(57)【要約】【課題】土砂の浸入を低コストで予測することができるシールド掘進機を提供する。【解決手段】シールド掘進機は、カッターヘッドに取り付けられたカッタードラムと掘進機本体との間に設けられた複数の土砂シールと、複数の土砂シールのうちの隣り合う２つの土砂シールの間に形成される潤滑剤室に潤滑剤を供給するポンプと、ポンプと潤滑剤室との間で潤滑剤を循環させる循環ラインと、土砂シールと掘進機本体との間、又は循環ラインに設けられ、潤滑剤と異なる物質を検出する異物質センサと、異物質センサが物質を検出した場合に異常と判断する判断装置と、を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カッターヘッドに取り付けられたカッタードラムと掘進機本体との間に設けられた複数の土砂シールと、
前記複数の土砂シールのうちの隣り合う２つの土砂シールの間に形成される潤滑剤室に潤滑剤を供給するポンプと、
前記ポンプと前記潤滑剤室との間で前記潤滑剤を循環させる循環ラインと、
前記土砂シールと前記掘進機本体との間、又は前記循環ラインに設けられ、前記潤滑剤と異なる物質を検出する異物質センサと、
前記異物質センサが前記物質を検出した場合に異常と判断する判断装置と、を備えている、シールド掘進機。
【請求項２】
前記潤滑剤は油又はグリスであり、前記物質は前記油および前記グリスと水素イオン指数（ＰＨ）が異なるものである、請求項１に記載のシールド掘進機。
【請求項３】
前記物質は水又は加泥剤である、請求項１又は２に記載のシールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド掘進機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、シールド掘進機においては、カッターヘッドに取り付けられたカッタードラムと掘進機本体との間の土砂シール部に複数の土砂シールが設けられている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、複数段の土砂シールのうち隣り合う土砂シール間に形成された潤滑剤室（特許文献１ではシール室と表記）への土砂の混入を直接監視するシールド掘進機が開示されている。具体的に、このシールド掘進機は、潤滑剤室から潤滑油を抜き取る抜き取り配管と、抜き取り配管により抜き取られた潤滑油に混入された不純物（土粒子）を検出する混入検出手段とを備えている。この混入検出手段は、抜き取り配管により抜き取られた潤滑油を撮像するカメラと、当該カメラによって撮像された撮像データを解析して潤滑油に混入された土粒子を検出する画像解析手段とを備えている。このような構成により、潤滑油への土粒子の混入を画像として直接監視することができ、潤滑剤室への土砂の浸入を検出することができるとのことである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−２３２２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されたシールド掘進機は、土砂が潤滑剤室へ浸入した後に当該土砂を検知するものであるが、カメラおよび画像解析手段を要するためコストがかかる。
【０００６】
そこで、本発明は、低コストで土砂の浸入を予測することができるシールド掘進機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のシールド掘進機は、カッターヘッドに取り付けられたカッタードラムと掘進機本体との間に設けられた複数の土砂シールと、前記複数の土砂シールのうちの隣り合う２つの土砂シールの間に形成される潤滑剤室に潤滑剤を供給するポンプと、前記ポンプと前記潤滑剤室との間で前記潤滑剤を循環させる循環ラインと、前記土砂シールと前記掘進機本体との間、又は前記循環ラインに設けられ、前記潤滑剤と異なる物質を検出する異物質センサと、前記異物質センサが前記物質を検出した場合に異常と判断する判断装置と、を備えているものである。
【０００８】
本発明に従えば、潤滑剤と異なる物質が異物質センサにより検出された場合に、判断装置により異常と判断される。そのため、土砂を検知するためのカメラおよび画像解析手段を要することなく、土砂が本体側に浸入する前に掘削土砂の浸入を低コストで予測することができる。したがって、土砂の浸入により本体側の構成品が損傷されてしまうことを未然に防ぐことができる。
【０００９】
上記発明において、前記潤滑剤は油又はグリスであり、前記物質は前記油および前記グリスと水素イオン指数（ＰＨ）が異なるものであってもよい。
