JP4749113B2 - トンネル掘削機のカッタビット交換装置 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル掘削機の掘削装置に装備されるカッタビット交換装置に関する。

従来、長距離のトンネル掘削途中でカッタヘッドに取り付けられたカッタビットが磨耗した場合、磨耗した使用済のカッタビットを新規のカッタビットと交換するカッタビット交換装置が、たとえば特許文献１や特許文献２に提案されている。特許文献１は、カッタヘッドの回転中心位置に筒状の回転体を設け、前記回転体にカッタビット装填口を形成するとともに、回転体の外周部から放射方向に延びるカッタビット収容溝を形成し、前記カッタビット装填口から押し出されるカッタビットをカッタビット収容溝に収容するものであり、磨耗したカッタビットはカッタビット収容溝からカッタヘッドの外周部外側の地山中に押し出される。

また特許文献２は、シールド本体の前部に、カッタヘッドの下方に出退自在なカッタビット回収部を設け、このカッタビット回収部によりカッタビット収容溝から押し出された磨耗した使用済のカッタビットを受け取り回収するものである。
特開２００３−２３２１９２ 特開２００４−１００３２８

磨耗したカッタビットを地山中に打ち捨ててもよいが、長距離のトンネルを掘削する場合、使用済のカッタビットを回収してその磨耗状況を検査することで、掘削する地山の土質状況を判断し、次のカッタビットの交換時期を予測できるため、磨耗した使用済のカッタビットを回収することは必要なことである。

特許文献１および特許文献２は、それぞれ使用済のカッタビットをその外周の地山中に押し出して排出するため、地山の土質状況によってはかなりの駆動力が必要で、硬質の地山では困難なことがある。また特許文献２ではカッタビット回収部を地山側に突出させるのに多大な駆動力を要することがある。

本発明は上記問題点を解決して、交換用ビットの交換作業がカッタヘッド内ですべて実施でき、回収および装填作業が容易で、交換のための駆動力も小さいトンネル掘削機のカッタビット交換装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、カッタヘッド内に、回転軸心近傍に設けられて交換用ビットを供給・回収するビット給排出部と、前記ビット給排出部からカッタヘッドの外周端近傍に形成されたビット収容通路を有するビット装着部と、前記ビット収容通路の外周端部から後方に形成されたビット引抜通路および当該ビット引抜通路から前記ビット給排出部に接続されたビット回収通路を有するビット回収部とを具備し、前記ビット給排出部に、新規の交換用ビットを前記ビット収容通路に装填するビット装填装置を設け、前記ビット回収部に、前記ビット収容通路の外周端部に配置された使用済の交換用ビットを前記ビット引抜通路に引き抜くビット抜出装置と、当該ビット抜出装置に保持された使用済の交換用ビットを前記ビット回収通路から前記ビット給排出部に回収するビット離脱回収装置とを設けたものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、ビット引抜通路を、カッタヘッドの回転軸心側後方に所定の傾斜角で傾斜して形成したものである。
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、ビット抜出装置に、ビット収容通路の外周端部で掘削する交換用ビットを保持し、かつ交換時に前記交換用ビットを保持した状態で前記ビット収容通路の外周端部からビット引抜通路に後退可能なビットホルダーを設けたものである。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、ビットホルダーがビット収容通路の外周端部に配置された時に、当該ビットホルダーの周囲とビット引抜通路の入口部との間で止水するホルダー保持部用シール装置を設けたものである。

請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、ビット給排出部から、ビット収容通路、ビット引抜通路、ビット回収通路を介して前記ビット給排出部に至る交換用ビットの循環通路に、少なくとも１つの止水用のゲート装置を設けたものである。

請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、ビット給排出部内に、ビット装填装置によりビット収容通路に装填される新規の交換用ビットを含む前部空間と、当該前部空間の後方の後部空間との間を止水する装填用シール装置を設けたものである。

請求項７記載の発明は、請求項２乃至６のいずれかに記載の発明において、交換用ビットのビット本体をビット収容通路にスライド可能に配列収容し、前記ビット本体のカッタヘッドの回転軸心側の底面と外周側の天面とを、互いに平行でビット引抜通路に平行または略平行な傾斜面に形成したものである。

請求項８記載の発明は、請求項７記載の発明において、ビット収容通路の両側に、交換用ビットの装填方向に沿ってガイド部をそれぞれ形成し、交換用ビットのビット本体に、前記ガイド部にそれぞれスライド自在に嵌合される被ガイド部を形成し、前記ビット本体の天面と底面の少なくとも一方に、ビット装填装置による交換用ビットの装填方向に垂直な面または線を介して隣接するビット本体に当接する当接部を形成したものである。

請求項１記載の発明によれば、カッタヘッド内にビット給排出部とビット装着部とビット回収部とを設け、ビット収容通路に保持された交換用ビットによりトンネルを掘削した後、交換時に、最も外周側で掘削距離が長くかつ磨耗の激しいビット収容通路外周端の（使用済の）交換用ビットを、ビット抜出装置によりビット引抜通路に引き抜いて回収し、さらにビット離脱回収装置により、ビット抜出装置の使用済の交換用ビットをビット回収通路を介してビット給排出部に回収する。そしてビット装填装置により新規の交換用ビットをビット給排出部からビット収容通路に装填する。このように、カッタヘッド内にビット収容通路、ビット引抜通路、ビット回収通路からなる循環通路を形成して、カッタヘッド内で交換用ビットの装填と回収とを行えるので、地山の土質に関係なく小さい駆動力で使用済の交換用ビットを確実かつ容易に交換することができる。また、カッタヘッド内にのみに配置することで、カッタビット交換装置をコンパクトに構成することができる。

