(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル掘削機の前端部のカッターヘッドに装備されるローラーカッターを支持するローラーカッター用カッターホルダーにおいて、
前記カッターヘッドのカッタースポークに固定され且つ前記ローラーカッターのローラー軸の端部の１対の係合軸部を支持する為の１対のホルダー部材と、
前記１対のホルダー部材のうちの互いに対向する対向側の壁部に夫々形成された前方に開放状の１対の収容凹部と、
前記１対の収容凹部の後端に連通し且つ前記１対の係合軸部が通過可能な１対の開放溝と、
前記各収容凹部に収納されるロータリー部材であって、前記ローラーカッターの係合軸部を固定可能な第１状態と前記ローラーカッターの係合軸部と共に軸心回りに９０度回動させた固定解除可能な第２状態とに亙って切り換え可能なロータリー部材と、
前記各収容凹部に収納され且つ前記第１状態の前記ロータリー部材と協働して前記係合軸部を楔作用を介して固定可能な楔部材と、
前記各楔部材を前記ローラーカッターの後方から締結方向へ駆動可能なボルト部材とを備え、
前記ロータリー部材を第２状態にした状態では、１対の係合軸部と前記１対の開放溝とが夫々直線上に配置され、前記係合軸部を前記開放溝を通過させて後方へ取り出し可能にしたことを特徴とするローラーカッター用カッターホルダー。
【請求項２】
前記各収容凹部に前記開放溝に連続する開放隙間を空けて収納され且つ前記ロータリー部材を後方から受け止める断面視円弧状の座面が夫々形成された第１，第２の受座形成部材と、これら受座形成部材を前記各ホルダー部材に固定する為の１対のボルトとを備えたことを特徴とする請求項１に記載のローラーカッター用カッターホルダー。
【請求項３】
前記第１，第２の受座形成部材のうちの前記楔部材とは反対側の受座形成部材の先端部は、前記カッタースポークを水平姿勢にした状態で前記係合軸部の軸心を含む鉛直面より前方に位置することを特徴とする請求項２に記載のローラーカッター用カッターホルダー。
【請求項４】
前記ロータリー部材は、前記ローラーカッターを取り外す際に前記楔部材の前方への移動を規制する為のストッパー部を備えていることを特徴とする請求項１に記載のローラーカッター用カッターホルダー。
【請求項５】
前記ロータリー部材は、前記ローラーカッターの軸心方向への移動を規制する為の鍔部を備えたことを特徴とする請求項１に記載のローラーカッター用カッターホルダー。
【請求項６】
前記ロータリー部材は、着脱用の工具が係合可能な増厚部を備えたことを特徴とする請求項１に記載のローラーカッター用カッターホルダー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はローラーカッター用カッターホルダーに関し、特にトンネル掘削機の前端部のカッターヘッドに装備されるローラーカッターをカッターヘッドの後方から交換可能なカッターホルダーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、トンネル掘削機においては、胴体の前端側にカッターヘッドが装備され、複数のシールドジャッキにより胴体及びカッターヘッドを前進駆動しながら、カッターヘッドを回転駆動して、前方の地山（切羽）を掘削してトンネルを掘削していく。トンネル掘削機では、固い地盤を掘削するため複数のローラーカッターを前面部に装備したカッターヘッドが適用される。このローラーカッターは、地山に押圧した状態でカッターヘッドを回転させることによって切羽の岩石を圧砕し掘削していく。
【０００３】
ところで、トンネルの掘削途中に、ローラーカッターが磨耗して掘削能力が低下した場合、その磨耗したローラーカッターを新しいローラーカッターに交換する必要が生じる。特に、長距離のトンネルを連続的に掘削するトンネル掘削機では、ローラーカッターを交換する頻度が多くなる。
【０００４】
ここで、カッターヘッドの前方からローラーカッターを着脱可能に固定したものでは、ローラーカッターを交換する場合に、カッターヘッドとその前方の地山（切羽）との間にカッター交換間隙を形成し、そのカッター交換間隙に作業者が入って交換作業を行う必要がある。しかし、こうしたローラーカッターの交換作業の負荷は非常に大きく時間もかかり、出水の発生等の危険を伴う作業となる。そこで、カッターヘッドの後方からローラーカッターを交換する技術が実用に供されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、ロータリーディスクを使用したカッターホルダーが開示されている。このカッターホルダーでは、ロータリーディスクを１８０度回動させローラーカッターを後方へ移動させて取り外す。ローラーカッターを取り付ける場合は、前記と逆の手順で作業を行う。
