(57)【要約】      （修正有）【課題】流体通路の数を増減する汎用性に優れ且つ小型化可能で、軸体とケース部材の製作費を低減可能なロータリージョイントとこれを用いたトンネル掘進機を提供する。【解決手段】軸体20と静止側のケース部材30とを有し、ケース部材に形成された複数の流体ポート31b〜31hを軸体内の複数の流体通路21b〜21hに夫々接続可能なロータリージョイント10において、軸体は軸心と直交する複数の分断面で分断された複数の軸分割体20b〜20hを有し、ケース部材は複数の分断面で分断され複数の軸分割体に夫々外嵌され１つの流体ポート31b〜31hを含む複数のケース分割体33b〜33hを有し、複数の軸分割体を回転入力側部材20K,20aに連結解除可能に連結する軸連結手段23と、複数のケース分割体が連結形態を維持するようにそれらの回転位相を揃えた状態にして複数のケース分割体を連結解除可能に連結するケース連結手段とを備えた。【選択図】図２
2017129242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸体と、この軸体に相対回転自在に外嵌された静止側のケース部材とを有し、このケース部材に軸心方向に所定間隔おきに形成された複数の流体ポートを、軸体内に形成した複数の流体通路に夫々接続可能なロータリージョイントにおいて、
前記軸体は、その軸心と直交する複数の分断面で分断された複数の軸分割体を有し、
前記ケース部材は、前記複数の分断面で分断され且つ複数の軸分割体に夫々外嵌されたた複数のケース分割体であって各ケース分割体に少なくとも１つの流体ポートを含む複数のケース分割体を有し、
前記複数の流体通路の連続性を維持するように複数の軸分割体の回転位相を揃えた状態にして複数の軸分割体を回転入力側部材に連結解除可能に連結する軸連結手段と、
前記複数のケース分割体が予め設定された連結形態を維持するように複数のケース分割体の回転位相を揃えた状態にして複数のケース分割体を連結解除可能に連結するケース連結手段と、
を備えたことを特徴とするロータリージョイント。
【請求項２】
前記各ケース分割体の内周部または各軸分割体の外周部に、各ケース分割体に形成された流体ポートに連通し且つ対応する流体通路に連通する環状溝が形成され、この環状溝の軸心方向両側をシールする１対の環状のシール部材が設けられたことを特徴とする請求項１に記載のロータリージョイント。
【請求項３】
前記各軸分割体には流体通路の一部からなる１又は複数の流体通路部分が形成されており、各流体通路部分の軸心方向両側の分断面の部位において各流体通路部分の端部の周囲をシールする環状シール部材が設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載のロータリージョイント。
【請求項４】
前記軸連結手段は複数の軸分割体に貫通させて前記回転入力側部材に螺合された複数の軸連結ボルトを有し、これら複数の軸連結ボルトは複数の流体通路よりも軸心側に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のロータリージョイント。
【請求項５】
カッターヘッドと、胴体と、チャンバーと、このチャンバーの後端を仕切る隔壁構造と、この隔壁構造に装備されたロータリージョイントとを有するトンネル掘進機において、前記ロータリージョイントを請求項１に記載のロータリージョイントで構成したことを特徴とするトンネル掘進機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリージョイント及びこのロータリージョイントを用いたトンネル掘進機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ロータリージョイントは、回転側の軸体の内部に形成した複数の流体通路と、軸体に相対回転自在に外嵌された静止側のケース部材に形成した複数の流体ポートとを夫々接続するものである。通常のロータリージョイントでは、一体形の軸体に一体形のケース部材を外嵌させている。
