掘削機のビット交換装置
【課題】回動体の摺動隙間におけるシール性を向上させ、交換時に回動体をスムーズに回動させる。
【解決手段】主カッタスポーク２１の前面に開口形成されたビット収容部３４の後部に、バルブ収容部３５を形成し、このバルブ収容部３５に回動体である回動バルブ３９を回動自在に配置し、カッタビット３１を内装したビットケース４１を、回動バルブ３９に形成された着脱通路３８からビット収容部３４に突出移動してコッタ部材３８により固定し掘削反力を支持させる。これにより、回動バルブ３９の摺動隙間をビット収容部３４とバルブ収容部３５とに配置して、ビットケース４１により覆う。
【解決手段】主カッタスポーク２１の前面に開口形成されたビット収容部３４の後部に、バルブ収容部３５を形成し、このバルブ収容部３５に回動体である回動バルブ３９を回動自在に配置し、カッタビット３１を内装したビットケース４１を、回動バルブ３９に形成された着脱通路３８からビット収容部３４に突出移動してコッタ部材３８により固定し掘削反力を支持させる。これにより、回動バルブ３９の摺動隙間をビット収容部３４とバルブ収容部３５とに配置して、ビットケース４１により覆う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド掘進機などの掘削機のカッタヘッドに設けられて岩盤や礫を破砕するローラビット（ディスクカッタともいう）を、カッタヘッドに設けられた作業空間から交換可能な掘削機のビット交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ローラビットをカッタヘッド内に形成された作業空間から交換する交換装置として、たとえば特許文献１および２がある。これら交換装置は、カッタスポークの前面に、開口部を有する回転体を配置し、この回転体の開口部にローラビットを配置している。そして、カッタの交換時には、前記回転体を９０°または１８０°回転させて、回転体の開口部を側面側または背面側の交換用開口部に対面させ、ローラビットを開口部から交換用開口部を介して作業空間に抜き出し交換可能に構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３１３９７４９号
【特許文献２】特許第４１６３９６５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来文献では、カッタヘッド（カッタスポーク）の前面に、回転体が配置されており、回転体とその支持部材の摺動隙間が前面に臨んで露出している。このため、掘削時の泥水圧が摺動隙間に直接負荷されるとともに、礫などの破片が隙間に入り込むおそれがあり、これにより摺動隙間に設けられたシール材が破損されやすく、また回転体の回動が阻害されるおそれがあった。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決して、回動体の摺動隙間におけるシール性を向上させ、交換時に回動体をスムーズに回動させることができる掘削機のビット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、
掘削機本体の前部に回転軸心周りに回転自在に支持されたカッタヘッドの前面に、岩盤や礫を破砕するローラビットを配置し、カッタヘッド内に設けられた作業空間から磨耗したローラビットを交換する掘削機のビット交換装置であって、
カッタヘッドに設置されたハウジングに、前面に開口するビット収容部と、当該ビット収容部の後部に形成されたバルブ収容部とを有するビット収容通路を、カッタヘッド前面に出退可能な方向の出退軸に沿って形成するとともに、前記出退軸に所定角度隔てた挿脱軸方向に形成されて前記バルブ収容部と前記作業空間とを連通する交換用開口部とを設け、
前記バルブ収容部内に、前記出退軸および挿脱軸に略直交する回動軸心周りに回動自在な回動バルブを設けるとともに、当該回動バルブに、前記ビット収容部に連通する着脱通路を形成し、
当該着脱通路内に、ローラビットを有するビットケースを挿脱自在に配置し、
回動バルブを所定角度回動させて前記着脱通路を前記交換用開口部に連通させることにより、ビットケースを前記着脱通路と前記作業空間の間で挿脱可能に構成し、
回動バルブに、前記ビットケースを前記着脱通路と前記ビット収容部との間で出退移動させるビット出退機構を設け、
前記ビットケースと前記バルブ収容部との隙間を止水する第１シール材を設けるとともに、回動バルブの外周面で着脱通路の開口部周囲と前記バルブ収容部の内面との隙間を止水する第２シール材を設けたものである。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、
回動バルブの着脱通路でビットケースの背面側に、ローラビットの掘削反力をハウジングに伝達して支持させる反力支持ブロックを設け、
バルブ収容部内の前記ビットケースと前記反力支持ブロックとの間に、掘削反力を伝達するコッタ部材を嵌脱自在に設けたものである。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の構成において、
ビット収容通路を、カッタヘッドを貫通して形成するとともに、着脱通路を、回動バルブを貫通して形成し、
反力支持ブロックを着脱通路に挿脱自在に配置し、
前記反力支持ブロックを、回動バルブの前記着脱通路の背面開口部から交換用開口部を介して作業空間に挿脱自在としたものである。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の構成において、
ビットケースに、ローラビットを収容するケース排土通路を形成するとともに、反力支持ブロックに、前記ケース排土通路に連通するブロック排土通路を形成し、
ローラビットにより掘削された掘削物を前記ケース排土通路からブロック排土通路を介してカッタヘッドの背面側に排出可能に構成したものである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の構成によれば、カッタヘッドの前面に開口されたビット収容部より奥側に、回動バルブを収容するバルブ収容部を形成し、ローラビットを有するビットケースを、回動バルブの着脱通路からビット収容部に突出移動させて使用するので、回動バルブとバルブ収容部の摺動隙間が、ビットケースに覆われてカッタヘッドの前面に露出することがなく、またビット収容部とビットケースとの隙間が第１シール材により止水されるので、泥水圧が直接負荷されることがない。これにより、回動バルブとバルブ収容部の摺動隙間を良好にシールすることができて、回動バルブのスムーズな回動が可能となる。
【００１１】
請求項２記載の構成によれば、着脱通路の背面側で、ビットケースからコッタ部材を介して伝達される掘削反力を、反力支持ブロックを介してハウジングに支持させることができ、大きい掘削反力を効果的に支持することができる。
【００１２】
請求項３記載の構成によれば、最初に反力支持ブロックを着脱通路から抜き出し、次いでビットケースを着脱通路から抜き出すことにより、ローラビットを容易に交換することができる。また、回動バルブの回動方向の選択肢が広くすることができる。
【００１３】
請求項４記載の構成によれば、ローラビットにより掘削された掘削物を、記ケース排土通路からブロック排土通路を介してカッタヘッドの背面側にスムーズに排出することができ、岩盤や礫を良好に破砕することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るビット交換ユニットの第１実施例を示す主カッタスポークの横断面図である。
【図２】ビット交換ユニットの中央横断面図である。
【図３】図１に示すＡ−Ａ断面図である。
【図４】図３の要部拡大図である。
【図５】ビット交換ユニットを示す主カッタスポークの一部切り欠き斜視図である。
【図６】ビット交換ユニットを示す正面図である。
【図７】図１に示すＢ−Ｂ断面図である。
【図８】回動バルブからビットケースと反力受けブロックを離脱させた分解縦断面図である。
【図９】ビットケースと反力受けブロックを示す分解斜視図である。
【図１０】シール材を示す斜視図である。
【図１１】ビット交換ユニットを有するシールド掘進機のカッタヘッドを示す正面図である。
【図１２】ビット交換ユニットを有するシールド掘進機の中央縦断面図である。
