掘削機のカッタビット交換方法および交換装置
【課題】カッタスポーク背面の狭い作業空間で、スムーズにビット交換作業ができる。
【解決手段】交換用ビット３１で前部に掘削刃部３１Ｂを有するビット本体３１Ａに、背面に開口されるジャッキ収容穴６１を形成しておき、ジャッキ収容穴６１内に、押引きジャッキ５５のジャッキ本体５５ａを収容固定した状態で、作業空間２９の背面に設けられた反力受け部材５６に、押引きジャッキ５５の作動ロッド５５ｂを連結し、押引きジャッキ５５を伸縮して、交換用ビット３１をビットガイド体３７のビットガイド穴３８に離脱、挿入させ、作業空間２８における交換用ビット３１の搬出と搬出を、ジャッキ収容穴６１に押引きジャッキ５５を収容した状態で行う。
【解決手段】交換用ビット３１で前部に掘削刃部３１Ｂを有するビット本体３１Ａに、背面に開口されるジャッキ収容穴６１を形成しておき、ジャッキ収容穴６１内に、押引きジャッキ５５のジャッキ本体５５ａを収容固定した状態で、作業空間２９の背面に設けられた反力受け部材５６に、押引きジャッキ５５の作動ロッド５５ｂを連結し、押引きジャッキ５５を伸縮して、交換用ビット３１をビットガイド体３７のビットガイド穴３８に離脱、挿入させ、作業空間２８における交換用ビット３１の搬出と搬出を、ジャッキ収容穴６１に押引きジャッキ５５を収容した状態で行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掘削途中に掘削ビットを交換するための掘削機のカッタビット交換方法および交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、掘削途中に、シールド機のカッタディスクに装着されたカッタビットを交換する方法が提案されている。この交換方法は、１）カッタディスクを構成するカッタスポークの内側で、カッタビットにカッタビット引抜き用ジャッキを取り付け、２）カッタビットをカッタスポークに固定しているカッタビット取付ボルトを外し、３）カッタビット引抜用ジャッキを縮めてカッタビットを引き、４）カッタビットを引くことにより開口したカッタスポークの孔をバルブで閉じて止水し、５）カッタビット引抜用ジャッキをカッタビット及びカッタスポークから外し、６）カッタビットをカッタスポークから外し、７）この後、逆の動作で新しいカッタビットをカッタスポークに取り付けるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２５５７１６９号公報（図６、図７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記構成において、ビット本体と掘削刃部からなる交換用カッタビットは、カッタスポークの前面板に形成された装着穴を貫通して配置され、交換する時には、装着穴から内部空間に抜き出される。このカッタスポークの取付部では、ａ）掘削力に対抗できるだけの十分な強度を持ってビット本体をカッタスポークに保持すること、ｂ）抜き出し時に切り羽面から浸入する泥水を装着穴との間でシールすることから、カッタビットにシール可能な十分な長さが必要であること、ｃ）カッタビット引抜用ジャッキは、カッタビット全体を作業空間内に引き出すだけの伸縮ストロークが必要なこと、等の要件がある。一方、ｄ）切羽崩壊土圧を保持しつつ掘削土砂を大気圧側に送り出す圧力室の容積も、十分に確保しなればならないこと、ｅ）カッタスポークからその背面圧力室に突出される作業空間の容積が大きいと、圧力室における掘削土砂の混練能力が低下すること、等のシールド掘進機の構造的な問題もある。したがって、カッタスポークの背面側に許容される作業空間の容積は限られており、カッタスポークの作業空間の奥行きを十分に確保することが困難であるという問題があった。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決して、カッタスポーク背面の作業空間が狭くても、交換用ビットの交換作業をスムーズに行うことができる掘削機のカッタビット交換方法および交換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明は、カッタヘッドのビットガイド穴に装着された交換用ビットにより地山を掘削し、掘削途中で磨耗した交換用ビットを、押引きジャッキにより前記ビットガイド穴からカッタヘッドの背面に形成された作業空間に引き出して離脱させるとともに、前記ビットガイド穴を閉鎖し、磨耗した交換用ビットを前記作業空間から搬出し、逆の手順で、新規な交換用ビットを搬入して前記押引きジャッキにより前記ビットガイド穴に挿入する掘削機のカッタビット交換方法であって、
交換用ビットで前部に掘削刃部を有するビット本体に、背面に開口されるジャッキ収容穴を形成しておき、当該ジャッキ収容穴内に、押引きジャッキのジャッキ本体を収容固定した状態で、前記作業空間内の背面に設けられた背面支持部を反力受けとして、押引きジャッキを伸縮して前記ビットガイド穴に対する交換用ビットの離脱と挿入とを行い、
さらに前記ジャッキ収容穴に押引きジャッキのジャッキ本体を収容した状態で、前記作業空間における交換用ビットの搬出と搬出とを行うものである。
【０００７】
上記方法によれば、ビット本体に形成されたジャッキ収容穴に、押引きジャッキのジャッキ本体を収容することにより、出退ストロークの長い押引きジャッキを使用して、交換用ビットを押し引きすることができる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の方法において、
ジャッキ収容穴内にジャッキ本体の基端側の一部を収容した一次固定位置に押引きジャッキを固定した状態で、地山を掘削する使用位置と、当該使用位置から後退されてビットガイド穴を閉鎖可能なガイド穴開閉位置との間で、交換用ビットを出退する一次押引き動作を行い、
前記ジャッキ収容穴内にジャッキ本体の略全体を収容した二次固定位置に前記押引きジャッキを固定した状態で、前記ガイド穴開閉位置と前記ビットガイド穴から作業空間に離脱された離脱位置との間で交換用ビットを出退する二次押引き動作を行うものである。
【０００９】
請求項３記載の発明は、
カッタヘッドに形成されたビットガイド穴から前方に突出されて地山を掘削する交換用ビットと、カッタヘッドの背面に形成された作業空間と前記ビットガイド穴との間で交換用ビットを離脱、挿入する押引きジャッキと、前記ビットガイド穴を開閉するゲート開閉装置とを具備した掘削機のカッタビット交換装置であって、
交換用ビットのビット本体に、前記押引きジャッキのジャッキ本体を収容可能なジャッキ収容穴を形成して背面に開口させ、
当該ジャッキ収容穴にジャッキ本体が収容固定された押引きジャッキにより、前記作業空間内の背面に設けられた背面支持部を反力受けとして、前記ビットガイド穴に対する交換用ビットの引き出し動作と押し込み動作を行い、またジャッキ収容穴に押引きジャッキを収容固定した状態で、交換用ビットの前記作業空間における搬出と搬入とを行うように構成されたものである。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の構成において、
ジャッキ本体の基端側の一部がジャッキ収容穴に収容される一次固定位置と、ジャッキ本体の略全体がジャッキ収容穴に収容される二次固定位置との間で、ジャッキ収容穴における押引きジャッキの固定位置を調整可能な調整固定機構を設け、
当該調整固定機構により、前記一次固定位置と前記二次固定位置でそれぞれ押引きジャッキを出退駆動することにより、押引きジャッキの実質的な伸縮ストロークを拡張可能に構成したものである。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の構成において、
調整固定機構は、ジャッキ本体の外周部に形成された雄ねじ部と、当該雄ねじ部に雌ねじ部を介して移動可能に嵌合され、ジャッキ本体をジャッキ収容穴の開口部に固定可能な可動フランジとを具備したものである。
【００１２】
請求項６記載の発明は、請求項４記載の構成において、
調整固定機構は、ジャッキ本体の基端側で外周部に突設されて一次固定位置でジャッキ収容穴の開口部に固定可能な一次フランジと、ジャッキ本体の先端側で外周部に突設されて二次固定位置でジャッキ収容穴の開口部に固定可能で、かつ前記一次フランジに対して９０°位相が相違された二次フランジとを有し、
前記ジャッキ収容穴の開口部を、前記一次フランジと相似形で前記一次フランジを通過可能な大きさに形成したものである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１または３記載の発明によれば、交換用ビットのビット本体に形成されて背面に開口されたジャッキ収容穴に、押引きジャッキのジャッキ本体を収容し、作業空間の背面支持部を反力受けとして、押引きジャッキによりビットガイド穴内の交換用ビットを押し引きするので、ビットガイド穴から作業空間の背面までの距離が、従来のように交換用ビットの長さ＋押引きジャッキの収縮時の長さ分を確保できない狭い作業空間であっても、交換用ビットの長さ＋α（背面支持部と連結部材）の作業空間であれば、出退ストロークを十分に長く確保可能な押引きジャッキを使用して、ビットガイド穴に対して交換用ビットを挿入、離脱させることができる。また、ジャッキ収容穴に押引きジャッキを収容した状態で、磨耗した交換用ビットの搬出と新規な交換用ビットの搬入とを行うことで、狭い作業空間であっても、交換用ビットの挿入と離脱を容易かつスムーズに行うことができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、ジャッキ収容穴内でジャッキ本体の固定位置を、一次固定位置と二次固定位置との間で変位させて、それぞれの固定位置で交換用ビットを押し引き駆動することにより、押引きジャッキが変位した変位距離だけ長い出退ストロークを確保することができる。これにより、小型の押引きジャッキを使用することができて、押引きジャッキおよび交換用ビットのコンパクト化を図ることができる。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、調整固定機構により、一次固定位置と二次固定位置で押引きジャッキをそれぞれ出退駆動することにより、押引きジャッキの実質的な伸縮ストロークを変位距離だけ長く拡張することができる。これにより伸縮ストロークの小さい小型の押引きジャッキを使用することができて、交換用ビットと押引きジャッキのコンパクト化を図ることができる。また使用位置とガイド穴開閉位置との間の交換用ビットの一次押引き動作と、ビットガイド穴のゲート開閉動作と、ガイド穴開閉位置と作業空間内の離脱位置の間の交換用ビットの二次押引き動作とを行うことで、止水作業と交換用ビットの離脱、装着作業をスムーズに行うことができる。
【００１６】
請求項５記載の発明によれば、押引きジャッキを挿脱する際の押引き反力を、ジャッキ本体の雄ねじ部から可動フランジを介して交換用ビットに伝達することができる。また、固定位置の移動も可動フランジを回転させるだけで容易に行うことができる。
【００１７】
請求項６記載の発明によれば、ジャッキ本体の基端側と先端側とに一次フランジと二次フランジとを互いに位相をずらせて取り付けたので、開口部で、ジャッキ本体を軸心周りに回転させて、開口部と一次、二次フランジの位相をずらせることにより、ジャッキ本体を交換用ビットの開口部に固定することができる。また開口部と一次フランジの位相を合わせることにより、一次フランジを開口部からジャッキ収容穴に挿入し、ジャッキ本体を奥側に押し込んで収容固定することができる。これにより、ジャッキ収容穴における押引きジャッキの固定位置を容易に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）および（ｂ）は、本発明に係るシールド掘進機のカッタビット交換装置の実施例１を示し、（ａ）はビット交換ユニットの交換用ビットの引き出し前の側面視の断面図、（ｂ）は交換用ビットの離脱状態を示す側面視の断面図である。
【図２】ビット交換ユニットを具備したカッタヘッドの全体正面図である。
【図３】シールド掘進機の全体縦断面図である。
【図４】ビット交換ユニットを示す正面図である。
【図５】ビット交換ユニットの背面図である。
【図６】ビット交換ユニットにおける交換用ビットの引き出し準備状態を示す平面視の断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は交換用ビットを示し、（ａ）は側面視の断面図、（ｂ）は平面視の断面図、（ｃ）は背面図である。
【図８】図６における拡大Ａ−Ａ断面図である。
【図９】図６における拡大Ｂ−Ｂ断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は押引きジャッキを示し、（ａ）は側面半断面図、（ｂ）はＣ−Ｃ拡大断面図、（ｃ）はＤ−Ｄ拡大矢視図である。
【図１１】マンホールと作業空間を示す平面視の断面図である。
【図１２】（ａ）および（ｂ）は、交換用ビットの搬送状態を示す吊下搬送装置を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図１３】（ａ）および（ｂ）は、交換用ビットの搬送状態を示す搬送整合装置を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図１４】（ａ）および（ｂ）は、押引きジャッキの搬送状態を示す搬送整合装置を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図１５】（ａ）および（ｂ）は、ビット交換作業における押引きジャッキの搬入状態を示し、（ａ）は平面視の断面図、（ｂ）は側面視の断面図である。
【図１６】（ａ）および（ｂ）は、ビット交換作業における押引きジャッキの装着状態を示し、（ａ）は平面視の断面図、（ｂ）は側面視の断面図である。
【図１７】（ａ）および（ｂ）は、ビット交換作業における一次押引き動作の終了状態を示し、（ａ）は平面視の断面図、（ｂ）は側面視の断面図である。
【図１８】（ａ）および（ｂ）は、ビット交換作業におけるゲート閉動動作を示し、（ａ）は平面視の断面図、（ｂ）は側面視の断面図である。
【図１９】（ａ）および（ｂ）は、ビット交換作業における二次押引き動作を示し、（ａ）は平面視の断面図、（ｂ）は側面視の断面図である。
【図２０】（ａ）および（ｂ）は、ビット交換作業における交換用ビットの搬出動作を示し、（ａ）は平面視の断面図、（ｂ）は側面視の断面図である。
