(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド本体に、切羽を掘削するため、上記シールド本体の推進方向に沿った軸廻りに正逆回転自在に設けられたカッタと、
該カッタに切羽に対向して固設され、上記カッタの正回転方向に刃部を有する正回転用ビットと、
上記カッタに切羽に対向して固設され、上記カッタの逆回転方向に刃部を有し、上記正回転用ビットよりも上記カッタから切羽までの高さが低く形成された逆回転用ビットと、
上記正回転用ビットが上記逆回転用ビットの高さと同等高さまで摩耗したか否かを判断するための手段と、
該手段が、上記正回転用ビットが上記逆回転用ビットの高さと同等高さまで摩耗したと判断したとき、上記カッタの回転駆動方向をそれまでの正回転方向から逆回転方向に切り換えるための回転方向切換手段と
を備えたことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
上記判断するための手段は、上記正回転用ビットの内部に収容され、上記正回転用ビットが上記逆回転用ビットの高さと同等高さまで摩耗したときに切羽に擦れて断線するセンサを有する請求項１に記載のシールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転するカッタに設けられたビットによって切羽を掘削するシールド掘進機に関する。
【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からなり、駆動モータｈによって正回転（以下図８にて時計回りを正回転とする）または逆回転されるようになっている。
【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の正回転方向に刃部ｉを有する正回転用ビットｊと、カッタ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、同じ高さに形成されていた。
【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とが同じ高さであると、図９に示すように、例えばカッタｅを正回転させて切羽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。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とが同じ高さであると、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、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】
上記目的を達成するために本発明は、シールド本体に、切羽を掘削するため、上記シールド本体の推進方向に沿った軸廻りに正逆回転自在に設けられたカッタと、該カッタに切羽に対向して固設され、上記カッタの正回転方向に刃部を有する正回転用ビットと、上記カッタに切羽に対向して固設され、上記カッタの逆回転方向に刃部を有し、上記正回転用ビットよりも上記カッタから切羽までの高さが低く形成された逆回転用ビットと、上記正回転用ビットが上記逆回転用ビットの高さと同等高さまで摩耗したか否かを判断するための手段と、該手段が、上記正回転用ビットが上記逆回転用ビットの高さと同等高さまで摩耗したと判断したとき、上記カッタの回転駆動方向をそれまでの正回転方向から逆回転方向に切り換えるための回転方向切換手段とを備えたものである。
【０００８】
本発明によれば、最初カッタを正回転させて切羽を掘削すると、高く形成された正回転用ビットのみが切羽に接触し、それより低く形成された逆回転用ビットが切羽に押し付けられないので、逆回転用ビットの背面部の摩耗が抑制される。その後、正回転用ビットが逆回転用ビットと同等高さにまで摩耗した後に、カッタを逆回転させて切羽を掘削すると、今度は背面摩耗することなく温存された逆回転用ビットが切羽を掘削するので、ビットの無駄な摩耗がなくなって正回転用および逆回転用のトータルとしてのビットの寿命が延びる。
【０００９】
また、上記判断するための手段は、上記正回転用ビットの内部に収容され、上記正回転用ビットが上記逆回転用ビットの高さと同等高さまで摩耗したときに切羽に擦れて断線するセンサを有することが好ましい。
【００１０】
【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。
【００１１】
