JP3901330B2

JP3901330B2 - 掘削用のカッタリング及び掘削用のディスクカッタ

Info

Publication number: JP3901330B2
Application number: JP05008698A
Authority: JP
Inventors: 孝西山; 勝浩伊藤; 正幸荒池; 克美門田
Original assignee: Tungaloy Corp
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 1998-02-16
Filing date: 1998-02-16
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2018-02-16
Also published as: JPH11229742A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル掘削機などに適用される掘削用のカッタリング及び掘削用のディスクカッタに関し、特に、掘削チップの形状を改善することによって破砕機能を高め、玉石や岩盤を含んだ掘削層でも容易に掘削できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トンネル掘削機などに適用される掘削用のカッタリング及び掘削用のディスクカッタは、例えば、リング本体の外周Ｖ突起部分にセグメント状の圧砕チップを取付けるようにした特公平５−７２５１６号公報、円柱状の圧砕チップを取付けるようにした実開昭６１−１４１３９５号公報などが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、掘削作業現場では、玉石を含んだ砂礫層や岩盤に当ることがあり、この場合には、前述した圧砕チップを備えたディスクカッタでは、圧砕チップが岩盤に対して楔面を押圧するように作用するため、掘削抵抗が高く、また玉石などに対する破砕機能が弱く、摩耗も激しくなるなどの問題点があった。
【０００４】
このようなことから、本発明では、カッタリングの刃先形状を改善することによって、玉石や岩盤のある掘削作業でも、良好な状態で連続破砕し得る掘削用のカッタリング及び掘削用のディスクカッタを提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、掘削用のカッタリングのリング本体には、周方向に沿って複数個の板状をなす破砕チップが備えられており、この破砕チップは、リング本体の端面視では、リング本体から膨出する楔状湾曲刃が突出量δ₁をもって取付けられるものである。
【０００６】
カッタリングの形状は、外周にＶ突起部分を形成した場合だけでなく、Ｖ突起部分の両脇に円筒部分を一体的に連設又は別体形式で連結した場合にも適用される。そして、破砕チップの楔状湾曲刃は、その稜線の両端がＶ突起部分上にあるときには、大きな曲率になり、また楔状湾曲刃の両端に接続刃が連設されているときには、曲率を小さくすることもできる。
【０００７】
また、このカッタリングは、破砕チップのみを有している場合だけでなく、通常の圧砕チップに付加する場合などにも適用できるものである。
【０００８】
さらに、破砕チップを備えたカッタリングは、ハブ部材に装着され、このハブ部材が軸受部材を介して固定軸に回転可能に取付けられることによって掘削用のディスクカッタが構成される。したがって、この楔状湾曲刃を有する破砕チップの存在によって、玉石、岩盤などの掘削作業における破砕機能が高められ、良好な掘削が行なえるものである。なお、このディスクカッタは、ハブ部材を省略して、カッタリングが軸受部材に直接取付けられるようにしてもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における掘削用のカッタリング及び掘削用のディスクカッタについて、その一実施例につき図を参照しながら説明する。
