JP3737994B2

JP3737994B2 - 埋設配管分岐部穿孔装置及び穿孔方法並びに穿孔ツール

Info

Publication number: JP3737994B2
Application number: JP2002254453A
Authority: JP
Inventors: 秀一八木; 精太清水; 誠服部; 祐司細田; 猛荒谷; 弘和近藤
Original assignee: Hitachi Ltd; Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: JP2004092184A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、埋設された上下水道管及びガス管を管内部から保守、点検作業を行うロボットの構成、運用方法に関し、特に老朽化した鉄製の配管にシール材、樹脂材料等でライニング補修した後の配管分岐部のライナーの穿孔加工を行う装置とその運用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の非開削で埋設配管ライニングを内部から穿孔する装置については、特開平６−３０６９２３号公報に開示されている。この公報では、地下埋設配管内面の分岐部のライニング材に配管分岐部の開口部形状と同様な開口を形成するために、本体を支持する走行脚と固定用支持脚とを備えた本体内に開口ユニットとこれを主軸の周りに動かす回動手段と主軸に沿って動かす移動手段とを設け、開口ユニットは動力により回動し起倒する台座と台座上に設けて動力により旋回可能な旋回盤と旋回盤上に設けて旋回盤軸と平行な回転軸を有する開口カッタと該開口カッタの旋回盤軸より最も離れた刃先位置と配管分岐部内壁との距離を検出するセンシング手段とを備え、台座の起倒により開口カッタが設定角度をとるよう本体から出没するとともにセンシング手段により回動手段と移動手段とを制御するように菅壁開口機を構成することが記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
特開平６−３０６９２３号公報では配管の内径が小さい場合、例えばガス配管に見られるような５０ｍｍ以下の配管径の場合についての考慮が十分でなかった。すなわち、公報にも記載されているように本管側の配管内径として２００ｍｍ、分岐管内径として１５０ｍｍを前提として薄いライナー部分に穿孔する装置となっており、特に開口カッタを分岐管方向に移動させる自由度を持っていなかった。ライニング工法によってはライナーが厚いことも考えられ、例えば内径５０ｍｍ程度の配管に公報記載の装置を適用した場合、開口カッタを枝管方向に移動させる自由度がないため、厚いライナーの切削が困難となる可能性がある。
【０００４】
本発明の目的は、前記課題を解決するためになされたもので、配管内径が５０ｍｍ程度の小口径の老朽化鉄製配管をライナーにより内張りを施し補修した配管の分岐部を、非開削で配管内部から穿孔を実施し、非開削で老朽管を補修するライニング工法を実現する埋設配管分岐部穿孔装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明に係る埋設配管分岐部穿孔装置の構成は、樹脂を用いてライニング補修された埋設配管分岐部の穿孔を行う埋設配管分岐部穿孔装置において、
埋設配管分岐部のライナーに対して穿孔を行う穿孔ツール、該穿孔ツールを駆動する切削工具駆動用アクチュエータ及びライニングを介して埋設配管分岐部を検出可能な分岐部検出センサを備えて前記配管分岐部のライナーを穿孔する加工機構と、旋回駆動モータを備えて該加工機構を配管軸回りに回転させる旋回機構と、配管軸方向へ走行する走行輪、該走行輪を駆動する走行輪駆動モータ及び前記走行輪を配管内壁面に押し付けるための走行輪押し付け機構を備えて前記加工機構及び旋回機構を配管軸方向に移動させる移動機構と、制御装置とを備え、前記の穿孔ツール、切削工具駆動用アクチュエータ及び分岐部検出センサを備えた加工機構と前記の旋回駆動モータを備えた旋回機構と前記の走行輪、走行輪駆動モータ及び走行輪押し付け機構を備えた前記移動機構とを、配管軸方向に分割すると共に、それぞれの間に自在継ぎ手を介して連結し、制御装置は、姿勢検出センサにより加工機構の傾き角を検出させ該加工機構の傾き角が所定値となるよう前記旋回装置を制御し、また、分岐部検出センサにより配管分岐部位置を配管内側より検出させ前記分岐部位置に停止するように前記移動機構を制御するようにしたことを特徴とするものである。
【０００７】
