JP6596488B2 - 穿孔装置及び穿孔方法 - Google Patents

Description

本発明は、枝管開口部を閉塞している本管ライニング材を穿孔する穿孔装置及び穿孔方法に関するものである。

従来、地中に埋設された下水道管などの既設管が老朽化した場合に、既設管を掘り出すことなく更生するために、既設管を管ライニング材でライニングするライニング工法が知られている。管ライニング材は、既設管の形状に対応した管状の柔軟な不織布からなる樹脂吸収材に未硬化の液状硬化性樹脂を含浸させたものである。樹脂吸収材の外周面には気密性の高いプラスチックフィルムが貼り付けられている。ライニング工事では、管ライニング材を流体圧により既設管内に表裏を反転させて挿入し、あるいは反転させることなく既設管内に引き込み、既設管の内周面に押し付けた状態で、管ライニング材に含浸された液状硬化性樹脂を加熱などの方法で硬化させることにより、ライニングを行っている。

ところで、下水管などの本管には枝管が合流している。このため、管ライニング材で本管をライニングした場合には、管ライニング材が枝管の合流部分の端部の開口を塞いでしまう。このため、穿孔機とＴＶカメラを搭載した管内作業ロボットを本管に入れて地上から遠隔操作し、穿孔機のカッター（穿孔刃）を回転駆動して枝管の端部を塞いでいる管ライニング材の部分を本管側から穿孔して除去する作業を行っている。

しかし、この作業では、穿孔前に、穿孔機のカッターの位置決めを本管の管長方向と周方向及び上下方向のそれぞれについて行う必要がある。これはＴＶカメラで本管内をモニタしながら行うが、本管内には目印がないので、位置決めを誤る、すなわち穿孔位置を誤る場合がある。

これを解決するために、下記の特許文献１には、導電性あるいは磁性材料でできたキャップ部材を枝管と本管の分岐開口部に装着し、本管ライニング後、管内移動ロボットの検知手段がキャップ部材の誘電率あるいは透磁率の変化が最大となるところを枝管の分岐開口部として検出し、本管のライニング材で閉鎖された分岐開口部を穿孔する方法が記載されている。

また、特許文献２には、枝管側に磁気発生部材を配置し、ライニングされている本管に沿って磁気検出部を移動して磁気発生部材からの磁気を検出し、枝管と本管の分岐開口部を検出して該開口部のライニング材を切削する構成が記載されている。

また、特許文献３には、枝管の管軸と同心にコイルと共振体からなるマーカーを埋め込み、本管ライニング後、穿孔ロボットに搭載されたループアンテナがマーカーを励振させる構成が記載されている。この構成では、ループアンテナが分岐開口部に近づくとマーカーが共振周波数で共振し、この共振信号の受信レベルが最小となる位置を分岐開口部の中心位置として特定し、穿孔作業を行っている。

特開２００２−２２０６２号公報 特開２００８−１４２８２７号公報 特開平７−８８９１５号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、導電性あるいは磁性材料でできたキャップ部材を用意する必要があり、キャップ部材の製作コストが高いほかに、検知手段はキャップ部材の誘電率あるいは透磁率の変化が最大となるところを正確に検出することができない、という欠点がある。

また、特許文献２でも、磁気発生部材を枝管の軸芯と一致させて取り付ける必要があり、その位置決めが不完全であるため、枝管と本管の分岐開口部の中心を正確に特定することが困難である、という欠点がある。

一方、特許文献３では、マーカーの製作に、水晶振動子などの圧電振動体が必要となるとともに、マーカーからの励振信号が先鋭でなく、分岐開口部の中心位置を特定するのが困難である、という欠点がある。

また、いずれの特許文献でも、センサーを本管の管長方向に移動させて穿孔のためのマーカー（目印）を検出しているので、マーカーの取付位置が本管の周方向にずれていると、マーカーを検出することができず、センサーを周方向に移動させて検出を再度やり直す必要があり、穿孔効率が低下していた。

従って、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、穿孔刃の回転軸を枝管開口部中心に正確に位置決めして、枝管開口部を閉塞している本管ライニング材を穿孔することが可能な穿孔装置及び穿孔方法を提供することを課題とする。

本発明は、
枝管開口部を閉塞している本管ライニング材を本管側から穿孔する穿孔装置であって、
本管内を移動する管内ロボットと、
前記管内ロボットに搭載され、本管ライニング材を穿孔する回転可能な穿孔刃と、
前記管内ロボットに搭載され、前記枝管開口部の中心又は該中心より所定距離離間した位置に設置されたマーカーの位置を検出するセンサーと、
前記穿孔刃とセンサーを、本管管長方向並びに本管周方向に連動して移動させる移動手段と、を備え、
前記センサーは前記穿孔刃の回転中心又は該回転中心より前記所定距離離間した位置に取り付けられており、
前記マーカーがマーカーコイルであり、前記センサーが変動磁束を発生させるセンサーコイルで、マーカーコイルとセンサーコイルの電磁結合が最大になるセンサーコイルの中心がマーカー位置として検出され、
前記穿孔刃とセンサーコイルを、マーカー位置が検出されるまで本管管長方向並びに本管周方向に連動して移動させ、該検出されたマーカー位置で本管ライニング材を穿孔することを特徴とする。

本発明では、マーカーがマーカーコイルであり、センサーが変動磁束を発生させるセンサーコイルで、マーカーコイルとセンサーコイルの電磁結合が最大になるセンサーコイルの中心がマーカー位置として検出される。

また、本発明は、
枝管開口部を閉塞している本管ライニング材を本管側から穿孔する穿孔方法であって、
本管をライニングする前に、枝管開口部の中心又は該中心より所定距離離間した位置にマーカーを設置する工程と、
本管をライニングした後、マーカー位置を検出するセンサーと本管ライニング材を穿孔する回転可能な穿孔刃を本管内で連動して移動させる工程と、を備え、
前記センサーを穿孔刃の回転中心又は該回転中心より前記所定距離離間した位置に取り付け、
前記マーカーがマーカーコイルであり、前記センサーが変動磁束を発生させるセンサーコイルで、マーカーコイルとセンサーコイルの電磁結合が最大になるセンサーコイルの中心がマーカー位置として検出され、
前記センサーコイルがマーカー位置を検出するまで、前記センサーコイルと穿孔刃を本管管長方向並びに本管周方向に移動させて、該検出されたマーカー位置で本管ライニング材を穿孔することを特徴とする。

