JP2007138437A - Roller cutter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トンネル掘削機のカッタ板に装着されて該カッタ板の回転により前方の地盤を掘削するローラカッタの改良に関するものである。 The present invention relates to an improvement in a roller cutter that is mounted on a cutter plate of a tunnel excavator and excavates the ground in front by rotating the cutter plate.
従来から、岩盤又は岩盤と土砂地盤との複合地盤等の地山にトンネルを掘削する掘削機としては、そのカッタ板に岩盤を破砕しながら掘削することができる多数のローラカッタを装着してなるトンネル掘削機が使用されている。ローラカッタ本体は、外周部を断面山形形状の刃先部に形成しているソロバン玉形状を有し、その刃先部に、周方向に小間隔毎に先端部が該ローラカッタ本体刃先部と同じ断面山形形状の刃先部に形成している円柱形状の超硬チップを装着することによってローラカッタを構成している。 Conventionally, as an excavator for excavating a tunnel in a natural ground such as a rock mass or a composite ground of a rock mass and an earth and sand ground, a large number of roller cutters that can excavate while crushing the rock mass are attached to the cutter plate. Tunnel excavator is used. The roller cutter body has a Soroban ball shape whose outer peripheral part is formed as a chevron-shaped cutting edge part, and the tip part of the cutting edge part has the same cross section as the roller cutter body cutting edge part at small intervals in the circumferential direction. A roller cutter is configured by mounting a cylindrical carbide tip formed on a chevron-shaped cutting edge.
このようなローラカッタの構造において、ローラカッタ本体の刃先部に上記円柱形状の超硬チップを装着するには、例えば、特許文献1、2に記載されているように、ローラカッタ本体の外周部に小間隔毎にローラカッタ本体の中心に向かって一定深さの断面円形のチップ取付孔を穿設し、このチップ取付孔に上記超硬チップを圧入して該超硬チップの平坦な基端面をチップ取付孔の底面に当接させ、且つ、その刃先部をローラカッタ本体の刃先部に対して周方向に連続させた埋め込み状態となるように嵌着している。
上記のように構成しているローラカッタは、カッタ板にその回転中心軸をカッタ板の径方向に向けた状態、即ち、カッタ板の前面から突出する刃先部の回転方向をカッタ板の回転方向に対して接線方向に向けた状態にして回転自在に支持されてあり、掘削時には切羽地盤に押し付けられた状態でカッタ板の回転に伴って自転しなから切羽地盤を掻き取るようにして切り崩していくものであるが、その際、上述したように、カッタ板から突出しているローラカッタの刃先部の回転方向をカッタ板の回転方向に対して接線方向に向けているので、切羽地盤にその刃先部を食い込ませた状態でカッタ板を回転させると、該刃先部における食い込み始端部側にカッタ板の内周部側から外周側に向かって切羽地盤からの大きな押圧力が作用し、この押圧力によって該ローラカッタ本体の刃先部に埋め込み状態で圧入、嵌着させている円柱形状の超硬チップがその中心回りに捩じり力を受けることになる。 The roller cutter configured as described above has a state in which the center axis of rotation is directed to the cutter plate in the radial direction of the cutter plate, that is, the rotation direction of the blade edge protruding from the front surface of the cutter plate is the rotation direction of the cutter plate. In the state of being tangentially directed to the surface, it is supported so that it can rotate freely, and it is pressed against the face ground during excavation. At that time, as described above, since the rotation direction of the cutting edge portion of the roller cutter protruding from the cutter plate is directed tangential to the rotation direction of the cutter plate, the cutting edge is placed on the cutting ground. When the cutter plate is rotated with the part biting in, a large pressing force from the face ground acts from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the cutter plate on the biting start end side of the cutting edge, and this pressing The roller cutter pressed in a state embedded in the edge portion of the main body, hard tip of cylindrical shape and is fitted is subject to torsional forces about its center by.
