JP2002213183A - 横孔掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】圧縮強度が軟岩以下である土質において長距離
掘進を可能とする横孔掘削機を提供する。 【解決手段】前部に設けたカッタヘッド３を回転させて
掘削を行う横孔掘削機において、カッタヘッド３の少な
くとも一箇所に、推進方向に突出させてセンタカッタ２
８と、このセンタカッタ２８からカッタヘッド３の径方
向位置で、かつ、横孔掘削機の軸方向後方側に順次位置
するようにカッタヘッド３に配設した複数のカッタビッ
ト２９−１〜２９−８とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばシールド本
体の前方に設けたカッタヘッドで掘削を行う横孔掘削機
に関し、さらに詳しくは、カッタヘッドの複数の径方向
位置にカッタビットを配設した横孔掘削機に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】横穴掘削機の１つであるシールド掘進機
は、通常、シールド本体の前方に設けたカッタヘッドの
周方向にビット取付け部を複数配置している。いわゆる
土圧式シールド掘進機では、センタシャフトの先端にあ
るセンタフレームから径方向に放射状に延設されたカッ
タスポークで前記ビット取付け部を構成しており、これ
らのカッタスポークはそれぞれ複数の径方向位置にカッ
タビットを配設している。また、いわゆる泥水式シール
ド掘進機では、略円盤状の面板上において前記カッタス
ポークに対応する周方向複数箇所に、径方向中央側から
放射状に延びるビット取付け領域を設けて前記ビット取
付け部を構成しており、これらのビット取付け領域もそ
れぞれ複数の径方向位置にカッタビットを配設してい
る。そして、このような構造のカッタヘッドを回転させ
ることにより、カッタビットで切羽の掘削を行うように
なっている。

【０００３】掘削された土砂は、隔壁により画成された
カッタヘッドのすぐ後方にある掘削室内で撹拌される。
土圧式シールド掘進機では、必要に応じて掘削土砂の塑
性流動化を促進するための作泥材が注入され、塑性流動
化した土砂を、スクリューコンベア等の排土装置によっ
てシールド本体の後方へ排出する。また、泥水式シール
ド掘進機では、掘削室内に送水管等の注水手段を用いて
注水を行い、掘削土砂を泥水の状態として排泥管等の排
泥手段によりシールド本体の後方へ排出する。

【０００４】このとき、シールド本体の後部にはエレク
タが設けられており、このエレクタがトンネルを構築す
べくセグメントリングを順次組み立てていく。またシー
ルド本体内のエレクタよりやや前方側に、シールド本体
に掘進方向への推進力を与えるための複数のシールドジ
ャッキが環状に配列されており、これらシールドジャッ
キを伸ばして前記セグメントリングを押し付けることに
よりシールド本体を前方へ推進させ、前記カッタヘッド
を切羽に押し付けるようになっている。セグメントリン
グの周囲にできる空洞部分には裏込め材が注入され、そ
の空洞部分が埋められる。

【０００５】このようにして、シールド本体を推進させ
つつ前方側の切羽を掘削して掘進を行い、後方側にはセ
グメントリングによるトンネルを構築していく。シール
ド工法は、シールド掘進機を用いた以上のような作業を
繰り返すことにより、別途掘削した一の立坑（発進立
坑）から他の立坑（到達立坑）までの所定の地中区間に
トンネルを形成するものである。ところで、一般に、シ
ールド掘進機の掘削対象となる地山の土質（地層）は、
硬いものから軟らかいものまで、例えば、岩石、固結シ
ルト、土丹、玉石混じり砂礫、砂礫、砂、粘性土（シル
ト、粘土）等がある。通常、圧縮強度５００ｋｇ／ｃｍ
２程度を境にそれより圧縮強度が大きいものを硬岩、小
さいものを軟岩と称される。シールド掘進機で掘削を行
うとき、硬岩以外の土質（言い換えれば圧縮強度が軟岩
以下の土質、以下適宜、単に「軟岩以下の土質」とい
う）については、掘削刃をビット本体の先端に取り付け
た通常のカッタビットで掘削可能であるが、硬岩の掘削
を行うときには、この通常のカッタビットで掘削を行う
のは困難であるため、軸方向両端部がカッターヘッドに
接続された軸体に、切羽を切削する切削ローラを回転自
在に支持したローラビットを用いることが多い。

【０００６】また、前記硬岩の中でもさらに圧縮強度が
比較的高く掘削困難である土質を掘削する場合には、例
えば特開２０００−６４７８８号公報に記載のように、
シールド本体の前方に設けたカッタヘッドの複数の径方
向位置にローラビットを配設し前記カッタヘッドを回転
させて掘削を行うシールド掘進機において、カッタヘッ
ドの径方向最中心側に位置するローラビットを掘進方向
前方側に突出させるとともに、隣接する他の径方向位置
のローラビットを順次掘進方向後方側に後退させて配置
し、縦断面形状が略階段状となるような掘削面を形成す
るシールド掘進機が提唱されている。

【０００７】このシールド掘進機は、地山の掘削面の縦
断面形状を略階段状に維持しながら掘削を行っていく
（いわゆるアンダーカッテイング）ことにより、掘削中
に前記略階段状の縁部（掘進方向後方側縁部）の剥離破
砕を誘発し、これによって掘削の際に必要となる掘削力
（圧力）を低減させ、従来に比べて小さな掘削力で高圧
縮強度の土質を掘削可能とするものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に、シ
ールド掘進機においては、上記掘進作業の進展とともに
前記カッタビットは切羽との摺動で摩耗していくもので
あるため、その掘進距離にはある程度の限界がある。従
来、シールド掘進機は比較的掘進距離が短くなってお
り、一の立坑（発進立坑）から他の立坑（到達立坑）ま
での比較的短い（例えば１ｋｍ）の区間を１つのシール
ド掘進機で掘進した後には、他の立坑からさらに別の立
坑までの比較的短い区間（同）を別のシールド掘進機を
用いるか、または摩耗したカッタビットを交換した後
に、掘進しなければならなかった。

【０００９】ここで、近年、都市化の進展等の背景に基
づき多数の発進・到達立坑の設置が困難となりつつある
こと、立坑の掘削設置費用及びシールド掘進機製造費用
のさらなる低減が望まれていること等により、１台のシ
ールド掘進機による掘進距離をなるべく長距離化したい
というニーズが高まっている。

【００１０】本願発明者等は、日本の地層に比較的多く
分布する前記軟岩以下の土質に対しては、前記通常のカ
ッタビットを用いつつ上記従来技術と同様の縦断面形状
が略階段状となるような掘削を行うことで、前記ローラ
ビットのような重装備構造としなくても長距離掘進が可
能であることを新たに知見した。

【００１１】本発明の目的は、圧縮強度が軟岩以下であ
る土質において長距離掘進を可能とする横孔掘削機を提
供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、本発明は、前部に設けたカッタヘッドを回転
させて掘削を行う横孔掘削機において、前記カッタヘッ
ドの少なくとも一箇所に、推進方向に突出させて設けた
先行掘削手段と、この先行掘削手段から前記カッタヘッ
ドの径方向位置で、かつ、前記横孔掘削機の軸方向後方
側に順次位置するように前記カッタヘッドに配設した複
数のカッタビットとを備えている。本発明においては、
カッタヘッドの少なくとも一箇所（例えば１つの径方向
位置）において先行掘削手段を掘進方向に突出させると
ともに、複数のカッタビットを、先行掘削手段からカッ
タヘッド径方向位置かつ軸方向後方側に順次位置するよ
うにする。これにより、先行掘削手段で掘削した先行掘
削面から縦断面形状が略階段状となるような掘削面を形
成しながら掘削を行っていく（いわゆるアンダーカッテ
イング）ことができる。すなわち、複数のカッタビット
は、その押圧力で前記略階段状の縁部（角部）の根元側
に亀裂を生じさせて進展させ、縁部の大部分に斜め方向
のせん断破壊を連続的に誘発させる剥離破砕を行うこと
によって掘削を行っていく。したがって、掘削の際に必
要となる掘削力を低減でき、通常の掘削に比べて小さな
掘削力で地山の掘削が可能となる。これにより、その分
カッタビットにおける切羽との摺動による摩耗を低減す
ることができ、掘進距離を向上することができる。ま
た、通常の掘削のようにカッタビットの刃先で地山切羽
を削り取るようにして掘削するのではなく、上記のよう
に主として剥離破砕によって掘削を行っていくので、カ
ッタビット刃先が摩耗して鋭利でなくなっても掘削能力
を確保することができる。したがってこれによっても掘
進距離を向上することができる。以上のようにして、通
常の掘削よりも大幅に掘進距離を向上できるので、圧縮
強度が軟岩以下である土質において、十分な長距離掘進
を行うことができる。

【００１３】（２）上記目的を達成するために、また本
発明は、前部に設けたカッタヘッドを回転させて掘削を
行う横孔掘削機において、前記カッタヘッドの少なくと
も一箇所に、推進方向に突出させて設けた先行掘削手段
と、この先行掘削手段から前記カッタヘッドの径方向位
置でかつ前記横孔掘削機の軸方向後方側に順次位置し、
前記先行掘削手段で掘削した先行掘削面から順次剥離破
砕を行い掘削するように前記カッタヘッドに配設した複
数のカッタビットとを備える。

【００１４】（３）上記（１）又は（２）において、好
ましくは、前記先行掘削手段を、前記カッタヘッドの中
心部に設ける

【００１５】（４）上記（３）において、さらに好まし
くは、前記カッタヘッドの中心部に設けた先行掘削手段
と前記カッタヘッド外周部との間に、他の先行掘削手段
を設ける。

【００１６】これにより、カッタヘッドの中心部にのみ
先行掘削手段を設ける場合に比べて、カッタヘッドの掘
進方向寸法（軸方向寸法）を低減できる。特に大口径シ
ールドになるほど第１段掘削部のみでは前記カッタヘッ
ド掘進方向寸法が大型化するので、その効果が大きい。
したがって、その分横孔掘削機全体の掘進方向寸法（機
長）を低減できるので、発進立坑の寸法を低減できる。
またカッタヘッド掘進方向寸法が大型化するほど切羽か
らの地山崩壊を招きやすくかつ曲線施工・方向修正を行
いにくくなる傾向となるが、このような弊害の起こる可
能性を低減できる。

【００１７】（５）上記（４）において、さらに好まし
くは、前記他の先行掘削手段を、掘削軌跡が略同一円周
上となるように周方向に間隔をおいて、複数配設する。

【００１８】他の先行手段は、隣接する他の径方向位置
の複数のカッタビットの上記剥離破砕を行うための足が
かりとなる起点掘削を行うものであるため、掘削負担が
大きくなる。これに対応して、本発明においては、他の
先行掘削手段を上記のようにいわゆる多条配置を行うこ
とにより、多条配置された各先行掘削手段の掘進方向前
方への切り込み深さを、多条配置個数に応じて低減でき
るので、先行掘削手段１つあたりの掘削負担を低減でき
る。したがって、この先行掘削手段の耐久性を確保し寿
命を向上することができる。また、１つの先行掘削手段
の欠損等が発生しても、他の先行掘削手段でカバーでき
るので、掘削性能の信頼性を向上できる。

【００１９】（６）上記（１）乃至（５）において、ま
た好ましくは、前記複数のカッタビットのうち、少なく
とも１つは、掘進方向掘削面に対して負のすくい角を備
えている。

【００２０】上記（１）（２）で説明したように剥離破
砕による掘削を行う場合、通常掘削のように地山切羽を
削り取るような掘削を行わないことから、切羽面（掘進
方向掘削面）に対して正のすくい角を備える必要がな
い。そこで、本発明においては、複数のカッタビットの
少なくとも１つに掘進方向掘削面に対して負のすくい角
をもたせる。これにより、正のすくい角を持たせる場合
のようにカッタヘッドの正逆２方向回転に対応して正転
時掘削用カッタビットと逆転時掘削用カッタビットとの
両方を配列する必要がなくなり、１つのカッタビットで
いずれの方向へも対応可能となるので、カッタビット数
を低減できる。したがって、地山切羽との摺動抵抗を減
少させてカッタヘッド駆動トルクを低減することができ
る。また上記した正のすくい角をもたせるため正転時掘
削用・逆転時掘削用カッタビットの両方を配列する場合
にはその両側のカッタビット間に掘削土砂が付着するこ
とでカッタヘッド駆動トルクを増大させる場合があった
が、このような現象も未然に防止できる。以上のように
して、カッタヘッド駆動トルクをさらに低減できるの
で、カッタ駆動手段の負荷をさらに低減でき、さらに省
エネルギ化を図ることができる。さらに、カッタビット
数低減によってコストを低減でき、あるいはコストアッ
プせずにカッタビットの設置条数を例えば２倍に増加さ
せることができる。

【００２１】（７）上記（１）乃至（５）において、ま
た好ましくは、前記複数のカッタビットのうち、少なく
とも１つは、径方向掘削面に対して負のすくい角を備え
ている。

【００２２】上記（１）（２）で説明したように剥離破
砕を利用していわゆるアンダーカッテイングによって掘
削を行う場合、掘削面の縦断面形状は略階段状となるこ
とから、曲線施工・方向修正を行うときには、掘進方向
のみならず掘進方向と直角方向（径方向）への掘削（い
わゆる側方掘り）を行わなければならない。そこで、本
発明においては、これに対応して、上記（６）のように
掘進方向掘削面に対して負のすくい角を持たせるのと同
様にして、径方向掘削面に対しても負のすくい角を持た
せるようにする。これにより、曲線施工・方向修正に伴
う側方掘りにおいて上記（６）と同様の効果を得ること
ができる。

【００２３】（８）上記（１）乃至（５）において、ま
た好ましくは、前記先行掘削手段は、掘進方向掘削面に
対して正のすくい角を備えている。

【００２４】先行掘削手段は、掘進方向前方側に突出し
て設けられる配置上、上記（１）（２）で説明したよう
な剥離破砕による掘削を行うことができないため、通常
の地山切羽を削り取るような掘削を行う必要がある。そ
こで、本発明においては、その先行掘削手段に切羽面
（掘進方向掘削面）に対して正のすくい角をもたせるこ
とにより、より効率よく掘削を行うことができる。

【００２５】（９）上記（１）乃至（５）において、ま
た好ましくは、前記カッタヘッドの最外周側に配設した
カッタビットは、径方向掘削面に対して正のすくい角を
備えている。

【００２６】上記（１）（７）で説明したように剥離破
砕を利用していわゆるアンダーカッティングによって掘
削を行う場合、曲線施工・方向修正を行うときには、掘
進方向と直角方向（径方向）への掘削（いわゆる側方掘
り）を行わなければならない。この側方掘りのとき、カ
ッタヘッドの最外周側に位置するカッタビットは、配置
上、剥離破砕による掘削を行うことができないため、通
常の地山切羽を削り取るような掘削を行う必要がある。
そこで、本発明においては、これに対応して、上記
（８）で掘進方向掘削面に対して正のすくい角を持たせ
るのと同様に、カッタヘッド最外周側のカッタビットに
おいて径方向の掘削面に対して正のすくい角を持たせる
ようにする。これにより、曲線施工・方向修正に伴う側
方掘りにおいて上記（８）と同様効率よく掘削を行うこ
とができる。

【００２７】（１０）上記（１）乃至（５）において、
また好ましくは、前記複数のカッタビットのうち、少な
くとも１つは、その刃面が、掘進方向掘削面に対して所
定の傾斜角をなす。

【００２８】上記（１）で説明したように、カッタビッ
トは、掘削中にその押圧力で縁部の大部分を斜めにせん
断破壊させることにより縁部の剥離破砕を行っていく
が、このとき、カッタビットの少なくとも一部の刃面を
掘進方向掘削面から所定の傾斜角をもって斜めに配置す
ることで、縁部に対し、上記せん断破壊を促進するよう
な向きに押圧力を加えることが可能となる。これによ
り、さらに小さな掘削力で地山の掘削を行うことが可能
となる。

【００２９】（１１）上記（１）乃至（５）において、
さらに好ましくは、径方向位置が隣接するカッタビット
は、それらの掘削刃の径方向寸法の回転軌跡どうしの間
に径方向間隙が介在するように配設されている。

【００３０】地山の性状によっては（例えば砂層、砂礫
層、あるいは一部の軟岩層等）、地山の掘削面の縦断面
形状を略階段状とするだけで略階段状の縁部近傍の束縛
が解放され、縁部が自然に崩れ落ちる場合もある。この
場合、さらにカッタビットで掘進方向掘削面の径方向一
部領域（例えば縁部の根元側）を押圧・掘削することで
残りの部分が大きく崩れ落ち容易に掘削を行うことがで
きる。本発明においては、このような場合に対応し、各
カッタビットの回転軌跡で見たときの、前記自然に崩れ
落ちる部分についてのカッタビット掘削刃部分を省略す
る形で、例えば各カッタビットの径方向寸法を小さくす
ることで、径方向位置が隣接するカッタビットの掘削刃
径方向寸法の回転軌跡どうしの間に径方向間隙が介在す
るようにする（掘削刃の回転軌跡どうしの間に径方向す
きまを持たせる）。

【００３１】これにより、掘削刃を小さくでき、掘削刃
部分に埋め込む高価な超硬チップの使用量を低減するこ
とができるので、コストを低減できる。また、地山に食
い込ませるために必要な力を低減できるので、カッタヘ
ッドの押し込む推力を低減でき、すなわちカッタヘッド
の回転トルクを低減できる。したがって、カッタヘッド
を駆動するカッタ駆動手段の負荷をさらに低減できる。

【００３２】（１２）上記（１）乃至（５）において、
また好ましくは、前記複数のカッタビットのうち、少な
くとも１つは、その刃面が径方向掘削面に対して所定の
傾斜角をなす。

【００３３】これにより、曲線施工・方向修正の際に掘
進方向と直角方向（径方向）への掘削（いわゆる側方掘
り）を行うときに、上記（１０）で説明したのと同様に
せん断破壊を促進する向きに押圧力を加えることがで
き、さらに小さな掘削力で地山の掘削を行うことが可能
となる。

【００３４】（１３）上記（１）乃至（５）において、
さらに好ましくは、径方向位置が隣接するカッタビット
は、それらの掘削刃の掘進方向寸法の回転軌跡どうしの
間に掘進方向間隙が介在するように配設されている。

【００３５】これにより、曲線施工・方向修正の際に掘
進方向と直角方向（径方向）への掘削（いわゆる側方掘
り）を行うときに、上記（１１）で説明したのと同様に
高価な超硬チップの使用量を低減してコストを低減で
き、カッタヘッドの回転トルクを低減できる。

【００３６】（１４）上記（１）乃至（５）において、
また好ましくは、前記先行掘削手段、又は他の先行掘削
手段の摩耗を検出する摩耗検出手段を設ける。

【００３７】上記（５）で説明したように、先行掘削手
段、又は他の先行掘削手段は掘削負担が最も大きく、摩
耗しやすい。そこで、本発明においては、摩耗検出手段
を設けることにより、これら先行掘削手段又は他の先行
掘削手段の摩耗状態を正確に検知することができるの
で、例えば交換や新たな先行掘削手段（予備用先行掘削
手段）の現出等の対策を行うべき時期を正確に決定する
ことができる。

【００３８】（１５）上記（１）乃至（５）において、
また好ましくは、前記先行掘削手段、又は他の先行掘削
手段を、横孔掘削機内側から交換可能に構成する。

【００３９】これにより、掘削負担が最も大きい先行掘
削手段又は他の先行掘削手段が摩耗したとしても、すば
やくかつ容易に交換することができるので、さらに確実
に長距離掘進が可能となる。

【００４０】（１６）上記（１）乃至（５）において、
また好ましくは、前記先行掘削手段、又は他の先行掘削
手段の径方向掘削領域の少なくとも一部を掘削する出没
可能な予備用先行掘削手段を設ける。

【００４１】これにより、掘削負担が最も大きい先行掘
削手段が摩耗したとしても、すばやく新しい予備用先行
掘削手段を出現させて先行掘削手段の掘削領域の少なく
とも一部を掘削開始し、これによって当該領域における
掘削力を回復させることができるので、さらに確実に長
距離掘進が可能となる。

【００４２】（１７）上記（１）乃至（５）において、
また好ましくは、前記先行掘削手段、又は他の先行掘削
手段をローラビットで構成する。

【００４３】ローラビットは岩に対しては摩耗強度が大
きいことから、地山が比較的硬い場合には、掘削負担が
最も大きい先行掘削手段又は他の先行掘削手段をローラ
ビットとすることで、摩耗を低減でき、さらに確実に長
距離掘進が可能となる。

