JPH0538158Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、トンネル掘削用シールド掘進機に
用いられるカツタービツト、特に、礫や転石が多
く存在する地層の掘削において優れた耐久性を示
すカツタービツトに関する。

〔従来の技術〕

近年、都市部の地下トンネル工事には、シール
ドトンネル掘進機が多用されている。この掘進機
は、図示しないシールド筒を推進ジヤツキで押し
ながらシールド筒先端に設けた第３図に示す如き
カツターデイスク２を地盤に押しつけ、この状態
でデイスク回転方向を一定時間毎に切換えながら
掘削を進める。そのため、地盤掘削用のカツター
ビツト１は、２の正逆回転に対応するものの各１
個を対にして使用される。３は土砂取入口４の部
分に横架したスポークであつて、デイスク２の回
転中心から放射状に２本以上設けることもある
が、いずれにしてもこのスポークに対のビツトが
相反する向きに固定される。

なお、地中に礫や転石が多い場所では、ローラ
ビツト５等を併用して岩石を圧砕しながら掘進す
る。

また、このような地層では、岩石への衝突等に
よるカツタービツト１の刃先破損、ビツト台金の
摩耗が生じ易いため、対のカツタービツト間に補
助ビツト６を設けたり、実公昭60−19199号公報
に示されるように先頭チツプ（主刃）の後方に予
備チツプを埋設したり、実開昭59−14897号のよ
うに、ビツトの後端面部を超硬チツプや硬化肉盛
等で強化したりすることがある。

〔考案が解決しようとする課題〕

第４図ａに示す一般的なビツト配置では、ビツ
ト全体の摩耗、欠損が激しく（ハツチング部が損
耗個所）長時間の使用に耐えない。

一方、同図ｂのように、対のビツト１，１間に
補助ビツト６を置くと、これが緩衝体となつて逆
転側ビツト（図は左側のビツトの１）に対する礫
や転石の衝突力が柔ぎ、逆転ビツトの刃先欠損が
減少するが、この場合、土砂の擦過（図の短矢線
は推進反力を表わす）による台金１１の背面摩耗
が先行して主刃１２が欠落し易くなる。

また、実公昭60−19199号のように、予備チツ
プを用いるもの〔第４図ｃ参照〕は、正転側ビツ
トについては先頭チツプ欠落時にも予備チツプ７
の働きで掘削機能が維持されるが、予備チツプ７
による逆転側ビツト台金背面の摩耗防止効果はさ
ほど大きくないため、台金の先行侵食によりビツ
トの寿命が損なわれ易い。

そこで、主刃１２を第４図ｄの状態に取付けて
背面摩耗による主刃の支持力低下を抑えたり、同
図ｅのように予備チツプ７を主刃１２に接近させ
て主刃近辺の背面摩耗そのものを防止したりする
試みもなされているが、第４図ｄの構造は台金背
面の摩耗防護効果が無いため、主刃支持能の延長
には限界があり、一方、同図ｅの構造は、逆転時
に地盤から受ける反力PWによつて予備チツプ７
を埋めた部分の溝底部にクラツク８が生じ易く、
台金が折れることがある。

ところで、台金の摩耗は、ビツトが逆転状態に
あるときに進行する割合が非常に大きい。

このことは、例えば、凍結層掘削の場合、第４
図ａにおける正転ビツトP₃部位は切削屑の残留
が殆どなく健全であつたのに、逆転ビツトは、主
刃近辺の台金が僅か20〜30cmの掘進距離で既に同
図イのように侵食され、その侵食がロ，ハの順に
進行したこと、或いは、硬さが約200Kg／cm²の凝
灰岩、400〜700Kg／cm²の砂岩層が存在する地層を
一方向ビツトを用いて正転のみで掘削したときに
は掘進距離30m程度では主刃直後の台金摩耗は殆
ど無く、90m掘削後も主刃の保持力が維持された
こと等、実用面での観察結果からも明らかであ
る。

従つて、礫、転石層、或いはコンクリート、凍
結土、土丹、粘板岩等の硬い難削地盤では、正転
時の寿命向上策もさることながら、逆転状態で生
じるビツト背面の摩耗を防止することが耐久性向
上の面ではより重要である。

