(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘進機の前部に設けられ切羽側に窓部を有する中空構造のカッタ本体と、該カッタ本体内に回動自在に収容されその一部が上記窓部から切羽側に露出するビット保持体と、該ビット保持体の一部に凹設され上記窓部から切羽側に露出した状態からビット保持体の回動に伴ってカッタ本体内側に移動されるビット取付部と、該ビット取付部に着脱自在に取り付けられたカッタビットとを備え、
上記窓部は、上記カッタ本体の切羽側に開口された円形穴とその内周面に取り付けられた円環状のシール部とからなり、上記ビット保持体は、その一部が上記円形穴にシール部を介して回動可能に嵌るように略球形状に成形され、
上記カッタ本体内に、内部をトンネル前後方向に仕切る隔壁を設け、該隔壁に、上記ビット保持体の一部が回動可能に嵌まる第２の円形穴を形成し、該第２の円形穴の内周面に、上記ビット保持体との間をシールする第２の円環状のシール部を設けた
ことを特徴とするカッタビット交換構造。
【請求項２】
上記カッタ本体は、上記掘進機のバルクヘッドに形成された穴に回転自在に挿通され作業員が通行できる内径の円筒部と、該円筒部に放射状に複数取り付けられた中空構造のカッタスポーク部とを有し、
上記隔壁を上記カッタスポーク部の内部に設け、そのカッタスポーク部内の隔壁の後方に、作業員が通行できる大きさのビット交換作業室を形成し、
上記円筒部の側部に、上記ビット交換作業室と連通する作業員用の出入口を形成し、該出入口にハッチを開閉可能に取り付けた
請求項１に記載のカッタビット交換構造。
【請求項３】
上記カッタビットは、ローラカッタである請求項１又は２に記載のカッタビット交換構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作業員が切羽側に出ることなく中空構造のカッタ本体内からカッタビットの交換ができるカッタビット交換構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シールド掘進機やＴＢＭ（トンネル・ボーリング・マシン）は、掘進機の前部に設けられたカッタ本体を回転させつつ掘進機を前進させ、カッタ本体の切羽側に取り付けられたカッタビットによって切羽を掘削し、その後方にトンネルを成形するものである。
【０００３】
ところで、掘進計画距離が長い場合や地山の土質が硬い場合には、カッタビットが摩耗するため、途中でカッタビットを交換する必要が生じる。特に、岩盤を掘削するローラ式のカッタビット（ローラカッタ）の場合、摩耗が顕著であり、カッタビットの交換が重要となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のカッタビット交換は、切羽を薬剤や凍結等によって固めた後、作業員が掘進機内から切羽側に出て、カッタビットの交換をする方式が多く、作業員が切羽側に出ることなくカッタビットの交換ができるカッタビット交換構造、特に摩耗が激しいローラカッタ用のビット交換構造の開発が望まれていた。
【０００５】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、作業員が切羽側に出ることなくカッタビットの交換ができるカッタビット交換構造を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明に係るカッタビット交換構造は、掘進機の前部に設けられ切羽側に窓部を有する中空構造のカッタ本体と、該カッタ本体内に回動自在に収容されその一部が上記窓部から切羽側に露出するビット保持体と、該ビット保持体の一部に凹設され上記窓部から切羽側に露出した状態からビット保持体の回動に伴ってカッタ本体内側に移動されるビット取付部と、該ビット取付部に着脱自在に取り付けられたカッタビットとを備え、上記窓部は、上記カッタ本体の切羽側に開口された円形穴とその内周面に取り付けられた円環状のシール部とからなり、上記ビット保持体は、その一部が上記円形穴にシール部を介して回動可能に嵌るように略球形状に成形され、上記カッタ本体内に、内部をトンネル前後方向に仕切る隔壁を設け、該隔壁に、上記ビット保持体の一部が回動可能に嵌まる第２の円形穴を形成し、該第２の円形穴の内周面に、上記ビット保持体との間をシールする第２の円環状のシール部を設けたものである。
