(57)【要約】【課題】ビットの摩耗高さを無段階に連続的に求めることができるカッタビットの摩耗高さ計測装置を提供する。【解決手段】トンネル掘削機の前部に設けられて回転駆動されるカッタフレーム１に装着されたカッタビット２の摩耗高さを計測する装置であって、カッタフレーム１に支持され、切羽４に摺接することでカッタビット２と共に摩耗するハウジング５と、ハウジング５内に埋設され、掘進方向の前方から後方に向けて断面積が増加する形状に形成され、切羽４に摺接することでハウジング５と共に摩耗する摩耗検知材６と、摩耗検知材６の後方に配置され、切羽４から摩耗検知材６に加わる荷重を検出するためのセンサ８とを備え、ハウジング５及び摩耗検知材６が切羽４に摺接して摩耗することで、ハウジング５から切羽４に露出する摩耗検知材６の土圧受圧面６３の面積が漸次増加するもの。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル掘削機の前部に設けられて回転駆動されるカッタフレームに装着されたカッタビットの摩耗高さを計測する装置であって、
上記カッタフレームに支持され、切羽に摺接することで上記カッタビットと共に摩耗するハウジングと、該ハウジング内に埋設され、掘進方向の前方から後方に向けて断面積が増加する形状に形成され、切羽に摺接することで上記ハウジングと共に摩耗する摩耗検知材と、該摩耗検知材の後方に配置され、切羽から上記摩耗検知材に加わる荷重を検出するためのセンサとを備え、
上記ハウジング及び摩耗検知材が切羽に摺接して摩耗することで、上記ハウジングから切羽に露出する上記摩耗検知材の土圧受圧面の面積が漸次増加することを特徴とするカッタビットの摩耗高さ計測装置。
【請求項２】
上記ハウジング及び摩耗検知材が、摩耗高さを計測しようとするカッタビットの切削経路上に配置された請求項１記載のカッタビットの摩耗高さ計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル掘削機のカッタビットの摩耗高さ計測装置に係り、特に、摩耗高さを連続的に測定できるカッタビットの摩耗高さ計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
長いトンネルを施工するトンネル掘削機（シールド掘進機等）においては、摩耗によるカッタビットの寿命が課題となり、これまでカッタビットの摩耗を検知するために種々の装置が発明されている。
【０００３】
特許文献１には、カッタビットの内部の摩耗限界位置に検知線を収容しておき、ビットが摩耗限界位置まで摩耗したとき検知線が切断されてその電気抵抗が零になることを利用して、ビットの摩耗限界を検出するものが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、導電箔の櫛状パターンに複数の摩耗検出電極を取り付け、ビットが摩耗したとき、電気的変化量を検知することで、ビットの摩耗を検出するものが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−２２８５９７号公報
【特許文献２】特開２００４−１７６３５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
文献１に記載のものは、摩耗限界位置、唯一点での摩耗高さを検知するものであり、文献２に記載のものは、ビットの摩耗高さを複数段階的に検知するものであり、共にビットの摩耗高さを無段階に連続的に計測できない。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、ビットの摩耗高さを無段階に連続的に求めることができるカッタビットの摩耗高さ計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明は、トンネル掘削機の前部に設けられて回転駆動されるカッタフレームに装着されたカッタビットの摩耗高さを計測する装置であって、上記カッタフレームに支持され、切羽に摺接することで上記カッタビットと共に摩耗するハウジングと、該ハウジング内に埋設され、掘進方向の前方から後方に向けて断面積が増加する形状に形成され、切羽に摺接することで上記ハウジングと共に摩耗する摩耗検知材と、該摩耗検知材の後方に配置され、切羽から上記摩耗検知材に加わる荷重を検出するためのセンサとを備え、上記ハウジング及び摩耗検知材が切羽に摺接して摩耗することで、上記ハウジングから切羽に露出する上記摩耗検知材の土圧受圧面の面積が漸次増加することを特徴とするものである。
【０００９】
上記ハウジング及び摩耗検知材が、摩耗高さを計測しようとするカッタビットの切削経路上に配置されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るカッタビットの摩耗高さ計測装置によれば、カッタビットの摩耗高さを無段階に連続的に求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の好適実施形態を添付図面を用いて説明する。
【００１２】