請求項２記載の発明によれば、ビット引抜通路を、ビット収容通路の外周端部からカッタヘッドの回転中心側後方に傾斜させることで、ビット収容通路をカッタヘッドの外周縁部まで接近して形成して交換用ビットをカッタヘッドの外周縁に接近して配置することができるので、カッタヘッドで掘削距離が最も長く磨耗の激しい外周縁部分を交換用ビットにより掘削することができ、長距離のトンネル掘削を行うトンネル掘削機に最適な構造となる。

請求項３記載の発明によれば、ホルダー保持部用シール装置により、掘削中にビット収容通路の外周端のビットホルダーの周囲からビット引抜通路に浸入する泥水などを効果的に止水することができる。

請求項４記載の発明によれば、ビット抜出装置のビットホルダーをビット収容通路の外周端部に配置し、ビットホルダーに保持された交換用ビットにより掘削し、磨耗した使用済の交換用ビットをビットホルダーごとビット引抜通路に引き抜くことができるので、使用済の交換用ビットを容易かつ確実に回収することができる。

請求項５記載の発明によれば、交換用ビットの交換時に、止水用ゲート装置により、地山からカッタビット交換装置内に浸入する泥水などを効果的にシールすることができる。
請求項６記載の発明によれば、装填用シール装置により、ビット給排出部からビット収容通路に新規の交換用ビットを装填する時に、ビット給排出部内に流入する泥水などを効果的に止水することができる。

請求項７記載の発明によれば、交換用ビットのビット本体の天面と底面とを、ビット引抜通路の傾斜方向に沿う傾斜面とすることで、ビット収容通路にビット本体を効率よく配列・収容することができ、さらに傾斜するビット引抜通路に交換用ビットをスムーズに引き抜くことができる。またビット引抜通路の空間の横断面を最小にすることができ、コンパクト化に寄与することができる。

請求項８記載の発明によれば、新規の交換用ビットをビット収容通路に装填する時に、ビット収容通路内の各交換用ビットが、それぞれ当接部を介して外周側にそれぞれ押し込まれるので、その押圧力が、天面と底面の傾斜面の影響を受けることなく、装填方向に沿ってのみ働き、スムーズに外周側にスライドさせることができる。これにより、被ガイド部やガイド部への負担を少なくして被ガイド部やガイド部の磨耗や損傷を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［実施の形態１］
図１，図２に示すように、このカッタビット交換装置１は、シールド掘進機のカッタヘッド２に設けられたものである。

（シールド掘進機について）
このシールド掘進機のシールド本体３の前部には、地山の崩壊土圧を支持する圧力室４と、掘削したトンネルを介して地上側に連通される大気室５とを区画する圧力隔壁６が設けられており、この圧力隔壁６に旋回軸受７を介して回転筒体８がシールド軸心（回転軸心）Ｏ周りに回転自在に支持され、この回転筒体８の前部にカッタヘッド２が取り付けられている。前記圧力隔壁６の大気室５側には、カッタヘッド２を回転駆動するカッタ駆動装置９が設けられており、このカッタ駆動装置９は、回転筒体８の後端部周囲に設けられたリングギヤ９ａと、リングギヤ９ａに噛合される駆動ピニオン９ｂと、駆動ピニオン９ｂを回転駆動するカッタ駆動モータ９ｃとで構成される。また前記圧力隔壁６の下部には、カッタヘッド２により掘削した土砂を排出するスクリュ式の排土装置１０が貫設されている。

前記カッタヘッド２には、回転筒体８の前部に取り付けられたセンター筒体１１がシールド軸Ｏ（回転中心部）上に配置され、センター筒体１１の前面にセンタービット１２が設けられている。またセンター筒体１１からシールド軸心Ｏを中心として等角度ごとに放射（半径）方向に延びる複数本（図では３本）カッタスポーク１３が設けられ、これらカッタスポーク１３には複数（図では５個）の交換用ビット２０が長さ方向（後述する装填方向）に配列されている。そして前記センター筒体１１内とカッタスポーク１３内とに本発明に係るカッタビット交換装置１が設けられている。

（カッタビット交換装置１の全体構造について）
このカッタビット交換装置１は、カッタヘッド２内で新規の交換用ビット２０の装填と使用済の交換用ビット２０の回収とを行うことができるように構成した点に特徴を有している。

すなわち、カッタビット交換装置１は、シールド軸心Ｏ上のセンター筒体１１内に設けられて交換用ビット２０を供給、排出するビット給排出部３０と、各カッタスポーク１３に長さ方向に沿って形成され複数の交換用ビット２０を配列収容するビット収容通路５１を有するビット装着部５０と、ビット収容通路５１の外周端部からシールド軸心Ｏ側後方に傾斜角θで傾斜されたビット引抜通路６１および前記ビット引抜通路６１とビット給排出部３０とを接続するビット回収通路７１を有するビット回収部６０とで構成されている。

以下に、交換用ビット２０、ビット給排出部３０、ビット装着部５０、ビット回収部６０および交換用ビット２０の交換作業について詳細を説明する。
（交換用ビット２０について、その１）
前記交換用ビット２０は、図５，図６に示すように、ブロック形のビット本体２１の前面でカッタヘッド２の外周側（図では上部）に切刃２２が突設され、またビット本体２１の左右の側面に、ガイド溝（被ガイド部）２３が装填方向にそれぞれ形成されている。さらに、ビット本体２１の背面の所定位置に位置決め穴２４が形成されている。さらにまた、ビット本体２１の天面２５と底面２６が後部内周側（図では下方）に傾斜されて、ビット引抜通路６１の傾斜角θに同じか、または近似する傾斜角の傾斜面に形成されている。

