JP3184433B2 - ローラビットの摩耗検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、トンネル・ボー
リング・マシン(ＴＢＭ)に用いられるローラビットの摩
耗検知装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に岩盤にトンネルを掘削する際に
は、図５および図６に示すようなＴＢＭが用いられる。
但し、図５はＴＢＭの斜視図であり、図６は縦断面図で
ある。上記ＴＢＭは、メインビーム１の最前端にはカッ
タヘッド２が設けられ、このカッタヘッド２によって岩
盤を掘削して前進する。

【０００３】上記カッタヘッド２は、周方向にローラビ
ット４が複数個取り付けられて、モータ５およびギア６
等から成る駆動装置によって回転されるカッタ平板３を
有する。そして、カッタ平板３の回転によってローラビ
ット４が岩盤の表面を周方向に転動し、その際における
ローラビット４の先端に植設された超硬チップによって
岩盤を砕くのである。こうして砕かれた岩塊はベルトコ
ンベア７によって後方に搬送される。尚、フロントグリ
ッパ８およびリアグリッパ９を有するサポート部材１０
は、ＴＢＭをトンネルＴの壁面ｔに支えると共に、方向
修正等をも行う。

【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ＴＢＭにおけるローラビット４には以下のような問
題がある。すなわち、上述のように、上記ローラビット
４は岩盤の表面を周方向に転動して先端の超硬チップに
よって岩盤を砕くのであるが、上記超硬チップ自体が欠
けた場合や、岩盤の硬さが一様でなくて硬い部分と軟ら
かい部分とが混在する場合には、往々にしてローラビッ
ト４自体が回転しない場合がある。その場合には、ロー
ラビット４は岩盤表面を滑りながらカッタ平板３と共に
周方向に回動することになり、カッタヘッド２全体がジ
ャッキＪによって岩盤方向に押されているために、先端
の超硬チップが擦り減るのである。したがって、上記ロ
ーラビット４の超硬チップの減り具合を点検して、所定
以上に擦り減った場合には交換する必要がある。

【０００５】従来、上記ローラビット４の超硬チップの
減り具合を点検する場合には、定期的にＴＢＭを停止し
て目視判定するのが一般的である。しかしながら、この
場合には、トンネルの掘削を一時中断し、ＴＢＭを後退
させて切羽に作業空間を確保した後に、マンホールから
上記切羽に出て目視判定を行う必要がある。したがっ
て、トンネル掘削工事を一時的に中断しなければならな
いという問題や点検者に困難な作業を強いるという問題
がある。また、点検に手間や面倒さが伴うために点検頻
度が粗くなりがちであり、岩盤表面の状態によって超硬
チップの減り方が早い場合には、次の点検時までに超硬
チップが植設されているハブまで摩耗が進展してしまう
という問題もある。

【０００６】そこで、この発明の目的は、トンネルを掘
削しながらローラビットの摩耗状態を的確に検知できる
ローラビットの摩耗検知装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係る発明は、トンネル・ボーリング・マシ
ンのローラビット取り付け台に設置されたケーシング
と、上記ケーシングに対して出没自在であって,一端に
回転ローラが付設された台座と、上記ケーシングの中に
設置されて,上記台座を弾性力によって外方向に付勢し
て,上記台座の回転ローラを超硬チップを含むローラビ
ットの周面に当接させる弾性力付与部材と、上記台座の
上記ケーシングに対する相対位置を検出する位置検出セ
ンサを備えたことを特徴としている。

【０００８】上記構成において、上記弾性力付与部材の
弾性力によって上記台座が外方向に付勢されて、上記台
座に付設された回転ローラが超硬チップを含むローラビ
ットの周面に当接される。そうすると、上記台座の上記
ケーシングに対する相対位置が、上記ローラビットの周
面の半径に応じた位置になる。そこで、上記位置検出セ
ンサによって、上記台座の上記ケーシングに対する相対
位置が上記ローラビットの周面の半径として検出され
る。こうして、上記位置検出センサによる検出結果によ
って、上記ローラビットの摩耗が検知される。

