特許 6321438 トンネル掘進機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6321438

(24)【登録日】2018年4月13日

(45)【発行日】2018年5月9日

(54)【発明の名称】トンネル掘進機

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/06 20060101AFI20180423BHJP

【ＦＩ】

   E21D9/06 301

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-87421(P2014-87421)

(22)【出願日】2014年4月21日

(65)【公開番号】特開2015-206206(P2015-206206A)

(43)【公開日】2015年11月19日

【審査請求日】2016年12月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005119

【氏名又は名称】日立造船株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104433

【弁理士】

【氏名又は名称】宮園 博一

(72)【発明者】

【氏名】三輪 拓也

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 加津也

(72)【発明者】

【氏名】部谷 桂太朗

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼取 絋平

(72)【発明者】

【氏名】泉澤 俊裕

(72)【発明者】

【氏名】宮内 卓也

【審査官】 神尾 寧

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−２０２３２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１５８７８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０９７１８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ２１Ｄ ９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

カッタヘッドと、
前記カッタヘッドの後方に設けられ、前記カッタヘッドにより掘削された掘削土が混練されるチャンバと、
前記チャンバ内の掘削土の性状を確認するための土砂性状確認部とを備え、
前記土砂性状確認部は、
前記チャンバ内に配置された状態で前記チャンバ内の掘削土を混練する際の掘削土に作用する力を受ける測定部を有し、前記測定部が受ける力に応じて回動される回動部と、
前記回動部の回動をトルクとして検出するトルク検出部と、
前記回動部が所定の回動角度よりも大きく回動することを規制するストッパ部材とを含む、トンネル掘進機。

【請求項2】

カッタヘッドと、
前記カッタヘッドの後方に設けられ、前記カッタヘッドにより掘削された掘削土が混練されるチャンバと、
前記チャンバ内の掘削土の性状を確認するための土砂性状確認部とを備え、
前記土砂性状確認部は、前記チャンバ内に配置された状態で前記チャンバ内の掘削土を混練する際の掘削土に作用する力を受ける測定部を有し、前記測定部が受ける力に応じて回動される回動部と、前記回動部の回動をトルクとして検出するトルク検出部と、前記カッタヘッドの後面に固定される固定部とを含み、
前記回動部は、前記固定部に対して回動するように構成されており、
前記トルク検出部は、前記固定部と前記回動部との間に配置され、前記固定部に対する前記回動部の回動をトルクとして検出するように構成されており、
前記カッタヘッドは、前記後面に形成された孔部を含むとともに、中空状に形成されており、
前記固定部は、筒状に形成されているとともに、前記カッタヘッドの前記孔部を覆うように前記カッタヘッドの前記後面に固定されており、
前記トルク検出部は、中空状の前記カッタヘッドの内部から前記孔部を介して交換可能に配置されている、トンネル掘進機。

【請求項3】

前記土砂性状確認部は、前記カッタヘッドの後面に固定される固定部をさらに含み、
前記回動部は、前記固定部に対して回動するように構成されており、
前記トルク検出部は、前記固定部と前記回動部との間に配置され、前記固定部に対する前記回動部の回動をトルクとして検出するように構成されている、請求項１に記載のトンネル掘進機。

【請求項4】

前記カッタヘッドは、前記後面に形成された孔部を含むとともに、中空状に形成されており、
前記固定部は、筒状に形成されているとともに、前記カッタヘッドの前記孔部を覆うように前記カッタヘッドの前記後面に固定されており、
前記トルク検出部は、中空状の前記カッタヘッドの内部から前記孔部を介して交換可能に配置されている、請求項３に記載のトンネル掘進機。

【請求項5】

前記土砂性状確認部は、前記固定部と前記回動部との間に配置されたシール部材をさらに含む、請求項２〜４のいずれか１項に記載のトンネル掘進機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トンネル掘進機に関し、特に、チャンバ内の掘削土の性状を確認するための土砂性状確認部を備えるトンネル掘進機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、土砂性状確認部を備えるトンネル掘進機が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

【0003】

上記特許文献１には、カッタと、カッタの後方に形成され、掘削土砂と加泥材との混合物が攪拌混合されるチャンバと、混合物の流動方向と流動速度とを把握するための測定装置とを備える、泥土式シールド掘進機が開示されている。この泥土式シールド掘進機の測定装置は、チャンバ内に一方端が突出するように設けられたロッドと、ロッドのチャンバ内の一方端に取り付けられた回転板と、ロッドの他方端に接続され、ロッドを回転させるためのモータと、回転板（ロッド）の回転角度を検出する回転角度検出器とを含んでいる。この泥土式シールド掘進機では、回転板を所定の角度だけ回転させた際のモータに供給される電力を測定することによって、混合物の流動による回転板での回転抵抗（回転トルク）を検出するように構成されている。そして、検出した回転トルクから混合物の流動方向と流動速度とを把握するように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第４１５６４８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記特許文献１の泥土式シールド掘進機では、モータにより回転板を所定の角度だけ回転させた際のモータに供給される電力を測定装置により測定するように構成されているため、混合物内に硬い物体がある場合や混合物の粘性が非常に高い場合などには、回転板を回転させるためのトルクが大きくなることに起因して、回転板を所定の角度だけ回転させるのに必要なモータの電力が大きくなる。このため、土砂の性状を確認するために要する電力が大きくなる場合があるという問題点がある。

