JPH08109793A - シールド掘進機の補助カッター装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 カッタービットの引き込み時に土砂の噛み
込みが生じにくく、動作不良を起こすおそれが極めて少
ない、装置の全長を短くできる、廻り止め作用が高
く、確実に廻り止めできる、構造の簡単なシールド掘進
機の補助カッター装置を提供する。 【構成】 シールド掘進機１の前端に回動自在に配設さ
れるカッターディスク３の外周縁部より、カッタービッ
ト１１がシリンダ装置１４を介して半径方向外方へ出没
可能に配備されるコピーカッター１０であって、シリン
ダ装置１２のピストンロッド１３の一端がカッターディ
スク３側に支持され、ピストンロッド１３に対しシリン
ダ１４が摺動自在に被装されるとともに、シリンダ１４
の外形が断面略四角形に形成され、シリンダ１４がその
外形形状に対応する開口を有するガイド筒１５により摺
動自在に支持され、シリンダ１４の先端にはカッタービ
ット１１が取り付けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、シールド掘進機の前
端に回動自在に配設されるカッターディスク（カッター
ヘッドとも呼ばれる）の外周縁部より、カッタービット
がシリンダ装置を介して半径方向外方へ出没可能に配備
されるコピーカッターやオーバーカッターなどの補助カ
ッター装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記のシールド掘進機は、土壁の崩壊を
防ぐシールド（楯）と呼ばれる筒と、前進のためのシー
ルドジャッキ、そしてシールドの前端に配設されて切羽
（地山）を削るカッターディスク（掘削具）を主要部分
として構成されており、シールドの外形に沿う円形断面
のトンネルを掘削するのが一般である。

【０００３】また、カーブしたトンネルを掘削可能なシ
ールド掘進機では、カッターディスクの外周部の適所
に、コピーカッターを出没可能に装備しており、カーブ
したトンネルを掘削する際に、カッターディスクのコピ
ーカッターが余掘り位置へ回転したときにその外周部か
らカッタービットを徐々に突出させた後に徐々に引き込
むことにより、シールド掘進機を屈曲させる側のトンネ
ルを余掘りしている。

【０００４】そのほか、２台のシールド掘進機によって
トンネルを相反する方向からそれぞれトンネルの掘削を
開始し、両側のトンネルを中央でドッキングさせる際
に、各シールド掘進機のカッターディスクの外周部から
オーバーカッターを突出させてカッターディスクを回転
させながら掘削することにより、ドッキング位置付近の
トンネルの外径をやや拡大している。

【０００５】さらに、上記のような補助カッター装置の
カッタービットをカッターディスクの外周部から出没さ
せるための駆動に、主として油圧式などのシリンダ装置
が使用されているが、シリンダ装置は円筒形の固定側シ
リンダ内に円形のピストンを備えたピストンロッドを摺
動自在に嵌挿した構造が一般的である。しかし、前記カ
ッタービットは向きを特定する必要があるため、カッタ
ービットを取り付けるシリンダまたはロッドに廻り止め
機構を装着するなどしてカッタービットが廻らないよう
にしている。

【０００６】この種の補助カッター装置の先行技術に、
たとえば実開平６−１４２９５号公報に記載の装置があ
る。この装置は、図６〜図９に示すように、シリンダ装
置２１のシリンダ２２の先端に枢着されるカッタービッ
ト部材２３の先端部分を切削部（ビット部）２４に形成
し、この切削部２４を断面Ｕ字形状にしてガイド筒２６
の前面の開口２６ａから突出させる。またカッタービッ
ト部材２３の切削部２４および基端側のガイド部２５の
背面側を、図６(ｂ)のようにガイド筒２６の内周面に対
応する断面半円形に形成し、ガイド筒２６の先端部分と
カッタービット部材２３の先端部分との断面非円形部分
で廻り止めしてカッタービット部材２３を案内する構造
からなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に記載の補助カッター装置には、下記の点で不都合が
ある。

