JP2797170B2 - シ−ルド掘進機におけるシ−ル部へのグリ−ス給脂圧力制御方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地中のトンネルを掘削
するシ−ルド掘進機において、カッタホイ−ル側回転体
とシ−ルド本体との間に土砂等の侵入を防止するための
方法および装置に関し、特に、高圧力下の地中の掘削に
好適なシ−ルド掘進機におけるシ−ル部へのグリ−ス給
脂圧力制御方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、シ−ルド掘進機におては、カッタ
ホイ−ル側回転体とシ−ルド本体との間に土砂等が侵入
しない様にその間にシ−ル装置を設け、そのシ−ル装置
にグリ−スを外圧より少し高い圧力で供給してシ−ルす
ることが従来より一般に行われていた。しかしながら、
この方法では、外圧とシ−ルド本体内との圧力差が大き
い高深度のトンネルを掘削する場合、シ−ルが外圧に耐
えきれずシ−ルの寿命を短くしていた。

【０００３】そこで、カッタホイ−ル側回転体とシ−ル
ド本体との間に、複数のシ−ルを軸方向に間隔をおいて
配設し、各シ−ル間に形成された圧力室に、それぞれ順
次差圧を設けてグリ−スを供給し、シ−ル装置全体の耐
圧性能を向上させたシ−ル装置が提案（実公平４−２２
３８号）されている。

【０００４】この装置は、各シ−ル装置間に形成される
複数の圧力室に、潤滑剤供給タンクから加圧ポンプによ
り加圧潤滑剤を供給すると共に、各圧力室と供給タンク
とを接続する出口側管路に圧力制御弁を介装して潤滑剤
循環系路を構成し、高圧側シ−ル装置の外部に圧力検出
器を設け、該圧力検出器により検出した圧力値に基づい
て該圧力値若しくはこれよりやや高い圧力値を最高圧と
して高圧側圧力室より前記圧力室数に応じて順次減圧し
各隣接圧力室に差圧が生じるように各圧力室の圧力値を
設定する圧力設定機構を、前記各圧力制御弁に接続した
ものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
シ−ル装置にあっては、外圧とシ−ルド本体内との圧力
差が大きい高深度のトンネルを掘削することは可能では
あるが、各圧力室の圧力制御を圧力制御弁で行っている
ので、流動性の悪いグリ−ス等の潤滑剤では圧力制御が
精度良く制御できないという問題があった。

【０００６】しかも、各圧力室の出側で圧力制御を行っ
ているので、圧力の低い室では潤滑剤の流量が多くなり
大型の加圧ポンプが必要になる。また、各圧力室の圧力
制御を、カッタ側から順次減圧する方式のみであるた
め、シ−ルのシ−ル面（シ−ルが回転体に接触する面）
に潤滑剤が流入しずらいので、シ−ルの寿命が短くなる
という問題があった。

【０００７】本発明は、従来の技術の有するこのような
問題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、各圧力室の圧力制御を容易、かつ、精度よく行
うことができ、しかも、シ−ル面にも定期的にグリ−ス
を給脂することができるシ−ルド掘進機におけるシ−ル
部へのグリ−ス給脂圧力制御方法および装置を提供しよ
うとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明におけるシ−ルド掘進機におけるシ−ル部へ
のグリ−ス給脂圧力制御方法は、カッタホイ−ル側回転
体とシ−ルド本体との間に、回転体の軸方向に間隔をお
いて複数個のシ−ルが設けられたシ−ルド掘進機におい
て、グリ−スポンプよりグリ−ス給脂配管を介して前記
各シ−ル間の夫々の圧力室にグリ−スを注入して、該グ
リ−ス圧をカッタ側の圧力室からシ−ルド本体側の圧力
室に向って順次低圧に保持するように制御すると共に、
シ−ル面の一つにグリ−スを給脂する場合、一時的にシ
−ル面のシ−ルド本体側の圧力室のグリ−ス圧を、当該
圧力室に隣接するカッタ側の圧力室の圧力より高くして
シ−ル面に給脂を行うようにしたものである。

