(57)【要約】【課題】マンホールと下水道管との接続部分に耐震性を持たせるための前述する耐震化工法において、下水道管管端部の周りのマンホール側壁に前述の作業溝やクラック誘発溝をサーボモータを使用し、これをコンピュータ制御することにより簡単に精度よく形成することができる工法を提供する。【解決手段】下水道管管端部１ａ及びマンホール側壁に管端部１ａの周りの作業溝１１を形成するエンドミル１９は、管軸方向への進退がサーボモータ２５を含む直線運動機構により行われ、前記エンドミル１９を進退させるためのサーボモータ２５の駆動は、マンホール２や下水道管１の径や肉厚、マンホール２に接続された下水道管１の偏心量Ｅや傾き等、マンホール２や下水道管１の各種データに基づいて制御装置により制御される。【選択図】図９
2014177820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンドミルよりなる第１の切削工具を用い、マンホール側壁に接続される下水道管の管端部に対し、前記エンドミルをマンホール側壁の内周面と同一面をなす下水道管管端面の三次元曲線に沿うように管軸方向に進退させながら周方向に旋回させ、深さが下水道管管端部の内側から該管端部を径方向に突き切ってマンホール側壁に一定量食い込む環状の作業溝を前記管端部の周りに形成する第１工程と、該第１工程後、クランクアームと直交して突出するクランクピンを軸状のミルとした形態をなす第２の切削工具を用い、該切削工具のミルを管軸方向に向け、前記作業溝の溝縁から径方向に押込んで管端部を突き切るまで切込みを入れ、管端部を突き切ると、方向転換して前記管端部に沿うように管軸方向に移動させながら周方向に旋回させ、これにより管端部の周りのマンホール側壁を切削して管端部の周りに環状のクラック誘発溝を形成する第２工程と、該前記第１及び第２工程により形成された作業溝とクラック誘発溝のうち、少なくともクラック誘発溝に弾力性のあるゴムや樹脂製のシール材を充填する第３工程とからなる耐震化工法において、前記第１の切削工具のエンドミルは前記管軸方向への進退がサーボモータを含む直線運動機構により行われ、前記エンドミルを進退させるためのサーボモータの駆動は、マンホールや下水道管の径や肉厚、マンホールに接続された下水道管の偏心量や傾き等、マンホールや下水道管の各種データに基づいて制御装置により制御されることを特徴とする耐震化工法。
【請求項２】
ミルによりクラック誘発溝を切削する際、下水道管の任意の基準点から下水道管の周方向に角θ旋回したときのクラック誘発溝からマンホール外周までの最短距離であり、かつｒｅｍ１（θ）＝Ｒ−√〔ｘ１（θ）２＋ｙ１（θ）２〕で表されるｒｅｍ１（θ）が切削時にマンホールにクラックを生じさせたり、マンホール外周に穴があかないようにし、かつ地震時の揺れにより前記クラック誘発溝でクラックを確実に生じさせるのに必要な所定量ｃとなるように、作業溝の巾方向中央でのｙ（θ）座標が下記数４式を満たすクラック誘発溝を形成することを特徴とする請求項１記載の耐震化工法。
【数４】
2014177820.tif 000019
但し、ｙ1（θ）＝√〔（Ｒ−ｃ）２−｛（ｒ＋ａ＋ｗ）ｃｏｓθ＋Ｅ｝２〕
ここでＲ：マンホール外周の半径、ｒ：下水道管外周の半径、ａ：下水道管とクラック誘発溝との間隔、Ｗ：作業溝の溝巾、ｗ：クラック誘発溝の溝巾、Ｅ：下水道管の偏心量
【請求項３】
エンドミルにより作業溝を切削する際、下水道管の任意の基準点から下水道管の周方向に角θ旋回したときの作業溝からマンホール外周までの最短距離であり、かつｒｅｍ２（θ）＝Ｒ−√〔ｘ２（θ）２＋ｙ２（θ）２〕で表されるｒｅｍ２（θ）が切削時にマンホールにクラックを生じさせたり、マンホール外周に穴があかないようにし、かつ地震時の揺れにより前記作業溝でクラックを確実に生じさせるのに必要な所定量ｃとなるように、作業溝の巾方向中央でのｙ（θ）座標が下記数７式を満たす作業溝を形成することを特徴とする請求項１記載の耐震化工法。
【数７】
2014177820.tif 000020
但し、ｙ２（θ）＝√〔（Ｒ−ｃ）２−｛（ｒ＋ａ＋ｗ＋ｂ）ｃｏｓθ＋Ｅ｝２〕
ここでＲ：マンホール外周の半径、ｒ：下水道管外周の半径、ａ：下水道管とクラック誘発溝との間隔、Ｗ：作業溝の溝巾、ｗ：クラック誘発溝の溝巾、ｂ：クラック誘発溝の外周から作業溝の溝底までの間隔、Ｅ：下水道管の偏心量
【請求項４】
下水道管がマンホールに角α傾斜して取付けられており、作業溝が該溝の巾方向中央でのｙ（θ）座標が下記数９式を満たすように形成されることを特徴とする請求項１記載の耐震化工法。
【数９】
2014177820.tif 000021
但し、Ｌ＝｛（Ｔ−ｃ）／ｃｏｓα｝−（Ｗ／２＋ｌ＋ｌ０）
δ＝ｒ・ｓｉｎθ・ｔａｎα
ここでＴ：マンホールの肉厚、ｌ：クラック誘発溝の長さ、ｌＯ＝ｗ／２ｔａｎα
【請求項５】
前記下水道管内に下水道管と同軸をなして取外し可能に固定される環状の旋回用レールと、該旋回用レールに周方向に旋回可能に装着され、かつエンドミルを管軸のｙ軸方向に進退可能に支持するベースと、モータを駆動源として前記ベースを旋回用レールに沿って旋回させる旋回機構と、サーボモータを備え、前記ベースにｙ軸方向に進退可能に支持される前記エンドミルをｙ軸方向に進退させる直線運動機構と、前記エンドミル、前記旋回機構のモータ及び直線運動機構のサーボモータを制御する制御装置とからなり、該制御装置は切削のプログラム及び各種演算式を格納する記憶部と、マンホールや下水道管の各種データを入力する入力部と、前記旋回用レールを旋回するベースの旋回角度θを読取る読取手段と、前記記憶部に格納されたプログラムに基づいて前記エンドミルによる切削を行い、かつ前記入力部に入力されたデータにより前記記憶部に格納された演算式を演算し、この演算値に基づいて前記直線運動機構のサーボモータを制御する制御部とからなることを特徴とする請求項１記載の耐震化工法で用いられる装置。
