特許 6475992 穿孔工具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6475992

(24)【登録日】2019年2月8日

(45)【発行日】2019年2月27日

(54)【発明の名称】穿孔工具

(51)【国際特許分類】

   B26F 1/16 20060101AFI20190218BHJP

   B23B 51/00 20060101ALI20190218BHJP

   B23B 51/04 20060101ALI20190218BHJP

【ＦＩ】

   B26F1/16

   B23B51/00 M

   B23B51/04 T

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2015-13253(P2015-13253)

(22)【出願日】2015年1月27日

(65)【公開番号】特開2016-137538(P2016-137538A)

(43)【公開日】2016年8月4日

【審査請求日】2016年9月28日

【審判番号】不服2017-18915(P2017-18915/J1)

【審判請求日】2017年12月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】515024689

【氏名又は名称】環境開発興業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】591065549

【氏名又は名称】福岡県

(74)【代理人】

【識別番号】100090697

【弁理士】

【氏名又は名称】中前 富士男

(74)【代理人】

【識別番号】100127155

【弁理士】

【氏名又は名称】来田 義弘

(72)【発明者】

【氏名】笠置 政治

(72)【発明者】

【氏名】永野 太

(72)【発明者】

【氏名】永松 久喜

(72)【発明者】

【氏名】谷川 義博

(72)【発明者】

【氏名】安部 年史

【合議体】

【審判長】 刈間 宏信

【審判官】 中川 隆司

【審判官】 平岩 正一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−７７６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５１８５４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１０８４７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平２−１７５７３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平２−１３９１０９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

B26F1/16,B23B51/00-51/04,F16L41/00-41/18,F16L55/16,E03F7/00

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

埋設管の内周面を被覆しているガラス繊維強化プラスチック製のライニング材を該埋設管内部から穿孔する穿孔装置に装着され、前記ライニング材を切削する穿孔工具であって、
前記埋設管の半径方向が回転軸の方向とされ、前記回転軸回りに回転しながら該回転軸の方向に移動するホルダーと、矩形板状とされ、前記ホルダーに脱着可能に取り付けられる溶解ハイスからなる複数の切削刃とを備えることを特徴とする穿孔工具。

【請求項2】

請求項１記載の穿孔工具において、前記切削刃の長辺方向が前記回転軸の方向となるように、前記切削刃が前記ホルダーに装着され、
前記ライニング材に接触する、前記切削刃の長辺方向先端部が該ライニング材を切削する切削部とされ、前記切削部における前記回転軸方向のすくい角が６°以上１２°以下とされていることを特徴とする穿孔工具。

【請求項3】

請求項２記載の穿孔工具において、前記切削刃の短辺方向が前記回転軸と直交する方向となるように、前記切削刃が前記ホルダーに装着され、
少なくとも２枚の前記切削刃について、前記回転軸側に位置する、前記切削刃の長辺先端が該長辺基端に比べて前記回転軸から遠い位置にあり、前記長辺と前記回転軸とが成す角度が１°超８°未満であることを特徴とする穿孔工具。

【請求項4】

請求項２又は３記載の穿孔工具において、前記切削部における前記回転軸方向のすくい面及び逃げ面によって構成される稜線が面取りされ、面取り面の幅が０．３ｍｍ以上とされていることを特徴とする穿孔工具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、下水管等の埋設管の内周面を被覆しているライニング材を該埋設管内部から穿孔する穿孔装置に装着され、ライニング材を切削する穿孔工具に関する。

【背景技術】

【0002】

老朽化した下水管等の埋設管を更生（補修）するため、埋設管の内周面にＦＲＰ（繊維強化プラスチック）などの熱硬化性合成樹脂をライニングするオールライナー工法（登録商標）が開発され、実用に供されている（特許文献１参照）。オールライナー工法の手順は以下の通りである（図６参照）。
（１）未硬化の熱硬化性合成樹脂を含む筒状体５３をマンホール２１から埋設管本管２０内に挿入し、筒状体５３を埋設管本管２０内に引き込む。なお、筒状体５３内には供給ホース５４が予め挿入されている。
（２）地上に駐車しているボイラー車５２から供給ホース５４を通して筒状体５３内を水で満たし、筒状体５３を埋設管本管２０の内周面に押し付ける。
（３）この状態で、筒状体５３内の水をボイラー車５２で吸い上げて加熱し、加熱された水を再び筒状体５３内に戻し、筒状体５３内の熱硬化性合成樹脂を硬化させる。
（４）熱硬化性合成樹脂が硬化するのを待って筒状体５３内の水を吸い上げ、その後、筒状体５３両端部の切断及び供給ホース５４の回収を行う。

