JP2936191B2

JP2936191B2 - 掘削機のカッタービットおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2936191B2
Application number: JP16654693A
Authority: JP
Inventors: 弘一郎中村; 義康吉川; 恭嗣栗林; 直道澤田; 稔永嶋; 幸治秋山
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1993-07-06
Filing date: 1993-07-06
Publication date: 1999-08-23
Anticipated expiration: 2014-08-23
Also published as: JPH0718979A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シールド掘削機等の地
盤を掘削する掘削機を初めとして、土木建設用、鉱山用
の各種掘削機のカッタービットおよびその製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にトンネル掘削機やシールド掘進機
によって地山を掘削する場合に用いるカッタービット類
は、掘削土質条件に合わせて掘削形状の選定を行って、
円盤状のカッターホイールにこれで所定の断面が掘削で
きるように適切な配列で取り付けられる。

【０００３】かかるカッタービットには、平のみ形の板
状超硬合金や角状、棒状の超硬合金など種々の形状のも
のがあるが、ほとんど単体としてのカッタービットを並
べて集合させたものであり、これを円盤状のカッターホ
イールで高速回転させた場合に構造上の問題から振動が
発生し、カッタービットに破損が発生し易い。また、こ
のような破損や消耗は個々のカッタービット毎に発生
し、均一な切削能力を保持するのが難しい。

【０００４】さらに、このような円盤状のカッターホイ
ールによる掘削機のカッター機構では、最外周部と中心
部での回転角速度が大きく異なっており、外周部では切
削速度は最大となるが中心部に近くなるに従って最小と
なり、中心部での掘削効率は極めて悪く、掘進抵抗の増
大の原因となって、曲線部施工時に問題となる。これ
は、掘削性能の低下のため、前面抵抗が増大するからで
ある。

【０００５】また、前記のごとく中心部で掘削性能が低
下するので、岩石、鉄筋コンクリート、鋼材などの硬い
ものを切削することができず、例えば、既設シールドか
ら分岐道としてのとう道掘削する際に既設シールドの鋼
製セグメントや鉄筋コンクリート製セグメントを破断す
る施工や地中にシートパイル、鋼製矢板などの障害物が
ある場合にこれらを破断する施工を掘削機で行うことも
できない。

【０００６】これに対して、硬いものを切削することが
できるものとしてダイヤモンドカッターがあるが、これ
は高価なので通常ボーリング掘削機などの削孔径が小口
径のものにしか利用しておらず、とう道掘削には適さな
い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は前記従
来例の不都合を解消し、刃面を自生しながら掘切削を続
ける構造であり、カッタービットの端面、内外側面の３
面での安定した掘切削が行え、また、高速回転式で拡切
の発生がなく、さらに、耐久性、耐磨耗性に富み、被掘
切削物の適用範囲を拡大できる掘削機のカッタービット
およびその製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するため、掘削機のカッタービットとしては、リング状
のシャンク材の端部に設けるものであって、細小多面体
の超合金チップを溶着金属または焼結金属によって固着
させ、内外側面に凹所である逃げ部を形成したことを要
旨とするものである。また、掘削機のカッタービットの
製造方法としては、カッタービットのシャンク材を型枠
台に組込み、該型枠台に凸部を有する内型枠及び外型枠
をセットし、細小多面体の超合金チップを型枠台にセッ
トした内型枠、外型枠、シャンク材で囲まれた溝部分に
敷き詰めながら、その上に溶解した溶着金属を流込み、
シャンク材の端部に前記細小多面体の超合金チップを固
着させ、前記溶着金属が固化した際に型枠台、内型枠、
外型枠を脱型し、前記内型枠及び外型枠の凸部により内
外側面に凹所である逃げ部を成形することを要旨とする
ものである。

