JP5512608B2 - さく岩機 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル掘削等に用いるさく岩機に関する。

トンネル施工法として、予定するトンネル断面内の中央部等にスロットを穿ち、無発破掘削或いは低振動発破により、トンネル全断面に孔を拡大していく工法が知られている。これは、スロットによって岩盤に形成される掘削自由面を利用して、低振動・低騒音で効率よく岩盤を掘削するというものである。そのスロットの形成には、複数の穿孔ロッドを並設してなるさく岩機が用いられている。すなわち、並設された複数の穿孔ロッドに同時に回転と打撃を与えて岩盤を掘削していくと、各穿孔ロッドによって形成された孔が横に連なったスロットが形成される。

しかし、実際の岩盤等の穿孔においては、複数の穿孔ロッド全てが平行になって直進せず、一部の穿孔ロッドが若干撓み気味になってその穿孔方向が直進から僅かに逸れることがある。これは、各穿孔ロッドが岩盤から受ける掘削抵抗が必ずしも同じではなく、穿孔位置によって異なるためである。穿孔ロッドは、一旦直進方向から逸れると、そのまま逸れた方向に進み易い。この点に関し、穿孔ロッドが短いのであれば、一部の穿孔ロッドの穿孔方向が直進方向から多少ずれても問題はないが、ロッド長が１ｍを越え、さらには数ｍになると、隣り合う穿孔ロッドのビット同士の間隔が広くなる。このため、一部の穿孔ロッドによる孔が途中から逸れ、深部では予定するスロットが形成されていない場合がある。

これに対して、特許文献１には、短い穿孔ロッドと長い穿孔ロッドとを交互に並べたさく岩機が記載されている。すなわち、隣り合う穿孔ロッドのビットを互いに干渉しないよう軸方向にずらし、各々のビットの外周部分が軸方向視で一部重なるようにしたものである。また、特許文献２には、先端の小径ビットとその後方の大径ビットの２つのビットを有する複数の穿孔ロッドを用いることが記載されている。すなわち、各々の小径ビット位置は軸方向にずらさずに横並びにする一方、大径ビット同士を軸方向にずらして配置し、隣り合う大径ビットの外周部分が軸方向視で一部重なるようにするというものである。

特公昭６４−１１７７５号公報 特開平１０−３１７８７１号公報

しかし、特許文献１のさく岩機の場合、長い穿孔ロッドが先行して岩盤を掘削していくため、そのビットには隣の短い穿孔ロッドに比べて大きな掘削抵抗が加わり、摩耗ないし損傷し易くなる。加えて、長い穿孔ロッドが先行することにより、短い穿孔ロッドは空打ち状態になることがある。そのため、長い穿孔ロッドと短い穿孔ロッドとを連動させて回転させるようにした場合、その回転機構に均等に負荷がかからず、回転機構の損傷を招き易くなる。

特許文献２に記載されたさく岩機の場合も、隣り合う穿孔ロッドの大径ビット同士は軸方向にずれているから、特許文献１のさく岩機と同様の問題を有する。すなわち、軸方向前方にある大径ビットは、大きな掘削抵抗が加わるため、摩耗ないし損傷し易くなる。また、軸方向後方の大径ビットは空打ちに近い状態になり易いため、穿孔ロッドの回転機構が損傷し易くなる。

そこで、本発明は、上述の穿孔方向が逸れる問題、掘削抵抗不均衡の問題及び空打ちの問題を解決したスロット形成用さく岩機を提供する。

本発明は、上記問題を解決するために、並設した複数の穿孔ロッド各々のビット頭部を軸方向視で最大半径部と最小半径部とが周方向に交互に並ぶように形成するとともに、相隣るビット頭部の最大半径部の先端の回転軌跡が互いに交わるようにした。

