(57)【要約】【課題】  トンネル掘削機のカッタ板に装着されているローラカッタであって、掘削時にこのローラカッタの刃先部に装着された超硬チップに作用する捩じり力に対して大きな抵抗力を発揮し、超硬チップがその刃先部の向きを変えることなく、長期間に亘り地盤を効率よく掘削できるようにする。【解決手段】  超硬チップ３の基端面外周部に複数個の先端が先鋭な円錐形状の係止突起４を突設しておき、この超硬チップ３をローラカッタ本体１の刃先部に設けているチップ取付孔２に圧入、嵌着させて係止突起４をチップ取付孔２の底面に食い込ませ、その係止力によって、掘削時に作用する捩じり力に対して大きな抵抗力を発揮させるように構成している。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローラカッタ本体の刃先部に周方向に一定間隔毎に断面円形のチップ取付孔を設け、このチップ取付孔に先端部を断面山形形状の刃先部に形成している円柱形状の超硬チップを圧入、嵌着してなるローラカッタにおいて、上記超硬チップの基端面の外周部に複数個の係止突起を突設し、この係止突起を上記チップ取付孔の孔底面に食い込ませて係止させていることを特徴とするローラカッタ。
【請求項２】
係止突起は突出端が先鋭端である小径の円錐形状に形成されてあり、この係止突起を３個以上、超硬チップの基端面外周部に周方向に一定間隔毎に突設していることを特徴とする請求項１に記載のローラカッタ。
【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板に装着されて該カッタ板の回転により前方の地盤を掘削するローラカッタの改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、岩盤又は岩盤と土砂地盤との複合地盤等の地山にトンネルを掘削する掘削機としては、そのカッタ板に岩盤を破砕しながら掘削することができる多数のローラカッタを装着してなるトンネル掘削機が使用されている。ローラカッタ本体は、外周部を断面山形形状の刃先部に形成しているソロバン玉形状を有し、その刃先部に、周方向に小間隔毎に先端部が該ローラカッタ本体刃先部と同じ断面山形形状の刃先部に形成している円柱形状の超硬チップを装着することによってローラカッタを構成している。
【０００３】
このようなローラカッタの構造において、ローラカッタ本体の刃先部に上記円柱形状の超硬チップを装着するには、例えば、特許文献１、２に記載されているように、ローラカッタ本体の外周部に小間隔毎にローラカッタ本体の中心に向かって一定深さの断面円形のチップ取付孔を穿設し、このチップ取付孔に上記超硬チップを圧入して該超硬チップの平坦な基端面をチップ取付孔の底面に当接させ、且つ、その刃先部をローラカッタ本体の刃先部に対して周方向に連続させた埋め込み状態となるように嵌着している。
【特許文献１】特開昭６３−１２５７９７号公報
【特許文献２】特開平１０−２４６０９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように構成しているローラカッタは、カッタ板にその回転中心軸をカッタ板の径方向に向けた状態、即ち、カッタ板の前面から突出する刃先部の回転方向をカッタ板の回転方向に対して接線方向に向けた状態にして回転自在に支持されてあり、掘削時には切羽地盤に押し付けられた状態でカッタ板の回転に伴って自転しなから切羽地盤を掻き取るようにして切り崩していくものであるが、その際、上述したように、カッタ板から突出しているローラカッタの刃先部の回転方向をカッタ板の回転方向に対して接線方向に向けているので、切羽地盤にその刃先部を食い込ませた状態でカッタ板を回転させると、該刃先部における食い込み始端部側にカッタ板の内周部側から外周側に向かって切羽地盤からの大きな押圧力が作用し、この押圧力によって該ローラカッタ本体の刃先部に埋め込み状態で圧入、嵌着させている円柱形状の超硬チップがその中心回りに捩じり力を受けることになる。
【０００５】
この捩じり力はカッタ板の内周側に配設しているローラカッタほど大きくなり、このローラカッタ本体の刃先部に穿設している取付孔に圧入、嵌着した超硬チップは、上記捩じり力により取付孔との嵌着力に抗して中心回りに捩回し、図11、図12に示すように、該超硬チップ21の先端刃先部22の向きをローラカッタ本体11の刃先部12の方向、即ち、円周方向に対して交差する方向に偏向した状態となり、ローラカッタ本体11が耐用年数に達する前に地山の掘削が困難になるといった問題点があった。
