JPH0310455B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、切断刃部が長手方向軸線から離れた
軸線回りに回転する振れ回り作用もしくは偏心運
動によつて切断を行なう内径管カツター、即ち切
断装置に関するものである。

内径管切断装置は、一般に、従来から知られて
いる。この形式の最も普通の切断装置は、刃部伸
長カムによつて外側に伸長させることの可能な１
対の向かい合う刃部を備えている。作動時には、
この形式の切断装置を、切断しようとする管の内
部に滑りこませ、切断装置を回転させる間に、刃
部のカム溝を通つて強制的にカムをウエツジ状に
嵌合させる。切断装置の切断作用は、普通の家庭
用の缶切りと同様であり、刃部を管壁に切込むよ
うに定常的な圧力を加えながら、被加工物を、刃
部に対して相対的に回転させる。

この形式の切断装置は、多くの用途において満
足な成果を与えるが、管サンプルを得る目的で原
子炉の蒸気発生器の管を切断するためにこの構造
の切断装置を使用する場合には、種々の問題が起
こりうる。例えば、管サンプルを取出すべき管の
内径が、蒸気発生器の支持板の領域の回りに凹ん
でいたり、管中に漏れ状態が起こることを防ぐた
めの内面スリーブが配設されている場合には、こ
れらの凹み又はスリーブによつて生じた管の狭ま
り部分を通つて、普通の切断装置を滑りこませる
ことができない場合がありうる。この形式の切断
装置の幅を単純に減少させてこれらの狭まり部分
を通過しうるようにして、この問題を解決しよう
とした場合には、管を数回切断しただけで切断装
置が破損したり摩耗したりする程度まで、切断装
置の機械的強度が減少することがありうる。従来
の切断装置の更に別の問題は、管の壁部を切断す
るのに比較的長い時間を必要とすることである。
この問題は、原子炉の蒸気発生器から管サンプル
を切出す場合には、特に深刻になる。この放射性
環境において、管の切断過程に必要な時間が長く
なるほど、切断作業に従事する保守要員の放射線
被曝量が増大する。

そのため、凹みスリーブによつて生じた管の狭
まり部分を容易に通過して摺動するに足るよう
に、小径であり、しかも、破損又は過大な摩耗を
受けずに管壁を通つて切断しうるように機械的強
度を備えているような、内径管切断装置が要望さ
れている。切断装置が小径でしかも剛性であるこ
とのほかに、原子炉の蒸気発生器の保守要員の放
射線被曝量を最小とするように、切断装置が、切
断しようとする壁の壁部をすみやかに貫通しうる
ことも望ましい。最後に、切断装置が簡単な構成
をもち、容易にかつ廉価に製造ないしは使用しう
ることも望ましい。本発明は上述したような要
望、望ましい条件を満たす切断装置を提供するこ
とを目的とするものである。

この目的を達成するために、本発明による導管
内面の切断装置は、(a)実質的に円形の切断刃部に
よつて外周を制限されると共に、長手方向軸線を
有する細長い切断ヘツドと、(b)該切断ヘツドを実
質的に前記長手方向軸線の回りに回転させる回転
手段と、(c)前記切断ヘツドを前記長手方向軸線の
回りに回転させるべく、一端が前記切断ヘツドに
連結され、他端が前記回転手段に連結された可撓
軸とを有し、前記切断刃部の周縁には鋸歯部が形
成されていて、前記可撓軸の回転中に同可撓軸が
湾曲して、前記切断刃部が前記長手方向軸線から
離れた軸線回りに回転する際に、前記鋸歯部が前
記導管の内面を打つようにしている。切断ヘツド
を導管内に挿入し、可撓軸を介して回転手段によ
り回転させると、切断ヘツドの刃部は、導管の内
面に振れ回り作用で強く打ちつけられることによ
り、導管を切断する。

