(57)【要約】【課題】小口径の管路本管やそれよりも口径の大きい管路本管に導入しながら枝管の接続部分を穿孔することのできる簡便な穿孔装置を提供する。【解決手段】複数のロッド構成部材３１，３２を伸縮自在に直列接合してなる多段状の伸縮ロッド３Ｒを有する伸縮駆動部３と、伸縮ロッド３Ｒの先端に取り付けられる回転駆動部５と、回転駆動部５の回転出力軸５ａに装着される切削工具６とを備える。伸縮駆動部３は、伸縮ロッド３Ｒの伸縮方向に直交する軸１２ａ回りに揺動可能に支持される。又、伸縮駆動部３は、伸縮ロッド３Ｒを縮小状態にして収容するシリンダ胴３Ｃを有して該シリンダ胴３Ｃ内に圧縮空気を導入することにより伸縮ロッド３Ｒが伸長する構造の空気圧アクチュエータである。シリンダ胴３Ｃには、その内部に圧縮空気を導入するための入口ポート３３が設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のロッド構成部材を伸縮自在に直列接合してなる多段状の伸縮ロッドを有する伸縮駆動部と、前記伸縮ロッドの先端に取り付けられる回転駆動部と、その回転駆動部の回転出力軸に装着される切削工具とを備え、
前記伸縮駆動部は、前記伸縮ロッドの伸縮方向に直交する軸回りに揺動可能に支持されることを特徴とする穿孔装置。
【請求項２】
前記伸縮駆動部は、前記伸縮ロッドを縮小状態にして収容するシリンダ胴を有して該シリンダ胴内に圧縮空気を導入することにより前記伸縮ロッドが伸長する構造の空気圧アクチュエータであり、前記シリンダ胴にはその内部に圧縮空気を導入するための入口ポートが設けられていることを特徴とする請求項１記載の穿孔装置。
【請求項３】
前記切削工具を穿孔対象物に押し付けたとき前記伸縮ロッドに作用する反力を支える伸縮自在な支持脚を備えることを特徴とする請求項１、又は２記載の穿孔装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水道管などの管路内で用いられる穿孔装置に係わり、特に老朽化した管路の補修工事に際して、本管内に施したライニング材により塞がれる枝管の接続部分を開口するのに用いられる穿孔装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地中に埋設された下水道管などの管路が老朽化した場合、これを掘り出して交換するのでなく、老朽管を埋設状態のままその内壁に硬質被膜層を形成して補修する工法が周知であり、同工法による管補修工事が一般に広く行われている。
【０００３】
係る工法は、外周もしくは内外両周面がプラスチックフィルムで被覆された管状の樹脂吸収材に熱硬化性樹脂を含浸せしめてなる管ライニング材を用い、これを水や空気といった流体の圧力により管路内に反転挿入した後、その管ライニング材を流体圧で管路の内壁に押し付けたまま、その流体を温水に置換するなどして樹脂吸収材に含浸された熱硬化性樹脂を硬化させ、以って管路の内壁に管ライニング材による硬質被膜層を形成するものである。
【０００４】
ここに、上記のような管ライニング工法において、例えば下水道の本管にライニングを施した場合、本管に対する枝管の接続部分がライニング材によって塞がれることになるから、管ライニング材の硬化後には、枝管の接続部分に穿孔装置による穿孔を施して本管に枝管を連通させている。
【０００５】
従来、係る穿孔装置として、管路本管内に導入される管内作業用ロボットに対し、管路の長さ方向と直交する方向に伸縮する油圧シリンダを取り付けると共に、そのロッド部に油圧モータを連結し、その出力軸にカッターを取り付けたものが知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２９７３１８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、特許文献１に開示されるような従来の管路用穿孔装置によれば、本管の上部に枝管が接続していることに関係して、穿孔するべき枝管の接続部分まで切削工具が届かず、このため当該箇所を穿孔できないことがある。これは、油圧シリンダのロッド部のストロークが不足することによるもので、本管の口径が大きくなれば、それに応じて枝管の接続部分も高くなるから、ストロークの小さい油圧その他の流体圧シリンダでは対応できなくなる。尚、大口径の本管に対応してストロークの大きい流体圧シリンダを用いれば、それに応じてシリンダ胴も長くなるから、小口径の本管に対して穿孔装置を導入できなくなるという問題がある。
【０００８】
このため、従来では管路本管の口径に対応して数種類の穿孔装置を取り揃えており、その購入や維持管理にかかるコストが大きな負担となっている。
【０００９】
