JP2007262718A - トンネル掘削機の回転軸支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性が良好なトンネル掘削機の回転軸支持構造を提供する。
【解決手段】トンネル掘削機の回転軸支持構造は、土砂を掘削するカッターを備えたカッターヘッドと、一方端にカッターヘッドが備えられ、カッターヘッドとともに回転する回転軸と、固定部材に組み込まれ、回転軸を回転自在に支持する円錐ころ軸受とを含む。円錐ころ軸受は、外輪と、内輪と、外輪と内輪との間に配置される複数の円錐ころと、隣接する円錐ころの間に配置され、ころピッチ円直径において隣接する円錐ころに当接する面である案内面１２ａ、１２ｂの間隔が小径側端面１３から大径側端面１４に向かって徐々に大きくなっている複数の間座１１を含み、この複数の間座１１が互いに分離して設けられている間座型保持器と、各間座のころ長さ方向における移動を規制する移動規制手段とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、トンネル掘削機の回転軸支持構造に関し、特に、大型のトンネル掘削機の回転軸支持構造に関するものである。

従来、大規模なトンネルを形成するには、トンネル掘削機（シールドマシン）が使用されていた。トンネル掘削機は、先端にカッターヘッドを有し、カッターヘッドの回転により、前方の切羽を掘削しながら前進し、トンネルを形成する。ここで、トンネル掘削機の回転軸支持構造は、カッターヘッドを一方端に固定した回転軸と、この回転軸を回転自在に支持する円錐ころ軸受とを含む。

円錐ころ軸受は、外輪と、内輪と、外輪と内輪の間に配置される円錐ころと、円錐ころの間隔を保持する保持器とからなる。上記した保持器には、プレス保持器、成型保持器、揉みぬき保持器、ピン型保持器等、複数の種類があり、それぞれの特徴を活かし、使用用途や生産性、組み込み性等に応じて円錐ころ軸受に使用される保持器の種類が選択される。

ここで、保持器としてプレス保持器およびピン型保持器を使用した円錐ころ軸受の構成および組み込み方法について説明する。

図１２は、プレス保持器１３５を表す図解的概略図である。図１２を参照して、プレス保持器１３５は、内輪に組み込まれたときに内輪の小鍔側に配置される小径側環状部１３６と、内輪に組み込まれたときに内輪の大鍔側に配置される大径側環状部１３７と、円錐ころを収容するためのポケット１３８を形成するように、小径側環状部１３６と大径側環状部１３７とを連結する複数の柱部１３９とを有する。柱部１３９により、ポケット１３８に収容された円錐ころ１３３の間隔が保持される。ここで、内輪の形状に沿ってプレス保持器１３５が組み込まれるように、小径側環状部１３６の直径は、大径側環状部１３７の直径よりも小さく構成されている。なお、上記した成型保持器および揉みぬき保持器についても、その製造方法や材質等は異なるが、形状としては同様である。

次に、上記したプレス保持器１３５を含む円錐ころ軸受１３１の構成について説明する。図１３は、プレス保持器１３５を含む円錐ころ軸受１３１の断面図である。図１３を参照して、円錐ころ軸受１３１は、内輪１３２と、外輪１３４と、内輪１３２と外輪１３４との間に配置された複数の円錐ころ１３３と、円錐ころ１３３の間隔を保持するプレス保持器１３５とを有する。円錐ころ軸受１３１は、円周方向に複数の円錐ころ１３３を有し、各円錐ころ１３３の間隔をプレス保持器１３５、具体的にはプレス保持器１３５の柱部が保持している。

ここで、円錐ころ軸受１３１を組み込む方法について説明する。まず、円錐ころ軸受１３１を構成する部材のうち、内輪１３２と円錐ころ１３３とプレス保持器１３５とを組み込む方法について説明すると、プレス保持器１３５の小径側環状部１３６の直径を、プレスおよび拡径用の金型を用いて拡大させる。次に、小径側環状部１３６の直径が拡大されたプレス保持器１３５の各ポケット１３８に、円錐ころ１３３をそれぞれ挿入する。円錐ころ１３３を挿入後、円錐ころ１３３を保持したプレス保持器１３５を、円錐ころ１３３の大端面が内輪１３２の大鍔に接するように、内輪１３２に取り付ける。その後、プレス保持器１３５の拡大された小径側環状部１３６の直径を、プレスおよび加締め用の金型を用いて加締めて、元の形状、すなわち、小径側環状部１３６の直径が拡大される前の直径に戻す。このようにして、内輪１３２と円錐ころ１３３とプレス保持器１３５とを組み込む。その後、組み込まれた内輪１３２と円錐ころ１３３とプレス保持器１３５の集合体と、外輪１３４とを組み込む。

