JP4574184B2 - 流体配管装置およびそれを用いたシールド掘削機 - Google Patents

Description

本発明は、分離可能な流体配管装置およびそれを用いたシールド掘削機に関する。

圧油等の作動流体を用いてアクチュエータを動かす構造を有する機械においては、構造物の中に流体配管が多数存在するが、これらの配管を途中で分離すべき状況が生じ得る。このような事例について、トンネル掘削のために用いられる親子シールド掘削機の構造に基づいて以下に説明する。

親子シールド掘削機は、親シールドの内部に小径の子シールドを備える構造であり親子一体で所定区間のトンネルを掘削したあと、親シールドの内部から子シールドを発進させてトンネルを掘削していくものである。すなわち、親子シールド掘削機は、一台で大径のトンネルに続けて小径のトンネルを構築することができる機械である。

図８、図９、図１０は親子シールド掘削機の構造の一例を示す図である。図８は親シールド掘進時（親子一体での掘進時）の縦断面図、図９は親シールドから子シールドが分離発進する状態での縦断面図、図１０は親シールド掘進時の正面図である。親子シールド掘削機１００は、親シールド本体１０２内に子シールド本体１０３が格納した構造となっている。子シールド本体１０３の前側には、子シールド用カッタヘッド１０５が回転自在に支持されており、子シールド用カッタヘッド１０５は子シールド本体１０３内に設けた電動モータ１０８により駆動されて回転する。子シールド用カッタヘッド１０５の外周には親シールド用カッタヘッド１０４が設けられ、親シールド用カッタヘッド１０４は親シールド本体１０２に回転自在に支持される。

子シールド用カッタヘッド１０５の外周には、径方向に伸張して親シールド用カッタヘッド１０４に係合可能なトルク伝達ロッド１１０が設けられる。トルク伝達ロッド１１０により子シールド用カッタヘッド１０５と親シールド用カッタヘッド１０４を係合すれば、子シールド本体１０３内に設けた電動モータ１０８により、親シールド用カッタヘッド１０４は子シールド用カッタヘッド１０５と一体で回転することができる。

なお、図中、符号１２０で示されるのはコピーカッタ装置であり、カッタヘッドの径方向外側に突出して掘削径を拡大するための装置である。図８〜図１０に示される例では、コピーカッタ装置１２０は親シールド掘進時と子シールド掘進時とで同一のものを使用するようになっており、コピーカッタ装置１２０全体が子シールド用カッタヘッド１０５内に設けられたロングストロークのジャッキ１２０Ｊにより進退する構造となっている。すなわち、親シールド掘進時には、ジャッキ１２０Ｊを伸張してコピーカッタ装置１２０全体を親シールド用カッタヘッド１０４内に移動せしめ、子シールド掘進時には、ジャッキ１２０Ｊを縮めてコピーカッタ装置１２０全体を子シールド用カッタヘッド１０５内に格納するようになっている。上述の親子シールドの例では、親シールド用カッタヘッド１０４内に油圧アクチュエータは存在せず、親シールド用カッタヘッド１０４内に流体配管は存在しない。

ところで、上述の例とは異なり、親シールド用カッタヘッド内に流体配管を設けざるを得ない場合がある。親シールド用カッタヘッドは、その直径が５メートル以上に及ぶドーナツ型の形状であり、親シールド本体に対し相対的に回転運動するものであるため、親シールド用カッタヘッドと親シールド本体との間で直接油圧配管を行うことが困難である。したがって、配管は子シールド本体側から一旦子シールド用カッタヘッドを経由して親シールド用カッタヘッドへとつなぐことが望ましい。また、その配管は、子シールドが親シールドから発進する際に、親シールド用カッタヘッドと子シールド用カッタヘッドとの間で分離できる構造とする必要がある。

特許文献１には、親シールド用カッタヘッドと子シールド用カッタヘッドとの間に設けられる分離可能な配管装置が開示されている。図１１は、公知技術としての特許文献１に開示される流体配管装置の構造を示す図である。特許文献１には、外周カッタ（親シールド用カッタヘッドに相当する。）に外周カッタ内部の油圧機器用の外周マニホールド１２２を設け、内周カッタ（子シールド用カッタヘッドに相当する。）に内周マニホールド１２１を進退自在に設ける構成が示されている。内周マニホールド１２１の端部には、油吸排通路の数だけ凸部Ｔが設けられ、外周マニホールドの端部にはそれに対応する凹部Ｏが設けられており、前記凹部Ｏと凸部Ｔとが係合離脱可能なように、内周マニホールド１２１が分離ジャッキ１５０により進退可能な構造とされている。外周マニホールド１２２と外周カッタ内部の油圧機器とはゴムホースＧで接続され、内周マニホールド１２１に接続された油圧ホースＨは、カッタの回転軸を通じて子シールド本体側に引きこまれている。

特許文献１のこの構成によれば、大径シールド（親シールドに相当する。）と小径シールド（子シールドに相当する。）とが一体であるときには内周カッタと外周カッタとの間の圧油の給排が可能であるとともに、小径シールドを大径シールドから発進する際には、両マニホールドを切り離すことによって配管を分離することが可能となる。
特許第３３１４５８６号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示される技術には、改善すべきいくつかの課題がある。以下にこれを列記する。
１）複数の流路を単に並列に並べただけの構造であり、流路の数だけ凹部と凸部からなる接続部が必要であるため、接続すべき配管の数が増えるとマニホールド自体が非常に大きなものとなる。
２）内周マニホールドと外周マニホールドとが相対的に少しでもねじれているとマニホールド同士を接続することができない。このため、カッタヘッドへのマニホールドの取り付けに高い精度が要求される。
３）装置全体の長手方向寸法が大きい。
４）内周マニホールドを分離ジャッキで移動させると、内周マニホールドに接続された油圧ホースも移動する構造であるため、油圧ホースの長さには余裕を持たせておく必要がある。しかし、油圧ホースの長さに余裕があるということは、油圧ホースにたるみが生じるということである。回転物であるカッタヘッド内に配された高圧の油圧ホースのたるみは、こすれなどによるホースの損傷の原因となるため好ましくない。