【図１３】ローラビットの交換作業で、ビットケースの後退位置を示すビット交換ユニットの中央横断面図である。
【図１４】ローラビットの交換作業で、ビットケースの後退位置を示すビット交換ユニットの中央縦断面図である。
【図１５】ローラビットの交換作業で、回動バルブの交換姿勢を示すビット交換ユニットの中央横断面図である。
【図１６】ローラビットの交換作業で、ビットケースおよび反力支持ブロックの取り出し状態を示すビット交換ユニットの中央横断面図である。
【図１７】第１実施例の変形例を示し、ローラビットの交換作業でビットケースの取り出し状態を示すビット交換ユニットの中央横断面図である。
【図１８】本発明に係るビット交換ユニットの第２実施例を示し、ビット交換ユニットの配置を示す主カッタスポークの正面図である。
【図１９】主カッタスポークの縦断面図である。
【図２０】図１８に示すＣ−Ｃ断面図である。
【図２１】（ａ）〜（ｃ）はビット交換ユニットの中央縦断面図で、（ａ）はローラビットの掘削位置を示し、（ｂ）はビットケースの後退位置を示し、（ｃ）はビットケースの取り出し状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る掘削機であるシールド掘進機の掘削用ローラビットの交換装置であるビット交換ユニットの実施例を説明する。
【第１実施例】
【００１６】
第１実施例を図１〜図１６に基づいて説明する。
［シールド掘進機］
図１２に示すように、円筒形のシールド本体（掘削機本体）１１の前部には、切羽崩壊土圧を保持する圧力隔壁１２が設けられており、この圧力隔壁１２に旋回軸受１３を介して旋回リング体１４がシールド軸心（掘削機軸心、カッタヘッドの回転軸心）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に複数の支持脚１５が前方に突設され、これら支持脚１５の前端部に円形のカッタヘッド１６が支持されている。圧力隔壁１２の後部で大気圧側には、カッタヘッド１６を回転駆動するカッタ駆動装置１７が設けられており、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。さらに圧力隔壁１２には、カッタヘッド１６により掘削された土砂を、切羽崩壊土圧を保持しつつ後部の大気圧側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。
【００１７】
カッタヘッド１６は、図１１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の間に配置された複数の扇形状の中間面板２２と、シールド軸心Ｏを中心とする周方向に配設されて主スポーク部材２１および中間面板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、これら部材２１〜２４間に土砂取り入れ口２５が形成されている。
【００１８】
そして主スポーク部材２１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が配設され、各ビット交換ユニット３０に、岩盤や礫を破砕するローラビット３１がそれぞれ半径方向に沿う半径軸ＯＲ周りに回転自在に設けられている。これらすべてのローラビット３１はシールド軸心Ｏを中心とする旋回半径が位置ずれして異なる部位を掘削破砕するように配置される。また中心部材２０にもセンタローラビットが設けられるとともに、各主スポーク部材２１の両側部に複数の固定ビット２６がそれぞれ設けられている。
【００１９】
図１２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を貫通して大気圧側から主スポーク部材２１内の作業空間２８に出入り可能に連通されている。
【００２０】
［ビット交換ユニットの第１実施例］
図１〜図１０、図１３〜図１６を参照して、ビット交換ユニットの第１実施例を説明する。
【００２１】
図１に示すように、主スポーク部材２１は、前面板２１Ｆ、背面板２１Ｂおよび左右の側面板２１Ｌ，２１Ｒにより中空状で、かつ左右の側面板２１Ｌ，２１Ｒの後部が内側に傾斜した後部面取り形の略台形状断面に形成されている。そして、ビット交換ユニット３０は、主スポーク部材２１の中心線から正面視で左右一方の側に所定距離位置ずれして配置され、左右他方の側に作業空間２８が形成されている。
【００２２】
図２〜図４に示すように、ビット交換ユニット３０は、前面板２１Ｆに形成された装着開口部２１ａと、背面板２１Ｂに貫設された排土ダクト２１Ｄとの間にハウジング３２が設置され、このハウジング３２に、排土ダクト２１Ｄに連通するビット収容通路３３がシールド軸心Ｏに平行な出退軸ＯＰ方向に貫通形成されている。このビット収容通路３３は、前面に開口するビット収容部３４と、ビット収容部３４の後部で、半径軸（回動軸）ＯＲ回りに形成された円柱形のバルブ収容空間３５と、バルブ収容空間３５の背面側で反力支持プラグ３２Ｅが嵌合固定されたプラグ収容部３６とで構成されている。またこのハウジング３２には、バルブ収容部３５に連通して、出退軸ＯＰおよびカッタヘッド１６の半径方向に沿う半径軸ＯＲに直交する接線軸（挿脱軸）ＯＥ方向に、作業空間２８に連通する交換用開口部３７が形成され、この交換用開口部３７に交換用扉３７ａがヒンジを介して開閉自在に取り付けられている。
【００２３】
なお、ここでシールド軸心Ｏに平行な出退軸ＯＰとしているが、ローラビット３１が設けられるカッタヘッドは、その面板（前面）が外周側ほど後方に湾曲または傾斜されたものもあり、ローラビットはその面板に対して略垂直（たとえば８５°〜９５°）に出退するように設けられるものと、その面板に対して所定の角度、たとえば４５°〜８５°程度傾斜して出退するように設けられるものがあり、このような場合には、出退軸ＯＰは、カッタヘッドの面板に対して略垂直、あるいは所定角度傾斜して配置されることになる。
【００２４】
また交換用開口部３７を、出退軸ＯＰおよび半径軸ＯＲにそれぞれ直交する接線軸ＯＥ方向に形成したが、交換用開口部３７は、後述するローラビット３１および反力支持ブロック４４が出し入れできればよく、主カッタスポーク２１内の空間が許容できるのであれば、接線軸ＯＥに対して所定角度（たとえば前方に１５°〜後方に６０°）隔てられていてもよい。
【００２５】
前記バルブ収容部３４内には、円筒状の回動バルブ３９が半径軸ＯＲ周りに回動自在に配置されている。この回動バルブ３９は、円筒状の外周板３９ａと、この外周板３９ａに径方向に貫設されて着脱通路３８を形成する長円筒体３９ｂとを具備し、この着脱通路３８は、長径が接線軸ＯＥに沿う長円形断面に形成され、前面開口部がビット収容部３４合致して連通され、かつ反力支持プラグ３２Ｅのプラグ排土通路４９より大径に形成されている。そして、回動バルブ３９を着脱通路３８が使用姿勢から９０°回動し、着脱通路３８を接線軸ＯＥに沿う交換姿勢として着脱通路３８を交換用開口部３７に連通させることができる。
【００２６】
またここで、回動バルブ３９の回動中心となる半径軸ＯＲを、出退軸ＯＰおよび接線軸ＯＥに対して直交する方向としたが、シールド軸心Ｏおよび接線軸ＯＥに対して略９０°（たとえば８５°〜９５°）で交差するものも含むものとする。
【００２７】
（ビットケースと反力支持ブロック）
前記着脱通路３８には、図８に示すように、ローラビット３１を収容したビットケース４１と、このローラビット３１からビットケース４１を介して加わる掘削反力を反力支持プラグ３２Ｅからハウジング３２に支持させる反力支持ブロック４４とがそれぞれ挿脱自在に配置される。
【００２８】
図７、図９に示すように、前記ビットケース４１は長円筒状に形成されるとともに、長円形断面のケース排土通路４２が出退軸ＯＰに沿って貫通されており、このケース排土通路４２の前部に、ローラビット３１が軸部３１ａを介して半径軸ＯＲ方向に平行な軸心周りに回転自在に支持されている。またビットケース４１の後部で半径軸ＯＲ方向の対称位置に、一対のカムローラ４３がそれぞれ突出して着脱可能に設けられている。
【００２９】
