JPH07269291A - シール装置とシールスリーブの交換方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シール部材（シールスリーブ）の薄形化およ
び軽量化を図り、弾性変形を可能にして取り扱いを容易
にし、シール部材の交換を可能にするとともに、従来の
シールリングに比べて耐摩耗性を向上し、カッターディ
スクの回転速度を上げられるシール装置を提供する。 【構成】 円筒状支持部３ａとリング体４ａとの間、お
よびリング体４ａと円筒状チャンバー壁９ａとの間にそ
れぞれシール装置１０が配備されている。それらのシー
ル装置１０は、円環状で断面リップ形の弾性シール１１
と、この弾性シール１１の先端部が摺接する金属製のシ
ールスリーブ１２から構成され、シールスリーブ１２は
半径方向の曲げ弾性が高い薄形帯鋼からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トンネル掘削機やシー
ルド掘進機をはじめ、ロータリーキルンやスクリューコ
ンベヤなどにおける相対回転円周面間あるいは相対軸方
向摺動周面間に設けられるシール装置と同シール装置に
おけるシールスリーブの交換方法に関するもので、主と
して、トンネル掘削機のカッターディスクを回転自在に
支持する軸受部や、複数に分割されたシールド掘進機の
分割部分の接続箇所の軸方向（長手方向）摺動周面部の
シール装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５はトンネル掘進機の従来の軸受部の
シール装置を示すもので、同図のように環状の弾性シー
ル３１とこの弾性シール３１が摺接する円形のシールリ
ング３２とからシール装置３０が構成されていた。図５
のトンネル掘削機では、シールリング３２は二つ用いら
れており、いずれも軸受３３の近傍で、掘削機本体３４
側とカッターディスク３５側のシールホルダー３６・３
７にそれぞれ位置決めされている。なお、主として岩盤
にトンネルを掘削するためのトンネル掘削機だけでな
く、砂礫、砂、粘土・シルトにトンネルを掘削するため
のシールド掘進機についても同様の構造のシール装置が
使用されている。

【０００３】また従来のシールリングは、一般にＳＳ材
又は炭素鋼が使用され、厚みが２５ｍｍ以上と厚く、弾
性変形できる構造ではなかった。いいかえれば、シール
リングはトンネル坑での狭い空間内では交換可能になっ
ていなかった。これは、一回のトンネル掘削作業で掘削
する距離が短く（通常、１ｋｍ前後）、その間にシール
リングが摩損することがないため、作業の途中でシール
リングを交換する必要がなかったからである。

【０００４】この種のシール装置の先行技術に、実開平
２−８９０９５号公報に記載のシール装置があるが、こ
の装置は弾性シール部材が摺接する金属製シールスリー
ブを弾性シールに対して移動可能に構成し、弾性シール
部材の摺接位置が摩耗したときにシールスリーブの位置
をずらせて寿命を延ばそうとするものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、最近は、一回
の作業で掘削すべき距離が２〜３ｋｍあるいはそれ以上
とかなり延びてきており、したがって、上記した従来の
シール装置（シールリング）では、以下のような不都合
が生じている。

【０００６】 シールリングは円環状の一体もので、
トンネル掘削機の内径よりもやや小さい位の大きさであ
り、またシールリングを弾性変形させる等の方法で簡単
にかつ復元可能に縮形できないため、トンネル掘削機内
へのシールリングの搬入ならびに取付位置への組込は困
難である。

【０００７】 シールリングに炭素鋼を使用してお
り、表面硬度はかなり高いはずであるが、掘削距離が大
幅に延びると、作業途中で摩耗して使用できなくなる。

【０００８】 シールリングの重量が重く、取り扱い
が不便なうえ、保管・収納に広いスペースを要する。

【０００９】 上記公報に記載のシール装置の場合、
シールスリーブの寿命がある程度（たとえば２倍位）延
びると思われるが、掘削距離が大幅に延びたときには対
応することができない。

【００１０】本発明は上述の点に鑑みなされたもので、
従来のシールリングに相当するシール部材（シールス
リーブ）の薄形化および軽量化を図るとともに、変形を
可能にして取り扱いを容易にすること、掘削機内など
の狭いスペースへの搬入とそこからの搬出を可能にし
て、交換可能にすること、従来のシールリングに比べ
て耐摩耗性を向上し、シール間の相対回転周速をより高
く設定できること、などを達成し得るシール装置を提供
することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明のシール装置は、a)相対回転円周面間あるい
は相対軸方向摺動周面間に設けられるもので、b)その内
周面側を環状の弾性シールで構成し、c)この弾性シール
が摺接する外周面側を、半径方向の曲げ弾性が高い薄形
帯鋼からなるシールスリーブで構成している。

