JP2002242591A - 掘進機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 容易に硬さの異なる地盤に対応した掘削ビッ
トに交換することができ、よって土質の変化に簡便に対
応することができて掘削効率を大幅に向上させることが
可能になる掘進機を提供する。 【解決手段】 回転駆動装置によって回転するカッタ本
体の前面に、互いに硬さの異なる地盤に対応した第１の
掘削ビットと第２の掘削ビット１６を設け、カッタ本体
に、可動部材１５を進退自在に設け、この可動部材に第
２の掘削ビット１６を設けるとともに、可動部材を進退
させる駆動装置を設ける。駆動装置は、カッタ本体に固
定された第１のピン２４と、一端が往復動手段２５の出
力軸２６に連結され、他端が可動部材に固定された第２
のピン２１に連結されて出力軸２５の往復動を可動部材
１５の進退運動に変換するリンク機構２０ａ、２３ａ
と、可動部材の前進位置において可動部材の後退を阻止
するストッパ手段２８とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネル等の地下
掘削作業に用いられる掘進機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、地下の地盤を掘削してトンネル
等を形成するための掘進機は、図６に示すように、円筒
状の掘進機本体１の先端部に、掘削ビット２が取り付け
られたカッタ本体３が回転自在に設けられており、油圧
シリンダ４によって掘進機本体１にスラスト力を付与し
つつ、カッタモータ５等の回転駆動装置によってカッタ
本体３を回転させることにより、掘削ビット２で地中を
掘削して行くものである。

【０００３】ところで、上記掘進機においては、掘進途
中で上記掘削ビット２が摩耗した場合や、土質が変化し
た場合に、掘削効率が悪化して日進量が低下したり、場
合によってはカッタ本体を損傷したりするという弊害が
生じるため、適宜上記掘削ビット２を交換する必要があ
る。特に、土質が変化した場合、例えばシルト層や砂層
のような軟弱土質から、岩盤層や玉石層等の硬い土質へ
と変わった際には、上記掘削ビットを軟弱土質の掘削に
対応した歯型形状の固定ビットから硬い土質に対応した
ソロバン玉型形状のローラビットへと交換する作業が必
要になる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、従来は、上記
掘進機としてビット交換型掘進機を採用することによ
り、カッタ本体１のチャンバー６内において上記掘削ビ
ット２の交換を行なっているが、当該交換作業は、狭い
空間内での過酷な作業になるとともに、別途薬液注入等
の地山改良が必要となるという問題点があった。

【０００５】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
ので、容易に硬さの異なる地盤に対応した掘削ビットに
交換することができ、よって土質の変化に簡便に対応す
ることができて掘削効率を大幅に向上させることが可能
になる掘進機を提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
に係る掘進機は、掘削機本体の先端部に、回転駆動装置
によって回転するカッタ本体が設けられ、カッタ本体の
前面に、互いに硬さの異なる地盤に対応した第１の掘削
ビットと第２の掘削ビットとが設けられた掘進機であっ
て、上記カッタ本体に、可動部材を進退自在に設け、こ
の可動部材に第１または第２の掘削ビットを設けるとと
もに、当該可動部材を進退させる駆動装置を設けてな
り、かつ駆動装置は、カッタ本体の後面側に設けられた
往復動手段と、カッタ本体に固定された第１のピン廻り
に回動自在に設けられ、一端が往復動手段の出力軸に回
動自在に連結されるとともに、他端が可動部材に固定さ
れた第２のピンに回動自在に連結されて上記出力軸の往
復動を可動部材の進退運動に変換する１以上のリンクを
有するリンク機構と、可動部材の前進位置において当該
可動部材の後退を阻止するストッパ手段とを備えてなる
ことを特徴とするものである。

【０００７】ここで、請求項２に記載の発明は、請求項
１に記載のリンク機構が、上記第１のピン廻りに回動自
在に設けられた第１のリンクと、この第１のリンクに連
結ピンを介して一端が回動自在に連結され、他端が上記
第２のピンに回動自在に連結された第２のリンクとを有
してなり、かつ上記ストッパ手段が、第１および第２の
リンクが回動して連結ピンが第１および第２のピンを結
んだ仮想線よりも回動方向側に移動した際に、当該回動
を阻止するストッパであることを特徴とするものであ
る。

