JP4920566B2 - 多重ビット - Google Patents

Description

本発明は、トンネル掘削機のカッタヘッドに取り付けられて切羽を切削するカッタビットに係り、特に、長距離施工に対応すべく長寿命化を図った多重ビットに関する。

トンネル掘削機は、一般に、掘進方向と平行な軸廻りに回転駆動されるカッタヘッドを備えており、そのカッタヘッドには、切羽を切削するためのカッタビットが取り付けられている。かかるカッタビットは、切羽を切削することで摩耗するため、長距離施工においてはビット交換等の対策が必要となる。長距離施工に対応すべく長寿命化を図ったカッタビットとして、二重ビットが知られている（特許文献１参照）。

二重ビットの一例として、カッタヘッドに取り付けられた内側ビットと、内側ビットに熱溶融性接着剤を介して接着され、内側ビットを保護しつつ切羽を切削する外側ビットと、熱溶融性接着剤を加熱するために内側ビットの内部に設けられたヒータとを備えたものが知られている。この二重ビットによれば、外側ビットが摩耗した後、ヒータをオンすることで熱溶融性接着剤を溶かし、外側ビットを内側ビットから外し、内側ビットを露出させることができる。

他の二重ビットとして、カッタヘッドに取り付けられた内側ビットと、内側ビットを覆うように形成された外側ビットと、外側ビットを内側ビットに接着する接着剤と、外側ビットを内側ビットから押し剥がすためにカッタヘッドの内部に設けられたシリンダとを備えたものも知られている。この二重ビットによれば、外側ビットが摩耗した後、シリンダを伸長させることで接着剤の層を破断して外側ビットを内側ビットから押し剥し、内側ビットを露出させることができる。

特開平２００３−３７８８号公報

これらの二重ビットによれば、外側ビットが摩耗した後に、ヒータやシリンダを作動させてその外側ビットを取り外し、内側ビットを露出させることで、それまで外側ビットによって防護されていた未摩耗の内側ビットによって切羽を切削できるので、全体として寿命が伸び、長距離施工に対応できる。

しかし乍ら、摩耗した外側ビットを取り外すために、ヒータやシリンダ等のアクチュエータを用いているため、ヒータを作動させるための電線やシリンダを作動させるための油圧ラインをカッタヘッドの内部に配設する必要が生じる。また、回転するカッタヘッド内に配設された電線や油圧ラインに、坑内から電流や油圧を供給するためのロータリージョイントが必要となる。よって、構造が複雑となってコストアップとなる。

以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、外側ビットが所定量摩耗したとき、アクチュエータを用いることなく外側ビットが外れ、内側ビットが露出する多重ビットを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明に係る多重ビットは、トンネル掘削機のカッタヘッドに、切羽を切削するために装着される多重ビットであって、上記カッタヘッドに直接又は台座を介して取り付けられる内側ビットと、該内側ビットに、この内側ビットを覆って装着された外側ビットと、上記台座又は上記カッタヘッドに固定され、上記外側ビットを上記内側ビットに押し付ける楔部材とを有し、該楔部材と上記外側ビットとの接触面と、上記外側ビットと上記内側ビットとの接触面とが、上記カッタヘッド作動時の外側ビットの切削方向を横切る方向の軸と平行に形成され、上記外側ビットの上記内側ビットに対する上記軸の方向に沿った移動を拘束する拘束部材を備えたものである。

上記楔部材と上記外側ビットとの接触面と、上記外側ビットと上記内側ビットとの接触面とが、上記内側ビットから離間する方向に末広がりに形成されることが好ましい。

上記拘束部材は、一端が上記外側ビットにその内外面を貫通して形成された貫通孔に固定され、他端が上記内側ビットに形成された凹部に挿入された貫通ピンを有するものでもよい。

上記拘束部材は、一端が上記外側ビットの側部に固定され他端が上記内側ビットの側部に当接された側板を有するものでもよい。

上記拘束部材は、上記楔部材に形成された凸部又は凹部と、これら凸部又は凹部と係合するように上記外側ビットに形成された凹部又は凸部とを有するものでもよい。

上記拘束部材は、上記外側ビットの内面に突出して設けられ上記内側ビットに形成された窪み部に挿入された突出部を有するものでもよい。

本発明に係る多重ビットによれば、外側ビットが所定量摩耗したとき、アクチュエータを用いることなく外側ビットが外れ、内側ビットが露出する。アクチュエータが不要なので、それを作動するための電線、油圧ライン、ロータリージョイント等が不要となり、カッタヘッド周りの構造が簡単となってコストダウンを推進できる。

