JP6397970B2 - シールド掘進機のビット装置 - Google Patents

Description

本発明は、シールド掘進機のカッタヘッドに設けられる揺動式のビット装置に関する。

シールド掘進機において、シールド掘進機の前部に、カッタヘッドが回転自在に支持され、このカッタヘッドの前面に、複数の掘削用ビットが設けられており、シールド掘進機のローリングを防止するために、カッタヘッドの回転方向を切替えつつ掘進する。

掘削用ビットは、カッタヘッドの回転方向の切替えに対応するために、回転方向の両側にそれぞれ硬材質の刃先部が埋め込まれている。この場合、回転方向前方の刃先部で地山を掘削するが、回転方向後方の刃先部側では、その周辺の母材に土砂が接触し、摩擦により摩耗するため、掘削用ビットの寿命が短くなるという問題があった。

この対策として、特許文献１は、カッタスポークに固定された柱体の掘削方向の前後に、半径方向のピンを介して掘削体を揺動可能に設けたものである。また特許文献２は、カッタスポークを、長さ方向に沿って設けられたロッド部と、当該ロッド部に所定範囲で回動自在に設けられたカバー部とで構成し、当該カバー部にビット取付台を介して正転、逆転用ビットをそれぞれ設けたものである。さらに特許文献３は、カッタスポークの前面に、長さ方向の軸心を中心とする円弧状の案内面を形成し、当該案内面に沿って周方向に摺動自在なスポーク可動部材を、リンク機構を介してカッタスポークに設け、スポーク可動部材の摺動方向の前後にカッタビットをそれぞれ設けたものである。

特開２００１−９８８９０号（図４） 特許第３８８５３３３号（図３） 特許第２９８０３０９号（図６）

しかしながら、特許文献１では、掘削体の揺動により、柱体と掘削体の隙間が変化し、隙間に土砂が入り込むことで、土砂が噛み込んで掘削体が揺動しなくなるという問題があった。

また、特許文献２，３は、カッタスポーク全体を所定範囲で揺動させる大掛かりな構造で、適用するとカッタヘッド構造自体への影響があるため、容易に適用できないという問題があった。さらに、揺動式のビット装置を小型化すると、掘削時の衝撃や負荷に耐えられる十分な強度を要求される。

本発明は、上記問題点を解決して、土砂の噛み込みもなく、小型に構成できて十分な強度が得られるシールド掘進機のビット装置を提供することを目的とする。

本発明は、シールド掘進機の前部に回転自在に支持されたカッタヘッドに装着される揺動式のビット装置であって、カッタヘッドに固定される支持体と、当該支持体にカッタヘッドの半径方向の揺動ピンを介して支持されるビット本体と、前記ビット本体の前面で揺動方向の少なくとも一方に取り付けられた掘削チップと、を具備し、当該ビット本体に形成されたピン穴、および支持体に形成されたボス穴の一方と、揺動ピンとの間に、当該揺動ピンを中心としてビット本体を所定範囲で揺動可能な揺動制限機構を設け、揺動制限機構は、揺動ピンの少なくとも一部に多角形断面の角柱部を形成し、前記角柱部で互いに対向する複数の面に、規制面を形成するとともに、当該規制面に対向する穴部の内面に、前記角柱部と穴部の揺動を所定範囲で規制する被規制面を形成し、前記規制面と前記被規制面の間に揺動許容空間部を形成し、前記穴部は、ピン穴とボス穴の一方であり、ピン穴とボス穴の他方に揺動ピンが嵌合され、前記揺動制限機構、揺動ピン、ボス穴およびピン穴からなるピン結合部を密閉構造としたことを特徴とする。

また、上記構成において、揺動制限機構は、角柱部は、規制面と、揺動ピンの軸心を中心とする湾曲面からなる案内面とが交互に形成され、穴部は、前記規制面に対向する被規制面と、前記案内面に摺接する湾曲面からなる非案内面とが交互に形成され、前記角柱部と穴部の揺動が面接触により規制されることが好ましい。

さらに、上記構成において、揺動制限機構の穴部における非案内面が、前記案内面より揺動角分だけ広い角度範囲に形成されることがこのましい。

さらにまた、上記構成において、揺動制限機構において、角柱部およびピン穴がそれぞれ略矩形断面に形成され、角柱部は、互いに対向する長辺が、浅い放物線状で対称形状の規制面と、互いに対向する短辺が、深い放物線状で対称形状の被回動面とが交互に形成されピン穴おいて、互いに対向する長辺が平坦面からなる被規制面と、互いに対向する短辺が平坦面からなる回動面に形成されることが好ましい。

