JP6445336B2 - ローラーカッター交換装置及びローラーカッター交換方法 - Google Patents

Description

本発明は、シールド掘進機のカッタースポークに装着されたカッターホルダーをローラーカッターと共に交換する為のローラーカッター交換装置及び交換方法に関する。

従来から、トンネル掘削用のシールド掘進機においては、胴体の前端側にカッターヘッドが装備され、複数のシールドジャッキにより胴体及びカッターヘッドを前進駆動しながら、カッターヘッドを回転駆動して、前方の地山（切羽）を掘削してトンネルを掘削していく。シールド掘進機では、効率良く掘削できるように、地山の地質に対応させた掘削部材がカッターヘッドに装備される。

例えば、岩盤等の固い地盤を掘削する場合、掘削部材として複数のローラーカッターがカッターヘッドに装備される。このローラーカッターは、地山に押圧した状態でカッターヘッドを回転させることによって切羽の岩石を圧砕し掘削していく。また、粘性土層等の柔らかい地盤を掘削する場合、掘削部材として粘性土層を掘削するのに適した複数のカッタービットがカッターヘッドに装備される。

ところで、トンネルの掘削途中に、上記のローラーカッターやカッタービット等の掘削部材が磨耗して掘削能力が低下した場合、その磨耗した掘削部材を新しい掘削部材に交換する必要が生じる。特に、長距離のトンネルを連続的に掘削するシールド掘進機では、掘削部材を交換する頻度が多くなる。

そこで、カッターヘッドの前方から掘削部材を着脱可能に固定したものでは、掘削部材を交換する場合に、カッターヘッドとその前方の地山（切羽）との間にカッター交換間隙を形成し、そのカッター交換間隙に作業者が入って交換作業を行う必要がある。しかし、こうした掘削部材の交換作業の負荷は非常に大きく時間もかかり、出水の発生等の危険を伴う作業となる。そこで、カッターヘッドの後方から掘削部材を交換する技術が実用に供されている。

例えば、特許文献１には、カッタービットが装着されたカッタースポークのボス部材の後端部にゲート機能付き交換治具を取り付け、カッタービットの後端部とカッタースポークのうちのボス部材に対向する後側壁部との間にテレスコ式油圧ジャッキを取り付け、テレスコ式油圧ジャッキを伸縮動作させることで、カッタービットをボス部材から取り外すカッタービット交換装置が開示されている。

特許第５０９１０７７号公報

しかし、特許文献１に開示されたカッタービット交換装置では、カッタービットを交換する際に、ゲート機能付き交換治具に加えて、テレスコ式油圧ジャッキを別途取り付ける必要があるので、ボス部材とカッタースポークのボス部材に対向する壁部との間に、交換治具を設置する為の設置スペースと、テレスコ式油圧ジャッキを設置する為の設置スペースとを直列状に確保する必要がある。従って、カッタースポークが大型化してしまい、その上、カッタースポーク内の作業員の作業スペースが低減して交換作業性の悪化を生じるという問題がある。

本発明の目的は、シールド掘進機におけるカッターヘッドのカッタースポークの大型化を抑制しつつ、流体圧シリンダの小型化を図り、カッターホルダーの交換作業性を改善可能なローラーカッター交換装置及びその交換方法を提供すること、等である。

請求項１のローラーカッター交換装置は、カッターヘッドに装備されたカッタースポークと、前記カッタースポークに固定された保持部材と、前記保持部材の保持孔に着脱可能に装着されたカッターホルダーと、前記カッターホルダーに取り付けられたローラーカッターとを有するシールド掘進機における前記カッターホルダーをローラーカッターと共に交換するローラーカッター交換装置において、前記カッターホルダーを前記保持孔から後方へ引き出す引出し機構と、この引出し機構に着脱可能に装備されるゲート機構とを備え、前記引出し機構は、前記保持孔と同形の案内孔を有し且つ前記保持部材の後端部に同心状に着脱可能に固定される本体ケースと、この本体ケースの後端の下部に着脱可能に固定されてカッターホルダー及びローラーカッターを載置可能に後方へ所定長さ張出す上方開放状の案内支持部材と、前記保持部材の外側に前記案内孔の軸心と平行に配設され且つ前端部が前記カッタースポークの前端部に連結される複数の流体圧シリンダからなる移動駆動機構と、前記本体ケースの後端側において前記案内孔の軸心と直交状に配設されて前記複数の流体圧シリンダの後端部に架着された出力部材と、前記カッターホルダーの後端部と前記出力部材とを着脱可能に連結する第１連結部材とを備え、前記ゲート機構は、前記本体ケースに固定された案内ケースに装備されて前記案内孔を開閉可能なゲート部材と、このゲート部材を開位置と閉位置とに亙って開閉駆動可能な開閉駆動手段とを備えたことを特徴としている。

請求項２のローラーカッター交換方法は、カッターヘッドに装備されたカッタースポークと、前記カッタースポークに固定された保持部材と、前記保持部材の保持孔に着脱可能に装着され且つローラーカッターが装着されたカッターホルダーとを備えたシールド掘進機の前記カッターホルダーをローラーカッターと共に交換するローラーカッター交換方法において、請求項1ニ記載のローラーカッター交換装置を予め設け、前記保持部材の後端に前記本体ケースを取り付けることで前記保持孔の後端と前記案内孔とを連通させる本体ケース連結工程と、前記複数の流体圧シリンダの前端部を前記カッタースポークの前端部に連結すると共に、前記保持孔に保持された使用済のカッターホルダーの後端部を第１連結部材を介して前記出力部材に連結すると共に、本体ケースの後端に案内支持部材を着脱可能に取付けるカッターホルダー連結工程とを備えたことを特徴としている。