本発明では、枝管開口部の中心又は該中心より所定距離離間した位置にマーカーが設置され、このマーカーの位置を検出するセンサーが穿孔刃の回転中心又は該回転中心より前記所定距離離間した位置に取り付けられる。穿孔刃とセンサーは、マーカーが検出されるまで本管管長方向並びに本管周方向に連動して移動され、マーカーが検出された位置で本管ライニング材が穿孔される。従って、穿孔刃の回転中心を確実に枝管開口部の中心に位置合わせすることができ、枝管開口部を閉塞している本管ライニング材を枝管開口部に合わせて正確に切削することができる。

穿孔装置を本管内で移動させる状態を示した説明図である。 本管内周面に取り付けられた受信コイルを示す斜視図である。 受信コイルの垂直断面図である。 受信コイルを本管内周面に取り付ける工程を示した説明図である。 図３ａの工程に続く工程を示した説明図である。 受信コイルを本管内周面に取り付けた後の状態を示した説明図である。 本管がライニングされた状態を示す説明図である。 穿孔刃と発信コイルを搭載した管内ロボットを管内で移動させる状態を示した説明図である。 受信コイルと発信コイルが電磁結合する状態を示した説明図である。 受信コイルと発信コイルの電磁結合が最大になる位置で穿孔刃を上昇回転させて本管ライニング材を穿孔する状態を示した説明図である。 枝管開口部が穿孔され開口した状態を示す説明図である。 発信コイルの上面図である。 図７ａのＡ−Ａ線に沿った断面図である。 穿孔装置を制御する構成を示した回路図である。 発信コイルを本管管長方向に移動させたときに電磁結合が変化する状態を示した説明図である。 発信コイルを本管管軸を中心に本管周方向に回動したときに電磁結合が変化する状態を示した説明図である。 受信コイルを枝管開口部に配置するためのキャップの一部断面斜視図である。 該キャップを本管管長方向に見たときの垂直断面図である。 管内ロボットを受信コイルの取付位置に移動させる状態を示した説明図である。 受信コイルを枝管開口部に取り付ける状態を示した説明図である。 管内ロボットを受信コイルと発信コイルの電磁結合が最大になる位置に移動させる状態を示した説明図である。 電磁結合が最大になる位置で本管ライニング材を穿孔する状態を示した説明図である。 本管ライニング材を穿孔する状態を示した説明図である。 本管ライニング材の穿孔が終了後の状態を示した説明図である。 発信コイルの上面図である。 図１４ａのＡ−Ａ線に沿った断面図である。 受信コイルを取り付けた枝管ライニング材の断面図である。 管内ロボットを枝管ライニング材でライニングされた枝管位置に移動させる状態を示した説明図である。 枝管位置で本管ライニング材を穿孔する状態を示した説明図である。 実施例１の穿孔装置の変形例で穿孔を行う状態を示した説明図である。 実施例２の穿孔装置の変形例で穿孔を行う状態を示した説明図である。 マーカーとして本管内周面に取り付けられた磁石を示す正面図である。 マーカーとしての磁石を枝管開口部に装着されるキャップに取り付けた状態を示す断面図である。 本管内周面に取り付けた磁石を磁気センサーで検出して穿孔を行う状態を示した説明図である。 枝管開口部に挿入されるキャップに取り付けた磁石を磁気センサーで検出して穿孔を行う状態を示した説明図である。

以下、添付図を参照して本発明の実施例を説明する。本実施例では、既設管を下水道の本管とし、該下水道を本管ライニング材でライニングした後、本管ライニング材で塞がれた枝管開口部を穿孔する例が説明されるが、本実施例は、下水道だけでなく、水道管やガス管などの本管をライニングした後に本管ライニング材で塞がれている枝管開口部を穿孔するものにも適用できるものである。

図１には、下水道の本管１１が地中に埋め込まれている状態が図示されている。本管１１は所定距離毎に設けられるマンホール１０を介して地上に開口している。２つのマンホール間の本管には、複数の枝管（支管、取付管とも呼ばれる）が分岐していて、家庭やビルディングなどの下水が枝管を介して本管に排出される。図１には、その内一つの枝管１２が図示されている。枝管１２は本管１１に対して直交する方向に延びているが、例えば６０°に斜交する枝管もあり、本発明は、このような斜交する枝管開口部を塞いでいる本管ライニング材の穿孔にも適用できるものである。

穿孔装置は、図１、図３ａに図示したように、本管１１内を本管の管長方向（水平方向）に移動する管内ロボット２０を備え、その管内ロボット２０に穿孔刃３１が搭載される。管内ロボット２０は４輪（図には２輪のみが図示）を備え、管内ロボット２０内に搭載されたモータ２１を駆動することにより、あるいは管内ロボット２０の前後に結合されたワイヤ（不図示）を地上のウインチで巻き上げることにより本管管長方向に前後に移動することができる。管内ロボット２０の上部には、ＴＶカメラ２３が取り付けられ、ＴＶカメラ２３の一方あるいは両側には照明装置２４が取り付けられる。ＴＶカメラ２３と照明装置２４は斜め上方を向いており、照明装置２４で照明された本管内部はＴＶカメラ２３で撮影されて地上に設置された作業トラック１４内のモニタ（不図示）に表示され、作業者が本管内部を監視できるようになっている。

なお、管内ロボット２０には、図示されていないが付属品などを搭載した台車が連結される場合がある。このように、管内ロボット２０に連結されて移動する台車なども、本発明では、管内ロボット２０に含まれるものとする。