【００４４】（１８）上記（１）乃至（５）において、
また好ましくは、前記先行掘削手段、又は他の先行掘削
手段近傍位置に作泥材注入手段を設ける。

【００４５】前述のように本発明においては掘削面の縦
断面形状が略階段状となり、掘進方向前方側に突出した
先行掘削手段又は他の先行掘削手段はその階段状構造の
頂点に位置することになる。そのため、その先行掘削手
段又は他の先行掘削手段付近以外の場所に作泥材注入手
段を設けると、当該先行掘削手段又は他の先行掘削手段
付近には作泥材が回り込まず、その掘削土砂にはあまり
作泥材が混入されなくなる可能性がある。そこで、本発
明においては、当該先行掘削手段又は他の先行手段近傍
に作泥材注入手段を設けることにより、その掘削土砂に
も確実に作泥材を混入させることができる。

【００４６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。本発明の一実施の形態を図１〜
図８により説明する。

【００４７】図１は、本発明の横孔掘削機の一実施の形
態の全体構造を表す側断面図であり、図２は、図１中Ａ
方向から見た矢視正面図である。

【００４８】これら図１及び図２において、本実施の形
態の横孔掘削機は、いわゆるシールド掘進機であり、例
えば軟岩、固結シルト、土丹、玉石混じり砂礫、砂礫、
砂、粘性土（シルト、粘土）等の軟岩以下の土質（言い
換えれば硬岩以外の土質）の掘削に特に好適なものであ
り、シールド掘進機の胴体でありかつ後述する中折れを
可能とするために掘進方向最前部に位置する前胴１Ａと
その後方側に隣接する後胴１Ｂとを折り曲げ可能に連結
した構造となっているシールド本体１と、このシールド
本体１の機内と掘削室Ｐとを隔離する隔壁２と、前記前
胴１Ａの掘進方向前方側（図１中左側）に設けられ、地
山の切羽Ｍを掘削して掘削室Ｐ（後述）へ取り込むカッ
タヘッド３と、このカッタヘッド３を回転駆動するカッ
タ駆動装置（例えば電動モータや油圧モータ）４と、前
記の隔壁２に取り付けられ、カッタ駆動装置４からの駆
動力を前記カッタヘッド３に伝達する回転伝達機構５
と、前記掘削室Ｐ内に取り込まれた掘削土砂を前記シー
ルド本体１の掘進方向後方側に搬送し排出する排土装
置、例えばスクリューコンベア６と、前記後胴１Ｂ内に
設けられ、トンネル（図示せず）の内面を覆工するセグ
メントリングＳを順次組み立てるエレクタ装置９と、前
記回転伝達機構５を介し前記隔壁２に回転自在に支持さ
れるセンタシャフト１０とを有している。前記の前胴１
Ａと後胴１Ｂとの間には、それらを互いに摺動可能に連
結する中折れ機構１１が設けられている。すなわち、後
胴１Ｂの前方側端部には、外周面がほぼ球面状の摺動部
１１ａが設けられており、前胴１Ａの後端部にはその摺
動部１１ａに摺接し摺動部１１ａと前胴１Ａ後端部との
間をシールする（土砂、地下水の浸入を防止する）略リ
ング状のシール部材１１ｂが設けられており、これら摺
動部１１ａとシール部材１１ｂとで中折れ機構１１を構
成している。

【００４９】そしてこのとき、前胴１Ａ内部に設けた中
折れジャッキブラケット１２と後胴１Ｂの最前部（詳細
には前記摺動部１１ａの内周側）に設けたリングガーダ
１３に取り付けた中折れジャッキブラケット１３ａとの
間に、周方向に複数本（例えば８本）の中折れジャッキ
（前胴推進ジャッキ）１４が設けられている。そして、
曲線施工時あるいは掘進方向修正時において、これら中
折れジャッキ１４の伸縮動作により前記中折れ機構１１
を介して前胴１Ａを後胴１Ｂに対して曲げ、それらのな
す角度を変化させて掘進方向を変えられるようになって
いる。

【００５０】また、後胴１Ｂに設けた前記のリングガー
ダ１３の前記中折れジャッキブラケット１３ａとは異な
る周方向位置にはシールドジャッキブラケット１３ｂが
設けられており、このシールドジャッキブラケット１３
ｂに周方向に複数本（例えば１０本）のシールドジャッ
キ１５が取り付けられている。

【００５１】そして、これらシールドジャッキ１５は、
特に詳細図示を省略するが、例えば等間隔に環状に配置
されており、それらを伸長させてシールドジャッキ１５
の掘進方向後端部１５ａに接続されたスプレッダ１６を
既設のセグメントリングＳに押し付けることにより、そ
の押し付け反力が前胴１Ａを介してカッタヘッド３に掘
進方向前方側へ推進力として与えられる。これにより、
掘進中においてカッタヘッド３を地山の切羽に押し付け
るようになっている。

【００５２】前記のスクリューコンベア６は、その吸い
込み口６ｄが掘削室Ｐの下部に開口しており、掘削土砂
の排土経路を内部に形成するケーシング６ａと、このケ
ーシング６ａ内に軸方向に配置されたスクリューシャフ
ト６ｂと、このスクリューシャフト６ｂを回転駆動する
駆動装置、例えば油圧モータ６ｃとを備えており、油圧
モータ６ｃの駆動力でスクリューシャフト６ｂが回転す
ることにより、掘削室Ｐ下部に設けられた吸い込み口６
ｄから土砂を取り込んでシールド本体１内後方へと排出
するようになっている。

【００５３】なお、後胴１Ｂの後端部には、複数のテー
ルパッキン８ａを備えたテールシール部８が設けられて
おり、これによって、前進していくシールド掘進機のシ
ールド本体１の後端部と前記セグメントリングＳとの間
のシールを行い、シールド掘進機外から機内への水及び
土砂の浸入防止を図るようになっている。

【００５４】前記のエレクタ装置９は、前記後胴１Ｂの
内周に沿って配置されたガイドローラ（図示せず）によ
り案内され、旋回用モータ（図示せず）によって旋回駆
動されるエレクタリング１８を備えており、前記セグメ
ントリングＳの分割ピースを構成するセグメント（図示
せず）を１つずつ吊り上げ、所定の組立位置に搬送し、
シールド本体１の軸方向（掘進前後方向）に隣接する既
設セグメントリングＳ及び周方向に隣接する既設セグメ
ントに順次ボルト締結してセグメントリングＳを組み立
てるようになっている。

【００５５】（ＩＡ）本実施の形態のシールド掘進機の
構造上の特徴 本実施の形態によるシールド掘進機の構造上の最も大き
な特徴は、カッタヘッド３におけるカッタスポーク形状
及びカッタビット配置にある。以下、それを説明する。

【００５６】図３は、カッタヘッド３の詳細構造を表す
図１中要部拡大図である。この図３及び前述の図２にお
いて、前記のカッタヘッド３は、径方向中央部（内側）
に位置し前記センタシャフト１０の掘進方向前方側の先
端部に固定されたボス１０ａと、このボス１０ａのさら
に掘進方向前方側に例えばボルト１０ｂを介し突出する
ように固定された切削手段としてのセンタカッタ２８
と、前記のボス１０ａから径方向外周側に向かって放射
状に延設されかつ径方向外周側ほど掘進方向後方側（図
３中右側）に後退するように延設された複数本（この例
では４本）のカッタスポーク２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，
２７Ｄ（図２参照）と、これらカッタスポーク２７Ａ〜
２７Ｄの最外周部を順に周方向に接続するように設けら
れた円環状部材２７Ｅとを備えている。このときカッタ
スポーク２７Ａ〜２７Ｄの外径寸法（言い換えれば円環
状部材２７Ｅの外径寸法）は掘削しようとする円形断面
の内径寸法とほぼ等しくなっている。

【００５７】前記の各カッタスポーク２７Ａ〜２７Ｄ及
び円環状部材２７Ｅには、カッタヘッド３における複数
の径方向位置となるように内周側から外周側へ向かって
カッタビット２９−１，２９−２，２９−３，２９−
４，２９−５，２９−６，２９−７，２９−８Ａ，２９
−８Ｂがこの順序でそれぞれ配設されている。すなわ
ち、カッタスポーク２７Ａには、カッタビット２９−
１，２９−５が配置されており、カッタスポーク２７Ｂ
には、カッタビット２９−３，２９−７が配置されてお
り、カッタスポーク２７Ｃには、カッタビット２９−
４，２９−８Ａ（但しこのカッタビット２９−８Ａは、
後述の円環状部材２７Ｅのカッタビット２９−８Ｂより
も若干径方向内周側にずれた位置に配置されている。図
２参照）が配置されており、カッタスポーク２７Ｄに
は、カッタビット２９−２，２９−６が配置されてお
り、円環状部材２７Ｅには、４つのカッタビット２９−
８Ｂが配置されている。なお、このカッタビット２９−
８Ｂを４つ設けているのは、この最外周位置の掘削が万
が一困難となるとシールド本体１の掘進方向前方への推
進自体が不可能となることから、この位置におけるカッ
タビット２９−８Ｂの１つあたりの掘削負担を軽減して
掘削能力確保に万全を期すためである。

【００５８】このとき、各カッタビット２９−１〜２９
−８の配置は、図２に示すように、互いの径方向位置を
少しずつずらされ、これら８つの径方向位置にあるカッ
タビット２９−１〜２９−８全体で径方向中心側から径
方向外周側まで広く配置されており（但し後述の図８の
ように隣接カッタビット２９の掘削刃の径方向寸法の回
転軌跡相互間には径方向に間隙が空いており、この分は
後述のアンダーカッティング時の剥離破砕によって掘削
することになる）、これによって、カッタヘッド３が回
転するとこれらカッタビット２９−１〜２９−８及び前
記センタカッタ２８によって外径が円環状部材２７Ｅに
ほぼ等しい（厳密にはやや大きい、図２中２点鎖線参
照）円形断面形状を掘削できるようになっている。

【００５９】そして、前記センタカッタ２８及び前記カ
ッタビット２９−１〜２９−８の掘進方向配置は、図３
に示すように、径方向中心部に位置する（最も径方向内
周側に位置する）センタカッタ２８を掘進方向最前方側
に突出させるとともに、径方向位置がそのセンタカッタ
２８の径方向位置の外周側に順次隣接するカッタビット
２９−１，２９−２，…，２９−７，２９−８の刃先
（後述する超硬チップ略鉛直刃面部２９Ａａ，２９Ｂ
ａ）を順次掘進方向後方側に後退させるようにカッタス
ポーク２７Ａ〜２７Ｄにそれぞれ配設する。そして、こ
れによって掘削方向掘削面Ｍa（図３参照）及び径方向
掘削面Ｍr（同）を備え縦断面形状が略階段状となる掘
削面Ｍ（同）を形成するようになっている。

【００６０】また、カッタビット２９−１〜２９−８
は、前記略階段状の１段の径方向寸法Ｈo（後述の図８
参照）よりも小さい径方向寸法を備えており、隣接する
カッタビット２９の掘削刃２９Ｋ（後述する）の径方向
寸法の回転軌跡どうしの間に径方向間隙△Ｈ（後述の図
８参照）が介在するように配設されている。

【００６１】図４は、カッタビット２９−１〜２９−８
の詳細構造を表す図２中部分拡大図であり、図５は、図
４中Ｂ方向から見た上面図であり、図６は、図４中VI−
VI断面で見た横断面図であり、図７は、図４中VII−VII
断面で見た横断面図である。なお、これらの図において
は、掘削時の取付方向等の理解の容易のため、略階段状
の前記掘削面Ｍに備えられた掘削方向掘削面Ｍa及び径
方向掘削面Ｍrを併せて示している。これら図４、図
５、図６、及び図７において、カッタビット２９−１〜
２９−８はすべて同一構造であり、詳細に見ると、ビッ
ト本体２９Ｃと、このビット本体２９Ｃに埋め込まれる
ように設けられた７つの超硬チップ２９Ａ及び４つの超
硬チップ２９Ｂとを備えている。超硬チップ２９Ａは、
それぞれ掘進方向掘削面Ｍaに対してほぼ平行な略鉛直
刃面部２９Ａａと、そのカッタヘッド３内周側に設けら
れ掘進方向掘削面Ｍａに対して所定の傾斜角θaをなす
傾斜刃面部２９Ａｂと、カッタヘッド３外周側に略水平
（若干傾斜していてもよい）に設けられた略水平刃面部
２９Ａｃとを備えている。そして各刃面部２９Ａａ〜ｃ
と、略水平刃面部２９Ａｃに続くビット本体２９Ｃの略
水平先端部２９Ｃａとが、ビットのうち実際に掘削に寄
与する掘削刃２９Ｋ1を構成している。超硬チップ２９
Ｂは超硬チップ２９Ａに比べて掘進方向長さが長い超硬
チップであり（図６参照）、上記超硬チップ２９Ａ同
様、掘進方向掘削面Ｍaに対してほぼ平行な略鉛直刃面
部２９Ｂａと、掘進方向掘削面Ｍａに対して所定の傾斜
角θaをなす傾斜刃面部２９Ｂｂと、カッタヘッド３外
周側に略水平（若干傾斜していてもよい）に設けられた
第１略水平刃面部２９Ｂｃと、この第１略水平刃面部２
９Ｂｃの掘進方向後方側に設けれらた第２略水平刃面部
２９Ｂｄと、第１略水平刃面部２９Ｂｃと第２略水平刃
面部２９Ｂｄとの間に設けれらた段差刃面部２９Ｂｅと
を備えており、各刃面部２９Ｂａ，２９Ｂｂ，２９Ｂ
ｃ，２９Ｂｅ及び第２略水平刃面部２９Ｂｄの掘進方向
前方側部分がビットのうち実際に掘削に寄与する掘削刃
２９Ｋ2を構成している。そして、これら超硬チップ２
９Ａ及び超硬チップ２９Ｂは、ビット本体２９Ｃにカッ
タヘッド３の周方向に交互に配列されている（但し周方
向両端部は超硬チップ２９Ａが連続して配列されてい
る、図４参照）。以上のような構造により、カッタビッ
ト２９−１〜２９−８は、図５に示すように掘削方向掘
削面Ｍaに対して負のすくい角γaを備え、また径方向掘
削面Ｍrに対して正のすくい角γrを備えている。

【００６２】前記センタカッタ２８は、この種のシール
ド掘進機のカッタヘッドに通常備えられる公知のフィッ
シュテールビットと称されるものであり、掘進方向掘削
面に対して正のすくい角を備えた複数個の角ビット２８
ａを有している。また、図２において、３０は掘削室Ｐ
内の土圧を検出する公知の土圧計である。以上におい
て、センタカッタ２８が、各請求項に記載の、推進方向
に突出させて設けた先行掘削手段を構成する。

【００６３】（ＩＢ）シールド掘進機の基本動作 以上のように構成した本実施の形態のシールド掘進機の
基本動作を以下に説明する。シールド掘進機は、カッタ
駆動装置４の駆動力でカッタヘッド３を回転駆動させ、
カッタヘッド３のカッタスポーク２７Ａ〜２７Ｄ及び円
環状部材２７Ｅに設けられたカッタビット２９−１〜２
９−８により地山を掘削する。このときのカッタヘッド
３への推進力は、前述したように、既設のセグメントリ
ングＳを反力受けとしてシールドジャッキ１５を伸張さ
せることにより与えられる。

【００６４】掘削された土砂は、カッタヘッド３のカッ
タスポーク２７Ａ〜２７Ｄにより掘削室Ｐ内で撹拌され
て塑性流動化され、これによって地山の崩壊防止・止水
が図られる。またこのとき、必要に応じ、カッタヘッド
３に設けられた注入口５７（図１参照）から、掘削土砂
の塑性流動化を促進するための作泥材が注入される。塑
性流動化した土砂は、スクリューコンベア６に取り込ま
れて排土される。

【００６５】このようにして所定距離（例えばシールド
ジャッキ１５の１ストローク分の距離）だけ掘進を行っ
た後、シールドジャッキ１５を縮め、スプレッダ１６と
既設のセグメントリングＳとの間に生じたスペースに、
エレクタ装置９で新たなセグメントリングＳを組み立て
て配置し、既設のセグメントリングＳとボルト連結す
る。このとき、セグメントリングＳの周囲にできる空洞
部分には例えば図示しない注入手段で裏込め材が注入さ
れ、これによりこの空洞部分が埋められる。

【００６６】そして、上記新たに配置したセグメントリ
ングＳを再び反力受けとしてシールドジャッキ１５を伸
び状態にしシールド本体１を前方へ推進させつつ、カッ
タヘッド３を回転させて再び地山の掘削を行っていく。

【００６７】以上の手順を繰り返し、円形断面のトンネ
ルを構築する。なお、シールド掘進機が通過した後のセ
グメントリングＳの周囲の土砂に対しては、例えば図示
しない注入手段で時効硬化する裏込め材を注入充填し、
トンネル壁面を地山に固定する。

【００６８】（ＩＣ）カッタヘッドの詳細掘削動作及び
作用 本実施の形態のシールド掘進機の動作における最大の特
徴は、カッタヘッド３における径方向位置が中心側で掘
進方向前方側に最も突出した先行掘削手段としてのセン
タカッタ２８から、順次隣接する他の径方向位置のカッ
タビット２９−１，２９−２，…，２９−７，２９−８
の刃先を順次掘進方向後方側に後退させるように配置す
ることにより、地山の掘削面Ｍの縦断面形状を略階段状
に維持しながら掘削を行っていく（いわゆるアンダーカ
ッテイング）ことにある。

【００６９】図８は、このアンダーカッテイングを行っ
ている状態を表す説明図であり、前述の各カッタビット
２９−１〜２９−８のうち、図３中のカッタビット２９
−２及びその周辺部を表すＣ部を例にとって抽出し拡大
して示したものである。本実施の形態のシールド掘進機
では、掘進方向に先行するセンタカッタ２８によって切
羽に略円錐状の先行掘削面を形成し、その先行掘削面を
足がかりにして各カッタビット２９−１〜２９−８が順
次掘削を行う。その結果、先行掘削面の外周側において
図８に例示されるように地山の掘削面Ｍの大部分を縦断
面形状が掘進方向掘削面Ｍaと径方向掘削面Ｍrとからな
る略階段状の掘削面が形成される（このとき、各カッタ
ビット２９−１〜２９−８の刃先突端部位置を結んだ面
Ｃｃは円錐面となる(図８中に直線で表される)）。この
ような掘削態様とすることにより、カッタビット２９の
掘進方向（図８中左方向）への押圧力で略階段状の縁部
（角部）Ｍcの根元側に亀裂Ｃrを生じさせて進展させ、
縁部Ｍcの大部分（図８中網掛けハッチングを施した部
分）に斜め方向のせん断破壊を連続的に誘発させる剥離
破砕を行うことができる。これにより、掘削の際に必要
となる掘削力を低減できるので、通常の掘削に比べて小
さな掘削力で地山の掘削が可能となる。

【００７０】（ＩＤ）本実施の形態のシールド掘進機の
効果 以上のような構成及び動作の本実施の形態のシールド掘
進機により得られる効果を以下順次説明する。

【００７１】（ＩＤ−１）剥離破砕による掘進距離向上
効果 上記（ＩＣ）で述べたように、本実施の形態のシールド
掘進機では、主としてカッタビット２９−１〜２９−８
における剥離破砕によって掘削を行うことで掘削の際に
必要となる掘削力を低減でき、通常の掘削に比べて小さ
な掘削力で地山の掘削が可能となる。したがって、その
分カッタビット２９−１〜２９−８における地山切羽
（掘削面Ｍ）との摺動による摩耗を低減することができ
る（特に、軟岩、土丹、玉石、及び砂礫等に対して有
効）ので、掘進距離を向上することができる。また、通
常の掘削のようにカッタビットの刃先で地山切羽を削り
取るようにして掘削するのではなく、上記のように主と
して剥離破砕によって掘削を行っていくので、カッタビ
ット２９−１〜２９−８の刃先が摩耗して鋭利でなくな
っても比較的大きな掘削力を確保することができる。し
たがってこれによっても掘進距離を向上することができ
る。以上のようにして、通常の掘削よりも大幅に掘進距
離を向上できるので、圧縮強度が軟岩以下である土質に
おいて、十分な長距離掘進（例えば２ｋｍ以上）を行う
ことができる。

【００７２】（ＩＤ−２）剥離破砕によるカッタ駆動ト
ルク低減効果 また、剥離破砕による掘削は、カッタビットの刃先で地
山切羽を削り取るようにして掘削する通常の掘削よりも
掘削効率（投入動力に対する掘削量の割合）が大幅に向
上するので、少ない駆動トルクで従来と同様の掘削を行
える。すなわち、省エネルギ化を図ることができ、また
カッタヘッド３を回転駆動するカッタ駆動装置４の負荷
を低減してその寿命を向上することができる。