本発明は以上のような事情に鑑みて成されたものであり、その目的は一台の穿孔装置にして、小口径の管路本管やそれよりも口径の大きい管路本管に導入しながら枝管の接続部分を穿孔することのできる簡便な穿孔装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る穿孔装置は、
複数のロッド構成部材を伸縮自在に直列接合してなる多段状の伸縮ロッドを有する伸縮駆動部と、前記伸縮ロッドの先端に取り付けられる回転駆動部と、その回転駆動部の回転出力軸に装着される切削工具とを備え、
前記伸縮駆動部は、前記伸縮ロッドの伸縮方向に直交する軸回りに揺動可能に支持されることを特徴とする。
【００１１】
加えて、前記伸縮駆動部は、前記伸縮ロッドを縮小状態にして収容するシリンダ胴を有して該シリンダ胴内に圧縮空気を導入することにより前記伸縮ロッドが伸長する構造の空気圧アクチュエータであり、前記シリンダ胴にはその内部に圧縮空気を導入するための入口ポートが設けられていることを特徴とする。
【００１２】
又、前記切削工具を穿孔対象物に押し付けたとき前記伸縮ロッドに作用する反力を支える伸縮自在な支持脚を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、伸縮駆動部の伸縮ロッドが多段状の構造であることから、縮小時に全長を短くしながら伸長時のストロークを大きくできる。このため、枝管の接続部分が高くなる大口径の管路本管内においても、伸縮ロッドの伸長により切削工具を枝管の接続部分に押し付けながら、当該箇所を穿孔することができ、しかもその伸縮ロッドを有する伸縮駆動部が伸縮ロッドの伸縮方向に直交する軸回りに揺動可能に支持されることから、穿孔すべき枝管の接続部分が位置する方向に伸縮ロッドを指向せしめることができる。
【００１４】
加えて、伸縮駆動部が空気圧アクチュエータとされることから、油圧式のように使用に際して作動油が管路内に漏れ出す危険が無く、しかも管路内に可燃性ガスが発生した場合でも爆発事故を防ぐことが可能となる。
【００１５】
又、切削工具を穿孔対象物に押し付けたとき、その切削工具から伸縮ロッドに作用する反力を支える支持脚を備えることから、切削工具を穿孔対象物に強力に押し付けながら穿孔作業を迅速かつ適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る穿孔装置を示す側面図
【図２】同装置の正面図
【図３】同装置の要部を示す部分断面図
【図４】空気圧回路の一例を示すブロック図
【図５】本発明に係る穿孔装置の使用態様を示す説明図
【図６】小口径本管内での使用態様を示す説明図
【図７】大口径本管内での使用態様を示す説明図
【図８】伸縮駆動部の変更例を示す断面概略図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の具体例を図面に基づいて詳細に説明する。先ず、図１及び図２により本発明に係る穿孔装置の全体構成を概説すれば、１は管路内に導入される車輪付の管内作業用ロボットであり、その先端上部には管路内を撮影するためのカメラ１１が取り付けられている。
【００１８】
又、管内作業用ロボット１の先端部には、管路の長さ方向に指向される正逆回転可能な回転出力軸１２ａを有する揺動アクチュエータ（本例において、空気圧モータ１２）が内蔵されている。空気圧モータ１２の回転出力軸１２ａは軸継手１３に結合され、その軸継手１３は管内作業用ロボット１に固定した軸受ユニット１４により回転自在に支持されている。
【００１９】
一方、２は軸継手１３の先端にボルトなどによって締結される着脱自在なブラケットであり、このブラケット２に伸縮駆動部３が載置固定されている。伸縮駆動部３は、伸縮動作が可能な多段状の伸縮ロッド３Ｒを有し、その伸縮方向が空気圧モータ１２の回転出力軸１２ａに直交する状態でブラケット２に取り付けられている。すなわち、係る伸縮駆動部３は、空気圧モータ１２の回転出力軸１２ａを中心に左右方向に揺動可能にして支持されており、管路内では伸縮ロッド３Ｒの先端が管路の内壁面に指向される。
【００２０】
又、伸縮ロッド３Ｒの先端には、連結アーム４を介して回転駆動部（本例において、空気圧モータ５からなる回転アクチュエータ）が取り付けられている。空気圧モータ５は、伸縮ロッド３Ｒの伸縮方向に平行する回転出力軸５ａを有し、その回転出力軸９ａには切削工具６が装着されている。
【００２１】
本例において、切削工具６は円錐状のドリルであるが、これに代えて金属やカーボンなどから形成される基板にダイヤモンド砥粒を固着せしめたダイヤモンドカッタ、あるいは円筒体の端縁に刃部を形成したホールソーなども好適に用いることができる。
