埋設管分岐部穿孔装置
【課題】
埋設管分岐部穿孔装置において、埋設管が小口径であっても埋設管分岐部のライニングを埋設管内部から高速に安定して穿孔可能とする。
【解決手段】
埋設管分岐部穿孔装置は埋設管の配管分岐部のライニングを埋設管内部から穿孔するものである。穿孔装置は、配管分岐部のライニングを穿孔する加工機構１０と、加工機構１０を配管軸回りに回転させる旋回機構と、加工機構１０および旋回機構を配管軸方向に移動させる移動機構とを備える。加工機構１０と旋回機構と移動機構との間には自在継手５０が設けられている。加工機構１０は、配管半径方向に突出する回転式穿孔工具２００と、穿孔工具２００を配管半径方向に移動させる工具昇降機構２４０と、工具駆動モータ２１０とを備える。穿孔工具２００と工具駆動モータ２１０とは、両端部に自在継手２２１を具備すると共に受動的に軸方向に伸縮する自由度を有するユニバーサルシャフト２２０を介して接続されている。
埋設管分岐部穿孔装置において、埋設管が小口径であっても埋設管分岐部のライニングを埋設管内部から高速に安定して穿孔可能とする。
【解決手段】
埋設管分岐部穿孔装置は埋設管の配管分岐部のライニングを埋設管内部から穿孔するものである。穿孔装置は、配管分岐部のライニングを穿孔する加工機構１０と、加工機構１０を配管軸回りに回転させる旋回機構と、加工機構１０および旋回機構を配管軸方向に移動させる移動機構とを備える。加工機構１０と旋回機構と移動機構との間には自在継手５０が設けられている。加工機構１０は、配管半径方向に突出する回転式穿孔工具２００と、穿孔工具２００を配管半径方向に移動させる工具昇降機構２４０と、工具駆動モータ２１０とを備える。穿孔工具２００と工具駆動モータ２１０とは、両端部に自在継手２２１を具備すると共に受動的に軸方向に伸縮する自由度を有するユニバーサルシャフト２２０を介して接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、埋設管分岐部穿孔装置に係り、特に樹脂等を用いてライニング補修された埋設管の分岐部のライニングを埋設管内部から穿孔する埋設管分岐部穿孔装置に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
埋設された上下水道管やガス管を管内部から保守、点検作業を行なうロボットが検討されている。特に、老朽化した鉄製の埋設管にシール材、樹脂材料等でライニング補修した後の埋設管分岐部を閉塞しているライニングに対して流体を挿通させるための装置が検討されている。
【０００３】
従来の非開削で埋設管分岐部のライニングを配管内部から開口する装置については、特開２０００−６１８９９号公報（特許文献１）に開示された開口装置がある。この開口装置は埋設管内面のライニングにより閉塞された分岐部を開口する装置である。この特許文献１には、埋設管内を走行する走行体に連結軸を介してノズル取付ヘッドが連結され、このノズル取付ヘッドに分岐開口部の可とう性チューブを切断する高圧水噴射ノズルが取り付けられ、その走行体には、連結軸を回転駆動してノズル取付ヘッドを連結軸周りに所要角度範囲揺動させる揺動駆動手段と、連結軸を軸方向に前後動してヘッドを走行体に対しその走行方向前後に移動させる前後駆動手段とが設けられることが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−６１８９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の開口装置では、埋設管の内径が小さい場合、例えばガス配管などに見られるような５０ｍｍ以下の配管径の場合についての考慮が十分でなかった。すなわち、特許文献１の開口装置では、高圧のウォータジェットでライニングチューブを切断する方式のため、高圧水の噴射に耐えるように装置を頑丈にする必要があり、さらには、切断時に飛散する水から装置を保護するため、装置の防水の考慮も必要となる。これらによって、装置が大型化し、小口径の埋設管への適用が困難となる懸念があった。特に、高圧水を搬送する配管に強度を要するため、その寸法が大きくなりやすく、さらには、高圧水を噴射するノズル部分はノズルを回転させる構成とするため、スイベルジョイント等を用いる必要がある。これらを用いた構成で、内径５０ｍｍの埋設管内に挿入可能で、しかも分岐管方向に２５ｍｍ程度の開口を行なう開口装置を構成することは、寸法の制約から非常に困難であった。
【０００６】
本発明の目的は、埋設管が小口径であっても埋設管分岐部のライニングを埋設管内部から高速に安定して穿孔可能な埋設管分岐部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】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明は、樹脂等を用いてライニング補修された埋設管の配管分岐部のライニングを埋設管内部から穿孔する埋設管分岐部穿孔装置において、前記配管分岐部のライニングを穿孔する加工機構と、前記加工機構を配管軸回りに回転させる旋回機構と、前記加工機構および前記旋回機構を配管軸方向に移動させる移動機構とを備え、前記加工機構と前記旋回機構との間および前記旋回機構と前記移動機構との間に自在継手を介してそれぞれを接続し、前記加工機構は、配管半径方向に突出する回転式穿孔工具と、前記穿孔工具を配管半径方向に移動させる工具昇降機構と、配管軸方向に突出するシャフトを有する工具駆動モータとを備え、前記穿孔工具と前記工具駆動モータのシャフトとを、両端部に自在継手を具備すると共に受動的に軸方向に伸縮する自由度を有するユニバーサルシャフトを介して接続したことにある。
【０００８】
係る本発明のより好ましい具体例は次の通りである。
（１）前記穿孔工具と前記ユニバーサルシャフトとをＬ字型伝達機構を介して接続したこと。
（２）前記穿孔工具は、先端側から軸方向に形成した回転防止用切欠き部と、外周に形成した凹溝とを有するシャフトを備え、前記Ｌ字型伝達機構は、配管半径方向に形成した係止穴と、外周に形成した凹溝とを有するかさ歯車を備え、前記穿孔工具のシャフトを前記かさ歯車の係止穴に挿入した状態で前記穿孔工具のシャフトの凹溝と前記かさ歯車の凹溝とに係合する抜け防止具を備えたこと。
（３）前記穿孔工具と前記工具昇降機構とを機械的に分離可能な分離機構と、この分離機構が分離状態の際に前記穿孔工具を加工機構内に収納させる工具収納機構とを備えたこと。
（４）前記分離機構は前記穿孔工具と前記工具昇降機構とを結合する部分に設けられた板バネと鋼球とを有するボールラッチ機構を備え、前記工具収納機構は前記穿孔工具を加工機構内に収納させるバネを備えたこと。
（５）前記穿孔工具が配管径方向に移動する空間と前記工具昇降機構の昇降駆動部分との間を可とう性のあるシールドを設置することで分離し、昇降駆動部分の空間側からシールド側にエアーを注入するノズルを設けたこと。
（６）前記加工機構の両側に中心位置決め機構を備え、前記中心位置決め機構は少なくとも３方向に放射状に等距離繰り出され且つ配管軸方向に回転可能なローラを備えたこと。
（７）移動機構を配管内側のライニング面に接触して駆動力を発生する駆動輪と、移動時に駆動輪を配管内側に押し付ける押し付け機構で構成し、さらに、前記駆動輪として歯車を用いたこと。
（８）移動機構と中継装置とを、装置牽引時の張力を受け持つワイヤーとコイルバネ状の電源ケーブルとエアー配管とにより接続したこと。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、埋設管が小口径であっても埋設管分岐部のライニングを埋設管内部から高速に且つ安定して穿孔可能な埋設管分岐部穿孔装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施例の埋設管分岐部穿孔装置について図を用いて説明する。本発明は、この実施例に開示した形態に限られるものではなく、公知技術などに基づく変更を許容するものである。
【００１１】
まず、図１を参照しながら本実施例の埋設管分岐部穿孔装置の埋設管内に挿入される部分の構成について説明する。図１は本発明の一実施例である埋設管分岐部穿孔装置を埋設管内に挿入してその分岐部を穿孔している状態の断面説明図である。図１では図示を容易にするために埋設管を上下に３段に分割してあるが、実際には埋設管は１本の直線で構成されている。
【００１２】
埋設管分岐部穿孔装置において、ライニングされた埋設管である主管３内に挿入される部分は、加工機構１０、旋回機構２０、移動機構３０及び中継装置４０である。加工機構１０は埋設管分岐部のライニング７に穿孔を実施するためのものである。旋回機構２０は加工機構１０をライニングされた配管軸周りに回転させるためのものである。移動機構３０は加工機構１０及び旋回機構２０をライニングされた配管軸方向に移動させるためのものである。中継装置４０は加工機構１０、旋回機構２０及び移動機構３０へ制御信号、電力及びエアー等を中継するためのものである。加工機構１０、旋回機構２０、移動機構３０及び中継装置４０は、この順に主管３内に挿入される。
【００１３】
加工機構１０と旋回機構２０との間、旋回機構２０と移動機構３０との間は、それぞれ２つの自在継手５０を介して連結されている。これによって、加工機構１０と旋回機構２０と移動機構３０とは屈曲可能になっているので、従来２００ｍｍ以上の配管径において実施されていた分岐部の地面を非開削で補修するライニング工法を、２００ｍｍ以下、例えば５０ｍｍ程度の配管に対しても実施することが可能である。従って、従来のように小口径の配管にライニング工法を適用する場合に分岐部を掘削して穿孔を行なう必要がなく、交通遮断時間の短縮、掘削残土の処理の削減、掘削位置の最舗装の削減が可能となり、管路ライニング補修工事の高信頼性化及び簡素化が可能となる効果がある。
【００１４】
主管３は、例えば、ライニング７を接着剤により内張りされて補修されており、主管３と分岐管５との接合部分はライニング７及び接着剤が固化した接着剤層９で塞がれている。
【００１５】
埋設管分岐部穿孔装置は、ライニング７及び接着剤層９により塞がれた分岐部分に穿孔を実施する装置であり、上述したように、埋設管内径が５０ｍｍ程度の小口径の老朽化鉄製埋設管をライニングにより内張りを施し補修した埋設管の分岐部を、非開削で埋設管内部から穿孔を実施し、本管と分岐した分岐管とを貫通させて使用可能とし、非開削で老朽管を補修するライニング工法を実現するものである。
【００１６】
次に、図２を参照しながら埋設管分岐部穿孔装置が運用されている状態の全体構成を説明する。図２は本発明の一実施例の埋設管分岐部穿孔装置の全体構成の説明図である。
【００１７】
ライニング補修される主管３の該当部分の両側の地面が堀削され、その主管部分ができるだけ短い長さで切断され、該当する主管３内にライニング補修が行なわれる。この状態で、切断部を通して加工機構１０、旋回機構２０、移動機構３０及び中継装置４０が主管３内に挿入される。該当する主管３の一方の切断部の外側には牽引ワイヤー６０が設置され、他方の切断部の外側にはケーブル巻き取り装置９０が設置されている。なお、主管３内における前後は、牽引ワイヤー６０側を前側、ケーブル巻き取り装置９０側を後側として以下の説明を行なう。
