ローラーカッターの構造
【課題】摩耗しても交換作業を不要としたローラーカッターの構造。
【解決手段】回転盤の外周面に回転盤を構成する母材より硬い金属からなる切削刃を設けたローラーカッターである。回転盤の円心から切削刃の先端までの距離が異なる複数の切削刃を、ひとつの回転盤の外周面に設ける。円心から切削刃の先端までの距離が長い切削刃の切削軌跡を、円心から切削刃の先端までの距離が短い切削刃が通過するように配置してある。
【解決手段】回転盤の外周面に回転盤を構成する母材より硬い金属からなる切削刃を設けたローラーカッターである。回転盤の円心から切削刃の先端までの距離が異なる複数の切削刃を、ひとつの回転盤の外周面に設ける。円心から切削刃の先端までの距離が長い切削刃の切削軌跡を、円心から切削刃の先端までの距離が短い切削刃が通過するように配置してある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド掘進機、トンネルボーリングマシン、地中連続壁、山岳トンネル用のロードヘッダーなどに使用できる、ローラーカッターの構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばシールド掘進機の場合、カッターヘッドに複数のローラーカッターを取り付け、カッターヘッドの切羽へ押し付けた状態でカッターヘッドを回転させることによってローラーカッターの回転、切羽への切り込み機能を果たすように構成してある。
ローラーカッターはそろばん珠のような構造であり、複数のローラーカッターが位置をずらしてカッターヘッド面に配置してある。
その結果、カッターヘッドの回転によって、円形の切羽の全面に切り込みを入れて破壊をすることが可能となる。
このローラーカッターは一定の距離だけ使用して磨耗すると、その交換作業が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２７８０３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記した従来のローラーカッターでは、その交換作業に次のような問題があった。
＜１＞ほとんどの場合に被圧水下での作業となるため、カッターヘッドのチャンバー内の泥水または泥土を排除するとともに、地山への薬液注入が必要となり、あるいは切羽の崩壊を防ぐ補強工法の併用も求められる。
＜２＞これらの補助工法をシールド機内部から行う場合、ローラーカッターの交換作業の前に、掘進作業を停止する時間が必要であり、掘削効率をいちじるしく低下させる。
＜３＞特に土被りが大きい場合には地下水圧も高く、地盤改良の時間、コストだけではなく、安全性にも問題がある。
＜４＞そのような問題を改善する方法として、特許文献１、２に見るように、従来はローラーカッターの交換を簡単、安全に行うことに焦点を当てた工法や装置が開発されている。
＜５＞しかしいずれにしてもローラーカッターを交換する方法や装置だから、交換時の掘進の停止、その他の時間のロスは避けられない。
＜６＞その点でローラーカッターの交換作業そのものを不要とすれば、交換時間、その前後の地山改良作業などの時間がなくなり、かつ作業員が危険な作業に従事する必要もなくなるから理想的である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記のような課題を解決するために本発明のローラーカッターの構造は、
回転盤の外周面に、回転盤を構成する母材より硬い金属からなる切削刃を設けたローラーカッターであって、回転盤の円心から切削刃の先端までの距離が異なる複数の切削刃を、ひとつの回転盤の外周面に設け、円心から切削刃の先端までの距離が長い切削刃の切削軌跡を、円心から切削刃の先端までの距離が短い切削刃が通過するように配置してあることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のローラーカッターの構造は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜１＞ローラーカッターの交換作業そのものを不要としたから、発進から到達まで掘進作業を中断することなく、効率よく安全にトンネルの掘削を完了することができる。
＜２＞そのために、ローラーカッターのビットが二倍、三倍の量が必要になるが、ローラーカッターの交換作業がなくなるので、全体的に大幅に作業や工程を効率化することができる。
＜３＞さらに、ローラーカッターの交換作業を不要とするために、地盤改良が不要であり、周囲の環境負荷の低減につながる。
