特許 6575164 カッタ装置及びこれを用いたトンネル掘進機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6575164

(24)【登録日】2019年8月30日

(45)【発行日】2019年9月18日

(54)【発明の名称】カッタ装置及びこれを用いたトンネル掘進機

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/10 20060101AFI20190909BHJP

   E21D 9/087 20060101ALI20190909BHJP

【ＦＩ】

   E21D9/10 K

   E21D9/087 A

【請求項の数】5

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2015-124122(P2015-124122)

(22)【出願日】2015年6月19日

(65)【公開番号】特開2017-8554(P2017-8554A)

(43)【公開日】2017年1月12日

【審査請求日】2018年6月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000228811

【氏名又は名称】日本シビックコンサルタント株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】516308364

【氏名又は名称】ＪＩＭテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001564

【氏名又は名称】フェリシテ特許業務法人

(74)【代理人】

【識別番号】100081514

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 一

(74)【代理人】

【識別番号】100082692

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵合 正博

(73)【特許権者】

【識別番号】000166432

【氏名又は名称】戸田建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001564

【氏名又は名称】フェリシテ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】大塚 孝義

(72)【発明者】

【氏名】近藤 紀夫

(72)【発明者】

【氏名】後藤 辰夫

(72)【発明者】

【氏名】加島 豊

【審査官】 苗村 康造

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１５７６８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０９２１４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２０５００２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５１５１８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１３７８８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２４０２６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１３２２８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１９７３２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ２１Ｄ １／００〜 ９／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

カッタヘッドの軸心から半径方向に沿って延び、前面板に複数のローラカッタ取付口を有し、後面板に複数の排土口を有し、前記各ローラカッタ取付口と前記各排土口との間に設置される複数のローラカッタ回転支持機構、及び前記各ローラカッタ回転支持機構の少なくとも片側一方に画成され、掘進機本体側の大気圧に連通されるローラカッタ交換作業室とを具備する複数のカッタスポークと、
前記カッタスポーク内に前記各ローラカッタ回転支持機構を介して前記カッタヘッドの切削方向に回転可能にかつ着脱可能に取り付けられ、刃先の一部が前記前面板の前記各ローラカッタ取付口から突出される前記複数のローラカッタと、
を備え、
前記各ローラカッタ回転支持機構は、
前記カッタスポークの前記前面板と前記後面板との間で前記前面板側に少し寄った位置に中心をおき、前記前面板の前記ローラカッタ取付口の両側縁部を通り、円弧の一部が前記ローラカッタ取付口から前方所定の範囲に突出される前記カッタスポーク内の仮想円周に沿って前記前面板の前記ローラカッタ取付口の両側縁部と前記後面板の前記排土口の両側縁部との間に断面円弧状に形成され、前記ローラカッタ取付口と前記排土口との間に連通可能な連通空間を画成し、その少なくとも片側一方にローラカッタ交換作業室を画成する断面円弧状の一対のガイド部、及び少なくとも一方のガイド部に開閉可能に形成され、前記連通空間と前記ローラカッタ交換作業室を連通可能な蓋と、前記各ガイド部の両側開口面を遮蔽する遮蔽部とを有してなる弧状ガイドと、
前記弧状ガイド内に嵌合可能に、前記前面板の前記ローラカッタ取付口の開口面に沿って形成され、前記ローラカッタが突出される前記ローラカッタ突出口を有する前面部と、前記前面部から反対側の後面部に向けて前記一対のガイド部に沿う断面円弧状に形成される一対の側面部と、前記後面部に開口を形成されて、前記前面部と前記後面部の開口との間に前記排土口に連通可能な通路にして形成されるカッタ収容部と、これら前面部、各側面部、後面部開口の両側開口面を遮蔽する回転遮蔽部と、前記カッタ収容部内に前記カッタヘッドの切削方向に対して直角に取り付けられるローラカッタ支持軸とを有してなり、前記弧状ガイド内に回動軸を介して回動可能に配置される筒状回動部と、
前記筒状回動部の前記回動軸に作動連結され、前記回動軸を駆動する駆動系と、
前記前面板の前記ローラカッタ取付口に前記筒状回動部の前記前面部が臨む前記筒状回動部の回動位置で、前記弧状ガイドの前記遮蔽部とこれに対向する前記筒状回動部の前記回転遮蔽部との間に同心的に穿設されるキー穴と、前記キー穴に進退可能な進退駆動式のキーとからなり、前記ローラカッタ取付口に前記前面部が臨む前記筒状回動部の回動位置で前記筒状回動部の回動を規制するロック装置と、
を具備し、
前記ローラカッタは前記筒状回動部の前記カッタ収容部内に前記ローラカッタ支持軸を介して刃先の一部を前記ローラカッタ突出口から突出して回転可能に取り付けられ、前記ローラカッタ突出口から突出される前記ローラカッタは前記前面板の前記ローラカッタ取付口から突出される前記筒状回動部の回動位置で、前記ロック装置のロックにより前記筒状回動部の回動を規制されてロックされ、
前記ローラカッタの交換の際は、前記ロック装置のロック解除により前記筒状回動部の回動規制が解除され、前記筒状回動部の回動により、前記筒状回動部の前記各側面部が前記前面板の前記ローラカッタ取付口、前記後面板の排土口を遮断し、前記ローラカッタが前記ローラカッタ交換作業室に向けられて、前記ローラカッタを交換する、
ことを特徴とするカッタ装置。

【請求項2】

筒状回動部は弧状ガイド内にローラカッタ支持軸に対して平行の又は直交する回動軸により回動される請求項１に記載のカッタ装置。

【請求項3】

前面板のローラカッタ取付口の周囲、及び／又は筒状回動部の回動軸の外周面、及び／又は後面板の排土口若しくは筒状回動部の通路にそれぞれ、流体をジェット噴射するためのジェット噴射ノズルを併せて備える請求項１又は２に記載のカッタ装置。

【請求項4】

筒状回動部の一方の側面部の一部に断面直線状の面が形成され、当該断面直線状の面に礫層、玉石混じりの砂礫層などで使用する各種ビットが併設される請求項１乃至３のいずれかに記載のカッタ装置。

【請求項5】

全体が略筒体をなし、ジャッキにより推進される掘進機本体と、前記掘進機本体の前部に回転可能に装着され、前面にカッタ装置を有するカッタヘッドとを備えるトンネル掘進機において、
前記カッタ装置に請求項１乃至４のいずれかに記載のカッタ装置が採用される、
ことを特徴とするトンネル掘進機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トンネルの掘削工事に使用する土圧式あるいは泥水式のシールド機を含むトンネル掘進機に関し、特にトンネル掘進機のカッタ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

トンネルの掘削工事に使用するトンネル掘進機は、一般に、マシン本体の前面にカッタヘッドが回動可能に設けられており、このカッタヘッドの前面板に、地山を切削するためのカッタ装置が装着されている。このカッタヘッドを地山の切羽に押し当て回動させながら前進することで地山を掘削する。
カッタ装置は、一般に、カッタヘッドの軸心に配置された回転筒から半径方向に沿って延びる複数のカッタスポークと、カッタスポークの間に配置される複数の面板と、カッタヘッドの軸心を中心とする周方向に配設されて各カッタスポーク、各面板を連結するリングとを有し、カッタヘッドの中心にセンタビットが設けられ、各カッタスポークの前面に複数のローラカッタが半径方向に沿う半径軸周りに回転自在に配設され、各カッタスポークの両側部に複数のティースビットが配設される。このカッタ装置のローラカッタ他各カッタビットは、地山を切削することで摩耗、損傷し、その摩耗、損傷の進行に伴い切削効率は低下し、最終的に切削困難となって、摩耗、損傷したカッタビットは交換が必要となる。

【0003】

従来、泥水式のシールド機のローラカッタの交換においては、マシン本体のカッタチャンバの後部隔壁に設けられたマンロックに作業員が入函し、切羽に作用する地下水圧に等しい高気圧に揚圧して、カッタチャンバ内の泥水内に進入し、潜水作業により、カッタヘッドに取り付けられた摩耗、損傷したローラカッタを取り外し、新たなローラカッタを取り付けていた。
このようなローラカッタの交換作業の場合、切羽に作用する水圧が高いと、高気圧下の作業として作業時間に制限があり、また、減圧作業にも長時間を要する。そして、作業員には減圧症を発生する可能性がある。このため、ローラカッタの交換作業は期間も長く、高額な費用が必要で、特に、掘削地盤が硬く、水圧が高いトンネル工事では問題があった。また、高気圧作業では、減圧症の軽減化と減圧作業の短時間化を図るために、ヘリウム・酸素・窒素の３種混合ガスなどを呼吸する方法を採用するものの、減圧症を完全になくすことはできず、また希少ガスであるヘリウムを使用することに問題があった。

【0004】

そこで近年は、ローラカッタがカッタスポークの前面板に着脱可能に取り付けられ、カッタスポーク内に形成されたローラカッタの交換のための作業室の大気圧下で、切削ビットを取り外し新しいものに交換できるようにしたカッタ装置を備えたトンネル掘進機が提供されている。この種のトンネル掘進機が特許文献１、２などにより提案されている。

