(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削対象物を掘削する刃部と、
先端に前記刃部が固定される本体部と、
前記本体部に取付けられ、前記刃部へ向かって縦波を発生させる振動体と、を備え、
前記振動体は、前記本体部に設けられた凹部内に装填され、
前記本体部は、前記凹部の底部を有し、
前記振動体は、前記底部と接触し、
前記振動体は、前記本体部に固定され、前記本体部、及び前記本体部を介して前記刃部に前記縦波を伝達することを特徴とするカッタビット。
【請求項２】
前記縦波は超音波振動により発生し、
前記縦波の振幅は、前記振動体の前記刃部側の端部で最大となり、
前記振動体の前記刃部側の前記端部と前記本体部とが連結されていることを特徴とする請求項１記載のカッタビット。
【請求項３】
前記振動体は、前記振動体の前記刃部側の端部と前記底部とを固定ネジで固定することによって、前記本体部に固定されていることを特徴とする請求項１又は２記載のカッタビット。
【請求項４】
前記振動体には、フランジが設けられ、
前記振動体は、前記フランジを前記本体部に固定することによって、前記本体部に固定されていることを特徴とする請求項１又は２記載のカッタビット。
【請求項５】
前記縦波は超音波振動により発生し、
前記振動体には、前記縦波の振幅が最小となる位置に前記フランジが設けられ、
前記振動体の前記フランジは前記本体部に固定されていることを特徴とする請求項４記載のカッタビット。
【請求項６】
掘削対象物を掘削する刃部と、
先端に前記刃部が固定される本体部と、
前記本体部に取付けられ、前記刃部へ向かって縦波を発生させる振動体と、
前記振動体と前記本体部とを支持する支持部を更に備え、
前記縦波は超音波振動により発生し、
前記縦波の振幅は、前記振動体の前記刃部側の端部で最大となり、
前記本体部は、前記刃部の反対側へ向かって突出する突出部を有し、
前記振動体の前記刃部側の前記端部と前記本体部の前記突出部とが連結され、
前記振動体と前記突出部とは、前記支持部に設けられた凹部内に装填されていることを特徴とするカッタビット。
【請求項７】
掘削対象物を掘削する刃部と、
先端に前記刃部が固定される本体部と、
前記本体部に取付けられ、前記刃部へ向かって縦波を発生させる振動体と、
前記振動体と前記本体部とを支持する支持部を更に備え、
前記縦波は超音波振動により発生し、
前記本体部は、前記刃部の反対側へ向かって突出する突出部を有し、
前記振動体の前記刃部側の前記端部と前記本体部の前記突出部とが連結され、
前記振動体と前記突出部とは、前記支持部に設けられた凹部内に装填され、
前記突出部は、前記縦波の振幅が最小となる位置で前記支持部に固定されていることを特徴とするカッタビット。
【請求項８】
掘削対象物を掘削する刃部と、
先端に前記刃部が固定される本体部と、
前記本体部に取付けられ、前記刃部へ向かって縦波を発生させる振動体と、
前記振動体と前記本体部とを支持する支持部を更に備え、
前記縦波は超音波振動により発生し、
前記本体部は、前記刃部の反対側へ向かって突出する突出部を有し、
前記振動体の前記刃部側の前記端部と前記本体部の前記突出部とが連結され、
前記振動体と前記突出部とは、前記支持部の前記刃部側の面に設けられた凹部内に装填され、
前記突出部の付根部と前記支持部の前記刃部側の面との間には、防振部材が配置されていることを特徴とするカッタビット。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか一項に記載のカッタビットによる掘削方法であって、
前記カッタビットは、厚さ方向で互いに対向する幅広の面と、幅方向で互いに対向する幅狭の面とが、前記先端側に形成され、
前記掘削対象物に前記刃部を接触させ、前記カッタビットを前記厚さ方向に移動させて前記掘削対象物を掘削することを特徴とする掘削方法。
【請求項１０】
請求項１〜８の何れか一項に記載のカッタビットによる掘削方法であって、
前記カッタビットは、厚さ方向で互いに対向する幅広の面と、幅方向で互いに対向する幅狭の面とが、前記先端側に形成され、
前記掘削対象物に前記刃部を接触させ、前記カッタビットを前記幅方向に移動させて前記掘削対象物を掘削することを特徴とする掘削方法。
【請求項１１】
