JP5930765B2 - ローラビット磨耗検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、掘削機やシールド掘進機のカッタヘッドに取り付けられて岩盤などの硬質の地盤を掘削するローラビットにおいて、掘削ビットの磨耗を検出する油圧式のローラビット磨耗検出装置に関する。

従来のカッタの磨耗検出技術として、１）カッタビットの磨耗を検出する検出ヘッドに、一次側コイルおよび二次側コイルをそれぞれ巻回した磁性体コアを収納して一部を切削面に露出させ、一次側コイルに印加された交流電圧の磨耗による磁気抵抗の変化を、二次側コイルの出力電圧により検出するものが、特許文献１の図１−９に開示されている。また、２）カッタビットの所定位置に埋設されたセンサ容器内に磨耗検出センサを内装したものが、特許文献１の図１０に開示されている。さらに、３）カッタビット内に、圧力流体が封入された筒状の密閉容器を埋め込み、磨耗による密閉容器の破損を、圧力計により圧力流体の圧力低下で検出するものが、特許文献１の図１１に開示されている。

特許第３２４７６２８号（図１−９、図１０、図１１）

ところで、岩盤などの硬質の地盤を掘削するローラビットには、大きな衝撃力や負荷が加わり、従来技術１）、２）のように、金属細線などの検出部材などの複雑な部品や繊細な部品を使用すると、破損しやすいという問題がある。

また従来技術３）のように、磨耗により破損する密閉容器の油圧変化を検出するものは構造が単純で、カッタヘッドに固定されたカッタビットに好適である。しかし、掘削時に大きな負荷を受けて回転されるローラビットに適用する場合、油圧の変化を検出する圧力管の形成がきわめて難しいという問題があった。これは、ローラビットと支軸との間に介装される軸受として、ラジアル方向およびスラスト方向の負荷を支持する円錐コロ軸受が使用されており、しかも軸受がオイルに浸された湿式に構成されているためである。

本発明は、大きな衝撃力や負荷が加わるローラビットであっても、磨耗を良好に検出できる油圧式のローラビット磨耗検出装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、
支軸に軸受を介してビット本体が回転自在に支持され、当該ビット本体の外周で刃先部に設けられた切削チップの磨耗状態を検出するローラビット磨耗検出装置であって、
ビット本体の軸穴と支軸との間に形成された潤滑油室内に、少なくとも一対の軸受部からなる前記軸受を介在させ、
前記一対の軸受部間でビット本体の軸穴内に、支軸に回転自在に外嵌されるインナーリングを取り付け、
当該インナーリングに、穴部内周面に沿って形成された内周溝と、当該内周溝から外周面に連通する連通穴と、当該インナーリングにより前記一対の軸受部側に互いに分離された前記潤滑油室を連通する透孔とを形成し、
ビット本体の刃先部に所定深さに形成された検出室と、当該検出室と前記連通穴とを連通する圧油通路とを設け、
支軸に形成された検出圧油注入穴から、前記内周溝および前記連通穴ならびに前記圧油通路を介して前記検出室に圧油を供給し、供給された圧油の油圧値から刃先部の磨耗を検出するものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、
インナーリングの外周面に、連通穴が接続される外周溝を全周にわたって形成したものである。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の構成において、
刃先部を、ビット本体の外周部で母材に掘削チップが一定間隔ごとに植設されたチップインサートタイプとし、
検出室は、前記掘削チップ間の母材に外周部から穿孔して、その開口部を溶接により肉盛りして形成したものである。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の構成において、
インナーリングの内周溝の両側に形成された内周シール溝に、支軸に摺接する内周リングシール材を設けたものである。

請求項１記載の発明によれば、支軸とビット本体との間に、潤滑油室を形成して一対の軸受部を介在させたローラビットであっても、ビット本体の軸穴に、潤滑油室内で軸受部間に、支軸に回転自在に外嵌されるインナーリングを取り付け、検出用圧油を、支軸に形成された検出圧油注入穴から、インナーリングに形成された内周溝や連通穴から、ビット本体の圧油通路を介して検出室に供給することにより、硬質の掘削地盤から大きい衝撃や負荷が加わるローラビットであっても、刃先部の磨耗を確実に検出することができる。またインナーリングに形成された透孔により、インナーリングで軸受部ごとに分断された潤滑油室を連通させることができる。したがって、一方の潤滑油室に給油すればよく、給油構造を簡略化することができる。

