JP5422077B1 - 切断拡径具のカッタ及びこれを用いた切断拡径具 - Google Patents

Abstract

【課題】 この発明は、パイプスプリッタ工法に用いる切断拡径具のカッタ及びこれを用いた切断拡径具の改良に関する。
【解決手段】
埋設された既設管内の一端側から他端側に向けて牽引部材により牽引されて、該既設管壁を牽引方向に切断し切断個所を拡径しながら後方に連結された新設管を引き込んで置き換える切断拡径具のカッタであって、切断拡径具の切断部のディスク状のカッタが、切断拡径具の進行方向で少なくとも後方に配置された１又は複数のカッタの刃部が１４〜５０度の角度を有する刃基部と、該刃基部の先端側で６０度の角度を有する刃先部と、該刃先部の先端を面取りした面取部とからなっていることを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

この発明は、パイプスプリッタ工法に用いる切断拡径具のカッタ及びこれを用いた切断拡径具の改良に関する。

従来、たとえば特許第３２１７４０３号に開示されているように、非開削の推進工法において、埋設された既設管をガイドとして利用し、該既設管内にヘッダを推進させて管を切り裂き、拡開させて、ヘッダに連結した交換用の新設管を通して置き換えるパイプスプリッタ工法およびそれに用いる切断・拡開工具が知られている。
この切断・拡開工具は、既設管を軸線に沿って切り裂くための切断部構造として、案内側と切断側を有する支承本体と、該支承体の案内側で該支承体の長手軸線に沿い縦に並んで装着された第１および第２案内ローラと、前記支承体の切断側で前記第１および第２案内ローラの間に装着されたカッタとを備え、該第１案内ローラは案内溝を形成する表面を有し、該第２案内ローラは形成された該案内溝をたどる表面を有する構成からなっている。
上記切断部構造は、第１および第２案内ローラからなる一対の縦並び案内ローラを有しており、第１案内ローラは既設埋設管を切断するのではなく、既設埋設管の内部上面に案内溝を形成するように構成されている。
この溝は脆弱部となって、後述の管を拡開する際の折曲線として機能するが、更に、第１案内ローラに続く第２案内ローラが、前記案内溝に倣って通るので、既設埋設管内を挿通する工具が管内で回転することを防止している。
またカッタとして順次大径となる３つのカッターホイールを備えて既設管を段階的に切断している。
この状態で第１、第２案内ローラ間に設けられたカッタにより既設埋設管を切り裂くようになっており、この切断部構造の後端には拡開部構造としてのエクスパンダが接続されており、切り裂かれた面を前記案内溝を基点として外側に拡開するようになっている。
上記切断・拡開工具は、油圧式推進ユニットによりロッドやワイヤーと連結し既設埋設管内を推進させるため複数の案内ローラを設けることで切断・拡開工具の回転を抑えようとしているが、実際上は、エクスパンダの拡径率に対するカッタの切削力や切断部の構造の脆弱性などに起因して、溝に追従する案内ローラの係合だけで回転を完全に抑えることは困難であり、既設管の切断がスムーズに行えず、切断・拡開工具を強く牽引することで、既設管の切断個所がねじれたり、膨らんだり、凹んだりするという不具合が生るおそれがあった。

そこで、特許第４０８１５０６号公報では、切断拡径具の切断部が、案内側に設けられて既設管の内壁面に溝状痕を形成する溝カッタと、切断側に設けられて前記溝カッタの前後に配置されて前記既設管を牽引方向に沿って切断する一対のカッタとを有しており、拡径部が、前記切断部の後方に設けられて前記カッタによる切断個所を前記溝状痕を折曲線として押し広げる部材からなっており、前記切断拡径具とその前方に連結された牽引部材との前方連結部および切断拡径具とその後方に連結された新設管との後方連結部とが、牽引部材および新設管に対して切断拡径具が相互に軸線を中心に独立して回転しうるように連結されている構成により上記不具合を解消しているが、上記構成では切断拡径具を回転させる回転機構が必要となる。