本発明は上記課題に着目してなされたものであり、上記課題の少なくとも１つを解決することのできる油圧配管装置と、その油圧配管装置を有効に用いたシールド掘削機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本願の第１発明に係る流体配管装置は、（ａ）複数系統の流体の通路を有する第１の部材と、前記第１の部材の前記各流体通路にそれぞれ対応する複数系統の流体の通路を有する第２の部材とからなり、（ｂ）前記第１の部材と前記第２の部材とは、それぞれ、互いに接続されることにより前記複数系統の各通路に開口する同軸の円環状の複数の流路を形成する接続部を有し、（ｃ）前記接続部における前記各円環状の流路どうしは、前記接続部に同軸に配された複数のシールにより区画されるとともに、前記第１の部材と前記第２の部材との接続方向において異なる位置に形成されることを特徴とする。

本願の第２発明に係る流体配管装置は、上記第１発明の流体配管装置において、前記接続部に形成される円環状の複数の流路のうち少なくとも１つが、同一のシール径を持つ1組のシールにより区画されて形成されるものであることを特徴とする。

本願の第３発明に係る流体配管装置は、上記第１発明または第２発明の流体配管装置において、前記第１の部材と前記第２の部材の少なくとも一方が、両部材の接続方向と直交する方向の変位を許容するよう弾性支持されるものであることを特徴とする。

本願の第４発明に係る流体配管装置は、上記第１から第３のいずれかの発明に係る流体配管装置において、（ｄ）前記第１の部材は、シリンダ体と、前記シリンダ体に対して摺動可能なロッド体により構成され、流体の給排により前記ロッド体が前記シリンダ体に対して伸縮する流体シリンダ構造とされ、（ｅ）前記シリンダ体に、前記ロッド体の伸縮用の流体配管を接続するための第１の配管接続部と、前記第１の部材と前記第２の部材との間で授受する複数系統の流体の配管を接続するための第２の配管接続部とが設けられることを特徴とする。

本願の第５発明に係る流体配管装置は、上記第４発明に係る流体配管装置において、（ｆ）前記第１の部材における、前記第１の部材と前記第２の部材との間で授受する複数系統の流体の通路のうち少なくとも１つが、前記シリンダ体に設けられて前記ロッド体との摺動面に開口するシリンダ側通路と、前記ロッド体に設けられて前記シリンダ体との摺動面に開口するロッド側通路とからなり、（ｇ）前記シリンダ体における前記シリンダ側通路の摺動面への開口の周囲、もしくは、前記ロッド体における前記ロッド側通路の摺動面への開口の周囲の少なくともいずれか一方に円環状の溝を形成し、（ｇ）前記円環状の溝が形成されていない側の通路は、前記ロッド体が前記シリンダ体に対して伸びて前記第２の部材に接続した状態のときに前記前記円環状の溝に向けて開口するよう形成されるものであることを特徴とする。

本願の第６発明に係る流体配管装置は、（ａ）複数系統の流体の通路を有する第１の部材と、前記第１の部材の前記各流体通路にそれぞれ対応する複数系統の流体の通路を有する第２の部材とからなり、（ｂ）前記第１の部材と前記第２の部材とは、それぞれ、互いに接続されることにより前記複数系統の各通路に対応する複数の流路を形成する接続部を有し、（ｃ）前記接続部における前記各流路どうしは、前記接続部に同軸に配された複数のシールにより区画され、（ｄ）前記第１の部材は、シリンダ体と、前記シリンダ体に対して摺動可能なロッド体により構成され、流体の給排により前記ロッド体が前記シリンダ体に対して伸縮する流体シリンダ構造とされ、（ｅ）前記シリンダ体に、前記ロッド体の伸縮用の流体配管を接続するための第１の配管接続部と、前記第１の部材と前記第２の部材との間で授受する複数系統の流体の配管を接続するための第２の配管接続部とが設けられることを特徴とする。
第７発明はシールド掘削機に関するものであり、親シールドから子シールドが分離可能な親子シールド掘削機において、子シールド用カッタヘッド内の流体配管と親シールド用カッタヘッド内の流体配管とが、上記第１から第６の発明のいずれかに係る流体配管装置を用いて連結されることを特徴とする。

第８発明もまたシールド掘削機に関するものであり、第７発明に係る親子シールド掘削機において、前記流体配管装置が、親シールド用カッタヘッドと子シールド用カッタヘッドとの間のトルクの伝達を行うための装置を兼ねるものであることを特徴とする。

第１、６発明によれば、前記特許文献１に開示される構造に比べて、装置を小型化することができる。特にこの効果は、接続すべき配管の数が多くなるほど顕著となる。また、第１の部材と第２の部材とがねじれていても両者を接続することができる。

第２発明によれば、第１の部材と第２の部材との接続部における、同一のシール径を持つ１組のシールにより区画される流路においては、この流路を流れる流体の圧力による力によって、第１の部材と第２の部材とが分離することがない。したがってこの流路に高圧の流体が流れるときでも、第１の部材と第２の部材とが分離しないようにおさえておく必要がなくなる。

