JPH09317385A - ロードヘッダ用カッタ及びロードヘッダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】民家などに近接して馬蹄形のトンネルを掘削す
る場合に、地山が硬岩であっても容易に掘削することが
可能なロードヘッダ用カッタ及びロードヘッダを提供す
る。 【解決手段】移動自在なヘッダ部１１の伸縮自在な回転
軸１４にカッタ１５が着脱自在に取り付けられたロード
ヘッダ１であって、前記カッタ１５は前記ヘッダ部１１
の回転軸１４に着脱可能なベース２０と、前記ベースに
回転自在に取り付けられ前記ベースの回転に伴って旋回
するローラカッタ２１、２２、２３と、前記ローラカッ
タ２１、２２、２３で掘削された地山２４を後方に送る
ため前記ローラカッタ２１、２２、２３の側方に配置さ
れたスクレーパとを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロードヘッダ用カ
ッタ及びロードヘッダに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、馬蹄形のトンネルを掘削する場合
には、ロードヘッダが用いられることが多かった。これ
は、ロードヘッダがオーガタイプのスパイラルカッタを
使用しており、土砂を掘削すると同時に後方に送ること
ができる、すなわち、掘削と搬出とを同時に行うことが
でき、掘削能率が高くなるという理由によるものであっ
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のロード
ヘッダに用いられるオーガタイプのスパイラルカッタで
は、軟質の土砂を掘削することはできるが、硬質の岩石
は掘削できないという問題があった。硬質の岩石は例え
ばシールド掘削機であれば掘削することができるが、シ
ールド掘削機では円形掘削になってしまうので、馬蹄形
のトンネルには使用できない。そこで、硬質の岩石に馬
蹄形のトンネルを掘削する場合には、主に発破を使用し
ていた。ところが、例えば民家などが近接する場所にト
ンネルを掘削形成する場合には、安全性、騒音、振動な
どの問題で発破を使用することができない。

【０００４】すなわち、道路、鉄道用などの馬蹄形のト
ンネルであって、地山が硬質の岩石であった場合には、
ロードヘッダ、シールド掘削機又は発破を使用すること
ができず、このような場合にはブレーカなどを使用して
人手に頼って掘削するしか方法がないため、掘削能率が
極端に低下してしまうという問題があった。

【０００５】本発明の目的は、このような問題点を解決
することにあり、馬蹄形断面のトンネルで、且つ硬質の
地山であっても容易に掘削することが可能なロードヘッ
ダ用カッタ及びロードヘッダを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明はロードヘッダ用
カッタ及びロードヘッダであり、前述の技術的課題を解
決するために以下のように構成されている。すなわち、
本発明のロードヘッダ用カッタは、ロードヘッダの移動
自在なヘッダ部に設けられた伸縮自在な回転軸に着脱自
在に取り付け可能なカッタであって、前記ヘッダ部の回
転軸に着脱可能なベースと、前記ベースに回転自在に取
り付けられ前記ベースの回転に伴って旋回するローラカ
ッタと、前記ローラカッタで掘削されたズリを後方に送
るため前記ローラカッタの側方に配置されたスクレーパ
とを備えたことを特徴とする。

【０００７】また、本発明のロードヘッダは、移動自在
なヘッダ部の伸縮自在な回転軸にカッタが取り付けられ
たロードヘッダであって、前記カッタは前記ヘッダ部の
回転軸に着脱可能なベースと、前記ベースに回転自在に
取り付けられ前記ベースの回転に伴って旋回するローラ
カッタと、前記ローラカッタで掘削されたズリを後方に
送るため前記ローラカッタの側方に配置されたスクレー
パとを備えたことを特徴とする。以下、各構成要素につ
いて説明する。 （ベース）本発明が対象とするロードヘッダ用カッタの
ベースとしては、ロードヘッダの回転軸に例えばボルト
などで着脱自在に取り付けることができるプレートを使
用でき、このプレート上にローラカッタの軸受け部を設
けることができる。 （ローラカッタ）ローラカッタとしては、円盤状で先端
が鋭角な刃を複数段重ねたものを使用することができ、
このローラカッタをベースの軸受け部で支持することが
できる。 （スクレーパ）スクレーパとしては、ローラカッタで掘
削されたズリに後方への分力を与えるため掘進方向に傾
斜する板材を使用することができ、これをローラカッタ
の側方に配置することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るロードヘッダ
用カッタ及びロードヘッダを図示の実施の形態について
詳細に説明する。

【０００９】図１は、本発明に係るロードヘッダ１の使
用状況を示す。このロードヘッダ１は、硬岩の地山２４
に例えば馬蹄形のトンネル２を掘削するのに好適に構成
されている。ロードヘッダ１の本体１０の前側には、ヘ
ッダ部１１が取り付けられている。ヘッダ部１１は所定
の旋回角度θ内で移動自在であり、その先端を所定の大
きさの円内で任意の方向に移動させることができる。

