(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に被破砕物の入口部を、他端に出口部をそれぞれ有する筒状のケーシングと、前記ケーシング内に軸線をほぼ一致させて配置された搬送スクリューと、前記ケーシングの内周面に設けられた多数の破砕ビットと、前記搬送スクリューを回転させるための駆動手段とを備えてなるスクリュークラッシャであって、
前記破砕ビットは、前記ケーシングの周方向に間隔を置いてビット列として設けられるとともに、ボルト孔を有する取付用ベースプレートと、この取付用ベースプレートのほぼ中央に固定されたそろばん玉状の破砕チップとから構成され、  前記破砕チップの外周縁には円弧状のナイフエッジが形成されており、このナイフエッジの方向が前記ケーシングの軸線を含む面内に位置するように配置され、かつ前記ボルト孔に挿入されるボルトによりケーシングの内面に固定され、
前記ビット列を含む筒形状のケーシング部分が前後のケーシングとフランジ継手によって接続されているとともに、前記ビット列は、前記搬送スクリューの羽根のピッチに対応したピッチでケーシングの軸線方向に複数列設けられていることを特徴とするスクリュークラッシャ。
【請求項２】
前記ビット列の各破砕ビット間に、ウォータージェットのノズルが開口して設けられている請求項１記載のスクリュークラッシャ。
【請求項３】
前記ケーシングは大径部を入口部側とした截頭円錐筒部分を有し、この截頭円錐筒部分の内径の変化に対応して前記搬送スクリューの羽根径が搬送方向に沿って漸減している請求項１〜２いずれかに記載のスクリュークラッシャ。
【請求項４】
前記駆動手段が前記搬送スクリューの両端部に連結されている請求項１〜３いずれかに記載のスクリュークラッシャ。
【請求項５】
前記搬送スクリューは、ケーシングの軸線に沿った軸部を有しない無軸型リボンスクリューである請求項１〜４いずれかに記載のスクリュークラッシャ。
【請求項６】
前記ケーシングは、シールド機の排泥管に組み込まれることを特徴とする請求項１〜５記載いずれかに記載のスクリュークラッシャ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スクリューによる土砂の搬送機能と、土砂中の礫を破砕するクラッシャ機能とを合わせ持つスクリュークラッシャに関し、さらに詳細には、シールド機の排泥管に組み込まれ、掘削土砂中に含まれる大径の礫等を土砂排出ライン内で輸送しながら破砕するのに好適なクラッシャに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、シールド工事においては、施工条件が厳しくなる傾向にある。例えば、施工距離や施工深度が長距離化・大深度化し、これに伴う高速施工の対応が求められている。また、施工地質も長距離化・大深度化に伴い、部分的に巨礫や岩盤を対象とする場合も増加している。巨礫・砂礫を対象としたシールド工事では、掘削土砂の取り込み・運搬処理の理由から、巨礫をある程度まで小さく破砕する必要が生じる。このため、従来はシールドのカッタヘッド部にディスクローラカッタを装備したり、シールド後続台車付近にクラッシャを設置したりして対応していた。前記クラッシャとしては、従来、その形式によりジョークラッシャ、コーンクラッシャ、ジャイレトリクラッシャ、インペラブレーカ等が開発され、適用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これらクラッシャのうち、シールド工事ではジョークラッシャ等が適用されることが多いが、この場合、クラッシャ本体はシールド坑内の中でかなり大きなスペースを必要とするため、クラッシャの機種は対象とする礫のサイズで選定されるのではなく、トンネル内空寸法の制約を受けて選定される場合が多い。
【０００４】
また、特殊なシールドの例では、シールド機内にクラッシャを装備したものもあるが、この場合もある程度掘削外径の大きなシールド（実績ではφ２．５ｍ程度以上）に適用されることとなる。
【０００５】
この発明の主たる課題は、上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、例えば巨礫・砂礫を対象としたシールド工事において、泥水式、泥土圧式等のシールド工法形式やシールド内空寸法等の制約を受けずに排泥中の礫を輸送中に破砕することを可能としたクラッシャを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記課題を達成するため本発明は、一端に被破砕物の入口部を、他端に出口部をそれぞれ有する筒状のケーシングと、前記ケーシング内に軸線をほぼ一致させて配置された搬送スクリューと、前記ケーシングの内周面に設けられた多数の破砕ビットと、前記搬送スクリューを回転させるための駆動手段とを備えてなるスクリュークラッシャであって、