【0005】

特許文献１は、シールド掘進機用カッタ装置に関するもので、このカッタ装置は、ローラ支持部材と、ローラ支持部材を回動可能にカッタスポークに支持する回動支持機構とを備え、回動支持機構を介してローラ支持部材を回動させることにより、ローラカッタを掘削位置と退避位置とに切換可能に構成し、岩盤部掘削時は、ローラカッタで岩盤部を掘削し、土砂部掘削時、ローラカッタの交換時は、ローラ支持部材を回動支持機構を介して退避位置に回動させて、ローラカッタが土砂掘削の邪魔にならないようにし、ローラカッタの交換はカッタスポーク内で行うようにしている。このようにしてローラカッタの交換を容易かつ安全に行え、工事費用を抑えるとともに工期の短縮を図っている。

【0006】

特許文献２は、ディスクカッタ交換装置及び該交換装置を備えたトンネル掘削機に関するもので、このディスクカッタ交換装置は、カッタスポークの前後壁部間に架設され、カッタ突出口とカッタ交換口と第１の排土口を有する円筒状の案内部と、案内部に回動自在に内装され周面にカッタ突出口とカッタ交換口とに選択的に連通可能なカッタ出入口と第１の排土口に連通可能な第２の排土口を有するドラムと、ドラム内においてカッタ出入口と第２の排土口とを連通しカッタ出入口において進退可能な筒部内にディスクカッタを支持すると共に圧縮ばねにより常時後退方向に付勢される筒状のカッタ支持部材と、案内部に固設されてドラムを支持すると共にそのカム部をドラム内に臨入してカッタ支持部材に圧縮ばねの付勢力に抗して係合させたカム付き部材と、ドラムを回動させるジャッキとを備える。このようにして交換装置を簡略化してコストダウンを図るとともに、ディスクカッタの交換作業を迅速かつ安全に行えるようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特許３１３９７４９号公報

【特許文献2】特開２０１２−１３２２８２公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、上記特許文献１のカッタ装置では、次のような問題がある。
（１）このカッタ装置で、特許文献１の図３の場合、ローラ支持部材の後部にシール壁板を介して反力支持部材が取り付けられているため、ローラカッタの周囲が閉鎖空間になっており、ローラカッタで掘削された土砂がローラカッタの周囲やローラカッタの内部に溜まりやすく外部に排出できず、ローラカッタが回転不能になって切羽を掘削できないばかりか、ローラカッタに偏摩耗が生じる恐れがある。また、ローラカッタの交換毎に、ローラ支持部材の後部のシール壁板、反力支持部材を取り外して、そこに止水用ケーシングを取り付ける必要があり、ローラカッタの交換作業が煩雑である。
（２）特に、ローラ支持部材の後部が流通開口部で、ローラ支持部材の側部側でローラカッタを交換する形式のもの（特許文献１の図８参照）の場合、ローラ支持部材の両側に止水用ケーシングが必要で、このローラ支持部材と止水用ケーシングとの間に空間が生じており、ローラ支持部材が回動する過程で、ローラ支持部材のローラカッタ側と流通開口部側が流通可能となるので、切羽が崩壊性地盤の場合、土砂や水がローラカッタの周囲や、ローラ支持部材と止水用ケーシングとの間の空間に侵入し、充満すると（その体積変化が困難となることがあり）、ローラカッタは回動できなくなり、また、ローラ支持部材が回動できなくなってローラカッタの交換ができない恐れがある。
（３）特に、ローラ支持部材の後部が流通開口部で、ローラ支持部材の側部側でローラカッタを交換する形式のもの（特許文献１の図１３参照）の場合、ローラ支持部材の両側に止水用ケーシングが必要で、このローラ支持部材と止水用ケーシングとの間に空間が生じるため、切羽側にもカッタスポーク背面のカッタチャンバ内にも掘削土砂が（加圧）充満しているようなときは、ローラ支持部材の回動中に、切羽側からもカッタチャンバ側からも土砂がローラ支持部材と止水用ケーシングとの間の空間内にたちまち侵入して充満し、このローラ支持部材の回動に伴い、土砂を排除又は体積変化させないと、ローラ支持部材は回動不能になる恐れがある。また、この場合、ローラ支持部材の回動に伴い当該空間の形状が変化するときに、土砂に内部摩擦角をもつ砂や砂礫分が多いとその形状が変化しにくく、ローラ支持部材の回動は極めて困難となる。また、この形式の場合も、ローラカッタの交換毎に、（止水用ケーシングを取り外して）ローラ支持部材の後部にシール壁板を取り付ける必要があり、ローラカッタの交換作業が煩雑である。

【0009】

また、上記特許文献２のカッタ装置は、次のような問題がある。
（１）この文献２のカッタ装置の構造（図３参照）では、カッタ出入り口と大径筒部、排土口と小径筒部、カム付き部材と大径筒部のように摺動部が多いため、これらの各部が摩耗しやすく、耐久性に問題がある。
（２）このカッタ装置の構造の場合、カム付き部材や圧縮バネなど精密加工品が多く、複雑な機構になるため、コストの増大は避けられない。
（３）このカッタ装置の構造の場合、ディスクカッタで掘削されたずりが通される筒状のカッタ支持部材は大径筒部と小径筒部とからなり、大径筒部と小径筒部との接続部分で断面が小さくなるため、大径筒部の接続部分側の端部の隅部にずりが滞留しやすく、それが成長すると、土砂が筒部内で詰まって、ディスクカッタが回転不能になり偏摩耗して、掘削ができなくなる恐れがある。

【0010】

本発明は、このような従来の問題を解決するもので、この種のカッタ装置及びこれを用いたトンネル掘進機において、従来のようなヘリウム・酸素・窒素の三種混合ガスなどの高圧ガスを使用せず、作業員が大気圧下でローラカッタを交換できるようにすることで、作業員に健康障害を生じさせないこと、及びローラカッタの交換に必要な時間、費用を大幅に低減することは勿論のこと、ローラカッタやシェルビットが摩耗又は損傷した場合に、いつでも、簡単かつ安全にローラカッタなどの交換を行えること、さらに、ローラカッタなどにより掘削された土砂がローラカッタ周辺の各部材間に侵入するのを防止するとともに、ローラカッタ及びその周囲に付着、滞留する掘削土砂を外部に円滑に排除して、ローラカッタ及びその周辺各部の機能を良好に維持すること、ローラカッタの交換に必要な構造を可及的に簡単にしてコストのさらなる低減を図ること、岩、巨礫、軟弱地盤などの複合地盤で種々の地盤に適したカッタビットに交換できるようにすること、以ってトンネル掘進機を複合地盤における長距離掘進に適応できるようにすること、を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記目的を達成するために、本発明のカッタ装置は、
カッタヘッドの軸心から半径方向に沿って延び、前面板に複数のローラカッタ取付口を有し、後面板に複数の排土口を有し、前記各ローラカッタ取付口と前記各排土口との間に設置される複数のローラカッタ回転支持機構、及び前記各ローラカッタ回転支持機構の少なくとも片側一方に画成され、掘進機本体側の大気圧に連通されるローラカッタ交換作業室とを具備する複数のカッタスポークと、
前記カッタスポーク内に前記各ローラカッタ回転支持機構を介して前記カッタヘッドの切削方向に回転可能にかつ着脱可能に取り付けられ、刃先の一部が前記前面板の前記各ローラカッタ取付口から突出される前記複数のローラカッタと、
を備え、
前記各ローラカッタ回転支持機構は、
前記カッタスポークの前記前面板と前記後面板との間で前記前面板側に少し寄った位置に中心をおき、前記前面板の前記ローラカッタ取付口の両側縁部を通り、円弧の一部が前記ローラカッタ取付口から前方所定の範囲に突出される前記カッタスポーク内の仮想円周に沿って前記前面板の前記ローラカッタ取付口の両側縁部と前記後面板の前記排土口の両側縁部との間に断面円弧状に形成され、前記ローラカッタ取付口と前記排土口との間に連通可能な連通空間を画成し、その少なくとも片側一方にローラカッタ交換作業室を画成する断面円弧状の一対のガイド部、及び少なくとも一方のガイド部に開閉可能に形成され、前記連通空間と前記ローラカッタ交換作業室を連通可能な蓋と、前記各ガイド部の両側開口面を遮蔽する遮蔽部とを有してなる弧状ガイドと、
前記弧状ガイド内に嵌合可能に、前記前面板の前記ローラカッタ取付口の開口面に沿って形成され、前記ローラカッタが突出される前記ローラカッタ突出口を有する前面部と、前記前面部から反対側の後面部に向けて前記一対のガイド部に沿う断面円弧状に形成される一対の側面部と、前記後面部に開口を形成されて、前記前面部と前記後面部の開口との間に前記排土口に連通可能な通路にして形成されるカッタ収容部と、これら前面部、各側面部、後面部開口の両側開口面を遮蔽する回転遮蔽部と、前記カッタ収容部内に前記カッタヘッドの切削方向に対して直角に取り付けられるローラカッタ支持軸とを有してなり、前記弧状ガイド内に回動軸を介して回動可能に配置される筒状回動部と、
前記筒状回動部の前記回動軸に作動連結され、前記回動軸を駆動する駆動系と、
前記前面板の前記ローラカッタ取付口に前記筒状回動部の前記前面部が臨む前記筒状回動部の回動位置で、前記弧状ガイドの前記遮蔽部とこれに対向する前記筒状回動部の前記回転遮蔽部との間に同心的に穿設されるキー穴と、前記キー穴に進退可能な進退駆動式のキーとからなり、前記ローラカッタ取付口に前記前面部が臨む前記筒状回動部の回動位置で前記筒状回動部の回動を規制するロック装置と、
を具備し、
前記ローラカッタは前記筒状回動部の前記カッタ収容部内に前記ローラカッタ支持軸を介して刃先の一部を前記ローラカッタ突出口から突出して回転可能に取り付けられ、前記ローラカッタ突出口から突出される前記ローラカッタは前記前面板の前記ローラカッタ取付口から突出される前記筒状回動部の回動位置で、前記ロック装置のロックにより前記筒状回動部の回動を規制されてロックされ、
前記ローラカッタの交換の際は、前記ロック装置のロック解除により前記筒状回動部の回動規制が解除され、前記筒状回動部の回動により、前記筒状回動部の前記各側面部が前記前面板の前記ローラカッタ取付口、前記後面板の排土口を遮断し、前記ローラカッタが前記ローラカッタ交換作業室に向けられて、前記ローラカッタを交換する、
ことを要旨とする。
また、このカッタ装置は、各部に次のような構成を有することが好ましい。
（１）筒状回動部は弧状ガイド内にローラカッタ支持軸に対して平行の又は直交する回動軸により回動される。
（２）前面板のローラカッタ取付口の周囲、及び／又は筒状回動部の回動軸の外周面、及び／又は後面板の排土口若しくは筒状回動部の通路にそれぞれ、流体をジェット噴射するためのジェット噴射ノズルを併せて備える。
（３）筒状回動部の一方の側面部の一部に断面直線状の面が形成され、当該断面直線状の面に礫層、玉石混じりの砂礫層で使用する各種ビットが併設される。