＜４＞またローラーカッターの交換のために作業員が機体の外部に出て行うといった作業がなくなり、作業員の安全性が向上する。
＜５＞地盤改良の作業のためにシールド掘進機の掘進を止める、といった工程がないから、切羽が不安定化するような危険な状況を作りだすことがない。
＜６＞海底トンネルのような海底下では、有効な補助工法の利用が困難である場合が多いが、本発明の装置であればローラーカッターの交換作業がないからそのような問題が生じない。
＜７＞以上はシールド掘進機やトンネル掘削機の場合の効果であるが、その他の地中壁掘削機、山岳トンネルようのロードヘッダなどでも工期の短縮、コストの低減など、同様の効果を期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明のローラーカッターの実施例の正面図と側面図。
【図２】カッターヘッドにおけるローラーカッターの配置例の説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下図面を参照にしながら本発明のローラーカッターの好適な実施の形態を詳細に説明する。
【実施例】
【０００９】
＜１＞基本構成
本発明のローラーカッターＡの基本的な構成は、そろばん珠状に中心軸で支持して回転する回転盤１の外周面に、回転盤１を構成する母材３より硬い金属からなる切削刃２を設けたものである。
そして本発明のローラーカッターＡは、その中心軸の円心、すなわち回転盤１の円心から切削刃２の先端までの距離が異なる複数の切削刃２によって構成する。
【００１０】
＜２＞基本的機能の説明
このように、本発明のローラーカッターＡは、円心から切削刃２の先端までの距離が長い部材と短い部材とで構成することを特徴とする。
その結果、掘進作業において、まず円心から切削刃２の先端までの距離が長い部分が、切削対象の岩盤などに当たって切削を行う。
その際には、円心から切削刃２の先端までの距離が短い部分は切削作業に貢献せず、待機している状態にある。
したがって一定期間は、円心から切削刃２の先端までの距離が長い部分だけが切削対象の岩盤などに当たって磨耗する。
一定量以上磨耗すると、切削刃２を取り付けたやわらかい母材３は急激に磨耗するから、次には円心から切削刃２の先端までの距離が短い部分が、岩盤などの切削対象に接触し始める。
するとその後の工程では、切削の役割を、円心から切削刃２の先端までの距離が短い部分が担うことになる。
このように、磨耗によって掘削作業の主体が自然に変更するから、人為的なローラーカッターＡの交換が不要となる。
もちろん、その分だけ複数の切削刃２を取り付けるという、それだけを見れば不経済な構成を必要とするが、前記したような煩雑なローラーカッターＡの交換作業自体がまったく不要となるので、大きな経済効果や安全性の向上を図ることができるものである。
次に具体的な実施例について説明する。
【００１１】
＜３＞実施例
本発明の実施例では、ひとつの回転盤１に少なくとも二種類の切削刃２を取り付けて構成する。
二種類の切削刃２とは、回転盤１の円心から切削刃２の先端までの距離（半径）が異なる二種類の切削刃２を意味する。
すなわちひとつの切削刃２は、半径の長い位置にある高い切削刃２ａである。
他の切削刃２は、半径の短い位置にある低い切削刃２ｂである。
実際には図１に示すように、高い山状の切削刃２ａと、低い山状の切削刃２ｂが交互に突出した状態で取り付ける。
【００１２】
＜４＞実施例の機能
すると、掘進のスタート時には高い切削刃２ａによる磨耗のみが行われる。
高い切削刃２ａが磨耗すると、前記の実施例と同様に、低い切削刃２ｂが切削機能を自動的に引き継ぐことになる。
このように高い切削刃２ａの磨耗が進行すると、時間や人手をかけずに低い切削刃２ｂへの交換を行うことができる。
【００１３】
＜５＞切削軌跡の重なり
さらに詳細に機能を説明すると以下の通りである。
まず掘進機のカッターヘッドＢを回転すると、スタート時には半径の長い、高い切削刃２ａだけが岩盤に切り込んでゆく。
したがって低い切削刃２ｂは、すでに高い切削刃２ａが切り込んだ溝の上を通過するだけでなんら機能することがない。
以上のような、低い切削刃２ｂが切削機能を果たさない状態は、高い切削刃２ａが一定寸法以上磨耗するまで継続する。
【００１４】
＜６＞高い切削刃が磨耗してから
掘進によって高い切削刃２ａは徐々に磨耗を続ける。
そして一定の距離だけ掘進すると、高い切削刃２ａの半径が、低い切削刃２ｂの半径と同等になる。
その段階で高い切削刃２ａは消滅して母材３が露出してくるから、もはや高い切削刃２ａは掘削機能を果たすことができない。
そこで、自動的に切削機能は低い切削刃２ｂが引き継ぐことになる。
