JP3568947B1 - 枝管合流口の穿孔装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 枝管を損傷することなく狭い枝管であっても自在に移動して枝管側から本管との合流口を塞いでいる更正材の穿孔を行うことができる枝管合流口の穿孔装置を提供する。
【解決手段】 枝管合流口の穿孔装置１Ａは、枝管Ｅ内に進入可能な形状に形成された装置本体２Ａと、この装置本体２Ａを枝管Ｅ内で移動させる移動手段３と、装置本体２Ａの半径方向へ拡開するとともに、装置本体２Ａを中心に外周方向へ回転して合流口Ｈの内周面に沿って更正材Ｌを切削する回転切削手段４Ａと、この回転切削手段４Ａによる切削の際に受ける枝管Ｅの軸線方向の反力および軸線回りの反力に対抗するために合流口Ｈを塞いでいる更正材Ｌに装置本体２Ａを連結させて固定する反力対抗手段５Ａとを有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、下水道管等の管路を改築・修繕等した際に本管の更正材によって閉塞される枝管の合流口を穿孔する穿孔装置に関し、特に、本管側からではなく枝管側から前記合流口を塞ぐ更正材を穿孔するのに好適な枝管合流口の穿孔装置に関する。

地中に埋設された下水管等の管路施設が老朽化した場合、管路を地中から掘り出すことなく、管路施設の全部又は一部の管路内周面を改築・修繕する材料（以下「更正材」という）を施工し、改築・修繕する更正技術が数多く開発・実用化されている。しかし、これらの更正技術を施した場合、枝管と本管との合流口が更正材によって塞がれてしまうため、その更正材の穿孔作業が必要になる。

この枝管合流口の穿孔作業は、本管側もしくは枝管側から行うことが考えられるが、枝管の径は１５〜２０ｃｍと細いものが多いため、現状では本管側から作業員が入って手動穿孔工具を使用して穿孔したり、本管側から穿孔ロボットを使用して穿孔している。

しかし、本管から穿孔する場合、
第１に、穿孔位置を決定するのが難しく非常に時間がかかる（枝管側から一々灯りを照らすが手間と時間がかかる）。
第２に、本管マンホールからロボットを挿入するため、交通規制の必要がある。
第３に、枝管本来の内径と全く同じ径で穿孔するのが困難である。
第４に、穿孔作業が長時間に及ぶと、交通規制による周辺への迷惑が増大し、施工コストアップに至る。
第５に、本管マンホール周辺の安全確保、本管内の作業員の安全確保を万全にする必要がある。
という多くの問題が存在している。

一方、枝管側から穿孔作業を行う穿孔装置はいくつか提案されているが、狭い空間内におけるロボットの制御は極めて難しくほとんど実現されていない。例えば、特開平３−２４４８９２号公報に記載の発明は、枝管内に配置された主管部から膨張部材に圧縮空気を送入して径方向に膨張させ、枝管内に前記主管部を突っ張らせて固定する。その上で、先端の針具をライニング材に突き刺して破り、合流口を開口するものである。

特開平３−２４４８９２号公報

しかし、特許文献１のような装置では、膨張部材によって主管部を固定しているが、針具の穿孔方向に対する反力に対抗する力を枝管内面の摩擦によって確保する機構であるため、大きな力を確保することが難しい。もし膨張部材をより強く膨張させて大きな摩擦力を確保しようとすれば、枝管に大きな負担が加わり、ただでさえ老朽化している管路が容易に破壊されてしまう。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、枝管を損傷することなく狭い枝管であっても自在に移動して枝管側から本管との合流口を塞いでいる更正材の穿孔を行うことができる枝管合流口の穿孔装置を提供することを目的とする。

本発明に係る枝管合流口の穿孔装置の特徴は、本管と枝管との合流口を塞いでいる更正材を穿孔するための枝管合流口の穿孔装置であって、前記枝管内を進行可能な形状に形成された装置本体と、この装置本体を枝管内で移動させる移動手段と、前記装置本体の半径方向へ拡開するとともに、前記装置本体を中心に外周方向へ回転して前記合流口の内周面に沿って更正材を切削する回転切削手段と、この回転切削手段による切削の際に受ける前記枝管の軸線方向の反力および軸線回りの反力に対抗するために前記合流口を塞いでいる更正材に前記装置本体を連結させて固定する反力対抗手段とを有する点にある。

また、本発明において、前記反力対抗手段は、先端側にドリル部を有するとともに、このドリル部の後端側に軸線方向の反力に対抗するタップ部を備えたドリルタップを前記装置本体の先端部に少なくとも２本並べて配置することが好ましい。

また、本発明において、前記反力対抗手段は、先端側にドリル部を有し、このドリル部の後端側に軸線方向の反力に対抗するタップ部を備えたドリルタップを前記装置本体の先端部中央位置に１本配置するとともに、前記ドリルタップの根元周辺に回転モーメントの反力に対抗する反力対抗突起環を設けるようにしてもよい。

さらに、本発明において、前記反力対抗手段は、回転軸の先端に鋸刃を備えたホールソーを前記装置本体の先端部に少なくとも２本並べて配置し、それら各回転軸を前記装置本体の先端面に対して平行にスライド可能に軸支するようにしてもよい。

また、本発明において、前記回転切削手段は、前記装置本体の外周に沿って軸線方向に往復動するとともに軸線回りに回転するスライド回転体と、このスライド回転体に前記枝管の径方向へ揺動可能に支持されており先端部に切削刃を備えている揺動切削刃部とを有していることが望ましい。

さらに、本発明において、前記揺動切削刃部は、更正材を切削するための更正材用切削刃と、前記枝管のコンクリート材を切削するためのコンクリート用切削刃との２種類を前記回転体に配備するようにしてもよい。