（ビット給排出部３０について）
前記ビット給排出部３０は、図２，図３に示すように、各カッタスポーク１３のビット収容通路５１にそれぞれ交換用ビット２０を装填、回収するために、センター筒体１１内にシールド軸心Ｏ周りに回転自在に配置された回転調整筒３４と、回転調整筒３４を回転させる回転調整装置３５とを設け、この回転調整装置３５により回転調整筒３４を回転させて回転調整筒３４に設けられたビット装填装置４３による交換用ビット２０の装填方向を、各カッタスポーク１３のビット収容通路５１にそれぞれ対向させることができる、いわゆるリボルバー形式に構成されている。なお、ここでは交換する目的の交換用ビット２０を有するカッタスポーク１３を、上方に向く垂直姿勢で停止させて交換作業が行われる。

すなわち、センター筒体１１には、各カッタスポーク１３にそれぞれビット収容通路５１に臨む供給用開口部３２が形成され、各供給用開口部３２をそれぞれ開閉する止水用の第１ゲート装置（止水用のゲート装置）３３が設けられている。前記第１ゲート装置３３は、供給用開口部３２を開閉自在でシール可能なシャッター板３３ａと、このシャッター板３３ａを出退する開閉用ジャッキ３３ｂから構成される。

またセンター筒体１１内に回転自在に内装された回転調整筒３４には、前記供給用開口部３２に重なって連通可能な１つのビット装填口３６と、ビット回収通路７１に連通可能なビット回収口４９とが形成されている。前記回転調整装置３５は、調整用モータ３５ａにより回転駆動される調整用ピニオン３５ｂと、回転調整筒３４の後端部外周に設けられて調整用ピニオン３５ｂが噛み合うリングギヤ３５ｃとを具備し、この回転調整装置３５により回転調整筒３４を回転させることにより、ビット装填口３６を供給用開口部３２に重ね合わせて回転調整筒３４内とビット収容通路５１とを連通させるとともに、ビット回収口４９を介して回転調整筒３４内とビット回収通路７１とを連通させることができる。

前記回転調整筒３４内にビット装填口３６側（図では上面）が開放されたチャンネル形断面の区画板３７が前後方向に傾斜して設けられ、その内部空間がビット装填口３６側のビット給排出室３４ａと、ビット装填口３６と反対側のビット装填室３４ｂとに区画されている。そして回転調整筒３４の後部には、ビット出し入れ室３９を形成するビット給排出筒３８が着脱可能に取り付けられており、前記ビット給排出室３４ａとビット出し入れ室３９とが回転調整筒３４背面の連通開口部３４ｃを介して連通されている。前記ビット給排出筒３８には、交換用ビット２０を出し入れするための出し入れ用開口部４０が設けられ、この出し入れ用開口部４０にシャッター板４１ａと開閉用シリンダ４１ｂからなる止水用の第２ゲート装置（止水用のゲート装置）４１が設けられている。

前記ビット装填室３４ｂには、ビット収容通路５１に交換用ビット２０を装填するビット装填装置４３が設けられ、またビット給排出室３４ａとビット出し入れ室３９には、新規の交換用ビット２０を送り込むとともに使用済の交換用ビット２０を取り出すビット供給回収装置４２が設けられている。

前記ビット装填装置４３は装填用ジャッキ４８からなり、ビット装填室３４ｂ内でビット装填口３６に対向する位置にジャッキ本体４８ａが立設され、ジャッキ本体４８ａにより出退駆動される装填用ロッド４８ｂが区画板３７に形成された貫通穴３７ａを介して突出される。これによりビット給排出室３４ａの前部（後述する装填回収位置）に待機された新規の交換用ビット２０をビット装填口３６および供給用開口部３２を介してビット収容通路５１に装填することができる。

前記ビット供給回収装置４２は、ビット給排出室３４ａとビット出し入れ室３９とにわたって左右一対のガイドレール４４が配設され、前記ガイドレール４４に、連結部材４６ｂを介して一体に連結されたビット保持具４５とビット回収具４６が移動自在に配置されている。そして、ビット保持具４５およびビット回収具４６を、図３で実線で示すビット給排出室３４ａ内の装填回収位置と、図３に仮想線で示すビット出し入れ室３９内の供給排出位置の間で往復移動させる供給回収用ジャッキ４７が給排出筒３８から後方に突設されている。

前記ビット保持具４５は、図７，図８に示すように、たとえば前面と上面が開放されて交換用ビット２０を保持可能な箱形に形成され、左右の外側面にガイドレール４４に案内される被ガイド部４５ａが設けられている。またビット保持具４３の左右の内側面に交換用ビット２０のガイド溝２３にスライド自在に嵌合する保持凸部４５ｂが形成され、その底部に交換用ビット２０を落下止めするとともに、装填用ジャッキ４８の装填用ロッド４８ｂが通過可能な開口部４５ｃが形成されている。

