(57)【要約】【課題】岩盤で構成された地表面に溝を形成する際，大きな推進力および回転力を必要とせず，これによって切削刃の摩耗を軽減せしめ，かつ切削作業能力が高い岩盤の溝切削機を提供する。【解決手段】円錐形状をした切削ドラム２の最先端外周部に配設された複数のコニカルビット又は回転自在に支持された複数の円盤型圧壊破砕刃７は地表面を切削し露出した地山１１に最初に当接し，岩盤を圧壊破砕し，最初の円形の溝を形成する。その後，切削ドラム２の前面に，径が小さくなる方向に取り付けられた円盤型剥離破砕刃又はコニカルビット８が，順次地山１１に露出した階段状の自由面に当接し，その内側部分を剥離破砕する。このように，自由面を多く形成させることにより，掘削力を減少させることができる。そのことにより，切削刃の摩耗寿命を向上させ，かつ切削作業能力の格段の向上を達成する。【選択図】図３
2004197390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
岩盤切削機は自走式で，多数の円盤型破砕刃を装着した円錐形状の切削ドラムを岩盤切削機本体幅方向の横軸まわりに，ダウンカット方向での回転を可能とし，三角形断面の溝を形成することを特徴とする岩盤の溝切削機。
【請求項２】
岩盤切削機の走行車体に，請求項１に記載された切削ドラムを取りつけた昇降フレームを連接し，かつ，この切削ドラムを回転させるための駆動力伝達装置を備えていることを特徴とする岩盤の溝切削機。
【請求項３】
岩盤の溝断面を形成する三角形の２辺とほぼ同一の長さの母線を有する円錐体形状をした切削ドラムの最先端に回転自在に支持された複数の円盤型圧壊破砕刃が地表面を切削露出した地山に最初に当接し，岩盤を圧壊破砕し，最初の半円形の溝を形成し，つづいて径方向および後方向にそれぞれ所定の間隔で設置された多数の円盤型剥離破砕刃が順次地山に露出した半円錐型の階段状の自由面に当接し，その内側部分を順次剥離破砕して溝を形成することを特徴とする岩盤の溝切削機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，複数の回転する円盤型切削刃が円錐体の切削ドラムに回転自在に取り付けられ，切削刃が地山に当接して転動する過程で地山を破砕するようにした自走式の岩盤の溝切削機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】硬質の岩盤を掘削する従来の技術は、穿孔機械で穿孔した後、ダイナマイト等の発破を用いて岩盤を爆破する工法を採用していたが、振動や騒音等の公害が大であり、周辺住民や既設の構造物にまで多大なる影響を及ぼしていた。
【０００３】岩盤を穿孔した穴に膨張材などの静的破砕材を充填して静的に岩盤を破砕する方法や、円錐体または差し矢をボーリング孔に油圧で貫入する割岩工法があるが、いずれも岩盤に引張り亀裂を発生させて破砕する工法であるが、小規模で作業能力が低いという欠点がある。
【０００４】大型の油圧ハンマーやブレーカを用いて破砕する工法は、効率が小さく、かつ騒音等の公害を発生せしめている。また、自走式切削機として、パワーカッタ、トレンチャ、リッパードーザやインパクトリッパ等があるが、いずれも作業効率が小さく、振動・騒音等の抑制が困難である。さらに、硬質岩盤に対しては、切削不能となるばかりでなく、カッタやリッパーポイントの摩耗が著しく増大する。
【０００５】近年、岩盤で構成された地表面を幅広く，かつ浅い溝を切削する岩盤表面切削機がすでに開発されている。この技術では，岩盤切削機の本体幅方向の横軸まわりにアップカット方式で回転する円筒型切削ドラムを内蔵し，切削ドラムの円筒面には先端が円錐形をした多数のポイントアタックビットを配置し、岩盤切削機の走行とともに切削ドラムを回転させて岩盤表面を切削するものである。
【０００６】この工法では、岩盤切削機の自重を利用して、切削ドラムに荷重を負荷して岩盤を切削するために、ドラム幅一杯に切削することはできるが、深い掘削を行うには限界があり、作業能力が小さい。また、とくに、硬質岩盤では、ポイントアタックビットの摩耗や折損が激しく、コストアップに繋がっている。
