(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
切羽に対向する第１の面およびその第１の面に対して傾斜した状態で交差する第２の面を掘削部側に有するビット本体と、
前記ビット本体の掘削部側において、前記ビット本体の掘削工程時の移動方向の両端の角部およびその両端の角部の間に、前記移動方向に沿って前記ビット本体の一部を介して隣接した状態で設置された複数の第１のチップ部と、
前記ビット本体の掘削部側において、前記第１のチップ部の隣接間における前記ビット本体の前記第１の面および前記第２の面の各々に設けられ、軸方向の一端面が前記第１の面および前記第２の面の各々に沿った状態で露出する円柱状の複数の第２のチップ部と、
を有し、
前記第１の面に設けられた複数の前記第２のチップ部は、互いに前記移動方向に沿うように配置され、
前記第２の面に設けられた複数の前記第２のチップ部は、互いに前記移動方向に沿うように配置されている、
ことを特徴とする掘削機用カッタビット。
【請求項２】
前記第２のチップ部の硬度は、前記第１のチップ部の硬度と同一またはそれよりも低いことを特徴とする請求項１記載の掘削機用カッタビット。
【請求項３】
前記第１のチップ部がＪＩＳで規定されているＥ３種の合金からなり、前記第２のチップ部がＪＩＳで規定されているＥ３種またはＥ５種の合金からなることを特徴とする請求項１または２記載の掘削機用カッタビット。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の掘削機用カッタビットをカッタ盤に設置したことを特徴とする掘削機。
【請求項５】
前記掘削機用カッタビットは、前記第２の面が前記カッタ盤の中心を向いた状態で設置されていることを特徴とする請求項４記載の掘削機。
【請求項６】
前記掘削機用カッタビットは、前記カッタ盤の外周側から径方向途中位置までの箇所に設置されていることを特徴とする請求項４または５記載の掘削機。
【請求項７】
前記掘削機用カッタビットは、その突出長が前記カッタ盤に装着されているスクレーパツースの突出長よりも長い状態で設置されていることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の掘削機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掘削機用カッタビットおよびそれを備える掘削機に関し、例えば、シールド工法において用いるシールドマシン等のような掘削機のカッタ盤等に装着される掘削機用カッタビットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シールド工法は、シールドマシンの前面に回転可能な状態で設置されたカッタ盤を切羽に押し当て回転させることにより切羽の安定を図りながら地山に掘削坑を形成する一方、掘削坑の内壁面に複数個の鋼製セグメントを組み付けることによりトンネルを構築する工法である。このシールドマシンのカッタ盤の前面等には、複数の掘削機用カッタビットが規則的に並んだ状態で設置されている。この掘削機用カッタビットは、掘削工程において地山を崩し、切欠きを入れる掘削部品であり、例えば、ビット本体を構成する鋼製のシャンク部と、刃体部を構成する超硬質合金製のチップ部とを備えている。なお、掘削機用カッタビットの構成については、例えば、特許文献１〜６に記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−５４３９０号公報
【特許文献２】特開平６−１４６７６７号公報
【特許文献３】特開平１０−３３１５８８号公報
【特許文献４】特開２００２−５４３９０号公報
【特許文献５】特開２００８−１４４５４１号公報
