(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中掘削装置（１）の前段に設けられた平行リンク的に回動するカッターフレーム（６）に取付けられ、かつ先端に前方へ突出する横刃部（１２Ｃ、１２Ｄ）と縦刃部（１３Ｃ）とが互いにほぼ直交した状態に形成されてなるクロスビットにおいて、前記横刃部（１２Ｃ、１２Ｄ）と前記縦刃部（１３Ｃ）との前方への突出量を異ならせ段差（Ｌ）を形成したことを特徴とするクロスビット。
【請求項２】
前記縦刃部（１３Ｃ）が横刃部（１２Ｃ、１２Ｄ）より前方へ突出している請求項１記載のクロスビット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシールド機や地中を垂直に掘削するボーリングマシンなどの地中掘削装置の前段に設けられた平行リンク的に回動するカッターフレームに取付けられ、例えば、地下にトンネルを構築する場合に切羽を切削するクロスビットに関し、より詳しくは切削の抵抗を少なくでき、円滑な切削のできるクロスビットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シールド工法に使用されるシールド機として、平行リンク機構を備え、カッターが平行リンク的に回動するタイプのものが知られている。この種のシールド機は、複数の駆動軸の先端に複数のカッタビットを備えたカッターフレームが取付けられ、各駆動軸を同一方向に回転させることにより、カッターフレームが平行リンク的に回動し、これにより地山が切削される。
【０００３】
従来、この種のカッタビットとしては、図８及び図９に示す如く、母材２３の先端に横刃部２１と縦刃部２２とが互いに直交した状態に形成されてなるクロスビットが使用されている。このクロスビット２０は、横刃部２１の先端側（図９の上方側）への突出量と、縦刃部２２の先端側への突出量とが等しくなっている。
上記のクロスビット２０を用いて切羽を切削する場合、カッターフレームの平行リンク的回動とほぼ十字状をなすクロスビット２０の形状とから、その切削の状態は、図１０に示す如く、横刃部２１が略ドーナツ状の切削領域のうちのハッチングで示す左右横方向の領域Ａの切削を受け持ち、縦刃部２２が残りの上下方向の領域Ｂの切削を受け持つようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のクロスビット２０では、クロスビット２０による切削が縦刃部２２（横刃部２１）から横刃部２１（縦刃部２２）へ切り替わる各境界部ａ、ｂ、ｃ、ｄの近傍で、クロスビット２０の負荷トルクが大きくなるという問題がある。
すなわち、クロスビット２０の回転位置と負荷トルクとの関係を示す図１１から明らかなように、クロスビット２０が４５°、１３５°、２２５°、３１５°の各々の回転位置近傍にあるとき、これらの位置では、各々、点ａ′、ｂ′、ｃ′、ｄ′で示される如く、その部分では、負荷トルクが大きくなり、円滑に切削ができないという問題がある。この問題が生じる原因は、これらの位置で縦刃部２２と横刃部２１の全体が同時に地山に当たること、切削した切削ズリが逃げられない状態で発生することなどである。なお、図１１は従来のクロスビット２０の切削実験を行った時の１回転でのトルク変化を計測したものである。
【０００５】
本発明は上記のことに鑑み提案されたもので、その目的とするところは、回転位置に拘らず、円滑に地山を切削できるクロスビット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、上記目的を達成するためになされたものであり、下記の構成からなることを特徴としている。
すなわち、本発明は、地中掘削装置の前段に設けられた平行リンク的に回動するカッターフレームに取付けられ、かつ先端に前方へ突出する横刃部と縦刃部とが互いにほぼ直交した状態に形成されてなるクロスビットにおいて、前記横刃部と前記縦刃部との前方への突出量を異ならせ段差を形成することにより、上記目的を達成している。  また、本発明によれば、前記縦刃部が横刃部より前方へ突出しているクロスビットが提供される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施例に係るクロスビットが適用された地中掘削装置の正面図である。
