JP4801392B2 - 鋼管用穿孔機 - Google Patents

Description

本発明は、ガス配管等に用いられている鋼管に、分岐管増設等の目的で穿孔する際に使用される鋼管用穿孔機に関する。

新設又は既設のガス配管等に分岐管を増設する際に使用される鋼管用穿孔機として、鋼管を穿削するホルソーをモータで回転駆動する電動穿孔機がある。以下、図１及び図５を参照して従来の鋼管用穿孔機について説明する。図１は本発明の技術分野に係る鋼管用穿孔機の断面図であり、図５（ａ）は従来の鋼管用穿孔機の減速手段に用いられている各歯車の配置図、図５（ｂ）は図５（ａ）の展開図である。

図１において、穿孔機本体１の略中央部には周知の単相直巻整流子モータ５が配置されている。このモータ５の回転子４に結合された回転軸１１０の先端部には、図１には図示していないが、はす歯のピニオンが形成されている。このピニオンの回転力は、組合せ歯車２１０から組合せ歯車３１０を経て出力軸５１０に固着された最終減速段の歯車４１０へと伝達される。出力軸５１０の先端部には３つ爪のドリルチャック１１が固着されており、このドリルチャック１１にジョイント１２及びスピンドル１３からなる結合器１４を介してホルソー１５が固着されている。ホルソー１５は、有底中空円筒状の形状をなし、その開口端部には鋼管を穿削するための多数の鋸歯１６が形成されている。

このように構成された電動穿孔機１は、ハンドル１８に配置されたスイッチ２０を操作することによりモータ５が回転し、３段の減速手段によって増幅された回転トルクがホルソー１５に伝達される。このホルソー１５を鋼管の外周面に押圧して鋼管に穿孔する。なお、ドリルチャック１１から先のジョイント１２、スピンドル１３及びホルソー１５を交換することにより、直径約２０ｍｍから８０ｍｍ程度までの所望の穿孔に使用できるものである。

図５（ａ）はピニオン１１１の回転力が出力軸５１０に伝達されるまでの各歯車の位置関係を示す図である。この減速手段３１は、モータ５の回転軸１１０の先端に形成されたピニオン１１１と、このピニオン１１１に咬合する大径歯車２１１及び小径歯車２１２が同一支軸２１３に固着された組合せ歯車２１０と、組合せ歯車２１０の小径歯車２１２と咬合する大径歯車３１１及び小径歯車３１２が同一支軸３１３に固着された組合せ歯車３１０と、組合せ歯車３１０の小径歯車３１２と咬合する出力軸５１０に固着された最終減速段の歯車４１０とから構成されている。これらはピニオン１１１(モータの回転軸１１０)を中心に、組合せ歯車２１０の支軸２１３、組合せ歯車３１０の支軸３１３及び出力軸５１０が略９０度間隔でピニオン１１１を包囲するように配置されている。

次に図５（ｂ）を参照して各歯車に形成されたはす歯のねじれ方向と、減速手段３１の動作時に作用するスラスト推力の向きについて説明する。なお、図５（ｂ）において、ピニオン１１１及び各歯車２１１、２１２、３１１、３１２、４１０の中央に描かれている３本の斜線はこれらに形成されたはす歯のねじれ方向を示し、右下がりの斜線は右ねじれ方向を、左下がりの斜線は左ねじれ方向を示す。左右に向いた太線の矢印はピニオン１１１及び各歯車２１１、２１２、３１１、３１２、４１０に作用するスラスト推力の向きを示し、黒塗り矢印はモータ５側の向き、白抜き矢印はドリルチャック１１側の向きを示す。また、上下に向いた細線の矢印はピニオン１１１及び各歯車２１１、２１２、３１１、３１２、４１０の回転の向きを示し、実線の矢印はドリルチャック１１側から見て時計回りの向き、破線の矢印はドリルチャック１１側から見て反時計回りの向きを示す。

