JP2952285B1 - カッタビット交換装置とそれを具備したシールド掘進機 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 カッタビットを装備したカッタスポークを回
転又は固定するための回転用アクチュエータがカッタス
ポーク内に固定されているため、遠隔操作系統や回転・
固定機構に不具合が生じた場合、修理等の対応が困難で
ある。 【解決手段】 カッタディスクＲのコアリング部２に機
内８と連通する連通管９を設け、このコアリング部２の
カッタスポークＳの内周端Ｓａに回転駆動部１を設け、
この回転駆動部１を油圧トルクレンチＷで駆動できる六
角形断面に形成することにより、作業者が地山に出るこ
となく機内側から連通管９を介して目視で確認しながら
カッタスポークＳを回転させてカッタビットｂを交換す
ることができるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願に係る発明は、シー
ルド掘進機のカッタディスクに設けられたカッタビット
を機内側から交換作業ができるようにした交換装置とそ
れを具備したシールド掘進機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、シールド掘進機によって長距
離のトンネルを掘削する場合、カッタディスク前面に設
けられたカッタビットで掘削し、そのカッタビットが磨
耗したら新しいカッタビットに交換して掘削を続けてい
る。

【０００３】このカッタビットを交換する手段として、
作業者がチャンバ内に入ってカッタビットを交換する方
法があるが、この方法の場合、地中へ薬液注入して周囲
の地盤が崩れないように固化させるとともに、チャンバ
内に所定の内圧をかけて地山からの土圧に抗するように
してからカッタビットの交換作業を行う必要があるた
め、多くの時間と労力を要して非常に困難な交換作業と
なる。

【０００４】そこで、カッタビットを機内側から交換す
るための技術が提案されている。この種の従来技術とし
て、特開平７−２２４５９５号公報記載の発明があり、
この発明では、カッタスポークの複数の面にカッタビッ
トを装備し、このカッタスポークに個別に設けられた遠
隔操作可能な回転用アクチュエータを操作手段で遠隔操
作することにより、カッタスポークを回転させてカッタ
ディスク前面の摩耗したカッタビットを他の面のカッタ
ビットに交換しようとしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術では、カッタビットを装備したカッタスポークを
回転又は固定するための回転用アクチュエータがカッタ
スポーク内に固定されているため、遠隔操作系統や回転
・固定機構に不具合が生じた場合、修理等の対応が困難
である。

【０００６】また、カッタスポークの内周端を回転させ
るための回転用アクチュエータを駆動する高圧油等を機
内側からカッタディスクへ供給しているため、この駆動
系統に不具合が生じた場合も修理等が困難であり対応が
難しい。

【０００７】そのため、カッタスポークを回転させて交
換する構成の場合、カッタスポークの回転駆動系に不具
合を生じると、その修理等に多くの時間と労力を要して
工期遅延等を招いてしまう。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、前記課題を解決
するために、この出願に係る発明のカッタビット交換装
置は、カッタディスクに設けたカッタスポークの軸方向
に複数列のカッタビットを装備し、該カッタスポークを
回転させることによって地盤の掘削に使用するカッタビ
ットを交換するシールド掘進機のカッタビット交換装置
において、前記カッタディスクのコアリング部に機内と
連通する連通管を設け、該連通管に通じるコアリング部
内の前記カッタスポーク内周部に該カッタスポークの回
転駆動部を設け、該回転駆動部を回転駆動手段で駆動で
きる多角形断面に形成するとともに、該コアリング部に
カッタスポークの回転角を示す回転角目盛板を設け、前
記連通管を作業者が機内側から回転操作部を直接的に回
転操作できるように構成している。この回転駆動手段と
しては、例えば、大トルクを得ることができる油圧トル
クレンチが好ましい。

【０００９】このように、カッタスポークに予備のカッ
タビットを装備しておき、機内と連通する連通管からカ
ッタスポーク内周部（カッタディスク中心部であり、カ
ッタスポークの基部である。）の回転駆動部を回転駆動
手段で直接的に回転させることにより、地山に出ること
なく機内側から短時間でカッタスポークを回転させてカ
ッタビットを交換することができる。また、この作業を
作業者が目視で確認しながらできるので、回転駆動系に
不具合を生じることもなく迅速な交換作業ができる。ま
た、コアリング部にカッタスポークの回転角を示す回転
角目盛板を設けているので、作業者が回転駆動手段を操
作しながらカッタビットの交換状況を把握できるので、
迅速なカッタビット交換作業を行うことができる。

