掘削機のビット交換装置
【課題】交換用ビットを設置している開口部の閉鎖に大きい駆動力も不要で、交換用ビットを移動させることなく交換することができ、作業性を損なうことがない。
【解決手段】カッタヘッドのスポーク前面板２１の背面側に、背面フレーム２９により作業空間２８を形成し、スポーク前面板２１に交換用ビット３１が挿脱自在な開口部３３を形成するとともに、開口部３３の背面側に、交換用ビット３１を挿脱および固定可能なビットガイド穴３８を有するビットガイド体３７を設け、スポーク前面板２１とビットガイド体３７との間に、バルブ口３５により開口部３３とビットガイド穴３８とを連通、閉鎖可能なゲート板３４を回動自在に設け、ゲート板３４を回動して開口部３３を開閉可能なゲート開閉装置３６を設けた。
【解決手段】カッタヘッドのスポーク前面板２１の背面側に、背面フレーム２９により作業空間２８を形成し、スポーク前面板２１に交換用ビット３１が挿脱自在な開口部３３を形成するとともに、開口部３３の背面側に、交換用ビット３１を挿脱および固定可能なビットガイド穴３８を有するビットガイド体３７を設け、スポーク前面板２１とビットガイド体３７との間に、バルブ口３５により開口部３３とビットガイド穴３８とを連通、閉鎖可能なゲート板３４を回動自在に設け、ゲート板３４を回動して開口部３３を開閉可能なゲート開閉装置３６を設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掘削途中で磨耗したビットを新しいビットに交換するために、掘削機のカッタヘッドに設けられるビット交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、カッタヘッドの前面板の後部に、回転支持体をこの前面板に垂直な軸心周りに回動自在に配置し、前面板に形成された開口部に対応して、回転支持体に交換用ビットをスライド自在に収容する取付穴を形成し、交換用ビットを取付穴内に後退させた後に、回転支持体を９０度回動させることで、回転支持体前面の閉鎖面部で開口部を閉鎖するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３６９２２６７号公報（図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１によれば、回転支持体は、取付穴に後退させた交換用ビットを保持した状態で回動させるため、大きい回転力が必要となり、回動装置が大型化するという問題点があった。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決して、開口部の閉鎖に大きい駆動力も不要で、交換用ビットを変位させることなく交換することができ、作業性を損なうことがない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配置されて地盤を掘削するカッタヘッドの交換用ビットを交換する掘削機のビット交換装置であって、
カッタヘッドの前面板の背面側に、作業員が出入り可能な作業空間を形成する背面フレームを設け、
前記前面板に交換用ビットが挿脱自在な開口部を形成するとともに、当該開口部の背面側に、交換用ビットを挿脱、固定自在なビットガイド穴を有するビットガイド体を設け、
前記前面板と前記ビットガイド体との間に、交換用ビットが挿脱自在なバルブ口を有するゲート板を、前記前面板に垂直な開閉軸心周りに回動自在に配置し、
前記ゲート板を前記開口部およびビットガイド穴を連通する連通位置と、前記開口部を閉鎖する閉鎖位置との間で回動可能なゲート開閉装置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、
交換用ビットは、ゲート板の開閉軸心を中心として等角度ピッチで同一円周上に複数個が設けられたものである。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の構成において、
交換用ビットが、カッタヘッドの回転軸心を通る半径方向軸上に２個配置され、
作業空間の前記半径方向軸に垂直な断面形状において、背面側の周方向の幅が前面側より狭く形成されたものである。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の構成において、
ゲート板と前面板との間およびゲート板とビットガイド体の間で、ゲート板の外周部およびバルブ口の周縁部に止水するためのゲート用シール材をそれぞれ設け、
交換用ビットとビットガイド穴との隙間に、止水するためのビット用シール材を設けたものである。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の構成において、
ゲート開閉装置は、ゲート板の外周部で開閉軸心を中心とする周方向に形成された外歯ギヤと、当該外歯ギヤに噛合するピニオンとを有するギヤ式回動機構を具備したものである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、交換用ビットを後退させてビットガイド穴内に収容した後、ゲート開閉装置によりゲート板を回動させてバルブ口を開口部から位置ずれさせて、ゲート板により開口部を閉鎖することができる。したがって、従来のように、交換用ビットとビット支持部材とともに回動させるのに比較して、小さな駆動力で開口部を閉鎖することができる。これにより、前面板の背面にゲート板を介してビットガイド体を配置するだけでよく、交換装置の軽量化およびコンパクト化が図れ、作業空間を広く確保することができる。またビット交換時には、地盤の土圧や水圧が作用しているため、交換用ビットの抜き出しに治具が必要となるが、交換用ビットは変位させずに抜き出すので、治具の設置を容易に行うことができる。さらに回動されるゲート板は、前面板とビットガイド体の間に内装されて駆動部分が露出されることがないので、安全性が高い。さらにまた、交換用ビットを変位させることなく引き抜くので、予め交換用ビット後方の作業空間が広く確保できるように、背面フレームを容易に設計することができる。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、複数の交換用ビットが設置できるので、コスト的に有利となり、また複数の交換用ビットを密に設置できるので、効果的な掘削が可能となる。
請求項３記載の発明によれば、作業空間の横断面形状を、周方向の幅が前面側(カッタヘッド側)より背面側（掘削機本体側）が狭くなるように形成することにより、掘削土砂の取り込みや攪拌による摩擦抵抗を軽減しているが、このため作業空間の周方向の両側で奥行きが狭くなっている。これに対処するために、半径方向軸上に交換用ビットを配置して、交換用ビットの後方の作業空間を広く確保し、作業性を向上させることができる。
【００１３】
請求項４記載の発明によれば、ゲート用シール材により、ゲート板と前面板との隙間およびゲート板とビットガイド体の隙間に浸入する高圧の泥水が浸入するのを効果的に防止することができる。またビット用シール材により、交換用ビットとビットガイド穴との隙間に高圧の泥水が浸入するのを効果的に防止することができる。
【００１４】
請求項５記載の発明によれば、ゲート開閉装置に、外歯ギヤとピニオンからなるギヤ式回動機構を設けたので、ゲート板を手動工具または自動工具により容易に回動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）および（ｂ）は本発明に係るシールド掘進機のビット交換装置の実施例１を示す主スポーク部材の横断面図で、（ａ）はビットの掘削使用状態、（ｂ）はビットの交換退避状態を示す。
