JP7137938B2 - 管内面研磨装置 - Google Patents

Description

この発明は、水道管やその他各種の管設備に用いられる管体、特に、ダクタイル鋳鉄管等の金属管の内面を研磨する管内面研磨装置に関するものである。

各種の管設備に用いられる管体は、その製造後に管内面を研磨する場合がある。例えば、水道管等に使用されるダクタイル鋳鉄管は、主として遠心鋳造によって製造され、その製造後に、管内面に腐食防止等の目的で粉体樹脂塗装を行う場合が多い。その粉体樹脂塗装を施す鋳鉄管の内表面を予め平滑に整えるために、管内面研磨装置が用いられる。

管内面研磨装置として、例えば、特許文献１に記載のものがある。特許文献１の管内面研磨装置は、管体の管軸方向に沿って往復動自在に配置された台車上に、さや管の後端部を支持して、反対側の先端部を片持ち梁状に突出させている。さや管内の後端部にブッシュを介して回転シャフト（フレキシブルシャフト）を挿入し、先端部には、軸受を介して研磨具を備えた研磨軸を回転自在に取付け、研磨軸の後端を回転シャフトの先端に連結している。また、回転シャフトの後端には、モータ等の駆動装置の駆動軸が連結されている。

フレームに支持された支持ローラ上で管体を管軸周りに回転させながら、管内面研磨装置の研磨具を管体内に差し入れる。駆動装置の駆動力によって、駆動軸、回転シャフト、研磨軸を介して研磨具を回転させて、適宜、台車を管軸方向に沿って進退させることにより、研磨具で管体の内面全域を研磨していく。

この種の管内面研磨装置では、さや管が台車に対して片持ち梁状に支持されていることから、さや管の軸心に対する研磨軸や回転シャフトの軸心のズレ等に起因して、研磨中に研磨具が上下に振動を繰り返すこととなる。研磨具が回転しながら上下に振れると騒音や振動の原因となるほか、回転シャフトやそれを支持する周辺部材に対して応力が繰り返し加わることとなる。このため、長期に亘って継続して使用していると、回転シャフトやそれを支持する周辺部材に疲労や損傷の問題が生じやすい。

そこで、従来の管内面研磨装置では、回転シャフトに対してコイルバネの付勢力を軸方向へ付与して部材の剛性を高め、回転シャフトの揺れや撓みを防止している。また、特に、特許文献１では、研磨軸と回転シャフトとを軸方向へ相対移動自在に連結して、回転シャフトに生じる曲げ応力や軸力を抑制している。

特許第３９４８９５３号公報

従来の管内面研磨装置では、研磨中の回転シャフトに生じ得る応力を、ある程度抑制することができる。しかし、研磨具の回転速度や研磨対象である管体の仕様、あるいは、使用頻度や使用環境等によってはより過酷な使用条件となる場合もあり、回転シャフトに対して作用する応力をさらに抑制することが望まれる。また、回転シャフトだけでなく、それを支持する周辺部材に対しても、繰り返し応力の作用による部材の疲労や損傷をできる限り抑制することが望まれる。

そこで、この発明の課題は、台車に対して片持ち梁状に支持されたさや管内に、研磨具を支える回転シャフトを軸周り回転自在に収容した管内面研磨装置において、研磨中に研磨具が上下に振動を繰り返すことによる部材の疲労や損傷を抑制することである。

上記の課題を解決するために、この発明は、管軸周りに回転する管体の内面に宛がわれる研磨具と、前記研磨具を先端部に備える回転シャフトと、前記回転シャフトを軸周り回転自在に支持する内筒と前記内筒の外側に配置される外筒とを備えるさや管と、前記さや管の後端部を支持し前記管体の管軸方向に沿って進退自在の台車と、前記回転シャフトを軸周り回転させる駆動装置と、前記内筒と前記外筒との間の環状空間に配置されゴム又は樹脂からなる緩衝部材とを備える管内面研磨装置を採用した。

ここで、前記内筒と前記外筒との間の前記環状空間は、その先端側がボス部材によって閉塞し、その後端側がホルダによって閉塞しており、前記緩衝部材は、前記ボス部材と前記ホルダとの間の全長に亘って連続的に配置されている構成を採用することができる。

また、これらの各態様において、前記緩衝部材は、前記環状空間の全周に亘って連続的に配置されている構成を採用することができる。

この発明は、研磨具を先端部に備える回転シャフトを、内筒と外筒とを備える二重筒構造のさや管によって支持し、その内筒と外筒との間の環状空間にゴム又は樹脂からなる緩衝部材を配置したので、研磨中に研磨具が上下に振動を繰り返すことによる部材の疲労や損傷を抑制することができる。