さらに、前記記載の埋設配管分岐部穿孔装置の構成において、旋回機構として二重円筒状の固定部に対し同軸上に配置した旋回シャフトを設け、二重円筒の外筒と内筒間の空間に移動機構から加工機構に渡される配線、チューブを二重円筒中心軸から放射状に配列するような仕切り板で配線、チューブを保持した構成としたものである。
【０００８】
さらに、前記記載の埋設配管分岐部穿孔装置の構成において、穿孔ツールとして回転式の切削工具を用い、切削工具駆動用モータと、切削工具駆動用モータを切削工具ごと昇降させる昇降駆動用モータとを、切削工具回転軸を中心として配管軸方向の前後に振り分けて配置したものである。
【０００９】
さらに、前記記載の埋設配管分岐部穿孔装置の構成において、加工機構の中心軸より少なくとも３方向に放射状に等距離繰り出されるロッドから構成され、分岐位置センシング時に加工機構中心軸を配管中心軸にほぼ一致させる中心位置決め機構と、穿孔時に加工機構を挿入した分岐配管の穿孔ツール押し出し方向と反対方向にロッドを繰り出し、加工機構を枝管分岐方向に押し付けるための反力支持クランプと、穿孔ツールの押し出し方向と同一方向に繰り出され、反力支持クランプで加工機構を配管内壁面に押し付けたときに加工機構と配管が平行になるように穿孔時の姿勢を保持する姿勢支持クランプとを加工機構に備えた構成としたものである。
さらに、前記記載の埋設配管分岐部穿孔装置の構成において、穿孔ツールとして用いる回転式切削工具において、所望の穿孔径を切削工具の外径とし、さらに、切削工具端面の穿孔径より工具の回転軸側に凸部を設けた形状としたものである。
【００１０】
さらに、前記記載の埋設配管分岐部穿孔装置の構成において、配管内での穿孔装置の移動はワイヤ牽引装置及びケーブル巻き取り装置により工事区間両端の開口部から牽引して実施し、牽引中に加工機構に搭載した姿勢センサの信号により加工機構の姿勢を検出し、検出結果から旋回機構を用いて分岐部検出センサが常に分岐管の存在する方向に向くよう制御し、ワイヤ牽引装置及びケーブル巻き取り装置による移動で分岐部を検出した後は、分岐部検出センサの信号を監視しながら移動機構、旋回機構を用いて正確に位置決めし、配管分岐部ライナーへの穿孔を行うものとした。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る一実施形態である埋設配管分岐部穿孔装置の構成を図１及び図２を参照して説明する。図１は、本発明に係る埋設配管分岐部穿孔装置の一実施形態の説明図である。先ず、図１によりライニングされた配管内に挿入される装置の構成を説明する。本発明の一実施例である埋設配管分岐部穿孔装置１０００は、分岐部のライナー（図示せず）に穿孔を行う加工機構１０と、該加工機構１０をライニングされた配管軸周りに回転させる旋回機構２０と、前記加工機構１０と旋回機構２０をライニングされた配管軸方向に移動させる移動機構３０とにより構成されている。前記加工機構１０と旋回機構２０と移動機構３０との間はそれぞれ二つの自在継ぎ手４０により連結されている。これらの加工機構１０、旋回機構２０、移動機構３０の順で埋設配管（図示せず）に後述するワイヤ牽引装置６０（図２を参照、ワイヤ牽引装置６０側を前方という）側から後述のケーブル巻き取り装置９０（図２を参照、ケーブル巻き取り装置９０側を後方という）側へと配置されている。
【００１２】
図２を参照して、埋設配管分岐部穿孔装置１０００を説明する。
図２は、本発明に係る埋設配管分岐部穿孔装置の一実施形態の全体説明図である。埋設配管分岐部穿孔装置１０００において、加工機構１０の先端には、牽引ワイヤ５０が設けられており、該牽引ワイヤ５０がワイヤ牽引装置６０に接続されている。移動機構３０の後方側端部からは、加工の際に生ずる切り屑を前方側に吹き飛ばすエアーノズル３２０等（図示せず）にエアーを供給するエアーパイプ、加工機構１０の駆動モータ２２０等（図示せず）に電力を供給する電源ライン、加工機構１０等を制御するための制御装置１００からの制御信号ライン等を纏めたケーブル７０が接続されている。
【００１３】
この接続されたケーブル７０は、エアーパイプの分岐、加工機構１０の各種検出センサ等からの信号処理を行う中継器８０を介して、ケーブル巻き取り装置９０に巻き取られている。また、ケーブル巻き取り装置９０から引き出された制御信号ライン、電源ラインは、制御装置１００に、エアーパイプはエアーコンプレッサ１１０にそれぞれ接続されている。このように、埋設配管分岐部穿孔装置１０００は上記説明の如く、全体として構成されている。
【００１４】
次に、図３から図５を用いて配管内に挿入される加工機構１０、旋回機構２０、移動機構３０のそれぞれの構成を説明する。図３は、本発明に係る埋設配管分岐部穿孔装置の一実施形態における加工機構の説明図、図４は、本発明に係る埋設配管分岐部穿孔装置の一実施形態における旋回機構の説明図、図５は、本発明に係る埋設配管分岐部穿孔装置の一実施形態における移動機構の説明図である。
