(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘進機が備えるカッタヘッドの中心部より放射状に延びるカッタビット装着溝にカッタ回転中心側端部から交換用の新カッタビットを装入し、該新カッタビットを径方向に押出すことによりカッタヘッドに装填するカッタビットの交換方法であって、
新カッタビットと既設カッタビットとが互いに当接する面のうち、新カッタビット側及び既設カッタビットの少なくとも一方の側の面に、土砂等が入り込み得る凹部を設け、新カッタビットをカッタヘッドに装填する際、新カッタビットと既設カッタビットとが当接する面から土砂等またはその影響を予め除去することを特徴とするカッタビットの交換方法。
【請求項２】
少なくとも新カッタビットと既設カッタビットとが互いに当接する際、新カッタビットと既設カッタビットとの間に流体を噴射することを特徴とする請求項１記載のカッタビットの交換方法。
【請求項３】
カッタヘッドの中心部より放射状に延びるカッタビット装着溝にカッタ回転中心側端部から交換用の新カッタビットを装入して、該新カッタビットを径外方向に押し出すことによって新カッタビットをカッタヘッドに装填するカッタビット装填機構を有するシールド掘進機のカッタビットであって、
新カッタビットと既設カッタビットの当接面における新カッタビット側および／または既設カッタビット側に凹部を設けてなることを特徴とするカッタビット。
【請求項４】
カッタヘッドの中心部より放射状に延びるカッタビット装着溝と、該カッタビット装着溝に装着されるカッタビットと、交換用の新カッタビットを径外方向に押し出す押し出しジャッキと、を備え、
前記カッタビットは、新カッタビットと既設カッタビットの当接面における新カッタビット側および／または既設カッタビット側に凹部を設けてなることを特徴とするシールド掘進機のカッタビット装填機構。
【請求項５】
既設のカッタビットと交換用のカッタビットとの間に土砂等の介在物を除去するための流体を噴出する流体噴出手段を設けたことを特徴とする請求項４に記載のカッタビット装填機構。
【請求項６】
請求項４または５に記載のカッタビット装填機構を備えたシールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カッタビットの交換方法、カッタビット、カッタビット装填機構、およびシールド掘進機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、シールドトンネル掘削工事の長距離化に伴い、シールド掘進機のカッタビットの維持管理が問題となっている。そこで、この問題に対する対策として、掘進途中におけるカッタビットの交換が考えられるが、このカッタビットの交換方法として種々の方法が提案されている。
【０００３】
その方法の一つとして、以下のようなものが提案されている。
回転カッタヘッドの中心部より放射状に延びる各カッタビット装着溝を設ける。そして、該カッタビット装着溝におけるカッタ回転中心側端部に、ビット交換ボックスを設置し、ビット交換ボックスに交換用の新カッタビットを装入して、該新カッタビットをカッタヘッドの径外方向に向けて押し出すことによって、新カッタビットをカッタヘッドに設置すると共に最外径部のカッタビットをカッタヘッドから押し出す（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２３２１９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のものは、新カッタビットをカッタビット装着溝にカッタ回転中心側から装入して、既設のカッタビットの側面を押込むことで、既設のカッタビットを順次径外方向に押し出すようにする。
ところで、新カッタビットと既設カッタビットとの当接面に土砂等の介在物が入り込む現象が見られる。新カッタビットと既設カッタビットの間に土砂等の介在物が入り込むと以下のような不具合が生ずる。
隣接するカッタビットの側面に介在物が存在すると、最内径のカッタビットから最外径のカッタビットまでの長さが長くなる。そのため、掘削断面積が大きくなり、計画通りの掘削径にならないという問題が生ずる恐れがある。
【０００５】
また、通常、カッタビットの背面側には凹凸が設けられ、カッタビットの背面側に設けられた固定板の凹凸に前記カッタビット背面側の凹凸を係合させることによってカッタビットがずれるのを防止している。
ところが、隣接するカッタビットの側面に介在物が存在すると、カッタビットの背面側の凹凸と固定板の凹凸とのピッチがずれるため、これらの凹凸が係合できなくなってしまい、カッタビットのずれ防止機能が十分に発揮されず、カッタビット交換機構の正常な駆動の妨げになる。
