JP6532434B2

JP6532434B2 - 掘削機用ローラカッタおよびそれを備える掘削機

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Publication number: JP6532434B2
Application number: JP2016152792A
Authority: JP
Inventors: 稲場　啓能; 啓能稲場; 竜生森
Original assignee: Okumura Corp
Current assignee: Okumura Corp
Priority date: 2016-08-03
Filing date: 2016-08-03
Publication date: 2019-06-19
Anticipated expiration: 2036-08-03
Also published as: JP2018021367A

Description

本発明は、掘削機用ローラカッタおよびそれを備える掘削機に関し、例えば、掘削機用ローラカッタの耐摩耗技術に関するものである。

シールドマシン等に代表される掘削機の先端頭部には、カッタヘッドと称する円盤状の掘削板が回転可能な状態で設置されている。このカッタヘッドの前面（切羽に対向する面）等には、複数個の掘削機用ローラカッタが回転可能な状態で配置されている。この掘削機用ローラカッタは、地山を切り崩す掘削部品であり、その外周の刃先部の先端には、その外周に沿って所定の間隔毎に複数個の超硬合金製のチップ部が固定された状態で設置されている。なお、掘削機用ローラカッタの構成については、例えば、特許文献１〜３に記載がある。

特開２０１６−６１１２３号公報特開平１０−２４６０９３号公報特開平１０−２４６０９４号公報

ところで、掘削機用ローラカッタにおいては、その刃先部の側面に硬化肉盛溶接を施すことで掘削機用ローラカッタの母材部の耐摩耗性を向上させている。しかし、硬化肉盛溶接部は、刃先部先端の超硬合金製のチップ部と比べて軟らかい上、あまり厚くすることができない。このため、刃先部先端の超硬合金製のチップ部の摩耗量が少ないうちに、硬化肉盛溶接部が摩耗してしまい、さらに下層の母材部も摩耗して刃先部先端の超硬合金製のチップ部が露出してしまう。その結果、シールド推力やカッタヘッドトルク等によって、刃先部先端の超硬合金製のチップ部が摩耗、折損および脱落してしまう、という問題がある。

この刃先部先端の超硬合金製のチップ部の摩耗、折損および脱落は、掘削機の掘削能力の低下を招くので、掘削機用ローラカッタの交換が必要となるが、その交換作業に際しては、掘削動作を中断せざるを得ない上、さらに地盤の改良等のような補助作業が必要となるので、掘削工期の遅延や工事費の増大を招く。特に、掘削工事の長距離化に伴い、掘削機用ローラカッタの摩耗が増え、掘削機用ローラカッタの交換回数が増えるので、時間的および経済的な負担が増大する。このため、掘削工事においては掘削機用ローラカッタの耐久性を如何にして向上させるかが重要な課題となっている。

本発明は、上述の技術的背景からなされたものであって、その目的は、掘削機用ローラカッタの耐久性を向上させることが可能な技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明の掘削機用ローラカッタは、円盤状に形成された本体の外周に前記本体の中心から外周に向かって次第に薄くなるように形成された刃先部を備えるとともに、前記刃先部の先端において前記本体の外周に沿って予め決められた間隔毎に前記刃先部の先端から前記本体の中心に向かって延びるように形成された複数の孔と、その各々の孔に嵌合された状態で設けられた複数個の第１の超硬チップ部とを備える掘削機用ローラカッタにおいて、前記刃先部の側面において前記本体の外周に沿って予め決められた間隔毎に形成された複数の溝と、前記刃先部の側面において前記複数の溝の各々に嵌合された状態で前記本体に溶接された複数個のプレート形状に形成された第２の超硬チップ部と、前記第１の超硬チップ部および前記第２の超硬チップ部を除く前記刃先部の側面を覆うように前記本体に溶接された硬化肉盛溶接部と、を備え、前記第２の超硬チップ部は、外周側面が順テーパに形成されて当該外周側面を取り囲むように形成された溶接部により前記本体に接合され、前記硬化肉盛溶接部は、前記第２の超硬チップ部の外周側面に形成された前記溶接部の表面に重なり、且つ前記第２の超硬チップ部の外周から前記溶接部の分だけ離れた状態で形成されており、前記第２の超硬チップ部の硬度は前記第１の超硬チップ部よりも低く、前記第２の超硬チップ部の厚さは前記硬化肉盛溶接部よりも厚いことを特徴とする。

