JPH08291695A - Cutter ring of tunnel excavator and method for mounting the same - Google Patents
Cutter ring of tunnel excavator and method for mounting the sameInfo
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- JPH08291695A JPH08291695A JP34271395A JP34271395A JPH08291695A JP H08291695 A JPH08291695 A JP H08291695A JP 34271395 A JP34271395 A JP 34271395A JP 34271395 A JP34271395 A JP 34271395A JP H08291695 A JPH08291695 A JP H08291695A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はトンネル掘削機のカ
ッターリング及びその取付方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cutter ring for a tunnel excavator and a mounting method thereof.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、主として岩盤を掘削するトンネル
掘削機としては、図４に示すように、シールド本体４の
前部に駆動源により回転するカッターヘッド５が設けら
れ、このカッターヘッド５の前面にブラケット６を介し
て回転自在に支承されたローラカッター７にカッターリ
ング８が取り付けられたものが公知である。（実開昭５
８−１６９５号公報参照） このカッターリングの材料として多く使用されていたの
は、合金鋼である。しかし、掘削の対象となる岩盤が硬
質の岩盤であると、刃先の耐摩耗性が不足して摩耗の進
行が早くなるため、カッターリングの交換頻度が増加し
て掘削能率が低下するという問題があった。この合金鋼
において、耐摩耗性向上のために成分調整や熱処理によ
り現状より硬度を増加させると、靱性が著しく低下して
掘削時の衝撃に耐えられず、割れが生じるという問題が
発生する。一方、合金鋼の機械的特性の改良はほぼ限界
に達しており、大きな硬度上昇は望めないという背景が
ある。2. Description of the Related Art Conventionally, as a tunnel excavator mainly excavating rock, a cutter head 5 which is rotated by a drive source is provided at a front portion of a shield body 4 as shown in FIG. It is known that a roller ring 7 is rotatably supported by a bracket 6 and a cutter ring 8 is attached to the roller cutter 7. (Actual development 5
The alloy steel has been often used as a material for the cutter ring. However, if the rock to be excavated is a hard rock, the wear resistance of the cutting edge is insufficient and the progress of wear is rapid.Therefore, there is a problem that the replacement frequency of the cutter ring increases and the excavation efficiency decreases. there were. In this alloy steel, if the hardness is increased from the current state by adjusting the composition or heat treatment to improve wear resistance, the toughness is remarkably reduced, the shock during excavation cannot be endured, and a crack occurs. On the other hand, the improvement of mechanical properties of alloy steel has almost reached the limit, and there is a background that a large increase in hardness cannot be expected.
【０００３】そこで、極めて高い硬度レベルを有する炭
化タングステン（ＷＣ）を主成分とする、いわゆる超硬
合金をカッターリングに用いようとする提案がされてい
る。しかし、超硬合金は通常切削工具の刃先などの小型
の品物の製造が多く、カッターリング全体のような大型
の部材を製造することが困難であり、さらに、超硬合金
は線膨張率が合金鋼に比較して小さいため、現在のカッ
ターリングの取り付け方法として一般に採用されている
焼ばめ法の使用も難しいと考えられていたため、超硬合
金製のカッターリングは、未だ実用化されていない。Therefore, it has been proposed to use a so-called cemented carbide, whose main component is tungsten carbide (WC) having an extremely high hardness level, for the cutter ring. However, cemented carbide is usually manufactured in small items such as the cutting edge of a cutting tool, and it is difficult to manufacture a large member such as the entire cutter ring. Since it is smaller than steel, it is thought that it is difficult to use the shrink fitting method that is generally adopted as the attachment method of the current cutter ring, so the cemented carbide cutter ring has not yet been put to practical use .
