JP2002371791A

JP2002371791A - シールド掘進機のビット機構

Info

Publication number: JP2002371791A
Application number: JP2001180277A
Authority: JP
Inventors: Akitada Narimatsu; 明格成松; Hiroyuki Ito; 広幸伊藤; Takashi Nakane; 隆中根
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2001-06-14
Filing date: 2001-06-14
Publication date: 2002-12-26

Abstract

(57)【要約】【目的】カッタスポーク式に限られず面盤式であって
もビットの交換が可能で且つカッタの切羽からの土圧に
対する強度が高いシールド掘進機のビット機構を提供す
る。【構成】シールド掘進機１の先端に設けられ地山を切
削するシールド掘進機１のビット機構６において、ビッ
ト７を外周面に超硬チップ１９を周設した円盤状に形成
し、そのビット７をカッタスポーク４或いは面盤の内部
にその前端面から上記ビット７の一部が突出するように
収容すると共に回転自在に軸支し、上記ビット７にその
ビット７の突出部分８が摩耗した際にビット７を所定角
度回転させる回転手段９を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シールド掘進機の先端
に設けられ地山を切削するシールド掘進機のビット機構
に係り、特に長距離にわたる連続掘進ができるように改
良したシールド掘進機のビット機構に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】シールド掘進機は、その先端のカッタの
回転と、シールドジャッキによる推進力によって、地中
を掘進するようになっている。カッタの前端には複数の
ビットが設けられている。ビットには、超硬チップが埋
め込まれており、この超硬チップが切羽を削って地山を
掘削するようになっている。

【０００３】ところで、掘削する地山が硬い場合等に
は、掘進するにつれて超硬チップが削れてビットが摩耗
してしまうため、長距離の掘進を行う場合には、ビット
を交換する必要があった。

【０００４】そこで、ビットの交換が可能なシールド掘
進機がいろいろと提案されていた。例えば、特開平１１
−３５８７７号公報によれば、図７に示すように、カッ
タスポーク５１の前面にはビット５２ａが、後面には同
様のビット５２ｂがそれぞれ設けられ、カッタスポーク
５１がその軸を中心として回転自在に設けられたシール
ド掘進機５３があった。

【０００５】このシールド掘進機５３は、カッタスポー
ク５１の前面のビット５２ａが摩耗すると、カッタスポ
ーク５１を回転させて、後面にあった新たなビット５２
ｂを前面に移動させることによってビットの交換を行
い、長距離の掘進に対応するようになっていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
シールド掘進機５３では、カッタスポーク５１の先端部
分が回転自在に分割して設けられているため、カッタス
ポーク５１の切羽からの土圧に対する強度が低下してし
まうといった問題があった。また、機内側からカッタス
ポーク５１を支持する部材５５が必要となり、その部材
がチャンバ内の土砂の流れを阻害してしまう可能性もあ
った。

【０００７】さらに、シールド掘進機５３では、カッタ
スポーク式のものに限定されてしまい、面盤式のシール
ド掘進機に適用することができなかった。また、カッタ
スポーク５１の回転量を有る程度高い精度で管理しない
と、ビットの地山への切込み量が大きくなり、ビットの
異常摩耗を引き起こす原因になるといった問題もあっ
た。

【０００８】そこで、本発明は、上記課題を解決するた
めに案出されたものであり、その目的は、カッタスポー
ク式に限られず面盤式であってもビットの交換が可能で
且つカッタの切羽からの土圧に対する強度が高いシール
ド掘進機のビット機構を提供することにある。

【０００９】

【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、シールド掘進機の先端に設けられ地山を
切削するシールド掘進機のビット機構において、ビット
を外周面に超硬チップを周設した円盤状に形成し、その
ビットをカッタスポーク或いは面盤の内部にその前端面
から上記ビットの一部が突出するように収容すると共に
回転自在に軸支し、上記ビットにそのビットの突出部分
が摩耗した際にビットを所定角度回転させる回転手段を
設けたものである。

【００１０】上記構成によれば、カッタスポーク或いは
面盤の内部に、ビットをその一部が突出するように収容
しているので、カッタスポークをその軸方向に回転させ
ることなく一体的に形成でき、切羽からの土圧に対する
強度が高いものとなると共に、面盤式のシールド掘進機
であっても、ビットの交換が可能であるので長距離にわ
たる連続掘進が行える。さらに、ビットが円盤状である
ので、ビットが摩耗し突出部分を出すための回転量の高
い精度の管理を行う必要はない。

