JP2022171334A - 掘削ツール交換装置およびトンネル掘削機 - Google Patents

Abstract

【課題】旋回式のゲート部材を使用して、掘削ツールの交換時における土砂や泥水の流入を容易に抑制することが可能な掘削ツール交換装置を提供する。【解決手段】この掘削ツール交換装置１００は、カッタヘッド２の切羽側に開口してセンタープレートＢ１が通過する開口部４ａを有する前面部材４と、開口部４ａを介してセンタープレートＢ１を進退移動可能に支持する筒状のガイド部６と、旋回可能に構成され、開口部４ａを閉じる閉位置Ｐ１０と開口部４ａを開く開位置Ｐ１１とに旋回するゲート部材５と、ガイド部６に設けられ、ゲート部材５が旋回する際にゲート部材５から離間して配置されるとともに、ゲート部材５が閉位置Ｐ１０に配置された際にゲート部材５に密着するシール部材Ｓ１とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、掘削ツール交換装置およびトンネル掘削機に関する。

従来、トンネル掘削機の掘削ツールを交換する掘削ツール交換装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、掘削ツールをチャンバ内に突出させる開口を有する前面板と、前面板の反切羽側で旋回して、開口を閉じる閉位置と開口を開く開位置とに旋回可能な旋回式のゲート板とを備えるビット交換装置が開示されている。また、ビット交換装置は、ゲート板よりも反切羽側の位置で掘削ツールを保持する保持筒を備えている。ゲート板には、反切羽側（保持筒側）に止水シール材が設けられている。

このビット交換装置は、ゲート板を開位置に配置した状態でビット交換装置の内部に充填材を供給した後、ゲート板を閉位置に旋回させるように構成されている。そして、ビット交換装置は、ゲート板の反切羽側の保持筒の内部から充填材を排出することによって、ビット交換装置の内部で圧力差を生じさせるように構成されている。その結果、ゲート板は、保持筒側に引き寄せられて、保持筒に密着するように構成されている。このようにビット交換装置は、旋回式のゲート板を使用して、掘削ツールの交換時における土砂や泥水の流入を抑制している。

特開２０１３―１５１７８４号公報

上記特許文献１のビット交換装置では、止水シール材が設けられた旋回式のゲート板を旋回させたのちに、さらにゲート板を反切羽側に引き寄せ、止水シール材を接触させたのちに、反切羽側の充填材を排出させ、差圧を利用してゲート板に止水シール材を密着させる。切羽に十分な圧力がない場合は、ゲート板を反切羽側に引き寄せて強制的にゲート板に止水シール材を密着させて、その状態で固定する必要がある。このように、上記特許文献１のビット交換装置では、止水シール材による止水のために、手間がかかる煩雑な作業が必要とされる。このため、従来より、旋回式のゲート板を使用して、掘削ツールの交換時における土砂や泥水の流入を容易に抑制することが可能なビット交換装置が求められている。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、旋回式のゲート部材を使用して、掘削ツールの交換時における土砂や泥水の流入を容易に抑制することが可能な掘削ツール交換装置およびトンネル掘削機を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の掘削ツール交換装置は、回転するカッタヘッドを備え、カッタヘッドの前面に掘削ツールが配置されるトンネル掘進機の掘削ツール交換装置であって、カッタヘッドの切羽側に開口して掘削ツールが通過する開口部を有する前面部材と、開口部を介して掘削ツールを進退移動可能に支持する筒状のガイド部と、旋回可能に構成され、開口部を閉じる閉位置と開口部を開く開位置とに旋回するゲート部材と、ガイド部および前面部材の少なくとも一方に設けられ、ゲート部材が旋回する際にゲート部材から離間して配置されるとともに、ゲート部材が閉位置に配置された際にゲート部材に密着するシール部材と、を備える。

この発明の掘削ツール交換装置では、上記のように、ガイド部および前面部材の少なくとも一方に設置され、ゲート部材が旋回する際にゲート部材から離間して配置されるとともに、ゲート部材が閉位置に配置された際にゲート部材に密着するシール部材を設ける。これによって、止水目的でゲート部材を旋回方向とは異なる方向に移動させるのではなく、シール部材を閉位置のゲート部材に密着させることにより止水を行うことができるので、従来のようにゲート部材を本来の移動方向（旋回方向）とは異なる方向に移動させる必要がなくなる。さらに差圧によるシール部材の密着のために充填材の供給および排出を行うという従来の作業が不要となる。また、従来、切羽に十分な圧力がない場合は、ゲート部材を反切羽側に移動させ強制的にシール部材を強く密着させて、その状態で固定する必要があったが、そのような煩雑な作業も必要がなくなる。したがって、旋回式のゲート部材を使用して、掘削ツールの交換時における土砂や泥水の流入を容易に抑制することができる。

上記掘削ツール交換装置において、好ましくは、シール部材は、ガイド部の切羽側端部に設けられ、ガイド部は、切羽側位置および反切羽側位置に移動可能に構成され、ゲート部材が閉位置に配置された際に切羽側位置に移動することにより、シール部材をゲート部材の反切羽側表面に密着させるように構成されている。このように構成すれば、切羽側位置および反切羽側位置に移動可能なガイド部により、シール部材を移動させてゲート部材に密着させることができる。これにより、従来のように充填材を使用してゲート部材を移動させる必要がなく、シール部材をゲート部材に密着させるガイド部により、掘削ツールの交換時における土砂や泥水の流入を容易に抑制することができる。

この場合、好ましくは、ゲート部材は、板体として形成され、ゲート部材の反切羽側表面は、シール部材に密着する平坦部を含む。このように構成すれば、平坦部によりシール部材のゲート部材に対する密着度を向上させることができるので、掘削ツールの交換時における土砂や泥水の流入を効果的に抑制することができる。

上記ゲート部材の反切羽側表面がシール部材に密着する平坦部を含む構成において、好ましくは、平坦部は、反切羽側表面の外縁に沿って延びる環状に形成され、ゲート部材の反切羽側表面は、平坦部の内側に設けられ、平坦部よりも切羽側に窪む凹部をさらに含み、反切羽側位置に位置する状態のガイド部の切羽側端部は、ゲート部材が旋回する途中において、凹部の内側に位置するように構成されている。このように構成すれば、ゲート部材が閉位置に向けて旋回する途中において、凹部の内側に位置するようなゲート部材に近い位置でガイド部（シール部材）を待機させておくことができる。その結果、ゲート部材が閉位置に配置された際に、即座に（短時間で）シール部材をゲート部材に密着させることができるので、掘削ツールの交換時における土砂や泥水の流入をより効果的に抑制することができる。

上記シール部材がガイド部の切羽側端部に設けられる構成において、好ましくは、ゲート部材は、板体として形成され、シール部材が設けられるガイド部の切羽側端部は、ガイド部が反切羽側位置に配置された際に、旋回中心軸線よりも切羽側に配置されるように構成されている。このように構成すれば、ゲート部材が閉位置に向けて旋回する際に、旋回中心軸線よりも切羽側である比較的ゲート部材に近い位置でガイド部（シール部材）を待機させておくことができる。その結果、ゲート部材が閉位置に配置された際に即座に（短時間で）シール部材をゲート部材に密着させることができるので、掘削ツールの交換時における土砂や泥水の流入を効果的に抑制することができる。

