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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5795886
(24)【登録日】2015年8月21日
(45)【発行日】2015年10月14日
(54)【発明の名称】ローラカッタ及びシールド型地山掘削機
(51)【国際特許分類】
E21D 9/087 20060101AFI20150928BHJP
【ＦＩ】
E21D9/087 C
【請求項の数】3
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2011-132522(P2011-132522)
(22)【出願日】2011年6月14日
(65)【公開番号】特開2013-2088(P2013-2088A)
(43)【公開日】2013年1月7日
【審査請求日】2014年5月20日
(73)【特許権者】
【識別番号】000000549
【氏名又は名称】株式会社大林組
(73)【特許権者】
【識別番号】392030036
【氏名又は名称】株式会社ハンナンテックス
(74)【代理人】
【識別番号】110000176
【氏名又は名称】一色国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】的場 一彦
(72)【発明者】
【氏名】今岡 隆文
【審査官】
越柴 洋哉
(56)【参考文献】
【文献】
特開平１１−２２９７４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０００−３２０２８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平１１−２２９７４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平１１−２２９７４５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｅ２１Ｄ １／００− ９／１４
Ｅ２１Ｂ １０／１２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転するカッタ本体の外周部に刃が設けられてなり、シールド型地山掘削機のカッタヘッドに設けられるローラカッタであって、
前記カッタ本体の外周部には、前記カッタ本体から、刃先よりも前記カッタ本体の内径側の位置まで突出した複数の凸部が、前記カッタ本体の回転方向に間隔を空けて設けられて、前記カッタヘッドが回転した際に地山から偶力を受けることを特徴とするローラカッタ。
前記カッタ本体の外周部には、前記カッタ本体から、刃先よりも前記カッタ本体の内径側の位置まで突出した複数の凸部が、前記カッタ本体の回転方向に間隔を空けて設けられて、前記カッタヘッドが回転した際に地山から偶力を受けることを特徴とするローラカッタ。
【請求項2】
前記カッタ本体を前記カッタヘッドに支持するホルダと、
前記ホルダに設けられ、前記カッタ本体の外周部に付着した付着物を掻き落とすスクレーパと、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のローラカッタ。
前記ホルダに設けられ、前記カッタ本体の外周部に付着した付着物を掻き落とすスクレーパと、
を備え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】
請求項１または請求項２に記載のローラカッタをカッタヘッドに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、刃の形状をディスク状にしたものや、刃の形状を歯車形状にして、シールド機の進路に存する鉄筋等の障害物を切断除去することを可能にしたもの等が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。これらのローラカッタは、シールド機のカッタヘッドが回転する際に、地山から受ける偶力で回転されて、外周の刃で地山を掘削したり、上記障害物を切断したりする。
【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】
ところで、軟弱土層をシールド機で掘削する場合には、その軟弱な地山からローラカッタに作用する偶力が小さいこと等に起因してローラカッタの回転不良が発生することが考えられる。この場合、ローラカッタに偏磨耗が発生したり、それに伴うシールド機の掘削能力の低下が発生したりするという問題がある。
【0005】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ローラカッタの回転不良を抑制することを課題とするものである。
【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、回転するカッタ本体の外周部に刃が設けられてなり、シールド型地山掘削機のカッタヘッドに設けられるローラカッタであって、前記カッタ本体の外周部には、前記カッタ本体から、刃先よりも前記カッタ本体の内径側の位置まで突出した複数の凸部が、前記カッタ本体の回転方向に間隔を空けて設けられて、前記カッタヘッドが回転した際に地山から偶力を受けることを特徴とする。
【0008】
前記ローラカッタは、前記カッタ本体を前記カッタヘッドに支持するホルダと、前記ホルダに設けられ、前記カッタ本体の外周部に付着した付着物を掻き落とすスクレーパと、を備えてもよい。
【0009】
