(57)【要約】【課題】単純な構造で経済性・信頼性が高く、しかも交換の作業性も良くて、小口径シールドへの適用性が高いカッタビット交換装置を提供する。【解決手段】前面にビット４を保持した断面矩形のビット台９が、角筒状のガイドケーシング８中にピストンのように直進摺動可能に嵌装され、このビット台９をガイドケーシング８の先端まで摺動させることにより、ビット台９の前面がガイドケーシング８の先端開口を閉じてビット４がカッタヘッド１の前面に露呈し、ビット台９をガイドケーシング８から掘進機本体５内へ引き抜くことにより、ビット台９に対するビット４の交換が可能になっている。ビット台９をガイドケーシング８に対して挿脱する際に、ガイドケーシング８の先端開口を開閉するゲート機構１２が備えられている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前面にビットを保持したビット台が、筒状のガイドケーシング中にピストンのように直進摺動可能に嵌装され、このビット台をガイドケーシングの先端まで摺動させることにより、ビット台の前面がガイドケーシングの先端開口を閉じてビットがカッタヘッドの前面に露呈し、ビット台をガイドケーシングから掘進機本体内へ引き抜くことにより、ビット台に対するビットの交換が可能になっていることを特徴とするシールド掘進機のカッタビット交換装置。
【請求項２】
ビット台に保持して交換するビットが、カッタスポークにおいて摩耗度が他の部分よりも高くなる一部分のビットであることを特徴とする請求項１記載のカッタビット交換装置。
【請求項３】
ビット台が断面矩形、ガイドケーシングが角筒形になっていることを特徴とする請求項１又は２記載のカッタビット交換装置。
【請求項４】
ビット台の前面がガイドケーシングの先端開口を内側から閉じた状態でビット台をロックするロック機構を備えたことを特徴とする請求項１、２又は３記載のカッタビット交換装置。
【請求項５】
ビット台をジャッキと着脱自在に連結する連結ロッドを備え、該連結ロッドでジャッキに連結することによりビット台をガイドケーシングに対し挿脱できるようになっていることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のカッタビット交換装置。
【請求項６】
ロック機構は、連結ロッドをガイドケーシングの後端開口部で固定することによりビット台をロックすることを特徴とする請求項５記載のカッタビット交換装置。
【請求項７】
ロック機構は、ガイドケーシングの後端開口において止水する止水機構を兼ねていることを特徴とする請求項６記載のカッタビット交換装置。
【請求項８】
ビット台をガイドケーシングに対して挿脱する際に、ガイドケーシングの先端開口を開閉するゲート機構を備えたことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６又は７記載のカッタビット交換装置。
【請求項９】
ゲート機構は、カッタヘッドの裏側において止水ゲート板によりガイドケーシングの先端開口を開閉することを特徴とする請求項８記載のカッタビット交換装置。
【請求項１０】
止水ゲート板とビット台との間の空間に注水する注水手段を備えたことを特徴とする請求項９記載のカッタビット交換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド掘進機において、カッタヘッド上のビットの交換を行うカッタビット交換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、都市部におけるシールド工事は、環境問題や埋設物の輻輳化や用地確保の問題などから大深度・長距離化の傾向にある。大深度・長距離施工には、より耐久性の高いビットや、ビットをシールド掘進機内から交換可能な機構が不可欠であり、コスト削減や作業性などの観点から様々な機械式ビット交換装置が提案されている。
【０００３】
その一つとして、特許文献１（特開平１０−２８０８７８号公報）及び特許文献２（特開２００１−２７０９５号公報）に開示されたビット交換装置では、ガイドレールが、装置本体内からカッタヘッドに沿ってその外周へと屈曲して設けられ、ビットをそれぞれ保持した複数の移動ブロック（ホルダ）が屈曲可能に連結されてガイドレールに移動可能に装着され、これら移動ブロックをガイドレールに沿って屈曲させながら移動させることで、ビット群を移動ブロックと共にカッタヘッドの前面から装置本体内へ引き込むことができるようになっている。また、装置本体内から延びているガイドレールの本体側端部に、移動ブロック及びそのビットの移動を許容する開口部が設けられ、この開口部をゲート機構で開閉する構造になっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２８０８７８号公報（第３〜４頁、図４、図５）
