(57)【要約】【課題】ジャッキを用いることなく、極めてコンパクトな構造にして、岩盤やＮＯＭＳＴ壁を掘削するトンネル掘削機においても同時裏込注入装置を装備することができるようにする。【解決手段】油圧モータ２９と、この油圧モータ２９の出力軸２９ａに装着されるとともにその軸方向の先端面と外周面とに切削刃を有する回転カッタ３０と、油圧モータ２９を内包して支持する略円筒形状の外周面を有するスライド部材１５と、このスライド部材１５の外周部に設けられそのスライド部材１５を軸線方向に摺動自在に支持するホルダ１６と、スライド部材１５の外周面とホルダ１６の内周面との間に形成されるチャンバー１９，２０内に圧油を給排してスライド部材１５をホルダ１６に対して摺動させる油圧供給手段を備える構成とする。【選択図】　　　　　図２
2004131982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）駆動モータ、
（ｂ）この駆動モータの出力軸に装着されるとともにその軸方向の先端面と外周面とに切削刃を有する回転カッタ、
（ｃ）前記駆動モータを内包して支持する略円筒形状の外周面を有するスライド部材、
（ｄ）このスライド部材の外周部に設けられそのスライド部材を軸線方向に摺動自在に支持するホルダおよび
（ｅ）前記スライド部材の外周面と前記ホルダの内周面との間に形成されるチャンバー内に圧油を給排して前記スライド部材を前記ホルダに対して摺動させる油圧供給手段
を備えることを特徴とするカッタ装置。
【請求項２】
前記駆動モータは、フランジ部を有するとともにそのフランジ部における前記駆動モータの出力軸側の面が取付面とされ、前記スライド部材は、前記駆動モータのフランジ部をボルト固定するモータ支持部を有し、このモータ支持部には、前記回転カッタの通過可能な開口が設けられる請求項１に記載のカッタ装置。
【請求項３】
前記駆動モータは、フランジ部を有するとともにそのフランジ部における前記駆動モータの出力軸とは反対側の面が取付面とされ、前記スライド部材は、前記駆動モータのフランジ部をボルト固定するモータ支持部を有し、前記回転カッタの直径が前記スライド部材の外周面の直径と略同一径にされている請求項１に記載のカッタ装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のカッタ装置を備える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、裏込剤注入管に対向するトンネル内周面を切削するカッタ装置とそのカッタ装置を備えるトンネル掘削機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シールド掘進機において、スキンプレートの外面部に同時裏込注入装置を付設し、トンネルの掘削と同時にその同時裏込注入装置における注入管の後端部からモルタル等の裏込剤を後方へ向けて噴出させ、この噴出された裏込剤をセグメントとトンネル内周面との間の間隙に充填するようにしたものが知られている。
【０００３】
この種のシールド掘進機を用いて岩盤等の硬質地盤もしくはＮＯＭＳＴ壁を掘進する場合には、同時裏込注入装置がスキンプレートの外周面より外方へ突出していてその同時裏込注入装置が損傷するために、この同時裏込注入装置を装備することができないという問題点があった。
【０００４】
このような問題点に対処するために、掘進機本体における同時裏込注入装置の前方位置に貫通孔を形成し、この貫通孔内に移動筒体を径方向に移動可能に挿入し、この移動筒体内に切削カッタを配置してその切削カッタにより同時裏込注入装置に対向する部分を切削するようにしたものが提案されている（特許文献１参照）。また、同様の目的で、スキンプレートの軸線に対して所定角度で傾斜する軸線を有する補助ビットを突出させるようにしたもの（特許文献２参照）も提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２９１７８６号公報
【特許文献２】
特開２０００−１０４４８９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献１に記載の装置では、複数本のジャッキにより移動筒体を径方向に移動させるとともに、この移動筒体の動きに連動させて切削カッタを移動させるように構成されているために、装置の長手方向長さが極めて長くなるだけでなく、全体として大型化し、駆動モータの後端部が機内に飛び出てしまうという問題点がある。同様に、前記特許文献２に記載の装置においても、補助ビットを回転させる回転駆動装置が機内空間に大きく張り出しており、さらに押出ジャッキを取り付けた場合には、装置構成がより大型化し、機内の他の部材に干渉するという問題点がある。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、ジャッキを用いることなく、極めてコンパクトな構造にして、岩盤やＮＯＭＳＴ壁を掘削するトンネル掘削機においても同時裏込注入装置を装備することを可能にしたカッタ装置を提供し、併せてそのカッタ装置を備えるトンネル掘削機を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前記目的を達成するために、第１発明によるカッタ装置は、