【０００９】

【作用】請求項１記載の本発明によれば、細小多面体の
超合金チップはそれ自体多数の刃面部を有するもので、
かつ固着方向が不揃いなものである。そして、一刃面当
たりの切削量は微小であるが、高速回転切削で切削量が
増し、従来型のカッタービットと同等の切削量が確保で
きる。また、切削中に超合金チップの磨耗、脱落が生じ
た場合には、別の超合金チップで新しい刃面が形成さ
れ、このように刃面を自生しながら掘切削を続ける構造
であり、カッタービットの端面、内外側面の３面での安
定した掘切削が行える。とくに、脱落した超合金チップ
はカッタービットに形成した逃げ部に落ちることで切削
部分から除去されるが、この逃げ部は凹所からなるので
収納容積が比較的大きいものとなり、脱落した超合金チ
ップの量が多くても対処することができる。また、この
逃げ部はカッタービットの内外側面に形成されているの
で、カッタービットの端面側で超合金チップが脱落した
場合には内外いずれか近い方の逃げ部に入り込み、一
方、カッタービットの内面側あるいは外面側で超合金チ
ップが脱落した場合にはそれぞれ内外の逃げ部に入り込
むので、いずれの箇所でも素早くかつ確実に除去がなさ
れ、カッタービットの回転に悪影響を与えたり、カッタ
ービット全体の破損を生じることがない。

【００１０】請求項２記載の本発明によれば、前記作用
に加えて、細小多面体の超合金チップによる積層溶着構
造によってカッタービット自体の形状の幅、高さ、直径
等を選定して自由に成形することができ、安価に製造で
きる。なお、内型枠及び外型枠は凸部を有するので、こ
れら内型枠及び外型枠を脱型することで、内外側面に凹
所である逃げ部が成形されたカッタービットが得られ
る。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面について詳細に
説明する。図１〜図３は本発明の掘削機のカッタービッ
トの第１〜第３実施例を示す斜視図で、図中31はシャン
ク材であるが、これはリング状のものとした。

【００１２】かかるシャンク材31端部に、細小多面体の
超合金チップ32を焼結金属または溶着金属33によって固
着させた。

【００１３】図４、図５に本発明のカッタービットの製
造方法を示すと、型枠台35にカッタービットのシャンク
材31を組込み、また、このシャンク材31の上端を囲うよ
うに型枠台35に内型枠36および外型枠37をセットする。
なお、これら内型枠36および外型枠37は、その側面に後
述の逃げ部34を形成するための凸部を有するものとす
る。

【００１４】図示は省略するが、前記型枠台35はターン
テーブル上に組立てられるもので、この型枠台35をター
ンテーブルで回転させながら、細小多面体の超合金チッ
プ32を内型枠36、外型枠37、シャンク材31で囲まれた溝
部分に敷き詰めながら、その上に溶解した溶着金属33を
流込む。

【００１５】このようにして前記溶着金属33が固化した
際に型枠台35、内型枠36、外型枠37を脱型すれば、該溶
着金属33を介してシャンク材31の端部に前記細小多面体
の超合金チップ32が固着されたカッターホイール38が得
られる。

【００１６】成形された本発明のカッタービットは、図
１のごとく、リング状の成形体の内外側面に凹所である
にげ部34を周方向に千鳥状に設けた場合、図２のごとく
内外側面に間隔を存してにげ部34を対に設けた場合、図
３のごとくこの内外側面の対のにげ部34の横幅を狭いも
のとした場合などさまざまな形状である。このように型
枠により成形されるので、カッタービット自体の形状の
幅、高さ、直径等を選定して自由に成形することができ
る。

【００１７】またかかる本発明のカッタービットは、小
口径用の場合にはシャンク材31にカップリング形状に一
挙に成形すればよいが、大口径用の場合にはセグメント
ブロック形状に成形したものをつなぎ合わせてリング状
に組立てることも考えられる。

【００１８】図６、図７は使用例の一つを示すもので、
主シールド掘削機１は、掘削機本体２とその前部に位置
する掘削ヘッド３とからなり、さらに、この掘削ヘッド
３は公転する外周カッター５と、その内側に配設される
自在カッター６，７とからなる。

【００１９】これら外周カッター５のカッタービット
と、自在カッター６，７のカッタービット６ａ，７ａに
前記本発明のカッタービットを使用した。

【００２０】掘削機本体２内に油圧モーターによる駆動
モーター11を配設し、この駆動モーター11の軸に設けた
ピニオン歯車13に外周カッター５の駆動軸に設けた駆動
ギヤ12を噛合して、この駆動モーター11で外周カッター
５を回転駆動するようにした。

