JP3529180B2 - 小口径推進装置用掘削装置 - Google Patents

小口径推進装置用掘削装置

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JP3529180B2
JP3529180B2 JP33397194A JP33397194A JP3529180B2 JP 3529180 B2 JP3529180 B2 JP 3529180B2 JP 33397194 A JP33397194 A JP 33397194A JP 33397194 A JP33397194 A JP 33397194A JP 3529180 B2 JP3529180 B2 JP 3529180B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は下水管等の埋設に使用さ
れる小口径推進装置、特にその先端に設けられた回転式
の掘削装置に関する。
【0002】
【従来の技術】下水道に代表される管渠の地下埋設にお
いては、近年の交通量の増大、輻輳した地下埋設物、さ
らには、地域住民への影響などを考慮し、シールド工
法、推進工法などのいわゆる非開削工法が多く用いられ
るようになった。
【0003】この中でも特に口径が500mm未満のも
のを対象とし、シールド機のような複雑かつ大型の機構
を必要としない、小口径推進装置が開発されている。
【0004】図10は従来の小口径推進装置における先
導体部分を簡略化して示す斜視図で、50は先導体本
体、51は先導体本体50の先端に回転可能に設けられ
た掘削装置である。掘削装置51の前面外縁にはツール
ビット52、径方向にストレート型のディスクカッタ5
3、またディスクカッタ53を挟むように一対のテーパ
付きディスクカッタ54がそれぞれ設けられている。
【0005】ストレート型のディスクカッタ53は、先
端に刃先を有する算盤玉状の掘削ディスクを所定間隔で
同一軸線上に複数基配置したもので、両端をベアリング
(図示せず)によって回動可能に支持されている。この
ディスクカッタ53を切羽に向かって押さえつけながら
掘削装置を回転させることによって、ディスクカッタ5
3が転がり、掘削ディスクの先端を礫あるいは岩層に食
い込ませる。
【0006】これによって地山にいわゆるくさび作用が
働き、大きな礫や岩は、表面小剥離や表面破砕を繰り返
しながら破砕され、従来のように、切羽前面の地山の礫
を引きずったりまた掘り起こすことなく、切羽の安定性
に優れ、小さなトルクでの掘削が可能となる。また安定
した掘削が可能であるため、振動,騒音が少なく、信頼
性にも優れている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記掘削装
置においては、回転中心を含む径方向にストレート型、
すなわち、すべての掘削ディスクカッタが同一径のディ
スクカッタ53を配置しているため、装置全体が回転す
る際、ディスクカッタ53のうち、回転中心に近い方の
掘削ディスクと外周に近い掘削ディスクとが共に回転し
ながら破砕することができず、外周に近い掘削ディスク
が滑りながら転がることとなり、充分な破砕効果を得る
とができない。
【0008】また、全ての掘削ディスクが同一径である
ため、回転運動方向と掘削ディスクの回転方向とが一致
せず地山面に対して直角に食い込むことができない。こ
れによって、ディスクカッタ本来のくさび作用が回転内
側に作用しなくなり、掘削ディスクの先端内側のみが片
減りし易いという問題もある。
【0009】そこで、本発明は、複数の掘削ディスクを
滑らせることなく回転させ掘削能率を向上させると共
に、掘削ディスクの偏磨耗を少なくし製品寿命を向上さ
せることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、小口径推進装置の先端部に回転可能に配設
され前面に複数基のディスクカッタを備えた掘削装置で
あって、前記ディスクカッタを回転軸を中心として径方
向に少なくとも2列以上配設し、さらにこれらすべての
ディスクカッタの内側径と外側径の比を、回転中心から
前記ディスクカッタの内側及び外側までの半径比と同一
としたことを特徴とする。
【0011】ここで、前記ディスクカッタとして、外周
部に切羽を有する複数のディスク間に補助ディスクを突
設したり、また回転中心を含む径方向に、先端にチップ
を固着した棒状の掘削ビットを複数基配設することがで
きる。
【0012】
【作用】回転軸を中心として径方向に少なくとも2列以
上配設したディスクカッタのすべてを、内側径と外側径
の比が、回転中心からディスクカッタの内側及び外側ま
での半径比と同一とすることにより、最も外側の掘削デ
ィスクが転がる距離及び最も内側の掘削ディスクの転が
る距離が、中心からの距離毎の掘削装置の回転により進
む距離と同じになり、これによって、全ての掘削ディス
クが切羽上を滑ることなく地山に接触しながら転がるよ
うになる。
【0013】また、全てのディスクカッタの刃先が、地
山面に対して直角に作用することにより、掘削ディスク
の偏磨耗が防止される。
【0014】さらには、掘削ディスク間に補助ディスク
を設けることにより、掘削ディスクによる地山の破砕に
