JP2995696B2 - シールド掘進機の余掘装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シールド掘進機を曲進
する際に、カッタヘッドに格納した余掘用カッタをカッ
タヘッドから径方向に突出させて曲進側の地山を余掘す
るシールド掘進機の余掘装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】シールド掘進機は、シールド本体にシー
ルドジャッキで推力を付与しつつその本体前部のカッタ
ヘッドに設けたカッタで切羽を掘削して地下坑を掘進す
るものであるが、例えば、カーブするトンネルを掘進す
る場合のように、掘進方向を変えて曲進することが必要
となる場合が生じる。このような場合、カッタヘッドの
外周部に格納したオーバーカッタと称する余掘用カッタ
を、カッタヘッドから径方向に突出させて曲進側の地山
を余掘することが従来から一般に行われている。すなわ
ち、シールド本体前部のカッタヘッドを回転させなが
ら、余掘用カッタが曲進側にきたときにだけこれを突出
させて地山を掘削し、その曲進側の地山の部分だけ若干
大径に掘削を行う余掘方法が一般に使われている。この
余掘の結果、曲進側の地山の抵抗を減少させることがで
き、余掘を行った方向にシールド掘進機を曲進させるこ
とが可能となる。この余掘用カッタについては、例え
ば、実開昭６１ー１２１２９３号公報に各種の構造が示
されているが、その一般的な構造を例示すると、図６及
び図７に示すような構造をしている。図６は、従来の一
般的な余掘カッタの平面図、図７は図６の余掘カッタの
正面図で、その余掘用カッタは、シャンクａとこのシャ
ンクａ上部に取り付けられ超硬チップｃを固着したカッ
タビットｂとから構成されており、その超硬チップｃ
は、図に示すように、カッタビットｂの両側頂部に固着
されている。すなわち、超硬チップｃは、図７に矢印で
示す正逆の切削方向、換言するとカッタヘッドの回転方
向に向けてカッタビットｂの両縁に設けられており、方
向性をもたせて設けられていた。この超硬チップｃで地
山を切削しながら余掘をする場合、もし、余掘用カッタ
がシャンクａの軸心を中心にして少しでも回動するよう
なことがあると、超硬チップｃにもたせた前記の方向性
は失われることとなるため、余掘用カッタには、回り止
めを施すのを常としていた。シールド掘進機の余掘装置
すなわちオーバーカッタ装置において、この回り止めの
方法について記述した公知文献としては、例えば、実開
昭６３ー４１６９７号公報を挙げることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】以上述べた従来のシー
ルド掘進機の余掘装置においては、専ら、ビットの頂部
両縁に設けた二つの超硬チップにより地山を切削し、こ
れら特定のチップを酷使するため、超硬チップは、摩耗
が激しく、寿命が短い。また、この摩耗した超硬チップ
を交換しようとしても、その交換をシールド本体内部か
ら行うことは困難であり、メンテナンスに多大の時間と
労力を要する。

【０００４】本発明は、従来の技術にこのような問題が
あることに鑑み、カッタビットの摩耗を減少しその寿命
を長くすることのできるシールド掘進機の余掘装置を提
供することを目的にする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のこのような目的
は、「シャンク及びこのシャンクに取り付けられたカッ
タビットを有する余掘用カッタと、この余掘用カッタを
往復駆動する駆動装置とからなり、余掘用カッタをシー
ルド掘進機のカッタヘッド内に格納し、余掘時に駆動装
置によりカッタヘッドの外周から突出させて地山を掘削
するシールド掘進機の余掘装置において、耐摩耗性を向
上させるための多数のチップを円筒状のカッタビットに
放射状に固着して余掘用カッタを構成し、この余掘用カ
ッタを、カッタヘッドの外周から突出させた際にその軸
心を中心にして自由に回動できるように回り止めを施さ
ないでカッタヘッドのカッタスポーク内に格納するとと
もに、余掘用カッタを往復駆動する駆動装置を、ピスト
ンを自由に回動できるようにシリンダ内に滑動自在に嵌
挿した油圧ジャッキで構成して余掘用カッタのシャンク
に取り付けた」シールド掘進機の余掘装置により達成さ
れる。

