(57)【要約】【課題】  カッタスポークを回転させてカッタビットの交換をするシールド掘削機において、カッタスポークの回転を容易にする。【解決手段】  カッタビット６をカッタスポーク５の径方向に沿って可動に組み付ける。  また、カッタビット６をカッタスポーク５の内部に収容する方向に常時付勢する付勢手段８を備えると共に、カッタビット６を押し出す押し出し手段９を設ける。  これらにより、掘削に使用するカッタビット６だけをカッタスポーク５から突出させると共に、使用しないカッタビット６はカッタスポーク５内に収容された状態に保持し、掘削された土砂との摩擦等による磨耗を防止する。  さらに、カッタビット６の先端部が描く軌跡上に先端部を配した先行ビット７を備え、従来カッタスポーク５の回転時にカッタビット６が食い込んでいた地山部分を掘削し、カッタスポーク５の回転時の抵抗を減らす。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴体の先端部に回転自在に取り付けられたカッタヘッドと、
前記カッタヘッドに設けられ、地山を掘削するカッタビットを周面に備えた筒状のカッタスポークとを有し、前記カッタスポークを、その軸心を中心として回転することにより、前記カッタビットを交換可能としたシールド掘削機において、
前記カッタスポークの径方向に沿って可動に組み付けられたカッタビットと、
前記カッタビットを、前記カッタスポークの内部に収容する方向に常時付勢する付勢手段と、
前記カッタスポーク内に設けられ、前記カッタビットを、前記カッタスポーク内に収容された状態からカッタスポーク外に押し出す突出部を有する押し出し手段と、
前記カッタスポークの切羽と対面する外周面に設けられ、前記カッタスポークの回転時に前記カッタビットの先端部が描く軌跡上に、その先端部を配した先行ビットとを備えることを特徴とするシールド掘削機。
【請求項２】
請求項１に記載のシールド掘削機におけるカッタビットの交換方法であって、
前記押し出し手段による前記カッタビットの押し出しを解除し、前記カッタビットを前記カッタスポーク内に収容する第一の工程と、
前記カッタスポークを回転させ、前記カッタビットが突出する前記カッタスポークの外周部分を切羽側に向ける第二の工程と、
前記押し出し手段により前記カッタビットを押し出す第三の工程とからなることを特徴とするカッタビット交換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド工法に用いられるシールド掘削機およびそのカッタビット交換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド工事の長距離化に伴い、地山の掘削により磨耗したカッタビットを、施工途中で交換することが必要となってきている。
この交換方法としては、地表から掘削した中間立坑内で行う方法や、作業員がシールド掘削機外へ出て直接交換する方法がある。
この交換作業を簡単にするため、カッタスポークにあらかじめ予備のカッタビットを取り付けておき、このカッタスポークを回転させて新しいビットに交換する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１７６６９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
中間立坑を掘削する交換方法では、大断面の施工や深い地下での施工の場合、その構築が困難であった。
また、作業員がシールド掘削機外に出て直接交換する方法では、シールド掘削機前面に作業をする空間を設け、地山に安定液などを注入して切羽の安定を図る必要があった。
これらの方法は、多くのコストや長い工期が必要であった。
【０００４】
従来のカッタスポークを回転させてカッタビットを交換するシールド掘削機では、その回転時に、未掘削の地山部分にカッタビットが食い込み、回転の抵抗となっていた。
このために、カッタスポークを回転させる油圧モータのトルクを大きくしたり、シールド掘削機を少し後退させてからカッタスポークを回転したりする必要があった。
【０００５】
本発明の課題は、カッタスポークを回転させてカッタビットの交換をするシールド掘削機において、カッタスポークの回転を容易にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、例えば、図２および図３に示すように、胴体２の先端部に回転自在に取り付けられたカッタヘッド３と、
前記カッタヘッド３に設けられ、地山を掘削するカッタビット６を周面に備えた筒状のカッタスポーク５とを有し、前記カッタスポーク５を、その軸心を中心として回転することにより、前記カッタビット６を交換可能としたシールド掘削機１において、
前記カッタスポーク５の径方向に沿って可動に組み付けられたカッタビット６と、
前記カッタビット６を、前記カッタスポーク５の内部に収容する方向に常時付勢する付勢手段８と、
前記カッタスポーク５内に設けられ、前記カッタビット６を、前記カッタスポーク５内に収容された状態からカッタスポーク５外に押し出す突出部１１を有する押し出し手段９と、
前記カッタスポーク５の切羽と対面する外周面に設けられ、前記カッタスポーク５の回転時に前記カッタビット６の先端部が描く軌跡上に、その先端部を配した先行ビット７とを備えることを特徴とする。
【０００７】