【０００７】
本発明によれば、中空構造のカッタ本体の窓部から切羽側に露出しているカッタビットは、ビット保持体を回動させることでカッタ本体内側に移動される。よって、このように移動されたカッタビットを、中空構造のカッタ本体内側に作業員が入ることにより、作業員が切羽側に出ることなくカッタ本体の内側から交換・点検できる。
【０００８】
また、上記窓部は、カッタ本体の切羽側に開口された円形穴とその内周面に取り付けられた円環状のシール部とからなり、上記ビット保持体は、その一部が上記円形穴にシール部を介して回動可能に嵌るように略球形状に成形されているので、切羽側において、窓部（円形穴）とビット保持体（略球形状）との止水が、窓部（円形穴）の円環状のシール部によってなされ、高い止水性能を発揮できる。
【０００９】
また、上記カッタ本体内に、内部をトンネル前後方向に仕切る隔壁を設け、該隔壁に、上記ビット保持体の一部が回動可能に嵌まる第２の円形穴を形成し、該第２の円形穴の内周面に、ビット保持体との間をシールする第２の円環状のシール部を設けているので、回動する略球形状のビット保持体は、カッタ本体の切羽側に開口された窓部（円形穴）の円環状のシール部に摺接すると共に、カッタ本体内の隔壁に形成された第２の円形穴の円環状のシール部にも摺接し、これらよって２段階に止水される。
【００１０】
また、上記カッタ本体は、上記掘進機のバルクヘッドに形成された穴に回転自在に挿通され作業員が通行できる内径の円筒部と、該円筒部に放射状に複数取り付けられた中空構造のカッタスポーク部とを有し、上記隔壁を上記カッタスポーク部の内部に設け、そのカッタスポーク部内の隔壁の後方に、作業員が通行できる大きさのビット交換作業室を形成し、上記円筒部の側部に、上記ビット交換作業室と連通する作業員用の出入口を形成し、該出入口にハッチを開閉可能に取り付けてもよい。
【００１２】
また、上記カッタビットは、ローラカッタであってもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を添付図面に基いて説明する。
【００１４】
図１は岩盤掘削用のシールド掘進機またはＴＢＭの正面図、図２は図１の部分拡大図、図３は図２の III-III線断面図、図４は図２の IV-IV線断面図であってカッタビットの交換の様子を示す説明図である。
【００１５】
図３に示すように、シールド掘進機（またはＴＢＭ）の本体フレーム１の前部には、フレーム１内を前後に切羽側と坑内側とに仕切るバルクヘッド２が設けられている。バルクヘッド２には、カッタ本体３が回転自在に取り付けられている。カッタ本体３は、バルクヘッド２の中心に形成された穴４に回転自在に挿通された円筒部５と、その円筒部５に放射状に取り付けられた複数（図例では８本）のカッタスポーク部６と、図１に示すように各カッタスポーク部６の間に形成されたカッタ面板部７と、カッタ面板部７に開口された土砂取込口８とを有する。上記円筒部５は、作業員が通行できる内径に設定されている。
【００１６】
上記各カッタスポーク部６は、図３および図４に示すように、切羽側の正面板９と、その側方の側面板１０と、カッタ室１１側の背面板１２と、径方向先端側の端部板１３とから水密な中空角筒構造に形成されており、中間ビーム１４を介してバルクヘッド２に回転自在に支持されてる。中間ビーム１４は、先端がカッタスポーク部６の背面板１２に固定され、後端がバルクヘッド２に回転自在に取り付けられたリング板１５に固定されている。リング板１５には、後方に延出された筒体１６が接続されている。筒体１６は、バルクヘッド２にリング状に開口されたスリット穴１７に挿通され、バルクヘッド２に取り付けられたギヤケース１８に、軸受１９を介して回転自在に支持されている。
