JP2003184483A - ローラカッター交換装置とそれを具備したシールド機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カッターフェイスに設けられたローラカッタ
ーを容易に交換できる交換装置がない。 【解決手段】 ローラカッター２をカッターフェイス１
の前面に突出させた支持状態と、ローラカッター２の前
面へ回動してローラカッター２の前面を覆う突出状態と
に変化可能なローラカッター取付球体座４を設け、この
ローラカッター取付球体座４の機内側Ｉに、ローラカッ
ター取付球体座４の支持状態で該ローラカッター取付球
体座４に作用する負荷Ｗを支持し、ローラカッター取付
球体座４の突出状態で取外し可能な球面反力受５を設
け、ローラカッター取付球体座４でローラカッター２の
前面を覆って球面反力受５を取外すことにより、ローラ
カッター２を機内側Ｉへ取外せるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、シールド機のカ
ッターフェイスに設けられたローラカッターの交換装置
と、それを具備したシールド機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、地山等にトンネルを形成する
場合、その地質に応じたシールド機によって掘削されて
いる。例えば、岩盤層や砂礫層などの滞水性の高い地質
を掘削するシールド機にはローラカッターが設けられ、
水圧や土圧を作用させながら掘削している。このローラ
ーカッターは、切羽に押圧された状態でカッターヘッド
を回転させることにより転動して地山を掘削するもので
ある。

【０００３】一方、近年、このようなシールド機による
掘削距離の長距離化に伴い、刃先が摩耗したローラカッ
ターは滞水圧が作用する地中の水圧・土圧下で交換する
状況が多くなっている。

【０００４】このような地中でローラカッターを交換す
る場合、カッターヘッドのチャンバー内泥水や泥土を排
出してからチャンバー内に入って交換することとなるの
で、現状では、地上、又はシールド機内から地山に薬液
注入することによって、地山からの湧水を止めると共に
地山の崩壊を防ぐ補助工法が必要となる。そのため、ロ
ーラカッターを交換する作業に多くの時間をさかなけれ
ばならず、その間、シールド機が停止して掘削効率を悪
化させている。しかも、この補助工法は、効果が不確実
であると共に高価であり、又、環境破壊にもつながって
いる。

【０００５】そこで、このようなカッターを交換するた
めの従来技術である特許第３１３９７４９号公報記載の
発明では、ローラ支持部材が回転可能に係合する回転座
にシール部材を備え、水や土砂の流入を防ぎながら、ロ
ーラ支持部材を９０°又は１８０°回転させ、カッター
スポークの内部側からローラカッターを交換することが
可能となるようにしている（従来例１）。

【０００６】また、他の従来技術である特開平１１−３
１１０９０号公報記載のシール付球殻支持装置では、球
殻を貫通し摺動自在にシールした各種機器を取付け、そ
の各種機器取付軸線を、球殻の回転軸に対して直交させ
ると共にオフセットすることによって、シール性を維持
しながら各種機器を容易に交換できるようにしている
（従来例２）。

【０００７】さらに、他の従来技術である実開平５−３
２４９６号公報記載の考案では、水密性を保持しつつ回
転するように軸支された球体ユニットと、その中を摺動
自在に設けられたカッタービット付きロッドで構成し、
カッタービットを後退させて球体ユニットを反転させる
ことにより、機内側からカッタービットが交換できるよ
うにしている（従来例３）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来例１の発明では、ローラカッター支持部後方に開口を
設けたり、同一形状で開口部を塞いで反力支持部材を設
けることとなるため、ローラカッター支持部が大きくな
り、カッターフェイスの形状によっては設けることが困
難となる。

【０００９】また、前記従来例２の発明では、ティース
カッターのような直線構造の機器交換には適している
が、ローラカッターのように全体ボリュームのある複雑
なカッターに適用しようとした場合、シール付球殻支持
装置が大きくなり、この場合もカッターヘッドに設ける
ことが困難になる。