【００１０】このヘッダ部１１にはモータ１２が取り付
けられ、モータ１２に変速機１３が連結されている。変
速機１３には回転軸１４が連結されている。この回転軸
１４は、ストロークＬの範囲で伸縮自在になっている。
回転軸１４の先端には、次に説明するカッタ１５が着脱
自在に取り付けられている。なお、ロードヘッダ１の上
述した以外の部分は、従来のロードヘッダと同様なので
詳細な説明を省略する。

【００１１】回転軸１４は、図２に示すように先端にフ
ランジ１６が設けられている。カッタ１５は、ベース２
０と、このベース２０に回転自在に取り付けられた複数
のローラカッタ、本例では大ローラカッタ２１、中ロー
ラカッタ２２、小ローラカッタ２３と、各ローラカッタ
２１〜２３で掘削されたズリ６８（図４）を後方に排出
するスクレーパ２５Ａ、２５Ｂとを備えている。

【００１２】ベース２０は、例えばボルト１７で回転軸
１４のフランジ１６に着脱自在に取り付けることが可能
なプレート３１を有している。このプレート３１は、図
３に示すように円板の周囲に第１突出部３２、第２突出
部３３、第３突出部３４及び第４突出部３５を等間隔に
設けたものである。第１突出部３２と第３突出部３４の
両側端には、プレート３１の中心付近まで延びる平板状
のリブ３６、３８が前方に向けて立設されている。

【００１３】リブ３６、３８の境界部には、これらのリ
ブ３６、３８と直角で第２突出部３３及び第４突出部３
５の根元付近まで延びるリブ５０が立設されている。ま
た、第２突出部３３及び第４突出部３５の両側端にも、
第１突出部３２及び第３突出部３４のリブ３６、３８ま
で延びるリブ３７、３９が立設されている。

【００１４】第１突出部３２の両側端のリブ３６、３６
の間には、図２に示すように板状の第１軸受け板４０と
第２軸受け板４１が所定の間隔で固着されている。これ
らの第１軸受け板４０及び第２軸受け板４１は、プレー
ト３１の板面に対して適宜な角度αで傾斜している。

【００１５】第１軸受け板４０及び第２軸受け板４１に
は、その板面に直角な軸孔４２、４３が設けられ、この
軸孔４２、４３に大ローラカッタ２１の中心軸４５が不
用意に抜け出ないように挿入されている。これによっ
て、大ローラカッタ２１が回転自在に支持されている。

【００１６】この大ローラカッタ２１は、トンネル２
（図１）の地山２４が硬岩の場合でも掘削できるように
高硬度の材料で形成されたもので、先端が鋭角な円盤状
の刃４６、４７、４８が複数段、本例では３段に重ねら
れている。各刃４６、４７、４８の直径は、ベース２０
の中心に近いものほど小さくなっている。そして、この
大ローラカッタ２１はベース２０の中心部側、すなわ
ち、刃４８側が前方に突出するように傾斜している。

【００１７】プレート３１の中央部のリブ５０には、そ
の上部側（図中左側）に第１軸受け板５５が設けられて
いる。また、図３に示すようにこの第３軸受け板５５と
平行で大ローラカッタ２１の反対側に所定の間隔で配置
された第４軸受け板５６が、第３突出部３４の両側端の
リブ３８、３８の間に固定されている。第３軸受け板５
５及び第４軸受け板５６は、プレート３１の板面と直角
になっている。

【００１８】これらの第３軸受け板５５と第４軸受け板
５６には、図２に示すように板面と直角な軸孔５７、５
８が設けられ、この軸孔５７、５８に中ローラカッタ２
２の回転軸５９が不用意に抜け出ないように挿入されて
いる。これによって、中ローラカッタ２２がプレート３
１の板面と平行に且つ回転自在に支持されている。

【００１９】図３に示すように、第２突出部３３の両側
端のリブ３７、３７の上端と、第４突出部３５のリブ３
９、３９の上端には、枠状の軸受け部６０が傾斜させて
取り付けられ、その内側には小ローラカッタ２３が配置
されている。そして、図２にも示すようにこの小ローラ
カッタ２３の回転軸６３が、軸受け部６０の受け板６
１、６２に不用意に抜け出ないように挿入されている。
これによって、小ローラカッタ２３はプレート３１の中
心部側が前方に突出するように傾斜した状態で回転自在
に支持されている。

【００２０】この小ローラカッタ２３も高硬度の材料で
形成され、円盤状で先端が鋭角な刃６４、６５、６６が
３段に重ねられている。また、各刃６４、６５、６６の
直径は、プレート３１の中心部側ほど小さくなってい
る。

