(57)【要約】【課題】拡縮自在にリンク部材で形成されたカッタの破損を防止することができるリンクピン支持構造を提供する。【解決手段】シールド掘進機１のカッタ３を拡縮自在にリンク部材３３、３４で形成し、これらリンク部材の一方３４にピン２１を設けると共に、他方３３に上記ピン２１と嵌合するピン穴２２を設けて連結部２３を形成し、かつ上記カッタ３の回転掘削時に上記リンク部材３３、３４の連結部２３にかかる荷重を支持するためのリンクピン支持構造において、上記ピン２１とピン穴２２間に、上記連結部２３にかかる荷重を面で受けるゴム部材２４を介在させたものである。【選択図】図４
2007177463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘進機のカッタを拡縮自在にリンク部材で形成し、これらリンク部材の一方にピンを設けると共に、他方に上記ピンと嵌合するピン穴を設けて連結部を形成し、かつ上記カッタの回転掘削時に上記リンク部材の連結部にかかる荷重を支持するためのリンクピン支持構造において、
上記ピンとピン穴間に、上記連結部にかかる荷重を面で受けるゴム部材を介在させたことを特徴とするリンクピン支持構造。
【請求項２】
上記連結部で連結されるリンク部材は、一対の平行なリンクプレートを各々有し、一方のリンク部材のリンクプレートは、他方のリンク部材のリンクプレートをその外側から挟むように配置され、上記他方のリンク部材のリンクプレート間に上記ピン穴を形成する支持筒が設けられ、上記一方のリンク部材のリンクプレート間に上記支持筒を挿通するよう上記ピンが設けられ、
上記ゴム部材は、上記支持筒と上記ピンの周方向に複数に分割された分割ゴム部材で形成される請求項１記載のリンクピン支持構造。
【請求項３】
上記分割ゴム部材は、上記支持筒との間に加圧室を区画形成すべく膜状に形成され、その加圧室には、流体を供給するための流体供給手段が接続される請求項２記載のリンクピン支持構造。
【請求項４】
上記支持筒は、上記ピンの外径よりも十分大きな径に形成され、その支持筒或いはそれを支持するリンクプレートには、上記ピンの外径と略同じ内径の軸受穴が形成される請求項３記載のリンクピン支持構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド掘進機のカッタをリンク部材により拡縮自在に形成し、かつそれらリンク部材を連結する連結部にかかる荷重を支持するためのリンクピン支持構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、全断面のカッタビット交換機構を備えたシールド掘進機として、リンクピン構造によるカッタ拡縮機構と球体構造とを利用した万能型シールドが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
その万能型シールドでは、回転駆動自在に設けられた中央カッタの外周部に、複数の外周カッタが回動可能に支持される。それら外周カッタには、各外周カッタを回転隔壁に連結するリンクビームが回動自在に結合される。カッタの拡縮は、基本的には、回転隔壁を前後させて、カッタを傘のように畳む或いは展開するようになっている。
【０００４】
それら中央カッタ、外周カッタ、リンクビーム、および回転隔壁は、所謂リンクピン構造をなす。すなわち、図９に示すように、一方の部材（外周カッタや回転隔壁）９１にはピン９２が設けられ、他方の部材（中央カッタやリンクビーム）９３にはピン９２と嵌合するピン穴９４が形成されて、互いに連結される。
【０００５】
以上の万能型シールドは、掘進時に、回転隔壁を旋回環などのカッタ駆動手段により回転駆動し、その駆動力をリンクビームを介してカッタに伝達するようにしている。
【０００６】
【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】
【０００７】
