(57)【要約】【課題】切羽圧が低い場合でもオイルがオイル室からカッターヘッド側へ流出することを防止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の土砂シール部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少なくとも１つのオイル室へ、供給ラインを通じてオイルを供給するポンプと、供給ラインまたはオイル室からタンクまで延びる排出ラインに設けられた、オイル室の圧力を所定圧力以上に保つ排出弁と、排出弁をバイパスするバイパスラインを通じた油の流通を許可するバイパスオン状態とバイパスラインを通じた油の流通を禁止するバイパスオフ状態との間で切り換えられる切換弁と、を備える。【選択図】図１
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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の土砂シール部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少なくとも１つのオイル室へ、供給ラインを通じてオイルを供給するポンプと、
前記供給ラインまたは前記オイル室からタンクまで延びる排出ラインに設けられた、前記オイル室の圧力を所定圧力以上に保つ排出弁と、
前記排出弁をバイパスするバイパスラインを通じた油の流通を許可するバイパスオン状態と前記バイパスラインを通じた油の流通を禁止するバイパスオフ状態との間で切り換えられる切換弁と、
を備える、シールド掘進機。
【請求項２】
前記バイパスラインに設けられた、クラッキング圧が前記所定圧力よりも低く設定されたチェック弁をさらに備える、請求項１に記載のシールド掘進機。
【請求項３】
前記バイパスラインは２つ設けられており、一方のバイパスラインには、クラッキング圧が前記所定圧力よりも低く設定されたチェック弁が設けられ、他方のバイパスラインには、チェック弁が設けられていない、請求項１に記載のシールド掘進機。
【請求項４】
前記排出弁は、リリーフ圧が電気的に変更可能な電磁リリーフ弁であり、前記所定圧力のゲージ圧は、前記リリーフ圧が最低のときの前記電磁リリーフ弁の圧力損失である、請求項１〜３の何れか一項に記載のシールド掘進機。
【請求項５】
前記排出ラインは、前記オイル室から延びている、請求項１〜４の何れか一項に記載のシールド掘進機。
【請求項６】
前記カッターヘッドの周囲の切羽圧を検出する圧力センサと、
前記圧力センサで検出される切羽圧が前記所定圧力以下の設定圧力よりも高いときに前記切換弁をバイパスオフ状態に切り換え、前記圧力センサで検出される切羽圧が設定圧力よりも低いときに前記切換弁をバイパスオン状態に切り換える制御装置と、をさらに備える、請求項１〜５の何れか一項に記載のシールド掘進機。
【請求項７】
前記オイル室よりも前記カッターヘッド側には、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グリス室が形成されており、このグリス室にグリスが充填されている、請求項１〜６の何れか一項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、カッターヘッドの周囲の切羽圧（特許文献１では泥水圧と表記）が高くても土砂シールが耐えられるように構成された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では、前段土砂シールと後段土砂シールの間にオイル室が形成され、このオイル室へ供給ラインを通じてオイルがポンプから供給される。
【０００４】
また、供給ラインからタンクまで排出ラインが延びており、この排出ラインに電磁リリーフ弁が設けられている。電磁リリーフ弁のリリーフ圧は、切羽圧と大気圧（機内圧）の間に設定される。これにより、前段土砂シールだけで切羽圧と大気圧の差圧を負担する場合に比べて、各土砂シールの圧力負担が低減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−６２４８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されたシールド掘進機では、排出ラインに設けられた電磁リリーフ弁の圧力損失が大きい。このため、切羽圧が低い場合には、たとえ電磁リリーフ弁のリリーフ圧を最低にしたとしても、オイル室の圧力が切羽圧よりも高くなる。その結果、オイル室から前段土砂シールを超えてカッターヘッド側へオイルが流出する。
【０００７】
そこで、本発明は、切羽圧が低い場合でもオイルがオイル室からカッターヘッド側へ流出することを防止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】
【０００８】
前記課題を解決するために、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の土砂シール部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少なくとも１つのオイル室へ、供給ラインを通じてオイルを供給するポンプと、前記供給ラインまたは前記オイル室からタンクまで延びる排出ラインに設けられた、前記オイル室の圧力を所定圧力以上に保つ排出弁と、前記排出弁をバイパスするバイパスラインを通じた油の流通を許可するバイパスオン状態と前記バイパスラインを通じた油の流通を禁止するバイパスオフ状態との間で切り換えられる切換弁と、を備える、ことを特徴とする。
【０００９】