実開昭59−14897号は、この点に関しての改善
策であるが、同公報に示されるように、台金の後
端面或いはその近辺のみを強化する方法では充分
な摩耗防効果を得難い。ビツトの背面摩耗は推進
反力（土圧）とカツターデイスクの回転移動によ
る岩石、土砂の圧迫、擦過によつて生じ、しか
も、小石等は第４図ａのP₁点付近でビツトと地
盤との間に挟まつてP₂点付近で主刃により粉化
せしめられることから、P₁〜P₂点の間で圧迫、
擦過力が特に大きくなるが、上記公報に示される
ビツトは、その力の減衰効果が全く得られず、そ
のため、強化部以外の背面摩耗が起こり易い。ま
た、強化部も硬化肉盛による場合は、摩耗防止効
果を長時間維持できず、一方、第４図ｅの如き強
化では前述の台金の折損の問題が起こるため、肝
心な主刃近辺の背面摩耗防護効果が不充分にな
る。

この考案は、この点に鑑みてなされたものであ
つて、その目的はビツトの背面摩耗に対する耐性
を充分に高めることにある。

〔課題を解決するための手段〕

この考案は、上記の問題点を無くすため、第１
図及び第２図に示す如きビツト、即ち、台金１１
先端に主刃１２を蝶付けするなどして装着し、さ
らに、台金の背面を、主刃の逃げ面１３に連なる
Ａ面とこの面に180°以下の角度で交差するＢ面の
２面で構成したビツト１に改良を加える。その改
良点は、Ａ面の逃げ角βを０〜8°、Ｂ面の逃げ角
β′を15〜45°、Ａ・Ｂ面の交点からビツト先端ま
での寸法Ｅをビツト長TLの1/2以下に各々設定
し、さらに、Ａ・Ｂ面の交点を含む位置に厚みＨ
（この寸法は５mm以上がよい）よりもビツト長手
方向寸法Ｌが大きい背面摩耗防護用の硬質金属片
１４を台金から飛び出さないように台金の一部と
置換状態にして、かつ、主刃１２から５mm以上離
反させて固着することであり、この工夫によつて
この考案の目的が達成される。

なお、１４にはタングステンカーバイト合金等
を用いるとよい。また、主刃１２は台金との接合
面が３面になる図の取付状態にするのが望ましい
が、この考案によると主刃直後の台金背面の摩耗
が効果的に防止されるので、第４図ａ，ｂの如き
２面接合の取付構造にしても問題は生じない。

〔作用〕

この考案のカツタービツトを補助ビツトと組合
せて使用する場合の作用を第５図を参照して説明
する。

回転方向前方の取込口４に取込まれなかつた被
削物Ｇからカツタービツトに作用する反力は、お
よそ(1)〜(7)のような挙動を示す。即ち、先ず、ス
ポーク５の前進によつて(1)からビツト間の凹部(2)
に移つたＧは、補助ビツト６の刃先に押し上げら
れ(4)の凹部へ移動する。この際の刃先６Ｒ，６Ｌ
間における補助ビツト６の中間面Ｃは、防護され
ていないにも拘らず摩耗が少ない。これは、Ｇが
６Ｒの刃先から押上げ力を受けて(4)の位置に急移
動することによつてＣ面に対するＧの押付圧力が
小さくなるためと考えられる。しかし、この補助
ビツトも幅Ｗが例えば60mmを越す大きさになると
やはりＣ面に摩耗による凹みが生じ易くなる。

同様に、(4)の位置から逆転側ビツト１の背面Ｂ
に沿つて押し上げられたＧは、Ａ・Ｂ面の交点を
通過した後(6)のような力の方向を示す、その後、
主刃１２を通過して回転方向後方の取込口４に取
込まれる。このときにも第２図のＥが30〜40mmで
あるとＡ面摩耗が少なく、Ｅが60mmを越える設計
のものはＡ面の摩耗侵食が大きい。

これから判るように、ビツトの背面を角度のつ
いたＡ・Ｂの２面で構成するとＢ面による押上げ
作用でＡ面に対するＧの押付圧力の減衰効果が得
られる。但し、Ｅが大き過ぎたり、β、β′が上の
範囲から逸脱した場合にはその効果が薄れる。Ｅ
をTLの1/2以下にすると、帆用サイズのビツトの
場合のＥは30〜60mm程度になるが、βが8°以下で
β′とβの差が少なくとも7°ぐらいあると、実験結
果から見てＥ＝60mmとしてもＧが第５図(6)の方向
性を失う前にＡ面に接することは少なく、Ａ面が
確実に保護される。

次に、Ａ，Ｂ面の交点部に設けた硬質金属片１
４は、Ａ面の保護効果を接続するのに役立つ。即
ち、台金１１のＢ面が摩耗しても摩耗し難い１４
のＢ面は原形に近い形を止め、この１４のＢ面に
よりＧの押上げ作用が維持される結果、台金のＡ
面の保護効果が長時間持続される。