【００１７】
筒体１６の内周面には、内歯ギヤ２０が形成されている。内歯ギヤ２０には、ギヤケース１８に支持されたモータ２１のピニオン２２が噛合されている。モータ２１は、内歯ギヤ２０の周方向に所定間隔を隔てて複数配置されている。この構成によれば、モータ２１を駆動してピニオン２２を回転させることにより、内歯ギヤ２０を介して筒体１６およびリング板１５が回転され、中間ビーム１４を介してカッタスポーク部６が回転され、カッタ本体３が円筒部５を中心に回転されることになる。なお、円筒部５の外周面に外歯ギヤを設けてその外歯ギヤにモータのピニオンを噛合させることにより、カッタ本体３を回転駆動させるようにしてもよい。
【００１８】
上記各カッタスポーク部６内には、図３および図４に示すように、内部をトンネル前後方向にビット保持体収容室２３とビット交換作業室２４とに仕切る隔壁２５が設けられている。ビット交換作業室２４は、作業員が通行できる大きさに設定されている。ビット交換作業室２４と上記円筒部５とは、円筒部５に開口された作業員用の出入口２６を介して連通されている。出入口２６には、ハッチ２７が開閉自在に取り付けられている。この構成によれば、バルクヘッド２後方の坑内２８の作業員は、円筒部５および出入口２６を介してビット交換作業室２４内にアクセスできる。
【００１９】
ビット保持体収容室２３の前面を区画する正面板９には、図１および図２に示すように、径方向に所定間隔を隔てて窓部２９が複数形成されている。各窓部２９は、図３および図４に示すように、正面板９に開口された円形穴３０と、その内周面に取り付けられた円環状のシール部３１とからなる。他方、ビット保持体収容室２３の後面を区画する隔壁２５には、上記円形穴３０に対向させて第２の円形穴３２が夫々形成され、その第２の円形穴３２の内周面には、第２の円環状のシール部３３が夫々取り付けられている。これら円形穴３２およびシール部３３は第２の窓部３４を構成する。
【００２０】
ビット保持体収容室２３内には、図３および図４に示すように、ビット保持体３５が回動自在に収容されている。ビット保持体３５は、略球形状（球体の上下を切断除去した形状）に成形されており、その一部が上記円形穴３０から円環状のシール部３１を介して切羽側に露出すると共に、その反対側部が上記第２の円形穴３２から円環状のシール部３３を介してビット交換作業室２４側に露出する。ビット保持体３５は、カッタ本体３の径方向に沿って配置された回転軸３６に固定されている。回転軸３６は、ビット保持体収容室２３内に設けられた軸受３７に、回転自在に支持されている。
【００２１】
ビット保持体３５の一部（回転軸３６に対する赤道部分の一部）には、ビット取付部３８が円穴状に凹設されている。ビット取付部３８は、ビット保持体３５の回転に伴って、円形穴３０から切羽側に露出する位置と、第２の円形穴３２からビット交換作業室２４側に露出する位置とに、切り換え移動される。この構成によれば、回転軸３６を回転させることにより、略球形状のビット保持体３５が回転し、図４に示すように、ビット取付部３８は、円形穴３０から切羽側に露出した状態から、第２の円形穴３２からビット交換作業室２４側に露出する状態に移動される。
【００２２】
回転軸３６は、図３に示す回転駆動機構３９によって回転駆動される。回転駆動機構３９は、回転軸３６に設けられた第１傘歯ギヤ４０と、第１傘歯ギヤ４０に噛合して隔壁１２に軸支された第２傘歯ギヤ４１と、第２傘歯ギヤ４１の支持軸４２に設けられたピニオン４３と、ピニオン４３に噛合するラック４４と、一端がラック４４に接続され他端がビット交換作業室２４の内面に接続されたシリンダ４５とからなる。ラック４４およびシリンダ４５の近傍には、図示しないガイド部材が設けられている。この構成によれば、シリンダ４５を伸縮することにより、ラック４４を介してピニオン４３が正逆回転され、第２傘歯ギヤ４１および第１傘歯ギヤ４０を介して回転軸３６が正逆回転される。