【請求項６】
前記記憶部に格納される演算式が作業溝の巾方向中央でのｙ（θ）座標に関する下記数４式を有することを特徴とする請求項５記載の装置。
【数４】
2014177820.tif 000022
但し、ｙ1（θ）＝√〔（Ｒ−ｃ）２−｛（ｒ＋ａ＋ｗ）ｃｏｓθ＋Ｅ｝２〕
ここでＲ：マンホール外周の半径、ｒ：下水道管外周の半径、ａ：下水道管とクラック誘発溝との間隔、Ｗ：作業溝の溝巾、ｗ：クラック誘発溝の溝巾、Ｅ：下水道管の偏心量
【請求項７】
前記記憶部に格納される演算式が作業溝の巾方向中央でのｙ（θ）座標に関する下記数７式を有することを特徴とする請求項５又は６記載の装置。
【数７】
2014177820.tif 000023
ここでｙ２（θ）＝√〔（Ｒ−ｃ）２−｛（ｒ＋ａ＋ｗ＋ｂ）×ｃｏｓθ＋Ｅ｝２〕
【請求項８】
下水道管がマンホールに角α傾斜して取付けられ、前記記憶部に格納される演算式が作業溝の巾方向中央でのｙ（θ）座標に関する下記数９式を有することを特徴とする請求項５記載の装置。
【数９】
2014177820.tif 000024
但し、Ｌ＝｛（Ｔ−ｃ）／ｃｏｓα｝−（Ｗ／２＋ｌ＋ｌ０）
δ＝ｒ・ｓｉｎθ・ｔａｎα
ここでＴ：マンホールの肉厚、ｌ：クラック誘発溝の長さ、ｌＯ＝(ｗ／２)ｔａｎα
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マンホールと下水道管との接続部分に耐震性を持たせるため下水道管の周りのマンホール側壁に環状の溝を形成し、形成した該溝に緩衝とシール機能を果たすシール材を充填することよりなる耐震化工法と、該工法で使用する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マンホールは、下水道管の検査や清掃のため人が出入りできるようにするために設けられ、図１に示すように下水道管１がマンホール２側壁に固定され、マンホール内に開口している。
【０００３】
図示するようなマンホールにおいて、地震により下水道管１が上下に、或いは前後左右に揺れると、マンホール側壁に固定される下水道管端部が破損するおそれがある。このため近年では、マンホール側壁と下水道管端部を接続する部分に可撓性を持たせて地震時の揺れを吸収できるようにしているが、こうした技術が施されていない既設のマンホールに対しては、マンホール側壁と下水道管端部との接続部分に耐震性を持たせるために下水道管の周りのマンホール側壁にドリル又はコアビットを用いて貫通し或いは貫通しない程度の孔を繰返しあけて下水道管の周りに連続した環状の溝を形成するか、或いはマンホール側壁に孔をあけるエンドミルカッター又はジェット水噴射ノズルを下水道管の周りに旋回させて前記エンドミルにより或いはジェット水により環状の溝を形成し、ついでこの溝に弾力性のあるゴムやプラスチック製の緩衝材を充填する工法が提案されている（特許文献１、２）。
【０００４】
前述する従来の工法においては、下水道管の周りに穿孔工具を旋回させるためのスペースを確保するため、図１に示すマンホール底部のインバート３を一旦撤去しなければならない。この撤去はハツリ作業によって行われるが、この作業には、作業員が長時間にわたってマンホール内に入って行わねばならないことから、作業者への負担や危険性をもたらすうえ、施工時間、施工費用もかさむ。またハツリ取ったインバートは元の状態に復旧せねばならず、復旧作業も作業者の負担となり、手間や費用がかかる。
【０００５】
またマンホールは円筒状のものが主流で、これにほぼ直交するように接続される下水道管も円筒状をなしている。図２はマンホール側壁に接続される下水道管１のマンホール内周面と同一面ないしほぼ同一面をなす管端面４の形状を示すもので、下水道管１の管端部の周りのマンホール内周面に環状の溝を形成する場合、該溝は図２に示す下水道管管端面４の形状と同様、三次元的に歪んだ環状のものとなる。図中、３はインバートを示す。このインバートは図示するように、下水道管管端面の下側部を覆い、表面が下水道管管端部の内周と段差のない円弧状をなしている。
【０００６】
本出願人は先にマンホール底部のインバートの撤去作業をなくして作業者の負担や危険性をなくし、施工時間や費用を低減させ、更には地震時の揺れにより発生する下水道管管端部の破損箇所からの地下水の流入を防止するため、エンドミルを用い、マンホール側壁に接続される下水道管のマンホール側壁に支持される管端部に対し、その内側から下水道管管端部にマンホール側壁に一定深さ食い込むまでの溝を管端部の全周にわたって形成する第１工程と、クランクアームと直交して突出するクランクピンを軸状のミルとした形態をなす切削工具を用い、該切削工具のミルを回転させながら、管端部の内側に前述するようにして形成された環状溝の溝縁に径方向より切込みを入れ、ミルが管端部を突き切り、マンホール側壁に達すると、方向転換して管端部の周りに周方向に旋回させ、これにより管端部の周りのマンホール側壁を切削して管端部の周りに管端部と一定の間隔を存する環状の溝を形成する第２工程と、形成された環状の溝に弾力性のあるゴムや樹脂製のシール材を充填する第３工程とからなる耐震化工法及び該工法で用いる図３に示すような装置、すなわち下水道管内に下水道管と同軸をなしてボルト等の止着具により取外し可能に固定され、前述のエンドミルや切削工具が旋回可能に装着される旋回用レール６と、該旋回用レール６に対し管軸方向に取付けた多数のロッド８ｂにより固定され、切削工具に設けたならい用治具７がスライド可能に係合するガイド８ａを備えたガイド８部材よりなり、前記ガイド８ａは図２に示すマンホール内周面と同一面ないしほぼ同一面をなす下水道管管端面の歪んだ三次元形状と同一形状をなし、切削工具が旋回用レール６に沿って旋回する際、前記ならい用治具７がガイド８ａに案内されてスライドすることにより切削工具が管軸方向に進退しながら旋回するようにした、前記第１及び第２工程で用いる装置について提案した（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２２７２２６号
