JP7094180B2 - トンネル掘削機 - Google Patents

Description

本発明は、巨礫や岩盤等を掘削可能なディスクカッタおよび当該ディスクカッタを機内で交換可能なカッタ交換装置を備えたトンネル掘削機に関する。

トンネル掘削機は、円筒形状の掘削機本体（スキンプレート）の前方部に円盤形状のカッタヘッドを備え、このカッタヘッドをカッタ駆動モータによって回転駆動することにより、前方の地山を掘削してトンネルを形成することができる。

そして、トンネル掘削機の掘進経路（掘削対象）に礫層や岩盤層が含まれる場合には、カッタヘッドにディスクカッタ（ローラカッタ）を設けることがあり、さらに、これら礫層や岩盤層を掘進する距離が長い場合には、当該ディスクカッタを交換する構成を設けることがある。

ここで、ディスクカッタを交換する構成としては、作業者がトンネル掘削機の機内においてディスクカッタの交換作業を安全に行うことができるように、種々のカッタ交換装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３－１２４４９８号公報 特開２０００－９６９８７号公報 特開２０１２－１３２２８２号公報

特許文献１に記載された技術は、ディスクカッタを回転可能に保持する筒状のサドルを設け、このサドルをカッタヘッドの前壁部に対して前後方向にスライド可能とすることにより、掘削時にはサドルを前進させることによってディスクカッタを前壁部から突出させ、交換時にはサドルを後退させることによってディスクカッタを機内で交換するものである。

そして、特許文献１においては、掘削時および交換時に地山側の空間と機内空間とを隔離するために、サドルの移動通路にナイトゲートバルブを設け、掘削時にはサドルをナイトゲートバルブよりも前方に位置させて当該ナイトゲートバルブを閉じると共に、交換時にはサドルをナイトゲートバルブよりも後方に位置させて当該ナイトゲートバルブを閉じ、サドルをスライドさせるときのみナイトゲートバルブを開くようにしている。

このような構成のトンネル掘削機においては、ディスクカッタの後方に掘削土砂の排出通路がなく、掘削土砂の流通性（チャンバへの取り込み性能）が悪いという問題がある。そこで、ディスクカッタの交換装置を備えたトンネル掘削機において、ディスクカッタの後方に掘削土砂の排出通路を確保することにより、掘削土砂の流通性をより向上させる技術が種々開発されている（例えば、特許文献２－３参照）。

もちろん、ディスクカッタの交換装置としては、交換作業の際における土砂の流入を確実に防止することが必要であり、この土砂流入防止機能（確実性）の向上、ディスクカッタの交換作業における安全性および信頼性の向上が求められている。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、ディスクカッタの交換装置を備えたトンネル掘削機において、ディスクカッタの後方に掘削土砂の排出通路を確保することにより、掘削土砂の流通性をより向上させると共に、土砂流入防止機能を向上させることを目的とする。

上記課題を解決する第一の発明に係るトンネル掘削機は、筒状のスキンプレートと、前記スキンプレートの前方部に回転可能に設けられるカッタヘッドと、前記カッタヘッドに設けられるディスクカッタと、前記ディスクカッタを機内で交換可能とするカッタ交換装置とを備えたトンネル掘削機であって、前記カッタ交換装置は、前記ディスクカッタを着脱可能に支持するカッタ支持ユニットと、前記カッタヘッドに固定されて前記カッタ支持ユニットを回転可能に支持する回転支持ユニットと、前記カッタ支持ユニットと前記回転支持ユニットとの間の隙間を封ずるシール部材とを有し、前記カッタ支持ユニットは、前記ディスクカッタを収容可能な貫通穴を有し、前記ディスクカッタが前方の地山を掘削可能な掘削位置と機内で交換可能な交換位置とに位置するように、前記回転支持ユニットに対して回転動作し、前記貫通穴は、前記ディスクカッタが前記掘削位置に位置しているときに、前記カッタヘッドの前方側に位置する前方空間と前記カッタヘッドの後方側に位置する後方空間とを連通し、前記シール部材は、前記ディスクカッタが前記掘削位置に位置しているときにおける前記貫通穴の周縁部に配置される第一のシール部材と、前記ディスクカッタが前記交換位置に位置しているときにおける前記貫通穴の周縁部に配置される第二のシール部材とを有し、前記トンネル掘削機は、前記第一のシール部材または前記第二のシール部材の少なくとも一方を前記カッタ支持ユニットの外周面に対して接近離反可能なシール可動機構を備えることを特徴とする。

上記課題を解決する第二の発明に係るトンネル掘削機は、第一の発明に係るトンネル掘削機において、前記第二のシール部材によって前記前方空間および前記後方空間と隔離されて前記交換位置における前記ディスクカッタが臨む交換作業空間を、前記カッタヘッド内の機内空間と隔離する隔離部材を備えたことを特徴とする。ここで、交換作業空間とは、ディスクカッタを交換するための空間のことである。

上記課題を解決する第三の発明に係るトンネル掘削機は、第二の発明に係るトンネル掘削機において、前記隔離部材は、前記ディスクカッタが前記交換位置に位置しているときにおける前記貫通穴に対応して一端が前記貫通穴の周縁と接する筒状部材と、前記筒状部材における他端を閉塞可能な蓋部材とを有するものであることを特徴とする。
上記課題を解決する第四の発明に係るトンネル掘削機は、第二の発明に係るトンネル掘削機において、前記隔離部材は、前記ディスクカッタが前記交換位置に位置しているときにおける前記貫通穴の片側一方に対応して一端が前記貫通穴の片側一方の周縁と接する筒状部材と、前記筒状部材における他端を閉塞可能な蓋部材と、前記ディスクカッタが前記交換位置に位置しているときにおける前記貫通穴の片側他方に対応して一端が前記貫通穴の片側他方の周縁と接する有底の筒状部材とを有するものであることを特徴とする。

上記課題を解決する第六の発明に係るトンネル掘削機は、第五の発明に係るトンネル掘削機において、前記シール可動機構は、前記第二のシール部材を前記カッタ支持ユニットの外周面に対して接近離反させるものであり、前記ディスクカッタが前記交換位置に位置しているときにおける前記貫通穴に対応して一端が前記貫通穴の周縁と接する筒状部材と、前記筒状部材における一端の周縁部が前記カッタ支持ユニットの外周面に対して接近離反するように前記筒状部材を移動する動作部と、前記筒状部材と係合して当該筒状部材の移動を案内する案内部とを有し、前記第二のシール部材は、前記筒状部材における一端の周縁部に設けられることを特徴とする。

上記課題を解決する第七の発明に係るトンネル掘削機は、第一から第六のいずれか一つの発明に係るトンネル掘削機において、前記カッタ支持ユニットに設けられ、前記ディスクカッタを当該カッタ支持ユニットに対して移動可能なカッタ可動機構を備え、前記カッタ可動機構は、前記回転支持ユニットに対する前記カッタ支持ユニットの回転軌跡の範囲内に前記ディスクカッタの全部が収容される収容位置と、前記回転支持ユニットに対する前記カッタ支持ユニットの回転軌跡の範囲から前記ディスクカッタの少なくとも一部が突出する突出位置との間で、前記ディスクカッタを移動することを特徴とする。

第一の発明に係るトンネル掘削機によれば、ディスクカッタの交換装置を備えたトンネル掘削機において、ディスクカッタの後方に掘削土砂の排出通路を確保することにより、掘削土砂の流通性をより向上させることができる。また、シール部材が第一のシール部材と第二のシール部材とを有することにより、カッタ支持ユニットと回転支持ユニットとの間の隙間を二重のシール機構で封ずることができるので、機内（カッタヘッド内）への掘削土砂等の流入を確実に防止することができる。