【００２３】
なお、回転駆動機構３９は、かかる構成に限らず、回転軸３６を図示しないモータによって直接またはギヤボックス等を介して間接的に回転させるものでもよい。また、図例では、回転軸３６に全てのビット保持体３５を固設し、全てのビット保持体３５が一体的に回転するように構成しているが、これに限らず、回転軸３６を個々のビット保持体３５ごとに切り離して複数設け、各回転軸３６を別々に回転させてビット保持体３５を１個ずつ独立に回転させるようにしてもよく、また数個のビット保持体３５を共通の回転軸３６に固設し、数個のビット保持体３５を一体的に回転させるようにしてもよい。
【００２４】
各ビット取付部３８には、カッタビット４６が着脱自在に取り付けられている。本実施形態では、カッタビット４６は、ディスク状のビット部４７と、そのビット部４７をビット取付部３８内に軸支する軸部４８とを有するローラカッタから構成される。軸部４８は、カッタ本体３の径方向に沿って配置されている。これにより、ローラカッタ４６は、カッタ本体３の円筒部５廻りの回転に伴って、ビット部４７が切羽面上を転動し、切羽を掘削する。また、ローラカッタ４６は、軸部４８を取り外すことにより、ビット取付部３８から取り外すことができる。
【００２５】
ローラカッタ４６のビット部４７の直径および軸部４８の取付位置は、図３及び図４(a) に示す通常運転状態においてビット部４７の先端が正面板９より切羽側に突出すると共に、ビット部４７の先端がビット保持体３５の球面形状をビット取付部３８の上方に延長した仮想球面４９と一致するか又はそれより下方となるように、設定されている。これにより、ローラカッタ４６のビット部４７は、図３および図４(a) の通常運転時には正面板９より切羽側に突出しているため切羽を切削できると共に、図３(a) から図３(b),図３(c) にかけてのビット交換時にビット保持体３５を回動させるときには仮想球面４９以下の高さに設定されているため円形穴３０、３２やシール部３１、３３と干渉することはない。
【００２６】
また、かかるローラカッタ４６を取り付けるため、ビット保持体３５に円穴状に凹設されるビット取付部３８の内径は、図３および図４(a) の通常運転時においてビット取付部３８周縁のビット保持体３５が正面板９より切羽側に突出しないように設定され、図４(c) のビット交換時においてビット取付部３８の全てが隔壁２５の円形穴３２からビット交換作業室２４内に完全に露出するように設定される。これにより、図３および図４(a) に示す通常運転時に、ビット取付部３８周縁のビット保持体３５が切羽に摺接して摩耗することが回避され、図４(c) に示すビット交換状時に、取り外されるローラカッタ４６が隔壁２５の円形穴３２およびシール部３３（円環状）と干渉することが回避される。
【００２７】
以上の構成からなる本実施形態の作用を述べる。
【００２８】
切羽を掘削する通常運転時には、図３および図４(a) に示すように、ローラカッタ４６が窓部２９（円形穴３０）から切羽側に露出するようにシリンダ４５よってビット保持体３５を回動させ、そのビット保持体３５の回動位置をシリンダ４５のストロークをロックすることで固定する。なお、回転軸３６と隔壁２５との間またはビット保持体３５と隔壁２５との間に、図示しないロック機構を付設して、ビット保持体３５の回動位置を固定してもよい。
【００２９】
そして、この状態で、図３に示すモータ２１でカッタ本体３を円筒部５廻りに回転させつつ、図示しない推進機構でシールド掘進機（またはＴＢＭ）の本体フレーム１を前進させる。すると、ローラカッタ４６が切羽面に押し付けられて転動し、切羽が掘削される。掘削された土砂は、図１に示す土砂取込口８からその後方の図３に示すカッタ室１１に取り込まれ、図示しない送排泥管やスクリューコンベヤ等を介してバルクヘッド２の後方の坑内２８に搬送される。