【００１０】さらに、前記従来例３の発明では、カッタ
ービットが機内側へ後退するように摺動させないと反転
できないため、摺動機構が必要となると共に、摺動して
格納できる大きさの部材が必要となり、ローラカッター
のように大きなカッターに適用するのは困難である。

【００１１】そのため、カッターフェイスに設けられた
ローラカッターを容易に交換できる交換装置が切望され
ている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】そこで、前記課題を解決
するために、本願発明のローラカッター交換装置は、ロ
ーラカッターをカッターフェイスの前面に突出させた支
持状態と、該ローラカッターの前面へ回動してローラカ
ッターの前面を覆う突出状態とに変化可能なローラカッ
ター取付球体座を設けて前記ローラカッターを支持し、
該ローラカッター取付球体座の機内側に、該ローラカッ
ター取付球体座の支持状態で該ローラカッター取付球体
座に作用する負荷を支持し、該ローラカッター取付球体
座の突出状態で取外し可能な球面反力受を設けている。
このようにローラカッターがカッターフェイスから突出
した支持状態と、ローラカッターの前面を覆う突出状態
とに変化可能なローラカッター取付球体座を設け、この
ローラカッター取付球体座に作用する負荷を支持する球
面反力受を設けることにより、交換時にローラカッター
取付球体座でローラカッターの前面を覆ってこの球面反
力受を取外せば、ローラカッターを反地山側へ容易に取
外すことができる。

【００１３】前記ローラカッター取付球体座の外面と、
前記球面反力受の内面とをほぼ同一の円弧で形成し、該
ローラカッター取付球体座に作用する負荷をローラカッ
ター取付球体座の外面から球面反力受の内面へ伝えて支
持するようにすれば、ローラカッター取付球体座に作用
するローラカッターからの掘削反力を球面反力受の円弧
面で受けることができるので、大きな掘削反力でも安定
して支持することができる。

【００１４】また、前記ローラカッター取付球体座の外
面とカッターフェイス側との間に、該ローラカッター取
付球体座の支持状態と突出状態との間での変化時に連続
してシールするシール材を設ければ、ローラカッター取
付球体座をカッターフェイスの前面側へ回転させて地山
から覆う間にも、地山からの水を安定してシールするこ
とができる。

【００１５】さらに、前記ローラカッターの軸心と、前
記ローラカッター取付球体座の軸心とがほぼ同一の軸心
となるように配置すれば、ローラカッター取付球体座の
回転半径をほぼ最小として、交換装置の小型化を計るこ
とができる。

【００１６】また、前記ローラカッター取付球体座の突
出状態で、取外した前記ローラカッターを引き出し時に
ガイドする引き出し治具を設ければ、カッターフェイス
の上方から取外すローラカッターを安定して引き出すこ
とができる。

【００１７】一方、本願発明のシールド機は、これらい
ずれかのローラカッター交換装置をカッターフェイスに
設け、該ローラカッター交換装置のチャンバー側に地山
から密閉された作業空間を形成すれば、ローラカッター
交換時に地山から密閉された空間でローラカッターを交
換することができる。

【００１８】その上、前記作業空間と機内側とを連通さ
せるマンホールを設ければ、ローラカッター交換時に機
内側からマンホールを介して作業空間に作業者が入るこ
とができるので、地山から密閉された作業空間でのロー
ラカッター交換作業を容易に行うことができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の一実施形態を図
面に基づいて説明する。図１は本願発明の一実施形態を
示すローラカッター交換装置の断面図であり、図２は同
ローラカッター交換装置の交換前状態を示す断面図、図
３(a) は図２に示すローラカッター交換装置のＡ矢視図
であり、(b) は(a) のＢ−Ｂ断面図、図４は図２に示す
ローラカッター交換装置の背面図である。

