(57)【要約】  【課題】  ローラカッターの交換作業を簡単化し、交換作業の時間を短縮することができる、トンネル掘削機のローラカッター固定装置を提供する  【解決手段】  第１固定部材２０が固定部材収容凹部１３の軸受凹部側端部に後側から着脱可能に装着され、１対の第２固定部材２５が固定部材収容凹部１３に後側から着脱可能に且つ相離隔状に装着され、それらの係合部２５ａが１対の係合凹部１４に後方移動不能に夫々係合され、第３固定部材３０が固定部材収容凹部１３のうちの１対の第２固定部材２５の間に後側から着脱可能に装着されて締結部材４５により第１固定部材２０に締結され、１対の第２固定部材２５に後方広がりの１対のテーパ面２５ｂが形成され、第３固定部材３０に１対のテーパ面２５ｂに係合する１対のテーパ部３０ａが形成されている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル掘削機のカッターヘッドの前面部に装備されるローラカッターを、カッターヘッドの後側から着脱可能に固定するローラカッター固定装置において、
前記カッターヘッドに固定され、且つローラカッターの支軸端部が後側から係脱可能な軸受凹部が形成されたカッター取付部材と、
前記カッター取付部材に形成された、前記軸受凹部の後端に連なり後方開放状の固定部材収容凹部および固定部材収容凹部の側部に相対向状に相離隔状に形成された１対の角溝状の係合凹部と、
前記固定部材収容凹部のうちの軸受凹部側端部に後側から着脱可能に装着されて前記軸受凹部にローラカッターの支軸端部を保持する第１固定部材と、
前記第１固定部材が装着された固定部材収容凹部に後側から着脱可能に且つ相離隔状に装着されて第１固定部材を後側から支持する１対の第２固定部材であって、１対の係合凹部に後方移動不能に夫々係合される１対の係合部を備えた１対の第２固定部材と、
前記固定部材収容凹部のうちの１対の第２固定部材の間に後側から着脱可能に装着されて、締結部材により第１固定部材に締結される第３固定部材とを備え、
前記１対の第２固定部材の相対向する面に後方広がりの１対のテーパ面を形成すると共に、前記第３固定部材に前記１対のテーパ面に係合する１対のテーパ部を形成したことを特徴とするトンネル掘削機のローラカッター固定装置。
【請求項２】
前記ローラカッターの支軸端部が前記軸受凹部に係合されて前後方向におけるローラカッターのハブの位置と前記係合凹部の位置とがラップした状態で、前記固定部材の固定部材収容凹部への着脱を可能に構成したことを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機のローラカッター固定装置。
【請求項３】
前記１対の第２固定部材のボルト挿通穴に後側から挿通され第１固定部材に螺合されて１対の第２固定部材を第１固定部材に固定する１対のボルト部材を設け、前記ボルト挿通穴をボルト部材よりも大径に形成し、第１，第２固定部材を固定部材収容凹部に装着した状態で、締結部材により第３固定部材を第１固定部材に締結すると共にボルト部材により第１，第２固定部材を締結することで弛み防止を可能に構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のトンネル掘削機のローラカッター固定装置。
【請求項４】
前記第３固定部材に、第３固定部材を引っ張って１対の第２固定部材の間から引き抜く為の引抜部材が螺合し且つ前記締結部材が挿通可能に締結部材よりも大径のネジ穴を形成したことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のトンネル掘削機のローラカッター固定装置。
【請求項５】
トンネル掘削機のカッターヘッドの前面部に装備されるローラカッターを、カッターヘッドの後側から着脱可能に固定するローラカッター固定装置において、
前記カッターヘッドに固定され、且つローラカッターの支軸端部が後側から係脱可能な軸受凹部が形成されたカッター取付部材と、
前記カッター取付部材に形成された、前記軸受凹部の後端に連なる固定部材収容凹部および固定部材収容凹部の側部に相対向状に相離隔状に形成された１対の角溝状の係合凹部と、
前記固定部材収容凹部のうちの軸受凹部側端部に後側から着脱可能に装着されて前記軸受凹部にローラカッターの支軸端部を保持する第１固定部材と、
前記第１固定部材が装着された固定部材収容凹部にローラカッター側から着脱可能に装着されて締結部材により第１固定部材に締結され第１固定部材を後側から支持する第２固定部材であって、１対の係合凹部に後方移動不能に夫々係合される１対の係合部を備えた第２固定部材とを備え、
前記ローラカッターの支軸端部が前記軸受凹部に係合された状態で、前後方向におけるローラカッターのハブの位置が前記係合凹部の位置よりも前側に位置することを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機のローラカッター固定装置。
【請求項６】
前記ローラカッターの１対の支軸端部に対応させて前記カッター取付部材と前記固定部材を夫々２組設けたことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のトンネル掘削機のローラカッター固定装置。
【請求項７】
前記固定部材収容凹部のうちの軸受凹部側端部の相対向する１対の面を後方広がりのテーパ面に形成し、前記第１固定部材に前記１対のテーパ面に係合する１対のテーパ部を形成したことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のトンネル掘削機のローラカッター固定装置。
【請求項８】
前記カッター取付部材の前部に着脱可能なサドルを設け、このサドルに前記軸受凹部を形成したことを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載のトンネル掘削機のローラカッター固定装置。
【請求項９】
