(57)【要約】【目的】コピーカッタ装置の径方向長さを短縮する。【構成】掘進機本体１５のカッタフレーム４に設けられるコピーカッタ装置８であって、上記カッタフレーム４にピン９を介して枢支され回動することによって上記カッタフレーム４の外周面から出没するコピーカッタ本体１１と、このコピーカッタ本体１１を回動させるアクチュエータ１２とを有する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘進機本体のカッタフレームに設けられるコピーカッタ装置であって、上記カッタフレームにピンを介して枢支され回動することによって上記カッタフレームの外周面から出没するコピーカッタ本体と、このコピーカッタ本体を回動させるアクチュエータとを有することを特徴とするコピーカッタ装置。
【請求項２】
上記コピーカッタ本体のピン側基端部にクランクアームが設けられ、上記アクチュエータが、上記クランクアームと上記カッタフレームとの間に架け渡されたジャッキにて構成される請求項１記載のコピーカッタ装置。
【請求項３】
上記アクチュエータが、上記コピーカッタ本体を上記ピン回りに回動させる回転モータにて構成される請求項１記載のコピーカッタ装置。
【請求項４】
上記ピンが上記掘削機本体の軸方向に延びて設けられ、上記コピーカッタ本体が上記カッタフレームの円周方向に傾斜して回動する請求項１から３いずれかに記載のコピーカッタ装置。
【請求項５】
上記ピンが回転する上記カッタフレームの接線方向に延びて設けられ、上記コピーカッタ本体が上記掘削機本体の軸方向に傾斜して回動する請求項１から３いずれかに記載のコピーカッタ装置。
【請求項６】
掘進機本体のカッタフレームと、上記カッタフレームにピンを介して枢支され回動することによって上記カッタフレームの外周面から出没するコピーカッタ本体と、このコピーカッタ本体を回動させるアクチュエータとを備えたことを特徴とするシールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、回転するカッタフレームの外周の余掘りを行うコピーカッタ装置及びこれを備えたシールド掘進機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シールド掘進機は、その先端に設けられたカッタの回転と、シールドジャッキによる推進力によって、地中を掘進するようになっている。カッタの前面には複数のビットが設けられており、このビットが切羽を削って地山を掘削するようになっている。
【０００３】
カッタには、シールド掘進機が曲線や蛇行掘進する際や掘進方向の修正を行う際等にカッタフレームの外周の余掘りを行うためのコピーカッタ装置が設けられている。
【０００４】
コピーカッタ装置は、カッタフレームの外周面より径方向に出没自在に設けられており、その外周端にビットが形成されている。そしてカッタフレームと共に回転するコピーカッタが曲線の内側に位置したときにカッタフレームの外周面より径方向外側に突出することによって、その曲線の内側を余掘りするようになっている。
【０００５】
従来のコピーカッタ装置としては図１１に示すようなものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
図示するように、かかるコピーカッタ装置５１は、コピーカッタ本体５２と、これを径方向に移動させる油圧ジャッキ５３とが、径方向に延びて直線状に接続されていた。コピーカッタ本体５２は、カッタフレームを構成するカッタスポーク５４内部にすべり軸受け５５を介して支持されており、支持長さを確保するために径方向に長い棒状に形成されていた。
【０００７】
このコピーカッタ装置５１では、コピーカッタ本体５２に油圧ジャッキ５３のシリンダ部５６を設け、そのシリンダ部５６をコピーカッタ本体５２と同径に形成していた。これによって、シリンダ部５６ですべり軸受け５５への支持長さを稼ぐことができるので、コピーカッタ装置５１の全体の径方向長さをシリンダ部５６の長さ分短縮でき、コピーカッタ装置５１の設置スペースを縮小できるようになっていた。
【０００８】
【特許文献１】
実公昭６０−１５８３６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述のコピーカッタ装置５１は、径方向長さが短縮されてはいるものの、コピーカッタ本体５２と油圧ジャッキ５３とが、径方向に延びて直線状に接続されているため、依然、径方向にコピーカッタ本体５２と油圧ジャッキ５３とを合わせた長さ以上の設置スペースを要しており、カッタスポーク５４のように径方向に長い部材にしか取り付けることができず、例えば、大径シールドの内側に小径シールドが収容されてなる親子シールド掘進機では、大径シールドの径方向長さが短いため、上記コピーカッタ装置５１を適用するのは非常に困難であった。
