(57)【要約】【課題】切羽圧の変動に対する土砂シール部の耐圧性能を向上させ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つのオイル室にオイルを供給するポンプと、オイル室に供給されるオイルの圧力を調整する少なくとも１つの圧力調整弁と、カッターヘッドの周囲の切羽圧を検出する圧力検出器と、オイル室に供給されるオイルの圧力が圧力検出器で検出される切羽圧と大気圧との間の圧力となるように圧力調整弁を制御する制御装置と、を備える。【選択図】図１
2020094348.tif 000002
【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つのオイル室にオイルを供給するポンプと、
前記オイル室に供給されるオイルの圧力を調整する少なくとも１つの圧力調整弁と、
前記カッターヘッドの周囲の切羽圧を検出する圧力検出器と、
前記オイル室に供給されるオイルの圧力が前記圧力検出器で検出される切羽圧と大気圧との間の圧力となるように前記圧力調整弁を制御する制御装置と、
を備える、シールド掘進機。
【請求項２】
前記オイル室および前記圧力調整弁の数は１つであり、
前記制御装置は、前記オイル室に供給されるオイルの圧力が前記圧力検出器で検出される切羽圧と大気圧の平均値となるように前記圧力調整弁を制御する、請求項１に記載のシールド掘進機。
【請求項３】
前記オイル室および前記圧力調整弁の数は複数であり、
前記制御装置は、前記複数のオイル室に供給されるオイルの圧力が切羽圧側から大気圧側に向かって実質的に均等なピッチで減少するように、前記複数の圧力調整弁のそれぞれを制御する、請求項１に記載のシールド掘進機。
【請求項４】
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１〜３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は、前段土砂シールと後段土砂シールを含み、それらの土砂シールの間に形成されるオイル室にポンプからオイルが供給される。オイル室に供給されるオイルの圧力は、電磁リリーフ弁によって、想定される切羽圧と大気圧の間の所定圧力に保持される。これにより、各土砂シールが受ける差圧が低減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【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のようにオイル室に供給されるオイルの圧力が所定圧力に保持された場合には、切羽圧が変動したときに土砂シールを含む土砂シール部の耐圧性能に問題がある。例えば、切羽圧がオイルの保持圧力である所定圧力よりも極めて大きくなると、前段土砂シールが受ける差圧が許容値を超えるおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明は、切羽圧の変動に対する土砂シール部の耐圧性能を向上させ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】
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つのオイル室にオイルを供給するポンプと、前記オイル室に供給されるオイルの圧力を調整する少なくとも１つの圧力調整弁と、前記カッターヘッドの周囲の切羽圧を検出する圧力検出器と、前記オイル室に供給されるオイルの圧力が前記圧力検出器で検出される切羽圧と大気圧との間の圧力となるように前記圧力調整弁を制御する制御装置と、を備える、ことを特徴とする。
【０００８】
上記の構成によれば、切羽圧が変動したときにはオイル室の圧力が自動的に調整されるので、オイル室の両側に位置する土砂シールに掛かる圧力が切羽圧に応じて自動的に分担負担される。従って、切羽圧の変動に対する土砂シール部の耐圧性能を向上させることができる。
【０００９】
例えば、前記オイル室および前記圧力調整弁の数は１つであり、前記制御装置は、前記オイル室に供給されるオイルの圧力が前記圧力検出器で検出される切羽圧と大気圧の平均値となるように前記圧力調整弁を制御してもよい。
【００１０】
あるいは、前記オイル室および前記圧力調整弁の数は複数であり、前記制御装置は、前記複数のオイル室に供給されるオイルの圧力が切羽圧側から大気圧側に向かって実質的に均等なピッチで減少するように、前記複数の圧力調整弁のそれぞれを制御してもよい。
【００１１】
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】
【００１２】
本発明によれば、切羽圧の変動に対する土砂シール部の耐圧性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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】変形例の外側土砂シール部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。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に供給する。
【００２６】
オイル室５１に供給されるオイルの圧力は、圧力調整弁６４により調整される。本実施形態では、圧力調整弁６４が、オイル室５１からタンクまで延びる排出ライン６３に設けられた電磁リリーフ弁である。
【００２７】
ただし、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。
【００２８】
圧力調整弁６４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。
【００２９】
制御装置７は、圧力検出器８と電気的に接続されている。圧力検出器８は、上述した切羽圧Ｐｆを検出する。本実施形態では、図１に示すように、圧力検出器８がバルクヘッド３４に取り付けられている。ただし、圧力検出器８の取り付け位置は、これに限られるものではない。
【００３０】
制御装置７は、オイル室５１に供給されるオイルの圧力が、圧力検出器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）、圧力調整弁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。本実施形態では、圧力Ｐｔが、切羽圧Ｐｆと大気圧Ｐａの平均値Ｐｍ（＝（Ｐｆ＋Ｐａ）／２）である。
【００３１】
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が変動したときにはオイル室５１の圧力が自動的に調整されるので、オイル室５１の両側に位置する土砂シール４に掛かる圧力が切羽圧Ｐｆに応じて自動的に分担負担される。従って、切羽圧Ｐｆの変動に対する土砂シール部（１１および１２）の耐圧性能を向上させることができる。
【００３２】
（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。
【００３３】
例えば、圧力調整弁６４は、必ずしも電磁リリーフ弁である必要はない。例えば、圧力調整弁６４は、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に圧力検出器が設けられ、この圧力検出器で検出される圧力（オイル室５１に供給されるオイルの圧力）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。
【００３４】
また、オイル室５１および圧力調整弁６４の数は必ずしも１つである必要はなく、図３に示すようにオイル室５１および圧力調整弁６４の数が２つであってもよい。あるいは、オイル室５１および圧力調整弁６４の数は３つ以上であってもよい。また、グリス室５２が省略され、オイル室５１の数が土砂シール４の数よりも１つ少なくてもよい。
【００３５】
図３に示す例では、供給ライン６２が、ポンプ側の１本の主流路と、オイル室５１側の２本の支流路を含み、各支流路には流量制御弁６５が設けられている。流量制御弁６５は、手動で調整されてもよいし、圧力検出器８で検出される切羽圧Ｐｆに基づいて制御装置７により制御されてもよい。そして、各オイル室５１からタンクまで、リリーフ弁である圧力調整弁６４が設けられた排出ライン６３が延びている。
【００３６】
オイル室５１および圧力調整弁６４の数が複数である場合、制御装置７は、複数のオイル室５１に供給されるオイルの圧力が切羽圧側から大気圧側に向かって実質的に均等なピッチＰで減少するように、各圧力調整弁６４を制御する。均等なピッチＰ’は、切羽圧Ｐｆと大気圧Ｐａとの差圧ΔＰをオイル室５１の数に１を加えた数で割った値である（Ｐ’＝ΔＰ／（Ｎ＋１）、Ｎ：オイル室５１の数）。実質的に均等なピッチＰは、例えば、均等なピッチＰ’の±１０％の範囲内である（０．９Ｐ’≦Ｐ≦１．１Ｐ’）。例えば、図１に示す例では、切羽圧Ｐｆが３ＭＰａの場合、大気圧Ｐａが約０．１ＭＰａのため、ピッチＰは約１ＭＰａである。
【符号の説明】
【００３７】
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
２１  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  ポンプ
６４  圧力調整弁
７    制御装置
８    圧力検出器
【図１】
2020094348.tif 000003
【図２】
2020094348.tif 000004
【図３】
2020094348.tif 000005