【００１５】
加工機構１０は、埋設配管分岐部（枝管分岐部という）Ｐ１（図２参照）のライナー（図示せず）に対して穿孔を行う穿孔ツール２００と、該穿孔ツール２００を駆動する切削工具駆動用アクチュエータ（アクチュエータをモータという、以下同じ）２２０と、該切削工具駆動モータ２２０からの動力を前記穿孔ツール２００に伝えるＬ字型伝達機構２１０と、枝管分岐部方向に穿孔ツール２００、Ｌ字型伝達機構２１０、切削工具駆動モータ２２０を一体で移動させる切削工具昇降機構２３０と、当該加工機構１０の中心軸を埋設配管（配管という）中心軸近傍にほぼ一致させる中心位置決め機構２４０とからなっている。
【００１６】
さらに、埋設配管分岐部穿孔装置１０００の進行方向である前方配管内を監視する前方監視カメラ２５０と、枝管の分岐方向を監視する側面監視カメラ２６０と、該側面監視カメラに具備されたプリズム２７０と、前方監視カメラ２５０、側面監視カメラ２６０用の照明２８０と、穿孔ツール２００による穿孔時の反力を支持すると共に、加工機構１０を枝管方向に押し付ける反力支持クランプ２９０と、前記加工機構１０の配管軸周りの角度を検出する姿勢検出センサ３００と、枝管のエッジの有無を磁気的に検出する分岐部検出センサ３１０と、穿孔時の切粉を前方へ吹き飛ばして除去するエアーノズル３２０と、穿孔時の加工機構１０の姿勢を配管と平行にするための姿勢支持クランプ３３０と、穿孔状況を監視するための加工監視カメラ３４０と、工具昇降機構２３０により穿孔ツール２００を昇降駆動する昇降駆動モータ３５０と加工機構１０の外側ケーシングであるアウターボディ３６０とから構成されている。
【００１７】
図１２を参照して、Ｌ字型伝達機構２１０を説明する。図１２は、図３の加工機構におけるＬ字型伝達機構の説明図である。
図１２に示すように、Ｌ字型伝達機構２１０は、二つのかさ歯車２１２ａ、２１２ｂ及びコレットチャック２１４から構成されており、工具駆動モータ２２０の回転軸から二つのかさ歯車２１２ａ、２１２ｂにより前記回転軸と直交する穿孔ツール２００の回転軸に駆動力を伝達する。前記穿孔ツール２００側のかさ歯車２１２ｂの軸はコレットチャック２１４で把持するように設けられており、該コレットチャック２１４にて穿孔ツール２００を固定する構成となっている。
【００１８】
図１３を参照して工具昇降機構２３０を説明する。図１３は、図３の加工機構における工具昇降機構の説明図である。
工具昇降機構２３０は、工具昇降機構駆動モータ３５０のシャフトの回転を、カップリング３５２、歯車３５４、かさ歯車３５５を介して駆動用ボールねじ３５６に伝達し、該駆動用ボールねじ３５６及び２本のガイド用ボールねじ３５８のこま３５９に固定された穿孔ツール２００、Ｌ字型伝達機構２１０、工具駆動モータ２２０を一体で昇降させることができる。
【００１９】
再び、図３を参照してまた図８及び図９を参照して中心位置決め機構２４０を説明する。図８は、図３の加工機構における中心位置決め機構の不動作時の説明図、図９は図３の加工機構における中心位置決め機構の動作時の説明図である。中心位置決め機構２４０は、ピストン２４２を備えた３本のエアーシリンダを用いており、該３本の内、二本のピストン２４２がそれぞれ反対方向で且つ平行に、残りの一本のピストン２４２が前記二本のピストン２４２と直交して一定距離張り出すように構成されており、３本のピストン２４２の先端ボール２４４が全て配管６００内壁面に接触した場合に、加工機構１０の中心軸と配管６００の中心軸をほぼ一致させる構成となっている。
【００２０】
姿勢支持クランプ３３０は、エアーシリンダ３３０ａを用いており、加工機構１０のアウターボディ３６０の最大径部分と、当該姿勢支持クランプ３３０のエアーシリンダの両方が管内壁面に接触したときに加工機構１０の中心軸が配管６００とほぼ平行になる位置に前記ピストンの繰り出し終了位置が設定されている。
反力支持クランプ２９０は複数個設けられ、エアーシリンダ２９０ａが用いられており、該エアーシリンダ２９０ａを動作させることにより加工機構１０を分岐管Ｐ1方向（図２参照）に押し付け、ライナーの穿孔時の反力を対抗するようになっている。
【００２１】
図４を参照して旋回機構２０の構成を説明する。
旋回機構２０は、加工機構１０を旋回させる旋回シャフト４００と、該旋回シャフト４００をピニオン４１０ａ、スパーギヤ４１０ｂを介して回転させる旋回駆動モータ４１０と、前記旋回駆動モータ４１０を覆う内部ケーシング４２０と、加工機構１０の工具駆動モータ２２０等に電力やエアーノズル３２０のためのエアーを伝達するケーブル・エアーチューブ４３０とからなっている。
【００２２】
