JP2001159297A - シールド掘進機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】設計上、困難が生じることなく、カッタビット
の交換を行い得る機構を有するシールド掘進機を提供す
る。 【解決手段】カッタヘッドのカッタスポーク４に、３個
の第１カッタビット５が取り付けられた複数個の第１旋
回台座６を、面板の回転軸心と平行な軸心ａにほぼ平行
な軸心ｂ回りで旋回自在に設け、この第１旋回台座６
を、カッタスポーク４に回転自在に支持される回転軸部
１２と、この回転軸部１２の一端部に設けられて第１カ
ッタビット５が取り付けられる座板部１３とから構成
し、上記カッタスポーク４側に、各第１旋回台座６の回
転軸部１２を回転させる第１回転駆動装置７を設けると
ともに、この第１回転駆動装置７により、各第１旋回台
座６に設けられた３個の第１カッタビットを、掘削位置
（イ）と退避位置（ロ，ハ）との間で位置交換を可能と
なし、かつ各第１旋回台座６における回転軸部１２の回
転を固定する固定装置８を設けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シールド掘進機に
関するものであり、特に、予備のカッタビットが設けら
れたシールド掘進機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】通常、シールド掘進機のシールド本体の
前部に設けられるカッタヘッドには、カッタビットが多
数設けられており、掘削距離が長い場合、カッタビット
が摩耗してしまうため、途中で交換する必要がある。

【０００３】従来、カッタビットが、面板に放射状に設
けられたカッタスポークに取り付けられているような場
合、カッタスポークの表面および裏面に多数のカッタビ
ットを取り付けるとともに、このカッタスポークを１８
０度回転させることにより、表面側のカッタビットと裏
面側のカッタビットとを交換するようにしたものがあ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、カッタスポ
ーク自身を回転させる場合、掘削時においては、当然、
回転しないように固定されることになるが、非常に大き
い掘削反力を受けるため、カッタスポーク自身を回転さ
せる機構を用いることは、設計上、困難が生じるという
問題がある。

【０００５】そこで、本発明は、設計上、困難が生じる
ことなく、カッタビットの交換を行い得る機構を有する
シールド掘進機を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のシールド掘進機は、シールド本体の前部に
回転自在に設けられたカッタヘッドの面板に、それぞれ
複数個のカッタビットが取り付けられた複数個の旋回台
座を、面板の回転軸心とほぼ平行な軸心回りで旋回自在
に設け、上記旋回台座を、面板に回転自在に支持される
回転軸部と、この回転軸部の一端部に設けられて上記カ
ッタビットが取り付けられる座板部とから構成し、上記
面板側に、各旋回台座の回転軸部を回転させる回転駆動
装置を設けるとともに、この回転駆動装置により、上記
各旋回台座に設けられた複数個のカッタビットを、掘削
位置と退避位置との間で位置交換を可能となし、かつ上
記各旋回台座における回転軸部の回転を固定する固定装
置を設けたものであり、また上記シールド掘進機の構成
における固定装置の替わりに、回転駆動装置の停止機構
により、回転軸部を固定するようにしたものである。

【０００７】上記構成において、それぞれ複数個のカッ
タビットが取り付けられた複数個の旋回台座を、カッタ
ヘッドの面板側に、直接、それぞれ回転し得るように支
持したので、例えばカッタスポークを回転させるように
したものに比べて、カッタビットによる掘削反力を、カ
ッタヘッド側に確実に支持することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
におけるシールド掘進機を、図１〜図８に基づき説明す
る。

【０００９】図１および図２に示すように、このシール
ド掘進機におけるシールド本体１の前部には、カッタヘ
ッド２が回転自在に設けられるとともに、このカッタヘ
ッド２の面板３には、１２０度おきで３本のカッタスポ
ーク４が放射状に設けられており、またこれら各カッタ
スポーク４の前面側の左右の両側縁部には、３個の第１
カッタビット５が１２０度おきで取り付けられた第１旋
回台座６が、所定間隔おきに多数配置されている。

