特許 7190174 流体管のフルカット切断方法及びフルカット切断装置

(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】

(24)【登録日】2022-12-07

(45)【発行日】2022-12-15

(54)【発明の名称】流体管のフルカット切断方法及びフルカット切断装置

(51)【国際特許分類】

   B23B 41/08 20060101AFI20221208BHJP

   F16L 55/00 20060101ALI20221208BHJP

   B23D 21/00 20060101ALI20221208BHJP

   B23B 51/04 20060101ALI20221208BHJP

【ＦＩ】

B23B41/08

F16L55/00 C

B23D21/00 A

B23B51/04 Z

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019089359

(22)【出願日】2019-05-09

(65)【公開番号】P2020185616

(43)【公開日】2020-11-19

【審査請求日】2022-01-31

(73)【特許権者】

【識別番号】396020361

【氏名又は名称】株式会社水道技術開発機構

(74)【代理人】

【識別番号】110000729

【氏名又は名称】特許業務法人 ユニアス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】永森 保行

【審査官】小川 真

(56)【参考文献】

【文献】特開平３－２３４９９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１９５２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２８３４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－３２５３７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００１／００１０２３３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｂ ４１／０８

Ｆ１６Ｌ ５５／００

Ｂ２３Ｄ ２１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体管を密封状に取り囲む筐体の内部で、前記流体管を不断流状態でフルカット切断する、流体管のフルカット切断方法において、
前記流体管の管径よりも小さい直径を有する円筒状カッターを用いて、前記流体管の周壁に穿孔を形成する穿孔工程と、
管軸方向に延びた軸線を中心として回転する一対の円盤状カッターを用いて、前記一対の円盤状カッターの回転機構を前記穿孔に侵入させながら、前記流体管を管軸方向に切り離す分断工程と、を備えることを特徴とする、流体管のフルカット切断方法。

【請求項2】

前記分断工程では、前記一対の円盤状カッターの先端部を前記穿孔に侵入させる、請求項１に記載の流体管のフルカット切断方法。

【請求項3】

前記一対の円盤状カッターを前記流体管から遠ざける際に、前記分断工程で生じた切片を引っ掛けて回収する、請求項１または２に記載の流体管のフルカット切断方法。

【請求項4】

流体管を密封状に取り囲む筐体と、
前記筐体の内部で前記流体管の周壁に穿孔を形成するための円筒状カッターを有する第１の切断機と、
前記筐体の内部で前記流体管を管軸方向に切り離すための一対の円盤状カッターを有する第２の切断機と、を備え、
前記第２の切断機が、管軸方向に延びた軸線を中心として前記一対の円盤状カッターを回転させ且つ前記穿孔に侵入可能な回転機構を有する、流体管のフルカット切断装置。

【請求項5】

前記一対の円盤状カッターの間隔が前記円筒状カッターの直径よりも小さい、請求項４に記載の流体管のフルカット切断装置。

【請求項6】

前記第２の切断機が、前記穿孔を通過して切片の内面に係止可能に構成された切片回収部を有する、請求項４または５に記載の流体管のフルカット切断装置。

【請求項7】

前記一対の円盤状カッターに、厚み方向に貫通した貫通孔が形成されている、請求項４～６いずれか１項に記載の流体管のフルカット切断装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体管を管軸方向に切り離す、いわゆるフルカット切断を行うための方法と装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、既設の水道管（流体管の一例）を筐体で密封状に取り囲み、その筐体の内部で水道管を不断水状態でフルカット切断した後、水道管の切断スペースに弁装置などの挿入体を挿入する工事が知られている。かかる工事では、特許文献１～３に記載されているように、ホールソーなどの円筒状カッターを有する切断機を用いてフルカット切断を行うことが一般的である。

【0003】

図１３は、ホールソーによるフルカット切断後の水道管を模式的に示している。ホールソー（図示せず）の直径Ｄ９は管径Ｄ９１よりも大きく、水道管９１は管軸方向（図１３の左右方向）に切り離されている。必要幅ＮＷは、仕切弁などの挿入体を挿入するのに必要な幅である。直径Ｄ９よりも小さい直径を有するホールソーを使用した場合は、必要幅ＮＷが確保されない。即ち、必要幅ＮＷを確保するうえでは、直径Ｄ９かそれ以上の直径を有するホールソーの使用が必須であり、それに対応したサイズで切断スペース９０が平面視円形状に設けられる。