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。シールド本体４の隔壁３には、切羽５を掘削するためのカッタ６が正逆回転自在に取り付けられていると共に、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。カッタ６は、隔壁３に軸支された回転軸８と、回転軸８の前端部に設けられたスポーク取付座９と、スポーク取付座９に取り付けられたカッタスポーク１０とからなる。
【００１２】
カッタ６の回転軸８には、大径ギヤ１１が設けられている。大径ギヤ１１は、駆動モータ１２のピニオン１３に噛合されている。これら大径ギヤ１１およびピニオン１３はギヤボックス１４内に収容され、駆動モータ１２はギヤボックス１４に取り付けられている。この構成によれば、駆動モータ１２を駆動することによりカッタ６が回転駆動され、駆動モータ１２の回転方向を切り換えることによりカッタ６の回転方向が切り換わる。よって、上記駆動モータ１２が、特許請求の範囲中の回転方向切換手段を構成することになる。また、駆動モータ１２の回転方向に切り換えは、例えば油圧モータであれば油圧回路を切り換えることでなされる。
【００１３】
カッタ６のカッタスポーク１０は、図２にも示すように、スポーク取付座９から90度間隔で４本放射状に延出されて形成されている。なお、カッタスポーク１０の間隔および本数はこれに限られず、カッタ６をスポーク状とせずに面板状としてもよい。各カッタスポーク１０には、図５(a) に示すようにカッタ６の正回転方向Ａ（以下図２にて時計回りを正回転方向Ａとする）に刃部１５を有する正回転用ビット１６が、図２に示すように径方向に所定間隔を隔てて取り付けられていると共に、それらに並列させてカッタ６の逆回転方向Ｂに刃部１７を有する逆回転用ビット１８が径方向に所定間隔を隔てて取り付けられている。
【００１４】
逆回転用ビット１８は、図５(a) に示すように、正回転用ビット１６よりも高さが低く形成されている。詳しくは、正回転用ビット１６および逆回転用ビット１８は、それぞれビット取付台１９、２０とビット本体２１、２２と刃部１５、１７とからなるが、逆回転用ビット１８の取付台２０が正回転用ビット１６の取付台１９よりも低く形成されている。このため、ビット本体２１、２２と刃部１５、１７とは、正回転用ビット１６および逆回転用ビット１８に共用でき、コストダウンを図れる。正回転用ビット１６と逆回転用ビット１８との高さ差は、図５(a) に示すように、カッタ６を正回転させて正回転用ビット１６で切羽５を掘削したときに、逆回転用ビット１８が切羽５に接触しない高さ差に設定されている。
【００１５】
正回転用ビット１６と逆回転用ビット１８とは、図２に示すように、１本のカッタスポーク１０については、スポーク１０の中心線を挟んでその左右に対称に、カッタ６の同一円周上（同一掘削パス上）にて対２３になるように、取り付けられている。対２３の一方をなす正回転用ビット１６は、カッタ６の正回転時に上流側となる位置に取り付けられ、対２３の他方をなす逆回転用ビット１８は、カッタ６の逆回転時に上流側となる位置に取り付けられている。上記正回転用ビット１６と逆回転用ビット１８との対２３は、１本のカッタスポーク１０にその径方向に所定の間隔を隔てて取り付けられることになる。
【００１６】
正回転用ビット１６と逆回転用ビット１８との対２３は、周方向に隣接するカッタスポーク１０、１０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、一のカッタスポーク１０に取り付けられた対２３同士の間のスペース２４の同一円周上に、それに隣接するカッタスポーク１０に取り付けられた対２３が配置されることになる。これにより切羽５の全面を多重の同芯円状に掘削できることになる。
【００１７】
詳しくは、本実施形態では、カッタスポーク１０が90度間隔で４本であるので、一のカッタスポーク１０に取り付けられた対２３は、それと 180度離れたカッタスポーク１０の対２３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５の同一円周上（同一掘削パス上）は２つの対２３、２３のビット１６、１８で掘削されることになる。これを２条掘削という。なお、カッタスポーク１０を６本にして３条掘削にしてもよいことは勿論である。
【００１８】
