ビット切替装置及びシールド掘進機
【課題】土砂によりビット等が固着することなく、容易にビットの交換（切替え）を行うことができると共に、ビットを取り付ける回転軸への負荷を低減することができるビット切替装置を提供する。
【解決手段】切羽に対して回転し、径方向に延びるように配置されたヘッド部材１３を有するカッタヘッド４と、ヘッド部材１３に設けられ、カッタヘッド４の回転方向に沿って延びる軸廻りに回転自在で、且つ、少なくとも一端部がヘッド部材１３の側部からヘッド部材１３外へと突出する回転軸３１と、回転軸３１におけるヘッド部材１３外へと突出された端部に、その回転方向に所定間隔を隔てて設けられた複数のビット６と、回転軸３１の回転を拘束するための回転拘束手段１４、３６、３７、３８と、回転軸３１の回転拘束を解除した状態で回転軸３１を回転させるための回転手段４１とを備える。
【解決手段】切羽に対して回転し、径方向に延びるように配置されたヘッド部材１３を有するカッタヘッド４と、ヘッド部材１３に設けられ、カッタヘッド４の回転方向に沿って延びる軸廻りに回転自在で、且つ、少なくとも一端部がヘッド部材１３の側部からヘッド部材１３外へと突出する回転軸３１と、回転軸３１におけるヘッド部材１３外へと突出された端部に、その回転方向に所定間隔を隔てて設けられた複数のビット６と、回転軸３１の回転を拘束するための回転拘束手段１４、３６、３７、３８と、回転軸３１の回転拘束を解除した状態で回転軸３１を回転させるための回転手段４１とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切羽に対して回転されるカッタヘッドに設けられるビットの交換（切替え）を行うためのビット切替装置及びシールド掘進機に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド掘進機は、シールド本体の前方に設けられたカッタで地山を掘削して、その後方でセグメントを順次組立てることにより、トンネルを構築していくものである。カッタの前端には複数のビットが配置されており、カッタを回転させてビットにより地山を掘削するようになっている。
【０００３】
このようなシールド掘進機では、トンネル掘削工事の長距離化に伴い、トンネル掘削工事の途中で、摩耗したビットを交換する必要が生じている。
【０００４】
摩耗したビットを交換する方法としては、従来、カッタの裏面とシールド本体のバルクヘッド（隔壁）との間に形成されるチャンバに作業員が出て手作業でビットを交換するものなどが知られている。
【０００５】
しかし、チャンバに作業員が出て手作業でビットを交換する場合、切羽を地盤改良した後、作業員がチャンバに出て作業を行う必要があるが、地山崩壊の危険性、地盤改良を行うことによる工事費増大など、各種の問題が存在する。
【０００６】
そこで、このような問題を解消するため、簡単にビットを交換できる装置の開発が望まれている。このような装置として、先行ビットを交換し得るようにしたもの（例えば、特許文献１参照）や、シェルビットを交換し得るようにしたもの（例えば、特許文献２参照）が知られている。
【０００７】
例えば、上記の特許文献１では、カッタスポークを有するシールド掘進機において、カッタスポークに、その半径方向に延出する回転軸（シャフト）を回転自在に設け、この回転軸の外周に、円筒状（円環状）の先行ビットを取り付け、上記の回転軸をシールド本体内に設けたモータによって回転させることにより、先行ビットの摩耗した部分に代えて、先行ビットの摩耗していない部分をカッタスポークの表面から突出させるようにしている。
【０００８】
また、上記の特許文献２では、カッタ面板を有するシールド掘進機において、カッタ面板に、その半径方向に延出する回転軸を回転自在に設け、この回転軸の外周に、円筒状のシェルビットを取り付け、非交換時に、ストッパピンによりシェルビットの回転を拘束し、交換時には、シェルビットの回転拘束を解除した状態でカッタ面板を回転させることにより、切羽との接触抵抗でシェルビットを回転させ、シェルビットの摩耗した部分に代えて、シェルビットの摩耗していない部分をカッタ面板の表面から突出させるようにしている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−３０１６９３号公報
【特許文献２】特開平９−６０４８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上記の特許文献１及び２では、カッタスポーク或いはカッタ面板内にビットの摩耗していない部分を収容し、そのビットの摩耗していない部分をカッタスポーク或いはカッタ面板の表面に設けた開口部を通じてカッタスポーク或いはカッタ面板の表面から突出させるようにしている。そのため、上記の開口部とビットとの間などに土砂がつまると、ビット等が固着して、ビットの交換（切替え）を行うことが困難になるという問題があった。
【００１１】
また、上記の特許文献１及び２では、ビットを取り付ける回転軸の回転方向がカッタの回転方向と同じであるため、カッタの回転に伴って回転軸をその回転方向に回そうとする力が回転軸に作用し、回転軸（或いは回転軸の回転を拘束する手段）に多大な負荷がかかるという問題があった。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、土砂によりビット等が固着することなく、容易にビットの交換（切替え）を行うことができると共に、ビットを取り付ける回転軸への負荷を低減することができるビット切替装置及びシールド掘進機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、切羽に対して回転し、径方向に延びるように配置されたヘッド部材を有するカッタヘッドと、上記ヘッド部材に設けられ、上記カッタヘッドの回転方向に沿って延びる軸廻りに回転自在で、且つ、少なくとも一端部が上記ヘッド部材の側部から上記ヘッド部材外へと突出する回転軸と、該回転軸における上記ヘッド部材外へと突出された端部に、その回転方向に所定間隔を隔てて設けられた複数のビットと、上記回転軸の回転を拘束するための回転拘束手段と、該回転拘束手段による上記回転軸の回転拘束を解除した状態でその回転軸を回転させるための回転手段とを備えたことを特徴とするビット切替装置である。
【００１４】
請求項２に係る発明は、上記複数のビットが、当初使用するビットの高さが次に使用するビットの高さよりも大きい請求項１に記載のビット切替装置である。
【００１５】
請求項３に係る発明は、上記回転拘束手段が、上記ヘッド部材内に設けられ、上記カッタヘッドの径方向に移動自在なロックロッドと、該ロックロッドに設けられた凹部と、上記回転軸に設けられ、上記ロックロッドの凹部に係合される係合部と、上記ロックロッドを上記ロックロッドの凹部と上記回転軸の係合部とが係合される位置とその係合が解除される位置とに移動させるためのロックジャッキとを有する請求項１又は２に記載のビット切替装置である。
【００１６】
請求項４に係る発明は、上記回転拘束手段及び上記回転手段が、ラックアンドピニオン機構を有する請求項１又は２に記載のビット切替装置である。
【００１７】
