(57)【要約】【課題】掘削地に作用する大荷重を確実に支持して耐久性を高めるとともに、摺動部にかじり、焼き付きが生じるのを防止する。【解決手段】中心部に貫通孔３が設けられるカッター本体２と、貫通孔３内に外周側が圧入される環状の軸受１０、１３と、軸受１０、１３の内周側に相対的に回転自在に挿着される軸部材１６とを備える。軸受１０、１３の内周面１１、１４、及びそれに対応する軸部材１６の外周面１８、２３を、それぞれの硬度がＨｒｃ５５以上となるように、それらの硬度差がＨｒｃ１０以内となるように構成する。軸部材１６の外周面１８、２３の軸受１０、１３の内周面に面する部分には潤滑油貯留室２９が設けられ、この潤滑油貯留室２９には軸部材１６の中心部に設けられている潤滑油通路２７が連通する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心部に貫通孔が設けられるカッター本体と、前記貫通孔内に外周側が圧入される環状の軸受と、該軸受の内周側に相対的に回転自在に挿着される軸部材とを備えたローラーカッターであって、前記軸受の摺動面及び前記軸部材の摺動面を、硬度がＨｒｃ５５以上、硬度差がＨｒｃ１０以内となるように構成したことを特徴とするローラーカッター。
【請求項２】
請求項１に記載のローラーカッターであって、前記軸受を、超硬合金、セラミックス、サーメット、又は鋼で形成したことを特徴とするローラーカッター。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のローラーカッターであって、前記軸受の内周面又は前記軸部材の外周面の少なくとも何れか一方に、Ｎｉ系合金層又はＣｏ系合金層を形成したことを特徴とするローラーカッター。
【請求項４】
請求項１から３の何れかに記載のローラーカッターであって、前記軸受の内周面と前記軸部材の外周面との間に潤滑油貯留室を設けるとともに、該潤滑油貯留室に連通する潤滑油通路を前記軸部材に設けたことを特徴とするローラーカッター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド掘削機や推進機等の先端部に装着されて、地山等の掘削に用いられるローラーカッターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のローラーカッターとして、図２に示すように、環状のカッター本体３４と、カッター本体３４の外周面に植設される超硬合金等の硬質材料からなるチップ３５と、カッター本体３４の中心部に挿着される軸部材３６と、カッター本３４体と軸部材３６との間に介装されて、カッター本体３４を回転自在に支持する軸受３７とを備えたローラーカッター３３が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、図３に示すように、他のローラーカッターとして、外周面に複数のリング状の刃４３を有するカッター本体４２と、カッター本体４２の中心部に装着される軸部材４５とを備え、軸部材４５によってカッター本体４２に生じるスラスト荷重及びラジアル荷重を直接に支持するように構成したローラーカッター４１が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
上記のような構成のローラーカッター３３、４１にあっては、掘削機を駆動させて地山に押し付け反力によってカッター本体３４、４２を回転させることにより、カッター本体３４、４２の外周面のチップ３５又は刃４３によって地山等の掘削を行うことができるものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１４１２６０号公報（第３ー４頁、図１）
【特許文献２】
特開２００２−１６８０９０号公報（段落番号１０−１３、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のローラーカッター３３、４１のうち、特許文献１に記載されているローラーカッター３３は、掘削時に大荷重を支持するために軸受に大荷重に耐えられる大型のものを使用しなければならない。このため、カッター本体３４の厚みが薄くなり、強度が低下してしまう。この場合、小型の軸受３７を使用してカッター本体３４の厚みを厚くすることも考えられるが、その場合には軸受３７が大荷重を支持しきれなくなるため、耐久性が著しく低下してしまう。
【０００７】