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カッタヘッドに備える。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、ローラカッタに偶力を作用させることにより、ローラカッタの回転不良を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【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5】比較例に係るローラカッタの作用を示す図である。
【図6】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7】他の実施形態に係るローラカッタを拡大して示す立面断面図である。
【図8】他の実施形態に係るローラカッタを拡大して示す立面図である。
【図10】他の実施形態に係るローラカッタを拡大して示す立面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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間に配された複数のローラカッタ１０、１１１とを備えている。
【0016】
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、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個のローラカッタ１１１が配されている。ローラカッタ１０は、外周部に刃が断続的に設けられたカッタであり、ローラカッタ１１１は、外周部に刃が連続的に設けられたディスクカッタである。
【0017】
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、ローラカッタ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。
【0018】
即ち、複数のローラカッタ１０、１１１は、その一部が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、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・圧壊する。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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、軸心の周りに回転する。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、ラビリンスシール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。
【0022】
ホイール部３２の外周面の幅方向中央部には、その両側と比して外周側へ突出した突出部３２Ｂが形成されており、その突出部３２Ｂに形成された孔３２Ａにビット３４が圧入されている。このビット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いる。
【0023】
図４に示すように、ビット３４の刃部をローラカッタ１０の周方向に見た場合には、その先端形状は二等辺三角形状である。一方で、図３に示すように、ビット３４の刃部をローラカッタ１０の回転軸の方向に見た場合には、その先端形状は、矩形状である。
【0024】
ホイール部３２の外周面３２Ｃには、複数のフィン３６が、周方向に所定間隔（例えば、図示するように４５度間隔）で配されている。このフィン３６は、突出部３２Ｂを挟むように外周面３２Ｃの幅方向両側に設けられたリブ（板状の突出体）であり、その表面には、耐摩耗性の金属層（例えば、タングステンの合金）が、硬化肉盛溶接又は硬化肉盛溶射により形成されている。
【0025】
フィン３６は、外周面３２Ｃからホイール部３２の外径方向に突出している。また、フィン３６の長手方向とホイール部３２の接線方向とは直交しており、フィン３６の長手方向一端部は、突出部３２Ｂに結合されている。また、フィン３６の長手方向他端部は、端に行くにつれて高さが低くなるように傾斜している。また、フィン３６は、外周面３２Ｃから突出部３２Ｂの先端よりもホイール部３２の内径側の位置まで突出している。即ち、フィン３６は、ビット３４よりもホイール部３２の外径側に突出しないように設けられている。
【0026】
図５は比較例に係るローラカッタの作用を示す図であり、図６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５に示すように、比較例に係るローラカッタは、フィン３６が設けられていない以外は、本実施形態に係るローラカッタ１０と同様の構成である。
【0027】
ここで、カッタヘッド１１０が図中矢印Ａ方向に回転した際に、地山からローラカッタに偶力が作用することで、ローラカッタが回転して地山の掘削や障害物の切断・圧壊を行うが、掘削対象が軟弱土層の場合には、地山からローラカッタに作用する偶力が小さいことから、ローラカッタに回転不良が発生する場合がある。この場合、掘削能力が低下すると共に、ローラカッタの特定位置が地山に擦られることでローラカッタに偏磨耗が生じ、ローラカッタの真円度が低下する。これにより、より一層回転し難くなって、ローラカッタの掘削能力や障害物の切断・圧壊能力がさらに低下する。
【0028】
これに対して、本実施形態に係るローラカッタ１０では、ホイール部３２の外周部に、外径側に突出する抵抗体たる複数のフィン３６が、周方向に間隔を空けて配されており、カッタヘッド１１０の回転に対して抵抗となる。このため、カッタヘッド１１０が図中矢印Ａ方向に回転した際に、地山からビット３４のみならずフィン３６にも偶力Ｐが作用することから、上記比較例と比して、ローラカッタ１０が図中矢印Ｂ方向へ回転し易くなる。従って、ローラカッタ１０の回転不良を抑制でき、ローラカッタ１０の掘削能力や障害物の切断・圧壊能力を確保できる。
【0029】