【０００７】岩盤掘削用に使用されているトンネルボーリングマシンでは、切り羽を掘削する円形面盤上に多数の皿状の円盤型圧壊破砕刃が回転自在に取り付けられており、円形面盤を地山に当接回転させることにより、円盤型圧壊破砕刃が大きな推進力を受けて岩盤切り羽面を円形軌道に沿って筋状に圧壊し、隣接する円盤型圧壊破砕刃の円形軌道上に形成された圧壊溝との間に隣接破砕を引き起こさせる圧壊破砕工法がある。この工法では、大きな推進力を必要とし、かつ、作業能力が小さいばかりでなく、円盤型圧壊破砕刃の摩耗寿命が短いという欠点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の従来技術によれば、発破工法による騒音や振動による公害を減少するために、機械化切削工法に切り替える必要がある。そのために、開発されてきた静的破砕材や油圧による割岩工法、油圧ハンマーやブレーカは、作業能力が著しく低いという課題をのこしている。また、作業性能の向上を目指して開発された自走式のパワーカッタ、トレンチャ、リッパードーザやインパクトクラッシャーなども作業効率が低く、硬質の岩盤に対しては切削不能となるばかりでなく、カッタ刃先やリッパーチップの摩耗による損傷が極端に増加するという課題を解決していく必要がある。さらに、リッパーチップ等を使用した場合には、所定の溝断面周辺の岩盤まで余分に破砕してしまうという問題がある。
【０００９】多数のポイントアタックビットを配置した円筒型切削ドラムを内蔵した岩盤表面切削機では、硬質岩盤に対しては、ポイントアタックビットの衝撃摩耗や折損による損傷が著しいこと、及び岩盤表面切削機の自重によって岩盤表面に押し付けているビットが岩盤に食い込まなくなって切削不能となり所定の切削深さを保持できなくなると言う課題が残されている。
【００１０】トンネルボーリングマシンで使用されている、トンネル切り羽面を圧壊破砕する円盤型圧壊破砕刃には、大きな推進力を必要とするばかりでなく、そのために円盤型圧壊破砕刃の摩耗寿命が短く、また、単位仕事量当たりの掘削土量である作業能力が比較的小さいという欠陥がある。
【００１１】本発明は、上記各項を勘案し、作業能力を一段と向上させるために自走式とし、回転円錐体の切削ドラムに円盤型圧壊破砕刃だけでなく、硬質の岩盤をより効率的に破砕するための円盤型剥離破砕刃を多数配置し、その結果、推進力の軽減、摩耗劣化の防止、単位仕事当たりの掘削土量を増加させることにより、作業効率を向上させる好適な岩盤の溝切削機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】上記課題の解決、及び発明の目的を達成するために、自走式の岩盤の溝切削機を開発する。これは、円盤型圧壊破砕刃だけでなく多数の円盤型剥離破砕刃を装着した円錐形状の切削ドラムを岩盤切削機本体幅方向の横軸まわりに、ダウンカット方向での回転を可能とし、三角形断面の溝を形成することを特徴としている（請求項１）。
【００１３】岩盤の強度は、岩石の圧縮強度、せん断強度及び引張り強度の大きさ、及び岩盤の亀裂程度を表現する亀裂係数によっても表現することができる。岩石の引張り強度は、一般に、圧縮強度の十数分の一程度であり、本発明では、岩盤に多くの亀裂を発生せしめ、自由面を多くして、岩石の引張り破壊を誘発する岩盤の剥離破砕を主たる手段としている。すなわち、多くの亀裂を発生させることは、岩盤や岩石の連続性を遮断して、多くの自由面を形成し、より小さな力での剥離破壊を容易にせしめるのである。
【００１４】本発明は、上記現象に着目してなされたものであり、岩盤切削機の走行車体に円錐体型切削ドラムを取り付けた昇降フレームを連接し、駆動力伝達装置によって回転する切削ドラム（請求項２）に配置した円盤型剥離破砕刃の進行と回転運動によって地山に３次元の階段状の自由面を形成するという特徴的、かつ好適な手段である。
