JPH1181368A - 地中連続壁用掘削装置カッタービット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地中に転石が混在するような状況下で長期間
使用しても、煩雑な交換作業をできるだけ簡略化でき、
且つ大きな損傷を誘発することのない地中連続壁用掘削
装置カッタービットを提供する。 【解決手段】 ベースプレートとビットからなる地中連
続壁用掘削装置カッタービットにおいて、前記ビットに
は応力集中部が形成されており、過大荷重作用時に前記
応力集中部が破断する様に構成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、土木建築工事にお
いて、地中に連続壁を構築する場合の前工程として、地
盤を掘削して溝を形成する為に使用する掘削装置のカッ
タービットに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】土木建築工事において地中に連続壁を構
築するに当たっては、地中に連続した溝を掘削し、この
溝にセメントミルクを注入して地中連続壁を造成する方
法が試みられている。

【０００３】こうした方法を実施するための掘削装置と
しては、例えば特開平７−１８０１５４号等に開示され
たものが知られている。この掘削装置は、先端に例えば
超硬合金等の耐摩耗性に優れたチップがロウ付けされた
ビットが、ベースプレートに溶接で取りつけられてカッ
タービットが構成され、こうしたカッタービットを掘削
地盤に対する掘削軌道が掘削溝の全幅を覆う様に、夫々
複数のボルト（取付けボルト）によって複数種取り付け
られると共に、この複数種のカッタービットからなるカ
ッタービット群を、地中に向かって垂直方向に延びるエ
ンドレスチェーンに所定間隔を開けて連続的に配置する
様に構成されている。

【０００４】上記した掘削装置の他に、エンドレスチェ
ーンに配置した掘削バケットおよびバケット外縁に突設
したビットで地盤を掘削する掘削装置であって、コンク
リートを切削するときには、前記ビットを硬質のビット
と交換できる様に構成された掘削装置も知られている
（例えば、特開平５−１７９４６号）。

【０００５】そしてこれらの装置においては、カッター
ビット（若しくは掘削バケット）を回転させると共にエ
ンドレスチェーンを駆動し、こうした状態で水平方向に
移動することによって、カッタービットで地中に連続し
た溝を掘削することを基本的な構成とするものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで地中連続壁用
掘削装置のカッタービットを構成するビットの先端部
は、操業中には常に地盤と接触することになるので、地
盤との接触による摩耗を防止するという観点から前記先
端部の素材としては、耐摩耗性に優れた超硬合金を使用
することが多い。

【０００７】一方、地中には岩石やコンクリート殻等
（以下、「転石」と称する）が混在することがあり、地
中連続壁用溝を掘削する際にカッタービットが転石と衝
突することがある。そしてカッタービットが転石と衝突
すると、カッタービット先端に最大荷重が作用すること
になるのであるが、こうした最大荷重が作用すると、カ
ッタービットや取り付けボルトが損傷することになる。

【０００８】こうした損傷形態の代表例としては、下記
〜のものが知られている。 ビットとベースプレートの溶接部で破断する。 ベースプレート（若しくは掘削バケット）が大きく変
形する。 取付けボルトが折損する。 超硬合金製チップが欠ける。

【０００９】上記の様な各種損傷が発生すると、これま
では下記の様に対処しているのが実情である。即ち、上
記およびの損傷が発生した場合には、複数の取付け
ボルトを弛めてカッタービットをエンドレスチェーンか
ら取り外した後に、修理工場等に送り返して、損傷した
ビットを新たなビットと取り替えてベースプレートに溶
接する。また上記の損傷が発生したときには、複数の
取付けボルトを弛めてカッタービットをチェーンリンク
から取り外し、損傷したプレート若しくは掘削バケット
を廃棄し、予備のプレート若しくは掘削バケットを複数
の取付けボルトで組みつける様にしている。

【００１０】しかしながら上記した対応策では、いずれ
にしてもカッタービットの交換修理の為の手間が煩雑に
なり、また掘削作業を円滑に進行させる為に、数種類の
予備のカッタービットや掘削バケットを常備しておく必
要があり、広い設置スペースが必要になるという問題が
ある。

【００１１】一方、上記の損傷が発生したときには、
数本の取り付けボルトの折損しただけでは、折損したボ
ルトだけを取り替えれば良いのであるが、全ての取付け
ボルトが折損したときには、カッタービット全体が地中
に脱落することになり、転石よりも強固な障害物として
他のカッタービットに多大な損傷を誘発することにもな
りかねない。

【００１２】本発明は上記の様な事情を憂慮してなされ
たものであり、その目的は、地中に転石が混在するよう
な状況下で長期間使用しても、煩雑な交換作業をできる
だけ簡略化でき、且つ大きな損傷を誘発することのない
地中連続壁用掘削装置カッタービットを提供する点にあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明の地中連続壁用掘削装置カッタービット
（以下、単に「カッタービット」と称することがある）
とは、ベースプレートとビットからなる地中連続壁用掘
削装置カッタービットにおいて、前記ビットには応力集
中部が形成されており、過大荷重作用時に前記応力集中
部が破断する様に構成した点に要旨を有するものであ
る。

