JP3886200B2 - 多軸スクリューコンベア - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は各種シールドマシンの排土手段、汎用縦向きコンベア、或いは礫用ポンプ等として活用できる、多軸スクリューコンベアに関する。
【0002】
【従来の技術】
一般にシールドマシンは切羽側の掘削土砂を排土するスクリューコンベアを具備している。この種のスクリューコンベアは、両端を開放した外筒と、この外筒内に収容したスクリューと、スクリューに回転を付与するモータとからなり、スクリューの回転送りによりスクリューと外筒間に形成される螺旋状の空間を搬送路として掘削土砂を搬送する構造となっている。
【0003】
また土圧式のシールドマシンにあっては、大断面トンネルや大深度トンネルを施工する場合、切羽圧がより高くなるため、掘削土を圧密したり添加剤を混合して止水性を高めることで、切羽圧を制御したり、スクリューコンベアの排土口にゲート及びバルブ又はポンプを設けて切羽圧を制御している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来のスクリューコンベアには次のような課題がある。
<イ> 礫を含む土砂を搬送すると、礫がスクリューの回転軸と外筒間に噛み込んで搬送不能に陥り易い。
そのため従来は礫を含む土砂を搬送対象とできず、事前に礫を除去したり、破砕する等の対策を講じる必要があった。
<ロ> スクリューコンベアの止水性を確保するにはスクリューの羽根と外筒間に発生する隙間を小さく設定する必要があり、その製造に高い加工精度が要求され製造費がかさむ。
<ハ> 切羽圧力を制御する場合、土質変化に応じて添加剤を混合したり、ゲート及びバルブやポンプを操作しているが、これらの操作は作業員の勘や高度の熟練技術に頼っており、制御の確実性の点で不安があるだけでなく経済性の点でも不利である。
又、ゲート及びバルブやポンプを設けて排土量を制御するため搬送量が低下するだけでなく、バルブやポンプに起因した礫の閉塞事故の発生、切羽圧の脈動誘発、シールド内空の矮小化といった問題がある。
<ニ> 外筒内に2つのスクリューを平行に配置した多軸スクリューコンベアが提案されている。
この多軸スクリューコンベアにあっても前記したイ、ロと同様の問題がある他、摩耗に伴うスクリューの交換に要する時間と費用の負担が大きい。
【0005】
本発明は以上の問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、つぎの多軸スクリューコンベアを提供することにある。
▲1▼塊粒体の混入物を円滑に搬送できる多軸スクリューコンベア。
▲2▼簡易な構造で以て高い止水性を確保できる多軸スクリューコンベア。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、回転軸の周面に螺旋状の羽根を設けて構成されるスクリューを外筒内に収容したスクリューコンベアにおいて、前記外筒内に主動スクリューを回転自在に収容すると共に、前記主動スクリューと平行でかつ逆方向に回転する従動スクリューを配置し、前記各スクリューの各羽根を相互に逆向きに形成し、一方のスクリューの羽根の側面に他方の羽根の周端面が当接又は近接し、スクリューの回転軸の周面に、対向するスクリューの羽根と当接又は近接する止水装置を設けたことを特徴とする、多軸スクリューコンベアである。
請求項2に係る発明は、請求項2に記載の多軸スクリューコンベアにおいて、止水装置を一方のスクリューの回転軸に設けたことを特徴とする、多軸スクリューコンベアである。
請求項3に係る発明は、請求項1に記載の多軸スクリューコンベアにおいて、止水装置を両スクリューの回転軸に設けたことを特徴とする、多軸スクリューコンベアである。
請求項4に係る発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の多軸スクリューコンベアにおいて、止水装置が回転軸の周面に被覆した弾力層で構成することを特徴とする、多軸スクリューコンベアである。
請求項5に係る発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の多軸スクリューコンベアにおいて、止水装置が回転軸の周面に植設した複数の帯板で構成することを特徴とする、多軸スクリューコンベアである。
請求項6に係る発明は、請求項1〜5のいずれかに記載の多軸スクリューコンベアにおいて、止水装置が交換可能であることを特徴とする、多軸スクリューコンベアである。
請求項7に係る発明は、請求項5に記載の多軸スクリューコンベアにおいて、帯板に弾力性を有するブラシを設けたことを特徴とする、多軸スクリューコンベアである。
【0007】
【発明の実施の形態1】
以下図面を参照しながら本発明の一実施の形態について説明する。
【0008】
〈イ〉多軸スクリューコンベアの全体構成
図1に多軸スクリューコンベアの縦断面図を示す。