このように切削刃２の磨耗が進行すると、時間や人手をかけずに切削刃２の交換を行うことができる。
【００１５】
＜７＞他の用途例
以上の実施例ではシールド機について説明した。
しかし同様のローラーカッターＡを使用しているトンネルボーリングマシン、地中連続壁、山岳トンネル用のロードヘッダーなどに使用することができる。
【００１６】
＜８＞複数切削刃の設置
また、回転中心からの半径の長い位置にある切削刃２ａと、短い位置にある切削刃２ｂの２種類の切削刃２の例について説明したが、半径が三種類あるいはそれ以上の複数の配置を行うことも可能である。
すなわち高い山状の切削刃２ａと低い山状の切削刃２ｂとの間に、中間の高さの山状の切削刃２を設けることになる。
【００１７】
＜９＞切削刃の連続
また図１の実施例では高い山と低い山とを独立させて描いているが、高低差を有する山脈のように連続させたカーブさせた切削刃２を設けることも可能である。
そうすると独立した切削刃２に比較して切削刃２と母材３との取り付けを強固とすることができる。
【符号の説明】
【００１８】
２ａ：高い切削刃
２ｂ：低い切削刃
３：母材
Ａ：ローラーカッター
Ｂ：カッターヘッド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド掘進機、トンネルボーリングマシン、地中連続壁、山岳トンネル用のロードヘッダーなどに使用できる、ローラーカッターの構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばシールド掘進機の場合、カッターヘッドに複数のローラーカッターを取り付け、カッターヘッドの切羽へ押し付けた状態でカッターヘッドを回転させることによってローラーカッターの回転、切羽への切り込み機能を果たすように構成してある。
ローラーカッターはそろばん珠のような構造であり、複数のローラーカッターが位置をずらしてカッターヘッド面に配置してある。
その結果、カッターヘッドの回転によって、円形の切羽の全面に切り込みを入れて破壊をすることが可能となる。
このローラーカッターは一定の距離だけ使用して磨耗すると、その交換作業が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２７８０３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記した従来のローラーカッターでは、その交換作業に次のような問題があった。
＜１＞ほとんどの場合に被圧水下での作業となるため、カッターヘッドのチャンバー内の泥水または泥土を排除するとともに、地山への薬液注入が必要となり、あるいは切羽の崩壊を防ぐ補強工法の併用も求められる。
＜２＞これらの補助工法をシールド機内部から行う場合、ローラーカッターの交換作業の前に、掘進作業を停止する時間が必要であり、掘削効率をいちじるしく低下させる。
＜３＞特に土被りが大きい場合には地下水圧も高く、地盤改良の時間、コストだけではなく、安全性にも問題がある。
＜４＞そのような問題を改善する方法として、特許文献１、２に見るように、従来はローラーカッターの交換を簡単、安全に行うことに焦点を当てた工法や装置が開発されている。
＜５＞しかしいずれにしてもローラーカッターを交換する方法や装置だから、交換時の掘進の停止、その他の時間のロスは避けられない。
＜６＞その点でローラーカッターの交換作業そのものを不要とすれば、交換時間、その前後の地山改良作業などの時間がなくなり、かつ作業員が危険な作業に従事する必要もなくなるから理想的である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記のような課題を解決するために本発明のローラーカッターの構造は、
回転盤の外周面に、回転盤を構成する母材より硬い金属からなる切削刃を設けたローラーカッターであって、回転盤の円心から切削刃の先端までの距離が異なる複数の切削刃を、ひとつの回転盤の外周面に設け、円心から切削刃の先端までの距離が長い切削刃の切削軌跡を、円心から切削刃の先端までの距離が短い切削刃が通過するように配置してあることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のローラーカッターの構造は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜１＞ローラーカッターの交換作業そのものを不要としたから、発進から到達まで掘進作業を中断することなく、効率よく安全にトンネルの掘削を完了することができる。