第３発明によれば、第１の部材と第２の部材とが多少傾いて取り付けられていたとしても両部材の接続が可能となる。

第４、６発明によれば、第１の部材と第２の部材とが接続、分離いずれの状態にあっても、配管接続部に接続された油圧ホースは動かないため、油圧ホースがたるむことはない。また、上記特許文献１に開示されるように分離ジャッキを別に設ける構成に比べ、長手方向寸法をはるかに小さなものとすることができる。

第５発明によれば、ロッド体を縮めて第１の部材と第２の部材とを分離すれば、ロッド側通路とシリンダ側通路とは区画されるため、第１の部材側で流体通路が遮断されることとなる。このため、第１の部材側には通路遮断のためのバルブを必要としない。また、第１の部材と第２の部材とが接続された状態であれば、第１の部材のロッド体が第２の部材に対して回転しても、第１の部材と第２の部材との間の流体通路の連通状態は保たれる。

第１から第６の発明に係る流体配管装置は、前述した各発明の効果により、親シールドのカッタヘッドと子シールドのカッタヘッドとの間の流体配管に用いるのに好適である。第７発明によれば、第１から第６の発明の効果に加え、狭隘なカッタヘッド内部を有効に活用することができる。

さらに、第１から第６の発明に係る流体配管装置は、その構造上、機能的にも強度的にも親子シールド掘削機における親と子の２つのカッタヘッド間のトルク伝達装置に要求されるスペックを満たすよう製作することが容易である。したがって第８発明によれば、親子シールド掘削機において、流体配管装置がトルク伝達装置を兼ねるものであるため、カッタヘッド内部の装置構成を大幅に簡素化することができる。

以下、本発明に係る流体配管装置と、それを用いたシールド掘削機の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る流体配管装置を搭載した親子シールド掘削機の親シールド掘進時における縦断面図であり、図２はその正面図である。また、図３は本発明の一実施形態に係る流体配管装置を搭載した親子シールド掘削機の子シールド掘進時における縦断面図であり、図４はその正面図である。

本実施形態における親子シールド掘削機１は、親シールド掘進時（親子一体での掘進時）において、図１、図２に示すような構造となっている。親シールド本体２は、親シールド前胴部２ｉと親シールド後胴部２iiとから成り、親シールド前胴部２ｉと親シールド後胴部２iiとは、中折れジャッキ１６により屈曲可能に連結されている。

親シールド前胴部２ｉは内部に円筒状の空間を有しており、この円筒状の空間には子シールド本体３の一部である子シールド第１前胴部３ｉが格納されてストッパ９により固定されている。子シールド第１前胴部３ｉの前部には子シールド用カッタヘッド５がセンターシャフト７を介して回転自在に支持される。また、子シールド用カッタヘッド５の外周側を取り囲むように、親シールド用カッタヘッド４が支持部材６を介して親シールド前胴部２ｉの前部に回転自在に支持される。

親シールド用カッタヘッド４の内部には油圧アクチュエータである親シールド用コピーカッタ装置１１が２基設けられる。また、子シールド掘進時にのみ使用されるものであるが、図４に示されるように、子シールド用カッタヘッド４の内部にも油圧アクチュエータである子シールド用コピーカッタ装置１２が２基設けられている。親シールド用カッタヘッド４および子シールド用カッタヘッド５には、ともにその前面に、掘削を補助する液体の吐出口である添加材吐出口１３が複数設けられている。さらに、子シールド用カッタヘッド５の内部には、子シールド用カッタヘッド５と親シールド用カッタヘッド４との間で流体（圧油や添加材）の授受を行うための流体配管装置２０が設置されている。本発明の特徴部分であるこの流体配管装置２０の構造の詳細については後述する。

親シールド前胴部２ｉ内には、親シールド用カッタヘッド４を駆動するためのカッタ回転用油圧モータ８が複数基（1基のみ図示）設けられる。また、親シールド前胴部２ｉ内の下部には、掘削した土砂を排出するためのスクリューコンベア１０が設置されている。親シールド後胴部２ii内には、掘削したトンネルの覆工部材となるセグメントを組みたてるためのエレクタ１４や、組み立てたセグメントに反力をとってシールド掘削機を前進させるためのシールドジャッキ１５が設けられている。シールド掘削機の後方には、図示せぬ油圧ユニットが設置されており、カッタ回転用油圧モータ８や親シールド用コピーカッタ装置１１、エレクタ１４、シールドジャッキ１５、中折れジャッキ１６などの油圧アクチュエータに圧油を供給している。

親シールド用カッタヘッド４内の流体の配管、すなわち、親シールド用コピーカッタ装置１１に接続する油圧配管や、親シールド用カッタヘッド４の添加材吐出口１３に接続する添加材用の配管は、流体配管装置２０を介して子シールド用カッタヘッド５内の配管に接続される。さらに、それらはセンターシャフト７を通って図示せぬスイベルジョイントを介して子シールド本体３内へ導かれ、シールド掘削機後方の油圧ユニットや添加材ポンプ（図示せず）に接続されている。

なお、流体配管装置２０は、子シールド用カッタヘッド５の回転トルクを親シールド用カッタヘッド４に伝達する装置（図８〜図１０におけるトルク伝達ロッド１１０に相当する）を兼ねているので、流体配管装置２０の連結により子シールド用カッタヘッド５と親シールド用カッタヘッド４とは、機械的にも連結されてトルクを伝達することが可能となっている。流体配管装置２０の詳細については後述する。