【０００６】

【作用】本発明のシールド掘進機の余掘装置は、このよ
うな構成を備えているので、シールド掘進機を曲進させ
ようとする場合、カッタヘッドを回転させて掘進すると
ともに、カッタヘッドの外周部内に格納している余掘用
カッタを、同カッタが曲進側にきたときにだけ油圧ジャ
ッキで突出させ、これを地山に突入させつつ、多数のチ
ップを有するカッタビットにより地山を切削する。そう
すると、カッタビットは、その前部が切羽に押し当てら
れながら地山を切削すると同時に、カッタヘッドの回転
に伴って公転するので、カッタビットは、その前部がそ
の公転時に切羽面の摩擦抵抗を受ける。余掘用カッタ
は、突出時にその軸心を中心にして自由に回動できるよ
うに回り止めが施されいないとともに、ピストンを自由
に回動できるようにシリンダ内に嵌挿した油圧ジャッキ
に取り付けられているので、このようにカッタビットが
公転時に切羽面の摩擦抵抗を受けると、円筒状のカッタ
ビットは、その切羽面の摩擦抵抗により、あたかも切羽
面上を転がされるような回転力を受けてひとりでに回動
する。この円筒状のカッタビットには、多数のチップが
放射状に固着されているので、このようにカッタビット
が回動すると、地山切削をカッタビットの特定部位のチ
ップだけで受け持たず、その全周にわたる多数のチップ
で分担することとなって、従来の余掘装置のように特定
のチップだけが酷使されるようなことはなくなり、その
ため、カッタビットの耐摩耗性が向上し、切削性能が長
く維持される。

【０００７】

【実施例】本発明の実施例を図１乃至図５に基づいて説
明する。図１は、本発明の実施例のシールド掘進機の余
掘装置について不作動時の状態を示す縦断面図、図２
は、本発明の実施例のシールド掘進機の余掘装置につい
て作動時の状態を示す縦断面図、図３は、本発明の実施
例のシールド掘進機の余掘装置の一部を切り欠いてその
内部構造を示す背面図、図４は、本発明の実施例のシー
ルド掘進機の余掘装置に関する余掘カッタの平面図、図
５は、同余掘カッタの側面図である。

【０００８】図１乃至図５において、１はシールド掘進
機のシールド本体、２はカッタ駆動装置で回転駆動され
るセンタシャフト、３は前面にカッタビットが取り付け
られ切羽を掘削するシールド掘進機のカッタヘッド、４
はセンタシャフト前端に設けられたカッタヘッド中心部
のボスである。カッタヘッド３は、この中心部のボス４
を介してセンタシャフト２に取り付けられ、図示されて
いないカッタ駆動装置により同シャフト２を通じて回転
駆動される。３ａはカッタヘッドの外周を形成するリン
グ状の外周部フレーム、３ｂはこの外周部フレーム３ａ
とカッタ中心部ボス４とを連結するカッタスポークで、
ボス４を中心にして、自転車のスポークのように放射状
に複数本設けられている。これら外周部フレーム３ａと
カッタスポーク３ｂとでカッタヘッド３の骨格が形成さ
れている。

【０００９】５は前記カッタスポーク３ｂ内に格納した
余掘用カッタ、６はこの余掘用カッタ５の円筒状のカッ
タビット、６ａはこのカッタビット６に固着された耐摩
耗性を向上させるための超硬チップ、７は余掘用カッタ
５のカッタビット６よりやや大径の円柱状のシャンクで
ある。この余掘用カッタ５は、図４及び図５に示すよう
な構造をしており、円筒状のカッタビット６には、多数
の超硬チップ６ａが放射状に等間隔で頂部まで達するよ
うに埋め込まれていて、そのカッタビット６の母材とこ
れら多数の超硬チップ６ａとが共同して全体で地山の切
削を行う。円筒状のカッタビット６に放射状に埋め込ま
れている多数の超硬チップ６ａは、主として、カッタビ
ット６全体の耐摩耗性を向上させる働きをするが、切削
性の向上にも資する。このように、シャンク７だけでは
なくカッタビット６をも断面円形に形成し、その円周部
に放射状に多数の超硬チップ６ａを固着して耐摩耗性を
向上させるようにした点は、従来技術にはみられない点
である。この余掘用カッタ５は、このような構成と関連
して、後述するように、カッタヘッドの外周から突出さ
せた際にその軸心を中心にして自由に回動できるように
した構成も採用しており、これらの構成は、本実施例独
自の構成である。

