(57)【要約】  湾曲した、不均一の、または凹凸のある水中表面にわたって付着生物の除去を改善するように受動的に自動調整する洗浄装置（１００）。洗浄装置（１００）は、モータ（１０２）、モータ（１０２）に結合され、かつ少なくとも１つの自在継ぎ手（１０６）を介して互いに結合される１つまたは複数のシャフト（１０４、１０８）、及び対象表面から付着生物を除去するための洗浄機構（１１０）を含む。洗浄装置（１００）は、付着生物の除去を改善するために洗浄機構の移動を制限する位置合わせ機構（２１６）を含む。位置合わせ機構（２１６）は、軸受、ばね部品、制動材料、付着部品、浮遊物体、またはこれらの組み合わせを含むことができる。
2019518663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の水中表面を洗浄するための装置であって、
モータハウジングと、
前記モータハウジング内に配設される、動力を提供するためのモータと、
前記モータに結合される近位端、及び遠位端を有する第１のシャフトであって、前記第１のシャフトは、第１の軸に沿って前記モータから長手方向に延在し、前記モータは、前記第１のシャフトが前記第１の軸を中心にして回転できるようにするために前記第１のシャフトに動力を提供する、前記第１のシャフトと、
前記第１のシャフトの前記遠位端に結合される自在継ぎ手と、
前記自在継ぎ手に結合される近位端、及び遠位端を有する第２のシャフトであって、前記第２のシャフトは第２の軸に沿って前記自在継ぎ手から離れるように長手方向に延在し、前記自在継ぎ手は、前記モータの動力を前記第２のシャフトに伝達して、前記第２のシャフトが前記第２の軸を中心にして回転できるようにし、前記第２のシャフトは１つまたは複数の移動の自由度を有する、前記第２のシャフトと、
前記第２のシャフトの前記遠位端に結合され、かつ前記第２の軸に実質的に垂直な面に配設される洗浄面を含む洗浄機構と、
前記第２のシャフトの周りに配設される位置合わせ機構であって、前記位置合わせ機構は、前記第２のシャフトの移動を、前記第１のシャフトに対する規定の最大角内に制限するように、成形されかつ大きさが合わせられ、前記洗浄機構は、前記位置合わせ機構によって、前記水中表面の任意の洗浄の間中前記物体の表面に対して実質的に直角に配向される、前記位置合わせ機構と、を備える、前記装置。
【請求項２】
前記洗浄機構は前記洗浄面上に配設される１つまたは複数の回転可能なブラシを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記洗浄機構は、２つの実質的に直径方向に相対した箇所で前記水中表面に接触する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記洗浄機構は、受動的に、前記物体の外表面の輪郭に従って進む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第２のシャフトは、前記モータの動力を前記洗浄機構に伝達して、前記洗浄機構が前記第２の軸を中心にして回転できるようにする、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記装置は遠隔操作の水中車両に装着される、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記洗浄機構は付着部品を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記付着部品は、希土類磁石、電磁石、または吸着機構を含む、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記位置合わせ機構は前記第２のシャフトの周囲に結合される、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記位置合わせ機構は前記モータハウジングに結合される１つまたは複数の軸受を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記１つまたは複数の軸受は、前記１つまたは複数の軸受と前記第２のシャフトとの間に配設される制動材料を含む、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記制動材料はゴムである、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記１つまたは複数の軸受は１つまたは複数のばね部品によって前記モータに結合される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記１つまたは複数の軸受は、前記軸受の内表面に沿って配設される１つまたは複数のローラを含む、請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
前記位置合わせ機構は、前記第２のシャフトに対する重力効果を相殺するための１つまたは複数の浮遊物体を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
物体の水中表面を洗浄するための装置であって、
モータハウジングと、
前記モータハウジング内に配設される、動力を提供するためのモータと、
前記モータに結合される近位端、及び遠位端を有する第１のシャフトであって、前記第１のシャフトは、第１の軸に沿って前記モータから長手方向に延在し、前記モータは、前記第１のシャフトが第１の軸を中心にして回転できるようにするために前記第１のシャフトに動力を提供する、前記第１のシャフトと、