【図２】シールド掘進機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】主カッタスポークの部分拡大正面図である。
【図５】主カッタスポークの背面視の部分拡大断面図である。
【図６】ビット交換ユニットの縦断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は交換用ビットを示し、（ａ）は底面視の部分断面図、（ｂ）は側面視の部分断面図、（ｃ）は背面図である。
【図８】図６に示すＡ−Ａ断面図である。
【図９】図６に示すＢ−Ｂ断面図である。
【図１０】（ａ）および（ｂ）は外周ビット交換ユニットを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は中央縦断面図である。
【図１１】（ａ）および（ｂ）は本発明に係るシールド掘進機の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正面図、（ｂ）は（ａ）に示すＣ−Ｃ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る掘削機であるシールド掘進機の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】
【００１７】
図３に示すように、円筒形のシールド本体（掘削機本体）１１の前部には、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）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。
【００１８】
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ＲＯ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、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。
【００１９】
そして主スポーク部材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６０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。
【００２０】
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を貫通して大気圧側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、マンホール２７から出入り可能な作業空間２８を形成する背面フレーム２９が設けられており、この背面フレーム２９の横断面形状は、図１に示すように、半径方向軸線ＲＬを中心とする周方向の幅が、前面側に比較して背面側が狭く形成されている。すなわち、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とで略釣鐘形の横断面に形成され、掘削土砂の取り込みや攪拌による摩擦抵抗を軽減するとともに、強度を確保しているが、作業空間２８が周方向両側で後方への奥行きが狭くなっている。
【００２１】
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所定ピッチで配設された複数のビット交換ユニット３０には、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、半径方向軸線ＲＬ上に配置されて、交換用ビット３１の後方の作業空間２８での奥行きおよび周方向の幅を十分確保して、作業性の向上を図っている。
【００２２】
（交換用ビット）
交換用ビット３１は、図７に示すように、円筒形の基筒部３１ｂと、基筒部３１ｂの前面に取り付けられた基台部３１ｈおよびこの基台部３１ｈから前方に突出された掘削刃３１ｉを有する掘削刃部３１ａと、基筒部３１ｂの後端部から外周側に突設されて固定用ボルト穴が形成されたフランジ部３１ｃからなり、掘削刃部３１ａは、基筒部３１ｂに比較して外径が小さく形成されて、後述のビットガイド穴３８から出退可能なように構成されている。基筒部３１ｂ内には、図１，図６に示すように、交換用ビット３１を引出し、押込み可能な押引きジャッキ（治具）５５を挿入するための中空部３１ｄが形成され、この中空部３１ｄはフランジ部３１ｃの中心穴３１ｊを介して作業空間２８に連通開口されている。またフランジ部３１ｃの対称位置に形成されて掘削使用状態で位置決めする使用位置凹部３１ｅと、基筒部３１ｂの前部に形成されて交換用ビット３１が後退された交換退避位置で位置決めする退避位置凹部３１ｆが形成されている。さらにフランジ部３１ｃには、使用位置凹部３１ｅと直交交差する面を平行に切り欠いて形成した回り止め用エッジ３１ｇが設けられている。
【００２３】
（ビット交換ユニット）
図４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に半径方向軸線ＲＬに沿って円形の装着穴部２１ｂが、その一部が重なる連続形状に形成され、これら装着穴部２１ｂの円形部分に左右一対の取付リング片４０を介してそれぞれユニット前面板３２が嵌合され、固定ボルトにより固定されている。これら各ユニット前面板３２の中心にシールド軸心と平行な配置される開閉軸心ＯＣが配置され、この開閉軸心ＯＣを中心とする同一円弧線と半径方向軸線ＲＬの交点に等ピットで２個の開口部３３がそれぞれ形成されている。そして図１，図６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、ゲート板３４には、２つの開口部３３を開閉自在な２個のバルブ口３５が形成されている。そしてゲート板３４を、開口部３３とバルブ口３５とが合致する連通位置と、開口部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９０度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、開口部３３にバルブ口３５を介してそれぞれ連通する２つのビットガイド穴３８が形成されたビットガイド体３７が取り付けられている。
【００２４】
（ゲート開閉装置）
前記ゲート開閉装置３６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度の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に回転自在に支持されて外歯ギヤ３６ａに噛合するピニオン３６ｂと、作業空間２８側に突出されてピニオン３６ｂが固定された駆動軸３６ｃとを有するギヤ式回動機構を具備している。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、油圧式のトルクレンチなどの自動工具を装着して、ゲート板３４を回動し開口部３３を開閉することができる。
【００２５】
また、ゲート板３４の背面（または前面）には、ゲート板３４の回動限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、たとえばゲート板３４の背面に開閉軸ＯＣを中心とする円弧溝３９ａが９０度の範囲にわたって形成され、ビットガイド体３７の面板部４１の内面に円弧溝３９ａに移動自在に嵌合されるガイドピン３９ｂが突設されて構成され、ゲート板３４の回動限を規制することができる。
【００２６】
上記ゲート開閉装置３６によれば、ゲート板３４を外周部で駆動するので、作業空間２８との空間的な干渉が少ない。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、容易に駆動することができる。さらに、ゲート板３４は円形に形成されて取付リング片４０を介して回転自在に支持されるので、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。