【０００９】また、その装置としては、カッタホイ−ル
側回転体とシ−ルド本体との間に、回転体の軸方向に間
隔をおいて複数個のシ−ルが設けられたシ−ルド掘進機
において、前記各シ−ル間に圧力室を設け、かつ該圧力
室内のグリ−ス圧を検出する圧力センサを設けると共
に、前記圧力室の夫々に接続したグリ−ス給脂配管にグ
リ−スの給脂圧力を調整可能なブ−スタ型ポンプを設
け、前記各圧力センサの検出信号に基づいて前記ブ−ス
タ型ポンプの給脂圧力をコントロ−ルして、前記各圧力
室のグリ−ス圧をカッタ側の圧力室からシ−ルド本体側
の圧力室に向って順次低圧に保持する制御部、及びシ−
ル面のシ−ルド本体側の圧力室のグリ−ス圧を当該圧力
室に隣接するカッタ側の圧力室の圧力より高くする制御
部を有するグリ−ス給脂制御装置を設けていることにあ
る。

【００１０】

【作用】グリ−スポンプよりグリ−ス給脂配管を介して
各シ−ル間の夫々の圧力室にグリ−スを注入して、該グ
リ−ス圧をカッタ側の圧力室からシ−ルド本体側の圧力
室に向って順次低圧に保持するように制御する。そし
て、シ−ル面の一つにグリ−スを給脂する場合、一時的
に、例えば、カッタに一番近い圧力室のグリ−ス圧を外
圧より高くしてカッタに一番近いシ−ルのシ−ル面にグ
リ−スを給脂する。その際、夫々のシ−ル間の圧力差が
シ−ルの耐圧より大きくならないように別の圧力室のグ
リ−ス圧も高く制御する。このようにして、カッタ側の
圧力室のグリ−ス圧又は外圧よりその内側の圧力室のグ
リ−ス圧を高くするようにして、シ−ル面へのグリ−ス
の給脂を行う。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照して説明する。図１は、シ−ルド掘進機のシ−ルへの
グリ−ス給脂配管図、図２は、耐圧２０気圧シ−ルを用
いた場合の外圧４０気圧対応の各圧力室のグリ−ス設定
圧を示した図、図３は、各圧力室へのグリ−ス給脂圧の
設定パタ−ン図、図４は、シ−ル背面からシ−ル面ヘグ
リ−スを給脂するために必要な背圧力（△ｐ）の実験デ
−タ図である。

【００１２】１は円盤状のカッタホイ−ルで、該カッタ
ホイ−ル１は駆動軸２の先端部に取付けられている。駆
動軸２は図示しない軸受を介してシ−ルド本体３に回転
可能に軸支されていると共に、駆動用歯車４が後部に設
けられている。そして、カッタホイ−ル１は、図示しな
い動力源により駆動用歯車４が回されて回転するように
なっている。

【００１３】５はシ−ルド本体３と駆動軸２との間に設
けられたシ−ルで、該シ−ル５は駆動軸２の軸方向に間
隔をおいて複数個（実施例では５個）シ−ル押え６を介
して駆動軸２に取付けられている。７は各シ−ル５の間
に形成された圧力室で、該圧力室７はシ−ル５の個数よ
り一つ少ない数となっている。各圧力室７には、外部か
らの給脂配管１０と各圧力室７の給脂圧力を検出する圧
力センサ８が設けられている。また、シ−ル５側に侵入
しようとする泥水または泥土の圧力を検出する圧力セン
サ９も設けられている。（圧力センサ９については、必
ずしも必要ではなく、場合によっては省くこともありう
る）

【００１４】次に、各圧力室７にグリ−スを給脂する回
路について説明するが、本発明では、一つの圧力室７に
対してグリ−ス給脂ポンプより直接設定された圧のグリ
−スを給脂するようにしているので、実施例では一つの
圧力室７に対して少なくとも一つのグリ−ス給脂ポンプ
を設けるようにしている。従って、グリ−ス給脂回路に
ついては、一つの圧力室７に給脂している回路のみ説明
し、他の圧力室７のグリ−ス給脂回路の説明は省略す
る。