【００１０】８は余掘用カッタ５をカッタヘッド３から
突出させたり収納させたりするように往復駆動するため
の油圧ジャッキ、８ａは油圧ジャッキ８のシリンダ、８
ｂは油圧ジャッキ８のピストンロッドのロッド端部、９
は油圧ジャッキ８を駆動するため同ジャッキ８に油圧を
供給したり同ジャッキ８から油圧を排出したりする油圧
ホースである。図には表れていないが、油圧ジャッキ８
のシリンダ８ａ内には、ロッド端部８ｂを有するピスト
ンロッドに連接するピストンが滑動自在に嵌挿されてい
る。シリンダ８ａの底部は、油圧ジャッキ８を固定する
ための固定部材１４にピン１３ａで固定され、ピストン
ロッドのロッド端部８ｂは、シャンク７の底部にピン１
３ｂで取り付けられている。油圧ジャッキ８のシリンダ
８ａ内に嵌挿されている前記ピストンは、滑動自在に嵌
挿されていることから、カッタビット６に対して軸心を
中心とする回転力が加わると自由に回動し、前述の超硬
チップにもたせた方向性は失われるので、従来の装置に
おいては回り止めが施されていたが、本実施例の装置で
はこのような回り止めは一切設けていない。

【００１１】１０は余掘用カッタ５のシャンク７を滑動
し得るように案内するための円柱状のシャンク収納空間
を有し、カッタスポーク３ｂ内に取り付けられているガ
イド部材、１１はこのガイド部材１０と余掘用カッタ５
のカッタビット６との間をシールするシール部材、１２
はカッタスポーク３ｂ内においてガイド部材１０の上部
に取り付けられ、同部材１０と同様の機能をし同様の断
面形状を有するシャンク摺動用ブッシュである。ガイド
部材１０は、余掘用カッタ５の非突出時におけるシャン
ク７に対応する位置に取り付けられ、同じく、シャンク
摺動用ブッシュ１２は、カッタビット６に対応する位置
に取り付けられ、これらの部材は何れも、余掘用カッタ
５がカッタヘッド３から突出したりカッタヘッド３に収
納されたりする動作をするときに、シャンク７を上下に
滑動させるように案内するばかりでなく、余堀用カッタ
５の突出時にそのシャンク７を円滑に回動させるように
案内する働きもする。なお、カッタスポーク３ｂには、
余掘カッタ５をカッタスポーク３ｂ内に組み込む作業の
便を図るための開口が形成されており、この開口は、そ
の作業完了時に蓋体１５で閉鎖される。

【００１２】本発明の実施例の装置は、以上述べたよう
な構成を採用しているので、シールド掘進機を曲進させ
ようとする場合、カッタヘッド３を回転させて掘進する
とともに、カッタヘッド３の外周部内に収納している余
掘用カッタ５を、油圧ジャッキ８を作動することにより
同カッタ５が曲進側にきたときにだけ突出させ、これを
地山に突入させつつビット母材と超硬チップ６ａとによ
り地山を切削する。このようにしてカッタビット６で地
山を切削する場合、カッタビット６は、その前部が切羽
に押し当てられながら地山を切削すると同時に、カッタ
ヘッド３の回転に伴って公転するので、カッタビット６
は、その公転時にビット前部が切羽面の摩擦抵抗を受
け、このビット前部が受ける切羽面の摩擦抵抗により、
あたかも切羽面上を転がされるような回転力を受ける。
その場合、カッタビット６の後部には、余掘用カッタ５
を地山に突入させつつあるときは別にして、掘進が進展
すると、ほとんど摩擦が生じなくなるため、その回転力
を打ち消すような摩擦力は生じない。そして、本実施例
では、「余掘用カッタ５を、カッタヘッド３の外周から
突出させた際にその軸心を中心にして自由に回動できる
ように回り止めを施さないでカッタヘッド３のカッタス
ポーク３ｂ内に格納するとともに、余掘用カッタ５を往
復駆動する駆動装置を、ピストンを自由に回動できるよ
うにシリンダ内に滑動自在に嵌挿した油圧ジャッキ８で
構成して余掘用カッタ５のシャンク７に取り付けた」従
来の技術にはみられない構成を採用しているので、円筒
状のカッタビット６は、前記の回転力によりひとりでに
回動する。この円筒状のカッタビット６には、その円周
部に放射状に多数の超硬チップ６ａを固着しているの
で、このようにカッタビット６が回動すると、切羽に接
するカッタビット６の切削部位が時々入れ替わって、地
山切削をカッタビット６の特定部位の超硬チップ６ａだ
けで受け持たずにその全周にわたる多数の超硬チップ６
ａで分担することとなり、従来の装置のように、特定の
超硬チップ６ａだけが酷使されるようなことはなく、そ
のため、カッタビット６の耐摩耗性を向上しその切削性
能を長く維持することができる。

