JP2014173348A - セグメント搬送装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、ローラ回転軸に回転力を伝達する回転力伝達機構を小型化し、小さな専有面積で配置することができるセグメント搬送装置を提供する。
【解決手段】複数のローラ回転軸13を回転可能に支持する一対の筒状の支持フレーム11、12と、支持フレーム11の中空部に回転可能に支持された、ローラ回転軸13と直交する回転力伝達シャフト27と、回転力を生成する油圧モータ18と、油圧モータ18の回転力を回転力伝達シャフト27に伝達する第1の歯車機構(油圧モータ18の回転軸18aのかさ歯車29、回転力伝達シャフト27のかさ歯車30)と、複数のローラ回転軸13に対応してそれぞれ設けられた、回転力伝達シャフト27の回転力をローラ回転軸13に伝達する第2の歯車機構(ローラ回転軸13のかさ歯車31、回転力伝達シャフト27のかさ歯車32)とを備えている。
【選択図】図5

Description

本発明は、シールドマシンによって掘削されたシールドトンネルの坑内に設置され、シールドマシン後方に覆工体構築用のセグメントを搬送供給するセグメント搬送装置に関する。
シールドマシンにより地盤にトンネルを掘削し、掘削内周面にセグメントを順次組み立てて周方向に接続すると共に、掘削の進行方向に連結していくことで覆工体を構築するシールド工法が知られている。このようなシールド工法によれば、シールドマシンの外殻体の内部でセグメントの組立て作業が行われることになるため、立坑等から搬入されたセグメントをシールドトンネルの坑内を経てシールドマシンまで搬送供給する必要がある。
中小断面のシールドトンネルの特に切羽に近い箇所では、坑内が錯綜しているため、セグメントをシールドマシンまで搬送供給するセグメント搬送装置として、シールドトンネルの底部に配置可能なローラコンベアが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開平11−166400号公報
しかしながら、従来技術では、ローラチェーンを用いてローラコンベアを構成するローラ回転軸に回転力を伝達しているため、回転力の伝達機構を小型化することができず、専有面積が大きくなってしまう。すなわち、従来技術では、ローラコンベアを構成する多数のローラ回転軸のそれぞれに複数のスプロケットを設け、前後に隣接するローラ回転軸との間で順次ローラチェーンを巻回すことにより、多数のローラ回転軸を一体として回転させるように構成されている。そして、重量物であるセグメントを搬送するため、ローラ回転軸の回転には大きなトルクが必要となり、減速比の関係で大径のスプロケットがローラ回転軸に設けられている。従って、多数のローラ回転軸を支持するローラ支持フレームに沿って、大径のスプロケットを設け、スプロケット間にローラチェーンを巻回す上下方向のスペースを確保しなければならない。これにより、ローラ回転軸は、シールドトンネルの底部から離れた位置に配置されることになり、結果としてシールドトンネルの坑内においてセグメント搬送装置が占める専有面積が大きくなってしまう。
本発明の目的は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ローラ回転軸に回転力を伝達する回転力伝達機構を小型化し、小さな専有面積で配置することができるセグメント搬送装置を提供することにある。
本発明のセグメント搬送装置は、シールドトンネルの底部に配置され、セグメントを搬送するセグメント搬送装置であって、平行に配置された複数のローラ回転軸を回転可能に支持する一対の筒状の支持フレームと、複数の前記ローラ回転軸の外周面にそれぞれ取り付けられ、前記セグメントの外周面の接線方向に当接して支持するセグメント送りローラと、前記ローラ回転軸と直交する方向に回転可能に支持された回転力伝達シャフトと、回転力を生成する駆動モータと、前記駆動モータの回転力を前記回転力伝達シャフトに伝達する第1の歯車機構と、複数の前記ローラ回転軸に対応してそれぞれ設けられた、前記回転力伝達シャフトの回転力を前記ローラ回転軸に伝達する第2の歯車機構とを具備することを特徴とする。