本発明の好適実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本実施形態に係る多重ビットが装着されたカッタヘッドを有するトンネル掘削機（シールド掘進機）の側断面図、図２は、上記シールド掘進機を掘進方向前方から見た正面図である。

シールド掘進機１は、円筒状のシールドフレーム２と、シールドフレーム２内を掘進方向の前後に仕切る隔壁３と、隔壁３に掘進方向と平行な軸回りに回転可能に支持されたカッタヘッド４と、シールドフレーム２内でセグメントをリング状に組み立てるエレクタ（図示せず）と、シールドフレーム２の内面に装着されリング状に組み立てられたセグメントに反力を取ってシールドフレームを前進させるシールドジャッキ（図示せず）とを備えている。

カッタヘッド４は、回転中心Ｘに配置された中心部５と、中心部５に周方向に間隔を隔てて放射状に装着された複数のカッタスポーク６とを有し、図示しないモータ、ギヤ等からなる駆動手段により、回転中心Ｘを中心として時計回り又は反時計回りに回転駆動される。中心部５には、三角板状のフィッシュテールビット７が装着され、カッタスポーク６には、本実施形態に係る多重ビット８が、径方向に間隔を隔てて複数装着されている。

フィッシュテールビット７及び多重ビット８は、シールドジャッキを伸長させることで切羽に押し付けられ、その状態でカッタヘッド４が回転されることで切羽を切削する。図２の矢印Ａ、Ｂは、カッタヘッド４の回転に伴って多重ビット８が切羽を切削する切削方向を示し、回転中心Ｘを中心とした円の接線方向となる。

なお、カッタヘッド４は、本実施形態ではスポークタイプのものを示したが、面板タイプのものであってもよい。

図３は、図２のIII−III線断面図、図４（ａ）は、図３の部分拡大図、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す多重ビットの正面図である。

本実施形態に係る多重ビット８は、カッタヘッド４に台座９を介して取り付けられる内側ビット１０と、内側ビット１０に、内側ビット１０を覆って装着された外側ビット１１と、台座９に固定され、外側ビット１１を内側ビット１０に押し付ける楔部材１２とを有する。

なお、台座９を省略し、内側ビット１０をカッタヘッド４に直接取り付け、楔部材１２をカッタヘッド４に直接取り付けてもよい。但し、本実施形態のように台座９に内側ビット１０及び楔部材１２を取り付ければ、台座９に取り付けられた内側ビット１０、楔部材１２及び外側ビット１１を一体のアッセンブリ品としてカッタヘッド４に取り付けることができ、便利である。

台座９は、カッタスポーク６の切羽側の面と回転方向前側の面とを接続する角部に装着されるように断面Ｌ字状に曲折された板体からなり、カッタスポークの切羽側の面に着座される正面部９ａと、カッタスポーク６の回転方向前側の面に着座される側面部９ｂとを有し、カッタスポーク６に溶接される。９ｗは、台座９をカッタスポーク６に溶接することで形成された溶接ビードである。

内側ビット１０は、台座９に溶接された母体としての内側シャンク１０ａと、内側シャンク１０ａの切削方向Ａの前部にロー付けされた切削刃としての内側超硬チップ１０ｂとを有する。内側シャンク１０ａはＳＳ材等からなり、内側超硬チップ１０ｂはタングステンカーバイト等の超硬合金からなる。１０ｗは、内側シャンク１０ａを台座９に溶接することで形成された溶接ビードである。

外側ビット１１は、内側ビット１０を覆うように形成された外側シャンク１１ａ（ＳＳ材等）と、外側シャンク１１ａの切削方向Ａの前部にロー付けされた外側超硬チップ１１ｂ（タングステンカーバイト等）とを有する。外側シャンク１１ａは、内側ビット１０の前部１０ｃ（切削方向前方Ａの部分）を覆う前カバー部１１ｃと、内側ビット１０の切羽側部１０ｄを覆う後カバー部１１ｄと、前カバー部１１ｃと後カバー部１１ｄとを接続する摩耗部１１ｅと、前カバー部１１ｃの端部に内側ビット１０の側に突出して形成された前爪部１１ｆと、後カバー部１１ｄの端部に内側ビット１０の側に突出して形成された後爪部１１ｇとを備えている。前爪部１１ｆは、内側シャンク１０ａにその掘削方向Ａの前部に顎状に突出して形成された前係合部１０ｆに当接され、後爪部１１ｇは、内側シャンク１０ａにその掘削方向Ａの後部に顎状に突出して形成された後係合部１０ｇに当接されている。