【０００８】また、請求項３に記載の発明は、請求項２
に記載のリンク機構が、上記可動部材の長手方向に間隔
をおいて複数組み設けられ、一のリンク機構の第１のリ
ンクが往復動手段に連結されるとともに、他のリンク機
構の第１のリンクが連結杆を介して一のリンク機構の第
１のリンクに回動自在に連結されていることを特徴とす
るものである。

【０００９】さらに、請求項４に記載の発明は、請求項
２または３に記載の発明において、上記可動部材に第３
のピンが設けられ、かつ当該第３のピンと上記第１のピ
ンとの間に、制限リンクが回動自在に介装されているこ
とを特徴とするものである。

【００１０】請求項１〜４のいずれかに記載の掘進機に
よれば、カッタ本体に往復動手段およびリンク機構から
なる駆動装置によって可動部材を進退自在に設け、この
可動部材に硬さの異なる地盤に対応した第１の掘削ビッ
トおよび第２の掘削ビットのいずれか一方を取り付けて
いるので、掘進途中で地山の土質が軟弱土質から硬い土
質に変化したような場合に、上記駆動装置によって可動
部材を進退させて、それまで使用していた第１または第
２の掘削ビットを、上記土質に対応した第２または第１
の掘削ビットに交換することにより、簡便な操作によっ
て地山の土質変化に対応することが可能になる。

【００１１】この結果、掘削作業の中断を短時間に抑え
ることができることにより、掘削効率を大幅に向上され
ることができる。しかも、本発明に係る掘進機において
は、上記可動部材の前進位置において、その後退を阻止
するストッパ手段を設けているので、特に可動部材を前
進させた際に発生する地山からの大きな反力を、上記ス
トッパ手段によってリンク機構自体で支承することによ
り、上記反力が往復動手段に作用することを未然に防止
することができる。

【００１２】なお、上記リンク機構としては、１または
２以上のリンクを組み合わせる各種の形態が適用可能で
あるが、例えば請求項２に記載の発明のように、上記第
１のピン廻りに回動自在に設けられた第１のリンクと、
この第１のリンクに連結ピンを介して一端が回動自在に
連結され、他端が上記第２のピンに回動自在に連結され
た第２のリンクとによって構成すれば、第１および第２
のリンクが回動して、連結ピンが第１および第２のピン
を結んだ仮想線と一直線をなす近傍において、いわゆる
トッグル効果により、小さな回動力によって大きな地山
側への押だし力を得ることができるために好適である。

【００１３】この際に、請求項２に記載の発明によれ
ば、上記第１および第２のリンクが回動して、連結ピン
が第１および第２のピンを結んだ仮想線よりも回動方向
に進んだ位置、すなわち第１および第２のリンクがく字
状をなした位置において、ストッパにより当該回動が阻
止される。そして、この状態で、可動部材に地山から反
力が作用すると、第１および第２のリンクは、上記スト
ッパによって回動が阻止されるとともに、逆方向にも回
動不可能であるために、結局上記反力を第１および第２
のピンならびに連結ピンによって確実に支承することが
できる。

【００１４】また、請求項３に記載の発明においては、
リンク機構を可動部材の長手方向に間隔をおいて複数組
み設け、互いの第１のリンク同士を、連結杆を介して連
結しているので、可動部材としてカッタ本体の径方向に
延在するスポーク状の長尺部材を使用した場合において
も、全体を安定的に進退させることが可能になる。

【００１５】さらに、請求項２または３に記載の発明に
おいては、第２のリンクの両端がカッタ本体に固定され
ていないために、可動部材が左右にガタ付く虞がある
が、請求項４に記載の発明によれば、上記可動部材に第
３のピンを設け、これとカッタ本体に固定された第１の
ピンとを相対的に回動自在な制限リンクによって連結し
ているので、可動部材の上記ガタ付きも抑えることがで
きる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１〜図５は、本発明の掘進機の
一実施形態を示すもので、図中符号１０が円筒状に形成
された掘削機本体であり、この掘進機本体１０の先端部
に、カッターモータ（回転駆動装置）１１によって回転
するカッタ本体１２が設けられている。そして、図２に
示すように、このカッタ本体１２の前面に、支持軸１３
が周方向に９０°離間した位置に径方向に向けて設けら
れ、それぞれの支持軸１３に、主として硬い土質を掘削
する際に適したソロバン玉型形状の自転するローラビッ
ト（第１の掘削ビット）１４が、３組または４組づつ取
り付けられている。

