(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド本体の前部に設けられ正回転方向または逆回転方向に駆動されるカッタ回転体と、該カッタ回転体にその径方向に延出して形成されたロッド部と、該ロッド部に所定範囲で回動自在に被嵌されたカバー部と、該カバー部に取り付けられ上記カッタ回転体の周方向に間隔を隔てて配置された正回転用ビットおよび逆回転用ビットとを備えたシールド掘進機のカッタ構造であって、
上記カバー部が、上記ロッド部を覆うように上記径方向に沿って細長い有底円筒状に形成され、上記正回転用ビット及び逆回転用ビットが、上記有底円筒状のカバー部に夫々その長手方向に間隔を隔てて複数配設されると共に、そのカバー部に夫々ビット取付台を介して切羽側に突出させて取り付けられたことを特徴とするシールド掘進機のカッタ構造。
【請求項２】
上記カバー部を上記ロッド部に対して回動させるためのアクチュエータを備えた請求項１に記載のシールド掘進機のカッタ構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビットの背面摩耗を防止して長寿命化を図ったシールド掘進機のカッタ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７に示すように、シールド掘進機ａは、筒体状に形成されたシールドフレームｂとそのシールドフレームｂ内を前後に仕切る隔壁ｃとからなるシールド本体ｄに、切羽を掘削するためのカッタｅを正逆回転自在に取り付けて構成されている。カッタｅは、図８に示すように、回転中心部ｆから放射状に延出された複数のカッタスポークｇを有し、駆動モータｈによって正回転方向（以下図８にて時計回りを正回転方向とする）または逆回転方向に駆動される。
【０００３】
各カッタスポークｇには、図９にも示すように、カッタｅの正回転方向Ａに刃部ｉを有する正回転用ビットｊと、カッタｅの逆回転方向に刃部ｋを有する逆回転用ビットｌとが、それぞれ径方向に沿って取り付けられている。正回転用ビットｊはカッタｅが正回転されたときに切羽ｍを掘削し、逆回転用ビットｌはカッタｅが逆回転されたときに切羽ｍを掘削する。従来、上記正回転用ビットｊと逆回転用ビットｌとは、カッタスポークｇに同じ高さに固設されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように正回転用ビットｊと逆回転用ビットｌとが同じ高さに固設されていると、図９に示すように、例えばカッタｅを正回転方向Ａに回転させて切羽ｍを掘削する場合、正回転用ビットｊで切り込んだ切羽面ｎに逆回転用ビットｌの背面部が擦り付けられ、逆転用ビットｌの背面部が摩耗してしまう。すなわち、この場合、切羽ｍを掘削する正回転用ビットｊが摩耗するのみならず、実質的には掘削していない逆転用ビットｌをも同時に摩耗してしまう。これをビットｌの背面摩耗という。逆に、カッタｅを逆回転させて切羽ｍを掘削する場合には、逆転用ビットｌのみならず、正回転用ビットｊの背面部も同時に摩耗してしまう。
【０００５】
ビットｊ、ｌは、その刃部ｉ、ｋ側が切羽ｍに切り込むように使用されてこそ適正な掘削能力を発揮でき、それとは逆方向に使用されると掘削能力は殆ど発揮できず摩耗のみが生じてしまうからである。このように、正回転用ビットｊと逆回転用ビットｌとが同じ高さに固設されていると、カッタｅの回転方向に拘らず、切羽ｍへの掘削作用を発揮するビットｊ、 (ｌ) のみならず実質的に切羽ｍを掘削しない方のビットｌ、 (ｊ) の背面部が常に切羽に擦り付けられて摩耗するため、結果的に常に両ビットｊ、ｌが摩耗することとなってビットｊ、ｌの寿命が短くなり、長距離掘進を妨げる原因となっていた。
