JP3899638B2 - シールド掘進機のカッタ構造 - Google Patents

Description

【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド掘進機のカッタ構造に関する。
【従来の技術】
シールド掘進機は、筒体状に形成されたシールド本体の前部に設けられたカッタ回転体を回転させ、カッタ回転体に取り付けられたビットによって切羽を掘削するものである。
図５に示すように、ビットａは、カッタ回転体ｂを構成するカッタスポークｃに所定間隔を隔てて複数取り付けられており、カッタ回転体ｂの径方向に沿ったビットコラムｄを形成している。図５中、ハッチングが入ったビットａはカッタ回転体ｂを時計方向ｅに回転させたときに切羽を掘削するものであり、これと対を成すように配置された白抜きのビットａはカッタ回転体ｂを反時計方向ｆに回転させたときに切羽を掘削するものである。
上記ビットコラムｄは、カッタ回転体ｂの径方向に沿って、ビットａとスペースとが交互に配置されて構成される。そして、一のビットコラムｄ（カッタスポークｃ）のビットａの同一半径上には、それに隣接するビットコラムｄ（カッタスポークｃ）のスペースｇが位置するようになっている。これにより、各ビットａによって切羽の全面が同芯的な多重円周状に掘削されることになる。
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように隣接するビットコラムｄ（カッタスポークｃ）同士のビットａの取付位置を径方向に互いにズラすと、ズラしたスペースｇの分だけビットａの取付個数が制限されることになるため、例えば図５に示すように４本のビットコラムｄ（カッタスポークｃ）を有する場合であっても、切羽の同一半径上を掘削するビットａは２個のみとなってしまう。これを２条掘削という。
すなわち、４本のビットコラムｄ（カッタスポークｃ）を有するにも拘らず、上記スペースｇを設ける必要上、４条掘削ではなく２条掘削とならざるを得ない。このようにビットコラムｄ（カッタスポークｃ）の数よりも掘削条数が少なくなるため、掘進速度が制限されると共に、各ビットａの負担が大きくなって摩耗速度が速くなり、その短寿命化が問題となっていた。
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、ビットの長寿命化を図ったシールド掘進機のカッタ構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明に係るシールド掘進機のカッタ構造は、シールド本体に設けられたカッタ回転体に、径方向に沿ってメインビットとサブビットとを交互に配設し、それらメインビットとサブビットとからなる径方向に沿ったビットコラムを、上記カッタ回転体の回転中心から放射状に複数設け、且つ一のビットコラムのメインビットの同一半径上に、それに隣接するビットコラムのサブビットを位置させ、それらメインビットとサブビットとのビット高さを等しくすることで、切羽の同一半径上を切削するメインビット及びサブビットによる掘削条数をビットコラムの数と同じとしたことを特徴とするものである。
本発明によれば、一のビットコラムについては各メインビットの間にそれぞれサブビットを取り付けると共に、隣接するビットコラムについてはメインビットとサブビットとを同一円周上に配置したので、ビットの取付個数が従来と比べて略倍増すると共に、ビットコラムの数と同じ掘削条数を得ることができる。よって、各ビットの負担が小さくなって摩耗速度が遅くなり、ビットの長寿命化を推
進できる。
また、上記メインビットのカッタ回転体径方向の切削幅と、上記サブビットのカッタ回転体径方向の切削幅とが、略等しく設定されいてもよい。
また、上記メインビットが、カッタ回転体の左回転時に切羽を切削するための左ビットと右回転時に切羽を切削するための右ビットとを有し、上記サブビットが、カッタ回転体の左回転時に切羽を切削するための左ビットと右回転時に切羽を切削するための右ビットとを有し、メインビットの左ビットとサブビットの左ビットとの高さを等しくし、メインビットの右ビットとサブビットの右ビットとの高さを等しくし、メインビット及びサブビットの左ビットの高さとメインビット及びサブビットの右ビットとの高さとを異ならせてもよい。
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように、シールド掘進機１は、筒体状に形成されたシールドフレーム２とその内部を前後に仕切る隔壁３とからなるシールド本体４を有する。シールドフレーム２には、既設セグメント５に反力をとってシールド本体４を前進させる推進ジャッキ６が設けられ、隔壁３には、土砂取込室７内の掘削土砂を坑内に搬送するスクリューコンベヤ８が取り付けられている。
隔壁３には、駆動モータ９の回転方向を切り換えることによって正回転方向 （図２にて時計回りＡ）または逆回転方向（同じく反時計回りＢ）に駆動されるカッタ回転体１０が、図示しない軸受およびシール等を介して取り付けられている。カッタ回転体１０は、図２にも示すように、隔壁３に軸支された回転軸部１１と、その前端に設けられた取付座部１２と、取付座部１２から周方向に所定間隔を隔てて径方向外方に延出されたカッタスポーク１３とからなる。カッタスポーク１３は、本実施形態では図２に示すように60度間隔で６本設けられているが、この間隔および本数に限られるものではなく、２本以上であれば何本でもよい。
カッタスポーク１３には、その長手方向すなわちカッタ回転体１０の径方向に所定間隔を隔ててメインビット１４ａ、１４ｂが複数取り付けられている。メインビット１４ａ、１４ｂは、図３(a) に示すように、カッタスポーク１３に設けられた台座１５上に、カッタ回転体１０の周方向に所定間隔隔てて対１６（図２参照）を成すように取り付けられている。一方のメインビット１４ａは、カッタ回転体１０を正回転方向Ａに回転させたときに切羽を掘削し、他方のメインビット１４ｂは、カッタ回転体１０を逆回転方向Ｂに回転させたときに切羽を掘削する。なお、台座１５は、メインビット１４ａ、１４ｂ同士の間隔を広げる役割を果たす。
各メインビット１４ａ、１４ｂの対１６の間には、図２に示すように、カッタ回転体１０の径方向に所定間隔を隔てて、サブビット１７ａ、１７ｂ（ハッチングで表示する）が夫々取り付けられている。サブビット１７ａ、１７ｂは、対１６を成す上記メインビット１４ａ、１４ｂ同士の間隔とほぼ等しい幅に形成され、図３(b) に示すように、カッタスポーク１３の切羽対向部１８に取り付けられている。サブビット１７ａ、１７ｂは、図例では、カッタ回転体１０を正回転方向ａに回転させたときに切羽を掘削する正回転掘削ビット１７ａと、カッタ回転体１０を逆回転方向Ｂに回転させたときに切羽を掘削する逆回転掘削ビット１７ｂとが一体的に構成されているが、これら正回転掘削ビット１７ａと逆回転掘削ビット１７ｂとを別体としてもよい。
