(57)【要約】【課題】カッタ移動装置及び方法とカッタ交換方法とトンネル掘削機において、カッタ交換作業の作業性及び安全性の向上を図ると共に装置の簡素化を図る。【解決手段】カッタスポーク１８内にアウタリング３３を回転自在に支持し、アウタリング３３の偏心位置にインナリング３５を回転自在に支持し、インナリング３５の偏心位置にスライドリング３７を回転自在に支持してディスクカッタ１９を装着し、回転ジャッキ４５によりアウタリング３３を一方方向に回転することでインナリング３５を逆方向に回転してスライドリング３７を前後に移動可能とすると共に、移動ジャッキ５８によりインナリング３５を介してスライドリング３７をカッタヘッド１７の径方向に沿って移動可能とする。【選択図】        図１
2004218298.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カッタヘッドに設けられた第１回転盤と、該第１回転盤の中心から偏心した位置に内装された第２回転盤と、該第２回転盤に内装されて先端部が掘進方向前方を向くカッタと、前記第１回転盤あるいは前記第２回転盤を一方方向に回転することで前記他方の回転盤を他方方向に回転して前記カッタを掘進方向前方あるいは後方に移動させる第１移動機構とを具えたことを特徴とするカッタ移動装置。
【請求項２】
請求項１記載のカッタ移動装置において、前記カッタヘッドと前記カッタとの間には、前記第１移動機構により移動する前記カッタの姿勢を保持するガイド機構が設けられたことを特徴とするカッタ移動装置。
【請求項３】
請求項２記載のカッタ移動装置において、前記第２回転盤の中心から偏心した位置に第３回転盤が内装され、該第３回転盤に前記カッタが装着されており、前記ガイド機構は、該移動盤の回転方向の姿勢を拘束することで、前記カッタの向きを保持することを特徴とするカッタ移動装置。
【請求項４】
請求項３記載のカッタ移動装置において、前記第１回転盤に対する前記第２回転盤の偏心量と、前記第２回転盤に対する前記移動盤の偏心量を同量に設定したことを特徴とするカッタ移動装置。
【請求項５】
請求項１記載のカッタ移動装置において、前記第１移動機構は、前記カッタヘッドの中心側に設けられ、前記第１回転盤あるい前記第２回転盤に連結されたことを特徴とするカッタ移動装置。
【請求項６】
請求項１記載のカッタ移動装置において、前記第１移動機構は、前記カッタを前記第１回転盤の中心を通る直線方向に沿って移動させることを特徴とするカッタ移動装置。
【請求項７】
請求項１記載のカッタ移動装置において、前記カッタヘッドはその中心部から放射状に配設された複数のカッタスポークを有し、該カッタスポーク内に前記第１回転盤と前記第２回転盤と前記カッタが収容されたことを特徴とするカッタ移動装置。
【請求項８】
請求項１記載のカッタ移動装置において、前記カッタが前記カッタヘッドから掘進方向前方に突出した位置で、前記カッタヘッドと前記第１回転盤と前記第２回転盤を貫通して掘進方向に沿った土砂排出孔が設けられたことを特徴とするカッタ移動装置。
【請求項９】
請求項８記載のカッタ移動装置において、前記カッタが前記カッタヘッドに収納した位置で、前記土砂排出孔を閉止する蓋が前記第１回転盤に設けられたことを特徴とするカッタ移動装置。
【請求項１０】
請求項８記載のカッタ移動装置において、前記カッタが前記カッタヘッドに収納した位置で、前記土砂排出孔を閉止する蓋が前記カッタヘッドと前記第１回転盤との間に設けられたことを特徴とするカッタ移動装置。
【請求項１１】
請求項１記載のカッタ移動装置において、前記カッタを内装した前記第２回転盤あるいは該カッタ及び該第２回転盤を内装した前記第１回転盤を前記カッタヘッドの中心側に移動する第２移動機構が設けられたことを特徴とするカッタ移動装置。
【請求項１２】
カッタヘッドに設けられた第１回転盤を一方方向に回転することで、該第１回転盤の偏心位置に内装された第２回転盤を他方方向に回転し、該第２回転盤の偏心位置に内装されて前記カッタヘッドの突出位置にあるカッタを後方の収納位置に移動し、続いて該収納位置にある前記カッタを前記カッタヘッドの中心側に移動して交換することを特徴とするカッタ交換方法。
【請求項１３】
請求項１２記載のカッタ交換方法において、前記第１移動機構による前記カッタの前記収納位置への移動に同期して、前記第１回転盤が前記カッタヘッドの前後方向に貫通して設けられた土砂排出孔を閉止することを特徴とするカッタ交換方法。
【請求項１４】
カッタヘッドに設けられた第１回転盤を一方方向に回転することで、該第１回転盤の偏心位置に内装された第２回転盤を他方方向に回転し、該第２回転盤の偏心位置に内装されて前記カッタヘッドの収納位置にある予備カッタを前方に移動し、前記カッタヘッドに設けられた固定カッタより突出した突出位置に移動することを特徴とするカッタ移動方法。
【請求項１５】
筒状をなす掘削機本体と、該掘削機本体を前進させる推進ジャッキと、前記掘削機本体の前部に駆動回転可能に装着されて放射状に装着された複数のカッタスポークを有するカッタヘッドと、該カッタスポーク内にその長手方向に沿った軸心をもって回動自在に装着された第１回転盤と、該第１回転盤の中心から偏心した位置に内装された第２回転盤と、該第２回転盤に内装されて先端部が掘進方向前方を向くカッタと、前記第１回転盤あるい前記第２回転盤を一方方向に回転することで前記他方の回転盤を他方方向に回転して前記カッタを掘進方向前方あるいは後方に移動させる第１移動機構と、前記カッタを内装した前記第２回転盤あるいは該カッタ及び該第２回転盤を内装した前記第１回転盤を前記カッタヘッドの中心側に移動する第２移動機構とを具えたことを特徴とするトンネル掘削機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディスクカッタやカッタビットなどのカッタを移動可能としたカッタ移動装置及び方法、並びにこのカッタ移動方法を利用したカッタ交換方法、トンネル掘削機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なシールド掘削機は、円筒形状をなす掘削機本体の前部に駆動回転可能なカッタヘッドが回転自在に装着され、このカッタヘッドにディスクカッタやカッタビットが多数取付けられる一方、後部に掘削機本体を前進させる多数のシールドジャッキが装着されると共に、既設トンネルの内壁面にセグメントを組み付けるエレクタ装置が装着されて構成されている。従って、カッタヘッドを回転しながらシールドジャッキを伸長させると、既設セグメントからの掘削反力を得て掘削機本体が前進し、ディスクカッタやカッタビットが前方の地盤を掘削し、トンネルを形成することができる。