【００１８】
主管３と分岐管５との接合部に挿入された加工機構１０の前端からは牽引ワイヤー６０が引き出されている。この牽引ワイヤー６０はワイヤー牽引装置７０に巻き取り可能に接続されている。これによって、加工機構１０は牽引ワイヤー６０を介してワイヤー牽引装置７０に接続されている。また、移動機構３０の後端からはエアーパイプ、電源ライン、制御信号ライン等のケーブル８０が引き出されている。このケーブル８０は、装置牽引時の張力を受け持つワイヤーと、コイルバネ状の電源ケーブルと、エアー配管とにより構成されており、センサ信号の処理やエアー配管の分岐を行なう中継装置４０に接続されている。中継装置４０から引き出されたケーブル８０は、ケーブル巻き取り装置９０に巻き取られるように接続されている。ケーブル巻き取り装置９０から引き出されたケーブルのうち、制御信号ライン及び電源ラインは制御装置１００に接続され、エアーパイプはエアーコンプレッサ１１０に接続されている。埋設管分岐部穿孔装置全体はこれらにより構成されている。
【００１９】
次に、図３を参照しながら加工機構１０の構成を説明する。図３は図１の加工機構１０の説明図である。図３（ａ）は加工機構１０の平面図、図３（ｂ）はその側面図である。
【００２０】
加工機構１０は、穿孔工具２００と、工具駆動モータ２１０と、ユニバーサルシャフト２２０と、Ｌ字型伝達機構２３０と、工具昇降機構２４０と、仕切り板２４５と、中心位置決め機構２５０と、前方監視カメラ２６０と、カメラ用照明２７０と、反力支持クランプ２８０と、姿勢検出センサ(図示せず)と、分岐部検出センサ３００と、エアーノズル(図示せず)と、姿勢支持クランプ３２０と、加工監視カメラ３３０と、工具昇降駆動モータ３４０と、アウターボディ３５０とを備えて構成されている。
【００２１】
穿孔工具２００は埋設管分岐部のライニング７の穿孔を行なうための回転式穿孔工具であり、加工機構１０より上方に突出可能に設けられている。穿孔工具２００は配管半径方向に延びるシャフト２０１（図４Ｂを参照）を有している。
【００２２】
工具駆動モータ２１０は穿孔工具２００を回転させるためのものであり、主管３の内径とほぼ同じ大きな外径を有し、配管軸方向に延びる円筒状に形成されている。工具駆動モータ２１０のシャフトは、配管軸方向に延び、後端面より後方に突出されている。
【００２３】
ユニバーサルシャフト２２０は工具駆動モータ２１０の駆動力を穿孔工具２００に伝えるためのものであり、両端部に自在継手２２１を具備すると共に、受動的に軸方向に伸縮する自由度を有するように構成されている。すなわち、ユニバーサルシャフト２２０の円筒形状本体２２２は入れ子構造となっており、その一方を構成するスプラインシャフトの端部に自在継手２２１が備えられ、その他方を構成する部材（スプラインシャフトと嵌め合う穴があいた部材）の端部に自在継手２２１が備えられている。ユニバーサルシャフト２２０の片側の自在継手２２１は工具駆動モータ２１０のシャフト先端と接続され、他側の自在継手２２１はＬ字型伝達機構２３０と接続されている。係る構造により、穿孔工具２００の昇降に合わせて受動的にユニバーサルシャフト２２０の本体２２２の嵌め合い部分が伸縮することができる。
【００２４】
上述したユニバーサルシャフト２２０に関する構成を採用することで、工具駆動モータ２１０をアウターボディ３５０に固定した状態で穿孔工具２００を配管径方向に移動しながら駆動することができるため、ほぼ配管内径と同程度の大きな外径のモータを工具駆動モータ２１０として使用することが可能となる。これによって、工具駆動モータ２１０の高出力化を図ることができ、高速に且つ安定して分岐部のライニング７の切削を行なうことができる。
【００２５】
Ｌ字型伝達機構２３０は、ユニバーサルシャフト２２０を介して伝達される工具駆動モータ２１０の回転動力を穿孔工具２００に伝えるためのものである。このＬ字型伝達機構２３０は、工具駆動モータ２１０の配管軸方向に対する回転を穿孔工具２００の配管径方向に対する回転に変換するように構成されている。
【００２６】
工具昇降機構２４０は穿孔工具２００及びＬ字型伝達機構２３０を分岐管方向に移動させるためのものであり、Ｌ字型伝達機構２３０と工具昇降駆動モータ３４０との間に設置されている。工具昇降駆動モータ３４０は、工具昇降機構２４０を介してＬ字型伝達機構２３０及び穿孔工具２００を昇降駆動するように、工具昇降機構２４０の前方に設置されている。工具昇降駆動モータ３４０のシャフトは配管軸方向に延びている。そして、工具昇降機構２４０は、工具昇降駆動モータ３４０のシャフトの回転を、カップリング３４１及びかさ歯車３４２を介して駆動用ボールねじ３４３に伝達し、駆動用ボールねじ３４３及び３本のリニアガイド３４４のこま２４７とボールラッチ機構２３８を介して結合されたＬ字型伝達機構２３０を昇降させるように構成されている。このＬ字型伝達機構２３０の昇降に伴って、Ｌ字型伝達機構２３０に取り付けられた穿孔工具２００を昇降させることができる。
【００２７】
仕切り板２４５は切削時の切粉が後方の工具機構内へ侵入することを防ぐためのものであり、Ｌ字型伝達機構２３０と工具昇降機構２４０との間に設置されている。仕切り板２４５で仕切られた工具昇降機構側に空気を噴射するためにエアーノズルが設置されている。
【００２８】
中心位置決め機構２５０は、加工機構１０の中心軸を配管中心軸にほぼ一致させるためのものであり、加工機構１０の両側に二つ備えられている。反力支持クランプ２８０は、穿孔工具２００による穿孔時の反力を支持すると共に、加工機構１０を主管３の分岐管５の分岐方向に押し付けるためのものである。姿勢検出センサは加工機構１０の配管軸周りの角度を検出するためのものである。
【００２９】
前方監視カメラ２６０は装置を主管３に挿入する際の進行方向の埋設管内を監視するためのものであり、前方を照明するための照明２７０が並置されている。
【００３０】
分岐部検出センサ３００は分岐管５のエッジを磁気で検出するためのものである。姿勢支持クランプ３２０は穿孔時の加工機構１０の姿勢を埋設管と平行にするためのものである。アウターボディ３５０は加工機構１０の外側ケーシングを構成するものである。
【００３１】
姿勢支持クランプ３２０はエアーシリンダを用いて構成されている。加工機構１０のアウターボディ３５０の最大径部分と姿勢支持クランプ３２０のピストンとの両方が管内壁面に接触したときに、加工機構１０の中心軸が配管中心軸とほぼ平行になる位置にピストンの繰り出し終了位置が設定されている。さらに、反力支持クランプ２８０はエアーシリンダを用いて構成されている。反力支持クランプ２８０を動作させることで加工機構本体を分岐管方向に押し付け、穿孔時の反力を支持する構成となっている。
【００３２】
次に、図４を参照しながら穿孔工具２００の取付け構造に関して説明する。図４Ａは図３の加工機構１０における穿孔工具２００をＬ字型伝達機構２３０に取り付けた状態の説明図、図４Ｂは図４Ａの穿孔工具２００の説明図、図４Ｃは図４Ａの抜け防止具２３５の説明図、図４Ｄは図４Ａのかさ歯車２３２の説明図である。
【００３３】
穿孔工具２００とＬ字型伝達機構２３０と抜け防止具２３５とは、図４Ａに示すように、組み合わされている。Ｌ字型伝達機構２３０は、機構本体、２つのかさ歯車及びコの字型の抜け防止具２３５から構成されており、２つのかさ歯車でユニバーサルシャフト２２０を介して伝達される工具駆動モータ２１０の回転動力を穿孔工具２００に伝える構成となっている。
【００３４】
穿孔工具２００は、図４Ｂに示すように、先端側から軸方向に形成した回転防止用切欠き部２０１ａと、外周に形成した凹溝２０２とを有するシャフト２０１を備えている。シャフト２０１は、断面がＤ形状になるよう加工されて平らな部分が作成されることにより、回転防止用切欠き部２０１ａが構成されている。凹溝２０２は、シャフト２０１の根本部の外周面に全周にわたって形成されている。
【００３５】
Ｌ字型伝達機構２３０は、図４Ｄに示すように、配管径方向に形成した係止穴２３０ａと、外周に形成した２つの凹溝２３４とを有するかさ歯車２３２を備えている。係止穴２３０ａはシャフト２０１の外形と合致するようにＤ形状に加工されている。凹溝２３４は係止穴２０３ａに連通するように形成され、凹溝２０２にも連通する位置に設けられている。
【００３６】
抜け防止具２３５は、弾力性を有する部材で構成され、図４Ｃに示すように、平面略コの字状に形成されている。この抜け防止具２３５は、穿孔工具２００のシャフト２０１をかさ歯車２３２の係止穴２３０ａに所定の深さまで挿入した状態で、かさ歯車２３２の凹溝２３４と穿孔工具２００のシャフト２０１の凹溝２０２とにまたがって係合するように差込んで取り付けられている。
【００３７】
かかる構造により、穿孔工具２００の空回り及びシャフト軸方向の抜けを防止することができると共に、穿孔工具２００の交換時に工具が不要となり、交換を容易に行なうことができる。また、穿孔工具２００の固定には、回転型工具の固定に用いられているコレットチャックなどを用いることができるのは明白である。
【００３８】
次に、図５を参照しながら昇降機構２４０などが故障した場合の穿孔工具２００の退避方法について説明する。図５Ａは図３の穿孔工具２００が分岐管内に張り出した状態の断面図、図５ＢはＬ字型伝達機構２３０からリニアガイドのこま２４７を取外した状態の説明図である。図５Ａ（ａ）は平面図、図５Ａ（ｂ）は側面図である。
【００３９】
工具昇降駆動モータ３４０や工具昇降機構２４０などが穿孔作業中に故障した場合には、図５Ａに示すように穿孔工具２００が分岐管方向に張り出したまま停止することが考えられる。このような場合には、穿孔工具２００が分岐管部分に引っかかって装置を主管３内から取り出すことができなくなる恐れがある。このため、本実施例では、Ｌ字型伝達機構２３０の昇降機構側の端部に鋼球と板バネを用いたボールラッチ機構２３８を設けると共に、リニアガイドのこま２４７の端部にくぼみを持ったテーパー２４８を設け、ボールラッチ機構２３８とこま２４７のテーパー２４８とをはめ合わせる構成としている。これにより工具昇降機構２４０などが故障して穿孔工具２００が分岐管側に出っ張った状態で停止しても、穿孔装置本体をケーブル巻き取り装置９０に併設されたワイヤー牽引装置（図示せず）により制御装置側に牽引することでボールラッチ機構２３８を解除し、工具昇降機構２４０側と穿孔工具２００側とを機械的に切り離すことが可能となる。さらに、アウターボディ３５０とＬ字型伝達機構２３０を引き下げバネ２３９で結合することで、工具昇降機構２４０側と穿孔工具２００側とを機械的に切り離した後に、引き下げバネ２３９のバネ力により穿孔工具２００を加工機構１０内に回収することができる。これにより、装置の故障時でも穿孔装置の回収が可能となり、装置の信頼性を向上することができる。