ところで、上述した万能型シールドは、リンクピン構造によるカッタ拡縮機構であるがゆえに、カッタの回転掘削時に、各部材同士を連結するピン９２とピン穴９４とに、局所的に大きな荷重がかかるという問題があった。つまり、シールド掘進機の推進力やカッタの回転駆動力やそれらによる剪断力などが、ピン９２やピン穴９４の周辺部に集中してしまい、ピン９２やピン穴９４が破損しやすいという欠点があった。このように、従来のリンクピン構造では、カッタの耐荷重をあまり高くすることができず、そのことが、万能型シールドの適用範囲を狭める要因となっている。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、拡縮自在にリンク部材で形成されたカッタの破損を防止することができるリンクピン支持構造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、シールド掘進機のカッタを拡縮自在にリンク部材で形成し、これらリンク部材の一方にピンを設けると共に、他方に上記ピンと嵌合するピン穴を設けて連結部を形成し、かつ上記カッタの回転掘削時に上記リンク部材の連結部にかかる荷重を支持するためのリンクピン支持構造において、上記ピンとピン穴間に、上記連結部にかかる荷重を面で受けるゴム部材を介在させたものである。
【００１０】
好ましくは、上記連結部で連結されるリンク部材は、一対の平行なリンクプレートを各々有し、一方のリンク部材のリンクプレートは、他方のリンク部材のリンクプレートをその外側から挟むように配置され、上記他方のリンク部材のリンクプレート間に上記ピン穴を形成する支持筒が設けられ、上記一方のリンク部材のリンクプレート間に上記支持筒を挿通するよう上記ピンが設けられ、上記ゴム部材は、上記支持筒と上記ピンの周方向に複数に分割された分割ゴム部材で形成されるものである。
【００１１】
好ましくは、上記分割ゴム部材は、上記支持筒との間に加圧室を区画形成すべく膜状に形成され、その加圧室には、流体を供給するための流体供給手段が接続されるものである。
【００１２】
上記支持筒は、上記ピンの外径よりも十分大きな径に形成され、その支持筒或いはそれを支持するリンクプレートには、上記ピンの外径と略同じ内径の軸受穴が形成されるものでもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、拡縮自在にリンク部材で形成されたカッタの破損を防止す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】
【００１４】
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。
【００１５】
まず、図１に基づき本実施形態のリンクピン支持構造が適用されるシールド掘進機を説明する。
【００１６】
図１に示すように、シールド掘進機１の外殻が、筒体状のスキンプレート２により形成され、そのスキンプレート２の前方には、地山を掘削するカッタ３が設けられる。カッタ３の後方には、スキンプレート２内を切羽側と坑内側とを仕切る隔壁４が設けられる。スキンプレート２内の坑内側には、複数のカッタ駆動用モータ５と、そのカッタ駆動用モータ５により回転駆動される旋回環６とが設けられる。その旋回環６は、隔壁４に形成された回転自在な回転隔壁４ａを介してカッタ３に接続される。スキンプレート２は、内側スキンプレート２ａおよび外側スキンプレート２ｂを有する二重の筒体状に形成され、それら内側および外側スキンプレート２ａ、２ｂは、図示しない連結手段により連結または切離される。内側スキンプレート２ａには、シールド掘進機１に掘進力を付与するシールドジャッキ８が接続される。シールド掘進機１は、旋回環６によりカッタ３を回転駆動しつつ、シールドジャッキ８を伸長させて、地山を掘削するようになっている。
【００１７】
そのシールド掘進機１は、掘進途中にカッタ３の損耗カッタビット等を交換可能とすべく、カッタ３を拡縮するカッタ拡縮機構と、縮径状態のカッタ３を後方に回転させてカッタビット等を坑内側に露出させる回転体構造とを備える。
【００１８】
