JPH0138959B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 地下ボーリング機械の回転カツタヘツド用主
フレームにおいて、 回転軸線の周りに回転するように前記地下ボー
リング機械に据え付けられる環状梁６０と、 前記環状梁６０から軸線方向に離隔した中央ハ
ブ構造体３２と、 前記ハブ構造体３２に一体に連結された内端
部、前記ハブ構造体３２から半径方向外方へ前記
環状梁６０へ向かつて延びた中間部、および開放
した内部空間を主フレーム内に画定するようにほ
ぼドーム形状に主フレームを形成するために前記
環状梁６０に一体に連結された外端部を有する複
数の半径方向スポーク梁４８とを含み、各前記半
径方向スポーク梁４８はその全長に実質的に沿
い、かつ前記カツタヘツド２０の回転軸線に沿つ
た方向に前記梁を貫通した細長い開口を画成する
側部５０，５２を有することを特徴とする主フレ
ーム。

２ 請求の範囲第１項に記載の主フレームにおい
て、前記環状梁６０が中空の箱形梁の形態の構造
であることを特徴とする主フレーム。

３ 請求の範囲第１項または第２項に記載の主フ
レームにおいて、前記ハブ構造体３２が中央開口
４７を画成する周壁部３４，３６，３８，４０，
４２，４４を有する箱形状に形成されていること
を特徴とする主フレーム。

４ 請求の範囲第１項または第２項に記載の主フ
レームにおいて、各半径方向スポーク梁４８の側
部が１対の隔離された側板部材５０，５２を含む
ことを特徴とする主フレーム。

５ 地下ボーリング機械用回転カツタヘツドにお
いて、 回転軸線の周りに回転するように地下ボーリン
グ機械に該回転カツタヘツドを据え付ける環状梁
６０、前記環状梁６０から軸線方向に離隔し、か
つ中央開口４７を含む中央ハブ構造体３２、およ
び前記ハブ構造体に一体に連結された内端部と該
環状梁に一体に連結された外端部を有する複数の
半径方向スポーク梁４８を含み、各前記半径方向
スポーク梁４８がその全長を貫通し、かつその全
長に実質的に沿つて延びている細長い開口を画成
する側部５０，５２を有しているような主フレー
ムと、 半径方向スポーク梁４８内にあるローラカツタ
取付部９９とを含み、 前記カツタ取付部は前記半径方向スポーク梁４
８の横方向に延びて前記半径方向スポーク梁の開
口部にまたがりカツタ用区画を形成し、かつ前記
半径方向スポーク梁を強化する部材４８を有し、 前記カツタ取付部９９は前記カツタヘツドの後
方側からローラカツタ２６を取り付け、また取り
外しを行うようにされ、 前記主フレームはカツタヘツドの後方からロー
ラカツタの取り付けおよび取り外しを行う余地を
与えるのに十分に大きい内部空間を作業者に提供
するように形成されていることを特徴とする回転
カツタヘツド。

６ 請求の範囲第５項に記載の回転カツタヘツド
において、該環状梁６０がほぼ中空の円環状の形
状に形成されていることを特徴とする回転カツタ
ヘツド。

７ 請求の範囲第５項に記載の回転カツタヘツド
において、各前記半径方向スポーク梁の側部が１
対の隔離した側板部材５０，５２を含み、前記側
板部材が、前記ハブ構造体３２から半径方向外方
へ該環状梁６０まで延びるにつれて、後方へ湾曲
していることを特徴とする回転カツタヘツド。

８ 請求の範囲第５項記載の回転カツタヘツドに
おいて、 前記ローラカツタ取付部９９は前記回転カツタ
ヘツドの周囲にローラ・ゲージカツタ３０を据え
付け、 前記ローラ・ゲージカツタ３０の区域内の前記
半径方向スポーク梁４８は、該ハブ構造体３２か
ら半径方向の外方へ該環状梁まで延びるにつれ
て、該環状梁６０へ向かつて、湾曲して、ほぼド
ーム形状に前記カツタヘツドを形成していること
を特徴とする回転カツタヘツド。