【０００８】 カッターディスクの半径方向外方へ突
出させたカッタービット部材を引き込むときに、掘削部
の基端側とガイド筒の前面側開口とで形成される遊隙部
に土砂が噛み込み、圧密されてカッタービット部材の引
き込みが不能になるおそれがある。

【０００９】 シリンダ装置の先端側に、摺動部分と
は別に廻り止め部分を設けたカッタービット部材を取り
付ける必要があるので、装置の全長が長くなる。このた
め、カッタービット部材の伸縮ストロークが制限された
り、小径のシールド掘進機のカッターディスクには装備
できなかったりする。

【００１０】 カッタービット部材の廻り止め部分は
切削部の一部、つまり両側の二面にしか設けられていな
いから、廻り止め作用が劣る。

【００１１】この発明は上述の点に鑑みなされたもの
で、カッタービットの引き込み時に土砂の噛み込みが
生じにくく、動作不良を起こすおそれが極めて少ない、
装置の全長を短くできる、廻り止め作用が高く、確
実に廻り止めできる、構造の簡単なシールド掘進機の補
助カッター装置を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の、シールド掘進機の前端に回動自在に配設
されるカッターディスクの外周縁部より、カッタービッ
トをシリンダ装置を介して半径方向外方へ出没可能に配
備したコピーカッターやオーバーカッターなどの補助カ
ッター装置は、a)前記シリンダ装置のピストンロッドの
一端を、前記カッターディスク側に支持し、そのピスト
ンロッドに対してシリンダを摺動自在に被装するととも
に、シリンダの外形を断面略四角形に形成し、b)前記シ
リンダを、その外形形状に対応する開口を有するガイド
筒により摺動自在に支持し、前記シリンダの先端に、カ
ッタービットを取り付けている。

【００１３】請求項２記載のように、c)前記ガイド筒の
先端に、外周部を内周側に比べ板厚が漸次薄くなるよう
テーパー面に形成した枠状のカバー板を取り付け、この
カバー板の内周面にシール部材を環状に配装することが
望ましい。なお、ガイド筒の先端にカバー板を設けない
場合は、土砂の侵入を防止するために、ガイド筒の先端
部近くの内周面にシール材を配装するのがよい。

【００１４】

【作用】上記した構成を有する本発明にかかるシールド
掘進機の補助カッター装置によって、トンネルの外径を
全周にわたりやや拡大したり、トンネルの一部に余掘り
部分を掘削したりするとき、カッターディスク側に支持
されたピストンロッドに対しシリンダを前進させ、シリ
ンダの先端に取り付けられたカッタービットをカッター
ディスクの外周部から半径方向外方へ突出させる。この
状態で、カッターディスクの回転によるトンネルの掘削
作業を継続することにより、カッタービットによってト
ンネルの外周部の必要箇所が余分に掘削される。そし
て、補助カッター装置による掘削作業が終了すると同時
に、ピストンロッドに対しシリンダを後退させてカッタ
ービットをカッターディスク内に引き込む。

【００１５】こうしたカッタービットの動作（伸縮動
作）は、シリンダがその周囲のガイド筒によって全周に
わたり取り囲まれ、摺動自在に支持された状態で行われ
る。このため、土砂の侵入する余地はシリンダとガイド
筒の環状隙間に限られ、非常に狭いから、土砂が侵入し
にくい。また、シリンダ装置を固定側のピストンロッド
に対し本来ロッドに比べて外形の大きなシリンダを摺動
させる方式にしたことにより、シリンダ装置を大型化さ
せずに、摺動部分（シリンダ）を大きくでき、しかもシ
リンダとガイド筒の摺動部は断面略四角形に形成されて
いるから、四面（ほぼ全体）で廻り止め作用が生じるた
めに、従来の二面による廻り止めに比べて廻り止め作用
が高く、確実に廻り止めされる。さらに、装置の基本構
造は、シリンダ装置のシリンダの先端に、カッタービッ
ト（従来のカッタービット部材の掘削部）を取り付けた
だけの簡単な構造で、装置の全長が短くなるため、小径
のカッターディスクに装備することが可能になり、また
装置の設置スペースが従来と同じ場合には、カッタービ
ットの伸縮ストロークを大きくすることができる。

