特開 2024-116906 シールドマシンおよびゲートユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024116906

(43)【公開日】2024-08-28

(54)【発明の名称】シールドマシンおよびゲートユニット

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/12 20060101AFI20240821BHJP

   E21D 9/06 20060101ALI20240821BHJP

【ＦＩ】

E21D9/12 J

E21D9/06 301A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023022774

(22)【出願日】2023-02-16

(71)【出願人】

【識別番号】507157676

【氏名又は名称】株式会社クボタ建設

(74)【代理人】

【識別番号】110001818

【氏名又は名称】弁理士法人Ｒ＆Ｃ

(72)【発明者】

【氏名】東 伸一

【テーマコード（参考）】

2D054

【Ｆターム（参考）】

2D054AA02

2D054AC02

2D054AD02

2D054BA03

2D054DA04

2D054DA09

(57)【要約】

【課題】従来技術に比べて簡便な構造で曲線部の掘削を可能にする。
【解決手段】カッタヘッド１３およびスクリューコンベア１を有する第一胴部１１と、第一胴部１１の後方に接続される第二胴部１２と、を備え、スクリューコンベア１が、泥土を搬送するコンベア部２と、開閉可能なゲート４、５を有するゲートユニット３と、を有し、コンベア部２とゲートユニット３とが、一方に設けられた凸曲面部と他方に設けられた凹曲面部とが摺動自在に嵌合した球座構造により接続され、ゲートユニット３が上方または下方に延びる突起６を有するとともに、第二胴部１２が内側に延びる一対の構造物７を有し、突起６および構造物７が、第一胴部１１の進行方向と第二胴部１２の進行方向とがなす角が所定の閾値を超えるときに、構造物７の一方が突起６と干渉するように配置されている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

カッタヘッドおよびスクリューコンベアを有する第一胴部と、前記第一胴部の後方に接続される第二胴部と、を備え、
前記スクリューコンベアが、泥土を搬送するコンベア部と、開閉可能なゲートを有するゲートユニットと、を有し、
前記コンベア部と前記ゲートユニットとが、一方に設けられた凸曲面部と他方に設けられた凹曲面部とが摺動自在に嵌合した球座構造により接続され、
前記ゲートユニットが上方または下方に延びる突起を有するとともに、前記第二胴部が内側に延びる一対の構造物を有し、
前記突起および前記構造物が、前記第一胴部の進行方向と前記第二胴部の進行方向とがなす角が所定の閾値を超えるときに、前記構造物の一方が前記突起と干渉するように配置されているシールドマシン。

【請求項2】

前記突起と前記構造物との間に介在する弾性部材をさらに備える請求項１に記載のシールドマシン。

【請求項3】

前記ゲートを複数有する請求項１に記載のシールドマシン。

【請求項4】

前記ゲートが平板ゲートである請求項１に記載のシールドマシン。

【請求項5】

前記所定の閾値が３°以上である請求項１に記載のシールドマシン。

【請求項6】

シールドマシンのスクリューコンベアにおいて、泥土を搬送するコンベア部に接続されるゲートユニットであって、
開閉可能なゲートと、
前記コンベア部に設けられた凸曲面部と摺動自在に嵌合する凹曲面部、または、前記コンベア部に設けられた凹曲面部と摺動自在に嵌合する凸曲面部と、
前記スクリューコンベアを有する第一胴部の後方に接続される第二胴部に設けられた構造物と干渉可能な位置に設けられている突起と、を備えるゲートユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シールドマシン、および、シールドマシンのスクリューコンベアに使用されるゲートユニット、に関する。

【背景技術】

【0002】

シールド機において、曲線部の掘削に対応するための技術が種々提案されている。シールド機の構成要素の多くは直線的な形状を主体として構成されるため、曲線部を掘削する際に、曲線部に追従する外装部分と、当該外装部の内部に設置される直線状の構成要素と、の干渉をいかに回避するかが問題となる。

【0003】

たとえば特開平７－１２７３７５号公報（特許文献１）には、水平方向に回動変位できるように設置された排土装置と、排土装置の水平方向の変位に追従する追従装置と、を備えるシールド掘進機が開示されている。また、特開平７－１７３９９０号公報（特許文献２）には、シールドジャッキの一端をカッターチャンバ内に突出させることによって機長を短縮したシールド掘進機が開示されている（特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平７－１２７３７５号公報

【特許文献2】特開平７－１７３９９０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、特許文献１および特許文献２の技術では装置が大掛かりになるため、シールドマシン全体の小型化が困難だった。そのため、比較的小さい内径のトンネルの掘削に使用され空間的制約が厳しいシールドマシンには、これらの技術の適用が難しかった。