【０００６】
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、カッタビットの装填時に既設カッタビットと新カッタビットとの間に介在物が入るのを防止して、介在物の悪影響を除去する技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の第１の形態に係るカッタビットの装填時に介在物の悪影響を除去する方法は、カッタヘッドの中心部より放射状に延びるカッタビット装着溝にカッタ回転中心側端部から交換用の新カッタビットを装入して、該新カッタビットを径外方向に押し出すことによって新カッタビットをカッタヘッドに装填するカッタヘッド装填時に、新カッタビットと既設カッタビットとの間に介在物が入り込むのを防止して介在物の悪影響を除去する方法であって、
カッタビット相互が当接する面から土砂等を除去するようにしたことを特徴とするものである。
【０００８】
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、カッタビット相互が当接する面から土砂等を除去するために、新カッタビットと既設カッタビットの当接面における新カッタビット側および／または既設カッタビット側に凹部を設けることを特徴とするものである。
【０００９】
（３）また、上記（１）または（２）に記載のものにおいて、カッタビット相互が当接する面から土砂等を除去するために、新カッタビットと既設カッタビットの間に流体を噴射するようにしたことを特徴とするものである。
【００１０】
（４）本発明の第１の形態に係るカッタビットは、カッタヘッドの中心部より放射状に延びるカッタビット装着溝にカッタ回転中心側端部から交換用の新カッタビットを装入して、該新カッタビットを径外方向に押し出すことによって新カッタビットをカッタヘッドに装填するカッタビット装填機構を有するシールド掘進機のカッタビットであって、
新カッタビットと既設カッタビットの当接面における新カッタビット側および／または既設カッタビット側に凹部を設けてなることを特徴とするものである。
【００１１】
（５）本発明の第１の形態に係るカッタビット装填機構は、カッタヘッドの中心部より放射状に延びるカッタビット装着溝と、該カッタビット装着溝に装着されるカッタビットと、交換用の新カッタビットを径外方向に押し出す押し出しジャッキと、を備え、
前記カッタビットは、新カッタビットと既設カッタビットの当接面における新カッタビット側および／または既設カッタビット側に凹部を設けてなることを特徴とするものである。
【００１２】
（６）また、上記（５）に記載のカッタビット装填機構において既設のカッタビットと交換用のカッタビットとの間に土砂等の介在物を除去するための流体を噴出する流体噴出手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
（７）本発明の第１の形態に係るシールド掘進機は、上記（５）または（６）に記載のカッタビット装填機構を備えたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明においては、カッタビット装填の際に、新カッタビットと既設カッタビットが互いに当接する面に介在物が入るのを防止または抑制するようにしたので、また、これにより延いてはカッタビット装着溝に装入されて隣接するカッタビットが互いに当接する面に介在物が入るのを防止または抑制するようにしたので、土砂等の介在物の悪影響を除去または低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は本発明の一実施の形態にかかるシールド掘進機の前胴部の軸方向断面図である。まず、図１に基づいて本実施の形態のシールド掘進機の構成を概説する。なお、本明細書において、「前」、「後」とはシールド掘進機の前方、後方を意味する。また、「上」、「下」とは、当該図面における「上」「下」を意味する。
【００１６】
本実施の形態に係るシールド掘進機は、円筒状のスキンプレート１の前端に、回転可能に取り付けられたカッタヘッド３を備えている。カッタヘッド３は、その中心部に設けられた円筒部５、円筒部５から放射状に延びるカッタスポーク７、円筒部５の前端に設けられた回転カッタ９を有している。
カッタスポーク７には、後述するカッタビット装填機構によって装填されるカッタビット１１およびコピーカッタ１３が設置されている。円筒部５はギア１５を介してカッタ駆動モータ１７で回転駆動される。円筒部５には油圧系統を連結するためのロータリージョイント１９が設けられている。
【００１７】
