JP2011069106A - シールド掘削機のビット交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡単で、高水圧下及び土砂雰囲気での作動の信頼性が高いシールド掘削機のビット交換装置を提供する。
【解決手段】カッタヘッド４に設けられカッタヘッド４内からビット８を挿入してビット８の先端部が切羽側に突出するように収容する貫通穴１１を有するハウジング１２と、切羽側に突出したビット８が摩耗した際に新たなビット８を摩耗したビット８の後部に押し当てた状態でハウジング１２から反力をとって新たなビット８を貫通穴１１の前方向に押し込んで摩耗したビット８を貫通穴１１の前方に押し出すための押出装置１３と、新たなビット８を押出装置１３で貫通穴１１に押し込む際に押出装置１３の反力をハウジング１２に伝える第一反力材１４と、押出装置１３で貫通穴１１に押し込んだ新たなビット８が後退しないように新たなビット８の後部を支持する第二反力材１５とを備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、シールド掘削機のカッタヘッドに設けられ地山を切削するビットを交換するための装置に関する。

シールド掘削機は、一般に、掘進方向と平行な軸回りに回転駆動されるカッタヘッドを備えており、そのカッタヘッドには、地山を切削するためのビットが取り付けられている。かかるビットは、地山を切削することで摩耗するため、長距離施工においてはビット交換等の対策が必要となる。

従来、薬液注入等で前方の切羽を固めた後、作業員が切羽側に出てビットを交換する方法が一般的に採用されている。作業員が切羽側に出てビットを交換する場合、薬液注入等を行うことによる工事費の増大や作業期間の長期化等、各種の問題が存在する。

そこで、作業員が切羽側に出ることなく、ビットを交換可能とするビット交換装置が多数提案されている（特許文献１〜３参照）。

特開２００１−２７０９７号公報 特開２００２−３５７０８４号公報 特開２００８−６３７８０号公報

しかしながら、提案されているビット交換装置は、構造が複雑なものが多く、高水圧下及び土砂雰囲気での作動の信頼性が低いものが多かった。

そこで、本発明の目的は、構造が簡単で、高水圧下及び土砂雰囲気での作動の信頼性が高いシールド掘削機のビット交換装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、シールド掘削機のカッタヘッドに設けられ地山を切削するビットを交換するための装置において、前記カッタヘッドに設けられ前記カッタヘッド内からビットを挿入して該ビットの先端部が切羽側に突出するように収容する貫通穴を有するハウジングと、該ハウジングに着脱可能に設けられ切羽側に突出したビットが摩耗した際に新たなビットを摩耗したビットの後部に押し当てた状態で前記ハウジングから反力をとって新たなビットを前記貫通穴の前方向に押し込んで摩耗したビットを前記貫通穴の前方に押し出すための押出装置と、前記ハウジングに着脱可能に設けられ新たなビットを前記押出装置で前記貫通穴に押し込む際に前記押出装置の反力を前記ハウジングに伝える第一反力材と、前記ハウジングに着脱可能に設けられ前記押出装置で前記貫通穴に押し込んだ新たなビットが後退しないように新たなビットの後部を支持する第二反力材とを備えたものである。

本発明によれば、構造が簡単で、高水圧下及び土砂雰囲気での作動の信頼性が高いシールド掘削機のビット交換装置を提供することができるという優れた効果を奏する。

図１は、本発明の一実施形態に係るビット交換装置を備えたシールド掘削機の側断面図である。 図２（ａ）はビット交換装置の側断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線矢視図及び図２（ａ）のＢ−Ｂ線矢視図である。 図３は、ビット交換装置の斜視図である。 図４（ａ）〜図４（ｄ）は、ビット交換手順を示す図である。 図５（ｅ）〜図５（ｈ）は、ビット交換手順を示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示すように、シールド掘削機１は、円筒状のシールドフレーム２と、シールドフレーム２内を掘進方向の前後に仕切る隔壁３と、隔壁３に掘進方向と平行な軸回りに回転可能に支持されたカッタヘッド４と、シールドフレーム２内でセグメントをリング状に組み立てるエレクタ（図示せず）と、シールドフレーム２の内面に装着されリング状に組み立てられたセグメントに反力を取ってシールドフレーム２を前進させるシールドジャッキ（図示せず）とを備えている。