第二の発明に係るトンネル掘削機によれば、隔離部材によって安全性を向上させることができる。

第三、四の発明に係るトンネル掘削機によれば、第一のシール部材と第二のシール部材と蓋部材（又は有底の筒状部材）との三重のシール機構で機内（カッタヘッド内）への掘削土砂等の流入をより確実に防止することができる。また、回転支持ユニットに対するカッタ支持ユニットの回転動作中においても、隔離部材によって機内（カッタヘッド内）への掘削土砂等の流入を防止することができるので、第一のシール部材および第二のシール部材の構成や配置等の自由度を向上させることができる。

第五の発明に係るトンネル掘削機によれば、回転支持ユニットに対するカッタ支持ユニットの回転動作によるシール部材の摩耗等を抑制することができる。

第六の発明に係るトンネル掘削機によれば、シール可動機構を簡易な構成で設けることができる。

第七の発明に係るトンネル掘削機によれば、カッタ支持ユニットを小型化することができると共に、トンネル掘削機におけるカッタ交換装置の配置の自由度を向上させることができる。

実施例１に係るトンネル掘削機の構造を示す説明図（概略縦断面図）である。 実施例１に係るトンネル掘削機の構造を示す説明図（図１におけるII矢視図）である。 実施例１に係るトンネル掘削機におけるカッタ交換装置の構造を示す説明図（図２におけるIII－III矢視断面図）である。 実施例１に係るトンネル掘削機におけるカッタ交換装置の構造を示す説明図（図２におけるIV－IV矢視断面図）である。 実施例１に係るトンネル掘削機におけるカッタ交換装置の構造を示す説明図（図４ＡにおけるＢ－Ｂ矢視断面図）である。 実施例１に係るトンネル掘削機におけるカッタ交換装置の構造を示す説明図（図２におけるIV－IV矢視断面図に相当）である。 実施例１に係るトンネル掘削機におけるカッタ交換装置の構造を示す説明図（図２におけるIV－IV矢視断面図に相当）である。 実施例１に係るトンネル掘削機におけるカッタ交換装置の構造を示す説明図（図６ＡにおけるＢ－Ｂ矢視断面図）である。 実施例２に係るトンネル掘削機におけるカッタ交換装置の構造を示す説明図（図２におけるIV－IV矢視断面図に相当）である。 実施例２に係るトンネル掘削機におけるカッタ交換装置の構造を示す説明図（図２におけるIV－IV矢視断面図に相当）である。 実施例１－２に係るトンネル掘削機におけるカッタ交換装置の構造を変更した変更例を示す説明図（図２におけるIII－III矢視断面図に相当）である。 実施例１－２に係るトンネル掘削機におけるカッタ交換装置の構造を変更した変更例を示す説明図（図２におけるIII－III矢視断面図に相当）である。

以下に、本発明に係るトンネル掘削機の実施例について、添付図面を参照して詳細に説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることは言うまでもない。
［実施例１］

本発明の実施例１に係るトンネル掘削機の構造について、図１から図６Ｂを参照して説明する。

図１および図２に示すように、トンネル掘削機１には、円筒形状を成すスキンプレート（掘削機本体）１１が設けられており、このスキンプレート１１の前方部（図１においては、左方側）には、円盤形状のカッタヘッド１２が回転自在に支持されると共に、このカッタヘッド１２の後方に位置してバルクヘッド１３が取り付けられている。

ここで、カッタヘッド１２は、中間ビーム２１およびリングギヤ２２を介して、カッタ駆動モータ２３と連結されており、このカッタ駆動モータ２３の駆動によって、リングギヤ２２および中間ビーム２１と共に回転駆動されるようになっている。なお、これらカッタヘッド１２、中間ビーム２１、リングギヤ２２およびカッタ駆動モータ２３は、バルクヘッド１３を介して、スキンプレート１１に支持されている。

よって、トンネル掘削機１は、カッタヘッド１２を回転駆動することによって前方の地山を掘削し、その掘削土砂をカッタヘッド１２に設けられた図示しない土砂取り込み口から当該カッタヘッド１２とバルクヘッド１３との間に画成される後方空間（チャンバ）Ｓ₁₃内へ取り込むようになっている。

また、トンネル掘削機１には、掘削土砂を搬送可能なスクリューコンベア１４が設けられている。スクリューコンベア１４は、前端部がバルクヘッド１３を貫通してチャンバＳ₁₃内に臨むと共に、後端部が図示しないベルトコンベア上に位置するように配設されている。よって、チャンバＳ₁₃内に取り込まれた掘削土砂は、スクリューコンベア１４および図示しないベルトコンベア等を介して外部へ排出されるようになっている。

上述したように概略構成されるトンネル掘削機１においては、巨礫や岩盤等を掘削するためのディスクカッタ３１と、このディスクカッタ３１をトンネル掘削機１の機内空間（カッタヘッド１２の内部空間）Ｓ₁₂で交換するためのカッタ交換装置３２とが設けられている。

図３および図４Ａに示すように、カッタ交換装置３２には、ディスクカッタ３１を着脱可能に支持するカッタ支持ユニット４１と、このカッタ支持ユニット４１を回転可能に支持する回転支持ユニット４２と、カッタ支持ユニット４１を回転支持ユニット４２に対して回転動作する回転機構４３とが設けられている。

そして、ディスクカッタ３１は、カッタ支持ユニット４１が回転機構４３によって回転支持ユニット４２に対して回転動作されることにより、前方空間Ｓ₁₀₀に臨んで前方の地山を掘削可能な「掘削位置」（図４Ａ参照）と、機内空間Ｓ₁₂に臨んで当該ディスクカッタ３１を交換可能な「交換位置」（図６Ａ参照）とに位置（移動）されるようになっている。

以下の説明においては、ディスクカッタ３１が掘削位置に位置するように、回転支持ユニット４２に対してカッタ支持ユニット４１が回転した状態を、カッタ支持ユニット４１の「掘削位置状態」（図４Ａ参照）と称し、ディスクカッタ３１が交換位置に位置するように、回転支持ユニット４２に対してカッタ支持ユニット４１が回転した状態を、カッタ支持ユニット４１の「交換位置状態」（図６Ａ参照）と称する。

なお、カッタ交換装置３２には、回転支持ユニット４２に対するカッタ支持ユニット４１の回転動作を停止可能な図示しないロック機構を備えられている。よって、カッタ支持ユニット４１が図示しないロック機構によって掘削位置状態または交換位置状態に維持されることにより、ディスクカッタ３１は掘削位置または交換位置に位置決め（固定）され（図４Ａおよび図６Ａ参照）、このロック機構が解除されることにより、カッタ支持ユニット４１は回転支持ユニット４２に対して回転可能となり、ディスクカッタ３１は掘削位置と交換位置との間を移動可能となる（図５参照）。

また、本実施例においては、カッタ支持ユニット４１を回転支持ユニット４２に対して略９０°回転動作することにより、掘削位置状態と交換位置状態との移行を行うようにしている。もちろん、本発明に係るトンネル掘削機は、本実施例に限定されず、カッタ支持ユニットを回転支持ユニットに対して９０°以外の所定回転角だけ回転動作することにより、掘削位置状態と交換位置状態との移行を行うようにしても良い。

図３および図４Ａに示すように、カッタ支持ユニット４１は、ディスクカッタ３１を収容可能な貫通穴５１ａを有する略球状の支持本体部５１と、ディスクカッタ３１を貫通穴５１ａに形成された支持溝（装着座面）５１ｂに固定する押さえ部材５２とから概略構成されており、支持本体部５１の一部が前方空間Ｓ₁₀₀に臨むように回転支持ユニット４２に収容されて成る。

