(57)【要約】【課題】  ビットを交換するために専用の動力や特殊な軸受機構を用いることなく、ビットの交換（切替え）を行うことができるシールド掘進機のビット切替装置を提供する。【解決手段】  切羽に対して回転されるカッタフレーム１４と、カッタフレーム１４に、その径方向軸廻りに回転自在に設けられたビット保持部材２１と、ビット保持部材２１に、その回転方向に所定間隔を隔てて取付けられた複数のビット２２と、複数のビット２２のうち少なくとも一つが切羽と当接する位置でビット保持部材２１の回転を拘束すると共に、その拘束を解除するための回転拘束手段３１、３３、３４、３５とを備える。【選択図】  図７
2007023504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切羽に対して回転されるカッタフレームと、該カッタフレームに、その径方向軸廻りに回転自在に設けられたビット保持部材と、該ビット保持部材に、その回転方向に所定間隔を隔てて取付けられた複数のビットと、該複数のビットのうち少なくとも一つが切羽と当接する位置で上記ビット保持部材の回転を拘束すると共に、その拘束を解除するための回転拘束手段とを備えたことを特徴とするシールド掘進機のビット切替装置。
【請求項２】
上記複数のビットは、三個である請求項１記載のシールド掘進機のビット切替装置。
【請求項３】
上記ビット保持部材を円筒状に形成し、そのビット保持部材の内方に、上記カッタフレームに装着された固定軸を軸受を介して挿入した請求項１又は２記載のシールド掘進機のビット切替装置。
【請求項４】
切羽に対して回転されるカッタフレームに設けられたビットを切替えるシールド掘進機のビット切替方法において、
上記カッタフレームに、その径方向軸廻りに回転自在にビット保持部材を設け、該ビット保持部材に、その回転方向に所定間隔を隔てて複数のビットを設け、切羽を掘削する際には、上記複数のビットのうち少なくとも一つが切羽に当接する位置で上記ビット保持部材の回転を拘束した状態で上記カッタフレームを回転させ、一方、ビットを切替える際には、上記ビット保持部材の回転拘束を解除した状態で上記カッタフレームを回転させ、上記複数のビットのうち少なくとも一つにより切羽から反力をとって上記ビット保持部材を上記径方向軸廻りに回転させるようにしたことを特徴とするシールド掘進機のビット切替方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切羽に対して回転されるカッタフレームに設けられたビットの交換（切替え）を行うためのシールド掘進機のビット切替装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド掘進機は、シールド本体の前方に設けられたカッタで地山を掘削して、その後方でセグメントを順次組立てることにより、トンネルを構築していくものである。カッタの前端には複数のビットが配置されており、カッタを回転させてビットにより地山を掘削するようになっている。
【０００３】
近年、トンネル掘削工事の長距離化に伴い、トンネル掘削工事の途中でビットの交換もしくは補充を行う装置が、各種提案されている（例えば特許文献１及び２等参照）。
【０００４】
特許文献１には、装置本体の前部に回転可能に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドの前面に径方向に沿って設けられて一端部側が上記装置本体内部側に屈曲したガイドレールと、該ガイドレールに沿って移動自在に支持されると共に互いに屈曲可能に連結された複数のホルダと、該複数のホルダに装着されたカッタビットと、上記ガイドレールの上記一端部に連結されて上記ホルダ及び上記カッタビットを収容可能な収容庫と、上記ホルダに着脱可能であって上記収容庫内に回転自在に支持されたスクリュー軸に螺合して移動自在に支持された移動ブロックと、上記スクリュー軸を回転するモータとを主に備えたカッタ装置が開示されている。このカッタ装置では、モータを駆動すると、収容庫内に設けられたスクリュー軸が回転され、このスクリュー軸に沿って移動ブロックを移動することで、この移動ブロックに連結されたホルダ及びカッタビットを収容庫内に収容して、収容庫内でカッタビットを交換するようにしている。
【０００５】
また特許文献２には、カッタヘッドに備えられた地山をほぐす先行ビットの取付構造であって、上記カッタヘッドには、回転可能な回転部材がその回転軸線を上記カッタヘッドの面方向に沿って設けられ、この回転部材の周囲に上記先行ビットが固定されている先行ビットの取付構造が開示されている。この先行ビットの取付構造では、先行ビットは円環状に形成されており、回転部材の一端部に接続されたモータにより当該回転部材を回転させることで、先行ビットを回転させ、その先行ビットにおける地山に当接する部分を切替えるようにしている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３３６４８０号公報