また、本発明において、前記揺動切削刃部の外側面には、切削面を面取り仕上げするための面取刃が形成されていることが好ましい。

さらに、本発明において、前記移動手段は、前記装置本体に前記枝管の径方向へ揺動可能に支持されており先端部に車軸を備えた揺動アームと、前記車軸回りに回転駆動されるとともに前記車軸に垂直な回転軸回りのフリーローラを備えた全方向車輪とから構成されており、前記揺動アームは、少なくとも３本から構成され、前記装置本体の外周に沿って等間隔に配置されているとともに、すべての揺動アームの開脚量が同等に保持されていることが望ましい。

また、本発明において、前方側に配置された揺動アームは、前記回転切削手段のスライド回転体に揺動可能に支持されていることが好ましい。

さらに、本発明において、前記回転切削手段は、複数の切削刃を内側の収納位置と外側の切削位置とに開閉移動させる切削刃開閉ユニットと、切削刃を装置本体の軸線周りに遊星回転させる切削刃遊星回転ユニットと、切削刃を自転させる切削刃自転ユニットとを備えており、前記切削刃開閉ユニットは、開閉駆動源の駆動力によって装置本体の軸線方向に往復動可能であってかつ回転可能に軸支されており外周面に螺旋状ねじが形成されたチェンジナットスクリュー軸と、このチェンジナットスクリュー軸の螺旋状ねじに螺合されており前記チェンジナットスクリュー軸の軸線方向の移動に伴って前記螺旋状ねじに沿って回転するナットギアと、このナットギアに歯合する開閉歯車を備えているとともに前記切削刃が支持されている切削刃回転軸を回転自在に保持しており前記ナットギアの回転に伴って前記切削刃を開閉させる切削刃ベースとを有しており、前記切削刃遊星回転ユニットは、装置本体の軸線回りに回転する遊星回転ベースを有しており、この遊星回転ベースは前記切削刃ベースを支持しているとともに、前記チェンジナットスクリュー軸を一体的に回転するように軸支しており、切削位置に移動された切削刃を遊星回転させており、前記切削刃自転ユニットは、自転駆動源の回転駆動力を切削刃回転軸に伝達する中間歯車群を有し、この中間歯車群を前記遊星回転ベースに支持させ、前記切削刃を自転させながら遊星回転させて切削を行うようにすることが好ましい。

本発明によれば、切削対象物を利用して反力に対抗する力を確保することにより、枝管を破損することなく大きな切削力を確保することができ、枝管側から穿孔作業を安全かつ容易に実行することができるため、低コストおよび工期短縮を図ることができる。

以下、本発明に係る枝管合流口Ｈの穿孔装置１Ａの第１の実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１は、本第１実施形態の枝管合流口Ｈの穿孔装置１Ａを示す全体斜視図である。本第１実施形態の枝管合流口Ｈの穿孔装置１Ａは、主として、枝管Ｅ内に進入可能な小型に形成された装置本体２Ａと、この装置本体２Ａを枝管Ｅ内で自在に移動させる移動手段３と、ライニング材等から構成される更正材Ｌを枝管合流口Ｈの内周面に沿って切削する回転切削手段４Ａと、前記枝管合流口Ｈを塞いでいる更正材Ｌに前記装置本体２Ａを連結して前記枝管Ｅの軸線方向および軸線回りの反力に対抗する力を得る反力対抗手段５Ａとから構成されている。

本第１実施形態の各構成部についてより詳細に説明する。図１に示すように、装置本体２Ａは枝管Ｅより小径の略円筒形状に形成されており、その軸線方向の長さは、枝管Ｅの曲がり角でも移動可能な長さに形成されている。装置本体２Ａの前方端面には高輝度ライト６およびＣＣＤカメラ７が設けられており、暗い枝管Ｅ内であってもＣＣＤカメラ７の映像によって作業者が管内状況をモニターで確認できるようになっている。

移動手段３は、装置本体２Ａの前後位置に配置された後部移動ユニット３ａと前部移動ユニット３ｂとに分けられており、枝管Ｅ内を前進および後進するための前後移動機能と、枝管Ｅ内の円周方向に回転するための回転移動機能とを兼備している。

後部移動ユニット３ａおよび前部移動ユニット３ｂは、いずれも枝管Ｅの径方向へ揺動可能に支持されており先端部に車軸３２を備えた揺動アーム３１ａ，３１ｂを備えている。これらの揺動アーム３１ａ，３１ｂの車軸３２には、車軸回りに回転駆動されるとともに、前記車軸３２に垂直な図示しない回転軸に回転自在に軸支されたフリーローラ３３ａを備えた全方向車輪３３が軸支されている。

揺動アーム３１ａ，３１ｂは、後部移動ユニット３ａには３本、前部移動ユニット３ｂには４本取り付けられている。これらの各揺動アーム３１ａ，３１ｂは装置本体２Ａの外周方向に等間隔で配置されており、同一の開脚量で開閉するように設定されている。また、後部移動ユニット３ａの全方向車輪３３は装置本体２Ａの軸線方向に対して等角度で傾斜されており、フリーローラ３３ａの摩擦回転を加味して前後左右斜め方向への移動を可能にしている。

また、装置本体２Ａの外周には、軸線方向に往復スライドするとともに、軸線回りにスライド回転するカップリング形状のスライド回転体８が遊嵌されている。前部移動ユニット３ｂの４本の揺動アーム３１ｂは、スライド回転体８に揺動自在に取り付けられている。図３に示すように、前部移動ユニット３ｂの揺動アーム３１ｂは、その基端部をスライド回転体８の先端縁に軸支させており、常に内側に閉じる方向に付勢されている。そして、基端部の内側面には、開脚用突起３４が突設されている。一方、スライド回転体８には油圧によって軸線方向に往復動する開脚案内棒３５が配置されており、この開脚案内棒３５の先端を使って前記開脚用突起３４を押動すると、揺動アーム３１ｂが外側に開脚するようになっている。