【特許文献６】特開２０１３−２１３３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、シールド掘削工程時の掘削機用カッタビットにおいては、シャンク部の方がチップ部よりも柔らかい材料で構成されているので、チップ部の隣接間のシャンク部から先に摩耗していくが、シャンク部の摩耗に起因してチップ部の摩耗や脱落が生じる結果、切羽に対する切り込み深さが浅くなり掘削機の掘削能力が低下し、掘削機の掘削速度が低下して日進量が減る。そこで、掘削機用カッタビットの交換が必要になるが、その交換作業おいては、シールドマシンの掘削動作を中断しなければならない上、カッタ盤前面の切羽の自立性を確保するために地盤の改良等のような補助作業が必要となる。このような掘削能力の低下や掘削機用カッタビットの交換作業により、掘削工期が遅延するとともに、工事費が増大する。特に、シールド工法の長距離化に伴い、掘削機用カッタビットの摩耗が増え、掘削機用カッタビットの交換回数が増えるので、時間的および経済的な負担が増大する。このため、シールド工法においては、如何にして掘削機用カッタビットの耐久性を向上させるかが重要な課題となっている。
【０００５】
本発明は、上述の技術的背景からなされたものであって、その目的は、掘削機用カッタビットの耐久性を向上させることが可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明の掘削機用カッタビットは、切羽に対向する第１の面およびその第１の面に対して傾斜した状態で交差する第２の面を掘削部側に有するビット本体と、前記ビット本体の掘削部側において、前記ビット本体の掘削工程時の移動方向の両端の角部およびその両端の角部の間に、前記移動方向に沿って前記ビット本体の一部を介して隣接した状態で設置された複数の第１のチップ部と、前記ビット本体の掘削部側において、前記第１のチップ部の隣接間における前記ビット本体の前記第１の面および前記第２の面の各々に設けられ、軸方向の一端面が前記第１の面および前記第２の面の各々に沿った状態で露出する円柱状の複数の第２のチップ部と、を有し、前記第１の面に設けられた複数の前記第２のチップ部は、互いに前記移動方向に沿うように配置され、前記第２の面に設けられた複数の前記第２のチップ部は、互いに前記移動方向に沿うように配置されている、ことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に記載の本発明は、上記請求項１記載の発明において、前記第２のチップ部の硬度は、前記第１のチップ部の硬度と同一またはそれよりも低いことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３に記載の本発明は、上記請求項１または２記載の発明において、前記第１のチップ部がＪＩＳで規定されているＥ３種の合金からなり、前記第２のチップ部がＪＩＳで規定されているＥ３種またはＥ５種の合金からなることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に記載の本発明の掘削機は、上記請求項１〜３のいずれか１項に記載の掘削機用カッタビットをカッタ盤に設置したことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５記載の本発明は、上記した請求項４記載の発明において、前記掘削機用カッタビットは、前記第２の面が前記カッタ盤の中心を向いた状態で設置されていることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項６記載の発明は、上記した請求項４または５記載の発明において、前記掘削機用カッタビットは、前記カッタ盤の外周側から径方向途中位置までの箇所に設置されていることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項７記載の発明は、上記した請求項４〜６のいずれか１項に記載の発明において、前記掘削機用カッタビットは、その突出長が前記カッタ盤に装着されているスクレーパツースの突出長よりも長い状態で設置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１記載の発明によれば、掘削機用カッタビットの第１のチップ部の隣接間のビット本体部の摩耗を抑制または防止することができるので、掘削機用カッタビットの耐久性を向上させることが可能になる。
【００１４】
請求項２記載の発明によれば、第２のチップ部の強度を確保することが可能になる。
【００１５】
請求項３記載の発明によれば、第２のチップ部の強度を確保することが可能になる。
【００１６】