次に、ピン型保持器を使用した円錐ころ軸受の構成および組み込み方法について説明する。図１４は、ピン型保持器１４５を含む円錐ころ軸受１４１の断面図である。図１４を参照して、円錐ころ軸受１４１は、内輪１４２と、外輪１４４と、内輪１４２と外輪１４４との間に配置される円錐ころ１４３と、円錐ころ１４３の間隔を保持するピン型保持器１４５とを有する。ピン型保持器１４５は、円錐ころ１４３に設けられた小端面から大端面に貫通する貫通穴に挿通するピン１４６と、小端面側に突出したピン１４６の小径側端部を保持する小径側側板１４７と、大端面側に突出したピン１４６の大径側端部を保持する大径側側板１４８とを含む。

ここで、円錐ころ軸受１４１を組み込む方法について説明する。まず、円錐ころ１４３と、小径側側板１４７と、大径側側板１４８とを、内輪１４２の所定位置に配置する。その後、小径側側板１４７が位置する円錐ころ１４３の小端面側からピン１４６を挿入し、小径側側板１４７に設けられた貫通穴および円錐ころ１４３に設けられた貫通穴に挿通させる。挿通後、ピン１４６の大径側端部と大径側側板１４８に設けられたねじ穴とを螺合させ、保持する。その後、小端面側に突出しているピン１４６の小径側端部と小径側側板１４７に設けられた貫通穴とを溶接することにより、ピン１４６を固定し、保持する。
その後、組み込まれた内輪１４２と円錐ころ１４３とピン型保持器１４５の集合体と、外輪１４４とを組み込む。なお、ピン１４６の小径側端部を溶接して小径側側板１４７に固定する際には、作業性を向上させる観点から、溶接面、すなわち小端面側を上方とし、かつ、平行な面とする必要がある。
実開平５−９２５３７号公報（段落番号０００７、図１）

上記したように、円錐ころ軸受の保持器にプレス保持器を使用する場合は、組み込み時において、小径側環状部の直径を拡径したり、加締めたりするプレスや金型が必要となり、組み込む際の設備が大掛かりになる。特に、大型の円錐ころ軸受に使用する場合には、プレスや金型も大型にする必要があり、問題がある。

また、ピン型保持器を使用する場合は、少なくともピン、小径側側板、大径側側板といった部品を揃えなければならず、部品点数が多くなる。また、組み込み方法においても、溶接工程や螺合工程も必要となるため、容易に組み込むことができない。

さらに、成型保持器については、保持する円錐ころの数だけポケットを設ける等、複雑な形状であるため、生産性が悪い。また、揉みぬき保持器についても、上記した複雑な形状を旋盤やボール盤等により一品ずつ加工して生産していくため、生産性が悪い。

一方、上記したトンネル掘削機によって大規模なトンネルを形成するには、トンネル掘削機の回転軸支持構造に含まれる円錐ころ軸受が大きなスラスト荷重やラジアル荷重、モーメント荷重等を受ける必要があり、円錐ころ軸受自体も大型となる。そうすると、上記したように、円錐ころや保持器等、円錐ころ軸受を構成する各構成部材も大型となり、部材の生産や組み立てが困難となる。また、円錐ころ軸受に備えられる内輪や外輪等の軌道輪が、大きなモーメント荷重によって変形してしまうおそれもある。トンネル形成時において、円錐ころ軸受に負荷されるモーメント荷重は、同じ大型の円錐ころ軸受が使用される風力発電機の主軸支持構造の場合と比較しても、特に大きい。このような場合、一体型の保持器では、変形した軌道輪の形状に保持器の形状が沿いにくく、種々の不具合を生じてしまうおそれがある。

この発明は、生産性が良好なトンネル掘削機の回転軸支持構造を提供することを目的とする。

この発明に係るトンネル掘削機の回転軸支持構造は、土砂を掘削するカッターを備えたカッターヘッドと、一方端にカッターヘッドが備えられ、カッターヘッドとともに回転する回転軸と、固定部材に組み込まれ、回転軸を回転自在に支持する円錐ころ軸受とを含む。円錐ころ軸受は、外輪と、内輪と、外輪と内輪との間に配置される複数の円錐ころと、隣接する円錐ころの間に配置され、ころピッチ円直径において隣接する円錐ころに当接する面の間隔が円錐ころの小径側端面から大径側端面に向かって徐々に大きくなっている複数の間座を含み、この複数の間座が互いに分離して設けられている間座型保持器と、各間座のころ長さ方向における移動を規制する移動規制手段とを備える。