前記第１のシャフトの前記遠位端に結合される自在継ぎ手と、
前記自在継ぎ手に結合される近位端、及び遠位端を有する第２のシャフトであって、前記第２のシャフトは第２の軸に沿って前記自在継ぎ手から離れるように長手方向に延在し、前記自在継ぎ手は、前記モータの動力を前記第２のシャフトに伝達して、前記第２のシャフトが前記第２の軸を中心にして回転できるようにし、前記第２のシャフトは１つまたは複数の移動の自由度を有する、前記第２のシャフトと、
前記第２のシャフトの前記遠位端に結合され、かつ前記第２の軸に実質的に垂直な面に配設される洗浄面を含み、遊星歯車セットを含む、洗浄機構と、
前記第２のシャフトの周りに配設される位置合わせ機構であって、前記位置合わせ機構は、前記第２のシャフトの移動を、前記第１のシャフトに対する規定の最大角内に制限するように、成形されかつ大きさが合わせられ、前記洗浄機構は、前記位置合わせ機構によって前記水中表面の任意の洗浄の間中前記物体の表面に対して実質的に直角に配向される、前記位置合わせ機構と、を備える、前記装置。
【請求項１７】
前記遊星歯車セットは、太陽歯車、前記太陽歯車と噛合する１つまたは複数の遊星歯車、前記遊星歯車と噛合する輪歯車、及び、前記遊星歯車に結合されるキャリアを含む、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
第１のブラシ及び第２のブラシをさらに備え、前記第１のブラシ及び第２のブラシは互いに同心円状になっており、前記第１のブラシは前記輪歯車に結合され、前記第２のブラシは前記太陽歯車に結合される、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記位置合わせ機構は前記第２のシャフトの周囲に結合される、請求項１６に記載の装置。
【請求項２０】
前記位置合わせ機構は、軸受、ばね部品、制動材料を有する軸受、及び浮遊物体の１つまたは複数を備える、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
物体の水中表面を洗浄するための装置であって、
モータハウジングと、
前記モータハウジング内に配設される、動力を提供するためのモータと、
前記モータに結合される近位端、及び遠位端を有する第１のシャフトであって、前記第１のシャフトは、第１の軸に沿って前記モータから長手方向に延在し、前記モータは、前記第１のシャフトが前記第１の軸を中心にして回転できるようにするために前記第１のシャフトに動力を提供する、前記第１のシャフトと、
前記第１のシャフトの前記遠位端に結合される第１の自在継ぎ手と、
前記第１の自在継ぎ手に結合される近位端、及び遠位端を有する連結部品であって、前記連結部品は第２の軸に沿って前記第１の自在継ぎ手から離れるように長手方向に延在し、前記第１の自在継ぎ手は、前記モータの動力を前記連結部品に伝達して、前記連結部品が前記第２の軸を中心にして回転できるようにし、前記連結部品は１つまたは複数の移動の自由度を有する、前記連結部品と、
前記連結部品の前記遠位端に結合される第２の自在継ぎ手と、
前記第２の自在継ぎ手に結合される近位端、及び遠位端を有する第２のシャフトであって、前記第２のシャフトは、第３の軸に沿って前記第２の自在継ぎ手から離れるように長手方向に延在し、前記第２の自在継ぎ手は、前記モータの動力を前記第２のシャフトに伝達して、前記第２のシャフトが前記第３の軸を中心にして回転できるようにし、前記第２のシャフトは１つまたは複数の移動の自由度を有する、前記第２のシャフトと、
前記第２のシャフトの前記遠位端に結合され、かつ前記第２の軸に実質的に垂直な面に配設される洗浄面を含む洗浄機構と、を備える、前記装置。
【請求項２２】
前記第２のシャフトの周りに配設される位置合わせ機構をさらに備え、前記位置合わせ機構は、前記第２のシャフトの移動を、前記第１のシャフトに対する規定の最大角内に制限するように、成形されかつ大きさが合わせられ、前記洗浄機構は、前記位置合わせ機構によって、前記水中表面の任意の洗浄の間中前記物体の表面に対して実質的に直角に配向される、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記位置合わせ機構は前記第２のシャフトの周囲に結合される、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記位置合わせ機構は、軸受、ばね部品、制動材料を有する軸受、及び浮遊物体の１つまたは複数を備える、請求項２２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この特許出願は、一般に、モータ付き洗浄機構に関し、より詳細には、遠隔操作車両を使用して、汚れた海中装置を洗浄するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボート船体、杭材、パイプライン、及びライザーなどの水中表面を、このような表面上の望まれない海洋生物（または「生物付着」）を抑制するためにある頻度で洗浄することは、一般的である。例えば、エボシガイまたは他の大きな生物は、このような表面に付着し、かつ、この表面は、放置したままの場合、損害を与えるまたは損傷させる可能性がある。さらに、付着生物は、表面上の検査が行われないままの状態が長いほど、除去がより困難になる。典型的なシナリオでは、付着生物は、ブラシ、ハンマー、水噴射、サンドブラスティング、または、遠隔操作車両（「ＲＯＶ」）に結合される他の洗浄機構によって除去可能である。しかしながら、洗浄機構が、湾曲した、不均一な、または凹凸のある表面に接触すると、ＲＯＶに伝わる牽引力及び重力は、ＲＯＶの安定性及び運動に影響し、これによって、洗浄効率は低下し、付着生物を除去するのに必要な時間が増大する。