【図２１】（ａ）および（ｂ）は、本発明に係るシールド掘進機のカッタビット交換装置の実施例２を示し、（ａ）はビット交換ユニットの交換用ビットの引き出し前の側面視の断面図、（ｂ）は交換用ビットの離脱、搬出状態を示す側面視の断面図である。
【図２２】マンホールと作業空間を示す平面視の断面図である。
【図２３】吊下搬送装置を示す正面図である。
【図２４】（ａ）および（ｂ）は押引きジャッキを示し、（ａ）は側面半断面図、（ｂ）は（ａ）に示すＥ−Ｅ拡大矢視図である。
【図２５】（ａ）および（ｂ）は、本発明に係るシールド掘進機のカッタビット交換装置の実施例３を示し、（ａ）はビット交換ユニットを示す正面図、（ｂ）はビット交換ユニットの平面視の断面図である。
【図２６】（ａ）および（ｂ）は、本発明に係るシールド掘進機のカッタビット交換装置の実施例４を示し、（ａ）はビット交換ユニットを示す正面部分断面図、（ｂ）は（ａ）に示すＦ−Ｆ断面図である。
【図２７】（ａ）および（ｂ）は、本発明に係るシールド掘進機のカッタビット交換装置の実施例５を示し、（ａ）はビット交換ユニットの交換用ビットの引き出し前の側面視の断面図、（ｂ）は交換用ビットの離脱、搬出状態を示す側面視の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１９】
以下、本発明に係る掘削機であるシールド掘進機のカッタビット交換装置の実施例を図面に基づいて説明する。
［実施例１］
【００２０】
［シールド掘進機の構成］
実施例１を図１〜図２０を参照して説明する。
このシールド掘進機は、直径が８ｍ以上の大口径トンネル掘削用で、図３に示すように、円筒形のシールド本体（掘削機本体）１１の前部に、切羽崩壊土圧を保持する圧力隔壁１２が設けられ、この圧力隔壁１２に、旋回リング体１４が旋回軸受１３を介してシールド軸心（掘削機軸心）Ｏ周りに回転自在に支持されている。そして、この旋回リング体１４から前方に突設された複数の支持脚１５の前端部に、円形のカッタヘッド１６が支持され、また圧力隔壁１２の後部に、カッタヘッド１６を回転駆動するカッタ駆動装置１７が設けられている。このカッタ駆動装置１７は、旋回リング体１４の背面に設けられたリングギヤ１７ａと、このリングギヤ１７ａに噛み合う複数の駆動ピニオン１７ｂと、前記駆動ピニオン１７ｂをそれぞれ回転駆動する複数の回転駆動装置（油圧式または電動式モータ）１７ｃとで構成されている。さらに前記圧力隔壁１２の前部に、切羽崩壊土圧を保持する圧力室１９が形成され、カッタヘッド１６により掘削された土砂を混練しつつ、この圧力室１９から大気圧に保持された後方空間に排出する排土用スクリュコンベヤ装置１８が設けられている。
【００２１】
カッタヘッド１６は、図２に示すように、シールド軸心Ｏ上に配置された中心部材２０から半径方向軸ＲＬに沿って延びる複数の主スポーク部材２１と、主スポーク部材２１の間で半径方向に延びる複数の副スポーク部材２２と、シールド軸心Ｏを中心とする円弧方向に配設されて主スポーク部材２１および副スポーク部材２２を連結する中間リング部材２３および外周リング部材２４とを具備している。そして、これら各部材２１〜２４間に土砂取り入れ口２５が形成されている。
【００２２】
前記主スポーク部材２１の前部に、本発明に係る複数のビット交換ユニット（ビット交換装置）３０がそれぞれ配列され、各ビット交換ユニット３０に２本の交換用ビット３１がそれぞれ設けられている。また主スポーク部材２１の外周端の周方向両側に、外周ビット交換ユニット１３０が設けられている。さらに中心部材２０や副スポーク部材２２の前面および側面、主スポーク部材２１の側面に複数の固定ビット２６がそれぞれ設けられている。
【００２３】
図３に示すように、前記中心部材２０の背面側に、作業員が出入り可能なマンホール２７が設けられており、このマンホール２７は圧力隔壁１２を貫通して、大気圧に保持された後方空間から出入り可能に連通されている。また各主スポーク部材２１の背面側に背面フレーム２９が設けられ、この背面フレーム２９により、マンホール２７から出入り可能な作業空間２８が形成されている。この背面フレーム２９の横断面形状は、図１に示すように、前面側の周方向（回転方向）の幅に比較して、背面側の周方向（回転方向）の幅が狭く形成されている。すなわち、背面フレーム２９は、スポーク前面板（前面板）２１ａの左右側縁から後方に垂設された左右の側面板２９ａと、左右の側板２９ａの後縁部から内側に傾斜して背面側ほど狭くなる傾斜面板２９ｂと、左右の側面傾斜板の後縁部を連結する背面板２９ｃとを具備し、背面板２９ｃの幅が狭い釣鐘形の横断面形状に形成されている。これにより、掘削土砂の取り込みや攪拌による摩擦抵抗が軽減されるとともに、強度が確保されており、作業空間２８は、半径方向軸線ＲＬ（図２、図４）の周方向両側において後方への奥行きが狭くなっている。
【００２４】
図２、図４，図５に示すように、主スポーク部材２１に半径方向に沿って複数のビット交換ユニット３０が所定ピッチで配設されている。これら各ビット交換ユニット３０に毎に、それぞれ２本ずつの交換用ビット３１が、主スポーク部材２１の中心となる半径方向軸線ＲＬ上に配置され、作業空間２８における交換用ビット３１の後方の奥行き方向および周方向の幅が確保されている。
【００２５】
（交換用ビット）
交換用ビット３１は、図７に示すように、円筒形のビット本体３１Ａと、このビット本体３１Ａの前部から前方に突出された掘削刃部３１Ｂとを具備している。そして掘削刃部３１Ｂは、ビット本体３１Ａに比較して外径が小さく形成され、後述のビットガイド穴３８から出退可能に形成されている。ビット本体３１Ａは、基筒部３１ａと、基筒部３１ａの前部に一体に取り付けられるとともに掘削刃部３１Ｂが突設された基台部３１ｂと、基筒部３１ａの後端部に設けられたフランジ部３１ｃとを有し、フランジ部３１ｃの背面に、この交換用ビット３１を押引きする押引きジャッキ５５を固定するためのボルト穴が形成されている。
【００２６】
前記基筒部３１ａの軸心部に、押引きジャッキ５５を収容可能なジャッキ収容穴６１が形成され、このジャッキ収容穴６１は、フランジ部３１ｃに形成された開口部６２を介して作業空間２８に連通されている。またフランジ部３１ｃの対称位置に、掘削使用状態で位置決め固定する使用位置凹部３１ｅが形成されている。さらに基筒部３１ａの前部に、交換用ビット３１が後退されたガイド穴開閉位置で位置決め固定する退避位置凹部３１ｆが形成されている。さらにまたフランジ部３１ｃに回り止め用エッジ３１ｇが設けられ、これら回り止め用エッジ３１ｇは、使用位置凹部３１ｅの底面に直交する互いに平行な面により形成されている。
【００２７】
（押引きジャッキ）
押引きジャッキ５５はたとえば油圧式シリンダにより構成され、図１０に示すように、ジャッキ本体５５ａと、ジャッキ本体５５ａ内の伸展、収縮用の油室内にスライド自在に配置されたピストン５５ｃと、このピストン５５ｃから先端側に伸びる出退自在な作動ロッド５５ｂとを具備している。そして、作動ロッド５５ｂの先端に取り付けられた連結部材５５ｄに、油圧を給排出する２つのポート５５ｅ，５５ｆが形成され、ポート５５ｅ，５５ｆに連通された２本の油圧流路５５ｇ，５５ｈが、作動ロッド５５ｂを介してピストン５５ｃの前後部に開口され、伸展、収縮用の油室にそれぞれ接続されている。
【００２８】
さらにジャッキ本体５５ａには、ジャッキ収容穴６１に対してジャッキ本体５５ａの固定位置を調整可能な調整固定機構６３が設けられている。この調整固定機構６３により、ジャッキ収容穴６１に対するジャッキ本体５５ａを、図７（ｂ），図１８に示すようにジャッキ本体５５ａの基端側の一部がジャッキ収容穴６１に収容された一次固定位置Ｒ１と、図７（ａ），図１７に示すように、ジャッキ本体５５ａの略全体がジャッキ収容穴６１に収容された二次固定位置Ｒ２との間で前後方向に変位させてそれぞれ固定し、一次固定位置Ｒ１と二次固定位置Ｒ２でそれぞれ押引きジャッキ５５を伸縮させることにより、実質的に押引きジャッキ５５の駆動ストロークを、後述の一次フランジ６３ａと二次フランジ６３ｂの変位距離Ｌ分だけ拡張することができる。
【００２９】
この調整固定機構６３は、ジャッキ本体５５ａの基端側に、交換用ビット３１のジャッキ収容穴６１の開口部６２外周に固定可能なボルト穴を有する花弁形の一対の一次フランジ６３ａを対称方向に突設し、またジャッキ本体５５ａの先端部近傍に、交換用ビット３１のジャッキ収容穴６１の開口部６２外周に固定可能なボルト穴を有する花弁形の一対の二次フランジ６３ｂを、一次フランジ６３ａに対して９０°位相を変えて突設している。そして、図７（ｃ）に示すように、開口部６２が、二次フランジ６３ｂより僅かに大きい相似形に形成されており、互いに位相を合わせることで、一次フランジ６３ａが開口部６２を通過してジャッキ本体５５ａをジャッキ収容穴６１に挿入することができる。
【００３０】
（ビット交換ユニットの基本構造）
図１，図４，図６に示すように、ビット交換ユニット３０は、主スポーク部材２１のスポーク前面板２１ａの半径方向軸ＲＬ上に装着穴部２１ｂが形成され、これら装着穴部２１ｂに、左右一対の取付リング片４０を介してユニット前面板３２がそれぞれ嵌合され、固定ボルトにより固定されている。そして、これら各ユニット前面板３２の中心位置に、シールド軸心Ｏと平行な開閉軸心ＯＣが設けられ、各ユニット前面板３２に、前記開閉軸心ＯＣを中心とする円弧線と半径方向軸線ＲＬとの２つの交点に開口穴３３がそれぞれ形成されている。そして、図８に示すように、ユニット前面板３２の背面側に、取付リング片４０を介してゲート板３４が開閉軸心ＯＣを中心に回動自在に配置され、このゲート板３４に、２つの開口穴３３をそれぞれ連通、閉鎖自在な２個のバルブ口３５が形成されている。そして、このゲート板３４を、開口穴３３とバルブ口３５とが合致する連通位置と、開口穴３３からバルブ口３５が位置ずれして閉鎖する閉鎖位置との間で略９０°往復回動可能なゲート開閉装置３６が設けられている。さらにゲート板３４の背面側にビットガイド体３７が取り付けられ、このビットガイド体３７に、バルブ口３５を介して開口穴３３に連通するビットガイド穴３８がそれぞれ形成されている。
【００３１】
（ゲート開閉装置）
図１，図８に示すように、前記ゲート開閉装置３６はギヤ式回動機構からなり、このギヤ式回動機構は、円形のゲート板３４の外周部に開閉軸心ＯＣを中心とする周方向に約９０°より少し大きい範囲で形成された外歯ギヤ３６ａと、ビットガイド体３７と取付リング片４０との間に回転自在に支持されて前記外歯ギヤ３６ａに噛合するピニオン３６ｂと、このピニオン３６ｂが固定されて作業空間２８側に突出された駆動軸３６ｃとを有している。この駆動軸３６ｃに、ラチェットレンチなどの手動工具や、電動式または油圧式のトルクレンチなどの自動工具を装着して駆動軸３６ｃを回転させ、ゲート板３４を回動して開口穴３３を開閉することができる。
【００３２】
また図８に示すように、ゲート板３４の外周部に、ゲート板３４の回動を規制する回動規制具３９が設けられている。この回動規制具３９は、ゲート板３４の外周部で所定位置に開閉軸ＯＣを中心として９０°の範囲にわたって形成された円弧凹部３９ａと、ビットガイド体３７の面板部４１の内面に突設されて円弧凹部３９ａに移動自在に嵌合されるストッパピン３９ｂとで構成され、バルブ口３５が開口穴３３に一致する位置でゲート板３４の回動限を規制している。
【００３３】
上記ゲート開閉装置３６によれば、ギヤ式回動機構により外周部を駆動してゲート板３４を回動させるので、作業空間２８との空間的な干渉がほとんどない。また小さいトルクでゲート板３４を回動させることができ、手動工具や自動工具などの簡易な作業機器により、容易に開閉駆動することができる。さらに、ゲート板３４が円形に形成され、取付リング片４０を介して外周部が回転自在に支持されるので、ゲート板３４の回動中心となる軸部材が不要となり、この分、ゲート板３４の外径を小さくすることができ、ビット交換ユニット３０のコンパクト化を図ることができる。
【００３４】
（ビットガイド体）
図１，図５〜図７，図９に示すように、ユニット前面板３２に取付リング片４０を介してビットガイド体３７がその外周部を固定ボルトで固定されている。ビットガイド体３７は、ゲート板３４の背面を覆い外周部が固定された面板部４１と、この面板部４１から後方に突設されてビットガイド穴３８が形成された２個の保持筒部４２と、これら保持筒部４２間を連結する連結ブロック４３とを具備している。そして、連結ブロック４３の後端面に、交換用ビット３１の回り止め用エッジ３１ｇに係合する固定ブロック４４が取り付けられている。また保持筒部４２の後端面に、交換用ビット３１のフランジ部３１ｃが固定ボルトを介して着脱可能に固定されるボルト穴が形成されるとともに、使用位置凹部３１ｅと退避位置凹部３１ｆとに係合離脱自在な位置決め用の係止爪４５が係脱用ボルト４６を介して対称位置に取り付けられている。これら係止爪４５は、係脱用ボルト４６が半径方向に長い長穴を介して装着されて、使用位置凹部３１ｅと退避位置凹部３１ｆとにそれぞれ係脱、固定することができる。
【００３５】
（止水用シール材）
図１，図６，図７，図８に示すように、このビット交換ユニット３０において、切羽側から作業空間２８内に高圧泥水が浸入するのを防止するために、交換用ビット３１の基台部３１ｂと基筒部３１ａの後端部の外周部に、装着溝を介して第１，第２ビット用シール材５１，５２がそれぞれ装着されている。使用位置では、第１ビット用シール材５１により、交換用ビット３１と開口穴３３の隙間がシールされ、また第２ビット用シール材５２により、基筒部３１ａとビットガイド穴３８との隙間がシールされる。また交換退避位置では、第１ビット用シール材５１により、交換用ビット３１の基台部３１ｂとビットガイド穴３８との隙間がシールされる。これら第１，第２ビット用シール材５１，５２は、交換用ビット３１の交換時に交換することができ、十分なシール性を確保することができて信頼性が高い。
【００３６】
もちろん、第１，第２ビット用シール材５１，５２をスポーク前面板３２および面板部４１の摺接面に装着溝を介して取り付けることもできる。
またゲート板３４には、その前面と後面でバルブ口３５の周縁部に第１ゲート用シール材５３が装着溝を介して装着されるとともに、ゲート板３４の外周部に第２ゲート用シール材５４が装着溝を介して装着されている。前面の第１，第２ゲート用シール材５３，５４により、ゲート板３４とスポーク前面板３２と隙間に泥水が浸入するのが防止され、後面の第１，第２ゲート用シール材５３，５４により、ゲート板３４と面板部４１と隙間に泥水が浸入するのが防止される。
