特許 7508417 トンネル掘削機

(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】

(24)【登録日】2024-06-21

(45)【発行日】2024-07-01

(54)【発明の名称】トンネル掘削機

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/06 20060101AFI20240624BHJP

【ＦＩ】

E21D9/06 301A

E21D9/06 302Z

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021125042

(22)【出願日】2021-07-30

(65)【公開番号】P2023019948

(43)【公開日】2023-02-09

【審査請求日】2023-11-06

(73)【特許権者】

【識別番号】521478094

【氏名又は名称】地中空間開発株式会社

(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】花岡 泰治

(72)【発明者】

【氏名】三宅 大助

【審査官】五十幡 直子

(56)【参考文献】

【文献】特開平０６－２９４２７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｄ １／００－９／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転により地盤を掘削するカッタヘッドと、
前記カッタヘッドに対して第１回転方向に回転力を付与することにより、前記カッタヘッドを回転させる駆動源と、
前記第１回転方向とは逆向きの第２回転方向に、前記駆動源の前記回転力に対して抵抗となる抵抗力を付与する抵抗力付与部と、を備え、
前記抵抗力付与部は、前記駆動源の前記回転力に対して抵抗となる前記抵抗力を付与する抵抗用モータにより構成されるか、または、前記駆動源に直接前記抵抗力を付与するように構成されている、トンネル掘削機。

【請求項2】

前記駆動源は、複数の駆動用モータを含み、
前記駆動用モータの前記回転力を前記カッタヘッドに伝達する駆動力伝達部をさらに備え、
前記抵抗力付与部は、前記駆動力伝達部を介して前記カッタヘッドに伝達される前記駆動用モータの前記回転力に対して抵抗となる前記抵抗力を付与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削機。

【請求項3】

前記駆動源は、複数の駆動用モータを含み、
前記抵抗力付与部は、前記駆動用モータの前記回転力に対して抵抗となる前記抵抗力を付与する前記抵抗用モータを含む、請求項１または２に記載のトンネル掘削機。

【請求項4】

前記駆動用モータは、駆動用ピニオンギヤを有し、
前記駆動用ピニオンギヤに噛み合い、前記駆動用モータの前記回転力を前記カッタヘッドに伝達する駆動力伝達歯車部をさらに備え、
前記抵抗用モータは、前記駆動力伝達歯車部に噛み合う抵抗用ピニオンギヤを有し、前記駆動力伝達歯車部を介して前記駆動用モータに対して前記抵抗力を付与するように構成されている、請求項３に記載のトンネル掘削機。

【請求項5】

前記駆動源は、複数の駆動用モータを含み、
前記駆動用モータは、駆動油により駆動する油圧駆動用モータを有し、
前記抵抗力付与部は、前記油圧駆動用モータから排出される前記駆動油の油量を制限する油圧制御部を含み、前記油圧制御部により前記油圧駆動用モータに対して直接前記抵抗力を付与するように構成されている、請求項１または２に記載のトンネル掘削機。

【請求項6】

前記抵抗力付与部は、前記抵抗力を変更可能に構成されている、請求項１～５のいずれか１項に記載のトンネル掘削機。

【請求項7】

前記抵抗力付与部は、前記回転力の大きさの３分の１以下の大きさの前記抵抗力を付与するように構成されている、請求項１～６のいずれか１項に記載のトンネル掘削機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、カッタヘッドによる地盤の掘削に伴う振動を抑制するトンネル掘削機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、カッタヘッドによる地盤の掘削に伴う振動を抑制するトンネル掘削機が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

【0003】

上記特許文献１には、方向制御ジャッキを備えるトンネル掘削機が開示されている。方向制御ジャッキは、掘進方向（前後方向）に伸縮することによりトンネル掘削機の掘進方向を変更するジャッキである。トンネル掘削機は、カッタヘッドによる地盤の掘削に伴う振動が発生した際に、方向制御ジャッキにより所定位相の振動を発生させることによって、カッタヘッドによる地盤の掘削に伴う振動を抑制するように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－１７２１６２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のシールド掘進機では、方向制御ジャッキが掘進方向（前後方向）に伸縮する構成であるため、方向制御ジャッキにより発生させた振動では、カッタヘッドによる地盤の掘削に伴う振動のうちカッタヘッドの回転方向の振動（振動成分）については抑制することができない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、カッタヘッドによる地盤の掘削に伴うカッタヘッドの回転方向の振動を抑制することが可能なトンネル掘削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、この発明のトンネル掘削機は、回転により地盤を掘削するカッタヘッドと、カッタヘッドに対して第１回転方向に回転力を付与することにより、カッタヘッドを回転させる駆動源と、第１回転方向とは逆向きの第２回転方向に、駆動源の回転力に対して抵抗となる抵抗力を付与する抵抗力付与部と、を備え、抵抗力付与部は、駆動源の回転力に対して抵抗となる抵抗力を付与する抵抗用モータにより構成されるか、または、駆動源に直接抵抗力を付与するように構成されている。

