(57)【要約】【課題】カッタースポーク内空間へ作業者が出入りするアクセス性と、切羽側からチャンバー内への土砂流動性を高めたトンネル掘進機および上記のアクセス性を利用したカッタービット交換方法を提供する。【解決手段】複数のカッタースポーク(22〜24)を有するカッターヘッド(2)と、このカッターヘッド(2)の後側のチャンバー(3)と、このチャンバー(3)の後端を仕切る隔壁構造(4)とを備えたトンネル掘進機において、前記隔壁構造(4)に回転自在に支持された環状のカッタードラム(5)と、前記チャンバー(3)を貫通して前記カッタードラム(5)をカッタースポーク(22〜23)に連結する複数の連結部材(6)とを備え、作業者が前記カッタードラム(5)に形成されたドラム側開口部(5b)からカッタードラム内空間(5s)と連結部材内空間(6s)を通って機内空間からカッタースポーク内空間(22s〜24s)へ侵入可能な作業通路が設けられている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のカッタースポークを有するカッターヘッドと、このカッターヘッドの後側のチャンバーと、このチャンバーの後端を仕切る隔壁構造とを備えたトンネル掘進機において、
前記隔壁構造に回転自在に支持された環状のカッタードラムと、
前記チャンバーを貫通して前記カッタードラムをカッタースポークに連結する複数の連結部材とを備え、
作業者が前記カッタードラムに形成されたドラム側開口部からカッタードラム内空間と連結部材内空間を通って機内空間からカッタースポーク内空間へ侵入可能な作業通路が設けられたことを特徴とするトンネル掘進機。
【請求項２】
前記隔壁構造は前記トンネル掘進機と同心状のドラム状壁部を有し、
前記カッタードラムは前記ドラム状壁部に回転可能に外嵌されると共にその内部空間には複数の連結部材内空間に夫々連通可能に形成された複数の区画通路が形成され、
前記ドラム状壁部の高さ方向中段部には機内空間に臨む隔壁側開口部が形成され、
前記カッタードラムの内周側壁部には、前記隔壁側開口部に対応する前後方向位置で且つ複数の区画通路に対応した周方向位置に複数の前記ドラム側開口部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘進機。
【請求項３】
前記複数のカッタースポークの少なくとも一部は、径方向内側部分の周方向幅が絞られた形状を呈することを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘進機。
【請求項４】
複数のカッタースポークを有するカッターヘッドと、このカッターヘッドの後側のチャンバーと、このチャンバーの後端を仕切る隔壁構造とを備えたトンネル掘進機の前記カッタースポーク内からカッタービットを交換する方法において、
作業者が機内空間からカッタードラムの内部と連結部材の内部を通ってカッタースポークの内部へ入る工程を有することを特徴とするカッタービット交換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カッターヘッドのカッタースポークに設けたカッタービットをカッタースポーク内から交換するトンネル掘進機及びカッタービット交換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネル掘進機においては、カッターヘッド（カッターディスク）の複数のカッタースポーク（カッターフレーム）の前端に複数のカッタービットを付設しておき、カッターヘッドを回転駆動することでそれらカッタービットにより切羽を掘削していく。トンネル掘進中にカッタービットが摩耗した際には、掘進を中断して摩耗したカッタービットを交換する。カッタービットを交換する方法として、カッタースポーク内に作動者が入って交換する方法が公知である。
【０００３】
