特開 2023-132219 ローラカッタユニットおよびそれが装着されたシールド掘進機のカッタヘッドまたはトンネルボーリングマシンのカッタヘッド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023132219

(43)【公開日】2023-09-22

(54)【発明の名称】ローラカッタユニットおよびそれが装着されたシールド掘進機のカッタヘッドまたはトンネルボーリングマシンのカッタヘッド

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/087 20060101AFI20230914BHJP

   E21D 9/10 20060101ALI20230914BHJP

   E21B 10/12 20060101ALI20230914BHJP

【ＦＩ】

E21D9/087 A

E21D9/087 C

E21D9/10 K

E21B10/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022037411

(22)【出願日】2022-03-10

(71)【出願人】

【識別番号】000140292

【氏名又は名称】株式会社奥村組

(74)【代理人】

【識別番号】100101971

【弁理士】

【氏名又は名称】大畑 敏朗

(72)【発明者】

【氏名】森 竜生

【テーマコード（参考）】

2D054

2D129

【Ｆターム（参考）】

2D054BA06

2D054BB07

2D129AA04

2D129AA08

2D129AB05

2D129GA18

(57)【要約】

【課題】ローラカッタユニットを構成するローラカッタ本体の軸方向のずれを防止することができる。
【解決手段】シールド掘進機１のカッタヘッド２の前面に設けられたローラカッタＲＣにおいて、ローラカッタＲＣを構成するカッタアダプタ３０の側板部３３ａとウェッジブロック５０との対向面に、側板部３３ａを反対側の側板部３３ｂに向かって移動させるような傾斜を設けた。これにより、片側の側版部３３ｂをカッタサドル４０の内側面に隙間無く密着させることができるので、ローラカッタＲＣを構成するローラカッタ本体２０の軸方向のずれを防止することができる。
【選択図】図１０

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ローラカッタ本体と、
前記ローラカッタ本体を回転自在の状態で支持する支持部材と、
前記ローラカッタ本体および前記支持部材を切羽側の切羽面と該切羽面側の裏側の裏面とから露出させた状態で取り囲み保持する筐体と、
前記ローラカッタ本体の回転軸方向の両方の側面側に設けられ、前記支持部材を前記筐体に着脱自在の状態で固定する固定部材と、
を備え、
前記ローラカッタ本体は、
中空円盤状のカッタ盤と、
前記カッタ盤の外周に沿って埋設された複数の超硬チップと、
を備え、
前記支持部材は、
前記カッタ盤の中空部に挿通された回転軸部と、
前記中空部の内周と前記回転軸部の外周との間に設けられた軸受部と、
前記回転軸部の軸方向の両端に接合された状態で設けられ、前記カッタ盤の両側面を覆うように設けられた一対の側板部と、
を備え、
前記ローラカッタ本体の回転軸方向の両方の側面側には、前記側板部と前記筐体との間に、前記筐体の裏面側から前記切羽面側に向かって次第に幅が狭くなるように延びる間隙部が形成されており、
前記固定部材は、前記間隙部の平面視での形状に合うように長手方向の一端部から他端部に向かって次第に幅が細くなるように形成されており、前記間隙部に前記固定部材が篏合されることにより前記支持部材を前記筐体に固定する構成になっており、
前記ローラカッタ本体の回転軸方向の少なくとも一方の側面側には、前記側板部において前記固定部材に対向し接する面に、前記側板部の幅が外部側から前記ローラカッタ本体の回転軸方向の中央に向かって次第に広くなるように傾斜が形成されているとともに、前記固定部材において前記側板部に対向し接する面に、前記固定部材の幅が外部から前記ローラカッタ本体の回転軸方向の中央に向かって次第に狭くなるように傾斜が形成されていることを特徴とするローラカッタユニット。

【請求項2】

前記ローラカッタ本体の回転軸方向の両方の側面側には、前記側板部の幅方向中央の両側に一対の前記間隙部が設けられており、前記一対の間隙部は、前記裏面から前記切羽面に向かって次第に離間するように設けられていることを特徴とする請求項１記載のローラカッタユニット。

【請求項3】

前記ローラカッタ本体には、２個以上の前記カッタ盤が互いに接合された状態で前記ローラカッタ本体の回転軸方向に沿って並設されていることを特徴とする請求項１または２記載のローラカッタユニット。

【請求項4】

前記固定部材は、前記筐体にボルトによって着脱自在の状態で接合されていることを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載のローラカッタユニット。

【請求項5】

機器本体の先端側に回転自在の状態で設けられたカッタヘッドと前記機器本体の先端面に設けられた隔壁との間にチャンバを備えるシールド掘進機の前記カッタヘッドに請求項１～４の何れか一項に記載のローラカッタユニットが装着されたことを特徴とするシールド掘進機のカッタヘッド。

【請求項6】

前記固定部材に形成された傾斜によって前記支持部材が前記筐体に押し付けられる側は前記カッタヘッドの外周側であることを特徴とする請求項５記載のシールド掘進機のカッタヘッド。

【請求項7】

機器本体の先端側に回転自在の状態で設けられたカッタヘッドと、
前記機器本体を固定する第１の固定手段と、
前記機器本体において前記第１の固定手段より前方に設けられ前記機器本体を固定する第２の固定手段と、
前記第１の固定手段と前記第２の固定手段との間に伸縮自在の状態で設けられた伸縮手段と、
を備え、
前記第１の固定手段による固定時と前記第２の固定手段による固定時とで前記伸縮手段の伸縮を繰り返すことにより前記機器本体を前進させる機構を備えるトンネルボーリングマシンの前記カッタヘッドに請求項１～４の何れか一項に記載のローラカッタユニットが装着されたことを特徴とするトンネルボーリングマシンのカッタヘッド。