請求項５に係る発明は、上記回転軸が、上記カッタヘッドの径方向に所定間隔を隔てて複数設けられ、上記回転手段が、隣接する上記回転軸を同時に回転させないものである請求項１〜４いずれかに記載のビット切替装置である。
【００１８】
請求項６に係る発明は、最外周ビットが、切羽と当接する位置において、上記回転軸に対して上記カッタヘッドの径方向外側にずれるように配置される請求項１〜５いずれかに記載のビット切替装置である。
【００１９】
請求項７に係る発明は、請求項１〜６いずれかに記載のビット切替装置を備えたことを特徴とするシールド掘進機である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、土砂によりビット等が固着することなく、容易にビットの交換（切替え）を行うことができると共に、ビットを取り付ける回転軸への負荷を低減することができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態に係るビット切替装置を適用したシールド掘進機の側断面図である。図２は、図１の実施形態に係るシールド掘進機の要部拡大正面図である。図３は、図１の実施形態に係るシールド掘進機の要部拡大側面図である。図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。図５（ａ）は図２のＶａ−Ｖａ線矢視断面図であり、図５（ｂ）は図２のＶｂ−Ｖｂ線矢視断面図である。
【００２３】
本実施形態は、泥土圧式シールド掘進機に適用したものであるが、泥水式シールド掘進機などにも適用可能である。
【００２４】
図１に示すように、本実施形態のシールド掘進機１は、掘進方向前方にカッタ２を有するシールド本体３を備えている。シールド本体３の後部には、カッタ２により掘削した孔内にセグメントを組立ててトンネルを構築するためのエレクタ（図示せず）と、シールド本体３の内周に所定間隔を隔てて複数設けられ、セグメントに反力を取ってシールド本体３を推進させるためのシールドジャッキ（図示せず）とが設けられる。
【００２５】
カッタ２は、その回転中心から径方向外側に延出し、切羽に対して回転されるカッタヘッド４を有している。カッタヘッド４の前面には、その径方向中央にセンタビット５が配置され、そのセンタビット５よりも外周側に複数のカッタビット６、７が配置されている。
【００２６】
カッタヘッド４と、シールド本体３の前端部近傍に設けられたバルクヘッド（隔壁）８との間には、カッタ２により掘削した土砂（掘削土砂）を取込むチャンバ９が形成される。バルクヘッド８の下部には、これを貫通してチャンバ９に開口するスクリュコンベア１０が設けられる。カッタヘッド４の後面には、掘進方向後方に延出してチャンバ９内の掘削土砂を撹拌するための撹拌翼１１が設けられている。
【００２７】
本実施形態のカッタヘッド４は、中心部材１２と、中心部材１２に放射状に取り付けられた複数のカッタスポーク１３とを有している。つまり、本実施形態では、カッタヘッド４はスポーク状に形成されている。なお、カッタヘッド４が、面板状に形成されていても良い。
【００２８】
カッタスポーク１３の前端には、カッタビット（固定ビット）７が取り付けられている。
【００２９】
バルクヘッド８には、ギヤ１６を有するリング状部材１７が回転自在に支持されている。リング状部材１７は、カッタヘッド４（中心部材１２）から後方に延出する筒体１８によって、カッタヘッド４と連結されている。シールド本体３内には、リング状部材１７を回転させるための複数の駆動モータ１９（本実施形態では、油圧モータ）が設けられている。駆動モータ１９にはピニオン２０が取り付けられており、そのピニオン２０がリング状部材１７に設けられたギヤ１６と歯合するようになっている。
【００３０】
バルクヘッド８には、リング状部材１７を回転自在に支持する支持機構２１が設けられている。支持機構２１は、ケーシング２２と、ケーシング２２内に収容され、リング状部材１７を支持するための軸受２３、２４と、シールド本体３内に土砂が侵入するのを防止するためのシール機構２５とを有している。
【００３１】
図２から図５に示すように、本実施形態のビット切替装置３０は、カッタヘッド４に設けられ、カッタヘッド４の径方向に延びるように配置されたヘッド部材としてのカッタスポーク１３と、カッタスポーク１３に設けられ、カッタヘッド４の回転方向に沿って延びる軸廻りに回転自在で、且つ、両端部がカッタスポーク１３の幅方向（図２中の左右方向）の側部（側面部）からカッタスポーク１３外へと突出する回転軸３１と、回転軸３１の両端部にそれぞれ、回転軸３１の回転方向に所定間隔を隔てて設けられた複数（図示例では、二つ）のビット６と、これら複数のビット６のうち少なくとも一つが切羽と当接する位置で回転軸３１の回転を拘束するための回転拘束手段と、切羽に当接するビット６を切り替えるために、回転拘束手段による回転軸３１の回転拘束を解除した状態で回転軸３１を回転させるための回転手段とを備えている。
【００３２】
本実施形態では、回転軸３１は、その両端部よりも長手方向（図２中の左右方向）内側の部分にて、カッタスポーク１３の両側部に設けられた台座３２に軸受３３を介して支持されている。
【００３３】
本実施形態では、複数のビット６は、回転軸３１の外周にビット保持部材３４を介して設けられる。
【００３４】
上記の回転軸３１、複数のビット６及びビット保持部材３４等は、カッタスポーク１３の長手方向（図２中の上下方向）（カッタヘッド４の径方向）に複数配置される。ここで本実施形態では、カッタスポーク１３の長手方向に隣接する回転軸３１は、一方の回転軸３１に設けられた複数のビット６の回転軌跡３５が他方の回転軸３１に設けられた複数のビット６の回転軌跡３５上を通るように、近接させて配置される（図３参照）。
【００３５】
本実施形態の回転拘束手段は、カッタスポーク１３内に設けられ、カッタスポーク１３の長手方向（カッタヘッド４の径方向）に移動自在なロックロッド３６と、ロックロッド３６に設けられた凹部３７と、回転軸３１に設けられ、ロックロッド３６の凹部３７に係合される係合部３８と、ロックロッド３６を、ロックロッド３６の凹部３７と回転軸３１の係合部３８とが係合される位置と、その係合が解除される位置とに移動させるためのロックジャッキ１４（本実施形態では、油圧ジャッキ）とを有している。
【００３６】
本実施形態では、ロックロッド３６はスライダ３９に沿ってカッタスポーク１３の長手方向に移動されるようになっている。
【００３７】
本実施形態では、回転軸３１の係合部３８は、回転軸３１の長手方向中間部に設けられている。この係合部３８は、回転軸３１の長手方向中間部の断面を非円形（本実施形態では、六角形）とすることで形成される。
【００３８】
回転軸３１の回転を拘束する際には、ロックジャッキ１４を伸長させて、ロックロッド３６の凹部３７が回転軸３１の係合部３８に係合される位置までロックロッド３６を移動させ（押し出し）（図６（ｄ）参照）、ロックロッド３６がその長手方向に移動しないように、ロックジャッキ１４のストロークを固定したり、ボルトやピン等のストッパ（図示せず）を用いてロックロッド３６をカッタスポーク１３に対して固定する。
【００３９】