請求項４記載の発明によれば、掘削機用カッタビットの耐久性を向上させることができるので、掘削機の掘削能力を長期間にわたって維持することが可能になる。
【００１７】
請求項５記載の発明によれば、掘削機用カッタビットにより掘削土砂を掘削機のチャンバ内に誘導することができるので、掘削土砂をチャンバ内に容易に収容することが可能になる。
【００１８】
請求項６記載の発明によれば、掘削機用カッタビットをカッタ盤の前面全体に設ける場合に比べて、掘削機の掘削能力を大幅に低下させることなく、掘削機用カッタビットの装着数を減らすことが可能になる。
【００１９】
請求項７記載の発明によれば、掘削機用カッタビットによりスクレーパツースを保護することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る掘削機の内部を側面から透かして見せた要部構成図である。
【図２】図１の掘削機を構成するカッタヘッドの正面図である。
【図３】図２のカッタヘッドのＩ−Ｉ線の断面図である。
【図４】図２のカッタヘッドのカッタビットとスクレーパツースとの突出長を比較して示した側面図である。
【図５】図５は先行ビットの斜視図である。
【図６】図６は先行ビットの正面図である。
【図７】先行ビットの背面図である。
【図８】先行ビットの平面図である。
【図９】先行ビットの右側面図である。
【図１０】先行ビットの左側面図である。
【図１１】先行ビットの底面図である。
【図１２】図５の先行ビットのＩＩ−ＩＩ線の断面図である。
【図１３】（ａ）は発明者が検討した先行ビットの上面図、（ｂ）は図１３（ａ）の先行ビットの正面図、（ｃ）は図１３（ａ）の先行ビットの背面図である。
【図１４】（ａ）は発明者が検討した先行ビットの上面図、（ｂ）は図１４（ａ）の先行ビットの正面図、（ｃ）は図１４（ａ）の先行ビットの背面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の一例としての実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２２】
まず、本実施の形態の掘削機の一例について図１を参照して説明する。図１は本実施の形態の掘削機の内部を側面から透かして見せた要部構成図である。
【００２３】
本実施の形態の掘削機１は、例えば、泥土加圧式のシールドマシンであり、カッタヘッド２で掘削された土砂に添加材を注入して練り混ぜることで生成された不透水性と塑性流動性（自由に変形および移動できる性質）とを有する泥土を、カッタヘッド２と機器本体３との間のチャンバ４内に充填した状態で掘進することにより、切羽の土圧に対抗する泥土圧を発生させて切羽の安定性を確保した状態で掘削を行う掘削機である。なお、掘削機１の全体動作は、その後方の後続台車（図示せず）の運転室内に設けられた制御部により制御される。また、特に限定されるものではないが、本実施の形態の掘削機１は、例えば、３３０４ｋｍの長距離掘削工事に使用する機器であり、その掘削区間内のほとんどに、砂層、泥岩層およびそれらの互層が分布する硬い上総層群が存在している。
【００２４】
カッタヘッド２は、地盤を掘削するカッタ盤であり、掘削機１の前面に機器本体３の周方向に沿って正逆方向に回転可能な状態で設置されている。カッタヘッド２の前面（切羽に対向する面）には、センタービットＣＢ、先行ビットＢおよびスクレーパツース（図１には図示せず）等が設置されている。また、カッタヘッド２の外周には、コピーカッタＣＣが設置されている。コピーカッタＣＣは、急曲線施工時の余堀りや掘削機１の姿勢制御等を行う役割を備えている。なお、カッタヘッド２の裏面には、練混ぜ翼（図示せず）が設置されている。練混ぜ翼は、例えば、円柱状の突出部材で形成されており、カッタヘッド２が回転するとチャンバ４内の土砂と添加材とを撹拌混合する役割を備えている。なお、カッタヘッド２については、後ほど詳細に説明する。
【００２５】