前記破砕ビットは、前記ケーシングの周方向に間隔を置いてビット列として設けられるとともに、ボルト孔を有する取付用ベースプレートと、この取付用ベースプレートのほぼ中央に固定されたそろばん玉状の破砕チップとから構成され、  前記破砕チップの外周縁には円弧状のナイフエッジが形成されており、このナイフエッジの方向が前記ケーシングの軸線を含む面内に位置するように配置され、かつ前記ボルト孔に挿入されるボルトによりケーシングの内面に固定され、
前記ビット列を含む筒形状のケーシング部分が前後のケーシングとフランジ継手によって接続されているとともに、前記ビット列は、前記搬送スクリューの羽根のピッチに対応したピッチでケーシングの軸線方向に複数列設けられていることを特徴とするものである。
【０００７】
この場合において、前記ビット列の各破砕ビット間に、ウォータージェットのノズルを開口して設け、補助的に超高圧水により巨礫の破砕を補助するようにしてもよい。
【０００８】
また、前記ケーシングは円筒形とするのみならず、大径部を入口部側とした截頭円錐筒部分を有し、この截頭円錐筒部分の内径の変化に対応して前記搬送スクリューの羽根径が搬送方向に沿って漸減している構造とすることもできる。
【０００９】
前記駆動手段はスクリューの回転トルクを増強するため前記搬送スクリューの両端部に連結してもよく、前記搬送スクリューとしては、好適にはケーシングの軸線に沿った軸部を有しない無軸型リボンスクリューを用いることができる。この発明によるクラッシャをシールド機に適用する場合、前記ケーシングはシールド機の排泥管に組み込まれて使用される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図面を参照しながら詳述する。
図１はこの発明のスクリュークラッシャが適用されるシールド機を示す軸線方向断面図である。
【００１１】
同図に示されるシールド機１は泥水加圧式のものであり、シールド本体２の前端部に設けられた隔壁３とカッタヘッド４との間にはカッタチャンバ５が区画されている。また、このカッタチャンバ５に臨ませて送泥管６と排泥管７とが開口して設けられている。なお、図１において符号８はトンネル覆工のためのセグメントであり、符号９はシールド本体２を推進させるためのシールドジャッキである。
【００１２】
この発明によるスクリュークラッシャ１０Ａは、カッタチャンバ５内に取り込んだ土砂を排出する排泥管７中に組み込まれて使用される。
【００１３】
上記スクリュークラッシャ１０Ａは、詳細には図２に示されるように、一端に入口部１１を、他端に出口部１２をそれぞれ有する筒状のケーシング１３を備えており、このケーシング１３はこの実施の形態では直円筒形のものが使用されている。
【００１４】
上記ケーシング１３内には、搬送スクリューである無軸型のリボンスクリュー１４がケーシング軸線Ｌに一致させて配置されている。リボンスクリュー１４の端部は、ケーシング１３の出口部１２側に設けられたギヤボックス１５内のギヤ列を（図示せず）介して、油圧モータ１６等の駆動手段に駆動連結されている。
【００１５】
一方、前記ケーシング１３の内周面には多数の破砕ビット１７、１７…が設けられている。この破砕ビット１７、１７…は好適にはケーシング１３の周方向に間隔を置いてビット列として設けられ、この実施の形態ではビット列は１列である。リボンスクリュー１４の各羽根１４ａ，１４ｂは、ビット列が設けられた部分の羽根１４ａを除き、羽根直径がケーシング１３の内径にほぼ等しくなっている。
【００１６】
前記破砕ビット１７は、図４に示されるように、ボルト孔１８を有する取付用ベースプレート１９と、この取付用ベースプレート１９のほぼ中央に固定されたそろばん玉状の破砕チップ２０とから構成されたものであり、前記破砕チップ２０には超硬合金製のもの使用されている。
【００１７】
前記破砕チップ２０の外周縁には円弧状のナイフエッジ２１が形成されており、このナイフエッジ２１の方向がケーシング１３の軸線を含む面内に位置するように配置され、かつボルト孔１８に挿入されるボルト２２によりケーシング１３の内面に堅固に固定される。
【００１８】
上記スクリュークラッシャ１０Ａにおいては、油圧モータ１６を作動させることにより、リボンスクリュー１４がケーシング１３内で回転する。一方、カッタヘッド４の回転により切羽の掘削が行われ、その掘削土砂は泥水とともに排泥管７内に取り込まれ、地上に圧送される。この排泥管７による圧送経路内において、掘削土砂に含まれる礫はスクリュークラッシャ１０Ａにより破砕される。
【００１９】
すなわち、掘削土砂に含まれる礫は、搬送ライン中に、入口部１１からケーシング１３内に導入される。ケーシング１３内に取り込まれた砂礫は、リボンスクリュー１４の羽根とケーシング１３との摩擦抵抗の違いにより、リボンスクリュー１４の軸線方向に移動する。なお、この礫をリボンスクリュー１４の軸線方向に移動させる作用力は、次に示す計算式によって推定することが可能である。
【００２０】
Ｗ＝２Ｔ（πｄ−μｐ）/ｄ（ｐ＋μπｄ）
ここに、Ｗ：搬送作用力（kgf）
Ｔ：スクリュー回転トルク（kgf・m）
