヘ
ッド３を右方向に揺動させて前記揺動基準状態に達した
時点で、前記アシストジャッキ２０の収縮動作を停止さ
せる。

【００５２】続いて、前記揺動ジャッキ１９の伸長動作
および揺動ジャッキ１８の収縮動作が行なわれるととも
に、前記揺動ジャッキ１９の作動を補助するようにアシ
ストジャッキ２１を伸長方向に作動させて、カッタヘッ
ド３を右方向に揺動行程端（本実施例では−４７．５
°）まで回動させる。

【００５３】この回動の後、前記揺動ジャッキ１８を伸
長方向に作動させると同時に、揺動ジャッキ１９および
アシストジャッキ２１を収縮方向に作動させてカッタヘ
ッド３を左方向に揺動させて前記揺動基準状態に達した
時点で、前記アシストジャッキ２１の収縮動作を停止さ
せる。こうして前述の操作を繰り返すことによって、カ
ッタヘッド３に所定の角度範囲（本実施例の場合９５
°）内での揺動運動を行なわせる。なお、図７には前記
カッタヘッド３を左右両側の揺動行程端まで回動させた
際の揺動ジャッキ１８，１９およびアシストジャッキ２
０，２１の配置状態がそれぞれ二点鎖線で示されてい
る。

【００５４】本実施例において、前記揺動ジャッキ１
８，１９およびアシストジャッキ２０，２１は第１実施
例と同様の油圧回路によって、前述のように作動するよ
うにされている。すなわち、前記コントローラ３０によ
って、揺動基準状態から伸長する側のみの揺動ジャッキ
の作動を補助するアシストジャッキを作動させるように
制御されている。

【００５５】本実施例によれば、第１実施例と同様に、
トルク変動を抑えて十分な掘削力で常に安定した掘削を
行なうことができるとともに、カッタヘッド揺動機構４
ａが非常に簡易な構成とされているため、その装着スペ
ースをコンパクトにすることができるという効果を奏す
る。さらに、前記揺動ジャッキ１８，１９およびアシス
トジャッキ２０，２１の制御を容易にすることができ
る。

【００５６】（第３実施例）第３実施例において、カッ
タヘッド３の揺動機構４ｂの構成が異なる以外は、基本
的には第１実施例と異なるところがない。したがって、
第１実施例と共通する部分には、同一符号を用いて説明
する。

【００５７】図８には、第３実施例のカッタヘッド揺動
機構４ｂの動作を説明する説明図が示されている。

【００５８】本実施例において、カッタヘッド３の主軸
１３中央部（前記バルクヘッド５の後方）の外周面に
は、前記カッタヘッド３の半径方向に突出する１つのア
ーム１６’が固着されている。これらアーム１６’に
は、揺動ジャッキ１８，１９の一端側がそれぞれ回動自
在に連結されており、これら揺動ジャッキ１８，１９の
他端側がバルクヘッド５の後方面側下部に回動自在に連
結されている。また、前記アーム１６’には、一本のア
シストジャッキ２０’の一端側が回動自在に連結されて
おり、このアシストジャッキ２０’の他端側がバルクヘ
ッド５の後方面上部に回動自在に連結されている。

【００５９】前記カッタヘッド揺動機構４ｂは、前記ア
ーム１６’と、揺動ジャッキ１８，１９と、アシストジ
ャッキ２０’とにより構成されており、前記アシストジ
ャッキ２０’は揺動ジャッキ１８，１９をストローク中
央部まで伸縮させた際に（図中、実線で示す。）アシス
トジャッキ２０’の両端側の各連結点と前記主軸１３の
中心点とを結んだ直線が一直線上にあるように、すなわ
ち死点となるように配置され、さらにこの状態で前記ア
シストジャッキ２０’は最も収縮された状態にされてい
る。

【００６０】次に、図８を用いて前記カッタヘッド揺動
機構４ｂの動作について説明する。

【００６１】前記揺動ジャッキ１８，１９をストローク
中央部まで伸縮させた状態を揺動基準状態（図中、実線
で示す。）とし、この揺動基準状態から前記揺動ジャッ
キ１８を伸長方向に作動させると同時に、他方の揺動ジ
ャッキ１９を収縮方向に作動させることで、カッタヘッ
ド３を右方向に所定角度（本実施例では約＋１５°）回
動させて、アシスト開始位置に達した時点でアシストジ
ャッキ２０’を伸長方向に作動させて、カッタヘッド３
を揺動行程端（本実施例では＋４７．５°）まで回動さ
せる（図中、二点鎖線で示す。）。

【００６２】この回動の後、前記揺動ジャッキ１８を収
縮方向に作動させると同時に他方の揺動ジャッキ１９を
伸長方向に作動させ、さらにアシストジャッキ２０’を
収縮方向に作動させることで、カッタヘッド３を左方向
に回動させ、前記アシスト開始位置に達した時点でアシ
ストジャッキ２０’の作動を停止させる。