特許文献１に記載のトンネル掘削機のカッターメンテナンス装置においては、カッターヘッドが外周カッターフレームと、中央カッターフレームとを有し、外周カッターフレームが周方向に適当間隔おきの複数の中間ビームを介して旋回リング（カッタードラム）に連結され、中間ビーム内にカッターフレーム内の空間に連通する作業用通路が形成され、中間ビームに接続されて内径側へ張り出したアクセス部材でもって作業用通路に連通するアクセス通路が形成され、アクセス通路の後端に機内空間から出入りする出入口が形成されている。そして、中央カッターフレームに回転駆動力を伝達する円筒体の外径側に回転隔壁が回転自在に支持され、この回転隔壁の外周端は旋回リング及びアクセス部材に固定され、回転隔壁は外周カッターフレームと一体的に回転駆動される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５４２６２７１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のカッターメンテナンス装置においては、外周カッターフレームを旋回リングに連結する複数の中間ビーム毎に、中間ビームとこれに接続されたアクセス部材とで作業用通路とアクセス通路を形成することで、機内空間から外周カッターフレーム内へ作業者が出入り可能にしている。しかし、チャンバー内においてアクセス部材が中間ビームの内径側へ大きく張り出すため、チャンバー内空間が狭くなる上、チャンバー内での土砂の流動が阻害されるという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、カッタースポーク内空間へ作業者が出入りするアクセス性と、切羽側からチャンバー内への土砂流動性を高めたトンネル掘進機および上記のアクセス性を利用したカッタービット交換方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１のトンネル掘進機は、複数のカッタースポークを有するカッターヘッドと、このカッターヘッドの後側のチャンバーと、このチャンバーの後端を仕切る隔壁構造とを備えたトンネル掘進機において、前記隔壁構造に回転自在に支持された環状のカッタードラムと、前記チャンバーを貫通して前記カッタードラムをカッタースポークに連結する複数の連結部材とを備え、作業者が前記カッタードラムに形成されたドラム側開口部からカッタードラム内空間と連結部材内空間を通って機内空間からカッタースポーク内空間へ侵入可能な作業通路が設けられたことを特徴としている。
【０００８】
請求項２のトンネル掘進機は、請求項１の発明において、前記隔壁構造は前記トンネル掘進機と同心状のドラム状壁部を有し、前記カッタードラムは前記ドラム状壁部に回転可能に外嵌されると共にその内部空間には複数の連結部材内空間に夫々連通可能に形成された複数の区画通路が形成され、前記ドラム状壁部の高さ方向中段部には機内空間に臨む隔壁側開口部が形成され、前記カッタードラムの内周側壁部には、前記隔壁側開口部に対応する前後方向位置で且つ複数の区画通路に対応した周方向位置に複数の前記ドラム側開口部が形成されていることを特徴としている。
【０００９】
請求項３のトンネル掘進機は、請求項１の発明において、前記複数のカッタースポークの少なくとも一部は、径方向内側部分の周方向幅が絞られた形状を呈することを特徴としている。
【００１０】
請求項４のトンネル掘進機は、複数のカッタースポークを有するカッターヘッドと、このカッターヘッドの後側のチャンバーと、このチャンバーの後端を仕切る隔壁構造とを備えたトンネル掘進機の前記カッタースポーク内からカッタービットを交換する方法において、作業者が機内空間からカッタードラムの内部と連結部材の内部を通ってカッタースポークの内部へ入る工程を有することを特徴とするカッタービット交換方法。
【発明の効果】
【００１１】
本願の発明は、課題解決手段の欄に記載の構成を有するため次の効果を奏する。
請求項１の発明によれば、作業者がドラム側開口部からカッタードラム内空間と連結部材内空間を介して機内空間からカッタースポーク内空間に侵入可能な作業通路が設けられたため、作業者がドラム側開口部から作業通路を通ってカッタースポーク内空間に侵入し、
カッタードラムに装備されたカッタービットを交換することができる。作業用通路の入口であるドラム側開口部をカッタードラムに設けたため、特許文献１のシールド掘進機のように連結部材に付設したアクセス部材に入口を設ける場合と比較してチャンバー内に連結部材から張り出す部材をなくし、チャンバー内における土砂の流動性を高めることができる。
【００１２】
請求項２の発明によれば、複数のドラム側開口部を隔壁側開口部に対応する前後方向位置で且つドラム内の複数の区画通路に対応した周方向位置に設けたため、カッターヘッドの回転位置を調整して隔壁側開口部にドラム側開口部を対向させることができる。依って、作業者が機内空間からカッタードラム内の区画通路に入るための構造をシンプルにすることができる。