さらに本発明のセグメント搬送装置において、一方の前記支持フレームの中空部を密閉空間とし、前記回転力伝達シャフト、前記第1の歯車機構及び前記第2の歯車機構は、前記支持フレームの密閉空間内に配置するように構成しても良い。
さらに本発明のセグメント搬送装置において、他方の前記支持フレームの中空部に、前記駆動モータに動力を供給する動力供給ラインを配置するように構成しても良い。
さらに本発明のセグメント搬送装置において、他方の前記支持フレームの両端は、前記動力供給ラインのコネクタが設けられた封止板をそれぞれ取り付け、他方の前記支持フレームの中空部を密閉空間としても良い。
さらに本発明のセグメント搬送装置において、前記駆動モータとして作動油を動力として駆動する油圧モータを用いても良い。
さらに本発明のセグメント搬送装置において、一対の前記支持フレームの周面の前方側と後方側とには、他の前記セグメント搬送装置と接続具によって連結される取手部がそれぞれ形成しても良い。
本発明によれば、ローラ回転軸に回転力を伝達する回転力伝達機構を小型化、特に上下方向のサイズを小型化することができるため、小さな専有面積でセグメント搬送装置をシールドトンネルの底部に配置することができるという効果を奏する。
本発明に係るセグメント搬送装置の実施の形態が使用されるシールドトンネルの縦断面図である。 本発明に係るセグメント搬送装置の実施の形態の構成を示す平面図及び側面図である。 本発明に係るセグメント搬送装置の実施の形態の構成を示す後面図である。 本発明に係るセグメント搬送装置の実施の形態の接続使用例を説明するための説明図である。 本発明に係るセグメント搬送装置の実施の形態の構成を示す部分断面図である。 図5に示すX−X断面図、Y−Y断面図及びZ−Z断面図である。
次に、本発明を実施するための形態(以下、単に「実施の形態」という)を、図面を参照して具体的に説明する。
図1に示すように、シールドトンネル1は、シールドマシン2で掘削しつつ、スクリューコンベア3により搬出される掘削土を排土用コンベア4で送り出すと共に、エレクター5によってセグメント6を順次組み立てて掘削内周面を覆う覆工体7を形成することで構築されていく。なお、以下の説明では、シールドマシン2の掘削方向を前方と、掘削方向とは反対方向を後方と称す。
本実施の形態のセグメント搬送装置10は、図1に示すように、スクリューコンベア3や排土用コンベア4等の各種の装置により坑内が錯綜するシールドマシン2後方のシールドトンネル1(覆工体7)の底部に載置されて使用され、セグメント6を後方側からシールドマシン2のエレクター5に搬送供給する。
セグメント搬送装置10は、図2及び図3を参照すると、平行に配置されてなる一対の支持フレーム11、12間に、支持フレーム11、12と直交する複数のローラ回転軸13が架け渡されたローラコンベア装置である。なお、図2において、(a)は平面図であり、(b)は支持フレーム11側から見た側面図であり、(c)は支持フレーム12側から見た側面図である。また、図3において、(a)は図2(a)に示す矢印で示す後方側から見た後面図であり、(b)は図2(a)に示す矢印で示す前方側から見た前面図である。
本実施の形態では、一対の支持フレーム11、12間に、7本のローラ回転軸13が等間隔に配置されている。各ローラ回転軸13の外周面には、セグメント6の外周面の接線方向に当接して支持する傾斜面がそれぞれ形成されている左右一対のセグメント送りローラ14が取り付けられている。セグメント送りローラ14は、ウレタンゴム等の摩擦係数の高い弾性部材で構成されている。そして、隣り合うローラ回転軸13の間隔は、搬送するセグメント6を少なくとも2本のローラ回転軸13で支持するように、搬送対象のセグメント6の軸方向の長さの1/2未満に設定されている。