（ａ）駆動モータ、
（ｂ）この駆動モータの出力軸に装着されるとともにその軸方向の先端面と外周面とに切削刃を有する回転カッタ、
（ｃ）前記駆動モータを内包して支持する略円筒形状の外周面を有するスライド部材、
（ｄ）このスライド部材の外周部に設けられそのスライド部材を軸線方向に摺動自在に支持するホルダおよび
（ｅ）前記スライド部材の外周面と前記ホルダの内周面との間に形成されるチャンバー内に圧油を給排して前記スライド部材を前記ホルダに対して摺動させる油圧供給手段
を備えることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明に係るカッタ装置においては、スライド部材の外周面とホルダの内周面との間に形成されるチャンバー内に油圧供給手段から圧油が供給・排出されることで、ホルダに対してスライド部材が軸線方向に摺動され、これによって回転カッタが出し入れされてその先端面と外周面とに設けられる切削刃によって地山の掘削が行われる。こうして、同時裏込注入装置を装備したトンネル掘削機におけるその同時裏込注入装置の前方位置に当該カッタ装置を装着することで、前記切削刃によってその同時裏込注入装置に対向するトンネル内周面を切削することができ、岩盤やＮＯＭＳＴ壁のような硬い壁面を掘削する場合であっても確実に切削することができる。この結果、同時裏込注入装置が損傷するのを確実に防止することができる。本発明によれば、回転カッタの出し入れをジャッキを用いて行う従来構造のものに比べて、装置内に駆動モータが収納され、かつジャッキを用いることがないので、装置構成を極めてコンパクトにすることができ、スキンプレートに対して直交する方向に装着することが可能となる。また、回転カッタの出し入れ時にカジリ等の不具合が発生することもなく、スムーズな出し入れが可能である。
【００１０】
前記第１発明において、前記駆動モータは、フランジ部を有するとともにそのフランジ部における前記駆動モータの出力軸側の面が取付面とされ、前記スライド部材は、前記駆動モータのフランジ部をボルト固定するモータ支持部を有し、このモータ支持部には、前記回転カッタの通過可能な開口が設けられるのが好ましい（第２発明）。このようにすれば、駆動モータと回転カッタとよりなる最小のユニットを機内側からモータ支持部の開口を通して着脱することができ、回転カッタの切削刃のメインテナンス性を向上させることができる。
【００１１】
また、前記第１発明において、前記駆動モータは、フランジ部を有するとともにそのフランジ部における前記駆動モータの出力軸とは反対側の面が取付面とされ、前記スライド部材は、前記駆動モータのフランジ部をボルト固定するモータ支持部を有し、前記回転カッタの直径が前記スライド部材の外周面の直径と略同一径にされている構成とすることもできる（第３発明）。このような構成によれば、回転カッタの突出時に、スライド部材の摺動の妨げとなる土砂を回転カッタにより全て切削することが可能であるため、土砂の詰まりによりスライド部材の摺動不良の発生を防ぐことができる。
【００１２】
次に、第４発明によるトンネル掘削機は、前記第１〜第３発明のいずれかに記載のカッタ装置を備えることを特徴とするものである。本発明によれば、岩盤やＮＯＭＳＴ壁のような硬い壁面部を推進するトンネル掘削機に同時裏込注入装置を装備することができ、この同時裏込注入装置に対向するトンネル内周面を前記カッタ装置に装着された切削刃によって確実に切削することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明によるカッタ装置およびそれを備えるトンネル掘削機の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
図１には、本発明の一実施形態に係るカッタ装置を装着したシールド掘進機の縦断面図が示され、図２には、図１のＰ部拡大図が示され、図３には、回転カッタの分解斜視図が示されている。
【００１５】
本実施形態のシールド掘進機１は、直胴式のスキンプレート２の前部に円盤状のカッタヘッド３が回転自在に支承され、このカッタヘッド３がカッタヘッド用モータ４の駆動により回転駆動されるように構成されている。前記カッタヘッド３の後方には隔壁５との間に土砂取込み用のチャンバー６が画成され、このチャンバー６内の下部に先端部が開口するように排土用のスクリューコンベア７が配設され、カッタヘッド３の回転によりチャンバー６内に取り込まれた土砂はそのスクリューコンベア７により後方へ搬出されるようになっている。
【００１６】