【００１３】
請求項３の発明によれば、一部のカッタースポークの径方向内側部分の周方向幅が絞られているため、切羽側からチャンバー内への土砂の流入がスムーズになる。また、この径方向内側部分よりも径方向外側の部分のカッタースポーク内に侵入してカッタービットの交換を行うことでメンテナンス性を損なうことはない。
【００１４】
請求項４の発明（カッタービット交換方法）によれば、前記作業者が機内空間からカッタードラムの内部と連結部材の内部を通ってカッタースポークの内部へ入る工程を有するため、カッタードラム内空間と連結部材内空間を有効利用して、機内空間からカッタースポーク内空間へ簡単に出入りすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例に係るトンネル掘削機の縦断面図である。
【図２】カッターヘッドの正面図である。
【図３】トンネル掘削機の前端側部分の拡大縦断面図である。
【図４】カッタードラムの縦断面図である。
【図５】カッタードラムの要部の正面図である。
【図６】カッタードラムとドラム側開閉扉装置の断面図である。
【図７】図３のVII−VII線断面図である。
【図８】カッターヘッドの縦断正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明を実施するための形態について説明する。
最初に、トンネル掘削機の全体構造について説明する。
図１に示すように、このトンネル掘削機１は、前胴１ａ、後胴１ｂ、前胴１ａの前側のカッターヘッド２、カッターヘッド２の後側のチャンバー３、チャンバー３の後端を仕切る隔壁構造４、隔壁構造４に回転自在に装備されたカッタードラム５、カッタードラム５をカッターヘッド２に連結する複数の連結部材６、隔壁構造４に装備されてカッタードラム５を回転駆動するカッターヘッド回転駆動機構７、隔壁構造４の中心部分に装備されたロータリジョイント８等を備えている。
【００１７】
図２、図３に示すように、カッターヘッド２は、ヘッド中心部筒体２０、外周フレーム２１、３本の第１カッタースポーク２２、３本の第２カッタースポーク２３、６本の第３カッタースポーク２４、６本の第３カッタースポーク２４の各々の内径端近傍部とその両隣の第１，第２カッタースポーク２２，２３とを連結する６対の補強部材２４ａを備えている。第１〜第３カッタースポーク２２〜２４の前面には、複数のカッタービット２ａが付設されている。ヘッド中心部筒体２０の前面には、複数のカッタービット２ｂが付設されている。複数のカッタービット２ｂは、第１カッタースポーク２２に対応する周方向位置に付設されている。
【００１８】
第１，第２カッタースポーク２２，２３は、ヘッド中心部筒体２０から外周フレーム２１まで半径方向に延びるように配設されている。第３カッタースポーク２４は、第１，第２カッタースポーク２２，２３の長さの約半分の長さのもので、カッターヘッド２の外周側部分に半径方向に延びるように配設されている。３本の第１カッタースポーク２２は周方向に１２０度おきに配設されている。３本の第２カッタースポーク２３は、隣接する第１カッタースポーク２２の中間に位置するように周方向に１２０度おきに配設されている。６本の第３カッタースポーク２４は、第１，第２カッタースポーク２２，２３の中間に位置するように周方向に６０度おきに配設されている。
【００１９】
３本の第１カッタースポーク２２の径方向内側部分は、他の部分よりも周方向幅が絞られた形状を呈している（第１狭幅部２２ａ）。３本の第２カッタースポーク２３の径方向内側部分も、他の部分よりも周方向幅が絞られた形状を呈している（第２狭幅部２３ａ）。第２狭幅部２３ａのスポーク幅は第１狭幅部２２ａよりも狭い。そのため、カッターヘッド２の中心側におけるチャンバー３に連通する空隙を確保し、チャンバー３への土砂流入をスムーズに行うことができる。
【００２０】
図３に示すように、隔壁構造４はチャンバー３の後端を仕切るものである。隔壁構造４は、前胴１ａに溶接された環状板部４ｃと、カッタードラム５よりも中心側の中心側板部
