(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘進機本体の前部に並設され、トンネル長手方向と平行な軸廻りに回転駆動されて切羽の大部分を掘削する複数のメインカッタと、上記掘進機本体の前部に設けられ、上記メインカッタで掘削されない切羽の未掘削域を掘削するトリミングカッタとを備え、
該トリミングカッタは、切羽に対して傾けられた状態で並設された複数のスプロケットと、該スプロケットに巻き掛けられた無端チェーンと、該無端チェーンに設けられた切削ビットとを有し、
かかるトリミングカッタが上記メインカッタの後方に配置されて、そのトリミングカッタの掘削域が上記メインカッタの掘削域と重複されていることを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項２】
上記メインカッタを水平方向に間隔を隔てて複数、上記掘進機本体の前部に並設し、
これらメインカッタの後方の上部と下部とに、上記トリミングカッタを夫々配設し、
その下部に配設したトリミングカッタの無端チェーンのコマの上面に、該無端チェーンの循環に伴って掘削物を移送するパドルを設け、
上記上部に配設したトリミングカッタの無端チェーンには、上記パドルを設けない請求項１に記載のトンネル掘削機。
【請求項３】
上記メインカッタの後方の下部に配設されたトリミングカッタが、水平方向に間隔を隔てて左右一対、配設され、
これら左右一対のトリミングカッタの無端チェーンが、掘削物を中央に掻き寄せる方向に夫々循環され、
左右一対のトリミングカッタの中央の後方に、掘削物を取り込む排土口が配置された請求項２に記載のトンネル掘削機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル掘削機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石炭等の地山を掘削するトンネル掘削機として、図８(a),(b) に示すように、掘進機本体の前部に一対の回転カッタ（メインカッタａ）を設けると共にメインカッタａ、ａ間の未掘削域を掘削するトリミングカッタｂ1 、ｂ2 を設け、陸上トラック型の掘穴を形成するようにしたものが知られている。
【０００３】
詳しくは、図８(a) のトリミングカッタｂ1 は、鋸状の切削ビットを有するスライドブロックを水平方向に往復移動させて未掘削域を掘削するものであり、図８(b) のトリミングカッタｂ2 は、切削ビットが螺旋状に取り付けられたドラムをその軸回りに回転させて未掘削域を掘削するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、往復動タイプのトリミングカッタｂ1 においては、スライドブロックの方向転換の瞬間に厳密には切削ビットの速度が零になるため、その瞬間切削ビットが前進する掘進機本体によって切羽に無理やり押し付けられることになり、好ましくない。また、スライドブロックを往復動させる機構は振動が発生し易く信頼性上も問題がある。また、トリミングされた掘削物を排土口（中央）に掻き寄せるための装置が別途必要になる。
【０００５】
他方、ドラムタイプのトリミングカッタｂ2 においては、ドラムに螺旋状に取り付けられた切削ビットによって掘削物を排土口（中央）に掻き集めることができるものの、その掻き集める過程で掘削物（石炭等）が各ビットによって細かく破砕される虞がある。細かく破砕された搬送物は、ベルトコンベヤ等で坑内を搬送する際に粉塵（炭塵）となって坑内に飛び散って作業環境の悪化を招く上、石炭の選別が困難となり商品価値の低下に繋がる。
【０００６】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、切羽を比較的大きな塊として掘削でき、掘削と掻き寄せとを兼用したトリミングカッタを有するトンネル掘削機を提供することにある。
【０００７】
