(57)【要約】【課題】簡単な構成でカッタービットを機内側から複数回交換することのできるシールド掘進機と、カッタービットを容易に交換できる方法を提供する。【解決手段】カッタービット４を、シールド掘進機１の前面に突出するビット部４ａとこのビット部４ａを支持する支持部材４ｂとから構成して、この支持部材４ｂを、カッターヘッド３のビット装着孔とカッターヘッド３と連動して回転する隔壁６の上記ビット装着孔に対向する位置に設けられた取出し孔とに連通する筒状の連結部材１７内に収納して支持するとともに、カッタービット４の交換時には、上記カッタービット４を上記取出し孔からシールド掘進機１の内部側に引出して回収するようにした。【選択図】　　　　図１
2004068350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド胴部と、このシールド胴部の前面に設けられた、カッタービットを装着したカッターヘッドと、上記シールド胴部の内部に設けられ、上記カッターヘッドと連動して回転する隔壁とを備えたシールド掘進機において、上記カッタービットを、シールド掘進機の前面に突出するビット部とこのビット部を支持する支持部材とから構成し、この支持部材を、上記カッターヘッドのビット装着孔と上記隔壁の上記ビット装着孔に対向する位置に設けられた取出し孔とに連通する筒状の連結部材内に収納して支持したことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
上記カッタービットを、カッタービットの長さ方向の軸周りに回転可能に支持したことを特徴とする請求項１に記載のシールド掘進機。
【請求項３】
上記支持部材の後端部を、減速機を介してモータに接続したことを特徴とする請求項２に記載のシールド掘進機。
【請求項４】
上記支持部材の後端部の側面とシールド掘進機の非回転側とをピニオンギヤで連結し、上記カッタービットをカッターヘッドの回転に連動して回転させるようにしたことを特徴とする請求項２に記載のシールド掘進機。
【請求項５】
シールド掘進機の胴部前面に設けられたカッターヘッドに装着されるカッタービットを、シールド掘進機の前面に突出するビット部とこのビット部を支持する支持部材とから構成し、この支持部材を、上記カッターヘッドのビット装着孔と上記カッターヘッドと連動して回転する隔壁の上記ビット装着孔に対向する位置に設けられた取出し孔とに連通する筒状の連結部材内に収納して支持するとともに、カッタービットの交換時には、上記カッタービットを上記取出し孔からシールド掘進機内部に引出して回収するようにしたことを特徴とするカッタービットの交換方法。
【請求項６】
上記支持部材の後端側に引出し用のロッドを接続して、上記カッタービットを回収するようにしたことを特徴とする請求項５に記載のカッタービットの交換方法。
【請求項７】
上記取出し孔に、バルブゲート付のケーシングシャフトを接続してカッタービットを引出し、上記カッタービットの先端が上記バルブゲートを通過した時点で上記バルブゲートを閉鎖し、上記カッタービットを回収するようにしたことを特徴とする請求項５または請求項６に記載のカッタービットの交換方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド掘進機のカッタービットを交換する方法と、機内にてカッタービットの交換が可能なシールド掘進機の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、シールド工法においては、長距離施工が重要な課題となっているが、その中でも、掘削により摩耗したカッタービットの交換が問題とされている。
従来、カッタービットの交換は、図８（ａ）に示すように、シールド掘進機５０の経路に地上５１から立坑５２を掘削した後、この立坑５２内に作業員Ｓが入って、カッターヘッド５３の前面から摩耗したカッタービット５４を取り外して交換したり、図８（ｂ）に示すように、カッターヘッド５３の前面の地山を薬剤注入や凍結等により地盤改良して作業領域５５を確保した後、作業員Ｓが上記作業領域５５の地中に入り込んでカッタービット５４の交換作業をしていた。
