JP2020105789A - シールド掘進機 - Google Patents

Abstract

【課題】減速機内の潤滑油の液面高さを電気的に検出することができるシールド掘進機を提供する。【解決手段】シールド掘進機は、回転可能に構成されたカッターヘッドと、カッターヘッドに対して駆動モータの回転力を伝達すると共に潤滑油が充填されたケーシングを有する減速機と、ケーシング内の潤滑油の液面高さを直接又は間接的に検出するセンサとを備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、シールド掘進機に関する。

従来、地中推進工事にはシールド掘進機が用いられている。シールド掘進機には、回転可能に構成されたカッターヘッドが設けられている。このカッターヘッドはモータにより減速機を介して回転されるように構成されている。減速機は潤滑油が充填されたケーシングを有している。

潤滑油不足による減速機の焼き付きや、潤滑油過量に起因した発熱による潤滑性能の低下を防ぐために、減速機のケーシング内の潤滑油の量を定期的に確認することが重要となっている。従来、現場の作業者が減速機のケーシング側面に設けられた窓部を介して油面高さを目視確認していた。しかし、この方法では、作業者が減速機の位置まで行って確認する必要があるため、常時確認することが困難であり、また作業者にとっても面倒である。

ところで、シールド掘進機ではないが、機械の一例である産業用ロボットに、その減速機内の潤滑油の状態を検出するオイル状態センサを設けることが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１の技術では、発光素子によって発せられた光のうち油用隙間においてオイル中の鉄粉などの汚染物質によって吸収されなかった波長の光をカラー受光素子で検出するので、機械本体のオイル中の汚染物質の色を即時に検出することができる。そして、カラー受光素子によって検出した光の色に基づいて機械本体のオイル中の汚染物質の種類および量を特定することができるとのことである。

特開２０１３−２３４８９８号公報

しかしながら、特許文献１のオイル状態センサは、機械本体のオイル中の汚染物質の種類および量を特定するものであって、減速機内の潤滑油の液面高さを電気的に検出するものではない。

そこで、本発明は、減速機内の潤滑油の液面高さを電気的に検出することができるシールド掘進機を提供することを目的とする。

本発明のシールド掘進機は、回転可能に構成されたカッターヘッドと、前記カッターヘッドと駆動モータとの間に介在し、潤滑油が充填されたケーシングを有する減速機と、前記ケーシング内の潤滑油の液面高さを直接又は間接的に検出するセンサと、を備えているものである。

本発明に従えば、センサにより減速機のケーシング内の潤滑油の液面高さが直接又は間接的に検出されるようになっているので、作業者が減速機の位置まで行って確認する必要がない。そのため、作業者にとって面倒な作業が生じない。また、プラグ等からの潤滑油漏れが生じた場合でも、それを長時間放置するようなことが生じ難いので、減速機の損傷を防ぐことができ、それにより修復費用やダウンタイム（掘削できない時間）が低減される。

上記発明において、シールド掘進機は前記ケーシングの下部に設けられて前記潤滑油を排出するドレンポートおよび前記ドレンポートに接続されたドレン配管を備え、前記センサは、前記ドレン配管に接続されて当該ドレン配管内の潤滑油の圧力を検出する圧力センサであり、シールド掘進機は前記圧力センサにより検出された圧力を前記潤滑油の液面高さに換算する算出装置と、前記算出装置により得られた前記潤滑油の液面高さを報知する報知装置とをさらに備えることが好ましい。

上記構成に従えば、圧力センサによる検出結果である圧力から潤滑油の液面高さを算出することができる。また、作業者は、報知装置により潤滑油量が適正量であることを容易に随時確認することができるので、減速機の延命化を図ることが可能となる。さらに、圧力センサは例えば光学センサ等の他のセンサに比べ安価であるため、コストを抑えることができる。なお、報知装置は、潤滑油の液面高さを視覚的に知らせる表示装置および当該液面高さを聴覚的に知らせる音声装置を含む。

上記発明において、シールド掘進機は、前記潤滑油の液面高さの上限値および下限値を予め記憶する記憶装置をさらに備え、前記報知装置は、前記算出装置により得られた前記潤滑油の液面高さが前記記憶装置に記憶された前記上限値を超える場合又は前記下限値未満の場合に警告を報知するように構成されていることが好ましい。

上記構成に従えば、作業者は報知装置の警告によって異常を容易に認識することができる。

上記発明において、シールド掘進機は、前記記憶装置は、前記上限値よりも高い値である上極限値および前記下限値よりも低い値である下極限値を予め記憶しており、前記報知装置による警告の報知の後、所定時間が経過し又は前記潤滑油の液面高さが前記記憶装置に記憶された前記上極限値を超える場合もしくは前記下極限値未満の場合に、掘削動作を停止させる制御装置をさらに備えてもよい。

