JP2006214141A - トンネル掘削機 - Google Patents

Abstract

【課題】 カッターを駆動することによってトンネルを掘削するトンネル掘削機において、外部から内部に土砂や泥水が浸入することを防止するためのシール部材の発熱を抑えて、カッターを高速回転することを可能とする。
【解決手段】 本体部５と、カッターを駆動するために、所定の回転中心軸ＣＬ１を回転中心にして回転すると共に、前記回転中心軸ＣＬ１を中心とした所定の半径のところに円環状の表面を備えた回転部材１５と、前記回転部材１５の円環状の表面と対向する円環状の表面を備え、この円環状の表面の中心が前記回転中心軸ＣＬ１上に位置するように設けられ、前記回転中心軸ＣＬ１を回転中心にして前記回転部材１５と同じ方向に前記回転部材１５よりも遅い回転角速度で回転する中間部材３１と、前記回転部材１５と前記中間部材３１との間をシールするシール部材４１とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、トンネル掘削機に係り、特に、シールの温度上昇を抑えてカッターを高速回転することができるものに関する。

従来、カッターを支持している回転部材（環状部材）と、本体部（シール支持部材）との間にシール部材を配して、カッター側から前記トンネル掘削機の内部に土砂や泥水が浸入することを防止する構成のトンネル掘削機が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００１−２５４５９４号公報

ところで、前記従来のトンネル掘削機では、通常、シール部材としてゴムが使用されており、カッターを高速回転すると、前記シール部材からの発熱量が多くなり、使用に耐え難いという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、カッターを駆動することによってトンネルを掘削するトンネル掘削機において、外部から内部に土砂や泥水が浸入することを防止するためのシール部材の発熱を抑えて、カッターを高速回転することができるトンネル掘削機を提供することを目的とする。

カッターを駆動することによってトンネルを掘削するトンネル掘削機において、本体部と、前記カッターを駆動するために、所定の回転中心軸を回転中心にして前記本体部に対し回転すると共に、前記回転中心軸を中心とした所定の半径のところに円環状の表面を備えた回転部材と、前記回転部材の円環状の表面と対向する円環状の表面を備え、この円環状の表面の中心が前記回転中心軸上に位置するように設けられ、前記回転中心軸を回転中心にして前記本体部に対し前記回転部材と同じ方向に前記回転部材よりも遅い回転角速度で回転する中間部材と、前記回転部材と前記中間部材との間をシールするシール部材とを有する。

本発明によれば、カッターを駆動することによってトンネルを掘削するトンネル掘削機において、外部から内部に土砂や泥水が浸入することを防止するためのシール部材の発熱を抑えて、カッターを高速回転することができるという効果を奏する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るシールド掘削機１の概略構成を示す断面図である。

前記シールド掘削機１は、たとえば円筒状に形成されたシールドフレーム３を具備した本体部５を備え、この本体部５の前側（シールド掘削機１が穴を掘るときに前進する側）には、掘削を行うためのカッター（図示せず）が配置されているカッターヘッド７が設けられている。

前記カッターヘッド７の後側には、隔壁９が設けられている。この隔壁９は、前記シールドフレーム３に一体的に設けられていると共に、前記本体部５を構成している。

前記隔壁９には、泥水を前記カッターに送り込むための送泥管１１と、この送り込まれた泥水と前記カッターによって掘削された土砂との混合物を排出するための排泥管１３とが設けられている。

なお、今回図面には表されていないが、スクリューコンベヤで掘削された土砂を搬出する土圧式シールドについての適用も可能である。

前記カッターヘッド７の後側（シールド掘削機１の前後方向において、たとえば前記隔壁９とほぼ同じ位置）であって前記シールドフレーム３の内側には、回転部材１５が設けられている。

前記回転部材１５は、前記シールドフレーム３の内側を通る所定の回転中心軸（たとえば、前記シールドフレーム３の中心軸）ＣＬ１を回転中心にして、前記本体部５に対し回転するように設けられている。

そして、前記回転部材１５が回転すると前記カッターヘッド７が回転し前記カッターが駆動するようになっている。

前記シールド掘削機１の後側には、このシールド掘削機１を前進させるための推進装置（図示せず）が設けられており、前記カッターを回転駆動し前記推進装置で前進することにより、セグメントで内壁を形成しつつ、シールド掘削機１がトンネルを掘削するようになっている。

ここで、前記カッターヘッド７や前記回転部材１５を回転するための機構等について説明する。

前記回転部材１５の後側には、前記回転部材１５を支持するための軸受け１７と、アクチュエータ（たとえばモータ）１９と、円盤状の支持部材２１とが設けられており、前記回転部材１５の前側は、中間ビーム２３を介して、前記カッターヘッド７に接続されている。

前記支持部材２１は、前記シールドフレーム３に一体的に設けられており、前記回転部材１５を支持するための軸受け１７は、前記回転部材１５と前記支持部材２１との間に設けられており、前記軸受け１７によって、前記回転部材１５（前記カッターヘッド７）にかかるスラスト方向の力とラジアル方向の力とを受けることができるようになっている。

また、前記支持部材２１には、前記モータ１９の筐体が一体的に設けられており、前記回転部材１５と支持部材２１との間には、前記モータ１９の回転出力軸の回転力を、前記回転部材１５に伝達するための動力伝達手段（たとえば、ギヤ２５、２７）が設けられている。