【００２１】図３に示すように、大ローラカッタ２１、
中ローラカッタ２２、小ローラカッタ２３、２３の側方
には、スクレーパ２５Ａ、２５Ｂが配置されている。ス
クレーパ２５Ａは、図４に示すように先端側６７がカッ
タ１５の回転方向に突出するように傾斜している。

【００２２】したがって、カッタ１５が回転すると、各
ローラカッタ２１、２２、２３で掘削されたズリ６８
が、スクレーパ２５Ａによってカッタ１５の回転方向に
押圧されその傾斜に沿って後方へ押し出される。つま
り、掘削されたズリ６８がスクレーパ２５Ａで集積され
ながら後方へ押し出されることになる。スクレーパ２５
Ｂもスクレーパ２５Ａと同様であるが、スクレーパ２５
Ｂの場合にはリブ３７の上端ではなく、リブ３７の側部
から斜め上方に延びている。

【００２３】図２に示すように、ロードヘッダ１の回転
軸１４の中心部には通水路６９が設けられ、この通水路
６９に継手８０を介してチューブ７０が接続されてい
る。一方、図３に示すように第３軸受け板５５及び第４
軸受け板５６には、それぞれ２個ずつノズル孔７１が設
けられている。このノズル孔７１は、前方に向けてあけ
られている。また、小ローラカッタ２３、２３の内側に
はプレート７２、７２が設けられ、このプレート７２、
７２にも前方を向けてノズル孔７３、７３がそれぞれ１
個ずつ設けられている。

【００２４】これらのノズル孔７１、７３には、上述の
チューブ７０が接続されている。そして、外部から供給
された高圧水が通水路６９及びチューブ７０を介してノ
ズル孔７１、７３から噴出される。なお、図中の符号７
５、７６は側面カバー、７７、７８は上面カバーであ
る。

【００２５】次に、このロードヘッダ１の作用を説明す
る。図１に示すように、ロードヘッダ１を使用してトン
ネル２を掘削する場合、ヘッダ部１１を操作して切羽面
８０の掘削しようとする部分にカッタ１５を押し当て
る。このとき、回転軸１４には前方への付勢力が加えら
れる。この状態で回転軸１４を回転させると、カッタ１
５が回転し、図２に示すように大ローラカッター２１、
中ローラカッタ２２、小ローラカッタ２３によって地山
２４が掘削される。

【００２６】各ローラカッタ２１、２２、２３は、自転
しながら回転軸１４の中心軸線の周りを旋回するので、
従来のようなオーガタイプのスパイラルカッタに比べて
地山２４に大きな掘削力を加えることができる。したが
って、地山２４が硬岩であっても容易に掘削することが
できる。

【００２７】地山２４の掘削中には、ノズル孔７１、７
３から地山２４の掘削面に向けて高圧水が噴射され、こ
の高圧水によって掘削時の摩擦熱で加熱されている各ロ
ーラカッタ２１、２２、２３及びその周辺部が冷却され
ると共に、地山２４の掘削面に付着している粘土などが
洗浄される。これによって、各ローラカッタ２１、２
２、２３及びその周辺部が熱で変形又は破損するのを防
止できると共に、地山２４に対する各ローラカッタ２
１、２２、２３の食い込みをよくして掘削効率を高める
ことができる。

【００２８】図４に示すように、各ローラカッタ２１、
２２、２３で掘削されたズリ６８は、直後に回転してく
るスクレーパ２５Ａ、２５Ｂによって、後方に押し出さ
れる。このスクレーパ２５Ａ、２５Ｂは、各ローラカッ
タ２１、２２、２３の側方に配置されているので、掘削
されたズリ６８をすぐに後方に押し出すことができる。
したがって、ズリ６８が掘削作業の邪魔になるのを防止
することができ、作業効率を上げることができる。

【００２９】このようにして、図１に示すように回転軸
１４がストロークＬだけ伸びるまで地山２４を掘削した
後、回転軸１４を元に戻してヘッダ部１１を回転させ、
切羽面８０の次の掘削位置にカッタ１５を押し当てる。
そして、これ以降上述と同様の手順で地山２４を掘削す
る。これを繰り返すことによって、切羽面８０が全面に
亘って掘削される。この後、本体１０を前進させて上述
と同様にして掘削を繰り返すことによって、トンネル２
を掘削することができる。

【００３０】このロードヘッダ１は、従来と同様にヘッ
ダ部１１を所定の旋回角度θ内で任意に移動させること
ができるので、例えば馬蹄形など任意の形状のトンネル
２を掘削することができる。このとき、トンネル２の地
山２４が硬岩であっても、カッタ１５を使用することに
より容易に掘削することができる。更に、振動を比較的
小さく抑えることができるので、民家に近接してトンネ
ル２を掘削するような場合でも好適に使用することがで
きる。