前記サドルの前面部分に複数の超硬チップを取り付けたことを特徴とする請求項８に記載のトンネル掘削機のローラカッター固定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル掘削機のカッターヘッドの前面部に装備されるローラカッターを、カッターヘッドの後側から着脱可能に固定する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、トンネル掘削機においては、胴体の前側にカッターヘッドが装備され、胴体と共にカッターヘッドが前進駆動され、カッターヘッドが回動されて、前方の地山を掘削してトンネルを掘削していく。固い地盤を掘削するトンネル掘削機では、複数のローラ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、トンネルの掘削途中に、ローラカッターが摩耗して掘削能力が低下した場合、その摩耗したローラカッターを新しいローラカッターに交換する必要が生じ、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、ローラカッターを交換する頻度が多くなる。
【０００３】
ここで、カッターヘッドの前側からローラカッターを着脱可能に固定したものでは、ローラ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、こうしたローラカッターの交換作業の負荷は非常に大きく時間も長くなり、また、カッター交換間隙に作業者が入ることになるため危険を伴う虞がある。そこで、カッターヘッドの後側からローラカッターを交換する技術が実用に供されている。
【０００４】
例えば、特許文献１の技術では、カッターヘッドに各ローラカッターに対応する１対の取付座が対向状に固定され、各取付座に前側から形成された半円弧部にロータディスクが係合されている。取付座の前端部に半円弧状の押え部材の両端部がボルトで固定され、この押え部材にロータディスクが係合されて、ロータディスクが回動可能に支持されている。ロータディスクには中心部から外周端まで延びる切欠部が形成され、この切欠部にローラカッターの支軸端部が係脱可能に係合される。
【０００５】
トンネルを掘削可能な状態では、切欠部の内端部にローラカッターの支軸端部が係合され、切欠部の内端部以外の部分にスペーサが挿入され、切欠部の開放端をカッターヘッドの前側に向けて、前記ボルトを締めることで、ロータディスクが押え部材により押えられてローラカッターの支軸端部が固定される。ローラカッターの掘削反力はロータディスクを介して取付座の半円弧部で受け止められる。ローラカッターを交換する場合には、前記ボルトを弛めてロータディスクを１８０度回動させ、切欠部の開放端をカッターヘッドの後側に向け、切欠部を取付座に形成された挿入溝と連通させ、ローラカッターを後方へ移動させて取り外す。ローラ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】
一方、特許文献２のカッターヘッドでは、カッタースポークに各ローラカッターに対応する１対のサドルが対向状に固定され、各サドルには、略中心部に半円弧部が形成され、この半円弧部に連通する矩形切欠部が形成され、この矩形切欠部に連通し且つ後方へ開放されたテーパ切欠部が形成されている。トンネルを掘削可能な状態では、矩形切欠部に軸受金具が係合され、この軸受金具に形成された半円弧部とサドルの半円弧部からなる穴にローラカッターの支軸端部が内嵌される。
【０００７】
また、テーパ切欠部に１対の軸受固定金具が挿入され、これら軸受固定金具のテーパ部がテーパ切欠部の１対のテーパ部に夫々係合され、１対の軸受固定金具の対向する内端部の間に凸形の押えフランジの凸部が挿入され、この押えフランジの両端部がサドルの後端部にボルトで締結されて、ローラカッターの支軸端部が固定される。ローラカッターの掘削反力は軸受金具と軸受固定金具を介してサドルのテーパ部と押えフランジの凸部で受け止められる。ローラカッターを交換する場合には、前記ボルトを弛めて、押えフランジ、１対の軸受固定金具、軸受金具を取り外してから、ローラカッターを後側へ取り外し、ローラ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。
【０００８】
【特許文献１】特開昭５８−１８９４９７号公報
【特許文献２】特許第３６４９５３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１の技術では、ローラカッターを交換するために、作業者が工具等を使用して、ローラカッターと共に１対のロータディスクを１８０度回動させ、また、ローラカッターの交換後も、ローラカッターと共に１対のロータディスクを１８０度回動させなければならい。ローラカッターは非常に重く（例えば、約２００kg）、また、ローラカッターを支持するロータディスクも重い（例えば、１個あたり約２０kg）ため、ローラカッターと１対のロータディスクの回動作業が非常に時間のかかる大変な作業となり、その際、ローラカッターとロータディスクの軸心がずれると、この問題はより顕著になる。また、ロータディスクを回動させる機構や回り止めする機構が必要となり構造も複雑化する。
【００１０】
一方、特許文献２の技術では、ローラカッターを交換するために、ローラカッターと共にロータディスクを回動させるという作業は不要である。しかし、サドルに装着された１対の軸受固定金具の対向する内端部は平行となり、それらの間に押えフランジの凸部が挿入され、この凸部に掘削反力を受けた１対の軸受固定金具が強力に係合して食い込み、ローラカッターを交換する場合、この押えフランジの凸部を１対の軸受固定金具の間から引き抜くことが困難になるという虞がある。
【００１１】
また、ローラカッターを交換した後も、対向する内端部が平行となる１対の軸受固定金具の間に押えフランジの凸部を挿入しなければならないし、そのために、１対の軸受固定金具を相離隔状態で保持する構造となっていないため、１対の軸受固定金具の間に押えフランジの凸部を挿入することが困難になるという虞があり、結局、ローラカッターの交換作業が時間のかかる大変な作業になる。
【００１２】
つまり、複数のローラカッターを交換するために長時間要するため、トンネル掘削工期が長くなり、特に、非常に固い地盤（硬岩部）掘削する場合、また、長距離のトンネルを連続的に掘削する場合には、ローラカッターを交換する頻度が高くなるため、こうした問題はより顕著になる。
