JP2652200B2 - 円形管内作業装置及び該作業装置による作業方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 A.発明の目的 （１）産業上の利用分野 この発明は、円形管の内部に装入され該管の側面の削
孔・マーキング等の種々の作業をする管内作業装置並び
に該作業装置による作業方法に関し、特には、管の内部
から削孔する削孔機並びに該削孔機による削孔方法に関
する。

（２）従来の技術 管の内部から作業をする装置、特には管壁を削孔する
削孔装置として、例えば実開昭55−26667号公報が公知
である。

しかし、上記従来技術においては、削孔ドリルの移動
は管径方向への進退のみであり、小孔の削孔しか行われ
ず、大径の削孔には不適である。一方、大径の削孔ドリ
ルを使用した場合においては、管の曲率により削孔を終
了するまでに必要以上の切削を余儀なくされる不経済性
があるとともに、削孔する径に応じてその都度削孔ドリ
ルを取り替える必要があり、作業効率が悪い。

（３）発明が解決しようとする問題点 本発明は上記実情に鑑み、管の内部から削孔する装置
において、削孔する径に自由に対応ができ、かつ必要な
部分のみ削孔できる削孔装置を提供することを目的とす
るものである。本発明はまた、削孔装置に限定されず、
これに類する管内作業への適用を図ることもその目的の
一つとする。

B.発明の構成 （１）問題点を解決するための手段 本発明の円形管内作業装置は上記目的を達成するた
め、次の構成を採る。

すなわち、作業対象の円形管内に装入され、該円形管
の管壁に対して作業工具をもって作業をなす装置であっ
て、前記円形管内に装入され、該管内に固定設置される
固定台と、前記固定台に保持されるとともに、管の中心
軸において軸方向に進退可能にして回転を阻止されてな
り、進退用駆動モータにより駆動される進退シャフト
と、前記固定台の前方部に該固定台と独立して設置さ
れ、機器を搭載する機枠底部を対象とする管壁に対し前
記進退シャフトの軸心の反対位置に配し、かつ前部にお
いて前記管に支持されるとともに該管壁に沿って移動可
能とされ、後部において前記進退シャフトの前端に該進
退シャフト回りに回動自在に固設されるとともに該進退
シャフトと一体的に進退する揺動機枠と、前記揺動機枠
上に搭載固定され、該揺動機枠を前記進退シャフトに反
力を取って該進退シャフト回りに回動させる回転用駆動
モータと、前記揺動機枠上に搭載され、管径方向へ進退
可能とされた作業工具と、からなることを特徴とする。

また、本発明の円形管内の作業方法は、作業対象の円
形管内に装入され、該円形管の管壁に対して作業工具を
もって作業をなす装置であって、前記円形管内に装入さ
れ、該管内に固定設置される固定台と；前記固定台に保
持されるとともに、管の中心軸において軸方向に進退可
能にして回転を阻止されてなり、進退用駆動モータによ
り駆動される進退シャフトと；前記固定台の前方部に該
固定台と独立して設置され、機器を搭載する機枠底部を
対象とする管壁に対し前記進退シャフトの軸心の反対位
置に配し、かつ前部において前記管に支持されるととも
に該管壁に沿って移動可能とされ、後部において前記進
退シャフトの前端に該進退シャフト回りに回動自在に固
設されるとともに該進退シャフトと一体的に進退する揺
動機枠と；前記揺動機枠上に搭載固定され、該揺動機枠
を前記進退シャフトに反力を取って該進退シャフト回り
に回動させる回転用駆動モータと；前記揺動機枠上に搭
載され、管径方向へ進退可能とされた作業工具と；から
なる円形管内作業装置をもって実施され、前記進退用駆
動モータと前記回転用駆動モータとを同調して運転し、
前記作業工具を円形管の管壁に対して閉合する図形の軌
跡に移動させてなる、ことを特徴とする。

