JPH0653696U - シールド掘進機のカッタビット摩耗検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 摩耗検知センサのセンサヘッドを小型に形成
することにより、カッタビット内に容易に埋設できるよ
うにする。 【構成】 シールド本体１の前部に回転自在に設けられ
たカッタヘッド３の前面に、切羽を掘削する多数のカッ
タビット４を設けたシールド掘進機において、上記カッ
タビット４の複数個に、１つ以上のセンサ挿入孔４ｃを
形成して、これらセンサ挿入孔４ｃに、単線よりなる光
ファイバ６ｂをＵ字状に折返してケーシング６ｃ内に収
容することにより形成したセンサヘッド６ａを挿入した
もので、単線の光ファイバ６ｂを使用することにより小
径なファイバ挿入孔４ｃに容易にセンサヘッド６ａが挿
入できると共に、反射板を使用しないので、光の減衰に
よる受光量の減少を小さくできるため、検出精度も向上
する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案はカッタヘッドに設けられたカッタビットの摩耗を検出するシールド 掘進機のカッタビット摩耗検知装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来トンネルを掘削するシールド掘進機は、シールド本体の前部にカッタヘッ ドが回転自在に設けられていて、このカッタヘッドの前面に、放射方向に切羽を 掘削する多数のカッタビットが取付けられている。 上記のようなシールド掘進機では、砂礫層や砂質層などを掘削した場合、カッ タビットが早期に摩耗する。 このため従来では、掘削しようとする土質に対して、掘削前に経験式よりカッ タビットの交換時期を推定し、掘削中に交換時期になったら、シールド本体の内 側から摩耗したカッタビットを新しいものに交換している。 しかしこの方法では、実際に掘削している土質が想定時の土質と異なるような 場合、推定した交換時期と実際の交換時期に誤差が発生するなどの不具合がある 。 かかる不具合を改善するものとして、光ファイバを使用してカッタビットの摩 耗状態を検出できるようにした摩耗検知装置が実開昭６０−１５１９９６号公報 で提案されている。

【０００３】 しかし上記従来の摩耗検知装置はカッタビットの摩耗によって光ファイバが断 線したときの信号遮断による検知方式となっていて、複数本の光ファイバをＵ字 経路状に折返して、その折返し部の先端をカッタビット内に形成した孔に挿入す る構造となっており、光ファイバの折返し部での折損を防止するため、光ファイ バの曲げ半径を大きくする必要がある。 このため光ファイバの折返し部を挿入する孔の径が大きくなって、カッタビッ ト自体の強度が低下し、掘削中カッタビットが破損しやすい不具合がある。 また挿入できる光ファイバの数にも制限を受けるため、チップの取付けられた シャンクの摩耗は検出できないなどの不具合もあった。 かかる不具合を改善するため、光ファイバの先端に反射板を設けて、この反射 板により光を反射させるようにしたカッタビットの摩耗検知装置も提案されてい る。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかし光ファイバの先端に反射板を設けたセンサヘッドでは、光が空中を伝播 する際の減衰により受光量Ｓ₁ が、光ファイバをＵ字状に折返したセンサヘッド に比べて図１１に示すように大幅に減少する不具合があった。 なお図１１においてイが光ファイバをＵ字形に折返したセンサヘッドの受光量 、ロが反射板を設けたセンサヘッドの受光量、Ｓ₂ は反射板を設けたセンサヘッ ドが摩耗した場合の受光量の変化を示す。 またカッタビットが磨耗すると、切羽内の土砂水の乱反射により土砂水の色や 成分により受光量が変化する。 ずなわち図１１に示すように土砂水の色が白い程受光量は増し、黒くなると受 光量は減少し、土砂水成分に石英や粘性土が多い程受光量は増し、少なくなると 受光量は減少する。 この考案は上記従来の不具合を改善するためになされたもので、カッタビット 内への埋め込みが容易で、かつチップやシャンクの摩耗を精度よく検知できるシ ールド掘進機のカッタビット摩耗検知装置を提供することを目的とするものであ る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

