JP2000204884A

JP2000204884A - シ―ルド掘進機のカッタビット摩耗検知方法とその検知装置

Info

Publication number: JP2000204884A
Application number: JP555499A
Authority: JP
Inventors: Takao Shirasawa; 貴夫白沢
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1999-01-12
Filing date: 1999-01-12
Publication date: 2000-07-25

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の導電線で形成される検出線間の導通を検
知することで、カッタビットの摩耗進行状況を段階的に
精度よく検知することができ、しかも、簡単な構造で製
造が容易なシールド掘進機のカッタビット摩耗検知方法
とその検知装置を提供する。【解決手段】シールド掘進機１のカッタビット５の摩耗
する部分の近傍に、絶縁体13でそれぞれが絶縁された複
数の電導性の検出線15ａ〜15ｄを長さを変えて配置し、
前記カッタビット５の摩耗が進行して、順次発生する前
記検出線15ａ〜15ｄの先端の露出を、前記検出線15ｂ〜
15ｄの相互間の地中側の電気の導通の検出により検知し
て、前記カッタビット５の摩耗量L1〜L3を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シールド掘進機の
カッタ装置に取付けられるカッタビットの摩耗進行量に
従って、設定された複数点の摩耗検知位置を段階的に精
度良く検知するためのシールド掘進機のカッタビット摩
耗検知方法とその検知装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】地下鉄工事などの地下トンネルを掘る場
合に、最適な掘進機として、シールド掘進機が使用され
ており、図６に示すように、このシールド掘進機１は、
シールド装置本体２の前方に多数のカッタビット５を取
り付けたカッタ装置（カッタヘッド、カッタホイール）
３が軸受けを介して回転自在に設けられている。

【０００３】このカッタ装置３は、支持筒部の後端に取
り付けられたリングギヤおよびこれに噛合するピニオン
を介して回転駆動装置に連動連結され、このカッタ装置
３を回転させながら、前方の地中をＡ方向に前進しなが
ら切削し、トンネルを掘っている。また、切削と共に、
この切削した砂礫や土砂をカッタ装置３の後方のチャン
バーから排泥管やスクリューコンベア等で後方へ移送
し、坑外へ排出している。

【０００４】このシールド掘進機１のカッタビット５
は、図７に示すように、カッタ装置３に取付けられたカ
ッタビット母材（シャンク）51の先端側に、切削用の超
硬チップ52がろう付け等で固定されている。

【０００５】このカッタビットは、掘削を担う重要な部
品であり、限度以上に摩耗すると掘削速度が出なくなっ
たり、更には、掘削不能になったりするので、このカッ
タビットの摩耗管理が重要であり、トンネル掘削工事の
作業効率に大きな影響力を持っている。

【０００６】従って、シールド掘進機で長距離掘削や土
質条件の厳しい所を掘削する場合には、このカッタビッ
トの摩耗状況を把握するためにカットビット摩耗検知装
置を取り付けて、カッタビットの摩耗量を検知して、交
換時期等を判断しながら、トンネルの掘進を行なってい
る。このカットビット摩耗検知装置には、幾つかの従来
技術の方式があるが、その内の油圧方式と超音波方式の
カッタビット摩耗検知装置の例を図７と図８に示す。

【０００７】図７の油圧方式の摩耗検知装置では、カッ
タビット５の内部にキリ孔21を穿孔し、このキリ孔21に
連通する油圧ライン22を、図５に示すロータリジョイン
ト部14を介してカッタ装置の内部を通して設け、作動油
を注入加圧し、カッタビット５の摩耗に伴うこのキリ孔
21の先端部の開口を作動油の漏出を検知することで検出
し、このキリ孔21の先端までの摩耗量Ｌを検出してい
る。

【０００８】しかしながら、この油圧方式のカッタビッ
ト摩耗検知装置で、検知できる摩耗量は一つの所定の量
（Ｌａ）だけであり、この所定の位置まで摩耗が進んだ
か否かの判定しかできず、摩耗の進行状態、即ち途中経
過を知ることができないという問題がある。

【０００９】また、図８に示すような超音波方式のカッ
タビット摩耗検知装置では、カッタビット５の内部にキ
リ孔24を穿孔し、このキリ孔24に超音波装置25を挿入
し、このリード線26をカッタ装置３内部からロータリジ
ョイント部14を介して取り出している。そして、超硬チ
ップ52に接した超音波装置25から超音波を発信し、超硬
チップ52の先端から反射してくる超音波を分析して超硬
チップ52の摩耗量即ちカッタビット５の摩耗量を検出し
ている。この超音波方式では、カッタビット５の摩耗量
（Ｌｂ）を連続的に検出できるが、その超音波装置25の
出力値の判断が難しく熟練を要するという問題がある。