上記シール部材がガイド部の切羽側端部に設けられる構成において、好ましくは、ゲート部材は、掘削ツールが通される貫通穴を有し、ゲート部材の旋回中心軸線に沿って延びる柱体として形成され、シール部材が設けられるガイド部の切羽側端部は、ガイド部が切羽側位置に移動してシール部材がゲート部材に密着した際に、旋回中心軸線に沿った方向から見て、柱体のゲート部材よりも反切羽側に配置されるように構成されている。このように構成すれば、ガイド部がゲート部材の内周側に入り込む形でゲート部材に対してガイド部を配置するのではなく、ガイド部がゲート部材よりも反切羽側に配置される。したがって、ゲート部材の旋回時において、ゲート部材とガイド部との干渉を考慮してゲート部材を比較的大きく形成する必要がなくなり、ゲート部材を旋回半径が小さくなるような比較的小型に形成することができる。さらに、ゲート部材の旋回半径を小さくすることに伴い、掘削ツール交換装置の幅方向の大きさを小さくすることができる。

上記シール部材がガイド部の切羽側端部に設けられる構成において、好ましくは、ガイド部に取り付けられ、ガイド部の反切羽側位置を保持するスペーサ部材をさらに備え、スペーサ部材は、ガイド部から取り外されることにより、ガイド部の切羽側位置への移動を可能とするように構成されている。このように構成すれば、スペーサ部材をガイド部から取り外すだけで、シール部材が設けられたガイド部の切羽側位置への移動が可能となるので、掘削ツールの交換時における土砂や泥水の流入をより容易に抑制することができる。

上記掘削ツール交換装置において、好ましくは、掘削ツールを支持するガイド部が直列で並ぶように複数設けられ、ゲート部材は、複数のガイド部に対して１つ設けられている。このように構成すれば、１つのゲート部材により複数の掘削ツールを同時に交換することが可能となり、効率的に掘削ツールを交換することができる。また、１つの掘削ツールに対して１つのゲート部材を設ける場合と比較して、ゲート部材の数を少なくすることができるので、装置構成を簡素化することができる。

この発明のトンネル掘削機は、前面に掘削ツールが配置されたカッタヘッドと、カッタヘッドを駆動させるカッタ駆動部と、掘削ツールを交換可能に支持する掘削ツール交換装置と、を備え、掘削ツール交換装置は、カッタヘッドの切羽側に開口して掘削ツールが通過する開口部を有する前面部材と、開口部を介して掘削ツールを進退移動可能に支持する筒状のガイド部と、旋回可能に構成され、開口部を閉じる閉位置と開口部を開く開位置とに旋回移動するゲート部材と、ガイド部および前面部材の少なくとも一方に設けられ、ゲート部材が旋回する際にゲート部材から離間して配置されるとともに、ゲート部材が閉位置に配置された際にゲート部材に密着するシール部材と、を含む。

この発明のトンネル掘削機では、上記のように、ガイド部および前面部材の少なくとも一方に設置され、ゲート部材が旋回する際にゲート部材から離間して配置されるとともに、ゲート部材が閉位置に配置された際にゲート部材に密着するシール部材を設ける。これによって、止水目的でゲート部材を旋回方向とは異なる方向に移動させるのではなく、シール部材を閉位置のゲート部材に密着させることにより止水を行うことができるので、従来のようにゲート部材を本来の移動方向（旋回方向）とは異なる方向に移動させる必要がなくなる。さらに差圧によるシール部材の密着のために充填材の供給および排出を行うという従来の作業が不要となる。また、従来、切羽に十分な圧力がない場合は、ゲート部材を反切羽側に移動させ強制的にシール部材を強く密着させて、その状態で固定する必要があったが、そのような煩雑な作業も必要がなくなる。したがって、旋回式のゲート部材を使用して、掘削ツールの交換時における土砂や泥水の流入を容易に抑制することが可能なトンネル掘削機を提供することができる。

本発明によれば、上記のように、旋回式のゲート部材を使用して、掘削ツールの交換時における土砂や泥水の流入を容易に抑制することができる。

第１実施形態によるトンネル掘削機の模式的な縦断面図である。 第１実施形態によるトンネル掘削機の掘削ツール交換装置の分解斜視図である。 第１実施形態によるトンネル掘削機の掘削ツール交換装置の断面図であり、図１の９０－９０線に沿った断面図である。 掘削ツール交換装置のセンタープレートの交換方法の第１工程について説明するための図である。 掘削ツール交換装置のセンタープレートの交換方法の第２工程について説明するための図である。 掘削ツール交換装置のセンタープレートの交換方法の第３工程について説明するための図である。 掘削ツール交換装置のセンタープレートの交換方法の第４工程について説明するための図である。 掘削ツール交換装置のセンタープレートの交換方法の第５工程について説明するための図である。 第２実施形態によるトンネル掘削機の掘削ツール交換装置の断面図である。 第２実施形態によるトンネル掘削機のゲート部材を示した斜視図である。 ゲート部材を閉位置に移動させた際においてシール部材をゲート部材に密着させる動作について説明するための図であり、図９のＫ部に対応する部分の拡大図である。 第３実施形態によるトンネル掘削機の掘削ツール交換装置を、旋回中心軸線に沿った方向（ＲＡ方向）から示した断面図である。 第３実施形態によるトンネル掘削機の掘削ツール交換装置を、旋回中心軸線および掘進方向に直交する方向（ＲＢ方向）から示した断面図である。 第４実施形態によるトンネル掘削機の掘削ツール交換装置の断面図である。 変形例によるトンネル掘削機の掘削ツール交換装置の断面図である。 変形例によるトンネル掘削機のゲート部材を示した斜視図である。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
図１～図８を参照して、第１実施形態による掘削ツール交換装置１００ａを備えるトンネル掘削機１００について説明する。以下では、トンネル掘削機１００が、シールドマシンである例を説明する。

なお、「トンネル掘削機」とは、シールド工法に用いられるシールド掘進機、推進工法に用いられる掘進機および山岳トンネル工法に用いられるトンネルボーリングマシンを含む広い概念である。シールド掘進機は、胴体により地山からの土圧、泥水圧に対抗しつつセグメントの組み立てを行い、カッタヘッドにより掘削を行いながら、組み立てられたセグメントから推進反力を得て掘進する装置である。推進工法は、掘進に伴い、発進部においてトンネル壁(コンクリートや鋼製の管)を追加し、それを押し込むことによって、掘進機を前進させる工法である。トンネルボーリングマシンは、主として岩盤などの比較的硬い地山の掘進に用いられ、土圧、泥水圧に対抗する切羽保持機能を持たず、トンネルを掘進する装置である。「切羽側」とは、カッタヘッドにより掘削される地山がある側であり、掘進方向の前側と言い換えても良い。「反切羽側」とは、切羽側とは反対側（坑口側）であり、掘進方向の後側と言い換えても良い。掘削ツールとは、カッタヘッドの前面に設けられ土砂を掘削する工具であり、センタープレート（フィッシュテールビット）、先行ビット、ツースビット、ローラビットなどを含む概念である。

各図では、トンネル掘削機１００の掘進方向（前方）をＸ１方向により示し、掘進方向の逆方向（後方）をＸ２方向により示す。なお、Ｘ１方向とは反切羽側から切羽側を向く方向であり、Ｘ２方向とは切羽側から反切羽側を向く方向である。

また、各図では、後述する板状のゲート部材５の旋回中心軸線βの延びる方向をＲＡ方向により示す。また、各図では、Ｘ方向およびＲＡ方向に直交する方向をＲＢ方向により示す。