また、請求項２に記載の本発明は、上記請求項１記載の発明において、前記第２の超硬チップ部は、前記複数の第１の超硬チップ部の隣接間に配置されていることを特徴とする。

また、請求項３に記載の本発明は、上記請求項１または２記載の発明において、前記第２の超硬チップ部の上面の少なくとも一部は、前記刃先部の側面に沿うように傾斜していることを特徴とする。

また、請求項４に記載の本発明の掘削機は、上記請求項１〜３のいずれか１項に記載の掘削機用ローラカッタをカッタヘッドに設置したことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、掘削機用ローラカッタの本体の摩耗を抑制または防止することができ、本体の摩耗に起因する第１の超硬チップ部の摩耗、折損および脱落を抑制または防止することができるので、掘削機用ローラカッタの耐久性を向上させることが可能になる。

請求項２記載の発明によれば、掘削機用ローラカッタの本体を構成する刃先部において摩耗し易い先端側近傍まで第２の超硬チップ部を配置することができるとともに、第２の超硬チップ部の総面積を増大させることができるので、第２の超硬チップ部による本体の保護能力を向上させることが可能になる。

請求項３記載の発明によれば、第２の超硬チップ部の脱落を抑制または防止することが可能になる。

請求項４記載の発明によれば、掘削機用ローラカッタの耐久性を向上させることができるので、掘削機の掘削能力を長期間にわたって維持することが可能になる。

本発明の一実施の形態に係る掘削機の内部を側面から透かして見せた要部構成図である。図１の掘削機を構成するカッタヘッドの正面図である。（ａ）はローラカッタの要部側面図、（ｂ）は図３（ａ）のローラカッタの母材部の一部破断側面図である。（ａ）は図３（ａ）のローラカッタの正面図、（ｂ）は図３（ａ）のＩ−Ｉ線の断面図、（ｃ）は図３（ａ）のＩＩ−ＩＩ線の断面図である。（ａ）は図３（ａ）のローラカッタの要部斜視図、（ｂ）は図５（ａ）のローラカッタの刃先部の要部拡大平面図である。（ａ）は図５（ｂ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線の拡大断面図、（ｂ）は図５（ｂ）のＩＶ−ＩＶ線の拡大断面図である。（ａ）はローラカッタの製造工程中の要部平面図、（ｂ）は図７（ａ）のＶ−Ｖ線の拡大断面図、（ｃ）は図７（ａ）に続くローラカッタの製造工程中の要部平面図、（ｄ）は図７（ｃ）のＶ−Ｖ線の拡大断面図である。（ａ）は図７（ｃ）に続くローラカッタの製造工程中の要部平面図、（ｂ）は図８（ａ）のＶ−Ｖ線の拡大断面図、（ｃ）は図８（ａ）に続くローラカッタの製造工程中の要部平面図、（ｄ）は図８（ｃ）のＶ−Ｖ線の拡大断面図である。

以下、本発明の一例としての実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

まず、本実施の形態の掘削機の構成例について図１を参照して説明する。図１は本実施の形態の掘削機の内部を側面から透かして見せた要部構成図である。

本実施の形態の掘削機１は、例えば、カッタヘッド２で掘削された土砂に添加材を注入して練り混ぜることで生成された不透水性と塑性流動性（自由に変形および移動できる性質）とを有する泥土を、カッタヘッド２と機器本体３との間のチャンバ４内に充填した状態で掘進することにより、切羽の土圧に対抗する泥土圧を発生させて切羽の安定性を確保した状態で掘削を行う泥土加圧式のシールドマシンである。

カッタヘッド２は、地盤を掘削するカッタ盤であり、掘削機１の先端頭部の前面に機器本体３の周方向に沿って正逆方向に回転可能な状態で設置されている。特に限定されるものではないが、カッタヘッド２の直径は、例えば、５３６０ｍｍ程度、カッタヘッド２の厚さは、例えば、６１０ｍｍである。

このカッタヘッド２の前面（切羽に対向する面）には、センターカッタＣ、ローラカッタＲＣおよびスクレーパツース（図１には図示せず）等が設置されている。センターカッタＣやローラカッタＲＣは、主に地山を切り崩す掘削部品であり、スクレーパツースは、主に地山を切削する切削部品である。

