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JP-2026076779-A - 切削ツールの交換装置、および、トンネル掘削機

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Abstract

【課題】切削ツールの交換に加えて、シールの交換も容易に行うことを可能とする。 【解決手段】切削ツール３０の交換装置２は、切削ツール３０が交換可能に取り付けられ、切削ツール３０を保持する保持部材４０と、保持部材４０の第１外面Ｆ１に設けられる第１シール４１と、保持部材４０の第２外面Ｆ２に設けられる第２シール４２と、を備え、保持部材４０は、掘削機本体の前後方向に移動可能、かつ、前後方向に交差する回動軸Ｂ１まわりに回動可能であり、交換装置２は、切削ツール３０が前板２１の第１開口２１ａを通じて前板２１から部分的に突出し、第１シール４１により前板２１と第１外面Ｆ１との間がシールされ、切削ツール３０により掘削可能な第１状態と、切削ツール３０が前板２１より後方に退避し、第２シール４２により前板２１と第２外面Ｆ２との間がシールされ、切削ツール３０を交換可能な第２状態との間で遷移可能である。 【選択図】図２

Inventors

  • 田中 淳一
  • 杉山 雅彦
  • 立岩 真吾
  • 田中 孝
  • 田中 宏典
  • 水澤 陽介
  • 茶木 勇太
  • 加島 豊
  • 近藤 紀夫

Assignees

  • ＪＩＭテクノロジー株式会社
  • 戸田建設株式会社

Dates

Publication Date
20260512
Application Date
20241024

Claims (9)

  1. トンネル掘削機の切削ツールの交換装置であって、 前記トンネル掘削機は、 筒状の掘削機本体と、 前記掘削機本体の前端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固定式の切削ツールと、 を備え、 前記カッタヘッドは、 前記カッタヘッドの前面を形成する前板と、 前記前板に形成された第１開口と、 を有し、 前記切削ツールの交換装置は、 前記切削ツールが交換可能に取り付けられ、前記切削ツールを保持する保持部材と、 前記保持部材の外面のうち前記切削ツール側の第１外面に設けられ、前記切削ツールを囲むように配置される環状の第１シールと、 前記保持部材の外面のうち前記第１外面と交差する第２外面に設けられる環状の第２シールと、 を備え、 前記保持部材は、前記掘削機本体の前後方向に移動可能、かつ、前記前後方向に交差する回動軸まわりに回動可能であり、 前記切削ツールの交換装置は、前記切削ツールにより掘削可能な第１状態と、前記切削ツールを交換可能な第２状態との間で遷移可能であり、 前記第１状態は、前記保持部材の前記第１外面が前記前板と対向し、前記切削ツールが前記前板の前記第１開口を通じて前記前板から部分的に突出し、前記第１シールが前記第１開口の周囲の前記前板の縁部と当接することによって、前記第１シールにより前記前板の縁部と前記第１外面との間がシールされる状態であり、 前記第２状態は、前記保持部材の前記第２外面が前記前板と対向し、前記切削ツールが前記前板より後方に退避し、前記第２シールが前記第１開口の周囲の前記前板の縁部と当接することによって、前記第２シールにより前記前板の縁部と前記第２外面との間がシールされる状態である、 切削ツールの交換装置。
  2. 前記第１状態から前記第２状態への遷移は、前記保持部材が、後方に移動した後に第１回動方向に回動し、その後に前方に移動することによって行われ、 前記第２状態から前記第１状態への遷移は、前記保持部材が、後方に移動した後に前記第１回動方向と逆の第２回動方向に回動し、その後に前方に移動することによって行われる、 請求項１に記載の切削ツールの交換装置。
  3. 前記前板より後方に配置され、前記保持部材を収容するハウジングを備え、 前記ハウジングには、前記ハウジングの内部と外部とを連通する第２開口と、前記第２開口を開閉する蓋部材とが設けられる、 請求項１に記載の切削ツールの交換装置。
  4. 前記第１シールおよび前記第２シールは、交換可能に設けられている、 請求項１に記載の切削ツールの交換装置。
  5. 前記第１シールおよび前記第２シールの少なくとも１つは、環状の内側シールと、前記内側シールの外周部を囲む環状の外側シールとを含む、 請求項１に記載の切削ツールの交換装置。
  6. 前記内側シールと前記外側シールとの間の部分に対して液体を注入する注入機構を備える、 請求項５に記載の切削ツールの交換装置。
  7. 前記切削ツールの前記保持部材に対する取り付け角度を調整する調整機構を備える、 請求項１に記載の切削ツールの交換装置。
  8. 前記保持部材を後方から支持する支持部材を備える、 請求項１に記載の切削ツールの交換装置。
  9. 請求項１～８のいずれか一項に記載の交換装置を備える、 トンネル掘削機。