【００１１】そして、上記円盤状のビットの回転軸がカ
ッタの径方向に延びて配置され、上記ビットが周方向に
沿って回転するものが好ましい。

【００１２】また、上記円盤状のビットの回転軸がカッ
タの周方向に延びて配置され、上記ビットが径方向に沿
って回転するものであってもよい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下本発明の好適な実施の形態を
添付図面に基づいて詳述する。

【００１４】図１は本発明に係るシールド掘進機のビッ
ト機構の好適な実施の形態を示した断面図、図２はビッ
トを示した平面図、図３はビットの交換状態を示した平
面図である。

【００１５】まず、本実施の形態に係るシールド掘進機
のビット機構の構成を説明する。

【００１６】なお、本実施の形態では、カッタスポーク
式のシールド掘進機を例に挙げて説明する。

【００１７】図１に示すように、係るシールド掘進機１
には、その軸方向に延びてバルクヘッド２を貫通し且つ
回転自在に設けられたカッタ回転軸３に、所定角度ピッ
チで径方向に延びる複数のカッタスポーク４が設けられ
ている。バルクヘッド２の後方（シールド掘進機１の内
部）には、カッタ回転軸３及びカッタスポーク４を回転
させるモータ５が設けられている。

【００１８】ところで、本発明は、シールド掘進機１の
先端に設けられ地山を切削するシールド掘進機１のビッ
ト機構６において、ビット７を外周面に超硬チップ１９
を周設した円盤状に形成し、そのビット７をカッタスポ
ーク４或いは面盤（本実施の形態ではカッタスポーク
４）の内部にその前端面から上記ビット７の一部が突出
するように収容すると共に回転自在に軸支し、上記ビッ
ト７にそのビット７の突出部分８が摩耗した際にビット
７を所定角度回転させる回転手段９を設けたことを特徴
とする。

【００１９】本実施の形態では、円盤状ビット７は、シ
ールド掘進機１の周方向に平行となり、周方向に沿って
回転するように配置されている。

【００２０】カッタスポーク４は、中空状に形成されて
おり、その内部には、シールド掘進機１の径方向に延び
て配置され、円盤状ビット７の中心部を貫通して、その
円盤状ビット７を支持するビット回転軸１１が設けられ
ている。ビット回転軸１１は、カッタの径方向に延びて
配置されており、複数の軸受け１２を介して回転自在に
支持されている。なお、図１では、軸受け１２をビット
回転軸１１の上下の２カ所に設けているが、掘削する地
盤が非常に固く、円盤状ビット７に大きな推進力が加わ
る場合には、軸受け１２の個数を増加させて、ビット回
転軸１１にかかる曲げ応力を分散支持するようにする。

【００２１】ビット回転軸１１の基端部（径方向内側）
には、傘歯車１４が設けられている。この傘歯車１４
は、カッタ回転軸３の内部でその軸方向に延びる回転軸
１５の前端（図中左側）に設けられた傘歯車１６に歯合
している。回転軸１５は、軸受け１０を介してカッタ回
転軸３に支持されており、カッタ回転軸３に対して回転
自在となっている（円盤状ビット７の固定時には、回転
軸１５が回転せずに、カッタ回転軸３の方が回転してい
る）。

【００２２】回転軸１５の後端（図中右側）には、ギヤ
１７が設けられている。このギヤ１７には図示しないモ
ータに接続されたウォームギヤ１８が歯合しており、ウ
ォームギヤ１８が回転することによって、回転軸１５が
回転し、傘歯車１６，１４を介してビット回転軸１１及
び円盤状ビット７が回転するようになっている。これら
ビット回転軸１１、傘歯車１４，１６、回転軸１５、ギ
ヤ１７、ウォームギヤ１８及びモータで回転手段９が構
成されている。

【００２３】図２に示すように、円盤状ビット７の円周
部には、複数の超硬チップ１９が所定ピッチで埋め込ま
れて周設されている。なお、超硬チップ１９の形状はこ
れに限られるものではない。