前部移動ユニット３ｂおよび後部移動ユニット３ａの各揺動アーム３１ａ，３１ｂは、装置本体２Ａの円周方向に対して等間隔に配置され、かつ、いずれも等しい開脚量で開閉されるから、各揺動アーム３１ａ，３１ｂが備えている全方向移動車輪が枝管内壁ｅに当接したとき、装置本体２Ａの中心軸は前記枝管Ｅの中心に一致する。このように３本若しくは４本の揺動アーム３１ａ，３１ｂの開閉によって枝管Ｅ中心の位置決めが高精度で行える。

なお、後部移動ユニット３ａの揺動アーム３１ａもその基端部を軸支されており、図示しない揺動駆動部によって任意に開脚されるようになっている。また、図示しないが全方向車輪３３を回転駆動する全方向車輪駆動部も装置本体２Ａに配置されている。

つぎに、回転切削手段４Ａは、装置本体２Ａを回転基準にして回転しながらライニング材等の更正材Ｌを枝管合流口Ｈの内周面に沿って切削するものである。前述したスライド回転体８は、回転切削手段４Ａとしても機能する。つまり、回転切削手段４Ａは、軸線回りにスライド回転可能なスライド回転体８を備えており、このスライド回転体８の先端縁に枝管Ｅの径方向へ揺動可能な揺動切削刃部４１を軸支している。この揺動切削刃部４１の先端には切削刃４２が形成されている。本第１実施形態では４つの揺動切削刃部４１を備えており、それぞれ前述した前部移動ユニット３ｂの各揺動アーム３１ｂ間に配置されている。揺動切削刃部４１は、スライド回転体８の前後往復移動に連動して揺動し径方向へ開閉するようになっている。つまりスライド回転体８が前方へ移動した場合、揺動切削刃部４１は径の外側へ開脚し、スライド回転体８が後方へ移動した場合、揺動切削刃部４１は径の内側へ閉脚する。

また、図１から図３に示すように、揺動切削刃部４１が開脚した際に切削刃４２を更正材Ｌに対して垂直に対面させるために内側に折り曲げられている。この屈曲部の先端側の外側面には、面取刃４３が縦に平行に配列されている。これらの面取刃４３は更正材Ｌを切削刃４２によって円形状に穿孔した後、揺動切削刃部４１をより大きく開脚させて、切削した開口内周面を面取りして仕上げるためのものである。

なお、前述した揺動切削刃部４１は、先端に平刃を形成しているが、これに限るものではない。例えば、図４に示すように、小径のエンドミルを取り付けて自転させながら円形を描くように移動させて切削するようにしてもよい。

また、揺動切削刃部４１として、更正材Ｌのような樹脂の切削に好適な更正材用切削刃と、枝管Ｅのコンクリート材の切削に好適なコンクリート用切削刃との２種類をスライド回転体８に配備してもよい。なぜなら枝管Ｅは長年の使用によって本管との合流口Ｈと枝管Ｅとが位置ずれを起こす場合があり、このようなケースの切削作業では、更正材Ｌとともにコンクリートを切削しなければならない。ところが実験によれば、軟らかくて粘りのある更正材Ｌと、硬くて細かく砕けるコンクリートとでは、性質が異なりすぎるため同じ切削刃４２で両方を切削することはできないことがわかった。つまり、更正材Ｌをターゲットにした切削刃は切削屑を除去できる鋭角状の切削刃が好ましいことがわかったが、硬くて脆いコンクリートには好ましくな。逆に、コンクリートの切削に好適なダイヤモンド粒子が埋設された切削刃は、更正材Ｌを切削すると目詰まりしてしまう。そこで、両者の切削が必要な場合には、切り屑を弾き出せる刃筋を備えた更正材用切削刃と、ダイヤモンド粒子等が埋設されたコンクリート用切削刃の両方を交互に配置するようにすればよい。

つぎに、反力対抗手段５Ａは、第１反力対抗ユニット５１と、第２反力対抗ユニット５２とから構成される。第１反力対抗ユニット５１は、枝管内壁ｅとの摩擦により装置本体２Ａを静止させる機構である。図２に示すように、装置本体２Ａの後方側に円周方向に等間隔を隔てて３つまたは４つの摩擦式ストッパ５３が配置されている。これら摩擦式ストッパ５３は図示しない油圧ダンパまたは空気圧ダンパの作用によって径方向に突出するようになっている。但し、本第１反力対抗ユニット５１は、枝管Ｅを破壊しない程度の軽い力で支えるものである。

一方、第２反力対抗ユニット５２は、切削対象物である更正材Ｌに装置本体２Ａを連結し、枝管Ｅの軸線方向の反力および軸線回りの回転モーメントに対抗する機構である。図１から図３に示すように、第２反力対抗ユニット５２は、２本のドリルタップ５４，５４を装置本体２Ａの先端部に並べて配置している。ドリルタップ５４，５４は、先端側にドリル部５４ａを形成し、後端側にタップ部５４ｂを形成した工具である。ドリル部５４ａによって更正材Ｌに穿孔し、後端側のタップ部５４ｂの道筋をつけることができる。そして、ドリルタップ５４，５４のタップ部５４ｂが更正材Ｌと螺合することにより、切削刃を更正材Ｌに切り込むときに受ける軸線方向の反力に対抗する力を得ることができる。また、ドリルタップ５４，５４を２本若しくはそれ以上の本数を設けることによって、揺動切削刃部４１が回転するときに受ける回転モーメントの反力に対抗する力を得ることができる。また、ドリルタップ５４，５４は、ドリル回転モータ５５の駆動力をドリル回転歯車群５６を介して受けて回転する。