【００２７】
（ビットガイド体）
ビットガイド体３７は、外周部がユニット前面板３２に取付リング片４０を介して固定ボルトにより固定されゲート板３４の背面を覆う面板部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が形成された保持筒部４２と、保持筒部４２間を連結する連結ブロック４３とを具備し、連結ブロック４３の後端面には、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の後端面には、交換用ビット３１のフランジ部３１ｃが固定ボルトを介して固定されるボルト穴と、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が対称位置に設けられ、これら係止爪４５は、長穴と係脱用ボルト４６により使用位置凹部３１ｅと退避位置凹部３１ｆとに係脱、固定自在に取り付けられている。
【００２８】
（止水用シール材）
このビット交換ユニット３０において、切羽側から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３１ｈと基筒部３１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と開口部３３の隙間をシールし、第２ビット用シール材５２により基筒部３１とビットガイド穴３８との隙間をシールする。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の基台とビットガイド穴３８との隙間をシールする。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。
【００２９】
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を防止し、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を防止する。
【００３０】
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の回動途中で開口部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、損傷の危険性も低く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くシール性を十分に確保することができる。
【００３１】
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。
（押引用ジャッキ）
図１，図６に示す押引用ジャッキ５５は、交換用ビット３１を引き抜き、押し込みする治具で、背面フレーム２９の背面板２９ｃの内面に、半径方向軸ＲＯに沿って蟻溝形断面の固定ガイド部材５６が取り付けられている。一方、押引用ジャッキ５５のジャッキ本体５５ａは、交換用ビット３１の中空部３１ｄに挿入され、ジャッキ本体５５ａの外周部に固定された連結リング５７がフランジ部３１ｃに連結ボルトを介して連結される。また押引用ジャッキ５５のピストンロッド５５ｂと、固定ガイド部材５６に位置調整自在に嵌合された係合ブロック５８が連結されている。したがって、ジャッキ本体５５ａを中空部３１ｄに挿入して連結リング５７を交換用ビット３１に取り付け、固定ガイド部材５６に嵌合された係合ブロック５８にピストンロッド５５ｂを連結し、押引用ジャッキ５５を収縮させることにより交換用ビット３１を開口部３３、バルブ口３５およびビットガイド穴３８から引き抜くことができる。
【００３２】
上記構成によれば、次のビット交換ユニット３０と同様にビット交換作業を行うことができる。
（ビット交換ユニット３０のビット交換作業）
トンネル掘削状態では、交換用ビット３１は掘削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、目的とする交換用ビット３１を有する主スポーク部材２１がたとえば水平となる位置で、カッタ駆動装置１７を停止する。そして作業員がマンホール２７から作業空間２８に入り、ビット交換作業を行う。
【００３３】
１）目的のビット交換ユニット３０の作業空間２８内で、両保持筒部４２にそれぞれ背面から、押引用ジャッキ５５のジャッキ本体５５ａをそれぞれ交換用ビット３１の中心穴３１ｊから中空部３１ｄに挿入し、ジャッキ本体５５ａを連結リング５７を介して交換用ビット３１のフランジ部３１ｃに取り付ける。さらに背面フレーム２９の背面板２９ｃに取り付けられた固定ガイド部材５６に、係合ブロック５８をそれぞれ係合し、押引用ジャッキ５５のピストンロッド５５ｂを伸展して押引ジャッキ５５と係合ブロック５８とを連結する。
【００３４】
２）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から後退させる。
【００３５】
３）各押引用ジャッキ５５をそれぞれ収縮して交換用ビット３１を後退させ、掘削刃部３１ｂの先端がゲート板３４のバルブ口３５を通過してビットガイド穴３８に収容されると、係止爪４５を突出させて退避位置凹部３１ｆに係合させ、係脱ボルト４６を締め付けて各交換用ビット３１をそれぞれ交換退避位置に固定する。
【００３６】
４）２本の交換用ビット３１を交換退避位置に固定すると、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９０度回動させて、ゲート板３４により２つの開口部３３をそれぞれ閉鎖する。
【００３７】
５）各押引用ジャッキ５５のピストンロッド５５ｂと固定ガイド部材５６とをそれぞれ分離し、さらに各ジャッキ本体５５ａの連結リング５７を交換用ビット３１のフランジ部３１ｃから取り外して、各押引用ジャッキ５５を交換用ビット３１から分離した後、各押引用ジャッキ５５を取り外す。
【００３８】
６）係脱ボルト４６を緩めて係止爪４５を退避位置凹部３１ｆから後退させた後、磨耗した交換用ビット３１をビットガイド穴３８から取り出し、搬出する。
７）新たな交換用ビット３１を搬入してビットガイド穴３８に装填し、係止爪４５を退避位置凹部３１ｆに係合させて係脱ボルト４６を締め付け、各交換用ビット３１をそれぞれ交換退避位置に固定する。
【００３９】
８）押引用ジャッキ５５のジャッキ本体５５ａを、交換用ビット３１の中心穴３１ｊから中空部３１ｄに挿入し、連結リング５７を介してジャッキ本体５５ａを交換用ビット３１のフランジ部３１ｃに固定する。さらに固定ガイド部材５６に係合された係合ブロック５８と押引用ジャッキ５５のピストンロッド５５ｂとを連結する。
【００４０】
９）手動工具または自動工具を使用して、ゲート開閉装置３６を駆動してゲート板３４を反対方向に９０度回動させ、バルブ口３５を２つの開口部３３に合致させて開口部３３をそれぞれ開放する。
【００４１】
１０）係脱ボルト４６を緩めて係止爪４５を退避位置凹部３１ｆから後退させた後、各押引用ジャッキ５５をそれぞれ伸展して交換用ビット３１をビットガイド穴３８に押し込み、掘削刃部３１ｂをバルブ口３５から開口部３３を介して前方に突出させる。さらに係止爪４５を使用位置凹部３１ｅに係合させて位置決めするとともに、固定ボルトによりフランジ部３１ｃと保持筒部４２とを連結し、掘削使用位置で新たな交換用ビット３１をビットガイド体３７に固定する。
【００４２】
１１）各押引用ジャッキ５５の各ジャッキ本体５５ａの連結リング５７を交換用ビット３１のフランジ部３１ｃから取り外すとともに、ピストンロッド５５ｂと固定ガイド部材５６とをそれぞれ分離し、各押引用ジャッキ５５を交換用ビット３１から分離して取り外す。