【請求項8】

前記固定部材に形成された傾斜によって前記支持部材が前記筐体に押し付けられる側は前記カッタヘッドの外周側であることを特徴とする請求項７記載のトンネルボーリングマシンのカッタヘッド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ローラカッタユニットおよびそれが装着されたシールド掘進機のカッタヘッドまたはトンネルボーリングマシンのカッタヘッドに関し、例えば、ローラカッタユニットにローラカッタ本体を固定するための固定技術に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ローラカッタは、岩盤や硬い土砂地盤を破砕および切削する掘削部材であり、ローラカッタ本体と、これを回転自在の状態で支持するカッタアダプタと、カッタアダプタを保持した状態でシールド掘進機等のカッタヘッドに溶接されるカッタサドルと、カッタアダプタをカッタサドルに着脱自在の状態で固定するウェッジブロックとを有している。

【0003】

ローラカッタ本体は、中空円盤状のカッタ盤と、その外周先端部に設けられた複数の超硬チップとを有している。超硬チップは、カッタ盤の外周方向に沿って予め決められた間隔毎に埋設されている。

【0004】

カッタアダプタは、カッタ盤の径方向中央の中空部に挿通された回転軸部と、その回転軸部の外周とカッタ盤の中空部内周との間に設けられたベアリング軸受部と、回転軸部の軸方向両端部に接合された状態で設けられ、カッタ盤の両側面を覆い保護する一対の側板部とを有している。

【0005】

カッタサドルは、切羽側の主面およびその裏面を開口した状態で、ローラカッタ本体およびカッタアダプタを取り囲み保持する中空枠状の筐体により構成されている。ローラカッタ本体の側面を正面にして見たときに、カッタアダプタの側板部の径方向の両側面と、その両側面の各々に対向するカッタサドルの一部の面との間に、ローラカッタ本体の側面に沿ってカッタアダプタの外周側から中央側に向かって幅が次第に狭くなるように延びる一対の間隙部が形成されている。そして、その一対の間隙部の各々にウェッジブロックが嵌め込まれることによりカッタアダプタがカッタサドルに固定されている。

【0006】

ウェッジブロックは、上記した間隙部の平面視での形状に合うように、平面視で長手方向の一端部から他端部に向かって幅が次第に細くなるように延びる楔形状に形成されており、ウェッジブロックを間隙部の奥に押し込むほど、カッタアダプタをカッタサドルに強く押し付けることが可能になっている。また、ウェッジブロックはボルトによって着脱自在の状態でカッタサドルに螺合されている。これにより、ローラカッタ本体が摩耗した際には、掘削途中であってもシールド掘進機等の機内側からローラカッタ本体を交換することが可能になっている。

【0007】

なお、ローラカッタについては、例えば、特許文献１に記載があり、ウェッジブロックの平面視での形状を楔形にすることによりウェッジブロックのボルトを締め付けるとカッタアダプタがカッタサドルに押し付けられる構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開昭６３－１３０８９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

ところで、ローラカッタは、主に硬質な地盤を切削するために使用されているので、ローラカッタ本体にブレ等が生じないようにカッタアダプタを強固に固定することが望ましい。カッタアダプタが強固に固定されていないと、ローラカッタ本体の刃先が切羽面の岩盤に対して安定せず、岩盤の破砕不良やローラカッタ本体の破損といった不具合が生じる場合がある。

【0010】

しかし、カッタアダプタとカッタサドルとの間には、施工しろとしての隙間がある。この隙間のうち、ローラカッタ本体の直径方向（回転軸部の軸方向に直交する方向）の隙間はウェッジブロックのボルトの締め付けによって無くすことができるが、ローラカッタ本体の厚さ方向（回転軸部の軸方向）の隙間はウェッジブロックのボルトを強く締め付けても残ってしまう結果、掘削時にローラカッタ本体が回転軸部の軸方向にずれてしまう、という課題がある。

【0011】

本発明は、上述の技術的背景からなされたものであって、ローラカッタユニットを構成するローラカッタ本体の軸方向のずれを防止することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明のローラカッタユニットは、ローラカッタ本体と、前記ローラカッタ本体を回転自在の状態で支持する支持部材と、前記ローラカッタ本体および前記支持部材を切羽側の切羽面と該切羽面側の裏側の裏面とから露出させた状態で取り囲み保持する筐体と、前記ローラカッタ本体の回転軸方向の両方の側面側に設けられ、前記支持部材を前記筐体に着脱自在の状態で固定する固定部材と、を備え、前記ローラカッタ本体は、中空円盤状のカッタ盤と、前記カッタ盤の外周に沿って埋設された複数の超硬チップと、を備え、前記支持部材は、前記カッタ盤の中空部に挿通された回転軸部と、前記中空部の内周と前記回転軸部の外周との間に設けられた軸受部と、前記回転軸部の軸方向の両端に接合された状態で設けられ、前記カッタ盤の両側面を覆うように設けられた一対の側板部と、を備え、前記ローラカッタ本体の回転軸方向の両方の側面側には、前記側板部と前記筐体との間に、前記筐体の裏面側から前記切羽面側に向かって次第に幅が狭くなるように延びる間隙部が形成されており、前記固定部材は、前記間隙部の平面視での形状に合うように長手方向の一端部から他端部に向かって次第に幅が細くなるように形成されており、前記間隙部に前記固定部材が篏合されることにより前記支持部材を前記筐体に固定する構成になっており、前記ローラカッタ本体の回転軸方向の少なくとも一方の側面側には、前記側板部において前記固定部材に対向し接する面に、前記側板部の幅が外部側から前記ローラカッタ本体の回転軸方向の中央に向かって次第に広くなるように傾斜が形成されているとともに、前記固定部材において前記側板部に対向し接する面に、前記固定部材の幅が外部から前記ローラカッタ本体の回転軸方向の中央に向かって次第に狭くなるように傾斜が形成されていることを特徴とする。

