JP2005254341A - 穿孔カッター、穿孔工具及び穿孔方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 穿孔後の被穿孔部材からの引き出しが容易な穿孔カッターを提供する。
【解決手段】 穿孔カッター２は、外周面にシール部材１０を有する円筒状に形成された第１のカッター刃８と、一端に第１のカッター刃８を保持する円筒状基体部６と、円筒状基体部６の他端に設けられた円筒状に形成された第２のカッター刃１２を有し、円筒状基体部６は、被穿孔部材である分岐継手３の内周面に回転可能及び軸方向に移動可能に支持されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、供給管とそれに接合された分岐継手に穿孔する穿孔カッター、そのカッターを備えた穿孔工具及びその穿孔工具を用いた穿孔方法に関する。

道路下の地中に埋設されている供給管から民地内の需要家にガスを供給するための供給管が老朽化した場合あるいは供給管を新設する場合には、道路の開削をせずに民地側から地中を推進掘削し、そこに供給管を敷設する非開削工法の実用化が検討されている。例えば特許文献１には、供給管挿入側に立坑を形成しておき、そこに複数の推進体同士を屈曲自在に連結し先端に推進ヘッドを有する推進装置を設置し、立坑から土中に直管を押し込み、直管内に推進体を挿通させながら、直管先端部から推進下手側の屈曲予定経路を屈曲推進させることが記載されている。また非開削工法については、これ以外にも種々の提案がなされており、例えば特許文献２には、埋設された樹脂製本管に対して地上から樹脂製分岐管を挿入し、回転融着の手法により樹脂製分岐継手を供給管に接合し、融着した分岐管の内部に穿孔具を挿入して供給管に分岐孔を穿孔し、供給管から分岐管を取り出した後に地上から供給管にエアーを供給して気密試験が行われることが記載されている（例えば特許文献２参照）。この非開削工法においては、供給管の穿孔を行うために、先端に先細り状の切刃を有する円筒状の穿孔カッター（例えば特許文献３参照）が使用される。

特開平４−３３６１９７号公報（第２−３頁、図１） 特開２００１−３５５７５９号（第２−３頁、図３、図６） 特開平１０−１９６８７０号（第３−４頁、図１）

従来の穿孔カッターによれば、供給管から分岐管を取り出すために、供給管と分岐継手との融着接合部に分岐孔を形成することは可能である。しかしながら、分岐継手と分岐管とは、例えばバッド融着の手法により接合されるため、接合部の内周面にビード部が形成されるので、穿孔カッターを分岐管から引き出す際に、穿孔カッターの後部がビード部でつかえてしまい、穿孔カッターを地上に引き上げることが困難になるという問題がある。

従って本発明の目的は、分岐孔の形成後に供給管から速やかに引き出すことが可能な穿孔カッターを提供することである。
本発明の他の目的は、非直線状に敷設される供給管から穿孔カッターを引き出すことが可能な穿孔工具を提供することである。
本発明の他の目的は、地中に埋設された供給管と分岐継手への穿孔とその後の穿孔カッターの引き出しを容易に行うことが可能な穿孔方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係わる穿孔カッターは、外周面にシール機能を有する円筒状に形成された第１のカッター刃と、一端に前記第１のカッター刃を保持する円筒状基体部と、前記円筒状基体部の他端に設けられた円筒状に形成された第２のカッター刃を有し、前記円筒状基体部は、被穿孔部材の内周面に回転可能かつ軸方向移動可能に支持されることを特徴とするものである。

本発明において、前記第１のカッター刃の外周にシール部材が装着されることにより、シール機能を付与することができる。

本発明において、前記円筒状基体部は、その内周側と外周側を連通すると連通穴を有することが好ましい。

本発明において、前記第１のカッター刃は、前記円筒状基体部の端面に軸支されていることが好ましい。

上記目的を達成するために、本発明の穿孔工具は、外周面にシール部材を有する円筒状に形成された第１のカッター刃と、一端に前記第１のカッター刃を保持する円筒状基体部と、前記円筒状基体部の他端に設けられた円筒状に形成された第２のカッター刃を有し、前記円筒状基体部は、被穿孔部材の内周面に回転可能に支持される穿孔カッターと、前記円筒状基体部に接続される可撓性ロッド部材を有することを特徴とするものである。

本発明の穿孔工具において、前記可撓性ロッド部材は、折り曲げ可能かつ分離可能な接続部を介して直列に連結された複数の穿孔ロッドを有し、前記各接続部は、前記被穿孔部材の内周に接する円筒状スペーサ部材を有することが好ましい。

