(57)【要約】【課題】ローラカッタの刃先から被切断物が逃げ難いようにすることにより、ローラカッタによる被切断物の切断を効果的に行う。【解決手段】回転するホイール部３２の外周部に周方向に繰返す凹凸を有してなるローラカッタ１０であって、ホイール部３２の外周部に設けられたビット３４が、根元側から先端側へかけて周方向の長さが長くなるように形成されていることを特徴とする。ビット３４は、ホイール部３２に接合されることにより、ホイール部３２と一体化されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する本体の外周部に周方向に繰返す凹凸が設けられてなるローラカッタであって、
前記外周部に設けられた凸部が、根元側から先端側へかけて周方向の長さが長くなるように形成されていることを特徴とするローラカッタ。
【請求項２】
前記凸部は、前記本体に接合されることにより、前記本体と一体化され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。
【請求項３】
前記凸部の前記本体との接合部には、外周形状が多角形状の嵌合部が形成され、
前記本体の前記凸部との接合部には、前記嵌合部が嵌合する被嵌合部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のローラカッタ。
【請求項４】
前記凸部の先端は、前記周方向の中央が膨出するように湾曲していることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか１項に記載のローラカッタ。
【請求項５】
請求項１から請求項４までの何れか１項に記載のローラカッタを備えるシールド型地山掘削機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド型地山掘削機用のローラカッタ及びシールド型地山掘削機に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド機用のローラカッタとして、シールド機の進路に存する鉄筋や杭や矢板等の障害物を切断除去することを可能にするべく、外周形状を歯車形状にしたものが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−８８９７４号公報
【特許文献２】特開平１０−３７６７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１、２に記載のローラカッタでは、刃先が根元側から先端側へかけて幅が狭まる三角形状となっており、これに対応して、刃間の溝形状は、逆に根元側から先端側へかけて幅が広くなるＶ字形状となっている。このため、被切断物が刃先から逃げ易くなることから、被切断物の切断を効果的に行うことができない。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ローラカッタの刃先から被切断物が逃げ難いようにすることにより、ローラカッタによる被切断物の切断を効果的に行うものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係るローラカッタは、回転する本体の外周部に周方向に繰返す凹凸が設けられてなるローラカッタであって、前記外周部に設けられた凸部が、根元側から先端側へかけて周方向の長さが長くなるように形成されていることを特徴とする。
【０００７】
前記ローラカッタにおいて、前記凸部は、前記本体に接合されることにより、前記本体と一体化されていてもよい。
【０００８】
前記ローラカッタにおいて、前記凸部の前記本体との接合部には、外周形状が多角形状の嵌合部が形成され、前記本体の前記凸部との接合部には、前記嵌合部が嵌合する被嵌合部が形成されていてもよい。
【０００９】
前記ローラカッタにおいて、前記凸部の先端は、前記周方向の中央が膨出するように湾曲していてもよい。
【００１０】
また、本発明に係るシールド型地山掘削機は、上記ローラカッタを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ローラカッタの刃先から被切断物が逃げ難いようにすることができ、以って、ローラカッタによる被切断物の切断を効果的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態に係るローラカッタを備えるシールド掘削機を示す側断面図である。
【図２】シールド掘削機の前面を示す正面図である。
【図３】ローラカッタを拡大して示す立面図である。
【図４】図３の４−４断面図である。