【０００３】
特許文献１に記載のロータリージョイントにおいては、流体を供給又は排出するための流体通路を増減可能とするために、ケース部材を軸体の軸心と直交する複数の分断面で分割した複数のケース分割体であって各々が１つの流体ポートを有する複数のケース分割体に分割し、それら複数のケース分割体を連結解除可能に連結するケース連結手段を設けている。
【０００４】
流体通路を増やす場合、流体通路の数を増した新たな軸体と、増設用の流体ポートを形成したケース分割体を準備し、新たな軸体に既存の複数のケース分割体と新たなケース分割体とを外嵌させてケース連結手段で連結する。こうして、既存の複数のケース分割体を活用しながら、流体通路を増設することができる。流体通路を減らす場合は、流体通路の数を減らした新たな軸体に、既存の複数のケース分割体のうちの必要なものを外嵌させてケース連結手段で連結する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１７７４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の一般的なロータリージョイントでは、流体通路を増減できないため汎用性に欠け、用途毎にロータリージョイントを設計、製作しなければならない。
【０００７】
特許文献１のロータリージョイントでは、軸体は一体形に形成され、流体通路を増減する毎に新たな軸体を準備しなければならないため、軸体の汎用性がなく全体としての汎用性が低い。
【０００８】
本発明の目的は、軸体とケース部材の汎用性に優れるロータリージョイント及びこれを用いたトンネル掘進機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１のロータリージョイントは、軸体と、この軸体に相対回転自在に外嵌された静止側のケース部材とを有し、このケース部材に軸心方向に所定間隔おきに形成された複数の流体ポートを、軸体内に形成した複数の流体通路に夫々接続可能なロータリージョイントにおいて、前記軸体は、その軸心と直交する複数の分断面で分断された複数の軸分割体を有し、前記ケース部材は、前記複数の分断面で分断され且つ複数の軸分割体に夫々外嵌されたた複数のケース分割体であって各ケース分割体に少なくとも１つの流体ポートを含む複数のケース分割体を有し、前記複数の流体通路の連続性を維持するように複数の軸分割体の回転位相を揃えた状態にして複数の軸分割体を回転入力側部材に連結解除可能に連結する軸連結手段と、前記複数のケース分割体が予め設定された連結形態を維持するように複数のケース分割体の回転位相を揃えた状態にして複数のケース分割体を連結解除可能に連結するケース連結手段とを備えたことを特徴としている。
【００１０】
請求項２のロータリージョイントは、請求項１の発明において、前記各ケース分割体の内周部または各軸分割体の外周部に、各ケース分割体に形成された流体ポートに連通し且つ対応する流体通路に連通する環状溝が形成され、この環状溝の軸心方向両側をシールする１対の環状のシール部材が設けられたことを特徴としている。
【００１１】
請求項３のロータリージョイントは、請求項１又は２の発明において、前記各軸分割体には流体通路の一部からなる１又は複数の流体通路部分が形成されており、各流体通路部分の軸心方向両側の分断面の部位において各流体通路部分の端部の周囲をシールする環状シール部材が設けられたことを特徴としている。
【００１２】
請求項４のロータリージョイントは、請求項１又は２の発明において、前記軸連結手段は複数の軸分割体に貫通させて前記回転入力側部材に螺合された複数の軸連結ボルトを有し、これら複数の軸連結ボルトは複数の流体通路よりも軸心側に配置されていることを特徴としている。
【００１３】