本発明の目的は、ローラカッターの交換作業を簡単化し、交換作業の時間を短縮することができる、トンネル掘削機のローラカッター固定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１のトンネル掘削機のローラカッター固定装置は、トンネル掘削機のカッターヘッドの前面部に装備されるローラカッターを、カッターヘッドの後側から着脱可能に固定するローラカッター固定装置において、前記カッターヘッドに固定され、且つローラカッターの支軸端部が後側から係脱可能な軸受凹部が形成されたカッター取付部材と、前記カッター取付部材に形成された、前記軸受凹部の後端に連なり後方開放状の固定部材収容凹部および固定部材収容凹部の側部に相対向状に相離隔状に形成された１対の角溝状の係合凹部と、前記固定部材収容凹部のうちの軸受凹部側端部に後側から着脱可能に装着されて前記軸受凹部にローラカッターの支軸端部を保持する第１固定部材と、前記第１固定部材が装着された固定部材収容凹部に後側から着脱可能に且つ相離隔状に装着されて第１固定部材を後側から支持する１対の第２固定部材であって、１対の係合凹部に後方移動不能に夫々係合される１対の係合部を備えた１対の第２固定部材と、前記固定部材収容凹部のうちの１対の第２固定部材の間に後側から着脱可能に装着されて、締結部材により第１固定部材に締結される第３固定部材とを備え、前記１対の第２固定部材の相対向する面に後方広がりの１対のテーパ面を形成すると共に、前記第３固定部材に前記１対のテーパ面に係合する１対のテーパ部を形成したことを特徴とする。
【００１４】
トンネルを掘削可能な状態では、ローラカッターの支軸端部がカッター取付部材の軸受凹部に係合され、第１固定部材がカッター取付部材の固定部材収容凹部のうちの軸受凹部側端部に装着され、１対の第２固定部材が固定部材収容凹部に相離隔状に装着され、１対の第２固定部材の係合部が固定部材収容凹部の側部に相対向状に相離隔状に形成された１対の角溝状の係合凹部に夫々係合される。また、第３固定部材が固定部材収容凹部のうちの１対の第２固定部材の間に装着されて、１対の第２固定部材の相対向する面に形成された後方広がりの１対のテーパ面に、第３固定部材に形成された１対のテーパ部が係合され、第３固定部材が締結部材により第１固定部材に締結される。
【００１５】
１対の第２固定部材の係合部が固定部材収容凹部の１対の係合凹部に夫々係合されるので、１対の第２固定部材の前後方向の移動が規制され、第３固定部材が締結部材により第１固定部材に前後方向に締結されることで、１対の第２固定部材のテーパ面と第３固定部材の１対のテーパ部との楔作用により、１対の第２固定部材が固定部材収容凹部の側部に押圧されて一体化し、これら第２固定部材により第１固定部材が後側から支持され、この第１固定部材によりローラカッターの支軸端部が軸受凹部に保持される。ローラカッターの掘削反力は、第１固定部材と１対の第２固定部材を介してカッター取付部材で受け止められる。第１，第２固定部材を弛み防止のためにボルト部材で締結することが好ましい。
【００１６】
ローラカッターを交換する場合には、先ず、（ボルト部材、）締結部材を弛めて、第３固定部材、１対の第２固定部材、第１固定部材を固定部材収容凹部から後側へ順次取り外す。この場合、固定部材収容凹部は後方開放状に形成されているため、第１〜第３固定部材を、ローラカッターと干渉することなく後側へ取り外しでき、また、１対の第２固定部材の後方広がりのテーパ面に第３固定部材の１対のテーパ部を係合させてあるため、１対の第２固定部材の間から第３固定部材を後側へ容易に取り外しできる。ここで、前記楔作用により第３固定部材の取り外しが容易でない場合には、第３固定部材にネジ穴を形成しておくことで、そのネジ穴に引抜部材を螺合させ第３固定部材を引抜部材を用いて引き抜くことが可能である。第１〜第３固定部材を取り外すと、ローラカッターの支軸端部を固定部材収容凹部を通過させて、ローラカッターを後側へ移動させ取り外しできる。
【００１７】
次に、新たなローラカッターの支軸端部を固定部材収容凹部を通過させて、ローラカッターを前側へ移動させ、ローラカッターの支軸端部を軸受凹部に係合させる。その後、前記と逆の手順で、第１固定部材を固定部材収容凹部のうちの軸受凹部側端部に後側から装着し、１対の第２固定部材を第１固定部材が装着された固定部材収容凹部に後側から相離隔状に装着して、１対の第２固定部材の係合部を１対の係合凹部に夫々係合させ、第３固定部材を固定部材収容凹部のうちの１対の第２固定部材の間に後側から装着する。この場合、前記テーパ面とテーパ部により第３固定部材を１対の第２固定部材の間に簡単に挿入することができる。そして、締結部材により第３固定部材を第１固定部材に締結し、その後、好ましくは、ボルト部材により第１，第２固定部材を弛み防止のために締結して、ローラカッターの交換作業が完了する。
【００１８】
請求項１の発明においては、前記ローラカッターの支軸端部が前記軸受凹部に係合されて前後方向におけるローラカッターのハブの位置と前記係合凹部の位置とがラップした状態で、前記固定部材の固定部材収容凹部への着脱を可能に構成する（請求項２）、前記１対の第２固定部材のボルト挿通穴に後側から挿通され第１固定部材に螺合されて１対の第２固定部材を第１固定部材に固定する１対のボルト部材を設け、前記ボルト挿通穴をボルト部材よりも大径に形成し、第１，第２固定部材を固定部材収容凹部に装着した状態で、締結部材により第３固定部材を第１固定部材に締結すると共にボルト部材により第１，第２固定部材を締結することで弛み防止を可能に構成する（請求項３）、前記第３固定部材に、第３固定部材を引っ張って１対の第２固定部材の間から引き抜く為の引抜部材が螺合し且つ前記締結部材が挿通可能に締結部材よりも大径のネジ穴を形成する（請求項４）等の構成を採用してもよい。
【００１９】