【特許文献２】特開２００３−３０１６９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、従来の装置では、ビットを交換もしくは補充するために専用の動力（モータ等）や特殊な軸受機構を設ける必要があった。そのため、ビットを交換もしくは補充するための機構が機械的に複雑且つ精密なものとなり、装置・機構の信頼性に問題があった。また、ビットを交換若しくは補充するための機構を優先するため装置本体が大型になり、シールド掘進機の掘削性能を低下させているという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、ビットを交換するために専用の動力や特殊な軸受機構を用いることなく、ビットの交換（切替え）を行うことができるシールド掘進機のビット切替装置及びその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、切羽に対して回転されるカッタフレームと、該カッタフレームに、その径方向軸廻りに回転自在に設けられたビット保持部材と、該ビット保持部材に、その回転方向に所定間隔を隔てて取付けられた複数のビットと、該複数のビットのうち少なくとも一つが切羽と当接する位置で上記ビット保持部材の回転を拘束すると共に、その拘束を解除するための回転拘束手段とを備えたものである。
【００１０】
ここで、上記複数のビットは、三個であることが好ましい。
【００１１】
また、上記ビット保持部材を円筒状に形成し、そのビット保持部材の内方に、上記カッタフレームに装着された固定軸を軸受を介して挿入しても良い。
【００１２】
また本発明は、切羽に対して回転されるカッタフレームに設けられたビットを切替えるシールド掘進機のビット切替方法において、上記カッタフレームに、その径方向軸廻りに回転自在にビット保持部材を設け、該ビット保持部材に、その回転方向に所定間隔を隔てて複数のビットを設け、切羽を掘削する際には、上記複数のビットのうち少なくとも一つが切羽に当接する位置で上記ビット保持部材の回転を拘束した状態で上記カッタフレームを回転させ、一方、ビットを切替える際には、上記ビット保持部材の回転拘束を解除した状態で上記カッタフレームを回転させ、上記複数のビットのうち少なくとも一つにより切羽から反力をとって上記ビット保持部材を上記径方向軸廻りに回転させるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ビットを交換するために専用の動力や特殊な軸受機構を用いることなく、ビットの交換（切替え）を行うことができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係るビット切替装置を適用したシールド掘進機の側断面図である。図２は、シールド掘進機の正面図である。図３は、図２の３部拡大図である。図４は、図３の４−４線矢視断面図である。図５は、図４の５−５線矢視断面図である。図６は、図４の６−６線矢視断面図である。図７は、図４の７−７線矢視断面図である。
【００１６】
図１及び図２に示すように、本実施形態のシールド掘進機１０は、掘進方向前方にカッタ１１を有するシールド本体１２を備えている。シールド本体１２の後部には、カッタ１１により掘削した孔内にセグメントを組立ててトンネルを構築するためのエレクタ（図示せず）と、シールド本体１２の内周に所定間隔を隔てて複数設けられ、セグメントに反力を取ってシールド本体１２を推進させるためのシールドジャッキ１３とが設けられる。
【００１７】
カッタ１１は、その回転中心から径方向外側に延出し、切羽に対して回転されるカッタフレーム１４を有している。カッタフレーム１４は、シールド本体１２の前端部近傍に設けられたバルクヘッド１５に回転自在に支持され、駆動モータ１６により回転される。本実施形態では、カッタフレーム１４はスポーク状に形成されている。なお、カッタフレーム１４は面盤状に形成されていても良い。
【００１８】
カッタフレーム１４とバルクヘッド１５との間には、カッタ１１により掘削した土砂（掘削土砂）を取込むチャンバ１７が形成される。バルクヘッド１５の下部には、これを貫通してチャンバ１７に開口するスクリュコンベア１８が設けられる。
【００１９】
図３から図７に示すように、本実施形態のビット切替装置２０は、カッタフレーム１４と、カッタフレーム１４に、その径方向軸廻りに回転自在に設けられたビット保持部材２１と、ビット保持部材２１に、その回転方向に所定間隔を隔てて取付けられた複数のビット２２と、複数のビット２２のうち少なくとも一つが切羽と当接する位置でビット保持部材２１の回転を拘束すると共に、その拘束を解除するための回転拘束手段とを備えている。
【００２０】