本発明によれば、揺動ピンに、規制面を有する角柱部を形成し、ピン穴またはボス穴に、角柱部の揺動を所定範囲で規制する被規制面を形成したので、密閉構造のピン結合部内で、ビット本体を十分な強度で支持するとともに、揺動限で十分な強度で規制することができる。

本発明に係るシールド掘進機のビット装置の実施例１を示す側面図である。 ビット装置の縦断面図である。 図２に示すＡ−Ａ断面図である。 図２に示すＢ−Ｂ断面図である。 ビット装置の分解斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は揺動制限機構を示す揺動ピンとピン穴の拡大横断面図で、（ａ）は当該実施例、（ｂ）は第１変形例、（ｃ）は第２変形例である。 シールド掘進機のカッタヘッドを示す正面図である。 図７に示すＣ−Ｃ断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は揺動制限機構の変形例を示す揺動ピンとピン穴の拡大横断面図で、（ａ）は第３変形例、（ｂ）は第４変形例、（ｃ）は第５変形例、（ｄ）は第６変形例である。 揺動制限機構の第７変形例を示す揺動ピンとピン穴の拡大横断面図である。 本発明に係るビット装置の潤滑剤の他の加圧機構を示す縦断面図である。 本発明に係るシールド掘進機のビット装置の実施例２を示し、使用状態を示すカッタスポークの横断面図である。 本発明に係るシールド掘進機のビット装置の実施例３を示し、使用状態を示すカッタスポークの横断面図である。

［実施例１］
以下、本発明の実施例１およびその変形例を図１〜図１１に基づいて説明する。
（全体構造）
図７に示すように、シールド本体（図示せず）の前部で、シールド軸心Ｏを中心に回転自在に支持されたカッタヘッド１１は、センター部材１２から等角度ごとに複数本の主カッタスポーク１３が半径方向に延設されている。これら主カッタスポーク１３は、中間リング１４と外周リング１５とで連結支持されており、主カッタスポーク１３間で中間リング１４と外周リング１５の間に、副カッタスポーク（カッタスポーク）１６が半径方向に設置されている。そして主カッタスポーク１３、中間リング１４、外周リング１５および副カッタスポーク１６間に、土砂取り込み口１７が形成される。

センター部材１２にセンタービット１８が取り付けられ、また主カッタスポーク１３の正面と両縁部に、固定式のカッタビット１９がそれぞれ半径方向に所定ピッチで取り付けられている。また図８に示すように、副カッタスポーク１６の両縁部に、固定式のカッタビット１９が半径方向に所定ピッチで取り付けられている。さらに、外周リング１５の所定位置と、副カッタスポーク１６の前面中央部に、本発明に係る揺動式のビット装置２１が所定ピッチで取り付けられている。

（ビット装置）
このビット装置２１は、図１〜図５に示すように、副カッタスポーク１６または外周リング１５に取り付けられた支持体２４に、ビット本体２２が半径方向の揺動ピン２３を介して揺動軸心Ｏｒ周りに所定の揺動角γの範囲で揺動自在に支持された揺動式に構成されている。

支持体２４は、複数の取付穴２４ａに装着された取付ボルト２５により、副カッタスポーク１６または外周リング１５に取り付けられる基台部２４Ａと、この基台部２４Ａに半径方向に所定間隔をあけて突設され、揺動軸心Ｏｒ上にボス穴２４Ｃがそれぞれ形成された内外一対のボス部２４Ｂと、を具備している。

ビット本体２２は、ボス部２４Ｂ間に挿入されるとともに、揺動ピン２３が嵌合されるピン穴３０が形成された軸支部２２Ａと、この軸支部２２Ａの前部から張出部２２Ｃを延設してボス部２４Ｂの前方をそれぞれ覆う掘削ブロック２２Ｂとで、Ｔ字形に形成されている。またこの掘削ブロック２２Ｂの前面に、揺動軸心Ｏｒを中心とする揺動方向の両端側（図７に示すシールド軸心Ｏを中心とする接線方向両端）にそれぞれ、硬質の掘削チップ２６が全幅にわたって埋め込まれており、これら掘削チップ２６の揺動軸心Ｏｒ側にそれぞれ硬質の摩耗防止チップ２７が埋め込まれている。またボス部２４Ｂの前面が、揺動軸心Ｏｒを中心とする凸状円弧面２８Ａに形成され、この凸状円弧面２８Ａに対向して一定の隙間δをあけ、揺動軸心Ｏｒ中心とする凹状円弧面２８Ｂが掘削ブロック２２Ｂの張出部２２Ｃの背面に形成されている。