上記目的を達成するために、本発明の穿孔方法は、ガス供給管及びその先端に固着されかつ供給管に融着接合された分岐継手の内部に、前記穿孔工具を配設し、第１のカッター刃が前記供給管を突き抜けるまで前記穿孔カッターを回転させ、前記穿孔カッターを前記回転方向と逆方向に回転させることにより、前記穿孔工具を前記ガス供給管から引き出すことを特徴とするものである。

本発明の穿孔カッターによれば、円筒状基体部の軸方向の両端部にカッター刃を設けるので、円筒状基体部を回転させるだけの簡単な操作で被穿孔部材（例えば分岐継手及び供給管）への穿孔とカッターの回収を行うことができる。また、本発明の穿孔工具によれば、穿孔カッターは可撓性ロッド部材を介して駆動されるので、非直線状（例えば円弧状）に敷設される供給管の先端に接合された被穿孔部材（分岐継手及び供給管）に穿孔することができる。本発明の穿孔方法によれば、分岐孔の形成及び穿孔カッターの回収を円滑に行うことができる。

発明の実施するための最良の形態

以下本発明の実施の形態を添付図面により説明する。
図１は本発明の実施の形態に係わる穿孔工具が収容された分岐継手及びガス供給管の一部を切欠いた状態を示す斜視図、図２は図１の一部を拡大して示す斜視図、図３は図１の要部を示す縦断面図、図４は図１の可撓性ロッドの組立前の状態を示す縦断面図、図５は図１の可撓性ロッドの組立後の状態を示す縦断面図である。

穿孔工具１は、図１に示すように、熱可塑性樹脂からなるガス供給管４の先端に固着された分岐継手３の内部に挿入される穿孔カッター２と、穿孔カッター２に接続される可撓性ロッド５を有する。分岐継手３は、ガス供給管４を形成する熱可塑性樹脂と同一又は同系統の熱可塑性樹脂で形成され、これにより、熱融着（例えばバット融着）の手法により、ガス供給管４に強固に接合される。穿孔カッター２は、図２及び図３を参照すると、一端が供給管４の先端に固定され、他端が供給管（不図示）と接合される円板状部材３１で密閉された円筒状の分岐継手３の内部に螺合されるオネジ部６１を有する円筒状基体部６を備えており、その先端部にはスラスト軸受７を介して、先端が楔状で円筒状に形成された第１のカッター刃８が接続されている。第１のカッター刃８の外周面に円周溝９が形成され、そこに例えばＯリングのようなシール部材１０が嵌装されている。また円筒状基体部６の内部には、ストリッパボルト１１が螺合され、第１のカッター刃８は、スラスト軸受７を介して円筒状基体部８と一体的に回転可能に構成されている。また円筒状基体部６の後端部には、先端が楔状で円筒状に形成された第２のカッター刃１２が設けられている。さらに円筒状基体部６の外周面には、円周方向に沿って複数の連通孔１３が形成されると共に、内周側には、六角穴１４が形成されている。円筒状基体部６及び第１のカッター刃８は、剛性の点から、例えば機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃなど）のような材料で形成され、またＯリングは、耐食性の点から例えば耐油性特殊ゴム（ＮＢＲ等）で形成されている。

図１に示すように、穿孔カッター２を構成する円筒状基体部６の後部に形成された六角穴１４（図２参照）には、可撓性ロッド５の先端に装着されたプランジャー５１が嵌装・固定されており、これにより可撓性ロッド５と穿孔カッター２とが接続され、可撓性ロッド５に加えられる駆動力は穿孔カッター２に伝達される。可撓性ロッド５は、プランジャー５１の後部に直列に連結された複数の穿孔ロッド５２ａ−１、５２ｂ−１、５２ａ−２、５２ｂ−２、５２ｃを有する。プランジャー５１と穿孔ロッド５２ａ−１、穿孔ロッド５２ｂ−１と穿孔ロッド５ａ−２、及び穿孔ロッド５２ｂ−２と穿孔ロッド５２ｃは、いずれもユニオンナット５３を介して連結されるとともに、穿孔ロッド５２ａ−１、５２ｂ−１、５２ｂ−２には供給管４に内接する自己潤滑性を有する材料（例えばナイロン）で形成された円筒状スペーサ５４が装着されている。穿孔ロッド５２ａ−１、５２ｂ−１間と、穿孔ロッド５２ａ−２、５２ｂ−２間は、いずれも自在継手、すなわちユニバーサルジョイント５５を介して連結され、その外周はゴム製のカバー５６で覆われている。この可撓性ロッド５は、折り曲げ可能な接続部を有するので、湾曲した供給管４内を円滑に走行することができる。また、最後部の穿孔ロッド５２ｃには、サポートアダプター５７が装着され、そこには六角穴付ボルト５８によりベアリングホルダーセット５９が固定されるとともに、端部に、低頭六角穴付ボルト６０により六角アダプター６１が固定されている。