請求項２記載の発明によれば、インナーリングの外周部に外周溝を形成したので、連通穴と圧油通路と位置合わせする必要がなくなり、ビット本体の軸穴内へのインナーリングの装着作業を容易に行うことができる。

請求項３記載の発明によれば、刃先部をチップインサートタイプとしたので、刃先部外周で掘削チップ間の母材から検出室を穿孔して形成することができ、穿孔の刃先側を溶接により肉盛りして埋め込むことで、検出室を容易に形成することができる。

請求項４記載の発明によれば、インナーリングの内周溝の両側に内周リングシール材を設けることにより、支軸との摺接部で内周溝のシールを良好に行うことができる。

本発明に係るローラビットの磨耗検出装置の実施例を示すローラビットの縦断面図である。 図１に示すＡ−Ａ断面図である。 ローラビットの側面図である。 インナーリングの正面図である。 インナーリングの図４に示すＢ−Ｂ断面図である。 磨耗検出用の圧油供給検出部を示す構成図である。 ゲージローラビットを示すカッタヘッドの正面図である。 圧油供給検出部の他の実施例を示す構成図である。

［実施例１］
以下、本発明に係る油圧式の磨耗検出装置を有するローラビットの実施例１を図１〜図７に基づいて説明する。

［カッタヘッド］
図７は、シールド掘進機のカッタヘッド１で、軸心部から半径方向に伸び外周リング４に連結される３本の主スポーク２と、これら主スポーク２間で軸心部から半径方向に伸び外周リング４に連結される３本の副スポーク３とを具備している。これら主スポーク２、副スポーク３および外周リング４に、固定式のカッタビット５やローラビット６が取り付けられ、主スポーク２および副スポーク３間が土砂取り入れ口７に形成される。

これらローラビット６のうち、１本の主スポーク２の外周部に設置された１個が磨耗検出装置を有する磨耗検出用のゲージローラビット６Ａに構成されている。
［ゲージローラビット］
前記ゲージローラビット６Ａは、支軸１０に軸受２０を介してビット本体３０が回転自在に支持されたものである。

前記支軸１０の両端部には、カッタヘッドの軸受支持部５１（図６）に取り付けられる正方形断面の角柱部１１Ｌ，１１Ｒが形成され、左角柱部１１Ｌから右角柱部１１Ｒ側に、抜止め用の鍔部１２、回転支持部１３および固定用の雄ねじ部１４が順に形成されている。

前記軸受２０は、一対の円錐コロ軸受２１Ｌ，２１Ｒを背面合わせに設置したアンギュラコンタクト軸受に構成され、また円錐コロ軸受２１Ｌ，２１Ｒが潤滑油に浸された湿式に構成されている。すなわち、支軸１０の回転支持部１３の両端側とビット本体３０の軸穴３１との間に、左右一対のシール体２２Ｌ，２２Ｒが設けられて、密閉された潤滑油室２３が形成されている。前記潤滑油室２３内で、回転支持部１３とビット本体３０の軸穴３１との間に円錐コロ軸受（軸受部）２１Ｌ，２１Ｒが所定間隔をあけて設置され、内輪２１Ｌｉ，２１Ｒｉが回転支持部１３に固定されるとともに、外輪２１Ｌｏ，２１Ｒｏがビット本体３０の軸穴３１に固定されている。そして、これら円錐コロ軸受２１Ｌ，２１Ｒ間に、ビット本体３０の軸穴３１にしまりばめされたインナーリング４０が設置されて回転支持部１３に回転自在に外嵌されている。