【0006】

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、土砂の性状を確認するために要する電力が大きくなるのを抑制することが可能なトンネル掘進機を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面におけるトンネル掘進機は、カッタヘッドと、カッタヘッドの後方に設けられ、カッタヘッドにより掘削された掘削土が混練されるチャンバと、チャンバ内の掘削土の性状を確認するための土砂性状確認部とを備え、土砂性状確認部は、チャンバ内に配置された状態でチャンバ内の掘削土を混練する際の掘削土に作用する力を受ける測定部を有し、測定部が受ける力に応じて回動される回動部と、回動部の回動をトルクとして検出するトルク検出部と、回動部が所定の回動角度よりも大きく回動することを規制するストッパ部材とを含む。

【0008】

この発明の第１の局面によるトンネル掘進機では、上記のように、土砂性状確認部に、チャンバ内に配置された状態でチャンバ内の掘削土を混練する際の掘削土に作用する力を受ける測定部を有し、測定部が受ける力に応じて回動される回動部と、回動部の回動をトルクとして検出するトルク検出部とを設ける。これにより、モータなどの駆動源を用いなくとも、測定部が受ける力に応じて回動部を回動させることができるとともに、回動部の回動に基づくトルクの検出により土砂の性状を確認することができる。この結果、駆動源を設けない分、駆動源を駆動させるのに要する電力を供給する必要がないので、土砂の性状を確認するために要する電力が大きくなるのを抑制することができる。また、回動部の回動に基づくトルクから土砂の性状を確認することによって、測定部自体の撓みや変形などから土砂の性状を確認する場合と比べて、測定部に撓みや変形などを生じさせる必要がないので、測定部を剛性の高い材料から構成することができる。これにより、撓みや変形などに起因する測定部の破損を抑制することができる。また、土砂性状確認部は、回動部が所定の回動角度よりも大きく回動することを規制するストッパ部材をさらに含む。これにより、掘削土の中に硬い物体があることなどに起因して回動部に過度のトルクが加えられた際に、ストッパ部材により回動部が過度に（所定の回動角度よりも大きく）回動するのを抑制することができるので、回動部の過度の回動に起因してトルク検出部が破損するのを抑制することができる。

【0009】

また、この発明の第２の局面におけるトンネル掘進機は、カッタヘッドと、カッタヘッドの後方に設けられ、カッタヘッドにより掘削された掘削土が混練されるチャンバと、チャンバ内の掘削土の性状を確認するための土砂性状確認部とを備え、土砂性状確認部は、チャンバ内に配置された状態でチャンバ内の掘削土を混練する際の掘削土に作用する力を受ける測定部を有し、測定部が受ける力に応じて回動される回動部と、回動部の回動をトルクとして検出するトルク検出部と、カッタヘッドの後面に固定される固定部とを含み、回動部は、固定部に対して回動するように構成されており、トルク検出部は、固定部と回動部との間に配置され、固定部に対する回動部の回動をトルクとして検出するように構成されており、カッタヘッドは、後面に形成された孔部を含むとともに、中空状に形成されており、固定部は、筒状に形成されているとともに、カッタヘッドの孔部を覆うようにカッタヘッドの後面に固定されており、トルク検出部は、中空状のカッタヘッドの内部から孔部を介して交換可能に配置されている。

【0010】

上記一の局面によるトンネル掘進機において、好ましくは、土砂性状確認部は、カッタヘッドの後面に固定される固定部をさらに含み、回動部は、固定部に対して回動するように構成されており、トルク検出部は、固定部と回動部との間に配置され、固定部に対する回動部の回動をトルクとして検出するように構成されている。このように構成すれば、カッタヘッドと共に回転する固定部に対する回動部の回動を検出することによって、固定部が回転しない場合と比べて、固定部の回転軌道上の様々な箇所において測定部が受ける力を検出することができる。これにより、土砂性状確認部の数が増加するのを抑制しつつ、チャンバ内の土砂の性状を複数個所において確認することができる。

