(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央カッタと複数の外周カッタとを有するカッタ部と、該カッタ部の後方に設けられた隔壁と、該隔壁に設けられ上記カッタ部を回転させるための回転部材と、該回転部材と上記外周カッタとの間に設けられたリンク部材と、該リンク部材を作動させて、上記外周カッタが上記中央カッタに面一の状態と屈曲した状態とを切り替える第一の駆動手段とを備えたシールド掘進機において、
上記回転部材に係合部材を設け、該係合部材に係合可能な被係合部材を上記カッタ部に設け、それら係合部材と被係合部材との連結、切離を行う第二の駆動手段を設けたことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
上記第一の駆動手段は、上記回転部材を上記中央カッタに対して相対的に前後方向に移動させるものであり、この前後方向の移動に応じて上記係合部材と上記被係合部材との連結、切離を行い、上記第二の駆動手段を兼ねる請求項１記載のシールド掘進機。
【請求項３】
上記係合部材が、上記回転部材に設けられ軸方向前方に延出する支持ビームからなり、上記被係合部材が、上記中央カッタに設けられ上記支持ビームと嵌合可能に形成されたボス部からなる請求項１または２記載のシールド掘進機。
【請求項４】
上記外周カッタの背面外周部に着脱される連結リングと、その連結リングを上記外周カッタに着脱するための着脱手段と、上記連結リングと係合されこれを軸支する固定リングと、シールドフレームに設けられ上記固定リングを軸方向に移動させるための移動手段とを備えた請求項１から３いずれかに記載のシールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カッタ部の外周カッタを中央カッタに対して屈曲させるシールド掘進機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、掘進途中にカッタ部の損耗カッタビット等を交換可能なシールド掘進機として、カッタビット等の交換時に、カッタ部を縮小してシールド内に格納し、そのカッタ部をシールド掘進機内部側に回動させる球体シールド掘進機が知られている。
【０００３】
そのような、シールド掘進機として、例えば、ディスクカッタを配置可能な面板タイプのカッタ部を有し、その面板タイプカッタ部を球体シールド内に収めるために、カッタ部を傘のようにたたむ機構を有したのもがある（特許文献１参照）。
【０００４】
そのシールド掘進機は、シールド掘進機の前端部に配置されたカッタ部と、そのカッタ部の後方に設けられた隔壁と、その隔壁に設けられカッタを回転させるための回転部材とを備える。
【０００５】
カッタ部は、中央カッタと、その中央カッタの外周部に設けられた複数の外周カッタとから構成され、各外周カッタは、中央カッタの外周部にピン結合されて、回動可能に支持される。また、外周カッタと回転部材との間にリンク部材が設けられ、そのリンク部材は、両端部がピン結合により回動可能に支持される。
【０００６】
そのカッタ部は、リンク部材を作動させることで、外周カッタが中央カッタに面一の状態と屈曲した状態とを切り替えられる。
【０００７】
シールド掘進機の掘進時には、外周カッタと中央カッタとを面一状態にして、回転部材によりリンク部材を介してカッタ部を旋回させるようにしている。
【０００８】
【特許文献１】特表２００４−５３６９８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述したタイプのシールド掘進機では、回転部材からの回転力（トルク）や掘進時の推進力を、リンク部材によりカッタ部に伝達させるため、リンク部材を連結するピンやピン支持部などにトルクや推力がかかることになる。
【００１０】
このため強度の高い岩盤を掘削する際には、ピンやピン支持部などに大きなトルクや推力などがかかる可能性がある。したがって、ピンやピン支持部に大きな応力が発生してしまい、ピンや、ピン支持部などの各部材の破損や短寿命化を招くおそれが生じる。
