(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘進機のカッタスポーク又はカッタ面板に押出し可能に設けられた複数のカッタをそれぞれロックするための押出式カッタ用ロック機構において、支持部材に、それぞれ駆動装置を介して各カッタをカッタスポーク又はカッタ面板から押出し可能に設け、それらカッタの背面と支持部材間に挿入する楔部材を各楔部材が連動するように設けてなり、各カッタを各駆動装置で切羽側に押し出した後、そのカッタと支持部材間に形成される隙間に楔部材をスライドさせていずれかの楔部材がカッタと支持部材間に嵌った位置で止め、しかるのち、駆動装置を解除して対応する楔部材から浮いているカッタを楔部材に着座させるようにしてロックすることを特徴とする押出式カッタ用ロック機構。
【請求項２】
上記シールド掘進機が停止したとき各カッタを各駆動装置で切羽側に押し出し、そのカッタと支持部材間に形成される隙間に楔部材をスライドさせていずれかの楔部材がカッタと支持部材間に嵌った位置で止め、しかるのち、駆動装置を解除して対応する楔部材から浮いているカッタを楔部材に着座させるようにしてロックするようにした請求項１記載の押出式カッタ用ロック機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地山へ向けて押し出したカッタを固定するロック機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シールド掘進機のカッタビットは、掘り進むにつれて摩耗する。このため、図７に示すように、油圧ジャッキ３０の先端にカッタ３６を設け、カッタビット５が摩耗したら油圧ジャッキ３０を伸張させ、地山側へ押し出すようにしたものがある。
【０００３】
また、カッタ３６を油圧で押し出すだけでは、過大な油圧によって油圧ホース３７等が膨張し、カッタ３６が押し戻される虞があるため、油圧ジャッキ３０には、一旦押し出したカッタ３６を後退させないようにロックするためのロック機構３１が設けられている。
【０００４】
ロック機構３１は、ピストンロッド３２の後端に形成された係止め凹部３３にシリンダ部３４側から突出するロックピン３５を挿入して係り止めするようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、地山の硬さは場所によってバラツキがあり、非常に硬い岩盤を掘進することもある。このような岩盤中では、カッタ３６を押し出そうとしても完全に押し出せないこともある。
【０００６】
このような場合、とりあえずはカッタ３６を押し出せるだけ押し出してロックし、掘進したいが、係止め凹部３３がロックピン３５の位置に至らないことには係止め凹部３３にロックピン３５を挿入することはできず、カッタ３６をロックすることはできないという課題があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、カッタを任意の押出位置でロックできる押出式カッタ用ロック機構を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
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スポーク又はカッタ面板に押出し可能に設けられた複数のカッタをそれぞれロックするための押出式カッタ用ロック機構において、支持部材に、それぞれ駆動装置を介して各カッタをカッタスポーク又はカッタ面板から押出し可能に設け、それらカッタの背面と支持部材間に挿入する楔部材を各楔部材が連動するように設けてなり、各カッタを各駆動装置で切羽側に押し出した後、そのカッタと支持部材間に形成される隙間に楔部材をスライドさせていずれかの楔部材がカッタと支持部材間に嵌った位置で止め、しかるのち、駆動装置を解除して対応する楔部材から浮いているカッタを楔部材に着座させるようにしてロックするものである。
【０００９】