また、カッタヘッド２の外周には、コピーカッタＣＣが設置されている。コピーカッタＣＣは、急曲線施工時の余堀りや掘削機１の姿勢制御等を行う役割を備えている。また、カッタヘッド２の裏面には、練混ぜ翼６が設置されている。練混ぜ翼６は、例えば、円柱状の突出部材で形成されており、カッタヘッド２が回転するとチャンバ４内の土砂と添加材とを撹拌混合する役割を備えている。なお、カッタヘッド２については、後ほど説明する。

機器本体３は、前胴プレート（前胴部）３ａと、その後方の後胴プレート（後胴部）３ｂと、その後方のテールシール３ｃとを備えている。

前胴プレート３ａおよび後胴プレート３ｂは、例えば円筒状の鋼製板により形成されており、機器本体３の外形を形成するとともに、機器本体３の内部に中空空間を形成する構成部である。この前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとは、前胴プレート３ａの後端側において後胴プレート３ｂの先端の球面軸受部が前胴プレート３ａの内周面に接した状態で入り込むことで係合されている。

テールシール３ｃは、掘進作業中に機器本体３の後部から機器本体３内に地下水等が入り込むのを防止する封止部材であり、後胴プレート３ｂの後端部において後胴プレート３ｂの内周に沿って枠状に設置されている。

前胴プレート３ａの前面側において、その前面から機器本体３の内方に後退した位置には、隔壁７が設置されている。隔壁７は、機器本体３内の中空空間を切羽側と機内側とに分ける鋼材板であり、この隔壁７の切羽側（すなわち、上記カッタヘッド２と隔壁７との間）に上記したチャンバ４が設けられている。なお、カッタヘッド２により掘削された土砂等は、カッタヘッド２の前裏面を貫通する貫通孔（図１には図示せず）を通じカッタヘッド２内に取り込まれる。

一方、掘削機１の機器本体３の機内側には、カッタ駆動体８、中折れジャッキ９ａ、シールドジャッキ９ｂ、スクリューコンベア１０、エレクタ１１、土圧検出部１２および添加材注入部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ等が設置されている。

カッタ駆動体８は、カッタヘッド２を正逆方向に回転させるモータ（駆動源）であり、カッタヘッド２の正面内の外周近傍位置に、カッタヘッド２の周方向に沿って複数個並んで設置されている。なお、ここでは、カッタ駆動方式として外周支持駆動方式が例示されている。

中折れジャッキ９ａは、掘削機１の推進方向や姿勢を修正する機器であり、機器本体３内において前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとを連結するように前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとの境界を跨いだ状態で機器本体３の周方向に沿って複数個並んで設置されている。この中折れジャッキ９ａに圧油を供給し前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとを予め決められた方向および角度に屈折させた状態で掘削機１を推進することで掘削機１の推進方向や姿勢を制御することが可能になっている。

シールドジャッキ９ｂは、機器本体３の後方に設置されたセグメントＳＧに反力をとって掘削機１を前進させるための推進力を発生させる機器であり、機器本体３内において前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとの境界を跨いだ状態で機器本体３の周方向に沿って複数個並んで設置されている。

スクリューコンベア１０は、チャンバ４内に取り込まれた土砂を機外に排出するための機器であり、機器本体３の底部において隔壁７を貫通しチャンバ４内に配置された土砂取込端部１０ａから機器本体３の後方において機器本体３の高さ方向中央より若干高い位置に配置された排出端部１０ｂに向かって斜め上向きに連続的に延在した状態で設置されている。なお、ここでは、リボンスクリューコンベアが例示されている。

エレクタ１１は、セグメントＳＧを把持して掘削坑の内周方向に旋回し、掘削坑の内周方向の組立位置に移送する組立装置であり、エレクタ駆動用の油圧モータ（図示せず）等によって掘削坑の周方向に沿って回転可能な状態で後胴プレート３ｂの中空内に設置されている。

土圧検出部１２は、チャンバ４内の泥土圧を検出するセンサである。掘削機１は、土圧検出部１２によって検出されたチャンバ４内の泥土圧を管理することにより切羽の安定性を確保しながら掘進することが可能になっている。

