(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
横倒し円筒形の胴部と、
この胴部に同軸上に挿通される円筒形でゴム製の弁体と、
この弁体に同軸上に挿通される円筒形でフレキシブルなシート製のシールド体と、を備え、
前記胴部は、その外面にエアポートが設けられており、このエアポートを通じて、内部の前記弁体との隙間にエアを供給し、また内部の前記弁体との隙間からエアを排出できるようになっており、
前記弁体は、その両端部が前記胴部の両端部に固定されており、前記エアポートを通じて前記胴部へエアを供給すると、変形してその円筒の軸方向の中央部が縮径して閉弁し、前記エアポートを通じて前記胴部からエアを排出すると、円筒形に復元して開弁するようになっており、
前記シールド体は、その内部が掘削土の通路となっており、その掘削土の入側の端部のみが前記弁体の端部に固定されており、その掘削土の出側の端部は自重により垂れ下がっており、前記弁体の閉弁時には、その円筒の軸方向の中央部が弁体の内面に倣って変形して縮径密着することで掘削土の通路は閉鎖され、前記弁体の開弁時には、前記自重により垂れ下がる掘削土の出側の端部が掘削土の圧力により押し広げられることで掘削土の通路が開放されるようになっている、
シールド掘進機用排土バルブ。
【請求項２】
前記シールド体は、耐摩耗性繊維から形成される布製である請求項1に記載のシールド掘進機用排土バルブ。
【請求項３】
前記耐摩耗性繊維は、アラミド繊維である請求項2に記載のシールド掘進機用排土バルブ。
【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用いられる排土バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド工法に用いられるシールド掘進機においては、その胴体をなす推進管の先端にカッタヘッドを設け、このカッタヘッドが回転することにより地盤が掘削されるようになっている。
この掘削により生じた掘削土は、カッタヘッドの開口部を通じて推進管内部へと導かれ、推進管に内蔵された排土バルブにより後方へと搬送される。
【０００３】
排土バルブは、横倒し円筒形の胴部と、この胴部に同軸上に挿通される円筒形でゴム製の弁体と、を備える。
胴部の外面には、エアポートが設けられており、胴部内部の弁体との隙間にエアを供給し、また胴部内部の弁体との隙間からエアを排出できるようになっている。
ゴム製の弁体は、その両端部が胴部の両端部に固定されており、その内部が掘削土の通路となっている。
エアポートを通じて胴部内部の弁体との隙間へエアを供給すると、ゴム製の弁体はエアの圧力で変形し、その円筒の軸方向の中央部が縮径し密着することで、掘削土の通路が閉鎖される。
この状態から、エアポートを通じて胴部内部の隙間からエアを排出すると、ゴム製の弁体はエアの圧力から解放されて円筒形に復元することで、掘削土の通路は開放される。
このように、胴部にエアを供給および排出することで、掘削土の通路を閉鎖状態と開放状態とに切り替え、掘削土の後方への搬送量などを調節する。
【０００４】
ところで、排土バルブの弁体は上記のとおりゴム製であるため、掘削土が直接接触すると摩耗しやすく、また掘削土の表面が鋭利な場合などは弁体に破孔が生じる場合もあり、いずれにせよ、耐久性に問題がある。
【０００５】
そこで、特許文献1のように、排土バルブの弁体の内面に耐摩耗性の樹脂を積層し、耐久性を向上させる試みがなされている。
しかし、ゴム製の弁体の内面に耐摩耗性樹脂を積層すると、ゴムと耐摩耗性樹脂とは熱膨張性、展延性などの特性が異なるため、排土バルブの使用中の弁体の繰り返しの変形や温度変化にともなって、ゴムと耐摩耗性樹脂との界面に大きな負荷がかかる。したがって、弁体から耐摩耗性樹脂層が剥離しやすく、このような剥離箇所においては、弁体が掘削土に直接接触するため、摩耗や破孔の問題が解消されていない。
また、ゴムと耐摩耗性樹脂のような特性の異なる素材同士を、層間剥離が生じないように積層するのは、技術的にも困難をともなう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３-１３７０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明の解決すべき課題は、シールド掘進機に用いられる排土バルブについて、簡易にかつ確実に弁体の耐久性を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した課題を解決するため、発明にかかるシールド掘進機用バルブを、横倒し円筒形の胴部と、この胴部に同軸上に挿通される円筒形でゴム製の弁体と、この弁体に同軸上に挿通される円筒形でフレキシブルなシート製のシールド体と、を備えるものとしたのである。
ここで前記胴部は、その外面にエアポートが設けられており、このエアポートを通じて、内部の前記弁体との隙間にエアを供給し、また内部の前記弁体との隙間からエアを排出できるようになっている。