上記の穿孔ロッドのうち、穿孔ロッド５２ｂ−１と穿孔ロッド５２ａ−２、及び穿孔ロッド５２ｂ−２と穿孔ロッド５２ｃは、例えば溶接などの手法で一体的に接続することは可能であるが、図４及び図５に示すように接続することも可能である。例えば穿孔ロッド５２ｂ−１と穿孔ロッド５２ａ−２の接続部に注目すると、図４に示すように、穿孔ロッド５２ａ−１の一端側には拡径部５２１ａ−１とその先端の多角形部５２２ａ−２が形成されていると共に、拡径部５２１ａ−１の手前にはそれより大径のメネジ部５３１を有するユニオンナット５３が装入されている。円周方向に複数の通気穴５４１を有する円筒状スペーサ５４の内周側には、一端に多角形部５２２ａ−２が嵌入可能な多角形穴５２２ｂ−１が設けられたオネジ部５２１ｂ−１を有するネジ部材５２ｂ−１が固着されている。なお通気穴５４１は、後述の気密漏れ検査を確実に行なえるようにするためのもので、省略することができる。ネジ部材５ｂ−１の他端には、ピン穴５２４ｂ−１を有する縮径部５２３ｂ−１が形成され、縮径部５２３ｂ−１は、ピン５５１を介して穿孔ロッド５２ａ−１に連結されたユニバーサルジョイント５５に接続される。この状態から、図４に示すように、拡径部５２１ａ−２の端面がオネジ部５２１ｂ−１の端面に当接するまで、穿孔ロッド５２ａ−２の先端の多角形部５２２ａ−２をネジ部材５２ｂ−１の多角形穴５２２ｂ−１に差込み、次いでユニオンナット５３をオネジ部５２１−ｂに締付けた後、矢印Ｚ方向からピン（図示を省略）を打込むことにより、穿孔ロッド５２ａ−１、５２ｂ−１、５２ａ―２が連結された接続構造が得られる。一方、穿孔ロッド５２ａ−２と穿孔ロッド５２ｂ−１を分離する場合は、ユニオンナット５３を緩めた後、穿孔ロッド５２ａ―２をネジ部材５２ｂ−１から引き抜けばよい。したがって上記の接続構造を採用することにより、穿孔作業終了後に可撓性ロッド５を分解することが可能となり、再使用できるという利点がある。

上記穿孔工具１によれば、供給管４の内部に配設された可撓性ロッド５を回転させながら矢印Ｘ方向（図３参照）に推進することにより、分岐継手３の底部（円板状部３１）と供給管（図示省略）が穿孔される。この穿孔過程においては、可撓性ロッド５の回転により円筒状基体部６は回転しながら下降するが、第１のカッター刃８は、スラスト軸受７を介して円筒状基体部６の先端に支持されているので、可撓性ロッド５の回転は第１のカッター刃８に伝達されず、可撓性ロッド５のスラスト荷重を受けて矢印Ｘ方向に押し下げられることにより、上記穿孔が行われる。したがってこの穿孔工具１によれば、穿孔トルクが軽減されるので、円滑な穿孔作業が許容される。また第２のカッター刃１２を穿孔時とは逆方向に回転させることにより、穿孔カッター２を矢印Ｙ方向（図３参照）に引き抜くことができる。この引き抜き操作を行う時に、第２のカッター刃１２の回転により、例えばバッド融着により分岐継手３と供給管４との間に形成された接合部の内周面から突出するビード部３２が切除されるので、ビード部３２に引掛かからずに、穿孔カッター２を速やかに地上に引き出すことが可能となる。なお第１のカッター刃８により切り取られた切片（図示省略）は、第１のカッター刃８の内周面に保持されるので、供給管の内部に脱落することはなく、穿孔カッター２を引き抜く時に回収される。

