(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状をなすカッタ本体と、このカッタ本体に同軸をなすよう挿通され、前記カッタ本体を回転自在に支持する軸部材とを有するローラーカッタにおいて、
前記軸部材と前記カッタ本体との対向面に、環状をなす流路が前記カッタ本体と同軸をなすよう形成され、かつこの流路から径方向外方に向け細穴が延設され、この細穴の先端が、前記カッタ本体の外周面近傍にて閉鎖されるとともに、前記流路および前記細穴の内部が前記流路内に供給された流体により所定の圧力に加圧され、かつこの加圧された流体の圧力が、検知手段により検知されていることを特徴とするローラーカッタ。
【請求項２】
前記カッタ本体の外周面に、前記カッタ本体と同軸をなす刃先部と谷部とが前記カッタ本体の軸線に沿って交互に形成され、かつ前記細穴が、前記刃先部の径方向内方に向け少なくとも一箇所延設されていることを特徴とする請求項１記載のローラーカッタ。
【請求項３】
前記刃先部の外周部に、複数の刃体穴が、前記刃先部の周方向に沿って所定間隔で形成され、かつ前記刃体穴には、刃体がその先端を前記刃先部の径方向外方に向けてそれぞれ植設されるとともに、前記細穴が、前記複数の刃体穴のうち少なくとも一箇所の底面に連通されていることを特徴とする請求項２記載のローラーカッタ。
【請求項４】
前記細穴と連通する刃体穴に植設された刃体に、その基端面の前記細穴の先端に臨む位置から径方向外方に向け盲穴が延設されていることを特徴とする請求項３記載のローラーカッタ。
【請求項５】
前記細穴と連通する刃体穴の深さが、前記細穴と連通しない刃体穴の深さより浅いことを特徴とする請求項３記載のローラーカッタ。
【請求項６】
前記細穴と連通する刃体穴と、この刃体穴に植設された刃体との間が、少なくとも前記細穴の開口部位を除きシール手段で封鎖されていることを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載のローラーカッタ。
【請求項７】
前記刃先部の外周部に、複数の刃体が前記刃先部の周方向に沿って所定間隔で植設され、かつ前記細穴が、隣接する前記刃体間に向け少なくとも一箇所延設されていることを特徴とする請求項２記載のローラーカッタ。
【請求項８】
前記刃先部が、前記カッタ本体と同軸をなすよう前記カッタ本体に環装された円環状のリングとされ、かつ前記細穴が、前記リング内に向け少なくとも一箇所延設されていることを特徴とする請求項２記載のローラーカッタ。
【請求項９】
前記流路および前記細穴の内部が油剤により加圧されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のローラーカッタ。
【請求項１０】
前記油剤が着色されていることを特徴とする請求項９記載のローラーカッタ。
【請求項１１】
前記流路および前記細穴の内部が気体により加圧されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のローラーカッタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、カッタ本体と、これを回転自在に支持する軸部材とを有するローラーカッタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ローラーカッタは、シールド掘削機等の先端に装着され、地山等の掘削を行う掘削工具の一種である。このローラーカッタの一例を図１０および図１１に示す。
【０００３】
カッタ本体１は円筒状をなし、かつその外周には、図１０に示すように、カッタ本体１と同軸をなす刃先部１ａと谷部１ｂとがカッタ本体１の軸線に沿って交互に形成されている。また、刃先部１ａの外周部には、複数の刃体穴１ｃが、刃先部１ａの周方向に沿って一定間隔で形成され、かつこれらの刃体穴１ｃには、特殊合金からなる複数の刃体２が、その先端を刃先部１ａの径方向外方に向けた状態で、図１１に示すように、刃先部１ａの周方向に沿って一定間隔で植設されている。