【００２０】図１，２に示するように、カッターフェイ
ス１の所定位置には、ローラカッター２を支持するカッ
ター支持部材３が一体的に固定されており、このカッタ
ー支持部材３内にローラカッター取付球体座４が設けら
れ、このローラカッター取付球体座４に前記ローラカッ
ター２が取付けられている。このローラカッター取付球
体座４の機内側Ｉ（チャンバー側）には、前記カッター
支持部材３に取付けられた球面反力受５が設けられてい
る。この球面反力受５によって、ローラカッター２から
ローラカッター取付球体座４に作用する掘削反力（負
荷）がカッター支持部材３を介して、カッターフェイス
１へ分散させている。図１に示す状態が、ローラカッタ
ー２が前面の地山側Ｊへ突出させられて通常掘削状態で
支持された支持状態であり、図２に示す状態が、ローラ
カッター２の前面にローラカッター取付球体座４が突出
させられた突出状態である。

【００２１】前記カッター支持部材３は円筒状に形成さ
れ、外周にはカッターフェイス１と一体的に固定するた
めの係合部６が形成されている。また、内周は、前記ロ
ーラカッター２の軸心Ｆに近接した位置から機内側Ｉに
向けて所定の球面座７が形成され、後端面には前記球面
反力受５の固定用ボルト孔８が形成されている。この球
面座７とローラカッター取付球体座４との間にはシール
材９（Ｏリング）が設けられており、ローラカッター取
付球体座４の全周でシールされている。この球面座７の
地山側Ｊは、その内径が拡径する拡径部１０に形成され
ており、この拡径部１０に内ネジ１１が形成されてい
る。

【００２２】前記ローラカッター取付球体座４は、この
カッター支持部材３の内周に形成された球面座７に沿う
ような球面で外面が形成されており、カッターフェイス
１の前面から機内側Ｉが球面のボール状となっている。
このローラカッター取付球体座４の内部には、図示する
上下にローラカッター２の支持軸１２を固定する支持部
１３が形成され、両支持部１３の間に所定の空間１４が
形成されている。１５は、ローラカッター取付球体座４
に設けられた孔部である。図３(a),(b) に示すように、
ローラカッター２の取付けは、ローラカッター２の支持
軸１２が挿入できるように凹状に形成された前記支持部
１３に支持軸１２を挿入し、その上部にコ字状の固定部
材１６を設けてボルト１７で固定することによって行わ
れている。

【００２３】また、このローラカッター取付球体座４
は、カッター支持部材３に設けられた支持軸部材１８に
よって回転軸Ｇを中心に回転可能なように構成されてい
る。この支持軸部材１８は、ローラカッター取付球体座
４側がこのローラカッター取付球体座４の孔部１５に嵌
合する方形部１９に形成され、その外側がカッター支持
部材３の回転孔２０に挿入される軸部２１に形成され、
その外側が工具によって回転可能な六角部２２に形成さ
れている。軸部２１の外周は、カッター支持部材３に設
けられたＯリング２３によってシールされている。この
支持軸部材１８は図の上下に設けられており、押え板２
４をビス２５でカッター支持部材３に固定することによ
って取付けられている。しかも、この実施形態では、こ
のようにローラカッター取付球体座４の軸心である回転
軸Ｇとローラカッター２の軸部Ｆとを同心上に配置させ
ることにより、支持軸部材１８の回転と共に回転させら
れるローラカッター取付球体座４がローラカッター２に
当接しないような最小径となっている。なお、これらの
軸部Ｆ，Ｇは必ずしも同心である必要はない。

【００２４】さらに、このカッター支持部材３とローラ
カッター取付球体座４との間には、取付けた状態でカッ
ターフェイス１の地山側Ｊに押え部材２６が設けられて
いる。この押え部材２６には、カッター支持部材３に設
けられた内ネジ１１に螺合する外ネジ２７が形成されて
おり、この外ネジ２７を内ネジ１１に螺合して段部２８
を当接させたら取付けが完了する。この押え部材２６の
内面は、ローラカッター取付球体座４の外面の球面に沿
うような球面で形成されている。この押え部材２６とロ
ーラカッター取付球体座４との間にはリップシール２９
が設けられ、押え部材２６とカッター支持部材３との間
にはＯリング３０が設けられている。