前記掘削対象物に対して、前記縦波の振動方向へ前記カッタビットを押し付けることを特徴とする請求項９又は１０記載の掘削方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土砂などの掘削対象物を掘削するカッタビット及び掘削方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような分野の技術として、特開２００１−９８８９０号公報がある。この公報に記載されたカッタビットは、カッタスポークに固定される柱部材と、柱部材の先端の左右両側にピンを介して回動可能に連結されると共に、先端に硬質チップが設けられた堀削体とから構成されている。このカッタビットでは、前側の掘削体で土砂を掘削しているときは、後側の掘削体を後方へ回動させて逃がすことによって、後側の掘削体と土砂との間に発生する掘削抵抗を低減している。
【特許文献１】特開２００１−９８８９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ここで、掘削体を回動可能とした上記カッタビットにあっては、後側の掘削体の掘削抵抗は低減できるものの、前側の掘削体は常時土砂と接触し、大きな掘削抵抗が生じているため、硬質チップの摩耗が早く、掘削効率低下を招来していた。
【０００４】
本発明は、掘削抵抗を低減し、硬質チップである刃部の摩耗を低減すると共に掘削効率を向上させることのできるカッタビット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】
【０００５】
本発明に係るカッタビットは、掘削対象物を掘削する刃部と、先端に刃部が固定される本体部と、本体部に取付けられ、刃部へ向かって縦波を発生させる振動体と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
このカッタビットでは、刃部で掘削対象物を掘削するときに、振動体から刃部へ向かって縦波を発生させる。この縦波によって刃部と掘削対象物の表面とが接触及び非接触を繰り返しながら掘削対象物を掘削することで、掘削時に発生する掘削抵抗を低減することができる。これによって、刃部の摩耗を低減すると共に掘削効率を向上させることができる。
【０００７】
また、縦波は超音波振動により発生し、縦波の振幅は、振動体の刃部側の端部で最大となり、振動体は、本体部に設けられた凹部内に装填され、振動体の刃部側の端部と本体部とが連結されていることが好ましい。本体部の凹部内で振動体の刃部側の端部と本体部とが連結されており、且つ、縦波の振幅が端部で最大となるため、超音波振動を刃部へ効率よく伝達することができる。これによって、掘削時に発生する掘削抵抗を低減することができる。
【０００８】
また、縦波は超音波振動により発生し、振動体は、本体部に設けられた凹部内に装填され、振動体には、縦波の振幅が最小となる位置にフランジが設けられ、振動体のフランジは本体部に固定されていることが好ましい。縦波の振幅が最小となる位置に設けられたフランジで振動体が本体部と固定されるため、振動体を本体部に確実に固定することができる。
【０００９】
また、このカッタビットは、振動体と本体部とを支持する支持部を更に備え、縦波は超音波振動により発生し、縦波の振幅は、振動体の刃部側の端部で最大となり、本体部は、刃部の反対側へ向かって突出する突出部を有し、振動体の刃部側の端部と本体部の突出部とが連結され、振動体と突出部とは、支持部に設けられた凹部内に装填されていることが好ましい。例えば、本体部を直接掘削機などに取り付けた場合は、本体部が振動体から直接超音波振動を受けることによって、掘削機との取り付け部分が緩んでしまう可能性がある。本発明に係るカッタビットによれば、振動体の刃部側の端部と本体部の突出部とが連結されており、振動体と突出部とを支持部の凹部内に装填することによって支持しているため、支持部と振動体から直接超音波振動を受ける本体部とを分離した構成とすることができる。従って、支持部を介してカッタビットを掘削機などに取り付ければ、取り付け部分における超音波振動の影響を低減することができ、これによって、掘削機などとの取り付け部分が緩んでしまうことを防止することができる。
【００１０】
また、このカッタビットは、振動体と本体部とを支持する支持部を更に備え、縦波は超音波振動により発生し、本体部は、刃部の反対側へ向かって突出する突出部を有し、振動体の刃部側の端部と本体部の突出部とが連結され、振動体と突出部とは、支持部に設けられた凹部内に装填され、突出部は、縦波の振幅が最小となる位置で支持部に固定されていることが好ましい。縦波の振幅が最小となる位置で本体部の突出部を支持部に固定することによって、支持部に伝達される振動を低減することができる。