サブビット１７ａ、１７ｂの下方のカッタスポーク１３には、図３(b) に示すように、サブビット１７ａ、１７ｂで掘削した切羽の土砂をスムーズに土砂取込室７に案内するためのテーパブロック１９が設けられている。テーパブロック１９は、サブビット１７ａ、１７ｂの掘削土砂のみならず、メインビット１４ａ、１４ｂの掘削土砂の一部をも、土砂取込室７に案内する。図中矢印Ｘは掘削土砂の流れを示す。これらメインビット１４ａ、１４ｂとサブビット１７ａ、１７ｂとは、図３(a),(b) に示すように、切羽に対するビット高さＨが等しく成形されている。これらメインビット１４ａ、１４ｂとサブビット１７ａ、１７ｂとは、各カッタスポーク１３ごとにカッタ回転体１０の径方向に沿ったビットコラム２０を形成する。
各ビットコラム２０を形成するメインビット１４とサブビット１７との位置関係は、図２に示すように、一のビットコラム２０（カッタスポーク１３）のメインビット１４の同一半径上に、それに隣接するビットコラム２０のサブビット１７が位置する関係となっている。すなわち、図例では６本のビットコラム２０ （カッタスポーク１３）を有するカッタ回転体１０が示されているが、この場合、各ビットコラム２０の同一半径上について見てみると、メインビット１４→サブビット１７→メインビット１４→サブビット１７→メインビット１４→サブビット１７と交互に配置されることになる。
ここで、メインビット１４とサブビット１７とは、図３(a),(b) に示すように同じビット高さＨに形成されているので、カッタ回転体１０の同一半径上について見てみると、６本の各ビットコラム２０の間隔（60度間隔）ごとに切羽の同一半径上を掘削することになる。すなわち、６本のビットコラム２０の同一半径上に取り付けられたメインビット１４とサブビット１７とが共同して、切羽の同一半径上を６条掘削することになる。
以上の構成からなる本実施形態の作用について述べる。
図２に示すように、それぞれのビットコラム２０（カッタスポーク１３）についてはメインビット１４とサブビット１７とをカッタ回転体１０の径方向に沿って交互にほぼ隙間なく取り付け、それらメインビット１４とサブビット１７とを全てのビットコラム２０（カッタスポーク１３）についてはカッタ回転体１０の同一円周上に交互に配置したので、ビット１４、１７の取付個数が図５に示す従来タイプと比べて略倍増すると共に、ビットコラム２０（カッタスポーク１３）の数（６本）と同じ掘削条数（６条掘削）を得ることができる。よって、個々の各ビット１４、１７の負担が小さくなって摩耗速度が遅くなり、ビット１４、１７の長寿命化を推進できる。従って、従来、途中でビット交換が必要であった長距離掘進をビット交換なしで行うことができ、工期短縮、低コスト化、安全性向上など様々な波及効果が得られる。
また、本実施形態に用いられる図３(a),(b) にようなメインビット１４およびサブビット１７すなわちティースビットは、刃部２１が設けられる掘削辺２２のみならずその左右辺２３、２３（図２参照）も開放されていることが、切羽を櫛歯状に掘削して掘削効率を高めるために必要であるが、本実施形態では図３(a) に示すようにメインビット１４ａ、１４ｂ同士の間隔が台座１５によって広げられると共に図３(b) に示すようにサブビット１７の幅をメインビット１４ａ、１４ｂ同士の間隔と略同等にまで狭めているので、メインビット１４とサブビット１７とをカッタ回転体１０の径方向に沿って交互にほぼ隙間なく取り付けても、メインビット１４の掘削辺２２および左右辺２３、２３の開放を確保でき、掘削効率の低下はない。
また、サブビット１７についても、その幅をメインビット１４ａ、１４ｂ同士の間隔と略同等にまで狭めて形成しているので、カッタスポーク１３から食み出るメインビット１４ａ、１４ｂに対してカッタスポーク１３の幅内に収まることとなり、刃部２１が設けられた掘削辺２４のみならず左右辺２５、２５の開放を確保でき（図２参照）、掘削効率の低下はない。また、図３(b) に示すように、サブビット１７の下方には、テーパブロック１９が設けられているので、サブビット１７の掘削辺２４で掘削した切羽の土砂が矢印Ｘで示すようにスムーズに土砂取込室７に案内され、掘削効率の向上に寄与する。
図４は、図３に示す左右のメインビット１４ａ、１４ｂの高さをズラして形成すると共に、左右のサブビット１７ａ、１７ｂの高さをズラして形成したものである。図中、左側のメインビット１４ａおよびサブビット１７ａの高さＨ３は等しくされ、右側のメインビット１４ｂおよびサブビット１７ｂの高さＨ４（Ｈ４＜Ｈ３）も等しくされている。この構成によれば、先ず、カッタ回転体１０を正回転方向Ａにのみ回転させて掘進することにより、左側のメインビット１４ａおよび左側のサブビット１７ａによって６条掘削（図２参照）が達成される。その後、左側のメインビット１４ａおよび左側のサブビット１７ａが右側のメインビット１４ｂおよびサブビット１７ｂと同等高さにまで摩耗したならば、今度はカッタ回転体１０を逆回転方向Ｂにのみ回転させて掘進することにより、温存された右側のメインビット１４ｂおよびサブビット１７ｂによって６条掘削（図２参照）が達成される。
なお、このようにカッタ回転体１０を一方向にのみ回転させて掘進すると、その回転反力によってシールド本体４（シールドフレーム２）に上記回転方向と逆方向のローリングが生じるが、かかるローリングは、図１に示す推進ジャッキ６
をローリングを打ち消す方向に傾けて保持することによって打ち消すことができ
る。この場合、傾けられた推進ジャッキ６は既設セグメント５を斜めに押すことになり、その分力によってローリングが打ち消されるのである。
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るシールド掘進機のカッタ構造によれば、ビットのトータルの長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態を示すカッタ構造を備えたシールド掘進機の側断面図である。
【図２】 上記カッタ構造の正面図である。
【図３】 上記カッタ構造の説明図であり、図３(a) は図２のａ−ａ線断面図、図３(b) は図２のｂ−ｂ線断面図である。
【図４】 上記カッタ構造の別の変形例を示す説明図である。
【図５】 従来のカッタ構造を示す正面図である。
【符号の説明】
１ シールド掘進機
４ シールド本体
１０ カッタ回転体
１４ メインビット
１７ サブビット
２０ ビットコラム

