(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転カッタに、シールドフレームの全断面を掘削可能なカッタビットを設けたシールドマシンにおいて、上記回転カッタに、径方向にスライド可能なスライドビットを上記カッタビットとは別に設けると共に、そのスライドビットを、掘削開始時には径方向内方に位置させ、上記回転カッタの外周のカッタビットが摩耗した時に、上記スライドビットを径方向内方から外方へスライドして新たな掘削ビットとすることを特徴とするシールドマシン。
【請求項２】
回転カッタに、シールドフレームの全断面を掘削可能なカッタビットを設けたシールドマシンにおいて、上記回転カッタに、径方向にスライド可能なスライドビットを上記カッタビットとは別に設けると共に、そのスライドビットを、掘削開始時には径方向外方で、上記回転カッタ外周のカッタビットよりも軸方向前方に突出するように位置させ、そのスライドビットが摩耗した時に、スライドビットを径方向外方から内方へスライドさせて回転カッタ外周のカッタビットを新たな掘削ビットとすることを特徴とするシールドマシン。
【請求項３】
スライドビットは、回転カッタの径方向に延びて形成された溝内にスライド可能に収容された取付座に装着され、上記溝内に設けられたスライド手段によって、その取付座が回転カッタの径方向にスライドされる請求項１又は２記載のシールドマシン。
【請求項４】
スライドビットが回転カッタの径方向内方に位置した時に、上記スライドビットが、上記回転カッタ内周のカッタビットよりも後退して位置すると共に、上記スライドビットが回転カッタの径方向外方に位置した時には、上記スライドビットが、上記回転カッタ外周のカッタビットよりも突出して位置する請求項１〜３記載のシールドマシン。
【請求項５】
回転カッタに設けられたカッタビットは、回転カッタ内周のビットが、回転カッタ外周のビットよりも突出するように高く形成され、スライドビットは、径方向内方に位置した時には回転カッタ内周のビットより後退して位置し、径方向外方に位置した時には回転カッタ外周のビットよりも突出するように形成される請求項１〜４いずれかに記載のシールドマシン。
【請求項６】
放射状に設けられたカッタスポークの両側に、その径方向外側に向かって順次その高さが低くなるカッタビットを設け、上記カッタスポークに、取付座をスライド自在に設けると共に、その取付座にスライドビットを装着した請求項１〜５いずれかに記載のシールドマシン。
【請求項７】
回転カッタに、シールドフレームの全断面を掘削可能なカッタビットを設けたシールドマシンにおいて、上記回転カッタに、径方向にスライド可能なスライドビットを上記カッタビットとは別に設けると共に、そのスライドビットを、通常時は径方向内方に位置させ、土質の変化等により掘削状況が変わった時に、上記スライドビットを径方向内方から外方へスライドさせて掘削ビットとすることを特徴とするシールドマシン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールドマシンに係り、特に、カッタビットを交換することなく長距離掘削することができるシールドマシンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シールドマシンにより長距離掘削を行う場合、カッタビットが摩耗するため、掘削の途中でカッタビットを交換する必要があった。
【０００３】
カッタビットの摩耗量は土質によって異なるが、一般に、カッタビットを交換せずに掘削できる距離は１ｋｍ程度である。
【０００４】
また、カッタビットの摩耗量は摺動距離によるため、外周部のカッタビットの摩耗が特に激しくなる。
【０００５】
そこで、外周部のカッタビットが摩耗すると、掘削経路の途中に立坑を設置して、その中でカッタビットの交換を行っていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、立坑を設置するためには大がかりな地盤改良が必要となり、工期の長期化、およびコスト高につながっていた。
【０００７】
そこで、特開平６−１７３５９２号公報や特開平７−２２４５９５号公報等に開示されているようなカッタビットの交換装置が提案されている。
【０００８】
しかし、カッタビットの交換装置は、その構造が複雑であり、装置自体が大がかりになると共に、コストが高くなる問題があった。
【０００９】
そのため、カッタビットを交換することなく長距離掘削することができるシールドマシンが望まれていた。
【００１０】