上記構成において、内外のボス部２４Ｂの前面を覆う張出部２２Ｃにより、ボス部２４Ｂと軸支部２２Ａとの摺動部が覆われて、摺動部への土砂の噛み込みが防止される。また凸状円弧面２８Ａと凹状円弧面２８Ｂ間に形成される隙間δは、ビット本体２２が揺動しても変動しないので、隙間δに土砂が浸入することがあっても、土砂によりビット本体２２の揺動が規制されることがない。また、ビット本体２２の揺動により、隙間δが拡縮しないので、隙間δへの土砂の侵入を抑制することができる。

（揺動制限機構）
ビット本体２２のピン穴３０と揺動ピン２３との間に、ビット本体２２の揺動角γを規制する揺動制限機構３１が設けられている。

この揺動制限機構３１は、揺動ピン２３と軸支部２２Ａに形成されたピン穴３０との間に、揺動ピン２３の揺動を揺動角γの範囲で許容する揺動許容空間部３１ａが形成されている。揺動ピン２３は、全長にわたって八角形（多角形）断面の角柱部に形成されている。またボス部２４Ｂのボス穴２４Ｃが、前記角柱部に略同一（僅かに大きい相似形）の八角形断面に形成されて、揺動ピン２３が密に嵌合され、揺動ピン２３を回り止め（固定）するピン固定手段を構成している。もちろん、揺動ピン２３の両端側とボス穴２４Ｃをそれぞれ円形断面として、キー溝とキーを設けてピン固定手段を構成することもできる。

なお、ここで「多角形」とは、複数のコーナ部が同一円周上に位置する図形をいい、その面が平坦面か湾曲面かは問わないものとする。
すなわち、揺動制限機構３１は、図６（ａ）に示すように、揺動ピン２３が、長辺で平坦面の規制面２３Ｌと、短辺で揺動軸心Ｏｒを中心とする湾曲面の案内面２３Ｓが交互に形成された八角形断面に形成されている。そして、案内面２３Ｓは、摺接角αの範囲に形成されている。一方、ピン穴３０は、長辺の被規制面３０Ｌと、短辺で揺動軸心Ｏｒを中心とする湾曲面の被案内面３０Ｓが交互に形成された八角形断面に形成され、被案内面３０Ｓが揺動ピン２３の案内面２３Ｓより揺動角γ分だけ広い角度範囲に形成される。そして、これら被案内面３０Ｓの両端が揺動規制端となる。被規制面３０Ｌは、中央部が揺動軸心Ｏｒ側に接近する頂部と、この頂部から両側に揺動軸心Ｏｒから離間する傾斜平坦面からなる浅いＶ字形断面に形成されている。したがって、揺動規制端まで揺動された揺動ピン２３は、規制面２３Ｌと被規制面３０Ｌの一方の傾斜平坦面が面接触して揺動を規制される。そして、この被規制面３０Ｌと規制面２３Ｌの間の空間部が揺動許容空間部３１ａとなる。

（揺動制限機構の第１変形例）
次に、第１変形例の揺動制限機構３１Ａを、図６（ｂ）を参照して説明する。上記実施例と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。この第１変形例は、揺動ピン２３側に揺動許容空間部３１ａを設けたものである。

すなわち、ピン穴３０の被規制面３０Ｌを平坦面とし、揺動ピン２３の規制面２３Ｌを、中央の頂部が被規制面３０Ｌに近接し、かつ頂部から揺動軸心Ｏｒに接近する傾斜平坦面となる低い山形断面に形成している。したがって、揺動ピン２３が揺動規制端まで揺動されると、規制面２３Ｌの傾斜平坦面が被規制面３０Ｌに面接触して揺動が規制される。