【００４３】
（外周ビット交換ユニット）
前記外周ビット交換ユニット６０は、図１０に示すように、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）６１が設けられており、この外周掘削ビット６１は、開閉軸心ＯＣに対してθ°前方外方に傾斜して取り付けられている。カッタヘッド１６の主スポーク部材２１に連結された外周前板に、取付リング６２を介して円形の外周ユニット前面板６３が取り付けられ、この外周ユニット前面板６３の外周寄りに開口部６４が形成されている。外周ユニット前面板６３の背面には、取付リング６２を介して開閉軸心ＯＣを中心に９０度の範囲で回動可能なゲート板６５が配置され、ゲート板６５には、開口部６４に合致して連通可能な１個のバルブ口６６が形成されている。また外周ユニット前面板６３の背面で取付リング６２を介して取り付けられたビットガイド体６６には、バルブ口６６および開口部６４に連通するビットガイド穴６７が同一の傾斜角θ°で傾斜して形成されている。その他の構成部材は、ゲート開閉装置３６ほか、ビット交換ユニット３０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。
【００４４】
（実施例の効果）
上記実施例によれば、交換用ビット３１を後退させてビットガイド体３７のビットガイド穴３８に収容した後、ゲート開閉装置３６によりゲート板３４を回動させてバルブ口３５を開口部３３からずらせて開口部３３をゲート板３４により閉鎖することができる。
【００４５】
したがって、従来のように、交換用ビットをビット支持部材と共に回動させるのに比較して、小さな駆動力で開口部３３を閉鎖することができる。またスポーク前面板２１ａの背面にはゲート板３４を介してビットガイド体３７を配置するだけでよく、ビット交換ユニット３０の軽量化およびコンパクト化が図れ、作業空間２８を広く確保することができる。
【００４６】
また、ビット交換時には、地盤の土圧や水圧が作用して交換用ビット３１の引き抜きや押し込みに押引ジャッキ５５が必要となるが、交換用ビット３１を変位させることがないので、押引ジャッキ５５の設置を容易に行うことができる。
【００４７】
さらに、ゲート板３４は、スポーク前面板２１ａとビットガイド体３７の面板部４１の間に内装され取付リング片４０で囲まれて、駆動部分が作業空間２８内に露出されることがないので、安全性が高い。
【００４８】
また、背面フレーム２９により形成される作業空間２８の断面形状を、周方向の幅が前面側(カッタヘッド側)より、背面側（掘削機本体側）が狭くなるように形成することで、強度を確保しつつ掘削土砂の取り込みや攪拌による摩擦抵抗を軽減し、さらに半径方向軸ＲＬ上に交換用ビット３１を配置することで、交換時に交換用ビット３１が変位されることがなく、交換作業時に交換用ビット３１を引き抜く方向の作業空間２８を広く確保することができ、作業性を向上させることができる。
【００４９】
さらに、第１，第２ゲート用シール材５３，５４により、ゲート板３４とユニット前面板３２との隙間およびゲート板３４とビットガイド体３７の隙間に、高圧泥水が浸入するのを効果的に防止することができる。さらにまた第１，第２ビット用シール材５１，５２により、交換用ビット３１とビットガイド穴３８との隙間に高圧の泥水が浸入するのを効果的に防止することができる。
【００５０】
さらにまた、ゲート開閉装置３６に、外歯ギヤ３６ａとピニオン３６ｂからなるギヤ式回動機構を設けたので、ゲート板３４を手動工具または自動工具によりゲート板３４を回動させて開口部３３を容易に開閉することができる。
【実施例２】
【００５１】
（ビット交換ユニット）
先の実施例のビット交換ユニット３０では、交換用ビット３１（開口部３３）を半径方向軸ＲＬ上に２個配置したが、このビット交換ユニット７０では、開閉軸心ＯＣを中心として等間隔ごとに３個の交換用ビット３１を設けたものである。すなわち、開閉軸心ＯＣを中心とする同一円弧上に１２０°ごとに３個の開口部３３とバルブ口３５、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が設けられている。これら交換用ビット３１は、前部外周側に向かってα°傾斜して設けられるとともに、ゲート開閉装置３６がゲート板３４を１２０°の範囲で往復回動させる以外は、先の実施例と同一であるため、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５２】
上記ビット交換ユニット７０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２７のスペースを有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
Ｏ シールド軸心（掘削機軸心）
ＲＬ 半径方向軸
ＯＣ 開閉軸心
１６ カッタヘッド
１７ カッタ駆動装置
１８ 排土用スクリュコンベヤ装置
２０ 中心部材
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
２９ 背面フレーム
２９ａ 側面板
２９ｂ 傾斜板
２９ｃ 背面板
３０ ビット交換ユニット
３１ 交換用ビット
３１ｅ 使用位置凹部
３１ｆ 退避位置凹部
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
３９ 回動規制具
４１ 面板部
４２ 保持筒部
５１ 第１ビット用シール材
５２ 第２ビット用シール材
５３ 第１ゲート用シール材
５４ 第２ゲート用シール材
５５ 押引用ジャッキ
５６ 固定ガイド部材
６０ 外周ビット交換ユニット
６１ 外周掘削ビット（交換用ビット）
６３ 外周ユニット前面板
６４ 開口部
６５ ゲート板
６６ バルブ口
６７ ビットガイド体
６８ ビットガイド穴
７０ ビット交換ユニット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掘削途中で磨耗したビットを新しいビットに交換するために、掘削機のカッタヘッドに設けられるビット交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、カッタヘッドの前面板の後部に、回転支持体をこの前面板に垂直な軸心周りに回動自在に配置し、前面板に形成された開口部に対応して、回転支持体に交換用ビットをスライド自在に収容する取付穴を形成し、交換用ビットを取付穴内に後退させた後に、回転支持体を９０度回動させることで、回転支持体前面の閉鎖面部で開口部を閉鎖するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３６９２２６７号公報（図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１によれば、回転支持体は、取付穴に後退させた交換用ビットを保持した状態で回動させるため、大きい回転力が必要となり、回動装置が大型化するという問題点があった。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決して、開口部の閉鎖に大きい駆動力も不要で、交換用ビットを変位させることなく交換することができ、作業性を損なうことがない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配置されて地盤を掘削するカッタヘッドの交換用ビットを交換する掘削機のビット交換装置であって、
カッタヘッドの前面板の背面側に、作業員が出入り可能な作業空間を形成する背面フレームを設け、
前記前面板に交換用ビットが挿脱自在な開口部を形成するとともに、当該開口部の背面側に、交換用ビットを挿脱、固定自在なビットガイド穴を有するビットガイド体を設け、