この捩じり力はカッタ板の内周側に配設しているローラカッタほど大きくなり、このローラカッタ本体の刃先部に穿設している取付孔に圧入、嵌着した超硬チップは、上記捩じり力により取付孔との嵌着力に抗して中心回りに捩回し、図11、図12に示すように、該超硬チップ21の先端刃先部22の向きをローラカッタ本体11の刃先部12の方向、即ち、円周方向に対して交差する方向に偏向した状態となり、ローラカッタ本体11が耐用年数に達する前に地山の掘削が困難になるといった問題点があった。
This torsional force becomes larger as the roller cutter arranged on the inner peripheral side of the cutter plate, and the cemented carbide chip press-fitted and fitted into the mounting hole formed in the blade tip of the roller cutter body is Twist around the center against the fitting force with the mounting hole by the torsional force, and as shown in FIGS. 11 and 12, the direction of the
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、超硬チップを簡単な構造によってローラカッタ本体に強固に圧入、嵌着することができ、掘削時に該超硬チップに大きな捩じり力が作用しても、捩回、変形するのを防止することができるようにしたローラカッタを提供するにある。 The present invention has been made in view of such problems. The object of the present invention is to firmly press-fit and fit a cemented carbide tip into a roller cutter body with a simple structure. It is an object of the present invention to provide a roller cutter that can prevent twisting and deformation even when a large torsional force is applied to a hard tip.
上記目的を達成するために、本発明のローラカッタは、請求項1に記載したように、ローラカッタ本体の刃先部に周方向に一定間隔毎に断面円形のチップ取付孔を設け、このチップ取付孔に先端部を断面山形形状の刃先部に形成している円柱形状の超硬チップを圧入、嵌着してなるローラカッタにおいて、上記超硬チップの基端面の外周部に複数個の係止突起を突設し、この係止突起を上記チップ取付孔の孔底面に食い込ませて係止させた構造としている。
In order to achieve the above object, the roller cutter of the present invention is provided with a tip mounting hole having a circular cross section at regular intervals in the circumferential direction at the blade edge portion of the roller cutter body, as described in
このように構成したローラカッタにおいて、請求項2に係る発明は、超硬チップの基端面に突設している係止突起を、突出端が先鋭端である小径の円錐形状に形成してあり、この係止突起を3個以上、超硬チップの基端面外周部に周方向に一定間隔毎に突設していることを特徴とする。
In the roller cutter configured as described above, in the invention according to
請求項1に係る発明によれば、先端部を刃先部に形成している円柱形状の超硬チップの基端面外周部に複数個の係止突起を突設しているので、この超硬チップをローラカッタ本体の刃先部に設けている断面円形のチップ取付孔に圧入、嵌着させた際に、該係止突起は超硬チップの基端面から圧入方向に突設されているから、チップ取付孔の底面にこの係止突起を簡単且つ確実に食い込ませることができる。 According to the first aspect of the present invention, since the plurality of locking projections are projected from the outer peripheral portion of the base end surface of the cylindrical carbide tip having the tip portion formed at the blade edge portion, this carbide tip. Since the locking projection protrudes from the base end face of the cemented carbide tip in the press-fitting direction when it is press-fitted and fitted into the tip mounting hole having a circular cross section provided on the blade tip of the roller cutter body. This locking projection can be easily and surely cut into the bottom surface of the mounting hole.
このように複数個の超硬チップを装着した複数個のローラカッタをカッタ板に該カッタ板から突出する刃先部の回転方向をカッタ板の回転方向に対して接線方向に向けた状態にして回転自在に軸支し、このカッタ板を備えたトンネル掘削機によって岩盤等の地山を掘削すると、ローラカッタ本体の刃先部が切刃地盤にカッタ板の回転方向に対して接線方向に切り込みながら該切羽地盤を切り崩していく。この切羽地盤の切削時には、上述したように、超硬チップの刃先部に該超硬チップをその中心回りに捩回させようとする力が掘削地盤側から作用するが、超硬チップの基端面外周部に突設している係止突起がチップ取付孔の底面に食い込んでいるので、その食い込みによる係止力が上記捩じり方向に対して大きな抵抗力として作用し、超硬チップが捩じれるのを強固に防止することができる。 In this way, a plurality of roller cutters equipped with a plurality of cemented carbide tips are rotated on the cutter plate with the rotation direction of the cutting edge protruding from the cutter plate being tangential to the rotation direction of the cutter plate. When excavating ground such as rock with a tunnel excavator equipped with this cutter plate, the cutting edge of the roller cutter body cuts into the cutting blade ground in a direction tangential to the rotation direction of the cutter plate. Cut the face ground. When cutting this face ground, as described above, the force to twist the carbide tip around the center acts on the cutting edge of the carbide tip from the excavation ground side, but the base end surface of the carbide tip Since the locking protrusion protruding from the outer periphery bites into the bottom surface of the chip mounting hole, the locking force due to the biting acts as a large resistance against the twisting direction, and the carbide tip is twisted. Can be firmly prevented.