【０００４】
カッタ本体１には軸部材３が同軸をなすように挿通され、カッタ本体１は、軸部材３とカッタ本体１との間に設けられたローラー４，５により、軸部材３に回転自在に支持されている。また、軸部材３とカッタ本体１との対向面のうち、特にローラー４，５に挟まれた部分には、円環状をなし、かつ円形の断面を有する流路６がカッタ本体１と同軸をなすよう形成されている。更に、軸部材３の軸線上にはその一端（図１０中左方）から流路７が延設され、かつこの流路７は、軸部材３の径方向に沿って延設された流路８により流路６に連結されている。そして、これらの流路７，８，６を介して、ローラー４，５に潤滑油が供給される。
【０００５】
また、軸部材３とカッタ本体１との間には、円環状をなすシール部９がカッタ本体１の両端部にてそれぞれ環装され、その結果、ローラー４，５と外部とは、これらシール部９により遮断されている。一方、符号１０は、軸部材３をその両端にて支持する台座である。
【０００６】
図１２は、ローラーカッタの他の例を示すものである。このローラーカッタの場合、軸部材３の周囲には、円筒状をなすカッターコーン１１が、軸部材３と同軸をなし、かつ軸部材３とカッターコーン１１との間に設けられたローラー１２，１３により、軸部材３に回転自在に支持されている。更に、カッターコーン１１には、円環状をなし、かつその外周面中央部に刃先部１４ａを有するディスクリング（リング）１４が、それぞれカッターコーン１１と同軸をなすよう単数個または複数個（図１２では２個）環装されている。そして、これらカッターコーン１１とディスクリング１４とから、カッタ本体１５が構成されている。
【０００７】
また、軸部材３とカッターコーン１１との間には、円環状をなすシール１６がカッタ本体１の両端部にてそれぞれ環装され、その結果、ローラ１２，１３と外部とは、これらシール１６により遮断されている。一方、軸部材３の軸線上にはその一端から流路１７が延設され、この流路１７からは更に流路１８が軸部材３の径方向に沿ってシール１６まで延設されている。そして、これらの流路１７，１８を介して、シール１６およびローラー１２，１３に潤滑油が供給される。
【０００８】
地山等の掘削を行う場合には、上記ローラーカッタを掘削機に取り付け、カッタ本体１，１５の外周面を地山等に所定の推力で押圧接触させつつカッタ本体１，１５を回転させる。すると、主に刃先部１ａに植設された刃体２またはディスクリング１４の外周面に形成された刃先部１４ａの回転力と前記推力との作用により、地山等が掘削される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般にローラーカッタによる地山等の掘削においては、その掘削特性から、カッタ本体１，１５の外周面、特に刃先部１ａまたは刃先部１４ａの外周が最も早く摩耗する。カッタ本体１，１５の外周面が一定量以上摩耗するとローラーカッタの掘削力が低下して掘削速度が低下し、しかも、摩滅したカッタ本体１，１５を用いて高い推力で引続き掘削を行うことは、掘削機に対してもオーバーロード等の悪影響をおよぼす。従って、カッタ本体１，１５の外周面が一定量以上摩耗した場合には、速やかに掘削を停止してローラーカッタ全体を交換する必要がある。
【００１０】
しかしながら、上記従来のローラーカッタの場合、ローラーカッタの交換時期（寿命）を掘削中に直接知ることが不可能なため、一定時間掘削を行った後掘削を停止し、カッタ本体１，１５の摩滅状況を目視等により確認しながら掘削を行っていた。従って、掘削停止時間が相対的に増加し、掘削効率が低下するという問題があった。一方、カッタ本体１，１５の摩滅状況の確認を怠ると、カッタ本体１，１５が寿命を越えているにも係わらず高い推力で掘削を行ってしまい、その結果、掘削効率の低下や、掘削機に対する悪影響の発生等の問題が生じることがあった。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、カッタ本体１，１５の寿命を掘削中に直接知ることができ、最も適切な時期にローラーカッタの交換が可能なローラーカッタを提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のローラカッタは、円筒状をなすカッタ本体と、このカッタ本体と同軸をなすよう挿通され、前記カッタ本体を回転自在に支持する軸部材とを有するローラーカッタにおいて、