【特許文献２】特開２００１−４０７５１号
【特許文献３】特開２０１０−２０３１４１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献３に開示される工法では、図４に示すようにエンドミルにより管端部１ａの全周にわたってマンホール側壁２ａに食い込む環状の溝１１が形成され、ついでこの溝を利用して別の切削工具のミルにより作業溝１１のマンホール外周側の側壁より管端部に沿って突出する溝１２が管端部１ａの周りに環状に形成されるが、溝１１、１２が形成された箇所は強度的に弱く、地震時の揺れにより下水道管１とマンホール２との間に相対的な変位を生ずると、前記溝１１、１２とくにマンホール外周近くの溝１２が形成された箇所にクラックが入り易くなる。クラックが入ると、下水道管が地下深く埋設され、土被り厚さが大きな大口径管である場合、地下水が多量に流入する可能性があるが、溝１１、１２には図５に示すように弾力性のあるゴムや樹脂製のシール材１３が充填され、このシール材１３は地震時の揺れにより、マンホール２にクラックが入ったとき、緩衝材としての機能を果たして下水道管とマンホールの間の相対的な変位を吸収すると共に、シール機能を果たし、地下水の流入を防ぐことができるようにしている。このように前記溝１１は、切削工具のミルで溝１２を形成する際の作業溝としての機能を果たし（以下、この溝１１を作業溝という）、溝１２は、地震時の揺れにより下水道管１とマンホール２との間に相対的な変位を生じ、ずれを生じたときにクラックが入り易くなるように意図的に形成されている（そこで、この溝１２を以下、クラック誘発溝という）。
【０００９】
エンドミルや別の切削工具のミルを用いて前述の作業溝１１やクラック誘発溝１２を切削するのに図３に示すようなガイド部材８を用いる場合には、事前にマンホール２の内径や肉厚、下水道管管端部１ａの径や肉厚に関するデータを測定等により集めておき、このデータに基づいてマンホール内周面と同一面をなす下水道管管端面４の三次元曲線よりなる形状を求め、これより前記ガイド８ａが管端面４の形状と合致するようにガイド部材８を組付けるが、この作業には手間がかかるうえ、下水道管１がマンホール２に偏心して取付けられていたり、傾斜して取付けられている場合、ガイド部材８を組付けたときのガイド８ａの形状と管端面４の三次元曲線よりなる形状とにずれを生ずることがあり、これを調整するための調整は面倒で多大な手間を要する。
【００１０】
本発明は、マンホールと下水道管との接続部分に耐震性を持たせるための前述する耐震化工法及び装置において、下水道管管端部の周りのマンホール側壁に前述の作業溝やクラック誘発溝をサーボモータを使用し、これをコンピュータ制御することにより、前述するようなガイド部材を組付けることなく簡単に精度よく形成することができる工法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る発明は、エンドミルよりなる第１の切削工具を用い、マンホール側壁に接続される下水道管の管端部に対し、前記エンドミルをマンホール側壁の内周面と同一ないしほぼ同一面をなす下水道管管端面の三次元曲線に沿うように管軸方向に進退させながら周方向に旋回させ、深さが下水道管管端部の内側から該管端部を径方向に突き切ってマンホール側壁に一定量食い込む環状の作業溝を前記管端部の周りに形成する第１工程と、該第１工程後、クランクアームと直交して突出するクランクピンを軸状のミルとした形態をなす第２の切削工具を用い、該切削工具のミルを管軸方向に向け、前記作業溝の溝縁から径方向に押込んで管端部を突き切るまで切込みを入れ、管端部を突き切ると、方向転換して前記管端部に沿うように管軸方向に移動させながら周方向に旋回させ、これにより管端部の周りのマンホール側壁を切削して管端部の周りに環状のクラック誘発溝を形成する第２工程と、該前記第１及び第２工程により形成された作業溝とクラック誘発溝のうち、少なくともクラック誘発溝に弾力性のあるゴムや樹脂製のシール材を充填する第３工程とからなる耐震化工法において、前記第１の切削工具のエンドミルは前記管軸方向への進退がサーボモータを含む直線運動機構により行われ、前記エンドミルを進退させるためのサーボモータの駆動は、マンホールや下水道管の径や肉厚、マンホールに接続された下水道管の偏心量や傾き等、マンホールや下水道管の各種データに基づいて制御装置により制御されることを特徴とする。
【００１２】
作業溝を形成した後の第２の切削工具のミルによるクラック誘発溝の形成は、作業溝と同様、制御装置がサーボモータを制御することにより行われるが、制御装置によりサーボモータを制御してミルを管軸方向に進退させるのに代え、前述したガイド８ａと同様、作業溝をガイドとし、該作業溝に倣わせて第２の切削工具のミルを管端部の回りに周回させることによっても形成することができる。
【００１３】