【００２５】前記球面反力受５は、このように取付けら
れたローラカッター取付球体座４の機内側Ｉに設けられ
ており、ローラカッター取付球体座４の外面の球面３１
に沿うように内面が球面３２に形成されている。図４に
示すように、この球面反力受５の周囲は、前記カッター
支持部材３にボルト３３で固定されている。図１に示す
ように、このようにローラカッター取付球体座４の球面
３１に沿うように球面反力受５を設けることにより、地
山（地山側Ｊ）からローラカッター２に作用する負荷Ｗ
（掘削反力等）をローラカッター取付球体座４を介し
て、球面反力受５に受けさせ、この球面反力受５からカ
ッター支持部材３を介して最終的にはカッターフェイス
１に負荷Ｗを分散させるようにしている。

【００２６】また、この球面反力受５には、ローラカッ
ター取付球体座４を所定位置に固定するための固定ピン
３４が設けられている。この固定ピン３４は、球面反力
受５に設けられたネジ部３５に固定ピン３４のネジ部３
６を螺合することにより、この固定ピン３４の先端のピ
ン部３７がローラカッター取付球体座４の所定位置に設
けられたピン孔３８に挿入されてローラカッター取付球
体座４を固定するように構成されている。

【００２７】図５(a) 〜(d) は、図１に示すローラカッ
ター交換装置におけるローラカッターの交換手順を示す
断面図である。この図に基いて、前記したローラカッタ
ー交換装置４０によるローラカッター２の交換手順を以
下に説明する。

【００２８】(a) に示す状態は上述した図１に示す状態
であり、この状態でローラカッター２を交換する必要が
生じた場合、固定ピン３４（図１）を取外した後、(b)
に示すように、支持軸部材１８を工具３９（例えば、六
角レンチ等）によって１８０°回転させて反転させる。
このように支持軸部材１８を回転させると、ローラカッ
ター取付球体座４も１８０°回転し、このローラカッタ
ー取付球体座４の球面３１がローラカッター２の前面を
覆った状態となる。

【００２９】このようにローラカッター取付球体座４を
回転させる時には、地山側Ｊからの滞水圧や土圧が作用
している状態であるが、ローラカッター取付球体座４の
球面３１とローラカッター支持部材３と押え部材２６と
の間に設けられたシール材９とリップシール２９とによ
って回転軸Ｇを挟んでシールされているため（図１，
２）、ローラカッター取付球体座４が回転して球面３１
（外面）が地山側Ｊを向く間にはシール材９かリップシ
ール２９によってローラカッター取付球体座４の球面３
１がシールされた状態で回転させられるため、ローラカ
ッター取付球体座４の外面でのシール性を連続的に保っ
たままローラカッター２の前面を覆うことができる。

【００３０】しかも、このようにしてローラカッター取
付球体座４を回転させる場合、このローラカッター取付
球体座４に作用している負荷Ｗは球面反力受５によって
受けた状態で回転させられることになるため、このロー
ラカッター取付球体座４の球面３１によって地山側Ｊか
らの滞水圧や土圧も負荷しながら回転させることができ
る。

【００３１】このようにローラカッター取付球体座４を
ローラカッター２の前面に回転させた状態で、(c) に示
すように、ローラカッター２の機内側Ｉを塞いでいる球
面反力受５を取外すと共に、機内側Ｉに向いて開放され
たローラカッター２の固定部材１６を取外す。この固定
部材１６を取外すとローラカッター２の支持軸１２が開
放されるので、(d) に示すように、ローラカッター２を
機内側Ｉへ取外すことができる。

