JP5864205B2 - 掘削カッター - Google Patents

Description

本発明は掘削カッターに関し、特に小さな推進力で、高速で掘削できるようにしたカッターに関する。

例えば、交通量の多い道路等の地中に上下水道管等の管を敷設する場合、地中に管を推進して敷設する管推進工法、例えば二重管方式の管削進工法がよく採用される。

二重管方式の管削進装置では、スライドベース上の推進機本体に推進管を取付け、推進管内にケーシングロッドを回転自在に組み込み、ケーシングロッド先端に掘削カッターを設け、駆動モータでケーシングロッドを回転させ、掘削カッターによって前方を掘削しながら、推進ジャッキによって推進機本体を前進させる一方、推進管の推進が完了すると、ケーシングロッドを抜き取り、塩化ビニル管等を推進管内にセットし、推進管と塩化ビニル管等との間に充填剤等の中込め作業を行ない、二重構造の管を敷設することが行われている。

ところで、管削進装置に用いる掘削カッターは先端カッターヘッドに複数のビットを取付けた構造を有するが、二重管削進方式の場合には推進管を円滑に推進する上で、推進管よりも大径に掘削できるようにビットを設ける一方、カッターヘッドを推進方向とは逆方向に引き込み又は推進時の回転方向とは逆の方向に回転させたときにビットの外縁が推進管の外縁よりも内方に変位し、カッターヘッドを円滑に引き抜いてビットを交換するという技術が確立されている（特許文献１、特許文献２）。

特開昭６１−２１２９７号公報 特開平０２−１７８４９６号公報

しかし、特許文献１、２記載の掘削カッターでは比較的長尺の切刃を側縁に固定したタイプのビットを用い、切刃が掘削カッターの回転方向に対してほぼ直交した状態で長尺の切刃の全体で前方土砂類を掘削し、前方土砂類に含まれる石やコンクリートに衝突し、その衝撃を受けているので、大きな推進力を必要とするばかりでなく、掘削の速度が遅いという問題があった。

本発明はかかる問題点に鑑み、小さな推進力で、しかも高速で掘削できるようにした掘削カッターを提供することを課題とする。

そこで、本発明に係る掘削カッターは、先端カッターヘッドを中心軸線回りに回転させながら推進することにより、カッターヘッドの切刃によって石塊又はコンクリート片を含む前方の土砂類を掘削するようにした掘削カッターにおいて、上記カッターヘッドには種類の異なる複数のビットが相互に円周方向に所定の間隔をあけてカッターヘッドの径方向に延びかつ相互に異なる種類のビットが隣接するように設けられ、上記複数の各ビットには複数の切刃がビット長手方向に間隔をあけかつビットの種類毎にビット長手方向に相互に異なる位置となるように取り付けられ、上記複数の切刃のうちの最外端の切刃を除く各切刃はカッターヘッドの中心軸線を中心とする円の接線方向を指向して延びる形状をなしており、上記複数のビットがカッターヘッド中心軸線から異なる位置の切刃によって前方土砂類を掘削するようになしたことを特徴とする。

本発明の特徴の１つはビットに複数の切刃を間隔をあけかつビットの種類毎に異なる位置となるように設け、隣接するビットが相互に異なる種類となるようにカッターヘッドに間隔をあけて取り付けるようにした点にある。

これにより、複数の切刃が石塊やコンクリート片に衝突して石塊やコンクリート片を押し退けながら、中心軸線から異なる位置で前方土砂類を掘削する、つまり点状に掘削するので、切刃に対する負荷は長尺直状の切刃の場合に比較して小さく、推進に必要な力は小さくて済む。

また、複数の各ビットによって中心軸線から異なる位置で前方土砂類を掘削し、種類の異なるビットの組合せによって前方土砂類の全体を掘削するようにしたので、掘削の効率がよく、高速で掘削できる。

また、ビットに複数の切刃を間隔をあけて固定する構造としたので、切刃の磨耗は早いものの、切刃ごとの研磨によって迅速に対応できる。

ビットの切刃はビットの種類毎に異なる位置となるように設ければよく、例えば複数のビットについて、複数のうち、外端側の切刃を除く切刃の相互の間隔は等しいが、内端側の切刃はビットの種類毎にビット本体の端部から異なる位置に設定されるようにすることができる。

ビットは固定式のものでもよいが、二重管削進方式の場合には推進管よりも大径に掘削できるようにビットの外縁を推進管の外縁よりも外方に位置させ、カッターヘッドを推進時の回転方向とは逆の方向に回転させたときにビットの外縁が推進管の外縁よりも内方に変位し、カッターヘッドを円滑に引き抜けるようにするのがよい。そこで、複数の各ビットをカッターヘッドの中心軸線に対して平行な回転軸の回りに回転可能に取付け、ストッパーによって掘削し得る状態に位置決めするのがよい。