スキンプレート１の前端から少し後方の位置には隔壁２１が設けられている。カッタヘッド３と隔壁２１との間には掘削土砂が溜まるが、その掘削土砂を排出するためのスクリューコンベア２３が設けられている。
【００１８】
図２は図１における丸で囲んだＡ部を拡大して示す拡大図である。以下、図２に基づいてカッタビット装填機構を説明する。
本実施の形態に係るカッタビット装填機構は、カッタスポーク７に形成されたカッタビット装着溝（図示なし）と、該カッタビット装着溝に装着されるカッタビット１１と、カッタビット装填時に新カッタビット１１Ａを装入する水密箱２５と、水密箱２５に装入された新カッタビット１１Ａを径外方向に押し出す押し出しジャッキ２７と、を備えている。そして、カッタビット１１は、新カッタビット１１Ａと既設カッタビット１１Ｂの当接面における新カッタビット側および既設カッタビット側に凹陥部１１ｆを設けてなる。（カッタビットを一般的に示すときにはカッタビットと称して符号１１を付し、交換用として装填するカッタビットを示すときは新カッタビットと称して符号１１Ａを付し、新カッタビット１１Ａと当接することになる既設のカッタビットを示すときには既設カッタビットと称して符号１１Ｂを付す。）
【００１９】
また、本実施の形態に係るカッタビット装填機構は、水密箱２５とカッタスポーク７との間に両者の間の連通を開閉するスライド式開閉ゲート２９を備えている。さらに、本実施の形態に係るカッタビット装填機構は、既設カッタビット１１Ｂの内端面に向けて水を噴射する流体噴射ノズル３１を備えている。
以下、このカッタビット１１装填機構の各構成についてさらに詳細に説明する。
【００２０】
（１）カッタビット装着溝
カッタビット１１装着溝は、カッタヘッド３のカッタスポーク７に設けられており、カッタビット１１の前端に設けられたビットが前方に位置する姿勢でカッタビット１１をカッタスポーク７に保持するものである。
【００２１】
（２）カッタビット
カッタビット１１はカッタスポーク７に設けられたカッタビット装着溝に挿入される。カッタビット１１はこのカッタビット挿入溝に、径方向中心側から挿入されて、順次、径外方向に移動し、最外径部のカッタビット１１がカッタスポーク７から外れて、捨てられる。
【００２２】
図３はカッタビット１１の説明図であり、図３（ａ）が側面図、図３（ｂ）が平面図、図３（ｃ）が底面図である。なお、図３においては、カッタビット１１の上下が図２とは逆に描かれている。カッタビット１１は隣接するカッタスポークで上下逆になるように挿入される。これは、隣接するカッタスポークに設置されたＬ字状のカッタビット１１が隣接する相互間で千鳥状に配置されて円周方向で隙間が生じないようにするためである。図３は、図２に示したカッタスポーク７の隣のカッタスポークに装填されるカッタビット１１の姿勢を示している。
【００２３】
カッタビット１１は、図３（ｂ）に示されるように、平面視で略Ｔ字状をしており、Ｔ字の横辺に相当する部位１１ａがカッタスポーク７のビット挿入溝に挿入され、Ｔ字の縦辺に相当する部位１１ｂが前方に突出して、その先端にビット１２が位置する。
また、カッタビット１１は、図３（ａ）に示されるように、側面視でＬ字状をしており、後面側に前面側に向けて凹（くぼ）んでいる谷形の係止部１１ｃが形成されている。係止部１１ｃは、後述するように、固定板３３と係止してカッタビット１１が径方向にずれるのを防止する。
【００２４】
また、カッタビット１１は、図３（ａ）に示されるように、側面から見たときにその上下部の一方が山形になり、他方が谷形になっている（図３においては、上部１１ｄが山形で、下部１１ｅが谷形になっている）。このように上下部に山谷を設けることで、相互に隣接するカッタビット１１同士の山部と谷部を係合させて、隣接するカッタビット１１相互が前後方向にずれるのを防止している。
また、カッタビット１１は、側面視で上下部に土砂等が入り込み得る凹陥部１１ｆが形成されている。凹陥部は平断面が円筒形（図３（ｂ）、図３（ｃ）参照）で、凹陥部の底が逆円錐形状（図３（ａ）参照）になっている。
【００２５】
（３）固定板
固定板３３はカッタビット１１の後面側に設けられた板状体であり、カッタビット１１の後面の係止部１１ｃに係止する形状に形成されている。固定板３３の後方には固定ジャッキ３５が設けられて、固定板３３を前方に押圧することで、カッタビット１１と固定板３３の係止力が適宜の強さになるようにしている。適宜の強さとは、カッタビット１１の装填時には後方に移動してカッタビット１１の装填を可能とし、カッタビット１１の装填後にはカッタビット１１がずれるのを防止できる強さである。
【００２６】
（４）水蜜箱