【０００３】
近年、トンネルは長距離化の傾向にあり、トンネル掘削の作業中にカッタヘッドに装着されたディスクカッタやカッタビットが摩耗してしまう。このディスクカッタやカッタビットが摩耗すると、地盤の掘削効率が低下するので掘削作業を停止して磨耗した各カッタを交換しなければならない。ところが、このカッタの交換作業は、切羽とバルクヘッドとの間のチャンバを含む空間内の泥水や掘削土砂を外部に排出し、この空間に空気を供給して圧気することで、切羽の崩落を抑制した状態で、作業者がこの圧気空間に入ってディスクカッタやカッタビットの交換作業を行っていた。
【０００４】
そこで、作業者が切羽側やチャンバに出ることなく、機内で磨耗したディスクカッタやカッタビットを新しいものと交換可能としたものが、例えば、下記に示す特許文献１に記載されている。この特許文献２に記載されたカッタビット交換方法及び装置は、シールドフレームの前部隔壁に筒体を前後方向に移動自在とし、この筒体をカッタフレームの背面にカッタビット及びその装着穴を取り囲むように当接し、筒体の内部から装着穴に装着されたカッタビットを機内側に引き抜くと共に、球体部材により装着穴を閉塞し、機内でカッタビットの交換を行うものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−０２４１２９６３
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した従来のカッタビット交換方法及び装置にあっては、カッタフレームに装着された多数のカッタビットに対応して、シールドフレームに多数の筒体を装着する必要があり、構造が複雑になると共に装置が大型化してしまうという問題がある。
【０００７】
本発明はこのような問題を解決するものであって、カッタ交換作業の作業性及び安全性の向上を図ると共に装置の簡素化を図ったカッタ移動装置及び方法とカッタ交換方法とトンネル掘削機を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項１の発明のカッタ移動装置は、カッタヘッドに設けられた第１回転盤と、該第１回転盤の中心から偏心した位置に内装された第２回転盤と、該第２回転盤に内装されて先端部が掘進方向前方を向くカッタと、前記第１回転盤あるいは前記第２回転盤を一方方向に回転することで前記他方の回転盤を他方方向に回転して前記カッタを掘進方向前方あるいは後方に移動させる第１移動機構とを具えたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２の発明のカッタ移動装置では、前記カッタヘッドと前記カッタとの間には、前記第１移動機構により移動する前記カッタの姿勢を保持するガイド機構が設けられたことを特徴としている。
【００１０】
請求項３の発明のカッタ移動装置では、前記第２回転盤の中心から偏心した位置に移動盤が内装され、該移動盤に前記カッタが装着されており、前記ガイド機構は、該移動盤の回転方向の姿勢を拘束することで、前記カッタの向きを保持することを特徴としている。
【００１１】
請求項４の発明のカッタ移動装置では、前記第１回転盤に対する前記第２回転盤の偏心量と、前記第２回転盤に対する前記移動盤の偏心量を同量に設定したことを特徴としている。
【００１２】
請求項５の発明のカッタ移動装置では、前記第１移動機構は、前記カッタヘッドの中心側に設けられ、前記第１回転盤あるい前記第２回転盤に連結されたことを特徴としている。
【００１３】
請求項６の発明のカッタ移動装置では、前記第１移動機構は、前記カッタを前記第１回転盤の中心を通る直線方向に沿って移動させることを特徴としている。
【００１４】
請求項７の発明のカッタ移動装置では、前記カッタヘッドはその中心部から放射状に配設された複数のカッタスポークを有し、該カッタスポーク内に前記第１回転盤と前記第２回転盤と前記カッタが収容されたことを特徴としている。
【００１５】
請求項８の発明のカッタ移動装置では、前記カッタが前記カッタヘッドから掘進方向前方に突出した位置で、前記カッタヘッドと前記第１回転盤と前記第２回転盤を貫通して掘進方向に沿った土砂排出孔が設けられたことを特徴としている。
【００１６】
請求項９の発明のカッタ移動装置では、前記カッタが前記カッタヘッドに収納した位置で、前記土砂排出孔を閉止する蓋が前記第１回転盤に設けられたことを特徴としている。
【００１７】
請求項１０の発明のカッタ移動装置では、前記カッタが前記カッタヘッドに収納した位置で、前記土砂排出孔を閉止する蓋が前記カッタヘッドと前記第１回転盤との間に設けられたことを特徴としている。
【００１８】
請求項１１の発明のカッタ移動装置では、前記カッタを内装した前記第２回転盤あるいは該カッタ及び該第２回転盤を内装した前記第１回転盤を前記カッタヘッドの中心側に移動する第２移動機構が設けられたことを特徴としている。
【００１９】
また、請求項１２の発明のカッタ交換方法は、カッタヘッドに設けられた第１回転盤を一方方向に回転することで、該第１回転盤の偏心位置に内装された第２回転盤を他方方向に回転し、該第２回転盤の偏心位置に内装されて前記カッタヘッドの突出位置にあるカッタを後方の収納位置に移動し、続いて該収納位置にある前記カッタを前記カッタヘッドの中心側に移動して交換することを特徴とするものである。