前記前面板と前記ビットガイド体との間に、交換用ビットが挿脱自在なバルブ口を有するゲート板を、前記前面板に垂直な開閉軸心周りに回動自在に配置し、
前記ゲート板を前記開口部およびビットガイド穴を連通する連通位置と、前記開口部を閉鎖する閉鎖位置との間で回動可能なゲート開閉装置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、
交換用ビットは、ゲート板の開閉軸心を中心として等角度ピッチで同一円周上に複数個が設けられたものである。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の構成において、
交換用ビットが、カッタヘッドの回転軸心を通る半径方向軸上に２個配置され、
作業空間の前記半径方向軸に垂直な断面形状において、背面側の周方向の幅が前面側より狭く形成されたものである。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の構成において、
ゲート板と前面板との間およびゲート板とビットガイド体の間で、ゲート板の外周部およびバルブ口の周縁部に止水するためのゲート用シール材をそれぞれ設け、
交換用ビットとビットガイド穴との隙間に、止水するためのビット用シール材を設けたものである。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の構成において、
ゲート開閉装置は、ゲート板の外周部で開閉軸心を中心とする周方向に形成された外歯ギヤと、当該外歯ギヤに噛合するピニオンとを有するギヤ式回動機構を具備したものである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、交換用ビットを後退させてビットガイド穴内に収容した後、ゲート開閉装置によりゲート板を回動させてバルブ口を開口部から位置ずれさせて、ゲート板により開口部を閉鎖することができる。したがって、従来のように、交換用ビットとビット支持部材とともに回動させるのに比較して、小さな駆動力で開口部を閉鎖することができる。これにより、前面板の背面にゲート板を介してビットガイド体を配置するだけでよく、交換装置の軽量化およびコンパクト化が図れ、作業空間を広く確保することができる。またビット交換時には、地盤の土圧や水圧が作用しているため、交換用ビットの抜き出しに治具が必要となるが、交換用ビットは変位させずに抜き出すので、治具の設置を容易に行うことができる。さらに回動されるゲート板は、前面板とビットガイド体の間に内装されて駆動部分が露出されることがないので、安全性が高い。さらにまた、交換用ビットを変位させることなく引き抜くので、予め交換用ビット後方の作業空間が広く確保できるように、背面フレームを容易に設計することができる。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、複数の交換用ビットが設置できるので、コスト的に有利となり、また複数の交換用ビットを密に設置できるので、効果的な掘削が可能となる。
請求項３記載の発明によれば、作業空間の横断面形状を、周方向の幅が前面側(カッタヘッド側)より背面側（掘削機本体側）が狭くなるように形成することにより、掘削土砂の取り込みや攪拌による摩擦抵抗を軽減しているが、このため作業空間の周方向の両側で奥行きが狭くなっている。これに対処するために、半径方向軸上に交換用ビットを配置して、交換用ビットの後方の作業空間を広く確保し、作業性を向上させることができる。
【００１３】
請求項４記載の発明によれば、ゲート用シール材により、ゲート板と前面板との隙間およびゲート板とビットガイド体の隙間に浸入する高圧の泥水が浸入するのを効果的に防止することができる。またビット用シール材により、交換用ビットとビットガイド穴との隙間に高圧の泥水が浸入するのを効果的に防止することができる。
【００１４】
請求項５記載の発明によれば、ゲート開閉装置に、外歯ギヤとピニオンからなるギヤ式回動機構を設けたので、ゲート板を手動工具または自動工具により容易に回動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）および（ｂ）は本発明に係るシールド掘進機のビット交換装置の実施例１を示す主スポーク部材の横断面図で、（ａ）はビットの掘削使用状態、（ｂ）はビットの交換退避状態を示す。
【図２】シールド掘進機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】主カッタスポークの部分拡大正面図である。
【図５】主カッタスポークの背面視の部分拡大断面図である。
【図６】ビット交換ユニットの縦断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は交換用ビットを示し、（ａ）は底面視の部分断面図、（ｂ）は側面視の部分断面図、（ｃ）は背面図である。
【図８】図６に示すＡ−Ａ断面図である。
【図９】図６に示すＢ−Ｂ断面図である。
【図１０】（ａ）および（ｂ）は外周ビット交換ユニットを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は中央縦断面図である。
【図１１】（ａ）および（ｂ）は本発明に係るシールド掘進機の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正面図、（ｂ）は（ａ）に示すＣ−Ｃ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る掘削機であるシールド掘進機の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】
【００１７】
図３に示すように、円筒形のシールド本体（掘削機本体）１１の前部には、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）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。
【００１８】
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ＲＯ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、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。
【００１９】
そして主スポーク部材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６０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。
【００２０】
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を貫通して大気圧側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、マンホール２７から出入り可能な作業空間２８を形成する背面フレーム２９が設けられており、この背面フレーム２９の横断面形状は、図１に示すように、半径方向軸線ＲＬを中心とする周方向の幅が、前面側に比較して背面側が狭く形成されている。すなわち、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とで略釣鐘形の横断面に形成され、掘削土砂の取り込みや攪拌による摩擦抵抗を軽減するとともに、強度を確保しているが、作業空間２８が周方向両側で後方への奥行きが狭くなっている。
【００２１】
