JP2022055137A - トンネル掘進機のティース型ビット取付構造 - Google Patents

Abstract

【課題】カッタースポークの前側の各隅角部にティース型ビットを交換可能に配置する。【解決手段】本構造では、ティース型ビットＣを対にして、それぞれ、カッタースポーク１１０の前側の各隅角部の内部に装備した各回動軸駆動装置１の回動軸１１に、各回動軸１１の周囲を回動可能に、かつカッタースポーク１１０の前側の各隅角部に近接する各開口２を通じてカッタースポーク１１０の内部に設けられるティース型ビット格納部４とカッタースポーク１１０の外部でティース型ビットＣを切削位置まで突出させて配置するティース型ビット配置部５との間を出没可能に取り付ける。【選択図】図３

Description

本発明は、トンネルの掘削工事に使用するシールド掘進機を含むトンネル掘進機の特にティース型ビットの取り付け、交換に適したトンネル掘進機のティース型ビット取付構造に関する。

トンネルの掘削工事に使用するトンネル掘進機は、一般に、掘進機本体の前面にカッターヘッドが回動可能に設けられており、このカッターヘッドの前面板に、地山を切削するためのカッタービットが複数配設されている。このカッターヘッドを地山の切羽に押し当て回動させながら前進することで地山を掘削している。

ところで、このカッターヘッドのカッタービットは、地山を切削することで摩耗、損傷する。このカッタービットの摩耗、損傷の進行に伴い切削効率は低下し、最終的に切削困難となって、カッタービットの交換が必要となる。近年、トンネルの掘削工事の長距離化により、このカッタービットの維持及びその交換方法が重要になっている。

本願出願人は、この種のトンネル掘進機において、切削ビットにカッターヘッドの回動方向に関わらず適切な切削角や逃げ角を付与できるようにして、切削ビットの逃げ面の摩耗を可及的に防止し、長寿命化を図ること、また、切削ビットが摩耗、損傷して掘削に適さなくなったときは、カッタースポーク内の大気圧下の作業室で切削ビットを安全に交換できるようにすることを目的として、新たな切削ビット取付構造を特許文献１により提案している。

この文献１の切削ビット取付構造は、トンネル掘進機前面のカッターヘッドのカッタースポーク内に切削ビットを交換するための作業室（作業空間）を有し、このカッタースポーク内でカッタースポークの前面板に切削ビットを取り付けるためのもので、外部ケースと、内部ケースと、ロッド及びロッド固定部と、内部ケース回動規制部とにより構成される。

外部ケースは、先端側に断面略円弧形状の溝をなすガイド部、及びガイド部の溝の底部を貫通し、切削ビットを挿通可能にかつ切削ビットをガイド部の溝の延びる方向に所定の角度だけ揺動可能に切削ビット挿通口を有し、後端側が開口されて、カッターヘッドの前面板に形成される取付開口に切削ビット挿通口をカッターヘッドの前方に向け、かつガイド部をカッターヘッドの接線方向に向けて取り付けられる。

内部ケースは、外部ケースのガイド部に沿って摺動可能な断面略円弧形状の外周面、及びこの外周面に切削ビット突出口を開口され、反対側に切削ビット挿入口が開口され、切削ビットが挿通可能な切削ビット挿通部を有し、外部ケースの切削ビット挿通口に切削ビット突出口を合せて外部ケース内に回動可能に組み込み配置される。

ロッドは、切削ビットに連結され、切削ビットを内部ケースの切削ビット挿通部内に挿入、支持するためのもので、ロッド固定部は、内部ケースの外側に切削ビット挿入口に対向して着脱可能に取り付けられ、このロッド固定部により、ロッドが固定される。内部ケース回動規制部は、外部ケース及び内部ケース間に着脱可能に設けられる。この内部ケース回動規制部により、外部ケースの切削ビット挿通口に対して切削ビット突出口を所定の角度だけ揺動可能に内部ケースの回動を規制する。

このようにして切削ビットにロッドを連結して、切削ビットを外部ケース内の内部ケースの切削ビット挿通部に通し切削ビットの先端切刃を外部ケースの切削ビット挿通口を通じてカッターヘッドの前面板から突出させ、ロッドをロッド固定部に回転自在に取り付ける。かくしてカッターヘッドの回動により切削ビットで切羽に切り込み、切削ビットが切羽からの反力を受けて所定の角度だけ傾斜して、切羽を掘削するようになっている。

特開２０１６－１６９５６３号公報

しかしながら、特許文献１の切削ビット取付構造を、ティース型ビットの取り付けに適用した場合に、次の点で改善の余地がある。
（１）特許文献１の切削ビット取付構造では、カッタースポークの前面板の略中央に取付開口が設けられ、切削ビットはこの取付開口に取り付けられて、カッタースポークの前方に突出されるが、ティース型ビットをカッタースポークの前面板に取り付けてしまうと、ローラービットなど他のカッタービットを並設することが難しく、カッタースポークの前面板や内部空間を有効に活用することができない。
（２）特許文献１の切削ビット取付構造では、外部ケースの切削ビット挿通口と内部ケースの切削ビット挿通部は寸法（径）が異なるが、ティース型ビットの場合も同様にすると、ビット取付部の構造が複雑になり、コストも増大して、好ましくない。
（３）特許文献１の切削ビット取付構造では、切削ビットの切削反力は内部ケースの切削ビット挿通部後端部のロッド固定部で支持されているが、ティース型ビットの場合も同様にすると、ティース型ビットの片持ち長が大きくなるため、ビット体の断面を大きくする必要があり、そうすると、装置全体が大きくなり、コストも増大して、好ましくない。
（４）特許文献１の切削ビット取付構造では、ロッドそれ自体を正逆回転するため、切削ビットに対してロッドを回転（空転）可能に連結しているが、ティース型ビットの場合も同様にすると、ティース型ビットとロッドとの連結構造が複雑になり、コストも増大して、好ましくない。