【0011】

この場合、好ましくは、カッタヘッドは、後面に形成された孔部を含むとともに、中空状に形成されており、固定部は、筒状に形成されているとともに、カッタヘッドの孔部を覆うようにカッタヘッドの後面に固定されており、トルク検出部は、中空状のカッタヘッドの内部から孔部を介して交換可能に配置されている。このように構成すれば、トルク検出部に不具合が生じた場合であっても、カッタヘッドの内部からトルク検出部を容易に交換することができる。

【0012】

上記土砂性状確認部が固定部と回動部とを含む構成において、好ましくは、土砂性状確認部は、固定部と回動部との間に配置されたシール部材をさらに含む。このように構成すれば、シール部材により固定部と回動部との間に掘削土が流入するのを抑制することができるので、回動部の回動が固定部と回動部との間に流入した掘削土に起因して回動部が回動しにくくなるのを抑制することができる。これにより、回動部の回動をトルクとしてより正確に検出することができる。また、トルク検出部が土砂性状確認部の内側に配置されている場合には、掘削土が土砂性状確認部の内側に流入するのが抑制されることにより、トルク検出部に掘削土が接触するのが抑制されるので、掘削土によりトルク検出の精度が低下するのを抑制することができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、上記のように、土砂の性状を確認するために要する電力が大きくなるのを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態によるトンネル掘進機の全体構成を示した概略斜視図である。

【図2】本発明の一実施形態によるトンネル掘進機のカッタヘッドの後面を示した背面図である。

【図3】図２の２００−２００線に沿った断面図である。

【図4】本発明の一実施形態による土砂性状確認部を示した断面図である。

【図5】本発明の一実施形態による土砂性状確認部を後側から見た背面図である。

【図6】図４の２１０−２１０線に沿った断面図（通常の状態）である。

【図7】図４の２１０−２１０線に沿った断面図（θ回動状態）である。

【図8】本発明の一実施形態による土砂性状確認部のベアリング周辺を示した拡大断面図である。

【図9】本発明の一実施形態によるトンネル掘進機のトルクに関する信号の送受信を説明するための概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

【0016】

図１〜図３を参照して、本発明の一実施形態によるトンネル掘進機１の全体構成について説明する。

【0017】

トンネル掘進機１は、泥土圧シールド掘進機であり、密閉式のシールド工法に対応している。具体的には、トンネル掘進機１は、図１に示すように、円筒状のシールドフレーム１１と、シールドフレーム１１の掘進方向（Ｘ方向）の前端（Ｘ１側の端）に配置された面盤型のカッタヘッド１２と、カッタヘッド１２の後面１２ａ（Ｘ２側の面）と隔壁１３との間（カッタヘッド１２の後方）に設けられ、内部で掘削土が混練されるチャンバ１４と、チャンバ１４内の掘削土を連続的に外部に排出するスクリューコンベア１５とを備えている。なお、理解容易のために、チャンバ１４内に蓄積される掘削土については図示を省略している。

【0018】

カッタヘッド１２は、掘進方向から見て、円形状に形成されており、図示しないモータにより、チャンバ１４内に配置された回転軸部１２ｂとともに回転されて、掘削が行われるように構成されている。また、カッタヘッド１２は、回転軸線Ａ（図３参照）周りに所定の回転速度で回転するように構成されている。一方、シールドフレーム１１や隔壁１３は回転しない静止体である。

【0019】

カッタヘッド１２は、放射状に延びるとともに４５度の等角度間隔で配置された８本のカッタスポーク１２ｃを有している。８本のカッタスポーク１２ｃには、それぞれ、半径方向に略等間隔に配置された複数のディスクカッタ（カッタビット）１２ｄが取り付けられている。ディスクカッタ１２ｄにより掘削された掘削土は、カッタヘッド１２に設けられた貫通孔１２ｅを介して、チャンバ１４内に供給されるように構成されている。そして、チャンバ１４内に掘削土が充満されることによって、切羽（カッタヘッド１２が掘削している部分の地肌）が安定的に保持されるように構成されている。この際、チャンバ１４内の掘削土の状態によっては、作泥材供給部１６（図９参照）から、掘削土に作泥材が所定の量供給されるように構成されている。この作泥材は、ベントナイトなどを含んでおり、掘削土を流動しやすい泥土状にする（塑性流動化する）機能を有している。

【0020】

カッタヘッド１２の後面１２ａには、図２および図３に示すように、カッタヘッド１２の外周部近傍に配置され、チャンバ１４内に向かって掘進方向の後方（Ｘ２方向）に延びる４つの攪拌翼１２ｆが形成されている。また、カッタヘッド１２の後面１２ａのうち、カッタヘッド１２の外周部近傍で、かつ、攪拌翼１２ｆよりも内側（回転軸線Ａ側）には、一対の土砂性状確認部２０が取り付けられている。攪拌翼１２ｆおよび一対の土砂性状確認部２０は、共に、カッタヘッド１２の回転に伴いカッタヘッド１２の周方向に移動するように構成されている。