クロスビット１０の説明に先立って、本実施例に係るクロスビット１０が適用される地中掘削装置について簡単に説明する。
図１に示す如く、地中掘削装置１は、矩形断面に形成されたシールド筒２、切削の際にクロスビット１０を平行リンク的に駆動するための平行リンク機構３、及び切削された土砂を排出するためのスクリユーコンベア４を装備している。
【０００８】
前記平行リンク機構３は、シールド筒２の形状にほぼ対応した形状のカッターフレーム６と、このカッターフレーム６の前部に取付けられる詳しくは後述するクロスビット１０と、複数の回転体７などからなり、この回転体７の回転駆動軸７Ａとカッターフレーム６とは回転駆動軸７Ａに対し偏心した位置の軸支部８にて連結されている。
【０００９】
前記カッターフレーム６は、矩形の枠状の枠状部材６Ａと、この枠状部材６Ａ内に格子状に配置された中間連結部材６Ｂ、６Ｃ、６Ｄと、前記枠状部材６Ａの四隅において外側へ突出して設けられた部材６Ｅと、枠状部材６Ａの上下に内側に突出して取付けられた部材６Ｆと、下側の中間連結部材６Ｄの上下に取り付けられた部材６Ｇと、を有して構成されている。これらの部材６Ｅ、６Ｆ、６Ｇなどは切羽の切削もれをなくすために設けられるもので、切削断面の規模、形状などに応じて適宜の位置に適数設けられる。
前記クロスビット１０は、上記の如く構成されたカッターフレーム６に適正間隔をおいて複数個設けられている。
【００１０】
前記各回転体７は、それぞれ回転駆動軸７Ａの回転中心Ｏを中心として同期的に同じ方向に回転されるようになっている。
各軸支部８は、アームを介し回転体７の偏心位置に設けられ、かつ、前記カッターフレーム６に枢着されている。
前記スクリューコンベア４は、取り入れ口を切羽室に臨ませて、その前部が隔壁に取付けられている。
【００１１】
クロスビット１０は、図３に示すように、例えばほぼ円柱状をなす母材１１の先端に設けられている。このクロスビット１０は、図２、図３に示す如く、切羽側から見た場合、十字形に合計４個の山１２、１２、１３、１３があり、それらの尾根の先端に、詳しくは後述する超硬ビット１２Ｃ、１２Ｄ、１３Ｃが埋め込まれている。すなわち、三角形状の斜面１２Ａ、１３Ａがあり、斜面１２Ａとこれと尾根を境として反対側に位置する斜面１２Ａとがつき合わさって符号１２Ｂの部分を尾根とする一対の山１２が横方向に形成されている。また、他の各々の斜面１３Ａと尾根を境として反対側に位置する斜面１３Ａとがつき合わさって符号１３Ｂの部分を尾根とする他の一対の山１３が縦方向に形成されている。なお、山１２と山１３とは形状が多少相違している。
【００１２】
上述のように、各々の山１２の尾根１２Ｂには、前方（図３の上方に相当）へ突出した状態にタングステンカーバイト等からなり、かつ略くの字状に突出した横刃部としての超硬ビット１２Ｃ、１２Ｄが溶着され、超硬ビット１２Ｃ、１２Ｄの尾根のスロープは刃部を形成し、刃先部１２Ｃ′、１２Ｄ′となっている。
【００１３】
超硬ビット１２Ｃの刃先部１２Ｃ′のスロープは、頂上部である中心Ｏから外端に向かって、次第に下方へ傾斜している。超硬ビット１２Ｄの刃先部１２Ｄ′も刃先部１２Ｃ′と同様の状態に傾斜しており、これら、刃先部１２Ｃ′、１２Ｄ′の傾斜角度θは、１０°ないし３０°が好適である。
【００１４】
また、図２において、他の各々の山１３の尾根１３Ｂには、図４に示す如く、タングステンカーバイト等からなる縦刃部としての超硬ビット１３Ｃが、左右二分割された超硬ビット１２Ｃ、１２Ｄの中央部を縦方向（図４の左右方向）に溶着して設けられる。超硬ビット１３は、中心Ｏから外端に向かって、次第に図４の下方へ傾斜している。超硬ビット１３Ｃの尾根のスロープは刃部を形成し、刃先部１３Ｃ′とされ、この刃先部１３Ｃ′の図４に示す中心Ｏよりも右方側及び左方側の部分の各々の傾斜角度θ′は、刃先部１２Ｃ′（１２Ｄ′）と同様の理由から１０°ないし３０°に設定される。