以上のような構造により、本実施形態に係る親子シールド掘削機１は、親シールド掘進時においては、カッタ回転用油圧モータ８により親シールド用カッタヘッド４と子シールド用カッタヘッド５とを一体で回転させてトンネルを掘削することができる。また、掘削中、親シールド用コピーカッタ装置１１を作動させることができるとともに、子シールド用カッタヘッド５、親シールド用カッタヘッド４の両方の添加材吐出口１３から、地中に向けて添加材を吐出することができる。

子シールド掘削機は、親シールド掘削機から分離されて単独で掘削する際には、図３、４に示すような状態となる。子シールド第１前胴部３ｉにはカッタ回転用油圧モータ８が複数基（１基のみ図示）設置される。なお、このカッタ回転用油圧モータ８は、親シールド掘進の完了後に、親シールド掘削機側から移設されるものである。また、子シールド第１前胴部３ｉの後部には子シールド第２前胴部３iiが取着され、子シールド第２前胴部３iiの後方には中折れジャッキ１７を介して子シールド後胴部３iiiが屈曲可能に取り付けられる。これら子シールド第２前胴部３ii、子シールド後胴部３iii等は、親シールド掘進完了後に親シールド本体２内で組み立てられるものであり、子シールド本体３は、これら子シールド第１前胴部３ｉ、子シールド第２前胴部３ii、子シールド後胴部３iiiにより構成されている。

子シールド本体３内には、親シールド掘進時におけるスクリューコンベア１０に替えて、掘削土砂を排出するための送排泥管１８が設置される。子シールド本体３内にはまた、親シールド掘削機と同様に、シールドジャッキ５８、エレクタ１９も設置される。なお、これらの装置の設置もまた、親シールド掘進完了後に親シールド本体２内で行われる。

子シールド本体３内と子シールド用カッタヘッド５内とを結ぶ流体配管は、親シールド掘進時と変わるところはない。ただ、流体配管装置２０により、親シールド用カッタヘッド４に接続されていた配管が分離されるのみである。流体配管装置２０の分離に伴ない、子シールド用カッタヘッド５と親シールド用カッタヘッド４とは、機械的にも分離される。

以上のような構造により、本実施形態に係る親子シールド掘削機１は、子シールド掘進時においては、カッタ回転用油圧モータ８により子シールド用カッタヘッド５を回転させてトンネルを掘削することができる。また、子シールド用コピーカッタ装置１２を作動させることができるとともに、子シールド用カッタヘッド５の添加材吐出口１３から地中に向けて添加材を吐出することができる。

次に、流体配管装置２０の構造及びその取り付けの態様について説明する。図５、図６は、親子シールド掘削機に取り付けた状態での流体配管装置２０の断面を示しており、図５は流体配管装置２０により配管が接続された状態を表す図であり、図６は流体配管装置２０により配管が分離された状態を示す図である。なお、図５は図１のＡ−Ａ視であって、見やすくするために９０°回転して示している。また、図６も図１のＡ−Ａ視に相当するものであり、見やすくするために９０°回転して示している。

図５、図６に示すように、流体配管装置２０は、子シールド用カッタヘッド５側に取り付けられる第１の部材２１と、親シールド用カッタヘッド４側に取り付けられる第２の部材２２により構成されている。第１の部材２１と第２の部材２２とはそれぞれ、親シールド用カッタヘッド４と子シールド用カッタヘッド５との間で授受する３系統の流体通路、すなわち、親シールド用コピーカッタ装置１１を伸ばすための圧油の通路（２３ＩＲａ、２３ＩＳａ、２３IIａ）と、親シールド用コピーカッタ装置１１を縮めるための圧油の通路（２３ＩＲｂ、２３ＩＳｂ、２３IIｂ）と、添加材を供給するための通路（２４Ｉ、２４II）とを有している。

第１の部材２１は、ほぼ円筒状のシリンダ体２５と、シリンダ体内に摺動自在に嵌めこまれるほぼ円筒状のロッド体２６とから成り、圧油の給排によりロッド体２６の伸縮が可能な液圧シリンダ型の構造となっている。シリンダ体２５は、子シールド用カッタヘッド５の外周面から突出しないよう、子シールド用カッタヘッド５に設けられた取付座６０にボルト（図示せず）により固定されている。また、ロッド体２６の長さは、ロッド体２６が完全にシリンダ体２５の中に収縮した状態で、先端部がシリンダ体２５の端面からほとんど突出しない寸法とされている（図６参照）。

ロッド体２６は、全長にわたってほぼ同一の直径（以下、この直径を「直径Ｄ１」とする。）であるが、その長手方向ほぼ中央部に比較的大径（以下、この直径を「直径Ｄ２」とする。）の大径部５９を有し、この大径部分にシール２７が設けられている。

シリンダ体２５は、第1シリンダ体２５ｉ、第２シリンダ体２５ii、シリンダスリーブ２５iii、及びボトム部材２５ivとにより一体に構成される。シリンダスリーブ２５iiiは、第1シリンダ体２５ｉの先端内面に挿入され、ボルト（図示せず）により第1シリンダ体２５ｉに液密に固定される。シリンダスリーブ２５iiiの内径はＤ１であり、内周にシール２８およびダストワイパ４６が装着される。第1シリンダ体２５ｉの、シリンダスリーブ２５iii装着側と反対の側には、第２シリンダ体２５iiがボルト（図示せず）により液密に取り付けられる。第２シリンダ体２５iiの内径はほぼ全域にわたって直径Ｄ１の寸法であり、第２シリンダ体２５iiの内周面にはシール６１が設けられる。第２シリンダ体２５iiの内周面はシリンダスリーブ２５iiiの内周面とともにロッド体２６の摺動面を形成している。第２シリンダ体２５iiの端面にはボトム部材２５ivがボルト（図示せず）により液密に取り付けられる。第1シリンダ体２５ｉの内径は、所定の長さにわたって直径Ｄ２の寸法とされ、この位置にロッド体２６の大径部５９が摺動自在に嵌めこまれる。以上の構成により、ロッド体２６の大径部５９の左右には各々油室２９ａ、２９ｂが形成されることとなる。