また前記弁体は、その両端部が前記胴部の両端部に固定されており、前記エアポートを通じて前記胴部へエアを供給すると、変形してその円筒の軸方向の中央部が縮径して閉弁し、前記エアポートを通じて前記胴部からエアを排出すると、円筒形に復元して開弁するようになっている。
さらに前記シールド体は、その内部が掘削土の通路となっており、その掘削土の入側の端部のみが前記弁体の端部に固定されており、その掘削土の出側の端部は自重により垂れ下がっている。そして前記弁体の閉弁時には、その円筒の軸方向の中央部が弁体の内面に倣って変形して縮径密着することで掘削土の通路は閉鎖され、前記弁体の開弁時には、前記自重により垂れ下がる掘削土の出側の端部が掘削土の圧力により押し広げられることで掘削土の通路が開放されるようになっている。
【０００９】
前記シールド体は、耐摩耗性繊維からなる布製であるのが好ましい。耐摩耗性繊維としては、アラミド繊維が例示できる。
【発明の効果】
【００１０】
発明に係るシールド掘進機用排土バルブでは、弁体の内部に円筒形でフレキシブルなシート製のシールド体を挿通させ、このシールド体の内部を掘削土の通路としたので、弁体に掘削土が直接接触することがなく、弁体の摩耗や破孔が防止されている。
シールド体は、その掘削土の入側の端部のみが弁体に固定されているが、その他の部分については弁体から遊離しているため、弁体とは独立に変形するようになっている。したがって、シールド体に弁体から不必要な荷重がかかることなく、シールド体の損耗が防止されている。
シールド体は、その掘削土の入側の端部のみを弁体に固定しているため、シールド体を弁体の内面の全面に貼り付けるような場合と比べて組み付けが容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】シールド掘進機の縦断面図
【図２（Ａ）】実施形態の排土バルブの縦断面図
【図２（Ｂ）】実施形態の排土バルブの縦断面図
【図３】シールド体の斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
図1のように、実施形態の排土バルブ１０は、シールド掘進機１に用いられ、掘削土を後方へと搬送するものである。
図1に示すシールド掘進機１は、主たる構成要素として、その胴体をなす推進管２と、推進管２の先端面に配置されたカッタヘッド３と、推進管２の内部に配置された実施形態の排土バルブ１０とを備える。
【００１３】
推進管２は、複数の外筒２ａを、ジャッキ２ｂを介して軸方向に接続することにより構成されている。
各ジャッキ２ｂを伸長することにより、推進管２の推進方向の微調整がなされるようになっている。
また推進管２の先端部は、隔壁２ｃにより区画されてチャンバ２ｄが形成されている。
【００１４】
カッタヘッド３は軸３ａを有し、軸３ａは推進管２内において隔壁２ｃ等に設置された公知の軸受機構により、回転可能に支持されている。
軸３ａは、推進管２の内部に配置されたモータ３ｂとベルトプーリ機構等の公知の回転伝達機構３ｃを介して接続され、回転駆動されるようになっている。
カッタヘッド３の外面には、多数のビット３ｄが設けられている。このため、カッタヘッド３が回転すると、ビット３ｄが地盤を掘削するようになっている。カッタヘッド３の軸３ａの先端にはセンタービット３ｅが設けられている。
またカッタヘッド３には、図示省略の開口が設けられている。
【００１５】
推進管２の内部には、排土パイプ４が配置されており、この排土パイプ４の一端はチャンバ２ｄに、他端は排土バルブ１０に接続されている。
カッタヘッド３には図示省略の開口が設けられており、この開口を通じてシールド掘進機の内部に導入された掘削土は、チャンバ２ｄに収容され、さらに排土パイプ４を通じて排土バルブ１０へと搬送される。
【００１６】
図２（Ａ）および（Ｂ）のように、排土バルブ１０は、胴部１１と、胴部１１内に配置される弁体１２と、弁体１２内に配置されるシールド体１３と、を備え、排土パイプ４を通じて送り込まれた掘削土の後方への搬送量を調整するものである。
【００１７】
図２（Ａ）および（Ｂ）に示す横倒し円筒形の胴部１１は、例えば鋼製であり、その一端に設けられた接続口１１ａが排土パイプ４に接続されている。
胴部１１の周面にはエアポート１１ｂが設けられており、推進管２内に配置されたエアタンク１１ｃからこのエアポート１１ｂを通じて、胴部１１の内部空間にエアを供給および排出できるようになっている。
また胴部１１の周面には圧力計１１ｄが付属しており、内部空間の圧力を計測できるようになっている。
【００１８】
図２（Ａ）および（Ｂ）に示す横倒し円筒形の弁体１２は、ゴム製であり、その円筒が胴部１１の円筒と同軸上になるように、胴部１１に挿通されている。弁体１２の内部には、図中鎖線で示すように、強化材を挿入してもよい。
弁体１２は、両端部にフランジ１２ａを有する。この各フランジ１２ａは、胴部１１の各端部の周縁と、留め具１１ｅにより挟み込まれている。これにより、弁体１２が胴部１１に対して固定されている。
【００１９】
弁体１２の外径は、胴部１１の内径よりもやや小さく、その弁体１２と胴部１１との隙間に前記エアポート１１ｂからエアを供給すると、弁体１２はエアの圧力により押されて変形する。