【０００９】また、請求項２に係る発明は、請求項１に
係る発明のローラビットの摩耗検知装置において、上記
ローラビット取り付け台とケーシングとの間に在って、
上記ケーシングを上記ローラビットに対して近接・離遠
させる伸縮部材を備えたことを特徴としている。

【００１０】上記構成によれば、上記伸縮部材によって
上記ケーシングを上記ローラビットに対して離遠させて
上記回転ローラを上記ローラビットの周面から離間させ
ることによって、ローラビットの摩耗検知動作が解除さ
れる。

【００１１】また、請求項３に係る発明は、請求項１に
係る発明のローラビットの摩耗検知装置において、上記
回転ローラは、外周面に軸方向に設けられた細長い突起
を有することを特徴としている。

【００１２】上記構成において、上記台座に付設された
回転ローラが上記ローラビットの周面に当接されて上記
ローラビットの摩耗が検知される際に、上記ローラビッ
トが回転すると、このローラビットと上記回転ローラと
の摩擦によってこの回転ローラも回転する。そうする
と、上記回転ローラが付設されている上記台座の上記ケ
ーシングに対する相対位置が、突起部分において上記回
転ローラの回転周期で変動する。こうして、この上記台
座の上記ケーシングに対する相対位置の周期変動の有無
によって、ローラビットが回転しているか否かが判別さ
れる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形
態により詳細に説明する。図１および図２は本実施の形
態のローラビットの摩耗検知装置を示す。但し、図１は
停止状態を示す図であり、図２は作動状態を示す図であ
る。図１および図２において、１１はローラビットであ
り、駆動装置(図示せず)によって回転されるカッタ平板
１２に支持部材１３,１３によって取り付けられてい
る。

【００１４】上記支持部材１３,１３にはローラビット
１１の固定軸１４の両端が固定されており、固定軸１４
の周囲にはベアリング１５,１５を介してハブ１６が回
転自在に嵌着されている。さらに、ハブ１６の外周面に
は段部が形成され、ハブ１６の上記外周面に形成された
溝に嵌着されるストップリング１８と上記段部とによっ
て、軸方向中央部が外方向に突出して頂部を形成するリ
ング状の台金１７を着脱可能に挟持している。そして、
上記台金１７の上記頂部には超硬チップ１９がリング状
に植設されている。

【００１５】カッタ平板１２の裏面(反岩盤側面)におけ
るローラビット１１の両側には垂直に取付板２１,２１
が立設され、この取付板２１,２１の先端に水平方向に
延在する有穴の基板２２を取り付けている。そして更
に、この基板２２におけるローラビット１１の両側には
伸縮部材としての油圧ジャッキ２３が垂直に立設され
て、この２本の油圧ジャッキ２３,２３のピストンロッ
ド２４,２４の先端には、摩耗検出装置を支持する支持
板２５が架け渡されている。支持板２５には、ローラビ
ット１１に向かって垂直に取付板２６,２６が立設さ
れ、この取付板２６,２６の折曲部２６a,２６aには円筒
形のケーシング２７が立設されている。そして、このケ
ーシング２７は、基板２２の中央に設けられた丸穴の内
周縁に設置されたリング状のガイド２８内を摺動自在に
貫通している。尚、ケーシング２７の先端部の外周に
は、ガイド２８に当接してケーシング２７の反岩盤側へ
の動きを制限するストッパ２９が取り付けられている。

【００１６】ケーシング２７内には、このケーシング２
７の内径より小さい外径を有する有鍔のシリンダ３０が
挿入され、このシリンダ３０の反岩盤側の端部に設けら
れた鍔３０aによって取付板２６,２６の折曲部２６a,２
６aに固定されている。そして、シリンダ３０の反鍔側
の端面には上記位置検出センサであるストロークセンサ
３１が取り付けられている。

