JPH07178609A - 小口径管拡径ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小口径管拡径ロボットの切削部のヘッドの振
れ回りを防止する。 【構成】 油圧により管路内を自走し、先頭に配置され
た切削部のカッタ３３を回転させながら小口径管の内面
を連続的に切削して拡径する小口径管拡径ロボットの、
カッタ３３の前端に取付られて回転可能に支持するホル
ダ４１と、ホルダの外周部に放射状に且つ半径方向に移
動可能に設けられ、スプリング４５のばね力により小口
径管の内面に圧接してホルダを支持する複数のストッパ
４３とを具備し、カッタの前端を小口径管側に回転可能
に支持するガイドを設けた構成とたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地中に埋設されている
小口径管の内面を切削しながら自走して拡径する小口径
管拡径ロボットに関し、特に、切削部の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】道路や歩道の下には上下水道、ガス管、
通信ケーブル、電力ケーブル等が数多く埋設されてお
り、更に、近年、多くの都市が街の景観を高めるために
前記通信ケーブルや電力ケーブル等を埋設して街路から
電柱をなすくような傾向になってきている。従って、埋
設する通信ケーブル、電力ケーブルの容量を大きくする
ことが必要となり、これらのケーブルを太くしたり、或
いは増設することが必要となってきている。

【０００３】ところで、既に埋設されている電力ケーブ
ルの埋設管は、その管径が１００〜２００φ程度の小口
径管が多く、電力容量を大きくすべく電力ケーブルの径
を太くし、或いはケーブルを増設するためには、既埋設
管の管径を１５０〜３００φ程度に拡径するか、又は当
該小口径管を大口径管に交換するか、或いは新たに別の
管路を敷設する必要がある。

【０００４】しかしながら、道路の下に埋設されている
埋設管を交換したり、或いは新たに埋設するためには大
掛かりな道路工事が必要となり、工事費が極めて高価に
なるばかりでなく、交通を規制したり、場合によっては
通行止めをしたりする必要があり昨今の交通事情からみ
て好ましくない。従って、既埋設管の管径を拡径するこ
とが工事費や、交通交通規制等の点からみて最も望まし
い。

【０００５】既埋設管の管径を拡径すると一口に言って
も容易ではない。即ち、埋設管は、コンクリート製であ
り、その長さは、１区間が数百メートルもあり、しか
も、道路のカーブや、上下の変化に伴い複雑に変化して
おり、半径が数メートルと小さい箇所もある。更に場所
によっては既埋設管が水没している可能性もある。ま
た、切削時に管路内に発生する切り屑（切粉）をどのよ
うに処理するか等の問題もある。従って、既に埋設され
ている１００〜２００φ程度の小口径管の管径の内面を
連続的に切削して１５０〜３００φ程度に拡径すること
は困難である。

【０００６】そこで、本出願人は、従前に、既に埋設さ
れている小口径管（１００〜１２０φ程度）内を自走し
てその内面を連続的に切削し、且つ半径の小さい（数メ
ートル程度）箇所でも容易に追従して長距離に亘りに拡
径（１５０〜１６０φ程度）することが可能な小口径管
拡径ロボット（特願平３−１８４６５７号）を提案して
いる。

【０００７】この小口径管拡径ロボットは、内筒の先端
にジョイントを介して回転可能且つ首振り可能に取り付
けられ且つ先端に管路の内面を切削して拡径するカッタ
が設けられたヘッドと、前記内筒に外嵌されて当該内筒
を進退可能に支持するシリンダ機構と、前記内筒の外周
に拡径可能に配設され前記拡径された管路の内面に圧接
して当該内筒を支持する支持機構とを有する切削部と、
前記切削部に連結されて前記カッタを回転駆動する油圧
モータを有する切削駆動部と、前記切削駆動部に連結さ
れ前記切削部のシリンダ機構と支持機構とを制御する切
削制御部と、前記切削制御部に連結され内筒の前後両端
の外周に夫々拡径可能に配設されて前記拡径された管路
の内面に圧接して当該内筒を支持する支持機構と、前記
内筒に外嵌されて当該内筒を進退可能に支持し前記前後
の各支持機構と協働して前記拡径された管路内を推進す
るシリンダ機構とを有する推進部と、前記推進部に連結
され当該推進部の各支持機構とシリンダ機構とを制御す
る推進制御部とを備えた構成としたものである。