【００１６】請求項２記載の補助カッター装置によれ
ば、とくにカッタービットを引き込む際に、シリンダの
カッタービット付近に付着した土砂がカバー板のテーパ
ー面に案内されて排除され、シリンダの外周面との隙間
から土砂が侵入するのが防止されるとともに、カバー板
の内周面のシール部材によってシリンダとカバー板との
隙間からの土砂の侵入が防止されることにより、ガイド
筒内への土砂の侵入が二重に防止される。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例にかかるシールド掘進
機の補助カッター装置を図面に基づいて説明する。

【００１８】図１は、本発明の第一実施例にかかる補助
カッター装置（ここでは、コピーカッターとする）を備
えたシールド掘進機１の概要を示す正面側から見た斜視
図である。このシールド掘進機１は、カーブしたトンネ
ルを掘削できるようにシールド２を前後に二分割し、屈
折自在に接続した構造からなる。シールド２の前端に
は、正面より見て円形のカッターディスク３が回動自在
にで支持されている。カッターディスク３は、言うまで
もなく切羽を掘削する手段であるため、面板３ａの前面
に多数の掘削刃（カッタービット）４を備え、また削り
取った土砂をチャンバー内へ入れる取込み口５を有して
いる。掘削刃４は、カッターディスク３の外周に向かう
放射状に線上に並べて設けられ、土砂の取込み口５は、
そうした掘削刃４を有する各面板３ａの間にやはり放射
状に形成されている。カッターディスク３の外周部近傍
で円周方向の相対向する位置には、コピーカッター１０
がそれぞれ設けられている。各コピーカッター１０は、
カッターディスク３の外周部に凹状の開口３ｂを形成
し、この開口３ｂから半径方向にカッタービット１１が
出没自在に設けられている。

【００１９】図２〜図５に、本例のコピーカッター１０
の詳細を示す。図２(ａ)は収縮（引き込み）状態におけ
るコピーカッターを示す一部を切り欠いた正面図、図２
(ｂ)は図２(ａ)のａ−ａ線断面図、図２(ｃ)は他の実施
例を示す正面図で、図２(ａ)のＣ部を引き出した状態を
表す。図３は図２(ａ)のｂ−ｂ線断面図、図４は伸長
（突出）状態におけるコピーカッターを示す一部を切り
欠いた正面図、図５は図４のｃ−ｃ線断面図である。

【００２０】図２(ａ)のように、カッターディスク３の
中心から外周に向けた半径方向の線上に沿って、コピー
カッター１０が配置されており、収縮状態ではカッター
ビット１１だけが露出し、他は内蔵されている。カッタ
ービット１１は、上方より見て先端に向け両側が尖った
形状をなし、油圧シリンダ装置１２の先端に固定されて
いる。油圧シリンダ装置１２は、ピストンロッド１３に
対しシリンダ１４が摺動する方式で、ピストンロッド１
３の基端部１３ｂが枢支軸１３ａにより、カッターディ
スク３の支持部３ｄに枢着されている。ピストンロッド
１３のロッド部１３ｃおよびピストン部１３ｄはそれぞ
れ断面円形である。

【００２１】一方、シリンダ１４は、図２(ｂ)のよう
に、内部をピストン部１３ｄに対応する円形の開口に形
成するとともに、外形を略四角形状に形成している。シ
リンダ１４の外形は、詳しくは、横断面で見て正方形状
の隅角部を１／４円の円弧状（この例ではＲ６０mm、シ
リンダ１４の正方形の一辺の長さ２００mm）に形成した
形状からなる。このシリンダ１４の基端側には、ピスト
ン部１３ｄを挟むように給排油用の配管（図示せず）が
それぞれ接続され、一方の配管から圧油がシリンダ１４
内に供給され、他方の配管から圧油が排出される。これ
によりシリンダ１４が、ピストンロッド１３に対して摺
動する。シリンダ１４の先端には、断面四角形の支持部
１４ａが一体に突設され、前記のカッタービット１１の
凹所１１ａが支持部１４ａに嵌合され、横向きに貫通す
るピン１１ｂにより取り付けられている。