【0021】

一対の土砂性状確認部２０は、チャンバ１４内の掘削土の性状を確認する機能を有している。また、一対の土砂性状確認部２０は、図３に示すように、カッタヘッド１２の後面１２ａに形成された一対の孔部１２ｇを後方から覆うように配置されている。また、図２に示すように、一対の土砂性状確認部２０は、回転軸線Ａを中心とする半径ｒの同心円上に１８０度ずれた位置にそれぞれ配置されている。なお、土砂性状確認部２０の詳細な構造については、後述する。

【0022】

また、図３に示すように、カッタヘッド１２は、中空状に形成されており、内部に作業者が入ることが可能なように構成されている。そして、中空状のカッタヘッド１２の内部で、かつ、カッタヘッド１２の外周部近傍には、１つのレコーダ１７が固定されている。

【0023】

隔壁１３には、チャンバ１４内に向かって掘削方向の前方（Ｘ１方向）に延びる固定翼１３ａが設けられている。なお、隔壁１３に固定された固定翼１３ａと、カッタヘッド１２と共に回転する攪拌翼１２ｆとによって、チャンバ１４内の掘削土が混練されるように構成されている。

【0024】

次に、図４〜図８を参照して、土砂性状確認部２０の詳細な構成について説明する。

【0025】

土砂性状確認部２０は、図４に示すように、固定部３０と、回動部４０と、ベアリング５０と、シール部材６０および６１と、トルク計７０とを含んでいる。なお、ベアリング５０は、固定部３０の回動面Ｒ１と回動部４０の回動面Ｒ２との間（固定部３０と回動部４０との境界）に配置されている。シール部材６０および６１は、それぞれ、固定部３０と回動部４０との境界に、ベアリング５０を挟むように配置されている。なお、トルク計７０は、本発明の「トルク検出部」の一例である。

【0026】

トルク計７０は、固定部３０と回動部４０との間に配置されている。より具体的には、トルク計７０は、固定部３０と回動部４０とによって形成される、土砂性状確認部２０の内部空間Ｓに配置されている。また、トルク計７０は、円柱部７１と、円柱部７１のＸ方向の両端部にそれぞれ形成されたフランジ部７２および７３とを有している。円柱部７１には、検出したトルクをレコーダ１７（図３参照）にアナログ信号として出力するための通信ケーブル２ａが接続されるコネクタ７１ａが形成されている。また、Ｘ１側のフランジ部７２は、固定部３０に固定され、Ｘ２側のフランジ部７３は、回動部４０に固定されている。これにより、トルク計７０は、固定部３０に対する回動部４０の回転（回動）をトルクとして検出するように構成されている。なお、トルク計７０は、固定部３０に対する回動部４０の回動が所定の角度θよりも大きくなった場合には、トルクの検出精度が低下するなど不都合が生じる虞がある。

【0027】

固定部３０は、カッタヘッド１２の後面１２ａに固定されている。具体的には、固定部３０は、円筒状に形成されている。また、円筒状の固定部３０では、カッタヘッド１２側（Ｘ１側）の開口３０ａがカッタヘッド１２の後面１２ａの孔部１２ｇにつながるように配置されている。また、固定部３０のカッタヘッド１２側の端部外周部は、溶接によりカッタヘッド１２の後面１２ａに固定されている。このように、固定部３０は、カッタヘッド１２の孔部１２ｇを覆うようにカッタヘッド１２の後面１２ａに固定されている。この結果、固定部３０は、カッタヘッド１２の回動に伴いカッタヘッド１２の周方向に移動するように構成されている。

【0028】

また、固定部３０は、土砂性状確認部２０の外側部のＸ１側を構成する円筒部材３１と、外側部のＸ２側を構成する円筒部材３２と、円筒部材３２に溶接により固定され、円筒部材３１の内部に配置される円筒部材３３と、円筒部材３３およびトルク計７０に固定される円板部材３４とを有している。

【0029】

円筒部材３１と円筒部材３２とは複数のボルト８０ａ（図５参照）によって互いに固定されている。また、円筒部材３１と円筒部材３２との境界には、土砂性状確認部２０の外部（チャンバ１４）から内部空間Ｓに掘削土が流入するのを抑制するためのＯリング８１が配置されている。このＯリング８１は、円筒部材３２に形成された周状の溝３２ａ（図８参照）に嵌め込まれている。

【0030】

円筒部材３３には、円板部材３４が複数のボルト８０ｂによって固定されている。円板部材３４には、トルク計７０のＸ１側のフランジ部７２が複数のボルト８０ｃによって固定されている。

