(57)【要約】【課題】支障物切削ビットの数量を削減し、カッタヘッドの設計自由度を向上させる。【解決手段】支障物を切削可能なトンネル掘削機であって、筒状のスキンプレート１０と、スキンプレート１０の前端部に設けられ、正回転方向及び逆回転方向に回転駆動可能なカッタヘッド１１と、カッタヘッド１１に設けられ、トンネル径方向に山形を成す凸部６２ａをトンネル径方向に複数並んで有する超硬チップ６２を、回転方向両端側に有する支障物切削ビット４１を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支障物を切削可能なトンネル掘削機であって、
筒状のスキンプレートと、
前記スキンプレートの前端部に設けられ、正回転方向及び逆回転方向に回転駆動可能なカッタヘッドと、
前記カッタヘッドに設けられ、トンネル径方向に山形を成す凸部をトンネル径方向に複数並んで有するチップを、回転方向両端側に有する支障物切削ビットを備える
ことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項２】
前記支障物切削ビットは、前記カッタヘッドの回転駆動による前記凸部の軌跡がトンネル径方向において完全に一致せずに部分的に重なるように、トンネル径方向にずれて複数配置される
ことを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機。
【請求項３】
全ての前記チップは、その高さが互いに同一である
ことを特徴とする請求項２に記載のトンネル掘削機。
【請求項４】
前記チップは、その高さ方向に対して、上端部が直交するとともに回転方向端面が平行に形成されている
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のトンネル掘削機。
【請求項５】
前記チップにおける回転方向端部の角部がＲ形状である
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のトンネル掘削機。
【請求項６】
前記チップにおける回転方向端部の角部が面取りされた形状である
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のトンネル掘削機。
【請求項７】
前記カッタヘッドは、トンネル径方向外側に出没可能な余堀装置を有するものであり、
前記支障物切削ビットは、前記余堀装置に設けられる
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のトンネル掘削機。
【請求項８】
前記支障物切削ビットと他のビットとを交換可能な交換装置を備える
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のトンネル掘削機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支障物を切削可能な支障物切削ビットを備えたトンネル掘削機に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネル掘削機は、円筒形状の掘削機本体（スキンプレート）の前方部に円盤形状のカッタヘッドを備え、このカッタヘッドをカッタ駆動モータによって回転駆動することにより、トンネル前方の地山を掘削してトンネルを形成することができる。
【０００３】
そして、トンネル掘削機の掘進経路（掘削対象）にＨ形鋼や鋼矢板（シートパイル）等の支障物が含まれる場合には、カッタヘッドに支障物切削ビットを設けることにより、安全かつ確実に支障物を撤去してトンネルを掘削（構築）することができる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４３９１３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された技術は、チップ先端角度が鈍角に形成された多数の支障物切削ビットを、カッタヘッドの半径方向に隣り合うパスのものとラップさせてビット間に隙間を空けないように半ピッチずらして配置することにより、支障物を小片で切削するようにしたものである。
【０００６】
しかし、特許文献１においては、支障物を可及的に小片で切削するために、多数の支障物切削ビットをカッタヘッドに配置しているので、カッタヘッドの前面（カッタスポークやカッタ面板など）に、これら多数の支障物切削ビットを配置するための広範な領域を確保しなければならない。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、支障物切削ビットの数量を削減し、カッタヘッドの設計自由度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する第一の発明に係るトンネル掘削機は、