カッタヘッド４は、隔壁３に回転可能に支持された中心部５と、中心部５に周方向に間隔を隔てて放射状に装着された複数のカッタスポーク６とを有し、図示しないモータ、ギヤ等からなる駆動手段により、掘進方向と平行な軸回りに回転駆動される。中心部５には、フィッシュテールビット７が装着され、カッタスポーク６には、ビット８がカッタヘッド４の径方向に間隔を隔てて複数配設されている。

フィッシュテールビット７及びビット８は、シールドジャッキを伸長させることで地山に押し付けられ、その状態でカッタヘッド４が回転されることで地山を切削する。

なお、カッタヘッド４は、本実施形態ではスポークタイプのものを示したが、面板タイプのものであっても良い。

図１に示すように、ビット交換装置１０は、カッタスポーク６に複数整列して設けられている。

図２及び図３に示すように、ビット交換装置１０は、カッタヘッド４（本実施形態では、カッタースポーク６）にその前面Ｆに開口するように設けられカッタヘッド４内からビット８を挿入してその先端部が切羽側に突出するように収容する貫通穴１１を有するハウジング１２と、ハウジング１２に着脱可能に設けられ、切羽側に突出したビット８が摩耗した際に新たなビット８を摩耗したビット８の後部に押し当てた状態でハウジング１２から反力をとって新たなビット８を貫通穴１１の前方向に押し込んで摩耗したビット８を貫通穴１１の前方に押し出すための押出装置１３と、ハウジング１２に着脱可能に設けられ、新たなビット８を押出装置１３で貫通穴１１に押し込む際に押出装置１３の反力をハウジング１２に伝える第一反力材１４と、ハウジング１２に着脱可能に設けられ、押出装置１３で貫通穴１１に押し込んだ新たなビット８が後退しないように新たなビット８の後部を支持する第二反力材１５とを備えている。

ハウジング１２の貫通穴１１は、楕円形（或いは小判形）に形成されている（図２（ｂ）参照）。また、ハウジング１２の前端部には、前端部から貫通穴１１の後方向に延出するスタッドボルト１６が設けられている。また、ハウジング１２の後端部には、後端部から貫通穴１１の径方向外方に突出するように複数形成された耳部１７が設けられている。

ビット８は、貫通穴１１に貫通穴１１の前後方向に沿って移動可能に挿入される台座１８と、台座１８から貫通穴１１の前方向に延出させて設けられ、台座１８より小径に形成される小径部１９と、小径部１９から貫通穴１１の前方向に延出させて設けられ、超硬チップ（図示せず）が取り付けられる本体部２０とを有している。台座１８の外周部には、貫通穴１１の内周と台座１８の外周との隙間をシールするリング状のシール２１が設けられている。台座１８は、断面楕円形（或いは断面小判形）に形成されており（図２（ｂ）参照）、台座１８の外周面が貫通穴１１の内周面に当接することでビット８が貫通穴１１の前後方向軸回りに回転するのを防止するようになっている。台座１８には、そのビット８の後方に配置されるビット８の本体部２０を収容する凹部２２が設けられており、後方のビット８の本体部２０を前方のビット８の凹部２２に収容した状態で、後方のビット８を貫通穴１１の前方向に押し込むことで、後方のビット８によって前方のビット８が貫通穴１１の前方向に移動されるようになっている。また、台座１８、小径部１９及び本体部２０には、後述するロッド２３を挿通可能なロッド挿通穴２４が凹部２２に連続させて設けられており、ロッド挿通穴２４の先端部には雌ネジ部２５が設けられている。