【００１７】さらに、上記ケーシング２７内には、円柱
形の台座３２が出没可能に嵌入されている。この台座３
２の反岩盤側の端面(以下、内端面と言う)には垂直に円
柱状棒３３が突設されており、この円柱状棒３３はスト
ロークセンサ３１を貫通してシリンダ３０内に挿入され
ている。台座３２の上記内端面と取付板２６,２６の折
曲部２６a,２６aの外面との間には上記弾性力付与部材
としてのスプリング３４が縮装されており、台座３２は
岩盤方向に付勢されている。また、台座３２の外周面に
は段部が設けられており、この段部がストッパ２９の内
周面に嵌合されたストップリング３５に当接することに
よって上記台座３２の突出量を規制している。

【００１８】台座３２の岩盤側の端面（以下、外端面と
言う）には、ブラケット３６,３６によって回転ローラ
としての検知ローラ３７が自転可能に取り付けられてい
る。尚、この検知ローラ３７の周面には軸方向に突出し
た突出条３８が設けられている。

【００１９】上記構成のローラビットの摩耗検知装置は
以下のように動作する。先ず、停止状態においては、図
１に示すように、上記油圧ジャッキ２３を駆動してピス
トンロッド２４を突出させる。そうすると、ピストンロ
ッド２４に架け渡されている支持板２５が反岩盤側に移
動し、この支持板２５に取り付けられている取付板２
６,ケーシング２７,シリンダ３０,ストロークセンサ３
１,台座３２および検知ローラ３７等は一体となって、
ケーシング２７のストッパ２９がガイド２８に当接する
まで反岩盤側へ移動する。そうすると、上記検知ローラ
３７はローラビット１１の台金１７における頂部の超硬
ビット１９から離間して、摩耗検知動作は行わないので
ある。尚、その際における台座３２のケーシング２７に
対する相対位置は、台座３２がスプリング３４の付勢力
によって外周面の段部がストップリング３５に当接する
まで押圧されて、最も突出した位置となっている。

【００２０】次に、作動状態においては、図２に示すよ
うに、上記油圧ジャッキ２３を駆動してピストンロッド
２４をシリンダ内に収納させる。そうすると、ピストン
ロッド２４に架け渡されている支持板２５が岩盤側に移
動し、この支持板２５に取付板２６,ケーシング２７,シ
リンダ３０,ストロークセンサ３１および台座３２等を
介して取り付けられている検知ローラ３７が岩盤側へ移
動し、やがて回転して岩盤を砕いているローラビット１
１の台金１７の頂部(超硬チップ１９)に当接する。尚、
その際における台座３２のケーシング２７に対する相対
位置は、台座３２がローラビット１１の台金１７によっ
てスプリング３４の付勢力に抗して押圧されて、やや没
入した位置となっている。そうすると、上記スプリング
３４の付勢力によってローラビット１１に圧接されてい
る検知ローラ３７は、自転しつつ超硬ビット１９を含む
台金１７の頂部の半径長に応じてケーシング２７に対し
て出没する。

【００２１】ここで、上記ストロークセンサ３１は一次
コイルと二次コイルを有する一方、台座３２の上記内端
面から突出している円柱状棒３３におけるストロークセ
ンサ３１を貫通している部分(一次コイルと二次コイル
との位置に在る部分)は強磁性体で形成されており、こ
の円柱状棒３３の強磁性体とストロークセンサ３１の一
次コイルおよび二次コイルとで作動変圧器を構成してい
る。したがって、ストロークセンサ３１からは、強磁性
体の変位量(つまり、検知ローラ３７の変位量)に応じた
電圧が出力されるのである。