図４に示すように、トンネル掘削機（シールド掘進機等）の前部には、推進方向に沿った軸廻りに回転駆動されるカッタフレーム１が設けられており、カッタフレーム１には、切羽を切削するためのカッタビット２が複数装着されている。各カッタビット２は、カッタフレーム１の回転に伴って、その回転軸３を中心とした同芯的な切削経路を有する。なお、カッタフレーム１は図例のようにスポークタイプのものに限られず、面板タイプのものであってもよい。
【００１３】
図１に示すように、カッタフレーム１には、切羽４に摺接することでカッタビット２と共に摩耗する円柱状のハウジング５が溶接やボルト等により装着されている。ハウジング５の内部には、トンネル掘削機の掘進方向の前方から後方に向けて断面積が増加する円錐状に形成され、切羽４に摺接することでハウジング５と共に摩耗する摩耗検知材６が埋設されている。ハウジング５及び摩耗検知材６の材質は、カッタビット２の超硬チップ２１を保持する保持部２２の材質（ＳＳ材等）と同材質となっている。なお、ハウジング５は角柱状でもよく、摩耗検知材６は角錐状でもよい。
【００１４】
ハウジング５及び摩耗検知材６は、摩耗高さを計測しようとするカッタビット２の切削経路上に配置されている。本実施形態では、ハウジング５及び摩耗検知材６は、図４に示すように、カッタフレーム１の最外周のカッタビット２の切削経路上に配置されている。最外周のカッタビット２の切削経路が最も長く、最も摩耗し易いからである。
【００１５】
図１に示すように、摩耗検知材６は、その円錐面６１がハウジング５の内部に凹設された円錐面５１に密着されており、底面６２がハウジング５の内部に形成された段差部５２に弾性体７（ゴム、樹脂等）を介して支持されている。摩耗検知材６の円錐面６１がハウジング５の円錐面５１に密着されているため、ハウジング５及び摩耗検知材６が切羽４に摺接して摩耗すると、ハウジング５から切羽４に露出する摩耗検知材６の土圧受圧面６３（図２、図３参照）の面積が漸次増加することになる。
【００１６】
図１に示すように、摩耗検知材６の後方には、切羽４から摩耗検知材６に加わる荷重を検出するためのセンサ８（半導体圧力センサ、圧電式圧力センサ、ロードセル等）が配置されている。センサ８は、カッタフレーム１にブラケット９を介して支持されている。センサ８には、センサ８から出力された荷重信号が入力される演算手段（コンピュータ等）が接続されている。演算手段は、荷重信号の大小に応じて後述のように摩耗検知材６の摩耗量、すなわちカッタビット２の摩耗量を算出するものである。
【００１７】
本実施形態の作用を述べる。
【００１８】
図１の状態からハウジング５及び摩耗検知材６がカッタビット２と共に摩耗すると、図２、図３に示すように、ハウジング５から切羽４に露出する摩耗検知材６の土圧受圧面６３の面積が漸次増大する。すると、土圧受圧面６３の面積Ｓに土圧Ｐを乗じた値である荷重Ｆがセンサ８に加わるため、センサ８に加わる荷重Ｆは土圧受圧面６３の面積Ｓの増大、すなわち摩耗検知材６の摩耗に応じて増大する。なお、土圧Ｐは、トンネル掘削機に別途設けた土圧センサにより検出される。
【００１９】
Ｆ＝Ｓ×Ｐ
Ｆ：センサ８で検出される荷重
Ｓ：土圧受圧面６３の面積
Ｐ：土圧
上式を変形したＳ＝Ｆ／Ｐにより、荷重センサ８で検出された荷重Ｆと土圧センサで検出された土圧Ｐとによって、土圧受圧面６３の面積Ｓを求めることができる。ここで、摩耗検知材６の摩耗に伴う土圧受圧面６３の面積の変化は、摩耗検知材６の高さ方向の断面積の変化であるので、予め計測等して上記演算手段に記憶しておく。この摩耗検知材６の高さと断面積との関係を用いて、上述のように算出された土圧受圧面６３の面積Ｓに基づき、摩耗検知材６の摩耗高さ、すなわち摩耗量が上記演算手段によって算出される。
【００２０】
本実施形態によれば、カッタビット２の摩耗に応じてハウジング５及び摩耗検知材６も同量摩耗し、摩耗検知材６の土圧受圧面６３の面積が連続的に変化するので、カッタビット２の摩耗高さを無段階に連続的に計測できる。よって、過去の掘進距離とカッタビット２の摩耗高さとの関係を連続的にグラフ化や数式化等することで、将来、カッタビット２の摩耗高さが限界に至る掘進距離（時期）を正確に把握でき、カッタビット２の交換時期を早い段階で設定できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の好適実施形態に係るカッタビットの摩耗高さ計測装置の断面図であり、図４のI−I線断面図である。
【図２】図１の状態からカッタビットが摩耗し、ハウジング及び摩耗検知材が摩耗したカッタビットの摩耗高さ計測装置の断面図である。
【図３】図２の状態から更にカッタビットが摩耗し、ハウジング及び摩耗検知材が更に摩耗したカッタビットの摩耗高さ計測装置の断面図である。
【図４】カッタフレームの正面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  カッタフレーム
２  カッタビット
４  切羽
５  ハウジング
６  摩耗検知材
６３  土圧受圧面
８  センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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