このように構成することにより、間座型保持器に含まれる複数の間座は互いに分離した形状となるため、円錐ころ軸受の組み立てが容易となる。そうすると、このような円錐ころ軸受を含むトンネル掘削機の回転軸支持構造は、生産性が良好になる。

ここで、円錐ころ軸受が、その大きさを変更することなく高負荷容量を得るためには、円錐ころ軸受に含まれる円錐ころの数を増加させる必要がある。この場合、プレス保持器を含む円錐ころ軸受においては、プレス保持器の柱部をできるだけ細くする必要がある。そうすると、柱部の強度が低下し、また、柱部の端部が小径側環状部および大径側環状部に固定されているため、応力集中により柱部が折れ、プレス保持器が破壊するおそれがある。しかし、このような場合でも、上記した間座においては、その端部が固定されていないため、局部的に応力が集中することが少なく、間座の幅を小さくしても、破壊するおそれは少ない。

さらに、間座を円錐ころ軸受に組み込む際には、隣接する円錐ころの間に間座を挿入していけばよいので、プレス保持器を含む円錐ころ軸受のように、組み込む際にプレスや金型を使用することなく容易に組み込むことができる。また、ピン型保持器を含む円錐ころ軸受のように、組み込む際の溶接工程や螺合工程を要さず、容易に組み込むことができる。

また、各間座が隣接する円錐ころの間に配置された場合において、円錐ころ軸受には各間座のころ長さ方向における移動を規制する移動規制手段が設けられているため、各間座はころ長さ方向の移動が規制され、安定して隣接する円錐ころの間に配置され、各円錐ころの間隔を保持することができる。

なお、円錐ころ軸受ではないが、そのような分離型の間座を含む玉軸受に関する技術が、上記した実開平５−９２５３７号公報（特許文献１）に記載されている。しかし、特許文献１に記載されている分離型の間座は、玉軸受に使用されるものであるため、単純に上記した技術を円錐ころ軸受に適用できるものではない。円錐ころ軸受の場合、分離型の間座は、テーパー形状を有する円錐ころの間に配置されているため、たとえば、軸の回転等によって、円錐ころの大径側に移動させようとする力が働き、間座はころ長さ方向の大径側に移動してしまう。このような場合に、各間座のころ長さ方向の移動を規制する移動規制手段を備えることにより、安定して隣接する円錐ころの間に配置することができる。

また、上記した間座は、ころピッチ円直径において隣接する円錐ころに当接する面の間隔が円錐ころの小径側端面から大径側端面に向かって徐々に大きくなっているため、隣接する円錐ころの間に配置した場合に、円錐ころの転動面に沿うように配置することができ、円錐ころと間座とのころ長さ方向の間隔を一定に保つことができる。

好ましくは、ころ軸受には、シールが設けられている。このように構成することにより、掘削した土砂や泥水の円錐ころ軸受内への侵入を防止することができる。したがって、円錐ころ軸受、引いては、トンネル掘削機の回転軸支持構造の長寿命を実現することができる。

さらに好ましくは、移動規制手段は、円錐ころの小径側端面に当接しうるように各間座に設けられた突出部を含む。こうすることにより、各間座がころ長さ方向のうち、円錐ころの大端面側に移動しようとしても、間座の小径側端面に設けられた突出部が、隣接する円錐ころの小端面に当接して引っ掛り、間座が大端面側に移動することを規制することができる。その結果、大端面側への間座の抜け落ちを防止することができる。

この発明によれば、トンネル掘削機の回転軸支持構造に含まれる円錐ころ軸受のうち、間座型保持器に含まれる複数の間座は互いに分離した形状となるため、一体型の保持器と比較して単純な形状となり、間座の生産性、引いては、円錐ころ軸受の生産性を向上することができる。また、間座型保持器を円錐ころ軸受に組み込む際には、隣接する円錐ころの間に間座を挿入していけばよいので、容易に組み込むことができる。さらに、ころ長さ方向の移動規制手段が設けられているため、間座は安定して隣接する円錐ころの間に配置され、各円錐ころの間隔を保持することができる。

また、各々が隣接する円錐ころの間に独立して配置され、ころピッチ円直径において隣接する円錐ころに当接する面の間隔が円錐ころの小径側端面から大径側端面に向かって徐々に大きくなっている複数の間座を備える円錐ころ軸受の保持器は、隣接する円錐ころの間に各間座を配置した場合に、円錐ころの転動面に沿うように配置することができ、円錐ころと間座とのころ長さ方向の間隔を一定に保つことができる。

