JP2004324354A - トンネル掘削機の切削刃部の取付構造、取付方法及び交換方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ローラカッタ等の切削刃部をガタなく強固に固定できると共に容易に取り外すことができるトンネル掘削機の切削刃部の取付構造、取付方法及び交換方法を提供する。
【解決手段】掘削機本体１に対して回転駆動されるカッタフレーム３と、該カッタフレーム３内に径方向ｙに沿って形成されたテーパ溝７と、該テーパ溝７に係合するクサビ部１２を有する複数の支持台１１と、各支持台１１に装着された切削刃部（ローラカッタ１３）とを備えたもの。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル掘削機の切削刃部の取付構造、取付方法及び交換方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トンネル掘削機の切削刃部の取付構造として、複数のカッタビット（切削刃部）を移動ブロックを介してチェーン状に連結し、かかるカッタ列をカッタヘッドに設けたガイドレールに移動自在に装着したものが知られている（例えば特許文献１）。この取付構造によれば、カッタ列をガイドレールに沿って移動させてシールドフレーム内のカッタ収容箱に引き込むことで、カッタビットを容易・安全に交換することができる（トレール工法）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２７０９７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この場合、カッタ列をガイドレールに沿って移動させる都合上、それらの間に所定の隙間を設定せざるを得ない。そのため、その隙間が掘削中にガタとなって振動を惹起し、破損の原因になりかねない。特に、上記取付構造を岩盤用ローラカッタに適用すると、ローラカッタは、通常のティースビットよりも大きな切削荷重が加わると共に、通常のティースビットよりも重量が重いため、上記隙間（ガタ）に基づく振動が致命的に大きくなる。このため、実際には上記取付構造をローラカッタに適用することは困難であった。
【０００５】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、ローラカッタ等の切削刃部をガタなく強固に固定できると共に容易に取り外すことができるトンネル掘削機の切削刃部の取付構造、取付方法及び交換方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために第１の発明に係るトンネル掘削機の切削刃部の取付構造は、掘削機本体に対して回転駆動されるカッタフレームと、該カッタフレーム内に径方向に沿って形成されたテーパ溝と、該テーパ溝に係合するクサビ部を有する複数の支持台と、各支持台に装着された切削刃部とを備えたものである。
【０００７】
上記切削刃部が、支持台に軸支されたローラカッタ又は支持台に装着されたティースビットからなっていてもよい。
【０００８】
上記カッタフレーム内に、上記支持台を径方向に移動させるためのアクチュエータを設けてもよい。
【０００９】
上記各支持台を径方向に一体移動させるため、前記支持台の径方向の一方の側面部に口元が奥部より幅狭の係合凹部を形成し、前記支持台の他方の側面部に先端部が根元部より幅広の係合凸部を形成してもよい。
【００１０】
上記各支持台同士に間にスペーサを介設し、該スペーサに別の切削刃部を装着してもよい。
【００１１】
また、第２の発明に係るトンネル掘削機の切削刃部の取付方法は、切削刃部が装着された支持台をカッタフレームの背面側からカッタフレーム内に挿入し、該支持台に設けたクサビ部をカッタフレーム内にその径方向に沿って設けたテーパ溝に係合させ、その状態で支持台をテーパ溝が狭まる方向に移動させてクサビ部をテーパ溝に押し付けて固定するようにしたものである。
【００１２】
上記切削刃部が、支持台に軸支されたローラカッタ又は支持台に装着されたティースビットからなっていてもよい。
【００１３】
また、第３の発明に係るトンネル掘削機の切削刃部の交換方法は、前述の方法によって取り付けられた支持台を、テーパ溝が広がる方向に移動させてそのクサビ部をテーパ溝から離脱させ、カッタフレームの背面側から取り出し、新たな切削刃部が装着された支持台と交換するようにしたものである。
【００１４】
上記切削刃部が、支持台に軸支されたローラカッタ又は支持台に装着されたティースビットからなっていてもよい。