【0013】

請求項２に記載の本発明のローラカッタユニットは、上記請求項１に記載の発明において、前記ローラカッタ本体の回転軸方向の両方の側面側には、前記側板部の幅方向中央の両側に一対の前記間隙部が設けられており、前記一対の間隙部は、前記裏面から前記切羽面に向かって次第に離間するように設けられていることを特徴とする。

【0014】

請求項３に記載の本発明のローラカッタユニットは、上記請求項１または２記載の発明において、前記ローラカッタ本体には、２個以上の前記カッタ盤が互いに接合された状態で前記ローラカッタ本体の回転軸方向に沿って並設されていることを特徴とする。

【0015】

請求項４に記載の本発明のローラカッタユニットは、上記請求項１～３の何れか一項に記載の発明において、前記固定部材は、前記筐体にボルトによって着脱自在の状態で接合されていることを特徴とする。

【0016】

請求項５に記載の本発明のシールド掘進機のカッタヘッドは、機器本体の先端側に回転自在の状態で設けられたカッタヘッドと前記機器本体の先端面に設けられた隔壁との間にチャンバを備えるシールド掘進機の前記カッタヘッドに請求項１～４の何れか一項に記載のローラカッタユニットが装着されたことを特徴とする。

【0017】

請求項６に記載の本発明のシールド掘進機のカッタヘッドは、上記請求項５記載の発明において、前記固定部材に形成された傾斜によって前記支持部材が前記筐体に押し付けられる側は前記カッタヘッドの外周側であることを特徴とする。

【0018】

請求項７に記載の本発明のトンネルボーリングマシンのカッタヘッドは、機器本体の先端側に回転自在の状態で設けられたカッタヘッドと、前記機器本体を固定する第１の固定手段と、前記機器本体において前記第１の固定手段より前方に設けられ前記機器本体を固定する第２の固定手段と、前記第１の固定手段と前記第２の固定手段との間に伸縮自在の状態で設けられた伸縮手段と、を備え、前記第１の固定手段による固定時と前記第２の固定手段による固定時とで前記伸縮手段の伸縮を繰り返すことにより前記機器本体を前進させる機構を備えるトンネルボーリングマシンの前記カッタヘッドに請求項１～４の何れか一項に記載のローラカッタユニットが装着されたことを特徴とする。

【0019】

請求項８に記載の本発明のトンネルボーリングマシンのカッタヘッドは、上記請求項７記載の発明において、前記固定部材に形成された傾斜によって前記支持部材が前記筐体に押し付けられる側は前記カッタヘッドの外周側であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、ローラカッタユニットを構成するローラカッタ本体の軸方向のずれを防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の一実施の形態であるシールド掘進機の内部を側面から透かして見せた要部構成図である。

【図2】図１のシールド掘進機を構成するカッタヘッドの正面図である。

【図3】ローラカッタを切羽側から見た平面図である。

【図4】図３の矢印Ａ１の方向から見たローラカッタの側面図である。

【図5】図３の矢印Ａ２の方向から見たローラカッタの正面図である。

【図6】図３のＩ－Ｉ線の断面図である。

【図7】図１のローラカッタを裏面側から見た一部破断斜視図である。

【図8】図３のＩＩ－ＩＩ線の断面図である。

【図9】図８の１個のウェッジブロックを分解して示した断面図である。

【図10】図１のローラカッタを裏面側から見た平面図である。

【図11】比較のため本発明者が検討したローラカッタを裏面側から見た平面図である。

【図12】本発明の他の実施の形態であるトンネルボーリングマシンの内部を側面から透かして見せた要部構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の一例としての実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

【0023】

（第１の実施の形態）

【0024】

まず、本実施の形態のシールド掘進機の構成例について図１を参照して説明する。図１は本実施の形態のシールド掘進機の内部を側面から透かして見せた要部構成図である。

【0025】

本実施の形態のシールド掘進機１は、例えば、カッタヘッド２で掘削された土砂に添加材を注入して練り混ぜることで生成された不透水性と塑性流動性（自由に変形および移動できる性質）とを有する泥土を、カッタヘッド２と機器本体３との間のチャンバ４内に充填した状態で掘進することにより、切羽の土圧に対抗する泥土圧を発生させて切羽の安定性を確保した状態で掘削を行う泥土加圧式のシールドマシンである。

【0026】

カッタヘッド２は、地盤を掘削するシールドカッタ盤であり、シールド掘進機１の先端頭部の前面に機器本体３の周方向に沿って正逆方向に回転可能な状態で設置されている。特に限定されるものではないが、カッタヘッド２の直径は、例えば、５３６０ｍｍ程度、カッタヘッド２の厚さは、例えば、６１０ｍｍである。

【0027】

このカッタヘッド２の前面（切羽に対向する面）には、センターカッタＣ、ローラカッタ（ローラカッタユニット）ＲＣおよびスクレーパツース（図１には図示せず）等が設置されている。センターカッタＣやローラカッタＲＣは、主に地山を切り崩す掘削部品であり、スクレーパツースは、主に地山を切削する切削部品である。

【0028】

また、カッタヘッド２の外周には、コピーカッタＣＣが設置されている。コピーカッタＣＣは、急曲線施工時の余堀りやシールド掘進機１の姿勢制御等を行う役割を備えている。また、カッタヘッド２の裏面には、練混ぜ翼６が設置されている。練混ぜ翼６は、例えば、円柱状の突出部材で形成されており、カッタヘッド２が回転するとチャンバ４内の土砂と添加材とを撹拌混合する役割を備えている。なお、カッタヘッド２については、後ほど説明する。