従って、超硬チップにおける断面山形形状の刃先部の長さ方向をローラカッタ本体の周方向の刃先部に正確に連続させた状態を維持して長期間に亘り、確実且つ効率のよい掘削を可能にすることができる。また、超硬チップの基端面の外周部に複数個の係止突起を突設しておき、この係止突起をローラカッタ本体のチップ取付孔の底面に食い込ませるという簡単な構造によって超硬チップをローラカッタ本体に捩じり方向に対して大きな抵抗力を発揮するローラカッタを簡単に得ることができる。 Therefore, reliable and efficient drilling is possible over a long period of time while maintaining the state in which the length direction of the cutting edge portion of the carbide tip in the carbide tip is accurately continued to the circumferential cutting edge portion of the roller cutter body. Can be. In addition, the carbide chip has a simple structure in which a plurality of locking protrusions are provided on the outer peripheral portion of the base end surface of the carbide chip, and the locking protrusions are inserted into the bottom surface of the chip mounting hole of the roller cutter body. It is possible to easily obtain a roller cutter that exerts a large resistance against the twisting direction of the roller cutter body.
超硬チップの基端面に突設した上記係止突起の好ましい形状としては、請求項2に記載したように、突出端が先鋭端である小径の円錐形状に形成しておけば、ローラカッタ本体のチップ取付孔の底面に対して該係止突起を簡単且つ強固に食い込ませた係止構造とすることができる。この係止突起の数は特に限定されないが、2個以下ではチップ取付孔の底面との係止力が弱くなるので好ましくない。
As a preferable shape of the locking protrusion protruding from the base end surface of the cemented carbide tip, as described in
次に本発明の具体的な実施の形態を図面について説明すると、ローラカッタAは、図1〜図4に示すように、外周部を全周に亘って断面山形形状の刃先部1aに形成している硬質の金属材からなるソロバン玉形状のローラカッタ本体1と、このローラカッタ本体1の上記刃先部1aに周方向に一定の小間隔毎に穿設した断面円形のチップ取付孔2に圧入、嵌着している超硬チップ3とから構成されている。
Next, a specific embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 to 4, the roller cutter A is formed by forming an outer peripheral portion into a blade edge portion 1a having a cross-sectional chevron shape over the entire periphery. A abacus ball-shaped
上記ローラカッタ本体1の刃先部1aに穿設している断面円形のチップ取付孔2は、図4に示すように、刃先部1aの頂面から中心に向かって一定深さまで設けられていると共にその径を超硬チップ3の径よりも僅かに小径に形成、即ち、超硬チップ3を該孔内に圧入可能な公差寸法に形成にして、このチップ取付孔2に超硬チップ3を油圧ジャッキ等により圧入し、該超硬チップ3の外周面を該チップ取付孔2の孔壁面に圧着させた状態で嵌着させている。なお、チップ取付孔2内に超硬チップ3を圧入する際に、ローラカッタ本体1を加熱してチップ取付孔2の孔径を拡げながら超硬チップ3を圧入する、所謂、焼きばめによって嵌着させてもよい。
As shown in FIG. 4, the
超硬チップ3は、その先端部を除く基部を上記ローラカッタ本体1のチップ取付孔2に圧入、嵌着した一定径と一定長さを有する円柱形状に形成されていると共に、先端部を上記ローラカッタ本体1の刃先部1aと同じ断面山形形状の刃先部3aに形成されてあり、この刃先部3aの頂面3a1 の長さ方向を上記ローラカッタ本体1の刃先部1aの頂面1a1 の長さ方向に向けた状態にして各超硬チップ3をローラカッタ本体1のチップ取付孔2に圧入、嵌着させている。
