(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半径方向から該ローラーカッターの刃先に向って突出又は後退可能なセンサーを設け、該センサーをアクチュエータで構成し、該アクチュエータの後退状態と、突出させてローラーカッターの刃先に当接させた突出状態とから該ローラーカッターの摩耗状態を検知するように構成し、該アクチュエータの突出量を、該アクチュエータに供給した流体流量から掘削機本体に設けた制御装置で算出して検知するように構成し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半径方向から該ローラーカッターの刃先に向って突出又は後退可能なセンサーを設け、該センサーをアクチュエータで構成し、該アクチュエータの後退状態と、突出させてローラーカッターの刃先に当接させた突出状態とから該ローラーカッターの摩耗状態を検知するように構成し、該アクチュエータの突出量を、該アクチュエータに供給した流体流量から掘削機本体に設けた制御装置で算出して検知するように構成している。このように、ローラーカッターの刃先に向って突出又は後退可能なセンサーを設け、このセンサーの突出量によってローラーカッターの摩耗を検知するようにしているので、カッターヘッドに設けたローラーカッターの摩耗を直接的に検知することができる。また、泥水や土圧式の場合でも、センサーが突出して検知するので、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】
さらに、前記センサーに油圧駆動のジャッキ等のアクチュエータを使用して、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。
【００１０】
また、アクチュエータの突出量を、該アクチュエータに供給した流体流量から算出するように構成したので、掘削機本体側で流体流量を算出することによって、カッターヘッドに設けたアクチュエータの突出量を安定して算出することができる。
【００１２】
【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図面で、（ａ）  は一部断面した側面図、（ｂ）  はＡ部拡大図である。図３は同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。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。
【００１３】
図１、図２（ａ）  に示すように、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。そして、カッターホルダー２に、ローラーカッター３の半径方向からカッター５の刃先６に向ってセンサーたる油圧駆動の摩耗検知用ジャッキ７が設けられている。この摩耗検知用ジャッキ７は、ロッド８がローラーカッター３の半径方向から刃先６に向って突出又は後退可能なように設けられており、カッター５とカッターヘッド１とが近接した軸測方位置に設けられている。
【００１４】
前記摩耗検知用ジャッキ７の駆動は、掘削機本体９側から供給される圧油によって突出又は後退可能なように構成されている。摩耗検知用ジャッキ７に供給される圧油は、電動モータ１０で駆動する油圧ポンプ１１によって油タンク１２から供給されている。この油圧ポンプ１１で供給する油路には切換弁１３が設けられており、この切換弁１３の切換えによって摩耗検知用ジャッキ７のロッド８が突出又は後退させられる。ロッド８の突出時には切換弁１３を図の左側に切換え、ロッド８の後退時には切換弁１３を図の右側に切換える。
【００１５】
そして、摩耗検知用ジャッキ７の圧油を排出する排出路１４に、流量式ストローク計１５が設けられている。この流量式ストローク計１５で、切換弁１３を切換えて供給路１６から摩耗検知用ジャッキ７に供給された圧油でロッド８が突出して停止するまでの間に排出路１４から排出された油量を計測することによってジャッキストロークが求められるように構成されている。つまり、摩耗検知用ジャッキ７のロッド８を突出させるために要した油量を、掘削機本体９内に設置された流量式ストローク計１５を用いて計測し、この油量からジャッキストロークを算出している。
【００１６】
このようにして算出されるジャッキストローク（突出量）は、摩耗検知用ジャッキ７の設計時に決まっているロッド８の伸縮に要する油量と、流量式ストローク計１５内を流れた油量から、流量式ストローク計１５に接続された制御装置１７によって求められている。なお、供給路１６と接続された戻り路１８にはリリーフ弁１９が設けられており、摩耗検知用ジャッキ７のロッド８を突出させる時に供給路１６内の油圧が設定値を超えると油を油タンク１２へ戻すように設定されている。
【００１７】