【００１１】
振動体と本体部とを支持する支持部を更に備え、縦波は超音波振動により発生し、本体部は、刃部の反対側へ向かって突出する突出部を有し、振動体の刃部側の端部と本体部の突出部とが連結され、振動体と突出部とは、支持部の刃部側の面に設けられた凹部内に装填され、突出部の付根部と支持部の刃部側の面との間には、防振部材が配置されていることが好ましい。突出部の付根部と支持部の刃部側の面との間に防振部材が配置されているため、支持部に伝達される振動を低減することができる。
【００１２】
本発明に係る掘削方法は、掘削対象物を掘削する刃部と、先端に刃部が固定される本体部と、本体部に取付けられ、刃部へ向かって縦波を発生させる振動体と、を備え、厚さ方向で互いに対向する幅広の面と、幅方向で互いに対向する幅狭の面とが、先端側に形成されるカッタビットによる掘削方法であって、掘削対象物に刃部を接触させ、カッタビットを厚さ方向に移動させて掘削対象物を掘削することを特徴とする。
【００１３】
この掘削方法では、掘削対象物に刃部を接触させ、カッタビットを先端の厚さ方向に移動させて幅広の面側から掘削対象物を掘削することによって、掘削対象物の表面を削り取るようにして掘削することができる。また、このように掘削対象物を掘削するときに、振動体から刃部へ向かって縦波を発生させることによって、刃部と掘削対象物の表面とで接触及び非接触を繰り返させながら掘削対象物を掘削することで、掘削時に発生する掘削抵抗を低減することができる。これによって、刃部の摩耗を低減すると共に掘削効率を向上させることができる。
【００１４】
本発明に係る掘削方法は、掘削対象物を掘削する刃部と、先端に刃部が固定される本体部と、本体部に取付けられ、刃部へ向かって縦波を発生させる振動体と、を備え、厚さ方向で互いに対向する幅広の面と、幅方向で互いに対向する幅狭の面とが、先端側に形成されるカッタビットによる掘削方法であって、掘削対象物に刃部を接触させ、カッタビットを幅方向に移動させて掘削対象物を掘削することを特徴とする。
【００１５】
この掘削方法では、掘削対象物に刃部を接触させ、カッタビットを先端の幅方向に移動させて幅狭の面側から掘削対象物を掘削することによって、掘削対象物の表面に筋状の溝を形成するようにして掘削することができる。また、このように掘削対象物を掘削するときに、振動体から刃部へ向かって縦波を発生させることによって、刃部と掘削対象物の表面とで接触及び非接触を繰り返させながら掘削対象物を掘削することで、掘削時に発生する掘削抵抗を低減することができる。これによって、刃部の摩耗を低減すると共に掘削効率を向上させることができる。
【００１６】
また、掘削対象物に対して、縦波の振動方向へカッタビットを押し付けることが好ましい。振動方向へカッタビットを押し付けることで、振動体の振動によって掘削対象物にクラックなどを誘発させ、掘削対象物を破砕しながら掘削することができるため、掘削効率を向上させることができる。また、振動による破砕効果によって、カッタビットを押し付ける際の押し付け力を低減することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るカッタビット及び掘削方法によれば、掘削抵抗を低減し、刃部の摩耗を低減すると共に掘削効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しつつ本発明に係るカッタビットの好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１９】
［第１の実施形態］
図１及び図２に示すように、シールド掘進機１は、密閉型シールドのうちの土圧式シールド掘進機であり、カッタヘッド１０を備えている。カッタヘッド１０は、複数本のカッタスポーク１１を有しており、複数本のカッタスポーク１１の外周縁に沿って筒体１２が取り付けられている。複数本のカッタスポーク１１は、中心点から放射状に延びるようにして配置されており、隣り合うカッタスポークとの間の角度はそれぞれ同一である。また、カッタヘッド１０の筒体１２の中心は、カッタヘッド１０の回転中心と一致している。なお、図１においてカッタスポーク１１は４本示されているが、４本以上であってもよい。