【００１５】すなわち、岩盤の溝断面を形成する三角形の２辺とほぼ同一の長さの母線を有する円錐体形状をした切削ドラムの最先端に、回転自在に支持された複数の円盤型圧壊破砕刃が地表面を切削露出した地山に最初に当接し，岩盤を圧壊破砕し，最初の半円形の溝を形成し，つづいて径方向および後方向にそれぞれ所定の間隔で設置された多数の円盤型剥離破砕刃が順次地山に露出した半円錐型の階段状の自由面に当接し，その内側部分を順次剥離破砕して溝を形成することを特徴とする（請求項３）。
【００１６】その結果、円盤型圧壊及び剥離破砕刃に作用する切削力の減少にともなって地山の余分な損傷を発生させることなく、また、ポイントアタックビット等に作用する衝撃力による衝撃摩耗を引き起こさず、円盤型破砕刃の摩耗劣化を極力低下せしめ、さらに、切削ドラムの回転に必要な回転トルクも減少するために、単位仕事当たりの切削土量である作業能力が一段と向上するだけでなく、岩盤切削機本体が発生する騒音・振動を許容値以内に抑えることができる好適な手段である。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。図１は、切削手段である円錐体型切削ドラム２を備えた岩盤の溝切削機１の平面図を示している。図２に示すように、自走式である岩盤の溝切削機１の側面図において、前後左右に配置したクローラ式走行装置３を備えた前後の走行機体５，６の間に円錐型切削ドラム２を配置している。
【００１８】図３の立面図に示すように、円錐体切削ドラム２は、その回転軸が常に水平方向を保持するために、前後の走行機体５，６にわたって機体フレーム４が自由にローリングできるように設置してある。この機体フレーム４に、交換可能な円盤型圧壊破砕刃７と多数の円盤型剥離破砕刃８を螺旋状に配置した円錐体型切削ドラム２を装備し、岩盤の溝切削機１の幅方向で横軸まわりを回転できるようドラム駆動装置９を連接している。
【００１９】円錐体型切削ドラム２を、図２に示す矢印方向にダウンカット方式に回転させるとともに、前後の走行機体５，６を前進駆動させることによって、岩盤の地表面１０及び地山１１を円盤型圧壊破砕刃７及び円盤型剥離破砕刃８によって切削する。
【００２０】円錐体切削ドラム２の実例として、２つの円錐体からなる切削ドラムＡと単一の円錐体からなる切削ドラムＢについて説明する。図４、図５は、切削ドラムＡの平面図及び側面図を示したものである。円錐体型切削ドラムＡの進行方向の最外周に位置する２つの頭部掘削盤１２に、切削ドラムの回転軸Ｘ−Ｘに平行な回転軸の回りに複数の円盤型圧壊破砕刃７が回転自在に配置され、当接する地山１１の岩盤を圧壊する。切削ドラムを構築する円錐体の外表面の各母線に沿って、所定の間隔で複数の円盤型剥離破砕刃８が回転自在に配置され、当接する地山１１の岩盤を剥離破壊し、階段状の切り羽を形成する。
【００２１】図６、図７は、切削ドラムＢの平面図及び側面図を示したものである。円錐体型切削ドラムＢの進行方向の最外周に位置する頭部掘削盤１２に、切削ドラムの回転軸Ｘ−Ｘに平行な回転軸の回りに複数の円盤型圧壊破砕刃７が回転自在に配置され、当接する地山１１の岩盤を圧壊する。切削ドラムを構築する円錐体の外表面の各母線に沿って、所定の間隔で複数の円盤型剥離破砕刃８が回転自在に配置され、当接する地山１１の岩盤を剥離破壊し、階段状の切り羽を形成する。
【００２２】円錐体型切削ドラムの回転方向は、切削ドラムの進行方向前面に破砕礫が堆積して走行抵抗を大きくすることを防止するため、ダウンカット方向とし、破砕礫の搬出はウインドローとした。そのために、クローラ式走行装置３の後部履帯間隔は、切削された溝及び破砕礫を踏破しないように、前部履帯間隔より大きくしている。
【００２３】以下、本実施例の動作について説明する。岩盤の溝切削機１には、円錐体型切削ドラム２を進行前方に推進させるためのクローラ式走行装置３、及びダウンカット方向に回転させるためのドラム駆動装置９が配設されている。これらの駆動力により、岩盤の溝切削機１が推進するとともに、頭部掘削盤１２が回転する。頭部掘削盤１２に配設された複数の円盤型圧壊破砕刃７は、図８、図９に示すように、露出した地山１１に最初に当接する。その後、ある横すくい角βを与えられて転動する２個の両側を支持された回転切削刃１３が、岩盤表面を強い押圧力で押圧して発生する線状の圧壊破砕と隣接する軌道間の岩盤の引張り破壊を誘導する。