図４に示すように、揺動切削刃部４１の前後方向への移動機構は、スライド回転体８の移動に連動する。スライド回転体８は通常、装置本体２Ａの後方側に付勢されている。そして、前方へ移動する場合には、図４に示す油圧部屋８１に油圧穴８２から油を充填し、その油圧力によってスライド回転体８を前にスライドさせる。これによって揺動切削刃部４１も前方へ移動し、同時に外側へ開脚するようになっている。一方、揺動切削刃部４１を回転させる場合、装置本体２Ａに設けた切削刃回転モータ４４の動力を伝達歯車群４５によってスライド回転体８に伝達し、このスライド回転体８を回転させることにより、揺動切削刃部４１を一緒に回転させる。このとき揺動アーム３１ｂも一緒に回転するため、この揺動アーム３１ｂの先端に軸支されている全方向車輪３３によって揺動切削刃部４１が安定的に回転する。

ここで前記反力対抗手段５Ａの他の実施例を図５および図６に示す。図５に示す反力対抗手段５Ａは、１本のドリルタップ５４を装置本体２Ａの先端部中央位置に配置し、前記ドリルタップ５４の根元を囲むように軸回りの回転モーメントに対抗する反力対抗突起環５７を設けている。１本のドリルタップ５４のタップ部５４ｂによって切削刃の切り込み力（軸線方向の力）を確保し、回転抑制固定刃によって揺動切削刃部４１の回転モーメントを確保する。

また、図６に示す反力対抗手段５Ａは、２本のホールソー５８，５８を装置本体２Ａの先端部に並べて配置している。ここで使用するホールソー５８，５８は回転軸５８ｂの先端に筒状の鋸刃５８ａを備えた切削工具であり、前記２本の回転軸５８ｂは装置本体２Ａの先端面に対して平行な方向にスライド可能に軸支されている。つまり、２本のホールソー５８，５８を自転させて更正材Ｌに穿孔し、その後に装置本体２Ａの先端面に平行な方向へスライドさせることにより、筒状鋸刃５８ａの底面が更正材Ｌに引っ掛かり軸線方向を拘束されるため、切削刃の切り込み力を確保できる。また２本のホールソー５８，５８によって揺動切削刃部４１の回転モーメントを確保できる。

つぎに、以上のような構成を有する枝管合流口Ｈの穿孔装置１Ａの作用について図７から図１１を参照しつつ説明する。

穿孔作業では、まず、穿孔装置１Ａを枝管Ｅに通じる宅地側の汚水桝から枝管Ｅ内に投入する。このときの穿孔装置１Ａは、図７に示すように、スライド回転体８を装置本体２Ａの後方側に移動し、後部移動ユニット３ａの揺動アーム３１ａ、前部移動ユニット３ｂの揺動アーム３１ｂ、および揺動切削刃部４１は径方向の最も内方側に収容されて枝管Ｅ内に投入し易いコンパクトな状態にされている。

つづいて図８に示すように、後部移動ユニット３ａおよび前部移動ユニット３ｂの各揺動アーム３１ａ，３１ｂを径方向外側に開脚し、各全方向車輪３３を枝管内壁ｅに当接させる。これにより、装置本体２Ａは、後部移動ユニット３ａおよび前部移動ユニット３ｂに支持され、枝管Ｅ内を自在に移動できる状態になる。そして、高輝度ライト６を点灯し、ＣＣＤカメラ７を作動させて管内映像をモニタに映す。全方向車輪３３を回転駆動して管内を移動する途中に木の根等の異物を発見した場合には、それを避けたり除去することができる。全方向車輪３３は、装置本体２Ａを枝管Ｅ内の周方向へ回転させることが可能であるため、モニタ映像を確認しつつ、装置本体２Ａが上下逆さまになっても前記全方向車輪３３によって体勢を整えることができる。

穿孔装置１Ａが枝管合流口Ｈまで移動してドリルタップ５４，５４の先端が更正材Ｌに当接すると、図示しないセンサーがドリルタップ５４，５４の当接を検出して全方向車輪３３の回転を停止する。この後、枝管センター出し制御を行う。後部移動ユニット３ａおよび前部移動ユニット３ｂの各揺動アーム３１ａ，３１ｂは、いずれも等しい開脚量で拡がっているため、全方向車輪３３が枝管内壁ｅに当接している状態が装置本体２Ａの中心と枝管Ｅの中心とを一致させることになる。これにより容易にセンター合わせができる。

つづいて図８に示すように、２本のドリルタップ５４，５４を回転させて更正材Ｌに穴を空ける。穴あけ作業の押し込み力は、後部移動ユニット３ａおよび前部移動ユニット３ｂの全方向車輪３３による推進力で得られる。このとき第一反力対抗ユニットを動作させて摩擦式ストッパ５３を機能させてもよい。ドリルタップ５４，５４のドリル部５４ａで穴を空け、引き続きタップ部５４ｂによってねじ穴を形成する要領で押し込み、タップ部５４ｂと更正材Ｌとは装置本体２Ａが前後にずれないように螺合する。これにより第２反力対抗ユニット５２の設定が完了する。

ここで第１反力対抗ユニット５１の摩擦式ストッパ５３を使用していない場合には、穿孔作業に際して油圧を作動させ、前記摩擦式ストッパ５３を枝管内壁ｅに向かって突出し、枝管内壁面との摩擦力を確保する。

つづいて図９に示すように、揺動切削刃部４１を大きく開脚させるとともに、スライド回転体８を前方に移動させつつ回転させて、切削刃を更正材Ｌに当接させた状態で枝管Ｅの内周面に沿って回転させる。このとき第１反力対抗ユニット５１および第２反力対抗ユニット５２の作用によって切削刃が受ける後方への反力および回転モーメント反力を摩擦式ストッパ５３および２本のドリルタップ５４，５４が吸収して切削力を確保する。