この発明の実施形態を示す縦断面図 （ａ）は図１の先端側の拡大縦断面図、（ｂ）は図１の後端側の拡大縦断面図 図２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図 図２のＩＶ－ＩＶ断面図 管内面研磨装置の全体図

この発明の実施形態を、図１～図５に基づいて説明する。この実施形態の管内面研磨装置１は、水道管用のダクタイル鋳鉄管Ｐの内面を研磨の対象とするものである。以下、その研磨の対象であるダクタイル鋳鉄管Ｐを、管体Ｐと称する。図１～図４は、管内面研磨装置１の研磨具３５を備えたシャフト部１０を示しており、図５は、そのシャフト部１０を用いた管内面研磨装置１によって、管体Ｐの内面の研磨を行う際の状態を示している。

研磨の対象となる管体Ｐは、床面Ｇ上に配置されたフレームＦに支持された支持ローラＲ上で保持され、支持ローラＲが駆動力によって回転することによって、管軸周りに回転するようになっている。管内面研磨装置１は、この管軸周りに回転する管体Ｐに対して、管軸方向に沿って対向して配置される。

管内面研磨装置１の構成は、管体Ｐの管軸方向に沿って進退自在に配置された台車２上にシャフト部１０の後端部を支持して、その反対側であるシャフト部１０の先端部を片持ち梁状に突出させている。台車２は、車輪２ａ上に台枠２ｂが固定されており、その台枠２ｂの上面に設けた支持部４でシャフト部１０を固定している。また、台車２上には、モータ等の駆動装置３も設けられている。

シャフト部１０は、管体Ｐの内面に宛がわれる研磨具３５と、その研磨具３５を先端部に備える回転シャフト３０と、回転シャフト３０を軸周り回転自在に支持する内筒５１とその内筒５１の外側に配置される外筒５２とを備えるさや管５０とを備えている。

この実施形態の回転シャフト３０は、フレキシブルシャフトからなる。フレキシブルシャフトは、鋼線又はピアノ線などのワイヤから成り、その一本のワイヤ上に数本のワイヤを交互に積層式に巻回したシャフト本体３１を備えたものであり、ある程度の剛性を有しつつ屈曲可能である。

さや管５０内の後端部に回転シャフト３０が挿入され、回転シャフト３０は、さや管５０に対してブッシュ４０を介して軸周り回転自在に支持されている。ブッシュ４０は金属製であり、さや管５０の内面に固定されている。また、ブッシュ４０の内面と回転シャフト３０の外面とは摺接してメタル軸受を構成している。

また、回転シャフト３０の後端は、駆動装置３に連結されている。図１及び図２（ｂ）に示すように、回転シャフト３０の後端にオススプライン３６が連結部材３７を介して溶接で接続されており、このオススプライン３６が、駆動装置３の駆動軸（図示せず）側に設けたメススプラインに進退自在に嵌入している。このスプライン結合により、駆動装置３の駆動軸に対して回転シャフト３０は軸方向へ相対移動可能な状態となり、また、駆動装置３の駆動力によって駆動軸が回転すると、その回転が回転シャフト３０に伝達される状態となっている。

さや管５０内の先端部には、研磨具３５を備えた研磨軸３２が回転自在に取付けられている。図１及び図２（ａ）に示すように、研磨軸３２は、さや管３０に軸受４５，４６を介して回転自在に支持され、その研磨軸３２の先端に研磨具３５が取り付けられている。研磨具３５は、研磨軸３２にナット３３，３４で締め付け固定されている。

研磨具３５は、側面が円筒面である円筒状部材、あるいは、側面が円弧状に膨らむ樽形の部材で構成され、その側面全周に、砥石等の研磨機能を有する素材が取り付けられている。研磨機能を有する素材は、研磨の対象である管体Ｐの種別や仕様に応じて適宜決定される。

回転シャフト３０の先端には雄ねじ部が形成され、研磨軸３２の軸本体３２ａの後端に設けた雌ねじ部３２ｂにねじ結合して、回転シャフト３０と研磨軸３２とは一体に軸周り回転する。なお、この回転シャフト３０と研磨軸３２とを、スプライン結合等により、軸方向へ移動自在に連結してもよい。

回転シャフト３０とさや管５０の間には、軸方向に沿ってコイルばね４１が配置されている。コイルバネ４１は、軸方向に隣り合うブッシュ４０間にそれぞれ配置され、このブッシュ４０及びコイルばね４１によって、回転シャフト３０のさや管５０への接触が防止されるとともに、コイルばね４１の付勢力によってブッシュ４０を軸方向へ位置決めしている。また、最も先端側のブッシュ４０は、固定スリーブ４２によって軸方向へ位置決めされ、最も後端側のブッシュ４０は、さや管５０の後端に取り付けた分割フランジ５３によって位置決めされている。