【0031】

円筒部材３２のカッタヘッド１２側の端部近傍には、外周側の一部が切り欠かれることによって、溝状の切欠部３２ｂが形成されている。なお、図６に示すように、切欠部３２ｂは、回動軸線Ｂを中心として１８０度ずれた位置にそれぞれ形成されている。また、一対の切欠部３２ｂには、各々、円筒部材３２を貫通する孔部３２ｃが形成されている。この孔部３２ｃは外側から内側（回動部４０の回動軸線Ｂ側）に向かって径が若干小さくなくように、内周面１３２ｃが傾斜するように形成されている。

【0032】

回動部４０は、図４に示すように、フランジ部４０ａを有する断面Ｔ字形状の円柱状に形成されており、固定部３０のチャンバ１４側（Ｘ２側）の開口３０ｂの内部に回動可能に配置されている。つまり、回動部４０は、カッタヘッド１２の回転に伴い固定部３０と共にカッタヘッド１２の周方向に移動するとともに、固定部３０に対して回動するように構成されている。ここで、回動部４０は、土砂性状確認部２０の延びる方向（Ｘ方向）に沿って延びる回動軸線Ｂ周りに、固定部３０に対して回動するように構成されている。また、回動部４０は、固定部３０の円筒部材３２の内周面の略全体を占める回動面Ｒ１に、回動部４０のフランジ部４０ａの外周、および、円柱状の回動部４０の中央近傍の外周の回動面Ｒ２が沿って回動するように構成されている。

【0033】

ここで、本実施形態では、回動部４０のチャンバ１４側の端面部４０ｂには、Ｘ２方向に向かって延びる円柱状の測定棒４１が一対のボルト８０ｄにより取り付けられている。測定棒４１は、チャンバ１４内に配置された状態でチャンバ１４内の掘削土を混練する際の掘削土に作用する力を受けるように構成されている。この力に応じて、測定棒４１と測定棒４１が固定される回動部４０とが共に固定部３０に対して回動するように構成されている。なお、測定棒４１にはカッタヘッド１２（固定部３０）の回転軸線Ａ（図２参照）周りの回転方向と同一の方向に向かう力が作用することによって、回動部４０はカッタヘッド１２の回転方向と同一の方向に回動するように構成されている。なお、測定棒４１は、本発明の「測定部」の一例である。

【0034】

なお、回動部４０のチャンバ１４側の端面部４０ｂにおける測定棒４１の取付位置（回動軸線Ｂから測定棒４１の中心までの距離Ｌ）、測定棒４１の直径Ｄ、および、測定棒４１の掘進方向（Ｘ方向）の高さｈについては、カッタヘッド１２の回転速度や掘削される地点の土砂の一般的な性状（砂と粘土との割合や含水比、作用する力の大きさ）などから適宜決定される。なお、本実施形態では、測定棒４１の高さｈは、約４０ｍｍ以上約８０ｍｍ以下であるのが、土砂（掘削土）の性状を確認可能な程度に十分なトルクを検出でき、かつ、過度なトルクが加えられるのを抑制することができるので好ましい。

【0035】

また、回動部４０と一体的に形成されている場合と異なり、測定棒４１は、ボルト８０ｄを取り外すことによって取り替えることが可能なように構成されている。これにより、掘削される地点の土砂の性状に合わせて、適した測定棒４１を用いることが可能である。なお、測定棒４１は、硬度（剛性）の高い炭素工具鋼鋼材（ＳＫ材）から構成されている。

【0036】

また、図４に示すように、回動部４０のカッタヘッド１２側（Ｘ１側）の端面部４０ｃには、トルク計７０のＸ２側のフランジ部７３が複数のボルト８０ｅによって固定されている。

【0037】

図６に示すように、固定部３０の切欠部３２ｂおよび孔部３２ｃに対応する位置には、各々、内側に向かって延びるねじ穴４０ｄと、ねじ穴４０ｄの周囲に形成され、ストッパ部材８２が嵌め込まれる凹部４０ｅとが設けられている。

【0038】

ストッパ部材８２は、円筒状に形成されている。また、ストッパ部材８２の内部には、ねじ挿入孔８２ａが形成されており、ねじ挿入孔８２ａに挿入された状態でボルト８０ｆがねじ穴４０ｄに螺合されることによって、ストッパ部材８２は回動部４０に固定されている。また、図８に示すように、ストッパ部材８２の外側面８２ｂは、掘進方向（Ｘ方向）の両側において固定部３０の孔部３２ｃの内周面１３２ｃに接触するように構成されている。これにより、ストッパ部材８２はＸ方向の移動が抑制されている。

