(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のシールド本体の前端に、外周にカッタビットの付いたスポークを放射状に配した構成のカッタが装備され、該カッタをセンタシャフトで回転駆動させつつ、シールド本体に前向き推力を与えることにより、土中を掘進するシールド掘削機において、
前記スポークの少なくとも１本を、自身の中心軸線回りに自転可能且つ適宜位置で固定可能に設け、
該スポークの外周に周方向に沿って複数のカッタビットを設け、
前記シールド本体の前端にスポークの背後にて進退可能な押付腕を設け、
該押付腕の前端に前記カッタの回転方向に沿った係合部を設け、
前記スポークの外周に、前進位置にある前記係合部と係合しカッタの微小回転に応じて係合部上を転動することにより、スポークに自転力を与える被係合部を設けたことを特徴とするシールド掘削機。
【請求項２】
前記係合部がラックであり、前記被係合部がラックに噛み合うピニオンであることを特徴とする請求項１記載のシールド掘削機。
【請求項３】
前記自転可能なスポークが、前記センタシャフトに固定された内筒と、その外周に回転自在に設けられた外筒とから構成され、前記外筒の外周にカッタビットが取り付けられると共に、内筒の内部に外筒の回転ストッパ手段が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載のシールド掘削機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カッタビットを自動的に交換することにより、掘進距離を延ばせるようにしたシールド掘削機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近のシールドトンネルは、大深度化あるいは海底下に設ける等の理由で、長距離化の傾向にある。従って、掘削用カッタビットの耐久性が重要になってきている。
【０００３】
通常、シールド掘削機のカッタビットは固定式のため、摩耗により掘削能力が低下した場合には、シールド掘削機のチャンバ内に人が入って、新品のビットと交換している。従って、シールド掘削機内に人が入れるよう、点検立坑を設けたり、薬注により地盤改良を行ったりしている。
【０００４】
一方、最近では、ビット交換の面倒を解消する目的で、カッタビットを取り付けるスポークを自身の中心軸線回りに回転（自転）できるようにし、スポークの裏側に予備ビットを取り付けて、通常ビットが摩耗したときにスポークを回転させて予備ビットを前面に出すことで、摩耗したビットを新規のものに交換する技術が開発されている。この場合は、スポークを自転させるための手段として、個別に回転駆動機構が設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前者のシールド掘削機内に人が入ってビット交換を行う方法は、点検立坑を設けたり、薬注を行ったりする必要があるため、非常にコスト高である上、路線によっては実行不可能な場合があった。また、後者のスポークの裏側に予備ビットを取り付けて、必要に応じて回転駆動機構によりスポークを自転させることにより、裏側のカッタビットを前面に出すものでは、回転駆動機構を新たに設けなくてはならないから、構造が複雑でコストアップになるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記事情を考慮し、カッタビットの交換を簡単な構造で行えるようにしたシールド掘削機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、円筒状のシールド本体の前端に、外周にカッタビットの付いたスポークを放射状に配した構成のカッタが装備され、該カッタをセンタシャフトで回転駆動させつつ、シールド本体に前向き推力を与えることにより、土中を掘進するシールド掘削機において、前記スポークの少なくとも１本を、自身の中心軸線回りに自転可能且つ適宜位置で固定可能に設け、該スポークの外周に周方向に沿って複数のカッタビットを設け、前記シールド本体の前端にスポークの背後にて進退可能な押付腕を設け、該押付腕の前端に前記カッタの回転方向に沿った係合部を設け、前記スポークの外周に、前進位置にある前記係合部と係合しカッタの微小回転に応じて係合部上を転動することにより、スポークに自転力を与える被係合部を設けたことを特徴とする。請求項２の発明は、係合部としてラックを設け、被係合部としてラックと噛み合うピニオンを設けたものである。