さや管５０は、同軸状に配置された断面円形の内筒５１と、同じく断面円形の外筒５２との間の環状空間に、ゴム又は樹脂からなる緩衝部材６０を備える。

内筒５１と外筒５２との間の環状空間は、その先端側が筒状のボス部材４３によって閉塞し、また、その後端側が筒状のホルダ４８によって閉塞している。このため、ボス部材４３の後端とホルダ４８の先端との間は、連続した環状空間となっている。緩衝部材６０は、このボス部材４３の後端とホルダ４８の先端との間の軸方向全長に亘って連続的に配置され、また、その環状空間の全周に亘って連続的に配置されている。

また、さや管５０は、例えば、緩衝部材６０が内筒５１の外周にライニングされた後、その緩衝部材６０の外周に外筒５２が圧入により嵌合されて構成される。内筒５１の外周への緩衝部材６０のライニングは、筒状の緩衝部材６０を内筒５１の外周に嵌合したり、あるいは、型枠内に内筒５１を載置して、その型枠の内面と内筒５１の外面との間に、未硬化の素材を流し込んで硬化させた後、型枠を除去する手法を採用してもよい。さらに、例えば、緩衝部材６０の外周に外筒５２を圧入することに代えて、内筒５１と外筒５２との間の環状空間に、未硬化の素材を流し込んで硬化させる手法を採用してもよい。緩衝部材６０は、内筒５１の外周と外筒５２の内周のそれぞれに、隙間無く密着していることが望ましい。

さや管５０の先端部側においては、図２（ａ）に示すように、ボス部材４３の後端は、内筒５１の先端の外面と外筒５２の先端の内面との間に圧入により嵌合している。また、ボス部材４３の先端の外周には、スピンドルケース４４が嵌合固定されている。このスピンドルケース４４の内周に、研磨軸３２を支持する軸受４５，４６が圧入により固定されている。また、軸受４５と軸受４６との間には位置決めスリーブ３９が配置されて、軸受４５と軸受４６との間隔が保持されている。スピンドルケース４４の先端は、フロントカバー４７によって閉じられている。

軸受４５と軸受４６の軸受の形式は、それぞれ種々のものを採用でき、メタル軸受等のすべり軸受や、転がり軸受を採用してもよい。

なお、固定スリーブ４２は筒状の部材で構成され、その後端部が内筒５１の内周に圧入により嵌合され、その先端部はボス部材４３の内周に圧入により嵌合している。また、固定スリーブ４２の軸方向中ほどに設けた外径側への突条が、ボス部材４３の後端と内筒５１の先端との間に挟まれて固定されている。

さや管５０の後端部側においては、図２（ｂ）に示すように、ホルダ４８の先端の内周に、外筒５２の後端が圧入により嵌合している。また、ホルダ４８の後端の内周には、内筒５１が圧入により嵌合している。ホルダ４８の後端は分割フランジ５３によって閉じられている。分割フランジ５３は、周方向に沿って複数の部材に分割されたものが、ボルト・ナット等の結合手段によって一体化されて環状部材を構成している。

また、ホルダ４８の外周には、補強リブ５４が溶接により固定されている。補強リブ５４は、ホルダ４８の外周の接線方向に交差する面方向を有する板状部材で構成され、ホルダ４８の外周への固定部分からさや管５０の先端部側へ伸びて、外筒５２の外周に至って設けられている。また、補強リブ５４は、外筒５２の周方向に沿って等間隔に放射状に設けられている。その設置数は、図３に示すように６箇所であってもよいし、必要に応じて箇所数を増減してもよい。また、補強リブ５４は、ホルダ４８だけでなく、外筒５２に対しても溶接固定してもよい。

管体Ｐの内面を研磨する際には、さや管５０の後端部を支持した台車２を管軸方向に沿って走行させ、そのさや管５０の先端側に位置する研磨具３５を、管軸周りに回転している管体Ｐ内に差し入れる。このとき、駆動装置３の駆動力によって、回転シャフト３０、研磨軸３２を介して、研磨具３５が軸周りに回転する。研磨具３５が管体Ｐの内面を研磨しつつ、適宜、台車２を管軸方向に沿って進退（往復動）させることにより、研磨具３５で管体Ｐの内面を研磨していく。このように、研磨具３５を軸周り回転させながら、台車２を管軸方向に沿って移動させて、その研磨具３５を管体Ｐの内面に押し付けることで、管体Ｐの内面を全域に亘って研磨することが可能である。

なお、管体Ｐの受口内面等の複雑形状を有する部分は、必要に応じて、この管内面研磨装置１以外の他の小型の研磨装置を用いて研磨を行ったり、あるいは、手作業で研磨を行うこともできる。