この第１変形例によれば、揺動許容空間部３１ａを形成する切削加工が揺動ピン２３のみとなり、ピン穴３０の切削加工に比べて製造が容易となる。
（揺動制限機構の第２変形例）
さらに第２変形例の揺動制限機構３１Ｂを、図６（ｃ）を参照して説明する。上記実施例と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。この第２変形例は、ピン穴３０側と揺動ピン２３側にそれぞれ揺動許容空間部３１ａを設けたものである。

すなわち、ピン穴３０の被規制面３０ＬをＶ字形断面とするとともに、揺動ピン２３の規制面２３Ｌを、被規制面３０Ｌと対称の低い山形断面に形成する。これにより、ビット本体２２が揺動規制端まで揺動された時に揺動ピン２３の規制面２３Ｌが、ピン穴３０の被規制面３０Ｌに面接触して揺動を規制するようにしたものである。

上記第２変形例によれば、十分な強度で、揺動角γを広く確保することができる。
（揺動制限機構の第３〜第７変形例）
上記揺動制限機構３１，３１Ａ，３１Ｂでは、八角形（多角形）断面の揺動ピン２３とピン穴３０とを形成したが、第３〜５変形例では、全長にわたって四角形（多角形）断面の角柱部に形成された揺動ピン５１と、軸支部２２Ａに、揺動ピン２３が嵌合される略四角形断面のピン穴５２が形成された揺動制限機構３１Ｃ〜３１Ｅである。上記実施例と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

（第３変形例）
すなわち、図９（ａ）に示すように、揺動制限機構３１Ｃは、揺動ピン５１が長辺で平坦面の規制面５１Ｌと、短辺で揺動軸心Ｏｒを中心とする円弧状断面の案内面５１Ｓと、が互いに対向する四角形断面に形成されている。そして、案内面５１Ｓが摺接角αの範囲に形成されている。一方、ピン穴５２は、長辺の被規制面５２Ｌと、短辺で揺動軸心Ｏｒを中心とする円弧状断面の被案内面５２Ｓが互いに対向する四角形断面に形成されている。そして、被案内面５２Ｓが揺動ピン２３の案内面５１Ｓより揺動角γ分だけ広い角度範囲に形成されて、この被案内面５２Ｓの両端が揺動規制端となる。被規制面５２Ｌは、中央部が揺動軸心Ｏｒ側に接近する頂部と、この頂部から両側で揺動軸心Ｏｒから離間する傾斜平坦面を有する浅いＶ字形断面に形成されている。そして、揺動規制端まで揺動された揺動ピン２３は、その規制面５１Ｌが被規制面５２Ｌの傾斜平坦面に面接触して揺動が規制される。この被規制面５２Ｌと規制面５１Ｌの間の空間部が揺動許容空間部３１ａである。

（第４，第５変形例）
第４変形例の揺動制限機構３１Ｄを図９（ｂ）に、第５変形例の揺動制限機構３１Ｅを図９（ｃ）に示す。構造的には、第１変形例および第２変形例と同様で、第３変形例と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
第４変形例は、ピン穴５２の被規制面５２Ｌを平坦面とし、揺動ピン５１の規制面５１Ｌを低い山形断面として、揺動許容空間部３１ａを設けたものである。
第５変形例は、ピン穴５２の被規制面５２Ｌおよび揺動ピン５１の規制面５１Ｌを浅いＶ字形断面および低い山形断面として、揺動許容空間部３１ａを設けたものである。

（第６変形例）
図９（ｄ）は、揺動制限機構の第６変形例で、揺動ピン５５とピン穴５６に、互いに摺接する円弧状の案内面、被案内面を有しないものである。第１変形例および第２変形例と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

この第６変形例の揺動制限機構３１Ｆは、ピン穴５６が矩形断面に形成されており、互いに対向する長辺が平坦面に形成された被規制面５６Ｌと、互いに対向する短辺が平坦面に形成された回動面５６Ｓとで構成されている。なお、ピン穴５６の四隅コーナー部を円弧状に形成してもよい。一方、揺動ピン５５は略矩形断面に形成されており、互いに対向する長辺が、揺動軸心Ｏｒを通る縦軸Ｏｖを中心とした左右対称の浅い略放物線状の規制面５５Ｌに形成されるとともに、互いに対向する短辺が、揺動軸心Ｏｒを通る横軸Ｏｈを中心とした上下対称で深い略放物線状の被回動面５５Ｓに形成されている。