機器本体３は、前胴プレート（前胴部）３ａと、その後方の後胴プレート（後胴部）３ｂと、その後方のテールシール３ｃとを備えている。前胴プレート３ａおよび後胴プレート３ｂは、例えば円筒状の鋼製板により形成されており、機器本体３の外形を形成するとともに、機器本体３の内部に中空空間を形成する構成部である。前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとは、前胴プレート３ａの後端側において後胴プレート３ｂの先端の球面軸受部が前胴プレート３ａの内周面に接した状態で入り込むことで係合されている。テールシール３ｃは、掘進作業中に機器本体３の後部から機器本体３内に地下水等が入り込むのを防止する封止部材であり、後胴プレート３ｂの後端部に後胴プレート３ｂの内周に沿って枠状に設置されている。
【００２６】
前胴プレート３ａの前面側において、その前面から機器本体３の内方に後退した位置には、機器本体３内の中空空間を切羽側と機内側とに分ける隔壁７が設置されている。この隔壁７の切羽側、すなわち、上記カッタヘッド２と隔壁７との間に、上記のチャンバ４が設けられている。カッタヘッド２により掘削された土砂等は、カッタヘッド２の前面の貫通孔（図１には図示せず）を通じカッタヘッド２内にて取り込まれる。
【００２７】
一方、掘削機１の機器本体３の機内側には、カッタ駆動体８、中折れジャッキ９ａ、シールドジャッキ９ｂ、スクリューコンベア１０、エレクタ１１、土圧検出部１２および添加材注入部１３ａ等が設置されている。
【００２８】
カッタ駆動体８は、カッタヘッド２を正逆方向に回転させるモータ（駆動源）であり、カッタヘッド２の正面内の外周近傍位置に、カッタヘッド２の周方向に沿って複数個並んで配置されている。なお、ここでは、カッタ駆動方式として外周支持駆動方式が例示されている。
【００２９】
中折れジャッキ９ａは、掘削機１の推進方向や姿勢を修正する機器であり、機器本体３内において前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとを連結するように前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとの境界を跨いだ状態で機器本体３の周方向に沿って複数個並んで設置されている。この中折れジャッキ９ａに圧油を供給し前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとを予め決められた方向および角度に屈折させた状態で掘削機１を推進することにより、掘削機１の推進方向や姿勢を制御することが可能になっている。
【００３０】
シールドジャッキ９ｂは、機器本体３の後方に設置されたセグメントＳＧに反力をとって掘削機１を前進させるための推進力を発生させる機器であり、機器本体３内において前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとの境界を跨いだ状態で機器本体３の周方向に沿って複数個並んで設置されている。
【００３１】
スクリューコンベア１０は、チャンバ４内に取り込まれた土砂を機外に排出するための機器であり、機器本体３の底部において隔壁７を貫通しチャンバ４内に配置された土砂取込端部１０ａから機器本体３の後方において機器本体３の高さ方向中央より若干高い位置に配置された排出端部１０ｂに向かって斜め上向きに連続的に延在した状態で設置されている。なお、ここでは、リボンスクリューコンベアが例示されている。
【００３２】
エレクタ１１は、セグメントＳＧを把持して掘削坑の内周方向に旋回し、掘削坑の内周方向の組立位置に移送する組立装置であり、エレクタ駆動用の油圧モータ（図示せず）等によって掘削坑の周方向に沿って回転可能な状態で後胴プレート３ｂの中空内に設置されている。
【００３３】
土圧検出部１２は、チャンバ４内の泥土圧を検出するセンサである。掘削機１は、土圧検出部１２によって検出されたチャンバ４内の泥土圧を管理することにより切羽の安定性を確保しながら掘進することが可能になっている。
【００３４】
添加材注入部１３ａは、掘削機１の外周や切羽に対して上記添加材（作泥土材）を注入する部分であり、前胴プレート３ａの周方向に沿って複数箇所に設置されている。なお、隔壁７の面内にも、上記した添加材（作泥土材）をチャンバ４内に注入する添加材注入部（図１には図示せず）が設置されている。
【００３５】
次に、上記したカッタヘッド２の一例について図２〜図４を参照して説明する。図２は図１の掘削機を構成するカッタヘッドの正面図、図３は図２のカッタヘッドのＩ−Ｉ線の断面図、図４は図２のカッタヘッドのカッタビットとスクレーパツースとの突出長を比較して示した側面図である。