前記反力支持ブロック４４は、着脱通路３８に嵌合される大径のブロック本体４５と、このブロック本体４５前面の反力受け面４５ａから前方に突設されてビットケース４１のケース排土通路４２にスライド自在に嵌合される小径のガイド筒４６とを具備している。これらブロック本体４５とガイド筒４６は、それぞれ長円筒形に形成されるとともに、出退軸ＯＰ軸方向に沿って長円形断面のブロック排土通路４７が貫通形成されている。またブロック本体４５の後部端面は、回動バルブ３９の外周面に沿う円弧状の反力伝達面４５ｂに構成されている。
【００３０】
したがって、着脱通路３８がシールド軸心Ｏに平行な使用姿勢では、ハウジング３２のビット収容部３４と、ビットケース４１と、反力支持ブロック４４と、反力支持プラグ３２Ｅとが直線状に並び、ケース排土通路４２、ブロック排土通路４７、プラグ排土通路４９および排土ダクト２１Ｄとが直線状に連通される。また回動バルブ３９を半径軸ＯＲ周りに矢印方向に９０°回動した交換姿勢では、着脱通路３８と交換用開口部３７とが連通されて、ビットケース４１および反力支持ブロック４４を作業空間２８との間で挿入、離脱して交換することができる。
【００３１】
４８は、ビット収容部３４に突出されたビットケース４１と、ブロック本体４５の反力受け面４５ａとの間に介在される左右一対のコッタ部材で、ビットケース４１がビット収容部３４内に突出移動された掘削位置で、ビットケース４１の背面と反力開けブロック４５の反力受け面４５ａの間に介在されてビットケース４１を固定している。これらコッタ部材４８は、長円筒体３９ｂに半径軸ＯＲ方向に貫通されたコッタ挿入孔４０から着脱通路３８の短径方向に挿脱自在に嵌合されている。これらコッタ部材４８により、ローラビット３１の掘削反力を、ビットケース４１から反力支持ブロック４４に伝達し、さらに反力支持ブロック４４の反力伝達面４５ｂからハウジング３２の反力受けプラグ３２Ｅに伝達させる。
【００３２】
（バルブ回動機構とビット出退機構）
このビット交換ユニット３１には、ハウジング３２に設けられて回動バルブ３９を使用姿勢と交換姿勢との間で回動させるバルブ回動機構５１と、また回動バルブ３９に設けられて掘削位置と着脱通路３８内の後退位置との間でビットケース４１を出退駆動するビット出退機構５５が設けられている。
【００３３】
前記バルブ回動機構５１は、回動バルブ３９の外周板３９ａの内面に所定範囲で取り付けられた円弧状の内歯ラック５２と、ハウジング３２に支持部材を介して回転自在に支持されて内歯ラック５２に噛み合うピニオン５３と、このピニオン５３をチェーンとスプロケットからなる巻掛け伝動機構５４ａを介して回転駆動するバルブ回動ハンドル５４とで構成されている。
【００３４】
前記ビット出退機構５５は、ビットケース４１に設けられたカムローラ４３と、回動バルブ３９の長円筒体３９ｂに出退方向に形成されてカムローラ４３の基部を案内するガイド孔５６と、長円筒体３９ｂの外面に配置されて出退軸ＯＰ周りに回転自在に支持されて外周面にカムローラ４３の先端部がそれぞれ係合されるカム溝５７ａが形成された一対の出退用カム軸５７と、これら出退用カム軸５７をウォームギヤ装置５８ａ、伝動軸５８ｂおよび巻掛け伝動機構５８ｃを介して回転させるビット出退ハンドル５８とで構成されている。
【００３５】
なお、このビット出退機構５５を送りねじ式機構、油圧式シリンダまたは電動ジャッキなどの直線駆動装置により構成することもできる。
（シール構造）
このビット交換ユニット３０は、図４および図１０に示すように、複数のシール材により止水されて作業空間２８への漏水が防止されている。
【００３６】
すなわち、ビットケース４１の前端部外周に第１シール材６１が設けられており、掘削位置で、第１シール材６１によりハウジング３２のビット収容部３４内面とビットケース４１の外周面との隙間を止水している。
【００３７】
また回動バルブ３９に対して第２シール材６２Ａ，６２Ｂおよび第３シール材６３Ａ，６３Ｂがそれぞれ設けられている。第２シール材６２Ａ，６２Ｂは、バルブ収容部３５の内周面に、バルブ収容部３５の開口面および背面開口部の開口面をそれぞれ囲むように設けられて、バルブ収容部３５の内周面と回動バルブ３９の外周板３９ａとの摺動隙間をシールしている。また第３シール材６３Ａ，６３Ｂは、回動バルブ３９の外周板３９ａで両端面近傍に全周にわたって設けられて、回動バルブ３９の外周板３９ａとバルブ収容部３５の内周面との摺動隙間をシールしている。さらに、図９に示すように、反力支持ブロック４４には、ブロック本体４５の外周面に第４シール材６４を全周にわたって取り付けて、反力支持ブロック４４と着脱通路３８との隙間をシールするとともに、ガイド筒４６の前端部外周に第５シール材６５を全周にわたって取り付けて、ガイド筒４６の反力支持ブロック４４とケース排土通路４２との隙間をシールしている。
【００３８】
したがって、ビットケース４１が掘削位置にある場合、回動バルブ３９とバルブ収容部３５の隙間に流入しようとする泥水や小径の礫は、第１シール材６１によりビット収容部３４内への流入が防止され、さらに第２シール材６２Ａ，６２Ｂおよび第３シール材６３Ａ，６３Ｂにより作業空間２８への漏水が防止される。
【００３９】
また、ビットケース４１の後退位置では、第１シール材６１により着脱通路３８の内面とビットケース４１との隙間がシールされる。そして第２シール材６２Ａ，６２Ｂおよび第３シール材６３Ａ，６３Ｂにより、回動バルブ３９とバルブ収容部３５の隙間から作業空間２８への漏水が防止される。また回動バルブ３９を使用姿勢から交換姿勢に９０°回動させた時も、第２シール材６２Ａ，６２Ｂ、第３シール材６３Ａ，６３Ｂ第４シール材６４および第５シール材６５により、作業空間２８への漏水が防止される。
【００４０】
（ローラビットの交換）
上記構成におけるローラビット３１の交換手順を説明する。
１）ビットケース４１がビット収容部３４に収容された掘削位置から、磨耗したローラビット３１を交換する場合、カッタヘッド１６を所定位置で停止し、作業員がマンホール２７から主スポーク部材２１内の作業空間２８に入り、交換作業を行う。
【００４１】
２）一対のコッタ部材４８をコッタ挿入口４０から抜き出した後、ビット出退ハンドル５８を操作して出退用カム軸５７を回転させ、カムローラ４３を介してビットケース４１を掘削位置から着脱通路３８の後退位置まで後退させる。
【００４２】
３）バルブ回動ハンドル５４を操作して回動バルブ３９を使用姿勢から交換姿勢に９０°回動させ、着脱通路３８の背面開口部を交換用開口部３７と対面させる。
４）交換用扉３７ａを開け、ジャッキなどの作業具を使用して、反力支持ブロック４４を着脱通路３８から交換用開口部３７を介して接線軸ＯＥ方向に引き出し作業空間２８に取り出す。次いでビットケース４１を背面開口部側に後退させ、カムローラ４３をビットケース４１から取り外して、ガイド孔５６から離脱させた後、ビットケース４１を着脱通路３８から引き出して交換用開口部３７から作業空間２８に取り出す。
【００４３】
５）新たなローラビット３１を装着したビットケース４１を、交換用開口部３７から着脱通路３８に挿入し、カムローラ４３をビットケース４１に装着して着脱通路３８の奥に押し込み、カムローラ４３をガイド孔５６に嵌合させるとともに、出退用カム軸５７のカム溝５７ａに嵌合させる。そして、反力支持ブロック４４を作業空間２８から交換用開口部３７を介して着脱通路３８に嵌め入れる。
【００４４】
６）交換用扉３７ａを閉じた後、バルブ回動ハンドル５４を操作して回動バルブ３９を交換姿勢から使用姿勢に９０°回動させ、着脱通路３８の正面開口部をビット収容部３４に一致させる。
【００４５】
７）ビット出退ハンドル５８を操作して出退用カム軸５７を回転させ、カムローラ４３を介してビットケース４１を着脱通路３８内の後退位置から出退軸ＯＰ方向にビット収容部３４内に突出移動させ、掘削位置に停止させる。そして、コッタ部材４８をそれぞれコッタ挿入口４０から挿入して、ビットケース４１の背面と反力支持ブロック４４の反力受け面４５ａとの間に嵌入させ、ビットケース４１を固定する。
【００４６】
上記実施例１によれば、回動バルブ３９の着脱通路３８に収容されたビットケース４１を、主カッタスポーク２１の前面に開口するビット収容部３４に突出移動して固定し掘削するように構成したので、バルブ収容部３５における回動バルブ３９の摺動隙間がビットケース４１により閉鎖されて、主カッタスポーク２１の前面に露出することがなく、掘削部の泥水圧に直接晒されることがない。またビットケース４１周囲の第１シール材６１と、バルブ収容部３５の前面開口部周囲の第２シール材６２Ａにより摺動隙間がそれぞれ良好に止水される。したがって、泥水圧が回動バルブ３９の摺動隙間に直接負荷されることがなく、破砕片が流入することもない。これにより、回動バルブ３９とバルブ収容部３５との摺動隙間を良好にシールすることができてシール性を向上させることができ、回動バルブ３９のスムーズな回動が可能となる。