【００１４】本発明の上記カッタービットの構成は、ベ
ースプレートとビットが着脱可能に構成されたものに適
用したときに特に有用であるが、こうした構成のものに
限らず、ベースプレートとビットが溶接によって接合さ
れたものに適用しても有用である。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明は上記の如く構成される
が、要するに、ベースプレートが転石等と衝突したとき
に、プレートや取り付けボルトに損傷が生じる荷重より
も小さい過大荷重でビットが選択的に折損する様に、ビ
ットに切り欠きや限肉等の応力集中部を形成したもので
ある。こうした構成を採用することによって、転石遭遇
時には切り欠きや限肉等の応力集中部でビットが選択的
に折損することになり、取付けボルトの損傷が防止で
き、他の部分に荷重が負荷されることが防がれてカッタ
ービット脱落により他のカッタービットが損傷すること
がなくなるのである。

【００１６】上記のような構成は、ベースプレートとビ
ットが着脱自在に構成されたいわゆる脱着式のカッター
ビットに適用したときにその効果が最大限に発揮される
ことになる。即ち、上記の様に応力集中部を設けたビッ
トを脱着式のカッタービットに適用したときには、損傷
が生じたビットだけを簡単に交換することができるの
で、施工現場での迅速な修復が可能とな。尚上記したビ
ット交換は、施工現場で容易に行うことができるのであ
るが、この様な事態に対応する為のビット予備品として
は、カッタービットの種類の夫々に個々に各種ビットを
保有する必要はなく、数種類のカッタービットで同じビ
ットを共有して使用するような構成を採用することが推
奨される。

【００１７】上記の様に、ビットに応力集中部を形成す
ることは、ビットのみを損傷させてカッタービットや取
付けボルトの損傷を防止し、破壊制御としての機能を発
揮することになるのである。またこうした機能は、脱着
式のカッタービットに適用した場合には、損傷が発生し
たビットの交換が容易であるので、これらの構造の組み
合わせは工業的に極めて有用である。但し、ビットを溶
接によってベースプレートに接合したいわゆる一体式の
ものであっても、ビットの取付け部近傍に応力集中部を
設けて破壊制御を行うことは、ビットの取替えにおいて
溶接を行う必要があるという煩雑さは残るものの、ビッ
トのみを損傷させてベースプレートを大きく損傷させな
いという観点から有用であり、こうした構成も本発明の
技術的範囲に含まれるものである。

【００１８】次に、実施例によって本発明のカッタービ
ットの具体的な構成について説明するが、下記実施例は
本発明を限定するものではなく、前・後記の趣旨に徴し
て設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に含
まれるものである。

【００１９】

【実施例】図１は、本発明のカッタービットで用いるビ
ットの構成を示す概略説明図である。このビットは、過
大荷重作用部と着脱用挿入部からなり、両者の間に応力
作用部としての環状切欠きが形成され、この環状切欠き
部分は過大荷重が負荷されたときに破断する様になって
いる。そしてこのビットは、ベースプレートとの着脱が
可能な様に、着脱用挿入部にピン穴が穿設されており、
前記着脱用挿入部を図２に示したベースプレートの挿入
穴に挿入した状態で、前記ピン穴と、ベースプレートに
形成されたピン穴とを貫通してピンを挿入することによ
って、ビットが固定されると共に、該ピンを取り除けば
ベースプレートからビットが簡単に取り外せる様になっ
ている。

【００２０】こうしたビットは、例えばＳＣＭ４３５等
の構造用鋼からなり、前記環状切欠きは機械加工によっ
て形成することができるが、例えば鋳造によってビット
を製作する場合には、鋳造鋳型を作成する際に環状切欠
きを予め形成する様にしても良いことは勿論である。ま
た図１のビットでは、応力集中部としての環状切欠きを
形成する構成を示したけれども、応力集中部としての機
能を発揮するものであれば、線状の切欠きや部分的に減
肉する構成であっても良い。

【００２１】上記の様な応力集中部を設けたビットを、
図２に示したベースプレートに着脱可能に装着すること
によって、操業時にカッタービットに過大荷重が負荷し
ても、環状切欠き部分が破断して過大荷重作用部だけが
脱落し、ベースプレートや取付けボルト等には負荷が掛
からない様になる。即ち、操業時に過大荷重が作用した
ときに、ベースプレートや取付けボルトが破損しない範
囲内で、ビットだけが破断する荷重（以下、この荷重を
ビット破断設定荷重Ｐ_crと呼ぶ）を適切に設定すること
によって、ベースプレートや取付けボルトの損傷が防止
できるのである。