【００１０】この第１旋回台座６は、図３および図４に
示すように、面板３の一部であるカッタスポーク４に、
軸受材１１を介してカッタヘッド２の前後方向（図４上
では、上下方向という場合もある）の回転軸心（実際に
は、この回転軸心と平行な軸心）ａとほぼ平行な（正確
には、少し傾斜しており、このことは後述する）軸心ｂ
回りで回転自在に設けられた回転軸部１２と、この回転
軸部１２の前端部（一端部）に設けられた円板状の座板
部１３とから構成されており、この座板部１３に、３個
の第１カッタビット５が取り付けられる。

【００１１】そして、上記カッタスポーク４の内部に
は、上記回転軸部１２を回転させて、座板部１３に取り
付けられた任意の第１カッタビット５を、掘削位置
（イ）と掘削面から少し離れた退避位置（ロ，ハ）との
間で所定方向ｃに回転させて第１カッタビット５を交換
するための第１回転駆動装置７およびその回転を固定す
るための固定装置８が配置されている。

【００１２】上記第１回転駆動装置７は、各カッタスポ
ーク４の左右の各側縁部に配置された各第１旋回台座６
の内、右側に配置されたもの、または左側に配置された
ものを、それぞれ一斉に旋回させるものであり、右側と
左側とに対応して２組設けられている。

【００１３】以下、この第１回転駆動装置７を説明する
が、各側縁部に対応して設けられる第１回転駆動装置７
は、同一の構成であるため、本説明では、一方だけ、例
えば右側のものについて説明する。

【００１４】図４および図５に示すように、この第１回
転駆動装置７は、例えば各カッタスポーク４において、
右側に位置する各第１旋回台座６の回転軸部１２の下端
部に取り付けられた従動用スプロケット２１と、各カッ
タスポーク４に、すなわち三ツ矢状に３列で配置された
全ての従動用スプロケット２１に亘って掛け渡された無
端状のチェーン２２と、このチェーン２２の途中に噛合
された駆動用スプロケット２３を回転させる駆動装置
（電動機、油圧モータなどが使用される）２４とから構
成されている。勿論、チェーン２２を、各カッタスポー
ク４に沿わすための案内用スプロケット２５が必要箇所
に配置されている。なお、図５の２２′は、左側に位置
する第１旋回台座６を回転させるためのチェーンを示
す。

【００１５】したがって、上記駆動装置２４を駆動させ
て、各第１旋回台座６の回転軸部１２を、例えば図３の
矢印ｃ方向に１２０度回転させると、座板部１３が回転
し、掘削位置（イ）にある第１カッタビット５Ａが左側
一方の退避位置（ハ）に、左側他方の退避位置（ロ）に
ある第１カッタビット５Ｂが掘削位置（イ）に移動し
て、摩耗したカッタビット５Ａと新しいカッタビット５
Ｂとの交換が行われる。

【００１６】ここで、第１旋回台座６の回転軸部１２の
回転軸心ｂがカッタヘッド２の軸心と平行な軸心ａに対
して少しの角度αでもって傾斜されていると既に説明し
たが、これは、退避位置（ロ，ハ）にある第１カッタビ
ット５の刃先部が掘削位置（ハ）にある第１カッタビッ
ト５よりも、後方に位置して切羽に接触しないようにす
るためである。

【００１７】上記固定装置８は、図４および図６に示す
ように、各第１旋回台座６の回転軸部１２の中間部に設
けられるとともに複数個、例えば６個の星形状の突起３
１ａが形成された被係合板３１と、この被係合板３１に
対応する位置で、支持ブラケット３２に支持された揺動
軸体３３を介して回転軸部１２の回転軸心ｂと直交する
面内で揺動自在に設けられて、上記被係合板３１に形成
された例えば２個の突起３１ａを両側から挟持し得る一
対の爪部３４ａを有する係合板３４と、各第１旋回台座
６に対応して設けられた各係合板３４同士を連結する連
結軸体３５と、所定位置の係合板３４を揺動させること
により連結軸体３５を介して残りの係合板３４を揺動さ
せる揺動用シリンダ装置３６とから構成されている。