【０００８】そして、小口径管拡径ロボットは、切削制
御部により切削部の支持機構を管路内面に圧接させて突
っ張り、且つシリンダ機構を駆動して内筒を押し出して
切削部のカッタを拡径すべき管路の内面に押圧させ、切
削駆動部により切削部のカッタを回転させて内面を切削
拡径する。推進部は、前後の支持機構とシリンダ機構と
を駆動して前記切削部、切削駆動部、切削制御部を押
し、推進制御部を引っ張りながら前記管路内を自走し
て、長距離に亘り管路の内面を連続的に切削して拡径す
るものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記従前の小口径管拡
径ロボットは、既に埋設されている小口径管の内面を連
続的に切削して長距離に亘り拡径することが可能であ
り、極めて有効な装置であることが実証された。しかし
ながら、ヘッドが、カッタにより切削して拡径された管
路内で大きく振れ回り拡径された内面に衝突し、当該内
面を破損する虞れがあるという問題がある。

【００１０】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、ヘッドが、拡径された管路内において振れ回ること
を抑えて内面に衝突することを防止するようにした小口
径管拡径ロボットを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明によれば、油圧により管路内を自走し、先頭に
配置された切削部のカッタを回転させながら小口径管の
内面を連続的に切削して拡径する小口径管拡径ロボット
の、前記切削部のカッタの前端に取付られて当該カッタ
を回転可能に支持するホルダと、前記ホルダの外周部に
放射状に且つ半径方向に移動可能に設けられ、スプリン
グのばね力により前記小口径管の内面に圧接して前記ホ
ルダを支持する複数のストッパとを具備し前記カッタの
前端を前記小口径管に支持するガイドを設けた構成とし
たものである。

【００１２】

【作用】切削部のカッタは、その先端がガイドにより回
転可能に支持されており、当該ガイドは、拡径すべき小
口径管側に嵌挿され、且つ各ストッパがばね力により突
出して当該小口径管の内面に圧接してカッタの前端を支
持する。これによりカッタは、その先端が小口径管側に
支持され、切削して拡径せる管路内において振れ回るこ
とが防止され、当該拡径した内面に損傷を与えることが
なくなる。

【００１３】

【実施例】以下本発明の一実施例を添付図面に基づいて
詳述する。図１は、小口径管拡径ロボットにより既埋設
管の管径を拡径するための概要を示し、道路１の下方に
は当該道路に沿って管路２が埋設されており、当該管路
２（以下「既埋設管」という）２は、例えば、内径が１
２０φ程度のコンクリート製の小口径管とされている。
小口径管拡径ロボット（以下単に「ロボット」という）
３は、既埋設管２の内面を連続的に切削してその内径を
例えば、１５０φに拡径する。

【００１４】道路１上には、ロボット３を制御するため
のシステム操作盤を搭載した車両４、油圧ユニットを搭
載した車両５、切削時に水を供給するための水タンクを
搭載した車両６、切削屑を含有する泥水を処理する濾過
装置７、濾過後の水を搬出するタンクローリ車８等が配
置されている。また、道路１の既埋設管２の始端２ａ、
終端２ｂ側には夫々縦穴１ａ、１ｂが設けられており、
更に当該道路１の下方には、既埋設管２の始端２ａ、終
端２ｂ側に夫々チャンバ１ｃ、１ｄが設けられ、チャン
バ１ｄには既埋設管２の終端２ｂに取付られたガイド２
ｃの開口端の下方に泥水回収槽９が配設され、当該泥水
回収槽９内にはポンプユニット１０が収納されている。

【００１５】そして、ロボット３は、車両４〜６と高圧
油ケーブル１１、コントロールケーブル１２、水ホース
１３等により接続されており、濾過装置７と泥水回収槽
９とはホース１４により接続されている。尚、図中にお
いて既埋設管２、ロボット３等は、分かり易くするため
に道路１、車両４〜６、８等に比べて誇張して大きく描
いてある。