なお、前記ギヤ２５は、前記モータ１９の回転出力軸に一体的に設けられており、前記ギヤ２７は、前記回転部材１５に一体的に設けられており、前記ギヤ２５と前記ギヤ２７とは互いに噛合しており、前記ギヤ２５の歯数よりも前記ギヤ２７の歯数のほうが多い。

前記モータ１９や前記ギヤ２５は、前記中心軸ＣＬ１を中心とした円周上に複数設けられており、大きな力でカッターヘッド７を回転させ、トンネルの掘削を行うことができるようになっている。

また、前記シールド掘削機１には、カッター側から前記シールド掘削機１の内部（シールドフレーム３の内部）に土砂や泥水が浸入することを防止するためのシール装置２９が設けられている。このシール装置２９は、前記回転部材１５と前記本体部５との間をシールするための装置である。

ここで、前記シール装置２９について説明する。

前記シール装置２９は、中間部材３１を備えている。この中間部材３１は、前記カッターヘッド７の後側（シールド掘削機１の前後方向において、たとえば、前記隔壁９とほぼ同じ位置）に設けられている。

前記中間部材３１は、円環状の表面を備え、この表面の中心が前記回転中心軸ＣＬ１上に位置するように前記本体部５に設けられている。

前記中間部材３１の後側には、前記中間部材３１を支持するための軸受け３３と、アクチュエータ（たとえばモータ）３５とが設けられている。

前記中間部材３１を支持するための軸受け３３は、前記中間部材３１と前記支持部材２１との間に設けられており、前記軸受け３３によって、前記中間部材３１にかかるスラスト方向の力とラジアル方向の力とを受けることができるようになっている。

また、前記支持部材２１には、前記モータ３５の筐体が一体的に設けられており、前記中間部材３１と前記支持部材２１との間には、前記モータ３５の回転出力軸の回転力を、前記中間部材３１に伝達するための動力伝達手段（前記各ギヤ２５、２７と同様な各ギヤ３７、３９）が設けられている。

そして、前記中間部材３１は、前記回転中心軸ＣＬ１を回転中心にして前記本体部５に対し前記回転部材１５と同じ方向に前記回転部材１５よりも遅い回転角速度で回転するようになっている。

また、前記回転部材１５の、前記回転中心軸ＣＬ１を中心とした所定の半径のところには、円環状の表面が形成されており、前記中間部材３１の前記円環状の表面は、前記回転部材１５の円環状の表面と対向している。

さらに、前記回転部材１５の円環状の表面と、前記中間部材３１の表面との間には、たとえばシール部材４１が設けられており、土砂や泥水が浸入することを防止することができるようになっている。

ここで、前記シール装置２９について、例を掲げてさらに詳しく説明する。

前記本体部５は、円環状の内周面（本体部内周面）４３と、この内周面４３の中心軸ＣＬ１と同軸な円環状の外周面であって径が前記内周面４３の径よりも小さい外周面（本体部外周面）４５とを備えている。

より詳しくは、前記本体部５の内周面４３は、前記シールドフレーム３の前側の内周面（円柱側面形状の面）によって形成されている。なお、前記本体部５の内周面４３が、前記シールドフレーム３の前方内側で外周が前記シールドフレーム３の内周に接して設けられた所定厚さの板状で円環状の部材（図示せず）の内周面（円柱側面形状の面）によって形成されていてもよい。

前記本体部５の隔壁９は円板状に形成されており、また、前記隔壁９は、前記シールドフレーム３の内側で前記シールドフレーム３の中心軸ＣＬ１を中心として前記シールドフレーム３に対して一体的に設けられている。

前記隔壁９の外径は、前記シールドフレーム３の内径よりも小さくなっており、前記円板状の隔壁９の側面（円柱側面形状の面）によって、前記本体部５の外周面４５が形成されている。

前記中間部材３１は、径が前記本体部５の内周面４３の径よりも僅かに小さい円環状の外周面（第１中間部材外周面）４７と、この外周面４７の中心軸と同軸であって径が前記外周面４７よりも小さく前記本体部５の外周面４５よりも大きい円環状の内周面（第１中間部材内周面）４９とを備えている。

そして、前記外周面４７の中心軸が前記本体部５の内周面４３の中心軸ＣＬ１と一致し、前記外周面４７が前記本体部５の内周面４３と対向し、前記本体部５の内周面４３の中心軸ＣＬ１を中心にして前記本体部５に対し回転するように、前記中間部材３１が設けられている。

なお、前記中間部材３１は板状で円環状に形成されており、前記中間部材３１の外側の側面（円柱側面形状の面）によって前記中間部材３１の外周面４７が形成されており、前記中間部材３１の内側の側面（円柱側面形状の面）によって前記中間部材３１の内周面４９が形成されている。

また、前記本体部５の内周面４３と前記中間部材３１の外周面４７との間の円環状の隙間（円筒状の隙間）には、この隙間をシールするシール部材（たとえばゴムで構成されたシール部材）５１が設けられている。