本発明は、このような従来の問題を解決するもので、この種のトンネル掘進機のティース型ビット取付構造において、カッタースポークの前側の各隅角部の近傍にティース型ビットを交換可能に配置して、カッタースポークの前面板にローラービットなど他のカッタービットを並設可能にし、カッタースポークの前面板や内部空間を有効に活用すること、ティース型ビットを外部ケース・内部ケースを介して回動可能に支持し、ティース型ビットにロッドを設けて外部ケース・内部ケース上で直動させる形式とは異なる形式により、構造を簡単にしてコストの低減を図ることなど、を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、
複数のカッタービットを取り付けられた複数のカッタースポークを有するカッターヘッドを備え、前記各カッタースポーク内に前記各カッタービットを大気圧下で取り付け、交換可能な作業空間を有するトンネル掘進機において、前記各カッタースポーク内で前記カッタースポークにティース型ビットを取り付け、交換するためのトンネル掘進機のティース型ビット取付構造であって、
前記カッタースポークの前側の各隅角部の内部に装備され、回動軸及び前記回動軸を回転駆動する駆動部を有する一対の回動軸駆動装置と、
前記カッタースポークに前記前側の各隅角部に近接して前記ティース型ビットが通過可能に形成され、それぞれ、ゲート板で開閉される一対の開口と、
を備え、
前記ティース型ビットは対にして、それぞれ、前記各回動軸駆動装置の前記回動軸に、前記各回動軸の周囲を回動可能に、かつ前記各開口を通じて前記カッタースポークの内部に設けられるティース型ビット格納部と前記カッタースポークの外部でティース型ビットを切削位置まで突出させて配置するティース型ビット配置部との間を出没可能に取り付けられる、
ことを要旨とする。

また、このティース型ビット取付構造は各部に次のような構成を備えることが好ましい。
（１）各回動軸駆動装置は軸心をカッタースポークの長手方向に向けて構成され、各開口はカッタースポークの前側の各隅角部に近接して両側の側面板に形成される。
（２）カッタースポークの内部に各開口に隣接してゲート板収納部を有し、前記各ゲート板収納部と前記各開口との間にガイドレールが配設されて、各ゲート板は前記各ゲート板収納部と前記各開口との間を前記各ガイドレールを介して進退可能に配置される。
この場合、各ゲート板収納部に伸縮式のゲート板駆動装置が設置され、各ゲート板は前記各ゲート板駆動装置に作動連結され、前記各ゲート板駆動装置により進退駆動される。
この場合、各ガイドレールは溝形のレールからなり、各ゲート板収納部から各開口の両側縁部に沿って延び、各ゲート板の両側部を嵌合支持する一対の側レールと、各開口の前記各ゲート板収納部とは反対側の端縁部に沿って配置され、前記各ゲート板の一端を嵌合支持する端レールとにより構成され、前記各一対の側レール及び前記各端レールと前記各ゲート板との間、前記各開口の前記各ゲート板収納部側の端縁部と前記各ゲート板との間に、それぞれ、止水シールが介在される。
（３）各ティース型ビット格納部は、カッタースポークの内部に、複数の壁板により、各開口を箱形の一面に含む箱形に画設される。
（４）カッタースポークの外面に各ティース型ビット配置部に近接して、各ティース型ビット格納部から前記各ティース型ビット配置部に向けて回動される各ティース型ビットの回動を前記各ティース型ビット配置部で停止し回動を規制するストッパーを有する。
（５）各ティース型ビットは、各回動軸駆動装置の回動軸に着脱可能に取り付けられるカッタービットブロックと、前記カッタービットブロックに着脱可能に固定される刃先を有するカッタービット本体とからなる。

本発明のトンネル掘進機のティース型ビット取付構造では、ティース型ビットを対にして、それぞれ、カッタースポークの前側の各隅角部の内部に装備した各回動軸駆動装置の回動軸に、各回動軸の周囲を回動可能に、かつカッタースポークの前側の各隅角部に近接する各開口を通じてカッタースポークの内部に設けられるティース型ビット格納部とカッタースポークの外部でティース型ビットを切削位置まで突出させて配置するティース型ビット配置部との間を出没可能に取り付けるので、各ティース型ビットをカッタースポークの前側の各隅角部の近傍に交換可能に配置して、カッタースポークの前面板にローラービットなど他のカッタービットを並設可能とし、カッタースポークの前面板や内部空間を有効に活用することができ、各ティース型ビットを外部ケース・内部ケースを介して回動可能に支持し、各ティース型ビットにロッドを設けて外部ケース・内部ケース上で直動させる形式とは異なる形式により、構造を簡単にしてコストの低減を図ることができる、という本発明独自の格別な効果を奏する。

本発明の一実施の形態に係るトンネル掘進機のティース型ビット取付構造の全 体構成をトンネル掘進機の正面から示す図（正面図） 同構造の全体構成をトンネル掘進機の側面を断面して示す図（側面断面図） 同構造の要部の構成を示す図（平面断面図） 同構造の要部の構成を示す図（側面断面図） 同構造の要部の構成を示す図（正面断面図） 同構造におけるティース型ビットの取り付け、交換の流れを示す図（平面断面 図） 同構造におけるティース型ビットの取り付け、交換の流れを示す図（平面断面 図） 同構造におけるティース型ビットの取り付け、交換の流れを示す図（平面断面 図） 同構造におけるティース型ビットの主たる効果を示す図（平面断面図）

次に、この発明の実施の形態について図を用いて説明する。
図１、図２にこの発明の一実施の形態に係るトンネル掘進機のティース型ビット取付構造（以下、本構造という。）の構成をトンネル掘進機とともに示している。