請求項５のロータリージョイントは、カッターヘッドと、胴体と、チャンバーと、このチャンバーの後端を仕切る隔壁構造と、この隔壁構造に装備されたロータリージョイントとを有するトンネル掘進機において、前記ロータリージョイントを請求項１に記載のロータリージョイントで構成したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本願発明は、課題解決手段の欄に記載の構成を有するため次の効果を奏する。
請求項１の発明によれば、流体を供給又は排出する流体通路を増やす場合は、新たな軸分割体と新たなケース分割体を追加し、新たな軸連結手段で複数の軸分割体を連結し、新たなケース連結手段で複数のケース分割体を連結すればよい。
【００１５】
流体通路を減らす場合は、該当する軸分割体とケース分割体を取り外し、新たな軸連結手段で複数の軸分割体を連結し、新たなケース連結手段で複数のケース分割体を連結すればよい。このように、既設の軸分割体とケース分割体を有効活用し、必要な軸分割体及びケース分割体を追加し、新たな軸連結手段及びケース連結手段を追加するだけで、流体通路の数を自由に増減できるため、汎用性に優れる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、各ケース分割体の内周部又は各軸部材の外周部に形成された環状溝の軸心両側を１対の環状のシール部材でシールすることで、環状溝からの流体圧のリークを防止することできる。
【００１７】
請求項３の発明によれば、各軸分割体に複数の流体通路部分が形成され、各流体通路部分の軸心方向両側の分断面の部位において各流体通路部分の端部の周囲をシールする環状シール部材を設けるため、流体通路部分の端部からの流体圧のリークを防止することができる。
【００１８】
請求項４の発明によれば、前記軸連結手段は、複数の軸分割体に貫通させて前記回転入力側部材に螺合された複数の軸連結ボルトを有し、これら複数の軸連結ボルトは複数の流体通路よりも軸心側に配置されているため、複数の流体通路よりも軸心側の限られたスペースに簡単な構造で強力に連結可能な軸連結手段を配置することができる。
【００１９】
請求項５の発明によれば、トンネル掘進機の隔壁構造に装備されたロータリージョイントを請求項１のロータリージョイントで構成するため、トンネル掘進機の機種毎に専用のロータリージョイントを設計、製作する必要がなくなり、複数機種のトンネル掘進機に共通のロータリージョイントを採用可能になるため、ロータリージョイントの設計、製作費用を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例に係るシールド掘進機の断面図である。
【図２】ロータリージョイントの断面図である。
【図３】基端側ケース分割体の断面図である。
【図４】図２のIV−IV線断面図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図２のＡ部拡大断面図である。
【図７】蓋部材を固定する構造の要部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための形態について図面に基づいて説明する。
図１に示すように、シールド掘進機１（トンネル掘進機）は、カッターヘッド２と、胴体３と、カッターヘッド２の後側のチャンバー４と、このチャンバー４の後端を仕切る隔壁構造５と、この隔壁構造５に装備されたロータリージョイント１０を備えている。
胴体３の内部には、種々の部材や種々の装置や機器が設けられているが、これらは一般的なトンネル掘進機のものと同様のもので、本発明と直接関係しないため、それらについての説明は省略する。
【００２２】
ロータリージョイント１０は、シールド掘進機１の機内からカッターヘッド２のコピーカッター駆動用の油圧シリンダに油圧を供給する油圧通路、カッターヘッド２の複数のノズルへ加泥剤を供給する加泥剤通路等の複数の流体通路を接続するものである。本実施例のロータリージョイントは８系統の流体通路を接続するものである。
【００２３】
次に、本願特有のロータリージョイント１０について説明する。