前記回転部材１５は、径が前記中間部材３１の内周面４９の径よりも僅かに小さい円環状の外周面（回転部材外周面）５３と、この外周面５３の中心軸と同軸であって径が前記外周面５３よりも小さく前記本体部５の外周面４５よりも大きい円環状の内周面（回転部材内周面）５５とを備えている。

そして、前記外周面５３の中心軸が前記本体部５の内周面４３の中心軸ＣＬ１と一致し、前記外周面５３が前記中間部材３１の内周面４９と対向し、前記本体部５の内周面４３の中心軸ＣＬ１を中心にして前記本体部５に対し前記中間部材３１と同じ方向に前記中間部材３１よりも速い回転角速度で回転するように、前記回転部材１５が設けられている。

なお、前記回転部材１５は板状で円環状に形成されており、前記回転部材１５の外側の側面（円柱側面形状の面）によって前記回転部材１５の外周面５３が形成されており、前記回転部材１５の内側の側面（円柱側面形状の面）によって前記回転部材１５の内周面５５が形成されている。

また、前記中間部材３１の内周面４９と前記回転部材１５の外周面５３との間の円環状の隙間には、この隙間をシールするシール部材４１が設けられている。

また、前記シールド掘削機１には、前記中間部材３１とは異なる中間部材５９が設けられている。

前記中間部材５９は、径が前記回転部材の内周面５５の径よりも僅かに小さい円環状の外周面（中間部材外周面）６１と、この外周面６１の中心軸と同軸であって径が前記外周面６１よりも小さく前記本体部５の外周面４５よりも僅かに大きい円環状の内周面（回転部材内周面）６３とを備えている。

そして、前記外周面６１の中心軸が前記本体部５の内周面４３の中心軸ＣＬ１と一致し、前記外周面６１が前記回転部材１５の内周面５５と対向し、前記内周面６３が前記本体部５の外周面４５と対向するように、前記中間部材５９が設けられている。

なお、前記中間部材５９は板状で円環状に形成されており、前記中間部材５９の外側の側面（円柱側面形状の面）によって前記中間部材５９の外周面６１が形成されており、前記中間部材５９の内側の側面（円柱側面形状の面）によって前記中間部材５９の内周面６３が形成されている。

また、前記中間部材５９は、前記中間部材３１と同様に、軸受け６５で支持され、前記中間部材３１と同様に、ギヤ６７、６９を介してモータ７１で、前記本体部５の内周面４３の中心軸ＣＬ１を中心にして前記本体部５に対し前記回転部材１５と同じ方向に前記回転部材１５よりも遅い回転角速度で回転するようになっている。

前記回転部材１５の内周面５５と前記中間部材５９の外周面６１との間の円環状の隙間には、この円環状の隙間をシールするシール部材７３が設けられており、前記中間部材５９の内周面６３と前記本体部５の外周面４５との間の円環状の隙間には、この円環状の隙間をシールするシール部材７５が設けられている。

前記各シール部材４１、５１、７３、７５はリング状に形成されており、このリング状のシール部材の外周部が前記本体部５や前記各中間部材３１、５９や前記回転部材１５の内周面に固定され、前記リング状のシール部材の内周部が前記本体部５や前記各中間部材３１、５９や回転部材１５の外周面に対して滑り待遇をなすように設けられている。

なお、前記リング状のシール部材の内周部が前記本体部や前記各中間部材や前記回転部材の外周面に固定され、前記リング状のシール部材４１、５１、７３、７５の外周部が前記本体部５や前記各中間部材３１、５９や前記回転部材１５の内周面に対して滑り待遇をなすように設けられていてもよい。

また、すでに理解されるように、前記各外周面４７、５３、４５、６１、前記各内周面４３、４９、５５、６３および前記各シール部材４１、５１、７３、７５は、前記シールド掘削機１の前後方向において、ほぼ同じ位置に設けられ、前記各外周面４７、５３、４５、６１、前記各内周面４３、４９、５５、６３および前記各シール部材の各中心軸は互いに一致しているが、必ずしもこのように配置されている必要はなく、前記各外周面４７、５３、４５、６１、前記各内周面４３、４９、５５、６３および前記各シール部材４１、５１、７３、７５が、前記シールド掘削機１の前後方向において、互いがずれた位置に配置されていてもよい。

ところで、前記シールド掘削機１では、たとえば、前記本体部５の内周面４３と前記中間部材３１の外周面４７との間の相対的な速度差と、前記中間部材３１の内周面４９と前記回転部材１５の外周面５３との間の相対的な速度差と、前記回転部材１５の内周面５５と前記中間部材５９の外周面６１との間の相対的な速度差と、前記中間部材５９の内周面６３と前記本体部５の外周面４５との間の相対的な速度差とが互いにほぼ等しくなるように、前記回転部材１５、前記各中間部材３１、５９のそれぞれが適宜の回転角速度で回転するようになっている。

そして、前記各シール部材４１、５１、７３、７５のシール部の滑り速度が互いにほぼ等しくなっている。つまり、回転部材１５が仮に「１００」の回転速度で回転しているとした場合、回転部材３１と中間部材５９は、「５０」の回転速度で、中間部材１５と同じ方向に回転している。