【００７３】（ＩＤ−３）掘削面Ｍaへの傾斜角θaによ
るさらなる掘進距離向上効果 上記（ＩＤ−１）で説明したように、本実施の形態のシ
ールド掘進機では、掘削中にカッタビット２９−１〜２
９−８の押圧力で掘削面縁部（角部）Ｍcの大部分を斜
めにせん断破壊させ剥離破砕を行っていくが、このと
き、カッタビット２９−１〜２９−８の超硬チップ２９
Ａ，２９Ｂの略鉛直刃面部２９Ａａ，２９Ｂａを掘進方
向掘削面Ｍaに対してほぼ平行に配置する一方、傾斜刃
面部２９Ａｂ，２９Ｂｂを掘進方向掘削面Ｍａに対して
所定の傾斜角θaをなすように斜めに配置している。こ
れにより、掘進方向に前進するにつれて、縁部Ｍcに対
し、図８中太矢印で示すようにせん断破壊を促進するよ
うな向きに（この場合、径方向内周側に向かって）押圧
力を加えることが可能となる。これにより、さらに小さ
な掘削力で地山の掘削を行うことが可能となるので、こ
れによってもカッタビット２９−１〜２９−８の摩耗を
低減し、さらに掘進距離を向上することができる。

【００７４】（ＩＤ−４）掘進方向掘削面Ｍaへの負の
すくい角γaによる効果 本実施の形態のシールド掘進機では、（ＩＤ−１）で説
明したように剥離破砕による掘削を行うことから、掘進
方向掘削面Ｍaに対し正のすくい角を備える必要がな
い。そこで、前述のように、本実施の形態においては、
各カッタビット２９−１〜２９−８に掘進方向掘削面Ｍ
aに対して負のすくい角γaをもたせている（図５参
照）。これにより、正のすくい角を備える通常掘削用の
カッタビットのようにカッタヘッドの正逆２方向回転に
対応して正転時掘削用カッタビットと逆転時掘削用カッ
タビットとの両方を配列する必要がなくなり、図２に示
すように、各カッタスポーク２７Ａ〜２７Ｄにカッタビ
ット３の各周方向位置にそれぞれ１つのカッタビット２
９−１〜２９−７，２９−８Ａを設けるだけでカッタヘ
ッド３のいずれの方向への回転にも対応可能となる（な
お、円環状部材２７Ｅに設けた４つのカッタビット２９
−８Ｂもすべて同一形状であり、それぞれが同様にいず
れの方向への回転にも対応可能）。これにより、カッタ
ビット数を従来構造よりも大きく低減できるので、これ
によっても地山切羽（掘削面Ｍ）との摺動抵抗を減少さ
せてカッタヘッド駆動トルクをさらに低減することがで
きる。

【００７５】また上記した従来構造のように正のすくい
角をもたせるため正転時掘削用・逆転時掘削用カッタビ
ットの両方を配列する場合には、その両側のカッタビッ
ト間に掘削土砂が付着することでカッタヘッド駆動トル
クを増大させる場合があったが、このような現象も未然
に防止できる（特に、土丹、粘性土等に対して有効）。

【００７６】以上のようにして、カッタヘッド駆動トル
クをさらに低減できるので、カッタ駆動装置４の負荷を
さらに低減できる。

【００７７】さらに、上記従来構造よりもカッタビット
数を低減できることによってコストを低減でき、あるい
は、コストアップせずにカッタビットの設置条数を例え
ば２倍に増加させることができる（後述の図２７、図３
０、図３３等の構造を参照。） （ＩＤ−５）カッタビットの径方向寸法縮減による効果 この効果を前出の図８を用いて説明する。すなわち、図
８において、地山の性状によっては（例えば砂層、砂礫
層、あるいは一部の軟岩層等）、地山の掘削面Ｍの縦断
面形状を略階段状とするだけで略階段状の縁部Ｍc近傍
の束縛が解放され、縁部Ｍcの大部分（図８中網掛けハ
ッチングを施した部分）が自然に崩れ落ちる場合もあ
る。この場合、さらにカッタビット２９で掘進方向掘削
面Ｍaの径方向一部領域（例えば縁部Ｍcの根元側）を押
圧・掘削することで残りの部分が大きく崩れ落ち容易に
掘削を行うことができる。

【００７８】したがって、このような背景を考えれば、
前記自然に崩れ落ちる部分についてのカッタビット部分
は必ずしも必要ない。本実施の形態では、この考えに基
づき、当該カッタビット部分を省略する形で、前記略階
段状の１段の径方向寸法Ｈoよりも小さい径方向寸法の
カッタビット２９とし、隣接するカッタビット２９の前
記掘削刃２９Ｋ1，２９Ｋ2の径方向寸法の回転軌跡どう
しの間に径方向間隙△Ｈが介在するように配設されてい
る。これにより、掘削刃２９Ｋ1，２９Ｋ2の径方向寸法
を小さくでき、掘削刃２９Ｋ1，Ｋ2において使用する
（埋め込む）高価な超硬チップの使用量を低減すること
ができるので、コストを低減できる。また、地山に食い
込ませるために必要な力を低減できるので、カッタヘッ
ド３の押し込む推力を低減でき、すなわちカッタヘッド
３の回転トルクを低減できる。したがって、カッタヘッ
ド３を駆動するカッタ駆動装置４の負荷をさらに低減で
きる。

【００７９】但しこのとき、粘着力の強い粘土層等にお
いては、上記で述べたような斜め方向のせん断破壊が生
じない可能性がある。その場合には当該カッタビットが
存在する部分以外の部分（図８中網掛けハッチングを施
した部分）が掘削されることなくシールド掘進機の推進
と共にカッタスポーク２７に接触することとなるが、こ
のような土質は水分もあり柔らかいことが多いので、カ
ッタスポーク２７との接触によって破壊し掘削すること
ができる。このときのカッタスポーク２７の摩耗は極め
て軽微であり、問題になる量とはならない。

【００８０】（ＩＤ−６）最外周カッタビットにおける
径方向掘削面Ｍrへの正のすくい角γrによる効果 既に述べたように、いわゆるアンダーカッティングによ
って縦断面形状を略階段状に維持しつつ掘削を行う場
合、曲線施工・方向修正を行うときには、掘進方向と直
角方向（径方向）への掘削（いわゆる側方掘り）を行う
必要が生じる。この側方掘りのとき、最も後方側に位置
するカッタビットは、配置上、剥離破砕による掘削を行
うことができない（側方に対しては先行して掘削する部
分となる）ため、アンダーカッテイングではなく通常の
地山切羽を削り取るような掘削を行う必要がある。

【００８１】本実施の形態においては、すべてのカッタ
ビット２９−１〜２９−８は、図４に示すように径方向
掘削面Ｍrに対して正のすくい角γrを備えており、最も
後方側のカッタビット２９−８Ｂも径方向掘削面Ｍrに
対して正のすくい角γrを備えている。これにより、曲
線施工・方向修正に伴う側方掘りにおいて、より効率よ
く掘削を行うことができる。

【００８２】なお、上記本発明の一実施の形態において
は、各カッタビット２９−１〜２９−８の超硬チップ２
９Ａ，２９Ｂの傾斜刃面部２９Ａｂ，２９Ｂｂを掘進方
向掘削面Ｍａに対して所定の傾斜角θaをなすように斜
めに配置し、また各カッタビット２９−１〜２９−８に
掘進方向掘削面Ｍaに対して負のすくい角γaをもたせた
が、本発明の基本的な効果である上記（ＩＤ−１）及び
（ＩＤ−２）の効果を得る限りにおいては、必ずしもこ
れらの構造を備える必要はない。すなわち、カッタビッ
ト２９−１〜２９−８の超硬チップ２９Ａ，２９Ｂの掘
進方向側をすべて略鉛直刃面部２９Ａａ，２９Ｂａとし
てその掘進方向側全面を掘進方向掘削面Ｍaに対してほ
ぼ平行に配置したり、各カッタビット２９−１〜２９−
８に掘進方向掘削面Ｍaに対して正のすくい角をもたせ
てもよい。この場合も、剥離破砕を行うことによる掘進
距離向上効果及びカッタ駆動トルク低減効果を得ること
ができる。

【００８３】また、本発明は、上記一実施の形態に限ら
れるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しな
い範囲で種々の変形が可能である。以下、そのような変
形例を順次説明する。

【００８４】（変１）径方向最外周掘削用の補助ビット
を設けた構造 図９は、この変形例の横孔掘削機（シールド掘進機）の
掘進前方側（切羽側）から見た正面図（前述の図２に相
当する図）である。この図９に示すように、本変形例に
おいては、径方向最外周に位置する各カッタビット２９
−８Ｂの周方向両側に、カッタヘッド３の正転方向・逆
転方向に対応した周方向左右一対の径方向最外周掘削用
の補助カッタビット５９ａ，５９ｂを円環状部材２７Ｅ
にそれぞれ配設したものである。カッタビット５９ａ
（又はカッタビット５０ｂ、以下かっこ内対応関係同
じ）は、超硬チップ５９ａＡ（又は超硬チップ５９ｂ
Ａ）とこの超硬チップ５９ａＡ（又は超硬チップ５９ｂ
Ａ）を径方向外周側に突出させるように先端に取り付け
たビット本体５９ａＢ（又はビット本体５９ｂＢ）とか
ら構成されたいわゆる一般的な片刃タイプのカッタビッ
トである。そして、カッタビット５９ａは、前記超硬チ
ップ５９ａＡの掘削刃面が前記カッタヘッド３の一の回
転方向（例えば正転方向、図９中矢印ウ方向）前方側
（先行側）になるように配設されており、一方カッタビ
ット５９ｂは、前記超硬チップ５９ｂＡの掘削刃面が前
記カッタヘッド３の他の回転方向（例えば逆転方向、図
９中矢印エ方向）前方側（先行側）になるように配設さ
れており、カッタビット５９ａとカッタビット５９ｂと
が１対となってカッタヘッド３の複数の周方向位置に配
置されている。

【００８５】上述したように、いわゆるアンダーカッテ
ィングによって掘削を行う場合曲線施工・方向修正を行
うときには径方向への掘削を行う必要が生じる。このと
き、最も後方側に位置する最外周のカッタビット２９−
８Ｂは、配置上、剥離破砕による掘削を行うことができ
ず通常の地山切羽を削り取るような掘削を行うこととな
るため、他のカッタビット２９−１〜２９−８Ａより特
に掘削負担が大きくなる。

【００８６】そこで、本変形例においては、径方向最外
周に位置する各カッタビット２９−８Ｂの周方向両側に
径方向最外周掘削用の補助カッタビット５９ａ，５９ｂ
を設け、径方向掘削時に最外周カッタビット２８−１０
Ｂの掘削する領域を補強的に掘削する。これにより、径
方向掘削時に掘削負担が最も大きい径方向最外周部の掘
削力を強化することができるので、曲線施工・方向修正
を確実に行うことができる。

【００８７】（変２）径方向最外周に異なる構造のビッ
トを設けた場合（その１） 図１０は、この変形例の横孔掘削機（シールド掘進機）
の掘進前方側（切羽側）から見た正面図（前述の図２に
相当する図）である。この図１０に示すように、本変形
例においては、径方向最外周に位置する各カッタビット
２９−８Ｂに代えて、異なる構造のカッタビット２９−
８Ｂ0を円環状部材２７Ｅにそれぞれ配設したものであ
る。

【００８８】図１１（ａ）は、カッタビット２９−８Ｂ
0の詳細構造を表す図２中部分拡大図であり、図１１
（ｂ）は、図１１（ａ）中ａ方向から見た上面図であ
り、図１１（ｃ）は、図１１（ｂ）中ｂ−ｂ断面で見た
横断面図であり、図１１（ｄ）は、図１１（ｂ）中ｃ−
ｃ断面で見た横断面図であり、図１１（ｅ）は、図１１
（ｂ）中ｄ方向から見た側面図である。なお、これらの
図においては、掘削時の取付方向等の理解の容易のた
め、略階段状の前記掘削面Ｍに備えられた掘削方向掘削
面Ｍa及び径方向掘削面Ｍrを併せて示している。これら
図１１（ａ）〜（ｅ）において、カッタビット２９−８
Ｂ0は、詳細に見ると、ビット本体２９Ｃ0と、このビッ
ト本体２９Ｃ0に埋め込まれるように設けられた３つの
超硬チップ２９Ａ0、２つの超硬チップ２９Ｂ0とを備え
ている。超硬チップ２９Ａ0は、前述の超硬チップ２９
Ａ同様、それぞれ掘進方向掘削面Ｍaに対してほぼ平行
な略鉛直刃面部２９Ａ0ａと、そのカッタヘッド３内周
側に設けられ掘進方向掘削面Ｍａに対して所定の傾斜角
θa0をなす傾斜刃面部２９Ａ0ｂと、カッタヘッド３外
周側に略水平（若干傾斜していてもよい）に設けられた
略水平刃面部２９Ａ0ｃとを備えている。そして各刃面
部２９Ａ0ａ〜ｃと、略水平刃面部２９Ａ0ｃに続くビッ
ト本体２９Ｃ0の略水平先端部２９Ｃ0ａとが、ビットの
うち実際に掘削に寄与する掘削刃２９Ｋ01を構成してい
る。超硬チップ２９Ｂ0は、超硬チップ２９Ａ0に比べて
掘進方向長さが長い超硬チップであり（図１１（ｂ）参
照）、上記超硬チップ２９Ａ0同様、掘進方向掘削面Ｍa
に対してほぼ平行な略鉛直刃面部２９Ｂ0ａと、掘進方
向掘削面Ｍａに対して所定の傾斜角θa0をなす傾斜刃面
部２９Ｂ0ｂと、カッタヘッド３外周側に略水平（若干
傾斜していてもよい）に設けられた第１略水平刃面部２
９Ｂ0ｃと、この第１略水平刃面部２９Ｂ0ｃの掘進方向
後方側に設けれらた第２略水平刃面部２９Ｂ0ｄと、第
１略水平刃面部２９Ｂ0ｃと第２略水平刃面部２９Ｂ0ｄ
との間に設けれらた段差刃面部２９Ｂ0ｅとを備えてお
り、各刃面部２９Ｂ0ａ，２９Ｂ0ｂ，２９Ｂ0ｃ，２９
Ｂ0ｅ及び第２略水平刃面部２９Ｂ0ｄの掘進方向前方側
部分がビットのうち実際に掘削に寄与する掘削刃２９Ｋ
02を構成している。そして、これら超硬チップ２９Ａ0
及び超硬チップ２９Ｂ0は、ビット本体２９Ｃ0にカッタ
ヘッド３の周方向に交互に配列されている。そして、こ
のカッタビット２９−８Ｂ0最大の特徴として、周方向
両端部に２つの超硬チップ２９Ｄ0が配設されている。
この超硬チップ２９Ｄ0は、掘進方向掘削面Ｍaに対して
鋭角的に尖った先端部２９Ｄ0ａと、そのカッタヘッド
３内周側に設けられ掘進方向掘削面Ｍａに対して所定の
傾斜角θa0′（図１１（ｅ）参照）をなす傾斜刃面部２
９Ｄ0ｂと、カッタヘッド３外周側に略水平（若干傾斜
していてもよい）に設けられた略水平刃面部２９Ｄ0ｃ
とを備えている。そして各刃面部２９Ｄ0ａ〜ｃと、略
水平刃面部２９Ｄ0ｃに続くビット本体２９Ｃ0の略水平
先端部２９Ｃ0ａとが、ビットのうち実際に掘削に寄与
する掘削刃２９Ｋ03を構成している。

【００８９】以上のような構造により、カッタビット２
９−８Ｂ0は、図１１（ｂ）に示すように掘削方向掘削
面Ｍaに対して負のすくい角γa0を備え、また図１１
（ａ）に示すように径方向掘削面Ｍrに対して正のすく
い角γr0を備えている。

【００９０】本変形例においては、径方向最外周に位置
する各カッタビット２９−８Ｂ0において周方向両端部
に超硬チップ２９Ｄ0を配置したので、径方向掘削時に
掘削負担が最も大きい径方向最外周部の各カッタビット
２９−８Ｂ0の掘削力を強化する（摩耗強度の増大）こ
とができ、上記同様、曲線施工・方向修正を確実に行う
ことができる。

【００９１】（変３）径方向最外周に異なる構造のビッ
トを設けた場合（その２） 図１２（ａ）は、本変形例のカッタビット２９−８Ｂ1
の詳細構造を表す図であり、図１２（ｂ）は、図１２
（ａ）中ｅ方向から見た上面図であり、図１２（ｃ）
は、図１２（ｂ）中ｆ方向から見た側面図であり、それ
ぞれ上記の（変２）の変形例における図１１（ａ）、図
１１（ｂ）、及び図１１（ｅ）に相当する図である。上
記（変２）と同等の部分には同一の符号を付している。

【００９２】これら図１２（ａ）〜（ｃ）において、カ
ッタビット２９−８Ｂ1は、ビット本体２９Ｃ1の周方向
両端部に先細り形状の超硬チップ支持部２９Ｃ1ａが形
成されており、それら超硬チップ支持部２９Ｃ1ａを覆
うように薄型の超硬チップ２９Ｄ1が取り付けられてい
る（あるいは膜状のビット要素を貼り付けて超硬チップ
を構成してもよい）。そして、上記超硬チップ２９Ｂ0
同様、掘進方向掘削面Ｍaに対して鋭角的に尖った先端
部２９Ｄ1ａと、そのカッタヘッド３内周側に設けられ
掘進方向掘削面Ｍａに対して所定の傾斜角θa1′をなす
傾斜刃面部２９Ｄ1ｂと、カッタヘッド３外周側に略水
平（若干傾斜していてもよい）に設けられた略水平刃面
部２９Ｄ1ｃとを備えている。そして各刃面部２９Ｄ1ａ
〜ｃと、略水平刃面部２９Ｄ1ｃに続くビット本体２９
Ｃ1の略水平先端部２９Ｃ1ａとが、ビットのうち実際に
掘削に寄与する掘削刃２９Ｋ13を構成している。

【００９３】以上のような構造により、カッタビット２
９−８Ｂ1は、図１２（ｂ）に示すように掘削方向掘削
面Ｍaに対して負のすくい角γa1を備え、また図１２
（ａ）に示すように径方向掘削面Ｍrに対して正のすく
い角γr1を備えている。また、本発明の大きな特徴とし
て、径方向掘削面Ｍrに対して逃げ角δr1を備えてい
る。

【００９４】本変形例においても、上記（変２）の変形
例と同様の効果を得る。また径方向掘削面Ｍrに対し逃
げ角δr1を設けていることにより、径方向掘削面Ｍrを
掻き取って掘削するとき、その掻き取り抵抗（削り取り
抵抗）を小さくできる。したがって、カッタヘッド３を
回転駆動するカッタ駆動装置４の負荷をさらに低減しそ
の寿命をさらに向上することができる。

【００９５】（変４）径方向最外周に異なる構造のビッ
トを設けた場合（その３） 図１３（ａ）は、本変形例のカッタビット２９−８Ｂ2
の詳細構造を表す図であり、図１３（ｂ）は、図１３
（ａ）中ｇ方向から見た上面図であり、図１３（ｃ）
は、図１３（ｂ）中ｈ方向から見た側面図であり、それ
ぞれ上記（変２）の変形例における図１１（ａ）、図１
１（ｂ）、図１１（ｅ）、及び上記（変３）の変形例に
おける図１２（ａ）、図１２（ｂ）、図１２（ｃ）に相
当する図である。上記（変２）（変３）と同等の部分に
は同一の符号を付している。

【００９６】これら図１３（ａ）〜（ｃ）において、カ
ッタビット２９−８Ｂ2が上記（変３）と異なる点は、
ビット本体２９Ｃ２に取り付ける超硬チップ２９Ｄ2の
形状を単純な形状としたことである。すなわち、超硬チ
ップ２９Ｄ2は、前述の超硬チップ２９Ａ，２９Ｂ同様
それぞれ掘進方向掘削面Ｍaに対しほぼ平行な略鉛直刃
面部２９Ｄ2ａ（図１３（ｃ）参照）と、そのカッタヘ
ッド３内周側に設けられ掘進方向掘削面Ｍａに対して超
硬チップ２９Ａ，２９Ｂと共通の所定の傾斜角θaoをな
す傾斜刃面部２９Ｄ2ｂと、カッタヘッド３外周側に略
水平（若干傾斜していてもよい）に設けられた略水平刃
面部２９Ｄ2ｃとを備えている。そして各刃面部２９Ｄ2
ａ〜ｃと、略水平刃面部２９Ｄ2ｃに続くビット本体２
９Ｃ2の略水平先端部２９Ｃ2ａとが、ビットのうち実際
に掘削に寄与する掘削刃２９Ｋ23を構成している。