上記第３〜第６変形例の揺動制限機構３１Ｃ〜３１Ｆによれば、上記揺動制限機構３１，３１Ａ，３１Ｂと同様の作用効果を奏することができる。

（第７変形例）
第７変形例の揺動制限機構３１Ｇを、図１０を参照して説明する。
すなわち、揺動ピン５３は、外周部に揺動軸心Ｏｒを中心とする円弧状の摺動部５３Ｒと、摺動部５３Ｒの単数位置または複数の対称位置に、所定範囲（摺接角α＋揺動角γ）に形成された扇形状の係止凹部（係止部）５３Ｓと、を具備し、全長にわたって同一断面形状に形成されている。そして、ボス穴２４Ｃが揺動ピン５３と略同一（僅かに大きい相似形）の断面形状に形成されて嵌合され、揺動ピン５３をボス部２４Ｂに固定するピン固定手段が構成される。もちろん、揺動ピン５３の両端側とピン穴５４を円形断面として、キー溝とキーからなるピン固定手段を形成することもできる。

一方、ピン穴５４は、摺動部５３Ｒに摺接される案内部５４Ｒと、案内部５４Ｒにそれぞれ突設されて係止凹部５３Ｓに揺動角γの範囲で回動自在に嵌合される扇形断面の係止歯部５４Ｇとを具備し、案内部５４Ｒと係止歯部５４Ｇとにより、ピン穴５４を有するビット本体２２が揺動角γの範囲で揺動ピン５３に揺動自在に支持される。またここで、係止歯部５４Ｇの外周部が係止凹部５３Ｓの底部に摺接されて、ピン穴５４の揺動を案内している。

上記揺動制限機構３１Ｇによれば、揺動ピン５３と、ピン穴５４に、係止凹部５３Ｓと係止歯部５４Ｇとを形成することにより、密閉構造のピン結合部内で、ビット本体２２を揺動限で十分な強度で揺動を規制して支持することができる。
なお、ピン穴５４に係止凹部を、揺動軸５３に係止歯部をそれぞれ形成してもよい。

また、上記構造に替えて、歯車の遊びを広い角度範囲として揺動角γが確保可能であれば、スプライン軸とスプライン穴の噛み合い構造であってもよい。

（揺動制限機構の他の実施例）
上記揺動制限機構３１，３１Ａ〜３１Ｇは、揺動軸２３とピン穴３０との嵌め合い部に設けられたが、ピン穴３０と揺動軸とを前述したピン固定手段により回り止めし、揺動制限機構３１，３１Ａ〜３１Ｇを、揺動軸２３と内外一方または両方のボス穴２４Ｃの嵌め合い部に設けてもよい。

なお、揺動制限機構３１，３１Ａ〜３１Ｇにおいて、角柱部や係止凹部５３Ｓ、係止歯部（係止部）５４Ｇを、揺動ピン２３，５１，５３の全長にわたって形成したが、少なくとも揺動制限機構３１，３１Ａ〜３１Ｇの構成部に対応して形成すればよく、残部を円柱状として、キーなどにより、ボス穴２４Ｃやピン穴３０に固定することができる。

（密閉構造および加圧機構）
ビット装置２１では、揺動制限機構３１を含む揺動ピン２３、ピン穴３０およびボス穴２４Ｃからなり、ビット本体２２に揺動ピン２３を介して支持体２４を連結するピン結合部を密閉構造としている。そして、ピン結合部にグリースなどの潤滑油（潤滑剤）Ｇを封入している。さらにこのピン結合部に封入された潤滑油Ｇを加圧する加圧機構４６を設けている。

すなわち、支持体２４のボス部２４Ｂに、ボス穴２４Ｃの外端部にそれぞれ閉鎖用開口部３２，３２が形成されている。そして、これら閉鎖用開口部３２，３２に閉鎖板３３Ｒ，３３Ｌがねじ部を介して装着され、ボス穴２４Ｃが閉鎖板３３Ｒ，３３Ｌにより閉鎖されている。また揺動ピン２３の軸心部に、シリンダ孔３６が揺動軸心Ｏｒに沿って形成され、このシリンダ孔３６に加圧用のピストン３７がスライド自在に嵌合されて潤滑油Ｇの加圧機構４６が構成されている。３７ａはピストン３７の移動限となる規制リングである。さらに、一方の閉鎖板３３Ｒ側で揺動ピン２３の右端部に、シリンダ孔３６の端部から４つの案内面２３Ｓに至る４本の連通溝３８が揺動ピン２３の半径方向に形成されている。そして、各案内面２３Ｓに、潤滑油Ｇを収容する潤滑溝３９が揺動軸心Ｏｒ方向に沿って形成され、シリンダ孔３６と各連通溝３８が潤滑溝３９を介して接続される。