【００１５】
また、超硬ビット１３Ｃは、図３に示す如く、前方への突出量が、超硬ビット１２Ｃ、１２Ｄよりも大きくされ、切削断面の規模やカッターなどの大小などに応じ、ほぼ３ｍｍ以上の段差Ｌを有している。すなわち、段差Ｌが３ｍｍよりも小さいと、従来例ほどではないが、いわゆる変曲点（４５°、１３５°、２２５°、３１５°の回転位置）では、やはり負荷トルクが生じるおそれがあるためである。また、段差Ｌの値は土質によって変わる。この段差Ｌは、縦刃部である超硬ビット１３Ｃと、横刃部である超硬ビット１２Ｃ及び超硬ビット１２Ｄとの間の全体にわたって一定にしてもよく、中心Ｏから離れるにしたがって次第に大きくなるようにしてもよく、次第に小さくなるようにしてもよい。
このように縦刃部（超硬ビット１３Ｃ）と横刃部（超硬ビット１２Ｃ、１２Ｄ）がルーフ状に前方へ突出した形状のクロスビット１０はクロスルーフビットと称される。
【００１６】
本実施例に係るクロスビット１０を備えた地中掘削装置１によって、地山を切削する場合には、平行リンク切削機構３を作動させる。すなわち、各回転体７の偏心位置に取り付けられた軸支部８により平行リンク切削機構３のカッターフレーム６を平行リンク的に回動させ、クロスビット１０によって、地山を切削する。
【００１７】
上記クロスビット１０による地山の切削においては、各々のクロスビット１０は、図５に示すような軌跡を描きつつ切削を行う。
この切削では、例えば、クロスビット１０が図５に示す位置Ｐ３にあるときに、図６に示す如く、超硬ビット１２Ｃ、１３Ｃ、１２Ｄの各々によって、それぞれ、Ｇ、Ｈ、Ｉなる別々の範囲での切削がなされる。そして、クロスビット１０の回転に伴って、各々の超硬ビット１２Ｃ、１３Ｃ、１２Ｄによる切削範囲が次第に変化して行くようになっており、クロスビット１０が１回転すると、図５に示すような領域にわたる切削がなされる。
【００１８】
この図５における領域の切削において、縦刃部側の超硬ビット１３Ｃは、全体の約２／３に相当する部分、すなわち、図５における略ドーナツ状の領域にうち、曲線ＣＥＤと曲線ＣＦＤとで囲まれた領域Ｂ１及び曲線ＣＥ′Ｄと曲線ＣＦ′Ｄとで囲まれた領域Ｂ１を切削する。一方、横刃部側の超硬ビット１２Ｃ、１２Ｄは、残りの約１／３に相当する部分（ハッチングで示される領域Ａ１、Ａ２）を切削する。
【００１９】
すなわち、本実施例では、超硬ビット１３Ｃが領域Ｂ１を先行切削し、切削の幅を次第に縮めながら領域Ａ１、Ａ２の範囲に移行する。逆に超硬ビット１２Ｃ及び１２Ｄは、領域Ｂ１の両端部において、次第に切削幅を広げながら位置Ｐ１（０°回転位置）に至るまで、あるいは、位置Ｐ２（１８０°回転位置）に至まで切削し、これらの位置を通過した後に、次第に切削幅が減少するように領域Ａ１、Ａ２を切削する。
本実施例では、上記の如く、超硬ビット１２Ｃ、１２Ｄとによる切削から、超硬ビット１３Ｃによる切削による切り替えが急激に行われず、徐々に各々の超硬ビットによる切削範囲が変化するので、クロスビット１０による切削の際のトルクの変動が小さくなる。
【００２０】
さらに、本実施例では、上記の如く、超硬ビット１２Ｃ、１２Ｄと、超硬ビット１３Ｃとに段差Ｌが形成されており、超硬ビット１２Ｃ、１２Ｄと、超硬ビット１３Ｃ各々の切削位置のタイムラグがあるので、前回転で切削した隙間が生じ、この隙間から切削ズリの逃げ道ができ、切削ズリがつまることによる切削抵抗がなくなる。
【００２１】
上記実施例では、縦刃部側の超硬ビット１３Ｃが、横刃部側の超硬ビット１２Ｃ、１２Ｄよりも前方に突出した例を示したが、逆にしてもよい。
本実施例のクロスビット１０は、掘削地山がシルト、粘性土、砂層、土丹及び風化花崗岩はもとより、シールドの発進、到達の坑口土留めに使用されるＮＯＭＳＴ壁（石灰石粗骨材を使用した高強度コンクリート製）の掘削にも有効である。
【００２２】
さらに、上記実施例では、クロスビット１０を断面が矩形の地中掘削装置に適用した場合について説明しているが、図７に示すような断面が、円形の地中掘削装置などにも適用でき、上記実施例と同様の効果を奏することは言うまでもない。