【００１０】
図１及び図２は、本発明の掘削用のカッタリング１を示す図で、リング本体２には、中心取付け穴３が設けられ、その外周部分には、一対の傾斜面４によりＶ突起部分５が構成されている。そして、このＶ突起部分５には、周方向に沿って超硬合金からなる板状の破砕チップ６が断続又は連続で複数個取付けられる。なお、破砕チップ６が断続的に配置される場合は、図２で示されるように隣接する楔状湾曲刃７の接線８がリング本体２に接しないように適度なクリアランス量ｃの確保が必要である。
【００１１】
前記破砕チップ６は、玉石、岩盤などに対する破砕効果を改善するため楔状湾曲刃７が形成され、リング本体２の端面視では、Ｖ突起部分５から突出量δ₁ をもって取付けられている。この突出量δ₁は、破砕効果から一般的には１２ｍｍ以下で設定され、例えば約１０ｍｍ前後で設定される。また、楔状湾曲刃７は、図示の場合、稜線部分の両端７ａ，７ａがリング本体２のＶ突起部分５に位置して膨出する。したがって、この稜線部分の曲率は、一般的には、円弧状として形成されるため、その設定量は、逆数である曲率半径Ｒ₁により、例えばＲ₁＝１０ｍｍと表示される。
【００１２】
また、楔状湾曲刃７は、楔角θ₁が破砕機能及び刃先強度から通常６０°〜１５０°好ましくは８０°〜１２０°に設定される。これは、６０°未満では、刃先強度が弱くなり、また１５０°を越えると破砕機能が低下するからである。
【００１３】
このようなことから、破砕チップ６の形状は、通常、図３（ａ）〜（ｃ）に示されるものが適用され、破砕チップ６のリング本体２への取付けは、図４（ａ）（ｂ）に示されるようにろう付けによって行われる。
【００１４】
さらに、楔状湾曲刃７の膨出形状については、図４（ａ）（ｂ）及び図５（ａ）に示されるような曲線的な場合だけでなく、図５（ｂ）〜（ｄ）に示されるような直線部分を結んだ多角形状の場合にも適用される。なお、楔状湾曲刃７の曲線は、円弧、楕円、放物線などが適宜適用される。また、多角形状の曲率は、個々の曲率ではなく全体的な形状で曲率を捉えているものである。
【００１５】
しかしながら、前述した楔状湾曲刃７は、その稜線部分の両端７ａ，７ｂがＶ突起部分５上に位置しているため、理論的には曲率の大きい場合に限られる。
【００１６】
これに対し、図６（ａ）〜（ｃ）及び図７（ａ）〜（ｃ）は、楔状湾曲刃７の曲率が大きい場合及び小さい場合にも適用できるようにしたものであり、その関係が曲率の逆数である曲率半径Ｒ₁，Ｒ₀で説示されている。ここで、Ｒ₀は、頂角部分５の曲率半径である。なお、適用条件は、楔状湾曲刃７の両端７ａ，７ｂがリング本体２よりも上方に位置し、かつリング本体２への立上がり部分には、破砕機能から接続刃９を備えることが必要である。この場合、前記両端７ａ，７ｂの上方量δ₀は、破砕機能から通常１０ｍｍ以下に設定され、δ₁は通常１５ｍｍ以下で設定される。
【００１７】
この接続刃９の形状については、図６（ａ）〜（ｃ）及び図７（ａ）〜（ｃ）に示されるように楔状を呈する場合、図８（ａ）〜（ｃ）に示されるように傾斜面状を呈する場合、図９（ａ）〜（ｃ）に示されるように湾曲面状を呈する場合に適用される。
【００１８】
また、前記破砕チップ６は、図示の場合、Ｖ突起部分５の稜線方向に沿って配置されているが、例えば図１０（ａ）〜（ｄ）で示されるような傾斜する取付け角をもって配置される場合にも適用できる。すなわち、図１０（ａ）では、破砕チップ６の取付け角をＶ突起部分５の稜線方向に対して傾斜させ、図１０（ｂ）では、取付け角０°のものと交互配置したものである。また図１０（ｃ）では、右左に傾斜する取付け角を有する破砕チップ６を交互に配置し、図１０（ｄ）では、右、左及び中央に分けた千鳥状の配置にしたものである。
【００１９】