前記スキンプレート２の後端部にはワイヤブラシからなるテールシール８が取り付けられている。また、このスキンプレート２の内壁面にはリングガーダ９が固定され、このリングガーダ９の後方には、セグメント組立用のエレクタおよびセグメント組立のための作業台としての張出デッキ（いずれも図示せず）がそれぞれ設けられている。さらに、前記リングガーダ９には複数本のシールドジャッキ１０のフランジ部が装着され、これらシールドジャッキ１０の先端部には、セグメント１１の前端面に当接して推進反力を得るためのスプレッダ１０ａが球面継手を介して装着されている。
【００１７】
また、前記スキンプレート２の外周後半部には、そのスキンプレート２の外周面から突出するようにして２本の同時裏込注入装置１２が互いに平行に設けられている。この同時裏込注入装置１２は、シールド掘進機１の掘進と同時にその上部外周の地山に裏込剤を注入するもので、内蔵する裏込剤注入管の後端開口から後方へ向けてモルタルなどの裏込剤を噴出させ、この噴出させた裏込剤をセグメント１１とトンネルの内周面との間に充填するものである。
【００１８】
前記同時裏込注入装置１２の前方位置で掘進機本体の外周部には、スキンプレート２に貫通孔１３が形成され、この貫通孔１３内にカッタ装置１４が装着されている。図２に示されるように、このカッタ装置１４は、後述する油圧モータ（駆動モータ）２９および回転カッタ３０が支持されるスライド部材１５と、このスライド部材１５の外周部に設けられそのスライド部材１５を軸線方向に摺動自在に支持するホルダ１６とを備えている。前記スライド部材１５は、外周面が略円筒形状で、内周面の上部に中央へ向けて突出する複数個の受け座（モータ支持部）１５ａを有している。一方、前記ホルダ１６は、前記スライド部材１５の外周面に摺接するように配され、このホルダ１６を貫通する複数本のボルト１７によってスキンプレート２の補強枠２ａに固定されている。なお、ホルダ１６の各部材間は複数本のボルト１８によって相互に固定されている。
【００１９】
前記スライド部材１５の外周面にはスプライン歯１９が設けられ、このスプライン歯１９がホルダ１６内周面の溝部に嵌合することで、小さな面圧でホルダ１６に対するスライド部材１５の回り止めができる構造とされている。また、前記ホルダ１６には２系統の油路（図示せず）が形成され、各油路がスライド部材１５とホルダ１６との摺動面に形成されるチャンバー２０，２１にそれぞれ連通するように構成されている。こうして、油路を介してチャンバー２１内に圧油が供給されると、ホルダ１６に対してスライド部材１５が図２に示される位置から矢印Ａ方向に摺動され、逆にチャンバー２０内に圧油が供給されると、ホルダ１６に対してスライド部材１５が矢印Ｂ方向に摺動されて図２に示される位置に復帰する。なお、前記ホルダ１６とスライド部材１５との摺接面には、オイルシールとしてのピストンシール２２並びにＵパッキン２３，２４と、ダストシールとしてのＵパッキン２５，２６が介挿されている。また、ホルダ１６を構成する各部材間にはＯリング２７，２８が介挿されている。
【００２０】
前記スライド部材１５の内側にはその軸心部に油圧モータ２９が配され、この油圧モータ２９の出力軸２９ａには回転カッタ３０がスプライン嵌合により固定されている。ここで、油圧モータ２９はその上部にフランジ部３１を有し、このフランジ部３１の前記出力軸２９ａ側の面が取付面とされ、このフランジ部３１の周縁部で前記スライド部材１５の受け座１５ａにボルト３２により固定されている。
【００２１】
前記回転カッタ３０は、図３に示されるように、内周面にスプライン歯３３ａを有するとともに、外周面に多数個の角形の切削刃３３ｂを有する略円筒状の胴部３３と、上面に山形の切削刃３４ａを有するとともに、周面に角形の切削刃３４ｂを有する頭部３４とが４個のボルト３５により相互に締結されてなり、油圧モータ２９により回転駆動されることで、先端部の切削刃３４ａを地山に貫入させつつ外周面の切削刃３４ｂ，３３ｂにて側方の地山を切削するものである。
【００２２】
本実施形態において、前記回転カッタ３０の外径、言い換えれば切削刃３４ｂ，３３ｂの外径は、スライド部材１５の受け座１５ａの内側に形成される開口３６よりも若干小さめに形成されている。こうすることで、例えば回転カッタ３０の補修もしくは交換時に、フランジ部３１を受け座１５ａに固定しているボルト３２を緩めた後、開口２６を通して回転カッタ３０を機内側に容易に取り外すことができる。
【００２３】
また、図１に示されているように、前記カッタ装置１４の前方位置には送水装置３７が配されており、またカッタ装置１４と同時裏込注入装置１２との間には数個の固定ビット３８が配されている。ここで、送水装置３７は、前記回転カッタ３０による地山の切削を補助するためにその回転カッタ３０の切削箇所に向けてノズル部から水を噴射するものである。また、固定ビット３８は、前記カッタ装置１４と同様、シールド掘進機１の前進に伴ってトンネルの内周面を切削することにより同時裏込注入装置１２の損傷を防止する役目をする。ただし、この固定ビット３８は、地盤が軟質の場合に単独で使用されるもので、硬質地盤の場合には、本実施形態のカッタ装置１４が主としてトンネル内周面を切削する役目をする。