【０００６】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、超硬チップを簡単な構造によってローラカッタ本体に強固に圧入、嵌着することができ、掘削時に該超硬チップに大きな捩じり力が作用しても、捩回、変形するのを防止することができるようにしたローラカッタを提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明のローラカッタは、請求項１に記載したように、ローラカッタ本体の刃先部に周方向に一定間隔毎に断面円形のチップ取付孔を設け、このチップ取付孔に先端部を断面山形形状の刃先部に形成している円柱形状の超硬チップを圧入、嵌着してなるローラカッタにおいて、上記超硬チップの基端面の外周部に複数個の係止突起を突設し、この係止突起を上記チップ取付孔の孔底面に食い込ませて係止させた構造としている。
【０００８】
このように構成したローラカッタにおいて、請求項２に係る発明は、超硬チップの基端面に突設している係止突起を、突出端が先鋭端である小径の円錐形状に形成してあり、この係止突起を３個以上、超硬チップの基端面外周部に周方向に一定間隔毎に突設していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に係る発明によれば、先端部を刃先部に形成している円柱形状の超硬チップの基端面外周部に複数個の係止突起を突設しているので、この超硬チップをローラカッタ本体の刃先部に設けている断面円形のチップ取付孔に圧入、嵌着させた際に、該係止突起は超硬チップの基端面から圧入方向に突設されているから、チップ取付孔の底面にこの係止突起を簡単且つ確実に食い込ませることができる。
【００１０】
このように複数個の超硬チップを装着した複数個のローラカッタをカッタ板に該カッタ板から突出する刃先部の回転方向をカッタ板の回転方向に対して接線方向に向けた状態にして回転自在に軸支し、このカッタ板を備えたトンネル掘削機によって岩盤等の地山を掘削すると、ローラカッタ本体の刃先部が切刃地盤にカッタ板の回転方向に対して接線方向に切り込みながら該切羽地盤を切り崩していく。この切羽地盤の切削時には、上述したように、超硬チップの刃先部に該超硬チップをその中心回りに捩回させようとする力が掘削地盤側から作用するが、超硬チップの基端面外周部に突設している係止突起がチップ取付孔の底面に食い込んでいるので、その食い込みによる係止力が上記捩じり方向に対して大きな抵抗力として作用し、超硬チップが捩じれるのを強固に防止することができる。
【００１１】
従って、超硬チップにおける断面山形形状の刃先部の長さ方向をローラカッタ本体の周方向の刃先部に正確に連続させた状態を維持して長期間に亘り、確実且つ効率のよい掘削を可能にすることができる。また、超硬チップの基端面の外周部に複数個の係止突起を突設しておき、この係止突起をローラカッタ本体のチップ取付孔の底面に食い込ませるという簡単な構造によって超硬チップをローラカッタ本体に捩じり方向に対して大きな抵抗力を発揮するローラカッタを簡単に得ることができる。
【００１２】
超硬チップの基端面に突設した上記係止突起の好ましい形状としては、請求項２に記載したように、突出端が先鋭端である小径の円錐形状に形成しておけば、ローラカッタ本体のチップ取付孔の底面に対して該係止突起を簡単且つ強固に食い込ませた係止構造とすることができる。この係止突起の数は特に限定されないが、２個以下ではチップ取付孔の底面との係止力が弱くなるので好ましくない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に本発明の具体的な実施の形態を図面について説明すると、ローラカッタＡは、図１〜図４に示すように、外周部を全周に亘って断面山形形状の刃先部1aに形成している硬質の金属材からなるソロバン玉形状のローラカッタ本体１と、このローラカッタ本体１の上記刃先部1aに周方向に一定の小間隔毎に穿設した断面円形のチップ取付孔２に圧入、嵌着している超硬チップ３とから構成されている。
【００１４】
