(57)【要約】      （修正有）【課題】老朽化した塩化ビニル管を更新する場合に、カッターで切削しても連続した切り屑とならずに短く細断した形状の切り屑にして、容易にスクリューで排出させることができるようにする。【解決手段】ローラ形のカッター本体を有しカッター本体に、押圧により前記既設管の端面に溝を形成する押圧歯が軸方向に複数形成されたローラ型カッター３６と、直線状の一つの切削刃を有する切削ビット４０と、を組み合わせてカッターヘッド２０の面板３０に配置し、ローラ型カッター３６がカッターヘッド２０の面板３０の半径上に位置するように回転自在に取り付ける。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に埋設された既設管を切削若しくは破砕しながら、同時に、先行させる先導管とともに新しい更新管を推進する改築推進装置で用いるカッターヘッドにおいて、
ローラ形のカッター本体を有し前記カッター本体に、押圧により前記既設管の端面に溝を形成する押圧歯が軸方向に複数形成されたローラ型カッターと、直線状の一つの切削刃を有する切削ビットと、を組み合わせてカッターヘッドの面板に配置し、前記ローラ型カッターが前記カッターヘッドの面板の半径上に位置するように前記ローラ型カッターを前記面板上に回転自在に取り付けたことを特徴とする既設管改築推進用カッターヘッド。
【請求項２】
前記ローラ型カッターは、円筒歯車状に複数の押圧歯が任意のピッチでカッター本体に形成されたカッターからなることを特徴とする請求項１に記載の既設管改築推進用カッターヘッド。
【請求項３】
前記切削ビットは、平爪形の切削ビットからなることを特徴とする請求項１に記載の既設管改築推進用カッターヘッド。
【請求項４】
前記ローラ型カッターは、前記面板の回転中心に向かって上り勾配の傾斜をつけた姿勢で前記面板に取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の既設管改築推進用カッターヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開削せずに老朽化した既設管を新らしい管に更新する改築推進機用のカッターヘッドに係り、特に、老朽化した既設管が塩ビ管であるような場合に、塩ビ管をカッタで切削するときの切屑を細かくして、円滑な推進を可能にする既設管改築推進用カッターヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
上下水道、ガス等のライフラインとして地中に埋設されている管は、経年により老朽化が進むので、耐用年数を越えないうちに、適時に新たな管に更新する必要がある。  
かつては、老朽化した既設管を更新するために、地表から開削することで既設管を掘り出し、新たな管に埋設し直していた。近時は、開削することなく、既設管を破砕しながら、同時に更新管を推進する改築推進工法が開発されている。
【０００３】
従来の既設管改築推進工法には種々のものがあるが、既設管をカッターで切削しながら更新管を推進する工法が一般的になっている。
【０００４】
この種の改築推進工法としては、例えば、特許文献１に開示されている工法を挙げることができる。この改築推進工法で使用する先導管の先端には、既設管を破砕するためのカッターヘッドが取り付けられており、このカッターヘッドのカッタで既設管を破砕し、その破片および土砂は排土用のスクリューで発進抗に移送される。そして、推進機は、埋設管の破砕と同時に、新たな更新管に推進力を与え、破砕された埋設管の替わりに更新管を押し込んでいく。
【０００５】
この改築推進工法によれば、既設管をカッターで破砕し、その切り屑を排出しながら更新管を推進していくことができるので、既設管が曲がっている場合にも更新管の埋設精度を確保でき、また、既設管の管径とは関係なく更新管を推進することができる利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２４９６７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、老朽化した既設管には、陶管であったり、ヒューム管であったり、あるいは、年代が下ると塩化ビニル製の管であったりというように様々な種類の管がある。このうち、陶管やヒューム管は、細かく破砕することが容易なためカッターによる破砕に適している。