【００２２】したがって、上述のように、上記検知ロー
ラ３７をローラビット１１の台金１７の頂部に圧接させ
てこの頂部の半径長に応じて出没させると、ストローク
センサ３１からはローラビット１１の頂部の半径変化に
応じた電圧信号が出力されることになる。その際に、上
述した如く、図３に示すように、上記検知ローラ３７の
周面には軸方向に突出条３８が設けられている。したが
って、検知ローラ３７は、ローラビット１１が回転する
と摩擦によって回転して回転周期に応じた周期で反岩盤
側に突出条３８の高さ分だけ変位することになり、スト
ロークセンサ３１からの電圧信号には検知ローラ３７の
回転周期に応じた周期変化が重畳されるのである。つま
り、ストロークセンサ３１からの電圧信号における上記
周期変化の有無によって、ローラビット１１が回転して
いるか否かを知ることができるのである。

【００２３】図４に示すように、上述のようにしてスト
ロークセンサ３１から出力されたローラビット１１の頂
部の半径変化を表す電圧信号は、摩耗判定部４４に送出
される。そうすると、上記摩耗判定部４４は、上記電圧
信号における周期変化の有無によってローラビット１１
の回転・非回転を判定する。そして、非回転状態を検知
すると、画像表示部４２に非回転告知信号を送出してモ
ニタ４３にローラビット１１が停止していることを表示
させる。一方、上記ローラビット１１は回転していると
判定すると、上記電圧信号に基づいて現在のローラビッ
ト１１の頂部の半径を算出し、予め記憶部４５に格納さ
れている摩耗許容半径に至ったか否かを判定する。そし
て、摩耗許容半径に至ったと判定した場合にはローラビ
ット１１の摩耗が限度に達したかあるいは一部欠けてい
ると判定するのである。

【００２４】こうして、上記摩耗判定部４４によってロ
ーラビット１１の摩耗が限度に達したと判定されると、
摩耗判定部４４は、画像表示部４２にメッセージ表示信
号を送出して、モニタ４３にローラビット１１の摩耗が
限度に達したことを表すメッセージを表示させる。それ
と同時に、警告部４６にランプ点灯信号を送出して警報
用のランプ４７を点灯させる。そして、所定時間が経過
すると、摩耗判定部４４は、警告部４６にブザー信号を
送出してブザー４８を駆動させた後、カッタ平板駆動装
置４９に停止信号を送出してカッタ平板１２を停止させ
るのである。

【００２５】上述のように、本実施の形態においては、
上記油圧ジャッキ２３によって支持板２５を岩盤側に移
動させて、この支持板２５に取付板２６,ケーシング２
７,シリンダ３０,ストロークセンサ３１および台座３２
等を介して取り付けられている検知ローラ３７をローラ
ビット１１の台金１７の頂部(超硬チップ１９)に当接さ
せる。そして、台座３２の上記内端面から突出している
円柱状棒３３と共に作動変圧器を構成しているストロー
クセンサ３１から出力されるローラビット１１の頂部の
半径変化に応じた電圧信号に基づいて、摩耗判定部４４
によってローラビット１１の摩耗が限度に達したことを
判定するようにしている。したがって、トンネルを掘削
しながら、台金１７の頂部における半径によってローラ
ビット１１の摩耗状態を自動的に且つ的確に検知でき
る。すなわち、本実施の形態によれば、トンネル掘削工
事を中断することなく、安全に、且つ、的確にローラビ
ット１１の摩耗を検知できるのである。

【００２６】尚、上記摩耗判定部４４によるローラビッ
ト１１の摩耗が限度に達したことの判定方法や摩耗判定
部４４による判定結果に基づく以後の処理は、上記実施
の形態に限定されるものではない。また、上記実施の形
態においては、台座３２の上記内端面から突出している
円柱状棒３３とストロークセンサ３１とによって作動変
圧器を形成しているが、容量変化形変位センサを形成し
ても差し支えない。また、油圧ジャッキ２３を用いるこ
となく、検知ローラ３７を常時付勢して超硬チップ１９
に当接させておいてもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１に係
る発明のローラビットの摩耗検知装置は、ローラビット
取り付け台に設置されたケーシングの中に設置された弾
性力付与部材によって台座を外方向に付勢して回転ロー
ラをローラビットの周面に当接させ、位置検出センサに
よって上記台座の上記ケーシングに対する相対位置を検
出するので、上記台座の上記ケーシングに対する相対位
置を上記ローラビットの周面の半径として検出できる。
したがって、この発明によれば、具体的な上記ローラビ
ットの半径に基づいてローラビットの摩耗状態を検知で
き、トンネルを掘削しながらローラビットの摩耗状態を
的確に検知できる。