明細書 本発明は地下ボーリング機械詳細にはボーリン
グ機械の新規なカツタヘツド構造に関する。

米国特許第3756332号は一般的な開放型のカツ
タヘツドと、カツタヘツド用の典型的なカツタ装
置を示している。カツタヘツドは岩石に求心的に
切り目を切削するよう位置した複数のデイスクカ
ツタを含む。デイスクカツタは円周にある刃先か
ら延びる傾斜した破砕面を含んでいる。これら破
砕面は刃先で切削した切り目の間で岩を破断して
剥す作用をする。

カツタ組立体はカツタヘツドの前側に装着され
る。ほとんどのカツタ組立体は半径方向のスポー
ク梁の前壁に装着されるが、その他の場合は半径
方向のスポーク梁から角度方向に偏位した補助フ
レーム構造体の前側に装着される。この形式の装
置の欠点は、度々発生することであるが、カツタ
を取替える必要があるときは常に、トンネル面か
らカツタヘツドを支え、次いで、カツタヘツドの
前方の極めて危険な場所へ作業員を送り込まねば
ならぬ必然性があることである。

カツタヘツドの後で比較的安全にカツタ取替え
ができるようカツタをカツタヘツドの後側に装着
することが知られている。しかしながら、そのよ
うな後側装置は通常閉鎖型のカツタヘツドに関連
したことであり、開放型カツタヘツドに対しては
使用されていない。本明細書で「開放型トンネル
機械」という用語は、ほとんどのカツタを装着す
る複数の半径方向スポーク梁を含み、隣接する梁
間に掘削した材料が通過する空間が設けられてい
るカツタヘツドを意味するために使用する。閉鎖
型カツタヘツドにおいては、掘削された材料は、
各ローラカツタ要素の周りに存在する小さな空間
を通過しうるほど小さなものを除き、カツタヘツ
ドの周縁のみにおいて採集される。

中実面のカツタヘツドにローラカツタを後方装
置する方法の例は、特許文献に存在するもので
は、米国特許第3358782号および同第3444939号に
示されている。

ある種のトンネルボーリング作業に対して、開
放型、すなわちスポーク型のカツタヘツドは、掘
削された材料がトンネル面のほとんどどの高さ位
置においてもカツタヘツドを通過でき、カツタヘ
ツドの周縁で採集するため落下する必要がないと
いう点で閉鎖型のカツタヘツドより利点がある。

本発明の目的は中央のカツタ組立体とゲージカ
ツタとを含む全てのローラカツタがカツタヘツド
の裏側から取り外しできる開放型カツタヘツドの
改良を提供することである。

したがつて、本発明は回転軸心の周りを回転す
るようカツタヘツドを地下ボーリング機械に取付
けるための環状の梁と；中央空間を画成する周縁
壁を含む箱状のハブ構造体と；内端が前記ハブ構
造体に一体接続され他端が前記環状梁に一体接続
された複数の半径方向スポーク梁とを含み、該ス
ポーク梁が一対の離隔した側板部材を含み、各半
径方向スポーク梁が前記ハブ構造体から環状梁へ
と半径方向外方に延びるにつれて、該ハブ構造体
の後方へ延びることを特徴とする地下ボーリング
機械の回転カツタヘツド用主フレームを提供す
る。

好適実施例において、ローラ状のカツタはカツ
タ取付け装置により前記側板部材間で装着され、
該カツタ取付け装置は前記の半径方向スポーク梁
を横方向に延び、その両端が前記の離隔した側板
部材に一体接続され、半径方向スポーク梁用の控
え構造部材としても機能する。前記カツタ取付け
装置はカツタヘツドの後側へローラカツタを取付
けたり、取り外すようつくられており、前記主フ
レームはカツタヘツドの内側で、カツタヘツドの
後からローラカツタを取付けたり、取外したりす
るに十分な空間を提供する。前記側板は箱状のハ
ブ構造体から全体的に半径方向外方へ延び、環状
梁と連る前にその外端で後方に曲つている。ゲー
ジカツタは半径方向スポーク梁の少なくとも数個
の側板の後方に延びた外端部分間に装着されてい
る。中央のカツタ組立体はハブ構造体の内部に装
着することが好ましい。掘削した材料を取り出す
コンベヤとその採集構造体とは、該採集構造体が
カツタヘツドの後側近くの採集位置にある前位置
と中央カツタ組立体を取り付けたり、取り外しで
きるようにするに十分な空隙が該採集構造体の前
方につくられる後退位置との間を運動するよう装
着することができる。

