(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に埋設されている既設管を引き抜いて撤去するために既設管を切断する既設管の切断装置において、
上記既設管を内側から切削するカッターと、
上記既設管の一端から挿入されて、上記カッター刃の拡径及び縮径を行うと共に上記カッターを回転駆動する可撓性軸と、
上記可撓性軸を回転駆動する駆動手段とを備え、
上記カッターは、
回転支持部材と、
該回転支持部材の中心周りに分割配置されて一端が枢支され、他端の揺動端に切削刃が設けられて、上記揺動端の揺動によって拡径及び縮径可能なカッター刃と、
上記回転支持部材の中心部に螺合され、該回転支持部材に対する回転によって該回転支持部材の中心軸に沿って摺動することで、上記カッター刃の拡径及び縮径を行う拡径及び縮径駆動部材とを備え、
上記可撓性軸は、中芯ワイヤ群と該中芯ワイヤ群の外層に位置する外筒ワイヤ群とからなり、上記中芯ワイヤ群は、上記拡径及び縮径駆動部材に一端が連結されると共に他端が上記駆動手段の出力軸に連結され、上記外筒ワイヤ群は、上記回転支持部材に一端が連結されると共に他端が上記駆動手段の他の出力軸に連結され、
上記駆動手段は、駆動源からの回転駆動力を上記出力軸に伝達すると共に上記他の出力軸に伝達する動力伝達系を備え、該動力伝達系は、上記出力軸と上記他の出力軸間に摩擦係合部材を介在させることによって上記中芯ワイヤ群と上記外筒ワイヤ群とを異なる回転数で回転させることを特徴とする既設管の切断装置。
【請求項２】
上記動力伝達系は、上記カッター刃に作用する切削抵抗が所定以上になったときに、上記カッター刃に対する駆動力の伝達が断たれる構成を備えていることを特徴とする請求項１記載の既設管の切断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、既設管の切断装置に関し、さらに詳しくは、非開削による既設管の撤去時に用いられる切断装置の駆動力伝達機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
既設管路の老朽化、または住居の取壊し等の理由から既設管路の撤去が行われることがある。
既設管の撤去工法の一つには、既設管の一端を掴み、その掴んだ側の端部を牽引することで前進させ、地中から既設管を引き抜く方法がある。
【０００３】
上述の方法では、老朽管等の既設管を引き抜くための作業用ピットとなる立坑を掘削し、その立坑内に引き抜き装置を配置すると共に引き抜かれた既設管を切断するためのカッターが配置され、引き抜き装置によって端部を掴まれた既設管が、所定ストロークで引き抜かれるとカッターによって立坑内に露出した部分が切断される工程を繰り返して地中内にある既設管を撤去するようになっている。
既設管が撤去された後の空洞部は、例えば、砂や流動化埋め戻し材が充填されて地盤の陥没が防止されたり、あるいは、新たな管路が設けられて更新される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記方法による既設管撤去の際には、次のような問題があった。
既設管を引く抜く際には、土中圧によって既設管と土砂との間に大きな摩擦抵抗が発生するため、この摩擦抵抗に勝る牽引駆動力が必要となる。
既設管に作用する摩擦抵抗に勝るようにすることを目的として牽引駆動力を大きくすると、既設管の途中が継手によって連結されているような場合、継手部の位置で既設管が抜け外れることがある。また、継手部を含めて管路の途中が腐食していると上記摩擦抵抗によって引きちぎれてしまうこともある。従来では、継手部の位置で抜け外れたことを検出するということがないので、抜け外れた既設管が地中に残置されたままとなり、既設管の全長に渡っての撤去が行えない虞がある。
そこで、道路下に埋設されている既設管を撤去するような場合には、地面を開削して既設管を露出させる場合がある。