図３に示すように、他方の閉鎖板３３Ｌ側のボス部２４Ｂの側面に、ボス穴２４Ｃに貫通する貫通穴２４ｂが形成され、これら貫通穴２４ｂにエア抜き用プラグ４０がそれぞれ装着されている。また、潤滑溝３９を貫通穴２４ｂに接続する連絡溝４１が周方向に形成されている。

一方の閉鎖板３３Ｒでシリンダ孔３６に対向して形成された穴部に、潤滑油Ｇを注入する潤滑剤注入プラグ３４が装着されている。また他方の閉鎖板３３Ｒでシリンダ孔３６に対向して形成された穴部に、加圧空気を注入可能なエア逆止弁３５（加圧機構）が装着されている。

またボス部２４Ｂで閉鎖用開口部３２，３２の端面に、ボス穴２４Ｃを囲む円形の溝部それぞれが形成され、両溝部に閉鎖板３３Ｒ，３３Ｌに圧接される軸部シール材４２が介装されている。また、他方の閉鎖板３３Ｌには、揺動軸２３の端面に対向して穴部を囲む円形の溝部が形成され、この溝部に軸端部シール材４４が介装されている。さらに、両ボス部２４Ｂの対向面で、ボス穴２４Ｃの周囲に円形の溝部がそれぞれ形成され、これら溝部に、軸支部２２Ａに圧接される揺動部シール材４３が介装されている。

したがって、揺動ピン２３の両端部が左右の閉鎖板３３Ｒ，３３Ｌと軸部シール材４２、軸端部シール材４４で密閉され、ボス部２４Ｂと軸支部２２Ａが揺動部シール材４３とで、ピン結合部を密閉構造にしている。この密閉構造により、ピン結合部に土砂や泥水の浸入を防止することができる。

また、エア逆止弁３５およびエア抜き用プラグ４０を開放し、潤滑剤注入プラグ３４から潤滑油Ｇを注入して、シリンダ孔３６のピストン３７の一方側や、潤滑溝３９を介してシリンダ孔３６と各連通溝３８にそれぞれ潤滑油Ｇを充填し、エア逆止弁３５およびエア抜き用プラグ４０を閉じて、ピン結合部に潤滑油Ｇを封入することにより、土砂や泥水の浸入を効果的に防止することができる。

さらにエア逆止弁３５から高圧エア（高圧気体）をシリンダ孔３６の他方側に注入することにより、ピストン３７を駆動して潤滑油を圧縮することができる。これにより、潤滑油が漏れることがあっても、ピン結合部を所定以上の油圧に保持することができ、より効果的に土砂や泥水の浸入を防止することができる。

（他の加圧機構）
図１１は、ビット装置２１に他の加圧機構を設けたものである。上記実施例と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

シリンダ孔３６内の他方側（高圧エア注入側）に、高圧エアに替えて、弾性部材であるコイルばね４５を挿入したもので、高圧エアと同様の効果を奏することができる。
他の加圧機構の変形例として、コイルばね４５を挿入したシリンダ孔３６内に、高圧エアを供給して、ばね力と併用することにより、潤滑油の油圧を均等に長時間保持することができ、ピン結合部への土砂や泥水の浸入を、さらに効果的に防止することができる。

（実施例１の効果）
上記実施例１によれば、揺動ピン２３と、ピン穴３０またはボス穴２４Ｃとの間に揺動制限機構３１，３１Ａ〜３１Ｆを設け、ピン結合部を密閉構造とすることにより、支持体２４とビット本体２２との摺動部への土砂の噛み込みもなく、小型に構成できて、適用が容易となる。

また、掘削ブロック２２Ｂにボス部２４Ｂの前面を覆う張出部２２Ｃを形成して、ボス部２４Ｂと軸支部２２Ａとの摺動部を覆ったので、掘削部から摺動部に直接土砂が浸入することがなくなり、土砂の噛み込みが防止される。また凸状円弧面２８Ａと凹状円弧面２８Ｂ間に形成される隙間δは、ビット本体２２が揺動しても変動しないので、隙間δに土砂が浸入することがあっても、土砂によりビット本体２２の揺動が阻害されることがない。また隙間が拡縮されるのに比較して、土砂の侵入を抑制することができる。