切断装置の刃部は、切断ヘツドが回転中に偏心
運動によつて回転するように、１対の切断歯を画
定すると共に、切断ヘツドの中心軸線から離れる
ように回転軸線を移動させるための１対の鋸歯部
を備えていてよい。そのほかに、切断ヘツドは導
管内で円の回りに可撓軸によつて振れ回り作用に
よつて打ちつけられる際に刃部の衝撃力を増大さ
せるように、刃部の上方に配置された頂部を備え
ていてもよい。円形の刃部の直径は、適切な振れ
回り作用が起こりうるように、導管の内側壁と刃
部との間に十分なすきまを与えるべく、切断され
る導管の内径の約75〜95％の範囲とすることがで
きる。円形の刃部の直径は、好ましくは、導管内
径の約82〜86％の値とする。

切断装置の可撓軸は、可撓軸ケーシングにより
囲まれていてもよい。このケーシングは、管壁が
最終的に切断されるまで導管の内側壁上の同一の
正確に限定された円に対して円形の切断刃部が振
れ回り作用で打ちつけられるように、切断操作の
間に切断装置の切断ヘツドの軸方向の変位を阻止
する作用を有してもよい。更に、本発明による切
断装置は、調節可能なストツパー組立体を備えて
いてもよく、このストツパー組立体は、切断しよ
うとする導管の長手方向軸線に沿つた所望の１点
に切断ヘツドの刃部を位置させるための複数の締
付けねじを備えた円筒状本体を有することができ
る。また、本発明による切断装置は、切断ヘツド
の可撓軸に結合された出力軸を有する電動機アセ
ンブリーを備えていてもよい。電動機アセンブリ
ーの電動機は、1500rpmを超過する回転速度で切
断ヘツドを回転させることができる。電動機アセ
ンブリーの後部は、切断操作の開始前に切断ヘツ
ドの適切な位置決めを容易にするためのハンドル
を備えていてもよい。

次に、本発明の好ましい実施例を示した添付図
面を参照して説明する。

第１Ａ図、第１Ｂ図、第２図に示した本発明の
好ましい実施例による切断装置１は、高速電動機
（回転手段）５２に結合された可撓軸３１上に、
大体円筒状の切断ヘツド３を備えている。なお、
各図において同様の部分は同一の符号により図示
されている。可撓軸３１は、好ましくは、後述す
る目的のためにグーズネツク形の軸ケーシング３
３により囲まれている。切断装置１は、そのほか
に、調節可能なストツパー組立体３７を備えてお
り、このストツパー組立体は、締付けねじ４５
ａ，４５ｂ，４５ｃにより軸ケーシング３３に沿
つて軸方向に可動な円筒状本体を備えている。ス
トツパー組立体３７の一般的な機能は、切断しよ
うとする管の長手方向軸線に沿つて切断装置１の
切断ヘツド３が挿入される度合を調節することに
ある。

第１Ａ図、第２図を参照すると、切断装置１の
切断ヘツド３は、外側縁部に図示のように面取り
部分７を備えた円筒状頂部５と、可撓軸３１の末
端に切断ヘツド３を取外し可能に結合するための
継手１１を含む底部９とを備えている。継手１１
は、中心部の図示しない軸孔１３を有し、可撓軸
３１の末端は、この軸孔に通されている。継手１
１は、前述した中心部の軸孔１３中に可撓軸３１
の先端を強力にクランプするための１対のアレン
（Allen）頭ねじ１５ａ，１５ｂも備えている。
底部９の縁部も頂部５と同様に好ましくは符号１
７で示すように面取りされている。切断ヘツド３
の底部９の直上には中心部のテーパー部分１９が
ある。このテーパー部分１９は、好ましくは、円
筒状ネツク２１に移行している。切断ヘツド３の
円筒状ネツク２１と頂部５との間には、円形の切
断刃部２３が配設されている。該刃部２３は、切
断ヘツド３の作用の中枢部であり、好ましくは、
円筒状切断ヘツド３の回転軸線の回りを直角に囲
んでいる。この配置により、円形の刃部２３は、
以下に説明するようにして高速電動機５２により
高速で回転する際に、管又は他の配管の内側壁に
沿つた比較的小さい円に沿つて切断作用を集中す
ることができる。なお、円形の刃部２３の切断縁
２５の形状は、従来の内径切断装置に比べて比較
的鈍角状であり、約60゜である。しかし切断縁２
５が比較的大きな角度により限定されているとい
う事実によつて、大きな強度及び耐久力が刃部２
３に付与される。これらの性質は、本発明の切断
装置１にとつて特に大切である。それは、切断作
用が、切断ヘツド３の振れ回り作用に第一義的に
基づいているためである。刃部２３の切断縁２５
は、より小さい角度を形成するようにテーパー状
としてもよいが、そのような刃部の切断縁は、使
用される材料の相対的な脆さ又は延性に従つて、
折損又は鈍化によつて、より摩耗し易くなる。好
ましい実施例によれば、切断ヘツド３の全ての部
分は、ロツクウエル硬度が約60〜65の単一ピース
のＭ−３工具鋼から一体的に成形される。