【００１０】その外にも、特開昭６２−２２８５９７号
公報に、乾燥砂を入れた保護管内に導電線を配設し、カ
ッタビットが摩耗して保護管が破損すると、乾燥砂の流
出が生じるので、それによって導電線を保護管に接触さ
せて導通させて、あるいは流出用の乾燥砂に地下水を浸
透させて導通させて、この導通状態を検出する保護管方
式が提案されている。

【００１１】しかしながら、この方式も、上記油圧方式
と同様に、検出可能な摩耗量は保護管の検出端部が露出
する時の１点のみに限られ、また、乾燥砂充填等その製
作が難しいという問題がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】そのため、特公平６−
３１５４２号公報では、連続的に摩耗量を測定するため
に、電気抵抗体を板状体を波状に折り曲げて成形し、こ
の板状体の波状端面の一方をカッタビットの切削側に埋
設したカッタビットの摩耗検出装置が提案されている。

【００１３】しかしながら、この摩耗検出装置において
は、板の面積が大きい場合、特に埋設方向の長さが大き
い場合には常に板全体の全断面に沿って電流が流れない
可能性がある上に、この波状の板状体の切削側が均一に
摩耗しない場合や、波状の隣接する部分の間隔が狭いた
めに、土砂によってへし曲げられた板が切削側で接触
し、その部分が導通する場合等では、電流の変化量が摩
耗量に比例せず、正確な摩耗量の推定が困難となるおそ
れがあるという問題がある。

【００１４】以上の説明のように、従来技術の摩耗検知
装置においては、確実に摩耗量を検知することが難しい
という問題や、摩耗量の検知が一点のみであって摩耗の
進行状態を逐次測定できないという問題がある。

【００１５】そのため、カッタビットの摩耗進行状況の
把握が不確かで不十分なものとなり、交換の必要の有無
や交換の時期の推定が困難となり、カッタビットの交換
を適切に行なうことができないという問題がある。

【００１６】本発明は前記したような問題点を解決する
ためになされたものであって、その目的は、複数の導電
線で形成される検出線間の導通を検知することで、カッ
タビットの摩耗進行状況を段階的に精度よく検知するこ
とができるシールド掘進機のカッタビット摩耗検知方法
と、簡単な構造で製造が容易なその検知装置を提供する
ことにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明のシールド掘進機
のカッタビット摩耗検知方法は、シールド掘進機のカッ
タビットの摩耗する部分の近傍に、絶縁体でそれぞれが
絶縁された複数の電導性の検出線をその検出先端から、
それぞれの取り付け長さを変えて配置し、前記カッタビ
ットの摩耗が進行して、順次発生する前記検出線の先端
の露出を、前記検出線の相互間の地中側の電気の導通の
検出により検知して、前記カッタビットの摩耗量を測定
する方法である。

【００１８】また、このカッタビット摩耗検知方法に使
用する検知装置は、シールド掘進機のカッタビットの内
部に装填穴を設け、該装填穴に電気導通式センサーを配
置したビット摩耗検知装置であって、該電気導通式セン
サーを、前記カッタビットの先端から、所定の摩耗量測
定距離分だけ内側に先端が配置され、かつ、相互間が絶
縁された複数の電導性の検出線と、該検出線からの導出
されたリード線を有して形成し、更に、この検出線が摩
耗により地中に露出した時に、既に露出している検出線
との間に生じる電気の導通を検知するための導通検知回
路を前記リード線間に設けた装置である。

【００１９】そして、更に、シールド掘進機のカッタビ
ットのビット母材に切削用の超硬チップを分割して隙間
を設けて配置し、該隙間の前記ビット母材に前記装填穴
を形成したことを特徴とする。

【００２０】なお、該充填穴部分には、超硬チップ部分
がないため、カッタービット母材が部分的に摩耗が進行
しないように、該部分に貼付け形のチップ（図示しな
い）を取付けることができる。

【００２１】以上のシールド掘進機のカッタビット摩耗
検知方法とその検知装置によれば、カッタビットの摩耗
が進んで、電導線で形成される検出線の先端が次々に露
出すると、この露出した検出線と、既に露出している検
出線との間が、地中の地下水等の水分により、導通状態
になるので、これらの検出線間の導通を検知することに
より、カッタビットの摩耗状態を検知することができ
る。

【００２２】従って、複数の検出線間の導通を検知する
だけであるので、装置が単純となり簡単に低コストで製
作することができる。しかも、導通の有無のみの判定で
あるので熟練を要することなく確実に検知できる。ま
た、検出線の先端の埋設位置に対応して、摩耗量を数段
階で検知できるので、摩耗の進捗状態を精度よく検知で
き、摩耗の進行状況を確認できる。