しかし、上記立坑掘削においては、工事費のコストアップや地上の占有による交通阻害を招いてしまうといった問題があり、また、地中交換作業においては、凍結工法や高圧攪拌噴射工法等の特殊な地盤改良を行う必要があり、かつ、出水による閉所作業箇所の浸水といった危険を伴うなど、コスト、交通障害、安全性において問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、最近では、例えば、図９（ａ），（ｂ）に示すように、カッターヘッド６０に装着された固定ビット６１の内側に、予備のカッタービット（レスキュービット）６２を油圧ジャッキ６３と連結して収納しておき、上記固定ビット６１が摩耗限界に達したとき、機内から油圧操作により上記油圧ジャッキ６３を伸張させ、レスキュービット６２をカッターヘッド６０の前面に押出す方法や、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、カッタービット７１が取付けられたカッタースポーク７０の背面側に予備のカッタービット７２，７３を取付けておき、必要に応じて上記カッタースポーク７０を回転させてカッタービットを更新する方法など、機械的な交換方法が種々発案されているが、そのほとんどは交換回数が１回〜２回と限られており、長距離施工を行うには十分とはいえなかった。
その他に、カッター部を収納できる球体を設け、カッタービットの交換時には、カッタースポークを上記球体内に引き込み、上記球体全体を機内内側に回転させてカッタービットの点検・交換を行う方法もあるが、機械的に複雑であり小断面への適用が困難なだけでなく、スポーク構造のものにしか適用できないといった問題点があった。
【０００４】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、簡単な構成でカッタービットを機内側から複数回交換することのできるシールド掘進機と、カッタービットを容易に交換できる方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、カッターヘッドと隔壁とが連動して回転するタイプのシールド掘進機のカッターヘッドと上記隔壁との間に、機内側に引出し交換可能なタイプのカッタービットを装着することにより、各カッタービットをそれぞれ独立に、かつ、容易に、複数回交換することが可能となることを見いだし、本発明に到ったものである。
すなわち、本発明の請求項１に記載のシールド掘進機は、シールド胴部と、このシールド胴部の前面に設けられた、カッタービットを装着したカッターヘッドと、上記シールド胴部の内部に設けられ、上記カッターヘッドと連動して回転する隔壁とを備えたシールド掘進機であって、上記カッタービットを、シールド掘進機の前面に突出するビット部とこのビット部を支持する支持部材とから構成し、この支持部材を、上記カッターヘッドのビット装着孔と上記隔壁の上記ビット装着孔に対向する位置に設けられた取出し孔とに連通する筒状の連結部材内に収納して支持し、カッタービットの交換時には、上記カッタービットを上記取出し孔からシールド掘進機内部に引出して回収できるように構成したものである。
【０００６】
請求項２に記載のシールド掘進機は、上記カッタービットを、カッタービットの長さ方向の軸周りに回転可能に支持し、カッタービットを自転させたり、カッタービットの向きを任意に変更できるようにしたものある。
請求項３に記載のシールド掘進機は、上記支持部材の後端部を、減速機を介してモータに接続し、上記カッタービットをカッターヘッドとは独立に自転できるようにしたものである。
請求項４に記載のシールド掘進機は、上記支持部材の後端部の側面とシールド掘進機の非回転側とをピニオンギヤで連結し、上記カッタービットをカッターヘッドの回転に連動して自転させるようにしたものである。
【０００７】