【特許文献２】
特開２００１−２７０９５号公報（第６頁、図１、図３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これによると、ガイドレールを装置本体内からカッタヘッドに沿ってその外周へと屈曲して設け、連結した移動ブロックをガイドレールに沿って屈曲移動させながら装置本体内へ引き込むため、小口径シールドへの適用が困難であるとか、交換装置を複数箇所に設置することが難しいとか、構造が複雑であるとか、止水が難しいなどの問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、単純な構造で経済性・信頼性が高く、しかも交換の作業性も良くて、小口径シールドへの適用性が高いカッタビット交換装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によるカッタビット交換装置では、前面にビットを保持したビット台が、ガイドケーシング中にピストンのように直進摺動可能に嵌装され、このビット台をガイドケーシングの先端まで摺動させることにより、ビット台の前面がガイドケーシングの先端開口を閉じてビットがカッタヘッドの前面に露呈し、ビット台をガイドケーシングから掘進機本体内へ引き抜くことにより、ビット台に対するビットの交換が可能になっている。
【０００８】
その好ましい形態は次のとおりである。
ビット台に保持して交換するビットは、カッタスポークにおいて摩耗度が他の部分よりも高くなる一部分のビットでよい。例えば、小口径シールドの場合、カッタヘッドの内周側のビットは、外周側のビットに比べて切羽との摺接距離が少ないため、ビット交換の必要性がほとんどなく、カッタ台に保持して交換するビットは、外周側のビットだけで構わない。
【０００９】
ビット台自体の回転や揺動を防止するため、ビット台は断面矩形、ガイドケーシングは角筒形とするのが好ましい。
【００１０】
ビット台は、その前面がガイドケーシングの先端開口を内側から閉じた状態でロック機構によりロックする。
【００１１】
ビット台とジャッキとを連結ロッドにて着脱自在に連結し、ビット台をジャッキによりガイドケーシングに対し挿脱する。
【００１２】
ロック機構は、連結ロッドをガイドケーシングの後端開口部で固定することによりビット台をロックする。
【００１３】
ロック機構は、ガイドケーシングの後端開口において止水する止水機構を兼ねることができる。
【００１４】
ビット台をガイドケーシングに対して挿脱する際に、ガイドケーシングの先端開口をゲート機構にて開閉する。
【００１５】
ゲート機構は、カッタヘッドの裏側において止水ゲート板によりガイドケーシングの先端開口を開閉する。
【００１６】
新たなビットに交換したビット台を再セットする場合、切羽圧に対抗させるために、ビット台と止水ゲート板との間の空間に注水手段にて注水する。この後、止水ゲート板を開放する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１に、本発明のカッタビット交換装置を組み込んだ小口径シールド掘進機の一例の正面図、図２にその断面図を示す。本例のシールド掘進機では、カッタヘッド１に３組のカッタスポーク２が１２０度の位相差をもったＹ形配置にして装着され、各カッタスポーク２毎に本発明のカッタビット交換装置３が組み込まれ、各カッタスポーク２毎にその一部のビット４だけ掘進機本体５内で交換できるようになっている。従って、カッタビット交換装置３は３組あるが、これらは、カッタヘッド１とバルクヘッド６との間のチャンバ７内で放射状に配置されている。カッタヘッド１は、掘進機本体５の前部に従来と同様に回転自在に装着されている。
【００１９】
各カッタビット交換装置３は、カッタヘッド１の裏側に設置された角筒形のガイドケーシング８と、このガイドケーシング８中にピストンのように前後に直進摺動自在に嵌装され、前面にビット４を保持した断面矩形のビット台９と、このビット台９をジャッキ（図示せず）と連結して掘進機本体５内に引き抜くための連結ロッド１０と、この連結ロッド１０をガイドケーシング８の後端開口部で固定することでビット台９をロックするとともに、ガイドケーシング８の後端開口を止水するロック機構１１と、ガイドケーシング８の先端開口を開閉するゲート機構１２とからなる。
【００２０】
各ガイドケーシング８は、掘進機本体５内とチャンバ７とを区画する内部隔壁１２から、カッタスポーク２の外周端部へ向かって斜め前方に真っ直ぐ延び、先端がカッタヘッド１の裏側で開口するとともに、後端が内部隔壁１３の後面で開口している。ガイドケーシング８は角筒形であるため、その先端開口は垂直面で矩形に開口し、後端開口は傾斜面で矩形に開口していることになる。