【０００６】
また、特許文献２には、楔作用を利用したカッターホルダーが開示されている。ローラーカッターを交換する際には、カッターヘッドの周回方向（スポーク幅方向）へ移動させた後で開放溝を介して後方に移動させて取り外す必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５８−１８９４９７号公報
【特許文献２】特開２０１３−１２７１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ローラーカッターは非常に重く（例えば、約１００〜３００ｋｇ）、また、これら回転部の隙間への土砂の噛み込み等が発生するため、特許文献１に開示されたカッターホルダーでは、ローラーカッターと１対のロータリーディスクを１８０度回動させる回動作業に多大の労力と時間がかかる（例えば、１個のローラーカッターにつき１時間程度）。
【０００９】
トンネル掘削機の掘削性能はカッターヘッドの開口率と関係しており、開口率が高いほど掘削性能が良好であることが知られているが、特許文献２の技術（ウェッジ方式）では、ローラーカッターの周回方向への移動分、カッターヘッドのスポーク幅を広く形成する必要があるので、カッターヘッドの開口率が低下して、トンネル掘削機の掘削能力が低下してしまう。
【００１０】
本発明の目的は、カッターヘッドの後方からの操作（作業）でローラーカッターを後方へ取り外す交換作業を簡単化し、交換作業の時間を短縮可能なローラーカッター用カッターホルダーを提供すること、カッターヘッドの開口率の低下を抑制して、掘削能力の低下を防止可能なローラーカッター用カッターホルダーを提供すること、等である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１のローラーカッター用カッターホルダーは、トンネル掘削機の前端部のカッターヘッドに装備されるローラーカッターを支持するローラーカッター用カッターホルダーにおいて、トンネル掘削機の前端部のカッターヘッドに装備されるローラーカッターを支持するローラーカッター用カッターホルダーにおいて、前記カッターヘッドのカッタースポークに固定され且つ前記ローラーカッターのローラー軸の端部の１対の係合軸部を支持する為の１対のホルダー部材と、前記１対のホルダー部材のうちの互いに対向する対向側の壁部に夫々形成された前方に開放状の１対の収容凹部と、前記１対の収容凹部の後端に連通し且つ前記１対の係合軸部が通過可能な１対の開放溝と、前記各収容凹部に収納されるロータリー部材であって、前記ローラーカッターの係合軸部を固定可能な第１状態と前記ローラーカッターの係合軸部と共に軸心回りに９０度回動させた固定解除可能な第２状態とに亙って切り換え可能なロータリー部材と、前記各収容凹部に収納され且つ前記第１状態の前記ロータリー部材と協働して前記係合軸部を楔作用を介して固定可能な楔部材と、
前記各楔部材を前記ローラーカッターの後方から締結方向へ駆動可能なボルト部材とを備え、前記ロータリー部材を第２状態にした状態では、１対の係合軸部と前記１対の開放溝とが夫々直線上に配置され、前記係合軸部を前記開放溝を通過させて後方へ取り出し可能にしたことを特徴としている。
【００１２】
請求項２のローラーカッター用カッターホルダーは、請求項１の発明において、前記各収容凹部に前記開放溝に連続する開放隙間を空けて収納され且つ前記ロータリー部材を後方から受け止める断面視円弧状の座面が夫々形成された第１，第２の受座形成部材と、これら受座形成部材を前記各ホルダー部材に固定する為の１対のボルトとを備えたことを特徴としている。
【００１３】
請求項３のローラーカッター用カッターホルダーは、請求項２の発明において、前記第１，第２の受座形成部材のうちの前記楔部材とは反対側の受座形成部材の先端部は、前記カッタースポークを水平姿勢にした状態で前記係合軸部の軸心を含む鉛直面より前方に位置することを特徴としている。
【００１４】
請求項４のローラーカッター用カッターホルダーは、請求項１の発明において、前記ロータリー部材は、前記ローラーカッターを取り外す際に前記楔部材の前方への移動を規制する為のストッパー部を備えていることを特徴としている。
【００１５】
請求項５のローラーカッター用カッターホルダーは、請求項１の発明において、前記ロータリー部材は、前記ローラーカッターの軸心方向への移動を規制する為の鍔部を備えたことを特徴としている。