モータ５の回転軸１１０の先端部に形成されたピニオン１１１には、ギアボックス１０（図１参照）内のグリスがモータハウジング２（図１参照）内に侵入しないように、モータ５の回転時にグリスをギアボックス１０側へ押し出す方向にはす歯のねじれ方向が形成されている。即ち、モータ５の回転方向がピニオン１１１側から見て時計回りの向きの場合は右ねじれ方向に、モータ５の回転方向がピニオン１１１側から見て反時計回りの向きの場合は左ねじれ方向に歯切りされる。いずれの場合も、モータ５の回転時にピニオン１１１に作用するスラスト推力の向きはモータ５側の向きとなる。

以下、モータ５の回転方向はピニオン１１１側（ドリルチャック１１側）から見て時計回りの向きとし、ピニオン１１１のはす歯は右ねじれ方向に歯切りされているものとする。

ピニオン１１１に駆動される組合せ歯車２１０の大径歯車２１１は左ねじれ方向に歯切りされこの大径歯車２１１に作用するスラスト推力の向きはドリルチャック１１側の向きとなる。組合せ歯車３１０の大径歯車３１１を駆動する組合せ歯車２１０の小径歯車２１２は、組合せ歯車２１０の支軸２１３を軸支している軸受２１４、２１５への負担を軽減するため、組合せ歯車２１０の大径歯車２１１に作用するドリルチャック１１方向のスラスト推力と逆向き(モータ５側の向き)のスラスト推力が作用するように左ねじれ方向に歯切りされている。

組合せ歯車２１０と同様の思考で、組合せ歯車３１０の大径歯車３１１は右ねじれ方向に歯切りされドリルチャック１１方向のスラスト推力が作用するので、組合せ歯車３１０の小径歯車３１２は、組合せ歯車３１０の支軸３１３を軸支している軸受３１４、３１５への負担を軽減するため、組合せ歯車３１０の大径歯車３１１に作用するドリルチャック１１方向のスラスト推力と逆向き(モータ５側の向き)のスラスト推力が作用するように右ねじれ方向に歯切りされている。

組合せ歯車３１０の小径歯車３１２に駆動される出力軸５１０に固着された最終減速段の歯車４１０は左ねじれ方向に歯切りされ、この歯車４１０及び出力軸５１０に作用するスラスト推力はドリルチャック１１向きとなっている。

なお、モータ５等の回転トルクを複数段のギアを介して出力軸へ伝達する技術は、例えば特開平８−１７７９８８号公報に開示されている。

特開平８−１７７９８８号公報

このような従来の鋼管用穿孔機は、ホルソーが鋼管を穿削する過程で振動を生ずるが、この穿削による振動の起振力の向きはホルソーからモータ側への向きとなる。穿孔機の減速手段により出力軸に作用するスラスト推力の向きはドリルチャック側、即ちホルソー側に作用しているため、振動による起振力がスラスト推力に対して小さいときは問題ないが、起振力がスラスト推力を越える程度に作用すると穿孔機の出力伝達系の動作が不安定な状態になり、振動を増幅してしまうという課題があった。特に大径の孔を穿孔するときに穿削負荷が増し、穿孔作業を困難にしていた。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、穿孔時の振動の増幅を抑制し、作業性の良好な鋼管用穿孔機を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために請求項１に記載の発明は、先端部にピニオンが形成された回転軸を有するモータと、前記ピニオンの回転力を伝達する複数段の減速手段と、該減速手段の最終段に結合される出力軸と、該出力軸の先端部に固着されたドリルチャックと、該ドリルチャックに結合器を介して固着されるホルソーとを備えた鋼管用穿孔機において、前記ピニオンは、前記モータの回転によって前記モータ側へスラスト推力が作用する方向にねじれ方向が形成されたはす歯を有し、前記複数段の減速手段は、はす歯歯車の組合せ歯車を複数含み、前記出力軸に作用するスラスト推力の向きが前記モータ側に作用するように、はす歯のねじれ方向が形成され、前記複数の組合せ歯車のうち、前記ピニオンの歯車と咬合する、ピニオン側のはす歯歯車を有する組合せ歯車は、前記ピニオン側のはす歯歯車のはす歯のねじれ方向と、モータ側のはす歯歯車のはす歯のねじれ方向とが互いに逆向きに形成されてなることを特徴とする。

