(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々のシール面を互いに対向させて形成された、支持プレートと回転体との狭隘部に設けられるシール装置において、流体を供給することで膨張変形可能なチューブシールと、一端部が該チューブシールに連結されて流体を供給可能な流体供給管とを具え、狭隘部への一方からの外圧に対向すると共に、前記一対のシール面には外圧の作用方向に沿って間隔が狭くなるように対向する傾斜面を有する支持ブロックがそれぞれ固定され、前記チューブシールは内部に流体が供給されることで膨張して前記一対の傾斜面に圧接することを特徴とするシール装置。
【請求項２】
各々のシール面を互いに対向させて形成された、支持プレートと回転体との狭隘部に設けられるシール装置において、流体を供給することで膨張変形可能なチューブシールと、一端部が該チューブシールに連結されて流体を供給可能な流体供給管とを具え、狭隘部への一方からの外圧に対向すると共に、前記チューブシールは、シール本体と、シール本体から一体に延出された一対のリップ部と、該一対のリップ部の先端部を連結する薄膜部とで構成され、前記シール本体と一対のリップ部と薄膜部とで形成された中空部に流体が供給されることで、前記薄膜部が破断して前記一対のリップ部が前記一対のシール面にそれぞれ圧接することを特徴とするシール装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各々のシール面を互いに対向させて形成された、支持プレートと回転体との狭隘部に設けられるシール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地盤を掘削するシールド掘削機は、円筒形状をなす掘削機本体の前部に駆動回転自在なカッタヘッドが回転自在に装着される一方、後部には円周方向に複数のシールドジャッキが並設されると共に、セグメントエレクタ装置が装着されて構成されている。このシールド掘削機を用いてトンネルを掘削形成する場合、カッタヘッドを回転させながら、シールドジャッキを伸長して既設のセグメントへの押し付け反力によって掘削機本体を前進させることで、前方の地盤を掘削する。そして、掘削土砂を外部に排出すると共に、セグメントエレクタ装置によってセグメントをトンネル壁面に組付けて所定長さのトンネルを構築していく。
【０００３】
近年、掘削形成するトンネルは長距離化の傾向にあり、シールド掘削機による掘削作業中にカッタヘッドに装着されたカッタビットが摩耗してしまうことがある。このカッタビットが摩耗すると、岩盤の掘削効率が低下してしまうので、掘削作業を停止して磨耗したカッタビットを交換しなければならない。上述した従来のシールド掘削機にあっては、まず、カッタビットを交換するシールド掘削機の前方の地点の地盤を薬液の注入や凍結などにより固化改良し、この地盤改良地点までトンネル掘削機を掘進させる。ここで、シールド掘削機を停止してチャンバ室内の掘削土砂を全て排出し、作業者がこのチャンバ室内に入ってカッタビットの交換作業、即ち、磨耗したカッタビットを取り外して新しいカッタビットを取付けている。
【０００４】
ところが、このシールド掘削機におけるカッタビットの交換作業にあっては、地盤の改良を行うために使用する薬液などに費用がかかって不経済であると共に、作業時間が長くかかってしまい作業性が良くない。また、作業者はチャンバ室内の狭い空間で作業を行うことなり、不自由な作業となって作業者にかかる負担が大きくなってしまうという問題がある。そこで、カッタヘッドを掘削機本体内に移動して、掘削機本体内でカッタビットの交換作業を行うようにしたものが提案されている。
【０００５】
図６に従来のシールド掘削機の断面、図７に従来のシールド掘削機に適用されたシール部材の断面を示す。
【０００６】
従来のシールド掘削機において、図６及び図７に示すように、円筒形状の掘削機本体101内には中空の回転体102が位置し、この回転体102は上下の支持軸103が軸受104に支持されることで、掘進方向に対してほぼ直交する回転軸線Ｏをもって回転自在となっている。この回転体102の前部には外周部に複数の伸縮カッタ105を有する円板状のカッタヘッド106が回転自在に支持され、駆動モータ107によって回転可能となっている。そして、掘削機本体101の前部には斜めに支持板108が固定され、内周面にシール部材109が装着されており、このシール部材109は回転体102の外周面に密接している。また、回転体102は後端部には作業者が出入りする開閉扉110が設けられると共に、掘削機本体101に固定された隔壁111にも作業者が出入りする開閉扉112が設けられている。