【図５】ビットとホイール部とを示す分解斜視図である。
【図６】比較例に係るローラカッタの作用を示す図である。
【図７】本実施形態に係るローラカッタの作用を示す図である。
【図８】他の実施形態に係るローラカッタを示す立面図である。
【図９】図８の９−９断面図である。
【図１０】ビットとホイール部とを示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係るローラカッタ１０を備えるシールド掘削機１００を示す側断面図である。この図に示すように、シールド掘削機１００は、シールドトンネルの施工に用いられる泥土圧式のシールド掘削機である。このシールド掘削機１００は、カッタヘッド１１０を掘進方向の先頭部に備える円筒状の前胴部１２０と、中折れジャッキ１３２を介して前胴部１２０の後部に連結された円筒状の後胴部１３０とを備えている。中折れジャッキ１３２は、伸縮することにより、前胴部１２０を後胴部１３０に対して屈曲させる。
【００１４】
後胴部１３０には、エレクタ１３４とシールドジャッキ１３６とが設けられている。エレクタ１３４は、セグメント１をシールドジャッキ１３６の後方に設置する。また、シールドジャッキ１３６は、主推進ジャッキであり、設置済みのセグメント１に反力をとってシールド掘削機１００に推力を与える。
【００１５】
前胴部１２０には、カッタヘッド１１０が設けられたチャンバ１２２とシールド機内とを仕切る隔壁１２４が設けられている。この隔壁１２４には、注入口１２５が形成されており、この注入口１２５からチャンバ１２２に加泥材が注入される。
【００１６】
図２は、シールド掘削機１００の前面を示す正面図である。この図に示すように、カッタヘッド１１０は、１２０度間隔で配された３本のカッタスポーク１１２と、カッタスポーク１１２等に配された複数のカッタビット１１４と、カッタスポーク１１２間に夫々複数配されたローラカッタ１０及びディスクカッタ１１１とを備えている。
【００１７】
各カッタスポーク１１２には、その長手方向に沿って複数のカッタビット１１４が配されている。カッタスポーク１１２間には、扇形状の面板部１１６Ａ、１１６Ｂ、１１６Ｃが設けられており、この面板部１１６Ａ〜Ｃの周縁部に複数のカッタビット１１４が配されている。また、面板部１１６Ａには、夫々１個のローラカッタ１０及びディスクカッタ１１１が配され、面板部１１６Ｂには、１個のローラカッタ１０が配され、面板部１１６Ｃには、１個のディスクカッタ１１１が配されている。
【００１８】
ローラカッタ１０は、カッタヘッド１１０の径方向に対して平行な回転軸の周りに回転可能に、周方向の一部が面板部１１６Ａ、１１６Ｂから掘進方向に突出するように配されている。また、ディスクカッタ１１１は、カッタヘッド１１０の径方向に対して掘進方向に傾斜した回転軸の周りに回転可能に、周方向の一部が面板部１１６Ａ、１１６Ｃから掘進方向に突出するように配されている。
【００１９】
即ち、複数のローラカッタ１０及びディスクカッタ１１１は、地山に接触するように配されており、かつ、回転軸がカッタヘッド１１０の接線方向に対して直交している。このため、カッタヘッド１１０が回転すると、ローラカッタ１０及びディスクカッタ１１１が地山から受ける偶力により回転し、地山を掘削する。また、ローラカッタ１０は、鉄筋や杭や矢板等の障害物が存する場合には該障害物を切断する。
【００２０】
図３は、ローラカッタ１０を拡大して示す立面図であり、図４は、図３の４−４断面図である。これらの図に示すように、ローラカッタ１０は、カッタヘッド１１０に固定される固定部２０と、固定部２０の周りに回転可能に配された回転部３０とを備えている。固定部２０は、軸部２２と、この軸部２２に取付けられた軸受２４と、軸部２２と軸受２４とが固定される一対の外装部２６とを備えている。
【００２１】
軸受２４の中心には孔２５が空けられており、この孔２５に軸部２２が挿入されて嵌合している。また、軸受２４にはフローティングシール２４Ａが設けられており、軸受２４内への土砂や液体の浸入が防止されている。一対の外装部２６は、軸部２２の軸方向に離れて配されており、軸部２２の軸方向端部が固定される外形が直方体状の軸固定部２６Ａと、軸固定部２６Ａから軸部２２の周方向へ広がる円盤状の軸受固定部２６Ｂとを備えている。
【００２２】
回転部３０は、軸受２４を介して軸部２２に回転可能に支持されたホイール部３２と、ホイール部３２の外周面に、その周方向に沿って所定間隔（例えば、図示するように３０度）おきに配された複数のビット３４とを備えている。ホイール部３２は、その全体形状が円環状の回転体であり、軸心周りに回転する。また、ホイール部３２の内周部と外装部２６の軸受固定部２６Ｂとの間には、シール部材２７が設けられており、ホイール部３２と外装部２６との隙間から軸受２４へ土砂が侵入することが防止されている。