特許第３２１７４０３号公報 図２、図２２参照 特許第４０８１５０６号公報

この発明は上記実情に鑑みてなされたもので、その主たる課題は、切断拡径具を回転させる回転機構を設けることなく、カッタの刃先の構造を改良することで、既設管の切断を容易にした切断拡径具のカッタを提供するものである。
また、切断拡径具のカッタを軸支する切断部を無垢の鋼材とすることで、既設管に継手が接続されていても、切断拡径具を直進させながらカッタで正確に切断することができるようにした切断拡径具を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１の発明では、
埋設された既設管内の一端側から他端側に向けて牽引部材により牽引されて、該既設管壁を牽引方向に切断し切断個所を拡径しながら後方に連結された新設管を引き込んで置き換える切断拡径具のカッタにおいて、
切断拡径具が、切断部と拡径部とからなっており、切断部が、既設管内の一方となる案内側に設けられて既設管の内壁面に溝状痕を形成する１又は複数の溝カッタを有しており、前記既設管内の他方で前記案内側に対向する切断側に設けられて前記溝カッタの前後に配置されて前記既設管を牽引方向に沿って切断する複数のディスク状のカッタであって、
該カッタの切断拡径具の進行方向で少なくとも後方に配置された１又は複数のカッタの刃部が１４〜５０度の角度を有する刃基部と、該刃基部の先端側で６０度の角度を有する刃先部と、該刃先部の先端を面取りした面取部とからなっていることを特徴とする。

また、請求項４の発明では、
前期カッタを有する切断拡径具であって、
切断部が無垢の鋼材からなっており、該切断部に、溝カッタとカッタとを回転可能に軸支する空間部を備えてなることを特徴とする。

この発明は、カッタの刃部を、１４〜５０度の角度を有する刃基部と、該刃基部の先端側で６０度の角度を有する刃先部と、該刃先部の先端を面取りした面取部とすることで、刃先が潰れたり、損傷することなく、既設管を容易に切断することができる。
また、切断拡径具のカッタを軸支する切断部を無垢の鋼材とすることで、金属製の既設管に鋳鉄等の継手が接続されていても、切断拡径具を直進させながらカッタで正確に切断することができる。

実施例１の切断拡径具の側面図である。 同底面図である。 カッタの正面図である。 同刃部の拡大図である。 既設管に溝状痕を形成する状態の断面図である。 溝状痕と対向する個所にカッタによる切断線を形成する状態の断面図である。 後続のカッタにより切削深度が深くなる切断線を形成する状態の断面図である。 既設管が拡径部により切り開かれる状態の断面図である。

以下に、この発明の埋設管の非開削入れ替え工法をガス供給用埋設管のパイプスプリッター工法に適用した実施例について図面を参照しながら説明する。
埋設された既設管のパイプスプリッター工法（非開削入れ替え工法）は従来と同様である（例えば特開２００２−２２７５８９号の図１参照）ので、説明を省略する。

［切断拡径具］
以下に、この発明の切断拡径具の好適な実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１および図２に示す切断拡径具１は、図示しない牽引装置のワイヤなどの牽引部材に牽引されて既設管内を移動しながら既設管を切り裂く切断部２と、該切断部２に連結されて既設管の切断個所を拡開する拡径部（エクスパンダ）８とを有しており、該拡径部８には既設管置換用の新設管の先端が連結される。

ここで、牽引装置、牽引部材、既設管、新設管、などは公知構成であり、たとえば前記特開２００２−２２７５８９号公報や特許第４０８１５０６号公報などの構成を一例として挙げることができる。
切断拡径具１は、牽引部材による牽引方向（図１で左方向）を前方とし、逆方向を後方として説明する。

［切断部］
切断部２は、無垢の鋼材からなる略柱状の支承部２ａを有しており、該支承部２ａの径方向の一方、図示例では上方を案内側とし、下方を切断側として説明する。
該支承部２ａの案内側には、既設管の内壁面に溝状痕を形成する複数の溝カッタ３が所定間隔で離間して軸支されており、支承部２ａの切断側には、前記溝カッタ３を挟むように前後に配置された複数（本実施例では４つ）のカッタ４〜７が軸支されている。

即ち、支承部２ａには、前記カッタを回転可能に収納する収納溝Ｇ４〜Ｇ７が形成されており、該溝にカッタ４〜７が収納され、支承部２ａを貫通して前記カッタ４〜７を軸支する回転軸Ｂ４〜Ｂ７がそれぞれ固定されている。
なお、溝カッタ３も同様に収納溝Ｇ３が形成され、回転軸Ｂ３により軸支されている。