【００１７】また、カッタ本体１２の前面には、上記支
持軸１３間に位置するように、カッタースポーク（可動
部材）１５がカッタ本体１２の前面に対して進退自在に
設けられている。このカッタースポーク１５は、カッタ
本体１２の径方向に延在する立方体状の長尺部材であ
り、その前面に、主として軟弱土質を掘削する際に適し
た歯型形状の固定ビット（第２の掘削ビット）１６が、
同様に径方向に９または１０組づつ取り付けられてい
る。

【００１８】他方、図３〜図５に示すように、カッタ本
体１２の後方には、円板状の壁板１７が設けられてお
り、この壁板１７には、カッタースポーク１５を全長に
わたって収納可能な一対の案内板１８が一体的に設けら
れている。そして、カッタースポーク１５の後端側の両
側面には、ぞれぞれへ字状の凹部１９が長手方向の２箇
所に形成されており、これら凹部１９に、一対の第２の
リンク２０ａ、２０ｂがカッタースポーク１５を挟むよ
うに配設されている。これら第２のリンク２０ａ、２０
ｂは、凹部１９の深さ寸法を略等しい厚さ寸法に形成さ
れており、凹部１９間を貫通する第２のピン２１によっ
て回動自在に設けられている。

【００１９】また、第２のリンク２０ａ、２０ｂの他端
部には、連結ピン２２を介して第１のリンク２３ａ、２
３ｂが相対的に回動自在に設けられている。この第１の
リンク２３ａ、２３ｂは、く字状の部材であり、屈曲部
において案内板１８間に挿通された第１のピン２４廻り
に回動自在に設けられている。そして、一方の第１のリ
ンク２３ａの他端部は、ピン３２を介して案内板１８の
後端側に設けられた油圧シリンダ（往復動手段）２５の
出力軸２６に回動自在に連結されている。また、他方の
第１のリンク２３ｂの他端部は、連結杆２７を介して上
記第１のリンク２３ａに挿通されたピン３３廻りに回動
自在に連結されている。

【００２０】そして、以上の第１のピン２４廻りに回動
自在に設けられ第１のリンク２３ａ、２３ｂ、第２のピ
ン２１に回動自在に連結された第２のリンク２０ａ、２
０ｂおよびこれらを連結する連結ピン２２によって、リ
ンク機構が構成され、これらリンク機構と油圧シリンダ
２５とによって、カッタースポーク１５の駆動装置が構
成されている。ここで、上記駆動装置は、油圧シリンダ
２５によって図４に実線で示すように、カッタースポー
ク１５を前進させた際に、固定ビット１６がローラビッ
ト１４よりも前方に突出し、図中鎖線で示すようにカッ
タースポーク１５を後退させた際に、固定ビット１６が
ローラビット１４の後方に位置するように寸法諸元が設
定されている。

【００２１】さらに、案内板１８間には、第１のリンク
２３ａ、２３ｂおよび第２のリンク２０ａ、２０ｂがそ
れぞれ第１のピン２４または第２のピン２１廻りに回動
して、連結ピン２２が第１および第２のピン２４、２１
を結んだ仮想線よりも回動方向側に移動した際に、その
回動を阻止するストッパピン（ストッパ手段）２８が設
けられている。また、カッタースポーク１５の後端部中
央には、ブラケット２９が一体に設けられ、このブラケ
ット２９に第３のピン３０を介して、制限リンク３１が
回動自在に設けられ、この制限リンク３１の他端が一方
の第１のピン２４に回動自在に連結されている。

