JPH036317B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高水圧下で地盤を掘削するシールド
掘進機、横孔掘進機、立孔掘削機などの回転掘削
機のシール装置に関し、特に大口径の回転掘削機
におけるシール装置に関するものである。

大口径回転掘削機の内のシールド掘進機を第１
図を参照して説明する。このシールド掘進機は、
シールド本体の前面開口部にカツターホイル１を
軸受１０を介して回転可能に支持する。そのシー
ルド本体２の支持隔壁１３に駆動モータ１２を固
定し、一方カツターホイル１に旋回輪１９を設
け、その旋回輪１９に駆動モータ１２の回転軸に
固定したピニオン１１を噛合させる。相互に対向
するシールド本体２の大径円筒部２ａの内周面と
カツターホイル１の大径円筒部１ａの外周面との
間、シールド本体２の小径円筒部２ｂの外周面と
カツターホイル１の小径円筒部１ｂの内周面との
間にカツターシール３ａ，４ａ，５ａ，３ｂ，４
ｂ，５ｂを介装する。このカツターシール３ａ，
４ａ，５ａ，３ｂ，４ｂ，５ｂは、リツプ長の長
い多重リツプ形シールである。前記駆動モータ１
２を駆動させ、カツターホイル１を回転させて地
盤を掘削する。なお、図中Ａはシールド本体２内
すなわち大気圧となつている。Ｂは切羽を示し、
高水圧、高土圧下にある。Ｃはピニオン１１など
を含むピニオン室、Ｄは軸受１０などを含む軸受
室を示す。

かかる大口径の回転掘削機における従来のシー
ル装置は第２図に示すように、シールド本体２、
２ａ，２ｂとカツターホイル１，１ａ，１ｂとの
間に多重リツプ形シール３，３ａ，３ｂ，４，４
ａ，４ｂ，５，５ａ，５ｂを複数個、例えば３個
介装する。この３個の多重リツプ形シール３，
４，５間の空間の油溜室、すなわちシール３とシ
ール４との間の空間の第１油溜室Ｅおよびシール
４とシール５との間の空間の第２の油溜室Ｆに、
圧力流体送給装置のグリスポンプ１４から送給路
２０をそれぞれ接続する。この従来のシール装置
は、第１油溜室Ｅおよび第２油溜室Ｆにグリスポ
ンプ１４から送給路２０を介してグリスを供給
し、その第１油溜室Ｅおよび第２油溜室Ｆの圧力
P₁，P₁を同一に、しかも切羽Ｂ側の水圧P_Wとほ
ぼ等しくなるように保ち、掘削土砂がシールド本
体２内に侵入するのを防ぐものである。かかる従
来のシール装置は、多重リツプ形シール３，４，
５を使用しているので、下記の利点を有する。

(1) リツプ長が長いと、大口径構造物の水圧によ
る弾性変形に対してよく追随でき、密封性が安
定している。シールのたわみ量が変化しても、
シールリツプ接触面圧の変化が少なく、シール
性が変わらない。

(2) ベアリングが摩耗してシールド本体とカツタ
ホイルとの偏心量が増大しても、偏心によく追
随でき、シール性が安定している。

(3) シール高さが大きいと、カツタホイルとシー
ルド本体の相対向する円筒部の間隙が大きいの
で、大口径重量構造物の嵌合組立時の芯出作業
が容易である。

(4) 大口径構造物では、シール摺動面の表面硬化
処理（焼入、クロムメツキなど）が技術的に困
難であるので、表面硬度が低く、そのため泥水
によつて摩耗し易いが、多重リツプによつて、
土砂の侵入を各段階に分けて阻止し易い。