【００３７】
バルブ口３５の周囲をシールする第１ゲート用シール材５３は、ゲート板３４の回動途中で開口穴３３またはビットガイド穴３８を通過するが、掘削作業中および交換作業中は、完全に摺動面に密着しており、損傷の危険性も低いため、シール性を十分に確保することができる。またゲート板３４の外周部をシールする第２ゲート用シール材５４は、常時摺動面と密着しており、シール空間の容積変化もなく、損傷などの危険性も低いため、シール性を十分に確保することができる。
【００３８】
もちろん、スポーク前面板３２側または面板部４１側に装着溝を介して第１，第２ゲート用シール材５３，５４を装着することもできる。
（交換支援設備）
図１１〜図１４に示すように、このビット交換ユニット３０の交換支援設備として、押引きジャッキ５５付きの交換用ビット３１または押引きジャッキ５５単体を、マンホール２７と作業空間２８の入口の間で搬送する吊下搬送装置７１と、作業空間２８の入口とビット交換ユニット３０の背面対向位置の間で、押引きジャッキ５５付きの交換用ビット３１または押引きジャッキ５５単体をそれぞれ搬送する搬送整合装置８１とが設けられている。
【００３９】
吊下搬送装置７１は、図１１，図１２に示すように、天井部に敷設された天井レール７２と、この天井レール７２に複数のガイドローラを介して移動自在に支持された吊下台車７３と、吊下台車７３に、巻取機（レバーブロック）７４から繰出し、巻取られるチェーン７４ａを介して支持された左右一対のクランプアーム７５とを具備し、クランプアーム７５の先端部に設けられた保持具７５ａにより、交換用ビット３１や押引きジャッキ５５をそれぞれ把持して吊持し、マンホール２７と作業空間２８の入口の間で搬送することができる。
【００４０】
搬送整合装置８１は、図１１に示すように、作業空間２８内で、スポーク前面板２１ａの背面側に突設された取付治具８２と、ビット交換ユニット３０の面板部４１に取り付けられた支持治具８３とを介して作業空間２８の入口と目的のビット交換ユニット３０の背面との間に上下一対の搬送レール８４が半径方向軸ＲＬに沿って敷設される。これら搬送レール８４には、たとえば手動式（またはラック・ピニオン機構と電動モータなどを使用した駆動式でも可）の２台の搬送台車８５が移動自在に支持されており、たとえばビット交換ユニット３０に設けられた交換用ビット３１の本数に対応して、２台の搬送台車８５が設置されている。これら搬送台車８５は、図１３，図１４に示すように、搬送レール８４にスラストベアリングを介して案内される基端台車部８５ａと、この基端台車部８５ａから背面側に伸びるアーム部８５ｂを有し、このアーム部８５ｂに、左右一対の出退レール８６がシールド軸心Ｏと平行なビット挿入離脱方向に敷設されている。これら出退レール８６に調整台車８７が移動自在に案内配置され、この調整台車８７に昇降調整機構８８を介して整合台８９が昇降自在に支持されている。この昇降調整機構８８は、調整台車８７に整合台８９を昇降自在に案内する４本のガイドロッド８８ａと、中央部に配置されて整合台８９を昇降駆動する手動式のねじ駆動ジャッキ８８ｂとで構成されている。また整合台８９には、固定ねじ９０ａを介して門形の保持具９０Ａ，９０Ｂがそれぞれ着脱自在に配置され、これら保持具９０Ａ，９０Ｂにより交換用ビット３１または押引きジャッキ５５をそれぞれ着脱自在に保持することができる。
【００４１】
（ビット交換ユニットの交換作業）
トンネルの掘削状態では、交換用ビット３１が使用位置に固定されている。掘削が進み交換用ビット３１が磨耗すると、磨耗した交換用ビット３１を有する主スポーク部材２１がたとえば水平姿勢となる位置で、カッタヘッド１６が停止される。そして作業員がマンホール２７から作業空間２８に入り、天井レール７２に吊下搬送装置７１を設置するとともに、搬送レール８４に搬送整合装置８１を設置してビット交換作業を行う。
【００４２】
１）マンホール２７に移動させた吊下搬送装置７１により、クランプアーム７５を介して押引きジャッキ５５を把持させ、吊り上げて吊下台車７３を天井レール７２に沿ってマンホール２７から作業空間２８の入口まで搬送し、２台の搬送整合装置８１の整合台８９に順次受け渡す。
【００４３】
２）作業空間２８の入口に停止された搬送台車８５には、予め整合台８９にジャッキ用の保持具９０Ｂが設置されており、整合台８９上に押引きジャッキ５５を下ろし、保持具９０Ｂをセットして押引きジャッキ５５を整合台８９にそれぞれ固定する。
【００４４】
３）図１５に示すように、各搬送台車８５を作業空間２８の入口から搬送レール８４に沿って移動させて、目的のビット交換ユニット３０の背面に停止させる。そしてねじ駆動ジャッキ８８ｂを操作して交換用ビット３１の開口部６２に対向するように、押引きジャッキ５５の高さを調整する。
【００４５】
４）図１６に示すように、まず油圧配管（図示せず）を各押引きジャッキ５５のポート５５ｅ，５５ｆ（図１０）にそれぞれ接続し、押引きジャッキ５５を少し伸展させて、押引きジャッキ５５の作動ロッド５５ｂに設けられた連結部材５５ｄを、背面フレーム２９の背面板２９ｃに取り付けられた反力受け部材（背面支持部）５６に連結する。次いで、押引きジャッキ５５を所定ストローク伸展させ、整合台８９と共にジャッキ本体５５ａを前方に移動させ、ジャッキ本体５５ａの基端側を開口部６２からビット収納穴６１に嵌入させる。そして、図７（ｂ）に示すように、一次フランジ６３ａをフランジ部３１ｃにボルト止めして、一次固定位置Ｒ１で押引きジャッキ５５のジャッキ本体５５ａを交換用ビット３１にそれぞれ固定する。そして、保持具９０Ｂを外して整合台８９と押引きジャッキ５５とを分離する。
【００４６】
５）図１７に示すように、２本の磨耗した交換用ビット３１について、順次、フランジ部３１ｃの固定ボルトを外して交換用ビット３１とビットガイド体３７とを分離するとともに、係脱ボルト４６を緩めて係止爪４５を使用位置凹部３１ｅから後退させた後、各押引きジャッキ５５をそれぞれほぼ全ストローク収縮させて、交換用ビット３１をビットガイド穴３８に沿って使用位置からそれぞれ引き出し（一次押引き動作）、ガイド穴開閉位置で停止させる。そして、係止爪４５を退避位置凹部３１ｆに突出係合させて係脱ボルト４６を締め付け、磨耗した交換用ビット３１をそれぞれガイド穴開閉位置に固定する。
【００４７】
６）図１８に示すように、手動工具または自動工具を使用して、ゲート開閉装置３６の駆動軸３６ｃを回転駆動し、開閉ギヤ機構を介してゲート板３４を所定角、ここでは９０°回動させることにより、開口部３３とビットガイド穴３８とをそれぞれ閉鎖する（ゲート開閉動作）。さらに、図示しないエア抜きバルブとドレン弁とを操作して、ビットガイド穴３８内でゲート板３４とビット本体３１Ａの間に流入した高圧のエアと泥水とを排出する。ドレン弁を閉じ、エア抜きバルブは新規の交換用ビット３１の挿入まで開放しておく。
【００４８】
７）また各交換用ビット３１では、押引きジャッキ５５を一次固定位置Ｒ１から二次固定位置Ｒ２に変位させる。すなわち、一次フランジ６３ａのボルトを外してジャッキ本体５５ａをフランジ部３１ｃから分離させ、さらにジャッキ本体５５ａを軸心回りに９０°回転させる。そして押引きジャッキ５５を伸展して一次フランジ６３ａを開口部６２から嵌入させてジャッキ本体５５ａをジャッキ収容穴６１の奥側に押し込む。そして、図７（ａ）に示すように、ジャッキ本体５５ａの略全体をジャッキ収容穴６１内に収容させる二次固定位置Ｒ２で、二次フランジ６３ｂをフランジ部３１ｃにボルト止めして、押引きジャッキ５５を交換用ビット３１に固定する。
【００４９】
８）図１９に示すように、係脱ボルト４６を緩めて、係止爪４５を退避位置凹部３１ｆから後退させる。そして開口部６２の後方下部に、予めビット用の保持具９０Ａの受台をセットした整合台８９を配置しておく。押引きジャッキ５５を略全ストローク収縮し、交換用ビット３１をビットガイド穴３８から引き出して離脱させ（二次押引き動作）、これら押引きジャッキ５５付きの交換用ビット３１をそれぞれ搬送整合装置８１の整合台８９に載置する。
【００５０】
９）図２０に示すように、各押引きジャッキ５５の連結部材５５ｄを反力受け部材５６から外して、押引きジャッキ５５と背面フレーム２９とを分離し、さらに固定ねじ９０ａを締め付けて、保持具９０Ａにより交換用ビット３１を整合台８９上に固定する。そして各搬送台車８５を交換ユニット３０の後方から作業空間２８の入口まで、順次搬送レール８４に沿って移動させて押引きジャッキ５５付きの交換用ビット３１を搬出する。
【００５１】
１０）次に保持具９０Ａを外し、吊下搬送装置７１により交換用ビット３１を吊り上げ、吊下台車７３を天井レール７２に沿って作業空間２８の入口からマンホール２７に交互に移動させる。これにより２台の磨耗した交換用ビット３１の搬出をそれぞれ完了する。
【００５２】
新規な交換用ビット３１の装着は、上記と逆の手順で行われるので、その概略のみを説明する。
吊下搬送装置７１と搬送整合装置８１とにより、押引きジャッキ５５がそれぞれ二次固定位置Ｒ２に装着された２台の新規な交換用ビット３１を、順次ビット交換ユニット３０の後方まで搬入する。ついで、押引きジャッキ５５により二次押引き動作が行われ、新規な交換用ビット３１が離脱位置からビットガイド穴３８に挿入されてガイド穴開閉位置まで、さらに係止爪４５により新規な交換用ビット３１がそれぞれビットガイド体３７に固定される。
【００５３】
押引きジャッキ５５が二次固定位置Ｒ２から一次固定位置Ｒ１に変位される。次いでゲート開閉装置３６によりゲート板３４が回動されて（ゲート開閉動作）、各ビットガイド穴３８がそれぞれ開放される。そして、押引きジャッキ５５により一次押引き動作が行われ、新規な交換用ビット３１がそれぞれガイド穴開閉位置から使用位置まで押し込まれ固定される。
【００５４】
押引きジャッキ５５は交換用ビット３１から分離されて搬出される。
（実施例１の効果）
実施例１によれば、交換用ビット３１のビット本体３１Ａに形成されて背面に開口されたジャッキ収容穴６１に、押引きジャッキ５５のジャッキ本体５５ａを収容し、作業空間２８の背面板２９ｃに設置した反力受け部材５６を反力受けとして、押引きジャッキ５５によりビットガイド穴３８内の交換用ビット３１を押し引きして挿入離脱させるので、ビットガイド穴３８から反力受け部材５６までの距離が十分に確保できない狭い作業空間２８であっても、ジャッキ本体５５ａがジャッキ収容穴６１に収容される長さ分だけ、出退ストロークの長い押引きジャッキ５５を使用することができる。また、ジャッキ収容穴６１に押引きジャッキ５５を収容した状態で、磨耗した交換用ビット３１の搬出と新規な交換用ビット３１の搬入とを行うので、狭い作業空間２９内でスムーズかつ容易に交換作業を行うことができる。
【００５５】
また調整固定機構６３により、ジャッキ収容穴６１内で、ジャッキ本体５５ａの基端部の一部が収容された一次固定位置Ｒ１と、ジャッキ本体５５ａの略全体が収容された二次固定位置Ｒ２の間で固定位置を変位させ、それぞれの固定位置で押引きジャッキ５５を交換用ビット３１を押し引き駆動することにより、一次固定位置Ｒ１と二次固定位置Ｒ２の間の変位距離Ｌだけ長い押引きジャッキ５５の出退ストロークを確保することができる。これにより、出退ストロークの短い小型の押引きジャッキ５５を使用することができて、交換用ビット３１および押引きジャッキ５５のコンパクト化を図ることができる。またビットガイド穴３８のゲート開閉動作を挟んで、使用位置とガイド穴開閉位置との間の一次押引き動作と、ガイド穴開閉位置と作業空間２７内の離脱位置の間の二次押引き動作とに分けて押引きジャッキ５５を操作することで、交換用ビット３１の離脱、装着作業と止水作業とをスムーズに行うことができる。
【００５６】
さらに調整固定機構６３は、ジャッキ本体５５ａの基端部と先端部とに一次フランジ６３ａと二次フランジ６３ｂとを位相をずらせてそれぞれ取り付け、開口部６２を一次フランジ６３ａと相似形に形成して、一次フランジ６３ａが通過可能としたので、ジャッキ収容穴６１における押引きジャッキ５５の固定位置を容易に変更することができる。
【００５７】
なお、上記実施例１では、２台の搬送整合装置８１を使用したが、１台の搬送整合装置８１を交互に使用して、２個の押引きジャッキ５５または押引きジャッキ５５付きの交換用ビット３１を順次搬出、搬入することもできる。
【００５８】
［実施例２］
この実施例２に係るビット交換ユニット１００は、たとえば直径が４ｍ以上、８ｍ未満の中口径トンネル掘削用のシールド掘進機に装備されるもので、図２１〜図２４を参照して説明する。なお、実施例１と共通の部材には、同一符号を付して説明を省略する。
【００５９】
（押引きジャッキ）
ビット交換ユニット１００の交換用ビット３１に設けられる押引きジャッキ１０５は、図２４に示すように、ジャッキ収容穴６１に対してジャッキ本体１０５ａの固定位置を、一次固定位置Ｒ１と二次固定位置Ｒ２との間で前後方向に所定ストロークＬだけ変位させて、押引きジャッキ１０５の駆動ストロークを実質的に拡張する調整固定機構１０３は、ジャッキ本体１０５ａの外周部で、基端部から先端部近傍にわたって雄ねじ部１０３ａが形成されている。そして、ジャッキ本体１０５ａには、雄ねじ部１０３ａに雌ねじ部１０４ａ，１０６ａを介して螺合された可動フランジ１０４とロックナット１０６が設けられている。したがって、一次固定位置Ｒ１と二次固定位置Ｒ２の間で、ロックナット１０６および可動フランジ１０４を回転させて変位ストロークＬ分を移動させることにより、ジャッキ収容穴６１内でジャッキ本体１０５ａを一次固定位置Ｒ１と二次固定位置Ｒ２との間で、またその間の任意の選択位置に、それぞれ変位させて固定することができる。
【００６０】
上記構成によれば、押引きジャッキ１０５の駆動反力を、雄ねじ部１０３ａと雌ねじ部１０４ａを介して可動フランジ１０４およびロックナット１０６から交換用ビット３１に伝達することができる。このようにねじ機構を利用することから、駆動反力が比較的小さい小型の交換用ビット３１の交換に適している。
【００６１】
（交換支援設備）
このビット交換ユニット１００の交換支援設備として、図２１〜図２３に示すように、押引きジャッキ１０５または押引きジャッキ１０５付きの交換用ビット３１を吊り下げて、マンホール２７と作業空間２８内のビット交換ユニット１００の背面の間で搬送する吊下搬送装置１１１と、押引きジャッキ１０５を交換用ビット３１のジャッキ収納穴６２の開口部６２に対向する位置に位置調整可能で、かつ押引きジャッキ１０５付きの交換用ビット３１をビットガイド穴３８に対向する位置に位置調整可能な整合装置１２１が設けられている。
