JPS5968499A - 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】 本発明は掘削機のための回転カッタヘッドに関する。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掘削機やボーリ
ングマシンがある。こ場１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
のビット支持体に固定され、それぞれの刃先が掘削機装
置本体の軸線と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、正転用のビ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ト゛を用いて
地盤、特に硬質粘土、固結シルトあるいは硬砂質上のよ
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、正転用のビットまたは逆転用のビットにより形成
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ト゛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１１に配置された正転用のビット１２と逆転用のビ
ット１６とがビット支持体１１を介して図上な左方向へ
移動する。その際、ビット１２により地盤１４が切削さ
れて回転カッタヘッドの軸線に直角な掘削面１５が前方
に形成され、ビット１３は地盤１４に掘削作用を及ぼさ
なし・で掘削面１５に沿って移動する。

すなわち、前記したような掘削面１５を形成１゜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１２のみが地盤に対して切削作用
を及ぼし逆転用のビット１３はその用に供されない。し
たがって、逆転用のビット１６の摩耗度は正転用のビッ
ト力それよりも著しく小さいことになる。

しかし、実際には逆転用のビット１ろの方が正転用のビ
ット１２よりも摩耗度が太きい。これは、正転用ビット
または逆転用のビットによって形成される掘削面が、実
はカッタヘッドの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
、従来かも考えらえしてきた掘削面１５カ・らビット１
２の刃先を中心として地盤１１の反対側に角度的に変位
した平面でちる。これは、ビット１２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な
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１３につ
いても同様である。

したがって、回転力ツタヘラ１へ゛を正転させて地盤を
掘削する場合、正転用のビット１２は地盤１４に切削作
用を及ぼすが、逆転用のビット１６は掘削面１６かも前
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１２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１３が地盤１４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、回転力ツタヘツビ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
摩耗により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
ッタヘット゛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
ヘット９０回転方向を変えることによりローリングを囲
壁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、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、
他方のヒ゛ットが摩耗しないようにした、掘削機のため
の回転カッタヘット９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
逆転用のビットとを角度的に間隔を置いて別個の支持手
段で、すなわち正転用ビットは第１の支持手段で支持し
、逆転用ビットは第２の支持手段で支持すると共に、第
１および第２の支持手段を、それぞれ、独立に半径方向
と直角な方向に枢動するようにしたことを特徴と１−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、第１の支持手段１７に固定された正転用ビット１
２が図上な左方へ移動しながら地盤１４を掘削しカーラ
、ユ′ヘッドの後方から前方へ到る掘削面１６を形成す
る。このとき、逆転用ビット１６の第２の支持手段１８
が掘削抵抗によりピンの回りに枢動して逆転用ビット１
３の刃先を回転カッタヘラ＋−゛の後方内部へ移動させ
る。これにより、正転用ビット１２による掘進中、逆転
用ビット１３は地盤１４中に食い込むことがなく、その
摩耗が防止される。また、回転カッタヘットゝを逆転さ
せて逆転用ビット１３により掘削する場合も、前記した
と同様の理由により正転用ビット１２の摩耗を防止する
ことができる。

本願発明が特徴とするところは、シールド型トンネル掘
削機についての図示の実施例により、さらに明らかとな
ろう。

第６図および第４図に示すように、本発明に係る回転力
ツタヘツビ２０はシールド本体２２の前方に回転可能に
支持されている。回転カッタヘッド２０の後方にはシー
ルド本体２２を横切って隔壁２４が配置され、さらに該
隔壁の後方にはシールド本体２２を横切る仕切板２６が
隔壁２４かも間隔を置いて配置されている。隔壁２４、
仕切板２６、およびジ−ルビ本体２２に規定された空間
はすり室２８を形成する。

すり室２８の内部は、シールド本体２２の軸線の下方に
おいて隔壁２４と仕切板２６との間に配置された多数の
孔を有する仕切板３０により上室２８ａと下室２８ｂと
に仕切られている。上室２８ａは隔壁２４の上部に形成
された開口２４ａと連通し、また上室の内部にはシール
ド本体２２の軸線を回転軸線とするクラッシャ６２が隔
壁２４および仕切板２６に回転可能に支承されており、
クラッシャろ２の後端部が仕切板２６の背面に減速装置
６４を介して取り付けられた正逆回転可能のモータろ６
に接続されている。上室２８ａの上部に送泥し］ろ８が
設けられ、また、下室２８ｂがシールド本体２２を後方
へ伸びる排泥管ろ９と連通している。