（トンネル掘削機の全体構成）
図１に示すように、トンネル掘削機１００は、筒状の胴体１と、カッタヘッド２と、カッタ駆動部３０と、掘削ツール交換装置１００ａとを備えている。

図１では、カッタヘッド２の支持方式として中間支持方式を採用した中～大口径タイプのトンネル掘削機１００を例示している。カッタヘッド２は、回転駆動される円環状の支持部材３１に対して、カッタコラム３２を介して取り付けられている。カッタコラム３２は、支持部材３１とカッタヘッド２とを接続する脚部である。支持部材３１は、後述する前胴部１ａの隔壁（バルクヘッド）３３に設けられた旋回台軸受３３ａにより回転可能に支持されている。

トンネル掘削機１００の胴体１は、前胴部１ａと後胴部１ｂとを含んでいる。前胴部１ａは、掘進方向の前側が隔壁３３によって塞がれており、隔壁３３を支持する内殻材に設けられた旋回台軸受３３ａと、旋回台軸受の回転側(前面側)に固定された円環状の支持部材３１を介して、カッタヘッド２を前胴部１ａの前端面の位置に回転可能に保持している。後胴部１ｂは、前胴部１ａの掘進方向後端部に連結されている。

カッタヘッド２は、中心軸線α回りに回転するように構成されている。カッタヘッド２は、掘進方向から見て前胴部１ａの端面形状に対応した円形状に形成されている。カッタヘッド２は、中心軸線αから半径方向に延びるスポーク部２ａを含んでいる。スポーク部２ａは、半径方向に直線状に設けられた中空筒状の梁部材である。スポーク部２ａの中心側端部は、中心軸線αに沿って延びる中空のセンターシャフト３４に連結している。

カッタヘッド２には、前面２ｂの中央位置にはセンタープレートＢ１が配置されている。センタープレートＢ１は、カッタヘッド２の前面２ｂよりも切羽側（前方側）に突出している。センタープレートＢ１は、掘進方向から見てゲート部材５の旋回中心軸線βの延びる方向（ＲＡ方向）を長手方向とする細長い矩形状に形成されている。センタープレートＢ１は、フィッシュテールビットとも呼ばれる。なお、センタープレートＢ１は、特許請求の範囲の「掘削ツール」の一例である。

カッタヘッド２には、センタープレートＢ１を支持する掘削ツール交換装置１００ａが設置されている。掘削ツール交換装置１００ａは、センタープレートＢ１を交換可能に支持している。

掘削ツール交換装置１００ａは、掘進時に、カッタヘッド２の前面２ｂよりも切羽側に突出する突出位置にセンタープレートＢ１を保持することができる。また、掘削ツール交換装置１００ａは、非掘進時に、カッタヘッド２の前面２ｂよりも反切羽側であるカッタヘッド２の内部までセンタープレートＢ１を後退させて、センタープレートＢ１を取り外すことが可能に構成されている。掘削ツール交換装置１００ａにより、カッタヘッド２の内部でセンタープレートＢ１の交換作業が行える。掘削ツール交換装置１００ａの詳細については後述する。

カッタコラム３２は、カッタヘッド２を後方から支持する中空筒状の梁部材であり、カッタヘッド２と共に回転する。カッタコラム３２は、一方端部がカッタヘッド２に取り付けられ、他方端部が円環状の支持部材３１に取り付けられている。支持部材３１が、旋回台軸受３３ａによって回転可能に支持されている。これにより、カッタヘッド２が、旋回台軸受３３ａによって中心軸線α回りに回転可能に支持されている。カッタ駆動部３０は、たとえば油圧モータなどであり、カッタヘッド２を回転させるように構成されている。

トンネル掘削機１００によって削られた掘削土は、カッタヘッド２の内部のチャンバ部３６に流入する。そして、チャンバ部３６内の掘削土は、排土装置３６ａによって隔壁３３を通って胴体１の内部に搬送された後、トンネルの外部まで排出される。トンネル掘削機１００は、推進ジャッキ３５を備えている。推進ジャッキ３５は、セグメント（図示せず）を押圧して胴体１（前胴部１ａおよび後胴部１ｂ）を推進させるように構成されている。

（掘削ツール交換装置の構成）
掘削ツール交換装置１００ａの詳細な構成について説明する。

図２および図３に示すように、掘削ツール交換装置１００ａは、前面部材４と、ゲート部材５と、内側ガイド部材６１および外側ガイド部材６０を含む筒状のガイド部６と、シール部材Ｓ１と、スペーサ部材７と、固定フランジ８と、延長シールケーシング９（図４参照）とを備えている。

前面部材４は、カッタヘッド２に取り付けられている。ゲート部材５は、前面部材４の内側に収容され、前面部材４に旋回可能に支持されている。筒状のガイド部６は、センタープレートＢ１を前後方向（Ｘ方向）に進退移動可能に支持している。すなわち、ガイド部６は、センタープレートＢ１の移動をガイドしている。

ガイド部６の内側ガイド部材６１には、シール部材Ｓ１が設けられている。センタープレートＢ１の交換作業時において、外側ガイド部材６０と内側ガイド部材６１との間に設置されたスペーサ部材７が取り外される。そして、掘削ツール交換装置１００ａは、外側ガイド部材６０に対して内側ガイド部材６１をシール部材Ｓ１とともに切羽側（前方側）に移動させることにより、シール部材Ｓ１をゲート部材５に密着させるように構成されている。

固定フランジ８は、掘削ツール交換装置１００ａの各構成を互いに固定するように構成されている。延長シールケーシング９（図４参照）は、センタープレートＢ１の交換作業時にジャッキＪ（図４参照）とともにガイド部６に設置される。

（掘削ツール交換装置の「前面部材」の構成）
前面部材４は、概して、ゲート部材５の旋回中心軸線βの延びる方向（ＲＡ方向）を長手方向とする細長い直方体形状（箱形状）に形成されている。前面部材４は、カッタヘッド２の切羽側に開口してセンタープレートＢ１が通過する開口部４ａを有している。開口部４ａは、前面部材４の厚み方向（Ｘ方向）に延びている。

開口部４ａは、センタープレートＢ１を突出位置に配置する際、および、センタープレートＢ１の交換時にセンタープレートＢ１を引き込む際に、センタープレートＢ１が内部を通過する。開口部４ａは、センタープレートＢ１が通過可能なように、センタープレートＢ１の外形形状に応じた開口形状を有する。

前面部材４は、旋回中心軸線βに沿った方向（ＲＡ方向）から見て、円弧状の内表面を有し、ゲート部材５を収容するゲート収容部４ｂを有している。ゲート収容部４ｂの内表面は、ゲート部材５の旋回中心軸線βを中心とする円弧状に形成されている。ゲート収容部４ｂは、反切羽側から開口部４ａに接続されている。ゲート収容部４ｂは、反切羽側に開口している。

（掘削ツール交換装置の「ゲート部材」の構成）
ゲート部材５は、旋回中心軸線β回りに旋回可能に構成されている。ゲート部材５の旋回は、たとえば、ゲート部材５のＲＡ方向端部にレンチや、スパナ、ロータリアクチュエータ、油圧レンチなどのいずれかが取り付けられて行われる。その結果、ゲート部材５は、前面部材４の開口部４ａを閉じる閉位置Ｐ１０と、開口部４ａを開く開位置Ｐ１１とに旋回するように構成されている。