【００３６】
図２に示すように、カッタヘッド２は、例えば、円盤状のスポーク型のカッタヘッドで構成されており、十字状に組まれた２つのスポーク部２ｓａ，２ｓｂと、スポーク部２ｓａの両端側に設置されたカバー部２ｃと、スポーク部２ｓａ，２ｓｂの先端部同士を結ぶ外周リング部２ｒと、これらの部材間に形成された貫通穴２ｈとを備えている。
【００３７】
カッタヘッド２の正面内においてスポーク部２ｓａの中央には、上記したセンタービットＣＢがスポーク部２ｓａの長手方向に沿って延在した状態で設置されている。このセンタービットＣＢの掘削部側には、図３に示すように、シャンク部Ｓ１の一部と、チップ部Ｃ１とがセンタービットＣＢの長手方向に沿って交互に並んだ状態で設置されている。センタービットＣＢのシャンク部Ｓ１は、センタービットＣＢの土台となるビット本体部であり、例えば、鋼鉄により構成されている。一方、センタービットＣＢのチップ部Ｃ１は、地山を打撃し崩す刃体部であり、例えば、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）または炭化タンタル（ＴａＣ）等のような金属炭化物粒子を、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）または鉄（Ｆｅ）等のようなバインダー金属で結合した超硬質合金により構成されている。なお、センタービットＣＢに代えて、コーンヘッド型のローラビット等のような他の掘削機用カッタ部材を設置しても良い。
【００３８】
また、図２に示すように、カッタヘッド２の正面内には、複数個の先行ビットＢ（Ｂｓ，Ｂｎ）と、複数個のスクレーパツースＳＴとが設置されている。一方の先行ビットＢｓは、主に、地山の先行切削およびスクレーパツースＳＴの保護等を行う掘削機用カッタビットであり、スポーク部２ｓａ，２ｓｂにおいては、それぞれの長手方向に沿って複数並んで配置されているとともに、カバー部２ｃにおいては、カッタヘッド２の外周近傍に設置されている。他方の先行ビットＢｎは、先行ビットＢｓと同様の機能を有する外周ビットであり、スポーク部２ｓａ，２ｓｂの各々の長手方向両端部に設置されている。
【００３９】
このような先行ビットＢ（Ｂｓ，Ｂｎ）は、図３および図４に示すように、掘削部側（切羽側）において、切羽に対向する上面（第１の面）Ｆ１と、これに対して傾斜した状態で交差する傾斜面（第２の面）Ｆ２とを有しており、その傾斜面Ｆ２をカッタヘッド２の中心側を向けた状態で設置されている。これにより、先行ビットＢ（Ｂｓ，Ｂｎ）によって掘削された掘削土砂等をカッタヘッド２の正面の内側に誘導し、貫通穴２ｈを通じてチャンバ４内に誘導することできるので、掘削土砂をチャンバ４内に容易に収容することができる。なお、先行ビットＢ（Ｂｓ，Ｂｎ）の他に、ローラビット等のような他の掘削機用カッタ部材をカッタヘッド２に設置しても良い。また、先行ビットＢｓの構成については後ほど詳細に説明する。
【００４０】
また、図２に示すように、スクレーパツースＳＴは、主に、土砂を切削する切削部品であり、スポーク部２ｓａ，２ｓｂの幅方向の両側に、スポーク部２ｓａ，２ｓｂの長手方向に沿って並んで設置されている。図４に示すように、スクレーパツースＳＴは、その突出長が、先行ビットＢ（Ｂｓ，Ｂｎ）の突出長よりも低い状態で設置されている。これにより、スクレーパツースＳＴは、先行ビットＢ（Ｂｓ，Ｂｎ）によって保護されている。
【００４１】
さらに、図２に示すように、カッタヘッド２の正面内のスポーク部２ｓｂの長手方向の片側半分においてカッタヘッド２の中央近傍と外周近傍とには、それぞれ添加材注入部１３ｂ，１３ｃが設置されている。この添加材注入部１３ｂ，１３ｃは、例えば、ベントナイト系の添加材のような作泥土材をカッタヘッド２の前面の切羽に向けて注入する構成部である。なお、この添加材には、ベントナイト系の添加材に代えて気泡材を用いても良いし、ベントナイト系の添加材と気泡材との両方を用いても良い。
【００４２】