【0039】

また、本実施形態では、ストッパ部材８２は、図６および図７に示すように、回動部４０が通常の状態（回動部４０が固定部３０に対して回動していない状態）から所定の回動角度θよりも大きく回動することを規制するように構成されている。具体的には、ストッパ部材８２は、図６に示すように、通常の状態において、固定部３０の孔部３２ｃの略中央に位置するように構成されている。そして、回動部４０が固定部３０に対して回動した際に、回動部４０に固定されたストッパ部材８２も合わせて回動される。この際、回動部４０が通常の状態から所定の角度θだけ回動軸線Ｂ周りに回動した状態（θ回動状態）では、図７に示すように、ストッパ部材８２の外側面８２ｂが固定部３０の孔部３２ｃの傾斜した内周面１３２ｃに面接触するように構成されている。これにより、回動部４０が所定の回動角度θよりも大きく回動することが規制されることによって、トルク計７０におけるトルクの検出精度が低下するなど不都合が生じるのが抑制されている。

【0040】

ベアリング５０は、図４に示すように、固定部３０の円筒部材３２と回動部４０とによって形成される円環状の空間に配置されている。また、ベアリング５０は、図８に示すように、外側（回動軸線Ｂ（図４参照）とは反対側）に配置され、固定部３０に複数のボルト８０ｇにより固定されるリング部材５１と、内側（回動軸線Ｂ側）に配置され、回動部４０に複数のボルト８０ｈにより固定されるリング部材５２と、リング部材５１とリング部材５２との間に周状に配置される円柱状の複数のコロ５３とを含んでいる。なお、ベアリング５０は、円柱状の複数のコロ５３が互い違いに配置された、いわゆるクロスローラベアリングから構成されている。これにより、ベアリング５０は、回動軸線Ｂに対するラジアル方向（径方向）とスラスト方向（回動軸線Ｂの延びるＸ方向）との両方の荷重に対して剛性を確保しつつ、回動部４０を回動軸線Ｂ周りに回動可能に支持することが可能である。

【0041】

シール部材６０および６１は、共に円環状のロータリーシールから構成されており、固定部３０と回動部４０との両方に接触することによって、固定部３０の回動面Ｒ１と回動部４０の回動面Ｒ２との間を介して土砂性状確認部２０の外部から内部空間Ｓに掘削土が流入するのを抑制する機能を有している。

【0042】

シール部材６０は、固定部３０の回動面Ｒ１と回動部４０の回動面Ｒ２との間のうち、ベアリング５０よりも外側（Ｘ２側）の開口３０ｂ近傍に配置されている。シール部材６０は、回動部４０のＸ２側の端部近傍に形成された周状の溝部４０ｆに嵌め込まれている。また、シール部材６１は、固定部３０の回動面Ｒ１と回動部４０の回動面Ｒ２との間のうち、ベアリング５０よりも内側（Ｘ１側）に配置されている。このシール部材６１は、固定部３０の円筒部材３２に形成された周状の溝部３２ｄに嵌め込まれている。

【0043】

ここで、シール部材６０および６１により、固定部３０の回動面Ｒ１と回動部４０の回動面Ｒ２との間からの掘削土の流入が抑制され、Ｏリング８１により、固定部３０の円筒部材３１と円筒部材３２との境界からの掘削土の流入が抑制されている。これにより、土砂性状確認部２０の固定部３０の内側（回動軸線Ｂ側）で、かつ、回動部４０よりもカッタヘッド１２側（Ｘ１側）の内部空間Ｓには、チャンバ１４内の掘削土が流入するのが抑制されている。この結果、トルク計７０に掘削土が接触するのを抑制することができるので、掘削土に起因してトルク計７０のトルク検出の精度が低下するのを抑制することが可能である。

【0044】

また、固定部３０の円筒部材３２には、グリス供給路３２ｅが設けられている。土砂性状確認部２０では、土砂性状確認部２０の外部の図示しないグリス供給部からグリス供給管８３を介してグリスがグリス供給路３２ｅに供給されるとともに、グリス供給路３２ｅを介してベアリング５０や固定部３０の回動面Ｒ１と回動部４０の回動面Ｒ２との間、シール部材６０および６１にグリスが定期的に供給されるように構成されている。これにより、回動部４０を固定部３０に対して円滑に回動させることが可能である。

【0045】

また、トルク計７０は、中空状のカッタヘッド１２の内部から孔部１２ｇを介して交換可能に構成されている。具体的には、作業者は、カッタヘッド１２の内部から孔部１２ｇを介して、複数のボルト８０ｃを取り外すことによりトルク計７０のＸ１側のフランジ部７２と固定部４０の円板部材３４との固定を解除するとともに、複数のボルト８０ｅを取り外すことによりトルク計７０のＸ２側のフランジ部７３と回動部４０の端面部４０ｃとの固定を解除することによって、古いトルク計７０を土砂性状確認部２０から取り外すことが可能なように構成されている。そして、新たなトルク計７０のフランジ部７２と円板部材３４とを固定するとともに、フランジ部７３と回動部４０の端面部４０ｃとを固定することによって、新たなトルク計７０を土砂性状確認部２０に取り付けることが可能なように構成されている。