さらに、ケーブル・エアーチューブ４３０を内蔵する外部ケーシング４４０と、外部ケーシング４４０に固定され、ケーブル・エアーチューブ４３０を旋回シャフト４００回りに整列させる固定仕切り板４５０と、前記旋回シャフト４００に固定され、当該旋回機構２０の動作時にケーブル・エアーチューブ４３０の配列が乱れないように支持するための旋回仕切り板４６０とから構成されている。
【００２３】
次に、図５を参照して移動機構３０を説明する。図５（ａ）は、本発明に係る埋設配管分岐部穿孔装置における移動機構の平面図、図５（ｂ）は、本発明に係る埋設配管分岐部穿孔装置における移動機構の側面図である。
【００２４】
移動機構３０は、配管内壁面（図示せず）に接触し配管軸方向へ走行する走行輪５００と、カップリング５０２、ウォームギヤ５０４、二段の歯車５０６ａ、ｂを介して前記走行輪５００を駆動する走行輪駆動モータ５１０と、常に配管内壁面に接触して受動的に回転可能な４個の副車輪５２０と、加工機構１０を埋設配管分岐部へ正確に位置決めするとき走行輪５００を配管内壁面に押し付けるための走行輪押し付け機構５３０と、これらの部材を搭載する走行機構ボディ５４０から構成されている。なお、加工機構１０を埋設配管分岐部へ位置決めしないときはエアーシリンダ５３２を収納状態として、走行輪５００を管内壁面から離した状態とする。
【００２５】
走行輪押し付け機構５３０には、作動空気が供給・駆動されるエアーシリンダ５３２と、該エアーシリンダ５３２によりリフトアップされることで走行輪５００を管内壁面方向に動作させるレバー５３４、ヒンジ５３６から構成されている。ワイヤ牽引装置６０によるワイヤ５０の牽引時には図５に示すように前記エアーシリンダ５３２を下降した状態で移動し、配管分岐部へ正確な位置決め時にはワイヤ牽引装置６０を停止し、前記エアーシリンダ５３２を動作させることにより、ヒンジ５３６を支点にしてレバー５３４を持ち上げ、レバー５３４に設置された走行輪５００を管内壁面に接触させて前記走行輪５００を駆動することで移動できる。すなわち、レバー５３４をシリンダ５３２でリフトアップさせると、ヒンジ５３６を支点（中心）として走行輪５００から走行輪駆動モータ５１０までの部材が一体で持ち上げられ、その結果、走行輪５００が管内壁面に押し付けられる。
【００２６】
次に、埋設配管分岐部穿孔装置の制御装置の構成について図６を参照して説明する。図６は、本発明に係る埋設配管分岐部穿孔装置の一実施形態における制御系のブロック図である。制御装置１００は、加工機構１０の複数のＴＶカメラ、即ち前方監視カメラ２５０、側面監視カメラ２６０、加工監視カメラ３４０等の映像を切り替えるビデオセレクタ６００と、該セレクタ６００で選択されたＴＶカメラ画像を映し出す液晶モニタ６１０と、前記ＴＶカメラ、照明ＬＥＤに電源を供給する電源装置６２０と、工具駆動モータ２２０を駆動するための定電流源６３０と、各工具昇降モータ等を制御する制御装置６４０と、エアー駆動・ノズル２４０、３３０、２９０、３２０等にエアーを供給するエアーバルブの制御、枝管分岐部検出センサ３１０、加工機構姿勢検出センサ３００の検出信号の取り込み・信号処理及び図示しないがセレクタの切り替えにより前記信号値の液晶モニタ６１０への表示を行うと共に、旋回機構２０の旋回モータ４１０等や、移動機構３０の走行モータ５１０、車輪押し付け機構５３０にケーブル送り機構９０のケーブル、エアーコンプレッサ１１０を介して電力や空気源の供給を制御する制御用ＰＣ６５０と、オペレータとの操作インターフェース６６０とを備えた構成とした。
【００２７】
ここで、加工機構１０、旋回機構２０、移動機構３０をそれぞれ接続する２つの自在継ぎ手４０は該加工機構１０、旋回機構２０、移動機構３０を埋設配管の軸方向の形状に沿って曲折するように構成したものであり、二軸の交わる角度が自由に変化しても二軸を結合し得る部材組みである。
【００２８】
枝管分岐部検出センサ３１０は、詳細な図示を省略するが、検出コイルを有するヘッドと、該ヘッドに接続した発振回路とを備え、前記ヘッドと被検出物との距離による発振回路の出力信号の変化を利用したものであり、実際には枝管の円周部と検出コイルの位置により分岐部検出センサ３１０の出力が切り替わる。この切り替わる位置を枝管の分岐部のエッジと判断し、二つのエッジを検出し、そのときの走行距離から枝管分岐部中心位置を検出する。
【００２９】
加工機構の姿勢検出センサ３００は、加速度センサを用いた公知のものであり、例えば２軸の加速度センサを単一ＩＣチツプ上に搭載した市販品が用いられております。この姿勢検出センサ３００は、加工機構１０の内部に搭載され、加速度センサの１軸が加工装置１０の穿孔ツール２００の軸方向と一致するように配置し、加速度センサのもう１軸が加工装置の旋回方向に一致するよう配置する。これにより傾斜方向の極性を判定し傾斜角を得るものである。