【００１０】
そこで、本発明は、上記課題を解決するために案出されたものであり、その目的は、径方向長さを大幅に短縮できるコピーカッタ装置及びシールド掘進機を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、掘進機本体のカッタフレームに設けられるコピーカッタ装置であって、上記カッタフレームにピンを介して枢支され回動することによって上記カッタフレームの外周面から出没するコピーカッタ本体と、このコピーカッタ本体を回動させるアクチュエータとを有するコピーカッタ装置である。
【００１２】
請求項２の発明は、上記コピーカッタ本体のピン側基端部にクランクアームが設けられ、上記アクチュエータが、上記クランクアームと上記カッタフレームとの間に架け渡されたジャッキにて構成される請求項１記載のコピーカッタ装置である。
【００１３】
請求項３の発明は、上記アクチュエータが、上記コピーカッタ本体を上記ピン回りに回動させる回転モータにて構成される請求項１記載のコピーカッタ装置である。
【００１４】
請求項４の発明は、上記ピンが上記掘削機本体の軸方向に延びて設けられ、上記コピーカッタ本体が上記カッタフレームの円周方向に傾斜して回動する請求項１から３いずれかに記載のコピーカッタ装置である。
【００１５】
請求項５の発明は、上記ピンが回転する上記カッタフレームの接線方向に延びて設けられ、上記コピーカッタ本体が上記掘削機本体の軸方向に傾斜して回動する請求項１から３いずれかに記載のコピーカッタ装置である。
【００１６】
請求項６の発明は、掘進機本体のカッタフレームと、上記カッタフレームにピンを介して枢支され回動することによって上記カッタフレームの外周面から出没するコピーカッタ本体と、このコピーカッタ本体を回動させるアクチュエータとを備えたシールド掘進機である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１８】
図１は本発明に係るコピーカッタ装置の好適な第一の実施の形態を示した平面図及び正面図、図２は本発明に係るコピーカッタ装置の好適な第一の実施の形態を示した断面図、図３は本発明に係るコピーカッタ装置の好適な第一の実施の形態のコピーカッタ本体収納時の状態を示した正面図、図４は本発明に係るシールド掘進機の好適な第一の実施の形態を示した一部破断正面図、図５は本発明に係るシールド掘進機の好適な第一の実施の形態を示した断面図である。
【００１９】
なお、本実施の形態では、本発明に係るコピーカッタ装置を大径シールドの内側に小径シールドが収容されてなる親子シールド掘進機に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００２０】
図４及び図５に示すように、親子シールド掘進機１は、大径シールド２と、その内側に収容される小径シールド３とを備えており、小径シールド３は、大径シールド２に対して分離可能に接続されている。
【００２１】
大径のトンネルを掘削するときには、大径シールド２と小径シールド３とが一体となって掘削し、小径のトンネルを掘削するときには、大径シールド２と小径シールド３とが分離され、小径シールド３が大径シールド２から発進して掘削するようになっている。
【００２２】
小径シールド３の前部には、径方向に沿って放射状に延びる複数のカッタスポーク６が設けられ、その前端に複数のカッタビット５が設けられている。カッタスポーク６の内部には、コピーカッタ装置７が設けられている。このコピーカッタ装置７は、図１１で示した従来のコピーカッタ装置５１と同様の構成のものである。
【００２３】
大径シールド２の前部には、リング状のカッタフレーム４が設けられ、その前端に複数のカッタビット５が設けられている。カッタフレーム４は、図２に示すように、リング状の前面板４ａと外周面板４ｂと後面板４ｃとを備えており、カッタフレーム４の内部には、本発明に係るコピーカッタ装置８や薬液注入装置（図示せず）や注泥管（図示せず）等が設けられている。
【００２４】
かかるコピーカッタ装置８は、図１及び図２に示すように、カッタフレーム４にピン９を介して回転自在に枢支され回動することによってその先端部がカッタフレーム４の外周面から出没するコピーカッタ本体１１と、このコピーカッタ本体１１をピン９を中心に回動させるアクチュエータ１２とを有している。
【００２５】
カッタフレーム４の外周面板４ｂには、コピーカッタ本体１１が出没するための開口部１４が形成されている。開口部１４は、カッタフレーム４の周方向に長い長方形状に形成され、外周面板４ｂの軸方向に見て中間部から若干後方にオフセットされている。カッタフレーム４の開口部１４の径方向内側部分には、ピン９が掘削機本体１５の軸方向に延びて設けられている。ピン９は、カッタフレーム４の外周面近傍に設けられ、外周面板４ｂから径方向内側に延出した二股状のブラケット１６間に架け渡されて固定されている。