支障物を切削可能なトンネル掘削機であって、筒状のスキンプレートと、前記スキンプレートの前端部に設けられ、正回転方向及び逆回転方向に回転駆動可能なカッタヘッドと、前記カッタヘッドに設けられ、トンネル径方向に山形を成す凸部をトンネル径方向に複数並んで有するチップを、回転方向両端側に有する支障物切削ビットを備えることを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決する第二の発明に係るトンネル掘削機は、第一の発明に係るトンネル掘削機において、前記支障物切削ビットは、前記カッタヘッドの回転駆動による前記凸部の軌跡がトンネル径方向において完全に一致せずに部分的に重なるように、トンネル径方向にずれて複数配置されることを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する第三の発明に係るトンネル掘削機は、第二の発明に係るトンネル掘削機において、全ての前記チップは、その高さが互いに同一であることを特徴とする
【００１１】
上記課題を解決する第四の発明に係るトンネル掘削機は、第一から第三の発明のいずれか一つに係るトンネル掘削機において、前記チップは、その高さ方向に対して、上端部が直交するとともに回転方向端面が平行に形成されていることを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する第五の発明に係るトンネル掘削機は、第一から第四のいずれか一つの発明に係るトンネル掘削機において、前記チップにおける回転方向端部の角部がＲ形状であることを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する第六の発明に係るトンネル掘削機は、第一から第四のいずれか一つの発明に係るトンネル掘削機において、前記チップにおける回転方向端部の角部が面取りされた形状であることを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する第七の発明に係るトンネル掘削機は、第一から第六のいずれか一つの発明に係るトンネル掘削機において、前記カッタヘッドは、トンネル径方向外側に出没可能な余堀装置を有するものであり、前記支障物切削ビットは、前記余堀装置に設けられることを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決する第八の発明に係るトンネル掘削機は、第一から第七のいずれか一つの発明に係るトンネル掘削機において、前記支障物切削ビットと他のビットとを交換可能な交換装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
第一の発明に係るトンネル掘削機によれば、一つの支障物切削ビットで支障物を広範に亘って効率的に切削することができるので、トンネル掘削機において必要な支障物の切削機能を十分に確保するための支障物切削ビットの数量を削減し、当該トンネル掘削機におけるカッタヘッドの設計自由度を向上させることができる。また、支障物切削ビットが（超硬）チップを回転方向両端側に有するので、正回転と逆回転のどちらであっても支障物を切削することができる。
【００１７】
第二の発明に係るトンネル掘削機によれば、複数の支障物切削ビットを完全に一致させずに部分的に重なるように配置することで、一つのビットの凹部の削り残し部分を他のビットの凸部で切削することになり複数の支障物切削ビットで全体を満遍なく切削できる。
【００１８】
第三の発明に係るトンネル掘削機によれば、全てのチップの高さが同一であるので、より確実に支障物を細かく切削することができる。
【００１９】
第四の発明に係るトンネル掘削機によれば、チップが、その高さ方向に対して、上端部が直交するとともに回転方向端面が平行に形成されているので、切削時の摩耗を抑えることができる。
【００２０】
第五の発明に係るトンネル掘削機によれば、前記チップにおける回転方向端部の角部がＲ形状であるので、この角部が支障物に接触した際に欠けてしまうことを防ぐことができる。
【００２１】
第六の発明に係るトンネル掘削機によれば、前記チップにおける回転方向端部の角部が面取りされた形状であるので、この角部が支障物に接触した際に欠けてしまうことを防ぐことができる。
【００２２】
第七の発明に係るトンネル掘削機によれば、余堀装置に支障物の切削機能を持たせることができ、余堀部分（領域）の支障物を切削することができる。
【００２３】
第八の発明に係るトンネル掘削機によれば、掘削経路における掘削対象に応じて支障物切削ビットと他のビットとを交換することができる。よって、トンネル掘削機による掘削作業を効率的に行うと共に、支障物切削ビットや他のビットの摩耗を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施例１に係るトンネル掘削機の構造を示す説明図（概略縦断面図）である。
【図２】実施例１に係るトンネル掘削機の構造を示す説明図（図１におけるII矢視図）である。
【図３】実施例１に係るトンネル掘削機における支障物切削ビットの構造を示す説明図（図２におけるIII−III矢視断面図）である。
【図４】実施例１に係るトンネル掘削機における支障物切削ビットの構造を示す説明図（図３におけるIV−IV矢視断面図）である。