【００６２】
（吊下搬送装置と整合装置）
吊下搬送装置１１１は、マンホール２７と作業空間２８の間の天井部に、天井レール１１２が設置され、この天井レール１１２に複数のガイドローラ１１３を介して走行体１１４が移動自在に配置されている。この走行体１１４の後部に支持された吊下リンク１１５と、前部に支持された巻取機（レバーブロック）１１６から繰出される吊下チェーン１１６ａとにより、開閉式の把持具である左右一対のクランプアーム１１７が昇降自在に支持されている。前記クランプアーム１１７の先端部に保持具１１７ａがそれぞれ設けられており、これら保持具１１７ａを介して交換用ビット３１を直接把持可能で、かつ押引きジャッキ１０５を保持治具１１８を介して把持可能に構成されている。そして、クランプアーム１１７により交換用ビット３１または押引きジャッキ１０５を把持して吊下げた状態で、マンホール２７と整合装置１２１間で、たとえば手動により搬送することができる。もちろん、走行体１１４に電動式走行装置を設けて自動搬送することもできる。
【００６３】
整合装置１２１は、図２１〜図２３に示すように、ビットガイド体３７の下部と、背面板２９ｃに取り付けられたブラケット１２２との間にガイドプレート１２３が掛け渡され、ガイドプレート１２３上に左右一対の出退レール１２４がシールド軸心Ｏに平行なビット挿入離脱方向に敷設されている。そして、各出退レール１２４上には、スラストベアリングを介して整合台１２５がそれぞれ移動自在に案内され、これら整合台１２５上に、左右一対の可動台１２６からなる高さ調整具が配置されている。この高さ調整具は、左右の可動台１２６が互いに接近離間自在に配置されるとともに、互いに対向する内側下部から外側上方に傾斜する傾斜受面１２６ａがそれぞれ形成され、さらに左右の可動台１２６に、正逆方向の雄ねじ部が形成された昇降用ねじ軸１２７が嵌合される雌ねじ穴が形成されている。そして可動台１２６の傾斜受面１２６ａに、交換用ビット３１または保持治具１１８の各円筒面がそれぞれ支持される。したがって、昇降用ねじ軸１２７を回転させることにより、左右の可動台１２６を接近離間させて、傾斜受面１２６ａの作用で交換用ビット３１または押引きジャッキ１０５の所定範囲で昇降させて高さ調整することができる。
【００６４】
実施例２の交換用ビット３１または押引きジャッキ１０５の交換動作は、吊下搬送装置１１１により、マンホール２７と作業空間２８の整合台１２５の間で搬送し、整合装置１２１に対して押引きジャッキ１０５または押引きジャッキ１０５付きの交換用ビット３１をそれぞれ受け渡す動作以外は、実施例２と略同様に実施される。
【００６５】
実施例２によれば、実施例１と同様の作用効果を奏することができ、小型の交換用ビット３１に最適なものとなる。
［交換ユニットの実施例３］
（外周ビット交換ユニット）
図２５に示すように、実施例３は、主スポーク部材２１の外周端に設置される外周ビット交換ユニット１３０に関するものである。この外周ビット交換ユニット１３０には、主スポーク部材２１の外周端に外周掘削するための１本の外周掘削ビット（交換用ビット）１３１が設けられており、この外周掘削ビット１３１は、開閉軸心ＯＣに対して傾斜角：θ°前部外周側に傾斜して取り付けられている。外周ビット交換ユニット１３０は、カッタヘッド１６の主スポーク部材２１に連結されたスポーク前面板２１ａに、取付リング１３２を介して円形の外周ユニット前面板１３３が取り付けられ、この外周ユニット前面板１３３の外周寄りに開口穴１３４が形成されている。外周ユニット前面板１３３の背面に、ゲート開閉装置３６により開閉駆動されるゲート板１３５が、取付リング１３２を介して開閉軸心ＯＣを中心に９０°の範囲で回動可能に配置され、このゲート板１３５に、開口穴１３４に合致して連通可能な１個のバルブ口１３６が形成されている。また外周ユニット前面板１３３の背面に、取付リング１３２を介してビットガイド体１３６が取り付けられており、このビットガイド体１３６に、バルブ口１３６および開口穴１３４に合致可能なビットガイド穴１３７が傾斜角θ°で形成されている。
【００６６】
その他、外周掘削ビット１３１および吊下搬送装置（図示せず）は、実施例１と同様に構成されているため、同一の符号を付して説明を省略する。また搬送整合装置８１において、ビットガイド穴１３７に対応するために、アーム部８２ｂと出退レール８６が、搬送レール８４に対して傾斜角θ°で傾斜されて基端台車部に支持されており、外周掘削ビット１３１と押引きジャッキ５５とをそれぞれ調整台車８７を介して同一の傾斜角θ°に沿って案内することができる。
ビット交換動作は、磨耗した外周掘削ビット１３１に対して押引きジャッキ５５を実施例１と同じ手順で装着し、一次押引き動作、ゲート開閉動作、二次押引き動作により、磨耗した押引きジャッキ５５付き外周掘削ビット１３１をビットガイド穴１３７から離脱させて整合台８９上に取り出し、搬送整合装置８１と吊下搬送装置７１により搬出する。そして新規な押引きジャッキ５５付き外周掘削ビット１３１を逆の手順で装着すればよい。
【００６７】
実施例３によれば、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
［ビット交換ユニットの実施例４］
実施例１および２では、ビット交換ユニット３０，１００ごとに２個の交換用ビット３１を設置して交換し、実施例３では、外周ビット交換ユニット１３０ごとに１個の交換用ビット１３１を交換したが、この実施例４では、図２６に示すように、１個のビット交換ユニット１４０に対して、３個の交換用ビット３１をそれぞれ設置し、ビット交換するように構成したものである。なお、実施例１と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００６８】
このビット交換ユニット１４０では、開閉軸心ＯＣを中心として等間隔（等角度:１２０°）ごとに３個の交換用ビット３１が装着されている。すなわち、ビット交換ユニット１４０は、開閉軸心ＯＣを中心とする同一円弧上に１２０°ごとに、開口穴３３とゲート板３４のバルブ口３５、ビットガイド体３７のビットガイド穴３８がそれぞれ形成され、３本の交換用ビット３１が装着されている。これら交換用ビット３１は、それぞれ前部外周側に向かってα°傾斜して設けられている。交換用ビット３１の交換作業では、ゲート開閉装置３６がゲート板３４を６０°の範囲で往復回動させる以外は、実施例１および３と同一であるため、説明を省略する。
【００６９】
上記ビット交換ユニット１４０によれば、３本の交換用ビット３１を設置できるので、コスト的に有利となり、また３本の交換用ビット３１を密に設置できるので、効果的な掘削が可能となる。さらに交換用ビット３１を傾斜させることにより、作業空間２８のスペースを有効に利用することができる。
【００７０】
上記実施例４によれば、請求項１と同様の作用効果を奏することができる。
［実施例５］
実施例１では、ゲート板３４によるゲート開閉動作を挟んで一次押引き動作と二次押引き動作とを二段階で行ったが、これは、伸縮ストロークが短い押引きジャッキ５５を採用し、ジャッキ収容穴６１内で一次固定位置Ｒ１と二次固定位置Ｒ２との間で変位させて伸縮ストロークを拡張したためである。
【００７１】
これに対して、図２７に示す実施例５のビット交換ユニット３０は、伸縮ストロークが長いテレスコピック式の押引きジャッキ１５５を採用したものである。なお、実施例１と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００７２】
すなわち、押引きジャッキ１５５のジャッキ本体５５ａは、ジャッキ収容穴６１に略全体を収容される第２固定位置Ｒ２に収納固定し、交換用ビット３１を使用位置と離脱位置との間で連続して交換用ビット３１を挿入、離脱させることができる。
【００７３】
ここで、ゲート開閉動作は、磨耗した交換用ビット３１が使用位置からガイド穴開閉位置に達した時と、新規な交換用ビット３１が離脱位置からガイド穴開閉位置に接近した時に行う。
【００７４】
たとえばゲート開閉装置３６に、電動または油圧モータを使用して自動的に回転駆動できるようにしておき、交換用ビット３１の出退位置をセンサなどで検出し、この検出信号に基づいて、自動的にゲート板３４を開閉操作するようにしてもよい。
【００７５】
実施例５によれば、先の実施例では、交換用ビット３１の挿入、離脱動作を二段階に行うのに比較して、伸縮ストロークが長いテレスコピック式の押引きジャッキ１５５を使用することにより、連続した挿入、離脱動作で交換作業を行うことができ、交換用ビット３１の交換作業を短時間で行うことができる。
【００７６】
上記各実施例では、シールド掘進機について説明したが、シールド機以外の掘削機にも適用することができる。
【符号の説明】
【００７７】
Ｏ シールド軸心（掘削機軸心）
ＲＬ 半径方向軸
ＯＣ 開閉軸心
Ｒ１ 第１固定位置
Ｒ２ 第２固定位置
Ｌ 変位距離
１１ シールド本体（掘削機本体）
１６ カッタヘッド
２１ 主スポーク部材
２１ａ スポーク前面板
２１ｂ 装着穴部
２７ マンホール
２８ 作業空間
２９ｃ 背面板
３０ ビット交換ユニット
３１ 交換用ビット
３１Ａ ビット本体
３１Ｂ 掘削刃部
３２ ユニット前面板（前面板）
３３ 開口部
３４ ゲート板
３５ バルブ口
３６ ゲート開閉装置
３７ ビットガイド体
３８ ビットガイド穴
５５ 押引きジャッキ
５５ａ ジャッキ本体
５５ｂ 作動ロッド
５５ｄ 連結部材
５６ 反力受け部材(反力支持部)
６１ ジャッキ収容穴
６２ 開口部
６３ 調整固定機構
７１ 吊下搬送装置
８１ 搬送整合装置
８４ 搬送レール
８５ 搬送台車
８６ 出退レール
８７ 調整台車
８８ 昇降調整機構
８９ 整合台
１００ ビット交換ユニット
１０３ 調整固定機構
１０３ａ 雄ねじ部
１０４ 可動フランジ
１０５ 押引きジャッキ
１０６ ロックナット
１１１ 吊下搬送装置
１２１ 整合装置
１２５ 整合台
１２６ 可動台
１３０ 外周ビット交換ユニット
１３１ 外周掘削ビット
１３５ ゲート板
１３６ バルブ口
１４０ ビット交換ユニット
１５５ 押引きジャッキ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掘削途中に掘削ビットを交換するための掘削機のカッタビット交換方法および交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、掘削途中に、シールド機のカッタディスクに装着されたカッタビットを交換する方法が提案されている。この交換方法は、１）カッタディスクを構成するカッタスポークの内側で、カッタビットにカッタビット引抜き用ジャッキを取り付け、２）カッタビットをカッタスポークに固定しているカッタビット取付ボルトを外し、３）カッタビット引抜用ジャッキを縮めてカッタビットを引き、４）カッタビットを引くことにより開口したカッタスポークの孔をバルブで閉じて止水し、５）カッタビット引抜用ジャッキをカッタビット及びカッタスポークから外し、６）カッタビットをカッタスポークから外し、７）この後、逆の動作で新しいカッタビットをカッタスポークに取り付けるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２５５７１６９号公報（図６、図７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記構成において、ビット本体と掘削刃部からなる交換用カッタビットは、カッタスポークの前面板に形成された装着穴を貫通して配置され、交換する時には、装着穴から内部空間に抜き出される。このカッタスポークの取付部では、ａ）掘削力に対抗できるだけの十分な強度を持ってビット本体をカッタスポークに保持すること、ｂ）抜き出し時に切り羽面から浸入する泥水を装着穴との間でシールすることから、カッタビットにシール可能な十分な長さが必要であること、ｃ）カッタビット引抜用ジャッキは、カッタビット全体を作業空間内に引き出すだけの伸縮ストロークが必要なこと、等の要件がある。一方、ｄ）切羽崩壊土圧を保持しつつ掘削土砂を大気圧側に送り出す圧力室の容積も、十分に確保しなればならないこと、ｅ）カッタスポークからその背面圧力室に突出される作業空間の容積が大きいと、圧力室における掘削土砂の混練能力が低下すること、等のシールド掘進機の構造的な問題もある。したがって、カッタスポークの背面側に許容される作業空間の容積は限られており、カッタスポークの作業空間の奥行きを十分に確保することが困難であるという問題があった。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決して、カッタスポーク背面の作業空間が狭くても、交換用ビットの交換作業をスムーズに行うことができる掘削機のカッタビット交換方法および交換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明は、カッタヘッドのビットガイド穴に装着された交換用ビットにより地山を掘削し、掘削途中で磨耗した交換用ビットを、押引きジャッキにより前記ビットガイド穴からカッタヘッドの背面に形成された作業空間に引き出して離脱させるとともに、前記ビットガイド穴を閉鎖し、磨耗した交換用ビットを前記作業空間から搬出し、逆の手順で、新規な交換用ビットを搬入して前記押引きジャッキにより前記ビットガイド穴に挿入する掘削機のカッタビット交換方法であって、
交換用ビットで前部に掘削刃部を有するビット本体に、背面に開口されるジャッキ収容穴を形成しておき、当該ジャッキ収容穴内に、押引きジャッキのジャッキ本体を収容固定した状態で、前記作業空間内の背面に設けられた背面支持部を反力受けとして、押引きジャッキを伸縮して前記ビットガイド穴に対する交換用ビットの離脱と挿入とを行い、
さらに前記ジャッキ収容穴に押引きジャッキのジャッキ本体を収容した状態で、前記作業空間における交換用ビットの搬出と搬出とを行うものである。
【０００７】
上記方法によれば、ビット本体に形成されたジャッキ収容穴に、押引きジャッキのジャッキ本体を収容することにより、出退ストロークの長い押引きジャッキを使用して、交換用ビットを押し引きすることができる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の方法において、
ジャッキ収容穴内にジャッキ本体の基端側の一部を収容した一次固定位置に押引きジャッキを固定した状態で、地山を掘削する使用位置と、当該使用位置から後退されてビットガイド穴を閉鎖可能なガイド穴開閉位置との間で、交換用ビットを出退する一次押引き動作を行い、