図１、図２に示すように、ここでトンネル掘進機に、地下水位以下の地中を掘進するシールドТＢＭを例示している。このシールドТＢＭ（以下、単にТＢＭという。）は、４翼のスポーク型カッターヘッドを備える。このカッターヘッド１００は、４本のカッタースポーク１１０が中枢体１２０の外周面に９０度間隔で接続され、各カッタースポーク１１０の最外周端間にカッターリング１７０が取り付けられて構成される。中枢体１２０は後端部に円錐台形状の旋回体１３０が接続され、この旋回体１３０の後端部に回転輪１４０が連結される。しかしてカッターヘッド１００は、回転輪１４０がТＢＭの前部に旋回ベアリング１５０を介して支持され、回転輪１４０にギアを介してカッター駆動装置１６０が作動連結される。このようにしてカッターヘッド１００、すなわち、４本のカッタースポーク１１０はカッター駆動装置１６０により回転駆動されるようになっている。各カッタースポーク１１０やカッターリング１７０には切羽を切削する複数のカッタービットが装着される。この種のТＢＭの場合、通常、さまざまな地盤を想定して、ローラービット、先行ビット、ティース型ビットなどが併設される。なお、図１、図２では、カッターヘッド１００の中心部を除き、ティース型ビットＣのみの配置例が示されている。これらのカッタービットは固定型のティース型ビットなどを除いて交換可能に取り付けられる。各カッタースポーク１１０は、断面略四角形の略角筒形に形成されて、前面板１１１、両側の側面板１１２、後面板１１３を有し、内部がカッター室１１４として、ТＢＭの本体内部に連通されて、本体内部から入退可能で、大気圧下でカッタービットの取付・交換作業が可能になっている。ТＢＭの本体前面で回転輪１４０の周囲に隔壁１９０が設けられ、本体前面の外周にはカッターフード２００が突設される。しかしてこれら隔壁１９０、カッターフード２００と、カッターヘッド１００との間に切羽室１０１が画成される。隔壁１９０に土圧計が埋設され、この土圧計で切羽室１０１内に充満された泥土の圧力が検出される。隔壁１９０の下方にはスクリューコンベアなどからなる排土装置２１０が装着され、この排土装置２１０により、切羽室１０１内の泥土が排出され、切羽室１０１内の泥土圧が一定に保持される。このようにして切羽室１０１内の泥土圧が一定に保持され、ТＢＭの掘進が制御される。なお、ТＢＭには、周知のとおり、ТＢＭの掘進に使用するシールドジャッキが搭載されるが、ここではその図示を省略してある。

本構造は、複数のカッタービットを取り付けられた複数（ここでは４本）のカッタースポーク１１０を有するカッターヘッド１００を備え、各カッタースポーク１１０内に各カッタービットを大気圧下で取り付け、交換可能な作業空間（カッター室１１４）を有するТＢＭにおいて、各カッタースポーク１００内でカッタースポーク１００に特にティース型ビットＣを取り付け、交換するためのものである。

そして本構造では、カッタースポーク１１０の地盤の切羽に相対する前面板１１１とその両側の各側面板１１２との間でカッタースポーク１１０の前側の両隅角部の内部にカッタースポーク１１０の長さ方向に所定の間隔で、多数のティース型ビット取付部Ａが装備され、これらのティース型ビット取付部Ａに、多数のティース型ビットＣが着脱可能にかつカッタースポーク１１０の内部と外部との間を進退可能に取り付けられる。このようにして各ティース型ビットＣはカッタースポーク１１０の内部で交換可能に取り付けられ、カッタースポーク１１０の外部に刃先を切削位置に向けて突出されるようになっている。

図３、図４及び図５に本構造の要部、すなわち、各カッタースポーク１１０の前側の各隅角部内部における各ティース型ビットの取付部Ａの構成を示している。

図３に示すように、本構造では、カッタースポーク１１０の前側の各隅角部の内部に一対のティース型ビットの取付部Ａとして装備される、回動軸１１及び回動軸１１を回転駆動する駆動部１４（図４参照）を有する一対の回動軸駆動装置１と、カッタースポーク１１０に前側の各隅角部に近接してティース型ビットＣが通過可能に形成され、それぞれ、ゲート板３で開閉される一対の開口２とを備える。

そして、これに対して、ティース型ビットＣは対にして、それぞれ、各回動軸駆動装置１の回動軸１１に、各回動軸１１の周囲を回動可能に、かつ各開口２を通じてカッタースポーク１１０の内部に設けられるティース型ビット格納部４とカッタースポーク１１０の外部でティース型ビットＣを切削位置まで突出させて配置するティース型ビット配置部５との間を出没可能に取り付けられる。

各回動軸駆動装置１は軸心をカッタースポーク１１０の長手方向（軸方向）に向けて構成される。そして、各開口２はカッタースポーク１１０の前側の各隅角部に近接して両側の側面板１１２に形成される。

この場合、各回動軸駆動装置１は一対の軸受金具１３と各軸受金具１３間に回転可能に軸支される回動軸１１とからなる。回動軸１１にはティース型ビット取付用の軸金具１２が取り付けられ、この軸金具１２が回動軸１１から直角方向に突出される。この回動軸１１の上端には、図４に示すように、この回動軸１１の駆動部１４をなす回動レバー１４１が作動連結される。なお、駆動部１４は電動モータ他各種のモータで構成されてもよい。各軸受金具１３はカッタースポーク１１０の前側の各隅角部に近接して前面板１１１の内面に相互に対向して設置固定され、各軸受金具１３間の回動軸１１がカッタースポーク１１０の前側の各隅角部に沿って配置される。なお、この場合、各回動軸駆動装置１の長さ（高さ）は後述するティース型ビットＣの高さよりも大きい。

また、この場合、各開口２はカッタースポーク１１０の前面板１１１の両側が切り欠かれ、その後方の両側面板１１２の前端から後端方向に向けて全体として横長の矩形状に、各回動軸駆動装置１の回動軸１１がカッタースポーク１１０の外部に露出可能に形成される。なお、この場合、各開口２は後述のティース型ビットＣが通過可能であれば、その大きさは任意であるが、ここでは、本構造をコンパクトにするため、ティース型ビットＣが通過可能な最小限の開口面積になっている。