【０００６】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、正回転用ビットおよび逆回転用ビットの背面部の摩耗を防止してビットの長寿命化を図ったシールド掘進機のカッタ構造を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明に係るシールド掘進機のカッタ構造は、シールド本体の前部に設けられ正回転方向または逆回転方向に駆動されるカッタ回転体と、該カッタ回転体にその径方向に延出して形成されたロッド部と、該ロッド部に所定範囲で回動自在に被嵌されたカバー部と、該カバー部に取り付けられ上記カッタ回転体の周方向に間隔を隔てて配置された正回転用ビットおよび逆回転用ビットとを備えたシールド掘進機のカッタ構造であって、上記カバー部が、上記ロッド部を覆うように上記径方向に沿って細長い有底円筒状に形成され、上記正回転用ビット及び逆回転用ビットが、上記有底円筒状のカバー部に夫々その長手方向に間隔を隔てて複数配設されると共に、そのカバー部に夫々ビット取付台を介して切羽側に突出させて取り付けられたものである。
【０００８】
本発明によれば、例えばカッタ回転体を正回転方向に駆動すると、カバー部に設けられた正回転用ビットが切羽を切り込み、その反力を受けてカバー部がシーソの如く後方に傾くため、逆回転用ビットが切羽から離間する。逆に、カッタ回転体を逆回転方向に駆動すると、カバー部に設けられた逆回転用ビットが切羽を切り込み、その反力を受けてカバー部が前記とは逆方向にシーソの如く傾くため、正回転用ビットが切羽から離間する。
【０００９】
このように、カッタ回転体を正回転させたときには正回転用ビットのみが切羽を掘削して逆回転用ビットが切羽から離間し、カッタ回転体を逆回転させたときには逆回転用ビットのみが切羽を掘削して正回転用ビットが切羽から離間するので、従来問題となっていた各ビットの背面部の摩耗が防止され、ビットの長寿命化を図ることができる。また、上記揺動体の傾きは、各ビットの切羽からの反力によって自動的に為されるので、専用アクチュエータは基本的に不要である。
【００１２】
また、上記カバー部を上記ロッド部に対して回動させるためのアクチュエータを備えてもよい。こうすれば、切羽からの反力を当てにすることなく、カッタ回転体と揺動体とを確実に回動させることができるので、実質的に掘削しない側のビットを切羽から確実に離間させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１に示すように、シールド掘進機１は、筒体状に形成されたシールドフレーム２とその内部を前後に仕切る隔壁３とからなるシールド本体４を有する。シールドフレーム２には、既設セグメント５に反力をとってシールド本体４を前進させる推進ジャッキ６が設けられ、隔壁３には、掘削土砂を坑内に搬送するスクリューコンベヤ７が取り付けられている。
【００１５】
隔壁３には、駆動モータ８の回転方向を切り換えることによって正回転方向または逆回転方向に駆動されるカッタ回転体９が、図示しない軸受およびシール等を介して取り付けられている。カッタ回転体９は、図３にも示すように、隔壁３に軸支された回転軸部１０と、その前端に設けられた取付座部１１と、取付座部１１から周方向に所定間隔を隔てて径方向外方に延出されたロッド部１２とからなる。ロッド部１２は、本実施形態では図２に示すように90度間隔で４本設けられているが、この間隔および本数に限られるものではなく、２本以上であれば何本でもよい。
【００１６】
ロッド部１２には、カッタ回転体９の周方向にシーソの如く所定範囲で自在に揺動する揺動体として、図３(a),(b) に示すように有底円筒状に形成されたカバー部１３が所定範囲で回動自在に被嵌されている。カバー部１３とロッド部１２との間には、リング状の抜止部材１４が設けられていると共に、シール部材１５が設けられている。カバー部１３のロッド部１２に対する揺動範囲（回動範囲）は、ロッド部１２に取り付けられたキー１６と、カバー部１３に形成されたキー溝１７とからなるストッパ機構１８によって、所定範囲に規制されるようになっている。