【００３０】
この通常運転時には、図３および図４(a) に示すように、切羽側における窓部２９の円形穴３０と略球形状のビット保持体３５との間の止水は、円形穴３０の円環状のシール部３１によってなされるので、高い止水性能を発揮できる。すなわち、シール部３１が円環状に形成され、そこに略球形状のビット保持体３５が嵌まっているため、シール部３１の周方向の各部に略均等に切羽の水圧がかかり、高い止水性能を発揮できるのである。また、万一、かかるシール部３１から水が侵入したとしても、その後方の隔壁２５に形成された第２の円形穴３２および円環状のシール部３３によって同様に止水でき、２段階に止水される。
【００３１】
かかる通常運転による掘削を所定距離行なってローラカッタ４６が摩耗したならば、モータ２１および推進機構を停止して掘進を中断し、図３に示すシリンダ４５を伸長させて、ビット保持体３５を図４(a),(b),(c) に示すように１８０度回動させ、ローラカッタ４６を隔壁２５の円形穴３２からビット交換作業室２４内に露出させる。この際、回動する略球形状のビット保持体３５は、カッタスポーク部６の切羽側に開口された円形穴３０の円環状のシール部３１と、カッタスポーク部６内の隔壁２５に形成された第２の円形穴３２の円環状のシール部３３との少なくともいずれか一方に摺接し続け、これらよって連続的に止水される。
【００３２】
詳しくは、図４(a) から図４(b) にかけては、略球形状のビット保持体３５にビット取付部３８が凹設されているため、切羽側の円形穴３０のシール部３１で止水することはできないが、カッタスポーク部６内の隔壁２５に形成された第２の円形穴３２のシール部３３によって止水できる。そして、図４(b) から図４(c) にかけては、隔壁２５の円形穴３２のシール部３３で止水することはできないが、切羽側の円形穴３０のシール部３１によって止水できる。
【００３３】
従って、ビット保持体３５が図４(a),(b),(c) と回動する際、切羽側の地下水がビット交換作業室２４内に噴出することはない。なお、図４(a) から図４(b) にかけて、ビット保持体収容室２３内に侵入した地下水は、隔壁２５に開閉自在に設けられた図示しない取水口からビット交換作業室２４内の作業員によって取り出されるか、図示しないポンプによって排水される。また、図４(b),(c) の状態においても、図４(a) の状態と同様に、切羽側のシール部３１と隔壁２５のシール部３３とによって、２段階に止水される。
【００３４】
こうしてビット保持体３５が図４(c) の状態となったならば、シリンダ４５のストロークをロックし、ビット保持体３５の回動位置を固定する。そして、図３において、バルクヘッド２後方の坑内２８の作業員が、円筒部５および出入口２６を介してビット交換作業室２４内に入り、図４(c) に示すように、摩耗したローラカッタ４６を取り外して新品と交換する。または、ローラカッタ４６の摩耗具合を点検する。すなわち、作業員は切羽側に出ることなくカッタスポーク部６内からローラカッタ４６を点検・交換できる。かかる点検・交換が終了したなら、ビット交換作業室２４内の作業員は、逆のルートを辿って即ち出入口２６および円筒部５を介し、バルクヘッド２後方の坑内２８に戻る。
【００３５】
その後、図３に示すシリンダ４５によってビット保持体３５を１８０度回動させて図４(c) の状態から図４(a) の状態に戻し、シリンダ４５のストロークをロックする。さらに、上述したように、回転軸３６と隔壁２５との間またはビット保持体３５と隔壁２５との間に付設された図示しないロック機構によって、ビット保持体３５の回動位置を固定してもよい。その後、図３に示すモータ２１でカッタ本体３を回転させつつ、図示しない推進機構でシールド掘進機（またはＴＢＭ）の本体フレーム１を前進させ、前述したように切羽を掘削する通常運転（掘進）を再開する。
【００３６】