【0006】

そこで、従来技術に比べて簡便な構造で曲線部の掘削を可能にするシールドマシンの実現が求められる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係るシールドマシンは、カッタヘッドおよびスクリューコンベアを有する第一胴部と、前記第一胴部の後方に接続される第二胴部と、を備え、前記スクリューコンベアが、泥土を搬送するコンベア部と、開閉可能なゲートを有するゲートユニットと、を有し、前記コンベア部と前記ゲートユニットとが、一方に設けられた凸曲面部と他方に設けられた凹曲面部とが摺動自在に嵌合した球座構造により接続され、前記ゲートユニットが上方または下方に延びる突起を有するとともに、前記第二胴部が内側に延びる一対の構造物を有し、前記突起および前記構造物が、前記第一胴部の進行方向と前記第二胴部の進行方向とがなす角が所定の閾値を超えるときに、前記構造物の一方が前記突起と干渉するように配置されていることを特徴とする。

【0008】

本発明に係るゲートユニットは、シールドマシンのスクリューコンベアにおいて、泥土を搬送するコンベア部に接続されるゲートユニットであって、開閉可能なゲートと、前記コンベア部に設けられた凸曲面部と摺動自在に嵌合する凹曲面部、または、前記コンベア部に設けられた凹曲面部と摺動自在に嵌合する凸曲面部と、前記スクリューコンベアを有する第一胴部の後方に接続される第二胴部に設けられた構造物と干渉可能な位置に設けられている突起と、を備えることを特徴とする。

【0009】

これらの構成によれば、トンネルの曲線部を掘削する際に、ゲートユニットに設けられた突起と第二胴部に設けられた構造物とが当接して、ゲートユニットが左右方向に押される（干渉する）ことになるため、コンベア部に対するゲートユニットの角度がおのずから変更される。これによって、シールドマシンをトンネルの曲線部に追随させることができる。これらの構成は、複雑な機械構造を要することなく実現可能である。

【0010】

以下、本発明の好適な態様について説明する。ただし、以下に記載する好適な態様例によって、本発明の範囲が限定されるわけではない。

【0011】

本発明に係るシールドマシンは、一態様として、前記突起と前記構造物との間に介在する弾性部材をさらに備えることが好ましい。

【0012】

この構成によれば、トンネルの曲率が、突起と構造物とが直接に接するような曲率に満たなくても、構造物が弾性部材を介して突起を付勢できるので、トンネルの曲線部に対する応答が早い。

【0013】

本発明に係るシールドマシンは、一態様として、前記ゲートを複数有することが好ましい。

【0014】

この構成によれば、ゲートの故障に備えて冗長性を持たせることができる。

【0015】

本発明に係るシールドマシンは、一態様として、前記ゲートが平板ゲートであることが好ましい。

【0016】

この構成によれば、ゲートが占有する空間を抑制しやすい。

【0017】

本発明に係るシールドマシンは、一態様として、前記所定の閾値が３°以上であることが好ましい。

【0018】

この構成によれば、第二胴部に他の機器を設置するスペースを確保しやすい。

【0019】

本発明のさらなる特徴と利点は、図面を参照して記述する以下の例示的かつ非限定的な実施形態の説明によってより明確になるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】実施形態に係るシールドマシンの上面透視図である。

【図2】実施形態に係るシールドマシンの側面透視図である。

【図3】実施形態に係るシールドマシンの球座構造の上面透視図である。

【図4】実施形態に係るシールドマシンの基準姿勢における突起と構造物との位置関係を示す図である。

【図5】実施形態に係るシールドマシンが曲線部分を掘削するときの突起と構造物との位置関係を示す図である。

【図6】変形例に係るシールドマシンの基準姿勢における突起と構造物との位置関係を示す図である。

【図7】変形例に係るシールドマシンが曲線部分を掘削するときの突起と構造物との位置関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本発明に係るシールドマシンおよびゲートユニットの実施形態について、図面を参照して説明する。以下では、本発明に係るシールドマシンおよびゲートユニットを、直径１０００ｍｍのトンネルを掘削するシールドマシン１０、およびこれに搭載されるゲートユニット３に適用した例について説明する（図１、図２）。なお、図１および図２では、シールドマシン１０がトンネルの曲線部分を掘削するときの姿勢を図示している。

【0022】

以下では、シールドマシン１０の進行方向（図１および図２の紙面左側）を前方と称し、その反対側（図１および図２の紙面右側）を後方と称する。また、上下左右方向に言及するときは、後方から前方を見通す方向における上下左右方向をいうものとする。すなわち、左方向は図１における下方向であり、右方向は図１における上方向であり、上下方向は図２における上下方向である。