回転カッタヘッド２０は、隔壁２４を介してクラッシャ
ろ２の前端部に接続された回転軸４０を備える。この回
転軸４０はその先端部がシールド本体２２の開［コ端の
前方に位置するように配置されている。回転軸４０の軸
線はクラッシャ乙２の回転軸線と同一線上にあって、モ
ータろ６の回転駆動力がクラツシーヤ６２を介して回転
軸４０に伝達され、これにより回転カッタヘッド２０に
回転運動を生じさせる。

回転軸４０にはその前端ｔ１μを直径方向へ伸びるセン
タビット４２が設けられ、また、センタビット４２の後
方であってシールドゝ本体２２の開口端の直前に、シー
ルド５本体２２の外径とは１．イ等しい径のフェースプ
レート４４が回転軸４０シてこれを取り巻くように固定
されている。

フェースプレート４４には、半径方向へ伸びる略扇形状
の複数のスリット４６が設けられている。

フェースプレート４４の後方には、複数の正転用ビット
４８をスリット４６かも前方へわずかに露出させかつ該
スリットの半径方向へ伸びる一方の側縁部４６ａに近接
させて支持する第１の支持手段５０が配置されている。

他方、スリット４６の他の側縁部４６ｂの側には、前記
正転用ビットと同様、複数の逆転用ビット５２のｍＪ方
部分をスリット４６から露出させかつ前記性の側縁部に
近接させて支持する第２の支持手段５４が配置されてお
り、両ビット４８．５２は互いに刃先を向けかつ角度的
に間隔をおいて配置されている。両ビット４８．５２な
このように配置することにより、同一面積のスリット内
に正転用および逆転用の両ビットを一つの支持手段で支
持する場合に較べ、ずり取込口であるスリットを実質的
に大きくすることができる。これは、前記両ビットを一
つの支持手段で支持した場合、該支持手段によりスリッ
トがほぼ三等分に分割され、分割された２つのスリット
部分が、それぞれ、正転用ビットおよび逆転用ピッ）Ｋ
よる掘削時における専用のすり取込［」を形成するから
であイ）。すなわち、両ビット４８．５２を、それぞれ
、別間の支持手段で支持することにより、両ビット間の
スリット部分を各々の回転による掘削時の共通のすり取
込１０とすることができ、この共通のすり取込口は１）
１■記専用のすり取込口より面積が犬である。

また、両ビット４８．５２を同心円上に位置させて線対
称に配置した図示の例に代えて、これらを非線対称にす
なわち各正転用のビット４８間の同心円上に逆転用ビッ
ト５２が位置するように両ビット４８．５２を千鳥状に
配置することができる。このように配置することは掘削
−ト有利である。

第１および第２の支持手段５０．５４（′ｉ、第４図に
示すように、それぞコし、フェースプレート４４の背向
に固定された第１および第２の保持手段５６．５８に半
径方向と直角な方向へ揺動可能に枢着されている。

第１の支持手段５０は、第４図および５図に示すように
、正転用ビット４８ボルト５９により半径方向へ間隔を
おいて固定された板状のピッ）　、１３４５０ａと該ビ
ット座の背面に固定されその後方へ伸びる複数の支承板
５０ｂとを備える。スリット４６の一方の側縁部４６ａ
に沿って半径方向へ伸びる前記ビット座５０ａはフェー
スプレート４４のわずかに後方にあって、スリット４６
の径方向長さより若干短い長さ寸法を有する。

第１の支持手段５０を保持する第１の手段５６は、フェ
ースプレート４４の背面に固定されて半径方向へ伸びる
リブプレート６０に固定された、支承板５０ｂと同数対
のプレート５６ａ、５６ｂから成る。互いに間隔を置い
て配置されたプレート５６ａ、５６ｂ間には支承板５０
ｂが受は入れられ、該支承板およびプレート５６ａ、５
６ｂは、これらを経て半径方向へ伸びる枢軸６２を介し
て連結されている。また、６対のプレート５６ａ、５６
ｂ間には補強リブ６４が取り付けられている。

なお、逆転用ビット５２の支持手段５４および保持手段
５Ｂについては、正転用ビット４８の支持手段５０およ
び保持手段５６と同、様であるので説明を省略する。

次に第６図および５図を参照−イーると、回転カッタヘ
ッド２０には、フェースプレート４４の後方においてス
リット４６を周方向−湾曲［２て伸びろリミッタ６６が
配置され、端部がリププレート６２に固定されている。

リミッタ６６は、その端部に、斜面をリププレート６ｏ
に向けて形成された１頃斜部６８を有する。また、リプ
プレート６゜を介してフェースプレート４４＋、て固定
されたプレート５６　ａ　＋　５６　ｂの前端部分にも
［頃斜１ｔｓ（７０が設けられている。したがって、第
１の支持手段が枢軸の回りに揺動するとき、リミッタ６
６の傾斜部６８に、ビット座５０ａのヒ゛ット４Ｂの刃
先を構改する千ツブ４８ａ側における半径方向（［ｔｌ
ｌ而５面ａが当接り能であり、またプレート５６ａ、５
６ｂの傾斜部７０にはビット座５０ａの反対側面５１ｂ
が当接可能であり、これにより、第１の支持手段５゜の
枢動運動はストン・ξを構成するこれら両傾斜部間に制
限される。なお、この間の事情は、逆転用ビット５２の
倶１（でついても同様である。

