(57)【要約】【課題】切削刃の磨耗が進行しても、切削刃の交換に時間や人手をかける必要がないローラーカッターを提供する。【解決手段】回転する回転盤の外周面に、硬い金属からなる切削刃を設けたローラーカッターである。回転盤の円心から切削刃の先端までの距離が異なる複数の切削刃によって構成する。【選択図】図１
2010095930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する回転盤の外周面に、
回転盤を構成する母材より硬い金属からなる切削刃を設けたローラーカッターであって、
回転盤の円心から切削刃の先端までの距離が異なる複数の切削刃によって構成した、
ローラーカッターの構造。
【請求項２】
少なくとも第一のローラーカッターと第二のローラーカッターとによって構成し、
各ローラーカッターには、複数の回転盤が平行に設けてあり、
各回転盤には、その外周に回転盤を構成する母材より硬い金属からなる切削刃を設けてあり、
回転盤は、
円心から切削刃の先端までの距離が長い先行回転盤と、
円心から切削刃の先端までの距離が先行回転盤よりも短い、後行回転盤とより構成し、
かつ、第一のローラーカッターの先行回転盤の切削軌跡を、第二のローラーカッターの後行回転盤が通過し、
第一のローラーカッターの後行回転盤の切削軌跡を、第二のローラーカッターの先行回転盤が通過するように配置してある、
ローラーカッターの構造。
【請求項３】
回転盤の外周面に、
回転盤を構成する母材より硬い金属からなる切削刃を設けたローラーカッターであって、
回転盤の円心から切削刃の先端までの距離が異なる複数の切削刃を、
ひとつの回転盤の外周面に設けて構成した、
ローラーカッターの構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド掘進機、トンネルボーリングマシン、地中連続壁、山岳トンネル用のロードヘッダーなどに使用できる、ローラーカッターの構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばシールド掘進機の場合、カッターヘッドに複数のローラーカッターを取り付け、カッターヘッドの切羽へ押し付けた状態でカッターヘッドを回転させることによってローラーカッターの回転、切羽への切り込み機能を果たすように構成してある。
ローラーカッターはそろばん珠のような構造であり、複数のローラーカッターが位置をずらしてカッターヘッド面に配置してある。
その結果、カッターヘッドの回転によって、円形の切羽の全面に切り込みを入れて破壊をすることが可能となる。
このローラーカッターは一定の距離だけ使用して磨耗すると、その交換作業が必要となる。
【特許文献１】特開２００４−２７８０３０号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記した従来のローラーカッターでは、その交換作業に次のような問題があった。
＜１＞  ほとんどの場合に被圧水下での作業となるため、カッターヘッドのチャンバー内の泥水または泥土を排除するとともに、地山への薬液注入が必要となり、あるいは切羽の崩壊を防ぐ補強工法の併用も求められる。
＜２＞  これらの補助工法をシールド機内部から行う場合、ローラーカッターの交換作業の前に、掘進作業を停止する時間が必要であり、掘削効率をいちじるしく低下させる。
＜３＞  特に土被りが大きい場合には地下水圧も高く、地盤改良の時間、コストだけではなく、安全性にも問題がある。
＜４＞  そのような問題を改善する方法として、特許文献１、２に見るように、従来はローラーカッターの交換を簡単、安全に行うことに焦点を当てた工法や装置が開発されている。
＜５＞  しかしいずれにしてもローラーカッターを交換する方法や装置だから、交換時の掘進の停止、その他の時間のロスは避けられない。
＜６＞  その点でローラーカッターの交換作業そのものを不要とすれば、交換時間、その前後の地山改良作業などの時間がなくなり、かつ作業員が危険な作業に従事する必要もなくなるから理想的である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記のような課題を解決するために本発明のローラーカッターの構造は、回転する回転盤の外周面に、回転盤を構成する母材より硬い金属からなる切削刃を設けたローラーカッターであって、回転盤の円心から切削刃の先端までの距離が異なる複数の切削刃によって構成したことを特徴とする。