また、請求項５に記載のカッタービットの交換方法は、シールド掘進機の胴部前面に設けられたカッターヘッドに装着されるカッタービットを、シールド掘進機の前面に突出するビット部とこのビット部を支持する支持部材とから構成し、この支持部材を、上記カッターヘッドのビット装着孔と上記カッターヘッドと連動して回転する隔壁の上記ビット装着孔に対向する位置に設けられた取出し孔とに連通する筒状の連結部材内に収納して支持するとともに、カッタービットの交換時には、上記カッタービットを上記取出し孔からシールド掘進機内部に引出して回収するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
請求項６に記載のカッタービットの交換方法は、上記支持部材の後端側に引出し用のロッドを接続して、上記カッタービットを回収するようにしたことを特徴とする。
請求項７に記載のカッタービットの交換方法は、上記取出し孔に、バルブゲート付のケーシングシャフトを接続してカッタービットを引出し、上記カッタービットの先端が上記バルブゲートを通過した時点で上記バルブゲートを閉鎖し、上記カッタービットを回収するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係わるシールド掘進機１の要部構成を示す図で、（ａ）図は正面図、（ｂ）図は（ａ）図のＡ−Ａ断面図である。同図において、２はシールド掘進機１の胴部、３は上記胴部２の前面に取付けられ、先端部に切り羽を掘削するための複数のビットが取付けられた複数本のカッタービット４とセンターカッター５とを装着した円盤状のカッターヘッド、６は上記胴部２の内部を前，後に仕切る円盤状の隔壁、７は上記カッターヘッド３と上記隔壁６とを連結する連結シャフト、８は上記隔壁６の内部側に設置された円盤状の駆動装置取付盤で、この駆動装置取付盤８の外周側に上記カッターヘッド３と上記隔壁６とを連動して回転するための駆動モータ９と減速機１０とを備えた駆動装置１１が取付けられる。
また、１２は上記カッターヘッド３の裏面側と隔壁６との間に設けられた掘削チャンバー１３内に高圧の泥水を送るための送泥管、１４は上記カッタービット４及びセンターカッター５で掘削され、カッターヘッド３に設けられた土砂導入孔１５から上記掘削チャンバー１３内に採り込まれた土砂等と上記泥水とをシールド掘進機１の後方に送るための排泥管である。
本例では、図２（ａ），（ｂ）にも示すように、上記隔壁６の機内側に回転ギヤ１６を上記連結シャフト７と同心円状に取付け、上記駆動装置１１を駆動して、この回転ギヤ１６を駆動装置１１のそれぞれの出力軸１１ａに取付けられた駆動ギヤ１１ｂにより回転させることにより、カッターヘッド３と隔壁６とを連動して回転させるとともに、上記カッタービット４を、シールド掘進機１の前面に突出して、シールド掘進機１の前面の地山を掘削するビット部４ａと、このビット部４ａの後端部から隔壁６方向に延長し、上記ビット部４ａを支持する棒状の支持部材４ｂとから構成し、この支持部材４ｂを上記カッターヘッド３と上記隔壁６との間に設けられた筒状の連結部材１７内に収納して支持する構成としている。なお、上記図１では、カッタービット４の取付け状態をわかりやすくするため、カッタービット４等の各構成部品の寸法を変更しているので、周縁部のカッタービット４の引出しスペースが確保されていないように見えるが、実際には上記引出しスペースは十分確保されていることは言うまでもない。
【００１０】
上記カッタービット４を取付ける際には、図３（ａ）に示すように、上記カッターヘッド３に設けられたビット装着孔３ｓと、上記隔壁６の上記ビット装着孔３ｓに対向する位置に設けられた孔部（以下、取出し孔という）６ｓとに連通する筒状の連結部材１７を取付け、この連結部材１７内に、上記カッタービット４を、ビット部４ａが上記カッターヘッド３の前面に突出するまで挿入して上記カッタービット４をカッターヘッド３に装着した後、上記連結部材１７の機内側の開口端を蓋部材にて閉鎖する。なお、上記蓋部材としては、例えば、上記連結部材１７の上記開口端近傍の外周側にネジ部１７ｚを設けておき、一端が開口し内壁側にネジ部１８ｚが設けられた筒状の蓋部材１８を準備し、この蓋部材１８を上記連結部材１７に螺入するようにすればよい。あるいは、図３（ｂ）に示すように、連結部材１７の上記開口端にフランジ部１７ｆを設けて、このフランジ部１７ｆに円盤状の蓋部材１８Ｆを取付けたり、図３（ｃ）に示すように、連結部材１７を隔壁６から内側に突出させないようにして、隔壁６に直接蓋部材１８Ｆを取付けるようにしてもよい。