その後、図１０に示すように枝管合流口Ｈの更正材Ｌの穿孔が完了すると、図１１に示すように、スライド回転体８をさらに前方へスライドさせて揺動切削刃部４１をより大きく開脚し、この状態で回転することにより面取刃４３を使って更正材Ｌの開口面の面取り仕上げ加工を施す。

その後、揺動切削刃部４１を内側へ閉脚させて収納し、加工完了信号を発信すると、作業者はＣＣＤカメラ７の映像によって確認しながらドリルタップ５４，５４を逆回転させて切削片の隔離動作を行う。そして、摩擦式ストッパ５３を油圧の解除により装置本体２Ａ内に収納すると、収納信号を発信する。これにより全方向車輪３３を逆回転させて穿孔装置１Ａを後退させ、投入口に到達すると帰着信号を発信して回収する。これにより枝管合流口Ｈの更正材穿孔作業が終了する。

以上のような本第１実施形態によれば、以下に示す効果が得られる。
ア）更正材Ｌを利用して反力に対抗する力を確保することにより、枝管Ｅを破損することなく大きな切削力を確保することができる。
イ）本管側から穿孔位置決めをその都度行う必要がなくなり、工期が大幅に短縮する。
ウ）住宅側からの作業となるため交通規制をほとんどかけずに施行でき、安全および周辺への迷惑を最小限に抑えられる。
エ）枝管Ｅの内径とほぼ同一の穿孔が可能になり、均一な仕上がりにできる。
オ）現在、地盤変化や自動車積載重量の増加により枝管Ｅと本管の接合箇所のずれが問題となっているが、枝管中心を基準とした穿孔を行うため枝管本来の断面積を再現できる。

つぎに、本発明に係る枝管合流口の穿孔装置１Ｂの第２の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本第２実施形態の構成のうち、上述した第１実施形態の構成と同一若しくは相当する構成については同一の符号を付して再度の説明を省略する。

図１２は、本第２実施形態の枝管合流口の穿孔装置１Ｂを示す側面断面図であり、図１４から図１９は、図１２の一点鎖線Ａ−Ａ〜Ｆ−Ｆにおける断面図である。本第２実施形態は、装置本体２Ｂと別体に配置された入力軸ユニット９と、装置本体２Ｂの中心を枝管Ｅの中心に配置するためのセンターガイドユニット１０と、装置本体２Ｂを枝管Ｅ内に固定するための摩擦式固定ユニット１１と、反力対抗手段５Ｂと、メカニカル的に構成された回転切削手段４Ｂとを有している。本第２実施形態では回転切削手段４Ｂの切削刃４２としてエンドミルカッター４６を使用する。

入力軸ユニット９は、図示しない駆動モータおよびエアポンプから構成される駆動源を備えており、前記駆動モータの回転力やエアポンプから供給される空気を装置本体２Ｂに伝達するようになっている。図１３（ａ）および（ｂ）に示すように、入力軸ユニット９は、エンドミルカッター４６およびドリルタップ５４を駆動するための５本の駆動軸を備えている。これら駆動軸は、ドリルタップ５４を回転させるタップ回転駆動軸９１と、ドリルタップを軸方向に駆動させるタップ軸方向駆動軸９２と、エンドミルカッター４６を開閉駆動する開閉用駆動軸９３と、エンドミルカッター４６を遊星回転駆動する遊星回転用駆動軸９４と、エンドミルカッター４６を自転駆動する自転用駆動軸９５とから構成されている。また、入力軸ユニット９は、２つの給排気ポートを備えており、センターガイドユニット１０のガイドシリンダに空気を給排気するためのガイド用給排気ポート９６と、摩擦式固定ユニット１１の固定シリンダに空気を給排気するための固定用給排気ポート９７とを備えている。

センターガイドユニット１０は、図１９に示すように、装置本体２Ｂの後部側で半径方向に進退する３つのガイドシリンダ１０１，１０１，１０１を等間隔に配置している。これらガイドシリンダ１０１，１０１，１０１は、ガイド用給排気ポート９６と給排気チューブにより接続されており、空気圧によりガイドシリンダ１０１を径方向に進退させる。各ガイドシリンダ１０１の端面にはボールベア１０２が固定されており、このボールベア１０２が枝管内壁ｅに当接してセンター位置合わせを正確に行う。

摩擦式固定ユニット１１は、図１６に示すように、装置本体２Ｂの中央部で半径方向に進退する３つの固定シリンダ１１１，１１１，１１１を配置している。これら固定シリンダ１１１，１１１，１１１は、固定用給排気ポート９７と給排気チューブにより接続されており、空気圧により固定シリンダ１１１を径方向に進退させる。そして、各固定シリンダ１１１の端面には枝管内壁ｅに対して高い摩擦抵抗を有する摩擦パッド１１２が取り付けられている。

本第２実施形態における反力対抗手段５Ｂは、図１２に示すように、タップ回転駆動軸９１の駆動力を伝達するタップ回転シャフト５９を装置本体２Ｂの中心軸上に配置している。タップ回転シャフト５９の先端側にはタップ回転歯車６０が取り付けられており、このタップ回転歯車６０には、各ドリルタップ５４と一体的に回転する２つのタップ従動歯車６１が噛合している。

また、タップ軸方向駆動軸９２には、タップ用ボールネジ６２が接続されている。このタップ用ボールネジ６２には、タップ取付ベース６３が螺合されており、前記タップ用ボールネジ６２の回転によって軸方向に往復移動するようになっている。タップ取付ベース６３には、中空の連結シャフト６４が固定されており、この連結シャフト６４の先端にはドリルタップ５４を回転自在に保持する軸受体６５が固定されている。前記連結シャフト６４の中空内には、タップ回転シャフト５９が挿通されて配置されてる。

つぎに、第２実施形態における回転切削手段４Ｂは、複数の切削刃４２を収納位置（内側）と切削位置（外側）とへ開閉移動させる切削刃開閉ユニット４７と、切削刃４２を装置本体２Ｂの軸線周りに遊星回転させる切削刃遊星回転ユニット４８と、切削刃４２を自転させる切削刃自転ユニット４９とを備えている。