【0023】

〔シールドマシンの構成〕
本実施形態に係るシールドマシン１０は、第一胴部１１と、第二胴部１２と、を備える（図１、図２）。第一胴部１１はカッタヘッド１３およびチャンバ１４を有し、シールドマシン１０の先端で土砂を掘削する役割を果たす部位である。第二胴部１２は第一胴部１１の後方に接続される部位であり、カッタヘッド１３の運転に必要な電気設備や油圧設備等の機器１５、および、スクリューコンベア１のゲートユニット３から排土された土砂を受けるフィーダーバケツ１６、を搭載している。なお、第二胴部１２の後方に他の胴部を備えるが、図示を省略している。

【0024】

第一胴部１１は、さらに、スクリューコンベア１を有する。カッタヘッド１３によって掘削された土砂は、チャンバ１４において水と混合されて泥土になる。スクリューコンベア１は、チャンバ１４において形成された泥土を後方に搬送する役割を果たすものである。

【0025】

スクリューコンベア１は、泥土を搬送するコンベア部２と、本実施形態に係るゲートユニット３と、を有する。コンベア部２は、たとえば公知の外胴駆動式スクリュー式コンベアであるが、これに限定されない。

【0026】

ゲートユニット３は、コンベア部２の後方側に接続されている。ゲートユニット３はコンベア部２と一体に第一胴部１１に支持されているが、前後方向の位置としては第二胴部１２に進入している位置にある。ゲートユニット３には、二つの平板ゲート（前方ゲート４、後方ゲート５）が設けられており、前方ゲート４および後方ゲート５の少なくとも一方を閉鎖すると、スクリューコンベア１から泥土が流出しない状態になる。

【0027】

また、ゲートユニット３は、後方ゲート５から下方に延びる突起６を有する。突起６は、第二胴部１２に設けられた一対の構造物７と干渉可能な位置に設けられている。

【0028】

コンベア部２とゲートユニット３は、球座構造により接続されている（図３）。具体的には、コンベア部２の後方端部に設けられた凹曲面部２１と、ゲートユニット３の前方端部に設けられた凸曲面部３１とが、摺動自在に嵌合して、球座構造が形成されている。球座構造の可動範囲において、コンベア部２に対するゲートユニット３の折れ角θ１（図１）を変更できる。球座構造は、折れ角θ１の上限が６°以上となるような可動範囲を有することが好ましい。

【0029】

第二胴部１２に設けられた一対の構造物７は、ゲートユニット３の突起６と干渉可能な位置に設けられている（図４）。すなわち構造物７は、前後方向について突起６と少なくとも部分的に一致する位置に、左右に一つずつ設けられている。左右の構造物７を区別する必要がある場合は、左側のものを構造物７ａと称し、右側のものを構造物７ｂと称する。

【0030】

第一胴部１１の進行方向Ｘ１と第二胴部１２の進行方向Ｘ２とが一致しているとき、突起６は二つの構造物７の中間に位置する。このとき、構造物７ａおよび構造物７ｂのいずれも突起６に当接していない（図４）。以下では、この姿勢を基準姿勢と称する。

【0031】

一方、シールドマシン１０がトンネルの曲線部分を掘削するときは、第一胴部１１および第二胴部１２のそれぞれが曲線に沿って進行するため、第一胴部１１の進行方向Ｘ１と第二胴部１２の進行方向Ｘ２とが一致しない（進行方向Ｘ１と進行方向Ｘ２とがなす角θ２が０°ではない）ことになる。図５では、進行方向右側（図１上側）に進路が曲がっているときの突起６と構造物７との位置関係を示している。

【0032】

このとき、第一胴部１１に支持されているスクリューコンベア１は進行方向Ｘ１に沿う配置を取り、第二胴部１２に設けられている一対の構造物７は進行方向Ｘ２に沿う配置を取る。そのため、ゲートユニット３（突起６）と第二胴部１２（構造物７）との相対位置関係が、左右方向に不均一になる（図５）。角θ２がある程度大きくなると、左側の構造物７ａが突起６に当接し、突起６に対して右方向に押す力が作用する。

【0033】

ここで、コンベア部２とゲートユニット３が球座構造により接続されているため、突起６が右方向に押されると、当該球座構造において凹曲面部２１と凸曲面部３１とが摺動し、コンベア部２の方向が維持されたまま、ゲートユニット３の方向（折れ角θ１）のみが変更される。これによって、スクリューコンベア１がトンネルの曲線部分の形状に沿って姿勢変更することになる。この姿勢変更により、ゲートユニット３が機器１５と干渉しにくい。また、シールドマシン１０がトンネルの曲線部分を進行するのに追随して、姿勢変更がおのずから生じるので、作業員が前方ゲート４および後方ゲート５の姿勢を調整する必要がない。