添加材注入部１３ａは、チャンバ４内に上記添加材（作泥土材）を注入する配管部であり、隔壁７を貫通した状態で設置されている。添加材注入部１３ｂは、掘削機１の外周や切羽に対して上記添加材（作泥土材）を注入する配管部であり、前胴プレート３ａの周方向に沿って複数箇所に設置されている。さらに、添加材注入部１３ｃは、掘削機１の外周に対して上記添加材（作泥土材）を注入する配管部であり、後胴プレート３ｂの周方向に沿って複数箇所に設置されている。

次に、上記したカッタヘッド２の構成例について図２を参照して説明する。図２は図１の掘削機を構成するカッタヘッドの正面図である。

カッタヘッド２は、例えば、円盤状のスポーク型のカッタヘッドで構成されており、十字状に組まれた２つのスポーク部２ａ，２ｂと、スポーク部２ａ，２ｂの隣接間の４箇所に設置されたカバー部２ｃと、スポーク部２ａ，２ｂの先端部同士を結ぶ外周リング部２ｒと、これらの部材間に形成された上記貫通孔２ｈとを備えている。

カッタヘッド２の正面中央には、上記したセンターカッタＣが設置されている。なお、センターカッタＣに代えて、センタービットやコーンヘッド型のローラビット等のような他の掘削機用カッタ部材を設置しても良い。

また、カッタヘッド２の正面内には、複数個のローラカッタＲＣ（ＲＣ１，ＲＣ２）が回転可能な状態で設置されている。一方のローラカッタＲＣ１は、スポーク部２ａ，２ｂの幅方向（短方向）中央にスポーク部２ａ，２ｂの長手方向に沿って所定間隔毎に並んだ状態で設置されている。なお、ローラカッタＲＣ１に代えて、先行ビット等のような他の掘削機用カッタ部材を設置しても良い。他方のローラカッタＲＣ２は、カバー部２ｃ毎に２個ずつカッタヘッド２の周方向に沿って並んだ状態で設置されている。なお、各カバー部２ｃの２個のローラカッタＲＣ２は、互いの傾斜角度（設置角度）を変えた状態で設置されている。

また、カッタヘッド２の正面内においてスポーク部２ａ，２ｂの幅方向（短方向）の両側には上記した複数個のスクレーパツースＳＴがスポーク部２ａ，２ｂの長手方向に沿って並んだ状態で設置されている。

さらに、カッタヘッド２の正面内においてスポーク部２ａ，２ｂには、例えば、ベントナイト系の添加材のような作泥土材をカッタヘッド２の前面の切羽に向けて注入するための複数の添加材注入部１３ｄ〜１３ｆが設置されている。なお、この添加材には、ベントナイト系の添加材に代えて気泡材を用いても良いし、ベントナイト系の添加材と気泡材との両方を用いても良い。

次に、上記したローラカッタＲＣの一例としてローラカッタＲＣ２の構成について図３〜図６を参照して説明する。図３（ａ）はローラカッタの要部側面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のローラカッタの母材部の一部破断側面図、図４（ａ）は図３（ａ）のローラカッタの正面図、図４（ｂ）は図３（ａ）のＩ−Ｉ線の断面図、図４（ｃ）は図３（ａ）のＩＩ−ＩＩ線の断面図、図５（ａ）は図３（ａ）のローラカッタの要部斜視図、図５（ｂ）は図５（ａ）のローラカッタの刃先部の要部拡大平面図、図６（ａ）は図５（ｂ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線の拡大断面図、図６（ｂ）は図５（ｂ）のＩＶ−ＩＶ線の拡大断面図である。なお、図３（ａ）および図４（ａ）は断面図ではないが、図面を見易くするために超硬部材にハッチングを付している。また、図５（ｂ）は平面図であるが、図面を見易くするために硬化肉盛溶接部や溶接部にハッチングを付している。また、図６（ａ）と図６（ｂ）とでは拡大倍率が異なっている。

ローラカッタＲＣ２は、母材部（本体）２０と、メインチップ部（第１の超硬チップ部）２１と、硬化肉盛溶接部２２と、サイドチップ部（第２の超硬チップ部）２３と、溶接部２４とを備えている。特に限定されるものではないが、ローラカッタＲＣ２の直径は、例えば、４３２ｍｍである。