前記切削刃開閉ユニット４７は、開閉用駆動軸９３に連結されて回転駆動される開閉用ボールネジ４７ａと、この開閉用ボールネジ４７ａに螺合して軸方向に往復動されるスクリュー軸支持ベース４７ｂと、このスクリュー軸支持ベース４７ｂと共に軸方向へ往復動し、かつ、スクリュー軸支持ベース４７ｂとは別個に回転可能に軸受を介して軸支されており、外周面に軸方向に緩やかな螺旋状ねじが形成されたチェンジナットスクリュー軸４７ｃと、このチェンジナットスクリュー軸４７ｃの螺旋状ねじに螺合されており前記チェンジナットスクリュー軸４７ｃの軸線方向の移動に伴って前記螺旋状ねじに案内されつつ回転するナットギア４７ｄと、このナットギア４７ｄに歯合する開閉歯車４７ｅを備えているとともにエンドミルカッター４６の切削刃回転軸４９ｄを回転自在に保持しており前記ナットギア４７ｄの回転の伴って前記エンドミルカッター４６を開閉させる切削刃ベース４７ｆとから構成されている。

また、切削刃遊星回転ユニット４８は、遊星回転用駆動軸９４の駆動力を受けて回転駆動されるとともの先端部にギアを備えた遊星回転ギアシャフト４８ａと、この遊星回転ギアシャフト４８ａのギアに歯合する内歯車体４８ｂと、この内歯車体４８ｂに固定されており装置本体２Ｂの軸心回りに回転可能な遊星歯車枠体４８ｃとから構成される。遊星歯車枠体４８ｃは、先端面にチェンジナットスクリュー軸４７ｃを保持しており、このチェンジナットスクリュー軸４７ｃの回転を拘束し、一体的に回転するようになっている。さらに遊星歯車枠体４８ｃは、ナットギア４７ｄおよび切削刃ベース４７ｆを保持しており、切削位置に移動されたエンドミルカッター４６を装置本体２Ｂの軸心回りに遊星回転させるようになっている（図１４中矢印Ａ参照）。

また、切削刃自転ユニット４９は、自転用駆動軸９５からの駆動力を受けて回転するとともに先端にギアを備えた自転用ギアシャフト４９ａと、この自転用ギアシャフト４９ａにより回転される中間歯車４９ｂと、両端にギアを備えており一方を中間歯車４９ｂに歯合させている３本の中間ギアシャフト４９ｃと、これら中間ギアシャフト４９ｃの先端側のギアに歯合するギアを一端部に備えており他端部にエンドミルカッター４６を固定している切削刃回転軸４９ｄとから構成されている。

つぎに、以上のような構成を有する第２実施形態の穿孔装置１Ｂの作用について説明する。

穿孔装置１Ｂが枝管合流口Ｈまで移動してドリルタップ５４の先端が更正材Ｌに当接すると、全方向車輪３３の回転を停止し、枝管センター出し制御を行う。このとき、各ガイドシリンダ１０１には、ガイド用給排気ポート９６から等しい圧力の空気が供給されるため、ボールベア１０２が枝管内壁ｅに当接している状態が装置本体２Ｂの中心と枝管Ｅの中心とを一致させることになる。

つづいて固定用給排気ポート９７から各固定シリンダ１１１に等しい圧力の空気が供給される。これにより、３つの摩擦パッド１１２が枝管内壁ｅに当接し、枝管Ｅの中心位置合わせが行われた装置本体２Ｂを固定する。

装置本体２Ｂが固定されると、駆動モータの回転力がタップ回転駆動軸９１を介してタップ回転シャフト５９に伝えられ、２本のドリルタップ５４，５４が回転し穴開け作業を開始する。穴あけ作業の押し込み力は、駆動モータから伝達されるタップ軸方向駆動軸９２の回転力により得られる。つまり、タップ軸方向駆動軸９２がタップ用ボールネジ６２を回転させると、タップ取付ベース６３、連結シャフト６４、軸受体６５および２本のドリルタップ５４，５４が軸方向に移動する。これによりタップ部５４ｂと更正材Ｌが螺合し、装置本体２Ｂが前後にずれないように固定される。

装置本体２Ｂが枝管Ｅ内に固定されると、切削工程が開始される。まず、エンドミルカッター４６を切削位置まで拡開させる。駆動モータの回転力によって開閉用駆動軸９３が回転されると、開閉用ボールネジ４７ａが回転する。この開閉用ボールネジ４７ａの回転によりスクリュー軸支持ベース４７ｂが装置本体２Ｂの軸線方向前方側に移動されると、前記スクリュー軸支持ベース４７ｂに軸支されているチェンジナットスクリュー軸４７ｃも従って軸線方向に移動する。このチェンジナットスクリュー軸４７ｃが軸線方向へ移動すると、これの外周面に形成されている螺旋状ねじに沿ってナットギア４７ｄが案内されて回転する。このナットギア４７ｄの回転によりこれのギアに歯合してい各３つの開閉歯車４７ｅが回転し、これによりその開閉歯車４７ｅを固定保持している切削刃ベース４７ｆが、切削刃回転軸４９ｄおよびエンドミルカッター４６を伴って外側に開き、各３つのエンドミルカッター４６がそれぞれ枝管内壁ｅに接するまで移動し、切削位置に配置される。

つづいてエンドミルカッター４６の自転を開始する。自転用駆動軸９５の駆動力を受けて自転用ギアシャフト４９ａが回転すると、中間歯車４９ｂを介して３本の中間ギアシャフト４９ｃ，４９ｃ，４９ｃが回転する。これにより前記中間ギアシャフト４９ｃのギアに歯合している切削刃回転軸４９ｄが回転し、各エンドミルカッター４６を自転させる。

