推進工法で用いる送泥管および排泥管のバイパス弁、掘進機
【課題】
推進工法で用いる送泥管および排泥管の管路のバイパス弁やそれを備えた掘進機を提供することを目的とする。
【解決手段】
推進工法で用いる送泥管および排泥管のバイパス弁であって、バイパス弁は、それぞれが送泥管と連結する少なくとも２つの送泥管用の管路と、それぞれが排泥管と連結する少なくとも２つの排泥管用の管路とを備える筐体と、回転弁と、駆動部とを備え、筐体内部には、回転弁が中心を軸として回転可能なバイパス空間が形成されており、駆動部が、回転弁をバイパス空間内で回転させることで、バイパス弁の開閉状態を制御し、バイパス弁が開いている状態の場合には、２つの送泥管用の管路、２つの排泥管用の管路が、それぞれバイパス空間を介して連通しており、バイパス弁が閉じている状態の場合には、送泥管用の管路と排泥管用の管路とが、バイパス空間を介して連通している、推進工法で用いる送泥管および排泥管のバイパス弁である。
推進工法で用いる送泥管および排泥管の管路のバイパス弁やそれを備えた掘進機を提供することを目的とする。
【解決手段】
推進工法で用いる送泥管および排泥管のバイパス弁であって、バイパス弁は、それぞれが送泥管と連結する少なくとも２つの送泥管用の管路と、それぞれが排泥管と連結する少なくとも２つの排泥管用の管路とを備える筐体と、回転弁と、駆動部とを備え、筐体内部には、回転弁が中心を軸として回転可能なバイパス空間が形成されており、駆動部が、回転弁をバイパス空間内で回転させることで、バイパス弁の開閉状態を制御し、バイパス弁が開いている状態の場合には、２つの送泥管用の管路、２つの排泥管用の管路が、それぞれバイパス空間を介して連通しており、バイパス弁が閉じている状態の場合には、送泥管用の管路と排泥管用の管路とが、バイパス空間を介して連通している、推進工法で用いる送泥管および排泥管のバイパス弁である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバイパス弁および掘進機に関する。特に、地中に推進管を埋設するための推進工法で用いる送泥管および排泥管のバイパス弁と、そのバイパス弁を備える掘進機に関する。
【背景技術】
【０００２】
地中に推進管を埋設するための工法の一つとして推進工法が知られている。推進工法は、発進立坑から掘進機を導入し、掘進機を使用して水平方向や上下方向など、任意の方向にに掘削することで推進管を地中に埋設していく工法である。
【０００３】
掘進機は、地盤を掘削するためのビットを複数備えるカッターヘッドを先頭体に備えており、そのカッターヘッドを、掘進機内のモータおよび減速機で駆動させることによって、地盤を掘削する構造となっている。従来の掘進機の一例を特許文献１乃至特許文献５に示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−４６８０４号公報
【特許文献２】特開２０００−２９１３８５号公報
【特許文献３】特開２０００−４５６８６号公報
【特許文献４】特開２００５−２１３７４９号公報
【特許文献５】特開２０００−２７４１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
掘進機が掘削した掘削土は、泥水に混入して搬送し、泥水処理機で土砂と泥水に分離後、泥水は再び切羽へと送られる。その際に、掘進機内部および発進立坑内の送泥管と排泥管の中途にそれぞれバイパス弁を取り付けている。このバイパス弁は、送泥管と排泥管との管路を一時的に継ぐ役割を担っている。たとえば掘進機による掘削が進み、推進管を繋ぐ作業を行う場合に、泥水が発進立坑側に流れてこないように、掘削面（地山）との縁を切るために送泥管と排泥管とをバイパスする。また、掘削時に、掘削土の取り込みが多い場合、バイパス弁を開閉することで、それを調整している。このバイパス弁には、一般的にはボールバルブが用いられている。
【０００６】
ボールバルブによるバイパス弁を形成するためには、送泥管と排泥管とを繋ぐ管（バイパス管）を設け、送泥管、排泥管、バイパス管のそれぞれにボールバルブを設置する必要がある（図１０参照）。従って、一つのバイパス弁のために、３つのボールバルブと、バイパス管とを新たに設けなければならない。そのため、部品が多くなるとともに、掘進機自体を長くする必要があることから、掘進機の小型化の制約となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで本発明者は上記課題に鑑み、省スペース化が図れるバイパス弁およびそれを搭載した掘進機を発明した。
【０００８】
第１の発明は、推進工法で用いる送泥管および排泥管のバイパス弁であって、前記バイパス弁は、それぞれが送泥管と連結する少なくとも２つの送泥管用の管路と、それぞれが排泥管と連結する少なくとも２つの排泥管用の管路とを備える筐体と、回転弁と、駆動部とを備え、前記筐体内部には、前記回転弁が中心を軸として回転可能なバイパス空間が形成されており、前記駆動部が、前記回転弁を前記バイパス空間内で回転させることで、バイパス弁の開閉状態を制御し、前記バイパス弁が開いている状態の場合には、前記２つの送泥管用の管路、前記２つの排泥管用の管路が、それぞれ前記バイパス空間を介して連通しており、前記バイパス弁が閉じている状態の場合には、前記送泥管用の管路と前記排泥管用の管路とが、前記バイパス空間を介して連通している、推進工法で用いる送泥管および排泥管のバイパス弁である。
【０００９】
本発明のように構成することで、本発明のバイパス弁１つで、従来のボールバルブ３つとバイパス管１つによるバイパス弁を代替することが可能となる。これによりバイパス弁の省スペース化を実現することができ、掘進機の小型化に繋がる。
【００１０】
上述の発明において、前記駆動部は、前記筐体の上面における、前記バイパス空間に対応する位置に設けられた平ギアと、前記平ギアと噛合するラックギアを備えるラックシリンダとを有しており、前記平ギアの中心軸部は、前記筐体の上面を貫通して、前記回転弁と接合しており、掘進機の操作盤からの操作指示により、前記ラックギアが、前記ラックシリンダの内壁に沿って移動することで、前記ラックギアを回転させ、前記ラックギアの回転により、前記ラックギアと噛合する前記平ギアが回転することに伴い、前記平ギアの中心軸が回転することで、前記回転弁が前記バイパス空間で回転する、推進工法で用いる送泥管および排泥管の管路のバイパス弁のように構成することもできる。
【００１１】
上述の発明のバイパス弁について、さらに省スペース化を図るために、以下のようなバイパス弁として構成することもできる。すなわち、推進工法で用いる送泥管および排泥管のバイパス弁であって、前記バイパス弁は、前記バイパス弁の前後においてそれぞれ送泥管および排泥管と連結しており、筐体内部の円柱形状に形成されたバイパス空間に設置される回転弁と、駆動部とを備え、前記駆動部が、前記回転弁を前記バイパス空間内で回転させることで、バイパス弁の開閉状態を制御し、前記バイパス弁が開いている状態の場合には、前記バイパス弁の前後に連結される送泥管同士、排泥管同士が、それぞれ前記バイパス空間を介して連通しており、前記バイパス弁が閉じている状態の場合には、前記送泥管と前記排泥管とが、前記バイパス空間を介して連通している、推進工法で用いる送泥管および排泥管のバイパス弁として構成しても良い。
【００１２】
第１の発明におけるバイパス弁は、推進工法で用いる掘進機内の送泥管および排泥管のバイパス弁として用いることもできる。その場合の掘進機は、以下のように構成される。すなわち、本体と、先端に回転自在に支持されるカッターヘッドを備えた先頭体とを有する、推進工法により地中を掘削する掘進機であって、前記掘進機は、前記カッターヘッドによって掘削された掘削土を混入させるための泥水を送出するための送泥管と、前記掘削土が混入された泥水を排出するための排泥管と、前記掘進機内における送泥管と排泥管とをバイパスするためのバイパス弁と、を備えており、前記バイパス弁は、前記送泥管および前記排泥管の途中に設置され、それぞれが前記送泥管と連結する少なくとも２つの送泥管用の管路と、それぞれが前記排泥管と連結する少なくとも２つの排泥管用の管路とを備える筐体と、回転弁と、駆動部とを備え、前記筐体内部には、前記回転弁が中心を軸として回転可能なバイパス空間が形成されており、前記駆動部が、前記回転弁を前記バイパス空間内で回転させることで、バイパス弁の開閉状態を制御し、前記バイパス弁が開いている状態の場合には、前記２つの送泥管用の管路、前記排泥管用の管路が、それぞれ前記バイパス空間を介して連通しており、前記バイパス弁が閉じている状態の場合には、前記送泥管用の管路と前記排泥管用の管路とが、前記バイパス空間を介して連通している、掘進機のように構成することもできる。
【発明の効果】
【００１３】