請求項３のローラーカッター交換方法は、請求項２の発明において、前記本体ケース連結工程とカッターホルダー連結工程の後で前記複数の流体圧シリンダを作動させて前記使用済のカッターホルダーを前記案内孔に牽引する第１牽引工程と、前記第１牽引工程の後で、前記第１連結部材をこの第１連結部材よりも短い第２連結部材に交換し、前記複数の流体圧シリンダを作動させて前記使用済のカッターホルダーを前記案内孔の後方の前記案内支持部材の上に牽引する第２牽引工程と、前記第２牽引工程の後で、前記使用済のカッターホルダーと未使用のカッターホルダーを交換するカッターホルダー交換工程と、前記カッターホルダー交換工程の後で、前記複数の流体圧シリンダを作動させて前記未使用のカッターホルダーを前記案内孔に押し出す第１押出し工程と、前記第１押出し工程の後で、前記第２連結部材を前記第１連結部材に交換し、前記複数の流体圧シリンダを作動させて前記未使用のカッターホルダーを前記保持孔に押し出す第２押出し工程とを備えたことを特徴としている。

請求項４のローラーカッター交換方法は、請求項３の発明において、前記第２牽引工程は、前記第１連結部材を前記第２連結部材に交換する際に、使用済のカッターホルダーを前記本体ケースに固定する作業を含み、前記第２押出し工程は、前記第２連結部材を前記第１連結部材に交換する際に、未使用のカッターホルダーを前記本体ケースに固定する作業を含むことを特徴としている。

請求項１の発明によれば、前記のように構成したので、カッターホルダーを交換する際に、保持部材の後端に本体ケースを取り付けると、保持孔とこの保持孔と同形の案内孔とが連通状態になるため、カッターホルダーを案内孔へ移動可能になる。複数の流体圧シリンダの後端部に出力部材を連結し、カッターホルダーの後端部を第１連結部材により出力部材に連結してから、移動駆動機構の複数の流体圧シリンダに流体圧を供給して、複数の流体圧シリンダのピストン部材を進出させることで、出力部材と第１連結部材を介してカッターホルダーを保持孔から引き出して案内孔へ移動させ、開閉駆動手段でゲート機構のゲート部材を閉位置に切換えて案内孔からの泥水の侵入を防止してから、複数の流体圧シリンダでカッターホルダーを更に後方の案内支持部材上へ移動させてカッターホルダーを取り出すことができる。尚、未使用のカッターホルダーは、上記の逆の手順で保持孔へ取り付けることができる。

しかも、保持部材の外側でカッタースポークの前端部に流体圧シリンダの前端部を連結するため、前記保持部材と本体ケース３１の外側空間を有効利用して複数の流体圧シリンダを配設できる。そのため、カッターホルダーの後端部とカッタースポークのうちの保持部材に対向する後側壁部との間にジャッキを取り付ける空間を取る必要がなくなり、ローラーカッター交換装置の設置スペースを省スペース化することができ、カッタースポークの大型化を抑制しつつ、カッターホルダー２１の交換作業性が向上する。
本体ケースの後端に後方へ所定長さ張り出す案内支持部材を着脱可能に固定し、この案内支持部材上にカッターホルダー２１を移動させて交換作業を行なうことができるため、使用済みのローラーカッター付カッターホルダー２１をチェーンブロック等により上方へ取り除いたり、未使用のローラーカッター付カッターホルダー２１を上方からチェーンブロック等により案内支持部材上に搬入したりすることができる。

請求項２の発明によれば、前記のように構成したため、本体ケース連結工程とカッターホルダー連結工程により、前記保持部材の後端に本体ケースを固定して前記保持孔と前記案内孔とを連通状態にし、前記複数の流体圧シリンダの前端部を前記カッタースポークの前端部に連結すると共に、前記保持孔に保持された使用済のカッターホルダーの後端部を第１連結部材を介して前記出力部材に連結すると共に本体ケースの後端に案内支持部材を着脱可能に取付け、複数の流体圧シリンダを作動させてカッターホルダーを後方へ牽引して保持孔から案内孔内へ引き出すことができる。

請求項３の発明によれば、第１牽引工程により、前記複数の流体圧シリンダを作動させて前記使用済のカッターホルダーを前記案内孔に牽引でき、次に第２牽引工程により前記第１連結部材をこの第１連結部材よりも短い第２連結部材に交換し、前記複数の流体圧シリンダを作動させて前記使用済のカッターホルダーを前記案内孔の後方の前記案内支持部材の上牽引することができる。複数回の牽引動作でカッターホルダーを後方へ牽引するため、流体圧シリンダのストロークを短くし、流体圧シリンダの小型化を図ることができる。

次に、カッターホルダー交換工程により、前記使用済のカッターホルダーと未使用のカッターホルダーを交換することができ、次に第１押出し工程により、前記複数の流体圧シリンダを作動させて前記未使用のカッターホルダーを前記案内孔に押し出すことができ、次に第２押出し工程により、前記第２連結部材を前記第１連結部材に交換し、前記複数の流体圧シリンダを作動させて前記未使用のカッターホルダーを前記保持孔に押し出すことができる。