カツタヘツドの主フレームは比較的簡素であつ
て、半径方向スポーク梁を囲む側板部材とその中
にあるカツタ取付け構造体とがカツタヘツドの後
側から取り外しやすくローラカツタを装着する第
２の機能を行なう。側板部材の外端部分が後方に
曲げられていることが、カツタヘツドの後からゲ
ージカツタを取り付け、取り外しできるようにす
るに必要な空間をカツタヘツドの内側で提供し、
またカツタヘツドの周縁部分を補強する。半径方
向スポーク梁にかかるスラスト力に対し側板部材
が縁方向に向くことによつて、梁を比較的強固に
し、一方構造を比較的簡素化させる。半径方向ス
ポーク梁の側板部材が接続される環状梁は、箱状
梁であることが好ましい。

全体を通じて同一部分は同一参照番号を付した
図面において： 第１図は本発明の一実施例を例示したカツタヘ
ツドを含むトンネルボーリング機械で、把持組立
体の中央部の前方に位置した部分は省略した、あ
る部分は軸線方向断面で示す部分側面図； 第２図は第１図に示すカツタヘツドの正面図； 第３図はカツタヘツド支持装置の後側を示す、
概ね第１図の線３−３よりみたボーリング機械の
断面図； 第４図は他の部分を示しやすいようにある部分
を破断した把持組立体を側面で示す、概ね第１図
の線４−４よりみた断面図； 第５図は基本的なカツタヘツドのフレームの最
前面を破断し、該カツタヘツドフレームの上部と
側部に向かつて正面から見下ろした等角図； 第６図は第５図と類似の図面であるが、ある部
分を示しやすいように前記フレームの最上部分を
破断し、カツタヘツドフレームの後側に向かつて
見た図面； 第７図はカツタヘツドの後からみた、カツタヘ
ツドフレームのハブ部分の部分等角図； 第８図はある部分を断面で示す、カツタヘツド
の中央部分の部分側面図； 第９図は概ね第８図の線９−９よりみた断面
図； 第１０図は中央のカツタをその装着位置から外
して示し、カツタヘツドの後方からみたカツタヘ
ツドの中央部分の部分等角図； 第１１図はカツタの装着方法を示す、中間カツ
タの一部断面で一部側面で示す部分図； 第１２図は上部を第１１図の線１２ａ−１２ａ
より、下部を線１２ｂ−１２ｂよりみた分割断面
図； 第１３図は中間カツタとその装置構造体の分解
等角図； 第１４図はコンベヤをカツタヘツドの内側から
後退した位置で示し破線でコンベヤの前方位置、
すなわち使用位置を示す、第１図におけるコンベ
ヤの前端近くの部分を示す部分図； 第１５図はコンベヤの前端を装着する機構を示
す、概ね第１４図の線１５−１５よりみた断面図
である。

第１図を参照すれば、トンネル機械自体は回転
カツタヘツドで硬質材料を破砕するためのもので
ある。進行方向はカツタヘツドの回転軸線と一致
し、トンネル機械はカツタヘツドに従つて形成さ
れた開口へと進む。

トンネル機械の基本的な部分は管状シールド１
２と後方に突出した梁１４に装着されたカツタヘ
ツド支持装置を含む主フレームである。把持組立
体１６が前記梁１４の真直部分に沿つて相対摺動
するよう支持されている。トンネル機械の両側に
位置したスラストラム１８がカツタヘツド支持装
置１０と把持組立体１６との間で相互に接続され
ている。