【００１８】したがって、揺動用シリンダ装置３６によ
り係合板３４を揺動させて、その爪部３４ａを被係合板
３１側の一対の突起３１ａを両側から挟持（係合）させ
ることにより、各第１旋回台座６の回転軸部１２の回転
が阻止され、すなわち各第１旋回台座６を固定すること
ができる。

【００１９】また、上記カッタヘッド２の面板３のカッ
タスポーク４間における外周縁部には、第２カッタビッ
ト（外周部ビットともいう）４１が取り付けられた第２
旋回台座４２が、第１旋回台座６とほぼ同様の構成でも
って設けられている。

【００２０】すなわち、図７および図８に示すように、
この第２旋回台座４２は、面板３の外周寄り位置に、軸
受材４３を介してカッタヘッド２の前後方向（図８上で
は、上下方向という場合もある）の回転軸心と平行な軸
心ｄにほぼ平行な（第１旋回台座と同様に、小さい傾斜
角βでもって設けられている）軸心ｅ回りで回転自在に
設けられた回転軸部４４と、この回転軸部４４の前端部
（一端部）に設けられた円板状の座板部４５とから構成
され、またこの座板部４５には、刃部の幅が広い第２カ
ッタビット４１が１８０度対称位置で２個取り付けられ
ている。

【００２１】そして、上記カッタスポーク４の内部に
は、上記回転軸部４４を回転させて、座板部４５に取り
付けられた第２カッタビット４１を、掘削位置（ニ）と
掘削面から少し離れた退避位置（ホ）との間で回転させ
る第２回転駆動装置４６が具備されている。

【００２２】この第２回転駆動装置４６は、第２旋回台
座４２の回転軸部４４の下端に取り付けられたピニオン
５１と、このピニオン５１に噛合する歯部を有するラッ
ク体５２と、このラック体５２を所定方向で往復移動さ
せる回転駆動用シリンダ装置５３とから構成されてお
り、またこの回転軸部４４の回転の規制については、回
転駆動用シリンダ装置５３自身が有する停止機構によ
り、すなわちストローク限位置で、油圧がロックされる
ことにより、ロッド部の移動が規制されて、固定が行わ
れる。

【００２３】したがって、上記回転駆動用シリンダ装置
５３により、各第２旋回台座４２の回転軸部４４を１８
０度回転させると、座板部４５が回転して、摩耗した第
２カッタビット４１Ａが退避位置（ホ）に、また逆に、
退避位置（ホ）にあった第２カッタビット４１Ｂが掘削
位置（ニ）に移動することになる。

【００２４】上記構成において、掘削中に、第１カッタ
ビット５が摩耗して新しいものに交換する必要が生じた
場合、まず各第１旋回台座６の回転を規制している固定
装置８を外した後、第１回転駆動装置７の駆動装置２４
を駆動して、座板部１３を１２０度回転させ、今まで退
避位置（ロ）にあった第１カッタビット５を、掘削位置
（イ）に移動させれば、新規なカッタビットに交換する
ことができる。勿論、第１カッタビット５を交換した後
は、再度、固定装置８により、第１旋回台座６の回転を
固定しておけばよい。

【００２５】また、第２カッタビット４１が摩耗した場
合には、回転駆動用シリンダ装置５３により、第２旋回
台座４２を１８０度回転させるだけで、退避位置（ホ）
にあった新しい第２カッタビット４１を掘削位置（ニ）
に移動させることができる。

【００２６】このように、カッタヘッド２のカッタスポ
ーク４に配置される第１カッタビット５を有する複数個
の第１旋回台座６を、カッタスポーク４側に、直接、取
り付けるとともに、これら各第１旋回台座６を回転させ
るようにしたので、従来のように、カッタスポーク全体
を回転させる必要がなく、したがってカッタビットによ
る掘削反力を確実に支持することができ、したがって設
計上の大きな支障を無くすことができる。なお、カッタ
スポークの前面側にカッタビットを取り付けた構成とし
ているので、例えばカッタスポークと平行に設けられた
回転軸体にカッタビットを取り付けて回転させるように
したものとは異なり、カッタスポークとカッタビットを
支持する回転軸体との間に、掘削土砂が入り込み固着す
るようなことはなく、またカッタスポークの側面に、カ
ッタビットおよび予備カッタビットを有する回転体を複
数個突出するように設けたものとは異なり、掘削土砂は
スムースに圧力室内に取り込まれる。