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所定ピッチで配設された複数のビット交換ユニット３０には、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、半径方向軸線ＲＬ上に配置されて、交換用ビット３１の後方の作業空間２８での奥行きおよび周方向の幅を十分確保して、作業性の向上を図っている。
【００２２】
（交換用ビット）
交換用ビット３１は、図７に示すように、円筒形の基筒部３１ｂと、基筒部３１ｂの前面に取り付けられた基台部３１ｈおよびこの基台部３１ｈから前方に突出された掘削刃３１ｉを有する掘削刃部３１ａと、基筒部３１ｂの後端部から外周側に突設されて固定用ボルト穴が形成されたフランジ部３１ｃからなり、掘削刃部３１ａは、基筒部３１ｂに比較して外径が小さく形成されて、後述のビットガイド穴３８から出退可能なように構成されている。基筒部３１ｂ内には、図１，図６に示すように、交換用ビット３１を引出し、押込み可能な押引きジャッキ（治具）５５を挿入するための中空部３１ｄが形成され、この中空部３１ｄはフランジ部３１ｃの中心穴３１ｊを介して作業空間２８に連通開口されている。またフランジ部３１ｃの対称位置に形成されて掘削使用状態で位置決めする使用位置凹部３１ｅと、基筒部３１ｂの前部に形成されて交換用ビット３１が後退された交換退避位置で位置決めする退避位置凹部３１ｆが形成されている。さらにフランジ部３１ｃには、使用位置凹部３１ｅと直交交差する面を平行に切り欠いて形成した回り止め用エッジ３１ｇが設けられている。
【００２３】
（ビット交換ユニット）
図４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に半径方向軸線ＲＬに沿って円形の装着穴部２１ｂが、その一部が重なる連続形状に形成され、これら装着穴部２１ｂの円形部分に左右一対の取付リング片４０を介してそれぞれユニット前面板３２が嵌合され、固定ボルトにより固定されている。これら各ユニット前面板３２の中心にシールド軸心と平行な配置される開閉軸心ＯＣが配置され、この開閉軸心ＯＣを中心とする同一円弧線と半径方向軸線ＲＬの交点に等ピットで２個の開口部３３がそれぞれ形成されている。そして図１，図６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、ゲート板３４には、２つの開口部３３を開閉自在な２個のバルブ口３５が形成されている。そしてゲート板３４を、開口部３３とバルブ口３５とが合致する連通位置と、開口部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９０度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、開口部３３にバルブ口３５を介してそれぞれ連通する２つのビットガイド穴３８が形成されたビットガイド体３７が取り付けられている。
【００２４】
（ゲート開閉装置）
前記ゲート開閉装置３６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度の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に回転自在に支持されて外歯ギヤ３６ａに噛合するピニオン３６ｂと、作業空間２８側に突出されてピニオン３６ｂが固定された駆動軸３６ｃとを有するギヤ式回動機構を具備している。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、油圧式のトルクレンチなどの自動工具を装着して、ゲート板３４を回動し開口部３３を開閉することができる。
【００２５】
また、ゲート板３４の背面（または前面）には、ゲート板３４の回動限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、たとえばゲート板３４の背面に開閉軸ＯＣを中心とする円弧溝３９ａが９０度の範囲にわたって形成され、ビットガイド体３７の面板部４１の内面に円弧溝３９ａに移動自在に嵌合されるガイドピン３９ｂが突設されて構成され、ゲート板３４の回動限を規制することができる。
【００２６】
上記ゲート開閉装置３６によれば、ゲート板３４を外周部で駆動するので、作業空間２８との空間的な干渉が少ない。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、容易に駆動することができる。さらに、ゲート板３４は円形に形成されて取付リング片４０を介して回転自在に支持されるので、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。
【００２７】
（ビットガイド体）
ビットガイド体３７は、外周部がユニット前面板３２に取付リング片４０を介して固定ボルトにより固定されゲート板３４の背面を覆う面板部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が形成された保持筒部４２と、保持筒部４２間を連結する連結ブロック４３とを具備し、連結ブロック４３の後端面には、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の後端面には、交換用ビット３１のフランジ部３１ｃが固定ボルトを介して固定されるボルト穴と、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が対称位置に設けられ、これら係止爪４５は、長穴と係脱用ボルト４６により使用位置凹部３１ｅと退避位置凹部３１ｆとに係脱、固定自在に取り付けられている。
【００２８】
（止水用シール材）
このビット交換ユニット３０において、切羽側から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３１ｈと基筒部３１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と開口部３３の隙間をシールし、第２ビット用シール材５２により基筒部３１とビットガイド穴３８との隙間をシールする。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の基台とビットガイド穴３８との隙間をシールする。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。
【００２９】
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を防止し、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を防止する。
【００３０】
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の回動途中で開口部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、損傷の危険性も低く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くシール性を十分に確保することができる。
【００３１】
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。
（押引用ジャッキ）