【００１１】
このように、従来、カッタ部の支持強度が不足してしまう可能性があった。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、カッタ部の支持強度の向上を図ることができるシールド掘進機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために本発明は、中央カッタと複数の外周カッタとを有するカッタ部と、該カッタ部の後方に設けられた隔壁と、該隔壁に設けられ上記カッタ部を回転させるための回転部材と、該回転部材と上記外周カッタとの間に設けられたリンク部材と、該リンク部材を作動させて、上記外周カッタが上記中央カッタに面一の状態と屈曲した状態とを切り替える第一の駆動手段とを備えたシールド掘進機において、上記回転部材に係合部材を設け、該係合部材に係合可能な被係合部材を上記カッタ部に設け、それら係合部材と被係合部材との連結、切離を行う第二の駆動手段を設けたものである。
【００１４】
好ましくは、上記第一の駆動手段は、上記回転部材を上記中央カッタに対して相対的に前後方向に移動させるものであり、この前後方向の移動に応じて上記係合部材と上記被係合部材との連結、切離を行い、上記第二の駆動手段を兼ねるものである。
【００１５】
好ましくは、上記係合部材が、上記回転部材に設けられ軸方向前方に延出する支持ビームからなり、上記被係合部材が、上記中央カッタに設けられ上記支持ビームと嵌合可能に形成されたボス部からなるものである。
【００１６】
好ましくは、上記外周カッタの背面外周部に着脱される連結リングと、その連結リングを上記外周カッタに着脱するための着脱手段と、上記連結リングと係合されこれを軸支する固定リングと、シールドフレームに設けられ上記固定リングを軸方向に移動させるための移動手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、カッタ部の支持強度を向上させることができるという優れた効果を発揮するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
本実施形態のシールド掘進機は、例えば、断面略円形のトンネルを掘削するためのものであり、掘進途中にカッタ部の損耗カッタビット等を交換可能とすべく、カッタ部を縮小してシールド掘進機内部側に回動させる機構を備えたものである。
【００２１】
図１から図６に基づき本実施形態のシールド掘進機の概略構造を説明する。
【００２２】
図１に示すように、シールド掘進機１は、地山側に配置されたシールド本体２と、そのシールド本体２の掘進方向後方に配置されたセグメント組立手段４と、セグメント組立手段４により組み付けられた既設セグメント３を押すことによりシールド本体２に推進力を付与する複数のシールドジャッキ５とを備える。
【００２３】
シールド本体２は、外殻をなすスキンプレート７内に組み込まれたシールドフレーム６と、そのシールドフレーム６の先端に配置され地山を掘削するカッタ部８と、そのカッタ部８の後方に配置されカッタ部８を回転駆動するための旋回環３５と、前後に摺動する内筒部３２を格納する球体１０とを備える。上記シールドフレーム６は、スキンプレート７に対してスライド可能であり、かつそれらは図示しない着脱手段により、連結・切離が可能になっている。
【００２４】
本実施形態のシールドフレーム６は、略円筒形の外形形状を有す。大深度掘削や硬岩掘削など高推力、高トルクが必要な時は、球体１０を、フレーム部材１１に固定するなどして軸１７にかかる曲げ力、せん断力を低減することもある。球体１０の上部と下部とには、シールドフレーム６から下方および上方に各々延出する軸１７を支持する軸受部１９が設けられ、球体１０は軸１７を中心に回動可能に支持される。また、球体１０とフレーム部材１１との間には、リング状のシール部材２０が、シールドフレーム６の長手方向（軸方向）に間隔を隔てて複数（図例では二段）設けられる。
【００２５】