この考案は上記目的を達成するために、シールド本体の前部に回転自在に設け られたカッタヘッドの前面に、切羽を掘削する多数のカッタビットを設けたシー ルド掘進機において、上記カッタビットの複数個に、１つ以上のセンサ挿入孔を 形成して、これらセンサ挿入孔に、単線の光ファイバをＵ字状に折返してケーシ ング内に収容することにより形成したセンサヘッドを挿入したものである。

【０００６】 上記構成により光ファイバの先端に反射板を設けたセンサヘッドのように受光 量の減衰がないため、検出精度が向上すると共に、小径なセンサ挿入孔にも容易 にセンサヘッドを挿入することができる。

【０００７】

【実施例】

この考案の一実施例を図面を参照して詳述する。 図１はシールド掘進機の正面図、図２は同断面図で、これら図において１はシ ールド本体を示す。 上記シールド本体１の前部には、カッタヘッドモータ２により回転されるカッ タヘッド３が設けられていると共に、カッタヘッド３の前面には、カッタヘッド ３の回転に伴い切羽を掘削する多数のカッタビット４が着脱自在に取付けられて いる。

【０００８】 上記カッタビット４は図３に示すように、シャンク４ａと、このシャンク４ａ の先端に固着された超硬チップ４ｂよりなり、シャンク４ａ部分がカッタヘッド ３に設けられたホルダ３ａに挿入されて固着具５により固定されていると共に、 これらカッタビット４のうち、例えば半径方向の３個ないし５個が摩耗検知ビッ トとなっていて、シャンク４ａ及び超硬チップ４ｂ内に複数路、例えば３路のセ ンサ挿入孔４ｃが穿設されている。

【０００９】 これらセンサ挿入孔４ｃのうち、両側に位置するセンサ挿入孔４ｃの先端は図 ６に示すようにシャンク４ａ内に設けられており、中央に設けられたセンサ挿入 孔４ｃの先端はシャンク４ａ内を通って図７に示すように超硬チップ４ｂ内に達 している。 そしてこれらセンサ挿入孔４ｃ内に摩耗検知センサ６のセンサヘッド６ａが挿 入されている。

【００１０】 上記摩耗検知センサ６は単線よりなる光ファイバ６ｂをＵ字状に折返したもの で、センサヘッド６ａを形成するケーシング６ｃ内に図９に示すように挿入され ていて、Ｕ字状折返し部の先端はケーシング６ｃの端部に達していると共に、ケ ーシング６ｃ内には樹脂６ｄが充填されていて、ケーシング６ｃと光ファイバ６ ｂが一体化されている。

【００１１】 上記のようにして構成されたセンサヘッド６ａは、シャンク４ａの基部側開口 からセンサ挿入孔４ｃへ圧入されて、エポキシ樹脂などでモールドすることによ り、カッタビット４に対して固定されていると共に、センサヘッド６ａより延出 された光ファイバ６ｂはカッタヘッド３に穿設された導入孔３ｂよりカッタヘッ ド３内に導入されている。 なお３ｃは光ファイバ６ｂの導入部を保護するセンサプロテクタである。

【００１２】 一方カッタヘッド３内に導入された光ファイバ６ｂは、図８に示すようにカッ タヘッド３を回転自在に支承する中心軸３ｃ内を通って中心軸３ｃの後端に設け られた増幅器８を介して変換器９に接続されている。 そして上記変換器９には電源を有し、かつ可搬自在な摩耗検出装置１０がコネ クタ１１を介して接続されている。

【００１３】 次に作用を説明すると、シールド本体１の推進に伴い、カッタヘッド３の前面 に取付けられた多数のカッタビット４により切羽を掘削するが、長期間掘削して いると、カッタビット４の超硬チップ４ｂやシャンク４ａが摩耗する。 カッタビット４の摩耗を検知するに当っては、カッタヘッド３を停止させた状 態で摩耗検出装置１０を中心軸３ｃ後端の変換器９に接続して次のように行う。