【０００４】この問題を解決するために上記公報記載の
考案では、図５に示すように、カッターリング８を、断
面がほぼ山形をなす環状に形成されたカッターリング本
体８ａと該カッターリング本体８ａの頂部に形成された
環状溝８ｂ内に埋設された超硬合金のチップ８ｃから構
成し、“ろう付け”により超硬合金のチップを固着する
ことが記載されている。しかし、この“ろう付け”は、
作業時の温度上昇が大きく、超硬合金が劣化するという
問題がある。また、“ろう付け”による接合部は強度が
低いため、掘削時の衝撃に耐えられないという問題もあ
る。鋳包み法で超硬合金のチップを固着する方法も同様
の問題がある。In order to solve this problem, in the device disclosed in the above-mentioned publication, as shown in FIG. 5, a cutter ring 8 has a cutter ring main body 8a which is formed in an annular shape whose cross section is substantially mountain-shaped, and the cutter ring main body 8a. It is described that the cemented carbide tip 8c is embedded in the annular groove 8b formed on the top of the and the cemented carbide tip is fixed by "brazing". However, this "brazing" is
There is a problem that the temperature rise during work is large and the cemented carbide is deteriorated. In addition, since the joint portion formed by "brazing" has low strength, there is also a problem that it cannot withstand impact during excavation. The method of fixing the cemented carbide chip by the cast-in method has the same problem.
【０００５】また、ろう付け等の方法で部分的に超硬合
金を接合したカッターリングを焼きばめ法でローラカッ
ター本体に取り付けようとしても、焼きばめ時に熱膨張
率の違いによる熱応力が発生し、超硬合金の一部が破損
するため、この方法も実用に適さない。Even if a cutter ring partially cemented with a cemented carbide is attached to the roller cutter body by a shrink fitting method such as brazing, thermal stress due to a difference in coefficient of thermal expansion is generated during shrink fitting. This method is not suitable for practical use because it occurs and a part of the cemented carbide is damaged.
【０００６】さらに、ボルト等の機械的結合法で超硬合
金を固定しようとしても、超硬合金にボルト孔を加工す
ることは実際上極めて困難であり、この方法も実用に適
さない。Further, even if it is attempted to fix the cemented carbide by a mechanical coupling method such as a bolt, it is actually extremely difficult to form the bolt holes in the cemented carbide, and this method is not suitable for practical use.
【０００７】以上で明らかなように、合金鋼に代えて超
硬合金をトンネル掘削機のカッターリングの材料として
使用する技術は、いまだ確立されていない。As is clear from the above, a technique of using cemented carbide instead of alloy steel as a material for a cutter ring of a tunnel excavator has not been established yet.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】本発明は従来の技術の
有するこのような問題点に鑑みてなされたものであっ
て、その目的は、合金鋼より格段に優れた耐摩耗性を有
する超硬合金を使用したトンネル掘削機のカッターリン
グを提供することにある。また本発明の他の目的は、接
合強度の高いトンネル掘削機のカッターリングを提供す
ることにある。さらに本発明の目的は、現場で容易に取
り付けることが可能な構造のトンネル掘削機のカッター
リングを提供することにある。そして、本発明の目的
は、係る特徴を有するカッターリングを、焼きばめによ
りトンネル掘削機のカッターヘッドのローラカッターに
取り付ける方法を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and an object thereof is a cemented carbide having wear resistance far superior to alloy steel. It is to provide a cutter ring for a tunnel excavator using an alloy. Another object of the present invention is to provide a cutter ring for a tunnel excavator having high joint strength. A further object of the present invention is to provide a cutter ring for a tunnel excavator having a structure that can be easily mounted on site. And an object of the present invention is to provide a method of attaching a cutter ring having such characteristics to a roller cutter of a cutter head of a tunnel excavator by shrink fitting.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】そこで、本発明のトンネ
ル掘削機のカッターリングは、優れた耐摩耗性を有し、
接合強度が高く、現場で容易に取り付けることが可能な
構造とするために、８０〜９０重量％のＷＣと１０〜２
０重量％のＣｏからなる超硬合金を使用して一体成形し
たものである。また、超硬合金製カッターリングを焼き
ばめによりトンネル掘削機のカッターヘッドのローラカ
ッターに取り付けるには、該カッターリングを誘導加熱
により急速加熱する方法が好ましい。Therefore, the cutter ring of the tunnel excavator of the present invention has excellent wear resistance,
80-90% by weight WC and 10-2 in order to have a structure with high joint strength that can be easily mounted on site.