管内ロボット２０の前方には、モータ２５が取り付けられる。モータ２５はマウント２６並びにマウント２６に固定された支持板２７を本管１１の管軸１１ａと平行な軸を中心に所定角度の範囲に渡って回動させる。支持板２７には、円盤状のヘッド２８ａ、２９ａを上部に備えたシリンダー２８、２９が所定距離離して固定される。

シリンダー２８のヘッド２８ａには、上部にビットを備えたホルソーとして構成された穿孔刃３１が、その回転軸３１ａがシリンダー２８の中心軸（ピストン軸）と同軸になるように、取り付けられる。穿孔刃３１は、図３ｂに示したように、ビット外径ｄ１が枝管の内径ｄ２とほぼ同じかあるいは若干小さくなっており、シリンダー２８により油圧で上下方向に昇降され、モータ３０により回転させることができる。

シリンダー２９のヘッド２９ａは、本管内面の湾曲に応じて湾曲しており、そのヘッド２９ａには、図２に示したような、穿孔中心位置を示すマーカーとして機能する受信コイル３３（第２コイル）を取り付けたフレキシブルな基板３２が搭載される。受信コイル３３は、変動磁束により誘導電流が流れる導体で、本実施例では、一巻きの閉じた銅線からなる円形コイルとして図示されているが、多重巻きのコイルあるいは変動磁束により誘導電流が流れる中空円筒部材あるいは円盤であってもよい。

受信コイル３３は基板３２に接着剤あるいは接着テープなどで固定される。図３ｂに示したように、シリンダー２９のヘッド２９ａを上昇させて基板３２を本管１１の内周面に押圧すると、基板３２並びに受信コイル３３は、図２ａ、図３ｂに図示したように、本管１１の湾曲に応じて湾曲し、基板３２の裏側に塗布された接着剤などを介して本管１１の内周面に湾曲した状態で固定される。このとき、図２ｂに示したように、湾曲した受信コイル３３の輪郭で描かれる一点鎖線で示した径ｄ３のコイル面３３ａは、本管１１の母線と平行になっており、このコイル面３３ａの中心３３ｂ、あるいは湾曲前の受信コイル３３の中心を通過する中心軸（第２コイルの中心軸）が３３ｃで図示されている。

受信コイル３３は、図４ａ、図４ｂに示したように、その中心３３ｂと枝管開口部１２ａの中心１２ｂ間の距離Ｓが、例えば、シリンダー２８、２９の中心軸（ピストン軸）間の管長方向距離に等しくなるような位置に取り付けられる。

また、シリンダー２９のヘッド２９ａには、図５ａ、図５ｂ、図７に示したようなマーカー位置を検出する発信コイル（第１コイル）４０を取り付けた基板４１が搭載される。発信コイル４０は、励磁力を増大させるために、複数巻きの円形コイルとして構成されており、その一端と他端には、リード線が接続されている。発信コイル４０の径ｄ４は、受信コイル３３の径ｄ３とほぼ同一の径となっていて、そのコイル中心が４０ａで、またその中心４０ａを通過しコイル面に垂直に延びる中心軸（第１コイルの中心軸）が４０ｂで図示されている。

発信コイル４０は、図８に模式的に図示したように、一端が交流電源５３に、また他端がインピーダンス回路５４と接続される。発信コイル４０には、交流電流が流れてそのコイルループ内には、交流電流に応じて向きが変わる変動磁束が発生する。この変動磁束が受信コイル３３に作用し、電磁誘導により受信コイル３３には誘導電流が流れる。発信コイル４０と受信コイル３３の電磁結合が大きいほど、つまり発信コイル４０による変動磁束のコイルループ通過密度が大きいほど受信コイル３３に流れる誘導電流が大きくなり、発信コイル４０のインダクタンスは減少する。振幅／位相検出回路５２は、交流電源電圧とインピーダンス回路５４間の電圧との差を、発信コイル４０の両端子間の電圧として求め、その振幅／位相を検出する。電磁結合が大きくなり発信コイル４０のインダクタンスが減少すると、振幅／位相検出回路５２の出力値、つまり発信コイル４０の両端子間の電圧の振幅値は、図９ａ、図９ｂに示したように、小さくなり、またその位相角は進むようになる。

なお、発信コイル４０に接続される電源は、発信コイルに変動磁束が発生する電源であれば、交流電源だけでなく、脈動する電流あるいは連続するパルスを発生する電源でもよい。

モータ２１、２５はそれぞれサーボモータとして構成され、ＣＰＵで実現される制御回路５０は、振幅／位相検出回路５２により検出される電圧振幅及び／又は位相のピーク値（最小値）を検出し、モータ２１、２５を作動させ、電圧振幅及び／又は位相がピーク値となる位置、つまり受信コイル３３と発信コイル４０の電磁結合が最大になり、両コイルの中心軸が一致する位置に発信コイル４０と穿孔刃３１を移動させる。制御回路５０、振幅／位相検出回路５２、交流電源５３などは、管内ロボット２０内に搭載される。

上述したモータ２１、２５、３０、シリンダー２８、２９などの駆動手段は、電源線がケーブルパイプ１５を介して作業トラック１４に搭載された電源に接続されており、同じく作業トラックに搭載されたコンソールに配置されたスイッチやジョイスチックなどを介してそれぞれ個別に駆動、制御できるようになっている。

なお、穿孔時、穿孔刃３１と発信コイル４０を本管管軸を中心に本管周方向に沿って回動させることができるようにするために、モータ２５は、手動で、あるいは管内ロボット２０内のシリンダー（不図示）などで上下方向に移動可能となっている。

また、管内ロボット２０には、穿孔時、管内ロボットの位置を安定させるために、後述するような突っ張り部材１６（図６ａ、図１３ａ）が搭載されている。

次に、このように構成された穿孔装置の動作を説明する。

本実施例では、本管１１を本管ライニング材でライニングする前段工程として、穿孔刃３１を枝管開口部１２ａにセンタリングするために、受信コイル３３を本管内周面に取り付ける。そのために、図１、図３ａ、図３ｂに示したように、シリンダー２９のヘッド２９ａに、受信コイル３３を、その中心軸３３ｃがシリンダー２９の中心軸に一致するように、搭載する。