ここで、ロッド体２６がシリンダ体２５に対して摺動し得る直径Ｄ１の面は、単に摺動面であるだけでなく、ロッド体２６の運動方向を規定するガイド面であるとともに、ロッド体２６の径方向に作用する力をシリンダ体２５で支えるための支持面でもある。以下、本明細書ではこの面を、「支持摺動面」と呼ぶこととする。

シリンダ体２５には油路３０ａ、３０ｂが設けられる。油路３０ａは、ロッド体２６の大径部５９の側方に形成される油室２９ａに開口するとともに、ロッド伸び側の油圧ホースの接続部である配管接続部４４ａに開口する。また油路３０ｂは、ロッド体２６の大径部５９の側方に形成されるもう片方の油室２９ｂに開口するとともに、ロッド縮み側の油圧ホースの接続部である配管接続部４４ｂに開口する。以上の説明から明らかなように、第１の部材２１は、油路３０ａを通じて油室２９ａに圧油を供給することによりロッド体２６が伸び、油路３０ｂを通じて油室２９ｂに圧油を供給することによりロッド体２６が縮む、流体シリンダ構造となっている。

シリンダ体２５の胴部にはさらに、親シールド用コピーカッタ装置１１を伸ばすための圧油の供給通路である通路２３ＩＳａ（１つ目の系統）と、親シールド用コピーカッタ装置１１を縮めるための圧油の供給通路である通路２３ＩＳｂ（２つ目の系統）が形成され、それらは各々油圧ホースを接続するための配管接続部４３Ｉａ、４３Ｉｂに接続している。また、コピーカッタ用圧油の通路２３ＩＳａ、２３ＩＳｂは、それぞれ、シリンダ体２５とロッド体２６との「支持摺動面」に開口している。シリンダ体２５の前記開口位置には、円環状の溝４７ａ、４７ｂが形成され、溝４７ａの左右両側にはシール３２ａ１、３２ａ２が、溝４７ｂの左右両側にはシール３２ｂ１、３２ｂ２がそれぞれ設けられる。この構成により、前記溝４７ａと前記シール３２ａ１、３２ａ２により円環状の流路５７ａが形成され、また、前記溝４７ｂと前記シール３２ｂ１、３２ｂ２により円環状の流路５７ｂが形成される。

一方、ロッド体２６にも親シールド用コピーカッタ装置１１を縮めるための圧油の供給通路である通路２３ＩＲａ（１つ目の系統）と、親シールド用コピーカッタ装置１１を縮めるための圧油の供給通路である通路２３ＩＲｂ（２つ目の系統）が形成されている。通路２３ＩＲａと通路２３ＩＲｂとは、ロッド体２６がシリンダ体２５に対して最も伸張した状態で、それぞれ、シリンダ体２５の円環状の流路５７ａ、５７ｂに向けて開口するよう形成されている（図５参照）。

以上の構成により、ロッド体２６がシリンダ体２５に対して最も伸張した状態ではシリンダ体２５の通路２３ＩＳａ、２３ＩＳｂは、それぞれ、ロッド体２６の通路２３ＩＲａ、２３ＩＲｂと連通するが、ロッド体２６がある程度縮むと、これら通路はシリンダ体２５とロッド体２６との間で遮断されることとなる（図５、図６を参照）。また、ロッド体２６が伸張した状態であれば、ロッド体２６がシリンダ体２５に対して回転しても、シリンダ体２５とロッド体２６との間のこれら通路間の連通状態は保たれる。

シリンダ体２５におけるボトム部材２５ivの中心には、貫通孔４８が穿たれ、添加材用ホースの接続部としての配管接続部３１Ｉが設けられている。また、延期貫通孔４８の位置にシリンダ体２５の内部に向けて円筒状のパイプ３３が取着される。ロッド体２６の中心には長手方向に沿って貫通孔４９が設けられている。前記貫通孔４９には前記パイプ３３が摺動自在に嵌り込み、パイプ３３との摺動面にはシール５０が設けられている。なお、前記パイプ３３の長さは、ロッド体２６が最も伸張したときでも、ロッド体２６への嵌り込みが確保できる長さである。以上の構造により、ロッド体２６の伸縮状態に関わらず、シリンダ体２５とロッド体２６との間で添加材用の通路（３つ目の系統）が確保される。この添加材の通路は図中符号２４Ｉで示す。なお、シリンダ体２５の底部に設けられた配管接続部３１Ｉの近傍にはエア抜き孔５１が設けられ、シリンダ体２５内に空気が封じ込められてロッド体２６の伸縮を妨げることがないようにしている。

ここで、ロッド体２６の先端側の構造については後述することとし、第２の部材２２について先に説明する。第２の部材２２は、第１の部材２１のロッド体２６が摺動自在な内径を有するほぼ円筒状のロッド体受け部３４と、ロッド体受け部３４の内周面に嵌りこむようにロッド体受け部３４にボルト（図示せず）により固定されるマニホールド部３５とを備え、前記マニホールド部３５と前記ロッド体受け部３４との合わせ面にはシール５２が配されている。ロッド体受け部３４のロッド体２６との摺動面にはシール５３とダストワイパ５４が配されている。ロッド体受け部３４の周囲には円筒状のラバーブッシュ３６が固定されている。第２の部材２２は、親シールド用カッタヘッド４の内部に設けられたほぼ円筒状の取付部４５に嵌めこまれ、押さえ板３７によって取付部４５から抜け出ないようにされている。押さえ板３７は図示せぬボルトにより取付部４５に固定される。なお、図示を省略するが、第２の部材２２が取付部４５の中で回転しないよう、回り止めが施されている。