各ゲート板３は、各開口２に応じて、各開口２を開閉可能に各開口２よりも大きい矩形状に形成される。

各ゲート板３が各開口２で開閉可能に、カッタースポーク１１０の内部に各開口２に隣接してゲート板収納部３０が設けられ、各ゲート板収納部３０と各開口２との間にガイドレール３１が配設される。

この場合、各ゲート板収納部３０はカッタースポーク１１０の各側面板１１２の各開口２の後部側の内面に沿って設けられる。

また、各ガイドレール３１は、図５に示すように、各ゲート板３が嵌合して滑動可能に溝形のレール（溝３１０を有するレール）からなり、図４に示すように、各ゲート板収納部３０から各開口２の両側縁部に沿って延び、各ゲート板３の両側部を嵌合支持する一対の側レール３１１と、各開口２の各ゲート板収納部３０とは反対側の端縁部、この場合は前側の端縁部に沿って配置され、各ゲート板３の一端を嵌合支持する端レール３１２とにより構成される。ここで各ガイドレール３１は、図４に示すように、各ゲート板収納部３０と各開口２との間、より詳しく言えば、各ゲート板収納部３０の各開口２側の端部と各開口２の内側（この「内側」は各側面板１１２の各開口２面の内側（内方側）をいう。以下、同じ。）との間に配置可能に、側面視長方形の枠状に形成されて、各ゲート板収納部３０の開口２側の端部から平行に各開口２の内側で各開口２の上下両側縁部に沿って延び、各ゲート板３の上下両側部を嵌合支持する一対の側レール３１１と、一対の側レール３１１間で各開口２の各ゲート板収納部３０とは反対側の端縁部、この場合は前側の端縁部に沿って配置され、各ゲート板３の前端を嵌合支持する端レール３１２と、一対の側レール３１１間で各開口２の各ゲート板収納部３０側の端縁部、この場合は後側の端縁部に各側レール３１１の各溝３１０の両側に並列に配置され、各側レール３１１を端レール３１２とともに支持する一対の支柱３１３（図４、図５参照）とを有する。一対の支柱３１３間はゲート板３の通過口３１４（図５参照）になっている。このようにして各ガイドレール３１はカッタースポーク１１０の各側面板１１２の内面に固定され、各ゲート板収納部３０と各開口２との間に設置される。

また、この場合、図３に示すように、各ゲート板収納部３０に伸縮式のゲート板駆動装置３２が設置される。このゲート板駆動装置３２は、例えば油圧ジャッキ、ジャーナルジャッキ、ラックピニオン機構などで、これら既成の機器から適宜選択される。ここでは、油圧ジャッキが用いられる。このゲート板駆動装置３２は各ゲート板収納部３０の後部側に各ゲート板３に対して内側（各側面板１１２とは反対側）に並列に設置される。

さらに、この場合、各一対の側レール３１１の溝３１０及び各端レール３１２の溝３１０と各ゲート板３との間、各開口２の各ゲート板収納部３０側の端縁部と各ゲート板３との間に、それぞれ、図示されない止水シールが介在される。

かくして各ゲート板３は各ゲート板収納部３０と各開口２との間を各ガイドレール３１を介して進退可能に配置される。そして、各ゲート板３は各ゲート板駆動装置３２に作動連結され、各ゲート板駆動装置３２により進退駆動される。この場合、各ゲート板３の後端部に各ゲート板収納部３０の各油圧ジャッキのロッド先端が連結されて、各ゲート板３は各油圧ジャッキのロッドの前進後退運動により、各ゲート板収納部３０と各開口２との間を進退駆動され、各開口２が開閉される。

図３に示すように、カッタースポーク１１０の内部、特に前面板１１１と両側の各側面板１１２との間で前側の各隅角部から一定のエリアがそれぞれ、各開口２を各ティース型ビットＣの出入り口とするティース型ビット格納部４になっている。

この場合、各ティース型ビット格納部４は、カッタースポーク１１０の内部に、複数の壁板（鋼板）４１により、各開口２を箱形の一面に含む箱形に画設される。また、この場合、複数の壁板４１は、カッタースポーク１１０の各側面板１１２の内面において、各開口２の前側の端縁部に対応する位置で各ガイドレール３１から各側面板１１２に対して直角に前面板１１１に沿って突出配置される前板４１１と、各開口２の後側の端縁部に対応する位置で各ガイドレール３１から各側面板１１２に対して直角に突出配置され、外方側（開口側）の略半面を前面板１１１に対して平行な平行板４１２ａとし、内方側の略半面を前板４１１方向に斜めの傾斜板４１２ｂとする後板４１２と、前板４１１と後板４１２との間に配置される側板４１３と、各開口２の上側の側縁部に対応する位置で各ガイドレール３１から各側面板１１２、前面板１１１に対して直角に突出配置される上板４１４（図５参照）と、各開口２の下側の側縁部に対応する位置で各ガイドレール３１から各側面板１１２、前面板１１１に対して直角に突出配置される下板４１５（図５参照）とからなる。各ティース型ビット格納部４は、これら各板４１１－４１４（下板４１５を除く。）が相互に接合固定され、各開口２の内側で各側面板１１２の内面に固着されて、各開口２の内側で平面断面５角形の６面体からなる格納庫４０になっている。各壁板４１、これら壁板４１からなる各格納庫４０はТＢＭに作用する水圧、泥土圧、裏込め圧などに対して十分な剛性と強度を有する。既述のとおり、各開口２は、各ティース型ビットＣを各格納庫４０に出入りさせるための出入り口（通過口）である。各開口２が各ゲート板３により開閉自在により、各格納庫４０は開放密閉自在になっている。また、この格納庫４０は、図５に示すように、下板４１５が前板４１１、側板４１３、後板４１２の下部にボルトにより着脱可能に取り付けられて、下面が開口４１０として開放可能であり、この開口４１０を通じて、回動軸駆動装置１にティース型ビットＣの取付・交換作業が行われるようになっている。なお、この下面の開口４１０に代えて、側板４１３又は後板４１２に開口を設け、この開口に蓋板をボルトにより着脱可能に取り付けて、この開口を開閉するようにしてもよい。そして、図３に示すように、後板４１２の平行板４１２ａに貫通して排泥バルブ４２が設けられる。なお、既述の各回動軸駆動装置１の各回動軸１１の上端は、図４に示すように、各格納庫４０の上板４１４から上方に突出されて、各回動軸１１の上端に回動レバー１４１が作動連結される。