図２〜図５に示すように、ロータリージョイント１０は、カッターヘッド２に連結された回転側の軸体２０と、隔壁構造６に固定された静止側のケース部材３０とを有する。
【００２４】
ケース部材３０には、流体を供給又は排出するための８つの流体ポート３１ａ〜３１ｈが形成されている。流体ポート３１ａ〜３１は例えばケース部材３０の側面部に一直線状に並べて配列されている。これらの流体ポート３１ａ〜３１ｈには流体供給源から延びた図示外の配管やホースが接続されている。
【００２５】
ケース部材３０の軸体２０と対向する内周部には流体ポート３１ａ〜３１ｈに夫々連通した環状溝３２ａ〜３２ｈが形成されている。軸体２０には、８本の流体通路２１ａ〜２１ｈが、図４に示すような円周８等分位置に形成されている。流体通路２１ａ〜２１ｈは、軸体２０の長手方向に延びている。流体通路２１ａ〜２１ｈの後端には径外方向に屈曲した連通通路２２ａ〜２２ｈが形成されている。流体通路２１ａは連通通路２２ａを介して環状溝３２ａに連通されている。その他の流体通路２１ｂ〜２１ｈについても同様であり、連通通路２２ｂ〜２２ｈを介して環状溝３２ｂ〜３２ｈに夫々連通されている。尚、環状溝３２ｂ〜３２ｈは必ずしもケース部材３０側に設ける必要はなく軸体２０側に設けてもよい。
【００２６】
以下、図２における左側（カッターヘッド２側）を基端側として説明する。
軸体２０は、カッターヘッド２に固定された回転入力側基部軸体２０Ｋと、その隣の基端側軸分割体２０ａと、軸体２０の軸心と直交する８つの分断面で等間隔に分断された７つの軸分割体２０ｂ〜２０ｈと、軸受用軸分割体２０ｉとが、軸連結手段２３により直列状に連結されてなる。本実施例では軸分割体２０ｂ〜２０ｈの軸心方向の長さは等しく設定されている。前記流体通路２１ａ〜２１ｈも前記分断面で分断されるため、軸分割体２０ａ〜２０ｈは、流体通路２１ａ〜２１ｈの一部又は全部に対応する１又は複数の流体通路部分と、前記連通通路２２ａ〜２２を有する。即ち、軸分割体２０ａ〜２０ｈには、夫々、８本〜１本の流体通路部分（但し、連通通路２２ａ〜２２ｈに連なる流体通路部分を含む）が形成されている。尚、回転入力側基部軸体２０Ｋが本発明の「回転入力側部材」に相当する。
【００２７】
軸連結手段２３は、回転入力側基部軸体２０Ｋと、基端側軸分割体２０ａと、軸分割体２０ｂ〜２０ｈと、軸受用軸分割体２０ｉとを、複数の流体通路２１ａ〜２１ｈの連続性を維持するようにそれらの回転位相を揃えた状態にして複数のボルトを用いて連結する。
【００２８】
本実施形態の軸連結手段２３は、基端側軸分割体２０Ｋと基端側軸分割体２０ａと軸分割体２０ｂ〜２０ｈと軸受用軸分割体２０ｉに軸心と平行に形成された３つのピン孔２３ｂに貫通させて、回転入力側基部軸体２０Ｋの３つのボルト孔２３ｃに夫々螺合された３つの軸連結ボルト２３ａである。前記軸連結手段２３は流体通路２１ａ〜２１ｈよりも軸心側に設けられているため、軸分割体２０ａ〜２０ｉの軸心側の限られたスペースに簡単な構造で強力に連結可能な軸連結手段２３を配置することができる。尚、前記軸連結手段２３と異なる構造の軸連結手段を採用することも可能である。
【００２９】
ケース部材３０は、基端側ケース分割体３３ａと、前記の８つの分断面で等間隔に分断された７つのケース分割体３３ｂ〜３３ｈと、軸受用ケース分割体３３ｉとが、ケース連結手段３４により直列状に連結されてなる。本実施例ではケース分割体３３ｂ〜３３ｈの軸心方向の長さは等しく設定されている。
【００３０】
ケース連結手段３４は、基端側ケース分割体３３ａと、ケース分割体３３ｂ〜３３ｈと、軸受用ケース分割体３３ｉを、予め設定された設定連結形態（例えば、流体ポート３１ａ〜３１ｈがケース部材３０の側面部に直線的に並ぶ形態）を維持するようにそれらの回転位相を揃えた状態にして複数のボルトを用いて連結する。
【００３１】
本実施形態のケース連結手段３４は、ケース分割体３３ｂ〜３３ｈと軸受用ケース分割体３３ｉに軸心と平行に形成された３つのピン孔３４ｂに貫通させて、基端側ケース分割体３３ａの３つのボルト孔３４ｃに夫々螺合された３つのケース連結ボルト３４ａである。
