JPH0448920B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は掘削作業におけるシールド本体のロー
テイシヨンを防止して横穴と縦穴の掘削を可能と
したメカニカルシールドに関するものである。

〔従来の技術〕

トンネルや上下水道或いは電纜用洞道等を掘削
する手段として、近年、メカニカルシールド工法
が盛んに用いられている。

このシールド工法は、シールド本体（鋼殻）内
に設けたカツタ駆動用モータが直接或いは減速機
構を介してカツタを回転させて土砂（土石）を掘
削するものである。

そして、掘削に際して、該カツタ駆動用モータ
の回転と反対方向に作用する反力によつてシール
ド本体が回動（ローテイシヨン）するのを防ぐた
めに、シールド本体の外周に複数の抵抗板を長手
方向に設けてある。

この抵抗板は、横穴掘削において、シールドの
自重によつてシールド本体と土砂との周面摩擦抵
抗が大きいが故に効果を奏するものであつて、縦
穴掘削用としては適用が難しい。

即ち、橋桁用の縦穴掘削や海底資源等の発掘ボ
ーリング作業においては、掘削用ドリルの回転反
力に対してドリル駆動用モータが反転しない様
に、該駆動用モータをしつかりと固定する強固な
建造物が必要である。

また、縦穴掘削用のドリルには、横穴掘削用の
シールドに匹敵する様な大径のものがなく、横穴
並の穴は掘削出来ないのが実状である。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、上記した点に鑑みて、強固な建造物
による支えを必要とすることなく、海底等に大径
の縦穴を効率良く掘削出来る手段を提供すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、シール
ド本体内部に、カツタ駆動用モータの出力軸とハ
ウジングとを互いに逆向きに回転可能に設け、該
出力軸に第一のカツタドラムを接続し、該ハウジ
ングに第二のカツタドラムを接続して、該第一の
カツタドラムと該第二のカツタドラムとを、該出
力軸と該出力軸の回転反力によつて逆転する該ハ
ウジングとによつて、互いに逆向きに回転可能と
して成る構造、並びに、シールド本体内部に、カ
ツタ駆動用正転モータと、該カツタ駆動用正転モ
ータと同出力のカツタ駆動用逆転モータの同数設
け、該正転モータと該逆転モータが夫々、同心円
上に配設された別々のカツタドラムを駆動して成
る構造をそれぞれ採用する。

〔作用〕

掘削に際して、上記した前者の手段によつて、
カツタ駆動用モータの出力軸とハウジング本体は
夫々反対方向に回転して夫々のカツタドラムを駆
動するから、掘削によつて生じる反力を互いに相
殺して、シールドのローテイシヨンを防止するこ
とが出来る。

また、後者の手段によつて、同一出力且つ同数
のカツタ駆動用正転モータとカツタ駆動用逆転モ
ータは同時に夫々別々のカツタドラムを駆動する
から、シールド本体に作用する反力は大きさが等
しく且つ方向が反対となつて、シールドのローテ
イシヨンを防止することが出来る。

〔実施例〕

第１図は、本発明のトルクバランス型メカニカ
ルシールドの一実施例を示す縦断面図であり、シ
ールド本体１の内部にカツタ駆動用モータ４を一
台設けると共に、該モータ４の出力軸５によつて
駆動される内側カツタドラム２３と、シールド本
体１に回動自在に支持された該モータ４のハウジ
ング６によつて駆動される外周カツタドラム２４
を夫々同心円上に設けてある。

該モータ４の出力軸５と内側カツタドラム２３
の間にはプラネタリギヤを用いた減速機構７を介
在させてあり、即ち、出力軸５に対し、太陽歯車
（外歯歯車）８を設け、該太陽歯車８の外周に複
数の遊星歯車９を介してリング状の内歯歯車１０
を設けてある。

該遊星歯車９は、シールド本体１の内側に張り
出して設けた歯車支持壁２０，２０′にベアリン
グ１９ａを介して軸支してある。

そして、該内歯歯車１０に内側カツタドラム２
３を接合して設けてある。

該内側カツタドラム２３の先端には内側カツタ
ホイール２５を設け、該カツタホイール２５には
掘削用のカツタ２７を放射状に且つ一列毎に千鳥
状に配設してあり、該カツタ２７はボルト止め等
により固定されて交換可能になつている。

一方、該モータ４のハウジング６と外側カツタ
ドラム２４との間にもプラネタリギヤを用いた減
速機構１３の介在させてあり、即ち、スリツプリ
ング１２を設けて回動可能なハウジング６に対
し、回転体１１を固定して設けると共に、該回転
体１１の外周にリング状の太陽歯車（外歯歯車）
１４を設け、さらに該太陽歯車１４の外周に複数
の遊星歯車１５を介在させてリング状の内歯歯車
１６を設けてある。

