JP5317651B2 - 土圧伝播抑制リング体とその取付構造、ディスクカッタおよび転輪装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディスクカッタ、転輪装置等の機器の内側に配される回転摺動部への土圧の伝播を抑制する土圧伝播抑制リング体とその取付構造、並びにその土圧伝播抑制リング体が装着されてなるディスクカッタおよび転輪装置に関するものである。

一般に、トンネル機械のカッタヘッドに装着されるディスクカッタや、ブルドーザなどの建設機械に装着される転輪装置は、土砂、泥、水等と接触する場所で使用されることから、これら装置の軸回転部には、それら土砂、泥、水等が侵入するのを防止するとともに、内部に充填されているグリースやオイルの漏れを防止するために、フローティングシールが装着されている。また、このフローティングシールのシール面の侵入土砂による損傷を少なくするため、フローティングシールの外側にラビリンス部を設け、フローティングシールに土砂等の異物が侵入しにくいようにされている（特許文献１）。

さらに、フローティングシールへの土砂の侵入をより抑制するために、ラビリンス部に補助シールを設ける構造も知られている（特許文献２）。

実開平５−９００５１号公報 特許第２９３９９２４号公報

しかしながら、このように補助シールを設ける構造のものでは、補助シールの摺接面の面粗さを非常に小さくする必要があり、通常は、面粗さが１．６Ｓ〜６．３Ｓ程度となるよう表面を機械加工する必要がある。
さらに、補助シールがシール機能を発揮するためにはシールの締め代（つぶし代）が必要であるが、このシール締め代によりシール摺動抵抗が生じ、回転抵抗が大きくなってしまう。例えばディスクカッタの場合、起動トルクが大きくなってしまい、カッタの偏摩耗が生じやすくなるという問題点がある。

なお、特許文献２に開示される補助シールとしてのＯリングの代わりに、より耐久性の高いメタルシールを用いることも考えられる。しかしこの場合には、シールの摺接面に高度の極めて高い材料を用いて、さらに摺接面の面粗さをより精度良く（通常は０．０５Ｓ〜０．８Ｓ以下）仕上げる必要があり、一層製作コストが増大する。

本発明は、前述のような問題点に鑑みてなされたもので、摺接面の面粗さ精度をそれほど必要とせず、回転抵抗を大きくすることなく、内側に配されるフローティングシールなどのシールの寿命を向上することのできる土圧伝播抑制リング体とその取付構造および、そのリング体が装着されてなるディスクカッタおよび転輪装置を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、第１発明による土圧伝播抑制リング体は、
互いに相対回転する装着側対象物と相手側対象物の相対向する壁面間に装着され、その装着部より内側に配される回転摺動部への土圧の伝播を抑制するリング体であって、
該リング体を前記装着側対象物に保持するための弾性体よりなる第１リング部と、該第１リング部の側面に固着され、前記相手側対象物との間で相対回転可能な金属よりなる第２リング部とを備え、前記第２リング部の表面粗さは、前記相手側対象物に接した状態でも漏水を許容する１２．５Ｓ以上の面粗さであることを特徴とするものである。

また、第２発明による土圧伝播抑制リング体の取付構造は、
第１発明に係る土圧伝播抑制リング体の取付構造であって、
前記第２リング部の少なくとも径方向壁面とそれに対向する相手側対象物の壁面との間に微小隙間を有し、この微小隙間が、対向する壁面の機械加工誤差を許容する最小限の０．１ｍｍの隙間であることを特徴とするものである。

また、第３発明によるディスクカッタは、
第１発明に係る土圧伝播抑制リング体が装着されてなるディスクカッタであって、
カッタリングを有するハブと、
前記ハブを回転自在に支持するシャフトと、
前記シャフトを回転不能に支持するリテーナとを有し、
前記装着側対象物が、前記リテーナ側部材および前記ハブ側部材のいずれか一方であり、前記相手側対象物が、前記リテーナ側部材および前記ハブ側部材のいずれか他方であることを特徴とするものである。

さらに、第４発明による転輪装置は、
第１発明に係る土圧伝播抑制リング体が装着されてなる転輪装置であって、
ローラと、
前記ローラを回転自在に支持するシャフトと、
前記シャフトを回転不能に支持するブラケットとを有し、
前記装着側対象物が、前記ブラケット側部材および前記ローラ側部材のいずれか一方であり、前記相手側対象物が、前記ブラケット側部材および前記ローラ側部材のいずれか他方であることを特徴とするものである。