さらに、揺動ピン２３を、案内面２３Ｓと規制面２３Ｌを有する多角柱形の断面とし、ピン穴３０に揺動を所定範囲で規制する被規制面３０Ｌを形成したので、密閉構造のピン結合部内で、ビット本体２２の揺動を、揺動限で十分な強度で規制することができる。

さらにまた、ピン結合部に潤滑油Ｇを封入することにより、ピン結合部における揺動ピン２３やピン穴３０の潤滑を向上させて、錆などによる固着を未然に防止できるとともに、軸部シール材４２や揺動部シール材４３、軸端部シール材４４の潤滑と劣化保護することができ、ピン結合部への止水性を高めることができる。

また、加圧機構４６により潤滑油Ｇを加圧することで、切羽の土圧、水圧や掘削による圧力増加に対する止水性を高め、軸部シール材４２や揺動部シール材４３、軸端部シール材４４の潤滑性を高めることができる。

さらに、揺動ピン２３の軸心部に形成したシリンダ孔３６と、シリンダ孔３６に挿入されたピストン３７を、コイルばね４５や高圧エアで駆動することにより、簡単な構造で潤滑油Ｇを加圧することができ、ピン結合部への止水性をさらに高めることができる。

［実施例２］
上記実施例１では、掘削ブロック２２Ｂの前面で、揺動方向の両端側にそれぞれ掘削チップ２６を埋め込み、１基のビット装置２１で、カッタヘッド１１の正転時、逆転時にそれぞれ掘削するように構成したが、図１２に示すように、カッタヘッド１１の接線方向に２個一組としてビット装置２１Ａ，２１Ｂを配置して、正転時と逆転時では、別のビット装置２１Ａ，２１Ｂにより掘削するように構成したものである。

この実施例２では、ピン結合部や揺動制限機構３１，３１Ａ〜３１Ｆ、密閉構造、加圧機構は、実施例１と同様に構成されるが、掘削ブロック２２Ｂの前面には、１個ずつの掘削チップ２６および摩耗防止チップ２７を、副カッタスポーク１６の正転・逆転方向の前方に位置するように、相対位置に埋め込んだものである。そして、副カッタスポーク１６が矢印Ｃ方向に正転移動すると、実線で示すように、正転方向Ｃの前方のビット装置２１Ａのビット本体２２が、掘削抵抗により図１２上で反時計方向に回動されてその掘削チップ２６が前方に突出され、後方のビット装置２１Ｂは、図１２上で反時計方向に回動されてその掘削チップ２６が後退される。また副カッタスポーク１６が矢印Ｄ方向に逆転移動すると、仮想線で示すように、ビット装置２１Ｂのビット本体２２が、掘削抵抗により図１２上で時計方向に回動してその掘削チップ２６が前方に突出され、後方のビット装置２１Ａは、図１２上で時計方向に回動されてその掘削チップ２６が後退される。

上記実施例２によれば、正転、逆転方向の掘削を２台にビット装置２１Ａ，２１Ｂに別々に受け持たせることで、ビット装置２１Ａ，２１Ｂの摩耗や負荷が小さくなり、掘削距離を拡張できて寿命を延ばすことができる。

［実施例３］
図１３の実施例３では、副カッタスポーク１６の前面中央部に、実施例１のビット装置２１を設置し、副カッタスポーク１６の両側面部に、片側（前部）にのみ掘削チップ２６を埋め込んだビット装置２１Ｃ，２１Ｄを設置したものである。

ビット装置２１Ｃ，２１Ｄは、掘削ブロック２２Ｂの一方の長さを長くして、その先端部に掘削チップ２６を埋め込んだものである。そして、副カッタスポーク１６が矢印Ｅ方向に正転移動すると、実線で示すように、ビット装置２１，２１Ｃ，２１Ｄのビット本体２２がそれぞれ図１３上で反時計方向に回動され、ビット装置２１Ｃの掘削チップ２６が前方に突出され、後方のビット装置２１Ｄの掘削チップ２６が後退される。また副カッタスポーク１６が矢印Ｅ方向に逆転移動すると、仮想線で示すように、ビット装置２１，２１Ｃ，２１Ｄのビット本体２２が、掘削抵抗により図１３上で時計方向にそれぞれ回動されて、ビット装置２１Ｄの掘削チップ２６が前方に突出され、後方のビット装置２１Ｃの掘削チップ２６が後退される。