【０００７】
なお、回転体102は、掘削機本体101に装備された図示しない回転駆動機構によって回転可能であり、伸縮カッタ105をカッタヘッド106内に収納した状態で、回転軸線Ｏをもって水平回動することができる。また、掘削機本体101の後部には図示しない複数のシールドジャッキが配設されると共に、エレクタ装置が装備されている。
【０００８】
従って、カッタヘッド106から伸縮カッタ105を外方に突出した状態で、駆動モータ107によってカッタヘッド106を回転しながら、シールドジャッキを伸長することで、カッタヘッド106に取付けられた図示しない多数のカッタビットによって前方の地盤を掘削し、掘削機本体101とほぼ同径のトンネルを掘削することができる。
【０００９】
そして、長期間にわたるトンネル掘削作業によりカッタビットが磨耗すると、カッタヘッド106の回転を停止してから、伸縮カッタ105をカッタヘッド106内に収納し、回転駆動機構によって回転体102をほぼ１８０度回動することで、カッタヘッド106を掘削機本体101内で後方に移動することができ、作業者は開閉扉112を開けてカッタビットの交換作業を行うことができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、カッタヘッド106が回転して前方の地盤を掘削するが、スラリー状の掘削土砂は図示しない排泥管によって外部に排出されるようになっており、この掘削土砂が掘削機本体101内に入り込まないようにシール部材109が設けられている。このシール部材109は、図７に示すように、ゴムの弾性体によって形成され、取付部109aと中空部109bとからなり、この中空部109bには配管121が接続されて中空部109bが膨張するようになっている。そして、シール部材109は前後一対の押え板122によって支持板108に固定されることで、膨張した中空部109bが回転体102の外周面に圧接してシール面Ｓとなり、掘削機本体101内へのスラリー状の掘削土砂の浸入を防止している。
【００１１】
ところが、掘削作業時に、掘削機本体101内に作用するスラリー状の掘削土砂の外圧Ｐ0 は予想以上に大きく、図８に示すように、掘削土砂の外圧Ｐ0 によってシール部材109の中空部109bが押されて変形し、この繰返の変形によりシール部材109が破損してしまうことがある。このシール部材109が破損してしまうと、掘削機本体101内へ掘削土砂が浸入してしまうために、シール部材109を早期に交換しなければならない。しかし、シール部材109には常時外圧Ｐ0 が作用しているために交換が困難であった。
【００１２】
本発明はこのような問題を解決するものであって、狭隘部からの内部への流体の浸入を確実に防止すると共に破損時の交換を容易としたシール装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項１の発明のシール装置は、各々のシール面を互いに対向させて形成された、支持プレートと回転体との狭隘部に設けられるシール装置において、流体を供給することで膨張変形可能なチューブシールと、一端部が該チューブシールに連結されて流体を供給可能な流体供給管とを具え、狭隘部への一方からの外圧に対向すると共に、前記一対のシール面には外圧の作用方向に沿って間隔が狭くなるように対向する傾斜面を有する支持ブロックがそれぞれ固定され、前記チューブシールは内部に流体が供給されることで膨張して前記一対の傾斜面に圧接することを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項２の発明のシール装置では、各々のシール面を互いに対向させて形成された、支持プレートと回転体との狭隘部に設けられるシール装置において、流体を供給することで膨張変形可能なチューブシールと、一端部が該チューブシールに連結されて流体を供給可能な流体供給管とを具え、狭隘部への一方からの外圧に対向すると共に、前記チューブシールは、シール本体と、シール本体から一体に延出された一対のリップ部と、該一対のリップ部の先端部を連結する薄膜部とで構成され、前記シール本体と一対のリップ部と薄膜部とで形成された中空部に流体が供給されることで、前記薄膜部が破断して前記一対のリップ部が前記一対のシール面にそれぞれ圧接することを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１６】