上記構成に従えば、潤滑油不足による減速機の焼き付きや潤滑油過量に起因した発熱による潤滑性能の低下が生じる前にカッターヘッドの回転を含めた掘削動作を停止させることができる。

本発明によれば、減速機内の潤滑油の液面高さを電気的に検出することが可能なシールド掘進機を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るシールド掘進機を示す断面図である。 図１の減速機の拡大図である。 シールド掘進機の各構成要素を示すブロック図である。 各減速機を掘進機本体の後方から見た図である。

以下、本発明に係る実施形態のシールド掘進機について図面を参照して説明する。以下に説明するシールド掘進機は、本発明の一実施形態に過ぎない。従って、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除および変更が可能である。

図１に本発明の一実施形態に係るシールド掘進機１を示す。以下では、シールド掘進機１を、加泥剤を添加して掘削土砂を泥土化し、切羽に泥土圧をかけて掘削を行う泥土圧式のシールド掘進機として説明を行うが、本発明は、カッターチャンバ内に泥水を送って切羽に泥水圧をかけて掘削を行う泥水式のシールド掘進機にも適用することができる。また、本実施形態では、シールド掘進機１はローラーカッター式であるが、カッタービット式のものであってもよい。

図１に示すように、本実施形態のシールド掘進機１は、筒状の掘進機本体１０と、掘進機本体１０の前方（シールド掘進機１の進行方向）に配置され、カッターが設けられたカッターヘッド１１とを含む。

上記の掘進機本体１０は前胴１２および後胴１３を含む。掘進機本体１０はいわゆる中折れ型に構成されており、折れ曲がり可能となっている。前胴１２および後胴１３の内側には、セグメントリング２５を押圧して掘進機本体１０を前進させる複数のシールドジャッキ１４が配置されている。これらのシールドジャッキ１４は、ジャッキスプレッダーを既設のセグメントリング２５に向けて伸長させることで反力を受ける。このような構成において、カッターヘッド１１を回転させながら上記ジャッキスプレッダーを伸長させることで、地山を掘削しつつ掘進機本体１０を前進させることができる。

前胴１２の前部には、カッターヘッド１１と共にカッターチャンバを形成する隔壁部２３が掘進機本体１０の径方向に延在して設けられている。この隔壁部２３の後方には減速機３０および駆動モータ３１が設けられている。減速機３０はカッターヘッド１１と駆動モータ３１との間に介在する。また、減速機３０の出力軸は、隔壁部２３に設けられた図略の孔部を介して、隔壁部２３の前方に配置されたギア２０に接続されている。ギア２０は隔壁部２３の前方に配置されたギア２１に噛合されている。ギア２１は複数の連結部材２２を介してカッターヘッド１１に連結されている。このような構成において、駆動モータ３１による回転動力は減速機３０を介して図略のカッタードラムに伝達された後、ギア２０，２１および連結部材２２を介してカッターヘッド１１に伝達される。こうしてカッターヘッド１１が回転駆動されることで、シールド掘進機１による掘削が行われるようになっている。

次に、本実施形態のシールド掘進機１の減速機３０について説明する。図２に示すように、減速機３０は、潤滑油が充填されたケーシング３２と、ケーシング３２に設けられた窓部３３と、ケーシング３２の下部に設けられたドレンポート３５と、このドレンポート３５に接続されたドレン配管３４と、ドレン配管３４に接続された圧力センサ３６とを有している。図４に示すように、本実施形態では、複数の減速機３０が円を描くように隣接して設けられている。

減速機３０のケーシング３２は大略円筒状に形成されている。窓部３３は側面視でケーシング３２の径方向の中心に設けられており、ケーシング３２内の潤滑油の液面が示されるものである。具体的には、ケーシング３２内の潤滑油の液面が窓部３３の内側円の高さ方向における最高位置（上限を規定する位置）と最低位置（下限を規定する位置）との間に位置すれば、正常な油量となる。これに対して、潤滑油の液面が上記最高位置と上記最低位置との間にない場合、すなわち潤滑油の液面が上限値を超える場合および下限値未満の場合には、正常でない油量となる。なお、作業者は、ケーシング３２内の潤滑油の量を、窓部３３を介して確認することもできる。

ドレンポート３５に接続されたドレン配管３４は、減速機３０の軸線方向に直交する方向に延在する第１部分３４ａと当該第１部分３４ａに繋がって減速機３０の軸線方向に延在する第２部分３４ｂとを含んで構成されている。すなわち、ドレン配管３４は、Ｌ字型に形成されている。ドレン配管３４の第１部分３４ａは、減速機３０のケーシング３２の最外径の１／２よりも短く形成されている。なお、ドレン配管３４の第２部分３４ｂの下流端部には潤滑油充填口を開栓および閉栓するプラグ４１が設けられている。