図４Ａおよび図４Ｂに示すように、貫通穴５１ａは、カッタ支持ユニット４１が掘削位置状態にある（ディスクカッタ３１が掘削位置に位置している）ときに、前方空間Ｓ₁₀₀に臨んで開口すると共にトンネル後方に向けて貫通する（前方空間Ｓ₁₀₀とチャンバＳ₁₃とを連通する）ように形成され、ディスクカッタ３１の円盤状のカッタ本体部３１ａよりも大きく形成されている。

支持溝５１ｂは、貫通穴５１ａにおける一端側（図４Ａにおいては、上方側）に寄せて配置され、ディスクカッタ３１の軸方向両側に突出するカッタ軸部３１ｂを設置可能なように形成されている。押さえ部材５２は、図示しないボルト等によって支持本体部５１に着脱可能に固定されることにより、支持溝５１ｂに設置されたカッタ軸部３１ｂ（ディスクカッタ３１）を当該支持溝５１ｂ（支持本体部５１）に装着するものである。

よって、ディスクカッタ３１は、押さえ部材５２によって支持溝５１ｂに固定されるカッタ軸部３１ｂに対して、図示しないベアリング等を介して、カッタ本体部３１ａがその中心を通る回転軸Ｃ₃₁周りに貫通穴５１ａの内面と干渉することなく回転されるようになっている。

図３および図４Ａに示すように、カッタ支持ユニット４１に装着されたディスクカッタ３１は、その一部が当該カッタ支持ユニット４１（支持本体部５１）およびカッタヘッド１２のヘッド前壁部１２ａよりも前方空間Ｓ₁₀₀側に突出し、前方の地山を掘削することができると共に、その外周面が後述するカッタ支持ユニット４１の回転動作時に周辺部材（回転支持ユニット４２等）と干渉しないようにカッタ支持ユニット４１（支持本体部５１）の外周面（回転動作時の周面であって、図４Ａにおける二点鎖線参照）よりも内周側に位置するようになっている。

図３および図４Ａに示すように、回転支持ユニット４２は、ヘッド前壁部１２ａの一部を構成する平板状（略円板状）の前壁６１と、この前壁６１からトンネル後方に突出してカッタ支持ユニット４１（支持本体部５１）の外周を覆う筒状（略円筒状）の側壁６２と、この側壁６２のトンネル後方側の端部に接続される平板状（略円板状）の後壁６３とから概略構成されている。

前壁６１および後壁６３には、それぞれ略円形の前壁開口部６１ａおよび略円形の後壁開口部６３ａが設けられており、前壁６１および後壁６３は、前壁開口部６１ａおよび後壁開口部６３ａの周縁部において、回転支持ユニット４２内に収容されたカッタ支持ユニット４１（支持本体部５１）と対接（摺接）するようになっている。

図３および図４Ｂに示すように、側壁６２には、カッタ支持ユニット４１の回転軸部５３，５４が嵌装される軸受部６４，６５が設けられており、カッタ支持ユニット４１は、軸受部６４，６５の中心を通る回転軸Ｃ₄₁周りに回転可能に支持されている。なお、カッタ支持ユニット４１における一方の回転軸部５３は、回転支持ユニット４２における一方の軸受部６４を貫通して機内空間Ｓ₁₂に突出しており、後述する回転機構４３と接続されている。ここで、回転軸部５３は軸受部６４を貫通して機内空間Ｓ₁₂に突出するが、軸受部６４に図示しないシール部材を設けることで、機内空間Ｓ₁₂とカッタ支持ユニット４１の間の止水を維持するようになっている。

また、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、側壁６２には、その外周面に沿って軸受部６４，６５の略中央に配置され、交換位置状態のカッタ支持ユニット４１における貫通穴５１ａに対応する筒状部材（隔離部材）６６，６７が設けられている。筒状部材６６，６７は、ディスクカッタ３１を交換するための交換作業空間Ｓ₃₁を形成するものであり、その一端の周縁部において、カッタ支持ユニット４１（支持本体部５１）と対接（摺接）するようになっている。ここで、交換作業空間Ｓ₃₁は、筒状部材６６，６７内の空間であって、カッタ支持ユニット４１が交換位置状態にある（ディスクカッタ３１が交換位置に位置している）ときに、貫通穴５１ａ内の空間（穴内空間）Ｓ₄₁と連通する空間である（図６Ａおよび図６Ｂ参照）。

交換作業空間Ｓ₃₁と穴内空間Ｓ₄₁との連通状態は、回転支持ユニット４２に対するカッタ支持ユニット４１の回転動作によって切り替えられ、交換作業空間Ｓ₃₁は、カッタ支持ユニット４１が掘削位置状態にあるときに穴内空間Ｓ₄₁と隔離され（図４Ａおよび図４Ｂ参照）、カッタ支持ユニット４１が交換位置状態にあるときに穴内空間Ｓ₄₁と連通される（図６Ａおよび図６Ｂ参照）。

また、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、筒状部材６６，６７には、交換作業空間Ｓ₃₁と機内空間Ｓ₁₂とを隔離可能（筒状部材６６，６７における他端を閉塞可能）な蓋部材（隔離部材）６８，６９が設けられている。交換作業空間Ｓ₃₁と機内空間Ｓ₁₂との連通状態は、蓋部材６８，６９の開閉動作によって切り替えられ、交換作業空間Ｓ₃₁は、カッタ支持ユニット４１の交換位置状態において、蓋部材６８，６９が閉扉されているときに機内空間Ｓ₁₂と隔離され（図６Ａおよび図６Ｂ参照）、蓋部材６８，６９が開扉されているときに機内空間Ｓ₁₂と連通される（図示省略）。なお、筒状部材６６，６７と蓋部材６８，６９との間に図示しないシール部材を介装することにより、密閉性を確保するようにしても良い。

よって、交換位置に位置するディスクカッタ３１（穴内空間Ｓ₄₁）は、蓋部材６８，６９が開扉されているときに、交換作業空間Ｓ₃₁を介して、機内空間Ｓ₁₂に臨むようになっている。つまり、機内空間Ｓ₁₂内の作業者は、カッタ支持ユニット４１が交換位置状態にある（ディスクカッタ３１が交換位置に位置している）ときに、蓋部材６８，６９を開扉することにより、交換作業空間Ｓ₃₁を介して、カッタ支持ユニット４１に支持されたディスクカッタ３１にアクセスする（穴内空間Ｓ₄₁に臨む）ことができる。

図３および図４Ａに示すように、カッタ交換装置３２には、カッタ支持ユニット４１（支持本体部５１）と前壁６１（前壁開口部６１ａの周縁部）および後壁６３（後壁開口部６３ａの周縁部）との間の隙間を封ずる第一のシール部材７１，７２が設けられている。第一のシール部材７１，７２は、前壁６１および後壁６３に設けられてカッタ支持ユニット４１（支持本体部５１）の外周面と対接（摺接）するものであり、掘削位置状態のカッタ支持ユニット４１における貫通穴５１ａの周縁部に配置されるように、前壁開口部６１ａの周縁部および後壁開口部６３ａの周縁部に沿って略円環状に形成されて成る。

よって、第一のシール部材７１，７２によれば、カッタ支持ユニット４１が掘削位置状態にある（ディスクカッタ３１が掘削位置に位置している）ときに、前壁開口部６１ａの周縁部および後壁開口部６３ａの周縁部（すなわち、貫通穴５１ａの周縁部）における止水を行い、前方空間Ｓ₁₀₀およびチャンバＳ₁₃からの機内空間Ｓ₁₂への掘削土砂の流入を防ぐことができる。

