JP7384738B2 - カッタービット支持構造 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル掘削機のカッターヘッドに採用されるカッタービット支持構造に関する。

トンネル掘削機のカッターヘッドには、放射状に配置された複数のカッタースポークを含むものがある。これらのカッタースポークには複数のカッタービットが設けられる。

例えば、特許文献１には、カッタービットが摩耗した際に、カッタービットをカッタースポークの内部から交換することが記載されている。

特開２０１８－１４１２７８号公報

しかしながら、上記のように摩耗したカッタービットを交換する作業は大変である。そのため、カッタービットを摩耗した分だけ進出させることが望まれる。

そこで、本発明は、カッタービットを任意の量だけ進出させることができるカッタービットの支持構造を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明のカッタービットの支持構造は、カッタースポークに取り付けられた筒状体と、前記筒状体に摺動可能に保持されたピストン部、および前記カッタースポークから突出する刃部を含むカッタービットと、前記カッタービットの前記ピストン部との間に作動室を形成するように前記筒状体に取り付けられた底板であって、前記作動室へ作動流体を注入するための注入口が設けられた底板と、前記カッタービットの前記ピストン部から延び、前記底板を貫通するロッドと、を備え、前記ロッドは、前記底板に対する相対位置が固定可能に構成されている、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、注入口から作動室へ作動流体を注入すれば、作動流体の注入量に相当する距離分だけカッタービットが刃部の突出方向へ進出する。従って、カッタービットを任意の量だけ進出させることができる。しかも、作動流体の注入後に底板に対するロッドの相対位置が固定されることで、カッタービットを任意の量だけ進出させた状態を維持することができる。

本発明によれば、カッタービットを任意の量だけ進出させることができる。

本発明の一実施形態に係るカッタービット支持構造が採用されたトンネル掘削機のカッターヘッドの正面図である。 カッターヘッド支持構造およびカッタースポークの断面図である。 図２のIII－III線に沿った断面図である。 係止機構の断面図である。 ばね歯の平面図である。 作動室へ作動流体を注入した後のカッターヘッド支持構造およびカッタースポークの断面図である。 （ａ）は係止機構がサンクイックナットである場合の断面図、（ｂ）は（ａ）のVIIＢ－VIIＢ線に沿った断面図である。

図１に、本発明の一実施形態に係るカッタービット支持構造が採用されたトンネル掘削機のカッターヘッド１を示す。カッターヘッド１は、図略の掘削機本体に回転可能に支持される。以下では、説明の便宜上、トンネル掘削機の進行方向を前方、その反対方向を後方という。つまり、前後方向は、カッターヘッド１の軸方向（回転軸が延びる方向）でもある。

本実施形態では、正面視でのカッターヘッド１の輪郭が円形状であるが、カッターヘッド１の輪郭はこれに限られず、例えば矩形状であってもよい。カッターヘッド１は、放射状に配置された複数のカッタースポークを含む。

本実施形態では、カッタースポークが、１２０度間隔で配置された３つの第１カッタースポーク１１と、第１カッタースポーク１１同士の間に配置された３つの第２カッタースポーク１２と、第１カッタースポーク１１と第２カッタースポーク１２の間に配置された６つの第３カッタースポーク１３を含む。ただし、カッターヘッド１の構成は、これに限られるものではなく、適宜変更可能である。

第１～第３カッタースポーク１１～１３のそれぞれは、中空である。第１～第３カッタースポーク１１～１３のそれぞれには、複数のカッタービットが設けられている。本実施形態では、カッタービットが、略円柱状の刃部を有する先行ビット２１と、略板状の刃部を有する本ビット２２と、ティースビット２３を含む。なお、カッターヘッド１は、カッタービットと共にローラーカッターが設けられたカッタースポークを含んでもよい。

具体的に、各第１カッタースポーク１１の正面には複数の先行ビット２１が設けられ、両側面には複数のティースビット２３が設けられている。また、第２カッタースポーク１２および第３カッタースポーク１３のそれぞれの正面には複数の本ビット２２が設けられ、両側面には複数のティースビット２３が設けられている。ただし、第１～第３カッタースポーク１１～１３のそれぞれに設けられるカッタービットの種類は適宜変更可能である。