請求項５のトンネル掘削機のローラカッター固定装置は、トンネル掘削機のカッターヘッドの前面部に装備されるローラカッターを、カッターヘッドの後側から着脱可能に固定するローラカッター固定装置において、前記カッターヘッドに固定され、且つローラカッターの支軸端部が後側から係脱可能な軸受凹部が形成されたカッター取付部材と、前記カッター取付部材に形成された、前記軸受凹部の後端に連なる固定部材収容凹部および固定部材収容凹部の側部に相対向状に相離隔状に形成された１対の角溝状の係合凹部と、前記固定部材収容凹部のうちの軸受凹部側端部に後側から着脱可能に装着されて前記軸受凹部にローラカッターの支軸端部を保持する第１固定部材と、前記第１固定部材が装着された固定部材収容凹部にローラカッター側から着脱可能に装着されて締結部材により第１固定部材に締結され第１固定部材を後側から支持する第２固定部材であって、１対の係合凹部に後方移動不能に夫々係合される１対の係合部を備えた第２固定部材とを備え、前記ローラカッターの支軸端部が前記軸受凹部に係合された状態で、前後方向におけるローラカッターのハブの位置が前記係合凹部の位置よりも前側に位置することを特徴とする。
【００２０】
請求項１，５の発明においては、前記ローラカッターの１対の支軸端部に対応させて前記カッター取付部材と前記固定部材を夫々２組設ける（請求項６）、前記固定部材収容凹部のうちの軸受凹部側端部の相対向する１対の面を後方広がりのテーパ面に形成し、前記第１固定部材に前記１対のテーパ面に係合する１対のテーパ部を形成する（請求項７）、前記カッター取付部材の前部に着脱可能なサドルを設け、このサドルに前記軸受凹部を形成する（請求項８）、前記サドルの前面部分に複数の超硬チップを取付ける（請求項９）、等の構成を採用してもよい。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１の発明によれば、トンネルを掘削可能な状態では、１対の第２固定部材の係合部が固定部材収容凹部の１対の係合凹部に夫々係合されるので、１対の第２固定部材の前後方向の移動が規制され、第３固定部材が締結部材により第１固定部材に前後方向に締結されることで、１対の第２固定部材のテーパ面と第３固定部材の１対のテーパ部との楔作用により、１対の第２固定部材を固定部材収容凹部の側部に押圧して確実に一体化し、これら第２固定部材により第１固定部材を後側から確実に支持し、この第１固定部材によりローラカッターの支軸端部を軸受凹部に確実に保持して、ローラカッターを固定することができ、ローラカッターの掘削反力を、第１固定部材と１対の第２固定部材を介してカッター取付部材で受け止めることができる。
【００２２】
ローラカッターを交換する場合には、締結部材を弛めて、第３固定部材、１対の第２固定部材、第１固定部材を、固定部材収容凹部からローラカッターと干渉することなく後側へ順次取り外しでき、この場合、１対の第２固定部材の後方広がりのテーパ面に第３固定部材の１対のテーパ部を係合させてあるため、１対の第２固定部材の間から第３固定部材を後側へ容易に取り外しでき、その後、ローラカッターの支軸端部を固定部材収容凹部を通過させて、ローラカッターを後側へ移動させて取り外しできる。その後、新たなローラカッターの支軸端部を固定部材収容凹部を通過させて、ローラカッターを前側へ移動させ、ローラカッターの支軸端部を軸受凹部に係合させてから、第１固定部材、１対の第２固定部材、第３固定部材を、固定部材収容凹部にローラカッターと干渉することなく後側から順次装着でき、この場合、前記テーパ面とテーパ部により第３固定部材を１対の第２固定部材の間に簡単に挿入することができる。そして、締結部材により第３固定部材を第１固定部材に締結して、ローラカッターの交換作業が完了し、その結果、ローラカッターの交換作業を簡単化し、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。また、従来のようにロータディスクを回動させる機構等や回り止めする機構が不要になるため、構造を簡単化することもできる。
【００２３】
請求項２の発明によれば、ローラカッターの支軸端部が軸受凹部に係合されて前後方向におけるローラカッターのハブの位置と係合凹部の位置とがラップした状態で、固定部材の固定部材収容凹部への着脱を可能に構成したので、ローラカッターを交換する際、第１〜第３固定部材を固定部材収容凹部にローラカッター側から着脱すると、ローラカッターのハブと干渉するが、本案では、ローラカッターのハブと干渉させずに、第１〜第３固定部材を固定部材収容凹部に後側から着脱できる。
【００２４】
請求項３の発明によれば、１対の第２固定部材のボルト挿通穴に後側から挿通され第１固定部材に螺合されて１対の第２固定部材を第１固定部材に固定する１対のボルト部材を設け、ボルト挿通穴をボルト部材よりも大径に形成し、第１，第２固定部材を固定部材収容凹部に装着した状態で、締結部材により第３固定部材を第１固定部材に締結すると共にボルト部材により第１，第２固定部材を締結することで弛み防止を可能に構成した。つまり、締結部材により第３固定部材を第１固定部材に締結し、ボルト部材により第１，第２固定部材を締結することで確実に保持して弛み防止ができる。また、締結部材による第３固定部材の第１固定部材への締結・締結解除により、１対の第２固定部材は相接近・離隔する方向へ多少移動するが、その際、ボルト部材よりも大径に形成されたボルト挿通穴により、前記移動を許容して第２固定部材を第１固定部材に固定した状態を維持できる。
【００２５】
請求項４の発明によれば、第３固定部材に、第３固定部材を引っ張って１対の第２固定部材の間から引き抜く為の引抜部材が螺合し且つ締結部材が挿通可能に締結部材よりも大径のネジ穴を形成したので、ローラカッターを交換する場合に、引抜部材を第３固定部材のネジ穴に螺合させて引っ張ることで、第３固定部材を１対の第２固定部材の間から後側へ容易に取り外しでき、それ故、ローラカッターの交換作業の時間をより短縮することが可能になる。
【００２６】
請求項５の発明によれば、トンネルを掘削可能な状態では、第２固定部材の１対の係合部が固定部材収容凹部の１対の係合凹部に夫々係合されるので、第２固定部材の前後方向の移動が規制され、この第２固定部材により第１固定部材を後側から確実に支持し、この第１固定部材によりローラカッターの支軸端部を軸受凹部に確実に保持して、ローラカッターを固定することができ、ローラカッターの掘削反力を、締結部材に作用させずに、第１固定部材と第２固定部材を介してカッター取付部材で受け止めることができる。
【００２７】