また、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、カッタ交換装置３２には、カッタ支持ユニット４１（支持本体部５１）と筒状部材６６，６７における一端の周縁部との間の隙間を封ずる第二のシール部材７３，７４が設けられている。第二のシール部材７３，７４は、筒状部材６６，６７に設けられてカッタ支持ユニット４１（支持本体部５１）の外周面と対接（摺接）するものであり、交換位置状態のカッタ支持ユニット４１における貫通穴５１ａの周縁部に配置されるように、筒状部材６６，６７における一端の周縁部に沿って略円環状に形成されて成る。

よって、第二のシール部材７３，７４によれば、カッタ支持ユニット４１が交換位置状態にある（ディスクカッタ３１が交換位置に位置している）ときに、筒状部材６６，６７における一端の周縁部（すなわち、貫通穴５１ａの周縁部）における止水を行い、前方空間Ｓ₁₀₀およびチャンバＳ₁₃からの機内空間Ｓ₁₂への掘削土砂の流入を防ぐ（止水する）ことができる。

このように、第一のシール部材７１，７２と第二のシール部材７３，７４とを設けてシール機能を分担させ、カッタ支持ユニット４１が掘削位置状態にあるときのシール機能を第一のシール部材７１，７２によって負担し、カッタ支持ユニット４１が交換位置状態にあるときのシール機能を第二のシール部材７３，７４によって負担することにより、一つのシール部材だけで掘削位置状態および交換位置状態の両方におけるシール機能を負担する場合（従来技術）と比較して、第一のシール部材７１，７２および第二のシール部材７３，７４に掛かる負担を軽減し、シール部材としての信頼性を向上させることができる。

また、第一のシール部材７１，７２と第二のシール部材７３，７４とを設けてシール機能を分担させ、掘削位置状態におけるカッタ支持ユニット４１と回転支持ユニット４２との相対位置関係を考慮して第一のシール部材７１，７２を配置し、交換位置状態におけるカッタ支持ユニット４１と回転支持ユニット４２との相対位置関係を考慮して第二のシール部材７３，７４を配置することにより、掘削位置状態および交換位置状態の両方を考慮して一つのシール部材を配置する場合（従来技術）と比較して、設計の自由度を向上させることができる。

もちろん、第一のシール部材７１，７２を、カッタ支持ユニット４１が交換位置状態にあるときにも、カッタ支持ユニット４１（支持本体部５１）の外周面と対接（摺接）し、前方空間Ｓ₁₀₀およびチャンバＳ₁₃からの機内空間Ｓ₁₂への掘削土砂の流入を防ぐ（止水する）ことができるものとしても良く（図６Ａ参照）、また、第二のシール部材７３，７４を、カッタ支持ユニット４１が掘削位置状態にあるときにも、カッタ支持ユニット４１（支持本体部５１）の外周面と対接（摺接）し、前方空間Ｓ₁₀₀およびチャンバＳ₁₃からの機内空間Ｓ₁₂への掘削土砂の流入を防ぐ（止水する）ことができるものとしても良い（図４Ａおよび図４Ｂ参照）。

このように第一のシール部材７１，７２および第二のシール部材７３，７４のシール機能を拡張した場合であっても、一つのシール部材だけで掘削位置状態および交換位置状態の両方におけるシール機能を負担する場合（従来技術）と比較して、第一のシール部材７１，７２および第二のシール部材７３，７４に掛かる負担を軽減し、シール部材としての信頼性を向上させることができる。

また、上述したように第一のシール部材７１，７２および第二のシール部材７３，７４のシール機能を拡張した場合には、カッタ支持ユニット４１が交換位置状態にあってディスクカッタ３１を交換している（蓋部材６８，６９を開扉している）ときに、第一のシール部材７１，７２と第二のシール部材７３，７４との二重のシール機構によって、シール機能を確保することができ（図６Ａ参照）、また、カッタ支持ユニット４１が掘削位置状態にあってトンネル掘削機１が掘進しているときに、第一のシール部材７１，７２と第二のシール部材７３，７４と蓋部材６８，６９との三重のシール機構によって、シール機能を確保することができる（図４Ａ参照）。

また、カッタ支持ユニット４１が回転支持ユニット４２に対して回転動作している（ディスクカッタ３１が掘削位置と交換位置との間に位置し、両位置間を移動している）ときには、蓋部材６８，６９によって前方空間Ｓ₁₀₀およびチャンバＳ₁₃からの機内空間Ｓ₁₂への掘削土砂の流入を確実に防ぐ（止水する）ことができる（図５参照）。もちろん、この間において、第一のシール部材７１，７２または第二のシール部材７３，７４の少なくとも一方によって前方空間Ｓ₁₀₀およびチャンバＳ₁₃からの機内空間Ｓ₁₂への掘削土砂の流入を防ぐ（止水する）ことができるように配置や構成等を変更しても良い。なお、この場合には、蓋部材６８，６９の構成を省略することも可能である。

また、図３および図４Ａに示すように、カッタ交換装置３２には、後壁６３からトンネル後方に突出する延設管４４が設けられている。延設管４４は、その一端（トンネル前方側の端部であって、図３および図４Ａにおいては上方側端部）が、後壁６３の後壁開口部６３ａを覆うように、その周縁部近傍に接続されており、その他端（トンネル後方側の端部であって、図３および図４Ａにおいては下方側端部）が、ヘッド後壁部１２ｂに形成されたヘッド開口部１２ｃを覆うように、その周縁部近傍に接続されている。

よって、ディスクカッタ３１が掘削位置に位置してトンネル掘削機１が掘進しているときには、前方空間Ｓ₁₀₀とチャンバＳ₁₃とが穴内空間Ｓ₄₁と延設管４４内の空間（管内空間）Ｓ₄₄とを介して連通しており、カッタヘッド１２（ディスクカッタ３１）によって掘削した掘削土砂は、ディスクカッタ３１の後方に滞留することなく、これら穴内空間Ｓ₄₁と管内空間Ｓ₄₄とを通ってチャンバＳ₁₃に取り込まれるようになっている。つまり、穴内空間Ｓ₄₁および管内空間Ｓ₄₄は、掘削土砂が流通される土砂を取り込む流路（土砂取り込み流路）として機能するようになっている。

図３に示すように、回転機構４３は、カッタ支持ユニット４１の一方の回転軸部５３に嵌着（固定）される回転レバー８１と、この回転レバー８１に接続されるアクチュエータ８２とから概略構成されており、このアクチュエータ８２を動作することにより、回転レバー８１を介して、カッタ支持ユニット４１が回転軸Ｃ₄₁周りに回転されるようになっている。

アクチュエータ８２は、回転レバー８１を介してカッタ支持ユニット４１を回転支持ユニット４２（カッタヘッド１２）に対して回転動作することができるものであれば良く、例えば、回転レバー８１と機械的に接続される油圧シリンダ、または、回転レバー８１とギヤ機構を介して接続されるモータ等を採用することができる。

なお、図１に示すように、トンネル掘削機１の径方向中央に配置されるカッタ交換装置３２には、図示しないロータリージョイント等を考慮して、延設管４４のトンネル後方に位置してヘッド開口部１２ｃからトンネル後方に向けて径方向外側に傾斜した第二の延設管４５が設けられている。

よって、トンネル掘削機１の径方向中央に配置されるカッタ交換装置３２において、カッタ支持ユニット４１が掘削位置状態にある（ディスクカッタ３１が掘削位置に位置している）ときには、前方空間Ｓ₁₀₀とチャンバＳ₁₃とは、穴内空間Ｓ₄₁と管内空間Ｓ₄₄と第二の延設管４５内の空間（第二の管内空間）Ｓ₄₅とを介して連通しており、複数のディスクカッタ３１によって掘削した掘削土砂は、穴内空間Ｓ₄₁と管内空間Ｓ₄₄と第二の管内空間Ｓ₄₅とを通ってチャンバＳ₁₃に取り込まれるようになっている。

