(57)【要約】【課題】交換装置の簡略化によりコストダウンが図れると共に、迅速かつ安全に交換作業が行えるディスクカッタ交換装置を提供する。【解決手段】カッタスポーク５の前後壁部間に架設され、カッタ突出口３２とカッタ交換口３３と第１の排土口３４を有した円筒状の案内部３１と、案内部に回動自在に内装され周面にカッタ突出口とカッタ交換口とに選択的に連通可能なカッタ出入口３６と第１の排土口に連通可能な第２の排土口３７を有したドラム３５と、ドラム内においてカッタ出入口と第２の排土口とを連通しカッタ出入口において進退可能な筒部内にディスクカッタ７を支持すると共に圧縮ばね４１により常時後退方向に付勢された筒状のカッタ支持部材３８と、案内部に固設されてドラムを支持すると共にそのカム部４２ｃをドラム内に臨入してカッタ支持部材に圧縮ばねの付勢力に抗して係合させたカム付き部材４２と、ドラムを回動させるジャッキ４３と、を備えた。【選択図】図１
2012132282.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カッタスポークの前壁部と後壁部間に架設され、カッタ突出口とカッタ交換口と第１の排土口を周方向に離間して有した円筒状の案内部と、
前記案内部に回動自在に内装され、周面に前記カッタ突出口と前記カッタ交換口とに選択的に連通可能なカッタ出入口と前記第１の排土口に連通可能な第２の排土口を有したドラムと、
前記ドラム内において前記カッタ出入口と前記第２の排土口とを連通し前記カッタ出入口において進退可能な筒部内にディスクカッタを回動自在に支持すると共に付勢手段により常時後退方向に付勢された筒状のカッタ支持部材と、
前記案内部に固設されて前記ドラムを回動自在に支持すると共にその偏心シャフト部を前記ドラム内に臨入して前記カッタ支持部材に前記付勢手段の付勢力に抗して係合させた偏心シャフト付き部材と、
前記ドラムを回動させる駆動手段と、
を備えたことを特徴とするディスクカッタ交換装置。
【請求項２】
前記カッタ突出口には前記ドラムの露出部との間をシールするパッキンが装着されることを特徴とする請求項１に記載のディスクカッタ交換装置。
【請求項３】
前記付勢手段は前記カッタ支持部材と前記ドラムのカッタ出入口との間に介装された圧縮ばねであることを特徴とする請求項１又は２に記載のディスクカッタ交換装置。
【請求項４】
前記ドラムの第２の排土口は内方に突出する筒部を有し、該筒部に前記カッタ支持部材の前記第２の排土口側端部が筒軸方向に摺動自在に嵌合することを特徴とする請求項１,２又は３に記載のディスクカッタ交換装置。
【請求項５】
前記偏心シャフト部は固定カムであり、そのリフトサークル面では前記ディスクカッタを前記ドラムのカッタ出入口から突出させるべく前記カッタ支持部材を前進させ、リフトサークル面からベースサークル面に移行する際には前記ディスクカッタを前記ドラムのカッタ出入口から没入させるべく前記カッタ支持部材を漸次後退させるよう設定されることを特徴とする請求項１,２,３又は４に記載のディスクカッタ交換装置。
【請求項６】
筒状をなす掘削機本体と、該掘削機本体を前進させる推進ジャッキと、前記掘削機本体の前部に駆動回転可能に装着されて放射状に配設された複数本のカッタスポークを有するカッタヘッドとを備え、前記各カッタスポークに前記請求項１乃至５のいずれか一つに記載のディスクカッタ交換装置を装着したことを特徴とするトンネル掘削機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスクカッタ交換装置及び該交換装置を備えたトンネル掘削機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のディスクカッタ交換装置を備えたトンネル掘削機として、例えば特許文献１に開示されたものがある。
【０００３】
これは、筒状をなす掘削機本体と、該掘削機本体を前進させる推進ジャッキと、前記掘削機本体の前部に駆動回転可能に装着されて円筒形状をなす支持筒の外周面から４本のカッタスポークが放射状に延設されたカッタヘッドと、前記各カッタスポークに移動自在に支持されたディスクカッタ及びダミーカッタと、前記支持筒内に周方向回転自在に支持されて該支持筒と前記カッタスポークとを連通する連通口を有する回転筒と、該回転筒の連通口を開閉自在なゲートと、前記回転筒内に設置されて前記ディスクカッタ及びダミーカッタに接続される各種ロッドを繰り返し掴み直して当該回転筒に対し引き込み及び押し出し可能なロッド把持装置と、を具えて構成される。