前記リミッタ６６は、スリット４６を経てシールド本体
２２内に取り込まれる礫の大きさを制限すべく設けられ
ている。しかし、リミッタ６６は掘削機の容量、地盤の
土質に応じて図示の例と異なる位置に配置し、あるいは
その取付けな省略することもできる。リミッタ６６を取
り付けない場合は、前記傾斜部６８は他の手段、例えば
、リミッタ６６の前記端部のような形状の部材を取り付
けることによってもよく、この場合、該部材の数量は任
意に選択することができる。

また、リミッタ６６の有無に拘りな（、前記ストツノξ
を第６図に示すような構成とすることもできる。この例
では、ビット座５０ａが第５図の例におけるより長く形
成され、また、ビット座５０ａの背面にはこれと直交す
る板部材７２が固定されている。第１の手段５０が枢動
運動するとき、ビット座５０ａの側面５１ｂがリブプレ
ート６０に当たって、または板部材７２が正転用ビット
４８のチップ４８ａ側へ伸びるプレート５６ｂの先端に
設けられた傾斜部７４に当って、その運動かりププレー
ト６０と傾斜部７４との間に制限される。

さらに、スリットの側縁部ｄ６ａを規定するフェースプ
レート４４０半径方向縁部をリブプレート６０から突出
させてビット座５０ａと一部重なり合わせることにより
、スリットの側縁部４６ａとビット座の反対側面５１ｂ
との間からのシールド本体２２内への掘削土砂の浸入を
防止することができる。

地盤を掘削すべく、カッタヘラ）２０に前進させながら
反時計方向（正転方向）へ回転させると、地盤からの反
力により第１の支持手段５０と第２の支持手段５４とが
一方向（第５図では右方向）へ枢動する。第１の支持手
段５０はプレート５６ａ、５６ｂの傾斜部７０に当接し
、この状態下で正転用ビット４８が地盤の切削を開始す
る。他方、第２の支持手段５４はリミッタ６６の傾斜部
７２に当接し、逆転用ビット５２の刃先がフェースプレ
ート４４の後方に向けられる。したがって、第２図を参
照ｔ２て説明したように、正転用ビット４Ｂによる掘削
の間、正転用ビット４Ｂが掘削面１６（第２図）を形成
１２ながも移動しても、逆転用ビット５２の摩耗および
損傷を防止することができる。また、地盤が硬質粘土や
固結／ルトのような」 困難になることがあるが、回転カッタヘッド２０を逆転
させて第１および第２の支持Ｐ段５０，５４を反対方向
へ揺動させることにより、前記被掘削片をスリット４６
から容易に取り払うことができる。

前記被掘削片すなわちスリット４６から後方へ送られた
すりは隔壁２４の開口２４ａを経てずり室２８の上室２
８ａに導入される。開口２４ａの開度は、シリンダに接
続された開度調整板２５を前後方向へ移動させることに
より調整することができる。ここでずりは送泥（コ３８
から上室２８ａ内に吐出された泥水と混合されかつカッ
タヘットゝ２０と同方向に回転するクラッシャ３２に細
かく粉砕され、引き続き仕切板３０の孔を経て王室２８
ｂに落下し、Ｔ室２８ｂから排泥管ろ９を経て後方へ排
出される。送泥口ろ８および排泥管ろ９は、前記した例
に代え、送泥［］ろ８を下室２８ｂ側に、また排泥管３
９を上室２８ａ側に配置することにより、泥水をシール
ド本体本体２２の下方から上方へ吹き旧げ、クラッシャ
６２刊近でずりと混合させて該ずつをシールド本体２２
の後方へ送ることができる。

泥水を掘削（幾の前方と後方との間で循環させてずりを
順送する方式をとるンールト゛型ｌ・ンネル掘削度にお
いて、従来の回転カッタヘットゝの使用により前記［ま
たような粘性の高い硬質地盤を掘削した場合、不便用の
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
これか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
、本発明に係る回転力ツタヘラｌ−゛２　Ｄ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
とかないことから、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２０を説明するに当り、これな
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ｔ−゛型トンネル掘削機に適用することもできる。