次に、前記各シール部材４１、５１、７３、７５のシール部への給脂について説明する。

図２は、シールド掘削機１の給脂についての概略を示す断面図であり、図３は、図２におけるＩＩ矢視を示す図である。

なお、図２では、給脂の経路等が示されているが、図１と同じ断面を示してある。

前記各シール部材４１、５１、７３、７５のシール部への給脂は、シールドフレーム３、支持部材２１、各中間部材３１、５９、回転部材１５に設けられた各貫通孔を介して、シールドフレーム３、支持部材２１の両側から行なわれるようになっている。

より詳しく説明すると、たとえば、シールドフレーム３の内側であって支持部材２１の後側には、図示しないタンクから各シール部材４１、５１、７３、７５のシール部へ潤滑剤（たとえばグリース）を送るための各グリースポンプ２０１、２０３が設けられている。

シールドフレーム３には、この長手方向に沿って貫通孔２０５が形成されている。この貫通孔２０５の後側の開口部は、前記グリースポンプ２０１に接続されている。前記貫通孔２０５の前側の開口部は、前記シール部材５１のところに位置している。また、前記貫通孔２０５は、シールドフレーム３の円周をたとえば等分配した位置に複数設けられている。

支持部材２１の外周部の近傍には、貫通孔２０７が形成されている。この貫通孔２０３の一方の開口部は、前記グリースポンプ２０３に接続されている。前記貫通孔２０７の他方の開口部は、前記シール部材７５のところに位置している。また、前記貫通孔２０７は、支持部材２１の円周をたとえば等分配した位置に複数設けられている。

前記中間部材３１には、貫通孔２０９が形成されている。この貫通孔２０９は、前記中間部材３１の外壁と内壁との間を貫通しており、外側の開口部は、シール部材５１のところに位置しており、内側の開口部はシール部材４１のところに位置している。また、前記貫通孔２０９は、前記中間部材３１の円周をたとえば等分配した位置に複数設けられている。

なお、回転部材１５にも同様な貫通孔２１１が設けられており、中間部材５９にも同様な貫通孔２１３が設けられている。

そして、各中間部材３１、５９、回転部材１５が回転し、前記各貫通孔２０５、２０７、２０９、２１１、２１３の開口部の位置がずれても、前記各シール部材４１、５１、７３、７５の内側を通って、前記各シール部材４１、５１、７３、７５のシール部へグリースが送られるようになっている。

次に、シールド掘削機１の動作について説明する。

前記回転部材１５が回転することによって、前記カッターヘッド７が回転する。また、前記推進装置でシールド掘削機１を前側に移動しトンネルを掘削する。

前記回転部材１５が回転している状態において、各中間部材３１、５９が、前記回転部材１５と同じ方向に、前記回転部材１５よりも遅い回転速度で回転する。

そして、前記各シール部材４１、５１、７３、７５の各内周部が前記本体部５や前記各中間部材３１、５９や回転部材１５の外周面に対して滑り待遇をなし、外部（シールド掘削機１のカッターヘッド７側）から内部（シールドフレーム３の内部）に土砂や泥水が浸入することを防止している。

シールド掘削機１によれば、本体部５とカッターを駆動する回転部材１５との間に中間部材３１、５９を設け、前記回転部材１５と前記中間部材３１、５９との間にシール部材を設け、前記中間部材３１、５９を前記回転部材１５よりも遅い角回転速度で前記回転部材１５と同じ方向に回転させているので、前記回転部材１５と前記中間部材３１、５９との間に設けられたシール部材のシール面（シール部）の滑り速度が従来のものよりも遅くなり、前記本体部５と前記各中間部材３１、５９との間に設けられたシール部材のシール面（シール部）の滑り速度が従来のものよりも遅くなり、シール部材やこのシール部材が接触している部材の発熱を抑え、カッターを高速回転することができる。

カッターを高速回転することができることによって、現状よりも高速掘進が可能になる。

また、シール部材等の温度が上昇し難くなるので、シール部材（特に、シール面の近傍）を冷却する冷却機構（冷却装置本体やウォータージャケット）を設ける必要がなくなり、シールド掘削機１の構成が簡素になる。また、冷却装置を装備することにより、さらなる高速回転化が期待できる。

さらに、シール部材のシール面の滑り速度が遅くなるので、シール部材の磨耗やシール部材が摺動している反対側の部材の磨耗を抑えることができる。

また、シールド掘削機１によれば、前記各シール部材のシール部の滑り速度が、ほぼ等しくなっているので、回転部材１５が高速で回転したときに、各シール部材間の温度上昇の差を極力無くすことができ、回転部材１５を一層高速回転させることができる。

ところで、前記シールド掘削機１では、モータ１９を用いて回転部材１５を回転し、モータ３５を用いて中間部材３１を回転し、モータ７１を用いて中間部材５９を回転しているが、前記各モータ３５、７１を用いることなく、前記モータ１９を用いて、前記各中間部材３１、５９を回転するようにしてもよい。

