JPH0724471Y2 - 掘削機のカッタービット - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、シールド式トンネル掘進機などの掘削機に地
山を直接削る部品として装備されるカッタービットに関
する。

［従来の技術］ シールド式トンネル掘進機（第２図参照）は、カッター
ホイールを回転し、その前面に装備されたカッタービッ
トによって地中を掘り進むが、ホイールの前面はつねに
地山（切羽）に面しているため、ビットの摩耗状況は容
易には知り得ない。しかしビットが摩耗し尽くした場合
には、掘削性能が出ないばかりか、掘進機本体（ホイー
ル部分など）が損傷する恐れも生じるため、摩耗による
ビットの寿命（交換時期）は何らかの手段により把握す
る必要がある。

そのため従来は、カッタービットの摩耗を推定するため
の特殊な部品を、カッタービットと並べてホイールの適
所（外周部分など）に取り付けていた。検知ビットなど
と呼ばれるこのような部品は、内部に着色剤を封入した
り通油路を形成したり、あるいは電線を埋め込んだりし
たものである。検知ビットが規定の箇所まで摩耗したと
き、着色剤や油が流出しあるいは電流が遮断されるの
で、それをもって、カッタービットの摩耗を規定値に達
したと判断する。

特開昭60−144607号公報に開示の摩耗検知装置は、検知
ビットの後端面（背面）に、その先端までの寸法（摩耗
残）を測定可能な超音波振動子（探触子）が取り付けら
れたものである。カッタービットの摩耗について、先に
述べた検知ビットでは摩耗量が規定値に達したことがわ
かるだけなのに対し、同公報の装置によると、摩耗の経
時的な進行状況を知ることができる。

［考案が解決しようとする課題］ 上記公報の装置を含めて、カッタービットの摩耗を検知
する従来の手段はいずれも、検知ビットの摩耗からカッ
タービットの摩耗状況を推定するものであった。カッタ
ービット自体に自身の摩耗の検知能力を備えさせること
は、カッタービットが先端部に超硬チップ（超硬合金な
どからなる切刃）を有するため難しいからである。たと
えば、超硬チップに対して着色剤の封入孔や圧油路を形
成したり、電線を埋め込んだりすることは困難であり、
またビット本体の後端面に超音波振動子を取り付けて
も、超硬チップとビット本体との境界での反射波が生じ
るため、同チップ先端までの寸法は検知されにくい。

検知ビットは、摩耗の進み方がカッタービットのそれに
近くなるよう形成されてはいるものの、上記のとおり超
硬チップを備えないなど形状および材質的にカッタービ
ットと同じとはいえないので、それを用いる摩耗検知に
は、下記の不都合があった。

１）土質によっては検知ビットの摩耗量とカッタービッ
トのそれとが一致しないので、カッタービットの正確な
摩耗量を知り得ず、その交換時期を誤ることがある。

２）検知ビットにはとくに掘削能力が備わっていないの
で、これをカッタービットに並べて配備することは、取
り付け作業が煩わしいことに加え、掘削機の動力を多少
ロスすることでもある。

本考案の目的は、超硬チップを備えていながら、自身の
摩耗状況――しかも経時的な進行状況――の検知能力が
あるカッタービットを提供し、交換時期の正確な把握を
可能にするとともに、摩耗検知のみに機能して掘削には
寄与しない検知ビット等の部品の、掘削機への取り付け
を不要にすることである。

［課題を解決するための手段］ 本考案による掘削機のカッタービットは、ビット本体の
先端に超硬チップが接合されるとともに、その接合部分
の一部より公報へ超音波振動子の取付孔が連通し、同孔
内には、上記チップの背面付近に油脂が封入されるとと
もに、平坦に加工された上記チップの背面に先端面が押
し付けられる状態で、上記の超音波振動子が取り付けら
れている―ものである。

［作用］ 本考案のカッタービットでは、超硬チップの背面に超音
波振動子の先端面が押し付けられているので、その振動
子に送・受信回路やブラウン管などを接続することによ
り、上記背面から先端面までの寸法、すなわちチップの
摩耗残量を随時に検知することができる。また、チップ
の後方に振動子とその取付孔を有するにすぎないので、
それらを備えない通常のカッタービットに比べて同一条
件下の摩耗速度に差はない。つまり、考案のカッタービ
ットによって、検知能力のない他の通常のカッタービッ
トの摩耗量を正確に知ることもできる。以上の点に関連
して、つぎの特徴がある。

１）カッタービットの本体の後端面ではなく、超硬チッ
プの背面に対し直接に超音波振動子が取り付けられてい
るので、チップの背面とビット本体との境界が超音波の
送・受信経路にはなく、したがってその境界からの反射
波がノイズとなることがない。