また、隣り合うローラ回転軸13間、すなわち、隣り合うローラ回転軸13と一対の支持フレーム11、12とで囲まれた領域には、踏板15が取り付けられており、セグメント搬送装置10上の歩行を可能にしている。踏板15は、一対の支持フレーム11、12を連結する図示しない連結フレーム等を用いて取り付けられる。また、踏板15は、セグメント送りローラ14の周面よりも下方で、且つローラ回転軸13の軸心よりも上方に配置されている。これにより、セグメント6が踏板15に干渉することなく搬送され、さらに、セグメント搬送装置10上の歩行時にローラ回転軸13に躓くことが防止される。符号16は、踏板15に貼着されたラバー等の摩擦係数が高い弾性マットである。弾性マット16は、踏板15のローラ回転軸13の方向におけるセグメント送りローラ14に対応する領域に貼着されている。これにより、セグメント搬送装置10上の歩行時に、足下の感触によってセグメント送りローラ14の位置を把握することができ、セグメント送りローラ14の傾斜面を避けて歩行することが可能になる。
一対の支持フレーム11、12は、鋼管等の円筒部材で構成され、相対する周面には、ローラ回転軸13が架け渡される箇所毎に、支持穴がそれぞれ形成され、それぞれの支持穴には、ローラ回転軸13を回転自在に支持するベアリングが装着された支持板17がそれぞれ取り付けられている。これにより、ローラ回転軸13は、支持フレーム11に取り付けられた支持板17と、支持フレーム12に取り付けられた支持板17とで、回転自在に支持されている。
図3を参照すると、セグメント搬送装置10の後方側には、油圧によって回転軸18aを回転駆動させる油圧モータ18が取り付けられている。油圧モータ18としては、歯車モータやベーンモータ等の各種タイプを採用することができる。そして、支持フレーム11の油圧モータ18に対向する周面には、支持穴が形成され、支持穴には、油圧モータ18の回転軸18aを回転自在に支持するベアリングが装着された支持板19が取り付けられている。なお、油圧モータ18は、取付フレームを用いて支持フレーム11、12に取り付けられているが、図3では、油圧モータ18の取付フレームは省略されている。また、油圧モータ18の接続ポート(吸込側ポート18b、吐出側ポート18c、ドレインポート18d)は、後方側に開口している。なお、本実施の形態では、トルクの大きい油圧モータ18を用いたが、同等のトルクを発生させることが可能である場合には、油圧モータ18の代わりに電気モータ等のタイプの異なるモータを用いても良い。
油圧モータ18の上方には、踏板20が取り付けられている。踏板20の取り付けには、油圧モータ18の取付フレーム(不図示)が用いられる。踏板20もローラ回転軸13間の踏板15と同様に、セグメント送りローラ14の周面よりも下方で、且つローラ回転軸13の軸心よりも上方に配置されている。なお、符号21は、踏板20に貼着されたラバー等の摩擦係数が高い弾性マットである。
セグメント搬送装置10は、図4(a)に示すように、2台以上を前後方向に連結して用いることができる。支持フレーム11、12の周面の前方側と後方側とには、後方及び前方に位置する他のセグメント搬送装置10を連結する取手部22がそれぞれ形成されており、長さ調整機能を有する接続具23で前後に位置するセグメント搬送装置10の取手部22を接続することで、前後に連結するセグメント搬送装置10の間隔が調整される。なお、接続具23の長さを左右で異ならせることで、カーブ部分において曲折して連結させることができる。また、油圧モータ18の上方に取り付けられている踏板20は、図4(a)に示すように、2台以上のセグメント搬送装置10を接続して用いる場合、後方側に位置するセグメント搬送装置10との隙間を覆う部材となる。
図3を参照すると、支持フレーム11、12の両端には、封止板24がそれぞれ取り付けられており、支持フレーム11、12の中空部は密閉状態となっている。支持フレーム12の両端に取り付けられた封止板24には、ワンタッチカプラ等の管継手25a、25bがそれぞれ設けられている。そして、図5に示すように、支持フレーム12の両端にそれぞれ設けられた管継手25a、25bは、支持フレーム12内に配管された2本の油圧ホース26a、26bによってそれぞれ接続されている。この構成により、図4(b)を参照すると、2台のセグメント搬送装置10を連結して用いる場合、後方側に位置するセグメント搬送装置10の更に配置した油圧ポンプ40から、前方側に位置するセグメント搬送装置10の油圧モータ18への配管を、支持フレーム12内を経由させて行うことが可能になる。従って、狭いシールドトンネル1内で長い油圧ホースを引きまわす必要がないため、簡単にセッティングを行うことができる。さらに、支持フレーム12の中空部が密閉状態になっているため、支持フレーム12内の油圧ホース26a、26bは外部要因で損傷することがなく、油圧ポンプ40と油圧モータ18とを接続する配管の耐久性を向上させることができる。