図１１は、連続配置の例であるが、破砕チップ６の取付けにあたって、その一部が破砕補完チップ１０に置換されているものである。この場合、破砕補完チップ１０は、図１２で示されるように、リング本体２からの突出量δ₂が破砕チップ６の突出量δ₁よりも小さいものであり、その置換数は、破砕機能の役割から破砕チップ６よりも少数個又は同数個である。図示の場合では、破砕チップ６の曲率半径Ｒ₁を１０ｍｍ，突出量δ₁を１０ｍｍとし、破砕補完チップ１０の曲率半径Ｒ₂を５ｍｍ，突出量δ₂を５ｍｍとしたものである。そして、この破砕補完チップ１０は、破砕チップ６の破砕機能を補助するものであり、また掘削作業中に破砕チップ６が破損した場合などでは、破砕機能の極端な低下を防止する。
【００２０】
なお、前述した破砕チップ６は、楔状湾曲刃７の楔角θ₁が単純な一段形式になっているが、図１３のように楔角θ₂を有する２段形式にしてもよい。これは、特に楔角θ₁を尖鋭にしたときに、楔角θ₂の存在により強度を確保するためである。そして、楔状湾曲刃７の楔角θ₂は、楔角θ₁よりも小さく、通常４０°〜１２０°の範囲内好ましくは５０°〜９０°の範囲内で設定される。
【００２１】
図１４〜図１６（ａ）（ｂ）は、図１及び図２の実施例に対する変形例を示した掘削用のカッタリング１で、同一部分には、同一符号を付したものである。前述した実施例との相違点は、Ｖ字を構成する傾斜面４に補助的な耐摩耗チップ１１が備えられていることにある。図示の場合、耐摩耗チップ１１は、その形状が長方形板状を呈しているが、例えば円柱状のものでもよく、また前記傾斜面４に対して、図２０（ａ）に示されるように傾斜面４と同一平面上にある場合、図２０（ｂ）に示されるように傾斜面４よりも幾分突出する場合がある。したがって、これらを考慮すれば、耐摩耗チップ１１の突出量については、掘削層等の掘削条件により０〜２ｍｍ程度の範囲内で選択される。
【００２２】
さらに、図１７及び図１８は、本発明の掘削用カッタリング１の別の実施例を示すもので、リング本体２のＶ字突起部分５には、円柱状をなす圧砕チップ１３が傾斜面４に跨がって取付けられ、傾斜面４には、楔状湾曲刃７を有する破砕チップ６が取付けられるようにしたものである。この場合、楔状湾曲刃７は、前述したようにリング本体２から突出量δ₁をもって取付けられる。
【００２３】
また、本発明の掘削用のディスクカッタ２０は、図１及び図２で示される前記カッタリング１が、例えば図１９及び図２０に示されるようにハブ部材２１に装着されることにより構成される。なお、カッタリング１の装着は、例えば、締付けリング２２の利用により行われるが、この締付けリング２２は、分割された状態で取付け溝２３内に嵌め込まれ、その後溶接などによって一体化される。そして、ハブ部材２１は、軸受け部材２４、シ−ル部材２５などを介して両端支持の固定軸２６に回転可能に取付けられる。なお、図示の場合、固定軸２６は、その両端には、コ字状ブロックを呈するサドル（図示せず）に支持される角柱状の固定ブロック２７がボルト２８によって取付けられるようになっている。また、図１７及び図１８で示されるカッタリング１は、図２１で示されるように前述した取付け構成で取付けられる。しかし、前述した円錐コロ軸受部材２４による取付け構成に限らず、例えば実公平２−３４３１７号公報などで開示されているように固定ブッシュの内側のラジアルローラ及び固定軸の中央フランジと固定ブッシュとの間のスラストローラによる場合、実開昭６１−８０８８４号公報などで開示されているように、ラジアルローラ及びボールによる場合など掘削条件に合せて適宜選択できる。
【００２４】
さらに、掘削用のディスクカッタ２０は、カッタリング１が１個取付けられる場合だけでなく、複数個例えば、図２２に示されるように刃先径が等しく、破砕チップ６の位置を互いにずらした２連の場合、或いは図２３に示されるように刃先径が異なり、破砕チップ６の位置を互いにずらした３連の場合にも適用される。なお、これらの場合は、カッタリング１は、それぞれ別体形式としているが、一体形式で構成してもさしつかえない。また、リング本体２に対する破砕チップ６の取付けは、図１０（ａ）〜（ｄ）で例示された配列などを適宜組合せることができるものである。