ｄ：スクリュー羽根平均直径（ｍ）
μ：羽根と礫との間の摩擦係数
ｐ：スクリューピッチ（ｍ）
仮に、Ｔ＝１１６４ kgf、ｄ＝０．２６１m、μ＝０．５、ｐ＝０．３７mとすると、搬送作用力ＷとしてはＷ＝７２５８kgの力が得られるようになる。
【００２１】
リボンスクリュー１４によって搬送される礫は、搬送中においてリボンスクリュー１４の回転トルクによって発生する作用力を受け、破砕ビット１７に押し付けられ、そのナイフエッジ２１により破砕される。そして、破砕された礫は、ケーシング１３の出口部１２から排泥管７に再び導入され、掘削土砂とともに地上に圧送される。
【００２２】
次いで、図５に示される第２形態例に係るスクリュークラッシャ１０Ｂは、ケーシング１３が、入口部１１側を相対的に大径部とし、搬送方向に沿って漸次内径を狭める截頭円錐筒部分１３ａを有する構造のものであり、この截頭円錐筒部分１３ａの内径の変化に対応して、リボンスクリュー１４の羽根径は搬送方向に沿って漸減している。また、駆動手段である油圧モータ１６は周方向に複数設けられている。
【００２３】
破砕ビット１７のビット列は、リボンスクリュー１４の羽根のピッチに対応したピッチ（この実施の形態では等ピッチ）でケーシング軸線方向に複数列、図２の例では２列設けられ、これらのビット列はそれぞれ一次破砕部及び二次破砕部を構成している。この実施の形態によるスクリュークラッシャ１０Ｂによれば、礫は一次破砕部及び二次破砕部で２度の破砕作用を受け、大径の礫を段階的に破砕することが可能となる。なお、図２に示した第１形態例の場合でもビット列は複数列としてもよい。
【００２４】
図６は第２形態例の変形例を示したもので、特に強力な破砕力を必要とする場合に、リボンスクリュー１４の両端部にそれぞれ駆動手段である複数の油圧モータ１６を連結した例である。なお、その他の構成は図５に示した実施の形態と同様である。
【００２５】
さらに、図７は、この発明のさらに別の実施の形態を示すもので、一次破砕部のビット列を構成する各破砕ビット１７間にウォータージェットのノズル２３を開口して設けたものである。この実施の形態によれば、破砕ビット１７による破砕作用と相俟って、超高圧のウォータージェットによる破砕作用を礫に与えることができ、対象礫の強度が高い場合に特に効果的となる。前記ノズル２３は一次破砕部のみならず、二次破砕部に設けてもよく、また既に説明した各実施の形態に適用することも可能である。
【００２６】
上記各実施の形態では、この発明によるクラッシャをシールド機に適用した場合について説明したが、これに限らず、この発明によるクラッシャは、例えば廃棄物の破砕用等の他の用途にも適用することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、例えば巨礫・砂礫を対象としたシールド機に適用した場合、泥水式、泥土圧式等のシールドの工法形式やシールド内空寸法等の制約を受けずに搬送ライン中にて礫の破砕が可能となるなど、シールド工法への適用範囲を拡大することができる。
【００２８】
より具体的には、
（１）搬送機能と破砕機能との２つの機能を具備しているので、礫の破砕と土砂運搬とを同時に行うことができるため効率が飛躍的に向上するとともに、機器の小型化が可能となる。
【００２９】
（２）水密性の高いクラッシャであり、泥水式シールドのパイプラインの経路中に自由に配置できるようになる。
【００３０】
（３）クラッシャ全体の高さを小さくかつ細長くすることができ、トンネル等の使用環境に最適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のスクリュークラッシャが適用されるシールド機を示す軸線方向断面図である。
【図２】  この発明の実施の形態を示す一部破断正面図である。
【図３】  片側半部が図２のＡ−Ａ線、他の片側半部がＢ−Ｂ線によって得られる断面図である（但し、リボンスクリューは省略）。
【図４】  破砕ビットの詳細を示す、（Ａ）は一部破断側面図、（Ｂ）は一部破断正面図、（Ｃ）は平面図である。
【図５】  この発明の別の実施の形態を示す一部破断正面図である。
【図６】  この発明のさらに別の実施の形態を示す一部破断正面図である。
【図７】  この発明のさらに別の実施の形態を示す一部破断正面図である。
【符号の説明】
１…シールド機、２…シールド本体、３…隔壁、４…カッタヘッド、５…カッタチャンバ、６…送泥管、７…排泥管、１０Ａ〜１０Ｄ…スクリュークラッシャ、１１…入口部、１２…出口部、１３…ケーシング、１４…リボンスクリュー、１５…ギアボックス、１３ａ…截頭円錐筒部分、１６…油圧モータ、１７…破砕ビット、１９…取付用ベースプレート、２０…破砕チップ、２１…ナイフエッジ、２３…ノズル
【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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