【００９７】以上のような構造により、カッタビット２
９−８Ｂ2は、先の図１２（ｂ）と図１３（ｂ）とを比
較して分かるように、掘削方向掘削面Ｍaに対してはす
くい角を持たない構成となっている。なお、径方向掘削
面Ｍrに対して正のすくい角γr2及び逃げ角δr2を備え
る点は上記（変３）の変形例と同様である。

【００９８】本変形例においては、すくい角を持たない
点を除き、上記（変３）の変形例と同様の効果を得る。

【００９９】（変５）センタカッタ２８掘削領域に補助
ビットを設けた構造（その１） 図１４は、この変形例の横孔掘削機（シールド掘進機）
の掘進前方側（切羽側）から見た正面図（前述の図２に
相当する図）であり、図１５は、図１４中XV−XV断面に
よる水平断面図である。これら図１４及び図１５に示す
ように、本変形例においては、センタカッタ２８の掘削
する領域の外周部を補強的に掘削する２つのカッタビッ
ト２９−０を、カッタスポーク２７Ａ，２７Ｃに設けた
ものである。

【０１００】前述したように、一般に、シールド掘進機
においては、掘進作業の進展とともにカッタビット（セ
ンタカッタのビットも含む）は切羽との摺動で摩耗して
いくものである。ここで、上記本発明のシールド掘進機
の一実施の形態のカッタヘッド３においては、掘進方向
に先行するセンタカッタ２８によって切羽に略円錐状の
先行掘削面を形成し、その先行掘削面を足がかりにして
各カッタビット２９−１〜２９−８が順次剥離破砕を利
用した掘削を行っていく。つまり、センタカッタ８は、
径方向に順次隣接する各カッタビット２９−１〜２９−
８の剥離破砕を行うための足がかりとなる起点掘削を行
うものであるため、他のカッタビット２９−１〜２９−
８より特に掘削負担が大きくなる。このため、センタカ
ッタ２８が他のカッタビット２９−１〜２９−８よりも
早く摩耗し、その結果、掘進距離の向上が不十分となる
可能性がある。

【０１０１】そこで、本変形例においては、カッタスポ
ーク２７Ａ，２７Ｃに２つのカッタビット２９−０を設
け、センタカッタ２８の掘削する領域の外周部を補強的
に掘削する。これにより、掘削負担が最も大きい径方向
中心部（先行掘削部）の掘削力を強化し、センタカッタ
２８の耐摩耗強度を他のカッタビット２９−１〜２９−
８よりも向上させた。その結果、センタカッタ２８の耐
久性が向上した分、シールド本体１の掘進距離を向上さ
せることができる。

【０１０２】またこのとき、カッタビット２９−０を、
掘削軌跡が略同一円周上となるような位置に多条（この
場合は２条）配置することにより、１条配置の場合に比
べれば、１つのカッタビット２９−０あたりの掘削負担
を低減できる。したがって、カッタビット２９−０自体
の寿命を向上することができる。また、１つのビットの
欠損等が発生しても、もう一方のビットによりカバーで
きるので、掘削性能（この場合はセンタカッタ２８の掘
削補強性能）の信頼性を確保できる効果もある。

【０１０３】なお、上記構成において、最外周のカッタ
ビット２９−８Ｂを、前述の（変２）、又は（変３）、
若しくは（変４）の変形例におけるカッタビット２９−
８Ｂ0，２９−８Ｂ1，２９−８Ｂ2に置き換えてもよ
い。（変２）の変形例におけるカッタビット２９−８Ｂ
0に置き換えた例を図１６に示す。この場合、径方向掘
削時に掘削負担が最も大きい径方向最外周部の掘削力を
強化でき、曲線施工・方向修正を確実に行えるという効
果を得る。

【０１０４】また、以上は、カッタビット２９−０を掘
削軌跡が略同一円周上となるような位置に２条配置した
が、これに限られず、センタカッタ２８の負担軽減効果
を得る限りにおいては、少なくとも１つ設ければよいこ
とは言うまでもない。

【０１０５】（変６）センタカッタ２８掘削領域に補助
ビットを設けた構造（その２） 図１７は、この変形例の横孔掘削機（シールド掘進機）
の掘進前方側（切羽側）から見た正面図（上記変形例の
図１４に相当する図）であり、図１８は、図１７中XVII
I−XVIII断面による水平断面図（上記変形例の図１５に
相当する図、但し地山は図示省略）である。これら図１
７及び図１８に示すように、本変形例においては、上記
（変５）の変形例において、さらにセンタカッタ２８の
掘削する領域のうち上記２つのカッタビット２９−０よ
り内周側の領域をさらに補強的に掘削する２２つのカッ
タビット２９−００を、前記ボス１０ａに追加して設け
たものである。

【０１０６】本変形例によれば、上記（変５）の変形例
よりさらに確実にセンタカッタ２８の負担を軽減してそ
の耐摩耗強度を向上することができるので、シールド本
体１の掘進距離をさらに向上させることができる。ま
た、カッタビット２９−００を２条配置することによ
り、１条配置の場合に比べればカッタビット２９−００
自体の寿命を向上でき、１つのビットの欠損等が発生し
てももう一方のビットによりカバーでき信頼性を確保で
きる。

【０１０７】なお、図１９に示すように、スポーク２７
Ａ，２７Ｃ上のカッタビット２９−０を省略し、上記カ
ッタビット２９−００のみでセンタカッタ２８の補強的
掘削を行ってもよい。この場合も、上記本発明の一実施
の形態よりは、センタカッタ２８の負担を軽減でき、そ
の耐摩耗強度を向上することができる。

【０１０８】また、図１７及び図１８の構成あるいは図
１９の構成において、最外周のカッタビット２９−８Ｂ
を、前述の（変２）の変形例におけるカッタビット２９
−８Ｂ0に置き換え、径方向最外周部の掘削力を強化し
てもよい。図２０は図１７及び図１８の構成において置
き換えた例、図２１は図１９の構成において置き換えた
例を示している。

【０１０９】なお、以上において、カッタビット２９−
００は２条配置に限られず、少なくとも１つ設ければよ
いことは言うまでもない。

【０１１０】（変７）略十字型のセンタカッタ２８′と
した構造 図２２は、この変形例の横孔掘削機（シールド掘進機）
の掘進前方側（切羽側）から見た正面図（上記図１４、
図１７に相当する図）であり、図２３は、図２２中XXII
I−XXIII断面による水平断面図（上記図１５、図１８に
相当する図、但し地山は図示省略）である。これら図２
２及び図２３に示すように、本変形例においては、上記
（変５）の変形例におけるセンタカッタ２８に代えて、
センタカッタ２８を２つ直交させて設けた構造にほぼ相
当する略十字型のセンタカッタ２８′を設けたものであ
る。

【０１１１】本変形例においては、略十字型のセンタカ
ッタ２８′は、上記（変５）の変形例におけるセンタカ
ッタ２８を２条分配置したものに相当している。これに
より、１条のセンタカッタ２８である上記（変５）の変
形例に比べ、さらに確実に耐摩耗強度を向上することが
できる。また、センタカッタ２８′に１条分の欠損等が
発生しても、もう１条分のセンタカッタ２８′によりカ
バーできるので、センタカッタ２８′自体の信頼性を確
保できる効果もある。

【０１１２】なお、上記変形例において、図２４に示す
ように、スポーク２７Ａ′，２７Ｃ上のカッタビット２
９−０を省略してもよい。この場合も、上記本発明の一
実施の形態のセンタカッタ２８よりは、耐摩耗強度を向
上したセンタカッタ２８′とすることができる。

【０１１３】また、図２２及び図２３の構成あるいは図
２４の構成において、最外周のカッタビット２９−８Ｂ
を、前述の（変２）の変形例におけるカッタビット２９
−８Ｂ0に置き換え、径方向最外周部の掘削力を強化し
てもよい。図２５は図２２及び図２３の構成において置
き換えた例、図２６は図２４の構成において置き換えた
例を示している。

【０１１４】（変８）センタカッタ２８の材質を強化し
た構造 すなわち、例えば上記本発明の一実施の形態のセンタカ
ッタ２８の材質を、耐摩耗性の向上した材質で構成した
場合である。通常、この種のシールド掘進機では、セン
タカッタ２８の角ビット２８ａは、例えば、Ｃo（コバ
ルト）中にＷＣ（タングステンカーバイト）の粒子をち
りばめた合金材質で構成されており、例えばその強度を
表す等級としてＥ−５等級と称されるものを使用してい
る。

【０１１５】そこで、本変形例においては、Ｃoの含有
量を減少させるか、あるいはＷＣの粒度を小さくする等
により、上記角ビット２８ａの耐摩耗性強度を向上させ
る（例えばＥ−４等級のものを使用する）。これによ
り、上記（変５）〜（変７）の変形例と同様、掘削負担
が最も大きいセンタカッタ２８の寿命が向上し、その分
シールド本体１の掘進距離を向上させることができる。

【０１１６】（変９）カッタビット２９−１〜２９−
７，２９−８Ａを２条配置する構造（その１） 図２７は、この変形例の横孔掘削機（シールド掘進機）
の掘進前方側（切羽側）から見た正面図（前述の図２に
相当する図）であり、図２８は、図２７中XXVIII−XXVI
II断面による側断面図である。これら図２７及び図２８
に示すように、本変形例においては、４つのカッタスポ
ーク２７Ａ〜２７Ｄのうち、センタカッタ２８を挟んで
互いに反対側にあるカッタスポーク２７Ａと２７Ｃにお
いて４つのカッタビット２９−１，２９−３，２９−
５，２９−７を互いに径方向位置が同一である（＝掘削
軌跡が同一円周上となる）ように周方向に間隔をおいて
配置（いわゆる多条配置、この例では２条配置）し、ま
たセンタカッタ２８を挟んで互いに反対側にあるカッタ
スポーク２７Ｂと２７Ｄにおいても４つのカッタビット
２９−２，２９−４，２９−６，２９−８Ａを同様に２
条配置したものである。

【０１１７】この場合、それぞれ２個ずつ多条配置され
た各カッタビット２９−１〜２９−７，２９−８Ａにつ
いて、その掘進方向前方への切り込み深さを多条配置個
数に応じ（この例では１／２に）低減することができ
る。したがって、１つのカッタビット２９−１〜２９−
７，２９−８Ａあたりの掘削負担を低減できるので、さ
らにカッタビットの寿命を向上することができる。ま
た、１つのビットの欠損等が発生しても、もう一方のビ
ットによりカバーできるので、掘削性能の信頼性を向上
できる効果もある。

【０１１８】なお、上記構成においても、図２９に示す
ように、最外周のカッタビット２９−８Ｂを前述の（変
２）の変形例におけるカッタビット２９−８Ｂ0に置き
換え、径方向最外周部の掘削力を強化してもよい。

【０１１９】（変１０）カッタビット２９−１〜２９−
７，２９−８Ａを２条配置する構造（その２） 図３０は、この変形例の横孔掘削機（シールド掘進機）
の掘進前方側（切羽側）から見た正面図（前述の図２に
相当する図）であり、図３１は、図３０中XXXI−XXXI断
面による側断面図である。これら図３０及び図３１に示
すように、本変形例においては、４つのカッタスポーク
２７Ａ〜２７Ｄのうち、周方向に互いに隣接するカッタ
スポーク２７Ａと２７Ｂにおいて４つのカッタビット２
９−１，２９−３，２９−５，２９−７を互いに径方向
位置が同一であるように２条配置し、またカッタスポー
ク２７Ｃと２７Ｄにおいても４つのカッタビット２９−
２，２９−４，２９−６，２９−８Ａを同様に２条配置
したものである。

【０１２０】この場合も、上記（変９）の変形例同様、
各カッタビット２９−１〜２９−７，２９−８Ａの掘進
方向前方への切り込み深さを低減できる（但しこの場
合、２条のうち１条のビットの負担が１／４でもう１条
の負担が３／４という割合での掘削分担となる）。

【０１２１】なお、上記構成においても、図３２に示す
ように、最外周のカッタビット２９−８Ｂを前述の（変
２）の変形例におけるカッタビット２９−８Ｂ0に置き
換え、径方向最外周部の掘削力を強化してもよい。

【０１２２】（変１１）カッタビット２９−１〜２９−
７，２９−８Ａを２条配置かつ段差配置する構造 図３３は、この変形例の横孔掘削機（シールド掘進機）
の掘進前方側（切羽側）から見た正面図（前述の図２に
相当する図）であり、図３４は、図３３中XXXIV−XXXIV
断面による側断面図であり、図３５は、図３３中XXXV−
XXXV断面による水平断面図である。これら図３３、図３
４、及び図３５に示すように、本変形例は、上記（変１
０）の変形例におけるカッタスポーク２７Ａ，２７Ｃに
対し、上記カッタビット２９−１，２９−２，２９−
３，２９−４，２９−５，２９−６，２９−７，２９−
８Ａよりも掘進方向後方に刃先が若干後退したカッタビ
ット２９−１′，２９−２′，２９−３′，２９−
４′，２９−５′，２９−６′，２９−７′，２９−８
Ａ′を設けることにより、カッタスポーク２７Ｂ，２７
Ｄに設けた上記カッタビット２９−１，２９−２，２９
−３，２９−４，２９−５，２９−６，２９−７，２９
−８Ａと併せて段差配置構造としたものである。

【０１２３】この場合、例えば掘削開始直後は掘進方向
突出高さの相対的に高いカッタスポーク２７Ｂ，２７Ｄ
のカッタビット２９−１〜２９−７，２９−８Ａで対応
する径方向領域の掘削を行い、それらが摩耗して低くな
ると、それら摩耗したカッタビット２９−１〜２９−
７，２９−８Ａとともに突出高さの相対的に低いカッタ
スポーク２７Ａ，２７Ｃのカッタビット２９−１′〜２
９−７′，２９−８Ａ′も加わって掘削を行うようにで
きる。このように、掘削初期はカッタビット２９−１〜
２９−７，２９−８Ａで掘削を行い、掘削後期は主とし
てカッタビット２９−１′〜２９−７′，２９−８Ａ′
で掘削を行うというように、同一掘削領域の掘削担当期
間を分担できるので、各カッタビットの掘削負担をさら
に低減できる効果がある。

【０１２４】なお、上記構成においても、図３６に示す
ように、最外周のカッタビット２９−８Ｂを前述の（変
２）の変形例におけるカッタビット２９−８Ｂ0に置き
換え、径方向最外周部の掘削力を強化してもよい。

【０１２５】（変１２）段差配置した後段側カッタビッ
ト２９−１〜２９−７，２９−８Ａの掘削領域をずらし
た構造 図３７は、この変形例の横孔掘削機（シールド掘進機）
の掘進前方側（切羽側）から見た正面図（前述の図２に
相当する図）であり、図３８は、図３７中XXXVIII−XXX
VIII断面による水平断面図である。これら図３７及び図
３８に示すように、本変形例は、上記（変１１）の変形
例におけるカッタスポーク２７Ａ，２７Ｃに対し、上記
カッタビット２９−１′，２９−２′，２９−３′，２
９−４′，２９−５′，２９−６′，２９−７′，２９
−８Ａ′よりも取り付け位置（軌跡）が径方向内周側に
ずれたカッタビット２９−１″，２９−２″，２９−
３″，２９−４″，２９−５″，２９−６″，２９−
７″，２９−８Ａ″を設けることにより、カッタスポー
ク２７Ｂ，２７Ｄに設けた上記カッタビット２９−１，
２９−２，２９−３，２９−４，２９−５，２９−６，
２９−７，２９−８Ａと掘削領域をずらした構造とした
ものである。このときのずれは、例えば径方向隣接位置
のカッタビットとの中間位置付近（例えばカッタビット
２９−２″の径方向位置は、カッタビット２９−２の径
方向位置とカッタビット２９−１の径方向位置との中間
付近、図３７参照）となっている。

【０１２６】この場合、上記（変１１）の変形例と同
様、例えば掘削開始直後は掘進方向突出高さの相対的に
高いカッタスポーク２７Ｂ，２７Ｄのカッタビット２９
−１〜２９−７，２９−８Ａで対応する径方向領域の掘
削を行い、それらが摩耗して低くなると、それら摩耗し
たカッタビット２９−１〜２９−７，２９−８Ａととも
に突出高さの相対的に低いカッタスポーク２７Ａ，２７
Ｃのカッタビット２９−１″′〜２９−７″′，２９−
８Ａ″も加わって掘削を行う。このとき、新たに掘削に
加わるカッタビット２９−１″′〜２９−７″′，２９
−８Ａ″は前述のように径方向掘削領域がカッタビット
２９−１〜２９−７，２９−８Ａと若干ずれていること
から、カッタヘッド３の回転と共にカッタビット２９−
１〜２９−７，２９−８Ａが掘削して形成する略階段状
の縦断面形状掘削面Ｍに対し、その階段状の各段をさら
に２段に細分するような形でカッタビット２９−１″′
〜２９−７″′，２９−８Ａ″が掘削を行うような掘削
態様となる。すなわち、略階段状の縦断面形状をさらに
細分して掘削を行うこととなるので、段が細かくなる分
地山掘削面Ｍがさらに崩れやすくなる。したがって、さ
らに小さな掘削力で地山の掘削が可能となるので、さら
に掘進距離を向上することができる。

【０１２７】なお、上記構成においても、図３９に示す
ように、最外周のカッタビット２９−８Ｂを前述の（変
２）の変形例におけるカッタビット２９−８Ｂ0に置き
換え、径方向最外周部の掘削力を強化してもよい。

【０１２８】（変１３）従来タイプのカッタビットを略
階段状掘削面となるように配置した場合 図４０は、この変形例の横孔掘削機（シールド掘進機）
の掘進前方側（切羽側）から見た正面図であり、図４１
は、図４０中XXXXI−XXXXI断面による側断面図であり、
図４２は、図４０中Ｌ方向から見た矢視部分拡大図であ
る。

【０１２９】これら図４０、図４１、及び図４２におい
て、本変形例のシールド掘進機は、上記本発明の一実施
の形態におけるカッタビット２９−１，２９−２，２９
−３，２９−４，２９−５，２９−６，２９−７，２９
−８Ａ，２９−８Ｂに代えて、カッタヘッド３の正転方
向・逆転方向に対応した周方向左右一対のカッタビット
５０ａ−１，５０ｂ−１；５０ａ−２，５０ｂ−２；５
０ａ−３，５０ｂ−３；５０ａ−４，５０ｂ−４；５０
ａ−５，５０ｂ−５；５０ａ−６，５０ｂ−６；５０ａ
−７，５０ｂ−７；５０ａ−８Ａ，５０ｂ−８Ａ；５０
ａ−８Ｂ，５０ｂ−８Ｂをカッタスポーク２７Ａ〜２７
Ｄにそれぞれ配設したものである。これらカッタビット
５０ａ−１〜５０ａ−８（又はカッタビット５０ｂ−１
〜５０ｂ−８、以下かっこ内対応関係同じ）は互いに同
一形状であり、超硬チップ５０ａＡ（又は超硬チップ５
０ｂＡ）とこの超硬チップ５０ａＡを先端に取り付けた
ビット本体５０ａＢ（又はビット本体５０ｂＢ）とから
構成されたいわゆる片刃タイプのカッタビットである。
そして、カッタビット５０ａ−１〜５０ａ−８は、前記
超硬チップ５０ａＡの掘削刃面が前記カッタヘッド３の
一の回転方向（例えば正転方向、図４２及び図４０中矢
印ア方向）前方側（先行側）になるように配設されてお
り、一方カッタビット５０ｂ−１〜５０ｂ−８は、前記
超硬チップ５０ｂＡの掘削刃面が前記カッタヘッド３の
他の回転方向（例えば逆転方向、図４２及び図４０中矢
印イ方向）前方側（先行側）になるように配設されてお
り、カッタビット５０ａとカッタビット５０ｂとが１対
となってカッタヘッド３の複数の径方向位置に配置され
ている。

【０１３０】そして、前記センタカッタ２８及び前記カ
ッタビット５０ａ−１〜５０ａ−８及び５０ｂ−１〜５
０ｂ−８の掘進方向配置は、上記本発明の一実施の形態
の前記カッタビット２９に準じて、径方向中心部に位置
するセンタカッタ２８を掘進方向最前方側に突出させる
とともに、径方向位置がそのセンタカッタ２８の径方向
位置の外周側に順次隣接するカッタビット５０ａ−１
（又は５０ｂ−１），５０ａ−２（又は５０ｂ−２），
…，５０ａ−７（又は５０ｂ−７），５０ａ−８Ａ（又
は５０ｂ−８Ａ），５０ａ−８Ｂ（又は５０ｂ−８Ｂ）
の刃先（前記超硬チップ５０ａＡ，５０ｂＡ）を順次掘
進方向後方側に後退させるように配設する。そして、こ
れによって掘削方向掘削面Ｍa及び径方向掘削面Ｍrを備
え縦断面形状が略階段状となる掘削面Ｍを形成するよう
になっている。なお、カッタビット５０ａとカッタビッ
ト５０ｂとの間に設けたカッタビット５１は、図５２〜
図５４を用いて（変１７）の変形例において後に詳述す
るカッタビット２９″と同様の形状のものであり、ビッ
ト本体５１ｂと、このビット本体５１ｂに埋め込まれる
ように設けられた超硬チップ５１ａとを備えている。そ
して、カッタビット５１は、掘削方向掘削面Ｍaに対し
て負のすくい角を備えるとともに径方向掘削面Ｍrに対
しても負のすくい角を備えており、これによって、曲線
施工・方向修正を行うときにおけるいわゆる側方掘り
（詳細は後述）を可能とするものである。