【００４７】
また着脱通路３８の背面側に、ビットケース４１からコッタ部材４８を介して伝達される掘削反力を、反力支持ブロック４４を介してハウジング３２の反力支持プラグ３２Ｅに支持させることができ、カッタビット３１に加わる大きい掘削反力を効果的に支持することができる。
【００４８】
さらに、反力支持ブロック４４を着脱通路３８から抜き出し、次いでビットケース４１を着脱通路３８から抜き出すことにより、ローラビット３１を容易に交換することができる。
【００４９】
さらにまた、ローラビット３１により掘削された掘削物を、ケース排土通路４２からブロック排土通路４７およびプラグ排土通路４９を介して排土ダクト２１Ｄにスムーズに排出することができ、岩盤や礫を良好に破砕することができる。
【００５０】
［第１実施例の変形例］
図１７は、回動バルブ３９の回動方向を逆方向に９０°回動させるように構成したもので、ビットケース４１から先に、ビットケース４１のみを取り出すことができる。なお、ビットケース４１の交換時にカムローラ４３が障害となるが、ビット出退機構５５の出退用カム軸５７を取り外した後に、カムローラ４３を取り外すことにより、これを解消することができる。この変形例では、反力支持ブロック４４を回動バルブ３９に固定したり、反力支持ブロック４４と回動バルブ３９とを一体に成形することもできる。
【００５１】
この第１実施例の変形例によれば、第１実施例の効果に加えて、ビットケース３１の取り出しだけですみ、ローラビット３１の交換作業をさらに容易に行うことができる。
［第２実施例］
ビット交換ユニットの第２実施例を、図１８〜図２０に基づいて説明する。なお、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００５２】
このビット交換ユニット７０は、主カッタスポーク２１の左右両側に振り分けて配置されるとともに、ハウジング７１に収容された回動バルブ７５を、接線軸（回動軸）ＯＥ周りに回動させてローラビット３１を上方または下方から交換するものである。
【００５３】
図１８に示すように、ビット交換ユニット７０は、主カッタスポーク２１に、掘削位置をずらすとともに内部の作業空間２８のために、半径軸（挿脱軸）ＯＲ方向に間隔Ｌをあけて配置されるとともに、接線軸ＯＥ方向に間隔Ｗをあけて配置されており、前面視で左右のローラビット３１が半径方向に位置ずれした千鳥位置に配置されている。
【００５４】
図２０、図２１に示すように、ハウジング７１に貫通形成されたビット収容通路３３は、前面からビット収容部３４とバルブ収容部３５とが形成され、バルブ収容部３５の背面側に、反力支持部７２がハウジング７１と一体に設けられている。この反力支持部７２の軸心部に支持部排土通路７３が形成されている。また回動バルブ７５の着脱通路３８の背面側に反力受け部７６が一体に形成され、反力支持ブロック４４を抜け止めするように構成されている。またこの反力受け部７６の軸心部に連通排土通路７７が形成されている。これにより、ローラビット３１に加わる掘削反力を、ビットケース４１から反力支持ブロック４４、反力受け部７６を介して回動バルブ７５全体に支持させ、回動バルブ７５から反力支持部７２を介してハウジング７１に支持させることができる。
【００５５】
ハウジング７１には、半径軸ＯＲ方向の一方（外径側の面）［または他方（シールド軸心Ｏ側の面）でも可］に開閉扉７４ａを有する交換用開口部７４が形成されている。
このビット交換ユニット７０には、図１９に示すように、実施例１と同一の構成で、回動バルブ７５を接線軸ＯＥ周りに回動させるバルブ回動機構５１と、ローラビット３１を掘削位置と後退位置との間で出退させるビット出退機構５４とが設けられている。
【００５６】
上記構成において、図２１（ａ）〜（ｃ）に示すように、ビット出退機構５４により回動バルブ７５を掘削位置のビット収容部３４から後退位置の着脱通路３８内に後退させ、さらにバルブ回動機構５１により、回動バルブ７５を接線軸ＯＥ周りに９０°回動させて着脱通路３８の前面を交換用開口部７４に対面させる。これにより、第１実施例の変形例と同様に、ビットケース４１を交換用開口部７４から作業空間２８に取り出すことができる。
【００５７】
上記第２実施例によれば、第１実施例およびその変形例と同様の作用効果を奏することができる。また主カッタスポーク２１に、多くのビット交換ユニット７０を配置することができ、大型の掘削機に好適となる。
【符号の説明】
【００５８】
Ｏ シールド軸心（掘削機軸心）
ＯＰ 出退軸
ＯＲ 半径軸（回動軸、挿脱軸）
ＯＥ 接線軸（挿脱軸、回動軸）
１１ シールド本体（掘削機本体）
１６ カッタヘッド
１７ カッタ駆動装置
２１ 主スポーク部材
２１Ｄ 排土ダクト
２７ マンホール
２８ 作業空間
３０ ビット交換ユニット（ビット交換装置）
３１ ローラビット
３２ ハウジング
３２Ｅ 反力支持プラグ
３３ ビット収容通路
３４ ビット収容部
３５ バルブ収容部
３７ 交換用開口部
３７ａ 交換用扉
３８ 着脱通路
３９ 回動バルブ
４０ コッタ挿入口
４１ ビットケース
４２ ケース排土通路
４５ ブロック本体
４６ ガイド筒
４７ ブロック排土通路
４８ コッタ部材
４９ プラグ排土通路
５１ バルブ回動機構
５５ ビット出退機構
５６ ガイド孔
６１ 第１シール材
６２Ａ，６２Ｂ 第２シール材
６３Ａ，６３Ｂ 第３シール材
６４ 第４シール材
７０ ビット交換ユニット
７１ ハウジング
７２ 反力支持部
７３ 支持部排土通路
７４ 交換用開口部
７５ 回動バルブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド掘進機などの掘削機のカッタヘッドに設けられて岩盤や礫を破砕するローラビット（ディスクカッタともいう）を、カッタヘッドに設けられた作業空間から交換可能な掘削機のビット交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ローラビットをカッタヘッド内に形成された作業空間から交換する交換装置として、たとえば特許文献１および２がある。これら交換装置は、カッタスポークの前面に、開口部を有する回転体を配置し、この回転体の開口部にローラビットを配置している。そして、カッタの交換時には、前記回転体を９０°または１８０°回転させて、回転体の開口部を側面側または背面側の交換用開口部に対面させ、ローラビットを開口部から交換用開口部を介して作業空間に抜き出し交換可能に構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３１３９７４９号
【特許文献２】特許第４１６３９６５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来文献では、カッタヘッド（カッタスポーク）の前面に、回転体が配置されており、回転体とその支持部材の摺動隙間が前面に臨んで露出している。このため、掘削時の泥水圧が摺動隙間に直接負荷されるとともに、礫などの破片が隙間に入り込むおそれがあり、これにより摺動隙間に設けられたシール材が破損されやすく、また回転体の回動が阻害されるおそれがあった。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決して、回動体の摺動隙間におけるシール性を向上させ、交換時に回動体をスムーズに回動させることができる掘削機のビット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、
掘削機本体の前部に回転軸心周りに回転自在に支持されたカッタヘッドの前面に、岩盤や礫を破砕するローラビットを配置し、カッタヘッド内に設けられた作業空間から磨耗したローラビットを交換する掘削機のビット交換装置であって、
カッタヘッドに設置されたハウジングに、前面に開口するビット収容部と、当該ビット収容部の後部に形成されたバルブ収容部とを有するビット収容通路を、カッタヘッド前面に出退可能な方向の出退軸に沿って形成するとともに、前記出退軸に所定角度隔てた挿脱軸方向に形成されて前記バルブ収容部と前記作業空間とを連通する交換用開口部とを設け、