ところで、新規の交換用ビット２０の装填時には、第１ゲート装置３３が開放されることから、ビット装填口３６から泥水などがビット給排出室３４ａに流入するおそれがあり、これをビット給排出室３４ａの前部空間内で止水するために、装填用シール装置（止水用のシール装置）３１が設けられている。この装填用シール装置３１は、ビット給排出室３４ａの前部で装填回収位置のビット保持具４５の後部周囲に所定の隙間をあけて接近するようにシール用開口部３１ｂを形成し、ビット保持具４５の後部周囲に前記シール用開口部３１ｂに接触するシール材３１ａを取り付け、ビット保持具４５が装填回収位置に待機された時に、ビット給排出室３４ａの前部空間とその後方の後部空間との間で止水することができる。

また前記ビット回収具４６は、図７，図８に示すように、ビット回収通路７１からビット回収口４９を介して落下した交換用ビット２０を受け止める上面開放の容器状に形成され、左右の外側面にガイドレール４４に案内される被ガイド部４６ａがそれぞれ設けられている。

また前記ビット給排出筒３８には、バルブ付き配水管３８ａが着脱可能に接続され、ビット給排出室３４ａおよびビット装填室３４ｂからビット出し入れ室３９に流入する泥水などを排出することができる。

上記構成で回転調整筒３４から後方に張り出すビット給排出筒３８などの部材が掘削時に支承をきたす場合には、ビット給排出筒３８とガイドレール４４の一部を除くビット供給回収装置４２が取り外される。この時には回転調整筒３４の連通開口部３４ｃに閉鎖板（図示せず）が取り付けられてシールされる。またビット供給回収装置４２の供給回収用ジャッキ４７のみを取り外してもよい。

（ビット装着部５０について）
ビット装着部５０のビット収容通路５１は、図２，図４，図１０〜図１２に示すように、各カッタスポーク１３に長さ方向に沿って地山を掘削する交換用ビット２０を１列で複数個（図では４個）を保持するビット収容溝５２と、ビット収容通路５１の外周端部で後述するビットホルダー６３を介して交換用ビット２０（図では１個）を保持するホルダー保持部５３が設けられており、前記ビット収容溝５２とホルダー保持部５３は、それぞれカッタスポーク１３の前面に開口されている。

前記ビット収容溝５２には、左右の内側面に交換用ビット２０の装填方向に沿うガイド用の凸条部（ガイド部）５４が互いに対向して形成され、これら凸条部５４がビット本体２１のガイド溝２３内にスライド自在に嵌合されて交換用ビット２０がビット収容溝５２内に保持される。

また前記ビット収容溝５２には、内周端の交換用ビット２０を位置決め固定するロック装置５５が設けられている。このロック装置５５は、図９に示すように、カッタスポーク１３に支持ピン５５ａが幅方向に設けられ、この支持ピン５５ａにビット本体２１の位置決め穴２４に嵌合可能な係止爪５５ｂが回転自在に支持されている。この係止爪５５ｂは、コイルばね５５ｃにより矢印ａ方向に回転付勢され、また位置決め穴２４を介してビット本体２１を係止する位置で、矢印ａ方向の回転を規制するストッパ５５ｄが設けられている。したがって、ビット給排出部３０からビット収容溝５２に新規の交換用ビット２０が押し込まれると、ビット本体２１の背面部が係止爪５５ｂの遊端部に当接し係止爪５５ｂを矢印ａと反対方向に回転させて後退させ、ビット本体２１の押し込みを許容する。ビット本体２１が収容位置に達して係止爪５５ｂが位置決め穴２４に臨むと、コイルばね５５ｃにより係止爪５５ｂが矢印ａ方向に回転されて、係止爪５５ｂの遊端部が位置決め穴２４の外周側縁部に係合される。これにより内周端の交換用ビット２０が位置決めされてビット収容溝５２内とビットホルダー６３内のすべての交換用ビット２０がそれぞれ固定される。

（交換用ビット２０について、その２）
交換用ビット２０の装填時に、内周側のビット本体２１の天面２５が、外周側に隣接するビット本体２１の底面２６を押圧してビット収容溝５２に沿って外周側に押し込まれる。この時、前記天面２５と前記底面２６とが傾斜角θで傾斜する傾斜面で互いに面接触していると、図６（ｄ）に示すように、装填方向の押圧力Ｆ０は傾斜面に垂直な斜め方向に働き、ビット本体２１を装填方向に推し進める分力Ｆｖと、後方に押される分力Ｆａが発生する。すなわち、各ビット本体２１に作用する力は、前後から挟まれることにより、回転力が発生し、その効力としてガイド溝２３と凸条部５４に摩擦力が発生してスムーズな装填が困難になり、これによりガイド溝２３と凸条部５４に磨耗や損傷が発生するおそれがある。

本発明では、これを防止するために、ビット本体２１の天面２５と底面２６とに、それぞれ装填方向および前後方向に対して垂直な線状または平面状の当接部（図では線状の湾曲面）２５ａ，２６ａを互いに対応する位置に形成し、隣接する交換用ビット２０のビット本体２１同士が前記当接部２５ａ，２６ａを介して接触するように構成している。これにより、押圧力Ｆ０は当接部２５ａ，２６ａを介して装填方向に働き交換用ビット２０を後方に押し出す力Ｆａが発生せず、ビット本体２１をスムーズに押し込むことができるとともに、ガイド溝２４や凸条部５４の磨耗や損傷を防止することができる。

（ビット回収部６０について）
ビット回収部６０には、図４，図１０〜図１３に示すように、ビット引抜通路６１とビット回収通路７１とを具備し、ビット抜出装置６２とビット離脱回収装置６７とが設けられている。