図３に示すように、カッタースポーク１１０の外部、特に各側面板１１２の両側各開口２の内周縁部の前側の一部から前面板１１１よりも前方所定の位置までのエリアがそれぞれ、ティース型ビットＣを切削位置まで突出させて配置するティース型ビット配置部５になっている。

この場合、各ティース型ビット配置部５は各側面板１１２の両側各開口２の内周縁部で各回動軸駆動装置１に対向する位置から各開口２の内周縁部に沿って前方に各ティース型ビットＣの長さ分の位置までの仮想直線５Ｌ上に設けられる。

そして、カッタースポーク１１０の外面に各ティース型ビット配置部５に近接して、後述するように各ティース型ビット格納部４から各ティース型ビット配置部５に向けて回動される各ティース型ビットＣの回動を各ティース型ビット配置部５で停止し回動を規制するストッパー６が対にして設けられる。

この場合、各ストッパー６は平面断面台形のブロックからなる。各ストッパー６は台形の下底に当たる一面（以下、受け面６１という。）が各ティース型ビット配置部５の仮想直線５Ｌ上に沿って配置されて、カッタースポーク１１０の前面板１１１の各側部に固着される。このようにして各ストッパー６の受け面６１で各ティース型ビットＣを受け、各ティース型ビット配置部５に固定するようになっている。

図３に示すように、一対のティース型ビットＣは、各回動軸駆動装置１の回動軸１１の軸金具１２に取り付けられる。各ティース型ビットＣは、カッタービットブロックＣ１と、カッタービットブロックＣ１にボルトＢにより着脱可能に固定されるカッタービット本体Ｃ２とからなり、カッタービットブロックＣ１が各回動軸１１の軸金具１２にボルトＢ´（図示せず）により着脱可能に取り付けられる。なお、この場合、各ティース型ビットＣは、全体がブロック状で、カッタースポーク１１０外部の各ティース型ビット配置部５に配置された状態で、内側面がティース型ビット配置部５の仮想直線５Ｌ上に一致する平面に、後面が内側面の後端部から側方へ直角に延びる平面に、前面が内側面の前端部から斜め前方へ、後面よりも幅広に延びる平面に、外側面が後面の外側側部から前面の外側側部に向けて外側に斜めに延びる平面に形成されていて、前面と外側面との間の角部が刃先になっている。

このようにして各ティース型ビットＣは各回動軸駆動装置１に各回動軸１１の周囲を回動可能に連結されて、各回動軸１１の回動レバー１４１の回動により、各側面板１１２の各開口２を通じてカッタースポーク１１０内部の各ティース型ビット格納部４とカッタースポーク１１０外部の各ティース型ビット配置部５との間を出没可能に装備され、各ティース型ビットＣがカッタースポーク１１０の内部で交換可能に、カッタースポーク１１０の外部に刃先を切削位置に向けて突出可能になっている。

図６、図７及び図８に本構造におけるティース型ビットＣの取り付け、交換の流れを示している。

図６に示すように、一対のティース型ビットＣはそれぞれ、カッタースポーク１１０内の各ティース型ビット格納部４、この場合は各格納庫４０で取り付けられる。この場合、各側面板１１２の各開口２はゲート板３で閉じられており、この状態が各ゲート板駆動装置３２によりロックされる。このティース型ビットＣの取り付けでは、各格納庫４０の下面が蓋板の下板４１５（図５参照）を取り外されて開口され、この開口４１０（図５参照）を通じて、大気圧下のカッター室１１４内の作業区域で取付作業が行われる。各ティース型ビットＣは各カッタービットブロックＣ１が各回動軸駆動装置１の回動軸１１の軸金具１２にボルトＢにより取り付けられる。各格納庫４０で各回動軸駆動装置１に各ティース型ビットＣの取り付けを完了すると、各格納庫４０の下面に蓋板の下板４１５（図５参照）がボルトにより取り付けられて、下面開口４１０（図５参照）が閉じられる。そして、図７に示すように、各側面板１１２の各開口２の各ゲート板３が各ゲート板駆動装置３２の駆動により後退されて各ゲート板収納部３０に収納され、各開口２が開けられる。この状態から、各格納庫４０上部の回動レバー１４１（図４参照）の開口２方向への回動により各格納庫４０内の各回動軸駆動装置１の回動軸１１が同方向に回動されて、各格納庫４０内の各ティース型ビットＣが各開口２に向けて回動され、各開口２を通して各ティース型ビット配置部５まで回動される。各ティース型ビットＣが各ティース型ビット配置部５まで回動されると、各ティース型ビットＣは前面板１１１両側部の各ストッパー６の受け面６１に衝接して停止され、回動を規制される。ここで回動レバー１４１（図４参照）は図示されないロック部によりロックされて、各回動軸駆動装置１とともに各ティース型ビットＣが回動規制される。かくして各ティース型ビットＣは地盤（切羽）に対する掘削位置まで突出されて固定される。このように各ティース型ビットＣが各ティース型ビット配置部５に配置されると、図８に示すように、各ゲート板駆動装置３２が前進駆動（この場合、油圧ジャッキのロッドが伸長）されて、各ゲート板３が各ゲート板収納部３０から各開口２に向けて前進され、各ゲート板３の前側の端部が各回動軸駆動装置１の各軸金具１２に圧接して、各開口２が閉じられる。