しかし、開削作業を行う場合には、その作業の間、交通が遮断されたり、埋め戻し作業などの付帯作業を必要とすることから作業効率を上げることが望まれる。
そこで、開削作業の効率を上げるには、開削作業に要する労力や設備が大掛かりとなりがちであり、これによって、作業コストが上昇するという問題がある。しかも、民地内に残置されている老朽管などの既設管を撤去する場合には、家屋が築造されている関係上、開削そのものを行うことが困難である。
【０００５】
一方、開削をしない代わりに、既設管内に挿入できる回転刃を備えた内面カッターを用いることも考えられる。このような構成によれば、既設管内面からの切断作業であるので、上述した種々の弊害を解消できる反面、回転刃にはその刃先に対して切削抵抗が作用する。このため、切削抵抗の大きさによっては、回転刃に損傷をきたし、既設管の切断作業を継続できなくなる虞がある。また、内面カッターに異常な外力が作用して欠損したような場合には、それを取り出して回収するために開削する必要もあり、非開削による切断工法を実施しながら、開削が必要となる場合もあった。
【０００６】
本発明の目的は、上記既設管の撤去時に実行される切断に用いられる装置における問題に鑑み、回転刃への過剰な負荷が作用した場合に回転刃の損傷を防止できるようにして非開削による既設管の撤去が可能な構成を備えた埋設管の切断装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、請求項１記載の発明は、地中に埋設されている既設管を引き抜いて撤去するために既設管を切断する既設管の切断装置において、上記既設管を内側から切削するカッターと、上記既設管の一端から挿入されて、上記カッター刃の拡径及び縮径を行うと共に上記カッターを回転駆動する可撓性軸と、上記可撓性軸を回転駆動する駆動手段とを備え、上記カッターは、回転支持部材と、該回転支持部材の中心周りに分割配置されて一端が枢支され、他端の揺動端に切削刃が設けられて、上記揺動端の揺動によって拡径及び縮径可能なカッター刃と、上記回転支持部材の中心部に螺合され、該回転支持部材に対する回転によって該回転支持部材の中心軸に沿って摺動することで、上記カッター刃の拡径及び縮径を行う拡径及び縮径駆動部材とを備え、上記可撓性軸は、中芯ワイヤ群と該中芯ワイヤ群の外層に位置する外筒ワイヤ群とからなり、上記中芯ワイヤ群は、上記拡径及び縮径駆動部材に一端が連結されると共に他端が上記駆動手段の出力軸に連結され、上記外筒ワイヤ群は、上記回転支持部材に一端が連結されると共に他端が上記駆動手段の他の出力軸に連結され、上記駆動手段は、駆動源からの回転駆動力を上記出力軸に伝達すると共に上記他の出力軸に伝達する動力伝達系を備え、該動力伝達系は、上記出力軸と上記他の出力軸間に摩擦係合部材を介在させることによって上記中芯ワイヤ群と上記外筒ワイヤ群とを異なる回転数で回転させることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、上記動力伝達系は、上記カッター刃に作用する切削抵抗が所定以上になったときに、上記カッター刃に対する駆動力の伝達が断たれる構成を備えていることを特徴としている。
【００１２】
【作用】
本発明では、カッター刃に作用する切削抵抗がこのカッター刃に対して過大な状態となると、カッター刃への駆動力の伝達が断たれるので、カッター刃の損傷を防止できる。特には、カッター刃の耐久剛性の限界値よりも低い値で折損するピンを回転駆動軸側と駆動源側との連結部に設けることでカッター刃への駆動力の伝達を断つことができ、また、過負荷が生じた際に滑りを生じることができる粘性カップリングを減速側入力軸と減速側出力軸との間に位置する中継部材として用いることによりカッター刃への動力伝達を断つことができる。また、上記滑りを生じさせることでカッター刃への異常負荷増大による欠損などを防止してカッター刃が残置されてしまうのを防止でき、これを取り出すための開削などの不必要な開削作業を行わないようにできる。
【００１３】
【実施例】
以下、図示実施例により本発明の詳細を説明する。