図１に本発明に係るシール装置を適用したシールド掘削機の概略断面を示す。
【００１７】
上記シールド掘削機において、図１に示すように、円筒形状をなす掘削機本体１１には掘進方向に対してほぼ直交する回転軸線Ｏをもって中空の回転体１２が回動自在となるように、一体に形成された上下の回動軸１３が掘削機本体１１の支持筒１４に軸受１５に介して支持されている。この回転体１２の内には円筒形状をなす移動体１６が掘進方向に沿って移動自在に嵌合しており、この移動体１６は回転体１２内に複数配設されたスライドジャッキ１７によって前後に移動することができる。そして、この移動体１６の前部には円筒体１８が回転自在に取付けられ、この円筒体１８には円板状のカッタヘッド１９が固定され、このカッタヘッド１９には油圧ジャッキ２０によって出没自在な伸縮カッタ２１が装着されており、カッタヘッド１９と伸縮カッタ２１の前面部に多数のカッタビット２２が取付けられている。そして、カッタヘッド１９と一体の円筒体１８の後部にはリングギヤ２３が固定され、このリングギヤ２３には移動体１６に装着された駆動モータ２４の駆動ギヤ２５が噛み合っている。
【００１８】
従って、スライドジャッキ１７を伸長して移動体１６を前進し、且つ、油圧ジャッキ２０を伸長して伸縮カッタ２１が外方に突出すると、カッタヘッド１９は掘削機本体１１の前方に位置し、この状態で、駆動モータ２４を駆動すると、駆動ギヤ２５及びリングギヤ２４を介して円筒体１８が回転し、この円筒体１８と一体のカッタヘッド１９が回転することで、各カッタビット２２によって前方の地盤を掘削し、掘削機本体１１とほぼ同径のトンネルを掘削することができる。
【００１９】
また、掘削機本体１１の前部には斜めに支持板２６が固定され、内周面にシール部材（装置）２７が装着されている。このシール部材２７はゴムの弾性体によって形成され、図示しない配管が接続される中空部を有しており、このエアの供給によって膨張した中空部が回転体１２の外周面に圧接してシールし、チャンバ２８から掘削機本体１１内へのスラリー状の掘削土砂の浸入を防止している。一方、掘削機本体１１の後部には隔壁２９が固定され、内周面にシール部材（装置）３０が装着されている。そして、回転体１２の後端部には作業者が出入りする開口部３１及び開閉扉３２が設けられると共に、隔壁２９にも作業者が出入りする開口部３３及び開閉扉３４が設けられており、シール部材３０は狭隘部となる隔壁２９と回転体１２との間に位置し、各開口部３１，３３側へのスラリー状の掘削土砂の浸入を防止している。
【００２０】
なお、図１に示すように、回転体１２は掘削機本体１１に装備された図示しない回転駆動機構によって回転可能であり、伸縮カッタ２１をカッタヘッド１９内に収納した状態で、回転軸線Ｏをもって水平回動することができる。また、掘削機本体１１の後部には周方向に沿って複数のシールドジャッキ３５が並設されると共に、既設トンネルの内壁面にセグメント３６を組み付けるエレクタ装置３７が装備されている。
【００２１】
ここで、上述したシールド掘削機によるトンネルを掘削作業について説明する。図１に示すように、スライドジャッキ１７を伸長して移動体１６を前進させ、且つ、油圧ジャッキ２０を伸長して伸縮カッタ２１を外方に突出させることで、カッタヘッド１９を掘削機本体１１の前方に位置させる。この状態で、まず、駆動モータ２４によりカッタヘッド１９を回転させながら、複数のシールドジャッキ３５を伸長し、既設のセグメントＳへの押し付け反力によって掘削機本体を構成する掘削機本体１１を前進させると、各カッタビット２２が前方の地盤を破砕してトンネルを掘削する。そして、カッタビット２２によって掘削された土砂はチャンバ２８内に取り込まれ、供給された水と共に図示しない排泥管を通って外部に排出される。次に、シールドジャッキ３５の何れか一つを縮み方向に作動して既設のセグメント３６との間に空所を形成し、エレクタ装置３７によってこの空所に新しいセグメント３６を装着する。この作業の繰り返しによって所定長さのトンネルを掘削形成していく。
【００２２】