その結果、このような円錐ころ軸受を備えるトンネル掘削機の回転軸支持構造は、生産性が良好になる。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、この発明の一実施形態に係るトンネル掘削機の回転軸支持構造に含まれる円錐ころ軸受に備えられる間座１１を示す図である。図１を参照して、間座１１は、隣接する円錐ころの間に配置されたときに、円錐ころの転動面に沿った曲面を有する案内面１２ａ、１２ｂを含み、案内面１２ａ、１２ｂは、円錐ころを案内する。また、隣接する円錐ころの間に配置されたときに、ころピッチ円直径において隣接する円錐ころに当接する面である案内面１２ａと案内面１２ｂとの周方向の間隔は、小径側端面１３から大径側端面１４に向かって徐々に大きくなっている。こうすることにより、隣接する円錐ころの間に間座１１を配置したときに、円錐ころの転動面に沿うように配置することができ、円錐ころと間座とのころ長さ方向の間隔を一定に保つことができる。

間座型保持器は、互いに分離して設けられた複数の間座１１を有する。

上記した間座１１の形状は、一体型の保持器と比較して単純な構造の形状となるため、生産性を良好にすることができる。さらに、単純形状であるため、間座ごとの形状のばらつきを少なくすることができ、隣接する円錐ころの間に配置された場合に、各円錐ころの間隔を均一に保持することができる。

なお、小径側端面１３と大径側端面１４との間隔は、隣接する円錐ころの間隔を保持する保持力を上げるために、できるだけ長い方が好ましい。

また、円錐ころの径方向の移動を規制するため、隣接する円錐ころの間に配置されたときに外輪側に位置する面である上面１５と内輪側に位置する面である下面１６との間隔をできるだけ広げ、円錐ころとの径方向の引っ掛り部分を多くとることが好ましい。

図２は、図１に示した間座１１を含む間座型保持器を備える円錐ころ軸受２１を、間座１１を含む断面で表した断面図である。図３は、図２に表した円錐ころ軸受２１に備えられる円錐ころ２３ｂと、円錐ころ２３ｂに隣接する円錐ころ２３ａと、間座１１とを、円錐ころ２３ａ、２３ｂの小端面側から見た図である。図２および図３を参照して、円錐ころ軸受２１は、内輪２２と、外輪２４と、内輪２２と外輪２４の間に配置された複数の円錐ころ２３ａ、２３ｂと、隣接する円錐ころ２３ａ、２３ｂの間隔を保持する間座１１を含む間座型保持器とを備える。間座１１は、円錐ころ２３ａと円錐ころ２３ｂの間に、その案内面１２ａ、１２ｂが円錐ころ２３ａ、２３ｂの転動面とそれぞれ対面するように配置される。

ここで、間座１１のころ長さ方向の移動を規制する移動規制手段として、円錐ころ２３ａ、２３ｂの大端面を案内する内輪２２の大鍔面２５と、円錐ころ２３ａ、２３ｂの間に配置されたときに対面する間座１１の大径側端面１４とを当接状態にする。図４は、図２中、ＩＶで示す大鍔面２５と大径側端面１４との当接状態を示す拡大図である。図４を参照して、大鍔面２５と大径側端面１４とを当接させるには、たとえば、内輪２２の軌道面２７に干渉しない範囲で、間座１１の下面１６をできるだけ軌道面２７に近付けたり、大鍔の外径面２６の径方向の寸法を大きくとり、下面１６よりも外輪２４に近付けたりする。

このように構成することにより、隣接する円錐ころ２３ａ、２３ｂからころ大径側へ押し出そうとする力を受け、ころ大径側方向に移動しようとしても、大径側端面１４が大鍔面２５に当接するため、それ以上は間座１１は移動することはできず、間座１１のころ長さ方向、具体的には、ころ大径側方向の移動は規制される。したがって、間座１１は、円錐ころ２３ａ、２３ｂの間に適切に配置され、円錐ころ２３ａ、２３ｂの間隔を保持することができる。また、内輪２２の小鍔の最大外径を間座１１の下面１６よりも大きくしてもよい。こうすることにより、間座１１がころ小径側方向に移動しようとしても、間座１１の小径側端面１３が円錐ころ２３ａ、２３ｂの小端面を案内する小鍔面に当接するため、それ以上は間座１１は移動することはできず、間座１１のころ長さ方向、具体的には、ころ小径側方向の移動は規制される。