請求項４の発明によれば、前記第２牽引工程は、前記第１連結部材を前記第２連結部材に交換する際に、使用済のカッターホルダーを前記本体ケースに固定する作業を含み、前記第２押出し工程は、前記第２連結部材を前記第１連結部材に交換する際に、未使用のカッターホルダーを前記本体ケースに固定する作業を含むことを特徴としている。

本発明の実施例に係るシールド掘進機の正面図である。 シールド掘進機の前端側所定部分の縦断面図である。 ローラーカッター、カッターホルダー、保持部材及びローラーカッター交換装置の周回方向から視た断面図である。 ローラーカッター、カッターホルダー、保持部材及びローラーカッター交換装置の径方向から視た断面図である。 ローラーカッター交換装置の後方からの背面図である。 本体ケースとゲート機構を取り外した状態のローラーカッター交換装置の後方からの背面図である。 （ａ）は固定フランジを取り外した状態における周回方向から視た断面図、（ｂ）は径方向から視た断面図である。 （ａ）はカッターホルダーをローラーカッターと共に所定ストローク後方へスライドさせた状態における周回方向から視た断面図、（ｂ）は径方向から視た断面図である。 （ａ）は図１１に第２牽引部材を取り付けた状態における周回方向から視た断面図、（ｂ）は径方向から視た断面図である。 （ａ）はカッターホルダーをローラーカッターと共に所定ストローク後方へスライドさせた状態における周回方向から視た断面図、（ｂ）は径方向から視た断面図である。 （ａ）はカッターホルダーをローラーカッターと共に更に所定ストローク後方へスライドさせた状態の周回方向から視た断面図、（ｂ）は径方向から視た断面図である。 （ａ）はカッターホルダーに吊下げ治具を取り付けた状態における周回方向から視た断面図、（ｂ）は径方向から視た断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。

図１は、本実施例に係るシールド掘進機１の前端側の正面図であり、図２は、本実施例に係るシールド掘進機１の前端側の所定部分の縦断面図である。以下の説明において、トンネル掘進方向を前方とし、カッタースポーク１１の放射方向を径方向とし、カッターヘッド２の回転方向を周回方向として説明する。

先ずは、シールド掘進機１の全体構造について簡単に説明する。
図１、図２に示すように、シールド掘進機１は、前端のカッターヘッド２と、前胴４と後胴を含む胴部材３、カッターヘッド２の後側に形成されたカッターチャンバー６と、カッターチャンバー６の後端を仕切る隔壁を含む隔壁構造７と、複数のカッター駆動モータ８ａを含むカッター駆動機構８と、複数のシールドジャッキ９と、セグメントを取り付けるエレクタ（図示略）と、掘削土砂・礫・岩塊片類を排出する排土手段又は排泥手段（図示略）等を備えている。

図１，図２に示すように、カッターヘッド２は、放射方向に延びる複数（例えば８本）のカッタースポーク１１と、これらカッタースポーク１１の外周側端部が固定される外周フレーム１２と、カッターヘッド２の中心部分及び複数のカッタースポーク１１に夫々装備された前方向きの複数のローラーカッター１３や複数のカッタースポーク１１の外周端部分に前方且つ外向きの傾斜状に夫々装備された複数のローラーカッター１３と、複数（例えば８枚）の縦長の五角形状の面板１４等を備えている。

カッターヘッド２の後側にカッターチャンバー６が形成されている。カッタースポーク１１と面板１４との間には、カッターチャンバー６に連なる土砂導入用の隙間１５が形成されている。複数のカッタースポーク１１の後端部は連結部材１６を介してカッタードラム１７に固定されている。カッタースポーク１１の後端部には、複数の撹拌棒１８が設けられている。

カッターチャンバー６の後端は隔壁構造７で仕切られている。隔壁構造７は、中心側部分の円板部材７ａと、外周側部分の環状板部材７ｂと、円板部材７ａ及び環状板部材７ｂの後面側の機器取付用フレーム７ｃ等を有している。機器取付用フレーム７ｃは、前胴４と円板部材７ａと環状板部材７ｂとに固着されている。カッタードラム１７が円板部材７ａと環状板部材７ｂとの間にシール部材やベアリング等を介して回転自在に装着されている。

カッター駆動機構８に関して、カッタードラム１７に内歯リングギヤ１７ａが固定され、複数のカッター駆動モータ８ａの出力軸に固定されたピニオンギヤ８ｂが内歯リングギヤ１７ａに噛合され、内歯リングギヤ１７ａは旋回ベアリングを介して機器取付用フレーム７ｃに支持されている。こうして、複数のカッター駆動モータ８ａにより内歯リングギヤ１７ａを介してカッタードラム１７とカッターヘッド２が回転駆動される。

円板部材７ａの中心部分には、ロータリージョイント１９が装備されている。ローラーカッター１３を交換する際は、このロータリージョイント１９の内部を介して、カッタースポーク１１の閉断面内と機内（胴部材３内の隔壁構造７よりも後方の空間）との間を、作業者が出入りしたり、ローラーカッター１３等の機材を搬出入することができる。

次に、図３〜図６に基づいてカッターホルダー２１の取り付け構造について説明する。
図３，図４に示すように、カッタースポーク１１には、複数のローラーカッター１３を夫々カッターヘッド２の後側から着脱可能に取り付ける為の複数のカッターホルダー２１が装着されている。複数のカッターホルダー２１は、複数のローラーカッター１３を回転可能に支持する為のものであり、基本的に同じ構造を有する。