【0003】

埋設管本管には多数の枝管が接続されている。そのため、埋設管本管の内周面をライニングすることにより、枝管との接続部がライニング材で塞がれることになる。そこで、例えば特許文献２では、複数の切削刃を有する穿孔工具を回転させて穿孔作業を行う切削モーター部と、切削モーター部を埋設管本管の半径方向に移動させるリーチシリンダー部と、切削モーター部及びリーチシリンダー部を支持するエクステンションシリンダーロッドと、エクステンションシリンダーロッドを埋設管本管の軸方向へ進退させるエクステンションシリンダーとを備える既設管の旋削装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平６−２３４１５９号公報

【特許文献2】特開２００３−２８５２２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

近年、更生した下水管の強度を増すため、ライニング材にＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）が使用されるようになってきた。このようなＧＦＲＰ製更生管はガラス繊維で強化されているため、従来の穿孔工具を使用した場合、切削刃の摩耗が激しく、穿孔時間も従来のＦＲＰ製更生管の５倍程度の時間を要している。また、従来の穿孔工具は、ホルダーと切削刃が一体となっているため、４枚刃の１枚でも破損摩耗すると、穿孔工具自体を新しいものと取り替えなければならなかった。

【0006】

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、従来に比べて高能率な穿孔が可能で、破損摩耗した切削刃のみの交換が可能な穿孔工具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】

【0007】

上記目的を達成するため、本発明は、埋設管の内周面を被覆しているガラス繊維強化プラスチック製のライニング材を該埋設管内部から穿孔する穿孔装置に装着され、前記ライニング材を切削する穿孔工具であって、
前記埋設管の半径方向が回転軸の方向とされ、前記回転軸回りに回転しながら該回転軸の方向に移動するホルダーと、矩形板状とされ、前記ホルダーに脱着可能に取り付けられる溶解ハイスからなる複数の切削刃とを備えることを特徴としている。

【0008】

切削刃には超硬合金製の切削刃が広く用いられている。しかし、後述するように、超硬合金製の切削刃を穿孔工具に装着してＧＦＲＰ製ライニングの穿孔試験を行ったところ、穿孔に４分近く要し、穿孔時の振動も大きかった。そこで、高速度工具鋼からなる切削刃を製作してＧＦＲＰ製ライニングの穿孔試験を行うこととした。
高速度工具鋼はハイス鋼とも呼ばれ、製法の違いによって粉末ハイスと溶解ハイスに分類される。一般に、粉末ハイスのほうが溶解ハイスに比べて強靱で、耐摩耗製に優れ、疲労に強く靭性に富んだ鋼材となる。寿命も粉末ハイスのほうが溶解ハイスに比べて長くなる。
そこで、粉末ハイス製の切削刃を穿孔工具に装着してＧＦＲＰ製ライニングの穿孔試験を行ったが、穿孔に４分強かかり、穿孔時の振動も認められた。一方、溶解ハイス製の切削刃を穿孔工具に装着してＧＦＲＰ製ライニングの穿孔試験を行ったところ、１分強で穿孔が完了し、穿孔時の振動も少なかった。上記試験結果は当業者の技術常識を覆すものであり、本発明者等によって得られた知見である。

【0009】

上記試験結果に基づき、本発明に係る穿孔工具では、切削刃が溶解ハイス製とされている。加えて、本発明に係る穿孔工具では、切削刃がホルダーに脱着可能に取り付けられるので、破損摩耗した切削刃のみの交換が可能である。

【0010】

また、本発明に係る穿孔工具では、前記切削刃の長辺方向が前記回転軸の方向となるように、前記切削刃が前記ホルダーに装着され、
前記ライニング材に接触する、前記切削刃の長辺方向先端部が該ライニング材を切削する切削部とされ、前記切削部における前記回転軸方向のすくい角が６°以上１２°以下とされていることを好適とする。

【0011】

切削部における回転軸方向のすくい角が６°未満であると、穿孔時間が２分以上となり、穿孔時の振動や音も大きくなる。
一方、切削部における回転軸方向のすくい角が１２°超であると、くさび効果が大きくなり過ぎて穿孔装置に掛かる負荷が過大となる。

