JP4523800B2 - カッタビット - Google Patents

Description

本発明は、地盤掘削機の掘削刃に取り付けられて、地山の切削を行うカッタビットに関する。

掘削溝や杭の縦孔を掘削する地盤掘削機として、単数又は複数の軸の先端に取り付けられた複数のカッタビットを備えた掘削刃を、回転させながら地山に圧入する形式のものがある。このような構成の地山掘削機においては、掘削孔のねじれの修正を目的として、掘削刃の回転方向を逆回転させて掘進する場合がある。

正回転方向と逆回転方向とに回転方向を切替えて掘削を行うことを可能としたカッタビットとしては、カッタビットの回転方向の前後に刃部を配置したものがある。
例えば、特許文献１には、前後に刃部が配設されたカッタビットを利用して、掘削回転時に前側の刃部のみが掘削面に当接して、後側の刃部は掘削面から離れるように配設することにより、掘削面と刃部との接着面積を削減することでホルダ部と後側の刃部の摩耗を減らすとともに駆動モータにかかる回転トルクを少なくすることを目的としたケーシング工法が開示されている。前記ケーシング工法に使用されるケーシングパイプは、ケーシングパイプに固定するビットホルダと正逆回転に対応するように前後に刃部を有するカッタビットを有しており、カッタビットの後端部に設けた円形の凸部をビットホルダに設けた円形の凹部内に嵌合し、カッタビットが回転方向に対して前後に揺動自在となるように枢着されている。
特開平６−２９４２６９号公報（［０００７］〜［００２０］、図１−図２）

ところが、図５に示すように、前記の従来のカッタビット１１０は、直線状に形成されたホルダ部１１２の前後に刃部１１１が固定されているため、前側の刃部１１１により切削された地山の溝（軌跡）１２０から、ホルダ部１１２と刃部１１１とが回転方向に対して内側にはみだして地山との接触部１３０が形成される。そのため、掘削に伴う摩擦力が大きくなり、ホルダ部１１２と後ろ側の刃部１１１との摩耗が進行するとともに駆動モータの回転トルクが大きくなるという問題を有していた。また、通常、カッタビット１１０の刃部１１１は、その取付構造上、その前面からの力に対しては強固に固定されているが、背面からの力に対しては弱く、地山の切削時に接触部１３０が形成されることにより、後側の刃部１１１がカッタビット１１０から外れて、逆回転による掘削ができない場合があった。

また、これらのカッタビット１１０の刃部１１１は、直線状に形成されたホルダ部１１２に固定されているため、カッタビット１１０の回転方向Ｋの接線方向Ｓに向いている。そのため、カッタビット１１０の回転力はその一部が回転方向Ｋに対して外方向に分散されてしまい、切削の効率が悪いという問題点を有していた。

本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、正逆回転に対して掘削が可能なカッタビットについて、その回転力をそのまま地山の切削に利用する効率的な切削を可能とし、該カッタビットに加わる摩擦力を低減することでそのロングライフ化を図るとともに掘削機の回転トルクを低減することを可能とするカッタビットを提案することを課題とする。

このような課題を解決するために、本発明のカッタビットは、掘削刃を正逆回転させることにより地山を切削する掘削機において、前記掘削刃の先端に配設されるカッタビットであって、前記掘削刃の正逆回転に対応してそれぞれ正回転方向と逆回転方向とに向けた２つの刃部と前記２つの刃部を固定するホルダ部とから構成されており、前記掘削刃の回転方向に対して前側の刃部が通過する軌跡を前記ホルダ部と後側の刃部とが通過するように形成されていることを特徴としている。
ここで、「前側の刃部が通過する軌跡」とは、前側の刃部が地山を切削することにより該地山に形成される溝をいい、その幅は、前側の刃部の幅と同程度に形成される。

また、前記ホルダ部が、前記掘削刃の回転により形成される刃部の軌跡に対応して、円弧状に形成されていれば、地山を切削する刃部により形成された溝をホルダ部と他方の刃部が通過するため、当該カッタビットに加わる摩擦力は最小限に低減されるため好適である。

かかるカッタビットは、正逆回転に対応するためにその前後にそれぞれ刃部が配置されているカッタビットに関して、カッタビットの回転方向に対して前側の刃部により切削された地山の溝を通過するようにホルダ部と後側の刃部とが配置されているため、ホルダ部や後側の刃部と地山との摩擦力による掘削機の回転トルクの増大を抑止することが可能となり、結果的に施工費用の削減が可能となる。また、ホルダ部や後側の刃部が地山に接触することによる破損が防止されるため、カッタビット破損時の復旧に要する手間や費用を削減することが可能となり、経済性及び施工性に優れたカッタビットが提供される。さらに、カッタビットの前後に設けられた刃部は、それぞれ正回転方向と逆回転方向に向いているため、その回転力の全てが地山の切削力として利用される効率的な地山の切削が可能となる。