【００２０】
カッタスポーク１１の前面には、土砂などを掘削するカッタビット３０及び先行ビット（カッタビット）１４が取り付けられている。先行ビット１４は、掘削面に筋状の先行掘削溝を形成するものであり、カッタビット３０よりも前方へ突出するように取り付けられている。
【００２１】
また、カッタヘッド１０は、カッタヘッド１０の後方に設けられた隔壁１６に回転可能に支持された回転軸１５を中心として回転し、前方の土砂などを掘削しながら前進する。隔壁１６の前方の空間内には、カッタヘッド１０で掘削された土砂が滞留する。更に、隔壁１６には、スクリューコンベア１７が設けられており、隔壁１６の前方側に滞留した土砂は、スクリューコンベア１７によって隔壁１６の外に排出される。カッタヘッド１０の後方に配置された外筒部２１の内側には、図示しない中折れジャッキ、シールドジャッキ、及びエレクタなどが配置されている。
【００２２】
図３及び図４に示すように、カッタビット３０は、土砂（掘削対象物）４０を掘削する硬質チップ（刃部）３１と、硬質チップ３１が固定される本体部３２と、本体部３２の内部に取り付けられて、硬質チップ３１へ向かって縦波を発生させる振動体４５と、蓋体３４とを備えている。
【００２３】
硬質チップ３１は、本体部３２の先端に設けられた切欠部３２ｂに嵌め込まれた後、ロウ付けにより本体部３２に固定されている。硬質チップ３１の先端３１ａは鋭角に形成されており、先端３１ａによって土砂４０の表面を掘削する。なお、符号４１は掘削面である。
【００２４】
本体部３２は略直方体状に形成された鋼等からなり、土砂側の端部３２ａには、対向する位置に切欠部３２ｂ，３２ｃが形成されている。切欠部３２ｃを形成する取付面３２ｄは、硬質チップ３１に対向すると共に、底部に凹部３５ｂが形成された円形のザグリ部３５ａと、ザグリ部３５ａの両側に形成されたネジ孔３６ａ，３６ｂとを有する。ザグリ部３５ａの底部に形成された凹部３５ｂは、硬質チップ３１の先端３１ａに向けて延在し、凹部３５ｂ内に振動体４５が装填される。また、凹部３５ｂの底部３５ｃにはネジ孔３５ｄが形成されている。本体部３２の先端、すなわち硬質チップ３１付近には、厚さ方向で互いに対向する幅広面３０ａと、幅方向で互いに対向する幅狭面３０ｂとが形成される。
【００２５】
振動体４５は、超音波振動による縦波を発生する振動子３３と、縦波を本体部３２へ伝達するための伝達部材３７とから構成される。振動子３３は、図示しない電極に電流を流すことによって超音波振動を発生する。振動子３３の硬質チップ３１側の端部３３ａには、伝達部材３７が固定されている。また、伝達部材３７の硬質チップ３１側の端部（刃部側の端部）３７ａに設けられたネジ孔３７ｂ及び底部３５ｃのネジ孔３５ｄに、固定ネジ３８をねじ込むことによって、伝達部材３７の端部３７ａと凹部３５ｂの底部３５ｃとが互いに接触し、振動体４５と本体部３２とが連結される。なお、振動体４５の中心軸線Ｌは硬質チップ３１の先端３１ａを通過する。
【００２６】
断面コ字状の蓋体３４は、平坦な底板３４ａと、底板３４ａの裏面３４ｂの中央部に設けられて、外径がザグリ部３５ａの内径と同一な円環状凸部３４ｃと、円環状凸部３４ｃの両側に形成された貫通孔３４ｄ，３４ｅとから構成される。取り付け時に蓋体３４の裏面３４ｂは取付面３２ｄに接触され、円環状凸部３４ｃはザグリ部３５ａに挿入され、貫通孔３４ｄ，３４ｅの位置とネジ孔３６ａ，３６ｂの位置とをそれぞれ一致させる。そして、貫通孔３４ｄ，３４ｅを通過したボルト３９ａ，３９ｂをネジ孔３６ａ，３６ｂにそれぞれねじ込むことによって蓋体３４は本体部３２に固定される。また、裏面３４ｂには円環状凸部３４ｃの外周壁を取り囲むように溝が形成され、この溝内にＯリング４３が装填されることによって、ザグリ部３５ａ及び凹部３５ｂ内に水が入りこむことが防止される。
【００２７】
ここで、図５に示すように、縦波を発生する振動子３３内における縦波の波長をλ１として、振動子３３の全長をλ１の１／２の整数倍とした場合、振動子３３の端部３３ａにおける振幅は最大となる。また、振動子３３において端部からの距離がλ１の１／４の整数倍（ただし整数は奇数）となる位置では振幅が最小となる。従って、全長の半分が（λ１／４）×ｎである振動子３３においては、端部３３ａで振幅が最大となると共に、長さ方向の中心位置３３ｂで振幅が最小となる（ただしｎは奇数）。振動子３３の端部３３ａで振幅が最大となるため、伝達部材３７の振動子３３側の端部における振幅も最大となる。そして、伝達部材３７内における縦波の波長をλ２とした場合、全長の半分が（λ２／４）×ｍである伝達部材３７においては、端部３７ａで振幅が最大となると共に、長手方向の中心位置３７ｃで振幅が最小となる（ただしｍは奇数）。