【００２２】シリンダ１４は、この外形形状に対応する
開口を有するガイド筒１５によってその周囲を摺動自在
に支持されている。ガイド筒１５は、図２・図３のよう
にカッターディスク３側の支持部材３ｅに固設されてい
る。また、ガイド筒１５の先端には、枠状のカバー板１
６が止ネジ（図示せず）により着脱可能に取り付けられ
ている。カバー板１６の表面は、その外周部が内周側に
比べ板厚が漸次薄くなるようにテーパー面１６ａに形成
されている。また、カバー板１６の内周面には凹状の溝
が環状に形成され、シール部材１７が配装されている。
なお、同様のシール部材１８がガイド筒１５の基端側の
内周部にも配装され、シール部材１７・１８間の隙間に
グリースが充填されてグリース潤滑することにより、シ
リンダ１４の確実な作動と土砂の侵入防止が図られる。

【００２３】上記の構成からなる本実施例のコピーカッ
ター１０によると、次のように掘削作業が行われる。す
なわち、 シールド掘進機１の前端のカッターディスク３を回
転させ、シールドジャッキ（図示せず）を伸長させてシ
ールド掘進機１をゆっくりと前進させながら、トンネル
の掘削を行う。

【００２４】 シールド掘進機１の向きをたとえば右
方向に変更する場合に、トンネルの右側方に余掘りする
ため、カッターディスク３に配備されているコピーカッ
ター１０が余掘りしようとする位置へ回転してきたとき
に、シリンダ１４の基端へ圧油を供給してシリンダ１４
を伸長させることにより、先端のカッタービット１１が
カッターディスク３の外周部から外方へ徐々に突出し、
カッターディスク３の回転に伴ってカッタービット１１
による掘削が行われる。

【００２５】 トンネルの余掘りの終了位置の手前か
ら、シリンダ１４の基端へ圧油の供給を中止しピストン
部１３ｄを挟んでその先端側に圧油を供給して、シリン
ダ１４を収縮させることにより、先端のカッタービット
１１がカッターディスク３の外周部から内方へ徐々に引
き込まれ、カッターディスク３の回転に伴うカッタービ
ット１１による掘削が徐々に終了する。カッタービット
１１が引き込まれる際にシリンダ１４のカッタービット
１１の基端付近に土砂が付着していると、土砂がカバー
板１６に当たって掻き落とされ、とくにテーパー面１６
ａに添って排除される。

【００２６】 上記の掘削動作をカッターディスク３
の各コピーカッター１１について繰り返し行わせること
により、最終的に三日月状のトンネルが掘削される。

【００２７】以上、補助カッター装置の一実施例（コピ
ーカッター１０）を紹介したが、本発明はこれ以外にも
多くの態様によって具現化される。たとえば、 a) ガイド筒１５の先端のカバー板１６を省くこともで
きる。この場合には、ガイド筒１５の先端部（外方端）
近くの内周面にシール部材１９を環状に配装することに
より、土砂の侵入を防止することができる。

【００２８】b) 上記実施例とは逆に、図２(ｃ)に示す
ように、シリンダ１４の外形に比べてカッタービット１
１の外形を相対的に小さく構成することができる。これ
により、カッタービット１１に土砂が付着しても、シリ
ンダ１４の空隙部を通過するために、カッタービット１
１を確実にシリンダ１４内に引き込んで収納できる。

【００２９】c) コピーカッター１０のほかに、オーバ
ーカッターにも適用できる。

【００３０】d) シリンダ装置は油圧シリンダ装置１２
に限らず、エアシリンダ装置でも実施できる。

【００３１】e) カッターディスク３に配備するコピー
カッター１０やオーバーカッターの個数や位置は適宜決
定できる。

【００３２】

【発明の効果】上記したことから明らかなように、本発
明のシールド掘進機の補助カッター装置には、次のよう
な効果がある。

【００３３】(1) カッタービットの伸縮動作が、シリン
ダがその周囲のガイド筒によって全周にわたり取り囲ま
れ、摺動自在に支持された状態で行われるため、土砂の
侵入する余地がほとんどなく、土砂が非常に侵入しにく
いので、カッタービットの引き込み時に土砂の噛み込み
が生じにくく、動作不良を起こすおそれが極めて少な
い。