以上説明したように本実施形態にかかるカッタビット交換構造によれば、作業員が切羽側に出ることなくカッタビット（ローラカッタ４６）の点検・交換ができる。よって、シールド掘進機（またはＴＢＭ）の長距離化を実現でき、単位掘進距離当たりのコストを低減できる。なお、本実施形態では、カッタビットにローラカッタ４６を用いたが、これに限らず通常のティースビットであってもよいことは勿論である。
【００３７】
本発明の実施形態ではない参考形態を図５及び図６に示す。
【００３８】
図示するように、このカッタビット交換構造は、ビット保持体３５ａの形状のみが前実施形態と異なっており、その他の構成は前実施形態と同様となっている。よって、前実施形態と同様の部品には同一の符号を付してその説明を省略し、以下、ビット保持体３５ａについて説明する。
【００３９】
図５および図６に示すように、ビット保持体３５ａは、トンネルの前後方向に沿った円筒体からなり、切羽側の窓部２９の円形穴３０にシール部３１を介して嵌まる第１コーン状部５０と、ビット保持体が１８０度回転されたとき上記窓部２９の円形穴３０にシール部３１を介して嵌まる第２コーン状部５１とを有する。かかるビット保持体３５ａは、カッタスポーク部６の径方向に沿って配置された回転軸３６に取り付けられており、回転軸３６の１８０度回動に伴って図５(b) に示す通常運転状態から図６に示すビット交換状態に回転移動される。
【００４０】
この参考形態によっても、基本的には前実施形態と同様の作用・効果を奏することができる。但し、この参考形態は、図５(b) から図６にかけて回動するビット保持体３５を連続的に止水できない点で前実施形態より劣り、各ローラカッタ４６の間隔を狭められる点および図３に示す隔壁２５がなく構造が簡素となる点で前実施形態より優れる。また、この参考形態では、窓部２９の円形穴３０に、シール部３１を防護するため、リング状の防護板５３が設けられている。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るカッタビット交換構造によれば、次のような効果を発揮できる。
(1)作業員が切羽側に出ることなくカッタビットの点検・交換ができる。
(2)よって、シールド掘進機（またはＴＢＭ）の長距離化を実現でき、単位掘進距離当たりのコストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態を示すカッタビット交換構造を備えたシール掘進機（またはＴＢＭ）の正面図である。
【図２】  図１の部分拡大図である。
【図３】  図２の III-III線断面図である。
【図４】  図２の IV-IV線断面図であり、ローラカッタの交換の様子示す説明図であって、図４(a) は通常運転時、図４(b) は回動途中、図４(c) はビット交換時を示す図である。
【図５】  本発明の実施形態ではない参考形態を示すカッタビット交換構造の説明図であり、図５(a) は正面図、図５(b) は図５(a) のｂ−ｂ線断面図、図５(c) は図５(a) のｃ−ｃ線断面図である。
【図６】  図５に示すカッタビット交換構造の作動を示す説明図である。
【符号の説明】
３  カッタ本体
４  穴
５  円筒部
６  カッタスポーク部
２４  ビット交換作業室
２５  隔壁
２６  出入口
２７  ハッチ
２９  窓部
３０  円形穴
３１  円環状のシール部
３２  第２の円形穴
３３  第２の円環状のシール部
３５  ビット保持体
３５ａ  ビット保持体
３８  ビット取付部
４６  カッタビットとしてのローラカッタ
【図１】
0004433601.tif 000002
【図２】
0004433601.tif 000003
【図３】
0004433601.tif 000004
【図４】
0004433601.tif 000005
【図５】
0004433601.tif 000006
【図６】
0004433601.tif 000007