楔部材１２は、外側ビット１１の前爪部１１ｆを内側ビット１０の前係合部１０ｆに押し付けた状態で台座９に溶接された前楔部材１２ａ（ＳＳ材等）と、外側ビット１１の後爪部１１ｇを内側ビット１０の後係合部１０ｇに押し付けた状態で台座９に溶接された後楔部材１２ｂ（ＳＳ材等）とからなる。１２ｗは、前楔部材１２ａ、後楔部材１２ｂを夫々台座９に溶接することで形成された溶接ビードである。

前楔部材１２ａと前爪部１１ｆとの接触面１３と、前爪部１１ｆと前係合部１０ｆとの接触面１４とは、カッタヘッド４の径方向Ｃ（カッタスポーク６の長手方向）に沿った軸と直交する面内において内側ビット１０から離間する方向に、末広がりに形成されている。同様に、後楔部材１２ｂと後爪部１１ｇとの接触面１５と、後爪部１１ｇと後係合部１０ｇとの接触面１６とは、内側ビット１０から離間する方向に、末広がりに形成されている。

すなわち、接触面１３と接触面１４とは、内側ビット１０から離間する方向に末広がりに形成され、接触面１５と接触面１６とは、内側ビット１０から離間する方向に末広がりに形成されている。接触面１３、１４の開き角θ１と、接触面１５、１６の開き角θ２とは、本実施形態では同じに設定されているが、異なっていても構わない。

これら接触面１３〜１６は、カッタヘッド４の作動による外側ビット１１の切削方向Ａを横切る方向Ｃの軸（本実施形態ではカッタヘッド４の径方向に沿った軸、以下軸Ｃともいう）と夫々平行に形成されている。これにより、カッタヘッド４が回転して外側ビット１１が切羽から切削反力を受けたとき、その切削反力を上記軸Ｃと平行に形成された接触面１３〜１６で支持できる。

なお、上記軸Ｃは、必ずしもカッタヘッド４の径方向に沿っている必要はなく、カッタヘッド４の作動による外側ビット１１の切削方向Ａを横切る方向であれば、カッタヘッド４の径方向に対して多少傾斜していても構わない。上記軸Ｃがカッタヘッド４の径方向から多少傾斜していても、外側ビット１１が切羽から受ける切削反力を上記軸Ｃと平行に形成された接触面１３〜１６で支持できるからである。

ところで、このような構成の多重ビット８においては、切羽の切削中、図２において、多重ビット８が切羽に押し付けられた状態でカッタヘッド４が回転されると、外側ビット１１が内側ビット１０に対して上記軸Ｃの方向に移動し、内側ビット１０から外れてしまう可能性がある。

すなわち、多重ビット８が切羽に押し付けられた状態でカッタヘッド４が回転されると、切羽から外側ビット１１に加わる切削反力は、その殆どが切削方向Ａ（カッタヘッド４の回転中心Ｘを中心とした円の接線方向）に沿った対向力となるが、カッタヘッド４の径方向に流れる掘削土砂によって、一部、カッタヘッド４の径方向の軸Ｃに沿った方向の横力が生じ、この横力によって外側ビット１１が軸Ｃと平行に形成された接触面１３〜１６に沿ってずらされ、内側ビット１０から外れてしまう可能性がある。

そこで、この多重ビット８は、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、外側ビット１１の内側ビット１０に対する上記軸Ｃの方向に沿った移動を拘束する拘束部材１７を備えている。拘束部材１７は、一端が外側ビット１１に形成された貫通孔１７ａに固定され、他端が内側ビット１０に形成された凹部１７ｂに挿入された貫通ピン１７ｃを有する。貫通孔１７ａは、外側ビット１１の後カバー部１１ｄにその内外面を貫通して形成され、凹部１７ｂは、内側ビット１０の切羽側部１０ｄに形成されている。貫通ピン１７ｃは、大径部と小径部とからなり、大径部が貫通孔１７ａに溶接され、小径部が凹部１７ｂに差し込まれている。

貫通孔１７ａは、貫通ピン１７ｃの大径部の直径に合わせて上記軸Ｃの方向に細長く形成された長穴（陸上トラック型）からなる。貫通孔１７ａには、貫通ピン１７ｃの大径部を溶接する際の溶融金属が収容され、溶融金属が固まってドットで示す溶接部１７ｄとなる。凹部１７ｂは、貫通ピン１７ｃの小径部の直径に合わせて上記軸Ｃと直交する方向Ｆに細長く形成された長穴（陸上トラック型）からなる。この形状の凹部１７ｂにより、貫通ピン１７ｃの小径部が、上記軸Ｃの方向に移動しないように押さえられると共に上記軸Ｃと直交する方向Ｆに抜け易くなる。