すなわち、ここに開示するさく岩機は、並設された複数の穿孔ロッドと、これら穿孔ロッドを打撃する打撃機構と、これら穿孔ロッドを回転させる回転機構とを備えている。複数の穿孔ロッド各々は、ロッド本体と、該ロッド本体の先端に結合されたビットとを備え、各々のビットは、先端面にチップを有するビット頭部と、上記ロッド本体に結合される軸部とを備えている。

上記ビット頭部は、軸方向視において最大半径部と最小半径部とが周方向に交互に並んで形成されるとともに該最大半径部の先端が上記軸部の径方向外側に突出するように構成され、上記チップは上記最大半径部の先端と上記最小半径部とに別個に配置され、上記複数の穿孔ロッドは、相隣るビット頭部の最大半径部の先端の回転軌跡が互いに交わるように配置され、上記回転機構は、上記複数の穿孔ロッドを相隣るビット頭部同士が干渉しないように同期させて回転させるように構成されている。

このさく岩機が従前のさく岩機と異なる点は、スロットの形成のために、隣り合うビット同士を軸方向にずらすのではなく、ビット頭部を軸方向視で最大半径部と最小半径部とが周方向に交互に並ぶように形成して、相隣るビット頭部の最大半径部の先端の回転軌跡が互いに交わるようにしたことにある。従って、複数の穿孔ロッド各々のビットに加わる掘削抵抗に大きな差を生ずることが避けられるとともに、一部の穿孔ロッドが空打ち状態なることも避けられる。

また、相隣る穿孔ロッドによって穿たれる孔は互いに一部オーバーラップした状態になるが、一方のビット頭部の最大半径部先端のチップがオーバーラップ領域を掘削しているとき、他方のビット頭部の最小半径部のチップがオーバーラップ領域近傍を掘削する状態になる。つまり、一方のビット頭部によるオーバーラップ領域の掘削に、他方のビット頭部が協働する関係になる。このため、オーバーラップ領域の掘削が円滑に進み易くなり（掘削抵抗が大きくならず）、相隣るビット頭部が互いに離反していくことが避けられる。

本発明の好ましい実施形態では、上記最大半径部の先端に配置されたチップはボタンチップであり、上記最小半径部に配置されたチップは該最小半径部を放射状に延びるチゼルチップである。

また、本発明の好ましい実施形態では、上記ビット頭部の外周面は、軸方向視において径方向外側に突出して上記最大半径部を形成する凸部と、該凸部を形成することで相対的に径方向内側に凹んで上記最小半径部を形成する凹部とが周方向に交互に並んで形成され、上記複数の穿孔ロッドは、軸方向から見て、相隣るビット頭部間において一方のビット頭部の外周面に形成された凹部が他方のビット頭部の外周面に形成された凸部を受け入れるように配置されている。

これによれば、相隣るビット頭部間において一方のビット頭部の外周面に形成された凹部が他方のビット頭部の外周面に形成された凸部を受け入れながら、回転機構によって各ビット頭部が回転される。この結果、相隣るビット頭部の凸部の先端の回転軌跡が互いに交わるため、隣り合うビット同士を軸方向にずらすことなく、スロットを確実に形成することができる。

以上のように本発明によれば、穿孔ロッドのビット頭部を軸方向視において最大半径部と最小半径部とが周方向に交互に並ぶように形成するとともに、チップを最大半径部の先端と最小半径部とに別個に配置し、相隣るビット頭部の最大半径部の先端の回転軌跡が互いに交わるようにし、相隣るビットの頭部同士が干渉しないように複数の穿孔ロッドを同期させて回転させるようにしたから、オーバーラップ領域の掘削が円滑に進み易くなり、相隣るビット頭部が互いに離反していくことが避けられ、複数の孔が連なったスロットを形成することができ、しかも、さく岩機の耐久性が高くなるという効果が得られる。