【0029】

機器本体３は、前胴プレート（前胴部）３ａと、その後方の後胴プレート（後胴部）３ｂと、その後方のテールシール３ｃとを備えている。

【0030】

前胴プレート３ａおよび後胴プレート３ｂは、例えば円筒状の鋼製板により形成されており、機器本体３の外形を形成するとともに、機器本体３の内部に中空空間を形成する構成部である。この前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとは、前胴プレート３ａの後端側において後胴プレート３ｂの先端の球面軸受部が前胴プレート３ａの内周面に接した状態で入り込むことで係合されている。

【0031】

テールシール３ｃは、掘進作業中に機器本体３の後部から機器本体３内に地下水等が入り込むのを防止する封止部材であり、後胴プレート３ｂの後端部において後胴プレート３ｂの内周に沿って枠状に設置されている。

【0032】

前胴プレート３ａの前面側において、その前面から機器本体３の内方に後退した位置には、隔壁７が設置されている。隔壁７は、機器本体３内の中空空間を切羽側と機内側とに分ける鋼材板であり、この隔壁７の切羽側（すなわち、上記カッタヘッド２と隔壁７との間）に上記したチャンバ４が設けられている。なお、カッタヘッド２により掘削された土砂等は、カッタヘッド２の前裏面を貫通する貫通孔（図１には図示せず）を通じチャンバ４内に取り込まれる。

【0033】

一方、シールド掘進機１の機器本体３の機内側には、カッタ駆動体８、中折れジャッキ９ａ、シールドジャッキ９ｂ、スクリューコンベア１０、エレクタ１１、土圧検出部１２および添加材注入部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ等が設置されている。

【0034】

カッタ駆動体８は、カッタヘッド２を正逆方向に回転させるモータ（駆動源）であり、カッタヘッド２の正面内の外周近傍位置に、カッタヘッド２の周方向に沿って複数個並んで設置されている。なお、ここでは、カッタ駆動方式として外周支持駆動方式が例示されている。

【0035】

中折れジャッキ９ａは、掘削機１の推進方向や姿勢を修正する機器であり、機器本体３内において前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとを連結するように前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとの境界を跨いだ状態で機器本体３の周方向に沿って複数個並んで設置されている。この中折れジャッキ９ａに圧油を供給し前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとを予め決められた方向および角度に屈折させた状態でシールド掘進機１を推進することでシールド掘進機１の推進方向や姿勢を制御することが可能になっている。

【0036】

シールドジャッキ９ｂは、機器本体３の後方に設置されたセグメントＳＧに反力をとってシールド掘進機１を前進させるための推進力を発生させる機器であり、機器本体３内において前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとの境界を跨いだ状態で機器本体３の周方向に沿って複数個並んで設置されている。

【0037】

スクリューコンベア１０は、チャンバ４内に取り込まれた土砂を機外に排出するための機器であり、機器本体３の底部において隔壁７を貫通しチャンバ４内に配置された土砂取込端部１０ａから機器本体３の後方において機器本体３の高さ方向中央より若干高い位置に配置された排出端部１０ｂに向かって斜め上向きに連続的に延在した状態で設置されている。なお、ここでは、リボンスクリューコンベアが例示されている。

【0038】

エレクタ１１は、セグメントＳＧを把持して掘削坑の内周方向に旋回し、掘削坑の内周方向の組立位置に移送する組立装置であり、エレクタ駆動用の油圧モータ（図示せず）等によって掘削坑の周方向に沿って回転可能な状態で後胴プレート３ｂの中空内に設置されている。

【0039】

土圧検出部１２は、チャンバ４内の泥土圧を検出するセンサである。シールド掘進機１は、土圧検出部１２によって検出されたチャンバ４内の泥土圧を管理することにより切羽の安定性を確保しながら掘進することが可能になっている。

【0040】

添加材注入部１３ａは、チャンバ４内に上記添加材（作泥土材）を注入する配管部であり、隔壁７を貫通した状態で設置されている。添加材注入部１３ｂは、シールド掘進機１の外周や切羽に対して上記添加材（作泥土材）を注入する配管部であり、前胴プレート３ａの周方向に沿って複数箇所に設置されている。さらに、添加材注入部１３ｃは、シールド掘進機１の外周に対して上記添加材（作泥土材）を注入する配管部であり、後胴プレート３ｂの周方向に沿って複数箇所に設置されている。

【0041】

次に、上記したカッタヘッド２の構成例について図２を参照して説明する。図２は図１のシールド掘進機を構成するカッタヘッドの正面図である。

【0042】

カッタヘッド２は、例えば、円盤状のスポーク型のカッタヘッドで構成されており、十字状に組まれた２つのスポーク部２ａ，２ｂと、スポーク部２ａ，２ｂの隣接間の４箇所に設置されたカバー部２ｃと、スポーク部２ａ，２ｂの先端部同士を結ぶ外周リング部２ｒと、これらの部材間に形成された上記貫通孔２ｈとを備えている。

【0043】

カッタヘッド２の正面中央には、上記したセンターカッタＣが設置されている。なお、センターカッタＣに代えて、センタービットやコーンヘッド型のローラビット等のような他の掘削機用カッタ部材を設置してもよい。

【0044】

また、カッタヘッド２の正面内には、複数個のローラカッタＲＣ（ＲＣ１，ＲＣ２）が設置されている。一方のローラカッタＲＣ１は、スポーク部２ａ，２ｂの幅方向（短方向）中央にスポーク部２ａ，２ｂの長手方向に沿って所定間隔毎に並んだ状態で設置されている。なお、ローラカッタＲＣ１に代えて、先行ビット等のような他の掘削機用カッタ部材を設置してもよい。

