JP6826765B1 - 切削ビット - Google Patents

Abstract

【課題】鉄筋杭などがある地盤をシールドマシンで掘削しても欠けにくい切削ビットを提供する。【解決手段】掘削加工用として掘削装置１取り付けられる切削ビット１０である。当該切削ビット１０は、掘削装置１の中心軸１Ｃに平行な軸線１０Ｐに対して垂直な一方向から視て、軸線１０Ｐに対し傾斜して配置されたチップ１００を有する。傾斜して配置された複数のチップ１００は、軸線１０Ｐから離れるほど傾斜角が大きくなる状態で配置されていてもよい。【選択図】図１

Description

本発明は、切削ビットに関する。

下水道用の排水管や地下鉄のトンネルの布設といったシールド工法においてシールドマシンが利用されている。シールドマシンは、地盤を横に掘り進むことができる、筒状の掘削機である（例えば、特許文献１参照）。シールドマシンの切刃となる進行方向の掘削面には、複数の切削ビットがたとえば周状・放射状に配置されている。切削ビットは、常に土を掘り分け硬い石などを削る部品であるため、超硬合金といった強靭な素材でできている。

特開２０１０−１９６３８６号公報

しかし、鉄筋杭などがある地盤を掘削すると、杭を切削する際、切削ビットのチップにクラックや欠損が多発しているのが現状である。

そこで、本発明は、鉄筋杭などがある地盤をシールドマシンで掘削しても欠けにくい切削ビットを提供することを目的とする。

さて、従来構造の切削ビットにおいて、取付面が垂直となる状態でチップが取り付けられている点、各チップが互いに平行な状態で取り付けられている点、逃げ面がフラットである点に着目しつつ、その構造とチップ欠損との関連性という観点から種々検討した本発明者は、これらを改良することが欠損しにくいチップに繋がるとの知見を得るに至った。

本発明はかかる知見に基づき想到するに至ったものであり、その一態様は、掘削加工用として掘削装置に取り付けられる切削ビットであって、
掘削装置の中心軸に平行な軸線に対して垂直な一方向から視て、軸線に対し傾斜して配置されたチップを有する、切削ビットである。

従来構造のごとく、取付面が垂直となる状態でチップが取り付けられていると、欠損が比較的大となる場合がある。また、従来構造のごとく、各チップが互いに平行な状態で取り付けられていると、チップを支持するシャンク部も平行となり、当該シャンク部の底部付近の強度が不足する場合がある。この点、上記のごとく、軸線に対しチップを傾斜して配置することで、チップが欠けづらい切削ビットとすることができる。

上記のごとき切削ビットは、傾斜して配置されたチップを複数有していてもよい。

上記のごとき切削ビットにおいて、傾斜して配置されたチップは、軸線に垂直な一方向から視て、当該チップの刃先が軸線を向く状態で配置されていてもよい。

上記のごとき切削ビットにおいて、傾斜して配置された複数のチップは、軸線から離れるほど傾斜角が大きくなる状態で配置されていてもよい。

上記のごとき切削ビットにおいて、傾斜して配置された複数のチップは、軸線から離れるほど刃先が軸方向基端側に後退する位置に配置されていてもよい。

上記のごとき切削ビットは、当該切削ビットのチップ間の逃げ面部が凸状に湾曲しているように構成されていてもよい。

上記のごとき切削ビットにおいて、複数のチップは、その逃げ面部が全体としてラウンド状に連なるように形成されていてもよい。

（Ａ）シールドマシンの一例を示す概略図と、（Ｂ）該シールドマシンに取り付けられた本発明の一実施形態に係る切削ビットを拡大して示す図である。 シールドマシンの先端部の構成例を示す、中心軸に沿って視た図である。 切削ビットの構成の一例を示す正面図である。 切削ビットの平面図である。 切削ビットの側面図である。 切削ビットの下面図である。 切削ビットの斜視図である。 チップに作用する衝撃が緩和することについて説明するための（Ａ）従前の構造、（Ｂ）本願における構造のそれぞれを表す概略図である。 従来の切削ビットの一例を参考として示す正面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る切削ビットの好適な実施形態について詳細に説明する。以下では、具体例を示しつつ、まずはシールドマシン１の概略を説明し、続いて該シールドマシン１に取り付けられる切削ビット１０について説明する。