しかしながら、従来のシール装置においては、
第１油溜室Ｅおよび第２油溜室Ｆにグリスを送給
し、第１油溜室Ｅの圧力P₁と第２油溜室Ｆの圧
力P₁とを同一になるように圧力制御するので、
シール３，４の背面側の油圧P₁が切羽Ｂ側の水
圧Pwより高くなると、グリスが自然に切羽Ｂ側
に洩れ出すこととなり、シール３とシール４との
間の第１油溜室Ｅの圧力P₁およびシール４とシ
ール５との間の第２油溜室Ｆの圧力P₁はどれも
切羽Ｂ側の水圧P_Wにほぼ等しい。従つて、最も
シールド本体２の大気圧P₀側に近いシール５に
おける圧力差はP_W−P₀＝P_W−０＝P_Wと切羽Ｂ側
の水圧P_Wとほぼ等しくなつており、この結果従
来のシール装置の耐圧性能は、シール３，４，５
特に大気圧P₀側に最も近いシール５の耐圧性能
にそのままかかつてくる。ところが、この多重リ
ツプ形シールは、リツプ長が長いので耐圧性能が
低く高水圧には耐えられない。従つて、上述の従
来のシール装置では、高水圧下でのシールには適
さないと言う欠点がある。

そこで、耐圧性能を向上させる一手段として、
リツプ長を短かく、リツプ厚を厚くして剛性を上
げる案があるが、この案では、前述の長所が失な
われ、更にカツタホイルの偏心や弾性変形時に、
シールリツプの接触面圧が急増することになり、
摩耗速度が早くなり、シール寿命が短縮する欠点
が生じる。路の耐圧向上案として鉄の補強リング
入りのシールが考えられるが、剛性があり取扱い
にくくない人力で取扱える程度の小口径のものは
別として大口径のものは、剛性不足で取扱いにく
く、輸送しにくいとか、組立時の芯出が困難など
の欠点がある。なお、ゴム製シールなら折り曲げ
て輸送できる。また、バツクアツプリングによる
耐圧向上案があるが、この案では、高水圧を最終
的にグランド部に伝達することになり、グランド
とシール摺動面間のクリアランスＳを、はみ出し
現象を防ぐため小さくする必要がある。このた
め、大口径構造物を組立る時、芯出作業が困難と
なり、またカツタホイルの偏心や、弾性変形によ
り、クリアランスＳが０となつて互いに接触した
り、かじり発生の欠点を有する。

本発明の目的は、以上のような欠点がなく、高
水圧に耐えられ、しかも寿命の長い、大口径回転
掘削機におけるシール装置を提供することにあ
る。

本発明は、掘削機本体と回転掘削具との間に介
装した多重リツプ形シールの後方に複数の圧力室
を形成し、その各圧力室に圧力流体送給装置から
の送給路をそれぞれ接続し、前記複数の圧力室の
内１番切羽側の圧力室の圧力を切羽における水圧
と同一圧力に保持し、次降の圧力室の圧力を順次
減圧させて所定の圧力に保持するように圧力制御
したことを特徴とする。

以下、本発明の大口径回転掘削機におけるシー
ル装置の実施例の内の３例を第４図乃至第６図を
参照して説明する。

第４図は本発明のシール装置の第１の実施例を
示した一部断面図である。

図中、第１図乃至第２図と同符号は同一のもの
を示す。

しかして、この実施例における本発明のシール
装置は、シールド本体２，２ａ，２ｂとカツター
ホイル１，１ａ，１ｂとの間に介装した多重リツ
プ形シール２１の後方に同じく多重リツプ形シー
ル２２，２３を２個介装し、２個の圧力室Ｇ，Ｈ
を形成する。すなわち、第１圧力室Ｇは１番切羽
側の水圧P_Wに近いシール２１と中間のシール２
２との間に形成され、第２圧力室Ｈは中間のシー
ル２２と１番シールド本体２の大気圧P₀側に近
いシール２３との間に形成される。この第１圧力
室Ｇ、第２圧力室Ｈに第１グリスポンプ１４ａ、
第２グリスポンプ１４ｂからの送給路２０ａ，２
０ｂをそれぞれ接続する。