前記ビット引抜通路６１は、ビット収容通路５１のホルダー保持部５３からシールド軸心Ｏ側後方に傾斜角θで傾斜して形成されている。ビット抜出装置６２はビット収容通路５１のホルダー保持部５３からカッタヘッド２の外周端の使用済の交換用ビット２０をビット装着部５０からビットホルダー６３を介してカッタスポーク１３内に引き込むように構成されている。ところで、カッタヘッド２において外周縁部を掘削するカッタビットは掘削距離も長く磨耗も激しい。このため最も外周縁に接近して交換用ビット２０を配置するのが望ましいが、あまり外周縁に接近すると、交換用ビット２０を引き抜くビット引抜通路６１が地山側に露出するおそれがある。これを回避するために、本発明ではビット引抜通路６１をシールド軸心Ｏ側後方に傾斜させている。これによりカッタビット２の外周縁にできるだけ接近して交換用ビット２０を配置することができる。

前記ビット抜出装置６２は、ホルダー保持部５３とビット引抜通路６１の間でガイドレール６１ａに沿ってスライド自在に配置され交換用ビット２０を保持可能なビットホルダー６３と、このビットホルダー６３を出退駆動するホルダー引き込みジャッキ６４とで構成されている。前記ビットホルダー６３は、図１０に示すように、前面と上面が開放されたチャンネル形断面で交換用ビット２０を収容可能な収容空間６３ａが形成され、ホルダー保持部５３ではビット収容溝５２に連続する位置に配置される。そして、この収容空間６３ａの左右の対向面に、ビット収容溝５２の凸条部（ガイド部）５４に連続する保持用凸部（ガイド部）６３ｂがそれぞれ形成され、これら保持用凸部６３ｂにビット本体２１のガイド溝２３が嵌合されて交換用ビット２０が保持される。なお、図４に示すように、カッタスポーク１３の外周端に、交換用ビット２０の外周端側への移動限となる規制部１３ａが設けられている。また前記収容空間６３ａには、収容空間６３ａの背面に交換用ビット２０を引き落とすための引出し用空間６３ｃが形成される。

前記ホルダー引き込みジャッキ６４は、ジャッキ本体６４ａの前端部にビットホルダー６３が取り付けられ、ジャッキ本体６４ａがスライドガイド６４ｃを介してビット引抜通路６１に沿ってスライド自在に支持されている。またジャッキ本体６４ａから後方に突出された出力ロッド６４ｂは、その先端部が反力受け部材６４ｄを介して支持されており、これら出力ロッド６４ｂおよび反力受け部材６４ｄは、カッタスポーク１３の背面に設けられたカバー部材６５に覆われている。したがって、このホルダー引き込みジャッキ６４により、ビットホルダー６３をホルダー保持部５３とビット引抜通路６１後部（ビット回収通路７１の上方部）との間で出退移動させることができる。

またホルダー保持部５３にビットホルダー６３が配置される掘削中に、ビット引抜通路６１の入口を止水するホルダー保持部用シール装置６９が設けられている。このホルダー保持部用シール装置６９は、ビットホルダー６３の後部にシール受部６９ｂが形成され、ビット引抜通路６１の入口部の周壁部にシール材６９ａが設けられ、シール材６９ａをシール受部６９ｂに当接させてビットホルダー６３の外周の隙間からビット引抜通路６１に泥水などが浸入するのを防止することができる。

さらに前記ホルダー保持部５３とビット引抜通路６１の間には、ビット引抜通路６１の入口を開閉自在な止水用の第３ゲート装置（止水用のゲート装置）６６が設けられており、この第３ゲート装置６６は、ビット収容溝５２の後側でカッタスポーク１３の長さ方向にスライド自在に配置されたシャッター板６６ａと、このシャッター板６６ａを出退駆動する開閉用ジャッキ６６ｂとで構成されている。

前記ビット回収通路７１は、ビット収容通路５１の背面側に互いに平行に設けられて、ビット引抜通路６１とビット給排出部３０とを接続している。このビット回収通路７１に設けられたビット離脱回収装置６７は、ビット引抜通路６１でビットホルダー６３に保持された使用済の交換用ビット２０を、ビット回収通路７１に引き落とすためのもので、ビット回収通路７１には、使用済の交換用ビット２０のガイド溝２３に所定の隙間をあけて係合しその落下を案内する左右一対の回収用レール６９が配設され、これに回収用レール６９により交換用ビット２０をスムーズに案内して落下させ回収することができる。

前記ビット離脱回収装置６７は、ビット回収通路７１に沿って前面側に配置された左右一対の離脱用ジャッキ６７ａと、下方に出退される離脱用ジャッキ６７ａの出力ロッドの先端部に取り付けられて交換用ビット２０が通過可能な空間部が形成されたＵ字形の連結部材６７ｂと、ビット回収通路７１の背面側で落下回収方向に沿って配置されガイド部材６７ｄに出退自在に支持される引き出しロッド６７ｃと、前記引き出しロッド６７ｃの先端部（外周側端部）に設けられた掛止爪６７ｅとを具備している。

前記掛止爪６７ｅは、図１３に示すように、引き出しロッド６７ｃの上端部に幅方向の支持ピン６７ｆを介して回動自在に支持され、コイルばねにより矢印ｂ方向に回動付勢されている。そして、引き出し用空間６３ｃに挿入される時に、掛止爪６７ｅの遊端部がビット本体２１の背面に当接されて矢印ｂと反対方向に回動されて後退され、これにより引き出し用空間６３ｃに挿入される。さらに引き出しロッド６７ｃが挿入されて掛止爪６７ｅが位置決め穴２４に臨む位置に達すると、コイルばねにより掛止爪６７ｅが矢印ｂ方向に回動されて位置決め穴２４内に突出されその遊端部が係合可能となる。