一方、回転軸３１の回転拘束を解除する際には、ロックジャッキ１４を縮退させて、ロックロッド３６の凹部３７と回転軸３１の係合部３８との係合が解除される位置までロックロッド３６を移動させる（引き込む）（図６（ａ）参照）。
【００４０】
図２に示すように、ヘッド部材としてのカッタスポーク１３には、回転手段としてのチェーン駆動機構４１が設けられる。回転手段としてチェーン駆動機構４１を用いる場合、回転軸３１にスプロケット４２を取り付けると共に、中心部材１２内或いはカッタスポーク１３内にモータなど（図示せず）を設け、これらスプロケット４２とモータとの間に無端状のチェーン４３を架け渡し、モータなどによりチェーン４３を駆動させることで、回転軸３１を回転させる。
【００４１】
本実施形態では、一つのモータにより複数の回転軸３１を同時に回転させるために、スプロケット４２を、カッタスポーク１３の長手方向に所定間隔を隔てて設けられた複数の回転軸３１にそれぞれ取り付け、それらスプロケット４２にチェーン４３を架け渡すようにしている。
【００４２】
また、カッタスポーク１３の長手方向に隣接する回転軸３１のうち一方の回転軸３１を回転させている間は他方の回転軸３１を回転させないように、スプロケット４２を、カッタスポーク１３の長手方向に所定間隔を隔てて設けられた複数の回転軸３１に対して１つ置きで配置して（図２参照）、カッタスポーク１３の長手方向に隣接する回転軸３１を互いに異なるモータなどで回転させるようにしている。つまり、本実施形態では、カッタスポーク１３の長手方向に隣接する回転軸３１を同時に回転させないようにしている。このようにすることで、隣接する複数のビット６間の距離を近くすることができる。なお、スプロケット４２は、複数の回転軸３１に対して１つ置きで配置されていなくても良い。
【００４３】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００４４】
切羽を掘削する際には、回転軸３１に取り付けられた複数のビット６のうち一つが切羽に当接する位置で、回転拘束手段により回転軸３１の回転を拘束する。そして、その状態でカッタヘッド４を回転させることで、切羽に当接するビット６により切羽を掘削する。
【００４５】
一方、切羽に当接するビット６を切替える際には、カッタヘッド４の回転を停止させた後、図６（ａ）に示すように、回転拘束手段による回転軸３１の回転拘束を解除する。そしてその状態で、図６（ｂ）及び（ｃ）に示すように、回転手段により回転軸３１を順次所定角度だけ回転させて、切羽に当接するビット６を切り替える。図６（ｄ）に示すように、切羽に当接するビット６の切替が完了した後、回転拘束手段により回転軸３１の回転を再度拘束する。
【００４６】
複数のビット６は、当初使用するビット６の高さｈ１（図３及び図５（ａ）参照）が次に使用するビット６の高さｈ２（図３及び図５（ａ）参照）よりも大きくなるように設定される（ｈ１＞ｈ２）。当初使用するビット６が、次に使用するビット６の高さｈ２よりも大きい所定高さｈｃ（図３及び図５（ａ）参照、ｈｃ＞ｈ２）となるまで摩耗したときに、切羽に当接するビット６を切り替えるようにすることで、回転時に、次に使用するビット６が切羽とせらない（干渉しない）ようにすることができ、複数のビット６を容易に回転させることができる。
【００４７】
ここで、本実施形態では、ヘッド部材としてのカッタスポーク１３に、カッタヘッド４の回転方向に沿って延びる軸廻りに回転自在に、且つ、両端部がカッタスポーク１３の側面部からカッタスポーク１３外へと突出するように回転軸３１を設け、その回転軸３１の両端部にそれぞれ、回転軸３１の回転方向に所定間隔を隔てて、複数のビット６を設けるようにすることで、土砂がつまるような箇所を形成しないようにしている。そのため、土砂によりビット６や回転軸３１等が固着することなく、容易にビット６の交換（切替え）を行うことが可能となる。
【００４８】
また、本実施形態では、回転軸３１を、カッタヘッド４の回転方向に沿って延びる軸廻りに回転自在に設けたため、カッタヘッド４の回転に伴って回転軸３１をその回転方向に回そうとする力は回転軸３１にほとんど作用せず、回転軸３１及びロックロッド３６等に多大な負荷がかかることはなく、回転軸３１及びロックロッド３６等への負荷を低減することができる。
【００４９】
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。
【００５０】
例えば、回転拘束手段の係合部及び凹部の形状は上述の実施形態には限定はされない。例えば、図７に示すように、係合部４４が、断面台形に形成されていても良い。この場合、凹部４５を、ロックロッド３６の長手方向の両側にそれぞれ設ける。
【００５１】
回転軸３１の回転を拘束する際、係合部４４の小底辺部４６がカッタヘッド４の径方向内側を向いている場合には、ロックジャッキ１４を伸長させて、ロックロッド３６の凹部４５が回転軸３１の係合部４４に係合される位置までロックロッド３６を移動させ（押し出し）（図７参照）、ロックロッド３６がその長手方向に移動しないように、ロックジャッキ１４のストロークを固定したり、ボルトやピン等のストッパ（図示せず）を用いてロックロッド３６をカッタスポーク１３に対して固定する。
【００５２】
また、回転軸３１の回転を拘束する際、係合部４４の小底辺部４６がカッタヘッド４の径方向外側を向いている場合には、ロックジャッキ１４を縮退させて、ロックロッド３６の凹部４５が回転軸３１の係合部４４に係合される位置までロックロッド３６を移動させ（引き込み）（図８（ｄ）参照）、ロックロッド３６がその長手方向に移動しないように、ロックジャッキ１４のストロークを固定したり、ボルトやピン等のストッパ（図示せず）を用いてロックロッド３６をカッタスポーク１３に対して固定する。
【００５３】
一方、回転軸３１の回転拘束を解除する際には、ロックジャッキ１４を伸長或いは縮退させて、ロックロッド３６の凹部４５と回転軸３１の係合部４４との係合が解除される位置までロックロッド３６を移動させる（図８（ａ）参照）。
【００５４】
ビット６の切替の手順は、図６に示すものと略同様であるので、説明を省略する。
【００５５】
また、図９から図１２に示す実施形態のように、カッタスポーク１３に、一端部のみがカッタスポーク１３の側面部からカッタスポーク１３外へと突出するように回転軸４７を設け、回転軸４７の一端部に、回転軸４７の回転方向に所定間隔を隔てて複数（図示例では、三つ）のビット６を設けても良い。
【００５６】
この実施形態では、カッタスポーク１３の長手方向に隣接する回転軸４７で、カッタスポーク１３外へと突出させる端部が異なるように設定している。
【００５７】
また、カッタスポーク１３の長手方向に隣接する回転軸４７は、一方の回転軸４７に設けられた複数のビット６の回転軌跡３５が他方の回転軸４７に設けられた複数のビット６の回転軌跡３５上を通らないように配置される（図１０参照）。
【００５８】
この実施形態では、回転手段として、ラックアンドピニオン機構４８を用いている。回転手段としてラックアンドピニオン機構４８を用いる場合、回転軸４７にピニオン４９を取り付け、ピニオン４９にラック部５０を有するロックロッド５１を歯合させ、ロックロッド５１に接続されたロックジャッキ５２によりロックロッド５１をその長手方向に移動させることにより、回転軸４７を回転させる。この実施形態では、ロックロッド５１はスライダ５３に沿ってカッタスポーク１３の長手方向に移動されるようになっている。