ここで、トンネル掘削機１の径方向中央に配置されるカッタ交換装置３２は、複数のディスクカッタ３１を同時に（一括で）保持するように当該ディスクカッタ３１の連設方向（径方向であって、図１においては上下方向）に長い形状で形成されている（一つのディスクカッタ３１を保持するものであっても良い）。

もちろん、トンネル掘削機１の径方向中央以外に配置されるカッタ交換装置３２であっても、複数のディスクカッタ３１を同時に（一括で）保持するように当該ディスクカッタ３１の連設方向に長い形状で形成しても良い。図２においては、トンネル掘削機１の径方向中央に配置されるカッタ交換装置３２の他に、四つのカッタ交換装置３２において、二つのディスクカッタ３１を同時に（一括で）保持する構成としている。

本発明の実施例１に係るトンネル掘削機の動作について、図１から図６Ｂを参照して説明する。

トンネル掘削機１は、カッタ駆動モータ２３を作動し、リングギヤ２２および中間ビーム２１を介してカッタヘッド１２を回転駆動することにより、前方の地山を掘削する（図１および図２参照）。そして、カッタヘッド１２によって掘削した掘削土砂を、穴内空間Ｓ₄₁と管内空間Ｓ₄₄（および第二の管内空間Ｓ₄₅）ならびに図示しない土砂取り込み口を介してチャンバＳ₁₃内に取り込むと共に、スクリューコンベア１４によって後方に搬送した後、図示しないベルトコンベア等によって外部へ排出する。

ここで、掘進時（掘削時）において、ディスクカッタ３１は、掘削位置に位置し、カッタ支持ユニット４１は、貫通穴５１ａが前壁開口部６１ａと後壁開口部６３ａとを接続する（前方空間Ｓ₁₀₀が穴内空間Ｓ₄₁を介して管内空間Ｓ₄₄およびチャンバＳ₁₃と連通する）ように配置された掘削位置状態にある（図３、図４Ａおよび図４Ｂ参照）。よって、ディスクカッタ３１による巨礫や岩盤の掘削がなされると共に、ディスクカッタ３１によって掘削した掘削土砂が当該ディスクカッタ３１の後方に形成された土砂取り込み流路である穴内空間Ｓ₄₁および管内空間Ｓ₄₄を介して直接的にチャンバＳ₁₃へ取り込まれる。

つまり、ディスクカッタ３１の後方に掘削土砂が滞留することはなく、当該ディスクカッタ３１周りの掘削土砂の流通性が向上される。よって、ディスクカッタ３１の目詰まり等による影響を受けず、掘削時の抵抗を低減することができるので、トンネル掘削機１による掘進作業（掘削作業）を良好に行うことができる。なお、カッタ支持ユニット４１は、図示しないロック機構によって位置決め（固定）されているため、掘進時（掘削時）において、回転支持ユニット４２（カッタヘッド１２）に対して回転されることはない。

そして、トンネル掘削機１による掘削作業（掘進作業）が続けられ、ディスクカッタ３１が摩耗した際には、カッタ駆動モータ２３の作動（カッタヘッド１２の回転駆動）を停止し、以下の手順でディスクカッタ３１の交換を行う。

まず、カッタ支持ユニット４１の図示しないロック機構を解除し、アクチュエータ８２の作動によって回転レバー８１を介してカッタ支持ユニット４１を回転支持ユニット４２（カッタヘッド１２）に対して回転させる（図５参照）。

そして、カッタ支持ユニット４１を回転支持ユニット４２（カッタヘッド１２）に対して所定角度（本実施例においては、略９０°）回転させ、ディスクカッタ３１を交換位置に位置させた後、カッタ支持ユニット４１を図示しないロック機構によって固定（位置決め）する（図６Ａおよび図６Ｂ参照）。

続いて、一方の蓋部材６８を開扉し、押さえ部材５２を取り外して支持溝５１ｂから使用済のディスクカッタ３１を取り外した後、新たなディスクカッタ３１を支持溝５１ｂに嵌め込んで押さえ部材５２を取り付ける。

このとき、他方の蓋部材６９を開扉し、ディスクカッタ３１の取り外しおよび取り付けの作業（補助作業）ならびに他の作業等を行うことも可能である。なお、カッタ支持ユニット４１は、図示しないロック機構によって位置決め（固定）されているため、カッタ交換時において、回転支持ユニット４２（カッタヘッド１２）に対して回転されることはない。

次に、上述した手順と逆の手順により、新たなディスクカッタ３１を掘削位置に位置させる。

つまり、蓋部材６８を閉扉した後、カッタ支持ユニット４１の図示しないロック機構を解除し、アクチュエータ８２の作動によって回転レバー８１を介してカッタ支持ユニット４１を回転支持ユニット４２（カッタヘッド１２）に対して所定角度（本実施例においては、略９０°）回転させ、ディスクカッタ３１を掘削位置に位置させた後、カッタ支持ユニット４１を図示しないロック機構によって固定（位置決め）する（図４Ａから図６Ｂ参照）。なお、他方の蓋部材６９を開扉していた場合には、蓋部材６８と共に蓋部材６９も閉扉して上述の手順を行う。

以上の手順により、ディスクカッタ３１の交換作業が完了し、トンネル掘削機１による掘削作業（掘進作業）を再開する。

上述したカッタ支持ユニット４１の回転動作、すなわち、ディスクカッタ３１の掘削位置と交換位置との両位置間の移動の際には、蓋部材６８，６９によって、前方空間Ｓ₁₀₀およびチャンバＳ₁₃と機内空間Ｓ₁₂との連通状態が遮断されており、上述したカッタ支持ユニット４１の回転動作、すなわち、ディスクカッタ３１の掘削位置と交換位置との両位置間の移動を安全に行うことができる。もちろん、第一のシール部材７１，７２または第二のシール部材７３，７４の少なくとも一方を適切に配置することにより、第一のシール部材７１，７２または第二のシール部材７３，７４の少なくとも一方によってカッタ支持ユニット４１の回転動作の際におけるシール機能を確保するようにしても良い。

また、上述した蓋部材６８，６９の開閉動作の際、および、ディスクカッタ３１の交換作業の間には、第二のシール部材７３，７４（または、第一のシール部材７１，７２および第二のシール部材７３，７４）によって、前方空間Ｓ₁₀₀およびチャンバＳ₁₃と機内空間Ｓ₁₂との連通状態が遮断されており、上述した蓋部材６８，６９の開閉動作、および、ディスクカッタ３１の交換作業を安全に行うことができる。

本実施例に係るトンネル掘削機によれば、カッタ交換装置３２によってディスクカッタ３１を機内空間Ｓ₁₂において安全に交換することができると共に、前方空間Ｓ₁₀₀とチャンバＳ₁₃とを連通する土砂取り込み流路によってディスクカッタ３１の後方における掘削土砂の流通性（チャンバＳ₁₃への取り込み性能）をより向上させることができる。

そして、カッタ支持ユニット４１の回転動作により、掘削時における前方空間Ｓ₁₀₀とチャンバＳ₁₃との連通状態（土砂取り込み機能）と、カッタ交換時における前方空間Ｓ₁₀₀およびチャンバＳ₁₃と穴内空間Ｓ₄₁の遮断状態かつ交換作業空間Ｓ₃₁と穴内空間Ｓ₄₁との連通状態とを切り替えることができるので、従来のナイフゲートバルブ等の部品を削減すると共に、カッタ交換装置３２を簡易な構成とすることができる。

