(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カッターヘッドに、該カッターヘッドに設けたローラーカッターの回転を検出する回転検出器を設け、該回転検出器を、ローラーカッターの回転側面に突出材を設けて構成した検出部材と、該検出部材の回転する位置のカッターヘッドに設けて該検出部材の通過を検知する近接スイッチで構成したセンサとで構成し、該回転検出器の検出信号から該ローラーカッターの回転速度変化を算出してローラーカッターの摩耗状態を検知する制御装置を掘削機本体に設け、該制御装置に、前記回転検出器の検出信号を所定時間当りの平均値として平均化したローラーカッターの回転速度を出す機能と、前記ローラーカッターの回転速度変化を時間単位で管理し、該管理する回転速度変化からローラーカッターの不良状態を検知する機能とを具備させたローラーカッター摩耗検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、トンネル掘削機のカッターヘッドに設けられたローラーカッターの摩耗状態を検知するための摩耗検知装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、岩盤等の硬岩層を掘削するトンネル掘削機（本願発明では、硬岩層を掘削するトンネル掘削機および複合地層を掘削するトンネル掘進機等、ローラーカッターを具備した掘削機を全て含む。以下、総称して「トンネル掘削機」という。）のカッターヘッドには、硬岩層を掘削（圧砕）するローラーカッターが設けられている。このローラーカッターは、切羽に押圧された状態でカッターヘッドを回転させることにより転動して岩盤を掘削している。
【０００３】
一方、近年、このようなトンネル掘削機による掘削距離は延長されており、掘削距離の長距離化に伴い、岩盤を圧砕するローラーカッターの保守管理が重要となっている。このローラーカッターにおける重要な保守管理項目の１つとして、ローラーカッターの刃先（先端）の摩耗量測定がある。ローラーカッターの刃先が摩耗すると掘削性能が低下するため、その摩耗量に応じて交換する必要がある。つまり、このローラーカッターの摩耗量測定は、掘削性能を左右する重要項目である。
【０００４】
従来、このローラーカッターの摩耗量測定は作業員の手作業によるものがほとんどであり、この作業に比較的多くの時間をさかなければならないので、その間、トンネル掘削機が停止して掘削効率を悪化させている。特に、泥水、土圧式トンネル掘削機のように切羽側を密閉したトンネル掘削機におけるローラーカッターの摩耗量測定は、被圧下では測定が困難であるため、チャンバー内の泥水または泥土を排出してからチャンバー内に入らなければならないので、地盤改良や、泥水、泥土を抜いた後のチャンバー内の清掃等を含めると煩雑であるとともに、更なる効率の悪化を招いてしまう。
【０００５】
そこで、この種の従来技術である特開平６−１１７１８８号公報記載のローラービットの摩耗検知装置では、ローラーの刃先に当接するようにミニジャッキを出没自在に設け、このミニジャッキの突出量を内視鏡で観察することによって摩耗状態を検知しようとしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来技術では、ローラーの摩耗状態を検知するために精密機器である内視鏡をローラーの取付部（カッターヘッド）に設けているため、硬岩層を掘削する時の振動や粉塵によって動作不良を起こすおそれが高く、検知機器の寿命や信頼性に問題を生じるとともに、長期間の安定したローラー摩耗状態の検知が難しい。
【０００７】
また、前記したような泥水、土圧式トンネル掘削機の場合、ローラーの周囲に泥水や土圧が常に存在しているため、内視鏡を設けて摩耗状態を検知することは困難である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、前記課題を解決するために、本願発明は、カッターヘッドに、該カッターヘッドに設けたローラーカッターの回転を検出する回転検出器を設け、該回転検出器を、ローラーカッターの回転側面に突出材を設けて構成した検出部材と、該検出部材の回転する位置のカッターヘッドに設けて該検出部材の通過を検知する近接スイッチで構成したセンサとで構成し、該回転検出器の検出信号から該ローラーカッターの回転速度変化を算出してローラーカッターの摩耗状態を検知する制御装置を掘削機本体に設け、該制御装置に、前記回転検出器の検出信号を所定時間当りの平均値として平均化したローラーカッターの回転速度を出す機能と、前記ローラーカッターの回転速度変化を時間単位で管理し、該管理する回転速度変化からローラーカッターの不良状態を検知する機能とを具備させている。このように、ローラーカッターの回転を検出する回転検出器とその制御装置を設けることにより、摩耗していない状態のローラーカッター回転速度と、検出した時の回転速度との変化量からローラーカッターの刃先の摩耗量を算出して、所定の摩耗量に達したことを検知することができる。つまり、ローラーカッターの回転速度を検知し、検知したローラーカッター回転速度をカッターディスク回転速度で除して無次元化した値により、掘削が進むにつれて変化するこの値から、ローラーカッターの摩耗量を算出している。また、泥水や土圧式トンネル掘削機の場合でも、非接触でローラーカッターの摩耗量を検知することができるので、安定したローラーカッターの摩耗検知ができる。さらに、ローラーカッターの摩耗検知作業を自動化することも可能となり、ローラーカッターの摩耗検知作業の短時間化および人的省力化を可能として施工管理の効率化に貢献することもできる。