第１発明によれば、相手側対象物と摺接もしくは対向する部分が金属よりなる第２リング部で構成されており、この第２リング部が弾性体よりなる第１リング部に固着されているので、相手側対象物の部品公差および組立公差による寸法のばらつきを第１リング部で吸収し、回転部の動きに追従させることができる。しかも第２リング部の摺接部もしくは対向部に鏡面加工のような特段の加工精度を必要とすることがなく、内側に配される回転摺動部への土圧の伝播を抑制することができる。また、補助シールを設けた場合のように回転抵抗を増大させることもない。
さらに、第２リング部を構成する金属の表面粗さは、相手側対象物に接した状態でも漏水を許容する１２．５Ｓ以上の面粗さで良く、硬度も比較的低い材料を用いることができるため、加工が容易で安価に製作することができる。

本発明の土圧伝播抑制リング体は、ディスクカッタ（第３発明）や転輪装置（第４発明）のような、土圧の作用する環境下で用いられ、しかも外力によってのみ回転可能な（すなわち、自ら能動的に回転することができない）装置に用いるのに特に好適である。

次に、本発明による土圧伝播抑制リング体、ディスクカッタおよび転輪装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

〔第１実施形態〕
図１には、本発明の第１実施形態に係るディスクカッタの断面図が示され、図２には、図１のＡ部拡大図が示されている。また、図３には、本実施形態におけるリング体の斜視図が示されている。

本実施形態は、トンネル掘削機のカッタヘッドに装着されるディスクカッタに適用された例を示すものである。本実施形態のディスクカッタ１は、図示されないカッタヘッドに取り付けられる一対のリテーナ２，２と、これらリテーナ２，２にボルト３によって固定されるシャフト４を備えている。シャフト４の外周には軸受５，５を介してハブ６が回転自在に支承され、ハブ６の外周にカッタリング７が回転不能に支持されている。なお、ハブとカッタリングとは一体で形成しても良い。

前記ハブ６の内周側の外端部にはリング状のスペーサ８，８が嵌め込まれて、ハブ６に対して回転不能かつ水密に固定されている。このスペーサ８，８は内周側の端部が外方へ向けて突出形成され、この突出部８Ａがそれに対向するリテーナ２の凹部２Ａ内に入り込むように配されている。そして、スペーサ８の突出部８Ａの内周壁とリテーナ２の凹部２Ａの内周壁との間にメインシールとしてのフローティングシール９が装着されている。このフローティングシール９は、互いに摺接するシール面を有する一対のシールリング９ａ，９ａと、一方のシールリング９ａの外周面とリテーナ２との間、他方のシールリング９ａの外周面とスペーサ８との間にそれぞれ挟持された一対のＯリング９ｂ，９ｂとにより構成され、リテーナ２に対するスペーサ８（ハブ６）の回転を許容し、かつシール機能を発揮するように構成されている。

前記フローティングシール９の外周側であって、固定側であるリテーナ２と、回転側であるハブ６およびスペーサ８との間には、ラビリンスが設けられ、このラビリンスの途中に本発明に係る土圧伝播抑制リング体（以下、「リング体」という。）１０が装着されている。以下に、このリング体１０の詳細構造について説明する。

図２に示されるように、前記リング体１０は、リテーナ２の外周部に形成された突出部２Ｂの内周壁２ａと、スペーサ８の突出部８Ａの外周壁８ａとの間に形成された環状空間１１に装着されている。このリング体１０は、弾性体よりなる断面矩形状の第１リング部１２と、この第１リング部１２の側壁１２ａにその側壁１３ａが加硫接着により固着される金属材よりなる断面矩形状の第２リング部１３とにより構成されている。ここで、第１リング部１２の外径は第２リング部１３の外径よりも少し大きくなるように両者が固着されて一体化されている。なお、弾性体としては、例えば硬さ５５°のニトリルゴムが用いられる。また、金属材としては、例えばＳＳ４００材で充分であり、その表面粗さは５０Ｓ〜１００Ｓ程度で良い。すなわち、本実施形態に係るリング体１０に用いられる金属材は従来のメタルシールに比べ硬度が低い低級材料で良く、また表面粗さも粗くて良いため、加工が容易で非常に安価に製作することができる。