たとえば、遊星歯車装置等の変速装置を介して、前記回転部材１５を回転するモータ１９で、前記各中間部材３１、５９を回転するようにしてもよい。

［第２の実施形態］
図４は、本発明の第２の実施形態に係るシールド掘削機１ａの概略構成を示す断面図である。

なお、図４においては、回転部材や中間部材を支持する軸受け、回転部材や中間部材を回転駆動するモータやギヤの表示を省略してある。

第２の実施形態に係るシールド掘削機１ａは、回転部材とシールドフレームとの間に複数の中間部材（後述する外側中間部材や内側中間部材）が設けられていると共に、複数の中間部材の間にもシール部材が設けられている点が、前記第１の実施形態に係るシールド掘削機１とは異なり、その他の点は、前記第１の実施形態に係るシールド掘削機１とほぼ同様に構成されほぼ同様の効果を奏する。

詳しく説明すると、第２の実施形態に係るシールド掘削機１ａは、本体部５ａと、前記本体部５ａに対し回転するように設けられた回転部材１５ａと、前記回転部材１５ａの外側で前記回転部材１５ａと前記本体部５ａとの間に設けられた複数の外側中間部材７７と、前記回転部材１５ａの内側で前記回転部材１５ａと前記本体部５ａ（隔壁９）との間に設けられた複数の内側中間部材７９と、前記本体部５ａ、前記外側中間部材７７、前記回転部材１５ａ、前記内側中間部材７９の間の隙間をシールする複数のシール部材８１とを具備する。

前記本体部５ａは、円環状の内周面８３とこの内周面８３の中心軸ＣＬ１と同軸な円環状の外周面であって径が前記内周面８３の径よりも小さい外周面８５とを備えている。

前記回転部材１５ａは、径が前記本体部５ａの内周面８３の径よりも小さい円環状の外周面８７と、この外周面８７の中心軸と同軸であって径が前記外周面８７よりも小さく前記本体部５ａの外周面８５よりも大きい円環状の内周面８９とを備えている。

また、前記回転部材１５ａは、前記外周面８７に中心軸が前記本体部５ａの内周面８３の中心軸ＣＬ１と一致するように設けられていると共に、カッターを駆動するために、前記本体部５ａの内周面８３の中心軸ＣＬ１を中心にして、前記本体部５ａに対し回転するようにシールドフレーム３の内側に設けられている。

前記各外側中間部材７７は、それぞれがリング状に形成され、径の小さなものを径の大きなものが囲み、それぞれの間（各外側中間部材７７の間）、前記本体部５ａの内周面８３との間（最も外側に位置する外側中間部材７７と前記本体部５ａの内周面８３との間）、および前記回転部材１５ａの外周面８７との間（最も内側に位置する外側中間部材７７と前記回転部材１５ａの外周面８７との間）にリング状の狭い幅の空間が形成され、各中心軸が前記本体部５ａの内周面８３の中心軸ＣＬ１と一致するように、前記本体部５ａの内周面８３と前記回転部材１５ａの外周面８７との間で前記シールドフレーム３の内側に設けられている。

また、前記各外側中間部材７７は、前記本体部５ａの内周面８３の中心軸ＣＬ１と同じ軸を回転中心にして、前記本体部５ａに対して、前記回転部材１５ａと同じ方向に前記回転部材１５ａよりも遅い回転角速度で回転するように設けられていると共に、外側に設けられているものほど外周面および内周面の周速が遅くなるように設けられている。

前記各内側中間部材７９は、それぞれがリング状に形成され、径の小さなものを径の大きなものが囲み、それぞれの間（各内側中間部材７９の間）、前記回転部材１５ａの内周面８９との間（最も外側に位置する内側中間部材７９と前記回転部材１５ａの内周面８９との間）、および前記本体部５ａの外周面８５との間（最も内側に位置する内側中間部材７９と前記本体部５ａの外周面８５との間）にリング状の狭い幅の各空間が形成され、各中心軸が前記本体部５ａの内周面８３の中心軸ＣＬ１と一致するように、前記回転部材１５ａの内周面８９と前記本体部５ａの外周面８５との間で前記シールドフレーム３の内側に設けられている。

また、前記各内側中間部材７９は、前記本体部５ａの内周面８３の中心軸ＣＬ１と同じ軸を回転中心にして、前記本体部５ａに対して、前記回転部材１５ａと同じ方向に前記回転部材１５ａよりも遅い回転角速度で回転するように設けられていると共に、内側に設けられているものほど外周面および内周面の周速が遅くなるように設けられている。

前記各シール部材８１は、前記本体部５ａの内周面８３と径が最大である前記外側中間部材（最も外側に設けられている外側中間部材）７７の外周面との間、外側中間部材７７の内周面と前記外側中間部材７７の外周面との間（各外側中間部材７７の間）、径が最小である（最も内側に設けられている外側中間部材）前記外側中間部材７７の内周面と前記回転部材１５ａの外周面８７との間、前記回転部材１５ａの内周面８９と径が最大である前記内側中間部材の外周面との間、前記内側中間部材の内周面と前記内側中間部材の内周面との間、径が最小である前記内側中間部材の内周面と前記本体部の外周面との間に存在する円環状の隙間をシールしている。

シールド掘削機１ａによれば、複数の中間部材７７、複数の中間部材７９を設けたことに応じて、シール部材８１の数量も増えているので、シール部の滑り速度を上昇させることなく、前記第１の実施形態に係るシールド掘削機１よりもカッター（回転部材１５ａ）を高速回転することができる。