【0008】

この発明のトンネル掘削機では、上記のように、回転力が付与される第１回転方向とは逆向きの第２回転方向に、駆動源の回転力に対して抵抗となる抵抗力を付与する抵抗力付与部を設ける。これによって、抵抗力付与部により、駆動源と、駆動源の回転力をカッタヘッドに伝達する駆動力の伝達構成との間の隙間（ガタ）をなくす向きの第２回転方向に抵抗力を付与することができるので、駆動源と駆動力の伝達構成との間のガタをなくすことができる。また、第２回転方向に抵抗力を付与することによって、カッタヘッドを回転させる駆動系の剛性を高めることができる。以上の結果、カッタヘッドによる地盤の掘削に伴うカッタヘッドの回転方向の振動を抑制することができる。

【0009】

上記トンネル掘削機において、好ましくは、駆動源は、複数の駆動用モータを含み、駆動用モータの回転力をカッタヘッドに伝達する駆動力伝達部をさらに備え、抵抗力付与部は、駆動力伝達部を介してカッタヘッドに伝達される駆動用モータの回転力に対して抵抗となる抵抗力を付与するように構成されている。このように構成すれば、抵抗力付与部により、複数の駆動用モータの回転力に対して抵抗となる抵抗力を付与することによって、複数の駆動用モータと駆動力伝達部との間の隙間（ガタ）をより確実になくすことができる。その結果、複数の駆動用モータの回転が同期するように、複数の駆動用モータの同調精度を向上させることができるので、カッタヘッドによる地盤の掘削に伴うカッタヘッドの回転方向の振動をより抑制することができる。

【0011】

上記トンネル掘削機において、好ましくは、駆動源は、複数の駆動用モータを含み、抵抗力付与部は、駆動用モータの回転力に対して抵抗となる抵抗力を付与する抵抗用モータを含む。このように構成すれば、複数の駆動用モータにより回転力が付与される第１回転方向とは逆向きの第２回転方向に抵抗力が付与されるように、抵抗用モータを駆動させるだけで、容易にカッタヘッドによる地盤の掘削に伴うカッタヘッドの回転方向の振動を抑制することができる。

【0012】

この場合、好ましくは、駆動用モータは、駆動用ピニオンギヤを有し、駆動用ピニオンギヤに噛み合い、駆動用モータの回転力をカッタヘッドに伝達する駆動力伝達歯車部をさらに備え、抵抗用モータは、駆動力伝達歯車部に噛み合う抵抗用ピニオンギヤを有し、駆動力伝達歯車部を介して駆動用モータに対して抵抗力を付与するように構成されている。このように構成すれば、駆動力伝達歯車部や、駆動用ピニオンギヤと同様の構成を有する抵抗用ピニオンギヤを利用して駆動用モータに抵抗力を付与することができるので、抵抗力を伝えるために専用の構成を設ける場合と比較して、装置構成を簡素化することができる。

【0013】

上記トンネル掘削機において、好ましくは、駆動源は、複数の駆動用モータを含み、駆動用モータは、駆動油により駆動する油圧駆動用モータを有し、抵抗力付与部は、油圧駆動用モータから排出される駆動油の油量を制限する油圧制御部を含み、油圧制御部により油圧駆動用モータに対して直接抵抗力を付与するように構成されている。このように構成すれば、油圧制御部により油圧駆動用モータから排出される駆動油の油量を制限するだけで、容易に油圧駆動用モータに対して抵抗力を付与することができるので、カッタヘッドによる地盤の掘削に伴うカッタヘッドの回転方向の振動を抑制することができる。また、抵抗用モータを設ける場合と異なり、モータの数が増加するのを抑制することができる。

【0014】

上記トンネル掘削機において、好ましくは、抵抗力付与部は、抵抗力を変更可能に構成されている。このように構成すれば、駆動源の回転力の変動や、カッタヘッドの回転方向の振動の振幅、カッタヘッドの回転方向の振動の位相、カッタヘッドの回転速度などに応じて付与する抵抗力を変化させることが可能となるので、カッタヘッドによる地盤の掘削に伴うカッタヘッドの回転方向の振動をより抑制することができる。

【0015】

上記トンネル掘削機において、好ましくは、抵抗力付与部は、回転力の大きさの３分の１以下の大きさの抵抗力を付与するように構成されている。このように構成すれば、抵抗力によりカッタヘッドを回転させる回転力が大きく損なわれることを抑制しつつ、カッタヘッドの回転方向の振動を抑制することができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、上記のように、カッタヘッドによる地盤の掘削に伴うカッタヘッドの回転方向の振動を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】第１実施形態によるトンネル掘削機を側方から示した模式的な断面図である。

【図2】第１実施形態による駆動源、抵抗力付与部および旋回台軸受を後方から示した図である。

【図3】第１実施形態による駆動源および抵抗力付与部の油圧回路を示した図である。

【図4】第２実施形態による駆動源、抵抗力付与部および旋回台軸受を後方から示した図である。

【図5】第２実施形態による駆動源および抵抗力付与部の油圧回路を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