一方、特許文献２に記載されているローラーカッター４１は、軸部材４５によってカッター本体４２に作用するラジアル荷重及びスラスト荷重を直接に支持しているため、特許文献１に記載されているもののように、カッター本体４２の厚みが薄くなって強度が不足したり、大荷重を支持しきれない等の問題が生じるようなことはない。しかし、構造上、カッター本体４２と軸部材４５との間に潤滑油を充分に供給することができないため、カッター本体４２と軸部材４５との間にかじり、焼き付き等が生じてしまう虞がある。
【０００８】
本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなさされたものであって、全体を大型化することなく、掘削時に生じる大荷重を確実に支持することができて、耐久性を高めることができるとともに、潤滑油を充分に供給することができて、潤滑不良によるかじり、焼き付き等が生じるのを完全に防止することができるローラーカッターを提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような課題を解決するために、以下のような手段を採用している。すなわち、請求項１に係る発明は、中心部に貫通孔が設けられるカッター本体と、前記貫通孔内に外周側が圧入される環状の軸受と、該軸受の内周側に相対的に回転自在に挿着される軸部材とを備えたローラーカッターであって、前記軸受の摺動面及び前記軸部材の摺動面を、硬度がＨｒｃ５５以上、硬度差がＨｒｃ１０以内となるように構成したことを特徴とする。
この発明によるローラーカッターによれば、軸受の摺動面及び軸部材の摺動面は、硬度がＨｒｃ５５以上、硬度差がＨｒｃ１０以内となるように構成されているので、全体を大型化することなく、掘削時に作用する大荷重を確実に支持することができることになる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のローラーカッターであって、前記軸受を、超硬合金、セラミックス、サーメット、又は鋼で形成したことを特徴とする。
この発明によるローラーカッターによれば、軸受の強度を高めることができるので、掘削時に作用する大荷重を確実に支持することができることになる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載のローラーカッターであって、前記軸受の内周面又は前記軸部材の外周面の少なくとも何れか一方に、Ｎｉ系合金層又はＣｏ系合金層を形成したことを特徴とする。
この発明によるローラーカッターによれば、軸受の内周面又は軸部材の外周面に形成したＮｉ系合金層又はＣｏ系合金層により、軸受と軸部材との間の摺動部にかじり、焼き付き等が生じるのを防止できることになる。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１から３の何れかに記載のローラーカッターであって、前記軸受の内周面と前記軸部材の外周面との間に潤滑油貯留室を設けるとともに、該潤滑油貯留室に連通する潤滑油通路を前記軸部材に設けたことを特徴とする。
この発明によるローラーカッターによれば、軸部材の潤滑油通路を介して軸受と軸部材との間の潤滑油貯留室に潤滑油を供給することにより、軸受と軸部材との間が潤滑され、両者間に潤滑不良によるかじり、焼き付きが生じるのが防止されることになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。
図１には、本発明によるローラーカッターの一実施の形態が示されていて、このローラーカッター１は、カッター本体２と、カッター本体２に圧入される軸受９と、軸受９によって回転自在に支持される軸部材１６とを備えている。
【００１４】
カッター本体２は、略円錐台形状や円筒をなすものであって、外周面には、超硬合金等の硬質材料からなる複数のチップ（図示せず）が焼き嵌めや圧入等の手段によって一体に設けられている。この場合、チップを設ける構成とすることなく、カッター本体２に直接山形形状をなす凹凸の掘削部を形成するようにしてもよい。
カッター本体２の中心部には、軸線方向に貫通する貫通孔３が設けられ、この貫通孔３は、図中左側から右側に向かって、大径部４、大径部４よりも小径の第１中径部５、第１中径部５よりも大径の第２中径部６、第１中径部５よりも小径の第３中径部７、第３中径部７よりも小径の小径部８の５段に形成されている。
【００１５】