【0012】

また、上記目的を達成するために、本発明のトンネル掘進機は、全体が略筒体をなし、ジャッキにより推進される掘進機本体と、前記掘進機本体の前部に回転可能に装着され、前面にカッタ装置を有するカッタヘッドとを備えるトンネル掘進機において、上記のカッタ装置が採用される、ことを要旨とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明のカッタ装置及びこれを用いたトンネル掘進機では、上記の構成により、次のような本発明独自の格別な効果を奏する。
（１）カッタ装置にロック装置を設けたことにより、すなわち、前面板のローラカッタ取付口に筒状回動部の前面部が臨む筒状回動部の回動位置で、弧状ガイドの遮蔽部とこれに対向する筒状回動部の回転遮蔽部との間に同心的に穿設されるキー穴と、キー穴に進退可能な進退駆動式のキーとを備え、ローラカッタ取付口に前面部が臨む筒状回動部の回動位置で筒状回動部の回動を規制するようにしたので、ローラカッタ突出口から突出されるローラカッタを、ローラカッタが前面板のローラカッタ取付口から突出される筒状回動部の回動位置で、筒状回動部の回動を規制してロックすることができる。
（２）カッタスポーク内にローラカッタ回転支持機構とローラカッタ交換室が設けられ、作業員がローラカッタ交換作業室の大気圧下でローラカッタを交換できるようにしたので、従来のようなヘリウム・酸素・窒素の三種混合ガスなどの高圧ガスを使用せず、作業員が大気圧下でローラカッタを交換することができ、これにより、作業員に健康障害を生じさせることがなく、ローラカッタの交換に必要な時間、費用を大幅に低減することができる。
（３）ローラカッタ回転支持機構の特に弧状ガイドと筒状回動部の構造により、弧状ガイドの一方のガイド部（の連通部）を蓋で閉塞した状態とし、弧状ガイド内で筒状回動部を回動することにより、ローラカッタを一方のガイド部の蓋まで回動し、筒状回動部の一方の側部でローラカッタ取付口を遮断し、他方の側部で排土口を遮断して、弧状ガイドの一方のガイド部の蓋を取り外し（連通部を）開放することにより、カッタローラを交換するようにしたので、ローラカッタが摩耗又は損傷した場合に、いつでも、簡単かつ安全にローラカッタの交換を行うことができる。
（４）ローラカッタの交換に使用するローラカッタ回転支持機構を、筒形構造の弧状ガイドと、筒形構造の筒状回動部と、筒状回動部の回動軸を駆動する駆動系とにより構成するので、ローラカッタの交換に必要な構造を可及的に簡単にしてコストのさらなる低減を図ることかできる。
（５）カッタスポークの前面板のローラカッタ取付口と筒状回動部との間はシール材により遮断されることで、筒状回動部の前面部のローラカッタ突出口と後面部の開口との間の通路以外に、切羽からの土砂が入り込むような空間がないので、筒状回動部の前面部のローラカッタ突出口から入ってきた掘削土砂は前面部のローラカッタ突出口と後面部の開口との間の通路を経て、排土口から外部へ円滑に排除し、掘削土砂がローラカッタ周辺の各部材間に侵入し、滞留するのを防止して、ローラカッタ及びその周辺各部の機能を良好に維持することができる。
（６）筒状回動部の一方の側面部に礫層、玉石混じりの砂礫層などで使用する各種ビットを併設できるので、岩、巨礫、軟弱地盤などが交互に現れる所謂複合地盤で種々の地盤に適したカッタビットに容易に交換することができる。
（７）上記（１）−（６）により、トンネル掘進機を複合地盤における長距離掘進に適応させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の第１の実施の形態によるカッタ装置を装着したトンネル掘進機の構成を示す正面図）

【図2】同トンネル掘進機のシールド本体の前部側の一部及び同カッタ装置の構成を示す部分側面断面図

【図3】同カッタ装置の要部の構成を示す平面断面図

【図4】同カッタ装置の要部の構成を示す側面断面図

【図5】同カッタ装置に用いる駆動装置の構成を示す平面図

【図6】同カッタ装置に用いる他の駆動装置の構成を示す平面図

【図7】同カッタ装置の特にローラカッタ回転支持機構の動作を示す平面断面図

【図8】本発明の第２の実施の形態によるカッタ装置の要部の構成を示す断面図（（ａ）は平面断面図（ｂ）は側面断面図）

【図9】同カッタ装置の特にローラカッタ回転支持機構の動作を示す断面図（（ａ）は平面断面図（ｂ）は側面断面図）

【図10】同カッタ装置の特にローラカッタ回転支持機構の動作を示す平面断面図

【図11】本発明の第３の実施の形態によるカッタ装置の要部の構成を示す断面図（（ａ）は一部断面正面図（ｂ）は側面断面図（ｃ）は平面断面図）

【発明を実施するための形態】

【0015】

次に、この発明の実施の形態について図を用いて説明する。
図１、図２にトンネル掘進機を示している。
図１、図２に示すように、トンネル掘進機Ｍは、シールドジャッキ（図示省略）により推進されるシールド本体（掘削機本体）Ｍ１と、シールド本体Ｍ１の前部に回転可能に装着され、前面にカッタ装置１を有するカッタヘッドＭ２とを備える。
シールド本体Ｍ１は全体が略円筒体をなし、その前部に切羽崩壊土圧を保持する隔壁１０１が設けられて、この隔壁１０１に軸受（図示省略）を介して旋回環・ギア１０２がシールド本体Ｍ１軸心（カッタヘッドＭ２の軸心）回りに回転可能に支持され、この旋回環・ギア１０２に複数のカッタヘッド支持桁１０３が前方に突設されて、これらのカッタヘッド支持桁１０３の前端部に円形のカッタヘッドＭ２が取り付けられる。また、隔壁１０１の後部の大気圧側には、カッタヘッドＭ２を回転駆動するカッタ駆動装置１０４が設置される。このカッタ駆動装置１０４は、旋回環・ギア１０２の背面に設けられたリングギアと、このリングギアに噛み合う複数の駆動ピニオンと、駆動ピニオンをそれぞれ回転駆動する複数の駆動モータとにより構成される。この隔壁１０１にはまた、カッタヘッドＭ１により掘削された土砂を、切羽土圧を保持しつつ後部の大気圧側に排出する排土装置１０５が設けられる。
かかるシールド本体Ｍ１前部のカッタヘッドＭ２の前面に本発明によるカッタ装置１が設けられる。
カッタ装置１は、シールド本体Ｍ１の軸心上に配置される回転筒１０と、回転筒１０から半径方向に沿って延びる複数本、この場合、８本のカッタスポーク１１と、シールド本体Ｍ１の軸心を中心とする周方向に配設されて各カッタスポーク１１を連結する外周リング１３とを備え、回転筒１０の前面にはセンタビット１４が設けられ、各カッタスポーク１１０の前面板１１Ｆに岩盤や礫を破砕するローラカッタ１５がそれぞれ半径方向に沿う半径軸回りに回転自在に配設され、各カッタスポーク１１の両側部に複数のティースビット１６が配設されて構成される。なお、図１中、符号１２は開口部である。また、各カッタスポーク１１内にはローラカッタ１５の交換作業を行うためのローラカッタ交換作業室２０が設けられ、回転筒１０内には、作業員が出入り可能な出入り室１０Ｓが設けられる。この出入り室１０Ｓは隔壁１０１を貫通してシールド本体Ｍ１内の大気圧側からカッタスポーク１１内のローラカッタ交換作業室２０へローラカッタ交換作業室２０側の人孔１０ａを通じて出入り可能に連通される。なお、回転筒１０内には作泥土材供給管１７が配管され、回転筒１０の前部に作泥土材噴出口１８が設けられる。
そして、このカッタ装置１では、特に、各カッタスポーク１１の前面板１１Ｆに複数のローラカッタ取付口１１０を有し、後面板１１Ｒに複数の排土口１１１（図３参照）を有し、各ローラカッタ取付口１１０と各排土口１１１との間に後述する複数のローラカッタ回転支持機構２が設置され、各ローラカッタ回転支持機構２の少なくとも片側一方にシールド本体Ｍ１側の大気圧に連通されるローラカッタ交換作業室２０が画成され、複数のローラカッタ１５がそれぞれ、各カッタスポーク１１内に各ローラカッタ回転支持機構２を介してカッタヘッドＭ２の切削方向に回転可能にかつ着脱可能に取り付けられ、刃先の一部が各カッタスポーク１１の前面板１１Ｆの各ローラカッタ取付口１１０から突出される。
このようにしてトンネル掘進機Ｍはカッタ駆動装置１０４によりカッタヘッドＭ２を地山の切羽に押し当て回動させながら切羽を掘削し、掘削ずりを排土装置１０５により排出しながら、シールドジャッキ（図示省略）により前進し、地山を推進するようになっている。