カッタースポーク１１は、断面円形状の閉断面からなり、カッタースポーク１１のうち各カッターホルダー２１を装着する前端部分（シールド掘進機１の進行側部分）には、カッタースポーク１１の一部である保持部材２２が一体的に固定され、この保持部材２２の円筒状の保持孔２２ａに、ローラーカッター１３が装着されたカッターホルダー２１が着脱可能に装着されている。尚、複数のローラーカッター１３がローラ軸を径方向に向けて取り付けられている。

カッタースポーク１１の前端部分において、円筒状の保持部材２２が、カッタースポーク１１の前端部分に溶接固定されている。この保持部材２２は、断面円形状の保持孔２２ａであって前後方向向きの軸心を有する保持孔２２ａと、後部の周方向に間隔をあけて形成され且つ第１抜止めボルト５８が装着される複数の第１ボルト孔２２ｂと、後端面に周方向等間隔に形成され且つ閉塞板２３を固定する固定ボルト用の複数のボルト孔２２ｃと、後端部から外側に突出し且つ周方向に間欠的に形成された複数のフランジ部２２ｄと、後端部の内周側に形成された環状凹部２２ｅ等を備えている。

複数のフランジ部２２ｄは、保持孔２２ａの軸心を挟んで上下に対向するように形成された円弧形状の上下１対のフランジ部２２ｆと、保持孔２２ａの軸心を挟んで左右に対向するように形成された円弧形状の左右２組のフランジ部２２ｇとからなる。

カッターホルダー２１は、ローラーカッター１３のカッター本体１３ａが装着される前方開放状の装着凹部２１ａと、この装着凹部２１ａの両側に形成され且つローラーカッター１３の１対の角軸１３ｂと１対の固定部材１３ｃとが嵌合される１対の嵌合凹部２１ｂと、後端面の外周近傍部に形成され且つ閉塞板２３を固定する固定ボルト２３ｃ用の複数のボルト孔２１ｃと、後端面の中心部分に形成され且つ第１，第２連結部材３４，３５の１つが締結される引出し用ボルト孔２１ｄと、後部の周方向に形成され且つ第１，第２抜止め用ボルト５８，５９の先端部が係合される環状溝２１ｆ等を備えている。カッターホルダー２１の外周部の前部と後部にはリング状の複数のシール部材が装着されている。

図３，図５に示すように、閉塞板２３は、保持部材２２の後端面とカッターホルダー２１の後端面を塞ぐものであり、保持部材２２の複数のボルト孔２２ｃに対応する複数の貫通孔２３ａ及びカッターホルダー２１の複数のボルト孔２１ｃに対応する複数の貫通孔２３ｂが形成され、カッターホルダー２１が保持部材２２に装着されているとき、これら複数の貫通孔２３ａ，２３ｂを介して複数のボルト２３ｃが閉塞板２３の後方から締結されている。

次に、本発明のローラーカッター交換装置２５について説明する。
図３〜図６に示すように、ローラーカッター交換装置２５は、ローラーカッター１３の交換時にカッタースポーク１１と保持部材２２とカッターホルダー２１に取り付けて、カッターホルダー２１をローラーカッター１３と共に交換する為の装置であり、カッターホルダー２１を保持部材２２の保持孔２２ａから引き出す引出し機構２６と、この引出し機構２６に着脱可能に装備されるゲート機構２７及び案内支持部材２８と、この案内支持部材２８に着脱可能に装着されるストッパー２９等を備えている。

次に、引出し機構２６について説明する。
引出し機構２６は、保持部材２２の後端部に同心状に着脱可能に固定される本体ケース３１と、カッターホルダー２１を本体ケース３１の内部に引出す為の複数（例えば４本）の油圧シリンダ３２からなる移動駆動機構３２Ａと、これらの複数の油圧シリンダ３２とカッターホルダー２１との間に装着される出力部材３３、第１連結部材３４及び第１連結部材３４よりも短い第２連結部材３５等を備えている。

次に、本体ケース３１について説明する。
本体ケース３１は、保持部材２２の後端面に前端面が当接する環状の第１本体部材３６と、本体ケース３１の中央部分を構成する矩形枠状の第２本体部材３７と、本体ケース３１の後部に配置される環状の第３本体部材３８とから構成されている。第１，第２本体部材３６，３７は溶接により固着され、第２，第３本体部材３７，３８も溶接により固着されている。

第１本体部材３６の前端部の外周部には、保持部材２２に本体ケース３１を固定する為のフランジ部３６ａが形成され、第３本体部材３８の後端部の外周部には、案内支持部材２８を固定する為のフランジ部３８ａが形成されている。固定ボルト３９は、保持部材２２のフランジ部２２ｄを貫通して、第１本体部材３６のフランジ部３６ａに締結される。第１本体部材３６の前端部の内周側には、本体ケース３１を保持部材２２に固定する際に、保持部材２２の環状凹部２２ｅに嵌合可能な環状凸部３６ｂが形成されている。

さらに、本体ケース３１は、第１〜第３本体部材３６〜３８の内側に形成され且つ保持孔２２ａと同形（同径且つ同心状）の案内孔４１と、この案内孔４１の途中部であって第２本体部材３７の内側に形成されたＵ形の溝部４２等を備えている。案内孔４１は、カッターホルダー２１の前後方向の長さと略同じ長さに設定されている。第３本体部材３８には、第２抜止めボルト５９が装着される複数の第２ボルト孔３８ｂが周方向に間隔をあけて形成されている。