上記の穿孔工具１は、ガス配管及び水道配管を含む各種配管作業に使用することができる。この穿孔工具１は、軽量かつコンパクトに構成されているので、特に地中でガス分岐管を供給管に接続する非開削工法に有用であり、その主要工程の一例を図６〜図１０により説明する。図６は非開削工法における弧状推進工程を模式的に示す断面図、図７は非開削工法における鞘管挿入工程を模式的に示す断面図、図８は非開削工法における芯合せ及び継手融着工程を模式的に示す断面図、図９は非開削工法における穿孔工程を模式的に示す断面図、図１０は非開削工法における気密検査工程を模式的に示す断面図である。

この非開削工法は、まず図６に示すように最初に地中に埋設され、例えばポリエチレンで形成された供給管１５に通ずる小径の立孔（以下小孔という）１６を形成し、小孔１６に吊り下げられた監視手段（不図示）で供給管１５の位置を確認しながら、推進機１９を駆動することにより、先端に推進ヘッド１７を備えた可撓性を有するガイドロッド１８を弧状に推進する。この弧状推進工程では、推進ヘッド１７を高精度で供給管１５の近傍に誘導する必要があるので、例えば推進ヘッド１７の内部に発信器（不図示）を設置し、小孔１２の内部に受信器２０を配置することにより、推進ヘッド１７と供給管１５との位置関係を確認しながら、ガイドロッド１８の後端に接続された推進機１９を駆動することによりガイドロッド１８を地中に推進させることが好ましい。小孔１６は、供給管及びその周囲に後述の作業を行なうための作業空間であり、図示しないが、例えばオーガで地中の道路側に埋設された供給管に向かって垂直に地面を掘削して立孔を形成し、次いで地表に設置されたタンク及び高圧ポンプとそこに連結された放水ノズルから加圧水を噴射して例えば直径２００ｍｍ程度に拡径して形成される。加圧水を噴射する際に発生する泥水は、真空ポンプにより吸引され泥水タンクに回収される。

拡径及び鞘管挿入工程は、図７に示すように、先端に拡径ヘッド２１を装着した可撓性を有する鞘管２２を推進機１９に接続すると共に、サポート部材２３を介してガイドロッド１８の周囲に鞘管２２を配設し、推進機１９を駆動することにより拡径ヘッド２１で拡径しながら鞘管２２を小孔１６に向かって前進させることにより行なわれる。次いで、鞘管２２が小孔１６に到達した後に、ガイドロッド１８が鞘管２２から引抜かれる。

小孔１６の内部に高圧水を噴射するなどして、融着作業空間２４を確保してから、図８に示すようにしてガス供給管を有する分岐継手と供給管との融着が行なわれる。まず穿孔カッター２を分岐継手３の内部に挿入し、ガス供給管４と分岐継手３とを、熱融着（例えばバッド融着）により一体化することにより、穿孔カッターを内蔵した供給管付分岐継手（図１参照）を準備する。この分岐継手の周囲に遠隔操作により駆動される回転融着装置２５を装着する。次いでサポート部材２３を介して供給管４を鞘管２２内に支持しながら回転融着装置２５を融着作業空間２４に送り込み、しかる後芯合せ装置２６を小孔１７内に降下させる。監視手段（不図示）により分岐継手３と芯合せ装置２６が供給管１１に近接したことを確認した後、芯合せ装置２６で回転融着装置２５の先端を保持することにより分岐継手３を供給管１５の所定位置に当接させ、次いで回転融着装置２５を駆動することにより分岐継手３を供給管１５に融着する。

必要に応じ気密漏れ検査を行なった後、可撓性ロット５を供給管１５内に挿入していき、分岐継手３の内部に収容された穿孔カッター２が供給管１５に到達したことを確認した後、図９に示すように、例えばレンチあるいは電気ドリルなどの駆動工具２８を操作して穿孔カッター２を回転させることにより分岐継手３及び供給管１５に穿孔して供給管１５と供給管４とを連通させる。