次に、上記した先行ビットＢｓの構成例について図５〜図１４を参照して説明する。図５は先行ビットの斜視図、図６は先行ビットの正面図、図７は先行ビットの背面図、図８は先行ビットの平面図、図９は先行ビットの右側面図、図１０は先行ビットの左側面図、図１１は先行ビットの底面図、図１２は図５の先行ビットのＩＩ−ＩＩ線の断面図、図１３（ａ）は発明者が検討した先行ビットの上面図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）の先行ビットの正面図、図１３（ｃ）は図１３（ａ）の先行ビットの背面図、図１４（ａ）は発明者が検討した先行ビットの上面図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）の先行ビットの正面図、図１４（ｃ）は図１４（ａ）の先行ビットの背面図である。なお、図５〜図８において符号Ｒ１は、カッタヘッド２の回転動作により先行ビットＢ（Ｂｓ，Ｂｎ）が回転移動する移動方向を示している。
【００４３】
先行ビットＢｓは、例えば、扁平板状に形成されており、その掘削部側には、上記したように、切羽に対向する上面Ｆ１（図９、図１０および図１２参照）と、これに対して傾斜した状態で交差する傾斜面Ｆ２（図９、図１０および図１２参照）とが形成されている。特に限定されるものではないが、先行ビットＢｓの幅（移動方向Ｒ１に沿う方向の長さ）は、例えば、１５０ｍｍ、高さ（突出長）は、例えば、１４０ｍｍ、厚さ（幅に直交する長さ）は、例えば、６２ｍｍ、上面Ｆ１に対する傾斜面Ｆ２の傾斜角度は、例えば、４５度である。
【００４４】
この先行ビットＢｓは、シャンク部Ｓ２と、チップ部Ｃ２ａ，Ｃ２ｂ，Ｃ２ｃとを備えている。先行ビットＢｓのシャンク部Ｓ２は、先行ビットＢｓの土台となるビット本体部である。このシャンク部Ｓ２の構成材料は、チップ部Ｃ２ａ，Ｃ２ｂ，Ｃ２ｃよりも摩耗し易く、十分な剛性および強度を有する材料で構成されており、例えば、中空鋼ＳＫＣ２４（ＪＩＳ  Ｇ４４１０）等のような鋼鉄により構成されている。シャンク部Ｓ２の構成材料は、上記したものに限定されるものではなく種々変更可能であり、例えば、ＳＳ材やＳ４５Ｃ材を用いても良い。
【００４５】
先行ビットＢｓのチップ部Ｃ２ａ，Ｃ２ｂ，Ｃ２ｃは、主に地山を打撃し崩し、かき乱す機能等を有する刃体部である。チップ部（第１のチップ部）Ｃ２ａは、先行ビットＢｓの掘削部側（切羽側）において、移動方向Ｒ１の両端の角部に設置されている。すなわち、先行ビットＢｓの掘削部側においてシャンク部Ｓ２の移動方向Ｒ１の両端の角部には切欠部が形成されており、その切欠部にチップ部Ｃ２ａが固着されている。特に限定されるものではないが、チップ部Ｃ２ａの幅（移動方向Ｒ１に沿う方向の長さ）は、例えば、３０ｍｍ、高さ（突出長に沿う方向の長さ）は、例えば、６０ｍｍ、厚さ（幅に直交する長さ）は、例えば、６２ｍｍである。
【００４６】
次に、チップ部（第１のチップ部）Ｃ２ｂは、先行ビットＢｓの掘削部側において両端の角部のチップ部Ｃ２ａ，Ｃ２ａの間にシャンク部Ｓ２の一部を介して隣接した状態で設置されている。すなわち、先行ビットＢｓの掘削部側において両端の角部のチップ部Ｃ２ａ，Ｃ２ａの間のシャンク部Ｓ１には２つの溝が形成されており、その各々の溝内にチップ部Ｃ２ｂ，Ｃ２ｂが嵌め込まれた状態で固着されている。特に限定されるものではないが、各チップ部Ｃ２ｂの幅（移動方向Ｒ１に沿う方向の長さ）は、例えば、１８ｍｍ、高さ（突出長に沿う方向の長さ）は、例えば、６０ｍｍ、厚さ（幅に直交する長さ）は、例えば、６２ｍｍである。
【００４７】
これらのチップ部Ｃ２ａ，Ｃ２ｂの構成材料は、シャンク部Ｓ２の構成材料よりも硬いＪＩＳ・Ｅ３種の合金（ＪＩＳで規格されたＥ３種の合金）で構成されており、例えば、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）または炭化タンタル（ＴａＣ）等のような金属炭化物粒子を、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）または鉄（Ｆｅ）等のようなバインダー金属で結合した超硬質合金により構成されている。ここでは、チップ部Ｃ２ａ，Ｃ２ｂの構成材料として、例えば、株式会社スターロイ製のＳＧ３０等が使用されている。
【００４８】
