作成日 08.21

TBM切削工具材料の紹介

TBM（トンネルボーリングマシン）切削工具の工具材料選定は、主に地層の摩耗特性（例えば、「高硬度の研磨摩耗」と硬岩における「衝撃摩耗」）によって決定される。重要な考慮点は、「高硬度の耐摩耗性」と「高靭性の耐破壊性」のバランスを取ることである。TBMの中核となる切削工具はディスクカッターであり、その材料は主にカッターリング材料、カッター本体材料、ベアリング材料、および表面硬化材料に分類される。以下に詳述する。

1. ブレードリング材料（主要荷重支持部品）

切削リングは岩石からの高圧圧縮と高周波衝撃に直接さらされるため、その材料は極めて高い硬度、耐摩耗性、耐衝撃性を備えている必要があります。一般的な材料には以下のものがあります：

熱間金型鋼：例：H13（4Cr5MoSiV1）およびその改良鋼種（例：Cr8Mo2SiV）。硬度55～60 HRCで、優れた靭性と常温・高温摩耗耐性を備え、中程度の硬度と均一な地質条件を必要とする用途に適しています。

冷間金型鋼：例：DC53、DJ-1など。硬度59～62 HRCで、卓越した耐摩耗性を備え、高研磨性の岩石や軟岩条件を伴う用途に適しています。耐衝撃性は従来の熱間金型鋼を上回ります。

粉末冶金ハイス鋼：例：SAM23。従来のハイス鋼と比較して、より高い強度、硬度、靭性、耐摩耗性を備え、高硬度で激しい摩耗を特徴とする複雑な地質環境に適しています。

超硬合金（タングステンカーバイド、WC）：例：完全焼結タングステンカーバイド（WC含有量>90%）または「高強度合金鋼マトリックス＋タングステンカーバイド強化層」。硬度はHRC 60〜65に達し、耐摩耗性に優れています。非常に硬い岩（例：花崗岩）や高研磨性地層に適しています。

傾斜機能/複合材料：例：傾斜硬度カッティングリング（高いエッジ硬度と優れたコア靭性の組み合わせ）または遠心鋳造/溶融コーティング材料（例：H13鋼にタングステンカーバイド粒子、または表面レーザー/プラズマコーティングされたタングステンカーバイド層）。これらの複合材料は全体的な性能を向上させ、複雑または極めて過酷な地質条件に適しています。

2. ブレード材料（主要構造）

低合金高張力鋼：例、40CrNiMo、9Cr2Moなど。これらの鋼は優れた総合靭性（高い衝撃エネルギー）と強度を備えており、砂利などの硬い中間層からの偶発的な衝撃に耐え、切削工具本体の割れを防ぐことができます。

3. ベアリングおよびシール材（補助部品）

ベアリング材質：高炭素クロム軸受鋼（例：GCr15）で、カッターリングが伝達するラジアル荷重とアキシャル荷重の両方に耐えるように設計されています。また、高温潤滑剤と組み合わせて、カッターディスクの摩擦によって生じる高温に耐えます。

シール材質：ニトリルゴム、フッ素ゴムなどで、岩粉や不純物がベアリング内部に侵入するのを防ぎ、ベアリングの使用寿命を確保します。

注意：TBM工具材料は、特定の地質条件（岩石の硬度、研磨性、衝撃荷重）に基づいて選択し、最適な掘削効率と工具寿命を達成する必要があります。

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