【００１６】ロボット３は、図１及び図２に示すように
切削部１５、切削駆動部１６、カメラ部１７、切削制御
部１８、推進部１９及び推進制御部２０等により構成さ
れており、これらは互いにジョイント２１〜２５により
連結され、屈曲可能とされている。このロボット３は、
各部１５〜２０が短く構成されており、その全長が約2.
7 ｍ程度とされている。

【００１７】切削部１５は、図２及び図３に示すように
本体３０、ヘッド３１、これらの本体３０とヘッド３１
とを連結するユニバーサルジョイント３２とにより構成
されており、ヘッド３１にはカッタ３３、ガイド３４が
設けられている。カッタ３３は、図５に示すように中央
部３３ａが大径の円盤状をなし前後両側に軸３３ｂ、３
３ｃが一体に形成されており、中央部３３ａの後端面に
は環状溝３３ｄが設けられ、更に前端面から後端面に軸
方向に貫通する小孔３３ｅが周方向に等間隔で複数例え
ば、４個穿設されている。これらの小孔３３ｅの各一端
は、前端面に開口され、各後端は、環状溝３３ｄの底面
に開口されている。

【００１８】そして、カッタ３３の中央部３３ａは、拡
径すべき既埋設管２の内径１２０φよりも大径の例え
ば、１５０φに設定されており、その外周面及び前端面
には夫々ダイヤモンドビット３５（図３）が所定の間隔
で周方向に沿って多数強固に貼着固定されている。カッ
タ３３の後側の軸３３ｃ（図５）は、ベアリング３６、
３６’を介してホルダ３７に回転可能に軸支され、その
後端は後方に突出している。そして、カッタ３３の後端
面とホルダ３７の前端面とは僅かな間隙を存して対抗し
ている。ホルダ３７は、カッタ３３の中央部３３ａより
も僅かに小径の円盤状をなしており、中央部３３ａの環
状溝３３ｄと対抗可能に小孔３７ａが軸方向に貫設され
ている。そして、これらの中央部３３ａとホルダ３７と
の間には環状溝３３ｄの内側及び外側に夫々環状のシー
ル部材３８、３９が介在されており、環状溝３３ｄと小
孔３７ａとの接続部分を液密にシールしている。

【００１９】カッタ３３の前側の軸３３ｂ（図５）は、
基端及び先端が夫々ベアリング４０、４０’を介して円
筒形状のホルダ４１に回転可能に軸支されており、前端
にはストッパ４２が固定されてホルダ４１から逸脱不能
とされている。そして、カッタ３３の前端面とホルダ４
１の後端面とは僅かな間隙を存して対抗している。この
ホルダ４１の外周面には図４及び図５に示すように溝４
１ａが、周方向に等間隔で、軸方向に沿って細長く、且
つ半径方向外方に向かって放射状に複数例えば、４個設
けられており、溝４１ａの底面には前後に穴４１ｂ、４
１ｂ’が穿設され、更に前後両端面には当該溝４１ａの
前後両端に開口し半径方向に細長い長孔４１ｃ、４１
ｃ’が穿設されている。このホルダ４１は、既埋設管２
の内径よりも小径例えば、１００〜１１０φ程度に設定
されており、当該既埋設管２に容易に嵌挿可能とされて
いる。

【００２０】ストッパ４３は、ホルダ４１の溝４１ａに
半径方向に入出可能に嵌挿されており、当該溝４１ａの
底面の穴４１ｂ、４１ｂ’と対抗する下面の前後には夫
々穴４３ａ、４３ａ’が穿設されている。また、ストッ
パ４３の前後両端面には夫々ピン４４、４４’が植設さ
れており、これらのピン４４、４４’の各先端は、夫々
ホルダ４１の長孔４１ｃ、４１ｃ’に長手方向に沿って
摺動可能に嵌挿されている。これによりストッパ４３
は、ホルダ４１の溝４１ａに半径方向に移動可能、且つ
逸脱不能に収納される。