【００５９】
また、この実施形態では、ラックアンドピニオン機構４８を回転拘束手段として用いている。回転拘束手段としてラックアンドピニオン機構４８を用いる場合、回転軸４７に取り付けたピニオン４９とロックロッド５１とを歯合させた状態で、ロックロッド５１がその長手方向に移動しないように、ロックジャッキ５２のストロークを固定したり、ボルトやピン等のストッパ（図示せず）を用いてロックロッド５１をカッタスポーク１３に対して固定する。
【００６０】
さらに、図１３から図１７に示す実施形態のように、最外周ビット６ａを、回転軸３１に対してカッタスポーク１３の長手方向（カッタヘッド４の径方向）にずらして配置するようにしても良い。本実施形態では、最外周ビット６ａは、切羽と当接する位置において、回転軸３１に対してカッタヘッド４の径方向外側にずれるように配置される（図１４参照）。このようにすることで、カッタスポーク１３の端部に鉄板があって回転軸３１を設けられないという問題を解決できる。なお、最外周ビット６ａが回転するためのカッタヘッド４の径方向外側のスペースは、他のカッタスポークに設けられたコピーカッタ等の余堀装置（図示せず）により確保する。
【００６１】
複数のビット６は、当初使用するビット６の高さｈ１（図１４及び図１６（ａ）参照）が次に使用するビット６の高さｈ２（図１４及び図１６（ａ）参照）よりも大きくなるように設定される（ｈ１＞ｈ２）。当初使用するビット６が、次に使用するビット６の高さｈ２よりも大きい所定高さｈｃ（図１４及び図１６（ａ）参照、ｈｃ＞ｈ２）となるまで摩耗したときに、切羽に当接するビット６を切り替えるようにすることで、回転時に、次に使用するビット６が切羽とせらない（干渉しない）ようにすることができ、複数のビット６を容易に回転させることができる。
【００６２】
また、この実施形態では、回転拘束手段は、ロックロッド３６に設けられたクサビ部５４と、回転軸３１に設けられ、ロックロッド３６のクサビ部５４に係合される係合部５５とを有している。
【００６３】
回転軸３１の回転を拘束する際には、ロックジャッキ１４を伸長させて、ロックロッド３６のクサビ部５４が回転軸３１の係合部５５に係合される位置までロックロッド３６を移動させ（押し出し）（図１７（ｄ）参照）、ロックロッド３６がその長手方向に移動しないように、ロックジャッキ１４のストロークを固定したり、ボルトやピン等のストッパ（図示せず）を用いてロックロッド３６をカッタスポーク１３に対して固定する。
【００６４】
一方、回転軸３１の回転拘束を解除する際には、ロックジャッキ１４を縮退させて、ロックロッド３６のクサビ部５４と回転軸３１の係合部５５との係合が解除される位置までロックロッド３６を移動させる（引き込む）（図１７（ａ）参照）。
【００６５】
ビット６の切替の手順は、図６に示すものと略同様であるので、説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施形態に係るビット切替装置を適用したシールド掘進機の側断面図である。
【図２】図１の実施形態に係るシールド掘進機の要部拡大正面図である。
【図３】図１の実施形態に係るシールド掘進機の要部拡大側面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。
【図５】（ａ）は図２のＶａ−Ｖａ線矢視断面図であり、（ｂ）は図２のＶｂ−Ｖｂ線矢視断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）はビット切替の第一〜第四工程をそれぞれ示す概略図である。
【図７】回転拘束手段の変形例を示すシールド掘進機の要部拡大側断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）はビット切替の第一〜第四工程をそれぞれ示す概略図である。
【図９】他の実施形態に係るシールド掘進機の要部拡大正面図である。
【図１０】図９の実施形態に係るシールド掘進機の要部拡大側面図である。
【図１１】図９のＸＩ−ＸＩ線矢視断面図である。
【図１２】（ａ）は図９のＸＩＩａ−ＸＩＩａ線矢視断面図であり、（ｂ）は図９のＸＩＩｂ−ＸＩＩｂ線矢視断面図である。
【図１３】他の実施形態に係るシールド掘進機の要部拡大正面図である。
【図１４】他の実施形態に係るシールド掘進機の要部拡大側面図である。
【図１５】図１３のＸＶ−ＸＶ線矢視断面図である。
【図１６】（ａ）は図１３のＸＶＩａ−ＸＶＩａ線矢視断面図であり、（ｂ）は図１３のＸＶＩｂ−ＸＶＩｂ線矢視断面図である。
【図１７】（ａ）〜（ｄ）はビット切替の第一〜第四工程をそれぞれ示す概略図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ シールド掘進機
４ カッタヘッド
６ カッタビット（ビット）
６ａ 最外周ビット
１３ カッタスポーク（ヘッド部材）
１４ ロックジャッキ（回転拘束手段）
３０ ビット切替装置
３１ 回転軸
３６ ロックロッド（回転拘束手段）
３７ 凹部（回転拘束手段）
３８ 係合部（回転拘束手段）
４１ チェーン駆動機構（回転手段）
４２ スプロケット（回転手段）
４３ チェーン（回転手段）
４４ 係合部（回転拘束手段）
４５ 凹部（回転拘束手段）
４７ 回転軸
４８ ラックアンドピニオン機構（回転拘束手段、回転手段）
４９ ピニオン（回転拘束手段、回転手段）
５１ ロックロッド（回転拘束手段、回転手段）
５２ ロックジャッキ（回転拘束手段、回転手段）
５４ クサビ部（回転拘束手段）
５５ 係合部（回転拘束手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切羽に対して回転されるカッタヘッドに設けられるビットの交換（切替え）を行うためのビット切替装置及びシールド掘進機に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド掘進機は、シールド本体の前方に設けられたカッタで地山を掘削して、その後方でセグメントを順次組立てることにより、トンネルを構築していくものである。カッタの前端には複数のビットが配置されており、カッタを回転させてビットにより地山を掘削するようになっている。
【０００３】
このようなシールド掘進機では、トンネル掘削工事の長距離化に伴い、トンネル掘削工事の途中で、摩耗したビットを交換する必要が生じている。
【０００４】
摩耗したビットを交換する方法としては、従来、カッタの裏面とシールド本体のバルクヘッド（隔壁）との間に形成されるチャンバに作業員が出て手作業でビットを交換するものなどが知られている。
【０００５】
しかし、チャンバに作業員が出て手作業でビットを交換する場合、切羽を地盤改良した後、作業員がチャンバに出て作業を行う必要があるが、地山崩壊の危険性、地盤改良を行うことによる工事費増大など、各種の問題が存在する。
【０００６】
そこで、このような問題を解消するため、簡単にビットを交換できる装置の開発が望まれている。このような装置として、先行ビットを交換し得るようにしたもの（例えば、特許文献１参照）や、シェルビットを交換し得るようにしたもの（例えば、特許文献２参照）が知られている。