【００２２】以上の構成からなる掘進機においては、岩
盤層や玉石層等の硬い土質に対する掘削を行なう場合に
は、図３に示すように油圧シリンダ２５の出力軸２６を
伸ばして、カッタースポーク１５を後退させ、固定ビッ
ト１６をカッタ本体１２に直接取り付けられたローラビ
ット１４の後方に位置させることにより、主として上記
ローラビット１４によって当該掘削を行なって行く。

【００２３】次いで、上記土質がシルト層や砂層のよう
な軟弱土質に変化した際には、図４に示すように、油圧
シリンダ２５の出力軸２６を縮める。すると、第１のリ
ンク２３ａ、２３ｂは、第１のピン２４廻りに反時計方
向に回動し、この結果第２のリンク２０ａ、２０ｂが時
計回りに回動して、カッタースポーク１５が前方へ移動
する。この際に、第１のリンク２３ａ、２３ｂおよび第
２のリンク２０ａ、２０ｂが回動して、連結ピン２２が
第１および第２のピン２４、２１を結んだ仮想線と一直
線をなす近傍において、いわゆるトッグル効果により、
小さな回動力によって大きな押だし力が得られ、カッタ
ースポーク１５を地山側へと強力に押し出すことができ
る

【００２４】そして、これら第１のリンク２３ａ、２３
ｂと第２のリンク２０ａ、２０ｂとを連結する連結ピン
２２が第１および第２のピン２４、２１を結んだ仮想線
よりも回動方向側に移動した際に、ストッパピン２８に
よってその回動が阻止される。これにより、固定ビット
１６がローラビット１４よりも前方に突出し、主として
当該固定ビット１６を用いた掘削が行なわれる。

【００２５】このように、上記掘進機によれば、カッタ
本体１２に直接ローラビット１４を取り付けるととも
に、油圧シリンダ２５およびリンク機構を介してカッタ
ースポーク１５を進退自在に設け、このカッタースポー
ク１５に固定ビット１６を取り付けているので、掘進途
中で地山の土質が変化したような場合に、カッタースポ
ーク１５を進退させて、土質に対応したローラビット１
４または固定ビット１６に交換することにより、簡便な
操作によって地山の土質変化に対応することができる。

【００２６】このため、掘削作業の中断を短時間に抑え
ることができることにより、掘削効率を大幅に向上させ
ることができる。しかも、第１のリンク２３ａ、２３ｂ
および第２のリンク２０ａ、２０ｂが回動して、連結ピ
ン２２が第１および第２のピン２４、２１を結んだ仮想
線よりも回動方向に進んだ位置、すなわち第１および第
２のリンクがく字状をなした位置において、ストッパピ
ン２８によって当該回動を阻止しているので、地山から
カッタースポーク１５に作用する反力を、第１および第
２のピン２４、２１ならびに連結ピン２２によって確実
に支承することができる。

【００２７】また、リンク機構をカッタースポーク１５
の長手方向に間隔をおいて２組み設け、互いの第１のリ
ンク２３ａ、２３ｂ同士を、連結杆２７を介して連結し
ているので、カッタ本体１２の径方向に延在する長尺の
カッタースポーク１５を安定的に進退させることができ
る。しかも、カッタースポーク１５に、第３のピン３０
を設け、これとカッタ本体１２に固定された第１のピン
２４とを相対的に回動自在な制限リンク３１によって連
結しているので、カッタースポーク１５のガタ付きも抑
えることができる。

【００２８】なお、上記実施の形態においては、カッタ
本体１２に直接ローラビット１４を設け、カッタ本体１
２に進退自在に設けられたカッタースポーク１５に固定
ビット１６を取り付けた場合に付いてのみ説明したが、
これに限るものではなく、逆にカッタ本体１２に固定ビ
ット１６を設けるとともに、カッタースポーク１５にロ
ーラビット１４を設けてもよく、さらにはローラビット
１４および固定ビット１６の双方を、独立した駆動装置
によって個々に進退駆動される可動部材に設けてもよ
い。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜４のい
ずれかに記載の発明によれば、掘進途中で地山の土質が
軟弱土質から硬い土質に変化したような場合に、駆動装
置およびリンク機構によって可動部材を進退させて掘削
ビットを交換することにより、簡便な操作によって地山
の土質変化に対応することができるために、掘削作業の
中断を短時間に抑えて、掘削効率を大幅に向上すること
ができるとともに、ストッパ手段によって、可動部材を
前進させた際に発生する地山からの大きな反力がリンク
機構を介して往復動手段に作用することを未然に防止す
ることができる。