【００２２】
尚、図１、図２において、７はブラケット２の底面に設けた支持脚であり、この支持脚７は長さ調整可能な支柱部７１と、その下部（柱脚部）に設けた板状のスライドシュー７２からなり、そのスライドシュー７２は両端が上方に屈曲されている。
【００２３】
次に、図３により本発明に係る穿孔装置の要部構造を説明すれば、その要部を成す伸縮駆動部３は、空気圧により伸縮ロッド３Ｒの伸長動作が行われる単動形の空気圧アクチュエータであり、その伸縮ロッド３Ｒは口径が異なる複数（図示例において２つ）のロッド構成部材３１，３２を伸縮自在に直列接合して構成されている。換言すれば、ロッド構成部材３１，３２は同一直線上に伸縮自在にして直列状に嵌合されている。それらロッド構成部材３１，３２は剛直な金属円筒であり、それらの両端外周にはそれぞれ上部フランジ３１ａ，３２ａ及び下部フランジ３１ｂ，３２ｂが形成されている。
【００２４】
又、伸縮駆動部３は、図３の実線で示されるように、伸縮ロッド３Ｒを縮小状態にして収容するシリンダ胴３Ｃを有する。シリンダ胴３Ｃは、伸縮ロッド３Ｒの最大直径部（ロッド構成部材３２の下部フランジ３２ｂ）よりも大きな口径を有する金属円筒で、その下部周面には圧縮空気を取り込むべき入口ポート３３が穿設されている。
【００２５】
そして、係る伸縮駆動部３によれば、入口ポート３３からシリンダ胴３Ｃ内に圧縮空気が導入されると、その空気圧がロッド構成部材３１（以下、先端ロッドという）の内側先端面に作用して先端ロッド３１が伸長し、次いでその下部フランジ３１ｂが二段目のロッド構成部材３２の内側先端縁に係止することにより当該ロッド構成部材３２がシリンダ胴３Ｃ内から押し出され、その下部フランジ３２ｂがシリンダ胴３Ｃの内側先端縁に係止したときに伸長ストロークが最大となる。
【００２６】
尚、伸縮ロッド３Ｒの縮小時では、ロッド構成部材３２の上部フランジ３２ａがシリンダ胴３Ｃの外側先端縁に係止すると共に、先端ロッド３１の上部フランジ３１ａがロッド構成部材３２の外側先端縁に係止するのであり、これにより入口ポート３３から先端ロッド３１の内部に通じる気道が確保されるようになっている。又、図３から明らかなように、ブラケット２には入口ポート３３に連通する通気路２ａが形成されており、その通気路２ａと圧縮空気の供給源が図示せぬ可撓管で繋がれる構成とされている。
【００２７】
更に、図３から明らかなように、支持脚７の支柱部７１は、シリンダ胴３Ｃの内底部に連通する中空軸７１ａと、その内部に挿入されるピストンロッド７１ｂから構成され、伸縮ロッド３Ｒを伸長するべくシリンダ胴３Ｃ内に圧縮空気を導入したときに支柱部７１も伸長するよう構成されている。尚、支柱部７１は、スライドシュー７２から伸長方向の軸力を受けて常時伸長状態にあるが、シリンダ胴３Ｃ内への圧縮空気の導入時には、伸縮ロッド３Ｒの伸長によって切削工具６が穿孔対象物に押し付けられたときの反力を支持することができる。
【００２８】
図４は、伸縮駆動部３をはじめとする空気圧機器を作動せしめる空気圧回路の一例を示す。図４において、Ａｃは圧縮空気の供給源（エアコンプレッサ）、ＰはエアコンプレッサＡｃと空気圧モータ５，１２及び空気圧アクチュエータとしての伸縮駆動部３とを繋ぐ空気流路であり、この空気流路Ｐは空気圧モータ１２の一次側に接続する可撓管Ｐ１、その二次側に接続する可撓管Ｐ２、伸縮駆動部３に接続する可撓管Ｐ３、ならびに空気圧モータ５に接続する可撓管Ｐ４を含んで構成される。又、Ａｆは空気流路Ｐに介在されるエアフィルタ、Ｖ１〜Ｖ３は方向切換弁であり、それら方向切換弁Ｖ１〜Ｖ３はいずれも非通電時において空気流路Ｐを遮断する。このうち、方向切換弁Ｖ１は、通電時において空気圧モータ１２の一次側と二次側に対する圧縮空気の供給を切り換えられるようになっており、これに対応する空気圧モータ１２は一次側への給気により正転し、二次側への給気により逆転する。
【００２９】
一方、方向切換弁Ｖ２は、通電時において伸縮駆動部３への圧縮空気の供給を可能にするもので、これに対応する伸縮駆動部３は圧縮空気を受けて伸長し、方向切換弁Ｖ２の非通電時には上記切削工具６からの圧縮荷重を受けて圧縮空気を外部に放出しながら縮小する。
【００３０】
又、方向切換弁Ｖ３は、通電時において空気圧モータ５への圧縮空気の供給を可能にするもので、これに対応する空気圧モータ５は圧縮空気を受けて一方向に回転駆動しながら上記切削工具６を回転させる。
【００３１】