本発明のカッタビットによれば、その回転力をそのまま地山の切削に利用する効率的な切削が可能で、該カッタビットに加わる摩擦力を低減することでそのロングライフ化を図るとともに掘削機の回転トルクを低減することが可能となるため、結果的に、施工性、経済性に優れた地山掘削が可能となる。

本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。また、説明において「内」「外」は、カッタビットの回転により形成される円の中心側を「内」として決定する。

図１は、本発明のカッタビットが配設された単軸又は多軸式掘削機の掘削刃を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。また、図２は、本発明のカッタビットの詳細を示す図であり、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は側面図である。さらに、図３は図２に示すカッタビットをＸ−Ｘ断面方向から見た平面図である。

本実施の形態では、図１に示すように掘削刃軸２に固定された３枚の翼部２０を有した掘削刃１を回転させることにより地山を切削する掘削機に取り付けられたカッタビット１０について記載する。

図１（ａ）に示すように、カッタビット１０は、掘削刃１の回転方向に対して直角を成すように、翼部２０に固定されている。ここで、本実施の形態では、カッタビット１０の翼部２０への固定は、図示しないボルトにより行うものとし、カッタビット１０の破損時の取り換え作業を容易に行えるようにしている。なお、カッタビット１０の翼部２０への固定方法は、地山の掘削に伴う抵抗力により翼部２０からはずれることがないように強固に固定することが可能な方法であれば、ボルトによるものに限定されることはない。

また、カッタビット１０は、図１（ｂ）に示すように、３枚の翼部２０にそれぞれ３個ずつ配設されており、切削時にはこれらの９個のカッタビット１０，１０，…により６つの円形の掘削溝（軌跡）３１〜３６が形成されるように配設されている。ここで、掘削孔３０の中心から４つの掘削溝３１〜３４に関しては、一つの掘削溝に対して一つのカッタビット１０が配設されている。また、最外周の掘削溝３６は３個のカッタビット１０，１０，１０により、１つ内側の掘削溝３５は２個のカッタビット１０，１０によりそれぞれ切削されるように、カッタビット１０，１０，…が配設されている。

カッタビット１０は、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、２個の刃部１１，１１とホルダ部１２とから構成されており、刃部１１，１１は、掘削刃１の正回転方向と逆回転方向とに対応するように、ホルダ部１２下端の前後にそれぞれ固定されている。

また、ホルダ部１２は、当該カッタビット１０の回転により形成された掘削溝３１〜３６に合わせて円弧状に形成された部材からなり、図２（ｂ）に示すように、側面視で長方形形状のホルダ本体部１２ａと、その下端に突設された刃取付部１２ｂとを備えている。ここで、本実施の形態のホルダ部１２は、カッタビット１０の回転方向に対して内周面１２ｃと外周面１２ｄとが、それぞれ中心軸を同じくする円筒面になっている（図３参照）。そして、刃取付部１２ｂの刃部１１との当接面は、ホルダ部１２を形成する円筒面の中心軸を含む平面上にあり、カッタビット１０の回転方向に対して直角をなしている。

本実施の形態の刃部１１，１１は、図３に示すように、平面視で切削面側が山型となる五角形形状からなる。そして、両刃部１１，１１は、その切削面１１ａ，１１ａ（図２（ａ）参照）がカッタビット１０の回転方向に向くように刃取付部１２ｂに取り付けられており、それぞれの切削面１１ａ，１１ａりょう線１１ｂが回転方向の中心線Ｃに位置している。
なお、カッタビット１０は、刃部１１，１１をホルダ部１２に取り付けた状態で、刃取付部１２ｂと該刃取付部１２ｂの前後に固定された刃部１１，１１により凹部が形成される。また、刃取付部１２ｂの下端は、前後の刃部１１，１１の形状に合わせて、山型に形成されている。

各カッタビット１０は、その取付位置に応じて、そのホルダ部１２の円弧の半径Ｒ（図３参照）及び、刃取付部１２ｂの幅が異なる。本実施の形態では、図１（ｂ）に示すように、外側の掘削溝３５，３６を切削する外側部のカッタビット１０ａと、中央の掘削溝３３，３４を切削する中央部のカッタビット１０ｂと、内側の掘削溝３１，３２を切削する内側部のカッタビット１０ｃとの３種類のカッタビット１０ａ，１０ｂ，１０ｃを有している。外側部のカッタビット１０ａは、半径Ｒが３９０ｍｍの円弧状のホルダ部１２を備えており、その刃取付部１２ｂの中心角度θが１０°になっている。また、中央部のカッタビット１０ｂは、半径Ｒが３２０ｍｍの円弧状のホルダ部１２を備えており、その刃取付部１２ｂの中心角度θが１３°になっている。さらに、内側のカッタビット１０ｃは、半径Ｒが２５０ｍｍの円弧状のホルダ部１２を備えており、その刃取付部１２ｂの中心角度θが１６°になっている。