本実施形態では、ビット８は、各ハウジング１２の貫通穴１１に二個ずつ直列に収容されている。

押出装置１３は、ビット８のロッド挿通穴２４に挿通されたロッド２３と、ビット８を貫通穴１１に沿って移動させるためのセンターホールジャッキ２６（図４（ｄ）等参照）とを有している。ロッド２３の先端部には、先端側雄ネジ部２７が設けられており、先端側雄ネジ部２７が切羽側に突出したビット８の本体部２０に設けられた雌ネジ部２５に螺合されている。また、ロッド２３の後端部には、後端側雄ネジ部２８が設けられている。センターホールジャッキ２６は、筒状に形成された外筒部２９と、外筒部２９に外筒部２９の長手方向に沿って移動可能に挿通され、ロッド２３と係合可能な内筒部３０とを有している（図４（ｄ）等参照）。

第一反力材１４は、貫通穴１１の幅方向中間部を塞ぐ四角形の板状の蓋部３１（図２（ａ）参照）と、蓋部３１から貫通穴１１の前方向に延出させて設けられ、ハウジング１２を貫通穴１１の径方向外方から挟み込む一対の延出部３２と、各延出部３２から貫通穴１１の径方向外方に延出させて設けられた耳部３３とを有している。蓋部３１には、ボルト挿通穴３４が形成されており、ボルト挿通穴３４にロッド２３が挿通されている。ロックナット３５を後方からロッド２３の後端側雄ネジ部２８に締めることで、ロッド２３及びロックナット３５によって、切羽側に突出したビット８を貫通穴１１の前方向に移動しないように規制している。また、耳部３３には、ボルト挿通穴３６が形成されており、ボルト挿通穴３６にスタッドボルト１６が挿通されている。ナット３７を後方からスタッドボルト１６に締めることで、ナット３７によって、第一反力材１４を貫通穴１１の後方向に移動しないように規制している。

第二反力材１５は、貫通穴１１の幅方向端部をそれぞれ塞ぐ一対の半円形の板状の蓋部３８（図２（ｂ）参照）と、各蓋部３８から貫通穴１１の径方向外方に突出するように複数形成された耳部３９とを有している。ハウジング１２の耳部１７と第二反力材１５の耳部３９とをボルト４０で締結することで、第二反力材１５がハウジング１２に取り付けられている。

次に、ビット交換手順を図４及び図５を用いて説明する。

ビット８を交換する場合、カッタヘッド４の駆動を止めた後、カッタスポーク６内の作業スペースＳ（図１及び図４（ａ）参照）に作業員が入り、カッタスポーク６に設けられたそれぞれのビット交換装置１０のビット８を交換する。本実施形態では、カッタヘッド６の中心部５が中空に形成されると共に中心部５にマンホールが設けられており、そのマンホールを通じて作業員がカッタスポーク６内の作業スペースＳに入るようになっている。図４（ａ）に示す状態では、ビット８は第一反力材１４と第二反力材１５とによって後退しないように支持されている。

まず、図４（ｂ）に示すように、ロックナット３５をロッド２３から取り外すと共に、第一反力材１４をハウジング１２から取り外す。第一反力材１４の取り外しにより、ビット８は第二反力材１５によって後退しないように支持される。

次に、図４（ｃ）に示すように、ロッド２３を切羽側に突出したビット８から引き抜いて、切羽側に突出したビット８の後方に配置されたビット８に係合させる。そして、別のビット８を貫通穴１１に予め収容されていたビット８の後方に配置する。その後、第一反力材１４を再びハウジング１２に取り付ける。

次に、図４（ｄ）に示すように、ロッド２３に継ぎ足し部４１を継ぎ足すと共に、センターホールジャッキ２６を第一反力材１４に取り付ける。その後、第一反力材１４の蓋部３１前面を最後方に配置されたビット８の後端に当接させた状態で、ナット３７をスタッドボルト１６に締める。

次に、図５（ｅ）に示すように、センターホールジャッキ２６を伸ばしてロッド２３と固定する。その後、第二反力材１５をハウジング１２から取り外す。第二反力材１５の取り外しにより、ビット８はセンターホールジャッキ２６及び第一反力材１４によって後退しないように支持される。