多軸スクリューコンベアは主動スクリュー10と、これと平行に配置した従動スクリュー20と、これらの両スクリュー10,20を外装する外筒30と、両スクリュー10,20に回転力を付与する回転手段とを具備している。
以下、主要な各部について詳述する。
【0009】
〈ロ〉スクリュー
主動スクリュー10は回転軸11と、回転軸11の外周面に螺旋状に設けた羽根12とからなり、その排出口31に面した範囲の羽根12が省略され、回転軸11の排出口31の後端(図面右側)に隔壁機能を持った環状羽根13が形成されている。従動スクリュー20も同様に、回転軸21と、回転軸21の外周面に螺旋状に設けた羽根22とからなり、その排出口31に面した範囲の羽根22が省略され、回転軸21の排出口31の後端(図面右側)に隔壁機能を持った環状羽根23が形成されている。
【0010】
各スクリュー10,20はその羽根12,22の形成方向が相互に反対に形成されていると共に、各羽根12,22の周端面が対向する羽根22,12の側面に当接又は近接している。
【0011】
これは、▲1▼各羽根12,22に付着した土砂を相手の羽根12,22で掻き落とす機能と、▲2▼両羽根12,22間で礫等の塊粒体を破砕する機能と、▲3▼各羽根12,22間にシール機能と、▲4▼両羽根12,22間で搬送物を撹拌混合する機能の多くの機能を付与するためである。
【0012】
また、図2に示すように各スクリュー10,20の回転軸11,21の周面に、止水装置である弾力層14,24が形成され、羽根12,22の周端面がこれらの各弾力層14,24に近接又は当接若しくは弾接している。これにより、外筒3内に回転軸11,21と羽根12,22とにより仕切られたシール性の高い複数の室33が形成される。
【0013】
弾力層14,24は各スクリュー10,20の回転軸11,21と羽根12,22の接触部のシール性を確保することと、これらの部材11,22及び12,21間に塊粒体が介在したときに回転軸11,21側が弾性変形して塊粒体の噛み込みを回避するための、例えばゴムや樹脂等の弾性材で構成されている。その他に弾力層14,24は、各スクリュー10,20の製造公差を吸収するためにも機能する。弾力層14,24は摩耗時に交換できるように例えば貼着等の手段により取り付けられる。
【0014】
尚、弾力層14,24の軸方向の全長やその素材、層厚等については搬送物の種類や性状に応じて適宜選択する設計的事項であり、本実施の形態に限定されるものではない。
【0015】
〈ハ〉外筒
外筒30は、少なくとも両スクリュー10,20の重合部を覆う範囲の断面形状が羽根12,22の外郭と同形の瓢箪形を呈していて、その周面の一部に排出口31が開設されている。主動スクリュー10のみを覆う単筒32には図示しない搬入口が形成されている。
【0016】
〈ニ〉回転手段
主動スクリュー10の回転軸11の基端(右端)にはモータ40が接続している。前記回転軸11及び従動スクリュー20の回転軸11には相互に噛合するギア15、25が設けられ、主動スクリュー10に付与したモータ40の回転力を逆方向の回転力として従動スクリュー20へ伝達できるようになっている。
【0017】
【作用】
つぎに多軸スクリューコンベアによる搬送作用について説明する。
【0018】
図1のモータ40を駆動させると、主動スクリュー10が一方向に回転する。
主動スクリュー10の回転がギア15,25を経由して従動スクリュー20へ伝わり、従動スクリュー20が逆方向に回転する。主動スクリュー10は塊粒体50の混じった搬送物51を両スクリュー10,20の重合範囲へ向けて搬送する。両スクリュー10,20の重合範囲に区画して形成された室33内に搬送物51が取り込まれると、主動スクリュー10の回転に伴い搬出口31へ向けて搬送され、排出口31から排出される。
【0019】
両スクリュー10,20間を通過する際、搬送物51中の塊粒体50が、例えば図3に示すように主動スクリュー10の回転軸11と従動スクリュー20の羽根22間に噛み込むと、前記回転軸11を覆う弾力層14が弾性変形して塊粒体50を小さな抵抗で通過させる。
【0020】
また、塊粒体50が通過すると、弾力層14が自己弾性により復元して従動スクリュー20の羽根22との間に高いシール性を回復する。
【0021】
尚、主動スクリュー10の羽根12と従動スクリュー20の回転軸21間に塊粒体50が噛み込んだ場合も、弾力層24が前記弾力層14と同様に作用するため、弾力層24の作用についての説明を省略する。
【0022】
また、一方の羽根12の側面に他方の羽根22の周端面が当接しているので、この間に塊粒体が入り込むと粉砕される。
【0023】
【発明の実施の形態2】
前記実施の形態は、両スクリュー10,20の回転軸11,21に弾力層14,24を設ける場合について説明したが、主動スクリュー1の回転軸11のみに弾力層14を設けるようにしてもよい。
【0024】
【発明の実施の形態3】
図4〜6は止水装置の他の形態を示す。