【００２４】カッタスポーク４の円盤状ビット７が貫通
する開口部分には、樹脂やゴム等にて構成されたシール
部材（図示せず）が設けられている。これによって、掘
削した土砂がカッタスポーク４内に侵入するのを防止し
ている。

【００２５】なお、シール部材を設けずに、カッタスポ
ーク４の内部に侵入した土砂を排出する土砂排出手段を
設けるものであってもよい。

【００２６】次に、上記構成によるシールド掘進機１の
ビット機構６の作用を説明する。

【００２７】カッタスポーク４の前面に突出した部分の
円盤状ビット７が摩耗するまでは、この円盤状ビット７
は回転させずに固定させた状態で、地山の掘削を行う。
このとき、回転手段９に、ギヤ１７とウォームギヤ１８
が設けられているので、ウォームギヤ１８を回転させな
ければビット回転軸１１が回転することはなく、円盤状
ビット７は、特に固定機構を設けることなく固定され
る。

【００２８】図３（ａ）に示すように、円盤状ビット７
の突出部分８が摩耗したならば、シールド掘進機１の掘
進を継続しながら、回転手段９によって円盤状ビット７
を所定角度（本実施の形態では９０度）回転させ、摩耗
していない新たな超硬チップ１９を備えた部分をカッタ
スポーク４の前面に突出させる（図３（ｂ）参照）。こ
のとき、円盤状ビット７の円周に、超硬チップ１９が周
設されているので、回転角度の若干のずれを許容するこ
とができ、高精度の回転量の管理を行う必要はない。

【００２９】このように、本発明によれば、掘進しなが
らビット７の交換が可能であるので、ビット７の交換作
業のために掘進を中断する必要がなく、掘進効率が非常
に高くなり、且つ長距離の連続した掘進が行える。

【００３０】また、本実施の形態によれば、円盤状ビッ
ト７及び回転手段９がカッタスポーク４の内部に収容さ
れ軸支されているので、従来のカッタスポーク５１のよ
うに分割して形成されることはない。すなわち、カッタ
スポーク４自体は一体的に形成できるので、切羽の土圧
に対して高い強度を得ることができる。従って、シール
ド掘進機１の推進力を高めることが可能となる。

【００３１】また、従来のシールド掘進機５３のよう
に、カッタスポーク５１をその軸方向に回転させる必要
がないので、本発明は、カッタスポーク４に代えて、面
盤状のカッタを有するシールド掘進機であっても、面盤
の内部に円盤状ビット７を収容して、その一部を面盤の
前面に突出させることによって適用することができる。

【００３２】さらに、従来のシールド掘進機５３のよう
に、カッタスポーク５１を機内側から支持する部材５５
が不要であるので、チャンバ内の土砂の流れを阻害する
ことはない。

【００３３】なお、本実施の形態では、円盤状ビット７
を、メインビット２０の間に配置して、補助ビットとし
て使用しているが、円盤状ビット７の個数を増やして、
メインビットとして使用することも可能である。

【００３４】図４は本発明に係るシールド掘進機のビッ
ト機構の好適な他の実施の形態を示した断面図である。

【００３５】図４に示したシールド掘進機２１のビット
機構２２は、図１のシールド掘進機１と比較して、回転
手段の構成が異なるものである。

【００３６】本実施の形態に係る回転手段２３は、円盤
状ビット７を支持するビット回転軸１１の基端部に、こ
のビット回転軸１１を回転させるモータ２４が接続され
ている。モータ２４は、カッタ回転軸３の内部に収容・
固定されており、各ビット回転軸１１にそれぞれ接続さ
れている。

【００３７】ビット回転軸１１には、掘進中の円盤状ビ
ット７の回転を防止するための固定用ロックピン２５が
挿入されるようになっている。固定用ロックピン２５
は、カッタスポーク４の内部に固定されたジャッキ２６
に接続されており、そのジャッキ２６の伸縮により、ビ
ット回転軸１１の挿入穴２７に出し入れされるようにな
っている。

【００３８】なお、その他の構成については、図１のシ
ールド掘進機１と同様であるので、同じ符号を付して説
明を省略する。

【００３９】上記構成のシールド掘進機２１によれば、
通常の掘進時には、固定用ロックピン２５がビット回転
軸１１に挿入されて、円盤状ビット７の回転を防止して
いる。そして、円盤状ビット７の突出部分８が摩耗した
ならば、シールド掘進機２１の掘進を継続しながら、ジ
ャッキ２６を縮退させて固定用ロックピン２５をビット
回転軸１１から抜き、モータ２４を駆動させることによ
って円盤状ビット７を所定角度（本実施の形態では９０
度）回転させ、摩耗していない新たな超硬チップ１９を
備えた部分をカッタスポーク７の前面に突出させる。