【００２１】また、前記外周カッター５の内側にカッタ
ーベース４を設け、このカッターベース４の駆動軸に設
けた駆動ギヤ14も前記ピニオン歯車13に噛合させる。こ
の場合、外周カッター５に対してカッターベース４は逆
方向に回転するものとなる。

【００２２】該カッターベース４の基盤面に自在カッタ
ー６，７を配設するが、この自在カッター６および７
は、独自の駆動機構としてのカッタービット６ａ，７ａ
を回転駆動する駆動モーター10を有する。

【００２３】図中21，22，23，24はローラーベアリン
グ、25，26はボールベアリング、27は駆動モーター10に
作動油を供給するためのロータリーバルブである。さら
に本発明の場合は泥水加圧方式を採用し、排泥管８とそ
の内部に位置する送泥管９の端をカッターベース４の面
に臨ませた。

【００２４】主シールド掘削機１では駆動モーター11に
よりピニオン歯車13および駆動ギヤ12を介して外周カッ
ター５が回転駆動され、その円形をしたカッタービット
により、主シールド掘削機１と同程度の掘削外径を確保
して掘削ヘッド３の外周部とカッタービットの厚さ分の
コアー採集型の掘切削が行われる。

【００２５】また、同時に前記外周カッター５の内側で
は自在カッター６，７のリング形状のカッタービット６
ａ，７ａが駆動モーター10により独自の回転を行い、こ
のカッタービット６ａ，７ａで掘切削がなされるととも
に、この自在カッター６，７はカッターベース４が外周
カッター５と逆方向にほぼ同速度で回転するので、この
カッターベース４の動きに応じてリング直径が掘削幅に
なるような掘削が行われる。

【００２６】その際、カッタービット６ａ，７ａの回転
方向をカッターベース４の回転方向と同方向とすれば、
切削速度はこのカッターベース４の回転にカッタービッ
ト６ａ，７ａの回転が加わったものとなる。

【００２７】ただし、カッタービット６ａ，７ａの全て
をカッターベース４の回転と同方向とする必要はなく、
一部を逆回転させてもよい。すなわち、カッタービット
６ａ，７ａの回転数、回転トルク、回転方向については
設定が自由なものであり、これを適宜増減することで被
掘切物に適合した範囲内に設定を自在に行うことができ
る。

【００２８】また、掘切削された鉄粉、コンクリート屑
は泥水により主シールド掘削機１の中央部に配備された
排泥管８を通じて泥水プラントへ送られる。

【００２９】なお、外周カッター５の内側で噛込みが生
じる場合には、自在カッター６，７の回転方向を外周カ
ッター５の回転方向と一致させるか、外周カッター５に
比べてカッターベース４の高さを低く取り、これに合わ
せて自在カッター６，７のカッタービット６ａ，７ａの
位置が低くなるようにすればよい。

【００３０】本発明のカッタービットは細小多面体の超
合金チップ32はそれ自体多数の刃面部を有するもので、
しかもこれが固着方向が不揃いである。例えば、細棒状
の超合金を裁断して作られる細分片は６面体の形状をし
ている。

【００３１】そして、多数の刃面部によって構成した刃
先の出長代は微小であるが、高速回転で切削するので、
拡切の発生が防止され、一刃面当たりの切削量は微小で
あるが、高速回転切削で切削量が増し、従来型のカッタ
ービットと同等の切削量が確保できる。また、切削中に
超合金チップ32の磨耗、脱落が生じた場合には溶着金属
33が適当に磨耗して新しい刃面が形成されることにより
切れ味が低下することなく継続して切削を行うことがで
きる。

【００３２】鉄筋コンクリートの掘切削は、複合切削に
なるが、コンクリート部が磨耗剤の働きをすることで溶
着金属33の部分を磨耗させて新しい刃面を生じさせて鉄
筋部を効果的に切削することができる。