【００２１】
ビット台９は、角筒形のガイドケーシング８内をピストンのように直進摺動することから、ガイドケーシング８の中心線と直交する方向の断面は矩形であるが、ビット台９をガイドケーシング８の先端まで摺動させたとき、ビット台９の前面でガイドケーシング８の垂直な先端開口を内側からそのまま閉じることができるように、ビット台９の前面は垂直面であるのに対し、後面はガイドケーシング８の中心線との直交面となっている。従って、ガイドケーシング８の中心線に沿った方向のビット台９の断面は、前面を形成する一辺のみが斜辺となる四辺形となる。
【００２２】
ビット台９の前面には、複数個のビット４が交換可能に等間隔に保持されている。図の例の場合、各カッタスポーク２について、最外端のビット４とその内側２個のビット４の３個のビット４のみを交換するため、これら３個のビット４がビット台９の前面に保持されている。
【００２３】
連結ロッド１０は、その前端ジョイント部１０ａがピボット１４にてビット台９に回動可能に接続されている。連結ロッド１０の後端には、図示しない油圧ジャッキと着脱自在に接続できる後端ジョイント部１０ｂが設けられている。連結ロッド１０の長さは、ビット台９をガイドケーシング８の先端開口まで摺動させても、後端ジョイント部１０ｂがガイドケーシング８の後端開口から突出する長さとなっている。
【００２４】
ロック機構１１は、連結ロッド１０を貫通させた状態でガイドケーシング８の後端開口を閉塞する止水板１５や、連結ロッド１０の後端部をガイドケーシング８の外側でこれに固定することで、ビット台９をロックするロッド固定板１６等からなる。
【００２５】
ビット台９は、ガイドケーシング８の先端まで摺動させてその先端開口を内側から閉じた状態でロック機構１１によりロックされる。図２はこのときの状態を示している。このとき、ビット台９の前面のビット４はカッタヘッド１の前面から露呈し、カッタスポーク２の他のビットと共に掘削作用を行う。
【００２６】
ゲート機構１２は、ガイドケーシング８の先端開口をカッタヘッド１の裏側で開閉する止水ゲート板１７や、これをカッタヘッド１の裏面に沿って摺動させて開閉するためのガイドやジャッキ接続金具１８等からなる。止水ゲート板１７は、ビット台９がガイドケーシング８の先端開口を閉じているときは、全開位置に退避している。
【００２７】
次に、本例のカッタビット交換装置３によるビット交換手順について説明する。
図３に示すように、ビット交換位置でシールド掘進機を停止させてから、連結ロッド１０の後端に図示しない油圧ジャッキを接続し、またロック機構１１のロッド固定板１６を外してロック解除し、切羽水圧に対向させる止水ゲート板１７を閉めることができるところまで、ビット台９を連結ロッド１０と共に油圧ジャッキで引き込める。その際、ロック機構１１の止水板１５が切羽止水機能を受け持つ。
【００２８】
次に、図４に示すように、ゲート機構１２の止水ゲート板１７を退避位置から全閉位置まで摺動させて、ガイドケーシング８の先端開口を外側から閉塞し、切羽圧に対抗させる。また、ロック機構１１の取り外しの準備をする。
【００２９】
ビット台９を油圧ジャッキで更に引き込み、図５に示すように、ロック機構１１をガイドケーシング８の後端から外すとともに、連結ロッド１０もビット台９から外して、ビット台９をガイドケーシング８中から掘進機本体５内へ抜き出す。止水ゲート板１７は閉じたままにしておく。
【００３０】
ガイドケーシング８中から解放されたビット台９は、掘進機本体５内で自由に取り扱うことができるので、その前面のビット４を図６に示すように新たなビット４と容易に交換できる。
【００３１】
図７に示すように、ビット４の交換を終えたビット台９をガイドケーシング８中に再び挿入し、ビット台９に連結ロッド１０を再び接続するとともに、止水板１５をガイドケーシング８の後端に取り付け、更に連結ロッド１０の後端に油圧ジャッキを接続してビット台９の押進の準備をする。そして、閉じたままの止水ゲート板１７とビット台９の前面との間の空間に、注水手段である注水兼エアー抜き管１９を通じて清水を切羽圧となるまで注水する。この注水兼エアー抜き管１９にはエアー抜きバルブ２０が接続されており、ビット台９をガイドケーシング８から抜き差しするときに、ガイドケーシング８内を大気開放できるようになっている。
【００３２】
清水圧が切羽圧とバランスしていることを確認後、図８に示すように、ゲート機構１２の止水ゲート板１７を徐々に開き、退避位置まで摺動させて全開状態とする。その全開を確認後、ビット台９を油圧ジャッキでガイドケーシング８の前端まで押進させ、前端に到達したことを確認後、図９に示すように、連結ロッド１０の後端部を再び上記のようにロックする。油圧ジャッキを連結ロッド１０から外して、当該カッタビット交換装置３でのビット交換作業を終了する。