円形の刃部２３は、好ましくは、単一の鋸歯部
２７を図示のように備えている。特に第２図を参
照すると、この鋸歯部２７は、少くとも３つの重
要な機能を担つている。第１に、鋸歯部２７は、
１対の切断歯２９ａ，２９ｂを画定し、これらの
切断歯は、切断ヘツド２３が電動機５２によつて
回転し、管７２の内面に折ちつけられる時に、切
断ヘツド２３によつて惹起される衝撃切断力を高
度に集中させる。第２に、鋸歯部２７によつて画
定された尖鋭な縁部は、管７２の内側壁７５の間
に切断ヘツド３を交互にはね返すことによつて、
切断ヘツド３の振れ量を増幅させる。部分的に扁
平になつた車輪を有する列車と同様に、鋸歯部２
７によつて画定された尖鋭な縁部は、管７２の内
側壁と刃部２３との間の滑らかな回転係合の機会
を阻止する。鋸歯部２７の第３の機能は、切断ヘ
ツド３の回転軸線を数度偏よらせることにより、
その回転運動の偏心成分を切断ヘツド３に与え
る。鋸歯部２７によつて与えられる回転偏心は、
回転ヘツド３が管７２の底部開口により上方に挿
入される代りに、管７２中に吊下げて下動させる
場合に、管７２の壁部に対する回転ヘツド３の振
れ回り運動を開始させるうえに、重要な役目をす
る。それは、前者の場合に、切断ヘツド３は、電
動機５２が最初始動した時に、管７２の内側壁と
接触していないことがありうるためである。鋸歯
部２７によつて与えられる偏心振動作用によつ
て、切断ヘツド３が管７２の内側壁に対して直ち
に振れ回り作用を開始することが、電動機５２の
最初の始動時における管７２中の切断ヘツド３の
最初の配向と係りなく確保される。要約すると、
鋸歯部２７は、１対の切断歯２９ａ，２９ｂを与
えることと、切断ヘツド３の偏心状態（回転ヘツ
ド３が管７２の内側壁７５上に打ち付けられてそ
れに対し回転する時に、回転ヘツド３の振れ量を
著しく増大させる）を与えることとによつて、刃
部２３の切断効率を高くする。

ほぼ円形の刃部２３に鋸歯部２７を設けたこと
の正味の結果は、管７３が最終的に切断される際
に時に重なり合う一連の切欠きによつて切断ヘツ
ド３が管７２の内側壁７５を通つて切断すること
にある。この切断作用は、普通の家庭用缶切りと
ほぼ同様の切断作用で管７２の壁面の円の回りに
円形の刃部を遠心力のみにより徐々に回転させる
ようにした従来の技術による可撓軸管切断装置と
大きく相違している。本発明において振れ量が大
切なため、ネツク２１と刃部２３との直径及び頂
部５の適切な寸法決めは、切断ヘツド３の材料の
選択と同様に大切である。

切断ヘツド３の頂部５は、２つの重要な機能を
営む。第１に、頂部５の質量は、円形刃部２３の
切断縁２５と切断ヘツド３の運動の前述した振れ
量との間の機械的結合の量を実質的に増大させ
る。管７２の内部において切断ヘツド３が行なう
比較的複雑な運動は、頂部５の質量が切断縁２５
の切断作用の全体的な有効性を高くすることの物
理的な理由を定量的に説明することを、不可能で
はないにしても、少くとも困難にするが、本発明
者は、頂部５に質量をもうけたことにより、ほぼ
円形の刃部２３が、切断ヘツド３と可撓軸３１の
先端部及びこれに結合されたケーシング３３によ
つて限定されるほぼ円筒状の質量の第２モーメン
ト、ないしは「衝突中心」の近くにもち来たされ
るものと考えている。

