JP2000320284A - ローラカッタの付着防止方法およびローラカッタ型掘削ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】所定の回転軸芯周りに回転自在に支持されたロ
ーラカッタにおいて、何ら手を加えることなく自動的
に、切削刃の間に土砂が付着・堆積するのを防止する。 【解決手段】周方向に並んで設けられた切削刃４と切削
刃４との谷間部分に土砂を側方に排除するための傾斜面
部５を設けることにより前記切削刃４と切削刃４との間
の土砂を切削刃列３Ａ〜３Ｃの側方に移動させるように
し、かつ切削刃列３Ａ〜３Ｃの側方に移動された土砂を
ローラカッタ２Ａ、２Ｂに近接して設けたスクレーパ板
６によって掻き取るようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、刃と刃との間に付
着・堆積しようとする土砂などの対象材料を自動的に除
去するようにしたローラカッタの付着防止方法およびロ
ーラカッタ型掘削ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、削井、基礎用杭、トンネル立
坑、トンネル換気孔などの地盤掘削においては、古くか
らローラカッタ型掘削ヘッドが用いられてきた。

【０００３】このローラカッタ型掘削ヘッドに用いられ
るローラカッタ４０は、たとえば図１２に示されるよう
に、傾斜回転軸４１を回転中心として回転自在に支持さ
れたカップ状のカッタボディ４２の外面に、切削刃４３
を周方向に所定の間隔で列設して設けるとともに、この
切削刃列４４Ａ〜４４Ｃを回転軸芯方向に複数列に亘っ
て設けたものである。このローラカッタ４０は、切削刃
の形状によって、切削刃が歯車状にミーリング加工され
たツース型、外周部に連続するクサビ状の刃先が形成さ
れたディスク型、丁度、前記ディスクカッタの刃先に等
間隔で切欠きを設けることにより刃先を不連続としたカ
ーフ型、超硬合金鋼チップを埋め込んだ形式のインサー
トカッタ型などに分類され、かつ支持形式も図示したカ
ンチレバー型の他に、サドル型などがある。

【０００４】前記ローラカッタ４０は、掘削ヘッドの掘
削面部に複数個設けられ、ローラカッタ４０を削孔底部
に当接させながらヘッド軸を回転させることにより、こ
のローラカッタ４０がヘッド軸周りに公転する過程で前
記切削刃４３，４３…が地盤を破砕する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記ローラカッタ４０
は、本来は主として軟岩から中硬岩を対象とする掘削に
使用されるものであるが、地層が複雑で掘削途中に粘土
質層または粘土層に遭遇するような事態が生じた場合に
は、前記ローラカッタ４０における切削刃４３と切削刃
４３との間に付着性の土砂が徐々に付着・堆積してしま
い、掘削効率が低下する、掘削が困難または不能になる
などの事態が発生していた。

【０００６】他方、近年は、硬い地層と柔らかい地層の
両方に対応させるために、図１３に示されるように、ヘ
ッド５８軸回りに螺旋羽根５９Ａ，５９Ｂおよび掘削爪
６０，６０…からなるオーガ５０を備えるとともに、ヘ
ッド軸５８の下端部にローラカッタ６１，６１を備えた
硬軟地層対応型掘削ヘッドが提案されている。この掘削
ヘッドによれば、確かに粘土等の柔らかい地層と礫層ま
たは巨礫等の堅い地層とが併存する地盤に対しても、掘
削ヘッド４９を交換することなく、掘削を行うことがで
きるようになるが、特に粘土層では前述の場合と同様
に、ローラカッタ６１の切削刃と切削刃との間に粘土が
付着・堆積してしまい、掘削効率が低下する、掘削が困
難または不能になるなどの問題が発生している。

【０００７】従来は、ローラカッタ４０，６１の切削刃
に対する土砂の付着を防止するには、削孔水を過剰に大
量に供給したり、ウォータージェット水を当てるなどの
方法により対処していたが、土砂の付着を完全に防止す
ることは出来なかった。