前記バルブ収容部内に、前記出退軸および挿脱軸に略直交する回動軸心周りに回動自在な回動バルブを設けるとともに、当該回動バルブに、前記ビット収容部に連通する着脱通路を形成し、
当該着脱通路内に、ローラビットを有するビットケースを挿脱自在に配置し、
回動バルブを所定角度回動させて前記着脱通路を前記交換用開口部に連通させることにより、ビットケースを前記着脱通路と前記作業空間の間で挿脱可能に構成し、
回動バルブに、前記ビットケースを前記着脱通路と前記ビット収容部との間で出退移動させるビット出退機構を設け、
前記ビットケースと前記バルブ収容部との隙間を止水する第１シール材を設けるとともに、回動バルブの外周面で着脱通路の開口部周囲と前記バルブ収容部の内面との隙間を止水する第２シール材を設けたものである。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、
回動バルブの着脱通路でビットケースの背面側に、ローラビットの掘削反力をハウジングに伝達して支持させる反力支持ブロックを設け、
バルブ収容部内の前記ビットケースと前記反力支持ブロックとの間に、掘削反力を伝達するコッタ部材を嵌脱自在に設けたものである。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の構成において、
ビット収容通路を、カッタヘッドを貫通して形成するとともに、着脱通路を、回動バルブを貫通して形成し、
反力支持ブロックを着脱通路に挿脱自在に配置し、
前記反力支持ブロックを、回動バルブの前記着脱通路の背面開口部から交換用開口部を介して作業空間に挿脱自在としたものである。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の構成において、
ビットケースに、ローラビットを収容するケース排土通路を形成するとともに、反力支持ブロックに、前記ケース排土通路に連通するブロック排土通路を形成し、
ローラビットにより掘削された掘削物を前記ケース排土通路からブロック排土通路を介してカッタヘッドの背面側に排出可能に構成したものである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の構成によれば、カッタヘッドの前面に開口されたビット収容部より奥側に、回動バルブを収容するバルブ収容部を形成し、ローラビットを有するビットケースを、回動バルブの着脱通路からビット収容部に突出移動させて使用するので、回動バルブとバルブ収容部の摺動隙間が、ビットケースに覆われてカッタヘッドの前面に露出することがなく、またビット収容部とビットケースとの隙間が第１シール材により止水されるので、泥水圧が直接負荷されることがない。これにより、回動バルブとバルブ収容部の摺動隙間を良好にシールすることができて、回動バルブのスムーズな回動が可能となる。
【００１１】
請求項２記載の構成によれば、着脱通路の背面側で、ビットケースからコッタ部材を介して伝達される掘削反力を、反力支持ブロックを介してハウジングに支持させることができ、大きい掘削反力を効果的に支持することができる。
【００１２】
請求項３記載の構成によれば、最初に反力支持ブロックを着脱通路から抜き出し、次いでビットケースを着脱通路から抜き出すことにより、ローラビットを容易に交換することができる。また、回動バルブの回動方向の選択肢が広くすることができる。
【００１３】
請求項４記載の構成によれば、ローラビットにより掘削された掘削物を、記ケース排土通路からブロック排土通路を介してカッタヘッドの背面側にスムーズに排出することができ、岩盤や礫を良好に破砕することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るビット交換ユニットの第１実施例を示す主カッタスポークの横断面図である。
【図２】ビット交換ユニットの中央横断面図である。
【図３】図１に示すＡ−Ａ断面図である。
【図４】図３の要部拡大図である。
【図５】ビット交換ユニットを示す主カッタスポークの一部切り欠き斜視図である。
【図６】ビット交換ユニットを示す正面図である。
【図７】図１に示すＢ−Ｂ断面図である。
【図８】回動バルブからビットケースと反力受けブロックを離脱させた分解縦断面図である。
【図９】ビットケースと反力受けブロックを示す分解斜視図である。
【図１０】シール材を示す斜視図である。
【図１１】ビット交換ユニットを有するシールド掘進機のカッタヘッドを示す正面図である。
【図１２】ビット交換ユニットを有するシールド掘進機の中央縦断面図である。
【図１３】ローラビットの交換作業で、ビットケースの後退位置を示すビット交換ユニットの中央横断面図である。
【図１４】ローラビットの交換作業で、ビットケースの後退位置を示すビット交換ユニットの中央縦断面図である。
【図１５】ローラビットの交換作業で、回動バルブの交換姿勢を示すビット交換ユニットの中央横断面図である。
【図１６】ローラビットの交換作業で、ビットケースおよび反力支持ブロックの取り出し状態を示すビット交換ユニットの中央横断面図である。
【図１７】第１実施例の変形例を示し、ローラビットの交換作業でビットケースの取り出し状態を示すビット交換ユニットの中央横断面図である。
【図１８】本発明に係るビット交換ユニットの第２実施例を示し、ビット交換ユニットの配置を示す主カッタスポークの正面図である。
【図１９】主カッタスポークの縦断面図である。
【図２０】図１８に示すＣ−Ｃ断面図である。
【図２１】（ａ）〜（ｃ）はビット交換ユニットの中央縦断面図で、（ａ）はローラビットの掘削位置を示し、（ｂ）はビットケースの後退位置を示し、（ｃ）はビットケースの取り出し状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る掘削機であるシールド掘進機の掘削用ローラビットの交換装置であるビット交換ユニットの実施例を説明する。
【第１実施例】
【００１６】
第１実施例を図１〜図１６に基づいて説明する。
［シールド掘進機］
図１２に示すように、円筒形のシールド本体（掘削機本体）１１の前部には、切羽崩壊土圧を保持する圧力隔壁１２が設けられており、この圧力隔壁１２に旋回軸受１３を介して旋回リング体１４がシールド軸心（掘削機軸心、カッタヘッドの回転軸心）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に複数の支持脚１５が前方に突設され、これら支持脚１５の前端部に円形のカッタヘッド１６が支持されている。圧力隔壁１２の後部で大気圧側には、カッタヘッド１６を回転駆動するカッタ駆動装置１７が設けられており、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。さらに圧力隔壁１２には、カッタヘッド１６により掘削された土砂を、切羽崩壊土圧を保持しつつ後部の大気圧側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。
【００１７】
カッタヘッド１６は、図１１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の間に配置された複数の扇形状の中間面板２２と、シールド軸心Ｏを中心とする周方向に配設されて主スポーク部材２１および中間面板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、これら部材２１〜２４間に土砂取り入れ口２５が形成されている。
【００１８】
そして主スポーク部材２１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が配設され、各ビット交換ユニット３０に、岩盤や礫を破砕するローラビット３１がそれぞれ半径方向に沿う半径軸ＯＲ周りに回転自在に設けられている。これらすべてのローラビット３１はシールド軸心Ｏを中心とする旋回半径が位置ずれして異なる部位を掘削破砕するように配置される。また中心部材２０にもセンタローラビットが設けられるとともに、各主スポーク部材２１の両側部に複数の固定ビット２６がそれぞれ設けられている。
【００１９】