特に、前記軸部材と前記カッタ本体との対向面に、環状をなす流路が前記カッタ本体と同軸をなすよう形成され、かつこの流路から径方向外方に向け細穴が延設され、この細穴の先端が、前記カッタ本体の外周面近傍にて閉鎖されるとともに、前記流路および前記細穴の内部が前記流路内に供給された流体により所定の圧力に加圧され、かつこの加圧された流体の圧力が、検知手段により検知されているものである。
【００１３】
【作用】
本発明のローラーカッタにおいては、掘削に伴い、カッタ本体の外周部が細穴の先端位置まで摩耗すると、流路および前記細穴の内部に存在する流体がこの細穴の先端から噴出する。その結果、前記流路および前記細穴の内部における前記流体の圧力が低下するとともに、この圧力低下が検知手段により検知される。
【００１４】
従って、前記細穴の先端の位置を、前記カッタ本体の交換が必要となるまで前記カッタ本体が摩耗した際における、前記細穴の径方向外方側の前記カッタ本体の外周面の位置と一致させておいた場合には、前記検知手段により前記流体の圧力低下が検知された時点で掘削を停止して前記ローラーカッタを交換することにより、前記ローラーカッタが最も適切な時期に交換される。
【００１５】
【実施例】
以下、図面に基づき、本発明の実施例について更に詳しく説明する。なお、以下の図において、上記図１０ないし図１２と類似の構成を有する部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００１６】
図１および図２は、本発明に係るローラーカッタの第一実施例を示すものである。軸部材３とカッタ本体１との対向面のうち、刃先部１ａの径方向内方に位置する箇所には、周方向に沿って溝が設けられ、その結果、この箇所には、円環状をなす流路２０がカッタ本体１と同軸をなすよう形成されている。また、シール２０の両側は、軸部材３とカッタ本体１との間に環装された、円環状をなす一対のシール２１により遮蔽されている。
【００１７】
また、刃先部１ａにはその周方向に沿って所定間隔で複数の刃体２が植設されているが、流路２０からは、これらの刃体２のうちの一つに向け、カッタ本体１の径方向に沿って細穴２２が延設されている。細穴２２の先端は、刃体穴１ｃの底面に連通されて刃体２の基端面２ａに向け開口し、その結果、流路２０と刃体穴１ｃとは細穴２２を介して連結され、かつ細穴２２は、刃体２の基端面２ａにより盲穴とされている。
【００１８】
一方、軸部材３の軸線上にはその他端（図１中右方）から流路２０の径方向内方まで流路２３が延設され、かつこの流路２３と流路２０とは、軸部材３の径方向に沿って延設された流路２４により連結されている。また、符号２３で示す流路は、軸部材３の他端側にて、台座１０を介して軸部材３の径方向外方から延びる流路２５の一端に連結されている。この流路２５の他端は更に図示しない油圧源に連結され、その結果、流路２５，２３，２４，２０、および細穴２２内には、この油圧源から供給された流体たる油剤が所定の圧力で充填されている。また、この油剤の圧力は、図示しない圧力センサ（検知手段）により常時検知されている。
【００１９】
更に、軸部材３の軸線上にはその一端（図１中左方）から流路２６が延設され、かつこの流路２６は、軸部材３の径方向に沿って延設された流路２７によりローラー４に連結されている。これらの流路２６，２７は、ローラー４に潤滑油を供給するためのものである。
【００２０】
上記構成を有するローラーカッタにおいては、掘削に伴い刃体２がその基端面２ａ、すなわち細穴２２の先端位置まで摩耗するか、または刃体２が刃体穴１ｃから脱落すると、細穴２２の先端が開放され、細穴２２内に充填された油剤が細穴２２の先端から噴出する。その結果、流路２０，２３，２５，２４、および細穴２２の内部における油剤の圧力が低下するとともに、この圧力低下が圧力センサにより検知される。