本発明工法により、図４に示すような作業溝１１とクラック誘発溝１２が形成されるが、前述するようにとりわけクラック誘発溝１２は地震時の揺れによってクラックを生じ易くするために形成され、クラックを生じ易くするにはクラック誘発溝１２とマンホール外周面との間隔（以下、ｒｅｍという）を狭くする必要がある。ｒｅｍは図４に示す例でいえば、ポイントＰ１で最も小さくなるが、ｒｅｍは小さくなるほど、ミルによる切削時にクラックを生じたり、マンホール外周に穴があいたりするおそれがある。こうした問題を生ずることなく、地震時の揺れによりクラックを確実に生じさせるには、ｒｅｍを一定距離ｃにする必要があることが判明した（本発明者らの実験によれば、この距離ｃは５０ｍｍ確保することが必要であることが判明した）。
【００１４】
図６はマンホール２の軸心ｏを通り、マンホールに偏心なく取付けられる下水道管の軸心を通る横軸をｙ軸、該ｙ軸と直交する水平面内での縦軸をｘ軸、ｘ軸及びｙ軸と直交し、紙面に垂直な鉛直方向をｚ軸として、下水道管１がマンホール２にｙ軸に対する偏心量Ｅで取付けられた例を示すもので、図７に示すようにポイントＰ１（このＰ１は、図６に示すようにクラック誘発溝１２のうち、マンホール軸心ｏから最も離れ、マンホール外周に最も近い点である）が基準点の1例である図の最左点（基準点は、図の最左点以外に例えば下水道管の頂点など任意の位置で定められる）より矢印の周方向に角θ旋回したときのｘ座標ｘ１（θ）は下記数１式で表され、これよりｙ座標ｙ１（θ）は、下記数２式で表される。なお、図7においてｙ軸は、ｘ軸及びｚ軸の交点である図面に対し垂直な軸で、図に点で示してある。
【００１５】
【数１】
2014177820.tif 000003
【００１６】
【数２】
2014177820.tif 000004
【００１７】
ここでＲはマンホール外周までの半径、ｒは下水道管外周までの半径、ａは下水道管１とクラック誘発溝１２との間隔、ｗはクラック誘発溝１２の溝巾、ｂはクラック誘発溝１２の外周から作業溝１１の溝底までの間隔、ｃは前述するように、地震時の揺れによってクラックを発生させると共に、ミルによるマンホールへの溝切削時にはマンホールにクラックや穴を開けない程度に必要とされる、溝からマンホール外周までの距離であるｒｅｍを示す（図６参照）。またＥは、マンホール２の軸心ｏを通るｙ軸からの偏心量である。
ポイントＰ１でのｒｅｍ１（θ）は下記数３式で示される。
【００１８】
【数３】
2014177820.tif 000005
またｒｅｍ１（θ）＝ｃとなるような作業溝１１の溝巾中心ＰＣでのｙ座標は下記数４式で求められる。
【００１９】
【数４】
2014177820.tif 000006
【００２０】
以上はポイントＰ１でのｒｅｍについて記述したが、下水道管の取付角度によっては作業溝１１のなかでマンホール軸心ｏから最も離れ、マンホールの外周に最も近い点であるポイントＰ２でのｒｅｍ２の方がポイントＰ１での前記ｒｅｍ１より小さい場合もありうる。この場合には、ポイントＰ２が基準点の１例である図７の最左点より周方向に角θ旋回したときのｙ座標ｙ２（θ）及びｘ座標ｘ２（θ）が前記数１式及び数２式と同様、数５式で求められ、この場合のポイントＰ２でのｒｅｍ２（θ）は下記数６式で求められる。
【００２１】
【数５】
2014177820.tif 000007
【数６】
2014177820.tif 000008
【００２２】
そしてｒｅｍ２（θ）が前記ｃとなるような作業溝１１の溝巾中心ＰＣでのｙ座標は下記数７式で求められる。
【数７】
2014177820.tif 000009
【００２３】
以上のように、作業溝１１の溝巾中心ＰＣのｙ座標が数４式又は数７式を満足するように、ｙ軸方向に進退しながら管軸の周りを旋回するエンドミルのｙ軸方向への動きを制御すれば、ｒｅｍ１（θ）又はｒｅｍ２（θ）がｃとなり、地震時の揺れにより作業溝１１やクラック誘発溝１２の形成箇所付近でマンホール側壁へのクラックを生じ易くし、またマンホール側壁に穴をあけることなく作業溝１１及びクラック誘発溝１２を形成することができる。
【００２４】
以上は下水道管１がマンホール２の軸心ｏを通るｙ軸より偏心量Ｅで偏心してマンホール２に取付けられた場合について述べたが、下水道管１がマンホール２に偏心しないで取付けられている場合には、数１及び数５式のＥ＝０として数４及び数７式のｙ（θ）が求められる。
【００２５】
次に下水道管がマンホールに傾斜して取付けられている場合について説明する。
図８は、下水道管１が右に角α振られて横断面が矩形のマンホール１４に取付けられている場合に形成される作業溝１１と、マンホール外周までの前記距離ｒｅｍｃを確保したクラック誘発溝１２を示すもので、マンホール内側面と下水道管１の軸心であるｙ軸との交点を原点Ｇとすると、該原点Ｇからｙ軸方向にＬ離れ、かつ管内周の頂部における作業溝１１の巾方向中央におけるｙ軸座標ｙ（ｏ）は、下記数８式で表される。
【００２６】
【数８】
2014177820.tif 000010
【００２７】
ここでＴはマンホール１４の肉厚、ｌはクラック誘発溝１２のｙ軸方向の長さであり、ｌ０＝（ｗ／２）ｔａｎαである。
また前記ｙ（ｏ）点から図８の右方向に角θ旋回したときのｙ座標ｙ（θ）は、下記数８式で表される。
【００２８】
【数９】
2014177820.tif 000011
【００２９】
ここでδ＝ｒ・ｓｉｎθ・ｔａｎαである。
下水道管１が角α傾いてマンホール２に取付けられた場合においては、数９式に従って作業溝１１及びクラック誘発溝１２を形成すれば、クラック誘発溝１２からマンホール側壁外周までのｒｅｍｃが確保される。
【００３０】
前述する作業溝１１及びクラック誘発溝１２は、エンドミル及びミルを下水道管１の周りに時計回り或いは反時計周りに一周させて形成することもできるし、半周ずつ逆向きに旋回させて形成することもできる。図８に示す例において、下水道管１の右半分に前記数８式に従って作業溝１１及びクラック誘発溝１２を形成したのち、下水道管１の左半分に作業溝１１を逆向きに形成する場合は、作業溝１１及びクラック誘発溝１２は下記数１０式に従って形成される。