図２（ｂ）  に示すように、カッターホルダー２に設けられた摩耗検知用ジャッキ７は、通常の掘削時にはロッド８を後退させて格納した状態であり、前記切換弁１３の切換えによって供給路１６から油室２０に圧油が供給されると、二点鎖線で示すようにロッド８が突出してローラーカッター３の刃先６に当接するように構成されている。この時、ロッド８と刃先６の間に土砂等があったとしても、ロッド８を突出させるために要する圧力が前記リリーフ弁１９の設定圧力を超えるまでは突出するので、ロッド８を土砂等に対抗させてローラーカッター３の刃先６に当接するまで突出させることができる。また、ロッド８の突出時には油室２１内の油は前記排出路１４から流量式ストローク計１５を介して油タンク１２へ戻り、前記切換弁１３の切換えによって油室２１に圧油が供給されると、油室２０の油が油タンク１２へ戻ることとなる。
【００１８】
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２２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２３と後胴２４とにグリッパー２５が設けられた掘削機本体９とを具備しており、後胴２４には掘削後にセグメント２６を組むエレクタ２７と、組んだセグメント２６に掘削反力を取って掘進するシールドジャッキ２８が設けられている。このトンネル掘削機２２は泥水式のトンネル掘削機であり、送泥管２９と排泥管３０とがチャンバー３１内と連通するように設けられている。
【００１９】
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に前記摩耗検知用ジャッキ７が設けられている。この摩耗検知用ジャッキ７を駆動するための供給路１６と排出路１４（図１）とは、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３２を介して設けられている。
【００２０】
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のみに摩耗検知用ジャッキ７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に摩耗検知用ジャッキ７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。
【００２１】
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３３によれば、所定距離を掘削したらトンネル掘削機２２を停止し、切換弁１３を切換えて油圧モータ１０を駆動することによって摩耗検知用ジャッキ７に圧油を供給する。この圧油は供給路１６から摩耗検知用ジャッキ７に供給され、ロッド８がローラーカッター３の刃先６に向けて突出させられる。このロッド８は、戻り路１８に設けられたリリーフ弁１９の設定圧により、例えばロッド８とローラーカッター３の刃先６との間に土砂が存在したとしても、その土砂に対抗してローラーカッター３の刃先６に当接させることができ、刃先６に当接して油圧が設定圧を超えたらリリーフ弁１９から圧油がタンク１２に戻される。
【００２２】
このようにしてローラーカッター３の刃先６にロッド８を当接させる時に排出される油量が流量式ストローク計１５で計測され、その信号が制御装置１７に入力されてロッド８のストローク量が算出される。このストローク量と、摩耗検知用ジャッキ７のロッド８が新品のローラーカッター３の刃先６に当接するまでのストローク量とからローラーカッター３の刃先６の摩耗量が算出される。そして、この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。
【００２３】
したがって、チャンバー３１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、この摩耗検知用ジャッキ７（センサー）によるローラーカッター３の摩耗検知を制御装置１７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。
【００２４】
さらに、このローラーカッター摩耗検知装置３３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。
【００３２】
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。
【００３３】
【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。
【００３４】
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図面であり、(a) は一部断面した側面図、(b) はＡ部拡大図である。
【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…刃先
７…摩耗検知用ジャッキ
８…ロッド
９…掘削機本体
１０…電動モータ
１１…油圧ポンプ
１２…油タンク
１３…切換弁
１４…排出路
１５…流量式ストローク計
１６…供給路
１７…制御装置
１８…戻り配管
１９…リリーフ弁
２０，２１…油室
２２…トンネル掘削機
２３…前胴
２４…後胴
２５…グリッパー
２６…セグメント
２７…エレクタ
２８…シールドジャッキ
２９…送泥管
３０…排泥管
３１…チャンバー
３２…スイベルジョイント
３３…ローラーカッター摩耗検知装置
【図１】
0003588068.tif 000002
【図２】
0003588068.tif 000003
【図３】
0003588068.tif 000004