【００１６】
請求項６のローラーカッター用カッターホルダーは、請求項１の発明において、前記ロータリー部材は、着脱用の工具が係合可能な増厚部を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明（ローラーカッター用カッターホルダー）によれば、ローラーカッターの係合軸部を固定する固定状態と固定解除する固定解除状態とに回動により切換え可能なロータリー部材と、楔作用を利用してローラーカッターの係合軸部を固定可能な楔部材とが協働してローラーカッターの係合軸部を１対のホルダー部材に固定するので、ローラーカッターの掘削反力を、楔部材に作用させずに、第１状態のロータリー部材を介してホルダー部材で受け止めることができ、ローラーカッターの後方への抜け落ちを防止することができる。この結果、従来のロータリー方式とウェッジ方式との機能を併せ持ったローラーカッター用カッターホルダーを提供することができる。
【００１８】
即ち、ローラーカッターを交換する場合は、カッターヘッドの後方からボルト部材を操作して楔部材による固定を解除して、第１状態のロータリー部材をローラーカッターの係合軸部と共に９０度回動して第２状態に切り換え、その後、ローラーカッターの係合軸部を開放溝を通過させて、ローラーカッターを後方へ移動させて取り外すことができる。
【００１９】
そして、新たなローラーカッターの係合軸部を後方から開放溝を通過させて、ローラーカッターを前方へ移動させ、ローラーカッターの係合軸部を第２状態のロータリー部材に係合させてから、ロータリー部材をローラーカッターの係合軸部と共に９０度回動することで第１状態に切り換え、ボルト部材によって楔部材を締結方向へ駆動し、ロータリー部材と楔部材とが協働してローラーカッターを固定状態にすることで、ローラーカッターをホルダー部材に取り付けることができる。
【００２０】
この結果、特許文献１のロータリー方式のようにロータリー部材を１８０度回動する必要がなく、特許文献２のウェッジ方式のようにローラーカッターと共に楔部材やロック部材等の他の部材を取り外す必要がないので、ローラーカッターの交換作業が簡単化し、交換作業の時間を著しく短縮することができ、トンネル掘削工期を短縮することが可能になる。楔作用を介してローラーカッターの係合軸部を固定することで、従来のウェッジ方式と同等の拘束力を確保することができるので、従来のロータリー方式と比較して、掘削反力に対する強度を改善できる。また、従来のウェッジ方式のようにカッターヘッドのスポーク幅を広げる必要が無いので、カッターヘッドの開口率の低下を抑制して、掘削能力が低下するのを防止することができる。
【００２１】
請求項２の発明によれば、各収容凹部に開放溝に連続する開放隙間を空けて収納され且つロータリー部材を後方から受け止める断面視円弧状の座面が夫々形成された第１，第２の受座形成部材と、これら受座形成部材を各ホルダー部材に固定する為の１対のボルトとを備えたので、ホルダー部材より硬度の高い材料で形成した受座形成部材をボルトでホルダー部材に強力に固定することで、掘削反力により塑性変形（へたり）しにくくなり、カッターホルダーの耐久性が向上する。
【００２２】
請求項３の発明によれば、第１，第２の受座形成部材のうちの楔部材とは反対側の受座形成部材の先端部は、カッタースポークを水平姿勢にした状態で係合軸部の軸心を含む鉛直面より前方に位置するので、ローラーカッターを交換する際に、ロータリー部材が前方へ飛び出すのを防止することで、ローラーカッター交換の作業性が向上する。
【００２３】
請求項４の発明によれば、ロータリー部材は、ローラーカッターを取り外す際に楔部材の前方への移動を規制する為のストッパー部を備えているので、ローラーカッターを交換する際に、楔部材が前方へ飛び出すのを防止することで、ローラーカッター交換の作業性が向上する。
【００２４】
請求項５の発明によれば、ロータリー部材は、ローラーカッターの軸心方向への移動を規制する為の鍔部を備えたので、ローラーカッターを交換する際に、ロータリー部材が落下するのを防止することで、ローラーカッター交換の作業性が向上する。
【００２５】
請求項６の発明によれば、ロータリー部材は、着脱用の工具が係合可能な増厚部を備えたので、ローラーカッターを交換する際に、増厚部に着脱用の工具を係合することでスムーズにロータリー部材を回動させてローラーカッターを容易に着脱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【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】ローラーカッター用カッターホルダーの前方からの正面図である。