２）超硬チップの背面が平坦にされ、その付近に油脂が
充満されたうえ、チップの背面に振動子の先端面が押し
付けられており、チップと振動子との間に空隙がないこ
とから、チップ背面で反射散乱する波がない。そのた
め、上記寸法の検知精度が高い。

３）ビット本体の先端に接合された超硬チップに対し、
その接合部分のごく一部に連通する取付孔を用いて超音
波振動子が取り付けられる（取付孔の径は振動子の径よ
り少し大きければよい）ので、振動子を備えない通常の
ビットより強度が低下する恐れはない。また、チップに
対して、着色剤の封入孔や圧油路を形成したり電線を埋
め込んだりする必要も全くない。

［実施例］ 第１図および第２図は本考案の第一実施例に関する図面
である。第１図はカッタービットの断面図、また第２図
は、そのビットを備えるシールド掘進機の概略断面図で
ある。

第２図に示すシールド掘進機１は、円筒状のシールド２
の内側に、隔壁３・カッターホイール８・ホイールシャ
フト４・ホイール駆動装置５・シールドジャッキ６・土
砂排出用コンベア７などを備えている。ホイール８の前
面には複数個のカッタービット９・10が取り付けられて
いるので、既に施工したトンネル壁面のセグメントａに
ジャッキ６を押し付けて推進力を得るとともに、駆動装
置５でホイール８を回転させることによって、掘削を進
めることができる。上記カッタービットのうち大多数を
占めるビット９は、工具鋼からなる本体の先端部分に、
耐摩耗性の高い超硬合金（炭化タングステンなど）製の
チップが埋め込まれ銀ロウ付けによって接合されたもの
である。

カッターホイール８の外周付近には、ビット９ばかりで
なく、第１図に示すビット10がいくつか取り付けてあ
る。ビット10は、上述のビット９と同様に、本体11の先
端の凹部11aに超硬チップ12が銀ロウ付けされて埋め込
まれている。本体11とチップ12の材質・形状等もビット
９のものと差がないが、このビット10は、ビット９と異
なり、チップ12の先端12aの摩耗を検知するための超音
波振動子14を本体11の内部に有している。

超音波を発するとともにその反射波を受けるこの振動子
14は、ビット10内に下記の状態に取り付けられている。
すなわち、 イ）チップ12が埋め込まれた凹部11aの一部より後方
（先端12aと逆の方向）へ続く取付孔11b内に、振動子14
は、リテーナ15やコイルスプリング16・外ネジリング17
などともに取り付けられている。チップ12の寸法に応じ
て凹部11aが第１図の紙面と直角な方向に100mm前後の幅
をもつのに対し、この取付孔11bは、直径10mm程度で凹
部11aの幅方向中央位置に一箇所（あるいは二箇所）あ
るだけである。

ロ）振動子14は、リテーナ15により後端部分で支えられ
ており、そのリテーナ15は、取付孔11bの後端開口部付
近に螺合するリング17との間に介装されたコイルスプリ
ング16の弾性力で、チップ12寄りに押されている。した
がって振動子14は、リング17の位置調整により定められ
るスプリング16の圧縮量に応じた力で、チップ12の背面
12bに押し付けられる。

ハ）チップ12の背面12bおよび振動子14の先端面14aの付
近、すなわち背面12bからリテーナ15までの空間には、
油脂ｂが封入されている。チップ12とビット10の本体11
との間はロウ付けされており、リテーナ15は外側にＯリ
ング15a、内側にシートパッキン15bを有しているので、
その油脂ｂの漏洩はない。

ニ）チップ12の背面12bは平坦で、上記ハ）の油脂ｂを
介して上記ロ）のように押し付けられる振動子14の先端
面14aがそれに密着し、両者間には空隙がない状態であ
る。これについては、振動子14の外周と取付孔11bの内
壁との間に隙間があって、背面12bに先端面14aが密着す
るよう振動子14が多少傾き得る点も有利に作用する。

ところで、振動子14をビット10内に以上の状態に取り付
けるには、下記の手順をとっている。

１）凹部11aと取付孔11bとがあらかじめ形成されたビッ
ト10の本体11に対し、凹部11aに銀ロウを流し込んだう
えチップ12を挿入することにより、本体11とチップ12と
を接合する。

２）上記１）の接合の際、銀ロウがチップ12の背面12b
に漏れ出てしまうので、その背面12bを平坦にするた
め、まず、取付孔11bの後端開口部より電極を挿入して
放電加工によりその背面12b付近を研削し、さらに、同
じ後端部よりダイヤモンド工具を使用して背面12bを平
滑に仕上げる。