【００２３】また、更に、切削用の超硬チップの部分を
避けて、ビット母材に装填穴を形成すると、この装填穴
の形成が容易となるので、更に低コストで電気導通式セ
ンサーを製作できる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下図面に基づき本発明に係るシ
ールド掘進機のカッタビット摩耗検知方法とその検知装
置の実施の形態を説明する。シールド掘進機１のカッタ
ビット５は、図５に示すようにシールド掘進機１の本体
２の前面に回転可能に設けられたカッタ装置（カッタホ
イール）３の中心から外周側に向かって設けられ、固定
されている。

【００２５】そして、このカッタビット５は、図１に示
すように、カッタ装置３に取り付けられたビット母材51
（シャンク）の先端側に切削用の超硬チップ52を固定し
て形成されている。

【００２６】そして、この超硬チップ52を２つに分割し
て、間に間隔Ｓを設けてろう付け等でビット母材51に取
り付けて配置し、電気導通式センサー10を配置できる隙
間Ｓを確保する。この隙間Ｓのビット母材51の部分に、
電気導通式センサー10を組み込むための装填穴11をキリ
穴で設ける。なお、この超硬チップ52の２分割は必ずし
も２等分である必要はない。

【００２７】この電気導通式センサー10は、次のよう形
成される。先ず、図２〜図５に示すように、複数の検出
線15ａ、15ｂ、15ｃ、15ｄを被覆線の被覆を剥いた裸線
即ち導電線で形成し、この内の一本の検出線15ａを電気
導通式センサー10の先端10ａに露出させ、その他の検出
線15ｂ、15ｃ、15ｄを、先端10ａから所定の摩耗量測定
距離L1、L2、L3だけ離して配置する。

【００２８】次に、それぞれの検出線15ａ、15ｂ、15
ｃ、15ｄが相互に絶縁状態となるように、絶縁シートと
共に巻いて、この隙間部分にエポキシ樹脂等の絶縁材料
13を充填して接着して形成する。または、検出線15ａ、
15ｂ、15ｃ、15ｄを塩化ビニルや硝子等のチューブに入
れて絶縁した後にエポキシ樹脂等の接着剤で接着する。
この他の方法でも、互いに絶縁し、先端位置がずれてい
る検出線15ａ、15ｂ、15ｃ、15ｄを持つ電気導通式セン
サー10を形成することができる。

【００２９】そして、この電気導通式センサー10を装填
穴11に挿入し、電気導通式センサー10の先端10ａが超硬
チップ52の先端と略一致する位置で、充填接着材16によ
り接着固定する。また、この検出線15ａ、15ｂ、15ｃ、
15ｄにそれぞれ接続する被覆線であるリード線12ａ、12
ｂ、12ｃ、12ｄをカッタ装置３内部を通して、図６に示
すロータリージョイント部14の部分にそれぞれ絶縁状態
を保つようにして導出し、外部の図示しない導通検知回
路に接続可能に構成する。この時に、リード線12ａ、12
ｂ、12ｃ、12ｄも充填接着材16でキリ孔11に接着固定し
て、振動による断線等を防止する。

【００３０】なお、上記では、摩耗量の計測位置L1、L
2、L3の数を３個とし、検出線15ａ・・・の数を４本と
しているが、必要な数ｎだけ摩耗量の計測位置Li（i=1,
2,....,n）とそれに応じた検出線15ｉ及びリード線12ｉ
を設けることができる。

【００３１】また、カッタビットについては、上記のよ
うな超硬チップ52の埋込み形の場合以外の他の形式のカ
ッタビットにも同様に適用できる。また、図４の電気導
通式センサー10では、円形の断面としているが、これに
限定されず、別の断面形状でもよい。また、この電気導
通式センサー10は、通常、全数のカッタビット５に設け
ずに、摩耗条件の厳しい最外周に近い１乃至数個のカッ
タビット５を選定して設け、サンプリング的に摩耗量の
検出を行うことが多い。

【００３２】次に、以上のようなシールド掘進機のカッ
タビットの摩耗検知装置を用いた摩耗検知方法について
説明する。

【００３３】この電気導通式センサー10が装備されたカ
ッタビット５が切削により摩耗していくと、スタートの
時には検出線15ａだけが電気導通式センサー10の先端10
ａに露出しているが、所定の距離L1だけ摩耗が進行する
と検出線15ｂの先端が露出してくる。そして、この両方
に検出線15ａ、15ｂの先端が露出すると、掘削土砂中に
含まれている導電体である地下水を通して、検出線15ａ
と15ｂとの間に導通回路が形成される。

【００３４】また、更に、カッタビット５の摩耗が進行
して次々に検出線15ｃ、15ｄの先端が露出すると、15ａ
−15ｃ、15ａ−15ｄ間、又はそれぞれの電導線間15ｂ−
15ｃ、15ｂ−15ｄ、15ｃ−15ｄ間に導通回路を形成する
ことになる。