【０１３１】本変形例のシールド掘進機においては、上
記本発明の一実施の形態と同様、掘進方向に先行するセ
ンタカッタ２８によって切羽に略円錐状の先行掘削面Ｍ
cを形成し、その先行掘削面Ｍcを足がかりにしてカッタ
ビット５０ａ−１〜５０ａ−８（又は５０ｂ−１から
８）が順次掘削を行う。その結果、先行掘削面Ｍcの外
周側において地山の掘削面Ｍの大部分を縦断面形状略階
段状に維持しながら掘削を行っていき、略階段状の縁部
（角部）の根元側に亀裂を生じさせて進展させ、縁部の
大部分に斜め方向のせん断破壊を連続的に誘発させる剥
離破砕を行うことができる。これにより、カッタビット
５０ａ及び５０ｂを掘進方向位置が同一の径方向複数箇
所に配置しカッタビット刃先で地山切羽を削り取るよう
にして掘削していた従来構造に比べて、掘削の際に必要
となる掘削力を低減できるので、通常の掘削に比べて小
さな掘削力で地山の掘削が可能となる。したがって、上
記本発明の一実施の形態における（ＩＤ−１）剥離破砕
による掘進距離向上効果、及び（ＩＤ−２）剥離破砕に
よるカッタ駆動トルク低減効果を得ることができる。

【０１３２】なお、上記においては、カッタビット５０
ａとカッタビット５０ｂとの間にカッタビット５１を設
けたが、これに限られず、例えば図４３に示すように、
周方向両側一対の超硬チップ６１Ａａ，６１Ａｂとこれ
ら超硬チップ６１Ａｂ，６１Ａｂを径方向外周側に突出
させるように先端に取り付けた双頭型のビット本体６１
Ｂとから構成されたいわゆる両刃タイプのカッタビット
６１を用いてもよい。この場合も、同様の効果を得る。

【０１３３】さらに、図４３に示す構成のカッタビット
６１に代えて、図４４に示すように、超硬チップ６２ａ
Ａ（又は超硬チップ６２ｂＡ）とこの超硬チップ６２ａ
Ａ（又は超硬チップ６２ｂＡ）を径方向外周側に突出さ
せるように先端に取り付けたビット本体６２ａＢ（又は
ビット本体６２ｂＢ）とから構成されたいわゆる一般的
な片刃タイプのカッタビット６２ａ，６２ｂを、周方向
左右一対のカッタビット５０ａ−８Ｂ，５０ｂ−８Ｂの
周方向両側にそれぞれ設けてもよい。この場合も、同様
の効果を得る。

【０１３４】さらに、図４４に示す構成の周方向左右一
対のカッタビット５０ａ−８Ｂ，５０ｂ−８Ｂに代え
て、図４５に示すように、図５２〜図５４を用いて（変
１７）の変形例において後に詳述するカッタビット２
９″と同様の形状のカッタビット６３を先端が径方向外
周側を向くようにして設けてもよい。すなわちこのカッ
タビット６３は、ビット本体６３ｂと、このビット本体
６３ｂに埋め込まれるように設けられた超硬チップ６３
ａとを備えている。この場合も、同様の効果を得る。

【０１３５】（変１４）カッタビットの掘進方向寸法を
縮減した構造 この変形例を、前述の図８を用いて説明する。

【０１３６】上記本発明の一実施の形態においては、図
８を用いて前述したように、カッタビット２９−１〜２
９−８は、前記略階段状の１段の径方向寸法Ｈo（後述
の図８参照）よりも小さい径方向寸法を備えており、隣
接するカッタビット２９の掘削刃２９Ｋの径方向寸法の
回転軌跡どうしの間に径方向間隙△Ｈが介在するように
配設されていた。

【０１３７】ここで、径方向掘削（側方掘り）において
上記と同様のことを考慮すると、例えば、掘削刃２９Ｋ
1の掘進方向寸法（すなわち超硬チップ２９Ａの略水平
刃面部２９Ａｃ及びビット本体２９Ｃの略水平先端部２
９Ｃａの掘進方向寸法合計）を、略階段状の１段の掘進
方向寸法Ｄoよりも小さくした（併せて超硬チップ２９
Ｂについても同様に小さくした）カッタビット２９ｒ
（図８中に２点鎖線で示す）として、隣接カッタビット
の掘削刃２９Ｋ1の掘進方向寸法の回転軌跡どうしの間
に掘進方向間隙が介在するようにしてもよいことにな
る。この場合、曲線施工・方向修正の際に掘進方向と直
角方向（径方向）への掘削（いわゆる側方掘り）を行う
ときに、上記（ＩＤ−５）で説明したのと同様に、高価
なカッタビットの使用量を低減してコストを低減でき、
カッタヘッドの回転トルクを低減できる効果がある。

【０１３８】本発明の他の実施の形態を図４６及び図４
７により説明する。図４６は、本発明の横孔掘削機（シ
ールド掘進機）の他の実施の形態の全体構造を表す側断
面図であり、図４７は、図４６中Ｄ方向から見た矢視正
面図である。上記本発明の一実施の形態と同等の部分に
は、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

【０１３９】これら図４６及び図４７において、本実施
の形態のシールド掘進機は、上記本発明の一実施の形態
のようにカッタヘッド３のカッタスポーク２７Ａ〜２７
Ｄを径方向中心部においてセンタシャフト１０で支持す
る（いわゆる中心支持方式）のに代えて、カッタスポー
ク２７Ａ〜２７Ｄの径方向外周部において支持するいわ
ゆる外周支持方式とし、さらにシールド掘進機の機内側
から着脱し交換可能なセンタカッタ２８Ａとしたことで
ある。

【０１４０】すなわち、図４６及び図４７において、前
記の回転伝達機構５は、カッタヘッド３のカッタスポー
ク２７Ａ〜２７Ｄの径方向外周部にそれぞれ接続された
４本のカッタアーム３５と、前記隔壁２を貫通して配置
される略円環状のカッタリング３４と、このカッタリン
グ３４に内輪３３ａが固定されたベアリング３３とを備
えている。 ベアリング３３の前記内輪３３ａにはギア
３２が設けられており、前記のカッタ駆動装置４に装着
されたピニオン３１が噛合している。これらカッタ駆動
装置４は、前記ベアリング３３の外輪３３ｂとともに前
記隔壁２に設けた取付部２ａに固定されており、特に図
示しないが、等間隔に環状に配置されている。

【０１４１】また、隔壁２の径方向中央部には貫通孔２
ｂが形成されており、この貫通孔２ｂにはシール部材３
８を介して連通管３６が配設されている。この連通管３
６は、隔壁２よりもシールド掘進機後方側（すなわち機
内側）とカッタヘッド３とを連通させるためのものであ
る。カッタスポーク２７Ａ〜２７Ｄの径方向中心部に
は、前記連通管３６よりやや小径の略円筒形状のセンタ
カッタガイド部材３７が設けられており、このセンタカ
ッタガイド部材３７の後端部は前記連通管３６の前端部
に固定接続されている。センタカッタ２８Ａは、その後
部に位置し前記センタカッタガイド部材３７の内径より
やや小さな外径を備えたカッタ支持部２８Ｂ、及びこの
カッタ支持部２８Ｂのさらに後部に位置し前記センタカ
ッタガイド部材３７の内径より大きくかつ前記連通管３
６の内径より小さな外径を備えた略円板状のセンタカッ
タ取付部材２８Ｃと一体的に構成されている。そして、
このセンタカッタ２８Ａは、前記センタカッタ取付部材
２８Ｃをボルト２８Ｄで前記センタカッタガイド部材３
７の後端部に締結固定することによって図４６に示すよ
うにカッタヘッド３の径方向中心部に固定されている。
そして、前記ボルト２８Ｄを取り外すことにより、これ
らセンタカッタ２８Ａ、カッタ支持部２８Ｂ、及びセン
タカッタ取付部材２８Ｃを一体で図４６中太矢印で示す
ように連通管３６内を後方側に一括抜き出し可能な構造
となっている。

【０１４２】なお、上記のようにセンタカッタ２８Ａを
着脱可能とするためにセンタカッタ２８Ａの径方向大き
さを上記本発明の一実施の形態のセンタカッタ２８より
も若干小さくしており、これに応じて、カッタビット２
９の配置構成が若干異なっている（径方向１０箇所の位
置に配設されている。但し後述のカッタビット２９−１
０Ａと２９−１０Ｂとを区別すれば１１箇所）。すなわ
ち、前記の各カッタスポーク２７Ａ〜２７Ｄ及び円環状
部材２７Ｅには、カッタヘッド３の内周側から外周側へ
向かってカッタビット２９−１，２９−２，２９−３，
２９−４，２９−５，２９−６，２９−７，２９−８，
２９−９，２９−１０Ａ，２９−１０Ｂがそれぞれ配設
されている。

【０１４３】カッタスポーク２７Ａには、カッタビット
２９−３，２９−７が配置されており、カッタスポーク
２７Ｂには、カッタビット２９−１，２９−５，２９−
９が配置されており、カッタスポーク２７Ｃには、カッ
タビット２９−２，２９−６，２９−１０Ａが配置され
ており、カッタスポーク２７Ｄには、カッタビット２９
−４，２９−８が配置されており、円環状部材２７Ｅに
は、４つのカッタビット２９−１０Ｂ（但しこのカッタ
ビット２９−１０Ｂは、前述のカッタビット２９−１０
Ａよりも若干径方向外周側にずれた位置に配置されてい
る。図４７参照）が配置されている。

【０１４４】そして、上記１０箇所（カッタビット２９
−１０Ａと２９−１０Ｂとを区別すれば１１箇所）の径
方向位置にあるカッタビット２９−１〜２９−１０全体
ですべての径方向位置を掘削できるように配置され、カ
ッタヘッド３が回転するとこれらカッタビット２９−１
〜２９−１０及びセンタカッタ２８Ａによって外径が円
環状部材２７Ｅにほぼ等しい円形断面形状を掘削できる
ようになっている。

【０１４５】そして、前記センタカッタ２８Ａ及び前記
カッタビット２９−１〜２９−１０の掘進方向配置は、
上記本発明の一実施の形態と同様、図４６に示すように
径方向中心部に位置するセンタカッタ２８Ａを掘進方向
最前方側に突出させるとともに、径方向位置がそのセン
タカッタ２８Ａの径方向位置の外周側に順次隣接するカ
ッタビット２９−１，２９−２，…，２９−９，２９−
１０の刃先を順次掘進方向後方側に後退させるように配
設する。これによって縦断面形状が略階段状となる掘削
面Ｍを形成するようになっている。

【０１４６】なお、上記において、センタカッタ２８Ａ
が、各請求項に記載の、カッタヘッドの少なくとも一箇
所に推進方向に突出させて設けた先行掘削手段を構成す
る。

【０１４７】以上のように構成した本実施の形態の横孔
掘削機（シールド掘進機）においては、上記本発明の一
実施の形態と同様の効果に加え、以下のような効果を得
る。

【０１４８】すなわち、センタカッタ２８Ａは、径方向
外周側に順次隣接する径方向位置のカッタビット２９−
１〜２９−１０の上記剥離破砕を行うための足がかりと
なる起点掘削を行うものであるため、掘削負担が最も大
きくなる。これに応じて、本実施の形態では、上述のよ
うにセンタカッタ２８Ａをシールド本体１内側より交換
可能に構成する。これにより、掘削負担が最も大きいセ
ンタカッタ２８Ａが摩耗したとしても、機内側からすば
やくかつ容易に交換することができるので、さらに確実
に長距離掘進が可能となる。

【０１４９】なお、上記本発明の一実施の形態と同様、
本実施の形態も上記構造に限られるものではなく、種々
の変形が可能である。以下その変形例を順次説明する。

【０１５０】（変１５）径方向最外周に異なる構造のビ
ットを設けた場合 図４８は、この変形例の横孔掘削機（シールド掘進機）
の掘進前方側（切羽側）から見た正面図（前述の図４７
に相当する図）である。この図４８に示すように、本変
形例においては、径方向最外周に位置する各カッタビッ
ト２９−１０Ｂに代えて、（変２）の変形例等で示した
カッタビット２９−８Ｂ0と同等の構造のカッタビット
２９−１０Ｂ0を円環状部材２７Ｅにそれぞれ配設して
いる。

【０１５１】本変形例においては、上記本発明の他の実
施の形態の効果に加え、径方向最外周に位置する各カッ
タビット２９−１０Ｂ0を配置したので、径方向掘削時
に掘削負担が最も大きい径方向最外周部の掘削力を強化
することができ、曲線施工・方向修正を確実に行える効
果を得る。

【０１５２】（変１６）異なる形状のカッタビットを用
いる場合（その１） すなわち、先に図４〜図６を用いて説明したカッタビッ
ト２９に代えて、別の形状のカッタビットを用いる場合
である。

【０１５３】図４９は、本変形例のカッタビット２９′
の構造を表す図であり、前述の図４に相当する図であ
る。図５０は、図４９中Ｅ方向から見た上面図であり、
前述の図５に相当する図である。図５１は、図４９中Ｆ
方向から見た側面図であり、前述の図７や図６に対応す
る図である。これらの図においては、図４〜図６と同
様、掘削時の取付方向等の理解の容易のため、略階段状
の前記掘削面Ｍに備えられた掘削方向掘削面Ｍa及び径
方向掘削面Ｍrを併せて示している。これら図４９、図
５０、及び図５１において、カッタビット２９′は、ビ
ット本体２９Ｂ′と、このビット本体２９Ｂ′に埋め込
まれるように設けられた超硬チップ２９Ａ′とを備えて
いる（図５１参照）。超硬チップ２９Ａ′は、掘進方向
掘削面Ｍaに対してほぼ平行な鉛直刃面部２９Ａ′ａ
と、カッタヘッド３外周側に略水平（若干傾斜していて
もよい）に設けられた略水平刃面部２９Ａ′ｃとを備え
ている。そして各刃面部２９Ａ′ａ，２９Ａ′ｃと、略
水平刃面部２９Ａ′ｃに続くビット本体２９Ｂ′の略水
平部２９Ｂ′ａのうち掘進方向前方側の部分とが、カッ
タビット２９′のうち実際に掘削に寄与する掘削刃２９
Ｋ′を構成している。

【０１５４】以上の構造により、カッタビット２９′
は、図５０に示すように掘削方向掘削面Ｍaに対して負
のすくい角γa′を備えている（図５０参照）。なお、
径方向掘削面Ｍrに対しては傾斜角はない（図４９参
照）。

【０１５５】上記本発明の他の実施の形態において、カ
ッタビット２９の代わりに本変形例のカッタビット２
９′を用いた場合でも、前記（ＩＤ−１）（ＩＤ−２）
と同様の効果を得る。また、前述した本発明の一実施の
形態におけるカッタビット２９の代わりに用いても良い
ことは言うまでもない。この場合も同様の効果を得る。

【０１５６】（変１７）異なる形状のカッタビットを用
いる場合（その２：径方向負のすくい角） 図５２は、本変形例のカッタビット２９″の構造を表す
図であり、図５３は、図５２中Ｇ方向から見た上面図で
あり、図５４は、図５２中Ｈ方向から見た側面図であ
り、それぞれ上記（変１６）の変形例における図４９、
図５０、及び図５１に相当する図である。

【０１５７】これら図５２〜図５４において、カッタビ
ット２９″は、ビット本体２９Ｂ″と、このビット本体
２９Ｂ″に埋め込まれるように設けられた超硬チップ２
９Ａ″とから構成されており、超硬チップ２９Ａ″は、
掘進方向掘削面Ｍaに対してほぼ平行な略鉛直刃面部２
９Ａ″ａと、カッタヘッド３外周側に略水平（若干傾斜
していてもよい）に設けられた略水平刃面部２９Ａ″ｃ
とを備えている。そして各刃面部２９Ａ″ａ，２９Ａ″
ｃと、略水平刃面部２９Ａ″ｃに続くビット本体２９
Ｂ″の略水平部２９Ｂ″ａのうち掘進方向前方側の部分
とが、カッタビット２９″のうち実際に掘削に寄与する
掘削刃２９Ｋ″を構成している（図５４参照）。

【０１５８】そして、カッタビット２９″は、上記カッ
タビット２９′と同様、図５３に示すように掘削方向掘
削面Ｍaに対して負のすくい角γa″を備えている。そし
てこれに加えて、図５２に示すように径方向掘削面Ｍr
に対しても負のすくい角γｒ″を備えている。なお、図
５４に示すように、掘進方向掘削面Ｍa及び径方向掘削
面Ｍrに対して、ともに傾斜角はない。

【０１５９】上記本発明の他の実施の形態において、カ
ッタビット２９の代わりに本変形例のカッタビット２
９″を用いた場合でも、ほぼ（ＩＤ−１）（ＩＤ−２）
（ＩＤ−４）と同様の効果を得る。またそれに加え、以
下のような効果も得られる。

【０１６０】前述した本発明の他の実施の形態の横孔掘
削機（シールド掘進機）では、前述した剥離破砕を利用
していわゆるアンダーカッテイングによって掘削を行う
が、このとき掘削面Ｍは縦断面形状が略階段状となるこ
とから、曲線施工・方向修正を行うときには、掘進方向
のみならず掘進方向と直角方向（径方向）への掘削（い
わゆる側方掘り）を行わなければならない。本変形例で
は、径方向掘削面Ｍrに対しても負のすくい角γr″を持
たせていることにより、前述した本発明の一実施の形態
における効果（ＩＤ−４）と同様の原理で、曲線施工・
方向修正に伴う側方掘りにおいて、上記（ＩＤ−４）と
同様のカッタヘッド駆動トルク低減効果を得ることがで
きる。

【０１６１】なお、前述した本発明の一実施の形態にお
けるカッタビット２９の代わりに本変形例のカッタビッ
ト２９″を用いても良いことは言うまでもない。この場
合も同様の効果を得る。カッタビット２９″について
も、カッタビット２９′と同様に、地山の形状によって
使い分けるとよい。

【０１６２】（変１８）異なる形状のカッタビットを用
いる場合（その３：径方向負のすくい角） 図５５は、本変形例のカッタビット２９″′の構造を表
す図であり、図５６は、図５５中Ｉ方向から見た上面図
であり、図５７は、図５５中Ｊ方向から見た側面図であ
り、それぞれ上記（変１７）の変形例における図５２、
図５３、及び図５４に相当する図である。

【０１６３】図５５〜図５７において、カッタビット２
９″′は、ビット本体２９Ｂ″′と、このビット本体２
９Ｂ″′に埋め込まれるように設けられた超硬チップ２
９Ａ″′とを備えている。超硬チップ２９Ａ″′は、掘
進方向掘削面Ｍaに対してほぼ平行な略鉛直刃面部２９
Ａ″ａと、そのカッタヘッド３内周側に設けられ掘進方
向掘削面Ｍａに対して所定の傾斜角θa″′をなす傾斜
刃面部２９Ａ″′ｂと、径方向掘削面Ｍrに対してほぼ
平行でほぼ水平な略水平刃面部２９Ａ″′ｃと、その掘
進方向後方側に設けられ径方向掘削面Ｍrに対して所定
の傾斜角θr″′をなす傾斜刃面部２９Ａ″′ｄとを備
えており（図５７参照）、各刃面部２９Ａ″′ａ，２９
Ａ″′ｂ，２９Ａ″′ｃと、傾斜刃面部２９Ａ″′ｄの
うち掘進方向前方側の部分とが、カッタビット２９″′
のうち実際に掘削に寄与する掘削刃２９Ｋ″′を構成し
ている。そして、カッタビット２９″′は、上記カッタ
ビット２９″と同様、図５６に示すように掘削方向掘削
面Ｍaに対して負のすくい角γa″′を備えるとともに、
径方向掘削面Ｍrに対しても負のすくい角γr″′を備え
ている。

【０１６４】以上のような構成のカッタビット２９″′
を適用した横孔掘削機（シールド掘進機）の掘進方向前
方側（切羽側）から見た正面図を図５８に示し、図５８
中XXXXXIX−XXXXXIX断面による側断面図を図５９に示
す。またこのシールド掘進機において掘削を行っている
状態を表す説明図を図６０に示す。この図６０は、前述
の各カッタビット２９″′−１〜２９″′−９のうち、
図５９中のカッタビット２９″′−４及びその周辺部を
表すＫ部を例にとって抽出し拡大して示したものであ
る。これら図５８及び図５９は、それぞれ上記本発明の
他の実施の形態の図４７及び図４６にそれぞれ相当する
図であり、図６０は先述の本発明の一実施の形態の図８
に相当する図である。