［溝カッタ］
溝カッタ３は、既設管に溝状痕を形成するためのカッタからなっており、上記溝状痕は、後述のカッタ４〜７によって牽引方向に切り裂かれた既設管を外方へ押し広げて拡開する際の折曲線となる脆弱部として機能する。
本実施例では、溝カッタ３は、支承部２ａの上方に軸支されたホイール型の回転刃からなっているが、この発明では、固定刃その他の公知のカッタであってもよい。

［カッタ］
カッタは、複数（本実施例では４つ）のホイール型のカッタからなっており、説明の便宜上、第１カッタ４〜第４カッタ７とし、支承部２ａの切断側で、前記溝カッタ３とは前後方向に偏った位置に配置されている。
図示例では、切断部２の後方に配置されるカッタになるに従って、カッタの径が大きく、刃先の切断部２からの突出長さが深くなるように設定している。

これにより、第１カッタ４では既設管を完全には切り裂かない第１段の切断を行い、後方のカッタが通過するに従って徐々に切断深度を深め、最後尾の第４カッタ７では、前方に配置された第１〜第４カッタ４〜７の切断痕に沿って最も深い深度で切断を行って既設管を軸方向に完全に切り裂くようになっている。
ここで、カッタは、最後尾に配置されたカッタで既設管を完全に切断するものに限らず、その前方の、第２カッタ５または第３カッタ６によって既設管を完全に切り裂くようにし、最後尾のカッタは、補助に用いてもよい。

既設管を切断するカッタの刃先として、少なくとも、切断部２の後方に配置されたカッタ、図示例では、第２カッタ５〜第４カッタ７の刃部１０は、１４〜５０度のテーパ角度を有する第１段階の刃基部１１と、該刃基部１１の先端側で６０度のテーパ角度を有する第２段階の刃先部１２と、該刃先部１２の先端を面取りした第３段階の面取部１３とからなっている。

刃部１０は、鋭角になるほど、既設管に食い込みやすくなるが、反面、先端が薄くなって強度が弱くなる。
そこで、図３〜図４に示すように、刃部１０の先端の刃先部１２のテーパ角度を刃基部１１より大きくすることで、強度を増すことができる。
ガスの既設管の切裂に際しては、実験の結果、刃先部１２のテーパ角度は６０度に設定することが最適であることが判明した。

また、刃先部１２を６０度に設定しても、刃先部１２の先端部分は、先鋭端となるので、大きな力がかかると潰れたり刃こぼれするおそれがある。
そこで、先端部分のみを面取りして面取部１３とし、予め刃先部１２の先端の先鋭端を無くすることで、損傷を防止している。
本実施例では、刃先部１２の長さを約１〜３ｍｍとし、面取り部１３を０．１〜０．５ｍｍ程度削ったが、カッタの全長Ｌ１が４９〜７３ｍｍの場合、回転軸を挿入する軸受孔Ｌ２が約９．５ｍｍ、カッタの基板部Ｌ３が１４〜３７ｍｍの場合に、刃先部１２が約１ｍｍ、面取り部１３が０．１〜０．２ｍｍ程度とすることが好ましい。
上記数値は一例を示すもので、カッタの素材や既設管の素材によって適宜、実験的に定めることができる。

この発明では、前述のように切断部が無垢の鋼材からなって、それ自体が強度を有しており、カッタの刃部の構造を三段階とすることで強力な切裂力を備えたことで、牽引時の切断拡径具の切断部の動きにぶれがない。
そのため、後述のように拡径具８をわずかに大型化して拡孔率を大きくすることで、カッタによる切断が容易となり、拡径された既設管を、そのまま、あるいはジョイントが付着したままであっても正確に切り裂くことができ、且つカッタの刃こぼれ等の損傷も防止することができる。