【０００７】
例えば、上記の特許文献１では、カッタスポークを有するシールド掘進機において、カッタスポークに、その半径方向に延出する回転軸（シャフト）を回転自在に設け、この回転軸の外周に、円筒状（円環状）の先行ビットを取り付け、上記の回転軸をシールド本体内に設けたモータによって回転させることにより、先行ビットの摩耗した部分に代えて、先行ビットの摩耗していない部分をカッタスポークの表面から突出させるようにしている。
【０００８】
また、上記の特許文献２では、カッタ面板を有するシールド掘進機において、カッタ面板に、その半径方向に延出する回転軸を回転自在に設け、この回転軸の外周に、円筒状のシェルビットを取り付け、非交換時に、ストッパピンによりシェルビットの回転を拘束し、交換時には、シェルビットの回転拘束を解除した状態でカッタ面板を回転させることにより、切羽との接触抵抗でシェルビットを回転させ、シェルビットの摩耗した部分に代えて、シェルビットの摩耗していない部分をカッタ面板の表面から突出させるようにしている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−３０１６９３号公報
【特許文献２】特開平９−６０４８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上記の特許文献１及び２では、カッタスポーク或いはカッタ面板内にビットの摩耗していない部分を収容し、そのビットの摩耗していない部分をカッタスポーク或いはカッタ面板の表面に設けた開口部を通じてカッタスポーク或いはカッタ面板の表面から突出させるようにしている。そのため、上記の開口部とビットとの間などに土砂がつまると、ビット等が固着して、ビットの交換（切替え）を行うことが困難になるという問題があった。
【００１１】
また、上記の特許文献１及び２では、ビットを取り付ける回転軸の回転方向がカッタの回転方向と同じであるため、カッタの回転に伴って回転軸をその回転方向に回そうとする力が回転軸に作用し、回転軸（或いは回転軸の回転を拘束する手段）に多大な負荷がかかるという問題があった。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、土砂によりビット等が固着することなく、容易にビットの交換（切替え）を行うことができると共に、ビットを取り付ける回転軸への負荷を低減することができるビット切替装置及びシールド掘進機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、切羽に対して回転し、径方向に延びるように配置されたヘッド部材を有するカッタヘッドと、上記ヘッド部材に設けられ、上記カッタヘッドの回転方向に沿って延びる軸廻りに回転自在で、且つ、少なくとも一端部が上記ヘッド部材の側部から上記ヘッド部材外へと突出する回転軸と、該回転軸における上記ヘッド部材外へと突出された端部に、その回転方向に所定間隔を隔てて設けられた複数のビットと、上記回転軸の回転を拘束するための回転拘束手段と、該回転拘束手段による上記回転軸の回転拘束を解除した状態でその回転軸を回転させるための回転手段とを備えたことを特徴とするビット切替装置である。
【００１４】
請求項２に係る発明は、上記複数のビットが、当初使用するビットの高さが次に使用するビットの高さよりも大きい請求項１に記載のビット切替装置である。
【００１５】
請求項３に係る発明は、上記回転拘束手段が、上記ヘッド部材内に設けられ、上記カッタヘッドの径方向に移動自在なロックロッドと、該ロックロッドに設けられた凹部と、上記回転軸に設けられ、上記ロックロッドの凹部に係合される係合部と、上記ロックロッドを上記ロックロッドの凹部と上記回転軸の係合部とが係合される位置とその係合が解除される位置とに移動させるためのロックジャッキとを有する請求項１又は２に記載のビット切替装置である。
【００１６】
請求項４に係る発明は、上記回転拘束手段及び上記回転手段が、ラックアンドピニオン機構を有する請求項１又は２に記載のビット切替装置である。
【００１７】
請求項５に係る発明は、上記回転軸が、上記カッタヘッドの径方向に所定間隔を隔てて複数設けられ、上記回転手段が、隣接する上記回転軸を同時に回転させないものである請求項１〜４いずれかに記載のビット切替装置である。
【００１８】
請求項６に係る発明は、最外周ビットが、切羽と当接する位置において、上記回転軸に対して上記カッタヘッドの径方向外側にずれるように配置される請求項１〜５いずれかに記載のビット切替装置である。
【００１９】
請求項７に係る発明は、請求項１〜６いずれかに記載のビット切替装置を備えたことを特徴とするシールド掘進機である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、土砂によりビット等が固着することなく、容易にビットの交換（切替え）を行うことができると共に、ビットを取り付ける回転軸への負荷を低減することができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態に係るビット切替装置を適用したシールド掘進機の側断面図である。図２は、図１の実施形態に係るシールド掘進機の要部拡大正面図である。図３は、図１の実施形態に係るシールド掘進機の要部拡大側面図である。図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。図５（ａ）は図２のＶａ−Ｖａ線矢視断面図であり、図５（ｂ）は図２のＶｂ−Ｖｂ線矢視断面図である。
【００２３】
本実施形態は、泥土圧式シールド掘進機に適用したものであるが、泥水式シールド掘進機などにも適用可能である。
【００２４】
図１に示すように、本実施形態のシールド掘進機１は、掘進方向前方にカッタ２を有するシールド本体３を備えている。シールド本体３の後部には、カッタ２により掘削した孔内にセグメントを組立ててトンネルを構築するためのエレクタ（図示せず）と、シールド本体３の内周に所定間隔を隔てて複数設けられ、セグメントに反力を取ってシールド本体３を推進させるためのシールドジャッキ（図示せず）とが設けられる。
【００２５】
カッタ２は、その回転中心から径方向外側に延出し、切羽に対して回転されるカッタヘッド４を有している。カッタヘッド４の前面には、その径方向中央にセンタビット５が配置され、そのセンタビット５よりも外周側に複数のカッタビット６、７が配置されている。
【００２６】
カッタヘッド４と、シールド本体３の前端部近傍に設けられたバルクヘッド（隔壁）８との間には、カッタ２により掘削した土砂（掘削土砂）を取込むチャンバ９が形成される。バルクヘッド８の下部には、これを貫通してチャンバ９に開口するスクリュコンベア１０が設けられる。カッタヘッド４の後面には、掘進方向後方に延出してチャンバ９内の掘削土砂を撹拌するための撹拌翼１１が設けられている。
【００２７】
本実施形態のカッタヘッド４は、中心部材１２と、中心部材１２に放射状に取り付けられた複数のカッタスポーク１３とを有している。つまり、本実施形態では、カッタヘッド４はスポーク状に形成されている。なお、カッタヘッド４が、面板状に形成されていても良い。
【００２８】