The cemented
従って、超硬チップ3の刃先部3aの頂面3a1 は、ローラカッタ本体1の刃先部1aの頂面1a1 と共にローラカッタ本体1の円周方向に連続し、且つ、該頂面3a1 から基部側に向かって徐々に幅広くなる方向に傾斜している両側傾斜面3a2 、3a3 は、ローラカッタ本体1の刃先部1aにおける頂面1a1 から該ローラカッタ本体1の両側面に向かって徐々に幅広くなる方向に傾斜している両側傾斜面1a2 、1a3 にそれぞれ円周方向に連続していると共にこのローラカッタ本体1の両側傾斜面1a2 、1a3 から該刃先部3aの両側傾斜面3a2 、3a3 を外部に露出している。
Accordingly, the top surface 3a1 of the
さらに、超硬チップ3の基端面3a4 における外周部には、周方向に一定間隔毎に複数個(図5においては4個、図6においては6個)の係止突起4、4・・を突設してあり、超硬チップ3を上述したようにローラカッタ本体1の刃先部1aに設けているチップ取付孔2に圧入、嵌着させた際に、これらの係止突起4を図4に示すように、上記ローラカッタ本体1のチップ取付孔2の底面2aに押し込むように食い込ませて係止させ、該基端面3a4 を全面的にチップ取付孔2の底面2aに圧接、受止させている。また、これらの係止突起4は突出端(先端)が先鋭端の小径の円錐形状に形成されている。なお、係止突起3の突設数としては2個以下では、後述するようにチップ取付孔2にその中心回りの捩回力が作用した際におけるチップ取付孔2の底面2aとの係止力が弱くなるので、3個以上、好ましくは4〜8個、突設しておく。
Further, a plurality of (four in FIG. 5 and six in FIG. 6)
このように、ローラカッタ本体1の刃先部1aに周方向に一定間隔毎に穿設している各チップ取付孔2に上記超硬チップ3を圧入、嵌着してなるローラカッタAは、周知のようにその両側面の中心部に軸体5、5を突設してあり、この軸体5、5を両側支持部材6、6に回転自在に支持させている。そして、このローラカッタAを図7、図8に示すように、円板形状のカッタ板7の中心部及び該中心部から外周端に向かって所定間隔毎に、ローラカッタ本体1を回転自在に軸支した上記両側支持部材6、6を固着することによってカッタ板7に配設されている。なお、ローラカッタAは一個に限らず、二個或いは3個、並列状態に一体化した構造のものも組み合わせてカッタ板7に装着している。
As described above, the roller cutter A in which the cemented
この際、全てのローラカッタAを、そのローラカッタ本体1の回転中心軸である軸体5、5をカッタ板7の径方向に向け、且つ、該ローラカッタ本体1の前側周部をカッタ板1から前方に突出させた状態にして取付けている。従って、カッタ板7の前面から突設しているローラカッタ本体1の刃先部1aは、カッタ板7の回転方向に対して接線方向に回転するように構成されている。また、カッタ板7の中心から外周に向かって一列状に配設されている複数個のローラカッタAはカッタ板7に複数列、放射状に配設されていると共に、隣接するローラカッタ列間に土砂取込口8を設けている。
At this time, all the roller cutters A are oriented so that the
このように構成したカッタ板7はトンネル掘削機10の円筒形状の胴体部11における前端開口部に回転自在に配設されてあり、該カッタ板7を回転させながらトンネル掘削機10を推進させて切羽地盤を掘削する。この際、カッタ板7に装着しているローラカッタAは、ローラカッタ本体1におけるカッタ板7から突出する刃先部1aに装着している超硬チップ3を切羽地盤に切り込ませながらカッタ板7の回転によって切羽地盤を切り崩していくが、カッタ板7の前面から突出しているローラカッタ本体1の刃先部1aはカッタ板7の回転方向に対して接線方向に向けられているため、カッタ板7の回転に従って切羽地盤に切り込ませる超硬チップ3の刃先部1aにおける切り込み開始端部が、切羽地盤をカッタ板7の内側に向かって掻き取る方向に作動しながら切羽地盤を切り崩していく。
The
従って、超硬チップ3の刃先部1aにおける切り込み開始端部には、切羽地盤側からの反力としてカッタ板7の内周側から外周側に向かう大きな押圧力が作用し、この押圧力が超硬チップ3に対してその中心回りに回動させようとする捩回力として作用する。超硬チップ3はローラカッタ本体1の刃先部1aに設けているチップ取付孔2の孔壁にその円柱形状の基部外周面を嵌着させているが、上記捩回力はチップ取付孔2の孔壁の円周方向に作用するため、超硬チップ3の外周面が超硬チップ2の孔壁に対してその嵌着力に抗してスリップし、該超硬チップ3が中心回りに回動してその刃先部3aの稜線方向をローラカッタ本体1の刃先部1aの稜線方向、即ち、ローラカッタ本体1の周方向に対して交差する方向に傾斜、偏向しようとするが、超硬チップ3は、その基端面外周部に突設している複数個の係止突起4をチップ取付孔2の孔底面に食い込ませて係止させているので、この係止突起4の係止力が上記捩回力に対して大きな抵抗力として作用し、超硬チップ3が偏向するのを強固に防止してローラカッタAの耐用年数に達するまで、切羽地盤の掘削に供することができるものである。