【００３０】
次に、埋設配管分岐部穿孔装置の概略の動作と各部の機能について図７を用いて説明する。図７は、本発明に係る埋設配管分岐部穿孔装置の一実施形態における運用説明図である。すなわち、埋設配管分岐部穿孔装置１０００を配管内に挿入し、該埋設配管分岐部穿孔装置１０００を位置決めするまでの状態を示す説明図である。
【００３１】
本埋設配管分岐部穿孔装置１０００を使用する前提として、図７（ａ）に示すように老朽化した鉄製配管６００の両端部の地面を予め掘削し、該掘削で両端露出した鉄製配管６００を所定の長さに切断しておき、樹脂等のライニング工法で鉄製配管６００の内面に内張りが実施されているものとする。埋設配管分岐部穿孔装置１０００は、掘削されて切断した配管部分から配管内部に挿入され、この内張りにより塞がれた枝管分岐部に穿孔を実施する装置である。掘削されて切断した配管６００内の長い移動は、牽引ワイヤ５０により移動し、詳細な位置決めのための移動は移動機構３０により行うものとして説明する。
【００３２】
まず、ライニング実施後の配管６００内に、牽引ワイヤ５０を通す。通常配管工事では、エアーとピグを用いて配管６００内にロープを通すのは容易であり、そのロープにワイヤ５０を結んで引っ張り込むことでワイヤ牽引装置６０のワイヤ５０を配管６００内に通すことができる。
【００３３】
次に、ワイヤ５０を埋設配管分岐部穿孔装置１０００に結合する。ここで、穿孔装置１０００を挿入する配管６００の切断長さは、地面を掘削する範囲を小さくするため、短いほうが良い。このため、埋設配管分岐部穿孔装置１０００は、ライニング工法を実施するのに必要な配管切断長さで挿入できる必要がある。そこで、加工機構１０、旋回機構２０、移動機構３０を２重の自在継ぎ手４０で結合し、配管６００への挿入時には、作業者が自在継ぎ手４０で埋設配管分岐部穿孔装置１０００を折り曲げ可能としたものである。
【００３４】
さらに、埋設配管工事の施工経路により、埋設配管６００に多少の曲がりが存在する場合があるが、２重の自在継ぎ手の柔軟な湾曲により加工機構１０、旋回機構２０、移動機構３０が埋設配管６００に受動的に沿うことが可能となり、スムーズな通過が可能となっている。
【００３５】
次に、図７（ｂ）に示すように、埋設配管分岐部穿孔装置１０００の加工機構１０から移動機構３０までの各部が配管内に挿入された後に、さらにワイヤ牽引装置６０によりワイヤ５０を牽引し、ワイヤ牽引装置６０側の開口部まで移動させる。
これは、ワイヤ牽引後でも説明するが、枝管分岐部における穿孔時の切粉が、埋設配管分岐部穿孔装置１０００の進行方向に存在し、走行輪５００と配管内壁面に挟まれると、微小位置決め時に誤差の要因となるため、進行方向に切粉を進入させないためである。
【００３６】
次に、加工機構１０の中心位置決め機構２４０を動作させ、配管６００の中心軸と加工機構１０の中心軸をほぼ一致させる。図８に示すように、中心位置決め機構２４０は、非動作時には３本のエアーシリンダ２４２が収納されているが、図９に示すように、分岐位置検出時には、図示では下方向と左右方向に張り出すように構成されており、加工機構１０の埋設配管６００の径方向における中心軸と埋設配管６００の中心軸とをほぼ一致させることができる。
【００３７】
次に、加工機構１０の中心位置決め機構２４０を動作させた状態で、埋設配管分岐部穿孔装置１０００はケーブル巻き取り装置９０に併設されたワイヤ牽引装置（図示せず）により牽引されながら前記ケーブル巻き取り装置９０側にゆっくりと移動していく。このときケーブル巻き取り装置６０は、ワイヤ牽引装置の巻き取り速度と同等のゆっくりした速度でケーブルを巻き取っていく。
【００３８】
ここで、埋設配管分岐部穿孔装置１０００は牽引ワイヤ５０のねじれにより埋設配管６００内を移動中に配管軸回りに回転する可能性があり、枝管分岐部検出センサ３１０の検出範囲及び、側面監視カメラ２６０の監視範囲が枝管分岐方向からずれる可能性がある。
【００３９】
このため、オペレータは、加工機構１０の配管軸回りの傾きを姿勢検出センサ３００で検出し、制御用ＰＣ６５０に具備されたモニタ（図示しない）に測定値を表示させ（図６参照）、傾きの表示値が設計上の既知のデータと比較して所定値を超えた場合には、操作インターフェース６６０より操作することにより制御用ＰＣが旋回機構２０を動作させ、枝管分岐部検出センサ３１０の検出範囲及び側面監視カメラ２６０の監視範囲が常に枝管分岐部の存在する方向に向かせるようにする。
【００４０】