【0016】

以下、このカッタ装置１のローラカッタ回転支持機構２及びローラカッタ１５について、詳しく説明する。
（第１の実施の形態）
図３、図４にローラカッタ回転支持機構及びローラカッタの第１の実施の形態を示している。
図３、図４に示すように、各カッタスポーク１１は断面矩形状の長い箱形に構成され、前面板１１Ｆ、後面板１１Ｒ、各側面板１１Ｓは平板状で、前面板１１Ｆのローラカッタ取付口１１０、後面板１１Ｒの排土口１１１は各面板に相互に対向して形成され、ローラカッタ取付口１１０は前面板１１Ｆに前面板１１Ｆ幅方向に長い矩形状に排土口１１１よりも少し大きく開口され、排土口１１１は後面板１１Ｒに後面板１１Ｒ幅方向に長い矩形の筒状に形成されて、かかるカッタスポーク１１において各ローラカッタ回転支持機構２は、弧状ガイド３と、筒状回動部４と、筒状回動部４を駆動する駆動系としての駆動装置５とを備えて構成される。
なお、カッタスポーク１１のローラカッタ取付口１１０の開口縁部、排土口１１１の開口縁部（この場合、後述する弧状ガイド３の排土口１１１に近接する位置）にはそれぞれ、シール材取付溝１９０が形成され、このシール材取付溝１９０にシール材１９が取り付けられる。

【0017】

弧状ガイド３は、カッタスポーク１１の前面板１１Ｆと後面板１１Ｒとの間に中心をおき、前面板１１Ｒのローラカッタ取付口１１０の両側縁部を通り、円弧の一部がローラカッタ取付口１１０から前方所定の範囲に突出されるカッタスポーク１１内の仮想円周Ｃ１に沿って前面板１１Ｆのローラカッタ取付口１１０の両側縁部と後面板１１Ｒの排土口１１１の両側縁部との間に形成され、ローラカッタ取付口１１０と排土口１１１との間に連通空間３０を画成し、その両側にローラカッタ交換作業室２０を画成する断面円弧状の一対のガイド部３１、及び少なくとも一方のガイド部３１に開閉可能に形成され、連通空間３０と一方のローラカッタ交換作業室２０を連通可能な蓋３１１と、各ガイド部３１の両側開口面を遮蔽する遮蔽部３２とを有してなる。
この場合、弧状ガイド３は仮想円周Ｃ１がカッタスポーク１１の前面板１１Ｆと後面板１１Ｒとの間でカッタスポーク１１の中心よりも少し前面板１１Ｆ側に寄った位置に中心をおき、前面板１１Ｆのローラカッタ取付口１１０の前面板１１Ｆ幅方向の両側縁部を通り、円弧の一部がローラカッタ取付口１１０から前方所定の範囲に突出されるものとして構成される。すなわち、弧状ガイド３は、一対のガイド部３１がそれぞれ、前面板１１Ｆのローラカッタ取付口１１０の前面板１１Ｆ幅方向の両側縁部と後面板１１Ｒの排土口１１１の後面板１１Ｒ幅方向の両側縁部との間に仮想円周Ｃ１に沿って円弧状に形成され、前面板１１Ｆのローラカッタ取付口１１０の前面板１１Ｆ長さ方向の両側縁部と後面板１１Ｒの排土口１１１の後面板１１Ｒ長さ方向の両側縁部との間にそれぞれ、遮蔽部３２が形成されて、ローラカッタ取付口１１０と排土口１１１との間に連通空間３０が画成され、その両側にローラカッタ交換作業室２０が画成される。この連通空間３０はローラカッタ１５で掘削された掘削ずりを排土口１１１へ移動するのに用いられる。また、この場合、一方のガイド部３１は中間所定の範囲の一部がローラカッタ取付口１１０、排土口１１１間の連通空間３０と一方のローラカッタ交換作業室２０とが連通可能に分割されて蓋３１１になっており、この蓋３１１が一方のガイド部３１においてボルトナットにより着脱可能に連結される。この蓋３１１により閉鎖された連通部３１０は、ローラカッタ１５の交換時に摩耗、損傷したローラカッタ１５の取り出しと、新規のローラカッタ１５の組み込みに用いられる。そして各遮蔽部３２には仮想円周Ｃ１の中心に対応する位置に軸受取付穴３２０が形成され、各軸受取付穴３２０に筒状回動部４の回動軸のための軸受３３が固着される。

