JP3411734B2

JP3411734B2 - カッタビット交換装置

Info

Publication number: JP3411734B2
Application number: JP25969795A
Authority: JP
Inventors: 年史井上; 慎二安達
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1995-10-06
Filing date: 1995-10-06
Publication date: 2003-06-03
Anticipated expiration: 2015-10-06
Also published as: JPH09100697A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カッタヘッドに固
定カッタビットと共に装着される交換用カッタビットの
カッタビット交換装置並びにこのカッタビット交換装置
が装着されたトンネル掘削機に関する。

【０００２】

【従来の技術】地盤を掘削するシールド掘削機は、円筒
形状をなす掘削機本体の前部に駆動回転自在なカッタヘ
ッドが回転自在に装着される一方、後部には円周方向に
複数のシールドジャッキが並設されると共に、セグメン
トエレクタ装置が装着されて構成されている。トンネル
を掘削形成する場合、カッタヘッドを回転させながら、
シールドジャッキを伸長して既設のセグメントへの押し
付け反力によって掘削機本体を前進させることで、前方
の地盤を掘削する。そして、掘削土砂を外部に排出する
と共に、セグメントエレクタ装置によってセグメントを
トンネル壁面に組付けて所定長さのトンネルを構築して
いく。

【０００３】このようなシールド掘削機にあっては、前
方の地盤を回転するカッタヘッドに固定された多数のカ
ッタビットによって掘削してトンネルを形成していく。
この掘削するトンネルが長距離であるとき、掘削作業中
にカッタヘッドに装着された固定カッタビットが摩耗し
てしまうことがあり、この場合、掘削作業を停止して固
定カッタビットを交換しなければならない。通常、シー
ルド掘削機を停止してチャンバ室内の掘削土砂を全て排
出し、このチャンバ室内の作業者が入ってカッタビット
の交換作業、即ち、磨耗したカッタビットを取り外して
新しいカッタビットを取付けている。

【０００４】ところが、このシールド掘削機におけるカ
ッタビットの交換作業にあっては、作業者にかかる負担
が大きく、且つ、交換作業に要する時間が長くなるとい
う問題がある。そこで、カッタヘッドに固定カッタビッ
トと隣接して交換用カッタビットを予め格納しておき、
固定カッタビットが摩耗したときに、この交換用カッタ
ビットを突出させて掘削作業を行うようにしたカッタビ
ット交換装置が提案されている。

【０００５】図５に従来のシールド掘削機に装着された
カッタビット交換装置の要部断面、図６に図５のVI−VI
断面、図７にこのカッタビット交換装置の作動状態を表
す要部断面を示す。

【０００６】図５及び図６に示すように、図示しないカ
ッタヘッドに固定されたカッタスポーク１０１には円筒
状のケーシング１０２が固定されており、このケーシン
グ１０２内には交換用カッタビット１０３のビット本体
１０４が摺動自在に装着されている。そして、この交換
用カッタビット１０３のビット本体１０４はケーシング
１０２に装着された油圧ジャッキ１０５によって移動す
ることができる。また、ビット本体１０４には三日月状
をなす一対の係止片１０６が径方向移動自在に取付けら
れると共に、両者の間に介装された一対の圧縮ばね１０
７によって外方に付勢支持されている。一方、ケーシン
グ１０２の内周面にはこの一対の係止片１０６が係止す
る凹部１０８が形成されている。

【０００７】従って、シールド掘削機を駆動し、カッタ
ヘッドに固定された多数の固定カッタビットによって前
方の地盤を掘削することでトンネルを形成する場合、図
５に示すように、交換用カッタビット１０３はケーシン
グ１０２内に格納された状態にある。そして、固定カッ
タビットが摩耗したときには、ケーシング１０２内に格
納された交換用カッタビット１０３を突出させて掘削作
業を行う。即ち、図７に示すように、油圧ジャッキ１０
５を伸長し、ビット本体１０４をケーシング１０２に沿
って移動すると、交換用カッタビット１０３はこのケー
シング１０２の前方に突出する。そして、一対の係止片
１０６が圧縮ばね１０７の付勢力によって凹部１０８に
係止することで、交換用カッタビット１０３はカッタス
ポーク１０１から突出した位置にて固定される。この状
態でカッタヘッドを回転すると、交換用カッタビット１
０３によって前方の地盤を掘削してトンネルを形成する
ことができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のシー
ルド掘削機におけるカッタビット交換装置にあっては、
ケーシング１０２内に交換用カッタビット１０３を移動
自在に支持し、この交換用カッタビット１０３のビット
本体１０４に、交換用カッタビット１０３を突出位置に
て固定するための一対の係止片１０６を圧縮ばね１０７
によって外方に付勢するように取付けている。そのた
め、交換用カッタビット１０３及びビット本体１０４が
大型化してカッタヘッドへの取付スペースに制約を受け
てしまうという問題がある。また、装置が複雑化して組
付作業が面倒であると共に作動不良を起こしやすく、一
方、装着前の作動テスト等にて、交換用カッタビット１
０３を突出させて係止片１０６を凹部１０８に係止して
しまうと、交換用カッタビット１０３を元の格納位置に
戻すためには、全体を分解しなければならないという問
題もあった。