図5及び図6を参照すると、支持フレーム11のほぼ中心軸には、ローラ回転軸13及び油圧モータ18の回転軸18aと直交する回転力伝達シャフト27が設けられている。回転力伝達シャフト27は、ねじり剛性が大きい金属製の棒状部材であり、前後方向において、油圧モータ18の回転軸18aから、油圧モータ18と最も離れたローラ回転軸13までの距離を超える長さを有している。なお、図6において、(a)は図5に示すX−X断面図であり、(b)は図5に示すY−Y断面図であり、(c)は図5に示すZ−Z断面図である。回転力伝達シャフト27は、2つ以上のボールベアリング等の軸受け28によって回転自在に支持され、油圧モータ18(回転軸18a)の回転力を全てのローラ回転軸13にそれぞれ伝達する。
油圧モータ18の回転軸18aは、支持板19を貫通して支持フレーム11の中空部に延出されており、支持フレーム11の中空部に延出された回転軸18aには、かさ歯車29が取り付けられている。そして、回転力伝達シャフト27には、回転軸18aのかさ歯車29と噛み合うかさ歯車30が取り付けられている。これにより、油圧モータ18は、回転力伝達シャフト27を回転駆動する駆動モータとして機能し、油圧モータ18の回転軸18aの回転力は、かさ歯車29及びかさ歯車30によって、回転軸18aと直交する回転力伝達シャフト27に伝達される。すなわち、かさ歯車29及びかさ歯車30は、油圧モータ18の回転軸18aの回転力を、回転軸18aと直交する回転力伝達シャフト27に伝達する第1の歯車機構として機能する。
また、それぞれのローラ回転軸13は、支持板17を貫通して支持フレーム11の中空部にそれぞれ延出されており、支持フレーム11の中空部にそれぞれ延出されたローラ回転軸13には、かさ歯車31がそれぞれ取り付けられている。そして、回転力伝達シャフト27には、ローラ回転軸13のかさ歯車31とそれぞれ噛み合うかさ歯車32がローラ回転軸13に対応してそれぞれ取り付けられている。これにより、回転力伝達シャフト27の回転力は、かさ歯車31及びかさ歯車32によって、回転力伝達シャフト27と直交するローラ回転軸13にそれぞれ伝達される。すなわち、ローラ回転軸13毎に設けられたかさ歯車31及びかさ歯車32は、回転力伝達シャフト27の回転力を、回転力伝達シャフト27と直交するローラ回転軸13にそれぞれ伝達する第2の歯車機構としてそれぞれ機能する。
図5を参照すると、支持板19に対向する支持フレーム11の周面には、油圧モータ18の回転軸18aのかさ歯車29と回転力伝達シャフト27のかさ歯車30との噛み合いを確認及び調整する点検用開口33が形成されている。また、支持板17に対向する支持フレーム11の周面には、ローラ回転軸13のかさ歯車31と回転力伝達シャフト27のかさ歯車32との噛み合いを確認及び調整する点検用開口34がそれぞれ形成されている。通常、点検用開口33及び点検用開口34は、ねじ止めされた点検扉35によって塞がれており、点検扉35を取り外すことで、点検用開口33、34から噛み合いの確認及び調整を行うことが可能になる。すなわち、かさ歯車30、32は、ねじ等の締結具によって回転力伝達シャフト27に対して軸方向に移動可能に取り付けられている。従って、かさ歯車30、32の取り付け位置を軸方向に移動させることで、かさ歯車29、31との噛み相合いを調整することが可能になる。また、点検扉35には、通常はキャップ36で塞がれている小窓が形成されており、キャップ36を取り外すことでも、噛み合いの状態を簡単に確認することが可能になっている。