また、前記回転カッタヘッド２０を、フェースプレート
４４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５６ａ、５６ｂおよびリミッタ６６に代
る前記部材は、例えば回転軸４０に固定されたリブ（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、例えばポ
ーリングマン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
逆転用ビットの各支持手段を半径方向に直角な正逆両方
向へ枢動させることにより、不使用のビットの刃先をス
リットの後方へ向けることができることから、掘削中に
おいて地盤に対し掘削作用を及ぼさない、正転用ビット
または逆転用のヒ゛ソトの一方の摩耗や損傷を防止する
ことができる。

また、正転用および逆転用の両ビットが−っのスリット
を共用することがら、従来に比較してスリットの面（責
を大きくとることができ、すりの取込険を多くすると共
に比較的大きな礫も取り込むことができろ。したがって
また、フェースプレートに設けろべぎスリットの数を少
なくすることができ、これにより、掘削時における地山
の崩壊のおそれな少なくすることができる。

さらに、硬質地盤に対する掘削作用を与ぼさない不使用
のビットの前記地盤中への食い込みゃ掘削面における大
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
（（より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、回転カッタヘットゝを低動力で作
動させろことができる。

さら（（、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
地盤を掘削することができる。

これは、不使用のビットの硬質地盤への食い込みや腟り
付けによる大きな抵抗の発生を回避して切削作用を及ぼ
す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、フェースグレートのスリット
を塞ぐ粘性質の被掘削片を、回転カッタヘッドの回転方
向を変えて各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−ヒ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１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６図は回転カッタヘッドを
装置したジ−ルビ型トンネル掘削機の正面図、第４図は
第ろ図の線４−４にγＤ１５、１６　：掘削面、　　２
０　：回転カッタヘット−２２ニジ−ルビ本体、　　４
２：センタビット、４４：フェースプレート、４６：ス
リット、４６ａ、４６ｂニスリツトの側線部、 ４８：正転用ビット、　　５０：第１の支持手段、５０
ａ　、　５０ｂ：ビット座および支承体、５２：逆転用
ビット、　　５４：第２の支持手段、５６．５８：保持
手段、　６２：枢軸、６６：リミッタ、 ６８．７０．７！ｌ　：傾斜部。 代理人　弁理士　松永宣行 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　掘削機のための回転カッタヘットゝであって
   、複数の正転用ビットを支持する第１の手段と、前記正
   転用ビットと角度的に隔てられた複数の逆転用ビットを
   支持する第２の手段とを含み、前記第１および第２の支
   持手段は、それぞれ、半径方向と直角な正逆両方向へ枢
   動可能である、回転カッタヘット８゜ （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、半径方向へ伸びるス
   リットを有するフェースプレートと、該フェースプレー
   トの後方にあって複数の正転用ビットを前記スリットの
   相対する側縁部の一方に近接させかつ該スリットから露
   出させて支持する第１の手段および前記正転用ビットと
   角度的に隔てられた複数の逆転用ビットを前記スリット
   の他方の側縁部に近接させかつ該スリットから露出させ
   て支持する第２の手段とを含み、前記第１および第２の
   支持手段は、それぞれ、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）前記支持手段は、前記フェースプレートの背面に
   固定された保持手段に枢着されている、特許請求の範囲
   第（２）項の回転カッタヘット８゜（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板
   状のビット座と該ビット座の背面に固定されてこれと直
   角な方向へ伸びる複数の支承板とを備え、前記保持手段
   は前記支承板の一方の側と他方の側とにあって前記フェ
   ースプレートに固定された複数対のプレートから成り、
   該プレートと前記支承板とは半径方向へ伸びる枢軸を介
   して連結されている、特許請求の範囲第（３）項の回転
   カッタヘット９゜ （５）前記支持手段は、前記フェースプレートの背面に
   固定され、その周方向へ前記スリット間を伸びるリミッ
   タに設けられた傾斜部と前記プレートの前方に設けられ
   た傾斜部との間で枢動可能である、特許請求の範囲第（
   ４）項の回転カッタヘッド。 （６）前記支持手段は、前記フェースプレートの背面に
   固定されたリブプレートと前記プレートの先端に設けら
   れた傾斜部との間で枢動可能である、特許請求の範囲第
   （４）頃の回転カッタヘッド。 （７）前記スリットの側縁部を規定するフェースプレー
   トの縁部は前記リブプレートから突出して前記ビット座
   と一部重なり合っている、特許請求の範囲第（２）項ま
   たは（６）項の回転カッタヘッド。 （８）前記正転用ビットと前記逆転用ビットとは、それ
   ぞれの刃先が対向して配置されている、特許請求の範囲
   第（２）項の回転力ツタヘラｌ−゛。 （９）前記正転用ビットと前記逆転用ビットとは、互い
   に千鳥状に配置されている、特許請求の範囲第（２）項
   の回転カッタヘッド１．