クローラドリルの側面図である。 さく岩機を一部省略して示す平面図である。 さく岩機の打撃機構及び回転機構の部分を示す断面図である。 回転機構のギヤ構成を示す正面図である。 ビットを一部断面にして示す側面図である。 ビットの正面図である。 ３本の穿孔ロッドのビット頭部の配置を示す正面図である。 スロットの一例を示す断面図である。 スロットの変形例を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は本発明に係るさく岩機１を搭載したクローラドリルを示す。クローラ式走行車両２のブーム３にガイドセル４が取り付けられ、このガイドセル４にさく岩機１が進退可能に支持されている。ガイドセル４には、フィードチェーン５と該フィードチェーン５を正逆に走行させる油圧モータ６とが設けられている。さく岩機１は、フィードチェーン５に取り付けたキャリッジ７に固定されていて、油圧モータ６の作動によってガイドセル４を前後に進退する。

図２に示すように、さく岩機１は、横一列に並設された３本の穿孔ロッド１１と、これら穿孔ロッド１１を打撃する打撃機構１２と、これら穿孔ロッド１１を連動させて回転させる回転機構１３とを備えている。

打撃機構１２は、油圧式であり、図３に示すように、シリンダ１５と、該シリンダ１５に内装されたシリンダライナ１６と、該シリンダライナ１６を貫通するように設けられた打撃用のピストン１７とを備えている。ピストン１７の打撃力は、伝達部材１８及びシャンクロッド１９を介して各穿孔ロッド１１に伝達されるようになっている。すなわち、伝達部材１８は、図３に示すように、後面にピストン１７の当接部を有し、前面に３本の穿孔ロッド１１各々に対応する３本のシャンクロッド１９に対する当接部を有する。

図２に示すように、シリンダ１５の後端には作動油の高圧ライン及び低圧ラインとの接続部２１，２２が設けられ、シリンダ１５の中間部には油圧を蓄えるアキュムレータ２３が設けられている。ピストン１７は、公知のさく岩機と同じくバルブによる油圧経路の切換によって前後動する。すなわち、具体的な図示は省略するが、シリンダ内のピストン１７の外周部には切換バルブが設けられていて、この切換バルブによって図３に示すピストン１７の前進用受圧室２４及び後退用受圧室２５に対する油圧ラインの接続が切り換えられ、ピストン１７に前進及び後退の駆動力が与えられるようになっている。図３はピストン１７が伝達部材１８及びシャンクロッド１９を介して各穿孔ロッド１１を打撃した前進端にある状態を示している。

回転機構１３は、図３に示すように、油圧モータ３１と、該モータ３１の出力軸の回転をシャンクロッド１９に伝達するギヤ伝動手段によって構成されている。すなわち、モータ３１の出力軸に駆動ギヤ３２が結合され、この駆動ギヤ３２と伝動ギヤ３３とが噛み合い、この伝動ギヤ３３と中央の従動ギヤ３４とが噛み合っている。中央の従動ギヤ３４は、中央のシャンクロッド１９にスプライン結合していて、さらに、図４に示すように、左右のシャンクロッド１９にスプライン結合した従動ギヤ３４と噛み合っている。従って、３本の穿孔ロッド１１は同期連動して回転することになる。

穿孔ロッド１１は、ロッド本体４１と、該ロッド本体４１の先端に結合されたビット４２とを備えてなる。ロッド本体４１の基端部にシャンクロッド１９に対する嵌合部が形成されている。図５に示すように、ビット４２は、先端面にチップ４３ａ及びチップ４３ｂを有するビット頭部４４と、該ビット頭部４４に続く軸部４５とを備えてなり、軸部４５にロッド本体４１の先端部が嵌合する嵌合孔（ねじ孔）４６が形成されている。チップ４３ａは円錐状頭部を有するボタンチップであり、チップ４３ｂは先端に向かうほど刃幅が狭くなるチゼルチップである。