また本発明のローラーカッターの構造は、少なくとも第一のローラーカッターと第二のローラーカッターとによって構成し、各ローラーカッターには、複数の回転盤が平行に設けてあり、各回転盤には、その外周に回転盤を構成する母材より硬い金属からなる切削刃を設けてあり、回転盤は、円心から切削刃の先端までの距離が長い先行回転盤と、円心から切削刃の先端までの距離が先行回転盤よりも短い、後行回転盤とより構成し、かつ、第一のローラーカッターの先行回転盤の切削軌跡を、第二のローラーカッターの後行回転盤が通過し、第一のローラーカッターの後行回転盤の切削軌跡を、第二のローラーカッターの先行回転盤が通過するように配置してあることを特徴とする。
また本発明のローラーカッターの構造は、回転盤の外周面に、回転盤を構成する母材より硬い金属からなる切削刃を設けたローラーカッターであって、回転盤の円心から切削刃の先端までの距離が異なる複数の切削刃を、ひとつの回転盤の外周面に設けて構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明のローラーカッターの構造は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜１＞  ローラーカッターの交換作業そのものを不要としたから、発進から到達まで掘進作業を中断することなく、効率よく安全にトンネルの掘削を完了することができる。
＜２＞  そのために、ローラーカッターの回転盤などは二重に必要になったり、あるいはビットが二倍の量が必要になるが、ローラーカッターの交換作業がなくなるので、全体的に大幅に作業や工程を効率化することができる。
＜３＞  さらに、ローラーカッターの交換作業を不要とするために、地盤改良が不要であり、周囲の環境負荷の低減につながる。
＜４＞  またローラーカッターの交換のために作業員が機体の外部に出て行うといった作業がなくなり、作業員の安全性が向上する。
＜５＞  地盤改良の作業のためにシールド掘進機の掘進を止める、といった工程がないから、切羽が不安定化するような危険な状況を作りだすことがない。
＜６＞  海底トンネルのような海底下では、有効な補助工法の利用が困難である場合が多いが、本発明の装置であればローラーカッターの交換作業がないからそのような問題が生じない。
＜７＞  以上はシールド掘進機やトンネル掘削機の場合の効果であるが、その他の地中壁掘削機、山岳トンネルようのロードヘッダなどでも工期の短縮、コストの低減など、同様の効果を期待することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下図面を参照にしながら本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【実施例】
【０００７】
＜１＞基本構成。
本発明のローラーカッターＡの基本的な構成は、そろばん珠状に中心軸に支持されて回転する回転盤１の外周面に、回転盤１を構成する母材３より硬い金属からなる切削刃２を設けたものである。
そして本発明のローラーカッターＡは、その中心軸の円心、すなわち回転盤１の円心から切削刃２の先端までの距離が異なる複数の切削刃２によって構成する。
このように、本発明のローラーカッターＡは、円心から切削刃２の先端までの距離が長い部分と短い部分に分けて構成し、あるいは長い部材と短い部材とで構成することを特徴とする。
その結果、掘進作業において、まず円心から切削刃２の先端までの距離が長い部分が、切削対象の岩盤などに当たって切削を行う。
その際には、円心から切削刃２の先端までの距離が短い部分は切削作業に貢献せず、待機している状態にある。
したがって一定期間は、円心から切削刃２の先端までの距離が長い部分だけが切削対象の岩盤などに当たって磨耗する。
一定量以上磨耗すると、切削刃２を取り付けたやわらかい母材３は急激に磨耗するから、次には円心から切削刃２の先端までの距離が短い部分が、岩盤などの切削対象に接触し始める。
するとその後の工程では、切削の役割を、円心から切削刃２の先端までの距離が短い部分が担うことになる。