続いて図３ａに示したように、管内ロボット２０を、穿孔刃３１の回転軸３１ａが枝管開口部１２ａの中心１２ｂを通過して垂直に延びる中心軸１２ｃと一致する位置に移動させる。実際にその位置に移動したかどうかは、シリンダー２８を駆動して穿孔刃３１を上昇させ、穿孔刃３１が枝管開口部１２ａに挿入できるかをＴＶカメラ２３で撮影される画像を介して観察することにより確認することができる。

管内ロボット２０が、上述したように、穿孔刃３１の回転軸３１ａと枝管開口部１２の中心軸１２ｃと同軸になったとき、シリンダー２９を駆動してヘッド２９ａを上昇させ基板３２を本管１１の内周面に押圧する。この押圧により、基板３２並びに受信コイル３３は、図２ａ、図２ｂに図示したように、本管１１の湾曲に応じて湾曲し、基板３２の裏側に塗布された接着剤などを介して本管１１の内周面に固定される。

穿孔刃３１は、回転軸３１ａがシリンダー２８の中心軸と同軸になるように取り付けられ、受信コイル３３は、その中心軸３３ｃがシリンダー２９の中心軸に一致するように、搭載されるので、受信コイル３３が管内ロボット２０によって本管内周面に取り付けられたときには、受信コイル３３の中心３３ｂと枝管開口部中心１２ｂ間の距離Ｓ（図４）は、シリンダー２８、２９の中心軸間の本管管長方向距離と同じになっている。

続いて、図４ａに示したように、管内ロボット２０を本管１１内から外部に移動させ、図４ｂに示したように、本管１１の内周面を本管ライニング材１３でライニングする。このライニングは、よく知られているように、本管ライニング材１３を反転法あるいは引き込み法により本管内に導き、本管ライニング材１３に含浸された液状硬化性樹脂を硬化させることにより、行われる。このライニングにより、受信コイル３３は本管ライニング材１３に埋め込まれた状態で本管内に固定される。

続いて、管内ロボット２０のシリンダー２９のヘッド２９ａに、基板４１に取り付けられた発信コイル４０を、その中心軸４０ｂがシリンダー２９の中心軸に一致するように、搭載する。そして、図５ａに示すように、管内ロボット２０を、発信コイル４０のコイル面を本管内周面に近接させて受信コイル３３に向けて移動させる。

発信コイル４０が受信コイル３３に近づいて、両コイルの電磁結合が強くなると、図９ａに示したように、振幅／位相検出回路５２の電圧振幅値Ａは小さくなる。発信コイル４０の中心軸４０ｂと受信コイル３３の中心軸３３ｃが一致すると、両コイルの電磁結合が最大になり、振幅／位相検出回路５２の電圧振幅値Ａは最小値Ａ１となる。制御回路５０は、モータ２１を、振幅／位相検出回路５２の電圧振幅値が最小値Ａ１となる位置（受信コイル３３と発信コイル４０の電磁結合が最大になる位置）、つまり発信コイル４０と受信コイル３３の中心軸４０ｂと３３ｃが一致する位置ｘ１にサーボ制御するので、管内ロボット２０は、同位置ｘ１で停止する。

管内ロボット２０が停止した状態が図５ｂに、コイル部分が拡大して図示されている。発信コイル４０の中心軸と穿孔刃３１の回転軸３１ａ間の管長方向距離は、シリンダー２８、２９の中心軸間の距離、つまり、受信コイル３３の中心３３ｂと枝管開口部中心１２ｂ間の距離Ｓに等しいので、受信コイル３３と発信コイル４０が同軸になると、穿孔刃３１の回転軸３１ａは、枝管開口部中心１２ｂ並びにそれを通過する枝管開口部の中心軸１２ｃと同軸になる。

このように、受信コイル３３と発信コイル４０が同軸となって両コイルの電磁結合が最大になると、管内ロボット２０は停止し、その位置では、穿孔刃３１の回転軸３１ａは、枝管開口部中心１２ｂを通過し、また枝管開口部の中心軸１２ｃと同軸になっているので、図６ａに示したように、シリンダー２８を上昇させ、モータ３０を駆動することにより穿孔刃３１を回転させて本管ライニング材１３を穿孔する。穿孔時には、管内ロボットに収納されている突っ張り部材１６を上昇させて本管上面に突き当て、管内ロボット２０を安定化させる。穿孔刃３１は、枝管１２の内径と同径ないしは若干小さな径となっているので、図６ｂに示したように、枝管開口部を塞いでいる本管ライニング材１３は、枝管の内径の円に対応した円形に穿孔され、本管１１と枝管１２が連通するようになる。

なお、上述した例では、穿孔刃３１の回転軸３１ａが本管円周方向に見て垂直になっていることを前提にしているが、本管周方向に傾いている可能性があるので、上記ロボット停止位置ｘ１において、モータ２５を駆動して発信コイル４０と穿孔刃３１を、本管の中心軸、つまり管長方向に水平方向に延びる本管管軸１１ａを中心に回動させ、図９ｂに示したように、発信コイル４０と受信コイル３３の電磁結合が最大になる位置、つまり振幅／位相検出回路５２の振幅値Ｂが最小値Ｂ１になり、発信コイル４０と受信コイル３３が同軸となる位置θ１に移動させる。

このように、発信コイル４０と穿孔刃３１は、本管管長方向においても、また本管周方向においても、発信コイル４０と受信コイル３３の電磁結合が最大になり両コイルの中心軸が一致する位置に移動されるので、穿孔刃３１の回転軸３１ａを枝管開口部中心１２ｂないしその中心軸１２ｃに位置決めすることができ、本管ライニング材の正確な穿孔が可能になる。