上記のように本実施の形態においては、先行ビットＢｓの掘削部側に、先行ビットＢｓの移動方向Ｒ１（地山側から力が加わる方向）に沿って、チップ部Ｃ２ａ，Ｃ２ｂと、チップ部Ｃ２ａ，Ｃ２ｂよりも柔らかいシャンク部Ｓ２の一部とを交互に隣接させたことにより、先行ビットＢｓの強度を向上させることができる。例えば、シールド掘削に際して、チップ部Ｃ２ａ，Ｃ２ｂに加わった衝撃を相対的に柔らかいシャンク部Ｓ２で吸収することができる。したがって、先行ビットＢｓの耐久性（寿命）を向上させることができる。
【００４９】
次に、チップ部（第２のチップ部）Ｃ２ｃは、主に、掘削部側のシャンク部Ｓ２の摩耗を抑制または防止する補強部材であり、チップ部Ｃ２ａ，Ｃ２ｂおよびチップ部Ｃ２ｂ，Ｃ２ｂの各々の隣接間のシャンク部Ｓ２に設置されている。すなわち、先行ビットＢｓの掘削部側においてチップ部Ｃ２ａ，Ｃ２ａおよびチップ部Ｃ２ｂ，Ｃ２ｂの隣接間のシャンク部Ｓ２には孔が形成されており、その孔内にチップ部Ｃ２ｃが嵌め込まれた状態で固着されている。ここでは、チップ部Ｃ２ｃは、チップ部Ｃ２ａ，Ｃ２ｂおよびチップ部Ｃ２ｂ，Ｃ２ｂの隣接間のシャンク部Ｓ２において、先行ビットＢｓの上面Ｆ１および傾斜面Ｆ２の各々に少なくとも１つ設置されている。そして、先行ビットＢｓの上面Ｆ１に配置されたチップ部Ｃ２ｃの軸方向の上端面は上面Ｆ１に沿った状態で露出しており、先行ビットＢｓの傾斜面Ｆ２に配置されたチップ部Ｃ２ｃの軸方向の上端面は傾斜面Ｆ２に沿った状態で露出している。
【００５０】
また、チップ部Ｃ２ｃは、例えば、円柱状に形成されている。これにより、シールド掘削時にチップ部Ｃ２ｃに加わる応力をほぼ均等に分散させることができるので、チップ部Ｃ２ｃの強度を向上させることができる。このため、チップ部Ｃ２ｃが折れたり割れたりし難くすることができる。
【００５１】
また、チップ部Ｃ２ｃは、例えば、シャンク部Ｓ２よりは硬度が高いが、チップ部Ｃ２ａ，Ｃ２ｂよりは硬度が低いＪＩＳ・Ｅ５種の合金（ＪＩＳで規格されたＥ５種の合金）で構成されている。ここでは、チップ部Ｃ２ｃの構成材料として、例えば、株式会社スターロイ製のＳＧ５０等が使用されている。これにより、チップ部Ｃ２ｃの強度をチップ部Ｃ２ａ，Ｃ２ｂよりも向上させることができる。このため、チップ部Ｃ２ｃが折れたり割れたりし難くすることができる。また、この場合、チップ部Ｃ２ｃのコストを低減できるので、先行ビットＢｓのコストを低減することができる。ただし、チップ部Ｃ２ｃを、上記したチップ部Ｃ２ａ，Ｃ２ｂと同じＪＩＳ・Ｅ３種の材料（例えば、株式会社スターロイ製のＳＧ３０）により構成しても良い。特に限定されるものではないが、各チップ部Ｃ２ｃの直径は、例えば、１０ｍｍ、高さ（突出長に沿う方向の長さ）は、例えば、２５ｍｍである。
【００５２】
ここで、先行ビットＢｓを構成するシャンク部Ｓ２は、超硬質合金製のチップ部Ｃ２ａ，Ｃ２ｂよりも柔らかいため、シールド掘削に伴いチップ部Ｃ２ａ，Ｃ２ｂよりも先に摩耗する傾向にある。このため、シャンク部Ｓ２を強化することが先行ビットＢｓの耐久性（寿命）を向上させる上で重要な要素となっている。発明者が検討した技術においては、図１３に示すように、先行ビット５０Ａを構成するチップ部Ｃ２ａ，Ｃ２ｂの隣接間のシャンク部Ｓ２に超硬質合金製の薄板状のチップ部Ｃ２ｄを設置したり、図１４に示すように、先行ビット５０Ｂの掘削部側の両端の角部のチップ部Ｃ２ａ，Ｃ２ａの間のシャンク部Ｓ２に超硬質合金製の複数枚の薄板状のチップ部Ｃ２ｄを設置したりすることで、シャンク部Ｓ２の幅を狭くする構成を採用しているが、これらの場合、シールド掘削時において、シャンク部Ｓ２の摩耗を抑制または防止することはできるが、超硬質合金製の薄板状のチップ部Ｃ２ｄが割れ易く、先行ビット５０Ａ，５０Ｂの全体的な耐久性を向上させることにはならなかった。
【００５３】
これに対して本実施の形態の先行ビットＢｓにおいては、チップ部Ｃ２ａ，Ｃ２ｂおよびチップ部Ｃ２ｂ，Ｃ２ｂの各々の隣接間のシャンク部Ｓ２に円柱状のチップ部Ｃ２ｃを設置したことにより、シールド掘削時のシャンク部Ｓ２の摩耗を抑制または防止することができるとともに、チップ部Ｃ２ａが折れたり割れたりするのも抑制または防止することができる。このため、シールド掘削工程において、先行ビットＢｓの全体的な耐久性（寿命）を向上させることができるので、先行ビットＢｓの切削能力の低下を抑制または防止することができ、掘削機１の掘削能力を確保することができる。そして、掘削速度の低下を抑制することができるので、日進量を確保することができる。また、先行ビットＢｓの交換回数を低減することができる。したがって、長距離掘削であったとしても、掘削工期の遅延を回避することができるとともに、工事費を低減することができる。さらに、想定以上の硬質地盤や低速掘削工程にも柔軟に対応することができる。