【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トンネル掘削機は、掘進機本体の前部に並設され、トンネル長手方向と平行な軸廻りに回転駆動されて切羽の大部分を掘削する複数のメインカッタと、上記掘進機本体の前部に設けられ、上記メインカッタで掘削されない切羽の未掘削域を掘削するトリミングカッタとを備え、該トリミングカッタは、切羽に対して傾けられた状態で並設された複数のスプロケットと、該スプロケットに巻き掛けられた無端チェーンと、該無端チェーンに設けられた切削ビットとを有し、かかるトリミングカッタが上記メインカッタの後方に配置されて、そのトリミングカッタの掘削域が上記メインカッタの掘削域と重複されているものである。
【０００８】
本発明によれば、無端チェーンに設けられた切削ビットが、スプロケットの回転に伴って循環し、メインカッタで掘削されない切羽の未掘削域を、スプロケットの切羽に対する角度で線状に切り込みを入れる。これにより、切羽が比較的大きな塊として掘削される。そして、掘削された掘削物は、比較的大きな塊のまま無端チェーンによってその循環方向に搬送される。
【０００９】
また、上記メインカッタを水平方向に間隔を隔てて複数、上記掘進機本体の前部に並設し、これらメインカッタの後方の上部と下部とに、上記トリミングカッタを夫々配設し、その下部に配設したトリミングカッタの無端チェーンのコマの上面に、該無端チェーンの循環に伴って掘削物を移送するパドルを設け、上記上部に配設したトリミングカッタの無端チェーンには、上記パドルを設けないようにしてもよい。これにより、無端チェーンによる掘削物の搬送に加えて下部トリミングカッタのパドルによって搬送の補助がなされるため、搬送効率が高まる。なお、上部トリミングカッタにおいては、掘削物は重力により落下するので、パドルは必要ない。
【００１０】
また、上記メインカッタの後方の下部に配設されたトリミングカッタが、水平方向に間隔を隔てて左右一対、配設され、これら左右一対のトリミングカッタの無端チェーンが、掘削物を中央に掻き寄せる方向に夫々循環され、左右一対のトリミングカッタの中央の後方に、掘削物を取り込む排土口が配置されてもよい。これにより、メインカッタ及び上下のトリミングカッタで掘削された掘削物が、下部の左右のトリミングカッタを構成する夫々の無端チェーンによって中央に移送され、排土口に取り込まれる。
また、本発明によれば、切削ビットが無端チェーンの循環によって切羽を連続的に切削するので、先行技術の往復動タイプのトリミングカッタのように切削ビットの速度が零になる瞬間はない。よって、掘削機本体の前進に伴って切削ビットが切羽に無理押しされることはなく、切削ビットの寿命が延びる。
【００１１】
【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。
【００１２】
第１の実施形態を図１乃至図３に示す。図１は、本実施形態に係るトリミングカッタを備えたトンネル掘削機の正面図、図２はそのトンネル掘削機の側面図、図３(a) は上記トリミングカッタの平面図、図３(b) は上記トリミングカッタの側面図である。
【００１３】
図１に示すトンネル掘削機１は、炭鉱において石炭が混ざった地山を掘削するものであり、図示しないクローラによって前進後退する掘進機本体２を有している。掘進機本体２には、側部支保板３および上部支保板４が夫々リンク機構５、６を介して径方向に移動自在に設けられていると共に、排土口７が開口された排土板８が設けられている。
【００１４】
掘進機本体２の前部には、切羽（陸上トラック型）の大部分を掘削するメインカッタ９、９が２個設けられている。各メインカッタ９は、図２にも示す回転軸１０と、回転軸１０に放射状に取り付けられた３本のカッタスポーク１１と、カッタスポーク１１に取り付けられたカッタビット１２とからなり、２個同一平面内に相互のカッタスポーク１１、１１が噛み合うように配置されている。
【００１５】
各メインカッタ９は、下方に堆積する掘削物を中央の排土口７に掻き寄せるべく、図１に矢印１３で示す方向に相互に逆回転される。なお、カッタスポーク１１は３本に限らず２本でも４本以上でもよく、双方のメインカッタ９、９は同一平面内に限らず回転軸１０の軸方向に位相をずらして配置してもよい。
【００１６】
かかる２個のメインカッタ９、９によれば、陸上トラック型の切羽の大部分を掘削できるが、双方のメインカッタ９、９の中間の上下に略三角形状の未掘削域１４が生じる。この未掘削域１４は、掘進機本体２の前部にメインカッタ９、９の後方に設けられた上部トリミングカッタ１５および下部トリミングカッタ１６により、掘削される。これら上部および下部トリミングカッタ１５、１６は、略同様の構成なので、以下、下部トリミングカッタ１６を主に説明する。