図３および図４に示すように、球体１０は、軸方向摺動可能な内筒部３２と、その内筒部３２を軸方向摺動可能に支持する外筒部３１と、内筒部３２に取り付けられカッタ部８の回転中心をなすセンターシャフト３４と、そのセンターシャフト３４と同芯的に配置された旋回環３５と、その旋回環３５を回転させるため回転手段３６とを備える。
【００２６】
内筒部３２の後端部には、内筒部３２を外筒部３１に対して軸方向に相対移動させるための駆動部スライドジャッキ３８が設けられる。本実施形態では、複数の駆動部スライドジャッキ３８が内筒部３２の内周壁に沿って、周方向に間隔を隔てて設けられる。
【００２７】
センターシャフト３４は、シールドフレーム６の軸方向に沿って延出し、その一端がカッタ部８に固定される。センターシャフト３４は、カッタ部８とともに回転可能であり、かつ内筒部３２に対して長手方向に相対移動可能に支持される。センターシャフト３４の他端部には、センターシャフト３４を長手方向に移動させるためのセンターシャフト固定ジャッキ３９が設けられる。
【００２８】
旋回環３５に接続されているカッタ部８と反対側の側面（後面）には、後述するカッタ駆動用電動モータ４８のギヤ４９と噛合する歯部４６が形成される。この旋回環３５が、隔壁１５に回転自在に設けられカッタ部８を回転させるための回転部材をなす。
【００２９】
回転手段３６は、複数のカッタ駆動用電動モータ４８を備える。それらカッタ駆動用電動モータ４８は、旋回環３５の周方向に間隔を隔てて配置され、旋回環３５の歯部４６と噛合するギヤ４９により、旋回環３５を回転させる。
【００３０】
カッタ部８は、センターシャフト３４から径方向外側に延出する中央カッタ２１と、その中央カッタ２１の外周部から径方向外側に延出する複数の外周カッタ２２とを備える。それら中央カッタ２１および外周カッタ２２は、面板状カッタであり、面板には、複数のディスクカッタ２４および固定式カッタビット２５が設けられる（図２参照）。中央カッタ２１は、前面視多角形状に形成される。各外周カッタ２２は、前面視矩形状に形成され、隣接する外周カッタ２２の内の一方との間に張出部２８が設けられる。外周カッタ２２は、中央カッタ２１の各辺ごとに設けられる。
【００３１】
外周カッタ２２は、中央カッタ２１の外周部に前後方向に回動可能に支持される。外周カッタ２２は、中央カッタ２１外周部の各辺に沿って延出するピン部材２６によりピン結合される（図３および図４参照）。
【００３２】
さらに、本実施形態のシールド掘進機１は、旋回環３５と外周カッタ２２との間に設けられたリンク部材５１と、カッタ部８を拡縮させるべく、リンク部材５１を作動させる第一の駆動手段とを備える。
【００３３】
リンク部材５１は、各外周カッタ２２ごとに設けられる。各リンク部材５１は、一端部が、各外周カッタ２２の長手方向中間部に回動可能にピン結合され、他端部が、ブラケット３５ａに回動可能にピン結合される。本実施形態のリンク部材５１は、後述する支持ビーム６１およびボス部６２が係合したときに、旋回環３５の駆動トルクをカッタ部８に伝達しないように、ある程度余裕をもたせて結合される。
【００３４】
第一の駆動手段は、上述した駆動部スライドジャッキ３８とセンターシャフト固定ジャッキ３９とにより構成され、リンク部材５１を作動させて、外周カッタ２２が中央カッタ２１に面一の状態と屈曲した状態とを切り替える。
【００３５】
以上のように構成されたシールド掘進機１は、掘進途中に、外周カッタ２２を屈曲させてカッタ部８を縮小させた後、球体１０にカッタ部８を収納し、球体１０をシールド本体２内部側に回動させて、カッタ部８の損耗カッタビット等を交換することができる（図６参照）。
【００３６】
さらに、本実施形態のシールド掘進機１には、旋回環３５の前方に係合部材が設けられ、その係合部材に係合可能な被係合部材がカッタ部８に設けられ、それら係合部材と被係合部材との連結、切離を行う第二の駆動手段が設けられる。
【００３７】