したがって、ビットホルダー６３に保持された使用済の交換用ビット２０が、ホルダー保持部５３からビット引抜通路６１に引き出されると、離脱用ジャッキ６７ａを収縮して引き出しロッド６７ｃを上昇させ、掛止爪６７ｅをビットホルダー６３の引き出し用空間６３ｃに挿入し、掛止爪６７ｅを使用済の交換用ビット２０の位置決め穴２４に係合させる。そして離脱用ジャッキ６７ａを進展させてビットホルダー６３の収容空間６３ａに保持された使用済の交換用ビット２０を下方に引き出し、ビット回収通路７１に沿って落下させ、ビット回収口４９からビット回収具４６に収容する。

また、ビット引抜通路６１とビット回収通路７１の間には、ビット回収通路７１の入口を開閉自在な止水用の第４ゲート装置（止水用のゲート装置）６８が設けられており、この第４ゲート装置６８は、ビット回収通路７１の入口を開閉可能なシャッター板６８ａと、前記カバー部材６５内に配置されてシャッター板６８ａを出退駆動する開閉用ジャッキ６８ｂとで構成されている。

（交換用ビット２０の交換作業について）
上記構成における交換用ビット２０の交換手順を図１４〜図１９を参照して説明する。
まず、カッタ駆動装置９により交換しようとする目的の交換用ビット２０を有するカッタスポーク１３を上方に向く位置で停止させる。ついで、回転調整装置３５により回転調整筒３４を回転させてビット装填口３６をそのカッタスポーク１３の供給用開口部３２に合致させる。掘削状態では、第１ゲート装置３３が閉、（第２ゲート装置４１が閉）、第３ゲート装置６６が開、第４ゲート装置６８が閉で、ホルダー保持部用シール装置６９によりビット引抜通路の入口が止水されている。そして、回転調整筒３４にビット給排出筒３８が取り付けられビット供給回収装置４２が組み立てられる。

１．新規の交換用ビット２０の供給
図１４に示すように、第１ゲート装置３３により供給用開口部３２が閉じられ、第４ゲート装置６８によりビット回収通路７１の入口が閉じられて止水されている。まずバルブ付き配水管３８ａのバルブを開けて回転調整筒３４およびビット給排出筒３８内から排水する。ついで第２ゲート装置４１を開動して出し入れ用開口部４０を開け、この出し入れ用開口部４０から新規の交換用ビット２０をビット出し入れ室３９に搬入しビット保持具４５に保持させる。第２ゲート装置４１を閉動して出し入れ用開口部４０を閉じた後、供給回収用ジャッキ４７を進展させて、ビット保持具４５およびビット回収具４６をビット出し入れ室３９の供給排出位置からビット給排出室３４ａの装填回収位置に移送する。この時、装填用シール装置３１によりビット給排出室３４ａの前部が閉鎖され止水される。

２．使用済の交換用ビット２０の引き抜き
図１５に示すように、ビット回収部６０において、ホルダー引き込みジャッキ６４を収縮してビットホルダー６３をホルダー保持部５４からビット引抜通路６１に後退させ、使用済の交換用ビット２０を引き出す。ビットホルダー６３が引き出されると、第３ゲート装置６６を閉動してビット引抜通路６１の入口を閉鎖し止水する。ここでは、カッタスポーク１３の外周端の交換用ビット２０のみの後退であるため、地山への影響が最小限に抑えられる。なお、カッタヘッド２の前面に充填剤や泥しょう（泥水）を注入して土砂と置換することにより、ビット引抜通路６１への土砂の浸入を効果的に防止することができる。

３．使用済の交換用ビット２０の回収
図１６に示すように、第４ゲート装置６８を開動してビット回収通路７１の入入口を開放し、ビット引抜通路６１とビット回収通路７１とを連通させる。ついでビット離脱回収装置６７を作動してビットホルダー６３から使用済の交換用ビット２０を引き落としビット回収通路７１に落下させ、ビット回収口４９からビット出し入れ室３９のビット回収具４６に回収される。

４．新規の交換用ビット２０の装填
図１７に示すように、第４ゲート装置６８を閉じた後、第３ゲート装置６６を開動してビット引抜通路６１の入口を開放し、ついでホルダー引き込みジャッキ６４を進展してビットホルダー６３をホルダー保持部５４に移動して待機させ、ホルダー保持部用シール装置６９によりビット引抜通路６１の入口を止水する。さらに図１８に示すように、第１ゲート装置３３を開動して供給用開口部３２を開放するとともに、装填用ジャッキ４８を進展させてビット保持具４５に保持された新規の交換用ビット２０をビット装填口３６および供給用開口部３２からビット収容溝５２に装填する。これによりビット収容溝５２内に収容された交換用ビット２０をそれぞれ外周側にスライドさせて、外周端の交換用ビット２０をビットホルダー６３の収容空間６３ａに装填する。さらに装填用ジャッキ４８を収縮させた後、第１ゲート装置３３を閉動して供給用開口部３２を閉じる。

５．使用済の交換用ビット２０の排出
図１９に示すように、供給回収用ジャッキ４７を収縮してビット保持具４５およびビット回収具４６を供給排出位置に後退させる。ついで第２ゲート装置４１を開動して出し入れ用開口部４０を開放し、ビット回収具４６から使用済の交換用ビット２０を回収する。さらにバルブ付き配水管３８ａをあけてビット出し入れ室３９から排水する。