前記ジャッキ収容穴内にジャッキ本体の略全体を収容した二次固定位置に前記押引きジャッキを固定した状態で、前記ガイド穴開閉位置と前記ビットガイド穴から作業空間に離脱された離脱位置との間で交換用ビットを出退する二次押引き動作を行うものである。
【０００９】
請求項３記載の発明は、
カッタヘッドに形成されたビットガイド穴から前方に突出されて地山を掘削する交換用ビットと、カッタヘッドの背面に形成された作業空間と前記ビットガイド穴との間で交換用ビットを離脱、挿入する押引きジャッキと、前記ビットガイド穴を開閉するゲート開閉装置とを具備した掘削機のカッタビット交換装置であって、
交換用ビットのビット本体に、前記押引きジャッキのジャッキ本体を収容可能なジャッキ収容穴を形成して背面に開口させ、
当該ジャッキ収容穴にジャッキ本体が収容固定された押引きジャッキにより、前記作業空間内の背面に設けられた背面支持部を反力受けとして、前記ビットガイド穴に対する交換用ビットの引き出し動作と押し込み動作を行い、またジャッキ収容穴に押引きジャッキを収容固定した状態で、交換用ビットの前記作業空間における搬出と搬入とを行うように構成されたものである。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の構成において、
ジャッキ本体の基端側の一部がジャッキ収容穴に収容される一次固定位置と、ジャッキ本体の略全体がジャッキ収容穴に収容される二次固定位置との間で、ジャッキ収容穴における押引きジャッキの固定位置を調整可能な調整固定機構を設け、
当該調整固定機構により、前記一次固定位置と前記二次固定位置でそれぞれ押引きジャッキを出退駆動することにより、押引きジャッキの実質的な伸縮ストロークを拡張可能に構成したものである。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の構成において、
調整固定機構は、ジャッキ本体の外周部に形成された雄ねじ部と、当該雄ねじ部に雌ねじ部を介して移動可能に嵌合され、ジャッキ本体をジャッキ収容穴の開口部に固定可能な可動フランジとを具備したものである。
【００１２】
請求項６記載の発明は、請求項４記載の構成において、
調整固定機構は、ジャッキ本体の基端側で外周部に突設されて一次固定位置でジャッキ収容穴の開口部に固定可能な一次フランジと、ジャッキ本体の先端側で外周部に突設されて二次固定位置でジャッキ収容穴の開口部に固定可能で、かつ前記一次フランジに対して９０°位相が相違された二次フランジとを有し、
前記ジャッキ収容穴の開口部を、前記一次フランジと相似形で前記一次フランジを通過可能な大きさに形成したものである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１または３記載の発明によれば、交換用ビットのビット本体に形成されて背面に開口されたジャッキ収容穴に、押引きジャッキのジャッキ本体を収容し、作業空間の背面支持部を反力受けとして、押引きジャッキによりビットガイド穴内の交換用ビットを押し引きするので、ビットガイド穴から作業空間の背面までの距離が、従来のように交換用ビットの長さ＋押引きジャッキの収縮時の長さ分を確保できない狭い作業空間であっても、交換用ビットの長さ＋α（背面支持部と連結部材）の作業空間であれば、出退ストロークを十分に長く確保可能な押引きジャッキを使用して、ビットガイド穴に対して交換用ビットを挿入、離脱させることができる。また、ジャッキ収容穴に押引きジャッキを収容した状態で、磨耗した交換用ビットの搬出と新規な交換用ビットの搬入とを行うことで、狭い作業空間であっても、交換用ビットの挿入と離脱を容易かつスムーズに行うことができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、ジャッキ収容穴内でジャッキ本体の固定位置を、一次固定位置と二次固定位置との間で変位させて、それぞれの固定位置で交換用ビットを押し引き駆動することにより、押引きジャッキが変位した変位距離だけ長い出退ストロークを確保することができる。これにより、小型の押引きジャッキを使用することができて、押引きジャッキおよび交換用ビットのコンパクト化を図ることができる。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、調整固定機構により、一次固定位置と二次固定位置で押引きジャッキをそれぞれ出退駆動することにより、押引きジャッキの実質的な伸縮ストロークを変位距離だけ長く拡張することができる。これにより伸縮ストロークの小さい小型の押引きジャッキを使用することができて、交換用ビットと押引きジャッキのコンパクト化を図ることができる。また使用位置とガイド穴開閉位置との間の交換用ビットの一次押引き動作と、ビットガイド穴のゲート開閉動作と、ガイド穴開閉位置と作業空間内の離脱位置の間の交換用ビットの二次押引き動作とを行うことで、止水作業と交換用ビットの離脱、装着作業をスムーズに行うことができる。
【００１６】
請求項５記載の発明によれば、押引きジャッキを挿脱する際の押引き反力を、ジャッキ本体の雄ねじ部から可動フランジを介して交換用ビットに伝達することができる。また、固定位置の移動も可動フランジを回転させるだけで容易に行うことができる。
【００１７】
請求項６記載の発明によれば、ジャッキ本体の基端側と先端側とに一次フランジと二次フランジとを互いに位相をずらせて取り付けたので、開口部で、ジャッキ本体を軸心周りに回転させて、開口部と一次、二次フランジの位相をずらせることにより、ジャッキ本体を交換用ビットの開口部に固定することができる。また開口部と一次フランジの位相を合わせることにより、一次フランジを開口部からジャッキ収容穴に挿入し、ジャッキ本体を奥側に押し込んで収容固定することができる。これにより、ジャッキ収容穴における押引きジャッキの固定位置を容易に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）および（ｂ）は、本発明に係るシールド掘進機のカッタビット交換装置の実施例１を示し、（ａ）はビット交換ユニットの交換用ビットの引き出し前の側面視の断面図、（ｂ）は交換用ビットの離脱状態を示す側面視の断面図である。
【図２】ビット交換ユニットを具備したカッタヘッドの全体正面図である。
【図３】シールド掘進機の全体縦断面図である。
【図４】ビット交換ユニットを示す正面図である。
【図５】ビット交換ユニットの背面図である。
【図６】ビット交換ユニットにおける交換用ビットの引き出し準備状態を示す平面視の断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は交換用ビットを示し、（ａ）は側面視の断面図、（ｂ）は平面視の断面図、（ｃ）は背面図である。
【図８】図６における拡大Ａ−Ａ断面図である。
【図９】図６における拡大Ｂ−Ｂ断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は押引きジャッキを示し、（ａ）は側面半断面図、（ｂ）はＣ−Ｃ拡大断面図、（ｃ）はＤ−Ｄ拡大矢視図である。
【図１１】マンホールと作業空間を示す平面視の断面図である。
【図１２】（ａ）および（ｂ）は、交換用ビットの搬送状態を示す吊下搬送装置を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図１３】（ａ）および（ｂ）は、交換用ビットの搬送状態を示す搬送整合装置を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図１４】（ａ）および（ｂ）は、押引きジャッキの搬送状態を示す搬送整合装置を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図１５】（ａ）および（ｂ）は、ビット交換作業における押引きジャッキの搬入状態を示し、（ａ）は平面視の断面図、（ｂ）は側面視の断面図である。
【図１６】（ａ）および（ｂ）は、ビット交換作業における押引きジャッキの装着状態を示し、（ａ）は平面視の断面図、（ｂ）は側面視の断面図である。
【図１７】（ａ）および（ｂ）は、ビット交換作業における一次押引き動作の終了状態を示し、（ａ）は平面視の断面図、（ｂ）は側面視の断面図である。
【図１８】（ａ）および（ｂ）は、ビット交換作業におけるゲート閉動動作を示し、（ａ）は平面視の断面図、（ｂ）は側面視の断面図である。
【図１９】（ａ）および（ｂ）は、ビット交換作業における二次押引き動作を示し、（ａ）は平面視の断面図、（ｂ）は側面視の断面図である。
【図２０】（ａ）および（ｂ）は、ビット交換作業における交換用ビットの搬出動作を示し、（ａ）は平面視の断面図、（ｂ）は側面視の断面図である。
【図２１】（ａ）および（ｂ）は、本発明に係るシールド掘進機のカッタビット交換装置の実施例２を示し、（ａ）はビット交換ユニットの交換用ビットの引き出し前の側面視の断面図、（ｂ）は交換用ビットの離脱、搬出状態を示す側面視の断面図である。
【図２２】マンホールと作業空間を示す平面視の断面図である。
【図２３】吊下搬送装置を示す正面図である。
【図２４】（ａ）および（ｂ）は押引きジャッキを示し、（ａ）は側面半断面図、（ｂ）は（ａ）に示すＥ−Ｅ拡大矢視図である。
【図２５】（ａ）および（ｂ）は、本発明に係るシールド掘進機のカッタビット交換装置の実施例３を示し、（ａ）はビット交換ユニットを示す正面図、（ｂ）はビット交換ユニットの平面視の断面図である。
【図２６】（ａ）および（ｂ）は、本発明に係るシールド掘進機のカッタビット交換装置の実施例４を示し、（ａ）はビット交換ユニットを示す正面部分断面図、（ｂ）は（ａ）に示すＦ−Ｆ断面図である。
【図２７】（ａ）および（ｂ）は、本発明に係るシールド掘進機のカッタビット交換装置の実施例５を示し、（ａ）はビット交換ユニットの交換用ビットの引き出し前の側面視の断面図、（ｂ）は交換用ビットの離脱、搬出状態を示す側面視の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１９】
以下、本発明に係る掘削機であるシールド掘進機のカッタビット交換装置の実施例を図面に基づいて説明する。
［実施例１］
【００２０】
［シールド掘進機の構成］
実施例１を図１〜図２０を参照して説明する。
このシールド掘進機は、直径が８ｍ以上の大口径トンネル掘削用で、図３に示すように、円筒形のシールド本体（掘削機本体）１１の前部に、切羽崩壊土圧を保持する圧力隔壁１２が設けられ、この圧力隔壁１２に、旋回リング体１４が旋回軸受１３を介してシールド軸心（掘削機軸心）Ｏ周りに回転自在に支持されている。そして、この旋回リング体１４から前方に突設された複数の支持脚１５の前端部に、円形のカッタヘッド１６が支持され、また圧力隔壁１２の後部に、カッタヘッド１６を回転駆動するカッタ駆動装置１７が設けられている。このカッタ駆動装置１７は、旋回リング体１４の背面に設けられたリングギヤ１７ａと、このリングギヤ１７ａに噛み合う複数の駆動ピニオン１７ｂと、前記駆動ピニオン１７ｂをそれぞれ回転駆動する複数の回転駆動装置（油圧式または電動式モータ）１７ｃとで構成されている。さらに前記圧力隔壁１２の前部に、切羽崩壊土圧を保持する圧力室１９が形成され、カッタヘッド１６により掘削された土砂を混練しつつ、この圧力室１９から大気圧に保持された後方空間に排出する排土用スクリュコンベヤ装置１８が設けられている。
【００２１】
カッタヘッド１６は、図２に示すように、シールド軸心Ｏ上に配置された中心部材２０から半径方向軸ＲＬに沿って延びる複数の主スポーク部材２１と、主スポーク部材２１の間で半径方向に延びる複数の副スポーク部材２２と、シールド軸心Ｏを中心とする円弧方向に配設されて主スポーク部材２１および副スポーク部材２２を連結する中間リング部材２３および外周リング部材２４とを具備している。そして、これら各部材２１〜２４間に土砂取り入れ口２５が形成されている。
【００２２】
前記主スポーク部材２１の前部に、本発明に係る複数のビット交換ユニット（ビット交換装置）３０がそれぞれ配列され、各ビット交換ユニット３０に２本の交換用ビット３１がそれぞれ設けられている。また主スポーク部材２１の外周端の周方向両側に、外周ビット交換ユニット１３０が設けられている。さらに中心部材２０や副スポーク部材２２の前面および側面、主スポーク部材２１の側面に複数の固定ビット２６がそれぞれ設けられている。
【００２３】
図３に示すように、前記中心部材２０の背面側に、作業員が出入り可能なマンホール２７が設けられており、このマンホール２７は圧力隔壁１２を貫通して、大気圧に保持された後方空間から出入り可能に連通されている。また各主スポーク部材２１の背面側に背面フレーム２９が設けられ、この背面フレーム２９により、マンホール２７から出入り可能な作業空間２８が形成されている。この背面フレーム２９の横断面形状は、図１に示すように、前面側の周方向（回転方向）の幅に比較して、背面側の周方向（回転方向）の幅が狭く形成されている。すなわち、背面フレーム２９は、スポーク前面板（前面板）２１ａの左右側縁から後方に垂設された左右の側面板２９ａと、左右の側板２９ａの後縁部から内側に傾斜して背面側ほど狭くなる傾斜面板２９ｂと、左右の側面傾斜板の後縁部を連結する背面板２９ｃとを具備し、背面板２９ｃの幅が狭い釣鐘形の横断面形状に形成されている。これにより、掘削土砂の取り込みや攪拌による摩擦抵抗が軽減されるとともに、強度が確保されており、作業空間２８は、半径方向軸線ＲＬ（図２、図４）の周方向両側において後方への奥行きが狭くなっている。
【００２４】
図２、図４，図５に示すように、主スポーク部材２１に半径方向に沿って複数のビット交換ユニット３０が所定ピッチで配設されている。これら各ビット交換ユニット３０に毎に、それぞれ２本ずつの交換用ビット３１が、主スポーク部材２１の中心となる半径方向軸線ＲＬ上に配置され、作業空間２８における交換用ビット３１の後方の奥行き方向および周方向の幅が確保されている。
【００２５】
（交換用ビット）
交換用ビット３１は、図７に示すように、円筒形のビット本体３１Ａと、このビット本体３１Ａの前部から前方に突出された掘削刃部３１Ｂとを具備している。そして掘削刃部３１Ｂは、ビット本体３１Ａに比較して外径が小さく形成され、後述のビットガイド穴３８から出退可能に形成されている。ビット本体３１Ａは、基筒部３１ａと、基筒部３１ａの前部に一体に取り付けられるとともに掘削刃部３１Ｂが突設された基台部３１ｂと、基筒部３１ａの後端部に設けられたフランジ部３１ｃとを有し、フランジ部３１ｃの背面に、この交換用ビット３１を押引きする押引きジャッキ５５を固定するためのボルト穴が形成されている。