一方、掘削の途中で、土質の変化や、流木の出現等による掘削状況の変化に対応するために、従来から、通常のカッタビットとは別に、種類の異なるビット  （流木ビット等）を配置していたが、通常の掘削時に種類の異なるビットも摩耗してしまい、実際に掘削状況が変化した時には、掘削不能となってしまう可能性があった。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、カッタビットを交換することなく長距離掘削することができると共に、掘削途中における掘削状況の変化にも対応できるシールドマシンを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、回転カッタに、シールドフレームの全断面を掘削可能なカッタビットを設けたシールドマシンにおいて、上記回転カッタに、径方向にスライド可能なスライドビットを上記カッタビットとは別に設けると共に、そのスライドビットを、掘削開始時には径方向内方に位置させ、上記回転カッタの外周のカッタビットが摩耗した時に、上記スライドビットを径方向内方から外方へスライドして新たな掘削ビットとするシールドマシンである。
【００１３】
請求項２の発明は、回転カッタに、シールドフレームの全断面を掘削可能なカッタビットを設けたシールドマシンにおいて、上記回転カッタに、径方向にスライド可能なスライドビットを上記カッタビットとは別に設けると共に、そのスライドビットを、掘削開始時には径方向外方で、上記回転カッタ外周のカッタビットよりも軸方向前方に突出するように位置させ、そのスライドビットが摩耗した時に、スライドビットを径方向外方から内方へスライドさせて回転カッタ外周のカッタビットを新たな掘削ビットとするシールドマシンである。
【００１４】
請求項３の発明は、スライドビットは、回転カッタの径方向に延びて形成された溝内にスライド可能に収容された取付座に装着され、上記溝内に設けられたスライド手段によって、その取付座が回転カッタの径方向にスライドされる請求項１又は２記載のシールドマシンである。
【００１５】
請求項４の発明は、スライドビットが回転カッタの径方向内方に位置した時に、上記スライドビットが、上記回転カッタ内周のカッタビットよりも後退して位置すると共に、上記スライドビットが回転カッタの径方向外方に位置した時には、上記スライドビットが、上記回転カッタ外周のカッタビットよりも突出して位置する請求項１〜３記載のシールドマシンである。
【００１６】
請求項５の発明は、回転カッタに設けられたカッタビットは、回転カッタ内周のビットが、回転カッタ外周のビットよりも突出するように高く形成され、スライドビットは、径方向内方に位置した時には回転カッタ内周のビットより後退して位置し、径方向外方に位置した時には回転カッタ外周のビットよりも突出するように形成される請求項１〜４いずれかに記載のシールドマシンである。
【００１７】
請求項６の発明は、放射状に設けられたカッタスポークの両側に、その径方向外側に向かって順次その高さが低くなるカッタビットを設け、上記カッタスポークに、取付座をスライド自在に設けると共に、その取付座にスライドビットを装着した請求項１〜５いずれかに記載のシールドマシンである。
【００１８】
請求項７の発明は、回転カッタに、シールドフレームの全断面を掘削可能なカッタビットを設けたシールドマシンにおいて、上記回転カッタに、径方向にスライド可能なスライドビットを上記カッタビットとは別に設けると共に、そのスライドビットを、通常時は径方向内方に位置させ、土質の変化等により掘削状況が変わった時に、上記スライドビットを径方向内方から外方へスライドさせて掘削ビットとするシールドマシンである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
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。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態におけるシールドマシンの側面断面図であり、図２（ａ）は、スライドビットが径方向内方に位置した状態を示すシールドマシンの正面図であり、図２（ｂ）は、スライドビットが径方向外方に位置した状態を示すシールドマシンの正面図である。
【００２１】
まず、図１を用いて、シールドマシン１０の概略を説明する。
【００２２】
図１に示すように、シールドマシン１０は、外殻が円筒状のシールドフレーム１１で形成されており、そのシールドフレーム１１の前方（図１において左側）の全断面を掘削するためのカッタビット１２が設けられた回転カッタ１３と、その回転カッタ１３を回転駆動するための駆動装置１４とを備えている。
【００２３】
また、回転カッタ１３の後方には、回転カッタ１３の後部に取り付けられた撹拌翼１５と、掘削した土砂を導入するスペースを区画する隔壁９と、その隔壁９に臨んで設けられたスクリューコンベア１６と、セグメント１７を組み立てるためのエレクタ１８と、組み立てたセグメント１７に反力を取ってシールドフレーム１１を前方へ押し出すためのシールドジャッキ１９と、シールドフレーム１１の方向を制御するための中折れジャッキ２０とが設けられている。
【００２４】
シールドジャッキ１９によりシールドフレーム１１を前方へ押し出しながら、駆動装置１４により回転カッタ１３を回転駆動してシールドフレーム１１前方の全断面を掘削する。
【００２５】