【０００８】
これに対して、塩化ビニル製の既設管は、カッターで切削すると、連続した細長い切り屑が発生する。しかも、この切り屑は、既設管の内部に溜ったり、排土用のスクリューに絡まったりして排出させることが困難になる。最悪の場合、スクリューの入っているケーシング内で閉塞を起こし、推進を継続することが不能になることがある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、老朽化した塩化ビニル管を更新する場合に、カッターで切削しても連続した切り屑とならずに短く細断した形状の切り屑にして、容易にスクリューで排出させることができるようにした既設管改築推進用カッターヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明は、地中に埋設された既設管を切削若しくは破砕しながら、同時に、先行させる先導管とともに新しい更新管を推進する改築推進装置で用いるカッターヘッドにおいて、ローラ形のカッター本体を有し前記カッター本体に、押圧により前記既設管の端面に溝を形成する押圧歯が軸方向に複数形成されたローラ型カッターと、直線状の一つの切削刃を有する切削ビットと、を組み合わせてカッターヘッドの面板に配置し、前記ローラ型カッターが前記カッターヘッドの面板の半径上に位置するように前記ローラ型カッターを前記面板上に回転自在に取り付けたことを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明では、前記ローラ型カッターは、円筒歯車状に複数の押圧歯が一定のピッチでカッター本体に形成されたカッターからなることを特徴としている。
【００１２】
また、本発明では、前記切削ビットは、平爪形の切削ビットからなることを特徴としている。
【００１３】
前記ローラ型カッターは、前記面板の回転中心に向かって上り勾配の傾斜をつけた姿勢で前記面板に取り付けることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、老朽化した塩化ビニル管を更新する場合に、カッターで切削しても連続した切り屑とならずに短く細断した形状の切り屑になり、容易にスクリューで排出させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の既設管改築推進用カッターヘッドが適用される推進機を示す側面図である。
【図２】図１の推進機に接続される先導管およびカッターヘッドの縦断面図である。
【図３】本発明の既設管改築推進用カッターヘッドの正面図である。
【図４】図３のカッターヘッドに取り付けられるローラ型カッターの横断面図である。
【図５】本発明によるカッターヘッドの切削作用の説明図。
【図６】本発明によるカッターヘッドのステンレスカラーに対する作用の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明による既設管改築推進用カッターヘッドの一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。  
図１は、本発明のカッターヘッドが用いられる既設管改築推進機を示す。  
図１において、参照番号１０は、推進機の全体を示す。この推進機１０には、非開削で埋設管を地中に推進する工法で広く用いられる公知の推進機が利用される。参照番号５０は老朽化した既設管である。この実施形態の既設管５０は、小口径低耐荷力管の代表的な管である塩化ビニル管が想定されている。参照番号６０は、更新管を示している。この更新管６０は、例えば、ヒューム管である。
【００１７】
更新管６０の始端位置には発進立坑１４が開削され、推進機１０は発進立坑１４に運び込まれる。  
推進機１０では、ベースとなるガイドフレーム１５の上に推進機本体が移動可能に設置されている。この推進機本体の左右両側には、更新管６０を押し出す推力を発生する油圧シリンダ１６が配設されている。この油圧シリンダ１６のピストンロッドの先端部は、反力受け１７に固定されている。
【００１８】
推進機１０には、次のような構成のアタッチメントが接続されている。すなわち、アタッチメントは、先頭から順に、カッターへッド２０と、先導管２１と、１本ずつ継ぎ足される更新管６０と、から構成されている。