トンネル機械技術分野で周知のように、把持組
立体１６は梁１４の前方に位置している。把持シ
ユー１７はトンネルの側壁と把持接触するよう外
方へ油圧で運動する。次いでスラストラム１８が
延び、一方回転カツタヘツドは複数の駆動モータ
２２により回転する。モータ２２は回転カツタヘ
ツド２０の一体部分である直径の大きな歯車２４
と噛合う円形歯車（図示せず）を駆動する。スラ
ストラム１８がその運動の最前端に到達すると、
把持シユー１７が収縮し、把持組立体を新しい位
置まで前方に引張るためにスラストラム１８が収
縮する。次いで、再び把持シユー１７がトンネル
の壁と接触するよう外方へ運動し、ボーリング工
程が繰返される。

ローラカツタ２６，２８，３０（第２図）が使
用されるが、これらカツタの配置ないし形態は基
本的には米国特許第3756332号で示すものと同様
である。該デイスクカツタは（例えば７cm−10.2
cm、２ 3/4インチ−４インチ離隔して）同心状の
切り目を切削し、この切り目間で岩石を破砕する
よう配置されている。ローラカツタ２６，２８，
３０はカツタヘツド２０の後側に装着し、かつ、
そこからカツタヘツド２０より取外しできる。こ
のことによつて、カツタの取替えのために、トン
ネル機械を支持し、カツタ前面とトンネル面との
極めて危険な場所へ作業員が入り込むことを不要
にできる。

前述のように、カツタヘツドに後方からカツタ
を装着する全体的な考えは新規ではないが、その
ような装着や取り外しを行いやすくする開示した
カツタヘツドの構造は新規である。また、この構
造によつて、ゲージカツタならびに切削カツタを
後方から装着、取り外しできるようにし、この可
能性は新規である。

カツタヘツドのフレームは一体鋳造としてもよ
い箱状のハブ構造体３２を含む。ハブ構造体３２
は全体的に六角形で、６個の周壁３４，３６，３
８，４０，４２，４４と１個の前壁４６を含む。
大型のカツタヘツドでは半径方向スポークの数は
８個まで増してもよい。小型のカツタヘツドにお
いては、その数を例えば４個に減してよい。前壁
４６には窓４７が設けられ、ハブ構造体３２の後
側は開放している。複数の半径方向のスポーク梁
４８が、前記壁３４，３６，３８，４０，４２，
４４が相互に対して連がる角部において、全体的
にハブ構造体３２へ一体溶接されている。各スポ
ーク梁４８は一対の離隔した鋼板製の側壁５０，
５２を含む。該側壁５０，５２の内端は前記突出
壁の端部あるいは側部と接し、溶接されている。
各側壁５０，５２はトンネルの軸線に対し平行な
面をつくる。このように、前記側壁５０，５２
は、相互に対し、かつトンネルの軸線に対し、前
後方向に平行であるといえる。前記スポーク梁４
８のほとんどの部分が前後共開放しており、その
側壁５０，５２間は前方から後方へ開放した空間
ができる。また隣接するスポーク梁４８間にも空
間ができる。

側壁部材５０，５２の前縁部はトンネル面の希
望する形状に近密に做う。第１図から最もよく判
るように、この形状は外側部分で全体的に円状に
曲げられた比較的平坦な王冠状であることが好ま
しい。何故なら、王冠状の形状は、最も高い切削
効率を提供するからである。

第１図、第５図および第６図に示すように、側
壁部材５０，５２は中央のハブ構造体３２から全
体的に半径方向外方に延び、その外側部分で約90
度後方へ曲つている。側壁部材５０，５２の上方
後端は環状箱形梁６０の切頭状前壁５８に一体装
着されている。箱形梁はまた切頭状周壁６２、切
頭状上部後壁６４、下部後壁である装着リング６
６、円筒状内壁６８とを含む。勿論、その他の装
置においては、環状箱形梁のこの構造は異ること
がある。