Description

本発明は、切削ツールの交換装置、および、トンネル掘削機に関する。 一般に、トンネル掘削機は、カッタヘッドを回転させ、前方の地盤に切羽を形成することにより、トンネルを掘削する。カッタヘッドは筒状の掘削機本体の前端に取り付けられており、カッタヘッドを回転させながら、掘削機本体を前方に推進させることにより、トンネルが掘削される。 ここで、カッタヘッドに設けられる切削ツールは、地盤の掘削に伴って摩耗する。ゆえに、トンネルの掘削においては、例えば、掘削距離が長い場合等に、切削ツールを交換する必要が生じる。そこで、切削ツールを交換するための交換装置がトンネル掘削機に設けられる場合がある。例えば、特許文献１には、切削ツールの交換装置に関する技術が開示されている。 特開２０２０－０３３７３５号公報 本発明の実施形態に係るトンネル掘削機の全体構成を示す断面模式図である。本発明の実施形態に係る交換装置の概略構成を示す模式図である。図２のＡ１－Ａ１断面を示す断面模式図である。図３のＡ２－Ａ２断面を示す断面模式図である本発明の実施形態に係る交換装置の第１状態から第２状態への遷移の途中の様子を示す模式図である。本発明の実施形態に係る交換装置の第１状態から第２状態への遷移の途中の様子を示す模式図である。本発明の実施形態に係る交換装置の第２状態を示す模式図である。本発明の第１変形例に係る交換装置の概略構成を示す模式図である。本発明の第１変形例に係る交換装置の第２状態を示す模式図である。本発明の第１変形例に係る交換装置の注入機構により液体の注入が行われる状況の他の例を示す模式図である。本発明の第２変形例に係る交換装置の概略構成を示す模式図である。本発明の第３変形例に係る交換装置の概略構成を示す模式図である。 以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 図１は、本実施形態に係るトンネル掘削機１の全体構成を示す断面模式図である。なお、図１中の矢印Ｆはトンネル掘削機１の前方向（つまり、進行方向）を示し、矢印Ｂはトンネル掘削機１の後方向を示す。つまり、図１中の矢印Ｆは切羽側を向き、矢印Ｂは坑口側を向く。 トンネル掘削機１は、例えば、地盤を掘削可能な土圧式（泥土圧式を含む。）のシールド掘削機である。なお、本発明に係るトンネル掘削機は、土圧式（泥土圧式を含む。）のシールド掘削機以外のトンネル掘削機であってもよい。図１に示すように、トンネル掘削機１は、掘削機本体１０を備える。掘削機本体１０は、筒状（例えば、円筒状または矩形筒状等）である。掘削機本体１０の軸方向は、トンネル掘削機１の前後方向と一致する。以下では、掘削機本体１０の軸方向を単に軸方向とも呼び、掘削機本体１０の径方向を単に径方向とも呼び、掘削機本体１０の周方向を単に周方向とも呼ぶ。 掘削機本体１０の前端には、カッタヘッド２０が回転可能に設けられる。カッタヘッド２０は、掘削機本体１０の中心軸ＣＡを中心に回転可能に軸支されている。カッタヘッド２０は、略円板形状を有し、掘削機本体１０と同軸上に配置される。カッタヘッド２０の直径は、例えば、掘削機本体１０の直径と同程度である。掘削機本体１０のうちカッタヘッド２０よりも軸方向後方には、隔壁１１が配置されている。隔壁１１は、軸方向（トンネル延伸方向）に対して垂直に配置される板状（例えば、円板状）の壁体である。隔壁１１は、カッタヘッド２０と軸方向（トンネル延伸方向）に間隔を空けて配置される。隔壁１１の後方側には、トンネル掘削機１の各種設備が配置されており、隔壁１１は、切羽で生じる掘削土砂から当該設備を隔離する。 掘削機本体１０内には、カッタ旋回用モータが設けられている。当該カッタ旋回用モータを駆動させることにより、カッタヘッド２０を回転させることができる。