上述した構造のバイパス弁とすることによって、省スペース化が図れるバイパス弁を構成することができる。このバイパス弁を掘進機内で用いることによって、掘進機の小型化を実現することができる。またこのバイパス弁は従来のボールバルブによるバイパス弁よりも耐久性が高い。そのため、バイパス弁の故障頻度を減らすことも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】推進工法による掘進機を用いた地中の掘削の全体の外観図である。
【図２】掘進機の外観斜視図である。
【図３】掘進機とジョイント部材とを接続した状態の縦断面図である。
【図４】掘進機内における送泥管・排泥管を示す図である。
【図５】バイパス弁を模式的に示す図である。
【図６】バイパス弁が閉まった状態を模式的に示す図である。
【図７】バイパス弁が開いた状態を模式的に示す図である。
【図８】ラックシリンダが１本の場合を模式的に示す図である。
【図９】ラックシリンダが１本の場合に、バイパス弁の開閉状態と送泥水、排泥水の流れを模式的に示したものである。
【図１０】ボールバルブによる従来のバイパス弁を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
掘進機１を用いた地中の掘削の概要を図１に示す。また図２には、本発明の掘進機１の外観の斜視図を示す。図３には、本発明の掘進機１の縦断面図を示す。
【００１６】
掘進機１はその後端部においてジョイント部材６と接続する。また推進管７が複数埋設されている場合には進行方向側の推進管７に載置されているジョイント部材６の後端部と新たに埋設される推進管７に載置されているジョイント部材６の先端部とが互いに接続されることで連結している。
【００１７】
ジョイント部材６は推進管７内に載置される集合管であって、ジョイント部材６の送泥管５３、排泥管５４は、掘進機１内の送泥管５１や排泥管５２、発進立坑９内の送泥管５５や排泥管５６、あるいは他のジョイント部材６の送泥管５３や排泥管５４などと接続している。
【００１８】
掘進機１が掘削を行うことで、そこに推進管７が埋設されていく。推進管７には、たとえばコンクリート管、レジン管、ヒューム管、鋼製さや管、合成管などさまざまなものがあり、これらに限定されるものではなく、その目的に応じてさまざまな管を利用することができる。
【００１９】
掘進機１は、本体２と先頭体３とを少なくとも有している。本体２は先頭体３を支持するための方向修正装置やモータなどを格納している前部と、バックアップ管である後部とが分離可能に連結して構成されていることが好ましいがそれに限定されない。本体２の前部と後部（バックアップ管）は、その内部に送泥管５１、排泥管５２などを備えている。また後部のバックアップ管は、その後端部に上述のジョイント部材６と接合するための後部フランジを有している。
【００２０】
先頭体３の前端部には、地盤を掘削するための複数のビット３２を有するカッターヘッド３１を備えている。このカッターヘッド３１は、モータと減速機により回転駆動し、カッターヘッド３１における複数のビット３２により地盤を掘削する。また、油圧ユニット１２が油圧ホースを通じて推進ジャッキ８に動力を与えることで、推進ジャッキ８が掘進機１または推進管７を後方から押圧し、推進管７を逐次、継ぎ足しながら地中に推進管７を埋設していく。なお掘進機１や推進管７を地中に埋設する際の発進立坑９における発進坑１５には泥水などが発進立坑１０に流れ込まないように、止水処理が行われていることが好ましい。
【００２１】
また、掘削する地盤の種類などに応じてカッターヘッド３１の交換は可能であり、任意の構造のカッターヘッド３１を用いることができる。
【００２２】
カッターヘッド３１で掘削した掘削土は、カッターヘッド３１内に取り込まれ、掘進機１の先頭体３のクラッシャーコーンにより二次破砕される。二次破砕された掘削土は、上述のように、掘進機１内の送泥管５１から送出される泥水に混入され、掘削土が混入した泥水を、掘進機１内の排泥管５２が吸い上げることで、排泥管５２内に取り込む。
【００２３】
掘進機１内の排泥管５２に取り込まれた掘削土が混入した泥水は、掘進機１内の排泥管５２、排泥管５２におけるバイパス弁４、ジョイント部材６内の排泥管５４を通り、発進立坑９内の排泥管５６に排出される。そして発進立坑９の送泥管５５、排泥管５６の管路に設けられたバイパス弁４を介して、排泥ポンプ１４により泥水処理機１１に排出され、そこで泥水と土砂とに分離される。土砂が分離された泥水は、送泥ポンプ１３により発進立坑９内の送泥管５５、送泥管５５の管路に設けられたバイパス弁４を介して、ジョイント部材６内の送泥管５３を通り、掘進機１の送泥管５１まで送出される。図４に、掘進機１における送排泥管５（送泥管５１と排泥管５２の総称）を模式的に示す。
【００２４】
このように、送泥管５１、５３、５５と排泥管５２、５４、５６とを用いて、掘削土を切羽から泥水処理機１１まで排出しているが、推進管７を繋ぐ作業などの場合に、泥水が発進立坑９に流れ込まないように、送泥管５１と排泥管５２とをバイパスする必要がある。また、上述のように、掘削時に、掘削土の取り込みが多い場合、送泥管５１と排泥管５２とのバイパス弁４、送泥管５５と排泥管５６とのバイパス弁４などを開閉することで、それを調整している。
【００２５】
従来、このバイパス弁には、図１０に示すようなボールバルブ６０と、送泥管５１と排泥管５２（送泥管５５と排泥管５６）とを連結するバイパス管６１とを用いたバイパス弁が用いられていた。ボールバルブ６０をバイパス弁とした場合、ボールバルブ６０とバイパス管６１との組み合わせでバイバス弁を形成することとなり、その分、掘進機１が長くならざるを得ない。
【００２６】
たとえば図１０の場合、送泥管５１、排泥管５２（または送泥管５５、排泥管５６）、送泥管５１と排泥管５２（または送泥管５５と排泥管５６）とを連結するバイパス管６１に、それぞれボールバルブ６０ａ、６０ｂ、６０ｃを設置する必要がある。そして通常では、ボールバルブ６０ｃを閉じておき、ボールバルブ６０ａ、ボールバルブ６０ｂを開けておくことで、送泥管５１と排泥管５２（または送泥管５５と排泥管５６）に泥水が流れる。また管路のバイパスをする場合には、ボールバルブ６０ａ、６０ｂを閉じた状態に変更し、ボールバルブ６０ｃを開けた状態とすることで、管路をバイパスすることができる。
【００２７】
以上のような操作によりボールバルブ６０を用いてバイパス弁を構成することができるものの、小型化には限界がある。
【００２８】
また送泥管５１と排泥管５２（送泥管５５と排泥管５６）には泥水が通るので、摩擦が激しく、ボールバルブ６０の寿命が短くなってしまう。
【００２９】
そこで本発明では、バイパス弁４として回転ドア式のバルブを用いる。本発明のバイパス弁４の一例を図５に示す。図５はバイパス弁４を上方からみた状態であるが、機能作用のわかりやすさのため、平ギア４１とラックシリンダ４２内のラックギア４２１とが噛合する状態が分かるように示している。従って、実際には、ラックシリンダ４２は、平ギア４１とラックギア４２１とが噛合する付近を除いて、ラックギア４２１を覆っていることが好ましい。なお、以下ではバイパス弁４が掘進機１の送泥管５１と排泥管５２の中途に備えられる場合を説明するが、発進立坑９の送泥管５５と排泥管５６の中途に備えられる場合であっても同様に構成される。
【００３０】
また図６にはバイパス弁４が閉まった状態、図７にはバイパス弁４が開いた状態の模式図を示す。なお図６（ａ）および図７（ａ）では、弁の開閉状態をわかりやすく示すために、筐体４０の内側の構造を主に示している。また図６（ｂ）および図７（ｂ）は筐体４０のＡ−Ａ線の断面図、図６（ｃ）および図７（ｃ）は筐体４０の側面図である。
【００３１】
図５に示すバイパス弁４の筐体４０（ハウジング）は直方体であるが、その形状には限定されず、立方体、円柱などさまざまな形状で構成することができる。またバイパス弁４の筐体４０の内部には、送泥管用の管路５１１、排泥管用の管路５２１がそれぞれ設けられている。この管路にはそれぞれ開口部５１２、５２２があり、送泥管５１または排泥管５２と連結される。すなわち送泥管用の管路５１１（５１１ａ、５１１ｂ）の開口部５１２（５１２ａ、５１２ｂ）には送泥管５１が、排泥管用の管路５２１（５２１ａ、５２１ｂ）の開口部５２２（５２２ａ、５２２ｂ）には排泥管５２がそれぞれ連結される。なお管路の連結の際には、溶接で連結されることが好ましいが、送泥管用の管路５１１の開口部５１２に送泥管５１、排泥管用の管路５２１の開口部５２２に排泥管５２が挿嵌されることで連結されてもよい。この場合、泥水の漏出防止のため、連結部ではシーリングが施されるとよい。
【００３２】
また筐体４０内部の中心部付近は中空状に形成されており、好ましくは円柱形状の空間（バイパス空間）が設けられている。この空間は、例えば中空が円柱形状の鉄鋼を底面を下側に載置して形成されればよいが、それに限定されるものではない。またバイパス空間は、送泥管用の管路５１１、排泥管用の管路５２１とそれぞれ連結している。バイパス弁４を開けた状態では、送泥管用の管路同士（送泥管用の管路５１１ａ、５１１ｂ）、排泥管用の管路同士（排泥管用の管路５２１ａ、５２１ｂ）がそれぞれ、バイパス空間を介して繋がる状態となり（図７）、バイパス弁４を閉めた状態では、送泥管用の管路５１１と排泥管用の管路５２１とがそれぞれバイパス空間を介して繋がる状態（送泥管用の管路５１１ａと排泥管用の管路５２１ａ、送泥管用の管路５１１ｂと排泥管用の管路５２１ｂとが繋がる状態）となる（図６）。すなわちバイパス弁４を閉めた状態では、管路がバイパスされた状態となる。