（２）作用 この円形管内作業装置において、揺動機枠は前後で支
持され、大きな荷重を安定して支持する。更に、該揺動
機枠は大きな収容空間を提供し、該揺動機枠上の回転用
駆動モータ、作業工具装置並びに必要に応じモニタ用カ
メラ等の各種機器を十分な余裕をもって収容する。回転
用駆動モータの正逆転駆動により揺動機枠は揺動運動を
なす。

この円形管内作業装置の操作については、本作業装置
を管内の所定位置に装入したのち固定台部分を固定し、
また、作業工具を初期位置に合わせる。次いで、進退用
駆動モータ及び回転用駆動モータの回転速度を調整しつ
つ駆動し、揺動機枠を管軸方向及び管軸回り（円周方
向）に移動させ、その合成として、作業工具の描く軌跡
を閉合図形となるように移動させてゆく。

このとき、作業工具の管軸方向への進退並びに回転中
心は管軸と一致し、管径方向への進退は一旦工具の先端
を設定してのちは調整が不要であり、自動的に図形が描
かれる。

この作業において、揺動機枠は作業工具の荷重を支持
しつつ管壁に沿って移動するものであるので、作業工具
の重量並びに作業工具の受ける衝撃荷重に耐え、安定的
に作業を実施することができる。

（３）実施例 本発明の円形管内作業装置及びその作業方法の実施例
を図面に基づいて説明する。

第１図〜第９図はその一実施例の管の内部から削孔す
る削孔機を示す。すなわち、第１図はその全体の構造を
示し、第２図〜第８図は各部の細部構造を示す。

図において、Ｐは削孔される対象となる管であって、
鋼管、鋳鉄管、コンクリート管あるいは合成樹脂管等そ
の材質を問わない。なお、後記する削孔手段はこの管Ｐ
の材質に応じて適宜選択される。Ｑはこの管Ｐの側面に
削孔された孔である。

しかして、本実施例の削孔機Ｓはこの管Ｐ内に配備さ
れ、管Ｐの内面から孔Ｑを削孔するものである。

この削孔機Ｓは、全体的には、固定部１と該固定部１
に連動する可動部２とからなり、可動部２には穿孔装置
３が搭載されてなる構成を採る。４はモニタ用のテレビ
カメラである。

以下、各部の細部構造を説明する。

固定部１ 固定部１において、その基部には、平板状の底板10と
該底板10に離脱可能に取り付けられる基台11とからなる
基体部12を備える。底板10はその上面に各種の部材が設
置されるとともに、下面には２条のアリ10aが突出形成
されている。基台11の上面には底板10のアリ10aを受け
入れるアリ溝11aが形成されるとともに、底面11bは管Ｐ
の内周に合致する円弧状に形成されている。該底板10上
には管軸方向に所定間隔をもって支柱13（前部支柱13
A、後部支柱13B）が前後に立設され、該支柱13上にそれ
ぞれ軸受部材14（前部軸受部材14A、後部軸受部材14B）
が配される。

軸受部材14は内面に角形状のねじ14aが刻設された円
筒状をなし、また、該ねじ14aを横切って１以上（本実
施例では２）のキー溝14bが軸方向に凹設され、該キー
溝14bにキー15が固定把持されている。なお、該軸受部
材14は上下に二つ割とされ、組立てを容易となす態様を
採る。

これらの軸受部材14に進退シャフト16が軸方向への移
動を自由にして挿通され、支持されている。

進退シャフト16は前部のスピンドル部17と後部のねじ
棒部18とからなり、スピンドル部17は比較的短く、ねじ
棒部18は長く形成されている。ねじ棒部18は軸受部材14
のねじ14aに螺合するとともに、そのキー溝14bに配され
たキー15を摺動自在に受け入れる縦溝18aが長手方向に
わたって形成されている。

前後の軸受部材14の間には、スラスト軸受20を介して
この進退シャフト16のねじ棒部18に螺合する推力歯車22
が配される。もっと詳しくは、該推力歯車22は円環状を
なし、外周が外歯22aに形成され、内周が内ねじ22bに形
成されており、該内ねじ22bが進退シャフト16のねじ棒
部18に螺合する。スラスト軸受20はこの推力歯車22に同
心状に固設され、その両端は軸受部材14によって回転自
在に支持される。これにより、推力歯車22が正あるいは
逆方向に回転すれば進退シャフト16のねじ棒部18は該推
力歯車22の内ねじ22bのピッチに従って前後に移動す
る。