左右のシール体２２Ｌ，２２Ｒは、対称構造に構成されており、支軸１０に固定されたシールホルダ２４Ｌ，２４Ｒと、ビット本体３０に固定されたシールリング２５Ｌ，２５Ｒと、これらシールホルダ２４Ｌ，２４Ｒとシールリング２５Ｌ，２５Ｒとをシールしつつ回転自在に嵌め合わせるフローティングシール２６とを具備している。左側のシールホルダ２４Ｌは、鍔部１２に位置規制されて回転支持部１３に外嵌固定され、また右側のシールホルダ２４Ｒは、雄ねじ部１４に嵌合されて回り止めピース２７により固定される。そして左右のシールホルダ２４Ｌ，２４Ｒは、外周面２４ａが軸穴３１に隙間を介して嵌合されている。また左右のシールリング２５Ｌ，２５Ｒは、軸穴３１に形成された係止段部にそれぞれ中央側への移動を規制されて軸穴３１に内嵌めされている。さらに左右のフローティングシール２６は、シールホルダ２４Ｌ，２４Ｒとシールリング２５Ｌ，２５Ｒの間の空間部にそれぞれ設置され互いに摺接される一対一組のリング体２６ａ，２６ｂと、これらリング体２６ｂとシールホルダ２４Ｌ，２４Ｒとの間に介在されるリングシール材２６ｃと、リング体２６ａとシールリング２５Ｌ，２５Ｒとの間に介在されてリング体２６ａを保持するリングシール材２６ｄとを有している。

［インナーリング］
前記インナーリング４０は、図４、図５に示すように、穴部４０ａの内周面で回転支持部１３に内リングシール材４７ａを介して摺接される内リング部４１と、軸穴３１にしまりばめされる外リング部４２と、これら内外リング部４１，４２とを連結する連結壁部４３とでＩ字形断面に形成されている。そして内リング部４１に、内周面の中央部に沿って内周溝４４が全周にわたって形成され、また外リング部４２の外周面の中央部に沿って外周溝４５が全周にわたって形成され、さらに連結壁部４３に半径方向に穿設されて内周溝４４と外周溝４５とを接続する単数または複数（図では９０°ごとに４本）の連通穴４６が穿穴されている。さらにまた、内リング部４１の内周面で内周溝４４の両側に、回転支持部１３に摺接する内リングシール材４７ａが内周シール溝４７を介して内装され、また外リング部４２の外周面で外周溝４５の両側に、軸穴３１に接する外リングシール材４８ａが外周シール溝４８を介して内装されている。

このインナーリング４０により、潤滑油室２３が円錐コロ軸受２１Ｌ，２１Ｒ毎とに分断されることになるが、連結壁部４３に、一定間隔ごとに複数の透孔４９が、連通穴４６と重ならない位置に形成されている。これにより、左右の潤滑油室２３を連通させることができ、潤滑油注入軸穴１５Ａおよび潤滑油注入分岐穴１５Ｂを介して左右一方の潤滑油室２３に循環油を供給して充填することができる。

支軸１０には、潤滑油注入穴１５と検出圧油注入穴１６がそれぞれ形成されている。この潤滑油注入軸穴１５Ａで左端面の開口部に、潤滑油が充填された後に閉鎖プラグ１７が装着される。さらに潤滑油注入軸穴１５Ａの奥端部から半径方向に伸びる潤滑油注入分岐穴１５Ｂが形成されて軸受２０のシールホルダ２４Ｌの連通穴２４ｃに接続されている。また右側のシールホルダ２４Ｒには、潤滑油室２３に連通される潤滑油調整穴２８が形成されて、閉鎖プラグ２８ａにより閉鎖されている。なお、この潤滑油室２３への潤滑油の充填に際しては、左端面が下位となるようゲージローラビット６Ａをセットし、潤滑油供給ノズルを接続して潤滑油注入軸穴１５Ａから潤滑油を潤滑油室２３に供給し、潤滑油調整穴２８の閉鎖プラグ２８ａを外して空気抜きを行う。そして目視により潤滑油調整穴２８から潤滑油がオーバーフローするのを確認し、オーバーフローした潤滑油を、膨張を吸収するためにスポイトなどを用いて適切量抜き出した後、閉鎖プラグ２８ａが装着される。反転させて潤滑油供給ノズルを外した後、潤滑油注入軸穴１５Ａに閉鎖プラグ１７が装着される。

また、検出圧油注入軸穴１６Ａは、右角柱部１１Ｒに開口される検出圧油注入口１６Ｃが半径方向に形成されている。さらにまた、検出圧油注入軸穴１６Ａの奥端部から半径方向に伸びる検出圧油注入分岐穴１６Ｂが形成されてインナーリング４０の内周溝４４に臨んで開口されている。これら検出圧油注入軸穴１６Ａ、検出圧油注入分岐穴１６Ｂおよび検出圧油注入口１６Ｃにより検出圧油注入穴１６が構成される。