次に、図５（ｆ）に示すように、センターホールジャッキ２６を縮めてビット８を貫通穴１１の前方向に押し込むことで、切羽側に突出する摩耗したビット８を貫通穴１１の前方向に移動させる。そして、センターホールジャッキ２６を最縮退状態或いはそれに近い状態まで縮めたならば、センターホールジャッキ２６を盛り替えるため、第二反力材１５の蓋部３８前面を最後方に配置されたビット８の後部に当接させた状態で、第二反力材１５をボルト４０を用いてハウジング１２に取り付ける。第二反力材１５の取り付けにより、ビット８は第二反力材１５によって後退しないように支持される。

次に、図５（ｇ）に示すように、第一反力材１４を第二反力材１５の位置まで貫通穴１１の前方向に移動させ、ナット３７をさらに締める。そして、切羽側に突出する摩耗したビット８が貫通穴１１の前方に押し出されて、その後方のビット８の先端部が切羽側に突出するまで、図５（ｅ）〜図５（ｇ）の手順を繰り返す。

そして、図５（ｈ）に示すように、切羽側に突出する摩耗したビット８が貫通穴１１の前方に押し出されて、その後方のビット８の先端部が切羽側に突出したならば、センターホールジャッキ２６を第一反力材１４から取り外すと共に、継ぎ足し部４１をロッド２３から取り外す。そして、ロックナット３５をロッド２３に締結して、ビット８の交換作業が終了する。

このように、本実施形態によれば、摩耗したビット８を貫通穴１１の前方に押し出すといった簡単な作業でビット８の交換が確実に行われるので、薬液注入等をして作業員が切羽側に出てビット８を交換する場合と比較して、工事費の増大や作業期間の長期化等を効果的に抑制することが可能となる。

また、本実施形態では、ビット８が後退しないように第二反力材１５で支持する方法を採用しており、例えばラチェットのようなビット８の後退防止機構（特許文献２参照）を設ける必要がなく、その構造は、非常に簡単なものとなり、且つ高水圧下及び土砂雰囲気での作動の信頼性が高い。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。

例えば、ロングストロークの押出装置１３（センターホールジャッキ２６）を採用する場合や、ビット８の高さが低くても良い場合は、押出装置１３（センターホールジャッキ２６）の盛り替えが不用となる。

また、ビット交換装置１０はカッタスポーク６に設けるものとしたが、これに限るものではない。ビット交換装置１０を、カッタヘッド４のいずれの位置に設けても良く、例えば中心部５に設けても良い。

また、貫通穴１１は楕円形（或いは小判形）に形成すると共にビット８の台座１８は断面楕円形（或いは断面小判形）に形成するものとしたが、これに限るものではない。貫通穴１１及びビット８の台座１８は、ビット８の回転を防止できる形状であれば良く、非円形であれば他の形状であっても良い。

１ シールド掘削機
４ カッタヘッド
８ ビット
１０ ビット交換装置
１１ 貫通穴
１２ ハウジング
１３ 押出装置
１４ 第一反力材
１５ 第二反力材

Claims (1)

1. シールド掘削機のカッタヘッドに設けられ地山を切削するビットを交換するための装置において、前記カッタヘッドに設けられ前記カッタヘッド内からビットを挿入して該ビットの先端部が切羽側に突出するように収容する貫通穴を有するハウジングと、該ハウジングに着脱可能に設けられ切羽側に突出したビットが摩耗した際に新たなビットを摩耗したビットの後部に押し当てた状態で前記ハウジングから反力をとって新たなビットを前記貫通穴の前方向に押し込んで摩耗したビットを前記貫通穴の前方に押し出すための押出装置と、前記ハウジングに着脱可能に設けられ新たなビットを前記押出装置で前記貫通穴に押し込む際に前記押出装置の反力を前記ハウジングに伝える第一反力材と、前記ハウジングに着脱可能に設けられ前記押出装置で前記貫通穴に押し込んだ新たなビットが後退しないように新たなビットの後部を支持する第二反力材とを備えたことを特徴とするシールド掘削機のビット交換装置。

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