【００２４】この円盤型圧壊破砕刃７は、十分な耐圧性能を確保するために、他の円盤型剥離破砕刃８の直径よりも大きくし、ベアリングの負荷容量を大きくしている。また、前述したように、強い押圧力が作用するので、直径を大きくとることにより、刃先の耐摩耗性が確保される。
【００２５】頭部掘削盤１２の回転にともなって、円盤型圧壊破砕刃７によって地山１１に先導溝が形成される。この先導溝がある深さまで形成されると、円盤型圧壊破砕刃７の推進につれて、円錐体型切削ドラムの外表面の各母線に沿って螺旋状に配設されている円盤型剥離破砕刃８の中、最も円盤型圧壊破砕刃７に近い円盤型剥離破砕刃８が地山１１に当接する。その後、円錐体型切削ドラム２の推進にともなって、地山１１に自由面の卓越した階段状の溝が形成され、円盤型剥離破砕刃８がつぎつぎと地山１１に当接する。
【００２６】図１０に示すように、個々の円盤型剥離破砕刃８が地山１１に当接する位置、すなわち切り込み幅aは、地山１１の岩盤の種類によって、先行する溝の端部から十数mm〜数十mmとなるように設定されている。片側を先鋭に形成された円盤型剥離破砕刃８の刃先が岩盤表面に切り込んだとき、刃先の貫入力は、円盤型剥離破砕刃８の地山１１に当接する位置より先行する溝の端部までの切り込み幅aに相当する岩盤を、先行する溝の内側に引き剥がす引張り力として作用する。
【００２７】このように、岩盤の剥離破砕に必要な押圧力は岩石の引張り強度に依存するので、前述したように、岩石の圧縮強度に依存する岩盤の圧壊破砕に要する押圧力の十数分の一程度である。従って、刃先の耐摩耗性は向上し、また円盤型剥離破砕刃８のベアリングの負荷容量は小さくすることができ、直径も小さくすることができるので、数多くの円盤型剥離破砕刃８を取り付けに対する空間的制約の多い狭隘な円錐体切削ドラム２の表面に配設することができる。
【００２８】円盤型剥離破砕刃８は、図１０に示すように、外片側支持とし、また、刃先の貫入力を減少させるために、刃面と進行方向となす角度、すなわち逃げ角φを設定している。頭部掘削盤１２から後方への距離がそれぞれ所定の間隔で配設された円盤型剥離破砕刃８の刃先が、つぎつぎと地山１１の岩盤の切り羽に当接し、先行する溝の内側に岩盤を剥離破壊することにより、地山１１を階段状の半円錐体を形成するように開削し、続いて三角形断面の溝を構築する。
【００２９】地山１１の切り込み幅aと切り込み深さbの比率a／bは、岩盤の種類によってことなり、軟質な岩盤では１程度、硬質な岩盤では１以下にとることができる。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、岩盤の剥離破砕に必要な押圧力が、岩石の引張り強度に依存し、岩石の圧縮強度に依存する岩盤の圧壊破砕に要する押圧力の十数分の一程度であることに着目してなされたものである。これに基づいて、請求項１及び２に記載の発明では、自走式である岩盤の溝切削機に、円盤型圧壊破砕刃と多数の円盤型剥離破砕刃を配設した円錐体型切削ドラムを内蔵し、駆動力伝達装置によってダウンカット方式で回転させるものであり、主として、岩盤の剥離破砕に重点をおいており、単位仕事当たりの掘削土量である作業能力を増加させることが可能である。さらに、破砕刃の耐摩耗性能を一段と向上させている。
【００３１】請求項３に記載の発明では、円錐体型切削ドラムの頭部掘削盤に配設された円盤型圧壊破砕刃が露出した岩盤の切り羽に当接し、線状の圧壊破砕と隣接する破砕刃の軌道間に岩盤の剥離破砕を誘導させ、先導溝を形成させる。それに後続する、径方向及び後方向にそれぞれ所定の間隔を有して配設された円盤型剥離破砕刃が、つぎつぎと地山に当接して、先行する溝の内側に岩盤を剥離破砕させるもので、自由面の卓越した階段状の半円錐体を形成するように開削し、続いて三角形断面の溝を構築することができる岩盤の溝切削機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】岩盤の溝切削機の概略平面図である。
【図２】岩盤の溝切削機の概略側面図である。
