(57)【要約】【課題】ローラカッタとシールドカッタとが相互に交換可能で、どちらも強固に取り付けることのできる掘削工具のサドルおよび取付機構を提供すること。【解決手段】掘削機械の先端に配置される回転円盤の先端面に装着された状態で、掘削機械の内側に開口する開口部から挿入される種類の異なる掘削工具４が、相互に装着可能とされた掘削工具４の取付サドル１において、掘削工具４を固定するための一対の壁部２を備え、壁部２の対向する壁面に設けられている固定凹部の内側面が掘削工具４の挿入方向後方に開口しており、この開口箇所から挿入方向前方へ次第に互いの間隔が広がる一対のテーパ面１１を内側面が有することを特徴とする。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削機械の先端に配置される回転円盤の先端面に装着された状態で、前記掘削機械の内側に開口する開口部から挿入される種類の異なる掘削工具が、相互に装着可能とされた掘削工具の取付サドルにおいて、
前記掘削工具を固定するための一対の壁部を備え、該壁部の対向する壁面に設けられている固定凹部の内側面が前記掘削工具の挿入方向後方に開口しており、
この開口箇所から挿入方向前方へ次第に互いの間隔が広がる一対のテーパ面を前記内側面が有することを特徴とする掘削工具の取付サドル。
【請求項２】
請求項１に記載の掘削工具の取付サドルを用いた取付機構であって、
前記掘削工具が前記壁部間に架設される支持軸を中心にローラ刃が回転するローラカッタで、
前記固定凹部の内側面には、前記テーパ面より前記挿入方向前方に位置して該挿入方向前方へ次第に互いの間隔が狭まる一対の当接面が設けられ、該当接面同士の成す角度より前記テーパ面同士の成す角度が小さく設定されており、
前記支持軸を前記当接面に当接させて、該支持軸と前記各テーパ面との間に楔部材を押圧挿入することでローラカッタを固定することを特徴とする取付機構。
【請求項３】
請求項１に記載の掘削工具の取付サドルを用いた取付機構であって、
前記掘削工具が前記壁部間に配置される台座の先端面に掘削ビットが装着されるとともに底面に雌ネジが形成されたシールドカッタで、
前記雌ネジに同軸の貫通穴、前記底面に当接する前方面、および前記テーパ面に当接する一対の傾斜面を有する断面略台型形状の固定部材と、
前記雌ネジに同軸の貫通穴、および前記壁部の基端面に当接する当接面を有する押え板とを備え、
前記取付サドルにシールドカッタを挿入し、前記底面に前方面が当接するとともに前記テーパ面に前記傾斜面が当接するように前記固定凹部に固定部材を配置し、前記壁部の基端面に当接させた前記押え板の貫通穴からボルトを挿入して、前記固定部材の貫通穴を通過させ前記雌ネジに締結させて、前記シールドカッタを固定することを特徴とする取付機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、トンネル等の掘削に用いられるローラカッタおよびシールドカッタなどの掘削工具を、シールドマシン等の掘削機械に取り付ける掘削工具の取付サドル、および掘削工具の取付サドルを用いた取付機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、シールドマシン等の掘削機械を用いた掘削作業は、シールドマシン等の掘削機械の先端に配置される回転円盤の先端面に地質に適応した掘削工具を取り付けて行われ、硬質地盤においてはローラカッタが用いられ、軟質地盤においてはシールドカッタが用いられている。このような掘削工具の取付機構として、摩耗や損傷が生じた場合に、掘削機械をトンネルから引き出したり、トンネルの切羽と掘削機械との間に立ち入ったりすることなく、掘削機械の内部から掘削工具を取り外して容易に交換可能な取付機構が採用されている。また、硬質地盤と軟質地盤とが存在するような地盤を掘削する場合には、ローラカッタとシールドカッタとを併設した掘削機械が用いられている。
【０００３】