該遊星歯車１５は、シールド本体１の歯車支持
壁２，２０にベアリング１９ｃを介して軸支して
ある。

そして、該内歯歯車１６には外側カツタドラム
２４を一体に或いは接合して設け、該外側カツタ
ドラム２４の先端に環状の外側カツタホイール２
６を設けてある。

該外側カツタホイール２６にも前述と同様なカ
ツタ２８が設けてあり、これらのカツタホイール
２５，２６には、細長形状の土砂採れ口２９を放
射状に設けてある。

尚、前記内歯歯車１０は、歯車支持壁２０にベ
アリング１９ｂ，ｃを介して支持されると共に、
前記回転体１１は歯車支持壁２にベアリング１９
ｄを介し、また、内歯歯車１６と歯車支持壁２，
３の間、並びに前記内側カツタホイール２５と外
側カツタドラム２４の間等には夫々ベアリング１
９ｆ，ｇ，ｈ…を介在させてある。

これらのベアリング１９ｂ〜ｄ，ｆ〜ｈは高荷
重に耐える様にテーパベアリング或いはコロベア
リングが使用される。

また、内側カツタドラム２３並びに外側カツタ
ドラム２４の外周に土砂搬送用のスクリユーコン
ベヤ２１，２２を夫々接合して設けてあり、カツ
タ駆動用モータ４が該スクリユーコンベヤ２１，
２２の動力源を兼ねている。

図中３０は土砂搬送孔であり、図示しないベル
トコンベヤ等によつて土砂の排出がなされる。

さらに、回転体１１に対し、ブレーキ板１７を
接合して設けると共に、シールド本体１の歯車支
持壁２に対してブレーキライニング１８を設けて
ある。

このブレーキ機構は出力軸５の駆動トルクセン
サー（図示せず）の信号により制御されており、
即ち、内側カツタホイール２５が岩盤に突き当つ
て該ホイール２５の回転が停止したり遅くなつた
場合に、出力軸５は内歯歯車１０の周上で遊星歯
車９を空転させて駆動トルクの伝達を弱めるの
で、その情報信号によりブレーキをオンにして回
転体１１即ち外側カツタホイール２６を停止さ
せ、そのトルクを出力軸５の駆動に使用させるこ
とにより、出力軸５のトルクを倍加させて岩盤を
掘削することが出来るのである。

尚、ブレーキ機構をハウジング側と出力軸側の
両方に設ければ、外側カツタホイール２６と内側
カツタホイール２５のどちらに対しても駆動トル
クを配分することが可能となる。

さらに、これらの場合、シールド本体１の外周
に抵抗板３１を設けておけばローテイシヨンを防
ぐことが出来る。

図中３２は土中進入時の抵抗を減少させるため
に回転自在に軸支した抵抗板である。

また、シールド本体１の歯車支持壁２並びに外
側カツタホイール２６は、図中３４，３３で示す
継ぎ目部により切り離しが可能であり、掘削完了
後にシールドの内部構造物を全て回収することが
出来る。

図中３５は図示しないセグメントを覆工すると
共にシールド自体を推進させるための油圧ジヤツ
キである。

ここで、本実施例の作用を説明すると、カツタ
駆動用モータ４を始動すると、出力軸５が回転す
ると共にハウジング６が反対方向に回転し、それ
らの回転力は夫々の減速機構７，１３によつて増
加されて、夫々のカツタドラム２３，２４を対向
方向に回転させる。

即ち、該出力軸５に設けた太陽歯車８が図示イ
方向に回転すると、遊星歯車９はロ方向に回転
し、内歯歯車１０をハ方向に回転させる。

従つて、内側カツタドラム２３はニ方向に回転
して、該ドラム２３に設けたカツタ２７により土
砂を掘削すると共に、内側スクリユーコンベヤ２
１によりズリ（土砂）を搬送する。

一方、ハウジング６の回転体１１に設けた外歯
歯車１４はホ方向に回転して、遊星歯車１５をヘ
方向に回転させるから、内歯歯車１６即ち外側カ
ツタドラム２４をト方向に回転させて、該ドラム
２４に設けたカツタ２８並びに外側スクリユーコ
ンベヤ２２により、前記内側カツタドラム２３と
逆向きに掘削及び搬送を行う。

第２図は、本発明のトルクバランス型メカニカ
ルシールドの他の実施例を示すものであり、シー
ルド本体３６の内部にモータ固定壁３７を張り出
して設け、該固定壁３７に対し、シールド軸中心
ｍから放射状に、内側カツタ駆動用正転モータ３
８ａ，ｂを、そして外側に該正転モータ３８ａ，
ｂと同出力のカツタ駆動用逆転モータ３９ａ，ｂ
を夫々対称位置に同数（図中各二個）配設してあ
る。

そして、これらのモータ３８ａ〜ｂ，３９ａ〜
ｂの出力軸ａ，ｂ，a′，b′に夫々小歯車４０ａ，
４０ｂ，４０ｃ，４０ｄを設けると共に、該小歯
車４０ａ〜ｄに噛み合うリング状の内歯歯車４
２，４４と外歯歯車４１，４３をシールド軸中心
ｍに対して同心円上に設けてある。