これにより、掘削カッターの掘削回転時には複数のビットが前方土砂類の圧力を受けて回転してストッパーによって位置決めされ、ビットは外縁が推進管の外縁よりも外方に位置するので、推進管よりも大きな径に掘削することができ、推進作業を円滑に行うことができる。

また、掘削カッターやビットが損傷し磨耗した時には掘削カッターを逆転させると、ビットが土砂類の圧力を受けて逆回転してビットの外縁を推進管の外縁、好ましくは内面よりも内方に位置させることができるので、ケーシングロッドを推進管から後方に引き抜き、掘削カッターやビットを補修し、あるいは交換することができる。

本発明に係る掘削カッターは二重管方式の管削進装置に適用し、上下水道管等を横方向に敷設する場合に適用するとその効果が大きいが、地中に一重構造の鋼管杭等を上下方向に打ち込む場合にも同様に適用できる。

本発明に係る掘削カッターの好ましい実施形態を備えた二重管方式の管削進装置を示す全体概略斜視図である。 上記管削進装置を示す概略側面構成図である。 上記管削進装置におけるカッターヘッドを示す正面図である。 上記実施形態における第１のビットの正面からの状態（ａ）、側面からの状態（ｂ）及び平面からの状態（ｃ）を示す図である。 上記実施形態における第２のビットの正面からの状態（ａ）、側面からの状態（ｂ）及び平面からの状態（ｃ）を示す図である。 上記実施形態におけるビットの作用を説明するための図である。

以下、本発明を図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。図１ないし図６は本発明に係る掘削カッターの好ましい実施形態を示し、これは二重管方式の管削進装置に適用した例である。管削進装置１０において、スライドベース１００上には推進機本体１１０が前後方向にスライドし得るように搭載され、該推進機本体１１０は推進ジャッキ１５０によってスライドベース１００上を前進駆動され後退されるようになっている。

また、推進機本体１１０には駆動モータ１１１が搭載されるとともに、スピンドルロッド（図示せず）が設けられ、該スピンドルロッドと駆動モータ１１１との間にはギア伝達機構が設けられ、又スピンドルロッドにはケーシングロッド１２０の基部が取付けられるようになっている。

さらに、推進機本体１１０には押金１１２が取付けられ、該押金１１２には推進管１３０の基部が嵌め込まれるようになっている。この推進管１３０内にはケーシングロッド１２０が組み込まれ、両者の間には周方向に延びるローラベアリング（図示せず）が介設されてケーシングロッド１２０の円滑な回転及び真直性を保証するようになっている。

ケーシングロッド１２０の先端には本例の掘削カッターが取付けられている。この掘削カッターにおいて、カッターヘッド１４０は環状をなし、ケーシングロッド１２０の先端に固定され、カッターヘッド１４０には複数の取付け穴が周方向にほぼ等しい間隔をあけて形成され、複数の各取付け穴には第１、第２のビット２０、２０’の回転軸２３が交互にかつ回転自在に嵌め込まれ、第１、第２のビット２０、２０’はカッターヘッド１４０の中心軸線に対して平行に延びる回転軸２３回りに回転され、ストッパー２５によって掘削可能な状態に位置決めされるようになっている。

複数のビット２０、２０’は回転軸２３の上端にビット本体２２を固定して構成され、ビット本体２２の上面には複数の取付け溝が所定の間隔をあけ、かつビット本体２２の長手方向に対して直交する方向に形成され、取付け溝には切刃２１が嵌め込まれてロウ付けや溶接などの公知の手法によって固定されている。

また、ビット本体２２の外端側には取付け溝がビット本体２２の長手方向に対して傾斜して形成され、外端側の取付け溝には切刃２４が嵌め込まれてロウ付けや溶接などの公知の手法によって固定されている。

ここで、第１のビット２０は図４に示されるように、外端側の切刃２４を除く切刃２１が相互に１６ｍｍの間隔をあけて設けられ、内端側の切刃２１はビット本体２２の内端から１１ｍｍの位置にくるように設定されている。

他方、第２のビット２０’は図５に示されるように、外端側の切刃２４を除く切刃２１が相互に１６ｍｍの間隔をあけて設けられ、内端側の切刃２１はビット本体２２の内端から１９ｍｍの位置にくるように設定されている。