なお、上述した実施例では、管内ロボット２０を利用して受信コイル３３を取り付けるようにしているが、異なるロボットを利用して取り付ける場合には、受信コイル３３の中心３３ｂと枝管開口部中心１２ｂ間の距離が、シリンダー２８、２９の中心軸間の管長方向距離と異なる場合がある。その場合には、管内ロボット２０のシリンダー２８、２９のいずれか一方、あるいはその両方を管長方向に移動させる機構を取り付け、発信コイル４０の中心軸と穿孔刃の回転軸間の管長方向距離が受信コイル３３の中心と枝管開口部の中心間の距離Ｓと等しくなるように、シリンダー２８、２９のいずれか一方、あるいはその両方を調整するようにする。

また、受信コイル３３の中心３３ｂと枝管開口部中心１２ｂ間の距離が、シリンダー２８、２９の中心軸間の管長方向距離と異なる場合には、同管長方向距離とシリンダー２８、２９の中心軸間との差を求め、発信コイル４０と受信コイル３３の電磁結合が最大になった位置から、当該差だけ管内ロボット２０を移動させ、穿孔刃３１の回転軸３１ａを枝管開口部中心１２ｂに位置決めして穿孔を行うようにしてもよい。

上述した実施例では、発信コイル４０と受信コイル３３の電磁結合は、発信コイル４０の両端子間の電圧の振幅を測定して検出したが、その位相を測定して検出するようにしてもよい。また、振幅と位相を測定して検出するようにしてもよい。

なお、上述した実施例では、受信コイル３３は本管内周面に取り付けるようにしているので、受信コイル３３の取り付けが容易になる。しかし、受信コイル３３を、枝管開口部の中心から所定距離離れた枝管開口部１２ａ内の位置に取り付けるようにしてもよい。この場合には、図１０に示したような枝管開口部に嵌着されるキャップを用意して、このキャップ上に受信コイルを取り付けるようにする。

実施例１では、受信コイルを本管内周面に取り付けたが、枝管開口部に取り付けるようにしてもよい。この例が、図１０ａ、１０ｂ〜図１６ａ、１６ｂに図示されている。

図１０ａ、図１０ｂに示した受信コイル７０は、受信コイル３３と同様に、一巻きの閉じた銅線からなる外径がｒ１の円形コイルとして構成され、コイルループ内に変動磁束が発生すると誘導電流が流れるリング導体で、多重巻きのコイルとしてもよい。受信コイル７０を枝管開口部１２ａに取り付けるために、枝管開口部に嵌着されるキャップ６０が用いられる。

キャップ６０は、外径ｒ２が枝管開口部１２ａの径にほぼ等しく該枝管開口部１２ａに嵌着される中空円筒部６０ａと、該円筒部の下方に中空円筒部と一体に取り付けられ本管１１の内周面に当接するリング状の鍔部６０ｂとを有する部材で、例えば弾性のある硬質ゴムから形成される。円筒部６０ａの枝管開口部内への挿入を確実にするために、円筒部６０ａの上部を先細りするようにしてもよい。

キャップ６０の中空円筒部６０ａの底部６０ｃには、枝管１２に流入する下水を流すために、中空円筒部６０ａと同芯に円形の開口部６０ｄが形成される。受信コイル７０は、その中心７０ａを垂直に通過する中心軸７０ｂが中空円筒部６０ａの中心軸と同軸になるように、接着剤あるいは接着テープでキャップ６０の底部６０ｃに取り付けられる。このような受信コイル７０を取り付けたキャップ６０は予め工場内で製作しておくことができ、本管ライニングが行わる現場に搬送される。

管内ロボット２０のシリンダー２９には、図１１ａ、図１１ｂに示したように、モータ７２により回動可能な支持板７１が取り付けられる。支持板７１は本管内面の湾曲に応じて湾曲しており、支持板７１には、受信コイル７０を取り付けたキャップ６０が搭載される。

管内ロボット２０は、図１１ａの位置から図１１ｂに示した受信コイル７０の中心軸７０ｂが枝管開口部１２ａの中心軸１２ｃと同軸になる位置に移動される。その位置で支持板７１が上昇し、キャップ６０の鍔部６０ｂが本管内周面に押圧されて、中空円筒部６０ａが枝管開口部１２ａ内に嵌着される。キャップ６０は弾性のある材質で形成されるので、中空円筒部６０ａが枝管開口部１２ａ内に嵌着されたあとは、その弾性によりキャップ６０は枝管に密着して固定されるようになる。その後、実施例１と同様に、本管１１が本管ライニング材１３でライニングされ、キャップ６０の一部は本管ライニング材１３内に埋め込まれる。

キャップ６０は、穿孔用の管内ロボット２０を用いるのではなく、専用のロボットを用いて枝管開口部に取り付けるようにしてもよい。

続いて、図１２ａ、図１２ｂに示したように、支持板７１上に、発信コイル８０がそのコイル中心軸８０ｂが穿孔刃３１の回転軸３１ａと同軸となるように、搭載される。発信コイル８０は、コイル径ｒ３が受信コイル７０のコイル径ｒ１とほぼ同じになっており、発信コイル４０と同様に多重巻きの円形コイルとして構成される。発信コイル８０は、図１４ａ、図１４ｂに図示したように、コイル中心８０ａが支持板７１の中央に位置するように、接着剤ないし接着テープを介して支持板７１に取り付けられる。

発信コイル８０は、その両端に接続されたリード線が、実施例１の発信コイル４０と同様に、図８に示した回路に接続され、電源５３により給電される交流電流に応じた変動磁束が発信コイル８０のコイルループ内に発生する。

発信コイル８０を搭載した管内ロボット２０は、図１２ａに示した位置から枝管開口部に向けて移動され、図１２ｂに示したように、発信コイル８０と受信コイル７０の電磁結合が最大になる位置に移動する。制御回路５０は、この電磁結合が最大になる位置で管内ロボット２０を停止させる。

受信コイル７０は、そのコイル中心軸７０ｂが枝管開口部中心１２ｂないしその中心軸１２ｃに一致する枝管位置に取り付けられており、また、発信コイル８０は、そのコイル中心軸８０ｂが穿孔刃３１の回転軸３１ａと同軸となる位置に搭載されているので、発信コイル８０と受信コイル７０の電磁結合が最大になり両コイル中心軸が同軸となる位置では、穿孔刃３１の回転軸３１ａは、枝管開口部中心１２ｂないしその中心軸１２ｃに一致しているので、管内ロボット２０を停止する。