【００１９】
次に、図２は、先導管２１の縦断面を示す。この先導管２１は、先頭の更新管６０に接続されるものである。そして、先導管２１の先端には、カッターヘッド２０が取り付けられている。このカッターヘッド２０は、スクリュー２２と一体で回転するようになっている。スクリュー２２には螺旋状のブレード２３が軸方向に延びている。このスクリュー２２は、ケーシング２４に同軸に収容されている。このスクリュー２２およびケーシング２４は、更新管６０の内部を推進機１０まで延びている。
【００２０】
推進機１０の備える油圧モータの駆動トルクは図示しない中空式減速機を介してスクリュー２２に伝えられる。これと同時に、更新管６０には、推進機１０から油圧シリンダ１６で発生する推力が加えられる。なお、更新管６０、ケーシング２４およびスクリュー２２は、推進が延びるにしたがって、１本づつ継ぎ足されながら推進作業が行われる。
【００２１】
なお、先導管２１では、推進方向を既設管５０の傾斜に対応させるために、複数の方向修正用シリンダ２５が設けられており、この方向修正用シリンダ２５を作動させることによって、カッタヘッド２０を傾かせて、推進方向を修正することができる。
【００２２】
次に、本実施形態によるカッターヘッド２０について説明する。  
このカッターヘッド２０は、ヘッド本体を構成する円板状の面板３０と、この面板３０を回転自在に支持するベアリング支持機構部３２を含む。
【００２３】
図２に示されるように、ベアリング支持機構部３２には、推進時に作用する軸方向のスラスト荷重を受けるスラスト軸受３５と、ラジアル荷重を受けるラジアル軸受３３が組み込まれている。
【００２４】
この面板３０には、図３に示すように、異なる種類を組み合わせた刃具が取り付けられている。  
この図３において、参照番号３６は、ローラ型カッターを示し、参照番号４０は切削ビットを示している。
【００２５】
まず、ローラ型カッター３６は、カッター本体がローラ形をしており、押圧することにより食い込んでいく押圧歯３６ａを有している。押圧歯３６ａの歯すじは、カッター本体の軸方向に平行に延びるようになっている。図４は、このローラ型カッター３６の横断面を示す。この実施形態のローラ型カッター３６では、１２枚の押圧歯３６ａが一定のピッチで形成されており、全体として、円筒歯車状の外形を有するカッターを構成している。そして、このローラ型カッター３６は、その回転軸３７の両端が支持部３８ａ、３８ｂによって支持されることによって、回転することができる。このローラ型カッター３６の回転軸３７は、面板３０の半径上に位置している。  
次に、切削ビット４０としては、いわゆる平爪形の切削ビットが用いられている。この切削ビット４０は、直線状に延びる一つの切削刃４０ａを有する切削ビットである。
【００２６】
本実施形態では、ローラ型カッター３６は、面板３０の回転中心に関して１８０度対称に２つ配置されている。そして、切削ビット４０は、ローラ型カッター３６に対して９０度偏位させるようにして、面板３０の回転中心に関して１８０度対称な位置に２つ配置されている。また、ローラ型カッター３６および切削ビット４０については、面板３０の回転中心に向かって上り勾配の傾斜をつけた姿勢で面板４０に取り付けられている（図２参照）。
【００２７】
図３に示されるように、面板３０には、土砂や切り屑を導入する開口４２が形成されている。また、面板３０の後方にあっては、スクリュー２２への導入口を形成する刃口４４が区画されており、土砂や切り屑はこの刃口４４からスクリュー２２に導入される。
【００２８】
本実施形態による既設管改築推進用カッターヘッド２０は、以上のように構成されるものであり、次に、このカッターヘッド２０を使って老朽化した塩化ビニル製の既設管５０に沿って更新管６０を推進し、下水道管を改築する工程を順を追って説明する。  
まず、図１に示すように、既設管５０の始端位置に発進立坑１４を掘削しておく。推進機１０はこの発進立坑１４に設置することになる。
【００２９】
推進機１０では、スクリュー２２とともにカッターヘッド２０を回転させながら既設管５０を切削しつつ、推進機１０の油圧シリンダ１６のピストンロッドを伸長させて先導管２１を推進する。そして先導管２１の推進を延ばしつつ、更新管６０、スクリュー２２、ケーシング２４を順次継ぎ足しなから推進していく。