マニホールド部３５には、第１の部材２１の各流体通路と対応して、通路２３IIａ（１つ目の系統、コピーカッタ伸び側）、通路２３IIｂ（２つ目の系統、コピーカッタ縮み側）、通路２４II（３つ目の系統、添加材）が形成され、これら各流体通路は、それぞれ、ホースを接続するための配管接続部４３IIａ、４３IIｂ、３１IIに接続している。マニホールド部３５は、前記ロッド体受け部３４との合わせ面の内側に、先細の２段円筒状に加工された円筒状突出部３８を有する。

円筒状突出部３８の大径側の円筒部には、同径の３つのシール３９ｉ、３９ii、３９iiiが所定の距離を隔てて取り付けられ、シール３９ｉとシール３９iiの間には円環状の溝４１ａが形成され、シール３９iiとシール３９iiiの間には円環状の溝４１ｂが形成されている。流体通路２３IIａは、溝４１ａに開口している。流体通路２３IIｂは溝４１ｂに開口している。

マニホールド部３５における添加材通路２４IIは、円筒状突出部３８の小径側円筒の端面に向けて開口しており、円筒状突出部３８の小径側の円筒部にはシール４０が設けられている。

第１の部材２１の説明に戻る。ロッド体２６のロッド体先端側は、第２の部材２２のマニホールド部３５に形成された円筒状突出部３８に嵌まりこむように、２段円筒状に窪んだ形状となっている。また、ロッド体２６における1つ目の系統としての通路２３ＩＲａ、２つ目の系統としての通路２３ＩＲｂは、ロッド体２６が第２の部材２２に嵌まりこんだ状態で、それぞれ、マニホールド部３５の溝４１ａと溝４１ｂに向けて開口するよう形成されている。以上の構成により、第1の部材２１と第２の部材２２とが接続した状態において、溝４１ａの周囲にシール３９ｉ、３９iiにより区画される円環状の流路５６ａ（１つ目の系統）が形成され、また、溝４１ｂの周囲にシール３９ii、３９iiiにより区画される円環状の流路５６ｂ（２つ目の系統）が形成されることとなる。

ロッド体２６における添加材のための通路２４II（３つ目の系統）は、ロッド体２６が第２の部材２２に嵌まりこんだ状態で、円筒状突出部３８の小径側円筒の端面に向けて開口する。すなわち、ロッド体２６が円筒状突出部３８に嵌まりこむことで、シール４０により区画される流路５５（３つ目の系統）を形成することとなる。なお、第１の部材２１と第２の部材２２との取り付け寸法は、ロッド体２６を第２の部材２２に挿入した際に、ロッド体２６の先端とマニホールド部３５の端面との間に数ｍｍ程度の隙間が空くように決められており、流体配管装置２０の接続時におけるロッド体２６やマニホールド部３５の破損を防止している。

以上より、第1の部材２１と第２の部材２２とが接続した状態であれば、ロッド体２６が第２の部材２２に対して回転しても、第1の部材２１と第２の部材２２との間のこれら３つの系統の通路間の連通状態は保たれる。

ところで、第１の部材２１と第２の部材２２との接続時において、コピーカッタを作動させるための高圧の圧油が、ロッド体２６の通路２３ＩＲａから、マニホールド部３５の通路２３IIａへ、あるいは、通路２３ＩＲｂから、マニホールド部３５の通路２３IIｂへと流れ、流路５６ａ、５６ｂに高い圧力が作用する。しかし、この流路５６ａは同径のシール３９ｉ、３９iiにより区画されるものであり、また流路５６ｂも同径のシール３９ii、３９iiiにより区画されるものであるため、この圧力によってロッド体２６に軸方向の力が作用することはない。すなわち、コピーカッタ用圧油の圧力によってロッド体２６が第２の部材２２から抜け出すことはない。

一方、添加材通路側においては、第１の部材２１と第２の部材２２との接続部に形成される流路５５には、流体の圧力によってロッド体２６を押し戻そうとする力が作用する。しかし、添加材の圧力はコピーカッタ用圧油の圧力に比べて非常に小さいため、添加材圧力によるロッド体２６の押し戻し力も小さく、あまり問題とならない。押し戻し力が問題となる場合には、ロッド体２６とマニホールド部３５との接続により形成される添加材の流路を、コピーカッタ用圧油の流路と同様に、同径の２つのシールの間に設けるようにすれば良い。この場合には、本実施形態における円筒状突出部３８を、２段円筒状ではなく１段の円筒状とし、同径のシール３９を３つではなく４つ設ける構成とすることができる。あるいは、ロッド体２６の抜けだし防止の手段として、後述するような他の措置を講じても良い。

以上のような構造により、第１の部材２１のロッド体２６を伸張して第２の部材２２に接続すると、第１の部材２１におけると第２の部材２２との間で、１つ目の系統としてのコピーカッタ伸び側圧油通路（２３ＩＳａ、２３ＩＲａ、２３IIａ）、２つ目の系統としてのコピーカッタ縮み側圧油通路（２３ＩＳｂ，２３ＩＲｂ，２３IIｂ）、および３つ目の系統としての添加材通路（２４Ｉ、２４II）が連通され、子シールド用カッタヘッド５と親シールド用カッタヘッド４との間で流体の授受が行えることとなる。また、ロッド体２６が回転しても、第１の部材２１と第２の部材２２との間の各流体通路の連通は保たれる。