【0019】

［第１実施形態］
（トンネル掘削機の構成）
図１～図３を参照して、第１実施形態によるトンネル掘削機１００について説明する。

【0020】

各図では、掘進方向（前後方向）に沿って延びるトンネル掘削機１００の中心軸線αに平行な方向（前後方向）をＸ方向により示す。Ｘ方向のうち、掘進方向をＸ１方向により示し、他方をＸ２方向により示す。

【0021】

各図では、上下方向をＺ方向により示す。Ｚ方向のうち、上方をＺ１方向により示し、下方をＺ２方向により示す。

【0022】

各図では、カッタヘッド１の回転方向（周方向）をＲ方向により示す。Ｒ方向のうち、一方をＲ１方向により示し、他方をＲ２方向により示す。また、カッタヘッド１の半径方向をｒ方向により示す。Ｒ１方向は、特許請求の範囲の「第１回転方向」の一例である。また、Ｒ２方向は、特許請求の範囲の「第２回転方向」の一例である。なお、カッタヘッド１の回転方向の逆転に伴い、Ｒ１方向およびＲ２方向も、互いの回転方向の向きが逆転する。

【0023】

図１に示すように、トンネル掘削機１００は、カッタヘッド１と、掘削機本体２と、旋回台軸受３と、カッタヘッド１を回転させる駆動源４と、抵抗力付与部５とを備えている。なお、旋回台軸受３は、特許請求の範囲の「駆動力伝達部」の一例である。

【0024】

第１実施形態のトンネル掘削機１００は、駆動源４により、カッタヘッド１に対してＲ１方向に回転力を付与することによってカッタヘッド１を回転させるように構成されている。トンネル掘削機１００は、抵抗力付与部５により、回転力が付与されるＲ１方向とは逆向きのＲ２方向に、駆動源４の回転力に対して抵抗となる抵抗力を付与するように構成されている。その結果、トンネル掘削機１００は、カッタヘッド１による地盤の掘削に伴う振動のうちカッタヘッド１の回転方向（Ｒ方向）の振動成分を抑制するように構成されている。詳細については後述する。

【0025】

第１実施形態では、トンネル掘削機１００が泥土圧式のトンネル掘削機である例を示している。泥土圧式のトンネル掘削機１００では、カッタヘッド１により掘削された土砂と土砂に注入された作泥材とがチャンバＣ内で混合され、掘削土砂が不透水性と塑性流動性とを持つ泥土に変換される。掘削土砂（泥土）は、チャンバＣ内およびスクリュコンベア２３内に充満する。トンネル掘削機１００は、推進ジャッキ２１によって推進することによって、掘削した土砂をチャンバＣ内に充満させ加圧し、地山側の圧力（土圧および地下水圧）に対抗させる。そして、トンネル掘削機１００は、掘削量と排土量とのバランスによって圧力の平衡を図りながら掘進方向に前進する。

【0026】

（カッタヘッドの構成）
カッタヘッド１は、前面に複数のカッタビットＢを有しており、回転により地盤を掘削するように構成されている。カッタヘッド１は、後方から複数の支持脚１０により支持されている。複数の支持脚１０は、カッタヘッド１の回転方向に所定の角度間隔で円周上に配置されている。複数の支持脚１０は、カッタヘッド１の半径方向（ｒ方向）の外周側に配置されている。すなわち、カッタヘッド１は、外周側で支持される外周支持方式のカッタヘッドである。複数の支持脚１０は、円環状のカッタコラム１１の前面に固定されている。

【0027】

（掘削機本体の構成）
掘削機本体２は、円筒状の胴体２０と、複数の推進ジャッキ２１と、複数の中折れジャッキ２２と、スクリュコンベア２３とを備えている。

【0028】

胴体２０は、前胴２０ａと、前胴２０ａの後方に配置された後胴２０ｂとを含んでいる。前胴２０ａの内側には、旋回台軸受３、駆動源４および抵抗力付与部５などが配置されている。また、胴体２０の内側には、隔壁Ｐが設けられている。隔壁Ｐは、掘進方向（Ｘ１方向）と直交する方向に延びており、前方側の空間であるチャンバＣと、後方側の空間である作業空間とに、胴体２０の内部空間を区画している。

【0029】

複数の推進ジャッキ２１は、カッタヘッド１の回転方向に所定の角度間隔で円周上に配置されている。複数の推進ジャッキ２１は、胴体２０に固定されており、掘削機本体２を押し進めるように構成されている。すなわち、複数の推進ジャッキ２１は、掘削機本体２を推進させる駆動源である。

【0030】

複数の中折れジャッキ２２は、カッタヘッド１の回転方向に所定の角度間隔で円周上に配置されている。複数の中折れジャッキ２２は、前胴２０ａと後胴２０ｂとを連結するとともに、トンネル掘削機１００の掘進方向を修正または変更するように構成されている。