シールドマシン１は、回転しながら地盤中を掘進方向（通常、横向き）に掘り進むように構成された筒状の装置である。このシールドマシン１は、先端部（掘進方向の端部）１Ａを含む可動部１Ｍが、回転しない固定部１Ｆに対し、中心軸１Ｃを中心として両方向へ回転（先端部１Ａから視て時計回り（ＣＷ方向）と反時計回り（ＣＣＷ方向））できるように構成されている（図１、図２参照）。

シールドマシン１の先端部１Ａには、複数の切削ビット１０が配置されている（図２参照）。例えば本実施形態では、複数の切削ビット１０が、中心軸１Ｃを中心とした６０度ごと計６列の放射状の列に沿って直線的に、かつ放射状に並ぶように同心円状に配置されているがこれは好適な一例にすぎず、これ以外の態様で配置されていてもよいことはいうまでもない。

切削ビット１０は、シールドマシン（掘削装置）１の先端部１Ａに複数取り付けられ、地盤等の掘削加工用に供されるビットであり、例えば鉄筋杭などがあるトンネル掘削用の切削ビット（鉄筋杭切削ビット）として用いられても欠けにくいビットとして構成されている（図３〜図７参照）。本実施形態の切削ビット１０は、チップ１００の先端がシールドマシン１の掘削方向を向くように、かつ、複数のチップ１００の配列方向がシールドマシン１の回転方向（周方向）と一致するように配置される（図１、図２参照）。

なお、説明の便宜上、本明細書と図面においては、切削ビット１０の中心を通る軸であって、シールドマシン１に配置された状態で該シールドマシン１の中心軸１Ｃと平行となる軸を中心軸１０Ｐとよび、また、切削ビット１０における中心軸１０Ｐに沿った方向を高さ方向Ｚ、複数のチップ１００の配列方向を長手方向Ｘ、高さ方向Ｚおよび長手方向Ｘに垂直な方向を幅方向Ｙとよぶ（図３、図４等参照）。また、本明細書と図面において、幅方向Ｙに沿って視た切削ビット１０の図を「正面図」（図３参照）、高さ方向Ｚに沿ってチップ１００の先端側から視た図を「平面図」（図４参照）、長手方向Ｘに沿って視た図を「側面図」（図５参照）、高さ方向Ｚに沿って図４とは反対の側から視た図を「下面図」（図６参照）とよぶ。

本実施形態の切削ビット１０は、複数（例えば５つ）のチップ１００を備えるビットとして構成されている。これらチップ１００は、硬度が高く耐摩耗性を優先した材種、靱性が高く耐衝撃性にすぐれた材種など、掘削条件に応じた材料で形成される。本実施形態のチップ１００は、その先端の刃先が山形に構成され、かつ、幅方向Ｙの長さ（幅）が互いにほぼ等しく構成されている（図５等参照）。

これらチップ１００のうち、中央に配置されるチップ（図中、符号１００ｃで示す）およびその両隣のチップ（符号１００ｂ、１００ｄで示す）は、切削ビット１０に構成された取付用の溝部１０ｂ、１０ｃ、１０ｄにそれぞれ設けられている（図３等参照）。また、これらチップ１００のうち、長手方向Ｘの両端に配置されるチップ（図中、符号１００ａ、１００ｅで示す）は、切削ビット１０に構成された取付用の切欠き部１０ａ、１０ｅにそれぞれ設けられている。本実施形態では、これらチップ１００をさらに鑞付（ろうづけ）して母材たる切削ビット１０に接合させている。なお、本明細書では、切削ビット１０のボデーのうち、チップ１００を直接的に保持する部分（上述の溝部１０ｂ、１０ｃ、１０ｄや切欠き部１０ａ、１０ｅを含む）ないしは保持に関与する部分を「シャンク」とよぶ。