【図３】岩盤の溝切削機の概略立面図である。
【図４】円錐体型切削ドラムＡの平面図である。
【図５】円錐体型切削ドラムＡの側面図である。
【図６】円錐体型切削ドラムＢの平面図である。
【図７】円錐体型切削ドラムＢの側面図である。
【図８】両側支持の円盤型圧壊破砕刃の平面図である。
【図９】両側支持の円盤型圧壊破砕刃の立面図及び岩盤切削状況を示したものである。
【図１０】片側支持の円盤型剥離破砕刃の側面図及び岩盤切削状況を示したものである。
【符号の説明】
１  岩盤の溝切削機
２  円錐体切削ドラム
３  クローラ式走行装置
４  機体フレーム
５  前部の走行機体
６  後部の走行機体
７  円盤型圧壊破砕刃
８  円盤型剥離破砕刃
９  ドラム駆動装置
１０岩盤の地表面
１１地山
１２頭部掘削盤
１３回転切削刃
a切り込み幅
b切り込み深さ
【図１】
2004197390.tif 000003
【図２】
2004197390.tif 000004
【図３】
2004197390.tif 000005
【図４】
2004197390.tif 000006
【図５】
2004197390.tif 000007
【図６】
2004197390.tif 000008
【図７】
2004197390.tif 000009
【図８】
2004197390.tif 000010
【図９】
2004197390.tif 000011
【図１０】
2004197390.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成16年1月27日(2004.1.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】岩盤の溝断面を形成する三角形の２辺とほぼ同一の長さの母線を有する円錐体形状をした切削ドラムの最先端の外周部に配設された複数のコニカルビット又は回転自在に支持された複数の円盤型圧壊破砕刃が地表面を切削して露出した地山に最初に当接し，岩盤を破砕し，最初の半円形の溝を形成し，つづいて径方向および後方向にそれぞれ所定の間隔で設置された多数の円盤型剥離破砕刃又はコニカルビットが順次地山に露出した半円錐型の階段状の自由面に当接し，その内側部分を順次剥離破砕して溝を形成することを特徴とする岩盤の溝切削機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，複数の回転する円盤型切削刃が円錐体の切削ドラムに回転自在に取り付けられ，切削刃が地山に当接して転動する過程で地山を破砕するようにした自走式の岩盤の溝切削機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】硬質の岩盤を掘削する従来の技術は、穿孔機械で穿孔した後、ダイナマイト等の発破を用いて岩盤を爆破する工法を採用していたが、振動や騒音等の公害が大であり、周辺住民や既設の構造物にまで多大なる影響を及ぼしていた。
【０００３】岩盤を穿孔した穴に膨張材などの静的破砕材を充填して静的に岩盤を破砕する方法や、円錐体または差し矢をボーリング孔に油圧で貫入する割岩工法があるが、いずれも岩盤に引張り亀裂を発生させて破砕する工法であるが、小規模で作業能力が低いという欠点がある。
【０００３】大型の油圧ハンマーやブレーカを用いて破砕する工法は、効率が小さく、かつ騒音等の公害を発生せしめている。また、自走式切削機として、パワーカッタ、トレンチャ、リッパードーザやインパクトリッパ等があるが、いずれも作業効率が小さく、振動・騒音等の抑制が困難である。さらに、硬質岩盤に対しては、切削不能となるばかりでなく、カッタやリッパーポイントの摩耗が著しく増大する。
【０００４】近年、岩盤で構成された地表面を幅広く，かつ浅い溝を切削する岩盤表面切削機がすでに開発されている。この技術では，岩盤切削機の本体幅方向の横軸まわりにアップカット方式で回転する円筒型切削ドラムを内蔵し，切削ドラムの円筒面には先端が円錐形をした多数のポイントアタックビットを配置し、岩盤切削機の走行とともに切削ドラムを回転させて岩盤表面を切削するものである。