貫通孔１７ａの孔軸と凹部１７ｂの孔軸とは、外側ビット１１が内側ビット１０に装着された状態で、一致されている。貫通孔１７ｂに溶接された貫通ピン１７ｃが凹部１７ｂに適切に挿入されるようにするためである。

これら貫通孔１７ａ及び凹部１７ｂの孔軸１７ｘは、図４（ａ）に示すように、接触面１５と接触面１６との中間を通る軸１１ｘ（中間軸）に対して、平行となっている。詳しくは、これら孔軸１７ｘと中間軸１１ｘとは、カッタスポーク６の長手方向（図４（ａ）の紙面裏表方向）の軸と直交する面内にて、平行となっている。

これにより、摩耗部１１ｅが図６に示すように摩滅して後カバー部１１ｄと前カバー部１１ｃとが切り離されたとき、後カバー部の１１ｄの後爪部１１ｇが内側ビット１０と後楔部材１２ｂとの間から外れる方向は大凡上記中間軸１１ｘの方向であるところ、この中間軸１１ｘと上記孔軸１７ｘとが平行であれば、貫通ピン１７ｃの小径部の軸心が凹部１７ｂの孔軸と一致した状態で小径部が凹部１７ｂから抜け、後カバー部１１ｄが外れ易くなる。

本実施形態では、外側ビット１１と内側ビット１０との間には隙間１８（図３参照）が設けられているが、これは各ビット１０、１１のシャンク１０ａ、１１ａが鍛造品であり隙間なく密着させる精度を確保することが困難なことによる。よって、外側ビット１１は、その前後の爪部１１ｆ、１１ｇが前後の楔部材１２ａ、１２ｂと前後の係合部１０ｆ、１０ｇとの間に夫々挟持されることによってのみ支持されることになり、強度計算が容易となる。但し、上記隙間１８を部分的に又は全面的に略零として接触させてもよい。

本実施形態の作用を述べる。

図５に示すように、外側ビット１１は、カッタヘッド４の回転及びトンネル掘削機の前進によって切羽Ｋを切削する。かかる外側ビット１１は、その前爪部１１ｆが前楔部材１２ａと前係合部１０ｆとの間に挟持され、後爪部１１ｇが後楔部材１２ｂと後係合部１０ｇとの間に挟持されていて、切削反力を十分支持可能な取付剛性を有する。すなわち、外側ビット１１が切羽Ｋから受ける切削反力は、外側ビット１１の切削方向Ａを横切る方向の軸Ｃと平行に形成された接触面１３〜１６で支持される。

カッタヘッド４が矢印の切削方向Ａに回転すると、外側ビット１１が切羽Ｋからの切削反力を受けて図５の右方に押され、これにより、外側ビット１１の前爪部１１ｆが、押圧方向に先窄まりとなっている、接触面１３と接触面１４との間に、楔の如く嵌り込む。また、カッタヘッド４が切削方向Ａに回転すると、外側ビット１１には、切羽Ｋからの切削反力によって図５にて外側ビット１１を右側に転倒させようとする時計回りのモーメントが生じ、これにより、外側ビット１１の後爪部１１ｇが、上記モーメントの方向に先窄まりとなっている、接触面１５と接触面１６との間に、楔の如く嵌り込む。この結果、外側ビット１１の取付剛性が高まる。

切羽の切削中、図２、図５において、外側ビット１１が切羽Ｋに押し付けられた状態でカッタヘッド４が回転されると、切削反力によって、外側ビット１１が内側ビット１０に対してカッタヘッド４の径方向Ｃに移動しようとする横力が生じ得るが、この横力は貫通ピン１７ｃによって支持される。すなわち、外側ビット１１が横力を受けて内側ビット１０に対してカッタヘッド４の径方向に移動しようとしても、外側ビット１１の貫通孔１７ａに固定された貫通ピン１７ｃの先端（小径部）が内側ビット１０の凹部１７ｂの側面に押し付けられることで、外側ビット１１の内側ビット１０に対する移動が防止される。よって、切羽Ｋの切削中、外側ビット１１が内側ビット１０に対してずれることはなく、適切な切削を保持できる。

外側ビット１１は、切羽Ｋを切削することで、外側超硬チップ１１ｂ及び摩耗部１１ｅが次第に摩耗していく。摩耗が進行するに伴い、外側シャンク１１ａの前カバー部１１ｃと後カバー部１１ｄとを接続する摩耗部１１ｅの肉厚が薄くなり、そこに生じる応力が大きくなる。摩耗が所定量まで進むと、図６示すように、摩耗部１１ｅが破損し、外側ビット１１が、前カバー部１１ｃ及び前爪部１１ｆからなる前ピース１１ｈと、後カバー部１１ｄ及び後爪部１１ｇからなる後ピース１１ｉとに分割される。