【００１２】請求項２記載のように、d)前記シールスリ
ーブを、円形リング状のシールホルダーの内周面に着脱
可能に取り付けるとよい。

【００１３】請求項３記載のように、e)前記シールスリ
ーブの外径を、前記シールホルダーの内径よりも若干大
きくすることが望ましい。

【００１４】請求項４記載のように、f)前記シールスリ
ーブの薄形帯鋼の材質を、バネ鋼（バネ材用高力鋼を含
む）にすることが好ましい。

【００１５】請求項５記載のように、g)トンネル掘削機
又はシールド掘進機の相対回転円周面間あるいは相対軸
方向摺動周面間に装備すると、とくに有効である。

【００１６】前記シールスリーブの交換は、請求項６記
載のように、1)新しいシールスリーブを、ほぼ対向する
箇所で相互に接近させて長円形状などの偏平な形態に弾
性変形して保持したまま、前記シールスリーブの取付場
所まで搬入し、2)使用済みのシールスリーブを取り外し
たのち、前記の新しいシールスリーブを元の形態に拡径
して取り付けることにより、行うことができる。

【００１７】

【作用】上記した構成を有する本発明のシール装置によ
れば、内周面側の弾性シールが摺接する外周面側のシー
ル部材を、半径方向の曲げ弾性が高い薄形帯鋼からなる
シールスリーブで構成したから、従来のシール部材に比
べて厚みが極めて薄くなり、軽量になる。このため、口
径が大きくなる場合にも、弾性変形させて長円形や瓢箪
形などの、いわゆる偏平な形態に保持することで、トン
ネル掘削機やシールド掘進機内などの狭いスペースでも
シールスリーブを搬入したり、搬出したりできるととも
に、取付箇所まで搬入した後は、その偏平な形態の保持
を解消するだけで、シールスリーブが自己弾性力により
拡径して元の円環形状に戻るので、シールスリーブの交
換が可能になる。また、製造したシールスリーブを保管
・収納する場合には、偏平な形態に保持することで、ス
ペースを小さくできる。

【００１８】請求項２記載のシール装置では、シールス
リーブがシールホルダーに取り付けられるから、シール
スリーブの厚みをかなり薄くして半径方向の曲げ弾性を
一層高めることができ、偏平な形態（長円形状など）へ
の弾性変形が容易になる。また、シールホルダーでシー
ルスリーブを支持することで、止めネジなどによる固定
ができるため、着脱作業も容易になる。

【００１９】請求項３記載のシール装置では、シールホ
ルダーの内周面に添接させてシールスリーブを組み込ん
だ際に、シールスリーブはその弾性力によって円周接線
方向に適度な圧縮応力を受け、この圧縮応力がシールホ
ルダーに対して半径方向の外向きの力として作用する。
したがって、とくに止めネジなどの固定部材を用いなく
ても、シールスリーブはシールホルダーに固定されるこ
とになる。

【００２０】請求項４記載のシール装置では、シールス
リーブ自体が強いバネ力を有しているから、シールホル
ダー等に対する固定が確実になるとともに、表面硬度が
従来の炭素鋼材よりも硬いから、弾性シールの摺接面
（当たり面）の耐摩耗性が向上し、厚みを薄くしても寿
命が延びる。

【００２１】請求項５記載のシール装置は、トンネル掘
削機又はシールド掘進機の相対回転円周面間あるいは相
対軸方向摺動周面間に装備されるが、前記シール装置は
耐摩耗性が向上するとともに、シールスリーブの交換が
可能であるから、相対回転円周面間（カッターディスク
の軸受部）に用いたときには、トンネルの掘削距離が大
幅に延長される。また、相対軸方向摺動周面間（掘削機
又は掘進機の分割部の中折れ、スライド接続箇所）に用
いたときには、モルタルなどが付着して傷が生じ、そこ
から浸水が起きるおそれがあれば、シールスリーブを交
換できるので、浸水を未然に防止できる。

【００２２】請求項６記載の交換方法によれば、トンネ
ル掘削機内に狭いスペースしかない場合にも、シールス
リーブをその取付場所であるカッターディスク付近まで
搬入することができ、また、その取付時には、シールス
リーブの弾性力を利用して円環状に復元させ、シールホ
ルダー等に組み込むことができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明にかかるシール装置をトンネル
掘削機に実施した場合の実施例を図面に基づいて説明
し、併せてシールスリーブの交換方法についても説明す
る。