【0018】

筒状回動部４は、弧状ガイド３内に嵌合可能に、カッタスポーク１１の前面板１１Ｆのローラカッタ取付口１１０の開口面に沿って形成され、ローラカッタ１５が突出されるローラカッタ突出口４０、及びこのローラカッタ突出口４０と前面板１１Ｆのローラカッタ取付口１１０との間を遮断する遮断部４１を有する前面部４Ｆと、前面部４Ｆから反対側の後面部４Ｒに向けて弧状ガイド３の一対のガイド部３１に沿う断面円弧状に形成される一対の側面部４Ｓと、後面部４Ｒに開口４２を形成されて、前面部４Ｆと後面部４Ｒの開口４２との間に排土口１１１に連通可能な通路４３Ｓにして形成されるカッタ収容部４３と、これら前面部４Ｆ、各側面部４Ｓ、後面部開口４２の両側開口面を遮蔽する回転遮蔽部４４と、カッタ収容部４３内のローラカッタ突出口４０と仮想円周Ｃ１の中心との間にカッタヘッドＭ２の切削方向に対して直角に取り付けられるローラカッタ支持軸４５とを有してなり、弧状ガイド３内に仮想円周Ｃ１の中心を回動中心として回動軸４６を介して各ガイド部３１の案内により回動可能に配置される。
この場合、筒状回動部４は仮想円周Ｃ１が既述のとおりカッタスポーク１１の前面板１１Ｆと後面板１１Ｒとの間でカッタスポーク１１の中心よりも少し前面板１１Ｆ側に寄った位置に中心をおき、前面板１１Ｆのローラカッタ取付口１１０の前面板１１Ｆ幅方向の両側縁部を通り、円弧の一部がローラカッタ取付口１１０から前方所定の範囲に突出されるものとして構成され、弧状ガイド３内で筒状回動部４はローラカッタ支持軸４５に対して平行の回動軸４６により回動されるようになっている。
すなわち、前面部４Ｆがカッタスポーク１１の前面板１１Ｆのローラカッタ取付口１１０の開口面に沿って開口面と同じ大きさの矩形の平坦状に形成され、この前面部４Ｆの中央にローラカッタ突出口４０がローラカッタ１５が突出可能に前面板１１Ｆ幅方向に長い矩形状に開口され、このローラカッタ突出口４０の周囲がカッタスポーク１１の前面板１１Ｆのローラカッタ取付口１１０を遮断可能な遮断部４１として形成される。なお、このローラカッタ突出口４０はローラカッタ１５の直径及び高さよりも少し大きくしてある。一対の側面部４Ｓはそれぞれこの前面部４Ｆの前面板１１Ｆ幅方向に対応する両側から反対側の後面部４Ｒに向けて弧状ガイド３の一対のガイド部３１に沿う断面円弧状に形成される。後面部４Ｒの開口４２はカッタスポーク１１の後面板１１Ｒの排土口１１１と略同じ大きさの略矩形状に開口される。
そして、これら前面部４Ｆ、各側面部４Ｓ、後面部開口４２の両側開口面が、前面部４Ｆ、各側面部４Ｓの前面板１１Ｆ長さ方向両側の各縁部間に回転遮蔽部４４が設けられて遮蔽される。各回転遮蔽部４４には仮想円周Ｃ１の中心に対応する位置に回動軸４６を挿通可能に軸挿通部４４０が形成されて、これに回動軸４６が通される。また、カッタ収容部４３内のローラカッタ突出口４０と仮想円周Ｃ１の中心との間で各回転遮蔽部４４間にローラカッタ支持軸４５が取り付けられてカッタヘッドＭ２の切削方向に対して直角に配置される。この場合、ローラカッタ支持軸４５は筒状回動部４のカッタ収容部４３内のローラカッタ突出口４０側の端部にローラカッタ支持フレーム４７を介して取り付けられ、ローラカッタ支持フレーム４７はその背後がカッタ収容部４３に設けられる受け台４８により固定される。この場合、ローラカッタ支持軸４５は四角柱状の軸からなる。ローラカッタ支持フレーム４７は全体が前面部４Ｆのカッタ突出口４０から嵌挿可能で仮想円周Ｃ１の中心付近（仮想円周Ｃ１の中心の手前）まで延びる断面四角形の筒形に形成され、前部４７Ｆにカッタ突出口４０内で開口される開口４７１を有し、この開口４７１の筒状回動部４の回転遮蔽部４４側の各縁部中央にローラカッタ支持軸４５が嵌合可能に断面四角形の凹部４７２が形成され、後部４７Ｒに前部の開口４７１に対向して開口４７３を有する。そして、ローラカッタ支持軸４５は、両端がローラカッタ支持フレーム４７の前部４７Ｆの各凹部４７２間に嵌合されて取り付けられ、このローラカッタ支持フレーム４７が筒状回動部前面部４Ｆのローラカッタ突出口４０から嵌挿されて取り付けられ、ローラカッタ支持軸４５は、このローラカッタ支持フレーム４７を介して、カッタ収容部４３の前端部に支持される。また、受け台４８はローラカッタ支持フレーム４７の後部４７Ｒに当接しかつ連通可能に断面四角形の筒形に形成され、前部４８Ｆ、後部４８Ｒにそれぞれ開口４８１、４８２を有する。この場合、受け台４８は筒状回動部４の各回転遮蔽部４４側の各部が筒状回動部４の各回転遮蔽部４４の厚さとローラカッタ支持フレーム４７のフレームの厚さを合わせた高さで、これら各部の中心間（幅方向の面と長さ方向の面とに囲まれた各平面の中心間）に回動軸４６を挿通可能な穴４８０が穿たれる。また、この場合、受け台４８の両側部４８Ｓで後部４８Ｒ側端部に後部４８Ｒ面と平行に仕切り部４８３が延設される。この受け台４８はカッタ収容部４３内にローラカッタ支持フレーム４７の背後で筒状回動部４の各回転遮蔽部４４に弧状ガイド３の各遮蔽部３２の軸受３３に同心的に穿たれた取付穴４４０に嵌着されて配設され、両側部４８Ｓの各仕切り部４８３は筒状回動部４の各側面部４Ｓの内面に接合される。これによりカッタ収容部４３内に配設されたローラカッタ支持フレーム４７は背後が、受け台４８により固定されるようになっており、また、ローラカッタ支持フレーム４７と、受け部４８及び各仕切り部４８３とにより、カッタ収容部４３は筒状回動部４の前面部４Ｆと後面部４Ｒの開口４２との間が連通する通路４Ｓとして画成される。なお、この通路４Ｓは、ローラカッタ支持フレーム４７、受け部４８間が断面四角形の通路で、受け部４８と後面部４Ｒの開口４２との間が断面直線部と断面円弧状部で仕切られる通路となす。そして、この状態で、回動軸４６が受け台４８の各穴４８０間に通されて、弧状ガイド３の各遮蔽部３２の各軸受３３に支持される。このようにして筒状回動部４は弧状ガイド３内に仮想円周Ｃ１の中心を回動中心として回動軸４６を介して各ガイド部３１の案内により回動可能に配置される。なお、この筒状回動部４とカッタスポーク１１の前面板１１Ｆのローラカッタ取付口１１０の開口縁部との間は既述のシール材１９により水密に保持される。

【0019】

駆動装置５は、ローラカッタ交換作業室２０内に設置されて、筒状回動部４の回動軸４６に作動連結され、回動軸４６を駆動する。ここで、駆動装置５は、図５に示すように、油圧ジャッキ５０と、油圧ジャッキ５０により伸縮駆動される複数のリンク５１とからなり、この油圧ジャッキ５０がローラカッタ交換作業室２０側でヒンジ部材を介して回動軸４６に対して直角方向に揺動可能に設置され、先端のリンク５１が筒状回動部４の回動軸４６にこの回動軸４６に下端に取り付けられる回動レバー５２を介して連結される。
また、この駆動装置５は駆動源を駆動モータに変更可能である。
この場合、駆動装置５は駆動モータ５３と、駆動モータ５３により回転駆動されるウォーム５４１及びウォームホイール５４０の組み合わせからなるウォームギア５４とにより構成される。駆動モータ５３はローラカッタ交換作業室２０側に設置され、ウォームホイール５４０が回動軸４６に外嵌され、ウォーム５４１が駆動モータ５３と回動軸４６のウォームホイール５４０との間に台座５５を介して配置されて、駆動モータ５３の駆動軸が減速機を介してウォーム５４１に連結され、ウォーム５４１とウォームホイール５４０との係合により回動軸４６に連結される。
また、この場合、駆動装置５は、減速機付きの駆動モータが採用され、駆動モータが回動軸４６に直結されるようにしてもよい。
なお、回動軸４６の駆動系は、これらの駆動装置５に限定されるものではなく、この種の回動軸を回動するものであれば他の機構やシステムが採用されてもよい。また、ローラカッタ交換作業室２０内に回転駆動部を装備することに代えて、別途、回転駆動治具を持ち込み、回転駆動治具で回動軸を回動するようにしてもよい。

【0020】

このようなローラカッタ回転支持機構２の構成において、ローラカッタ１５及び筒状回動部４は、ローラカッタ１５の回動半径をＲ１とし、筒状回動部４の回動半径をＲ２とすると、Ｒ１≦Ｒ２の関係を有し、ローラカッタ１５は筒状回動部４のカッタ収容部４３内にローラカッタ支持軸４５を介して刃先の一部をローラカッタ突出口４０から突出して仮想円周Ｃ１内で回転可能に取り付けられる。

【0021】

また、このカッタ装置１には、筒状回動部４を所定の回動位置でロックするためのロック装置６、カッタ収容部４３に付着、滞留する土砂をカッタ装置１の外部に排出するための第１、第２、第３のジェット噴射ノズル７１、７２、７３を併せて備える。

【0022】

ロック装置６は、カッタスポーク１１の前面板１１Ｆのローラカッタ取付口１１０に筒状回動部４の前面部４Ｆが臨み、筒状回動部４のローラカッタ突出口４０から突出されたローラカッタ１５がローラカッタ取付口１１０から突出される筒状回動部４の回動位置で、この筒状回動部４の回動を規制するためのもので、弧状ガイド３の遮蔽部３２とこれに対向する筒状回動部４の回転遮蔽部４４との間に同心的に穿設されたキー穴６０と、キー穴６０に嵌挿されるキー６１とからなる。
この場合、ロック装置６は、２組２つのキー穴６０と、２組一対のジャッキ駆動式のキー６１により構成される。一方の１組の２つのキー穴６０はそれぞれ、弧状ガイド３の一方の遮蔽部３２に排土口１１１に近接する所定の位置と、カッタスポーク１１の前面板１１Ｆのローラカッタ取付口１１０に筒状回動部４の前面部４Ｆが臨み、筒状回動部４のローラカッタ突出口４０から突出されたローラカッタ１５がローラカッタ取付口１１０から突出される筒状回動部４の回動位置において、筒状回動部４の一方の回転遮蔽部４４で弧状ガイド３の各所定の位置に対応する位置にそれぞれ形成され、弧状ガイド３の一方の遮蔽部３２にこの遮蔽部３２に形成されたキー穴６０に連通するキー穴６００を有するキー穴補強ブロック６０１が併せて固設される。一方の一対のジャッキ駆動式のキー６１はそれぞれ、ジャッキ６１Ｊと、ジャッキ６１Ｊにより伸縮される所定の長さを有するキー６１とからなる。各ジャッキ駆動式のキー６１はジャッキ６１Ｊがキー穴補強ブロック６０１上に設置されて、キー６１がキー穴補強ブロック６０１、各遮蔽部３２、４４の各キー穴６００、６０間に進退可能になっている。同様にして、他方の１組の２つのキー穴６０がそれぞれ、弧状ガイド３の他方の遮蔽部３２、筒状回動部４の他方の回転遮蔽部４４にそれぞれ形成され、弧状ガイド３の他方の遮蔽部３２にキー穴補強ブロック６０１が併せて固設され、他方の一対のジャッキ駆動式のキー６１がキー穴補強ブロック６０１上に設置されて、キー６１がキー穴補強ブロック６０１、各遮蔽部３２、４４の各キー穴６００、６０間に進退可能になっている。