閉位置Ｐ１０とは、開口部４ａと、ガイド部６（シール部材Ｓ１）とに下記の移動部５１が挟まれた状態となるゲート部材５の位置である。開位置Ｐ１１とは、開口部４ａと、ガイド部６（シール部材Ｓ１）との間から移動部５１が外れた状態となるゲート部材５の位置である。ゲート部材５は、掘進時において開位置Ｐ１１で保持され、センタープレートＢ１の交換作業時において閉位置Ｐ１０に切り換えられる。

ゲート部材５は、円弧状に湾曲した板体として形成されている。詳細には、ゲート部材５は、一対の旋回中心軸５０と、１つの板体（板状）の移動部５１と、一対の接続部５２とを含んでいる。なお、移動部５１は、旋回中心軸５０の回転に伴い、旋回中心軸５０の周方向に移動する。

〈ゲート部材の「旋回中心軸」の構成〉
一対の旋回中心軸５０は、旋回中心軸線βに沿ってＲＡ方向に延びている。一対の旋回中心軸５０は、１つの移動部５１のＲＡ方向の両側に１つずつ配置されている。一対の旋回中心軸５０は、前面部材４のＲＡ方向の両側の側壁を貫通した状態で、前面部材４に旋回可能に支持されている。

〈ゲート部材の「移動部」の構成〉
移動部５１は、前面部材４の開口部４ａを開閉する部分である。なお、「開口部４ａを開閉する」のうちの「開口部４ａを閉じる」とは、移動部５１が開口部４ａを完全に塞ぐことを意味するものではなく、移動部５１が開口部４ａとの間に所定の隙間を隔てた状態で、移動部５１が開口部４ａを覆うような開口部４ａの後方位置に配置されることを意味する。なお、移動部５１が配置される「開口部４ａの後方位置」とは、掘進方向において、以下で説明する移動部５１の平坦部５１ｃとシール部材Ｓ１とが対向配置される際の移動部５１の位置である。移動部５１は、ゲート部材５の旋回中心軸線βを中心とする円弧状の切羽側表面（前方側表面）５１ａを有している。また、移動部５１の反切羽側表面（後方側表面）５１ｂは、平坦部５１ｃと、凹部５１ｄとを含んでいる。

平坦部５１ｃは、ゲート部材５が閉位置Ｐ１０に配置された際に、反切羽側からシール部材Ｓ１が密着するように構成されている。すなわち、平坦部５１ｃは、シール部材Ｓ１が密着する接触面である。平坦部５１ｃは、シール部材Ｓ１の形状に沿って環状に形成されている。

凹部５１ｄは、平坦部５１ｃの内側に設けられ、平坦部５１ｃ（平坦部５１ｃを形成する平面）よりも切羽側に窪んでいる。すなわち、凹部５１ｄは、ゲート部材５が閉位置Ｐ１０に配置された際に、平坦部５１ｃよりも切羽側に位置している。なお、ゲート部材５が開位置Ｐ１１にある場合には平坦部５１ｃの下方部分の方が切羽側に位置する。凹部５１ｄは、ゲート部材５が旋回する際に、ゲート部材５と、シール部材Ｓ１が設けられるガイド部６の切羽側端部６１ｃとの干渉を回避する機能を有している。

〈ゲート部材の「接続部」の構成〉
一対の接続部５２は、一対の旋回中心軸５０と、１つの板体（板状）の移動部５１の両端とを接続している。一対の接続部５２は、ＲＡ方向を厚み方向とし、ＲＡ方向に直交する方向に延びる板体（板状）に形成されている。

（掘削ツール交換装置の「ガイド部」の構成）
ガイド部６は、貫通穴状の開口６ａを介してセンタープレートＢ１を進退移動可能に支持している。ガイド部６は、外側ガイド部材６０と、内側ガイド部材６１とを含んでいる。

外側ガイド部材６０は、筒部６０ａと、筒部６０ａの反切羽側のフランジ部６０ｂとを有している。外側ガイド部材６０は、フランジ部６０ｂに取り付けられる固定部材Ｆ１により、前面部材４に対して反切羽側から固定されている。固定部材Ｆ１は、たとえばボルトなどである。外側ガイド部材６０は、筒部６０ａより内側ガイド部材６１を切羽側位置Ｐ２０（図８参照）および反切羽側位置Ｐ２１に移動可能に支持している。

内側ガイド部材６１は、筒部６１ａと、筒部６１ａの反切羽側のフランジ部６１ｂとを有している。内側ガイド部材６１は、固定フランジ８に取り付けられる固定部材Ｆ２により、スペーサ部材７を介して、外側ガイド部材６０に固定されている。固定部材Ｆ２は、たとえばボルトなどである。

内側ガイド部材６１は、筒部６１ａによりセンタープレートＢ１のＸ方向への進退移動をガイドするように構成されている。詳細には、内側ガイド部材６１は、外側ガイド部材６０にガイドされることにより、中心軸線αに沿って切羽側位置Ｐ２０および反切羽側位置Ｐ２１に移動可能に構成されている。

切羽側位置Ｐ２０とは、内側ガイド部材６１の最も切羽側（Ｘ１方向側）寄りの位置であり、内側ガイド部材６１と外側ガイド部材６０との間からスペーサ部材７が取り外されて、内側ガイド部材６１のフランジ部６１ｂと、外側ガイド部材６０のフランジ部６０ｂとが直接接触した状態における内側ガイド部材６１の位置である。

反切羽側位置Ｐ２１とは、内側ガイド部材６１の最も反切羽側（Ｘ２方向側）寄りの位置であり、内側ガイド部材６１と外側ガイド部材６０との間にスペーサ部材７が設置された状態おける内側ガイド部材６１の位置である。

内側ガイド部材６１は、シール部材Ｓ１が設けられる（設置される）切羽側端部６１ｃを有している。切羽側端部６１ｃには、掘進方向（Ｘ１方向）から見て環状に形成されており、シール部材Ｓ１が嵌め込まれる溝部６１ｄ（図２参照）が形成されている。内側ガイド部材６１は、ゲート部材５が閉位置Ｐ１０に配置された際に、切羽側位置Ｐ２０に移動することにより、シール部材Ｓ１をゲート部材５の反切羽側表面５１ｂの平坦部５１ｃに密着させるように構成されている。

シール部材Ｓ１が設けられる内側ガイド部材６１の切羽側端部６１ｃは、内側ガイド部材６１が反切羽側位置Ｐ２１に配置された際に、旋回中心軸線βよりも切羽側（Ｘ１方向側）に配置されるように構成されている。

また、反切羽側位置Ｐ２１に位置する状態の内側ガイド部材６１の切羽側端部６１ｃは、ゲート部材５が旋回する途中において、ゲート部材５の凹部５１ｄの内側に位置するように構成されている（図７参照）。

（掘削ツール交換装置の「シール部材」の構成）
シール部材Ｓ１は、上記の通り、内側ガイド部材６１の切羽側端部６１ｃに設けられている。シール部材Ｓ１は、ゲート部材５が旋回する際に、ゲート部材５から離間して配置されるとともに、ゲート部材５が閉位置Ｐ１０に配置された際に、ゲート部材５に反切羽側（Ｘ２方向側）から密着するように構成されている。