【0004】

ホールソーによるフルカット切断では、切断スペース９０が必要以上に大きくなってしまう。これは、切断スペース９０が、ハッチングで示した領域のような、必要幅ＮＷよりも管軸方向に大きく張り出した部分を含むためである。筐体９２は、このような切断スペース９０を包含するサイズと形状を有していなければならず、それ故に小型化が困難であった。なお、図１３では、筐体内面の輪郭線によって筐体９２を模式的に表している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１６－６１３９１号公報

【文献】特開２０１６－７０４６４号公報

【文献】特開２０１６－２２３５２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、切断スペースを小さくして筐体の小型化を実現できる、流体管のフルカット切断方法及びフルカット切断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】

本発明に係る流体管のフルカット切断方法は、流体管を密封状に取り囲む筐体の内部で、前記流体管を不断流状態でフルカット切断する、流体管のフルカット切断方法において、前記流体管の管径よりも小さい直径を有する円筒状カッターを用いて、前記流体管の周壁に穿孔を形成する穿孔工程と、管軸方向に延びた軸線を中心として回転する一対の円盤状カッターを用いて、前記一対の円盤状カッターの回転機構を前記穿孔に侵入させながら、前記流体管を管軸方向に切り離す分断工程と、を備えるものである。

【0008】

かかる方法によれば、一対の円盤状カッターの間隔に対応した長さで流体管が切り離されるため、必要幅よりも管軸方向に大きく張り出さないよう、切断スペースを小さく設けることができる。また、円盤状カッターの回転機構を穿孔に侵入させることにより、比較的小径の円盤状カッターを使用できる。これによって、筐体の小型化を実現することができる。

【0009】

前記分断工程では、前記一対の円盤状カッターの先端部を前記穿孔に侵入させることが好ましい。これにより、一対の円盤状カッターを安定した状態で回転できる。

【0010】

前記一対の円盤状カッターを前記流体管から遠ざける際に、前記分断工程で生じた切片を引っ掛けて回収することが好ましい。これにより、分断工程で生じた切片を簡便に回収できる。

【0011】

本発明に係る流体管のフルカット切断装置は、流体管を密封状に取り囲む筐体と、前記筐体の内部で前記流体管の周壁に穿孔を形成するための円筒状カッターを有する第１の切断機と、前記筐体の内部で前記流体管を管軸方向に切り離すための一対の円盤状カッターを有する第２の切断機と、を備え、前記第２の切断機が、管軸方向に延びた軸線を中心として前記一対の円盤状カッターを回転させ且つ前記穿孔に侵入可能な回転機構を有するものである。

【0012】

かかる装置によれば、一対の円盤状カッターの間隔に対応した長さで流体管が切り離されるため、必要幅よりも管軸方向に大きく張り出さないよう、切断スペースを小さく設けることができる。また、円盤状カッターの回転機構を穿孔に侵入させることにより、比較的小径の円盤状カッターを使用できる。これによって、筐体の小型化を実現することができる。

【0013】

前記一対の円盤状カッターの間隔が前記円筒状カッターの直径よりも小さいことが好ましい。これにより、一対の円盤状カッターの先端部を穿孔に侵入させて、一対の円盤状カッターを安定した状態で回転できる。

【0014】

前記第２の切断機が、前記穿孔を通過して切片の内面に係止可能に構成された切片回収部を有することが好ましい。これにより、切片を簡便に回収できる。

【0015】

前記一対の円盤状カッターに、厚み方向に貫通した貫通孔が形成されていることが好ましい。これにより、流体管の内部を円盤状カッターが塞ぐ状況であっても不断流状態を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】穿孔工程前の水道管を管軸方向から見た断面図

【図2】穿孔工程における水道管を管軸方向から見た断面図

【図3】穿孔が形成された水道管を示す（Ａ）平面図と（Ｂ）側方視断面図

【図4】分断工程前の水道管を管軸方向から見た断面図

【図5】一対の円盤状カッターを示す（Ａ）正面図と（Ｂ）側面図

【図6】分断工程における水道管を管軸方向から見た断面図

【図7】フルカット切断後の水道管を示す（Ａ）平面図と（Ｂ）側方視断面図

【図8】一対の円盤状カッターを接近させた水道管を示す（Ａ）正面図と（Ｂ）側方視断面図

【図9】分断工程における水道管を示す（Ａ）正面図と（Ｂ）側方視断面図

【図10】分断工程で生じた切片を回収する状態を示す（Ａ）正面図と（Ｂ）側方視断面図

【図11】挿入工程前の水道管を管軸方向から見た断面図

【図12】本実施形態によりフルカット切断された水道管を模式的に示す平面図

【図13】従来工法によりフルカット切断された水道管を模式的に示す平面図

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

【0018】

図１は、管路の一部を構成する既設の水道管１（流体管の一例）を示す。水道管１はダクタイル鋳鉄管であるが、これに限られず、例えば鋼管でもよい。本実施形態では、水道管１を密封状に取り囲む筐体２の内部で、その水道管１を不断水状態（不断流状態）でフルカット切断し、その水道管１の切断スペースに弁装置（挿入体の一例）を挿入する例を示す。かかる工事は、例えば、水道管を更新する区間の前後で既設管路を分岐させてバイパス管路を設けるために行われる。