この実施例における本発明のシール装置は、以
上の如き構成よりなり、以下その操作について説
明する。

第１グリスポンプ１４ａからグリスを送給路２
０ａを介して第１圧力室Ｇに供給し、一方第２グ
リスポンプ１４ｂからグリスを送給路２０ｂを介
して第２圧力室Ｈに供給し、第１圧力室Ｇの圧力
P₂を切羽Ｂ側における水圧P_Wと同一圧力に保持
し、第２圧力室Ｈの圧力P₃を第１圧力室Ｇの圧
P₂とシールド本体２側の大気圧P₀との差圧の２
分の１の圧力に保持するようにそれぞれ圧力制御
する。この結果、多重リツプ形シール２１，２
２，２３の利点をそのまま生かし、さらに高水圧
下にも十分に耐えられるなどの効果を達成するこ
とができる。

ここで、具体的な数字をあげて、本発明のシー
ル装置と従来のシール装置とのシール性能につい
てさらに詳細に説明する。なお、多重リツプ形シ
ール３，４，５，２１，２２，２３の耐圧性能を
５Kg／cm²とする。

まず、従来のシール装置においては、グリスポ
ンプ１４から送給路２０，２０を介して第１油溜
室Ｅと第２油溜室Ｆとにグリスをそれぞれ供給
し、その第１油溜室Ｅの圧力P₁と第２油溜室Ｆ
の圧P₁とを同一に５Kg／cm²に保持する。この結
果５Kg／cm²の水圧にしか耐えられない。

これに対して、本発明のシール装置において
は、第２グリスポンプ１４ｂからグリスが供給さ
れる第２圧力室Ｈの圧力P₃を５Kg／cm²に保持し、
一方第１グリスポンプ１４ａからグリスが供給さ
れる第１圧力室Ｇの圧力P₂を10Kg／cm²に保持す
る。この結果、10Kg／cm²の水圧、従来のシール装
置の２倍の水圧に耐えることができる。しかも、
中間のシール２２においては第１圧力室Ｇの圧力
P₂と第２圧力室Ｈの圧力P₃との差圧が５Kg／cm²
であり、また、シールド本体２の大気圧P₀側に
近いシール２３においては第２圧力室Ｈの圧力
P₃とシールド本体２の大気圧P₀との差圧が５
Kg／cm²であり、従来のシール装置のシールド５に
おける差圧と等しい。従つて、本発明のシール装
置においては、シールリツプの接触面圧を従来の
シール装置と同じにすることができる。この利点
は、カツターシールの寿命を長くすることが出来
る点である。シール摺動面の摩耗量は、シールリ
ツプ接触面圧と摺動距離との積に比例していると
言われるので、接触面圧が従来と同じということ
は、高水圧であるにもかかわらず摩耗寿命が従来
のシール装置と同じと考えることができる。ま
た、切羽Ｂ側における水圧P_Wを５Kg／cm²とした
場合、従来のシール装置の１番シールド本体２の
大気圧P₀側に近いシール５における差圧は水圧
と等しい５Kg／cm²である。これに対して、本発明
のシール装置は、第１圧力室Ｅの圧力P₂を５
Kg／cm²に、第２圧力室Ｆの圧力P₃を2.5Kg／cm²に
それぞれ保持するように圧力制御することができ
るので、中間シール２２における差圧が2.5Kg／
cm²、１番シールド本体２の大気圧P₀側に近いシ
ール２３における差圧が2.5Kg／cm²となり、従つ
て同一水圧に対して本発明のシール装置は従来の
シール装置より２分の１の差圧で対応することが
できる。このように、差圧を小さくすることがで
きるので、摩耗量が減りシール寿命が延びる。

第５図は本発明のシール装置の第２の実施例を
示した一部断面図である。

この実施例における本発明のシール装置は、上
述の第１実施例における多重リツプ形シールの内
１番大気圧側に近いシール２３の代わりにシール
材と同じ弾性部材からなる圧力保持用のラビリン
ス形シール２４を介装し、そのラビリンス形シー
ル２４と中間の多重リツプ形シール２２との間に
第２圧力室Ｈを形成し、その第２圧力室Ｈにエア
コンプレツサー１５からの送気路２５を接続す
る。