＜２＞そのために、ローラーカッターのビットが二倍、三倍の量が必要になるが、ローラーカッターの交換作業がなくなるので、全体的に大幅に作業や工程を効率化することができる。
＜３＞さらに、ローラーカッターの交換作業を不要とするために、地盤改良が不要であり、周囲の環境負荷の低減につながる。
＜４＞またローラーカッターの交換のために作業員が機体の外部に出て行うといった作業がなくなり、作業員の安全性が向上する。
＜５＞地盤改良の作業のためにシールド掘進機の掘進を止める、といった工程がないから、切羽が不安定化するような危険な状況を作りだすことがない。
＜６＞海底トンネルのような海底下では、有効な補助工法の利用が困難である場合が多いが、本発明の装置であればローラーカッターの交換作業がないからそのような問題が生じない。
＜７＞以上はシールド掘進機やトンネル掘削機の場合の効果であるが、その他の地中壁掘削機、山岳トンネルようのロードヘッダなどでも工期の短縮、コストの低減など、同様の効果を期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明のローラーカッターの実施例の正面図と側面図。
【図２】カッターヘッドにおけるローラーカッターの配置例の説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下図面を参照にしながら本発明のローラーカッターの好適な実施の形態を詳細に説明する。
【実施例】
【０００９】
＜１＞基本構成
本発明のローラーカッターＡの基本的な構成は、そろばん珠状に中心軸で支持して回転する回転盤１の外周面に、回転盤１を構成する母材３より硬い金属からなる切削刃２を設けたものである。
そして本発明のローラーカッターＡは、その中心軸の円心、すなわち回転盤１の円心から切削刃２の先端までの距離が異なる複数の切削刃２によって構成する。
【００１０】
＜２＞基本的機能の説明
このように、本発明のローラーカッターＡは、円心から切削刃２の先端までの距離が長い部材と短い部材とで構成することを特徴とする。
その結果、掘進作業において、まず円心から切削刃２の先端までの距離が長い部分が、切削対象の岩盤などに当たって切削を行う。
その際には、円心から切削刃２の先端までの距離が短い部分は切削作業に貢献せず、待機している状態にある。
したがって一定期間は、円心から切削刃２の先端までの距離が長い部分だけが切削対象の岩盤などに当たって磨耗する。
一定量以上磨耗すると、切削刃２を取り付けたやわらかい母材３は急激に磨耗するから、次には円心から切削刃２の先端までの距離が短い部分が、岩盤などの切削対象に接触し始める。
するとその後の工程では、切削の役割を、円心から切削刃２の先端までの距離が短い部分が担うことになる。
このように、磨耗によって掘削作業の主体が自然に変更するから、人為的なローラーカッターＡの交換が不要となる。
もちろん、その分だけ複数の切削刃２を取り付けるという、それだけを見れば不経済な構成を必要とするが、前記したような煩雑なローラーカッターＡの交換作業自体がまったく不要となるので、大きな経済効果や安全性の向上を図ることができるものである。
次に具体的な実施例について説明する。
【００１１】
＜３＞実施例
本発明の実施例では、ひとつの回転盤１に少なくとも二種類の切削刃２を取り付けて構成する。
二種類の切削刃２とは、回転盤１の円心から切削刃２の先端までの距離（半径）が異なる二種類の切削刃２を意味する。
すなわちひとつの切削刃２は、半径の長い位置にある高い切削刃２ａである。
他の切削刃２は、半径の短い位置にある低い切削刃２ｂである。
実際には図１に示すように、高い山状の切削刃２ａと、低い山状の切削刃２ｂが交互に突出した状態で取り付ける。
【００１２】
＜４＞実施例の機能
すると、掘進のスタート時には高い切削刃２ａによる磨耗のみが行われる。
高い切削刃２ａが磨耗すると、前記の実施例と同様に、低い切削刃２ｂが切削機能を自動的に引き継ぐことになる。
このように高い切削刃２ａの磨耗が進行すると、時間や人手をかけずに低い切削刃２ｂへの交換を行うことができる。
【００１３】
＜５＞切削軌跡の重なり
さらに詳細に機能を説明すると以下の通りである。
まず掘進機のカッターヘッドＢを回転すると、スタート時には半径の長い、高い切削刃２ａだけが岩盤に切り込んでゆく。
したがって低い切削刃２ｂは、すでに高い切削刃２ａが切り込んだ溝の上を通過するだけでなんら機能することがない。
以上のような、低い切削刃２ｂが切削機能を果たさない状態は、高い切削刃２ａが一定寸法以上磨耗するまで継続する。
【００１４】
＜６＞高い切削刃が磨耗してから
掘進によって高い切削刃２ａは徐々に磨耗を続ける。