【０００３】
これらの問題点に関して、本発明が提供される。
【０００４】
添付の描写図は、例示の実施形態を示し、本発明を限定することを意図するものではない。描写図の中で、同様の参照記号は、同様のまたは対応する部分に言及することが意図される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態は、物体の水中表面を洗浄するための装置を対象とし、より具体的には、曲面を洗浄するために受動的に位置合わせする遠隔操作車両（「ＲＯＶ」）に取り付けできる洗浄装置を対象とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの態様によると、物体の水中表面を洗浄するための装置が提供される。該装置は、モータハウジング、及び、モータハウジング内に配設される、動力を提供するためのモータを含む。この実施形態による装置は、モータに結合される近位端、及び遠位端を有する第１のシャフトを含み、それによって、第１のシャフトは、第１の軸に沿ってモータから長手方向に延在し、モータは、第１のシャフトが第１の軸を中心にして回転できるようにするために第１のシャフトに動力を提供する。さらに、装置は、第１の端部及び第２の端部を有する自在継ぎ手を含む。ここで、第１の端部は第１のシャフトの遠位端に結合され、第２の端部は第２のシャフトの近位端に結合される。第２のシャフトは第２の軸に沿って自在継ぎ手から離れるように長手方向に延在することで、自在継ぎ手は、モータの動力を第２のシャフトに伝達して、第２のシャフトが第２の軸を中心にして回転できるようにし、第２のシャフトは１つまたは複数の移動の自由度を有する。
【０００７】
続けて、本発明のこの態様では、装置は、第２のシャフトの遠位端に結合される洗浄機構を含み、第２の軸に実質的に垂直な面に配設される洗浄面を含む。装置はさらに、第２のシャフトの周りに配設される位置合わせ機構を含む。位置合わせ機構は、第２のシャフトの移動を、第１のシャフトに対する規定の最大角内に制限するように、成形可能でありかつ大きさを合わせることが可能であることで、洗浄機構は、位置合わせ機構によって、水中表面の任意の洗浄の間中物体の表面に対して実質的に直角に配向される。
【０００８】
さまざまな実施形態において実装される場合があるような本発明の別の態様によると、物体の水中表面を洗浄するための装置が提供される。装置は、モータハウジング、及び、モータハウジング内に配設される、動力を提供するためのモータを含む。この実施形態による装置は、モータに結合される近位端、及び遠位端を有する第１のシャフトを含み、それによって、第１のシャフトは、第１の軸に沿ってモータから長手方向に延在し、モータは、第１のシャフトが第１の軸を中心にして回転できるようにするために第１のシャフトに動力を提供する。さらに、装置は、第１の端部及び第２の端部を有する自在継ぎ手を含む。ここで、第１の端部は第１のシャフトの遠位端に結合され、第２の端部は第２のシャフトの近位端に結合される。第２のシャフトは第２の軸に沿って自在継ぎ手から離れるように長手方向に延在し、自在継ぎ手は、モータの動力を第２のシャフトに伝達して、第２のシャフトが第２の軸を中心にして回転できるようにし、第２のシャフトは１つまたは複数の移動の自由度を有する。
【０００９】
続けて、本発明のこの態様では、装置は、第２のシャフトの遠位端に結合される洗浄機構であって、第２の軸に実質的に垂直な面に配設される洗浄面を有し、かつ遊星歯車セットを有する洗浄機構を含む。遊星歯車セットは、太陽歯車、太陽歯車と噛合する複数の遊星歯車、遊星歯車と噛合する輪歯車、遊星歯車に結合されるキャリア、第１のブラシ、及び第２のブラシを含む。装置はさらに、第２のシャフトの周りに配設される位置合わせ機構であって、第２のシャフトの移動を、第１のシャフトに対する規定の最大角内に制限するように、成形されかつ大きさが合わせられる位置合わせ機構を含むことで、洗浄機構は、位置合わせ機構によって、水中表面の任意の洗浄の間中物体の表面に対して実質的に直角に配向される。
【００１０】
さまざまな実施形態において実装される場合があるような本発明の別の態様によると、物体の水中表面を洗浄するための装置が提供される。装置は、モータハウジング、及び、モータハウジング内に配設される、動力を提供するためのモータを含む。モータに結合される近位端、及び遠位端を有する第１のシャフトが含まれることで、第１のシャフトは、第１の軸に沿ってモータから長手方向に延在し、モータは、第１のシャフトが第１の軸を中心にして回転できるようにするために第１のシャフトに動力を提供する。装置は、さらに、第１の端部及び第２の端部を有する第１の自在継ぎ手を含む。ここで、第１の端部は、第１のシャフトの遠位端、連結部品、及び第２の自在継ぎ手に結合される。連結部品は、第１の自在継ぎ手の第２の端部に結合される近位端、及び遠位端を有することで、連結部品は第２の軸に沿って第１の自在継ぎ手から離れるように長手方向に延在し、第１の自在継ぎ手は、モータの動力を連結部品に伝達して、連結部品が第２の軸を中心にして回転できるようにし、連結部品は１つまたは複数の移動の自由度を有する。第２の自在継ぎ手は、第１の端部及び第２の端部を有し、ここで、第１の端部は、連結部品の遠位端に結合される。さらに、装置は、第２の自在継ぎ手の第２の端部に結合される近位端、及び遠位端を有する第２のシャフトを含むことで、第２のシャフトは、第３の軸に沿って第２の自在継ぎ手から離れるように長手方向に延在し、第２の自在継ぎ手は、モータの動力を第２のシャフトに伝達して、第２のシャフトが第３の軸を中心にして回転できるようにし、第２のシャフトは１つまたは複数の移動の自由度を有する。