しかし、このようにローラカッタとシールドカッタとを併設した掘削機械において、たとえば、軟質地盤の掘削時にはローラカッタが自転し難くなることでローラカッタに偏摩耗が生じるなどの問題があり、ローラカッタとシールドカッタとを相互に交換可能な掘削工具の取付機構が用いられた掘削機械が提案されている。この掘削工具の取付機構は、シールドカッタの装着時には、カッターホルダ本体の内側に支持部材が収容され、支持部材の内側にシールドカッタの基部が収容される構成となっており、カッターホルダ本体と支持部材とをボルトで締結し、支持部材とシールドカッタとをボルトで締結してシールドカッタを取り付けている。また、ローラカッタ装着時には、ローラカッタ用軸受部材をカッターホルダ本体にボルト止めすることによって取り付けている。（例えば、特許文献１参照。）
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−６８２９２号公報（第２，７図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記掘削工具の取付機構において、シールドカッタを装着するために、カッターホルダ本体の対向内壁面間と支持部材の幅との寸法、および支持部材の対向内壁面間とシールドカッタの基部の厚さとの寸法がほぼ同一寸法に形成されているが、ガタつくことなく収容可能とするためには、高精度で加工をしなければならず、加工精度が悪かった場合には、掘削作業時の振動などによってシールドカッタがガタついてしまい、締結しているボルトが折れてシールドカッタが脱落してしまうという問題があった。また、ローラカッタの装着はボルト止めであるので、振動によってボルトが緩みローラカッタが脱落してしまうおそれがあった。これにより、掘削効率が悪くなるだけでなく、脱落したシールドカッタやローラカッタによって掘削機械が破損してしまうおそれがあった。
【０００６】
本発明は、このような背景の下になされたものであって、ローラカッタとシールドカッタとが相互に交換可能で、どちらも強固に取り付けることのできる掘削工具のサドルおよび取付機構を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る掘削工具の取付サドルは、掘削機械の先端に配置される回転円盤の先端面に装着された状態で、前記掘削機械の内側に開口する開口部から挿入される種類の異なる掘削工具が、相互に装着可能とされた掘削工具の取付サドルにおいて、前記掘削工具を固定するための一対の壁部を備え、該壁部の対向する壁面に設けられている固定凹部の内側面が前記掘削工具の挿入方向後方に開口しており、この開口箇所から挿入方向前方へ次第に互いの間隔が広がる一対のテーパ面を前記内側面が有することを特徴とする。
【０００８】
この発明の掘削工具の取付サドルにおいて、壁部の対向する壁面に互いに向かい合って設けられた固定凹部の側面に一対のテーパ面が設けられているので、このテーパ面を利用した楔効果によって掘削機械の内側に開口する開口部から挿入された掘削工具が固定される。これにより、掘削作業時の振動などによっても掘削工具がガタつくことがなく、テーパ面が掘削荷重を受けるので、例えば固定作業にボルトを用いたとしてもボルトに荷重が掛かることが防止される。このようにテーパ面を利用して固定することで、種類の異なる掘削工具を強固に固定することができる。これにより、掘削工具が脱落することが防止されるので、掘削効率の低下や掘削機械の破損を防止することができる。
【０００９】
また、本発明に係る取付機構は、前記掘削工具が前記壁部間に架設される支持軸を中心にローラ刃が回転するローラカッタで、前記固定凹部の内側面には、前記テーパ面より前記挿入方向前方に位置して該挿入方向前方へ次第に互いの間隔が狭まる一対の当接面が設けられ、該当接面同士の成す角度より前記テーパ面同士の成す角度が小さく設定されており、前記支持軸を前記当接面に当接させて、該支持軸と前記各テーパ面との間に楔部材を押圧挿入することでローラカッタを固定することを特徴とする。
【００１０】
この発明の取付機構において、ローラカッタの支持軸を当接面に当接させて、支持軸とテーパ面との間に楔部材を押圧挿入することでローラカッタを固定するので、テーパ面と楔部材とによる楔効果によって、支持軸が固定される。つまり、向かい合う当接面とテーパ面とが楔部材の挿入方向前方へ間隔が次第に狭くなるように当接面とテーパ面との角度が設定されており、この角度に合わせて楔部材の側面が形成されているので、楔効果が得られるのである。これにより、掘削作業時の掘削荷重は、楔部材を介してテーパ面が受けるので強固にローラカッタを固定することができ、振動などによるローラカッタのガタつきや脱落を防止することができる。