It is integrally molded using a cemented carbide made of 0 wt% Co. Further, in order to attach the cemented carbide cutter ring to the roller cutter of the cutter head of the tunnel excavator by shrink fitting, a method of rapidly heating the cutter ring by induction heating is preferable.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】本発明のトンネル掘削機のカッタ
ーリングは、トンネル掘削機のカッターヘッドのローラ
カッターに取り付けられて断面がほぼ山形をなす環状に
形成され、８０〜９０重量％のＷＣと１０〜２０重量％
のＣｏからなる超硬合金を使用して一体成形したことを
特徴としている。また、上記ＷＣの一部または全部の代
わりにＴｉＣ、ＶＣ、ＴａＣまたはＣｒ 3 Ｃ2 を使用
し、Ｃｏの一部または全部の代わりにＮｉまたはＦｅを
使用することができる。さらに、上記超硬合金製カッタ
ーリングを焼きばめによりトンネル掘削機のカッターヘ
ッドのローラカッターに取り付けるには、該カッターリ
ングを誘導加熱により急速加熱する方法が効果的であ
る。ＷＣ系超硬合金は、ＷＣの微粉末をＣｏ、Ｎｉ、Ｆ
ｅ等により焼結して製造することができる。その特性を
模式的に示せば、図１に示すように、ＷＣの量により変
化する。すなわち、硬さはＷＣの量が減少すると低下す
る傾向にあり、線膨張率と衝撃値はＷＣの量が減少する
と大きくなる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Cutter of a tunnel excavator according to the present invention
Ring is the roller of the cutter head of the tunnel excavator.
It is attached to a cutter and has an annular cross section
Formed, 80-90 wt% WC and 10-20 wt%
That it was integrally molded using a cemented carbide made of Co
It has a feature. Also, some or all of the above WC
Instead TiC, VC, TaC or Cr 3C2use
Ni or Fe instead of part or all of Co
Can be used. Furthermore, the above-mentioned cemented carbide cutter
The shrink ring to the cutter of the tunnel excavator.
To attach to the roller cutter of the
It is effective to use a method of rapidly heating the ring by induction heating.
It WC-based cemented carbide is a fine powder of WC made of Co, Ni, F
It can be manufactured by sintering with e. Its characteristics
If it is schematically shown, as shown in Fig. 1, it varies depending on the amount of WC.
Become That is, hardness decreases as the amount of WC decreases.
The coefficient of linear expansion and impact value decrease with the amount of WC.
And grows.
【００１１】ところで、焼きばめによりカッターリング
を取り付ける場合、その加熱温度は、現場で容易に加熱
することができ、しかも超硬合金の酸化が生じない温度
に設定するのが好ましい。この条件で必要とする焼きば
め代を確保し、かつ掘削時の衝撃に耐えるだけの靱性
（衝撃値）を得るためには、ＷＣの量を９０重量％以下
として所定の線膨張率と衝撃値を付与する必要がある。By the way, when the cutter ring is attached by shrink fitting, the heating temperature is preferably set so that it can be easily heated on site and the oxidation of the cemented carbide does not occur. In order to secure the necessary shrinkage allowance under these conditions and to obtain toughness (impact value) sufficient to withstand the impact during excavation, the amount of WC should be 90 wt% or less and the prescribed linear expansion coefficient and impact It is necessary to give it a value.
【００１２】一方、耐摩耗性を向上させるためには、Ｗ
Ｃは８０重量％以上にして、十分な硬さを付与する必要
がある。On the other hand, in order to improve wear resistance, W
C must be 80% by weight or more to give sufficient hardness.