【００１５】
【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。
【００１６】
図１（ａ）は本実施形態に係る切削刃部（ローラカッタ）の取付構造が適用されたカッタフレームの一部正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の側面透視図、図２は上記カッタフレームを備えたトンネル掘削機の側断面図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢示図である。
【００１７】
図２に示すように、トンネル掘削機は、掘削機本体として筒体状のシールドフレーム１と、その内部に設けられた隔壁２とを有する。隔壁２には、図示しない公知の回転継手機構を介して、カッタフレーム３が回転自在に取り付けられている。カッタフレーム３は、図示しないモータによって、回転駆動される。以下、カッタフレーム３の回転軸の方向を軸方向ｘといい、軸方向ｘを中心とした放射方向を径方向ｙという（図５参照）。
【００１８】
カッタフレーム３の正面（切羽側面）には、図１に示すように、径方向ｙに沿って凹部４が設けられている。凹部４は、カッタフレーム３の切羽側面に径方向ｙに沿って形成された細長長方形状の開口５と、開口５の後方に繋げて設けられ径方向ｙに沿って形成された一対の側壁６、６とを有する。各側壁６には、カッタフレーム３の径方向ｙに沿ってテーパ溝７が形成されている。
【００１９】
テーパ溝７は、図１（ｂ）及び図２に示すように、軸方向ｘ後方の後溝壁８と軸方向ｘ前方の前溝壁９とを有し、後溝壁８がカッタフレーム３の回転軸に対して直交して形成され、前溝壁９が後溝壁８に対して傾斜されて形成されており、入口部よりも奥部が先細となっている。また、カッタフレーム３の背面部には、凹部４と連通する入口部１０が設けられている。
【００２０】
前溝壁９の入口部１０に相対する部分９ａは、後溝壁８と平行に形成されている。その理由は、入口部１０からカッタフレーム３内に挿入した支持台（サドル）１１のクサビ部１２を、入口部１０の図２にて上方または下方（径方向ｙ外方）に形成された双方のテーパ溝７に沿って移動させるためである。
【００２１】
凹部４には、切削刃部としてのローラカッタ（切削ディスク）１３を軸支する支持台（サドル）１１が装着されている。支持台１１は、図４に示すように、正面部１４と、背面部１５と、周方向側面部１６、１６と、径方向ｙ側面部１７、１８とから略直方体状に形成されており、正面部１４と背面部１５とを連通する穴１９を有する。穴１９には、径方向ｙに配置されたピン２０が装着されており、ピン２０には、ローラカッタ１３が軸支されている。
【００２２】
周方向側面部１６には、テーパ溝７に係合するクサビ部１２が設けられている。すなわち、クサビ部１２は、軸方向ｘ後方の後凸面２１と軸方向ｘ前方の前凸面２２とを有し、後凸面２１がカッタフレーム３の回転軸に対して直交して形成され、前凸面２２が後凸面２１に対して傾斜されて形成されている。
【００２３】
クサビ部１２の傾斜角度（後凸面２１と前凸面２２との間の角度）は、上記テーパ溝７のテーパ角度（後溝壁８と前溝壁９との間の角度）と同一かそれより僅かに急な角度に設定されており、クサビ部１２がテーパ溝７に沿って移動されたとき食い込むようになっている。また、クサビ部１２の厚さ（後凸面２１と前凸面２２との間の距離）は、当該クサビ部１２がテーパ溝７に対して予め設定された位置に食い込む寸法になっている。
【００２４】
すなわち、クサビ部１２の寸法（厚さ）は、各支持台１１毎に異なる。そして、それらクサビ部１２がテーパ溝７の所定の位置に食い込むことで、各支持台１１のローラカッタ１３が予め設定された径方向ｙの位置に固定されるようになっている。これにより、各ローラカッタ１３の切削パスの位置を精度良く位置決めできる。
【００２５】
支持台１１の正面視（図４（ａ）参照）において、径方向ｙの一方の側面部１７には、口元が奥部より幅狭の係合凹部２４が形成され、他方の側面部１８には、先端部が根元部より幅広の係合凸部２３が形成されている。これら凹部２４及び凸部２３は、カッタフレーム３の回転軸方向ｘに沿って形成されている。そして、図１に示すように、隣接する支持台１１、１１の間には、上記凸部２３または凹部２４と係合する凹部２５または凸部２６を有するスペーサ２７が介設されている。
【００２６】