本実施形態のカッタービット支持構造は、第２カッタースポーク１２に設けられた本ビット２２の少なくとも１つに適用されている。ただし、本発明のカッタービット支持構造は、第３カッタースポーク１３に設けられた本ビット２２の少なくとも１つに適用されてもよいし、第１カッタースポーク１１に設けられた先行ビット２１の少なくとも１つに適用されてもよい。

次に、図２および図３を参照して、本実施形態のカッタービット支持構造を説明する。第２カッタースポーク１２は、前後方向で互いに対向する正面壁１２ａおよび背面壁１２ｃと、正面壁１２ａと背面壁１２ｃの両端部同士を接続する一対の側壁１２ｂを含む。

正面壁１２ａには、前後方向に延びる筒状体３が取り付けられている。本実施形態では、筒状体３が正面壁１２ａを貫通しているが、筒状体３は必ずしも正面壁１２ａを貫通する必要はない。

本実施形態のカッタービット支持構造が適用された本ビット２２は、筒状体３に摺動可能に保持されたピストン部２２ａと、ピストン部２２ａから前方に張り出してカッタースポーク１２から突出する刃部２２ｂを含む。

刃部２２ｂは、上述したように略板状である。このため、ピストン部２２ａも刃部２２ｂよりも一回り大きな略板状である。なお、本実施形態のカッタービット支持構造が適用されていない本ビット２２は、刃部２２ｂのみを含んでもよい。

筒状体３の内側面は、本ビット２２のピストン部２２ａと全面に亘って面接触する。筒状体３の内側面とピストン部２２ａとの間は、図略のシール部材によってシールされている。

筒状体３の前端面は、正面壁１２ａの前面（第２カッタースポーク１２の正面でもある）と面一である。本実施形態では、筒状体３の長さが、本ビット２２のピストン部２２ａの長さと等しい。

筒状体３の後端面には、底板５が取り付けられている。本ビット２２のピストン部２２ａは、筒状体３内に完全に収容されたときに、底板５の前面と面接触する。

本ビット２２のピストン部２２ａと底板５との間には、作動室４が形成されている。つまり、底板５の前面は、作動室４に面する。底板５の中央には、作動室４へ作動流体を注入するための注入口５１が設けられている。作動流体は、特に限定されるものではないが、例えば半固体のグリスである。この場合、注入口５１には、グリスニップルが設けられることが望ましい。

本ビット２２のピストン部２２ａからは、一対のロッド８が後ろ向きに延びている。これらのロッド８は、底板５を貫通している。すなわち、底板５には、ロッド８に挿通される一対の貫通穴が設けられている。貫通穴の内周面とロッド８との間は、図略のシール部材によってシールされている。

一対のロッド８は、ピストン部２２ａの幅方向（図２の左右方向）に互いに離間している。各ロッド８は、例えばねじ構造によりピストン部２２ａに固定される。ただし、注入口５１の位置を底板５の中央からずらせば、ロッド８はピストン部２２ａの中心線上に１本だけ設けられてもよい。

底板５の後方には、支持板７が配置されている。この支持板７は、底板５の後面（前面の反対側の面）と対向する。ロッド８は、支持板７も貫通する。底板５と支持板７との間には、複数の支柱６が介在している。

支持板７の中央には、貫通穴７１が設けられている。この貫通穴７１は、底板の注入口５１に接続される作動流体用の配管などを通すためのものである。

各ロッド８は、底板５に対する相対位置が固定可能に構成されている。本実施形態では、支持板７に一対の係止機構９が設けられており、各係止機構９によって対応するロッド８の底板５に対する相対位置が固定される。

具体的に、各係止機構９は、ロッド８の前方（刃部２２ｂの突出方向）への移動は許容するが、後方（刃部２２ｂの突出方向と逆方向）への移動は禁止または制限する。本実施形態では、係止機構９がロッド８の後方への移動を禁止することで、ロッド８の底板５に対する相対位置が固定される。

