JPS58218595A - 回転カツタヘツド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は掘削機のだめの回転カレタヘッドに関する。

カッタヘッドを回転させて地盤を掘削するだめの装置と
してシールド型トンネル掘削機のような　　゛トンネル
掘削機やボーリングマシンがある。これらの掘削装置の
回転カッタヘッドは、通常、正逆両方向に回転可能で、
正転用のビットと逆転用のビットとを含む複数のビット
を備える。正転用および逆転用の各ビットは、回転カッ
タヘッド本体に固定されて半径方向に伸びるスポークの
ような複数条のピット支持体に固定され、それぞれの刃
先が掘削装置本体の軸線に直角な平面上にあるようにカ
ッタヘッドの前面に配置され、正転用ピットは回転カッ
タヘッドの正転時に、また逆転用のビットは回転カッタ
ヘッドの逆転時に、それぞれ、地盤を切削するように構
成されている。

ところで、前記したような回転カッタヘッドを用いて地
盤、特に硬質粘土、固結シルトあるいは硬質砂質土のよ
うな硬質地盤を掘削する場合、不使用のビットに異常な
摩耗が生じるという問題がある。

従来、正転用のピッ）または逆転用のビットによ多形成
される掘削面は正転用のビットおよび逆転用のビットの
各刃先を含む前記平面、すなわち回転カッタヘッドの軸
線に直角な平面に平行であると考えられてきた。この間
の事情を第１図を参照して概略的に説明すると、回転カ
ッタヘッドを例えば正転方向（反時計方向）に回転させ
た場合、回転カッタヘッドを構成する一条のビット支持
体１に配置された正転用のビット２と逆転用のビット３
とがビット支持体１を介して図上を左方向へ移動する。

その際、ビット２によシ地盤４が切削されて回転カッタ
ヘッドの軸線に直角な掘削面５が前方に形成され、ビッ
ト３は地盤４に掘削作用を及ぼさないで掘削面５に沿っ
て移動する。

すなわち、前記したような掘削面５を形成しながら掘削
が行なわれると、回転カッタヘッドの正転方向への回転
中は正転用ビット２のみが地盤に対して切削作用を及ぼ
し逆転用のビット３はその　　　　　１用に供されない
。したがって、逆転用のビット３の摩耗度は正転用のビ
ットのそれよシも著しく小さいことに々る。

しかし、実際には逆転用のビット３の方が正転用のビッ
ト２よシも摩耗度が大きい。これは、正転用ピッ）また
は逆転用のビットによって形成される掘削面が、実はカ
ッタヘッドめ軸線に対し直角な平面に平行ではないこと
による。

すなわち、実際の掘削面は、第１図に鎖線で示すように
、従来から考えられてきた掘削面５からビット２の刃先
を中心として地盤１の反対側に角度的に変位した平面で
ある。これは、ビット２が回転カッタヘッドの回転に伴
って該カッタヘッドの軸線に直角な方向を移動する間、
地盤の掘削をさらに進めるべく前記軸線方向を前方へ押
しやられることによる。この関係は、回転カッタヘッド
を逆転させる際の逆転用のビット３についても同様であ
る。

したがって、回転カッタヘッドを正転させて地盤を掘削
する場合、正転用のビット２は地盤４に切削作用を及ぼ
すが、逆転用のビット３は掘削面６から前方に食い込ん
だ状態でしかも引きずられるようにして正転用のビット
２と共に図上を左方に移動する。このために、逆転用の
ビット３が地盤４に切削作用を及ぼさないにも拘わらず
、著しく摩耗する。