上記シールド掘進機が停止したとき各カッタを各駆動装置で切羽側に押し出し、そのカッタと支持部材間に形成される隙間に楔部材をスライドさせていずれかの楔部材がカッタと支持部材間に嵌った位置で止め、しかるのち、駆動装置を解除して対応する楔部材から浮いているカッタを楔部材に着座させるようにしてロックするとよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の好適実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１２】
図４に示すように、シールド掘進機１のカッタスポーク２には、複数のカッタ３がそれぞれ押出し可能に、かつ、一列に並べて設けられると共に、それぞれのカッタ３をロックするためのロック機構４が設けられている。
【００１３】
図１及び図２に示すように、カッタ３は、複数のカッタビット５と、これらカッタビット５を保持する台座ブロック６と、台座ブロック６を出没自在に押し出すための押出用油圧ジャッキ７とからなる。
【００１４】
台座ブロック６は、掘進方向前側に形成されカッタスポーク２の前面部８から突出されるビット保持部９と、ビット保持部９の後側にほぼ筒状に延びるように形成されたスライド基部１０とからなる。
【００１５】
スライド基部１０は、カッタスポーク２に一体に設けられたスライドガイド１１に切羽方向へ向けてスライド可能に支持されている。スライドガイド１１は、スライド基部１０の外周を水密に囲繞する筒状に形成されており、カッタスポーク２の内部を前後に仕切る仕切板１２に設けられている。スライドガイド１１の外周は全周に亘って仕切板１２に密着されており、カッタスポーク２の内部空間は仕切板１２を境に水密に二分されている。
【００１６】
また、スライド基部１０は、後端側を二股に分けて形成された一対の脚部１３を有する。脚部１３は、後述する楔部材１４上に着座されるようになっており、楔部材１４上に着座されたときにカッタビット５を切羽方向へ向けるように後端を適宜傾斜して形成されている。
【００１７】
押出用油圧ジャッキ７は、スライド基部１０の内部に収容されるようになっており、一端を台座ブロック６に回動可能に連結され、他端をカッタスポーク２の背面部１５に回動可能に連結されている。そして、押出用油圧ジャッキ７は伸張することでカッタ３を切羽側へ押し出すようになっている。
【００１８】
図１、図２及び図３に示すように、ロック機構４は、カッタ３の押出方向後方に設けられカッタ３を後方から支えるための支持部材たる背面部１５と、背面部１５に沿ってスライド自在に設けられカッタ３と背面部１５との間に挿入するための楔部材１４と、楔部材１４と背面部１５との間に設けられ楔部材１４を背面部１５に沿ってスライド移動させるためのロック用油圧ジャッキ１６とからなる。
【００１９】
カッタスポーク２の背面部１５は、前面部８とほぼ平行に形成されており、地山から力を受けてもほどんど変形しない強度に形成されている。
【００２０】
楔部材１４は、背面部１５側に接する底面１７とカッタ３側に接するテーパ面１８との間にテーパ角θを形成する楔形に形成されており、カッタ３の脚部１３をそれぞれ一対一組の楔部材１４で支えるようになっている。
【００２１】
楔部材１４のテーパ角θは、楔部材１４に地山からの荷重が伝わったときに摩擦力で楔部材１４が背面部１５上を滑って動かないように決定されている。
【００２２】
具体的には、図６に示すように、地山からの荷重をＦとし、荷重Ｆのテーパ面１８に対する垂直分力をＦyとし、荷重Ｆのテーパ面１８に対する平行分力をＦxとすると、平行分力Ｆxと垂直分力Ｆyは数１及び数２のように表せる。ただし、楔部材１４のテーパ角はθとする。
【００２３】
【数１】
Ｆx  ＝  Ｆ・ｓｉｎθ
【００２４】
【数２】
Ｆy  ＝  Ｆ・ｃｏｓθ
摩擦力Ｍは、垂直分力Ｆyにより発生するため、テーパ面１８の摩擦係数をμとすると、数３で表せる。
【００２５】
【数３】
Ｍ  ＝  Ｆy・μ
一方、楔部材１４がテーパ面１８で滑らないためには、数４に示すように摩擦力Ｍが平行分力Ｆxより大きければよい。
【００２６】
【数４】
Ｆx  ＜  Ｍ
条件式数４は、数１、数２及び数３から数５となり、数５を整理すると数６となる。
【００２７】
【数５】
Ｆ・ｓｉｎθ  ＜  Ｆ・ｃｏｓθ・μ
【００２８】
【数６】
ｔａｎθ  ＜  μ