【０００４】
これによれば、カッタヘッドの支持筒内を回転筒により密閉状態とすることでカッタ交換室として利用することができると共に、ロッド把持装置をカッタ交換室内にコンパクトに設置することができるので、構造の簡素化を図ることができ、かつカッタ交換作業時に別途カッタ交換室の取付け作業及び取外し作業を不要として、全てのカッタスポーク部に取り付けられたカッタ類を容易に短時間で交換することが可能となるので、カッタ交換作業の作業性及び安全性の向上と複数回交換に対するカッタ掘削の信頼性の向上を図ることができるとある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−９４１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１に開示されたディスクカッタ交換装置を備えたトンネル掘削機にあっては、ディスクカッタ交換装置において、ロッド把持装置が設置されると共に密閉可能なカッタ交換室やロッドが接続されたダミーカッタを必要とすることから装置が大掛かりとなり、コストアップを招来すると共に、カッタ交換に当たっては、ロッド把持装置によりディスクカッタ及びダミーカッタに接続される各種ロッドを繰り返し掴み直して（分割ロッドの継ぎ足しを含めて）カッタ交換室に対し引き込み及び押し出しを行うことから交換作業に手間隙が掛かるという不具合があった。
【０００７】
そこで、本発明は、交換装置の簡略化によりコストダウンが図れると共に、迅速かつ安全に交換作業が行えるディスクカッタ交換装置及び該交換装置を備えたトンネル掘削機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
斯かる目的を達成するための本発明に係るディスクカッタ交換装置は、
カッタスポークの前壁部と後壁部間に架設され、カッタ突出口とカッタ交換口と第１の排土口を周方向に離間して有した円筒状の案内部と、
前記案内部に回動自在に内装され、周面に前記カッタ突出口と前記カッタ交換口とに選択的に連通可能なカッタ出入口と前記第１の排土口に連通可能な第２の排土口を有したドラムと、
前記ドラム内において前記カッタ出入口と前記第２の排土口とを連通し前記カッタ出入口において進退可能な筒部内にディスクカッタを回動自在に支持すると共に付勢手段により常時後退方向に付勢された筒状のカッタ支持部材と、
前記案内部に固設されて前記ドラムを回動自在に支持すると共にその偏心シャフト部を前記ドラム内に臨入して前記カッタ支持部材に前記付勢手段の付勢力に抗して係合させた偏心シャフト付き部材と、
前記ドラムを回動させる駆動手段と、
を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、
前記カッタ突出口には前記ドラムの露出部との間をシールするパッキンが装着されることを特徴とする。
【００１０】
また、
前記付勢手段は前記カッタ支持部材と前記ドラムのカッタ出入口との間に介装された圧縮ばねであることを特徴とする。
【００１１】
また、
前記ドラムの第２の排土口は内方に突出する筒部を有し、該筒部に前記カッタ支持部材の前記第２の排土口側端部が筒軸方向に摺動自在に嵌合することを特徴とする。
【００１２】
また、
前記偏心シャフト部は固定カムであり、そのリフトサークル面では前記ディスクカッタを前記ドラムのカッタ出入口から突出させるべく前記カッタ支持部材を前進させ、リフトサークル面からベースサークル面に移行する際には前記ディスクカッタを前記ドラムのカッタ出入口から没入させるべく前記カッタ支持部材を漸次後退させるよう設定されることを特徴とする。
【００１３】
斯かる目的を達成するための本発明に係るディスクカッタの交換装置を備えたトンネル掘削機は、
筒状をなす掘削機本体と、該掘削機本体を前進させる推進ジャッキと、前記掘削機本体の前部に駆動回転可能に装着されて放射状に配設された複数本のカッタスポークを有するカッタヘッドとを備え、前記各カッタスポークに前記ディスクカッタの交換装置を装着したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るディスクカッタ交換装置及び該交換装置を備えたトンネル掘削機によれば、通常の掘削時には、ドラムのカッタ出入口を案内部のカッタ突出口に一致させることで、ディスクカッタがカッタスポークの前壁部から突出して切羽の掘削が可能となり、掘削された土砂はカッタ支持部材の筒内部よりドラムの第２の排土口を介し案内部の第１の排土口を通ってカッタスポークの後方へ円滑に排出される。
