(57)【要約】【課題】超長距離施工において、外周リングの延命化を図ったカッタ装置を提供する。【解決手段】シールドフレーム２の前部に設けられ、回転駆動して切羽を切削するためのカッタ装置１において、カッタ装置１の外周リング４の外周面に、その周方向に間隔を隔てて外周リング４の摩耗を防止するための保護ビット６を複数個設け、各保護ビット６ａ〜６ｃの外周リング４からの突出高さが異なるものである。【選択図】図１
2010065415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドフレームの前部に設けられ、回転駆動して切羽を切削するためのカッタ装置において、カッタ装置の外周リングの外周面に、その周方向に間隔を隔てて上記外周リングの摩耗を防止するための保護ビットを複数個設け、各保護ビットの上記外周リングからの突出高さが異なることを特徴とするカッタ装置。
【請求項２】
上記外周リングの外周面に、深さが異なる保護ビット用の取り付け溝を形成し、その取り付け溝に同じ高さの保護ビットを設けた請求項１記載のカッタ装置。
【請求項３】
上記保護ビットは、上記外周リングの前端から後端までの軸方向に沿って形成される請求項１または２記載のカッタ装置。
【請求項４】
上記外周リングの外周面に、その周方向に間隔を隔てて上記外周リングの前端側に突出するリング用カッタビットを複数個設け、これらリング用カッタビット間に、上記保護ビットを設けた請求項１〜３いずれかに記載のカッタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールドフレームの前部に設けられ、回転駆動して切羽を切削するためのカッタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
土中にトンネルを掘るシールド掘進機には、シールドフレームの前部に、回転駆動して切羽を切削するためのカッタ装置が設けられる。カッタ装置は、例えば、複数本のスポークで連結支持された外周リングを有し、スポークの前面には切羽を切削する多数のカッタビットが設けられる。
【０００３】
シールド掘進機の掘進距離は徐々に延びてきており、地山と接触するだけの外周リングの外周面も、掘削後の土砂の流れによって摩耗し、掘削径が小さくなってシールド掘進機が進めなくなることがある。
【０００４】
このため、従来のカッタ装置では長距離掘進を行う場合、外周リングの摩耗防止のため、外周リングに硬化肉盛り溶接を実施したり、超硬チップを取り付けたビットを設置したりしている。
【０００５】
【特許文献１】特許第３２５０６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のシールド掘進機では、数ｋｍ〜１０ｋｍを超える超長距離施工において、硬化肉盛り溶接や超硬チップも摩耗してしまうため、外周リングの摩耗防止対策が不十分である。
【０００７】
また近年、超長距離掘進後の到達部にて高強度壁を掘削したり、掘削区間に多数の高強度壁や固い地盤が出現したりすることも多く、早急な外周リングの摩耗防止対策が求められている。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、超長距離施工において、外周リングの延命化を図ったカッタ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために創案された本発明は、シールドフレームの前部に設けられ、回転駆動して切羽を切削するためのカッタ装置において、カッタ装置の外周リングの外周面に、その周方向に間隔を隔てて上記外周リングの摩耗を防止するための保護ビットを複数個設け、各保護ビットの上記外周リングからの突出高さが異なるカッタ装置である。
【００１０】
上記外周リングの外周面に、深さが異なる保護ビット用の取り付け溝を形成し、その取り付け溝に同じ高さの保護ビットを設けるとよい。
【００１１】
上記保護ビットは、上記外周リングの前端から後端までの軸方向に沿って形成されるとよい。
【００１２】
上記外周リングの外周面に、その周方向に間隔を隔てて上記外周リングの前端側に突出するリング用カッタビットを複数個設け、これらリング用カッタビット間に、上記保護ビットを設けるとよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、超長距離施工において、外周リングの延命化が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面にしたがって説明する。図１は、本発明の好適な実施形態を示すカッタ装置を用いたシールド掘進機の概略図である。
【００１５】
図１に示すように、カッタ装置１は、土中にトンネルを掘るシールド掘進機１０のシールドフレーム２の前部に、図示しない隔壁を介して設けられ、回転駆動して切羽を切削して地山を掘削するためのスポーク式のカッタ装置である。