【０００９】
しかも、前記回転検出器を、ローラーカッターの回転側面に設けた検出部材と、該検出部材の回転する位置のカッターヘッドに設けて該検出部材の通過を検知するセンサとで構成したので、岩盤に接することがないローラーカッターの回転側面で安定した検知が可能な検知装置を構成することができる。この検出部材としては、凸状又は凹状の部材が用いられ、センサとしては、これらの検出部材の通過を検出できるものが用いられる。
【００１０】
また、検出部材を突出材で構成し、センサを近接スイッチで構成したので、突出材の通過を近接スイッチで検出する簡単な構成でローラーカッターの回転速度を検出するようにできる。
【００１２】
さらに、制御装置に、ローラーカッターの回転速度変化を時間単位で管理し、該管理する回転速度変化からローラーカッターの不良状態を検知する機能を具備させたので、ローラーカッターの回転不良等によって生じるローラーカッターの偏摩耗等を早期発見することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本願発明の一実施形態を示すローラーカッター摩耗検知装置の構成図であり、図２は同摩耗検知装置におけるローラーカッター部の一部断面した側面図である。なお、図１に示す１点鎖線の左側がカッターヘッド側、右側が掘削機本体側を示している。
【００１４】
図示するように、カッターヘッド１に設けられたローラーカッター固定用カッターホルダー２にはローラーカッター３が設けられている。このローラーカッター３は、支持軸４によってカッターホルダー２に支持されており、この支持軸４の周囲でカッター５が回転可能なように設けられている。
【００１５】
そして、ローラーカッター３の回転側面６に検出部材たる突出材７（以下「ストライカー」という）が設けられ、このストライカー７の回転する位置のカッターホルダー２には、このストライカー７に対向してストライカー７を検知するセンサたる近接スイッチ８が設けられている。この近接スイッチ８は、掘削機本体９側に設けられた制御装置１０と配線１１で接続されており、近接スイッチ８でストライカー７を検出した信号が制御装置１０に入力されている。
【００１６】
制御装置１０には、近接スイッチ８で検出したストライカー７の検出データを所定時間当りの平均値として、その平均値からローラーカッター３の摩耗状態を検知する機能が具備されている。例えば、１分毎の回転速度を検出し、１０分程度の所定時間における回転速度として平均値を出すことにより、ローラーカッター３の接触状態によってスベリを生じている場合や、ローラーカッター３の不均一な摩耗状態によって回転速度に誤差を生じている場合でも、その回転速度を平均化して正確な回転速度を検出することができるようになっている。
【００１７】
また、この制御装置１０によるローラーカッター３の回転速度管理としては、検知したローラーカッター回転速度をカッターディスク回転速度で除して無次元化した値を管理すればよい。これにより、あるローラーカッター３において、掘削が進むにつれ変化するこの値によって、ローラーカッター３の摩耗量を算出することができる。
【００１８】
さらに、この制御装置１０には、近接スイッチ８で検出したローラーカッター３の回転速度変化を時間単位で管理し、この管理している回転速度変化からローラーカッター３の不良状態を検知する機能が具備されている。例えば、数秒毎の回転速度変化を管理し、この回転速度の変化から、ローラーカッター３の一部で偏摩耗しているような回転速度変化を検知し、あるローラーカッター３の不均一な摩耗状態を掘削機本体９側から検知することができる。
【００１９】
つまり、ローラーカッター３の回転速度を管理することにより、ローラーカッター３の回転不良等を早期発見することができ、ローラーカッター３の偏摩耗等を未然に防止することも可能である。
【００２０】
なお、近接スイッチ８でストライカー７の回転を検出してローラーカッター３の回転数を求め、カッターヘッド回転数に応じた正常回転数との差で摩耗を判断するようにしてもよい。
【００２１】
図３は図１に示す摩耗検知装置を設けるトンネル掘削機の一例を示す断面図である。図示するトンネル掘削機１２は、複数のローラーカッター３が設けられたカッターヘッド１と、前胴１３と後胴１４とにグリッパー１５が設けられた掘削機本体９とを具備しており、後胴１４には掘削後にセグメント１６を組むエレクタ１７と、組んだセグメント１６に掘削反力を取って掘進するシールドジャッキ１８が設けられている。このトンネル掘削機１２は泥水式のトンネル掘削機であり、送泥管１９と排泥管２０とがチャンバー２１内と連通するように設けられている。