【００１０】
上記構成に従えば、油およびグリスと異なる水素イオン指数の物質を検出することで、異常を適切に予測することができる。
【００１１】
上記発明において、前記物質は水又は加泥剤であってもよい。
【００１２】
上記構成に従えば、掘削土砂に対して泥水を混入させる泥水式のシールド掘進機の場合、掘削土砂が浸入する前に泥水の成分である水を検出することで異常を適切に予測することができる。また、掘削土砂に対して加泥剤を混入させる泥土圧式のシールド掘進機の場合、掘削土砂が浸入する前に加泥剤を検出することで異常を適切に予測することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、低コストで土砂の浸入を予測することができるシールド掘進機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るシールド掘進機の一部の断面図である。
【図２】外側シール部の断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る中折れ型構造を有するシールド掘進機の側面図である。
【図４】中折れ構造の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態に係るシールド掘進機について図面を参照して説明する。以下に説明するシールド掘進機は、本発明の一実施形態に過ぎない。従って、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除および変更が可能である。
【００１６】
図１に本発明の一実施形態に係るシールド掘進機１を示す。以下では、シールド掘進機１を、カッターチャンバ１５内に泥水を送って切羽に泥水圧をかけて掘削を行う泥水式のシールド掘進機として説明を行うが、本発明は、加泥剤を添加して掘削土砂を泥土化し、切羽に泥土圧をかけて掘削を行う泥土圧式のシールド掘進機にも適用することができる。また、本実施形態では、シールド掘進機１はローラーカッター式であるが、カッタービット式のものであってもよい。
【００１７】
具体的に、シールド掘進機１は、カッターヘッド２と、カッターヘッド２を回転可能に支持する掘進機本体３とを備えている。
【００１８】
カッターヘッド２は、環状の板であるカッターヘッドフランジ２１を含む。カッターヘッドフランジ２１の前面には、カッターヘッドフランジ２１の中心から放射状に配置された複数のカッターフレーム２２が取り付けられており、これらのカッターフレーム２２に、ローラーカッター２３が支持されている。
【００１９】
一方、カッターヘッドフランジ２１の裏面には、カッタードラム２４が取り付けられている。カッタードラム２４は掘進機本体３に回転可能に支持されている。
【００２０】
掘進機本体３は、カッタードラム２４を収容する筒状の胴部３１を含む。胴部３１とカッタードラム２４の外周面との間は、外側土砂シール部１１によってシールされている。
【００２１】
また、掘進機本体３は、カッターヘッドフランジ２１の内側開口を閉塞するバルクヘッド３４と、バルクヘッド３４の周縁部から後方に延びる周壁３３を含む。周壁３３とカッタードラム２４の内周面との間は、内側土砂シール部１２によってシールされている。複数のカッターフレーム２２とバルクヘッド３４とにより仕切られてできた空間にカッターチャンバ１５が形成されている。
【００２２】
次に、図２を参照して、外側土砂シール部１１の構造を詳細に説明する。なお、内側土砂シール部１２の構造は、胴部３１が周壁３３に代わる以外は、外側土砂シール部１１の構造と同様である。
【００２３】
外側土砂シール部１１には、カッタードラム２４の軸方向に並ぶように複数の土砂シール４が設けられている。本実施形態では、土砂シール４の数が４つであるが、土砂シール４の数は特に限定されるものではなく、２つまたは３つであってもよいし、５つ以上であってもよい。
【００２４】
本実施形態では、土砂シール４がシール押え２５によってカッタードラム２４に取り付けられている（詳細な構造の図示は省略）。ただし、本実施形態とは逆に土砂シール４がシール押え２５によって胴部３１に取り付けられてもよい。
【００２５】
土砂シール４のうちの隣り合う２つの土砂シール４の間には、潤滑剤室（オイル室５１又はグリス室５２）が形成される。一例として、図２には、最も後方に位置する土砂シール４とその直ぐ前方に位置する土砂シール４との間にオイル室５１が形成されており、最も前方に位置する土砂シール４とその直ぐ後方に位置する土砂シール４との間、および中央の２つの土砂シール４の間には、グリス室５２が形成されている態様が示されている。