【００１１】
続けて、本発明のこの態様では、装置は、第２のシャフトの遠位端に結合される洗浄機構を含む。このような洗浄機構は、第２の軸に実質的に垂直な面に配設される洗浄面を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本出願の少なくとも１つの実施態様による洗浄装置の例を示す。
【図２Ａ】本出願の少なくとも１つの実施態様による位置合わせ機構を有する洗浄装置の例を示す図である。
【図２Ｂ】本出願の少なくとも１つの実施態様による位置合わせ機構を有する洗浄装置の動作の例を示す図である。
【図３】本出願の少なくとも１つの実施態様による軸受を含む位置合わせ機構を有する洗浄装置の例を示す。
【図４Ａ】本出願の少なくとも１つの実施態様による複数のばね部品を含む位置合わせ機構を有する洗浄装置の例を示す。
【図４Ｂ】本出願の少なくとも１つの実施態様による複数のばね部品を含む位置合わせ機構を有する洗浄装置の例を示す。
【図５Ａ】本出願の少なくとも１つの実施態様による制動材料を有する軸受を含む位置合わせ機構を有する洗浄装置の例を示す。
【図５Ｂ】本出願の少なくとも１つの実施態様による制動材料を有する軸受を含む位置合わせ機構を有する洗浄装置の例を示す。
【図６】本出願の少なくとも１つの実施態様による複数の自在継ぎ手を有する洗浄装置の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明について、ここで、一部分を形成し、かつ、例証として本発明の例示の実施態様及び／または実施形態を示す、添付の図面を参照して説明する。他の実施形態が実装可能であり、かつ本発明の趣旨から逸脱することなく、構造上の変更を行うことができることを理解されたい。とりわけ、例えば、開示される主題は、方法、装置、部品、またはシステムとして具現化可能である。
【００１４】
さらに、用語が、明示的に述べられる意味以外に文脈で示唆または暗示される微妙な意味を有してもよいことを認識されたい。同様に、本明細書で使用される「１つの実施態様において」という語句は、必ずしも同じ実施態様に言及しているわけではなく、本明細書で使用される「別の実施態様において」という語句は、必ずしも異なる実施態様に言及しているわけではない。例えば、特許請求される主題は、個々の実施態様の例の組み合わせ、または個々の実施態様の例の一部分の組み合わせに基づくことができることが意図される。
【００１５】
本出願によると、ＲＯＶに結合されるモータ付き洗浄装置は、例えば、水上式洗浄システムでは届かせることができない場所からの付着生物の除去、及び表面に対する迎え角の改善された精度によって、付着生物の除去の効率が高められるという利点を提供する。現在利用可能なモータ付き洗浄装置は、作業クラスのＲＯＶが洗浄工程に存在する大きな振動に耐えることを必要とする、高性能のロボットアーム及び／またはグリッパを含む。モータ付き洗浄装置に頼るより小さいＲＯＶは、装置を指定された配向でロックし、かつ洗浄装置を洗浄されるべき水中表面（「対象表面」）に導くための複雑な制御アルゴリズムに頼っている。しかしながら、この後者のタイプのＲＯＶ洗浄装置は、表面接触によって、牽引力が洗浄装置に伝えられるため、対象表面が湾曲している、不均一である、または凹凸がある時、対象表面の方への最適な洗浄装置の配向を維持するのは困難である。この牽引力は、ＲＯＶを一時的に不安定にし、かつ洗浄装置の方向感覚を失わせることで、対象表面を洗浄するために必要な時間を増大させる。さらに、重力効果は洗浄装置を引き下げることによってさらに方向感覚を失わせる。
【００１６】
１つまたは複数の実施態様によると、ＲＯＶ用の受動的な自動調整洗浄装置について説明する。より具体的には、洗浄性能を向上させ、ＲＯＶに対する不安定効果を最小限に抑えるようにするために、洗浄機構を、湾曲した、不均一の、または凹凸のある水中表面に受動的に位置合わせする、ＲＯＶ用の動力付き洗浄装置が開示される。本明細書に開示される洗浄装置は、例えば、パイプライン、ライザー、またはボート船体などの曲面の輪郭に適応可能であるといった利点を提供する。１つの態様では、洗浄装置は、洗浄機構を対象表面に対して実質的に直角に位置合わせするための１つまたは複数の移動の自由度を有する。さらなる態様では、洗浄機構は、牽引効果を最小限に抑えるために、２つの直径方向に相対した箇所で対象表面に接触する。さらなる態様では、洗浄装置は、牽引力及び重力を最小限に抑えるための位置合わせ機構を含む。より具体的には、位置合わせ機構は、このような牽引力及び重力を最小限に抑え、かつＲＯＶの安定性を最大化するために、洗浄機構の運動を指定された範囲に制限する。１つの態様では、ブラシ、ブラシ毛、または水噴射などの洗浄器具を有する洗浄機構が提供される。さらなる態様では、洗浄機構は、遊星歯車システムを使用して、互い違いに転回することが可能である複数の同心ブラシを含む。
【００１７】