より詳しくは、各ロッド８の後側部分には、周方向に延びる凸条部が当該ロッド８の軸方向に並ぶように形成されている。本実施形態では、隣り合う凸条部が連続するように螺旋状のねじ山８１が形成されている。係止機構９は、そのねじ山８１に係合することでロッド８の後方への移動を禁止する。また、ねじ山８１には、支持板７と当接することでストッパーとして機能するナット８５が螺合している。ただし、凸条部は、隣り合う凸条部が独立するように環状であってもよい。

本実施形態では、図４に示すように、各係止機構９が、リング状のスペーサ９２を挟んで積層された環状のばね歯９１と、ばね歯９１を押える環状の押え部材９３を含む。各ばね歯９１は、図５に示すように、フラットなリング部９１ａと、このリング部９１ａから内側に向かって斜め前方に突出する複数の係合片９１ｂを含む。そして、図４に示すように、係合片９１ｂの先端がねじ山８１に係合する。

なお、ばね歯９１の係合片９１ｂの向きを変更すれば（例えば、係合片９１ｂをリング部９１ａと平行にする）、係合片９１ｂとねじ山８１との係合によってロッド８の後方への移動を禁止ではなく制限することも可能である。このようなロッド８の後方への移動の制限によっても、ロッド８の底板５に対する相対位置が固定される。

ただし、各係止機構９は、必ずしも図４に示すように構成されている必要はなく、例えばサンクイックナット（登録商標）であってもよい。係止機構９がサンクイックナットである場合も、係止機構９がねじ山８１に係合することでロッド８の後方への移動を禁止する。

係止機構９がサンクイックナットである場合、図７（ａ）に示すように、係止機構９は、ロッド８に挿通される筒状のケース９４と、このケース９４内に配置された筒状の楔９５を含む。ケース９４の内周面にはテーパー面９４ａが形成されており、楔９５はテーパー面９４ａに押圧されるようにワッシャ９６を介してコイルばね９７により付勢されている。ケース９４の端部には、ワッシャ９６との間にコイルばね９７を保持する蓋９８が取り付けられている。

楔９５の内周面にはロッド８のねじ山８１と同一ピッチのねじ山（図示せず）が形成されている。また、楔９５は、図７（ｂ）に示すように、周方向に複数のピース９５ａに分割されている。このため、ロッド８が前方に移動したときには、ピース９５ａ間の隙間が大きくなるように楔９５がテーパー面９４ａに沿って前方に移動することで、ロッド８のねじ山８１が楔９５のねじ山を乗り越える。一方、ロッド８の後方への移動は、楔９５のねじ山がロッド８のねじ山８１と係合することで禁止される。

以上説明したような構成のカッタービット支持構造では、本ビット２２が摩耗したときに、まず、図６に示すように、支持板７の貫通穴７１を通じて作動流体用の配管５５を注入口５１に接続する。作動流体がグリスの場合は、注入口５１に設けられたグリスニップルに、貫通穴７１を通じてグリスガンを接続してもよい。

その後、注入口５１から作動室４へ作動流体を注入すれば、作動流体の注入量に相当する距離分だけ本ビット２２が前方へ進出する。従って、本ビット２２を任意の量だけ進出させることができる。なお、図６は、本ビット２２を最大限前方へ進出させた状態、すなわちナット８５が支持板７に当接した状態を描いたものである。

例えば、図示は省略するが、本ビット２２が所定量摩耗したことを検知する摩耗検知器を採用し、本ビット２２が所定量摩耗したときに、その摩耗量だけ本ビット２２を進出させてもよい。

しかも、作動流体の注入後に底板５に対するロッド８の相対位置が固定されることで、本ビット２２を任意の量だけ進出させた状態を維持することができる。

特に、本実施形態では、ロッド８の前方への移動は許容するが後方への移動は禁止する係止機構９が用いられているので、作動流体の注入の完了と同時に、底板５に対するロッド８の相対位置を固定することができる。