掘削された土砂は、回転カッタ１３と隔壁９とで区画されたスペースで撹拌翼１５によって撹拌されながらスクリューコンベア１６によって搬送される。
【００２６】
また、掘削孔壁にはエレクタ１８によって、セグメント１７がリング状に組み立てられる。
【００２７】
さて、図２を用いて、本発明の特徴である回転カッタ１３を詳しく説明する。
【００２８】
図２に示すように、回転カッタ１３は、放射状に設けられた３本のカッタスポーク３０と、カッタスポーク３０の軸部に設けられた先行ビット３１と、回転カッタ１３の外周部を掘削する伸縮自在なコピーカッタ３２と、各カッタスポーク３０の両側に設けられており、回転カッタ１３の前方の全断面を掘削するカッタビット１２とを有している。
【００２９】
カッタビット１２は、回転カッタ１３の内周部に設けられた内周カッタビット１２ａと、外周部に設けられた外周カッタビット１２ｂとで構成されている。
【００３０】
更に、回転カッタ１３には、カッタビット１２とは別に、径方向にスライド可能なスライドビット３３が設けられている。
【００３１】
本実施形態では、スライドビット３３は、３本のうち２本のカッタスポーク３０に設けられており、各カッタスポーク３０の両側に設けられたカッタビット１２の間で径方向にスライドできるようになっている。
【００３２】
スライドビット３３の構成を、図２〜図４を用いて説明する。
【００３３】
図３（ａ）は、図２（ａ）におけるＡ−Ａ断面図であり、図３（ｂ）は、図２（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図であり、図４（ａ）は、図２（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図であり、図４（ｂ）は、図２（ｂ）におけるＤ−Ｄ断面図である。
【００３４】
スライドビット３３は、カッタビット１２と同じ種類のビットであり、両側のカッタビット１２と同形状のものを左右対称に一体化した形状となっている。
【００３５】
このスライドビット３３は断面凸状の取付座３５に装着されており、取付座３５は、断面Ｃ字状のカッタスポーク３０に形成された溝３４内に、軸受け３９を介してスライド可能に収容されている。この取付座３５は、溝３４内に設けられたスライド手段３６によって径方向にスライドされる。
【００３６】
スライド手段３６は、本実施形態では、油圧式のスライドジャッキであり、取付座３５に形成された空洞３７内に油を導入することで、取付座３５が径方向内方から外方へとスライドし、空洞３７内の油を吸い込むことで取付座３５が径方向外方から内方へとスライドできるようになっている。
【００３７】
スライドビット３３が、径方向内方に位置した時、即ち、図３に示した状態にある時、スライドビット３３は、その先端部が内周カッタビット１２ａよりもｈ1 だけ軸方向に後退して位置する。このため、スライドビット３３が径方向内方に位置した時には、内周カッタビット１２ａが回転カッタ１３前方の原地盤の掘削を行い、スライドビット３３は原地盤の掘削は行わず保護されている状態となる。
【００３８】
一方、スライドビット３３が、径方向外方に位置した時、即ち、図４に示した状態にある時、スライドビット３３は、その先端部が外周カッタビット１２ｂよりもｈ2 だけ軸方向前方に突出して位置する。このため、スライドビット３３が径方向外方に位置した時には、スライドビット３３が回転カッタ１３前方の原地盤の掘削を行い、外周カッタビット１２ｂは原地盤の掘削は行わず保護されている状態となる。
【００３９】
スライドビット３３を、内周カッタビット１２ａおよび外周カッタビット１２ｂよりも後退および突出させるために、本実施形態では、内周カッタビット１２ａと外周カッタビット１２ｂとに段差を設けている。
【００４０】
即ち、図１、図３および図４に示すように、外周カッタビット１２ｂがカッタスポーク３０に直接装着されているのに対して、内周カッタビット１２ａは、カッタスポーク３０に取り付けられた装着台３８に装着されており、内周カッタビット１２ａが外周カッタビット１２ｂより軸方向前方に突出するように高く形成されている。
【００４１】
更に、スライドビット３３が、内周カッタビット１２ａと外周カッタビット１２ｂとの間に位置するように設けられている。
【００４２】
このため、スライドビット３３は、内周カッタビット１２ａよりも低く、かつ外周カッタビット１２ｂよりも高い位置に形成され、上記したように、径方向内方に位置した時は、内周カッタビット１２ａよりも軸方向に後退して位置し、外方に位置した時は、外周カッタビット１２ｂよりも突出して位置する。
【００４３】
なお、溝３４内に掘削した土砂が入り込むのを防止するために、溝３４内にジェル状の物質を詰めておくか、或いは、カバーを設けると良い。
【００４４】
次に本発明の作用を述べる。
【００４５】
まず掘削開始時に、スライドビット３３を径方向内方に位置させて、内周カッタビット１２ａおよび外周カッタビット１２ｂとで原地盤の掘削を行う。
【００４６】