以上説明したように、本実施の形態は、シールドトンネル1の底部に配置され、セグメント6を搬送するセグメント搬送装置10であって、平行に配置された複数のローラ回転軸13を回転可能に支持する一対の筒状の支持フレーム11、12と、複数のローラ回転軸13の外周面にそれぞれ取り付けられ、セグメント6の外周面の接線方向に当接して支持するセグメント送りローラ14と、ローラ回転軸13と直交する方向に回転可能に支持された回転力伝達シャフト27と、回転力を生成する油圧モータ18と、油圧モータ18の回転力を回転力伝達シャフト27に伝達する第1の歯車機構(油圧モータ18の回転軸18aのかさ歯車29、回転力伝達シャフト27のかさ歯車30)と、複数のローラ回転軸13に対応してそれぞれ設けられた、回転力伝達シャフト27の回転力をローラ回転軸13に伝達する第2の歯車機構(ローラ回転軸13のかさ歯車31、回転力伝達シャフト27のかさ歯車32)とを備えている。
この構成により、ローラ回転軸13に回転力を伝達する回転力伝達機構(回転力伝達シャフト27、第1の歯車機構、第2の歯車機構)を小型化、特に上下方向のサイズを小型化することができるため、小さな専有面積でセグメント搬送装置10をシールドトンネルの底部に配置することができる。
また、トルクの大きい油圧モータ18の回転力を用いることで、第1の歯車機構及び第2の歯車機構で大きな減速を行う必要がなく、例えば1:1の減速比とすることができるため、回転力伝達機構を構成する第1の歯車機構及び第2の歯車機構を小型化することができる。
さらに、歯車機構を用いているため、ローラチェーンのような外れやゆるみ等がなく、回転力が確実に伝達される。
さらに、従来のように、ローラ回転軸のスプロケットを介して、次のローラ回転軸に回転力を伝達する場合には、駆動モータに近いローラ回転軸のスプロケットには、常に大きな負荷がかかるが、本実施の形態では、複数のローラ回転軸13に対応してそれぞれ設けられた第2の歯車機構により、回転力伝達シャフト27から各ローラ回転軸13に回転力が直接伝達されるため、特定の第2の歯車機構に負荷が集中することなく耐久性が向上される。
さらに、本実施の形態では、支持フレーム11の中空部は、密閉空間であり、回転力伝達シャフト27、第1の歯車機構及び第2の歯車機構は、支持フレーム11の密閉空間内に配置されている。
この構成により、安全性が向上すると共に、回転力伝達機構(回転力伝達シャフト27、第1の歯車機構、第2の歯車機構)への土砂や粉塵の進入を防止することができ、耐久性が向上され、土砂等の付着を簡単に洗い流すことができ、作業性が向上する。
さらに、本実施の形態では、支持フレーム12の中空部に、油圧モータ18に作動油を供給する油圧ホース26a、26bが配置されている。
この構成により、2台以上のセグメント搬送装置10を連結して使用する場合、油圧モータ18に動力を供給する動力供給ラインである油圧ホース26a、26bが錯綜することなく、容易に動力供給ラインの配管を行うことができる。
さらに、本実施の形態では、支持フレーム12の両端には、油圧ホース26a、26bの管継手25a、25bが設けられた封止板24がそれぞれ取り付けられており、支持フレーム12の中空部は、密閉空間で構成されている。
この構成により、外的要因による油圧ホース26a、26bの損傷を防止することができる。
さらに、本実施の形態は、支持フレーム11、12の周面の前方側と後方側とには、他のセグメント搬送装置10と接続具23によって連結される取手部22がそれぞれ形成されている。
この構成により、長さ調整機能を有する接続具23で前後に位置するセグメント搬送装置10の取手部22を接続することで、前後に連結するセグメント搬送装置10の間隔が調整される。また、接続具23の長さを左右で異ならせることで、カーブ部分において曲折してセグメント搬送装置10を連結させることができる。
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせ等にいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