【００１５】
一方、カッタ交換時には、ドラムの回動によりドラムのカッタ出入口を案内部のカッタ交換口に一致させることで、当該カッタ交換口より容易、かつ迅速にディスクカッタの交換が可能となると共に、案内部のカッタ突出口はドラムの露出部で閉塞され、カッタスポーク内への土砂の侵入が防止されるので、カッタスポーク内で安全にカッタ交換作業が行える。
【００１６】
このようにドラムを回動させるという簡単な操作で、ディスクカッタのカッタ突出口に対する進退動とカッタ突出口⇔カッタ交換口の移動が達成されるので、交換装置の簡略化によりコストダウンが図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施例を示すディスクカッタ交換装置の平断面図で、図６のＡ−Ａ矢視断面相当図である。
【図２】図１の背面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図４】図１の斜視図である。
【図５】図４の作用状態図である。
【図６】土圧式シールド掘削機の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係るディスクカッタ交換装置及び該交換装置を備えたトンネル掘削機を実施例により図面を用いて詳細に説明する。
【実施例】
【００１９】
図１は本発明の一実施例を示すディスクカッタ交換装置の平断面図で、図６のＡ−Ａ矢視断面相当図、図２は図１の背面図、図３は図１のＡ−Ａ矢視断面図、図４は図１の斜視図、図５は図４の作用状態図、図６は土圧式シールド掘削機の概略構成図である。
【００２０】
図６に示すように、本実施例の土圧式シールド掘削機（トンネル掘削機）は、その掘削機本体が、円筒状の掘削機主部１と該掘削機主部１内に前後方向（トンネルの長手方向）へ相対移動可能に収装された円筒状の掘削機副部２との二重筒状に形成される。掘削機主部１は、更に前後方向に、前掘削機主部１ａと後掘削機主部１ｂとに分割されている。
【００２１】
前記前掘削機主部１ａの隔壁（バルクヘッド）３には、カッタヘッド４が軸受等を介して回転自在に装着される。カッタヘッド４の前面には放射状をなしてカッタスポーク５が固定され、このカッタスポーク５には、多数のカッタビット６及びディスク（ローラ）カッタ７が装着されると共に、カッタヘッド４の径方向へ油圧ジャッキ８により伸縮（出没）可能に、適当数のコピーカッタ９が装着される。そして、カッタヘッド４の後部にはリングギア１０が固定される。
【００２２】
一方、前記隔壁３には、カッタヘッド駆動手段としてのカッタ旋回モータ１１が取り付けられ、このカッタ旋回モータ１１の駆動ギア１２が前記リングギア１０に噛み合っている。従って、カッタ旋回モータ１１を稼働して駆動ギア１２を回転駆動すると、リングギア１０を介してカッタヘッド４が回転される。また、隔壁３の中央部には、ロータリジョイント１３が組み付けられ、このロータリジョイント１３を介して前記コピーカッタ９の油圧ジャッキ８等に対し図示しない油圧源からの圧油の給，排が行われるようになっている。また、隔壁３の外周部と前記後掘削機主部１ｂの前部に設けられたリング状補強部１４との間には中折れジャッキ１５が適当数配設される。
【００２３】
前記前掘削機主部１ａと後掘削機主部１ｂの内部には、前記掘削機副部２を貫通してスクリューコンベア１６が配設され、カッタヘッド４で掘削された土砂をトンネルの後方へ排出可能になっている。即ち、スクリューコンベア１６の前端部（取出口）が隔壁３の下部を貫通して前記カッタヘッド４と隔壁３とで画成されたチャンバ室１７に開口すると共に、後下部に設けた排出口（ジャッキ１８駆動のゲート１９で開閉される）がトンネル内の長手方向に配設された図示しないベルトコンベア上に対向するのである。このスクリューコンベア１６は、後上がりに傾斜して配置された円筒管１６ａの内部に、駆動モータ１６ｂによって回転可能にスクリュー翼１６ｃが装着されてなる。
【００２４】
前記後掘削機主部１ｂのリング状補強部１４と前記掘削機副部２の内周部との間には、主推進ジャッキ２０が円周方向へ所定間隔離間して多数本配設される。そして、前記掘削機副部２の外周部には、覆工部材としてトンネルの内周面に構築された（組み立てられた）既設のセグメントＳに対し伸縮し得る副推進ジャッキ２２が円周方向へ所定間隔離間して多数本配設される。
【００２５】