【００３３】
バイパス空間には、好ましくは鉄鋼製の工字状の回転弁４３が設けられている。回転弁４３の底板４３２および上板４３１はバイパス空間の底面と同じ直径（あるいはほぼ同じ直径）である。また底板４３２と上板４３１との間は、バイパス空間の底面の直径と同じ長さ（あるいはほぼ同じ長さ）の幅と、バイパス空間の高さと同じ高さ（あるいはほぼ同じ高さ）である垂直板４３３が形成されている。そして回転弁４３の底板４３２と上板４３１のそれぞれの直径上に、垂直板４３３が設けられる。なお垂直板４３３の厚さは送泥管５１、排泥管５２を通る泥水圧に耐えられる程度の厚さであればよい。またその縁部は円弧上に成型されていることがよい。なお垂直板４３３は泥水圧力の分散のため、平面でなくてもよく、たとえば中心付近の厚さが厚く、縁部に近づくほど厚さが薄くなる形状であってもよい。
【００３４】
また回転弁４３の底板４３２の中心には円形状の凸部が設けられている。またその凸部に嵌合する大きさの凹部がバイパス空間の底面の中心に設けられている。
【００３５】
回転弁４３は、バイパス空間の底面の凹部に、回転弁４３の底板４３２の凸部が嵌合するようにバイパス空間の中心に設置され、バイパス空間の底面および上面の中心点同士の軸を中心として回転駆動する。この回転駆動によって、回転弁４３がバイパス空間内を回転し、垂直板４３３によりバイパス空間を２つの空間に区切る役割を果たす。つまり、回転弁４３がバイパス空間内で回転することによって、バイパス弁４の開閉を制御することができる。
【００３６】
またバイパス空間のうち、バイパス弁４が開いた状態、閉じた状態の時に回転弁４３が位置する場所に、溝部をそれぞれ設け、そこにＯリング４５とキー４４とを埋設しても良い。この場合、溝部にＯリング４５、その次にキー４４が位置する状態となる。そしてバイパス弁４が開いた状態、または閉じた状態の位置に回転弁４３がある場合には、回転弁４３の縁部に、キー４４がＯリング４５の弾性力で押圧されることとなる。それによって、シール効果を高めることが可能となる。Ｏリング４５は弾性力を与える素材であればよく、ゴム製であることが好ましいが、それ以外の樹脂製であってもよい。また、キーとは四角形の角棒であり、高合金鋼で硬度がＨＲＣ６６以上のものであることが好ましいが、それに限定されるものではない。
【００３７】
また、筐体４０のバイパス空間を形成する底面と上面のうち、回転弁４３の縁部とキー４４とが接する円周に沿って溝部を設け、その溝部に、さらに第２のＯリング４６が設けられていることが好ましい。この第２のＯリング４６によって、回転弁４３の上板４３１と底板４３２の縁部とキー４４との間をさらにシールすることができ、シール効果を高めることとなる。
【００３８】
なお上述の回転弁４３にはシール効果を高めるため、上板４３１および底板４３２を設ける構成としたが、上板４３１、底板４３２の双方またはいずれかを設けずに構成しても良い。その場合、回転弁４３は垂直板４３３のみ、あるいは垂直板４３３と上板４３１または底板４３２から構成される。
【００３９】
筐体４０の外側上面における、筐体４０の内部のバイパス空間に対応する位置には平ギア４１が設けられている。平ギア４１は、その中心において、中心軸部４１１と接合しており、平ギア４１の回転に併せて、中心軸部４１１も回転するように構成されている。そして、平ギア４１の中心軸部４１１が、筐体４０の上面を貫通して筐体４０の内部の回転弁４３の垂直板４３３の中心軸（上面の中心）と接合していることで、回転弁４３と連動している。これにより、平ギア４１の回転によって、回転弁４３もバイパス空間内を回転駆動するように構成されている。
【００４０】
筐体４０の外側の所定箇所には、一または複数のラックシリンダ４２が設けられている。筐体４０の外側の上面の左右端部付近に、それぞれ凹字状の固定部材４７を溶接などにより、筐体４０外側の上面に固定する。凹字状固定部材４７の凹面には接着剤などを塗布しておき、そこに円筒形状のラックシリンダ４２を載置する。さらに当該ラックシリンダ４２の上方から、同一の凹字状固定部材４７を逆方向から（凹字状固定部材４７の凹面が筐体４０外部の上面側となるように）、ラックシリンダ４２を挟み込むように載置する。なお上方から固定した凹字状固定部材４７の凹面にも接着剤などが塗布されていることは同じである。
【００４１】
また、ラックシリンダ４２を下方と上方とから挟み込む２つの凹字状の固定部材４７は、それぞれボルトなどで固定される。以上のように構成することで、ラックシリンダ４２を筐体４０外部の上面に固定することができる。なお上下から２つの凹字状の固定部材４７によりラックシリンダを挟み込み押圧することで、ラックシリンダを固定することから、ラックシリンダの外側面の半径と、凹字状固定部材４７の凹面の半径とは同一（またはほぼ同一）であることが好ましい。
【００４２】
ラックシリンダ４２は円筒形状であり、その内部が中空状に形成されている。ラックシリンダ４２の内部には、ラックシリンダ４２の内壁に沿って移動するラックギア４２１を備えており、ラックギア４２１は平ギア４１と噛合する。そのため、ラックシリンダ４２は、その側面の一部が平ギア４１と噛合する付近において、平ギア４１の円弧に沿って、ラックシリンダ４２の側面が開放されており、平ギア４１とラックギア４２１とが直接、噛合可能となっている。図９ではラックシリンダ４２が２本ある場合の状態を示しているが、ラックシリンダ４２（およびラックギア４２１）は１本であってもよい。
【００４３】
なおラックシリンダ４２は円筒形状であることが好ましいが、その形状に限定されるものではなく、任意の形状（例えば直方体）を取ることができる。その場合、任意の方法によって、ラックシリンダ４２は、筐体４０の外部に固定される。
【００４４】
ラックシリンダ４２内のラックギア４２１は、操作盤１０からの、バイパス弁４に対する操作指示を受け（なお操作指示を受けるための通信線などは図から省略している）、ラックギア４２１を油圧などにより、ラックシリンダ４２の内壁に沿って左右に移動させる。ラックギア４２１が左右に移動することによって、平ギア４１が回転する。そのため、平ギア４１の中心軸部４１１が回転し、それと連動して回転弁４３が中心を軸として回転する。それにより回転弁４３の垂直板４３３も回転し、バイパス弁４の開閉状態が制御される。
【００４５】
例えば、掘進機１の内部のバイパス弁４を閉じる状態に操作したい場合、操作盤１０から掘進機１の内部のバイパス弁４を指定し、当該バイパス弁４を閉じる状態に制御する操作指示を送出する。なおこの操作指示を送出する場合に、泥水処理機１１から泥水が送泥管５５を介して送出されないように、送泥処理を一時的に中止する制御指示が泥水処理機１１に自動的に送出されてもよいが、送泥処理をしたままバイパス弁６の開閉状態を制御してもよい。
【００４６】
バイパス弁４を閉じる操作指示が通信線を介して、掘進機１の内部の制御装置（制御コンピュータ）に送られる。なお、どのバイパス弁４に対する操作指示であるかは、当該操作指示に、バイパス弁４を識別する識別情報を付加し、それに基づいて操作指示の対象を識別可能とする。
【００４７】
そして、制御装置が、操作指示の識別情報に基づいて、掘進機１の内部のバイパス弁４に対する、バイパス弁４を閉じる制御であることを認識すると、制御装置は、通信線を介してバイパス弁４のラックシリンダ４２を移動させる制御指示を送出し，それを受けてラックシリンダ４２がラックギア４２１を所定量、すなわち、バイパス弁４の回転弁４３を開いている状態から閉じている状態に移動させるだけの量（平ギア４１および回転弁４３を９０度回転させる量（平ギア４１の円周の４分の１の長さ））だけ移動させる。そのため、ラックシリンダ４２の内部において、ラックギア４２１が移動可能な距離として、平ギアの円周の４分の１以上の長さの空間が確保されていることが好ましい。
【００４８】
これによって、ラックギア４２１は、ラックシリンダ４２内を予め定められた方向（バイパス弁４を閉じる方向に移動させるために必要な方向）に所定量だけ移動し、その結果、ラックギア４２１と噛合している平ギア４１が９０度回転する。平ギア４１が９０度回転することによって、その中心軸部４１１も９０度回転するので、中心軸部４１１に連動して、回転弁４３も９０度回転する。これによって、バイパス弁４が開いた状態（図７）からバイパス弁４が閉じた状態（図６）に変わることとなる。
【００４９】
なおラックシリンダ４２を２本設ける場合には、同一のラックシリンダ４２、ラックギア４２１を用いることが好ましく、その場合、平ギア４１を回転させるために、ラックギア４２１をそれぞれ左右逆方向に同じだけ移動させることが好ましい。
【００５０】