【図５】実施例１に係るトンネル掘削機における支障物切削ビット（超硬チップ）の形状を変更した例を示す説明図（図２におけるIII−III矢視断面図に相当）である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本発明に係るトンネル掘削機の実施例について、添付図面を参照して詳細に説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることは言うまでもない。
［実施例１］
【００２６】
本発明の実施例１に係るトンネル掘削機の構造について、図１を参照して説明する。
【００２７】
図１に示すように、トンネル掘削機１は、掘削機本体としての円筒形状（筒状）を成すスキンプレート１０と、スキンプレート１０の前方部（図１においては、左方側の部分）に回転自在に装着される円盤形状のカッタヘッド１１と、スキンプレート１０の後方部（図１においては、右方側の部分）に設けられるエレクタ装置１２およびシールドジャッキ（推進手段）１３とから概略構成されている。
【００２８】
カッタヘッド１１は、そのトンネル後方に配置されるカッタ旋回モータ１４と図示しないギヤ機構を介して連結されている。カッタ旋回モータ１４を駆動することにより、図示しないギヤ機構を介してカッタヘッド１１を回転駆動し、トンネル前方の地山を掘削することができるようになっている。カッタヘッド１１の構成については、後に詳述する。
【００２９】
また、スキンプレート１０には、カッタヘッド１１のトンネル後方に位置してバルクヘッド１５が取り付けられており、カッタヘッド１１とバルクヘッド１５との間にチャンバ１６が形成されている。なお、カッタヘッド１１、カッタ旋回モータ１４および図示しないギヤ機構は、バルクヘッド１５を介してスキンプレート１０に支持されている。
【００３０】
スキンプレート１０の内側には、スクリューコンベア１７が配設され、カッタヘッド１１で掘削された土砂をトンネル１００のトンネル後方へ排出可能になっている。つまり、スクリューコンベア１７の前端部（取り出し口）がバルクヘッド１５を貫通してチャンバ１６に臨んで開口すると共に、後方部に設けた図示しない排出口がトンネル１００内に配設された図示しないベルトコンベア上に位置する。
【００３１】
エレクタ装置１２は、スキンプレート１０の内側に設置され、エレクタ装置１２の一部であるグリッパによって保持したセグメントＳを、図示しない旋回モータおよびギヤ機構によって周方向に移動すると共に図示しない昇降ジャッキ等によってトンネル径方向に移動し、カッタヘッド１１によって掘削されたトンネル１００の内周面に構築する（組み立てる）ことができるようになっている。
【００３２】
シールドジャッキ１３は、スキンプレート１０の内側に設置され、覆工部材としてトンネル１００の内周面に構築された（組み立てられた）既設のセグメントＳに対して伸長することにより、スキンプレート１０すなわちトンネル掘削機１を掘進させるための反力を得ることができるようになっている。このように、セグメントＳからの反力を得てトンネル掘削機１を掘進させることにより、トンネル前方の地山を掘削してトンネル１００を形成していく。
【００３３】
次に、カッタヘッド１１の構成について、図１および図２を参照して説明する。
【００３４】
図１および図２に示すように、カッタヘッド１１は、スキンプレート１０に対応した円環形状を成す外周リング２１と、この外周リング２１の略中心に位置して回転中心軸として機能するセンターシャフト２２と、これら外周リング２１とセンターシャフト２２との間に配置されるカッタスポーク２３およびカッタ面板２４とから概略構成されている。
【００３５】
センターシャフト２２は、カッタ旋回モータ１４と図示しないギヤ機構を介して連結されている。つまり、カッタ旋回モータ１４の駆動により、図示しないギヤ機構を介して、センターシャフト２２と共にカッタヘッド１１全体が正回転方向及び逆回転方向に回転駆動可能となっている。なお、センターシャフト２２の先端（前面）には、フィッシュテールカッタ２５が取り付けられており、このフィッシュテールカッタ２５には、多数のフィッシュテールビット３１が装着されている。
【００３６】
カッタスポーク２３およびカッタ面板２４は、それぞれセンターシャフト２２から放射状に延設されており、図２においては、三つのカッタスポーク２３と三つのカッタ面板２４とが等角度間隔で交互に配置されている。また、図１に示すように、カッタスポーク２３およびカッタ面板２４は、トンネル径方向外側（外周リング２１との接続部）からトンネル径方向内側（センターシャフト２２との接続部）へ向かうに従ってトンネル前方へ向けて傾斜しており、カッタヘッド１１は、先細りの円錐状を成している。
【００３７】
カッタスポーク２３には、多数の支障物切削ビット４１がその前面２３ａに装着されると共に、多数のカッタビット４２がその周方向両縁部２３ｂに装着されており、カッタ面板２４には、多数の先行ビット５１がその前面２４ａに装着されている。なお、カッタスポーク２３のトンネル径方向外側端部（先端部）内には、コピーカッタ２６が収納されており、このコピーカッタ２６は、そのトンネル径方向外側端面（外周リング２１）に対して、出没可能に支持されている。
【００３８】