このように、磨耗によって掘削作業の主体が自然に変更するから、人為的なローラーカッターＡの交換が不要となる。
もちろん、その分だけローラーカッターＡを二重にしたり、複数の切削刃２を取り付けるという、それだけを見れば不経済な構成を必要とするが、前記したような煩雑なローラーカッターＡの交換作業自体がまったく不要となるので、大きな経済効果や安全性の向上を図ることができるものである。
次に具体的な実施例について説明する。
【０００８】
＜２＞二組のローラーカッター。（図１）
本発明のひとつの発明は、少なくとも第一のローラーカッターＡ１と第二のローラーカッターＡ２とによって構成する。
それぞれのローラーカッターＡ１、Ａ２は、強力に回転するカッターヘッドＢに取り付けてある。
なお本明細書で「ローラーカッター」とは、１本の回転軸に複数の回転盤１が取り付けてある一組の回転盤１群のことを言うこととする。
【０００９】
＜３＞ローラーカッターの構造。
各ローラーカッターＡには、ひとつの枠体の内部に少なくとも２枚の回転盤１が平行に設けてある。
この状態は、複数のそろばん珠が１本の軸に回転自在に取り付けてある構造と同じである。
各回転盤１には、その外周には、回転盤１を構成する母材３よりも硬い金属からなる切削刃２を設けてある。
この切削刃２を切羽に押し付けて切り込みを入れるために、長い延長のトンネルでは切削刃２は徐々に磨耗してゆく。
【００１０】
＜４＞二種類の回転盤。
本実施例では、ローラーカッターＡに設けた少なくとも２枚の回転盤１は、その半径が異なるように構成する。
ひとつは円心から切削刃２の先端までの距離（半径）が長い回転盤１であり、これを「先行回転盤１ａ」と称する。
他のひとつは、円心から切削刃２の先端までの距離（半径）が先行回転盤１ａよりも短い回転盤１であり、これを「後行回転盤１ｂ」と称する。
図１、２では１枚の先行回転盤１ａと、１枚の後行回転盤１ｂの２枚の回転盤１を設けた例を示すが、多数の回転盤１を並べる構成を採用することができる。
その場合に、例えば４枚の回転盤１を並べる際には、内側の２枚を半径の短い後行回転盤１ｂとし、外側の２枚を半径の長い先行回転盤１ａとして、切削時に中心軸に加わる外力が偏らないように配置することが考えられる。
【００１１】
＜５＞複数のローラーカッター。
ローラーカッターＡは、カッターヘッドＢの表面の全面に分散して配置してあるが、従来のローラーカッターＡは、すべてその回転軌跡が重ならないように配置してある。
その結果、カッターヘッドＢの回転によって、切羽のすべての面に、同心円状の切り込みを入れることができる。
しかし本実施例の発明では、同一軌跡の上に少なくとも二組のローラーカッターＡ１、Ａ２を配置する点を特徴とする。
すなわち、第一のローラーカッターＡ１の先行回転盤１ａの切削軌跡を、第二のローラーカッターＡ２の後行回転盤１ｂが通過し、かつ第一のローラーカッターＡ１の後行回転盤１ｂの切削軌跡を、第二のローラーカッターＡ２の先行回転盤１ａが通過する位置に、第一と第二のローラーカッターＡ１、Ａ２を設置する。
【００１２】
＜６＞磨耗するまでの機能。（図１）
次に本発明のローラーカッターＡの機能を説明する。
なお図では描ききれないために、第一と第二のローラーカッターＡ２が同一直線上に並んでいるように描いてあるが、実際には直線上ではなく、カッターヘッドＢの回転にともなう曲線上に配置してある。
まず掘進機のカッターヘッドＢを回転すると、スタート時には半径の長い先行回転盤１ａの切削刃２が岩盤に切り込んでゆく。
その際に第一のローラーカッターＡ１の先行回転盤１ａに、第二のローラーカッターＡ２の後行回転盤１ｂが位置している。
したがって第二のローラーカッターＡ２の後行回転盤１ｂの切削刃２は、すでに第一のローラーカッターＡ１の先行回転盤１ａが切り込んだ溝の上を通過するだけでなんら機能することがない。
同様に、第二のローラーカッターＡ２の先行回転盤１ａが切り込んだ溝の上を、１回転してきた第一のローラーカッターＡ１の後行回転盤１ｂが通過するから、第一のローラーカッターＡ１の後行回転盤１ｂはなんら機能することがない。
以上のような、後行回転盤１ｂが切削機能を果たさない状態は、先行回転盤１ａが一定寸法以上磨耗するまで継続する。
【００１３】
＜７＞先行回転盤が磨耗してから。（図２）