【0045】

他方のローラカッタＲＣ２は、カバー部２ｃ毎に２個ずつカッタヘッド２の周方向に沿って並んだ状態で設置されている。なお、各カバー部２ｃの２個のローラカッタＲＣ２は、互いの傾斜角度（設置角度）を変えた状態で設置されている。

【0046】

また、カッタヘッド２の正面内においてスポーク部２ａ，２ｂの幅方向（短方向）の両側には上記した複数個のスクレーパツースＳＴがスポーク部２ａ，２ｂの長手方向に沿って並んだ状態で設置されている。

【0047】

さらに、カッタヘッド２の正面内においてスポーク部２ａ，２ｂには、例えば、ベントナイト系の添加材のような作泥土材をカッタヘッド２の前面の切羽に向けて注入するための複数の添加材注入部１３ｄ～１３ｆが設置されている。なお、この添加材には、ベントナイト系の添加材に代えて気泡材を用いてもよいし、ベントナイト系の添加材と気泡材との両方を用いてもよい。

【0048】

次に、ローラカッタＲＣの一例として上記したローラカッタＲＣ１の構成を図３～図１０を参照して説明する。

【0049】

図３はローラカッタを切羽側から見た平面図、図４は図３の矢印Ａ１の方向から見たローラカッタの側面図、図５は図３の矢印Ａ２の方向から見たローラカッタの正面図、図６は図３のＩ－Ｉ線の断面図、図７は図１のローラカッタを裏面側から見た一部破断斜視図、図８は図３のＩＩ－ＩＩ線の断面図、図９は図８の１個のウェッジブロックを分解して示した断面図、図１０は図１のローラカッタを裏面側から見た平面図である。

【0050】

ローラカッタＲＣ１は、ローラカッタ本体２０と、カッタアダプタ（支持部材）３０と、カッタサドル（筐体）４０と、ウェッジブロック（固定部材）５０ａ，５０ｂ（図７～図１０参照）とを有している。

【0051】

ローラカッタ本体２０は、岩盤や硬い土砂地盤を破砕および切削するカッタ本体部分であり、カッタ盤２１と、複数個の超硬チップ２２とを有している。

【0052】

カッタ盤２１は、ローラカッタ本体２０の母材部分であり、例えば、中空円盤状に形成されている。すなわち、カッタ盤２１の径方向の外周の刃先部は、その厚さがカッタ盤２１の径方向の中央から外周に向かって次第に細くなるように形成されている。また、カッタ盤２１の径方向の中央には、カッタ盤２１の厚さ方向（回転軸方向）の両側面間を貫通する貫通孔２１ｈ（図６参照）が穿孔されている。

【0053】

ここで、ローラカッタＲＣ１には、例えば、２個のカッタ盤２１が互いに一体的に接合された状態でローラカッタ本体２０の回転軸方向に沿って並設されている。なお、上記したローラカッタＲＣ２（図２参照）は、カッタ盤２１が１個であること以外の構成は、ローラカッタＲＣ１と同じである。また、３個以上のカッタ盤２１を互いに一体的に接合した状態でローラカッタ本体２０の回転軸方向に沿って並設してもよい。

【0054】

カッタ盤２１の構成材料は、例えば、入手が容易で、靱性が高く、機械的加工性に優れた、クロムモリブデン鋼材（ＳＣＭ４４０Ｈ）等により構成されている。また、カッタ盤２１の硬さは、例えば、ＨＶ５００程度である。なお、ＨＶは、硬さ基準の一つでピッカース硬さを示している。ただし、カッタ盤２１の構成材料や硬さは、上記したものに限定されるものではなく種々変更可能である。

【0055】

このようなカッタ盤２１の径方向の外周の刃先部には、カッタ盤２１の径方向の外周に沿って予め決められた間隔毎に超硬チップ２２がその先端面を露出させた状態で埋設されている。

【0056】

超硬チップ２２は、ローラカッタ本体２０の刃体部であり、主に地山を打撃し崩し、かき乱す機能等を有している。また、超硬チップ２２は、例えば、円柱状に形成されている。これにより、掘削時に超硬チップ２２に加わる応力をほぼ均等に分散させることができるので、超硬チップ２２の強度を向上させることができる。

【0057】

超硬チップ２２の構成材料は、例えば、硬さと坑折力とのバランスのよい（すなわち、摩耗および折損し難い）ＪＩＳ・Ｅ５種の合金（ＪＩＳで規格されたＥ５種の合金）からなり、例えば、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）または炭化タンタル（ＴａＣ）等のような金属炭化物粒子を、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）または鉄（Ｆｅ）等のようなバインダー金属で結合した超硬質合金により構成されている。この超硬チップ２２の硬さは、例えば、カッタ盤２１よりも硬いＨＶ９４０程度である。

【0058】

カッタアダプタ３０は、ローラカッタ本体２０を回転自在の状態で支持する支持部材であり、回転軸部３１（図６参照）と、ベアリング軸受部（軸受部）３２（図６参照）と、一対の側板部３３ａ，３３ｂとを有している。なお、ローラカッタ本体２０が回転自在の状態で支持されていることにより、地山を切削する際の反力によってローラカッタ本体２０が回転し、切羽に接触するローラカッタ本体２０部分が変化し続けるので、ローラカッタ本体２０の特定箇所だけが摩耗してしまうのを抑制または防止することができる。

【0059】

カッタアダプタ３０の回転軸部３１は、カッタ盤２１の貫通孔２１ｈに挿通されている。ベアリング軸受部３２は、回転軸部３１を回転自在の状態で軸支する部材であり、貫通孔２１ｈの内周と回転軸部３１の外周との間には設置されている。一対の側板部３３ａ，３３ｂは、ローラカッタ本体２０の回転軸方向の両方の側面を覆い保護する鋼板であり、ボルト３４（図６および図８等参照）によって回転軸部３１と着脱自在の状態で接合されている。