この時、スライドビット３３は、内周カッタビット１２ａよりも軸方向に後退して位置するため、原地盤の掘削は行わず保護されている状態となり、摩耗しない。
【００４７】
掘削を行うにつれて各カッタビット１２が摩耗するが、摺動距離の大きい外周カッタビット１２ｂが最も激しく摩耗する。
【００４８】
外周カッタビット１２ｂが摩耗して掘削不能となったら、スライド手段３６を駆動して、取付座３５およびスライドビット３３を径方向内方から外方へとスライドしてスライドビット３３を新たな掘削ビットとする。
【００４９】
スライドビット３３は、径方向内方で保護されていたため摩耗しておらず、スライドビット３３と内周カッタビット１２ａにより引き続き掘削を行うことができ、長距離掘削が可能となる。
【００５０】
また、スライドビット３３のスライド方向を逆にしても同様の効果を得ることができる。
【００５１】
即ち、掘削開始時にスライドビット３３を径方向外方に位置させて（この時、スライドビット３３は外周カッタビット１２ｂよりも軸方向前方に突出している）、内周カッタビット１２ａとスライドビット３３とで原地盤の掘削を行い、外周カッタビット１２ｂを保護しておく。
【００５２】
スライドビット３３が摩耗して掘削不能となったら、スライド手段３６を駆動して、スライドビット３３を径方向内方へとスライドして外周カッタビット１２ｂを新たな掘削ビットとして引き続き掘削を行う。
【００５３】
また、スライドビット３３は、溝３４内の任意の位置にスライド・固定することができる。
【００５４】
例えば、スライドビット３３を径方向外方に位置させる時に、図２（ｂ）に示すように、外周カッタビット１２ｂと同一軌跡上に位置させても良いし、図５に示すように、外周カッタビット１２ｂの軌跡とずらして位置させても良い。
【００５５】
スライドビット３３を、外周カッタビット１２ｂとずらして位置させることで、外周カッタビット１２ｂとスライドビット３３との隙間に土砂が付着しにくくなる。
【００５６】
このシールドマシン１０を用いれば、掘削開始時に、スライドビット３３あるいは外周カッタビット１２ｂのどちらか一方を保護しておいて、その後、掘削の途中で新たな掘削ビットとして使用することができるため、カッタビット１２を交換することなく長距離掘削することが可能となる。
【００５７】
更に、構造がシンプルであるため、装置が大がかりとならない。
【００５８】
以下、図６〜図１０を用いて、他の実施形態を説明する。
【００５９】
図６に示した実施形態は、スライドビットが、カッタスポークの外側をスライドするようにしたものである。
【００６０】
図６に示すように、断面凸状のカッタスポーク４０の中央部に、左右対称形状のカッタビット４２が設けられており、カッタスポーク４０の外側を覆うように断面Ｃ字状の取付座４５が軸受け３９を介してスライド可能に設けられている。
【００６１】
この取付座４５の両側に設けられた装着台４８にスライドビット４３が装着されており、取付座４５は、カッタスポーク４０内に設けられたスライド手段３６によりスライドできるようになっている。
【００６２】
次に、図７に示した実施形態は、面板を有するタイプの回転カッタにスライドビットを設けたものである。
【００６３】
図７に示すように、回転カッタ２３は、面板２１を有しており、その面板２１に、カッタビット５２と、径方向にスライド可能なスライドビット５３とが設けられている。
【００６４】
スライドビット５３は、面板２１に設けられた溝５４内にスライド可能に収容された取付座５５に装着されており、図示しないスライド手段によりスライドできるようになっている。
【００６５】
次に、図８〜図１０に示した実施形態は、カッタビットとは種類の異なるビットをスライドビットとして設けたものである。
【００６６】
図８に示した形態は、スライドビットとして、掘削途中で流木が出現した時に使用するための流木ビット６３を設けたものである。その他の構造は、図３および図４に示した形態と同様であるので同一番号を付してその説明を省略する。
【００６７】
また、図９に示した形態は、スライドビットとして礫を掘削するためのシェルビット７３を設けたものである。
【００６８】
図８および図９に示した形態では、通常時には流木ビット６３やシェルビット７３等のカッタビットとは種類の異なるビットを径方向内方に位置させて保護しておき、掘削の途中で流木が出現したり、土質の変化等により掘削状況が変化した時に、その状況に対応するビットを径方向外方へとスライドさせて掘削ビットとすることができる。
【００６９】
通常時に径方向内方に位置させて保護することができるので、流木ビット６３やシェルビット７３等が摩耗することがなく、掘削状況が変化した時に十分掘削できる状態にある。
【００７０】
更に、図１０に示した実施形態は、スライドビットとして大礫や岩等を掘削するためのローラビット８３を設けたものである。
【００７１】
この形態では、回転カッタ２４は面板４１を有しており、面板４１にカッタビット６２と、ローラビット２２とが設けられている。