頂部５の行なう第２の機能は、切断縁２５が管
の内側壁７５を貫通した後に管の切断縁２５の押
広げ作用（フレアリング：flaring）を防止する
助けとなることにある。この機能は第３図を参照
することによつて理解されよう。第３図からわか
るように、切断がなされた後に、切断ヘツド３の
頂部５の上端は、刃部２３の上方の位置にある管
７２の部分の内側壁７５と係合する。そのため、
管７２の内側壁７５上に切断ヘツド３によつて及
ぼされる力の衝撃成分と遠心成分とは、切断によ
つて形成された２つの新しい管の口縁の回りに一
様に分布される。しかし、切断ヘツド３の頂部５
が存在しない場合、これらの力の衝撃成分と遠心
成分とは、切断縁２５の下方にある、新しく形成
された管の口縁の回りにのみ作用するであろう。
これらの力は、この管の新しく形成された口部を
外向きに押広げさせる傾向を示すであろう。多く
の蒸気発生器の管は、１以上の支持板の通し孔を
経て延長するため、切断された管の新しく形成さ
れた口部のそうした押広げは、切断された管をこ
れらの通し孔に通して引くことを困難にすること
がある。従つて、この押広げを阻止するうえの頂
部５の機能は、本発明による切断装置１が蒸気発
生器に使用されるインコネル管を１秒以内に完全
に貫通切断しうることに留意して、非常に重要な
一機能である。

第１Ａ図に示した好ましい実施例によれば、頂
部５の長さＬ２は、切断ヘツド３の長さＬ１が
6.35cmの場合に、1.42cmである。換言すれば、長
さＬ２は、好ましくは、長さＬ１の約22％とす
る。しかし、本発明者は、長さＬ２が長さＬ１の
約12〜32％の範囲にあつた場合にも切断ヘツド３
がなおも作動しうるものと考えている。

この衝撃成分も、刃部２３、頂部５及びネツク
２１のそれぞれの直径に関係しているので、好ま
しい実施例によるこれらの要素の特定の寸法決め
について、以下に詳述する。

刃部２３の外径は、第３図に示した振れ回り運
動を切断ヘツド３が自然に行なうように、十分に
小さくするが、切断ヘツド３の大体円筒状の本体
が、電動機５２によつて供給される回転運動を管
切断の衝撃力及び遠心力に有効に変換するに足る
質量を全体としてもつようにする。刃部２３の外
径Ｄ１が管７２の内径Ｄ３に比べて大き過ぎる場
合には、鋸歯部２７によつて形成された切断歯２
９ａ，２９ｂの縁部は、管７２の内側壁に有効に
切込み又は穿孔するには小さ過ぎる角度で、該内
側壁と衝突する。換言すれば、大体円形の刃部２
３の外径Ｄ１が管７２の内径Ｄ３に比べて大きく
なるにつれて、刃部２３は、管７２の内側壁中に
支承されているかのように作用し、切断歯２９
ａ，２９ｂは、管７２の内側壁７５に単に一時的
な打撃しか与えない。他方では、刃部２３の外径
Ｄ１が管７２の内径Ｄ３に比べて小さ過ぎる場合
には、切断ヘツド３全体としては、高速電動機５
２の回転運動を振れ回り運動に有効に変換するに
足る質量をもちえないであろう。この制限は、切
断ヘツド３のネツク２１及び頂部５の直径Ｄ２を
刃部２３の外径Ｄ１よりも常に小さくせねばなら
ないことによつて生ずる。頂部５とネツク２１と
の質量はその半径の自乗に比例するので、明らか
なように、これらの要素の半径の比較的わずかな
百分比の減少は、刃部２３の質量に、従つてその
回転効率に大きく影響する。本発明者は、切断ヘ
ツド３がＭ−３工具鋼からできているならば、管
７２の内径Ｄ３が1.65cmの場合に刃部２３の外径
Ｄ１を、1.33〜1.46cmとすべきことを、経験によ
つて見い出した。換言すれば、刃部２３の外径Ｄ
１は、管７２の内径Ｄ３の81〜88％とすべきであ
る。しかし本発明者は、これよりも広い範囲の、
73〜93％の値としてもよいと考えている。本発明
者は、管の同一の内径Ｄ３に対して、頂部７とネ
ツク２１との直径を、0.889〜1.02cm（即ち、内
径Ｄ３の51〜62％）とすべきことも、経験的に見
出しているが、これよりも広い範囲の、約40〜90
％の値としてもよいと考えている。