【００１６】
カッタ装置１は、中心から径方向の外側に向けて放射状に延びる複数本のスポーク３と、これらスポーク３で内周面が支持され、シールドフレーム２の外径とほぼ同じ外径を有する外周リング４とを備える。各スポーク３の前面には、切羽を切削する多数のカッタビット５が設けられる。
【００１７】
さて、カッタ装置１では、外周リング４の外周面に、その周方向に間隔を隔てて外周リング４の摩耗を防止するための保護ビット６を複数個設け、各保護ビット６の外周リング４の外周面から径方向の外側に向かう突出高さを異ならせた。
【００１８】
本実施形態では、１個の保護ビット６を用いる場合に比べて３倍の掘進距離を稼ぐため、各保護ビット６の外周リング４からの突出高さを３段階に異ならせており、突出高さが最も高い保護ビット６を保護ビット６ａ、突出高さが最も低い保護ビット６を保護ビット６ｃ、これらの中間の突出高さの保護ビット６を保護ビット６ｂとした。
【００１９】
保護ビット６は、外周リング４の前端から後端までの軸方向に沿って形成される。すなわち、保護ビット６は、その長手方向の長さが外周リング４の軸方向の長さ（厚さ）と同じである。
【００２０】
図１および図２に示すように、さらにカッタ装置１では、外周リング４の外周面の前端部に、その周方向に間隔を隔てて外周リング４の前端側（切羽側）に突出するリング用カッタビット７を複数個設け、これらリング用カッタビット７間に、保護ビット６を設ける。
【００２１】
リング用カッタビット７は、最外周のカッタビット５や外周リング４の前端面などのカッタ装置１の最外周部を保護するためのカッタビットである。このリング用カッタビット７は、その先端部７ｔが外周リング４の径方向の外側に向かって傾斜しており、刃先が外周リング４よりも外周側の切羽を切削する。
【００２２】
外周リング４の外周面の前端部には、リング用カッタビット７の取り付け間隔に応じて、リング用カッタビット７を取り付けるための取り付け溝２７が機械加工による溝加工で形成され、その取り付け溝２７にリング用カッタビット７がそれぞれ設けられる。リング用カッタビット７は、取り付け溝２７の底面に溶接２８にて取り付けられ、溶接取り付け部の摩耗対策としてリング用カッタビット７の側面部に硬化肉盛り溶接２９を実施している。
【００２３】
ここで、保護ビット６ａ〜６ｃをより詳細に説明する。
【００２４】
図３に示すように、３個の保護ビット６ａ〜６ｃは同じものであり、ビット自体の高さ（ビット高さ）は同じである。各保護ビット６ａ〜６ｃは、根元部が幅広で、かつ横断面視でほぼ凸形に形成された切削刃６１と、その切削刃６１の頂面と頂部の両端部に取り付けられた超硬合金製の超硬切削刃６２とからなる。
【００２５】
外周リング４の外周面には、保護ビット６ａ〜６ｃの取り付け間隔に応じて、深さが異なる保護ビット用の取り付け溝（切り欠き溝）３６ａ〜３６ｃが機械加工による溝加工で形成され、これら保護ビット用の取り付け溝３６ａ〜３６ｃに、保護ビット６ａ〜６ｃがそれぞれ設けられる。取り付け溝３６ａの深さが最も浅く、取り付け溝３６ｃの深さが最も深く、取り付け溝３６ｂの深さがこれらの中間である。各保護ビット６ａ〜６ｃは、保護ビット用の取り付け溝３６ａ〜３６ｃの底面に溶接３７にて外周リング４に取り付けられる。
【００２６】
各保護ビット６ａ〜６ｃは、外周リング４からの突出高さが、外周リング４の外周面の周方向に沿って順次高く（図３では、右から左にかけて高く）、あるいは低く（図３では、左から右にかけて低く）なる。
【００２７】
本実施形態では、保護ビット６ａ〜６ｃの突出高さが３段階に異なるので、保護ビット６ｃ，６ｂ，６ａを突出高さが順次高くなる配置にした場合は、これら保護ビット６ｃ，６ｂ，６ａを１セットとして、図１のスポーク３の本数またはスポーク３の本数の倍数を保護ビット段数で割り切れる（本実施形態では、スポークの本数が６本なので、６または６の倍数を３で割り切れる）セット数の保護ビット６を用いるとよい。
【００２８】
また、一例として、本実施形態では、シールド掘進機（図１のシールドフレーム２）の外径φｓが１２５３０ｍｍ、外周リング４の外径φｒが１２５１０ｍｍ、外周リング４の厚さｄが９０ｍｍなので、これらの寸法に合わせ、保護ビット６ｃの突出高さＨｃを１０ｍｍ、保護ビット６ｂの突出高さＨｂを２０ｍｍ、保護ビット６ａの突出高さＨａを３０ｍｍとし、保護ビット６ｃから保護ビット６ａまでの突出高さが１０ｍｍずつ高くなるようにした。また、各保護ビット６ａ〜６ｃは、根元部の幅ｗｂが９０ｍｍ、頂部の幅ｗｔが６７．５ｍｍ、ビット高さｈｂが５２ｍｍのものを使用した。カッタ装置１の最外周切削外径φＭは１２５７０ｍｍである。
【００２９】
本実施形態の作用を説明する。
【００３０】