Claims (3)

1. シールド本体に設けられたカッタ回転体に、径方向に沿ってメインビットとサブビットとを交互に配設し、それらメインビットとサブビットとからなる径方向に沿ったビットコラムを、上記カッタ回転体の回転中心から放射状に複数設け、且つ一のビットコラムのメインビットの同一半径上に、それに隣接するビットコラムのサブビットを位置させ、それらメインビットとサブビットとのビット高さを等しくすることで、切羽の同一半径上を切削するメインビット及びサブビットによる掘削条数をビットコラムの数と同じとしたことを特徴とするシールド掘進機のカッタ構造。
2. 上記メインビットのカッタ回転体径方向の切削幅と、上記サブビットのカッタ回転体径方向の切削幅とが、略等しく設定された請求項１に記載のシールド掘進機のカッタ構造。
3. 上記メインビットが、カッタ回転体の左回転時に切羽を切削するための左ビットと右回転時に切羽を切削するための右ビットとを有し、上記サブビットが、カッタ回転体の左回転時に切羽を切削するための左ビットと右回転時に切羽を切削するための右ビットとを有し、
   メインビットの左ビットとサブビットの左ビットとの高さを等しくし、メインビットの右ビットとサブビットの右ビットとの高さを等しくし、メインビット及びサブビットの左ビットの高さとメインビット及びサブビットの右ビットとの高さとを異ならせた請求項１又は２に記載のシールド掘進機のカッタ構造。

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