カッタフレーム１４のスポークには、切羽側とチャンバ１７側とを連通し、掘削土砂をチャンバ１７に取込み得る装着部２３が設けられており、その装着部２３内にビット保持部材２１が装着される。本実施形態では、角筒状に形成された台座（サドル）２４がカッタフレーム１４に設けられており、その台座２４の開口部が装着部２３をなす。装着部２３の大きさや形状等は、掘削土砂の流れや取込性等を考慮して決定される。なお、本実施形態では、掘削土砂はカッタフレーム１４のスポーク間からもチャンバ１７に対して取込まれる。
【００２１】
本実施形態では、ビット保持部材２１は円筒状に形成されており、ビット保持部材２１の内方には、カッタフレーム１４の台座２４に装着された固定軸２５が軸受（図示せず）を介して挿入されている（図８参照）。詳しくは、固定軸２５は、カッタフレーム１４の径方向に沿って配置されている。また、固定軸２５の長手方向両端部は断面略四角形状に形成されており、台座２４により回転不能に支持される。また、固定軸２５の長手方向中間部は断面円形状に形成されており、ビット保持部材２１が上記軸受を介して挿入される。
【００２２】
本実施形態では、複数のビット２２は、ビット保持部材２１の外周にその周方向に互いに所定間隔を隔てて取付けられる。本実施形態では、複数のビット２２は三個であり、それらビット２２が互いに等間隔で配置されている。本実施形態の複数のビット２２はそれぞれティースビットである。
【００２３】
なお、複数のビット２２を二個或いは四個以上とすることも考えられるが、二個のビット２２の等間隔配置とすると、後述するカッタフレーム１４の回転反力を用いたビット保持部材２１の回転に支障があり、四個以上のビット２２の等間隔配置とすると、台座２４内へ取込んだ後の土砂の流れが台座２４内のビット２２により阻害されるおそれがある。これに対して、三個のビット２２の等間隔配置とすると、ビット保持部材２１の回転には支障がなく、台座２４内への土砂の取込性を確保することができるので、複数のビット２２は三個であることが好ましい。また、複数のビット２２としては、ティースビットに限定されるものではなく、先行ビット等の他の種類のものを用いることも可能である。
【００２４】
上記のビット保持部材２１、複数のビット２２、台座２４及び固定軸２５は、カッタフレーム１４の径方向及び周方向に複数配置される。本実施形態では、上記のビット保持部材２１、複数のビット２２、台座２４及び固定軸２５は、カッタフレーム１４の中央部を除き、径方向中間部及び外周部に複数配置される。カッタフレーム１４の中央部は切削パスが短く、ビットの摩耗が小さいためである。
【００２５】
本実施形態の回転拘束手段は、カッタフレーム１４に、その径方向に対して直交する方向に移動自在に設けられた板状部材３１と、板状部材３１の前端に取付けられ、先端に凸部３２を有する回転止め部材３３と、ビット保持部材２１の外周に設けられ、回転止め部材３３の凸部３２に係合される凹部３４と、カッタフレーム１４の台座２４と板状部材３１との間に架け渡され、板状部材３１を、回転止め部材３３の凸部３２とビット保持部材２１の凹部３４とが係合される位置と、その係合が解除される位置とに移動させるためのロックジャッキ３５とから構成されている。
【００２６】
本実施形態では、ビット保持部材２１の凹部３４は、周方向に隣接するビット２２間に設けられている。また本実施形態では、ロックジャッキ３５の先端がカッタフレーム１４の台座２４に回動自在に取付けられ、後端は板状部材３１に挿通されて後方から取付けられている。板状部材３１及び回転止め部材３３の大きさや形状等は、掘削土砂の流れや取込性等を考慮して決定される。
【００２７】
本実施形態では、カッタフレーム１４の台座２４と板状部材３１との間には、板状部材３１をガイドするためのガイドロッド３６が架け渡されている。また、板状部材３１には、カッタフレーム１４に設けられた溝３７に係合され、板状部材３１の移動を所定範囲に規制するための突起部３８が設けられている。また、カッタフレーム１４の径方向に隣接する板状部材３１同士のいくつかは、連結部材３９により連結されている。
【００２８】
ビット保持部材２１の回転を拘束する際には、ロックジャッキ３５を縮退させて、回転止め部材３３の凸部３２がビット保持部材２１の凹部３４に係合される位置まで板状部材３１を移動させる（図６及び図７参照）。一方、ビット保持部材２１の回転拘束を解除する際には、ロックジャッキ３５を伸長させて、回転止め部材３３の凸部３２が複数のビット２２の回転半径外に出る位置まで板状部材３１を移動させる（図９参照）。
【００２９】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００３０】
切羽を掘削する際には、複数のビット２２のうち少なくとも一つが切羽に当接する位置で、回転拘束手段によりビット保持部材２１の回転を拘束する。そして、その状態でカッタフレーム１４を回転させることで、切羽に当接するビット２２により切羽を掘削する。
【００３１】