【００４０】
次に、図６を参照しながら工具昇降機構２４０への切粉の混入を防ぐ仕切り板について説明する。図６は図３の加工機構における仕切り板の設置状態を示す説明図である。図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は正面図である。
【００４１】
仕切り板２４５は、ブラシ２４６と取付ステー２４８とを備えて構成されている。取付ステー２４８はアウターボディ３５０に取り付けられている。ブラシ２４６は、シールドを構成するものであり、リニアガイドのこま２４７のくびれた部分に位置するように設置されている。これにより工具昇降機構２４０側と穿孔工具２００の真下に位置するＬ字型伝達機構２３０側との間を仕切り板２４５で仕切ることができる。これによって、工具昇降機構２４０への切粉の混入を防ぐことができる。さらに、工具昇降機構２４０の駆動側空間に設置されたエアーノズルからエアーを噴出するように構成されている。これにより、ライニング切削時の切粉が昇降機構２４０側に侵入することを確実に防止することができる。
【００４２】
次に、図７を参照しながら装置の中心位置決め機構について説明する。図７は図３の加工機構１０における中心位置決め機構２５０の説明図である。図７（ａ）は中心位置決め機構２５０のローラ２５５を収納した状態の断面図、図７（ｂ）はそのローラ２５５を配管内壁面に接触させた状態の断面図である。
【００４３】
中心位置決め機構２５０は、ピニオンギア２５２と、ピニオンギア２５２とかみ合うラック２５４と、配管内壁面に接触するローラ２５５と、ガイドピン２５６と、コイルバネ２５７と、スライダ本体２５８とを備えて構成されている。これらの各構成要素を備えた同一構成のものが配管軸周りに９０°ずつ位相をずらして等間隔に４つ配置されている。スライダ本体２５８は、コイルバネ２５７により常に埋設管３の半径方向に押し付けられる構造となっている。また、４つのスライダ本体２５８に取り付けられたローラ２５５が同じストローク配管の半径方向に張り出す構成となっている。スライダ本体２５８及びローラ２５５は４方向に放射状に等距離繰り出される。
【００４４】
かかる中心位置決め機構２５０により、加工機構１０の中心軸を配管中心軸とほぼ一致させることができる。これにより、牽引による移動時の摩擦による移動負荷を低減でき、さらに、分岐位置検出センサと分岐部との距離を一定に保つことができるため、分岐部センシング時に安定して分岐部を検出することができる。また、ローラ２５５は配管軸方向に回転可能に軸支されているので、移動負荷を大幅に低減することができる。
【００４５】
次に、図８を参照しながら旋回機構２０の構成を説明する。図８は図１の埋設管分岐部穿孔装置に用いる旋回機構２０の構成を示す図である。図８（ａ）は旋回機構２０の長手方向に沿った縦断面図、図８（ｂ）は左側面図、図８（ｃ）は右側面図である。
【００４６】
旋回機構２０は、旋回シャフト４００と、旋回シャフト４００をピニオン、スパーギヤを介して回転させる旋回駆動モータ４１０と、これらの駆動部分を覆う内部ケーシング４２０と、加工機構１０のモータやシリンダに電力やエアーを伝達するケーブル・エアーチューブ(図示せず)と、ケーブル・エアーチューブを内蔵するアウターケーシング４４０と、アウターケーシング４４０に固定され、ケーブル・エアーチューブ４３０を旋回シャフト回りに整列させる固定仕切り板４５０と、旋回シャフト４００に固定され、旋回機構動作時にケーブル・エアーチューブ４３０の配列が乱れないように支持するための旋回仕切り板４６０から構成されている。
【００４７】
次に、図９を参照しながら移動機構３０の構成を説明する。図９は図１の埋設管分岐部穿孔装置に用いる移動機構３０の構成を示す図である。図９（ａ）は移動機構３０の平面図、図９（ｂ）はその側面図である。
【００４８】
移動機構３０は、走行輪押し付け機構５３０により配管内壁面に接触して配管軸方向の駆動力を発生する歯車を用いた走行輪５００と、カップリング５０２、かさ歯車５０４及び２つの歯車５０６を介して走行輪５００を駆動する走行輪駆動モータ５１０と、常に配管内壁面に接触して受動的に回転可能な４つの副車輪５２０と、加工機構１０を分岐部へ詳細に位置決めするときに走行輪を配管内壁面に押し付けるための走行輪押し付け機構５３０と、これらを搭載する走行機構ボディ５４０とを備えて構成されている。
【００４９】
走行輪押し付け機構５３０は、エアーシリンダ５３２、レバー５３４、ヒンジ５３６から構成されている。ワイヤー牽引装置７０による牽引時には、エアーシリンダ５３２を下げた状態で走行輪５００を管内壁面に接触させずに走行輪押し付け機構５３０を受動的に移動する。分岐部への位置決め時には、ワイヤー牽引装置７０を停止し、エアーシリンダ５３２を動作させることでヒンジ５３６を支点にしてレバー５３４を持ち上げ、レバー５３４に設置された走行輪５００を管内壁面に接触させて走行輪５００を駆動することで移動できる。走行輪５００に歯車を用いることで走行輪５００のすべりを防止することが可能となり、移動機構３０による分岐部センシング時の移動精度を確保することができる。
【００５０】
次に、図１０を参照しながら埋設管分岐部穿孔装置の制御装置１００の構成について説明する。図１０は図１の埋設管分岐部穿孔装置における機構各部と制御装置１００の接続状態を示すブロック図である。
【００５１】
制御装置１００は、加工機構１０の複数のＴＶカメラ２６０、３３０の映像を切り替えるビデオセレクタ６００と、ビデオセレクタ６００で選択されたＴＶカメラ画像を映し出す液晶モニタ６１０と、ＴＶカメラ用の照明２７０に電源を供給する電源装置６２０と、工具駆動モータ２１０を駆動するための定電流源６３０と、各電動モータ３４０、４１０、５１０を制御する位置／速度制御装置６４０と、位置／速度制御装置６４０、エアーシリンダ・ノズル３１０にエアーを供給するエアバルブの制御、各種センサの取り込みや信号処理を行なう制御用ＰＣ６５０と、オペレータとの操作インタフェース６６０とを備えて構成されている。
【００５２】
次に、図１１を参照しながら埋設管分岐部穿孔装置の概略動作と各部の機能について説明する。図１１は図２の埋設管分岐部穿孔装置を配管内に挿入し位置決めするまでのシーケンスを示す説明図である。
【００５３】
本装置を使用する前提として、図１１（ａ）に示すように老朽化した鉄製埋設管の両端部を予め掘削し、掘削で露出した埋設管を所定の長さで切断しておき、樹脂等のライニング工法で配管内面にライニングが実施されているものとする。埋設管分岐部穿孔装置は、切断した配管部分から配管内部に挿入され、このライニングにより塞がれた分岐管分岐部に穿孔を実施する装置である。
【００５４】
まず、ライニング実施後の主管３内に牽引ワイヤーを通す。配管工事では、通常エアーとピグを用いて配管内にロープを通すのは容易であり、そのロープにワイヤーを結んで引っ張り込むことでワイヤー牽引装置７０のワイヤー６０を配管内に通すことができる。
【００５５】
次いで、ワイヤー６０を埋設管分岐部穿孔装置の加工機構１０に結合する。ここで、穿孔装置を挿入する配管の切断長さは、地面を掘削する範囲が小さくなるため短いほうが良い。このため、埋設管分岐部穿孔装置は、ライニング工法を実施するのに必要な配管切断長さから挿入できる必要がある。そこで、加工機構１０、旋回機構２０、移動機構３０を２連の自在継手５０（図１参照）で結合し、配管挿入時には、作業者が自在継手部で穿孔装置を折り曲げ可能とした。さらに、配管埋設工事の施工状態により、主管３に多少の曲がりが存在する場合があるが、２連の自在継手５０のなじみにより加工機構１０、旋回機構２０、移動機構３０が主管３に受動的に沿うことが可能となり、スムーズな通過が可能となっている。
【００５６】
次いで、埋設管分岐部穿孔装置の加工機構１０から移動機構３０までの各部が配管内に挿入された後に、さらにワイヤー牽引装置７０により牽引し、図１１（ｂ）に示すようにワイヤー牽引装置側の開口部近傍まで移動させる。ライニング穿孔時の切粉が埋設管分岐部穿孔装置の進行方向に存在し、走行輪と配管内壁面に切粉が挟まれると、微小位置決め時に誤差の要因となるため、ワイヤー牽引装置側の埋設管分岐部から穿孔を行なうことによって、進行方向に切粉を進入させないようにすることができる。
【００５７】
次いで、埋設管分岐部穿孔装置はケーブル巻き取り装置９０に併設されたワイヤー牽引装置により牽引されながらケーブル巻き取り装置９０側に移動されていく。このときケーブル巻き取り装置９０は、ワイヤー牽引装置の巻き取り速度と同等の速度でケーブルを巻き取っていく。ここで、埋設管分岐部穿孔装置は牽引ワイヤー６０のねじれにより配管内移動中に配管軸回りに回転する可能性があり、分岐部検出センサの検出範囲が配管分岐方向からずれる可能性がある。このため、加工機構１０の配管軸回りの傾きを姿勢検出センサで検出し、測定値が分岐部をセンサで検出するための所定の値を超えた場合には、旋回機構２０を動作させ、分岐部検出センサの検出範囲が常に分岐管の存在する方向になるようにしている。配管内移動中にオペレータは、制御装置１００の液晶モニタで管内の映像及び、分岐部検出センサの出力を監視する。埋設管分岐部が管内のカメラ映像で確認できた場合は、図１１（ｃ）に示すように、その位置でワイヤー牽引装置およびケーブル巻き取り装置９０を停止させる。また、カメラ映像で確認できない場合も分岐部検出センサ出力により確認し停止させる。
【００５８】
次いで、移動機構２０の走行輪押し付け機構を用いて走行輪５００を管内壁面に押し付け、分岐部検出センサの出力を監視しながら走行輪５００を駆動し、加工機構１０を配管軸方向に移動させ、センサの出力が切り替わる位置、すなわち検出された分岐管５のエッジ位置の中央で移動機構を停止する。
【００５９】
次いで、分岐部検出センサの出力を監視しながら旋回機構２０を動作させ、センサの出力が切り替わる位置の中央で旋回機構２０を停止する。分岐部検出センサの検出中心位置と穿孔工具２００の回転軸中心位置とは、予め設計時に配管軸周りに９０°回した位置としてあるため、旋回機構を９０°旋回させることで穿孔工具２００の位置決めを終了する。この位置決め時に穿孔装置は、移動機構３０によりケーブルを牽引又は押し戻しながら移動する必要がある。このとき、ケーブルを１本の太いものとするとケーブルの剛性が高くなり、移動の負荷になる。そこで、ケーブル８０を装置牽引時の張力を受け持つワイヤーと、コイルバネ状の電源ケーブル、エアー配管により構成することで、前進時はコイルバネ状のケーブルを延ばし、後退時は縮めることで走行機構によるセンシング移動時の負荷を小さくすることができ、センシング時の走行の誤差を低減することができる。
【００６０】