【0034】

突起６と構造物７との間の距離を調整することによって、スクリューコンベア１の姿勢変更の生じやすさを調整でき、進行方向Ｘ１と進行方向Ｘ２とがなす角θ２が所定の閾値を超えるときにスクリューコンベア１の姿勢変更が生じるように調整される。トンネル施工の実情に鑑みて、姿勢変更が生じる角θ２の閾値は、３°以上であることが好ましい。この場合、コンベア部２に対するゲートユニット３の折れ角θ１を４°以上６°以下程度の範囲にすることができ、ゲートユニット３と機器１５との干渉を回避しやすい。

【0035】

〔変形例〕
本実施形態の変形例として、突起６と構造物７との間に介在するバネ８が設けられている場合について説明する。バネ８は、左右に一つずつ設けられている（図６）。バネ８の左右を区別する必要がある場合は、左側のものをバネ８ａと称し、右側のものをバネ８ｂと称する。

【0036】

第一胴部１１の進行方向Ｘ１と第二胴部１２の進行方向Ｘ２とが一致しているとき、突起６は二つの構造物７の中間に位置する。このとき、バネ８ａおよびバネ８ｂの弾性力が釣り合っていて、突起６は左右どちらにも付勢されていない（図６）。

【0037】

一方、シールドマシン１０がトンネルの曲線部分を掘削するときは、前述のように、ゲートユニット３（突起６）と第二胴部１２（構造物７）との相対位置関係が、左右方向に不均一になる（図７）。そのため、左側のバネ８ａが基準姿勢に比べて縮み、右側のバネ８ｂが基準姿勢に比べて伸びた状態になる。このときバネ８ａおよびバネ８ｂが基準姿勢に戻ろうとする弾性力が生じ、当該弾性力によって突起６が右方向（図１の上方向）に付勢される。なお、この実施形態のように構造物７がバネ８を介して突起６を付勢する態様は、突起６と構造物７とが干渉する一態様である。

【0038】

本変形例では、バネ８の弾性率および球座構造の摩擦力を調整することによってスクリューコンベア１の姿勢変更の生じやすさを調整でき、進行方向Ｘ１と進行方向Ｘ２とがなす角θ２が所定の閾値を超えるときにスクリューコンベア１の姿勢変更が生じるように調整される。バネ８として弾性率が大きいものを用いることや、球座構造の摩擦力を比較的小さくすることなどの調整は、姿勢変更が生じやすくなる方向に働く。

【0039】

〔その他の実施形態〕
最後に、本発明に係るシールドマシンおよびゲートユニットのその他の実施形態について説明する。なお、以下のそれぞれの実施形態で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することも可能である。

【0040】

上記の実施形態では、第二胴部１２に機器１５およびフィーダーバケツ１６が搭載されている構成を例として説明した。この例のように、電気設備や油圧設備等の機器がコンベアと同じ胴部に搭載される構成は、比較的口径が小さいシールドマシン（典型的には直径１３３０～２０００ｍｍ程度のトンネルを掘削するもの）に汎用されるものである。しかし、本発明は、機器とコンベアとを同じ胴部に搭載しないシールドマシンにも適用可能である。そのような態様のシールドマシンとしては、たとえば後続台車を備えるものが例示される。

【0041】

上記の実施形態では、二つの平板ゲート（前方ゲート４、後方ゲート５）が設けられている構成を例として説明した。しかし本発明において、ゲートの数量および形式は限定されない。すなわち、ゲートは単数であってもよいし、三つ以上であってもよい。また、平板ゲートに替えて円弧ゲート等を用いてもよい。さらに、複数のゲートを有する場合、それぞれのゲートの形式は同一であることが好ましいが、異なっていてもよい。

【0042】

その他の構成に関しても、本明細書において開示された実施形態は全ての点で例示であって、本発明の範囲はそれらによって限定されることはないと理解されるべきである。当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜改変が可能であることを容易に理解できるであろう。したがって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で改変された別の実施形態も、当然、本発明の範囲に含まれる。

【産業上の利用可能性】

【0043】

本発明は、たとえばトンネルの掘削に利用できる。

【符号の説明】

【0044】

１ ：スクリューコンベア
２ ：コンベア部
２１ ：凹曲面部
３ ：ゲートユニット
３１ ：凸曲面部
４ ：前方ゲート
５ ：後方ゲート
６ ：突起
７ ：構造体
８ ：バネ
１０ ：シールドマシン
１１ ：第一胴部
１２ ：第二胴部
１３ ：カッタヘッド
１４ ：チャンバ
１５ ：機器
１６ ：フィーダーバケツ
１００ ：シールドマシン
Ｘ１ ：第一胴部の進行方向
Ｘ２ ：第二胴部の進行方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】