基台10にはこの推力歯車22の駆動機構が備えられてい
る。

該駆動機構は、進退用駆動モータとしての電動モータ
24と、該電動モータ24に装着された減速装置25と、該減
速装置25の出力軸25aに固設され推力歯車22に噛み合う
小歯車26とからなる。

もっと詳しくは、電動モータ24は底板10上に取付け体
27を介して固設されるとともに、外部に導出される電気
配線28を介して一定比の回転に減速される。この駆動機
構は底板10の中心寄りに設けられるものであり、偏心荷
重を避けることができない場合には反対位置にカウンタ
ウエイト29を配する。

30は底板10上に前後に配された固定装置であって、エ
アシリンダ31とピストンロッド32と圧着板33とからな
り、底板10上に固設された支持枠34上に装着されてい
る。

すなわち、エアシリンダ31には外部に導出される空気
導管が接続され、該空気導管を介して送られる空気圧に
よりピストンロッド32を上下動させ、その先端の圧着板
33を管Ｐの内面へ押し付けて基体部12の固定を図る。

進退シャフト16のスピンドル部17には後記する可動部
２の駆動歯車に連動する大歯車35が一体的に固設され
る。

以上の固定部１を構成する各部材において、進退シャ
フト16及びその駆動系以外をもって固定台を構成する。

可動部２ 可動部２は揺動機枠37を備え、固定部１の進退シャフ
ト16に連動して配される。

すなわち、該揺動機枠37は床板部37aと前後の縦壁部3
7b,37cとから大略管軸方向に長い船型に形成され、進退
シャフト16のスピンドル部17の前部はこの後部縦壁部37
cに穿設された孔38に回転軸受39を介して挿通され、取
付け板40及び締付けボルト41をもって抜出しを阻止して
固定されている。これにより、揺動機枠37は進退シャフ
ト16に回転自在に取り付けられる。

また、揺動機枠37の前部縦壁部37bには、車輪部42が
揺動機枠37の揺動を許容するように取り付けられる（第
６図及び第７図参照）。もっと詳しくは、車輪部42は、
垂直壁部43aと円弧状の張出し部43bとからなる取付け枠
43と、該取付け枠43の張出し部43bの下面に放射状に張
り出されたリブ44と、該リブ44に車軸を介して取り付け
られた車輪45とからなり、該取付け枠43の垂直壁部43a
と揺動機枠37の前部縦壁部37bとはピン46を介して回転
自在となっている。車輪45は二叉に分かれて配されてい
るので車輪部42は安定し、揺動する揺動機枠37を安定的
に支持する。

該揺動機枠37には揺動駆動機構が配される。

該揺動駆動機構は、回転用駆動モータとしての電動モ
ータ48と、該電動モータ48に装着された減速装置49と、
該減速装置49の出力軸49aに固設され進退シャフト16に
取り付けられている大歯車35に噛み合う小歯車50とから
なる。

もっと詳しくは、電動モータ48は揺動機枠37上に搭載
され、かつ該揺動機枠37に固定されるとともに、外部に
導出される電気配線を介して駆動され、この回転は減速
装置49を介して一定比の回転に減速される。

また、減速装置49の出力軸49aの先端の小歯車50と進
退シャフト16の大歯車35との噛み合いにおいて、進退シ
ャフト16は回転が阻止されているので、小歯車50は大歯
車35の回りに自らが回転し、いわゆる遊星運動を行う。

更に、揺動機枠37の底板部37aには、扛上装置52が配
される。該扛上装置52は前後に所定間隔を隔てて配され
たエアシリンダ53と、これらのエアシリンダ53のピスト
ンロッド54間に架け渡された架台55とからなる。