次いで、姿勢支持クランプ３２０、反力支持クランプの順に動作させて加工機構１０を配管内で分岐管のある方向にリフトアップして管内壁面に押し付け、穿孔工具２００近傍の加工機構最大径部分のアウターボディ３５０と姿勢支持クランプ３２０のピストンを分岐管側の配管内壁面に接触させ、配管中心軸と加工機構中心軸を平行な状態にする。これにより、穿孔工具２００の回転軸と分岐管の中心軸を一致させ、かつ、加工時の反力を支持することが可能となる。さらに、反力支持クランプ２８０で穿孔工具移動方向に押し付けることで、加工時の穿孔工具２００の所要昇降ストロークを小さくすることが可能となるため、装置外径をコンパクトにすることが可能となる。
【００６１】
次に、穿孔工具２００を回転させながら工具昇降機構２４０を用いて上昇させ、ライニング７の穿孔を実施する。穿孔時は、仕切り板２４５で仕切られた工具昇降機構側にエアーノズルでエアーを噴出しながら切削することで、工具昇降機構周辺への切粉の混入を防止し、昇降動作の信頼性を高めることが可能となる。さらに、オペレータは加工監視カメラ３３０を用いて穿孔状況を監視する。穿孔の完了は、工具昇降機構２４０の昇降駆動モータ３４０の電流を監視し、貫通を検出する。
【００６２】
穿孔終了後は、穿孔工具２００を降下させ、反力支持クランプ２８０、姿勢支持クランプ３２０の順でエアーシリンダを収納し、移動機構３００の走行輪押し付け機構のシリンダを収納して走行輪５００を管内壁面と非接触の状態にし、ワイヤー牽引装置によりさらに後退させて、前方監視カメラ２６０及び加工監視カメラ３３０により加工状態を確認してから次の穿孔位置へ移動する（図１１（ｄ））。これらの動作を繰り返すことで、工事区管内の複数の分岐部を穿孔することができる。
【００６３】
以上説明したように本実施例によれば、老朽化した鉄製の埋設管の中で特に配管径が５０ｍｍ程度の小口径の管路を樹脂等でライニングして補修した分岐部分を非開削で管路内部からセンサにより検出し、穿孔工具の位置決めを行い、安定して穿孔可能であり、さらに穿孔時の切粉による昇降機構の不具合も防止することができる。さらに、万が一装置に故障が発生した場合にも工具昇降機構と穿孔工具部分を分離して穿孔装置を回収可能なため、装置回収のために分岐部分を掘削する必要がない。さらに、工具の切れが悪くなった場合にも容易に工具の交換を実施することができる。
【００６４】
本実施例の具体的構成及び機能を纏めると、次ぎの通りである。
【００６５】
円筒形状の加工機構１０の中心軸とほぼ同軸上にライニング７を穿孔するための工具駆動モータ２１０を配置し、さらに、穿孔工具２００として回転式の穿孔工具を用い、穿孔工具を回転させるシャフト２０１と工具駆動モータ２１０のシャフトとを、両端に自在継手２２１を具備した受動的に軸方向に伸縮する自由度を設けたユニバーサルシャフト２２０を用いて結合する構成とすることで、工具駆動モータ２１０を固定した状態で穿孔工具２００を駆動することができるため、ほぼ配管内径と同程度の径のモータを穿孔工具駆動モータ２１０として使用することが可能となるため、モータの高出力化を図ることができ、高速に安定して分岐部のライニング７の切削を行なうことができる。
【００６６】
さらに、ライニング７を穿孔するための穿孔工具２００と、穿孔工具２００を配管軸の半径方向に移動させる工具昇降機構２４０を機械的に分離可能な構成とし、分離後に穿孔工具２００を穿孔装置内に収納する機構を備えた構成とすることで、穿孔途中で工具昇降機構２４０の故障や工具駆動モータ２１０の断線等の障害が発生した場合でも、穿孔工具２００と工具昇降機構２４０を分離し、穿孔工具２００を配管内径以下に収納することができるため、穿孔装置を回収することが可能となり、装置の信頼性を向上させることができる。
【００６７】
さらに、穿孔工具シャフト２０１にシャフト径が小さくなる凹溝２０２を作成し、この凹溝２０２にコの字状の固定具２３５を差し込むことで穿孔工具２００が穿孔工具シャフト軸方向に抜けない様に固定することができ、固定具２３５をスライドさせるだけで穿孔工具２００の取り外しが可能となるため、穿孔工具２００の交換が容易となり、装置のメンテナンス性を向上させることができる。
【００６８】
さらに、加工機構１０の中心軸より少なくとも３方向に放射状に等距離繰り出されるローラ２５５から構成され、配管内を移動する場合に加工機構中心軸を配管中心軸にほぼ一致させる中心位置決め機構２５０を加工機構１０の両端に備えたことで、走行機構による分岐部センシング移動時の加工機構１０の接触摩擦を低減することができ、さらに、加工機構１０に備えられた分岐部検出センサと分岐部分との距離を一定に保つことができ、分岐部検出の精度を確保することができる。
【００６９】
さらに、押し付け機構により配管ライニング面に接触して駆動力を発生する駆動輪５００として歯車を採用することで、移動機構３０の駆動輪５００が配管内壁面に接着材により貼り付けられたライニング７に対してすべることを防止し、走行機構による分岐部センシング時の移動精度を確保することができる。
【００７０】
さらに、ライニング７を穿孔するために穿孔工具２００が工具昇降機構２４０により移動する空間と、工具昇降機構２４０の昇降駆動部分との間を可とう性のあるシールド２４５を設置することで分離し、さらに、昇降駆動部分の空間にエアーを注入するためのノズルを設けたことで、シールド２４５により空間が分割されており、かつ、穿孔時にはエアー噴射により昇降機構側の空気圧が高くなるため、シールド２４５とエアーにより二つの空間を分離でき、ライニング穿孔時の切粉が昇降機構側に侵入することを防止し、昇降機構の信頼性を向上させることができる。
【００７１】
さらに、移動機構３０と中継装置４０との間の制御信号及び動力を伝達するケーブルを、装置牽引時の張力を受け持つワイヤーと、コイルバネ状の電源ケーブル、エアー配管により構成したことにより、走行機構による分岐部センシング時の後退時にケーブルを変形させるための抵抗を減らし、走行機構による移動の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の一実施例である埋設管分岐部穿孔装置を埋設管内に挿入してその分岐部を穿孔している状態の断面説明図である。
【図２】本発明の一実施例の埋設管分岐部穿孔装置の全体構成の説明図である。
【図３】図１の加工機構の説明図である。
【図４Ａ】図３の加工機構における穿孔工具をＬ字型伝達機構に取り付けた状態の説明図である。
【図４Ｂ】図４Ａの穿孔工具の説明図である。
【図４Ｃ】図４Ａの抜け防止具の説明図である。
【図４Ｄ】図４Ａのかさ歯車の説明図である。
【図５Ａ】図３の穿孔工具が分岐管内に張り出した状態の断面図である。
【図５Ｂ】Ｌ字型伝達機構からリニアガイドのこまを取外した状態を説明する図である。
【図６】図３の加工機構における仕切り板の設置状態を示す説明図である。
【図７】図３の加工機構における中心位置決め機構の説明図である。
【図８】図１の埋設管分岐部穿孔装置に用いる旋回機構の構成を示す図である。
【図９】図１の埋設管分岐部穿孔装置に用いる移動機構の構成を示す図である。
【図１０】図１の埋設管分岐部穿孔装置における機構各部と制御装置の接続状態を示すブロック図である。
【図１１】図２の埋設管分岐部穿孔装置を配管内に挿入し位置決めするまでのシーケンスを示す説明図である。
【符号の説明】
【００７３】
３…主管（埋設管）、５…分岐管、７…ライニング、９…接着剤層、１０…加工機構、２０…旋回機構、３０…移動機構、４０…中継装置、５０…自在軸継手、７０…ワイヤー牽引装置、９０…ケーブル巻き取り装置、１００…制御装置、２００…穿孔工具、２０１…シャフト、２１０…工具駆動モータ、２２０…ユニバーサルシャフト、２２１…自在継手、２２２…本体、２３０…Ｌ字型伝達機構、２３５…抜け防止具、２４０…工具昇降機構、２４５…仕切り板、２５０…中心位置決め機構、２８０…反力支持クランプ、３００…分岐部検出センサ、３２０…姿勢支持クランプ、３４０…工具昇降駆動モータ、３５０…アウターボディ、５００…走行輪、５２０…副車輪、５３０…走行輪押し付け機構。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、埋設管分岐部穿孔装置に係り、特に樹脂等を用いてライニング補修された埋設管の分岐部のライニングを埋設管内部から穿孔する埋設管分岐部穿孔装置に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
埋設された上下水道管やガス管を管内部から保守、点検作業を行なうロボットが検討されている。特に、老朽化した鉄製の埋設管にシール材、樹脂材料等でライニング補修した後の埋設管分岐部を閉塞しているライニングに対して流体を挿通させるための装置が検討されている。
【０００３】
従来の非開削で埋設管分岐部のライニングを配管内部から開口する装置については、特開２０００−６１８９９号公報（特許文献１）に開示された開口装置がある。この開口装置は埋設管内面のライニングにより閉塞された分岐部を開口する装置である。この特許文献１には、埋設管内を走行する走行体に連結軸を介してノズル取付ヘッドが連結され、このノズル取付ヘッドに分岐開口部の可とう性チューブを切断する高圧水噴射ノズルが取り付けられ、その走行体には、連結軸を回転駆動してノズル取付ヘッドを連結軸周りに所要角度範囲揺動させる揺動駆動手段と、連結軸を軸方向に前後動してヘッドを走行体に対しその走行方向前後に移動させる前後駆動手段とが設けられることが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−６１８９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の開口装置では、埋設管の内径が小さい場合、例えばガス配管などに見られるような５０ｍｍ以下の配管径の場合についての考慮が十分でなかった。すなわち、特許文献１の開口装置では、高圧のウォータジェットでライニングチューブを切断する方式のため、高圧水の噴射に耐えるように装置を頑丈にする必要があり、さらには、切断時に飛散する水から装置を保護するため、装置の防水の考慮も必要となる。これらによって、装置が大型化し、小口径の埋設管への適用が困難となる懸念があった。特に、高圧水を搬送する配管に強度を要するため、その寸法が大きくなりやすく、さらには、高圧水を噴射するノズル部分はノズルを回転させる構成とするため、スイベルジョイント等を用いる必要がある。これらを用いた構成で、内径５０ｍｍの埋設管内に挿入可能で、しかも分岐管方向に２５ｍｍ程度の開口を行なう開口装置を構成することは、寸法の制約から非常に困難であった。
【０００６】