さらに、第一のシール部材７１，７２と第二のシール部材７３，７４とを設けてシール機能を分担させることにより、掘削時およびカッタ交換時における前方空間Ｓ₁₀₀およびチャンバＳ₁₃と機内空間Ｓ₁₂との連通をそれぞれ確実に遮断すると共に、第一のシール部材７１，７２および第二のシール部材７３，７４に掛かる負担を軽減してシール部材としての信頼性を向上させることができる。

ここで、第一のシール部材７１，７２を前壁６１および後壁６３に対して着脱可能とし、第二のシール部材７３，７４を筒状部材６６，６７に対して着脱可能とすることにより、第一のシール部材７１，７２および第二のシール部材７３，７４を交換可能としてシール部材としての信頼性をより向上させることができる。なお、第二のシール部材７３，７４は、第一のシール部材７１，７２によって掘削時（カッタ支持ユニット４１が掘削位置状態にあるとき）のシール機能が確保されているので、掘削時であっても蓋部材６８，６９を開扉することによって交換可能である。

［実施例２］
本発明の実施例２に係るトンネル掘削機の構造について、図７および図８を参照して説明する。

本実施例に係るトンネル掘削機は、カッタ交換装置においてシール可動機構を追設したことを除いて、本発明の実施例１に係るトンネル掘削機と同様な構成を有するものである。よって、本実施例に係るトンネル掘削機における実施例１と同様な構成についての重複説明は適宜省略する。

図７に示すように、カッタ交換装置１３２は、カッタ支持ユニット１４１を図示しない回転機構（実施例１における回転機構４３に相当）によって回転支持ユニット１４２に対して回転動作することにより、当該カッタ支持ユニット１４１を掘削位置状態および交換位置状態へ移行してディスクカッタ１３１を掘削位置および交換位置に位置（移動）すると共に、貫通穴１５１ａ（穴内空間Ｓ₁₄₁）を介した前方空間Ｓ₁₀₀とチャンバＳ₁₁₃との連通状態、ならびに、前方空間Ｓ₁₀₀およびチャンバＳ₁₁₃と穴内空間Ｓ₁₄₁の遮断状態かつ交換作業空間Ｓ₁₃₁と穴内空間Ｓ₁₄₁との連通状態を切り替えることができるものである。

回転支持ユニット１４２には、カッタ支持ユニット１４１を回転可能に支持するように、前壁１６１と側壁１６２と後壁１６３とが設けられており、側壁１６２には、交換位置状態のカッタ支持ユニット１４１における貫通穴１５１ａに対応する筒状部材１６６，１６７が設けられている。

筒状部材１６６，１６７は、一端の周縁部がカッタ支持ユニット１４１の外周面と対接可能な筒状の本体部１９１ａ，１９２ａと、この本体部１９１ａ，１９２ａにおける他端の周縁部から径方向外側へ延出するフランジ部１９１ｂ，１９２ｂとから概略構成されている。

ここで、本体部１９１ａ，１９２ａにおける一端の周縁部には、カッタ支持ユニット１４１と筒状部材１６６，１６７（本体部１９１ａ，１９２ａ）との隙間を封止可能な第二のシール部材１７３，１７４が設けられており、フランジ部１９１ｂ，１９２ｂの端面には、交換作業空間Ｓ₁₃₁と機内空間Ｓ₁₁₂とを隔離可能（筒状部材１６６，１６７における他端を閉塞可能）な蓋部材１６８，１６９が設けられている。

また、側壁１６２には、棒状のねじ部材１９３，１９４が当該側壁１６２の径方向外側へ突出して設けられており、このねじ部材１９３，１９４には、筒状部材１６６，１６７のフランジ部１９１ｂ，１９２ｂが摺動可能に係合されると共に、このフランジ部１９１ｂ，１９２ｂの摺動方向両側に位置してナット１９５，１９６が螺合されている。

よって、ナット１９５，１９６がねじ部材１９３，１９４に対して回転されると、当該ナット１９５，１９６がねじ部材１９３，１９４の延設方向（図７においては、左右方向）に移動されると共に、筒状部材１６６，１６７（フランジ部１９１ｂ，１９２ｂ）がナット１９５，１９６に押圧されて同方向に移動されることになる。

つまり、ナット１９５，１９６の動作（回転）によって筒状部材１６６，１６７を移動させることにより、本体部１９１ａ，１９２ａにおける一端の周縁部すなわち第二のシール部材１７３，１７４をカッタ支持ユニット１４１の外周面に対して接近離反させることができる。なお、側壁１６２と筒状部材１６６，１６７との間、および、筒状部材１６６，１６７と蓋部材１６８，１６９との間には、それぞれシール部材１９７，１９８が介装されており、密閉性が確保されるようになっている。

よって、カッタ支持ユニット１４１を交換位置状態としている（ディスクカッタ１３１を交換位置に位置させている）ときには、第二のシール部材１７３，１７４をカッタ支持ユニット１４１の外周面に密着（接近および対接）させることにより、カッタ交換時において前方空間Ｓ₁₀₀およびチャンバＳ₁₁₃からの機内空間Ｓ₁₁₂への掘削土砂の流入を確実に防ぐ（止水する）ことができる（図７参照）。

一方、カッタ支持ユニット１４１を回転支持ユニット１４２に対して回転動作する（ディスクカッタ１３１を掘削位置と交換位置との両位置間を移動する）ときには、第二のシール部材１７３，１７４をカッタ支持ユニット１４１の外周面から離脱（離反）させることにより、第二のシール部材１７３，１７４のカッタ支持ユニット１４１の外周面との摩擦（特に、貫通穴１５１ａ等の角部との干渉）による摩耗および損傷を防ぐことができる（図８参照）。

なお、カッタ支持ユニット１４１を掘削位置状態としている（ディスクカッタ１３１を掘削位置に位置させている）ときにも、第二のシール部材１７３，１７４をカッタ支持ユニット１４１の外周面に密着（接近および対接）させても良く、これにより、掘削時においても前方空間Ｓ₁₀₀およびチャンバＳ₁₁₃からの機内空間Ｓ₁₁₂への掘削土砂の流入を確実に防ぐ（止水する）ことができる（図７参照）。

本実施例に係るトンネル掘削機によれば、実施例１に係るトンネル掘削機による作用および効果に加え、カッタ支持ユニット１４１の外周面に対して第二のシール部材１７３，１７４を接近離反させるシール可動機構を備えたことにより、第二のシール部材１７３，１７４の摩耗および損傷を抑制することができる。

なお、本実施例においては、筒状部材１６６，１６７とナット１９５，１９６とねじ部材１９３，１９４とにより、第二のシール部材１７３，１７４をカッタ支持ユニット１４１の外周面に対して接近離反させるシール可動機構を構成している。ここで、ナット１９５，１９６は、筒状部材１６６，１６７における一端の周縁部がカッタ支持ユニット１４１の外周面に対して接近離反するように筒状部材１６６，１６７を移動する動作部に相当し、ねじ部材１９３，１９４は、筒状部材１６６，１６７と係合して当該筒状部材１６６，１６７の移動を案内する案内部に相当する。

もちろん、カッタ支持ユニット１４１と前壁１６１との間の隙間を封ずる第一のシール１７１，１７２をカッタ支持ユニット１４１の外周面に対して接近離反させる別途のシール可動機構（不図示）を設けるようにしても良い。このような別途のシール機構を設けることにより、第一のシール１７１，１７２の摩耗および損傷を抑制することができる。

本発明に係るトンネル掘削機は、上述した実施例１および実施例２のように、カッタ支持ユニット４１，１４１（支持本体部５１，１５１）を略球状に形成したものに限定されない。本発明に係るトンネル掘削機におけるカッタ支持ユニットとしては、回転支持ユニットに対して回転可能であれば良く、例えば、支持本体部を貫通穴に沿った筒状に形成し、この支持本体部の端面を球面状に形成して回転支持ユニットと摺接させるようにしても良い。また、支持本体部をカッタ支持ユニットの回転軸に沿う（貫通穴の軸心と直交する軸心を有する）円柱状または円筒状に形成し、この支持本体部の周面を回転支持ユニットと摺接させるようにしても良い。