第１Ａ図、第１Ｂ図を参照すると、切断ヘツド
３は、切断装置１の電動機５２に、グーズネツク
形軸ケーシング３３により囲まれた可撓軸３１に
よつて結合されている。この好ましい実施例によ
れば、可撓軸３１と軸ケーシング３３とは、米合
衆国イリノイ州アジスン、キヤルコ・マニユフア
クチユアリング・インコーポレイテツド、フレツ
クス・シヤフト・デイビジヨンから入手される直
径0.64cm（1/4インチ）の可撓軸アセンブリーか
ら成つている。軸ケーシング３３は、管７２の長
手方向軸線に沿つた切断ヘツド３によるスプリア
スな振れ回り運動を実質的に除くために、切断過
程の間可撓軸３１を補剛するという、非常に重要
な働きをしている。軸ケーシング３３が存在して
いない場合に、可撓軸３１は、管７２の長手方向
軸線に沿つて振動し、切断ヘツド３の切断縁２５
を管７２の内側壁７５中の細い円弧に沿つて切進
ませる代りに、円筒状の帯状の金属を管７２の内
側壁７５から切断縁２５によつて切出すように作
用する。好ましくは、軸ケーシング３３は、軸継
手５６から、切断ヘツド３の面取りした部分１７
から約2.54cm（１インチ）のところまで上方に延
長させる。慣用される保持リング３５は、ケーシ
ング３３を形成するグーズネツク形のらせん構造
の縁部が管７２の口部に突当つてらせんがほどけ
ることのないように、切断ヘツド３の最も近く
に、軸ケーシング３３の先端の回りに好ましくは
配設される。

好ましい実施例による切断装置１は、管７２の
長手軸線に沿つて切断ヘツド３の刃部２３を位置
させるための、調節可能なストツパー組立体３７
も備えている。調節可能なストツパー組立体３７
は、円形の頂部壁４０を備えた円筒状本体３９
と、取扱いを容易にするために、ローレツト掛け
された外面４１とを備えている。軸ケーシング３
３は、円筒状本体３９中の図示しない中心部の軸
孔を通つて延長している。軸ケーシング３３の長
手軸線に沿つた円筒状本体３９の位置は、締付け
ねじ４５ａ，４５ｂ，４５ｃによつて制御され
る。これらの締付けねじ４５ａ〜４５ｃをゆるめ
ると、軸ケーシング３３は、円筒状本体３９中の
前述した中心部の軸孔を通つて自由に摺動するこ
とができる。しかし、これらのねじ４５ａ〜４５
ｃを締めると、円筒状本体３９は、軸ケーシング
３３の長手方向軸線に沿つた１点上の所定位置に
ロツクされる。