図５乃至図７ではラックシリンダ４２が２本の場合のバイパス弁４を示したが、ラックシリンダ４２は図８に示すように、１本であってもよい。またラックシリンダ４２は、バイパス弁４の内部の送泥管用の管路５１１、排泥管用の管路５２１に対して、任意の角度で取り付けられていればよく、図５乃至図９のように、送泥管用の管路５１１、排泥管用の管路５２１に対して平行でなくてもよい。たとえば、送泥管用の管路５１１、排泥管用の管路５２１の管路に対して垂直方向に取り付けられていてもよいし、ほかの角度で取り付けられていてもよい。
【００５１】
図９はラックシリンダ４２が１本の場合に、バイパス弁４の開閉状態と送泥水、排泥水の流れを示したものである。図９（ａ）はバイパス弁４が閉じた状態であり、送泥管５１を流れている送泥水がバイパス空間を介して、排泥管５２に流れ込む状態を示している。図９（ｂ）はバイパス弁４が開いた状態であり、送泥管５１を流れている送泥水は、バイパス空間を介して、そのまま送泥管５１に流れ、排泥管５２を流れている排泥水は、バイパス空間を介して、そのまま排泥管５２に流れる状態を示している。
【００５２】
バイパス弁４が１本の場合、平ギア４１は円形状ではなく、半円形状であってもよいが、それに限定されない。
【００５３】
なおラックシリンダ４２を１本とすることによって省スペース化、軽量化を図ることができるが、平ギア４１を回転させる力が弱くなること、平ギア４１を回転させる際のバランスが偏ることで中心軸部４１１に偏った負荷がかかり、故障の原因となりかねないことから、複数のラックシリンダ４２を対向させて配置することが好ましい。
【００５４】
また平ギア４１の回転力を強くするため、ラックシリンダ４２を、たとえば４本備えてもよい。この場合、前後左右にラックシリンダ４２を備えることとなる。この場合、各ラックギア４２１は、平ギア４１を中心として時計回りあるいは反時計回りの同一方向にそれぞれ回転させることで、平ギア４１を回転させることができる。
【００５５】
本発明のような、回転ドア式のバイパス弁４とすることによって、従来のボールバルブよりも構成部品も少なく、頑丈で破損しにくいバイパス弁４となる。また回転弁４３は、ラックシリンダ４２の内部のラックギア４２１と平ギア４１とを使用し、大きなトルクにより回転させられるので、泥水中でも作動することが可能となる。
【００５６】
なお泥水中で使用させる場合には、泥土や泥水から平ギア４１、ラックギア４２１を保護するため、筐体４０の上部を、平ギア４１とラックギア４２１とを同一の金属製のケースで覆ってもよい。これによって、ケース内で平ギア４１とラックギア４２１とが噛合するため、泥土や泥水、あるいは埃などによる動作不良が起こりにくくなる。また、筐体４０の上部を覆うほか、平ギア４１、ラックギア４２１を備えたラックシリンダ４２などを筐体４０の内部に備えてもよい。この場合、回転弁４３の上方または下方に、平ギア４１、ラックシリンダ４２などを備えることが好ましい。
【００５７】
なお、上記のように、弁の役割を果たす平ギア４１、平ギア４１の中心軸部４１１、ラックギア４２１（ラックシリンダ４２）、回転弁４３などの回転ドア機構は、その全ての構成が筐体４０の内部にあってもよいし、一部の構成が筐体４０の外部にあってもよい。
【００５８】
また本発明のバイパス弁４を使用していると、泥水がバイパス空間内を流れることから、微細な土砂がキー４４やＯリング４５に付着することとなる。しかしキー４４やＯリング４５を定期的に研磨するなどにより、その土砂を排除することができる。本発明のバイパス弁４で、このような研磨作業が行われたとしても、従来のボールバルブ６０のバルブ自体の破損よりも遙かに安価なコストで対応することもできる。なお本発明のバイパス弁４は、耐久性のため、各構成部品が鉄鋼製であることが好ましいが、それに限定されるものではなく、その目的に応じて、適切な素材が使用されていればよい。
【００５９】
また上述の説明では筐体４０が直方体形状であり、その内部に、回転弁４３を設置するためのバイパス空間と、送泥管用の管路５１１ａ、５１１ｂと、排泥管用の管路５２１ａ、５２１ｂとを備える場合を示したが、送泥管用の管路５１１ａ、５１１ｂ、排泥管用の管路５２１ａ、５２１ｂを設けない構成とすることもできる。この場合、送泥管用の管路５１１の代わりに掘進機の内部の送泥管５１とバイパス空間、排泥管用の管路５２１の代わりに排泥管５２とバイパス空間とを直接、連通しても良い。これによって筐体４０の形状を例えば円柱形状とすることができ、省スペース化をより図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の構造のバイパス弁とすることによって、省スペース化が図れるバイパス弁を構成することができる。このバイパス弁を掘進機内で用いることによって、掘進機の小型化を実現することができる。またこのバイパス弁は従来のボールバルブによるバイパス弁よりも耐久性が高い。そのため、バイパス弁の故障頻度を減らすことも可能となる。
【符号の説明】
【００６１】
１：掘進機
２：本体
３：先頭体
３１：カッターヘッド
３２：ビット
４：バイパス弁
４０：筐体
４１：平ギア
４１１：平ギアの中心軸部
４２：ラックシリンダ
４２１：ラックギア
４３：回転弁
４３１：回転弁の上板
４３２：回転弁の底板
４３３：回転弁の垂直板
４４：キー
４５：Ｏリング
４６：第２のＯリング
４７：固定部材
５：掘進機内の送排泥管
５１：掘進機内の送泥管
５１１：送泥管用の管路
５１２：送泥管用の管路の開口部
５２：掘進機内の排泥管
５２１：排泥管用の管路
５２２：排泥管用の管路の開口部
５３：ジョイント部材内の送泥管
５４：ジョイント部材内の排泥管
５５：発進立坑の送泥管
５６：発進立坑の排泥管
６：ジョイント部材
７：推進管
８：推進ジャッキ
９：発進立坑
１０：操作盤
１１：泥水処理機
１２：油圧ユニット
１３：送泥ポンプ
１４：排泥ポンプ
１５：発進坑
６０：ボールバルブ
６１：バイパス管
【技術分野】
【０００１】
本発明はバイパス弁および掘進機に関する。特に、地中に推進管を埋設するための推進工法で用いる送泥管および排泥管のバイパス弁と、そのバイパス弁を備える掘進機に関する。
【背景技術】
【０００２】
地中に推進管を埋設するための工法の一つとして推進工法が知られている。推進工法は、発進立坑から掘進機を導入し、掘進機を使用して水平方向や上下方向など、任意の方向にに掘削することで推進管を地中に埋設していく工法である。
【０００３】
掘進機は、地盤を掘削するためのビットを複数備えるカッターヘッドを先頭体に備えており、そのカッターヘッドを、掘進機内のモータおよび減速機で駆動させることによって、地盤を掘削する構造となっている。従来の掘進機の一例を特許文献１乃至特許文献５に示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−４６８０４号公報
【特許文献２】特開２０００−２９１３８５号公報
【特許文献３】特開２０００−４５６８６号公報
【特許文献４】特開２００５−２１３７４９号公報
【特許文献５】特開２０００−２７４１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
掘進機が掘削した掘削土は、泥水に混入して搬送し、泥水処理機で土砂と泥水に分離後、泥水は再び切羽へと送られる。その際に、掘進機内部および発進立坑内の送泥管と排泥管の中途にそれぞれバイパス弁を取り付けている。このバイパス弁は、送泥管と排泥管との管路を一時的に継ぐ役割を担っている。たとえば掘進機による掘削が進み、推進管を繋ぐ作業を行う場合に、泥水が発進立坑側に流れてこないように、掘削面（地山）との縁を切るために送泥管と排泥管とをバイパスする。また、掘削時に、掘削土の取り込みが多い場合、バイパス弁を開閉することで、それを調整している。このバイパス弁には、一般的にはボールバルブが用いられている。
【０００６】
ボールバルブによるバイパス弁を形成するためには、送泥管と排泥管とを繋ぐ管（バイパス管）を設け、送泥管、排泥管、バイパス管のそれぞれにボールバルブを設置する必要がある（図１０参照）。従って、一つのバイパス弁のために、３つのボールバルブと、バイパス管とを新たに設けなければならない。そのため、部品が多くなるとともに、掘進機自体を長くする必要があることから、掘進機の小型化の制約となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで本発明者は上記課題に鑑み、省スペース化が図れるバイパス弁およびそれを搭載した掘進機を発明した。
【０００８】
第１の発明は、推進工法で用いる送泥管および排泥管のバイパス弁であって、前記バイパス弁は、それぞれが送泥管と連結する少なくとも２つの送泥管用の管路と、それぞれが排泥管と連結する少なくとも２つの排泥管用の管路とを備える筐体と、回転弁と、駆動部とを備え、前記筐体内部には、前記回転弁が中心を軸として回転可能なバイパス空間が形成されており、前記駆動部が、前記回転弁を前記バイパス空間内で回転させることで、バイパス弁の開閉状態を制御し、前記バイパス弁が開いている状態の場合には、前記２つの送泥管用の管路、前記２つの排泥管用の管路が、それぞれ前記バイパス空間を介して連通しており、前記バイパス弁が閉じている状態の場合には、前記送泥管用の管路と前記排泥管用の管路とが、前記バイパス空間を介して連通している、推進工法で用いる送泥管および排泥管のバイパス弁である。