すると図２（Ａ）の（ｂ）のように、弁体１２は胴部１１に固定されていない軸方向の中心部が縮径し、２つの横倒しの円錐形をその頂同士で接続したような形状となる。弁体１２の軸方向の中央部が重なり合うことで、閉弁するようになっている。
一方、図２（Ａ）の（ｂ）の状態から、弁体１２と胴部１１の隙間に存在するエアを、エアポート１１ｂを通じて排出すると、弁体１２はエアの圧力から解放される。
すると図２（Ａ）の（ａ）のように、ゴム素材の有する復元弾性力により、径の均一な円筒形へと形状が復帰する。
【００２０】
図２（Ａ）および（Ｂ）ならびに図３に示す、横倒し円筒形のシールド体１３は、フレキシブルなシート製であり、その円筒が胴部１１および弁体１２の円筒と同軸上になるように、弁体１２に挿通されている。
このようなシールド体１３の素材となるフレキシブルなシートとしては、耐摩耗性繊維を織ってまたは編んでなる布が、柔軟性にとくに優れ、また耐摩耗性にも優れるため好ましい。耐摩耗性繊維としては、素材に耐摩耗性を与えた種々の繊維が考えられ、アラミド繊維が例示できる。
図２（Ａ）の（ｃ）および図２（Ｂ）の（ｄ）のように、シールド体１３の内部は、掘削土の通路となっている。
【００２１】
また図３のように、シールド体１３は、掘削土の入側の端部のみに、例えば鋼製のフランジ１３ａを有する。
シールド体１３のフランジ１３ａは、弁体１２のフランジ１２ａとともに胴部１１の一端（図中左端）の周縁と、留め具１１ｅにより挟み込まれている。これにより、シールド体１３は弁体１２に対して固定されている。
【００２２】
シールド体１３の掘削土の出側の端部は弁体１２の端部（図中右端）には固定されておらず、弁体１２から遊離した状態にある。すなわちシールド体１３は、いわゆる吹き流しの状態にある。
このため、図２（Ａ）の（ａ）のように、弁体１２の全開の開弁時には、シールド体１３の右半部は自重により垂れ下がって重なり合っているが、シールド体１３は弁体１２に拘束されていないため、掘削土の通路は開放可能となっている。
他方、図２（Ａ）の（ｂ）のように、弁体１２の閉弁時には、シールド体１３の入側の端部に近い左半部が、右向き横倒し円錐形に変形した弁体１２の左半部に拘束され、その弁体１２の内面に倣って右向き横倒しの円錐形へと変形する。この状態においてシールド体１３の掘削土の通路は円錐形の頂の部分で閉鎖される。
同時に、シールド体１３の出側の端部に近い右半部が、重なり合った状態のままで左向き横倒し円錐形に変形した弁体１２の右半部に持ち上げられる。
【００２３】
実施形態の排土バルブ１０の構成は以上のようであり、つぎにその作用について説明する。
いま、図２（Ａ）の（ａ）のような、弁体１２の開弁状態から、胴部１１にエアポート１１ｂを通じてエアを供給し、図２（Ａ）の（ｂ）のような、弁体１２の閉弁状態へと移行する。
【００２４】
この状態で、図２（Ａ）の（ｃ）のように、シールド掘進機１の排土パイプ４から排土バルブ１０へと掘削土が送り込まれる。
すると弁体１２が閉弁状態にあり、シールド体１３の左半部も弁体１２に拘束されてその掘削土の通路は閉鎖された状態にあるため、掘削土の通過は阻止される。
一方、図２（Ｂ）の（ｄ）のように、弁体１２を開弁状態へと徐々に移行すると、シールド体１３は弁体１２の拘束から解放されて、掘削土の圧力により通路は開放され、後方へと搬送可能となる。
図２（Ａ）の（ｃ）および図２（Ｂ）の（ｄ）のいずれの場合においても、弁体１２が掘削土に直接接触することがないので、弁体１２の摩耗や破孔が防止されている。
【００２５】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正と変形を含むものであることが意図される。
【００２６】
実施形態では、シールド体１３を耐摩耗性繊維からなる布製としているが、シールド体１３はフレキシブルなシートであればよく、たとえば耐摩耗性樹脂からなるフレキシブルシートを用いてもよい。
【符号の説明】
【００２７】
１  シールド掘進機
２  推進管
２ａ  外筒
２ｂ  ジャッキ
２ｃ  隔壁
２ｄ  チャンバ
３  カッタヘッド
３ａ  軸
３ｂ  モータ
３ｃ  回転伝達機構
３ｄ  ビット
３ｅ  センタービット
４  排土パイプ
１０  排土バルブ
１１  胴部
１１ａ  接続口
１１ｂ  エアポート
１１ｃ  エアタンク
１１ｄ  圧力計
１１ｅ  留め具
１２  弁体
１２ａ  フランジ
１３  シールド体
１３ａ  フランジ
【図１】
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【図２（Ａ）】
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【図２（Ｂ）】
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【図３】
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