４ｄと、この中心側板部４ｄの外周近傍部から後方へ延びるドラム状壁部４ａを有している。ドラム状壁部４ａはトンネル掘削機１と同心状に配設され、ドラム状壁部４ａの内周面の後部が機内空間に臨んでいる。尚、機内空間とは、胴部材１ａ，１ｂの内側で隔壁構造４の後側に形成された空間のことである。
【００２１】
環状のカッタードラム５はドラム状壁部４ａにベアリングを介して回転可能に外嵌されている。隔壁構造４とカッタードラム５との間は水密にシールされている。
複数の連結部材６は、カッターヘッド２側から視て１２本の第１〜第３カッタースポーク２２〜２４とカッタードラム５とが交差する１２個所の位置に夫々配設されている。
各連結部材６はチャンバー３を貫通して前後方向に延び、対応するカッタースポーク２２〜２４とカッタードラム５を夫々接続している。
【００２２】
カッターヘッド回転駆動機構７は、複数の油圧モータ７ｃの回転動力を複数のピニオンから旋回ベアリング７ａで支持されたリング状外歯ギア７ｂを介してカッタードラム５に伝達するように構成されている。カッタードラム５に伝達された回転動力は、１２本の連結部材６を介してカッターヘッド２へ伝達される。こうしてカッターヘッド２が回転駆動されることで、トンネル掘削機１による掘削が行われる。
【００２３】
第１〜第３カッタースポーク２２〜２４、カッタードラム５および連結部材６は、夫々中空の閉断面構造に形成されている。これらの内部空間は、ドラム内通路５ｓ、連結通路６ｓ、スポーク内通路２２ｓ，２３ｓ、２４ｓを含む１２本の作業用通路となっている。作業者は、機内空間からドラム内空間５ｓ、連結部材内空間６ｓを介してスポーク内通路２２ｓ〜２４ｓに侵入し、カッタービット２ａ、２ｂを交換することができる。
【００２４】
次に、作業用通路の構造について説明する。
複数のスポーク内通路２２ｓ〜２４ｓはカッタースポーク２２〜２４に沿って径方向に延びている。スポーク内空間２２ｓは第１狭幅部２２ａの内部にまで延びているが、スポーク内空間２３ｓは第２狭幅部２３ａの内部には形成されていない。
【００２５】
環状のドラム内空間５ｓは、１２本の連結部材内空間６ｓに夫々対応する１２の区画通路５ｐを有する。各区画通路５ｐは２枚の仕切壁５ｍ、５ｎにより区画されて形成されている。仕切壁５ｍ、５ｎは、連結部材６に対応する周方向位置においてカッタードラム５の内部を径方向に横断して設けられている。複数の連通通路６ｓは連通部材６内を前後方向に延びている。複数の区画通路５ｐは対応する連結通路６ｓの後端に連通されている。連通通路６ｓの前端は対応する第１〜第３カッタースポーク内通路２２ｓ〜２４ｓに連通されている。
【００２６】
カッタードラム５の内周側壁部５ａには、機内空間から複数の区画通路５ｐの夫々に作業者が出入りする為の複数のドラム内周側開口部５ｂ（ドラム側開口部に相当する）が形成されると共に、各開口部５ｂを開閉可能なドラム側扉装置３０が設けられている。ドラム側扉装置３０は、ドラム内周側開口部５ｂを開閉可能なドラム側扉３１を有する。
【００２７】
ドラム状壁部４ａには、作業者が機内空間からドラム内周側開口部５ｂに出入りするための１対の隔壁側開口部４ｂが設けられると共に、各開口部４ｂに機内空間からアクセス可能にするための隔壁側扉装置４０が配設されている。１対の隔壁側開口部４ｂは、ドラム状壁部４ａの左右両側部、具体的にはトンネル掘削機１の高さ方向中段位置で且つドラム内周側開口部５ｂと同じ前後方向位置に設けられている。尚、隔壁側開口部４ｂは、左右何れかの片側にのみ設けてもよい。
【００２８】
隔壁側開口部４ｂは、開口部５ｂよりも広い開口面積を有している。隔壁側開口部４ｂは、トンネル掘削機１の正面から見たときに開口部５ｂの周方向長さの２倍以上の周方向長さに形成されていることが望ましい。
隔壁側扉装置４０は、ドラム状壁部４ａに取り付けられ且つ隔壁側開口部４ｂと同等の大きさの内部通路を有する角筒体４０ａと、この角筒体の内径側端部を開閉可能な隔壁側扉４１を備えている。
【００２９】
任意のドラム内周側開口部５ｂを隔壁側開口部４ｂに対向させることで、任意のスポーク内通路２２ｓに侵入し、カッタービット２ａを交換することができる。スポーク内通路２２ｓは第１狭幅部２２ａの内部にまで延びており、カッタービット２ｂも交換することができる。  
【００３０】
次に、カッタービット２ａ、２ｂを交換する手順について説明する。例えば、カッタースポーク２２を交換する場合について説明する。