【００２０】
請求項１３の発明のカッタ交換方法では、前記第１移動機構による前記カッタの前記収納位置への移動に同期して、前記第１回転盤が前記カッタヘッドの前後方向に貫通して設けられた土砂排出孔を閉止することを特徴としている。
【００２１】
また、請求項１４の発明のカッタ移動方法は、カッタヘッドに設けられた第１回転盤を一方方向に回転することで、該第１回転盤の偏心位置に内装された第２回転盤を他方方向に回転し、該第２回転盤の偏心位置に内装されて前記カッタヘッドの収納位置にある予備カッタを前方に移動し、前記カッタヘッドに設けられた固定カッタより突出した突出位置に移動することを特徴とするものである。
【００２２】
また、請求項１５の発明のトンネル掘削機は、筒状をなす掘削機本体と、該掘削機本体を前進させる推進ジャッキと、前記掘削機本体の前部に駆動回転可能に装着されて放射状に装着された複数のカッタスポークを有するカッタヘッドと、該カッタスポーク内にその長手方向に沿った軸心をもって回動自在に装着された第１回転盤と、該第１回転盤の中心から偏心した位置に内装された第２回転盤と、該第２回転盤に内装されて先端部が掘進方向前方を向くカッタと、前記第１回転盤あるい前記第２回転盤を一方方向に回転することで前記他方の回転盤を他方方向に回転して前記カッタを掘進方向前方あるいは後方に移動させる第１移動機構と、前記カッタを内装した前記第２回転盤あるいは該カッタ及び該第２回転盤を内装した前記第１回転盤を前記カッタヘッドの中心側に移動する第２移動機構とを具えたことを特徴とするものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２４】
図１に本発明の第１実施形態に係るカッタ移動装置を適用したトンネル掘削機の概略断面、図２に図１のＩＩ−ＩＩ断面、図３に図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面、図４にディスクカッタの交換作業を表すトンネル掘削機の要部概略、図５にディスクカッタの交換作業を表すカッタスポークの断面を示す。
【００２５】
第１実施形態のトンネル掘削機において、図１に示すように、掘削機本体１１は円筒形状をなし、前部にバルクヘッド１２が取付けられている。このバルクヘッド１２には一対の軸受１３，１４によって回転リング１５が回転自在に支持され、この回転リング１５には円錐形状をなすセンタコーン１６を介してカッタヘッド１７が連結されている。このカッタヘッド１７は、中心部から放射状に設けられた複数のカッタスポーク１８を有しており、このカッタスポーク１８にディスクカッタ１９が着脱自在に装着されている。また、各カッタスポーク１８の側部には多数のカッタビット２０が固定されると共に、土砂取込開口が形成されている。
【００２６】
また、回転リング１５の後部にはリングギア２１が固定される一方、掘削機本体１１にはカッタ旋回モータ２２が取付けられ、このカッタ旋回モータ２２の駆動ギア２３がこのリングギア２１に噛み合っている。従って、カッタ旋回モータ２２を駆動して駆動ギア２３を回転駆動すると、リングギア２１、回転リング１５、センタコーン１６を介してカッタヘッド１７を回転することができる。
【００２７】
また、カッタヘッド１７と掘削機本体１１のバルクヘッド１２との間にチャンバ２４が形成されており、掘削機本体１１に前傾状態に配設されたスクリューコンベヤ２５の前端部がこのチャンバ２３内に開口している。更に、掘削機本体の後部には複数のシールドジャッキ（推進ジャッキ）が並設されており、このシールドジャッキを後方に伸長して既設セグメントに押し付けることで、その反力により掘削機本体１１を前進することができる。また、掘削機本体の後部には既設トンネルの内壁面にセグメントを組立てるエレクタ装置が設けられている。
【００２８】
ところで、本実施形態のトンネル掘削機にあっては、前述したカッタヘッド１７のカッタスポーク１８に装着されたディスクカッタ１９を掘削機本体１１側から交換可能となっている。即ち、トンネルを所定長さ掘削してディスクカッタ１９が摩耗したときや、シートパイルやＨ型鋼杭、鉄筋コンクリート杭などに障害物に接触して破損したときには、この摩耗あるいは破損したディスクカッタ１９を新しいものと交換し、掘削作業を継続することができる。
【００２９】
上述したカッタヘッド１７において、図１乃至図３に示すように、カッタスポーク１８は円筒形状をなし、所定の位置に支持壁３１が形成されており、この支持壁３１の内面にはカッタスポーク１８の中心Ｏ１  を通るガイド溝３２が掘進方向に沿った直線状をなして形成されている。
【００３０】
アウタリング（第１回転盤）３３は外周面が円形状をなし、カッタスポーク１８の内周面に嵌合し、カッタスポーク１８の中心Ｏ１  を支点として回転自在に支持されている。このアウタリング３３にはその中心Ｏ１  から所定距離Ｌ１  だけ偏心した点Ｏ２  を中心とした偏心孔３４が形成されており、この偏心孔３４にインナリング（第２回転盤）３５が内装され、中心Ｏ１  から所定距離Ｌ１  だけ偏心した中心Ｏ２  を支点として回転自在に嵌合している。そして、このインナリング３５にはその中心Ｏ２  から所定距離Ｌ２  だけ偏心した点Ｏ３  を中心とした位置に偏心孔３６が形成されており、この偏心孔３６にスライドリング（第２回転盤）３７が内装され、インナリング３５と相対回転自在に嵌合している。この場合、アウタリング３３の中心Ｏ１  とインナリング３５の中心Ｏ２  との偏心量Ｌ１  と、インナリング３５の中心Ｏ２  とスライドリング３７の中心Ｏ３  との偏心量Ｌ２  とが同量となっている。
【００３１】