【００２７】次に、本発明の第２の実施の形態における
シールド掘進機を、図９〜図１２に基づき説明する。上
記第１の実施の形態においては、第１旋回台座に設けら
れた３個の第１カッタビットを、その掘削位置と退避位
置とで交換するのに、回転軸心が傾斜して設けられた回
転軸部を回転させることにより行うようにしたが、この
第２の実施の形態では、回転軸部を回転させた際に、回
転軸部そのものが回転軸心方向で移動することにより、
第１カッタビットを、前方の掘削位置と後方の退避位置
との間で移動させるようにしたものである。

【００２８】したがって、この第２の実施の形態の説明
においては、この部分だけについて説明するものとし、
第１の実施の形態と同一の部品には、同一番号を付し
て、その説明を省略する。

【００２９】すなわち、この第１旋回台座６１は、図９
〜図１１に示すように、カッタスポーク４内の上下に
て、それぞれ上部軸受材６２および下部軸受材６３を介
してカッタヘッド２の回転軸心と平行な軸心ｆ回りで回
転自在に支持された回転軸部（回転軸体ともいう）６４
と、この回転軸部６４の外周部に例えば１２０度おきに
形成された３個の軸心方向の保持用溝６４ａ内にその軸
心ｆに沿う方向で移動自在に配置されるとともに下部に
案内溝（被係合部）６５ａがそれぞれ形成された３個の
移動体６５とから構成され、またこれら各移動体６５の
先端部（前端部）に第１カッタビット６６が取り付けら
れる。なお、この第１カッタビット６６は、移動体６５
の先端部に形成された凹部６５ｂ内に配置されるととも
に、取付ピン６７を介して取り付けられている。

【００３０】さらに、上記カッタスポーク４内には、図
９および図１２に示すように、上記移動体６５に形成さ
れた案内溝６５ａに挿入されて、回転軸部６４の回転に
応じて移動体６５そのものを回転軸心方向すなわち前後
方向（図９の矢印ｇにて示すが、図９上では上下方向と
いう場合もある）で移動させるための環状のカム板（係
合部）６８が設けられている。

【００３１】この環状のカム板６８は、その側面視にお
いて、下位水平部６８ａと上位水平部６８ｂと、これら
両水平部６８ａ，６８ｂ同士を連続させる両側方傾斜部
６８ｃとから構成されている。なお、上記移動体６５に
形成された案内溝６５ａには、カム板６８との摺動をス
ムースに行うために、案内溝６５ａの上下面にはそれぞ
れ案内ローラ６９が設けられている。

【００３２】したがって、回転軸部６４を半分近く回転
させると、移動体６５の案内溝６５ａは、下位水平部６
８ａから一方の側方傾斜部６８ｃを経て上位水平部６８
ｂに移動するため、移動体６５の先端部に設けられた第
１カッタビット６６は、前方の掘削位置（イ）と後方の
退避位置（ロ，ハ）との間で移動させられる。なお、回
転軸部６４の上部６４ｂの外周面は移動体６５の外周面
と同一面にされているが、回転軸部６４の下部６４ｃの
外周面は、カム板６８と干渉しないように、細くされて
いる。

【００３３】勿論、上記カッタスポーク４の内部には、
回転軸部６４を回転させて、移動体６５に取り付けられ
た任意の第１カッタビット６６を、前方の掘削位置
（イ）と掘削面から少し離れた後方の退避位置（ロ，
ハ）との間で所定方向ｃに回転させて第１カッタビット
６６を交換するための第１回転駆動装置７１およびその
回転を固定するための固定装置７２が設けられている。