図示した側壁５０，５２の形状は、側壁がスラ
スト荷重の方向に対して縁方向に延びるため、半
径方向の梁４８をそれに対しかかるスラスト荷重
の方向に極めて強固にすることになる。また、側
壁５０，５２の形状と、かつその環状箱形梁６０
に対する位置間係により梁４８全体にわたり、す
なわち該梁４８が中央のハブ部材３２に接続され
ている個所から、ローラカツタを装着する環状箱
形梁６０に接続されている個所まで各対の側壁５
０，５２の間で空間をつくり出す。また、側壁５
０，５２のこの形状、ならびに梁６０への該側壁
５０，５２の接続位置により、カツタヘツド２０
の内部で、カツタをカツタヘツドの後ろから装着
したり、取り外しできるようにするに十分な内部
空間IS（第１図）を提供する。ゲージカツタ３０
の装着や取り外しのための通路は箱形梁の前壁５
８の前方で全体的に垂直方向に画成される。

カツタヘツド支持装置はコンベヤ組立体の前部
７２と、該コンベヤに付属したホツパ、すなわち
採集装置７４を受入れるための軸線方向の中央通
路７０を含む。また、カツタヘツド支持装置は中
央位置の開放カツタヘツドを有するトンネル機械
に一般に使用される形式の大きな直径のベアリン
グ７６を支持する。箱形梁６０は回転するようベ
アリング７６で直接支持された第２の直径の小さ
い箱形梁７８に固定されている。装着リング６６
は前記箱形梁７８の半径方向前壁８０に固定され
ている。

ベアリング７６の各端で回転部分と固定部分と
の間に一般的な防塵シール８２，８４が設けられ
ている。

第１図と、第７図から第１０図までで最もよく
判るように、中央のカツタ組立体２８は中央のハ
ブ構造体３２の内側に装着されている。中央のカ
ツタ組立体２８は４個のデイスクカツタ８６を含
む。カツタヘツドの後側から中央のカツタ組立体
２８を装着できるようにした装着フレームが使用
されている。中央のカツタ組立体２８は、一本の
軸８７に装着された一対のデイスクカツタ８６を
それぞれ含む２つの部分を含んでよい。中央のカ
ツタ組立体２８がハブ構造体３２の開放した中央
部分へ挿入されると、支持部分８８はハブ構造体
３２の保持部分９０の間にある空間へ入る。これ
らの保持部分９０が窓４７の側部と境を接する。
また中央のカツタ装置フレームは前記保持部分９
０に形成されたねじ付き開口９８へねじ込まれた
ボルト９６を受入れるための開口９４（第９図）
を含むよう形成した装着フランジ９２も含んでい
る。

さて第１１図から第１３図までを参照すれば、
半径方向の梁４８の内側に装着された１個のデイ
スクカツタ組立体２６は、前記梁４８用の横方向
の補強としても作用するカツタ取付け構造体によ
り装着されている。この取付け構造体は一対の半
径方向に離隔した端壁１００，１０２と側壁１５
０，１５２を含む箱部材９９を含む。箱部材９９
は梁４８の側壁５０，５２の間で所定位置に溶接
されてカツタ収容室を形成する。各端壁１００，
１０２の内面はカツタ組立体２６の固定部分の端
部１０４，１０６と荷重伝達ブロツク１１２，１
１４を受入れる寸法とされた通路１０８，１１０
をつくる構造とされている。

ローラカツタ組立体２６はカツタヘツド２０の
後ろから前記カツタ収容室へはめ込まれたり、か
つそこから取り出される。第１３図はカツタ収容
室の後部から後方へ引出されたローラカツタ組立
体２６を示す。カツタ組立体２６が前記カツタ収
容室へと前方に動かされると、該組立体２６の端
部１０４，１０６は前記通路１０８，１１０を介
して該収容室へ入る。ローラカツタ組立体２６は
端部分１０４，１０６が前方停止部材１１１に当
るまで前方へ動かされる。次いで、荷重伝達ブロ
ツク１１２，１１４がカツタ取付け構造体の後部
を通り前記通路１０８，１１０へはめ込まれる
（第１２図）。ボルト１１６を前記ブロツク１１
２，１１４を貫通して形成された開口１１８を通
して挿入し、前記端壁１００，１０２に設けられ
た開口１２０へねじ込まれる。ボルト１１６が締
付けられると、該ボルト１１６は荷重伝達ブロツ
ク１１２，１１４を、通路１０８，１１０の前方
に向けられた垂直面である荷重担持面と緊密係合
するよう引張る。