上記ローラカッタ本体１の刃先部1aに穿設している断面円形のチップ取付孔２は、図４に示すように、刃先部1aの頂面から中心に向かって一定深さまで設けられていると共にその径を超硬チップ３の径よりも僅かに小径に形成、即ち、超硬チップ３を該孔内に圧入可能な公差寸法に形成にして、このチップ取付孔２に超硬チップ３を油圧ジャッキ等により圧入し、該超硬チップ３の外周面を該チップ取付孔２の孔壁面に圧着させた状態で嵌着させている。なお、チップ取付孔２内に超硬チップ３を圧入する際に、ローラカッタ本体１を加熱してチップ取付孔２の孔径を拡げながら超硬チップ３を圧入する、所謂、焼きばめによって嵌着させてもよい。
【００１５】
超硬チップ３は、その先端部を除く基部を上記ローラカッタ本体１のチップ取付孔２に圧入、嵌着した一定径と一定長さを有する円柱形状に形成されていると共に、先端部を上記ローラカッタ本体１の刃先部1aと同じ断面山形形状の刃先部3aに形成されてあり、この刃先部3aの頂面3a1 の長さ方向を上記ローラカッタ本体１の刃先部1aの頂面1a1 の長さ方向に向けた状態にして各超硬チップ３をローラカッタ本体１のチップ取付孔２に圧入、嵌着させている。
【００１６】
従って、超硬チップ３の刃先部3aの頂面3a1 は、ローラカッタ本体１の刃先部1aの頂面1a1 と共にローラカッタ本体１の円周方向に連続し、且つ、該頂面3a1 から基部側に向かって徐々に幅広くなる方向に傾斜している両側傾斜面3a2 、3a3 は、ローラカッタ本体１の刃先部1aにおける頂面1a1 から該ローラカッタ本体１の両側面に向かって徐々に幅広くなる方向に傾斜している両側傾斜面1a2 、1a3 にそれぞれ円周方向に連続していると共にこのローラカッタ本体１の両側傾斜面1a2 、1a3 から該刃先部3aの両側傾斜面3a2 、3a3 を外部に露出している。
【００１７】
さらに、超硬チップ３の基端面3a4 における外周部には、周方向に一定間隔毎に複数個（図５においては４個、図６においては６個）の係止突起４、４・・を突設してあり、超硬チップ３を上述したようにローラカッタ本体１の刃先部1aに設けているチップ取付孔２に圧入、嵌着させた際に、これらの係止突起４を図４に示すように、上記ローラカッタ本体１のチップ取付孔２の底面2aに押し込むように食い込ませて係止させ、該基端面3a4 を全面的にチップ取付孔２の底面2aに圧接、受止させている。また、これらの係止突起４は突出端（先端）が先鋭端の小径の円錐形状に形成されている。なお、係止突起３の突設数としては２個以下では、後述するようにチップ取付孔２にその中心回りの捩回力が作用した際におけるチップ取付孔２の底面2aとの係止力が弱くなるので、３個以上、好ましくは４〜８個、突設しておく。
【００１８】
このように、ローラカッタ本体１の刃先部1aに周方向に一定間隔毎に穿設している各チップ取付孔２に上記超硬チップ３を圧入、嵌着してなるローラカッタＡは、周知のようにその両側面の中心部に軸体５、５を突設してあり、この軸体５、５を両側支持部材６、６に回転自在に支持させている。そして、このローラカッタＡを図７、図８に示すように、円板形状のカッタ板７の中心部及び該中心部から外周端に向かって所定間隔毎に、ローラカッタ本体１を回転自在に軸支した上記両側支持部材６、６を固着することによってカッタ板７に配設されている。なお、ローラカッタＡは一個に限らず、二個或いは３個、並列状態に一体化した構造のものも組み合わせてカッタ板７に装着している。
【００１９】
この際、全てのローラカッタＡを、そのローラカッタ本体１の回転中心軸である軸体５、５をカッタ板７の径方向に向け、且つ、該ローラカッタ本体１の前側周部をカッタ板１から前方に突出させた状態にして取付けている。従って、カッタ板７の前面から突設しているローラカッタ本体１の刃先部1aは、カッタ板７の回転方向に対して接線方向に回転するように構成されている。また、カッタ板７の中心から外周に向かって一列状に配設されている複数個のローラカッタＡはカッタ板７に複数列、放射状に配設されていると共に、隣接するローラカッタ列間に土砂取込口８を設けている。
【００２０】