【００１７】
下部トリミングカッタ１６は、図３(b) に示すように、切羽に対し所定角度を付けて並設されたスプロケット１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄを有している。各スプロケット１７ａ〜ｄは、図１および図２においては切羽に対して90度の角度に配置されているように描かれているが、これは作図上の都合であり、実際には図３(b) に示すように切羽に対して約60度に傾けて配置されている。スプロケット１７ａ〜ｄは、図３(a) に示すように、上方から見て所定間隔を隔てて４個配置されている。
【００１８】
隣接する２個のスプロケット１７ａ、１７ｂと１７ｃ、１７ｄには、無端チェーン１８が巻き掛けられている。無端チェーン１８の各コマ１９には、循環するチェーン１８の径方向外方に向けて、切削ビット２０が取り付けられている。切削ビット２０の高さは、切羽に対するスプロケット１７ａ〜ｄの角度によって異なるが、図３(b) に示すように、ビット２０の先端がコマ１９より先に側部地山２１に接触する高さに設定されている。なお、切削ビット２０は、各コマ１９の１個おきに取り付けてもよく、不等間隔で取り付けてもよい。
【００１９】
各スプロケット１７ａ〜ｄは、図２に示すように、トリミングカッタフレーム２２に夫々軸支されている。トリミングカッタフレーム２２は、平行リンク機構２３を介して掘削機本体２に昇降自在に取り付けられている。トリミングカッタフレーム２２には、駆動モータ２４が取り付けられている。駆動モータ２４の回転力は、トリミングカッタフレーム２２内に収容されたギヤトレーン又はチェーン等を介してスプロケット１７ｂ、１７ｃに伝達され、図３(a) に示すように各無端チェーン１８、１８を矢印２５で示す方向（掘削物を中央に掻き寄せる方向）に循環させる。
【００２０】
この結果、掘削物は、循環する各無端チェーン１８によって中央に移送され、掘進機本体２の前進に伴って図１に示す排土口７に取り込まれることになる。ここで、本実施形態にあっては、掘削物の移送効率（掻寄効率）を高めるために、図３(a),(b) に示すように、無端チェーン１８の各コマ１９の上面に、当該チェーン１８の循環に伴って掘削物を移送するパドル２６を設けている。パドル２６は、平板状のブラケットからなり、各コマ１９の１個おきに取り付けてもよく、不等間隔で取り付けてもよい。なお、パドル２６は、図１および図２では省略されている。
【００２１】
下部トリミングカッタ１６の各無端チェーン１８、１８間の後方には、図１に示すように、排土口７が配置されている。排土口７には、図３(a),(b) に示すように、掘削物を後方（トンネル入口側）へ搬送するためのコンベヤ２７が設けられている。コンベヤ２７は、トンネルの長手方向に沿って形成されたコンベヤフレーム２８と、コンベヤフレーム２８の先端に取り付けられたヘッドローラ２９と、ヘッドローラ２９に巻き掛けられたコンベヤベルト３０とを有する。
【００２２】
他方、上部トリミングカッタ１５は、図１および図２に示すように、１個のみの循環チェーン１８を有する点が既述した下部トリミングカッタ１６と相違する点であり、その他は全く同様の構成となっている。すなわち、上部トリミングカッタ１５は、切羽に対し所定角度を付けて並設された２個のスプロケット１７ｅ、１７ｆと、それらスプロケット１７ｅ、１７ｆに巻き掛けられた無端チェーン１８と、無端チェーン１８のコマ１９に設けられた切削ビット２０とを備えている。
【００２３】
なお、スプロケット１７ｅ、１７ｆは、図１および図２においては切羽に対して90度の角度に配置されているように描かれているが、実際には図３(b) に示す下部トリミングカッタ１６と同様に切羽に対して約60度に傾けて配置されている。また、無端チェーン１８の両端部に配置されたスプロケット１７ｅ、１７ｆに加えて、それらの間にアイドル用のスプロケットを設けてもよい。また、上部トリミングカッタ１５においては、掘削物は重力により落下するので、パドル２６は設けられていない。