【００５４】
また、先行ビットＢｓの設置箇所を、カッタヘッド２の外周側から径方向途中位置までとしても良い。例えば、先行ビットＢｓの設置箇所を、最終掘削位置に到達するまでの摺動距離が１５０万ｍ程度を超えるカッタヘッド２の外周側から内周側の５段目までに限定しても良い。これにより、カッタヘッド２の面内全体に複数個の先行ビットＢｓを設置する場合に比べて、掘削機１の掘削能力を大幅に低下させることなく、先行ビットＢｓの装着数を減らすことができる。したがって、掘削機１のコストを低減することができる。
【００５５】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって、開示された技術に限定されるものではない。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈されるべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲の要旨を逸脱しない限りにおけるすべての変更が含まれる。
【００５６】
例えば、前記実施の形態においては、リボンスクリューコンベアを用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく種々変更可能であり、例えばリボン型と軸付き型とを組み合わせたスクリューコンベアを用いても良い。
【００５７】
また、前記実施の形態においては、外周支持駆動方式の泥土圧シールドマシンを用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えばセンターシャフト駆動方式や中間支持駆動方式の泥土圧シールドマシン等、他の泥土圧シールドマシンを用いても良い。
【００５８】
また、前記実施の形態においては、先行ビットＢｓの掘削部側の両角部のチップ部Ｃ２ａ，Ｃ２ａの間に２つのチップ部Ｃ２ｂ，Ｃ２ｂをシャンク部Ｓ２の一部を介して隣接させた状態で設置した場合について説明したが、これに限定されるものではなく，例えば、先行ビットＢｓの掘削部側の両角部のチップ部Ｃ２ａ，Ｃ２ａの間に３つ以上のチップ部Ｃ２ｂをシャンク部Ｓ２の一部を介して隣接させて設置しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上の説明では、本発明を泥土圧シールドマシンを用いるシールド工法に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、カッタヘッドと機器本体との間の泥水室に泥水を圧送し、泥水室内の泥水の圧力を切羽の土圧および地下水圧に見合う圧力にして切羽の安定を図りながらカッタヘッドを切羽に押し当てて回転させることにより地盤を掘削する泥水式シールドマシンを用いるシールド工法に適用しても良い。
【符号の説明】
【００６０】
１  掘削機
２  カッタヘッド
３  機器本体
４  チャンバ
７  隔壁
８  カッタ駆動体
９ａ  中折れジャッキ
９ｂ  シールドジャッキ
１０  スクリューコンベア
１１  エレクタ
１２  土圧検出部
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ  添加材注入部
Ｂ，Ｂｓ，Ｂｎ  先行ビット
Ｓ１，Ｓ２  シャンク部
Ｃ１  チップ部
Ｃ２，Ｃ２ａ，Ｃ２ｂ，Ｃ２ｃ  チップ部
ＣＢ  センタービット
ＣＣ  コピービット
ＳＴ  スクレーパツース
ＳＧ  セグメント
【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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【図１３】
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【図１４】
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