【００３４】(2) シリンダ装置を固定したピストンロッ
ドに対し本来ロッドに比べて外形の大きなシリンダを摺
動させる方式にしたことにより、シリンダ装置を大型化
させずに、摺動部分（シリンダ）を大きくでき、しかも
シリンダとガイド筒の摺動部は断面略四角形の四面（ほ
ぼ全体）で廻り止め作用が生じるために、従来の二面に
よる廻り止めに比べて廻り止め作用が高く、確実に廻り
止めされる。

【００３５】(3) シリンダ装置のシリンダの先端に、カ
ッタービット（従来のカッタービット部材の掘削部）を
取り付けただけの簡単な構造からなり、装置の全長が短
くなるため、小径のカッターディスクにも装備すること
ができる。

【００３６】請求項２記載の補助カッター装置では、 (4) とくにカッタービットを引き込む際に、シリンダの
カッタービット付近に付着した土砂がカバー板のテーパ
ー面に案内されて排除され、シリンダの外周面との隙間
から土砂が侵入するのが防止されるとともに、カバー板
の内周面のシール部材によってシリンダとカバー板との
隙間からの土砂の侵入が防止されることにより、ガイド
筒内への土砂の侵入が確実かつ有効に防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例にかかる補助カッター装置
を備えたシールド掘進機１の概要を示す正面側から見た
斜視図である。

【図２】図２(ａ)は収縮（引き込み）状態におけるコピ
ーカッターを示す一部を切り欠いた正面図、図２(ｂ)は
図２(ａ)のａ−ａ線断面図、図２(ｃ)は他の実施例を示
す正面図で、図２(ａ)のＣ部を引き出した状態を表して
いる。

【図３】図２(ａ)のｂ−ｂ線断面図である。

【図４】伸長（突出）状態におけるコピーカッターを示
す一部を切り欠いた正面図である。

【図５】図４のｃ−ｃ線断面図である。

【図６】図６(ａ)は収縮（引き込み）状態における従来
のコピーカッターを示す一部を切り欠いた正面図、図６
(ｂ)は図６(ａ)のｄ−ｄ線断面図である。

【図７】図６(ａ)のｅ−ｅ線断面図である。

【図８】伸長（突出）状態における従来のコピーカッタ
ーを示す一部を切り欠いた正面図である。

【図９】図８のｆ−ｆ線断面図である。

【符号の説明】

１ シールド掘進機 ３ カッターディスク １０ コピーカッター １１ カッタービット １２ 油圧シリンダ装置 １３ ピストンロッド １４ シリンダ １５ ガイド筒 １６ カバー板 １７・１８・１９ シール部材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド掘進機の前端に回動自在に配設
   されるカッターディスクの外周縁部より、カッタービッ
   トをシリンダ装置を介して半径方向外方へ出没可能に配
   備したコピーカッターやオーバーカッターなどの補助カ
   ッター装置において、 前記シリンダ装置のピストンロッドの一端を、前記カッ
   ターディスク側に支持し、そのピストンロッドに対して
   シリンダを摺動自在に被装するとともに、シリンダの外
   形を断面略四角形に形成し、 前記シリンダを、その外形形状に対応する開口を有する
   ガイド筒により摺動自在に支持し、前記シリンダの先端
   に、カッタービットを取り付けたことを特徴とするシー
   ルド掘進機の補助カッター装置。
2. 【請求項２】 前記ガイド筒の先端に、外周部を内周側
   に比べ板厚が漸次薄くなるようテーパー面に形成した枠
   状のカバー板を取り付け、このカバー板の内周面にシー
   ル部材を環状に配装した請求項１記載のシールド掘進機
   の補助カッター装置。