【０００９】また、前述した係止片１０６や凹部１０８
等を用いた交換用カッタビット１０３の固定装置の代わ
りに、油圧ジャッキ１０５の供給ラインを閉じてその油
圧力によって交換用カッタビット１０３を格納位置や突
出位置に固定するようにしたものがある。ところが、油
圧力によって交換用カッタビット１０３を各位置に固定
するには、油圧の供給ラインの他に各種の開閉弁やセン
サなども必要となり、装置が複雑化するばかりでなく、
製造コストも上昇してしまうという問題がある。

【００１０】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、小型軽量化及び構造の簡素化を図ると共に組立
を容易としたカッタビット交換装置及び、トンネル掘削
機を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの請求項１の発明のカッタビット交換装置は、掘削機
本体の前部にカッタヘッドが駆動回転自在に装着され、
該カッタヘッドに固定カッタビットと共に装着される交
換用カッタビットのカッタビット交換装置において、前
記交換用カッタビットが出没自在に収容されるケーシン
グと、前記交換用カッタビットに連結された連結ロッド
と、該連結ロッドを軸方向に移動する移動手段と、前記
ケーシング側に設けられたロックピンが前記連結ロッド
の外周面に圧接自在であると共に前記交換用カッタビッ
トが突出位置に移動したときに前記連結ロッドに形成さ
れた係止凹部に係止して該交換用カッタビットを突出位
置に保持するロック手段とを具えたことを特徴とするも
のである。

【００１２】従って、交換用カッタビットを使用する場
合、移動手段によって連結ロッドを軸方向に移動する
と、連結ロッドに連結された交換用カッタビットがケー
シングから突出し、この突出位置にて連結ロッドの外周
面に圧接していたロックピンが係止凹部に係止すること
で、この交換用カッタビットは突出位置にて保持され
る。

【００１３】また、請求項２の発明のカッタビット交換
装置は、前記ケーシングに筒状のシリンダを装着する一
方、一端部が前記交換用カッタビットに連結された前記
連結ロッドの他端部に該シリンダ内に嵌合して移動自在
なピストンを固結すると共に、前記ピストンによって仕
切られた前記シリンダ内の各部屋に流体を給排する流体
給排手段を設け、前記シリンダと一体のハウジング内に
圧縮ばねを介して前記ロックピンを収容することで、該
圧縮ばねの付勢力により該ロックピンが前記連結ロッド
の外周面に圧接自在であると共に前記係止凹部に係止可
能であることを特徴とするものである。

【００１４】従って、流体給排手段によってシリンダ内
の一方の部屋に流体を供給すると、シリンダ内のピスト
ンが移動し、このピストンに連結ロッドを介して連結さ
れた交換用カッタビットがケーシングから突出し、この
突出位置にて圧縮ばねの付勢力により連結ロッドの外周
面に圧接していたロックピンが係止凹部に係止すること
で、この交換用カッタビットは突出位置にて保持され
る。

【００１５】また、請求項３の発明のトンネル掘削機
は、筒状の掘削機本体と、該掘削機本体の前部に駆動回
転自在に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドの
前面に固定されて前方の地盤を破砕する多数の固定カッ
タビットと、前記カッタヘッドの前面に前記固定カッタ
ビットに隣接して出没自在に装着された交換用カッタビ
ットと、該交換用カッタビットを前記カッタヘッドの前
面から出没させるカッタビット交換手段と、前記カッタ
ヘッドを駆動回転するカッタヘッド駆動手段と、前記掘
削機本体を前進させる推進手段とを具えたトンネル掘削
機において、前記カッタビット交換手段は、前記交換用
カッタビットに連結された連結ロッドを軸方向に移動自
在に支持する移動手段を有すると共に、前記カッタヘッ
ド側に設けられたロックピンが前記連結ロッドの外周面
に圧接自在で且つ前記交換用カッタビットが突出位置に
移動したときには前記連結ロッドに形成された係止凹部
に係止して該交換用カッタビットを突出位置に保持する
ロック手段を設けたことを特徴とするものである。