図１２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を貫通して大気圧側から主スポーク部材２１内の作業空間２８に出入り可能に連通されている。
【００２０】
［ビット交換ユニットの第１実施例］
図１〜図１０、図１３〜図１６を参照して、ビット交換ユニットの第１実施例を説明する。
【００２１】
図１に示すように、主スポーク部材２１は、前面板２１Ｆ、背面板２１Ｂおよび左右の側面板２１Ｌ，２１Ｒにより中空状で、かつ左右の側面板２１Ｌ，２１Ｒの後部が内側に傾斜した後部面取り形の略台形状断面に形成されている。そして、ビット交換ユニット３０は、主スポーク部材２１の中心線から正面視で左右一方の側に所定距離位置ずれして配置され、左右他方の側に作業空間２８が形成されている。
【００２２】
図２〜図４に示すように、ビット交換ユニット３０は、前面板２１Ｆに形成された装着開口部２１ａと、背面板２１Ｂに貫設された排土ダクト２１Ｄとの間にハウジング３２が設置され、このハウジング３２に、排土ダクト２１Ｄに連通するビット収容通路３３がシールド軸心Ｏに平行な出退軸ＯＰ方向に貫通形成されている。このビット収容通路３３は、前面に開口するビット収容部３４と、ビット収容部３４の後部で、半径軸（回動軸）ＯＲ回りに形成された円柱形のバルブ収容空間３５と、バルブ収容空間３５の背面側で反力支持プラグ３２Ｅが嵌合固定されたプラグ収容部３６とで構成されている。またこのハウジング３２には、バルブ収容部３５に連通して、出退軸ＯＰおよびカッタヘッド１６の半径方向に沿う半径軸ＯＲに直交する接線軸（挿脱軸）ＯＥ方向に、作業空間２８に連通する交換用開口部３７が形成され、この交換用開口部３７に交換用扉３７ａがヒンジを介して開閉自在に取り付けられている。
【００２３】
なお、ここでシールド軸心Ｏに平行な出退軸ＯＰとしているが、ローラビット３１が設けられるカッタヘッドは、その面板（前面）が外周側ほど後方に湾曲または傾斜されたものもあり、ローラビットはその面板に対して略垂直（たとえば８５°〜９５°）に出退するように設けられるものと、その面板に対して所定の角度、たとえば４５°〜８５°程度傾斜して出退するように設けられるものがあり、このような場合には、出退軸ＯＰは、カッタヘッドの面板に対して略垂直、あるいは所定角度傾斜して配置されることになる。
【００２４】
また交換用開口部３７を、出退軸ＯＰおよび半径軸ＯＲにそれぞれ直交する接線軸ＯＥ方向に形成したが、交換用開口部３７は、後述するローラビット３１および反力支持ブロック４４が出し入れできればよく、主カッタスポーク２１内の空間が許容できるのであれば、接線軸ＯＥに対して所定角度（たとえば前方に１５°〜後方に６０°）隔てられていてもよい。
【００２５】
前記バルブ収容部３４内には、円筒状の回動バルブ３９が半径軸ＯＲ周りに回動自在に配置されている。この回動バルブ３９は、円筒状の外周板３９ａと、この外周板３９ａに径方向に貫設されて着脱通路３８を形成する長円筒体３９ｂとを具備し、この着脱通路３８は、長径が接線軸ＯＥに沿う長円形断面に形成され、前面開口部がビット収容部３４合致して連通され、かつ反力支持プラグ３２Ｅのプラグ排土通路４９より大径に形成されている。そして、回動バルブ３９を着脱通路３８が使用姿勢から９０°回動し、着脱通路３８を接線軸ＯＥに沿う交換姿勢として着脱通路３８を交換用開口部３７に連通させることができる。
【００２６】
またここで、回動バルブ３９の回動中心となる半径軸ＯＲを、出退軸ＯＰおよび接線軸ＯＥに対して直交する方向としたが、シールド軸心Ｏおよび接線軸ＯＥに対して略９０°（たとえば８５°〜９５°）で交差するものも含むものとする。
【００２７】
（ビットケースと反力支持ブロック）
前記着脱通路３８には、図８に示すように、ローラビット３１を収容したビットケース４１と、このローラビット３１からビットケース４１を介して加わる掘削反力を反力支持プラグ３２Ｅからハウジング３２に支持させる反力支持ブロック４４とがそれぞれ挿脱自在に配置される。
【００２８】
図７、図９に示すように、前記ビットケース４１は長円筒状に形成されるとともに、長円形断面のケース排土通路４２が出退軸ＯＰに沿って貫通されており、このケース排土通路４２の前部に、ローラビット３１が軸部３１ａを介して半径軸ＯＲ方向に平行な軸心周りに回転自在に支持されている。またビットケース４１の後部で半径軸ＯＲ方向の対称位置に、一対のカムローラ４３がそれぞれ突出して着脱可能に設けられている。
【００２９】
前記反力支持ブロック４４は、着脱通路３８に嵌合される大径のブロック本体４５と、このブロック本体４５前面の反力受け面４５ａから前方に突設されてビットケース４１のケース排土通路４２にスライド自在に嵌合される小径のガイド筒４６とを具備している。これらブロック本体４５とガイド筒４６は、それぞれ長円筒形に形成されるとともに、出退軸ＯＰ軸方向に沿って長円形断面のブロック排土通路４７が貫通形成されている。またブロック本体４５の後部端面は、回動バルブ３９の外周面に沿う円弧状の反力伝達面４５ｂに構成されている。
【００３０】
したがって、着脱通路３８がシールド軸心Ｏに平行な使用姿勢では、ハウジング３２のビット収容部３４と、ビットケース４１と、反力支持ブロック４４と、反力支持プラグ３２Ｅとが直線状に並び、ケース排土通路４２、ブロック排土通路４７、プラグ排土通路４９および排土ダクト２１Ｄとが直線状に連通される。また回動バルブ３９を半径軸ＯＲ周りに矢印方向に９０°回動した交換姿勢では、着脱通路３８と交換用開口部３７とが連通されて、ビットケース４１および反力支持ブロック４４を作業空間２８との間で挿入、離脱して交換することができる。
【００３１】
４８は、ビット収容部３４に突出されたビットケース４１と、ブロック本体４５の反力受け面４５ａとの間に介在される左右一対のコッタ部材で、ビットケース４１がビット収容部３４内に突出移動された掘削位置で、ビットケース４１の背面と反力開けブロック４５の反力受け面４５ａの間に介在されてビットケース４１を固定している。これらコッタ部材４８は、長円筒体３９ｂに半径軸ＯＲ方向に貫通されたコッタ挿入孔４０から着脱通路３８の短径方向に挿脱自在に嵌合されている。これらコッタ部材４８により、ローラビット３１の掘削反力を、ビットケース４１から反力支持ブロック４４に伝達し、さらに反力支持ブロック４４の反力伝達面４５ｂからハウジング３２の反力受けプラグ３２Ｅに伝達させる。
【００３２】
（バルブ回動機構とビット出退機構）
このビット交換ユニット３１には、ハウジング３２に設けられて回動バルブ３９を使用姿勢と交換姿勢との間で回動させるバルブ回動機構５１と、また回動バルブ３９に設けられて掘削位置と着脱通路３８内の後退位置との間でビットケース４１を出退駆動するビット出退機構５５が設けられている。
【００３３】
前記バルブ回動機構５１は、回動バルブ３９の外周板３９ａの内面に所定範囲で取り付けられた円弧状の内歯ラック５２と、ハウジング３２に支持部材を介して回転自在に支持されて内歯ラック５２に噛み合うピニオン５３と、このピニオン５３をチェーンとスプロケットからなる巻掛け伝動機構５４ａを介して回転駆動するバルブ回動ハンドル５４とで構成されている。
【００３４】
前記ビット出退機構５５は、ビットケース４１に設けられたカムローラ４３と、回動バルブ３９の長円筒体３９ｂに出退方向に形成されてカムローラ４３の基部を案内するガイド孔５６と、長円筒体３９ｂの外面に配置されて出退軸ＯＰ周りに回転自在に支持されて外周面にカムローラ４３の先端部がそれぞれ係合されるカム溝５７ａが形成された一対の出退用カム軸５７と、これら出退用カム軸５７をウォームギヤ装置５８ａ、伝動軸５８ｂおよび巻掛け伝動機構５８ｃを介して回転させるビット出退ハンドル５８とで構成されている。
【００３５】
なお、このビット出退機構５５を送りねじ式機構、油圧式シリンダまたは電動ジャッキなどの直線駆動装置により構成することもできる。
（シール構造）
このビット交換ユニット３０は、図４および図１０に示すように、複数のシール材により止水されて作業空間２８への漏水が防止されている。
【００３６】
すなわち、ビットケース４１の前端部外周に第１シール材６１が設けられており、掘削位置で、第１シール材６１によりハウジング３２のビット収容部３４内面とビットケース４１の外周面との隙間を止水している。
【００３７】