【００３１】なお、上述の実施形態ではカッタ１５の各
ローラカッタ２１、２２、２３をそれぞれ異なる大きさ
としたが、ローラカッタの大きさ、位置又は数量は地山
２４の特性など使用条件に応じて任意に設定することが
できる。例えば、カッタの中央部に掘進方向に対して直
角で同一の大きさの２個のローラカッタを直列に配置
し、その両側に中央部のローラカッタより大きくて中央
部側が掘進方向に突出するように傾斜したローラカッタ
を、中央部のローラカッタと直角に配置することができ
る。また、カッタ１５の回転数、回転速度、地山２４へ
の押しつけ力なども、使用条件に応じて適宜調整するこ
とができる。

【００３２】例えば、モータ１２をインバータ制御する
ことによって、カッタ１５の回転数を任意に変えること
ができる。こうすれば、地山２４の特性に合った回転
数、すなわち、岩盤強度に適合した回転数でカッタ１５
を回転させることができるので、カッタ１５のローラカ
ッタ２１、２２、２３が過剰に磨耗するのを防止して、
効率的な掘削が可能になる。

【００３３】例えば岩盤が軟弱な場合には、カッタ１５
の回転数を上げることにより高速掘削が可能になる。ま
た、岩盤が硬い場合には、カッタ１５の回転数を下げて
ローラカッタ２１、２２、２３の磨耗を抑制することに
より、結果的に掘削効率を上げることができる。すなわ
ち、岩盤が硬い場合に、カッタ１５を高速回転させてロ
ーラカッタ２１、２２、２３が磨耗したら交換するよう
にすると、ローラカッタ２１、２２、２３の交換頻度が
多くなって、結果的に掘削効率が悪くなるのである。

【００３４】また、回転軸１４が伸張するときの付勢
力、すなわち、地山２４に対するカッタ１５の押圧力を
例えば油圧シリンダ（図示せず）などで制御することも
できる。そして、カッタ１５の回転数と押圧力とを適宜
調整して、常に岩盤に最適な条件で掘削することによ
り、掘削速度及び掘削効率を高めることができると共
に、カッタ１５の磨耗を抑制でき、更に、岩盤の変化に
即応できて有利である。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のロードヘ
ッダ用カッタによれば、ロードヘッダの回転軸に着脱自
在なベースを備え、このベースにローラカッタが回転自
在に取り付けられ、ベースの回転に伴ってローラカッタ
が旋回して岩石を掘削するので、硬岩でも容易に掘削す
ることが可能になる。また、ローラカッタで掘削された
ズリを後方に送るためローラカッタの側方にスクレーパ
を配置したので、掘削されたズリが掘削作業の邪魔にな
るのを防止することができ、掘削能率が向上する。

【００３６】また、本発明のロードヘッダによれば、硬
岩でも容易に掘削することができるローラカッタを備え
たので、例えば民家に隣接した硬岩の地山に馬蹄形のト
ンネルを掘削する場合のように、シールド掘削機や発破
などを使用できない場合でも、人力に頼らずに高い掘削
能率でトンネルを掘削することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るロードヘッダの使用状況を示す側
面図である。

【図２】本発明に係るロードヘッダ用カッタの断面図で
ある。

【図３】図２のＡ矢視図である。

【図４】図３のＢ−Ｂ断面図である。

【符号の説明】

１ ロードヘッダ ２ トンネル １１ ヘッダ部 １４ 回転軸 １５ カッタ ２０ ベース ２１ 大ローラカッタ、 ２２ 中ローラカッタ ２３ 小ローラカッタ ２４ 地山 ２５Ａ、２５Ｂ スクレーパ ６８ ズリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笠井 靖夫 長野県長野市篠ノ井御幣川1095株式会社前 田製作所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロードヘッダの移動自在なヘッダ部に設
   けられた伸縮自在な回転軸に着脱自在に取り付け可能な
   カッタであって、 前記ヘッダ部の回転軸に着脱可能なベースと、 前記ベースに回転自在に取り付けられ前記ベースの回転
   に伴って旋回するローラカッタと、 前記ローラカッタで掘削されたズリを後方に送るため前
   記ローラカッタの側方に配置されたスクレーパとを備え
   たことを特徴とするロードヘッダ用カッタ。
2. 【請求項２】 移動自在なヘッダ部の伸縮自在な回転軸
   にカッタが着脱自在に取り付けられたロードヘッダであ
   って、 前記カッタは前記ヘッダ部の回転軸に着脱可能なベース
   と、 前記ベースに回転自在に取り付けられ前記ベースの回転
   に伴って旋回するローラカッタと、 前記ローラカッタで掘削された岩石を後方に送るため前
   記ローラカッタの側方に配置されたスクレーパとを備え
   たことを特徴とするロードヘッダ。