【００６３】続いて、前記揺動ジャッキ１８の収縮およ
び揺動ジャッキ１９の伸長により揺動基準状態を経て所
定角度（本実施例では約−１５°）回動させてアシスト
開始位置に達した時点で、再び前記アシストジャッキ２
０’を伸長方向に作動させて、カッタヘッド３を揺動行
程端（本実施例では−４７．５°）まで回動させる（図
中、二点鎖線で示す。）。

【００６４】この回動の後、前記揺動ジャッキ１８を伸
長方向に作動させると同時に他方の揺動ジャッキ１９を
収縮方向に作動させ、さらにアシストジャッキ２０’を
収縮方向に作動させることで、カッタヘッド３を右方向
に作動させ、前記アシスト開始位置に達した時点でアシ
ストジャッキ２０’の作動を停止させる。こうして前述
の一連の動作を繰り返し行なうことで、カッタヘッド３
に所定の角度範囲（本実施例の場合９５°）内での揺動
運動を行なわせる。

【００６５】本実施例によれば、第１および第２実施例
と同等の効果を得ることができるとともに、一本のアシ
ストジャッキで２本の揺動ジャッキの動作を補助するこ
とができるため、構造がより簡易となり、その制御も容
易となるという効果を奏する。

【００６６】前記各実施例においては、カッタヘッド揺
動機構４，４ａ，４ｂが円形断面を掘削するトンネル掘
削機に適用される例について説明したが、これに限ら
ず、前記カッタヘッド揺動機構４，４ａ，４ｂを例えば
矩形断面等の異形断面を掘削するトンネル掘削機に適用
することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、第１実施例に係るトンネル掘削機の正
面図である。

【図２】図２は、第１実施例に係るトンネル掘削機の縦
断面図である。

【図３】図３は、図１のＡ矢視図である。

【図４】図４は、第１実施例のカッタヘッド揺動機構の
動作を説明する説明図である。

【図５】図５は、第１実施例のカッタヘッド揺動機構の
油圧回路図である。

【図６】図６は、カッタヘッドの揺動角度とカッタヘッ
ドのトルクとの関係を説明する関係図である。

【図７】図７は、第２実施例のカッタヘッド揺動機構の
動作を説明する説明図である。

【図８】図８は、第３実施例のカッタヘッド揺動機構の
動作を説明する説明図である。

【図９】図９は、従来のトンネル掘削機におけるカッタ
ヘッド揺動機構（ａ）（ｂ）（ｃ）の説明図である。

【図１０】図１０は、従来のトンネル掘削機におけるカ
ッタヘッド揺動機構の説明図である。

【符号の説明】

１ トンネル掘削機 ２ スキンプレート ３ カッタヘッド ４，４ａ，４ｂ カッタヘッド揺動機構 ５ バルクヘッド ６ チャンバ ７，８，９，１０ スポーク １１ オーバカッタ装置 １２ オーバカッタ １３ 主軸（駆動軸） １４ ブッシュ １５ ベアリング １６，１７ アーム １８，１９ 揺動ジャッキ ２０，２１ アシストジャッキ ２２，３１ ヘッド側油圧配管 ２３，３２ ボトム側油圧配管 ２４ パイロットチェック弁 ２５，２５’ 電磁弁 ２６ Ｐライン ２７ ポンプ ２８ Ｒライン ２９ タンク ３０ コントローラ ３３，３３’ 電磁弁 ３４ 絞り弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 南 敬 石川県小松市八日市町地方５ 株式会社 小松製作所小松工場内 (56)参考文献 特開 平10−140979（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−256992（ＪＰ，Ａ) 特開2000−192784（ＪＰ，Ａ) 実公 昭48−20918（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 9/08 E21D 9/06 301

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 掘削機本体の前部にトンネル軸心周りに
   揺動可能に設けられるカッタヘッドと、このカッタヘッ
   ドを揺動させる揺動機構とを備えるトンネル掘削機にお
   いて、 前記揺動機構が、前記カッタヘッドの駆動軸から半径方
   向に突設されるアームと、このアームに一端が枢着され
   るとともに他端が掘削機本体に枢着されるカッタ揺動ジ
   ャッキと、前記アームに一端が枢着されるとともに他端
   が掘削機本体に枢着されるアシストジャッキを備え、こ
   のアシストジャッキが、前記カッタ揺動ジャッキの伸縮
   により揺動する前記カッタヘッドの揺動行程端に近づく
   につれてそのカッタヘッドに加えられるトルクが大きく
   なるように配置されることを特徴とするトンネル掘削
   機。
2. 【請求項２】 前記アシストジャッキは、前記カッタ揺
   動ジャッキのストロークの略中央付近で死点となるよう
   に配置される請求項１に記載のトンネル掘削機。