【００１１】
また、本発明に係る取付機構は、前述した掘削工具の取付サドルを用いた取付機構であって、前記掘削工具が前記壁部間に配置される台座の先端面に掘削ビットが装着されるとともに底面に雌ネジが形成されたシールドカッタで、前記雌ネジに同軸の貫通穴、前記底面に当接する前方面、および前記テーパ面に当接する一対の傾斜面を有する断面略台型形状の固定部材と、前記雌ネジに同軸の貫通穴、および前記壁部の基端面に当接する当接面を有する押え板とを備え、前記取付サドルにシールドカッタを挿入し、前記底面に前方面が当接するとともに前記テーパ面に前記傾斜面が当接するように前記固定凹部に固定部材を配置し、前記壁部の基端面に当接させた前記押え板の貫通穴からボルトを挿入して、前記固定部材の貫通穴を通過させ前記雌ネジに締結させて、前記シールドカッタを固定することを特徴とする。
【００１２】
この発明の取付機構において、ボルトを締め込むことでシールドカッタの台座の底面が固定部材の前方面を押圧し、テーパ面の間に固定部材の傾斜面を挿入してシールドカッタが固定されるので、テーパ面と固定部材との楔効果でシールドカッタを確実に固定することができる。これにより、振動などによるシールドカッタのガタつきや脱落を防止することができ、掘削作業時の掘削荷重を固定部材を介してテーパ面が受けるので強固にシールドカッタを固定することができる。また、ボルトに掘削荷重が掛かることのない構成となっているので、ボルトが折れることを防止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。
図１に、ローラカッタとシールドカッタとを相互に装着可能な取付サドル１を掘削機械の先端側から見た図を示す。取付サドル１は、互いに対向する壁面２ａに向かい合って固定凹部が設けられた一対の壁部２と、壁部２同士を連結する一対の壁部３とが、ボルト止めおよび溶接などにより接合されて構成された箱型の形状をしており、基端面にローラカッタまたはシールドカッタを挿入するための開口部が設けられ、先端面にローラカッタのローラ刃またはシールドカッタの掘削ビットを突出させるための開口部が設けられている。そして、基端面の開口部がシールドマシン等の掘削機械の内側に開口するように、掘削機械の回転円盤の先端面（図示せず）に溶接などにより装着されており、掘削機械の内側から先端へ向けて取付サドル１内にローラカッタまたはシールドカッタが挿入可能とされている。また、図において仮想線でローラカッタ４が示されている
【００１４】
図２に、固定凹部５の設けられている壁部２の壁面２ａを正面視した図を示す。壁部２は対称軸Ｏに対して対称となるように形成されており、中央部に固定凹部５が形成され、両端部に上下方向に向かう溝部６が形成されている。また、固定凹部５の内側面９は、壁部２の基端面２ｂに開口するように形成されており、基端面２ｂから挿入方向前方に向けて互いに平行に形成されている一対の平行面１０と、平行面１０から折れ曲って互いに角度θ１で挿入方向前方へ次第に間隔が広がるように傾斜する一対のテーパ面１１と、テーパ面１１に対して角度θ２となるように円弧面を介して折れ曲って挿入方向前方へ次第に間隔が狭まるように傾斜する一対の傾斜面１２と、傾斜面１２から段部を介して連続する互いに角度θ１で挿入方向前方へ次第に間隔が狭まるように傾斜する一対の当接面１３と、先端側で当接面１３同士を連続させる円弧面１３ａとを有している。また、向かい合うテーパ面１１と当接面１３とが、互いに平行にならないように上記各角度は設定され、図において角度θ１＝８０°，角度θ２＝９５°，角度θ３＝９０°とされており、当接面１３に対して対向するテーパ面１１が５°傾斜している。
【００１５】
また、傾斜面１２の近傍に円形凹部１４が形成されており、円形凹部１４と固定凹部５とが連続するように貫通穴１５が傾斜面１２に形成されている。円形凹部１４には、ローラカッタ４を固定する際に用いられるボルトが螺合するバレルナットが挿入され、貫通穴１５を前記ボルトが貫通する構成となっている。また、壁部２の先端面２ｃには、耐磨耗性を向上させるために硬化肉盛り１６（図１のハッチングで示す範囲）が施されている。