エアシリンダ53には外部に導出される空気導管が接続
され、該空気導管を介して導入される空気圧によりピス
トンロッド54を伸長し、架台55を持ち上げる。なお、該
ピストンロッド54の移動方向は管の中心より偏心するこ
となく、管の中心を含む直径方向に合致するものとされ
る。

架台55上に削孔装置３及びモニタ用のテレビカメラ４
が搭載設置される。

該削孔装置３はエアモータ57と該エアモータ57の駆動
軸に着脱される切削バイト58とからなり、エアモータ57
には外部に導出する空気導管が接続され、その空気圧に
より駆動される。

テレビカメラ４は外部に導出される電気配線の先端に
モニタ用テレビが接続され、このテレビを介して切削バ
イト58の先端の動きを監視する。該テレビカメラ４は固
定式で充分である。

電気・空気圧回路 上記の構成部材のうち、電動モータ24,48及びテレビ
カメラ４は電気回路を構成する。

第８図（ａ）（ｂ）はこの電気回路の一例を示す。

（ａ）図において、各電動モータ24,48は直流モータ
であって、電源60,61より可変抵抗器62,63及びアンプ6
4,65を介して電気的に接続され、可変抵抗62,63に連動
するノブ66,67により電動モータ24,48の回転数を制御す
る。

（ｂ）図は上記の電気回路を自動制御化したものであ
る。

図において、関数発生器70に入力された穿孔Ｑの半径
値に基づき、所定の信号が比較器71,72及びアンプ73,74
を介して電動モータ24,48に送られ、所定の回転数でこ
れらのモータを回転させる。これらのモータ24,47に連
動して取り付けられた位置検出器75,76により刻々の現
在位置を検出し比較器71,72での比較修正に基づき所定
の円の軌跡を描くものである。

エアモータ57及びエアシリンダ31,53はいわゆる空気
圧アクチュエータであって、これらの各空気圧アクチュ
エータにはそれぞれ長尺の空気導管（またはホース）が
接続され、その末端には各種制御弁よりなる制御装置を
介して空気圧縮機が接続される。

第９図はその空気圧回路の一例を示す。

図において、各空気圧アクチュエータ31,53,57はそれ
ぞれに切換バルブ80,81,82が接続され、その切換え操作
によって各空気圧アクチュエータは独立して作動され
る。なお、切換バルブは図において電磁操作弁を使用し
たが、手動操作弁によることができることは勿論であ
る。電磁操作弁を使用することにより、コントロールユ
ニットを介して操作の自動化を図ることができる。

次に、この実施例の削孔機Ｓの作動並びに削孔方法に
付いて説明する。

この実施例においては、下水道管路におけるライニン
グ管と地上よりこの下水道管路に連通する取付け管との
連通開削を行う穿孔作業に付いて説明する。

第10図は当該穿孔部を示す断面図である。図において
Ｒは既設の下水道管、Ｔは取付け管であり、この下水道
管Ｒ内にライニング管Ｐが挿入され、下水道管Ｒとライ
ニング管Ｐとの間隙部にモルタルＭが充填されている。
そして、この穿孔作業においてはライニング管Ｐと取付
け管Ｔとの連通開削を図るものである。

以下、施工手順に従って説明する。

（１）人孔（マンホール、図示せず）を介してライニン
グ管Ｐの管端から本削孔機Ｓをその前部すなわち車輪部
42より管Ｐ内に挿入する。このとき車輪45の接地点とピ
ン46との距離は管Ｐの半径に合致するように調整された
ものとなっている。

（２）可動部２を管Ｐ内に挿入し、次いで固定部１を挿
入する。このとき基体部12の底面11bは管内面に接地
し、進退シャフト16は管Ｐの中心軸に一致する。なお、
本削孔機Ｓはマンホールを介して搬入するにはその全長
が長いものであるので、固定部１と可動部２とは別々に
搬入され、進退シャフト16の先端のボルト41を締め込ん
で両者を一体化する。

