特許 7362510 トンネル掘削機の中折れ機構

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-06

(45)【発行日】2023-10-17

(54)【発明の名称】トンネル掘削機の中折れ機構

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/06 20060101AFI20231010BHJP

【ＦＩ】

E21D9/06 301A

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020031603

(22)【出願日】2020-02-27

(65)【公開番号】P2021134564

(43)【公開日】2021-09-13

【審査請求日】2023-02-08

(73)【特許権者】

【識別番号】521478094

【氏名又は名称】地中空間開発株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小田 誠

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 浩靖

(72)【発明者】

【氏名】高原 健

(72)【発明者】

【氏名】脇田 亮介

【審査官】石川 信也

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－３０３１３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－０９９０９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１２５８８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１０１４８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０７６７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－１４７７９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－１８３０９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｄ ９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

トンネル掘削機の前胴と後胴の間の中折れ機構であって、
前記前胴の後端部とこの後端部の内側に位置する前記後胴の前端部との間に配置される３つ以上の中折れシールと、
前記３つ以上の中折れシールの間に形成された複数のシール室へグリスを供給するグリス供給装置と、
前記中折れ機構の周囲の圧力を検出する第１圧力センサと、
前記複数のシール室のうちの最も後方に位置する最後方シール室の圧力を検出する第２圧力センサと、
前記複数のシール室のうちの最も前方に位置する最前方シール室の圧力を検出する第３圧力センサと、
前記グリス供給装置を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記第２圧力センサで検出される圧力が前記第１圧力センサで検出される圧力よりも高くなるとともに、前記第３圧力センサで検出される圧力が前記第２圧力センサで検出される圧力以下となるように前記グリス供給装置を制御する、トンネル掘削機の中折れ機構。

【請求項2】

トンネル掘削機の前胴と後胴の間の中折れ機構であって、
前記前胴の後端部とこの後端部の内側に位置する前記後胴の前端部との間に配置される３つ以上の中折れシールと、
前記３つ以上の中折れシールの間に形成された複数のシール室のうちの前側に位置する少なくとも１つのシール室とオイルタンクとの間で閉ループを形成し、前記少なくとも１つのシール室へオイルを供給するオイル供給装置と、
前記複数のシール室のうちの残りのシール室へグリスを供給するグリス供給装置と、
前記中折れ機構の周囲の圧力を検出する第１圧力センサと、
前記複数のシール室のうちの最も後方に位置する最後方シール室の圧力を検出する第２圧力センサと、
前記グリス供給装置を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記第２圧力センサで検出される圧力が前記第１圧力センサで検出される圧力よりも高くなるように前記グリス供給装置を制御し、
前記オイル供給装置は、前記複数のシール室のうちの最も前方に位置する最前方シール室の圧力が前記第１圧力センサで検出される圧力よりも低い設定値に保たれるように構成されている、トンネル掘削機の中折れ機構。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トンネル掘削機の中折れ機構に関する。

【背景技術】

【0002】

トンネル掘削機は、地山を掘削するカッターヘッドと、このカッターヘッドを回転可能に支持する掘削機本体を含む。掘削機本体には中折れ式のものがあり、この中折れ式の掘削機本体では、管状の外殻が前胴と後胴とに分けられ、それらの間に中折れ機構が設けられる。

【0003】

具体的に、中折れ機構では、前胴の後端部の内側に後胴の前端部が位置し、前胴の後端部と後胴の前端部とが重なり合う。また、前胴の後端部と後胴の前端部との間には、複数の環状の中折れシールが配置される。

【0004】

例えば、特許文献１には、前胴の後端部と後胴の前端部との間に２つの中折れシールが配置され、それらの中折れシールの間に形成されたシール室にシール剤を充填することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００７－３０３１３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、トンネル掘削機が高水圧区間を掘削する場合は、中折れ機構を通じた機内への土砂水の流入を防ぐために、中折れシールを３つ以上とするとともに、中折れシールの間に形成される複数のシール室にグリスなどを充填することが望ましい。