また、間座のころ長さ方向の移動を規制する手段として、間座または内輪の形状を変更することにしたが、これに限らず、円錐ころ軸受を構成する外輪を使用して、間座のころ長さ方向の移動を規制してもよい。

図５は、間座３５のころ長さ方向における移動を規制するよう、外輪３４に側板３７を取り付けた円錐ころ軸受３１の断面図である。図５を参照して、円錐ころ軸受３１は、内輪３２と、外輪３４と、内輪３２と外輪３４の間に配置される円錐ころ３３と、複数の円錐ころ３３の間に配置される間座３５と、円錐ころ３３の大端面側に位置する外輪３４の端面３９に取り付けられた側板３７とを備える。側板３７のうち、円錐ころ３３の大端面に対面する側面３８は、間座３５の大径側端面３６と当接する。このように構成することにより、側板３７の側面３８と間座３５の大径側端面３６との位置関係が固定されるため、ころ長さ方向の動きが規制される。

なお、間座１１、３５については、上記した形状に限らず、以下のような形状を有していてもよい。図６（Ａ）、図６（Ｂ）および図６（Ｃ）は、断面形状を変更した間座４１、４３、４６の断面図である。図６（Ａ）を参照して、間座４１は、案内面４２ａ、４２ｂが曲面ではなく、複数の平面で構成されていてもよい。この場合、円錐ころの径方向の移動を規制するため、案内面４２ａ、４２ｂがもっとも近接する位置は案内面４２ａ、４２ｂの中央部に近いことが好ましい。さらに、案内面４２ａ、４２ｂは、平面のみで構成されていなくてもよく、曲面と平面で構成されていてもよい。また、図６（Ｂ）を参照して、間座４３は、上面４４の円周方向の幅よりも下面４５の円周方向の幅の方が短い構成となっていてもよく、図６（Ｃ）を参照して、間座４６は、下面４８の円周方向の幅よりも上面４７の幅の方が短い構成となっていてもよい。

なお、間座のころ長さ方向の移動を規制する手段として、間座は、円錐ころの端面に当接しうるような突出部を含んでいてもよい。図７は、突出部を含む間座５１を、隣接する円錐ころ５５ａ、５５ｂの間に配置した状態を表す図である。図７を参照して、間座５１の小径側端面５３には、隣接する円錐ころ５５ａ、５５ｂ側に突出する突出部５４が設けられている。また、同様に、大径側端面５６には突出部５７が設けられている。間座５１が隣接する円錐ころ５５ａ、５５ｂの間に配置されたとき、突出部５４の接触面５２ａは、円錐ころ５５ａ、５５ｂの小端面５８ａ、５８ｂに対面し、突出部５７の接触面５２ｂは、円錐ころ５５ａ、５５ｂの大端面５９ａ、５９ｂに対面する。

こうすることにより、間座５１がころ長さ方向のうち、円錐ころ５５ａ、５５ｂの大端面側に移動しようとしても、間座５１の小径側端面５３に設けられた突出部５４の接触面５２ａが、円錐ころ５５ａ、５５ｂの小端面５８ａ、５８ｂに当接して引っ掛り、間座５１が大端面側に移動することを規制することができ、大端面側への間座５１の抜け出しを防止することができる。特に、間座５１は、小径側端面５３から大径側端面に向かってその周方向の間隔が徐々に大きくなっており、円錐ころ５５ａ、５５ｂから受ける間座５１を大端面側へ押し出そうとする力により、大端面側へ抜け出るおそれがあるが、このような突出部５４を設けることにより、間座５１は大端面側から抜け出ることはない。

また、間座５１がころ長さ方向のうち、円錐ころ５５ａ、５５ｂの小端面側に移動しようとしても、間座５１の大径側端面５６に設けられた突出部５７の接触面５２ｂが、円錐ころ５５ａ、５５ｂの大端面５９ａ、５９ｂに当接して引っ掛り、間座５１が小端面側に移動することを規制することができ、小端面側への間座の抜け出しを防止することができる。特に、隣接する円錐ころ５５ａ、５５ｂと間座５１との間には、一定のすき間が設けられており、間座５１が一方の円錐ころ側に片寄った場合にすき間が最大となり、小端面側へ抜け出るおそれがある。しかし、このような突出部５７を設けることにより、間座５１は小端面側から抜け出ることはない。