斯かる構成による鋼管用穿孔機は、減速手段の動作により出力軸に生ずるスラスト推力が、穿孔作業時の起振力の向きと同一の向きに作用する。

請求項１に記載の鋼管用穿孔機によれば、モータの回転力を複数段の減速手段を介して出力軸に伝達する過程において、減速手段の動作により出力軸に生ずるスラスト推力を、穿孔作業時の起振力の向きと同一の向きに作用するように構成しているので、穿孔時の負荷が増加しこれに起因する起振力が増加しても、この起振力と出力軸に作用するスラスト推力が対抗することがないから穿孔機の出力伝達系の安定を確保することができ、振動の増幅を抑止することができる。

以下、本発明に係る鋼管用穿孔機の実施の形態について図面を参照して詳述する。

図１乃至図３は本発明の第１実施例を説明するための図であり、図１は先に概説した本発明に係る鋼管用穿孔機の断面図、図２は本発明の鋼管用穿孔機の使用方法を説明するための模式図、図３（ａ）は本発明の減速手段を構成する各歯車の位置関係を示す平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の減速手段の展開図である。

図１において、穿孔機１の本体胴部はアルミニウムを略円筒形に鋳金して製作されたモータハウジング２であり、その内周面には回転駆動源となる単相直巻整流子モータ５の界磁巻線３が配設されている。界磁巻線３の内側にはモータ５の回転子４である電機子巻線が、界磁巻線３と円筒状の径方向空隙を介して対向するよう配置されている。回転子４の中心に固着された回転軸１００は、モータハウジング２と軸受ブラケット９に配置された一対の玉軸受７、８にて回転自在に軸支されている。

軸受ブラケット９には、後述する減速手段３０を構成する複数の歯車２００、３００、４００と出力軸５００が収納されるギアボックス１０が取付けられている。これら軸受ブラケット９及びギアボックス１０はアルミニウム合金を切削加工して製作されている。また、モータ５の回転軸１００の先端部に形成されたピニオン（１０１）（図示せず）がギアボックス１０内に挿通しており、減速手段３０の１段目の歯車２００と咬合している。

ギアボックス１０から突出した出力軸５００の先端部には３つ爪のドリルチャック１１が固着され、このドリルチャック１１に掴まれたジョイント１２及びスピンドル１３からなる結合器１４を介して穿削工具であるホルソー１５が固着されている。ホルソー１５は有底中空円筒形状に、焼入れ鋼によって製作され、その開口端部に鋼管を穿削、穿孔する多数の鋸歯１６を備えている。また、ホルソー１５の底部１７の中心部でスピンドル１３に堅固に固着されている。

モータハウジング２の外側には２本のハンドル１８、１９が取付けられ、片方のハンドル１８に、モータ５の回転、停止操作を行うリミットスイッチ２０が配設されている。

図２は本発明の鋼管用穿孔機１の使用方法を説明するための模式図である。まず、穿孔する鋼管３０の所望の位置にサドル２５を固定し、その内部にホルソーが回転自在に位置するように固定具２６をサドルに固定する。この状態で、作業者は両手で穿孔機のハンドルを堅持しモータのスイッチを操作し、ホルソーを回転させる。次に、ハンドルに体重をかけながら鋼管に穿孔する。

図３は本発明の鋼管用穿孔機１の減速手段３０の構造を説明するための図であり、図３（ａ）は減速手段３０を構成するピニオン１００、各歯車２００、３００、４００及び出力軸５００の位置関係を示す配置図、図３（ｂ）は図３（ａ）の回転力伝達系統を示す展開図である。

図３（ａ）において、減速手段３０は、モータ５の回転軸１００の先端に形成されたピニオン１０１と、このピニオン１０１に咬合する大径歯車２０１及び小径歯車２０２が同一支軸２０３に固着された組合せ歯車２００と、組合せ歯車２００の小径歯車２０２と咬合する大径歯車３０１及び小径歯車３０２が同一支軸３０３に固着された組合せ歯車３００と、組合せ歯車３００の小径歯車３０２と咬合する出力軸５００に固着された最終減速段の歯車４００とから構成されている。これらは従来のピニオン１１１、各歯車２１０、３１０、４１０及び出力軸５１０と同様に、ピニオン１０１(モータの回転軸１００)を中心に、組合せ歯車２００の支軸２０３、組合せ歯車３００の支軸３０３及び出力軸５００が略９０度間隔でピニオン１０１を包囲するように配置されている。