【0046】

次に、図９を参照して、土砂性状確認部２０によって計測されたトルクに関する信号の送受信について説明する。

【0047】

一対の土砂性状確認部２０は通信ケーブル２ａを介してカッタヘッド１２の中空状の内部に配置された１つのレコーダ１７と接続されており、トルクに関するアナログ信号が土砂性状確認部２０からレコーダ１７に送信されるように構成されている。

【0048】

レコーダ１７は、一対の土砂性状確認部２０から受信したトルクに関するアナログ信号をデジタル信号に変換して記録する記録部１７ａと、カッタヘッド１２の回転により変化するレコーダ１７の取り付け位置を計測するための変位計１７ｂとを含んでいる。また、レコーダ１７は、ＬＡＮ通信可能な通信ケーブル２ｂ、回転体から静止体にデータを送信するためのスリップリング２ｃ、および、ＬＡＮ通信可能な通信ケーブル２ｄを介して、隔壁１３よりも後方の回転しない部分（機内の作業領域）に設けられた制御室１８内のＰＣ１８ａと接続されている。そして、レコーダ１７の記録部１７ａに記録されたトルクに関するデジタル信号は、ＬＡＮ通信によって、ＰＣ１８ａに送信されるように構成されている。

【0049】

このようにレコーダ１７を介して一対の土砂性状確認部２０をＰＣ１８ａに接続することによって、一対の土砂性状確認部２０をそれぞれＰＣ１８ａに直接接続する場合と異なり、一対の土砂性状確認部２０から送信されるアナログ信号がノイズの影響を受けて劣化するのを抑制することが可能であるとともに、土砂性状確認部２０の数だけスリップリング２ｃを設ける必要がないので、スリップリング２ｃの点数を減少させることが可能である。

【0050】

また、ＰＣ１８ａは、インターネット通信などにより、トンネル掘進機１の外部のオフィス１９のＰＣ１９ａに接続されており、ＰＣ１８ａを介して、レコーダ１７の記録部１７ａに記録されたトルクに関するデジタル信号がＰＣ１９ａに送信されるように構成されている。なお、オフィス１９は、トンネル掘進現場のオフィスでもよいし、遠方のオフィス（たとえば、シールド掘進機１の製造元のオフィス）でもよい。

【0051】

ＰＣ１８ａおよび１９ａは、レコーダ１７から送信されたデジタル信号を受信して、トルク値やトルク値の波形の変動の大きさなどから、土砂（掘削土）の性状（硬いか、または、柔らかいかなど）を随時確認（判断）するように構成されている。そして、ＰＣ１８ａおよび１９ａは、土砂の性状が硬いと判断した場合には、作泥材供給部１６から掘削土に供給される作泥材の量を増加させる制御を行い、土砂の性状が柔らかいと判断した場合には、作泥材供給部１６から掘削土に供給される作泥材の量を減少させる制御を行うように構成されている。これにより、土砂の性状を正常な範囲に自動的に保つことができるので、切羽の不安定化や、スクリューコンベア１５（図１参照）による掘削土の排出が困難になるのを自動的に抑制することが可能である。また、ＰＣ１８ａおよび１９ａは、トルク値の波形の変動が所定の範囲を超えている場合には、カッタヘッド１２などに異常が生じていると判断して、ＰＣ１８ａまたは１９ａを操作するオペレータへ異常の通知を行ったり、カッタヘッド１２を緊急停止させるなどの制御を行うように構成されている。

【0052】

本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

【0053】

本実施形態では、上記のように、土砂性状確認部２０に、チャンバ１４内に配置された状態でチャンバ１４内の掘削土を混練する際の掘削土に作用する力を受ける測定棒４１を有し、測定棒４１が受ける力に応じて回動される回動部４０と、回動部４０の回動をトルクとして検出するトルク計７０とを設ける。これにより、モータなどの駆動源を用いなくとも、測定棒４１が受ける力に応じて回動部４０を回動させることができるとともに、回動部４０の回動に基づくトルクの検出により土砂の性状を確認することができる。この結果、駆動源を設けない分、駆動源を駆動させるのに要する電力を供給する必要がないので、土砂の性状を確認するために要する電力が大きくなるのを抑制することができる。また、回動部４０の回動に基づくトルクから土砂の性状を確認することによって、測定棒４１自体の撓みや変形などから土砂の性状を確認する場合と比べて、測定棒４１に撓みや変形などを生じさせる必要がないので、測定棒４１を剛性の高い材料から構成することができる。これにより、撓みや変形などに起因する測定棒４１の破損を抑制することができる。