【００１４】 すなわちカッタビット４が余り摩耗していない場合は、光ファイバ６ｂの一端 より入射された光がセンサヘッド６ａ内の折返し部に達して、そのまま光ファイ バ６ｂの他端側より摩耗検出装置１０へ送り返されるため、入射光量と出射光量 とはほぼ等しいが、超硬チップ４ｂの先端が図１０のδ１まで摩耗すると、超硬 チップ４ｂ内に埋め込まれたセンサヘッド６ａの先端も超硬チップ４ｂとともに 摩耗されて、超硬チップ４ｂ内のセンサヘッド６ａからの出射光量が減少する。

【００１５】 その後さらに摩耗が進んで、図１０のδ２に達すると、シャンク４ａ内に埋め 込まれたセンサヘッド６ａも摩耗して、このセンサヘッド６ａからの出射光量も 減少する。 これを摩耗検出装置１０で検出して、カッタビット４の摩耗が図１０に示す交 換限界に達したところで、カッタビット４の交換を行うもので、実際のカッタビ ット４の摩耗に合せてカッタビット４の交換が行えるようになる。

【００１６】 なおセンサヘッド６ａに単線の光ファイバ６ｂを使用するに当って、許容曲げ 半径の小さくとれるアクリル系樹脂（ＰＭＭＡ樹脂）をポリエチレンで被覆した 単芯光ファイバを採用した。 またＵ字状折返し部の最大外径を、単芯光ファイバの被覆を含めた外径の２． ５倍以下とし、曲率が変らないよう折返し部を樹脂で固定している。 これによってセンサヘッド６ａの外径をφ６．４程度に小径化することができ る。

【００１７】

【考案の効果】

この考案は以上詳述したように、単線の光ファイバをＵ字状に折返してセンサ ヘッドを形成し、このセンサヘッドをカッタビット内に形成したセンサ挿入孔へ 挿入するようにしたことから、従来の複数本の光ファイバを挿入するものに比べ てカッタビット内に小径なセンサ挿入孔を穿設すればよいことから、カッタビッ トの強度が低下して掘削中に破損するなどの不具合が解消できると共に、カッタ ビット内に複数の摩耗検知センサを埋め込むことができるため、カッタビットの 摩耗を段階的に検出することができ、これによってカッタビットの交換時期を適 切に判定できるようになる。 またセンサヘッドに反射板を使用しないため、センサヘッドが摩耗しても、反 射板を使用したセンサヘッドのように泥水や掘削土砂による光の拡散や乱反射の 影響を受けることが少ないため、ノイズレベル比（Ｓ／Ｎ）を大きくとることが でき、これによって誤動作が少なくなるため装置の信頼性も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の一実施例になるシールド掘進機の正
面図である。

【図２】図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。

【図３】この考案の一実施例になるカッタチップの正面
図である。

【図４】図３のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。

【図５】図４のＺ方向からの矢視図である。

【図６】図５のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図７】図５のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

【図８】この考案の一実施例になる摩耗検知装置の構成
図である。

【図９】この考案の一実施例になる摩耗検知装置に使用
する摩耗検知センサの詳細図である。

【図１０】この考案の一実施例になる摩耗検知装置の作
用説明図である。

【図１１】この考案の一実施例になる摩耗検知装置と従
来の摩耗検知装置の受光量の差を示す説明図である。

【符号の説明】

１ シールド本体 ３ カッタヘッド ４ カッタビット ４ｃ センサ挿入孔 ６ａ センサヘッド ６ｂ 光ファイバ ６ｃ ケーシング

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド本体１の前部に回転自在に設け
   られたカッタヘッド３の前面に、切羽を掘削する多数の
   カッタビット４を設けたシールド掘進機において、上記
   カッタビット４の複数個に、１つ以上のセンサ挿入孔４
   ｃを形成して、これらセンサ挿入孔４ｃに、単線よりな
   る光ファイバをＵ字状に折返してケーシング内に収容す
   ることにより形成したセンサヘッドを挿入してなるシー
   ルド掘進機のカッタビット摩耗検知装置。
2. 【請求項２】 光ファイバ６ｂに、許容曲げ半径の小さ
   くとれるアクリル系樹脂ファイバをポリエチレンで被覆
   した単芯光ファイバを使用してなる請求項１記載のカッ
   タビット摩耗検知装置。