【０１６５】これら図５８、図５９、及び図６０におい
て、上記本発明の一実施の形態及び他の実施の形態と同
等の部分には、同一の符号を付し、適宜説明を省略す
る。

【０１６６】図５８及び図５９において、本変形例によ
る横孔掘削機（シールド掘進機）は、図４７及び図４６
に示した本発明の他の実施の形態によるシールド掘進機
における前記カッタビット２９代えて上記した構造のカ
ッタビット２９″′を設けたものである。

【０１６７】すなわち、前記の各カッタスポーク２７Ａ
〜２７Ｄ及び円環状部材２７Ｅには、カッタヘッド３の
内周側から外周側へ向かってカッタビット２９″′−
１，２９″′−２，２９″′−３，２９″′−４，２
９″′−５，２９″′−６，２９″′−７，２９″′−
８，２９″′−９，２９″′−１０Ａ，２９″′−１０
Ｂがそれぞれ配設されている。

【０１６８】そして、前記センタカッタ２８Ａ及び前記
カッタビット２９″′−１〜２９″′１０の掘進方向配
置は、上記本発明の他の実施の形態と同様、図５９に示
すように径方向中心部に位置するセンタカッタ２８Ａを
掘進方向最前方側に突出させるとともに、径方向位置が
そのセンタカッタ２８Ａの径方向位置の外周側に順次隣
接するカッタビット２９″′−１，２９″′−２，…，
２９″′−９，２９″′−１０Ａ，２９″′−１０Ｂの
刃先を順次掘進方向後方側に後退させるように配設す
る。これによって縦断面形状が略階段状となる掘削面Ｍ
を形成するようになっている。

【０１６９】本変形例においても、上記（変１７）の変
形例とほぼ同様の効果を得る。またそれに加え、以下の
ような効果も得られる。すなわち、本変形例のカッタビ
ット２９″′は、径方向掘削面Ｍrに対して所定の傾斜
角θr″′をなす傾斜刃面部２９Ａ″′ｄを備えている
（図５７参照）。これにより、掘進方向と直角方向（径
方向）への掘削（いわゆる側方掘り）を行うときに、前
述した本発明の一実施の形態における効果（ＩＤ−３）
と同様の原理で、曲線施工・方向修正の際において、上
記（ＩＤ−３）と同様に、径方向に側方掘りするにつれ
て、縁部Ｍcに対し、せん断破壊を促進するような向き
に押圧力を加えることが可能となるので、さらに小さな
掘削力で地山の側方掘りを行うことが可能となる。

【０１７０】なお、本変形例は、前述した本発明の他の
実施の形態の横孔掘削機（シールド掘進機）におけるカ
ッタビット２９の代わりにカッタビット２９″′を用い
たものであったが、このときのカッタビット２９″′の
形状を、図６１に示すように、掘進方向後方側を上部よ
りえぐり取ったような形状とし、これによって、先に示
した図８において隣接するカッタビット２９の掘削刃２
９Ｋ1，２９Ｋ2の径方向寸法の回転軌跡どうしの間に径
方向間隙△Ｈを介在させていたのと同様に、隣接するカ
ッタビット２９″′の掘削刃２９Ｋ″′の径方向寸法の
回転軌跡どうしの間に径方向間隙△Ｈを介在させてもよ
い。さらにこの場合、上記構造の結果、隣接するカッタ
ビット２９″′の掘削刃２９Ｋ″′の掘進方向寸法の回
転軌跡どうしの間にも掘進方向間隙△Ｄも介在すること
になる。これらにより、前述したように超硬チップ使用
量低減によるコスト低減効果や、カッタヘッド回転トル
ク低減効果を得ることができる。また、上記変形例は、
前述した本発明の他の実施の形態の横孔掘削機（シール
ド掘進機）におけるカッタビット２９の代わりにカッタ
ビット２９″′を用いたものであったが、先に述べた本
発明の一実施の形態におけるカッタビット２９の代わり
にカッタビット２９″′を用いても良いことは言うまで
もない。この場合も（ＩＤ−１）（ＩＤ−２）（ＩＤ−
３）（ＩＤ−４）と同様の効果を得る。

【０１７１】また、図６２に示すように、図４４を用い
て説明した上記片刃タイプのカッタビット６２ａ，６２
ｂと同等の構造を備えた、超硬チップ６４ａＡ（又は超
硬チップ６４ｂＡ）とこの超硬チップ６４ａＡ（又は超
硬チップ６４ｂＡ）を径方向外周側に突出させるように
先端に取り付けたビット本体６４ａＢ（又はビット本体
６４ｂＢ）とを備えたカッタビット６４ａ，６４ｂを、
径方向最外周のカッタビット２９″′−１０Ｂの周方向
両側にそれぞれ設けても良い。

【０１７２】さらに、図６３に示すように、図１７を用
いて説明した上記（変６）の変形例における補強掘削用
のカッタビット２９−００に代えて、上記の構造のカッ
タビット２９″′−００を設けてもよい。この場合も上
記（変６）の変形例と同様の効果を得る。

【０１７３】（変１９）２種類の形状のカッタビットを
併用する場合 図６４は、本変形例による横孔掘削機（シールド掘進
機）の掘進方向前方側（切羽側）から見た正面図であ
る。

【０１７４】この図６４において、本変形例のシールド
掘進機では、上記（変１８）の変形例のカッタビット２
９″′と先に述べた本発明の他の実施の形態のカッタビ
ット２９とを併用した場合である。言い換えれば、上記
（変１８）の変形例において、カッタヘッド３の径方向
最外周位置（＝最も後方に後退した位置）にあるカッタ
ビット２９″′−１０Ｂを、先の本発明の他の実施の形
態のカッタビット２９−１０Ｂに置き換えることによ
り、径方向掘削面に対し正のすくい角γr（先述の図４
も参照）を持たせたものである。

【０１７５】本変形例においては、このように最後方位
置のカッタビット２９−１０Ｂにおいて径方向掘削面に
対し正のすくい角γrを持たせることにより、上記本発
明の一実施の形態にて説明した（ＩＤ−６）の効果と同
様の効果を得ることができる。

【０１７６】すなわちアンダーカッティングによって掘
削を行う場合、最も後方側に位置するカッタビットは剥
離破砕による掘削を行うことができず通常の地山切羽を
削り取るような掘削を行う必要があるが、本変形例にお
いては、最も後方側のカッタビット２９−１０Ｂは径方
向の掘削面に対して正のすくい角γrを持たせるように
する。これにより、曲線施工・方向修正に伴う側方掘り
において、より効率よく掘削を行うことができる。

【０１７７】なお、上記構成において、図６５に示すよ
うに、最外周のカッタビット２９−１０Ｂを前述の（変
１５）の変形例におけるカッタビット２９−１０Ｂ0に
置き換え、径方向最外周部の掘削力を強化してもよい。

【０１７８】（変２０）径方向中心部に予備用カッタビ
ットを出没可能とする構造 図６６は、この変形例の横孔掘削機（シールド掘進機）
の掘進前方側（切羽側）から見た正面図であり、図６７
は、図６６中Ｕ−Ｕ断面による側断面図である。これら
図６６及び図６７に示すように、本変形例は、図４６及
び図４７に示した本発明の他の実施の形態において、必
要に応じて現出し（通常時は収納されている）センタカ
ッタ２８Ａの掘削する領域の外周部を補強的に掘削する
予備用のカッタビット２９″′−Ｒを設けたものであ
る。

【０１７９】すなわち、予備用カッタビット２９″′−
Ｒは、構造自体は先に述べたカッタビット２９″′とま
ったく同一であり、有底円筒状の摺動部材３９の前端部
に取り付けられている。この摺動部材３９は、前記カッ
タ支持部２８Ｂ及び前記センタカッタ取付部材２８Ｃに
それぞれ設けられ互いに連通する貫通孔２８Ｂａ及び貫
通孔２８Ｃａ内を軸方向（掘進前後方向）に摺動可能に
配置されている。そして、摺動部材３９の内部には、油
圧シリンダ４０（伸縮ジャッキ）の一端側（掘進方向前
方側）にあるボトム部４０ｂが収納固定されており、こ
の油圧シリンダ４０の他端側（掘進方向後方側）にある
ロッド部４０ａは、ピン結合を介し、シールド掘進機内
固定側の適宜の箇所（例えば連通管３６内壁面等）に接
続されている。これにより、ロッド部４０ａをボトム部
４０ｂから伸長させることによって、通常時に前記貫通
孔２８Ｂａ内に収納されていた前記予備用カッタビット
２９″′−Ｒ（図６７中実線位置参照）を前方側に移動
させ、これによってカッタビット２９″′−Ｒをカッタ
ヘッド３側の所定位置に現出させて（図６７中破線矢印
及び２点鎖線位置参照）掘削を行えるようになってい
る。

【０１８０】上記において、カッタビット２９″′−Ｒ
が、先行掘削手段の径方向掘削領域の少なくとも一部を
掘削する出没可能な予備用先行掘削手段を構成する。

【０１８１】本変形例においては、掘削負担が最も大き
センタカッタ２８Ａが摩耗したとしても、すばやく新し
いカッタビット２９″′−Ｒを出現させてセンタカッタ
２８Ａの掘削領域の少なくとも一部（この例では外周
部）を掘削開始し、これによって当該領域における掘削
力を回復させることができるので、さらに確実に長距離
掘進が可能となる。

【０１８２】なお、上記構成においても、図６８に示す
ように、最外周のカッタビット２９−１０Ｂを前述の
（変１５）の変形例におけるカッタビット２９−１０Ｂ
0に置き換え、径方向最外周部の掘削力を強化してもよ
い。

【０１８３】（変２１）径方向中心部にローラビットを
用いた構造 図６９は、この変形例の横孔掘削機（シールド掘進機）
の掘進前方側（切羽側）から見た正面図であり、図７０
は、図６９中Ｗ−Ｗ断面による側断面図である。これら
図６９及び図７０において、本変形例は、図４６及び図
４７に示した本発明の他の実施の形態において、カッタ
スポーク２７Ａ〜２７Ｄの径方向中心側に設けられたセ
ンタカッタ２８Ａ及びカッタビット２９−１に代わり、
先行掘削手段としてローラビット５２を設けたものであ
る。ローラビット５２は、カッタスポーク２７Ａ〜２７
Ｄの径方向のほぼ中心側に設けられた枠体５４に軸方向
両端部が固定されることによりカッターヘッド３に接続
された軸体５４ａと、この軸体５４ａに回転自在に支持
された複数個（この場合４個）の切削ローラ５３とを備
えている。

【０１８４】そして、径方向中心部に位置する上記ロー
ラビット５２を掘進方向最前方側に突出させるととも
に、径方向位置がそのセンタカッタ２８Ａの径方向位置
の外周側に順次隣接するカッタビット２９−２，２９−
３，…，２９−９，２９−１０Ａ，２９−１０Ｂの刃先
を順次掘進方向後方側に後退させるように配設する。こ
れによって縦断面形状が略階段状となる掘削面Ｍを形成
するようになっている。

【０１８５】本変形例においては、以下のような効果を
得る。すなわち、一般に、ローラビットは岩に対しては
摩耗強度が大きい特性がある。そこで、地山が比較的硬
い場合には、本変形例のように掘削負担が最も大きい径
方向中心部の切削手段をローラビット５２とすること
で、摩耗を低減でき、さらに確実に長距離掘進が可能と
なる。ただし、ローラビットの場合は、粘性土層等の付
着しやすい地山にあたると切削ローラ５３が回転できな
くなり、偏摩耗する場合があるので、地山によって採用
の可否を決定することが重要である。

【０１８６】なお、上記構成においても、図７１に示す
ように、最外周のカッタビット２９−１０Ｂを前述の
（変１５）の変形例におけるカッタビット２９−１０Ｂ
0に置き換え、径方向最外周部の掘削力を強化してもよ
い。

【０１８７】本発明のさらに他の実施の形態を図７２〜
図７９により説明する。図７２は、本発明の横孔掘削機
（シールド掘進機）のさらに他の実施の形態の全体構造
を表す側断面図であり、図７３は、図７２中Ｎ方向から
見た矢視正面図であり、図７４は、図７３中Ｑ部拡大図
である。上記本発明の一実施の形態及び本発明の他の実
施の形態と同等の部分には、同一の符号を付し、適宜説
明を省略する。

【０１８８】これら図７２、図７３、及び図７４におい
て、本実施の形態のシールド掘進機は、上記本発明の一
実施の形態や本発明の他の実施の形態のように径方向中
心部のセンタカッタを掘進方向最前方側に突出させその
外周側に順次隣接するカッタビットの刃先を順次掘進方
向後方側に後退させる第１段掘削部に加え、この第１段
掘削部の径方向外周側のカッタヘッド径方向中間部を掘
進方向最前方側に突出させそれに順次隣接するカッタビ
ットの刃先を順次掘進方向後方側に後退させた第２段掘
削部を設けたものである。

【０１８９】またこれに伴い、上記本発明の一実施の形
態のようにカッタヘッド３のカッタスポーク２７Ａ〜２
７Ｄを径方向中心部においてセンタシャフト１０で支持
する中心支持方式や、上記本発明の他の実施の形態のよ
うにカッタスポーク２７Ａ〜２７Ｄの径方向外周部にお
いて支持する外周支持方式に代えて、カッタヘッド３の
径方向外周部と径方向中心部との間の径方向中間部にお
いて支持する中間支持方式としている。

【０１９０】すなわち、図７２及び図７３において、カ
ッタヘッド３は、径方向中央部から径方向外周側に向か
って放射状に延設されかつ径方向外周側に向かって屈曲
した形状（図７２参照）に延設された複数本（この例で
は６本）のカッタスポーク４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４
２Ｄ，４２Ｅ，４２Ｆ（図７３参照）と、これらカッタ
スポーク４２Ａ〜４２Ｆの径方向中心部に着脱可能（詳
細は後述）に設けられたセンタカッタ４５と、前記カッ
タスポーク４２Ａ〜４２Ｆの最外周部を順に周方向に接
続するように設けられた円環状部材４２Ｇと、前記第２
段掘削部の径方向突出位置に設けられる中間部カッタ４
６（詳細は後述）とを備えている。

【０１９１】そして、回転伝達機構５には６本のカッタ
アーム３５が備えられ、各カッタアーム３５の掘進方向
前方側（図７２中左側）端部が前記カッタスポーク４２
Ａ〜４２Ｆの径方向中間部にそれぞれ接続固定される一
方、各カッタアーム３５の掘進方向後方側（図７２中右
側）端部は隔壁２を貫通して配置される略円環状のカッ
タリング３４に接続固定されている。

【０１９２】このとき、上記本発明の他の実施の形態と
同様に、隔壁２の径方向中央部に形成された貫通孔２ｂ
にシール部材３８を介し連通管３６が配設され、前記カ
ッタスポーク４２Ａ〜４２Ｆの径方向中心部に設けたセ
ンタカッタガイド部材３７の後端部が前記連通管３６の
前端部に固定接続されている。一方、前記センタカッタ
４５は、掘進方向掘削面に対して正のすくい角を備えた
複数個の角ビット（図示せず）を備えたフィッシュテー
ルビット４５Ａと、その後部に位置し前記センタカッタ
ガイド部材３７の内径よりやや小さな外径を備えたカッ
タ支持部４５Ｂと、このカッタ支持部４５Ｂのさらに後
部に位置し前記センタカッタガイド部材３７の内径より
大きくかつ前記連通管３６の内径より小さな外径を備え
た略円板状のセンタカッタ取付部材４５Ｃと、フィッシ
ュテールビット４５Ａの掘削負担（摩耗挙動）を検出す
るための摩耗検出ビット４５Ｄ（詳細は後述）と、フィ
ッシュテールビット４５Ａの掘削する領域の外周部を補
強的に掘削する２つのカッタビット５５−０（詳細は後
述）と、フィッシュテールビット４５Ａやカッタビット
５５−０の掘削土砂に対し作泥材を供給するための作泥
材注入口４４ａとが、一体的に組み付けられて構成され
ている。そして、前記センタカッタ取付部材４５Ｃをボ
ルト４５ａで前記センタカッタガイド部材３７の後端部
に締結固定することによって図７４に示すようにカッタ
ヘッド３の径方向中心部に固定されている。そして、前
記ボルト４５ａを取り外すことにより、これらフィッシ
ュテールビット４５Ａ、カッタ支持部４５Ｂ、センタカ
ッタ取付部材４５Ｃ、摩耗検出ビット４５Ｄ、カッタビ
ット５５−０、及び作泥材注入口４４ａは、連通管３６
内を後方側に一体で抜き出し可能な構造となっている。

【０１９３】なお、前記作泥材注入口４４ａとほぼ同様
の構造の作泥材注入口４４ｂが、カッタスポーク４２Ａ
における前記中間部カッタ４６と同一の径方向位置（第
２段掘削部の前方突出部分）に設けられており、中間部
カッタ４６及びカッタビット５５−１９，２０の掘削土
砂に対して、作泥材を供給するようになっている。

【０１９４】前記の摩耗検出ビット４５Ｄは、その概念
的構成を図７５に示すように、ビット本体４５Ｄａと、
このビット本体４５Ｄａに設けた孔４５Ｄａ1内に配設
した摩耗検知棒４５Ｄｂと、超音波送信・受信を行うプ
ローブ４５Ｄｃとを備えている。前記プローブ４５Ｄｃ
の後端部は、ケーブル４３を介し、例えば機内側に配置
された超音波探傷器（図示せず）に接続されている。こ
の構成において、超音波探傷器内の制御手段に基づき前
記プローブ４５Ｄｃから送波された超音波は摩耗検知棒
４５Ｄｂを切羽側へと伝搬し、摩耗検知棒４５Ｄｂの先
端で反射して再びプローブ４５Ｄｃにおいて受波され
る。このときの送波から受波までに要した時間が超音波
探傷器内のカウンタ回路等で計測され、この検出時間に
基づき前記摩耗検知棒４５Ｄｂの長さが短くなっていく
挙動を監視することで摩耗検出ビット４５Ｄの摩耗状態
を検出するようになっている。

【０１９５】なお、この摩耗検出ビット４５Ｄとほぼ同
様の構造の摩耗検出ビット４７が、カッタスポーク４２
Ｄにおける前記中間部カッタ４６と同一の径方向位置
（第２段掘削部の前方突出部分）に設けられており、こ
の摩耗検出ビットの摩耗状態を検出することにより、前
記中間部カッタ４６の掘削負担（摩耗挙動）を検出する
ようになっている。

【０１９６】そして、前記のセンタカッタガイド部材３
７、カッタスポーク４２Ａ〜４２Ｆ、及び円環状部材４
２Ｇには、カッタヘッド３における複数の径方向位置と
なるように内周側から外周側へ向かってカッタビット５
５−１，５５−２，５５−３，５５−４，５５−５，５
５−６，５５−７，５５−８，５５−９，５５−１０，
５５−１１，５５−１２，５５−１３，５５−１４，５
５−１５，５５−１６，５５−１７，５５−１８，５５
−１９，５５−２０，５５−２１，５５−２２，５５−
２３，５５−２４，５５−２５がそれぞれ配設されてい
る。すなわち、センタカッタガイド部材３７にはカッタ
ビット５５−１が配置されており、カッタスポーク４２
Ａにはカッタビット５５−３，５５−９，５５−１５，
５５−２０が配置されており、カッタスポーク４２Ｂに
はカッタビット５５−５，５５−１１，５５−１７，５
５−１９，５５−２２が配置されており、カッタスポー
ク４２Ｃにはカッタビット５５−２，５５−８，５５−
１４が配置されており、カッタスポーク４２Ｄには、カ
ッタビット５５−４，５５−１０，５５−１６，５５−
２１が配置されており、カッタスポーク４２Ｅにはカッ
タビット５５−６，５５−１２，５５−１８，５５−２
３が配置されており、カッタスポーク４２Ｆには、カッ
タビット５５−７，５５−１３，５５−２４が配置され
ており、円環状部材４２Ｇには、周方向に６つのカッタ
ビット５５−２５が配置されている。なお、このカッタ
ビット５５−２５を６つ設けているのは、この最外周位
置の掘削が万が一困難となるとシールド本体１が通過す
るのに十分な径の孔を掘削することができず、その結
果、シールド本体１の掘進方向前方への推進自体が不可
能となることから、この位置における１つのカッタビッ
ト５５−２５あたりの掘削負担を軽減して掘削能力確保
に万全を期すためである。