【００３２】
基端側ケース分割体３３ａとケース分割体３３ｂ〜３３ｈは、夫々１つの流体ポート３１ａ〜３１ｈと１つの環状溝３２ａ〜３２ｈを有する。流体ポート３１ａ〜３１ｈは環状溝３２ａ〜３２ｈまで延びている。流体ポート３１ａ〜３１ｈは、夫々ケース分割体３３ａ〜３３ｈの軸心方向の中間位置に位置している。
【００３３】
流体通路２１ａ〜２１ｈは、基端側軸分割体２０Ｋの基端近傍に形成された８つの流体ポート２４ａ〜２４ｈに夫々接続され、これら流体ポート２４ａ〜２４ｈにはカッターヘッド２側の８つの流体通路（図示略）が配管やホースにより接続される。
【００３４】
ケース部材３０の基端側において、基端側軸分割体２０Ｋと基端側ケース分割体３３ａの間にはラジアル軸受３５と止水シール３６が介装され、閉塞部材３７で閉塞されている。ケース部材３０の先端側において、軸受用軸分割体２０ｉと軸受用ケース分割体３３ｉの間にはラジアル軸受３８が介装されている。このように、軸体２０とケース部材３０の間に２つのラジアル軸受３５，３８を介装したのでケース部材３０に対して軸体２０が円滑に回転可能である。
【００３５】
軸受用軸分割体２０ｉと受け軸受用ケース分割体３３ｉの右側に蓋部材３９が配設され、この蓋部材３９は例えば４つの固定ボルト４０により軸受用ケース分割体３３ｉに固定されている（図７参照）。尚、ケース連結ボルト３４ａのボルト頭部３４ｔは、蓋部材３９を部分的に切り欠いたＵ形切欠き部３９ａに配置されている。
【００３６】
図３に示すように、基端側ケース分割体３３ａの内周部において、環状溝３２ａの両側のシール溝４１にＯリング４２が装着されているため、基端側軸分割体２０ａと基端側ケース分割体３３ａとの間の摺動面から流体が漏洩しない。上記のシール溝４１とＯリング４２は、ケース分割体３３ｂ〜３３ｈにも同様に設けられている。尚、シール溝４１は軸分割体２０ａ〜２０ｈ側に設けてもよい。
【００３７】
図６に示すように、軸体２０を分断している分断面４３の片側部位において、軸分割体２０ａにおける流体通路２１ｅの流体通路部分２１ｅｐの端部を囲む環状シール溝４４にＯリング４５が装着されているため、分断面４３から流体が漏洩しない。このシール構造は、全ての分断面４３において、各流体通路２１ａ〜２１ｈの流体通路部分に個別に設けられている。尚、シール溝４４は、上記と対面する軸分割体側に設けてもよい。 
【００３８】
次に、シールド掘進機１とロータリージョイント１０の作用、効果について説明する。
カッターヘッド２を回転駆動しながらトンネルを掘削していくが、掘進方向を方向変換するとき、１又は複数のコピーカッターを進出位置に切換えて掘削径を拡大してから方向変換する。このとき、コピーカッター駆動用の各複動型油圧シリンダに接続された２つの流体通路であってロータリージョイント１０を介して接続された２つの流体通路の一方から油圧を供給し、他方から油圧を排出する。
【００３９】
また、掘削土砂の流動性が低い場合には、カッターヘッド２に装備された複数のノズルから切羽に向けて加泥剤を噴射することで、掘削土砂の流動性を高める。このとき、ロータリージョイント１０を介して接続された複数の流体通路から加泥剤の供給を行う。
【００４０】
ロータリージョイント１０においては、軸体２０が回転しながら、流体ポート３１ａ〜３１ｈに供給された加圧流体は、環状溝３２ａ〜３２ｈを経て連通通路２２ａ〜２２ｈから流体通路２１ａ〜２１ｈへ流れ、流体通路２１ａ〜２１ｈからカッターヘッド２側の配管やホースへ供給される。但し、油圧系の流体通路では、油圧供給に限らず、油圧の排出もなされる。
【００４１】