カッタスポーク１３の前端には、カッタビット（固定ビット）７が取り付けられている。
【００２９】
バルクヘッド８には、ギヤ１６を有するリング状部材１７が回転自在に支持されている。リング状部材１７は、カッタヘッド４（中心部材１２）から後方に延出する筒体１８によって、カッタヘッド４と連結されている。シールド本体３内には、リング状部材１７を回転させるための複数の駆動モータ１９（本実施形態では、油圧モータ）が設けられている。駆動モータ１９にはピニオン２０が取り付けられており、そのピニオン２０がリング状部材１７に設けられたギヤ１６と歯合するようになっている。
【００３０】
バルクヘッド８には、リング状部材１７を回転自在に支持する支持機構２１が設けられている。支持機構２１は、ケーシング２２と、ケーシング２２内に収容され、リング状部材１７を支持するための軸受２３、２４と、シールド本体３内に土砂が侵入するのを防止するためのシール機構２５とを有している。
【００３１】
図２から図５に示すように、本実施形態のビット切替装置３０は、カッタヘッド４に設けられ、カッタヘッド４の径方向に延びるように配置されたヘッド部材としてのカッタスポーク１３と、カッタスポーク１３に設けられ、カッタヘッド４の回転方向に沿って延びる軸廻りに回転自在で、且つ、両端部がカッタスポーク１３の幅方向（図２中の左右方向）の側部（側面部）からカッタスポーク１３外へと突出する回転軸３１と、回転軸３１の両端部にそれぞれ、回転軸３１の回転方向に所定間隔を隔てて設けられた複数（図示例では、二つ）のビット６と、これら複数のビット６のうち少なくとも一つが切羽と当接する位置で回転軸３１の回転を拘束するための回転拘束手段と、切羽に当接するビット６を切り替えるために、回転拘束手段による回転軸３１の回転拘束を解除した状態で回転軸３１を回転させるための回転手段とを備えている。
【００３２】
本実施形態では、回転軸３１は、その両端部よりも長手方向（図２中の左右方向）内側の部分にて、カッタスポーク１３の両側部に設けられた台座３２に軸受３３を介して支持されている。
【００３３】
本実施形態では、複数のビット６は、回転軸３１の外周にビット保持部材３４を介して設けられる。
【００３４】
上記の回転軸３１、複数のビット６及びビット保持部材３４等は、カッタスポーク１３の長手方向（図２中の上下方向）（カッタヘッド４の径方向）に複数配置される。ここで本実施形態では、カッタスポーク１３の長手方向に隣接する回転軸３１は、一方の回転軸３１に設けられた複数のビット６の回転軌跡３５が他方の回転軸３１に設けられた複数のビット６の回転軌跡３５上を通るように、近接させて配置される（図３参照）。
【００３５】
本実施形態の回転拘束手段は、カッタスポーク１３内に設けられ、カッタスポーク１３の長手方向（カッタヘッド４の径方向）に移動自在なロックロッド３６と、ロックロッド３６に設けられた凹部３７と、回転軸３１に設けられ、ロックロッド３６の凹部３７に係合される係合部３８と、ロックロッド３６を、ロックロッド３６の凹部３７と回転軸３１の係合部３８とが係合される位置と、その係合が解除される位置とに移動させるためのロックジャッキ１４（本実施形態では、油圧ジャッキ）とを有している。
【００３６】
本実施形態では、ロックロッド３６はスライダ３９に沿ってカッタスポーク１３の長手方向に移動されるようになっている。
【００３７】
本実施形態では、回転軸３１の係合部３８は、回転軸３１の長手方向中間部に設けられている。この係合部３８は、回転軸３１の長手方向中間部の断面を非円形（本実施形態では、六角形）とすることで形成される。
【００３８】
回転軸３１の回転を拘束する際には、ロックジャッキ１４を伸長させて、ロックロッド３６の凹部３７が回転軸３１の係合部３８に係合される位置までロックロッド３６を移動させ（押し出し）（図６（ｄ）参照）、ロックロッド３６がその長手方向に移動しないように、ロックジャッキ１４のストロークを固定したり、ボルトやピン等のストッパ（図示せず）を用いてロックロッド３６をカッタスポーク１３に対して固定する。
【００３９】
一方、回転軸３１の回転拘束を解除する際には、ロックジャッキ１４を縮退させて、ロックロッド３６の凹部３７と回転軸３１の係合部３８との係合が解除される位置までロックロッド３６を移動させる（引き込む）（図６（ａ）参照）。
【００４０】
図２に示すように、ヘッド部材としてのカッタスポーク１３には、回転手段としてのチェーン駆動機構４１が設けられる。回転手段としてチェーン駆動機構４１を用いる場合、回転軸３１にスプロケット４２を取り付けると共に、中心部材１２内或いはカッタスポーク１３内にモータなど（図示せず）を設け、これらスプロケット４２とモータとの間に無端状のチェーン４３を架け渡し、モータなどによりチェーン４３を駆動させることで、回転軸３１を回転させる。
【００４１】
本実施形態では、一つのモータにより複数の回転軸３１を同時に回転させるために、スプロケット４２を、カッタスポーク１３の長手方向に所定間隔を隔てて設けられた複数の回転軸３１にそれぞれ取り付け、それらスプロケット４２にチェーン４３を架け渡すようにしている。
【００４２】
また、カッタスポーク１３の長手方向に隣接する回転軸３１のうち一方の回転軸３１を回転させている間は他方の回転軸３１を回転させないように、スプロケット４２を、カッタスポーク１３の長手方向に所定間隔を隔てて設けられた複数の回転軸３１に対して１つ置きで配置して（図２参照）、カッタスポーク１３の長手方向に隣接する回転軸３１を互いに異なるモータなどで回転させるようにしている。つまり、本実施形態では、カッタスポーク１３の長手方向に隣接する回転軸３１を同時に回転させないようにしている。このようにすることで、隣接する複数のビット６間の距離を近くすることができる。なお、スプロケット４２は、複数の回転軸３１に対して１つ置きで配置されていなくても良い。
【００４３】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００４４】
切羽を掘削する際には、回転軸３１に取り付けられた複数のビット６のうち一つが切羽に当接する位置で、回転拘束手段により回転軸３１の回転を拘束する。そして、その状態でカッタヘッド４を回転させることで、切羽に当接するビット６により切羽を掘削する。
【００４５】
一方、切羽に当接するビット６を切替える際には、カッタヘッド４の回転を停止させた後、図６（ａ）に示すように、回転拘束手段による回転軸３１の回転拘束を解除する。そしてその状態で、図６（ｂ）及び（ｃ）に示すように、回転手段により回転軸３１を順次所定角度だけ回転させて、切羽に当接するビット６を切り替える。図６（ｄ）に示すように、切羽に当接するビット６の切替が完了した後、回転拘束手段により回転軸３１の回転を再度拘束する。
【００４６】
複数のビット６は、当初使用するビット６の高さｈ１（図３及び図５（ａ）参照）が次に使用するビット６の高さｈ２（図３及び図５（ａ）参照）よりも大きくなるように設定される（ｈ１＞ｈ２）。当初使用するビット６が、次に使用するビット６の高さｈ２よりも大きい所定高さｈｃ（図３及び図５（ａ）参照、ｈｃ＞ｈ２）となるまで摩耗したときに、切羽に当接するビット６を切り替えるようにすることで、回転時に、次に使用するビット６が切羽とせらない（干渉しない）ようにすることができ、複数のビット６を容易に回転させることができる。