【００２６】
ただし、図２の態様の変形例として、土砂圧によって、２つのグリス室５２をオイル室５１にすることで３つのオイル室５１を形成してもよいし、逆に、オイル室５１をグリス室５２にすることで３つのグリス室５２を形成してもよい。あるいは、前方から２つ目のグリス室５２をオイル室５１にしてもよい。つまり、潤滑剤室として、オイル室５１又はグリス室５２を選択的に形成することができる。
【００２７】
図２に戻り、グリス室５２には、半固体のグリスが充填されている。グリスは、図略のグリスポンプからグリス室５２へ供給される。グリス室５２の圧力は、カッターヘッド２の周囲の切羽圧と同程度となる。
【００２８】
オイル室５１は、供給ライン６２により液圧ポンプ６１と接続されている。液圧ポンプ６１は、タンクから液体のオイルを汲み上げ、そのオイルを供給ライン６２を通じてオイル室５１へ供給する。また、オイル室５１からは、排出ライン６３がタンクまで延びている。排出ライン６３には、オイル室５１の圧力を所定圧力以上に保つ排出弁６４が設けられている。本実施形態では、排出弁６４はリリーフ圧が電気的に変更可能な電磁リリーフ弁である。
【００２９】
シールド掘進機１は、各グリス室５２に面する胴部３１の部分およびオイル室５１に面する胴部３１の部分に設けられ、潤滑剤と異なる物質を検出する異物質センサ４０と、判断装置８０とを備えている。異物質センサ４０は、胴部３１の外周面に形成された溝に埋め込まれて配置されている。判断装置８０は、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリとＣＰＵを有するコンピュータであり、ＲＯＭに格納されたプログラムがＣＰＵにより実行される。
【００３０】
泥水式のシールド掘進機１では、図示しない送泥管によりカッターチャンバ１５に泥水が送られる。異物質センサ４０は、掘削土砂が土砂シール４と胴部３１との間から本体側に浸入する前に、泥水の成分である水を検出する。そして、異物質センサ４０は検出結果を判断装置８０に送信する。なお、異物質センサ４０は、例えばシート状の検知器であって、水と接触すると、内包された金属線が短絡し微弱電流を流すことが可能な検知器などを採用することができる。
【００３１】
判断装置８０は、異物質センサ４０により水が検出された場合に異常と判断、つまり、掘削土砂が土砂シール４と胴部３１との間から本体側に浸入してくる見込みがあると判断する。この場合、判断装置８０は、作業者が異常を認識するように、異常が発生した旨を図略の表示部に表示させる等の警告処理を行う。
【００３２】
以上説明したように、泥水式のシールド掘進機１によれば、潤滑剤と異なる物質としての水が異物質センサ４０により検出された場合に、判断装置８０により異常と判断される。そのため、土砂を検知するためのカメラおよび画像解析手段を要することなく、土砂が本体側に浸入する前に土砂の浸入を低コストで予測することができる。したがって、土砂の浸入により本体側の構成品が損傷されてしまうことを未然に防ぐことができる。
【００３３】
（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば以下の通りである。
【００３４】
シールド掘進機が中折れ型構造を有する場合にも、本発明を適用することができる。図３に中折れ型構造を有するシールド掘進機１００を示す。このシールド掘進機１００は、中折れ構造を備え、カッターヘッド１０２、前胴１０３および後胴１０４を備えている。なお、シールド掘進機１００の進行方向が前方であり、その反対方向が後方である。
【００３５】
図４に示すように、前胴１０３の後端部には前胴側連結部１０５が設けられ、後胴１０４の前端部には後胴側連結部１０６が設けられている。前胴側連結部１０５および後胴側連結部１０６は、共に筒状であって互いに径方向に重なり合っており、中折れ構造を構成している。
【００３６】
前胴側連結部１０５は、前胴１０３よりも径方向の内側に突出している。後胴側連結部１０６は、当該後胴側連結部１０６の外周面１０６ａが前胴１０３の内周面１０３ａと対向するように、前胴側連結部１０５を超えて前方へ延びている。
【００３７】
また、後胴側連結部１０６の外周面１０６ａは、前胴側連結部１０５の内周面１０５ａと面接触している。
【００３８】