【図４】ローラーカッター用カッターホルダーの断面図である。
【図５】ローラーカッター用カッターホルダーの後方からの背面図である。
【図６】ローラーカッター用カッターホルダーの周回方向からの側面図である。
【図７】図６の要部拡大図である。
【図８】ロータリー部材の斜視図である。
【図９】ローラーカッターの取り外し状況を示す説明図である。
【図１０】ローラーカッターの取り外し状況を示す説明図である。
【図１１】ローラーカッターの取り外し状況を示す説明図である。
【図１２】ローラーカッターの取り外し状況を示す説明図である。
【図１３】ローラーカッターの取り外し状況を示す説明図である。
【図１４】着脱用の工具の側面図である。
【図１５】着脱用の工具の平面図である。
【図１６】着脱用の工具を使用したローラーカッターの取り外し状況を示す説明図である。
【図１７】着脱用の工具を使用したローラーカッターの取り外し状況を示す説明図である。
【図１８】着脱用の工具を使用したローラーカッターの取り付け状況を示す説明図である。
【図１９】着脱用の工具を使用したローラーカッターの取り付け状況を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
【実施例】
【００２８】
本実施例は、カッターヘッド２に複数のローラーカッター３を装備したトンネル掘削機１に本発明を適用した場合の例である。尚、図１，図４，図６の矢印Ａが示す方向をトンネル掘削機１の前方とし、図２〜図５の矢印Ｂが示す方向をローラーカッター３の周回方向（カッターヘッド２の軸心を中心としたローラーカッター３の周回方向）とし、図２，図３，図５，図６の矢印Ｃが示す方向をカッターヘッド２の径方向（カッターヘッド２の中心から外側に延びる放射方向、ローラーカッター３のローラー軸方向）として説明する。
【００２９】
先ずは、トンネル掘削機１の全体構造について簡単に説明する。
図１、図２に示すように、トンネル掘削機１は、複数のローラーカッター３が装備されたカッターヘッド２と、チャンバー４の後端を仕切る隔壁５と、前胴６ａ及び後胴６ｂと、カッターヘッド２を回転自在に支持する機構および複数のカッター駆動モータ７と、ロータリージョイント８、複数のシールドジャッキ９及び複数の中折れジャッキ１０と、送水管１１及び排泥管１２と、複数のグリッパー１３と、回転自在に支持された回転リング部材１４及びこの回転リング部材１４を回転駆動する回転駆動手段１５と、回転リング部材１４に装備され且つセグメント１６をトンネル内面に覆工するエレクタ装置１７と、後部プラットフォーム１８等を備えた一般的な構造のものである。
【００３０】
このトンネル掘削機１では、カッターヘッド２と胴部材（前胴６ａと後胴６ｂ）を複数のシールドジャッキ９により覆工済のセグメント１６に反力をとって前進駆動しながら、複数のカッター駆動モータ７によりカッターヘッド２を回転駆動して、前方の地山（切羽）を掘削してトンネルを掘削し、掘削した岩石片を含む泥水を排泥管１２から排出し、トンネル内面にエレクタ装置１７によりセグメント１６を覆工していく。
【００３１】
次に、カッターヘッド２について説明する。
図１，図２に示すように、カッターヘッド２は、例えば、ヘッド中央部２０と、このヘッド中央部２０から半径方向へ延びる複数のカッタースポーク２１と、これらカッタースポーク２１の外周端に連結された外周リング２２と、チャンバー４内に配設され且つ正面視一字状で且つ閉断面部材からなる接続アーム２ａとを有する。
【００３２】
各カッタースポーク２１は、ローラーカッター３の外径よりもやや大きな間隔を空けて平行に対向状に配置された１対のスポーク板２１ａからなり、各カッタースポーク２１には、複数のローラーカッター３が径方向に適当間隔おきに装備されている。外周部のローラーカッター３以外の大多数のローラーカッター３はその軸心Ｘをカッタースポーク２１と平行方向（カッターヘッド２の径方向）に向けて配置されている。
【００３３】
本発明のローラーカッター用カッターホルダー２３（以下、カッターホルダ２３という）が上記１対のスポーク板２１ａに装着されている。
【００３４】
次に、ローラーカッター３について説明する。
図３〜図６に示すように、各ローラーカッター３は、１対のスポーク板２１ａに固定されたカッターホルダー２３に後方から夫々着脱可能に装着されている。ローラーカッター３は、ローラー軸３ａと、このローラー軸３ａに回転自在に装着されたローラーカッター本体３ｂと、ローラー軸３ａの両端部に形成された係合軸部３ｃを有している。