［第３の実施形態］
図５は、本発明の第３の実施形態に係るシールド掘削機１ｂの概略構成を示す断面図である。

なお、図５においては、回転部材や中間部材を支持する軸受け、回転部材や中間部材を回転駆動するモータやギヤの表示を省略してある。

第３の実施形態に係るシールド掘削機１ｂは、各シール部材の当接面が、ラジアル方向（回転部材や中間部材の回転中心軸の半径方向；たとえばシールド掘削機のシールドフレームの径方向）ではなく、スラスト方向（回転部材や中間部材の回転中心軸の延伸方向；たとえばシールド掘削機のシールドフレームの前後方向）になっている点が、前記第１の実施形態に係るシールド掘削機１とは異なり、その他の点は、前記第１の実施形態に係るシールド掘削機１とほぼ同様に構成されほぼ同様の効果を奏する。

詳しく説明すると、シールド掘削機１ｂは、本体部５ｂと、この本体部５ｂに対し回転するように設けられた中間部材９１と、この中間部材９１の内側で前記本体部５ｂに対し回転するように設けられた回転部材１５ｂと、この回転部材１５ｂの内側で前記本体部５ｂに対して回転するように設けられた中間部材９３と、前記本体部５ｂ、前記各中間部材９１、９３、前記回転部材１５ｂの間の隙間をシールする複数のシール部材９５とを具備する。

前記本体部５ｂは、円環状の内周面９７と、この内周面９７の中心軸ＣＬ１と同軸な円環状の外周面であって径が前記内周面９７の径よりも小さい外周面９９とを備えている。

前記中間部材９１は、径が前記本体部５ｂの内周面９７の径よりも僅かに大きい円環状の外周面１０１と、この外周面１０１の中心軸と同軸であって径が前記外周面１０１よりも小さく前記本体部５ｂの外周面９９よりも大きい円環状の内周面１０３とを備えている。

また、前記中間部材９１は、前記外周面１０１の中心軸が前記本体部５ｂの内周面９７の中心軸ＣＬ１と一致し、前記外周面１０１が前記本体部５ｂの内周面９７の近傍に位置するように配置され、前記本体部５ｂの内周面９７の中心軸ＣＬ１を中心にして、前記本体部５ｂに対し回転するように設けられている。

前記回転部材１５ｂは、径が前記中間部材９１の内周面１０３の径よりも僅かに大きい円環状の外周面１０５と、この外周面１０５の中心軸と同軸であって径が前記外周面１０５よりも小さく前記本体部５ｂの外周面９９よりも大きい円環状の内周面１０７とを備えている。

また、前記回転部材１５ｂは、前記外周面１０５の中心軸が前記本体部５ｂの内周面９７の中心軸ＣＬ１と一致し、前記外周面１０５が前記中間部材９１の内周面１０３の近傍に位置するように配置され、カッターを駆動するために前記本体部５ｂの内周面９７の中心軸ＣＬ１を中心にして前記本体部５ｂに対し前記中間部材９１と同じ方向に前記中間部材９１よりも速い回転角速度で回転するように設けられている。

前記中間部材９３は、径が前記回転部材１５ｂの内周面１０７の径よりも僅かに大きい円環状の外周面１０９と、この外周面１０９の中心軸と同軸であって径が前記外周面１０９よりも小さく前記本体部５ｂの外周面９９よりも僅かに小さい円環状の内周面１１１とを備えている。

また、前記中間部材９３は、前記外周面１０９の中心軸が前記本体部５ｂの内周面９７の中心軸ＣＬ１と一致し、前記外周面１０９が前記回転部材１５ｂの内周面１０７の近傍に位置するように配置され、前記内周面１１１が前記本体部５ｂの外周面９９の近傍に位置するように配置され、前記本体部５ｂの内周面９７の中心軸ＣＬ１を中心にして前記本体部５ｂに対し前記回転部材１５ｂと同じ方向に前記回転部材１５ｂよりも遅い回転角速度で回転するように設けられている。

また、シールド掘削機１ｂには、前記本体部５ｂと前記中間部材９１との間の円環状の隙間、前記中間部材９１と前記回転部材１５ｂとの間の円環状の隙間、前記回転部材１５ｂと前記中間部材９３との間の円環状の隙間、前記中間部材９３と前記本体部５ｂとの間の円環状の隙間のそれぞれをシールする各シール部材８１が設けられている。

さらに、詳しく説明すると、前記本体部５ｂは円筒状の前記シールドフレーム３を備えている。

シール部材を設置するために前記本体部５ｂの内周面９７の近傍に存在し前記中間部材９１と対向している面９７ａは、前記シールドフレーム３の前方内側で外周が前記シールドフレーム３の内周に接して設けられた板状で円環状の部材１１３の厚さ方向の一方の面（たとえば、前記シールドフレーム３の後方側に存在する面）に存在するリング状の平面によって構成されている。

なお、前記リング状の平面９７ａは、半径の大きな円からこの大きな円と中心を同じくする半径の小さな円の部分を取り除いた形状に形成されている。

また、前記本体部５ｂは、前記シールドフレーム３ｂの内側で前記シールドフレーム３ｂの中心軸ＣＬ１を中心として前記シールドフレーム３に対して一体的に設けられていると共に外径が前記シールドフレーム３ｂの内径よりも十分に小さい円板状の隔壁９ｂを備えている。