ここで、上記した円錐ころ軸受を組み込む方法について説明する。まず、内輪に間座と円錐ころを組み込む方法について説明する。図８は、小径側端面および大径側端面に突出部を設けた複数の間座と、複数の円錐ころを内輪に組み込んだ状態を表す図である。図８を参照して、まず、内輪６６に、円錐ころ６７をほぼ等間隔に配置する。次に、各円錐ころ６７の間に間座６１を挿入していく。その後、最後の間座６１を円錐ころ６７の間に挿入し、円周方向に配置された複数の間座６１および複数の円錐ころ６７の径方向の動きを規制するように組み込む。このようにして、内輪６６に、間座６１と円錐ころ６７とを組み込む。その後、内輪６６と間座６１と円錐ころ６７とが組み込まれた集合体と、外輪とを組み込む。

このようにして円錐ころ軸受を組み込むことにより、円錐ころ軸受を組み込む際に、プレス保持器のように、底拡げ用、加締め用のプレスや金型を要することなく、また、ピン型保持器のように、螺合工程および溶接工程を経ることなく、容易に円錐ころ軸受を組み込むことができる。

ここで、各間座６１は互いに独立しているため、その動きが規制されず、内輪６６が傾けば、その配置が崩れたり、内輪６６から脱落するおそれがある。このような場合、間座６１の動きを規制するため、間座６１に設けられた大径側端面の突出部６３に、動きを規制する側輪６８を引っ掛けて固定する。こうすることにより、組み込み時の間座６１の動き、特に径方向の移動を規制でき、より容易に組み込むことができる。また、側輪６８を用いて小径側端面の突出部６２を固定するようにしてもよい。

なお、上記した間座は、潤滑剤を保持する潤滑剤保持手段を含んでいてもよい。図９（Ａ）および図９（Ｂ）は、間座の案内面に潤滑剤を保持するための潤滑剤保持部を設けた例を示す図である。図９（Ａ）を参照して、間座７１は、左右の案内面７２ａ、７２ｂに、上面７４から下面７５に連なる複数の溝状の潤滑剤保持部７３を有している。潤滑剤保持部７３には、潤滑剤が封入され、保持されている。間座７１の案内面７２ａ、７２ｂに潤滑剤保持部７３を設けることにより、保持された潤滑剤を案内面７２ａ、７２ｂに効率的に供給することができる。また、潤滑剤保持部７３は、凹部形状、すなわち、案内面７２ａ、７２ｂよりも凹んだ形状であってもよい。こうすることにより、潤滑剤を凹部に溜めて保持することができ、かつ、案内面７２ａ、７２ｂに保持した潤滑剤を供給することができる。また、図９（Ｂ）に示すように、間座７６の左右の案内面７７ａ、７７ｂに設けられる潤滑剤保持部７８は、小径側端面７９から大径側端面８０に連なるような溝状であってもよい。

さらに、図９（Ｃ）に示すように、間座８１の上面８４および下面８５に、潤滑剤保持部８３が設けられていてもよい。このように構成することにより、潤滑剤保持部８３の端は、案内面８２ａ、８２ｂにあるため、保持された潤滑剤を潤滑剤保持部８３の端から案内面８２ａ、８２ｂに供給することができる。また、図９（Ｄ）に示すように、間座８６の小径側端面８９および大径側端面９０に潤滑剤保持部８８が設けられていてもよい。このように構成することにより、図９（Ｃ）に示した間座８１と同様、潤滑剤保持部８８の端は、案内面８７ａ、８７ｂにあるため、保持された潤滑剤を潤滑剤保持部８８の端から案内面８７ａ、８７ｂに供給することができる。

また、潤滑剤を保持する手段として、間座に潤滑剤を保持する空孔を含むことにしてもよい。この場合、たとえば、空孔を有する間座を潤滑剤に浸し、空孔に潤滑剤を含ませ、これを焼結させることにより、潤滑剤を間座に含浸させ、空孔に潤滑剤を保持するようにする。こうすることにより、外形を特に変更することなく、間座に潤滑剤を保持することができる。

図１０は、この発明の一実施形態に係るトンネル掘削機の回転軸支持構造を示す概略図である。図１０を参照して、トンネル掘削機の回転軸支持構造１０１は、土砂を掘削するカッター１０２を備えたカッターヘッド１０３と、一方端にカッターヘッド１０３が備えられ、カッターヘッド１０３とともに回転する回転軸１０４と、固定部材１０７に組み込まれ、リング部材１０８を介して回転軸１０４を回転自在に支持する複列円錐ころ軸受１１１とを含む。回転軸１０４を支持する複列円錐ころ軸受１１１は、上述した円錐ころ軸受を複列とした構成である。カッターヘッド１０３および回転軸１０４は、その全体がカッターヘッド支持部１０５によっても支持されている。