そして、ほぼ同時あるいは若干時間をおいてエンドミルカッター４６の遊星回転を開始する。遊星回転用駆動軸９４の駆動力を受けて遊星回転ギアシャフト４８ａが回転すると、これに歯合している内歯車体４８ｂが回転し、この内歯車体４８ｂと一体的に固定されている遊星歯車枠体４８ｃが回転する。この遊星歯車枠体４８ｃは、切削刃ベース４７ｆ、ナットギア４７ｄおよびチェンジナットスクリュー軸４７ｃ等の切削処理を行う主要な構成部を拘束しており、エンドミルカッター４６を自転させながら装置本体２Ｂの軸心回りに遊星回転させる。

エンドミルカッター４６を軸線方向に移動させるには、移動手段３によって移動させるか、あるいはドリルタップ５４を軸線方向に進めて装置本体２Ｂを移動させればよい。以上の操作によって、枝管Ｅの合流口Ｈを塞いでいる更正材Ｌを穿孔することができる。なお、穿孔が終了した後は、遊星回転用駆動軸９４および自転用駆動軸９５の回転を停止し、タップ回転駆動軸９１を逆回転させて切削した更正材Ｌを取り外すか、あるいはタップ軸方向駆動軸９２を逆回転させて、切削した更正材Ｌを保持しておく。その後、開閉用駆動軸９３を逆回転することによってエンドミルカッター４６を閉じ、穿孔装置１Ｂを回収することによって枝管合流口Ｈの穿孔作業を終了する。

以上のような本第２実施形態によれば、第１実施形態で得られる工期の短縮、安全性の向上、交通規制の緩和等の効果に加え、以下に示す効果が得られる。
ア）各構成部の駆動を歯車群等を介して機械的構造により駆動するため、低温地域における挙動の信頼性を高めることができるし、コスト低減を図ることができる。
イ）駆動源を穿孔装置本体と別体に構成することにより、穿孔装置本体の全長を縮小することができ、内径の小さい枝管や急角度に湾曲した枝管であっても移動し易くできる。

なお、本発明に係る穿孔装置１Ａ，１Ｂは、前述した各実施例に限定されるものではなく、適宜変更することができる。

例えば、各実施形態の回転切削手段４Ａ，４Ｂでは、揺動切削刃部４１やエンドミルカッター４６を回転させて更正材Ｌを穿孔したが、これに代えて、スライド回転体８に水噴射ノズルを取り付けて枝管内面に沿って回転させ、水噴射切削を行うようにしてもよい。

本発明に係る枝管合流口の穿孔装置の第１の実施形態を示す斜視図である。 本発明に係る枝管合流口の穿孔装置の第１の実施形態を示す立体斜視図である。 本第１実施形態の駆動機構を示す一部断面平面図である。 本第１実施形態における回転切削手段のエンドミルタイプを示す一部断面平面図である。 本第１実施形態における反力対抗手段のシングルドリルタップタイプを示す模式図である。 本第１実施形態における反力対抗手段の２本のホールソータイプを示す模式図である。 本第１実施形態において、枝管内に投入するときの穿孔装置を示す模式図である。 本第１実施形態において、枝管内を枝管合流口まで移動する穿孔装置を示す模式図である。 本第１実施形態において、２本のドリルタップにより反力対抗力を確保し、切削を開始する状態を示す模式図である。 本第１実施形態において、揺動切削刃部による穿孔が完了した状態を示す模式図である。 本第１実施形態において、面取刃による面取仕上げを行った後に後退移動を行う状態を示す模式図である。 本発明に係る枝管合流口の穿孔装置の第２の実施形態を示す側面断面図である。 本第２実施形態の入力軸ユニットを示す（ａ）側面図、（ｂ）正面図である。 図１２の一点鎖線Ａ−Ａにおける断面図である。 図１２の一点鎖線Ｂ−Ｂにおける断面図である。 図１２の一点鎖線Ｃ−Ｃにおける断面図である。 図１２の一点鎖線Ｄ−Ｄにおける断面図である。 図１２の一点鎖線Ｅ−Ｅにおける断面図である。 図１２の一点鎖線Ｆ−Ｆにおける断面図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ 穿孔装置
２Ａ，２Ｂ 装置本体
３ 移動手段
３ａ 後部移動ユニット
３ｂ 前部移動ユニット
４Ａ，４Ｂ 回転切削手段
５Ａ，５Ｂ 反力対抗手段
６ 高輝度ライト
７ ＣＣＤカメラ
８ スライド回転体
９ 入力軸ユニット
１０ センターガイドユニット
１１ 摩擦式固定ユニット
３１ａ 揺動アーム（後部移動ユニット）
３１ｂ 揺動アーム（前部移動ユニット）
３２ 車軸
３３ 全方向車輪
３３ａ フリーローラ
３４ 開脚用突起
３５ 開脚案内棒
４１ 揺動切削刃部
４２ 切削刃
４３ 面取刃
４４ 切削刃回転モータ
４５ 伝達歯車群
４６ エンドミルカッター
４７ 切削刃開閉ユニット
４７ａ 開閉用ボールネジ
４７ｂ スクリュー軸支持ベース
４７ｃ チェンジナットスクリュー軸
４７ｄ ナットギア
４７ｅ 開閉歯車
４７ｆ 切削刃ベース
４８ 切削刃遊星回転ユニット
４８ａ 遊星回転ギアシャフト
４８ｂ 内歯車体
４８ｃ 遊星歯車枠体
４９ 切削刃自転ユニット
４９ａ 自転用ギアシャフト
４９ｂ 中間歯車
４９ｃ 中間ギアシャフト
４９ｄ 切削刃回転軸
５１ 第１反力対抗ユニット
５２ 第２反力対抗ユニット
５３ 摩擦式ストッパ
５４ ドリルタップ
５４ａ ドリル部
５４ｂ タップ部
５５ ドリル回転モータ
５６ ドリル回転歯車群
５７ 反力対抗突起環
５８ ホールソー
５８ａ 筒状鋸刃
５８ｂ 回転軸
５９ タップ回転シャフト
６０ タップ回転歯車
６１ タップ従動歯車
６２ タップ用ボールネジ
６３ タップ取付ベース
６４ 連結シャフト
６５ 軸受体
８１ 油圧部屋
８２ 油圧穴
９１ タップ回転駆動軸
９２ タップ軸方向駆動軸
９３ 開閉用駆動軸
９４ 遊星回転用駆動軸
９５ 自転用駆動軸
９６ ガイド用給排気ポート
９７ 固定用給排気ポート
１０１ ガイドシリンダ
１０２ ボールベア
１１１ 固定シリンダ
１１２ 摩擦パッド
Ｅ 枝管
ｅ 枝管内壁
Ｌ 更正材
Ｈ 合流口