このとき、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、蓋部材１８（１８Ｆ）に螺入され、カッタービット４の支持部材４ｂの後端面をカッターヘッド３方向に押出すための調整棒１８ｋを設けたり、蓋部材１８（１８Ｆ）と上記支持部材４ｂの後端面との間にスペーサ部材を挿入するなどして、カッタービット４の押出し量を調整することにより、カッタービット４の高さ（ビット部４ａの出しろ）を任意に調整することができる。このとき、上記連結部材１７の内壁側にＯリング１９を挿入してシーリングするとともに、上記蓋部材１８（１８Ｆ）により、上記カッタービット４が掘削する地山から受ける反力を受けとめる。なお、このＯリング１９はカッタービット４の支持部材４ｂの外周側に取付けてもよい。
【００１１】
次に、上記カッタービット４の交換方法について説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、交換するカッタービット４が収納されている連結部材１７から蓋部材１８を取り外した後、図４（ｂ）に示すように、カッタービット４の支持部材４ｂの後端面に予め設けられたロッド接続用の穴部４ｋに引出し用ロッド２０を接続するとともに、連結部材１７の後部開口端にバブルゲート付のケーシングシャフト２１を接続する。この時点では、上記ケーシングシャフト２１のバブルゲート２１Ｇは開放状態にある。
なお、蓋部材１８を取り外し時には、連結部材１７の隔壁６の内側において、上記支持部材４ｂの後端面側をボルトで押えたり、ピンを通しておくなどして、カッタービット４が圧力で内側に押出されないようにしておき、カッタービット４の引出し時には上記ボルトあるいはピンを開放し、上記ボルトやピンの挿入孔を塞いでおくようにする。
その後、図４（ｃ）に示すように、引出し用ロッド２０を後方（シールド掘進機１の内部側）に引出すことにより、上記カッタービット４を徐々に引出し、ビット部４ａの先端が上記バブルゲート２１Ｇを通過し、カッタービット４が上記ケーシングシャフト２１内に装着されたＯリング２１ｒによりシーリングされた時点で上記バブルゲート２１Ｇを閉鎖する。その後、上記カッタービット４をにシールド掘進機１の内部側に引出して回収する。なお、新しいカッタービットをセットするときには、上記とは逆の手順となる。
【００１２】
このように、本実施の形態によれば、カッタービット４を、シールド掘進機１の前面に突出するビット部４ａとこのビット部４ａを支持する支持部材４ｂとから構成して、この支持部材４ｂを、カッターヘッド３のビット装着孔３ｓとカッターヘッド３と連動して回転する隔壁６の上記ビット装着孔３ｓに対向する位置に設けられた取出し孔６ｓとに連通する筒状の連結部材１７内に収納して支持するとともに、カッタービットの交換時には、上記取出し孔６ｓ側からカッタービット４の支持部材４ｂの後端面に引出し用ロッド２０を接続して、上記カッタービット４をシールド掘進機１の内部側に引出して回収するようにしたので、地盤改良等の補助工法を必要とすることなく、各カッタービット４をそれぞれ独立に、かつ、容易に、複数回交換することができる。また、カッター前面での危険な作業がないので、安全にカッタービット４の交換作業を行うことができる。
また、各カッタービット４をそれぞれ独立に交換することができるので、例えば、摩耗の激しい外周部を特定して交換するなど、カッタービット４の交換を効率的に行うことができる。
更に、上記構成を採ることにより、カッタービット４のビット部４ａの高さ（出しろ）を任意に調整することができるので、チップを多段式にして摩耗に応じて押出す構成とすることも可能である。
【００１３】
なお、上記実施の形態では、駆動装置１１を４台とした例を示したが、これに限るものではなく、駆動装置１１の台数はシールド掘進機１の大きさ等により適宜設定されるものである。
また、上記例では、カッタービット４として、先端部に複数のビットが取付けられた円盤状のビット部４ａを備えたものを例示したが、本発明は、ビット部４ａの形状や、チップの数，配列等の異なるカッタービットにも適用可能であることはいうまでもない。また、ビット部４ａが１個のチップから構成されたカッタービット４にも適用可能である。