【００３０】また、請求項２に記載の発明によれば、ト
ッグル効果により小さな回動力によって可動部材を強力
に押し出すことができるとともに第１および第２のリン
クがく字状をなした位置において回動を阻止するストッ
パによって上記反力を第１および第２のピンならびに連
結ピンによって確実に支承することができ、請求項３に
記載の発明によれば、可動部材としてカッタ本体の径方
向に延在するスポーク状の長尺部材を使用した場合にお
いても、全体を安定的に進退させることができ、さらに
請求項４に記載の発明によれば、可動部材におけるガタ
付きも抑えることができるといった効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の掘進機の一実施形態を示す縦断面図で
ある。

【図２】図１の正面図である。

【図３】図１の要部の縦断面図である。

【図４】図３の可動部材が前進した状態を示す縦断面図
である。

【図５】図４（図３）の側面図である

【図６】従来の掘進機を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１０ 掘進機本体 １１ カッターモータ（回転駆動装置） １２ カッタ本体 １４ ローラビット（第１の掘削ビット） １５ カッタースポーク（可動部材） １６ 固定ビット（第２の掘削ビット） ２０ａ、２０ｂ 第２のリンク ２１ 第２のピン ２２ 連結ピン ２３ａ、２３ｂ 第１のリンク ２４ 第１のピン ２５ 油圧シリンダ（往復動手段） ２６ 出力軸 ２７ 連結杆 ２８ ストッパピン（ストッパ手段） ３０ 第３のピン ３１ 制限リンク

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 掘削機本体の先端部に、回転駆動装置に
   よって回転するカッタ本体が設けられ、上記カッタ本体
   の前面に、互いに硬さの異なる地盤に対応した第１の掘
   削ビットと第２の掘削ビットとが設けられた掘進機であ
   って、 上記カッタ本体に、可動部材を進退自在に設け、この可
   動部材に上記第１または第２の掘削ビットを設けるとと
   もに、当該可動部材を進退させる駆動装置を設けてな
   り、かつ上記駆動装置は、上記カッタ本体の後面側に設
   けられた往復動手段と、上記カッタ本体に固定された第
   １のピン廻りに回動自在に設けられ、一端が上記往復動
   手段の出力軸に回動自在に連結されるとともに、他端が
   上記可動部材に固定された第２のピンに回動自在に連結
   されて上記出力軸の往復動を上記可動部材の進退運動に
   変換する１以上のリンクを有するリンク機構と、上記可
   動部材の前進位置において当該可動部材の後退を阻止す
   るストッパ手段とを備えてなることを特徴とする掘進
   機。
2. 【請求項２】 上記リンク機構は、上記第１のピン廻り
   に回動自在に設けられた第１のリンクと、この第１のリ
   ンクに連結ピンを介して一端が回動自在に連結され、他
   端が上記第２のピンに回動自在に連結された第２のリン
   クとを有してなり、かつ上記ストッパ手段は、上記第１
   および第２のリンクが回動して上記連結ピンが上記第１
   および第２のピンを結んだ仮想線よりも上記回動方向側
   に移動した際に、当該回動を阻止するストッパであるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の掘進機。
3. 【請求項３】 上記リンク機構は、上記可動部材の長手
   方向に間隔をおいて複数組み設けられ、一の上記リンク
   機構の上記第１のリンクが上記往復動手段に連結される
   とともに、他の上記リンク機構の上記第１のリンクが連
   結杆を介して上記一のリンク機構の上記第１のリンクに
   回動自在に連結されていることを特徴とする請求項２に
   記載の掘進機。
4. 【請求項４】 上記可動部材に第３のピンが設けられ、
   かつ当該第３のピンと上記第１のピンとの間に、制限リ
   ンクが回動自在に介装されていることを特徴とする請求
   項２または３に記載の掘進機。