【００２１】ホルダ４１の溝４１ａ内にはストッパ４３
との間にスプリング４５、４５’が収納されており、ス
プリング４５、４５’の各一端は穴４１ｂ、４１ｂ’
に、各他端は穴４３ａ、４３ａ’に嵌合されている。こ
れらのスプリング４５、４５’は、ストッパ４３を半径
方向外方に押し出して図３に２点鎖線で示す既埋設管２
の内面に圧接させる。各ストッパ４３が最大位置まで押
し出された状態においてガイド３４の外径は、約１３０
φ程度となり、従って、ガイド３４は、既埋設管２内で
拡径して内面２ｄに圧接可能となる。このようにしてガ
イド３４は、４個のストッパ４３を小口径管２の内面に
ばね力で圧接させてカッタ３３の前端を回転可能に且つ
強固に支持する。

【００２２】カッタ３３の後側の軸３３ｃの後端は、ユ
ニバーサルジョイント３２（図３）を介して本体３０の
駆動軸５０に連結され、当該本体３０に対して３６０°
に亘り首振り可能とされている。本体３０の端板３０ａ
にはスプリングホルダ３０ｂが周方向に等間隔で例え
ば、４個植設されており、各スプリングホルダ３０ｂに
は夫々スプリング４６が外嵌されている。これらのスプ
リング４６は、各一端が端板３０ａに、各他端がホルダ
３７の対抗する後端面に夫々圧接されている。これによ
りホルダ３７は、本体３０に対して真っ直ぐな状態に、
且つ回転しない即ち、静止した状態に保持される。駆動
軸５０は、図２に示すように本体３０の中心を遊貫し
て、切削駆動部１６に収納されているアクチュエータ例
えば、油圧モータ（図示せず）の回転軸に連結されてい
る。これによりカッタ３３は、前端がホルダ３４により
小口径管２に、後端がホルダ３７を介して本体３０に回
転可能に支持される。

【００２３】本体３０とヘッド３１のホルダ３７（図
５）との間にはホース５１が介在されており、当該ホー
ス５１は、一端が口金５２を介してホルダ３７の孔３７
ａに液密に接続され、他端が本体３０の前部に螺着され
た口金５３に接続されている。この口金５３は、本体３
０内において当該本体３０内を通り後端がロボット３の
後方に導かれて推進制御部２０（図２）の後端から水ホ
ース１３（図１）に接続されるホース（図示せず）の前
端に接続されている。そして、ホース５１は、ヘッド３
１の首振りに対処し得るように余裕をもった長さに設定
されている。尚、ホース５１は、上述のように必ずしも
本体３０の内部を通す必要はなく、場合によっては当該
本体３０の外側を後方に導くようにしてもよい。

【００２４】本体３０（図２）には油圧シリンダ５５、
５６及び外周部に周方向に等間隔で例えば、４個放射状
に突出可能に設けられシリンダ５６により開閉駆動され
る突っ張り用の脚５７とが設けられている。シリンダ５
５、５６は、夫々本体３０に外嵌する外筒により構成さ
れ、本体３０に対して前後に摺動し、シリンダ５５が本
体３０を移動させ、シリンダ５６が脚５７を出し入れす
る。

【００２５】推進部１９（図２）は、油圧シリンダ６０
〜６２及びシリンダ６０、６２により駆動される突っ張
り用の脚６５、６６が設けられている。シリンダ６０〜
６２も前記シリンダ５５と同様に構成されている。ま
た、脚６５、６６は、切削部１５の本体３０の脚５７と
同様に、夫々外周部に周方向に等間隔で例えば、４個づ
つ放射状に突出可能に設けられている。

【００２６】そして、切削部１５のシリンダ５５、５
６、切削駆動部１６の油圧モータ、切削駆動部１６の油
圧モータを制御する切削制御部１８及び推進部１９の各
油路は、当該ロボット３の最後部に連結されている推進
制御部２０に接続され、当該推進制御部２０の油路は、
油圧ケーブル１１（図１）に接続される。以下に作用を
説明する。