そして、スライドリング３７の前部にはカッタホルダ３８が固定され、このカッタホルダ３８にディスクカッタ１９の回転軸３９が装着され、カッタホルダ３８に押え金具４０が固定されて支持されている。従って、ディスクカッタ１９はスライドリング３７の前部に掘進方向前方を向いて保持されることとなる。
【００３２】
また、スライドリング３７の下面にはガイド突起４１がその中心Ｏ３  を通って前後方向に沿って形成されており、このガイド突起４１が支持壁３１のガイド溝３２に移動自在に嵌合している。この場合、ガイド突起４１とガイド溝３２が、カッタヘッド１７とディスクカッタ１９との間に設けられたガイド機構を構成しており、スライドリング３７はこのガイド溝３２に沿って前後移動可能であると共に回転不能に支持されることで、ディスクカッタ１９は前方を向いた姿勢に拘束されたままの状態で、前後方向に移動可能となっている。
【００３３】
更に、アウタリング３３の下面にはブラケット４２を介して２つの連結部４３，４４が設けられている。一方、カッタヘッド１７の中心部（センタコーン１６）には第１移動機構としての回転ジャッキ４５が前後方向に沿って装着可能となっており、この回転ジャッキ４５の駆動ロッド４６の先端部が径方向に沿った連結ロッド４７を介して各連結部４３，４４に連結可能となっている。従って、通常掘削時には、カッタヘッド１７には回転ジャッキ４５や連結ロッド４７は装着されておらず、アウタリング３３の各連結部４３，４４には何も連結されていない。一方、ディスクカッタ１９の交換時には、カッタヘッド１７に回転ジャッキ４５を装着し、駆動ロッド４６の先端部を連結ロッド４７を介して各連結部４３（あるいは連結部４４）に連結する。この状態で、回転ジャッキ４５を伸長し、アウタリング３３を一方方向に回転することで、インナリング３５をその逆方向（他方方向）に回転し、スライドリング３７と共にディスクカッタ１９を後方に移動させることができる。
【００３４】
ここで、回転ジャッキ４５によるディスクカッタ１９の移動動作について詳細に説明する。図２に示す状態から回転ジャッキ４５によりアウタリング３３を反時計回り方向（矢印Ａ方向）に回動すると、このアウタリング３３は外周面がカッタスポーク１８に支持されているために中心Ｏ１  を支点として回動する。一方、スライドリング３７はガイド突起４１がカッタスポーク１８のガイド溝３２に嵌合することで、前後に移動自在であるが回転不能に支持されている。そのため、インナリング３５は、図５（ａ）に示すように、アウタリング３３の偏心孔３４のカム機能により中心Ｏ２  を支点として時計回り方向（矢印Ｂ方向）に回動しながら、中心Ｏ３  を支点として時計回り方向（矢印Ｂ方向）に揺動する。
【００３５】
即ち、アウタリング３３とインナリング３５の偏心量Ｌ１  と、インナリング３５とスライドリング３７の偏心量Ｌ２  とが同量であり、スライドリング３７の姿勢拘束により、アウタリング３３とインナリング３５との相対回転及び揺動が、ガイド溝３２に沿う前後方向以外の方向（ガイド溝３２に交差する方向）の力を互いに吸収する。そのため、スライドリング３７は、ガイド溝３２に沿って図３（ａ）にて右方（矢印Ｃ方向）に移動することができる。そして、図３（ｂ）に示すように、アウタリング３３を１２０度回動すると、インナリング３５は逆方向に１２０度回動し、スライドリング３７を所定の位置まで移動し、ディスクカッタ１９をカッタスポーク１８内に引き込むことができる。
【００３６】
この場合、インナリング３５の中心Ｏ２  とアウタリング３３の中心Ｏ１  との距離（偏心量）Ｌ１  が一定であると共に、スライドリング３７の中心Ｏ３  とインナリング３５の中心Ｏ２  との距離（偏心量）Ｌ２  が一定であるため、この距離Ｌ１  ，Ｌ２  をリンクとして置き換えることができ、スライドリング３７の中心Ｏ３  はリンクのベクトルの範囲で動くことができる。
【００３７】
なお、アウタリング３３を前述とは逆に回動すると、インナリング３５も前述とは逆に回動及び揺動し、スライドリング３７をガイド溝３２に沿って前述とは逆方向に移動し、図１に示すように、ディスクカッタ１９をカッタスポーク１８から前方に突出した掘削位置に戻すことができる。
【００３８】
なお、カッタスポーク１８、アウタリング３３、インナリング３５、スライドリング３７の各摺接部にはグリースなどを注入して摩擦抵抗を軽減すると共に、掘削土砂の侵入を防止することで、互いの相対回転をスムースに行うようにすることが望ましい。この場合、各摺接部にボールベアリングやスクリューベアリングなどを介装してもよい。
【００３９】
また、ディスクカッタ１９がカッタヘッド１７から掘進方向前方に突出した掘削作業位置で、カッタスポーク１８とアウタリング３３とインナリング３５とを貫通して掘進方向に沿った土砂排出孔４８が設けられている。即ち、図２に詳細に示すように、カッタスポーク１８には、その前部及び後部に貫通孔４９，５０が形成されている。また、アウタリング３３には、扇形形状（あるい三日月形状）をなす一対の支持壁３３ａ，３３ｂを残すように、インナリング３５の外周面との間に貫通孔５１が形成されている。更に、インナリング３５には、扇形形状（あるい三日月形状）をなす一対の支持壁３５ａ，３５ｂを残すように、スライドリング３７の外周面との間に貫通孔５２，５３が形成されている。
【００４０】
従って、ディスクカッタ１９がカッタヘッド１７、つまり、カッタスポーク１８の前部貫通孔４９から掘進方向前方に突出した掘削作業位置にあるとき、カッタスポーク１８の前部貫通孔４９、アウタリング３３の貫通孔５１、インナリング３５の貫通孔５２，５３、カッタスポーク１８の後部貫通孔５０が互いに連通することで、土砂排出孔４８が形成され、ディスクカッタ１９が掘削した土砂をこの土砂排出孔４８を通してチャンバ２４に取り込むことができる。
【００４１】
更に、ディスクカッタ１９がカッタスポーク１８内に収納された交換位置で、土砂排出孔４８が閉止されて内部に土砂が侵入しないようになっている。即ち、図５（ｂ）に示すように、アウタリング３３には、前述したように、外周部に一対の支持壁３３ａ，３３ｂが形成されており、この支持壁３３ａ蓋としてがカッタスポーク１８の前部貫通孔４９を閉止可能であり、支持壁３３ｂがカッタスポーク１８の後部貫通孔５０を閉止可能となっている。