分割された前ピース１１ｈは、前爪部１１ｆと前係合部１０ｆとの接触面１４と、前爪部１１ｆと前楔部材１２ａとの接触面１３とが、内側ビット１０から離間する方向に末広がりとなっているため、カッタヘッド４の回転に伴って生じる細かな振動や横力或いはカッタヘッド４を逆回転させること等によって、前爪部１１ｈが矢印Ｄの方向に外れ、カッタヘッド４から脱落する。

後ピース１１ｉは、後爪部１１ｇと後係合部１０ｇとの接触面１６と、後爪部１１ｇと後楔部材１２ｂとの接触面１５とが、内側ビット１０から離間する方向に末広がりとなっているため、カッタヘッド４の回転に伴って生じる細かな振動や横力或いはカッタヘッド４を逆回転させること等によって、後爪部１１ｇが矢印Ｅの方向に外れ、カッタヘッド４から脱落する。このとき、後ピース１１ｉに固定された貫通ピン１７ｃの小径部が内側ビット１０の凹部１７ｂから引き抜かれる。

ここで、凹部１７ｂはカッタヘッド４の径方向Ｃと直交する方向Ｆ（図４（ａ）参照）、即ち図４（ｂ）における掘削方向Ａに沿って細長い長穴状に形成されているので、後カバー部１１ｉが切羽Ｋからの反力を受けて、貫通ピン１７ｃの小径部が凹部１７ｂから引き抜かれる際、貫通ピン１７ｃの小径部が凹部１７ｂ内を掘削方向Ａに沿って多少移動することが許容される。よって、貫通ピン１７ｃの小径部が凹部１７ｂからスムーズに抵抗無く抜去される。

すると、図７に示すように、これまで外側ビット１１に覆われていて全く摩耗していない内側ビット１０が露出し、この新品状態の内側ビット１０によって切羽Ｋを切削できる。

このように、本実施形態によれば、摩耗限界となった外側ビット１１が自動的にカッタヘッド４から脱落し、それまで外側ビット１１によって摩耗から防護されていた内側ビット１０によって切削を継続できるので、ビット全体としての寿命が伸び、長距離施工に対応できる。

また、本実施形態によれば、図５、図６に示すように、外側ビット１１が所定量（摩耗限界）まで摩耗したとき、摩耗部１１ｅに応力が集中して破損が生じるので、アクチュエータ（文献１のヒータやシリンダ等）を用いることなく外側ビット１１が外れ、内側ビット１０が露出する。アクチュエータが不要なので、それを作動するためにカッタヘッド４に配設される電線や油圧ラインが不要となり、更にそれら電線や油圧ラインに電流や油圧を供給するためのロータリージョイントが不要となるため、カッタヘッド４周りの構造が簡単となってコストダウンを推進できる。

なお、本実施形態では、図４（ａ）に示すように、接触面１３、１４を内側ビット１０から離間する方向に末広がりに形成し、同様に接触面１５、１６とを内側ビット１０から離間する方向に末広がりに形成したが、これに限らず、平行又は先窄まりに形成しても構わない。カッタヘッド４の回転に伴って生じる細かな振動や前記横力或いはカッタヘッド４を逆回転させること等によって、図６の前ピース１１ｈは、接触面１３、１４に沿って上記軸Ｃの方向に移動する等して内側ビット１０から離脱し、後ピース１１ｉは、図６にて時計回りに僅かに回転し貫通ピン１７ｃの先端が凹部１７ｂから引き抜かれた状態で、接触面１５、１６に沿って上記軸Ｃの方向に移動する等して内側ビット１０から離脱するからである。

以下、本発明の変形実施形態を図８〜図１２を用いて述べる。

図８〜図１１の変形実施形態は、外側ビット１１の内側ビット１０に対する移動を拘束する拘束部材１７のみが前実施形態と異なり、他は同様の構成となっていて、前実施形態と同様の作用効果を奏する。すなわち、外側ビット１１は、接触面１３〜１６に沿って内側ビット１０に対して移動可能であるところ、この移動が以下に述べる拘束部材１７によって拘束されている。

図８に示す変形実施形態の拘束部材１７は、一端が外側ビット１１の側部１１ｊに溶接固定され他端が内側ビット１０の側部に当接された側板１７ｅを有する。側板１７ｅは、外側ビット１１の外側部（カッタヘッド４の径方向Ｃの外側の側部）に溶接固定された外の側板１７ｅと、外側ビット１１の内側部（カッタヘッド４の径方向Ｃの内側の側部）に溶接固定された内の側板１７ｅとからなる。内側ビット１０の幅寸法（カッタヘッド４の径方向Ｃの寸法）は、外及び内の側板１７ｅが対向する部分にて、外側ビット１１の幅寸法と等しくなっており、外及び内の側板１７ｅの他端が内側ビット１０の側部に当接している。これら外及び内の側板１７ｅによって、外側ビット１１の内側ビット１０に対する上記軸Ｃに沿った移動が拘束される。