このように、オペレータは、埋設配管分岐部穿孔装置１０００が埋設配管６００内を移動中には、制御装置１００の液晶モニタ６１０で埋設配管６００の内壁面の映像を、制御用ＰＣ６５０に具備されたモニタで分岐部検出センサ３１０の出力を監視する。ここで、枝管分岐部Ｐ1が埋設配管６００内の側面監視カメラ２６０の映像で確認できた場合は、その位置でワイヤ牽引装置およびケーブル巻き取り装置９０を停止させる。また、前記カメラ映像で確認できない場合でも分岐部検出センサ３１０の出力が変化したことが確認されたときは停止させる。前記埋設配管分岐部穿孔装置１０００は、ケーブル巻き取り装置９０側にゆっくりと移動させたが、いわゆる寸動を繰り返し、該寸動ごとに、枝管分岐部検出センサ３１０の検出範囲及び姿勢検出センサ３００で検出しても差し支えない。
【００４１】
次に、走行輪押し付け機構５３０により走行輪５００を管内壁面に押し付け、分岐部検出センサ３１０の出力を監視しながら移動機構３０により加工機構１０を寸動させながら埋設配管６００の軸方向に移動させ、分岐部検出センサ３１０の出力が切り替わる位置、すなわち配管軸方向に検出された埋設配管分岐部円周の二個のエッジ位置中央で移動機構３０を停止する。
【００４２】
次に、分岐部検出センサ３１０の出力を監視しながら旋回機構２０を動作させ、分岐部検出センサ３１０の出力が切り替わる位置、すなわち円周方向に検出された埋設配管分岐部円周の二個のエッジ位置の中央で旋回機構２０を停止する。次に、設計上既知の分岐部検出センサの検出中心位置から穿孔ツール２００の中心軸までの距離を移動機構３０により移動し、穿孔ツール２００の位置決めを終了する。この状態を図７（ｃ）に示しているが、図１０には加工機構１０の詳細を示している。図１０は、本発明に係る埋設配管分岐部穿孔装置の一実施形態における加工機構の加工動作準備完了時説明図である。
【００４３】
図１０に示す如く、姿勢支持クランプ３３０は、そのエアーシリンダのピストンの繰り出し終了位置を固定させて動作させ、次に、反力支持クランプ２９０を動作させて加工機構１０をリフトアップし、前記加工機構１０の穿孔ツール２００近傍最大径部分のアウターボディ３６０と姿勢支持クランプ３３０を埋設配管６００側の内壁面に接触させ、埋設配管６００の分岐部の中心軸と加工機構１０の中心軸を平行な状態にする。
【００４４】
これにより、穿孔ツール２００の回転軸と分岐管Ｐ1の中心軸を一致させ、さらに、加工時の反力を支持することが可能となる。さらに、反力支持クランプ２９０で穿孔ツール２００の加工方向に押し付けることで、加工時の所要昇降ストロークを小さくすることが可能となるため、装置をコンパクトにすることが可能となる。
【００４５】
次に、穿孔ツール２００を回転させ工具昇降機構２３０を動作させて上昇させてライナーＬの穿孔を実施する。穿孔時は、エアーノズル３２０からエアーを噴出しながらライナーＬの切粉を前方に排出する。これは、これから埋設配管穿孔装置１０００が進行する方向へのライナーＬの切粉の侵入を阻止し、移動をスムーズにし、さらに、ライナーＬの切粉を走行輪５００及び副車輪５２０が踏みつけることによる埋設配管分岐位置の検出動作時の誤差を減らす効果がある。
【００４６】
さらに、オペレータは加工監視カメラ３４０を用いて加工状況を監視する。この場合、加工監視カメラ３４０は穿孔ツール２００によるライナーＬの加工状況をプリズム２７０を介して撮像する。照明２８０は、この撮像を明確にするため、ライナーＬの加工域を照射する。穿孔の完了は、工具昇降機構２３０の昇降駆動モータ３５０の電流を監視し、前記穿孔の貫通を検出する。
【００４７】
穿孔ツール２００のＬ字型伝達機構２１０及び工具駆動モータ２２０を穿孔ツール２００の中心軸の前方に配置し、前記穿孔ツール２００を昇降させる工具昇降機構２３０を穿孔ツール２００の中心軸の後方に配置したことにより埋設配管分岐部穿孔装置の占有スペースを小型化することが可能となる。
【００４８】
穿孔終了後は、穿孔ツール２００を降下させ、反力支持クランプ２９０、姿勢支持クランプ３３０を非動作時の状態に収納し、走行輪押し付け機構５３０を非動作時の収納状態とし、走行輪５００の管内壁面への接触を解除し、ワイヤ牽引装置６０によりさらに後退して、側面監視カメラ２６０により加工状態を確認してから次の穿孔位置へ移動する。これらの動作を繰り返し、複数の分岐部の穿孔を実施する。
【００４９】
最後に、埋設配管分岐部穿孔装置１０００に好適な穿孔ツール２００の一例を図１１に示す。図１１は、図３の加工機構における穿孔ツールの説明図である。
穿孔ツール２００は、ライナーＬに接触する端面に２つの凸部を持ち、外径を所望の穿孔径と一致させた形状とした。通常のドリルのような先端形状では、切れ味を鋭くするには尖らせる必要があるが、先端を尖らせると、所望の穿孔径にするためには工具を長くする必要があり、その結果、工具を昇降させるストロークが大きくなり装置をコンパクトにすることが困難となる。
【００５０】