なお、地中掘削装置１４では、円筒状のシールド筒１５内に、複数のクロスビット１０が取付けられた円形のカッターフレーム１６が設けられ、図１の地中掘削装置１と基本的に同様の機構により、カッタフレー１６が平行リンク的に回転されることにより、地山が切削されるようになっている。その他、図１の地中掘削装置と基本的に同様の部材については同一符号を付してその説明を省略する。なお、上記実施例では、地中掘削装置を用いて横坑を掘削する場合について説明したが、上述のように、地中をほぼ垂直に掘削する場合にも適用し得ることは勿論である。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、地中掘削装置の前段に設けられた平行リンク的に回動されるカッターフレームに取付けられ先端に横刃部と縦刃部とが互いに直交した状態に形成されてなるクロスビットにおいて、前記横刃部の前記先端側への突出量と前記縦刃部の前記先端側への突出量とが異なっているで、縦刃部又は横刃部が地山を先行掘削することにより、縦刃部による切削と、横刃部による切削とが一度に切り替わることがなく、徐々に切削範囲が置きかわる。よって、切削範囲の変化が徐々に行われるので、トルクの変動が小さくなり、また、縦刃部と横刃部の切削位置のタイムラグから隙間を生じるので、切削ズリの逃げ道ができるので、切削ズリがつまることによる切削の抵抗がなくなり、スムーズな切削が可能となる。
また、このような高さの差を付けたビットを用いることで、個々のビットが段堀状に地山を切削し、カタートルクの負荷バランスが良くなる。よって、全体の装備カッタートルクを下げることができるので、トルクの小さいモーターを使用でき、経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るクロスビットが適用された地中掘削装置の正面図である。
【図２】本発明の一実施例に係るクロスビットの正面図である。
【図３】図２の３−３線矢視図である。
【図４】図２の４−４線矢視図である。
【図５】図２のクロスビットによって切削される地山の領域を示す図である。
【図６】図５の６−６線における切削がクロスビットのどの部位によってなされるかを模式的に示す図である。
【図７】本発明の一実施例に係るクロスビットが適用された他の地中掘削装置の正面図である。
【図８】従来のクロスビットを示す正面図である。
【図９】図８の９−９線矢視図である。
【図１０】従来のクロスビットによって切削される地山の領域を示す図である。
【図１１】従来のクロスビットによって地山を切削する際の負荷トルクを示す図である。
【符号の説明】
１    地中掘削装置
２    シールド筒
３    平行リンク機構
４    スクリューコンベア
６    カッターフレーム
６Ａ  枠状部材
７    回転体
７Ａ  回転駆動軸
８    軸支部
１０  クロスビット
１１  母材
１２  山
１２Ａ  斜面
１２Ｂ  尾根
１２Ｃ  超硬ビット（横刃部）
１２Ｃ′刃先部
１２Ｄ  超硬ビット（横刃部）
１２Ｄ′刃先部
１３  山
１３Ａ  斜面
１３Ｂ  尾根
１３Ｃ  超硬ビット（縦刃部）
１３Ｃ′刃先部
１４  地中掘削装置
１５  シールド筒
１６  カッターフレーム
Ｌ    段差
【図１】
0003773619.tif 000002
【図２】
0003773619.tif 000003
【図３】
0003773619.tif 000004
【図４】
0003773619.tif 000005
【図５】
0003773619.tif 000006
【図６】
0003773619.tif 000007
【図７】
0003773619.tif 000008
【図８】
0003773619.tif 000009
【図９】
0003773619.tif 000010
【図１０】
0003773619.tif 000011
【図１１】
0003773619.tif 000012