例えば、本実施の形態では、油圧モータ18の回転力を回転力伝達シャフト27に伝達する第1の歯車機構と、回転力伝達シャフト27の回転力をローラ回転軸13に伝達する第2の歯車機構とにかさ歯車を用いたが、ウォームギアやはすば歯車を用いても良い。
また、本実施の形態では、油圧モータ18の回転軸18aを回転力伝達シャフト27に対して直交するように構成したが、油圧モータ18の回転軸18aと、回転力伝達シャフト27とを平行に配置し、平歯車等で油圧モータ18の回転力を回転力伝達シャフト27に伝達するように構成しても良い。
さらに、本実施の形態では、支持フレーム11、12を鋼管等の円筒部材で構成したが、(回転力伝達シャフト27、第1の歯車機構、第2の歯車機構)を収納する中空部を有していれば、楕円筒や多角筒であっても良い。なお、支持フレーム11、12を覆工体7の内周に載置することを考慮すると、支持フレーム11、12の外周も覆工体7の内周に内接する曲面であることが好ましい。
さらに、本実施の形態は、ひっくり返して、セグメント送りローラ14をレール等に載せることで、自走可能である。そして、セグメント送りローラ14の周面を支持フレーム11、12よりも上方に突出させると、ひっくり返して、平面上でも自走可能になる。
1 シールドトンネル
2 シールドマシン
3 スクリューコンベア
4 排土用コンベア
5 エレクター
6 セグメント
7 覆工体
10 セグメント搬送装置
11、12 支持フレーム
13 ローラ回転軸
14 セグメント送りローラ
15 踏板
16 弾性マット
17 支持板
18 油圧モータ
18a 回転軸
18b 吸込側ポート
18c 吐出側ポート
18d ドレインポート
19 支持板
20 踏板
21 弾性マット
22 取手部
23 接続具
25a、25b 管継手
24 封止板
26a、26b 油圧ホース
27 回転力伝達シャフト
28 軸受け
29、30、31、32 かさ歯車
33、34 点検用開口
35 点検扉
36 キャップ
40 油圧ポンプ

Claims (6)

  1. シールドトンネルの底部に配置され、セグメントを搬送するセグメント搬送装置であって、
    平行に配置された複数のローラ回転軸を回転可能に支持する一対の筒状の支持フレームと、
    複数の前記ローラ回転軸の外周面にそれぞれ取り付けられ、前記セグメントの外周面の接線方向に当接して支持するセグメント送りローラと、
    前記ローラ回転軸と直交する方向に回転可能に支持された回転力伝達シャフトと、
    回転力を生成する駆動モータと、
    前記駆動モータの回転力を前記回転力伝達シャフトに伝達する第1の歯車機構と、
    複数の前記ローラ回転軸に対応してそれぞれ設けられた、前記回転力伝達シャフトの回転力を前記ローラ回転軸に伝達する第2の歯車機構とを具備することを特徴とするセグメント搬送装置。
  2. 一方の前記支持フレームの中空部は、密閉空間であり、
    前記回転力伝達シャフト、前記第1の歯車機構及び前記第2の歯車機構は、前記支持フレームの密閉空間内に配置されていることを特徴とする請求項1記載のセグメント搬送装置。
  3. 他方の前記支持フレームの中空部には、前記駆動モータに動力を供給する動力供給ラインが配置されていることを特徴とする請求項1又は2記載のセグメント搬送装置。
  4. 他方の前記支持フレームの両端には、前記動力供給ラインのコネクタが設けられた封止板がそれぞれ取り付けられており、
    他方の前記支持フレームの中空部は、密閉空間であることを特徴とする請求項3記載のセグメント搬送装置。
  5. 前記駆動モータは、作動油を動力として駆動する油圧モータであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のセグメント搬送装置。
  6. 一対の前記支持フレームの周面の前方側と後方側とには、他の前記セグメント搬送装置と接続具によって連結される取手部がそれぞれ形成されていること特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のセグメント搬送装置。
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