【0019】

筐体２は、通水状態にある水道管１の一部を密封状に取り囲んでいる。筐体２は、既設の水道管１に対して外嵌可能な割り構造を有し、より具体的には、上側部材２１と下側部材２２とを互いに接合してなる上下二つ割り構造を有する。この接合は、ボルトとナットで構成される締結具（図示せず）により行われるが、これに代えて溶接などで接合してもよい。筐体２の底部２Ｂは、すり鉢状に形成されている。底部２Ｂの中心部位には、切断時に発生する切屑を排出するための排出孔２３が設けられている。

【0020】

筐体２は、割りＴ字管により構成され、水道管１の管軸方向（図１の紙面に垂直な方向）と交差する方向に延びた分岐部２４を上方に向けている。分岐部２４には、筒状のアダプタ２５を介して、作業弁（作業用仕切弁）２６と密閉ケース２７が接続されている。図１に示す作業弁２６は閉状態にあり、筐体２の内部空間と密閉ケース２７の内部空間とが弁体２６ｖで仕切られている。切断機３（第１の切断機に相当）は、筐体２の上方に配置され、密閉ケース２７に接続されている。切断機３は、筐体２の内部で水道管１の周壁に穿孔を形成するための円筒状カッターであるホールソー３１を有する。

【0021】

ホールソー３１は、水道管１の管径Ｄ１よりも小さい直径Ｄ３１を有する。ホールソー３１は、その軸中心に設けられたセンタードリル３２とともに、シャフト３３の先端部に固定されている。図１では、ホールソー３１が密閉ケース２７の内部に配置されるよう、シャフト３３を引き上げた状態にある。切断機３は、上下方向に延びた軸線Ａ３３を中心としてシャフト３３を回転させる回転機構（図示せず）を有する。このシャフト３３の回転に伴って、ホールソー３１及びセンタードリル３２が軸線Ａ３３を中心として回転する。

【0022】

本実施形態における水道管１のフルカット切断方法は、ホールソー３１を用いて水道管１の周壁に穿孔を形成する穿孔工程と、後述する一対の円盤状カッター４１，４１を用いて水道管１を管軸方向に切り離す分断工程とを備える。また、本実施形態では、水道管１のフルカット切断により生じた切片を回収する回収工程と、水道管１の切断スペースに挿入体としての弁装置を挿入する挿入工程とを備える例を示す。以下、それぞれの工程について具体的に説明する。

【0023】

図２に示すように、穿孔工程では、弁体２６ｖを変位させて作業弁２６を開状態にした後、シャフト３３を押し下げてホールソー３１を下降し、分岐部２４を通じて筐体２の内部へホールソー３１を侵入させる。そして、回転するホールソー３１を水道管１の周壁に接触させることで、図３のような穿孔１０を水道管１の周壁に形成する。穿孔１０の直径Ｄ１０は、ホールソー３１の直径Ｄ３１に対応しており、水道管１の管径Ｄ１よりも小さい。穿孔１０を形成したら、ホールソー３１を上昇させるとともに、ホールソー３１の内部に収容された湾曲板状の切片Ｐ１をセンタードリル３２で引っ掛けて回収する。

【0024】

ホールソー３１を上昇させたら、作業弁２６を閉状態にして切断機３を取り外し、代わりに図４のような切断機４（第２の切断機に相当）を接続する。即ち、穿孔工程の後、分断工程の前に、切断機３を切断機４に付け替える。本実施形態では、密閉ケース２７を密閉ケース２８に付け替えているが、これに限られず、従前の密閉ケース２７を兼用してもよい。図４，５に示すように、切断機４は、筐体２の内部で水道管１を管軸方向に切り離すための一対の円盤状カッター４１，４１を有する。一対の円盤状カッター４１，４１は、それぞれシャフト４２の先端部に取り付けられ、管軸方向に延びた軸線Ａ４１を中心として回転可能に構成されている。シャフト４２は、上下方向に延びた外筒４２ａと、外筒４２ａに挿入された回転軸４２ｂとを有する。