掘進によって先行回転盤１ａの切削刃２は徐々に磨耗を続ける。
そして一定の距離だけ掘進すると、先行回転盤１ａの半径が、後行回転盤１ｂの半径と同等になる。
その段階で先行回転盤１ａの切削刃２は消滅して母材３が露出してくるから、もはや先行回転盤１ａは掘削機能を果たすことができない。
そこで、自動的に切削機能は後行回転盤１ｂに引き継がれる。
第一のローラーカッターＡ１の後行回転盤１ｂと、第二のローラーカッターＡ２の後行回転盤１ｂの軌跡は一段面だけずれて重なっていない。
したがって、それまでひとつのローラーカッターの先行回転盤１ａが行っていた切削の軌跡上を、今度は別のローラーカッターの後行回転盤１ｂの切削刃２が岩盤に切り込みながら機体とともに前進してゆく。
このように切削刃２の磨耗が進行すると、時間や人手をかけずに切削刃２の交換が行われる。
【００１４】
＜８＞他の実施例。（図３）
以上の実施例は、カッターヘッドＢに少なくとも二組のローラーカッターＡを配置した構成であった。
しかしこの実施例では、ひとつの回転盤１に少なくとも二種類の切削刃２を取り付けて構成する。
二種類の切削刃２とは、回転盤１の円心から切削刃２の先端までの距離（半径）が異なる二種類の切削刃２を意味する。
すなわちひとつの切削刃２は、半径の長い位置にある切削刃２である。
他の切削刃２は、半径の短い位置にある切削刃２である。
実際には図３に示すように、高い山状の切削刃２ａと、低い山状の切削刃２ｂが交互に突出した状態で取り付ける。
すると、掘進のスタート時には高い切削刃２ａによる磨耗が行われる。
高い切削刃２ａが磨耗すると、前記の実施例と同様に、低い切削刃２ｂが切削機能を自動的に引き継ぐことになる。
このように切削刃２の磨耗が進行すると、時間や人手をかけずに切削刃２の交換が行われる。
【００１５】
＜９＞他の実施例２。
以上の実施例ではシールド機について説明した。
しかし同様のローラーカッターＡを使用しているトンネルボーリングマシン、地中連続壁、山岳トンネル用のロードヘッダーなどに使用することができる。
また、回転中心からの半径の長い位置にある切削刃２と、短い位置にある切削刃２の２種類の切削刃２の例について説明したが、半径が三種類あるいはそれ以上の複数の配置を行うことも可能である。
すると、図１の実施例では先行回転盤１ａと後行回転盤１ｂと以外に、中間の半径を備えた回転盤１を設けることになる。
また図３の実施例では切削刃２である高い山状の切削刃２ａと低い山状の切削刃２ｂとの間に、中間の高さの山状の切削刃２を設けることになる。
また図３の実施例では高い山と低い山とを独立させて描いているが、高低差を有する山脈のように連続させた切削刃２を設けることも可能である。
そうすると独立した切削刃２に比較して切削刃２と母材３との取り付けを強固とすることができる。
また、図１では第一のローラーカッターＡ１と第二のローラーカッターＡ２について説明したが、第三、第四の位置にローラーカッターＡ３、Ａ４・・を同一軌跡上に配置することも可能である。
また図１の実施例において前記したように回転盤１は２枚ではなく、それ以上の枚数を設置することも可能である。
また図１の実施例において、切削刃２を連続させず、図３の実施例のように独立した山型に形成することもできる。
その場合には先行回転盤１ａには高い山が独立して突出し、後行回転盤１ｂには低い山が独立して突出することになる。
なおその場合でも独立した山ではなく、高低の連続した山脈状に配置することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のローラーカッターの切削刃が磨耗する以前の掘削状態の説明図。
【図２】先行回転盤が磨耗した後の状態の説明図。
【図３】他の実施例の説明図。
【図４】あるカッターヘッドにおける、複数のローラーカッターの配置例の説明図。
【符号の説明】
【００１７】
Ａ１：第一のローラーカッター。
Ａ２：第二のローラーカッター。
１ａ：先行回転盤。
１ｂ：後行回転盤。
２：切削刃。
３：母材。
【図１】
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【図２】
2010095930.tif 000004
【図３】
2010095930.tif 000005
【図４】
2010095930.tif 000006