【００２８】また、請求項２に係る発明のローラビット
の摩耗検知装置は、上記ローラビット取り付け台とケー
シングとの間に、上記ケーシングを上記ローラビットに
対して近接・離遠させる伸縮部材を有するので、ローラ
ビットの摩耗状態を検知しない場合には、上記伸縮部材
によって上記ケーシングをローラビットに対して離遠さ
せることによって、上記回転ローラをローラビットから
離間できる。したがって、上記ローラビットとの摩擦に
よって、上記回転ローラの表面が不必要に摩耗変形する
ことを防止できる。

【００２９】また、請求項３に係る発明のローラビット
の摩耗検知装置における上記回転ローラは、外周面に軸
方向に設けられた細長い突起を有しているので、上記ロ
ーラビットの回転に伴う回転ローラの回転によって、上
記回転ローラが付設されている上記台座の上記ケーシン
グに対する相対位置が突起部分において上記回転ローラ
の回転周期で変動する。したがって、この発明によれ
ば、上記位置検出センサによって検出された上記台座の
上記ケーシングに対する相対位置における周期変動の有
無によって、上記ローラビットが正常に回転しているか
否かを検知できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のローラビットの摩耗検知装置におけ
る停止状態を示す図である。

【図２】図１に示すローラビットの摩耗検知装置におけ
る作動状態を示す図である。

【図３】図１および図２における検知ローラに設けられ
た突出条の説明図である。

【図４】図１および図２におけるストロークセンサによ
って得られた電圧信号の処理装置のブロック図である。

【図５】ＴＢＭの斜視図である。

【図６】図５に示すＴＢＭの縦断面図である。

【符号の説明】

１１…ローラビット、 １２…カッタ平
板、１７…台金、 １９…超硬チ
ップ、２３…油圧ジャッキ、 ２５…支持
板、２６…取付板、 ２７…ケーシ
ング、３０…シリンダ、 ３１…スト
ロークセンサ、３２…台座、 ３
３…円柱状棒、３４…スプリング、 ３
７…検知ローラ、３８…突出条、
４２…画像表示部、４３…モニタ、
４４…摩耗判定部、４５…記憶部、
４６…警告部、４９…カッタ平板駆動装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−117188（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−81603（ＪＰ，Ａ) 実開 平６−53697（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21B 12/02 E21B 10/08 - 10/12 E21D 9/08

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネル・ボーリング・マシンのローラビ
   ット取り付け台に設置されたケーシングと、 上記ケーシングに対して出没自在であって、一端に回転
   ローラが付設された台座と、 上記ケーシングの中に設置されて、上記台座を弾性力に
   よって外方向に付勢して、上記台座の回転ローラを超硬
   チップを含むローラビットの周面に当接させる弾性力付
   与部材と、 上記台座の上記ケーシングに対する相対位置を検出する
   位置検出センサを備えたことを特徴とするローラビット
   の摩耗検知装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のローラビットの摩耗検
   知装置において、 上記ローラビット取り付け台とケーシングとの間に在っ
   て、上記ケーシングを上記ローラビットに対して近接・
   離遠させる伸縮部材を備えたことを特徴とするローラビ
   ットの摩耗検知装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のローラビットの摩耗検
   知装置において、 上記回転ローラは、外周面に軸方向に設けられた細長い
   突起を有することを特徴とするローラビットの摩耗検知
   装置。