【００２２】
そして、前記カッターヘッド１に設けられた複数のローラーカッター３に前記ストライカー７と近接スイッチ８とが設けられている。この近接スイッチ８に接続された配線１１は、カッターヘッド１と掘削機本体９との間に設けられたスイベルジョイント２２を介して接続されている。
【００２３】
なお、カッターヘッド１の外周側は内周側に比べてローラーカッター３の摩耗が早いため、外周側のローラーカッター３のみにストライカー７と近接スイッチ８を設けるようにしてもよい。また、中間部のローラーカッター３にストライカー７と近接スイッチ８を設けて、全体的な摩耗状態を予測するようにしてもよい。これらストライカー７と近接スイッチ８を設ける個数や位置は適宜決定すればよい。
【００２４】
以上のように構成されたローラーカッター摩耗検知装置２３によれば、以下のようにしてローラーカッターの摩耗状態を検知することができる。所定距離を掘削する毎に制御装置１０によって近接スイッチ８を入状態にして所定時間当りにストライカー７が通過する回数を検出することによりローラーカッター３の回転数を検出し、その回転数からローラーカッター３の回転速度が求められる。そして、この回転速度とローラーカッター３の摩耗前の回転速度との差からローラーカッター３の刃先の摩耗量が算出される。つまり、あるカッターディスク回転速度のもとで、ローラーカッター３の摩耗が進むにつれてローラーカッター３の回転速度は上昇するので、その速度差からローラーカッター３の摩耗量を検出するようにしている。
【００２５】
このようにして検出された摩耗量が所定の摩耗量に達していれば、交換を要すると検知し、作業者に交換を要する信号が発せられる。この信号は、例えば、点滅ランプ等によって行われる。
【００２６】
したがって、チャンバー２１内に作業者が入ることなく、掘削機本体９側からローラーカッター３の摩耗状態を検知することが容易に可能となる。また、この近接スイッチ８によるローラーカッター３の回転数の検出は制御装置１０で自動制御することも可能であり、ローラーカッター３の摩耗量計測作業の自動化、人的省力化を図ることが可能となる。
【００２７】
さらに、このローラーカッター摩耗検知装置２３によれば、泥水、土圧式トンネル掘削機であっても、チャンバー内の泥水、土圧を抜くことなくローラーカッター３の摩耗量計測作業を掘削機本体９側から安定して行うことができるので、施工の効率化、およびトンネル掘削機の稼働率向上を実現することができる。
【００２８】
なお、上述した実施形態では、検出部材をストライカー７とし、センサを近接スイッチ８としているが、ローラーカッター３の回転速度を検出することができる構成であればよく、これらの構成は上述した実施形態に限定されるものではない。
【００２９】
また、上述した実施形態では、ローラーカッター３の回転数を求め、この回転数から回転速度を求めているが、回転数を回転速度として考え、その回転数の差で摩耗量を検出するようにしてもよい。
【００３０】
さらに、上述した実施形態は一実施形態であり、本願発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本願発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
【００３１】
【発明の効果】
本願発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載するような効果を奏する。
【００３２】
カッターヘッドに設けたローラーカッターの摩耗状態を掘削機本体側から安定して検知することができ、また、泥水や土圧式の場合でも安定したローラーカッターの摩耗検知ができるので、ローラーカッターの摩耗検知作業の短時間化および人的省力化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の第１実施形態を示すローラーカッター摩耗検知装置の構成図である。
【図２】図１に示す摩耗検知装置におけるローラーカッター部の一部断面した側面図である。
【図３】図１に示す摩耗検知装置を設けるトンネル掘削機の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１…カッターヘッド
２…カッターホルダー
３…ローラーカッター
４…支持軸
５…カッター
６…回転側面
７…ストライカー（突出材）
８…近接スイッチ
９…掘削機本体
１０…制御装置
１１…配線
１２…トンネル掘削機
１３…前胴
１４…後胴
１５…グリッパー
１６…セグメント
１７…エレクタ
１８…シールドジャッキ
１９…送泥管
２０…排泥管
２１…チャンバー
２２…スイベルジョイント
２３…ローラーカッター摩耗検知装置
【図１】
0003544190.tif 000002
【図２】
0003544190.tif 000003
【図３】
0003544190.tif 000004