【００３３】また、無冷却下の掘削は超合金チップ32の
固着用溶着金属33の融点が低く掘削による摩擦熱により
溶解するので、防止策として、清水、泥水、泥土により
冷却が行われるようにする。前記のごとき、泥水式シー
ルド掘削機に用いると最適な切削を得ることができる。

【００３４】しかも、流体による掘削土砂などの排土方
法はカッタービットの冷却効果を得るとともに脱落した
超合金チップ32の排除法にも役立ちカッタービットの自
破壊を防止することができる。

【００３５】下方に向けての掘進の場合には超合金チッ
プ32からの脱落した部分はこれが掘進の障害となるの
で、脱落した超硬合金チップ32の部分の掘削部からの除
去をすみやかにする必要があり、逃げ部34がこの役割を
担う。ゆえに、深層部への掘進については一般的に、鋼
材などの埋没は少なく、このような超合金チップ32から
の脱落は事前にさけることができ、下方に向けての掘進
の場合には通常、地山掘削でのカッタービットの摩擦は
構成上から微小と考えられるので、シールド工法等の通
常の掘進管理と大差なく行うことができる。

【００３６】

【発明の効果】以上述べたように本発明の掘削機のカッ
タービットおよびその製造方法は、刃面を自生しながら
掘切削を続ける構造であり、カッタービットの端面、内
外側面の３面での安定した掘切削が行え、また、高速回
転式で拡切の発生がなく、さらに、耐久性、耐磨耗性に
富み、被掘切削物の適用範囲を拡大できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の掘削機のカッタービットの第１実施例
を示す斜視図である。

【図２】本発明の掘削機のカッタービットの第２実施例
を示す斜視図である。

【図３】本発明の掘削機のカッタービットの第３実施例
を示す斜視図である。

【図４】本発明の掘削機のカッタービットの製造方法の
１実施例を示す縦断側面図である。

【図５】本発明の掘削機のカッタービットの製造方法の
１実施例を示す一部切欠いた平面図である。

【図６】本発明の掘削機のカッタービットを備えたシー
ルド掘削機の一例を示す縦断側面図である。

【図７】本発明の掘削機のカッタービットを備えたシー
ルド掘削機の一例を示す平面図である。

【符号の説明】

１…主シールド掘削機２…掘削機本体３…掘削ヘッド４…カッターベー
ス５…外周カッター６，７…自在カッ
ター６ａ，７ａ…カッタービット８…排泥管９…送泥管 10，11…駆動モー
ター 12，14…駆動ギヤ 13…ピニオン歯車 21，22, 23, 24…ローラーベアリング 25, 26…ボールベアリング 27…ロータリーバ
ルブ 31…シャンク材 32…超合金チップ 33…溶着金属 34…にげ部 35…型枠台 36…内型枠 37…外型枠 38…カッターホイ
ール

フロントページの続き (72)発明者栗林恭嗣東京都千代田区内幸町一丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (72)発明者澤田直道東京都千代田区内幸町一丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (72)発明者永嶋稔東京都千代田区内幸町一丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (72)発明者秋山幸治東京都千代田区内幸町一丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (56)参考文献特公昭52−50001（ＪＰ，Ｂ２) 特許92746（ＪＰ，Ｃ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E21D 9/08 E21B 10/02 E21B 10/48

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】リング状のシャンク材の端部に設けるも
のであって、細小多面体の超合金チップを溶着金属また
は焼結金属によって固着させ、内外側面に凹所である逃
げ部を形成したことを特徴とする掘削機のカッタービッ
ト。
【請求項２】カッタービットのシャンク材を型枠台に
組込み、該型枠台に凸部を有する内型枠及び外型枠をセ
ットし、細小多面体の超合金チップを型枠台にセットし
た内型枠、外型枠、シャンク材で囲まれた溝部分に敷き
詰めながら、その上に溶解した溶着金属を流込み、シャ
ンク材の端部に前記細小多面体の超合金チップを固着さ
せ、前記溶着金属が固化した際に型枠台、内型枠、外型
枠を脱型し、前記内型枠及び外型枠の凸部により内外側
面に凹所である逃げ部を成形することを特徴とした掘削
機のカッタービットの製造方法。