JP5166951B2 - 穴あけ装置 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管鉄塔等のような鋼管構造物の鋼管上端から鋼管内部に吊り下げて移動させ、鋼管内を閉鎖したフランジ板等に穴を開けるため装置に関する。

鋼管鉄塔等のような既設の鋼管構造物についてその鋼管内面の調査、補修を行う場合、鋼管の上端から鋼管内部へ調査・補修装置を吊り下げて挿入する方法が取られている（例えば、特許文献１〜３参照）。この方法は、鋼管自体の強度を損なうことなく行え、また調査や補修のための大規模な足場作り等を必要としないめ、非常に有効な手段である。しかしながら、例えば、図５に示すような鉄塔の場合、主柱ａの傾斜角度が異なる部分ｂ、ｃ、ｄの各連結部位ｅ、ｆに、図６に示すように、接手のフランジ板ｇが主柱ａの鋼管内部を閉鎖しており、そのため、主柱ａの上端ｈからその中に吊り下げて下降させる調査・補修装置（図示なし）は、最初の接手位置のフランジ板ｇによってその移動を阻止されてしまい、それより下方の部分については調査・補修を行うことができなかった。
特開２００４−０１１０１３号公報 特開２００４−２８６１１４号公報 特開２００５−０９０１７３号公報

本発明の目的は、鋼管内部を閉鎖するフランジ板に穴を開けるための装置を提供することにあり、特に、調査・補修装置の移動を容易にするために、できる限り大きな穴をフランジ板に開けることができる装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、鋼管の中心軸に対して斜めに交差するフランジ板等に、できる限り大きな穴を開けることができる穴あけ装置を提供し、また、大電力を必要とするプラズマ切断機の切断トーチのための相対的に太い電力供給用コードが鋼管の中心軸と交差する方向へ張り出して穴あけ装置の移動及び作動を阻害するのを回避できる穴あけ装置を提供することにある。

本発明による穴あけ装置は、鋼管鉄塔等のような鋼管構造物の鋼管上端から鋼管内部に吊り下げて移動させ、鋼管内を閉鎖したフランジ板等に穴を開けるための穴あけ装置である。この穴あけ装置では、穴あけ装置を鋼管内で固定するための少なくとも１組の開閉脚自在な支持アームを備えた支持本体部と、この支持本体部に設けられた作業部回転モータによって鋼管内周縁に沿った方向へ回転される回転作業部とから構成される。回転作業部は、プラズマ切断機の切断トーチと、該切断トーチをその先端に保持する作業アームと、この作業アームを作業アーム駆動モータによって開閉脚する作業アーム開閉機構とを備える。

本発明による穴あけ装置はまた、切断トーチに電力を供給するためのコードを、支持本体部と回転作業部とにそれぞれ固定し、そして、この２つの固定位置間におけるコードの長さを回転作業部が半回転するのに対応できるだけの長さにしてもよい。また、切断トーチを作業アームの伸延方向へスライド可能に保持する保持部を作業アームの先端に設け、切断トーチの外周面上にガイドローラを装着し、作業アームを開脚する方向へ弾性的に前進させるための圧縮バネ部材を作業アーム開閉機構に設けることもできる。

本発明の穴あけ装置を鋼管上端から鋼管内部に吊り下げ、穴あけすべきフランジ板等の位置へ移動させ、支持本体部の支持アームを開脚して穴あけ装置を固定することにより、支持本体部の作業部回転モータの回転中心軸と鋼管の中心軸とを合致させる。その一方で、切断トーチが鋼管の内周壁に接触するように回転作業部の作業アームを開脚する。次いで、切断トーチに電力を供給して穴あけ作業を開始すると共に、作業部回転モータによって回転作業部を１回転させることにより、切断トーチが鋼管の内周壁に沿って１周するため、可能な限り大きな穴を開けることができる。

穴あけ装置を鋼管内部に吊り下げるとき、切断トーチに電力を供給するためのコードは、作業部回転モータによって回転作業部を一方向へ回転させることにより、穴あけ装置の外周上に完全に巻きつけられている。この状態は、実質的に、穴あけ装置と一体化された輪郭形状となるため、相対的に剛性の高いコードが外方へ突出して鋼管内部での穴あけ装置の移動を阻害されるのを回避できる。穴あけ作業は、回転作業部を前記方向とは逆の方向へ１回転させることにより行われるが、最初の半回転分の回転中、コードは穴あけ装置から解かれ、次の半回転分の回転中は、穴あけ装置の外周上に逆巻きに巻きつけられる。このため、穴あけ装置から遊離状態となるコードの最大長さが回転作業部の半回転分の長さであることを意味しており、遊離状態となったコードが鋼管内壁等に衝突して穴あけのための回転作業を阻害する虞を回避できる。この逆巻きにコードを巻きつけた位置は次の穴あけ作業の開始位置として使用し、切断トーチを前回の穴あけ時の回転方向と逆方向へ回転させることにより次の穴あけ作業を遂行できるため、コードの巻きつけのために無用に作業部回転モータを作動させる必要はない。