【００１６】
図３は、図１におけるＡ−Ａ矢視図で、取付サドル１を用いたローラカッタ４の取付機構を示している。ローラカッタ４は、支持軸４ａを中心にローラ刃４ｂが回転する構造で、支持軸４ａが一対の楔部材１７を用いて固定凹部５に固定されて壁部２の間に架設される取付機構となっている。楔部材１７は、略直方体の形状で、一対の反対側を向く側面のうちの一側面（第１側面）１８が他側面（第２側面）１９に対して傾斜することで、楔部材１７の挿入方向の先端側が若干細くなるように形成されており、この挿入方向に沿ってボルト２４を貫通させるための貫通穴２０が設けられている。また、前記挿入方向は、図において当接面１３と平行になっており、支持軸４ａを固定した時に第２側面１９と当接面１３とが平行になり、第１側面１８とテーパ面１１とが平行になるように楔部材１７が形成されている。また、支持軸４ａは各角部が円弧状に形成された断面略正方形で、固定される時に隣り合う一対の側面が当接面１３に当接する当接面２１とされ、他の側面が第２側面１９に当接する当接面２２とされる。
【００１７】
このように構成されているローラカッタ４の取付機構において、ローラカッタ４を固定する時には、取付サドル１の基端面の開口部からローラカッタ４を挿入して、支持軸４ａの当接面２１を固定凹部５の当接面１３に当接させる。つぎに、支持軸４ａの当接面２２に楔部材１７の第２側面１９が当接するとともに、固定凹部５のテーパ面１１に楔部材１７の第１側面１８が当接するように、楔部材１７を挿入する。そして、円形凹部１４に挿入されているバレルナット２３に、貫通穴２０および貫通穴１５を通過したボルト２４を螺合させて締め込むことで、楔部材１７が押圧挿入される。この押圧挿入された楔部材１７の楔効果によって、ローラカッタ４の支持軸４ａが固定される。
【００１８】
図４〜６は、取付サドル１を用いたシールドカッタ３０の取付機構を示しており、図４は取付サドル１を掘削機械の先端側から見た図で、図５は図４におけるＢ−Ｂ矢視図で、図６は図４におけるＣ−Ｃ矢視図である。また、図において各構成部品を明確にするために、断面とならない箇所にも構成部品ごとにハッチングを掛けている。シールドカッタ３０は、基端側に向けて開口するような断面コ字状の台座３１と、先端部に掘削刃が設けられている掘削ビット３２とを備えて構成されており、台座３１を先端面３１ａに掘削ビット３２が溶接などによって固定されている。台座３１の先端視した外形は、壁部２の間および壁部３の間に嵌装可能な略四角形状をしており、壁部２に対向する側面３１ｂには固定凹部５に突出するようにストッパー３３が設けられており、ストッパー３３の側面は固定凹部５の当接面１３および円弧面１３ａに係合するような形状になっている。また、台座３１の底面３４の４箇所に雌ネジ３５が形成されている。
【００１９】
また、シールドカッタ３０の取付機構は、台座３１の底面３４に当接する固定部材３６と壁部２の基端面２ｂに当接する押え板３７とがそれぞれ２個ずつ備えられており、雌ネジ３５に螺合する４本のボルト３８を有して構成されている。固定部材３６は、挿入方向前方へ次第に幅が広くなるような断面略台型形状をしており、シールドカッタ３０を固定した時に底面３４に当接する前方面３９と、固定凹部５の内部に配置されてテーパ面１１に当接する一対の傾斜面４０とを有し、雌ネジ３５に同軸となるように貫通穴４１が形成されている。また、押え板３７は、挿入方向前方に突出するような断面凸型形状をしており、シールドカッタ３０を固定した時に壁部２の平行面１０の間に配置される凸部４２と、基端面２ｂに当接する当接面４３とを有し、雌ネジ３５に同軸となるように貫通穴４４が形成されている。
【００２０】