【００２８】
伝達部材３７の端部３７ａで振幅が最大となれば、本体部３２の凹部３５ｂの底部３５ｃにおける振幅も最大となる。そして、本体部３２内における縦波の波長をλ３とした場合、振動体４５の中心軸線Ｌと切欠部３２ｂとの交点３２ｅから底部３５ｃまでの距離が（λ３／２）×Ｎとなる本体部３２においては、交点３２ｅで振幅が最大となる。
【００２９】
本体部３２の交点３２ｅで振幅が最大となれば、その位置での硬質チップ３１の振幅も最大となる。そして、硬質チップ３１内における縦波の波長をλ４とした場合、交点３２ｅから先端３１ａまでの距離が（λ４／２）×Ｍとなる硬質チップ３１においては、先端３１ａで振幅が最大となる。
【００３０】
このように構成されたカッタビット３０は、シールド掘進機１のカッタスポーク１１に、幅広面３０ａ同士が回転方向Ｒに向かい合うような向きで取り付けられている。
【００３１】
図６及び図７に示すように、先行ビット１４は、土砂４０を掘削する硬質チップ（刃部）８１と、硬質チップ８１が固定される本体部８２と、本体部８２の内部に取り付けられて、硬質チップ８１へ向かって縦波を発生させる振動体８３とを備えている。
【００３２】
本体部８２は、略直方体状の鋼等の幅広の角部に先端側へ向かって傾斜する傾斜面が形成されることによって、その先端が鋭角に形成されている。この本体部８２の先端には、先端８１ａが鋭角とされた板状の硬質チップ８１が、本体部８２の幅方向に沿って並設されている。また、本体部８２の他端側には、硬質チップ８１に向かって延在する凹部８２ｂが形成されており、この凹部８２ｂ内に振動体８３が装填され、凹部８２ｂの底部と振動体８３の端部（刃部側の端部）８３ａが固定ネジ８４を介して連結されている。この振動体８３は、超音波振動による縦波を硬質チップ８１へ向けて発生させ、硬質チップ８１の先端８１ａで振幅が最大となるように取り付けられている。また、本体部８２の先端には、本体部８２及び硬質チップ８１によって、厚さ方向で互いに対向する幅広面１４ａと、幅方向で互いに対向する幅狭面１４ｂとが形成される。このように構成された先行ビット１４は、シールド掘進機１のカッタスポーク１１に、幅狭面１４ｂ同士が回転方向Ｒに向かい合うような向きで取り付けられている。
【００３３】
次に、カッタビット３０及び先行ビット１４の作用・効果について説明する。
【００３４】
図８に示すように、カッタビット３０を回転方向Ｒへ移動させながら、硬質チップ３１の先端３１ａによって土砂４０の表面を切削するとき、振動体４５は硬質チップ３１の先端３１ａへ向かって超音波振動による縦波を発生しているため、先端３１ａは中心軸線Ｌ上で２Ａの振幅で振動しながら土砂４０の掘削を行う。
【００３５】
従って、硬質チップ３１で土砂４０を掘削するときに、縦波によって硬質チップ３１の先端３１ａと土砂４０の表面とは、接触及び非接触を繰り返すので、掘削時に発生する掘削抵抗を低減することができる。これによって、硬質チップ３１の摩耗を低減すると共に掘削効率を向上させることができる。
【００３６】
また、本体部３２の凹部３５ｂ内で振動体４５の伝達部材３７の端部３７ａと本体部３２とが連結されており、且つ、縦波の振幅が端部３７ａで最大となるため、超音波振動を硬質チップ３１の先端３１ａへ効率よく伝達することができる。これによって、掘削時に発生する掘削抵抗を低減することができる。
【００３７】
また、カッタビット３０による掘削方法によれば、土砂に硬質チップ３１を接触させ、カッタビット３０を先端の厚さ方向、すなわち回転方向Ｒに移動させて幅広面３０ａ側から土砂４０を掘削することによって、土砂４０の表面を削り取るようにして掘削することができる。
【００３８】
図６及び図７に示すように、先行ビット１４を回転方向Ｒへ移動させながら、硬質チップ８１の先端８１ａによって土砂４０の表面を切削するとき、振動体８３は硬質チップ８１の先端８１ａへ向かって超音波振動による縦波を発生しているため、先端８１ａは振動しながら土砂４０の掘削を行う。
【００３９】