すなわち、テーパ角θは、ｔａｎθ（テーパ角θの正接）が摩擦係数μよりも小さくなるように決定している。ただし、テーパ角θが小さすぎると楔部材１４が必要以上に大きくなりカッタスポーク２内に収まらなくなるので、ｔａｎθが摩擦係数μと等しくなるようにテーパ角θを決定することが好ましい。
【００２９】
そして、楔部材１４のテーパ角を９°〜１０°程度に決定している。
【００３０】
また、楔部材１４は、複数同じ向きに並べて連結されてなる楔連結体１９を構成しており、背面部１５と複数のカッタ３との間に一括して挿入できるようになっている。
【００３１】
具体的には、楔部材１４は、スライド方向の間隔をカッタ３同士の間隔と同じピッチで連結されており、楔連結体１９は押出用油圧ジャッキ７を挟んで２列に、それぞれ平行かつ左右対称にスライド移動するようになっている。そして、楔連結体１９は、スライド移動されることでそれぞれのカッタ３を同じ押出位置にロックするようになっている。
【００３２】
ロック用油圧ジャッキ１６は、楔連結体１９毎に用意されており、一端を楔連結体１９の中央近傍に連結されると共に他端をカッタスポーク２の背面部１５に連結されている。そして、ロック用油圧ジャッキ１６は伸張されることで楔連結体１９を先端をスライド方向へ向けて押し込むようになっている。
【００３３】
また、図４に示すように、カッタスポーク２は内周部２０と外周部２１とで分割可能に形成されており、分割することで内周側に子シールドを形成するようになっている。
【００３４】
そして、カッタスポーク２の内周部２０と外周部２１においては、それぞれ別々の楔連結体１９でカッタ３をロックするようになっている。
【００３５】
図５に示すように、カッタスポーク２の外周部２１又は内周部２０に配置される押出用油圧ジャッキ７同士は、それぞれ伸張側又は縮退側ごとに同じ油圧配管２２，２３，２４，２５から油圧を採るようになっており、岩盤に阻まれるなどして伸縮を止められるまでは常に同時に伸縮されるようになっている。
【００３６】
また、カッタスポーク２の外周部２１または内周部２０に配置されるロック用油圧ジャッキ１６同士も同様に、それぞれ伸張側又は縮退側ごとに同じ配管２６，２７，２８，２９から油圧を採るようになっている。
【００３７】
次に作用を述べる。
【００３８】
カッタ３を切羽側に押し出す場合、押出用油圧ジャッキ７の伸張側にそれぞれ油圧を供給する。押出用油圧ジャッキ７はそれぞれ伸張され、カッタ３は、スライドガイド１１に案内されながら押出用油圧ジャッキ７に後押しされて切羽側へ押し出される。これにより、カッタ３の脚部１３は、それぞれ対応する楔部材１４から離間される。
【００３９】
そして、油圧の供給を継続しながら、ロック用油圧ジャッキ１６の伸張側に油圧を供給する。楔連結体１９は、背面部１５に沿ってカッタスポーク２の径方向外方へスライド移動され、カッタ３の脚部１３と背面部１５との間に嵌り込む。
【００４０】
このとき、完全に押し出せなかったカッタ３があった場合、そのうちで一番押し出せなかったカッタ３と背面部１５との間にのみ楔部材１４が嵌り込み、楔連結体１９はスライド移動を止められる。そして、ロック用油圧ジャッキ１６へ供給する油圧が所定の圧を超えたら油圧の供給を止め、押出用油圧ジャッキ７への油圧の供給を止める。
【００４１】
楔部材１４から浮いているカッタ３は、それぞれ地山から受ける力によって押し戻され、それぞれ対応する楔部材１４に着座されて止まる。これにより、それぞれのカッタ３を最も押し出せなかったカッタ３の押出位置に揃えてロックすることができ、再び掘り進むことができる。
【００４２】
このとき、楔部材１４には、地山側から背面部１５に押付ける方向の力Ｆが作用するが、テーパ面１８の摩擦力Ｍが力Ｆの平行分力Ｆxよりも大きくなるようにテーパ角θを決定されているため、力Ｆによって楔部材１４が動かされることはなく、カッタ３の押出位置を安定してロックすることができる。
【００４３】
また、楔部材１４に作用する力Ｆが大きければそれに応じて摩擦力Ｍも大きくなり、楔部材１４に大きな強度を必要としない構造であるため、ピンロック方式のように作用する力Ｆに応じてピン（ロック機構）の設計強度を変える必要がなく汎用的に用いることができる。
【００４４】