第１Ｂ図を特に参照して説明すると、この好ま
しい実施例による電動機アセンブリー５０は、電
動機５２を含み、この電動機５２の出力軸５４
は、軸ケーシング３３中の可撓軸３１に継手５６
により結合されている。電動機アセンブリー５０
は、内側ケーシング５８と、円筒状本体６２を備
えた外側ケーシング６０とを更に備えている。こ
の好ましい実施例によれば、電動機５２と内側ケ
ーシング５８とは、約25000rpmの回転速度でそ
の出力軸を回転させうる１1/2馬力のルーター
（router）電動機から選択される。一例として、
米合衆国イリノイ州シカゴ、シアーズ・ローバツ
ク・カンパニーによつて製造されているカタロ
グ・ナンバー9HT1749、１1/2馬力ルーターは、
電動機５２と内側ケーシング５８との両方に使用
することができる。この市販型のルーターのケー
シングは、１対の取付けボルト７０ａ，７０ｂに
よつて、外側ケーシング６０の円筒状本体６２に
適宜取付けることができる。外側ケーシング６０
の前面は、軸継手５６がボルト５７ａ，５７ｂに
よつて取付けられる前板６４も好ましくは備えて
いる。また、外側ケーシング６０の円筒状本体６
２は、切断装置１全体を操作者によつて手動で位
置決め可能とすることを助けるハンドル６８を備
えた後板６６を備えている。

次に作用について説明すると、操作者は、調節
可能なストツパー組立体３７の円筒状本体３９の
締付けねじ４５ａ，４５ｂ，４５ｃをゆるめ、切
断ヘツド３の円筒状の刃部２３と円筒状本体３９
の円形の頂部壁４０との間の距離が管７２の長さ
に沿つた切断のこの所望の位置に対応するように
なるまで、軸ケーシング３３に沿つて円筒状本体
３９を摺動させることにより、管７２の切断部の
所望の位置を選定する。操作者は次に、管７２の
開放端に切断ヘツド３を挿入して、円形の頂部壁
４０の上面が管７２の口部に係合するまで、回転
ヘツド３を管７２中に押込む。好ましくは、切断
ヘツド３の円形の刃部２３の外径Ｄ１は、管スリ
ーブ又は管の凹部の存在によつて狭くなつた管７
２の内径Ｄ３の部分を切断ヘツド３が容易に滑つ
て通過しうるように、予め選定されている。最後
に、切断装置１が適切に位置されたら、操作者
は、電動機５２を作動させる。刃部２３の切断縁
２５は、第３図に示すように、衝撃成分と遠心成
分との両方を有する力によつて、小さい円の回り
に、管７２の内側壁７５と係合し始める。前述し
たように、管切断装置１の切断ヘツド３は、原子
炉の蒸気発生器に用いられているインコネル管の
壁部を約１秒間で貫通することができる。切断装
置１は、水を充満させた管のインコネル管部分を
通つて切進むことができる。しかしこの場合には
切断時間は約４秒と長くなる。興味深いことに、
本発明者は、管７２の内側壁７５が完全に貫通さ
れたか否かを定めるために電動機５２が付勢され
ている時間を測定する必要はなく、管７２の壁が
貫通された後に、管７２の内部において振れ回り
作用をする切断ヘツド３が明りように異なつたが
たつき音を発することを見出だし、電動機５２の
付勢されている時間に頼ることなく、この音の差
異に基づいて電動機５２を消勢することがより好
ましいことを見出だした。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図、第１Ｂ図は、本発明による切断装置
の一実施例を示す部分的な側断面図、第２図は、
本発明の好ましい実施例による切断ヘツドの平面
図、第３図は、管内の振れ回り作用を説明する切
断ヘツドの部分的な側断面図である。 １…切断装置、３…切断ヘツド、２３…切断刃
部、２７…鋸歯部、２９ａ，２９ｂ…切断歯、３
１…可撓軸、５２…電動機（回転手段）、７２…
管（導管）、７５…内側壁（導管の内面）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 導管の内面を切断する切断装置であつて、 (a) 実質的に円形の切断刃部によつて外周を制限
   されると共に、長手方向軸線を有する細長い切
   断ヘツドと、 (b) 該切断ヘツドを実質的に前記長手方向軸線の
   回りに回転させる回転手段と、 (c) 前記切断ヘツドを前記長手方向軸線の回りに
   回転させるべく、一端が前記切断ヘツドに連結
   され、他端が前記回転手段に連結された可撓軸
   と、 を有し、前記切断刃部の周縁には鋸歯部が形成
   されていて、前記可撓軸の回転中に同可撓軸が湾
   曲して、前記切断刃部が前記長手方向軸線から離
   れた軸線回りに回転する際に、前記鋸歯部が前記
   導管の内面を打つようにした、導管内面の切断装
   置。