図１を参照すると、本出願の１つまたは複数の実施態様による洗浄装置１００の例が提供される。ハウジングに配設されるモータ１０２は、第１の軸に沿って長手方向に延在する回転可能な第１のシャフト１０４の近位端に取り付けられる。モータは、第１のシャフトを第１の軸を中心にして回転させるための動力を提供する。第１のシャフト１０４の遠位端は自在継ぎ手１０６に結合される。自在継ぎ手１０６は、２つのシャフトの間に回転力（例えば、速度及びトルク）を伝達することができる一方、少なくとも２つの移動の自由度（例えば、回転運動及び角運動）を提供する、当技術分野で既知の任意の従来の自在継ぎ手（例えば、カルダンまたはフックタイプ）とすることができる。洗浄装置１００の例では、自在継ぎ手１０６はまた、第２の軸に沿って自在継ぎ手から長手方向に延在する回転可能な第２のシャフト１０８の近位端に結合される。自在継ぎ手１０６は、第２のシャフト１０８が第１のシャフト１０４の回転運動を受けることができるようにすることによって、第２のシャフトは第２の軸を中心に回転できるようにし、また、第２のシャフトは自在継ぎ手において中心点を有する回転軸を中心に角度変位（すなわち、傾斜）できる。第２のシャフト１０８が回転軸を中心に傾斜すると、第１のシャフト１０４と第２のシャフト１０８との間に角度がもたらされる。この角度は選定される自在継ぎ手１０６のタイプによって制限可能である。
【００１８】
洗浄面１１２を有する洗浄機構１１０は、第２のシャフト１０８の遠位端に結合される。洗浄機構１１０は、第２の軸を中心とした第２のシャフト１０８の回転運動を受け、これによってさらにまた、洗浄面１１２は、第２の軸に実質的に垂直な面において回転できるようになる。洗浄面１１２は、例えば、ブラシ、ブラシ毛、または水噴射などの洗浄器具を含むことができる。洗浄面１１２が回転すると、洗浄器具は対象表面に接触し、かつ付着生物を除去する。１つまたは複数の実施態様では、モータ１０２は、洗浄装置１００の部品の回転方向を（例えば、時計回りから反時計回りに、および逆もまた同様に）変更するための動力を提供できる。交互の回転方向によって、例えば、ブラシを有する洗浄面１１２は、代替的には対象表面を両方の回転方向においてこすり洗うことができることで、洗浄の効率が向上する。この運動は、（例えば、クランクシャフトを介して）機械的に実現可能である、または電気的に制御可能である。
【００１９】
湾曲した水中表面からの付着生物の除去の有効性を向上させるために、迎え角（対象表面の方への洗浄機構１１０の方向及び経路）は、対象表面の湾曲部の中央に導かれる。その他の所に導かれる迎え角は、洗浄機構１１０を配向する際の自在継ぎ手１０６の有効性を限定する。このことは、対象表面に対して実質的に直角での洗浄機構１１０の位置合わせを維持することを含む。迎え角は、例えば、自在継ぎ手１０６から洗浄面１１２までの距離、及び対象表面の曲率から判断可能であり、また、洗浄機構１１０が対象表面の方へ移動する際に（例えば、ＲＯＶが前方に駆動される場合、または洗浄面１１２が対象表面に接触する場合）迎え角を維持するために、指定された偏向範囲も考慮に入れるものとする。自在継ぎ手１０６は、本発明の一態様によると、迎え角を指定された偏向範囲内にロックすることで、依然、ＲＯＶの移動または表面接触によって引き起こされるわずかな偏向を可能にする一方で、効率的な洗浄配向を維持する。
【００２０】
１つまたは複数の実施態様において、付着部品は、洗浄装置１００に、この受動的な自動配向能力を向上させるために導入される。例えば、洗浄機構１１０または洗浄面１１２は、横配向の洗浄面をパイプなどの強磁性曲面に案内するのに役立つように、（例えば、ネオジムのような希土類磁石、または電磁石によって）磁化可能である。１つまたは複数の実施態様では、付着部品は、洗浄面を非強磁性の対象表面の方へ案内するための吸着機構を含む。
【００２１】
しかしながら、洗浄装置１００の位置合わせ機構のみが自在継ぎ手１０６であったなら、洗浄装置は、特に、牽引力及び重力に対して脆弱であると考えられる。このような力は、洗浄機構１１０の方向感覚を失わせ、かつ迎え角を混乱させる可能性がある。特に、洗浄機構１１０の配向が、洗浄面１１２の１つの箇所のみが対象表面に接触するようになっていたら、洗浄機構１１０は回転輪のように振る舞うことが考えらえる。これによって、洗浄装置１００を表面に沿って直線状に引きずるまたは押す牽引力がもたらされる。さらに、重力は、洗浄機構及び洗浄面１１２を下方に向けるように連続的に引っ張るように作用することによって、洗浄機構１１０の方向感覚を失わせる可能性がある。
【００２２】
よって、牽引力効果及び重力効果の影響を低減するために、本発明の顕著な態様に従って、位置合わせ機構が提供される。ここで、図２Ａ〜図２Ｂを参照すると、モータ２０２、第１のシャフト２０４、自在継ぎ手２０６、第２のシャフト２０８、及び洗浄面を有する洗浄機構２１０を含む洗浄装置２００が示されている。合わせて、これらの部品は、図１における実施態様の例で見いだされる部品と実質的に同様に相互作用しかつ機能し、第２のシャフト２０８の周りに導入される、位置合わせ機構２１６のさらなる特徴を提供する。例えば、位置合わせ機構２１６は、第２のシャフト２０８の周囲に結合されるリングまたは軸受を含むことができる。位置合わせ機構２１６を導入して第２のシャフト２０８の運動を制限することによって、洗浄機構２１０の所望の配向が実現可能であり、また、洗浄機構を下方に引っ張る重力に抵抗する。
【００２３】