また、センタープレートＢ１の掘進方向に延びる外面には、シール部材Ｓ２が設けられている。センタープレートＢ１に設けられたシール部材Ｓ２は、内側ガイド部材６１の内面に密着するように構成されている。また、シール部材Ｓ２は、センタープレートＢ１の交換作業時に、延長シールケーシング９（図６参照）に密着するように構成されている。

また、内側ガイド部材６１の掘進方向に延びる外面には、シール部材Ｓ３が設けられている。内側ガイド部材６１に設けられたシール部材Ｓ３は、外側ガイド部材６０の内面に密着するように構成されている。シール部材Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は、たとえばＯリングなどからなる。

（掘削ツール交換装置の「スペーサ部材」の構成）
スペーサ部材７は、ＲＡ方向が長手方向となるように延びる直方体形状の棒部材である。スペーサ部材７は、ＲＢ方向において、内側ガイド部材６１の筒部６１ａを挟み込むように、筒部６１ａの両側に配置されている。スペーサ部材７は、掘進方向において、内側ガイド部材６１のフランジ部６１ｂと外側ガイド部材６０のフランジ部６０ｂとに挟まれている。

スペーサ部材７は、ガイド部６に取り付けられ、ガイド部６（内側ガイド部材６１）の反切羽側位置Ｐ２１を保持するように構成されている。スペーサ部材７は、センタープレートＢ１の交換作業時に、ガイド部６から取り外されることにより、ガイド部６（内側ガイド部材６１）の切羽側位置Ｐ２０への移動を可能とするように構成されている。その結果、内側ガイド部材６１に設けられたシール部材Ｓ１がゲート部材５に密着することが可能となる。

（掘削ツール交換装置の「固定フランジ」の構成）
固定フランジ８は、掘進方向（Ｘ方向）に直交する方向に延びる板部材である。固定フランジ８は、外側ガイド部材６０に対して、内側ガイド部材６１およびスペーサ部材７を介して反切羽側から固定部材Ｆ２によって固定されている。また、固定フランジ８は、センタープレートＢ１に対して、反切羽側から固定部材Ｆ３によって固定されている。固定部材Ｆ３は、たとえばボルトなどである。

また、外側ガイド部材６０は、前面部材４に対して、反切羽側から固定部材Ｆ１によって固定されている。したがって、固定フランジ８は、直接または間接的にセンタープレートＢ１、内側ガイド部材６１、スペーサ部材７、外側ガイド部材６０および前面部材４を互いに固定している。なお、固定フランジ８は、ＲＡ方向に並ぶように２つ設けられている。

固定フランジ８には、固定フランジ８が、センタープレートＢ１に固定された状態で、センタープレートＢ１に対して後述するジャッキＪを取り付けるための開口８ａ（図２参照）が設けられている。なお、ジャッキＪは、センタープレートＢ１の交換作業時に、センタープレートＢ１を反切羽側に引き込むために用いられる。

（掘削ツール交換装置の「延長シールケーシング」の構成）
延長シールケーシング９（図４参照）は、内側ガイド部材６１の内面に対して面一（同一平面）となる面を反切羽側に延長するための筒状の部材である。延長シールケーシング９は、センタープレートＢ１の交換作業時に、固定フランジ８が取り外された後、固定フランジ８に代えて内側ガイド部材６１に固定される（図５参照）。

延長シールケーシング９の内面は、ジャッキＪにより、センタープレートＢ１を反切羽側に引き込んだ際に、センタープレートＢ１に設けられたシール部材Ｓ２に密着するように構成されている。

（センタープレートの交換方法）
図４～図８を参照して、掘削ツール交換装置１００ａによるセンタープレートの交換方法について順に説明する。

最初に、図４に示すように、第１工程として、センタープレートＢ１に対して反切羽側からジャッキＪが直接取り付けられる。この際、ジャッキＪは、固定フランジ８の開口８ａ（図２参照）を介して取り付けられる。また、この際、ジャッキＪは、ロッドに筒状の延長シールケーシング９が挿通された状態で取り付けられる。

次に、図５に示すように、第２工程として、固定フランジ８が取り外されて、固定フランジ８に代えて延長シールケーシング９が取り付けられる。なお、センタープレートＢ１は、反切羽側からジャッキＪに支えられているため、固定フランジ８が取り外されたとしても、チャンバ部３６内の土圧により押圧されて反切羽側に移動することはない。

次に、図６に示すように、第３工程として、ジャッキＪによりセンタープレートＢ１が反切羽側に引き込まれる。引き込まれたセンタープレートＢ１の先端は、旋回時のゲート部材５に干渉することを回避するために、掘進方向において内側ガイド部材６１の切羽側端部６１ｃ（シール部材Ｓ１）の近傍に配置される。また、センタープレートＢ１が引き込まれた状態で、センタープレートＢ１に設けられたシール部材Ｓ２が、延長シールケーシング９の内面に密着される。

次に、図７に示すように、第４工程として、ゲート部材５が開位置Ｐ１１から閉位置Ｐ１０に向けて旋回する。この際、反切羽側位置Ｐ２１に位置する状態のガイド部６の切羽側端部６１ｃは、ゲート部材５が旋回する途中において凹部５１ｄの内側に（一時的に）位置する。ゲート部材５が閉位置Ｐ１０に配置されることにより、掘進方向において、平坦部５１ｃとシール部材Ｓ１とが対向配置される。

最後に、図８に示すように、第５工程として、スペーサ部材７が取り外された後、シール部材Ｓ１とともに内側ガイド部材６１が反切羽側位置Ｐ２１から切羽側位置Ｐ２０に移動される。すなわち、内側ガイド部材６１が外側ガイド部材６０の後面に当接する位置まで移動される。なお、内側ガイド部材６１の移動は、たとえばジャッキまたは手動により行われる。その結果、シール部材Ｓ１がゲート部材５の平坦部５１ｃに密着して、チャンバ部３６（図１参照）からトンネル掘削機１００（図１参照）の内部への土砂の浸入が防止される。

このシール部材Ｓ１とゲート部材５とが密着した状態で、ジャッキＪによりセンタープレートＢ１が反切羽側にさらに引き込まれることによって、交換対象のセンタープレートＢ１が掘削ツール交換装置１００ａから取り外される。なお、センタープレートＢ１の取り付け作業は、センタープレートＢ１の取り外すための上記各工程とは逆の手順により行われる。

（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、ガイド部６に設置され、ゲート部材５が旋回する際にゲート部材５から離間して配置されるとともに、ゲート部材５が閉位置Ｐ１０に配置された際にゲート部材５に密着するシール部材Ｓ１を設ける。これによって、止水目的でゲート部材５を旋回方向とは異なる方向に移動させるのではなく、シール部材Ｓ１を閉位置Ｐ１０のゲート部材５に密着させることにより止水を行うことができるので、従来のようにゲート部材を本来の移動方向（旋回方向）とは異なる方向に移動させる必要がなくなる。さらに差圧によるシール部材の密着のために充填材の供給および排出を行うという従来の作業が不要となる。また、従来、切羽に十分な圧力がない場合は、ゲート部材を反切羽側に移動させ強制的にシール部材を強く密着させて、その状態で固定する必要があったが、そのような煩雑な作業も必要がなくなる。したがって、旋回式のゲート部材５を使用して、センタープレートＢ１の交換時における土砂や泥水の流入を容易に抑制することができる。