【００２４】図１は本実施例にかかるシール装置を備え
たトンネル掘削機の前部の上半分を示す断面図、図２は
図１のシール装置の構成の一部であるシールスリーブを
示す斜視図で、図２(ａ)は常態（拡径状態）を表し、図
２(ｂ)は長円形状に弾性変形した状態を表す。図３は瓢
箪形状に弾性変形した状態からシールホルダーに組み込
む手順を順に示す正面より見た説明図である。

【００２５】このトンネル掘削機１の概要はつぎのとお
りである。図１に一部を示すように掘削機１は、円筒状
の外殻（シールド壁）３を有する掘削機本体２の前部
に、カッターディスク４を備えており、それによって切
羽を切り崩す。カッターディスク４の前面にはローラカ
ッター４ｓが多数配列されており、掘削機本体２側に配
備された油圧モータ５を駆動源にして回転する。掘削機
本体２の前部はバルクヘッド６で仕切られており、この
バルクヘッド６の中央部分に作業者が出入り可能なマン
ホール７が開口し、これを塞ぐように扉８が開閉自在に
装着されている。なお、扉８にも開口８ａが設けられ、
開口８ａに補助扉８ｂが開閉自在に装着されている。

【００２６】本例の掘削機１は、流体輸送式で切羽圧を
確保するため、バルクヘッド６とカッターディスク４間
のカッターチャンバー９内に水などの流体を導入し、カ
ッターディスク４で掘削したときに生じる土砂をチャン
バー９内の水と混合して泥水として排出する。したがっ
て、図示は省略しているが、チャンバー９内に通じる流
水管や排泥管などを備えている。

【００２７】掘削機本体２の外殻３に固設された円筒状
支持部３ａとカッターチャンバー９の円筒状チャンバー
壁９ａとの環状空間に、カッターディスク４の後端のリ
ング体４ａが挿入され、軸受１４を介して回動自在に支
持されている。リング体４ａの後端にはリングギヤ４ｂ
が一体回転可能に取り付けられ、油圧モータ５の駆動ギ
ヤ５ａと噛合している。リング体４ａは内外二重のリン
グ部４ａ-0・４ａ-1からなり、その正面（前面）に環状
のカバー板４ｃがボルト４ｄで着脱自在に装着されてい
る。なおカバー板４ｃと掘削機本体２の円筒状支持部３
ａとの間には、別構造のシール装置２１が円周方向に介
装されている。

【００２８】さて、上記のトンネル掘削機１には、つぎ
のようなシール装置１０を配備している。すなわち、図
１のように、円筒状支持部３ａとリング体４ａとの相対
回転円周面間、およびリング体４ａと円筒状チャンバー
壁９ａとの相対回転円周面間にそれぞれシール装置１０
を配備している。それらのシール装置１０は、円環状で
断面リップ形の弾性シール部材１１と、この弾性シール
１１の先端部が摺接する金属製のシールスリーブ１２と
から構成し、弾性シール１１を外周面側に、シールスリ
ーブ１２を内周面側に相互に対向して配置している。ま
た、弾性シール１１は、掘進機１の長さ方向に複数列備
え、リング式取付具１３で固定している。

【００２９】一方、シールスリーブ１２は、図２の(ａ)
(ｂ)に示すように半径方向の曲げ弾性が高い薄形帯鋼か
らなり、本例では、高強度で優れたバネ特性をもつバネ
鋼を使用している。本例におけるシールスリーブ１２の
寸法は、幅４００ｍｍ、厚さ２〜３ｍｍ、外径は後述す
るリングホルダー４ａ-0・４ａ-1の内径より若干大き
く、ここでは３０００ｍｍ前後である。ただし、こうし
たシールスリーブ１２の材質や各寸法については、限定
するものではない。

【００３０】リング体４ａの内側のシール装置１０で
は、リング体４ａの内側リング部４ａ-1をシールホルダ
ーに構成し、このシールホルダー４ａ-1の内周面にシー
ルスリーブ１２をその弾性復元力を利用して装着したう
えで、円周方向に間隔をあけて配置した半径方向の複数
個の止ネジ１５で固定している。また、外側リング部４
ａ-0も同様にシールホルダーに構成し、シールホルダー
４ａ-0の内周面にシールスリーブ１２を装着して同様に
止ネジ１５で固定している。なお、各シールホルダー４
ａ-0・４ａ-1におけるシールスリーブ１２の装着位置に
は浅い凹所を形成し、シールスリーブ１２を嵌め込むよ
うにしている。