この例では、第２のシャフト２０８は、直径ｄを有し、位置合わせ機構２１６は指定された直径Ｄを有し、かつ自在継ぎ手２０６から距離Ｌの所に位置する。これらのパラメータは、第１のシャフト２０４と第２のシャフト２０８との間の最大許容角度θを定め、さらにまた、第２のシャフト及び洗浄機構２１０の運動の角度範囲を定める。第２のシャフト２０８が角度θ未満の角度で湾曲部の中央の方に向けられる場合、洗浄機構が対象表面に接触する際、洗浄機構２１０の位置合わせを補正することができる。例えば、洗浄面が湾曲した、不均一の、または凹凸のある対象表面上を通ると、洗浄面は、第１のシャフト２０４と第２のシャフト２０８との間の角度を変更するように動作する力を受ける。そのように誘導された角度は、本発明のこの実施態様に従って角度θまでしか増大できない。特に、角度θは、洗浄機構２１０が特定の対象表面からの付着生物の除去時に依然大いに効果的であるものとしてユーザによって選択可能である。例えば、より平らな対象表面では、洗浄機構２１０の調整は少なくて済むため、より小さい角度θが選定可能であるのに対し、非常に凹凸のある表面は、追加の洗浄機構調整を必要とするため、より大きい角度θがより効果的になる。許容できる偏向、及び上述した幾何学パラメータの選定を判断することは、次の式に従って実験的に行われ得る。
【００２４】
【数１】
2019518663.tif 000003
【００２５】
【数２】
2019518663.tif 000004
【００２６】
本出願の１つまたは複数の実施態様では、位置合わせ機構２１６は重力効果を相殺するように設計される浮遊物体を含むことができる。
【００２７】
ここで、図２Ｂを参照すると、洗浄装置２００と曲面２１８との相互作用、及び使用中に装置に作用する対応する力が示されている。指示される方向に沿って洗浄装置２００に押し付け力（ＦＰ）２２０が与えられ、これによって、装置は曲面２１８の方へ移動する。例えば、ＲＯＶの車両スラスタは洗浄装置２００上にＦＰ２２０を与えることができる。洗浄機構２１０が曲面２１８に接触する時、指示される方向に沿って反力（ＦＲ）２２２が発生する。ＦＰ２２０及びＦＲ２２２の両方は、第２のシャフト２０８の重心２２４を中心にしてトルクを生じさせる。ＦＰ２２０及びＦＲ２２２によって生じた組み合わせたトルクからの合モーメントは、第２のシャフト２０８が洗浄機構２１０を曲面２１８に垂直に位置合わせするように回転するか否かを定めることができる。
【００２８】
図２Ｂの実例（ｉ）に示されるように、ＦＰ２２０によって、洗浄機構２１０の下縁は曲面２１８に接触する。接触すると、ＦＰ２２０は、洗浄機構２１０を下方に向けさせる角度方向に第２のシャフト２０８を回転させるトルクをもたらす。同時に、ＦＲ２２２は、洗浄機構２１０を上方に向けさせる角度方向に第２のシャフト２０８を回転させるトルクをもたらす。ＦＰ２２０によって生じたトルクがＦＲ２２２によって生じたトルクを相殺する程大きい場合、洗浄装置２００は予想通りに働き、洗浄機構２１０は、曲面２１８に垂直になるように洗浄機構の洗浄表面を位置合わせするように回転することになる。例えば、ＦＰ２２０がＦＲ２２２を上回る場合、洗浄機構２１０は曲面に位置合わせ可能である。
【００２９】
しかしながら、図２Ｂの実例（ｉｉ）に示されるように、ＦＰ２２０によって洗浄機構の上縁が曲面２１８に接触する場合、洗浄装置２００は洗浄機構２１０を曲面２１８へと正しく配向できないことある。これは、ＦＰ２２０及びＦＲ２２２によってもたらされたトルクが、第２のシャフト２０８を同じ方向に押し動かす重心２２４を中心した合モーメントをもたらすからである。合モーメントは、洗浄機構を曲面２１８に垂直に位置合わせしようとしない方向に向く。具体的には、洗浄機構２１０は、この表面が曲面２１８から離れるような向きに変わるように回転することになる。
【００３０】
どちらかの場合にも、設計パラメータ（例えば、θ、Ｄ、ｄ、Ｌ、及び第２のシャフト２０８の長さ）の選定は全て、ＦＰ２２０及びＦＲ２２２によってもたらされたトルクが合モーメントをもたらすのにどのように相互作用するか、さらにまた、洗浄機構２１０が意図されるように働くケースをどのようにもたらすかに影響する可能性がある。例えば、設計パラメータを変えることによって、位置合わせを引き起こすためにＦＲ２２２を相殺するのに必要なＦＰ２２０を、増大または減少させることができる。１つまたは複数の実施形態では、洗浄機構２１０の表面を曲面２１８に位置合わせするのに役立つように追加の位置合わせ部品を導入することができる。例えば、１つまたは複数の磁石及び／または１つまたは複数の吸着装置は、洗浄機構２１０の配向にさらに役立つように洗浄装置において導入可能である。特に、洗浄されるべき表面が強磁性である場合、洗浄機構２１０の洗浄表面１１２において磁石を導入することによって、ＦＰ２２０が加えられる時に表面を配向するのがより容易になる。
【００３１】
ここで図３に移ると、本出願の１つまたは複数の実施態様による洗浄装置の例が示されている。洗浄装置３００は、ハウジングに配設されるモータ３０２、第１のシャフト３０４、自在継ぎ手３０６、第２のシャフト３０８、及び洗浄面３１２を有する洗浄機構３１０を含む。１つまたは複数の実施態様では、位置合わせ機構３１４は、モータ３０２を取り囲むハウジングに結合される軸受といった、第２のシャフト３０８の周りに軸受３１６を含み、それによって、第１のシャフト３０４の縦軸の周りの適所に軸受を固定する。１つまたは複数の実施態様では、軸受３１６は、軸受３１６の内径内のθの許可された範囲全体を通して第２のシャフト３０８を自由に移動させるために第２のシャフト３０８より大きい直径を有する。対象表面の曲率に応じて、軸受３１６の直径は、性能を最適化するように変えられ得る（例えば、より小さい軸受直径はより大きい軸受直径よりも第２のシャフトの角運動範囲を大きく制限することになる）。１つまたは複数の実施形態では、軸受３１６は、第２のシャフト３０８が軸受と接触して回転する時にもたらされる摩擦を低減するために軸受の内表面に沿って配設されるローラを含むことができる。例えば、ローラは、軸受の内周の全てまたは一部に沿って配設可能である。ローラは、球形、円筒状、テーパ状とすることができる、または、成形された転動体の組み合わせを含むことができる。