具体的には、係合部材が、旋回環３５に接続された隔壁１５からシールドフレーム６の軸方向に延出する支持ビーム６１からなる。被係合部材が、カッタ部８の中央カッタ２１に設けられ支持ビーム６１と嵌合可能に形成されたボス部６２からなる。また、第一の駆動手段を構成する駆動部スライドジャッキ３８とセンターシャフト固定ジャッキ３９とが、第二の駆動手段を兼ねる。
【００３８】
支持ビーム６１は、旋回環３５前方のカッタ部８側の側面から中央カッタ２１に向かい略直線状に延出する。支持ビーム６１の先端部は、先端に至るにつれ細くなりテーパ状に形成される。本実施形態では、複数の支持ビーム６１が、各外周カッタ２２に対応させて周方向に所定間隔を隔てて配置される。
【００３９】
ボス部６２は、中央カッタ２１の外周部に、各支持ビーム６１に対応した周方向位置に各々形成される。
【００４０】
また、本実施形態では、カッタ部８の外周を連結する外周リングが、カッタ側とシールドフレーム６（隔壁１５）側とで二分割構造となっており、それら分割された各リングがベアリングを介して相対回転可能に結合される。
【００４１】
より具体的には、図５に示すように、本実施形態のシールド掘進機１は、外周カッタ２２の背面外周部に着脱される連結リング７１と、その連結リング７１を外周カッタ２２に着脱するための着脱手段６８と、連結リング７１と係合されこれを軸支する固定リング７２と、シールドフレーム６に設けられ固定リング７２を軸方向に移動させるための移動手段６９とを備える。
【００４２】
着脱手段６８は、各外周カッタ２２の外周部に設けられた複数の外周リング脱着ジャッキ７６を有する。本実施形態では、各外周カッタ２２ごとに外周リング脱着ジャッキ７６が設けられる。各外周リング脱着ジャッキ７６は、ピストン７６ａの進退方向を連結リング７１の径方向に一致させて配置される。外周リング脱着ジャッキ７６のピストン７６ａは、先端部がテーパ状に形成される。
【００４３】
連結リング７１は、外周カッタ２２（カッタ部８）の外径と略同径で外周カッタ２２（カッタ部８）と同芯的に配置される。連結リング７１の内周面における外周カッタ２２側には、径方向外側に延出し、外周リング脱着ジャッキ７６のピストン７６ａが挿入可能な複数の孔部７４が各々形成される。また、連結リング７１の内周面におけるシールドフレーム６側には、径方向内側に突出する凸部７５が全周に亘り形成される。
【００４４】
固定リング７２は、連結リング７１と同芯的に連結リング７１の内周側に配置される。固定リング７２の外周面には、連結リング７１の凸部７５に対応する軸方向位置に、溝部７８が全周に亘り形成される。その溝部７８と連結リング７１の凸部７５との間には、リング状のラジアルベアリング７９とリング状スラストベアリング８０、８０とが設けられる。リング状のラジアルベアリング７９は、溝部７８の底面と凸部７５の頂面との間に配置される。リング状のスラストベアリング８０、８０は、溝部７８の各側面と凸部７５の各側面との間に、各々配置される。また、連結リング７１と固定リング７２との間には、複数のリング状のシール部材８１が配置される。本外周リングは、固定リング７２を後方から支持しつつ連結リング７１を外周カッタ２２とともに回動させるのが目的であり、固定リング７２と連結リング７１間は、一般的なベアリング構造でも可能である。
【００４５】
移動手段６９は、固定リング７２とシールドフレーム６との間に設けられた外周リング押付ジャッキ８２を有する。その外周リング押付ジャッキ８２は、その進退方向を軸方向に一致させて配置される。外周リング押付ジャッキ８２は、一端（後端）がシールドフレーム６側に固定され、他端（前端）が固定リング７２に固定される。本実施形態では、複数の外周リング押付ジャッキ８２が、周方向に沿って間隔を隔てて配置される。それら外周リング押付ジャッキ８２は、連結リング７１および固定リング７２を外周カッタ２２に近接、離間させると共に、近接時に固定リング７２および連結リング７１を介して隔壁１５側（後方）からカッタ部８を保持する。
【００４６】