次に、以上のように構成される本願装置の使用形態について説明すれば、係る穿孔装置は、図５に例示するよう下水道の本管Ｍｐ内に導入される。図５のように、本管Ｍｐは管ライニング材Ｌにより予め内張りされており、本管Ｍｐに対する枝管Ｓｐの接続部分は管ライニング材Ｌにより塞がれている。そこで、係る穿孔装置は、枝管Ｓｐの接続部分（以下、穿孔位置とする）を塞ぐ管ライニング材Ｌを切削して枝管Ｓｐを本管Ｍｐに連通させるのに用いられる。
【００３２】
ここで、係る穿孔装置は、管内作業用ロボット１に接続するワイヤーロープＷにより本管Ｍｐ内に引き込まれる。尚、上記可撓管Ｐ１〜Ｐ４はワイヤーロープＷと共に図示せぬマンホールから地上に引き出され、上記方向切換弁Ｖ１〜Ｖ３を含む操作機器類やエアコンプレッサＡｃは地上に設置される。しかして、管内作業用ロボット１に設けたカメラ１１と、枝管Ｓｐ内に導入したカメラＣとにより撮影される映像を地上のモニターに映し出し、これを見ながら切削工具６を穿孔位置に正対させる。
【００３３】
穿孔位置に対する切削工具６の正対位置決めは、空気圧モータ１２を地上から遠隔操作することにより行われ、その後には伸縮駆動部３に対する圧縮空気の供給が行われる。尚、伸縮駆動部３への圧縮空気の供給が行われると、伸縮ロッド３Ｒが伸長して切削工具６が穿孔位置に押し付けられ、その反力が伸縮ロッド３Ｒに作用するが、このとき支持脚７を構成する支柱部７１も伸長してその下端にあるスライドシュー７２が図６の一点鎖線で示されるよう切削工具６の反対側で本管Ｍｐの内壁に圧着し、上記反力を支持脚７が支持するために管内作業用ロボット１が本管Ｍｐ内で傾いてしまうことが防止される。
【００３４】
しかして、伸縮駆動部３に圧縮空気の圧力を作用させたまま、空気圧モータ５に圧縮空気を供給して切削工具６を回転させながら穿孔位置を穿孔することができる。特に、本発明に係る穿孔装置によれば、伸縮駆動部３の伸縮ロッド３Ｒが多段状の構造であることから、縮小時に全長を短くしながら伸長時のストロークを大きくできるので、図７のように、図６に示す本管Ｍｐよりも口径の大きな本管Ｍｐ内に導入して、高い位置にある穿孔位置にも穿孔を施すことができる。
【００３５】
以上、本発明の好適な一例を説明したが、係る穿孔装置は上記のような構成に限らず、例えば管内作業用ロボット１を自走式とするなどしてもよい。又、管内作業用ロボット１に内蔵される揺動アクチュエータ、及び切削工具６を回転駆動させる回転アクチュエータは、空気圧モータに限らず、これに油圧モータや電気モータを利用することもできる。特に、揺動アクチュエータに上記のような空気圧モータ１２や油圧モータといった流体圧モータを用いた場合には、切削工具６の位置決めが困難になるところ、これに高い位置決め精度を得られるステッピングモータなどの制御用電動機を好適に用いることができる。
【００３６】
一方、伸縮駆動部３も空気圧アクチュエータに限らず、これに公知の車両用電動ポールのように電動機（電気モータ）の正逆駆動により、多段状の伸縮ロッドが伸縮する電動式伸縮機構を採用することができる。尚、その種の電動式伸縮機構は、多段状の伸縮ロッド内に可撓性線状体が通されると共に、その先端が先端ロッドの内部に係止されており、これを電動機で回転されるドラムに巻き取ったり、巻き取ったものを繰り出したりすることにより伸縮ロッドが伸縮する構成とされる。
【００３７】
ここに、伸縮ロッド３Ｒは、２つのロッド構成部材３１，３２が直列状に連なる二段式に限らず、三段以上でもよく、更には各ロッド構成部材３１，３２のうち先端ロッド３１は中空に限らず、図８のように下部フランジ３１ｂ（ピストン）を備えた中実軸とすることもできる。
【００３８】
更に、支持脚７として、伸縮駆動部３とは別に単独での伸縮動作が可能な流体圧シリンダを用いたり、回転操作によって長さを調整することのできるネジ軸を用いたりしてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１  管内作業用ロボット
１２  揺動アクチュエータ（空気圧モータ）
１２ａ  回転出力軸（伸縮駆動部の揺動中心）
３  伸縮駆動部
３Ｒ  伸縮ロッド
３１  ロッド構成部材
３２  ロッド構成部材
３３  入口ポート
３Ｃ  シリンダ胴
５  回転駆動部（空気圧モータ）
５ａ  回転出力軸
６  切削工具
７  支持脚
７１  支柱部
７２  スライドシュー
【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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【図７】
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【図８】
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