図１は、本発明実施例による既設管の切断装置を用いた撤去作業の状態を示す模式図であり、同図において既設管１の撤去時には、切断装置に相当する切断装置２が既設管１の一端から挿入されて切断位置にて切断作業が行われる。
切断作業に用いられる切断装置２は、本実施例の場合、既設管１の端部外側に位置して後述するカッター３の回転駆動源となる電動モータ４と、電動モータ４の出力軸を入力軸とする減速ギヤボックス５と、減速ギヤボックス５の出力側に連結されて後述するカッター刃９を回転駆動する軸に相当する可撓性軸６とを備え、可撓性軸６の先端にカッター３が連結されている。
【００１４】
可撓性軸６は、図２に示すように、複数の層状に倦装されたワイヤ群が用いられ、そのうちの内層に位置するワイヤ群は中芯ワイヤ群６Ａとして構成され、この中芯ワイヤ群６Ａの外層に位置するワイヤ群は外筒ワイヤ群６Ｂとして構成されている。ワイヤ群のうち中芯ワイヤ群６Ａは、後述するカッター３の拡径および縮径駆動部材８に一端が連結され、他端が減速ギヤボックス５の出力軸に連結されている。外筒ワイヤ群６Ｂが減速ギヤボックス５の出力軸に一端が連結され、他端が後述するカッター３の回転支持部材７に連結されている。可撓性軸６を構成する中芯ワイヤ群６Ａは外筒ワイヤ群６Ｂよりも小径とされ、外筒ワイヤ群６Ｂ内に挿通されて回転自在とされている。また、各ワイヤ群において減速ギヤボックス５の出力軸と後述する回転支持部材７と拡径および縮径駆動部材８とにそれぞれ連結されるワイヤは、巻き締め方向への回転が行われるように倦装方向が設定されている。これにより、中芯ワイヤ群６Ａおよび外筒ワイヤ群６Ｂが回転した場合には巻き締められることでワイヤ群の延長方向で緩みがなくなりトルク伝達のロスが低減される。
【００１５】
カッター３は、図３に構成が示されている。図３は、カッター３に装備されているカッター刃９の縮径時と拡径時とを中心線を境にして上下に表したものであり、中心線の上側が縮径時であり、そして、中心線の下側が拡径時である。図３（Ａ）において、カッター３には、カッター刃９の回転支持部材７とカッター刃９の拡径および縮径駆動部材８を備えている。回転支持部材７は、中心部にねじ棒１０が挿通されており、そのねじ棒１０は軸方向の途中が回転支持部材７内に固定されたナット部７Ａに螺合して回転することができる。ねじ棒１０はナット部７Ａによって、回転すると軸方向に移動できるように支持されている。回転支持部材７の一端には、内部をテーパーコーン状に形成したガイド部７Ｂが設けられており、ガイド部７Ｂの縮径部にはカッター刃９の基部が枢支されている。
【００１６】
カッター刃９は、図３（Ｂ）に示すように、ねじ棒１０の周方向で３分割位置にそれぞれ配置されており、基部に有する支軸９Ａが回転支持部材７に枢支されることで揺動することができ、揺動端には、図３（Ｂ）に示すように、切れ刃としての所定角度を設定された切削刃が設けられている。
【００１７】
図３（Ａ）において拡径および縮径駆動部材８は、回転支持部材７のガイド部７Ｂ側に位置する軸方向一端に外周面がテーパーコーン形状をなす拡径部８Ａが固定されている。拡径部８Ａはカッター刃９の揺動端内側に対向しており、大径部がカッター刃１０の揺動端に対向するとカッター刃９を径方向に押し動かして拡径方向に移動させることができる。拡径および縮径駆動部材８の軸方向他端には、図３（Ａ）に示すように、ピン１１が挿通されており、このピン１１が可撓性軸６の中芯ワイヤ部６Ａと連結されている回転体１２に形成された孔１２Ａに挿通されて一体化されている。これにより、ねじ棒１０は、回転支持部材７側が回転できない状態であっても単独で回転することができるようになっている。
【００１８】
一方、カッター刃９を回転駆動する外筒ワイヤ群６Ｂへ回転力を伝達するためには、図４に示すように、これの駆動源である電動モータとの間に配置された減速ギヤボックス５が用いられ、この減速ギヤボックス５における減速側出力部には外筒ワイヤ群６Ｂとの間での動力断接機構が設けられている。