【００１７】
キー１６は、ロッド部１２の軸方向（カッタ回転体９の径方向）に沿って形成されており、ロッド部１２に形成された係合溝１９に装着・固定されている。他方、キー溝１７は、カバー部１３の内周面にその軸方向（カッタ回転体９の径方向）に沿って形成されており、図４(a),(b),(c) に示すようにキー１６を所定範囲で周方向に移動自在に収容するような溝幅に形成されている。すなわち、図４(b) に示すようにカバー部１３が時計回りに回動したときにはキー１６の左端がキー溝１７の左端に当接して回動が規制され、図４(c) に示すようにカバー部１３が反時計回りに回動したときにはキー１６の右端がキー溝１７の右端に当接して反時計回りの回動が規制される。
【００１８】
かかる回動範囲は、図４(b) に示すようにカバー部１３が時計回りに回動したときに正回転用ビット２０のみが切羽２１に接触して逆回転用ビット２２が切羽２１から離間すると共に、図４(c) に示すようにカバー部１３が反時計回りに回動したときに逆回転用ビット２２のみが切羽２１に接触して正回転用ビット２０が切羽２１から離間するように設定されている。上記正回転用ビット２０および逆回転用ビット２２は、図４(a) に示すように、カバー部１３の切羽２１の対向部分に、カッタ回転体９の周方向（回転方向Ａ、Ｂ）に所定間を隔てて取り付けられている。
【００１９】
詳しくは、カバー部１３の切羽２１の対向部分には、カッタ回転体９の正回転方向Ａ（図２にて時計方向）の上流側に正回転用ビット２０（図２にて斜線で示す）が取り付けられていると共に、カッタ回転体９の逆回転方向Ｂ（図２にて反時計方向）の上流側に逆回転用ビット２２が取り付けられている。正回転用ビット２０は、カッタ回転体９を正回転方向に回転させたときに切羽２１を掘削するものであり、逆回転用ビット２２は、カッタ回転体９を逆回転方向に回転させたときに切羽２１を掘削するものであり、図３(b) に示すようにそれぞれビット取付台２３とビット本体２４と刃部２５とからなっている。
【００２０】
正回転用ビット２０と逆回転用ビット２２とは、図２に示すように、１本のカバー部１３については、筒体状のカバー部１３の中心線を挟んでカッタ回転体９の周方向（回転方向）に所定間隔を隔てて左右対称に、すなわちカッタ回転体９の同一円周上（同一掘削パス上）にて対２６になるように、取り付けられている。かかる正回転用２０ビットと逆回転用ビット２２との対２６は、１本のカバー部１３については、カッタ回転体９の径方向に所定の間隔を隔てて複数取り付けられている。
【００２１】
また、正回転用ビット２０と逆回転用ビット２２との対２６は、周方向に隣接するカバー部１３、１３同士について見れば、径方向に位置がズラされている。すなわち、一のカバー部１３に取り付けられた対２６、２６同士の間のスペース２７の同一円周上に、それに隣接するカバー部１３に取り付けられた対２６が配置されることになる。これにより各対２６のビット２０、２２によって切羽２１の全面を多重の同芯円状に掘削できることになる。
【００２２】
詳しくは、本実施形態では、カバー部１３が90度間隔で４本であるので、一のカバー部１３に取り付けられた対２６は、それと 180度離れたカバー部１３の対２６と、同一円周上（同一掘削パス上）の関係にある。よって、本実施形態では、切羽２１の同一円周上（同一掘削パス上）は、２つの対２６、２６のビット２０、２２で掘削されることになる。これを２条掘削という。なお、カバー部１３を６本にして３条掘削にしてもよいことは勿論である。
【００２３】
以上の構成からなる本実施形態の作用を述べる。
【００２４】