ところで、上述したように、第１の部材２１におけるロッド体２６は、シリンダ体２５により、その長手方向両側を「支持摺動面」により支える構造となっているため、径方向の力に対して極めて剛性が高い。また、ロッド体２６自体も、中実の円筒状部材にドリル加工により流体通路を設けた構造であるから、直径を適宜設計することにより、剛性を確保することが容易である。このため、本実施形態においては、本流体配管装置２０を、親シールド用カッタヘッド４と子シールド用カッタヘッド５との間のトルク伝達を行う装置としても兼用している。ロッド体２６の径及びロッド体受け部３４の長さは、ロッド体２６挿入時にカッタヘッドの回転トルクを伝達するに充分な程度確保している。

以上説明した第１の実施形態における流体配管装置２０の用い方、およびその作用は、以下の通りである。
（Ａ）親子一体掘進時（図１参照）
・流体配管装置２０は連結状態とする（図５参照）。
・親シールド用カッタヘッド４の回転トルクは、流体配管装置２０を通じて子シールド用カッタヘッド５にも伝達され、親シールド用カッタヘッド４と子シールド用カッタヘッドとは一体で回転する。
・添加材や圧油は、流体配管装置２０を経由して子シールド用カッタヘッド５側から親シールド用カッタヘッド４側に給排される。
（Ｂ）子シールド単体掘進時（図２参照）
・流体配管装置２０は流体的に分離される（図６参照）。
・流体配管装置２０の分離に伴ない、親シールド用カッタヘッド４と子シールド用カッタヘッド５とは機械的にも完全に分離される。
・流体配管装置２０の分離の過程で、親シールド用コピーカッタ装置１１への圧油の給排流路は、第１の部材２１側で自動的に遮断される。

図７に、本発明に係る流体配管装置の他の実施形態を示す。本実施形態においては、第１の実施形態と異なり、第１の部材２１と第２の部材２２の接続部における各流路（６８ａ、６８ｂ、６９）が、すべて径の異なるシール７０、７１、７２で区画されて形成されている。その他の構成及びその作用については、第１の実施形態と同様であるため、第１の実施形態と共通する部分には図に同一の符号を付すに留めてその詳細な説明を省略することとする。

本実施形態においては、コピーカッタのための流体通路２３ＩＲａ、２３ＩＲｂへの圧油の供給に伴ない、第１の部材２１と第２の部材２２との接続部に形成される流路６８ａ、６８ｂには第１の部材２１のロッド体２６を押し戻す力が作用する。コピーカッタ用圧油は高圧であるため、この力は無視することができず、このため第１の部材と第２の部材とが分離しないようにするために他の手段が必要となる。例えば、ロッド体２６が縮まないように、ロッド体２６を伸ばす側の圧油の供給ラインにチェック弁を設け、圧油の漏れによる縮みを防ぐために所定時間ごとに圧油を補充することや、ロッド体２６とシリンダ体２５との間に機械的なロック手段を設けてロッド体２６の縮みを防ぐことなどが考えられる。

本発明の一実施形態に係る流体配管装置を搭載した親子シールド掘削機の親シールド掘進時における縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る流体配管装置を搭載した親子シールド掘削機の親シールド掘進時における正面図である。 本発明の一実施形態に係る流体配管装置を搭載した親子シールド掘削機の子シールド掘進時における縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る流体配管装置を搭載した親子シールド掘削機の子シールド掘進時における正面図である。 流体配管装置により配管が接続された状態を表す図である。 流体配管装置により配管が分離された状態を示す図である。 本発明に係る流体配管装置の他の実施形態を示す図である。 親子シールド掘進機の構造の一例を示す図であり、親シールド掘進時の縦断面図である。 親子シールド掘進機の構造の一例を示す図であり、親シールドから子シールドが分離発進する状態での縦断面図である。 親子シールド掘進機の構造の一例を示す図であり、親シールド掘進時の正面図である。 公知技術としての特許文献１に開示される流体配管装置の構造を示す図である。

符号の説明

１…親子シールド掘削機、４…親シールド用カッタヘッド、５…子シールド用カッタヘッド、２０…流体配管装置、２１…第１の部材、２２…第２の部材、２３…コピーカッタ用圧油通路、２３ＩＲａ，２３ＩＲｂ，２３ＩＳａ，２３ＩＳｂ，２４Ｉ…通路、２３IIＲａ，２３IIＲ，２３IIＳａ，２３IIＳｂ，２４II…通路、２４…添加材通路、２５…シリンダ体、２６…ロッド体、３９…３９ｉ，３９ii，３９iii，４０，７０，７１，７２…シール、４１ａ…流路（接続部円環状流路）、４４ａ，４４ｂ…第１の配管接続部、４７ａ，４７ｂ…円環状の溝、５５，５６ａ，５６ｂ，６８ａ，６８ｂ，６９…流路、６１…流路、３１Ｉ，４３Ｉａ，４３Ｉｂ…第２の配管接続部。

Claims (8)

