(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸の周りに回動自在に取り付けられたリング状の台金を有するローラビットであって、
この台金の外周に、チップを上記中心軸とは反対の側へ突出させて複数植設するとともに、それらのチップの配置を周方向に沿って複数列で千鳥状にし、
上記チップの突出部を上記列の間で互いにオーバラップさせて配置したことを特徴とするローラビット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＴＢＭ（トンネル・ボーリング・マシン）やシールド掘削機等のカッタヘッドに取り付けられて、岩盤を破砕するのに用いられるローラビットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に岩盤にトンネルを掘削する際には、図４に示すようなＴＢＭ（トンネル・ボーリング・マシン）が用いられる。このＴＢＭは、メインビーム１の最前端にカッタヘッド２を備え、このカッタヘッド２によって岩盤を掘削して前進する。上記カッタヘッド２は、周方向にローラビット４が複数個取り付けられたカッタ平板３を有する。掘削時には、カッタ平板３が、図示しないモータによってヘッドの中心軸の周りに回転される。そして、ローラビット４が岩盤の表面を転動し、ローラビット４の先端に植設された超硬チップによって岩盤を砕くのである。こうして砕かれた岩塊は図示しないベルトコンベアによって後方に搬送される。なお、フロントグリッパ８およびリアグリッパ９を有するサポート部材１０は、方向修正を行うとともに推進反力をとる。
【０００３】
従来のローラビット４は、図５に示すように、中心軸１１３を有する本体１１２と、その中心軸１１３にそれぞれベアリング１１４を介して嵌着されたハブ１１５，１１５を備えている。ハブ１１５，１１５はベアリング１１４を介して中心軸１１３の周りに回動し得るようになっている。各ハブ１１５の外周面には、軸方向一端近傍に係止部１１５ａ、軸方向他端近傍に環状溝１５ｂが形成されている。各ハブ１１５の外周に、略三形の断面をもつリング状の台金１１７が嵌合され、係止部１１５ａと環状溝１１５ｂに嵌着されたストップリング１１６とで軸方向に挟持されている。この台金１１７は、内周面１１７ａが平坦に形成され、外周側に二つの斜面１１７ｂ，１１７ｂを有している。この台金１１７の二つの斜面１１７ｂ，１１７ｂが作る頂部に、先端が鋭角をなす略五角形の断面をもつ板状の超硬チップ１１８が植設されている。図６に示すように、超硬チップ１１８は、台金１１７の外周に沿って多数、連続的に植設されている。
【０００４】
掘削時には、図５中に示すような隣り合う超硬チップ１１８，１１８がそれぞれ岩盤に食い込み、それらの間の岩が両側から押圧されて岩盤から剥離する（剥離破砕）。超硬チップ１１８が岩盤に食い込んだとき、台金１１７の各斜面１１７ｂ，１１７ｂに岩盤が接触しようとする。そこで、台金１１７の各斜面１１７ｂ，１１７ｂには、岩盤が接触してこの台金１１７の材料が磨耗するのを防止するために、保護用の肉盛り（ハードフェイシング）１１９が施されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ローラビット４には以下のような問題がある。
【０００６】
すなわち、超硬チップ１１８が台金１１７の周方向に関して連続的に植設されているため、超硬チップ１１８が岩盤との摩擦によって加熱されたとき、超硬チップ１１８同士が膨張して押し合う結果、台金１１７から脱落することがある。
【０００７】
また、超硬チップ１１８の先端が鋭角になっているため、掘削に伴って超硬チップ１１８の先端が磨耗し易く、欠けることがある。
【０００８】