次に、複数の油圧シリンダ３２について説明する。
複数の油圧シリンダ３２は、保持部材２２と本体ケース３１の外側において保持部材２２の複数のフランジ部２２ｄと干渉しないように断面正方形の直方体の稜線に対応する部分に前後方向向きに配置されている。各油圧シリンダ３２は、複動型の油圧シリンダにより構成され、シリンダ本体４４と、このシリンダ本体４４に装備されたピストン部材４５等を有している。各ピストン部材４５は、シリンダ本体４４に軸心方向に進退可能に装備されたピストン部及びピストンロッド４５ａと、このピストンロッド４５ａの先端部に設けられた連結部４５ｂを有している。

各シリンダ本体４４の内部は、ピストンロッド４５ａを進出駆動する為の進出用油室と、ピストンロッド４５ａ退入駆動する為の退入用油室とに区画され、各シリンダ本体４４の外周部には、進出用油室に連なる進出用油圧ポート４６ａ及び退入用油室に連なる退入用油圧ポート４６ｂが設けられている。各油圧ポート４６ａ，４６ｂには、図示略の油圧供給源側から延びる油圧ホースが夫々接続されている。

カッタースポーク１１の前端部分の内側であって複数の油圧シリンダ３２の対応する部分には、複数（例えば４つ）の連結片４７が設けられ、油圧シリンダ３２のシリンダ本体４４の前端の連結部４４ａが、連結片４７にピン部材を介して回動可能に連結され、油圧シリンダ３２のピストン部材４５の後端の連結部４５ｂが、出力部材３３に連結されている。

次に、出力部材３３について説明する。
出力部材３３は、本体ケース３１の後端側において案内孔４１の軸心と直交状に配設されて複数の油圧シリンダ３２の後端部に架着されている。出力部材３３は、周回方向に夫々延び且つ周回方向に隣接する油圧シリンダ３２の連結部４５ｂに夫々連結される１対の連結棒５１と、この１対の連結棒５１の中央部同士を接続する径方向に延びる接続棒５２とから正面視（背面視）にてＨ字形状に構成されている。出力部材３３の接続棒５２の中心部分には、第１連結部材３４又は第２連結部材３５の後端部が連結される。

次に、第１，第２連結部材３４，３５について説明する。
第１連結部材３４は、カッターホルダー２１の後端部と出力部材３３の中心部分とを着脱可能に連結する棒状部材であり、ピストンロッド４５ａの最大ストロークと略同じ長さ（例えば５５０ｍｍ）に設定されている。カッターホルダー２１の交換途中に第１連結部材３４と取り換えられる第２連結部材３５であって第１連結部材３４より短い第２連結部材３５は、カッターホルダー２１の後端部と出力部材３３の中心部分とを最短の距離で着脱可能に連結する部材であり、第１連結部材３４の１／２４〜１／２０程度の長さ（例えば２５ｍｍ）に設定されている（図９参照）。

次に、ゲート機構２７について説明する。
ゲート機構２７は、本体ケース３１の案内孔４１を開く開位置と閉じる閉位置とに亙って手動で切換え可能なものであり、案内ケース５３と、この案内ケース５３に装備されて本体ケース３１の案内孔４１を開閉可能なゲート部材５４と、このゲート部材５４を開位置と閉位置とに亙って開閉駆動可能な開閉駆動手段５５とを備えている。

案内ケース５３は、本体ケース３１の第２本体部材３７の一端部（径方向の端部）に固定されている。案内ケース５３は、第１案内部材５３ａと、この第１案内部材５３ａと協働してゲート部材５４及び開閉駆動手段５５とを収容する空間を形成する第２案内部材５３ｂと、この第２案内部材５３ｂに設けられゲート部材５４の移動を目視可能な確認用窓部５３ｃ等を備えている。

開閉駆動手段５５は、カッタースポーク１１の径方向に延び、第２本体部材３７に一端部が回転可能に支持され且つ他端部が第２案内部材５３ｂに支持されると共に外周表面にねじ山を有するボールねじ部材５５ａと、このボールねじ部材５５ａのねじ山に螺合すると共にボールねじ部材５５ａの回転によりボールねじ部材５５ａ上を移動可能な移動体５５ｂと、ボールねじ部材５５ａの他端部に形成されると共に案内ケース５３から外部に突出する工具係合部５５ｃ等を備えている。移動体５５ｂは、ゲート部材５４の本体ケース３１とは反対側端部に一体的に設けられた係合部に連結され、ゲート部材５４を開閉させるとき、回転工具等で工具係合部５５ｃを回転させることで移動体５５ｂを移動させ、ゲート部材５４を開位置と閉位置とに亙って移動駆動する。

ゲート部材５４が案内孔４１を開閉する際には、本体ケース３１に形成された溝部４２に沿って移動する。この溝部４２の近傍部位には、ゲート部材５４の前後両側において案内孔４１に泥水が侵入しないようにシールする１対の第２ゲートシール部材が装着されている。

次に、案内支持部材２８及びストッパー２９について説明する。
案内支持部材２８は、本体ケース３１の下部の後端部から後方へ延び、本体ケース３１から引出されたカッターホルダー２１を支持すると共に受止め可能なものであり、１／４円程度の断面円弧形状に構成され、本体ケース３１の後端部に着脱可能に設けられている。