図６に示すように、各ビット頭部４４は、軸方向視において最大半径部５５と最小半径部５６とが周方向に交互に並んで形成されている。ビット頭部４４の外周面には、径方向外側に突出して最大半径部５５を形成する凸部５７が周方向に所定のピッチで等間隔に形成されており、各凸部５７の間には相対的に径方向内側に凹んで上記最小半径部５６を形成する凹部５８が形成されている。ビット頭部４４の軸心部から凸部５７の径方向外側端（先端）に至る範囲が最大半径部５５を構成し、ビット頭部４４の軸心部から凹部５８の最底部に至る範囲が最小半径部５６を構成している。最大半径部５５の先端（凸部５７の径方向外側端）は、軸方向視において軸部４５よりも径方向外側に突出して形成されている。本実施形態の場合、ビット頭部４４は、平坦状をなす略円形状の頂面の周囲の、凸部５７を形成する部分に傾斜ショルダーを有している。円形頂面では、６個のチゼルチップ４３ｂが最小半径部５６に沿って放射状に配置されている。傾斜ショルダーでは、各凸部５７のそれぞれに対応する部分にボタンチップ４３ａが１個ずつ、計６個が配置されている。ショルダーが傾斜していることから、該ショルダーのチップ４３ａの先端はビット頭部４４のショルダーよりも側方に突出している。また、ビット頭部４４の頂面にはエア吐出口４７が開口している。

３本の穿孔ロッド１１は、図７に示すように、相隣るビット頭部４４の最大半径部５５の先端の回転軌跡４８が交わるように配設されている。すなわち、各穿孔ロッド１１は、相隣るビット頭部４４間において一方のビット頭部４４の外周面に形成された凹部５８が他方のビット頭部４４の外周面に形成された凸部５７を受け入れるように配置されている。そうして配置される３つの穿孔ロッド１１の軸間距離Ｌは、ビット頭部４４の最大半径部５５の半径をＲmaxとして、最小半径部５６の半径をＲminとしたときに、Ｒmin＋Ｒmax＜Ｌ＜２Ｒmaxの関係を満たしている。上記各穿孔ロッド１１は、各ビット頭部４４の頂面が同一平面内に位置するように、換言すると、各ビット頭部４４の頂面の軸方向位置が同じ位置になるように配設されている。そして、上記回転機構１３のギヤ伝動手段は、複数の穿孔ロッド１１を相隣るビット頭部４４同士が干渉し合わないように同期させて回転させるように構成されている。

上述のさく岩機１によれば、相隣る穿孔ロッド１１によって穿たれる孔が互いに一部オーバーラップした状態になる。従って、図８に示すように、３個の孔５１が連なったスロット５２を岩盤５３に形成することができる。また、本実施形態の場合、図７に示すように、相隣るビット頭部４４の一方のチップ４３ａがオーバーラップ領域を掘削しているとき、その隣りの他方のビット頭部４４のチゼルチップ４３ｂがオーバーラップ領域近傍を掘削する状態になる。つまり、一方のビット頭部４４によるオーバーラップ領域の掘削に、他方のビット頭部４４が協働する関係になる。このため、オーバーラップ領域の掘削が円滑に進み易くなり（掘削抵抗が大きくならず）、相隣るビット頭部４４が互いに離反していくことが避けられる。

仮に、３本の穿孔ロッド１１全てが平行になって直進せず、一部の穿孔ロッド１１が若干撓み気味になってその穿孔方向が直進から逸れることがあっても、図７に示すように相隣るビット頭部４４の最大半径部５５の先端の回転軌跡４８が互いに交わるように配置されているため、スロット５２の形成に大きな支障はない。特に、本実施形態の場合は、ビット頭部４４のショルダーのチップ４３ａはその先端がビット頭部４４のショルダーより側方に突出しているから、相隣るビット頭部４４の掘削領域のオーバーラップ領域が大きくなり、スロット５２の形成に有利である。

そうして、上記さく岩機１では、３本の穿孔ロッド１１のビット頭部４４は横一列に並び、軸方向へのずれがないため、個々の穿孔ロッド１１のビットに加わる掘削抵抗に差を生ずること、すなわち、一部のビット４２の摩耗ないし損傷が甚だしくなることが避けられる。また、一部の穿孔ロッド１１が空打ちになることも避けられ、回転機構１３の耐久性の点でも有利になる。