［拡径部］
前記切断部２の後方には拡径部８が固着されている。
拡径部８は、図示例の場合、後方に向かって前記切断部２の支承部２ａより徐々に大径となる横倒した略截頭円錐形状のブロック体からなっている。
即ち、図示例では、上部が略水平で幅狭な平坦面となり、その両端から拡径部８の全長の半分よりやや上の中間位置まで斜めに外方へ傾斜する傾斜面となっている。
そして、該傾斜面の下方の両端から底部まで内向きに湾曲する湾曲面となっており、底部は前記上部と平行で且つ幅が長い平坦面となっている。
この拡径部８は、例えば、既設管が５０Ａの場合に、本実施例では、横幅が９０ｍｍ、全長が７８ｍｍとなっており、従来の同種の拡径部より僅かに大きく（長く）したことで拡径率を１．３６２倍から１．４３６倍に拡大した。
そして、 拡径部８は切断部２と共に既設管内を牽引されることにより、既設管の内壁面と接してこれを拡径する方向に従来より大きく切り裂き方向に押し広げるので、前方のカッタによる切断が容易になると共に、新設管が引込みやすくなる。

［使用法］
図５〜８には、既設管Ｐを拡開する構成を模式的に説明する。
既設管Ｐには、溝カッタ３により、切断拡径具１の牽引方向、即ち、軸方向に延びる溝状痕Ｃ１が形成され、後続の溝カッタ３が溝状痕Ｃ１に沿ってガイドされて回転する（図５参照）。
上記溝状痕Ｃ１と径方向に対向する個所に、第１〜第４カッタ４〜７により徐々に切削深度が深くなる切断線Ｃ２が形成される（図６、図７参照）。
そこで、既設管Ｐを拡径する際には、溝状痕Ｃ１が谷折り用の折曲線となって、拡径部８により切断線Ｃ２が外向きに拡開されて既設管Ｐが切り開かれる。
このようにして拡径された既設管Ｐ内に、拡径部８の後端に連結された新設管（図示せず）が導入されて既設管Ｐを置き換えることができる。

上記実施例では、切断拡径具のカッタとして４つのカッタを設けた場合を説明したが、切断拡径具は２つ以上のカッタを有するものであればよい。
同様に、溝カッタの数は１つ以上あればよく、その数は特に限定されない。
また、刃部や刃先部の外壁面は平坦面の場合を図示したが、外側に湾曲状に膨らむ形状または内側に湾曲状に窪む形状など任意の形状であってもよい。
その他、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、要するにこの発明の要旨を変更しない範囲で種々設計変更しうること勿論である。

１ 切断拡径具
２ 切断部
２ａ 支承部
２ｂ 軸部
３ 溝カッタ
４、５、６、７ 第１〜第４カッタ
８ 拡径部
１０ 刃部
１１ 刃基部
１２ 刃先部
１３ 面取部
Ｂ３ 回転軸
Ｂ４〜Ｂ７ 回転軸
Ｃ１ 溝状痕
Ｃ２ 切断線
Ｇ３ 収納溝
Ｇ４〜Ｇ７ 収納溝
Ｐ 既設管

Claims (4)

1. 埋設された既設管内の一端側から他端側に向けて牽引部材により牽引されて、該既設管壁を牽引方向に切断し切断個所を拡径しながら後方に連結された新設管を引き込んで置き換える切断拡径具のカッタにおいて、
   切断拡径具が、切断部と拡径部とからなっており、切断部が、既設管内の一方となる案内側に設けられて既設管の内壁面に溝状痕を形成する１又は複数の溝カッタを有しており、前記既設管内の他方で前記案内側に対向する切断側に設けられて前記溝カッタの前後に配置されて前記既設管を牽引方向に沿って切断する複数のディスク状のカッタであって、
   該カッタの切断拡径具の進行方向で少なくとも後方に配置された１又は複数のカッタの刃部が１４〜５０度の角度を有する刃基部と、該刃基部の先端側で６０度の角度を有する刃先部と、該刃先部の先端を面取りした面取部とからなっていることを特徴とする切断拡径具のカッタ。
2. 刃先部が刃部の先端から１ｍｍの範囲に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の切断拡径具のカッタ。
3. 面取部の横断面が、外方へ突出する円弧形状、扁平形状、または内方へ窪む円弧形状からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の切断拡径具のカッタ。
4. 請求項１から３のカッタを有する切断拡径具であって、
   切断部が無垢の鋼材からなっており、該切断部に、溝カッタとカッタとを回転可能に軸支する空間部を備えてなることを特徴とする切断拡径具。

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