前胴側連結部１０５の内周面１０５ａと後胴側連結部１０６の外周面１０６ａとの間には、リング状の中折れシール１１０，１１１が配置されている。詳しくは、前胴側連結部１０５の内周面１０５ａには、周方向に連続する２つの溝が形成されており、これらの溝に中折れシール１１０，１１１が挿入されている。
【００３９】
隣り合う２つの中折れシール１１０，１１１の間には、潤滑剤と異なる物質（水又は加泥剤）を検出する中折れ用異物質センサ４１が設けられている。判断装置８０は、中折れ用異物質センサ４１により上記物質が検出された場合に異常と判断するように構成されている。
【００４０】
このように、中折れ型構造を有するシールド掘進機１００によれば、土砂を検知するためのカメラおよび画像解析手段を要することなく、中折れ用異物質センサ４１による検出結果から、土砂が中折れ構造の部分、即ち、中折れシール１１０，１１１と後胴側連結部１０６との間から本体側に浸入する前に掘削土砂の浸入を予測することができる。これにより、土砂を検知するためのカメラおよび画像解析手段を要することなく、土砂が本体側に浸入する前に土砂の浸入を低コストで予測することができる。
【００４１】
この他にも、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で次のような種々の変形も可能である。
【００４２】
上記実施形態では、異物質センサ４０を土砂シール４と胴部３１との間に設けるように構成したが、これに限定されるものではなく、オイル室５１に対するオイルを循環させる循環ライン（供給ライン６２、排出ライン６３）に設けてもよい。
【００４３】
また、上記実施形態では、異物質センサ４０を土砂シール４と胴部３１との間に設けるように構成したが、これに限定されるものではなく、グリス室５２に対するグリスを循環させる循環ラインに設けてもよい。
【００４４】
また、上記実施形態では、シールド掘進機１として、泥水式のシールド掘進機を用いたが、泥土圧式のシールド掘進機を用いてもよい。泥土圧式のシールド掘進機を用いる場合には、掘削土砂に加泥剤が混入される。異物質センサ４０は、掘削土砂が土砂シールと胴部との間から本体側に浸入する前に、潤滑剤と水素イオン指数（ＰＨ）が異なる加泥剤を検出する。潤滑剤と水素イオン指数が異なる加泥剤を検出する異物質センサ４０として、ＰＨ検出器を用いることができる。異物質センサ４０は検出結果を判断装置８０に送信する。判断装置８０は、異物質センサ４０により検出されたＰＨ値が所定値以上である場合に異常と判断するように構成される。
【００４５】
また、上記実施形態では、異物質センサ４０を、各グリス室５２に面する胴部３１の部分およびオイル室５１に面する胴部３１の部分に設けるように構成したが、これに限定されるものではなく、カッターヘッド２に最も近いグリス室５２（図２において左側のグリス室５２）に面する胴部３１の部分にのみ異物質センサ４０を設けるようにしてもよい。
【００４６】
また、上記実施形態では、各グリス室５２およびオイル室５１に面する胴部３１の部分にそれぞれ１つの異物質センサ４０を設けるようにしたが、当該部分に複数の異物質センサ４０を設けてもよい。
【００４７】
また、上記実施形態では、中折れ構造における中折れシール１１０，１１１の間に中折れ用異物質センサ４１を設けたが、シールド掘進機１が中折れ構造を有していても、各グリス室５２およびオイル室５１に面する胴部３１の部分にのみ異物質センサ４０を設けるようにしてもよい。
【００４８】
さらに、排出ライン６３は、必ずしもオイル室５１から延びている必要はなく、供給ライン６２から延びていてもよい。換言すれば、排出ライン６３は、供給ライン６２から分岐してもよい。ただし、上記実施形態のように排出ライン６３がオイル室５１から延びていれば、オイルがオイル室５１を経由して循環するため、オイル室５１の両側に位置する土砂シール４を冷却することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１  シールド掘進機
２  カッターヘッド
３  掘進機本体
４  土砂シール
１１  外側土砂シール部
１５  カッターチャンバ
２４  カッタードラム
３１  胴部（掘進機本体）
４０  異物質センサ
５１  オイル室（潤滑剤室）
５２  グリス室（潤滑剤室）
６１  ポンプ
６２  供給ライン（循環ライン）
６３  排出ライン（循環ライン）
８０  判断装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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