ここで、このロータリージョイント１０と同種のロータリージョイントを別のシールド掘進機に採用する場合に、流体通路の数が例えば６系統になる場合には、３本のケース連結ボルト３４ａと３本の軸連結ボルト２３ａを取り外し、２つのケース分割体３３ｇ，３３ｈと、２つの軸分割体２０ｇ，２０ｈを取り外し、長さの短い新たな３本のケース連結ボルトと３本の軸連結ボルトでもって、軸体２０とケース部材３０を連結することで、一層小型の６系統の流体通路を接続するロータリージョイントとなる。上記は一例であり、流体通路の数を最大７系統まで減らしたロータリージョイントとすることができる。
【００４２】
但し、本実施例のロータリージョイント１０は一例であり、流体通路の数は８系統に限定されるものではなく、８系統以下、または８系統超の流体通路を有するロータリージョイントとして構成することも可能である。
このロータリージョイントで接続可能な流体通路の数は、軸体２０内に形成する流体通路の数で決まるため、例えば、軸体２０に１０本の流体通路を形成しておけば、１〜１０系統の流体通路を接続可能なロータリージョイントとすることができる。
【００４３】
つまり、種々の用途の種々のサイズのロータリージョイント、種々の機種のシールド掘進機１のロータリージョイントに上記のロータリージョイント１０を適用することができ、汎用性に優れるうえ、流体通路の系統数に応じたサイズのものにすることができるため、設置スペース面でも有利であり、ロータリージョイント１０の設計、製作の費用を低減することができる。
【００４４】
本実施例のロータリージョイント１０は大抵の機種のシールド掘進機に採用可能であるため、シールド掘進機の機種別にロータリージョイントを設計、製作する必要がなくなるから、設計、製作費用を大幅に低減することができる。  
【００４５】
次に、前記実施例を部分的に変更する例について説明する。
（１）本実施例では、トンネル掘進機の例としてシールド掘進機を例にしたが、トンネル掘削機のロータリージョイントにも同様に適用することができる。また、本発明に係るロータリージョイントは、シールド掘進機に装備するロータリージョイント以外の種々の用途の種々のサイズのロータリージョイントに適用することができる。
【００４６】
（２）前記流体通路２１ａ〜２１ｇを軸分割体３２ｈまで延長し、軸分割体３２ｈの内部に終端を有する通路に形成してもよい。その場合、軸分割体２０ａ〜２０ｇの製作の面で有利になる。
【００４７】
（３）前記実施例のロータリージョイントでは、１つのケース分割体に１つの流体ポートを形成したが、１つのケース分割体に２以上の流体ポートを形成することも可能である。
この場合、一部のケース分割体に２以上の流体ポートを形成し、残りの一部のケース分割体に１つの流体ポートを形成してもよい。そして、軸心方向長さの異なる複数のケース分割体及び軸分割体を組み合わせた構造にすることもできる。
（４）その他、当業者ならば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能で、本発明はそのような変更形態も包含するものである。
【符号の説明】
【００４８】
１      シールド掘進機（トンネル掘進機）
２      カッターヘッド
３      胴体
４      チャンバー
５      隔壁構造
１０    ロータリージョイント
２０    軸体
２０ｂ〜２０ｈ      軸分割体
２１ｂ〜２１ｈ      流体通路
２３    軸連結手段
２３ａ  軸連結ボルト
３０    ケース部材
３１ｂ〜３１ｈ    流体ポート
３２ｂ〜３２ｈ    環状溝
３３ｂ〜３３ｈ    ケース分割体
３４    ケース連結手段
３４ａ  ケース連結ボルト
４２    Ｏリング
４５    Ｏリング 
【図１】
2017129242.tif 000003
【図２】
2017129242.tif 000004
【図３】
2017129242.tif 000005
【図４】
2017129242.tif 000006
【図５】
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【図６】
2017129242.tif 000008
【図７】
2017129242.tif 000009