ローラカッタＲＣ２の母材部２０は、ローラカッタＲＣ２の円盤状の土台を形成する本体部分であり、例えば、入手が容易で、靱性が高く、機械的加工性に優れた、クロムモリブデン鋼材（ＳＣＭ４４０Ｈ）等により形成されている。この母材部２０の硬さは、例えば、ＨＶ５００程度である。なお、ＨＶは、硬さ基準の一つでピッカース硬さを示している。ただし、母材部２０の構成材料は、上記したものに限定されるものではなく種々変更可能である。

この母材部２０は、径方向中央の中央軸部２０ａと、その外周の刃先部２０ｂとを一体で備えている。刃先部２０ｂは、ローラカッタＲＣ２の中心から外周に向かって次第に薄くなるように、刃先部２０ｂの両側面が刃先部２０ｂの厚さ方向中央に向かって傾斜した状態で形成されている。

この刃先部２０ｂの先端には、図３（ｂ）および図４（ｂ）に示すように、ローラカッタＲＣ２の外周に沿って予め決められた間隔毎に孔２０ｃが形成されている。この孔２０ｃは、刃先部２０ｂの先端からローラカッタＲＣ２の中心に向かって延び、その途中位置で終端している。

また、図３（ｂ）、図６に示すように、刃先部２０ｂの両側面には、ローラカッタＲＣ２の外周に沿って所定の間隔毎に溝２０ｄが形成されている。この溝２０ｄは、例えば、ローラカッタＲＣ２の径方向の寸法の方が周方向の寸法よりも長い長溝形状に形成されており、孔２０ｃの隣接間に位置するように形成されている。

メインチップ部２１は、主に地山を打撃し崩し、かき乱す機能等を有する刃体部であり、図４（ｂ）に示すように、メインチップ部２１の先端（刃先）を露出させた状態で母材部２０の複数の孔２０ｃの各々に嵌合されて固着されている。特に限定されるものではないが、メインチップ部２１の全個数は、例えば、２４個、隣接するメインチップ部２１の間隔は、例えば、２４ｍｍである。

このメインチップ部２１は、例えば、先端が刃状に形成された円柱体により形成されている。メインチップ部２１を円柱体にすることにより、シールド掘削時に各メインチップ部２１に加わる応力をほぼ均等に分散させることができるので、メインチップ部２１の強度を向上させることができる。このため、メインチップ部２１が折れたり割れたりし難くすることができる。特に限定されるものではないが、メインチップ部２１の直径は、例えば、２２ｍｍ、長さは、例えば、４０ｍｍである。

また、メインチップ部２１は、例えば、硬さと坑折力とのバランスの良い（すなわち、摩耗および折損し難い）ＪＩＳ・Ｅ５種の合金（ＪＩＳで規格されたＥ５種の合金）からなり、例えば、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）または炭化タンタル（ＴａＣ）等のような金属炭化物粒子を、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）または鉄（Ｆｅ）等のようなバインダー金属で結合した超硬質合金により構成されている。このメインチップ部２１の硬さは、例えば、母材部２０よりも硬いＨＶ９４０程度である。

硬化肉盛溶接部２２は、母材部２０の摩耗を抑制または防止する保護部材としての機能の他、サイドチップ部２３を固定する機能を備えており、ローラカッタＲＣ２の母材部２０を構成する刃先部２０ｂの表面（両側面）を覆うように溶接されている。

ただし、硬化肉盛溶接部２２がメインチップ部２１およびサイドチップ部２３を覆うとメインチップ部２１およびサイドチップ部２３が割れてしまう場合がある。そこで、硬化肉盛溶接部２２は、図５（ｂ）に示すように、メインチップ部２１およびサイドチップ部２３を直接覆わないように形成されている。すなわち、硬化肉盛溶接部２２は、メインチップ部２１の露出部の外周から予め決められた距離だけ離れた状態で形成されている。また、硬化肉盛溶接部２２は、サイドチップ部２３の外周の溶接部２４の表面には重なっているがサイドチップ部２３の外周から溶接部２４の分だけ離れた状態で形成されている。