【００３５】
係合軸部３ｃは、ほぼ四角形の台形的形状に形成されている。図４に示すように、ローラーカッター３がカッターホルダー２３に固定された状態において、係合軸部３ｃには、前面３ｆと、後面３ｒと、前面３ｆ及び後面３ｒと直交状の直交側面３ｎと、この直交側面３ｎと反対側の傾斜側面３ｄ（楔部材３３側端面）とが形成されている。傾斜側面３ｄは、後端側程軸心Ｘから離隔するように傾斜している。
【００３６】
次に、カッターホルダー２３について説明する。
図３〜図６に示すように、カッターホルダー２３は、カッターヘッド２にローラーカッター３を回転可能に支持する為のものであり、１対のホルダー部材２５と、この１対のホルダー部材２５に夫々形成された収容凹部２６及び開放溝２７と、各収容凹部２６に夫々装着された第１，第２の受座形成部材２８，２９及び１対のボルト３１ａ，３１ｂと、各収容凹部２６に夫々収納されたロータリー部材３２及び楔部材３３と、各楔部材３３に対応するボルト部材３４等を備えている。
【００３７】
次に、１対のホルダー部材２５について説明する。
１対のホルダー部材２５は、ローラーカッター３の１対の係合軸部３ｃを支持するものである。１対のホルダー部材２５は、１対のスポーク板２１ａの間においてスポーク板２１ａと直交するように且つローラーカッター３の軸心Ｘ方向幅よりも僅かに大きな間隔を隔てて対面状に平行に且つ対称に配設されている。
【００３８】
各ホルダー部材２５は、軸心Ｘ方向から視て略矩形の形状に形成され、係合軸部３ｃの長さの約１．５倍程度の厚さを有する。各ホルダー部材２５の周回方向の両端部が１対のスポーク板２１ａの内側面に溶接接合されると共に、１対のスポーク板２１ａに固定されたブロック部材２１ｂにボルト部材２１ｃで固定されている。
【００３９】
１対のホルダー部材２５の対向側の壁部のうち、内面側から係合軸部３ｃの長さと略同じ厚さ部分には、前方に開放状の１対の収容凹部２６と、この１対の収容凹部２６の後端中央部に夫々連通し且つ１対の係合軸部３ｃ（傾斜面３ｄを後方に向けた姿勢の係合軸部３ｃ）が通過可能な１対の開放溝２７とが夫々形成されている。各収容凹部２６は、軸心Ｘ方向から視て略矩形の形状に形成されている。各開放溝２７の溝幅は、係合軸部３ｃの前面３ｆと後面３ｒ間の幅より僅かに大きく且つ直交側面３ｎと傾斜側面３ｄの間の最大幅より僅かに小さく形成されている。
【００４０】
次に、第１，第２の受座形成部材２８，２９について説明する。
第１，第２の受座形成部材２８，２９は、ロータリー部材３２を支持する為のものであり、開放溝２７の両側において開放溝２７に連続する開放隙間２７ａを空けて収容凹部２６に収納されている。第１，第２の受座形成部材２８，２９は、収容凹部２６に着脱可能に夫々装着されている。第１，第２の受座形成部材２８，２９は、例えば、クロムモリブデン鋼からなる材料で製作されている。
【００４１】
第１の受座形成部材２８の内側面（第２の受座形成部材２９に対向する側面）には、軸心Ｘを中心とする断面視円弧状の座面２８ａが形成され、第２の受座形成部材２９の内側面（第１の受座形成部材２８に対向する側面）には、座面２８ａより短い軸心Ｘを中心とする断面視円弧状の座面２９ａが形成されている。第１，第２の受座形成部材２８，２９の座面２８ａ，２９ａは、夫々、ロータリー部材３２の外周の部分円筒面３７を後方から受け止め可能な曲面状に構成されている。第１，第２の受座形成部材２８，２９の座面２８ａ，２９ａの曲率半径は、ロータリー部材３２の曲率半径と同じに設定されている。
【００４２】
第１の受座形成部材２８は、第２の受座形成部材２９の前後方向の長さの約１．５倍程度の長さを有する。第１，第２の受座形成部材２８，２９の座面２８ａ，２９ａの長さは、１／４円周，１／８円周程度の長さに夫々設定されている。第１，第２の受座形成部材２８，２９のうちの楔部材３３とは反対側の第１の受座形成部材２８の先端部２８ｂは、カッタースポーク２１を図９のように水平姿勢にした状態で、軸心Ｘを含む鉛直面Ｖ（カッタースヘッド２の周回面と平行な面）より前方まで延びている。
【００４３】
第１，第２の受座形成部材２８，２９は、ホルダー部材２５の後側から操作可能な１対のボルト３１ａ，３１ｂによりホルダー部材２５に固定されている。
【００４４】
次に、ロータリー部材３２について説明する。
ロータリー部材３２は、半円の一部を切り欠いたような形状に形成され、ローラーカッター３を固定可能な第１状態（図４，図９，図１０参照）とローラーカッター３を固定解除可能な第２状態（図１１，図１２参照）とに亙って切り換える為に、ローラーカッター３のローラー軸３ａ及び係合軸部３ｃと共に９０度回動可能に収容凹部２６に収納されている。