これらチップ１００の少なくとも一部は、中心軸１０Ｐに対し、正面図（図３参照）として示す方向から見た場合に傾斜して（図５に側面図として示す方向から見た場合は傾斜せずに）配置されている。例えば本実施形態においては、複数（例えば５つ）のチップ１００のうち、中央のチップ１００ｃは中心軸１０Ｐに対し傾斜しない状態（斜度０）で配置され、これに隣接するチップ１００ｂ，１００ｄは、先端から基端に向かうにつれ中心軸１０Ｐから離れるように八の字状に傾斜して配置され、両端のチップ１００ａ，１００ｅはこれらチップ１００ｂ，１００ｄよりもさらに傾斜角が大きくなるように八の字状に傾斜して配置されている（図３等参照）。このように、本実施形態では、傾斜して配置された複数のチップ１００（１００ａ，１００ｂ，１００ｄ，１００ｅ）は、中心軸１０Ｐから離れるほど傾斜角が大きくなる状態で配置されている。このような配置とすることで、必要なチップ間の間隔（逃げ面部１４の長さ方向Ｘに沿った長さ）をシャンク部１２に確保しつつ、当該間隔を小さくすることができる。また、傾斜して配置された各チップ１００（１００ａ，１００ｂ，１００ｄ，１００ｅ）は、その刃先が中心軸１０Ｐを向く状態で配置されている（図３に示す各チップ１００の中心線を表す１点鎖線を参照のこと）。

また、上記複数のチップ１００は、中央のチップ１００ｃの刃先が高さ方向Ｚに最も突出していて、中心軸１０Ｐから離れるほど刃先が軸方向基端側に後退するように（別言すれば、高さ方向Ｚにおいて低くなる位置に）配置されている（図３、図７等参照）。また、本実施形態において、チップ１００ａ，１００ｂ，１００ｄ，１００ｅは、正面視において（図３参照）、刃先の逃げ面部（図中、符号１４で示す）が傾斜した状態で設けられている。さらに、これらチップ１００は、正面視において（図３参照）、それぞれの逃げ面部１４が略ラウンド状（円弧状）に連なるように設けられている。また、正面視において、切削ビット１０の逃げ面部１４がある曲率に沿って湾曲するように構成されている（図３参照）。

上記のごとく構成された複数のチップ１００を備える本実施形態の切削ビット１０には以下のごとき利点がある。

＜シャンク部の強度＞
各チップが互いに平行な状態で取り付けられている従前のごとき切削ビットでは、チップを支持するシャンク部（の溝）も互いに平行となることから、当該シャンク部の底部付近の強度が不足することがある（図９参照。なお、図９では、本実施形態の切削ビット１０に対応する部材をそれぞれダッシュ（’）を付けた符号を付して示す）。この点、チップ１００（の一部）を傾斜させる本実施形態の切削ビット１０では、チップ座深部シャンク距離を稼ぐことによって、従前に優る強度を確保することが可能となる。すなわち、チップ１００（の一部）を傾斜させることに伴い、シャンク部１２（の溝）も傾斜することになるから、シャンク部１２の溝底から切削ビット１０の底面まで距離を稼ぎやすい。あるいは、シャンク部１２の溝底から切削ビット１０の底面まで距離を稼ぐ代わりに、シャンク部１２の溝自体を深くして、チップ１００を保持する領域を稼ぐこともできる。