次に、本実施例１に係る支障物切削ビット（支障物切削ビット４１）の構成について、図１，図３および図４を参照して説明する。
【００３９】
図３および図４に示すように、支障物切削ビット４１は、カッタスポーク２３に取り付けられるビット本体６１と、このビット本体６１に埋設される超硬チップ６２とから成る。本実施例においては、カッタヘッド１１の回転（切削）方向（図４においては、左右方向）に因らずに支障物を切削できるように、ビット本体６１に対して二つの超硬チップ６２が設けられている。つまり、支障物切削ビット４１において、（カッタヘッド１１の）回転方向両端側のうち一方（図４においては、左方側）の超硬チップ６２は、カッタヘッド１１の一方側への回転駆動に対応したものであり、（カッタヘッド１１の）回転方向両端側のうち他方（図４においては、右方側）の超硬チップ６２は、カッタヘッド１１の他方側への回転駆動に対応したものである。
【００４０】
ビット本体６１は、カッタスポーク２３の延設方向（既に説明したように、カッタスポーク２３は傾斜していることから、本実施例における「カッタスポーク２３の延設方向」とは、「カッタスポーク２３の傾斜面の延伸方向」となる。以下同様。）と直交する方向に突出しており、当該カッタスポーク２３と一体で形成される（または、カッタスポーク２３と別体で形成されて当該カッタスポーク２３に取り付けられる）。ビット本体６１には、カッタスポーク２３の延設方向と平行して延びて超硬チップ６２が取り付けられるチップ取り付け面６１ａと、カッタスポーク２３の回転方向（周方向）と直交して延びて超硬チップ６２の切削反力を受けるバックアップ面６１ｂとが設けられている。
【００４１】
超硬チップ６２は、トンネル径方向（図３においては、左右方向）に山形を成す複数の凸部６２ａがトンネル径方向に並んで形成されて成る、すなわち、トンネル径方向に凸凹が交互に並んだギザギザ形状を成している。ここで、ビット本体６１に取り付けられた超硬チップ６２における凸部６２ａは、チップ取り付け面６１ａ（カッタスポーク２３の延設方向）に対して直交する方向に向けた山形、すなわち、凸部６２ａの頂部を対称中心として当該凸部６２ａの連設方向（カッタスポーク２３の延設方向）に対称の形状を成す山形に形成されている。
【００４２】
このように、支障物切削ビット４１（超硬チップ６２）において凸部６２ａをトンネル径方向に複数並んで設けることにより、一つの当該支障物切削ビット４１（超硬チップ６２）によって支障物を広範に亘って効率的に切削することができるので、トンネル掘削機１において必要な支障物の切削機能を十分に確保するための支障物切削ビット４１の数量を、従来技術（例えば、特許文献１参照）と比較して、大幅に削減することができる。
【００４３】
もちろん、ビット本体６１に取り付けられた超硬チップ６２における凸部６２ａは、上述した形状のものに限定されず、例えば、図５に示すように、掘進方向（トンネル前方）に向けた山形、すなわち、凸部６２ａの頂部を対称中心として当該凸部６２ａの連設方向（カッタスポーク２３の延設方向）に非対称の形状を成す山形に形成したものであっても良い。
【００４４】
図２および図３に示すように、カッタヘッド１１において、複数の支障物切削ビット４１（凸部６２ａ）は、トンネル径方向における位置を異にして配置されている。つまり、複数の支障物切削ビット４１（凸部６２ａ）は、トンネル径方向にずれて配置されており、カッタヘッド１１の回転駆動による凸部６２ａの軌跡は、トンネル径方向において完全に一致しない（重ならない）ようになっている。
【００４５】
ここで、図３において実線と一点鎖線と二点鎖線とで示しているように、複数の支障物切削ビット４１（凸部６２ａ）をトンネル径方向（図３においては、左右方向）に僅かにずらして配置し、カッタヘッド１１の回転駆動による凸部６２ａの軌跡をトンネル径方向において完全に一致させずに僅かにラップさせる（部分的に重なるようにする）ことにより、超硬チップ６２のギザギザ形状を変更する（凸部６２ａを小さくする）ことなく、一つの支障物切削ビット４１の凹部の削り残し部分を他の支障物切削ビット４１の凸部で切削することになり複数の支障物切削ビット４１で全体を満遍なく切削できる。
【００４６】
よって、例えば、トンネル径方向外側に位置する複数の支障物切削ビット４１（凸部６２ａ）のみをトンネル径方向に僅かにずらして配置することにより、一つの支障物切削ビット４１の凹部の削り残し部分を他の支障物切削ビット４１の凸部で切削することになり複数の支障物切削ビット４１で全体を満遍なく切削できる。もちろん、トンネル径方向の位置に応じて支障物切削ビット４１における超硬チップ６２のギザギザ形状を異にすることにより、支障物を切削する細かさをトンネル径方向において異にするようにしても良い。
【００４７】
また、各支障物切削ビット４１に取り付けられる超硬チップ６２（凸部６２ａ）、すなわち、全ての超硬チップ６２（凸部６２ａ）は、その高さが互いに同一であるものとする。これにより、上述のごとく支障物切削ビット４１をトンネル径方向にずらして配置することで、より確実に、支障物を細かくすることや、支障物を切削する細かさをトンネル径方向において異にすることができる。
【００４８】