同様にして、次の使用済の交換用ビット２０の交換や、別のカッタスポーク１３の使用済の交換用ビット２０の交換を行う。
交換作業後、ここではビット供給回収装置４２が分解されて取り外され、回転調整筒３４からビット給排出筒３８が取り外されて搬出される。

（実施の形態の効果）
上記実施の形態によれば、カッタヘッド２の回転中心に配置された回転筒体８内にビット給排出部３０を設け、各カッタスポーク１３内に、複数の交換用ビット２０を配列して収容するビット収容通路５１を有するビット装着部５０と、ビット引抜通路６１およびビット回収通路７１とを有するビット回収部６０とを設け、ビット収容通路５１の外周端の使用済の交換用ビット２０を、ビット抜出装置６２によりビット引抜通路６１に引き抜き、さらにビット装填装置４３により新規の交換用ビット２０をビット給排出部３０からビット収容通路５１に装填する。さらにビット離脱回収装置６７により、ビット抜出装置６２から使用済の交換用ビット２０をビット回収通路７１を介してビット給排出部３０に回収する。このようにカッタヘッド２内で交換用ビット２０をビット給排出部３０からビット収容通路５１、ビット引抜通路６１、ビット回収通路７１を介してビット給排出部３０に循環移動させる循環通路を形成したので、使用済の交換用ビット２０をカッタヘッド２外周の地山に排出する必要がなくなり、小さい駆動力で、交換用ビット２０をビット収容通路５１に容易に装填し、使用済の交換用ビット２０を確実に回収することができる。これにより掘削する地山の土質に影響されることがない。

また、ビット引抜通路６１をビット収容通路５１のホルダー保持部５３からシールド軸心Ｏ側の後方に傾斜させることで、ビット収容通路５１のホルダー保持部５３をカッタヘッド２の外周縁に接近して配置することができ、外周縁に接近して配置されたホルダー保持部５３から交換用ビット２０をカッタスポーク１３内に引き抜いて容易に回収することができる。したがって、カッタヘッド２のカッタビットのうち、最も距離が長く磨耗の大きい外周端のカッタビットを、交換用ビット２０とすることができ、長距離のトンネル掘削に最適なカッタビット交換装置１を提供できる。

さらに、ビット抜出装置６２のビットホルダー６３を、ビット収容通路５１のホルダー保持部５３とビット引抜通路６１の間で出退自在に設け、ホルダー保持部５３でビットホルダー６３に保持された交換用ビット２０により掘削するように構成したので、ホルダー保持部５３からビットホルダー６３ごと後退して、磨耗した使用済の交換用ビット２０をビット引抜通路６１に引き抜くことにより、使用済の交換用ビット２０を容易かつ確実に小さい駆動力で回収することができる。またホルダー保持部用シール装置６９により、ホルダー保持部５３にビットホルダーを配置する掘削状態で、ビット引抜通路６１の入口を止水することができ、掘削時のシールを効果的に行うことができる。

さらにまた第１ゲート装置３３，第３ゲート装置６６および第４ゲート装置６８を、交換用ビット２０の装填と回収に対応して開閉動作し、さらに装填用シール装置３１によりビット給排出室３４ａ内を止水することにより、地山からカッタビット交換装置１内に浸入する泥水などを効果的に止水することができる。

また、交換用ビット２０のビット本体２１の天面２５と底面２６とを、ビット引抜通路６１の傾斜方向に沿う傾斜面とすることで、ビット収容通路５１から傾斜するビット引抜通路６１にスムーズに引き抜くことができるとともに、ビット引抜通路６１の横断面を最小にしてカッタスポーク１３内の占有容積を削減することができ、コンパクト化を図ることができる。

さらに、ビット本体２１の左右の側面に、ビット収容通路５１の凸条部５４とビットホルダー６３の保持用凸部６３ｂにそれぞれ嵌合されて保持されるガイド溝２３をそれぞれ形成し、交換用ビット２０をビット収容通路５１に装填する時に、ビット収容通路５１内の交換用ビット２０の天面２５と底面２６とを、それぞれ当接部２５ａ，２６ａを介して互いに当接させ駆動力を伝達するように構成したので、新規の交換用ビット２０の装填時に前記天面２５と底面２６の傾斜面によりビット本体２１がカッタヘッド２の後方に押し出されることがなくなり、凸条部５４や保持用凸部６３ｂとガイド溝２３への負荷を軽減してスムーズな装填が可能になるとともに、凸条部５４や保持用凸部６３ｂとガイド溝２３に磨耗や損傷が生じることがない。

本発明に係るカッタビット交換装置を有するシールド掘進機を示す全体縦断面図である。 同シールド掘進機のカッタヘッドを示す正面図である。 同カッタビット交換装置のビット給排出部を示す縦断面図である。 同カッタビット交換装置のビット回収部を示す縦断面図である。 同カッタビット交換装置の交換用ビットの背面側斜視図である。 同交換用ビットを示す説明図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は底面図、（ｄ）は交換用ビットに加わる力の説明図である。 同ビット給排出部のビット保持具とビット回収具を示す縦断面図である。 同ビット保持具とビット回収具を示す平面図である。 同カッタビット交換装置のビット装着部に設けられたビット係止具を示す一部を切り欠いた拡大側面図である。 図４に示すＡ−Ａ断面図である。 図１０においてビットホルダーを後退した状態の断面図である。 図４に示すＢ−Ｂ断面図である。 同ビット離脱回収装置の掛止爪とその動作を説明する一部切欠き側面図である。 同カッタビット交換装置による交換用ビットの交換手順を示し、新規の交換用ビットの待機状態を説明する縦断面図である。 同カッタビット交換装置による交換用ビットの交換手順を示し、ビット抜出装置による使用済の交換用ビットの引き抜き状態を説明する縦断面図である。 同カッタビット交換装置による交換用ビットの交換手順を示し、ビット離脱回収装置による使用済の交換用ビットの離脱状態を説明する縦断面図である。 同カッタビット交換装置による交換用ビットの交換手順を示し、ビット離脱回収装置による使用済の交換用ビットの回収状態を説明する縦断面図である。 同カッタビット交換装置による交換用ビットの交換手順を示し、ビット装填装置による新規の交換用ビットの装填状態を説明する縦断面図である。 同カッタビット交換装置による交換用ビットの交換手順を示し、ビット装填装置による使用済の交換用ビットの排出状態を説明する縦断面図である。