この実施例において、第１圧力室Ｇの圧力P₁
を切羽Ｂ側における水圧P_Wと同一圧力に保持し、
第２圧力室Ｈの圧力P_Aを水圧P_W（第１圧力室Ｇの
圧力P₁）と大気圧P₀との差圧の２分の１の圧力
に保持するようにそれぞれ圧力制御することによ
り、上述の第１の実施例のものと同様の作用効果
を達成することができる。

第６図は本発明のシール装置の第３の実施例を
示した一部断面図である。

この実施例における本発明のシール装置は、上
述の第１の実施例および第２の実施例において、
大気側の多重リツプ形シール２３およびラビリン
ス形シール２４の代わりに密封隔壁６によりピニ
オン室Ｃおよび軸受室Ｄに第２圧力室Ｈを形成
し、その第２圧力室Ｈにエアコンプレツサー１５
からの送気管２５を接続する。この実施例のもの
も上述の第１の実施例のものおよび第２の実施例
のものと同様の作用効果を達成することができ
る。

なお、上述の実施例においては、多重リツプ形
シール２１の後方に２個の圧力室Ｇ，Ｈを形成し
たものであるが、３個以上と圧力室を多く形成す
れば、その分高水圧に十分に耐えられる。

以上の実施例から明らかなように、本発明のシ
ール装置は、下記の効果を達成することができ
る。

１ 大口径シールの高水圧での耐圧性能を大巾に
高めた。

２ シール形状は変えずに、中間圧力室の圧力制
御だけで、低水圧から高水圧までの任意の水圧
の変動に適するシール構造である。

３ 水圧が高くても、シールリツプ接触面圧は、
リツプ差圧の調整制御でほゞ一定に保つことが
できるので、水圧が変動してもいつも最適接触
圧を保つことができ、シール摺動面及びシール
リツプの摩耗速度を小さくでき、シール寿命が
長くなる。

４ 低圧用シールと同じ形状のシールを使うこと
ができるので、シール製作の金型が共用でき、
経済的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は大口径回転掘削機の内のシールド掘進
機を示した従断面図、第２図は従来のシール装置
を示した一部断面図、第３図は従来のバツクアツ
プリング形のシール装置を示した一部断面図であ
る。第４図乃至第６図は本発明の大口径回転掘削
機におけるシール装置の実施例を示し、第４図は
本発明のシール装置の第１の実施例を示した一部
断面図、第５図は本発明のシール装置の第２の実
施例を示した一部断面図、第６図は本発明のシー
ル装置の第３の実施例を示した一部断面図であ
る。 １……カツターホイル、２……シールド本体、
６……密封隔壁、１１……ピニオン、１２……駆
動モータ、１４，１４ａ，１４ｂ……グリスポン
プ、１５……エアコンプレツサー、１９……旋回
輪、２０，２０ａ，２０ｂ……送給路、２１，２
２，２３……多重リツプ形シール、２４……ラビ
リンス形シール、２５……圧気路、Ａ……シール
ド本体内、Ｂ……切羽、Ｃ……ピニオン室、Ｄ…
…軸受室、Ｇ……第１圧力室、Ｈ……第２圧力
室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 掘削機本体に回転掘削具を回転可能に支持
   し、その掘削機本体と回転掘削具との間にリツプ
   長が長い多重リツプ形シールを介装し、前記回転
   掘削具を回転させて地盤を掘削する大口径回転掘
   削機において、前記掘削機本体と回転掘削具との
   間の前記多重リツプ形シールの後方に複数の圧力
   室を形成し、その各圧力室に圧力流体送給装置か
   らの送給路をそれぞれ接続し、前記複数の圧力室
   の内１番切羽側の圧力室の圧力を切羽における水
   圧と同一圧力に保持し、次降の圧力室の圧力を順
   次減圧させて所定の圧力に保持するように圧力制
   御したことを特徴とする大口径回転掘削機におけ
   るシール装置。 ２ 圧力室は、リツプ長が長い多重リツプ形のシ
   ールで構成したことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の大口径回転掘削機におけるシール装
   置。 ３ 圧力室は、弾性部材からなる圧力保持部材で
   構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の大口径回転掘削機におけるシール装置。 ４ 圧力室は、密封隔壁で構成したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の大口径回転掘削
   機におけるシール装置。