従って、硬質チップ８１で土砂４０を掘削するときに、縦波によって硬質チップ８１の先端８１ａと土砂４０の表面とは、接触及び非接触を繰り返すので、掘削時に発生する掘削抵抗を低減することができる。これによって、硬質チップ８１の摩耗を低減すると共に掘削効率を向上させることができる。
【００４０】
また、本体部８２の凹部８２ｂ内で振動体８３の端部８３ａと本体部８２とが連結されており、且つ、縦波の振幅が先端８１ａで最大となるため、超音波振動を硬質チップ８１の先端８１ａへ効率よく伝達することができる。これによって、掘削時に発生する掘削抵抗を低減することができる。
【００４１】
また、先行ビット１４による掘削方法によれば、土砂に硬質チップ８１を接触させ、先行ビット１４を先端の幅方向、すなわち回転方向Ｒに移動させて幅狭面１４ｂ側から土砂４０を掘削することによって、土砂４０の表面に筋状の溝を形成するようにして掘削することができる。
【００４２】
また、シールド掘進機１は土砂４０内へ入り込むように前進するため、図９に示すように、先行ビット１４は、超音波振動の振動方向へ向かって、土砂に対して押し付けられることとなる。このように、振動方向へ向かって先行ビット１４を土砂４０に押し付けることで、硬質チップ８１の先端８１ａの振動によって土砂４０にクラックＣを誘発させ、土砂４０を破砕しながら掘削することができるため、掘削効率を向上させることができる。また、振動による破砕効果によって、先行ビット１４を押し付ける際の押し付け力を低減することができる。
【００４３】
［第２の実施形態］
第２の実施形態に係るカッタビット５０は、伝達部材５１にフランジ５２を設けることによって振動体６５を本体部３２に固定している点で、第１の実施形態に係るカッタビット３０と主に相違する。
【００４４】
図１０及び図１１に示すように、伝達部材５１は、第１の伝達部５６の端部に設けられた鍔部５６ａと、第２の伝達部５７の端部に設けられた鍔部５７ａとを連結することによって構成されている。第１の伝達部５６と第２の伝達部５７の長さは同一であり、鍔部５６ａと鍔部５７ａとを接合してなるフランジ５２は、伝達部材５１の長手方向の中心位置、すなわち超音波振動による縦波の振幅が最小となる位置に形成されている。
【００４５】
本体部３２の取付面３２ｄには、振動体６５を装填するための円形の凹部５３ａが形成されている。また、凹部５３ａの底部５３ｂには、第２の伝達部５７が装填される凹部５３ｃが形成されている。凹部５３ａ及び凹部５３ｃに、振動体６５を装填したとき、凹部５３ｃの底部５３ｄは伝達部材５１の硬質チップ３１側の端部５１ａに接触し、凹部５３ａの底部５３ｂは鍔部５７ａに接触する。
【００４６】
断面コ字状の蓋体５４は、平坦な底板５４ａと、底板５４ａの裏面５４ｂの中央部に設けられて、外径が凹部５３ａの内径と同一な円筒部５４ｃと、円筒部５４ｃの両側に形成された貫通孔５４ｅ，５４ｆとから構成される。取り付け時に蓋体５４は、裏面５４ｂは取付面３２ｄに接触され、円筒部５４ｃは凹部５３ａに挿入され、円筒部５４ｃの端部５４ｄは鍔部５６ａに接触し、貫通孔３４ｄ，３４ｅの位置とネジ孔３６ａ，３６ｂの位置とをそれぞれ一致させる。そして、貫通孔５４ｅ，５４ｆを通過したボルト３９ａ，３９ｂをネジ孔３６ａ，３６ｂにそれぞれねじ込むことによって蓋体５４は本体部３２に固定される。このとき、フランジ５２は、円筒部５４ｃの端部５４ｄで底部５３ｂに押しつけられることによって本体部３２にしっかりと固定される。裏面５４ｂには円筒部５４ｃの外周壁を取り囲むように溝が形成され、当該溝にＯリング４３が装填されることによって、凹部５３ａ，５３ｃ内に水が入り込むことを防止する。
【００４７】
以上によって、カッタビット５０においては、縦波の振幅が最小となる位置に設けられたフランジ５２で振動体６５が本体部３２と固定されるため、振動体６５を本体部３２に確実に固定することができる。
【００４８】
［第３の実施形態］
第３の実施形態に係るカッタビット６０は、前述した固定ネジ３８を用いて伝達部材５１を本体部３２に固定している点で、第２の実施形態に係るカッタビット５０と主に相違する。
【００４９】
図１２に示すように、振動体６５の伝達部材５１の硬質チップ３１側の端部（刃部側の端部）５１ａと凹部５３ｃの底部５３ｄとが接触し、端部５１ａに設けられたネジ孔及び底部５３ｄに設けられたネジ孔に固定ネジ３８をねじ込むことによって振動体６５が本体部３２に固定されている。
【００５０】