【００１６】従って、筒状の掘削機本体の前部に装着さ
れたカッタヘッドをカッタヘッド駆動手段によって駆動
回転しながら、推進手段によって掘削機本体を前進させ
ると、カッタヘッドの前面に固定された多数の固定カッ
タビットが前方の地盤を破砕してトンネルを掘削する。
多数の交換用カッタビットはカッタヘッドの前面から突
出せずに格納されており、長期間の使用により、固定カ
ッタビットが磨耗すると、移動手段によって連結ロッド
を介して交換用カッタビットを軸方向に移動することで
外方に突出し、この突出位置にて、連結ロッドの外周面
に圧接していたロックピンが係止凹部に係止することで
この交換用カッタビットを突出位置にて保持する。この
状態で、カッタヘッドを駆動回転しながら掘削機本体を
前進させることで、多数の交換用カッタビットが前方の
地盤を破砕してトンネルを掘削可能となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面に基づき、実施例を挙げて詳細に説明する。

【００１８】図１に本発明の一実施例に係るカッタビッ
ト交換装置の要部断面、図２に本実施例のカッタビット
交換装置の作動状態を表す要部断面、図３に本実施例の
カッタビット交換装置が装着されたシールド掘削機を表
す正面視、図４にこのシールド掘削機の縦断面を示す。

【００１９】図３及び図４に示すように、本実施例のシ
ールド掘削機において、掘削機本体１１は円筒形状をな
し、前部に円筒体１２が回転自在に取り付けられてお
り、この円筒体１２に円板状のカッタヘッド１３が固定
されることで、このカッタヘッド１３は掘削機本体１１
に回転自在となっている。このカッタヘッド１３は前面
に放射状のスポーク１４を固定されており、このスポー
ク１４には先行カッタビット１５及び固定カッタビット
１６が多数固定されている。また、このスポーク１４に
は油圧シリンダ１７によって外方に出没自在なコピーカ
ッタ１８が装着されている。一方、カッタヘッド１２と
一体の円筒体１２の後部にはリングギア１９が固定され
ており、このリングギア１９には掘削機本体１１に装着
されたカッタ駆動モータ２０の駆動ギア２１が噛み合っ
ている。

【００２０】また、掘削機本体１１にはカッタヘッド１
２とバルクヘッド２２との間にチャンバ室２３が形成さ
れ、このチャンバ室２１の下部には掘削土砂を外部に排
出するスクリューコンベヤ２４の前端部が位置してい
る。なお、図示しないが、掘削機本体１１の後部には円
周方向に複数のシールドジャッキが並設されると共に、
セグメントエレクタ装置が装備されており、シールドジ
ャッキが伸長して掘削したトンネル内周面に組付けられ
た既設のセグメントに押し付けることで、その反力によ
り掘削機本体１１を前進することができ、セグメントエ
レクタ装置により掘削機本体１１と既設のセグメントと
の間の空所に新しいセグメントを装着することでトンネ
ルを構築することができる。

【００２１】更に、上述した本実施例のトンネル掘削機
にあっては、カッタヘッド１３には並設された複数の固
定カッタビット１６に隣接して複数の交換用カッタビッ
ト３０を交換可能な交換用カッタビット装置３１が設け
られている。即ち、図１に示すように、カッタスポーク
１４における固定カッタビット１６に隣接した位置には
筒状のケーシング３２が固定されており、このケーシン
グ３２内には交換用カッタビット３３が出没自在に装着
されている。このケーシング３２には筒状のシリンダ３
３が固定され、このシリンダ３３内にはシール部材３４
を介して連結ロッド３５が軸方向移動自在に支持されて
おり、この連結ロッド３５の一端部はケーシング３２内
の交換用カッタビット３０に固定ボルト３６により固定
される一方、他端部はこのシリンダ３３内に移動自在に
嵌合するピストン３７に固結されている。そして、この
シリンダ３３内はピストン３７によって２つの部屋３７
ａ，３７ｂに仕切られ、各部屋３７ａ，３７ｂのポート
３８ａ，３８ｂにはそれぞれ交換用カッタビット３０の
移動手段としての圧油を給排する図示しない油圧流体給
排装置が接続されている。