【００３２】なお、ローラカッター２を取外した後に新
しいローラカッター２を取付ける手順は、上述した手順
の逆手順で行えばよく、その詳細な説明は省略する。

【００３３】従って、地山側Ｊ（地山）からの滞水圧や
土圧が作用している状態でも、シール性を保ったまま機
内側Ｉからローラカッター２を交換することができる。

【００３４】しかも、このローラカッター交換装置４０
によれば、ローラカッター２を支持するローラカッター
取付球体座４と、このローラカッター取付球体座４から
の負荷を支持する球面反力受５との間の球面３１，３２
で負荷Ｗを支持するようにしているので、ローラカッタ
ー２に大きな負荷が作用しても広い面積の球面３１，３
２で負荷Ｗを効果的に支持して、負荷支持のための構成
を小さくすることができる。

【００３５】また、この実施形態では、ローラカッター
２の軸心とローラカッター取付球体座４の軸心とを同心
上に配置しているため、回転させるローラカッター取付
球体座４の径をほぼ最小にすることができる。その上、
ローラカッター取付球体座４の直径内にローラカッター
２の外径が入るように構成したことによっても、ローラ
カッター交換装置４０を小さく構成することができる。

【００３６】図６は図１に示すローラカッター交換装置
を設けたシールド機のカッターフェイスを示す正面図で
あり、図７は同カッターフェイスに設けられたローラカ
ッター交換時のシールド機を示す縦断面図である。

【００３７】図６に示すように、上述したローラカッタ
ー交換装置４０をカッターフェイス１に設ける場合、カ
ッターフェイス１の中心から半径方向に所定の間隔で配
設されたローラカッター２に設けられる。この実施形態
では、カッターフェイス１の中心から十字状に複数のロ
ーラカッター２が配設され、これらのローラカッター２
にローラカッター交換装置４０が設けられている。この
ように十字状にローラカッター２を設けることにより、
この十字状以外の部分のカッターフェイス１前面に大き
な開口部４６を形成することができるので、掘削土砂の
取込みが容易に行える。

【００３８】図７に示すように、十字状に配設されたロ
ーラカッター２の機内側Ｉには、作業者４１がローラカ
ッター交換装置４０を操作してローラカッター２を交換
するための作業空間４２が形成されている。この作業空
間４２は、機内側Ｉに設けられたマンホール４３を開放
することによって機内側Ｉと連通するように構成されて
いる。

【００３９】このようにローラカッター交換装置４０が
具備されたシールド機４５によれば、図７に示すよう
に、ローラカッター２の交換が必要になるとシールド機
４５を停止し、マンホール４３を開放して作業者４１が
作業空間４２内に入り、この作業空間４２から、前記図
５の手順でローラカッター交換装置４０を操作してロー
ラカッター２を交換することができる。

【００４０】さらに、このようにして作業者４１が交換
するローラカッター２が大重量である場合、上述したロ
ーラカッター交換装置４０でローラカッター２の地山側
Ｊを閉鎖して取外すことができるようにした状態で、こ
のローラカッター交換装置４０にローラカッター２の引
き出し治具４４をセットし、この引き出し治具４４に沿
って取外すようにすればよい。この引き出し治具４４と
しては、ローラカッター２の支持軸１２をスライドさせ
るように構成された治具によって達成することができ
る。なお、このようにしてローラカッター２を取外した
後は、逆手順によってローラカッター２を取付ければよ
い。

【００４１】なお、前記実施の形態では、カッターフェ
イス１の前面に十字状にローラカッター２を設けている
が、カッターフェイス１の大きさや掘削する地山の地質
に応じてローラカッター２の配置は適宜変更すればよ
い。

【００４２】また、上述した実施形態は一実施形態であ
り、本願発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は
可能であり、本願発明は上述した実施形態に限定される
ものではない。

【００４３】

【発明の効果】本願発明は、以上説明したような形態で
実施され、以下に記載するような効果を奏する。

【００４４】ローラカッターの前面をローラカッター取
付球体座で覆ってローラカッターを反地山側へ容易に取
外すことができるので、ローラカッターの交換作業を容
易に行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の一実施形態を示すローラカッター交
換装置の断面図である。