【００２４】
次に、図２を参照しつつ、本実施形態のカッタ装置１４の動作について説明する。
【００２５】
同時裏込注入装置１２の損傷する恐れのない軟質地盤を掘進する際には、油路を通してチャンバー２０に圧油を供給した状態にしておくと、スライド部材１５はホルダ１６に対して収縮した位置にあって、回転カッタ３０の先端部はスキンプレート２の外周面より内方へ退避した位置（図２の実線位置）にある。この状態では、シールド掘進機１の前進に伴って固定ビット３８がトンネルの内周面を切削して同時裏込注入装置１２の損傷が防止される。
【００２６】
岩盤やＮＯＭＳＴ壁のような硬質地盤を掘削する際には、図示されない油圧供給手段により油路を通してチャンバー２１内に圧油を供給する。そうすると、ホルダ１６に対してスライド部材１５が前進され、回転カッタ３０はスキンプレート２の外周面から外方へ所定量（同時裏込注入装置１２の厚みと同等以上の量）だけ突出される（図２の二点鎖線参照）。これと同時に、油圧モータ２９を駆動することで、回転カッタ３０はその軸心周りに回転され、先端部の切削刃３４ａを地山に貫入させつつ外周面の切削刃３４ｂ，３３ｂにて側方の地山が切削される。なお、この切削時には送水装置３７のノズル部から回転カッタ３０の切削箇所に向けて水が噴射される。これにより硬質地盤を掘進する際にも同時裏込注入装置１２の損傷を防止することができる。
【００２７】
また、回転カッタ３０の補修もしくは交換の必要が生じた場合には、油圧モータ２９のフランジ部３１を受け座１５ａに固定しているボルト３２を緩めた後、開口２６を通して回転カッタ３０を機内側に取り外し、補修済もしくは新品の回転カッタ３０を逆の手順で装着すると良い。
【００２８】
図４には、本発明の他の実施形態に係るカッタ装置１４Ａの断面図が示されている。
【００２９】
本実施形態においては、油圧モータ２９の出力軸２９ａに装着される回転カッタ３０Ａの径が異なる点および油圧モータ２９のフランジ部３１における取付面が異なる点以外は先の実施形態と基本的に異なるところがない。したがって、先の実施形態と共通する部分には図に同一符号を付すに留め、その詳細な説明を省略することとする。
【００３０】
本実施形態のカッタ装置１４Ａにおいては、回転カッタ３０Ａの直径がスライド部材１５の外周面の直径と略同一径にされるとともに、油圧モータ２９のフランジ部３１がその出力軸２９ａとは反対側の取付面にて前記受け座１５ａに取り付けられている。このような構造にすれば、回転カッタ３０Ａの突出時に、スライド部材１５の摺動の妨げとなる土砂をその回転カッタ３０Ａにより全て切削することができるため、土砂の詰まりによりスライド部材１５の摺動不良の発生を防ぐことができるという利点がある。また、油圧モータ２９および回転カッタ３０Ａがスライド部材１５に対して機外側から取り付けられた構造になっているため、先の実施形態のものに比べて強度上有利であるという利点もある。
【００３１】
本実施形態のカッタ装置１４Ａにおいて、回転カッタ３０Ａを取り外す際には、ホルダ１６をスキンプレート２の補強枠２ａに固定しているボルト１７を緩めて、ホルダ１６、スライド部材１５、油圧モータ２９および回転カッタ３０Ａを１つのユニットとして機内側に取り外すようにする。このため、先の実施形態のものに比べて取り外し重量が大きくなるという短所がある。
【００３２】
前記各実施形態においては、同時裏込注入装置１２の前方位置に設けるカッタ装置について説明したが、本発明のカッタ装置は、これ以外に、例えばテールシールグリース給脂配管部の前方位置に設けるカッタ装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るカッタ装置を装着したシールド掘進機の縦断面図である。
【図２】図２は、図１のＰ部拡大図である。
【図３】図３は、回転カッタの分解斜視図である。
【図４】図４は、他の実施形態に係るカッタ装置の断面図である。
【符号の説明】
１　　　　　　シールド掘進機
２　　　　　　スキンプレート
３　　　　　　カッタヘッド
１２　　　　　同時裏込注入装置
１４，１４Ａ　カッタ装置
１５　　　　　スライド部材
１５ａ　　　　受け座（モータ支持部）
１６　　　　　ホルダ
２０，２１　　チャンバー
２６　　　　　開口
２９　　　　　油圧モータ（駆動モータ）
２９ａ　　　　出力軸
３０，３０Ａ　回転カッタ
３１　　　　　フランジ部
３７　　　　　送水装置
３８　　　　　固定ビット
【図１】
2004131982.tif 000003
【図２】
2004131982.tif 000004
【図３】
2004131982.tif 000005
【図４】
2004131982.tif 000006