そして、カッタ３は押出量を一定に揃えられているため、地山を均一に掘削することができ、切羽面を崩すことなく安定して掘進することができる。
【００４５】
このようにカッタ３を完全に押し出せなかった場合、掘進して位置を変えたのち再び同様の手順でカッタ３を切羽側へ押し出す。地山が新たに別のものになっているため、再びカッタ３を押し出すことができる。そして、同様の手順で楔連結体１９をスライド移動させてカッタ３をロックする。
【００４６】
カッタビット５を交換した場合、もしくは、カッタビット５を使い地山を掘削する必要が無くなった場合、ロック用油圧ジャッキ１６を完全に縮退させ、カッタ３を各楔部材１４の先端側でロックする。カッタ３を押し出す前の通常位置でロックすることができ、カッタビット５が摩耗したときもしくは、カッタビット５で地山を掘削する必要がでた場合には再び切羽側へ押し出すことができる。
【００４７】
このように、シールド掘進機１のカッタスポーク２に押出し可能に設けられたカッタ３をロックするための押出式カッタ用ロック機構４において、カッタ３の押出方向後方に設けられカッタ３を後方から支えるための背面部１５（支持部材）と、背面部１５に沿ってスライド自在に設けられカッタ３と背面部１５との間に挿入するための楔部材１４とを備えて構成したため、カッタ３を完全に押し出すことができなくとも、押し出すことができた任意の押出位置でロックすることができる。そして、カッタ３に作用する荷重の大きさに関わりなく同じロック機構４でカッタ３をロックすることができる。
【００４９】
楔部材１４を複数同じ向きに並べて連結し、背面部１５と複数のカッタ３との間に一括して挿入するように形成したため、それぞれのカッタ３を常に一定の押出位置に揃えることができ、切羽を安定させることができる。
【００５０】
また、特に掘進経路上に高強度壁（図示せず）が埋設されている場合、平らな壁面にカッタ３を平らに当てることができ、高強度壁を切り残し無く安定して掘り抜くことができる。
【００５１】
なお、ロック用油圧ジャッキ１６は楔部材１４と背面部１５との間に設けるものとしたが、これに限るものではない。楔部材１４を背面部１５に沿ってスライド移動させられればよく、具体的には楔部材１４とカッタスポーク２の他の部分又はカッタ面板（図示せず）との間に設けてもよい。
【００５２】
カッタ３はカッタスポーク２内に設けるものとしたが、カッタ面板等他の位置に設けるものとしてもよい。
【００５３】
押出用油圧ジャッキ７は、スライド基部１０の内部に収容されるとしたが、分けてもよい。
【００５４】
カッタ３は、コピーカッタ（図示せず）であってもよい。
【００５５】
カッタ３と楔部材１４をそれぞれ油圧ジャッキ７，１６で押し出すものとしたが、これに限るものではない。電動ジャッキ（図示せず）や油圧モータ（図示せず）など他の駆動装置で押し出すものとしてもよい。
【００５６】
カッタ３は一列に並べるものとしたが、自由に配置してよい。この場合、楔連結体１９の形状をカッタ３の配置に合わせて変形させるとよい。
【００５７】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、複数のカッタを押出位置を揃えてロックできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適実施の形態を示すの押出式カッタ用ロック機構の側面図である。
【図２】図１のII−II線矢視断面図である。
【図３】図１のIII−III線矢視断面図である。
【図４】シールド掘進機の要部拡大図である。
【図５】油圧ジャッキに接続される油圧配管の油圧配管系統図である。
【図６】楔部材に作用する力のバランスを説明する説明図である。
【図７】従来の押出式カッタ用ロック機構の側断面図である。
【符号の説明】
１    シールド掘進機
２    カッタスポーク
３    カッタ
４    ロック機構（押出式カッタ用ロック機構）
１４  楔部材
１５  背面部（支持部材）
１７  底面（面）
１８  テーパ面（面）
θ    テーパ角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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