ローラカッターを交換する場合には、締結部材を弛めて、第２固定部材、第１固定部材を、固定部材収容凹部から順次取り外し、この場合、ローラカッターの支軸端部が軸受凹部に係合された状態で、前後方向におけるローラカッターのハブの位置が係合凹部の位置よりも前側に位置するので、固定部材収容凹部に第２固定部材をローラカッター側から着脱できる。第１，第２固定部材を取り外した後、ローラカッターの支軸端部を固定部材収容凹部を通過させて、ローラカッターを交換することができる。その結果、ローラカッターの交換作業を簡単化し、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。また、部材数を低減でき、従来のようにロータディスクを回動させる機構等や回り止めする機構が不要になるため、構造を簡単化できる。
【００２８】
請求項６の発明によれば、ローラカッターの１対の支軸端部に対応させてカッター取付部材と固定部材を夫々２組設けたので、ローラカッターを確実に着脱可能に固定できる。
【００２９】
請求項７の発明によれば、固定部材収容凹部のうちの軸受凹部側端部の相対向する１対の面を後方広がりのテーパ面に形成し、第１固定部材に１対のテーパ面に係合する１対のテーパ部を形成したので、第１固定部材を固定部材収容凹部から容易に後側へ取り外すことができ、第１固定部材を固定部材収容凹部に装着した状態で確実に一体化させることが期待できる。
【００３０】
請求項８の発明によれば、カッター取付部材の前部に着脱可能なサドルを設け、このサドルに軸受凹部を形成したので、このサドルについても摩耗等で損傷した場合に交換することができる。
【００３１】
請求項９の発明によれば、サドルの前面部分に複数の超硬チップを取付けたので、サドルの掘削土等による損傷を極力防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明のトンネル掘削機のローラカッター固定装置は、トンネル掘削機のカッターヘッドの前面部に装備されるローラカッターを、カッターヘッドの後側から着脱可能に固定するものであり、カッター取付部材の軸受凹部にローラカッターの支軸端部を後側から係脱可能に構成し、カッター取付部材の軸受凹部の後端に連なる固定部材収容凹部に複数の固定部材を着脱可能に装着して、ローラカッターの支軸端部を収容凹部に保持するように構成したものである。
【実施例１】
【００３３】
図１に示すように、トンネル掘削機１には、胴体（図示略）の前側に、胴体に回動可能に支持されたカッターヘッド２が装備され、そのカッターヘッド２の前面部に複数のローラカッター３が装備されている。このトンネル掘削機１では、胴体と共にカッターヘッド２が複数の推進ジャッキ（図示略）により前進駆動され、カッターヘッド２が複数のモータ（図示略）により回動されて、前方の地山を掘削してトンネルを掘削していく。そして、このカッターヘッド２には、複数のローラカッター３を夫々カッターヘッド２の後側から着脱可能に固定する複数のローラカッター固定装置４が設けられている。
【００３４】
ローラカッター固定装置４について説明する。
図２〜図７に示すように、各ローラカッター固定装置４は、ローラカッター３の角形の支軸の両端部（１対の支軸端部３ａ）を着脱可能に固定するものであり、１対の支軸端部３ａに対応させて、カッター取付部材１０と、第１固定部材２０と、１対の第２固定部材２５と、第３固定部材３０と、固定プレート３５と、１対のボルト部材４０と、締結部材４５とを夫々２組備えている。
【００３５】
ここで、カッターヘッド２は、例えば、ヘッド中央部２ａと、ヘッド中央部２ａから放射状に延びる４本のスポーク部２ｂと、４本のスポーク部２ｂの外側端部に繋がる外周環状部２ｃとを有し、これら２ａ，２ｂ，２ｃに、複数のローラカッター３が略一様に、且つ支軸を径方向に向けて取り付けられている（図１参照）。カッターヘッド２のうち各ローラカッター３を取り付ける部分には、ローラカッター３のカッターリング３ｂの直径よりも少し大きな間隔を隔てて対面状に１対の取付板部５が配設され、これら取付板部５の間にローラカッター固定装置４が設けられている。
【００３６】
各ローラカッター固定装置４において、１対のカッター取付部材１０は、１対の取付板部５の間において取付板部５と直交するように且つローラカッター３のハブ３ｃよりも少し大きな間隔を隔てて対面状に対称に配設され、これらカッター取付部材１０にローラカッター３の１対の支軸端部３ａが夫々着脱可能に固定されている。ここで、以下適宜、１対の取付板部５が対面する方向をローラ軸方向とし、１対の取付板部５が対面する方向をローラ軸直交方向（側方）として説明する。
【００３７】
各カッター取付部材１０は、ローラカッター３の支軸端部３ａの長さの約２倍のローラ軸方向の厚さを有すると共に、ローラ軸方向から視て略矩形形状に形成され、側方両端部が１対の取付板部５の内側面に溶接等で固定され、前端部が取付板部５よりも少し前方へ膨出し、ローラカッター固定装置４で固定されたローラカッター３はカッター取付部材１０よりも前方へ突出した状態になる。
【００３８】
各カッター取付部材１０は、その大部分を占める取付部材本体１１と、取付部材本体１１（カッター取付部材１０）の前部に着脱可能に設けられたサドル１５を有する。サドル１５の前面部分には、複数の超硬チップ１６が一様に取り付けられ、また、サドル１５の後端部には、ローラカッター３の支軸端部３ｂが後側から係脱可能な軸受凹部１７が形成されている。
【００３９】
各取付部材本体１１のうち内面側からローラカッター３の支軸端部３ａの長さと略同じローラ軸方向の厚さ部分に、前部にサドル収容凹部１２が形成され、このサドル収容凹部１２の後端に連なり後方開放状の固定部材収容凹部１３が形成され、この固定部材収容凹部１３の側部に相対向状に相離隔状に１対の角溝状の係合凹部１４が形成されている。サドル収容凹部１２にサドル１５が着脱可能に装着され、１対のボルト１８が取付部材本体１１に後側から挿通されてサドル１５に螺合され、これらボルト１８により取付部材本体１１にサドル１５が固定されている。サドル収容凹部１２にサドル１５が装着された状態で、サドル１５の軸受凹部１７の後端に固定部材収容凹部１３が連なった状態になる。
【００４０】