【００３１】
【数１０】
2014177820.tif 000012
【００３２】
ここでδは数９式と同様、δ＝ｒ・ｓｉｎθ・ｔａｎαである。
以上はマンホール１４が横断面矩形である場合の演算式を示したが、マンホールの横断面が円形である場合も同様にして前記ｙ（θ）を求めることができる。
【００３３】
請求項２〜４に係る発明は、以上の技術事項に基づいてなされたもので、請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、ミルによりクラック誘発溝を切削する際、下水道管の任意の基準点から下水道管の周方向に角θ旋回したときのクラック誘発溝からマンホール外周までの最短距離であり、かつｒｅｍ１（θ）＝Ｒ−√〔ｘ１（θ）２＋
ｙ１（θ）２〕で表されるｒｅｍ１（θ）が切削時にマンホールにクラックを生じさせたり、マンホール外周に穴があかないようにし、かつ地震時の揺れにより前記クラック誘発溝でクラックを確実に生じさせるのに必要な所定量ｃとなるように、作業溝の巾方向中央でのｙ（θ）座標が下記数４式を満たすクラック誘発溝を形成することを特徴とする。
【００３４】
【数４】
2014177820.tif 000013
但し、ｙ1（θ）＝√〔（Ｒ−ｃ）２−｛（ｒ＋ａ＋ｗ）ｃｏｓθ＋Ｅ｝２〕
ここでＲ：マンホール外周の半径、ｒ：下水道管外周の半径、ａ：下水道管とクラック誘発溝との間隔、Ｗ：作業溝の溝巾、ｗ：クラック誘発溝の溝巾、Ｅ：下水道管の偏心量である。
【００３５】
請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明において、エンドミルにより作業溝を切削する際、下水道管の任意の基準点から下水道管の周方向に角θ旋回したときの作業溝からマンホール外周までの最短距離であり、かつｒｅｍ２（θ）＝Ｒ−√〔ｘ２（θ）２＋
ｙ２（θ）２〕で表されるｒｅｍ２（θ）が切削時にマンホールにクラックを生じさせたり、マンホール外周に穴があかないようにし、かつ地震時の揺れにより前記作業溝でクラックを確実に生じさせるのに必要な所定量ｃとなるように、作業溝の巾方向中央でのｙ（θ）座標が下記数７式を満たす作業溝を形成することを特徴とする。
【００３６】
【数７】
2014177820.tif 000014
但し、ｙ２（θ）＝√〔（Ｒ−ｃ）２−｛（ｒ＋ａ＋ｗ＋ｂ）ｃｏｓθ＋Ｅ｝２〕
ここでＲ：マンホール外周の半径、ｒ：下水道管外周の半径、ａ：下水道管とクラック誘発溝との間隔、Ｗ：作業溝の溝巾、ｗ：クラック誘発溝の溝巾、ｂ：クラック誘発溝の外周から作業溝の溝底までの間隔、Ｅ：下水道管の偏心量である。
【００３７】
請求項４に係る発明は、請求項１に係る発明において、下水道管がマンホールに角α傾斜して取付けられており、作業溝が該溝の巾方向中央でのｙ（θ）座標が下記数９式を満たすように形成されることを特徴とする。
【００３８】
【数９】
2014177820.tif 000015
但し、Ｌ＝｛（Ｔ−ｃ）／ｃｏｓα｝−（Ｗ／２＋ｌ＋ｌ０）
δ＝ｒ・ｓｉｎθ・ｔａｎα
ここでＴ：マンホールの肉厚、ｌ：クラック誘発溝の長さ、ｌＯ＝(ｗ／２)ｔａｎαである。
【００３９】
請求項５に係る発明は、請求項１に係る発明を実施する装置に関するもので、前記下水道管内に下水道管と同軸をなして取外し可能に固定される環状の旋回用レールと、該旋回用レールに周方向に旋回可能に装着され、かつエンドミルを下水道管管軸のｙ軸方向に進退可能に支持するベースと、モータを駆動源として前記ベースを旋回用レールに沿って旋回させる旋回機構と、サーボモータを備え、前記ベースにｙ軸方向に進退可能に支持される前記エンドミルをｙ軸方向に進退させる直線運動機構と、前記エンドミル、前記旋回機構のモータ及び直線運動機構のサーボモータを制御する制御装置とからなり、該制御装置は切削のプログラム及び各種演算式を格納する記憶部と、マンホールや下水道管の各種データを入力する入力部と、前記旋回用レールを旋回するベースの旋回角度θを読取る読取手段と、前記記憶部に格納されたプログラムに基づいて前記エンドミルによる切削を行い、かつ前記入力部に入力されたデータにより前記記憶部に格納された演算式を演算し、この演算値に基づいて前記直線運動機構のサーボモータを制御する制御部とからなることを特徴とする。
【００４０】
請求項６に係る発明は、請求項５に係る発明において、前記記憶部に格納される演算式が作業溝の巾方向中央でのｙ（θ）座標に関する下記数４式を有することを特徴とする。
【数４】
2014177820.tif 000016
但し、ｙ1（θ）＝√〔（Ｒ−ｃ）２−｛（ｒ＋ａ＋ｗ）ｃｏｓθ＋Ｅ｝２〕
ここでＲ：マンホール外周の半径、ｒ：下水道管外周の半径、ａ：下水道管とクラック誘発溝との間隔、Ｗ：作業溝の溝巾、ｗ：クラック誘発溝の溝巾、Ｅ：下水道管の偏心量である。
【００４１】
請求項７に係る発明は、請求項５又は６に係る発明において、前記記憶部に格納される演算式が作業溝の巾方向中央でのｙ（θ）座標に関する下記数７式を有することを特徴とする。
【数７】
2014177820.tif 000017
ここでｙ２（θ）＝√〔（Ｒ−ｃ）２−｛（ｒ＋ａ＋ｗ＋ｂ）×ｃｏｓθ＋Ｅ｝２〕      
【００４２】
請求項８に係る発明は、請求項５に係る発明において、下水道管がマンホールに角α傾斜して取付けられ、前記記憶部に格納される演算式が作業溝の巾方向中央でのｙ（θ）座標に関する下記数９式を有することを特徴とする。
【数９】
2014177820.tif 000018
但し、Ｌ＝｛（Ｔ−ｃ）／ｃｏｓα｝−（Ｗ／２＋ｌ＋ｌ０）
δ＝ｒ・ｓｉｎθ・ｔａｎα
ここでＴ：マンホールの肉厚、ｌ：クラック誘発溝の長さ、ｌＯ＝(ｗ／２)ｔａｎα