このシールド掘削機によるトンネルを掘削作業時に、チャンバ２８内に取り込まれたスラリー状の掘削土砂が掘削機本体１１内に浸入しないようにシール装置２７，３０が機能している。即ち、シール装置２７は、膨張した中空部が回転体１２の外周面に圧接してシールし、掘削土砂の外圧を直接受けながら内部への掘削土砂の浸入を阻止している。また、シール装置３０は隔壁２９と回転体１２との間に位置し、各回転体１２の開口部３１及び隔壁２９（掘削機本体１１）の３３側への掘削土砂の浸入を阻止している。
【００２３】
なお、シールド掘削機による長期間継続した掘削作業により各カッタビット２２が磨耗すると、カッタヘッド１９の回転及びシールドジャッキ３５の駆動を停止し、各開閉扉３２，３４を閉める。そして、油圧ジャッキ２０を収縮することで伸縮カッタ２１をカッタヘッド１９内に収納してから、スライドジャッキ１７を収縮することで移動体１６を後退させ、カッタヘッド２５を回転体１２内に収納する。そして、回転駆動機構によって回転体１２を１８０度回動し、カッタヘッド１９を掘削機本体１１内で掘進方向後方に向け、カッタビット２２の摩耗状況の検査や交換を行う。
【００２４】
このようにシールド掘削機にあっては、掘削機本体１１と回転体１２との間にシール装置２７，３０を前後に配設したことで、２段式のシール機能を有することとなり、シール性能を向上できる。
【００２５】
図２に本発明の第１実施形態に係るシール装置の装着前の状態を表す概略、図３に本実施形態のシール装置の装着状態におけるシール面の圧力分布を表す概略を示す。
【００２６】
図２及び図３に示すように、本実施形態のシール装置５０は前述したシール部材（装置）３０と同じ位置に装着されるものであり、つまり、図示しないシールド掘削機の狭隘部となる隔壁２９と回転体１２との間に位置し、後方へのスラリー状の掘削土砂の浸入を阻止するものである。
【００２７】
このシール装置５０はエアを供給することで膨張変形可能なチューブシールであって、基端部から先端部が厚くなるような偏平断面形状をなし、基端部に一端部が図示しないエア給排源に連結された金属製の流体給排管５１が連結されている。一方のシール面Ｓ1 となる隔壁２９の内面と、他方のシール面Ｓ2 となる回転体１２の外周面には、それぞれ支持ブロック５２，５３が固定されており、この支持ブロック５２，５３は外圧Ｐ0 の作用方向に沿って間隔が狭くなるように対向する傾斜面５２ａ，５３ａが形成されている。
【００２８】
従って、シール装置５０の装着時や交換時には、図２に示すように、シール装置５０を、内部から流体給排管５１を通してエアを排出し潰して折り畳んだ状態として、容易に隔壁２９と回転体１２との間の狭隘部に、支持ブロック５２，５３の間を通して挿入することができる。そして、挿入後に所定の位置で、図３に示すように、内部に流体給排管５１を通してエアを供給することで、シール装置５０を膨張して上面及び下面をシール面Ｓ1 ，Ｓ2 に圧接することで、シール性が確実に確保できる。即ち、シール装置５０はシール面Ｓ1 に対して圧接力Ｐ1 が作用すると共にシール面Ｓ2 に対して圧接力Ｐ2 が作用しており、掘削土砂の外圧Ｐ0 がシール装置５０に作用しても、シール装置５０が各傾斜面５２ａ，５３ａに押しつけられて後方移動が阻止されることとなり、変形による破損を防止して十分なシール性を確保することができる。
【００２９】
図４に本発明の第２実施形態に係るシール装置の装着前の状態を表す概略、図５に本実施形態のシール装置の装着状態におけるシール面の圧力分布を表す概略を示す。
【００３０】
図４及び図５に示すように、本実施形態のシール装置７０はエアを供給することで膨張変形可能なチューブシールであって、一端部が図示しないエア給排源に連結された金属製の流体給排管７１が連結されてシール本体７２と、このシール本体７２から一体に延出された上下一対のリップ部７３，７４と、この一対のリップ部７３，７４の先端部を連結する薄膜部７５とで構成されている。そして一方のシール面Ｓ1 となる隔壁２９の内面と、他方のシール面Ｓ2 となる回転体１２の外周面には、それぞれ支持ブロック７６，７７が固定されている。
【００３１】