【００２６】
前記基筒部３１ａの軸心部に、押引きジャッキ５５を収容可能なジャッキ収容穴６１が形成され、このジャッキ収容穴６１は、フランジ部３１ｃに形成された開口部６２を介して作業空間２８に連通されている。またフランジ部３１ｃの対称位置に、掘削使用状態で位置決め固定する使用位置凹部３１ｅが形成されている。さらに基筒部３１ａの前部に、交換用ビット３１が後退されたガイド穴開閉位置で位置決め固定する退避位置凹部３１ｆが形成されている。さらにまたフランジ部３１ｃに回り止め用エッジ３１ｇが設けられ、これら回り止め用エッジ３１ｇは、使用位置凹部３１ｅの底面に直交する互いに平行な面により形成されている。
【００２７】
（押引きジャッキ）
押引きジャッキ５５はたとえば油圧式シリンダにより構成され、図１０に示すように、ジャッキ本体５５ａと、ジャッキ本体５５ａ内の伸展、収縮用の油室内にスライド自在に配置されたピストン５５ｃと、このピストン５５ｃから先端側に伸びる出退自在な作動ロッド５５ｂとを具備している。そして、作動ロッド５５ｂの先端に取り付けられた連結部材５５ｄに、油圧を給排出する２つのポート５５ｅ，５５ｆが形成され、ポート５５ｅ，５５ｆに連通された２本の油圧流路５５ｇ，５５ｈが、作動ロッド５５ｂを介してピストン５５ｃの前後部に開口され、伸展、収縮用の油室にそれぞれ接続されている。
【００２８】
さらにジャッキ本体５５ａには、ジャッキ収容穴６１に対してジャッキ本体５５ａの固定位置を調整可能な調整固定機構６３が設けられている。この調整固定機構６３により、ジャッキ収容穴６１に対するジャッキ本体５５ａを、図７（ｂ），図１８に示すようにジャッキ本体５５ａの基端側の一部がジャッキ収容穴６１に収容された一次固定位置Ｒ１と、図７（ａ），図１７に示すように、ジャッキ本体５５ａの略全体がジャッキ収容穴６１に収容された二次固定位置Ｒ２との間で前後方向に変位させてそれぞれ固定し、一次固定位置Ｒ１と二次固定位置Ｒ２でそれぞれ押引きジャッキ５５を伸縮させることにより、実質的に押引きジャッキ５５の駆動ストロークを、後述の一次フランジ６３ａと二次フランジ６３ｂの変位距離Ｌ分だけ拡張することができる。
【００２９】
この調整固定機構６３は、ジャッキ本体５５ａの基端側に、交換用ビット３１のジャッキ収容穴６１の開口部６２外周に固定可能なボルト穴を有する花弁形の一対の一次フランジ６３ａを対称方向に突設し、またジャッキ本体５５ａの先端部近傍に、交換用ビット３１のジャッキ収容穴６１の開口部６２外周に固定可能なボルト穴を有する花弁形の一対の二次フランジ６３ｂを、一次フランジ６３ａに対して９０°位相を変えて突設している。そして、図７（ｃ）に示すように、開口部６２が、二次フランジ６３ｂより僅かに大きい相似形に形成されており、互いに位相を合わせることで、一次フランジ６３ａが開口部６２を通過してジャッキ本体５５ａをジャッキ収容穴６１に挿入することができる。
【００３０】
（ビット交換ユニットの基本構造）
図１，図４，図６に示すように、ビット交換ユニット３０は、主スポーク部材２１のスポーク前面板２１ａの半径方向軸ＲＬ上に装着穴部２１ｂが形成され、これら装着穴部２１ｂに、左右一対の取付リング片４０を介してユニット前面板３２がそれぞれ嵌合され、固定ボルトにより固定されている。そして、これら各ユニット前面板３２の中心位置に、シールド軸心Ｏと平行な開閉軸心ＯＣが設けられ、各ユニット前面板３２に、前記開閉軸心ＯＣを中心とする円弧線と半径方向軸線ＲＬとの２つの交点に開口穴３３がそれぞれ形成されている。そして、図８に示すように、ユニット前面板３２の背面側に、取付リング片４０を介してゲート板３４が開閉軸心ＯＣを中心に回動自在に配置され、このゲート板３４に、２つの開口穴３３をそれぞれ連通、閉鎖自在な２個のバルブ口３５が形成されている。そして、このゲート板３４を、開口穴３３とバルブ口３５とが合致する連通位置と、開口穴３３からバルブ口３５が位置ずれして閉鎖する閉鎖位置との間で略９０°往復回動可能なゲート開閉装置３６が設けられている。さらにゲート板３４の背面側にビットガイド体３７が取り付けられ、このビットガイド体３７に、バルブ口３５を介して開口穴３３に連通するビットガイド穴３８がそれぞれ形成されている。
【００３１】
（ゲート開閉装置）
図１，図８に示すように、前記ゲート開閉装置３６はギヤ式回動機構からなり、このギヤ式回動機構は、円形のゲート板３４の外周部に開閉軸心ＯＣを中心とする周方向に約９０°より少し大きい範囲で形成された外歯ギヤ３６ａと、ビットガイド体３７と取付リング片４０との間に回転自在に支持されて前記外歯ギヤ３６ａに噛合するピニオン３６ｂと、このピニオン３６ｂが固定されて作業空間２８側に突出された駆動軸３６ｃとを有している。この駆動軸３６ｃに、ラチェットレンチなどの手動工具や、電動式または油圧式のトルクレンチなどの自動工具を装着して駆動軸３６ｃを回転させ、ゲート板３４を回動して開口穴３３を開閉することができる。
【００３２】
また図８に示すように、ゲート板３４の外周部に、ゲート板３４の回動を規制する回動規制具３９が設けられている。この回動規制具３９は、ゲート板３４の外周部で所定位置に開閉軸ＯＣを中心として９０°の範囲にわたって形成された円弧凹部３９ａと、ビットガイド体３７の面板部４１の内面に突設されて円弧凹部３９ａに移動自在に嵌合されるストッパピン３９ｂとで構成され、バルブ口３５が開口穴３３に一致する位置でゲート板３４の回動限を規制している。
【００３３】
上記ゲート開閉装置３６によれば、ギヤ式回動機構により外周部を駆動してゲート板３４を回動させるので、作業空間２８との空間的な干渉がほとんどない。また小さいトルクでゲート板３４を回動させることができ、手動工具や自動工具などの簡易な作業機器により、容易に開閉駆動することができる。さらに、ゲート板３４が円形に形成され、取付リング片４０を介して外周部が回転自在に支持されるので、ゲート板３４の回動中心となる軸部材が不要となり、この分、ゲート板３４の外径を小さくすることができ、ビット交換ユニット３０のコンパクト化を図ることができる。
【００３４】
（ビットガイド体）
図１，図５〜図７，図９に示すように、ユニット前面板３２に取付リング片４０を介してビットガイド体３７がその外周部を固定ボルトで固定されている。ビットガイド体３７は、ゲート板３４の背面を覆い外周部が固定された面板部４１と、この面板部４１から後方に突設されてビットガイド穴３８が形成された２個の保持筒部４２と、これら保持筒部４２間を連結する連結ブロック４３とを具備している。そして、連結ブロック４３の後端面に、交換用ビット３１の回り止め用エッジ３１ｇに係合する固定ブロック４４が取り付けられている。また保持筒部４２の後端面に、交換用ビット３１のフランジ部３１ｃが固定ボルトを介して着脱可能に固定されるボルト穴が形成されるとともに、使用位置凹部３１ｅと退避位置凹部３１ｆとに係合離脱自在な位置決め用の係止爪４５が係脱用ボルト４６を介して対称位置に取り付けられている。これら係止爪４５は、係脱用ボルト４６が半径方向に長い長穴を介して装着されて、使用位置凹部３１ｅと退避位置凹部３１ｆとにそれぞれ係脱、固定することができる。
【００３５】
（止水用シール材）
図１，図６，図７，図８に示すように、このビット交換ユニット３０において、切羽側から作業空間２８内に高圧泥水が浸入するのを防止するために、交換用ビット３１の基台部３１ｂと基筒部３１ａの後端部の外周部に、装着溝を介して第１，第２ビット用シール材５１，５２がそれぞれ装着されている。使用位置では、第１ビット用シール材５１により、交換用ビット３１と開口穴３３の隙間がシールされ、また第２ビット用シール材５２により、基筒部３１ａとビットガイド穴３８との隙間がシールされる。また交換退避位置では、第１ビット用シール材５１により、交換用ビット３１の基台部３１ｂとビットガイド穴３８との隙間がシールされる。これら第１，第２ビット用シール材５１，５２は、交換用ビット３１の交換時に交換することができ、十分なシール性を確保することができて信頼性が高い。
【００３６】
もちろん、第１，第２ビット用シール材５１，５２をスポーク前面板３２および面板部４１の摺接面に装着溝を介して取り付けることもできる。
またゲート板３４には、その前面と後面でバルブ口３５の周縁部に第１ゲート用シール材５３が装着溝を介して装着されるとともに、ゲート板３４の外周部に第２ゲート用シール材５４が装着溝を介して装着されている。前面の第１，第２ゲート用シール材５３，５４により、ゲート板３４とスポーク前面板３２と隙間に泥水が浸入するのが防止され、後面の第１，第２ゲート用シール材５３，５４により、ゲート板３４と面板部４１と隙間に泥水が浸入するのが防止される。
【００３７】
バルブ口３５の周囲をシールする第１ゲート用シール材５３は、ゲート板３４の回動途中で開口穴３３またはビットガイド穴３８を通過するが、掘削作業中および交換作業中は、完全に摺動面に密着しており、損傷の危険性も低いため、シール性を十分に確保することができる。またゲート板３４の外周部をシールする第２ゲート用シール材５４は、常時摺動面と密着しており、シール空間の容積変化もなく、損傷などの危険性も低いため、シール性を十分に確保することができる。
【００３８】
もちろん、スポーク前面板３２側または面板部４１側に装着溝を介して第１，第２ゲート用シール材５３，５４を装着することもできる。
（交換支援設備）
図１１〜図１４に示すように、このビット交換ユニット３０の交換支援設備として、押引きジャッキ５５付きの交換用ビット３１または押引きジャッキ５５単体を、マンホール２７と作業空間２８の入口の間で搬送する吊下搬送装置７１と、作業空間２８の入口とビット交換ユニット３０の背面対向位置の間で、押引きジャッキ５５付きの交換用ビット３１または押引きジャッキ５５単体をそれぞれ搬送する搬送整合装置８１とが設けられている。
【００３９】
吊下搬送装置７１は、図１１，図１２に示すように、天井部に敷設された天井レール７２と、この天井レール７２に複数のガイドローラを介して移動自在に支持された吊下台車７３と、吊下台車７３に、巻取機（レバーブロック）７４から繰出し、巻取られるチェーン７４ａを介して支持された左右一対のクランプアーム７５とを具備し、クランプアーム７５の先端部に設けられた保持具７５ａにより、交換用ビット３１や押引きジャッキ５５をそれぞれ把持して吊持し、マンホール２７と作業空間２８の入口の間で搬送することができる。
【００４０】
搬送整合装置８１は、図１１に示すように、作業空間２８内で、スポーク前面板２１ａの背面側に突設された取付治具８２と、ビット交換ユニット３０の面板部４１に取り付けられた支持治具８３とを介して作業空間２８の入口と目的のビット交換ユニット３０の背面との間に上下一対の搬送レール８４が半径方向軸ＲＬに沿って敷設される。これら搬送レール８４には、たとえば手動式（またはラック・ピニオン機構と電動モータなどを使用した駆動式でも可）の２台の搬送台車８５が移動自在に支持されており、たとえばビット交換ユニット３０に設けられた交換用ビット３１の本数に対応して、２台の搬送台車８５が設置されている。これら搬送台車８５は、図１３，図１４に示すように、搬送レール８４にスラストベアリングを介して案内される基端台車部８５ａと、この基端台車部８５ａから背面側に伸びるアーム部８５ｂを有し、このアーム部８５ｂに、左右一対の出退レール８６がシールド軸心Ｏと平行なビット挿入離脱方向に敷設されている。これら出退レール８６に調整台車８７が移動自在に案内配置され、この調整台車８７に昇降調整機構８８を介して整合台８９が昇降自在に支持されている。この昇降調整機構８８は、調整台車８７に整合台８９を昇降自在に案内する４本のガイドロッド８８ａと、中央部に配置されて整合台８９を昇降駆動する手動式のねじ駆動ジャッキ８８ｂとで構成されている。また整合台８９には、固定ねじ９０ａを介して門形の保持具９０Ａ，９０Ｂがそれぞれ着脱自在に配置され、これら保持具９０Ａ，９０Ｂにより交換用ビット３１または押引きジャッキ５５をそれぞれ着脱自在に保持することができる。
【００４１】
（ビット交換ユニットの交換作業）
トンネルの掘削状態では、交換用ビット３１が使用位置に固定されている。掘削が進み交換用ビット３１が磨耗すると、磨耗した交換用ビット３１を有する主スポーク部材２１がたとえば水平姿勢となる位置で、カッタヘッド１６が停止される。そして作業員がマンホール２７から作業空間２８に入り、天井レール７２に吊下搬送装置７１を設置するとともに、搬送レール８４に搬送整合装置８１を設置してビット交換作業を行う。
【００４２】
１）マンホール２７に移動させた吊下搬送装置７１により、クランプアーム７５を介して押引きジャッキ５５を把持させ、吊り上げて吊下台車７３を天井レール７２に沿ってマンホール２７から作業空間２８の入口まで搬送し、２台の搬送整合装置８１の整合台８９に順次受け渡す。
【００４３】
２）作業空間２８の入口に停止された搬送台車８５には、予め整合台８９にジャッキ用の保持具９０Ｂが設置されており、整合台８９上に押引きジャッキ５５を下ろし、保持具９０Ｂをセットして押引きジャッキ５５を整合台８９にそれぞれ固定する。
【００４４】
３）図１５に示すように、各搬送台車８５を作業空間２８の入口から搬送レール８４に沿って移動させて、目的のビット交換ユニット３０の背面に停止させる。そしてねじ駆動ジャッキ８８ｂを操作して交換用ビット３１の開口部６２に対向するように、押引きジャッキ５５の高さを調整する。
【００４５】
４）図１６に示すように、まず油圧配管（図示せず）を各押引きジャッキ５５のポート５５ｅ，５５ｆ（図１０）にそれぞれ接続し、押引きジャッキ５５を少し伸展させて、押引きジャッキ５５の作動ロッド５５ｂに設けられた連結部材５５ｄを、背面フレーム２９の背面板２９ｃに取り付けられた反力受け部材（背面支持部）５６に連結する。次いで、押引きジャッキ５５を所定ストローク伸展させ、整合台８９と共にジャッキ本体５５ａを前方に移動させ、ジャッキ本体５５ａの基端側を開口部６２からビット収納穴６１に嵌入させる。そして、図７（ｂ）に示すように、一次フランジ６３ａをフランジ部３１ｃにボルト止めして、一次固定位置Ｒ１で押引きジャッキ５５のジャッキ本体５５ａを交換用ビット３１にそれぞれ固定する。そして、保持具９０Ｂを外して整合台８９と押引きジャッキ５５とを分離する。
【００４６】