切断トーチは、ガイドローラが鋼管の内周壁と接触した状態で回転されるため、切断トーチの内周壁に沿った移動を円滑に行わせることができる。また、作業アーム先端に切断トーチをスライド可能に保持されていることと、作業アームが開脚する方向へ弾性的に前進させられていることとにより、作業部回転モータの回転中心軸と鋼管の中心軸との間に位置的ズレがあっても、或いはまた、鋼管の中心軸に対して斜めに交差するフランジ板等に穴あけする場合であっても、切断トーチのスライドと作業アームの弾性的開脚または閉脚とにより、切断トーチと鋼管の内周壁および穴あけしようとするフランジ板等の表面との間に無用な空間を生じることなく、切断トーチを常に鋼管の内周壁に押し付けた状態で回転させることができ、それにより、内周壁に沿った可能な限り大きな穴を開けることができる。

本発明の実施例による穴あけ装置１は、図１に示すように、鋼管鉄塔等のような鋼管構造物の鋼管Ｐの内部に穴あけ装置１を吊り下げて移動させるためのワイヤＷにその一端を連結される支持本体部２と、支持本体部２の他端（すなわち、吊下げ方向下方端）に連結される回転作業部３とから構成される。図中、参照符号Ｃで示すものは、吊下げ移動時や穴あけ作業時に鋼管内部や作業状態を観察するためのビデオカメラであり、参照符号Ｌで示すものは、ビデオカメラＣでの撮影に必要な光量を提供するためのＬＥＤである。

支持本体部２は、鋼管Ｐ内で穴あけ装置１を固定するための少なくとも１組（図示の場合、２組）の開閉脚自在な支持アーム４と、支持本体部２に連結された回転作業部３を可逆回転するための作業部回転モータ５とを備えている。支持アーム４は、穴あけ装置１の固定時にその軸心方向を鋼管２の軸心方向に合致させるという観点から、穴あけ装置１の軸心から放射方向へ均等な間隔で少なくとも３本配置される。作業部回転モータ５は穴あけ装置１の軸心の周りに回転作業部３を可逆回転させる。

支持アーム４は、図２により詳細に示すように、支持アーム駆動機構６を介して支持アーム駆動モータ７により開閉脚される。この支持アームを開閉脚するための支持アーム駆動機構６については、本出願人が特願２００６−２８３１３９号で提案したアーム駆動機構を適用することができる。

このアーム駆動機構は、概説すると、支持アーム駆動モータ７が作動すると、支持アーム駆動モータ７の出力軸に連結されたボルト６０が回転し、ボルト６０に螺合されたナット６１がボルト６０上を直線的に移動する。ナット６１にはラック６２が結合されており、ナット６１の移動に伴ってラック６２に噛合されたピニオン６３が回転し、それにより、支持アーム４が開閉脚される。ナット６１とラック６２の間には、支持アーム４を開脚する方向へラック６２を弾性的に前進させるための圧縮バネ６４が設けられている。この圧縮バネ６４は、例えば、穴あけ装置１の鋼管Ｐからの取出し時に支持アーム４を閉脚し忘れているような場合、下方側の相対的に大きな内径の鋼管Ｐから上方側の相対的に小さな内径の鋼管Ｐへ移動する際に、鋼管内壁等によって閉脚する方向の力が支持アーム４に加えられると、ラック６２が圧縮バネ６４の発条力に抗して移動することにより支持アーム４の閉脚を可能にし、それにより、支持アーム４が破損されてしまうのを回避している。