【００２３】
ホイール部３２の外周面の幅方向中央部は、その両側と比して外周側へ突出しており、その位置に形成された孔３２Ａにビット３４の軸部３４Ａが挿入され、軸部３４Ａと孔壁とがロウ付けにより接着されている。ビット３４は、超硬合金や焼結タングステンカーバイド等の強靭な素材で形成されており、円柱状の軸部３４Ａと、軸部３４Ａと一体の刃部３４Ｂとを備えている。
【００２４】
図５は、ビット３４とホイール部３２とを示す分解斜視図である。この図に示すように、ホイール部３２の外周面の幅方向中央部には、ビット３４の円柱状の軸部３４Ａが圧入される円状の孔３２Ａが形成されると共に、孔３２Ａの頂部には、矩形状の凹部３２Ｂが形成されている。凹部３２Ｂは、孔３２Ａと同軸に配されており、孔３２Ａよりも断面積が大きい。
【００２５】
ビット３４の刃部３４Ｂは、前記凹部３２Ｂと嵌合する断面形状が矩形状の嵌合部３４Ｃを備えており、凹部３２Ｂと嵌合部３４Ｃとが嵌合することにより、ビット３４の周り止めがなされる。
【００２６】
ここで、図４に示すように、刃部３４Ｂをローラカッタ１０の回転軸を通る平面で切断したときの、その先端形状は、通常と同様に二等辺三角形状である。一方で、図３に示すように、刃部３４Ｂをローラカッタ１０の正面から見た場合には、その先端形状は、先端側から基端側へかけて幅が狭まる逆台形状であるという特徴がある。このため、隣り合った刃部３４Ｂの間には、内周側から外周側へかけて幅が狭まる台形状の空間Ａが形成されている。
【００２７】
図６は比較例に係るローラカッタの作用を示す図であり、図７は、本実施形態に係るローラカッタ１０の作用を示す図である。図６に示すように、比較例に係るローラカッタは、回転部３の刃先の形状が歯形状である。このローラカッタでは、刃部４Ｂをローラカッタの回転軸の方向に見た場合には、その形状は、基端側から先端側へかけて幅が狭まる三角形状である。このため、隣り合った刃部４Ｂの間には、内径側から外径側へかけて幅が広がるＶ字状の空間Ｂが形成される。
【００２８】
ここで、比較例に係るローラカッタでは、刃部４Ｂで障害物２を圧壊させると共にその先端で切断するところ、隣り合った刃部４Ｂの間の空間Ｂが内周側から外周側へかけてＶ字状に広がっているため、障害物２は、空間Ｂから逃げ易い。障害物２が空間Ｂから逃げてしまった場合には、ローラカッタによる障害物２の切断を効果的に行うことができない。
【００２９】
これに対して、図７に示すように、本実施形態に係るローラカッタ１０では、刃部３４Ｂの形状は、先端側から基端側へかけて幅が狭まる逆台形状である。このため、隣り合った刃部３４Ｂの間には、内径側から外径側へかけて幅が狭まる台形状の空間Ａが形成される。
【００３０】
即ち、本実施形態に係るローラカッタ１０では、刃部３４Ｂにおける空間Ａに面する壁面３４Ｄが、基端側から先端側へかけて空間Ａ側に傾斜しており、隣り合った刃部３４Ｂの間の空間Ａが内径側から外径側へかけて狭まっているため、障害物２は、壁面３４Ｄにより空間Ａ内で拘束される。従って、ローラカッタ１０による障害物２の切断を効果的に行うことができる。
【００３１】
また、ビット３４には、高耐磨耗性が要求されるところ、ビット３４とホイール部３２とを一体で形成する場合には、要求される高耐磨耗性を有する材料を削り出しすることにより、ホイール部３２の外周部に、外周側から内周側へかけて幅が広がる溝や三角形状の刃先形状等の複雑な立体形状を形成することは容易な作業ではない。従って、ビット３４を、所望の精度を確保して形成することは容易ではない。
【００３２】
これに対して、本実施形態に係るローラカッタ１０では、ビット３４をホイール部３２に接合することにより一体化している。これにより、ビット３４とホイール部３２とを一体で削り出しにより形成する場合と比して、ビット３４を高精度に形成することができる。また、高耐摩耗性を要求されるビット３４のみを、高耐磨耗性材料で形成し、ビット３４と比して耐摩耗性の要求度が低いホイール部３２については、ビット３４の材料と比して安価な材料で形成することができ、以って、ローラカッタ１０のコストを低減することができる。
【００３３】
また、本実施形態に係るローラカッタ１０では、ビット３４のホイール部３２との接合部に矩形状の嵌合部３４Ｃを形成し、ホイール部３２のビット３４との接合部に嵌合部３４Ｃが嵌合する矩形状の凹部３２Ｂを形成している。これにより、ビット３４が軸部３４Ａの周りに回転することを防止でき、ビット３４をホイール部３２にロウ付けや圧入のみで接合する場合と比して、ビット３４とホイール部３２との接合をより確実なものにすることができる。