モータ１０６によって回転軸１０４は回転を加えられ、その一方端に備えられたカッターヘッド１０３が回転する。そうすると、カッターヘッド１０３の先端に備えられた複数のカッター１０２が、前方の切羽を掘削する。このようにして前方の切羽を掘削しながら、トンネル掘削機を進行させ、トンネルを形成する。掘削された土砂は、進行方向に対して後方に搬出され、除去される。

回転軸１０４を支持する複列円錐ころ軸受１１１については、硬い岩盤等を破砕する際に生じる大きなスラスト荷重やモーメント荷重を受ける必要がある。そうすると、複列円錐ころ軸受１１１も大型にする必要がある。ここで、複列円錐ころ軸受１１１を上述した円錐ころ軸受から構成することにより、保持器の生産性、取扱い性、組み立て性が良好となる。したがって、複列円錐ころ軸受１１１の生産性が向上し、このような複列円錐ころ軸受１１１を含むトンネル掘削機の回転軸支持構造の生産性が良好になる。なお、保持器が分割されているため、外輪等、軌道輪の変形に沿うこともできる。

ここで、複列円錐ころ軸受１１１内への掘削された土砂の侵入を防止するため、複列円錐ころ軸受１１１に、シールを設けてもよい。図１１は、上記した複列円錐ころ軸受１１１の一部を示す断面図である。図１１を参照して、複列円錐ころ軸受１１１は、外輪１１２と、小径側端面を対向するように配置された左右の内輪１１３ａ、１１３ｂと、左右の内輪１１３ａ、１１３ｂの間に配置された内輪間座１１６と、外輪１１２と左右の内輪１１３ａ、１１３ｂとの間に配置された複数の円錐ころ１１４ａ、１１４ｂと、左右の列において、隣接する円錐ころ１１４ａ、１１４ｂの間に配置され、ころピッチ円直径において隣接する円錐ころ１１４ａ、１１４ｂに当接する面の間隔が円錐ころ１１４ａ、１１４ｂの小径側端面から大径側端面に向かって徐々に大きくなっている複数の間座（図示せず）を含み、この複数の間座が互いに分離して設けられている間座型保持器と、各間座のころ長さ方向における移動を規制する移動規制手段とを備える。外輪１１２と左右の内輪１１３ａ、１１３ｂとの間には、複列円錐ころ軸受１１１内への土砂の侵入を防止するシール１２１が設けられている。なお、ここでは、内輪１１３ａ側に設けられるシール１２１について説明するが、内輪１１３ｂ側に設けられるシール１２１についても同様の構成であるため、その説明を省略する。

シール１２１は、環状であり、断面略Ｌ字状であって剛性を有する芯金部１２２と、芯金部１２２に取り付けられ、弾性を有するゴム部１２３と、内径側に収縮可能なスプリング１２４とを備える。ゴム部１２３には、一方の内輪１１３ａと適当な圧力でニップするリップ部１２５が設けられており、スプリング１２４は、リップ部１２５の外径側に配置される。芯金部１２２は、ゴム部１２３に設けられたリップ部１２５が、内輪１１３ａの大鍔１１７側の外径面１１８とニップするよう、外輪１１２の一方端部１１９の内径面１２０に装着される。リップ部１２５は、スプリング１２４によって、内輪１１３ａとのニップ状態を維持される。このようにして、シール１２１により、複列円錐ころ軸受１１１はシールされる。

このように構成することにより、カッター１０２によって掘削され、後方に搬送された土砂や泥水等の複列円錐ころ軸受１１１内への侵入を防止することができる。そうすると、土砂や泥水等の侵入による軸受部材の破損等を防止することができるため、複列円錐ころ軸受１１１を長寿命とすることができる。したがって、このような複列円錐ころ軸受１１１を備えるトンネル掘削機の回転軸支持構造についても、長寿命を実現することができる。

なお、複列円錐ころ軸受内への土砂等の侵入を防止するシールは、複列円錐ころ軸受の外部側に設けてもよいし、左右の内輪のうち、いずれか一方にのみ設けられていてもよい。また、シールを複数配置して、土砂等の浸入をさらに効率的に防止してもよい。

また、上記の実施の形態においては、複列円錐ころ軸受は、内輪の小径側端面が対向するように構成された複列円錐ころ軸受であったが、これに限らず、大径側端面が対向する構成であってもよいし、２列以上であってもよい。また、単列の円錐ころ軸受であってもよい。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明に係るトンネル掘削機の回転軸支持構造は、円錐ころ軸受を容易に製造することができるため、良好な生産性が要求される場合に、有効に利用できる。