【００２４】
以上の構成からなる本実施形態の作用を述べる。
【００２５】
図１に示すように、上部および下部トリミングカッタ１５、１６は、メインカッタ９、９で掘削不能な切羽（陸上トラック状）の未掘削域１４、１４を掘削する。詳しくは、上部および下部トリミングカッタ１５、１６の無端チェーン１８が夫々循環されると、各無端チェーン１８に設けられた切削ビット２０がスプロケット１７の回転に伴って循環し、切羽の未掘削域１４をスプロケット１７の切羽に対する角度（約60度）で線状に切り込みを入れる（図３(b) 参照）。すると、その切り込み部からヒビが入り、切羽が比較的大きな塊として掘削される。
【００２６】
上部トリミングカッタ１５で掘削された掘削物は、重力によって落下する。他方、下部トリミングカッタ１６で掘削された掘削物は、掘進機本体２の前進に伴って下部トリミングカッタ１６の上部に乗り上がる。すなわち、下部トリミングカッタ１６は、切羽に対するスプロケット１７の角度で切れ込みを入れた切羽を掘進機本体２の前進に伴って上方に持ち上げ、塊として剥すスクレーパの如き機能を発揮する。
【００２７】
比較的大きな塊のまま下部トリミングカッタ１６の上部に乗り上がった掘削物は、無端チェーン１８によってその循環方向（中央）に搬送され、掘削機本体２の前進に伴って排土口７に取り込まれる。ここで、本実施形態では、無端チェーン１８に掘削物搬送用のパドル２６を設けているので、それらパドル２６によって搬送が補助され、搬送効率が高まる。
【００２８】
また、上部トリミングカッタ１５に掘削されて落下した掘削物、およびメインカッタ９、９に掘削され各メインカッタ９、９の回転によって中央に集められた掘削物も、同様に下部トリミングカッタ１６の無端チェーン１８およびパドル２６によって循環方向（中央）に搬送され、掘削機本体２の前進に伴って排土口７から取り込まれる。排土口７に取り込まれた掘削物は、コンベヤ２７によってトンネル入口側に搬送される。
【００２９】
こうして、掘削物は比較的大きな塊の状態でコンベヤ２７によりトンネル内を搬送されるので、搬送中に粉塵（炭塵）となって坑内に飛び散ることが少なく、トンネル内の空気が炭塵により汚染されることが抑制される。また、掘削物を比較的大きな塊の状態でトンネルから取り出せるので、掘削物（石炭）の選別が容易になると共に商品価値が向上する。
【００３０】
また、本実施形態では、切削ビット２０が無端チェーン１８の循環によって切羽を連続的に切削するので、図８(a) に示す先行技術の往復動タイプのトリミングカッタｂ1 のように切削ビット２０の速度が零になる瞬間はない。よって、瞬間停止した切削ビット２０が掘削機本体２の前進に伴って切羽に無理押しされることはなく、切削ビット２０の寿命が延びる。
【００３１】
また、本実施形態では、上部および下部トリミングカッタ１５、１６を図２に示すリンク機構２３で適宜昇降させることにより、掘削機本体２の掘進方向を上下に調節できる。すなわち、下部トリミングカッタ１６を下降させることにより掘進方向が下方に向き、下部トリミングカッタ１６を上昇させることにより掘進方向が上方に向く。なお、上部トリミングカッタ１５は、下部トリミングカッタ１６の昇降に応じて適宜昇降される。
【００３２】
また、上部および下部トリミングカッタ１５、１６をトンネルの径方向内方に引き込み、上部支保板４および側部支保板３も同様に径方向内方に引き込むことにより、トンネル掘削機１とトンネル内面との接触部が実質的に掘進機本体２に設けられたクローラのみとなるので、この状態で掘進機本体２に設けられたクローラを逆回転させることにより、トンネル掘削機１をトンネル内にて容易に後退させることができる。
【００３３】
また、本実施形態では、図３(b) に示すように、上部および下部トリミングカッタ１５、１６の循環チェーン１８に取り付けられる切削ビット２０が、循環するチェーン１８の径方向外方に向けて取り付けられているので、掘進機本体２の前進によって切羽に押し付けられたとき、チェーン１８がスプロケット１７に押し付けられることになり、チェーン１８の外れが防止される。
【００３４】