【００４７】
ここで、本実施形態では、ヘッド部材としてのカッタスポーク１３に、カッタヘッド４の回転方向に沿って延びる軸廻りに回転自在に、且つ、両端部がカッタスポーク１３の側面部からカッタスポーク１３外へと突出するように回転軸３１を設け、その回転軸３１の両端部にそれぞれ、回転軸３１の回転方向に所定間隔を隔てて、複数のビット６を設けるようにすることで、土砂がつまるような箇所を形成しないようにしている。そのため、土砂によりビット６や回転軸３１等が固着することなく、容易にビット６の交換（切替え）を行うことが可能となる。
【００４８】
また、本実施形態では、回転軸３１を、カッタヘッド４の回転方向に沿って延びる軸廻りに回転自在に設けたため、カッタヘッド４の回転に伴って回転軸３１をその回転方向に回そうとする力は回転軸３１にほとんど作用せず、回転軸３１及びロックロッド３６等に多大な負荷がかかることはなく、回転軸３１及びロックロッド３６等への負荷を低減することができる。
【００４９】
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。
【００５０】
例えば、回転拘束手段の係合部及び凹部の形状は上述の実施形態には限定はされない。例えば、図７に示すように、係合部４４が、断面台形に形成されていても良い。この場合、凹部４５を、ロックロッド３６の長手方向の両側にそれぞれ設ける。
【００５１】
回転軸３１の回転を拘束する際、係合部４４の小底辺部４６がカッタヘッド４の径方向内側を向いている場合には、ロックジャッキ１４を伸長させて、ロックロッド３６の凹部４５が回転軸３１の係合部４４に係合される位置までロックロッド３６を移動させ（押し出し）（図７参照）、ロックロッド３６がその長手方向に移動しないように、ロックジャッキ１４のストロークを固定したり、ボルトやピン等のストッパ（図示せず）を用いてロックロッド３６をカッタスポーク１３に対して固定する。
【００５２】
また、回転軸３１の回転を拘束する際、係合部４４の小底辺部４６がカッタヘッド４の径方向外側を向いている場合には、ロックジャッキ１４を縮退させて、ロックロッド３６の凹部４５が回転軸３１の係合部４４に係合される位置までロックロッド３６を移動させ（引き込み）（図８（ｄ）参照）、ロックロッド３６がその長手方向に移動しないように、ロックジャッキ１４のストロークを固定したり、ボルトやピン等のストッパ（図示せず）を用いてロックロッド３６をカッタスポーク１３に対して固定する。
【００５３】
一方、回転軸３１の回転拘束を解除する際には、ロックジャッキ１４を伸長或いは縮退させて、ロックロッド３６の凹部４５と回転軸３１の係合部４４との係合が解除される位置までロックロッド３６を移動させる（図８（ａ）参照）。
【００５４】
ビット６の切替の手順は、図６に示すものと略同様であるので、説明を省略する。
【００５５】
また、図９から図１２に示す実施形態のように、カッタスポーク１３に、一端部のみがカッタスポーク１３の側面部からカッタスポーク１３外へと突出するように回転軸４７を設け、回転軸４７の一端部に、回転軸４７の回転方向に所定間隔を隔てて複数（図示例では、三つ）のビット６を設けても良い。
【００５６】
この実施形態では、カッタスポーク１３の長手方向に隣接する回転軸４７で、カッタスポーク１３外へと突出させる端部が異なるように設定している。
【００５７】
また、カッタスポーク１３の長手方向に隣接する回転軸４７は、一方の回転軸４７に設けられた複数のビット６の回転軌跡３５が他方の回転軸４７に設けられた複数のビット６の回転軌跡３５上を通らないように配置される（図１０参照）。
【００５８】
この実施形態では、回転手段として、ラックアンドピニオン機構４８を用いている。回転手段としてラックアンドピニオン機構４８を用いる場合、回転軸４７にピニオン４９を取り付け、ピニオン４９にラック部５０を有するロックロッド５１を歯合させ、ロックロッド５１に接続されたロックジャッキ５２によりロックロッド５１をその長手方向に移動させることにより、回転軸４７を回転させる。この実施形態では、ロックロッド５１はスライダ５３に沿ってカッタスポーク１３の長手方向に移動されるようになっている。
【００５９】
また、この実施形態では、ラックアンドピニオン機構４８を回転拘束手段として用いている。回転拘束手段としてラックアンドピニオン機構４８を用いる場合、回転軸４７に取り付けたピニオン４９とロックロッド５１とを歯合させた状態で、ロックロッド５１がその長手方向に移動しないように、ロックジャッキ５２のストロークを固定したり、ボルトやピン等のストッパ（図示せず）を用いてロックロッド５１をカッタスポーク１３に対して固定する。
【００６０】
さらに、図１３から図１７に示す実施形態のように、最外周ビット６ａを、回転軸３１に対してカッタスポーク１３の長手方向（カッタヘッド４の径方向）にずらして配置するようにしても良い。本実施形態では、最外周ビット６ａは、切羽と当接する位置において、回転軸３１に対してカッタヘッド４の径方向外側にずれるように配置される（図１４参照）。このようにすることで、カッタスポーク１３の端部に鉄板があって回転軸３１を設けられないという問題を解決できる。なお、最外周ビット６ａが回転するためのカッタヘッド４の径方向外側のスペースは、他のカッタスポークに設けられたコピーカッタ等の余堀装置（図示せず）により確保する。
【００６１】
複数のビット６は、当初使用するビット６の高さｈ１（図１４及び図１６（ａ）参照）が次に使用するビット６の高さｈ２（図１４及び図１６（ａ）参照）よりも大きくなるように設定される（ｈ１＞ｈ２）。当初使用するビット６が、次に使用するビット６の高さｈ２よりも大きい所定高さｈｃ（図１４及び図１６（ａ）参照、ｈｃ＞ｈ２）となるまで摩耗したときに、切羽に当接するビット６を切り替えるようにすることで、回転時に、次に使用するビット６が切羽とせらない（干渉しない）ようにすることができ、複数のビット６を容易に回転させることができる。
【００６２】
また、この実施形態では、回転拘束手段は、ロックロッド３６に設けられたクサビ部５４と、回転軸３１に設けられ、ロックロッド３６のクサビ部５４に係合される係合部５５とを有している。
【００６３】
回転軸３１の回転を拘束する際には、ロックジャッキ１４を伸長させて、ロックロッド３６のクサビ部５４が回転軸３１の係合部５５に係合される位置までロックロッド３６を移動させ（押し出し）（図１７（ｄ）参照）、ロックロッド３６がその長手方向に移動しないように、ロックジャッキ１４のストロークを固定したり、ボルトやピン等のストッパ（図示せず）を用いてロックロッド３６をカッタスポーク１３に対して固定する。
【００６４】
一方、回転軸３１の回転拘束を解除する際には、ロックジャッキ１４を縮退させて、ロックロッド３６のクサビ部５４と回転軸３１の係合部５５との係合が解除される位置までロックロッド３６を移動させる（引き込む）（図１７（ａ）参照）。
【００６５】
ビット６の切替の手順は、図６に示すものと略同様であるので、説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施形態に係るビット切替装置を適用したシールド掘進機の側断面図である。