符号の説明

１ カッタビット交換装置
２ カッタヘッド
８ 回転筒体
１１ センター筒体
１３ カッタスポーク
２０ 交換用ビット
２１ ビット本体
２２ 切刃
２３ ガイド溝
２４ 位置決め穴
２５ 天面
２５ａ 当接部
２６ 底面
２６ａ 当接部
３０ ビット給排出部
３１ 装填用シール装置
３２ 供給用開口部
３３ 第１ゲート装置
３４ 回転調整筒
３５ 回転調整装置
３６ ビット装填口
３７ 区画板
３８ ビット給排出筒
３９ ビット出し入れ室
４０ 出し入れ用開口部
４１ 第２ゲート装置
４２ ビット供給回収装置
４３ ビット装填装置
４４ ガイドレール
４５ ビット保持具
４６ ビット回収具
４７ 供給回収用ジャッキ
４８ 装填用ジャッキ
４９ ビット回収口
５０ ビット装着部
５１ ビット収容通路
５２ ビット収容溝
５３ ホルダー保持部
５４ 凸条部
６０ ビット回収部
６１ ビット引抜通路
６２ ビット抜出装置
６３ ビットホルダー
６４ ホルダー引き込みジャッキ
６５ カバー部材
６６ 第３ゲート装置
６７ ビット離脱回収装置
６８ 第４ゲート装置
６９ ホルダー保持部用シール装置
７１ ビット回収通路

Claims (8)

1. カッタヘッド内に、回転軸心近傍に設けられて交換用ビットを供給・回収するビット給排出部と、前記ビット給排出部からカッタヘッドの外周端近傍に形成されたビット収容通路を有するビット装着部と、前記ビット収容通路の外周端部から後方に形成されたビット引抜通路および当該ビット引抜通路から前記ビット給排出部に接続されたビット回収通路を有するビット回収部とを具備し、
   前記ビット給排出部に、新規の交換用ビットを前記ビット収容通路に装填するビット装填装置を設け、
   前記ビット回収部に、前記ビット収容通路の外周端部に配置された使用済の交換用ビットを前記ビット引抜通路に引き抜くビット抜出装置と、当該ビット抜出装置に保持された使用済の交換用ビットを前記ビット回収通路から前記ビット給排出部に回収するビット離脱回収装置とを設けた
   トンネル掘削機のカッタビット交換装置。
2. ビット引抜通路を、カッタヘッドの回転軸心側後方に所定の傾斜角で傾斜して形成した
   請求項１記載のトンネル掘削機のカッタビット交換装置。
3. ビット抜出装置に、ビット収容通路の外周端部で掘削する交換用ビットを保持し、かつ交換時に前記交換用ビットを保持した状態で前記ビット収容通路の外周端部からビット引抜通路に後退可能なビットホルダーを設けた
   請求項１または２記載のトンネル掘削機のカッタビット交換装置。
4. ビットホルダーがビット収容通路の外周端部に配置された時に、当該ビットホルダーの周囲とビット引抜通路の入口部との間で止水するホルダー保持部用シール装置を設けた
   請求項３に記載のトンネル掘削機のカッタビット交換装置。
5. ビット給排出部から、ビット収容通路、ビット引抜通路、ビット回収通路を介して前記ビット給排出部に至る交換用ビットの循環通路に、少なくとも１つの止水用のゲート装置を設けた
   請求項１乃至４のいずれかに記載のトンネル掘削機のカッタビット交換装置。
6. ビット給排出部内に、ビット装填装置によりビット収容通路に装填される新規の交換用ビットを含む前部空間と、当該前部空間の後方の後部空間との間を止水する装填用シール装置を設けた
   請求項１乃至５のいずれかに記載のトンネル掘削機のカッタビット交換装置。
7. 交換用ビットのビット本体をビット収容通路にスライド可能に配列収容し、
   前記ビット本体のカッタヘッドの回転軸心側の底面と外周側の天面とを、互いに平行でビット引抜通路に平行または略平行な傾斜面に形成した
   請求項２乃至６のいずれかに記載のトンネル掘削機のカッタビット交換装置。
8. ビット収容通路の両側に、交換用ビットの装填方向に沿ってガイド部をそれぞれ形成し、
   交換用ビットのビット本体に、前記ガイド部にそれぞれスライド自在に嵌合される被ガイド部を形成し、
   前記ビット本体の天面と底面の少なくとも一方に、ビット装填装置による交換用ビットの装填方向に垂直な面または線を介して隣接するビット本体に当接する当接部を形成した
   請求項７記載のトンネル掘削機のカッタビット交換装置。

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