【００２６】
コピーカッタ本体１１は、開口部１４の周方向長さよりも若干短い長さを有する棒状に形成され、その一端部近傍にピン９が回転自在に挿入されており、コピーカッタ本体１１がカッタフレーム４の円周方向に傾斜して回動するようになっている。
【００２７】
なお、本実施の形態では、コピーカッタ本体１１をピン９に対して回転自在に取り付けているが、コピーカッタ本体をピンに固定して、このピンをカッタフレームに対して回転自在に軸支するようにしてもよい。
【００２８】
コピーカッタ本体１１の先端部にはカッタビットチップ１７が設けられている。カッタビットチップ１７は、カッタフレーム４の回転方向両側にそれぞれ設けられており、カッタフレーム４が左回り、右回りのどちらに回転してもカッタビットチップ１７が土砂を切り崩して余掘りを行えるようになっている。
【００２９】
コピーカッタ本体１１が、ピン９を中心に回動して、カッタフレーム４の径方向に沿って起立するとその先端部が、カッタフレーム４の外周面から突出し（図１参照）、カッタフレーム４の周方向に沿って傾倒するとその先端部が、カッタフレーム４の外周面からその内側へ没入する（図３参照）。
【００３０】
コピーカッタ本体１１のピン側基端部には、クランクアーム１８が設けられている。アクチュエータ１２は、クランクアーム１８とカッタフレーム４との間に架け渡された油圧ジャッキ１９にて構成されている。油圧ジャッキ１９は、カッタフレーム４の接線方向と略平行になるように配置されており、その油圧ジャッキ１９のシリンダ２１の基端部が、カッタフレーム４の外周面板４ｂの内側にピン結合され、ロッド２２の先端部が、クランクアーム１８の先端部近傍にピン結合されている。この油圧ジャッキ１９の伸縮によって、クランクアーム１８及びコピーカッタ本体１１がピン９を中心に回動する。
【００３１】
クランクアーム１８は、コピーカッタ本体１１がカッタフレーム４内に没入した際に、径方向内側に向くように、コピーカッタ本体１１の長手方向と傾斜して取り付けられており、油圧ジャッキ１９のシリンダ２１の基端部とロッド２２の先端部とピン９とが一直線上に配置されないように構成されている。
【００３２】
開口部１４の内側のコピーカッタ本体１１の油圧ジャッキ１９の取付部側（図１中、右側）には、コピーカッタ本体１１が起立した際にその側面部に当接して、それ以上の回動を規制するストッパ２３が設けられている。ストッパ２３は板状のスチール等にて形成され、その表面が起立した状態のコピーカッタ本体１１の側面と平行になるように開口部１４に取り付けられている。
【００３３】
次に、上記構成のコピーカッタ装置８による余掘り工程を説明する。
【００３４】
上記親子シールド掘進機１において、直線状に掘進する際は、図３に示すように、油圧ジャッキ１９は縮退しており、コピーカッタ本体１１がカッタフレーム４内部に没入して収納された状態でカッタが回転している。
【００３５】
親子シールド掘進機１が、曲線や蛇行掘進する際や掘進方向の修正を行う際に、曲線の内側部分で余掘りを行う。このとき、コピーカッタ本体１１が、曲線の内側位置よりカッタフレーム４の回転位相が９０°手前にずれた位置から回動し始め、コピーカッタ本体１１が、曲線の内側に位置するときにカッタフレーム４の外周面から最も外側へと突出し（起立し）、その後コピーカッタ本体１１が、逆側（傾倒側）に回動し始め、曲線の内側位置よりカッタフレーム４の回転位相が９０°後ろにずれた位置で回動が終了してカッタフレーム４の内部に収納されるように油圧ジャッキ１９を伸縮させる。これによって、曲線の内側のみに余掘りを行うことができる。
【００３６】
本実施の形態によれば、コピーカッタ装置８が、カッタフレーム４にピン９を介して回転自在に枢支されたコピーカッタ本体１１と、このコピーカッタ本体１１をピン９を中心に回動させるアクチュエータ１２とを有し、アクチュエータ１２をカッタフレーム４の接線方向と略平行に配置された油圧ジャッキ１９にて構成しているので、コピーカッタ装置８の径方向長さを短くできる。
【００３７】
すなわち、本実施の形態は、カッタフレーム４の接線方向に略平行に配置された油圧ジャッキ１９で、コピーカッタ本体１１を回動させることによって、カッタフレーム４の外周面から出没させているので、従来のようにジャッキを径方向に配置したコピーカッタ装置（図１１参照）５１と比較して径方向長さを大幅に短縮できる。
【００３８】
従って、上記コピーカッタ装置８は、本実施の形態のように、設置スペースの径方向長さが短い、親子シールド掘進機１の大径シールド２内にも設けることができる。
【００３９】
また、コピーカッタ装置８の径方向長さが短いため、その径方向内側に他の装置の設置スペースを確保できるので、注泥管等の設置場所や個数が制限されることはない。
【００４０】