【００２７】先ず、図１に示すように既埋設管２を、始
端２ａからロボット３の全長よりも僅かに長い距離例え
ば、３ｍ程度の長さに予め拡径すべき管径１５０φに拡
径しておく。これは例えば、既埋設管２の始端２ａから
前記長さ分だけ大径の管路に交換する等により行なう。
尚、既埋設管２は、元の管径の内面を２ｄ、拡径した内
面を２ｄ’で示してある。

【００２８】次に、ロボット３の切削部１５の各脚５７
及び推進部１９の前後の各脚６５、６６（図２）を引き
込ませた状態で既埋設管２内に挿入する。この状態にお
いて切削部１５は、ヘッド３１のカッタ３３が拡径され
た管路内にあり、ダイヤモンドビット３５（図３）の前
端面が既埋設管２の内面２ｄ’と２ｄとの段差面２ｅに
当接し、外周面が内面２ｄ’に当接している。また、カ
ッタ３３の前端を支持するガイド３４が小径の既埋設管
２内に挿入され、各ストッパ４３が、夫々スプリングの
ばね力で内面２ｄに圧接してカッタ３３の前端を支持し
ている。

【００２９】そして、道路上に配置された油圧ユニット
を搭載した車両５、水タンクを搭載した車両６からロボ
ット３に油圧及び高圧の水（冷却水）を供給する。車両
４のシステム操作盤は、所定のシーケンスに従って切削
制御部１８の電磁弁、サーボ弁、推進制御部２０のサー
ボ弁（何れも図示せず）等を制御してロボット３を制御
する。

【００３０】切削部１５は、油圧が供給されるとシリン
ダ５６が脚５７を突出させて既埋設管２の内面２ｄ’に
圧接させ、当該既埋設管２内に切削部１５を強固に支持
固定する。また、高圧の水がホース５１からホルダ３７
の小孔３７ａ、カッタ３３の中央部３３ａの各小孔３３
ｅを通してダイヤモンドビット３５の前面に供給され、
段差面２ｅとの間に噴射され、ダイヤモンドビット３５
が冷却されて既埋設管２の切削が可能となる。

【００３１】次に、切削駆動部１６の油圧モータが回転
してヘッド３１のカッタ３３を回転させる。そして、カ
ッタ３３は、回転に伴い既埋設管２の内面２ｄを連続的
に切削して拡径する。このときカッタ３３は、前端がガ
イド３４により既埋設管２に保持されているために拡径
した管路内で首振して暴れること、即ち、振れ回ること
が防止され、良好に回転する。また、カッタ３３は、各
小孔３３ｅから噴射される水により内面２ｄを良好に切
削することができると共に冷却される。切削に伴いシリ
ンダ５５が伸長され、カッタ３３を段差面２ｅに圧接さ
せる。これによりカッタ３３は、シリンダ５５のストロ
ーク分連続的に既埋設管２の内面２ｄを切削して拡径す
る。

【００３２】切削時に発生する切削屑（切粉）は、ヘッ
ド３１の各小孔３３ｅから噴射される水により主として
前方に押し流される。この切削屑を含む泥水は、既埋設
管２の前方の終端２ｂ（図１）から押し出されて泥水回
収槽９に流れ込み、ポンプユニット１０により濾過装置
７に汲み上げられ、切削屑が沈澱される。そして、切削
屑が沈澱除去された水は、タンクローリ車８に回収され
る。

【００３３】ヘッド３１は、先端がガイド３４により既
埋設管２に、後端がジョイント３２の連結箇所において
４本のスプリング４６のばね力により前方に向けて支持
されており、従って、既埋設管２がカーブしている場合
には当該カーブに沿ってスプリング４６のばね力に抗し
て首振り可能とされる。これにより、カッタ３３は、既
埋設管２がカーブしている箇所でも、当該カーブに沿っ
て内面を切削することができる。

【００３４】カメラ部１７は、管路２の拡径された内面
２ｄ’を連続的に撮影して車両４に搭載されているモニ
タに映像信号を送信する。尚、切削した内面２ｄ’は、
必ずしも監視する必要はなく、従って、かかる場合には
カメラ部１７を連結する必要はない。そして、ロボット
３にカメラ部１７を連結しない場合には、当該ロボット
３は、カメラ部１７の重量分だけ推進部１９の負担が軽
減される。