【0060】

カッタサドル４０は、ローラカッタ本体２０およびカッタアダプタ３０を内包した状態で保持する部材であり、ローラカッタ本体２０およびカッタアダプタ３０を取り囲む４枚の鋼製の側板部４０ａ～４０ｄにより構成された矩形枠状の筐体により形成されている。

【0061】

カッタサドル４０において、切羽側の主面とその裏側の裏面とは開口されており、その各々の開口部からローラカッタ本体２０およびカッタアダプタ３０の一部が露出されている。このようなカッタサドル４０は、シールド掘進機１のカッタヘッド２に溶接される。

【0062】

ここで、図７～図９に示すように、ローラカッタ本体２０の回転軸方向の両方の側面側には、カッタアダプタ３０の側板部３３ａ，３３ｂの径方向における両方の側面と、その各々の側面に対向するカッタサドル４０の側板部４０ａ，４０ｃ内側の一部の面との間に一対の間隙部ＧＰ，ＧＰが形成されている。

【0063】

この間隙部ＧＰは、ローラカッタ本体２０の回転軸方向の両方の側面側に、例えば、２箇所ずつ形成され、合計で４箇所形成されている。各々の側面側の一対の間隙部ＧＰ，ＧＰは、カッタサドル４０の裏面側（手前側）から切羽側の主面側（奥側）に向かって次第に離間するように斜めに延在している。

【0064】

また、一対の間隙部ＧＰ，ＧＰの各々は、その幅が手前側から奥側に向かって次第に狭くなるように形成されている。さらに、各々の間隙部ＧＰの奥側の終端部は、カッタサドル４０の側板部４０ａ，４０ｃ内側の一部により形成されており、その終端部には雌ネジ孔４０ｈが穿孔されている。

【0065】

ウェッジブロック５０ａ，５０ｂは、カッタアダプタ３０をカッタサドル４０に固定するための固定部材であり、上記した間隙部ＧＰに篏合されている。ウェッジブロック５０ａ，５０ａは、ローラカッタ本体２０の回転軸方向の一方の側面側に設置され、ウェッジブロック５０ｂ，５０ｂは、ローラカッタ本体２０の回転軸方向の他方の側面側に設置されている。

【0066】

各ウェッジブロック５０ａ，５０ｂの平面視での形状は、上記した間隙部ＧＰの平面視での形状に合うように楔形状に形成されている。すなわち、ウェッジブロック５０ａ，５０ｂは、その幅が長手方向の一端部から他端部に向かって次第に細くなるように形成されている。

【0067】

このようなウェッジブロック５０ａ，５０ｂをカッタアダプタ３０の側板部３３ａ，３３ｂおよびこれに対向するカッタサドル４０の側板部４０ａ，４０ｃに密着させた状態で間隙部ＧＰに嵌め込むことにより、カッタアダプタ３０がカッタサドル４０に固定されている。そして、ウェッジブロック５０ａ，５０ｂを間隙部ＧＰの奥に押し込むほど、カッタアダプタ３０をカッタサドル４０に強く押し付けることが可能になっている。

【0068】

また、ウェッジブロック５０ａ，５０ｂには、その長手方向の両端面間を貫通するボルト孔５０ｈが穿孔されている。このボルト孔５０ｈには、ボルト５１が挿通されている。ボルト５１の先端部の外周には雄ネジ部が形成されている。このボルト５１の先端部の雄ネジ部は、カッタサドル４０の雌ネジ孔４０ｈに螺合されている。これにより、カッタアダプタ３０はカッタサドル４０に着脱自在の状態で固定されている。その結果、ローラカッタ本体２０が摩耗したときには、掘削工期中であってもシールド掘進機１の機内側からローラカッタ本体２０をカッタアダプタ３０とともに取り出し交換することが可能になっている。

【0069】

また、本実施の形態においては、図１０に示すように、ローラカッタ本体２０の回転軸方向の一方の側面側において、カッタアダプタ３０の側板部３３ａの幅がローラカッタＲＣ１の外側から内側に向かって次第に広くなるように、側板部３３ａにおいてウェッジブロック５０ａ，５０ａに対向する両側面が傾斜している。また、各ウェッジブロック５０ａ，５０ａの幅もローラカッタＲＣ１の外側から内側に向かって次第に狭くなるように、各ウェッジブロック５０ａ，５０ａにおいて側板部３３ａに対向する片側の側面面が傾斜している（傾斜構造）。

【0070】

ここで、図１１は比較のため本発明者が検討したローラカッタを裏面側から見た平面図である。図１１に示すローラカッタ１００においては、ローラカッタ１００を構成するローラカッタ本体１０１の回転軸方向の両方の側面側において、カッタアダプタ１０２の側板部１０２ａとウェッジブロック１０３との対向面に上記した傾斜が形成されていない。この場合、ローラカッタ本体１０１の径方向における隙間（施工しろ）は、ボルト１０４を強く締め付けてウェッジブロック１０３を間隙部１０６の奥側に押し込むことにより無くすことができる。

【0071】

しかし、ローラカッタ本体１０１の回転軸方向の隙間（施工しろ）は、ボルト１０４を強く締め付けてウェッジブロック１０３を間隙部１０５の奥側に押し込んだとしても残ってしまう。このため、掘削時にローラカッタ本体１０１が回転軸方向にずれてしまい、ローラカッタ本体１０１の刃先部が切羽面の岩盤に対して不安定になる結果、岩盤の破砕不良やローラカッタ本体１０１の破損といった不具合が生じる場合がある。