1. 分離可能な流体配管装置（２０）であって、
   （ａ）複数系統の流体の通路（２３ＩＲａ、２３ＩＲｂ、２３ＩＳａ、２３ＩＳｂ、２４Ｉ）を有する第１の部材（２１）と、前記第１の部材（２１）の前記各流体通路にそれぞれ対応する複数系統の流体の通路（２３IIＲａ、２３IIＲｂ、２３IIＳａ、２３IIＳｂ、２４II）を有する第２の部材（２２）とからなり、
   （ｂ）前記第１の部材（２１）と前記第２の部材（２２）とは、それぞれ、互いに接続されることにより前記複数系統の各通路に開口する同軸の円環状の複数の流路（５６ａ、５６ｂ、６８ａ、６８ｂ）を形成する接続部を有し、
   （ｃ）前記接続部における前記各円環状の流路（５６ａ、５６ｂ、６８ａ、６８ｂ）どうしは、前記接続部に同軸に配された複数のシール（３９ｉ、３９ii、３９iii、７０、７１、７２）により区画されるとともに、前記第１の部材（２１）と前記第２の部材（２２）との接続方向において異なる位置に形成される
   ことを特徴とする流体配管装置。
2. 前記接続部に形成される円環状の複数の流路（５６ａ、５６ｂ）のうち少なくとも１つが、同一のシール径を持つ1組のシール（３９ｉ、３９ii、３９iii）により区画されて形成されるものである
   ことを特徴とする請求項１の流体配管装置。
3. 前記第１の部材（２１）と前記第２の部材（２２）の少なくとも一方が、両部材の接続方向と直交する方向の変位を許容するよう弾性支持されるものであることを特徴とする請求項１または２の流体配管装置（２０）。
4. （ｄ）前記第１の部材（２１）は、シリンダ体（２５）と、前記シリンダ体（２５）に対して摺動可能なロッド体（２６）により構成され、流体の給排により前記ロッド体（２６）が前記シリンダ体（２５）に対して伸縮する流体シリンダ構造とされ、
   （ｅ）前記シリンダ体（２５）に、前記ロッド体（２６）の伸縮用の流体配管を接続するための第１の配管接続部（４４ａ、４４ｂ）と、前記第１の部材（２１）と前記第２の部材（２２）との間で授受する複数系統の流体の配管を接続するための第２の配管接続部（３１Ｉ、４３Ｉａ、４３Ｉｂ）とが設けられる
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかの流体配管装置。
5. （ｆ）前記第１の部材（２１）における、前記第１の部材（２１）と前記第２の部材（２２）との間で授受する複数系統の流体の通路（２３ＩＲａ、２３ＩＲｂ、２３ＩＳａ、２３ＩＳｂ、２４Ｉ）のうち少なくとも１つが、前記シリンダ体（２５）に設けられて前記ロッド体（２６）との摺動面に開口するシリンダ側通路（２３ＩＳａ、２３ＩＳｂ）と、前記ロッド体（２６）に設けられて前記シリンダ体（２５）との摺動面に開口するロッド側通路（２３ＩＲａ、２３ＩＲｂ）とからなり、
   （ｇ）前記シリンダ体（２５）における前記シリンダ側通路（２３ＩＳａ）の摺動面への開口の周囲、もしくは、前記ロッド体（２６）における前記ロッド側通路（２３ＩＲａ、２３ＩＲｂ）の摺動面への開口の周囲の少なくともいずれか一方に円環状の溝（４７ａ、４７ｂ）を形成し、
   （ｇ）前記円環状の溝（４７ａ、４７ｂ）が形成されていない側の通路（２３ＩＲａ、２３ＩＲｂ）は、前記ロッド体（２６）が前記シリンダ体（２５）に対して伸びて前記第２の部材（２２）に接続した状態のときに前記前記円環状の溝（４７ａ、４７ｂ）に向けて開口するよう形成されるものである
   ことを特徴とする請求項４の流体配管装置。
6. 分離可能な流体配管装置（２０）であって、
   （ａ）複数系統の流体の通路（２３ＩＲａ、２３ＩＲｂ、２３ＩＳａ、２３ＩＳｂ、２４Ｉ）を有する第１の部材（２１）と、前記第１の部材（２１）の前記各流体通路にそれぞれ対応する複数系統の流体の通路（２３IIＲａ、２３IIＲｂ、２３IIＳａ、２３IIＳｂ、２４II）を有する第２の部材（２２）とからなり、
   （ｂ）前記第１の部材（２１）と前記第２の部材（２２）とは、それぞれ、互いに接続されることにより前記複数系統の各通路に対応する複数の流路（５５、５６ａ、５６ｂ、６８ａ、６８ｂ、６９）を形成する接続部を有し、
   （ｃ）前記接続部における前記各流路（５５、５６ａ、５６ｂ、６８ａ、６８ｂ、６９）どうしは、前記接続部に同軸に配された複数のシール（３９ｉ、３９ii、３９iii、４０、７０、７１、７２）により区画され、
   （ｄ）前記第１の部材（２１）は、シリンダ体（２５）と、前記シリンダ体（２５）に対して摺動可能なロッド体（２６）により構成され、流体の給排により前記ロッド体（２６）が前記シリンダ体（２５）に対して伸縮する流体シリンダ構造とされ、
   （ｅ）前記シリンダ体（２５）に、前記ロッド体（２６）の伸縮用の流体配管を接続するための第１の配管接続部（４４ａ、４４ｂ）と、前記第１の部材（２１）と前記第２の部材（２２）との間で授受する複数系統の流体の配管を接続するための第２の配管接続部（３１Ｉ、４３Ｉａ、４３Ｉｂ）とが設けられる
   ことを特徴とする流体配管装置。
7. 親シールドから子シールドが分離可能な親子シールド掘削機（１）において、子シールド用カッタヘッド（５）内の流体配管と親シールド用カッタヘッド（４）内の流体配管とが、請求項１から請求項６のいずれかの流体配管装置（２０）を用いて連結されることを特徴とする親子シールド掘削機。
8. 前記流体配管装置（２０）が、親シールド用カッタヘッド（４）と子シールド用カッタヘッド（５）との間のトルクの伝達を行うための装置を兼ねるものであることを特徴とする請求項７の親子シールド掘削機。