前記隔壁９ｂ（本体部５ｂ）は、シール部材を設置するために、前記リング状の平面９７ａと同様な面９９ａを備えている。

さらに、シール部材を設置するために、前記中間部材９１も前記リング状の平面９７ａと同様な面１０１ａ、１０３ａを備え、前記回転部材１５ｂも前記リング状の平面９７ａと同様な面１０５ａ、１０７ａを備え、前記中間部材９３も前記リング状の平面９７ａと同様な面１０９ａ、１１１ａを備えている。

前記各シール部材９５は、リング状に形成されており、このリング状シール部材９５の底面部が前記本体部や前記各中間部材や前記回転部材の前記リング状の平面に固定され、前記リング状シール部材９５の上面部が前記本体部や前記各中間部材や前記回転部材のリング状の平面に対して滑り待遇をなすように設けられている。

シールド掘削機１ｂでは、このシールド掘削機１ｂの前方から順に、部材１１３、中間部材９１、回転部材１５ｂ、中間部材９３、隔壁９ｂが配置されている。

したがって、このシールド掘削機１ｂの前方から順に、本体部５ｂのリング状の平面９７ａ、中間部材９１のリング状の平面１０１ａ、１０３ａ、回転部材１５ｂのリング状の平面１０５ａ、１０７ａ、中間部材９３のリング状の平面１０９ａ、１１１ａ、本体部５ｂのリング状の平面９９ａが配置されている。

したがって、カッターヘッド７と、本体部５ｂと、中間部材９１と、回転部材１５ｂと、中間部材９３とによって囲まれた空間は、シールド掘削機１ｂの後方に向かうにしたがって径が小さくなる円錐台形状に形成されており、トンネルを掘削する際に使用する泥の流れが良くなっている。

なお、シールド掘削機１ｂにおいては、シール部材９５を設置するために各リング状の平面９７ａ、９９ａ、１０１ａ、１０３ａ、１０５ａ、１０７ａ、１０９ａ、１１１ａが形成されていればよく、本体部５ｂ、回転部材１５ｂ、各中間部材９１、９３の内外周面が円柱側面形状に形成されている必要はない。

また、第１の実施形態に係るシールド掘削機１、第２の実施形態に係るシールド掘削機１ａでは、中心軸が前記中心軸ＣＬ１に平行な方向に延伸している円柱側面形状の面をシール部材の設置面（当接面）や滑り面にしてあり、前記第３の実施形態に係るシールド掘削機１ｂでは、前記中心軸ＣＬ１に垂直なリング状の平面をシール部材の設置面や滑り面にしてあるが、シール部材の設置面や滑り面を前記中心軸ＣＬ１に対して斜めになっている環状の面で構成してもよい。

すなわち、シール部材の設置面や滑り面を、互いに対向した円錐台側面形状に形成し、この円錐台側面形状の各面に設置可能な形態のシール部材を用いてシール装置を構成してもよい。

さらには、前記各実施形態に係るシールド掘削機において、シール部材の設置面や滑り面の一部を前記シールド掘削機１のように形成し、また、他の一部を前記シールド掘削機１ｂのように形成し、別の他の一部を前記中心軸ＣＬ１に対して斜めになっている環状の面で形成してもよい。

このように、１組のシール装置において、シール部材設置面や滑り面の形態を変えれば、シール装置の設計の自由度が高くなる。

また、前記各実施形態では、シールド掘削機を例に掲げて説明したが、岩盤等の硬い地層を掘削するために使用されるＴＢＭ（トンネルボーリングマシン）等のトンネル掘削機にも、前記各実施形態に係るものを適用することができる。

さらに、任意断面（ＤＰＬＥＸ）シールド等、矩形や楕円等の円形以外の断面形状のトンネルを掘削するトンネル掘削機にも、前記各実施形態に係るものを適用することができる。

本発明の第１の実施形態に係るシールド掘削機の概略構成を示す断面図である。 シールド掘削機の給脂についての概略を示す断面図である。 図２におけるＩＩ矢視を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るシールド掘削機の概略構成を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るシールド掘削機の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１、１ａ トンネル掘削機
５、５ａ 本体部
１５、１５ａ 回転部材
３１、５９、７７、７９ 中間部材
４１、５１、７３、７５、８１ シール部材
４３、４９、５５、６３、８３、８９ 内周面
４５、４７、５３、６１、８５、８７ 外周面
ＣＬ１ 中心軸

Claims (5)