以上によって、カッタビット６０は、超音波振動による縦波の振幅が最大となる伝達部材５１の端部５１ａが本体部３２に固定されているため、超音波振動を硬質チップ３１の先端３１ａへ効率よく伝達することができる。これによって、掘削時に発生する掘削抵抗を低減することができる。また、縦波の振幅が最小となる位置に設けられたフランジ５２で振動体６５が本体部３２と固定されるため、振動体６５を本体部３２に確実に固定することができる。
【００５１】
［第４の実施形態］
第４の実施形態に係るカッタビット９０は、本体部９２と振動体９３とを支持する支持部９４を有する点で、第１の実施形態に係るカッタビット３０と主に相違する。
【００５２】
図１３及び図１４に示すように、カッタビット９０は、土砂を掘削する硬質チップ（刃部）９１と、硬質チップ９１が固定される本体部９２と、本体部９２に取り付けられて、硬質チップ９１へ向かって縦波を発生させる振動体９３と、本体部９２と振動体９３とを支持する支持部９４とを備えている。
【００５３】
本体部９２は、略三角柱状に形成された鋼等の一の鋭角部に硬質チップ９１が固定され、硬質チップ９１と対向する面９２ａから硬質チップ９１の反対側へ向かって突出する略円柱状の突出部９２ｂが設けられることによって構成されている。この突出部９２ｂの端部には、振動体９３の硬質チップ９１側の端部９３ａが固定ボルト９５を介して連結されている。
【００５４】
支持部９４は、シールド掘進機１のカッタスポーク１１に取り付けられる略直方体状の鋼等から形成されており、硬質チップ９１側の面９４ａに円形状の凹部９４ｂが設けられている。この凹部９４ｂには、互いに連結された振動体９３と本体部９２の突出部９２ｂとが装填されている。
【００５５】
また、本体部９２の突出部９２ｂの側面には、振動体９３の超音波振動による縦波の振幅が最小となる位置に、全周に亘って略Ｖ字状の溝９２ｃ，９２ｄがそれぞれ形成されている。その溝９２ｃ，９２ｄの周りには、突出部９２ｂを取り囲むと共に、内周面が溝９２ｃ，９２ｄに嵌まるように略Ｖ字状に形成された一対の半円状のリング状固定金具９６，９７がそれぞれ配置される。支持部９４の側面には、リング状固定金具９６，９７と対向する位置に、ボルト用の貫通孔がそれぞれ形成され、その貫通孔にリング状固定金具９６，９７を溝９２ｃ，９２ｄにそれぞれ押し付けるためのボルト９８，９９，１００，１０１が挿入される。これによって、ボルト９８，９９によってリング状固定金具９６を介して突出部９２ｂが押さえ付けられ、ボルト１００，１０１によってリング状固定金具９７を介して突出部９２ｂが押さえ付けられる。
【００５６】
このように構成されたカッタビット９０は、支持部９４を介してシールド掘進機１のカッタスポーク１１に取り付けられる。
【００５７】
以上によって、カッタビット９０は、振動体９３の硬質チップ９１側の端部９３ａと本体部９２の突出部９２ｂとが連結されており、振動体９３と突出部９２ｂとを支持部９４の凹部９４ｂ内に装填することによって支持しているため、支持部９４と振動体９３から直接超音波振動を受ける本体部９２とを分離した構成とすることができる。従って、支持部９４を介してカッタビット９０をシールド掘進機１に取り付けることにより、取り付け部分における超音波振動の影響を低減することができ、これによって、シールド掘進機１との取り付け部分が緩んでしまうことを防止することができる。
【００５８】
また、超音波振動の振幅が最小となる位置、すなわち溝９２ｃ，９２ｄで本体部９２の突出部９２ｂを支持部９４に固定することによって、支持部９４に伝達される振動を低減することができる。
【００５９】
更に、本体部９２と支持部９４とが分離可能とされているため、例えば、硬質チップ９１が摩耗してしまったときや、異なるタイプの硬質チップ９１を取り付けたいときに、本体部９２を容易に交換することができる。
【００６０】
［第５の実施形態］
第５の実施形態に係るカッタビット１１０は、本体部９２と支持部９４との間に防振部材１１１が配置されている点で、第４の実施形態に係るカッタビット９０と主に相違する。
【００６１】
図１５に示すように、カッタビット１１０は、本体部９２の面９２ａにおける突出部９２ｂの付根部分と、支持部９４の硬質チップ９１側の面９４ａとの間に、円板状の防振部材１１１を有している。また、本体部９２の面９２ａは、超音波振動による振幅が最小となる位置に設けられると共に、防振部材１１１と面９４ａ及び面９２ａとの間に接着剤が塗布されることによって、本体部９２は、振幅が最小となる位置で、防振部材１１１を介して支持部９４に固定される。