【0007】

一般的に、複数のシール室にグリスを充填する場合は、シール室の圧力が機外から機内に向かって段々と高くなるようにシール室へのグリスの供給量が調整される。しかしながら、このような構成では、最も前方（すなわち、機内近く）に位置するシール室の圧力と大気圧との差圧が大きくなるため、その差圧を負担する最前段の中折れシールが反転するおそれがある。

【0008】

そこで、本発明は、最前段の中折れシールが負担する差圧を低減することができるトンネル掘削機の中折れ機構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】

【0009】

前記課題を解決するために、本発明の１つの側面からのトンネル掘削機の中折れ機構は、トンネル掘削機の前胴と後胴の間の中折れ機構であって、前記前胴の後端部とこの後端部の内側に位置する前記後胴の前端部との間に配置される３つ以上の中折れシールと、前記３つ以上の中折れシールの間に形成された複数のシール室へグリスを供給するグリス供給装置と、前記中折れ機構の周囲の圧力を検出する第１圧力センサと、前記複数のシール室のうちの最も後方に位置する最後方シール室の圧力を検出する第２圧力センサと、前記複数のシール室のうちの最も前方に位置する最前方シール室の圧力を検出する第３圧力センサと、前記グリス供給装置を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記第２圧力センサで検出される圧力が前記第１圧力センサで検出される圧力よりも高くなるとともに、前記第３圧力センサで検出される圧力が前記第２圧力センサで検出される圧力以下となるように前記グリス供給装置を制御する、ことを特徴とする。

【0010】

上記の構成によれば、最前方シール室の圧力が最後方シール室の圧力以下に保たれるので、最前段の中折れシールが負担する差圧を低減することができる。これにより、最前段の中折れシールが反転することを防止することができる。

【0011】

本発明の別の側面からのトンネル掘削機の中折れ機構は、トンネル掘削機の前胴と後胴の間の中折れ機構であって、前記前胴の後端部とこの後端部の内側に位置する前記後胴の前端部との間に配置される３つ以上の中折れシールと、前記３つ以上の中折れシールの間に形成された複数のシール室のうちの前側に位置する少なくとも１つのシール室とオイルタンクとの間で閉ループを形成し、前記少なくとも１つのシール室へオイルを供給するオイル供給装置と、前記複数のシール室のうちの残りのシール室へグリスを供給するグリス供給装置と、前記中折れ機構の周囲の圧力を検出する第１圧力センサと、前記複数のシール室のうちの最も後方に位置する最後方シール室の圧力を検出する第２圧力センサと、前記グリス供給装置を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記第２圧力センサで検出される圧力が前記第１圧力センサで検出される圧力よりも高くなるように前記グリス供給装置を制御し、前記オイル供給装置は、前記複数のシール室のうちの最も前方に位置する最前方シール室の圧力が前記第１圧力センサで検出される圧力よりも低い設定値に保たれるように構成されている、ことを特徴とする。

【0012】

上記の構成によれば、最前方シール室の圧力が中折れ機構の周囲の圧力よりも低く保たれるので、最前段の中折れシールが負担する差圧を低減することができる。これにより、最前段の中折れシールが反転することを防止することができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、最前段の中折れシールが負担する差圧を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の第１実施形態に係る中折れ機構を含むトンネル掘削機の側面図である。

【図2】第１実施形態の中折れ機構を示す、トンネル掘削機の一部の断面図である。

【図3】本発明の第２実施形態に係る中折れ機構を示す、トンネル掘削機の一部の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

（第１実施形態）
図２に、本発明の第１実施形態に係る中折れ機構１２を示し、図１に、その中折れ機構１２を含むトンネル掘削機１を示す。例えば、トンネル掘削機１は内部でセグメントを組み立てるシールド掘進機である。ただし、本発明は、シールド掘進機以外のトンネル掘削機にも適用可能である。

【0016】

図１に示すように、トンネル掘削機１は、地山を掘削するカッターヘッド２と、このカッターヘッド２を回転可能に支持する掘削機本体１０を含む。掘削機本体１０は、中折れ式のものであり、前胴３と後胴４とに分けられた管状の外殻１１を含む。そして、前胴３と後胴４の間に中折れ機構１２が設けられている。