【００１５】１１，１２はグリ−ス給脂ポンプで、該ポ
ンプ１１，１２はグリ−スの給脂圧を容易に制御できる
ブ−スタタイプのポンプ（例えば、空圧−グリ−ス式ブ
−スタまたは、油圧−グリ−ス式ブ−スタ等）であり、
実施例では空圧−グリ−ス式ブ−スタを使用している。
そして、圧力室７にグリ−スを連続的に給脂するため
に、ブ−スタが２基設けられている。

【００１６】ブ−スタ１１の二次側（グリ−ス封入側）
１３は、前記した給脂配管１０に方向切換弁１５を介し
て圧力室７に接続され、ブ−スタ１１の一次側（空圧源
側）１４は、空気配管１６に方向切換弁１７，圧力設定
器１８を介してコンプレッサ１９に接続されている。圧
力設定容器１８は、ブ−スタ一次側１４に供給する空気
の圧力を調整して圧力室７へのグリ−スの給脂圧を決め
ている。そして、圧力室７の圧力は、圧力センサ７によ
って測定され、その測定値は圧力設定器１８にフィ−ド
バックされる。

【００１７】２０はグリ−スパック（グリ−ス給脂ポン
プ）で、該グリ−スパック２０はブ−スタ１１の二次側
１３にグリ−スを供給するためのものであり、供給配管
２２に方向切換弁２１を介してブ−スタ１１の二次側に
接続されている。２３はブ−スタ１１内に収納されたピ
ストンで、２４はピストン２３の位置を検出する位置検
出センサで、２５はピストン２３の移動速度を検出する
移動速度検知センサである。

【００１８】また、もう一方のブ−スタ１２の二次側
は、給脂配管２６を介して方向切換弁１５に接続されて
いると共に、供給配管２７を介して方向切換弁２１に接
続されている。そして、ブ−スタ１２の一次側は、空気
配管２８を介して方向切換弁１７に接続されている。な
お、ブ−スタ１２の一次側の回路については、ブ−スタ
１１と同一なので構造の説明は省略する。また、別の圧
力室も前記した様なグリ−ス給脂回路が接続されてい
る。

【００１９】また、各圧力室７に対して適正な圧力のグ
リ−スを給脂するために、グリ−ス給脂制御装置が設け
られており、該グリ−ス給脂制御装置には、圧力センサ
８，９，ピストン２３の位置検出センサ２４，移動速度
検知センサ２５及び方向切換弁１５，１７，２１，圧力
設定器１８が接続されている。そして、グリ−ス給脂制
御装置には、後述する各圧力室７のグリ−ス圧をカッタ
側の圧力室７からシ−ルド本体側の圧力室７に向って順
次低圧に保持する制御部、及びシ−ル面のシ−ルド本体
側の圧力室７のグリ−ス圧を、当該圧力室７に隣接する
カッタ側の圧力室の圧力より高くする制御部を有する。

【００２０】次に、圧力室７にグリ−スを給脂する動作
について説明する。なお、この実施例では、シ−ル５は
耐圧２０気圧のシ−ルを使用すると共に、図２に示す様
に、外圧は４０気圧で、カッタホイ−ル１に一番近い圧
力室７ａを２５気圧、次の圧力室７ｂを１５気圧、次の
圧力室７ｃを５気圧、最終の圧力室を２気圧になるよう
に設定した例で説明する。

【００２１】まず、ブ−スタ１１にグリ−スを補給する
ために、コンプレッサ１９で加圧された空気を、空気配
管１６を介してブ−スタ１１の一次側１４に供給してピ
ストン２３をブ−スタ１１の二次側に移動させておく。
その後、グリ−スパック２０等のグリ−ス給脂装置を稼
働させ、給脂配管１０の経路中の方向切換弁１５を閉お
よび空気配管１６の方向切換弁１７を大気解放状態に
し、グリ−スの供給配管２２の方向切換弁２１を開にし
て、ブ−スタ１１の二次側１３にグリ−スが補給する。
また、ブ−スタ１２についても前記ブ−スタ１１で行っ
た操作をする。