さらに、本実施形態では、外周カッタ２２と連結リング７１との係合強度を向上させるべく、連結リング７１における孔部７４よりもシールドフレーム６側の内周面に、シールドフレーム６側に至るにつれ径方向内側に傾斜するテーパ面８４が形成され、外周カッタ２２に、そのテーパ面８４と当接し、シールドフレーム６側に至るにつれ径方向内側に傾斜するテーパ面８５が形成される。また、外周リング脱着ジャッキ７６のピストン７６ａが連結リング７１の孔部７４に対して、若干シールドフレーム６側に配置される。
【００４７】
これにより、外周リング脱着ジャッキ７６の伸長時には、ピストン７６ａおよび孔部７４のシールドフレーム６側の側面が当接して、連結リング７１がカッタ部８側に引き寄せられ、連結リング７１の前面がカッタ部８の背面に密着される。その際に、連結リング７１のテーパ面８４が、外周カッタ２２のテーパ面８５に押し付けられる。
【００４８】
次に、本実施形態のシールド掘進機１の作用を説明する。
【００４９】
図１に示すように、シールド掘進機１の掘進時には、外周カッタ２２の前面と中央カッタ２１の前面とが面一の状態であり、中央カッタ２１の各ボス部６２に各支持ビーム６１が嵌合する。
【００５０】
カッタ駆動用電動モータ４８を作動させると、旋回環３５が旋回し、そのトルクが各支持ビーム６１を介して中央カッタ２１に伝達されて中央カッタ２１および外周カッタ２２が回転する。したがって、トルクは、支持ビーム６１のみにかかりリンク部材５１にはかからない。
【００５１】
また、シールドジャッキ５を伸長させてシールド本体２を推進させると、カッタ部８に地山側から反力が加わる。その反力は、センターシャフト３４と、各支持ビーム６１と、連結リング７１とにより支えられる。したがって、カッタ部８は、径方向中央部と径方向中間部と外周部との三箇所で支持される。また、外周カッタ２２は内周側端部と外周側端部とが、すなわち長手方向両端部が支持される。
【００５２】
次に、図３及び図４に基づき、カッタ部８の拡縮および支持ビーム６１とボス部６２との連結、切離を説明する。なお、図３は、カッタ部８が展開（拡大）されると共に支持ビーム６１およびボス部６２が連結された状態を示し、図４は、カッタ部８が縮小されると共に支持ビーム６１およびボス部６２が切離された状態を示す。
【００５３】
カッタ部８を縮小させる場合には、まず、詳しくは後述するが、連結リング７１および固定リング７２を外周リング押付ジャッキ８２により後方に移動させて、外周カッタ２２の屈曲スペースを確保する。
【００５４】
つぎに、駆動部スライドジャッキ３８を縮退させると共に、センターシャフト固定ジャッキ３９を伸長させる。本実施形態では、縮退量と伸長量とを同一量にする。この駆動部スライドジャッキ３８の縮退により内筒部３２は後方に移動する。なお、縮退量が不足する場合は、セグメント３の最前面ブロックを１リング分撤去し、シールドジャッキ５をセグメント３と固定して引き、シールドフレーム６ごと縮退させる。一方、センターシャフト固定ジャッキ３９が伸長するので、カッタ部８の中央カッタ２１の前後位置は変化しない。つまり、内筒部３２が中央カッタ２１から離れるように後方に移動して、内筒部３２に設けられた旋回環３５と中央カッタ２１との距離が拡がる。
【００５５】
旋回環３５と中央カッタ２１とが所定距離まで離間すると、旋回環３５に接続された支持ビーム６１と中央カッタ２１のボス部６２とが切り離される。また、旋回環３５に連結されたリンク部材５１により、外周カッタ２２が後方に回動して、隔壁１５側に屈曲する（図４に実線矢印で示す）。
【００５６】
一方、カッタ部８を拡大させる場合には、同一移動量で、駆動部スライドジャッキ３８を伸長させると共にセンターシャフト固定ジャッキ３９を縮退させる。
【００５７】
これにより、内筒部３２がセンターシャフト３４に向かい前方側に移動して、旋回環３５と中央カッタ２１との距離が狭まる。旋回環３５と中央カッタ２１とが所定距離まで接近すると、旋回環３５前方に設けられた支持ビーム６１と中央カッタ２１のボス部６２とが連結される。また、旋回環３５に連結されたリンク部材５１により、外周カッタ２２が前方に回動して、中央カッタ２１と面一の状態になる（図４に点線矢印で示す）。その後、詳しくは後述するが、外周リング押付ジャッキ８２により、連結リング７１および固定リング７２を外周カッタ２２に取り付け、外周カッタ２２が受ける土圧をシールドフレーム６に伝達させる。