本来、回転カッタヘッドに正転用のビットと逆転用のビ
ットとが装着されている理由の１つは、一方のビットが
摩耗によシ使用不能あるいは切削機能が低下した際にこ
れを交換することなく他方のビットを使用しかつ回転カ
ッタヘッドを反対方向へ回転させて掘削作業を進め、ま
た、シールド型トンネル掘削機においては回転カッタヘ
ッドの回転方向を変えることによりローリングを回避し
てその姿勢を正常に維持することができるようにするた
めであるが３、前記したように、従来のカッタヘッドに
よっては不使用の正転用のビットまたは逆転用のビット
が摩耗しないようにこれを保護することができない。

本発明の目的は、正転用のビットまたは逆転用のビット
のいずれか一方が地盤掘削のために使用されている間、
他方のビットが摩耗しないようにした掘削機のだめの回
転カッタヘッドを提供することにある。

本発明は、回転カッタヘッドを構成する正転用ビットと
逆転用ビットとから成る複数のビットを支持する手段を
半径方向と直角な方向に枢動するようにしたことを特徴
とする。

本発明に係る回転カッタヘッドによれば、第２図にその
原理を簡略に示すように、これを正転方向に回転させた
場合、正転用ビット２が図上を左側へ移動しながら地盤
４を掘削してカッタヘッドの後方から前方へ到る掘削面
６を形成すると共に、正転用ビット２および逆転用ビッ
ト３の支持手段７が掘削抵抗によりピン８の回シに枢動
して、不使用の逆転用ビット３を掘削面６に相対するよ
うに位置させる。これによシ、正転用ビット２による掘
進中、逆転ビット３を地盤４中に食い込ませることなく
掘削面６に沿って移１動芹せ、逆転ビット３の摩耗を防
止することができる。また回転カッタヘッドを逆転させ
て逆転ビット３により掘削する場合も、前記したと同様
の理由によシ正転用ピット２の摩耗を防止することがで
きる。

本発明が特徴とするところは、シールド型トンネル掘削
機に適用した場合の図示の実施例についての以下の説明
により、さらに明らかとなろう。

第３図および４図に示すように、本発明に係る回転カッ
タヘッド１０はシールド本体１２の前方に回転可能に支
持されている。回転カッタヘッド１０の後方にはシール
ド本体１２を横切って隔壁１４が配置され、さらに該隔
壁の後方にはシールド本体１２を横切る仕切板１６が隔
壁１４から間隔をおいて配置されている。隔壁１４、仕
切板１６およびシールド本体１２に規定された空間はす
り室１８を形成する。

すり室１８の内部は、シールド本体１２の軸線の下方に
おいて隔壁１４と仕切板１６との間に配置された多数の
孔を有する仕切板２０により上室１８ａと下室１８ｂと
に仕切られている。王室１８ａは隔壁１４の上部に形成
された開口１４ａ　　　　　　１と連通し、また上室１
８ａの内部にはシールド本体１２の軸線を回転軸線とす
るクラッシャ２２が隔壁１４と仕切板１６とに回転可能
に支承されており、クラッシャ２２の後端部が仕切板１
６の背面に減速装置２４を介して取り付けられた正逆側
回転可能の母−夕２６に接続されている。上室ｔＳａの
上部に送泥口２８が設けられ、また、下室１８ｂがシー
ルド本体１２を後方へ伸びる排泥管２９と連通している
。

回転カッタへラド１０は、隔壁１４を介してクラッシャ
２２の前端部に接続された回転軸３０を備える。該回転
軸はその先端部がシールド本体１２の開口端部のわずか
に前方に位置するように配置されている。回転軸３０の
軸線がクラッシャ２２０回転軸線と同一線上にあってク
ラッシャ２２を介して回転軸３０に伝達され、これによ
シ回転カッタへラド１０に回転運動を生じさせる。

回転軸３０にはその前端部を直径方向に伸びるセンタビ
ット３２が設けられ、また、該センタビットの後方のシ
ールド本体１２の開口端部かられずかに突出かつその開
口径よシ小径のフェースプレート３４が回転軸３０を取
シ巻くように固定されている。