【0072】

これに対して、本実施の形態においては、図１０に示すように、ローラカッタ本体２０の回転軸方向の片方の側面側において、カッタアダプタ３０の側板部３３ａとウェッジブロック５０ａ，５０ａとの対向面に上記した傾斜を設けることにより、ボルト５１を締め付けてウェッジブロック５０ａ，５０ａを奥側に押し込むほど、カッタアダプタ３０の一方の側板部３３ａがウェッジブロック５０ａ，５０ａによってローラカッタＲＣ１の内側（ローラカッタ本体２０の回転軸方向中央）に押される。このため、カッタアダプタ３０およびローラカッタ本体２０が、カッタサドル４０の一方の側板部４０ａ側から他方の側板部４０ｃ側に移動し、カッタアダプタ３０の他方の側板部３３ｂがカッタサドル４０の側板部４０ｃの内側面に押し付けられる。

【0073】

その結果、カッタアダプタ３０の他方の側板部３３ｂが、カッタサドル４０の他方の側板部４０ｃの内側面に密着し、カッタアダプタ３０の他方の側板部３３ｂとカッタサドル４０の他方の側板部４０ｃとの間の隙間（施工しろ）を無くすことができる。これにより、ローラカッタＲＣ１を構成するローラカッタ本体２０の回転軸方向のずれを防止することができ、掘削時にローラカッタ本体２０の刃先部を切羽面の岩盤に対して安定させることができるので、岩盤の破砕不良やローラカッタ本体２０の破損といった不具合を抑制または防止することができる。

【0074】

また、本実施の形態においては、カッタアダプタ３０の側板部３３ａ，３３ｂの各々を挟むように一対の間隙部ＧＰ，ＧＰを設け、その各々にウェッジブロック５０ａ，５０ｂを嵌め込み、４個のウェッジブロック５０ａ，５０ｂにより挟み込むようにしてカッタアダプタ３０を固定することができる。また、カッタアダプタ３０の側板部３３ａの幅方向（径方向）の両側部分を、一対のウェッジブロック５０ａ，５０ａによってローラカッタＲＣ１の外側から内側に向かってほぼ均等に押し付けることができる。これらにより、カッタアダプタ３０を安定した状態でカッタサドル４０に固定することができる。

【0075】

また、本実施の形態においては、ローラカッタ本体２０の回転軸方向の他方の側面側においては、カッタアダプタ３０の側板部３３ｂとウェッジブロック５０ｂ，５０ｂとの対向面が傾斜していない。すなわち、カッタアダプタ３０の側板部３３ｂおよびウェッジブロック５０ｂ，５０ｂの各々の幅は、ローラカッタＲＣ１の外側から内側に向かって次第に変化することなく同じになっている。

【0076】

ここで、ローラカッタ本体２０の回転軸方向の両方の側面側において、カッタアダプタ３０の側板部３３ａ，３３ｂとウェッジブロック５０ａ，５０ｂとの対向面を傾斜させて、カッタアダプタ３０の一対の側板部３３ａ，３３ｂを、ローラカッタＲＣ１の両側面側から内側中央に向かって押さえるようにしてもよい。

【0077】

しかし、その場合、一対の側板部３３ａ，３３ｂおよびウェッジブロック５０ａ，５０ｂに傾斜面を形成することになるので加工に手間がかかる。また、ローラカッタ本体２０およびカッタアダプタ３０をカッタサドル４０内に設置する際に、ローラカッタ本体２０の回転軸方向の両方の側面側から調整しなければならないので、その調整が難しい。

【0078】

これに対して、本実施の形態においては、ローラカッタ本体２０の回転軸方向の一方の側面側のみに上記傾斜構造を設けることにより、カッタアダプタ３０の側板部３３ａ，３３ｂおよびウェッジブロック５０ａ，５０ｂの加工の手間を軽減することができる。また、ローラカッタ本体２０およびカッタアダプタ３０の設置時の調整を容易にすることができる。

【0079】

さらに、掘削時にかかる荷重の負荷が大きい（セミドーム形状のセミ部分への設置の場合は特に荷重の負荷が大きい）ので、ローラカッタ本体２０の回転軸方向の一方の側面側のみに上記傾斜構造を設け、シールド掘進機１のカッタヘッド２にローラカッタＲＣ１を設置するときに、ローラカッタ本体２０およびカッタアダプタ３０がカッタヘッド２の外周側に押し付けられるようにローラカッタＲＣ１を設置することにより、カッタサドル４０全体で負荷を受け止めることができるとともに、ウェッジブロック５０ａ側にかかる荷重を少なくし、ボルト５１の緩みを防止することができる。

【0080】

（第２の実施の形態）

【0081】

図１２は本実施の形態のトンネルボーリングマシンの内部を側面から透かして見せた要部構成図である。

【0082】

トンネルボーリングマシン（Ｔｕｎｎｅｌ Ｂｏｒｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ、以下、ＴＢＭと略す）７０の先端頭部には、カッタヘッド７１が機器本体７２の周方向に沿って正逆両方向に回転可能な状態で設置されている。

【0083】

カッタヘッド７１の前面には、複数個のローラカッタＲＣが設置されており、掘削時には、ローラカッタＲＣを切羽の岩盤等に押し付けた状態でカッタヘッド７１を回転させることにより岩盤等を圧砕しながら掘削を行うようになっている。ローラカッタＲＣの構成および効果は、前記第１の実施の形態と同じである。

【0084】

ＴＢＭ７０の機器本体７２は、シールド掘進機１（図１参照）と同様に、前胴プレート（前胴部）７２ａと、その後方の後胴プレート（後胴部）７２ｂと、その後方のテールシール７２ｃとを備えている。ただし、ＴＢＭ７０においては、シールド掘進機１と異なり、カッタヘッド７１と機器本体７２との間の隔壁７３に開口部が形成されており、その開口部を通じて、掘削された岩盤等をベルトコンベア７４によって後方に運ぶようになっている。