また、本発明に係るトンネル掘削機は、上述した実施例１および実施例２のように、カッタ支持ユニット４１，１４１をディスクカッタ３１，１３１の回転軸と平行な回転軸周りに回転動作するように構成したものに限定されない。本発明に係るトンネル掘削機におけるカッタ支持ユニットとしては、支持したディスクカッタが他部材と干渉することなく回転支持ユニットに対して回転可能であれば良く、例えば、カッタ支持ユニットをディスクカッタの回転軸と平行でない（所定の角度を成す）方向（例えば、直交する方向）に延びる回転軸周りに回転動作するように構成するようにしても良い。

また、本発明に係るトンネル掘削機は、上述した実施例１および実施例２のように、後壁６３，１６３のトンネル後方から突出する延設管４４，１４４を設けたものに限定されない。例えば、後壁６３，１６３をヘッド後壁部１２ｂ，１１２ｂと密接して設ける、または、後壁６３，１６３をヘッド後壁部１２ｂ，１１２ｂの一部として構成することにより、延設管４４，１４４を省略することが可能である。

また、本発明に係るトンネル掘削機は、上述した実施例１および実施例２のように、複数の筒状部材６６，６７，１６６，１６７および蓋部材６８，６９，１６８，１６９を設けたものに限定されない。例えば、ディスクカッタ３１，１３１の交換作業に必須でない他方の筒状部材６７，１６７を有底の（閉塞された）筒状に形成することにより、他方の蓋部材６９，１６９を省略することができる。また、側壁６２，１６２を支持本体部５１，１５１の外周面に沿って形成し、筒状部材６６，６７，１６６，１６７を省略することもできる。

また、本発明に係るトンネル掘削機は、上述した実施例１および実施例２に係るトンネル掘削機に限定されず、種々の変更が可能であり、本発明に係るトンネル掘削機におけるカッタ交換装置として、例えば、ディスクカッタを可動式とする機構（カッタ可動機構）を備えたものであっても良い。

ここで、カッタ交換装置にディスクカッタを可動式とする機構を備えた構成例を図９および図１０に示す。図９および図１０に示した構成例は、上述した実施例１におけるカッタ交換装置３２または実施例２におけるカッタ交換装置１３２に替えて、ディスクカッタを可動式とするカッタ可動機構を備えたカッタ交換装置２３２を採用したものであり、ディスクカッタを可動式とするカッタ可動機構を追設したことを除いて、上述した実施例１におけるカッタ交換装置３２または実施例２におけるカッタ交換装置１３２と同様の構成を有するものである。よって、以下においては、上述した実施例１または実施例２と同様な構成についての重複説明は適宜省略する。

図９に示すように、カッタ交換装置２３２は、カッタ支持ユニット２４１を回転機構２４３によって回転支持ユニット２４２に対して回転動作することにより、当該カッタ支持ユニット２４１を掘削位置状態および交換位置状態へ移行してディスクカッタ２３１を掘削位置および交換位置に位置（移動）すると共に、貫通穴２５１－１ａ（穴内空間Ｓ₂₄₁）を介した前方空間Ｓ₁₀₀とチャンバＳ₂₁₃との連通状態、ならびに、前方空間Ｓ₁₀₀およびチャンバＳ₂₁₃と穴内空間Ｓ₂₄₁の遮断状態かつ交換作業空間Ｓ₂₃₁と穴内空間Ｓ₂₄₁との連通状態を切り替えることができるものである。

カッタ支持ユニット２４１には、その一部が前方空間Ｓ₁₀₀に臨むように回転支持ユニット２４２に収容される略球状の支持本体部２５１－１が設けられており、この支持本体部２５１－１には、カッタ支持ユニット２４１が掘削位置状態にある（ディスクカッタ２３１が掘削位置に位置している）ときに、前方空間Ｓ₁₀₀に臨んで開口すると共にトンネル後方に向けて貫通する（前方空間Ｓ₁₀₀とチャンバＳ₂₁₃とを連通する）貫通穴２５１－１ａが形成されている。

また、カッタ支持ユニット２４１には、ディスクカッタ２３１を着脱可能に支持して貫通穴２５１－１ａに形成された摺動溝２５１－１ｂ内において摺動可能な支持摺動部２５１－２と、この支持摺動部２５１－２を支持本体部２５１－１（貫通穴２５１－１ａおよび摺動溝２５１－１ｂ）に対して摺動（移動）する油圧シリンダ２５５とが設けられている。

支持摺動部２５１－２には、ディスクカッタ２３１のカッタ本体部２３１ａを収容可能な貫通穴２５１－２ａと、ディスクカッタ２３１のカッタ軸部２３１ｂを設置可能な支持溝２５１－２ｂとが形成されており、ディスクカッタ２３１は、押さえ部材２５２によって支持溝２５１－２ｂに固定されるカッタ軸部２３１ｂに対して、カッタ本体部２３１ａが回転軸Ｃ₂₃₁周りに回転されるようになっている。

よって、油圧シリンダ２５５が伸縮動作されると、支持摺動部２５１－２が摺動溝２５１－１ｂに沿って（図９においては、上下方向）移動されることになる。

つまり、油圧シリンダ２５５の伸縮動作によって支持摺動部２５１－２を摺動（移動）させることにより、ディスクカッタ２３１を、支持本体部２５１－１および前壁２６１（ヘッド前壁部２１２ａ）に対して出没させることができる。

よって、カッタ支持ユニット２４１を掘削位置状態としている（ディスクカッタ２３１を掘削位置に位置させている）ときには、油圧シリンダ２５５を伸長し、回転支持ユニット２４２に対するカッタ支持ユニット２４１の回転軌跡の範囲（図９における二点鎖線参照）からディスクカッタ２３１の少なくとも一部が突出する突出位置とする（図１０参照）、すなわち、ディスクカッタ２３１を支持本体部２５１－１および前壁２６１（ヘッド前壁部２１２ａ）に対して突出させることにより、当該ディスクカッタ２３１による巨礫や岩盤の掘削を行うことができる。

一方、カッタ支持ユニット２４１を回転支持ユニット２４２に対して回転動作する（ディスクカッタ２３１を掘削位置と交換位置との両位置間を移動する）ときには、油圧シリンダ２５５を縮長し、前記回転支持ユニットに対する前記カッタ支持ユニットの回転軌跡の範囲内に前記ディスクカッタの全部が収容される収容位置とする（図９参照）、すなわち、ディスクカッタ２３１を支持本体部２５１－１内に収容することにより、ディスクカッタ２３１が周辺部材（回転支持ユニット２４２等）と干渉することなく、カッタ支持ユニット２４１を回転軸Ｃ₂₄₁周りに回転動作することができる。

また、カッタ支持ユニット２４１を交換位置状態としている（ディスクカッタ２３１を交換位置に位置させている）ときにも、油圧シリンダ２５５を伸長してディスクカッタ２３１を支持本体部２５１－１に対して突出させることにより、機内空間Ｓ₂₁₂内の作業者は、カッタ支持ユニット２４１に支持されたディスクカッタ２３１に容易にアクセスすることができる（図示省略）。

なお、図示しないロック機構を備え、掘削時に油圧シリンダ２５５を伸長してディスクカッタ２３１を突出させた状態（掘削状態）を維持し、回転時に油圧シリンダ２５５を縮長してディスクカッタ２３１を収容した状態（収容状態）を維持し、交換時に油圧シリンダ２５５を伸長してディスクカッタ２３１を突出させた状態（交換状態）を維持するようにしても良い。