また、図５中に示すような隣り合う超硬チップ１１８，１１８の間隔Ｄが狭いほど、剥離される岩片が小さくなることから、岩盤を容易に破砕できる。しかし、従来の構造では超硬チップ１１８，１１８の間隔Ｄが実質的に台金１１７の幅で定められており、この台金１１７の幅は、超硬チップ１１８をしっかりと保持するために、あまり狭くできない。現実には、せいぜい５ｃｍ程度までしか狭くできない。この結果、岩盤に対してローラビット４を大きな力で押圧しなければならず、超硬チップ１１８の脱落、磨耗、欠けが顕著になる。
【０００９】
また、台金１１７に保護用の肉盛り１１９を施しているため、製作に手間がかかる。
【００１０】
そこで、この発明の目的は、チップの脱落、磨耗、欠けを起こりにくくして耐久性を高めるとともに、簡単に製作できるようにしたローラビットを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載のローラビットは、中心軸の周りに回動自在に取り付けられたリング状の台金を有するローラビットであって、この台金の外周に、チップを上記中心軸とは反対の側へ突出させて複数植設するとともに、それらのチップの配置を周方向に沿って複数列で千鳥状にし、上記チップの突出部を上記列の間で互いにオーバラップさせて配置したことを特徴とする。
【００１２】
なお、「千鳥状」に配置するとは、２列以上の平行な線上に所定の間隔（またはピッチ）で互い違いに配置することを意味する。
【００１３】
この請求項１のローラビットは、従来のローラビットと同様に、ＴＢＭ（トンネル・ボーリング・マシン）やシールド掘削機等のカッタヘッドに取り付けられる。掘削時には、岩盤に対してローラビットが押圧された状態で、カッタヘッド（カッタ平板）の回転に伴って岩盤の表面をローラビットが転動する。これにより、ローラビットの複数列のチップが岩盤に接触し、それらの間の岩が両側から押圧されて岩盤から剥離する。
【００１４】
このローラビットでは、チップを周方向に沿って複数列で千鳥状に配置、すなわちチップを所定の間隔で互い違いに配置しているので、チップが岩盤との摩擦によって加熱されたとしても、チップ同士が膨張して押し合うことがない。したがって、チップが加熱されても台金から脱落することはない。また、チップは同一の台金に周方向に沿って複数列で配置されているので、隣り合う列（チップ列）の間の間隔を狭く設定できる。そのように設定した場合、剥離される岩片を小さくでき、岩盤を容易に破砕できる。この結果、岩盤に対してローラビットを押圧する力を小さくでき、チップの脱落、磨耗、欠けが起こりにくくなる。すなわち、ローラビットの耐久性が高まる。
【００１５】
また、このローラビットでは、上記チップの突出部を上記列の間で互いにオーバラップさせて配置しているので、隣り合う列（チップ列）の間の間隔が極めて狭くなっている。したがって、剥離される岩片を小さくでき、岩盤を容易に破砕できる。この結果、岩盤に対してローラビットを押圧する力を小さくでき、チップの脱落、磨耗、欠けが起こりにくくなる。また、上記チップの突出部が上記列の間で互いにオーバラップしているので、掘削時に岩盤が台金に接触しにくくなり、台金が磨耗しにくくなる。この結果、さらにローラビットの耐久性が高まる。また、台金が磨耗しにくくなる結果、台金に保護用の肉盛りを施す必要がなくなるので、このローラビットは簡単に製作される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００１７】
図１は一実施形態のローラビットを斜めから見たところを示している。また、図２はローラビット１１を軸線Ｘ−Ｘ′に対して垂直な方向から見たところを部分的に断面で示し、図３はローラビット１１を軸線Ｘ−Ｘ′方向に見たところを示している。
【００１８】