【0017】

図示は省略するが、前胴３の前側開口は隔壁により閉塞され、この隔壁とカッターヘッド２との間にはカッターチャンバーが形成されている。

【0018】

中折れ機構１２では、図２に示すように、前胴３の後端部３１の内側に後胴４の前端部４１が位置し、前胴３の後端部３１と後胴４の前端部４１とが重なり合っている。前胴３の後端部３１の内側面および後胴４の前端部４１の外側面は、本実施形態では断面が直線の筒状であるが、断面が曲線の球状であってもよい。

【0019】

前胴３の後端部３１と後胴４の前端部４１との間には、前後方向に並ぶように３つ以上の環状の中折れシール５が配置されている。本実施形態では、中折れシール５の数が４つである。

【0020】

本実施形態では、各中折れシール５としてシングルリップシールが用いられている。ただし、いつくつかのまたは全てのシングルリップシールに変えて、多段リップシールが用いられてもよい。多段リップシールが用いられる場合、各リップ部が中折れシール５である。

【0021】

本実施形態では、中折れシール５がシール押さえ５１によって前胴３の後端部３１に取り付けられており、当該中折れシール５の弾性力によって後胴４の前端部４１に押圧されている。ただし、本実施形態とは反対に、中折れシール５がシール押さえ５１によって後胴４の前端部４１に取り付けられており、当該中折れシール５の弾性力によって前胴３の後端部３１に押圧されてもよい。

【0022】

４つの中折れシール５の間には、３つのシール室が形成されている。３つのシール室は、最も後方に位置する最後方シール室６１と、最も前方に位置する最前方シール室６３と、中間に位置する中間シール室６２である。

【0023】

本実施形態では、最後方シール室６１、中間シール室６２および最前方シール室６３に、半固体のグリスが充填されている。グリスは、グリス供給装置７によって最後方シール室６１、中間シール室６２および最前方シール室６３へ供給される。

【0024】

グリス供給装置７は、最後方シール室６１、中間シール室６２および最前方シール室６３のそれぞれへのグリス供給量を調整可能に構成されている。本実施形態では、グリス供給装置７が１つのポンプ７３を含む。ただし、グリス供給装置７の構成はこれに限られるものではなく、適宜変更可能である。

【0025】

具体的に、ポンプ７３は吸入路７２によりグリスタンク７１と接続されている。また、ポンプ７３は、供給路７４により最後方シール室６１と接続され、供給路７５により中間シール室６２と接続され、供給路７６により最前方シール室６３と接続されている。供給路７４～７６の上流側部分は互いに合流して共通の流路となっている。

【0026】

供給路７４～７６には開閉弁７７～７９がそれぞれ設けられている。これらの開閉弁７７～７９および上述したポンプ７３は、制御装置８によって制御される。ただし、図２では、図面の簡略化のために一部の信号線のみを描いている。

【0027】

例えば、制御装置８は、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリと、ＨＤＤなどのストレージと、ＣＰＵを有するコンピュータであり、ＲＯＭまたはＨＤＤに記憶されたプログラムがＣＰＵにより実行される。

【0028】

制御装置８は、中折れ機構１２の周囲の圧力Ｐ０を検出する圧力センサ８０（本発明の第１圧力センサに相当）と電気的に接続されている。上述したカッターチャンバーの圧力は、中折れ機構１２の周囲の圧力Ｐ０とほぼ等しい。このため、本実施形態では、圧力センサ８０が、上述した前胴３の前側開口を閉塞する隔壁に設けられ、カッターチャンバーの圧力Ｐｃを中折れ機構１２の周囲の圧力Ｐ０として検出する。ただし、圧力センサ８０は、中折れ機構１２の周囲の圧力Ｐ０を直接的に検出するために、前胴３の後端部３１または後胴４の前端部４１に設けられてもよい。

【0029】

さらに、制御装置８は、最後方シール室６１の圧力Ｐ１を検出する圧力センサ８１（本発明の第２圧力センサに相当）、中間シール室６２の圧力Ｐ２を検出する圧力センサ８２、および最前方シール室６３の圧力Ｐ３を検出する圧力センサ８３（本発明の第３圧力センサに相当）とも電気的に接続されている。

【0030】

本実施形態では、圧力センサ８１が開閉弁７７の下流側で供給路７４に設けられている。ただし、圧力センサ８１は、例えば、後胴４の前端部４１における最後方シール室６１に面する部分に設けられてもよい。