上記実施例２によれば、３台のビット装置２１，２１Ｃ，２１Ｄに正転、逆転方向の掘削を別々に受け持たせることで、摩耗や負荷が小さくなり、掘削距離を拡張できて寿命を延ばすことができる。

Ｏ シールド軸心
Ｏｒ 揺動軸心
γ 揺動角
δ 隙間
Ｇ 潤滑油（潤滑剤）
１１ カッタヘッド
１３ 主カッタスポーク
１６ 副カッタスポーク
１９ カッタビット
２１，２１Ａ〜２１Ｄ ビット装置
２２ ビット本体
２２Ａ 軸支部
２２Ｂ 掘削ブロック
２２Ｃ 張出部
２３ 揺動ピン
２３Ｌ 規制面
２３Ｓ 案内面
２４ 支持体
２４Ａ 基台部
２４Ｂ ボス部
２４Ｃ ボス穴
２６ 掘削チップ
２８Ａ 凸状円弧面
２８Ｂ 凹状円弧面
３０ ピン穴
３０Ｌ 被規制面
３０Ｓ 被案内面
３１ 揺動制限機構
３１Ａ〜３１Ｆ 揺動制限機構
３１ａ 揺動許容空間部
３３Ｒ，３３Ｌ 閉鎖板
３４ 潤滑剤注入プラグ
３５ エア逆止弁
３６ シリンダ孔
３７ ピストン
３８ 連通溝
３９ 潤滑溝
４０ エア抜き用プラグ
４１ 連絡溝
４２ 軸部シール材
４３ 摺動部シール材
４４ 軸端部シール材
４５ コイルばね
４６ 加圧機構

Claims (4)

1. シールド掘進機の前部に回転自在に支持されたカッタヘッドに装着される揺動式のビット装置であって、
   カッタヘッドに固定される支持体と、当該支持体にカッタヘッドの半径方向の揺動ピンを介して支持されるビット本体と、前記ビット本体の前面で揺動方向の少なくとも一方に取り付けられた掘削チップと、を具備し、
   当該ビット本体に形成されたピン穴、および支持体に形成されたボス穴の一方と、揺動ピンとの間に、当該揺動ピンを中心としてビット本体を所定範囲で揺動可能な揺動制限機構を設け、
   揺動制限機構は、揺動ピンの少なくとも一部に多角形断面の角柱部を形成し、
   前記角柱部で互いに対向する複数の面に、規制面を形成するとともに、当該規制面に対向する穴部の内面に、前記角柱部と穴部の揺動を所定範囲で規制する被規制面を形成し、
   前記規制面と前記被規制面の間に揺動許容空間部を形成し、
   前記穴部は、ピン穴とボス穴の一方であり、ピン穴とボス穴の他方に揺動ピンが嵌合され、
   前記揺動制限機構、揺動ピン、ボス穴およびピン穴からなるピン結合部を密閉構造とした
   ことを特徴とするシールド掘進機のビット装置。
2. 請求項１記載のシールド掘進機のビット装置において、
   揺動制限機構は、
   角柱部は、規制面と、揺動ピンの軸心を中心とする湾曲面からなる案内面とが交互に形成され
   穴部は、前記規制面に対向する被規制面と、前記案内面に摺接する湾曲面からなる非案内面とが交互に形成され、
   前記角柱部と穴部の揺動が面接触により規制された
   ことを特徴とするシールド掘進機のビット装置。
3. 請求項２記載のシールド掘進機のビット装置において、
   揺動制限機構の穴部における非案内面が、前記案内面より揺動角分だけ広い角度範囲に形成された
   ことを特徴とするシールド掘進機のビット装置。
4. 請求項１記載のシールド掘進機のビット装置において、
   揺動制限機構において、角柱部およびピン穴がそれぞれ略矩形断面に形成され、
   角柱部は、互いに対向する長辺が、浅い放物線状で対称形状の規制面と、互いに対向する短辺が、深い放物線状で対称形状の被回動面とが交互に形成され
   ピン穴おいて、互いに対向する長辺が平坦面からなる被規制面と、互いに対向する短辺が平坦面からなる回動面に形成された
   ことを特徴とするシールド掘進機のビット装置。
   

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