次に図３（ｂ）を参照してピニオン１０１及び各歯車２０１、２０２、３０１、３０２、４００に形成されたはす歯のねじれ方向と、減速手段３０の動作時に作用するスラスト推力の方向について説明する。なお、図５（ｂ）と同様に、図３（ｂ）において、ピニオン１０１及び各歯車２０１、２０２、３０１、３０２、４００の中央に描かれている３本の斜線はこれらに形成されたはす歯のねじれ方向を示し、右下がりの斜線は右ねじれ方向を、左下がりの斜線は左ねじれ方向を示す。左右に向いた太線の矢印はピニオン１０１及び各歯車２０１、２０２、３０１、３０２、４００に作用するスラスト推力の向きを示し、黒塗り矢印はモータ５側の向き、白抜き矢印はドリルチャック１１側の向きを示す。また、上下に向いた細線の矢印はピニオン１０１及び各歯車２０１、２０２、３０１、３０２、４００の回転の向きを示し、実線の矢印はドリルチャック１１側から見て時計回りの向き、破線の矢印はドリルチャック１１側から見て反時計回りの向きを示す。

モータ５の回転軸１００の先端部に形成されたピニオン１０１に形成されるはす歯のねじれ方向は、ピニオン１０１及び各歯車２０１、２０２、３０１、３０２、４００の咬合を円滑にするために塗布されている潤滑グリスが、ギアボックス１０（図１参照）からモータハウジング２（図１参照）内に侵入しないように、モータ５の回転時にグリスをギアボックス１０側へ押し出す方向に形成されている。即ち、モータ５の回転方向がピニオン１０１側から見て時計回りの向きの場合は右ねじれ方向に、モータ５の回転方向がピニオン１０１側から見て反時計回りの向きの場合は左ねじれ方向に歯切りされる。いずれの場合も、モータ５の回転時にピニオン１０１に作用するスラスト推力の向きはモータ５側へ作用する向きとなる。

この第１実施例では、モータ５の回転方向はピニオン１０１側（ドリルチャック１１側）から見て時計回りの向きであり、ピニオン１０１のはす歯は右ねじれ方向に歯切りされている。

ピニオン１０１に駆動される組合せ歯車２００の大径歯車２０１は左ねじれ方向に歯切りされこの大径歯車２０１に作用するスラスト推力の向きはドリルチャック１１側の向きとなる。組合せ歯車３００の大径歯車３０１を駆動する組合せ歯車２００の小径歯車２０２は、組合せ歯車２００の支軸２０３を軸支している一対の玉軸受２０４、２０５への負担を軽減するため、組合せ歯車２００の大径歯車２０１に作用するドリルチャック１１方向のスラスト推力と逆向き(モータ５側の向き)のスラスト推力が作用するように左ねじれ方向に歯切りされている。

ここで組合せ歯車３００の大径歯車３０１は右ねじれ方向に歯切りされドリルチャック１１方向のスラスト推力が作用するが、組合せ歯車３００の小径歯車３０２は、これと咬合する出力軸５００に固着された歯車４００に作用するスラスト推力の向きがモータ５側となるように、左ねじれ方向に歯切りされており、この小径歯車３０２に作用するスラスト推力の向きはドリルチャック側となっている。

組合せ歯車３００の小径歯車３０２に駆動される最終減速段の歯車４００は右ねじれ方向に歯切りされ、この歯車４００及び出力軸５００に作用するスラスト推力はモータ５側へ作用する向きとなっている。

このように構成された第１実施例の鋼管用穿孔機は、従来装置の構成部品のうち、最終減速段の１段前の組合せ歯車３００の小径歯車３０２と最終減速段の歯車４００の歯切り方向を変更するだけで、出力軸５００に作用するスラスト推力の向きをモータ５側へ向けることができ、上述した本発明の効果を享受できる。