【００５８】
また、図５に実線矢印で示すように、連結リング７１および固定リング７２の取付は、外周リング押付ジャッキ８２を伸長させて連結リング７１を外周カッタ２２と当接させた後、外周リング脱着ジャッキ７６を伸長させて外周カッタ２２を連結リング７１に係合させて行う。一方、連結リング７１および固定リング７２の取外は、図５に点線矢印で示すように、外周リング脱着ジャッキ７６を縮退させて外周カッタ２２と連結リング７１との係合を解いた後、外周リング押付ジャッキ８２を縮退させて連結リング７１を外周カッタ２２から離間させて行う。
【００５９】
このように、本実施形態では、旋回環３５の前方に設けた支持ビーム６１をカッタ部８と係合させることで、カッタ部８の支持強度を向上させることができる。特に、支持ビーム６１のみを介してカッタ部８の駆動トルクを伝達することで、リンク部材５１の破損や短寿命化を防止することができる。
【００６０】
また、連結リング７１を固定リング７２により軸支することで、掘削時に外周カッタ２２の外周端部を支持することが可能となり、外周カッタ２２が片持ち梁とならず、外周カッタ２２ひいては、カッタ部８の支持強度を向上させることができる。
【００６１】
また、駆動部スライドジャッキ３８およびセンターシャフト固定ジャッキ３９によりカッタ部８と旋回環３５とを相対移動させることで、カッタ部８の拡縮手段と、支持ビーム６１およびボス部６２の連結、切離手段とを共用することができる。
【００６２】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されず、様々な変形例や応用例が考えられるものである。
【００６３】
例えば、本実施形態では、駆動部スライドジャッキ３８とセンターシャフト固定ジャッキ３９とにより、支持ビーム６１とボス部６２との連結、切離を行ったが、これに限定されず、例えば、支持ビームを進退させるための新たなジャッキなどを設けることも考えられる。
【００６４】
また、支持ビームやボス部の配置、数などは、様々なものが可能であり、例えば、ボス部を外周カッタに設けてもよい。また、ボス部を回転部材側に設け、支持ビームを中央カッタに設けるようにしてもよい。
【００６５】
また、係合部材および被係合部材は、様々なものが可能であり、例えば、中央カッタに支持ビームが挿入可能な孔部を設けることが考えられる。
【００６６】
また、本実施形態では、外周カッタが中央カッタと面一の状態を保持する機構として、係合部材と、被係合部材と、第二の駆動手段とを備えた機構と、連結リングと、着脱手段と、固定リングと、移動手段とを備えた機構とを各々設けたが、どちらか一方だけ設けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に係る一実施形態によるシールド掘進機の概略図である。
【図２】本実施形態のカッタ部の正面図である。
【図３】本実施形態のシールド掘進機の部分拡大図である。
【図４】本実施形態のシールド掘進機の部分拡大図であり、カッタ部を縮小した状態を示す。
【図５】図１のＶ部拡大図であり、本実施形態の外周カッタを示す。
【図６】本実施形態のシールド掘進機の概略図であり、カッタ部を反転させた状態を示す。
【符号の説明】
【００６８】
１  シールド掘進機
８  カッタ部
１５  隔壁
２１  中央カッタ
２２  外周カッタ
３５  旋回環（回転部材）
３８  駆動部スライドジャッキ
３９  センターシャフト固定ジャッキ
５１  リンク部材
６１  支持ビーム（係合部材）
６２  ボス部（被係合部材）
【図１】
0004465507.tif 000002
【図２】
0004465507.tif 000003
【図３】
0004465507.tif 000004
【図４】
0004465507.tif 000005
【図５】
0004465507.tif 000006
【図６】
0004465507.tif 000007