Therefore, a large pressing force from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the
次に、本発明における上記超硬チップと、従来の超硬チップとの捩回力に対する抵抗力を比較した実験結果を表1に示す。なお、この実験は先端面中央部に角軸を突設している同一構造の試験用超硬チップであって、基端面外周部に4個の係止突起を設けている超硬チップを実施例1とし、6個の係止突起を設けている超硬チップを実施例2とし、係止突起を設けていない超硬チップを比較例として図9、図10に示すように、試験用固定台座Bに設けているチップ取付孔Cに超硬チップを圧入、嵌着させたのち、試験用固定台座Bから突出している角軸Dをプレスにて6トンの荷重を与えながらこの角軸Dにその中心回りの回転トルクを与え、超硬チップがチップ取付孔Cとの嵌着力に抗して回動した時のトルクを測定した。 Next, Table 1 shows the experimental results comparing the resistance force to the torsional force between the above-mentioned cemented carbide tip of the present invention and the conventional cemented carbide tip. In this experiment, a cemented carbide tip with the same structure having a square shaft protruding at the center of the distal end surface, and a carbide tip having four locking projections on the outer peripheral portion of the proximal end surface was implemented. As shown in FIGS. 9 and 10, the carbide tip provided with 6 locking projections is set as Example 2 and the cemented carbide tip provided with no locking projection is used as a comparative example as shown in FIGS. 9 and 10. After the cemented carbide chip is press-fitted and fitted into the chip mounting hole C provided in the base B, the square axis D protruding from the test fixed base B is applied to the square axis D while applying a load of 6 tons with a press. A rotational torque around the center of the chip was applied, and the torque when the carbide chip was rotated against the fitting force with the chip mounting hole C was measured.
上記表1から明らかなように、基端面に係止突起を突設している超硬チップの回転トルク(抵抗力)が係止突起を設けていない超硬チップに比較して増大しており、切羽地盤の掘削効率を向上させるができる。 As can be seen from Table 1 above, the rotational torque (resistance force) of the cemented carbide chip with the locking projection protruding from the base end surface is increased compared to the carbide chip without the locking projection. The excavation efficiency of the face ground can be improved.
A ローラカッタ
1 ローラカッタ本体
1a 刃先部
2 チップ取付孔
3 超硬チップ
3a 刃先部
4 係止突起
A
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