【００３５】従って、ロータリジョイント部14に導出さ
れる各リード線（信号ライン）12ａ〜12ｄ間の導通を導
通検知回路に接続して検知することにより、カッタビッ
ト５の摩耗量L1、L2、L3を確認することができる。ま
た、導通の時期を計測し、摩耗量と対応させることによ
り、摩耗の進行状態を時系列的に検知することができ
る。

【００３６】なお、ロータリージョイント部14にスリッ
プリングを設け、各リード線12ａ〜12ｄ間の導通を表示
するランプ回路を設ければ、シールド掘進機の運転中に
も、摩耗量が所定の量L1、L2、L3に達したことを確認で
きる。

【００３７】以上の構成のシールド掘進機のカッタビッ
ト摩耗検知方法とその検知装置によれば、複数の検出線
15ａ〜15ｄ間の導通を検知する方法なので、検知に際し
て熟練を要することなく検知できる。また、検出線15ａ
〜15ｄの先端位置に対応して、摩耗量L1、L2、L3を数段
階で検知できるので、摩耗の進行状態を精度よく検知す
ることができる。そして、電気導通式センサー10の構造
は単純であり、また、特殊な材料を必要としないので、
低コストで製作することができる。

【００３８】更に、電気導通式センサー10の装填穴11
を、切削用の超硬チップ52、52の間の隙間Ｓがある部分
のビット母材51に形成するので、この装填穴11を形成す
るための超硬チップ52に対する機械加工が不要になるの
で、簡単に装填穴11を形成して電気導通式センサー10を
装着することができ、低コスト化できる。

【００３９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係るシールド掘進機のカッタビット摩耗検知方法とそ
の検知装置によれば、複数の検出線間の導通を検知する
ことにより、摩耗量を検知する方法であるので、検知に
際しては、超音波方式のような熟練を要することがな
く、確実にまた精度良く検知できる。また、検出線の先
端埋設位置に対応して、所定の摩耗量を所定の数段階で
検知できるので、摩耗の進行状況を精度よく検知するこ
とができる。

【００４０】そして、摩耗検知装置の検出端である電気
導通式センサーの構造が単純な構成となり、しかも、特
殊な材料を必要としないので、簡単で低コストで安価に
製作することができる。

【００４１】更に、電気導通式センサーの装填穴を、切
削用の超硬チップの間の隙間のビット母材に形成する
と、この装填穴を形成するための超硬チップに対する機
械加工が不要になるので、簡単に装填穴を形成して電気
導通式センサーを装着することができ、低コスト化でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るシールド掘進機のカッタビット摩
耗装置の概略図である。

【図２】図１のＸ−Ｘ断面図である。

【図３】図２のＹ−Ｙ断面図である。

【図４】本発明に係る電気導通式センサーを示す平面図
と側面図である。

【図５】図４の電気導通式センサーを検出線を含むよう
に展開した側面図である。

【図６】シールド掘進機の概略の構造図で、（ａ）は正
面図で、（ｂ）は側面図である。

【図７】油圧方式のカッタビット摩耗装置の説明用の断
面図である。

【図８】超音波方式のカッタビット摩耗装置の説明用の
断面図である。

【符号の説明】

１シールド掘進機２本体３カッタ装置５カッタビット 10 電気導通式センサー 11 装填穴 12 リード線 15 検出線 13 絶縁材料 16 充填接着剤 51 超硬チップ 52 ビット母材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シールド掘進機のカッタビットの摩耗す
る部分の近傍に、絶縁体でそれぞれが絶縁された複数の
電導性の検出線をその検出先端から、それぞれの取り付
け長さを変えて配置し、前記カッタビットの摩耗が進行
して、順次発生する前記検出線の先端の露出を、前記検
出線の相互間の地中側の電気の導通の検出により検知し
て、前記カッタビットの摩耗量を測定することを特徴と
するシールド掘進機のカッタビット摩耗検知方法。
【請求項２】シールド掘進機のカッタビットの内部に
装填穴を設け、該装填穴に電気導通式センサーを配置し
たビット摩耗検知装置であって、該電気導通式センサー
を、前記カッタビットの先端から、所定の摩耗量測定距
離分だけ内側に先端が配置され、かつ、相互間が絶縁さ
れた複数の電導性の検出線と、該検出線からの導出され
たリード線を有して形成し、更に、この検出線が摩耗に
より地中に露出した時に、既に露出している検出線との
間に生じる電気の導通を検知するための導通検知回路を
前記リード線間に設けたことを特徴とするシールド掘進
機のカッタビット摩耗検知装置。
【請求項３】シールド掘進機のカッタビットのビット
母材に切削用の超硬チップを分割して隙間を設けて配置
し、該隙間の前記ビット母材に前記装填穴を形成したこ
とを特徴とする請求項２記載のシールド掘進機のカッタ
ビット摩耗検知装置。