［刃先部、検出室］
ビット本体３０の軸心方向の右寄りに全周にわたって突出された刃先部３２は、図２，図３に示すように、母材に一定間隔ごとに掘削チップ３３が埋め込まれたチップインサートタイプに構成されている。そして、掘削チップ３３が埋め込まれていない母材部分には、磨耗検出深さＤの位置に検出室３４が形成されている。そして、前記インナーリング４０の外周溝４５とこの検出室３４とを連通する圧油通路３５Ａ〜３５Ｃが半径方向および軸心方向に形成されている。３４ａは検出室３４を形成するために穿穴後の開口部を埋め込んで形成した溶接肉盛部である。

［配管検出部］
図６に示すように、支軸１０の右角柱部１１Ｒを楔ブロックにより支持する軸受支持部５１に、検出圧油注入穴１６に連通される検出油圧配管５３が接続され、この検出油圧配管５３の入口にカップラ５４Ａが取り付けられている。このカッタヘッド１側に設けられたカップラ５４Ａに、シールド掘進機本体側に設置された油圧供給源である油圧ポンプ６０から検出圧油を導入する圧油供給管５５が油圧ホース５６およびカップラ５４Ｂを介して接続される。この圧油供給管５５には、磨耗検知スイッチ５７により操作される開閉弁５８が介在されるとともに、圧油供給管５５の油圧を検出する油圧計５９が取り付けられている。

したがって、刃先部３２が磨耗限となる耐用掘削時間に接近すると、カッタヘッド１を停止し、検出油圧配管５３にカップラ５４Ａ，５４Ｂを介して油圧ホース５６および圧油供給管５５を接続し、さらに磨耗検知スイッチ５７を操作して開閉弁５８を開ける。すると、油圧ポンプ６０の圧油が、圧油供給管５５、検出油圧配管５３を介してゲージローラビット６Ａの検出圧油注入穴１６に注入される。さらに圧油がインナーリング４０の内周溝４４、連通穴４６、外周溝４５から圧油通路３５Ａ〜３５Ｃを介して検出室３４に送られる。この時、刃先部３２の磨耗が小さくて検出室３４に達していない場合には、油圧計５９により所定の油圧値が検出される。また刃先部３２の磨耗が検出室３４に達している場合には、圧油が漏出されるため、油圧計５９に所定の油圧値が検出されることがない。

上記実施例によれば、支軸１０の回転支持部１３とビット本体３０の軸穴３１との間に、潤滑油室２３を形成して一対の円錐ころ軸受２１Ｌ，２１Ｒを介在させたゲージローラビット６Ａであっても、ビット本体３０の軸穴３１内で円錐ころ軸受２１Ｌ，２１Ｒ間に、支軸１０に回転自在に外嵌されるインナーリング４０を取り付け、検出用圧油を支軸１０に形成された検出圧油注入穴１６から、インナーリング４０に形成された内周溝４４、連通穴４６、外周溝４５を介して、ビット本体３０の圧油通路３５Ａ〜３５Ｃから検出室３４に充填することができるので、刃先部３２の磨耗を確実に検出することができる。

また、インナーリング４０に形成された透孔４９により、インナーリング４０により分断された潤滑油室２３を連通させることができ、潤滑油室２３の一方に給油すればよく、給油構造を簡略化することができる。

さらに、刃先部３２をチップインサートタイプとしたので、検出室３４を刃先部３２の母材外周から穿孔し、この穿孔孔の刃先端側を溶接により肉盛りして埋め込むことで、検出室３４を容易に形成することができる。

さらにまた、インナーリング４０の内周溝４４の両側に、内周シール溝４７を介して内リングシール材４７ａを設けたので、インナーリング４０と支軸１０との摺接部における内周溝４４のシールを良好に行うことができる。

またインナーリング４０の内周面に、連通穴４６に接続される内周溝４４を形成したので、磨耗検出に際して、支軸１０に対してビット本体３０を、連通穴４６と検出圧油注入分岐穴１６Ｂとが一致する特定位置に停止させる必要がなくなり、任意位置でよく、検出が容易に行える。さらに、インナーリング４０の外周面に、連通穴４６に接続される外周溝４５を形成したので、ビット本体３０の軸穴３１内へのインナーリング４０の組付作業に際して、連通穴４６と圧油通路３５Ｃと位置合わせする必要がなくなり、容易に組立を行うことができる。