【００２５】
また、図２４及び図２５は、本発明の掘削用のディスクカッタ２０における他の実施例を示したもので、カッタリング１の外周形状及び刃先構成が変更されたものである。
【００２６】
すなわち、カッタリング１の外周形状は、リング本体２には、Ｖ突起部分５だけでなく、その両脇に円筒部分１２を連設したものである。
【００２７】
また、カッタリング１の刃先構成は、Ｖ突起部分５には、超硬合金からなる圧砕チップ１３が傾斜面４を跨がるように植え込まれ、その露出部分が傾斜面４と同一平面上にあるよう構成されるものである。したがって、この圧砕チップ１３は、断面形状でみれば、円柱の露出端が楔状を呈するようになっているものである。なお、図示の圧砕チップ１３は、断続的な配置の一般例であり、連続配置を選択する場合では、例えば実開昭５８−１６９５号公報、特公平５−７２５１６号公報などに開示されているような扇形状片からなる圧砕チップ１３を利用すればよい。これに対し、円筒部分１２には、破砕機能の促進から、前述した楔状湾曲刃７を有する破砕チップ６が取付けられる。
【００２８】
なお、このカッタリング１のリング本体２は、図２４及び図２５にみられるように、一体形式であるが、図２６及び図２７（ａ）〜（ｃ）のように、中央カッタリング１ａ及びサイドカッタリング１ｂに分割して、組合せ形式のカッタリング１を構成することもできる。この場合、組合せ形式のカッタリング１は、ハブ部材２１への組込みにあたって、図示しないキ−及びキ−溝などの手段によって連結されることが好ましい。また、中央カッタリング１ａは、Ｖ突起部分５に圧砕チップ１２を取付けているものが示されているが、破砕チップ６を取付ける構成にしても差し支えない。
【００２９】
図２８は、他の実施例におけるカッタリング及びディスクカッタを示すもので、リング本体２がハブ部材２１を介さずに軸受部材２４に直接取付けられているものである。この場合の刃先構成は、図２４及び図２５の場合と同様であり、Ｖ突起部分５には、圧砕チップ１３が取付けられ、円筒部分１２には、破砕チップ６が取付けられている。
【００３０】
さらに、図２９は、別の実施例におけるカッタリング１及びディスクカッタ２０示すものであり、図２１の構成に加えて２列配置の破砕チップ６を備えたサイドカッタリング１ｂが取付けられるようにしたものである。なお、リング本体２のＶ突起部分５に取付けられた圧砕チップ１３については、当然のことながら破砕チップ６に置換してもよい。そして、この形式のディスクカッタ２０は、破砕機能を高めて、掘削帯幅を増加させる配慮から適用したものである。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように、掘削用のカッタリング１には、楔状湾曲刃７を備えた破砕チップ６が設けられることから、従来の圧砕チップ９のみのカッタリングに比較して破砕機能が高められるという利点を有する。
【００３２】
また、本発明の掘削用のカッタリング１を固定軸２６に軸受部材２４を介して回転可能に取付けて掘削用のディスクカッタ２０を構成するようにすれば、破砕チップ６の破砕機能から、従来のディスクカッタでは、破砕できなかった玉石、礫、さらには岩盤などを掘削できるという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明掘削用のカッタリングの一実施例を示す正面図。
【図２】図１に対する側面図。
【図３】破砕チップを例示する説明図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図。
【図４】破砕チップの取付け例を示す説明図で、（ａ）は一部正面図、（ｂ）は一部側面図。
【図５】破砕チップの別の取付け例を示す図で、（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ一部正面図。