【００２２】また、シリンダ３３には連結ロッド３５に
外部から係止することで交換用カッタビット３０を突出
位置にて保持するロック手段４１が設けられている。即
ち、連結ロッド３５の他端部の外周面には係止凹部４２
が形成される一方、シリンダ３３の一端部にはハウジン
グ４３が固定され、このハウジング４３内には圧縮ばね
４４によって付勢されることでシリンダ３３を貫通して
このシリンダ３３内部に移動自在なロックピン４４が設
けられている。従って、このロックピン４４は連結ロッ
ド３５の外周面に圧接自在であると共に、交換用カッタ
ビット３０が突出位置に位置したときに連結ロッド３５
の係止凹部４２に係止して交換用カッタビット３０を突
出位置にて保持できるようになっている。

【００２３】従って、トンネルを掘削形成するには、図
３及び図４に示すように、まず、カッタ駆動モータ２０
によりカッタヘッド１３を回転させながら、複数のシー
ルドジャッキを伸長して既設のセグメントへの押し付け
反力によって掘削機本体１１を前進させることで、先行
カッタビット１５及び固定カッタビット１６によって前
方の地盤を掘削する。そして、カッタビット１５，１６
によって掘削された土砂はチャンバ室２３に取り込ま
れ、スクリューコンベヤ２４により掘削土砂が外部に排
出される。次に、シールドジャッキの何れか一つを縮み
方向に作動して既設のセグメントとの間に空所を形成
し、セグメントエレクタ装置によってこの空所に新しい
セグメントを装着する。この作業の繰り返しによって所
定長さのトンネルを掘削形成していく。

【００２４】このようなシールド掘削機による掘削作業
中にカッタヘッド１３に装着された固定カッタビット１
６が摩耗して交換が必要となった場合、交換用カッタビ
ット装置３１によって交換用カッタビット３０を突出さ
せ、この突出した交換用カッタビット３０をロック装置
４１によって突出位置にて保持し、この交換用カッタビ
ット３０によって掘削作業を行う。

【００２５】即ち、図１に示す交換用カッタビット３０
の格納状態から、油圧流体給排装置によってポート３８
ｂを介してシリンダ３３内の部屋３７ｂに圧油を供給す
ると、このシリンダ３３内のピストン３７が上方に移動
し、連結ロッド３５を介してケーシング３２内の交換用
カッタビット３０が同方向に移動し、この交換用カッタ
ビット３０はカッタスポーク１４から外方に突出する。
そして、交換用カッタビット３０が突出位置に位置した
ときに、ロックピン４５が圧縮ばね４４の付勢力によっ
て連結ロッド３５の係止凹部４２に係止し、交換用カッ
タビット３０は突出位置にて保持される。その後、この
突出した交換用カッタビット３０によって掘削作業を行
う。

【００２６】

【発明の効果】以上、実施例を挙げて詳細に説明したよ
うに請求項１の発明のカッタビット交換装置によれば、
ケーシングに交換用カッタビットを出没自在に収容する
と共にこの交換用カッタビットに連結ロッドを連結して
移動手段によってこの連結ロッドを軸方向に移動自在と
し、ロックピンが連結ロッドの外周面に圧接自在である
と共に交換用カッタビットが突出位置に移動したときに
連結ロッドに形成された係止凹部に係止して交換用カッ
タビットを突出位置にて保持するようにしたので、小型
軽量化及び構造の簡素化を図ることができると共に、固
定カッタビットが磨耗したときには交換用カッタビット
を簡単、且つ、容易に突出係止させて交換作業を行うこ
とができ、また、装着前の作動テスト等にて交換用カッ
タビットを突出させても分解せずに容易に組直しを行う
ことができ、且つ、製造コストも低減することができ
る。

【００２７】また、請求項２の発明のカッタビット交換
装置によれば、ケーシングにシリンダを装着して一端部
が交換用カッタビットに連結された連結ロッドの他端部
にシリンダに嵌合して移動自在なピストンを固結し、こ
のピストンによって仕切られたシリンダ内の各部屋に流
体を給排する流体給排手段を設け、シリンダと一体のハ
ウジング内に圧縮ばねを介してロックピンを収容するこ
とで、圧縮ばねの付勢力によりロックピンを連結ロッド
の外周面に圧接自在であると共に係止凹部に係止可能と
したので、ロックピンが係止凹部に係止することで簡
単、且つ、容易に交換用カッタビットを突出位置に保持
することができる。