第１実施形態では、上記のように、シール部材Ｓ１は、ガイド部６の切羽側端部６１ｃに設けられ、ガイド部６は、切羽側位置Ｐ２０および反切羽側位置Ｐ２１に移動可能に構成され、ゲート部材５が閉位置Ｐ１０に配置された際に切羽側位置Ｐ２０に移動することにより、シール部材Ｓ１をゲート部材５の反切羽側表面５１ｂに密着させるように構成されている。これによって、切羽側位置Ｐ２０および反切羽側位置Ｐ２１に移動可能なガイド部６により、シール部材Ｓ１を移動させてゲート部材５に密着させることができる。これにより、従来のように充填材を使用してゲート部材を移動させる必要がなく、シール部材Ｓ１をゲート部材５に密着させるガイド部６により、センタープレートＢ１の交換時における土砂や泥水の流入を容易に抑制することができる。

第１実施形態では、上記のように、ゲート部材５は、板体として状に形成され、ゲート部材５の反切羽側表面５１ｂは、シール部材Ｓ１に密着する平坦部５１ｃを含む。これによって、平坦部５１ｃによりシール部材Ｓ１のゲート部材５に対する密着度を向上させることができるので、センタープレートＢ１の交換時における土砂や泥水の流入を効果的に抑制することができる。

第１実施形態では、上記のように、平坦部５１ｃは、反切羽側表面５１ｂの外縁に沿って延びる環状に形成され、ゲート部材５の反切羽側表面５１ｂは、平坦部５１ｃの内側に設けられ、平坦部５１ｃよりも切羽側に窪む凹部５１ｄをさらに含み、反切羽側位置Ｐ２１に位置する状態のガイド部６の切羽側端部６１ｃは、ゲート部材５が旋回する途中において、凹部５１ｄの内側に位置するように構成されている。これによって、ゲート部材５が閉位置Ｐ１０に向けて旋回する途中において、凹部５１ｄの内側に位置するようなゲート部材５に近い位置でガイド部６（シール部材Ｓ１）を待機させておくことができる。その結果、ゲート部材５が閉位置Ｐ１０に配置された際に即座に（短時間で）シール部材Ｓ１をゲート部材５に密着させることができるので、センタープレートＢ１の交換時における土砂や泥水の流入をより効果的に抑制することができる。

第１実施形態では、上記のように、ゲート部材５は、板体として形成され、シール部材Ｓ１が設けられるガイド部６の切羽側端部６１ｃは、ガイド部６が反切羽側位置Ｐ２１に配置された際に、旋回中心軸線βよりも切羽側に配置されるように構成されている。これによって、ゲート部材５が閉位置Ｐ１０に向けて旋回する際に、旋回中心軸線βよりも切羽側である比較的ゲート部材５に近い位置でガイド部６（シール部材Ｓ１）を待機させておくことができる。その結果、ゲート部材５が閉位置Ｐ１０に配置された際に即座に（短時間で）シール部材Ｓ１をゲート部材５に密着させることができるので、センタープレートＢ１の交換時における土砂や泥水の流入を効果的に抑制することができる。

第１実施形態では、上記のように、ガイド部６に取り付けられ、ガイド部６の反切羽側位置Ｐ２１を保持するスペーサ部材７をさらに備え、スペーサ部材７は、ガイド部６から取り外されることにより、ガイド部６の切羽側位置Ｐ２０への移動を可能とするように構成されている。これによって、スペーサ部材７をガイド部６から取り外すだけで、シール部材Ｓ１が設けられたガイド部６の切羽側位置Ｐ２０への移動が可能となるので、センタープレートＢ１の交換時における土砂や泥水の流入をより容易に抑制することができる。

［第２実施形態］
次に、図９～図１１を参照して、第２実施形態について説明する。第２実施形態では、ゲート部材５を板体として形成した上記第１実施形態とは異なり、ゲート部材２０５を柱体として形成する例について説明する。なお、第２実施形態において、上記第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を用いるとともに説明を省略する。

図９～図１１に示す第２実施形態のトンネル掘削機２００は、胴体１（図１参照）と、カッタヘッド２と、カッタ駆動部３０（図１参照）と、掘削ツール交換装置２００ａとを備えている。掘削ツール交換装置２００ａは、ゲート部材２０５と、ガイド部２０６とを備えている。

ゲート部材２０５は、ゲート部材２０５の旋回中心軸線βに沿って延びる柱体として形成されている（図１０参照）。詳細には、ゲート部材２０５は、ゲート部材２０５の旋回中心軸線βに沿って延びる円柱体として形成されている。ゲート部材２０５は、センタープレートＢ１が通される貫通穴２０５ａを有している。したがって、ゲート部材２０５は、旋回中心軸線βに直交する断面において、一対の円弧状の移動部２５１（図９参照）を有するように形成されている。

ガイド部２０６は、切羽側位置Ｐ２０および反切羽側位置Ｐ２１に移動可能に構成されている。ガイド部２０６は、第１実施形態とは異なり、単一の部材により形成されている。なお、第２実施形態のガイド部を第１実施形態と同様に複数の部材から構成してもよい。

ガイド部２０６は、固定フランジに取り付けられる固定部材Ｆ２により、スペーサ部材７を介して、前面部材４に切羽側から固定されている。

ガイド部２０６の切羽側端部２６１ｃには、シール部材Ｓ１が設けられている。切羽側端部２６１ｃは、ガイド部２０６が反切羽側位置Ｐ２１ら切羽側位置Ｐ２０に移動して、シール部材Ｓ１がゲート部材２０５に密着した際に、旋回中心軸線βに沿った方向（ＲＡ方向）から見て、円柱状（円形の柱体）のゲート部材２０５よりも反切羽側（Ｘ２方向側）に配置されている。要するに、ガイド部２０６は、常に、ゲート部材２０５よりも反切羽側に配置されている。切羽側端部２６１ｃは、ゲート部材２０５の円弧状の外表面に沿った円弧状に形成されている。

したがって、第２実施形態の掘削ツール交換装置２００ａでは、ゲート部材２０５がガイド部２０６の内周側に入り込むことがないため、ゲート部材２０５の旋回半径を小さくすることが可能である。また、ゲート部材２０５の回転半径を小さくすることに伴い、掘削ツール交換装置２００ａの幅方向（ＲＢ方向）の大きさを小さくすることが可能である。

図１１を参照して、掘削ツール交換装置２００ａによるセンタープレートＢ１の交換方法について説明する。センタープレートＢ１を引き込み、ゲート部材２０５を開位置Ｐ１１から閉位置Ｐ１０に移動させる工程についは第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

ゲート部材２０５が閉位置Ｐ１０に移動され、スペーサ部材７が取り外された後、シール部材Ｓ１とともにガイド部２０６が反切羽側位置Ｐ２１から切羽側位置Ｐ２０に移動される。その結果、反切羽側からシール部材Ｓ１がゲート部材２０５に密着して、チャンバ部３６（図９参照）からトンネル掘削機２００の内部への土砂の浸入が防止される。

（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第２実施形態では、上記第１実施形態と同様に、ガイド部２０６に設置され、ゲート部材２０５が旋回する際に、ゲート部材２０５から離間して配置されるとともに、ゲート部材２０５が閉位置Ｐ１０に配置された際に、ゲート部材２０５に密着するシール部材Ｓ１を設ける。これによって、旋回式のゲート部材２０５を使用して、センタープレートＢ１の交換時における土砂や泥水の流入を容易に抑制することができる。