【0031】

同様に、圧力センサ８２は開閉弁７８の下流側で供給路７５に設けられており、圧力センサ８３は開閉弁７９の下流側で供給路７６に設けられている。ただし、圧力センサ８２は、例えば、後胴４の前端部４１における中間シール室６２に面する部分に設けられてもよい。同様に、圧力センサ８３は、例えば、後胴４の前端部４１における最前方シール室６３に面する部分に設けられてもよい。

【0032】

制御装置８は、圧力センサ８０～８３で検出される圧力Ｐｃ（Ｐ０），Ｐ１、Ｐ２，Ｐ３に基づいて、以下の関係が成立するようにグリス供給装置７を制御する。なお、以下のＰａは大気圧（機内の圧力）である。
Ｐａ＜Ｐ３≦Ｐ２≦Ｐ１＞Ｐｃ

【0033】

すなわち、最後方シール室６１に関しては、制御装置８は、最後方シール室６１の圧力Ｐ１がカッターチャンバーの圧力Ｐｃ（中折れ機構１２の周囲の圧力Ｐ０）よりも高くなるようにポンプ７３を間欠的に稼働させ、ポンプ７３の稼働に合わせて開閉弁７７を開く。

【0034】

ポンプ７３の間欠的な稼働に関し、制御装置８は、圧力センサ８１で検出される圧力が下限（＞Ｐｃ）を下回ったときに、ポンプ７３が所定量のグリスを吐出するだけポンプ７３を稼働させてもよい。あるいは、制御装置８は、圧力センサ８１で検出される圧力が下限を下回ったときに、圧力センサ８１で検出される圧力が上限に至るまでポンプ７３を稼働させてもよい。

【0035】

中間シール室６２に関しては、制御装置８は、中間シール室６２の圧力Ｐ２が最後方シール室６１の圧力Ｐ１以下となるようにポンプ７３を間欠的に稼働させ、ポンプ７３の稼働に合わせて開閉弁７８を開く。

【0036】

ポンプ７３の間欠的な稼働に関し、制御装置８は、圧力センサ８２で検出される圧力が下限を下回ったときに、ポンプ７３が所定量のグリスを吐出するだけポンプ７３を稼働させてもよい。あるいは、制御装置８は、圧力センサ８２で検出される圧力が下限を下回ったときに、圧力センサ８２で検出される圧力が上限に至るまでポンプ７３を稼働させてもよい。

【0037】

最前方シール室６３に関しては、制御装置８は、最前方シール室６３の圧力Ｐ３が大気圧Ｐａよりも高く、かつ、中間シール室５２の圧力Ｐ２以下となるようにポンプ７３を間欠的に稼働させ、ポンプ７３の稼働に合わせて開閉弁７９を開く。言うまでもないが、中間シール室５２の圧力Ｐ２が最後方シール室６１の圧力Ｐ１と等しいときは、最前方シール室６３の圧力Ｐ３は最後方シール室６１の圧力Ｐ１以下である。

【0038】

ポンプ７３の間欠的な稼働に関し、制御装置８は、圧力センサ８３で検出される圧力が下限（＞Ｐａ）を下回ったときに、ポンプ７３が所定量のグリスを吐出するだけポンプ７３を稼働させてもよい。あるいは、制御装置８は、圧力センサ８３で検出される圧力が下限を下回ったときに、圧力センサ８３で検出される圧力が上限に至るまでポンプ７３を稼働させてもよい。

【0039】

なお、最前方シール室６３の圧力Ｐ３は、ゲージ圧で、カッターチャンバーの圧力Ｐｃ（中折れ機構１２の周囲の圧力Ｐ０）の半分以上であることが望ましい。

【0040】

以上説明したように、本実施形態の中折れ機構１２では、最前方シール室６３の圧力Ｐ３が最後方シール室６１の圧力Ｐ１以下に保たれるので、最前段の中折れシール５が負担する差圧を低減することができる。これにより、最前段の中折れシール５が反転することを防止することができる。

【0041】

（第２実施形態）
図３に、本発明の第２実施形態に係る中折れ機構１３を示す。なお、本実施形態において、第１実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、重複した説明は省略する。