【００４２】
図１に示すように、カッタスポーク１８の先端側には支持壁３１に密着してディスクカッタ１９を支持したスライドリング３７とインナリング３５とアウタリング３３とが互いに周方向にのみ相対回転自在に嵌合した状態で配設されている。そして、アウタリング３３はカッタスポーク１８に対して周方向回転自在であるが、軸方向には移動不能であり、スライドリング３７及びインナリング３５はセットとしてアウタリング３３に対してその軸方向に移動可能となっている。即ち、スライドリング３７とインナリング３５とアウタリング３３とが一つのセットとしてカッタスポーク１８の先端側に装着され、これらに隣接して中空円柱形状をなす３つのスペーサ５４が配設され、スライドリング３７と連結されている。そして、このスペーサ５４がストッパ５５，５６によりカッタスポーク１８に支持されることで、スライドリング３７及びインナリング３５が位置保持され、ディスクカッタ１９が所定の位置に位置決めされている。
【００４３】
そして、交換可能なディスクカッタ１９が装着されたカッタスポーク１８とは反対側のカッタスポーク１８内に支持柱５７が固定されており、この支持柱５７に第２移動機構としての移動ジャッキ５８が装着可能となっている。一方、各スペーサ５４には連結部５９が取付けられており、移動ジャッキ５８の駆動ロッド６０の先端部をこの連結部５９に連結可能となっている。従って、通常掘削時には、カッタヘッド１７には移動ジャッキ５８は装着されていない。一方、ディスクカッタ１９の交換時に、アウタリング３３の回動によりスライドリング３７を介してディスクカッタ１９をカッタスポーク１８内に引き込んだとき、カッタヘッド１７に移動ジャッキ５８を装着し、駆動ロッド６０の先端部を連結部５９に連結すると共に、ストッパ５５，５６を取り外す。この状態で、移動ジャッキ５８を収縮することで、スペーサ５４と共にスライドリング３７（ディスクカッタ１９）及びインナリング３５を中心側に移動させることができる。
【００４４】
なお、掘削機本体１１とカッタヘッド１７との間には図示しない開閉扉が設けられており、カッタ交換時に、カッタヘッド１７内を掘削機本体１１と同様のほぼ大気圧状態に維持することで、作業者は掘削機本体１１からこの開閉扉を開放してカッタヘッド１７に入り、カッタ交換作業を行うことができる。
【００４５】
以下、このように構成されたトンネル掘削機によるトンネル掘削作業、並びにディスクカッタ１９の交換作業について説明する。
【００４６】
トンネルを掘削形成するには、図１に示すように、カッタ旋回モータ２２によってカッタヘッド１７を回転しながら、複数のシールドジャッキを伸長して既設セグメントへの押し付け反力によって掘削機本体１１を前進させる。すると、多数のディスクカッタ１９を前方の地盤に押し付けて圧砕して掘削すると共に、各カッタビット２０が地盤を掘削し、掘削土砂が取込開口部からチャンバ２４内に取り込まれ、スクリューコンベヤ２５によって外部に排出される。そして、シールドジャッキの何れか一つを縮み方向に作動して既設のセグメントとの間に空所を形成し、エレクタ装置によってこの空所に新しいセグメントを装着する。この作業の繰り返し作業によって所定長さのトンネルを掘削形成していく。このとき、ディスクカッタ１９が地盤を破砕すると、破砕した土砂はこのディスクカッタ１９の両側にカッタスポーク１８に形成された土砂排出孔４８を通してチャンバ２４に取り込まれることとなり、土砂がディスクカッタ１９の周辺部に付着されてディスクカッタ１９の回動を邪魔することはない。
【００４７】
このようなトンネル掘削作業を実施していく過程で、長期間にわたるトンネルの掘削作業によりディスクカッタ１９が摩耗して掘削能率が低下したときには、新しいものと交換する必要がある。ディスクカッタ１９の交換作業を行う場合、カッタヘッド１７の旋回及び掘削機本体１１の前進を停止するが、カッタヘッド１７をカッタスポーク１８が鉛直状態となる角度で停止させる。そして、カッタヘッド１７内やチャンバ２４内の土砂を全て排出した後、作業者が掘削機本体１１からカッタヘッド１７内に入り、ディスクカッタ１９の交換作業を行う。
【００４８】
作業者は、まず、図１及び図３に示すように、カッタヘッド１７に回転ジャッキ４５を装着し、駆動ロッド４６の先端部を連結ロッド４７を介してアウタリング３３の連結部４３に連結する。この状態で、図５（ａ）に示すように、回転ジャッキ４５を伸長してアウタリング３３を所定角度回転すると、インナリング３５はその逆方向に回転し、スライドリング３７が後方に移動する。そして、回転ジャッキ４５をフルストローク伸長したら、連結ロッド４７を連結部４４に連結し直し、再び、回転ジャッキ４５を伸長してアウタリング３３を回転する一方、インナリング３５をその逆方向に回転する。この作業の繰り返しにより、図４（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、アウタリング３３及びインナリング３５を１２０度回動し、スライドリング３７をその姿勢のまま、つまり、ディスクカッタ１９が前方を向いたまま、スライドリング３７を所定の位置まで移動し、このディスクカッタ１９をカッタスポーク１８内に引き込む。
【００４９】
次に、カッタヘッド１７に移動ジャッキ５８を装着し、駆動ロッド６０の先端部をスペーサ５４の連結部５９に連結すると共に、ストッパ５５，５６を取り外す。この状態で、移動ジャッキ５８を収縮してスペーサ５４と共にスライドリング３７及びインナリング３５を中心側に移動させる。そして、スペーサ５４を一つずつ取り外すことで、図４（ｂ）に示すように、ディスクカッタ１９が装着されたスライドリング３７及びインナリング３５を中心部に移動する。ここで、スライドリング３７から磨耗したディスクカッタ１９を取り外し、新しいディスクカッタを装着する。その後、前述とは逆の操作によりディスクカッタを所定の位置に戻す。