上記シールド掘進機１は、図４(a) に示すようにカバー部１３に設けられた各ビット２０、２２が切羽２１に当接した状態でカッタ回転体９を正回転方向Ａに駆動すると、図４(b) に示すように正回転用ビット２０が切羽２１を切り込み、その反力を受けてカバー部１３がシーソの如く後方に回動して傾き、逆回転用ビット２２が切羽２１から離間する。逆に、カッタ回転体９を逆回転方向Ｂに駆動すると、図４(c) に示すように逆回転用ビット２２が切羽２１を切り込み、その反力を受けてカバー部１３が前記とは逆方向にシーソの如く回動して傾き、今度は正回転用ビット２０が切羽２１から離間する。
【００２５】
このように、カッタ回転体９を正回転方向Ａに駆動したときには正回転用ビット２０のみが切羽２１を掘削して逆回転用ビット２２が切羽２１から離間し、カッタ回転体９を逆回転方向Ｂに駆動したときには逆回転用ビット２２のみが切羽２１を掘削して正回転用ビット２０が切羽２１から離間するので、従来問題となっていた各ビット２０、２２の背面部の摩耗が防止され、ビット２０、２２の長寿命化を図ることができる。また、上記カバー部１３の回動は、各ビット２０、２２の切羽２１からの反力によって自動的に為されるので、揺動のための専用アクチュエータは基本的には不要である。
【００２６】
図９に示す従来タイプと比較すると、従来タイプにおいてはカッタｅを正回転させて正回転用ビットｊで掘削しているときに掘削には殆ど寄与しない逆回転用ビットｌが摩耗してしまっていたのに対し、本実施形態では図４(b),(c) に示すようにカッタ回転体９の正回転時（逆回転時）には正回転用ビット２０（逆回転用ビット２２）のみが摩耗し逆回転用ビット２２（正回転用ビット２０）が摩耗しないで温存されるので、逆回転用ビット２２（正回転用ビット２０）の無駄な摩耗がなくなり、その分、トータルとしてのビット２０、２２の寿命が延びるのである。よって、従来、途中でビット交換が必要であった長距離掘進をビット交換なしで行うことができ、工期短縮、低コスト化、安全性向上など様々な波及効果が得られる。
【００２７】
また、本実施形態のものは、図４(b) または図４(c) に示すように正回転用ビット２０または逆回転用ビット２２のいずれかのビット２０、２２にのみが切羽２１に接触するので、前述したようにビット２０、２２の背面部の摩耗を防止できるのみならず、図９に示す従来タイプのように正回転用ビットｊおよび逆回転用ビットｌの両ビットｊ、ｌが切羽ｍに接触するものと比べると、シールド本体４の掘進抵抗やカッタ回転体９の回転抵抗が小さくなる。
【００２８】
すなわち、図９に示す従来タイプにおいては、正回転用ビットｊのみならず逆回転用ビットｌをも切羽ｍに押し付けられるので、切羽ｍに対するビットｊ、ｌの接触面積が図５(a) の本実施形態の略２倍となり、シールド本体ｄの掘進抵抗やカッタｅの回転抵抗が本実施形態のものより大きくなってしまうのである。逆をいえば、本実施形態のものは、シールド本体４の掘進力やカッタ回転体９の回転力が正回転用ビット２０または逆回転用ビット２２のいずれかのビット２０，２２にのみに集中して作用するため、掘削効率が向上する。
【００２９】
また、本実施形態のものは、１本のカバー部１３に複数の正回転用ビット２０および逆回転用ビット２２を取り付けているので、各ビット２０、２２が切羽２１から受ける掘削反力が共同して１本のカバー部１３を回動させることになり、カバー部１３が確実に回動されて使用ビット２０、２２が切り換わることになる。また、カバー部１３の回動によって当該カバー部１３に取り付けられた複数の正回転用ビット２０および逆回転用ビット２２が同時に一気に切り換わることにもなる。
【００３０】
また、各ビット２０、２２が切羽２１から受ける掘削反力によって回動されるカバー部１３の回動トルクは、図３に示すストッパ機構１８によって受け止められて支持される。ここで、上記ストッパ機構１８を構成するキー１６およびキー溝１７は、図３(a),(b) に示すように円筒状のカバー部１３の軸方向（カッタ回転体９の径方向）に沿って細長く形成されているため、カバー部１３の回動規制時に接触するキー１６とキー溝１７との接触面積を上記軸方向に沿って広く確保でき、上記回動トルクに対して十分な支持剛性を確保できる。