【０００９】
本発明のように構成することで、本発明のバイパス弁１つで、従来のボールバルブ３つとバイパス管１つによるバイパス弁を代替することが可能となる。これによりバイパス弁の省スペース化を実現することができ、掘進機の小型化に繋がる。
【００１０】
上述の発明において、前記駆動部は、前記筐体の上面における、前記バイパス空間に対応する位置に設けられた平ギアと、前記平ギアと噛合するラックギアを備えるラックシリンダとを有しており、前記平ギアの中心軸部は、前記筐体の上面を貫通して、前記回転弁と接合しており、掘進機の操作盤からの操作指示により、前記ラックギアが、前記ラックシリンダの内壁に沿って移動することで、前記ラックギアを回転させ、前記ラックギアの回転により、前記ラックギアと噛合する前記平ギアが回転することに伴い、前記平ギアの中心軸が回転することで、前記回転弁が前記バイパス空間で回転する、推進工法で用いる送泥管および排泥管の管路のバイパス弁のように構成することもできる。
【００１１】
上述の発明のバイパス弁について、さらに省スペース化を図るために、以下のようなバイパス弁として構成することもできる。すなわち、推進工法で用いる送泥管および排泥管のバイパス弁であって、前記バイパス弁は、前記バイパス弁の前後においてそれぞれ送泥管および排泥管と連結しており、筐体内部の円柱形状に形成されたバイパス空間に設置される回転弁と、駆動部とを備え、前記駆動部が、前記回転弁を前記バイパス空間内で回転させることで、バイパス弁の開閉状態を制御し、前記バイパス弁が開いている状態の場合には、前記バイパス弁の前後に連結される送泥管同士、排泥管同士が、それぞれ前記バイパス空間を介して連通しており、前記バイパス弁が閉じている状態の場合には、前記送泥管と前記排泥管とが、前記バイパス空間を介して連通している、推進工法で用いる送泥管および排泥管のバイパス弁として構成しても良い。
【００１２】
第１の発明におけるバイパス弁は、推進工法で用いる掘進機内の送泥管および排泥管のバイパス弁として用いることもできる。その場合の掘進機は、以下のように構成される。すなわち、本体と、先端に回転自在に支持されるカッターヘッドを備えた先頭体とを有する、推進工法により地中を掘削する掘進機であって、前記掘進機は、前記カッターヘッドによって掘削された掘削土を混入させるための泥水を送出するための送泥管と、前記掘削土が混入された泥水を排出するための排泥管と、前記掘進機内における送泥管と排泥管とをバイパスするためのバイパス弁と、を備えており、前記バイパス弁は、前記送泥管および前記排泥管の途中に設置され、それぞれが前記送泥管と連結する少なくとも２つの送泥管用の管路と、それぞれが前記排泥管と連結する少なくとも２つの排泥管用の管路とを備える筐体と、回転弁と、駆動部とを備え、前記筐体内部には、前記回転弁が中心を軸として回転可能なバイパス空間が形成されており、前記駆動部が、前記回転弁を前記バイパス空間内で回転させることで、バイパス弁の開閉状態を制御し、前記バイパス弁が開いている状態の場合には、前記２つの送泥管用の管路、前記排泥管用の管路が、それぞれ前記バイパス空間を介して連通しており、前記バイパス弁が閉じている状態の場合には、前記送泥管用の管路と前記排泥管用の管路とが、前記バイパス空間を介して連通している、掘進機のように構成することもできる。
【発明の効果】
【００１３】
上述した構造のバイパス弁とすることによって、省スペース化が図れるバイパス弁を構成することができる。このバイパス弁を掘進機内で用いることによって、掘進機の小型化を実現することができる。またこのバイパス弁は従来のボールバルブによるバイパス弁よりも耐久性が高い。そのため、バイパス弁の故障頻度を減らすことも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】推進工法による掘進機を用いた地中の掘削の全体の外観図である。
【図２】掘進機の外観斜視図である。
【図３】掘進機とジョイント部材とを接続した状態の縦断面図である。
【図４】掘進機内における送泥管・排泥管を示す図である。
【図５】バイパス弁を模式的に示す図である。
【図６】バイパス弁が閉まった状態を模式的に示す図である。
【図７】バイパス弁が開いた状態を模式的に示す図である。
【図８】ラックシリンダが１本の場合を模式的に示す図である。
【図９】ラックシリンダが１本の場合に、バイパス弁の開閉状態と送泥水、排泥水の流れを模式的に示したものである。
【図１０】ボールバルブによる従来のバイパス弁を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
掘進機１を用いた地中の掘削の概要を図１に示す。また図２には、本発明の掘進機１の外観の斜視図を示す。図３には、本発明の掘進機１の縦断面図を示す。
【００１６】
掘進機１はその後端部においてジョイント部材６と接続する。また推進管７が複数埋設されている場合には進行方向側の推進管７に載置されているジョイント部材６の後端部と新たに埋設される推進管７に載置されているジョイント部材６の先端部とが互いに接続されることで連結している。
【００１７】
ジョイント部材６は推進管７内に載置される集合管であって、ジョイント部材６の送泥管５３、排泥管５４は、掘進機１内の送泥管５１や排泥管５２、発進立坑９内の送泥管５５や排泥管５６、あるいは他のジョイント部材６の送泥管５３や排泥管５４などと接続している。
【００１８】
掘進機１が掘削を行うことで、そこに推進管７が埋設されていく。推進管７には、たとえばコンクリート管、レジン管、ヒューム管、鋼製さや管、合成管などさまざまなものがあり、これらに限定されるものではなく、その目的に応じてさまざまな管を利用することができる。
【００１９】
掘進機１は、本体２と先頭体３とを少なくとも有している。本体２は先頭体３を支持するための方向修正装置やモータなどを格納している前部と、バックアップ管である後部とが分離可能に連結して構成されていることが好ましいがそれに限定されない。本体２の前部と後部（バックアップ管）は、その内部に送泥管５１、排泥管５２などを備えている。また後部のバックアップ管は、その後端部に上述のジョイント部材６と接合するための後部フランジを有している。
【００２０】
先頭体３の前端部には、地盤を掘削するための複数のビット３２を有するカッターヘッド３１を備えている。このカッターヘッド３１は、モータと減速機により回転駆動し、カッターヘッド３１における複数のビット３２により地盤を掘削する。また、油圧ユニット１２が油圧ホースを通じて推進ジャッキ８に動力を与えることで、推進ジャッキ８が掘進機１または推進管７を後方から押圧し、推進管７を逐次、継ぎ足しながら地中に推進管７を埋設していく。なお掘進機１や推進管７を地中に埋設する際の発進立坑９における発進坑１５には泥水などが発進立坑１０に流れ込まないように、止水処理が行われていることが好ましい。
【００２１】
また、掘削する地盤の種類などに応じてカッターヘッド３１の交換は可能であり、任意の構造のカッターヘッド３１を用いることができる。
【００２２】
カッターヘッド３１で掘削した掘削土は、カッターヘッド３１内に取り込まれ、掘進機１の先頭体３のクラッシャーコーンにより二次破砕される。二次破砕された掘削土は、上述のように、掘進機１内の送泥管５１から送出される泥水に混入され、掘削土が混入した泥水を、掘進機１内の排泥管５２が吸い上げることで、排泥管５２内に取り込む。
【００２３】
掘進機１内の排泥管５２に取り込まれた掘削土が混入した泥水は、掘進機１内の排泥管５２、排泥管５２におけるバイパス弁４、ジョイント部材６内の排泥管５４を通り、発進立坑９内の排泥管５６に排出される。そして発進立坑９の送泥管５５、排泥管５６の管路に設けられたバイパス弁４を介して、排泥ポンプ１４により泥水処理機１１に排出され、そこで泥水と土砂とに分離される。土砂が分離された泥水は、送泥ポンプ１３により発進立坑９内の送泥管５５、送泥管５５の管路に設けられたバイパス弁４を介して、ジョイント部材６内の送泥管５３を通り、掘進機１の送泥管５１まで送出される。図４に、掘進機１における送排泥管５（送泥管５１と排泥管５２の総称）を模式的に示す。
【００２４】
このように、送泥管５１、５３、５５と排泥管５２、５４、５６とを用いて、掘削土を切羽から泥水処理機１１まで排出しているが、推進管７を繋ぐ作業などの場合に、泥水が発進立坑９に流れ込まないように、送泥管５１と排泥管５２とをバイパスする必要がある。また、上述のように、掘削時に、掘削土の取り込みが多い場合、送泥管５１と排泥管５２とのバイパス弁４、送泥管５５と排泥管５６とのバイパス弁４などを開閉することで、それを調整している。
【００２５】