回転体構造は、縮径状態のカッタ３を内部に収容可能な回転体（例えば、略球体）１１を上記内側スキンプレート２ａ内に設け、その回転体１１を回動軸１２により前後方向に回動自在に支持すると共に、その回動軸１２周りに回転体１１を回動する回転体駆動手段（図示せず）を設けて構成される。
【００１９】
カッタ拡縮機構は、詳しくは後述するが、複数のリンク部材３１〜３４で形成されたカッタ３と、そのカッタ３を拡縮するカッタ拡縮手段とを備える。
【００２０】
図１および図２に示すように、カッタ３は、センターシャフト１４（図１参照）に支持される中央カッタ３１と、その中央カッタ３１の周方向に沿って複数に分割され、中央カッタ３１の外周部に回動自在に結合される外周カッタ３２と、各外周カッタ３２の中間部に回動自在に結合され、外周カッタ３２と回転隔壁４ａとを連結するリンクビーム３３と、上記回転隔壁４ａに設けられ上記リンクビーム３３を回動自在に支持するブラケット３４とを備える。
【００２１】
図１に戻り、カッタ拡縮手段は、センターシャフト１４を介して中央カッタ３１を前後に進退させるセンタージャッキ１５と、カッタ駆動用モータ５および旋回環６を保持するカッタ駆動部筒１６を前後に進退させる駆動部ジャッキ１７と、上記シールドジャッキ８とを備える。
【００２２】
カッタ３を縮径する場合には、駆動部ジャッキ１７を縮退させてカッタ駆動部筒１６を後方に移動させつつ、センタージャッキ１５を伸長させて中央カッタ３１を前方に移動させる。または、シールドジャッキ８を縮退させて内側スキンプレート２ａごとカッタ駆動部筒１６を後方に移動させつつ、センタージャッキ１５を伸長させる。これにより、外周カッタ３２が後方に回動して、カッタ３が縮径される。
【００２３】
他方、カッタ３を拡径する場合には、駆動部ジャッキ１７（または、シールドジャッキ８）を伸長させながら、センタージャッキ１５を縮退させる。
【００２４】
なお、以上のカッタ３の拡径動作および縮径動作では、センタージャッキ１５の伸長量（または縮退量）を駆動部ジャッキ１７（およびシールドジャッキ８）の縮退量（または伸長量）と同一にすることで中央カッタ３１の前後位置を固定することが好ましい。
【００２５】
このカッタ拡縮手段により中央カッタ３１と外周カッタ３２とを面一状態で保持して、掘削が行われる。その掘削時にカッタ３にかかる荷重を支持すべく、シールド掘進機１に、本実施形態のリンクピン支持構造が設けられる。
【００２６】
図３に基づき、本実施形態のリンクピン支持構造を説明する。なお、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図であり、中央カッタ３１は省略される。
【００２７】
図３に示すように、そのリンクピン支持構造は、カッタ３を拡縮自在にリンク部材（図３では、外周カッタ３２、リンクビーム３３、およびブラケット３４のみ示す）で形成し、これらリンク部材の一方（図３では、外周カッタ３２およびブラケット３４）にピン２１を設けると共に、他方（図３では、リンクビーム３３）に上記ピン２１と嵌合するピン穴２２を設けて連結部２３を形成し、かつ上記カッタ３の回転掘削時に上記リンク部材３２〜３４の連結部２３にかかる荷重を支持するためのものである。特に、本実施形態のリンクピン支持構造は、上記ピン２１とピン穴２２間に、上記リンク部材３２〜３４の連結部２３にかかる荷重を面で受けるゴム部材２４を介在させたことを特徴とする。
【００２８】
本実施形態では、カッタ３を構成する中央カッタ３１、外周カッタ３２、リンクビーム３３、および回転隔壁４ａのブラケット３４が、上記リンク部材として形成される。それらリンク部材の連結部２３は、同様の概略構造を有する。そこで、以下に、リンクビーム３３と回転隔壁４ａのブラケット３４との連結部２３を一例として説明する。
【００２９】
図４に示すように、リンクビーム３３およびブラケット３４は、一対の平行なリンクプレート３３ａ、３４ａを各々有する。ブラケット３４のリンクプレート（以下、外側リンクプレートという）３４ａ、３４ａは、リンクビーム３３のリンクプレート（以下、内側リンクプレートという）３３ａ、３３ａを外側から挟むように配置される。
【００３０】