そこで、工具の回転軸から離れた位置に凸部を設け、ある速度をもって凸部がライナーに接触するようにし、切削能力を確保した。本工具を回転させながらライニング部に押し付けて切削を実施し、貫通時は、この凸部により最初に貫通させ、さらに穿孔ツール２００を送ることで凸部より外側の斜面で穿孔径を広げて、所定の穿孔を実施する。
このように、穿孔ツール２００を本形状とすることで、穿孔後に穴をふさぐような切れ残りが発生することなく信頼性の高い穿孔を実施することができる。
上記操作はオペレータがインターフェース６６０に入力することにより行うことを説明したが、制御用ＰＣ６５０により自動的に行わせるようにもすることができる。
【００５１】
上記に説明したように、本発明に係る埋設配管分岐部穿孔装置の実施形態によれば、次のごとき優れた効果を有する。
１）老朽化した鉄製の埋設配管の中で、特に配管径が５０ｍｍ程度の管路を樹脂等でライニングして補修した分岐部分を非開削で管路内部から穿孔可能なため、分岐部毎に地面を掘削する必要がなく、交通遮断時間の短縮、掘削残土の処理の削減、掘削位置の最舗装の削減が可能となり、管路補修のための工事が簡素化できる。
【００５２】
２）また、切削工具駆動用アクチュエータと、切削工具駆動用アクチュエータを切削工具ごと昇降させる昇降駆動用アクチュエータとを、切削工具回転軸を中心として配管軸方向の前後に振り分けて配置することで、装置を構成する部品を配管の軸方向に配置することが可能となり、装置を細い棒のような形状とすることができ、小口径配管への挿入が可能となる。
【００５３】
３）さらに、旋回機構の構成を、二重円筒状の固定部に対し同軸上に配置した旋回シャフトを設け、二重円筒の外筒と内筒の間の空間に加工機構から移動機構に渡される配線、チューブを二重円筒中心軸から放射状に配列するような仕切り板で配線、チューブを保持した構成とすることで、加工機構へ接続される配線、チューブを旋回の動作を妨げることなく処理でき、かつ旋回装置の直径を小口径化できる。
【００５４】
４）さらに、加工機構の中心軸より少なくとも３方向に放射状に等距離繰り出されるロッドから構成され、分岐位置センシング時に加工機構中心軸を配管中心軸にほぼ一致させる中心位置決め機構と、穿孔加工時に加工機構を挿入した配管の穿孔ツール押し出し方向と反対方向にロッドを繰り出し、加工機構を枝管分岐方向に押し付けるための反力支持クランプと、穿孔ツール押し出し方向と同一方向に繰り出され、反力支持クランプで加工機構を配管内壁面に押し付けたときに加工機構と配管が平行になるように穿孔時の姿勢を保持する姿勢支持クランプとを加工機構に備えた構成とすることにより、加工機構が穿孔する壁面に密着するため、切削工具昇降用アクチュエータの動作範囲を小さくすることが可能となり、棒状の加工装置の直径を小口径化できる。
【００５５】
５）埋設配管分岐部穿孔装置をこのように構成し、運用することで、老朽化した鉄製小口径配管をライニングして補修した後に、ライニングされた配管の分岐部を非開削で配管内部から穿孔することが可能となる。
【００５６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したごとく、本発明の構成によると、従来２００ｍｍ以上の配管径において実施されていた分岐部の地面を非開削で補修するライニング工法を、２００ｍｍ以下、例えば５０ｍｍ程度の配管に対しても実施することが可能となり、従来のように小口径の配管にライニング工法を適用する場合に分岐部を掘削して穿孔を行う必要がなくなるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る埋設配管分岐部穿孔装置の一実施形態の説明図である。
【図２】本発明に係る埋設配管分岐部穿孔装置の一実施形態のシステム説明図である。
【図３】本発明に係る埋設配管分岐部穿孔装置の一実施形態の加工機構の説明図である。
【図４】本発明に係る埋設配管分岐部穿孔装置の一実施形態の旋回機構の説明図である。
【図５】本発明に係る埋設配管分岐部穿孔装置の一実施形態における移動機構の説明図である。
【図６】本発明に係る埋設配管分岐部穿孔装置の一実施形態における制御系のブロック図である。
【図７】本発明に係る埋設配管分岐部穿孔装置の一実施形態における運用説明図である。
【図８】図３の加工機構の中心位置決め機構の非動作状態の説明図である。
【図９】図３の加工機構の中心位置決め機構の動作状態の説明図である。
【図１０】図３の加工機構の加工準備完了説明図である。
【図１１】図３の加工機構における穿孔ツール説明図である。
【図１２】図３の加工機構におけるＬ字型伝達機構の説明図である。
【図１３】図３の加工機構における工具昇降機構の説明図である。
【符号の説明】