本発明の目的は、埋設管が小口径であっても埋設管分岐部のライニングを埋設管内部から高速に安定して穿孔可能な埋設管分岐部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】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明は、樹脂等を用いてライニング補修された埋設管の配管分岐部のライニングを埋設管内部から穿孔する埋設管分岐部穿孔装置において、前記配管分岐部のライニングを穿孔する加工機構と、前記加工機構を配管軸回りに回転させる旋回機構と、前記加工機構および前記旋回機構を配管軸方向に移動させる移動機構とを備え、前記加工機構と前記旋回機構との間および前記旋回機構と前記移動機構との間に自在継手を介してそれぞれを接続し、前記加工機構は、配管半径方向に突出する回転式穿孔工具と、前記穿孔工具を配管半径方向に移動させる工具昇降機構と、配管軸方向に突出するシャフトを有する工具駆動モータとを備え、前記穿孔工具と前記工具駆動モータのシャフトとを、両端部に自在継手を具備すると共に受動的に軸方向に伸縮する自由度を有するユニバーサルシャフトを介して接続したことにある。
【０００８】
係る本発明のより好ましい具体例は次の通りである。
（１）前記穿孔工具と前記ユニバーサルシャフトとをＬ字型伝達機構を介して接続したこと。
（２）前記穿孔工具は、先端側から軸方向に形成した回転防止用切欠き部と、外周に形成した凹溝とを有するシャフトを備え、前記Ｌ字型伝達機構は、配管半径方向に形成した係止穴と、外周に形成した凹溝とを有するかさ歯車を備え、前記穿孔工具のシャフトを前記かさ歯車の係止穴に挿入した状態で前記穿孔工具のシャフトの凹溝と前記かさ歯車の凹溝とに係合する抜け防止具を備えたこと。
（３）前記穿孔工具と前記工具昇降機構とを機械的に分離可能な分離機構と、この分離機構が分離状態の際に前記穿孔工具を加工機構内に収納させる工具収納機構とを備えたこと。
（４）前記分離機構は前記穿孔工具と前記工具昇降機構とを結合する部分に設けられた板バネと鋼球とを有するボールラッチ機構を備え、前記工具収納機構は前記穿孔工具を加工機構内に収納させるバネを備えたこと。
（５）前記穿孔工具が配管径方向に移動する空間と前記工具昇降機構の昇降駆動部分との間を可とう性のあるシールドを設置することで分離し、昇降駆動部分の空間側からシールド側にエアーを注入するノズルを設けたこと。
（６）前記加工機構の両側に中心位置決め機構を備え、前記中心位置決め機構は少なくとも３方向に放射状に等距離繰り出され且つ配管軸方向に回転可能なローラを備えたこと。
（７）移動機構を配管内側のライニング面に接触して駆動力を発生する駆動輪と、移動時に駆動輪を配管内側に押し付ける押し付け機構で構成し、さらに、前記駆動輪として歯車を用いたこと。
（８）移動機構と中継装置とを、装置牽引時の張力を受け持つワイヤーとコイルバネ状の電源ケーブルとエアー配管とにより接続したこと。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、埋設管が小口径であっても埋設管分岐部のライニングを埋設管内部から高速に且つ安定して穿孔可能な埋設管分岐部穿孔装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施例の埋設管分岐部穿孔装置について図を用いて説明する。本発明は、この実施例に開示した形態に限られるものではなく、公知技術などに基づく変更を許容するものである。
【００１１】
まず、図１を参照しながら本実施例の埋設管分岐部穿孔装置の埋設管内に挿入される部分の構成について説明する。図１は本発明の一実施例である埋設管分岐部穿孔装置を埋設管内に挿入してその分岐部を穿孔している状態の断面説明図である。図１では図示を容易にするために埋設管を上下に３段に分割してあるが、実際には埋設管は１本の直線で構成されている。
【００１２】
埋設管分岐部穿孔装置において、ライニングされた埋設管である主管３内に挿入される部分は、加工機構１０、旋回機構２０、移動機構３０及び中継装置４０である。加工機構１０は埋設管分岐部のライニング７に穿孔を実施するためのものである。旋回機構２０は加工機構１０をライニングされた配管軸周りに回転させるためのものである。移動機構３０は加工機構１０及び旋回機構２０をライニングされた配管軸方向に移動させるためのものである。中継装置４０は加工機構１０、旋回機構２０及び移動機構３０へ制御信号、電力及びエアー等を中継するためのものである。加工機構１０、旋回機構２０、移動機構３０及び中継装置４０は、この順に主管３内に挿入される。
【００１３】
加工機構１０と旋回機構２０との間、旋回機構２０と移動機構３０との間は、それぞれ２つの自在継手５０を介して連結されている。これによって、加工機構１０と旋回機構２０と移動機構３０とは屈曲可能になっているので、従来２００ｍｍ以上の配管径において実施されていた分岐部の地面を非開削で補修するライニング工法を、２００ｍｍ以下、例えば５０ｍｍ程度の配管に対しても実施することが可能である。従って、従来のように小口径の配管にライニング工法を適用する場合に分岐部を掘削して穿孔を行なう必要がなく、交通遮断時間の短縮、掘削残土の処理の削減、掘削位置の最舗装の削減が可能となり、管路ライニング補修工事の高信頼性化及び簡素化が可能となる効果がある。
【００１４】
主管３は、例えば、ライニング７を接着剤により内張りされて補修されており、主管３と分岐管５との接合部分はライニング７及び接着剤が固化した接着剤層９で塞がれている。
【００１５】
埋設管分岐部穿孔装置は、ライニング７及び接着剤層９により塞がれた分岐部分に穿孔を実施する装置であり、上述したように、埋設管内径が５０ｍｍ程度の小口径の老朽化鉄製埋設管をライニングにより内張りを施し補修した埋設管の分岐部を、非開削で埋設管内部から穿孔を実施し、本管と分岐した分岐管とを貫通させて使用可能とし、非開削で老朽管を補修するライニング工法を実現するものである。
【００１６】
次に、図２を参照しながら埋設管分岐部穿孔装置が運用されている状態の全体構成を説明する。図２は本発明の一実施例の埋設管分岐部穿孔装置の全体構成の説明図である。
【００１７】
ライニング補修される主管３の該当部分の両側の地面が堀削され、その主管部分ができるだけ短い長さで切断され、該当する主管３内にライニング補修が行なわれる。この状態で、切断部を通して加工機構１０、旋回機構２０、移動機構３０及び中継装置４０が主管３内に挿入される。該当する主管３の一方の切断部の外側には牽引ワイヤー６０が設置され、他方の切断部の外側にはケーブル巻き取り装置９０が設置されている。なお、主管３内における前後は、牽引ワイヤー６０側を前側、ケーブル巻き取り装置９０側を後側として以下の説明を行なう。
【００１８】
主管３と分岐管５との接合部に挿入された加工機構１０の前端からは牽引ワイヤー６０が引き出されている。この牽引ワイヤー６０はワイヤー牽引装置７０に巻き取り可能に接続されている。これによって、加工機構１０は牽引ワイヤー６０を介してワイヤー牽引装置７０に接続されている。また、移動機構３０の後端からはエアーパイプ、電源ライン、制御信号ライン等のケーブル８０が引き出されている。このケーブル８０は、装置牽引時の張力を受け持つワイヤーと、コイルバネ状の電源ケーブルと、エアー配管とにより構成されており、センサ信号の処理やエアー配管の分岐を行なう中継装置４０に接続されている。中継装置４０から引き出されたケーブル８０は、ケーブル巻き取り装置９０に巻き取られるように接続されている。ケーブル巻き取り装置９０から引き出されたケーブルのうち、制御信号ライン及び電源ラインは制御装置１００に接続され、エアーパイプはエアーコンプレッサ１１０に接続されている。埋設管分岐部穿孔装置全体はこれらにより構成されている。
【００１９】
次に、図３を参照しながら加工機構１０の構成を説明する。図３は図１の加工機構１０の説明図である。図３（ａ）は加工機構１０の平面図、図３（ｂ）はその側面図である。
【００２０】
加工機構１０は、穿孔工具２００と、工具駆動モータ２１０と、ユニバーサルシャフト２２０と、Ｌ字型伝達機構２３０と、工具昇降機構２４０と、仕切り板２４５と、中心位置決め機構２５０と、前方監視カメラ２６０と、カメラ用照明２７０と、反力支持クランプ２８０と、姿勢検出センサ(図示せず)と、分岐部検出センサ３００と、エアーノズル(図示せず)と、姿勢支持クランプ３２０と、加工監視カメラ３３０と、工具昇降駆動モータ３４０と、アウターボディ３５０とを備えて構成されている。
【００２１】
穿孔工具２００は埋設管分岐部のライニング７の穿孔を行なうための回転式穿孔工具であり、加工機構１０より上方に突出可能に設けられている。穿孔工具２００は配管半径方向に延びるシャフト２０１（図４Ｂを参照）を有している。
【００２２】
工具駆動モータ２１０は穿孔工具２００を回転させるためのものであり、主管３の内径とほぼ同じ大きな外径を有し、配管軸方向に延びる円筒状に形成されている。工具駆動モータ２１０のシャフトは、配管軸方向に延び、後端面より後方に突出されている。
【００２３】
ユニバーサルシャフト２２０は工具駆動モータ２１０の駆動力を穿孔工具２００に伝えるためのものであり、両端部に自在継手２２１を具備すると共に、受動的に軸方向に伸縮する自由度を有するように構成されている。すなわち、ユニバーサルシャフト２２０の円筒形状本体２２２は入れ子構造となっており、その一方を構成するスプラインシャフトの端部に自在継手２２１が備えられ、その他方を構成する部材（スプラインシャフトと嵌め合う穴があいた部材）の端部に自在継手２２１が備えられている。ユニバーサルシャフト２２０の片側の自在継手２２１は工具駆動モータ２１０のシャフト先端と接続され、他側の自在継手２２１はＬ字型伝達機構２３０と接続されている。係る構造により、穿孔工具２００の昇降に合わせて受動的にユニバーサルシャフト２２０の本体２２２の嵌め合い部分が伸縮することができる。
【００２４】
上述したユニバーサルシャフト２２０に関する構成を採用することで、工具駆動モータ２１０をアウターボディ３５０に固定した状態で穿孔工具２００を配管径方向に移動しながら駆動することができるため、ほぼ配管内径と同程度の大きな外径のモータを工具駆動モータ２１０として使用することが可能となる。これによって、工具駆動モータ２１０の高出力化を図ることができ、高速に且つ安定して分岐部のライニング７の切削を行なうことができる。
【００２５】
Ｌ字型伝達機構２３０は、ユニバーサルシャフト２２０を介して伝達される工具駆動モータ２１０の回転動力を穿孔工具２００に伝えるためのものである。このＬ字型伝達機構２３０は、工具駆動モータ２１０の配管軸方向に対する回転を穿孔工具２００の配管径方向に対する回転に変換するように構成されている。
【００２６】
工具昇降機構２４０は穿孔工具２００及びＬ字型伝達機構２３０を分岐管方向に移動させるためのものであり、Ｌ字型伝達機構２３０と工具昇降駆動モータ３４０との間に設置されている。工具昇降駆動モータ３４０は、工具昇降機構２４０を介してＬ字型伝達機構２３０及び穿孔工具２００を昇降駆動するように、工具昇降機構２４０の前方に設置されている。工具昇降駆動モータ３４０のシャフトは配管軸方向に延びている。そして、工具昇降機構２４０は、工具昇降駆動モータ３４０のシャフトの回転を、カップリング３４１及びかさ歯車３４２を介して駆動用ボールねじ３４３に伝達し、駆動用ボールねじ３４３及び３本のリニアガイド３４４のこま２４７とボールラッチ機構２３８を介して結合されたＬ字型伝達機構２３０を昇降させるように構成されている。このＬ字型伝達機構２３０の昇降に伴って、Ｌ字型伝達機構２３０に取り付けられた穿孔工具２００を昇降させることができる。