案内支持部材２８は、ローラーカッター１３を装着した状態のカッターホルダー２１の前後幅と略同じ長さに設定されている。案内支持部材２８の前端部には、フランジ部２８ａが設けられている。固定ボルト５７は、案内支持部材２８のフランジ部２８ａを貫通して、第３本体部材３８のフランジ部３８ａに締結固定される。

ストッパー２９は、ローラーカッター１３及びカッターホルダー２１をゲート部材５４よりも後側へ引出した状態でカッターホルダー２１の後端を係止して後方への移動を規制するものであり、案内支持部材２８の上面に沿うように湾曲状に構成され、案内支持部材２８の上端部にボルト等により着脱可能に設けられている。

次に、ローラーカッター１３を交換する方法について、図７〜図１１に基づいて説明する。先ず、図７（ａ）の上半部に示すように、カッタースポーク１１に形成された保持部材２２にカッターホルダー２１が装着され、カッターホルダー２１の後方への移動を禁止する為に、保持部材２２とカッターホルダー２１の後端部に複数のボルト２３ｃにより閉塞板２３が固定されている。

カッターホルダー２１を交換する場合、最初に、本体ケース連結工程において、図７（ａ）の下半部と図７（ｂ）に示すように、複数の第１抜止めボルト５８を第１ボルト孔２２ｂを貫通させ、その先端部をカッターホルダー２１の環状溝２１ｅに係合させてカッターホルダー２１の後方移動を禁止した状態で、複数のボルト２３ｃを取り外すことで閉塞板２３を取り外す。

次に、図８に示すように、閉塞板２３を取り外してから保持部材２２にローラーカッター交換装置２５を装着する。即ち、固定ボルト３９を、保持部材２２のフランジ部２２ｄを貫通して、第１本体部材３６のフランジ部３６ａに締結固定することで、保持部材２２の後端部に本体ケース３１を固定し、保持孔２２ａの後端と案内孔４１とを連通させる。

次に、カッターホルダー連結工程において、複数の油圧シリンダ３２のシリンダ本体４４の連結部４４ａを連結片４７に夫々連結し、ピストン部材４５の連結部４５ｂを出力部材３３に夫々連結し、カッターホルダー２１の後端部と出力部材３３とを第１連結部材３４を介して連結することで、保持部材２２に対して本体ケース３１に加えて複数の油圧シリンダ３２と出力部材３３と第１連結部材３４とを装着する。

また、図８（ｂ）に示すように、固定ボルト５７を、案内支持部材２８のフランジ部２８ａを貫通して、第３本体部材３８のフランジ部３８ａに締結固定することで、本体ケース３１の後端部に案内支持部材２８を装着する。

次に、第１牽引工程において、図８に示すように、第１抜止めボルト５８によるカッターホルダー２１の後方移動禁止状態を解除し、複数の油圧シリンダ３２の進出側油室に油圧を供給し、ピストンロッド４５ａを最大限進出した状態になるまで進出駆動し、カッターホルダー２１を後方へ第１の所定ストローク（例えば５２５ｍｍ）移動駆動して案内孔４１内に停止させる。

次に、第２牽引工程において、図８に示すように、カッターホルダー２１を後方へ第１の所定ストローク移動後に、複数の第２抜止めボルト５９を第２ボルト孔３８ｂを貫通させ、これら第２抜止めボルト５９の先端部を環状溝２１ｅに係合させることで、カッターホルダー２１を本体ケース３１に固定してカッターホルダー２１の後方移動を禁止した状態にし、第１連結部材３４を取り外す。

次に、図９に示すように、複数の油圧シリンダ３２のピストンロッド４５ａを退入駆動してから、第１連結部材３４に代えて第１連結部材３４よりも短い第２連結部材３５を装着し、この第２連結部材３５でもってカッターホルダー２１の後端部を出力部材３３に連結する。

次に、第２抜止めボルト５９によるカッターホルダー２１の後方移動禁止状態を解除し、第２連結部材３５を介して、複数の油圧シリンダ３２でカッターホルダー２１を後方へ第２の所定ストローク（例えば２７０ｍｍ）移動し、カッターホルダー２１の後端をストッパー２９に係止して後方への移動を規制した状態で、ゲート機構２７の開閉駆動手段５５を操作して、ゲート部材５４を閉位置に切換えることで、保持孔２２ａ及び案内孔４１を閉鎖状態にする（図１０参照）。

次に、ゲート部材５４を閉位置に切換えた状態で、案内支持部材２８からストッパー２９を取り外し、次に、図１１に示すように、カッターホルダー２１を複数の油圧シリンダ３２で案内支持部材２８上を後方へ、カッターホルダー２１の後端が案内支持部材２８の後端に一致するまで第３の所定ストローク（例えば２５５ｍｍ）移動させる。

次に、カッターホルダー交換工程において、図１２に示すように、複数の油圧シリンダ３２とカッターホルダー２１の後端部とを連結する第２連結部材３５と出力部材３３を取り外し、次に、チェーンブロックと吊下げ治具によって使用済のローラーカッター１３付きのカッターホルダー２１を上方へ取り除き、次に、未使用のローラーカッター１３を装着したカッターホルダー２１をチェーンブロックと吊下げ治具によって案内支持部材２８上に搬入する。こうして、使用済のカッターホルダー２１と未使用のカッターホルダー２１とを交換する。