この硬化肉盛溶接部２２は、例えば、MT-HVCのような硬化肉盛用溶接材料（JIS Z 3326 YF3B-C-800）により形成されている。また、硬化肉盛溶接部２２は、あまり厚くするとそれ自体が割れてしまうので、その厚さは、サイドチップ部２３よりも薄く、例えば、２〜３ｍｍ程度である。この硬化肉盛溶接部２２の硬さは、例えば、母材部２０よりも硬いが、メインチップ部２１よりは軟らかいＨＶ８００級（ＨＶ７８０程度）である。

このような硬化肉盛溶接部２２を設けたことにより、母材部２０の摩耗を抑制または防止することができるので、母材部２０の摩耗に起因するメインチップ部２１の摩耗、折損および脱落を抑制または防止することができる。したがって、ローラカッタＲＣ２の耐久性（寿命）を向上させることができる。

また、サイドチップ部２３の外周を取り囲むように硬化肉盛溶接部２２を設けたことにより、サイドチップ部２３を硬化肉盛溶接部２２によってしっかりと固定することができるので、サイドチップ部２３の脱落を抑制または防止することができる。

サイドチップ部２３は、主に、母材部２０の摩耗を抑制または防止する保護部材であり、母材部２０を構成する刃先部２０ｂの両側面の複数の溝２０ｄの各々に嵌合された状態で溶接部２４により母材部２０に溶接されている。特に限定されるものではないが、サイドチップ部２３の全個数は、例えば、４８個である。

このサイドチップ部２３は、例えば、プレート形状に形成されている。これにより、母材部２０の体積の減少を最小限にすることができるので、母材部２０の体積の減少に起因するメインチップ部２１の支持力低下を防止することができる。また、サイドチップ部２３をプレート形状にしたことにより、母材部２０の表面のサイドチップ部２３を嵌め込む溝２０ｄも浅くて済むので、母材部２０自体の機械的強度を確保することもできる。特に限定されるものではないが、サイドチップ部２３の幅（短方向寸法）は、例えば、１６ｍｍ、長さ（長手方向寸法）は、例えば、４０ｍｍ、厚さは、例えば、６ｍｍである。

また、サイドチップ部２３は、例えば、超硬合金（炭化タングステン（ＷＣ）、モリブデン（Ｍｏ）等のような金属炭化物粒子を、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）または鉄（Ｆｅ）等のようなバインダー金属で結合した超硬質合金）により構成されている。このサイドチップ部２３の硬さは、例えば、母材部２０よりは硬いが、メインチップ部２１および硬化肉盛溶接部２２よりは軟らかいＨＶ６００程度である。

ただし、通常、超硬部材の取り付けは、ロウ付けで固定しているが、サイドチップ部２３をロウ付けで固定してしまうと、硬化肉盛溶接部２２の施工時の溶接熱によりロウが溶け出し、サイドチップ部２３が脱落してしまうので、サイドチップ部２３を溶接可能な超硬合金により形成し、サイドチップ部２３を溶接によって固定している。なお、サイドチップ部２３の外周側面には、溶接し易いように順テーパ（斜面）が形成されている。

このようなサイドチップ部２３は、硬化肉盛溶接部２２よりも軟らかい材料で構成されているが、図６に示すように、硬化肉盛溶接部２２よりも厚くすることができる。このため、ローラカッタＲＣ２の刃先部２０ｂの両側面に硬化肉盛溶接部２２を設ける他に、複数個のサイドチップ部２３を設けたことにより、サイドチップ部２３が無い場合に比べて、母材部２０の摩耗をさらに抑制または防止することができる。このため、サイドチップ部２３が無い場合に比べて、母材部２０の摩耗に起因するメインチップ部２１の摩耗、折損および脱落をさらに抑制または防止することができるので、ローラカッタＲＣ２の耐久性（寿命）をさらに向上させることができる。

また、図３（ａ）および図５に示すように、サイドチップ部２３をメインチップ部２１の隣接間に配置したことにより、サイドチップ部２３をローラカッタＲＣ２の周方向においてメインチップ部２１と同位置（メインチップ部２１の露出位置よりもローラカッタＲＣ２の中央軸部２０ａ側）に配置した場合に比べて、以下の効果を得ることができる。すなわち、刃先部２０ｂにおいて摩耗し易い先端側近傍までサイドチップ部２３を配置することができるとともに、サイドチップ部２３の総面積を増大させることができるので、サイドチップ部２３による母材部２０の保護能力を向上させることができる。