このとき、ディスクカッタ２３１の掘削状態と収容状態と交換状態とを同一のロック機構（不図示）によってロックおよびアンロックしても良く、また、ディスクカッタ２３１の掘削状態と収容状態と交換状態とをそれぞれ別々のロック機構（不図示）によってロックおよびアンロックしても良い。

このように図示しないロック機構によってディスクカッタ２３１の掘削状態を維持可能とすることにより、掘削時にディスクカッタ２３１が後退してしまうことを防ぐと共に、油圧シリンダ２５５に掛かる負荷を軽減することができる。また、図示しないロック機構によってディスクカッタ２３１の収容状態および交換状態を維持可能とすることにより、カッタ支持ユニット２４１の回転時およびディスクカッタ２３１の交換時に油圧シリンダ２５５の誤作動等による不具合を防止することができる。

このように、ディスクカッタ２３１を可動式とするカッタ可動機構を備えたカッタ交換装置２３２を採用することにより、カッタ支持ユニット２４１の回転動作時にディスクカッタ２３１をカッタ支持ユニット２４１の回転中心に近づける（ディスクカッタ２３１の回転軸Ｃ₂₃₁とカッタ支持ユニット２４１の回転軸Ｃ₂₄₁との距離を短くする）ことができるので、カッタ支持ユニット２４１を小さく構成することができる。つまり、カッタ可動機構によれば、上述した実施例１および実施例２に係るトンネル掘削機による作用および効果に加え、カッタ支持ユニット２４１（カッタ交換装置２３２）の形状寸法を小さく（小型化）することができ、トンネル掘削機におけるカッタ交換装置２３２の配置の自由度を向上させることができる。

本発明に係るトンネル掘削機は、巨礫や岩盤等を掘削可能なディスクカッタおよび当該ディスクカッタを機内で交換可能なカッタ交換装置を備え、ディスクカッタ周りの掘削土砂の流通性をより向上させることができるものであり、トンネルボーリングマシーン（ＴＢＭ）、土圧式シールド掘削機および泥土圧式シールド掘削機など、種々のトンネル掘削機に適用することができる。

１ トンネル掘削機
１１ スキンプレート（掘削機本体）
１２ カッタヘッド
１２ａ ヘッド前壁部
１２ｂ ヘッド後壁部
１２ｃ ヘッド開口部
１３ バルクヘッド
１４ スクリューコンベア
２１ 中間ビーム
２２ リングギヤ
２３ カッタ駆動モータ
３１ ディスクカッタ
３１ａ カッタ本体部
３１ｂ カッタ軸部
３２ カッタ交換装置
４１ カッタ支持ユニット
４２ 回転支持ユニット
４３ 回転機構
４４ 延設管
４５ 第二の延設管
５１ 支持本体部
５１ａ 貫通穴
５１ｂ 支持溝
５２ 押さえ部材
５３，５４ 回転軸部
６１ 前壁
６１ａ 前壁開口部
６２ 側壁
６３ 後壁
６３ａ 後壁開口部
６４，６５ 軸受部
６６，６７ 筒状部材（隔離部材）
６８，６９ 蓋部材（隔離部材）
７１、７２ 第一のシール部材
７３，７４ 第二のシール部材
８１ 回転レバー
８２ アクチュエータ
Ｃ₃₁ ディスクカッタの回転軸
Ｃ₄₁ カッタ支持ユニットの回転軸
Ｓ₁₂ カッタヘッドの内部空間（トンネル掘削機の機内空間）
Ｓ₁₃ 後方空間（チャンバ）
Ｓ₃₁ 交換作業空間
Ｓ₄₁ 穴内空間
Ｓ₄₄ 管内空間
Ｓ₄₅ 第二の管内空間
Ｓ₁₀₀ 前方空間（地山側の空間）

Claims (6)

1. 筒状のスキンプレートと、前記スキンプレートの前方部に回転可能に設けられるカッタヘッドと、前記カッタヘッドに設けられるディスクカッタと、前記ディスクカッタを機内で交換可能とするカッタ交換装置とを備えたトンネル掘削機であって、
   前記カッタ交換装置は、前記ディスクカッタを着脱可能に支持するカッタ支持ユニットと、前記カッタヘッドに固定されて前記カッタ支持ユニットを回転可能に支持する回転支持ユニットと、前記カッタ支持ユニットと前記回転支持ユニットとの間の隙間を封ずるシール部材とを有し、
   前記カッタ支持ユニットは、前記ディスクカッタを収容可能な貫通穴を有し、前記ディスクカッタが前方の地山を掘削可能な掘削位置と機内で交換可能な交換位置とに位置するように、前記回転支持ユニットに対して回転動作し、
   前記貫通穴は、前記ディスクカッタが前記掘削位置に位置しているときに、前記カッタヘッドの前方側に位置する前方空間と前記カッタヘッドの後方側に位置する後方空間とを連通し、
   前記シール部材は、前記ディスクカッタが前記掘削位置に位置しているときにおける前記貫通穴の周縁部に配置される第一のシール部材と、前記ディスクカッタが前記交換位置に位置しているときにおける前記貫通穴の周縁部に配置される第二のシール部材とを有し、
   前記トンネル掘削機は、前記第一のシール部材または前記第二のシール部材の少なくとも一方を前記カッタ支持ユニットの外周面に対して接近離反可能なシール可動機構を備える
   ことを特徴とするトンネル掘削機。
2. 前記第二のシール部材によって前記前方空間および前記後方空間と隔離されて前記交換位置における前記ディスクカッタが臨む交換作業空間を、前記カッタヘッド内の機内空間と隔離する隔離部材を備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機。
3. 前記隔離部材は、前記ディスクカッタが前記交換位置に位置しているときにおける前記貫通穴に対応して一端が前記貫通穴の周縁と接する筒状部材と、前記筒状部材における他端を閉塞可能な蓋部材とを有するものである
   ことを特徴とする請求項２に記載のトンネル掘削機。
4. 前記隔離部材は、前記ディスクカッタが前記交換位置に位置しているときにおける前記貫通穴の片側一方に対応して一端が前記貫通穴の片側一方の周縁と接する筒状部材と、前記筒状部材における他端を閉塞可能な蓋部材と、前記ディスクカッタが前記交換位置に位置しているときにおける前記貫通穴の片側他方に対応して一端が前記貫通穴の片側他方の周縁と接する有底の筒状部材とを有するものである
   ことを特徴とする請求項２に記載のトンネル掘削機。
5. 前記シール可動機構は、前記第二のシール部材を前記カッタ支持ユニットの外周面に対して接近離反させるものであり、前記ディスクカッタが前記交換位置に位置しているときにおける前記貫通穴に対応して一端が前記貫通穴の周縁と接する筒状部材と、前記筒状部材における一端の周縁部が前記カッタ支持ユニットの外周面に対して接近離反するように前記筒状部材を移動する動作部と、前記筒状部材と係合して当該筒状部材の移動を案内する案内部とを有し、
   前記第二のシール部材は、前記筒状部材における一端の周縁部に設けられる
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のトンネル掘削機。
6. 前記カッタ支持ユニットに設けられ、前記ディスクカッタを当該カッタ支持ユニットに対して移動可能なカッタ可動機構を備え、
   前記カッタ可動機構は、前記回転支持ユニットに対する前記カッタ支持ユニットの回転軌跡の範囲内に前記ディスクカッタの全部が収容される収容位置と、前記回転支持ユニットに対する前記カッタ支持ユニットの回転軌跡の範囲から前記ディスクカッタの少なくとも一部が突出する突出位置との間で、前記ディスクカッタを移動する
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のトンネル掘削機。

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