第１リング部１２の外周壁１２ｂおよび加硫接着されてない側の側壁１２ｃはリテーナ２の突出部２Ｂの内周壁２ａおよびその内周壁２ａに連設された段部２Ｃの側壁２ｃに嵌め込まれることにより、リング体１０がリテーナ２に保持されている。すなわち、リング体１０は、第１リング部１２によってリテーナ２に弾性的に保持されている。そして、第１リング部１２の内周壁１２ｄとスペーサ８の突出部８Ａの外周壁８ａとの間に所要の隙間Ｃ_１（本実施形態では１ｍｍ程度の隙間）が設けられてラビリンスの一部が形成されるようにされている。また、第２リング部１３の外周壁１３ｂとそれに対向するリテーナ２の突出部２Ｂの内周壁２ａとの間には微小隙間Ｃ_２が形成され、内周壁１３ｃとそれに対向するスペーサ８の突出部８Ａの外周壁８ａとの間にも微小隙間Ｃ_２が形成されて摺動抵抗が生じないようにされている。この微小隙間Ｃ_２は、部品公差、組立公差による寸法のばらつきに対応して第２リング部１３の径方向への動き代を確保するための隙間であって、対向する壁面の機械加工誤差を許容する最小限の大きさであり、本実施形態では０．１ｍｍ程度に設定されている。

これに対して、第２リング部１３の加硫接着されていない側の側壁１３ｄと、それに対向するスペーサ８の外側壁８ｂとの間には、本実施例では０．５ｍｍの微小隙間Ｃ_３が設けられており、リング体１０の装着によるハブ６（スペーサ８）の回転抵抗の増大を防止している。なお、この微小隙間を設けず、Ｃ_３がノミナルで０となるように設定しても良い。この場合には、ノミナル値ではスペーサ８とリング体１０との間には締め代も隙間もないように設定されることとなり、リング体１０の装着によるハブ６（スペーサ８）の回転抵抗の増大が防止される。

ここで、前述のように、前記第２リング部１３を構成する金属材の面粗さは５０Ｓ〜１００Ｓあれば充分であり、少なくとも１２．５Ｓ以下に仕上げる必要はない。また、第２リング部１３と対向するスペーサ８の側壁１３ｄの面粗さも５０Ｓ〜１００Ｓ程度で良い。したがって、この第２リング部１３の内側壁１３ｄとスペーサ８の外側壁８ｂとの間には０．５ｍｍの微小隙間があり、漏水を許容する（止水機能を有さない）こととなる。また、微小隙間をノミナルで０に設定した場合においても、ノミナルでは接触するが、この状態においても漏水を許容する（止水機能を有さない）こととなる。なお、本実施形態において、リテーナ２の突出部２Ｂの側壁２ｂとスペーサ８の側壁８ｂとの間に形成されるラビリンスの隙間は２ｍｍ程度に設定され、スペーサ８の突出部８Ａの側壁８ｃとそれに対向するリテーナ２の側壁２ｄとの間に形成されるラビリンスの隙間は３ｍｍ程度に設定されている。

本実施形態のリング体１０によれば、装着側対象物であるリテーナ２の装着面も、相手側対象物であるスペーサ８の対抗面も、５０Ｓ〜１００Ｓ程度の面粗さで加工すれば良く、通常の回転シールの当たり面の面粗さである１．６Ｓ〜６．３Ｓに仕上げるのに比べて加工が大幅に簡素化できる。しかも、リング体１０の装着による回転抵抗の増大も防止できる。

なお、リテーナ２とスペーサ８（ハブ６）との軸方向における相対位置は、軸受５のプレロード調整のために、ノミナル寸法に対してずれが大きくなることが多い。このような場合においても、そのずれを第１リング部１２の弾性変形で吸収することができる。

図４には、前記第１実施形態の変形例に係るディスクカッタの断面図が示されている。

前記第１実施形態では、リング体１０を固定側であるリテーナ２に固定した例について説明したが、本変形例のディスクカッタ１′では、リング体１０を回転側であるスペーサ８′に固定した例を示すものである。したがって、リテーナ２′、スペーサ８′の形状の点およびリング体１０が回転される点が前記第１実施形態のものと異なるが、それ以外の部分については第１実施形態のものと基本的に異なるところがない。よって、第１実施形態と同一もしくは対応する部分には図に同一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。このようにリング体１０は固定側に装着しても、回転側に装着しても、同様の作用効果を奏するものである。

上記第１実施形態やその変形例においては、ハブ6内への軸受５の組立の関係上、ハブ６にスペーサ８またはスペーサ８'を固定し、スペーサ８または８'とリテーナ２との間にリング体１０を設ける構成とした。しかし、スペーサ８、８'が必要でない場合には、ハブ６とリテーナ２との間にリング体１０を設ければ良い。また、逆に、リテーナにスペーサを固定する構造も考えられるが、この場合には、ハブとスペーサとの間にリング体１０を設ければ良い。本発明において「ハブ側部材」とは、ハブ自体、または、ハブに固定されるスペーサなどのハブ以外の部材を含むものである。また、本発明において「リテーナ側部材」とは、リテーナ自体、または、リテーナに固定されるスペーサなどのリテーナ以外の部材を含むものである。