【００２７】
仕切り板２４５は切削時の切粉が後方の工具機構内へ侵入することを防ぐためのものであり、Ｌ字型伝達機構２３０と工具昇降機構２４０との間に設置されている。仕切り板２４５で仕切られた工具昇降機構側に空気を噴射するためにエアーノズルが設置されている。
【００２８】
中心位置決め機構２５０は、加工機構１０の中心軸を配管中心軸にほぼ一致させるためのものであり、加工機構１０の両側に二つ備えられている。反力支持クランプ２８０は、穿孔工具２００による穿孔時の反力を支持すると共に、加工機構１０を主管３の分岐管５の分岐方向に押し付けるためのものである。姿勢検出センサは加工機構１０の配管軸周りの角度を検出するためのものである。
【００２９】
前方監視カメラ２６０は装置を主管３に挿入する際の進行方向の埋設管内を監視するためのものであり、前方を照明するための照明２７０が並置されている。
【００３０】
分岐部検出センサ３００は分岐管５のエッジを磁気で検出するためのものである。姿勢支持クランプ３２０は穿孔時の加工機構１０の姿勢を埋設管と平行にするためのものである。アウターボディ３５０は加工機構１０の外側ケーシングを構成するものである。
【００３１】
姿勢支持クランプ３２０はエアーシリンダを用いて構成されている。加工機構１０のアウターボディ３５０の最大径部分と姿勢支持クランプ３２０のピストンとの両方が管内壁面に接触したときに、加工機構１０の中心軸が配管中心軸とほぼ平行になる位置にピストンの繰り出し終了位置が設定されている。さらに、反力支持クランプ２８０はエアーシリンダを用いて構成されている。反力支持クランプ２８０を動作させることで加工機構本体を分岐管方向に押し付け、穿孔時の反力を支持する構成となっている。
【００３２】
次に、図４を参照しながら穿孔工具２００の取付け構造に関して説明する。図４Ａは図３の加工機構１０における穿孔工具２００をＬ字型伝達機構２３０に取り付けた状態の説明図、図４Ｂは図４Ａの穿孔工具２００の説明図、図４Ｃは図４Ａの抜け防止具２３５の説明図、図４Ｄは図４Ａのかさ歯車２３２の説明図である。
【００３３】
穿孔工具２００とＬ字型伝達機構２３０と抜け防止具２３５とは、図４Ａに示すように、組み合わされている。Ｌ字型伝達機構２３０は、機構本体、２つのかさ歯車及びコの字型の抜け防止具２３５から構成されており、２つのかさ歯車でユニバーサルシャフト２２０を介して伝達される工具駆動モータ２１０の回転動力を穿孔工具２００に伝える構成となっている。
【００３４】
穿孔工具２００は、図４Ｂに示すように、先端側から軸方向に形成した回転防止用切欠き部２０１ａと、外周に形成した凹溝２０２とを有するシャフト２０１を備えている。シャフト２０１は、断面がＤ形状になるよう加工されて平らな部分が作成されることにより、回転防止用切欠き部２０１ａが構成されている。凹溝２０２は、シャフト２０１の根本部の外周面に全周にわたって形成されている。
【００３５】
Ｌ字型伝達機構２３０は、図４Ｄに示すように、配管径方向に形成した係止穴２３０ａと、外周に形成した２つの凹溝２３４とを有するかさ歯車２３２を備えている。係止穴２３０ａはシャフト２０１の外形と合致するようにＤ形状に加工されている。凹溝２３４は係止穴２０３ａに連通するように形成され、凹溝２０２にも連通する位置に設けられている。
【００３６】
抜け防止具２３５は、弾力性を有する部材で構成され、図４Ｃに示すように、平面略コの字状に形成されている。この抜け防止具２３５は、穿孔工具２００のシャフト２０１をかさ歯車２３２の係止穴２３０ａに所定の深さまで挿入した状態で、かさ歯車２３２の凹溝２３４と穿孔工具２００のシャフト２０１の凹溝２０２とにまたがって係合するように差込んで取り付けられている。
【００３７】
かかる構造により、穿孔工具２００の空回り及びシャフト軸方向の抜けを防止することができると共に、穿孔工具２００の交換時に工具が不要となり、交換を容易に行なうことができる。また、穿孔工具２００の固定には、回転型工具の固定に用いられているコレットチャックなどを用いることができるのは明白である。
【００３８】
次に、図５を参照しながら昇降機構２４０などが故障した場合の穿孔工具２００の退避方法について説明する。図５Ａは図３の穿孔工具２００が分岐管内に張り出した状態の断面図、図５ＢはＬ字型伝達機構２３０からリニアガイドのこま２４７を取外した状態の説明図である。図５Ａ（ａ）は平面図、図５Ａ（ｂ）は側面図である。
【００３９】
工具昇降駆動モータ３４０や工具昇降機構２４０などが穿孔作業中に故障した場合には、図５Ａに示すように穿孔工具２００が分岐管方向に張り出したまま停止することが考えられる。このような場合には、穿孔工具２００が分岐管部分に引っかかって装置を主管３内から取り出すことができなくなる恐れがある。このため、本実施例では、Ｌ字型伝達機構２３０の昇降機構側の端部に鋼球と板バネを用いたボールラッチ機構２３８を設けると共に、リニアガイドのこま２４７の端部にくぼみを持ったテーパー２４８を設け、ボールラッチ機構２３８とこま２４７のテーパー２４８とをはめ合わせる構成としている。これにより工具昇降機構２４０などが故障して穿孔工具２００が分岐管側に出っ張った状態で停止しても、穿孔装置本体をケーブル巻き取り装置９０に併設されたワイヤー牽引装置（図示せず）により制御装置側に牽引することでボールラッチ機構２３８を解除し、工具昇降機構２４０側と穿孔工具２００側とを機械的に切り離すことが可能となる。さらに、アウターボディ３５０とＬ字型伝達機構２３０を引き下げバネ２３９で結合することで、工具昇降機構２４０側と穿孔工具２００側とを機械的に切り離した後に、引き下げバネ２３９のバネ力により穿孔工具２００を加工機構１０内に回収することができる。これにより、装置の故障時でも穿孔装置の回収が可能となり、装置の信頼性を向上することができる。
【００４０】
次に、図６を参照しながら工具昇降機構２４０への切粉の混入を防ぐ仕切り板について説明する。図６は図３の加工機構における仕切り板の設置状態を示す説明図である。図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は正面図である。
【００４１】
仕切り板２４５は、ブラシ２４６と取付ステー２４８とを備えて構成されている。取付ステー２４８はアウターボディ３５０に取り付けられている。ブラシ２４６は、シールドを構成するものであり、リニアガイドのこま２４７のくびれた部分に位置するように設置されている。これにより工具昇降機構２４０側と穿孔工具２００の真下に位置するＬ字型伝達機構２３０側との間を仕切り板２４５で仕切ることができる。これによって、工具昇降機構２４０への切粉の混入を防ぐことができる。さらに、工具昇降機構２４０の駆動側空間に設置されたエアーノズルからエアーを噴出するように構成されている。これにより、ライニング切削時の切粉が昇降機構２４０側に侵入することを確実に防止することができる。
【００４２】
次に、図７を参照しながら装置の中心位置決め機構について説明する。図７は図３の加工機構１０における中心位置決め機構２５０の説明図である。図７（ａ）は中心位置決め機構２５０のローラ２５５を収納した状態の断面図、図７（ｂ）はそのローラ２５５を配管内壁面に接触させた状態の断面図である。
【００４３】
中心位置決め機構２５０は、ピニオンギア２５２と、ピニオンギア２５２とかみ合うラック２５４と、配管内壁面に接触するローラ２５５と、ガイドピン２５６と、コイルバネ２５７と、スライダ本体２５８とを備えて構成されている。これらの各構成要素を備えた同一構成のものが配管軸周りに９０°ずつ位相をずらして等間隔に４つ配置されている。スライダ本体２５８は、コイルバネ２５７により常に埋設管３の半径方向に押し付けられる構造となっている。また、４つのスライダ本体２５８に取り付けられたローラ２５５が同じストローク配管の半径方向に張り出す構成となっている。スライダ本体２５８及びローラ２５５は４方向に放射状に等距離繰り出される。
【００４４】
かかる中心位置決め機構２５０により、加工機構１０の中心軸を配管中心軸とほぼ一致させることができる。これにより、牽引による移動時の摩擦による移動負荷を低減でき、さらに、分岐位置検出センサと分岐部との距離を一定に保つことができるため、分岐部センシング時に安定して分岐部を検出することができる。また、ローラ２５５は配管軸方向に回転可能に軸支されているので、移動負荷を大幅に低減することができる。
【００４５】
次に、図８を参照しながら旋回機構２０の構成を説明する。図８は図１の埋設管分岐部穿孔装置に用いる旋回機構２０の構成を示す図である。図８（ａ）は旋回機構２０の長手方向に沿った縦断面図、図８（ｂ）は左側面図、図８（ｃ）は右側面図である。
【００４６】
旋回機構２０は、旋回シャフト４００と、旋回シャフト４００をピニオン、スパーギヤを介して回転させる旋回駆動モータ４１０と、これらの駆動部分を覆う内部ケーシング４２０と、加工機構１０のモータやシリンダに電力やエアーを伝達するケーブル・エアーチューブ(図示せず)と、ケーブル・エアーチューブを内蔵するアウターケーシング４４０と、アウターケーシング４４０に固定され、ケーブル・エアーチューブ４３０を旋回シャフト回りに整列させる固定仕切り板４５０と、旋回シャフト４００に固定され、旋回機構動作時にケーブル・エアーチューブ４３０の配列が乱れないように支持するための旋回仕切り板４６０から構成されている。
【００４７】
次に、図９を参照しながら移動機構３０の構成を説明する。図９は図１の埋設管分岐部穿孔装置に用いる移動機構３０の構成を示す図である。図９（ａ）は移動機構３０の平面図、図９（ｂ）はその側面図である。
【００４８】
移動機構３０は、走行輪押し付け機構５３０により配管内壁面に接触して配管軸方向の駆動力を発生する歯車を用いた走行輪５００と、カップリング５０２、かさ歯車５０４及び２つの歯車５０６を介して走行輪５００を駆動する走行輪駆動モータ５１０と、常に配管内壁面に接触して受動的に回転可能な４つの副車輪５２０と、加工機構１０を分岐部へ詳細に位置決めするときに走行輪を配管内壁面に押し付けるための走行輪押し付け機構５３０と、これらを搭載する走行機構ボディ５４０とを備えて構成されている。
【００４９】
走行輪押し付け機構５３０は、エアーシリンダ５３２、レバー５３４、ヒンジ５３６から構成されている。ワイヤー牽引装置７０による牽引時には、エアーシリンダ５３２を下げた状態で走行輪５００を管内壁面に接触させずに走行輪押し付け機構５３０を受動的に移動する。分岐部への位置決め時には、ワイヤー牽引装置７０を停止し、エアーシリンダ５３２を動作させることでヒンジ５３６を支点にしてレバー５３４を持ち上げ、レバー５３４に設置された走行輪５００を管内壁面に接触させて走行輪５００を駆動することで移動できる。走行輪５００に歯車を用いることで走行輪５００のすべりを防止することが可能となり、移動機構３０による分岐部センシング時の移動精度を確保することができる。