【００５０】
即ち、移動ジャッキ５８を伸長して新しいディスクカッタが装着されたスライドリング３７及びインナリング３５をカッタスポーク１８内に移動すると共に、スペーサ５４を取付け、回転ジャッキ４５を繰り返し伸縮動作することで、アウタリング３３を前述とは逆に回動し、インナリング３５を回動してスライドリング３７を前方に移動し、図１に示すように、新しいディスクカッタ１９をカッタスポーク１８から前方に突出した掘削位置に戻す。その後、移動ジャッキ５８や回転ジャッキ４５を取り外す。
【００５１】
上述したように磨耗したディスクカッタ１９の交換ざょうが終了したら、再び、カッタ旋回モータ２２によってカッタヘッド１７を回転しながら、複数のシールドジャッキを伸長して掘削機本体１１を前進させ、多数のディスクカッタ１９やカッタビット２０により地盤を掘削し、トンネル掘削作業を継続して行う。
【００５２】
このように本実施形態のトンネル掘削機にあっては、カッタスポーク１８内にアウタリング３３を回転自在に支持し、このアウタリング３３の偏心位置にインナリング３５を回転自在に支持し、このインナリング３５の偏心位置にスライドリング３７を回転自在に支持し、このスライドリング３７にディスクカッタ１９を装着し、回転ジャッキ４５によりアウタリング３３を一方方向に回転することでインナリング３５を逆方向に回転してスライドリング３７を掘進方向前方あるいは後方に移動可能とすると共に、移動ジャッキ５８によりインナリング３５を介してスライドリング３７をカッタヘッド１７の径方向に沿って移動可能としている。
【００５３】
従って、互いに偏心したアウタリング３３及びインナリング３５を互いに逆方向に回転することで、スライドリング３７を後方に移動してディスクカッタ１９をカッタスポーク１８内に引き込み、移動ジャッキ５８によりインナリング３５と共にスライドリング３７をカッタヘッド１７の中心側に移動してディスクカッタ１９を交換位置に移動し、ここで磨耗したディスクカッタ１９を新しいものと交換することができ、装置を複雑にすることなく、ディスクカッタ１８を短時間で容易に、且つ、安全に交換することができる。
【００５４】
また、ディスクカッタ１９がカッタヘッド１７から掘進方向前方に突出した掘削作業位置で、ディスクカッタ１９の掘削した土砂をチャンバ２４内に取り込む土砂排出孔４８を、カッタスポーク１８の貫通孔４９，５０、アウタリング３３の貫通孔５１、インナリング３５の貫通孔５２，５３として設けている。従って、互いに相対回転可能に構成したアウタリング３３とインナリング３５とスライドリング３７との嵌合構成に支障なく、土砂排出孔４８を設けることができ、この土砂排出孔４８によりディスクカッタ１９が破砕した土砂をチャンバ２４に適正に取り込むことができ、ディスクカッタ１９への土砂の付着を防止によるディスクカッタ１９の機能障害を防止することができる。
【００５５】
図６に本発明の第２実施形態に係るカッタ移動装置を適用したトンネル掘削機におけるスポークの断面、図７にディスクカッタの交換作業を表すカッタスポークの断面を示す。なお、前述した実施形態で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００５６】
第２実施形態のトンネル掘削機において、図６に示すように、カッタスポーク１８の内周面にはアイドルリング（蓋）６１が回動自在に嵌合し、このアイドルリング６１の内周面にはアウタリング３３が回動自在に嵌合している。そして、このアウタリング３３の偏心位置にインナリング３５が回動自在に嵌合し、このインナリング３５の偏心位置にスライドリング３７が相対回転自在に嵌合する共に、ガイド溝３２により前後方向移動自在に支持され、このスライドリング３７にディスクカッタ１９が装着されている。
【００５７】
そして、土砂排出孔６２として、カッタスポーク１８の貫通孔４９，５０、アイドルリング６１の前後の貫通孔６３，６４、アウタリング３３の貫通孔５１、インナリング３５の貫通孔５２，５３が形成されている。アウタリング３３は回動ジャッキ４５により回動可能であると共に、アイドルリング６１は図示しない回動ジャッキによりアウタリング３３との独立して移動可能であり、インナリング３５及びスライドリング３７は移動ジャッキ５８によりカッタスポーク１８の軸方向に移動可能となっている。
【００５８】
従って、ディスクカッタ１９を交換するには、まず、所定の位置に回転ジャッキ４５を装着して伸長し、図７（ａ）に示すように、アウタリング３３を所定角度回転してインナリング３５をその逆方向に回転し、スライドリング３７を後方に移動させる。回転ジャッキ４５の装着位置を変更して伸長作業を繰り返すことで、図７（ｂ）に示すように、アウタリング３３及びインナリング３５を１８０度回動し、スライドリング３７をその姿勢のまま所定の位置まで移動し、ディスクカッタ１９をカッタスポーク１８内に引き込む。そして、所定の位置に回動ジャッキを装着して伸長し、アイドルリング６１を所定角度回転し、このアイドルリング６１によりカッタスポーク１８の貫通孔４９，５０を閉止する。
【００５９】
次に、所定の位置に移動ジャッキ５８を装着して収縮してスライドリング３７及びインナリング３５を中心側に移動させ、スライドリング３７から磨耗したディスクカッタ１９を取り外し、新しいディスクカッタを装着する。そして、前述とは逆の操作によりディスクカッタを所定の位置に戻す。
【００６０】
このように第２実施形態のトンネル掘削機にあっては、カッタ交換作業時に、土砂排出孔６２々閉止するアイドルリング６１をカッタスポーク１８はアウタリング３３との間に独立して回動可能に設けている。従って、アウタリング３３及びインナリング３５を１８０度回動可能としてスライドリング３７を最長距離移動することで、ディスクカッタ１９を確実にカッタスポーク１８内に収納することができ、小型化に寄与することができる。