ローラ軸直交方向において、固定部材収容凹部１３のうちの軸受凹部側端部（前端部）の長さは、サドル収容凹部１２の長さの約半分弱であり、固定部材収容凹部１３のうちの１対の係合凹部１４の後側部分は、サドル収容凹部１２の長さと略同じ長さを有する開口部１３ａとなっている。ここで、ローラカッター３の支軸端部３ａが軸受凹部１７に係合された状態で、前後方向におけるローラカッター３のハブ３ｃの位置は、固定部材収容凹部１３のうちの軸受凹部側端部の位置、更には係合凹部１４の位置とラップしている。
【００４１】
第１固定部材２０は、固定部材収容凹部１３と略同じローラ軸方向の厚さを有し、固定部材収容凹部１３のうちの軸受凹部側端部に後側から着脱可能に装着されて、ローラカッター３の支軸端部３ａに後側から当接して、軸受凹部１７にローラカッター３の支軸端部３ａを保持する。第１固定部材２０のローラ軸直交方向における長さは開口部１３ａよりも少し小さく形成され、それ故、第１固定部材２０を固定部材収容凹部１３の軸受凹部側端部に開口部１３ａを通過させて後側から着脱することができる。
【００４２】
固定部材収容凹部１３のうちの軸受凹部側端部の相対向する１対の面は後方広がりのテーパ面１３ｂに形成され、第１固定部材２０には１対のテーパ面１３ｂに係合する１対のテーパ部２０ａが形成されている。第１固定部材２０には、ローラ軸直交方向における両端部に１対のボルト部材４０が螺合する１対のネジ穴２０ｂが形成され、中央部分に締結部材４５が螺合するネジ穴２０ｃが形成されている。
【００４３】
１対の第２固定部材２５は、固定部材収容凹部１３と略同じローラ軸方向の厚さを有し、１対の係合凹部１４に後方移動不能に夫々係合される１対の係合部２５ａを備え、第１固定部材２０が装着された固定部材収容凹部１３に後側から着脱可能に且つ相離隔状に装着されて、１対の係合部２５ａが１対の係合凹部１４に係合すると共に、第１固定部材２０に後側から当接して、第１固定部材２０を後側から支持する。各第２固定部材２５のローラ軸直交方向における長さは開口部１３ａよりも小さく形成され、固定部材収容凹部１３に一方の第２固定部材２５を装着した状態で、他方の第２固定部材２５を開口部１３ａを通過させて後側から着脱することができる。
【００４４】
第３固定部材３０は、固定部材収容凹部１３と略同じローラ軸方向の厚さを有し、固定部材収容凹部１３のうちの１対の第２固定部材２５の間に後側から着脱可能に装着される。１対の第２固定部材２５の相対向する面に後方広がりの１対のテーパ面２５ｂが形成され、第３固定部材３０に１対のテーパ面２５ａに係合する１対のテーパ部３０ａが形成されている。１対の第２固定部材２５には１対のボルト挿通穴２５ｃが形成され、このボルト挿通穴２５ｃはボルト部材４０よりも大径に形成され、第３固定部材３０には挿通穴３０ｂが形成され、この挿通穴３０ｂは締結部材４５よりも大径に形成されている。
【００４５】
第１，第２固定部材２０，２５が固定部材収容凹部１３に装着された状態で、締結部材４５が第３固定部材３０の挿通穴３０ｂに後側から挿通され、第１固定部材２０のネジ穴２０ｃに螺合されて、この締結部材４５により第３固定部材３０が第１固定部材２０に締結され、このとき、第１固定部材２０と１対の第２固定部材２５がテーパ面２５ａとテーパ部３０ａの楔作用により固定部材収容凹部１３に押圧され一体化して固定される。第１，第２固定部材２０，２５が固定部材収容凹部１３に固定された状態で、１対のボルト部材４０が１対の第２固定部材２５のボルト挿通穴２５ｃに後側から挿通され、第１固定部材２０の１対のネジ穴２０ｂに螺合されて、これらボルト部材４０により１対の第２固定部材２５が第１固定部材２０に固定され弛み防止がなされる。その後、ボルト１８を締めてサドル１５を後側に引き寄せてローラカッター３の支軸端部３ａを最終的に固定する。
【００４６】
固定プレート３５には１対のボルト穴３５ａが形成され、これらボルト穴３５ａに１対のボルト部材４０が挿通され、固定プレート３５は１対のボルト部材４０の鍔部と１対の第２固定部材２５との間に挟まれる形で固定され、この固定プレート３５により１対の第２固定部材２５の後端部同士が連結された状態となる。尚、この固定プレート３５については省略してもよい。
【００４７】
次に、ローラカッター固定装置４によるローラカッター交換方法を含む作用・効果について説明する。
トンネルを掘削可能な状態では、ローラカッター３の支軸端部３ａがカッター取付部材１０の軸受凹部１７に係合され、第１固定部材２０がカッター取付部材１０の固定部材収容凹部１３のうちの軸受凹部側端部に装着され、１対の第２固定部材２５が固定部材収容凹部１３に相離隔状に装着され、１対の第２固定部材２５の係合部２５ａが固定部材収容凹部１３の側部に相対向状に相離隔状に形成された１対の角溝状の係合凹部１４に夫々係合されている。
【００４８】
そして、第３固定部材３０が固定部材収容凹部１３のうちの１対の第２固定部材２５の間に装着されて、１対の第２固定部材２５の相対向する面に形成された後方広がりの１対のテーパ面２５ｂに、第３固定部材３０に形成された１対のテーパ部３０ａが係合され、第３固定部材３０が締結部材４５で第１固定部材２０に締結され、弛み防止のために１対のボルト部材４０で１対の第２固定部材２５が第１固定部材２０に固定されている。
【００４９】
１対の第２固定部材２５の係合部２５ａが固定部材収容凹部１３の１対の係合凹部１４に夫々係合されるので、１対の第２固定部材２５の前後方向の移動が規制され、第３固定部材３０が締結部材４５により第１固定部材２０に前後方向に締結されることで、１対の第２固定部材２５のテーパ面２５ｂと第３固定部材３０の１対のテーパ部３０ａとの楔作用により、１対の第２固定部材２５が固定部材収容凹部１３の側部に押圧されて一体化し、これら第２固定部材２５により第１固定部材２０が後側から支持され、この第１固定部材２０によりローラカッター３の支軸端部３ａが軸受凹部１７に保持される。ローラカッター３の掘削反力は、第１固定部材２０と１対の第２固定部材２５を介してカッター取付部材１０で受け止められ、ボルト部材４０と締結部材４５には作用しない。
【００５０】