【００４５】
ロータリー部材３２は、係合軸部３ｃの長さと同程度の厚さを有する。ロータリー部材３２は、前面３６ａと、係合軸部３ｃの直交側面３ｎが当接する軸受側面３６ｂと、この軸受側面３６ｂの後端からスポーク板２１ａと直交方向へ延び且つ係合軸部３ｃの後面３ｒが当接する軸受後面３６ｃと、この軸受後面３６ｃに連続状に軸受側面３６ｂと反対側への延びる後面３６ｄと、第１，第２の受座形成部材２８，２９に密着状に当接する外周側の部分円筒面３７とを有する。
【００４６】
ロータリー部材３２は、さらに、ローラーカッター３を取り外す際に楔部材３３の前方への移動を規制するストッパー部３２ａと、軸心Ｘ方向への移動を規制する鍔部３８と、着脱用の工具５１が係合可能な増厚部３９等を備えている。
【００４７】
ストッパー部３２ａは、ロータリー部材３２の前端部に前面３６ａより前方に突出するように形成されている。ストッパー部３２ａの先端は、ロータリー部材３２が第１状態のときには第１の受座形成部材２８の前端と同じ前後位置になる。
【００４８】
図７に示すように、鍔部３８は、部分円筒面３７のうちのローラーカッター本体３ｂと反対側の端部の全長に亙って且つ部分円筒面３７から外側に僅かに突出するように形成されている。この鍔部３８は、第１，第２の受座形成部材２８，２９とホルダー部材２５との間の隙間３８ａに係合され、ロータリー部材３２の軸心Ｘ方向への移動を規制している。
【００４９】
増厚部３９は、収容凹部２６に収容された状態のロータリー部材３２の外側に膨張するようにロータリー部材３２に形成されている。増厚部３９は、第１状態のロータリー部材３２におけるローラーカッター側の端面のうちの、第２の受座形成部材２９の座面２９ａに当接する部分から係合軸部３ｃが当接する部分に対応するように形成されている。この増厚部３９は、ロータリー部材３２を第１状態から第２状態に切り換える際に着脱用の工具５１が係合される第１係合部３９ａと、第２状態から第１状態に切り換える際に着脱用の工具５１が係合される第２係合部３９ｂとを有する。
【００５０】
次に、楔部材３３について説明する。
楔部材３３は、第１状態のロータリー部材３２と協働してローラーカッター３の係合軸部３ｃを楔作用を介して固定する為のものである。即ち、楔部材３３は、係合軸部３ｃを介して第１状態のロータリー部材３２を第１，第２の受座形成部材２８，２９との間で回動不能となるように拘束するためのもので、収容凹部２６に収納されている。楔部材３３は、ボルト部材３４によってローラーカッター３の後方から締結方向又は締結解除方向へ駆動可能であり、楔部材３３が締結方向へ駆動された際には、係合軸部３ｃと収容凹部２６の側壁面２６ａとの間に嵌合される。
【００５１】
楔部材３３は、軸心Ｘ方向から視て台形に形成されている。楔部材３３の係合軸部３ｃの傾斜側面３ｄに対向する側面には、傾斜側面３ｄと同方向に傾斜したテーパ面３３ａが形成されている。楔部材３３には、前後方向に延びるボルト穴３３ｂが形成され、このボルト穴３３ｂに対応するように第２の受座形成部材２９にボルト挿通孔２９ｂが形成され、ホルダー部材２５にボルト挿通孔２５ｂが形成されている。
【００５２】
ボルト部材３４の後端のダブルナット４１とホルダー部材２５の後側壁面２５ａとの間にはスペーサ４２が設けられ、ボルト穴３３ｂの開口部近傍にはロックナット４３が設けられている。
【００５３】
次に、ローラーカッター３の着脱方法について図９〜図１３に基づいて説明する。
図９に示すように、トンネルを掘削可能な使用状態では、ローラーカッター３の係合軸部３ｃは、第１状態のロータリー部材３２の軸受側面３６ｂと軸受後面３６ｃとに当接され、楔部材３３がボルト部材３４で後方（締結方向）に駆動されて、楔部材３３のテーパ面３３ａと係合軸部３ｃの傾斜側面３ｄとが係合され、楔部材３３が係合軸部３ｃの傾斜側面３ｄと収容凹部２６の側壁面２６ａとの間に嵌合されている。
【００５４】
こうして、係合軸部３ｃが、楔部材３３と軸受側面３６ｂ及び軸受後面３６ｃとの間に挟着されるので、係合軸部３ｃの前後方向への移動が規制される。このため、楔部材３３によって係合軸部３ｃが第１状態のロータリー部材３２に固定保持されるので、ローラーカッター３の掘削反力は、ロータリー部材３２を介して第１，第２の受座形成部材２８，２９で受け止められる。
【００５５】