フェースプレート３４は、半径方向に伸びる複数のスリ
ット３６を有し、該スリットはセンタビット３２の長手
方向と同一方向に向けられている。

フェースプレート３４の後方には、正転用ビット３８と
逆転用ビット４０とから成る複数のビットの前方部分を
スリット３６から露出させて支持する手段４２が配置さ
れておシ、該支持手段は、後に詳述するように、フェー
スプレート３４に固定されたプレート５２に枢着されて
いる。支持手段４２は、スリット３６の中央部を半径方
向に伸びる板状のビット座４４と、該ビット座の支承体
４６とから構成されている。

第３図に示すように、正転用ビット３８と逆転用ビット
４０とは、それぞれ、ビット座４４の前面にその長手方
向へ一定の間隔をおいて左右に対称に配置され、ボルト
によシ固定されている（第５図）。また、線対称の両ビ
ットはそれぞれの外端に設けられたチップ３８ａ、４０
ａが回転軸３０の回転中心に関する同心円上に位置する
ように配置され、チップ３８ａが回転軸３０の正転方向
（反時計方向）にまたチップ４０ａが逆転方向（時計方
向）に向けられている。

支持手段４２を構成する支承体４６は、第４図および５
図に示すように、逆三角形状の一対のプレート４６ａ、
４６ｂにより構成することができ、一対のプレー）４６
ａ、４６ｂはビット座４４の後面に、間隔をおいてかつ
半径方向と直交して固定されている。支承体４６はビッ
ト座４４の外方および内方に配置されている。また、内
方の支承体４６のプレート４６ａと外方の支承体４６の
プレート４６ｂとの間には補強用リプ４８が配置されて
おシ、補強用リプ４８は前記プレー）　４６　ａ　７４
６ｂおよびビット座４４に固定されている。第４図およ
び５図に示すように、フェースプレート３４の後面に、
リプ５０がスリット３６を隔てた両側に配置され、リプ
５０間には半径方向と垂直に配置された、支持手段４２
を保持する手段であるプレート５２がフェースプレート
３４とリプ５０とに固定されている。プレート５２の両
側には支承体４６を構成する一対のプレー）４６ａ。

４６ｂが位置しており、プレート５２とプレート４６ａ
、４６ｂとはそれぞれの下部に設けられた孔を経て半径
方向に伸びる枢軸ピン５４を介して枢動可能に連結され
ている。また、プレート５２の中央部には前方に開放す
る溝５６が設けられている。図示の例では、プレート５
２の前端面５２ａ。

５２ｂがビット座４４の前端面のわずかに後方に位置し
ておシ、溝５６の開放端近傍を形状付ける傾斜部５２ｃ
、５２ｄが前端面５２ａ、５２ｂから後方へ除々に狭ま
って伸びている。傾斜部５２ｃ。

５２ａ間の幅はビット座４４の幅より太きく形成され、
支持手段４２が正方向または逆方向へ枢動運動するとき
、ビット座４４の半径方向に伸びる側部４４ａまたは側
部４４ｂが傾斜部５２ｃまたは傾斜部５２ｄに当接して
枢動運動が規制される。

前記傾斜部の傾斜度合および溝５６の開放端の偏重 は第２図に示す掘削面６の傾斜度合を考慮して定められ
る。前記支持手段４２の枢動運動は、例えば、プレート
５２をその前端面および後端面間の幅が狭いものとしか
つ該前端面上にピット座４４の側部４４ａ、４４ｂが当
接するよう々ストッパ（図示せず）を配置し、あるいは
ストッパ（図示せず）を側部４４ａ、４４ｂのそれぞれ
に設けることによっても規制することができる。