尚、カツタ駆動モータの数は多い程、掘削力を
増強させることが出来るが、その場合でも、正
転、逆転モータを同数設けることが望ましい。

さて、夫々の内歯歯車４２，４４と外歯歯車４
１，４３にはカツタドラム５０，５１，５２，５
３を一体に或いは接合して設けてあり、夫々のカ
ツタドラム５０〜５３にはカツタホイール５４，
５５，５６，５７を同心円上に配設してある。

即ち、最内側のカツタドラム５０には円板状の
カツタホイール５４を設け、以下軸心から内歯付
カツタドラム５１、外歯付カツタドラム５２、最
外側の内歯付カツタドラム５３の順に夫々リング
状のカツタホイール５５〜５７を設けてある。

そして、夫々のカツタホイール５４〜５７には
カツタ５８，５９，６０，６１を交換可能に設け
てある。

さらに、夫々のカツタドラム５０〜５３の外周
には土砂搬送用スクリユーコンベヤ４６，４７，
４８，４９を設けてある。

ここで、本実施例の作用を説明すると、内側に
設けた正転モータ３８ａ，３８ｂがチ方向に回転
すると、出力軸ａ，ｂの小歯車４０ａ，４０ｂは
外歯歯車４１と内歯歯車４２を夫々対向リ，ヌ方
向に回転させて、カツタホイール５４，５５を対
向して駆動させる。

さらに、外側に設けた逆転モータ３９ａ，３９
ｂが前記正転モータ３９ａ〜ｂの回転と逆向き
（ル方向）に回転して、出力軸a′，b′の小歯車４
０ｃ，４０ｄが外歯歯車４３と内歯歯車４４を
夫々前記外歯歯車４１と内歯歯車４２に対して逆
方向（ル，ヲ）に回転させるから、カツタホイー
ル５６，５７は前記カツタホイール５４，５５に
対して逆向きに駆動される。

つまり、カツタホイール５４〜５７は交互に対
向して回転する。

従つて、掘削に際して、シールド本体１が受け
る反力は相殺されるから、ローテイシヨンを起こ
すことがなく、故に縦穴を掘削する場合でもシー
ルド本体１を強固に固定する必要はない。

尚、夫々の歯車４１〜４４並びにカツタドラム
５０〜５３は高荷重に耐えるコロ乃至はテーパベ
アリング４５ａ〜ｄによつて支持されており、ま
た、シールド本体１のモータ固定壁３７並びに最
外側のカツタホイール５７は、図中６２，６３で
示す継ぎ目部により切り離しが可能であり、掘削
完了後にシールドの内部構造物を全て回収するこ
とが出来るのは先の実施例と同様である。

本実施例によれば、先の実施例よりもシールド
径（カツタホイール径）を大きくすることが出来
るものである。

〔発明の効果〕

本発明は、上記の如くに、カツタ駆動モータの
駆動反力を相殺して、シールド本体にローテイシ
ヨンを起こさない構造としたから、一台で横穴と
縦穴両方の掘削に使用することが出来るものであ
り、掘削機作製に要するコストを大幅に低減させ
る効果を有すると共に、縦穴の掘削に使用した場
合には、従来にない大径の穴を掘削することが出
来るから、掘削作業の効率を上げて海底資源等の
開発に威力を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のトルクバランス型メカニカル
シールドの一実施例を示す縦断面図、第２図は本
発明の他の実施例を示す縦断面図である。 １，３６……シールド本体、４……カツタ駆動
用モータ、５……出力軸、６……ハウジング、
７，１３……減速機構、１７……ブレーキ板、１
８……ブレーキライニング、１９ａ〜ｈ，４５ａ
〜ｄ……ベアリング、２３……内側カツタドラ
ム、２４……外側カツタドラム、３８ａ，３８ｂ
……カツタ駆動用正転モータ、３９ａ，３９ｂ…
…カツタ駆動用逆転モータ、５０，５１，５２，
５３……カツタドラム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シールド本体内部に、カツタ駆動用モータの
   出力軸とハウジングとを互いに逆向きに回転可能
   に設け、該出力軸に第一のカツタドラムを接続
   し、該ハウジングに第二のカツタドラムを接続し
   て、該第一のカツタドラムと該第二のカツタドラ
   ムとを、該出力軸と該出力軸の回転反力によつて
   逆転する該ハウジングとによつて、互いに逆向き
   に回転可能として成ることを特徴とするトルクバ
   ランス型メカニカルシールド。 ２ シールド本体内部に、カツタ駆動用正転モー
   タと、該カツタ駆動用正転モータと同出力のカツ
   タ駆動用逆転モータを同数設け、該正転モータと
   該逆転モータが夫々、同心円上に配設された別々
   のカツタドラムを駆動して成ることを特徴とする
   トルクバランス型メカニカルシールド。