【0025】

切断機４は、軸線Ａ４１を中心として一対の円盤状カッター４１，４１を回転させる回転機構４３と、エンジンまたは電動モータなどの駆動源（図示せず）とを有する。回転機構４３は、円盤状カッター４１の回転中心部に位置する。回転機構４３は、管軸方向に延びた回転軸４４と、回転軸４４を覆う筒状のケース４５と、回転軸４２ｂに回転軸４４を連動連結する歯車機構とを含む。ケース４５の内部では、回転軸４２ｂの先端部に位置するかさ歯車４６が、回転軸４４の中途部に位置するかさ歯車４７に歯合している。駆動源から発生した回転動力は回転軸４２ｂに伝達され、その回転軸４２ｂの回転に連動して回転軸４４が回転する。

【0026】

回転軸４４の両端部には、それぞれナット４８を介して円盤状カッター４１が着脱自在に取り付け固定されている。本実施形態において、円盤状カッター４１の直径Ｄ４１は管径Ｄ１よりも大きく、その半径Ｒ４１は管径Ｄ１よりも小さい。円盤状カッター４１としては、例えば、ダイヤモンドカッター、メタルソー（丸鋸）、切断砥石などを使用できる。水平方向における回転機構４３の長さＬ４３は、ホールソー３１の直径Ｄ３１よりも小さく、したがって穿孔１０の直径Ｄ１０よりも小さい。そのため、後述するように回転機構４３を穿孔１０に侵入させることが可能である。

【0027】

図６に示すように、分断工程では、弁体２６ｖを変位させて作業弁２６を開状態とし、シャフト４２を押し下げて一対の円盤状カッター４１，４１を下降し、分岐部２４を通じて筐体２の内部に一対の円盤状カッター４１，４１を侵入させる。そして、回転する一対の円盤状カッター４１，４１を水道管１の周壁に接触させることで、図７の如く水道管１を管軸方向に切り離す。水道管１には、一対の円盤状カッター４１，４１の間隔Ｇ（図５参照）に対応した長さＬ４０で切断スペース４０が設けられる。切断スペース４０は、平面視略矩形状に設けられ、切断幅ＮＷ（図１２参照）よりも管軸方向に大きく張り出した部分を含まない。

【0028】

図８は、一対の円盤状カッター４１，４１が水道管１に接触した直後の状態を示し、以後のシャフト４２の押し下げによって水道管１が次第に切断される。必要であれば、バルブ２３ｖを操作して排出孔２３を一時的に開放することにより、切断で発生した切屑を外部に排出できる。図９に示すように、水道管１を切断する過程で、回転機構４３は穿孔１０に侵入する。即ち、分断工程では、回転機構４３を穿孔１０に侵入させながら、水道管１を管軸方向に切り離す。これにより、管径Ｄ１よりも半径Ｒ４１が小さい比較的小径の円盤状カッター４１を用いて、水道管１をフルカット切断することができる。

【0029】

これに対し、回転機構を穿孔１０に侵入させずに水道管１を切り離す場合は、水道管１の外面に回転機構が当接してシャフト４２が押し下がらないため、管径Ｄ１よりも半径が大きい比較的大径の円盤状カッターを使用する必要が生じる。その結果、円盤状カッターを収容する密閉ケース２８や作業弁２６、筐体２などの大型化が避けられない。このように、回転機構４３を穿孔１０に侵入させることは、円盤状カッターの小径化に寄与し、筐体２や作業弁２６、密閉ケース２８などの小型化を実現するうえで都合が良い。本実施形態では、回転機構４３の長さＬ４３が一対の円盤状カッター４１，４１の間隔Ｇよりも小さいが、これに限られない。

【0030】

本実施形態において、一対の円盤状カッター４１，４１は、穿孔１０の中心位置を挟むようにして配置され、それらの間隔Ｇは、ホールソー３１の直径Ｄ３１よりも小さく、したがって穿孔１０の直径Ｄ１０よりも小さい。このため、分断工程では、図８のように、一対の円盤状カッター４１，４１の先端部（本実施形態では下端部）を穿孔１０に侵入させることができる。かかる方法は、一対の円盤状カッター４１，４１を安定した状態で回転させるうえで好ましい。但し、これに限られず、穿孔１０の直径Ｄ１０よりも間隔の大きい一対の円盤状カッターを使用してもよい。

【0031】

一対の円盤状カッター４１，４１は、その厚み方向を管軸方向に向けて配置されている。また、一対の円盤状カッター４１，４１には、それぞれ厚み方向に貫通した貫通孔４１ｈが形成されている。貫通孔４１ｈは、軸線４１周りの複数箇所（本実施形態では八箇所）に形成されている。これにより、貫通孔４１ｈを介して水が流動するため、図６や図９のように水道管１の内部を円盤状カッター４１が塞ぐ場面においても不断水状態が確保される。管軸方向から見て、貫通孔４１ｈは円形状に形成されているが、これに限られない。