【０００８】そこで本発明の主たる課題は、刃と刃との
間に土砂などの対象材料が付着・堆積するのを何ら手を
加えることなく自動的に防止するようにしたローラカッ
タの付着防止方法およびローラカッタ型掘削ヘッドを提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明方法は、刃が回転周方向に沿って所定の間隔で
並んで設けられるとともに、この刃列が略回転軸芯方向
に間隔を空けて複数列に亘って設けられたローラカッタ
の付着防止方法であって、前記周方向に並んで設けられ
た刃と刃との間部分に対象材料を側方に排除するための
傾斜面部を設けることにより、前記刃と刃との間に付着
する対象材料を刃列の側方に移動させ、かつこの刃列の
側方に移動された対象材料をローラカッタに近接して設
けたスクレーパ板によって掻き取るようにすることを特
徴とするものである。

【００１０】本発明においては、周方向に並んだ刃と刃
との間部分に、後述する傾斜面部、傾斜刃や断面略逆Ｕ
字状刃先を設けるなどの方法により、いずれにしても土
砂などの対象材料を滑落させるための傾斜部を設けるよ
うにし、前記周方向に並んだ刃と刃との間に付着・堆積
しようとする土砂などの対象材料を刃列の側方に移動さ
せ、次の段階でローラカッタに近接して設けたスクレー
パ板によって前記対象材料を掻き取るようにする。した
がって、周方向に列設された刃と刃との間に付着・堆積
する土砂はもとより、刃列の間に付着・堆積しようとす
る対象材料を何ら手を加えることなく自動的に除去する
ことが可能となる。

【００１１】次いで、本発明に係る第１のローラカッタ
型掘削ヘッドは、掘削面部に回転軸芯周りに回転自在に
支持されたローラカッタを１または複数個備えるローラ
カッタ型掘削ヘッドにおいて、前記ローラカッタは、切
削刃が回転周方向に沿って所定の間隔で並んで設けられ
ているとともに、この切削刃列が略回転軸芯方向に間隔
を空けて複数列に亘って設けられており、周方向に列設
された切削刃と切削刃との間部分に土砂を側方に排除す
るための傾斜面部を設けるとともに、前記ローラカッタ
に近接して少なくとも前記切削刃列と切削刃列との間の
土砂を排除するスクレーパ板を設けたことを特徴とする
ものである。

【００１２】また、第２のローラカッタ型掘削ヘッド
は、掘削面部に回転軸芯周りに回転自在に支持されたロ
ーラカッタを１または複数個備えるローラカッタ型掘削
ヘッドにおいて、前記ローラカッタは、切削刃が回転周
方向に沿って所定の間隔で並んで設けられているととも
に、この切削刃列が略回転軸芯方向に間隔を空けて複数
列に亘って設けられており、前記切削刃列に沿って前記
切削刃の刃先位置よりも刃先位置を同一若しくは外側と
する、周方向に実質的に連続した断面略逆Ｖ字状の刃先
を設けるとともに、前記ローラカッタに近接して少なく
とも前記切削刃列と切削刃列との間の土砂を排除するス
クレーパ板を設けたことを特徴とするものである。

【００１３】なお、これら第１および第２ローラカッタ
型掘削ヘッドは、本発明原理を土砂を破砕・切削する掘
削ヘッドに対して適用した場合の装置例であり、上記し
た各発明において、前記スクレーパ板の形状は、掻き取
り残しのないように、ローラカッタの側面投影形状に略
整合させた形状としてあることが望ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳述する。図１は本発明に係るロ
ーラカッタ型掘削ヘッド１の一部破断側面図であり、図
２はその要部拡大図である。また、図３は底面図、図４
はローラカッタの正面図である。

【００１５】本発明に係るローラカッタ型掘削ヘッド１
は、鎖線で示されるロッド軸Ｒの下端口に差込み連結部
１０を介して連結され、ロッド軸Ｒの軸芯周りの回転に
伴って回転し、地盤を破砕しながら掘削を行うものであ
る。