【００１４】
また、図５に示すように、カッタービット４の後方に減速機２２及びモータ２３を備えたビット回転手段２４を設け、このビット回転手段２４の出力軸２４ａをカッタービット４の支持部材４ｂの後端部に接続することにより、カッタービット４をカッターヘッド３とは独立に自転させたり、図６に示すように、カッタービット４の支持部材４ｂの後端部の側面にピニオンギヤ４ｐを取付け、このピニオンギヤ４ｐを上記駆動装置取付盤８などのシールド掘進機１の非回転部３０に、連結シャフト７と同心円状に配置されたメインギヤ３０Ｇと噛み合わせて、上記カッタービット４を上記メインギヤ３０Ｇの周りに回転させることにより、上記カッタービット４をカッターヘッド３の回転に連動して自転させるようにすれば、硬質の地盤であっても十分な掘削を行うことが可能となる。
また、カッタービット４のビット部４ａは、カッターヘッド３の回転方向（周方向）の面が摩耗しやすいので、例えば、図７（ａ）に示すように、カッタービット４の支持部材４ｂの後端部の側面にギヤ４ｑを取付け、このギヤ４ｑを手動で回転させるなどして、カッタービット４の向きを変更可能とすることにより、図７（ｂ）に示すように、ビット部４ａの回転方向の面４ｍ，４ｍが摩耗した場合には、上記カッタービット４の向きを９０°回転させて、摩耗の少ない径方向の面４ｎ，４ｎをカッターヘッド３の回転方向に位置するようにすれば、カッタービット４の交換時期を延ばすことができ、カッタービット４を有効に使用することができる。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、カッターヘッドと連動して回転する隔壁とを備えたシールド掘進機において、上記カッタービットを、シールド掘進機の前面に突出するビット部とこのビット部を支持する支持部材とから構成し、この支持部材を、上記カッターヘッドのビット装着孔と上記隔壁の上記ビット装着孔に対向する位置に設けられた取出し孔とに連通する筒状の連結部材内に収納して支持し、カッタービットの交換時には、上記カッタービットを上記取出し孔からシールド掘進機内部に引出して回収できるようにしたので、各カッタービットをそれぞれ独立に、かつ、容易に、複数回交換することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るシールド掘進機の要部構成を示す図である。
【図２】図１（ｂ）のＢ−Ｂ断面図及びＣ−Ｃ断面図である。
【図３】カッタービットの構成とその取付け構造を示す図である。
【図４】カッタービットの交換方法を示す図である。
【図５】カッタービットの自転機構を示す図である。
【図６】カッタービットの他の自転機構を示す図である。
【図７】カッタービットの角度調整方法を示す図である。
【図８】従来のカッタービットの交換方法を示す図である。
【図９】従来のカッタービットの機械的交換方法を示す図である。
【図１０】従来のカッタービットの機械的交換方法を示す図である。
【符号の説明】
１　シールド掘進機、２　胴部、３　カッターヘッド、３ｓ　ビット装着孔、４　カッタービット、４ａ　ビット部、４ｂ　支持部材、５　センターカッター、６　隔壁、６ｓ　取出し孔、７　連結シャフト、８　駆動装置取付盤、
９　駆動モータ、１０　減速機、１１　駆動装置、１２　送泥管、
１３　掘削チャンバー、１４　排泥管、１５　土砂導入孔、１６　回転ギヤ、
１７　筒状の連結部材、１８，１８Ｆ　蓋部材、１８ｋ　調整棒、
１９　Ｏリング、２０　引出し用ロッド、２１　ケーシングシャフト、
２１Ｇ　バブルゲート。
【図１】
2004068350.tif 000003
【図２】
2004068350.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004068350.tif 000009
【図８】
2004068350.tif 000010
【図９】
2004068350.tif 000011
【図１０】
2004068350.tif 000012