【００１３】このように、本実施例においては、余掘用
カッタ５のカッタビット６がカッタヘッド３の公転時に
切羽面の摩擦力により回転力を受けるという現象に着目
し、これを巧みに利用することにより、カッタビット６
の摩耗を減少しその寿命を長くするという実用的な効果
を得ることができるばかりか、従来の技術において不可
欠のものとして施されていた余掘用カッタ５の回り止め
も省略でき、現場技術として優れた効果を発揮するもの
である。要するに、従来の技術において当然のこととし
て施されていた余掘カッタ５の回り止めを敢えて設けな
いようにすることにより従来の技術以上の優れた効用を
発揮するようにしたものである。

【００１４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、特許請求の範囲に記載の構成、特に、「耐摩耗性を
向上させるための多数のチップを円筒状のカッタビット
に放射状に固着して余掘用カッタを構成し、この余掘用
カッタを、カッタヘッドの外周から突出させた際にその
軸心を中心にして自由に回動できるように回り止めを施
さないでカッタヘッドのカッタスポーク内に格納すると
ともに、余掘用カッタを往復駆動する駆動装置を、ピス
トンを自由に回動できるようにシリンダ内に滑動自在に
嵌挿した油圧ジャッキで構成して余掘用カッタのシャン
クに取り付けた」構成を採用しているから、カッタビッ
トが余掘の際にひとりでに回動して、従来の技術のよう
に特定の地山掘削用のチップだけが酷使されるようなこ
とはなく、カッタビットの全周を用いて地山の切削が行
われ、その結果、カッタビットの摩耗を減少しその寿命
を長くすることのできるシールド掘進機の余掘装置を提
供することができる。さらに、従来の技術に施されてい
る地山掘削用のチップに方向性をもたせるための余掘用
カッタの回り止めのようなものを施す必要もなく、簡素
化された構成で多様な効果を同時に奏することができ
る。

【００１５】本発明は、カッタビットを回動させないよ
うにすることを基本的着想としていた従来技術に対し、
カッタビットの回動を積極的に利用するという逆の発想
をもってその改善を図ったものであり、その発想は斬新
的なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のシールド掘進機の余掘装置に
ついて不作動時の状態を示す縦断面図である。

【図２】本発明の実施例のシールド掘進機の余掘装置に
ついて作動時の状態を示す縦断面図である。

【図３】本発明の実施例のシールド掘進機の余掘装置の
一部を切り欠いてその内部構造を示す背面図である。

【図４】本発明の実施例のシールド掘進機の余掘装置に
関する余掘カッタの平面図である。

【図５】本発明の実施例のシールド掘進機の余掘装置に
関する余掘カッタの側面図である。

【図６】従来のシールド掘進機の余掘装置に関する一般
的な余掘カッタの平面図である。

【図７】図６の余掘カッタの正面図である。

【符号の説明】

１ シールド掘進機のシールド本体 ２ シールド掘進機のセンタシャフト ３ シールド掘進機のカッタヘッド ３ａ カッタヘッドの外周部フレーム ３ｂ カッタスポーク ４ シールド掘進機のボス ５ 余掘用カッタ ６ カッタビット ６ａ 超硬チップ ７ シャンク ８ 油圧ジャッキ １０ ガイド部材 １２ シャンク摺動用ブッシュ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シャンク及びこのシャンクに取り付けら
   れたカッタビットを有する余掘用カッタと、この余掘用
   カッタを往復駆動する駆動装置とからなり、余掘用カッ
   タをシールド掘進機のカッタヘッド内に格納し、余掘時
   に駆動装置によりカッタヘッドの外周から突出させて地
   山を掘削するシールド掘進機の余掘装置において、耐摩
   耗性を向上させるための多数のチップを円筒状のカッタ
   ビットに放射状に固着して余掘用カッタを構成し、この
   余掘用カッタを、カッタヘッドの外周から突出させた際
   にその軸心を中心にして自由に回動できるように回り止
   めを施さないでカッタヘッドのカッタスポーク内に格納
   するとともに、余掘用カッタを往復駆動する駆動装置
   を、ピストンを自由に回動できるようにシリンダ内に滑
   動自在に嵌挿した油圧ジャッキで構成して余掘用カッタ
   のシャンクに取り付けたことを特徴とするシールド掘進
   機の余掘装置。