【０００８】
このシールド掘削機では、カッタビットを交換する場合、まず、交換すべきカッタビットを有したスポークを、所定の押付腕の位置に位置決めし、押付腕を前進させて（前に伸ばして）、係合部（ラック）をスポークの外周の被係合部（ピニオン）に押当てる。その状態でスポークを自転できる状態にし、センタシャフトを微小回転させて、カッタを旋回（公転）させる。そうすると、スポークの移動に応じて被係合部（ピニオン）が係合部（ラック）上を転動することにより、スポークが公転方向と反対方向に自転し、裏側にあったカッタビットが前面に回る。このようにスポークが回ってカッタビットの位置が交替したら、スポークを再び固定状態にし、押付腕を後退させて、通常の掘削作業に移る。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１または２において、前記自転可能なスポークが、前記センタシャフトに固定された内筒と、その外周に回転自在に設けられた外筒とから構成され、前記外筒の外周にカッタビットが取り付けられると共に、内筒の内部に外筒の回転ストッパ手段が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施形態のシールド掘削機の正面図、図２は同要部断面図である。このシールド掘削機は、円筒状のシールド本体１の前端に前端壁２を有し、その前方に適当な隙間をおいてカッタ３を有する。カッタ３は、複数本（この場合は偶数の６本）のスポーク１０を等間隔で放射状に設け、各スポーク１０の外周にカッタビット５Ａ、５Ｂを取り付けたものであり、全スポーク１０の中心集合部でセンタシャフト４の先端に連結され、センタシャフト４よって回転駆動される。シールド掘削機は、このカッタ３を、図１、図２中矢印（イ）のように回転駆動させつつ、シールド本体１に前向き推力を与えることにより、土中を掘進する。
【００１１】
前記スポーク１０は、センタシャフト４に固定された内筒１１と、その外周に矢印（ロ）のように回転可能に設けられた外筒１２との二重構造に構成され、外筒１２の外周にカッタビット５Ａ、５Ｂが取り付けられている。カッタビット５Ａ、５Ｂは、外筒１２の周方向に１８０度離れて配置されており、前面のカッタビット５Ａを最初に使用するものとした場合、背面のカッタビット５Ｂが予備のものとなる。これらのカッタビット５Ａ、５Ｂは、外筒１２を矢印（ロ）の方向に１８０度回転させることにより、位置が交換する。なお、スポーク１９は２種類あり、一方が外筒１２の長いスポーク１０Ａ、もう一方が外筒１２の短いスポーク１０Ｂである。これらは一つおきに配置されている。
【００１２】
内筒１１の内部には、適当な位置に、外筒１２の回転を止めるストッパ（回転ストッパ手段）１４が設けられている。このストッパ１４は、いずれかのカッタビット５Ａ、５Ｂがシールド掘削機の前面の所定位置に来たときに、確実に外筒１２を回転止めできる機能を有する。
【００１３】
外筒１２の所定位置（カッタ３の回転時に同一通過軌跡を描く位置）には、ピニオン（被係合部）１６が設けられている。ピニオン１６は、外筒１２の外周に沿って適当な角度範囲（全周でもよい）に形成されている。また、シールド本体１の前端壁２には、ピニオン１６の通過軌跡の位置に対応させて、スポーク１０の背後にて前進後退可能な押付腕２０が設けられている。押付腕２０は、油圧シリンダ等の簡単な駆動機構２１によって適宜前進後退させられる。押付腕２０の前端には、カッタ３の回転方向に沿ったラック２２が設けられており、押付腕２０を前進させることで、ラック（係合部）２２を、スポーク１０のピニオン１６に押当てられるようになっている。
【００１４】
次に作用を図３、図４を併せて参照しながら説明する。
通常の掘進時には、図３（ａ）に示すように押付腕２０を後退させ、スポーク１０の外筒１２をストッパ１４で回り止めした状態で、センタシャフト４でカッタ３を回して掘進を行う。
【００１５】