【0023】

第１のジェット噴射ノズル７１は、図３に示すように、カッタスポーク１１の前面板１１Ｆのローラカッタ取付口１１０の周囲に設けられて、ローラカッタ１５に向けて流体をジェット噴射するようになっている。この場合、第１のジェット噴射ノズル７１は一対のジェット噴射ノズル７１からなる。各ジェット噴射ノズル７１は、カッタスポーク１１の前面板１１Ｆ上でローラカッタ取付口１１０の前面板１１Ｆ幅方向の両側中央に噴射口をローラカッタ１５に向けて固設され、各ジェット噴射ノズル７１と流体噴射装置本体（図示省略）が高圧ホース７１１により接続される。このようにして、一対のジェット噴射ノズル７１により、ローラカッタ１５の両側からローラカッタ１５に向けて水などの流体をジェット噴射する。
第２のジェット噴射ノズル７２は、筒状回動部４の回動軸４６の外周面に設けられて、ローラカッタ１５及びその周辺に向けて流体をジェット噴射するようになっている。この場合、回動軸４６の一端面の中心位置から回動軸４６の軸心上を回動軸４６の長さ方向中央位置まで、さらにこの中央位置から回動軸４６の半径方向へジェット流体管が設けられて、これにジェット噴射ノズル７２が配設され、このジェット噴射ノズル７２と流体噴射装置本体（図示省略）が高圧ホース７２１により接続される。このようにして回動軸４６のジェット噴射ノズル７２によりローラカッタ１５及びその周辺に向けて流体をジェット噴射する。
第３のジェット噴射ノズル７３は、カッタスポーク１１の後面板１１Ｒの排土口１１１に設けられて、排土口１１１及び筒状回動部４の通路４３Ｓに向けて流体をジェット噴射するようになっている。この場合、排土口１１１の外周面の一部にノズル保持筒７３０が挿着され、このノズル保持筒７３０に先端の周面に噴射口を有するジャッキ駆動のジェット噴射ノズル７３が進退可能にかつ回転可能に挿通配置され、このジェット噴射ノズル７３と流体噴射装置本体（図示省略）が高圧ホース７３１により接続される。このようにして排土口１１１のジェット噴射ノズル７３により排土口１１１及び筒状回動部４の通路４３Ｓに向けて水などの流体をジェット噴射する。

【0024】

このようにしてトンネル掘進機Ｍは、カッタヘッドＭ２のカッタ装置１、すなわち、ローラカッタ１５を他の切削ビット（１４、１６）とともに地山の切羽に押し当て回動し、掘削ずりは排土装置１０５により排出しながら、シールドジャッキ（図示省略）により前進し、地山を掘削し推進する。
このとき、カッタスポーク１１の前面板１１Ｆのローラカッタ取付口１１０に筒状回動部４の前面部４Ｆが臨み、筒状回動部４のローラカッタ突出口４０から突出されたローラカッタ１５がローラカッタ取付口１１０から突出された状態で、これが、ロック装置６により、すなわち、２組一対のジャッキ駆動式のキー６１が弧状ガイド３の各遮蔽部３２の２組一対の各キー穴６０、筒状回動部４の各回転遮蔽部４４の２組一対の各キー穴６０に挿入されて、筒状回動部４がロック（回動規制）される。したがって、ローラカッタ１５は確実に固定される。
また、この場合、ローラカッタ１５を回動しようとするときに、ローラカッタ１５の周囲に掘削土砂や切羽から肌落ちした土砂が溜り、これによりローラカッタ１５の回動が阻害されることがあるが、このような場合は、第１のジェット噴射ノズル７１からローラカッタ１５に向けてジェット水を噴射することによりローラカッタ１５の周囲に溜まった土砂を除去することができ、ローラカッタ１５を円滑に回動することができる。また、切羽の掘削中、ローラカッタ１５の回転により、掘削ずりがローラカッタ取付口１１０と排土口１１１との間の通路４３Ｓを経て排土口１１１から排出されるが、掘削ずりがローラカッタ１５の周辺に固着するような場合は、第２のジェット噴射ノズル７２からローラカッタ１５の周辺に固まった掘削ずりに向けてジェット水を噴射することにより掘削ずりを除去することができ、さらに、掘削ずりの一部が排土口１１１やその付近に溜まるような場合は、第３のジェット噴射ノズル７３から排土口１１１やその付近に溜まった掘削ずりに向けてジェット水を噴射することにより掘削ずりを除去することができ、ローラカッタ１５の回転不能を解消してローラカッタ１５を常に円滑に回転することができ、ローラカッタ１５の長寿命化を果たすことができる。
さらに、この場合、カッタスポーク１１の前面板１１Ｆのローラカッタ取付口１１０と筒状回動部４との間はローラカッタ取付口１１０のシール材１９により遮断されており、筒状回動部４の前面部４Ｆのローラカッタ突出口４０と後面部４Ｒの開口４２との間の通路４３Ｓ以外に、切羽からの土砂が入り込むような空間や空隙がないので、弧状ガイド３内での筒状回動部４は良好な状態に維持される。

【0025】

そして、地山の掘削途中で切羽に岩や大石が出現すると、カッタヘッドＭ２のローラカッタ１５が摩耗したり損傷したりして、地山の掘削効率が低下し、また、掘削不能になることがあり、この場合、摩耗又は損傷したローラカッタ１５を交換する必要が生ずる。
この場合、作業員はシールド本体Ｍ１内から出入り室１０Ｓに入り、人孔１０ａを通じてローラカッタ交換作業室２０に入室し、新規のローラカッタ１５やその交換に必要な機材を搬入する。そして、ローラカッタ交換作業室２０の大気圧下でローラカッタ１５を交換する。このローラカッタ１５の交換手順は次のとおりである。
（ローラカッタの交換手順）
（１）トンネル掘削機Ｍによる地山の掘削を停止する。この場合、ローラカッタ１５が切羽に食い込んで、筒状回動部４の回動が困難なことがあるため、カッタヘッドＭ２を切羽から若干後退させて、切羽の切削面とローラカッタ１５の先端との間に筒状回動部４が回動可能に空隙を確保しておくことが好ましい。
（２）弧状ガイド３の一方のガイド部３１の連通部３１０を蓋３１１で閉塞する。
（３）筒状回動部４のロック装置６のロックを解除する。すなわち、２組一対のジャッキ駆動式のキー６１をジャッキ６１Ｊの駆動により弧状ガイド３、筒状回動部４の各キー穴６０から離脱し、筒状回動部４のロック（回動規制）を解除する。
（４）筒状回動部４を回動する。この場合、油圧ジャッキ５０の駆動により、各リンク５１を収縮駆動して、図７に示すように、筒状回動部４の回動軸４６を反時計回りに回動し、弧状ガイド３内で筒状回動部４を同方向に回動して、ローラカッタ１５を一方のガイド部３１の蓋３１１まで回動する。このとき、筒状回動部４の一方の側面部４Ｓがカッタスポーク１１のローラカッタ取付口１１０に回動されてこの側面部４Ｓでローラカッタ取付口１１０を切羽に対して遮断するとともに、他方のガイド部３１が排土口１１１まで回動されてこの側面部４Ｓで排土口１１１を遮断する。これにより、切羽側、カッタスポーク１１の背面側からカッタスポーク１１内への土砂の流入が阻止される。また、この筒状回動部４の回動中も、カッタスポーク１１の前面板１１Ｆのローラカッタ取付口１１０と筒状回動部４との間はローラカッタ取付口１１０のシール材１９により遮断されており、筒状回動部４の前面部４Ｆのローラカッタ突出口４０と後面部４Ｒの開口４２との間の通路４３Ｓ以外に、切羽からの土砂が入り込むような空間、空隙がないので、弧状ガイド３内で筒状回動部４は良好な状態に維持され、回動不能な状態になることがない。
（５）弧状ガイド３の一方のガイド部３１の蓋３１１を取り外し、このガイド部３１の一部（連通部３１０）を開放する。
（６）ローラカッタ１５を抜き出して、新規のローラカッタ１５を設置、締結する。
（７）弧状ガイド３の一方のガイド部３１の蓋３１１を再び取り付け、このガイド部３１（の連通部３１０）を閉塞する。
（８）筒状回動部４を回動し、ローラカッタ１５を元の掘削位置へ戻す。すなわち、油圧ジャッキ５０の駆動により、各リンク５１を収縮して筒状回動部４の回動軸４６を時計回りに回動し、弧状ガイド３内で筒状回動部４を同方向に回動して、ローラカッタ１５をカッタスポーク１１のローラカッタ取付口１１０まで回動する。このとき、筒状回動部４の各側面部４Ｓが弧状ガイド３の各ガイド部３１に戻されてローラカッタ取付口１１０、排土口１１１がそれぞれ開放される。
（９）ロック装置６を解除する。すなわち、２組一対のジャッキ駆動式のキー６１をジャッキ６１Ｊの駆動により弧状ガイド３、筒状回動部４の各キー穴６０に挿入し、筒状回動部４をロック（回動規制）する。
（１０）トンネル掘削機Ｍによる地山の掘削を再開する。
なお、ローラカッタ１５の交換後、作業員はローラカッタ交換作業室２０から人孔１０ａを通じて出入り室１０Ｓに入り、シールド本体Ｍ１内に戻り、取り外した古いローラカッタ１５やその交換に使った機材をシールド本体Ｍ１へ移動、搬出する。