図１，図６に示す押引用ジャッキ５５は、交換用ビット３１を引き抜き、押し込みする治具で、背面フレーム２９の背面板２９ｃの内面に、半径方向軸ＲＯに沿って蟻溝形断面の固定ガイド部材５６が取り付けられている。一方、押引用ジャッキ５５のジャッキ本体５５ａは、交換用ビット３１の中空部３１ｄに挿入され、ジャッキ本体５５ａの外周部に固定された連結リング５７がフランジ部３１ｃに連結ボルトを介して連結される。また押引用ジャッキ５５のピストンロッド５５ｂと、固定ガイド部材５６に位置調整自在に嵌合された係合ブロック５８が連結されている。したがって、ジャッキ本体５５ａを中空部３１ｄに挿入して連結リング５７を交換用ビット３１に取り付け、固定ガイド部材５６に嵌合された係合ブロック５８にピストンロッド５５ｂを連結し、押引用ジャッキ５５を収縮させることにより交換用ビット３１を開口部３３、バルブ口３５およびビットガイド穴３８から引き抜くことができる。
【００３２】
上記構成によれば、次のビット交換ユニット３０と同様にビット交換作業を行うことができる。
（ビット交換ユニット３０のビット交換作業）
トンネル掘削状態では、交換用ビット３１は掘削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、目的とする交換用ビット３１を有する主スポーク部材２１がたとえば水平となる位置で、カッタ駆動装置１７を停止する。そして作業員がマンホール２７から作業空間２８に入り、ビット交換作業を行う。
【００３３】
１）目的のビット交換ユニット３０の作業空間２８内で、両保持筒部４２にそれぞれ背面から、押引用ジャッキ５５のジャッキ本体５５ａをそれぞれ交換用ビット３１の中心穴３１ｊから中空部３１ｄに挿入し、ジャッキ本体５５ａを連結リング５７を介して交換用ビット３１のフランジ部３１ｃに取り付ける。さらに背面フレーム２９の背面板２９ｃに取り付けられた固定ガイド部材５６に、係合ブロック５８をそれぞれ係合し、押引用ジャッキ５５のピストンロッド５５ｂを伸展して押引ジャッキ５５と係合ブロック５８とを連結する。
【００３４】
２）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から後退させる。
【００３５】
３）各押引用ジャッキ５５をそれぞれ収縮して交換用ビット３１を後退させ、掘削刃部３１ｂの先端がゲート板３４のバルブ口３５を通過してビットガイド穴３８に収容されると、係止爪４５を突出させて退避位置凹部３１ｆに係合させ、係脱ボルト４６を締め付けて各交換用ビット３１をそれぞれ交換退避位置に固定する。
【００３６】
４）２本の交換用ビット３１を交換退避位置に固定すると、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９０度回動させて、ゲート板３４により２つの開口部３３をそれぞれ閉鎖する。
【００３７】
５）各押引用ジャッキ５５のピストンロッド５５ｂと固定ガイド部材５６とをそれぞれ分離し、さらに各ジャッキ本体５５ａの連結リング５７を交換用ビット３１のフランジ部３１ｃから取り外して、各押引用ジャッキ５５を交換用ビット３１から分離した後、各押引用ジャッキ５５を取り外す。
【００３８】
６）係脱ボルト４６を緩めて係止爪４５を退避位置凹部３１ｆから後退させた後、磨耗した交換用ビット３１をビットガイド穴３８から取り出し、搬出する。
７）新たな交換用ビット３１を搬入してビットガイド穴３８に装填し、係止爪４５を退避位置凹部３１ｆに係合させて係脱ボルト４６を締め付け、各交換用ビット３１をそれぞれ交換退避位置に固定する。
【００３９】
８）押引用ジャッキ５５のジャッキ本体５５ａを、交換用ビット３１の中心穴３１ｊから中空部３１ｄに挿入し、連結リング５７を介してジャッキ本体５５ａを交換用ビット３１のフランジ部３１ｃに固定する。さらに固定ガイド部材５６に係合された係合ブロック５８と押引用ジャッキ５５のピストンロッド５５ｂとを連結する。
【００４０】
９）手動工具または自動工具を使用して、ゲート開閉装置３６を駆動してゲート板３４を反対方向に９０度回動させ、バルブ口３５を２つの開口部３３に合致させて開口部３３をそれぞれ開放する。
【００４１】
１０）係脱ボルト４６を緩めて係止爪４５を退避位置凹部３１ｆから後退させた後、各押引用ジャッキ５５をそれぞれ伸展して交換用ビット３１をビットガイド穴３８に押し込み、掘削刃部３１ｂをバルブ口３５から開口部３３を介して前方に突出させる。さらに係止爪４５を使用位置凹部３１ｅに係合させて位置決めするとともに、固定ボルトによりフランジ部３１ｃと保持筒部４２とを連結し、掘削使用位置で新たな交換用ビット３１をビットガイド体３７に固定する。
【００４２】
１１）各押引用ジャッキ５５の各ジャッキ本体５５ａの連結リング５７を交換用ビット３１のフランジ部３１ｃから取り外すとともに、ピストンロッド５５ｂと固定ガイド部材５６とをそれぞれ分離し、各押引用ジャッキ５５を交換用ビット３１から分離して取り外す。
【００４３】
（外周ビット交換ユニット）
前記外周ビット交換ユニット６０は、図１０に示すように、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）６１が設けられており、この外周掘削ビット６１は、開閉軸心ＯＣに対してθ°前方外方に傾斜して取り付けられている。カッタヘッド１６の主スポーク部材２１に連結された外周前板に、取付リング６２を介して円形の外周ユニット前面板６３が取り付けられ、この外周ユニット前面板６３の外周寄りに開口部６４が形成されている。外周ユニット前面板６３の背面には、取付リング６２を介して開閉軸心ＯＣを中心に９０度の範囲で回動可能なゲート板６５が配置され、ゲート板６５には、開口部６４に合致して連通可能な１個のバルブ口６６が形成されている。また外周ユニット前面板６３の背面で取付リング６２を介して取り付けられたビットガイド体６６には、バルブ口６６および開口部６４に連通するビットガイド穴６７が同一の傾斜角θ°で傾斜して形成されている。その他の構成部材は、ゲート開閉装置３６ほか、ビット交換ユニット３０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。
【００４４】
（実施例の効果）
上記実施例によれば、交換用ビット３１を後退させてビットガイド体３７のビットガイド穴３８に収容した後、ゲート開閉装置３６によりゲート板３４を回動させてバルブ口３５を開口部３３からずらせて開口部３３をゲート板３４により閉鎖することができる。
【００４５】
したがって、従来のように、交換用ビットをビット支持部材と共に回動させるのに比較して、小さな駆動力で開口部３３を閉鎖することができる。またスポーク前面板２１ａの背面にはゲート板３４を介してビットガイド体３７を配置するだけでよく、ビット交換ユニット３０の軽量化およびコンパクト化が図れ、作業空間２８を広く確保することができる。
【００４６】
また、ビット交換時には、地盤の土圧や水圧が作用して交換用ビット３１の引き抜きや押し込みに押引ジャッキ５５が必要となるが、交換用ビット３１を変位させることがないので、押引ジャッキ５５の設置を容易に行うことができる。
【００４７】
さらに、ゲート板３４は、スポーク前面板２１ａとビットガイド体３７の面板部４１の間に内装され取付リング片４０で囲まれて、駆動部分が作業空間２８内に露出されることがないので、安全性が高い。
【００４８】
また、背面フレーム２９により形成される作業空間２８の断面形状を、周方向の幅が前面側(カッタヘッド側)より、背面側（掘削機本体側）が狭くなるように形成することで、強度を確保しつつ掘削土砂の取り込みや攪拌による摩擦抵抗を軽減し、さらに半径方向軸ＲＬ上に交換用ビット３１を配置することで、交換時に交換用ビット３１が変位されることがなく、交換作業時に交換用ビット３１を引き抜く方向の作業空間２８を広く確保することができ、作業性を向上させることができる。
【００４９】
さらに、第１，第２ゲート用シール材５３，５４により、ゲート板３４とユニット前面板３２との隙間およびゲート板３４とビットガイド体３７の隙間に、高圧泥水が浸入するのを効果的に防止することができる。さらにまた第１，第２ビット用シール材５１，５２により、交換用ビット３１とビットガイド穴３８との隙間に高圧の泥水が浸入するのを効果的に防止することができる。