カッタ装置１を用いたシールド掘進機１０は、発進用立坑内に設置され、カッタ装置１のスポーク３と外周リング４を回転駆動させることで、カッタビット５やリング用カッタビット７により、高強度壁や土砂などの切羽を掘削して坑口を形成し、その後、到達用立坑に向けて掘進していく。
【００３１】
このとき、カッタ装置１では、掘削後の土砂の流れにより、まず突出高さが最も高い保護ビット（１次ビット）６ａが摩耗していく。シールド掘進機１０の掘進距離が長くなるにしたがい、保護ビット６ａが摩滅すると、続いて中間の突出高さを有する保護ビット（２次ビット）６ｂが摩耗し、この保護ビット６ｂが摩滅すると、突出高さが最も低い保護ビット（３次ビット）６ｃが摩耗し始める。
【００３２】
このようにカッタ装置１では、外周リング４に高低差配置を組み込んだ保護ビット６ａ〜６ｃを設けている。カッタ装置１では、数ｋｍ〜１０ｋｍを超える超長距離施工においてシールド掘進機１０を掘進させても、外周リング４からの突出高さが異なる保護ビット６ａ〜６ｃが、外周リング４の外周面を保護する保護ビットの役目を順次果たす。
【００３３】
これにより、カッタ装置１によれば、超長距離施工において、掘削後の土砂の流れによる外周リング４の摩耗を防止でき、外周リング４の延命化が図れ、外周リング４の信頼性を高めることができる。
【００３４】
カッタ装置１は、深さが異なる保護ビット用の取り付け溝３６ａ〜３６ｃに同じビット高さの保護ビット６ａ〜６ｃを設けているため、根元部分が土砂の流れで自然摩耗するのを防止でき、しかも保護ビット６ａ〜６ｃを共用してカッタ装置１の低コスト化も図れる。
【００３５】
また、カッタ装置１は、各保護ビット６ａ〜６ｃが、外周リング４の前端から後端までの軸方向に沿って形成されるため、外周リング４の外周面の摩耗をより効果的に防止できる。
【００３６】
さらに、カッタ装置１では、リング用カッタビット７間に保護ビット６ａ〜６ｃを設けているため、リング用カッタビット７を取り付けている溶接２８部分の土砂の流れによる摩耗をより効果的に防止できる。
【００３７】
上記実施形態では、深さが異なる保護ビット用の取り付け溝３６ａ〜３６ｃに同じビット高さの保護ビット６ａ〜６ｃを設けたが、深さが同じ保護ビット用の取り付け溝に、異なるビット高さの保護ビットを設けてもよい。
【００３８】
また、外周リングの外径をシールドフレーム２の外径よりも若干小径にし、その小径の外周リングの外周面に、ビット高さが異なる保護ビットを設けてもよい。
【００３９】
また、保護ビット６は外周リング４の前端から後端までの軸方向に沿って形成される例で説明したが、図４（ａ）および図４（ｂ）に示す変形例のカッタ装置４１のように、外周リング４からの突出高さが互いに異なる３種類の丸型形状のサブ保護ビット４６ａ〜４６ｃを用いてもよい。各サブ保護ビット４６ａ〜４６ｃは、根元部が円柱状に形成され、かつ根元部の上面に横断面視でほぼ三角形状に形成された切削刃４２が設けられたものである。
【００４０】
カッタ装置４１では、外周リング４の外周面に、最も突出高さが高いサブ保護ビット４６ａを、外周リング４の軸方向に対して斜めになるように複数個配置して保護ビット４６Ａとし、その保護ビット４６Ａから外周リング４の周方向に間隔を隔てて、各サブ保護ビット４６ａと外周リング４の周方向で見て重なるように、中間の突出高さのサブ保護ビット４６ｂを、サブ保護ビット４６ａと同様に複数個配置して保護ビット４６Ｂとする。最も突出高さが低いサブ保護ビット４６ｃで構成される保護ビット４６Ｃも同様にして配置する。
【００４１】
つまり、保護ビットとしては、３種類の丸型形状のサブ保護ビット４６ａ〜４６ｃを外周リング４の軸方向にラップするように千鳥配置したものを用いてもよい。
【００４２】
上記実施形態では、外周リング付のカッタ装置の例で説明したが、外周リングがないカッタ装置において、スポーク端面部に保護ビットを設けてもよい。
【００４３】
また、上記実施形態では、スポーク式のカッタ装置の例で説明したが、面板式のカッタ装置であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の好適な実施形態を示すカッタ装置を用いたシールド掘進機の概略図である。
【図２】図１に示したカッタ装置の拡大側面図である。
【図３】図２の３Ａ−３Ａ線断面図である。
【図４】図４（ａ）は、保護ビットとして丸型形状のサブ保護ビットを用いた変形例を示すカッタ装置の拡大側面図、図４（ｂ）はその４Ｂ線矢視図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  カッタ装置
２  シールドフレーム
４  外周リング
６，６ａ，６ｂ，６ｃ  保護ビット
１０  シールド掘進機
【図１】
2010065415.tif 000003
【図２】
2010065415.tif 000004
【図３】
2010065415.tif 000005
【図４】
2010065415.tif 000006