軸受９は、超硬合金、セラミックス、サーメット、鋼等から形成される円筒状をなすものであって、カッター本体２の第１中径部５に外周側が圧入される円筒状の第１軸受１０と、第３中径部７に外周側が圧入される円筒状の第２軸受１３とを備えている。
【００１６】
第１軸受１０の内周面１１、軸方向の一方の端面１２、及び第２軸受１３の内周面１４、軸方向の一方の端面１５は、それぞれ硬度がＨｒｃ５５以上となるように、かつ、後述する軸部材１６との硬度差がＨｒｃ１０以内となるように構成されている。この場合、第１軸受１０及び第２軸受１３の全体がそのような条件を満たすように構成しても良い。
【００１７】
第１軸受１０の内周面１１、軸方向の一方の端面１２、及び第２軸受１３の内周面１４、軸方向の一方の端面１５に、図示はしないが、Ｎｉ系合金層又はＣｏ系合金層を所定の厚みで形成しても良い。このような合金層を設けることにより、第１軸受１０及び第２軸受１３と軸部材１６との間にかじり、焼き付き等が生じるのを効果的に防止できる。
【００１８】
軸部材１６は、丸棒状をなすものであって、外周面が複数段に形成されて、中央部に図中左側から第１中径部１７、第１中径部１７よりも大径の大径部１９、及び第１中径部１７と同径の第２中径部２２が設けられ、第１中径部１７の左側に第１中径部１７よりも小径の第１小径部２４が設けられ、第２中径部２２の右側に第１小径部２４と同径の第２小径部２５が設けられている。
【００１９】
軸部材１６の第１中径部１７は、第１軸受１０の内周側に径方向に所定のクリアランスが形成されるように装着され、第２中径部２２は、第２軸受１３の内周側に径方向に所定のクリアランスが形成されるように装着され、大径部１９は、カッター本体２の第２中径部６の内周側に径方向に所定のクリアランスが形成されるように、第１軸受１０の軸方向の一方の端面１２との間、及び第２軸受１３の軸方向の一方の端面１５との間に軸方向に所定のクリアランスが形成されるように装着されている。
【００２０】
軸部材１６の第１中径部１７の外周面１８と第１軸受１０の内周面１１との間のクリアランス、第２中径部２２の外周面２３と第２軸受１３の内周面１４との間のクリアランスは、第１中径部１７及び第２中径部２２の外径をＤとしたときに、（０．５／１０００）×Ｄ〜（１．５／１０００）×Ｄの範囲内に位置するように設定されている。この範囲内にクリアランスを設定することにより、かじり、焼き付きが生じるのを防止できるとともに、がたが生じるのも防止できる。
【００２１】
軸部材１６の第１小径部２４は、カッター本体２の大径部４の内周側に大径部４の内周面との間に所定のクリアランスが形成されるように装着され、このクリアランス内の外周側に第１軸受１０及び第２軸受１３の脱落を防止するための環状の押えリング３０が装着され、この押えリング３０の内周側のクリアランス内に環状の第１シール部材３１が装着され、この第１シール部材３１によって内部に粉塵等が侵入するのを防止するとともに、内部から潤滑油が漏れ出るのを防止している。
【００２２】
軸部材１６の第２小径部２５は、カッター本体２の小径部８の内周側に小径部８の内周面との間に所定のクリアランスが形成されるように装着され、このクリアランス内に第２シール部材３２が装着され、この第２シール部材３２によって内部に粉塵等が侵入するのを防止するとともに、内部から潤滑油が漏れ出るのを防止している。
【００２３】
第１シール部材３１及び第２シール部材３２としては、周知のオイルシール、メカニカルシール等を使用することができ、用途に応じた機能を有するものを選択して使用すれば良い。
【００２４】
軸部材１６の中心部には、図中右端面から軸線に沿って所定の位置まで延びる本通路２７と、本通路２７から軸線と直交する方向に分岐して第１軸受１０に対応する部分及び第２軸受１３に対応する部分に開口する分岐通路２８とから潤滑油通路２６が設けられ、この潤滑油通路２６を介して第１軸受１０の内周面１１及び第２軸受１３の内周面１４にそれぞれ潤滑油が供給されている。この場合、分岐通路２８の一端部には、分岐通路２８よりも大径の潤滑油貯留室２９が設けられ、この潤滑油貯留室２９内に潤滑油が一旦貯留されるようになっている。
【００２５】
軸部材１６の第１中径部１７の外周面１８、第２中径部２２の外周面２３、及び大径部１９の軸方向の両端面２１、２１は、硬度がＨｒｃ５５以上となるように、かつ、前述した第１軸受１０の内周面１１、軸方向の一方の端面１２、及び第２軸受１３の内周面１４、軸方向の一方の端面１５との硬度差がＨｒｃ１０以内となるように構成されている。この場合、第１中径部１７、第２中径部２２、及び大径部１９の全体がそのような条件を満たすように構成しても良い。