水密箱２５は、円筒部５内に設置されて、カッタビット１１をカッタスポーク７に装填する際に機内と機外との連通を開閉するものである。
水密箱２５は、機内側には新カッタビット１１Ａを挿入するための開閉扉３９を有し、カッタスポーク７に対向する面には開口部４１を有している。
また、水密箱２５の内部には挿入したカッタビット１１の姿勢を保持するサポート（図示なし）が設けられている。
なお、水蜜箱２５の上部には箱内挿入されたカッタビット１１をカッタスポーク７側に押し出すための押し出しジャッキ２７が設けられている。
【００２７】
（５）スライド式開閉ゲート
スライド式開閉ゲート２９は、水密箱２５の開口部４１に対面して設けられ、水密箱２５の開口部４１と機外側との連通を開閉する。
スライド式開閉ゲート２９はゲート部４６をジャッキ４７（図１参照）によって機軸方向前後にスライドさせることで、前記開閉動作を行う。
【００２８】
（６）流体噴射ノズル
流体噴射ノズル３１は、既設カッタビット１１Ｂの端面とゲート部４６との間に向けて水を噴射することによって土砂等を排除して新カッタビット１１Ａの装填時に既設カッタビット１１Ｂと新カッタビット１１Ａとの間に介在物が入るのを防止する。
水を噴射するタイミングは、少なくとも新カッタビット１１Ａと既設カッタビット１１Ｂとが互いに当接する際であり、常時噴射していてもかまわない。
なお、水の噴射力は適宜調整可能にするのが望ましい。
【００２９】
図４〜図８は上記のように構成された本実施の形態におけるカッタビット１１の装填方法の説明図である。
以下、図４〜図８に基づいてカッタビット１１の装填方法を説明する。
カッタビット１１を装填するときは、図４に示すように、水密箱２５の開閉扉３９を開けて、新カッタビット１１Ａを水密箱２５内に装入する。水密箱２５に挿入された新カッタビット１１Ａはサポートによってその姿勢が保持される。新カッタビット１１Ａが水密箱２５に装入されると水密箱内に水が充填され、水密箱内の圧力が機外側と同等になるようにされる。これは、スライド式開閉ゲート２９を開放して水密箱内と機外側とが連通したときに、機外側の土砂等が水密箱内に入らないようにすることで、地山が崩れるのを防止するためである。
【００３０】
既設カッタビット１１Ｂとスライド式開閉ゲート２９のゲート部４６との間には土砂が侵入しにくい構造になっているものの、多少の土砂が入り込むことがある。そのとき、入り込んだ土砂が既設カッタビット１１Ｂの上部端部に設けられた凹陥部１１ｆに入り込み、既設カッタビット１１Ｂの上端面すなわち新カッタビット１１Ａとの当接面には存在しにくい構造になっている。
【００３１】
新カッタビット１１Ａを水密箱２５に挿入してスライド式開閉ゲート２９を開放する前に流体噴射ノズル３１から水を噴射する。水を噴射することで、既設カッタビット１１Ｂの上端面に土砂が付着していた場合にこれが除去され、新カッタビット１１Ａと既設カッタビット１１Ｂとの当接面に土砂等が介在するのをより確実に防止できる。
【００３２】
次に、スライド式開閉ゲート２９を開放する（図５参照）。そして、押し出しジャッキ２７を伸長して新カッタビット１１Ａをカッタスポーク７側に押し出す。これによって、新カッタビット１１Ａは水密箱２５内のサポートに姿勢保持されて既設カッタビット１１Ｂ側に押し出される（図６参照）。押し出しジャッキ２７をさらに伸長すると新カッタビット１１Ａの下端面と既設カッタビット１１Ｂの上端面が当接する（図７参照）。このとき、新カッタビット１１Ａの下端面にも凹陥部１１ｆが設けられているので、多少の土砂があってもそれが凹陥部１１ｆ内に入リ込む。したがって、新カッタビット１１Ａの下端面と既設カッタビット１１Ｂの上端面との間には土砂等の介在物がないので、両端面は直接当接する。
【００３３】
この状態で押し出しジャッキ２７をさらに伸長して新カッタビット１１Ａをカッタスポーク７側に完全に押し出すと、既設カッタビット１１Ｂおよびその径外方向にあるカッタビット１１は径外方向に移動して、最外径に位置するカッタビット１１がカッタスポーク７から外れる。このとき、各カッタビット１１の端面には土砂等の介在物が存在しないので、カッタビット１１の径方向長さは規格通りである。また、カッタビット１１の後面と固定板３３の各山谷のピッチにずれがないので、カッタビット１１は固定板３３によってしっかりとずれ防止が図られる。
【００３４】
以上のように、本実施の形態においては、カッタビット１１の上下部に凹陥部
１１ｆを設けたことにより、カッタビット装填の際に、新カッタビットと既設カッタビットが互いに当接する面に土砂等の介在物が存在しないまたは存在しにくくなり、カッタビット１１の径方向長さ、延いては掘削断面積が初期の予定のとおりとなる。また、カッタビット１１の後面と固定板３３の各山谷にのピッチにずれが生じなくなるので、カッタビット１１は固定板３３と確実に係合し、カッタビットのずれ防止が図られる。