なお、図例ではスペーサ２７の側面部にクサビ部材を設けてないが設けてもよい。また、スペーサ２７の切羽側面に、別の切削刃部（先行ビット等）を設けてもよい。また、スペーサ２７を省略し、支持台１１、１１同士を凸部２３または凹部２４により直接係合してもよい。
【００２７】
支持台１１の背面部１５には、図４に示すように、把手２８及びブラケット２９が設けられている。把手２８は、図９に示すように、支持台１１を入口部１０から軸方向ｘ後方に引き抜くときにカギ棒３０のフック３１に把持される。ブラケット２９は、図１０に示すように、支持台１１をテーパ溝７にそって移動する際に、シリンダ（アクチュエータ）３２のロッドの先端と係合して押し引きされる。
【００２８】
シリンダ３２は、図１に示すように、カッタフレーム３内に設けられ、支持台１１を径方向ｙに移動するアクチュエータとして機能する。なお、このアクチュエータは、シリンダ３２に限らず、カッタフレーム３内に径方向ｙに敷設されたチェーンから構成し、そのチェーンに移動すべき支持台１１を着脱するようにしてもよい。
【００２９】
図２に示すように、隔壁２には、穴３３が形成されており、穴３３には、ガイド筒５０が取り付けられており、ガイド筒５０には、交換室としてのスライド筒３４が軸方向ｘに移動自在に装着されている。スライド筒３４は、一端が隔壁２に他端がスライド筒３４に装着されたジャッキ３５によって、軸方向ｘに移動される。スライド筒３４には、リング状の中間板３６を介して、一回り小径の筒体３７が装着されている。
【００３０】
筒体３７には、スライドゲート３８とハッチゲート３９とが、軸方向ｘに所定間隔を隔てて設けられている。スライドゲート３８は、図３及び図７に示すように、開閉機構４０によって開閉される。開閉機構４０は、一端がスライドゲート３８に他端が筒体３７に装着されたシリンダ４１を有し、閉時には図３に示すように正面視略正方形状となり、開時には図７に示すように正面視略長方形状となる。
【００３１】
隔壁２には、図２及び図３にも示すように、シリンダ４１を収縮したときの開閉機構４０の寸法に合わせて略正方形状に窪まされた凹部４２が形成されている。他方、ハッチゲート３９には、球体継手４３が首振り自在に設けられている。球体継手４３には、その軸方向ｘに穴４４が形成されている。穴４４には、蓋体４５が装着されている。
【００３２】
次に、上記ローラカッタ（切削ディスク）１３の交換方法（取外方法、取付方法）を述べる。
【００３３】
図２及び図３に示すように、スライドゲート３８及びハッチゲート３９を閉じ、開閉機構４０を隔壁２の凹部４２に収容した状態で、所定距離掘進する。そして、ローラカッタ１３が摩耗したならば、掘進を中止し、図２に示すように、カッタフレーム３の回転位置を調節し、カッタフレーム３の背面の入口部１０がスライド筒３４の軸方向ｘ前方に位置するようにする。
【００３４】
次に、シリンダ３５によってスライド筒３４を軸方向ｘ前方に移動させ、図５に示すように、筒体３７の先端をカッタフレーム３の背面に押し当てる。ここで、止水性を高めるため、筒体３７の先端にゴム・樹脂等の可撓性部材を設けてもよい。次に、球体継手４３の蓋体４５を取り外し、先端にフック３１が設けられたカギ棒３０を穴４４に挿入する。
【００３５】
次に、図６及び図７に示すように、シリンダ４１によってスライドゲート３８を開く。そして、カギ棒３０をシリンダ４６で前方に移動し、入口部１０に装着されている蓋部材４７（図５参照）を取り外す。取り外した蓋部材４７は、スライドゲート３８を閉じた後、ハッチゲート３９を開くことで、切羽の土水圧とは切り離して坑内に取り出される。そして、図８に示すように、支持台１１と入口部１０との間に装着されているクサビ体４８を、図９に示すように取り外す。
【００３６】
次に、カギ棒３０の先端のフック３１を支持台１１の把手２８に引っ掛け、支持台１１を軸方向ｘ後方に引き出す。ここで、支持台１１の凹部２４とスペーサ２７の凸部２６とは、軸方向ｘに沿って形成されているので、支持台１１を支障なく軸方向ｘ後方に引き出すことができる。後方に引き出された支持台１１は、スライドゲート３８を閉じた後、ハッチゲート３９を開くことで、切羽の土水圧とは切り離して坑内に取り出される。
【００３７】
次に、図９に示すシリンダ３２を伸長させ、次の支持台１１のブラケット２９に係合させた後、シリンダ３２を収縮させてその支持台１１を引き寄せる。これにより、テーパ溝７に食い込んでいたクサビ部１２が引き離される。このとき、各支持台１１の凸部２３及び凹部２４と、スペーサ２７の凸部２６及び凹部２５とは、先端幅が根元幅より広く形成されているので、各支持台１１が径方向ｙに一体的移動することになり、各クサビ部１２が略同時にテーパ溝７から引き離される。