以下、上記の手順とは逆の手順によって保持部材２２に未使用のカッターホルダー２１を取り付けることができる。即ち、第１押出し工程において、図１１に示すように、カッターホルダー２１と出力部材３３とを第２連結部材３５を介して連結し、複数の油圧シリンダ３２を作動させて図１０の状態を経て図９の状態になるまで、カッターホルダー２１を前方へ押し出す。

次に、第２押出し工程において、第２連結部材３５に代えて第１連結部材３４を装着する。このとき、図９に示すように、第２抜け止めボルト５９を環状溝２１ｅに係合させることでカッターホルダー２１を本体ケース３１固定した状態で第１，第２連結部材３４，３５を交換する。次に、複数の油圧シリンダ３２を作動させて、カッターホルダー２１を前方へ移動させて保持孔２２ａ内に装着する。その後、カッターホルダー交換装置２５を取り外して閉塞板２３を固定すると、カッターホルダー２１の交換作業が終了する。

次に、上記のローラーカッター交換装置２５の効果について説明する。
カッターホルダー２１の交換の際、保持部材２２の後端に本体ケース２１を取り付けると、保持孔２２ａとこの保持孔２２ａと同形の案内孔４１とが連通状態になるため、カッターホルダー２１を案内孔４１へ移動可能になる。複数の油圧シリンダ３２の後端部に出力部材３３を連結し、カッターホルダー２１の後端部を第１連結部材３４により出力部材３３に連結してから、移動駆動機構３２Ａの複数の油圧シリンダ３２に油圧を供給して、複数の油圧シリンダ３２のピストン部材４５を進出させることで、出力部材３３と第１連結部材３４を介してカッターホルダー２１を保持孔２２ａから引き出して案内孔４１へ移動させ、開閉駆動手段５５でゲート機構２７のゲート部材５４を閉位置に切換えて案内孔４１からの泥水の侵入を防止してから、複数の油圧シリンダ３２でカッターホルダー２１を更に後方移動させてカッターホルダー２１を取り出すことができる。尚、新規のカッターホルダー２１は、上記の逆の手順で保持孔へ取り付けることができる。

しかも、保持部材２２の外側でカッタースポーク１１の前端部に油圧シリンダ３２の前端部を連結するため、保持部材２２と本体ケース３１の外側空間を有効利用して複数の油圧シリンダ３２を配設できる。そのため、カッターホルダー２１の後端部とカッタースポーク１１のうちの保持部材２２に対向する後側壁部との間に油圧シリンダ３２を取り付ける空間を取る必要がなくなり、ローラーカッター交換装置２５の設置スペースを省スペース化することができ、カッタースポーク１１の大型化を抑制しつつ、カッターホルダー２１の交換作業性が向上する。

第１抜止めボルト５８をカッターホルダー２１に形成した環状溝２１ｅに係合させてカッターホルダー２１の後方移動を禁止した状態で、保持部材２２の後端に着脱可能に固定された閉塞板２３を取り外すので、第１抜止めボルト５８を介してカッターホルダー２１に作用する土水圧荷重を確実に支持することができる。

カッターホルダー２１を後方へ所定ストローク移動させ本体ケース３１側に移動させてから、第２抜止めボルト５９の先端部を環状溝２１ｅに係合させることで、カッターホルダー２１の後方移動を禁止し、カッターホルダー２１に作用する土水圧荷重を支持した状態で、第1連結部材３４を第2連結部材３５に交換することができる。

次に、ローラーカッター交換方法の効果について説明する。
本体ケース連結工程とカッターホルダー連結工程により、前記保持部材２２の後端に本体ケース３１を固定して保持孔２２ａと案内孔４１とを連通状態にし、複数の油圧シリンダ３２の前端部をカッタースポーク１１の前端部に連結すると共に、保持孔２２ａに保持された使用済のカッターホルダー２１の後端部を第１連結部材３４を介して出力部材３３に連結し、複数の油圧シリンダ３２を作動させてカッターホルダー２１を後方へ牽引して保持孔２２ａから案内孔４１内へ引き出すことができる。

第１牽引工程により、複数の油圧シリンダ３２を作動させて使用済のカッターホルダー２１を案内孔４１に牽引でき、次に第２牽引工程により第１連結部材３４をこの第１連結部材３４よりも短い第２連結部材３５に交換し、複数の油圧シリンダ３２を作動させて使用済のカッターホルダー２１を案内孔４１の後方に牽引することができる。

また、カッターホルダー交換工程により、使用済のカッターホルダー２１と未使用のカッターホルダー２１を交換することができ、次に第１押出し工程により、複数の油圧シリンダ３２を作動させて未使用のカッターホルダー２１を案内孔４１に押し出すことができ、次に第２押出し工程により、第２連結部材３５を第１連結部材３４に交換し、複数の油圧シリンダ３２を作動させて未使用のカッターホルダー２１を保持孔２２ａに押し出すことができる。

しかも、前記のように、第１連結部材３４を介して油圧シリンダ３２でカッターホルダー２１を後方へ牽引し、その後、第１連結部材３４をこれよりも短い第２連結部材３５に交換してから油圧シリンダ３２でカッターホルダー２１を後方へ牽引し、複数回の牽引動作でカッターホルダーを後方へ牽引するため、油圧シリンダ３２のストロークが短くなり、油圧シリンダ３２の小型化と省スペース化を図ることができる。