また、シールド本体４のシールドフレーム２の内部には、図１に示すように、カッタ６の一方向回転により生じるローリングを打ち消すべく、推進ジャッキ２５をトンネル周方向に傾動させて保持するローリング修正機構２６が設けられている。推進ジャッキ２５は、既設セグメント２７に反力をとってシールド本体４を前進させるものであり、図４にも示すように、シールドフレーム２の周方向に所定間隔を隔てて複数配置されている。ローリング修正機構２６は、上記推進ジャッキ２５と、推進ジャッキ２５をシールドフレーム２の周方向に傾けて保持する傾動保持部材２８とからなる。
【００１９】
傾動保持部材２８は、図３にも示すように、シールドフレーム２に取り付けられた支持ブラケット２９および保持ブラケット３０を有する。支持ブラケット２９は、推進ジャッキ２５のヘッド部３１の端面３２が当接され、推進ジャッキ２５の傾動を許容すべく丸く凹まされた凹部３３を有し、推進ジャッキ２５を軸方向に支持する。なお、ヘッド部３１の端面３２も丸めることが好ましい。他方、保持ブラケット３０は、推進ジャッキ２５のヘッド部３１に装着された押し板３４に当接される調節ボルト３５が螺着され、推進ジャッキ２５を周方向に支持する。
【００２０】
調節ボルト３５は、シールドフレーム２の周方向に沿って配置され、１本の推進ジャッキ２５当たり２本設けられている。それら調節ボルト３５の螺合深さを調節することにより、推進ジャッキ２５がそのヘッド部３１の端面３２を中心にシールドフレーム２の周方向に傾動することになる。推進ジャッキ２５の傾動角度は、調節ボルト３５に螺合された位置決めナット３６によって固定される。また、上記構成によれば、推進ジャッキ２５の推進力は、上記支持ブラケット２９に加わって、シールド本体に伝わる。なお、一端がシールドフレーム２に固定されると共に他端が上記押し板３４の前面に当接され、推進ジャッキ２５の推進力の一部を受ける荷重支持部材（図示せず）を設けてもよい。また、上記調節ボルト３５の代わりにミニジャッキ等（図示せず）を用いてもよい。
【００２１】
以上の構成からなる本実施形態の作用を述べる。
【００２２】
上記シールド掘進機は、先ず、カッタ６を正回転方向Ａに回転させて切羽５を掘削する。すると、図５(a) に示すように、高く形成された正回転用ビット１６のみが切羽５に接触し、それより低く形成された逆回転用ビット１８が切羽５に押し付けられることはない。すなわち、適正な掘削力を発揮する正回転用ビット１６のみが切羽５を掘削し、掘削に寄与しない逆回転用ビット１８は切羽５から離間する。よって、逆回転用ビット１８の背面部の摩耗が抑制され、逆回転用ビット１８が傷むことはない。
【００２３】
また、切羽５に押し付けられない逆回転用ビット１８は、シールド本体４の掘進抵抗やカッタ６の回転抵抗とならない。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略２倍となってしまうのである。逆をいえば、図５(a) に示す本実施形態にあっては、掘進力や回転力は、正回転用ビット１６のみに集中して作用するため、従来タイプの１／２程度で済み、掘削効率が向上する。
【００２４】
こうして、カッタ６を正回転させて正回転用ビット１６によって切羽５を掘削していると、図５(b) に示すように正回転用ビット１６が摩耗してくる。そして、正回転用ビット１６が逆回転用ビット１８と同等高さにまで摩耗したならば、カッタ６を回転方向切換手段（駆動モータ１２）によって逆回転させる。正回転用ビット１６が逆回転用ビット１８と同等高さにまで摩耗したか否かの判断は、正回転用ビット１６のビット本体２１内の所定の位置にセンサ（図示せず）を埋設しておき、そのセンサが露出を感知したとき（例えば切羽に擦れて断線したとき）同等高さにまで摩耗したと判断するようにしてもよい。また、予め図５(b) の状態にまで摩耗すると予測される掘進距離を計算しておき、その距離を掘進した後に回転方向を切り換えるようにしてもよい。
【００２５】
カッタ６の回転を逆回転方向Ｂにすると、今度は図５(c) に示すように、背面摩耗していない（傷んでいない）温存されていた逆回転用ビット１８が切羽５を掘削することになり、正回転用および逆回転用のトータルとしてのビット１６，１８の寿命が大幅に延びる。すなわち、図９に示す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によって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、図５(a) に示す本実施形態では、カッタ６の正回転時には正回転用ビット１６のみが摩耗し逆回転用ビット１８が摩耗しないで温存されるので、逆回転用ビット１８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１６、１８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、工期短縮化、低コスト化、安全性向上など様々な波及効果が得られる。