【００３４】なお、この第１回転駆動装置７１の構成
は、第１の実施の形態と同様の構成を用いればよく、し
たがってその説明は省略する。また、固定装置７２につ
いては、回転軸部６４の第１カッタビット６６とは反対
側の後端部（下端部）には、例えばラック歯（被係合
部）７３ａが形成された係合板７３が取り付けられると
ともに、この係合板７３に対応するカッタスポーク４の
内部には、上記ラック歯７３ａに噛合し得る係合爪（係
合部）７４ａを有する棒状の係止部材７４が、支持ピン
７５を介してブラケット７６に傾動自在に設けられたも
のである。すなわち、係止部材７４を倒して、その係合
爪７４ａをラック歯７３ａに係合させれば、回転軸部６
４を、すなわち第１カッタビット６６を固定することが
できる。

【００３５】上記構成において、掘削中に、第１カッタ
ビット６６が摩耗して新しいものに交換する必要が生じ
た場合、まず各第１旋回台座６１における回転軸部６４
の回転を規制している固定装置７２の係止部材７４を揺
動させてその固定を解除した後、第１回転駆動装置７１
の駆動装置を駆動して、回転軸部６４を１２０度回転さ
せ、今まで退避位置（ロ）にあった第１カッタビット６
６を、掘削位置（イ）に移動させれば、新規なカッタビ
ットに交換することができる。なお、第１カッタビット
６６を交換した後は、再度、固定装置７２により、回転
軸部６４を固定しておけばよい。

【００３６】なお、上記第２の実施の形態においては、
回転軸部６４に移動体６５を保持させるのに、回転軸部
６４の外周部に形成された保持用溝６４ａに移動自在に
挿入させるとともに上部軸受材６２により保持させるよ
うにしたが、例えば図１３に示すように、円柱状に形成
された移動体６５′を、回転軸部６４′の外周縁部に形
成された穴部６４′ｄ内に挿入するとともに、キー８１
にて回り止めを行うようにしたものでもよい。

【００３７】ところで、上記各実施の形態においては、
第１旋回台座に取り付けられる第１カッタビットの個数
を３個として説明したが、スペースに応じて、任意の個
数に設定することができる。また、面板上の取り付け位
置においては摩耗度が異なるため、摩耗度が大きい外周
寄りの第１旋回台座に、内側よりも多くのカッタビット
を取り付けて、交換し得るカッタビットの個数を増やす
こともできる。

【００３８】また、上記実施の形態においては、第１旋
回台座を回転させるのに、スプロケットとチェーンを使
用して、電動機、油圧モータなどの回転用の駆動装置に
より行うようにしたが、例えば第２旋回台座のように、
シリンダ装置を用いることもでき、したがって第１およ
び第２旋回台座の回転機構については、必要に応じて、
他の機構を採用することができる。また、上記各第１旋
回台座を、別個に回転し得る駆動機構を採用してもよ
い。

【００３９】また、上記各実施の形態においては、スポ
ーク形式のカッタヘッドに適用した場合について説明し
たが、スポーク形式のカッタヘッドに限定されるもので
もない。

【００４０】また、上記各実施の形態においては、掘削
用の主たるカッタビットの交換に適用した場合について
説明したが、例えば先行ビット、補助ビットなどの他の
カッタビットの交換にも適用し得るものである。すなわ
ち、カッタビットの形状、大きさについては、限定され
るものではない。

【００４１】さらに、上記各実施の形態においては、第
１カッタビットが取り付けられた第１旋回台座を、カッ
タスポークの前面に設けたが、例えばカッタスポークの
側面に設けることもでき、また掘削面に対して傾斜させ
て設けることもできる。

【００４２】

【発明の効果】以上のように本発明の構成によると、カ
ッタヘッドに多数配置されるカッタビットをそれぞれ旋
回台座に取り付けて、カッタヘッドの面板側に直接回転
させ得るように支持したので、従来のように、掘削時
に、多数のカッタビットによる大きい掘削反力が作用す
るカッタスポークを回転させるようにしたものに比べ
て、カッタビットによる掘削反力を確実に支持すること
ができ、したがって設計上の大きな支障を無くすことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態におけるシールド掘
進機の概略構成を示す断面図である。