1. カッターを駆動することによってトンネルを掘削するトンネル掘削機において、
   本体部と；
   前記カッターを駆動するために、所定の回転中心軸を回転中心にして前記本体部に対し回転すると共に、前記回転中心軸を中心とした所定の半径のところに円環状の表面を備えた回転部材と；
   前記回転部材の円環状の表面と対向する円環状の表面を備え、この円環状の表面の中心が前記回転中心軸上に位置するように設けられ、前記回転中心軸を回転中心にして前記本体部に対し前記回転部材と同じ方向に前記回転部材よりも遅い回転角速度で回転する中間部材と；
   前記回転部材と前記中間部材との間をシールするシール部材と；
   を有することを特徴とするトンネル掘削機。
2. カッターを駆動することによってトンネルを掘削するトンネル掘削機において、
   円環状の内周面と、この内周面の中心軸と同軸な円環状の外周面であって径が前記内周面の径よりも小さい外周面とを備えた本体部と；
   径が前記本体部の内周面の径よりも小さい円環状の外周面と、この外周面の中心軸と同軸であって径が前記外周面よりも小さく前記本体部の外周面よりも大きい円環状の内周面とを備え、前記外周面の中心軸が前記本体部の内周面の中心軸と一致し、前記外周面が前記本体部の内周面と対向し、前記本体部の内周面の中心軸を中心にして、前記本体部に対し回転するように設けられた第１の中間部材と；
   円環状の外周面と、この外周面の中心軸と同軸であって径が前記外周面よりも小さく前記本体部の外周面よりも大きい円環状の内周面とを備え、前記外周面の中心軸が前記本体部の内周面の中心軸と一致し、前記外周面が前記第１の中間部材の内周面と対向し、前記カッターを駆動するために前記本体部の内周面の中心軸を中心にして前記本体部に対し前記第１の中間部材と同じ方向に前記第１の中間部材よりも速い回転角速度で回転するように設けられた回転部材と；
   円環状の外周面と、この外周面の中心軸と同軸であって径が前記外周面よりも小さい円環状の内周面とを備え、前記外周面の中心軸が前記本体部の内周面の中心軸と一致し、前記外周面が前記回転部材の内周面と対向し、前記内周面が前記本体部の外周面と対向し、前記本体部の内周面の中心軸を中心にして前記本体部に対し前記回転部材と同じ方向に前記回転部材よりも遅い回転角速度で回転するように設けられた第２の中間部材と；
   前記本体部と前記第１の中間部材との間をシールする第１のシール部材と；
   前記第１の中間部材と前記回転部材との間をシールする第２のシール部材と；
   前記回転部材と前記第２の中間部材との間をシールする第３のシール部材と；
   前記第２の中間部材と前記本体部との間をシールする第４のシール部材と；
   を有することを特徴とするトンネル掘削機。
3. 請求項２に記載のトンネル掘削機において、
   前記各シール部材のシール部の滑り速度が、ほぼ等しいことを特徴とするトンネル掘削機。
4. カッターを駆動することによってトンネルを掘削するトンネル掘削機において、
   円環状の内周面と、この内周面の中心軸と同軸な円環状の外周面であって径が前記内周面の径よりも小さい外周面とを備えた本体部と；
   径が前記本体部の内周面の径よりも小さい円環状の外周面と、この外周面の中心軸と同軸であって径が前記外周面よりも小さく前記本体部の外周面よりも大きい円環状の内周面とを備え、前記外周面の中心軸が前記本体部の内周面の中心軸と一致し、前記カッターを駆動するために、前記本体部の内周面の中心軸を中心にして、前記本体部に対し回転するように設けられた回転部材と；
   それぞれがリング状に形成され、径の小さなものを径の大きなものが囲み、それぞれの間、前記本体部の内周面との間、および前記回転部材の外周面との間にリング状の狭い幅の空間が形成され、各中心軸が前記本体部の内周面の中心軸と一致するように、前記本体部の内周面と前記回転部材の外周面との間に設けられ、また、前記本体部の内周面の中心軸と同じ軸を回転中心にして、前記本体部に対して、前記回転部材と同じ方向に前記回転部材よりも遅い回転角速度で回転するように設けられていると共に、外側に設けられているものほど外周面および内周面の周速が遅くなるように設けられている複数の外側中間部材と；
   それぞれがリング状に形成され、径の小さなものを径の大きなものが囲み、それぞれの間、前記回転部材の内周面との間、および前記本体部の外周面との間にリング状の狭い幅の各空間が形成され、各中心軸が前記本体部の内周面の中心軸と一致するように、前記回転部材の内周面と前記本体部の外周面との間に設けられ、また、前記本体部の内周面の中心軸と同じ軸を回転中心にして、前記本体部に対して、前記回転部材と同じ方向に前記回転部材よりも遅い回転角速度で回転するように設けられていると共に、内側に設けられているものほど外周面および内周面の周速が遅くなるように設けられている複数の内側中間部材と；
   前記本体部の内周面と径が最大である前記外側中間部材の外周面との間、前記外側中間部材の内周面と前記外側中間部材の外周面との間、径が最小である前記外側中間部材の内周面と前記回転部材の外周面との間、前記回転部材の内周面と径が最大である前記内側中間部材の外周面との間、前記内側中間部材の内周面と前記内側中間部材の内周面との間、径が最小である前記内側中間部材の内周面と前記本体部の外周面との間をシールする各シール部材と；
   を有することを特徴とするトンネル掘削機。
5. 請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載のトンネル掘削機において、
   前記内周面は、円柱側面形状、半径の大きな円からこの大きな円と中心を同じくする半径の小さな円の部分を取り除いた形状、円錐台側面形状のうちのいずれかの形状に形成されており、
   前記外周面は、円柱側面形状、半径の大きな円からこの大きな円と中心を同じくする半径の小さな円の部分を取り除いた形状、円錐台側面形状のうちのいずれかの形状に形成されていることを特徴とするトンネル掘削機。
   

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