従来、このバイパス弁には、図１０に示すようなボールバルブ６０と、送泥管５１と排泥管５２（送泥管５５と排泥管５６）とを連結するバイパス管６１とを用いたバイパス弁が用いられていた。ボールバルブ６０をバイパス弁とした場合、ボールバルブ６０とバイパス管６１との組み合わせでバイバス弁を形成することとなり、その分、掘進機１が長くならざるを得ない。
【００２６】
たとえば図１０の場合、送泥管５１、排泥管５２（または送泥管５５、排泥管５６）、送泥管５１と排泥管５２（または送泥管５５と排泥管５６）とを連結するバイパス管６１に、それぞれボールバルブ６０ａ、６０ｂ、６０ｃを設置する必要がある。そして通常では、ボールバルブ６０ｃを閉じておき、ボールバルブ６０ａ、ボールバルブ６０ｂを開けておくことで、送泥管５１と排泥管５２（または送泥管５５と排泥管５６）に泥水が流れる。また管路のバイパスをする場合には、ボールバルブ６０ａ、６０ｂを閉じた状態に変更し、ボールバルブ６０ｃを開けた状態とすることで、管路をバイパスすることができる。
【００２７】
以上のような操作によりボールバルブ６０を用いてバイパス弁を構成することができるものの、小型化には限界がある。
【００２８】
また送泥管５１と排泥管５２（送泥管５５と排泥管５６）には泥水が通るので、摩擦が激しく、ボールバルブ６０の寿命が短くなってしまう。
【００２９】
そこで本発明では、バイパス弁４として回転ドア式のバルブを用いる。本発明のバイパス弁４の一例を図５に示す。図５はバイパス弁４を上方からみた状態であるが、機能作用のわかりやすさのため、平ギア４１とラックシリンダ４２内のラックギア４２１とが噛合する状態が分かるように示している。従って、実際には、ラックシリンダ４２は、平ギア４１とラックギア４２１とが噛合する付近を除いて、ラックギア４２１を覆っていることが好ましい。なお、以下ではバイパス弁４が掘進機１の送泥管５１と排泥管５２の中途に備えられる場合を説明するが、発進立坑９の送泥管５５と排泥管５６の中途に備えられる場合であっても同様に構成される。
【００３０】
また図６にはバイパス弁４が閉まった状態、図７にはバイパス弁４が開いた状態の模式図を示す。なお図６（ａ）および図７（ａ）では、弁の開閉状態をわかりやすく示すために、筐体４０の内側の構造を主に示している。また図６（ｂ）および図７（ｂ）は筐体４０のＡ−Ａ線の断面図、図６（ｃ）および図７（ｃ）は筐体４０の側面図である。
【００３１】
図５に示すバイパス弁４の筐体４０（ハウジング）は直方体であるが、その形状には限定されず、立方体、円柱などさまざまな形状で構成することができる。またバイパス弁４の筐体４０の内部には、送泥管用の管路５１１、排泥管用の管路５２１がそれぞれ設けられている。この管路にはそれぞれ開口部５１２、５２２があり、送泥管５１または排泥管５２と連結される。すなわち送泥管用の管路５１１（５１１ａ、５１１ｂ）の開口部５１２（５１２ａ、５１２ｂ）には送泥管５１が、排泥管用の管路５２１（５２１ａ、５２１ｂ）の開口部５２２（５２２ａ、５２２ｂ）には排泥管５２がそれぞれ連結される。なお管路の連結の際には、溶接で連結されることが好ましいが、送泥管用の管路５１１の開口部５１２に送泥管５１、排泥管用の管路５２１の開口部５２２に排泥管５２が挿嵌されることで連結されてもよい。この場合、泥水の漏出防止のため、連結部ではシーリングが施されるとよい。
【００３２】
また筐体４０内部の中心部付近は中空状に形成されており、好ましくは円柱形状の空間（バイパス空間）が設けられている。この空間は、例えば中空が円柱形状の鉄鋼を底面を下側に載置して形成されればよいが、それに限定されるものではない。またバイパス空間は、送泥管用の管路５１１、排泥管用の管路５２１とそれぞれ連結している。バイパス弁４を開けた状態では、送泥管用の管路同士（送泥管用の管路５１１ａ、５１１ｂ）、排泥管用の管路同士（排泥管用の管路５２１ａ、５２１ｂ）がそれぞれ、バイパス空間を介して繋がる状態となり（図７）、バイパス弁４を閉めた状態では、送泥管用の管路５１１と排泥管用の管路５２１とがそれぞれバイパス空間を介して繋がる状態（送泥管用の管路５１１ａと排泥管用の管路５２１ａ、送泥管用の管路５１１ｂと排泥管用の管路５２１ｂとが繋がる状態）となる（図６）。すなわちバイパス弁４を閉めた状態では、管路がバイパスされた状態となる。
【００３３】
バイパス空間には、好ましくは鉄鋼製の工字状の回転弁４３が設けられている。回転弁４３の底板４３２および上板４３１はバイパス空間の底面と同じ直径（あるいはほぼ同じ直径）である。また底板４３２と上板４３１との間は、バイパス空間の底面の直径と同じ長さ（あるいはほぼ同じ長さ）の幅と、バイパス空間の高さと同じ高さ（あるいはほぼ同じ高さ）である垂直板４３３が形成されている。そして回転弁４３の底板４３２と上板４３１のそれぞれの直径上に、垂直板４３３が設けられる。なお垂直板４３３の厚さは送泥管５１、排泥管５２を通る泥水圧に耐えられる程度の厚さであればよい。またその縁部は円弧上に成型されていることがよい。なお垂直板４３３は泥水圧力の分散のため、平面でなくてもよく、たとえば中心付近の厚さが厚く、縁部に近づくほど厚さが薄くなる形状であってもよい。
【００３４】
また回転弁４３の底板４３２の中心には円形状の凸部が設けられている。またその凸部に嵌合する大きさの凹部がバイパス空間の底面の中心に設けられている。
【００３５】
回転弁４３は、バイパス空間の底面の凹部に、回転弁４３の底板４３２の凸部が嵌合するようにバイパス空間の中心に設置され、バイパス空間の底面および上面の中心点同士の軸を中心として回転駆動する。この回転駆動によって、回転弁４３がバイパス空間内を回転し、垂直板４３３によりバイパス空間を２つの空間に区切る役割を果たす。つまり、回転弁４３がバイパス空間内で回転することによって、バイパス弁４の開閉を制御することができる。
【００３６】
またバイパス空間のうち、バイパス弁４が開いた状態、閉じた状態の時に回転弁４３が位置する場所に、溝部をそれぞれ設け、そこにＯリング４５とキー４４とを埋設しても良い。この場合、溝部にＯリング４５、その次にキー４４が位置する状態となる。そしてバイパス弁４が開いた状態、または閉じた状態の位置に回転弁４３がある場合には、回転弁４３の縁部に、キー４４がＯリング４５の弾性力で押圧されることとなる。それによって、シール効果を高めることが可能となる。Ｏリング４５は弾性力を与える素材であればよく、ゴム製であることが好ましいが、それ以外の樹脂製であってもよい。また、キーとは四角形の角棒であり、高合金鋼で硬度がＨＲＣ６６以上のものであることが好ましいが、それに限定されるものではない。
【００３７】
また、筐体４０のバイパス空間を形成する底面と上面のうち、回転弁４３の縁部とキー４４とが接する円周に沿って溝部を設け、その溝部に、さらに第２のＯリング４６が設けられていることが好ましい。この第２のＯリング４６によって、回転弁４３の上板４３１と底板４３２の縁部とキー４４との間をさらにシールすることができ、シール効果を高めることとなる。
【００３８】
なお上述の回転弁４３にはシール効果を高めるため、上板４３１および底板４３２を設ける構成としたが、上板４３１、底板４３２の双方またはいずれかを設けずに構成しても良い。その場合、回転弁４３は垂直板４３３のみ、あるいは垂直板４３３と上板４３１または底板４３２から構成される。
【００３９】
筐体４０の外側上面における、筐体４０の内部のバイパス空間に対応する位置には平ギア４１が設けられている。平ギア４１は、その中心において、中心軸部４１１と接合しており、平ギア４１の回転に併せて、中心軸部４１１も回転するように構成されている。そして、平ギア４１の中心軸部４１１が、筐体４０の上面を貫通して筐体４０の内部の回転弁４３の垂直板４３３の中心軸（上面の中心）と接合していることで、回転弁４３と連動している。これにより、平ギア４１の回転によって、回転弁４３もバイパス空間内を回転駆動するように構成されている。
【００４０】
筐体４０の外側の所定箇所には、一または複数のラックシリンダ４２が設けられている。筐体４０の外側の上面の左右端部付近に、それぞれ凹字状の固定部材４７を溶接などにより、筐体４０外側の上面に固定する。凹字状固定部材４７の凹面には接着剤などを塗布しておき、そこに円筒形状のラックシリンダ４２を載置する。さらに当該ラックシリンダ４２の上方から、同一の凹字状固定部材４７を逆方向から（凹字状固定部材４７の凹面が筐体４０外部の上面側となるように）、ラックシリンダ４２を挟み込むように載置する。なお上方から固定した凹字状固定部材４７の凹面にも接着剤などが塗布されていることは同じである。
【００４１】
また、ラックシリンダ４２を下方と上方とから挟み込む２つの凹字状の固定部材４７は、それぞれボルトなどで固定される。以上のように構成することで、ラックシリンダ４２を筐体４０外部の上面に固定することができる。なお上下から２つの凹字状の固定部材４７によりラックシリンダを挟み込み押圧することで、ラックシリンダを固定することから、ラックシリンダの外側面の半径と、凹字状固定部材４７の凹面の半径とは同一（またはほぼ同一）であることが好ましい。