【図２】同シールド掘進機の正面図である。

【図３】同シールド掘進機のカッタヘッドの要部正面図
である。

【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。

【図５】同カッタヘッドにおける第１カッタビットを回
転させる第１回転駆動装置の概略構成を示す一部切欠正
面図である。

【図６】図４のＢ−Ｂ矢視図である。

【図７】同カッタヘッドにおける第２カッタビットの正
面図である。

【図８】図７のＣ−Ｃ断面図である。

【図９】本発明の第２の実施の形態におけるシールド掘
進機のカッタヘッドの要部断面図である。

【図１０】図９のＤ−Ｄ矢視図である。

【図１１】図９のＥ−Ｅ断面図である。

【図１２】図９のＦ−Ｆ断面図である。

【図１３】同第２の実施の形態のシールド掘進機におけ
る第１旋回台座の変形例を示す図９のＥ−Ｅ相当断面図
である。

【符号の説明】

１ シールド本体 ２ カッタヘッド ３ 面板 ４ カッタスポーク ５ 第１カッタビット ６ 第１旋回台座 ７ 第１回転駆動装置 ８ 固定装置 １２ 回転軸部 １３ 座板部 ２１ 従動用スプロケット ２２ チェーン ２３ 駆動用スプロケット ２４ 駆動装置 ３１ 被係合板 ３１ａ 突起 ３４ 係合板 ３４ａ 爪部 ３５ 連結軸体 ３６ 揺動用シリンダ装置 ４１ 第２カッタビット ４２ 第２旋回台座 ４４ 回転軸部 ４５ 座板部 ４６ 第２回転駆動装置 ５１ ピニオン ５２ ラック体 ５３ 回転駆動用シリンダ装置 ６１ 第１旋回台座 ６４ 回転軸部 ６５ 移動体 ６６ 第１カッタビット ６８ カム板 ７１ 第１回転駆動装置 ７２ 固定装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シールド本体の前部に回転自在に設けられ
   たカッタヘッドの面板に、それぞれ複数個のカッタビッ
   トが取り付けられた複数個の旋回台座を、面板の回転軸
   心とほぼ平行な軸心回りで旋回自在に設け、 上記旋回台座を、面板に回転自在に支持される回転軸部
   と、この回転軸部の一端部に設けられて上記カッタビッ
   トが取り付けられる座板部とから構成し、 上記面板側に、各旋回台座の回転軸部を回転させる回転
   駆動装置を設けるとともに、この回転駆動装置により、
   上記各旋回台座に設けられた複数個のカッタビットを、
   掘削位置と退避位置との間で位置交換を可能となし、 かつ上記各旋回台座における回転軸部の回転を固定する
   固定装置を設けたことを特徴とするシールド掘進機。
2. 【請求項２】シールド本体の前部に回転自在に設けられ
   たカッタヘッドの面板に、それぞれ複数個のカッタビッ
   トが取り付けられた複数個の旋回台座を、面板の回転軸
   心と平行な軸心回りで旋回自在に設け、 上記旋回台座を、面板に回転自在に支持される回転軸部
   と、この回転軸部の周縁部の複数箇所にて、それぞれ先
   端部にカッタビットが取り付けられるとともに回転軸心
   方向に沿って移動自在に設けられた複数個の移動体とか
   ら構成し、 上記面板側に、各旋回台座の回転軸部を回転させる回転
   駆動装置を設けるとともに、この回転駆動装置により回
   転軸部が回転された際に、移動体に形成された被係合部
   に係合してこの移動体を、前方の掘削位置と後方の退避
   位置との間で出退させる係合部を設け、 かつ上記各旋回台座における回転軸部の回転を固定する
   固定装置を設けたことを特徴とするシールド掘進機。
3. 【請求項３】固定装置の替わりに、回転駆動装置の停止
   機構により、回転軸部を固定するようにしたことを特徴
   とする請求項１または２に記載のシールド掘進機。