図９に示す変形実施形態の拘束部材１７は、楔部材１２ａ、１２ｂに形成された凸部又は凹部１７ｆと、これら凸部又は凹部１７ｆと係合するように外側ビット１１に形成された凹部又は凸部１７ｇとを有する。詳しくは、前楔部材１２ａの接触面１３には、凸部又は凹部１７ｆが形成され、外側ビット１１の前爪部１１ｆには、凹部又は凸部１７ｇが形成されている。また、後楔部材１２ｂの接触面１５には、凸部又は凹部１７ｆが形成され、外側ビット１１の後爪部１１ｇには、凹部又は凸部１７ｇが形成されている。これら凸部及び凹部１７ｆ、１７ｇによって、外側ビット１１の内側ビット１０に対する上記軸Ｃに沿った移動が拘束される。

凸部又は凹部１７ｆ、凹部又は凸部１７ｇの詳細を図１０に示す。この変形実施形態では、図１０（ａ）に示すように後楔部材１２ｂに凸部１７ｆとしてキー（オス側）が設けられ、図１０（ｂ）に示すように外側ビット１１の後爪部１１ｇに凹部１７ｇとして溝（メス側）が設けられている。同様に、図示はしないが、前楔部材１２ａに凸部１７ｆとしてキーが設けられ、外側ビット１１の前爪部１１ｆに凹部１７ｇとして溝が設けられている。これらキー１７ｆと溝１７ｇとを嵌合させてから、前楔部材１２ａ、後楔部材１２ｂを台座９に溶接することで、外側ビット１１の内側ビット１０に対する図９（ｂ）に示す軸Ｃに沿った移動を拘束している。なお、キーと溝との関係は逆でもよい。

図１１に示す変形実施形態の拘束部材１７は、外側ビット１１の内面に突出して設けられ内側ビット１０に形成された窪み部１７ｈに挿入された突出部１７ｉを有する。詳しくは、外側ビット１１の後カバー部１１ｄの内面には、突出部１７ｉが切削方向Ａに沿ってリブ状に設けられ、内側ビット１０の切羽側部１０ｄには、突出部１７ｉが丁度係合するように形成された窪み部１７ｈが設けられている。これら突出部１７ｉ、窪み部１７ｈによって、外側ビット１１の内側ビット１０に対する上記軸Ｃに沿った移動が拘束される。

図１２の変形実施形態は、一のビットでカッタヘッド４の時計回り回転及び反時計回り回転の両方向の掘削に対応したビットに、本発明（多重ビット）を適用したものである。

この変形実施形態に係る多重ビット８は、カッタヘッド４の切羽側面４ａ（カッタフェイス）に溶接された内側ビット１０と、内側ビット１０に、内側ビット１０を覆って装着された外側ビット１１と、カッタフェイス４ａに溶接され、外側ビット１１を内側ビット１０に押し付ける楔部材１２（前楔部材１２ａ、後楔部材１２ｂ）とを有する。

内側ビット１０は、カッタフェイス４ａに溶接された内側シャンク１０ａと、内側シャンク１０ａの頂部にロー付け等で固定された三角屋根（切り妻屋根）状の内側超硬チップと１０ｂを有し、この内側超硬チップ１０ｂにより、カッタヘッド４が矢印Ａ方向に回転しても矢印Ｂ方向に回転しても切羽を切削できるようになっている。なお、内側ビット１０は、カッタフェイス４ａに溶接された図示しない台座に溶接してもよい。

外側ビット１１は、内側ビット１０の矢印Ａの前側の側面を覆うように形成された前外側シャンク１１ｋと、内側ビット１０の同後側の側面を覆うように形成された後外側シャンク１１ｍと、これら外側シャンク１１ｋ、１１ｍの頂部を架け渡す三角屋根状に形成され外側シャンク１１ｋ、１１ｍの頂部にロー付け等で固定された外側超硬チップと１１ｂを有し、この外側超硬チップ１１ｂにより、カッタヘッド４が矢印Ａ方向に回転しても矢印Ｂ方向に回転しても切羽を切削できるようになっている。