このТＢＭで地盤を掘削するときは、図１、図２を参照すると、４本のカッタースポーク１１０からなるカッターヘッド１００を地盤の切羽に押し当て回動させながら切羽を掘削して、ТＢＭが前進する。この場合、図示は省略するが、地盤が硬岩の場合は、主にローラービットで切羽を切削する。このとき、ローラービットの刃高をティース型ビットの刃高よりも大きくする。地盤が硬岩から軟岩や硬質地盤、軟質地盤に変化すると、ローラービットによる地盤の掘削が難しくなり、この場合は、ローラービットを外して、ティース型ビットで切羽を切削する。なお、ティース型ビットはローラービットにより切削されたズリを掻き込む作用もある。

このカッターヘッド１００の各ティース型ビットＣは、地盤を切削していくうちに摩耗、損耗し、各ティース型ビットＣを交換する必要がある。このために、カッタースポーク１１０の内部から大気圧下でティース型ビットＣを交換することが求められる。

各ティース型ビットＣを交換する場合、図８、図７に示すように、まず、各ゲート板駆動装置３２が後退駆動（この場合、油圧ジャッキのロッドが収縮）されて、各ゲート板３が各開口２から各ゲート板収納部３０に向けて後退し、各ゲート板収納部３０に収納されて、各開口２が開けられる。次に、各格納庫４０上部の回動レバー１４１（図４参照）の図示されないロック部が解除されて、各回動レバー１４１が各開口２とは反対方向へ回動される。これにより各格納庫４０内の各回動軸駆動装置１の回動軸１１が同方向に回動されて、各格納庫４０内の各ティース型ビットＣが各開口２に向けて回動され、各開口２を通して各格納庫４０まで回動し各格納庫４０に格納される。各ティース型ビットＣが各格納庫４０に格納されると、各回動レバー１４１（図４参照）が図示されないロック部によりロックされて、各回動軸駆動装置１とともに各ティース型ビットＣが回動規制される。そして、図６に示すように、各ゲート板駆動装置３２が前進駆動（この場合、油圧ジャッキのロッドが伸長）されて、各ゲート板３が各ゲート板収納部３０から各開口２に向けて前進し、各ゲート板３の前側の端部が端レール３１２（図４参照）の溝３１０に止水シールを介して押し込まれて、各開口２が閉じられ、各格納庫４０が外水圧と切り離される。

続いて、各格納庫４０の下面からボルトを抜き取り蓋板の下板４１５（図５参照）が取り外されて、下面開口４１０（図５参照）が開けられる。この開口４１０を通じて、大気圧下のカッター室１１４内の作業区域でティース型ビットＣの交換作業が行われる。すなわち、各ティース型ビットＣのカッタービットブロックＣ１からボルトＢを抜き取り、カッタービットブロックＣ１からカッタービット本体Ｃ２が取り外される。そして、新たなカッタービット本体Ｃ２が各ティース型ビットＣのカッタービットブロックＣ１にボルトＢにより取り付けられる。ティース型ビットＣが２分割されていることで、ティース型ビットＣの交換がしやすくなっている。

各ティース型ビットＣの交換の完了後、各格納庫４０の下面に蓋板の下板４１５（図５参照）がボルトにより取り付けられて、下面開口４１０（図５参照）が閉じられる。そして、図７に示すように、各側面板１１２の各開口２の各ゲート板３が各ゲート板駆動装置３２の後退駆動（この場合、各油圧ジャッキのロッドの収縮）により後退されて各ゲート板収納部３０に収納され、各開口２が開けられる。この状態から、各格納庫４０上部の回動レバー１４１（図４参照）の開口２方向への回動により各格納庫４０内の各回動軸駆動装置１の回動軸１１が同方向に回動されて、各格納庫４０内の各ティース型ビットＣが各開口２に向けて回動され、各開口２を通して各ティース型ビット配置部５まで回動される。各ティース型ビットＣが各ティース型ビット配置部５まで回動されると、各ティース型ビットＣは前面板１１１両側部の各ストッパー６の受け面６１に衝接して停止され、回動を規制される。ここで回動レバー１４１は図示されないロック部によりロックされて、各回動軸駆動装置１とともに各ティース型ビットＣが回動規制される。かくして各ティース型ビットＣは地盤（切羽）に対する掘削位置まで突出されて固定される。このように各ティース型ビットＣが各ティース型ビット配置部５に配置されると、図８に示すように、各ゲート板駆動装置３２が前進駆動（この場合、油圧ジャッキのロッドが伸長）されて、各ゲート板３が各ゲート板収納部３０から各開口２に向けて前進され、各ゲート板３の前側の端部が各回動軸駆動装置１の各軸金具１２に圧接して、各開口２が閉じられる。このようにしてТＢＭはカッタースポーク１１０を回転させて掘進を再開する。

このようなティース型ビットＣの取り付け・交換形式により、大気圧下のカッタースポーク１１０内部（カッター室１１４）で作業員がティース型ビットＣの取り付け、交換を容易かつ確実に行うことができる。

以上説明したように、本構造によれば、次のような本構造独自の格別な効果を奏する。

本構造では、ティース型ビットＣを対にして、それぞれ、カッタースポーク１１０の前側の各隅角部の内部に装備した各回動軸駆動装置１の回動軸１１に、各回動軸１１の周囲を回動可能に、かつカッタースポーク１１０の前側の各隅角部に近接する各開口２を通じてカッタースポーク１１０の内部に設けられるティース型ビット格納部４とカッタースポーク１１０の外部でティース型ビットＣを切削位置まで突出させて配置するティース型ビット配置部５との間を出没可能に取り付けるので、図９に示すように、各ティース型ビットＣをカッタースポーク１１０の前側の各隅角部の近傍に交換可能に配置して、カッタースポーク１１０の前面板１１１にローラービットなど他のカッタービットを並設可能とし、カッタースポーク１１０の前面板１１１や内部空間を有効に活用することができる。そして、各ティース型ビットＣを従来のように外部ケース・内部ケースを介して回動可能に支持し、各ティース型ビットにロッドを設けて外部ケース・内部ケース上で直動させる形式とは異なる形式でも、構造を簡単にしてコストの低減を図ることができる。