【００１０】前記カッタスポークの軸方向に３列のカッ
タビットを配設すれば、掘削した土砂で予備のカッタビ
ットを摩耗させることがないような配置とすることがで
きるので、長距離を掘削することができる。

【００１１】

【００１２】また、このようなカッタビット交換装置を
具備したカッタスポークを、固定式のカッタスポークと
交互にカッタディスクに設ければ、カッタディスクの剛
性を容易に確保しつつカッタビットの交換が容易なカッ
タスポークを具備したシールド掘進機を提供することが
できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この出願に係る発明の一実
施例を図面に基づいて説明する。図１はこの出願に係る
発明の一実施形態を示すシールド掘進機の正面図であ
り、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図２のＢ−Ｂ矢
視図、図４は図２のＣ−Ｃ矢視図、図５は図２のＤ−Ｄ
断面図である。

【００１４】図１に示すように、この実施形態では、カ
ッタディスクＲの前面に放射状に設けられた６本のカッ
タスポークの内、３本のカッタスポークＳにカッタビッ
ト交換装置Ｍが設けられており、このカッタビット交換
装置Ｍを具備したカッタスポークＳがカッタディスクＲ
に固定されたカッタスポークＴと交互に等間隔で配設さ
れている。このカッタディスクＲに固定された３本のカ
ッタスポークＴには、両側部に固定カッタビットｂが設
けられるとともに、カッタディスクＲの外周を掘削する
ためのコピーカッタｃが設けられている。

【００１５】一方、図２に示すように、カッタビット交
換装置Ｍが設けられた３本のカッタスポークＳには、内
周端Ｓａに回転駆動部１が設けられ、この回転駆動部１
はカッタディスクＲのコアリング部２に設けられた軸受
ハウジング４内の軸受３によってスポークの軸廻りに回
転自在に支持されている。４ａは軸受押え金具である。
また、カッタスポークＳの中間部には中間支持部５が設
けられており、この中間支持部５は、シールド本体Ｕに
設けられたカッタディスク旋回用の旋回軸受１０に支持
された旋回フレーム６先端の中間軸受７によって回転可
能に支持されている。６ａは旋回フレーム６の分割部を
固定するボルトである。これによりカッタスポークＳ
を、その軸廻りに回転可能にしている。

【００１６】さらに、カッタディスクＲのコアリング部
２と機内８とは連通管９によって連結されており、作業
者が機内８側から連通管９の開口９ａを介してコアリン
グ部２の回転駆動部１を直接的に回転操作できるように
構成されている。ＨａはバルクヘッドＨと連通管９との
間に設けられたシール材である。この連通管９として
は、作業者がカッタスポークＳの内周端Ｓａに設けられ
た回転駆動部１を機内側（連通管内部を含む）から操作
できる内形状であればよい。また、この実施形態では回
転駆動部１が六角形断面に形成されており、後述するよ
うな、大型のボルト等の締付けに使用されている大トル
クを発する油圧トルクレンチＷを使用して回転させるこ
とができるように構成されている。なお、この回転駆動
部１は六角形断面以外であってもよく、四角形や八角形
断面であってもよく、カッタスポークＳを回転させるこ
とができる断面形状であればよい。また、カッタスポー
クＳの中間部を支持する中間支持部５は、シールド駆動
形式やカッタスポークＳの長さ，シールド径等に応じて
適宜設ければよい。

【００１７】前記カッタスポークＳは、軸受３に支持さ
れた支持軸１１の周囲にビット取付材１２，１３が設け
られたものであり、このビット取付材１２，１３は支持
軸１１の中間支持部５を介して中間軸受７の内周側と外
周側とに設けられている。

【００１８】これらビット取付材１２，１３は、支持軸
１１の内周側に設けられた内フランジ１１ａに外周側か
ら挿入した中空円筒形の内周ビット取付材１２をボルト
１４で固定し、中間軸受７を挿入した後、中空円筒形の
外周ビット取付材１３を支持軸１１に挿入して外フラン
ジ１１ｂをボルト１４で固定することによって形成され
ている。この実施形態における両ビット取付材１２，１
３には、カッタスポークＳの軸方向に３列のカッタビッ
トｂ（カッタビット列）が設けられており、周方向に等
間隔（１２０度間隔：図３参照）で配設されている。し
たがって、掘削途中において２回のカッタビット交換が
可能であり、掘削初めからカッタビット３回分の摩耗量
までを連続的に掘削することができるように構成されて
いる。このカッタビットｂの配列数は３列に限定される
ものではなく、カッタスポークＳの径等に応じて適宜設
定すればよい。