さらに、従来のコピーカッタ装置（図１１参照）５１と比較して、すべり軸受け５５等を設ける必要がないので、構成要素が少なく、装置の製造コストダウンが図れる。
【００４１】
また、ピン９は、カッタフレーム４の外周面近傍に設けられているので、コピーカッタ本体１１の長さを短くすることができ、強度的に有利になる。
【００４２】
ところで、コピーカッタ本体１１は、起立した際にカッタフレーム４が回転することによって地山より発生する反力を最も受ける。カッタフレーム４が、図１において左回転している場合は、コピーカッタ本体１１が起立した際、図中左側に位置するストッパ２３に当接するので、カッタフレーム４の回転により発生する反力に対抗することができる。一方、カッタフレーム４が、右回転している場合は、コピーカッタ本体１１が起立した際、上記反力は油圧ジャッキ１９が縮退する方向へとかかるが、縮退側ではシリンダ２１内の油の受圧面積が大きいので、上記反力に対抗することができる。
【００４３】
また、コピーカッタ本体１１が、掘削機本体１５の前面から受ける土圧に対しては、コピーカッタ本体１１が、掘進機本体１５の軸方向に回動しないので、十分に対抗することができる。
【００４４】
なお、本実施の形態では、コピーカッタ装置８を親子シールド掘進機１に適用した例を挙げて説明したが、これに限られるものではなく、通常のシールド掘進機にも適用できるのは勿論である。
【００４５】
図６は本発明に係るコピーカッタ装置の好適な第二の実施の形態を示した平面図及び正面図、図７は本発明に係るコピーカッタ装置の好適な第二の実施の形態を示した断面図、図８は本発明に係るコピーカッタ装置の好適な第二の実施の形態のコピーカッタ本体収納時の状態を示した正面図である。
【００４６】
かかる第二の実施の形態のコピーカッタ装置２４は、コピーカッタ本体１１及びクランクアーム１８は、第一の実施の形態と同様であり、コピーカッタ本体１１を回動させるアクチュエータ２５が、クランクアーム１８から周方向両側に延びて設けられた二本の油圧ジャッキ２６から構成された点で、第一の実施の形態と相違する。
【００４７】
二本の油圧ジャッキ２６は、それぞれカッタフレーム４の接線方向と略平行で、互いにハの字状になるように配置されており、各シリンダ２７の基端部が、カッタフレーム４の外周面板４ｂの内側にそれぞれピン結合されている。各ロッド２８の先端部は、クランクアーム１８の先端部近傍に同軸でピン結合されている。これらの油圧ジャッキ２６は互いに同期するように伸縮し、その伸縮によって、クランクアーム１８及びコピーカッタ本体１１がピン９を中心に回動する。
【００４８】
なお、その他の構成については、第一の実施の形態のコピーカッタ装置８と同様であるので、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００４９】
本実施の形態によれば、カッタフレーム４が、図６において左回転している場合は、図中左側に位置する油圧ジャッキ２６が、コピーカッタ本体１１にかかるカッタフレーム４の回転により発生する反力を受ける。一方、カッタフレーム４が左回転している場合は、図中右側に位置する油圧ジャッキ２６が、コピーカッタ本体１１にかかる上記反力を受ける。
【００５０】
これによって、左右回転どちらの場合でも、シリンダ２１内の油の受圧面積が大きい油圧ジャッキ２６が縮退する側で、カッタフレーム４の回転により発生する反力に対抗することができる。従って、コピーカッタ本体１１の回動途中の傾斜状態（起立と没入との間の状態）であっても、上記反力に対抗することができ、安定したコピーカッタ本体１１の回動をすることができる。
【００５１】
図９は本発明に係るコピーカッタ装置の好適な第三の実施の形態を示した平面図及び正面図、図１０は本発明に係るコピーカッタ装置の好適な第三の実施の形態のコピーカッタ本体突出時及び収納時を示した断面図である。
【００５２】
図９及び図１０に示すように、かかる第三の実施の形態のコピーカッタ装置３１は、コピーカッタ本体１１が固定されるピン３２が、カッタフレーム４の接線方向に延びて軸支され、コピーカッタ本体１１が掘削機本体１５の軸方向に傾斜して回動するようになっている。
【００５３】
カッタフレーム４の外周面板４ｂには、コピーカッタ本体１１が収納される箱体３３が設けられている。箱体３３は、掘削機本体１５の軸方向に延びて形成され、上部が開口している。箱体３３は、その上端が外周面板４ｂの表面に沿うように配置されている。箱体３３は、上部開口と繋がって後端部も開口しており、カッタフレーム４の後方スペース３４に開放されている。
【００５４】
ピン３２は、箱体３３内の前端近傍に設けられており、周方向両側の側壁３５に軸支されている。ピン３２は、コピーカッタ本体１１の基端部に一体的に固定されている。ピン３２の一端は、側壁３５を貫通しており、その一端に、コピーカッタ本体１１を回動させるアクチュエータ３６となる回転モータ３７の回転軸３８が同軸で固定されている。