【００２２】次に、グリ−スの供給配管２２の方向切換
弁２１を閉にすると共に、空気配管１６の方向切換弁１
７を開にして、ブ−スタ１１の一次側１４に圧力設定器
１８で設定された空気を供給する。この状態で給脂配管
１０の方向切換弁１５を閉にすると圧力室７ａにグリ−
スが給脂される。また、別の圧力室７ｂ，７ｃ，７ｄに
対しても上記した動作がほぼ同時に行われる。そして、
各圧力センサ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄで各圧力室７ａ，
７ｂ，７ｃ，７ｄのグリ−ス圧を検出して、その検出信
号をグリ−ス給脂制御装置に送り、該グリ−ス給脂制御
装置は、前記検出信号に基づいて各圧力設定器１８の設
定圧をコントロ−ルしてフィ−ドバック制御を行い、圧
力室７ａを２５気圧に、圧力室７ｂを１５気圧に、圧力
室７ｃを５気圧に、圧力室７ｄを２気圧に設定する。各
圧力室７のグリ−ス圧を上記の様に設定することで、外
圧に対するシ−ルは達成される。

【００２３】次に、シ−ル自身の摩耗の最小化やシ−ル
面への土砂の侵入を防止するために、シ−ル面へグリ−
スを給脂する給脂圧力パタ−ン制御について説明する。
図４には、駆動軸２の直径が１５００mmの試験機に取付
けたシ−ルのシ−ル面に、５０〜１００cc／分のグリ−
スを給脂するのに必要な背圧力（△ｐ）の実験デ−タが
示されている。このデ−タを見ると、圧力室の圧力が高
くなるほど背圧を高くしなければならないことがわか
る。

【００２４】ここで、給脂圧力パタ−ン制御について図
３を参照して説明する。時間ａの間は、圧力室７を上記
した如くカッタホイ−ル１に近い順から、２５，１５，
５，２気圧になる様に設定しておき、時間ａが終わって
時間ｂの位置になると、圧力室７ａのグリ−ス圧を外圧
４０気圧プラス背圧力△ｐ以上のグリ−ス圧にすると共
に、それ以外の圧力室７ｂ，７ｃ，７ｄもそれに伴って
時間ａで設定されていたカッタホイ−ル側の圧力室７
ａ，７ｂ，７ｃのグリ−ス圧プラス背圧力△ｐ以上のグ
リ−ス圧にする。すると、圧力室７ａのグリ−ス圧が外
圧より背圧力△ｐ以上高くなって、グリ−スがシ−ル５
ａに流入してシ−ル５ａのシ−ル面にグリ−スを給脂す
る。請求の範囲での「隣接するカッタ側の圧力室の圧力
より高く」の圧力室には、上記の外圧も含んでいる。

【００２５】次に、圧力室７ａのグリ−ス圧のみを２５
気圧に戻すと、圧力室７ｂのグリ−ス圧が圧力室７ａの
グリ−ス圧より背圧力△ｐ以上高くなるので、グリ−ス
がシ−ル５ｂに流入してシ−ル５ｂのシ−ル面にグリ−
スを給脂する。その後、上記と同様に、順次圧力室７
ｃ，７ｄと通常の設定圧に戻してシ−ル５ｃ，５ｄのシ
−ル面にグリ−スを給脂する。

【００２６】上記した給脂圧力パタ−ン制御は一例であ
り、圧力室７のグリ−ス圧が低い方から順にグリ−ス圧
を高くしてシ−ル面に給脂するようにしても良いし、シ
−ル５ａが一番土砂侵入の虞れがあるので、シ−ル５ａ
にグリ−スを給脂する回数を他のシ−ルより多くする給
脂圧力パタ−ン制御を行うようにしても良い。ようする
に本願での給脂圧力パタ−ン制御は、シ−ル５の背面か
らシ−ル面へグリ−スを流入させるために、一時的にカ
ッタ側の圧力室７より内側の圧力室７のグリ−ス圧を高
くすることであり、その際に、隣り合う室の圧力差が使
用するシ−ルの耐圧以上にならないように、夫々の圧力
室の圧力バランスを考慮して行っている。

【００２７】なお、本実施例ではシ−ルを耐圧２０気圧
用を使用し、圧力室を４ケ所設けた例を示したが、これ
に限定されることなく、シ−ルの種類、圧力室の数は使
用するシ−ルド掘進機の性能に合せて適宜行う。（圧力
室を多く増やすほど使用するシ−ルの耐圧性が低くても
利用することができる。）また、圧力室７にグリ−スを
給脂するブ−スタを２つ設けた例を示したが、シ−ルド
掘進機においては、グリ−スの完全な連続給脂は必要な
い場合もあり、ブ−スタを１つ設けた装置でも良い。