（３）本削孔機Ｓを管Ｐ内の所定位置にまで進入させた
のち、固定部１の固定装置30を作動させ、その圧着板33
を管Ｐの内面に押し付け、本削孔機Ｓを固定する。

削孔装置３の切削バイト58の位置を削孔する孔Ｑの始
点（通常は最後端）に合致させるように位置調整をす
る。該位置調整として、通常には、進退用及び回転用電
動モータ24,48を少しく作動させて行う。

（４）このようにして、削孔装置３のエアモータ57を作
動させるとともに扛上装置52のエアシリンダ53を作動さ
せ、切削バイト58によりライニング管Ｐ及びモルタル層
Ｍを貫通して取付け管Ｔに達する小孔を穿孔する。この
状態でエアシリンダ53の伸長を停止する。

（５）しかる後、進退用及び回転用電動モータ24,48の
駆動により、両モータ24,48の回転速度の加減により揺
動機枠37を進退方向（Ｘ方向）及び円周方向（Ｙ方向）
に変位させ、これらの合成方向としての切削バイト58の
軌跡を取付け管Ｔの内側に沿って移動させて行く。

この切削バイト58の移動は手動操作によっても、ある
いは自動制御によってもなされるが、要は電動モータ2
4,48の同調運転による点に変わりない。

手動操作による場合、電動モータ24,48の回転調整は
可変抵抗器62,63のノブ66,67の回転調整により行われる
（第８図（ａ）参照）。この場合、切削バイト58部の周
辺をモニターカメラ４で映し、これを地上のモニタテレ
ビで監視し、ノブ66,67を回して切削バイト58を移動さ
せてゆく。

自動制御による場合、関数発生器70に所定の半径値を
入力し、始動ボタンを押して電動モータ24,48を始動さ
せる。切削バイト58は所定の円周軌跡を描くが、外乱に
対しては位置検出器75,76の検出値に応じて修正される
（第８図（ｂ）参照）。

なお、該自動制御によるとき、初期位置は穿孔される
孔Ｑの中心とする態様を採ることができる。

また、円に限らず、楕円軌跡を描くことも容易であっ
て、初期位置合わせ・切削移動は手動操作に比べ格段に
容易になされる。

以上の工程によって、ライニング管ＰとモルタルＭと
を同時的に穿孔Ｑがなされる。

本実施例の削孔装置Ｓによれば、ねじ送り機構を使用
しているので進退シャフトの移動は精確になされる。従
って精確な切削バイトの軌跡移動を行うことができる。
また、アクチュエータは主として空気圧駆動としている
ので、操作が容易であるとともに環境汚染を生じること
がなく、無公害に実施することができる。

叙上の実施例においては削孔装置について述べたが、
切削バイトをマーキング工具に置換すればマーキング装
置となる。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発
明の基本的技術思想の範囲内で種々設計変更が可能であ
る。すなわち、以下の態様は本発明の技術的範囲内に包
含されるものである。

進退シャフトの進退機構をねじ送り機構に代えてラッ
ク・ピニオン機構を採用することができる。すなわち、
進退シャフトにラックを形成し、このラックに噛み合う
ピニオンを進退用駆動モータで正逆回転させ、進退シャ
フトを進退させる。

空気圧アクチュエータ31,53,57を油圧駆動あるいは電
動駆動をすることは適宜なされる設計敵事項である。

C.発明の効果 本発明の円形管内作業装置及びその作業方法は上記構
成よりなり、作用を奏するものであるので、以下の特有
の効果を有する。

作業工具の作業軌跡を進退用駆動モータと回転用駆動
モータとの回転速度を調整することにより所望の大きさ
に自由に変えることができ、このため工具の取替え作業
もなく、作業効率が向上する。

作業工具は実質的に管中心より一定距離に保持される
ので、対象とする管壁以外に損傷を与えることがなく、
正確な作業を行うことができる。

進退シャフトを備えた固定台の前方に揺動機枠が配さ
れ、前後部において支持された揺動機枠上に作業工具が
搭載されてなるので、作業工具の大型化・重量化に対応
でき、かつ、固定台と揺動機枠とに機構が分散化される
ことにより、装置全体が小径化され、小径管への適用が
容易である。