次に、ローラーカッター３を交換する場合は、図１０に示すように、ボルト部材３４を僅かに弛め、ボルト部材３４からスペーサ４２を取り外し、カッターヘッド２の後方からボルト部材３４を操作して、楔部材３３をダブルナット４１がホルダー部材２５の後側壁面２５ａに当接するまで前方に移動させ、楔部材３３による係合軸部３ｃの固定を解除する。このとき、楔部材３３の後端部が収容凹部２６から外側に突出しないようにボルト部材３４やスペーサ４２の長さが予め調整されている。
【００５６】
次に、図１１に示すように、第１状態のロータリー部材３２を、前面３６ａが楔部材３３に当接するまで、着脱用の工具５１等を用いてローラーカッター３のローラー軸３ｂ及び係合軸部３ｃと共に９０度回動させて第２状態に切り換える。このとき、ロータリー部材３２の軸受後面３６ｃ及び後面３６ｄと第１の受座形成部材２８の開放隙間２７ａ側の壁部と開放溝２７の壁部とが直線状になる。
【００５７】
次に、図１２に示すように、１対のホルダー部材２５の後方にレール部材４５を取り付け、ローラーカッター３の１対の係合軸部３ｃを開放溝２７を夫々通過させ、１対の係合軸部３ｃをレール部材４５上を摺動させてローラーカッター３を後方へ移動させて、ローラーカッター３を搬出する。
【００５８】
新規のローラーカッター３は、上記の逆の手順にて装着することができる。即ち、新たなローラーカッター３の係合軸部３ｃを後方から開放溝２７を通過させて、ローラーカッター３を前方へ移動させ、係合軸部３ｃを第２状態のロータリー部材３２に係合させてから、ロータリー部材３２をローラー軸３ｂ及び係合軸部３ｃと共に９０度回動させることで第１状態に切り換え、ボルト部材３４によって楔部材３３を締結方向へ駆動することで、ロータリー部材３２と楔部材３３が協働してローラーカッター３を固定状態にするように、ローラーカッター３を１対のホルダー部材２５に取り付ける。
【００５９】
尚、ロータリー部材３２が座面２８ａ，２９ａに強力に係合している場合、図１３に示すように、第１の受座形成部材２８を固定しているボルト３１ａを取り外し、大径ボルト孔２５ａに適したボルト４６を螺合して、このボルト４６の先端で第１の受座形成部材２８を前方に強力に押圧することで、ロータリー部材３２を座面から離し、ローラーカッター３の交換作業を行うことができる。
【００６０】
次に、着脱用の工具５１及びその使用方法について図１４〜図１９に基づいて説明する。
図１４，図１５に示すように、着脱用の工具５１は、１対のスパナ部５４と、この１対のスパナ部５４を互いに連結する連結板部５５と、この連結部板５５からスパナ部５４とは反対側に延びるハンドル部５６とを備え、ローラーカッター３の着脱の両方に使用可能に構成されている。
【００６１】
各スパナ部５４は、ロータリー部材３２の増厚部３９の第１，第２係合部３９ａ，３９ｂに係合可能な第１，第２爪部５４ａ，５４ｂと、第１爪部５４ａと第２爪部５４ｂとに連なる湾曲部５４ｃとを夫々有している。第１爪部５４ａと第２爪部５４ｂは、互いに接近するようにスパナ部５４の先端部に形成されている。
【００６２】
ローラーカッター３を取り外す際は、図１６に示すように、先ず、第１状態のロータリー部材３２の増厚部３９の第１係合部３９ａに、着脱用の工具５１のスパナ部５４の第１爪部５４ａを夫々引っ掛け、湾曲部５４ｃを増厚部３９の外周に夫々当接させ（図１６の実線参照）、着脱用の工具５１を下方に回動操作することで、１対のロータリー部材３２をローラーカッター３のローラー軸３ｂ及び係合軸部３ｃと共に４５度回動させる。
【００６３】
次に、着脱用の工具５１を逆向き姿勢にし、増厚部３９の第１係合部３９ａに、スパナ部５４の第２爪部５４ｂを引っ掛け、湾曲部５４ｃを増厚部３９の外周に当接させ（図１７の２点破線参照）、着脱用の工具５１を下方に回動操作することで、ローラーカッター３のローラー軸３ｂ及び係合軸部３ｃと共に４５度回動させ、１対のロータリー部材３２を第２状態に切り換える。
【００６４】
新規のローラーカッター３を取り付ける際は、図１８に示すように、第２状態のロータリー部材３２の増厚部３９の第２係合部３９ｂに、着脱用の工具５１のスパナ部５４の第１爪部５４ａを引っ掛け、湾曲部５４ｃを増厚部３９に当接し、着脱用の工具５１を上方に回動操作することで、１対のロータリー部材３２をローラーカッター３のローラー軸３ｂ及び係合軸部３ｃと共に４５度回動させる。
【００６５】
次に、着脱用の工具５１を逆向き姿勢にし、ロータリー部材３２の増厚部３９の第２係合部３９ｂに、着脱用の工具５１のスパナ部５４の第２爪部５４ｂを引っ掛け、湾曲部５４ｃを増厚部３９の外周に当接させ、着脱用の工具５１を上方に回動操作することで、ロータリー部材３２を第２状態に切り換える。
【００６６】
次に、本発明のカッターホルダー２３の効果について説明する。