なお、穿孔刃３１の回転軸３１ａが本管周方向に傾いている可能性があるので、実施例１と同様に、上記ロボット停止位置において、モータ２５を駆動して発信コイル８０と穿孔刃３１を、本管周方向に回動させ、発信コイル８０と受信コイル７０の電磁結合が最大になる周方向位置に移動させる。

このように、発信コイル８０と穿孔刃３１は、本管管長方向においても、また本管周方向においても、発信コイル８０と受信コイル７０の電磁結合が最大になり両コイルの中心軸が一致する位置に移動されるので、穿孔刃３１の回転軸３１ａを枝管開口部中心１２ｂないしその中心軸１２ｃに位置決めすることができ、本管ライニング材の正確な穿孔が可能になる。

この発信コイル８０と受信コイル７０の電磁結合が最大になって両コイルの中心軸が一致する位置で、図１３ａに示したように、穿孔刃３１を上昇させ、回転させると、穿孔刃３１は本管ライニング材１３を枝管開口部を中心に穿孔し、図１３ｂに示したように、枝管開口部に位置する本管ライニング材１３、キャップ６０並びに受信コイル７０などを切削し、枝管開口部は本管１１に開口するようになる。

なお、発信コイル８０は、穿孔刃３１の回転軸３１ａと同軸に取り付けられているので、本管ライニング材１３を穿孔するとき、発信コイル８０を破損してしまう。従って、モータ７２を駆動して支持板７１を回動させ、図１３ａに示したように、発信コイル８０を、穿孔刃３１と接触しない位置に、退避させる。

受信コイルは、図１５に図示した枝管ライニング材９０に取り付けることもできる。枝管ライニング材９０は、管状の柔軟な不織布からなる樹脂吸収材９０ｂに未硬化の液状硬化性樹脂を含浸させたもので、一端が折り返されて硬化されリング状の鍔部９０ａを形成している。この鍔部９０ａ上に、受信コイル３３、７０と同様な受信コイル９１が接着剤あるいは接着テープを介して取り付けられる。

枝管ライニング材９０は、本管側から枝管開口部を介して枝管１２に反転挿入され、枝管内周面に押し付けた状態で、樹脂吸収材９０ｂに含浸された液状硬化性樹脂が加熱などの方法で硬化される。この状態では、図１６ａに図示したように、受信コイル９１の中心軸９１ｂは、鍔部９０ａの中心軸並びに枝管開口部の中心軸１２ｃとほぼ一致している。

管内ロボット２０の支持板７１には、発信コイル４０、８０と同様に多重巻きで径が受信コイル９１とほぼ同径の円形コイルとして構成された発信コイル９３が、その中心９３ａから垂直に延びる中心軸９３ｂが穿孔刃９４の回転軸９４ａと同軸になるように搭載される。

管内ロボット２０が移動し、発信コイル９３と受信コイル９１の電磁結合が最大になると、管内ロボット２０が停止する。この停止位置において、モータ２５を駆動して発信コイル９３と穿孔刃９４を、本管周方向に回動させ、発信コイル９３と受信コイル９１の電磁結合が最大になる周方向位置に移動させる。

このように、発信コイル９３と穿孔刃９４は、本管管長方向においても、また本管周方向においても、発信コイル９３と受信コイル９１の電磁結合が最大になり両コイルの中心軸が一致する位置に移動されるので、穿孔刃９４の回転軸９４ａを枝管開口部中心１２ｂないしその中心軸１２ｃに位置決めすることができる。穿孔刃９４の径は、鍔部９０ａの内部リング径より小さくなっており、この位置で、図１６ｂに示したように、穿孔刃９４を上昇させ、回転させると、枝管開口部を塞いでいる本管ライニング材１３を、枝管ライニング材９０を損傷させることなく、穿孔することができる。

なお、枝管ライニング材９０には、穿孔刃が枝管ライニング材に当たってそれを損傷しないように、中空の鋼材からなる円筒部材（Ｓカラーとも呼ばれている）９２が鍔部９０ａに鍔部９０ａと同軸に取り付けられている。この中空円筒部材９２には、その円筒内に変動磁束が発生すると、誘導電流が流れるので、中空円筒部材９２を受信コイル９１と同様に機能させることができる。

なお、上述した実施例１、２では、発信コイルを、本管管長方向に移動して発信コイルと受信コイルの電磁結合が最大になる位置（図９ａのｘ１）を求め、あるいは、その位置でさらに、本管円周方向に回動させて電磁結合が最大になる位置（図９ｂのθ１）を求めている。これは、受信コイルのコイル中心（ｘ１、０）を通過する本管の母線をＸ軸、Ｘ軸に直交する本管周方向をθ軸とする円柱座標において、発信コイルのコイル中心をＸ方向位置ｘ１において、θ方向に±θ１して（ｘ１、０）の位置に移動させることに相当しており、両コイルの中心ないし中心軸が一致することになる。

発信コイルは、このようにＸ方向に移動させて両コイルの電磁結合が最大になる位置を求めてからθ方向に移動させる例だけでなく、例えば、発信コイルをθ方向に所定の角度左右に回動させながらＸ方向に前進させ、発信コイルと受信コイルの電磁結合に変化が現れた場合、つまり、両コイルに重なりが生じた場合、発信コイルをまずＸ方向に移動して電磁結合が最大になる位置を求め、続いてθ方向に移動させて電磁結合が最大になる位置を求めるか、あるいは逆に、最初にθ方向に移動して電磁結合が最大になる位置を求め、続いてＸ方向に移動させて電磁結合が最大になる位置を求めるようにしてもよい。

このように、発信コイルは、そのコイル中心軸が受信コイルの中心軸に一致するまで本管管長方向並びに本管周方向に穿孔刃とともに移動され、両コイルの中心軸が一致する位置で本管ライニング材が穿孔される。両コイル中心軸が一致する位置では、穿孔刃の回転軸が枝管開口部の中心ないし中心軸に一致しているので、枝管開口部を閉塞している本管ライニング材を枝管開口部に合わせて正確に切削することができる。