【００６２】
以上によって、カッタビット１１０は、突出部９２ｂの付根部と支持部９４の硬質チップ９１側の面９４ａとの間に防振部材１１１が配置されているため、支持部９４に伝達される振動を低減することができる。
【００６３】
なお、図１５において、本体部９２と支持部９４とは、固定金具を用いることなく防振部材１１１の位置でのみ固定されているが、更に固定金具を用いて固定してもよい。
【００６４】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
【００６５】
例えば、カッタビットの硬質チップは２つ設けられていてもよい。図１６に示すように、カッタビット７０は、硬質チップ７３，７４と、切削方向における前後端に硬質チップ７３，７４が固定される本体部７１と、本体部７１の内部に取り付けられ、硬質チップ７３の先端７３ａへ向かって縦波を発生させる振動体７５と、硬質チップ７４の先端７４ａへ向かって縦波を発生させる振動体７６とを備えて構成される。なお、振動体７５の中心軸線Ｌ１は硬質チップ７３の先端７３ａを通過し、振動体７６の中心軸線Ｌ２は硬質チップ７４の先端７４ａを通過している。
【００６６】
また、掘削対象物としては土砂のみならず、岩盤などであってもよい。更に、上述した実施形態においては、カッタビットをシールド掘進機に適用しているが、他の掘削機にも適用可能である。例えば、ケーソンの刃口掘削機やＴＢＭ掘削機などにも適用可能である。あるいは、超音波振動の振動方向、すなわち掘削対象物の深さ方向にのみ進行するような掘削機にも適用可能である。
【００６７】
また、第４の実施形態においては、突出部９２ｂは、固定金具を用いて２箇所で固定されているが、３箇所以上であってもよく、１箇所であってもよい。
【００６８】
また、上述した実施形態においては、カッタビットの先端は鋭角とされているが、これに限らず、四角形状でも円形状であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明に係るカッタビットを適用したシールド掘進機の断面図である。
【図２】図１に示されたシールド掘進機の正面図である。
【図３】本発明に係るカッタビットの第１の実施形態を示す分解斜視図である。
【図４】図３に示されたカッタビットの断面図である。
【図５】図３に示されたカッタビットの構成部品と縦波の振幅との関係を示す断面図である。
【図６】本発明に係る先行ビットの断面図である。
【図７】図６に示された先行ビットの他の方向からの断面図である。
【図８】図３に示されたカッタビットの硬質チップの先端の拡大図である。
【図９】図７に示された先行ビットの硬質チップの先端の拡大図である。
【図１０】本発明に係るカッタビットの第２の実施形態を示す分解斜視図である。
【図１１】図１０に示されたカッタビットの断面図である。
【図１２】本発明に係るカッタビットの第３の実施形態を示す断面図である。
【図１３】本発明に係るカッタビットの第４の実施形態を示す分解斜視図である。
【図１４】図１３に示されたカッタビットの断面図である。
【図１５】本発明に係るカッタビットの第５の実施形態を示す断面図である。
【図１６】本発明に係るカッタビットの他の実施形態を示す正面図である。
【符号の説明】
【００７０】
３０，５０，６０，７０，９０，１１０…カッタビット、１４…先行ビット（カッタビット）、３０ａ，１４ａ…幅広面、３０ｂ，１４ｂ…幅狭面、３１，８１，９１…硬質チップ（刃部）、３２，８２，９２…本体部、３７ａ，５１ａ，９３ａ…端部（刃部側の端部）、３５ｂ，５３ａ，５３ｃ，８２ｂ…凹部、４０…土砂（掘削対象物）、４５，６５，７５，７６，８３，９３…振動体、５２…フランジ、９４…支持部、９４ｂ…凹部、１１１…防振部材。
【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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【図１５】
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【図１６】
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