また、本実施形態に係るローラカッタ１０では、フィン３６が、ビット３４よりも内径側に配されていることから、フィン３６によりローラカッタ１０の掘削が阻害されることを防止できる。
【0030】
図７は、他の実施形態に係るローラカッタ２００を示す立断面図である。この図に示すように、ローラカッタ２００は、固定部２０が取付けられるホルダ２０２と、ホルダ２０２に固定された金属製の板材であるスクレーパ２０４とを備えている。ホルダ２０２は、コ字状に構成されており、基板２０２Ａと、基板２０２に立設された一対の側板２０２Ｂとを備えている。
【0031】
側板２０２Ｂには、外装部２６の軸固定部２６Ａが固定されており、基板２０２Ａ上には、スクレーパ２０４が固定されている。ここで、スクレーパ２０４は、基板２０２Ａと一対の側板２０２Ｂと回転部３０とにより囲まれた空間に配されている。そして、スクレーパ２０４の上部は、ビット３４及びフィン３６を形取った形状をしており、最下位を通過するビット３４及びフィン３６とスクレーパ２０４の上部との間に微小な隙間ができるように構成されている。
【0032】
以上のような構成のローラカッタ２００では、回転部３０の外周面に土砂が付着した場合、回転部３０の下方に、ビット３４及びフィン３６に対して微小な隙間ができるように配されたスクレーパ２０４が、ビット３４及びフィン３６から土砂を掻き落とす。即ち、ビット３４及びフィン３６は、カッタヘッド１１０の裏側を通過している際に、付着している土砂をスクレーパ２０４で除去されてから、カッタヘッド１１０の前面側の掘削領域を通過する。
【0033】
従って、ビット３４の掘削能力及び切断・圧壊能力を有効に発揮させることができる。また、フィン３６は、土砂で覆われている状態では抵抗体として機能し得ないが、フィン３６が土砂で覆われている状態で掘削領域を通過することを防止できるため、フィン３６の抵抗作用を有効に発揮させることができ、以って、ローラカッタ２００の回転不良を抑制することができる。
【0034】
図８は、他の実施形態に係るローラカッタ３００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３００では、上述のフィン３６に替えて、半球状の凸部３３６が、ホイール部３２の外周面に設けられている。この凸部３３６は、突出部３２Ｂを挟むように外周面３２Ｃの幅方向両側に設けられており、その表面には、耐摩耗性の金属層（例えば、タングステンの合金）が、硬化肉盛溶接又は硬化肉盛溶射により形成されている。
【0035】
凸部３３６は、外周面３２Ｃからホイール部３２の外径方向に突出している。また、凸部３３６は、突出部３２Ｂの先端よりもホイール部３２の内径側に、即ち、ビット３４よりもホイール部３２の外径側に突出しないように配されている。
【0036】
以上のような構成のローラカッタ３００では、凸部３３６がカッタヘッド１１０の回転に対して抵抗となり、地山から凸部３３６に偶力が作用する。これにより、凸部３３６を設けない場合と比して、ローラカッタ３００が回転し易くなる。従って、ローラカッタ３００の回転不良を抑制でき、ローラカッタ３００の掘削能力や障害物の切断・圧壊能力を確保できる。
【0037】
図１０は、他の実施形態に係るローラカッタ４００を示す立面図であり、図１１は、図１０の１１−１１断面図である。これらの図に示すように、ローラカッタ４００では、上述の半球状の凸部３３６に替えて、円板状の凸部４３６が、ホイール部３２の外周面に設けられている。この凸部４３６は、突出部３２Ｂを挟むように外周面３２Ｃの幅方向両側に設けられており、その表面には、耐摩耗性の金属層（例えば、タングステンの合金）が、硬化肉盛溶接又は硬化肉盛溶射により形成されている。
【0038】
凸部４３６は、外周面３２Ｃからホイール部３２の外径方向に突出している。また、凸部４３６は、突出部３２Ｂの先端よりもホイール部３２の内径側に、即ち、ビット３４よりもホイール部３２の外径側に突出しないように配されている。
【0039】
以上のような構成のローラカッタ３００では、凸部４３６がカッタヘッド１１０の回転に対して抵抗となり、地山から凸部４３６に偶力が作用する。これにより、凸部４３６を設けない場合と比して、ローラカッタ４００が回転し易くなる。従って、ローラカッタ４００の回転不良を抑制でき、ローラカッタ４００の掘削能力や障害物の切断・圧壊能力を確保できる。
【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、外周部に刃が断続的に設けられたローラカッタに適用した例を挙げて本発明を説明したが、本発明は、外周部に刃が連続的に設けられたディスク状のローラカッタにも適用できる。また、上述の実施形態では、カッタヘッド１１０に、刃が断続的に設けられたローラカッタ１０と刃が連続的に設けられたディスク状のローラカッタ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、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。さらに、ビット３４を複数列設ける場合、フィン３６の列数を３列以上にする等してもよい。
【符号の説明】
【0042】
１ セグメント、２ 障害物、１０ ローラカッタ、２０ 固定部、２２ 軸部、２４ 軸受、２５ 孔、２６ 外装部、２６Ａ 軸固定部、２６Ｂ 軸受固定部、２７ ラビリンスシール、３０ 回転部、３２ ホイール部（カッタ本体）、３２Ａ 孔、３２Ｂ 突出部、３２Ｃ 外周面、３４ ビット、３６ フィン（凸部）、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 ローラカッタ、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、２０２ ホルダ、２０２Ａ 基板、２０２Ｂ 側板、２０４ スクレーパ、３００ ローラカッタ、３３６ 凸部、４００ ローラカッタ、４３６ 凸部