【発明の効果】
【００４３】
請求項１及び５に係る発明によると、エンドミルの管軸（ｙ軸）方向への進退が直線運動機構を構成するサーボモータを制御装置で制御することにより簡単に精度よく行われ、下水道管がマンホールに偏心して取付けられていたり、傾斜して取付けられていても制御装置が偏心量や傾斜角の入力データに基づいてエンドミルを管軸方向に制御することで簡単に対処することができる。
【００４４】
請求項２及び６に係る発明によると、下水道管が横断面円形のマンホールに偏心量Ｅで取付けられている場合のクラック誘発溝の切削成形時にｒｅｍ１（θ）＝ｃを確保し、地震時の揺れにより、作業溝やクラック誘発溝の形成箇所でクラックを発生し易くすると共に、ミルによる切削時にマンホールにクラックを発生させたり、穴あきが発生するのを防ぐことができる。
【００４５】
請求項３及び７に係る発明によると、作業溝の切削時においてもｒｅｍ２（θ）＝ｃを確保し、地震時の揺れにより、作業溝やクラック誘発溝の形成箇所でクラックを発生し易くすると共に、ミルによる切削時にマンホールにクラックを発生させたり、穴あきが発生するのを防ぐことができる。
【００４６】
請求項４及び８に係る発明によると、下水道管が横断面矩形のマンホールに傾き角αで傾斜して取付けられている場合のクラック発生溝の切削時において、ｒｅｍ１（θ）＝ｃを確保し、地震時の揺れにより、クラック誘発溝の形成箇所でクラックを発生し易くすると共に、ミルによる切削時にマンホールにクラックを発生させたり、穴あきが発生するのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】マンホールの断面図。
【図２】マンホール側壁に接続される下水道管の接続部を示す斜視図。
【図３】下水道管に取付けた旋回用レールとガイド部材を示す図。
【図４】作業溝とクラック誘発溝のサイズを示す図。
【図５】図４に示す作業溝とクラック誘発溝にシール材を充填した断面図。
【図６】マンホールに偏心して取付けられた下水道管の断面図。
【図７】下水道管管端部の旋回角度θを示す模式図。
【図８】下水道管がマンホールに傾斜して取付けられた場合の模式図。
【図９】本発明に係る装置の正面図。
【図１０】同平面図。
【図１１】制御装置のブロック図。
【図１２】作業溝形成のフローチャート。
【図１３】クラック誘発溝形成のフローチャート
【図１４】エンドミルにより切込みを入れた状態を示す図。
【図１５】エンドミルにより作業溝が形成された状態を示す断面図。
【図１６】ミルを備えた第２の切削工具により切り込みが開始されるときの状態を示す断面図。
【図１７】同ミルが管端部を突き切ってマンホール側壁まで切削した状態を示す断面図。
【図１８】同ミルによりクラック誘発溝を形成した状態を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
以下、本発明の実施形態に係る装置について説明する。
下水道管１の管端部１ａには、前述の図３に示す装置と同様、請求項１に係わる発明の第１又は第２工程で使用する旋回用レール１８が下水道管１と同軸をなしてボルト等の止着具により取外し可能に固定される。
【００４９】
図９は、請求項１に係わる発明の第１工程において、環状の作業溝１１を形成するのに使用され、エンドミル１９を備えた第１の切削工具２１の正面図、図１０は同平面図で、切削工具２１は前記旋回用レール１８に周方向にスライド可能に装着され、旋回用レール１８に沿って旋回するベース２２と、該ベース２２に管軸（ｙ軸）方向にスライド可能に支持されるカッターアーム２３と、該カッターアーム２３に昇降可能に支持され、図示しない昇降用モータにより昇降するカッターヘッド２４と、該カッターヘッド２４に着脱可能に取着されるエンドミル１９と、サーボモータ２５を備え、カッターヘッド２４をｙ軸方向に進退させる直線運動機構と、旋回用サーボモータ２６を備え、前記ベース２２を旋回用レール１８に沿って旋回させる旋回機構２７とからなり、前記直線運動機構は、カッターアーム２３よりｙ軸方向に突設され、ベース２２にｙ軸方向にスライド可能に嵌挿される一対のガイドレール２８と、該ガイドレール２８と平行をなしてガイドレール２８と共にカッターヘッド２４より突設され、ベース２２に捩じ込まれるボールネジ２９と、前記サーボモータ２５と、該サーボモータ２５の動力をボールネジ２９に伝達し、ボールネジ２９を回転させる動力伝動機構３１とからなり、サーボモータ２５によりボールネジ２９を正逆に回転させると、カッターアーム２３がカッターヘッド２４と共にｙ軸方向に進退するようになっている。
【００５０】
ベース２２を旋回用レール１８に沿って旋回させる前記旋回機構としては、例えば旋回用レール１８に沿って取付けられる環状のラックと、該ラックと噛合し、前記旋回用サーボモータ２６によって回転駆動されるピニオンよりなるピニオンラック機構を用いることができ、ベース２２の旋回角度θを読取る読取手段としては、例えばサーボモータ２６の回転数を読取るエンコーダ３６（図１１参照）が用いられる。
【００５１】
カッターヘッド２４をカッターアーム２３に沿って昇降させる昇降機構に関しても同様にカッターヘッド２４に取付けられる図示しない昇降用モータを駆動源とするピニオンラック機構或いはボールネジよりなるネジ機構を用いることができ、これら各機構のサーボモータ２５、２６、昇降用モータとドリル駆動モータ４３や後述する第２の切削工具のドリル駆動モータ４７は図１１に示す制御装置３３によって制御されるようになっている。
【００５２】