第２実施形態では、上記のように、ゲート部材２０５は、センタープレートＢ１が通される貫通穴２０５ａを有し、ゲート部材２０５の旋回中心軸線βに沿って延びる柱体として形成され、シール部材Ｓ１が設けられるガイド部２０６の切羽側端部２６１ｃは、ガイド部２０６が切羽側位置Ｐ２０に移動してシール部材Ｓ１がゲート部材２０５に密着した際に、旋回中心軸線βに沿った方向から見て、柱体のゲート部材２０５よりも反切羽側に配置されるように構成されている。これによって、ガイド部２０６がゲート部材２０５の内周側に入り込む形でゲート部材２０５に対してガイド部２０６を配置するのではなく、ガイド部２０６がゲート部材２０５よりも反切羽側に配置される。したがって、ゲート部材２０５の旋回時において、ゲート部材２０５とガイド部２０６との干渉を考慮してゲート部材２０５を比較的大きく形成する必要がなくなり、ゲート部材２０５を旋回半径が小さくなるような比較的小型に形成することができる。さらに、ゲート部材２０５の旋回半径を小さくすることに伴い、掘削ツール交換装置２００ａの幅方向（ＲＢ方向）の大きさを小さくすることができる。

なお、第２実施形態のその他の構成および効果は上記第１実施形態と同様である。

［第３実施形態］
次に、図１２および図１３を参照して、第３実施形態について説明する。第３実施形態では、１つの掘削ツール（センタープレートＢ１）に対してゲート部材５を１つ設けた上記第１実施形態とは異なり、複数の掘削ツール（先行ビットＢ２）に対してゲート部材５を１つ設ける例について説明する。なお、第３実施形態において、上記第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を用いるとともに説明を省略する。また、先行ビットＢ２は、特許請求の範囲の「掘削ツール」の一例である。

図１２および図１３に示す第３実施形態のトンネル掘削機３００は、胴体１（図１参照）と、カッタヘッド２と、カッタ駆動部３０（図１参照）と、掘削ツール交換装置３００ａとを備えている。掘削ツール交換装置３００ａは、ゲート部材３０５を備えている。

掘削ツール交換装置３００ａには、１つの先行ビットＢ２を支持する１つのガイド部６が、直列で並ぶように複数（４つ）設けられている。なお、複数のガイド部６は、スポーク部２ａの長手方向（カッタヘッド２の半径方向）に沿って直列で並んでいる。

ゲート部材３０５は、複数のガイド部６に対して１つ設けられている。すなわち、掘削ツール交換装置３００ａは、１つのゲート部材３０５を開位置Ｐ１１から閉位置Ｐ１０に移動させることにより、直列で並ぶ複数の先行ビットＢ２のすべてを同時に交換することが可能である。なお、複数の先行ビットＢ２のうちの一部のみを交換してもよい。

（第３実施形態の効果）
第３実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第３実施形態では、上記第１実施形態と同様に、ガイド部６に設置され、ゲート部材３０５が旋回する際に、ゲート部材３０５から離間して配置されるとともに、ゲート部材３０５が閉位置Ｐ１０に配置された際に、ゲート部材３０５に密着するシール部材Ｓ１を設ける。これによって、旋回式のゲート部材３０５を使用して、先行ビットＢ２の交換時における土砂や泥水の流入を容易に抑制することができる。

第３実施形態では、上記のように、先行ビットＢ２を支持するガイド部６が直列で並ぶように複数設けられ、ゲート部材３０５は、複数のガイド部６に対して１つ設けられている。これによって、１つのゲート部材３０５により複数の先行ビットＢ２を同時に交換することが可能となり、効率的に先行ビットＢ２を交換することができる。また、１つの先行ビットに対して１つのゲート部材を設ける場合と比較して、ゲート部材３０５の数を少なくすることができるので、装置構成を簡素化することができる。

なお、第３実施形態のその他の構成および効果は上記第１実施形態と同様である。

［第４実施形態］
次に、図１４を参照して、第４実施形態について説明する。第４実施形態では、シール部材Ｓ１をゲート部材５に密着させるために、シール部材Ｓ１を他の構成（ガイド部６）により移動させた上記第１実施形態とは異なり、シール部材Ｓ１をゲート部材５に密着させるために、シール部材Ｓ１を他の構成により移動させることのない例について説明する。なお、第４実施形態において、上記第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を用いるとともに説明を省略する。

図１４に示す第４実施形態のトンネル掘削機４００は、胴体１（図１参照）と、カッタヘッド２と、カッタ駆動部３０（図１参照）と、掘削ツール交換装置４００ａとを備えている。掘削ツール交換装置４００ａは、筒状の前面ガイド部材４０４と、シール部材Ｓ１ａとを備えている。なお、前面ガイド部材４０４は、特許請求の範囲の「前面部材」および「ガイド部」の一例である。

前面ガイド部材４０４は、カッタヘッド２の切羽側に開口してセンタープレートＢ１が通過する開口部４ａおよびゲート収容部４ｂを有している。また、前面ガイド部材４０４は、開口部４ａを介してセンタープレートＢ１を進退移動可能に支持している。

シール部材Ｓ１ａは、内部に封入された流体の量を調整することにより拡大縮小が可能な流体バッグにより構成されている。シール部材Ｓ１ａは、袋状の部材の内部に封入された流体の量を、ポンプ（図示せず）を用いて調整することにより拡大縮小が可能である。なお、図１４では、縮小状態のシール部材Ｓ１ａを実線で示し。拡大状態のシール部材Ｓ１ａを２点鎖線で示している。シール部材Ｓ１ａには、流体として、水が封入されている。なお、流体バッグには、水ではなく、油や空気などの他の流体が封入されてもよい。

シール部材Ｓ１ａは、前面ガイド部材４０４に設けられている。詳細には、シール部材Ｓ１ａは、ゲート収容部４ｂの内表面に設けられた凹状のシール収納庫４０１ａに収納されている。シール部材Ｓ１ａは、縮小状態では、シール収納庫４０１ａに全体が収納されており、ゲート収容部４ｂの内表面から突出することがないように構成されている。すなわち、シール部材Ｓ１ａは、縮小状態では、ゲート収容部４ｂの内表面に沿って旋回するゲート部材５に接触することはない。

一方、シール部材Ｓ１ａは、拡大状態では、ゲート収容部４ｂの内表面から突出するように構成されている。したがって、シール部材Ｓ１ａは、拡大状態では、閉位置Ｐ１０に位置するゲート部材５に対して密着するように構成されている。

掘削ツール交換装置４００ａは、ゲート部材５が旋回する間において、シール部材Ｓ１ａを縮小状態で保持するように構成されている。したがって、掘削ツール交換装置４００ａは、シール部材Ｓ１ａを、ゲート部材５が旋回する際に縮小状態で保持されてゲート部材５から離間して配置するとともに、ゲート部材５が閉位置Ｐ１０に配置された際に縮小状態から拡大状態に切り換えられてゲート部材５に密着させるように構成されている。

（第４実施形態の効果）
第４実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第４実施形態では、上記第１実施形態と同様に、前面ガイド部材４０４に設置され、ゲート部材５が旋回する際に、ゲート部材５から離間して配置されるとともに、ゲート部材５が閉位置Ｐ１０に配置された際に、ゲート部材５に密着するシール部材Ｓ１ａを設ける。これによって、旋回式のゲート部材５を使用して、ゲート部材５の開閉動作時にはシール部材Ｓ１ａは離間して損傷を防ぎ、閉時にはゲート部材５に対して確実に密着させることによって、センタープレートＢ１の交換時における土砂や泥水の流入を容易に抑制することができる。