本構造では、各回動軸駆動装置１を軸心をカッタースポーク１１０の長手方向（軸方向）に向けて構成し、各開口２をカッタースポーク１１０の前側の各隅角部に近接して両側の側面板１１２に形成するので、本構造を簡単にして、コストの低減に資することができる。また、各回動軸駆動装置１の軸心をカッタースポーク１１０の長手方向に向けたことで、各回動軸１１や各ティース型ビットＣをカッタースポーク１１０の長手方向に着脱することができ、カッタースポーク１１０内の狭い作業空間でも、各回動軸１１や各ティース型ビットＣの取り付け、取り外し及び交換を容易に行うことができる。

本構造では、カッタースポーク１１０の内部に各開口２に隣接してゲート板収納部３０を有し、各ゲート板収納部３０と各開口２との間にガイドレール３１を配設して、各ゲート板３を各ゲート板収納部３０と各開口２との間を各ガイドレール３１を介して進退可能に配置し、併せて各ゲート板収納部３０に伸縮式のゲート板駆動装置３２を設置し、各ゲート板３を各ゲート板駆動装置３２に作動連結して、各ゲート板駆動装置３２により進退駆動するようにしたので、各ゲート板３の開閉機構を簡単な構造で低コストに実現することができる。

本構造では、各ガイドレール３１に溝形のレールを用い、各ガイドレール３１を各ゲート板収納部３０から各開口２の両側縁部に沿って延び、各ゲート板３の両側部を嵌合支持する一対の側レール３１１と、各開口２の各ゲート板収納部３０とは反対側の端縁部に沿って配置し、各ゲート板３の一端を嵌合支持する端レール３１２とにより構成し、各一対の側レール３１１及び各端レール３１２と各ゲート板３との間、各開口２の各ゲート板収納部３０側の端縁部と各ゲート板３との間に、それぞれ、止水シールを介在するので、各格納庫４０を外水圧と確実に切り離すことができる。

本構造では、各ティース型ビット格納部４を、カッタースポーク１１０の内部に、複数の壁板４１により、各開口２を箱形の一面に含む箱形に画設するので、各ティース型ビット格納部４をТＢＭに作用する泥水圧、泥土圧などから保護することができる。

本構造では、カッタースポーク１１０の外面に各ティース型ビット配置部５に近接して、各ティース型ビット格納部４から各ティース型ビット配置部５に向けて回動される各ティース型ビットＣの回動を各ティース型ビット配置部５で停止し回動を規制するストッパー６を有するので、各ティース型ビットＣをカッタースポーク１１０外部の各ティース型ビット配置部５に確実に位置決めすることができる。

本構造では、各ティース型ビットＣは、各回動軸駆動装置１の回動軸１１に着脱可能に取り付けられるカッタービットブロックＣ１と、カッタービットブロックＣ１に着脱可能に固定される刃先を有するカッタービット本体Ｃ２とからなるので、ティース型ビットＣの刃先が摩耗、損耗した場合に、カッタービットブロックＣ１からカッタービット本体Ｃ２を取り外して新たなカッタービット本体Ｃ２に交換すればよく、ティース型ビットＣの交換を簡単に行うことができる。

なお、この実施の形態では、各回動軸駆動装置１は軸心をカッタースポーク１１０の長手方向（長さ方向）に向けて構成され、各開口２はカッタースポーク１１０の前側の各隅角部に近接して両側の側面板１１２に形成されるものとしたが、各回動軸駆動装置は軸心をカッタースポークの幅方向（前面板の左右方向）に向けて構成され、各開口はカッタースポークの前側の各隅角部に近接して前面板の両側に形成されてもよい。この場合、カッタースポークの内部に前面板の各開口に隣接して上部又は下部にゲート板収納部を設け、各ゲート板収納部と各開口との間にガイドレールを配設して、各ゲート板を各ゲート板収納部と各開口との間を各ガイドレールを介して昇降可能に配置する。そして、各ゲート板収納部に伸縮式のゲート板駆動装置を設置して、各ゲート板を各ゲート板駆動装置に作動連結し、各ゲート板駆動装置により昇降駆動する。このようにしても上記実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。

また、この実施の形態では、カッタースポーク１１０の内部に各開口２に隣接して後部にゲート板収納部３０を有し、各ゲート板収納部３０と各開口２との間にガイドレール３１を配設して、各ゲート板３を各ゲート板収納部３０と各開口２との間を各ガイドレール３１を介して前進後退可能に配置するものとしたが、カッタースポークの内部に各開口に隣接して上部又は下部にゲート板収納部を設け、各ゲート板収納部と各開口との間にガイドレールを配設して、各ゲート板を各ゲート板収納部と各開口との間を各ガイドレールを介して昇降可能に配置するようにしてもよい。この場合、上部又は下部の各ゲート板収納部に伸縮式のゲート板駆動装置を設置し、各ゲート板を各ゲート板駆動装置に作動連結して、各ゲート板駆動装置により昇降駆動する。このようにしても上記実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。