５）図１７に示すように、２本の磨耗した交換用ビット３１について、順次、フランジ部３１ｃの固定ボルトを外して交換用ビット３１とビットガイド体３７とを分離するとともに、係脱ボルト４６を緩めて係止爪４５を使用位置凹部３１ｅから後退させた後、各押引きジャッキ５５をそれぞれほぼ全ストローク収縮させて、交換用ビット３１をビットガイド穴３８に沿って使用位置からそれぞれ引き出し（一次押引き動作）、ガイド穴開閉位置で停止させる。そして、係止爪４５を退避位置凹部３１ｆに突出係合させて係脱ボルト４６を締め付け、磨耗した交換用ビット３１をそれぞれガイド穴開閉位置に固定する。
【００４７】
６）図１８に示すように、手動工具または自動工具を使用して、ゲート開閉装置３６の駆動軸３６ｃを回転駆動し、開閉ギヤ機構を介してゲート板３４を所定角、ここでは９０°回動させることにより、開口部３３とビットガイド穴３８とをそれぞれ閉鎖する（ゲート開閉動作）。さらに、図示しないエア抜きバルブとドレン弁とを操作して、ビットガイド穴３８内でゲート板３４とビット本体３１Ａの間に流入した高圧のエアと泥水とを排出する。ドレン弁を閉じ、エア抜きバルブは新規の交換用ビット３１の挿入まで開放しておく。
【００４８】
７）また各交換用ビット３１では、押引きジャッキ５５を一次固定位置Ｒ１から二次固定位置Ｒ２に変位させる。すなわち、一次フランジ６３ａのボルトを外してジャッキ本体５５ａをフランジ部３１ｃから分離させ、さらにジャッキ本体５５ａを軸心回りに９０°回転させる。そして押引きジャッキ５５を伸展して一次フランジ６３ａを開口部６２から嵌入させてジャッキ本体５５ａをジャッキ収容穴６１の奥側に押し込む。そして、図７（ａ）に示すように、ジャッキ本体５５ａの略全体をジャッキ収容穴６１内に収容させる二次固定位置Ｒ２で、二次フランジ６３ｂをフランジ部３１ｃにボルト止めして、押引きジャッキ５５を交換用ビット３１に固定する。
【００４９】
８）図１９に示すように、係脱ボルト４６を緩めて、係止爪４５を退避位置凹部３１ｆから後退させる。そして開口部６２の後方下部に、予めビット用の保持具９０Ａの受台をセットした整合台８９を配置しておく。押引きジャッキ５５を略全ストローク収縮し、交換用ビット３１をビットガイド穴３８から引き出して離脱させ（二次押引き動作）、これら押引きジャッキ５５付きの交換用ビット３１をそれぞれ搬送整合装置８１の整合台８９に載置する。
【００５０】
９）図２０に示すように、各押引きジャッキ５５の連結部材５５ｄを反力受け部材５６から外して、押引きジャッキ５５と背面フレーム２９とを分離し、さらに固定ねじ９０ａを締め付けて、保持具９０Ａにより交換用ビット３１を整合台８９上に固定する。そして各搬送台車８５を交換ユニット３０の後方から作業空間２８の入口まで、順次搬送レール８４に沿って移動させて押引きジャッキ５５付きの交換用ビット３１を搬出する。
【００５１】
１０）次に保持具９０Ａを外し、吊下搬送装置７１により交換用ビット３１を吊り上げ、吊下台車７３を天井レール７２に沿って作業空間２８の入口からマンホール２７に交互に移動させる。これにより２台の磨耗した交換用ビット３１の搬出をそれぞれ完了する。
【００５２】
新規な交換用ビット３１の装着は、上記と逆の手順で行われるので、その概略のみを説明する。
吊下搬送装置７１と搬送整合装置８１とにより、押引きジャッキ５５がそれぞれ二次固定位置Ｒ２に装着された２台の新規な交換用ビット３１を、順次ビット交換ユニット３０の後方まで搬入する。ついで、押引きジャッキ５５により二次押引き動作が行われ、新規な交換用ビット３１が離脱位置からビットガイド穴３８に挿入されてガイド穴開閉位置まで、さらに係止爪４５により新規な交換用ビット３１がそれぞれビットガイド体３７に固定される。
【００５３】
押引きジャッキ５５が二次固定位置Ｒ２から一次固定位置Ｒ１に変位される。次いでゲート開閉装置３６によりゲート板３４が回動されて（ゲート開閉動作）、各ビットガイド穴３８がそれぞれ開放される。そして、押引きジャッキ５５により一次押引き動作が行われ、新規な交換用ビット３１がそれぞれガイド穴開閉位置から使用位置まで押し込まれ固定される。
【００５４】
押引きジャッキ５５は交換用ビット３１から分離されて搬出される。
（実施例１の効果）
実施例１によれば、交換用ビット３１のビット本体３１Ａに形成されて背面に開口されたジャッキ収容穴６１に、押引きジャッキ５５のジャッキ本体５５ａを収容し、作業空間２８の背面板２９ｃに設置した反力受け部材５６を反力受けとして、押引きジャッキ５５によりビットガイド穴３８内の交換用ビット３１を押し引きして挿入離脱させるので、ビットガイド穴３８から反力受け部材５６までの距離が十分に確保できない狭い作業空間２８であっても、ジャッキ本体５５ａがジャッキ収容穴６１に収容される長さ分だけ、出退ストロークの長い押引きジャッキ５５を使用することができる。また、ジャッキ収容穴６１に押引きジャッキ５５を収容した状態で、磨耗した交換用ビット３１の搬出と新規な交換用ビット３１の搬入とを行うので、狭い作業空間２９内でスムーズかつ容易に交換作業を行うことができる。
【００５５】
また調整固定機構６３により、ジャッキ収容穴６１内で、ジャッキ本体５５ａの基端部の一部が収容された一次固定位置Ｒ１と、ジャッキ本体５５ａの略全体が収容された二次固定位置Ｒ２の間で固定位置を変位させ、それぞれの固定位置で押引きジャッキ５５を交換用ビット３１を押し引き駆動することにより、一次固定位置Ｒ１と二次固定位置Ｒ２の間の変位距離Ｌだけ長い押引きジャッキ５５の出退ストロークを確保することができる。これにより、出退ストロークの短い小型の押引きジャッキ５５を使用することができて、交換用ビット３１および押引きジャッキ５５のコンパクト化を図ることができる。またビットガイド穴３８のゲート開閉動作を挟んで、使用位置とガイド穴開閉位置との間の一次押引き動作と、ガイド穴開閉位置と作業空間２７内の離脱位置の間の二次押引き動作とに分けて押引きジャッキ５５を操作することで、交換用ビット３１の離脱、装着作業と止水作業とをスムーズに行うことができる。
【００５６】
さらに調整固定機構６３は、ジャッキ本体５５ａの基端部と先端部とに一次フランジ６３ａと二次フランジ６３ｂとを位相をずらせてそれぞれ取り付け、開口部６２を一次フランジ６３ａと相似形に形成して、一次フランジ６３ａが通過可能としたので、ジャッキ収容穴６１における押引きジャッキ５５の固定位置を容易に変更することができる。
【００５７】
なお、上記実施例１では、２台の搬送整合装置８１を使用したが、１台の搬送整合装置８１を交互に使用して、２個の押引きジャッキ５５または押引きジャッキ５５付きの交換用ビット３１を順次搬出、搬入することもできる。
【００５８】
［実施例２］
この実施例２に係るビット交換ユニット１００は、たとえば直径が４ｍ以上、８ｍ未満の中口径トンネル掘削用のシールド掘進機に装備されるもので、図２１〜図２４を参照して説明する。なお、実施例１と共通の部材には、同一符号を付して説明を省略する。
【００５９】
（押引きジャッキ）
ビット交換ユニット１００の交換用ビット３１に設けられる押引きジャッキ１０５は、図２４に示すように、ジャッキ収容穴６１に対してジャッキ本体１０５ａの固定位置を、一次固定位置Ｒ１と二次固定位置Ｒ２との間で前後方向に所定ストロークＬだけ変位させて、押引きジャッキ１０５の駆動ストロークを実質的に拡張する調整固定機構１０３は、ジャッキ本体１０５ａの外周部で、基端部から先端部近傍にわたって雄ねじ部１０３ａが形成されている。そして、ジャッキ本体１０５ａには、雄ねじ部１０３ａに雌ねじ部１０４ａ，１０６ａを介して螺合された可動フランジ１０４とロックナット１０６が設けられている。したがって、一次固定位置Ｒ１と二次固定位置Ｒ２の間で、ロックナット１０６および可動フランジ１０４を回転させて変位ストロークＬ分を移動させることにより、ジャッキ収容穴６１内でジャッキ本体１０５ａを一次固定位置Ｒ１と二次固定位置Ｒ２との間で、またその間の任意の選択位置に、それぞれ変位させて固定することができる。
【００６０】
上記構成によれば、押引きジャッキ１０５の駆動反力を、雄ねじ部１０３ａと雌ねじ部１０４ａを介して可動フランジ１０４およびロックナット１０６から交換用ビット３１に伝達することができる。このようにねじ機構を利用することから、駆動反力が比較的小さい小型の交換用ビット３１の交換に適している。
【００６１】
（交換支援設備）
このビット交換ユニット１００の交換支援設備として、図２１〜図２３に示すように、押引きジャッキ１０５または押引きジャッキ１０５付きの交換用ビット３１を吊り下げて、マンホール２７と作業空間２８内のビット交換ユニット１００の背面の間で搬送する吊下搬送装置１１１と、押引きジャッキ１０５を交換用ビット３１のジャッキ収納穴６２の開口部６２に対向する位置に位置調整可能で、かつ押引きジャッキ１０５付きの交換用ビット３１をビットガイド穴３８に対向する位置に位置調整可能な整合装置１２１が設けられている。
【００６２】
（吊下搬送装置と整合装置）
吊下搬送装置１１１は、マンホール２７と作業空間２８の間の天井部に、天井レール１１２が設置され、この天井レール１１２に複数のガイドローラ１１３を介して走行体１１４が移動自在に配置されている。この走行体１１４の後部に支持された吊下リンク１１５と、前部に支持された巻取機（レバーブロック）１１６から繰出される吊下チェーン１１６ａとにより、開閉式の把持具である左右一対のクランプアーム１１７が昇降自在に支持されている。前記クランプアーム１１７の先端部に保持具１１７ａがそれぞれ設けられており、これら保持具１１７ａを介して交換用ビット３１を直接把持可能で、かつ押引きジャッキ１０５を保持治具１１８を介して把持可能に構成されている。そして、クランプアーム１１７により交換用ビット３１または押引きジャッキ１０５を把持して吊下げた状態で、マンホール２７と整合装置１２１間で、たとえば手動により搬送することができる。もちろん、走行体１１４に電動式走行装置を設けて自動搬送することもできる。
【００６３】
整合装置１２１は、図２１〜図２３に示すように、ビットガイド体３７の下部と、背面板２９ｃに取り付けられたブラケット１２２との間にガイドプレート１２３が掛け渡され、ガイドプレート１２３上に左右一対の出退レール１２４がシールド軸心Ｏに平行なビット挿入離脱方向に敷設されている。そして、各出退レール１２４上には、スラストベアリングを介して整合台１２５がそれぞれ移動自在に案内され、これら整合台１２５上に、左右一対の可動台１２６からなる高さ調整具が配置されている。この高さ調整具は、左右の可動台１２６が互いに接近離間自在に配置されるとともに、互いに対向する内側下部から外側上方に傾斜する傾斜受面１２６ａがそれぞれ形成され、さらに左右の可動台１２６に、正逆方向の雄ねじ部が形成された昇降用ねじ軸１２７が嵌合される雌ねじ穴が形成されている。そして可動台１２６の傾斜受面１２６ａに、交換用ビット３１または保持治具１１８の各円筒面がそれぞれ支持される。したがって、昇降用ねじ軸１２７を回転させることにより、左右の可動台１２６を接近離間させて、傾斜受面１２６ａの作用で交換用ビット３１または押引きジャッキ１０５の所定範囲で昇降させて高さ調整することができる。
【００６４】
実施例２の交換用ビット３１または押引きジャッキ１０５の交換動作は、吊下搬送装置１１１により、マンホール２７と作業空間２８の整合台１２５の間で搬送し、整合装置１２１に対して押引きジャッキ１０５または押引きジャッキ１０５付きの交換用ビット３１をそれぞれ受け渡す動作以外は、実施例２と略同様に実施される。
【００６５】
実施例２によれば、実施例１と同様の作用効果を奏することができ、小型の交換用ビット３１に最適なものとなる。
［交換ユニットの実施例３］
（外周ビット交換ユニット）
図２５に示すように、実施例３は、主スポーク部材２１の外周端に設置される外周ビット交換ユニット１３０に関するものである。この外周ビット交換ユニット１３０には、主スポーク部材２１の外周端に外周掘削するための１本の外周掘削ビット（交換用ビット）１３１が設けられており、この外周掘削ビット１３１は、開閉軸心ＯＣに対して傾斜角：θ°前部外周側に傾斜して取り付けられている。外周ビット交換ユニット１３０は、カッタヘッド１６の主スポーク部材２１に連結されたスポーク前面板２１ａに、取付リング１３２を介して円形の外周ユニット前面板１３３が取り付けられ、この外周ユニット前面板１３３の外周寄りに開口穴１３４が形成されている。外周ユニット前面板１３３の背面に、ゲート開閉装置３６により開閉駆動されるゲート板１３５が、取付リング１３２を介して開閉軸心ＯＣを中心に９０°の範囲で回動可能に配置され、このゲート板１３５に、開口穴１３４に合致して連通可能な１個のバルブ口１３６が形成されている。また外周ユニット前面板１３３の背面に、取付リング１３２を介してビットガイド体１３６が取り付けられており、このビットガイド体１３６に、バルブ口１３６および開口穴１３４に合致可能なビットガイド穴１３７が傾斜角θ°で形成されている。
【００６６】
その他、外周掘削ビット１３１および吊下搬送装置（図示せず）は、実施例１と同様に構成されているため、同一の符号を付して説明を省略する。また搬送整合装置８１において、ビットガイド穴１３７に対応するために、アーム部８２ｂと出退レール８６が、搬送レール８４に対して傾斜角θ°で傾斜されて基端台車部に支持されており、外周掘削ビット１３１と押引きジャッキ５５とをそれぞれ調整台車８７を介して同一の傾斜角θ°に沿って案内することができる。
ビット交換動作は、磨耗した外周掘削ビット１３１に対して押引きジャッキ５５を実施例１と同じ手順で装着し、一次押引き動作、ゲート開閉動作、二次押引き動作により、磨耗した押引きジャッキ５５付き外周掘削ビット１３１をビットガイド穴１３７から離脱させて整合台８９上に取り出し、搬送整合装置８１と吊下搬送装置７１により搬出する。そして新規な押引きジャッキ５５付き外周掘削ビット１３１を逆の手順で装着すればよい。
【００６７】
実施例３によれば、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
［ビット交換ユニットの実施例４］
実施例１および２では、ビット交換ユニット３０，１００ごとに２個の交換用ビット３１を設置して交換し、実施例３では、外周ビット交換ユニット１３０ごとに１個の交換用ビット１３１を交換したが、この実施例４では、図２６に示すように、１個のビット交換ユニット１４０に対して、３個の交換用ビット３１をそれぞれ設置し、ビット交換するように構成したものである。なお、実施例１と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００６８】