【図２】図１の実施形態に係るシールド掘進機の要部拡大正面図である。
【図３】図１の実施形態に係るシールド掘進機の要部拡大側面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。
【図５】（ａ）は図２のＶａ−Ｖａ線矢視断面図であり、（ｂ）は図２のＶｂ−Ｖｂ線矢視断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）はビット切替の第一〜第四工程をそれぞれ示す概略図である。
【図７】回転拘束手段の変形例を示すシールド掘進機の要部拡大側断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）はビット切替の第一〜第四工程をそれぞれ示す概略図である。
【図９】他の実施形態に係るシールド掘進機の要部拡大正面図である。
【図１０】図９の実施形態に係るシールド掘進機の要部拡大側面図である。
【図１１】図９のＸＩ−ＸＩ線矢視断面図である。
【図１２】（ａ）は図９のＸＩＩａ−ＸＩＩａ線矢視断面図であり、（ｂ）は図９のＸＩＩｂ−ＸＩＩｂ線矢視断面図である。
【図１３】他の実施形態に係るシールド掘進機の要部拡大正面図である。
【図１４】他の実施形態に係るシールド掘進機の要部拡大側面図である。
【図１５】図１３のＸＶ−ＸＶ線矢視断面図である。
【図１６】（ａ）は図１３のＸＶＩａ−ＸＶＩａ線矢視断面図であり、（ｂ）は図１３のＸＶＩｂ−ＸＶＩｂ線矢視断面図である。
【図１７】（ａ）〜（ｄ）はビット切替の第一〜第四工程をそれぞれ示す概略図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ シールド掘進機
４ カッタヘッド
６ カッタビット（ビット）
６ａ 最外周ビット
１３ カッタスポーク（ヘッド部材）
１４ ロックジャッキ（回転拘束手段）
３０ ビット切替装置
３１ 回転軸
３６ ロックロッド（回転拘束手段）
３７ 凹部（回転拘束手段）
３８ 係合部（回転拘束手段）
４１ チェーン駆動機構（回転手段）
４２ スプロケット（回転手段）
４３ チェーン（回転手段）
４４ 係合部（回転拘束手段）
４５ 凹部（回転拘束手段）
４７ 回転軸
４８ ラックアンドピニオン機構（回転拘束手段、回転手段）
４９ ピニオン（回転拘束手段、回転手段）
５１ ロックロッド（回転拘束手段、回転手段）
５２ ロックジャッキ（回転拘束手段、回転手段）
５４ クサビ部（回転拘束手段）
５５ 係合部（回転拘束手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切羽に対して回転し、径方向に延びるように配置されたヘッド部材を有するカッタヘッドと、上記ヘッド部材に設けられ、上記カッタヘッドの回転方向に沿って延びる軸廻りに回転自在で、且つ、少なくとも一端部が上記ヘッド部材の側部から上記ヘッド部材外へと突出する回転軸と、該回転軸における上記ヘッド部材外へと突出された端部に、その回転方向に所定間隔を隔てて設けられた複数のビットと、上記回転軸の回転を拘束するための回転拘束手段と、該回転拘束手段による上記回転軸の回転拘束を解除した状態でその回転軸を回転させるための回転手段とを備えたことを特徴とするビット切替装置。
【請求項２】
上記複数のビットが、当初使用するビットの高さが次に使用するビットの高さよりも大きい請求項１に記載のビット切替装置。
【請求項３】
上記回転拘束手段が、上記ヘッド部材内に設けられ、上記カッタヘッドの径方向に移動自在なロックロッドと、該ロックロッドに設けられた凹部と、上記回転軸に設けられ、上記ロックロッドの凹部に係合される係合部と、上記ロックロッドを上記ロックロッドの凹部と上記回転軸の係合部とが係合される位置とその係合が解除される位置とに移動させるためのロックジャッキとを有する請求項１又は２に記載のビット切替装置。
【請求項４】
上記回転拘束手段及び上記回転手段が、ラックアンドピニオン機構を有する請求項１又は２に記載のビット切替装置。
【請求項５】
上記回転軸が、上記カッタヘッドの径方向に所定間隔を隔てて複数設けられ、
上記回転手段が、隣接する上記回転軸を同時に回転させないものである請求項１〜４いずれかに記載のビット切替装置。
【請求項６】
最外周ビットが、切羽と当接する位置において、上記回転軸に対して上記カッタヘッドの径方向外側にずれるように配置される請求項１〜５いずれかに記載のビット切替装置。
【請求項７】
請求項１〜６いずれかに記載のビット切替装置を備えたことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項１】
切羽に対して回転し、径方向に延びるように配置されたヘッド部材を有するカッタヘッドと、上記ヘッド部材に設けられ、上記カッタヘッドの回転方向に沿って延びる軸廻りに回転自在で、且つ、少なくとも一端部が上記ヘッド部材の側部から上記ヘッド部材外へと突出する回転軸と、該回転軸における上記ヘッド部材外へと突出された端部に、その回転方向に所定間隔を隔てて設けられた複数のビットと、上記回転軸の回転を拘束するための回転拘束手段と、該回転拘束手段による上記回転軸の回転拘束を解除した状態でその回転軸を回転させるための回転手段とを備えたことを特徴とするビット切替装置。
【請求項２】
上記複数のビットが、当初使用するビットの高さが次に使用するビットの高さよりも大きい請求項１に記載のビット切替装置。
【請求項３】
上記回転拘束手段が、上記ヘッド部材内に設けられ、上記カッタヘッドの径方向に移動自在なロックロッドと、該ロックロッドに設けられた凹部と、上記回転軸に設けられ、上記ロックロッドの凹部に係合される係合部と、上記ロックロッドを上記ロックロッドの凹部と上記回転軸の係合部とが係合される位置とその係合が解除される位置とに移動させるためのロックジャッキとを有する請求項１又は２に記載のビット切替装置。
【請求項４】
上記回転拘束手段及び上記回転手段が、ラックアンドピニオン機構を有する請求項１又は２に記載のビット切替装置。
【請求項５】
上記回転軸が、上記カッタヘッドの径方向に所定間隔を隔てて複数設けられ、
上記回転手段が、隣接する上記回転軸を同時に回転させないものである請求項１〜４いずれかに記載のビット切替装置。
【請求項６】
最外周ビットが、切羽と当接する位置において、上記回転軸に対して上記カッタヘッドの径方向外側にずれるように配置される請求項１〜５いずれかに記載のビット切替装置。
【請求項７】
請求項１〜６いずれかに記載のビット切替装置を備えたことを特徴とするシールド掘進機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００７−３２７２６４（Ｐ２００７−３２７２６４Ａ）
【公開日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１５９７０１（Ｐ２００６−１５９７０１）
【出願日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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