【００２１】
従って、流路２０，２３，２５，２４、および細穴２２の内部における油剤の圧力を圧力センサを用いて常時監視し、油剤の圧力低下が検知された時点で掘削を停止してローラーカッタを交換すれば、刃体２がその基端面２ａまで摩耗するか、または刃体２が刃体穴１ｃから脱落した時、すなわちローラーカッタが寿命となった時にローラーカッタが交換されることになる。
【００２２】
このように、本実施例のローラーカッタにおいては、掘削を停止してカッタ本体１の摩滅状況を目視等により確認せずとも、最も適切な時期にローラーカッタを交換することが可能となる。その結果、掘削停止時間が最小で済み、掘削効率が向上する。しかも、ローラーカッタが寿命を越えているにも係わらず高い推力で掘削を行うことがないため、掘削効率の低下や、掘削機に対するオーバーロード等の悪影響も防止される。
【００２３】
ところで、ローラーカッタの種類等によっては、刃体２がその基端面２ａまで摩耗するか、刃体２が刃体穴１ｃから脱落した時にローラーカッタを交換したのでは、カッタ本体１が摩滅し過ぎ、既に寿命を越えてしまっている場合がある。このような場合には、カッタ本体１の摩滅をより早期に検知し、より適正な時期に、ローラーカッタを交換しなければならない。
【００２４】
図３および図４は、いずれも上記のような場合を想定したもので、図３では、細穴２２と連通する刃体穴１ｃに植設された刃体２の基端面２ａに、細穴２２の先端に臨む位置から径方向外方に向け盲穴２ｂが延設されている。すなわち、この刃体２の場合、刃体２が盲穴２ｂの先端位置まで摩耗すると、細穴２２の先端が開放され、細穴２２内に充填された油剤が盲穴２ｂの先端から噴出する。その結果、刃体２がその基端面２ａまで摩耗するか、刃体２が刃体穴１ｃから脱落する以前に、ローラーカッタの交換時期を知ることができる。
【００２５】
一方、図４では、細穴２２と連通する刃体穴１ｃの深さＤ１が、他の（細穴２２と連通しない）刃体穴１ｃの深さＤ２より浅く設定され、かつ細穴２２と連通する刃体穴１ｃには、通常の刃体２よりも短い刃体２ｃが植設される。刃体２ｃは通常の刃体２よりも早期にその基端面まで摩耗するか、あるいは刃本穴１ｃから脱落するので、それに伴いローラーカッタの交換時期を知ることができる。
【００２６】
すなわち、上記図３および図４の例において、盲穴２ｂの長さまたは細穴２２と連通する刃体穴１ｃの深さＤ１を適宜設定することにより、上記第一実施例におけるローラーカッタの交換時期を、より早く、かつそのローラカッタに適正な時期に検知することが可能となる。
【００２７】
一方、細穴２２と連通する刃体穴１ｃと刃体２との嵌合精度等によっては、刃体２と刃体穴１ｃとの間から、油剤が漏洩する恐れがある。図５および図６はそのような場合を想定したもので、いずれも刃体穴１ｃと刃体２との間を、少なくとも細穴２の開口部位を除きシール手段で封鎖することにより、シール手段から外側への油剤の漏洩を防止している。
【００２８】
例えば、図５は刃体穴１ｃの底面に刃体穴１ｃと同軸をなす環状溝１ｄを設け、この溝内にシール手段として環状をなすＯ−リング４０を設置したもので、刃体穴１ｃに刃体２を植設すると、Ｏ−リング４０の上端と刃体２の基端面２ａとが接触し、その結果、刃体穴１ｃと刃体２との間が封鎖される。
【００２９】
また、図６は刃体穴１ｃの底面に、シール手段として、環状をなし、かつ断面角状をなす角リング４１を刃体穴１ｃと同軸をなすよう載置したもので、刃体穴１ｃへの刃体２の植設に伴い刃体穴１ｃの底面と刃体２の基端面２ａとの間に挟まれた角リング４１により、刃体穴１ｃと刃体２との間が封鎖される。
【００３０】