１０…加工機構、２０…旋回機構、３０…移動機構、４０…自在継ぎ手、
６０…ワイヤ牽引装置、９０…ケーブル巻き取り装置、１００…制御装置、
２００…穿孔ツール、２３０…工具昇降機構、２４０…中心位置決め機構、
２９０…反力支持クランプ、３００…姿勢検出センサ、
３１０…分岐部検出センサ、３３０…姿勢支持クランプ、４００…旋回シャフト、
４１０…旋回駆動モータ、４２０…内部ケーシング、
４３０…ケーブル・エアーチューブ、４４０…外部ケーシング、
固定仕切り板…４５０，旋回仕切り板４６０、５００…走行輪、
５１０…走行輪モータ、５２０…副車輪、５３０…走行輪押し付け機構、
１０００…埋設配管分岐部穿孔装置

Claims

樹脂を用いてライニング補修された埋設配管分岐部の穿孔を行う埋設配管分岐部穿孔装置において、
埋設配管分岐部のライナーに対して穿孔を行う穿孔ツール、該穿孔ツールを駆動する切削工具駆動用アクチュエータ及びライニングを介して埋設配管分岐部を検出可能な分岐部検出センサを備えて前記配管分岐部のライナーを穿孔する加工機構と、
旋回駆動モータを備えて該加工機構を配管軸回りに回転させる旋回機構と、
配管軸方向へ走行する走行輪、該走行輪を駆動する走行輪駆動モータ及び前記走行輪を配管内壁面に押し付けるための走行輪押し付け機構を備えて前記加工機構及び旋回機構を配管軸方向に移動させる移動機構と、
制御装置とを備え、
前記の穿孔ツール、切削工具駆動用アクチュエータ及び分岐部検出センサを備えた加工機構と前記の旋回駆動モータを備えた旋回機構と前記の走行輪、走行輪駆動モータ及び走行輪押し付け機構を備えた前記移動機構とを、配管軸方向に分割すると共に、それぞれの間に自在継ぎ手を介して連結し、
制御装置は、姿勢検出センサにより加工機構の傾き角を検出させ該加工機構の傾き角が所定値となるよう前記旋回装置を制御し、また、分岐部検出センサにより配管分岐部位置を配管内側より検出させ前記分岐部位置に停止するように前記移動機構を制御することを特徴とする埋設配管分岐部穿孔装置。
請求項１記載の埋設配管分岐部穿孔装置において、
前記旋回機構は、二重円筒状の固定部を設け、該円筒状固定部に対し同軸上に配置した旋回シャフトと、前記二重円筒の外筒と内筒の間隙に当該旋回機構間を経由した前記移動機構と加工機構間の電気配線及び空気供給用チューブを実装し、前記二重円筒の固定部の両端部に前記電気配線及び空気供給用チューブを前記二重円筒の固定部の中心軸から放射状に保持するような複数の仕切り板を設け、前記仕切り板の一つを前記旋回シャフトに固定した構成とした
ことを特徴とする埋設配管分岐部穿孔装置。
請求項１または２に記載の埋設配管分岐部穿孔装置において、
前記加工機構は、穿孔ツールとして回転式切削工具を備え、該回転式切削工具駆動用アクチュエータと、該回転式切削工具駆動用アクチュエータを前記切削工具ごと昇降させる昇降駆動用アクチュエータとを、前記回転式切削工具の回転軸を中心として配管軸方向の両側に配設したことを特徴とする埋設配管分岐部穿孔装置。
請求項３記載の埋設配管分岐部穿孔装置において、
前記加工機構は、当該加工機構の中心軸より少なくとも３方向へ放射状に等距離に繰り出されるロッドを有し、配管分岐部の検出時には当該加工機構の中心軸を前記配管の中心軸にほぼ一致させる中心位置決め機構と、
穿孔時には前記加工機構が挿入された配管分岐部に対する前記穿孔ツールの押し出し方向と反対方向に繰り出すロッドを有し、前記加工機構を配管分岐部方向に押し付けるための反力支持クランプと、
穿孔時には、穿孔ツールの押し出し方向と同一方向に繰り出すロッドを有し、前記穿孔ツールの昇降方向が配管分岐部にほぼ一致するように前記穿孔ツールの姿勢を保持する姿勢支持クランプとを、備えたことを特徴とする埋設配管分岐部穿孔装置。
請求項３記載の埋設配管分岐部穿孔装置用の穿孔ツールにおいて、
前記加工機構は回転式切削工具として穿孔ツールを備え、該穿孔ツール所望の穿孔径を切削工具の外径とし、該切削工具の切削側端面の穿孔径よりツール回転軸側に凸部を設けたことを特徴とする埋設配管分岐部穿孔装置用穿孔ツール。
請求項１記載の穿孔装置を用いて埋設配管分岐部のライナー穿孔を行う穿孔方法において、
配管内での穿孔装置の移動は、ワイヤ牽引装置及びケーブル巻き取り装置により工事区間両端の開口部から牽引して実施し、牽引中に加工機構に搭載した姿勢センサの信号により加工機構の姿勢を検出し、該検出結果から旋回機構を用いて分岐部検出センサが常に分岐管の存在する方向に向くよう制御し、ワイヤ牽引装置及びケーブル巻き取り装置で移動し分岐部を分岐部検出センサで検出した後は、分岐部検出センサの信号を監視ながら移動機構、旋回機構を用いて正確に位置決めし、ライナーの穿孔を行うことを特徴とする埋設配管分岐部穿孔方法。