このような研磨作業の際に、研磨具３５は、それを支持する研磨軸３２の軸方向が、管体Ｐの管軸方向に対して平行になっていることが望ましい。しかし、実際には、管体Ｐの内面組成の不均一や、研磨具３５等の自重、あるいは、研磨具３５が管体Ｐの内面から受ける反力の変動等により、研磨具３５の軸心が傾いて、研磨軸３２の軸方向が管体Ｐの管軸方向に対して平行でない状態が繰り返し断続的に生じることがある。また、この軸心の傾きに加え、研磨軸３２や回転シャフト３０等の軸心のずれ等に起因して、高速で回転する研磨軸３２や回転シャフト３０等に曲げ応力や軸力が断続的に作用し、時にはこれらの部材に衝撃力が加わることもある。

しかし、この発明では、研磨軸３２や回転シャフト３０等を外径側で支持するさや管５０を、内筒５１と外筒５２とを備える二重筒構造とし、さらに、その内筒５１と外筒５２との間の環状空間にゴム又は樹脂からなる緩衝部材６０を配置したので、それらの研磨軸３２や回転シャフト３０等に作用する応力や衝撃力の発生を抑制することができる。二重筒構造のさや管５０が、研磨軸３２や回転シャフト３０等をしっかりと保持し、また、その二重筒構造の内筒５１と外筒５２との間に緩衝部材６０が介在するので、研磨軸３２や回転シャフト３０等に生じる振動を外径側から拘束して緩和することができる。

なお、この実施形態では、緩衝部材６０の素材として硬質のゴムを採用しているが、これに代えて、硬質の樹脂を採用してもよい。あるいは、さや管５０に所定の剛性が確保されるならば、緩衝部材６０の素材として軟質のゴムや軟質の樹脂を採用することも可能である。

仮に、内筒５１と外筒５２との間に緩衝部材６０が介在せず、両者の間に空隙のみが介在しているとすると、内筒５１と外筒５２とを備えたさや管５０全体の剛性が低くなる。また、さや管５０の剛性を向上させるために、例えば、内筒５１と外筒５２との間に、金属からなる間隔保持材を溶接により固定する手法も考えられるが、内筒５１と外筒５２とを間隔保持材を介して溶接で接続すると、その溶接部から疲労亀裂が発生する可能性がある。しかし、この発明のように、内筒５１と外筒５２との間に緩衝部材６０を介在させると、間隔保持材と内筒５１との溶接箇所、間隔保持材と外筒５２との溶接箇所には、疲労亀裂は生じにくい。

このため、上記の実施形態では、緩衝部材６０を、内筒５１と外筒５２との間の環状空間の全域、すなわち、ボス部材４３の後端とホルダ４８の先端との間の全長に亘って連続的に配置し、また、環状空間の全周に亘って連続的に配置したが、必要に応じて、内筒５１と外筒５２との間のいずれかの箇所に、金属からなる間隔保持材を介在させてもよい。このとき、間隔保持材は、内筒５１と外筒５２のそれぞれに対して溶接で固定してもよい。

１ 管内面研磨装置
２ 台車
３ 駆動装置
４ 支持部
１０ シャフト部
３０ 回転シャフト
３１ シャフト本体
３２ 研磨軸
３５ 研磨具
４０ ブッシュ
４１ コイルばね
４３ ボス部材
４８ ホルダ
５０ さや管
５１ 内筒
５２ 外筒
６０ 緩衝部材
Ｆ フレーム
Ｇ 床面
Ｐ 管体
Ｒ 支持ローラ

Claims (3)

1. 管軸周りに回転する管体（Ｐ）の内面に宛がわれる研磨具（３５）と、
   前記研磨具（３５）を先端部に備える回転シャフト（３０）と、
   前記回転シャフト（３０）を軸周り回転自在に支持する内筒（５１）と前記内筒（５１）の外側に配置される外筒（５２）とを備えるさや管（５０）と、
   前記さや管（５０）の後端部を支持し前記管体（Ｐ）の管軸方向に沿って進退自在の台車（２）と、
   前記回転シャフト（３０）を軸周り回転させる駆動装置（３）と、
   前記内筒（５１）と前記外筒（５２）との間の環状空間に配置されゴム又は樹脂からなるとともに前記回転シャフト（３０）に生じる振動を緩和する緩衝部材（６０）と、
   を備える管内面研磨装置。
2. 前記内筒（５１）と前記外筒（５２）との間の前記環状空間は、その先端側がボス部材（４３）によって閉塞し、その後端側がホルダ（４８）によって閉塞しており、
   前記緩衝部材（６０）は、前記ボス部材（４３）と前記ホルダ（４８）との間の全長に亘って連続的に配置されている
   請求項１に記載の管内面研磨装置。
3. 前記緩衝部材（６０）は、前記環状空間の全周に亘って連続的に配置されている
   請求項１又は２に記載の管内面研磨装置。

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