【０００５】この工法では、岩盤切削機の自重を利用して、切削ドラムに荷重を負荷して岩盤を切削するために、ドラム幅一杯に切削することはできるが、深い掘削を行うには限界があり、作業能力が小さい。また、とくに、硬質岩盤では、ポイントアタックビットの摩耗や折損が激しく、コストアップに繋がっている。
【０００６】岩盤掘削用に使用されているトンネルボーリングマシンでは、切り羽を掘削する円形面盤上に多数の皿状の円盤型圧壊破砕刃が回転自在に取り付けられており、円形面盤を地山に当接回転させることにより、円盤型圧壊破砕刃が大きな推進力を受けて岩盤切り羽面を円形軌道に沿って筋状に圧壊し、隣接する円盤型圧壊破砕刃の円形軌道上に形成された圧壊溝との間に隣接破砕を引き起こさせる圧壊破砕工法がある。この工法では、大きな推進力を必要とし、かつ、作業能力が小さいばかりでなく、円盤型圧壊破砕刃の摩耗寿命が短いという欠点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の従来技術によれば、発破工法による騒音や振動による公害を減少するために、機械化切削工法に切り替える必要がある。そのために、開発されてきた静的破砕材や油圧による割岩工法、油圧ハンマーやブレーカは、作業能力が著しく低いという課題をのこしている。また、作業性能の向上を目指して開発された自走式のパワーカッタ、トレンチャ、リッパードーザやインパクトクラッシャーなども作業効率が低く、硬質の岩盤に対しては切削不能となるばかりでなく、カッタ刃先やリッパーチップの摩耗による損傷が極端に増加するという課題を解決していく必要がある。さらに、リッパーチップ等を使用した場合には、所定の溝断面周辺の岩盤まで余分に破砕してしまうという問題がある。
【０００８】多数のポイントアタックビットを配置した円筒型切削ドラムを内蔵した岩盤表面切削機では、硬質岩盤に対しては、ポイントアタックビットの衝撃摩耗や折損による損傷が著しいこと、及び岩盤表面切削機の自重によって岩盤表面に押し付けているビットが岩盤に食い込まなくなって切削不能となり所定の切削深さを保持できなくなると言う課題が残されている。
【０００９】トンネルボーリングマシンで使用されている、トンネル切り羽面を圧壊破砕する円盤型圧壊破砕刃には、大きな推進力を必要とするばかりでなく、そのために円盤型圧壊破砕刃の摩耗寿命が短く、また、単位仕事量当たりの掘削土量である作業能力が比較的小さいという欠陥がある。
【００１０】本発明は、上記各項を勘案し、作業能力を一段と向上させるために自走式とし、回転円錐体の切削ドラムにコニカルビット又は円盤型圧壊破砕刃（以下、コニカルビット等という）だけでなく、硬質の岩盤をより効率的に破砕するための円盤型剥離破砕刃又はコニカルビット（以下、円盤型剥離破砕刃等という）を多数配置し、その結果、推進力の軽減、摩耗劣化の防止、および単位仕事当たりの掘削土量を増加させることにより、作業効率を向上させる好適な岩盤の溝切削機を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題の解決、及び発明の目的を達成するために、自走式の岩盤の溝切削機を開発する。これは、コニカルビット等だけでなく多数の円盤型剥離破砕刃等を装着した円錐形状の切削ドラムを岩盤切削機本体幅方向の横軸まわりに、アッパーカット方向での回転を可能とし、三角形断面の溝を形成することを特徴としている。【００１２】岩盤の強度は、岩石の圧縮強度、せん断強度及び引張り強度の大きさ、及び岩盤の亀裂程度を表現する亀裂係数によっても表現することができる。岩石の引張り強度は、一般に、圧縮強度の十数分の一程度であり、本発明では、岩盤に多くの亀裂を発生せしめ、自由面を多くして、岩石の引張り破壊を誘発する岩盤の剥離破砕を主たる手段としている。すなわち、多くの亀裂を発生させることは、岩盤や岩石の連続性を遮断して、多くの自由面を形成し、より小さな力での剥離破壊を容易にせしめるのである。