掘削機本体１０内に設けられるシールドジャッキが作動して掘削機本体１０に推力が付与された状態で、カッタヘッド２０が回転駆動されることによって、回転するカッタヘッド２０が地盤に押し付けられて、地盤を掘削することができる。 カッタヘッド２０は、カッタヘッド２０の中心軸ＣＡを中心として放射状に配置される複数のカッタスポークを有する。これらのカッタスポークの相互の間に、複数の開口部が形成されている。カッタヘッド２０によって地盤を掘削した際に発生する掘削土砂は、当該開口部を通じて、カッタヘッド２０と隔壁１１との間の空間であるチャンバ１２内に取り込まれる。チャンバ１２内に取り込まれた掘削土砂は、例えば、スクリューコンベヤによって、掘削機本体１０の後方に向けて運搬され、排出されるようになっている。 トンネル掘削機１は、地盤を掘削するために、固定式の切削ツールであるカッタビット３０を備える。カッタビット３０は、本発明に係る切削ツールの一例に相当する。ただし、本発明に係る切削ツールは、固定式の切削ツールであればよく、カッタビット３０以外の種類の切削ツールであってもよい。例えば、カッタヘッド２０の各カッタスポークにおいて、複数のカッタビット３０が径方向に間隔を空けて設けられる。なお、図示は省略しているが、カッタヘッド２０には、カッタビット３０以外の種類のビット（例えば、フィッシュテールカッタ等）も設けられ得る。カッタヘッド２０が回転すると、カッタビット３０は、カッタヘッド２０の回転に伴ってカッタヘッド２０と一体的に回転する。トンネル掘削機１によるトンネル掘削では、カッタビット３０が地盤に押し付けられた状態でカッタヘッド２０が回転することによって、地盤が掘削される。 ここで、カッタビット３０は、地盤の掘削に伴って摩耗する。ゆえに、トンネルの掘削においては、例えば、掘削距離が長い場合等に、カッタビット３０を交換する必要が生じる。そのため、トンネル掘削機１では、交換装置（後述する図２等の交換装置２を参照）によってカッタビット３０が交換可能に取り付けられている。なお、図１では、トンネル掘削機１におけるカッタビット３０の取り付け箇所については詳細な図示が省略されている。以下、この点に関し、詳細に説明する。 図２は、カッタビット３０の交換装置２の概略構成を示す模式図である。具体的には、図２では、カッタビット３０の周囲を掘削機本体１０の径方向に見た様子が示されている。なお、図２では、掘削機本体１０の周方向が矢印Ｄ１により示されている。 交換装置２は、カッタビット３０により掘削可能な第１状態と、カッタビット３０を交換可能な第２状態との間で遷移可能である。交換装置２が第２状態になると、カッタビット３０を交換することができるようになる。第２状態の詳細については、後述する。図２では、交換装置２の第１状態が示されている。つまり、カッタビット３０を用いた地盤の掘削は、図２の状態で行われる。 図２に示すように、カッタヘッド２０は、前板２１と、後板２２と、ハウジング２３とを含む。 前板２１は、カッタヘッド２０の前面を形成する板状の部材である。前板２１は、掘削機本体１０の前後方向に略直交する。前板２１に対して前方の前方空間Ｓ１において、掘削が行われる。前板２１には、第１開口２１ａが形成されている。第１開口２１ａは、前板２１を前後方向に貫通する。後板２２は、カッタヘッド２０の後面を形成する板状の部材である。後板２２は、掘削機本体１０の前後方向に略直交する。後板２２に対して後方の後方空間Ｓ２が、上述したチャンバ１２に相当する。前板２１と後板２２の間に、カッタヘッド２０の内部空間が形成される。後述するハウジング２３および保持部材４０は、カッタヘッド２０の内部空間に配置される。 ハウジング２３は、後述する保持部材４０を収容する。