【００１６】前記ヘッド軸１１の下端側面の対向位置よ
り夫々逆Ｌ字状の支持ブラケット１２Ａ、１２Ｂが固定
され、この支持ブラケット１２Ａ、１２Ｂの内面側には
斜め下方向に向けて突出する軸受け部１３Ａ、１３Ｂが
一体的に設けられ、この軸受け部１３Ａ、１３Ｂの周回
りに配置されたローラ１４，ベアリング１５を間に介し
てローラカッタ２Ａ、２Ｂが夫々傾斜軸芯Ｌ_１，Ｌ_２周
りに回転自在に支持されている。前記軸受け部１３Ａ、
１３Ｂ内に設けられた符号１６の部材は、ベアリング１
５を押圧保持するためのボールプラグである。なお、本
例では前記ローラカッタ２を中心線を境に左右に１個づ
つ計２個配置したが、３個以上配置するようにもしても
よい。

【００１７】前記ローラカッタ２Ａ、２Ｂは、詳細には
図４に示されるように、カッタボディ１７の外面に、切
削刃４，４…が周方向に沿って所定の間隔で並んで設け
られるとともに、この切削刃列３Ａ〜３Ｃが略回転軸芯
方向Ｌ_１（Ｌ_２）に間隔を空けて複数列に亘って設けら
れている。

【００１８】本発明においては、前記切削刃４、４…の
間に土砂が付着・堆積するのを防止するために、周方向
に並んで設けられた切削刃４と切削刃４との谷間部分に
土砂を側方に排除するための傾斜面部を設け、前記切削
刃４と切削刃４との間の土砂を切削刃列３Ａ〜３Ｃの側
方に移動させるようにし、かつ切削刃列３Ａ〜３Ｃの側
方に移動された土砂を、図１に示されるように、ローラ
カッタ２Ａ、２Ｂの裏面側において該ローラカッタ２
Ａ、２Ｂに近接して設けたスクレーパ板６によって掻き
取るようにしている。

【００１９】切削刃４と切削刃４との間部分に傾斜面部
を設ける第１の態様例としては、図４〜図６に示される
ように、切削刃４と切削刃４との間のカッタボディ１７
部分（Ｒ線より内側部分）に山状の傾斜面部５を形成す
る例を挙げることができる。この傾斜面部５は、模式的
に図５に示すように、切削刃４の幅方向中央に頂部５ａ
を有し、この頂部５ａから両側の刃列間に向かって傾斜
面が形成されたもので、切削刃４、４の間に付着・堆積
しようとする土砂は、掘削に伴う上部側からの押付け圧
力によって傾斜面部５に沿って滑動落下し、切削刃列３
Ａ〜３Ｃの間に移動する。切削刃列３Ａ〜３Ｃの間に滑
り落ちた土砂は、ローラカッタ２Ａ、２Ｂが回転する過
程で前記スクレーパ板６によって掻き落とされる。前記
傾斜面部５の形成方法としては、傾斜面に沿って土砂が
滑り落ち易いようにするために頂部５ａから一定の幅で
傾斜面を設けるようにするのが望ましい。

【００２０】次いで、傾斜面部を設ける第２の態様例と
しては、図７に示されるように、切削刃４，４の谷間部
分に傾斜面部を形成するための傾斜刃７を溶接等によっ
て追加する例を挙げることができる。但し、この場合に
は、頂部７ａから底部に行くに従って傾斜面幅を漸次狭
めるようになるため、土砂が滑落しづらくなる欠点があ
る。

【００２１】なお、本例では切削刃４の幅方向中央に頂
部５ａ（７ａ）を設け、両側に向かって傾斜面を形成す
るようにしたが、頂部５ａ（７ａ）の位置を一方側寄り
として他方側に向けて片側勾配の傾斜面とすることもで
きる。いずれにしても周方向に沿って設けられた切削刃
４，４の間に付着・堆積しようとする土砂を切削刃列３
Ａ〜３Ｃの間に滑り落とすような傾斜面であればどのよ
うな形成態様を採っても構わない。