また、ローラカッタＲＣ２の周方向（回転方向）に沿って硬化肉盛溶接部２２とサイドチップ部２３とを交互に配置したことにより、耐衝撃性を向上させることができるので、ローラカッタＲＣ２の耐久性を向上させることができる。

また、図６（ａ）に示すように、サイドチップ部２３の上面において刃先部２０ｂの先端側の一部には、刃先部２０ｂの側面の傾斜に合わせて傾斜する傾斜面２３ａが形成されている。これにより、サイドチップ部２３の脱落を抑制または防止することができる。

溶接部２４は、サイドチップ部２３を母材部２０に接合する部材であり、サイドチップ部２３の全周を取り囲むように形成されている。溶接部２３の溶接材料は、例えば、SF-1のような溶接材料（JIS Z 3313 YFW24）により形成されている。

このサイドチップ部２３をロウ付けで接合した場合、サイドチップ部２３の周りに肉盛溶接を施す際にロウが溶けてサイドチップ部２３が脱落してしまうが、サイドチップ部２３を溶接部２４によって溶接したことにより、サイドチップ部２３の周囲に肉盛溶接を施す際にサイドチップ部２３が脱落してしまうのを防止することができる。

以上のようなローラカッタＲＣ２の構成は、ローラカッタＲＣ１にも適用されている。これにより、カッタヘッド２の前面内の全てのローラカッタＲＣの耐久性を向上させることができるので、ローラカッタＲＣの切削能力を確保することができる。このため、掘削機１の掘削能力を長期間にわたって維持することができる。また、掘削機１の掘削速度の低下を抑制することができるので、日進量を確保することができる。

また、ローラカッタＲＣの交換回数を減らすことができるので、長距離掘削であったとしても、掘削工期の遅延を回避することができるとともに、工事費を削減することができる。さらに、想定以上の硬質地盤や低速掘削工程に対しても柔軟に対応することができる。

ただし、上記ローラカッタ構成を、カッタヘッド２の外周側から径方向途中位置までの摺動距離が相対的に長いローラカッタＲＣのみに適用しても良い。これにより、カッタヘッド２の面内の全てのローラカッタＲＣに適用する場合に比べて、掘削機１の掘削能力を大幅に低下させることなく、掘削機１のコストを低減することができる。

なお、ローラカッタＲＣ１のように１つの母材部２０の外周に２つの刃先部がある場合は、各刃先部の外側の側面のみに上記した硬化肉盛溶接部２２およびサイドチップ部２３を設けても良い。

次に、上記ローラカッタＲＣ２の製造方法の一例について図７および図８を参照して説明する。

まず、図７（ａ）はローラカッタの製造工程中の要部平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＶ−Ｖ線の拡大断面図を示している。

ここでは、図７（ａ）に示すように、ローラカッタ製造用の母材部２０の孔２０ｃ内に真空圧入等によりメインチップ部２１を嵌め込んで固定する。なお、図７（ａ），（ｂ）に示すように、この段階では母材部２０を構成する刃先部２０ｂの両側面の溝２０ｄにはサイドチップ部２３が設置されていない。

次いで、図７（ｃ）は図７（ａ）に続くローラカッタの製造工程中の要部平面図、（ｄ）は図７（ｃ）のＶ−Ｖ線の拡大断面図、図８（ａ）は図７（ｃ）に続くローラカッタの製造工程中の要部平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＶ−Ｖ線の拡大断面図を示している。なお、図８（ａ）は平面図であるが、図面を見易くするために溶接部２４にハッチングを付している。

ここでは、図７（ｃ），（ｄ）に示すように、ローラカッタ製造用の母材部２０を構成する刃先部２０ｂの側面の溝２０ｄにサイドチップ部２３を嵌め込んだ状態で設置した後、図８（ａ），（ｂ）に示すように、溝２０ｄ内のサイドチップ部２３の外周（全周）に対してマグ溶接等を施すことにより、サイドチップ部２３の外周（全周）を取り囲むように溶接部２４を形成してサイドチップ部２３を母材部２０に溶接する。