【０１９７】また、上記カッタビット５５−１９，５５
−２０の径方向位置は、後述のように第２段掘削部にお
ける掘進方向前方側突出位置となることから、切削手段
としての前記中間部カッタ４６を、互いに掘削軌跡が同
一円周上となるように周方向に間隔をおいて３個多条配
置している。なお、それら３個の中間部カッタ４６のう
ち１つは、後述のように必要に応じて出没可能な（通常
時は収納されている）予備用中間部カッタ４６Ａとなっ
ている（詳細構造は後述）。

【０１９８】このとき、各カッタビット５５−１〜５５
−２５の配置は、図７３に示すように、互いの径方向位
置を少しずつずらされ、これら２５個の径方向位置にあ
るカッタビット５５−１〜５５−２５全体ですべての径
方向位置を掘削できるように配置されておる。これによ
って、カッタヘッド３が回転するとそれらカッタビット
５５−１〜５５−２５、前記センタカッタ２８、及び前
記中間部カッタ４６によって外径が円環状部材４２Ｇよ
りやや大きい円形断面形状を掘削できるようになってい
る。

【０１９９】そして、本実施の形態の最も大きな特徴
は、前述したように、前記カッタビット５５−１〜５５
−２５、前記センタカッタ２８、及び前記中間部カッタ
４６によって、第１段掘削部６０（図７２参照）と第２
段掘削部７０（同）とが形成されていることである。

【０２００】すなわち、第１段掘削部６０は、前記本発
明の一実施の形態及び本発明の他の実施の形態と同様の
構造であり、径方向中心部に位置する前記センタカッタ
４５を掘進方向最前方側に突出させるとともに、径方向
位置がそのセンタカッタ４５の径方向位置の外周側に順
次隣接するカッタビット５５−１，５５−２，…，５５
−１１，５５−１２の刃先を順次掘進方向後方側に後退
させるように配設する。これによって掘削方向掘削面Ｍ
a1及び径方向掘削面Ｍr1を備え縦断面形状が略階段状と
なる掘削面Ｍ1を形成するようになっている。

【０２０１】第２段掘削部７０は、前記第１段掘削部６
０のカッタヘッド３径方向外周側に位置するものであ
り、前記中間部カッタ４６を掘進方向前方側に突出させ
るとともに、径方向位置がその中間部カッタ４６の径方
向位置のカッタヘッド３外周側（又は内周側、かっこ内
対応関係同じ）に順次隣接するカッタビット５５−２
１，５５−２２，５５−２３，５５−２４，５５−２５
（又はカッタビット５５−１８，５５−１７，５５−１
６，５５−１５，５５−１４，５５−１３）の刃先を順
次掘進方向後方側に後退させ、これによって掘削方向掘
削面Ｍa2及び径方向掘削面Ｍr2を備え縦断面形状が略階
段状となる掘削面Ｍ2を形成するようになっている。

【０２０２】このとき、カッタビット５５−０〜５５−
２５のうちカッタビット５５−０〜５５−２４は、すべ
て同一構造であり、上記本発明の他の実施の形態の（変
１８）の変形例において図５５、図５６、図５７、図５
８、図５９、及び図６０を用いて説明したカッタビット
２９″′と全く同一のものである。すなわち詳細な図示
を省略するが、掘進方向掘削面Ｍa1（又はＭa2）に対し
てほぼ平行な鉛直刃面部、掘進方向掘削面Ｍa1（又はＭ
a2）に対して所定の傾斜角をなす傾斜刃面部、径方向掘
削面Ｍr1（又はＭr2）に対してほぼ平行な水平刃面部、
及び径方向掘削面Ｍr1（又はＭr2）に対して所定の傾斜
角をなす傾斜刃面部を有し、掘削方向掘削面Ｍa1（又は
Ｍa2）に対して負のすくい角を備えるとともに、径方向
掘削面Ｍr1（又はＭr2）に対しても負のすくい角を備え
ている。但し、その取付方向は、図７２及び図７３に示
すように、その取り付ける径方向位置が前記第１段掘削
部に属するか第２段掘削部に属するか、また第２段掘削
部ならば径方向内周側の位置（カッタビット５５−１３
〜５５−１９の位置）にあるか径方向外周側の位置（カ
ッタビット５５−２０〜５５−２５の位置）にあるかで
異なっている。すなわち、第１段掘削部及び第２段掘削
部の径方向外周側の位置（カッタビット５５−２０〜５
５−２５の位置）に取り付ける場合は、上記本発明の他
の実施の形態の（変１８）の変形例のカッタビット２
９″′と同様、前記した略鉛直刃面部及び略水平刃面部
がカッタヘッド径方向外周側となるように（図６０参
照）取り付けられている。第２段掘削部の径方向内周側
の位置（カッタビット５５−１３〜５５−１９の位置）
に取り付ける場合は、上記とは逆に、略鉛直刃面部及び
略水平刃面部がカッタヘッド径方向内周側となるように
取り付けられている。

【０２０３】これは以下の理由による。すなわち、第１
段掘削部のカッタビット５５−０〜５５−１２及び第２
段掘削部の径方向外周側のカッタビット５５−２０〜５
５−２５にあっては、掘進方向掘削において内周側にア
ンダーカットする（上記本発明の一実施の形態における
図８や本発明の他の実施の形態における図６０を参照）
のに対し、第２段掘削部の径方向内周側のカッタビット
５５−１３〜５５−１９にあっては、掘進方向掘削にお
いて外周側にアンダーカットするようになるからであ
る。また、径方向掘削時においても、第１段掘削部のカ
ッタビット５５−０〜５５−１２及び第２段掘削部の径
方向外周側のカッタビット５５−２０〜５５−２５にあ
っては、径方向に掘削すべき地山は外周側になるのに対
し、第２段掘削部の径方向内周側のカッタビット５５−
１３〜５５−１９にあっては、径方向掘削において掘削
すべき地山が内周側になるからである。また、カッタビ
ット５５−２５は、詳細な図示を省略するが、図４〜図
７に示す上記本発明の一実施の形態のカッタビット２９
−１〜２９−８と同様であり、掘削方向掘削面Ｍa2に対
して負のすくい角を備えるとともに径方向掘削面Ｍr2に
対し正のすくい角を持たせたものである。

【０２０４】前記の中間部カッタ４６の詳細構造を表す
拡大正面図（切羽側から見た図）を図７６に、図７６中
Ｒ方向から見た矢視側面図を図７７に、図７６中Ｓ方向
から見た矢視上面図を図７８に示す。これら図７６、図
７７、及び図７８において、中間部カッタ４６は、カッ
タスポーク４２Ｃ（又は４２Ｆ）に設けたカッタ取付部
４２ａに例えば溶接により固定された（但し、ピン結合
やボルト結合により着脱可能としてもよい。後述の図７
９に示す中間部カッタ４６Ａ参照）ビット本体４６ｂ
と、このビット本体４６ｂに埋め込まれるように設けら
れた略十字形状の超硬チップ４６ａとを備えている。そ
して、この中間部カッタ４６により掘削する掘削方向掘
削面Ｍmaに対して負のすくい角γmaを備えるとともに径
方向掘削面Ｍmr1，Ｍmr2に対しても負のすくい角γmr
1，γmr2を持たせている。

【０２０５】前記の予備用中間部カッタ４６Ａの詳細構
造を表す図７２中Ｔ部の拡大側断面図を図７９に示す
（但し、主要部以外一部図示省略）。この図７９に示す
ように、予備用カッタ中間部カッタ４６Ａは構造自体は
先に述べた中間部カッタ４６とまったく同一であり、有
底円筒状の摺動部材４９の前端部に取り付けられてい
る。この摺動部材４９は、カッタスポーク４２Ｅの貫通
孔４２Ｅａ内に固定された有底円筒状のカッタ収納部材
５６内をシールド本体１の軸方向に摺動可能に配置され
ている。そして、摺動部材４９の内部には、油圧シリン
ダ４８（伸縮ジャッキ）の一端側（掘進方向前方側）に
あるボトム部４８ｂが収納固定されており、この油圧シ
リンダ４８の他端側（掘進方向後方側）にあるロッド部
４８ａは、ピン結合を介し、シールド掘進機内固定側の
適宜の箇所（例えば前記カッタ収納部材５６内壁面等）
に接続されている。これにより、ロッド部４８ａをボト
ム部４８ｂから伸長させることによって、通常時に前記
カッタ収納部材５６内に収納されていた前記予備用中間
部カッタ４６Ａ（図７２及び図７９中実線位置参照）を
前方側に移動させ、これによって予備用中間部カッタ４
６Ａをカッタヘッド３側の所定位置に現出させて（図７
２及び図７９中２点鎖線位置参照）掘削を行えるように
なっている。

【０２０６】なお、上記において、センタカッタ４５
が、各請求項に記載の、カッタヘッドの少なくとも一箇
所に、推進方向に突出させて設けた先行掘削手段を構成
し、中間部カッタ４６，４６Ａが、カッタヘッドの中心
部に設けた先行掘削手段と前記カッタヘッド外周部との
間に設けた他の先行掘削手段を構成する。

【０２０７】また、予備用中間部カッタ４６Ａが、他の
先行掘削手段の径方向掘削領域の少なくとも一部を掘削
する出没可能な予備用先行掘削手段を構成する。

【０２０８】さらに、前記摩耗検出ビット４５Ｄ、前記
ケーブル４３、及び前記超音波探傷器が、先行掘削手
段、又は他の先行掘削手段の摩耗を検出する摩耗検出手
段を構成する。

【０２０９】（IIＡ）本実施の形態のシールド掘進機の
カッタヘッドによる詳細掘削動作及び作用 本実施の形態のシールド掘進機の動作における最大の特
徴は、第１段掘削部６０において、径方向位置が最中心
側で掘進方向前方側に最も突出したセンタカッタ４５か
ら順次隣接する他の径方向位置のカッタビット５５−
１，５５−２，…，５５−１１，５５−１２の刃先を順
次掘進方向後方側に後退させるように配設することによ
り、地山の掘削面Ｍ1の縦断面形状を略階段状に維持し
ながらアンダーカッテイングを行うとともに、第２段掘
削部７０において、径方向位置が掘進方向前方側に最も
突出した中間部カッタ４６から順次内周側に隣接する他
の径方向位置のカッタビット５５−１８，５５−１７，
…，５５−１４，５５−１３及び順次外周側に隣接する
他の径方向位置のカッタビット５５−２１，５５−２
２，…，５５−２４，５５−２５の刃先を順次掘進方向
後方側に後退させるように配設することにより、地山の
掘削面Ｍ2の縦断面形状を略階段状に維持しながらアン
ダーカッテイングを行うことである。

【０２１０】すなわち、第１段掘削部（又は第２段掘削
部、かっこ内対応関係以下同様）において掘進方向に先
行するセンタカッタ４５（又は中間部カッタ４６）によ
って掘削面Ｍ1（又はＭ2）の径方向中心部に略円錐状の
先行掘削面Ｍc1（又は略円環状の先行掘削面Ｍc2）を形
成し、その先行掘削面Ｍc1（又はＭc2）を足がかりにし
て各カッタビット５５−１〜５５−１２（又は５５−１
３〜５５−２５）が順次掘削を行う。その結果、先行掘
削面Ｍc1の外周側（又は先行掘削面Ｍc2の外周側及び内
周側）において地山の掘削面Ｍ1（又はＭ2）の大部分を
縦断面形状が掘進方向掘削面Ｍa1（又はＭa2）と径方向
掘削面Ｍr1（又はＭr2）とからなる略階段状に維持しな
がら掘削を行っていく。このとき、各カッタビット５５
−１〜５５−１２（又は５５−１３〜５５−２５）の刃
先突端部位置を結んだ面は図７２に示すように直線で表
される。このような掘削態様とすることにより、前述し
た本発明の一実施の形態や本発明の他の実施の形態と同
様の原理で、各カッタビット５５の掘進方向への押圧力
で前記略階段状の縁部（角部）の根元側に亀裂を生じさ
せて進展させ、縁部の大部分に斜め方向のせん断破壊を
連続的に誘発させる剥離破砕を行うことができる。これ
により、掘削の際に必要となる掘削力を低減できるの
で、通常の掘削に比べて小さな掘削力で地山の掘削が可
能となる。

【０２１１】（IIＢ）本実施の形態のシールド掘進機の
効果 以上のような構成及び動作の本実施の形態のシールド掘
進機により得られる効果を以下順次説明する。

【０２１２】（IIＢ−１）上記本発明の一実施の形態と
同様の効果 上記（IIＡ）で述べたように、本実施の形態のシールド
掘進機でも、上記本発明の一実施の形態と同様の掘削態
様で主として剥離破砕によって掘削を行う。したがっ
て、同様の原理に基づき、上記本発明の一実施の形態で
説明した（１Ｄ−１）掘進距離向上効果、（ＩＤ−２）
カッタ駆動トルク低減効果を得ることができる。また、
本実施の形態で用いるカッタビット５５−１〜５５−２
５は、上記本発明の一実施の形態のカッタビット２９と
同様、掘進方向掘削面Ｍa1，Ｍa2に対し所定の傾斜角を
なす。また、掘進方向掘削面Ｍa1，Ｍa2に対し負のすく
い角を備えている。上記本発明の一実施の形態において
説明した（ＩＤ−３）さらなる掘進距離向上効果や、
（ＩＤ−４）さらなるカッタ駆動トルク低減効果を得る
ことができる。

【０２１３】（IIＢ−２）上記本発明の他の実施の形態
と同様の効果 上記（IIＡ）で述べたように、本実施の形態のシールド
掘進機でも、上記本発明の他の実施の形態と同様、セン
タカッタ４５をシールド本体１内側より交換可能に構成
していることにより、掘削負担が最も大きいセンタカッ
タ４５が摩耗したとしても、機内側からすばやくかつ容
易に交換することができるので、さらに確実に長距離掘
進が可能となる。

【０２１４】（IIＢ−３）各変形例と同様の効果 先行掘削部の掘削力強化 本実施の形態においては、センタカッタ４５の掘削する
領域の外周部を補強的に掘削する２つのカッタビット５
５−０を設けていることにより、前述の（変５）の変形
例と同様、掘削負担が最も大きい径方向中心部（先行掘
削部）の掘削力を強化することができる。 側方掘りにおける効果 本実施の形態においては、カッタビット５５−１〜５５
−２４は、径方向掘削面Ｍr1，Ｍr2に対しても負のすく
い角を持たせていることにより、前述の（変１７）の変
形例と同様、曲線施工・方向修正に伴う側方掘りにおい
てカッタヘッド駆動トルク低減効果を得ることができ
る。また本実施の形態においては、カッタビット５５−
１〜５５−２４は、径方向掘削面Ｍr1，Ｍr2に対して所
定の傾斜角をなしていることにより、前述の（変１８）
の変形例と同様、略階段状の縁部に対し、せん断破壊を
促進するような向きに押圧力を加えることが可能となる
ので、さらに小さな掘削力で地山の側方掘りを行うこと
が可能となる。

【０２１５】さらに本実施の形態においては、側方掘り
において配置上剥離破砕による掘削を行うことができな
い最外周のカッタビット５５−２５に、径方向の掘削面
Ｍr2に対する正のすくい角を持たせていることにより、
前述した（変１９）の変形例と同様、曲線施工・方向修
正に伴う側方掘りにおいて、より効率よく掘削を行うこ
とができる。

【０２１６】（IIＢ−４）本実施の形態固有の効果 カッタヘッドの掘進方向の寸法低減効果等 本実施の形態においては、図７２に示すように、カッタ
スポーク４２Ａ〜４２Ｅを屈曲形状にして掘進方向前方
側に突出する径方向位置を２箇所（第１段掘削部６０の
センタカッタ４５の位置と第２段掘削部７０の中間部カ
ッタ４６の位置）設けている。これにより、上記本発明
の一実施の形態や本発明の他の実施の形態のようにカッ
タスポーク２７を直線形状にして掘進方向前方側に突出
する径方向位置を１箇所のみ（径方向中央部のセンタカ
ッタ２８の位置のみ）とうする場合（図７２中に想像線
で示すカッタヘッド３′参照）に比べて、同じカッタビ
ット段数であれば、カッタヘッドの掘進方向寸法（軸方
向寸法）を低減できる。

【０２１７】特に大口径シールドになるほど１つの掘削
部のみではカッタヘッド３掘進方向寸法Ｌ（図７２参
照）が非常に大型化するので、その効果が大きい。した
がって、その分シールド掘進機全体の掘進方向寸法（機
長）を低減できるので、発進立坑の径方向寸法を低減で
きる。また、カッタヘッド３掘進方向寸法が大型化する
ほど切羽掘削面が斜め方向に広く広がりからの地山崩壊
を招きやすくかつ曲線施工・方向修正を行いにくくなる
傾向となるが、このような弊害の起こる可能性を低減で
きる。

【０２１８】なお、第１段掘削部６０の位置は、本実施
の形態のように径方向中心部でなくてもよい（すなわ
ち、第２段掘削部のように中間部カッタを備えた段掘削
部を別途設けても良い）。さらに、本実施の形態のよう
に径方向２箇所のみではく、径方向３箇所以上に段掘削
部を設けても良いことはいうまでもない。これらの場合
も、同様の効果を得る。 中間部カッタ４６の多条配置による効果 第２段掘削部７０において、中間部カッタ４６は、隣接
する他の径方向位置のカッタビット５５−１８〜５５−
１３及び５５−２１〜５５−２４の上記剥離破砕を行う
ための足がかりとなる起点掘削を行うものであるため、
掘削負担が最も大きくなる。本実施の形態においては、
上記のように中間部カッタ４６を同一径方向位置に２つ
設けていわゆる多条配置を行うことにより、各中間部カ
ッタ４６の掘進方向前方への切り込み深さを大きく低減
できるので、１つの中間部カッタ４６あたりの掘削負担
を低減できる。したがって、この中間部カッタ４６の耐
久性を確保し寿命を向上することができる。また、１つ
の中間部カッタ４６の欠損等が発生しても、もう一方の
中間部カッタ４６によりカバーできるので、掘削性能の
信頼性を向上できる。

【０２１９】予備用中間部カッタ４６Ａの配置による
効果 上記のように、第２段掘削部７０において、中間部カッ
タ４６は掘削負担が最も大きい。本実施の形態において
は、中間部カッタ４６と同一径方向位置となるようにカ
ッタスポーク４２Ｅに出没可能に予備用中間部カッタ４
６Ａを設けることにより、２つの中間部カッタ４６Ａが
摩耗したとしても、すばやく新しい予備用中間部カッタ
４６Ａを現出させて中間部カッタ４６の掘削領域を掘削
開始し、これによって当該領域における掘削力を回復さ
せることができるので、さらに確実に長距離掘進が可能
となる。

【０２２０】摩耗検出による効果 上記のように第２段掘削部７０において、中間部カッタ
４６は掘削負担が最も大きい。また第１段掘削部６０に
おいては、センタカッタ４５が掘削負担が最も大きい。
そこで、本実施の形態においては、中間部カッタ４６及
びセンタカッタ４５と径方向同一位置に摩耗検出ビット
４７，４５Ｄを設け、その摩耗状態を超音波探傷器で検
出することによって中間部カッタ４６及びセンタカッタ
４５の摩耗状態を正確に検知することができる。したが
って、例えば交換や新たな中間部カッタ４６Ａの現出等
の対策を行うべき時期を正確に決定することができる。

【０２２１】作泥材注入口増設による効果 通常のこの種のシールド掘進機では、作泥材注入口４４
ａを、径方向中心部のセンタカッタ４５の近傍にのみ設
けている。この位置の作泥材注入口４４ａのみとした場
合、第１段掘削部６０においては前記階段状構造の頂点
からの供給となることから比較的良好に掘削土砂各部に
作泥材が導入される。しかしながらこの場合、第２段掘
削部７０においては、その構造上、特に中間部カッタ４
６付近には作泥材が回り込まず、中間部カッタ４６の掘
削土砂にはあまり作泥材が混入されなくなる可能性があ
る。そこで、本実施の形態においては、当該中間部カッ
タ４６近傍の径方向位置（この場合はほぼ同一位置）に
も作泥材注入口４４ａを設けることにより、中間部カッ
タ４６による掘削土砂にも確実に作泥材を混入させるこ
とができる。

【０２２２】なお、上記本発明のさらに他の実施の形態
においては、第２段掘削部７０の掘進方向前方側突出部
設けた中間部カッタ４６は掘進方向掘削面Ｍa2に対して
負のすくい角を備えていたが、これに限られない。すな
わち、この中間部カッタ４６は、掘進方向前方側に突出
して設けられる配置上、剥離破砕による掘削を行うこと
ができず、通常の地山切羽を削り取るような掘削を行
う。したがって、掘進方向掘削面Ｍa1に対して正のすく
い角をもたせるようにすれば、より効率よく掘削を行う
ことができる。