ビット２０がストッパー２５によって位置決めされた状態では切刃２１はカッターヘッド１４０の中心軸線を中心とする円の接線方向を指向するようになっている。

例えば、管を敷設する場合、発進立坑と到達立坑とを掘削し、発進立坑内に推進機本体１１０及びスライドベース１００を設置し、推進機本体１１０の押金に推進管１３０の基部を取付け、推進管１３０内にケーシングロッド１２０を組み込み、ケーシングロッド１２０の基部をスピンドルロッドに取付け、駆動モータ１１１を駆動してケーシングロッド１２０を所定の方向に回転させるとともに、推進ジャッキ１５０で推進機本体１１０を前進駆動する。

掘削カッターのカッターヘッド１４０が中心軸線の廻りに回転しながら推進されると、複数のビット２０、２０’が前方の土砂類を掘削する。

その際、掘削カッターの回転方向Ａの回転に伴い、複数のビット２０、２０’は前方土砂類からの圧力を受けて回転し、ストッパー２５に当たって位置決めされ、複数の各切刃２１、２４が回転方向Ａに対して反対の方向を指向する。

すると、前方の土砂類３０に含まれる石塊やコンクリート片は切刃２１、２４にあたって押し退けられながら、前方向の土砂類３０は切刃２１、２４によって掘削されるが、切刃２１の位置は第１のビット２０と第２のビット２０’とで異なっているので、前方土砂類３０はカッターヘッド１４０の中心軸線から異なる位置をビット２０、２０’の切刃２１によって点状に掘削され、第１、第２のビット２０、２０’の複数の切刃２１、２４によって前方土砂類３０の全体が掘削される結果、小さな推進力でもって効率よく高速で掘削できる。

また、複数のビット２０がストッパー２５によって位置決めされると、複数のビット２０の複数のうちの最外側の切刃２１の外縁は推進管１３０の外縁よりも外方に位置することとなるので、推進管１３０の外径よりも大きな径に掘削することができ、推進管１３０を軽くかつ円滑に推進することができる。

ビット２０の切刃２１が損傷し又は磨耗した場合、掘削カッターを逆転させると、ビット２０が土砂類の圧力を受けて回転軸２３の回りに逆回転し、ビット２１の外縁が推進管１３０の内面よりも内方に位置するので、推進した推進管１３０からケーシングロッド１２０を後方に引き抜くことができる。

ビット２０、２０’の切刃は複数の切刃２１、２４によって構成されているので、磨耗した切刃２１、２４は容易に研磨して補修することができ、あるいはビット２０を新しいビットと交換することができる。

なお、上記の実施形態では二重管方式の管削進装置に適用したが、他の掘削装置の掘削カッターにも同様に適用できる。また、ビット２０、２０’を回転可能としたが、固定式であってもよい。

１０ 管削進装置
１４０ カッターヘッド
２０、２０’ ビット
２１、２４ 切刃
２２ ビット本体
２３ 回転軸
３０ 前方土砂類

Claims (3)

1. 先端カッターヘッドを中心軸線回りに回転させながら推進することにより、カッターヘッドの切刃によって石塊又はコンクリート片を含む前方の土砂類を掘削するようにした掘削カッターにおいて、
   上記カッターヘッド（１４０）には種類の異なる複数のビット（２０、２０’）が相互に円周方向に所定の間隔をあけてカッターヘッド（１４０）の径方向に延びかつ相互に異なる種類のビット（２０’、２０）が隣接するように設けられ、
   上記複数の各ビット（２０、２０’）には複数の切刃（２１、２４）がビット長手方向に間隔をあけかつビット（２０、２０’）の種類毎にビット長手方向に相互に異なる位置となるように取り付けられ、
   上記複数の切刃（２１、２４）のうちの最外端の切刃（２４）を除く各切刃（２１）はカッターヘッド（１４０）の中心軸線を中心とする円の接線方向を指向して延びる形状をなしており、
   上記複数のビット（２０、２０’）がカッターヘッド中心軸線から異なる位置の切刃（２１、２４）によって前方土砂類（３０）を掘削するようになしたことを特徴とする掘削カッター。
2. 上記複数のビット（２０、２０’）は、複数のうち、外端側の切刃（２４）を除く切刃（２１）の間隔が相互に等しく、内端側の切刃（２１）がビット（２０，２０’）の種類毎にビット本体（２２）の端部から異なる位置に設定されている請求項１記載の掘削カッター。
3. 上記複数の各ビット（２０、２０’）が上記カッターヘッド（１４０）の中心軸線に対して平行な回転軸（２３）の回りに回転可能に取付けられ、ストッパー（２５）によって掘削し得る状態に位置決めされるようになした請求項１記載の掘削カッター。

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