前外側シャンク１１ｋは、内側シャンク１０に形成された前凹部１０ｈに挿入された前爪部１１ｎを有し、前爪部１１ｎは、カッタフェイス４ａに溶接された前楔部材１２ａによって前凹部１０ｈの天井面に押し付けられている。同様に、後外側シャンク１１ｍは、内側シャンク１０ａに形成された後凹部１０ｉに挿入された後爪部１１ｐを有し、後爪部１１ｐは、カッタフェイス４ａに溶接された後楔部材１２ｂによって後凹部１０ｉの天井面に押し付けられている。楔部材１２ａ、１２ｂは、カッタフェイス４ａに溶接された図示しない前記台座に溶接してもよい。

前爪部１１ｎと前凹部１０ｈとの接触面１４、前爪部１１ｎと前楔部材１２ａとの接触面１３、後爪部１１ｐと後凹部１０ｉとの接触面１６、後爪部１１ｐと後楔部材１２ｂとの接触面１５は、カッタヘッド４の回転方向Ａ、Ｂを横切る方向の軸（この実施形態ではカッタヘッド４の径方向に沿った軸：図２の軸Ｃ）と平行に形成されている。これにより、カッタヘッド４が矢印Ａ又はＢの方向に回転して外側ビット１１が切羽から切削反力を受けたとき、その切削反力を上記軸Ｃと平行に形成された接触面１３〜１６で支持できる。

上記軸Ｃは、必ずしもカッタヘッド４の径方向に沿っている必要はなく、外側ビット１１及び内側ビット１０の切削方向Ａを横切る方向であれば、カッタヘッド４の径方向に対して多少傾斜していても構わない。上記軸Ｃがカッタヘッド４の径方向から多少傾斜していても、外側ビット１１が切羽から受ける切削反力を上記軸Ｃと平行に形成された接触面１３〜１６で支持できるからである。

また、この多重ビット８は、外側ビット１１の内側ビット１０に対する上記軸Ｃの方向に沿った移動を拘束する拘束部材１７を備えている。拘束部材１７は、一端が外側シャンク１１ｋ、１１ｍにその内外面を貫通して形成された貫通孔１７ａに固定され、他端が内側シャンク１０ａに形成された凹部１７ｂに挿入された貫通ピン１７ｃを有する。

貫通ピン１７ｃは、小径の軸部と大径の頭部とからなり、頭部が外側シャンク１１ｋ、１１ｍに形成された窪み部に収容され、軸部の中間が外側シャンク１１ｋ、１１ｍの貫通孔１７ａに挿通されて固定されている。固定方法は、圧入、ネジ止め、溶接等が用いられる。貫通ピン１７ｃの軸部の先端は、内側シャンク１０ａの凹部１７ｂに差し込まれている。凹部１７ｂの図１２の裏表方向の寸法は、貫通ピン１７ｃの軸部の直径に一致されており、軸部が図１２の裏表方向すなわち上記軸Ｃの方向に移動しないようになっている。

この変形実施形態においても、カッタヘッド４が矢印Ａ又はＢ方向に回転して外側超硬チップ１１ｂが切羽を切削することで或る程度摩耗すると、外側超硬チップ１１ｂが図１２の左右に分断され、前外側シャンク１１ｋと後外側シャンク１１ｍとの連結が解除される。すると、カッタヘッド４の回転に伴って生じる細かな振動や前記横力或いはカッタヘッド４を逆回転させること等によって、外側シャンク１１ｋ、１１ｍは、僅かに外開きとなるように回動し貫通ピン１７ｃの軸部が凹部１７ｂから引き抜かれた状態で、接触面１３及び１４、接触面１５及び１６に沿って上記軸Ｃの方向に移動する等して内側ビット１０から離脱する。よって、最初の実施形態と同様の作用効果を奏する。

更に別の変形実施形態を述べると、図４（ａ）、図８（ａ）、図９（ａ）、図１１（ａ）、図１２において、外側ビット１１を覆うように形成された図示しない別の外側ビット（第２外側ビット）を更に備え、第２外側ビットの前端を外側ビット１１（第１外側ビット）に押し付ける別の前楔部材（第２前楔部材）を前楔部材１２ａ（第１前楔部材）又は台座９に固定（溶接）し、第２外側ビットの後端を第１外側ビット１１に押し付ける別の後楔部材（第２後楔部材）を後楔部材１２ｂ（第１後楔部材）又は台座９に固定（溶接）し、三重ビットとしてもよい。

この三重ビットにおいても、第２前楔部材と第２外側ビットとの接触面と、第２外側ビットと第１外側ビットとの接触面とが、第２外側ビットの切削方向Ａを横切る方向Ｃの軸と平行に形成されており、第２外側ビットの第１外側ビット１１に対する上記軸の方向Ｃに沿った移動を拘束する拘束部材（上記貫通ピン１７ｃ、側板１７ｅ、凸部及び凹部１７ｆ、１７ｇ、突出部１７ｉ及び窪み部１７ｈ等と同様のもの）を備えている。また、上記各接触面は、第１外側ビット１１（内側ビット１０でも同じ）から離間する方向に末広がりに形成されることが好ましい。