【００４２】
ラックシリンダ４２は円筒形状であり、その内部が中空状に形成されている。ラックシリンダ４２の内部には、ラックシリンダ４２の内壁に沿って移動するラックギア４２１を備えており、ラックギア４２１は平ギア４１と噛合する。そのため、ラックシリンダ４２は、その側面の一部が平ギア４１と噛合する付近において、平ギア４１の円弧に沿って、ラックシリンダ４２の側面が開放されており、平ギア４１とラックギア４２１とが直接、噛合可能となっている。図９ではラックシリンダ４２が２本ある場合の状態を示しているが、ラックシリンダ４２（およびラックギア４２１）は１本であってもよい。
【００４３】
なおラックシリンダ４２は円筒形状であることが好ましいが、その形状に限定されるものではなく、任意の形状（例えば直方体）を取ることができる。その場合、任意の方法によって、ラックシリンダ４２は、筐体４０の外部に固定される。
【００４４】
ラックシリンダ４２内のラックギア４２１は、操作盤１０からの、バイパス弁４に対する操作指示を受け（なお操作指示を受けるための通信線などは図から省略している）、ラックギア４２１を油圧などにより、ラックシリンダ４２の内壁に沿って左右に移動させる。ラックギア４２１が左右に移動することによって、平ギア４１が回転する。そのため、平ギア４１の中心軸部４１１が回転し、それと連動して回転弁４３が中心を軸として回転する。それにより回転弁４３の垂直板４３３も回転し、バイパス弁４の開閉状態が制御される。
【００４５】
例えば、掘進機１の内部のバイパス弁４を閉じる状態に操作したい場合、操作盤１０から掘進機１の内部のバイパス弁４を指定し、当該バイパス弁４を閉じる状態に制御する操作指示を送出する。なおこの操作指示を送出する場合に、泥水処理機１１から泥水が送泥管５５を介して送出されないように、送泥処理を一時的に中止する制御指示が泥水処理機１１に自動的に送出されてもよいが、送泥処理をしたままバイパス弁６の開閉状態を制御してもよい。
【００４６】
バイパス弁４を閉じる操作指示が通信線を介して、掘進機１の内部の制御装置（制御コンピュータ）に送られる。なお、どのバイパス弁４に対する操作指示であるかは、当該操作指示に、バイパス弁４を識別する識別情報を付加し、それに基づいて操作指示の対象を識別可能とする。
【００４７】
そして、制御装置が、操作指示の識別情報に基づいて、掘進機１の内部のバイパス弁４に対する、バイパス弁４を閉じる制御であることを認識すると、制御装置は、通信線を介してバイパス弁４のラックシリンダ４２を移動させる制御指示を送出し，それを受けてラックシリンダ４２がラックギア４２１を所定量、すなわち、バイパス弁４の回転弁４３を開いている状態から閉じている状態に移動させるだけの量（平ギア４１および回転弁４３を９０度回転させる量（平ギア４１の円周の４分の１の長さ））だけ移動させる。そのため、ラックシリンダ４２の内部において、ラックギア４２１が移動可能な距離として、平ギアの円周の４分の１以上の長さの空間が確保されていることが好ましい。
【００４８】
これによって、ラックギア４２１は、ラックシリンダ４２内を予め定められた方向（バイパス弁４を閉じる方向に移動させるために必要な方向）に所定量だけ移動し、その結果、ラックギア４２１と噛合している平ギア４１が９０度回転する。平ギア４１が９０度回転することによって、その中心軸部４１１も９０度回転するので、中心軸部４１１に連動して、回転弁４３も９０度回転する。これによって、バイパス弁４が開いた状態（図７）からバイパス弁４が閉じた状態（図６）に変わることとなる。
【００４９】
なおラックシリンダ４２を２本設ける場合には、同一のラックシリンダ４２、ラックギア４２１を用いることが好ましく、その場合、平ギア４１を回転させるために、ラックギア４２１をそれぞれ左右逆方向に同じだけ移動させることが好ましい。
【００５０】
図５乃至図７ではラックシリンダ４２が２本の場合のバイパス弁４を示したが、ラックシリンダ４２は図８に示すように、１本であってもよい。またラックシリンダ４２は、バイパス弁４の内部の送泥管用の管路５１１、排泥管用の管路５２１に対して、任意の角度で取り付けられていればよく、図５乃至図９のように、送泥管用の管路５１１、排泥管用の管路５２１に対して平行でなくてもよい。たとえば、送泥管用の管路５１１、排泥管用の管路５２１の管路に対して垂直方向に取り付けられていてもよいし、ほかの角度で取り付けられていてもよい。
【００５１】
図９はラックシリンダ４２が１本の場合に、バイパス弁４の開閉状態と送泥水、排泥水の流れを示したものである。図９（ａ）はバイパス弁４が閉じた状態であり、送泥管５１を流れている送泥水がバイパス空間を介して、排泥管５２に流れ込む状態を示している。図９（ｂ）はバイパス弁４が開いた状態であり、送泥管５１を流れている送泥水は、バイパス空間を介して、そのまま送泥管５１に流れ、排泥管５２を流れている排泥水は、バイパス空間を介して、そのまま排泥管５２に流れる状態を示している。
【００５２】
バイパス弁４が１本の場合、平ギア４１は円形状ではなく、半円形状であってもよいが、それに限定されない。
【００５３】
なおラックシリンダ４２を１本とすることによって省スペース化、軽量化を図ることができるが、平ギア４１を回転させる力が弱くなること、平ギア４１を回転させる際のバランスが偏ることで中心軸部４１１に偏った負荷がかかり、故障の原因となりかねないことから、複数のラックシリンダ４２を対向させて配置することが好ましい。
【００５４】
また平ギア４１の回転力を強くするため、ラックシリンダ４２を、たとえば４本備えてもよい。この場合、前後左右にラックシリンダ４２を備えることとなる。この場合、各ラックギア４２１は、平ギア４１を中心として時計回りあるいは反時計回りの同一方向にそれぞれ回転させることで、平ギア４１を回転させることができる。
【００５５】
本発明のような、回転ドア式のバイパス弁４とすることによって、従来のボールバルブよりも構成部品も少なく、頑丈で破損しにくいバイパス弁４となる。また回転弁４３は、ラックシリンダ４２の内部のラックギア４２１と平ギア４１とを使用し、大きなトルクにより回転させられるので、泥水中でも作動することが可能となる。
【００５６】
なお泥水中で使用させる場合には、泥土や泥水から平ギア４１、ラックギア４２１を保護するため、筐体４０の上部を、平ギア４１とラックギア４２１とを同一の金属製のケースで覆ってもよい。これによって、ケース内で平ギア４１とラックギア４２１とが噛合するため、泥土や泥水、あるいは埃などによる動作不良が起こりにくくなる。また、筐体４０の上部を覆うほか、平ギア４１、ラックギア４２１を備えたラックシリンダ４２などを筐体４０の内部に備えてもよい。この場合、回転弁４３の上方または下方に、平ギア４１、ラックシリンダ４２などを備えることが好ましい。
【００５７】
なお、上記のように、弁の役割を果たす平ギア４１、平ギア４１の中心軸部４１１、ラックギア４２１（ラックシリンダ４２）、回転弁４３などの回転ドア機構は、その全ての構成が筐体４０の内部にあってもよいし、一部の構成が筐体４０の外部にあってもよい。
【００５８】
また本発明のバイパス弁４を使用していると、泥水がバイパス空間内を流れることから、微細な土砂がキー４４やＯリング４５に付着することとなる。しかしキー４４やＯリング４５を定期的に研磨するなどにより、その土砂を排除することができる。本発明のバイパス弁４で、このような研磨作業が行われたとしても、従来のボールバルブ６０のバルブ自体の破損よりも遙かに安価なコストで対応することもできる。なお本発明のバイパス弁４は、耐久性のため、各構成部品が鉄鋼製であることが好ましいが、それに限定されるものではなく、その目的に応じて、適切な素材が使用されていればよい。
【００５９】
また上述の説明では筐体４０が直方体形状であり、その内部に、回転弁４３を設置するためのバイパス空間と、送泥管用の管路５１１ａ、５１１ｂと、排泥管用の管路５２１ａ、５２１ｂとを備える場合を示したが、送泥管用の管路５１１ａ、５１１ｂ、排泥管用の管路５２１ａ、５２１ｂを設けない構成とすることもできる。この場合、送泥管用の管路５１１の代わりに掘進機の内部の送泥管５１とバイパス空間、排泥管用の管路５２１の代わりに排泥管５２とバイパス空間とを直接、連通しても良い。これによって筐体４０の形状を例えば円柱形状とすることができ、省スペース化をより図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の構造のバイパス弁とすることによって、省スペース化が図れるバイパス弁を構成することができる。このバイパス弁を掘進機内で用いることによって、掘進機の小型化を実現することができる。またこのバイパス弁は従来のボールバルブによるバイパス弁よりも耐久性が高い。そのため、バイパス弁の故障頻度を減らすことも可能となる。
【符号の説明】
【００６１】
１：掘進機
２：本体
３：先頭体
３１：カッターヘッド
３２：ビット
４：バイパス弁
４０：筐体
４１：平ギア