【0031】

スクリュコンベア２３は、チャンバＣに接続され、チャンバＣ内の土砂を作業空間側に排出するように構成されている。スクリュコンベア２３は、前胴２０ａの内側の下方側に配置されている。

【0032】

（旋回台軸受の構成）
旋回台軸受３は、駆動源４の後述する駆動用モータ４０の回転力をカッタヘッド１に伝達するように構成されている。旋回台軸受３は、円環状の固定外輪３０と、固定外輪３０の内周側に配置された円環状の可動内輪３１とを備えている。

【0033】

固定外輪３０は、胴体２０に固定されている。可動内輪３１は、固定外輪３０に支持されており、中心軸線α回りに回転可能に構成されている。可動内輪３１は、駆動用モータ４０の駆動用ピニオンギヤ４０ｂに噛み合う円環状の内歯ギヤ３１ａ（ラック）を有している。可動内輪３１は、円環状のカッタコラム１１の後面に固定されている。可動内輪３１は、カッタコラム１１および支持脚１０を介して駆動源４の回転力をカッタヘッド１に伝達するように構成されている。なお、内歯ギヤ３１ａは、特許請求の範囲の「駆動力伝達歯車部」の一例である。

【0034】

（駆動源の構成）
図２に示すように、カッタヘッド１を回転させる駆動源４は、駆動油により駆動される油圧式の駆動源である。駆動源４は、複数（４つ）の駆動用モータ４０と、駆動用の油圧制御機構４１とを備えている。

【0035】

駆動用モータ４０は、出力軸を含むモータ本体４０ａと、出力軸に設置された駆動用ピニオンギヤ４０ｂとを備えている。モータ本体４０ａには、減速機（図示せず）が設けられている。

【0036】

４つの駆動用モータ４０は、隔壁Ｐの背面側に配置されている。４つの駆動用モータ４０は、中心軸線αからカッタヘッド１の半径方向（ｒ方向）に互いに等しい距離だけ離間している。４つの駆動用モータ４０は、カッタヘッド１の上下方向の中心線β１の上方側および下方側に２つずつ対称に配置されている。また、４つの駆動用モータ４０は、カッタヘッド１の左右方向の中心線β２の左方側および右方側に２つずつ対称に配置されている。

【0037】

駆動用ピニオンギヤ４０ｂは、旋回台軸受３の内歯ギヤ３１ａに対して内周側から噛み合っている。

【0038】

図３に示すように、駆動用の油圧制御機構４１は、４つの駆動用モータ４０に駆動油を供給して、４つの駆動用モータ４０の駆動を制御するように構成されている。なお、図３では、実線により駆動油の流通ラインを示し、破線により信号線を示している。

【0039】

駆動用の油圧制御機構４１は、駆動用油圧ポンプ４２と、圧力ライン４３と、圧力計４３ａと、方向制御弁４４と、第１ライン４５ａと、第２ライン４５ｂと、排出ライン４６と、タンク４７とを備えている。

【0040】

駆動油は、「駆動用油圧ポンプ４２、圧力ライン４３（圧力計４３ａ）、方向制御弁４４、第１ライン４５ａおよび第２ライン４５ｂの一方、４つの駆動用モータ４０、第１ライン４５ａおよび第２ライン４５ｂの他方、方向制御弁４４、排出ライン４６、タンク４７」の順に上流側から下流側に向けて流れる。なお、「ライン」とは、駆動油を流す管路の意味である。

【0041】

駆動用油圧ポンプ４２は、４つの駆動用モータ４０に向けて駆動油を圧送するように構成されている。

【0042】

圧力ライン４３は、一端が駆動用油圧ポンプ４２に接続され、他端が方向制御弁４４に接続されている。

【0043】

圧力計４３ａは、圧力ライン４３上に設けられており、４つの駆動用モータ４０に供給する駆動油の圧力を測定するように構成されている。圧力計４３ａの測定した測定値は、抵抗力付与部５の後述する抵抗用の油圧制御機構５１の制御装置５８により取得される。

【0044】

方向制御弁４４は、第１ライン４５ａと第２ライン４５ｂとを切り替えることにより、４つの駆動用モータ４０（駆動用ピニオンギヤ４０ｂ）により回転力が付与されるＲ１方向を逆転させるための電磁弁である。

【0045】

詳細には、第１ライン４５ａおよび第２ライン４５ｂは、互いに独立したラインである。第１ライン４５ａおよび第２ライン４５ｂは、ともに一端が方向制御弁４４に接続され、他端が４つの駆動用モータ４０に並列に接続されている。方向制御弁４４は、第１ライン４５ａを介して４つの駆動用モータ４０に駆動油を供給する第１状態と、第２ライン４５ｂを介して４つの駆動用モータ４０に駆動油を供給する第２状態とを切り替えるように構成されている。