最初に、掘削を停止した状態で、交換対象のカッタービット２ａが装着されているカッタースポーク２２が水平位置となるようにカッターヘッド２の回転位相を調整して、ドラム内周側開口部５ｂを左右何れかの隔壁側開口部４ｂに対向させる。このとき、ドラム内の区画通路５ｐの床面（仕切壁５ｍ、５ｎ）、連結通路６ｓの床面、スポーク内通路２２ｓ〜２４ｓの床面が夫々ほぼ水平状態となり、作業者が通行可能な状態となる。
【００３１】
次に、隔壁側扉４１とドラム側扉３１を開扉状態に切り替えて、機内空間とカッタードラム５内の区画通路５ｐと、連通通路６ｓとスポーク内通路２２ｓを連通させる。次に、作業者が機内空間から区画通路５ｐと連結通路６ｓを介してスポーク内通路２２ｓに侵入しカッタービット２ａ，２ｂの交換を行う。上記と同様に、カッタースポーク２３，２４のカッタービット２ａを交換することができる。
【００３２】
次に、以上説明したシールド掘進機１の作用、効果について説明する。
カッタースポーク２２〜２４、カッタードラム５および連結部材６を中空構造とし、機内空間からカッタードラム５の内部と連通部材６の内部を通過し、カッタースポーク２２〜２４の内部に侵入できるように構成したため、カッタースポーク２２〜２４に設けたカッタービット２ａ、２ｂを交換することができる。
【００３３】
しかも、チャンバー３内に大きく張り出すような部材を設けることなく、また、特別な構造のカッターヘッド２ではなく、一般的な一体回転型のカッターヘッド２を採用可能である。また、カッタードラム５の配置の自由度が制約されることもない。
【００３４】
ヘッド中心部筒体２０の近傍位置において、一部の複数のカッタースポーク２２に第１狭幅部２２ａを形成し、他の一部の複数のカッタースポーク２３に第１狭幅部２２ａよりも狭幅の第２狭幅部２３ａを形成するため、カッターヘッド２の中心側部分における切羽側からチャンバー３内への土砂の流動性を高めることができる。
【００３５】
ヘッド中心部筒体２０の後端に接続される部材や機器（ロータリジョイント８等）を装備したまま、作業者がカッタースポーク内空間２ｓから第１狭幅部２２ａ内を通って中心部空間２０ａ内へ入り、ヘッド中心部筒体２０と複数の第１狭幅部２２ａの前面のカッタービット２ｂを交換することができる。
【００３６】
このトンネル掘削機１におけるカッタービット交換方法は、作業者が機内空間からドラム内周側開口部５ｂを通ってカッタードラム内空間５ｓに入り、このカッタードラム内空間５ｓと連結部材内空間６ｓを通ってカッタースポーク内空間２ｓへ入る工程を有するため、カッタードラム内空間５ｓと連結部材内空間６ｓを有効利用して、機内空間からカッタースポーク内空間２ｓへ簡単に出入りすることができる。カッタービット交換のためカッターヘッド２の構造が複雑化することもない。
【００３７】
前記実施例は、カッタードラム５の内周側壁部５ａにドラム内周側開口部５ｂを形成した場合の例について説明したが、カッタードラム５の外周側壁部のうち機内空間に臨む部分にドラム外周側開口部を形成し、そのドラム外周側開口部からカッタードラム内空間５ｓに機内空間から作業者が侵入可能に構成してもよい。
【００３８】
当業者ならば本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。
【符号の説明】
【００３９】
１          トンネル掘削機
２          カッターヘッド
２ａ，２ｂ  カッタービット
２ｓ        カッタースポーク内空間
３          チャンバー
４          隔壁構造
４ａ        ドラム状壁部
４ｂ        隔壁側開口部
５          カッタードラム
５ａ        内周側壁部
５ｂ        ドラム内周側開口
５ｓ        カッタードラム内空間
５ｐ        区画通路
６          連結部材
６ｓ        連結部材内空間
２０        ヘッド中心部筒体
２０ａ      中心部空間
２２〜２４  第１〜第３カッタースポーク
２２ａ      第１狭幅部
２３ａ      第２狭幅部
２２ｓ〜２４ｓ  カッタースポーク内空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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