４１１：平ギアの中心軸部
４２：ラックシリンダ
４２１：ラックギア
４３：回転弁
４３１：回転弁の上板
４３２：回転弁の底板
４３３：回転弁の垂直板
４４：キー
４５：Ｏリング
４６：第２のＯリング
４７：固定部材
５：掘進機内の送排泥管
５１：掘進機内の送泥管
５１１：送泥管用の管路
５１２：送泥管用の管路の開口部
５２：掘進機内の排泥管
５２１：排泥管用の管路
５２２：排泥管用の管路の開口部
５３：ジョイント部材内の送泥管
５４：ジョイント部材内の排泥管
５５：発進立坑の送泥管
５６：発進立坑の排泥管
６：ジョイント部材
７：推進管
８：推進ジャッキ
９：発進立坑
１０：操作盤
１１：泥水処理機
１２：油圧ユニット
１３：送泥ポンプ
１４：排泥ポンプ
１５：発進坑
６０：ボールバルブ
６１：バイパス管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
推進工法で用いる送泥管および排泥管のバイパス弁であって、
前記バイパス弁は、
それぞれが送泥管と連結する少なくとも２つの送泥管用の管路と、それぞれが排泥管と連結する少なくとも２つの排泥管用の管路とを備える筐体と、回転弁と、駆動部とを備え、
前記筐体内部には、前記回転弁が中心を軸として回転可能なバイパス空間が形成されており、
前記駆動部が、前記回転弁を前記バイパス空間内で回転させることで、バイパス弁の開閉状態を制御し、
前記バイパス弁が開いている状態の場合には、前記２つの送泥管用の管路、前記２つの排泥管用の管路が、それぞれ前記バイパス空間を介して連通しており、
前記バイパス弁が閉じている状態の場合には、前記送泥管用の管路と前記排泥管用の管路とが、前記バイパス空間を介して連通している、
ことを特徴とする推進工法で用いる送泥管および排泥管のバイパス弁。
【請求項２】
前記駆動部は、
前記筐体の外面における、前記バイパス空間に対応する位置に設けられた平ギアと、
前記平ギアと噛合するラックギアを備えるラックシリンダとを有しており、
前記平ギアの中心軸部は、前記筐体の外面を貫通して、前記回転弁と接合しており、
掘進機の操作盤からの操作指示により、前記ラックギアが、前記ラックシリンダの内壁に沿って移動することで、前記ラックギアを回転させ、
前記ラックギアの回転により、前記ラックギアと噛合する前記平ギアが回転することに伴い、前記平ギアの中心軸が回転することで、前記回転弁が前記バイパス空間で回転する、
ことを特徴とする請求項１に記載の推進工法で用いる送泥管および排泥管のバイパス弁。
【請求項３】
推進工法で用いる送泥管および排泥管のバイパス弁であって、
前記バイパス弁は、
前記バイパス弁の前後においてそれぞれ送泥管および排泥管と連結しており、
筐体内部の円柱形状に形成されたバイパス空間に設置される回転弁と、駆動部とを備え、
前記駆動部が、前記回転弁を前記バイパス空間内で回転させることで、バイパス弁の開閉状態を制御し、
前記バイパス弁が開いている状態の場合には、前記バイパス弁の前後に連結される送泥管同士、排泥管同士が、それぞれ前記バイパス空間を介して連通しており、
前記バイパス弁が閉じている状態の場合には、前記送泥管と前記排泥管とが、前記バイパス空間を介して連通している、
ことを特徴とする推進工法で用いる送泥管および排泥管のバイパス弁。
【請求項４】
本体と、先端に回転自在に支持されるカッターヘッドを備えた先頭体とを有する、推進工法により地中を掘削する掘進機であって、
前記掘進機は、
前記カッターヘッドによって掘削された掘削土を混入させるための泥水を送出するための送泥管と、
前記掘削土が混入された泥水を排出するための排泥管と、
前記掘進機内における送泥管と排泥管とをバイパスするためのバイパス弁と、を備えており、
前記バイパス弁は、前記送泥管および前記排泥管の途中に設置され、
それぞれが前記送泥管と連結する少なくとも２つの送泥管用の管路と、それぞれが前記排泥管と連結する少なくとも２つの排泥管用の管路とを備える筐体と、回転弁と、駆動部とを備え、
前記筐体内部には、前記回転弁が中心を軸として回転可能なバイパス空間が形成されており、
前記駆動部が、前記回転弁を前記バイパス空間内で回転させることで、バイパス弁の開閉状態を制御し、
前記バイパス弁が開いている状態の場合には、前記２つの送泥管用の管路、前記排泥管用の管路が、それぞれ前記バイパス空間を介して連通しており、
前記バイパス弁が閉じている状態の場合には、前記送泥管用の管路と前記排泥管用の管路とが、前記バイパス空間を介して連通している、
ことを特徴とする掘進機。
【請求項１】
推進工法で用いる送泥管および排泥管のバイパス弁であって、
前記バイパス弁は、
それぞれが送泥管と連結する少なくとも２つの送泥管用の管路と、それぞれが排泥管と連結する少なくとも２つの排泥管用の管路とを備える筐体と、回転弁と、駆動部とを備え、
前記筐体内部には、前記回転弁が中心を軸として回転可能なバイパス空間が形成されており、
前記駆動部が、前記回転弁を前記バイパス空間内で回転させることで、バイパス弁の開閉状態を制御し、
前記バイパス弁が開いている状態の場合には、前記２つの送泥管用の管路、前記２つの排泥管用の管路が、それぞれ前記バイパス空間を介して連通しており、
前記バイパス弁が閉じている状態の場合には、前記送泥管用の管路と前記排泥管用の管路とが、前記バイパス空間を介して連通している、
ことを特徴とする推進工法で用いる送泥管および排泥管のバイパス弁。
【請求項２】
前記駆動部は、
前記筐体の外面における、前記バイパス空間に対応する位置に設けられた平ギアと、
前記平ギアと噛合するラックギアを備えるラックシリンダとを有しており、
前記平ギアの中心軸部は、前記筐体の外面を貫通して、前記回転弁と接合しており、
掘進機の操作盤からの操作指示により、前記ラックギアが、前記ラックシリンダの内壁に沿って移動することで、前記ラックギアを回転させ、
前記ラックギアの回転により、前記ラックギアと噛合する前記平ギアが回転することに伴い、前記平ギアの中心軸が回転することで、前記回転弁が前記バイパス空間で回転する、
ことを特徴とする請求項１に記載の推進工法で用いる送泥管および排泥管のバイパス弁。
【請求項３】
推進工法で用いる送泥管および排泥管のバイパス弁であって、
前記バイパス弁は、
前記バイパス弁の前後においてそれぞれ送泥管および排泥管と連結しており、
筐体内部の円柱形状に形成されたバイパス空間に設置される回転弁と、駆動部とを備え、
前記駆動部が、前記回転弁を前記バイパス空間内で回転させることで、バイパス弁の開閉状態を制御し、
前記バイパス弁が開いている状態の場合には、前記バイパス弁の前後に連結される送泥管同士、排泥管同士が、それぞれ前記バイパス空間を介して連通しており、
前記バイパス弁が閉じている状態の場合には、前記送泥管と前記排泥管とが、前記バイパス空間を介して連通している、
ことを特徴とする推進工法で用いる送泥管および排泥管のバイパス弁。
【請求項４】
本体と、先端に回転自在に支持されるカッターヘッドを備えた先頭体とを有する、推進工法により地中を掘削する掘進機であって、
前記掘進機は、
前記カッターヘッドによって掘削された掘削土を混入させるための泥水を送出するための送泥管と、
前記掘削土が混入された泥水を排出するための排泥管と、
前記掘進機内における送泥管と排泥管とをバイパスするためのバイパス弁と、を備えており、
前記バイパス弁は、前記送泥管および前記排泥管の途中に設置され、
それぞれが前記送泥管と連結する少なくとも２つの送泥管用の管路と、それぞれが前記排泥管と連結する少なくとも２つの排泥管用の管路とを備える筐体と、回転弁と、駆動部とを備え、
前記筐体内部には、前記回転弁が中心を軸として回転可能なバイパス空間が形成されており、
前記駆動部が、前記回転弁を前記バイパス空間内で回転させることで、バイパス弁の開閉状態を制御し、
前記バイパス弁が開いている状態の場合には、前記２つの送泥管用の管路、前記排泥管用の管路が、それぞれ前記バイパス空間を介して連通しており、
前記バイパス弁が閉じている状態の場合には、前記送泥管用の管路と前記排泥管用の管路とが、前記バイパス空間を介して連通している、
ことを特徴とする掘進機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−２４１５７９（Ｐ２０１１−２４１５７９Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１３６２２（Ｐ２０１０−１１３６２２）
【出願日】平成２２年５月１７日（２０１０．５．１７）
【出願人】（５９２０１７１４９）太閤テックス株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１７日（２０１０．５．１７）
【出願人】（５９２０１７１４９）太閤テックス株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
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