すなわち、仮に、図３(b) においてスプロケット１７ｄを切羽と平行に配置すると共にそのパドル２６の位置に切削ビット２０を取り付けたとすると、掘進機本体２の前進によってその切削ビット２０が切羽に押し付けられると、チェーン１８がスプロケット１７ｄから外されるように横押しされることになり、チェーン１８が外れる可能性があるのである。
【００３５】
第２の実施形態を図４に示す。
【００３６】
この実施形態は、下部トリミングカッタ１６を１個のみの循環チェーン１８で構成した点のみが第１実施形態と相違しており、その他は全く同様の構成となっている。なお、本実施形態では、両端部のスプロケット１７ａ、１７ｄの一方が駆動用となり、中間部のアイドル用のスプロケット１７ｂ、１７ｃは省略してもよい。本実施形態の基本的な作用効果は、前実施形態と同様である。
【００３７】
第３の実施形態を図５に示す。
【００３８】
この実施形態は、下部トリミングカッタ１６を１個のみの循環チェーン１８で構成した点は第２実施形態と同様であるが、その両端のスプロケット１７ａ、１７ｄの間隔を第２実施形態よりも広げ、それらスプロケット１７ａ、１７ｄにトンネル断面を整える余掘り用の切削ビット３１を有するホイール３２を取り付けた点のみが第２実施形態と相違している。本実施形態の基本的な作用効果は、前実施形態と同様である。
【００３９】
第４の実施形態を図６に示す。
【００４０】
この実施形態は、メインカッタ９を３個並設してトンネル断面を長円とし、上部トリミングカッタ１５を２個の循環チェーン１８、１８から構成した点のみが、第１の実施形態と相違しており、その他は全く同様の構成となっている。本実施形態の基本的な作用効果は、前実施形態と同様である。
【００４１】
第５の実施形態を図７(a),(b) に示す。
【００４２】
この実施形態は、第１実施形態の下部トリミングカッタ１６の無端チェーン１８の各コマ１９に取り付けられていたパドル２６を廃止し、代りに無端チェーン１８の内方にスプロケット１７の回転に伴って回転され掘削物を移送する回転翼３３を設けたものである。回転翼３３は、星型（円形手裏剣）状に形成されており、実線で示すように内側のスプロケット１７ｂ、１７ｃに同軸に取り付けられるか、仮想線で示すようにアイドルスプロケットに同軸に取り付けられる。本実施形態の作用効果は、前実施形態と同様である。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るトンネル掘削機によれば、次のような優れた効果を発揮できる
【００４４】
(1)請求項１記載の発明によれば、切羽を比較的大きな塊として掘削でき、掘削のみならず掻き寄せをも兼用できる。
【００４５】
(2)請求項２記載の発明によれば、掻寄効率が高まる。
【００４６】
(3)請求項３記載の発明によれば、排土効率が高まる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すトリミングカッタを備えたトンネル掘削機の正面図である。
【図２】上記トンネル掘削機の側面図である。
【図３】図３(a) は上記トリミングカッタの平面図、図３(b) は上記トリミングカッタの側面図である。
【図４】第２の実施形態を示すトリミングカッタを備えたトンネル掘削機の正面図である。
【図５】第３の実施形態を示すトリミングカッタを備えたトンネル掘削機の正面図である。
【図６】第４の実施形態を示すトリミングカッタを備えたトンネル掘削機の正面図である。
【図７】図７(a) は第５の実施形態を示すトリミングカッタの平面図、図７(b) はそのトリミングカッタの側面図である。
【図８】図８(a) は従来例を示すトリミングカッタの説明図であり、図８(b) は別の従来例を示すトリミングカッタの説明図である。
【符号の説明】
１  トンネル掘削機
２  掘削機本体
９  メインカッタ
１４  未掘削域
１５  上部トリミングカッタ
１６  下部トリミングカッタ
１７ａ  スプロケット
１７ｂ  スプロケット
１７ｃ  スプロケット
１７ｄ  スプロケット
１８  無端チェーン
２０  切削ビット
２６  パドル
３３  回転翼
【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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