【0012】

また、本発明に係る穿孔工具では、前記切削刃の短辺方向が前記回転軸と直交する方向となるように、前記切削刃が前記ホルダーに装着され、
少なくとも２枚の前記切削刃について、前記回転軸側に位置する、前記切削刃の長辺先端が該長辺基端に比べて前記回転軸から遠い位置にあり、前記長辺と前記回転軸とが成す角度が１°超８°未満であることを好適とする。

【0013】

回転軸側に位置する長辺と回転軸とが成す角度が１°以下であると、切削された円盤状のライニング材が落下せず、ホルダー内に嵌入する（以下、「コア詰まり」と呼ぶ。）ため、切削されたライニング材を作業員がホルダーから取り除かなければならない。
一方、回転軸側に位置する長辺と回転軸とが成す角度が８°以上であると、切削時の振動が大きく切削に支障を来すことがある。

【0014】

また、本発明に係る穿孔工具では、前記切削部における前記回転軸方向のすくい面及び逃げ面によって構成される稜線が面取りされ、面取り面の幅が０．３ｍｍ以上とされていることを好適とする。

【0015】

すくい面及び逃げ面によって構成される稜線を面取りし、面取り面の幅を０．３ｍｍ以上とすることによって、穿孔時の振動が減少し、穿孔時間を短縮することができる。面取り面の幅が０．３ｍｍ未満であると、切削当初、切削刃がライニング材に食い付きすぎて振動が発生する。
なお、面取り面の幅の最大値は２ｍｍ程度とする。

【発明の効果】

【0016】

本発明に係る穿孔工具では、複数の切削刃が溶解ハイス製とされ、ホルダーに脱着可能に取り付けられるので、従来に比べて高能率な穿孔が可能で、破損摩耗した切削刃のみの交換が可能である。これにより、穿孔作業の効率化及び穿孔作業に要する費用の削減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施の形態に係る穿孔工具が装着された穿孔装置の斜視図である。

【図2】同穿孔工具が装着された穿孔装置によるライニング材の穿孔方法を説明するための模式図である。

【図3】同穿孔工具の斜視図及び切削刃先端部の拡大図である。

【図4】（Ａ）は同穿孔工具を構成するホルダーの平面図、（Ｂ）は同ホルダーの立面図である。

【図5】（Ａ）は同穿孔工具を構成する切削刃の正面図、（Ｂ）は同切削刃の側面図、（Ｃ）は同切削刃の平面図である。

【図6】オールライナー工法を説明するための模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。

【0019】

本発明の一実施の形態に係る穿孔工具１１が装着された穿孔装置１０を図１に示す。
穿孔装置１０は、埋設管の内周面を被覆するライニング材を切削する穿孔工具１１と、穿孔工具１１を保持し穿孔工具１１を回転させる回転部１４と、回転部１４を保持し回転部１４を埋設管の半径方向に移動させるリフト部１５と、リフト部１５を保持しリフト部１５を埋設管の軸方向に移動かつ埋設管の周方向に回動させる円筒状の胴体部１６とを備えている。また、胴体部１６の両側部にはそれぞれ車輪１８が取り付けられ、胴体部１６の上部には、埋設管の半径方向に延びるアウトリガー１７が装備されている。

【0020】

埋設管本管２０を被覆するライニング材２３を、埋設管本管２０内から穿孔装置１０を用いて穿孔する方法について図２を用いて説明する。なお、地中に埋設された埋設管本管２０には、地上から延びる複数の枝管２２が接続され、枝管２２と埋設管本管２０との接続部はライニング材２３で塞がれている。また、埋設管本管２０の両端には、上方に開口するマンホール２１がそれぞれ設置されている。

【0021】

（１）穿孔装置１０の前端部（穿孔工具１１が装着されている側）と、ライト等の光源を有するカメラ２６が搭載されたカメラ装置２５の後端部（カメラ２６が搭載されている側）とをワイヤー２４で連結する。カメラ２６のレンズは、後方の穿孔装置１０に向けられている。なお、便宜上、穿孔装置１０に対してカメラ装置２５のある側を「前」側、カメラ装置２５に対して、穿孔装置１０のある側を「後」側とする。
（２）穿孔装置１０の後端部とカメラ装置２５の前端部にそれぞれワイヤー２４を取り付け、穿孔装置１０及びカメラ装置２５をマンホール２１から埋設管本管２０内に挿入する。なお、穿孔装置１０の後端部に取り付けられたワイヤー２４は穿孔装置１０の後方に設置されているマンホール２１から地上に引き出され、カメラ装置２５の前端部に取り付けられたワイヤー２４はカメラ装置２５の前方に設置されているマンホール２１から地上に引き出されている。