Claims (10)

1. 本管と枝管との合流口を塞いでいる更正材を穿孔するための枝管合流口の穿孔装置であって、
   前記枝管内を進行可能な形状に形成された装置本体と、
   この装置本体を枝管内で移動させる移動手段と、
   前記装置本体の半径方向へ拡開するとともに、前記装置本体を中心に外周方向へ回転して前記合流口の内周面に沿って更正材を切削する回転切削手段と、
   この回転切削手段による切削の際に受ける前記枝管の軸線方向の反力および軸線回りの反力に対抗するために前記合流口を塞いでいる更正材に前記装置本体を連結させて固定する反力対抗手段と
   を有することを特徴とする枝管合流口の穿孔装置。
2. 請求項１において、前記反力対抗手段は、先端側にドリル部を有するとともに、このドリル部の後端側に軸線方向の反力に対抗するタップ部を備えたドリルタップを前記装置本体の先端部に少なくとも２本並べて配置していることを特徴とする枝管合流口の穿孔装置。
3. 請求項１において、前記反力対抗手段は、先端側にドリル部を有し、このドリル部の後端側に軸線方向の反力に対抗するタップ部を備えたドリルタップを前記装置本体の先端部中央位置に１本配置するとともに、前記ドリルタップの根元周辺に回転モーメントの反力に対抗する反力対抗突起環を設けていることを特徴とする枝管合流口の穿孔装置。
4. 請求項１において、前記反力対抗手段は、回転軸の先端に鋸刃を備えたホールソーを前記装置本体の先端部に少なくとも２本並べて配置し、それら各回転軸を前記装置本体の先端面に対して平行にスライド可能に軸支していることを特徴とする枝管合流口の穿孔装置。
5. 請求項１または請求項２において、前記回転切削手段は、前記装置本体の外周に沿って軸線方向に往復動するとともに軸線回りに回転するスライド回転体と、このスライド回転体に前記枝管の径方向へ揺動可能に支持されており先端部に切削刃を備えている揺動切削刃部とを有していることを特徴とする枝管合流口の穿孔装置。
6. 請求項５において、前記揺動切削刃部は、更正材を切削するための更正材用切削刃と、前記枝管のコンクリート材を切削するためのコンクリート用切削刃との２種類を前記回転体に配備していることを特徴とする枝管合流口の穿孔装置。
7. 請求項５または請求項６において、前記揺動切削刃部の外側面には、切削面を面取り仕上げするための面取刃が形成されていることを特徴とする枝管合流口の穿孔装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれかにおいて、前記移動手段は、前記装置本体に前記枝管の径方向へ揺動可能に支持されており先端部に車軸を備えた揺動アームと、前記車軸回りに回転駆動されるとともに前記車軸に垂直な回転軸回りのフリーローラを備えた全方向車輪とから構成されており、
   前記揺動アームは、少なくとも３本から構成され、前記装置本体の外周に沿って等間隔に配置されているとともに、すべての揺動アームの開脚量が同等に保持されていることを特徴とする枝管合流口の穿孔装置。
9. 請求項８において、前方側に配置された揺動アームは、前記回転切削手段のスライド回転体に揺動可能に支持されていることを特徴とする枝管合流口の穿孔装置。
10. 請求項１において、前記回転切削手段は、複数の切削刃を内側の収納位置と外側の切削位置とに開閉移動させる切削刃開閉ユニットと、切削刃を装置本体の軸線周りに遊星回転させる切削刃遊星回転ユニットと、切削刃を自転させる切削刃自転ユニットとを備えており、
    前記切削刃開閉ユニットは、開閉駆動源の駆動力によって装置本体の軸線方向に往復動可能であってかつ回転可能に軸支されており外周面に螺旋状ねじが形成されたチェンジナットスクリュー軸と、このチェンジナットスクリュー軸の螺旋状ねじに螺合されており前記チェンジナットスクリュー軸の軸線方向の移動に伴って前記螺旋状ねじに沿って回転するナットギアと、このナットギアに歯合する開閉歯車を備えているとともに前記切削刃が支持されている切削刃回転軸を回転自在に保持しており前記ナットギアの回転に伴って前記切削刃を開閉させる切削刃ベースとを有しており、
    前記切削刃遊星回転ユニットは、装置本体の軸線回りに回転する遊星回転ベースを有しており、この遊星回転ベースは前記切削刃ベースを支持しているとともに、前記チェンジナットスクリュー軸を一体的に回転するように軸支しており、切削位置に移動された切削刃を遊星回転させており、
    前記切削刃自転ユニットは、自転駆動源の回転駆動力を切削刃回転軸に伝達する中間歯車群を有し、この中間歯車群を前記遊星回転ベースに支持させ、前記切削刃を自転させながら遊星回転させて切削を行うようにしたことを特徴する枝管合流口の穿孔装置。