【００３８】
なお、上記凹部及び凸部２３、２４、２５、２６を省略した構成とし、各支持台１１を１台ずつシリンダ３２によって径方向ｙに移動させ、各支持台１１のクサビ部１２を１個（一対）ずつテーパ溝７から引き離すようにしてもよい。また、シリンダ３２の取付位置は、図例の位置に限られず、入口部１０より径方向ｙ外方でもよい。また、シリンダ３２の取付個数も２本以上であっても構わない。
【００３９】
こうして、クサビ部１２がテーパ溝７から引き離されたならば、シリンダ３２を収縮させて次に引き出す支持台１１を入口部１０に正対する位置まで移動する。そして、残りの支持台１１のいずれかのブラケット２９を、図示しないシリンダで保持することで、各支持台１１の径方向ｙの位置を固定する。そして、その状態で、入口部１０に正対する支持台１１を、カギ棒３０によって後方に引き出し、坑内に取り出す。
【００４０】
かかる作業を図１０に示すように、最後の最外周の支持台１１まで行い、そのテーパ溝７に係合する支持台１１を全て坑内に取り出す。
【００４１】
その後、これまでとは逆の手順によって、新たなローラカッタ１３が装着された支持台１１を取り付ける。すなわち、図１０に示すように、新たなローラカッタ１３が装着された支持台１１を、スライド筒３４及び筒体３７を通してカッタフレーム３内に移動させ、支持台１１のクサビ部１２をカッタフレーム３のテーパ溝７に係合させる。
【００４２】
そして、シリンダ３２を支持台１１のブラケット２９に係合させて伸長させ、支持台１１を径方向ｙ外方（上方）に所定距離移動する。そして、支持台１１の凸部２３に、図１に示すスペーサ２７の凹部２６を、軸方向ｘ後方から装着する。なお、このとき、スペーサ２７がシリンダ３２と干渉することを防止するため、この作業に先立って、図示しない径方向ｙ外方に配置したシリンダによって、支持台１１のブラケット２９を持ち替えておく。
【００４３】
以降、同様にして、支持台１１とスペーサ２７とを交互に装着していき、図９から図８に示すように、最後の支持台１１を装着したならば、シリンダ３２をフルロードで伸長させ、各支持台１１のクサビ部１２をカッタフレーム３のテーパ溝７に食い込ませる。これにより、各支持台１１をカッタフレーム３に、ガタ（隙間）無く、強固に、精度よく固定できる。よって、ティースビットに比べて大きな荷重が加わり、重量が重いローラカッタに好適な取付構造となる。
【００４４】
なお、最後にシリンダ３２をフルロードで伸長させてクサビ部１２をテーパ溝７に食い込ませるとき、スペーサ２７の径方向ｙの寸法等に製作誤差があると、クサビ部１２をテーパ溝７の所定の食い込み位置まで移動させることができない事態が考えられるため、スペーサ２７を樹脂や軟質金属等の可撓性材料から製造し、シリンダ３２の押圧力によってスペーサ２７が多少圧縮されるようにしてもよい。
【００４５】
また、テーパ溝７は、図１（ｂ）に示すように、その前溝壁９が傾けられていると共に、後溝壁８がカッタフレーム３の回転軸に対して直交して形成されているため、各支持台１１に加わった切羽の切削荷重がクサビ部１２の後凸面２１を介して後溝壁８に伝わったとき、切削荷重を安定して支持することができる。
【００４６】
すなわち、仮にテーパ溝７の後溝壁８をカッタフレーム３の回転軸の直交面に対して前溝壁９のように傾けたとすると、その部分で切削荷重を受けたとき、クサビ部材１２にクサビが緩む方向の分力が生じてしまい、支持台１１の位置が移動しやすいが、本実施形態では、このような分力は生じないので、支持台１１の位置を安定して保持できる。
【００４７】
なお、上記凹部及び凸部２３、２４、２５、２６を省略した構成とし、各支持台１１を１台ずつシリンダ３２によって径方向ｙに移動させ、各支持台１１のクサビ部１２を１個（一対）ずつテーパ溝７から引き離すようにした場合には、各支持台１１を取り付けるときにも、各支持台１１を１台ずつシリンダ３２によって径方向ｙに移動させ、各支持台１１のクサビ部１２を１個ずつテーパ溝７に食い込ませることになる。
【００４８】
以上の交換作業は、入口部１０から径方向ｙ反対側に形成されたテーパ溝７の支持台１１に対しても行われる。そして、その入口部１０からアクセスできる全ての支持台１１の交換が終了したなら、入口部１０にクサビ体４８を取り付けて支持台１１の径方向ｙの位置を固定した後、入口部１０に蓋部材４７を取り付けて、入口部１０の位置の支持台１１をテーパ溝７の前溝壁９ａとの間に挟持して固定する（図１（ｂ）参照）。