【0032】

水道管１を管軸方向に切り離したら、一対の円盤状カッター４１，４１を上昇させて水道管１から遠ざける。その際、図１０に示すように、分断工程で生じた短管状の切片Ｐ２を引っ掛けて回収する。切断機４は、穿孔１０を通過して切片Ｐ２の内面に係止可能に構成された切片回収部４９を有する。本実施形態では、切片回収部４９が一対で設けられ、その各々がシャフト４２から突出し且つシャフト４２に対して回動自在に支持されている。なお、図１０（Ａ）では、切片回収部４９を見せるように手前の円盤状カッター４１を省略して描いており、図８（Ａ）及び図９（Ａ）もこれと同様である。

【0033】

一対の切片回収部４９，４９は管軸方向から見てＶ字状に開いており、バネなどの付勢部材（図示せず）の作用によって、その開き姿勢が維持されている。開き姿勢での切片回収部の幅Ｗ４９（図８参照）は、ホールソー３１の直径Ｄ３１よりも大きく、したがって穿孔１０の直径Ｄ１０よりも大きい。図９のように、水道管１の外面に当接した切片回収部４９は、シャフト４２を押し下げる力によって閉じる向きに回動し、直径Ｄ１０よりも小さくなって穿孔１０を通過できる。穿孔１０を通過した切片回収部４９は、付勢部材の作用により水道管１の内部で開き、切片Ｐ２の内面に係止する。

【0034】

切片Ｐ２を引っ掛けた状態で一対の円盤状カッター４１，４１を上昇させた後、作業弁２６を閉状態にして切断機４を取り外し、代わりに図１１のような挿入機５を接続する。本実施形態では、密閉ケース２８を密閉ケース２９に付け替えているが、これに限られず、従前の密閉ケース２８を兼用してもよい。挿入機５の操作桿５１を押し下げて弁装置５０を下降し、分岐部２４を通じて筐体２の内部に配置することで、図１２のように弁装置５０が切断スペース４０に挿入される。弁装置５０は、弁体（図示せず）を内蔵した仕切弁として構成されている。図１１，１２では、弁装置５０を輪郭で示しており、その外観の詳細な記載は省略している。

【0035】

切断スペース４０の長さＬ４０は、一対の円盤状カッター４１，４１の間隔Ｇを変更することにより適宜に調整できる。間隔Ｇは、管軸方向の幅Ｗ４１（図５参照）が異なる円盤状カッターに取り替えることで変更できる。したがって、弁装置５０を挿入するのに必要な幅寸法（即ち、必要幅ＮＷ）と近い寸法に長さＬ４０を設定し、切断スペース４０を小さく設けられる。また、上述のように、本実施形態では比較的小径の円盤状カッター４１を使用できる。これにより、筐体２の小型化を実現できる。なお、図１２では、筐体内面の輪郭線によって筐体２を模式的に表している。

【0036】

本実施形態では採用していないが、分断工程におけるシャフト４２の振動を抑えるために、図６に破線で示したような支持部材６，６によってシャフト４２を側方から支持する構造にしてもよい。支持部材６は、外部からの操作に応じて、シャフト４２に接近した位置（図６参照）と、シャフト４２から離間した位置との間で変位可能に構成される。支持部材６，６は、例えば密閉ケース２８に設けられるが、これに限られず、筐体２の上側部材２１、アダプタ２５、作業弁２６または他の部材に設けることも可能である。

【0037】

本実施形態では、弁装置５０が仕切弁として構成されている例を示したが、これに限られず、例えば、流路を切替え可能な切替弁として構成されたものでもよい。また、挿入体は、弁装置に限られるものではなく、例えば流路を遮蔽する遮蔽部材であってもよい。

【0038】

本発明は、水道管に適用できるものであるが、これに限られず、水以外の各種の液体、気体などの流体に用いる流体管に幅広く適用できる。

【0039】

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能である。

【符号の説明】

【0040】

１ 水道管（流体管の一例）
２ 筐体
３ 切断機（第１の切断機）
４ 切断機（第２の切断機）
５ 挿入機
１０ 穿孔
２６ 作業弁
２７ 密閉ケース
３１ ホールソー
４０ 切断スペース
４１ 円盤状カッター
４１ｈ 貫通孔
４３ 回転機構
４９ 切片回収部
５０ 弁装置（挿入体の一例）
Ｐ１ 切片
Ｐ２ 切片

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】