＜チップへの衝撃＞
本実施形態のごとく、チップ１００（の一部）を傾斜させて配置する本実施形態の切削ビット１０では、掘削（切削）時にこれらチップ１００に作用する衝撃が従前の構造（図９参照）に比して緩和する。このように衝撃が緩和する要因のひとつとしては、傾斜した状態で配置されることにより、チップ１００自体に作用する外力や応力が傾斜角に応じて従前とは異なる方向に分散することを挙げることができる（図８参照）。また、長さ方向Ｘの両端のチップ１００（１００ａ，１００ｅ）に作用する衝撃、特に長さ方向Ｘの端部（すくい面部）に採用する衝撃も、傾斜しているぶん、分散して緩和される（図３等参照）。

また、本実施形態では、正面視において（図３参照）、各チップ１００の逃げ面部１４が略ラウンド状に連なるようにし、さらには正面視において切削ビット１０の逃げ面部１４がある曲率に沿って湾曲するようにした切削ビット１０を例示したが、この切削ビット１０のごとく、チップ１００に対して必要十分なスペースを確保するように逃げ面部１４が設けられていれば、切削時に個々のチップ１００に作用する抵抗が軽減する。また、チップ１００が略ラウンド状に配置されると、シールドマシン１の掘進方向（図１（Ａ）、（Ｂ）参照）における先端のチップ１００の負担を軽減し、回転方向において先頭側となるチップ１００の負担を増やすことにつながるため、外力が各チップ１００に分散するものと考えられる。このようにチップ１００に作用する切削抵抗が軽減することは、鑞付（ろうづけ）の歪などに起因するチップクラックの発生が減少することにつながる。たとえば、従前のごとき構成の切削ビットでは、杭（鋼材）を切削する際、チップが欠損したり、クラックが発生したりすることがあるが、本実施形態の切削ビット１０によればこれらの問題を抑制することが可能である。また、このようにチップ１００の欠損やクラックの発生を抑制することができる本実施形態の切削ビット１０によれば、掘削速度を大幅に改善することが可能となる。

＜チップ間シャンク部の摩耗＞
本実施形態のごとく、チップ１００（の一部）をその刃先が中心軸１０Ｐを向くように傾斜させた切削ビット１０においては、従前のごとき切削ビット（図９参照）に比べ、長手方向Ｘにおけるチップ１００どうしの間隔（シャンク幅）を小さくすることができる（図３等参照）。このように、当該部分（本明細書ではチップ１００の間の当該部分を逃げ面部とよび、符号１４で表す）の間隔（シャンク幅）を小さくした本実施形態の切削ビット１０によれば、当該逃げ面部１４の摩耗を従前よりも軽減することができる。逃げ面部１４を凸状に湾曲するように形成してもよい。

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。

本発明は、掘削加工用として掘削装置に取り付けられる切削ビットに適用して好適である。

１…シールドマシン（掘削装置）
１Ａ…先端部
１Ｃ…中心軸（回転軸）
１Ｆ…固定部
１Ｍ…可動部
１０…切削ビット
１０ａ，１０ｅ…切欠き部
１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ…溝部
１０Ｐ…中心軸（軸線）
１２…シャンク部
１４…逃げ面部
１００（１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ）…チップ
Ｘ…長手方向
Ｙ…幅方向
Ｚ…高さ方向

Claims (4)

1. 掘削加工用として掘削装置に取り付けられる切削ビットであって、
   前記掘削装置の中心軸に平行な軸線に対して垂直な一方向から視て、前記軸線に対し傾斜して配置されたチップを複数有しており、
   前記チップは、前記軸線に垂直な一方向から視て、当該チップの刃先が前記軸線を向く状態で配置され、かつ、前記軸線から離れるほど傾斜角が大きくなる状態で配置されている、切削ビット。
2. 傾斜して配置された複数の前記チップは、前記軸線から離れるほど刃先が軸方向基端側に後退する位置に配置されている、請求項１に記載の切削ビット。
3. 当該切削ビットの前記チップ間の逃げ面部が凸状に湾曲している、請求項２に記載の切削ビット。
4. 複数の前記チップは、その逃げ面部が全体としてラウンド状に連なるように形成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の切削ビット。

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