【図２】図１に示すローラカッター交換装置の交換前状
態を示す断面図である。

【図３】(a) は図２に示すローラカッター交換装置のＡ
矢視図であり、(b) は(a) のＢ−Ｂ断面図である。

【図４】図２に示すローラカッター交換装置の背面図で
ある。

【図５】(a) 〜(d) は、図１に示すローラカッター交換
装置におけるローラカッターの交換手順を示す断面図で
ある。

【図６】図１に示すローラカッター交換装置を設けたシ
ールド機のカッターフェイスを示す正面図である。

【図７】図６に示すカッターフェイスに設けられたロー
ラカッター交換時のシールド機を示す縦断面図である。

【符号の説明】 １…カッターフェイス ２…ローラカッター ３…カッター支持部材 ４…ローラカッター取付球体座 ５…球面反力受 ６…係合部 ７…球面座 ８…ボルト孔 ９…シール材 １０…拡径部 １１…内ネジ １２…支持軸 １３…支持部 １４…空間 １５…孔部 １６…固定部材 １７…ボルト １８…支持軸部材 １９…方形部 ２０…回転孔 ２１…軸部 ２２…六角部 ２３…Ｏリング ２４…押え板 ２５…ビス ２６…押え部材 ２７…外ネジ ２８…段部 ２９…リップシール ３０…Ｏリング ３１…球面 ３２…球面 ３３…ボルト ３４…固定ピン ３５…ネジ部 ３６…ネジ部 ３７…ピン部 ３８…ピン孔 ３９…工具 ４０…ローラカッター交換装置 ４１…作業者 ４２…作業空間 ４３…マンホール ４４…引き出し治具 ４５…シールド機 Ｆ…軸心 Ｇ…回転軸 Ｉ…機内側 Ｊ…地山側

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ローラカッターをカッターフェイスの前
   面に突出させた支持状態と、該ローラカッターの前面へ
   回動してローラカッターの前面を覆う突出状態とに変化
   可能なローラカッター取付球体座を設けて前記ローラカ
   ッターを支持し、該ローラカッター取付球体座の機内側
   に、該ローラカッター取付球体座の支持状態で該ローラ
   カッター取付球体座に作用する負荷を支持し、該ローラ
   カッター取付球体座の突出状態で取外し可能な球面反力
   受を設けたローラカッター交換装置。
2. 【請求項２】 前記ローラカッター取付球体座の外面
   と、前記球面反力受の内面とをほぼ同一の円弧で形成
   し、該ローラカッター取付球体座に作用する負荷をロー
   ラカッター取付球体座の外面から球面反力受の内面へ伝
   えて支持するようにしたことを特徴とする請求項１記載
   のローラカッター交換装置。
3. 【請求項３】 前記ローラカッター取付球体座の外面と
   カッターフェイス側との間に、該ローラカッター取付球
   体座の支持状態と突出状態との間での変化時に連続して
   シールするシール材を設けたことを特徴とする請求項１
   又は請求項２記載のローラカッター交換装置。
4. 【請求項４】 前記ローラカッターの軸心と、前記ロー
   ラカッター取付球体座の軸心とがほぼ同一の軸心となる
   ように配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれ
   か１項に記載のローラカッター交換装置。
5. 【請求項５】 前記ローラカッター取付球体座の突出状
   態で、取外した前記ローラカッターを引き出し時にガイ
   ドする引き出し治具を設けたことを特徴とする請求項１
   〜４のいずれか１項に記載のローラカッター交換装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項に記載のロ
   ーラカッター交換装置をカッターフェイスに設け、該ロ
   ーラカッター交換装置のチャンバー側に地山から密閉さ
   れた作業空間を形成したことを特徴とするシールド機。
7. 【請求項７】 前記作業空間と機内側とを連通させるマ
   ンホールを設けたことを特徴とする請求項６記載のシー
   ルド機。