穿孔後は、図１０に示すように、穿孔カッター２の先端部（第１のカッター刃８）は分岐継手３及び供給管１５を突き抜け、供給管１５の内側に到達する。この状態で、再度気密検査を行いガス漏れが無いことを確認した後、鞘管２２と穿孔工具１を地中から引き抜き、最後に小孔及び供給管と分岐管の周囲の埋戻しを行なうことにより、配管施工が完了する。上記の気密検査は、例えば、供給管４の後部に圧力計２９を装着すると共に、供給管４を圧縮空気源に接続した後、穿孔カッター１の内部に圧縮空気を所定時間供給することにより、継手３と分岐管４及び供給管１５との融着接合部の気密性能の良否を判定することができる。例えば、０．３ＭＰａの圧縮空気を３分以上、供給管４の内部に封入した時に、圧力計の目盛が振れない場合は、融着接合部からの空気漏れがなく、実用上十分な気密性を有すると判断される。穿孔カッター２は、その外周面にシール部材（Ｏリング）９が設けられているので、気密栓としての機能も備えており、別途シール手段を設けるまでもなく、穿孔後の気密検査を速やかに行うことができる。また前記のカッター刃８を押し下げる過程で、カッター刃８の外周面は半径方向に（中心部に向かって）押し付けられるため、その反力により切刃部の外周面と分岐孔の内周面とが密着し、これらの間に隙間が生じないことがあると推定される。従って図１に示す穿孔カッター２において、シール部材１０を省略しても、穿孔後の気密試験を行うことが可能である。

本発明の実施の形態に係わる穿孔装置が収容された分岐継手及びガス供給管の一部を切欠いた状態を示す斜視図である。 図１の一部を拡大して示す斜視図である。 図１の要部を示す縦断面図である。 図１の可撓性ロッドの組立前の状態を示す縦断面図である。 図１の可撓性ロッドの組立後の状態を示す縦断面図である。 本発明の穿孔工具が適用される非開削工法における弧状推進工程を模式的に示す断面図である。 本発明の穿孔工具が適用される非開削工法における鞘管挿入工程を模式的に示す断面図である。 本発明の穿孔工具が適用される非開削工法における芯合せ及び継手融着工程を模式的に示す断面図である。 本発明の穿孔工具が適用される非開削工法における穿孔工程を模式的に示す断面図である。 本発明の穿孔工具が適用される非開削工法における気密検査工程を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１：穿孔工具、２：穿孔カッター、３：分岐継手、３１：円板状部材、３２：ビード部、４：ガス供給管、５：可撓性ロッド、６：円筒状基体部、６１：オネジ部、７：スラスト軸受、８：第１のカッター刃、９：円周溝、１０：シール部材、１１：ストリッパボルト、１２：第２のカッター刃、１３：連通孔、１４：六角穴、１５：供給管、１６：小孔、１７：推進ヘッド、１８：ガイドロッド、１９：推進機、２０：受信器、２１拡径ヘッド、２２：鞘管、２３：サポート部材、２４：融着作業空間、２５：回転融着装置、２６：芯合せ装置、２７：搬送装置、２８：駆動装置、２９：圧力計、５１：プランジャー、５２ａ−１、５２ａ−２、５２ｂ−１、５２ｂ−２、５２ｃ：穿孔ロッド、５３：ユニオンナット、５４：円筒状スペーサ、５５：ユニバーサルジョイント、５６：カバー、５７：サポートアダプター、５８：六角穴付ボルト、５９：ベアリングホルダーセット、６０：低頭六角穴付ボルト、６１：六角アダプター、

Claims (7)

1. 外周面にシール機能を有する円筒状に形成された第１のカッター刃と、一端に前記第１のカッター刃を保持する円筒状基体部と、前記円筒状基体部の他端に設けられた円筒状に形成された第２のカッター刃を有し、前記円筒状基体部は、被穿孔部材の内周面に回転可能及び軸方向に移動可能に支持されることを特徴とする穿孔カッター。
2. 前記第１のカッター刃の外周に、シール部材が装着されることを特徴とする請求項１に記載の穿孔カッター。
3. 前記円筒状基体部は、その内周側とその外周側を連通する連通穴を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の穿孔カッター。
4. 前記第１のカッター刃は、前記円筒状基体部の端面に軸支されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の穿孔カッター。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の穿孔カッターと、前記円筒状基体部に接続される可撓性ロッド部材を有することを特徴とする穿孔工具。
6. 前記可撓性ロッド部材は、折り曲げ可能かつ分離可能な接続部を介して直列に連結された複数の穿孔ロッドを有し、前記各接続部は、前記被穿孔部材の内周に接する円筒状スペーサ部材を有することを特徴とする請求項５に記載の穿孔工具。
7. ガス供給管及びその先端に固着されかつ供給管に融着接合された分岐継手の内部に、請求項５又は６に記載の穿孔工具を配設し、前記第１のカッター刃が前記供給管を突き抜けるまで前記可撓性ロッド部材を回転させ、前記可撓性ロッド部材を前記回転方向と逆方向に回転させることにより、前記穿孔工具を前記ガス供給管から引き出すことを特徴とする穿孔方法。

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