【００４０】この場合も、上記図１のシールド掘進機１
と同様の作用を得られる。

【００４１】図５は本発明に係るシールド掘進機のビッ
ト機構の好適なさらに他の実施の形態を示した断面図、
図６はビットの交換状態を示した側面図である。

【００４２】この実施の形態のシールド掘進機３１は、
円盤状ビット７が、シールド掘進機３１の径方向に平行
となり、径方向に沿って回転するように配置されてい
る。各円盤状ビット７には、カッタの周方向に延びた回
転軸３２がそれぞれ設けられている。この回転軸３２に
は、スプロケット３３を介して回転手段３４となるチェ
ーン３５が掛けられている。チェーン３５は、円盤状ビ
ット７に隣接して設けられたスプロケット３６を介し
て、各円盤状ビット７に掛け渡されており、各円盤状ビ
ット７が同期して回転するようになっている。チェーン
３５には、このチェーン３５を移動させるためのモータ
（図示せず）が接続されている。

【００４３】円盤状ビット７は、円柱状に形成されてお
り、シールド掘進機３１の周方向両端部４（円柱の底面
及び上面の円周部）に超硬チップ（図示せず）が周設さ
れている。これによって、カッタスポーク４の回転方向
に応じて、各端部の超硬チップがそれぞれ地山を掘削す
るようになっている。

【００４４】上記構成のシールド掘進機３１によれば、
図６（ａ）の状態で、掘進を開始し、円盤状ビット７の
突出部分８が摩耗したならば（図６（ｂ）参照）、シー
ルド掘進機３１の掘進を継続しながら、チェーン３５を
移動させて、円盤状ビット７を所定角度（本実施の形態
では９０度）回転させ、摩耗していない新たな超硬チッ
プを備えた部分をカッタスポーク７の前面に突出させる
（図６（ｃ）参照）ことによって、上記シールド掘進機
１，２１と同様の作用が得られる。

【００４５】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、カッタス
ポーク或いは面盤の内部に、ビットをその一部が突出す
るように収容しているので、カッタスポークを一体的に
形成することができ、カッタの切羽からの土圧に対する
強度が高いものとなると共に、面盤式のシールド掘進機
であっても、ビットの交換が可能であるので長距離にわ
たる連続掘進が行えるといった優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るシールド掘進機のビット機構の好
適な実施の形態を示した断面図である。

【図２】ビットを示した平面図である。

【図３】ビットの交換状態を示した平面図である。

【図４】本発明に係るシールド掘進機のビット機構の好
適な他の実施の形態を示した断面図である。

【図５】本発明に係るシールド掘進機のビット機構の好
適なさらに他の実施の形態を示した断面図である。

【図６】ビットの交換状態を示した側面図である。

【図７】従来のシールド掘進機のビット機構を示した断
面図である。

【符号の説明】

１シールド掘進機４カッタスポーク６ビット機構７（円盤状）ビット８突出部分９回転手段１９超硬チップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中根隆愛知県知多市北浜町11番１号石川島播磨重工業株式会社愛知工場内Ｆターム(参考） 2D054 AC01 BA04 BB05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シールド掘進機の先端に設けられ地山を
切削するシールド掘進機のビット機構において、ビット
を外周面に超硬チップを周設した円盤状に形成し、その
ビットをカッタスポーク或いは面盤の内部にその前端面
から上記ビットの一部が突出するように収容すると共に
回転自在に軸支し、上記ビットにそのビットの突出部分
が摩耗した際にビットを所定角度回転させる回転手段を
設けたことを特徴とするシールド掘進機のビット機構。
【請求項２】上記円盤状のビットの回転軸がカッタの
径方向に延びて配置され、上記ビットが周方向に沿って
回転する請求項１記載のシールド掘進機のビット機構。
【請求項３】上記円盤状のビットの回転軸がカッタの
周方向に延びて配置され、上記ビットが径方向に沿って
回転する請求項１記載のシールド掘進機のビット機構。