【0022】

（３）カメラ装置２５に搭載されているカメラ２６で穿孔装置１０の位置を確認しながら、カメラ装置２５の前端部に取り付けられたワイヤー２４を引っ張り、カメラ装置２５及び穿孔装置１０を埋設管本管２０内で前進させる。そして、穿孔装置１０が枝管２２と埋設管本管２０との接続部に到達した時点で穿孔装置１０の前進を停止する。
（４）穿孔装置１０に装備されているアウトリガー１７をライニング材２３に向けて延ばし、アウトリガー１７でライニング材２３を押圧することにより、穿孔装置１０の胴体部１６を固定する。

【0023】

（５）胴体部１６に対してリフト部１５を埋設管本管２０の軸方向に移動かつ埋設管本管２０の周方向に回動させ、穿孔工具１１を枝管２２に対峙させる。
（６）回転部１４を作動させて穿孔工具１１を回転させつつ、リフト部１５を作動させて穿孔工具１１を埋設管本管２０の半径方向外側に移動させ、ライニング材２３に孔をあける。

【0024】

穿孔工具１１の全体形状を図３に示す。同図に示すように、穿孔工具１１は、穿孔装置１０の回転部１４の回転軸（図示省略）に装着されるホルダー１２と、ホルダー１２にボルト１９で脱着可能に取り付けられる複数（本実施の形態では４枚）の切削刃１３とから構成されている。

【0025】

図４（Ａ）、（Ｂ）にホルダー１２の形状を示す。ホルダー１２は、平面視六角形状のベース２８と、ベース２８の上面に形成された円盤状のプレート２７（直径８０ｍｍ程度）と、プレート２７の周縁部に形成された複数（本実施の形態では４個）の立設部２９とから構成されている。

【0026】

プレート２７の中心が回転軸の軸芯３０とされ、隣接する立設部２９と軸芯３０とが成す角度は９０°とされている。各立設部２９は部分円筒形状とされ、切削刃１３を固定するボルト１９が螺入するボルト孔３２が２箇所形成されている。また、切削時におけるライニング材との摩擦を低減するため、立設部２９の頂部は、切削刃１３が装着される側から非装着側に向けて下方に傾斜している（図４（Ｂ）参照）。

【0027】

ホルダー１２は、埋設管本管２０の半径方向を回転軸（軸芯３０）の方向とし、回転軸回りに回転しながら回転軸の方向に移動する。
なお、ホルダー１２の回転方向は、穿孔工具１１の移動方向に対して右回り、即ち右ねじの方向である。従って、図４（Ａ）に示したホルダー１２の平面図では、ホルダー１２の回転方向は反時計回りとなる。

【0028】

図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、切削刃１３は矩形板状（短辺長さ：１０ｍｍ程度、長辺長さ：３０ｍｍ程度、厚さ：３ｍｍ〜５ｍｍ程度）とされ、板材の中央部には、ボルト１９が挿通するボルト孔３３が長辺方向に２箇所設けられている。
切削刃１３の材種は溶解ハイスであり、ＳＫＨ５７などを使用することができる。

【0029】

各切削刃１３は、ホルダー１２の立設部２９の一方の側面（ホルダー１２回転方向がわ側面）にボルト１９で固定される。これにより、切削刃１３の長辺方向が回転軸（軸芯３０）の方向、かつ切削刃１３の短辺方向が回転軸と直交する方向となる。

【0030】

切削刃１３の長辺方向先端部の回転軸から遠い部位が、ライニング材に接触してライニング材を切削する切削部３１とされている。切削部３１は、穿孔工具１１の移動方向及び回転方向に向けて凸となる。
切削刃１３の厚さは、切削部３１のある長辺方向先端部に比べて長辺方向基端部が薄く（図５（Ｂ）参照）、かつ切削部３１のある短辺方向側部位に比べて切削部３１の無い短辺方向側部位が薄くなっている（図５（Ｃ）参照）。即ち、切削刃１３は、切削部３１に向けて板が厚くなっている。

【0031】

穿孔工具１１が移動と回転を行いながらライニング材を切削していくため、切削刃１３に設けられた切削部３１のすくい角α及び逃げ角γは、穿孔工具１１の回転軸方向と回転軸直交方向それぞれについて設定しなければならない。
本実施の形態では、切削部３１における回転軸方向のすくい角α_Ａは６°〜１２°、逃げ角γ_Ａは１４°〜１６°とされ（図５（Ｂ）参照）、切削部３１における回転軸直交方向のすくい角α_Ｖは１°〜３°とされている（図５（Ｃ）参照）。また、回転軸直交方向の逃げ角γ_Ｖは短辺方向両側部にそれぞれ設けられ、７°〜９°とされている（図５（Ｃ）参照）。