【００３１】次に、上記した実施例のシール装置１０に
ついてその交換方法の一実施例を説明する。

【００３２】その前提として、あらかじめ内外のシール
ホルダー４ａ-0・４ａ-1に装着されていたシールスリー
ブ１２・１２が摩耗・摩損により交換の必要が生じたも
のとする。

【００３３】 シールスリーブ１２・１２をそれぞ
れ、図３の左端のように瓢箪形状に弾性変形させてバン
ドＡ等で縛って偏平状態に保持し、作業者が抱えて掘削
機本体２内を通り、扉８を開放してマンホール７からカ
ッターチャンバー９内に搬入する。

【００３４】 カッターディスク４と掘削機本体２と
の間に空間を設ける。なお、その空間は、掘削終了状態
でカッターチャンバー９内に入り込んだ作業者がボルト
４ｄを取り外したのち、掘削機本体２をリング体４ａと
ともに後方へ引き込んだり、掘削終了後にカッターディ
スク４を掘進機本体２とともに後退させたのち、カッタ
ーディスク４をリング体４ａを残して前方へ移動したり
して設けられる。

【００３５】 摩耗・摩損したシールスリーブ１２・
１２は、止ネジ１５を取り外したのち、それぞれ適当な
長さに切断してシールホルダー４ａ-0・４ａ-1から取り
除いて、掘進機１から搬出する。

【００３６】 バンドＡを取り外し、各シールスリー
ブ１２・１２を対応する内外のシールホルダー４ａ-0・
４ａ-1内に挿入して組み込み、止ネジ１５で固定する。

【００３７】 掘削機本体２を前進してカッターディ
スク４に接近させ、作業者がボルト４ｄでカバー板４ｃ
とともにカッターディスク４をリング体４ａに連結し、
元の状態に戻す。

【００３８】図４は本発明の他の実施例にかかるシール
装置１０’を示すもので、本例では同図に示すように、
トンネル掘削機１が本体２を前後に分割したうえ、前側
の本体部分２ａの外殻内周面２２内に、後ろ側の本体部
分２ｂの外殻外周面２３を挿入し、それらの内外周面２
２・２３を軸方向に摺動自在に接続している。そして内
周面２２側に環状の取付溝２２ａを形成し、この取付溝
２２ａ内にシールスリーブ１２を取り付けている。一
方、外周面２３側には、弾性シール１１を環状の位置決
め部材２３・２３で前後方向に挟持して固定している。
図示は省略するが従来例では、外周面２３側には弾性シ
ール１１を備えているが、内周面２２側はシールド壁そ
のもので、弾性シール１１との相対摺動面を構成してお
り、その摺動面はシールスリーブ１２に比べかなり軟質
であった。このため、耐摩耗性が劣っていたのと、内周
面（摺動面）には裏込注入剤（モルタル）が付着して傷
ができ、弾性シール１１とのシール作用が十分に行われ
なくなって内部に浸水することがあった。しかし、本例
によると、シールスリーブ１２の硬度が大きく、傷が付
きにくくくなったうえ、仮に傷が付いて浸水のおそれが
生じたときには、シールスリーブ１２を交換できるの
で、浸水を未然に防止することが可能になった。なお、
上記実施例と共通する部材については、共通の符号を用
いて図示し、説明を省略する。

【００３９】以上、二つの実施例を紹介したが、本発明
のシール装置１０は、上記したカッターディスク４を外
周支持するタイプのほか、中間支持するタイプにも適用
できることは言うまでもなく、またトンネル掘削機１の
掘削方式つまり加圧泥水式やオープン式など、方式を問
わず適用できるだけでなく、シールド掘進機（図示せ
ず）についてもトンネル掘削機と同様に実施できる。ま
た、ロータリーキルンなどの軸受部や摺動部にも適用で
きる。さらに、円形リング面に限らず、楕円形などにも
適用できるものである。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明のシール装
置では、弾性シールが摺接する外周面側を、半径方向の
曲げ弾性が高い薄形帯鋼からなるシールスリーブで構成
しているので、つぎのような効果が生じる。