（変形例）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、ロッド８を本ビット２２のピストン部２２ａに固定することなく、ロッド８の先端をピストン部２２ａに当接させるとともに、支持板７にねじ山８１に螺合するねじ穴を設けてもよい。この場合、作動室４への作動流体の注入によりピストン部２２ａがロッド８から離間するが、作動流体の注入後にロッド８を回転させて再びピストン部２２ａに当接させればよい。また、ロッド８の回転後にナット８５を支持板７に当接させてロッド８に張力を作用させることで、そのナット８５により底板５に対するロッド８の相対位置を固定することができる。

また、底板５の注入口５１に接続される作動流体供給ラインを常設し、その作動流体供給ラインを通じてポンプから作動室４へ作動流体を供給してもよい。

さらには、作動流体として油を用いることも可能である。ただし、グリスは油と比較して粘度が高いため、作動流体としてグリスを用いた方が地山側への漏れ量を少なくすることができる。

（まとめ）
本発明のカッタービットの支持構造は、カッタースポークに取り付けられた筒状体と、前記筒状体に摺動可能に保持されたピストン部、および前記カッタースポークから突出する刃部を含むカッタービットと、前記カッタービットの前記ピストン部との間に作動室を形成するように前記筒状体に取り付けられた底板であって、前記作動室へ作動流体を注入するための注入口が設けられた底板と、前記カッタービットの前記ピストン部から延び、前記底板を貫通するロッドと、を備え、前記ロッドは、前記底板に対する相対位置が固定可能に構成されている、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、注入口から作動室へ作動流体を注入すれば、作動流体の注入量に相当する距離分だけカッタービットが刃部の突出方向へ進出する。従って、カッタービットを任意の量だけ進出させることができる。しかも、作動流体の注入後に底板に対するロッドの相対位置が固定されることで、カッタービットを任意の量だけ進出させた状態を維持することができる。

上記の支持構造は、前記底板における前記作動室に面する面の反対側の面と対向する、前記ロッドに貫通された支持板と、前記支持板に設けられた、前記ロッドの前記刃部の突出方向への移動は許容するが、前記突出方向と逆方向への移動は禁止または制限する係止機構と、をさらに備え、前記ロッドは、前記係止機構が前記ロッドの前記突出方向と逆方向への移動を禁止または制限することで前記底板に対する相対位置が固定されてもよい。この構成によれば、作動流体の注入の完了と同時に、底板に対するロッドの相対位置を固定することができる。

例えば、前記ロッドには、周方向に延びる凸条部が当該ロッドの軸方向に並ぶように形成されており、前記係止機構は、前記凸条部に係合することで前記ロッドの前記突出方向と逆方向への移動を禁止または制限してもよい。

１２ 第２カッタースポーク
２２ 本ビット（カッタービット）
２２ａ ピストン部
２２ｂ 刃部
３ 筒状体
４ 作動室
５ 底板
５１ 注入口
７ 支持板
８ ロッド
８１ ねじ山（凸条部）
９ 係止機構

Claims (3)

1. カッタースポークに取り付けられた筒状体と、
   前記筒状体に摺動可能に保持されたピストン部、および前記カッタースポークから突出する刃部を含むカッタービットと、
   前記カッタービットの前記ピストン部との間に作動室を形成するように前記筒状体に取り付けられた底板であって、前記作動室へ作動流体を注入するための注入口が設けられた底板と、
   前記カッタービットの前記ピストン部から延び、前記底板を貫通するロッドと、を備え、
   前記ロッドは、前記底板に対する相対位置が固定可能に構成されている、カッタービット支持構造。
2. 前記底板における前記作動室に面する面の反対側の面と対向する、前記ロッドに貫通された支持板と、
   前記支持板に設けられた、前記ロッドの前記刃部の突出方向への移動は許容するが、前記突出方向と逆方向への移動は禁止または制限する係止機構と、をさらに備え、
   前記ロッドは、前記係止機構が前記ロッドの前記突出方向と逆方向への移動を禁止または制限することで前記底板に対する相対位置が固定される、請求項１に記載のカッタービット支持構造。
3. 前記ロッドには、周方向に延びる凸条部が当該ロッドの軸方向に並ぶように形成されており、
   前記係止機構は、前記凸条部に係合することで前記ロッドの前記突出方向と逆方向への移動を禁止または制限する、請求項２に記載のカッタービット支持構造。
   

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