この発明の一実施形態に係るトンネル掘削機の回転軸支持構造に含まれる円錐ころ軸受に備えられる間座１１を示す図である。 図１に示す間座１１を含む間座型保持器を備える円錐ころ軸受２１を示す断面図である。 円錐ころ２３ａ、２３ｂと間座１１を小端面側から見た図である。 大鍔面２５と大径側端面１４との当接状態を示す拡大図である。 他の実施形態に係る、外輪３４に側板３７を取り付けた円錐ころ軸受３１の断面図である。 断面形状を変更した間座４１、４３、４６の断面図である。 小径側端面および大径側端面に突出部５４を含む間座５１を、隣接する円錐ころ５５ａ、５５ｂの間に配置した状態を表す図である。 小径側端面および大径側端面に突出部６２、６３を設けた間座６１と、複数の円錐ころ６７を内輪６６に組み込んだ状態を表す図である。 潤滑剤保持部を設けた種々の間座の例を示す図であり、（Ａ）および（Ｂ）は、間座の案内面に潤滑剤保持部を設けた図、（Ｃ）は、間座の端面に潤滑剤保持部を設けた図、（Ｄ）は、間座の上面および下面に潤滑剤保持部を設けた図である。 この発明に係るトンネル掘削機の回転軸支持構造の一例を示す図である。 図１０に示すトンネル掘削機の回転軸支持構造に含まれる複列円錐ころ軸受の一部を示す断面図である。 従来におけるプレス保持器１３５の図解的概略図である。 従来におけるプレス保持器１３５を含む円錐ころ軸受１３１を表した断面図である。 従来におけるピン型保持器１４５を含む円錐ころ軸受１４１を表した断面図である。

符号の説明

１１，３５，４１，４３，４６，５１，６１，７１，７６，８１，８６ 間座、１２ａ，１２ｂ，４２ａ，４２ｂ，７２ａ，７２ｂ，７７ａ，７７ｂ，８２ａ，８２ｂ，８７ａ，８７ｂ 案内面、１３，５３，７９，８９ 小径側端面、１４，３６，５６，８０，９０ 大径側端面、１５，４４，４７，７４，８４ 上面、１６，４５，４８，７５，８５ 下面、２１，３１ 円錐ころ軸受、２２，３２，６６，１１３ａ，１１３ｂ 内輪、２３ａ，２３ｂ，３３，５５ａ，５５ｂ，６７，１１４ａ，１１４ｂ 円錐ころ、２４，３４，１１２ 外輪、２５ 大鍔面、２６，１１８ 外径面、２７ 軌道面、３７ 側板、３８ 側面、３９ 端面、５２ａ、５２ｂ 接触面、５４，５７，６２，６３ 突出部、５８ａ，５８ｂ 小端面、５９ａ，５９ｂ 大端面、６８ 側輪、７３，７８，８３，８８ 潤滑剤保持部、１０１ トンネル掘削機の回転軸支持構造、１０２ カッター、１０３ カッターヘッド、１０４ 回転軸、１０５ カッターヘッド支持部、１０６ モータ、１０７ 固定部材、１０８ リング部材、１１１ 複列円錐ころ軸受、１１６ 内輪間座、１１７ 大鍔、１１９ 一方端部、１２０ 内径面、１２１ シール、１２２ 芯金部、１２３ ゴム部、１２４ スプリング、１２５ リップ部。

Claims (3)

1. 土砂を掘削するカッターを備えたカッターヘッドと、
   一方端に前記カッターヘッドが備えられ、カッターヘッドとともに回転する回転軸と、
   固定部材に組み込まれ、前記回転軸を回転自在に支持するころ軸受とを含むトンネル掘削機の回転軸支持構造であって、
   前記円錐ころ軸受は、外輪と、内輪と、前記外輪と前記内輪との間に配置される複数の円錐ころと、隣接する前記円錐ころの間に配置され、ころピッチ円直径において隣接する前記円錐ころに当接する面の間隔が前記円錐ころの小径側端面から大径側端面に向かって徐々に大きくなっている複数の間座を含み、この複数の間座が互いに分離して設けられている間座型保持器と、前記各間座のころ長さ方向における移動を規制する移動規制手段とを備える、トンネル掘削機の回転軸支持構造。
2. 前記円錐ころ軸受には、シールが設けられている、請求項１に記載のトンネル掘削機の回転軸支持構造。
3. 前記移動規制手段は、前記円錐ころの小径側端面に当接しうるように前記各間座に設けられた突出部を含む、請求項１または２に記載のトンネル掘削機の回転軸支持構造。

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