【００４１】1) 従来のシール部材に比べて厚みが極め
て薄くなり、軽量になり、また弾性変形させて長円形や
瓢箪形などの偏平な形態に保持できるので、トンネル掘
削機内の取付箇所へのシールスリーブの搬入・搬出が可
能になる。これにより、シールスリーブの交換が可能に
なる。さらに同様の理由により、シールスリーブの保管
・収納のスペースを削減できる。

【００４２】請求項２記載のシール装置では、 2) シールホルダーでシールスリーブを保持するから、
シールスリーブの厚みを一層薄くでき、半径方向の曲げ
弾性を向上したり、軽量化したりでき、また止めネジな
どによって簡単に固定できるため、シールスリーブの着
脱作業が容易になる。

【００４３】請求項３記載のシール装置では、 3) シールスリーブを組み込んだ際に、シールスリーブ
自体の半径方向外方へ拡がろうとする弾性力（付勢力）
によってシールホルダーに装着されるので、止めネジな
どの固定部材を用いなくても固定できる。

【００４４】請求項４記載のシール装置では、 4) シールホルダー等に対する固定が確実になるととも
に、表面硬度が従来の炭素鋼材よりも硬いから、弾性シ
ールの摺接面（当たり面）の耐摩耗性が向上して寿命も
延びる。また、耐摩耗性が向上しシール装置の回転周速
を上げられるので、カッターディスクを高回転させた掘
削作業が可能になり、掘削効率も向上する。

【００４５】請求項５記載のシール装置では、 5) トンネルの掘削距離が大幅に延長され、またモルタ
ルの付着などで起きるおそれがある浸水を未然に防止で
きる。

【００４６】請求項６記載の交換方法により、 6) トンネル掘削機内に狭いスペースしかない場合に
も、シールスリーブをその取付場所へ搬入し、またその
装着時にシールスリーブの弾性力を利用してシールホル
ダー等に組み込めるので、交換作業が容易にかつ短時間
で行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかるシール装置を備えたト
ンネル掘削機の前部の上半分を示す断面図である。

【図２】図１のシール装置の構成の一部であるシールス
リーブを示す斜視図で、図２(ａ)は常態（拡径状態）を
表し、図２(ｂ)は長円形状に弾性変形した状態を表して
いる。

【図３】瓢箪形状に弾性変形した状態からシールホルダ
ーに組み込む手順を順に示す正面より見た説明図であ
る。

【図４】本発明の他の実施例にかかるシール装置を備え
たトンネル掘削機の一部を表した断面図である。

【図５】従来の一般的なシール装置を備えたトンネル掘
削機の前部の上半分を示す断面図である。

【符号の説明】

１ トンネル掘進機 ２ 掘進機本体 ４ カッターディスク ４ａ リング体 ４ａ-0・４ａ-1 シールホルダー（リング部） １０・１０’ シール装置 １１ 弾性シール １２ シールスリーブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江籠 健二 兵庫県神戸市中央区東川崎町１丁目１番３ 号 川崎重工業株式会社神戸本社内 (72)発明者 松井 繁朋 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者 山田 猛 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 川崎重工業株式会社神戸工場内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相対回転円周面間あるいは相対軸方向摺
   動周面間に設けられるシール装置であって、 その内周面側を環状の弾性シールで構成し、この弾性シ
   ールが摺接する外周面側を、半径方向の曲げ弾性が高い
   薄形帯鋼からなるシールスリーブで構成したことを特徴
   とするシール装置。
2. 【請求項２】 前記シールスリーブを、円形リング状の
   シールホルダーの内周面に着脱可能に取り付けた請求項
   １記載のシール装置。
3. 【請求項３】 前記シールスリーブの外径を、前記シー
   ルホルダーの内径よりも若干大きくした請求項２記載の
   シール装置。
4. 【請求項４】 前記シールスリーブの薄形帯鋼の材質
   を、バネ鋼（バネ材用高力鋼を含む）にした請求項１〜
   ３のいずれかに記載のシール装置。
5. 【請求項５】 トンネル掘削機又はシールド掘進機の相
   対回転円周面間あるいは相対軸方向摺動周面間に装備さ
   れる請求項１〜４のいずれかに記載のシール装置。
6. 【請求項６】 新しいシールスリーブを、ほぼ対向する
   箇所で相互に接近させて長円形状などの偏平な形態に弾
   性変形して保持したまま、前記シールスリーブの取付場
   所まで搬入し、 使用済みのシールスリーブを取り外したのち、前記新し
   いシールスリーブを元の形態に拡径して取り付ける請求
   項１〜５のいずれかに記載のシール装置におけるシール
   スリーブの交換方法。