【００１３】本発明は、上記現象に着目してなされたものであり、岩盤切削機の走行車体に円錐体型切削ドラムを取り付けた昇降フレームを連接し、駆動力伝達装置によって回転する切削ドラムに配置した円盤型剥離破砕刃等の進行と回転運動によって地山に３次元の階段状の自由面を形成するという特徴的、かつ好適な手段である。
【００１４】すなわち、岩盤の溝断面を形成する三角形の２辺とほぼ同一の長さの母線を有する円錐体形状をした切削ドラムの最先端の外周部に配設された複数のコニカルビット等が地表面を切削して露出した地山に最初に当接し，岩盤を破砕し，最初の半円形の溝を形成し，つづいて径方向および後方向にそれぞれ所定の間隔で設置された多数の円盤型剥離破砕刃等が順次地山に露出した半円錐型の階段状の自由面に当接し，その内側部分を順次剥離破砕して溝を形成することを特徴とする（請求項１）。
【００１５】その結果、剥離破砕刃に作用する切削力の減少にともなって地山の余分な損傷を発生させることなく、また、円盤型破砕刃の摩耗劣化を極力低下せしめ、さらに、切削ドラムの回転に必要な回転トルクも減少するために、単位仕事当たりの切削土量である作業能力が一段と向上するだけでなく、岩盤切削機本体が発生する騒音・振動を許容値以内に抑えることができる好適な手段である。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。図１は、切削手段である円錐体型切削ドラム２を備えた岩盤の溝切削機１の平面図を示している。図２に示すように、自走式である岩盤の溝切削機１の側面図において、前後左右に配置したクローラ式走行装置３を備えた前後の走行機体５，６の間に円錐型切削ドラム２を配置している。
【００１７】図３の立面図に示すように、円錐体切削ドラム２は、その回転軸が常に水平方向を保持するために、前後の走行機体５，６にわたって機体フレーム４が自由にローリングできるように設置してある。この機体フレーム４に、交換可能なコニカルビット等７と多数の円盤型剥離破砕刃等８を螺旋状に配置した円錐体型切削ドラム２を装備し、岩盤の溝切削機１の幅方向で横軸まわりを回転できるようドラム駆動装置９を連接している。【００１８】円錐体型切削ドラム２を、図２に示す矢印方向にアッパーカット方式に回転させるとともに、前後の走行機体５，６を前進駆動させることによって、岩盤の地表面１０及び地山１１をコニカルビット等７及び円盤型剥離破砕刃等８によって切削する。
【００１９】円錐体切削ドラム２の実例として、２つの円錐体からなる切削ドラムＡと単一の円錐体からなる切削ドラムＢについて説明する。図４、図５は、切削ドラムＡの平面図及び側面図を示したものである。円錐体型切削ドラムＡの最外周に位置する２つの頭部掘削盤１２に、複数のコニカルビット等７が配置され、当接する地山１１の岩盤を切削する。また、切削ドラムを構築する円錐体の外表面の各母線に沿って、所定の間隔で複数の円盤型剥離破砕刃等８が回転自在に配置され、当接する地山１１の岩盤を剥離破壊し、階段状の切り羽を形成する。
【００２０】図６、図７は、切削ドラムＢの平面図及び側面図を示したものである。円錐体型切削ドラムＢの最外周に位置する頭部掘削盤１２に、複数のコニカルビット等７が配置され、当接する地山１１の岩盤を切削する。また、切削ドラムを構築する円錐体の外表面の各母線に沿って、所定の間隔で複数の円盤型剥離破砕刃等８が回転自在に配置され、当接する地山１１の岩盤を剥離破壊し、階段状の切り羽を形成する。
【００２２】以下、本実施例の動作について説明する。岩盤の溝切削機１には、円錐体型切削ドラム２を進行前方に推進させるためのクローラ式走行装置３、及びアッパーカット方向に回転させるためのドラム駆動装置９が配設されている。これらの駆動力により、岩盤の溝切削機１が推進するとともに、頭部掘削盤１２が回転する。頭部掘削盤１２に配設された複数のコニカルビット等７は、図８に示すように、露出した地山１１に最初に当接する。
【００２３】頭部掘削盤１２の回転にともなって、コニカルビット等７によって地山１１に先導溝が形成される。この先導溝がある深さまで形成されると、コニカルビット等７の推進につれて、円錐体型切削ドラムの外表面の各母線に沿って螺旋状に配設されている円盤型剥離破砕刃等８の中、最もコニカルビット等７に近い円盤型剥離破砕刃等８が地山１１に当接する。その後、円錐体型切削ドラム２の推進にともなって、地山１１に自由面の卓越した階段状の溝が形成され、円盤型剥離破砕刃等８がつぎつぎと地山１１に当接する。