更に、シール手段としては、上記Ｏ−リング４０、角リング４１の他、ガスケット性を有する接着剤またはロー付け等も使用可能である。すなわち、これら接着剤またはロー付け等により刃体穴１ｃと刃体２とを固定することも、油剤の漏洩防止には有効である。このうち、接着剤を使用する場合には、刃体穴１ｃの内周面と刃体２の外周面の双方に前記接着剤を塗布した状態で、刃体穴１ｃに刃体２を圧入する。また、ロー付けを使用する場合には、刃体穴１ｃに刃体２を圧入後、両者間をロー付けにて固定する。なお、これら数種の方法を併用することにより、刃体穴１ｃと刃体２間の気密性を高め、油剤の漏洩をより確実に防止することも可能である。
【００３１】
図７および図８は、本発明の第二実施例を示すものである。本実施例の場合、細穴２２は流路２０から径方向外方に延設され、隣接する刃体２の間にて刃先部１ａの最外周端に開口している。また、細穴２２には閉鎖部材２８が挿入され、その結果、細穴２２は、その先端が刃先部１ａの外周部近傍にて閉鎖された盲穴となっている。ここで、細穴２２の先端の位置は、刃先部１ａが摩耗し、ローラーカッタが寿命となった際における、刃先部１ａの最外周端の位置と一致している。
【００３２】
上記構成を有するローラーカッタにおいては、掘削に伴う刃先部１ａの摩耗に伴い閉鎖部材２８が細穴２２の先端位置まで摩耗すると、細穴２２内に充填された油剤が細穴２２の先端から噴出する。その結果、流路２０を介して細穴２２に至る油剤の経路内における油剤の圧力が低下し、この圧力低下が、圧力センサにより検知される。
【００３３】
従って、本実施例においても、前記経路内における油剤の圧力を圧力センサを用いて常時監視し、圧力低下が検知された時点で掘削を停止してローラーカッタを交換すれば、ローラーカッタが寿命となると同時にローラーカッタ本体を交換することができる。よって、上記第一実施例と同様の効果が得られる。
【００３４】
図９は、本発明の第三実施例を示すものである。本実施例の場合、軸部材３の軸線上にはその他端（図９中右方）から流路２９が延設され、この流路２９の先端からは、流路３０が、軸部材３の径方向に沿って延設されている。流路３０の先端は、軸部材３とカッターコーン１１との対向面のうち、特にローラー１２，に挟まれた部分に開口するとともに、カッターコーン１１内には、流路３１が、前記対向面にて流路３０の先端に接続可能となるよう、径方向に沿って延設されている。
【００３５】
更に、流路３１にはカッターコーン１１内にその軸線に沿って延設された流路３２が連結され、かつ流路３２からは、刃先部１４ａの最外周端に向け、その径方向に沿って細穴３３が延設されている。また、細穴３３には閉鎖部材３４が挿入され、その結果、細穴３３は、その先端が刃先部１４ａの外周部近傍にて閉鎖された盲穴となっている。
【００３６】
一方、符号２９で示す流路は、軸部材３の他端側にて、台座１０を介して軸部材３の径方向外方から延びる流路３５の一端に連結されている。この流路３５の他端は更に図示しない油圧源に連結され、その結果、流路３５，２９，３０，３１，３２、および細穴３３の内部には、この油圧源から供給された流体たる油剤が所定の圧力で充填されている。また、この油剤の圧力は、図示しない圧力センサ（検知手段）により常時検知されている。
【００３７】
上記構成を有するローラーカッタにおいても、掘削に伴う刃先部１４ａの摩耗に伴い閉鎖部材３４が細穴３３の先端位置まで摩耗すると、細穴３３内に充填された油剤が細穴３３の先端から噴出する。その結果、流路３５から細穴３３に至る油剤の経路内における油剤の圧力が低下し、この圧力低下が、圧力センサにより検知される。
【００３８】
従って、本実施例においても、前記経路内における油剤の圧力を圧力センサを用いて常時監視し、油剤の圧力低下が検知された時点で掘削を停止してローラーカッタを交換すれば、ローラーカッタが寿命となると同時にローラーカッタ本体を交換することができる。よって、上記第一実施例と同様の効果が得られる。
【００３９】
なお、上記の各実施例において、カッタ本体１，１５の摩滅に伴い細穴２２，３３の先端から噴出した油剤は、掘削の結果排出される土砂中に混入する。従って、流路２５，３５から細穴２２，３３に至る経路の内部に予め着色された油剤を充填しておけば、圧力センサにおける油剤の圧力低下とともに、着色された油剤の混入に伴う土砂の色調の変化からも、ローラーカッタの交換時期を知ることができる。