【００３０】
従来、塩化ビニルなどの樹脂製の柔らかい材料からなる既設管５０では、切り屑はひも状に連続した長い切り屑になることが多かった。
【００３１】
これに対して、本実施形態のカッターヘッド２０では、ローラ型カッター３６と切削ビット４０とを組み合わせているので、これらローラ型カッター３６と切削ビット４０とが協働する切削作用により、次のようにして切り屑を短く細断することが可能となり、スクリュー２２で円滑に後方に排出させることができる。
【００３２】
ここで、図５は、ローラ型カッター３６と切削ビット４０の切削作用を説明する図である。  
塩化ビニル製の既設管５０の端面にカッターヘッド２０を押圧しながら回転させると、まずローラ型カッター３６は、既設管５０の端面を転動しながら、その押圧歯３６ａが端面に食い込み、短い間隔で溝５２を次々に形成していくことになる。このようにローラ型カッター３６は、専ら、既設管５０の端面に次々と溝５６を形成していく作用を行う。
【００３３】
図５に示すように、切削ビット４０は、ローラ型カッター３６による溝５６の切り込みに引き続いて、溝５２の間を切削刃４０ａで切削していく。このカッターヘッド２０の場合、ローラ型カッター３６の押圧歯３６ａの高さの方が、切削ビット４０の切削刃４０ａの高さよりも若干高くなっているので、ローラ型カッター３６を押圧することにより、ローラ型カッター３６は、切削ビット４０の切込量よりも深い溝５２を形成していくことになる。このため、切削ビット４０が隣合う溝５２の間を切削していくと、溝５２と溝５２の間の断続的な切削となって、切り屑は連続することなく、溝５２の間隔に対応した短い切り屑７０となる。
【００３４】
こうして、ローラ型カッター３６と切削ビット４０との協働により、塩化ビニル製の既設管５０の切削を継続していくと、切り屑７０は土砂とともに開口４２から面板３０の後方に排出される。そして、刃口４４からスクリュー２２に導かれ、スクリュー２２の回転によって土砂とともに後方に移送される。
【００３５】
以上のようにして、塩化ビニール製の既設管５０であっても、切り屑７０は連続した長いものにならずに、短く断片化することにより、スクリュー２２での排出性が良好になり、切り屑がスクリュー２２のブレードに途中で絡まって排出できなくなるような事態を未然に防止することができる。
【００３６】
以上は、塩化ビニル管の切削についての説明であるが、本実施形態のカッターヘッド２０は、継手部分などにステンレスカラーが嵌め込まれた塩化ビニル管についても対応することができる。
【００３７】
ここで、図６は、ローラ型カッター３６のステンレスカラー８０に対する作用を模式的に示す図である。  
ローラ型カッター３６は、面板３０の回転中心に向かって上り勾配に傾斜をもつように取り付けられているので、図６において、ローラ型カッター３６をステンレスカラー８０の端面に押圧した場合、押圧力Ｆは、軸方向の成分Ｆ1と、半径方向の成分Ｆ2をもつことになる。この押圧力Ｆのうち、軸方向の成分Ｆ１は、ステンレスカラー８０の端面に溝を形成する力として働き、半径方向の成分Ｆ2は、ステンレスカラー８０を半径方向外側に押し拡げる力として働く。
【００３８】
したがって、ローラ型カッター３６を押圧することにより、ステンレスカラー８０の端面に切り込んだ溝を起点にステンレスカラー８０に亀裂を生じさせながらこれを押し拡げ、更新管の進路外に押し出すことができる。進路外に押し出したステンレスカラー８０は、そのままに残置したまま更新管を推進することになる。
【００３９】
このようにして、ステンレスカラー８０を押し拡げながら、塩化ビニル管の切削を同時に行なうことができる。
【符号の説明】
【００４０】
１０…推進機、１４…発進立坑、１５…ガイドフレーム、１６…油圧シリンダ、２０…カッターヘッド、２１…先導管、２２…スクリュー、２３…ブレード、３０…面板、３２…ベアリング支持機構、３６…ローラ型カッター、３６ａ…押圧歯、４０…切削ビット、４０ａ…切削刃、５０…既設管、５２…溝、６０…更新管  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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