【００２４】図９に示すように、個々の円盤型剥離破砕刃等８が地山１１に当接する位置、すなわち切り込み幅aは、地山１１の岩盤の種類によって、先行する溝の端部から十数mm〜数十mmとなるように設定されている。片側を先鋭に形成された円盤型剥離破砕刃等８の刃先が岩盤表面に切り込んだとき、刃先の貫入力は、円盤型剥離破砕刃等８の地山１１に当接する位置より先行する溝の端部までの切り込み幅aに相当する岩盤を、先行する溝
の内側に引き剥がす引張り力として作用する。
【００２５】このように、岩盤の剥離破砕に必要な押圧力は岩石の引張り強度に依存するので、前述したように、岩石の圧縮強度に依存する岩盤の圧壊破砕に要する押圧力の十数分の一程度である。従って、刃先の耐摩耗性は向上し、また円盤型剥離破砕刃等８のベアリングの負荷容量は小さくすることができ、直径も小さくすることができるので、数多くの円盤型剥離破砕刃等８をその取り付けに対する空間的制約の多い狭隘な円錐体切削ドラム２の表面に配設することができる。
【００２６】円盤型剥離破砕刃等８は、図９に示すように、外片側支持とし、また、刃先の貫入力を減少させるために、刃面と進行方向となす角度、すなわち逃げ角φを設定している。頭部掘削盤１２から後方への距離がそれぞれ所定の間隔で配設された円盤型剥離破砕刃等８の刃先が、つぎつぎと地山１１の岩盤の切り羽に当接し、先行する溝の内側に岩盤を剥離破壊することにより、地山１１を階段状の半円錐体を形成するように開削し、続いて三角形断面の溝を構築する。
【００２７】地山１１の切り込み幅aと切り込み深さbの比率a／bは、岩盤の種類によってことなり、軟質な岩盤では１程度、硬質な岩盤では１以下にとることができる。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、岩盤の剥離破砕に必要な押圧力が、岩石の引張り強度に依存し、岩石の圧縮強度に依存する岩盤の圧壊破砕に要する押圧力の十数分の一程度であることに着目してなされたものである。すなわち、岩盤の剥離破砕に重点をおいており、単位仕事当たりの掘削土量である作業能力を増加させ、さらに、破砕刃の耐摩耗性能を一段と向上させることができる。
【００２９】請求項１に記載の発明では、円錐体型切削ドラムの頭部掘削盤に配設されたコニカルビット等が露出した岩盤の切り羽に当接し、先導溝を形成させる。それに後続する、径方向及び後方向にそれぞれ所定の間隔を有して配設された円盤型剥離破砕刃等が、つぎつぎと地山に当接して、先行する溝の内側に岩盤を剥離破砕させるもので、自由面の卓越した階段状の半円錐体を形成するように開削し、続いて三角形断面の溝を構築することができる岩盤の溝切削機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】岩盤の溝切削機の概略平面図である。
【図２】岩盤の溝切削機の概略側面図である。
【図３】岩盤の溝切削機の概略立面図である。
【図４】円錐体型切削ドラムＡの平面図である。
【図５】円錐体型切削ドラムＡの側面図である。
【図６】円錐体型切削ドラムＢの平面図である。
【図７】円錐体型切削ドラムＢの側面図である。
【図８】コニカルビットの側面図である。
【図９】片側支持の円盤型剥離破砕刃の側面図及び岩盤切削状況を示したものである。
【符号の説明】
１  岩盤の溝切削機
２  円錐体切削ドラム
３  クローラ式走行装置
４  機体フレーム
５  前部の走行機体
６  後部の走行機体
７  コニカルビット等
８  円盤型剥離破砕刃等
９  ドラム駆動装置
１０岩盤の地表面
１１地山
１２頭部掘削盤
a  切り込み幅
b  切り込み深さ


【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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