すなわち、図４において減速ギヤボックス５における減速側出力部には、内側にネジ駆動軸１３が挿通されているカッター刃用駆動軸１４が設けられている。ネジ駆動軸１３の一端には、中芯ワイヤ群６Ａの延長方向一端がピンを介して掛け止めされており、中芯ワイヤ群６Ａの延長方向一端と同じ側のカッター刃用駆動軸１４の一端にはスリーブ１５が設けられている。
【００１９】
スリーブ１５には、外筒ワイヤ群６Ｂの延長方向一端が掛け止めされており、スリーブ１５とカッター刃用駆動軸１４とは、スリーブ１５内に挿通されているピン１６を介して一体化されている。
ピン１６は、カッター刃用駆動軸１４の外周面に圧接することでスリーブ１５とカッター刃用駆動軸１４とを連動可能に取り付けるようになっている。これにより、カッター刃用駆動軸１４が回転するとピン１６により一体化されているスリーブ１５が回転し、この回転に連動して外筒ワイヤ群６Ｂが回転するようになっている。
【００２０】
スリーブ１５に挿通されているピン１６は、カッター刃９の耐久剛性の限界値よりも許容値を考慮して低い値で折れることが可能な材質のものが用いられ、カッター刃９に発生する切削抵抗によりカッター刃９が損傷される前に折れることができるようになっている。
【００２１】
減速ギヤボックス５の内部には、電動モータ４からの回転力を伝達するために次の構成が設けられている。すなわち、カッター刃用駆動軸１４は、減速出力側ギヤ１７がキー１７Ａを介して一体化されており、ネジ駆動軸１３は、減速出力側ギヤ１７に対して摩擦係合可能なディスク部材１８の一方のロータ１８Ａにキー１８Ａを介して一体化されている。これにより、カッター刃駆動軸１４は減速出力側ギヤ１７によって回転駆動され、ネジ駆動軸１３は減速出力側ギヤ１７からの回転力が摩擦係合により伝達されるディスク部材１８の一方のロータ１８Ａを介して回転駆動される。
【００２２】
本実施例は以上のような構成であるから、切断位置に向けて可撓性軸６が挿入され、カッター３が位置決めされると電動モータ４が始動されて既設管１の切断を開始することができる。電動モータ４が非作動時には、カッター刃９が弾性体の付勢により縮径しているが、電動モータ４が始動されると可撓性軸６を介してカッター刃９が拡径される。つまり、可撓性軸６のうち、回転体１２に連結されてねじ棒１０と一体化されている中芯ワイヤ群６Ａは回転支持部材７に連結されている外筒ワイヤ群６Ｂよりも回転数が小さいので、回転支持部材７に対してねじ棒１０を回転させて拡径および縮径駆動部材８の拡径部８Ａをカッター刃９の揺動端に対向させる。これにより、回転支持部材７によって揺動可能に支持されているカッター刃９は、自らの回転に加えて拡径部８Ａの押圧動作による拡径動作によって既設管１を切削していく。
【００２３】
既設管１の切断時にカッター刃９に対してこれを損傷させる程度の過大な切削抵抗が発生した場合には、カッター刃９を回転させる外筒ワイヤ群６Ｂが掛け止められているスリーブ１５側でピン１６が折れる。これにより、電動モータ４からの回転力が外筒ワイヤ群６Ｂに伝達されなくなるので、カッター刃９の回転が中断され、過大な切削抵抗によりカッター刃９が損傷してしまうのを防ぐことができる。
【００２４】
次に上述した実施例における外筒ワイヤ群６Ｂに対する動力断接機構の別実施例について説明する。
図５は、減速ギヤボックス５の内部構造を示す図であり、同図において減速ギヤボックス５内で減速側入力軸１９は、駆動源である電動モータ４に連結されるようになっており、その軸上には減速入力側ギヤに相当する駆動ギヤ２０が一体化されている。
駆動ギヤ２０には、図４に示した例と同様に、減速出力側ギヤ１７が噛み合っており、カッター刃用駆動軸１４への回転力伝達を可能にしている。
減速出力側ギヤ１７、ディスク部材１８を介してネジ駆動軸１３への動力伝達部を構成している。
【００２５】
上記駆動ギヤ２０と減速側入力軸１９とは、減速入力軸１９上に配置されている中継部材２１によって連動可能に構成されている。