【0026】

以上説明したように、このカッタ装置１及びこれを用いたトンネル掘進機Ｍによれば、作業員がシールド本体Ｍ１内から出入り室１０Ｓに入り、人孔１０ａを通じてローラカッタ交換作業室２０に入室し、このローラカッタ交換作業室２０の大気圧下でローラカッタ１５を交換するようにしたので、従来のようなヘリウム・酸素・窒素の三種混合ガスなどの高圧ガスを使用せず、作業員が大気圧下でローラカッタ１５を交換することができ、これにより、作業員に健康障害を生じさせることがなく、ローラカッタ１５の交換に必要な時間、費用を大幅に低減することができる。
そして、このローラカッタ１５の交換では、弧状ガイド３の一方のガイド部３１の連通部３１０を蓋３１１で閉塞した状態とし、筒状回動部４のロック装置６のロックを解除して、弧状ガイド３内で筒状回動部４を回動することにより、ローラカッタ１５を一方のガイド部３１の蓋３１１まで回動し、筒状回動部４の一方の側面部４Ｓでローラカッタ取付口１１０を遮断し、他方の側面部４Ｓで排土口１１１を遮断して、弧状ガイド３の一方のガイド部３１の蓋３１１を取り外し連通部３１０を開放することにより、ローラカッタ１５を抜き出し、新規のローラカッタ１５を設置、締結するようにしたので、ローラカッタ１５が摩耗又は損傷した場合に、いつでも、簡単かつ安全にローラカッタ１５の交換を行うことができる。
また、このローラカッタ１５の交換に使用するローラカッタ回転支持機構２を、既述のような筒形構造の弧状ガイド３と、筒形構造の筒状回動部４と、筒状回動部４の回動軸４６を駆動する駆動装置５とにより構成するので、ローラカッタ１５の交換に必要な構造を可及的に簡単にしてコストのさらなる低減を図ることができる。
さらに、カッタスポーク１１の前面板１１Ｆのローラカッタ取付口１１０と筒状回動部４との間はローラカッタ取付口１１０のシール材１９により遮断されており、筒状回動部４の前面部４Ｆのローラカッタ突出口４０と後面部４Ｒの開口４２との間の通路４３Ｓ以外に、切羽からの土砂が入り込むような空間、空隙がないので、ローラカッタ１５により掘削された土砂がローラカッタ１５周辺の各部材間に侵入し、滞留するのを防止することができ、筒状回動部４の前面部４Ｆのローラカッタ突出口４０から入ってきた掘削土砂は前面部４Ｆのローラカッタ突出口４０と後面部４Ｒの開口４２との間の通路４３Ｓを経て、排土口１１１から外部へ円滑に排除して、ローラカッタ１５及びその周辺各部の機能を良好に維持することができる。
以上により、トンネル掘進機Ｍを長距離掘進に適応させることができる。

【0027】

（第２の実施の形態）
図８、図９にローラカッタ回転支持機構及びローラカッタの第２の実施の形態を示している。
図８、図９に示すように、このローラカッタ回転支持機構２及びローラカッタ１５は、全体として、第１の実施の形態と概ね同様の構成を備え、同様の作用効果を有している。第１の実施の形態と異なるのは、筒状回動部４の一方の側面部４Ｓの一部に仮想円周Ｃ１内で変形されて断面直線状の面４Ｓ１が形成され、この断面直線状の面４Ｓ１に仮想円周Ｃ１の範囲内で礫層、玉石混じりの砂礫層で使用する各種のビット８１、８２が併設された点で、この実施の形態では、トンネル掘進機Ｍがトンネル掘進区間に岩盤層と砂礫層が交互に出現するような、所謂複合地盤を掘進する場合に、その地盤に適したビット（１５、８１）を選択できるようにしている。
この場合、筒状回動部４の一方の側面部４Ｓの一部に断面直線状の面４Ｓ１が筒状回動部４の前面部４Ｆのローラカッタ突出口４０と後面部４Ｒの開口４２との間の通路４３Ｓと平行に形成され、この面４Ｓ１の中央にシェルビット８１が装着されて、ローラカッタ１５に対して仮想円周方向に９０°離れた直角の位置に配置される。
また、この場合、筒状回動部４の回動軸４６の駆動装置５が、駆動モータ５３と、駆動モータ５３により回転駆動されるウォーム５４１及びウォームホイール５４０の組み合わせからなるウォームギア５４とにより構成される。この駆動装置５については既に説明したとおりであるが、この場合、駆動モータ５３に回動・低動モータが採用され、筒状回動部４の回動位置を測定する位置測定装置（図示省略）が併せて用いられ、各種のビット１５、８１の切り替え、各ビット１５、８１の交換に際して、筒状回動部４の回動位置が位置測定装置により確認されて、回動・制動モータが駆動及び停止される。
このようにして、トンネル掘進機Ｍが複合地盤を掘進する場合で、岩盤層を掘削するときは、弧状ガイド３内で筒状回動部４はローラカッタ１５をカッタスポーク１１の前面板１１Ｆのローラカッタ取付口１１０に向けて回動され、ローラカッタ１５がローラカッタ取付口１１０に達したところで停止され、砂礫層を掘削するときは、弧状ガイド３内で筒状回動部４がシェルビット８１をカッタスポーク１１の前面板１１Ｆのローラカッタ取付口１１０に向けて回動され、シェルビット８１がローラカッタ取付口１１０に達したところで停止され、地層に応じて最適なビットに切り替えられる。発進部の仮壁切削時には、先行切削ビットに付け替えることもある。そして、弧状ガイド３内で筒状回動部４の回動が停止されると、駆動モータ（回動・制動モータ）５３によりその回動位置が固定され、この固定力により各ビット１５、８１の切削力の回転モーメントに抵抗することができる。なお、各ビット１５、８１に回転モーメントに抵抗し、所定の回転角度を付与するには、駆動モータ（回動・制動モータ）５３のみならず、ウォーム５４１及びウォームホイール５４０の組み合わせからなるウォームギア５４の他、ラックアンドピニオンからなるギア機構などが使用されてもよいことは勿論である。
また、この場合も、摩耗、損傷したビット１５、８１の交換は、図１０に示すように、切羽の水圧や土圧から切り離されたカッタスポーク１１内の大気圧下で安全に行うことができる。