【００１９】また、図３に示すように、カッタスポーク
Ｓの周囲に設けられたカッタビットｂの内の１列がカッ
タディスクＲの前面に位置して地山Ｇを掘削するように
固定されている。この固定は、図２及び図４も併せて参
照すれば明らかなように、カッタディスクＲのコアリン
グ部２に設けられた円筒形の金具取付材１５に固定金具
１６がボルト１７で取付けられ、この固定金具１６と回
転駆動部１との間にスポーク固定金具１８を挿入してボ
ルト１９で固定することによって行われている。これら
固定金具１６とスポーク固定金具１８との接触面は、図
５に示すように、スポーク固定金具１８の内面が回転駆
動部１の六角形状と合致するような断面に形成され、外
面が固定金具１６の内側に形成されたテーパ面１６ａに
沿う傾斜面１８ａに形成されているため、このスポーク
固定金具１８を固定金具１６と回転駆動部１との間に挿
入して固定することにより、傾斜面１８ａがテーパ面１
６ａ側を押圧するように固定される。したがって、スポ
ーク固定金具１８の内外面が確実に固定金具１６と回転
駆動部１とに接してカッタスポークＳの回転を阻止する
ことができる。このように構造物であるスポーク固定金
具１８で回転駆動部１を係止することによってカッタス
ポークＳの確実な回転阻止を図っている。

【００２０】この状態では、カッタスポークＳの内周端
Ｓａに設けられた回転駆動部１がカッタディスクＲと一
体的に固定されているため、旋回軸受１０を介して回転
させられる旋回フレーム６により、カッタスポークＳが
自転することなくカッタディスクＲと一体的に旋回させ
られて前面のカッタビットｂで地山Ｇを掘削することが
できる。

【００２１】さらに、この実施形態では固定金具１６に
回転角目盛板２０が設けられており、この回転角目盛板
２０に設けられた指示材２０ａによって回転駆動部の回
転角度を目視で容易に判断できるように構成されてい
る。

【００２２】図６はカッタスポークを回転させる状態の
図面であり、(a) は図２に示すＣ−Ｃ矢視図、(b) は回
転駆動手段たる油圧トルクレンチの側面図である。図７
は図６のＥ−Ｅ断面図である。これらの図に基づいて前
記カッタスポークＳのカッタビットｂを交換する手順を
以下に説明する。

【００２３】まず、作業者が機内Ｕと連通する連通管９
からカッタスポークＳの回転駆動部１を固定しているス
ポーク固定金具１８のボルト１９（図５参照）を取り外
すことにより、固定金具１６からスポーク固定金具１８
を取り外す。そして、コアリング部２の金具取付材１５
に反力受け金具２１をボルト２２で取り付ける。

【００２４】その後、カッタスポークＳの内周端に設け
られた回転駆動部１に油圧トルクレンチＷが取付けられ
る。この油圧トルクレンチＷは、レンチ内形が六角形に
形成されたインサート部Ｗａの周囲に逆転防止用のラチ
ェット機構が設けられたものであり、駆動部Ｗｂ内に設
けられた図示しないジャッキによってインサート部Ｗａ
を所定方向に回転させることによって、回転駆動部１を
回転角度の制限なく任意の位置まで回転させることがで
きるようにしている。このような油圧トルクレンチＷの
インサート部Ｗａを回転駆動部１に挿入するとともに、
駆動部Ｗｂの側面を反力受け金具２１に当接させて回転
駆動時に駆動部Ｗｂの反回転方向に作用する反力を反力
受け金具２１で受ける準備をする。このような作業は、
機内８側から作業者が人力で行うため、回転させようと
するカッタスポークＳが水平位置よりも下方に位置する
状態で作業するのが好ましい。

【００２５】この状態で作業者が油圧トルクレンチＷの
ジャッキを駆動することにより、インサート部Ｗａが所
定角度ずつ回転させられる。この時、インサート部Ｗａ
の周囲に設けられたラチェット機構により、油圧トルク
レンチＷを着脱することなく任意の位置まで回転させる
ことができる。また、カッタスポークＳの一部である回
転駆動部１を油圧トルクレンチＷで直接駆動するので、
高効率で駆動できるとともに構造もコンパクトにでき、
回転・固定機構をスポーク内周のコアリング部２内に収
めてカッタビット交換操作およびメンテナンスを容易に
行うことが可能となる。

【００２６】さらに、この実施形態では、コアリング部
２に回転角目盛板２０を設けているため（図４参照）、
作業者がコアリング部２内よりスポーク回転状態（カッ
タビット交換状態）を目視で直接確認しながら油圧トル
クレンチＷを操作してカッタスポークＳを所定角度回転
させることができ、任意の速度で作業を進めることがで
きる。