上記の構成によれば、切羽圧が低い場合には、切換弁をバイパスオフ状態からバイパスオン状態に切り換えれば、ポンプから吐出されたオイルを排出弁を経由せずにタンクへ戻すことができる。これにより、切換弁がバイパスオフ状態のときと比べてオイル室の圧力を低くすることができ、オイルがオイル室から土砂シールを超えてカッターヘッド側へ流出することが防止される。
【００１０】
上記のシールド掘進機は、前記バイパスラインに設けられた、クラッキング圧が前記所定圧力よりも低く設定されたチェック弁をさらに備えてもよい。この構成によれば、切換弁をバイパスオン状態に切り換えたときにオイル室の圧力が実質的にゼロとならない。従って、切羽圧が低い場合でも、オイル室の両側に位置する土砂シールの圧力負担を低減することができる。
【００１１】
前記バイパスラインは２つ設けられており、一方のバイパスラインには、クラッキング圧が前記所定圧力よりも低く設定されたチェック弁が設けられ、他方のバイパスラインには、チェック弁が設けられていなくてもよい。この構成によれば、切羽圧が低いときのオイル室の圧力を、チェック弁のクラッキング圧かゼロのどちらかに切り換えることができる。
【００１２】
前記排出弁は、リリーフ圧が電気的に変更可能な電磁リリーフ弁であり、前記所定圧力のゲージ圧は、前記リリーフ圧が最低のときの前記電磁リリーフ弁の圧力損失であってもよい。この構成によれば、切羽圧に応じてオイル室の両側に位置する土砂シールの圧力負担を変更することができる。
【００１３】
前記排出ラインは、前記オイル室から延びていてもよい。この構成によれば、オイルがオイル室を経由して循環するため、オイル室の両側に位置する土砂シールを冷却することができる。
【００１４】
上記のシールド掘進機は、前記カッターヘッドの周囲の切羽圧を検出する圧力センサと、前記圧力センサで検出される切羽圧が前記所定圧力以下の設定圧力よりも高いときに前記切換弁をバイパスオフ状態に切り換え、前記圧力センサで検出される切羽圧が設定圧力よりも低いときに前記切換弁をバイパスオン状態に切り換える制御装置と、をさらに備えてもよい。この構成によれば、切羽圧に基づいて切換弁を自動的に制御することができる。
【００１５】
例えば、前記オイル室よりも前記カッターヘッド側には、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グリス室が形成されており、このグリス室にグリスが充填されていてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、切羽圧が低い場合でもオイルがオイル室からカッターヘッド側へ流出することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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】変形例の外側シール部の断面図である。
【図４】別の変形例の外側シール部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。本実施形態では、シールド掘進機１がローラーカッター式であるが、シールド掘進機１はカッタービット式であってもよい。あるいは、シールド掘進機１は、ローラーカッターおよびカッタービットの双方を含んでもよい。
【００１９】
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を含む。
【００２０】
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（掘進機本体３の中心でもある）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。
【００２１】
一方、カッターヘッドフランジ２１の裏面には、筒状のカッタードラム２４が取り付けられている。カッタードラム２４は、図略の旋回ベアリングを介して掘進機本体３に回転可能に支持されている。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、少なくとも１つのオイル室５１が形成されている。本実施形態では、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。すなわち、グリス室５２は、オイル室５１よりもカッターヘッド２側に位置している。
【００２８】
ただし、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との間および中央の２つの土砂シール４の間にオイル室５１が形成され、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との間にグリス室５２が形成されてもよい。あるいは、土砂シール４の数が２つであり、グリス室５２が形成されなくてもよい。
【００２９】
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Ｐｆと同程度となる。
【００３０】
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。
【００３１】
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Ｐｒ以上に保つ排出弁６４が設けられている。
【００３２】
本実施形態では、排出弁６４が、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。つまり、上述した所定圧力Ｐｒのゲージ圧は、リリーフ圧が最低のときの電磁リリーフ弁の圧力損失ある。
【００３３】
排出ライン６３には、排出弁６４をバイパスするバイパスライン６５が接続されている。つまり、バイパスライン６５は、排出弁６４よりも上流側で排出ライン６３から分岐し、排出弁６４よりも下流側で排出ライン６３に合流している。
【００３４】