前記荷重担持面は、前記端壁１００，１０２が
カツタヘツドフレームの一体部分であるためカツ
タヘツドフレームの面を構成する。このように、
ローラカツタの切削部分に加えられるスラスト荷
重は荷重伝達ブロツク１１２，１１４を介してカ
ツタヘツドフレームへ押圧伝達される。

第２図を参照すれば、追加のローラカツタを受
入れるために、スポークの内側空間と酷似した空
間を該スポークの内側空間に沿つて画成するため
にフレーム部材５０，５２と離隔関係で補助フレ
ーム部材１２６（プレートを曲げて）を付加する
ことにより完成してもよい。また、カツタヘツド
には半径方向に延びたシヨベル状部材１２８と該
シヨベル状部材１２８の周りに面し半径方向梁４
８間に位置する金属プレートとを設けてもよい。
第２図に示すように、シヨベル部材はハブ３２の
近くから始まりカツタヘツドの周囲へと延びた掘
削材料用の入口を有する。

トンネル掘削作業中、コンベヤ７２の前端にあ
る採集装置７４は中央のカツタ組立体２８の比較
的すぐ後ろに位置している。シヨベル部材１２８
で取入れた掘削材料は採集装置７４へ落下する。
該材料はベルトコンベヤ１３０上に落下し、該コ
ンベヤにより別のコンベヤおよび（または）材料
運搬カートよりなる搬送系統へ運ばれ、該搬送系
統が掘削材料を多数の周知の方法の１つによつて
トンネルから取り出す。

カツタ取替えのために、カツタヘツドの内側空
間ISに近接しうるよう採集装置を後退させる配備
がなされている。コンベヤを所定場所から外す一
つの方法は、コンベヤ全体をその作業位置から後
退させることである。コンベヤの後端は車輪等に
装着され、前端は通常カツタヘツドの支持装置１
０に接続されている。カツタ取替え準備作業で
は、コンベヤの前端をカツタヘツド組立体から外
し、後方へ押出すことができる。摺動運動するよ
うコンベヤの前端部を支持するためにカツタヘツ
ド支持装置にはある種のベアリング装置を設ける
ことができる。しかしながら、ここでは、掘削材
料採集装置７４を含むカツタヘツドの前部フレー
ム部とその上でコンベヤベルトが方向を逆転させ
る前部プーリ１３２とをカツタヘツド支持装置１
０と、コンベヤの残りの部分の双方に対して運動
できるよう装着するよう計画している。第１４図
と第１５図に示すように、コンベヤ７２の両側で
トンネルの軸線方向に延びる一対の軌条１３４，
１３６を設けている。該軌条１３４，１３６と係
合するローラ１４０によつてトンネル内を軸線方
向に運動するよう前端キヤリツジ１３８を装着し
ている。掘削材料の採集装置７４と前方ローラ１
３２とを含むコンベヤフレームの前端部はキヤリ
ツジ１３８で担持している。トンネルを軸線方向
に延び前端でキヤリツジ１３８に、後端でカツタ
ヘツド支持装置１０の一部に接続された１個以上
の油圧シリンダ１４２（第１４図）によりキヤリ
ツジ１３８は所定位置に調整される。シリンダ１
４２はカツタヘツドに対して材料採集装置をその
材料採集位置へ動かす目的で伸張する。コンベヤ
ベルト１３０はこの採集位置におかれるとぴんと
張る。カツタヘツドの内側空間内（第１４図）で
十分な作業余地をつくり出すに十分な量だけコン
ベヤの前部を後方へ動かすためにシリンダ１４２
が短縮できる。シリンダ１４２が短縮するとカツ
タヘツドとコンベヤベルトの双方に対してコンベ
ヤベルトの前方フレーム部を後退させる。次い
で、このように緩められたコンベヤベルトの前端
部は単に所定位置から折りたたまれるだけなので
内側空間IS内でカツタを取外したり、かつ装着す
る作業の邪魔にならない。勿論、内側空間ISから
コンベヤ７２の前端部を動かし出す方法はその他
の多数の方法のいづれかにより達成できる。