図４は本発明の第２実施例を説明するための減速手段３０’の展開図である。図中、第１実施例の説明に用いた図３と同等の機能を有する部材には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。また、図４中の斜線、太線矢印、細線矢印の意味も図３（ｂ）と同様である。

この第２実施例では、組合せ歯車２００’の小径歯車２０２’及び組合せ歯車３００’の大径歯車３０１’のはす歯のねじれ方向が第１実施例と異なり、上述したグリス侵入の観点から、ピニオン１０１側から見て時計回り方向に回転するモータ５に対応して右ねじれ方向に歯切りされたピニオン１０１には左ねじれ方向に歯切りされた大径歯車２０１が咬合する。このときこの大径歯車２０１には前述のとおりドリルチャック側へスラスト推力が作用する。この大径歯車２０１と組合されて組合せ歯車２００’を構成する小径歯車２０２’のはす歯のねじれ方向を右ねじれ方向に形成している。従って、この小径歯車２０２’にもドリルチャック側へスラスト推力が作用する。

組合せ歯車２００’の小径歯車２０２’に駆動される組合せ歯車３００’の大径歯車３０１’は左ねじれ方向に歯切りされ、モータ５側へスラスト推力が作用する。組合せ歯車３００’の小径歯車３０２は左ねじれ方向に歯切りされ、最終減速段の歯車４００の駆動側となるためドリルチャック側へスラスト推力が作用する。最終減速段の歯車４００には右ねじれ方向にはす歯が形成されるので、出力軸５００とともにモータ５側へのスラスト推力が作用する。従ってこの構成により上述した本発明の効果を享受することができる。

なお、上述した第１実施例及び第２実施例では、第１実施例は組合せ歯車３００の支軸３０３に作用するスラスト推力の大きさが、第２実施例は組合せ歯車２００’の支軸２０３に作用するスラスト推力の大きさが、それぞれ従来例に比べて大きくなっているが、第２実施例の組合せ歯車２００’は第１実施例の組合せ歯車３００よりも減速段が先行しているため従来例からの負荷の増分を小さく押さえることができる。

本発明は、複数段の減速手段を備えた鋼管用穿孔に利用して好適するものである。

本発明に係る鋼管用穿孔機の断面図である。 図１の鋼管用穿孔機の使用方法を示す模式図である。 本発明の鋼管用穿孔機に用いられる減速手段の配置図及び展開図である。 本発明の鋼管用穿孔機に用いられる減速手段の他の実施例の展開図である。 従来の鋼管用穿孔機に用いられる減速手段の配置図及び展開図である。

符号の説明

１ 穿孔機
５ モータ
１１ ドリルチャック
１４ 結合器
１５ ホルソー
３０、３０’ 減速手段
１００ 回転軸
１０１ ピニオン
２００、２００’、３００、３００’ 組合せ歯車
５００ 出力軸

Claims (1)

1. 先端部にピニオンが形成された回転軸を有するモータと、前記ピニオンの回転力を伝達する複数段の減速手段と、該減速手段の最終段に結合される出力軸と、該出力軸の先端部に固着されたドリルチャックと、該ドリルチャックに結合器を介して固着されるホルソーとを備えた鋼管用穿孔機において、前記ピニオンは、前記モータの回転によって前記モータ側へスラスト推力が作用する方向にねじれ方向が形成されたはす歯を有し、前記複数段の減速手段は、はす歯歯車の組合せ歯車を複数含み、前記出力軸に作用するスラスト推力の向きが前記モータ側に作用するように、はす歯のねじれ方向が形成され、前記複数の組合せ歯車のうち、前記ピニオンの歯車と咬合する、ピニオン側のはす歯歯車を有する組合せ歯車は、前記ピニオン側のはす歯歯車のはす歯のねじれ方向と、モータ側のはす歯歯車のはす歯のねじれ方向とが互いに逆向きに形成されてなることを特徴とする鋼管用穿孔機。

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