【００２８】また、請求項３の発明のトンネル掘削機に
よれば、筒状の掘削機本体の前部に駆動回転自在なカッ
タヘッドを装着してこのカッタヘッドの前面に多数の固
定カッタビットと出没自在な多数の交換用カッタビット
を装着し、交換用カッタビットに連結ロッドを連結して
移動手段によって軸方向に移動自在に支持すると共に、
カッタヘッド側に設けられたロックピンを連結ロッドの
外周面に圧接自在で、且つ、交換用カッタビットが突出
位置に移動したときに連結ロッドに形成された係止凹部
に係止して交換用カッタビットを突出位置に保持可能と
したので、小型軽量化及び構造の簡素化を図ることがで
きると共に、固定カッタビットが磨耗したときには交換
用カッタビットを簡単、且つ、容易に突出係止交換作業
を行うことができ、トンネル掘削機の低コスト化を図る
ことができると共に、トンネル掘削作業の作業性の向上
を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るカッタビット交換装置
の要部断面図である。

【図２】本実施例のカッタビット交換装置の作動状態を
表す要部断面図である。

【図３】本実施例のカッタビット交換装置が装着された
シールド掘削機を表す正面視図である。

【図４】本実施例のシールド掘削機の縦断面図である。

【図５】従来のシールド掘削機に装着されたカッタビッ
ト交換装置の要部断面図である。

【図６】図５のVI−VI断面図である。

【図７】カッタビット交換装置の作動状態を表す要部断
面図である。

【符号の説明】

１１掘削機本体１３カッタヘッド１４スポーク１６固定カッタビット２０カッタ駆動モータ３０交換用カッタビット３１交換用カッタビット装置３２ケーシング３３シリンダ３５連結ロッド３７ピストン４１ロック装置４２係止凹部４４圧縮ばね４５ロックピン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平７−139291（ＪＰ，Ａ) 特公平６−6869（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】掘削機本体の前部にカッタヘッドが駆動
回転自在に装着され、該カッタヘッドに固定カッタビッ
トと共に装着される交換用カッタビットのカッタビット
交換装置において、前記交換用カッタビットが出没自在
に収容されるケーシングと、前記交換用カッタビットに
連結された連結ロッドと、該連結ロッドを軸方向に移動
する移動手段と、前記ケーシング側に設けられたロック
ピンが前記連結ロッドの外周面に圧接自在であると共に
前記交換用カッタビットが突出位置に移動したときに前
記連結ロッドに形成された係止凹部に係止して該交換用
カッタビットを突出位置に保持するロック手段とを具え
たことを特徴とするカッタビット交換装置。
【請求項２】請求項１記載のカッタビット交換装置に
おいて、前記ケーシングに筒状のシリンダを装着する一
方、一端部が前記交換用カッタビットに連結された前記
連結ロッドの他端部に該シリンダ内に嵌合して移動自在
なピストンを固結すると共に、前記ピストンによって仕
切られた前記シリンダ内の各部屋に流体を給排する流体
給排手段を設け、前記シリンダと一体のハウジング内に
圧縮ばねを介して前記ロックピンを収容することで、該
圧縮ばねの付勢力により該ロックピンが前記連結ロッド
の外周面に圧接自在であると共に前記係止凹部に係止可
能であることを特徴とするカッタビット交換装置。
【請求項３】筒状の掘削機本体と、該掘削機本体の前
部に駆動回転自在に装着されたカッタヘッドと、該カッ
タヘッドの前面に固定されて前方の地盤を破砕する多数
の固定カッタビットと、前記カッタヘッドの前面に前記
固定カッタビットに隣接して出没自在に装着された交換
用カッタビットと、該交換用カッタビットを前記カッタ
ヘッドの前面から出没させるカッタビット交換手段と、
前記カッタヘッドを駆動回転するカッタヘッド駆動手段
と、前記掘削機本体を前進させる推進手段とを具えたト
ンネル掘削機において、前記カッタビット交換手段は、
前記交換用カッタビットに連結された連結ロッドを軸方
向に移動自在に支持する移動手段を有すると共に、前記
カッタヘッド側に設けられたロックピンが前記連結ロッ
ドの外周面に圧接自在で且つ前記交換用カッタビットが
突出位置に移動したときには前記連結ロッドに形成され
た係止凹部に係止して該交換用カッタビットを突出位置
に保持するロック手段を設けたことを特徴とするトンネ
ル掘削機。