なお、穿孔刃３１、９４は、中心に棒状のドリルのない円柱状のホルソーとして構成されているが、中心にドリルを設けるようにしてもよく、また、先端にいくほど径が小さくなる傘型カッターとして構成してもよい。

また、穿孔刃３１、９４の径を、枝管内径あるいは枝管ライニング材の内径より余裕をもって小さくし、例えば、当該内径の１／２以下程度の径にして、仮穴を穿孔するだけにし、仮穴穿孔工程の後に、なお枝管開口部を閉塞している本管ライニング材の残存部を正確に除去する工程を設けるようにしてもよい。

また、上述した実施例１、２では、発信コイルと受信コイルの電磁結合が最大になる位置を検出し、モータ２１、２５をその位置に自動制御して穿孔を行っている。このような自動制御に代えて、発信コイルの移動につれて変化する振幅／位相検出回路５２の出力値、例えば、図９ａ、図９ｂに示したような電圧振幅値を作業トラック内に設置したモニタで監視し、その値がそれぞれ最小値Ａ１、Ｂ１になったとき、つまり電磁結合が最大になったときに、モータ２１、２５を手動でオフにして、穿孔刃の回転軸を枝管開口部中心ないしその中心軸に位置決めして穿孔を行うようにしてもよい。このような場合には、モータ２１、２５を手動で制御することになるが、電圧振幅値などをモニタで監視して行うことができるので、簡便に、しかも正確に穿孔刃の位置決めを行うことが可能になる。

また、上述した実施例１、２において、管内ロボット２０が穿孔位置近傍に近づいたとき、管内ロボット２０の移動をロックし、別の駆動系で穿孔刃並びに発信コイルを移動させることができる。この実施例が図１７ａ、図１７ｂに図示されている。

図１７ａは実施例１の変形を示す図であり、管内ロボット２０には、シリンダー１００が搭載され、そのシリンダーヘッド１００ａには、モータ２５が固定される。シリンダー１００は、モータ２５、並びにシリンダー２８、２９を支持する支持板２７が連動して本管管長方向に移動できるように、管内ロボット２０に取り付けられる。管内ロボット２０は、発信コイル４０が受信コイル３３の近傍に移動し両コイルに電磁結合が発生して図９ａに示した振幅値が所定値減少したとき、その移動を停止する。この状態で突っ張り部材１６が上昇して、管内ロボット２０は本管内に固定される。その後の穿孔刃３１並びに発信コイル４０の管長方向の移動は、モータ２１による管内ロボット２０の移動ではなく、シリンダー１００の駆動により行われる。

このように構成すると、両コイルに電磁結合が発生し始めるまでは、管内ロボット２０を高速に移動させ、電磁結合が発生し始めると、穿孔刃３１並びに発信コイル４０の本管管長方向の移動をシリンダー１００により、また本管周方向の移動をモータ２５により低速に行って目標とする穿孔位置を細かく探し出すことができる、という効果が得られる。

図１７ｂは実施例２の変形を示す図であり、図１７ａに示したのと同様に、シリンダー１００により、モータ２５、並びにシリンダー２８、２９を支持する支持板２７が連動して本管管長方向に移動される。発信コイル８０と受信コイル７０間に電磁結合が発生し始めると、穿孔刃３１と発信コイル８０の本管管長方向の移動をシリンダー１００により、また本管周方向の移動をモータ２５により行って、穿孔刃のセンタリングが行われる。

実施例１、２では、穿孔中心を示すマーカーとして受信コイル３３、７０、９１を用いたが、小型の磁石をマーカーとして用いることができる。この実施例３が、図１８ａ、１８ｂ、１９ａ、１９ｂに図示されている。

実施例３で使用される磁石１１０は、例えばサマリウムコバルトあるいはネオジウムからなる直径が１０φから２０φで厚さが１ｍｍ〜５ｍｍ程度の磁石であり、図１８ａ、図１９ａに図示されたように、基板１１１に磁石１１０を接着剤で固定し、基板１１１を磁石１１０が鉛直線１１２上に位置するように、枝管開口部１２ａの中心１２ｂより所定距離Ｓ離間した位置で本管１１の内周面に接着剤あるいは接着テープで取り付けられる。この取り付けは、図３ａ、図３ｂに示した受信コイル３３の取り付けと同様に行われる。なお、磁石１１０は、基板１１１を介さず直接本管１１の内周面に取り付けるようにしてもよい。

また、磁石１１０を本管内周面に取り付けるのではなく、図１８ｂに示したように、枝管開口部１２ａに嵌着されるキャップ１１３の中心部に接着剤あるいは接着テープを用いて取り付けるようにしてもよい。キャップ１１３は、図１０ａ、図１０ｂに示したキャップ６０と同様な形状で開口部６０ｄのない形状であり、キャップ１１３を枝管開口部１２ａに嵌合挿入すると、磁石１１０は枝管開口部１２ａの中心１２ｂを通る中心軸１２ｃ上に位置する。キャップ１１３の枝管開口部への取り付けは、図１１ａ、図１１ｂに示した受信コイル７０の取り付けと同様に行われる。

このようにして取り付けられた磁石１１０の位置を検出するセンサーとしては、ホール素子からなる磁気センサー１２０が用いられる。磁石１１０が、図１８ａに示したように、本管１１の内周面に取り付けられる場合には、図１９ａに示したように、磁気センサー１２０がシリンダー２９の中心軸上に位置するように、磁気センサー１２０の回路基板１２１をシリンダー２９のヘッド２９ｂ上に取り付ける。