【0046】

たとえば、第１状態ではカッタヘッド１はＲ１方向に回転し、第２状態ではカッタヘッド１はＲ２方向に回転する。

【0047】

なお、第１状態において、第２ライン４５ｂは、４つの駆動用モータ４０から駆動油を排出するラインとして機能する。また、第２状態において、第１ライン４５ａは、４つの駆動用モータ４０から駆動油を排出するラインとして機能する。

【0048】

排出ライン４６は、一端が方向制御弁４４に接続され、他端がタンク４７に接続されている。タンク４７には、４つの駆動用モータ４０から排出された駆動油が貯留される。

【0049】

（抵抗力付与部の構成）
抵抗力付与部５は、駆動源４によって回転力が付与されるＲ１方向（図２参照）とは逆向きのＲ２方向（図２参照）に、駆動源４の回転力に対して抵抗となる抵抗力を付与するように構成されている。要するに、駆動源４から内歯ギヤ３１ａを介してカッタヘッド１に作用する回転力は、抵抗力付与部５の抵抗力により小さくなる。

【0050】

抵抗力付与部５は、駆動源４の回転力（４つの駆動用モータ４０の出力）の大きさの３分の１以下の大きさの抵抗力を付与するように構成されている。

【0051】

抵抗力付与部５は、旋回台軸受３の内歯ギヤ３１ａを介してカッタヘッド１に伝達される駆動用モータ４０の回転力に対して抵抗となる抵抗力を付与するように構成されている。

【0052】

すなわち、抵抗力付与部５は、内歯ギヤ３１ａに対して抵抗力を直接付与するように構成されている。言い換えると、抵抗力付与部５は、旋回台軸受３を介して駆動用モータ４０に対して機構的（間接的）に抵抗力を付与するように構成されている。

【0053】

抵抗力付与部５は、駆動油により駆動される油圧式の駆動源である。抵抗力付与部５は、１つの抵抗用モータ５０と、抵抗用の油圧制御機構５１とを備えている。

【0054】

抵抗用モータ５０は、出力軸を含むモータ本体５０ａと、出力軸に設置された抵抗用ピニオンギヤ５０ｂとを備えている。モータ本体５０ａには、減速機（図示せず）が設けられている。

【0055】

抵抗用モータ５０は、隔壁Ｐの背面側に配置されている。抵抗用モータ５０は、カッタヘッド１の上下方向の中心線β１上に配置されている。抵抗用ピニオンギヤ５０ｂは、旋回台軸受３の内歯ギヤ３１ａに対して内周側から噛み合っている。

【0056】

抵抗用モータ５０は、駆動用モータ４０の回転力に対して抵抗となる抵抗力を付与するように構成されている。抵抗用モータ５０は、抵抗用ピニオンギヤ５０ｂと内歯ギヤ３１ａを介して駆動用モータ４０に対して機構的（間接的）に抵抗力を付与するように構成されている。

【0057】

抵抗用の油圧制御機構５１は、１つの抵抗用モータ５０に駆動油を供給して、１つの抵抗用モータ５０の駆動を制御するように構成されている。抵抗用の油圧制御機構５１が設けられる油圧回路と、駆動用の油圧制御機構４１が設けられる油圧回路とは、互いに駆動油の受け渡しが行われることのない独立した回路である。

【0058】

抵抗用の油圧制御機構５１は、抵抗用油圧ポンプ５２と、圧力ライン５３と、高速応答切換弁５４と、第１ライン５５ａと、第２ライン５５ｂと、排出ライン５６と、タンク５７と、制御装置５８とを備えている。

【0059】

駆動油は、「抵抗用油圧ポンプ５２、圧力ライン５３、高速応答切換弁５４、第１ライン５５ａおよび第２ライン５５ｂの一方、抵抗用モータ５０、第１ライン５５ａおよび第２ライン５５ｂの他方、高速応答切換弁５４、排出ライン５６、タンク５７」の順に上流側から下流側に向けて流れる。

【0060】

抵抗用油圧ポンプ５２は、抵抗用モータ５０に向けて駆動油を圧送するように構成されている。

【0061】

圧力ライン５３は、一端が抵抗用油圧ポンプ５２に接続され、他端が高速応答切換弁５４に接続されている。

【0062】

高速応答切換弁５４は、第１ライン５５ａと第２ライン５５ｂに送る駆動油を制御し、抵抗力付与部５によって与える抵抗力を制御するための電磁弁である。

【0063】

詳細には、第１ライン５５ａおよび第２ライン５５ｂは、互いに独立したラインである。第１ライン５５ａおよび第２ライン５５ｂは、ともに一端が高速応答切換弁５４に接続され、他端が抵抗用モータ５０に並列に接続されている。高速応答切換弁５４は、第１ライン５５ａを介して抵抗用モータ５０に駆動油を供給し抵抗力を制御する第３状態と、第２ライン５５ｂを介して抵抗用モータ５０に駆動油を供給し抵抗力を制御する第４状態とを切り替えるように構成されている。