【００３２】
本出願の１つまたは複数の実施態様では、ばね部品の配置構成は、軸受型位置合わせ機構と置き換えるまたはこれを補足することができる。図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、ハウジングに配設されるモータ４０２、第１のシャフト４０４、自在継ぎ手４０６、第２のシャフト４０８、および洗浄面４１２を有する洗浄機構４１０を含む、洗浄装置４００が提供される。位置合わせ機構４１４の近位端はモータ４０２のハウジングに結合され、位置合わせ機構の遠位端は軸受４１６に結合される。１つまたは複数の実施態様では、軸受４１６は、第２のシャフト４０８の外径に適合する内径を有する。軸受４１６は、モータ４０２のハウジングに直接結合されず、むしろ、軸受を適所に保持しながら、対象表面に位置合わせするのに十分な柔軟性を洗浄機構４１０に与える１つまたは複数のばね要素４１８ａ、４１８ｂ、４１８ｃを介して懸架される。洗浄機構４１０の運動範囲は、ばね要素４１８の剛性、及び自在継ぎ手４０６に対する軸受４１６の場所に基づいて制限される。例えば、ばね要素４１８の剛性が増大し、かつ、軸受４１６が洗浄機構４１０のより近くに位置すると、洗浄機構の運動範囲はますます制限される。
【００３３】
１つまたは複数の実施態様では、ばね要素４１８ａ、４１８ｂ、４１８ｃは、第１のシャフト４０４及び第２のシャフト４０８の周りに配設される。例えば、ばね要素４１８は、それぞれのばね要素のそれぞれの端部が次のばね要素カップリングの場所から実質的に等しく間隔があけられた場所で結合されるように配設可能である。ばね要素４１８を実質的に等しく離すように設置することは、受ける牽引力のより等しい分布という利点をもたらす可能性があり、それによって、対象表面に実質的に直角の洗浄面４１２の配向を維持するのに役立つ。例えば、図４Ａ〜図４Ｂに示されるように、ばね要素４１８は三角錐形状を形成することができる。１つまたは複数のばね要素４１８の他の配置構成は、他の所望される具体的な洗浄機構４１０または洗浄面４１２の配向を実現するために実装可能である。一般性を失うことなく、ばね要素の作用は、ピストンまたはダッシュポットなどの他の機械要素によって達成可能である。
【００３４】
ここで、図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、本出願の１つまたは複数の実施態様による洗浄装置の例が示されている。示されるように、洗浄装置５００は、ハウジングに配設されるモータ５０２、第１のシャフト５０４、自在継ぎ手５０６、第２のシャフト５０８、及び洗浄面５１２を有する洗浄機構５１０を含む。１つまたは複数の実施態様では、洗浄装置５００は、モータ５０２を取り囲むハウジングに結合される外側軸受といった、第２のシャフト５０６の周りに外側軸受５１６及び内側軸受５１８を有する位置合わせ機構５１４含み、それによって、第１のシャフト５０４の縦軸の周りの適所に外側軸受を固定する。内側軸受５１８の直径は、例えば、第２のシャフト５０８の外径に適合することができる。さらに、外側軸受５１６と内側軸受５１８との間に制動材料５２０が配設される。制動材料５２０は、柔軟性を有し、牽引力及び重力として洗浄装置５００に作用し、制動材料は、洗浄機構５１０が対象表面から離れて方向感覚を失うことがないように圧縮される。例えば、制動材料５２０はゴムまたは他の可撓性材料とすることができる。
【００３５】
図６は、本出願の１つまたは複数の実施態様による複数の自在継ぎ手を有する洗浄装置６００の例を示す。洗浄装置６００は、（図示しないが先述したものとすることができる）モータ、第１のシャフト６０２、第１の自在継ぎ手６０４、連結部品６０６、第２の自在継ぎ手６０８、第２のシャフト６１０、及び洗浄機構６１０を含む。この実施態様では、モータ、第１のシャフト６０２、及び第１の自在継ぎ手６０４は、上述した同じやり方で結合される。さらに、第１の自在継ぎ手６０４は連結部品６０６の近位端に結合され、第２の自在継ぎ手６０８は連結部品の遠位端に結合される。第２の自在継ぎ手６０８は次いで、本明細書で論じられる他の実施態様にあるように第２のシャフトの近位端に結合される。第２の自在継ぎ手の導入は、洗浄装置６００に追加の移動の自由度をもたらし、これは、対象表面へと配向する時に追加の洗浄機構６１０の操縦性の一助となる。さらに、１つまたは複数の実施態様において、位置合わせ機構（例えば、位置合わせ機構３１４、４１４、５１４）は牽引力及び重力をさらに限定するために導入可能である。
【００３６】