ここで、ビット頭部４４の先端面より複数のチップ４３ａ，４３ｂが突出しているビット４２に代えてクロスビットを採用し、複数のクロスビットを互いの掘削刃同士が噛み合うように配置することも考えられる。しかし、クロスビットの場合は十字に配置した掘削刃の付け根に応力が集中して破損し易い。この点、本発明の場合は、ビット頭部４４を最大半径部５５と最小半径部５６とで構成し、相隣るビット頭部４４の最大半径部５５の先端の回転軌跡が互いに交わるように且つ相隣るビット頭部４４同士が干渉しないように同期回転させるようにしたから、局部的な応力集中の問題はなく、耐久性に有利になる。

上記実施形態では、ビット頭部４４の外周面に凸部５７と凹部５８とを周方向に交互に形成するようにしているが、これに限ったものではなく、例えば、図９に示すように、ビット頭部４４を軸方向視で略三角形状に形成するようにしてもよい。この場合、ビット頭部４４における軸心部から該三角形の頂部に至る範囲が最大半径部５５を構成し、ビット頭部４４における軸心部から該三角形の各辺の中央部に至る範囲が最小半径部５６を構成することとなる。そして、各穿孔ロッド１１を、同図に示すように、軸方方向視において、相隣るビット頭部４４における三角形の頂部側の先端の回転軌跡４８が互いに交わるように配設することで、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

なお、上記各実施形態のさく岩機１は３本の穿孔ロッド１１を並設したものであるが、穿孔ロッド１１の並設本数は２本とすることもでき、或いは４本以上とすることもできる。

１ さく岩機
１１ 穿孔ロッド
１２ 打撃機構
１３ 回転機構
４１ ロッド本体
４２ ビット
４３ チップ
４４ ビット頭部
４５ 軸部
４８ 回転軌跡
５５ 最大半径部
５６ 最小半径部
５７ 凸部
５８ 凹部

Claims (3)

1. 並設された複数の穿孔ロッドと、これら穿孔ロッドを打撃する打撃機構と、これら穿孔ロッドを回転させる回転機構とを備えているさく岩機であって、
   上記複数の穿孔ロッド各々は、ロッド本体と、該ロッド本体の先端に結合されたビットとを備え、
   上記ビットは、先端面にチップを有するビット頭部と、上記ロッド本体に結合される軸部とを備え、
   上記ビット頭部は、軸方向視において最大半径部と最小半径部とが周方向に交互に並んで形成されるとともに該最大半径部の先端が上記軸部の径方向外側に突出するように形成され、
   上記チップは、上記最大半径部の先端と上記最小半径部とに別個に配置されており、
   上記複数の穿孔ロッドは、相隣るビット頭部の最大半径部の先端の回転軌跡が互いに交わるように配置され、
   上記回転機構は、上記複数の穿孔ロッドを相隣るビット頭部同士が干渉しないように同期させて回転させるように構成されていることを特徴とするさく岩機。
2. 請求項１に記載のさく岩機において、
   上記最大半径部の先端に配置されたチップはボタンチップであり、上記最小半径部に配置されたチップは該最小半径部を放射状に延びるチゼルチップであることを特徴とするさく岩機。
3. 請求項１又は請求項２に記載のさく岩機において、
   上記ビット頭部の外周面は、軸方向視において径方向外側に突出して上記最大半径部を形成する凸部と、該凸部を形成することで相対的に径方向内側に凹んで上記最小半径部を形成する凹部とが周方向に交互に並んで形成され、
   上記複数の穿孔ロッドは、軸方向から見て、相隣るビット頭部間において一方のビット頭部の外周面に形成された凹部が他方のビット頭部の外周面に形成された凸部を受け入れるように配置されていることを特徴とするさく岩機。

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