【0064】

たとえば、第３状態では抵抗力付与部５によってＲ２方向（図２参照）に抵抗力が付与され、第４状態では抵抗力付与部５によってＲ１方向（図２参照）に抵抗力が付与される。なお、駆動源４が第１状態である場合、抵抗力付与部５が第３状態になる。また、駆動源４が第２状態である場合、抵抗力付与部５が第４状態になる。

【0065】

排出ライン５６は、一端が高速応答切換弁５４に接続され、他端がタンク５７に接続されている。タンク５７には、抵抗用モータ５０から排出された駆動油が貯留される。

【0066】

制御装置５８は、抵抗用の油圧制御機構５１の各部の駆動を制御するように構成されている。制御装置５８は、たとえば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などを含む制御基板として構成されている。

【0067】

抵抗力付与部５は、カッタヘッド１に伝達される駆動用モータ４０の回転力に対して一定の抵抗力を付与するように構成されている。また、抵抗力付与部５は、抵抗力を変更可能に構成されている。

【0068】

詳細には、抵抗力付与部５の制御装置５８は、駆動源４の回転力の変動や、カッタヘッド１の回転方向（Ｒ方向）の振動の振幅、カッタヘッド１の回転方向の振動の位相、カッタヘッド１の回転速度などに応じて、高速応答切換弁５４を制御することによって、抵抗力を変更可能に構成されている。一例ではあるが、抵抗力付与部５の制御装置５８は、カッタヘッド１に設けられた加速度計５９の測定値に基づいて抵抗力を変更可能に構成されている。

【0069】

なお、加速度計５９は、駆動用モータ４０の近傍などの他の位置に設けてもよい。また、抵抗力付与部５の制御装置５８は、加速度計を設けることなく、圧力計４３ａの測定値に基づいて抵抗力を変更する制御を行ってもよい。この他、抵抗力付与部５の制御装置５８は、加速度計を設けることなく、駆動用ピニオンギヤ４０ｂの回転や、旋回台軸受３の可動内輪３１の回転を検出する回転センサを設けて、回転センサの測定値に基づいて抵抗力を変更する制御を行ってもよい。また、抵抗力付与部５の制御装置５８は、第１ライン５５ａおよび第２ライン５５ｂに油圧（負荷変動）を測定する圧力計を設けて、第１ライン５５ａおよび第２ライン５５ｂの圧力計の測定値に基づいて抵抗力を変更する制御を行ってもよい。この場合、抵抗力付与部５の制御装置５８により、制御結果をフィードバックしながら絶えず設定値に近づけるフィードバック制御が行われる。なお、本実施形態の抵抗力付与部５は、カッタヘッド１の回転方向の振動を抑制するために、必ずしもフィードバック制御を行う必要はない。

【0070】

（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

【0071】

第１実施形態では、上記のように、回転力が付与されるＲ１方向（図２参照）とは逆向きのＲ２方向（図２参照）に、駆動源４の回転力に対して抵抗となる抵抗力を付与する抵抗力付与部５を設ける。これによって、抵抗力付与部５により、駆動源４と、駆動源４の回転力をカッタヘッド１に伝達する駆動力の伝達構成との間の隙間（ガタ）をなくす向きのＲ２方向に抵抗力を付与することができるので、駆動源４と駆動力の伝達構成との間のガタをなくすことができる。また、Ｒ２方向に抵抗力を付与することによって、カッタヘッド１を回転させる駆動系の剛性を高めることができる。以上の結果、カッタヘッド１による地盤の掘削に伴うカッタヘッド１の回転方向の振動を抑制することができる。

【0072】

第１実施形態では、上記のように、駆動源４は、複数の駆動用モータ４０を含み、駆動用モータ４０の回転力をカッタヘッド１に伝達する旋回台軸受３をさらに備え、抵抗力付与部５は、旋回台軸受３を介してカッタヘッド１に伝達される駆動用モータ４０の回転力に対して抵抗となる抵抗力を付与するように構成されている。これによって、抵抗力付与部５により、複数の駆動用モータ４０の回転力に対して抵抗となる抵抗力を付与することによって、複数の駆動用モータ４０と旋回台軸受３との間の隙間（ガタ）をより確実になくすことができる。その結果、複数の駆動用モータ４０の回転が同期するように、複数の駆動用モータ４０の同調精度を向上させることができるので、カッタヘッド１による地盤の掘削に伴うカッタヘッド１の回転方向の振動をより抑制することができる。

【0073】

第１実施形態では、上記のように、抵抗力付与部５は、旋回台軸受３を介して駆動用モータ４０に対して抵抗力を付与するように構成されている。これによって、駆動用モータ４０に対して直接的に抵抗力を付与する場合とは異なり、複数設けられる駆動用モータ４０まわりの構成が複雑化するのを回避することができる。

【0074】

第１実施形態では、上記のように、駆動源４は、複数の駆動用モータ４０を含み、抵抗力付与部５は、駆動用モータ４０の回転力に対して抵抗となる抵抗力を付与する抵抗用モータ５０を含む。これによって、複数の駆動用モータ４０により回転力が付与されるＲ１方向とは逆向きのＲ２方向に抵抗力が付与されるように、抵抗用モータ５０を駆動させるだけで、容易にカッタヘッド１による地盤の掘削に伴うカッタヘッド１の回転方向の振動を抑制することができる。