さらに、この実施の形態では、各ガイドレール３１は溝形のレールからなり、各ガイドレール３１を、各開口２後部の各ゲート板収納部３０から各開口２の両側縁部に沿って延び、各ゲート板３の両側部を嵌合支持する一対の側レール３１１と、各開口２の各ゲート板収納部３０とは反対側の端縁部に沿って配置し、各ゲート板３の一端を嵌合支持する端レール３１２とにより構成し、各一対の側レール３１１及び各端レール３１２と各ゲート板３との間、各開口２の各ゲート板収納部３０側の端縁部と各ゲート板３との間に、それぞれ、止水シールを介在するものとしたが、各ガイドレールに同様に溝形のレールを用い、各ガイドレールを、各開口上部又は下部の各ゲート板収納部から各開口の両端縁部に沿って延び、各ゲート板の両端部を嵌合支持する一対の端レールと、各開口の各ゲート板収納部とは反対側の側縁部に沿って配置し、各ゲート板の一側部を嵌合支持する側レールとにより構成して、各一対の端レール及び各側レールと各ゲート板との間、各開口の各ゲート板収納部側の端縁部と各ゲート板との間に、それぞれ、止水シールを介在してもよい。このようにしても上記実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。

ТＢＭシールドТＢＭ（トンネル掘進機）
Ａ ビット取付部
１ 回動軸駆動装置
１１ 回動軸
１２ 軸金具
１３ 軸受金具
１４ 駆動部
１４１ 回動レバー
２ 開口
３ ゲート板
３０ ゲート板収納部
３１ ガイドレール
３１０ 溝
３１１ 側レール
３１２ 端レール
３１３ 支柱
３１４ 通過口
３２ ゲート板駆動装置（油圧ジャッキ）
４ ティース型ビット格納部
４０ 格納庫
４１ 壁板（鋼板）
４１０ 開口
４１１ 前板
４１２ 後板
４１２ａ 平行板
４１２ｂ 傾斜板
４１３ 側板
４１４ 上板
４１５ 下板（蓋板）
４２ 排泥バルブ
５ ティース型ビット配置部
５Ｌ 仮想直線
６ ストッパー
６１ 受け面
Ｃ ティース型ビット
Ｃ１ カッタービットブロック
Ｃ２ カッタービット本体
Ｂ ボルト
１００ カッターヘッド
１０１ 切羽室
１１０ カッタースポーク
１１１ 前面板
１１２ 側面板
１１３ 後面板
１１４ カッター室
１２０ 中枢体
１３０ 旋回体
１４０ 回転輪
１５０ 旋回ベアリング
１６０ カッター駆動装置
１７０ カッターリング
１８０ 撹拌翼
１９０ 隔壁
２００ カッターフード
２１０ 排土装置（スクリューコンベア）

Claims (8)

1. 複数のカッタービットを取り付けられた複数のカッタースポークを有するカッターヘッドを備え、前記各カッタースポーク内に前記各カッタービットを大気圧下で取り付け、交換可能な作業空間を有するトンネル掘進機において、前記各カッタースポーク内で前記カッタースポークにティース型ビットを取り付け、交換するためのトンネル掘進機のティース型ビット取付構造であって、
   前記カッタースポークの前側の各隅角部の内部に装備され、回動軸及び前記回動軸を回転駆動する駆動部を有する一対の回動軸駆動装置と、
   前記カッタースポークに前記前側の各隅角部に近接して前記ティース型ビットが通過可能に形成され、それぞれ、ゲート板で開閉される一対の開口と、
   を備え、
   前記ティース型ビットは対にして、それぞれ、前記各回動軸駆動装置の前記回動軸に、前記各回動軸の周囲を回動可能に、かつ前記各開口を通じて前記カッタースポークの内部に設けられるティース型ビット格納部と前記カッタースポークの外部でティース型ビットを切削位置まで突出させて配置するティース型ビット配置部との間を出没可能に取り付けられる、
   ことを特徴とするトンネル掘進機のティース型ビット取付構造。
2. 各回動軸駆動装置は軸心をカッタースポークの長手方向に向けて構成され、各開口はカッタースポークの前側の各隅角部に近接して両側の側面板に形成される請求項１に記載のトンネル掘進機のティース型ビット取付構造。
3. カッタースポークの内部に各開口に隣接してゲート板収納部を有し、前記各ゲート板収納部と前記各開口との間にガイドレールが配設されて、各ゲート板は前記各ゲート板収納部と前記各開口との間を前記各ガイドレールを介して進退可能に配置される請求項１又は２に記載のトンネル掘進機のティース型ビット取付構造。
4. 各ゲート板収納部に伸縮式のゲート板駆動装置が設置され、各ゲート板は前記各ゲート板駆動装置に作動連結され、前記各ゲート板駆動装置により進退駆動される請求項３に記載のトンネル掘進機のティース型ビット取付構造。
5. 各ガイドレールは溝形のレールからなり、各ゲート板収納部から各開口の両側縁部に沿って延び、各ゲート板の両側部を嵌合支持する一対の側レールと、各開口の前記各ゲート板収納部とは反対側の端縁部に沿って配置され、前記各ゲート板の一端を嵌合支持する端レールとにより構成され、前記各一対の側レール及び前記各端レールと前記各ゲート板との間、前記各開口の前記各ゲート板収納部側の端縁部と前記各ゲート板との間に、それぞれ、止水シールが介在される請求項３又は４に記載のトンネル掘進機のティース型ビット取付構造。
6. 各ティース型ビット格納部は、カッタースポークの内部に、複数の壁板により、各開口を箱形の一面に含む箱形に画設される請求項１乃至５のいずれかに記載のトンネル掘進機のティース型ビット取付構造。
7. カッタースポークの外面に各ティース型ビット配置部に近接して、各ティース型ビット格納部から前記各ティース型ビット配置部に向けて回動される各ティース型ビットの回動を前記各ティース型ビット配置部で停止し回動を規制するストッパーを有する請求項１乃至６のいずれかに記載のトンネル掘進機のティース型ビット取付構造。
8. 各ティース型ビットは、各回動軸駆動装置の回動軸に着脱可能に取り付けられるカッタービットブロックと、前記カッタービットブロックに着脱可能に固定される刃先を有するカッタービット本体とからなる請求項１乃至７のいずれかに記載のトンネル掘進機のティース型ビット取付構造。

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