３）チップ12を下にして取付孔11b内に油脂ｂを充填し
たうえ、その取付孔11bに振動子14を入れ、先端面14aを
背面12bに当てる。

４）Ｏリング15a・パッキン15bを付けたリテーナ15を、
振動子14のリード線14bに通しながら取付孔11bに挿入す
る。挿入する間、空気分と余分な油脂ｂはパッキン15b
の内側より漏れ出るが、パッキン15bが振動子14に押し
当てられた時点では、チップ12からリテーナ15までの空
間に油脂ｂが密閉された状態になる。

５）やはりリード線14bに通しながら、スプリング16と
リング17を、取付孔11bの後端部分に図のように取り付
ける。リング17を二つにしたのは、いわゆるダブルナッ
トの方式でリング17の移動（緩み）を防止するためであ
る。

超音波振動子14は、リード線14bが掘進機１のシャフト
４の内部を通って摩耗検知装置（図示せず）に接続され
ており、同装置からの発信パルス信号により超音波を発
するとともに、チップ12の先端12aでの反射波を受けて
受信パルス信号を同装置へ送る。両パルス信号の時間的
な差から、同装置はチップ12における背面12bから先端1
2aまでの距離を求め、チップ12（ビット10）の摩耗状況
として運転作業員に知らせる。この検知は随時に行うこ
とができるので、それによりビット10の経時的な摩耗が
わかり、交換用ビット10の事前手配や掘進機１の運転条
件の最適化が可能になるなど、トンネル掘削についての
能率が向上する。また、ビット10の摩耗は、同じ超硬チ
ップを有するビット９の摩耗とほぼ等しいことから、上
記は、すべてのカッタービット９・10に及ぶ利点である
といえる。

第１図のカッタービット10がいわば差し刃タイプのもの
であるのに対し、第３図に示す第二実施例のカッタービ
ット10′は、貼り付けタイプのものである。このビット
10′には、超硬チップ12′を差し込めるような凹部はな
いが、本体11′の先端の鋸歯状部分を接合部分としてチ
ップ12′が固定されている。そして本体11′には上記接
合部分の一部より取付孔11b′が連通し、その中に超音
波振動子14′が第一実施例と同様に取り付けられてい
る。このカッタービット10′の詳細については、前記の
カッタービット10と同様の部分に類似（同一番号に続け
て「′」を付す）の符号をつけることにより説明を省略
するが、振動子14′の作用でビット10′自身の摩耗を知
ることができるので、この実施例でも第一実施例と同じ
メリットがもたらされる。

なお、以上二つの実施例には、シールド掘進機用のカッ
タービットとして紹介したが、本考案は、それ以外の各
種掘削機用カッタービットにおいても適用できる。

［考案の効果］ 本考案による掘削機のカッタービットには、つぎの効果
がある。

１）カッタービットの摩耗量を、他の部品の摩耗量から
推定するのでなく、同ビット自体の摩耗検知能力に基づ
いて知ることができるので、つねに正確な摩耗量の把握
が可能である。また、超音波振動子によって摩耗検知を
随時に行い、経時的な摩耗量変化を知ることによって、
掘削機による掘削能率が向上する。

２）カッタービットの摩耗量推定のみに使用する他の部
品をカッタービットに並べて配備する必要がないので、
その部品の取り付けにともなう作業上もしくは動力的な
ムダが解消される。

３）超硬チップを備える通常のカッタービットと摩耗速
度が等しくなるので、他の（通常の）カッタービットの
摩耗についても正確に知ることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図および第２図は本考案の第一実施例に関する図面
で、第１図はカッタービットの断面図、第２図はそのビ
ットを備えるシールド掘進機の概略断面図である。また
第３図は、本考案の第二実施例としてのカッタービット
の断面図である。 １…シールド掘進機（掘削機）、９・10…カッタービッ
ト、11…本体、12…超硬チップ、14…超音波振動子、ｂ
…油脂。

フロントページの続き (72)考案者 西田 好樹 兵庫県加古郡播磨町新島８番地 川崎重工 業株式会社播磨工場内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ビット本体の先端に超硬チップが接合され
   るとともに、その接合部分の一部より後方へ超音波振動
   子の取付孔が連通し、 同孔内には、上記チップの背面付近に油脂が封入される
   とともに、平坦に加工された上記チップの背面に先端面
   が押し付けられる状態で、上記の超音波振動子が取り付
   けられている ことを特徴とする掘削機のカッタービット。