また、前記後掘削機主部１ｂの後端部は、テールシール２３を介して前記既設セグメントＳの外周に嵌合している。また、前記掘削機副部２の後部には支持部材（架台）２４が組み付けられ、この支持部材２４上に前記セグメントＳを組み立てるエレクタ２５と組み立てたセグメントＳの真円保持を行うセグメントアジャスタ２６が装備される。
【００２６】
従って、トンネルを掘削するにあたっては、先ず、全ての主推進ジャッキ２０と副推進ジャッキ２２とが共に縮んだ初期位置で、カッタ旋回モータ１１を稼働させてカッタヘッド４を回転させる。
【００２７】
次に、前記状態から全ての主推進ジャッキ２０を伸ばして掘削機主部１を１ストローク推進（前進）させる。この際、推進反力は掘削機副部２を介して既設セグメントＳで受ける。そして、この推進により、カッタヘッド４に装着された多数のカッタビット６及びディスクカッタ７が前方の地盤を掘削する。掘削された土砂はチャンバ室１７からスクリューコンベア１６等によって外部に排出される。
【００２８】
次に、カッタヘッド４の回転を止めた状態で（場合によっては、止めなくても良い）、全ての主推進ジャッキ２０を縮めながら全ての副推進ジャッキ２２を伸ばして掘削機副部２を１ストローク推進させてリセットする。この際も、推進反力は既設セグメントＳで受ける。これにより、主推進ジャッキ２０は全縮状態で推進可能な状態になると共に、副推進ジャッキ２２は全伸状態でセグメントＳの組立可能な状態になる。
【００２９】
次に、カッタヘッド４を回転させた状態で、全ての主推進ジャッキ２０を伸ばして掘削機主部１を推進させながら副推進ジャッキ２２を部分的に順次縮めてエレクタ２５及びセグメントアジャスタ２６によりセグメントＳを組み立てると共にその真円保持を行う。
【００３０】
以降、前述した動作の繰り返しで、所定長さのトンネルを掘削・形成していく。
【００３１】
ところで、トンネルの掘削中にカッタヘッド４（厳密にはカッタスポーク５）に装着されたディスクカッタ７等が摩耗してしまう。このディスクカッタ７等が摩耗すると地盤の掘削効率が低下するので、掘削作業を停止して摩耗したディスクカッタ７等を交換しなければならない。
【００３２】
そこで、本実施例では、図１乃至図５に示すように、前記カッタスポーク５にディスクカッタ交換装置３０が装着される。
【００３３】
即ち、ディスクカッタ交換装置３０は、カッタスポーク５の前壁部５ａと後壁部５ｂ間に円筒状の案内部３１が架設される。この案内部３１は、カッタ突出口３２とカッタ交換口３３と第１の排土口３４を周方向に離間して有し、カッタ突出口３２は前壁部５ａに位置して開口形成されると共に、第１の排土口３４は管状に形成されてその先端が後壁部５ｂに開口されている。カッタ交換口３３はカッタ突出口３２と第１の排土口３４との間の第１の排土口３４寄りに開口形成される。
【００３４】
前記案内部３１にドラム３５が回動自在に内装される。このドラム３５の周面には、前記カッタ突出口３２とカッタ交換口３３とに選択的に連通可能なボス孔状のカッタ出入口３６と、前記第１の排土口３４に連通可能な筒状の第２の排土口３７とが、同一の直径線上に位置して開口形成される。
【００３５】
前記ドラム３５内には、前記カッタ出入口３６と第２の排土口３７とを連通するようにして筒状のカッタ支持部材３８が収装される。このカッタ支持部材３８は外向きフランジ付きの大径筒部３８ａと小径筒部３８ｂとが連接されてなり、その内の大径筒部３８ａがカッタ出入口３６に進退（筒軸方向に摺動）可能に内嵌されると共に小径筒部３８ｂが第２の排土口３７に伸縮（筒軸方向に摺動）可能に内嵌される。
【００３６】
そして、前記大径筒部３８ａ内にディスクカッタ７が回動自在に軸支されると共に、大径筒部３８ａの外向きフランジ部とドラム３５のカッタ出入口３６（のボス部）との間に圧縮ばね（付勢手段）４１が介装され、カッタ支持部材３８を常時後退方向に付勢している。
【００３７】
また、前記案内部３１にはカム付き部材（偏心シャフト付き部材）４２が固設される。このカム付き部材（偏心シャフト付き部材）４２は、案内部３１への取付板部４２ａとドラム３５の軸受部３５ａを回動自在に支持する枢軸部４２ｂとドラム３５内に臨入して前述した圧縮ばね４１の付勢力に抗してカッタ支持部材３８における大径筒部３８ａの後面に係合するカム部（偏心シャフト部）４２ｃとが一体形成されてなる。
【００３８】
そして、カム付き部材４２は、そのリフトサークル面ではディスクカッタ７をドラム３５のカッタ出入口３６から突出させるべくカッタ支持部材３８を前進させると共に、リフトサークル面からベースサークル面に移行する際にはディスクカッタ７をドラム３５のカッタ出入口３６から没入させるべくカッタ支持部材３８を漸次後退させるよう設定されている。