ローラカッター３を交換する場合には、１対のボルト部材４０を弛め、締結部材４５を弛めて、第３固定部材３０を固定部材収容凹部１３から後側へ取り外し、１対の第２固定部材２５、第１固定部材２０を固定部材収容凹部１３から後側へ順次取り外す。この場合、固定部材収容凹部１３は後方開放状に形成されているため、第１〜第３固定部材２０，２５，３０を、ローラカッター３と干渉することなく後側へ取り外しでき、また、１対の第２固定部材２５の後方広がりのテーパ面２５ｂに第３固定部材３０の１対のテーパ部３０ａを係合させてあるため、１対の第２固定部材２５の間から第３固定部材３０を後側へ容易に取り外しできる。
【００５１】
第１〜第３固定部材２０，２５，３０を後側へ取り外す場合、第１〜第３固定部材２０，２５，３０に、引抜部材（図示略）を連結し、その引抜部材を引っ張ることができる。この場合、引抜部材の先端部分が螺合するネジ穴として、第１固定部材２０に形成されたネジ穴２０ｂ又は２０ｃ、第３固定部材３０の挿通穴３０ｂに形成した大径のネジ穴を利用できる。
【００５２】
図７に示すように、第１〜第３固定部材２０，２５，３０を取り外した後、レール４８の前端部をカッター取付部材１０のサドルの後端部にボルト４９で連結し、このレール４８の上面と軸受凹部１７の底部の高さ位置を一致させ、ローラカッター３の支軸端部３ａをレール４８で支持してスライドさせ、固定部材収容凹部１３を通過させて、ローラカッター３を後側へ移動させ取り外しできる。
【００５３】
次に、新たなローラカッター３の支軸端部３ａをレール４８で支持してスライドさせ、固定部材収容凹部１３を通過させて、ローラカッター３を前側へ移動させ、ローラカッター３の支軸端部３ａを軸受凹部１７に係合させる。その後、前記と逆の手順で、第１固定部材２０を固定部材収容凹部１３のうちの軸受凹部側端部に後側から装着し、１対の第２固定部材２５を第１固定部材２０が装着された固定部材収容凹部１３に後側から相離隔状に装着し、１対の第２固定部材２５の係合部２５ａを１対の係合凹部に夫々係合させる。
【００５４】
次に、第３固定部材３０を固定部材収容凹部１３のうちの１対の第２固定部材２５の間に後側から装着する。この場合、前記テーパ面２５ｂとテーパ部３０ａにより第３固定部材３０を１対の第２固定部材２５の間に簡単に挿入することができる。そして、締結部材４５により第３固定部材３０を第１固定部材２０に締結し、１対のボルト部材４０で１対の第２固定部材２５を第１固定部材２０に固定し、その後、ボルト１８を締めてサドル１５を後側に引き寄せてローラカッター３の支軸端部３ａを最終的に固定して、ローラカッター３の交換作業が完了する。
【００５５】
このように、ローラカッター３の交換作業を簡単化し、交換作業の時間を著しく短縮することができ、特に、非常に固い地盤（硬岩部）掘削する場合、また、長距離のトンネルを連続的に掘削する場合でも、トンネル掘削工期を短縮することが可能になる。また、従来のようにロータディスクを回動させる機構等や回り止めする機構が不要になるため、構造を簡単化することもできる。
【００５６】
しかも、ローラカッター３の支軸端部３ａが軸受凹部１７に係合された状態で、前後方向におけるローラカッター３のハブ３ｃの位置と係合凹部１４の位置とがラップした状態でも、ローラカッター３を交換する際、第１〜第３固定部材２０，２５，３０を固定部材収容凹部１３にローラカッター側から着脱すると、ローラカッター３のハブ３ｃと干渉するが、本案では、ローラカッター３のハブ３ｃと干渉させずに、第１〜第３固定部材２０，２５，３０を固定部材収容凹部１３に後側から着脱できる。
【００５７】
１対の第２固定部材２５のボルト挿通穴２５ｃに後側から挿通され第１固定部材２０に螺合されて１対の第２固定部材２５を第１固定部材３０に固定する１対のボルト部材４０を設け、ボルト挿通穴２５ｃをボルト部材４０よりも大径に形成したので、１対の第２固定部材２５を固定部材収容凹部１３に相離隔状態に確実に保持して装着することができ、それ故、これら第２固定部材２５の間に第３固定部材３０を簡単に挿入して装着することができる。また、締結部材４５による第３固定部材３０の第１固定部材２０への締結・締結解除により、１対の第２固定部材２５は相接近・離隔する方向へ多少移動するが、その際、ボルト部材４０よりも大径に形成されたボルト挿通穴２５ｃにより、前記移動を許容して第２固定部材２５を第１固定部材２０に固定した状態を維持できる。
【００５８】
固定部材収容凹部１３のうちの軸受凹部側端部の相対向する１対の面を後方広がりのテーパ面１３ｂに形成し、第１固定部材２０に１対のテーパ面１３ｂに係合する１対のテーパ部２０ａを形成したので、第１固定部材２０を固定部材収容凹部１３から容易に後側へ取り外すことができ、第１固定部材２０を固定部材収容凹部１３に装着した状態で確実に一体化させることが期待できる。
【００５９】
カッター取付部材１０の前部に着脱可能なサドル１５を設け、このサドル１５に軸受凹部１７を形成したので、このサドル１５についても摩耗等で損傷した場合に交換することができ、サドル１５の前面部分に複数の超硬チップ１６を取付けたので、サドル１５の掘削土等による損傷を極力防止することができる。
【００６０】
第３固定部材３０に、第３固定部材３０を引っ張って１対の第２固定部材２５の間から引き抜く為の引抜部材が螺合し且つ締結部材４５が挿通可能に締結部材４５よりも大径の挿通穴３０ｂにネジ穴３０ｂを形成したので、ローラカッター３を交換する場合に、引抜部材を第３固定部材３０のネジ穴に螺合させて引っ張ることで、第３固定部材３０を１対の第２固定部材２５の間から後側へ容易に取り外しでき、それ故、ローラカッター３の交換作業の時間をより短縮することが可能になる。
【実施例２】
【００６１】
図８、図９に示すように、実施例２のローラカッター固定装置４Ａは、ローラカッター３の１対の支軸端部３ａを着脱可能に固定するものであり、１対の支軸端部３ａに対応させて、カッター取付部材５０と、第１固定部材６０と、第２固定部材６５と、締結部材７０とを夫々２組備えている。
【００６２】
各カッター取付部材５０は、取付部材本体５１と、取付部材本体５１（カッター取付部材５０）の前部に着脱可能に設けられたサドル５５を有し、サドル５５には複数の超硬チップ５６が一様に取り付けられ、サドル５５には軸受凹部５７が形成されている。サドル５５および軸受凹部５７は実施例１と同様のものである。取付部材本体５１には、前部にサドル収容凹部５２が形成され、このサドル収容凹部５２の後端に連なり後方開放状の固定部材収容凹部５３が形成され、サドル収容凹部５２にサドル５５が着脱可能に装着され１対のボルト５８で固定され、この状態で、サドル５５の軸受凹部５７の後端に固定部材収容凹部５３が連なった状態になる。