【００２７】なお、この回転駆動手段たる油圧トルクレ
ンチＷは、カッタビット交換時のみ取付ければよいので
通常の推進の妨げになることはなく、また着脱も容易に
できる。しかも、カッタスポークＳと地山との摩擦力や
スポークの固着等で回転力が不足して回転させることが
困難な場合、より大型の回転駆動手段に交換することが
機内側から容易にできる。

【００２８】したがって、カッタスポークＳの内周端Ｓ
ａに設けられた回転駆動部１を作業者が直接的に操作し
てカッタディスクＲの前面に位置するカッタビットｂを
交換することができるため、遠隔操作式における遠隔操
作系統や回転・固定機構等の不具合等を生じることもな
くカッタビットｂを容易に交換することができる。

【００２９】なお、この実施形態では、回転駆動手段と
して、大型のボルト等の締付けに使用されている大トル
クを発する油圧トルクレンチＷを使用する例を説明した
が、カッタディスクＲのコアリング部２でカッタスポー
クＳの内周端Ｓａに設けられた回転駆動部１を回転させ
ることができるものであればよく、この実施形態に限定
されるものではない。

【００３０】

【発明の効果】この出願に係る発明は、以上説明したよ
うな形態で実施され、以下に記載するような効果を奏す
る。

【００３１】カッタディスクのコアリング部と機内とを
連通させる連通管から、作業者が地山に出ることなく目
視で作業状態を確認しながらカッタスポークに装備した
カッタビットを交換することができるので、交換操作系
統に不具合を生じることなく機内側から短時間でカッタ
ビットを容易に交換することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この出願に係る発明の一実施形態を示すシール
ド掘進機の正面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】図２のＢ−Ｂ矢視図である。

【図４】図２のＣ−Ｃ矢視図である。

【図５】図２のＤ−Ｄ断面図である。

【図６】カッタスポークを回転させる状態の図面であ
り、(a) は図２に示すＣ−Ｃ矢視図、(b) は回転駆動手
段たる油圧トルクレンチの側面図である。

【図７】図６のＥ−Ｅ断面図である。

【符号の説明】

１…回転駆動部 ２…コアリング部 ３…軸受 ４…軸受ハウジング ５…中間支持部 ６…旋回フレーム ７…中間軸受 ８…機内 ９…連通管 １０…旋回軸受 １１…支持軸 １２…内周ビット取付材 １３…外周ビット取付材 １５…金具取付材 １６…固定金具 １６ａ…テーパ面 １８…スポーク固定金具 １８ａ…傾斜面 ２０…回転角目盛板 ２１…反力受け金具 Ｗ…油圧トルクレンチ Ｒ…カッタディスク Ｓ…カッタスポーク Ｍ…カッタビット交換装置

フロントページの続き (72)発明者 渡辺 和夫 兵庫県神戸市中央区東川崎町１丁目１番 ３号 川崎重工業株式会社 神戸本社内 (72)発明者 田中 清秋 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番 １号 川崎重工業株式会社 神戸工場内 (72)発明者 石丸 裕 東京都港区元赤坂一丁目３番８号 鹿島 建設株式会社 東京支店内 (72)発明者 今川 勉 東京都港区元赤坂一丁目２番７号 鹿島 建設株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−108786（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−224595（ＪＰ，Ａ) 実用新案登録2566933（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E21D 9/08

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カッタディスクに設けたカッタスポーク
   の軸方向に複数列のカッタビットを装備し、該カッタス
   ポークを回転させることによって地盤の掘削に使用する
   カッタビットを交換するシールド掘進機のカッタビット
   交換装置において、 前記カッタディスクのコアリング部に機内と連通する連
   通管を設け、該連通管に通じるコアリング部内の前記カ
   ッタスポーク内周部に該カッタスポークの回転駆動部を
   設け、該回転駆動部を回転駆動手段で駆動できる多角形
   断面に形成するとともに、該コアリング部にカッタスポ
   ークの回転角を示す回転角目盛板を設け、前記連通管を
   作業者が機内側から回転操作部を直接的に回転操作でき
   るように構成したことを特徴とするシールド掘進機のカ
   ッタビット交換装置。
2. 【請求項２】 カッタスポークの軸方向に３列のカッタ
   ビットを配設したことを特徴とする請求項１記載のシー
   ルド掘進機のカッタビット交換装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２記載のカッタビッ
   ト交換装置を具備したカッタスポークを、固定式のカッ
   タスポークと交互にカッタディスクに設けたことを特徴
   とするシールド掘進機。