このように構成されているシールドカッタ３０の取付機構において、シールドカッタ３０を固定する時には、取付サドル１の基端面の開口部からシールドカッタ３０を挿入して、ストッパー３３を固定凹部５の当接面１３および円弧面１３ａに当接させる。つぎに、２個の固定部材３６の台形側面３６ａ同士を当接させた状態で前方面３９が底面３４に当接するまで固定部材３６を挿入し、図６における左右方向へ固定部材３６をそれぞれ移動させ、固定部材３６の一部を固定凹部５の内部に配置させる。そして、押え板３７の当接面４３を基端面２ｂに当接させた状態で、貫通穴４４および貫通穴４１を通過させてボルト３８を雌ネジ３５に螺合させて締め込むことで、固定部材３６がテーパ面１１の間に押圧挿入され、シールドカッタ３０が固定される。
【００２１】
上述したように取付サドル１を用いることで、掘削機械の内側に開口する開口部からローラカッタ４とシールドカッタ３０とを相互に装着することが可能で、とくに、固定凹部５のテーパ面１１を利用した楔効果によって強固に固定することができる。これにより、掘削作業時の振動などによってローラカッタ４やシールドカッタ３０がガタつくことを防止することができ、ローラカッタ４やシールドカッタ３０の脱落を防止することができる。したがって、ローラカッタ４やシールドカッタ３０の脱落による、掘削効率の低下や掘削機械の破損を防止することができる。
【００２２】
また、掘削作業時においてシールドカッタ３０には、図５に示すような掘削機械の進行方向から受ける荷重Ｆ１と、掘削機械の回転方向から受ける荷重Ｆ２または荷重Ｆ３との合成された掘削荷重が加えられるが、これらの掘削荷重は固定部材３６を介してテーパ面１１が受ける構成となっているとともに、荷重Ｆ２および荷重Ｆ３は壁部３の内側面３ａでも受けることができるので、ボルト３８に荷重が掛かることがなく、ボルト折れを防止することができる。また、ローラカッタ４に加えられる掘削荷重も楔部材１７を介してテーパ面が受ける構成となっており、ボルト２４に荷重が掛かることが防止されている。
【００２３】
なお、本実施の形態においては、取付サドル１は壁部２，３を組み合わせて構成されているが、一体で構成されていてもよく、バレルナット２３を使用せずに壁部２の傾斜面１２に雌ネジを形成してもよい。また、固定凹部５の内側面９が成す角度は上述した角度θ１〜θ３に限定されるものではなくて、良好な楔効果が得られる角度であればよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る掘削工具の取付サドルによれば、テーパ面を利用した楔効果によって掘削工具が固定されるので、掘削作業時の振動などによっても掘削工具がガタつくことがなく、種類の異なる掘削工具を強固に固定することができる。
また、本発明に係る取付機構によれば、上記取付サドルと楔部材とを用いてローラカッタの支持軸を固定し、掘削作業時の掘削荷重を楔部材を介してテーパ面が受けるので、強固にローラカッタを固定することができる。
また、本発明に係る取付機構によれば、上記取付サドルと固定部材と押え板と用いてシールドカッタの台座を固定し、掘削作業時の掘削荷重を固定部材を介してテーパ面が受けるので、強固にシールドカッタを固定することができる。また、ボルトに掘削荷重が掛かることのない構成となっているので、ボルトが折れることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における取付サドルを掘削機械の先端側から見た図である。
【図２】壁部の固定凹部を正面視した図である。
【図３】図１におけるＡ−Ａ矢視図で、ローラカッタの取付機構の構成図である。
【図４】シールドカッタの取付機構の構成図で、掘削機械の先端側から見た図である。
【図５】図４におけるＢ−Ｂ矢視図である。
【図６】図４におけるＣ−Ｃ矢視図である。
【符号の説明】
１  取付サドル
２  壁部
２ａ  壁面
２ｂ  基端面
４  ローラカッタ（掘削工具）
４ａ  支持軸
５  固定凹部
９  固定凹部の側面
１１  テーパ面
１３  当接面
１７  楔部材
１８  第１側面
１９  第２側面
３０  シールドカッタ（掘削工具）
３１  台座
３２  掘削ビット
３４  底面
３５  雌ネジ
３６  固定部材
３８  ボルト
３９  前方面
４０  傾斜面
４１，４４  貫通穴
４３  当接面
【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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