【００６１】
なお、上述した実施形態では、カッタスポーク１８に対してアウタリング３３、インナリング３５、スライドリング３７をそれぞれ円盤形状として互いに相対回転可能に嵌合することで、互いの内外周面で荷重を受け止めることができて構造的に望ましいが、相互に接触する部材の内外周の一方を三角形や四角形などの多角形状とし、その角部に円弧を設けることで、容易に相対回転あるいは相対移動可能としてもよい。
【００６２】
また、上述の実施形態では、アウタリング３３を一方に回転することでインナリング３５を他方に回転させることで、スライドリング３７をガイド溝３２に沿って移動させるようにしたが、インナリング３５を一方に回転することでアウタリング３３を他方に回転し、スライドリング３７を移動させるようにすることもできる。
【００６３】
また、カッタスポーク１８の支持壁３１に凹形状の直線状をなすガイド溝３２を形成し、このガイド溝３２にスライドリング３７のガイド突起４１を嵌合することで、スライドリング３７を前後に移動可能であると共に回転不能に支持したが、ガイド溝３２を形状を湾曲形状や状やＳ字形状などの曲線状とすることで、スライドリング３７を曲線状に移動し、ディスクカッタ１９を所定角度揺動した姿勢でカッタスポーク１８内に取り込むようにしてもよい。また、支持壁３１のガイド溝３２とスライドリング３７のガイド突起４１との凹凸関係は逆であってもよい。
【００６４】
また、アウタリング３３の中心Ｏ１  とインナリング３５の中心Ｏ２  との偏心量Ｌ１  と、インナリング３５の中心Ｏ２  とスライドリング３７の中心Ｏ３  との偏心量Ｌ２  とを同量としたが、偏心量Ｌ１  と偏心量Ｌ２  との関係を１：１ではなく、２：１や３：１であってもよく、カッタヘッド１７の大きさに応じて適宜設定すればよいものである。更に、アウタリング３３とインナリング３５との相対回転によりスライドリング３７を直線移動するようにしたが、回転盤（リング）の数ば２つに限定されるものではなく、適宜用いれば良いものである。
【００６５】
更に、本実施形態では、１つのカッタスポーク１８に１つのディスクカッタ１９を装着して着脱自在としたが、１つのカッタスポーク１８に複数のディスクカッタ２３を並べて装着してもよい。即ち、スペーサ５４の代わりにアウタリング３３とインナリング３５とスライドリング３７及びディスクカッタ１９等のセットを設ければよく、１つのカッタスポーク１８に複数の交換可能なディスクカッタ１９を装着することもできる。
【００６６】
また、上述した各実施形態では、本発明をディスクカッタ１９の交換装置に適用したが、カッタビット２０の交換装置として適用してもよい。更に、本発明のカッタ移動装置及び方法をカッタの交換装置及び方法に適用したが、予備カッタの移動装置に適用することもできる。即ち、土砂を掘削する固定カッタビットに対して、予備カッタをカッタスポーク内に収容しておき、固定カッタビットが磨耗したら本発明のカッタ移動装置により予備カッタを突出するようにしてもよい。また、土砂を掘削する固定カッタビットに対して、シートパイルなどの障害物切断用に硬質カッタをカッタスポーク内に収容しておき、前方に障害物が検知されたら本発明のカッタ移動装置により硬質カッタを突出して障害物を切断するようにしてもよい。
【００６７】
そして、本発明のトンネル掘削機は、泥水式あるいは泥土圧式シールド掘削機やトンネルボーリングマシンに適用することができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように請求項１の発明のカッタ移動装置によれば、カッタヘッドに設けられた第１回転盤に、その中心から偏心した位置に第２回転盤を内装し、この第２回転盤に先端部が掘進方向前方を向くカッタを内装し、第１回転盤あるいは第２回転盤を一方方向に回転することで他方の回転盤を他方方向に回転してカッタを掘進方向前方あるいは後方に移動させる第１移動機構を設けたので、カッタ移動作業の作業性及び安全性の向上を図ることができると共に、装置の簡素化を図ることができる。
【００６９】
請求項２の発明のカッタ移動装置によれば、カッタヘッドとカッタとの間に、第１移動機構により移動するカッタの姿勢を保持するガイド機構を設けたので、カッタを所定の姿勢のままで移動することができる。
【００７０】
請求項３の発明のカッタ移動装置によれば、第２回転盤の中心から偏心した位置に移動盤を内装し、この移動盤にカッタを装着し、ガイド機構は、移動盤の回転方向の姿勢を拘束することでカッタの向きを保持するので、カッタを適正に支持して所定の姿勢のままで容易に移動することができる。
【００７１】
請求項４の発明のカッタ移動装置によれば、第１回転盤に対する第２回転盤の偏心量と、第２回転盤に対する移動盤の偏心量を同量に設定したので、簡単な構成で確実にカッタを所定ストローク移動することができる。
【００７２】
請求項５の発明のカッタ移動装置によれば、第１移動機構をカッタヘッドの中心側に設け、第１回転盤あるい第２回転盤に連結したので、カッタスポークの大型化を防止することができると共に、カッタ交換作業時に作業者がカッタスポーク内に移動する必要がなくなって作業の安全性を確保することができる。
【００７３】
請求項６の発明のカッタ移動装置によれば、第１移動機構は、カッタを第１回転盤の中心を通る直線方向に沿って移動させるので、カッタを最短距離で確実に移動することができ、装置の小型化に寄与することができる。
【００７４】
請求項７の発明のカッタ移動装置によれば、カッタヘッドはその中心部から放射状に配設された複数のカッタスポークを有し、カッタスポーク内に第１回転盤と第２回転盤とカッタが収容されたので、カッタスポークの外側への突出物を無くして装置を小型化、簡素化することができる。
【００７５】