【００７２】
ローラビット２２は、面板４１に固定されており、内周部を掘削する内周ローラビット２２ａと、外周部を掘削する外周ローラビット２２ｂとで構成されている。
【００７３】
更に、面板４１には、ローラビット２２とは別に、径方向にスライド可能なスライドローラビット８３が設けられている。
【００７４】
スライドローラビット８３は、面板４１に設けられた溝８４内に軸受け８９を介してスライド可能に収容された取付座８５に装着されており、スライド手段８６によりスライドされるようになっている。
【００７５】
この形態では、掘削開始時にスライドローラビット８３を径方向内方に位置させて、内周ローラビット２２ａよりも軸方向に後退した位置で保護しておく。
【００７６】
外周ローラビット２２ｂが摩耗したら、スライドローラビット８３を径方向外方へスライドさせて新たな掘削ビットとする。
【００７７】
あるいは、掘削開始時に、スライドローラビット８３を径方向外方に位置させて掘削ビットとし、摩耗した後、径方向内方へとスライドさせても良い。
【００７８】
以上説明してきた実施形態は本発明の一例として示されたものであり、様々な応用や変形が考えられる。
【００７９】
例えば、スライド手段３６は、油圧式のスライドジャッキとして説明してきたが、本発明はこの点において限定されず、ラック＆ピニオン等他の手段を用いても良い。
【００８０】
また、スライドビット３３を、内周カッタビット１２ａおよび外周カッタビット１２ｂよりも後退および突出させるために、内周カッタビット１２ａと外周カッタビット１２ｂとに段差を設けたとして説明してきたが、本発明はこの点において限定されず、内周カッタビット１２ａと外周カッタビット１２ｂとを同じ高さに形成すると共に、溝３４を径方向外側へ向かうにつれて軸方向前方へ突出するように傾斜を付けて形成するようにしても良い。
【００８１】
そうすることで、径方向内方に位置した時に、スライドビット３３が内周カッタビット１２ａよりも後退して位置し、外方に位置した時に、外周カッタビット１２ｂよりも突出して位置するようにすることができる。
【００８２】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、以下に示す如く優れた効果を発揮するものである。
【００８３】
（１）カッタビットを交換することなく長距離掘削することができる。
【００８４】
（２）種類の異なるビットを必要の無い時には保護することができると共に、掘削途中に掘削状況が変化した時に、その状況に対応するビットをスライドして掘削ビットとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるシールドマシンの側面断面図である。
【図２】（ａ）  スライドビットが径方向内方に位置した状態を示すシールドマシンの正面図である。
（ｂ）  スライドビットが径方向外方に位置した状態を示すシールドマシンの正面図である。
【図３】（ａ）  図２（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
（ｂ）  図２（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図４】（ａ）  図２（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
（ｂ）  図２（ｂ）におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図５】スライドビットを外周カッタビットとずらして位置させた状態を示す拡大正面図である。
【図６】（ａ）  スライドビットがカッタビットの外側に位置した形態の断面図である。
（ｂ）  スライドビットがカッタビットの外側に位置した形態を示す拡大正面図である。
【図７】スライドビットを面板に設けた形態を示す回転カッタの正面図である。
【図８】スライドビットとして流木ビットを設けた形態の断面図である。
【図９】スライドビットとしてシェルビットを設けた形態の断面図である。
【図１０】（ａ）  スライドビットとしてローラビットを設けた形態の断面図である。
（ｂ）  スライドビットとしてローラビットを設けた形態の回転カッタの正面図である。
【符号の説明】
１２  カッタビット
１３  回転カッタ
３０  カッタスポーク
３３  スライドビット
３４  溝
【図１】
0004238459.tif 000002
【図２】
0004238459.tif 000003
【図３】
0004238459.tif 000004
【図４】
0004238459.tif 000005
【図５】
0004238459.tif 000006
【図６】
0004238459.tif 000007
【図７】
0004238459.tif 000008
【図８】
0004238459.tif 000009
【図９】
0004238459.tif 000010
【図１０】
0004238459.tif 000011