【００２６】
また、本実施形態のシールド掘進機１の場合、カッタ６を一方向にのみ継続して回転させるため、シールド本体４がカッタ６の回転方向と逆方向にローリングしてしまう問題が生じるが、このローリングは推進ジャッキ２５を図３および図４に示すようにローリングを打ち消す方向に傾斜させることで解消される。例えば、シールド本体４に時計回りのローリングが発生する場合には、シールド本体４に逆時計回りのローリングが生じるように推進ジャッキ２５を斜めに支持すればよい。これにより、推進ジャッキ２５の力の一部がローリングを打ち消すように作用する。
【００２７】
ところで、図５(c) に示すように、カッタ６を逆回転させて逆回転用ビット１８で切羽５を掘削する場合、すでに磨り減って逆回転用ビット１８と同等高さとなった正回転用ビット１６が切羽５に押し付けられるため、その分だけシールド本体４の掘進抵抗およびカッタ６の回転抵抗が大きくなってしまう。そこで、それを回避するために、図６に示すようにカッタスポーク１０を、スポーク取付座９に固定された心棒部１０ａと、それに回転自在い被嵌されたカバー部１０ｂとから構成し、心棒部１０ａとカバー部１０ｂとの間にそれらを所定の角度範囲でのみ回動させるストッパ機構３７を設けてもよい。
【００２８】
ストッパ機構３７は、心棒部１０ａに取り付けられたキー３８と、カバー部１０ｂに形成された円弧状のキー溝３９とからなる。ストッパ機構３７は、カッタ６を正回転方向Ａとしたときには、正回転用ビット１６が切羽５から受ける抵抗力によってキー３８の左端がキー溝３９の左端に当たり、図５(a) に示すように正回転用ビット１６のみが切羽５に切り込み逆回転用ビット１８は切羽５から離れた状態にカバー部１０ｂを保持し、カッタ６を逆回転方向Ｂとしたときには、逆回転用ビット１８が切羽５から受ける抵抗力によってキー３８の右端がキー溝３９の右端に当たり、図６に示すように逆回転用ビット１８のみが切羽５に切り込み正回転用ビット１６は切羽５から離れた状態にカバー部を保持する。
【００２９】
このように、図６の変形例にあっては、カッタ６の逆回転時に切羽５の掘削抵抗力によって自動的にカバー部１０ｂが回動することにより、すでに磨り減って逆回転用ビット１８と同等高さとなった正回転用ビット１６が切羽５から離間するため、前述したシールド本体４の掘進抵抗の増加の問題およびカッタ６の回転抵抗の増加の問題を回避できる。すなわち、この場合、シールド本体４の掘進抵抗およびカッタ６の回転抵抗は、図５(a) に示すカッタ６の正回転時であっても、図６に示すカッタ６の逆回転時であっても変わらないことになる。
【００３０】
【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シールド掘進機の側断面図である。
【図２】上記シールド掘進機のカッタの正面図である。
【図３】上記シールド掘進機のローリング修正機構を示す斜視図である。
【図４】上記シールド掘進機の後面図である。
【図５】上記シールド掘進機のビットによる切羽の掘削状態を示す説明図であり、図５(a) は掘削前期、図５(b) は掘削中期、図５(c) は掘削後期を示す。
【図６】上記シールド掘進機のカッタの変形例を示す断面図である。
【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】上記シールド掘進機のカッタの正面図である。
【図９】上記シールド掘進機のビットによる切羽の掘削状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１  シールド掘進機
４  シールド本体
６  カッタ
１２  回転方向切換手段としてのモータ
１６  正回転用ビット
１８  逆回転用ビット
２５  推進ジャッキ
２６  ローリング修正機構
Ａ  正回転方向
Ｂ  逆回転方向
【図１】
0004122557.tif 000002
【図２】
0004122557.tif 000003
【図３】
0004122557.tif 000004
【図４】
0004122557.tif 000005
【図５】
0004122557.tif 000006
【図６】
0004122557.tif 000007
【図７】
0004122557.tif 000008
【図８】
0004122557.tif 000009
【図９】
0004122557.tif 000010