なお、結果の観察では、第２図のTL＝150mmで
Ｅを30mmと60mmにして比較した場合、30mmよりも
60mmのときがＡ面摩耗が多く、また、60mmを越え
たときには、主刃直後の摩耗量は、背面が一面か
ら成るものとあまり差が無かつた。

また、Ａ面の逃げ角βは5°程度が特に好まし
く、8°までは問題はなかつたが、10°を越えると
主刃直後の台金摩耗が増加した。Ｂ面の逃げ角
β′についても15°，35°，45°，60°の各々について
使
用後に調査したところ、60°のものは１４の片そ
のものが摩耗してその前後の台金摩耗が多くなつ
ていた。βの上限を8°，β′の上限を45°に限定した
理由はここにある。βの下限は正常な掘削のため
に当然に0°に抑えるべきである。一方、β′はβと
の角度差が小さ過ぎるとＢ面による押上げ力が不
足してくるので下限を15°とした。

このほか、Ｂ面による被削物の押上げ効果は、
被削物が細粒或いは流動化し易いものであると、
薄れてくる。従つて、このような場合には１４を
主刃１２の近くまで延長することになるが１４と
１２を突き合わせて接合すると、逆転時負荷によ
る主刃１２の剥落が生じ易くなる。これは、１１
と１２，１４との間には大きな熱膨張率差がある
のに、１２，１４の収縮方向が異なることから、
蝋付け加熱後の冷却過程において接合界面に引張
り応力による亀裂が入ることに原因があると考え
られ、接合界面に銅板等の緩衝材を入れても結果
にあまり差はない。そのため、１２，１４間には
５mm以上の間隔をとり、この部分は台金で埋め
る。

〔効果〕

以上述べたように、この考案のカツタービツト
は、Ｂ面による案内効果で逆転側ビツトに押付け
られる被削物を押上げることによりＡ面に対する
押付圧力を小さくし、また、この押付圧力の減衰
効果を確実に得るためにＡ面のビツト長手方向寸
法とＡ・Ｂ面の各逃げ角を限定し、さらに、Ａ・
Ｂ面の交点を含む部分に台金と置換した硬質金属
片を固着してＢ面による被削物押上げ機能の持続
性を高めたものであるから、主刃近辺における台
金の背面摩耗が長時間に亘つて確実に防止され、
そのために主刃の保持力が安定に維持されて保持
力の低下によるところが大きい刃先の欠損・脱落
が生じ難くなり、寿命が大巾に延長されると云う
効果がある。

なお、この効果は、対のビツト間に補助ビツト
を配置することによつて、より一層増強される。
これは補助ビツトによる被削物の押上げ作用によ
り、台金後端面部の摩耗が抑制されることによ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案のビツトの一例を示す側面
図、第２図はその平面図、第３図はシールド掘進
機のカツターデイスクの一例を示す正面図、第４
図のａ〜ｅは従来ビツトの代表例とその摩耗形態
を示す側面図、第５図はこの考案のビツトを補助
ビツトと組合せて使用したときの作用説明用側面
図である。 １……カツタービツト、６……補助ビツト、１
１……台金、１２……主刃、１３……逃げ面、
Ａ，Ｂ……台金背面、１４……硬質金属片、β…
…Ａ面の逃げ角、β′……Ｂ面の逃げ角、Ｅ……
Ａ，Ｂ面の交点からビツト先端までの寸法、Ｈ…
…１４の厚み、Ｌ……１４のビツト長手方向寸
法、TL……ビツト長。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 台金先端に主刃を装着し、さらに、台金の背面
   を、主刃の逃げ面に連なるＡ面とこの面180°以下
   の角度で交差するＢ面の２面で構成したビツトで
   あつて、カツターデイスクの正転方向を向くも
   の、逆転方向を向くものの各１個を対にして使用
   するシールド掘進機用のカツタービツトにおい
   て、上記Ａ面の逃げ角を０〜8°、Ｂ面の逃げ角を
   15〜45°、Ａ，Ｂ面の交点からビツト先端までの
   寸法をビツト長さの1/2以下に各々設定し、さら
   にＡ，Ｂ面の交点を含む位置に、厚みよりもビツ
   ト長手方向寸法が大きい背面摩耗防護用の硬質金
   属片を台金の一部と置換状態にして、かつ主刃か
   ら５mm以上離反させて固着したことを特徴とする
   カツタービツト。