回転作業部３は、図３に示すように、作業アーム８と、作業アーム８の先端に保持されたプラズマ切断機の切断トーチ９と、作業アーム開閉機構１０を介して作業アーム８を開閉脚する作業アーム駆動モータ１１とを備えている。作業アーム開閉機構１０は、基本的に支持アーム駆動機構６と同様な構造を有しており、作業アーム駆動モータ１１の回転出力軸１１１に結合されたボルト１００と、ボルト１００に螺合されてボルト１００に沿って直線的に移動するナット１０１と、ナット１０１に連結されたラック１０２と、ラック１０２に噛合されたピニオン１０３とから構成される。ピニオン１０３には作業アーム８の基部側端部が結合されており、ナット１０１とラック１０２の間には、作業アーム８を開脚する方向へラック１０２を弾性的に前進させるための圧縮バネ１０４が設けられている。作業アーム開閉機構１０の圧縮バネ１０４は、支持アーム駆動機構６における圧縮バネ６４が支持アーム４の破損を目的として設けられるのに対し、後述するように、穴あけ作業時に、鋼管Ｐの中心軸と作業アーム８の回転中心軸との間のズレを補完することにより、より大きな穴を開けることを目的として設けられている。切断トーチ９は、後述する理由により、作業アーム８の保持部８０にスライド可能に保持されており、その外周面上にガイドローラ９０を備えている。ガイドローラ９０は、少なくとも切断トーチ９が鋼管Ｐの内周壁に接触した状態で移動するのを円滑に行わせるために設けられる。ガイドローラ９０はまた、鋼管Ｐの軸方向への移動に対しても円滑に行うことができるように形成される。

切断トーチ９に切断のための電力を供給するコード１２は、図４に示すように、固定具１２１および１２２により支持本体部２および回転作業部３にそれぞれ固定される。固定具１２１および１２２間におけるコード１２の長さは、回転作業部３が半回転するのに対応できるだけの長さである。コード１２は、鋼管Ｐ内に挿入される際、穴あけ装置１の周りにいずれか一方向へ巻き付けられている（図４の（Ａ）参照）。コード１２を解く方向へ回転作業部３を回転させると、コード１２は半回転されたところで最も固定具１２１および１２２間で外方へ張り出し（図４の（Ｂ）参照）、次いで、穴あけ装置１の周りにコード１２が逆向きに巻き付けられ（図４の（Ｃ）参照）、これにより、回転作業部３が１回転する。ここにおいて、回転作業部３の半回転および１回転の用語は、厳密な意味での１８０度の回転や３６０度の回転を意味するものでなく、後述する１回の切断トーチ９の回転によって穴あけを行うのに必要な回転量を意味するものである。

上述の如く構成される本発明の穴あけ装置１は、鋼管Ｐの上端より吊下げられてフランジ板Ｆの位置まで下降され、支持アーム駆動モータ７を駆動して支持アーム４を開脚することにより固定され、回転作業部３の回転中心軸が鋼管Ｐの中心軸と合致するよう保持される。次いで、作業アーム駆動モータ１１を駆動し、切断トーチ９が鋼管Ｐの内周壁に当接するまで、より実際的には、切断トーチ９の外周面に設けられたガイドローラ９０が鋼管Ｐの内周壁に当接するまで作業アーム８を開脚させる。コード１２を介して切断トーチ９へ切断用電力を供給してフランジ板Ｆの溶断を開始する共に、作業部回転モータ５を駆動して回転作業部３を１回転させることにより、フランジ板Ｆへの穴あけ作業が遂行される。

この回転作業部３の回転中におけるコード１２の外方への張り出しは、回転作業部３の半回転分に対応する長さであり、張り出したコードが他の部分や鋼管内壁に不用意に接触して回転作業部３の回転を阻害する虞を回避している。また、半回転分張り出したコードが回転作業部３に逆向きに巻き付けられたときが１回転であるため、コード張り出しを気にすることなしに穴あけ装置１を移動させることができ、そして、回転作業部３の回転終了位置が次回の穴あけ作業の開始位置として適用することが可能となる。

ここにおいて、上述したように、穴あけ装置１は、理論的には、回転作業部３の回転中心軸が鋼管Ｐの中心軸と合致するように保持されるのであるが、実際には、ミリメートル単位での位置的ズレや数度の角度的ズレを有することなしに穴あけ装置１を固定させることは至難である。このような位置的ズレや角度的ズレが回転作業部３の回転中心軸と鋼管Ｐの中心軸の間に生じている場合、切断トーチ９が鋼管Ｐの内周壁によって回転を阻止されて穴あけ作業が行えなかったり、回転する切断トーチ９の描く円が鋼管Ｐの内周壁から大きく離間して相対的に小さな穴しか開かなかったりする。このような現象が生起されるのを回避するために、本発明の穴あけ装置１は、切断トーチ９が鋼管Ｐの内周壁に当接するまで作業アーム８を開脚したのち、作業アーム開閉機構１０の圧縮バネ１０４が適当に圧縮されるまで作業アーム駆動モータ１１を作動させる。圧縮バネ１０４が適当に（完全にではない。）圧縮されていることにより、作業アーム８は開脚する方向へ移動する傾向を有する一方、更に閉脚する方向の力が加えられたときは圧縮バネ１０４を更に圧縮することで閉脚させることができる。これにより、回転作業部３の回転中心軸と鋼管Ｐの中心軸とが合致していない場合であっても、切断トーチ９を鋼管Ｐの内周壁に常に当接させた状態で作業アーム８が回転されるため、可能な限り大きな穴が開けられることになる。