また回動バルブ３９に対して第２シール材６２Ａ，６２Ｂおよび第３シール材６３Ａ，６３Ｂがそれぞれ設けられている。第２シール材６２Ａ，６２Ｂは、バルブ収容部３５の内周面に、バルブ収容部３５の開口面および背面開口部の開口面をそれぞれ囲むように設けられて、バルブ収容部３５の内周面と回動バルブ３９の外周板３９ａとの摺動隙間をシールしている。また第３シール材６３Ａ，６３Ｂは、回動バルブ３９の外周板３９ａで両端面近傍に全周にわたって設けられて、回動バルブ３９の外周板３９ａとバルブ収容部３５の内周面との摺動隙間をシールしている。さらに、図９に示すように、反力支持ブロック４４には、ブロック本体４５の外周面に第４シール材６４を全周にわたって取り付けて、反力支持ブロック４４と着脱通路３８との隙間をシールするとともに、ガイド筒４６の前端部外周に第５シール材６５を全周にわたって取り付けて、ガイド筒４６の反力支持ブロック４４とケース排土通路４２との隙間をシールしている。
【００３８】
したがって、ビットケース４１が掘削位置にある場合、回動バルブ３９とバルブ収容部３５の隙間に流入しようとする泥水や小径の礫は、第１シール材６１によりビット収容部３４内への流入が防止され、さらに第２シール材６２Ａ，６２Ｂおよび第３シール材６３Ａ，６３Ｂにより作業空間２８への漏水が防止される。
【００３９】
また、ビットケース４１の後退位置では、第１シール材６１により着脱通路３８の内面とビットケース４１との隙間がシールされる。そして第２シール材６２Ａ，６２Ｂおよび第３シール材６３Ａ，６３Ｂにより、回動バルブ３９とバルブ収容部３５の隙間から作業空間２８への漏水が防止される。また回動バルブ３９を使用姿勢から交換姿勢に９０°回動させた時も、第２シール材６２Ａ，６２Ｂ、第３シール材６３Ａ，６３Ｂ第４シール材６４および第５シール材６５により、作業空間２８への漏水が防止される。
【００４０】
（ローラビットの交換）
上記構成におけるローラビット３１の交換手順を説明する。
１）ビットケース４１がビット収容部３４に収容された掘削位置から、磨耗したローラビット３１を交換する場合、カッタヘッド１６を所定位置で停止し、作業員がマンホール２７から主スポーク部材２１内の作業空間２８に入り、交換作業を行う。
【００４１】
２）一対のコッタ部材４８をコッタ挿入口４０から抜き出した後、ビット出退ハンドル５８を操作して出退用カム軸５７を回転させ、カムローラ４３を介してビットケース４１を掘削位置から着脱通路３８の後退位置まで後退させる。
【００４２】
３）バルブ回動ハンドル５４を操作して回動バルブ３９を使用姿勢から交換姿勢に９０°回動させ、着脱通路３８の背面開口部を交換用開口部３７と対面させる。
４）交換用扉３７ａを開け、ジャッキなどの作業具を使用して、反力支持ブロック４４を着脱通路３８から交換用開口部３７を介して接線軸ＯＥ方向に引き出し作業空間２８に取り出す。次いでビットケース４１を背面開口部側に後退させ、カムローラ４３をビットケース４１から取り外して、ガイド孔５６から離脱させた後、ビットケース４１を着脱通路３８から引き出して交換用開口部３７から作業空間２８に取り出す。
【００４３】
５）新たなローラビット３１を装着したビットケース４１を、交換用開口部３７から着脱通路３８に挿入し、カムローラ４３をビットケース４１に装着して着脱通路３８の奥に押し込み、カムローラ４３をガイド孔５６に嵌合させるとともに、出退用カム軸５７のカム溝５７ａに嵌合させる。そして、反力支持ブロック４４を作業空間２８から交換用開口部３７を介して着脱通路３８に嵌め入れる。
【００４４】
６）交換用扉３７ａを閉じた後、バルブ回動ハンドル５４を操作して回動バルブ３９を交換姿勢から使用姿勢に９０°回動させ、着脱通路３８の正面開口部をビット収容部３４に一致させる。
【００４５】
７）ビット出退ハンドル５８を操作して出退用カム軸５７を回転させ、カムローラ４３を介してビットケース４１を着脱通路３８内の後退位置から出退軸ＯＰ方向にビット収容部３４内に突出移動させ、掘削位置に停止させる。そして、コッタ部材４８をそれぞれコッタ挿入口４０から挿入して、ビットケース４１の背面と反力支持ブロック４４の反力受け面４５ａとの間に嵌入させ、ビットケース４１を固定する。
【００４６】
上記実施例１によれば、回動バルブ３９の着脱通路３８に収容されたビットケース４１を、主カッタスポーク２１の前面に開口するビット収容部３４に突出移動して固定し掘削するように構成したので、バルブ収容部３５における回動バルブ３９の摺動隙間がビットケース４１により閉鎖されて、主カッタスポーク２１の前面に露出することがなく、掘削部の泥水圧に直接晒されることがない。またビットケース４１周囲の第１シール材６１と、バルブ収容部３５の前面開口部周囲の第２シール材６２Ａにより摺動隙間がそれぞれ良好に止水される。したがって、泥水圧が回動バルブ３９の摺動隙間に直接負荷されることがなく、破砕片が流入することもない。これにより、回動バルブ３９とバルブ収容部３５との摺動隙間を良好にシールすることができてシール性を向上させることができ、回動バルブ３９のスムーズな回動が可能となる。
【００４７】
また着脱通路３８の背面側に、ビットケース４１からコッタ部材４８を介して伝達される掘削反力を、反力支持ブロック４４を介してハウジング３２の反力支持プラグ３２Ｅに支持させることができ、カッタビット３１に加わる大きい掘削反力を効果的に支持することができる。
【００４８】
さらに、反力支持ブロック４４を着脱通路３８から抜き出し、次いでビットケース４１を着脱通路３８から抜き出すことにより、ローラビット３１を容易に交換することができる。
【００４９】
さらにまた、ローラビット３１により掘削された掘削物を、ケース排土通路４２からブロック排土通路４７およびプラグ排土通路４９を介して排土ダクト２１Ｄにスムーズに排出することができ、岩盤や礫を良好に破砕することができる。
【００５０】
［第１実施例の変形例］
図１７は、回動バルブ３９の回動方向を逆方向に９０°回動させるように構成したもので、ビットケース４１から先に、ビットケース４１のみを取り出すことができる。なお、ビットケース４１の交換時にカムローラ４３が障害となるが、ビット出退機構５５の出退用カム軸５７を取り外した後に、カムローラ４３を取り外すことにより、これを解消することができる。この変形例では、反力支持ブロック４４を回動バルブ３９に固定したり、反力支持ブロック４４と回動バルブ３９とを一体に成形することもできる。
【００５１】
この第１実施例の変形例によれば、第１実施例の効果に加えて、ビットケース３１の取り出しだけですみ、ローラビット３１の交換作業をさらに容易に行うことができる。
［第２実施例］
ビット交換ユニットの第２実施例を、図１８〜図２０に基づいて説明する。なお、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００５２】
このビット交換ユニット７０は、主カッタスポーク２１の左右両側に振り分けて配置されるとともに、ハウジング７１に収容された回動バルブ７５を、接線軸（回動軸）ＯＥ周りに回動させてローラビット３１を上方または下方から交換するものである。
【００５３】
図１８に示すように、ビット交換ユニット７０は、主カッタスポーク２１に、掘削位置をずらすとともに内部の作業空間２８のために、半径軸（挿脱軸）ＯＲ方向に間隔Ｌをあけて配置されるとともに、接線軸ＯＥ方向に間隔Ｗをあけて配置されており、前面視で左右のローラビット３１が半径方向に位置ずれした千鳥位置に配置されている。
【００５４】
図２０、図２１に示すように、ハウジング７１に貫通形成されたビット収容通路３３は、前面からビット収容部３４とバルブ収容部３５とが形成され、バルブ収容部３５の背面側に、反力支持部７２がハウジング７１と一体に設けられている。この反力支持部７２の軸心部に支持部排土通路７３が形成されている。また回動バルブ７５の着脱通路３８の背面側に反力受け部７６が一体に形成され、反力支持ブロック４４を抜け止めするように構成されている。またこの反力受け部７６の軸心部に連通排土通路７７が形成されている。これにより、ローラビット３１に加わる掘削反力を、ビットケース４１から反力支持ブロック４４、反力受け部７６を介して回動バルブ７５全体に支持させ、回動バルブ７５から反力支持部７２を介してハウジング７１に支持させることができる。
【００５５】