【００１３】そこで、本発明のような組成の超硬合金で
トンネル掘削機のカッターリングを一体として成形する
ことにより、カッターリング全体に十分な硬さと適度の
靱性が付与され、接合強度が高く、優れた耐摩耗性によ
り掘削能率を向上することができる。また、本発明のカ
ッターリングは適切な熱膨張率を有するので、現場で簡
単に焼きばめ法によりローラカッターに取り付けること
ができる。Therefore, by integrally forming the cutter ring of the tunnel excavator with the cemented carbide having the composition as in the present invention, sufficient hardness and appropriate toughness are imparted to the entire cutter ring, and the joining strength is high. Excellent wear resistance can improve excavation efficiency. Further, since the cutter ring of the present invention has an appropriate coefficient of thermal expansion, it can be easily attached to the roller cutter by shrink fitting at the site.
【００１４】その焼きばめ法としては、カッターリング
を加熱膨張させてから、ローラカッターに外嵌して冷却
する。ローラカッターに容易に外嵌するためには、カッ
ターリングの内径をローラカッターの外径よりもやや大
きくなるように加熱する必要があるので、合金鋼よりも
熱膨張率が小さい超硬合金製カッターリングの場合は合
金鋼よりも高い温度に加熱しなければならない。しか
し、材質等に対する悪影響を考慮すると加熱温度は高す
ぎない方がよい。その加熱手段として、電気炉により長
時間（数十分から数時間）加熱すると超硬合金が酸化し
てしまうため、誘導加熱炉により短時間（１〜１０分程
度）加熱する方法が好ましい。誘導加熱炉において磁界
を作る交流には、商用周波数電源を直接利用する低周波
誘導加熱と、数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚの高周波電源を設け
る高周波誘導加熱とがあるが、被熱物の大きさ等に応じ
て使い分けることができる。As the shrink-fitting method, the cutter ring is heated and expanded and then fitted onto the roller cutter and cooled. In order to fit the roller cutter easily on the outside, it is necessary to heat the inner diameter of the cutter ring to be slightly larger than the outer diameter of the roller cutter.Therefore, a cemented carbide cutter with a smaller coefficient of thermal expansion than alloy steel The ring must be heated to a higher temperature than the alloy steel. However, the heating temperature should not be too high considering the adverse effects on the material and the like. As the heating means, a method of heating in a short time (about 1 to 10 minutes) in an induction heating furnace is preferable because the cemented carbide is oxidized when it is heated in an electric furnace for a long time (tens of minutes to several hours). There are low-frequency induction heating that directly uses a commercial-frequency power source and high-frequency induction heating that provides a high-frequency power source of several hundreds kHz to several MHz for alternating current that creates a magnetic field in an induction heating furnace. You can use it according to your needs.
【００１５】[0015]
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。図２に示
すように、８６重量％ＷＣ−１４重量％Ｃｏの組成を有
する超硬合金を用いて一体として成形したカッターリン
グ１と、合金鋼からなるカッターリング２を同一のロー
ラカッター３に取り付けて実際に掘削を行った。取り付
け方法は、いずれも誘導加熱による焼きばめ（加熱時間
＝２分間）である。また、掘削条件は、掘削距離＝１９
６．７ｍ、掘削時間＝１８３時間である。Embodiments of the present invention will be described below. As shown in FIG. 2, a cutter ring 1 integrally formed by using a cemented carbide having a composition of 86 wt% WC-14 wt% Co and a cutter ring 2 made of alloy steel are attached to the same roller cutter 3. I actually drilled. The mounting method is shrink fitting (heating time = 2 minutes) by induction heating. Further, the excavation condition is the excavation distance = 19.
6.7 m, excavation time = 183 hours.
【００１６】その結果、図３に示すように、超硬合金製
カッターリング１の刃先部１ａの摩耗寸法（図３
（ａ））は、合金鋼製カッターリング２の刃先部２ａの
摩耗寸法（図３（ｂ））の約１／１０以下となり、超硬
合金製カッターリングが耐摩耗性に優れていることは明
らかである。As a result, as shown in FIG. 3, the wear dimension of the blade portion 1a of the cemented carbide cutter ring 1 (see FIG.