【0042】

本実施形態では、最前方シール室６３に液体のオイルが充填され、中間シール室６２および最後方シール室６１にグリスが充填されている。そして、最前方シール室６３にはオイル供給装置９からオイルが供給され、中間シール室６２および最前方シール室６３にはグリス供給装置７からグリスが供給される。

【0043】

ただし、中間シール室６２には、グリスではなくオイルが充填されてもよい。この場合、オイル供給装置９が最前方シール室６３および中間シール室６２（前側に位置する２つのシール室）へオイルを供給し、グリス供給装置７が最後方シール室６１（残りのシール室）へグリスを供給する。

【0044】

オイル供給装置９は、最前方シール室６３とオイルタンク９１との間で閉ループを形成する。具体的に、オイル供給装置９は、吸入路９２によりオイルタンク９１と接続されたポンプ９３を含み、このポンプ９３が供給路９４により最前方シール室６３と接続されている。

【0045】

本実施形態では、供給路９４から排出路９５が分岐しており、この排出路９５がオイルタンク９１へつながっている。排出路９５には、開度が電気的に変更可能な圧力調整弁９６が設けられている。ただし、排出路９５は、必ずしも供給路９４から分岐する必要はなく、最前方シール室６３と直接的に連通してもよい。

【0046】

制御装置８は、第１実施形態と同様に、圧力センサ８１で検出される最後方シール室６１の圧力Ｐ１が圧力センサ８０で検出されるカッターチャンバーの圧力Ｐｃ（中折れ機構１３の周囲の圧力Ｐ０）よりも高くなるようにグリス供給装置７を制御する（Ｐ１＞Ｐｃ）。なお、本実施形態では、中間シール室６２の圧力Ｐ２は、最後方シール室６１の圧力Ｐ１以下であってもよいし（Ｐ２≦Ｐ１）、最後方シール室６１の圧力Ｐ１以上であってもよい（Ｐ２≧Ｐ１）。

【0047】

オイル供給装置９は、最前方シール室６３の圧力Ｐ３が圧力センサ８０でカッターチャンバーの圧力Ｐｃ（中折れ機構１３の周囲の圧力Ｐ０）よりも低い設定値Ｐｓに保たれるように構成されている。本実施形態では、制御装置８が、圧力センサ８３で検出される最前方シール室６３の圧力Ｐ３が設定値Ｐｓに保たれるように圧力調整弁９６を制御する（Ｐ３＝Ｐｓ＜Ｐｃ）。

【0048】

設定値Ｐｓは、カッターチャンバーの圧力Ｐｃに応じて変化するように、ゲージ圧で、カッターチャンバーの圧力Ｐｃに所定割合（例えば、４０～６０％）を掛け合わせて算出されてもよい。あるいは、設定値Ｐｓは、想定されるカッターチャンバーの最小圧力よりも小さな固定値であってもよい。

【0049】

本実施形態では、最前方シール室６３の圧力Ｐ３がカッターチャンバーの圧力ｐｃ（中折れ機構１３の周囲の圧力Ｐ０）よりも低く保たれるので、最前段の中折れシール５が負担する差圧を低減することができる。これにより、最前段の中折れシール５が反転することを防止することができる。

【0050】

なお、圧力調整弁９６の代わりに電磁リリーフ弁が用いられ、この電磁リリーフ弁のリリーフ圧がカッターチャンバーの圧力Ｐｃよりも低くなるように制御装置８により調整されてもよい。この場合、圧力センサ８３は不要である。

【0051】

（その他の実施形態）
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。

【0052】

例えば、中折れシール５の数は、３つであってもよいし、５つ以上であってもよい。

【符号の説明】

【0053】

１ トンネル掘削機
１２，１３ 中折れ機構
３ 前胴
３１ 後端部
４ 後胴
４１ 前端部
５ 中折れシール
６１ 最後方シール室
６３ 最前方シール室
７ グリス供給装置
８ 制御装置
８０ 圧力センサ（第１圧力センサ）
８１ 圧力センサ（第２圧力センサ）
８３ 圧力センサ（第３圧力センサ）
９ オイル供給装置
９１ オイルタンク

【図1】

【図2】

【図3】