【００５０】
次に、図１０を参照しながら埋設管分岐部穿孔装置の制御装置１００の構成について説明する。図１０は図１の埋設管分岐部穿孔装置における機構各部と制御装置１００の接続状態を示すブロック図である。
【００５１】
制御装置１００は、加工機構１０の複数のＴＶカメラ２６０、３３０の映像を切り替えるビデオセレクタ６００と、ビデオセレクタ６００で選択されたＴＶカメラ画像を映し出す液晶モニタ６１０と、ＴＶカメラ用の照明２７０に電源を供給する電源装置６２０と、工具駆動モータ２１０を駆動するための定電流源６３０と、各電動モータ３４０、４１０、５１０を制御する位置／速度制御装置６４０と、位置／速度制御装置６４０、エアーシリンダ・ノズル３１０にエアーを供給するエアバルブの制御、各種センサの取り込みや信号処理を行なう制御用ＰＣ６５０と、オペレータとの操作インタフェース６６０とを備えて構成されている。
【００５２】
次に、図１１を参照しながら埋設管分岐部穿孔装置の概略動作と各部の機能について説明する。図１１は図２の埋設管分岐部穿孔装置を配管内に挿入し位置決めするまでのシーケンスを示す説明図である。
【００５３】
本装置を使用する前提として、図１１（ａ）に示すように老朽化した鉄製埋設管の両端部を予め掘削し、掘削で露出した埋設管を所定の長さで切断しておき、樹脂等のライニング工法で配管内面にライニングが実施されているものとする。埋設管分岐部穿孔装置は、切断した配管部分から配管内部に挿入され、このライニングにより塞がれた分岐管分岐部に穿孔を実施する装置である。
【００５４】
まず、ライニング実施後の主管３内に牽引ワイヤーを通す。配管工事では、通常エアーとピグを用いて配管内にロープを通すのは容易であり、そのロープにワイヤーを結んで引っ張り込むことでワイヤー牽引装置７０のワイヤー６０を配管内に通すことができる。
【００５５】
次いで、ワイヤー６０を埋設管分岐部穿孔装置の加工機構１０に結合する。ここで、穿孔装置を挿入する配管の切断長さは、地面を掘削する範囲が小さくなるため短いほうが良い。このため、埋設管分岐部穿孔装置は、ライニング工法を実施するのに必要な配管切断長さから挿入できる必要がある。そこで、加工機構１０、旋回機構２０、移動機構３０を２連の自在継手５０（図１参照）で結合し、配管挿入時には、作業者が自在継手部で穿孔装置を折り曲げ可能とした。さらに、配管埋設工事の施工状態により、主管３に多少の曲がりが存在する場合があるが、２連の自在継手５０のなじみにより加工機構１０、旋回機構２０、移動機構３０が主管３に受動的に沿うことが可能となり、スムーズな通過が可能となっている。
【００５６】
次いで、埋設管分岐部穿孔装置の加工機構１０から移動機構３０までの各部が配管内に挿入された後に、さらにワイヤー牽引装置７０により牽引し、図１１（ｂ）に示すようにワイヤー牽引装置側の開口部近傍まで移動させる。ライニング穿孔時の切粉が埋設管分岐部穿孔装置の進行方向に存在し、走行輪と配管内壁面に切粉が挟まれると、微小位置決め時に誤差の要因となるため、ワイヤー牽引装置側の埋設管分岐部から穿孔を行なうことによって、進行方向に切粉を進入させないようにすることができる。
【００５７】
次いで、埋設管分岐部穿孔装置はケーブル巻き取り装置９０に併設されたワイヤー牽引装置により牽引されながらケーブル巻き取り装置９０側に移動されていく。このときケーブル巻き取り装置９０は、ワイヤー牽引装置の巻き取り速度と同等の速度でケーブルを巻き取っていく。ここで、埋設管分岐部穿孔装置は牽引ワイヤー６０のねじれにより配管内移動中に配管軸回りに回転する可能性があり、分岐部検出センサの検出範囲が配管分岐方向からずれる可能性がある。このため、加工機構１０の配管軸回りの傾きを姿勢検出センサで検出し、測定値が分岐部をセンサで検出するための所定の値を超えた場合には、旋回機構２０を動作させ、分岐部検出センサの検出範囲が常に分岐管の存在する方向になるようにしている。配管内移動中にオペレータは、制御装置１００の液晶モニタで管内の映像及び、分岐部検出センサの出力を監視する。埋設管分岐部が管内のカメラ映像で確認できた場合は、図１１（ｃ）に示すように、その位置でワイヤー牽引装置およびケーブル巻き取り装置９０を停止させる。また、カメラ映像で確認できない場合も分岐部検出センサ出力により確認し停止させる。
【００５８】
次いで、移動機構２０の走行輪押し付け機構を用いて走行輪５００を管内壁面に押し付け、分岐部検出センサの出力を監視しながら走行輪５００を駆動し、加工機構１０を配管軸方向に移動させ、センサの出力が切り替わる位置、すなわち検出された分岐管５のエッジ位置の中央で移動機構を停止する。
【００５９】
次いで、分岐部検出センサの出力を監視しながら旋回機構２０を動作させ、センサの出力が切り替わる位置の中央で旋回機構２０を停止する。分岐部検出センサの検出中心位置と穿孔工具２００の回転軸中心位置とは、予め設計時に配管軸周りに９０°回した位置としてあるため、旋回機構を９０°旋回させることで穿孔工具２００の位置決めを終了する。この位置決め時に穿孔装置は、移動機構３０によりケーブルを牽引又は押し戻しながら移動する必要がある。このとき、ケーブルを１本の太いものとするとケーブルの剛性が高くなり、移動の負荷になる。そこで、ケーブル８０を装置牽引時の張力を受け持つワイヤーと、コイルバネ状の電源ケーブル、エアー配管により構成することで、前進時はコイルバネ状のケーブルを延ばし、後退時は縮めることで走行機構によるセンシング移動時の負荷を小さくすることができ、センシング時の走行の誤差を低減することができる。
【００６０】
次いで、姿勢支持クランプ３２０、反力支持クランプの順に動作させて加工機構１０を配管内で分岐管のある方向にリフトアップして管内壁面に押し付け、穿孔工具２００近傍の加工機構最大径部分のアウターボディ３５０と姿勢支持クランプ３２０のピストンを分岐管側の配管内壁面に接触させ、配管中心軸と加工機構中心軸を平行な状態にする。これにより、穿孔工具２００の回転軸と分岐管の中心軸を一致させ、かつ、加工時の反力を支持することが可能となる。さらに、反力支持クランプ２８０で穿孔工具移動方向に押し付けることで、加工時の穿孔工具２００の所要昇降ストロークを小さくすることが可能となるため、装置外径をコンパクトにすることが可能となる。
【００６１】
次に、穿孔工具２００を回転させながら工具昇降機構２４０を用いて上昇させ、ライニング７の穿孔を実施する。穿孔時は、仕切り板２４５で仕切られた工具昇降機構側にエアーノズルでエアーを噴出しながら切削することで、工具昇降機構周辺への切粉の混入を防止し、昇降動作の信頼性を高めることが可能となる。さらに、オペレータは加工監視カメラ３３０を用いて穿孔状況を監視する。穿孔の完了は、工具昇降機構２４０の昇降駆動モータ３４０の電流を監視し、貫通を検出する。
【００６２】
穿孔終了後は、穿孔工具２００を降下させ、反力支持クランプ２８０、姿勢支持クランプ３２０の順でエアーシリンダを収納し、移動機構３００の走行輪押し付け機構のシリンダを収納して走行輪５００を管内壁面と非接触の状態にし、ワイヤー牽引装置によりさらに後退させて、前方監視カメラ２６０及び加工監視カメラ３３０により加工状態を確認してから次の穿孔位置へ移動する（図１１（ｄ））。これらの動作を繰り返すことで、工事区管内の複数の分岐部を穿孔することができる。
【００６３】
以上説明したように本実施例によれば、老朽化した鉄製の埋設管の中で特に配管径が５０ｍｍ程度の小口径の管路を樹脂等でライニングして補修した分岐部分を非開削で管路内部からセンサにより検出し、穿孔工具の位置決めを行い、安定して穿孔可能であり、さらに穿孔時の切粉による昇降機構の不具合も防止することができる。さらに、万が一装置に故障が発生した場合にも工具昇降機構と穿孔工具部分を分離して穿孔装置を回収可能なため、装置回収のために分岐部分を掘削する必要がない。さらに、工具の切れが悪くなった場合にも容易に工具の交換を実施することができる。
【００６４】
本実施例の具体的構成及び機能を纏めると、次ぎの通りである。
【００６５】
円筒形状の加工機構１０の中心軸とほぼ同軸上にライニング７を穿孔するための工具駆動モータ２１０を配置し、さらに、穿孔工具２００として回転式の穿孔工具を用い、穿孔工具を回転させるシャフト２０１と工具駆動モータ２１０のシャフトとを、両端に自在継手２２１を具備した受動的に軸方向に伸縮する自由度を設けたユニバーサルシャフト２２０を用いて結合する構成とすることで、工具駆動モータ２１０を固定した状態で穿孔工具２００を駆動することができるため、ほぼ配管内径と同程度の径のモータを穿孔工具駆動モータ２１０として使用することが可能となるため、モータの高出力化を図ることができ、高速に安定して分岐部のライニング７の切削を行なうことができる。
【００６６】
さらに、ライニング７を穿孔するための穿孔工具２００と、穿孔工具２００を配管軸の半径方向に移動させる工具昇降機構２４０を機械的に分離可能な構成とし、分離後に穿孔工具２００を穿孔装置内に収納する機構を備えた構成とすることで、穿孔途中で工具昇降機構２４０の故障や工具駆動モータ２１０の断線等の障害が発生した場合でも、穿孔工具２００と工具昇降機構２４０を分離し、穿孔工具２００を配管内径以下に収納することができるため、穿孔装置を回収することが可能となり、装置の信頼性を向上させることができる。
【００６７】
さらに、穿孔工具シャフト２０１にシャフト径が小さくなる凹溝２０２を作成し、この凹溝２０２にコの字状の固定具２３５を差し込むことで穿孔工具２００が穿孔工具シャフト軸方向に抜けない様に固定することができ、固定具２３５をスライドさせるだけで穿孔工具２００の取り外しが可能となるため、穿孔工具２００の交換が容易となり、装置のメンテナンス性を向上させることができる。
【００６８】
さらに、加工機構１０の中心軸より少なくとも３方向に放射状に等距離繰り出されるローラ２５５から構成され、配管内を移動する場合に加工機構中心軸を配管中心軸にほぼ一致させる中心位置決め機構２５０を加工機構１０の両端に備えたことで、走行機構による分岐部センシング移動時の加工機構１０の接触摩擦を低減することができ、さらに、加工機構１０に備えられた分岐部検出センサと分岐部分との距離を一定に保つことができ、分岐部検出の精度を確保することができる。
【００６９】
さらに、押し付け機構により配管ライニング面に接触して駆動力を発生する駆動輪５００として歯車を採用することで、移動機構３０の駆動輪５００が配管内壁面に接着材により貼り付けられたライニング７に対してすべることを防止し、走行機構による分岐部センシング時の移動精度を確保することができる。
【００７０】