【0028】

（第３の実施の形態）
図１１にローラカッタ回転支持機構、ローラカッタ及びシェルビットの第３の実施の形態を示している。
図１１に示すように、このローラカッタ回転支持機構２、ローラカッタ１５及びシェルビット８１は、全体として、第１の実施の形態と概ね同様の構成を備えている。第１の実施の形態と異なるのは、弧状ガイド３及び筒状回動部４は仮想円周Ｃ２がカッタスポーク１１の前面板１１Ｆと後面板１１Ｒとの間に中心をおき、前面板１１Ｆのローラカッタ取付口１１０の前面板１１Ｆ長さ方向の両側縁部を通り、円弧の一部がローラカッタ取付口１１０から前方所定の範囲に突出されるものとして構成され、弧状ガイド３内で筒状回動部４はローラカッタ支持軸４５に対して直交する回動軸４６により回動されることにある（第１の実施の形態の場合の筒状回動部４の回動を横回りとすると、この実施の形態の場合の筒状回動部４の回動は縦回りとなる）。
この場合、弧状ガイド３は仮想円周Ｃ２がカッタスポーク１１の前面板１１Ｆと後面板１１Ｒとの間でカッタスポーク１１の中心よりも少し前面板１１Ｆ側に寄った位置に中心をおき、前面板１１Ｆのローラカッタ取付口１１０の前面板１１Ｆ長さ方向の両側縁部を通り、円弧の一部がローラカッタ取付口１１０から前方所定の範囲に突出されるものとして構成される。すなわち、弧状ガイド３は、一対のガイド部３１がそれぞれ、カッタスポーク１１の前面板１１Ｆのローラカッタ取付口１１０の前面板１１Ｆ長さ方向の両側縁部と後面板１１Ｒの排土口１１１の後面板１１Ｒ長さ方向の両側縁部との間に仮想円周Ｃ２に沿って円弧状に形成され、前面板１１Ｆのローラカッタ取付口１１０の前面板１１Ｆ幅方向の両側縁部と後面板１１Ｒの排土口１１１の後面板１１Ｒ幅方向の両側縁部との間にそれぞれ、遮蔽部３２が形成されて、ローラカッタ取付口１１０と排土口１１１との間に連通空間３０が画成され、その両側にローラカッタ交換作業室２０が画成される。この連通空間３０はローラカッタ１５で掘削された掘削ずりを排土口１１１へ移動するのに用いられる。また、一方のガイド部３１は中間所定の範囲の一部がローラカッタ取付口１１０、排土口１１１間の連通空間３０とローラカッタ交換作業室２０とが連通可能に分割されて蓋３１１になっており、この蓋３１１が一方のガイド部３１においてボルトナットにより着脱可能に連結される。この蓋３１１により閉鎖された連通部３１０は、ローラカッタ１５の交換時に摩耗、損傷したローラカッタ１５の取り出しと、新規のローラカッタ１５の組み込みに用いられる。そして各遮蔽部３２には仮想円周Ｃ２の中心に対応する位置に筒状回動部４の回動軸４６のための軸受３３が設けられる。
また、この場合、筒状回動部４は仮想円周Ｃ２が既述のとおりカッタスポーク１１の前面板１１Ｆと後面板１１Ｒとの間でカッタスポーク１１の中心よりも少し前面板１１Ｆ側に寄った位置に中心をおき、前面板１１Ｆのローラカッタ取付口１１０の前面板１１Ｆ長さ方向の両側縁部を通り、円弧の一部がローラカッタ取付口１１０から前方所定の範囲に突出されるものとして構成され、弧状ガイド３内で筒状回動部４はローラカッタ支持軸４７に対して直交される回動軸４６により回動されるようになっている。すなわち、前面部４Ｆがカッタスポーク１１の前面板１１Ｆのローラカッタ取付口１１０の開口面に沿って開口面と同じ大きさの矩形の平坦状に形成され、この前面部４Ｆの中央にローラカッタ突出口４０がローラカッタ１５が突出可能に前面板１１Ｆ幅方向に長い矩形状に開口され、このローラカッタ突出口４０の周囲がカッタスポーク１１の前面板１１Ｆのローラカッタ取付口１１０を遮断可能な遮断部４１として形成される。一対の側面部４Ｓはそれぞれこの前面部４Ｆの前面板１１Ｆ長さ方向に対応する両側から反対側の後面部４Ｒに向けて弧状ガイド３の一対のガイド部３１に沿う断面円弧状に形成される。後面部４Ｒはカッタスポーク１１の後面板１１Ｒの排土口１１１と略同じ大きさの略矩形状に開口されて、前面部４Ｆと後面部４Ｒの開口４２との間にカッタ収容部４３が排土口１１１に連通可能な通路４３Ｓにして画成される。そして、これら前面部４Ｆ、各側面部４Ｓ、後面部開口４２の両側開口面が、前面部４Ｆ、各側面部４Ｓの前面板１１Ｆ幅方向両側の各縁部間に回転遮蔽部４４が設けられて遮蔽される。各回転遮蔽部４４には仮想円周Ｃ２の中心に対応する位置に回動軸４６を挿通可能に軸挿通部が形成され、軸挿通部の外側に同心的に軸受３３が設けられて、これに回動軸４６が通される。また、カッタ収容部４３内のローラカッタ突出口４０と仮想円周Ｃ２の中心との間で各側部４Ｓ間にローラカッタ支持軸４５が取り付けられてカッタヘッドＭ２の切削方向に対して直角に配置される。この場合、ローラカッタ支持軸４５は筒状回動部４のカッタ収容部４３内のローラカッタ突出口４０側の端部にローラカッタ支持フレーム４７を介して取り付けられ、ローラカッタ支持フレーム４７はその両側面及び背後がカッタ収容部４３に設けられる受け台４８により支持固定される。この場合、ローラカッタ支持軸４５は四角柱状の軸からなる。ローラカッタ支持フレーム４７はカッタ収容部４３内に嵌合可能な断面四角形の枠体からなり、前面板１１Ｆ長さ方向に対応する両側各部がカッタ収容部４３内の内面に固定可能に形成され、前面板１１Ｆ幅方向に対応する両側各部がカッタ収容部４３内の対応する内面に対して所定の間隔を開けて対向可能に形成され、前面板１１Ｆ長さ方向に対応する両側各部の前面部中央にローラカッタ支持軸４５が嵌合可能な断面四角形の凹部４７２が形成される。そして、ローラカッタ支持軸４５は、両端がそれぞれローラカッタ支持フレーム４７の各凹部４７２に嵌挿されて取り付けられる。ローラカッタ支持軸４５は、このローラカッタ支持フレーム４７を介して、カッタ収容部４３の前端部に支持される。また、受け台４８はカッタ収容部４３内に嵌合可能にかつカッタ収容部４３内でローラカッタ支持フレーム４７を背後から支持可能に断面四角形の枠体からなり、前面板１１Ｆ幅方向に対応する両側各部がカッタ収容部４３内でカッタ収容部４３の内面とローラカッタ支持フレーム４７の前面板１１Ｆ幅方向に対応する両側各部との間に嵌合配置可能に延ばされ、この両側各部の外側面でカッタ収容部４３内に取り付け時仮想円周Ｃ２の中心に対応する位置にそれぞれ外側側方に向けて回動軸４６が同心的に突設される。この受け台４８はカッタ収容部４３内にこのカッタ収容部４３内に配設されるローラカッタ支持フレーム４７の背後に配設されて、両側の各回動軸４６が筒状回動部４の各回転遮蔽部４４に設けられた軸受３３に支持される。そして、ローラカッタ支持フレーム４７はカッタ収容部４３内に嵌合されて、その背後が受け台４８により支持されるとともに、前面板１１Ｆ幅方向に対応するカッタ収容部４３内の内面とローラカッタ支持フレーム４７の両側各部との間に受け台４８の両側各部が通されて、その周囲が支持される。
このようにして筒状回動部４は弧状ガイド３内に仮想円周Ｃ２の中心を回動中心として回動軸４６を介して各ガイド部３１の案内により回動可能に配置される。なお、この筒状回動部４とカッタスポーク１１の前面板１１Ｆのローラカッタ取付口１１０の開口縁部との間は既述のシール材１９により水密に保持される。
このようにしても筒状回動部４の回動が縦回りとなるだけで、全体として、第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
なお、この実施の形態においても、第２の実施の形態と同様に、筒状回動部４の一方の側面部４Ｓの一部に仮想円周Ｃ２内で変形されて断面直線状の面が形成され、この断面直線状の面に仮想円周Ｃの範囲内で礫層、玉石混じりの砂礫層で使用するシェルビットが併設されており、トンネル掘進機Ｍがトンネル掘進区間に岩盤層と砂礫層が交互に出現するような、所謂複合地盤を掘進する場合に、その地盤に適したビットを選択できるようにすることができる。

【符号の説明】

【0029】

Ｍ トンネル掘進機
Ｍ１ シールド本体（掘進機本体）
Ｍ２ カッタヘッド
１０１ 隔壁
１０２ 旋回環・ギア
１０３ カッタヘッド支持桁
１０４ カッタ駆動装置
１０５ 排土装置
１ カッタ装置
１０ 回転筒
１０Ｓ 出入り室
１０ａ 人孔
１１ カッタスポーク
１１Ｆ 前面板
１１Ｓ 側面板
１１Ｒ 後面板
１１０ ローラカッタ取付口
１１１ 排土口
１２ 開口部
１３ 外周リング
１４ センタビット
１５ ローラカッタ
１６ ティースビット
１７ 作泥土材供給管
１８ 作泥土材噴出口
１９ シール材
１９０ シール材取付溝
２ ローラカッタ回転支持機構
Ｃ１、Ｃ２ 仮想円周
２０ ローラカッタ交換作業室
３ 弧状ガイド
３０ 連通空間
３１ ガイド部
３１０ 連通部
３１１ 蓋
３２ 遮蔽部
３３ 軸受
４ 筒状回動部
４Ｆ 前面部
４０ ローラカッタ突出口
４１ 遮断部
４Ｓ 側面部
４Ｓ１ 断面直線状の面
４Ｒ 後面部
４２ 開口
４３ カッタ収容部
４３Ｓ 通路
４４ 回転遮蔽部
４４０ 取付穴
４５ ローラカッタ支持軸
４６ 回動軸
４７ ローラカッタ支持フレーム
４７Ｆ 前部
４７Ｒ 後部
４７１ 開口
４７２ 凹部
４７３ 開口
４８ 受け台
４８Ｆ 前部
４８Ｓ 側部
４８Ｒ 後部
４８０ 穴
４８１、４８２ 開口
４８３ 仕切り部
５ 駆動装置
５０ 油圧ジャッキ
５１ リンク
５２ 回動レバー
５３ 駆動モータ
５４ ウォームギア
５４０ ウォームホイール
５４１ ウォーム
５５ 台座
６ ロック装置
６０ キー穴
６１ キー
６１Ｊ ジャッキ
６００ キー穴
６０１ キー穴補強ブロック
７１ 第１のジェット噴射ノズル
７１１ 高圧ホース
７２ 第２のジェット噴射ノズル
７２１ 高圧ホース
７３ 第３のジェット噴射ノズル
７３０ ノズル保持筒
７３１ 高圧ホース
８１ シェルビット
８２ ティースビット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】