【0032】

また、本実施の形態では、図５（Ａ）に示すように、回転軸側に位置する、切削刃１３の長辺先端Ｐが長辺基端Ｑに比べて回転軸から遠い位置にあり、長辺と回転軸とが成す角度β（以下、「内側長辺傾斜角」と呼ぶ。）が１°超８°未満とされている。
さらにまた、図３の拡大図に示すように、切削部３１における回転軸方向のすくい面３４と逃げ面３５によって構成される稜線が面取りされ、面取り面３６の幅（以下、「マージン幅」と呼ぶ。）が０．３ｍｍ以上とされている。

【0033】

以上、本発明の一実施の形態について説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、上記実施の形態では、切削刃の枚数を４枚としているが、３枚あるいは５枚以上でもよい。また、上記実施の形態では、全ての切削刃について、内側長辺傾斜角を設定したが、少なくとも２枚の切削刃について内側長辺傾斜角を設定すればよい。

【実施例】

【0034】

本発明の効果について検証するために実施した検証試験について説明する。
穿孔工具を穿孔装置に取り付けて、直径６００ｍｍ、厚さ２０ｍｍの円筒状ＧＦＲＰ内に挿入し、穿孔試験を実施した。なお、下水配管の場合、埋設管本管の内径は２７０ｍｍ〜６００ｍｍ程度、ＧＦＲＰの厚さは７ｍｍ〜２０ｍｍ程度である。

【0035】

穿孔試験の評価は、穿孔時間及び穿孔時の振動等に基づいて行った。具体的には、穿孔時間が２分以下の場合、総合評価は○、２分超３分以下の場合、総合評価は△、３分超の場合、総合評価は×とした。その際、穿孔時の振動及び／又は音が小さければ、１ランク上げ（例えば○→◎）、穿孔時の振動・音が大きければ１ランク下げた（例えば○→△）。

【0036】

切削刃の材種が穿孔作業に及ぼす影響について実施した第１試験の結果を表１に示す。
実施例１に使用した溶解ハイスはＳＫＨ５７、比較例１に使用した超硬合金はＫ２０、比較例２に使用した粉末ハイスはＨＡＰ１０である。
全ての試験体について、切削刃の回転軸方向のすくい角は１０°、逃げ角は１５°、回転軸直交方向のすくい角は２°、逃げ角は８°とした。また、全ての試験体について、内側長辺傾斜角は０°、マージン幅は０ｍｍとした。

【0037】

【表1】

【0038】

実施例１は穿孔時間が２分以下で、穿孔時の振動も小さかったので、総合評価を◎とした。一方、比較例１及び２は、穿孔時間が３分超、かつ振動も大きかったので、総合評価を×とした。

【0039】

また、切削刃の回転軸方向のすくい角、内側長辺傾斜角、及びマージン幅が穿孔作業に及ぼす影響について、切削刃の材種を溶解ハイスＳＫＨ５７として実施した第２試験の結果を表２に示す。
なお、第２試験における穿孔試験の総合評価は、上述した評価方法に加えて、コア詰まりについても考慮した。

【0040】

【表2】

【0041】

第２試験により以下のことが判明した。
・切削刃の回転軸方向のすくい角が６°以上１２°以下であると、切削時間が２分以下となる（実施例２〜６）。特に、実施例４、５は、切削時の振動も小さく、コア詰まりも発生しなかった。一方、切削刃の回転軸方向のすくい角が６°未満であると、切削時間が２分超となる（実施例７参照）。
・内側長辺傾斜角が１°以下であると、コア詰まりが発生する（実施例２、３）。
・マージン幅が０．３ｍｍ未満であると、切削当初、切削刃がライニング材に食い付きすぎて振動が発生する（実施例２）。

【符号の説明】

【0042】

１０：穿孔装置、１１：穿孔工具、１２：ホルダー、１３：切削刃、１４：回転部、１５：リフト部、１６：胴体部、１７：アウトリガー、１８：車輪、１９：ボルト、２０：埋設管本管、２１：マンホール、２２：枝管、２３：ライニング材、２４：ワイヤー、２５：カメラ装置、２６：カメラ、２７：プレート、２８：ベース、２９：立設部、３０：軸芯、３１：切削部、３２、３３：ボルト孔、３４：すくい面、３５：逃げ面、３６：面取り面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】