バイパスライン６５を通じたオイルの流通は、切換弁６６により制御される。切換弁６６は、バイパスライン６５を通じたオイルの流通を許可するバイパスオン状態と、バイパスライン６５を通じたオイルの流通を禁止するバイパスオフ状態との間で切り換えられる。本実施形態では、切換弁６６が開閉弁である。
【００３５】
電磁リリーフ弁である排出弁６４および切換弁６６は、制御装置７により制御される。例えば、制御装置７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。
【００３６】
制御装置７は、圧力センサ８と電気的に接続されている。圧力センサ８は、切羽圧Ｐｆを検出する（ゲージ圧でも絶対圧でも可）。本実施形態では、図１に示すように、圧力センサ８がバルクヘッド３４に取り付けられている。ただし、圧力センサ８の取り付け位置は、これに限られるものではない。
【００３７】
制御装置７は、圧力センサ８で検出される切羽圧Ｐｆが所定圧力Ｐｒ以下の設定圧力Ｐｓよりも高いときに、切換弁６６をバイパスオフ状態（閉状態）に切り換える。この場合、制御装置７は、排出弁６４のリリーフ圧（すなわち、オイル室５１の圧力）が、圧力センサ８で検出される切羽圧Ｐｆと大気圧Ｐａとの間の圧力Ｐｔとなるように（Ｐａ＜Ｐｔ＜Ｐｆ）、排出弁６４を制御する。なお、大気圧Ｐａは、掘進機本体３の内部の圧力でもある。
【００３８】
一方、圧力センサ８で検出される切羽圧Ｐｆが設定圧力Ｐｓよりも低いときは、制御装置７は切換弁６６をバイパスオン状態に切り換える。これにより、オイルは排出弁６４を経由せずにタンクへ戻る。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態のシールド掘進機１では、切羽圧Ｐｆが低い場合には、切換弁６６がバイパスオン状態に切り換えられるため、液圧ポンプ６１から吐出されたオイルを排出弁６４を経由せずにタンクへ戻すことができる。これにより、切換弁６６がバイパスオフ状態のときと比べてオイル室５１の圧力を低くすることができ、オイルがオイル室５１から土砂シール４を超えてカッターヘッド２側へ流出することが防止される。
【００４０】
また、本実施形態では、切羽圧Ｐｆと設定圧力Ｐｓとの比較によって切換弁６６がバイパスオフ状態かバイパスオン状態かに切り換えられるので、切羽圧Ｐｆに基づいて切換弁６６を自動的に制御することができる。
【００４１】
（変形例）
本発明は上述した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。
【００４２】
例えば、排出弁６４は、必ずしも電磁リリーフ弁である必要はなく、排出ライン６３に設けられた流量制御弁であってもよい。この場合、供給ライン６２に圧力センサが設けられ、この圧力センサで検出される圧力が目標の圧力Ｐｔとなるように、流量制御弁が制御装置７によりフィードバック制御されてもよい。
【００４３】
あるいは、排出弁６４は、リリーフ圧が一定または手動で変更可能なリリーフ弁であってもよいし、クラッキング圧が少し高く設定されたチェック弁であってもよい。排出弁６４がチェック弁である場合は、チェック弁のクラッキング圧が所定圧力Ｐｒとなる。ただし、前記実施形態のように排出弁６４が電磁リリーフ弁であれば、切羽圧Ｐｆに応じてオイル室５１の両側に位置する土砂シール４の圧力負担を変更することができる。
【００４４】
また、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、前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。
【００４５】
また、切換弁６６は、必ずしも開閉弁である必要はなく、図３に示すように、排出ライン６３におけるバイパスライン６５の分岐点に設けられた三方弁であってもよい。
【００４６】
また、バイパスライン６５には、図３に示すように、クラッキング圧が所定圧力Ｐｒよりも低く設定されたチェック弁６７が設けられてもよい。この構成によれば、切換弁６６をバイパスオン状態に切り換えたときにオイル室５１の圧力が実質的にゼロとならない。従って、切羽圧Ｐｆが低い場合でも、オイル室５１の両側に位置する土砂シール４の圧力負担を低減することができる。
【００４７】
さらに、図４に示すように、バイパスライン６５は２つ設けられてもよい。図４に示す例では、２つのバイパスライン６５が、同じ位置で排出ライン６３から分岐するとともに同じ位置で排出ライン６３に合流し、２つのバイパスライン６５の上流側部分同士および下流側部分同士が共通の流路となっている。ただし、２つのバイパスライン６５は、異なる位置で排出ライン６３から分岐してもよいし、異なる位置で排出ライン６３に合流してもよい。
【００４８】
一方のバイパスライン６５にはチェック弁６７が設けられており、他方のバイパスライン６５にはチェック弁が設けられていない。また、双方のバイパスライン６５には、開閉弁である切換弁６６が設けられている。図４に示すような構成であれば、切羽圧が低いときのオイル室５１の圧力を、チェック弁６７のクラッキング圧かゼロのどちらかに切り換えることができる。
【符号の説明】
【００４９】
１    シールド掘進機
１１  外側土砂シール部
１２  内側土砂シール部
２    カッターヘッド
２４  カッタードラム
３    掘進機本体
４    土砂シール
５１  オイル室
５２  グリス室
６１  液圧ポンプ
６２  供給ライン
６３  排出ライン
６４  排出弁
６５  バイパスライン
６６  切換弁
６７  チェック弁
７    制御装置
８    圧力センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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