本実施形態に係るカッターホルダー２３によれば、ローラーカッター３の固定状態と固定解除状態とを回動により切換え可能なロータリー部材３２と、楔作用を利用してローラーカッター３の係合軸部３ｃを固定可能な楔部材３３とが協働してローラーカッター３の係合軸部３ｃを１対のホルダー部材２５に固定するので、ローラーカッター３の掘削反力を、楔部材３３に殆ど作用させずに、第１状態のロータリー部材３２を介してホルダー部材２５で受け止めることができ、ローラーカッター３の後方への抜け落ちを防止することができる。この結果、従来のロータリー方式とウェッジ方式との機能を併せ持ったカッターホルダー２３を提供することができる。
【００６７】
また、ロータリー部材３２を１８０度回動する必要がなく、ローラーカッター３以外の他の部材を取り外す必要がないので、ローラーカッター３の交換作業が簡単化し、交換作業の時間を著しく短縮することができ、トンネル掘削工期を短縮することが可能になる。楔作用を介してローラーカッター３の係合軸部３ｃを固定することで、従来のウェッジ方式と同等の拘束力を確保することができるので、従来のロータリー方式と比較して、掘削反力に対する強度を改善できる。また、従来のウェッジ方式のようにカッターヘッド２のスポーク幅を広げる必要が無いので、カッターヘッド２の開口率の低下を抑制して、掘削能力が低下を防止することができる。
【００６８】
さらに、各収容凹部２６に開放溝２７に連続する開放隙間２７ａを空けて収納され且つロータリー部材３２を後方から受け止める断面視円弧状の座面が夫々形成された第１，第２の受座形成部材２８，２９と、これら受座形成部材２８，２９を各ホルダー部材２５に固定する為の１対のボルト３１ａ，３１ｂとを備えたので、ホルダー部材２５より硬度の高い材料から形成した受座形成部材２８，２９をボルトボルト３１ａ，３１ｂでホルダー部材２５に強力に固定することで、掘削反力により塑性変形（へたり）しにくく、カッターホルダー２３の耐久性が向上する。
【００６９】
第１，第２の受座形成部材２８，２９のうちの楔部材３３とは反対側の受座形成部材２８の先端部２８ｂは、係合軸部３ｃの軸心を含む鉛直面Ｖより前方に位置するので、ローラーカッター３を交換する際に、ロータリー部材３２が前方へ飛び出すのを防止する。ロータリー部材３２は、ローラーカッター３を取り外す際に楔部材３３の前方への移動を規制する為のストッパー部３２ａを備えているので、ローラーカッター３を交換する際に、楔部材３３が前方へ飛び出すのを防止する。ロータリー部材３２は、ローラーカッター３の軸心方向への移動を規制する為の鍔部３８を備えたので、ローラーカッター３を交換する際に、ロータリー部材３２が落下するのを防止する。つまり、これらの構造によって、ローラーカッター交換の作業性が向上する。
【００７０】
ロータリー部材３２は、着脱用の工具５１が係合可能な増厚部３９を備えたので、ローラーカッター３を交換する際に、増厚部３９に着脱用の工具５１を係合することでスムーズにロータリー部材３２を回動させてローラーカッター３を容易に着脱することができる。
【００７１】
次に、前記実施例を部分的に変更した形態について説明する。
［１］前記実施例において、ロータリー部材３２の増厚部３９の形状や着脱用の工具５１の形状は、ほんの一例を示したに過ぎず、ロータリー部材３２を回動可能な構造であれば、増厚部３９の形状や着脱用の工具の形状は適宜変更可能である。
【００７２】
［２］その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例の種々の変更を付加した形態で実施可能で、本発明はそのような変更形態を包含するものである。
【符号の説明】
【００７３】
１        トンネル掘削機
２        カッターヘッド
３        ローラーカッター
３ｃ      係合軸部
２１      カッタースポーク
２３      ローラーカッター用カッターホルダー
２５      ホルダー部材
２６      収容凹部
２７      開放溝
２７ａ    開放隙間
２８      第１の受座形成部材
２９      第２の受座形成部材
３１ａ，３１ｂ  １対のボルト
３２      ロータリー部材
３３      楔部材
３４      ボルト部材
３７      ストッパー部
３８      鍔部
３９      増厚部
５１      着脱用の工具
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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