本例はスクリュー10,20の回転軸11,22の周囲に、可撓性を有するばね鋼等の複数の帯板16,26を交換可能な構造で植設し、これらの各帯板16,26を対抗する羽根12,22に当接又は弾接させて止水性を確保できる構造になっている。図示しない塊粒体はこれらの各帯板16,26を弾性変形して通過することになる。
【0025】
また、帯板16,26の板面にワイヤ製のブラシを設けると、スクリュー10,20間の止水性がより向上する。また、図5,6に帯板16,26の設置形態を示すが、両帯板16,26は同一であるので、一方の帯板16についてのみ説明する。図5は帯板16を回転軸11の軸芯と平行に向けて複数設置した場合を示し、図6は回転軸11の軸芯に対して斜め方向(螺旋状を含む)に向けて設置した場合を示す。
【0026】
【発明の実施の形態4】
多軸スクリューコンベアをシールドマシンの排土手段として用いた場合は、止水性が高いことから、大断面、大深度トンネルの施工に好適であるうえに、これまでの圧力調整用のバルブやポンプを設ける必要がない。また、多軸スクリューコンベアは一般土砂の搬送に適用できる他、搬送対象は土砂以外であってもよい。 また多軸スクリューコンベアの向きは横向き斜め、或いは縦向きも可能であり、その向きに制約を受けない。
【0027】
【発明の効果】
本発明はつぎの効果が得られる。
〈イ〉 羽根と対抗する回転軸の周面に設けた止水装置が弾性変形するので、搬送物に塊粒体が混入していても円滑に搬送できる。
〈ロ〉 止水装置が弾力性を有することから、スクリューを荒い精度で製造しても高いシール性を確保でき、スクリューの製造が容易となる。
〈ハ〉 多軸スクリューコンベア内に止水装置を内蔵するだけで、外部に突出した追加物が存在しない。
そのため、多軸スクリューコンベアの占有面積が増大せずに済み、矮小な空間に設置する場合に有利である。
〈ニ〉 羽根と回転時軸間の抵抗が小さくなるので、スクリューの回転力が小さくて済むうえに、スクリューの摩耗を低減できる。
〈ホ〉 各種の用途に適用でき、汎用性に富む。
〈ヘ〉 止水性が高いため、土砂の鉛直搬送に適用することもでき、汎用性に富む。
〈ト〉 多軸スクリューコンベアはシールドマシンに適用した場合は、切羽の土圧管理や止水が容易となることの他に、切羽の高水圧による噴発の防止等多くの利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 多軸スクリューコンベアの縦断面図
【図2】 図1におけるII−IIの断面図
【図3】 要部の拡大断面図
【図4】 他の止水装置を具備した多軸スクリューコンベアの部分断面図
【図5】 止水装置の設置例を示す説明図
【図6】 止水装置の設置例を示す説明図
【符号の説明】
10 主動スクリュー
11 回転軸
12 羽根
13 環状羽根
14 弾力層(止水装置)
15 ギア
16 帯板
20 従動スクリュー
21 回転軸
22 羽根
23 環状羽根
24 弾力層(止水装置)
25 ギア
26 帯板(止水装置)
30 外筒
31 排出口
32 単筒
40 モータ
Claims (7)
- 回転軸の周面に螺旋状の羽根を設けて構成されるスクリューを外筒内に収容したスクリューコンベアにおいて、
前記外筒内に主動スクリューを回転自在に収容すると共に、前記主動スクリューと平行でかつ逆方向に回転する従動スクリューを配置し、
前記各スクリューの各羽根を相互に逆向きに形成し、
一方のスクリューの羽根の側面に他方の羽根の周端面が当接又は近接し、
スクリューの回転軸の周面に、対向するスクリューの羽根と当接又は近接する止水装置を設けたことを特徴とする、
多軸スクリューコンベア。 - 請求項1に記載の多軸スクリューコンベアにおいて、止水装置を一方のスクリューの回転軸に設けたことを特徴とする、多軸スクリューコンベア。
- 請求項1に記載の多軸スクリューコンベアにおいて、止水装置を両スクリューの回転軸に設けたことを特徴とする、多軸スクリューコンベア。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の多軸スクリューコンベアにおいて、止水装置が回転軸の周面に被覆した弾力層で構成することを特徴とする、多軸スクリューコンベア。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の多軸スクリューコンベアにおいて、止水装置が回転軸の周面に植設した複数の帯板で構成することを特徴とする、多軸スクリューコンベア。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の多軸スクリューコンベアにおいて、止水装置が交換可能であることを特徴とする、多軸スクリューコンベア。
- 請求項5に記載の多軸スクリューコンベアにおいて、前記帯板に弾力性を有するブラシを設けたことを特徴とする、多軸スクリューコンベア。
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