穴あけ作業時、切断トーチ９は、必ずしもフランジ板Ｆに接触していなければならないものではないが、フランジ板Ｆから過剰に離間していると溶断が行われない。これに対しては、本発明では、切断トーチ９を作業アーム８の保持部８０にスライド可能に保持させることにより対応している。切断トーチ９は、静的状態において、その自重および／または切断トーチ９に接続されたコード１２の剛性によって作業アーム８の伸延方向外方へ延びる方向へ移動する傾向にある。このため、切断トーチ９を適当に（完全にではない。）後退させた状態で穴あけ作業を開始することにより、フランジ板Ｆとの間の離間間隔の変化に対応して切断トーチ９がスライドし、フランジ板Ｆに接触した状態を常に保持する。

このことは、フランジ板Ｆが、図６に例示するように、鋼管Ｐの中心軸に対して、直角ではなく、斜交して配置されている場合（実際としては、この関係のものがほとんどである。）であっても同様に適用され、切断トーチ９がフランジ板Ｆに接触した状態を常に保持することは容易に理解されよう。

本発明の実施例による穴あけ装置を示す概略図である。 図１に示す穴あけ装置の支持本体部を示す部分図である。 図１に示す穴あけ装置の回転作業部を示す部分図である。 図１に示す穴あけ装置におけるコードの動きを説明するための図で、（Ａ）は穴あけ開始（または終了）位置、（Ｂ）は回転作業部が半回転回転した位置、（Ｃ）は穴あけ終了（または開始）位置におけるコードの状態をそれぞれ示す図である。 本発明の穴あけ装置が用いられる鋼管構造物の例を示す概略図である。 図５に示す鋼管構造物におけるフランジ板を説明するための断面図である。

符号の説明

１ 穴あけ装置 ２ 支持本体部
３ 回転作業部 ４ 支持アーム
５ 作業部回転モータ ６ 支持アーム駆動機構
７ 支持アーム駆動モータ ８ 作業アーム
９ 切断トーチ １０ 作業アーム開閉機構
１１ 作業アーム駆動モータ １２ コード
６０ ボルト ６１ ナット
６２ ラック ６３ ピニオン
６４ 圧縮バネ
８０ 保持部
９０ ガイドローラ
１００ ボルト １０１ ナット
１０２ ラック １０３ ピニオン
１０４ 圧縮バネ
１２１，１２２ 固定具
Ｃ ビデオカメラ Ｆ フランジ板
Ｌ 照明用ＬＥＤ Ｐ 鋼管
Ｗ ワイヤ
ａ 主柱 ｂ，ｃ，ｄ 傾斜角度が異なる部分
ｅ，ｆ 連結部位 ｇ フランジ板
ｈ 主柱の上端

Claims (3)

1. 鋼管鉄塔等のような鋼管構造物の鋼管上端から鋼管内部に吊り下げて移動させ、鋼管内を閉鎖したフランジ板等に穴を開けるための穴あけ装置であって、穴あけ装置を鋼管内で固定するための少なくとも１組の開閉脚自在な支持アームを備えた支持本体部と、該支持本体部に設けられた作業部回転モータによって鋼管内周縁に沿った方向へ回転される回転作業部とから構成され、前記回転作業部は、プラズマ切断機の切断トーチと、該切断トーチをその先端に保持する作業アームと、該作業アームを作業アーム駆動モータによって開閉脚する作業アーム開閉機構とを備える、穴あけ装置。
2. 前記切断トーチに電力を供給するためのコードは、支持本体部と回転作業部とにそれぞれ固定され、該２つの固定位置間におけるコードの長さは、回転作業部が半回転するのに対応できるだけの長さである、請求項１に記載の穴あけ装置。
3. 前記作業アームは、その先端に切断トーチを作業アームの伸延方向へスライド可能に保持する保持部と、一端を作業アーム開閉機構に連結された基部とから構成され、前記切断トーチはその外周面上にガイドローラを備え、前記作業アーム開閉機構は作業アームを開脚する方向へ弾性的に前進させるための圧縮バネ部材を有する、請求項１または２に記載の穴あけ装置。

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