【0085】

また、ＴＢＭ７０の機器本体７２内には、上記したベルトコンベア７４の他に、カッタ駆動体７５、フロントグリッパ（第２の固定手段）７６、メイングリッパ（第１の固定手段）７７、スラストジャッキ（伸縮手段）７８、シールドジャッキ７９およびエレクタ８０等が設置されている。

【0086】

カッタ駆動体７５は、カッタヘッド７１を回転駆動するための油圧式の駆動装置であり、前胴プレート７２ａの内周に沿って複数個並んで設置されている。

【0087】

フロントグリッパ７６は、ＴＢＭ７０を掘削坑内で固定する機器であり、前胴プレート７２ａの内周に沿って複数個並んで設置されている。また、フロントグリッパ７６は、ＴＢＭ７０の固定時には前胴プレート７２ａの表面から突出し、ＴＢＭ７０の固定解除時には前胴プレート７２ａの内側に収まるように、機器本体７２の径方向に沿って伸縮可能な状態で設置されている。

【0088】

メイングリッパ７７は、ＴＢＭ７０を掘削坑内で固定する機器であり、後胴プレート７２ｂの両側面に設置されている。また、メイングリッパ７７は、ＴＢＭ７０の固定時には後胴プレート７２ｂの表面から突出し、ＴＢＭ７０の固定解除時には後胴プレート７２ｂの内側に収まるように、機器本体７２の径方向（左右横方向）に沿って伸縮可能な状態で設置されている。

【0089】

スラストジャッキ７８は、ＴＢＭ７０を前進させるための推進機器であり、前胴プレート７２ａと後胴プレート７２ｂとを跨ぐようにフロントグリッパ７６とメイングリッパ７７との間に設置されている。また、スラストジャッキ７８は、機器本体７２の軸方向（前後方向）に沿って伸縮可能な状態で設置されている。

【0090】

シールドジャッキ７９は、シールド掘進機１と同様に、機器本体７２の後方に設置されたセグメントＳＧに反力をとってＴＢＭ７０を前進させるための推進機器であり、機器本体７２の後胴プレート７２ｂの内周に沿って複数個並んで設置されている。

【0091】

エレクタ６０は、シールド掘進機１と同様に、セグメントＳＧを把持して掘削坑の内周に設置するセグメント組立装置であり、エレクタ駆動用の油圧モータ（図示せず）等によって掘削坑の周方向に沿って回転可能な状態で後胴プレート内に設置されている。

【0092】

本実施の形態のＴＢＭ７０においては、前進の仕方が２種類あり、例えば、岩盤の硬さや掘削坑の傾斜角度等のような掘削条件に応じて、前進の仕方を選択することができるようになっている。

【0093】

第１の前進の仕方においては、シールド掘進機１と同様に、ＴＢＭ７０によって組立てたセグメントＳＧにシールドジャッキ７９を押し付けて、シールドジャッキ７９を伸ばすことにより前進する。

【0094】

第２の前進の仕方においては、フロントグリッパ７６をＴＢＭ７０の前胴プレート７２ａの内側に収容した状態でメイングリッパ７７を伸ばして岩盤に押し付けることによりＴＢＭ７０を固定した後、スラストジャッキ７８を伸ばして前進する。続いて、スラストジャッキ７８が伸びきったところで、フロントグリッパ７６を伸ばして岩盤に押し付けることによりＴＢＭ７０を固定した後、メイングリッパ７７をＴＢＭ７０の後胴プレート７２ｂの内側に収容し、スラストジャッキ７８を縮めることで、後胴プレート７２ｂを前に引き寄せる。これを繰り返しながら前進する。

【0095】

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって、開示された技術に限定されるものではない。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈されるべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲の要旨を逸脱しない限りにおけるすべての変更が含まれる。

【0096】

前記実施の形態においては、リボンスクリュー型のスクリューコンベアを用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく種々変更可能であり、例えば、リボン型と軸付き型とを組み合わせたスクリューコンベアを用いてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0097】

以上の説明では、本発明を泥土圧シールド掘進機に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、チャンバ内の泥水に所定の圧力を加えることにより切羽を安定させ、泥水を循環させることにより掘削土砂を輸送する仕組みを持つ泥水式シールド掘進機等、他のシールド掘進機にも適用できる。

【符号の説明】

【0098】

１ シールド掘進機
２ カッタヘッド
３ 機器本体
４ チャンバ
６ 練混ぜ翼
７ 隔壁
８ カッタ駆動体
２０ ローラカッタ本体
２１ カッタ盤
２１ｈ 貫通孔
２２ 超硬チップ
３０ カッタアダプタ
３１ 回転軸部
３２ ベアリング軸受部
３３ａ，３３ｂ 側板部
４０ カッタサドル
４０ａ～４０ｄ 側板部
４０ｈ 雌ネジ孔
５０ａ，５０ｂ ウェッジブロック
５０ｈ ボルト孔
５１ ボルト
７０ ＴＢＭ
７１ カッタヘッド
７２ 機器本体
７３ 隔壁
７４ ベルトコンベア
７５ カッタ駆動体
７６ フロントグリッパ
７７ メイングリッパ
７８ スラストジャッキ
７９ シールドジャッキ
８０ エレクタ
Ｃ センターカッタ
ＲＣ，ＲＣ１，ＲＣ２ ローラカッタ
ＣＣ コピービット
ＳＴ スクレーパツース
ＧＰ 間隙部
ＳＧ セグメント

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】