一方、ビット２２を切替える際には、カッタフレーム１４の回転を停止させた後、図１０（ａ）に示すように、回転拘束手段によるビット保持部材２１の回転拘束を解除する。そしてその状態で、図１０（ｂ）に示すように、例えば矢印Ａ方向（図２参照）にカッタフレーム１４を回転させる。すると、切羽Ｂに当接するビット２２により切羽Ｂから反力をとって、ビット保持部材２１がその周方向、つまりカッタフレーム１４の径方向軸廻りに回転（自転）される。そして、図１０（ｃ）に示すように、ビット保持部材２１を所定角度だけ回転させて、切羽Ｂに当接するビット２２が切り替ったならば、カッタフレーム１４の回転を停止させる。その後、回転拘束手段によりビット保持部材２１の回転を再度拘束する。
【００３２】
以上要するに、本実施形態によれば、カッタフレーム１４の回転反力によりビット保持部材２１を回転（自転）させることにより、切羽に当接するビット２２を交換（切替え）するようにしたため、ビット２２の交換（切替え）のために専用の動力や特殊な軸受機構を用いる必要がない。
【００３３】
また、本実施形態では、専用の動力や特殊な軸受機構を必要としないため、装置の信頼性が高く、万一各部材が破損した場合においても、各部材毎に交換が可能であり経済性に優れる。
【００３４】
また、本実施形態では、ビット保持部材２１を軸受を介して固定軸２５に取付けるようにしたため、ビット保持部材２１を軸受により容易に回転させることができると共に、ビット保持部材２１及び複数のビット２２が受ける荷重を軸受により受けることができるので耐久性も充分である。
【００３５】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。
【００３６】
例えば、上記の実施形態では、切羽を掘削する際に、回転拘束手段によりビット保持部材２１の回転を拘束した状態でカッタフレーム１４を回転させるとしたが、硬質の地山では、回転拘束手段によるビット保持部材２１の回転拘束を解除した状態でカッタフレーム１４を回転させて、ビット保持部材２１（複数のビット２２）の自転により掘削を行うこともできる。
【００３７】
また、上記のビット保持部材２１、複数のビット２２、台座２４及び固定軸２５がカッタフレーム１４の径方向中間部及び外周部に複数配置されるとしたが、それらが、カッタフレーム１４の中央部にも複数配置されていていても良く、カッタフレーム１４の径方向中間部のみ或いは外周部のみに複数配置されていても良い。
【００３８】
また、ビット保持部材２１が一方向クラッチ等の一方向回転機構を介して固定軸２５に取付けられていても良い。
【００３９】
さらに、図１１に示すように、ビット保持部材２１にレバー４１を設け、カッタフレーム１４に、ビット保持部材２１が右側に回転されたときにレバー４１が当接して、ビット保持部材２１の回転を規制するための右側ストッパ４２、及び、ビット保持部材２１が左側に回転されたときにレバー４１が当接して、ビット保持部材２１の回転を規制するための左側ストッパ４３を設け、これら各ストッパ４２、４３とレバー４１とが当接された状態でビットの切替えが完了されるように各ビット２２を配置しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態に係るビット切替装置を適用したシールド掘進機の側断面図である。
【図２】シールド掘進機の正面図である。
【図３】図２の３部拡大図である。
【図４】図３の４−４線矢視断面図である。
【図５】図４の５−５線矢視断面図である。
【図６】図４の６−６線矢視断面図である。
【図７】図４の７−７線矢視断面図である。
【図８】ビット保持部材、ビット及び固定軸の斜視図である。
【図９】ビット保持部材の回転拘束を解除した状態を示す断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）はビット切替の第一〜第三工程をそれぞれ示す断面図である。
【図１１】変形例を示すビット保持部材の断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  シールド掘進機
１４  カッタフレーム
２０  ビット切替装置
２１  ビット保持部材
２２  ビット
２５  固定軸
３１  板状部材（回転拘束手段）
３３  回転止め部材（回転拘束手段）
３４  凹部（回転拘束手段）
３５  ロックジャッキ（回転拘束手段）
【図１】
2007023504.tif 000003
【図２】
2007023504.tif 000004
【図３】
2007023504.tif 000005
【図４】
2007023504.tif 000006
【図５】
2007023504.tif 000007
【図６】
2007023504.tif 000008
【図７】
2007023504.tif 000009
【図８】
2007023504.tif 000010
【図９】
2007023504.tif 000011
【図１０】
2007023504.tif 000012
【図１１】
2007023504.tif 000013