〔第２実施形態〕
図５には、本発明の第２実施形態に係る転輪装置の断面図が示されている。本実施形態は、ブルドーザ等の建設機械の転輪装置に適用された例を示すものである。

本実施形態の転輪装置２０は、車体側に回転不能に設けられるブラケット２１と、このブラケット２１に回転不能に支持されるシャフト２２と、このシャフト２２に軸受２３を介して回転可能に支承されるローラ２４を備え、このローラ２４によって図示されない履帯を案内するように構成されている。ブラケット２１とローラ２４との間には、土砂の侵入を防ぐとともに、軸周りに充填されているオイルの漏れを防ぐためのフローティングシール２５が装着されている。

前記フローティングシール２５の外周側にはラビリンスが形成され、そのラビリンスに本発明に係るリング体１０が装着されている。このリング体１０の構造は、前記第１実施形態と同様であって、ブラケット２１に固着される弾性体よりなる第１リング部１２と、この第１リング部１２に固着される金属材よりなる第２リング部１３とにより構成されている。

本実施形態においても、第１実施形態と同様の作用効果を奏するものである。勿論、このリング体１０は、ブラケット２１側ではなく、ローラ２４側に装着することもできる。本発明において「ブラケット側部材」とは、ブラケット自体、または、ブラケットに固定されるスペーサなどのブラケット以外の部材を含むものである。また、本発明において「ローラ側部材」とは、ローラ自体、または、ローラに固定されるスペーサなどのローラ以外の部材を含むものである。

本発明のリング体１０は、上述したディスクカッタや転輪以外の種々の装置にも適用可能であることは言うまでもない。

本発明の土圧伝播抑制リング体は、トンネル機械のカッタヘッドに装着されるディスクカッタや、ブルドーザ等の建設機械の転輪装置に適用するのに特に好適である。

本発明の第１実施形態に係るディスクカッタの断面図 図１のＡ部拡大図 本実施形態におけるリング体の斜視図 第１実施形態の変形例に係るディスクカッタの断面図 本発明の第２実施形態に係る転輪装置の断面図

符号の説明

１，１′ ディスクカッタ
２，２′ リテーナ
４，２２ シャフト
５，２３ 軸受
６ ハブ
７ カッタリング
８，８′ スペーサ
９，２５ フローティグシール
１０ 土圧伝播抑制リング体
１２ 第１リング部
１３ 第２リング部
２０ 転輪装置
２１ ブラケット
２４ ローラ

Claims (4)

1. 互いに相対回転する装着側対象物と相手側対象物の相対向する壁面間に装着され、その装着部より内側に配される回転摺動部への土圧の伝播を抑制するリング体であって、
   該リング体を前記装着側対象物に保持するための弾性体よりなる第１リング部と、該第１リング部の側面に固着され、前記相手側対象物との間で相対回転可能な金属よりなる第２リング部とを備え、前記第２リング部の表面粗さは、前記相手側対象物に接した状態でも漏水を許容する１２．５Ｓ以上の面粗さであることを特徴とする土圧伝播抑制リング体。
2. 請求項１に記載の土圧伝播抑制リング体の取付構造であって、
   前記第２リング部の少なくとも径方向壁面とそれに対向する相手側対象物の壁面との間に微小隙間を有し、この微小隙間が、対向する壁面の機械加工誤差を許容する最小限の０．１ｍｍの隙間であることを特徴とする土圧伝播抑制リング体の取付構造。
3. 請求項１に記載の土圧伝播抑制リング体が装着されてなるディスクカッタであって、
   カッタリングを有するハブと、
   前記ハブを回転自在に支持するシャフトと、
   前記シャフトを回転不能に支持するリテーナとを有し、
   前記装着側対象物が、前記リテーナ側部材および前記ハブ側部材のいずれか一方であり、前記相手側対象物が、前記リテーナ側部材および前記ハブ側部材のいずれか他方であることを特徴とするディスクカッタ。
4. 請求項１に記載の土圧伝播抑制リング体が装着されてなる転輪装置であって、
   ローラと、
   前記ローラを回転自在に支持するシャフトと、
   前記シャフトを回転不能に支持するブラケットとを有し、
   前記装着側対象物が、前記ブラケット側部材および前記ローラ側部材のいずれか一方であり、前記相手側対象物が、前記ブラケット側部材および前記ローラ側部材のいずれか他方であることを特徴とする転輪装置。

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