【0075】

第１実施形態では、上記のように、駆動用モータ４０は、駆動用ピニオンギヤ４０ｂを有し、駆動用ピニオンギヤ４０ｂに噛み合い、駆動用モータ４０の回転力をカッタヘッド１に伝達する内歯ギヤ３１ａをさらに備え、抵抗用モータ５０は、内歯ギヤ３１ａに噛み合う抵抗用ピニオンギヤ５０ｂを有し、内歯ギヤ３１ａを介して駆動用モータ４０に対して抵抗力を付与するように構成されている。これによって、内歯ギヤ３１ａや、駆動用ピニオンギヤ４０ｂと同様の構成を有する抵抗用ピニオンギヤ５０ｂを利用して駆動用モータ４０に抵抗力を付与することができるので、抵抗力を伝えるために専用の構成を設ける場合と比較して、装置構成を簡素化することができる。

【0076】

第１実施形態では、上記のように、抵抗力付与部５は、抵抗力を変更可能に構成されている。これによって、駆動源４の回転力の変動や、カッタヘッド１の回転方向の振動の振幅、カッタヘッド１の回転方向の振動の位相、カッタヘッド１の回転速度などに応じて付与する抵抗力を変化させることが可能となるので、カッタヘッド１による地盤の掘削に伴うカッタヘッド１の回転方向の振動をより抑制することができる。

【0077】

第１実施形態では、上記のように、抵抗力付与部５は、回転力の大きさの３分の１以下の大きさの抵抗力を付与するように構成されている。これによって、抵抗力によりカッタヘッド１を回転させる回転力が大きく損なわれることを抑制しつつ、カッタヘッド１の回転方向の振動を抑制することができる。

【0078】

［第２実施形態］
図４および図５を参照して、第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、抵抗力付与部５により駆動用モータ４０に対して機構的（間接的）に抵抗力を付与するように構成した上記第１実施形態とは異なり、抵抗力付与部２０５により駆動用モータ２４０に対して直接抵抗力を付与する例について説明する。なお、図中において、上記第１実施形態と同様の構成には、同じ符号を付して図示する。また、駆動用モータ２４０は、特許請求の範囲の「油圧駆動用モータ」の一例である。

【0079】

図４および図５に示すように、第２実施形態のトンネル掘削機２００は、抵抗力付与部２０５を備えている。なお、図５では、実線により駆動油の流通ラインを示し、破線により信号線を示している。

【0080】

抵抗力付与部２０５は、圧力制御弁（リリーフ弁）２５０と、制御装置２５１とを備えている。なお、第２実施形態の抵抗力付与部２０５は、第１実施形態のような抵抗用モータ５０（図２参照）を備えていない。また、圧力制御弁２５０および制御装置２５１は、特許請求の範囲の「油圧制御部」の一例である。

【0081】

抵抗力付与部２０５の圧力制御弁２５０は、駆動源４の駆動用の油圧制御機構４１の排出ライン５６上に設けられている。

【0082】

制御装置２５１は、４つの駆動用モータ２４０の駆動タイミングに合わせて、圧力制御弁２５０を駆動させて、４つの駆動用モータ２４０から排出される駆動油の油量を制限するように構成されている。その結果、抵抗力付与部２０５は、制御装置２５１および圧力制御弁２５０により、４つの駆動用モータ２４０に対して直接抵抗力を付与するように構成されている。なお、抵抗力付与部２０５は、駆動用モータ２４０に対して一定の抵抗力を付与するように構成されている。また、抵抗力付与部２０５は、抵抗力を変更可能に構成されている。一例ではあるが、抵抗力付与部２０５の制御装置２５１は、カッタヘッド１に設けられた加速度計５９の測定値に基づいて、圧力制御弁２５０の開度を調整して抵抗力を変更可能に構成されている。

【0083】

なお、加速度計５９は、駆動用モータ４０の近傍などの他の位置に設けてもよい。また、抵抗力付与部２０５の制御装置２５１は、加速度計を設けることなく、圧力計４３ａの測定値に基づいて抵抗力を変更する制御を行ってもよい。この他、抵抗力付与部２０５の制御装置２５１は、加速度計を設けることなく、駆動用ピニオンギヤ４０ｂの回転や、旋回台軸受３の可動内輪３１の回転を検出する回転センサを設けて、回転センサの測定値に基づいて抵抗力を変更する制御を行ってもよい。また、抵抗力付与部２０５の制御装置２５１は、第１ライン４５ａおよび第２ライン４５ｂに油圧（負荷変動）を測定する圧力計を設けて、第１ライン４５ａおよび第２ライン４５ｂの圧力計の測定値に基づいて抵抗力を変更する制御を行ってもよい。