次に、前面のカッタビット５Ａを背面のカッタビット５Ｂと交換する場合は、交換しようとするカッタビット５Ａ、５Ｂを有したスポーク１０を、カッタ３を回すことにより、押付腕２０のある位置まで移動する。そして、図３（ｂ）、図４に示すように、押付腕２０を前進させて（前に伸ばして）、ラック２２を、スポーク１０の外筒１２に設けたピニオン１６に押当てる。その状態で、ストッパ１４を解除して外筒１２を自転できる状態にし、センタシャフト４を微小回転させて、カッタ３を旋回（公転）させる。そうすると、図３中矢印（イ）で示すようなスポーク１０の移動に応じて、ピニオン１６がラック２２上を転動することになり、それによって、スポーク１０の外筒１２が、カッタ３の回転方向と反対方向〔矢印（ロ）の方向〕に自転し、裏側にあったカッタビット５Ｂが前面に回る。
【００１６】
このようにスポーク１０の外筒１２が回って、カッタビット５Ａ、５Ｂの位置が交替したら、ストッパ１４を作動して外筒１２を再び固定状態にし、押付腕２０を後退させて、通常の掘削作業に移る。
【００１７】
他のスポーク１０のカッタビット５Ａ、５Ｂを交換する場合も、上記の作業を繰り返す。そうすることにより、カッタ３の回転方向の１箇所に設けた押付腕２０によって、全部のスポーク１０のカッタビット５Ａ、５Ｂの交換を行うことができる。
【００１８】
なお、押付腕２０は、カッタ３の回転方向に複数設けてもよいし、カッタ３の回転半径方向に複数設けてもよい。後者の場合は、押付腕２０に対応させて、スポーク１０にも複数のピニオン１６を設ける。
【００１９】
また、上記実施形態のラック２２とピニオン１６は、必ずしも歯が係合する形式のものでなくてもよく、単に摩擦で係合するものであってもよい。
【００２０】
また、カッタビット５Ａ、５Ｂは、単に摩耗時の交換用として予備を設けるのではなく、土質に応じて交換できるように予備のカッタビットを設けてもよい。さらに、外筒１２は任意の角度回すことも可能であるから、周方向に３種以上のカッタビットを設けて、適宜交換するようにしてもよい。その場合は、周方向３箇所以上で外筒１２を固定できるストッパ１４を設ける必要がある。
【００２１】
また、上記実施形態では、全部のスポーク１０について、カッタビットを交換できるようにしたが、必ずしも全部でなくてよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、スポークを回すことでカッタビットの交換ができるので、シールド掘削機のチャンバ内に人が入らずに、カッタビットの交換作業を行うことができる。従って、点検立坑を設けたり、薬注を行ったりする必要がなく、コストをかけずに掘進距離を延ばすことができる。また、本発明では、スポーク側の被係合部と、押付腕側の係合部を用いることにより、カッタの回転動力を利用してスポークを回すようにしたので、スポークを回転駆動するアクチュエータ機構を別に設けなくても、カッタビットの交換が自動的にでき、構造が単純で、コストの低減が図れる。特に、カッタを回すことで各スポークを押付腕に対応させるようにしたので、押付腕の個数を最低１個設けるだけでよく、無駄な設備がいらない。また、請求項２の発明のように、係合部をラックで構成し、被係合部をピニオンで構成した場合は、確実な噛み合いによりスポークを回せるようになる。
【００２３】
また、請求項３の発明のように、内筒と外筒の組合わせでスポークを構成し、内筒の内部スペースに回転ストッパ手段を設けることにより、コンパクトな構成で請求項１の発明のシールド掘削機を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のシールド掘削機の正面図である。
【図２】同シールド掘削機の要部側断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面部分の動作説明図で、（ａ）は通常掘削時の状態、（ｂ）はカッタビット交換時の状態を示す図である。
【図４】図３の（ｂ）の状態のときの斜視図である。
【符号の説明】
１  シールド本体
３  カッタ
４  センタシャフト
５Ａ，５Ｂ  カッタビット
１０，１０Ａ，１０Ｂ  スポーク
１１  内筒
１２  外筒
１４  ストッパ（回転ストッパ手段）
１６  ピニオン（被係合部）
２０  押付腕
２２  ラック（係合部）
【図１】
0003561822.tif 000002
【図２】
0003561822.tif 000003
【図３】
0003561822.tif 000004
【図４】
0003561822.tif 000005