ハウジング７１には、半径軸ＯＲ方向の一方（外径側の面）［または他方（シールド軸心Ｏ側の面）でも可］に開閉扉７４ａを有する交換用開口部７４が形成されている。
このビット交換ユニット７０には、図１９に示すように、実施例１と同一の構成で、回動バルブ７５を接線軸ＯＥ周りに回動させるバルブ回動機構５１と、ローラビット３１を掘削位置と後退位置との間で出退させるビット出退機構５４とが設けられている。
【００５６】
上記構成において、図２１（ａ）〜（ｃ）に示すように、ビット出退機構５４により回動バルブ７５を掘削位置のビット収容部３４から後退位置の着脱通路３８内に後退させ、さらにバルブ回動機構５１により、回動バルブ７５を接線軸ＯＥ周りに９０°回動させて着脱通路３８の前面を交換用開口部７４に対面させる。これにより、第１実施例の変形例と同様に、ビットケース４１を交換用開口部７４から作業空間２８に取り出すことができる。
【００５７】
上記第２実施例によれば、第１実施例およびその変形例と同様の作用効果を奏することができる。また主カッタスポーク２１に、多くのビット交換ユニット７０を配置することができ、大型の掘削機に好適となる。
【符号の説明】
【００５８】
Ｏ シールド軸心（掘削機軸心）
ＯＰ 出退軸
ＯＲ 半径軸（回動軸、挿脱軸）
ＯＥ 接線軸（挿脱軸、回動軸）
１１ シールド本体（掘削機本体）
１６ カッタヘッド
１７ カッタ駆動装置
２１ 主スポーク部材
２１Ｄ 排土ダクト
２７ マンホール
２８ 作業空間
３０ ビット交換ユニット（ビット交換装置）
３１ ローラビット
３２ ハウジング
３２Ｅ 反力支持プラグ
３３ ビット収容通路
３４ ビット収容部
３５ バルブ収容部
３７ 交換用開口部
３７ａ 交換用扉
３８ 着脱通路
３９ 回動バルブ
４０ コッタ挿入口
４１ ビットケース
４２ ケース排土通路
４５ ブロック本体
４６ ガイド筒
４７ ブロック排土通路
４８ コッタ部材
４９ プラグ排土通路
５１ バルブ回動機構
５５ ビット出退機構
５６ ガイド孔
６１ 第１シール材
６２Ａ，６２Ｂ 第２シール材
６３Ａ，６３Ｂ 第３シール材
６４ 第４シール材
７０ ビット交換ユニット
７１ ハウジング
７２ 反力支持部
７３ 支持部排土通路
７４ 交換用開口部
７５ 回動バルブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削機本体の前部に回転軸心周りに回転自在に支持されたカッタヘッドの前面に、岩盤や礫を破砕するローラビットを配置し、カッタヘッド内に設けられた作業空間から磨耗したローラビットを交換する掘削機のビット交換装置であって、
カッタヘッドに設置されたハウジングに、前面に開口するビット収容部と、当該ビット収容部の後部に形成されたバルブ収容部とを有するビット収容通路を、カッタヘッド前面に出退可能な方向の出退軸に沿って形成するとともに、前記出退軸に所定角度隔てた挿脱軸方向に形成されて前記バルブ収容部と前記作業空間とを連通する交換用開口部とを設け、
前記バルブ収容部内に、前記出退軸および挿脱軸に略直交する回動軸心周りに回動自在な回動バルブを設けるとともに、当該回動バルブに、前記ビット収容部に連通する着脱通路を形成し、
当該着脱通路内に、ローラビットを有するビットケースを挿脱自在に配置し、
回動バルブを所定角度回動させて前記着脱通路を前記交換用開口部に連通させることにより、ビットケースを前記着脱通路と前記作業空間の間で挿脱可能に構成し、
回動バルブに、前記ビットケースを前記着脱通路と前記ビット収容部との間で出退移動させるビット出退機構を設け、
前記ビットケースと前記バルブ収容部との隙間を止水する第１シール材を設けるとともに、回動バルブの外周面で着脱通路の開口部周囲と前記バルブ収容部の内面との隙間を止水する第２シール材を設けた
ことを特徴とする掘削機のビット交換装置。
【請求項２】
回動バルブの着脱通路でビットケースの背面側に、ローラビットの掘削反力をハウジングに伝達して支持させる反力支持ブロックを設け、
バルブ収容部内の前記ビットケースと前記反力支持ブロックとの間に、掘削反力を伝達するコッタ部材を嵌脱自在に設けた
ことを特徴とする請求項１記載の掘削機のビット交換装置。
【請求項３】
ビット収容通路を、カッタヘッドを貫通して形成するとともに、着脱通路を、回動バルブを貫通して形成し、
反力支持ブロックを着脱通路に挿脱自在に配置し、
前記反力支持ブロックを、回動バルブの前記着脱通路の背面開口部から交換用開口部を介して作業空間に挿脱自在とした
ことを特徴とする請求項１または２記載の掘削機のビット交換装置。
【請求項４】
ビットケースに、ローラビットを収容するケース排土通路を形成するとともに、反力支持ブロックに、前記ケース排土通路に連通するブロック排土通路を形成し、
ローラビットにより掘削された掘削物を前記ケース排土通路からブロック排土通路を介してカッタヘッドの背面側に排出可能に構成した
ことを特徴とする請求項３記載の掘削機のビット交換装置。
【請求項１】
掘削機本体の前部に回転軸心周りに回転自在に支持されたカッタヘッドの前面に、岩盤や礫を破砕するローラビットを配置し、カッタヘッド内に設けられた作業空間から磨耗したローラビットを交換する掘削機のビット交換装置であって、
カッタヘッドに設置されたハウジングに、前面に開口するビット収容部と、当該ビット収容部の後部に形成されたバルブ収容部とを有するビット収容通路を、カッタヘッド前面に出退可能な方向の出退軸に沿って形成するとともに、前記出退軸に所定角度隔てた挿脱軸方向に形成されて前記バルブ収容部と前記作業空間とを連通する交換用開口部とを設け、
前記バルブ収容部内に、前記出退軸および挿脱軸に略直交する回動軸心周りに回動自在な回動バルブを設けるとともに、当該回動バルブに、前記ビット収容部に連通する着脱通路を形成し、
当該着脱通路内に、ローラビットを有するビットケースを挿脱自在に配置し、
回動バルブを所定角度回動させて前記着脱通路を前記交換用開口部に連通させることにより、ビットケースを前記着脱通路と前記作業空間の間で挿脱可能に構成し、
回動バルブに、前記ビットケースを前記着脱通路と前記ビット収容部との間で出退移動させるビット出退機構を設け、
前記ビットケースと前記バルブ収容部との隙間を止水する第１シール材を設けるとともに、回動バルブの外周面で着脱通路の開口部周囲と前記バルブ収容部の内面との隙間を止水する第２シール材を設けた
ことを特徴とする掘削機のビット交換装置。
【請求項２】
回動バルブの着脱通路でビットケースの背面側に、ローラビットの掘削反力をハウジングに伝達して支持させる反力支持ブロックを設け、
バルブ収容部内の前記ビットケースと前記反力支持ブロックとの間に、掘削反力を伝達するコッタ部材を嵌脱自在に設けた
ことを特徴とする請求項１記載の掘削機のビット交換装置。
【請求項３】
ビット収容通路を、カッタヘッドを貫通して形成するとともに、着脱通路を、回動バルブを貫通して形成し、
反力支持ブロックを着脱通路に挿脱自在に配置し、
前記反力支持ブロックを、回動バルブの前記着脱通路の背面開口部から交換用開口部を介して作業空間に挿脱自在とした
ことを特徴とする請求項１または２記載の掘削機のビット交換装置。
【請求項４】
ビットケースに、ローラビットを収容するケース排土通路を形成するとともに、反力支持ブロックに、前記ケース排土通路に連通するブロック排土通路を形成し、
ローラビットにより掘削された掘削物を前記ケース排土通路からブロック排土通路を介してカッタヘッドの背面側に排出可能に構成した
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】
【公開番号】特開２０１１−１５７６８３（Ｐ２０１１−１５７６８３Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７５２０（Ｐ２０１０−１７５２０）
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【出願人】（０００００５１１９）日立造船株式会社 (764)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【出願人】（０００００５１１９）日立造船株式会社 (764)
【Ｆターム（参考）】
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