【0084】

第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

【0085】

（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

【0086】

第２実施形態では、上記第１実施形態と同様に、回転力が付与されるＲ１方向とは逆向きのＲ２方向に、駆動源４の回転力に対して抵抗となる抵抗力を付与する抵抗力付与部２０５を設ける。これによって、カッタヘッド１による地盤の掘削に伴うカッタヘッド１の回転方向の振動を抑制することができる。

【0087】

第２実施形態では、上記のように、抵抗力付与部２０５は、駆動用モータ２４０に対して直接抵抗力を付与ように構成されている。これによって、駆動用モータに対して旋回台軸受などを介して機構的（間接的）に抵抗力を付与する場合とは異なり、旋回台軸受３まわりの構成が複雑化するのを回避することができる。

【0088】

第２実施形態では、上記のように、駆動源４は、複数の駆動用モータ４０を含み、駆動用モータ２４０は、駆動油により駆動する油圧式の駆動用モータ２４０を有し、抵抗力付与部２０５は、駆動用モータ２４０から排出される駆動油の油量を制限する圧力制御弁２５０および制御装置２５１を含み、圧力制御弁２５０および制御装置２５１により駆動用モータ２４０に対して直接抵抗力を付与するように構成されている。これによって、圧力制御弁２５０および制御装置２５１により駆動用モータ２４０から排出される駆動油の油量を制限するだけで、容易に駆動用モータ２４０に対して抵抗力を付与することができるので、カッタヘッド１による地盤の掘削に伴うカッタヘッド１の回転方向の振動を抑制することができる。また、抵抗用モータを設ける場合と異なり、モータの数が増加するのを抑制することができる。

【0089】

第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

【0090】

［変形例］
なお、今回開示された実施形態および変形例は、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（変形例）が含まれる。

【0091】

たとえば、上記第１および第２実施形態では、泥土圧式のトンネル掘削機に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、泥水式のトンネル掘削機に本発明を適用してもよい。

【0092】

また、上記第１および第２実施形態では、カッタヘッドの支持方式として外周支持方式を採用した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、カッタヘッドの支持方式として中間支持方式などの異なる支持方式を採用してもよい。

【0093】

また、上記第１実施形態では、抵抗力付与部が１つの抵抗用モータを備える例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、抵抗力付与部が複数の抵抗用モータを備えていてもよい。なお、抵抗力付与部が偶数個の抵抗用モータを備える場合には、偶数個の抵抗用モータを、上下方向または左右方向に対して対称に配置することが好ましい。

【0094】

また、上記第１および第２実施形態では、駆動源が４つの駆動用モータを備える例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、駆動源が１つ、２つ、３つまたは５つ以上の駆動用モータを備えていてもよい。

【0095】

また、上記第１実施形態では、抵抗用モータにより抵抗力を付与した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ブレーキなどにより内歯ギヤなどに摩擦力を加えることにより抵抗力を付与してもよい。

【0096】

上記第１および第２実施形態では、駆動用モータを油圧式モータとして構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、駆動用モータを電動式モータとして構成してもよい。

【0097】

上記第１実施形態では、抵抗用モータを油圧式モータとして構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、抵抗用モータを電動式モータとして構成してもよい。

【0098】

また、上記第１および第２実施形態では、駆動源が、回転力を発生させる駆動用モータを備える例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、駆動源が、駆動用モータに代えて、回転力を発生させるジャッキを備えていてもよい。

【0099】

また、上記第１および第２実施形態では、駆動用モータの駆動用ピニオンを内歯ギヤに噛み合わせてカッタヘッドを回動させた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、駆動用モータの駆動用ピニオンを外歯ギヤに噛み合わせてカッタヘッドを回動させてもよい。

【0100】

また、上記第１実施形態では、抵抗用モータをカッタヘッドの上下方向の中心線上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、抵抗用モータをカッタヘッドの上下方向の中心線からずれた位置に配置してもよい。

【0101】

また、上記第１実施形態では抵抗力付与部によりに駆動源に対して機構的（間接的）に抵抗力を付与した例を示し、上記第２実施形態では抵抗力付与部により駆動源に対して直接抵抗力を付与した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、抵抗力付与部が、駆動源に対して直接抵抗力を付与する構成と、駆動源に対して機構的（間接的）に抵抗力を付与する構成との両方を含んでいてもよい。

【符号の説明】

【0102】

１ カッタヘッド
３ 旋回台軸受（駆動力伝達部）
４ 駆動源
５、２０５ 抵抗力付与部
３１ａ 内歯ギヤ（駆動力伝達歯車部）
４０ 駆動用モータ
４０ｂ 駆動用ピニオンギヤ
５０ 抵抗用モータ
５０ｂ 抵抗用ピニオンギヤ
１００、２００ トンネル掘削機
２４０ 駆動用モータ（油圧駆動用モータ）
２５０ 圧力制御弁（油圧制御部）
２５１ 制御装置（油圧制御部）
Ｒ１ 方向（第１回転方向）
Ｒ２ 方向（第２回転方向）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】