【００２６】
軸部材１６の第１中径部１７の外周面１８、第２中径部２２の外周面２３、及び大径部１９の軸方向の両端面２１、２１に、図示はしないが、Ｎｉ系合金層又はＣｏ系合金層を所定の厚みで形成しても良い。このような合金層を設けることにより、軸部材１６と第１軸受１０及び第２軸受１３との間にかじり、焼き付き等が生じるのを効果的に防止できる。
【００２７】
そして、上記のような構成のローラーカッター１を掘削機の先端部に取り付け、掘削機を駆動させることによりローラーカッター１が回転駆動し、ローラーカッター１の外周面のチップによって地山等が掘削されるものである。
【００２８】
上記のように構成したこの実施の形態によるローラーカッター１にあっては、第１軸受１０の内周面１１、第２軸受１３の内周面１４、及び両軸受１０、１３の軸方向の一方の端面１２、１５と、それに対応する軸部材１６の第１中径部１７の外周面１８、第２中径部２２の外周面２３、及び大径部１９の軸方向の両端面２１、２１とを、それぞれの硬度がＨｒｃ５５以上となるように、かつ、第１軸受１０の内周面１１、第２軸受１３の内周面１４、及び両軸受１０、１３の軸方向の一方の端面１２、１５と、それに対応する軸部材１６の第１中径部１７の外周面１８、第２中径部２２の外周面２３、及び大径部１９の軸方向の両端面２１、２１との硬度差がＨｒｃ１０以内となるように構成したので、全体を大型化することなく、掘削時に生じる大荷重を確実に支持することができることになり、耐久性を大幅に高めることができる。
【００２９】
また、第１軸受１０の内周面１１と軸部材１６の第１中径部１７の外周面１８との間、第２軸受１３の内周面１４と軸部材１６の第２中径部２２の外周面２３との間には、それぞれ潤滑油通路２６を介して潤滑油が供給され、しかも、潤滑油通路２６の第１軸受１０及び第２軸受１３と面する部分に、潤滑油を一旦貯留しておく潤滑油貯留室２９が設けられているので、第１軸受１０と軸部材１６の第２中径部１７との間、第２軸受１３と第２中径部２２との間、第１軸受１０の軸方向の一方の端面１２及び第２軸受１３の軸方向の一方の端面１５と大径部１９の軸方向の両端面２１、２１との間に、潤滑不良によってかじり、焼き付き等が生じるようなことはない。
【００３０】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の請求項１に記載のローラーカッターによれば、軸受の摺動面及び軸部材の摺動面を、硬度がＨｒｃ５５以上、硬度差がＨｒｃ１０以内となるように構成したので、全体を大型化することなく、掘削時に生じる大荷重を確実に支持することができることになり、耐久性を大幅に高めることができることになる。
また、請求項２に記載のローラーカッターによれば、軸受を、超硬合金、セラミックス、サーメット、又は鋼で形成したので、軸受の強度を高めることができることになり、掘削時に生じる大荷重を確実に支持することができることになる。
さらに、請求項３に記載のローラーカッターによれば、軸受の内周面又は軸部材の外周面の少なくとも何れか一方に、Ｎｉ系合金層又はＣｏ系合金層を形成したので、軸受の内周面と軸部材の外周面との間にかじりや焼き付き等が生じるのを効果的に防止できる。
さらに、請求項４に記載のローラーカッターによれば、軸受の内周面と軸部材の外周面との間に潤滑油貯留室を設けるとともに、潤滑油貯留室に連通する潤滑油通路を軸部材に設けたので、軸受と軸部材との摺動部に潤滑油を充分に供給することができることになり、軸受と軸部材との間にかじりや焼き付き等が生じるのを効果的に防止できることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるローラーカッターの一実施の形態を示した概略図である。
【図２】従来のローラーカッターの一例を示した概略図である。
【図３】従来のローラーカッターの他の例を示した概略図である。
【符号の説明】
１  ローラーカッター
２  カッター本体
３  貫通孔
９、１０、１３  軸受
１６  軸部材
２６  潤滑油通路
２９  潤滑油貯留室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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