なお、第４実施形態のその他の構成および効果は上記第１実施形態と同様である。

［変形例］
なお、今回開示された実施形態および変形例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１～第４実施形態では、トンネル掘削機が中間支持方式のシールド掘進機である例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明のトンネル掘削機を、上記の支持方式以外のセンターシャフト支持方式、外周支持方式、中央支持方式および偏心多軸支持方式などの各種の支持方式のシールド掘進機に適用してもよい。また、本発明は、シールド掘進機ではなく、推進工法の掘進機や、トンネルボーリングマシンに適用されてもよい。

また、上記第１～第３実施形態では、ガイド部の切羽側端部に、Ｏリングなどのシール部材を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ガイド部の切羽側端部に、流体バッグ等、Ｏリング以外のシール部材を設けてもよい。この場合、必ずしもガイド部を移動可能に構成しなくてもよい。

また、上記第１および第３実施形態では、ゲート部材に凹部を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ゲート部材に凹部を設けなくてもよい。

また、上記第１～第４実施形態では、本発明の掘削ツールを、センタープレートおよび先行ビットとした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、掘削ツールを、センタープレートおよび先行ビットとは異なる種類の他の掘削ツールとしてもよい。

また、上記第２実施形態では、ゲート部材を、円柱状（円形の柱体）に形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図１５および図１６に示す変形例の掘削ツール交換装置５００ａのように、ゲート部材５０５を、貫通穴５０５ａを有する四角柱状（四角形の柱体）などに形成してもよい。

また、上記第３実施形態では、４つの掘削ツールに対して、ゲート部材を１つ設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、２つ、３つまたは５つ以上の掘削ツールに対して、ゲート部材を１つ設けてもよい。

また、上記第１、第３および第４実施形態では、ゲート部材の切羽側表面を円弧状に形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ゲート部材の切羽側表面を多角形形状等、円弧状以外の形状に形成してもよい。

２ カッタヘッド
４ 前面部材
４ａ 開口部
５、２０５、３０５、５０５ ゲート部材
６、２０６ ガイド部
７ スペーサ部材
５１ｂ （ゲート部材の）反切羽側表面
５１ｃ （ゲート部材の反切羽側表面の）平坦部
５１ｄ （ゲート部材の反切羽側表面の）凹部
６１ｃ、２６１ｃ （ガイド部の）切羽側端部
１００、２００、３００、４００ トンネル掘削機
１００ａ、２００ａ、３００ａ、４００ａ、５００ａ 掘削ツール交換装置
２０５ａ、５０５ａ （ゲート部材の）貫通穴
４０４ 前面ガイド部材（前面部材、ガイド部）
Ｂ１ センタープレート（掘削ツール）
Ｂ２ 先行ビット（掘削ツール）
Ｐ１０ （ゲート部材の）閉位置
Ｐ１１ （ゲート部材の）開位置
Ｐ２０ （ガイド部の）切羽側位置
Ｐ２１ （ガイド部の）反切羽側位置
Ｓ１、Ｓ１ａ シール部材
β （ゲート部材の）旋回中心軸線

Claims (9)

1. 回転するカッタヘッドを備え、前記カッタヘッドの前面に掘削ツールが配置されるトンネル掘進機の掘削ツール交換装置であって、
   前記カッタヘッドの切羽側に開口して前記掘削ツールが通過する開口部を有する前面部材と、
   前記開口部を介して前記掘削ツールを進退移動可能に支持する筒状のガイド部と、
   旋回可能に構成され、前記開口部を閉じる閉位置と前記開口部を開く開位置とに旋回するゲート部材と、
   前記ガイド部および前記前面部材の少なくとも一方に設けられ、前記ゲート部材が旋回する際に前記ゲート部材から離間して配置されるとともに、前記ゲート部材が前記閉位置に配置された際に前記ゲート部材に密着するシール部材と、を備える、掘削ツール交換装置。
2. 前記シール部材は、前記ガイド部の切羽側端部に設けられ、
   前記ガイド部は、切羽側位置および反切羽側位置に移動可能に構成され、前記ゲート部材が前記閉位置に配置された際に前記切羽側位置に移動することにより、前記シール部材を前記ゲート部材の反切羽側表面に密着させるように構成されている、請求項１に記載の掘削ツール交換装置。
3. 前記ゲート部材は、板体として形成され、
   前記ゲート部材の前記反切羽側表面は、前記シール部材に密着する平坦部を含む、請求項２に記載の掘削ツール交換装置。
4. 前記平坦部は、前記反切羽側表面の外縁に沿って延びる環状に形成され、
   前記ゲート部材の前記反切羽側表面は、前記平坦部の内側に設けられ、前記平坦部よりも切羽側に窪む凹部をさらに含み、
   前記反切羽側位置に位置する状態の前記ガイド部の前記切羽側端部は、前記ゲート部材が旋回する途中において、前記凹部の内側に位置するように構成されている、請求項３に記載の掘削ツール交換装置。
5. 前記ゲート部材は、板体として形成され、
   前記シール部材が設けられる前記ガイド部の前記切羽側端部は、前記ガイド部が前記反切羽側位置に配置された際に、前記旋回中心軸線よりも切羽側に配置されるように構成されている、請求項２～４のいずれか１項に記載の掘削ツール交換装置。
6. 前記ゲート部材は、前記掘削ツールが通される貫通穴を有し、前記ゲート部材の旋回中心軸線に沿って延びる柱体として形成され、
   前記シール部材が設けられる前記ガイド部の前記切羽側端部は、前記ガイド部が前記切羽側位置に移動して前記シール部材が前記ゲート部材に密着した際に、前記旋回中心軸線に沿った方向から見て、柱体の前記ゲート部材よりも反切羽側に配置されるように構成されている、請求項２に記載の掘削ツール交換装置。
7. 前記ガイド部に取り付けられ、前記ガイド部の前記反切羽側位置を保持するスペーサ部材をさらに備え、
   前記スペーサ部材は、前記ガイド部から取り外されることにより、前記ガイド部の前記切羽側位置への移動を可能とするように構成されている、請求項２～６のいずれか１項に記載の掘削ツール交換装置。
8. 前記掘削ツールを支持する前記ガイド部が直列で並ぶように複数設けられ、
   前記ゲート部材は、複数の前記ガイド部に対して１つ設けられている、請求項１～７のいずれか１項に記載の掘削ツール交換装置。
9. 前面に掘削ツールが配置されたカッタヘッドと、
   前記カッタヘッドを駆動させるカッタ駆動部と、
   前記掘削ツールを交換可能に支持する掘削ツール交換装置と、を備え、
   前記掘削ツール交換装置は、
   前記カッタヘッドの切羽側に開口して前記掘削ツールが通過する開口部を有する前面部材と、
   前記開口部を介して前記掘削ツールを進退移動可能に支持する筒状のガイド部と、
   旋回可能に構成され、前記開口部を閉じる閉位置と前記開口部を開く開位置とに旋回移動するゲート部材と、
   前記ガイド部および前記前面部材の少なくとも一方に設けられ、前記ゲート部材が旋回する際に前記ゲート部材から離間して配置されるとともに、前記ゲート部材が前記閉位置に配置された際に前記ゲート部材に密着するシール部材と、を含む、トンネル掘削機。
   

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