上記のように、本実施の形態のカッタビット１０は、カッタビット１０の回転方向に対して直角に形成された刃取付部１２ｂにより、その前後に取り付けられた刃部１１，１１が、それぞれカッタビット１０の回転方向に向くように配置される。そのため、掘削刃１の回転力は、その全てが切削力として刃部１１に伝達されて、外周方向や内周方向に分散される力が発生することがなく、効率的に地山の掘削を行うことができる。

また、本実施の形態のカッタビット１０は、図３に示すように、刃部１１が有する幅と同一の幅を有した刃取付部１２ｂにより、刃部１１を支える構成のため、地山の切削にともない刃部１１に加わる力に対して、十分な支持力を有している。

また、該カッタビット１０が切削する掘削溝３１〜３６の形状に合わせてそのホルダ部１２が形成されているため、ホルダ部１２と回転方向に対して後側の刃部１１は常に前側の刃部１１が切削した掘削溝３１〜３６を通過して地山に直に接することがない。
そのため、カッタビット１０の回転方向に対して後側の刃部１１及びホルダ部１２の地山との接触等による破損が生じることがなくロングライフ化が図れるとともに、掘削機の回転トルクを低減することにより省力化が可能となる。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明したが、本発明は前記各実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、掘削刃に配設されるカッタビットの数や位置は限定されるものではなく、掘削機の能力、掘削孔の形状、現地の土質などに応じて適宜定めればよい。
また、前記実施の形態では、単軸又は多軸式掘削機に本発明によるカッタビットを使用するものとしたが、これに限定されるものではなく、様々な掘削機に使用可能であることはいうまでもない。

また、カッタビットのホルダ部の形状も前記実施の形態に記載されたものに限定されるものではなく、掘削孔や各カッタビットの配置等に合わせて適宜設定するものとする。
また、前記実施の形態では、ホルダ部として中心軸を同じくする円筒面を有する部材を使用するものとしたが、これに限定されるものではなく、例えば図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、その内周面１２ｃが刃部１１，１１の内周面１１ｃ，１１ｃよりも外側に湾曲または屈折しており、外周面１２ｄが刃部１１，１１の外周面１１ｄ，１１ｄよりも内側に湾曲または屈折しているホルダ部１２により構成されていてもよい。つまり、ホルダ部１２は、刃部１１により切削された掘削溝を通過するために、その内周面１２ｃが刃部１１，１１の内周面１１ｃ，１１ｃよりも内側に突出することがなく、かつ、その外周面１２ｄが刃部１１，１１の外周面１１ｄ，１１ｄよりも外側に突出することがない構成とする。同様に、図４（ｃ）に示すように、切削面側の幅が広くホルダ部１２の刃取付部１２ｂとの当接面の幅が狭く形成された刃部１１を使用することにより、掘削溝よりも幅の狭いホルダ部１２を使用して、ホルダ部１２が地山に接することがない構成としてもよい。

また、本発明のカッタビットの使用は、地山の掘削に伴い発生する掘削孔のねじれの修正を目的として掘削刃の回転方向を正逆回転させる単軸または多軸式掘削機に限定されるものではなく、例えば、硬岩掘削において常時掘削刃を正逆回転させる揺動掘削機において使用してもよい。

本発明のカッタビットが配設された単軸又は多軸式掘削機の掘削刃を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。 本発明のカッタビットの詳細を示す図であり、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は側面図である。 図２に示すカッタビットをＸ−Ｘ断面方向から見た平面図である。 カッタビットの３種の変形例の平面図をそれぞれ（ａ）〜（ｃ）に示す。 従来のカッタビットを示す平面図である。

符号の説明

１ 掘削刃
１０ カッタビット
１１ 刃部
１２ ホルダ部
３０ 掘削孔

Claims (2)

1. 掘削刃を正逆回転させることにより地山を切削する掘削機において、前記掘削刃の先端に配設されるカッタビットであって、
   前記掘削刃の正逆回転に対応してそれぞれ正回転方向と逆回転方向とに向けた２つの刃部と前記２つの刃部を固定するホルダ部とから構成されており、
   前記掘削刃の回転方向に対して前側の刃部が通過する軌跡を前記ホルダ部と後側の刃部とが通過するように形成されていることを特徴とするカッタビット。
2. 前記ホルダ部が、前記掘削刃の回転により形成される刃部の軌跡に対応して、円弧状に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載されたカッタビット。

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