さらに、ライニング７を穿孔するために穿孔工具２００が工具昇降機構２４０により移動する空間と、工具昇降機構２４０の昇降駆動部分との間を可とう性のあるシールド２４５を設置することで分離し、さらに、昇降駆動部分の空間にエアーを注入するためのノズルを設けたことで、シールド２４５により空間が分割されており、かつ、穿孔時にはエアー噴射により昇降機構側の空気圧が高くなるため、シールド２４５とエアーにより二つの空間を分離でき、ライニング穿孔時の切粉が昇降機構側に侵入することを防止し、昇降機構の信頼性を向上させることができる。
【００７１】
さらに、移動機構３０と中継装置４０との間の制御信号及び動力を伝達するケーブルを、装置牽引時の張力を受け持つワイヤーと、コイルバネ状の電源ケーブル、エアー配管により構成したことにより、走行機構による分岐部センシング時の後退時にケーブルを変形させるための抵抗を減らし、走行機構による移動の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の一実施例である埋設管分岐部穿孔装置を埋設管内に挿入してその分岐部を穿孔している状態の断面説明図である。
【図２】本発明の一実施例の埋設管分岐部穿孔装置の全体構成の説明図である。
【図３】図１の加工機構の説明図である。
【図４Ａ】図３の加工機構における穿孔工具をＬ字型伝達機構に取り付けた状態の説明図である。
【図４Ｂ】図４Ａの穿孔工具の説明図である。
【図４Ｃ】図４Ａの抜け防止具の説明図である。
【図４Ｄ】図４Ａのかさ歯車の説明図である。
【図５Ａ】図３の穿孔工具が分岐管内に張り出した状態の断面図である。
【図５Ｂ】Ｌ字型伝達機構からリニアガイドのこまを取外した状態を説明する図である。
【図６】図３の加工機構における仕切り板の設置状態を示す説明図である。
【図７】図３の加工機構における中心位置決め機構の説明図である。
【図８】図１の埋設管分岐部穿孔装置に用いる旋回機構の構成を示す図である。
【図９】図１の埋設管分岐部穿孔装置に用いる移動機構の構成を示す図である。
【図１０】図１の埋設管分岐部穿孔装置における機構各部と制御装置の接続状態を示すブロック図である。
【図１１】図２の埋設管分岐部穿孔装置を配管内に挿入し位置決めするまでのシーケンスを示す説明図である。
【符号の説明】
【００７３】
３…主管（埋設管）、５…分岐管、７…ライニング、９…接着剤層、１０…加工機構、２０…旋回機構、３０…移動機構、４０…中継装置、５０…自在軸継手、７０…ワイヤー牽引装置、９０…ケーブル巻き取り装置、１００…制御装置、２００…穿孔工具、２０１…シャフト、２１０…工具駆動モータ、２２０…ユニバーサルシャフト、２２１…自在継手、２２２…本体、２３０…Ｌ字型伝達機構、２３５…抜け防止具、２４０…工具昇降機構、２４５…仕切り板、２５０…中心位置決め機構、２８０…反力支持クランプ、３００…分岐部検出センサ、３２０…姿勢支持クランプ、３４０…工具昇降駆動モータ、３５０…アウターボディ、５００…走行輪、５２０…副車輪、５３０…走行輪押し付け機構。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂等を用いてライニング補修された埋設管の配管分岐部のライニングを埋設管内部から穿孔する埋設管分岐部穿孔装置において、
前記配管分岐部のライニングを穿孔する加工機構と、前記加工機構を配管軸回りに回転させる旋回機構と、前記加工機構および前記旋回機構を配管軸方向に移動させる移動機構とを備え、
前記加工機構と前記旋回機構との間および前記旋回機構と前記移動機構との間に自在継手を介してそれぞれを接続し、
前記加工機構は、配管半径方向に突出する回転式穿孔工具と、前記穿孔工具を配管半径方向に移動させる工具昇降機構と、配管軸方向に突出するシャフトを有する工具駆動モータとを備え、
前記穿孔工具と前記工具駆動モータのシャフトとを、両端部に自在継手を具備すると共に受動的に軸方向に伸縮する自由度を有するユニバーサルシャフトを介して接続した
ことを特徴とする埋設管分岐部穿孔装置。
【請求項２】
請求項１に記載の埋設管分岐部穿孔装置において、前記穿孔工具と前記ユニバーサルシャフトとをＬ字型伝達機構を介して接続したことを特徴とする埋設管分岐部穿孔装置。
【請求項３】
請求項２に記載の埋設管分岐部穿孔装置において、前記穿孔工具は、先端側から軸方向に形成した回転防止用切欠き部と、外周に形成した凹溝とを有するシャフトを備え、前記Ｌ字型伝達機構は、配管半径方向に形成した係止穴と、外周に形成した凹溝とを有するかさ歯車を備え、前記穿孔工具のシャフトを前記かさ歯車の係止穴に挿入した状態で前記穿孔工具のシャフトの凹溝と前記かさ歯車の凹溝とに係合する抜け防止具を備えたことを特徴とする埋設管分岐部穿孔装置。
【請求項４】
請求項１に記載の埋設管分岐部穿孔装置において、前記穿孔工具と前記工具昇降機構とを機械的に分離可能な分離機構と、この分離機構が分離状態の際に前記穿孔工具を加工機構内に収納させる工具収納機構とを備えたことを特徴とする埋設管分岐部穿孔装置。
【請求項５】
請求項４に記載の埋設管分岐部穿孔装置において、前記分離機構は前記穿孔工具と前記工具昇降機構とを結合する部分に設けられた板バネと鋼球とを有するボールラッチ機構を備え、前記工具収納機構は前記穿孔工具を加工機構内に収納させるバネを備えたことを特徴とする埋設管分岐部穿孔装置。
【請求項６】
請求項１に記載の埋設管分岐部穿孔装置において、前記穿孔工具が配管径方向に移動する空間と前記工具昇降機構の昇降駆動部分との間を可とう性のあるシールドを設置することで分離し、昇降駆動部分の空間にエアーを注入するノズルを設けたことを特徴とする埋設管分岐部穿孔装置。
【請求項７】
請求項１に記載の埋設管分岐部穿孔装置において、前記加工機構の両側に中心位置決め機構を備え、前記中心位置決め機構は少なくとも３方向に放射状に等距離繰り出され且つ配管軸方向に回転可能なローラを備えたことを特徴とする埋設管分岐部穿孔装置。
【請求項８】
請求項１に記載の埋設管分岐部穿孔装置において、移動機構を配管内側のライニング面に接触して駆動力を発生する駆動輪と、移動時に駆動輪を配管内側に押し付ける押し付け機構で構成し、さらに、前記駆動輪として歯車を用いたことを特徴とする埋設管分岐部穿孔装置。
【請求項９】
請求項１に記載の埋設管分岐部穿孔装置において、移動機構と中継装置とを、装置牽引時の張力を受け持つワイヤーとコイルバネ状の電源ケーブルとエアー配管とにより接続したことを特徴とする埋設管分岐部穿孔装置。
【請求項１】
樹脂等を用いてライニング補修された埋設管の配管分岐部のライニングを埋設管内部から穿孔する埋設管分岐部穿孔装置において、
前記配管分岐部のライニングを穿孔する加工機構と、前記加工機構を配管軸回りに回転させる旋回機構と、前記加工機構および前記旋回機構を配管軸方向に移動させる移動機構とを備え、
前記加工機構と前記旋回機構との間および前記旋回機構と前記移動機構との間に自在継手を介してそれぞれを接続し、
前記加工機構は、配管半径方向に突出する回転式穿孔工具と、前記穿孔工具を配管半径方向に移動させる工具昇降機構と、配管軸方向に突出するシャフトを有する工具駆動モータとを備え、
前記穿孔工具と前記工具駆動モータのシャフトとを、両端部に自在継手を具備すると共に受動的に軸方向に伸縮する自由度を有するユニバーサルシャフトを介して接続した
ことを特徴とする埋設管分岐部穿孔装置。
【請求項２】
請求項１に記載の埋設管分岐部穿孔装置において、前記穿孔工具と前記ユニバーサルシャフトとをＬ字型伝達機構を介して接続したことを特徴とする埋設管分岐部穿孔装置。
【請求項３】
請求項２に記載の埋設管分岐部穿孔装置において、前記穿孔工具は、先端側から軸方向に形成した回転防止用切欠き部と、外周に形成した凹溝とを有するシャフトを備え、前記Ｌ字型伝達機構は、配管半径方向に形成した係止穴と、外周に形成した凹溝とを有するかさ歯車を備え、前記穿孔工具のシャフトを前記かさ歯車の係止穴に挿入した状態で前記穿孔工具のシャフトの凹溝と前記かさ歯車の凹溝とに係合する抜け防止具を備えたことを特徴とする埋設管分岐部穿孔装置。
【請求項４】
請求項１に記載の埋設管分岐部穿孔装置において、前記穿孔工具と前記工具昇降機構とを機械的に分離可能な分離機構と、この分離機構が分離状態の際に前記穿孔工具を加工機構内に収納させる工具収納機構とを備えたことを特徴とする埋設管分岐部穿孔装置。
【請求項５】
請求項４に記載の埋設管分岐部穿孔装置において、前記分離機構は前記穿孔工具と前記工具昇降機構とを結合する部分に設けられた板バネと鋼球とを有するボールラッチ機構を備え、前記工具収納機構は前記穿孔工具を加工機構内に収納させるバネを備えたことを特徴とする埋設管分岐部穿孔装置。
【請求項６】
請求項１に記載の埋設管分岐部穿孔装置において、前記穿孔工具が配管径方向に移動する空間と前記工具昇降機構の昇降駆動部分との間を可とう性のあるシールドを設置することで分離し、昇降駆動部分の空間にエアーを注入するノズルを設けたことを特徴とする埋設管分岐部穿孔装置。
【請求項７】
請求項１に記載の埋設管分岐部穿孔装置において、前記加工機構の両側に中心位置決め機構を備え、前記中心位置決め機構は少なくとも３方向に放射状に等距離繰り出され且つ配管軸方向に回転可能なローラを備えたことを特徴とする埋設管分岐部穿孔装置。
【請求項８】
請求項１に記載の埋設管分岐部穿孔装置において、移動機構を配管内側のライニング面に接触して駆動力を発生する駆動輪と、移動時に駆動輪を配管内側に押し付ける押し付け機構で構成し、さらに、前記駆動輪として歯車を用いたことを特徴とする埋設管分岐部穿孔装置。
【請求項９】
請求項１に記載の埋設管分岐部穿孔装置において、移動機構と中継装置とを、装置牽引時の張力を受け持つワイヤーとコイルバネ状の電源ケーブルとエアー配管とにより接続したことを特徴とする埋設管分岐部穿孔装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−１５４１３（Ｐ２００６−１５４１３Ａ）
【公開日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１９２７２５（Ｐ２００４−１９２７２５）
【出願日】平成１６年６月３０日（２００４．６．３０）
【出願人】（０００２２０２６２）東京瓦斯株式会社 (1,166)
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（０００２３３２９５）日立ハイブリッドネットワーク株式会社 (195)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月３０日（２００４．６．３０）
【出願人】（０００２２０２６２）東京瓦斯株式会社 (1,166)
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（０００２３３２９５）日立ハイブリッドネットワーク株式会社 (195)
【Ｆターム（参考）】
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