(A)) is about 1/10 or less of the wear dimension (Fig. 3 (b)) of the cutting edge portion 2a of the alloy steel cutter ring 2, and the cemented carbide cutter ring has excellent wear resistance. it is obvious.
【００１７】また、９０重量ＷＣ−１０重量％Ｃｏの超
硬合金製カッターリングと合金鋼製カッターリングの焼
きばめ強度を評価する試験を行った。評価方法として
は、油圧プレスを用いて、カッターリングからローラカ
ッターを押抜いたときの最大荷重を測定する方法で行っ
た。その結果、以下の表１に示すように、超硬合金製カ
ッターリングは十分な焼ばめ強度を有していることが明
らかである。A test was conducted to evaluate the shrink fit strength of a cemented carbide cutter ring of 90 wt% WC-10 wt% Co and an alloy steel cutter ring. As an evaluation method, a hydraulic press was used to measure the maximum load when the roller cutter was pushed out from the cutter ring. As a result, as shown in Table 1 below, it is clear that the cemented carbide cutter ring has sufficient shrink fit strength.
【００１８】[0018]
【表１】 [Table 1]
【００１９】また、ＷＣ−Ｃｏ超硬合金の組成を以下の
表２に示すように変更し、各組成について、硬さ測定
（ＨR Ｃ）、抗折力試験（３点曲げ）および衝撃試験
（シャルピー（３０kgf)、ノッチレス）を行った。その
結果を表２に示す。Further, by changing the composition of WC-Co cemented carbide as shown in Table 2 below, for each composition, hardness measurement (H R C), the transverse rupture strength test (three point bending) and impact test (Charpy (30 kgf), notchless) was performed. The results are shown in Table 2.
【００２０】[0020]
【表２】 [Table 2]
【００２１】表２の各特性値より判断して、総合的に最
も好ましい組成は、ＷＣ−１３〜１５重量％Ｃｏであ
る。Judging from the characteristic values shown in Table 2, the most preferable composition is WC-13 to 15% by weight Co.
【００２２】[0022]
【発明の効果】本発明によれば、カッターリング全体を
十分な硬さと適度の靱性を有する成分組成からなる超硬
合金で形成したので、接合強度が高く、優れた耐摩耗性
により掘削能率を向上することができる。また、本発明
のカッターリングは適切な熱膨張率を有するので、現場
で簡単に焼きばめ法によりローラカッターに取り付ける
ことができる。EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, the entire cutter ring is formed of a cemented carbide having a composition that has sufficient hardness and appropriate toughness, so that the joining strength is high and the excavation efficiency is improved by the excellent wear resistance. Can be improved. Further, since the cutter ring of the present invention has an appropriate coefficient of thermal expansion, it can be easily attached to the roller cutter by shrink fitting at the site.
【図１】ＷＣ−Ｃｏ超硬合金のＷＣ量による特性の変化
を模式的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing changes in characteristics of a WC-Co cemented carbide according to the amount of WC.
【図２】ローラカッターにカッターリングを装着した状
態を示す側断面図である。FIG. 2 is a side sectional view showing a state in which a cutter ring is attached to a roller cutter.
【図３】掘削によるカッターリング刃先の摩耗状況を示
す図であり、図３（ａ）は超硬合金製のものを示し、図
３（ｂ）は合金鋼製のものを示す。3A and 3B are diagrams showing wear conditions of a cutting edge of a cutter ring due to excavation, wherein FIG. 3A shows one made of cemented carbide and FIG. 3B shows one made of alloy steel.
【図４】トンネル掘削機前部の断面図である。FIG. 4 is a sectional view of the front part of the tunnel excavator.
【図５】ローラカッターおよびカッターリングの拡大断
面図である。FIG. 5 is an enlarged sectional view of a roller cutter and a cutter ring.