【図６】別形式の破砕チップの取付け例を示す説明図で、（ａ）は一部正面図、（ｂ）は一部側面図、（ｃ）は一部平面図。
【図７】他の形式の破砕チップの取付け例を示す説明図で、（ａ）は一部正面図、（ｂ）は一部側面図、（ｃ）は一部平面図。
【図８】さらに別形式の破砕チップの取付け例を示す説明図で、（ａ）は一部正面図、（ｂ）は一部側面図、（ｃ）は一部平面図。
【図９】さらに他の形式の破砕チップの取付け例を示す説明図で、（ａ）は一部正面図、（ｂ）は一部側面図、（ｃ）は一部平面図。
【図１０】本発明掘削用のカッタリングにおける破砕チップの配列を変更した説明図で、（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ要部の一部展開図。
【図１１】本発明掘削用のカッタリングにおける破砕チップの配列をさらに変更した例を示す側面図。
【図１２】図１１の破砕チップ及び破砕補完チップの関係を示す一部端面図。
【図１３】破砕チップにおける楔角の変形例を示す取付け状態の説明図。
【図１４】本発明掘削用のカッタリングにおける他の実施例を示す正面図。
【図１５】図１４に対する側面図。
【図１６】耐摩耗チップの関係を示す図で、（ａ）及び（ｂ）は図１９のＡ−Ａ線に沿って得られる一部断面図。
【図１７】本発明掘削用カッタリングの他の実施例における正面図。
【図１８】図１７の側面図
【図１９】本発明の掘削用のディスクカッタにおける一実施例を示す上部を断面した正面図。
【図２０】図１９の側面図。
【図２１】本発明の掘削用ディスクカッタにおける他の実施例を示す上部を断面した正面図
【図２２】本発明の掘削用のディスクカッタにおける別の実施例を示す正面図。
【図２３】本発明の掘削用のディスクカッタにおける別の実施例を示す正面図。
【図２４】本発明の掘削用のディスクカッタにおけるさらに他の実施例を示す上部を断面した正面図。
【図２５】図２４の側面図。
【図２６】本発明の掘削用のディスクカッタにおけるさらに別の実施例を示す上部を断面した正面図。
【図２７】図２３に組込まれた組合せカッタリングを示す図で、（ａ）は中央カッタリングを示す正面図、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれサイドカッタリングを示す正面図。
【図２８】本発明の掘削用のディスクカッタにおけるさらに別の実施例を示す上部を断面した正面図。
【図２９】本発明の掘削用のディスクカッタにおけるさらに他の実施例を示す正面図。
【符号の説明】
ｌカッタリング
１ａ中央カッタリング
１ｂサイドカッタリング
２リング本体
３中心取付け穴
４傾斜面
５Ｖ突起部分
６破砕チップ
７楔状湾曲刃
８接線
９接続刃
１０破砕補完チップ
１１耐摩耗チップ
１２円筒部分
１３圧砕チップ
２０ディスクカッタ
２１ハブ部材
２２締付けリング
２３取付け溝
２４軸受部材
２５シ−ル部材
２６固定軸
２７固定ブロック
２８ボルト

Claims

取付け中心穴３を有するリング本体２に形成された少なくとも一個のＶ突起部分５には、周方向に沿って複数個の板状をなす破砕チップ６が備えられるようにした掘削用のカッタリングであって、
前記破砕チップ６は、リング本体２の端面視では、リング本体２から膨出する楔状湾曲刃７が突出量δ₁をもってリング本体２に取付けられていることを特徴とする掘削用のカッタリング。
請求項１に記載されたリング本体２の形状を有し、そのＶ突起部分５には、両側の傾斜面４に跨がるようにしてほぼ同一平面上に位置する圧砕チップ１２が取付けられ、残りの傾斜面４の下り部分には、破砕チップ６が取付けられるようにした請求項１記載の掘削用のカッタリング。
請求項１に記載されたリング本体２の外周部分は、中央のＶ突起部分５及び両脇の円筒部分１２がそれぞれ連設された形状に構成され、しかもＶ突起部分５には、両側の傾斜面４に跨がるようにしてほぼ同一平面上に位置する圧破チップ１３が取付けられ、また円筒部分１２には、破砕チップ６が取付けられるようにした請求項１記載の掘削用のカッタリング。