地盤を掘削すべくカッタヘッド１０を反時計方向（第３
図）に回転させると、正転用ビット３８によシ地盤の掘
削が開始され、これと同時に地盤からの反力により正転
用ビット３８が前方へ進出しかつ逆転用ビット４０が後
方へ後退するように、支持手段４２が枢軸ピンの回シに
揺動する。これにより、掘進中、ビット座４４の側部４
４ｂすなわち逆転用ビット４０側の側部４４ｂが傾斜部
５２ｄに当接し、第２図において説明したように、逆転
用ビット４０のチップ４０ａは正転用ビット３８のチッ
プ３８ａにより形成された掘削面６（第２図）に沿って
移動し、その摩耗および損傷が防止される。また、地盤
が硬質粘土や固結シルトのように粘性の高い土質の場合
、フェースプレート３４のスリット３６に被掘削片が結
まって該被掘削片を後方へ送ることが困難になることが
多いが、カッタヘッド１０を逆転させて支持手段４２を
反対方向へ揺動させることによシ前記被掘削片をスリッ
ト３６から取り払うことができる。

前記被掘削片すなわちスリット３６から後方へ送られた
ずシは隔壁１４の開口１４ａを経てずシ室１８の上室１
８ａに導入される。ここでずシは送泥口２８から上室１
８ａ内に吐出された泥水と混合されかつカッタヘッド１
０と同方向に回転するクラッシャ２２に細かく粉砕され
、引き続き仕切板２０の孔を経て下室１８ｂに落下し、
下室１８ｂから排泥管２９を経て後方へ排出される。

送泥口２８および排泥管２９は、前記した例に代え、送
泥ロ２８″ＩＩ：下室１８ｂ側に、また排泥管２９を上
室１８ａ側に配置することによシ、泥水をシールド本体
１２の下方から上方へ吹き上げ、クラッシャ２２付近で
ずシと混合させて該ずシをシールド本体１２の後方へ送
ることができる。

泥水を掘削機の前方と後方との間で循環させてずシを搬
送する方式をとるシールド型トンネル掘削機において、
従来の回転カッタヘッドの使用により前記したような粘
性の高い硬質地盤を掘削した場合、不使用のビットが前
記硬質地盤に食い込み該地盤を引っ掻いて土砂を擦り潰
すため、すり室内に微細な土粒子が導入されこれが泥水
中にコロイド状態で溶は込んで搬送媒体としての循環泥
水の濃度を増大させるという問題があったが、本発明に
係る回転カッタへラド１０によれば、不使用のビットが
前記地盤へ食い込んで該地盤を乱すことがないことから
、循環泥水を一定の設定濃度に保つことができ、泥水の
濃度調整のためにする薬剤投与のような二次処理を必要
としない。

なお、回転カッタヘッド１０を説明するに当シ、これを
センタシャフト方式のシールド型トンネル掘削機に適用
した場合について述べたが、ドラムシャフト方式のシー
ルド型トンネル掘削機に適用することもできる。

また、前記回転カッタへラド１０を、フェースプレート
３４を有しないものとして構成することができる。この
場合、プレート５２は、例えば回転軸３０に固定された
リプ（図示せず）に固定することができる。このような
回転カッタヘッドはシールド型トンネル掘削機のほか、
例えばボーリングマシンのような掘削機に適用すること
ができる。

前記したように、本発明によれば、正転用ビットおよび
逆転用ビットの支持手段を半径方向に直角な正逆両方向
へ枢動させて前記各ビットの刃先を、従来考えられてい
たような掘削面ではなく回転カッタヘッドの後方から前
方へ伸びるように形成される実際の掘削面に対向させる
ことができることから、掘進中において地盤に対し掘削
作用を及ぼさない、正転用ビットまたは逆転用のビット
の一方の摩耗や損傷を防止することができる。

また、硬質地盤に対する掘削作用を与はさない不使用の
ビットの前記地盤中への食い込みや掘削面における大き
な抵抗を排除することができることから、掘削の用に供
される反対側のビットの地盤中の食い込みを大きくして
該ビットによる切削量を増大させることができ、これに
よシ掘進速度を早めることができる。