【００３５】切削部１５は、シリンダ５５が所定のスト
ロークだけ伸長すると、切削駆動部１６の油圧モータが
停止してカッタ３３を停止させる。同時に、切削制御部
１８がシリンダ５６を駆動して各脚５７を引き込ませ、
既埋設管２の内面２ｄ’から離隔させると共にシリンダ
５５を短縮させる。これにより切削部１５が次の切削に
備える。

【００３６】推進部１９は、推進制御部２０により切削
部１５の切削と同期して制御され、前側のシリンダ６０
が脚６５を張り出して拡径された既埋設管２の内面２
ｄ’に圧接させ、同時に後側のシリンダ６２が脚６６を
引き込ませ、当該位置に固定される。次いで、シリンダ
６１により前進し、切削部１５、切削駆動部１６、カメ
ラ部１７切削制御部１８、推進制御部２０を前進させ、
切削部１５のカッタ３３の前面のダイヤモンドビット３
５を、今拡径したばかりの内面２ｄ’とこれから切削す
る小径の内面２ｄとの段差面２ｅに当接させる。次に、
シリンダ６２が後側の脚６６を張り出させて既埋設管２
の内面２ｄ’に圧接させ、シリンダ６０が前側の脚６５
を引き込ませると同時にシリンダ６１を元の状態に戻し
次の走行に備える。

【００３７】次いで、切削駆動部１６が切削部１５のカ
ッタ３３を回転させて既埋設管２の内面２ｄの切削を開
始する。ロボット３はこのような動作を順次繰り返して
行ない、尺取虫のようにして既埋設管２内を自走しなが
ら長距離に亘り当該既埋設管２の内面２ｄを連続的に切
削して拡径する。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、油
圧により管路内を自走し、先頭に配置された切削部のカ
ッタを回転させながら小口径管の内面を連続的に切削し
て拡径する小口径管拡径ロボットの、前記切削部のカッ
タの前端に取付られて当該カッタを回転可能に支持する
ホルダと、前記ホルダの外周部に放射状に且つ半径方向
に移動可能に設けられ、スプリングのばね力により前記
小口径管の内面に圧接して前記ホルダを支持する複数の
ストッパとを具備し前記カッタの前端を前記小口径管に
支持するガイドを設けたことにより、拡径時に当該カッ
タが拡径した管路内で振れ回ることが防止され、この結
果、拡径された管路の内面を損傷することがなくなり、
小口径管を極めて良好に拡径することができるという優
れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る小口径管拡径ロボットによる小口
径の既埋設管の拡径工事の概要を示す図である。

【図２】図１の小口径管拡径ロボットの一実施例を示す
構成図である。

【図３】図２のロボットの切削部のヘッドの拡大図であ
る。

【図４】図３の一部切欠端面図である。

【図５】図４の矢線Ｖ−Ｖに沿う断面図である。

【符号の説明】

１ 道路 ２ 既埋設管（小口径管） ３ 小口径管拡径ロボット １５ 切削部 １６ 切削駆動部 １７ カメラ部 １８ 切削制御部 １９ 推進部 ２０ 推進制御部 ３０ 切削部本体 ３１ ヘッド ３２ ジョイント ３３ カッタ ３４ ガイド ４１ ホルダ ４３ ストッパ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松田 和彦 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 石川 正利 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 田中 洋 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 油圧により管路内を自走し、先頭に配置
   された切削部のカッタを回転させながら小口径管の内面
   を連続的に切削して拡径する小口径管拡径ロボットの、
   前記切削部のカッタの前端に取付られて当該カッタを回
   転可能に支持するホルダと、前記ホルダの外周部に放射
   状に且つ半径方向に移動可能に設けられ、スプリングの
   ばね力により前記小口径管の内面に圧接して前記ホルダ
   を支持する複数のストッパとを具備し前記カッタの前端
   を前記小口径管に支持するガイドを設けたことを特徴と
   する小口径管拡径ロボット。