請求項３に記載されたリング本体２の形状を有し、Ｖ突起部分５及び円筒部分１２には、破砕チップ６がそれぞれ取付けられるようにした請求項３記載の掘削用のカッタリング。
破砕チップ６の楔状湾曲刃７は、その楔角θ₁が６０°〜１５０°の範囲内で設定されている請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の掘削用のカッタリング。
リング本体２のＶ突起部分５を構成する傾斜面４には、耐摩耗チップ１１が取付けられている請求項１又は請求項４記載の掘削用のカッタリング。
請求項３に記載されたリング本体２の形状を有し、Ｖ突起部分５及び円筒部分１２がそれぞれ分割され、これらのＶ突起部分５及び円筒部分１２が連結されることにより組合せ形式のカッタリングを構成している請求項３又は請求項４記載の掘削用のカッタリング。
請求項７に記載された円筒部分１２には、破砕チップ６が備えられ、サイドカッタリング１ｂを構成している請求項７記載の掘削用のカッタリング。
破砕チップ６の楔状湾曲刃７は、その両端７ａ，７ｂがリング本体２よりも幾分上方にあって、リング本体２からの立上がり部分には、楔状、傾斜面状、湾曲面状の接続刃９がそれぞれ形成されている請求項１〜請求項８のいずれか１項記載の掘削用のカッタリング。
破砕チップ６は、そのうちの一部が突出量δ₁よりも小さな突出量δ₂を有する破砕補完チップ１０に置き換えられている請求項１〜請求項９のいずれか１項記載の掘削用のカッタリング。
固定軸２６の中央外周部分には、軸受部材２４を介して回転可能で、しかも１個又は２個以上のカッタリング１を装着したハブ部材２１が取付けられるようになっており、また前記カッタリング１のリング本体２には、Ｖ突起部分５が少なくとも形成され、しかもこのＶ突起部分５には、板状の破砕チップ６が備えられるようにした掘削用のディスクカッタであって、
前記破砕チップ６は、カッタリング１の端面視で、リング本体２から膨出する楔状湾曲刃７が突出量δ₁をもってリング本体２に取付けられていることを特徴とする掘削用のディスクカッタ。
請求項１１に記載されたカッタリング１は、Ｖ突起部分５には、両側の傾斜面４に跨がるようにしてほぼ同一面上に位置する圧砕チップ１２が取付けられ、残りの傾斜面４の下り部分には、破砕チップ６が取付けられるようにした請求項１１記載の掘削用ディスクカッタ。
請求項１１に記載されたリング本体２の外周部分は、Ｖ突起部分５及び両脇の円筒部分１２を有する連設形状に構成され、しかもＶ突起部分５には、両側の傾斜面４に跨がるようにしてほぼ同一面上に位置する圧破チップ１３が取付けられ、また円筒部分１２には、破砕チップ６が備えられるようにした請求項１２記載の掘削用のディスクカッタ。
請求項１３に記載されたリング本体２の形状を有し、Ｖ突起部分５及び円筒部分１２には、破砕チップ６がそれぞれ取付けられるようにした請求項１３記載の掘削用のディスクカッタ。
請求項１３に記載されたリング本体２は、Ｖ突起部分５及び円筒部分１２がそれぞれ別体で形成され、それぞれが連結される組合せ形式のカッタリング１を構成している請求項１３又は請求項１４記載の掘削用のディスクカッタ。
破砕チップ６の楔状湾曲刃７は、その両端７ａ，７ｂがリング本体２よりも幾分上方にあって、リング本体２からの立上がり部分には、楔状、傾斜面状、湾曲面状の接続刃９がそれぞれ形成されている請求項１２〜請求項１５のいずれか１項記載の掘削用のディスクカッタ
破砕チップ６は、そのうちの一部が突出量δ₁よりも小さな突出量δ₂を有する破砕補完チップ１０に置き換えられている請求項１１〜請求項１６のいずれか１項記載の掘削用のディスクカッタ。
請求項１１に記載されたカッタリング１は、ハブ部材２１がなく軸受部材２４に直接回転可能に取付けられている請求項１１〜請求項１７のいずれか１項記載の掘削用のディスクカッタ。