この三重ビットによれば、第２外側ビットが所定量摩耗すると、第２外側ビットが前後に分割されて第１外側ビット１１から脱落し、以降図５の状態となって上述のように切削を続行でき、上述した二重ビットと同様の作用効果を奏する。

なお、同様にして四重ビット以上も可能である。

また、上記実施形態においては、拘束部材１７（貫通ピン１７ｃ、側板１７ｅ、突出部１７ｉ）を外側ビット１１に固定したが、これらを内側ビット１０に固定しても構わない。

本実施形態に係る多重ビットが装着されたカッタヘッドを有するトンネル掘削機（シールド掘進機）の側断面図である。 上記シールド掘進機を掘進方向前方から見た正面図である。 図２のIII−III線断面図である。 図４（ａ）は、図３の部分拡大図であって図４（ｂ）のIV−IV線断面図でもあり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す多重ビットの正面図であって図２の部分拡大図でもある。 本実施形態に係る多重ビットで切羽を切削する様子を示す側断面図である。 外側ビットの摩耗が進行して破損した様子を示す側断面図である。 内側ビットで切羽を切削する様子を示す断面図である。 変形実施形態に係る多重ビットの説明図であり、図８（ａ）は側断面図（図８（ｂ）のVIII−VIII線断面図）、図８（ｂ）は正面図である。 別の変形実施形態に係る多重ビットの説明図であり、図９（ａ）は側断面図（図９（ｂ）のIX−IX線断面図）、図９（ｂ）は正面図である。 図１０（ａ）は図９（ａ）に示す後楔部材の斜視図であり、図１０（ｂ）は図９（ａ）に示す外側ビットの後爪部の斜視図である。 更に別の変形実施形態に係る多重ビットの説明図であり、図１１（ａ）は側断面図（図１１（ｂ）のXI−XI線断面図）、図１１（ｂ）は正面図である。 更に別の変形実施形態に係る多重ビットの側断面図である。

符号の説明

４ カッタヘッド
８ 多重ビット
９ 台座
１０ 内側ビット
１１ 外側ビット
１１ｊ 側部
１２ 楔部材
１３ 接触面
１４ 接触面
１５ 接触面
１６ 接触面
１７ 拘束部材
１７ａ 貫通孔
１７ｂ 凹部
１７ｃ 貫通ピン
１７ｅ 側板
１７ｆ 凸部又は凹部
１７ｇ 凹部又は凸部
１７ｈ 窪み部
１７ｉ 突出部
Ｋ 切羽
Ａ、Ｂ 切削方向
Ｃ 切削方向を横切る方向

Claims (6)

1. トンネル掘削機のカッタヘッドに、切羽を切削するために装着される多重ビットであって、
   上記カッタヘッドに直接又は台座を介して取り付けられる内側ビットと、
   該内側ビットに、この内側ビットを覆って装着された外側ビットと、
   上記台座又は上記カッタヘッドに固定され、上記外側ビットを上記内側ビットに押し付ける楔部材とを有し、
   該楔部材と上記外側ビットとの接触面と、上記外側ビットと上記内側ビットとの接触面とが、上記カッタヘッド作動時の外側ビットの切削方向を横切る方向の軸と平行に形成され、
   上記外側ビットの上記内側ビットに対する上記軸の方向に沿った移動を拘束する拘束部材を備えたことを特徴とする多重ビット。
2. 上記楔部材と上記外側ビットとの接触面と、上記外側ビットと上記内側ビットとの接触面とが、上記内側ビットから離間する方向に末広がりに形成された請求項１に記載の多重ビット。
3. 上記拘束部材は、一端が上記外側ビットにその内外面を貫通して形成された貫通孔に固定され、他端が上記内側ビットに形成された凹部に挿入された貫通ピンを有する請求項１又は２に記載の多重ビット。
4. 上記拘束部材は、一端が上記外側ビットの側部に固定され他端が上記内側ビットの側部に当接された側板を有する請求項１又は２に記載の多重ビット。
5. 上記拘束部材は、上記楔部材に形成された凸部又は凹部と、これら凸部又は凹部と係合するように上記外側ビットに形成された凹部又は凸部とを有する請求項１又は２に記載の多重ビット。
6. 上記拘束部材は、上記外側ビットの内面に突出して設けられ上記内側ビットに形成された窪み部に挿入された突出部を有する請求項１又は２に記載の多重ビット。

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