このように構成したカッタ板７はトンネル掘削機10の円筒形状の胴体部11における前端開口部に回転自在に配設されてあり、該カッタ板７を回転させながらトンネル掘削機10を推進させて切羽地盤を掘削する。この際、カッタ板７に装着しているローラカッタＡは、ローラカッタ本体１におけるカッタ板７から突出する刃先部1aに装着している超硬チップ３を切羽地盤に切り込ませながらカッタ板７の回転によって切羽地盤を切り崩していくが、カッタ板７の前面から突出しているローラカッタ本体１の刃先部1aはカッタ板７の回転方向に対して接線方向に向けられているため、カッタ板７の回転に従って切羽地盤に切り込ませる超硬チップ３の刃先部1aにおける切り込み開始端部が、切羽地盤をカッタ板７の内側に向かって掻き取る方向に作動しながら切羽地盤を切り崩していく。
【００２１】
従って、超硬チップ３の刃先部1aにおける切り込み開始端部には、切羽地盤側からの反力としてカッタ板７の内周側から外周側に向かう大きな押圧力が作用し、この押圧力が超硬チップ３に対してその中心回りに回動させようとする捩回力として作用する。超硬チップ３はローラカッタ本体１の刃先部1aに設けているチップ取付孔２の孔壁にその円柱形状の基部外周面を嵌着させているが、上記捩回力はチップ取付孔２の孔壁の円周方向に作用するため、超硬チップ３の外周面が超硬チップ２の孔壁に対してその嵌着力に抗してスリップし、該超硬チップ３が中心回りに回動してその刃先部3aの稜線方向をローラカッタ本体１の刃先部1aの稜線方向、即ち、ローラカッタ本体１の周方向に対して交差する方向に傾斜、偏向しようとするが、超硬チップ３は、その基端面外周部に突設している複数個の係止突起４をチップ取付孔２の孔底面に食い込ませて係止させているので、この係止突起４の係止力が上記捩回力に対して大きな抵抗力として作用し、超硬チップ３が偏向するのを強固に防止してローラカッタＡの耐用年数に達するまで、切羽地盤の掘削に供することができるものである。
【００２２】
次に、本発明における上記超硬チップと、従来の超硬チップとの捩回力に対する抵抗力を比較した実験結果を表１に示す。なお、この実験は先端面中央部に角軸を突設している同一構造の試験用超硬チップであって、基端面外周部に４個の係止突起を設けている超硬チップを実施例１とし、６個の係止突起を設けている超硬チップを実施例２とし、係止突起を設けていない超硬チップを比較例として図９、図１０に示すように、試験用固定台座Ｂに設けているチップ取付孔Ｃに超硬チップを圧入、嵌着させたのち、試験用固定台座Ｂから突出している角軸Ｄをプレスにて６トンの荷重を与えながらこの角軸Ｄにその中心回りの回転トルクを与え、超硬チップがチップ取付孔Ｃとの嵌着力に抗して回動した時のトルクを測定した。
【００２３】
【表１】
2007138437.tif 000003
【００２４】
上記表１から明らかなように、基端面に係止突起を突設している超硬チップの回転トルク（抵抗力）が係止突起を設けていない超硬チップに比較して増大しており、切羽地盤の掘削効率を向上させるができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】ローラカッタの斜視図。
【図２】支持部材によって回転自在に支持された状態の正面図。
【図３】その側面図。
【図４】超硬チップを圧入、嵌着させている部分の拡大縦断正面図。
【図５】係止突起を４個突設している超硬チップの斜視図。
【図６】係止突起を６個突設している超硬チップの斜視図。
【図７】トンネル掘削機の簡略縦断側面図。
【図８】そのカッタ板の正面図。
【図９】係止力の実験を行っている状態の簡略正面図。
【図１０】その平面図。
【図１１】従来の超硬チップを装着しているローラカッタの一部の縦断正面図。
【図１２】超硬チップが捩回した状態の縦断正面図。
【符号の説明】
【００２６】
Ａ  ローラカッタ
１  ローラカッタ本体
1a  刃先部
２  チップ取付孔
３  超硬チップ
3a  刃先部
４  係止突起
【図１】
2007138437.tif 000004
【図２】
2007138437.tif 000005
【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】
2007138437.tif 000012
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年11月28日(2005.11.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
【表１】
2007138437.tif 000016