【００３５】
また、上記の実施の形態においてはカッタビット１１の上下の両方に凹陥部を設けるようにしたので、新カッタビット１１Ａと既設カッタビット１１Ｂとを当接させたときに両者の凹陥部が対向するので、凹陥部の容積が大きくなり、土砂等が多めに残っているような場合にも、それらが凹陥部に入り込むことができ、新カッタビット１１Ａと既設カッタビット１１Ｂの当接面に介在物が存在することを可及的に防止できる。
【００３６】
さらに、カッタビット１１の上下の両方に凹陥部を設けることで、カッタビット１１はいずれのカッタスポーク７にも設置できるので、便宜である。この点をさらに詳細に説明する。前述したように、隣接するカッタスポーク７においてカッタビット１１の装入の向きが径内外で逆になる。そのため、カッタビット１１の上下片側にのみ凹陥部１１ｆを設けた場合には、あるカッタスポークでは新カッタビット１１Ａの下面側に凹陥部１１ｆが存在し、それに隣接するカッタスポークでは既設カッタビット１１Ｂの上面側に凹陥部１１ｆが存在することになる。凹陥部１１ｆは、新カッタビット１１Ａの下面側に存在する方が新カッタビット１１Ａと既設カッタビット１１Ｂの間に介在物が存在しにくくするのに好適であることを考慮すると、このようにするためにはあるカッタスポーク７に装填するカッタビット１１は上側に凹陥部１１ｆを設け、それに隣接するカッタスポーク７に装填するカッタビット１１は下側に凹陥部１１ｆを設けることとなり、カッタスポークごとに装填するカッタビット１１の型式が異なることになり、煩雑になる。
この点、カッタビット１１の上下の両方に凹陥部を設けておけば、どのカッタスポークにも同一型式のカッタビットを装填できるので便宜である。
【００３７】
もっとも、凹陥部１１ｆはカッタビット１１の上下のいずれか一方に設けるようにしても一定の効果を奏する。図９、図１０はこのような上下のいずれか一方に設けた例を示した図である。図９に示す例は、カッタビット１１の屈曲部に設けた例であり、図１０は端部に設けた例である。
【００３８】
また、カッタビット１１の端部に設ける凹陥部１１ｆは単一のものでなくてもよく、例えば図１１に示すように複数の凹陥部１１ｆを設けるようにしてもよい。
さらに、カッタビット１１の端部に設ける凹陥部１１ｆは、前述の例のように穴を開けたものに限られず、例えば図１２に示すように、凹陥部１１ｆの周壁の一部が抜けているような中抜きタイプのようなものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施の形態に係るシールド掘進機の前端部の説明図である。
【図２】図１において丸で囲んだＡ部の拡大図である。
【図３】本発明の一実施の形態におけるカッタビットの説明図である。
【図４】本発明の一実施の形態におけるカッタビット交換方法の工程を時系列で説明する説明図である（その１）。
【図５】本発明の一実施の形態におけるカッタビット交換方法の工程を時系列で説明する説明図である（その２）。
【図６】本発明の一実施の形態におけるカッタビット交換方法の工程を時系列で説明する説明図である（その３）。
【図７】本発明の一実施の形態におけるカッタビット交換方法の工程を時系列で説明する説明図である（その４）。
【図８】本発明の一実施の形態におけるカッタビット交換方法の工程を時系列で説明する説明図である（その５）。
【図９】本発明の一実施の形態に係るカッタビットの他の態様の説明図である。
【図１０】本発明の一実施の形態に係るカッタビットの他の態様の説明図である。
【図１１】本発明の一実施の形態に係るカッタビットの他の態様の説明図である。
【図１２】本発明の一実施の形態に係るカッタビットの他の態様の説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  スキンプレート、３  カッタヘッド、５  円筒部、９  回転カッタ、１１  カッタビット、凹陥部１１ｆ、１７  カッタ駆動モータ、２５  水密箱、２７  押し出しジャッキ、２９  スライド式開閉ゲート、３１  流体噴射ノズル、３３  固定板、３５  固定ジャッキ。
【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】
0004843803.tif 000010
【図１０】
0004843803.tif 000011
【図１１】
0004843803.tif 000012
【図１２】
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