よって形成された掘削ディスク間の残留部が、さらに前
進することによって補助ディスクで破砕され、掘削ディ
スク間の谷部の摩擦を増大させることなく破砕を前方へ
進めることができるようになる。
【0015】
【実施例】以下本発明の特徴を図面に示す実施例に基づ
いて具体的に説明する。図1は本発明の一実施例である
小口径推進装置用掘削装置の正面図、図2は図1のAー
A線断面図、図3は図1のBーB線断面図、図4は図1
のCーC線断面図である。
【0016】10は小口径推進装置の先端部に回転可能
に取付けられた正面形状が円形の掘削装置のフレーム
で、回転軸を中心として、最も内周側に4基の内側ディ
スクカッタD1 が90度間隔で配列され、さらに、この
内側ディスクカッタD1 よりも外周寄りに同様に4基の
外側ディスクカッタD2 が配列されている。さらに、互
いに90度間隔で設けられた内側ディスクカッタD1
び外側D2 の間には、中間ディスクカッタD3 が4基配
列されている。
【0017】内側ディスクカッタD1 、外側ディスクカ
ッタD2 、及び中間ディスクカッタD3 は、いわゆるテ
ーパ型ディスクカッタで、4枚設けられた掘削ディスク
20は、回転中心側から外側にかけて径を大きくしてい
る。
【0018】20aは、4枚の掘削ディスク20の間に
設けられた補助ディスクで、破砕効果を上げるために上
方に向かって鋭角状に尖った形状とし、その高さは、隣
接する掘削ディスク20の平均高の1/3としている。
このように1/3の高さとすることによって、掘削ディ
スク20先端部の開きを、従来のものと同様に確保する
ことができ、破砕された岩の排出効果を落とすことな
く、且つ形成された残存部の破砕を効果的に行うことが
可能となる。
【0019】さらに、フレーム10の回転中心を含む径
方向に、先端にチップ15aを固着した棒状の掘削ビッ
ト15を5基配設し、さらに真ん中の掘削ビット15の
下方位置に1基の掘削ビット15を配設している。この
ような構造によって、従来掘削ができにくかった中心部
の効率的な掘削が可能となる。
【0020】図3を参照して、中間ディスクカッタD3
は、フレーム10に固定された一対の受け台11a,1
1bに回転可能に支持され、回転軸を外側に向かって下
がる方向に傾斜させることによって、外径の異なる4枚
の掘削ディスクの前面を結ぶ線が進行方向と直交するよ
うにしている。さらに受け台11a,11bはフレーム
10にボルト12によって着脱可能に取付けられてい
る。なお、内側ディスクカッタD1 も基本的な取付け構
造は、上記中間ディスクカッタD3 と同様である。
【0021】図4は外側ディスクカッタD2 の取付け構
造を示す断面図で、内側は上記中間ディスクカッタD3
と同様に、フレーム10にボルト12により固定された
受け台13aに、また外側はフレーム10の側面にボル
ト14によって固定された受け台13bに回転可能に支
持されている。
【0022】さらに、図5,図6,図7を参照して、デ
ィスクカッタの内側径と外側径の比、及び、回転中心か
らディスクカッタの内側及び外側までの半径比との関係
について詳述する。ここで、図5,図6は、ディスクカ
ッタの幾何学的条件を示す説明図、図7は、図1に示す
ディスクカッタの回転状況を示す説明図である。
【0023】内側ディスクカッタD1 について説明する
と、内側ディスクカッタD1 の、最も内側の掘削ディス
クの直径をd1 、外側の掘削ディスクの直径をd2
し、回転中心0から内側の掘削ディスクまでの距離すな
わち半径をr1 、外側の掘削ディスクまでの半径をr2
とすると、r2 /r1 =d2 /d1 、すなわち、内側径
と外側径の比が、回転中心からディスクカッタの内側及
び外側までの半径比と同一としている。
【0024】次いで、この内側ディスクカッタD1 の転
がり状況について説明すると、図7に示すように、内側
ディスクカッタD1 の、最も内側の掘削ディスクの直径
1と外側の掘削ディスクの直径d2 の比が、回転中心
0から内側の掘削ディスクまでの半径r1 と外側の掘削
ディスクまでの半径r2 の比と同一であるため、直径d
2 の外側の掘削ディスクが一回転する間にL2 =πd2
転がり、また直径d1の内側の掘削ディスクはL1 =π
1 転がることとなり、次式(1)が成り立つ。 L2 /L1 =d2 /d1 ・・・・・(1)
【0025】ここで、図6に示すように、中心角がθで
半径がr1 ,r2 の場合の弧の長さl1 ,l2 は、それ
ぞれ、l1 =r1 θ,l2 =r2 θとなり、l1 とl2
の比は次式(2)で表すことができる。 l2 /l1 =r2 /r1 ・・・・・(2) ここで、条件r2 /r1 =d2 /d1 より、(2)式
は、 l2 /l1 =d2 /d1 ・・・・・(3) したがって、式(3)と式(1)より、 l2 /l1 =L2 /L1 ・・・・・(4) となる。すなわち、式(4)は、内側ディスクカッタD
1 の最も内側の掘削ディスクの転がる距離と回転距離、
また最も外側の掘削ディスクの転がる距離と回転距離と
が一致し、内側ディスクカッタD1 が内側もまた外側も
共に滑らずに回転することを意味する。
【0026】なお、この関係は、外側ディスクカッタD