本作業装置を使用して実施される円形管内の作業にお
いて、揺動機枠は作業工具の荷重を支持しつつ管壁に沿
って移動するものであるので、作業工具の重量並びに作
業工具の受ける衝撃荷重に耐え、安定的に作業を実施す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の円形管内作業装置及びその作業方法の実
施例を示し、第１図はその一実施例の管の内部から削孔
する削孔機の全体概略側面図、第２図はその要部の拡大
断面図、第３図は第２図のＡ−Ａ線断面図、第４図は第
２図のＢ−B,B′−Ｂ′線断面図、第５図は第２図のＣ
−Ｃ線断面図、第６図は第１図の前部部分の拡大図、第
７図は第６図のＤ矢視図、第８図（ａ）（ｂ）は本削孔
機を駆動する電気回路図、第９図は本削孔機を駆動する
空気圧回路図、第10図（ａ）（ｂ）はライニングの施さ
れた下水道管路の穿孔部の模式断面図である。 Ｐ……円形管（ライニング管）、Ｓ……削孔機、12……
固定台、16……進退シャフト、24……進退用駆動モー
タ、37……揺動機枠、48……回転用駆動モータ、58……
作業工具

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】作業対象の円形管内に装入され、該円形管
   の管壁に対して作業工具をもって作業をなす装置であっ
   て、 前記円形管内に装入され、該管内に固定設置される固定
   台と、 前記固定台に保持されるとともに、管の中心軸において
   軸方向に進退可能にして回転を阻止されてなり、進退用
   駆動モータにより駆動される進退シャフトと、 前記固定台の前方部に該固定台と独立して設置され、機
   器を搭載する機枠底部を対象とする管壁に対し前記進退
   シャフトの軸心の反対位置に配し、かつ前部において前
   記管に支持されるとともに該管壁に沿って移動可能とさ
   れ、後部において前記進退シャフトの前端に該進退シャ
   フト回りに回動自在に固設されるとともに該進退シャフ
   トと一体的に進退する揺動機枠と、 前記揺動機枠上に搭載固定され、該揺動機枠を前記進退
   シャフトに反力を取って該進退シャフト回りに回動させ
   る回転用駆動モータと、 前記揺動機枠上に搭載され、管径方向へ進退可能とされ
   た作業工具と、 からなることを特徴とする円形管内作業装置。
2. 【請求項２】請求項１において、作業工具は、揺動機枠
   上に設置され管径方向へ進退可能な架台上に搭載された
   円形管内作業装置。
3. 【請求項３】請求項１において、作業工具は切削バイト
   である円形管内切削装置。
4. 【請求項４】作業対象の円形管内に装入され、該円形管
   の管壁に対して作業工具をもって作業をなす装置であっ
   て、 前記円形管内に装入され、該管内に固定設置される固定
   台と；前記固定台に保持されるとともに、管の中心軸に
   おいて軸方向に進退可能にして回転を阻止されてなり、
   進退用駆動モータにより駆動される進退シャフトと；前
   記固定台の前方部に該固定台と独立して設置され、機器
   を搭載する機枠底部を対象とする管壁に対し前記進退シ
   ャフトの軸心の反対位置に配し、かつ前部において前記
   管に支持されるとともに該管壁に沿って移動可能とさ
   れ、後部において前記進退シャフトの前端に該進退シャ
   フト回りに回動自在に固設されるとともに該進退シャフ
   トと一体的に進退する揺動機枠と；前記揺動機枠上に搭
   載固定され、該揺動機枠を前記進退シャフトに反力を取
   って該進退シャフト回りに回動させる回転用駆動モータ
   と；前記揺動機枠上に搭載され、管径方向へ進退可能と
   された作業工具と；からなる円形管内作業装置をもって
   実施され、 前記進退用駆動モータと前記回転用駆動モータとを同調
   して運転し、前記作業工具を円形管の管壁に対して閉合
   する図形の軌跡に移動させてなる、 ことを特徴とする円形管内の作業方法。
5. 【請求項５】請求項４において、作業工具は切削バイト
   である円形管内の切削方法。