従って、シール装置７０の装着時や交換時には、図４に示すように、シール装置７０を容易に隔壁２９と回転体１２との間の狭隘部に、支持ブロック７６，７７の間を通して挿入することができる。そして、挿入後に所定の位置で、図５に示すように、内部に流体給排管７１を通してエアを供給することで、シール装置７０を膨張させると、エア圧力により薄膜部７５が破断して破断片７５ａ，７５ｂとなり、シール面Ｓ1 ，Ｓ2 に圧接することで、シール性が確実に確保できる。即ち、シール装置７０のリップ部７３はシール面Ｓ1 に対して圧接力Ｐ1 が作用すると共にシール面Ｓ2 に対して圧接力Ｐ2 が作用しており、掘削土砂の外圧Ｐ0 がシール装置７０に作用しても、シール装置７０が各支持ブロック７６，７７に押しつけられて後方移動が阻止されることとなり、変形による破損を防止して十分なシール性を確保することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように請求項１の発明のシール装置によれば、各々のシール面を互いに対向させて形成された、支持プレートと回転体との狭隘部に設けられるシール装置において、流体を供給することで膨張変形可能なチューブシールと、一端部が該チューブシールに連結されて流体を供給可能な流体供給管とを具え、狭隘部への一方からの外圧に対向すると共に、前記一対のシール面には外圧の作用方向に沿って間隔が狭くなるように対向する傾斜面を有する支持ブロックがそれぞれ固定され、前記チューブシールは内部に流体が供給されることで膨張して前記一対の傾斜面に圧接するようにしたので、流体の排出状態でチューブシールを容易に狭隘部へ挿入することができると共に、狭隘部への挿入状態で流体供給管を用いて流体を供給することで容易にシール面を確保することができ、狭隘部からの内部への流体の浸入を確実に防止して信頼性の向上を図ることができると共に、破損時の交換を容易とすることができる。また、各シール面への圧接を確実にした信頼性の向上を図ることができると共に、後方移動を阻止して変形による破損を防止することができる。
【００３３】
また、請求項２の発明のシール装置によれば、各々のシール面を互いに対向させて形成された、支持プレートと回転体との狭隘部に設けられるシール装置において、流体を供給することで膨張変形可能なチューブシールと、一端部が該チューブシールに連結されて流体を供給可能な流体供給管とを具え、狭隘部への一方からの外圧に対向すると共に、前記チューブシールは、シール本体と、シール本体から一体に延出された一対のリップ部と、該一対のリップ部の先端部を連結する薄膜部とで構成され、前記シール本体と一対のリップ部と薄膜部とで形成された中空部に流体が供給されることで、前記薄膜部が破断して前記一対のリップ部が前記一対のシール面にそれぞれ圧接するようにしたので、流体の排出状態でチューブシールを容易に狭隘部へ挿入することができると共に、狭隘部への挿入状態で流体供給管を用いて流体を供給することで容易にシール面を確保することができ、狭隘部からの内部への流体の浸入を確実に防止して信頼性の向上を図ることができると共に、破損時の交換を容易とすることができる。また、狭隘部への挿入性及び装着性を簡素化することができると共に、各シール面への圧接を確実にして信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシール装置を適用したシールド掘削機の概略断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るシール装置の装着前の状態を表す概略図である。
【図３】本実施形態のシール装置の装着状態におけるシール面の圧力分布を表す概略図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るシール装置の装着前の状態を表す概略図である。
【図５】本実施形態のシール装置の装着状態におけるシール面の圧力分布を表す概略図である。
【図６】従来のシールド掘削機の断面図である。
【図７】従来のシールド掘削機に適用されたシール部材の断面図である。
【図８】従来のシール部材の変形状態を表す断面図である。
【符号の説明】
１１  掘削機本体
１２  回転体
１３  回動軸
１９  カッタヘッド
２２  カッタビット
２４  駆動モータ（カッタヘッド駆動手段）
２７  シール部材
２９  隔壁（支持プレート）
３０  シール装置（チューブシール）
３５  シールドジャッキ（推進ジャッキ）
４３  流体給排管
５０  シール装置（チューブシール）
５１  流体給排管
５２，５３  支持ブロック
７０  シール装置（チューブシール）
７１  流体給排管
７２  シール本体
７３，７４  リップ部
７５  薄膜部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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