【００５０】
さらにまた、ゲート開閉装置３６に、外歯ギヤ３６ａとピニオン３６ｂからなるギヤ式回動機構を設けたので、ゲート板３４を手動工具または自動工具によりゲート板３４を回動させて開口部３３を容易に開閉することができる。
【実施例２】
【００５１】
（ビット交換ユニット）
先の実施例のビット交換ユニット３０では、交換用ビット３１（開口部３３）を半径方向軸ＲＬ上に２個配置したが、このビット交換ユニット７０では、開閉軸心ＯＣを中心として等間隔ごとに３個の交換用ビット３１を設けたものである。すなわち、開閉軸心ＯＣを中心とする同一円弧上に１２０°ごとに３個の開口部３３とバルブ口３５、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が設けられている。これら交換用ビット３１は、前部外周側に向かってα°傾斜して設けられるとともに、ゲート開閉装置３６がゲート板３４を１２０°の範囲で往復回動させる以外は、先の実施例と同一であるため、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５２】
上記ビット交換ユニット７０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２７のスペースを有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
Ｏ シールド軸心（掘削機軸心）
ＲＬ 半径方向軸
ＯＣ 開閉軸心
１６ カッタヘッド
１７ カッタ駆動装置
１８ 排土用スクリュコンベヤ装置
２０ 中心部材
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
２９ 背面フレーム
２９ａ 側面板
２９ｂ 傾斜板
２９ｃ 背面板
３０ ビット交換ユニット
３１ 交換用ビット
３１ｅ 使用位置凹部
３１ｆ 退避位置凹部
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
３９ 回動規制具
４１ 面板部
４２ 保持筒部
５１ 第１ビット用シール材
５２ 第２ビット用シール材
５３ 第１ゲート用シール材
５４ 第２ゲート用シール材
５５ 押引用ジャッキ
５６ 固定ガイド部材
６０ 外周ビット交換ユニット
６１ 外周掘削ビット（交換用ビット）
６３ 外周ユニット前面板
６４ 開口部
６５ ゲート板
６６ バルブ口
６７ ビットガイド体
６８ ビットガイド穴
７０ ビット交換ユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削機本体の前部に配置されて地盤を掘削するカッタヘッドの交換用ビットを交換する掘削機のビット交換装置であって、
カッタヘッドの前面板の背面側に、作業員が出入り可能な作業空間を形成する背面フレームを設け、
前記前面板に交換用ビットが挿脱自在な開口部を形成するとともに、当該開口部の背面側に、交換用ビットを挿脱、固定自在なビットガイド穴を有するビットガイド体を設け、
前記前面板と前記ビットガイド体との間に、交換用ビットが挿脱自在なバルブ口を有するゲート板を、前記前面板に垂直な開閉軸心周りに回動自在に配置し、
前記ゲート板を前記開口部およびビットガイド穴を連通する連通位置と、前記開口部を閉鎖する閉鎖位置との間で回動可能なゲート開閉装置を設けた
ことを特徴とする掘削機のビット交換装置。
【請求項２】
交換用ビットは、ゲート板の開閉軸心を中心として等角度ピッチで同一円周上に複数個が設けられた
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】
交換用ビットが、カッタヘッドの回転軸心を通る半径方向軸上に２個配置され、
作業空間の前記半径方向軸に垂直な断面形状において、背面側の周方向の幅が前面側より狭く形成された
ことを特徴とする請求項２記載の掘削機のビット交換装置。
【請求項４】
ゲート板と前面板との間およびゲート板とビットガイド体の間で、ゲート板の外周部およびバルブ口の周縁部に止水するためのゲート用シール材をそれぞれ設け、
交換用ビットとビットガイド穴との隙間に、止水するためのビット用シール材を設けた
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の掘削機のビット交換装置。
【請求項５】
ゲート開閉装置は、ゲート板の外周部で開閉軸心を中心とする周方向に形成された外歯ギヤと、当該外歯ギヤに噛合するピニオンとを有するギヤ式回動機構を具備した
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに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配置されて地盤を掘削するカッタヘッドの交換用ビットを交換する掘削機のビット交換装置であって、
カッタヘッドの前面板の背面側に、作業員が出入り可能な作業空間を形成する背面フレームを設け、
前記前面板に交換用ビットが挿脱自在な開口部を形成するとともに、当該開口部の背面側に、交換用ビットを挿脱、固定自在なビットガイド穴を有するビットガイド体を設け、
前記前面板と前記ビットガイド体との間に、交換用ビットが挿脱自在なバルブ口を有するゲート板を、前記前面板に垂直な開閉軸心周りに回動自在に配置し、
前記ゲート板を前記開口部およびビットガイド穴を連通する連通位置と、前記開口部を閉鎖する閉鎖位置との間で回動可能なゲート開閉装置を設けた
ことを特徴とする掘削機のビット交換装置。
【請求項２】
交換用ビットは、ゲート板の開閉軸心を中心として等角度ピッチで同一円周上に複数個が設けられた
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】
交換用ビットが、カッタヘッドの回転軸心を通る半径方向軸上に２個配置され、
作業空間の前記半径方向軸に垂直な断面形状において、背面側の周方向の幅が前面側より狭く形成された
ことを特徴とする請求項２記載の掘削機のビット交換装置。
【請求項４】
ゲート板と前面板との間およびゲート板とビットガイド体の間で、ゲート板の外周部およびバルブ口の周縁部に止水するためのゲート用シール材をそれぞれ設け、
交換用ビットとビットガイド穴との隙間に、止水するためのビット用シール材を設けた
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の掘削機のビット交換装置。
【請求項５】
ゲート開閉装置は、ゲート板の外周部で開閉軸心を中心とする周方向に形成された外歯ギヤと、当該外歯ギヤに噛合するピニオンとを有するギヤ式回動機構を具備した
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−６９３２（Ｐ２０１１−６９３２Ａ）
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５１６７７（Ｐ２００９−１５１６７７）
【出願日】平成２１年６月２６日（２００９．６．２６）
【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１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２６日（２００９．６．２６）
【出願人】（０００００５１１９）日立造船株式会社 (764)
【Ｆターム（参考）】
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