また、圧力センサ３６は、ドレン配管３４の第２部分３４ｂの下流端に接続されている。圧力センサ３６は、ドレン配管３４内の潤滑油の圧力（すなわち、ケーシング３２内の潤滑油の圧力）を検出するように構成されている。これにより、潤滑油の液面高さが電気的に検出されるようになっている。そして、本実施形態では、後述するように、圧力センサ３６により検出された圧力は算出装置３９により潤滑油の液面高さに換算されるようになっている。

次いで、本実施形態のシールド掘進機１は、図３に示すように、上述の圧力センサ３６の他に、記憶装置３７と、報知装置３８と、算出装置３９と、制御装置４０とを有している。なお、算出装置３９および制御装置４０は、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリとＣＰＵを有するコンピュータであり、ＲＯＭに格納されたプログラムがＣＰＵにより実行される。

算出装置３９は、圧力センサ３６による検出値を受け取り、その検出値である圧力を所定の算出式を用いて潤滑油の液面高さに換算するように構成されている。以下、具体的に説明する。

算出装置３９は、上記所定の算出式として、ｐ＝ρｇＨ、つまり、Ｈ＝ｐ／（ρ・ｇ）を用いて液面高さを算出する。上記算出式により算出されるＨは油面高さであり、その単位は例えばｃｍである。Ｐは圧力センサ３６の検出値であり、その単位はＰａ（＝Ｎ／ｍ^２）である。ρは潤滑油の密度であり、その単位はｋｇ／ｍ^３である。ｇは重力加速度であり、その単位はｍ／ｓ^２である。

例えば、ρが０．８７８×１０^３である場合には、Ｈ＝Ｐ／（０．８７８×１０^３×９．８）となるので、これから導けるＨ（単位ｃｍ）＝０．０１１６２・Ｐと、圧力センサ３６の検出値とから、液面高さであるＨを算出することが可能となる。以上のようにして、算出装置３９によってケーシング３２内の潤滑油の液面高さが算出されるようになっている。算出装置３９により算出された上記液面高さは報知装置３８によって作業者に対して視覚的に或いは聴覚的に又はその両方により報知されるようになっている。

記憶装置３７は、例えばハードディスクやメモリから構成され、潤滑油の液面高さの上限値および下限値を記憶する。また、記憶装置３７は、上記の上限値よりも高い値である上極限値および上記の下限値よりも低い値である下極限値を予め記憶する。なお、記憶装置３７は、使用する潤滑油の種類ごと（油密度が異なる潤滑油ごと）および減速機３０の型番（態様）ごとに潤滑油の液面高さの上限値および下限値を記憶してもよい。

報知装置３８は、例えば視覚的に報知する表示装置で構成されてもよいし、聴覚的に報知する音声装置で構成されてもよいし、これらが組み合わされたもので構成されてもよい。報知装置３８は、例えば、異常を報知すべき際に点灯するランプ或いはディスプレイ装置であってもよいし、又は、異常を報知すべき際に音を鳴らすアラームであってもよい。このような報知装置３８は、算出装置３９により算出された潤滑油の液面高さを視覚的に或いは聴覚的に又はその両方により報知すると共に、上記液面高さが記憶装置３７に記憶された上限値を超える場合又は下限値未満の場合に警告を報知するように構成されている。

制御装置４０は、報知装置３８による警告の報知の後、所定時間が経過し又は潤滑油の液面高さが記憶装置３７に記憶された上極限値を超える場合もしくは下極限値未満の場合に、カッターヘッド１１の回転を含めた掘削動作を停止させるように構成されている。報知装置３８による警告の報知をまず行って、作業者がそれに気付かない場合において安全性を担保するためである。なお、制御装置４０は、報知装置３８による警告の報知の後、所定時間が経過しかつ潤滑油の液面高さが記憶装置３７に記憶された上極限値を超える場合又は下極限値未満の場合に、カッターヘッド１１の回転を含めた掘削動作を停止させるように構成されていてもよい。

以上説明したように、本実施形態のシールド掘進機１によれば、圧力センサ３６により検出された減速機３０のケーシング３２内の潤滑油の圧力から当該潤滑油の液面高さが算出されて報知されるようになっている。そのため、作業者が減速機３０の位置まで行って確認することなく上記液面高さを確認することができる。そのため、作業者にとって面倒な作業が生じない。以上により、シールド掘進機１は、減速機３０のケーシング３２内の潤滑油の量が確認し易くなっている。また、プラグ４１等からの潤滑油漏れが生じた場合でも、それを長時間放置するようなことが生じ難いので、減速機３０の損傷を防ぐことができ、それにより修復費用やダウンタイム（掘削できない時間）が低減される。さらに、潤滑油量が適正量であることを容易に随時確認することができるので、減速機３０の延命化を図ることが可能となる。