【００５５】
この回転モータ３７は、コピーカッタ本体１１が掘削機本体１５の前面から受ける土圧に抗して回動できる程度の回転トルクを有している。回転モータ３７は、カッタフレーム４内部に箱体３３に隣接して設けられたケーシング３９内に収容されている。
【００５６】
本実施の形態によれば、ピン３２をカッタフレーム４の接線方向に沿って設け、そのピン３２に回転モータ３７からなるアクチュエータ３６を直結させたことによって、コピーカッタ装置３１をさらにコンパクト化することができる。
【００５７】
また、カッタフレーム４の回転により発生する反力に対しては、コピーカッタ本体１１がカッタフレーム４の周方向には回動しないので、十分に対抗することができる。コピーカッタ本体１１が、掘削機本体１５の前面から受ける土圧に対しては、回転モータ３７の回転トルクで対抗する。従って、安定したコピーカッタ本体１１の回動を行うことができる。
【００５８】
なお、上記実施の形態では、ピン３２と回転モータ３７の回転軸３８とを直結させているが、これに限られるものではなく、ギヤ（図示せず）を介して連結するようにしてもよい。これによれば、回転モータ３７に必要な回転トルクを小さくすることができ、さらなるコンパクト化が達成される。
【００５９】
また、箱体３３内に流入した掘削土砂は、後端の開口から、カッタフレーム４の後方スペース３４へと流れ、スクリュコンベヤ（図示せず）等の排土手段によって掘進機後方へと排出される。なお、排土効率を向上させるために、箱体３３の底面４０を、後方に向かって広がるテーパ状に形成してもよい。
【００６０】
本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、ピン９，３２の方向及びアクチュエータ１２，２５，３６の種類の組み合わせは、適用されるシールド掘進機の種類や設置スペースに応じて適宜変更してよい。
【００６１】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、コピーカッタ装置の径方向長さを大幅に短縮できるといった優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るコピーカッタ装置の好適な第一の実施の形態を示した（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図２】本発明に係るコピーカッタ装置の好適な第一の実施の形態を示した断面図である。
【図３】本発明に係るコピーカッタ装置の好適な第一の実施の形態のコピーカッタ本体収納時の状態を示した正面図である。
【図４】本発明に係るシールド掘進機の好適な第一の実施の形態を示した一部破断正面図である。
【図５】本発明に係るシールド掘進機の好適な第一の実施の形態を示した断面図である。
【図６】本発明に係るコピーカッタ装置の好適な第二の実施の形態を示した（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図７】本発明に係るコピーカッタ装置の好適な第二の実施の形態を示した断面図である。
【図８】本発明に係るコピーカッタ装置の好適な第二の実施の形態のコピーカッタ本体収納時の状態を示した正面図である。
【図９】本発明に係るコピーカッタ装置の好適な第三の実施の形態を示した（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図１０】本発明に係るコピーカッタ装置の好適な第三の実施の形態の（ａ）はコピーカッタ本体突出時を示した断面図、（ｂ）はコピーカッタ本体収納時を示した断面図である。
【図１１】従来のコピーカッタ装置を示した断面図である。
【符号の説明】
４  カッタフレーム
８  コピーカッタ装置
９  ピン
１１  コピーカッタ本体
１２  アクチュエータ
１５  掘削機本体
１８  クランクアーム
１９  （油圧）ジャッキ
２４  コピーカッタ装置
２５  アクチュエータ
２６  （油圧）ジャッキ
３１  コピーカッタ装置
３２  ピン
３６  アクチュエータ
３７  回転モータ
【図１】
2005009179.tif 000003
【図２】
2005009179.tif 000004
【図３】
2005009179.tif 000005
【図４】
2005009179.tif 000006
【図５】
2005009179.tif 000007
【図６】
2005009179.tif 000008
【図７】
2005009179.tif 000009
【図８】
2005009179.tif 000010
【図９】
2005009179.tif 000011
【図１０】
2005009179.tif 000012
【図１１】
2005009179.tif 000013