【００２８】また、ピストン２３の位置検出センサが設
けられているので、グリ−スの補給管理が容易であると
共に、ピストン２３の移動速度検知センサが設けられて
いるので、単位時間当りのグリ−スの使用量がつかめ、
シ−ルの状況がある程度予測することができる。また、
カッタホイ−ル側に設けた圧力センサ９の検出値に基づ
いて各圧力室７の給脂圧力をコントロ−ルするようにす
れば、外圧の変動に合せて圧力室７のグリ−スの給脂圧
をコントロ−ルできるので、よりシ−ルの寿命を良くす
ると共に、圧力室内への土砂等の侵入を防止することが
できる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、シ−ル
面にグリ−スが定期的に給脂されるので、シ−ル自体の
寿命を長くすることができると共に、圧力室内への土砂
等の侵入物の侵入が防止でき、また、グリ−スを定期的
にしか給脂しないのでグリ−スの使用量が少なくてす
む。

【図面の簡単な説明】

【図１】シ−ルド掘進機のシ−ルへのグリ−ス給脂配管
図である。

【図２】耐圧２０気圧シ−ルを用いた場合の外圧４０気
圧対応の各圧力室のグリ−ス設定圧を示した図である。

【図３】各圧力室へのグリ−ス給脂圧の設定パタ−ン図
である。

【図４】シ−ル背面からシ−ル面へグリ−スを給脂する
ために必要な背圧力（△ｐ）の実験デ−タ図である。

【符号の説明】

１ カッタホイ−ル ２ 駆動軸 ３ シ−ルド本体 ５ シ−ル ７ 圧力室 ８ 圧力センサ ９ 圧力センサ １０ 給脂配管 １１ ブ−スタ（グリ−スポンプ） １２ ブ−スタ（グリ−スポンプ） １８ 圧力設定器 １９ コンプレッサ ２０ グリ−スパック

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カッタホイ−ル側回転体とシ−ルド本体
   との間に、回転体の軸方向に間隔をおいて複数個のシ−
   ルが設けられたシ−ルド掘進機において、グリ−スポン
   プよりグリ−ス給脂配管を介して前記各シ−ル間の夫々
   の圧力室にグリ−スを注入して、該グリ−ス圧をカッタ
   側の圧力室からシ−ルド本体側の圧力室に向って順次低
   圧に保持するように制御すると共に、シ−ル面の一つに
   グリ−スを給脂する場合、一時的にシ−ル面のシ−ルド
   本体側の圧力室のグリ−ス圧を、当該圧力室に隣接する
   カッタ側の圧力室の圧力より高くしてシ−ル面に給脂を
   行うようにしたシ−ルド掘進機におけるシ−ル部へのグ
   リ−ス給脂圧力制御方法。
2. 【請求項２】 カッタホイ−ル側回転体とシ−ルド本体
   との間に、回転体の軸方向に間隔をおいて複数個のシ−
   ルが設けられたシ−ルド掘進機において、前記各シ−ル
   間に圧力室を設け、かつ該圧力室内のグリ−ス圧を検出
   する圧力センサを設けると共に、前記圧力室の夫々に接
   続したグリ−ス給脂配管にグリ−スの給脂圧力を調整可
   能なブ−スタ型ポンプを設け、前記各圧力センサの検出
   信号に基づいて前記ブ−スタ型ポンプの給脂圧力をコン
   トロ−ルして、前記各圧力室のグリ−ス圧をカッタ側の
   圧力室からシ−ルド本体側の圧力室に向って順次低圧に
   保持する制御部、及びシ−ル面のシ−ルド本体側の圧力
   室のグリ−ス圧を当該圧力室に隣接するカッタ側の圧力
   室の圧力より高くする制御部を有するグリ−ス給脂制御
   装置を設けていることを特徴とするシ−ルド掘進機にお
   けるシ−ル部へのグリ−ス給脂圧力制御装置。