【００３４】
図８は、他の実施形態に係るローラカッタ２００を示す立面図であり、図９は、図８の９−９断面図である。これらの図に示すように、ローラカッタ２００は、上述の実施形態に係るローラカッタ１０のビット３４に替えてビット２３４を備えている。ビット２３４は、ビット３４と同様に、ローラカッタ１０の回転軸を通る平面で切断したときの形状は二等辺三角形状であり、また、ローラカッタ１０の正面から見たときの形状は、先端側から基端側へかけて幅が狭まる逆台形状である。そのため、隣り合ったビット２３４の間には、内周側から外周側へかけて幅が狭まる台形状の空間Ａが形成されている。
【００３５】
ここで、ビット２３４の先端は、ローラカッタ２００の周方向の中央が膨出する（凸となる）ように湾曲している。即ち、ビット２３４の先端刃、ローラカッタ２００の周方向に沿って円弧状に湾曲している。
【００３６】
図１０は、ビット２３４とホイール部２３２とを示す分解斜視図である。この図に示すように、ホイール部２３２の外周面の幅方向中央部には、ビット２３４の円柱状の根元側が圧入される孔２３２Ａが形成されている。孔２３２Ａは、四隅が面取りされた矩形状の孔であり、底側へかけて次第に幅寸法及び長手方向の寸法が縮小する。
【００３７】
ビット２３４の根元側は、四角が面取りされた矩形状であり、孔２３２Ａと凸凹の関係にある形状に形成されており、孔２３２Ａと嵌合する。これにより、ビット２３４の周り止めがなされる。
【００３８】
ここで、ビット２３４の先端を上述したように湾曲させたことによって、ビット２３４の刃先に加わる衝撃を緩和でき、ビット２３４の損傷を抑制できる。また、ビット２３４の四角及び孔２３２Ａの四隅を面取りしたことにより、ビット２３４の四隅及び孔２３２Ａの四隅における応力集中を緩和でき、ビット２３４及びホイール部２３２の耐久性を向上できる。
【００３９】
なお、ビット２３４の衝撃を緩和するためには、隣り合ったビット２３４の間隔を狭くすることが望ましく、本実施形態では、直径３０５ｍｍのローラカッタ２００に対して１２ｍｍというように、狭く設定している。
【００４０】
なお、上述の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、上述の実施形態では、シールド型地山掘削機として、シールド掘削機を例に挙げて本発明を説明したが、本発明は、推進型のシールド機やシールド型のＴＢＭ（トンネルボーリングマシーン）等の他のシールド型地山掘削機にも適用できる。
【００４１】
また、上述の実施形態では、カッタヘッド１１０に、ローラカッタ１０とディスクカッタ１１１とを設置したが、カッタヘッド１１０に設置するカッタの種類は、掘削する地山に合わせて適宜選択して組み合わせればよく、例えば、全てをローラカッタ１０にする等してもよい。また、ローラカッタ１０には、ビット３４を一列設けたが、ビット３４を複数列設けてもよく、また、ローラカッタ１０を複数重ねてカッタヘッド１１０に設置する等してもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１  セグメント、２  障害物、３  回転部、４Ｂ  刃部、１０  ローラカッタ、２０  固定部、２２  軸部、２４  軸受、２４Ａ  フローティングシール、２５  孔、２６  外装部、２６Ａ  軸固定部、２６Ｂ  軸受固定部、２７  シール部材、３０  回転部、３２  ホイール部（本体）、３２Ａ  孔、３２Ｂ  凹部（被嵌合部）、３４  ビット（凸部）、３４Ａ  軸部、３４Ｂ  刃部、３４Ｃ  嵌合部、３４Ｄ  壁面、１００  シールド掘削機（シールド型地山掘削機）、１１０  カッタヘッド、１１１  ディスクカッタ、１１２  カッタスポーク、１１４  カッタビット、１１６Ａ〜Ｃ  面板部、１２０  前胴部、１２２  チャンバ、１２４  隔壁、１２５  注入口、１３０  後胴部、１３２  中折れジャッキ、１３４  エレクタ、１３６  シールドジャッキ、２００  ローラカッタ、２３２  ホイール部、２３２Ａ  孔、２３４  ビット（凸部）
【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】
2013047425.tif 000009
【図８】
2013047425.tif 000010
【図９】
2013047425.tif 000011
【図１０】
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