【０２２３】また、上記本発明のさらに他の実施の形態
においては、第２段掘削部７０における突出部に十字形
超硬ビット４６ａを備えた中間部カッタ４６を用いた
が、地山が比較的硬い場合には、先の（変２１）の変形
例のようにローラビットを用いても良い。これにより、
さらに摩耗を低減できる効果がある。

【０２２４】さらに、上記本発明のさらに他の実施の形
態においては、前述のように、各カッタビット５５−１
〜５５−１２（又は５５−１３〜５５−２５）の刃先突
端部位置を結んだ面は図７２に示すように直線状で表さ
れる。このとき、図７２に示すように、その直線と鉛直
方向となす角をα1，α2，α3とし、また図７３に示す
ように、第１及び第２段掘削部６０，７０における径方
向掘削領域の区分長さ（カッタビット配置段数の段数配
分）をβ1，β2，β3，β4とすると、前記α1，α2，α
3，β1，β2，β3，β4は、地山の土質、曲線施工の有
無、発進・到達立坑の大きさ等を勘案して適宜設定され
る。このとき、必ずしも前記刃先突端部位置を結んだ面
が図７２に示すように直線状で表されるようにする必要
もなく、曲線状になるようにしてもよい。特に、地山が
硬い部分と柔らかい部分との互層となる場合は、カッタ
ビット５５のピッチ及び突き出し量を径方向位置で変化
させた方が好ましい場合もあり、この場合には曲線状と
なることがある。

【０２２５】さらに、上記本発明のさらに他の実施の形
態においても、最外周のカッタビット５５−２５を、前
述の（変２）の変形例のカッタビット２９−８Ｂや（変
１５）の変形例のカッタビット２９−１０Ｂと同等の構
造のカッタビット５５−２５′を円環状部材４２Ｇに配
設し、径方向最外周部における径方向掘削時の掘削力を
強化してもよい。図８０は、そのような変形例を示した
ものである。

【０２２６】なお、以上においては、カッタヘッド３の
１つの径方向位置において掘進方向前方側にセンタカッ
タ２８，４５あるいは中間部カッタ４６を突出して設け
るとともにその径方向位置に順次隣接する他の径方向位
置にカッタビット２９，５５の刃先を順次掘進方向後方
側に後退させて設けるにあたり、そのような刃先側の配
置に対応してカッタスポーク２７，４２も外周側ほど後
方に後退した態様に配置したりさらに屈曲した形状とし
たりしたが、これには限られない。すなわち、カッタス
ポーク側は、通常のシールド掘進機のように単純に径方
向に放射状に延設する構成とし、これに取り付けるカッ
タビットの軸方向長さを径方向位置ごとに変化させて、
上記のような刃先位置の配設態様を実現しても良い。こ
の場合も同様の効果を得られることは言うまでもない。

【０２２７】また、以上においては、掘削室Ｐ内に取り
込んだ泥土をスクリューコンベア６で排出するともに、
その掘削室Ｐ内の泥土の圧力により切羽の土圧に対抗す
るいわゆる土圧シールド掘進機に本発明を適用した場合
を例にとって説明したが、これに限られない。すなわ
ち、掘削室Ｐ内に送水管等の注水手段を用いて注水を行
い、掘削土砂を泥水の状態として排泥管等の排泥手段に
より排出するいわゆる泥水シールド掘進機に本発明を適
用しても良い。この場合も同様の効果を得る。

【０２２８】また、以上においては、シールド本体１の
前方に設けたカッタヘッド３を回転させて掘削を行うシ
ールド掘進機に本発明を適用した場合を例にとって説明
したが、これに限られず、例えば、押管シールド、小口
径推進機、ＴＢＭ等の横穴掘削機においても本発明のカ
ッタヘッド構造を適用することができ、この場合も同様
の効果を得ることができる。

【０２２９】

【発明の効果】本発明によれば、いわゆるアンダーカッ
テイングで掘削を行っていくことにより、掘削の際に必
要となる掘削力を低減でき、通常の掘削に比べて小さな
掘削力で地山の掘削が可能となる。したがって、その分
カッタビットにおける切羽との摺動による摩耗を低減す
ることができ、カッタビットの寿命を向上させることが
できる。その結果、通常の掘削よりも大幅に掘進距離を
向上できるので、圧縮強度が軟岩以下である土質におい
て、十分な長距離掘進を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の横孔掘削機の一実施の形態の全体構造
を表す側断面図である。

【図２】図１中Ａ方向から見た矢視正面図である。

【図３】カッタヘッドの詳細構造を表す図１中要部拡大
図である。

【図４】カッタビットの詳細構造を表す図２中部分拡大
図である。

【図５】図４中Ｂ方向から見た上面図である。

【図６】図４中VI−VI断面で見た横断面図である。

【図７】図４中VII−VII断面で見た横断面図である。

【図８】図１に示す横孔掘削機でアンダーカッテイング
を行っている状態を表す説明図である。

【図９】径方向最外周掘削用の補助ビットを設けた本発
明の一実施の形態の変形例の横孔掘削機の掘進前方側か
ら見た正面図である。

【図１０】径方向最外周に異なる構造のビットを設けた
本発明の一実施の形態の変形例の横孔掘削機の掘進前方
側から見た正面図である。

【図１１】図１０に示した本発明の一実施の形態の変形
例における径方向最外周のカッタビットの詳細構造を表
す図２中部分拡大図、図１１（ａ）中ａ方向から見た上
面図、図１１（ｂ）中ｂ−ｂ断面で見た横断面図、図１
１（ｂ）中ｃ−ｃ断面で見た横断面図、図１１（ｂ）中
ｄ方向から見た側面図である。

【図１２】径方向最外周に異なる構造のビットを設けた
本発明の一実施の形態の他の変形例の横孔掘削機を構成
するカッタビット詳細構造を表す図、図１２（ａ）中ｅ
方向から見た上面図、図１２（ｂ）中ｆ方向から見た側
面図である。

【図１３】径方向最外周に異なる構造のビットを設けた
本発明の一実施の形態のさらに他の変形例の横孔掘削機
を構成するカッタビットの詳細構造を表す図、図１３
（ａ）中ｇ方向から見た上面図、図１３（ｂ）中ｈ方向
から見た側面図である。

【図１４】センタカッタ掘削領域に補助ビットを設けた
本発明の一実施の形態の変形例の横孔掘削機の掘進前方
側から見た正面図である。

【図１５】図１４中XV−XV断面による水平断面図であ
る。

【図１６】径方向最外周のカッタビットを置き換えた本
発明の一実施の形態の変形例の横孔掘削機の掘進前方側
から見た正面図である。

【図１７】センタカッタ掘削領域に補助ビットをさらに
追加して設けた本発明の一実施の形態の他の変形例の横
孔掘削機の掘進前方側から見た正面図である。

【図１８】図１７中XVIII−XVIII断面による水平断面図
である。

【図１９】図１７に示した本発明の一実施の形態の他の
変形例におけるセンタカッタ掘削領域の補助ビットのう
ち外周側の補助ビットを省略した場合の掘進前方側から
見た正面図である。

【図２０】図１７に示した本発明の一実施の形態の変形
例における径方向最外周のカッタビットを置き換えた変
形例の横孔掘削機の掘進前方側から見た正面図である。

【図２１】図１９に示した本発明の一実施の形態の変形
例における径方向最外周のカッタビットを置き換えた変
形例の横孔掘削機の掘進前方側から見た正面図である。

【図２２】略十字型のセンタカッタを設けた本発明の一
実施の形態の他の変形例の横孔掘削機の掘進前方側から
見た正面図である。

【図２３】図２２中XXIII−XXIII断面による水平断面図
である。

【図２４】図２２に示した本発明の一実施の形態の他の
変形例におけるセンタカッタ掘削領域の補助ビットを省
略した場合の掘進前方側から見た正面図である。

【図２５】図２２に示した本発明の一実施の形態の変形
例における径方向最外周のカッタビットを置き換えた変
形例の横孔掘削機の掘進前方側から見た正面図である。

【図２６】図２４に示した本発明の一実施の形態の変形
例における径方向最外周のカッタビットを置き換えた変
形例の横孔掘削機の掘進前方側から見た正面図である。

【図２７】カッタビットを２条配置する本発明の一実施
の形態の変形例の横孔掘削機の掘進前方側から見た正面
図である。

【図２８】図２７中XXVIII−XXVIII断面による側断面図
である。

【図２９】図２８に示した本発明の一実施の形態の変形
例における径方向最外周のカッタビットを置き換えた変
形例の横孔掘削機の掘進前方側から見た正面図である。

【図３０】カッタビットを２条配置する本発明の一実施
の形態の変形例の横孔掘削機の掘進前方側から見た正面
図である。

【図３１】図３０中XXXI−XXXI断面による側断面図であ
る。

【図３２】図３１に示した本発明の一実施の形態の変形
例における径方向最外周のカッタビットを置き換えた変
形例の横孔掘削機の掘進前方側から見た正面図である。

【図３３】カッタビットを２条配置かつ段差配置する本
発明の一実施の形態の変形例の横孔掘削機の掘進前方側
から見た正面図である。

【図３４】図３３中XXXIV−XXXIV断面による側断面図で
ある。

【図３５】図３３中XXXV−XXXV断面による水平断面図で
ある。

【図３６】図３３に示した本発明の一実施の形態の変形
例における径方向最外周のカッタビットを置き換えた変
形例の横孔掘削機の掘進前方側から見た正面図である。

【図３７】段差配置した後段側カッタビットの掘削領域
をずらした本発明の一実施の形態の変形例の横孔掘削機
の掘進前方側から見た正面図である。

【図３８】図３７中XXXVIII−XXXVIII断面による水平断
面図である。

【図３９】図３７に示した本発明の一実施の形態の変形
例における径方向最外周のカッタビットを置き換えた変
形例の横孔掘削機の掘進前方側から見た正面図である。

【図４０】従来タイプのカッタビットを略階段状掘削面
となるように配置した本発明の一実施の形態の変形例の
横孔掘削機の掘進前方側から見た正面図である。

【図４１】図４０中XXXXI−XXXXI断面による側断面図で
ある。

【図４２】図４０中Ｌ方向から見た矢視部分拡大図であ
る。

【図４３】図４０に示した本発明の一実施の形態の変形
例における径方向最外周のカッタビットの一部を両刃型
に置き換えた変形例の横孔掘削機の掘進前方側から見た
正面図である。

【図４４】図４３に示した本発明の一実施の形態の変形
例における径方向最外周の両刃型のカッタビットを２つ
の片刃型カッタビットに置き換えた変形例の横孔掘削機
の掘進前方側から見た正面図である。

【図４５】図４４に示した本発明の一実施の形態の変形
例における径方向最外周のカッタビットの一部を他のタ
イプのカッタビットに置き換えた変形例の横孔掘削機の
掘進前方側から見た正面図である。

【図４６】本発明の横孔掘削機の他の実施の形態の全体
構造を表す側断面図である。

【図４７】図４６中Ｄ方向から見た矢視正面図である。

【図４８】径方向最外周に異なる構造のビットを設けた
本発明の他の実施の形態の変形例の横孔掘削機の掘進前
方側から見た正面図である。

【図４９】異なる形状のカッタビットを用いた本発明の
他の実施の形態の変形例のカッタビットの構造を表す図
である。

【図５０】図４９中Ｅ方向から見た上面図である。

【図５１】図４９中Ｆ方向から見た側面図である。

【図５２】さらに異なる形状のカッタビットを用いた本
発明の他の実施の形態の変形例のカッタビットの構造を
表す図である。

【図５３】図５２中Ｇ方向から見た上面図である。

【図５４】図５２中Ｈ方向から見た側面図である。

【図５５】さらに異なる形状のカッタビットを用いた本
発明の他の実施の形態の変形例のカッタビットの構造を
表す図である。

【図５６】図５５中Ｉ方向から見た上面図である。

【図５７】図５５中Ｊ方向から見た側面図である。

【図５８】図５５に示したカッタビットを適用した横孔
掘削機の掘進方向前方側から見た正面図である。

【図５９】図５８中XXXXXIX−XXXXXIX断面による側断面
図である。

【図６０】図５８及び図５９に示した横孔掘削機におい
て掘削を行っている状態を表す説明図である。

【図６１】カッタビットの形状を、掘進方向後方側を上
部よりえぐり取ったような形状とした変形例において掘
削を行っている状態を表す説明図である。

【図６２】図５８に示した本発明の他の実施の形態の変
形例における径方向最外周部に径方向最外周掘削用の補
助ビットを設けた変形例の横孔掘削機の掘進前方側から
見た正面図である。

【図６３】図１７に示した本発明の一実施の形態の変形
例におけるセンタカッタ掘削領域の補助ビットに代え、
図５５〜図５７に示したカッタビットを設けた場合の掘
進前方側から見た正面図である。

【図６４】２種類のカッタビット形状を併用した本発明
の他の実施の形態の変形例の横孔掘削機の掘進方向前方
側から見た正面図である。

【図６５】図６４に示した本発明の他の実施の形態の変
形例における径方向最外周のカッタビットを置き換えた
変形例の横孔掘削機の掘進前方側から見た正面図であ
る。

【図６６】径方向中心部に予備用カッタビットを現出可
能とする本発明の他の実施の形態の変形例の横孔掘削機
の掘進前方側から見た正面図である。

【図６７】図６６中Ｕ−Ｕ断面による側断面図である。

【図６８】図６６に示した本発明の他の実施の形態の変
形例における径方向最外周のカッタビットを置き換えた
変形例の横孔掘削機の掘進前方側から見た正面図であ
る。

【図６９】径方向中心部にローラビットを用いた本発明
の他の実施の形態の変形例の横孔掘削機の掘進前方側か
ら見た正面図である。

【図７０】図６９中Ｗ−Ｗ断面による側断面図である。

【図７１】図６９に示した本発明の他の実施の形態の変
形例における径方向最外周のカッタビットを置き換えた
変形例の横孔掘削機の掘進前方側から見た正面図であ
る。

【図７２】本発明の横孔掘削機のさらに他の実施の形態
の全体構造を表す側断面図である。

【図７３】図７２中Ｎ方向から見た矢視正面図である。

【図７４】図７３中Ｑ部拡大図である。

【図７５】図７３に示した摩耗検出ビットの概念的構成
を示す図である。

【図７６】図７３に示した中間部カッタの詳細構造を表
す拡大正面図である。

【図７７】図７６中Ｒ方向から見た矢視側面図である。

【図７８】図７６中Ｓ方向から見た矢視上面図である。

【図７９】予備用中間部カッタの詳細構造を表す図７２
中Ｔ部の拡大側断面図である。

【図８０】図７２に示した本発明のさらに他の実施の形
態の変形例における径方向最外周のカッタビットを置き
換えた変形例の横孔掘削機の掘進前方側から見た正面図
である。

【符号の説明】

１ シールド本体 ３ カッタヘッド ２８ センタカッタ（先行掘削手段） ２８Ａ センタカッタ（先行掘削手段） ２９ カッタビット ２９′ カッタビット ２９″ カッタビット ２９″′ カッタビット ２９″′−Ｒ カッタビット（予備用先行掘削手段） ４３ ケーブル（摩耗検出手段） ４４ａ，ｂ 作泥材注入口（作泥材注入手段） ４５ センタカッタ（先行掘削手段） ４５Ｄ 摩耗検出ビット（摩耗検出手段） ４６，４６Ａ 中間部カッタ（他の先行掘削手段） ５０ａ カッタビット ５０ｂ カッタビット ５２ ローラビット（先行掘削手段） ５３ 切削ローラ ５４ａ 軸体 ５５ カッタビット Ｍ 掘削面 Ｍa 掘進方向掘削面 Ｍr 径方向掘削面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 深井 政和 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 Ｆターム(参考） 2D054 AC02 AC18 AD02 BA03 BB04 BB05 BB07 GA08 GA46 GA65 GA83 GA92

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】前部に設けたカッタヘッドを回転させて掘
   削を行う横孔掘削機において、 前記カッタヘッドの少なくとも一箇所に、推進方向に突
   出させて設けた先行掘削手段と、この先行掘削手段から
   前記カッタヘッドの径方向位置で、かつ、前記横孔掘削
   機の軸方向後方側に順次位置するように前記カッタヘッ
   ドに配設した複数のカッタビットとを備えたことを特徴
   とする横孔掘削機。
2. 【請求項２】前部に設けたカッタヘッドを回転させて掘
   削を行う横孔掘削機において、 前記カッタヘッドの少なくとも一箇所に、推進方向に突
   出させて設けた先行掘削手段と、この先行掘削手段から
   前記カッタヘッドの径方向位置でかつ前記横孔掘削機の
   軸方向後方側に順次位置し、前記先行掘削手段で掘削し
   た先行掘削面から順次剥離破砕を行い掘削するように前
   記カッタヘッドに配設した複数のカッタビットとを備え
   たことを特徴とする横孔掘削機。
3. 【請求項３】請求項１又は２記載の横孔掘削機におい
   て、前記先行掘削手段を、前記カッタヘッドの中心部に
   設けたことを特徴とする横孔掘削機。
4. 【請求項４】請求項３記載の横孔掘削機において、前記
   カッタヘッドの中心部に設けた先行掘削手段と前記カッ
   タヘッド外周部との間に、他の先行掘削手段を設けたこ
   とを特徴とする横孔掘削機。
5. 【請求項５】請求項４記載の横孔掘削機において、前記
   他の先行掘削手段を、掘削軌跡が略同一円周上となるよ
   うに周方向に間隔をおいて、複数配設したことを特徴と
   する横孔掘削機。
6. 【請求項６】請求項１乃至５記載の横孔掘削機におい
   て、前記複数のカッタビットのうち、少なくとも１つ
   は、掘進方向掘削面に対して負のすくい角を備えている
   ことを特徴とする横孔掘削機。
7. 【請求項７】請求項１乃至５記載の横孔掘削機におい
   て、前記複数のカッタビットのうち、少なくとも１つ
   は、径方向掘削面に対して負のすくい角を備えているこ
   とを特徴とする横孔掘削機。
8. 【請求項８】請求項１乃至５記載の横孔掘削機におい
   て、前記先行掘削手段は、掘進方向掘削面に対して正の
   すくい角を備えていることを特徴とする横孔掘削機。
9. 【請求項９】請求項１乃至５記載の横孔掘削機におい
   て、前記カッタヘッドの最外周側に配設したカッタビッ
   トは、径方向掘削面に対して正のすくい角を備えている
   ことを特徴とする横孔掘削機。
10. 【請求項１０】請求項１乃至５記載の横孔掘削機におい
    て、前記複数のカッタビットのうち、少なくとも１つ
    は、その刃面が、掘進方向掘削面に対して所定の傾斜角
    をなすことを特徴とする横孔掘削機。
11. 【請求項１１】請求項１乃至５記載の横孔掘削機におい
    て、径方向位置が隣接するカッタビットは、それらの掘
    削刃の径方向寸法の回転軌跡どうしの間に径方向間隙が
    介在するように配設されていることを特徴とする横孔掘
    削機。
12. 【請求項１２】請求項１乃至５記載の横孔掘削機におい
    て、前記複数のカッタビットのうち、少なくとも１つ
    は、その刃面が径方向掘削面に対して所定の傾斜角をな
    すことを特徴とする横孔掘削機。
13. 【請求項１３】請求項１乃至５記載の横孔掘削機におい
    て、径方向位置が隣接するカッタビットは、それらの掘
    削刃の掘進方向寸法の回転軌跡どうしの間に掘進方向間
    隙が介在するように配設されていることを特徴とする横
    孔掘削機。
14. 【請求項１４】請求項１乃至５記載の横孔掘削機におい
    て、前記先行掘削手段、又は他の先行掘削手段の摩耗を
    検出する摩耗検出手段を設けたことを特徴とする横孔掘
    削機。
15. 【請求項１５】請求項１乃至５記載の横孔掘削機におい
    て、前記先行掘削手段、又は他の先行掘削手段を、横孔
    掘削機内側から交換可能に構成したことを特徴とする横
    孔掘削機。
16. 【請求項１６】請求項１乃至５記載の横孔掘削機におい
    て、前記先行掘削手段、又は他の先行掘削手段の径方向
    掘削領域の少なくとも一部を掘削する出没可能な予備用
    先行掘削手段を設けたことを特徴とする横孔掘削機。
17. 【請求項１７】請求項１乃至５記載の横孔掘削機におい
    て、前記先行掘削手段、又は他の先行掘削手段をローラ
    ビットで構成したことを特徴とする横孔掘削機。
18. 【請求項１８】請求項１乃至５記載の横孔掘削機におい
    て、前記先行掘削手段、又は他の先行掘削手段近傍位置
    に作泥材注入手段を設けたことを特徴とする横孔掘削
    機。