【００３１】
変形例を図５に示す。この変形例は、上記カバー部１３をロッド部１２に対して積極的に回動させるためのアクチュエータとして、カバー部１３と取付座部１１との間にミニ油圧ジャッキ２８を介設したものであり、その他は前実施形態と同様の構成となっている。こうすれば、ミニ油圧ジャッキ２８を伸縮させることにより、切羽２１からの反力を当てにすることなく、カバー部１３をロッド部１２に対して確実に回動させることができるので、実質的に掘削しない側のビット２０または２２を切羽２１から確実に離間させることができる。なお、上記ミニ油圧ジャッキ２８を取付座部１１の内部に収納するようにしてもよい。
【００３２】
別の変形例を図６に示す。この変形例は、上記ストッパ機構１８（キー１６およびキー溝１７）を２個設けたものであり、その他は前実施形態と同様の構成となっている。こうすれば、掘削反力によって回動されるカバー部１３の回動トルクを受け止めて支持するキー１６とキー溝１７との接触面積を図３のものの２倍にでき、上記回動トルクに対する支持剛性が向上することになる。なお、上記ストッパ機構１８は２個に限らず３個以上でもよい。
【００３３】
また、以上の実施形態では、カッタ回転体９のロッド部１２に揺動体としてのカバー部１３をシーソの如く回動自在に取り付けたものを説明してきたが、これに限らず、例えばカッタ回転体９に面板状のカッタ面板を設け、そのカッタ面板に径方向に沿った揺動軸を有して周方向にシーソの如く所定範囲で自在に揺動する揺動体としての揺動台を設け、その揺動台に正回転用ビット２０と逆回転用ビット２２とを周方向に所定間隔を隔てて取り付けてもよい。かかる構成を採用することによって、これまで説明したきたスポークタイプのカッタのみならず面板タイプのカッタにも本発明を適用できる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るシールド掘進機のカッタ構造によれば、正回転用ビットおよび逆回転用ビットの背面部の摩耗を防止できるので、ビットの長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すカッタ構造を備えたシールド掘進機の側断面図である。
【図２】上記カッタ構造の正面図である。
【図３】上記カッタ構造の説明図であり、図３(a) は部分断面図、図３(b) は図３(a) のｂ−ｂ線断面図である。
【図４】上記カッタ構造の作動示す説明図である。
【図５】上記カッタ構造の変形例を示す説明図である。
【図６】上記カッタ構造の別の変形例を示す説明図である。
【図７】従来例を示すシールド掘進機の側断面図である。
【図８】上記カッタ構造の正面図である。
【図９】上記カッタ構造の作動示す説明図である。
【符号の説明】
１  シールド掘進機
４  シールド本体
８  駆動モータ
９  カッタ回転体
１２  ロッド部
１３  揺動体としてのカバー部
２０  正回転用ビット
２１  切羽
２２  逆回転用ビット
２８  アクチュエータとしてのミニジャッキ
Ａ  正回転方向
Ｂ  逆回転方向
【図１】
0003885333.tif 000002
【図２】
0003885333.tif 000003
【図３】
0003885333.tif 000004
【図４】
0003885333.tif 000005
【図５】
0003885333.tif 000006
【図６】
0003885333.tif 000007
【図７】
0003885333.tif 000008
【図８】
0003885333.tif 000009
【図９】
0003885333.tif 000010