１、２、８…カッターリング １ａ、２ａ…刃先部 ３、７…ローラカッター ４…シールド本体 ５…カッターヘッド ６…ブラケット ８ａ…カッターリング本体 ８ｂ…環状溝 ８ｃ…超硬合金のチップ 1, 2, 8 ... Cutter ring 1a, 2a ... Blade edge part 3, 7 ... Roller cutter 4 ... Shield body 5 ... Cutter head 6 ... Bracket 8a ... Cutter ring body 8b ... Annular groove 8c ... Cemented carbide tip
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 日野 春樹 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 苧野 兵衛 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 岡崎 章三 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 近藤 保徳 兵庫県神戸市中央区東川崎町１丁目１番３ 号 川崎重工業株式会社神戸本社内 (72)発明者 福田 有孝 兵庫県神戸市中央区東川崎町１丁目１番３ 号 川崎重工業株式会社神戸本社内 (72)発明者 田村 朗 千葉県八千代市上高野1780番地 川崎重工 業株式会社八千代工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Haruki Hino, 1-1 Kawasaki-cho, Akashi-shi, Hyogo Kawasaki Heavy Industries Ltd., Akashi Plant (72) Inventor, Musabe No. 1-1 Kawasaki-cho, Akashi-shi, Hyogo Kawasaki Heavy Industries Akashi Plant Co., Ltd. (72) Inventor Shozo Okazaki 1-1 Kawasaki-cho, Akashi-shi, Hyogo Kawasaki Heavy Industries Ltd. Akashi Plant Co., Ltd. (72) Inori Inori Kondo, 1-3 Higashikawasaki-cho, Chuo-ku, Kobe-shi, Hyogo No. Kawasaki Heavy Industries, Ltd. Kobe Head Office (72) Inventor Aritaka Fukuda 1-3-3 Higashikawasaki-cho, Chuo-ku, Kobe-shi, Hyogo Kawasaki Heavy Industries Ltd. Kobe Head Office (72) Inventor Akira Tamura Uetakano, Yachiyo-shi, Chiba Prefecture Address 1780 Kawasaki Heavy Industries, Ltd. Yachiyo factory
Claims (3)
ラカッターに取り付けられて断面がほぼ山形をなす環状
に形成され、８０〜９０重量％のＷＣと１０〜２０重量
％のＣｏからなる超硬合金を使用して一体成形したトン
ネル掘削機のカッターリング。1. A cemented carbide comprising 80 to 90% by weight of WC and 10 to 20% by weight of Co, which is attached to a roller cutter of a cutter head of a tunnel excavator and is formed into an annular shape having a substantially mountain-shaped cross section. A cutter ring for a tunnel excavator that is integrally formed by using it.
Ｃ、ＶＣ、ＴａＣまたはＣｒ3 Ｃ2 を使用し、Ｃｏの一
部または全部の代わりにＮｉまたはＦｅを使用すること
を特徴とする請求項１記載のトンネル掘削機のカッター
リング。2. Ti in place of part or all of WC
The cutter ring of a tunnel excavator according to claim 1, wherein C, VC, TaC or Cr 3 C 2 is used, and Ni or Fe is used instead of part or all of Co.
を誘導加熱により急速加熱し、該カッターリングを焼き
ばめによりトンネル掘削機のカッターヘッドのローラカ
ッターに取り付けることを特徴とするカッターリングの
取付方法。3. The attachment of a cutter ring according to claim 1, wherein the cutter ring is rapidly heated by induction heating, and the cutter ring is attached to a roller cutter of a cutter head of a tunnel excavator by shrink fitting. Method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34271395A JP2922836B2 (en) | 1995-02-23 | 1995-12-28 | Mounting method of cutter ring of tunnel excavator |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3504295 | 1995-02-23 | ||
| JP7-35042 | 1995-02-23 | ||
| JP34271395A JP2922836B2 (en) | 1995-02-23 | 1995-12-28 | Mounting method of cutter ring of tunnel excavator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08291695A true JPH08291695A (en) | 1996-11-05 |
| JP2922836B2 JP2922836B2 (en) | 1999-07-26 |
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ID=26373943
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP34271395A Expired - Fee Related JP2922836B2 (en) | 1995-02-23 | 1995-12-28 | Mounting method of cutter ring of tunnel excavator |
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