このビット交換ユニット１４０では、開閉軸心ＯＣを中心として等間隔（等角度:１２０°）ごとに３個の交換用ビット３１が装着されている。すなわち、ビット交換ユニット１４０は、開閉軸心ＯＣを中心とする同一円弧上に１２０°ごとに、開口穴３３とゲート板３４のバルブ口３５、ビットガイド体３７のビットガイド穴３８がそれぞれ形成され、３本の交換用ビット３１が装着されている。これら交換用ビット３１は、それぞれ前部外周側に向かってα°傾斜して設けられている。交換用ビット３１の交換作業では、ゲート開閉装置３６がゲート板３４を６０°の範囲で往復回動させる以外は、実施例１および３と同一であるため、説明を省略する。
【００６９】
上記ビット交換ユニット１４０によれば、３本の交換用ビット３１を設置できるので、コスト的に有利となり、また３本の交換用ビット３１を密に設置できるので、効果的な掘削が可能となる。さらに交換用ビット３１を傾斜させることにより、作業空間２８のスペースを有効に利用することができる。
【００７０】
上記実施例４によれば、請求項１と同様の作用効果を奏することができる。
［実施例５］
実施例１では、ゲート板３４によるゲート開閉動作を挟んで一次押引き動作と二次押引き動作とを二段階で行ったが、これは、伸縮ストロークが短い押引きジャッキ５５を採用し、ジャッキ収容穴６１内で一次固定位置Ｒ１と二次固定位置Ｒ２との間で変位させて伸縮ストロークを拡張したためである。
【００７１】
これに対して、図２７に示す実施例５のビット交換ユニット３０は、伸縮ストロークが長いテレスコピック式の押引きジャッキ１５５を採用したものである。なお、実施例１と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００７２】
すなわち、押引きジャッキ１５５のジャッキ本体５５ａは、ジャッキ収容穴６１に略全体を収容される第２固定位置Ｒ２に収納固定し、交換用ビット３１を使用位置と離脱位置との間で連続して交換用ビット３１を挿入、離脱させることができる。
【００７３】
ここで、ゲート開閉動作は、磨耗した交換用ビット３１が使用位置からガイド穴開閉位置に達した時と、新規な交換用ビット３１が離脱位置からガイド穴開閉位置に接近した時に行う。
【００７４】
たとえばゲート開閉装置３６に、電動または油圧モータを使用して自動的に回転駆動できるようにしておき、交換用ビット３１の出退位置をセンサなどで検出し、この検出信号に基づいて、自動的にゲート板３４を開閉操作するようにしてもよい。
【００７５】
実施例５によれば、先の実施例では、交換用ビット３１の挿入、離脱動作を二段階に行うのに比較して、伸縮ストロークが長いテレスコピック式の押引きジャッキ１５５を使用することにより、連続した挿入、離脱動作で交換作業を行うことができ、交換用ビット３１の交換作業を短時間で行うことができる。
【００７６】
上記各実施例では、シールド掘進機について説明したが、シールド機以外の掘削機にも適用することができる。
【符号の説明】
【００７７】
Ｏ シールド軸心（掘削機軸心）
ＲＬ 半径方向軸
ＯＣ 開閉軸心
Ｒ１ 第１固定位置
Ｒ２ 第２固定位置
Ｌ 変位距離
１１ シールド本体（掘削機本体）
１６ カッタヘッド
２１ 主スポーク部材
２１ａ スポーク前面板
２１ｂ 装着穴部
２７ マンホール
２８ 作業空間
２９ｃ 背面板
３０ ビット交換ユニット
３１ 交換用ビット
３１Ａ ビット本体
３１Ｂ 掘削刃部
３２ ユニット前面板（前面板）
３３ 開口部
３４ ゲート板
３５ バルブ口
３６ ゲート開閉装置
３７ ビットガイド体
３８ ビットガイド穴
５５ 押引きジャッキ
５５ａ ジャッキ本体
５５ｂ 作動ロッド
５５ｄ 連結部材
５６ 反力受け部材(反力支持部)
６１ ジャッキ収容穴
６２ 開口部
６３ 調整固定機構
７１ 吊下搬送装置
８１ 搬送整合装置
８４ 搬送レール
８５ 搬送台車
８６ 出退レール
８７ 調整台車
８８ 昇降調整機構
８９ 整合台
１００ ビット交換ユニット
１０３ 調整固定機構
１０３ａ 雄ねじ部
１０４ 可動フランジ
１０５ 押引きジャッキ
１０６ ロックナット
１１１ 吊下搬送装置
１２１ 整合装置
１２５ 整合台
１２６ 可動台
１３０ 外周ビット交換ユニット
１３１ 外周掘削ビット
１３５ ゲート板
１３６ バルブ口
１４０ ビット交換ユニット
１５５ 押引きジャッキ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カッタヘッドのビットガイド穴に装着された交換用ビットにより地山を掘削し、掘削途中で磨耗した交換用ビットを、押引きジャッキにより前記ビットガイド穴からカッタヘッドの背面に形成された作業空間に引き出して離脱させるとともに、前記ビットガイド穴を閉鎖し、磨耗した交換用ビットを前記作業空間から搬出し、逆の手順で、新規な交換用ビットを搬入して前記押引きジャッキにより前記ビットガイド穴に挿入する掘削機のカッタビット交換方法であって、
交換用ビットで前部に掘削刃部を有するビット本体に、背面に開口されるジャッキ収容穴を形成しておき、当該ジャッキ収容穴内に、押引きジャッキのジャッキ本体を収容固定した状態で、前記作業空間内の背面に設けられた背面支持部を反力受けとして、押引きジャッキを伸縮して前記ビットガイド穴に対する交換用ビットの離脱と挿入とを行い、
さらに前記ジャッキ収容穴に押引きジャッキのジャッキ本体を収容した状態で、前記作業空間における交換用ビットの搬出と搬出とを行う
ことを特徴とする掘削機のカッタビット交換方法。
【請求項２】
ジャッキ収容穴内にジャッキ本体の基端側の一部を収容した一次固定位置に押引きジャッキを固定した状態で、地山を掘削する使用位置と、当該使用位置から後退されてビットガイド穴を閉鎖可能なガイド穴開閉位置との間で、交換用ビットを出退する一次押引き動作を行い、
前記ジャッキ収容穴内にジャッキ本体の略全体を収容した二次固定位置に前記押引きジャッキを固定した状態で、前記ガイド穴開閉位置と前記ビットガイド穴から作業空間に離脱された離脱位置との間で交換用ビットを出退する二次押引き動作を行う
ことを特徴とする請求項１記載の掘削機のカッタビット交換方法。
【請求項３】
カッタヘッドに形成されたビットガイド穴から前方に突出されて地山を掘削する交換用ビットと、カッタヘッドの背面に形成された作業空間と前記ビットガイド穴との間で交換用ビットを離脱、挿入する押引きジャッキと、前記ビットガイド穴を開閉するゲート開閉装置とを具備した掘削機のカッタビット交換装置であって、
交換用ビットのビット本体に、前記押引きジャッキのジャッキ本体を収容可能なジャッキ収容穴を形成して背面に開口させ、
当該ジャッキ収容穴にジャッキ本体が収容固定された押引きジャッキにより、前記作業空間内の背面に設けられた背面支持部を反力受けとして、前記ビットガイド穴に対する交換用ビットの引き出し動作と押し込み動作を行い、またジャッキ収容穴に押引きジャッキを収容固定した状態で、交換用ビットの前記作業空間における搬出と搬入とを行うように構成された
ことを特徴とする掘削機のカッタビット交換装置。
【請求項４】
ジャッキ本体の基端側の一部がジャッキ収容穴に収容される一次固定位置と、ジャッキ本体の略全体がジャッキ収容穴に収容される二次固定位置との間で、ジャッキ収容穴における押引きジャッキの固定位置を調整可能な調整固定機構を設け、
当該調整固定機構により、前記一次固定位置と前記二次固定位置でそれぞれ押引きジャッキを出退駆動することにより、押引きジャッキの実質的な伸縮ストロークを拡張可能に構成した
ことを特徴とする請求項３記載の掘削機のカッタビット交換装置。
【請求項５】
調整固定機構は、ジャッキ本体の外周部に形成された雄ねじ部と、当該雄ねじ部に雌ねじ部を介して移動可能に嵌合され、ジャッキ本体をジャッキ収容穴の開口部に固定可能な可動フランジとを具備した
ことを特徴とする請求項４記載の掘削機のカッタビット交換装置。
【請求項６】
調整固定機構は、ジャッキ本体の基端側で外周部に突設されて一次固定位置でジャッキ収容穴の開口部に固定可能な一次フランジと、ジャッキ本体の先端側で外周部に突設されて二次固定位置でジャッキ収容穴の開口部に固定可能で、かつ前記一次フランジに対して９０°位相が相違された二次フランジとを有し、
前記ジャッキ収容穴の開口部を、前記一次フランジと相似形で前記一次フランジを通過可能な大きさに形成した
ことを特徴とする請求項４記載の掘削機のカッタビット交換装置。
【請求項１】
カッタヘッドのビットガイド穴に装着された交換用ビットにより地山を掘削し、掘削途中で磨耗した交換用ビットを、押引きジャッキにより前記ビットガイド穴からカッタヘッドの背面に形成された作業空間に引き出して離脱させるとともに、前記ビットガイド穴を閉鎖し、磨耗した交換用ビットを前記作業空間から搬出し、逆の手順で、新規な交換用ビットを搬入して前記押引きジャッキにより前記ビットガイド穴に挿入する掘削機のカッタビット交換方法であって、
交換用ビットで前部に掘削刃部を有するビット本体に、背面に開口されるジャッキ収容穴を形成しておき、当該ジャッキ収容穴内に、押引きジャッキのジャッキ本体を収容固定した状態で、前記作業空間内の背面に設けられた背面支持部を反力受けとして、押引きジャッキを伸縮して前記ビットガイド穴に対する交換用ビットの離脱と挿入とを行い、
さらに前記ジャッキ収容穴に押引きジャッキのジャッキ本体を収容した状態で、前記作業空間における交換用ビットの搬出と搬出とを行う
ことを特徴とする掘削機のカッタビット交換方法。
【請求項２】
ジャッキ収容穴内にジャッキ本体の基端側の一部を収容した一次固定位置に押引きジャッキを固定した状態で、地山を掘削する使用位置と、当該使用位置から後退されてビットガイド穴を閉鎖可能なガイド穴開閉位置との間で、交換用ビットを出退する一次押引き動作を行い、
前記ジャッキ収容穴内にジャッキ本体の略全体を収容した二次固定位置に前記押引きジャッキを固定した状態で、前記ガイド穴開閉位置と前記ビットガイド穴から作業空間に離脱された離脱位置との間で交換用ビットを出退する二次押引き動作を行う
ことを特徴とする請求項１記載の掘削機のカッタビット交換方法。
【請求項３】
カッタヘッドに形成されたビットガイド穴から前方に突出されて地山を掘削する交換用ビットと、カッタヘッドの背面に形成された作業空間と前記ビットガイド穴との間で交換用ビットを離脱、挿入する押引きジャッキと、前記ビットガイド穴を開閉するゲート開閉装置とを具備した掘削機のカッタビット交換装置であって、
交換用ビットのビット本体に、前記押引きジャッキのジャッキ本体を収容可能なジャッキ収容穴を形成して背面に開口させ、
当該ジャッキ収容穴にジャッキ本体が収容固定された押引きジャッキにより、前記作業空間内の背面に設けられた背面支持部を反力受けとして、前記ビットガイド穴に対する交換用ビットの引き出し動作と押し込み動作を行い、またジャッキ収容穴に押引きジャッキを収容固定した状態で、交換用ビットの前記作業空間における搬出と搬入とを行うように構成された
ことを特徴とする掘削機のカッタビット交換装置。
【請求項４】
ジャッキ本体の基端側の一部がジャッキ収容穴に収容される一次固定位置と、ジャッキ本体の略全体がジャッキ収容穴に収容される二次固定位置との間で、ジャッキ収容穴における押引きジャッキの固定位置を調整可能な調整固定機構を設け、
当該調整固定機構により、前記一次固定位置と前記二次固定位置でそれぞれ押引きジャッキを出退駆動することにより、押引きジャッキの実質的な伸縮ストロークを拡張可能に構成した
ことを特徴とする請求項３記載の掘削機のカッタビット交換装置。
【請求項５】
調整固定機構は、ジャッキ本体の外周部に形成された雄ねじ部と、当該雄ねじ部に雌ねじ部を介して移動可能に嵌合され、ジャッキ本体をジャッキ収容穴の開口部に固定可能な可動フランジとを具備した
ことを特徴とする請求項４記載の掘削機のカッタビット交換装置。
【請求項６】
調整固定機構は、ジャッキ本体の基端側で外周部に突設されて一次固定位置でジャッキ収容穴の開口部に固定可能な一次フランジと、ジャッキ本体の先端側で外周部に突設されて二次固定位置でジャッキ収容穴の開口部に固定可能で、かつ前記一次フランジに対して９０°位相が相違された二次フランジとを有し、
前記ジャッキ収容穴の開口部を、前記一次フランジと相似形で前記一次フランジを通過可能な大きさに形成した
ことを特徴とする請求項４記載の掘削機のカッタビット交換装置。
【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１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【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１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２０１２−４１７８１（Ｐ２０１２−４１７８１Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８５６９８（Ｐ２０１０−１８５６９８）
【出願日】平成２２年８月２３日（２０１０．８．２３）
【特許番号】特許第４７２２２２０号（Ｐ４７２２２２０）
【特許公報発行日】平成２３年７月１３日（２０１１．７．１３）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２２年４月２２日 日立造船株式会社堺工場内において開催された「大口径ビット交換実証実験」で発表
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．レバーブロック
【出願人】（０００００５１１９）日立造船株式会社 (764)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２３日（２０１０．８．２３）
【特許番号】特許第４７２２２２０号（Ｐ４７２２２２０）
【特許公報発行日】平成２３年７月１３日（２０１１．７．１３）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２２年４月２２日 日立造船株式会社堺工場内において開催された「大口径ビット交換実証実験」で発表
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．レバーブロック
【出願人】（０００００５１１９）日立造船株式会社 (764)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]