［実施例２］
上記ゲージローラビット６Ａでは、カッタヘッド１を停止して手動で磨耗を検出しているが、図８に示すように、自動的に刃先部３２の磨耗を検出することができる。なお、実施例２の同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

［配管検出部］
すなわち、検出油圧配管５３を、カッタヘッド１を支持する回転軸に設けられた軸付ロータリジョイント６１を介して圧油供給管５５を接続する。磨耗検知スイッチ５７により監視動作信号が入力される磨耗監視部６２では、監視動作信号が入力されると、タイマー６３により一定時間ごとに開閉弁５８を開け、油圧ポンプ６０（または油圧アクチュエータ６５）から圧油を検出室３４に供給し、油圧センサ６４により圧油供給管５５を介して検出室３４の油圧を検出する。磨耗監視部６２では、刃先部３２の磨耗が検出室３４に達しており、圧油が流出して油圧センサ６４に所定の油圧値が検出されない場合には、刃先部３２が磨耗していると判断して、磨耗警報器６６である警告ブザーや警報ランプを作動させる。

上記実施例２によれば、ゲージローラビット６Ａの刃先部３２の磨耗を常時監視することができる。もし、ゲージローラビット６Ａが磨耗した場合には、磨耗警報器６６により自動的に検知することができて、迅速に磨耗ローラビット６を新たなローラビット６に交換することができる。これにより、十分な掘削速度を安定して維持することができる。

なお、上記実施例では、カッタヘッド１に１個のゲージローラビット６Ａを設けたが、複数個であってもよい。

１ カッタヘッド
６ ローラビット
６Ａ ゲージローラビット
１０ 支軸
１６ 検出圧油注入穴
１７ 閉鎖プラグ
２０ 軸受
２１Ｌ，２１Ｒ 円錐コロ軸受
２２Ｌ，２２Ｒ シール体
２３ 潤滑油室
３０ ビット本体
３１ 軸穴
３２ 刃先部
３３ 掘削チップ
３４ 検出室
３５Ａ〜３５Ｃ 圧油通路
４０ インナーリング
４４ 内周溝
４５ 外周溝
４６ 連通穴
４９ 透孔
５３ 検出油圧配管
５５ 圧油供給管
５８ 開閉弁
５９ 油圧計

Claims (4)

1. 支軸に軸受を介してビット本体が回転自在に支持され、当該ビット本体の外周で刃先部に設けられた切削チップの磨耗状態を検出するローラビット磨耗検出装置であって、
   ビット本体の軸穴と支軸との間に形成された潤滑油室内に、少なくとも一対の軸受部からなる前記軸受を介在させ、
   前記一対の軸受部間でビット本体の軸穴内に、支軸に回転自在に外嵌されるインナーリングを取り付け、
   当該インナーリングに、穴部内周面に沿って形成された内周溝と、当該内周溝から外周面に連通する連通穴と、当該インナーリングにより前記一対の軸受部側に互いに分離された前記潤滑油室を連通する透孔とを形成し、
   ビット本体の刃先部に所定深さに形成された検出室と、当該検出室と前記連通穴とを連通する圧油通路とを設け、
   支軸に形成された検出圧油注入穴から、前記内周溝および前記連通穴ならびに前記圧油通路を介して前記検出室に圧油を供給し、供給された圧油の油圧値から刃先部の磨耗を検出する
   ことを特徴とするローラビット磨耗検出装置。
2. インナーリングの外周面に、連通穴が接続される外周溝を全周にわたって形成した
   ことを特徴とする請求項１記載のローラビット磨耗検出装置。
3. 刃先部を、ビット本体の外周部で母材に掘削チップが一定間隔ごとに植設されたチップインサートタイプとし、
   検出室は、前記掘削チップ間の母材に外周部から穿孔して、その開口部を溶接により肉盛りして形成した
   ことを特徴とする請求項１または２記載のローラビット磨耗検出装置。
4. インナーリングの内周溝の両側に形成された内周シール溝に、支軸に摺接する内周リングシール材を設けた
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のローラビット磨耗検出装置。

Images