請求項８の発明のカッタ移動装置によれば、カッタがカッタヘッドから掘進方向前方に突出した位置で、カッタヘッドと第１回転盤と第２回転盤を貫通して掘進方向に沿った土砂排出孔を設けたので、互いに相対回転可能に構成した第１、第２回転盤の嵌合構成に支障なく、土砂排出孔を設けることができ、この土砂排出孔によりカッタが掘削した土砂をチャンバに適正に取り込むことができ、カッタへの土砂の付着を防止によるカッタの機能障害を防止することができる。
【００７６】
請求項９の発明のカッタ移動装置によれば、カッタがカッタヘッドに収納した位置で、土砂排出孔を閉止する蓋を第１回転盤に設けたので、カッタ交換時には蓋により土砂排出孔を閉止することで、機内への土砂侵入を防止して作業の安全性を確保することができると共に、蓋を第１回転盤に設けたことで装置の大型化を防止することができる。
【００７７】
請求項１０の発明のカッタ移動装置によれば、カッタがカッタヘッドに収納した位置で、土砂排出孔を閉止する蓋をカッタヘッドと第１回転盤との間に設けたので、第１、第２回転盤とは別に蓋を回動することができ、汎用性を向上することかできると共に、回転盤の回動角度を適宜設定することで、カッタを確実にカッタスポーク内に収納することができ、小型化に寄与することができる。
【００７８】
請求項１１の発明のカッタ移動装置によれば、カッタを内装した第２回転盤あるいはカッタ及び第２回転盤を内装した第１回転盤をカッタヘッドの中心側に移動する第２移動機構を設けたので、カッタを交換の容易なカッタヘッドの中心側に移動することで、作業性を向上することができる。
【００７９】
また、請求項１２の発明のカッタ交換方法は、カッタヘッドに設けられた第１回転盤を一方方向に回転することで、第１回転盤の偏心位置に内装された第２回転盤を他方方向に回転し、第２回転盤の偏心位置に内装されてカッタヘッドの突出位置にあるカッタを後方の収納位置に移動し、続いて収納位置にあるカッタをカッタヘッドの中心側に移動して交換するようにしたので、作業者が交換するカッタの近傍までいく必要がなく、交換作業のしやすい位置にカッタを移動することができ、カッタ交換作業の作業性及び安全性を向上することができる。
【００８０】
請求項１３の発明のカッタ交換方法によれば、第１移動機構によるカッタの収納位置への移動に同期して、第１回転盤がカッタヘッドの前後方向に貫通して設けられた土砂排出孔を閉止するようにしたので、カッタ交換時には蓋により土砂排出孔を閉止することで、機内への土砂侵入を防止して作業の安全性を確保することができる。
【００８１】
また、請求項１４の発明のカッタ移動方法は、カッタヘッドに設けられた第１回転盤を一方方向に回転することで、第１回転盤の偏心位置に内装された第２回転盤を他方方向に回転し、第２回転盤の偏心位置に内装されてカッタヘッドの収納位置にある予備カッタを前方に移動し、カッタヘッドに設けられた固定カッタより突出した突出位置に移動するようにしたので、収納位置にある予備カッタを短時間で容易に突出位置に移動することができ、作業性を向上することができると共に、装置を小型化することができる。
【００８２】
また、請求項１５の発明のトンネル掘削機によれば、掘削機本体の前部に放射状をなすカッタスポークを有するカッタヘッドを駆動回転可能に装着し、このカッタスポーク内にその長手方向に沿った軸心をもった第１回転盤を回動自在に装着し、第１回転盤の中心から偏心した位置に第２回転盤を内装し、第２回転盤に先端部が掘進方向前方を向くカッタを内装し、第１回転盤あるい第２回転盤を一方方向に回転することで他方の回転盤を他方方向に回転してカッタを掘進方向前方あるいは後方に移動させる第１移動機構と、カッタを内装した第２回転盤あるいはカッタ及び第２回転盤を内装した第１回転盤をカッタヘッドの中心側に移動する第２移動機構とを設けたので、第１移動機構により互いに偏心した第１、第２回転盤を互いに他方方向に回転することでカッタを後方に移動してカッタスポーク内に引き込み、第２移動機構により少なくともカッタをカッタヘッドの中心側に移動し、ここで磨耗したカッタを新しいものと交換することができ、装置を複雑にすることなく、カッタを短時間で容易に、且つ、安全に交換することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るカッタ移動装置を適用したトンネル掘削機の概略断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】ディスクカッタの交換作業を表すトンネル掘削機の要部概略図である。
【図５】ディスクカッタの交換作業を表すカッタスポークの断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るカッタ移動装置を適用したトンネル掘削機におけるスポークの断面図である。
【図７】ディスクカッタの交換作業を表すカッタスポークの断面図である。
【符号の説明】
１１  掘削機本体
１７  カッタヘッド
１８  カッタスポーク
１９  ディスクカッタ
２２  カッタ旋回モータ
２４  チャンバ
３１  支持壁
３２  ガイド溝（ガイド機構）
３３アウタリング（第１回転盤）
３３ａ，３３ｂ  支持壁（蓋）
３５  インナリング（第２回転盤）
３７  スライドリング（移動盤）
４１  ガイド突起（ガイド機構）
４５  回転ジャッキ（第１移動機構）
４７  連結ロッド
４８  土砂排出孔
４９，５０，５１，５２，５３  貫通孔
５８  移動ジャッキ（第２移動機構）
６１  アイドルリング（蓋）
６２  土砂排出孔
６３，６４  貫通孔
【図１】
2004218298.tif 000003
【図２】
2004218298.tif 000004
【図３】
2004218298.tif 000005
【図４】
2004218298.tif 000006
【図５】
2004218298.tif 000007
【図６】
2004218298.tif 000008
【図７】
2004218298.tif 000009