2 及び中間ディスクカッタD3 における、最も内側の掘
削ディスクの直径d3 ,d5 と外側の掘削ディスクの直
径d4 ,d6 の比と、回転中心0から内側の掘削ディス
クまでの半径r3 ,r5 と外側の掘削ディスクまでの半
径r4 ,r6 の比との間にも同様に成り立つ。
【0027】これによって、全てのディスクカッタD1,
2,3 の掘削ディスクが滑ることなく、図8(a)に
示すように地山面を転がることとなり、くさび効果を発
揮して破砕効果を高めることができる。また、全てのデ
ィスクカッタD1,2,3 をテーパ型とすることによ
り、図8(b)に示すように、ディスクカッタの外側面
と内側面とが地山に均一に食い込み外側面での遊びがな
くなり、これによって、掘削ディスク内側面の偏磨耗が
防止される。
【0028】図9は、さらに掘削状況を示す詳細図で、
岩Rの破砕によって掘削ディスク20,20間に形成さ
れた残存部R は、さらに前進することによって、残
存部R の先端が補助ディスク20aに触れ、補助デ
ィスク20aが残存部R に楔を打ち込む状態となっ
てクラックを成長させる。この場合、残存部R はそ
の幅が掘削ディスク20,20間に形成された狭いもの
であるため、クラックの成長により容易に破砕され、残
存部R は根元から破砕された状態になる。しかも、
掘削ディスク20,20先端部の幅は、従来のものと同
じだけ確保することができるため、破砕された岩の掘削
ディスク20,20間への目詰まりを増長することなく
排出効果も維持することができる。
【0029】
【発明の効果】本発明によって以下の効果を奏すること
ができる。
【0030】(a)回転軸を中心として径方向に少なく
とも2列以上配設したディスクカッタのすべてを、内側
径と外側径の比が回転中心からディスクカッタの内側及
び外側までの半径比と同一とすることにより、ディスク
カッタの全ての掘削ディスクが切羽上を滑ることなく転
がるようになり、掘削効率が向上する。
【0031】(b)外側面と内側面が均一に地山に当た
ることにより、外側面の遊びが無くなって掘削ディスク
の偏磨耗が防止され、これによってディスクカッタの寿
命が向上する。
【0032】(c)掘削ディスク間に補助ディスクを突
設することにより、硬質の岩の場合にも目詰まりを起こ
すことなく効率良い掘削が可能となる。
【0033】(d)回転中心を含む径方向に、先端にチ
ップを固着した棒状の掘削ビットを複数基配設すること
により、従来掘削ができにくかった中心部の効率的な掘
削が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例である小口径推進装置用掘
削装置の正面図である。
【図2】 図1のAーA線断面図である。
【図3】 図1のBーB線断面図である。
【図4】 図1のCーC線断面図である。
【図5】 ディスクカッタの幾何学的条件を示す説明図
である。
【図6】 ディスクカッタの幾何学的条件を示す説明図
である。
【図7】 図1に示すディスクカッタの回転状況を示す
説明図である。
【図8】 図1に示すディスクカッタの使用状況を示す
説明図である。
【図9】 図1に示すディスクカッタの使用状況を示す
説明図である。
【図10】 従来の小口径推進装置用掘削装置を示す斜
視図である。
【符号の説明】
1 内側ディスクカッタ D2 外側ディスクカッタ D3 中間ディスクカッタ 10 フレーム 11a,11b,13a,13b 受け台 12,14 ボルト 15 掘削ビット 15a チップ 20 掘削ディスク 20a 補助ディスク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−14994(JP,A) 特開 平3−115699(JP,A) 実開 平2−93390(JP,U) 実開 平3−58393(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) E21D 9/087 E21D 9/08

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 小口径推進装置の先端部に回転可能に配
    設され前面に複数基のディスクカッタを備えた掘削装置
    であって、前記ディスクカッタを回転軸を中心として径
    方向に少なくとも2列以上配設し、これらすべてのディ
    スクカッタの内側径と外側径の比を、回転中心から前記
    ディスクカッタの内側及び外側までの半径比と同一と
    、さらに前記ディスクカッタは、外周部に切羽を有す
    る複数のディスク間に補助ディスクを突設していること
    を特徴とする小口径推進装置用掘削装置。
  2. 【請求項2】 回転中心を含む径方向に、先端にチップ
    を固着した棒状の掘削ビットを複数基配設したことを特
    徴とする請求項記載の小口径推進装置用掘削装置。
JP33397194A 1994-12-16 1994-12-16 小口径推進装置用掘削装置 Expired - Fee Related JP3529180B2 (ja)

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