【００４０】
また、上記の各実施例においては、流路２５，３５から細穴２２，３３に至る経路の内部に充填する流体として油圧源から供給された油剤を用いたが、油圧源の代わりに空気供給源を設け、流体としてこの空気供給源から供給された空気を用いてもよい。この場合、ローラーカッタの寿命は、流路２５，３５から細穴２２，３３に至る経路の内部に充填された空気の圧力低下を圧力センサで検知することにより把握できる。
【００４１】
また、流路２５，３５から細穴２２，３３に至る経路の内部に充填された流体の圧力を圧力センサにより監視する場合には、目視による監視の他、監視を自動化し、圧力低下をブザーやランプにより知らせる方法、あるいは監視と圧力低下の検知との双方を自動化し、圧力低下を自動的に検知して掘削を停止する方法等、あらゆる公知の方法が使用可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明のローラーカッタにおいては、ローラーカッタの寿命を掘削中に直接知り、最も適切な時期にローラーカッタを交換することができる。従って、掘削停止時間が最小で済み、掘削効率が向上する一方、掘削機に対するオーバーロード等の悪影響も防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るローラーカッタの第一実施例を示すローラーカッタのＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図２】本発明に係るローラーカッタの第一実施例を示すローラーカッタの矢印ＩＩに沿った矢視図である。
【図３】本発明の第一実施例に係るローラーカッタにおける、ローラーカッタの交換時期の検知タイミングを適正化するための改良の例を示す図である。
【図４】本発明の第一実施例に係るローラーカッタにおける、ローラーカッタの交換時期の検知タイミングを適正化するための改良の例を示す図である。
【図５】本発明の第一実施例に係るローラーカッタにおける、刃体と刃体穴との間からの油剤の漏洩を防止するための改良の例を示す図である。
【図６】本発明の第一実施例に係るローラーカッタにおける、刃体と刃体穴との間からの油剤の漏洩を防止するための改良の例を示す図である。
【図７】本発明に係るローラーカッタの第二実施例を示すローラーカッタの刃先部周辺のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。
【図８】本発明に係るローラーカッタの第二実施例を示すローラーカッタの刃先部周辺の矢印ＶＩＩＩに沿った矢視図である。
【図９】本発明に係るローラーカッタの第三実施例を示すローラーカッタの断面図である。
【図１０】ローラーカッタの一般的構造を示すローラーカッタのＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【図１１】ローラーカッタの一般的構造を示すローラーカッタの矢印ＸＩに沿った矢視図である。
【図１２】ローラーカッタの一般的構造を示すローラーカッタの断面図である。
【符号の説明】
１，１５  カッタ本体
１ａ，１４ａ  刃先部
１ｂ    谷部
１ｃ  刃体穴
１ｄ  環状溝
２，２ｃ  刃体
２ａ  刃体の基端面
２ｂ  盲穴
３  軸部材
４，５，１２，１３  ローラー
６，７，８，１７，１８，２０，２３，２４，２５，２６，２７，２９，３０，３１，３２，３５  流路
９  シール部
１０  台座
１１  カッターコーン
１４  ディスクリング
１６，２１  シール
２２，３３  細穴
２８，３４  閉鎖部材
４０  Ｏ−リング（シール手段）
４１  角リング（シール手段）
Ｄ１，Ｄ２  刃体穴の深さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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