制御装置３３は、図６に示すマンホール２や下水道管１の各種データ、例えばマンホール２外周の半径Ｒ及び肉厚Ｔ、下水道管１外周の半径ｒ及び肉厚ｔ、マンホール２の軸心ｏを通るｙ軸からの偏心量Ｅ、図８に示す矩形断面のマンホール３２の側壁に対する下水道管１の傾き角α、地震時の揺れによりクラックを発生させるようにすると共に、ミルによるクラック誘発溝１２の切削時、マンホール２にクラックや穴が開かない程度に設定されるクラック誘発溝１２とマンホール外周までの距離であるｒｅｍｃ、下水道管１とクラック誘発溝１２との間隔ａ、クラック誘発溝１２の溝巾ｗ、クラック誘発溝１２の外周から作業溝１１の溝底までの間隔ｂ、作業溝１１の溝巾Ｗ、クラック誘発溝１２のｙ軸方向の長さｌなどの各種データを入力する入力部３４と、各種操作ボタン（図１１には、このうちのスタートボタン３５のみを示している）と、前記下水道管１１とマンホール３２の該データ更には切削のプログラムや前記エンコーダ３６で読取ったサーボモータ２６の回転数から旋回用レール１８を旋回するベース２２の旋回角度θを求める演算式及び前述の数１〜数８式等の各種演算式を格納する記憶部３７と、該記憶部３７に格納された前記演算式よりベース２２の旋回角度θを算出し、また記憶部３７に格納された下水道管１及びマンホール２の前記諸データと数１〜数８式の各種演算式より各旋回角度でのｙ（θ）を算出する演算部３８と、該演算部３８で算出されたｙ（θ）に基づいてサーボモータ２５を制御し、カッターヘッド２４に取付けられるエンドミル１９及び後述する第２の切削工具のミルをｙ軸方向に進退させ、また前記記憶部に格納されたプログラムに基づいて旋回用サーボモータ２６の起動停止及び昇降用モータの起動、停止を制御する制御部３９を有している。
【００５３】
本装置は以上のように構成され、第１工程においてマンホールに取付けられる下水道管１の管端部１ａに図に示すような作業溝１１を形成する場合、先ず、下水道管管端部１ａに旋回用レール１８を取付ける。
【００５４】
旋回用レール取付後、第１の切削工具２１を旋回用レール１８に取付ける。この切削工具２１は予め旋回用レール１８に取付けておいてもよい。
【００５５】
次に第１工程により形成される作業溝１１の前記制御装置３３による形成過程について図１２に示すフローチャートに従って説明する。
【００５６】
切削開始時には先ず、スタートボタン３５（図１１参照）を押し、切削を開始する（Ｓ１）。すると制御装置３３は、記憶部３７に格納されるプログラムに従って、先ず第１の切削工具２１のエンドミル１９をｙ軸方向に進退させる直線運動機構のサーボモータ２５を起動し（Ｓ２）、該モータ２５を制御してカッターヘッド２４をエンドミル１９と共にｙ軸方向に沿って管端部１ａ側に移動させ（Ｓ３）、エンドミル１９を図９に示すようにマンホール側壁に位置する切削予定箇所の切込み開始位置に設定する（Ｓ４）。
【００５７】
切込み開始位置の位置決めは、エンドミル１９によって形成される作業溝１１の巾方向中心のｙ座標ｙ（θ）が数５式を満たすように行われ、切込み開始位置に位置決め後、サーボモータ２５は一旦停止される（Ｓ５）（図９）。
【００５８】
次に制御装置３３はドリル駆動モータ４３及び該ドリル駆動モータ４３の昇降用モータを起動し（Ｓ６）、エンドミル１９を回転させながら径方向外方（図の下方向）に送り（Ｓ７）、下水道管１の管端部内周面に押込んで切込みを開始する（Ｓ８）。
【００５９】
エンドミル１９による切込み開始後、エンドミル１９による切込み量が下水道管１の肉厚ｔ＋設定距離に達し、管端部１ａを突き切ってマンホール側壁まで所要量切込まれると（Ｓ９）（図１４）、前記昇降用モータを停止させると共に、ベース２２を旋回させる旋回機構２７のサーボモータ２６を起動する（Ｓ１０）。これにより管端部の周方向への切削が行われる（Ｓ１１）。この切削時において制御装置３３はエンコーダ３６により読取ったサーボモータ２５の回転数からベース２２の旋回角度θを算出すると共に、算出された各旋回角度θごとに記憶部３７に格納される数１〜数８式より求めたｙ（θ）からエンドミル１９のｙ座標を算出し（Ｓ１２）、該算出したｙ座標に合致するようにエンドミル１９をｙ軸方向にフィードバック制御する（Ｓ１３）。
【００６０】
ベース２２が旋回用レール１８を１周旋回し終えるまで、制御装置３３による前記エンドミル１９のｙ軸方向の制御が行われ、１周し終えると（Ｓ１４）、前記エンドミル１９の昇降用モータが起動されて該モータを逆回転させ、エンドミル１９を形成された周方向の作業溝１１より一旦引き上げ（Ｓ１５）、図１４に示すように元の位置まで引上げられると（Ｓ１６）、昇降用モータ及びドリル駆動モータ４３が停止される（Ｓ１７）。
【００６１】
前述の作業溝１１は、一度に形成しないで数回に分けて形成することもできる。すなわち時計回り或いは反時計回りに半周ずつ逆向きに形成したり、エンドミル１９の切込量を少なくしてエンドミル１９を周方向に旋回させ、一周したのち、切込量を多くして作業溝１１の深さを段階的に深くしていくこともでき、またｙ軸方向に数分割し、管端部の周りに一定巾の溝巾の作業溝を形成すると、エンドミル１９をｙ軸方向にずらし、作業溝を同様に順次繰返して形成することもできる。
以上で第１工程が終了し、第２工程が次のようにして行われる。
【００６２】
先ずカッターヘッド２４からエンドミル１９を取外し、カッターヘッド２４用の第２の切削工具４１をカッターヘッド２４に付け替える（図１６）。この第２の切削工具４１は図示するようにカッターヘッド２４に取外し可能に取付けられるブラケット４２と、該ブラケット４２の一側上部に取付けられるドリル駆動モータ４７と、ブラケット４２の他側下部に取付けられるクランクピンの形態をなし、管軸のｙ軸方向を向いてドリル駆動モータ４３により回転駆動される軸状のミル４４とよりなっており、クラック誘発溝１２を形成するときには、ブラケット４２端は前記第１工程により形成された作業溝１１内に嵌挿されるようになっている。