【００２２】尚前記図１、２では、ビットがベースプレ
ートに対して着脱可能である様な構成を示したけれど
も、図３に示す様に、ビットを溶接によってベースプレ
ートに接合したいわゆる一体式のカッタービットであっ
ても（この場合には、ビットにピン穴は形成されな
い）、そのビットに前述した様な応力集中部を設けるこ
とによっも同様の効果を発揮させることができる。

【００２３】ところで、過大荷重は操業条件によっても
異なり、それに応じて前記ビット破断設定荷重を選定す
れば良いが、次にこのビット破断設定荷重の選定基準に
ついて説明する。

【００２４】例えば、前記図３に示した一体式のカッタ
ービット（材質：例えば構造用鋼）では、ベースプレー
トや取付けボルトに損傷が発生することになるのである
が、この損傷例を有限要素法で計算したところ、過大荷
重が２０tonf以上でベースプレートや取付けボルトに損
傷が発生していることが判明した。一方、転石に遭遇し
ない通常の運転では、一つのベースプレートに作用する
荷重は少なくとも２tonf程度と小さく、且つ夫々のベー
スプレートには２〜４個程度のビットが装着されている
ので、通常の運転では一つのビットに対しては１tonf程
度の荷重しか作用しないことになる。

【００２５】そこで上記の様な条件で使用されるカッタ
ービットの場合には、１０tonfの過大荷重が作用したと
きにビットが折損する様にビット破損設定荷重（Ｐ_cr＝
１０tonf）を設定し、ビットに前記した様な環状切欠き
を加工する。こうした手順は、図３に示した一体式のカ
ッタービットに限らず、前記図２に示した脱着型のカッ
タービットでも同様である。

【００２６】尚環状切欠きを加工したビットの切欠き底
直径（環状切欠きを形成した部分の直径）と破損荷重
（ビット破損設定荷重Ｐ_cr）には、ビットの材質の硬度
をパラメーターとして、下記（１）式および（２）式の
関係があることが、有限要素法解析および実験から判明
している。 Ｐ_cr（tonf) ＝Ａ・（Ｚ／Ｈ） …（１） Ｚ＝（π・ｄ³ ）／３２ …（２） 但し、Ａ：常数（2.634 ×10⁵ 、 有限要素解析法および
実験から導出） Ｈ：材料硬度 Ｚ：断面係数 ｄ：切欠き底直径（ｍｍ）

【００２７】例えば前記図１に示したカッタービット
（材質ＳＣＭ４３５）では、硬度が約Ｈｖ．３００以上
（ＪＩＳＧ４１０５によるとＳＣＭ４３５の破断強度が
９５kgf/mm² 以上と記載され、また硬度は破断強度の３
倍であると考えられる）であるから、切欠き底直径を２
３ｍｍとすることによって、ビット破損設定荷重Ｐ_crを
約１０tonfに設定することができる。

【００２８】上記した例では、環状切欠きにおけるビッ
ト破損設定荷重Ｐ_crを設定する場合について示したけれ
ども、線状切欠きを加工して応力集中部を設ける場合に
は、上記計算式において、断面係数Ｚを線状切欠きに加
工時の切欠き底断面に対応した式に変形すれば良い。ま
た上記した例では、ビットの材質がＳＣＭ４３５の場合
を示したけれども、ビットの材質はこれに限らず操業条
件に応じて、他の炭素鋼、合金鋼、ハイテン材、硬質合
金（高クロム鋳鉄、工具鋼）、超硬合金等に変更でき、
ビットの材質を変更した場合には、材料硬度を変更した
材料の値として上記式を適用すれば良い。

【００２９】

【発明の効果】本発明は上記の様に構成されており、地
中には転石が混在するような状況下で長期間使用して
も、煩雑な交換作業をできるだけ簡略化でき、且つ大き
な損傷を誘発することのない地中連続壁用掘削装置カッ
タービットが実現できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカッタービットで用いるビットの構成
を示す概略説明図である。

【図２】着脱型カッタービットの構成例を示す概略説明
図である。

【図３】一体型カッタービットの構成例を示す概略説明
図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベースプレートとビットからなる地中連
   続壁用掘削装置カッタービットにおいて、前記ビットに
   は応力集中部が形成されており、過大荷重作用時に前記
   応力集中部が破断する様に構成したものであることを特
   徴とする地中連続壁用掘削装置カッタービット。
2. 【請求項２】 前記ベースプレートとビットが着脱可能
   に構成されたものである請求項１に記載の地中連続壁用
   掘削装置カッタービット。
3. 【請求項３】 前記ベースプレートとビットが溶接によ
   って接合されたものである請求項１に記載の地中連続壁
   用掘削装置カッタービット。