また、本実施形態では、センサとして、例えば光学センサ等の他のセンサに比べて安価である圧力センサ３６を採用しているため、コストを抑えることができる。

また、本実施形態では、算出装置３９により算出された潤滑油の液面高さが記憶装置３７に記憶された上限値を超える場合又は下限値未満の場合に報知装置３８により警告が報知されるので、作業者は容易に異常を認識することができる。

また、本実施形態では、報知装置３８による警告の報知の後所定時間経過後に制御装置４０によりカッターヘッド１１の回転が停止されるようになっている。これにより、潤滑油不足による減速機３０の焼き付きや、潤滑油過量に起因した発熱による潤滑性能の低下が生じる前に、カッターヘッド１１の回転を停止させることができる。

さらに、本実施形態では、ドレン配管３４がＬ字型に形成されているので、シールド掘進機１に複数の減速機３０を隣接して設けている場合に、狭いスペースでもドレン配管３４を配置することが可能となる。

（他の実施形態）
本発明は上述の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。例えば以下の通りである。

上記実施形態では、圧力センサ３６により検出されたドレン配管３４内の潤滑油の圧力（ケーシング３２内の潤滑油の圧力）から当該潤滑油の液面高さを換算するように構成したが、これに限定されるものではなく、圧力センサ３６の検出値と上記液面高さとの対応関係を予め取得しておくことを前提に、圧力センサ３６による検出値そのものを潤滑油の液面高さを間接的に知る上での指標としてもよい。

また、上記実施形態において、潤滑油の液面高さによって、カッターヘッド１１の起動条件や回転条件を制御するように構成してもよい。

また、上記実施形態では、ケーシング３２内の潤滑油の液面高さを直接又は間接的に検出するセンサとして圧力センサ３６を採用したが、これに限定されるものではなく、潤滑油の液面高さを検出することが可能なものであれば、例えば光学センサ、赤外線センサ、レーザセンサ、レベルセンサ、油温センサ、加速度センサ、ジャイロセンサ、マグネットセンサ、ドップラセンサ、角度センサ、位置センサ、および画像センサ等の他のセンサを採用することも可能である。

さらに、上記実施形態では、圧力センサ３６をドレン配管３４の第２部分３４ｂの下流端に接続することとしたが、これに限定されるものではなく、圧力センサ３６の接続位置は例えばドレン配管３４の第２部分３４ｂの上流端でもよく、またドレン配管３４の第１部分３４ａであってもよい。

１ シールド掘進機
１１ カッターヘッド
３０ 減速機
３１ 駆動モータ
３２ ケーシング
３３ 窓部
３４ ドレン配管
３４ａ 第１部分
３４ｂ 第２部分
３５ ドレンポート
３６ 圧力センサ（センサ）
３７ 記憶装置
３８ 報知装置
３９ 算出装置
４０ 制御装置

Claims (4)

1. 回転可能に構成されたカッターヘッドと、
   前記カッターヘッドと駆動モータとの間に介在し、潤滑油が充填されたケーシングを有する減速機と、
   前記ケーシング内の潤滑油の液面高さを直接又は間接的に検出するセンサと、を備えている、シールド掘進機。
2. 前記ケーシングの下部に設けられて前記潤滑油を排出するドレンポートおよび前記ドレンポートに接続されたドレン配管を備え、
   前記センサは、前記ドレン配管に接続されて当該ドレン配管内の潤滑油の圧力を検出する圧力センサであり、
   前記圧力センサにより検出された圧力を前記潤滑油の液面高さに換算する算出装置と、
   前記算出装置により得られた前記潤滑油の液面高さを報知する報知装置とをさらに備えた、請求項１に記載のシールド掘進機。
3. 前記潤滑油の液面高さの上限値および下限値を予め記憶する記憶装置をさらに備え、
   前記報知装置は、前記算出装置により得られた前記潤滑油の液面高さが前記記憶装置に記憶された前記上限値を超える場合又は前記下限値未満の場合に警告を報知するように構成されている、請求項２に記載のシールド掘進機。
4. 前記記憶装置は、前記上限値よりも高い値である上極限値および前記下限値よりも低い値である下極限値を予め記憶しており、
   前記報知装置による警告の報知の後、所定時間が経過し又は前記潤滑油の液面高さが前記記憶装置に記憶された前記上極限値を超える場合もしくは前記下極限値未満の場合に、掘削動作を停止させる制御装置をさらに備えた、請求項３に記載のシールド掘進機。

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