さらに、不使用のビットの地盤中への食い込みや掘削面
における大きな抵抗の除去により、回転カッタヘッドを
一定速度で回転させるためのトルクを小さくすることが
できる。したがって、回転カッタヘッドを低動力で作動
させることができる。

さらに、従来の回転カッタヘッドによる掘削可能な硬質
地盤の硬度はＮ値が４０未満であったが、本発明に係る
回転カッタヘッドによれば、Ｎ値が１００程度の硬質地
盤を掘＾１ｊすることができる。

これは、不使用のビットの硬質地盤への食い込みや擦り
付けによる大きな抵抗の発生を回避して切削作用を及ば
ず側のビットを硬質地盤に集中的に作用させることがで
きることによる。

さらに、本発明によれば、フェースプレートのスリット
を塞ぐ粘性質の被掘削片を、回転カッタヘッドの回転方
向を変えて支持手段を反対方向へ揺動させることにより
、容易に取り除くことができることから、掘削作業の能
率を著しく向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の回転カッタヘッドによる掘削状況を示す
概略図、第２図は本発明に係る回転カッタヘッドによる
掘削状況を示す概略図、第３図は回転カッタヘッドを装
置したシールド型トンネル掘削機の正面図、第４図は第
３図の線４−４に沿って得た部分縦断面図、第５図は第
３図の線５−５に沿って得た部分拡大断面図である。 ５．６：掘削面、　　　　１０：回転カッタヘッド、１
２：シールド本体、　　１４：隔壁、１８：ずシ室、　
　　　　２２：クラッシャ、２６：モータ、　　　　３
０：回転軸、３２：センタビット、　　３４：フェース
プレート、３６：スリット、　　　　３８：正転用ビッ
ト、３８ａ、４０ａ：チップ、　４０：逆転用ビット、
４２：支持手段、　　　　４４：ビット座、４６：支承
体、　　　　　４６ａ、４６ｂニブレート、５２：保持
手段、　　　　５２ｃ、５２ｄ：傾斜部、５６：溝。 代理人　弁理士松永宣行

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）掘削機のだめの回転カッタヘッドであって、正転
   用ビットと逆転用ビットとから成る複数のビットを支持
   する手段を含み、□該支持手段は半径方向と直角な正逆
   両方向へ枢動可能である、回転カッタヘッド。
2. （２）　　シールド型トンネル掘削機のような掘削機の
   ための回転カッタヘッドであって、半径方向に伸びるス
   リットを備えるフェースプレートと、該フェースプレー
   トの後方にあって、正転用のビットと逆転用のビットと
   から成る複数のビットを前記スリットから露出させて支
   持する手段とを含み、該支持手段は半径方向と直角な正
   逆両方向へ枢動可能である、回転カッタヘッド。
3. （３）前記支持手段は、該支持手段の保持手段に枢着さ
   れており、前記保持手段は前記フェースプレートの後方
   にあって該フェースプレートに固定されている、特許請
   求の範囲第（２）項に記載の回転カッタヘッド。
4. （４）前記支持手段は、前記複数のビットが固定された
   半径方向へ伸びるビット座と該ビット座に直交するよう
   にその後面に固定された支承体とを含み、また前記保持
   手段は前記ビット座に対し直角な方向へ配置されたプレ
   ートから成り、前記支承体は半径方向へ伸びる枢軸ビン
   を介して前記プレートに連結されている、特許請求の範
   囲第（３）項に記載の回転カッタヘッド。
5. （５）前記プレートは、前記支持手段の枢動運動を規定
   すべく、前記ビット□座の半径方向に伸びる各側部が当
   接可能の傾斜部を有する、特許請求の範囲第（４）項に
   記載の回転カッタヘッド。
6. （６）前記正転用のビットと前記逆転用のビットとは、
   それぞれの刃先が回転カッタヘッドの回転中心に関する
   同心円上にあるように配置されている、特許請求の範囲
   第（２）項に記載の回転カッタヘッド。