【0054】

また、本実施形態では、土砂性状確認部２０に、回動部４０が所定の回動角度θよりも大きく回動することを規制するストッパ部材８２を設けることによって、掘削土の中に硬い物体があることなどに起因して回動部４０に過度のトルクが加えられた際に、ストッパ部材８２により回動部４０が過度に（所定の回動角度θよりも大きく）回動するのを抑制することができるので、回動部４０の過度の回動に起因してトルク計７０が破損するのを抑制することができる。

【0055】

また、本実施形態では、トルク計７０を、固定部３０と回動部４０との間に配置して、固定部３０に対する回動部４０の回動をトルクとして検出するように構成する。これにより、カッタヘッド１２と共に回転する固定部３０に対する回動部４０の回動を検出することによって、固定部３０が回転しない場合と比べて、固定部３０の回転軌道（円周）上の複数の箇所において測定棒４１が受ける力を検出することができる。これにより、土砂性状確認部２０の数が増加するのを抑制しつつ、チャンバ１４内の土砂の性状を複数個所において確認することができる。

【0056】

また、本実施形態では、トルク計７０を、中空状のカッタヘッド１２の内部から孔部１２ｇを介して交換可能に配置することによって、トルク計７０に不具合が生じた場合であっても、カッタヘッド１２の内部からトルク計７０を容易に交換することができる。

【0057】

また、本実施形態では、固定部３０の回動面Ｒ１と回動部４０の回動面Ｒ２との間にシール部材６０および６１を配置することによって、シール部材６０および６１により固定部３０と回動部４０との間に掘削土が流入するのを抑制することができるので、回動部４０の回動が固定部３０と回動部４０との間に流入した掘削土に起因して回動部４０が回動しにくくなるのを抑制することができる。これにより、回動部４０の回動をトルクとしてより正確に検出することができる。

【0058】

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

【0059】

たとえば、上記実施形態では、本発明のトンネル掘進機を、泥土圧シールド掘進機に適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明のトンネル掘進機を、泥水式のシールド掘進機などに適用してもよい。

【0060】

また、上記実施形態では、本発明のトルク検出部の一例として、フランジ部７２および７３を有するトルク計７０を用いた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、トルク検出部として、フランジ部を有さないトルク計を用いてもよいし、変位を検出するロードセルなどを用いてトルクを検出してもよい。

【0061】

また、上記実施形態では、ＰＣ１８ａおよび１９ａが、レコーダ１７から送信されたデジタル信号を受信して、トルク値やトルク値の波形の変動の大きさなどから、土砂（掘削土）の性状（硬いか、または、柔らかいかなど）を随時確認（判断）する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ＰＣを、土砂の性状を判断せずに、ＰＣの表示部にトルクの検出結果を表示する制御を行うように構成してもよい。この際、ＰＣを操作するオペレータにより、表示されたトルクの検出結果から土砂の性状が確認（判断）される。同様に、作泥材供給部から掘削土に供給される作泥材の量の調整や、カッタヘッドの緊急停止なども、ＰＣではなくオペレータが行ってもよい。

【0062】

また、上記実施形態では、一対の土砂性状確認部２０を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、土砂性状確認部を１つだけ設けてもよいし、３つ以上設けてもよい。

【0063】

また、上記実施形態では、土砂性状確認部２０の固定部３０をカッタヘッド１２の後面１２ａに固定した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、土砂性状確認部の固定部をカッタヘッドよりも後方に位置する隔壁に固定するとともに、チャンバ内で力を受けることが可能なように、測定棒をカッタヘッド側（掘進方向の前側）に向かって延ばしてもよい。

【0064】

また、上記実施形態では、一対の土砂性状確認部２０を、カッタヘッド１２の外周部近傍で、かつ、攪拌翼１２ｆよりも内側（回転軸線Ａ側）に配置した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、土砂性状確認部は、カッタヘッドのいずれの位置に配置してもよい。ここで、土砂性状確認部をカッタヘッドの回転軸側（内側）に配置した場合には、検出されるトルクの値が小さくなり、カッタヘッドの外周部側に配置した場合には、検出されるトルクの値が大きくなる。したがって、検出されるトルクが小さいと想定される場合には、カッタヘッドのより外周側に、検出されるトルクが大きいと想定される場合には、カッタヘッドのより内側に、土砂性状確認部を配置するのが好ましい。

【0065】

また、上記実施形態では、円柱状の測定棒（測定部）を用いた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、測定部の形状は特に限定されず、たとえば、平板状や楕円柱状などでもよい。なお、測定部は円柱状である方が、剛性が高くなるので好ましい。

【符号の説明】

【0066】

１ トンネル掘進機
１２ カッタヘッド
１２ａ 後面
１２ｇ 孔部
１４ チャンバ
２０ 土砂性状確認部
３０ 固定部
４０ 回動部
４１ 測定棒（測定部）
６０、６１ シール部材
７０ トルク計（トルク検出部）
８２ ストッパ部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】