中継部材２１は、減速側入力軸１９に設定されている方向の回転のみを伝達でき、この方向と反対方向への回転トルクが発生した場合に減速側入力軸１９上で駆動ギヤ２０に滑りを生じさせて空転させることができる構成を備えている。
本実施例では、このような中継部材２１として、一方向に対しこれとは反対方向への流動が抑制されているシリコンオイルなどの高粘弾性を有した流体が封入された粘性カップリングや、スプリングクラッチなどが用いられる。この場合の一方向とは電動モータ４に設定されている回転方向に相当し、この方向がカッター刃９の切削回転方向である。
【００２６】
本実施例は以上のような構成であるから、既設管内に挿入されて切断作業が開始された際にカッター刃９において過大な切削抵抗が発生すると、カッター刃９に切削回転方向と反対方向の反力が発生する。このため、減速ギヤボックス５側での減速出力側ギヤ１７には電動モータ４からの駆動方向と逆方向の回転トルクが発生するので、中継部材２１において駆動ギヤ２０と減速側入力軸１９との間に滑りが発生し、減速側入力軸１９が空転する。これにより、カッター刃９への回転駆動力が伝達されないので、カッター刃９に作用している切削抵抗によってカッター刃９が折損するような事態が免れる。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１乃至５記載の発明によれば、カッター刃に作用する切削抵抗が所定以上に達した時点でカッター刃への駆動力の伝達が断たれるので、カッター刃の損傷を防止できる。
特に請求項２記載の発明によれば、カッター刃の耐久剛性の限界値よりも低い値で折損するピンを回転駆動軸側と駆動源側との連結部に設けることでカッター刃への駆動力の伝達を断つことができ、また請求項３乃至５記載の発明によれば、過負荷が生じた際に滑りを生じることができる粘性カップリングを減速側入力軸と減速側出力軸との間に位置する中継部材として用いることによりカッター刃への動力伝達を断つことができる。この結果、カッター刃に過剰な負荷が作用した場合に容易に回転力の伝達を中断してカッター刃の損傷を速やかに防ぐことが可能となる。また、カッター刃の損傷が防止できることで、カッター刃が管路内に残置されるようなことを防止でき、その取り出しのために開削するという無駄な作業をなくすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例による既設管の切断装置を用いる撤去作業状態を説明するための模式図である。
【図２】本発明実施例による切断装置に持ちられる軸部の構成を説明するための図であり、（Ａ）は中芯ワイヤ群を、（Ｂ）は外筒ワイヤ群を示している。
【図３】本発明実施例による切断装置の要部構成を説明するための図であり、（Ａ）は側面視による断面図、（Ｂ）は（Ａ）中、符号（Ｂ）で示す方向の矢視図である。
【図４】本発明実施例による切断装置における動力断接機構の構成を説明するための図３相当の図である。
【図５】図４に示した動力断接機構の変形例を説明するための図４相当の図である。
【符号の説明】
１      既設管
２      切断装置
３      カッター
４      回転駆動源をなす電動モータ
５      減速ギヤボックス
６      回転駆動軸に相当する可撓性軸
６Ａ    中芯ワイヤ群
６Ｂ    外筒ワイヤ群
７      回転支持部材
７Ｂ    ガイド部
８      拡径および縮径駆動部材
８Ａ    拡径部
９      カッター刃
１０    ネジ棒
１３    ネジ棒を駆動するネジ駆動軸
１４    カッター刃用駆動軸
１６    ピン
１９    減速側入力軸
２０    減速入力側に位置する駆動ギヤ
２１    中継部材
【図１】
0003757091.tif 000002
【図２】
0003757091.tif 000003
【図３】
0003757091.tif 000004
【図４】
0003757091.tif 000005
【図５】
0003757091.tif 000006