このように、カッタビット６をカッタスポーク５の径方向に沿って可動に組み付けたことに加え、カッタビット６をカッタスポーク５の内部に収容する方向に常時付勢する付勢手段８を有することで、使用時以外はカッタビット６を常時カッタスポーク５内に収容した状態に保持し、掘削された土砂との摩擦等による磨耗を防止できる。
さらに、カッタビット６を押し出す押し出し手段９を設けたことで、掘削に必要なカッタビット６のみをカッタスポーク５の外周面から突出させることができる。
また、カッタビット６の先端部が描く軌跡上に先端部を配した先行ビット７を備えたことで、従来カッタスポーク５の回転時にカッタビット６が食い込んでいた地山部分を掘削でき、カッタスポーク回転時の抵抗を減らすことができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のシールド掘削機におけるカッタビットの交換方法であって、例えば、図３および図４に示すように、前記押し出し手段９による前記カッタビット６の押し出しを解除し、前記カッタビット６を前記カッタスポーク５内に収容する第一の工程と、
前記カッタスポーク５を回転させ、前記カッタビット６が突出する前記カッタスポーク５の外周部分を切羽側に向ける第二の工程と、
前記押し出し手段９により前記カッタビット６を押し出す第三の工程とからなることを特徴とする。
【０００９】
このような手順でカッタビット６を交換することで、カッタスポーク５の回転時にカッタビット６が地山に食い込むことが無く、カッタスポーク５の回転が容易になる。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、掘削に必要なカッタビットだけをカッタスポークから突出させることができ、使用していないカッタビットの磨耗を防止できる。
また、先行ビットによってカッタスポークの回転時にカッタビットが通過する地山部分を掘削することで、カッタスポーク回転時の抵抗を減らすことができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、カッタスポークの回転時にカッタビットが地山に食い込むことが無く、カッタスポークの回転が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
図１に示すように、シールド掘削機１は円筒形の胴体２と、切羽に当接する円形のカッタヘッド３とからなる。
カッタヘッド３の胴体２側の中心には、図示しない駆動軸が設けられており、これを図示しない油圧モータ等により駆動することでカッタヘッド３を回転させ、地山を掘削する。
【００１３】
図１（Ａ）に示すように、カッタヘッド３の切羽に当接する面には、その径方向に沿ってスリット２２が、カッタヘッド３の略中心から外周部分にわたって形成されている。
このスリット２２は、カッタヘッド３の円周方向に９０度おきに計４つ形成されており、この内部には複数の固定カッタビット２４を備えたカッタスポーク２３が設けられている。
【００１４】
さらに、このスリット２２どうしの間には、カッタヘッド３の径方向に沿って、上記のスリット２２の略半分の長さのスリット４が形成されている。
この短いスリット４も、カッタヘッド３の円周方向に９０度おきに計４つ形成されている。
つまり、この短いスリット４と長いスリット２２は、カッタヘッド３の円周方向に４５度おきに交互に形成されている。
この短いスリット４には、その軸心を中心として回転することにより、カッタビット６の交換を可能とした筒状のカッタスポーク５が設けられている。
シールド掘削機１は、このカッタスポーク５の構成以外は周知のシールド掘削機と同様の構成であるため、以下、このカッタスポーク５の構成および機能についてのみ詳細に説明する。
【００１５】
図２または図３に示すように、カッタスポーク５は断面が四角形の筒状で、その外周面にカッタビット６と、先行ビット７とを備える。
図３の（Ｂ）に示すように、カッタビット６はカッタスポーク５の角部に、カッタスポーク５の径方向に沿って長さ方向を持つように配されている。
このカッタビット６は、その長さ方向に沿ってカッタスポーク５に対し可動であって、その可動範囲は、カッタビット６の先端部がカッタスポーク５の外周面から突出する位置から、カッタスポーク５内に収容される位置までである。
【００１６】
カッタビット６の底部１０近傍には、付勢手段８が設けられている。
この付勢手段８は、その内部に圧縮ばねを有しており、カッタビット６の底部１０をカッタスポーク５の中心方向へ常時付勢している。
これにより、使用していないカッタビット６をカッタスポーク５内に収容しておくことができ、掘削された土砂との摩擦等による磨耗を防げる。
【００１７】
カッタスポーク５の切羽と対面する面のそれぞれには、先行ビット７が設けられている。
図４の（Ｂ）に示すように、この先行ビット７の先端部は、カッタスポーク５の回転時にカッタビット６の先端部が描く軌跡上にある。
この先行ビット７で、カッタビット６の先端部が通過する部分の掘削を行うことによって、カッタスポーク５の回転時にカッタビット６が地山に食い込むことなくなる。
【００１８】
図３の（Ａ）に示すように、押し出し手段９は、カッタスポーク５の中心部に設けられており、カッタビット６の底部１０に当接する突出部１１を備え、カッタスポーク５の中心軸１２に沿って移動自在な筒状部１３と、これを駆動する伸縮可能な油圧ジャッキ１４とを備える。
油圧ジャッキ１４は、カッタスポーク５の中心軸１２内部にあって、その一端は、カッタスポーク５のカッタヘッド３への固定部分１５に取り付けられている。