以下、同様の作業を別のカッタビット交換装置３についても行う。
【００３３】
なお、油圧ジャッキの動力源は、シールド掘進機が具備する油圧ポンプ（例えば、エレクタ用パワーユニット等）から得る。また、止水ゲート板１７が摺動する部分にはグリース注入等により土砂等が入り込まないようにする。
【００３４】
以上の実施例では、各カッタスポーク２の外周側３個のビット４について交換を行うようにしたが、その数に限定はなく、また他の部分のビットについても同様に交換することが可能である。また、ビット台９自体の回転や揺動を防止する観点から、ビット台９を断面矩形、ガイドケーシング８を角筒形としたが、楕円形でもよい。更に、円形としても構わない。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、前面にビットを保持したビット台を、筒状のガイドケーシング中で、ピストンのようにガイドケーシングの先端まで直進摺動させることにより、ビット台の前面がガイドケーシングの先端開口を閉じてビットがカッタヘッドの前面に露呈し、またビット台をガイドケーシングから掘進機本体内へ引き抜くことにより、ビット台に対するビットの交換が可能になっているので、屈曲させながら引く抜く従来に比べ、単純な構造で経済性・信頼性が高く、しかも交換の作業性も良いので、小口径シールドに適用するのに好適である。
【００３６】
請求項２に係る発明によれば、摩耗度が他の部分よりも高くなる一部分のビットだけ交換するので、経済的である。
【００３７】
請求項３に係る発明によれば、ビット台が断面矩形、ガイドケーシングが角筒形であるので、ビットを保持したビット台の安定性が高い。
【００３８】
請求項４に係る発明によれば、ビット台の前面がガイドケーシングの先端開口を内側から閉じた状態でロックするので、ビット台前面のビットによる掘削を安定して行える。
【００３９】
請求項５に係る発明によれば、ビット台を連結ロッドを介してジャッキと連結して、ガイドケーシングに対するビット台の挿脱を容易に行える。
【００４０】
請求項６に係る発明によれば、連結ロッドをガイドケーシングの後端開口部で固定することによりビット台をロックするので、そのロック及び解除を容易に行える。
【００４１】
請求項７に係る発明によれば、ロック機構が、ガイドケーシングの後端開口において止水する止水機構を兼ねているので、ガイドケーシングからの浸水をロック機構にて防止できる。
【００４２】
請求項８に係る発明によれば、ビット台をガイドケーシングに対して挿脱する際に、ガイドケーシングの先端開口をゲート機構にて開閉するので、ガイドケーシング中への泥水等の浸入を防止できる。
【００４３】
請求項９に係る発明によれば、カッタヘッドの裏側において止水ゲート板によりガイドケーシングの先端開口を開閉するので、止水ゲート板により止水と同時に切羽圧に対抗できる。
【００４４】
請求項１０に係る発明によれば、新たなビットに交換したビット台を再セットする場合、ビット台と止水ゲート板との間の空間に注水手段にて注水して切羽圧に対抗させるので、ビット台の再セットを容易に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカッタビット交換装置を組み込んだ小口径シールド掘進機の一例の正面図である。
【図２】同上の断面図である。
【図３】図３から図９はカッタビット交換装置によるビット交換手順を示す断面図で、図３はビット台の引き込み工程である。
【図４】止水ゲート板の全開工程である。
【図５】ビット台の引き抜き工程である。
【図６】ビット交換工程である。
【図７】切羽圧に対抗させる注水工程である。
【図８】ビット台の再セット工程である。
【図９】再ロック工程である。
【符号の説明】
１  カッタヘッド
２  カッタスポーク
３  カッタビット交換装置
４  ビット
５  掘進機本体
６  バルクヘッド
７  チャンバ
８  ガイドケーシング
９  ビット台
１０  連結ロッド
１０ａ  前端ジョイント部
１０ｂ  後端ジョイント部
１１  ロック機構
１２  ゲート機構
１３  内部隔壁
１４  ピボット
１５  止水板
１６  ロッド固定板
１７  止水ゲート板
１８  ジャッキ接続金具
１９  注水管
２０  エアー抜きバルブ
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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