【００２２】前述した傾斜面部形成態様は、言わば図８
に示されるように、本来の切削機能は切削刃４、４…に
担わせ、傾斜面５，５…は専ら土砂排出機能を担うよう
にしたものであるが、図９に示されるように、傾斜面の
頂部位置８ａを切削刃４の刃先位置Ｓと同一または切削
刃４の刃先位置Ｓよりも高くし、断面略逆Ｖ字状の傾斜
刃８を周方向に実質的に連続させた場合には、丁度、傾
斜刃８がディスクカッタとして機能するようになり、岩
などの破壊時には、先ず傾斜刃８が岩に食い込んで一次
的に大きく破壊し、次いで切削刃４，４…の刃先が岩に
貫入して二次的に細かく破砕する破壊態様を採るように
なる。このような刃先形状であっても、結果的には周方
向に設けられた切削刃４，４…の間には土砂が付着・堆
積することが無くなり、切削刃列３Ａ〜３Ｃの間に滑り
落ちた土砂は、ローラカッタ２Ａ、２Ｂの回転に伴って
スクレーパ板６によって掻き落とされるようになる。

【００２３】他方、前記スクレーパ板６の刃先形状は、
ローラカッタ２Ａ、２Ｂの外面からきっちりと土砂を掻
き落とすために、ローラカッタ２Ａ、２Ｂの側面投影形
状に略整合させた単一部材とするのが望ましいが、前記
傾斜面部５，傾斜刃７が周方向に列設された切削刃４，
４の間に付着・堆積しようとする土砂を切削刃列３Ａ〜
３Ｃの間に自動的に滑り落とすため、前記切削刃列３Ａ
〜３Ｃの間毎に個別にスクレーパ板を設けるようにして
もよい。

【００２４】なお、本形態例では掘削面にローラカッタ
２Ａ、２Ｂのみを備えたローラカッタ型掘削ヘッド１の
例について詳述したが、もちろん図１３に示されるよう
なローラカッタと共にオーガを備えた硬軟兼用掘削ヘッ
ド（地盤改良用も含む。）などに対しても同様に適用が
可能である。

【００２５】さらに、本発明はトンネル掘削機のカッタ
ヘッド（掘削ヘッド）に対しても同様に適用が可能であ
る。図１１に示されるトンネル掘削機９は、カッタヘッ
ド１８のカッタースポーク２０の両縁に多数の掘削爪２
２，２２…を備えるとともに、カッターヘッド１８面内
に多数のディスク型ローラカッタ２Ｃ，２Ｃ…を備え、
硬軟地盤が併存する場合であっても連続して掘削を継続
できるようにした複合地盤型トンネル掘削機である。前
記ディスク型ローラカッタ２Ｃの刃先形状を丁度、図９
に示される形状のものとし、かつディスク型ローラカッ
タ２Ｃの裏面側に（図示せず）、ディスク型ローラカッ
タ２Ｃの周面に近接するスクレーパ板を設けることによ
り、前記トンネル掘削機７が特に粘性地盤を掘進する際
に、ディスク型ローラカッタ２Ｃに対する土砂の付着・
堆積を自動的に防止することができるようになる。

【００２６】以上、本発明を地盤掘削用ヘッドの例によ
り説明したが、本方法の原理は上記地盤掘削の例以外に
付着性を有する物性材料などを対象とした破砕や圧潰な
どにおいても同様に適用が可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上詳説のとおり本発明によれば、所定
の回転軸芯周りに回転自在に支持されたローラカッタに
おいて、何ら手を加えることなく自動的に刃間に土砂な
どが付着・堆積するのを防止できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るローラカッタ型掘削ヘッド１の一
部破断側面図である。