リンクビーム３３の内側リンクプレート３３ａ、３３ａ間には、上記ピン穴２２を形成する支持筒２５が設けられる。その支持筒２５は、両端面が内側リンクプレート３３ａの外側面と面一になるよう内側リンクプレート３３ａを貫通して延出し、内側リンクプレート３３ａの内側面と溶接などにより接合される。支持筒２５は、円筒状の外形形状を有し、その内径は、ゴム部材２４を介在可能なように、上記ピン２１の外径よりも大きく形成される。
【００３１】
ブラケット３４の外側リンクプレート３４ａ、３４ａ間には、上記ピン２１が上記支持筒２５を挿通するよう設けられる。そのピン２１は、両端部が外側リンクプレート３４ａを貫通して各々突出し、外側リンクプレート３４ａの外側面と溶接などにより接合される。
【００３２】
上記ゴム部材２４は、上記支持筒２５とピン２１の周方向に複数（図例では、３つ）に分割された分割ゴム部材２６で形成される（図４（ｂ）参照）。各分割ゴム部材２６は、上記支持筒２５およびピン２１の軸方向に沿って延在するよう形成される（図４（ａ）参照）。本実施形態の分割ゴム部材２６は、上記支持筒２５との間に加圧室２７を区画形成すべく膜状に形成される。具体的には、分割ゴム部材２６は、略長方形の膜状に形成され、その縁部が支持筒２５の内周面に結合される。
【００３３】
加圧室２７には、流体（例えば、空気）を供給する流体供給手段（図示せず）が接続される。具体的には、支持筒２５に、各加圧室２７内に流体を供給、排出する給排路２８が各々形成され、その給排路２８が給排管２９を介して、流体供給手段（例えば、エアコンプレッサ）などに接続される。その流体供給手段は、詳しくは後述するが、カッタ３の回転掘削時に加圧室２７に流体を供給すると共に、カッタ３の拡径動作時または縮径動作時に加圧室２７から流体を排出する。なお、流体は空気などの気体に限定されず、油や水などの液体でもよい。
【００３４】
このように、本実施形態では、ピン２１と、ピン支持部をなす支持筒２５に、ゴム部材２４（分割ゴム部材２６）のロック機構が採用され、さらに、その分割ゴム部材２６を流体で加圧する加圧室２７が形成される。これら分割ゴム部材２６、加圧室２７、および流体供給手段は、ピン２１をピンチする所謂ピンチバルブのように構成される。
【００３５】
次に、図４および図５に基づき本実施形態のリンクピン支持構造の作用を説明する。
【００３６】
図４に示すように、カッタ３の回転掘削時など、拡径動作終了後にカッタ３を拡径状態で保持する場合、流体供給手段により、加圧室２７に流体が所定の圧力で供給される。その流体の圧力により、各分割ゴム部材２６が、径方向内側に膨らみピン２１に向かい張り出す。その張り出した分割ゴム部材２６は、ピン２１に面で接触する。
【００３７】
その拡径されたカッタ３により掘削を行う場合、カッタ３を構成するリンク部材３３、３４の連結部２３（ピン２１、支持筒２５）に、推進力や回転駆動力（トルク）、およびそれらによるせん断力などの荷重がかかる。その連結部２３にかかる荷重を、本実施形態では、分割ゴム部材２６が面で受けて、ピン２１および支持筒２５の全体に分散する。つまり、分割ゴム部材２６を介在させることで、ピン２１と支持筒２５との接触部分が線ではなく面となり、接触面積が大きくなり、これにより局所的な集中荷重が避けられ、部材の破損が防止される。
【００３８】
一方、図５に示すように、掘削中断後、拡径動作や縮径動作などリンク部材３３、３４を相対回転させる場合は、各分割ゴム部材２６とピン２１とが所定間隔を隔てるように、加圧室２７から流体が排出される。これにより、ピン２１がゆるやかに嵌合して支持筒２５に支持され、リンク部材３３、３４が、分割ゴム部材２６に阻害されることなく、スムーズに相対回転する。
【００３９】
このように、本実施形態では、カッタ３の回転掘削時に連結部２３に加わる荷重を、ゴム部材２４が面で受けることで、局所的なせん断荷重の発生を抑えることができ、ピン２１や支持筒２５などリンク部材３１〜３４の連結部２３の破損を防止することができる。
【００４０】
その結果、カッタ３の耐荷重を向上させることができ、リンクピン構造によるカッタ拡縮機構を備えたシールド掘進機の適用範囲を広げることができる。