さらに、図４に示すように、超硬チップ６２は、その高さ方向に対して、上端部６２ｂが直交するとともに回転方向端面６２ｃが平行に形成されている。すなわち、すくい角および逃げ角を有さない。本実施例における超硬チップ６２は、複数の凸部６２ａからなるものとしている（すなわち、細かなギザギザ形状である）ので、すくい角および逃げ角を形成してしまうと、切削時の摩耗が激しくなってしまうが、超硬チップ６２を、その高さ方向に対して、上端部６２ｂが直交するとともに回転方向端面６２ｃが平行に形成されるものとすることで、この摩耗を抑えることができる。
【００４９】
そして、図４に示すように、超硬チップ６２における回転方向端部の角部６２ｄはＲ形状であるものとする（あるいは面取りされた形状でもよい）。本実施例では、超硬チップ６２がトンネル径方向に山形を成す凸部６２ａをトンネル径方向に複数並んで有するものとしているので、この角部６２ｄが角張っていると、凸部６２ａが支障物に接触した際に凸部６２ａが欠けてしまう可能性がある。角部６２ｄはＲ形状あるいは面取りされた形状とすることで、これを防ぐことができる。
【００５０】
以上に説明したように、本実施例に係る支障物切削ビットおよびトンネル掘削機によれば、従来技術（例えば、特許文献１参照）と比較して、トンネル掘削機１のカッタヘッド１１における支障物切削ビット４１の数量を大幅に削減し、カッタヘッド１１の設計自由度を向上させることができる。
【００５１】
上述した実施例においては、支障物切削ビット４１をカッタスポーク２３の前面２３ａにおけるトンネル径方向外側の範囲に設けているが、本発明に係る支障物切削ビットは、これに限定されない。例えば、支障物切削ビットを、カッタスポークの前面におけるトンネル径方向内側の範囲に設けても良く、また、カッタ面板やフィッシュテールカッタ等に設けても良く、さらに、余堀装置（例えば、上述した実施例におけるコピーカッタ２６）等に設けても良い。
【００５２】
なお、支障物切削ビットを設けるカッタスポーク等に、当該支障物切削ビットと他のビット（例えば、先行ビットやカッタビット等）と交換可能な交換装置を備え、掘削経路における掘削対象に応じて支障物切削ビットと他のビットとを交換することにより、トンネル掘削機による掘削作業を効率的に行うと共に、支障物切削ビットや他のビットの摩耗を抑制することができる。
【００５３】
また、上述した実施例においては、カッタスポーク２３をトンネル径方向外側からトンネル径方向内側へ向かうに従ってトンネル前方へ向けて傾斜するように設け、この傾斜したカッタスポーク２３に支障物切削ビット４１を設けている。もちろん、本発明に係る支障物切削ビットおよびトンネル掘削機は、これに限定されず、例えば、トンネル径方向（トンネル前後方向と直交する方向）に延設されるカッタスポーク（またはカッタ面板）に支障物切削ビットを設けても良い。
【００５４】
なお、支障物切削ビットにおける超硬チップ（凸部）の形状や先端角度（山形を形成している角度）は、カッタスポーク（またはカッタ面板）等の傾斜角度、支障物切削ビットの取り付け角度および掘進経路における支障物の状態等に応じて、適宜に設定可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明に係るトンネル掘削機は、支障物を切削可能なものであり、掘進経路（掘削対象）に含まれるＨ形鋼や鋼矢板（シートパイル）等の支障物を切削するためのトンネル掘削機に適用可能なだけでなく、既設トンネルのセグメントを貫通してトンネルを形成するためのトンネル掘削機にも適用可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１      トンネル掘削機
１０    スキンプレート（掘削機本体）
１１    カッタヘッド
１２    エレクタ装置
１３    シールドジャッキ（推進手段）
１４    カッタ旋回モータ
１５    バルクヘッド
１６    チャンバ
１７    スクリューコンベア
２１    外周リング
２２    センターシャフト
２３    カッタスポーク
２３ａ  カッタスポークの前面
２３ｂ  カッタスポークの縁部
２４    カッタ面板
２４ａ  カッタ面板の前面
２５    フィッシュテールカッタ
２６    コピーカッタ（余堀装置）
３１    フィッシュテールビット
４１    支障物切削ビット
４２    カッタビット
５１    先行ビット
６１    ビット本体
６１ａ  ビット本体の取り付け面
６１ｂ  ビット本体のバックアップ面
６２    超硬チップ（チップ）
６２ａ  超硬チップの凸部
６２ｂ  超硬チップの上端部
６２ｃ  超硬チップの回転方向端面
６２ｄ  超硬チップの回転方向端部の角部
１００  トンネル
Ｓ      セグメント
【図１】
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【図２】
2020172775.tif 000004
【図３】
2020172775.tif 000005
【図４】
2020172775.tif 000006
【図５】
2020172775.tif 000007