【００６３】
カッターヘッド２４端に第２の切削工具４１を取付けたのち、第２工程開始の図示しないボタンを押す（Ｓ１８）。これにより制御装置３３はミル４４のｙ軸方向における切削開始位置への位置決めを前述したエンドミル１９の位置決めと同様にして行い（Ｓ１９〜Ｓ２１）、位置決め後サーボモータ２５を一旦停止したのち、制御装置３３はドリル駆動モータ４７を駆動し、かつ昇降用モータを起動して（Ｓ２２）ミル４４を回転させながら径方向外方に送り、マンホール側壁に支持される管端部１ａの作業溝１１溝縁に当てる。そしてそのまま押込んで径方向に押し切りを行う（Ｓ２３）（図１７）。
【００６４】
ミル４４の径方向外方への送りは、前述のエンドミル１９の場合と同様、ミル４４が管端部１ａを突き切り、該管端部１ａから一定距離ａ（図４参照）のマンホール側壁に食い込むまで行われ、管端部１９から一定距離ａに達すると（Ｓ２４）、昇降用サーボモータを停止させると共に、旋回用サーボモータ２６を起動させる（Ｓ２５）。
【００６５】
サーボモータ２６の起動により第２の切削工具４１のミル４４は前述のエンドミルと同様、管端部の周りを旋回しながら制御装置３３によりｙ軸方向に制御されて切削を行うが（Ｓ２６）、ｙ軸方向への進退は制御装置でエンドミル１９を制御して作業溝１１を形成するのと異なり、前述のガイド８ａと同様、作業溝１１に案内されて行うようにしてもよい。この場合にはしたがって制御装置による制御は行われず、第２の切削工具４１のブラケット４２が作業溝に倣って旋回し、好ましくは該ブラケット４２に作業溝１１にスライド可能に係合するならい用治具を設けて作業溝１１に案内されて旋回するようにされる。
【００６６】
ミル４４が以上のように、管端部１ａの周りを一周りして切削を行うことでマンホール側壁に管端部１ａと一定距離ａ離れた環状のクラック誘発溝１２を形成する。
【００６７】
形成されたクラック誘発溝１２とマンホール外周面までの最短距離（図４に示すポイントＰ１とマンホール外周面までの距離）は、前述のｒｅｍｃが確保され、そのため切削時にマンホール側壁にクラックが入ったり、穴が開いたりすることはないうえ、地震時には揺れの程度によってクラックが入り易くなり、後述のシール材による緩衝作用を行うことができるようになる。なお、マンホール２にクラックが入ってもシール材がシール機能を果たし、下水道管１が地下深く埋設されていても、地下水が多量に流入するのを防ぐことができる。
【００６８】
ミル４４が管端部１ａの周りを一周してクラック誘発溝１２を形成後（Ｓ２７）、ドリル駆動モータ４７の回転を停止させ、かつ前記昇降用モータによりミル４４が切込み時にｙ軸と直行する方向に形成された溝４５を通して引上げられる（Ｓ２８）。ミル４４が切込開始位置まで引き上げられると（Ｓ２９）（図１８）、昇降用モータ及びドリル駆動モータ４７が停止される（Ｓ３０）。
以上のようにして請求項１に係わる発明の第２工程が終了する。
【００６９】
前述する例では、下水道管１の管端部１ａの全周にわたって形成される作業溝１１及びクラック誘発溝１２は、前述するようにｙ軸方向にも変位した三次元的な形状をなすが、マンホール２が大径で、下水道管１が小径である場合、前述する作業溝１１及びクラック誘発溝１２は円周方向だけでｙ軸方向に変位しない二次元的な形状であればよいことが多い。二次元的な形状である場合にはしたがって、エンドミル１９及びミル４４はｙ軸方向に進退しないで旋回のみすればよいことになる。
【００７０】
第２工程終了後、図５に示すように形成された作業溝１１及びクラック誘発溝１２内に弾力性のあるゴム又は樹脂製の流動性のあるシール材１３が充填され、ついでゴム又は樹脂製のベルト状の栓４８が作業溝１１の全周にわたって装填され、シール材１３を覆い保護する。
以上により請求項１に係わる発明の第３工程が終了する。
【符号の説明】
【００７１】
１・・下水道管
１ａ・・下水道管管端部
２、１４・・マンホール
１１・・作業溝
１２・・クラック誘発溝
１３・・シール材
１８・・旋回用レール
１９・・エンドミル
２１・・第１の切削工具
２２・・ベース
２３・・カッターアーム
２４・・カッターヘッド
２５・・サーボモータ
２６・・旋回用サーボモータ
２７・・旋回機構
２８・・ガイドレール
２９・・ボールネジ
３１・・動力伝達機構
３３・・制御装置
３４・・入力部
３５・・スタートボタン
３６・・エンコーダ
３７・・記憶部
３８・・演算部
４１・・第２の切削工具
４２・・ブラケット
４３、４７・・ドリル駆動モータ
４４・・ミル
４５・・溝
【図１】
2014177820.tif 000025
【図２】
2014177820.tif 000026
【図３】
2014177820.tif 000027
【図４】
2014177820.tif 000028
【図５】
2014177820.tif 000029
【図６】
2014177820.tif 000030
【図７】
2014177820.tif 000031
【図８】
2014177820.tif 000032
【図９】
2014177820.tif 000033
【図１０】
2014177820.tif 000034
【図１１】
2014177820.tif 000035
【図１２】
2014177820.tif 000036
【図１３】
2014177820.tif 000037
【図１４】
2014177820.tif 000038
【図１５】
2014177820.tif 000039
【図１６】
2014177820.tif 000040
【図１７】
2014177820.tif 000041
【図１８】
2014177820.tif 000042