ハウジング２３は、前板２１より後方、かつ、後板２２より前方に配置される。つまり、ハウジング２３は、カッタヘッド２０の内部空間に配置される。ハウジング２３は、前板２１の後面（具体的には、前板２１のうち第１開口２１ａを含む部分の後面）を覆い、保持部材４０の収容空間Ｓ３を形成する。ハウジング２３は、例えば、後方に臨む面と、掘削機本体１０の径方向内側に臨む面と、掘削機本体１０の径方向外側に臨む面と、掘削機本体１０の周方向の一側に臨む面と、掘削機本体１０の周方向の他側に臨む面とを含む中空の略直方体形状を有する。なお、ハウジング２３のうちの後方に臨む面は、後板２２にて形成されてもよい。 ハウジング２３には、ハウジング２３の内部と外部とを連通する第２開口２３ａと、第２開口２３ａを開閉する蓋部材２３ｂとが設けられる。第２開口２３ａは、例えば、ハウジング２３のうち掘削機本体１０の周方向の一側に臨む面に設けられる。第２開口２３ａの形状は、例えば、長方形である。ただし、第２開口２３ａの形状は、長方形以外の形状であってもよい。蓋部材２３ｂは、第２開口２３ａよりも大きく、第２開口２３ａの全域を覆うことができる。図２では、第２開口２３ａが蓋部材２３ｂにより塞がれている状態が示されている。蓋部材２３ｂの形状は、例えば、第２開口２３ａと同形状である。 なお、上記では、図２を参照して、ハウジング２３における第２開口２３ａおよび蓋部材２３ｂの設置位置の例について説明している。ただし、ハウジング２３における第２開口２３ａおよび蓋部材２３ｂの設置位置は、図２の例と異なっていてもよい。また、ハウジング２３における第２開口２３ａおよび蓋部材２３ｂの設置数は、複数であってもよい。 図２に示すように、交換装置２は、保持部材４０を備える。保持部材４０には、カッタビット３０が交換可能に取り付けられ、保持部材４０は、取り付けられたカッタビット３０を保持する。具体的には、カッタビット３０は、ホルダ５０に取り付けられた状態で、ホルダ５０を介して保持部材４０に取り付けられる。例えば、ホルダ５０は、第１状態において、前後方向に延在する略直方体形状を有する。そして、ホルダ５０の先端部（具体的には、第１状態における前端部）にカッタビット３０が取り付けられ、ホルダ５０の先端部以外の大部分が保持部材４０内に収容される。なお、カッタビット３０とホルダ５０は、一体的に形成されていてもよい。 保持部材４０は、第１シール４１と、第２シール４２とを含む。第１シール４１および第２シール４２の各々は、例えば、樹脂材料により形成され、円環形状を有する。保持部材４０は、例えば、直方体形状を有する。ゆえに、保持部材４０は、６つの外面を有する。 保持部材４０の第１外面Ｆ１は、第１状態において、例えば、前方に臨み、掘削機本体１０の前後方向に直交する。第１外面Ｆ１は、例えば、長方形状を有する。第１状態において、第１外面Ｆ１の外縁は、掘削機本体１０の径方向に延在する１対の辺と、掘削機本体１０の周方向に延在する１対の辺とによって形成される。第１シール４１は、第１外面Ｆ１に設けられる。第１シール４１は、環状に形成され、例えば、第１外面Ｆ１の中心と同心に配置される。カッタビット３０のホルダ５０は、保持部材４０の内部から第１外面Ｆ１に向けて延在している。そして、ホルダ５０の先端部は、第１外面Ｆ１より外側に露出している。ゆえに、カッタビット３０は、第１外面Ｆ１より外側に露出している。第１シール４１は、カッタビット３０を囲むように配置される。 保持部材４０の第２外面Ｆ２は、第１状態において、第１外面Ｆ１の外縁を形成する辺のうち掘削機本体１０の径方向に延在する辺の一方と連続し、例えば、第１外面Ｆ１と直交する。第１状態において、第２外面Ｆ２は、例えば、掘削機本体１０の周方向に臨み、掘削機本体１０の周方向に直