そして一定の距離だけ掘進すると、高い切削刃２ａの半径が、低い切削刃２ｂの半径と同等になる。
その段階で高い切削刃２ａは消滅して母材３が露出してくるから、もはや高い切削刃２ａは掘削機能を果たすことができない。
そこで、自動的に切削機能は低い切削刃２ｂが引き継ぐことになる。
このように切削刃２の磨耗が進行すると、時間や人手をかけずに切削刃２の交換を行うことができる。
【００１５】
＜７＞他の用途例
以上の実施例ではシールド機について説明した。
しかし同様のローラーカッターＡを使用しているトンネルボーリングマシン、地中連続壁、山岳トンネル用のロードヘッダーなどに使用することができる。
【００１６】
＜８＞複数切削刃の設置
また、回転中心からの半径の長い位置にある切削刃２ａと、短い位置にある切削刃２ｂの２種類の切削刃２の例について説明したが、半径が三種類あるいはそれ以上の複数の配置を行うことも可能である。
すなわち高い山状の切削刃２ａと低い山状の切削刃２ｂとの間に、中間の高さの山状の切削刃２を設けることになる。
【００１７】
＜９＞切削刃の連続
また図１の実施例では高い山と低い山とを独立させて描いているが、高低差を有する山脈のように連続させたカーブさせた切削刃２を設けることも可能である。
そうすると独立した切削刃２に比較して切削刃２と母材３との取り付けを強固とすることができる。
【符号の説明】
【００１８】
２ａ：高い切削刃
２ｂ：低い切削刃
３：母材
Ａ：ローラーカッター
Ｂ：カッターヘッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転盤の外周面に、
回転盤を構成する母材より硬い金属からなる切削刃を設けたローラーカッターであって、
回転盤の円心から切削刃の先端までの距離が異なる複数の切削刃を、
ひとつの回転盤の外周面に設け、
円心から切削刃の先端までの距離が長い切削刃の切削軌跡を、
円心から切削刃の先端までの距離が短い切削刃が通過するように配置してある、
ローラーカッターの構造。
【請求項２】
回転盤の円心から切削刃の先端までの距離が異なる複数の切削刃が、
高い切削刃と低い切削刃である、
請求項１記載のローラーカッターの構造。
【請求項３】
回転盤の円心から切削刃の先端までの距離が異なる複数の切削刃が、
高い切削刃と低い切削刃とその中間の切削刃である、
請求項１記載のローラーカッターの構造。
【請求項４】
回転盤の円心から切削刃の先端までの距離が異なる複数の切削刃が、
山脈状に連続した切削刃である、
請求項１記載のローラーカッターの構造。
【請求項１】
回転盤の外周面に、
回転盤を構成する母材より硬い金属からなる切削刃を設けたローラーカッターであって、
回転盤の円心から切削刃の先端までの距離が異なる複数の切削刃を、
ひとつの回転盤の外周面に設け、
円心から切削刃の先端までの距離が長い切削刃の切削軌跡を、
円心から切削刃の先端までの距離が短い切削刃が通過するように配置してある、
ローラーカッターの構造。
【請求項２】
回転盤の円心から切削刃の先端までの距離が異なる複数の切削刃が、
高い切削刃と低い切削刃である、
請求項１記載のローラーカッターの構造。
【請求項３】
回転盤の円心から切削刃の先端までの距離が異なる複数の切削刃が、
高い切削刃と低い切削刃とその中間の切削刃である、
請求項１記載のローラーカッターの構造。
【請求項４】
回転盤の円心から切削刃の先端までの距離が異なる複数の切削刃が、
山脈状に連続した切削刃である、
請求項１記載のローラーカッターの構造。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−２０７５３０（Ｐ２０１２−２０７５３０Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１７１０２３（Ｐ２０１２−１７１０２３）
【出願日】平成２４年８月１日（２０１２．８．１）
【分割の表示】特願２００８−２６８４４０（Ｐ２００８−２６８４４０）の分割
【原出願日】平成２０年１０月１７日（２００８．１０．１７）
【出願人】（３０３０５６３６８）東急建設株式会社 (225)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年８月１日（２０１２．８．１）
【分割の表示】特願２００８−２６８４４０（Ｐ２００８−２６８４４０）の分割
【原出願日】平成２０年１０月１７日（２００８．１０．１７）
【出願人】（３０３０５６３６８）東急建設株式会社 (225)
【Ｆターム（参考）】
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