【図２】その要部拡大図である。

【図３】その底面図である。

【図４】本ローラカッタ２Ａ、２Ｂの正面図である。

【図５】切削刃４，４間に形成した第１の傾斜面部形成
例を示す、(A)は側面図、(B)は平面図である。

【図６】図５（Ａ）のVI−VI線矢視図である。

【図７】切削刃４，４間に形成した第２の傾斜面部形成
例を示す、(A)は側面図、(B)は平面図である。

【図８】本ローラカッタ２Ａ、２Ｂに形成した傾斜面部
５の模式形状図である。

【図９】傾斜面部の他の形成例を示す模式形状図であ
る。

【図１０】図９のＸ−Ｘ線矢視図である。

【図１１】複合地盤型トンネル掘削機９のカッタヘッド
正面図である。

【図１２】従来のローラカッタ４０の一部破断側面図で
ある。

【図１３】従来のオーガ＆ローラカッタ併用式掘削ヘッ
ドの側面図である。

【符号の説明】

１…ローラカッタ型掘削ヘッド、２Ａ・２Ｂ…ローラカ
ッタ、２Ｃ…ディスク型ローラカッタ、３Ａ〜３Ｃ…切
削刃列、４…切削刃、５…傾斜面部、６…スクレーパ
板、７・８…傾斜刃、１０…差込み連結部、１１…ヘッ
ド軸、１２Ａ・１２Ｂ…支持ブラケット、１３Ａ・１３
Ｂ…軸受け部、Ｒ…ロッド軸

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】刃が回転周方向に沿って所定の間隔で並ん
   で設けられるとともに、この刃列が略回転軸芯方向に間
   隔を空けて複数列に亘って設けられたローラカッタの付
   着防止方法であって、 前記周方向に並んで設けられた刃と刃との間部分に対象
   材料を側方に排除するための傾斜面部を設けることによ
   り、前記刃と刃との間に付着する対象材料を刃列の側方
   に移動させ、かつこの刃列の側方に移動された対象材料
   をローラカッタに近接して設けたスクレーパ板によって
   掻き取るようにすることを特徴とするローラカッタの付
   着防止方法。
2. 【請求項２】掘削面部に回転軸芯周りに回転自在に支持
   されたローラカッタを１または複数個備えるローラカッ
   タ型掘削ヘッドにおいて、 前記ローラカッタは、切削刃が回転周方向に沿って所定
   の間隔で並んで設けられているとともに、この切削刃列
   が略回転軸芯方向に間隔を空けて複数列に亘って設けら
   れており、 周方向に列設された切削刃と切削刃との間部分に土砂を
   側方に排除するための傾斜面部を設けるとともに、前記
   ローラカッタに近接して少なくとも前記切削刃列と切削
   刃列との間の土砂を排除するスクレーパ板を設けたこと
   を特徴とするローラカッタ型掘削ヘッド。
3. 【請求項３】掘削面部に回転軸芯周りに回転自在に支持
   されたローラカッタを１または複数個備えるローラカッ
   タ型掘削ヘッドにおいて、 前記ローラカッタは、切削刃が回転周方向に沿って所定
   の間隔で並んで設けられているとともに、この切削刃列
   が略回転軸芯方向に間隔を空けて複数列に亘って設けら
   れており、 前記切削刃列に沿って前記切削刃の刃先位置よりも刃先
   位置を同一若しくは外側とする、周方向に実質的に連続
   した断面略逆Ｖ字状の刃先を設けるとともに、前記ロー
   ラカッタに近接して少なくとも前記切削刃列と切削刃列
   との間の土砂を排除するスクレーパ板を設けたことを特
   徴とするローラカッタ型掘削ヘッド。
4. 【請求項４】前記スクレーパ板の刃先形状は、ローラカ
   ッタの側面投影形状に略整合させた形状としてある請求
   項２，３いずれかに記載のローラカッタ型掘削ヘッド。