１つまたは複数の実施態様では、正味牽引力を最小限に抑え、かつ洗浄装置の安定性及び洗浄品質を向上させるために、二重同心ブラシシステムが提供される。２つのブラシセットは、洗浄面（例えば、洗浄面１１２、３１２、４１２など）上に同心円状に配設され、ここでそれぞれのセットは他のセットに相対する方向に円運動で回転する。ブラシのより大きい周辺内のより少ない回転ブラシセットの追加は、より多いブラシのセットによって発生する牽引力を小さくするように対向する牽引力をもたらす。二重ブラシシステムは、例えば、遊星歯車システムによって提供可能である。１つまたは複数の実施態様では、遊星歯車セットは、太陽歯車、太陽歯車と噛合する１つまたは複数の遊星歯車、遊星歯車と噛合する輪歯車、及び、遊星歯車に結合されるキャリアを含む。周辺のより大きい第１のブラシセットは輪歯車に結合可能であり、より小さい第２のブラシセットは太陽歯車に結合可能である。当技術分野で理解されるように、各ブラシを、太陽歯車から偶数または奇数の歯車に連結することによって、各ブラシは、時計回りにまたは反時計回りに駆動可能である。
【００３７】
１つまたは複数の実施態様では、洗浄機構または洗浄装置全体を、洗浄中に直線状の前方及び後方運動で移動させるために、直線運動はモータまたはＲＯＶによって導入できる。このような揺動運動は、洗浄機構の失速、及び洗浄機構の付着生物への埋め込みを回避する。付着生物での長期にわたる埋め込みを回避することは、洗浄機構のブラシまたは他の洗浄器具の高い回転速度を維持するのに役立つ。例えば、回転運動を直線運動に変えるようにモータに結合されるクランク機構によって、直線運動をもたらすことができる。１つまたは複数の実施態様では、追加の洗浄またはこすり洗い力を提供するために、このような直線運動を利用する、掻き取り具を、洗浄機構の一部分として実装可能である。
【００３８】
とりわけ、上記の図及び例は、説明されるまたは例証される要素の一部または全てを入れ替えることによって他の実施態様が可能であるため、本出願の範囲を単一の実施態様に限定することを意図するものではない。さらに、本出願のある特定の要素が既知の部品を使用して部分的にまたは完全に実装可能である場合、本出願の理解に必要なこのような既知の部品のそれらの一部のみが説明され、このような既知の部品の他の一部の詳細な説明は本出願を不明瞭にしないように省略される。本明細書において、単数形の部品を示す実施態様は、別段本明細書に明示的に記されていない限り、必ずしも、複数の同じ部品を含む他の実施態様に限定されるべきではなく、逆もまた同様である。また、出願人は、そのように明示的に示されていない限り、明細書または特許請求の範囲におけるいずれの用語も一般的でないまたは特別な意味を持つとみなされることを意図していない。さらに、本出願は、例証として本明細書に言及される既知の部品に対して、現在の及び将来的に既知の等価物を包含する。
【００３９】
特定の実施態様の前述の説明は、応用の一般的本質を完全に明らかにするものであるため、他の者が（本明細書において引用されかつ参照により組み込まれる文献の内容を含む）関連技術の範囲内の知識を応用することによって、本出願の一般的概念から逸脱することなく、必要以上の実験を行うことなく、さまざまな応用に対してこのような特定の実施態様を容易に修正する及び／または適応させることは容易である。このような適応及び修正は従って、本明細書に提示される教示及び指導に基づいて、開示された実施態様の意味及び等価物の範囲内にあることが意図される。本明細書における術語または専門用語は、限定ではなく説明の目的で、本明細書の専門用語または術語が、関連技術の専門家の知識と組み合わせて、本明細書に提示される教示及び指導を考慮して当業者によって解釈されるものであることは理解されたい。
【００４０】
本出願のさまざまな実施態様が上述されているが、これらは例として提示されており、限定するものではないことは理解されるべきである。形式及び詳細のさまざまな変更が本出願の趣旨及び範囲から逸脱することなく行われ得ることは、関連技術の専門家には明らかであろう。よって、本出願は、上述される実施態様の例のいずれによっても限定されないものとする。
【符号の説明】
【００４１】
１００、２００、３００、４００、５００、６００  ・・・洗浄装置
１０２、２０２、３０２、４０２、５０２  ・・・モータ
１０４、２０４、３０４、４０４、５０４  ・・・第１のシャフト
１０６、２０６、３０６、４０６、５０６  ・・・自在継ぎ手
１０８、２０８、３０８、４０８、５０８  ・・・第２のシャフト
１１０、２１０、３１０、４１０、５１０  ・・・洗浄機構
１１２、３１２、４１２、５１２  ・・・洗浄面
２１６、３１４、４１４、５１４  ・・・位置合わせ機構
２１８  ・・・曲面
２２０  ・・・押し付け力（ＦＰ）
２２２  ・・・反力（ＦＲ）
２２４  ・・・重心
３１６、４１６  ・・・軸受
４１８  ・・・ばね要素
５１６  ・・・外側軸受
５１８  ・・・内側軸受
５２０  ・・・制動材料
６０２  ・・・モータ、第１のシャフト
６０４  ・・・第１の自在継ぎ手
６０６  ・・・連結部品
６０８  ・・・第２の自在継ぎ手
６１０  ・・・第２のシャフト、洗浄機構
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
2019518663.tif 000011
【図５Ｂ】
2019518663.tif 000012
【図６】
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【国際調査報告】
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2019518663.tif 000015
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