次に、前記実施例を部分的に変更する例について説明する。
［１］前記実施例において、本体ケース３１は第１〜第３本体部材３６〜３８の３部材で構成したが、１つの一端部材で構成してもよい。
［２］油圧シリンダ３２の設置数、第１，第２牽引部材３４，３５の長さ、カッターホルダー２１を引き出すストローク等は、一例に過ぎず、適宜変更可能である。油圧シリンダ ３２はピストンロッド４５ａの先端部をカッタースポーク１１の前端部に連結するように前記実施例の油圧シリンダ３２とは前後を逆にして設置してもよい。尚、油圧シリンダ３２の代わりに、油圧シリンダ以外の流体圧シリンダを採用してもよい。

［３］その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能で、本発明はそのような変更形態を包含するものである。

１ シールド掘進機
２ カッターヘッド
１１ カッタースポーク
１３ ローラーカッター
２１ カッターホルダー
２１ｄ 引出し用ボルト孔
２１ｅ 環状溝
２２ 保持部材
２２ａ 保持孔
２２ｂ 第１ボルト孔
２３ 閉塞板
２５ ローラーカッター交換装置
２６ 引出し機構
２７ ゲート機構
２８ 案内支持部材
２９ ストッパー
３１ 本体ケース
３２Ａ 移動駆動機構
３２ 油圧シリンダ
３３ 出力部材
３４ 第１連結部材
３５ 第２連結部材
３８ｂ 第２ボルト孔
４１ 案内孔
５３ 案内ケース
５４ ゲート部材
５５ 開閉駆動手段
５８ 第１抜止めボルト
５９ 第２抜止めボルト

Claims (4)

1. カッターヘッドに装備されたカッタースポークと、前記カッタースポークに固定された保持部材と、前記保持部材の保持孔に着脱可能に装着されたカッターホルダーと、前記カッターホルダーに取り付けられたローラーカッターとを有するシールド掘進機における前記カッターホルダーをローラーカッターと共に交換するローラーカッター交換装置において、
   前記カッターホルダーを前記保持孔から後方へ引き出す引出し機構と、この引出し機構に着脱可能に装備されるゲート機構とを備え、
   前記引出し機構は、前記保持孔と同形の案内孔を有し且つ前記保持部材の後端部に同心状に着脱可能に固定される本体ケースと、この本体ケースの後端の下部に着脱可能に固定されてカッターホルダー及びローラーカッターを載置可能に後方へ所定長さ張出す上方開放状の案内支持部材と、前記保持部材の外側に前記案内孔の軸心と平行に配設され且つ前端部が前記カッタースポークの前端部に連結される複数の流体圧シリンダからなる移動駆動機構と、前記本体ケースの後端側において前記案内孔の軸心と直交状に配設されて前記複数の流体圧シリンダの後端部に架着された出力部材と、前記カッターホルダーの後端部と前記出力部材とを着脱可能に連結する第１連結部材とを備え、
   前記ゲート機構は、前記本体ケースに固定された案内ケースに装備されて前記案内孔を開閉可能なゲート部材と、このゲート部材を開位置と閉位置とに亙って開閉駆動可能な開閉駆動手段とを備えたことを特徴とするローラーカッター交換装置。
2. カッターヘッドに装備されたカッタースポークと、前記カッタースポークに固定された保持部材と、前記保持部材の保持孔に着脱可能に装着され且つローラーカッターが装着されたカッターホルダーとを備えたシールド掘進機の前記カッターホルダーをローラーカッターと共に交換するローラーカッター交換方法において、
   請求項1に記載のローラーカッター交換装置を予め設け、
   前記保持部材の後端に前記本体ケースを取り付けることで前記保持孔の後端と前記案内孔とを連通させる本体ケース連結工程と、
   前記複数の流体圧シリンダの前端部を前記カッタースポークの前端部に連結すると共に、前記保持孔に保持された使用済のカッターホルダーの後端部を第１連結部材を介して前記出力部材に連結すると共に、本体ケースの後端に案内支持部材を着脱可能に取付けるカッターホルダー連結工程とを備えたことを特徴とするローラーカッター交換方法。
3. 前記本体ケース連結工程とカッターホルダー連結工程の後で前記複数の流体圧シリンダを作動させて前記使用済のカッターホルダーを前記案内孔に牽引する第１牽引工程と、
   前記第１牽引工程の後で、前記第１連結部材をこの第１連結部材よりも短い第２連結部材に交換し、前記複数の流体圧シリンダを作動させて前記使用済のカッターホルダーを前記案内孔の後方の前記案内支持部材の上に牽引する第２牽引工程と、
   前記第２牽引工程の後で、前記使用済のカッターホルダーと未使用のカッターホルダーを交換するカッターホルダー交換工程と、
   前記カッターホルダー交換工程の後で、前記複数の流体圧シリンダを作動させて前記未使用のカッターホルダーを前記案内孔に押し出す第１押出し工程と、
   前記第１押出し工程の後で、前記第２連結部材を前記第１連結部材に交換し、前記複数の流体圧シリンダを作動させて前記未使用のカッターホルダーを前記保持孔に押し出す第２押出し工程とを備えたことを特徴とする請求項２に記載のローラーカッター交換方法。
4. 前記第２牽引工程は、前記第１連結部材を前記第２連結部材に交換する際に、使用済のカッターホルダーを前記本体ケースに固定する作業を含み、
   前記第２押出し工程は、前記第２連結部材を前記第１連結部材に交換する際に、
   未使用のカッターホルダーを前記本体ケースに固定する作業を含むことを特徴とする請求項３に記載のローラーカッター交換方法。