次いで、図８（ｃ）は図８（ａ）に続くローラカッタの製造工程中の要部平面図、図８（ｄ）は図８（ｃ）のＶ−Ｖ線の拡大断面図を示している。なお、図８（ｃ）は平面図であるが、図面を見易くするために硬化肉盛溶接部２２および溶接部２４にハッチングを付している。

ここでは、ローラカッタ製造用の母材部２０を構成する刃先部２０ｂの表面に対してマグ溶接等を施すことにより、刃先部２０ｂの表面に硬化肉盛溶接部２２を形成する。この際、サイドチップ部２３が溶接されているので、肉盛溶接の際にサイドチップ部２３が脱落することを防止することができる。なお、硬化肉盛溶接部２２は、メインチップ部２１の外周から離れているとともに、サイドチップ部２３の外周からも溶接部２４の幅分程度離れている。

このようにして刃先部２０ｂの先端外周に複数個のメインチップ部２１を備えるとともに、刃先部２０ｂの両側面に硬化肉盛溶接部２２および複数個のサイドチップ部２３を備えるローラカッタＲＣ２を製造する。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって、開示された技術に限定されるものではない。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈されるべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲の要旨を逸脱しない限りにおけるすべての変更が含まれる。

例えば、前記実施の形態においては、外周支持駆動方式の泥土圧シールドマシンを用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、センターシャフト駆動方式や中間支持駆動方式等のような他の駆動方式の泥土圧シールドマシンを用いても良い。

以上の説明では、本発明を泥土圧シールドマシンに適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、カッタヘッドと機器本体との間の泥水室に泥水を圧送し、泥水室内の泥水の圧力を切羽の土圧および地下水圧に見合う圧力にして切羽の安定を図りながらカッタヘッドを切羽に押し当てて回転させることにより地盤を掘削する泥水式シールドマシンに適用しても良い。

１掘削機
２カッタヘッド
３機器本体
４チャンバ
６練混ぜ翼
７隔壁
８カッタ駆動体
２０母材部
２０ａ中央軸部
２０ｂ刃先部
２０ｃ孔
２０ｄ溝
２１メインチップ部
２２硬化肉盛溶接部
２３サイドチップ部
２３ａ傾斜面
２４溶接部
Ｃセンターカッタ
ＲＣ，ＲＣ１，ＲＣ２ローラカッタ
ＣＣコピービット
ＳＴスクレーパツース

Claims

円盤状に形成された本体の外周に前記本体の中心から外周に向かって次第に薄くなるように形成された刃先部を備えるとともに、前記刃先部の先端において前記本体の外周に沿って予め決められた間隔毎に前記刃先部の先端から前記本体の中心に向かって延びるように形成された複数の孔と、その各々の孔に嵌合された状態で設けられた複数個の第１の超硬チップ部とを備える掘削機用ローラカッタにおいて、
前記刃先部の側面において前記本体の外周に沿って予め決められた間隔毎に形成された複数の溝と、
前記刃先部の側面において前記複数の溝の各々に嵌合された状態で前記本体に溶接された複数個のプレート形状に形成された第２の超硬チップ部と、
前記第１の超硬チップ部および前記第２の超硬チップ部を除く前記刃先部の側面を覆うように前記本体に溶接された硬化肉盛溶接部と、
を備え、
前記第２の超硬チップ部は、外周側面が順テーパに形成されて当該外周側面を取り囲むように形成された溶接部により前記本体に接合され、
前記硬化肉盛溶接部は、前記第２の超硬チップ部の外周側面に形成された前記溶接部の表面に重なり、且つ前記第２の超硬チップ部の外周から前記溶接部の分だけ離れた状態で形成されており、
前記第２の超硬チップ部の硬度は前記第１の超硬チップ部よりも低く、前記第２の超硬チップ部の厚さは前記硬化肉盛溶接部よりも厚いことを特徴とする掘削機用ローラカッタ。
前記第２の超硬チップ部は、前記複数の第１の超硬チップ部の隣接間に配置されていることを特徴とする請求項１記載の掘削機用ローラカッタ。
前記第２の超硬チップ部の上面の少なくとも一部は、前記刃先部の側面に沿うように傾斜していることを特徴とする請求項１または２記載の掘削機用ローラカッタ。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の掘削機用ローラカッタをカッタヘッドに設置したことを特徴とする掘削機。