図２に示すように、このローラビット１１は、内部に軸線Ｘ−Ｘ′に沿って延びる中心軸１３を有している。この中心軸１３の一端（Ｘ′）側には、この中心軸の直径よりも大きい直径をもつ円板状のエンドプレート１２が一体に形成されている。中心軸１３には、複列円錐ころ軸受（以下「ベアリング」という。）１４を介して略台形の断面をもつリング状の台金１７が嵌着されている。したがって、この台金１７はベアリング１４を介して中心軸１３の周りに自在に回動し得る。中心軸１３の他端（Ｘ）側には、エンドプレート１２の直径と同じ直径をもつ円板状のカウンタプレート１５が取り付けられている。カウンタプレート１５は中心軸１３の他端（Ｘ）側に嵌合され、３個のボルト１６で中心軸１３に対して一体に固定されている。エンドプレート１２とカウンタプレート１５とによって中心軸１３に対するベアリング１４の軸方向の動きが規制され、この結果、中心軸１３に対する台金１７の軸方向の動きが規制されている。なお、エンドプレート１２、カウンタプレート１５の各外面の中央部には、このローラビット１１をカッタヘッドに取り付ける便宜のために、それぞれ略正方形の取付用突起２１，２２が設けられている。
【００１９】
図１によって良く分かるように、台金１７の外周面１７ａに、超硬チップが周方向Ｃに沿って２列で千鳥状に配置されている。一つの列をなす超硬チップは符号１８で表され、他の列をなす超硬チップは符号１９で表されている。詳しくは、一つの列をなす超硬チップ１８は周方向Ｃに一定のピッチで配置され、他の列をなす超硬チップ１９は周方向Ｃにそれと同じ一定のピッチで配置され、それら二つの列のチップ配置が互いに１／２ピッチだけずれている。これにより、超硬チップ１８，１９が千鳥状、つまり互い違いに所定の間隔で配置されている。隣り合うチップ１８とチップ１８、チップ１９とチップ１９、またチップ１８とチップ１９は互いに離間している。
【００２０】
図２によって良く分かるように、各超硬チップ１８，１９は、実質的に丸棒状の外形を有している。そして、各超硬チップ１８，１９は、台金１７の外周面１７ａから中心軸１３とは反対の側へ、略半球状に丸く加工された先端１８ａ，１９ａのみが突出する態様で台金１７に植設されている。
【００２１】
一つの列をなす超硬チップ１８は台金１７の外周面１７ａの一方（Ｘ′側）の縁に接して配置され、他の列をなす超硬チップ１９は台金１７の外周面１７ａの他方（Ｘ側）の縁に接して配置されている。この例では、超硬チップ１８，１９の直径ａを２０ｍｍとし、台金１７の外周面１７ａの幅（軸方向寸法）ｂを３５ｍｍに設定している。つまり、ｂ＜２ａに設定している。この結果、超硬チップ１８，１９は、したがって超硬チップ１８，１９の突出部１８ａ，１９ａも、二つの列の間で互いにオーバラップしている。オーバラップの軸方向寸法は（２ａ−ｂ）＝５ｍｍである。
【００２２】
また、図３によって良く分かるように、一つの列をなす超硬チップ１８の周方向Ｃのピッチ角度θは、上記列内で周方向Ｃに隣り合う二つのチップ１８，１８の先端１８ａ，１８ａに接する外接線Ｌが台金１７の外周面１７ａに接するようなピッチ角度よりも小さく設定されている。この例ではθ＝１８°に設定されている。他の列をなす超硬チップ１９の周方向Ｃのピッチ角度θも同じ値に設定されている。つまり、各列をなす超硬チップ１８，１９の周方向Ｃの間隔が、岩盤が台金１７の外周面１７ａに接触しないように、十分に小さく設定されている。なお、この例では、台金１７の外径は３０５ｍｍである。
【００２３】
このような構成を持つローラビット１１は、従来のローラビットと同様に、ＴＢＭ（トンネル・ボーリング・マシン）やシールド掘削機等のカッタヘッドに取り付けられる。掘削時には、岩盤に対してローラビット１１が押圧された状態で、カッタヘッド（カッタ平板）の回転に伴って岩盤の表面をローラビット１１が転動する。これにより、ローラビット１１の２列の超硬チップ１８，１９が岩盤に接触し、それらの間の岩が両側から押圧されて岩盤から剥離する。
【００２４】