【００３９】
また、前記案内部３１にはジャッキ４３が横向き（水平）に取り付けられ、このジャッキ４３の先端に連結されたラック４４がドラム３５における軸受部３５ａの外周に刻設されたピニオンギア４５と噛み合っている（図２及び図３参照）。これらのジャッキ４３、ラック４４及びピニオンギア４５で前記ドラム３５を所定の角度範囲で回動させる駆動手段が構成される。
【００４０】
尚、図中４６はカッタ突出口３２に装着されたパッキンで、ドラム３５の露出部との間をシールするようになっている。
【００４１】
このように構成されるため、通常の掘削時には、ジャッキ４３の伸長によりドラム３５を図１及び図４中の時計方向に回動させて、ドラム３５のカッタ出入口３６を案内部３１のカッタ突出口３２に一致させる（図１及び図４の状態参照）。
【００４２】
これにより、ディスクカッタ７がカッタスポーク５の前壁部５ａ（厳密にはパッキン４６）から突出して地盤の掘削が可能となり、掘削された土砂はカッタ支持部材３８の大径筒部３８ａ及び小径筒部３８ｂの内部よりドラム３５の第２の排土口３７を介し案内部３１の第１の排土口３４を通ってカッタスポーク５後方のチャンバ室１７へ円滑に排出される。
【００４３】
一方、カッタ交換時には、ジャッキ４３の収縮によりドラム３５を図１中の反時計方向に回動させて、ドラム３５のカッタ出入口３６を案内部３１のカッタ交換口３３に一致させる（図５の(ａ)→図５の(ｂ)の状態参照）。
【００４４】
これにより、カッタ交換口３３より図示しないチェーンブロック等を用いて新，旧のディスクカッタ７の交換がカッタスポーク５内で容易、かつ迅速に行えると共に、案内部３１のカッタ突出口３２はパッキン４６及びドラム３５の露出部で閉塞され、カッタスポーク５内への土砂の侵入が防止されるので、カッタスポーク５内で安全にカッタ交換作業が行える。
【００４５】
このようにドラム３５を回動させるという簡単な操作で、ディスクカッタ７のカッタ突出口３２に対する進退動とカッタ突出口３２⇔カッタ交換口３３の移動が達成されるので、ディスクカッタ交換装置３０の簡略化によりコストダウンが図れる。
【００４６】
尚、本実施例では、各カッタスポーク５の長手方向に複数個装着されるディスクカッタ７の一個のみを図示したが、全てのディスクカッタ７において本ディスクカッタ交換装置３０が適用されることは言うまでもない。この場合、本ディスクカッタ交換装置３０を一個のディスクカッタ７毎に個別に設けても良いし、長筒状に形成したドラム３５内に複数個のカッタ支持部材３８を列設するなどしてディスクカッタ交換装置３０を複数個のディスクカッタ７の分を集約するようにして設けても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明に係るトンネル掘削機は、土圧式シールド掘削機に限らず、泥土圧式シールド掘削機、泥水式シールド掘削機、機械式シールド掘削機やトンネルボーリングマシーン（ＴＢＭ）等にも適用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１  掘削機主部
２  掘削機副部
３  隔壁
４  カッタヘッド
５  カッタスポーク
６  カッタビット
７  ディスクカッタ
８  油圧ジャッキ
９  コピーカッタ
１０  リングギア
１１  カッタ旋回モータ
１２  駆動ギア
１３  ロータリジョイント
１４  リング状補強部
１５  中折れジャッキ
１６  スクリューコンベア
１７  チャンバ室
１８  ジャッキ
１９  ゲート
２０  主推進ジャッキ
２２  副推進ジャッキ
２３  テールシール
２４  架台
２５  エレクタ
２６  セグメントアジャスタ
３０  ディスクカッタ交換装置
３１  案内部
３２  カッタ突出口
３３  カッタ交換口
３４  第１の排土口
３５  ドラム
３６  カッタ出入口
３７  第２の排土口
３８  カッタ支持部材
４１  圧縮ばね
４２  カム付き部材
４３  ジャッキ
４４  ラック
４５  ピニオンギア
４６  パッキン
Ｓ  セグメント
【図１】
2012132282.tif 000003
【図２】
2012132282.tif 000004
【図３】
2012132282.tif 000005
【図４】
2012132282.tif 000006
【図５】
2012132282.tif 000007
【図６】
2012132282.tif 000008