【００４９】
その後、別の凹部４に装着された支持台１１を交換するときには、カッタフレーム３を回動させてその凹部４の入口部１０をスライド筒３４の前方に位置させるようにし、同様の交換作業が行われる。
【００５０】
なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、例えば、上記支持台１１にローラカッタ１３ではなく通常のティースビットや先行ビットを装着したタイプにも適用できる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ローラカッタ等の切削刃部をガタなく強固に固定できると共に容易に取り外すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は本発明の一実施形態に係る切削刃部（ローラカッタ）の取付構造が適用されたカッタフレームの一部正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の側面透視図である。
【図２】図２は上記カッタフレームを備えたトンネル掘削機の側断面図である。
【図３】図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢示図である。
【図４】本実施形態にかかる支持台の説明図であり、図４（ａ）は正面図、図４（ｂ）側面図、図４（ｃ）は平面図である。
【図５】トンネル掘削機の側断面図である（スライド筒前進時）。
【図６】トンネル掘削機の側断面図である（スライドゲート開時）。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線矢示図である。
【図８】カッタフレームの側面透視図である（支持台の取外作業前または取付終了後）。
【図９】カッタフレームの側面透視図である（支持台の取外作業中または取付作業中）。
【図１０】カッタフレームの側面透視図である（支持台の取外作業中または取付作業中）。
【符号の説明】
１ 掘削機本体としてのシールドフレーム
３ カッタフレーム
７ テーパ溝
１１ 支持台
１２ クサビ部
１３ 切削刃部としてのローラカッタ（切削ディスク）
２３ 凸部
２４ 凹部
３２ アクチュエータとしてのシリンダ
ｘ 軸方向
ｙ 径方向

Claims (9)

1. 掘削機本体に対して回転駆動されるカッタフレームと、該カッタフレーム内に径方向に沿って形成されたテーパ溝と、該テーパ溝に係合するクサビ部を有する複数の支持台と、各支持台に装着された切削刃部とを備えたことを特徴とするトンネル掘削機の切削刃部の取付構造。
2. 上記切削刃部が、支持台に軸支されたローラカッタ又は支持台に装着されたティースビットからなる請求項１記載のトンネル掘削機の切削刃部の取付構造。
3. 上記カッタフレーム内に、上記支持台を径方向に移動させるためのアクチュエータを設けた請求項１又は２記載のトンネル掘削機の切削刃部の取付構造。
4. 上記各支持台を径方向に一体移動させるため、前記支持台の径方向の一方の側面部に口元が奥部より幅狭の係合凹部を形成し、前記支持台の他方の側面部に先端部が根元部より幅広の係合凸部を形成した請求項１〜３記載のトンネル掘削機の切削刃部の取付構造。
5. 上記各支持台同士に間にスペーサを介設し、該スペーサに別の切削刃部を装着した請求項１〜４記載のトンネル掘削機の切削刃部の取付構造。
6. 切削刃部が装着された支持台をカッタフレームの背面側からカッタフレーム内に挿入し、該支持台に設けたクサビ部をカッタフレーム内にその径方向に沿って設けたテーパ溝に係合させ、その状態で支持台をテーパ溝が狭まる方向に移動させてクサビ部をテーパ溝に押し付けて固定するようにしたトンネル掘削機の切削刃部の取付方法。
7. 上記切削刃部が、支持台に軸支されたローラカッタ又は支持台に装着されたティースビットからなる請求項６記載のトンネル掘削機の切削刃部の取付方法。
8. 請求項６の方法によって取り付けられた支持台を、テーパ溝が広がる方向に移動させてそのクサビ部をテーパ溝から離脱させ、カッタフレームの背面側から取り出し、新たな切削刃部が装着された支持台と交換するようにしたことを特徴とするトンネル掘削機の切削刃部の交換方法。
9. 上記切削刃部が、支持台に軸支されたローラカッタ又は支持台に装着されたティースビットからなる請求項８記載のトンネル掘削機の切削刃部の交換方法。

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