本管１１がライニングされると、磁石１１０は本管ライニング材１３内に埋め込まれる。管内ロボット２０は、ライニングされた本管内を管長方向に移動し、磁気センサー１２０が磁石１１０が取り付けられた鉛直線１１２の位置までくると、磁気センサー１２０は最大の磁束密度を検出するので、この位置で管内ロボット２０を停止させる。管内ロボット２０が停止した状態が図１９ａに図示されている。この状態では、穿孔刃３１の回転軸３１ａは、枝管開口部中心１２ｂ並びにそれを通過する枝管開口部の中心軸１２ｃと同軸になる。そこで、シリンダー２８を上昇させ、モータ３０を駆動することにより穿孔刃３１を回転させて本管ライニング材１３を穿孔する。本管ライニング材１３は、枝管の内径の円に対応した円形に穿孔され、本管１１と枝管１２が連通するようになる。

磁石１１０が、図１８ｂに示したように、キャップ１１３の中心に取り付けられる場合は、磁気センサー１２０並びにその回路基板１２１は、図１９ｂに示したように、シリンダー２９に回動可能に取り付けた支持板７１上に、磁気センサー１２０が穿孔刃３１の回転軸３１ａと一致するように、取り付けられる。

管内ロボット２０は、ライニングされた本管内を管長方向に移動し、磁気センサー１２０が枝管開口部１２ａの中心軸１２ｃの位置までくると、磁気センサー１２０は最大の磁束密度を検出するので、この位置で管内ロボット２０を停止させる。管内ロボット２０が停止した状態が図１９ｂに図示されている。この状態では、穿孔刃３１の回転軸３１ａは、枝管開口部中心１２ｂ並びにそれを通過する枝管開口部の中心軸１２ｃと同軸になる。そこで、支持板７１を回動させてシリンダー２８を上昇させ、モータ３０を駆動する。それにより穿孔刃３１が回転して、本管ライニング材１３は、枝管の内径の円に対応した円形に穿孔され、本管１１と枝管１２が連通するようになる。

マーカーを磁石とした場合でも、受信コイルをマーカーとした場合と同様に、穿孔刃３１の回転軸３１ａ並びに磁気センサー１２０が本管周方向に垂直からずれている可能性があるので、穿孔刃３１と磁気センサー１２０を、本管周方向に連動して移動させそのずれに応じて位置決めする必要がある。

穿孔刃３１と磁気センサー１２０の本管管長方向並びに本管周方向への移動方法及びその順序は、実施例１、２で述べた穿孔刃と発信コイルの連動移動と同様である。従って、マーカーを磁石とした場合でも、磁気センサー１２０は、本管管長方向においても、また本管周方向においても、最大の磁束密度が検出される位置に移動されるので、穿孔刃３１の回転軸３１ａを枝管開口部中心１２ｂないしその中心軸１２ｃに位置決めして、本管ライニング材を枝管開口部に合わせて正確に切削することができる。

１０ マンホール
１１ 本管
１２ 枝管
１３ 本管ライニング材
１４ 作業トラック
１６ 突っ張り部材
２０ 管内ロボット
２１ モータ
２３ ＴＶカメラ
２４ 照明装置
２５ モータ
２６ マウント
２７ 支持板
２８、２９ シリンダー
２８ａ、２９ａ ヘッド
３０ モータ
３１ 穿孔刃
３２ 基板
３３ 受信コイル（第２コイル）
４０ 発信コイル（第１コイル）
４１ 基板
５０ 制御回路
５２ 振幅／位相検出回路
５３ 交流電源
６０ キャップ
７０ 受信コイル
７１ 支持板
７２ モータ
８０ 発信コイル
９０ 枝管ライニング材
９１ 受信コイル
９２ 中空円筒部材
９３ 発信コイル
９４ 穿孔刃
１００ シリンダー
１１０ 磁石
１２０ 磁気センサー

Claims (5)

1. 枝管開口部を閉塞している本管ライニング材を本管側から穿孔する穿孔装置であって、
   本管内を移動する管内ロボットと、
   前記管内ロボットに搭載され、本管ライニング材を穿孔する回転可能な穿孔刃と、
   前記管内ロボットに搭載され、前記枝管開口部の中心又は該中心より所定距離離間した位置に設置されたマーカーの位置を検出するセンサーと、
   前記穿孔刃とセンサーを、本管管長方向並びに本管周方向に連動して移動させる移動手段と、を備え、
   前記センサーは前記穿孔刃の回転中心又は該回転中心より前記所定距離離間した位置に取り付けられており、
   前記マーカーがマーカーコイルであり、前記センサーが変動磁束を発生させるセンサーコイルで、マーカーコイルとセンサーコイルの電磁結合が最大になるセンサーコイルの中心がマーカー位置として検出され、
   前記穿孔刃とセンサーコイルを、マーカー位置が検出されるまで本管管長方向並びに本管周方向に連動して移動させ、該検出されたマーカー位置で本管ライニング材を穿孔することを特徴とする穿孔装置。
2. 前記本管周方向の移動は、本管管軸を中心とする回動であることを特徴とする請求項１に記載の穿孔装置。
3. 枝管開口部を閉塞している本管ライニング材を本管側から穿孔する穿孔方法であって、
   本管をライニングする前に、枝管開口部の中心又は該中心より所定距離離間した位置にマーカーを設置する工程と、
   本管をライニングした後、マーカー位置を検出するセンサーと本管ライニング材を穿孔する回転可能な穿孔刃を本管内で連動して移動させる工程と、を備え、
   前記センサーを穿孔刃の回転中心又は該回転中心より前記所定距離離間した位置に取り付け、
   前記マーカーがマーカーコイルであり、前記センサーが変動磁束を発生させるセンサーコイルで、マーカーコイルとセンサーコイルの電磁結合が最大になるセンサーコイルの中心がマーカー位置として検出され、
   前記センサーコイルがマーカー位置を検出するまで、前記センサーコイルと穿孔刃を本管管長方向並びに本管周方向に移動させて、該検出されたマーカー位置で本管ライニング材を穿孔することを特徴とする穿孔方法。
4. 前記本管周方向の移動は、本管管軸を中心とする回動であることを特徴とする請求項３に記載の穿孔方法。
5. センサーコイルを回動させ、マーカー位置が検出されない場合は、マーカー位置が検出されるまでセンサーコイルを本管管長方向に所定量前進させてセンサーコイルを回動させることを特徴とする請求項４に記載の穿孔方法。

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