【００４１】
また、本実施形態では、上述した加圧室２７を形成することで、分割ゴム部材２６を確実に、かつ積極的にピン２１に面接触させることができる。
【００４２】
その他にも、掘削時にカッタ３に発生する振動を、ゴム部材２４により吸収することができる。
【００４３】
次に、図６および図７に基づき他の実施形態を説明する。
【００４４】
本実施形態は、上述した実施形態とは、同様の概略構造を有するが、支持筒の形状が異なる。そこで、同様の部材には同じ符号を付し説明を省略する。
【００４５】
図６および図７に示すように、本実施形態では、支持筒６１は、上記ピン２１の外径よりも十分大きな径に形成され、その支持筒６１を支持する内側リンクプレート３３ａには、上記ピン２１の外径と略同径の軸受穴６２が形成される。具体的には、各内側リンクプレート３３ａに、ピン２１が所定隙間を介して嵌合する軸受穴６２が各々形成される。支持筒６１は、軸受穴６２と同芯的に配置されて、内側リンクプレート３３ａ、３３ａ間に挟み込まれる。
【００４６】
図６に示すように、カッタ回転掘削時は、分割ゴム部材２６がピン２１と面で接触して、連結部２３にかかる荷重を面で受ける。一方、図７に示すように、カッタ拡径動作中やカッタ縮径動作中は、分割ゴム部材２６が 内側リンクプレート３３ａ、３３ａ間に収容され、ピン２１を軸受穴６２が支持する。
【００４７】
本実施形態でも上述した実施形態と同様の効果が得られ、さらに、リンク部材３３、３４の回動時にピン２１が分割ゴム部材２６と接触しないので、リンク部材３３、３４の回動を滑らかに行うことができる。なお、軸受穴を、支持筒の内周面に径方向内側に突出する段差部を設けて、形成するようにしてもよい。
【００４８】
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。
【００４９】
例えば、図８に示すように、加圧室２７を省略することも考えられる。この場合は、リンク部材３３、３４にかかる荷重により、分割ゴム部材２６が変形してピン２１との接触面積が増大することで、ピン２１に対する局所的なせん断荷重の発生が抑えられる。
【００５０】
また、上述の図４から図７実施形態では、加圧室２７を分割ゴム部材２６と支持筒２５の内周面とから区画形成したが、これに限定されず、例えば、分割ゴム部材を袋状に形成して、加圧室を区画形成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る一実施形態によるシールド掘進機の側面図である。
【図２】図１のＩＩ部拡大図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図であり、本発明に係る一実施形態によるリンクピン支持構造を示す。
【図４】（ａ）は、図３のＩＶ部拡大図であり、（ｂ）は、図４（ａ）のＩＶｂ−ＩＶｂ断面図である。
【図５】（ａ）は、図４（ａ）において加圧室から流体が排出された状態を示し、（ｂ）は、図５（ａ）のＶｂ−Ｖｂ断面図である。
【図６】他の実施形態のリンクピン支持構造を示す。
【図７】図６において加圧室から流体が排出された状態を示す。
【図８】（ａ）は、他の実施形態のリンクピン支持構造を示し、（ｂ）は、図８（ａ）のＶＩＩＩｂ−ＶＩＩＩｂ断面図である。
【図９】従来のリンクピン構造を示す。
【符号の説明】
【００５２】
１  シールド掘進機
３  カッタ
２１  ピン
２２  ピン穴
２３  連結部
２４  ゴム部材
３１〜３４  リンク部材
【図１】
2007177463.tif 000003
【図２】
2007177463.tif 000004
【図３】
2007177463.tif 000005
【図４】
2007177463.tif 000006
【図５】
2007177463.tif 000007
【図６】
2007177463.tif 000008
【図７】
2007177463.tif 000009
【図８】
2007177463.tif 000010
【図９】
2007177463.tif 000011