【００６３】
固定部材収容凹部５３の側部に相対向状に相離隔状に１対の角溝状の係合凹部５４が形成され、その後側に開口部５３ａが形成されている。固定部材収容凹部５３のうちの軸受凹部側端部のローラ軸直交方向における長さは、サドル収容凹部５２の約１／３弱である。ここで、ローラカッター３の支軸端部３ａが軸受凹部５７に係合された状態で、前後方向におけるローラカッター３のハブ３ｃの位置は、固定部材収容凹部５３のうちの係合凹部５４の位置よりも前側に位置している。
【００６４】
第１固定部材６０は、固定部材収容凹部５３と略同じローラ軸方向の厚さを有し、固定部材収容凹部５３のうちの軸受凹部側端部に後側から着脱可能に装着されて、ローラカッター３の支軸端部３ａに後側から当接して、軸受凹部５７にローラカッター３の支軸端部３ａを保持する。第１固定部材６０のローラ軸直交方向における長さは開口部５３ａよりも少し小さく形成され、それ故、第１固定部材６０を固定部材収容凹部６３の軸受凹部側端部に開口部６３ａを通過させて後側から着脱することができる。
【００６５】
固定部材収容凹部５３のうちの軸受凹部側端部の相対向する１対の面は後方広がりのテーパ面５３ｂに形成され、第１固定部材６０には１対のテーパ面５３ｂに係合する１対のテーパ部６０ａが形成されている。第１固定部材６０には、中央部分に締結部材７０が螺合するネジ穴６０ｂが形成されている。
【００６６】
第２固定部材６５は、固定部材収容凹部５３と略同じローラ軸方向の厚さを有し、第２固定部材６５のローラ軸直交方向における長さは開口部５３ａよりも大きい。第２固定部材６５は、１対の係合凹部５４に後方移動不能に夫々係合される１対の係合部６５ａを備え、第１固定部材６０が装着された固定部材収容凹部５３にローラカッター３側から着脱可能に装着されて、１対の係合部６５ａが１対の係合凹部６４に係合すると共に、第１固定部材６０に後側から当接して、第１固定部材６０を後側から支持し、その後、ボルト５８を締めてサドル５５を後側に引き寄せてローラカッター３の支軸端部３ａを最終的に固定する。
【００６７】
このローラカッター固定装置４Ａによれば、トンネルを掘削可能な状態では、第２固定部材６５の１対の係合部６５ａが固定部材収容凹部５３の１対の係合凹部５４に夫々係合されるので、第２固定部材６５の前後方向の移動が規制され、この第２固定部材６５により第１固定部材６０を後側から確実に支持し、この第１固定部材６０によりローラカッター３の支軸端部３ａを軸受凹部５７に確実に保持して、ローラカッター３を固定することができ、ローラカッター３の掘削反力を、締結部材７０に作用させずに、第１固定部材６０と第２固定部材６５を介してカッター取付部材５０で受け止めることができる。
【００６８】
ローラカッター３を交換する場合には、締結部材７０を弛めて、第２固定部材６５、第１固定部材６０を、固定部材収容凹部５３から順次取り外し、この場合、ローラカッター３の支軸端部３ａが軸受凹部５７に係合された状態で、前後方向におけるローラカッター３のハブ３ｃの位置が係合凹部５４の位置よりも前側に位置するので、固定部材収容凹部５３に第２固定部材６５をローラカッター側から着脱することができる。
【００６９】
第１，第２固定部材６０，６５を取り外した後、ローラカッター３の支軸端部３ａを固定部材収容凹部５３を通過させて、ローラカッター３を交換することができる。その結果、ローラカッター３の交換作業を簡単化し、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。また、部材数を低減でき、従来のようにロータディスクを回動させる機構等や回り止めする機構も不要になるため、構造を簡単化することができる。その他の関連する作用、効果は実施例１と同様である。
【００７０】
尚、本発明のローラカッター固定装置においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、前記開示した事項以外に他の種々の変更を付加して実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】実施例１のトンネル掘削機のカッターヘッドの正面図である。
【図２】ローラカッターとローラカッター固定装置の正面図である。
【図３】図２のII−II線断面図である。
【図４】ローラカッター固定装置の分解状態の縦断面図である。
【図５】ローラカッター固定装置の斜視図である。
【図６】ローラカッター固定装置の分解状態の斜視図である。
【図７】ローラカッター固定装置のローラカッター交換時の縦断面図である。
【図８】実施例２ローラカッター固定装置の縦断面図である。
【図９】ローラカッター固定装置の分解状態の縦断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１  トンネル掘削機
２  カッターヘッド
３  ローラカッター
３ａ  支軸端部
３ｃ  ハブ
４，４Ａ  ローラカッター固定装置
１０，５０  カッター取付部材
１３，５３  固定部材収容凹部
１３ｂ，５３ｂ  テーパ面
１４，５４  係合凹部
１５，５５  サドル
１６，５６  超硬チップ
１７，５７  軸受凹部
２０，６０  第１固定部材
２０ａ，６０ａ  テーパ部
２０ｂ，２０ｃ，６０ｂ  ネジ穴
２５，６５  第２固定部材
２５ａ，６５ａ  係合部
２５ｂ  テーパ面
２５ｃ  ボルト挿通穴
３０  第３固定部材
３０ａ  テーパ部
４０  ボルト部材
４５，７０  締結部材
【図１】
2007070825.tif 000003
【図２】
2007070825.tif 000004
【図３】
2007070825.tif 000005
【図４】
2007070825.tif 000006
【図５】
2007070825.tif 000007
【図６】
2007070825.tif 000008
【図７】
2007070825.tif 000009
【図８】
2007070825.tif 000010
【図９】
2007070825.tif 000011