このローラビット１１では、超硬チップ１８，１９を周方向Ｃに沿って２列で千鳥状に配置、すなわち所定の間隔で互い違いに配置しているので、超硬チップ１８，１９が岩盤との摩擦によって加熱されたとしても、チップ１８とチップ１８、チップ１９とチップ１９、またチップ１８とチップ１９が膨張して押し合うことがない。したがって、超硬チップ１８，１９が加熱されても台金１７から脱落することはない。また、超硬チップ１８，１９は同一の台金１７に周方向Ｃに沿って２列で配置され、しかも超硬チップ１８，１９（の突出部１８ａ，１９ａ）が二つの列の間で互いにオーバラップしているので、二つの列の間の間隔ｄ（図２中に示す）を狭く設定できる。この例ではｄ＝１５ｍｍとなっている。そのように設定した場合、剥離される岩片を従来に比して小さくでき、岩盤を容易に破砕できる。この結果、岩盤に対してローラビット１１を押圧する力を小さくでき、超硬チップ１８，１９の脱落、磨耗、欠けが起こりにくくなる。しかも、超硬チップ１８，１９の突出部先端１８ａ，１９ａが丸いので、超硬チップ１８，１９の欠けがさらに起こりにくくなる。したがって、ローラビットの耐久性を従来に比して飛躍的に高めることができる。また、超硬チップ１８，１９（の突出部１８ａ，１９ａ）が二つの列の間で互いにオーバラップしているので、掘削時に岩盤が台金１７に接触しにくくなる。しかも、各列をなす超硬チップ１８，１９の周方向Ｃの間隔を、上述のように十分に小さく設定しているので、掘削時に岩盤が台金１７にさらに接触しにくくなる。したがって、台金１７が磨耗しにくくなる。この結果、さらにローラビットの耐久性を高めることができる。また、台金１７が磨耗しにくくなる結果、台金１７に保護用の肉盛りを施す必要がなくなるので、このローラビット１１は簡単に製作される。
【００２５】
なお、この実施形態では、台金１７の外周面１７ａに周方向Ｃに沿って超硬チップ１８，１９を２列で千鳥状に配置したが、超硬チップの列の数は３列またはそれ以上でも良い。
【００２６】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１のローラビットでは、チップを周方向に沿って複数列で千鳥状に配置、すなわちチップを所定の間隔で互い違いに配置しているので、チップが岩盤との摩擦によって加熱されたとしても、チップ同士が膨張して押し合うことがなく、台金から脱落することはない。また、チップは同一の台金に周方向に沿って複数列で配置されているので、隣り合う列（チップ列）の間の間隔を狭く設定して、剥離される岩片を小さくでき、岩盤を容易に破砕できる。この結果、岩盤に対してローラビットを押圧する力を小さくでき、チップの脱落、磨耗、欠けが起こりにくくなる。したがって、ローラビットの耐久性を高めることができる。
【００２７】
また、上記チップの突出部を上記列の間で互いにオーバラップさせて配置しているので、隣り合う列（チップ列）の間の間隔を極めて狭くでき、剥離される岩片を小さくでき、岩盤を容易に破砕できる。この結果、岩盤に対してローラビットを押圧する力を小さくでき、チップの脱落、磨耗、欠けが起こりにくくなる。また、上記チップの突出部が上記列の間で互いにオーバラップしているので、掘削時に岩盤が台金に接触しにくくなり、台金が磨耗しにくくなる。この結果、さらにローラビットの耐久性を高めることができる。また、台金が磨耗しにくくなる結果、台金に保護用の肉盛りを施す必要がなくなるので、このローラビットは簡単に製作される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一実施形態のローラビットを示す斜視図である。
【図２】  上記ローラビットを軸線Ｘ−Ｘ′に対して垂直な方向から見たところを示す部分断面図である。
【図３】  上記ローラビットを軸線Ｘ−Ｘ′方向に見たところを示す図である。
【図４】  一般的なＴＢＭ（トンネル・ボーリング・マシン）によって岩盤を掘削する態様を示す図である。
【図５】  従来のローラビットを軸線Ｘ−Ｘ′に対して垂直な方向から見たところを示す部分断面図である。
【図６】  従来のローラビットにおいて台金に超硬チップを周方向に配置した態様を示す図である。
【符号の説明】
１１  ローラビット
１３  中心軸
１４  ベアリング
１７  台金
１８，１９  チップ
【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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