油圧ジャッキ１４のもう一方の端は、カッタスポーク５の中心軸１２の側面に設けられた、開口部１７を通じて筒状部１３に取り付けられている。
【００１９】
筒状部１３は、その内部にカッタスポーク５の中心軸１２が挿通され、上述したように、油圧ジャッキ１４と接続されている。
この筒状部１３の切羽側には、突出部１１が設けられ、その形状は、図３の（Ａ）に示すように、一側面を斜面とした楔形であり、また、図３の（Ｂ）に示すように、２本のカッタビット６の底部１０に同時に当接できるような形状となっている。
図３の（Ａ）に示すように、この突出部１１の配置は、カッタビット６の取り付け位置に対応しており、切羽側にあってカッタスポーク５の長さ方向に沿って配された複数のカッタビット６を、同時に押し出せるようになっている。
またこの突出部は、図４の（Ａ）に示すように、カッタビット６の収容時に、突出部１１がカッタビット６の底部１０から退避し、カッタビット６の間に収まる長さとなっている。
【００２０】
図２に示すように、回転可能なカッタスポーク５のカッタヘッド３中心側の固定部分１６には、カッタスポーク５を回転させるモータ１８が取り付けられている。
このモータ１８の図示しない出力軸は、直接、または減速機等を介してカッタスポーク５に接続されている。
また、この固定部分１６には、掘削時等のカッタビット６交換時以外に、カッタスポーク５の回転を防ぐストッッパジャッキ１９が設けられている。
このストッパジャッキ１９は、カッタスポーク５の長さ方向に沿って可動なピン２０を有しており、また、カッタスポーク５の可動部分にはこのピン２０を挿入する係合部２１が設けられている。
【００２１】
次に、以上のように構成されるシールド掘削機１のカッタビット６交換方法について図３、４を用いて説明する。
なお、この図３、４中での切羽の位置は、図の上方となっている。
【００２２】
シールド掘削機１は従来のシールド掘削機と同様の方法により、地山を掘削する。
ある程度の掘削を行うと、カッタビット６の磨耗や土質の変化によりシールド掘削機１の掘削効率が低下する。
このような状態となったときに、カッタビット６の交換を行う。
【００２３】
掘削中は、図３の（Ａ）に示すように、押し出し手段９の油圧ジャッキ１４を伸張し、突出部１１がカッタビット６の底部１０を押し上げる位置に来るようにして、切羽側のカッタビット６がカッタスポーク５から突出した状態とする。
また、使用していないカッタビット６は、付勢手段８によりカッタスポーク５内部に収容された状態に保たれる。
ストッパジャッキ１９は、図２に示すように、そのピン２０をカッタスポーク５の係合部２１に挿入した状態にして、カッタスポーク５を固定する。
【００２４】
シールド掘削機１を停止して掘削を止めた後、図４の（Ａ）に示すように、油圧ジャッキ１４を退縮させ、突出部１１をカッタビット６の底部１０より退避させる。
カッタビット６は、付勢手段８によりカッタスポーク５の中心方向に付勢されているので、カッタスポーク５内部に収容される。
【００２５】
次に、ストッパジャッキ１９のピン２０を係合部２１から抜き、カッタスポーク５の固定を解除した後、モータ１８を駆動してカッタスポーク５を１８０度回転させ、次に使うカッタビット６を切羽側に向ける。
このとき、切羽のカッタビット６の先端部が通過する部分は、すでに先行ビット７によって掘削されているので、回転時に切羽にカッタビット６が食い込むことがなく、カッタスポーク５を容易に回転できる。
【００２６】
カッタスポーク５の回転が完了したら、ストッパジャッキ１９によりカッタスポーク５を固定する。
この後、再び図３の（Ａ）に示すように、押し出し手段９の油圧ジャッキ１４を伸張して、突出部１１により新たなカッタビット６の底部１０を押し上げ、カッタビット６をカッタスポーク５から突出させ掘削を再開する。
【００２７】
なお、以上の実施の形態においては、カッタスポーク５の断面形状を四角形としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他の形状、例えば、六角形等の多角形または円形でも良い。
また、付勢手段８や押し出し手段９の機構もここに示した物に限られず、他の機構を用いても良い。
さらに、取り付けるカッタビット６の本数等も任意であり、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明を適用した一実施の形態の構成を示すシールド掘削機の（Ａ）正面図、（Ｂ）側面図である。
【図２】回転するカッタスポーク部分の正面図である。
【図３】掘削時におけるカッタスポークの（Ａ）側面の断面図、（Ｂ）上面の断面図である。
【図４】カッタビット交換時におけるカッタスポーク（Ａ）側面の断面図、（Ｂ）上面の断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  シールド掘削機
２  胴体
３  カッタヘッド
４、２２  スリット
５、２３  カッタスポーク
６、２４  カッタビット
７  先行ビット
８  付勢手段
９  押し出し手段
１０  カッタビット底部
１１  突出部
１２  中心軸
１３  筒状部
１４  油圧ジャッキ
１５、１６  固定部分
１７  開口部
１８  モータ
１９  ストッパジャッキ
２０  ピン
２１  係合部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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