(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研掃ユニット（１）と走行ユニット（２）とを有する管内面研掃装置は、前記研掃ユニット（１）が超高圧の液体を管の内壁面に向けて噴射しつつ、前記走行ユニット（２）により管内を所定の速度で走行する管内面研掃装置であり、前記研掃ユニット（１）には、本体（１０）と、噴射ノズル部（８）と、旋回機構と、走行台車とが設けられており、
前記噴射ノズル部（８）には、噴射ノズル（１４）が設けられ、前記噴射ノズル（１４）は複数の噴射口（１４ａ）とエアモータ（２６）とを有し、
前記エアモータ（２６）は、前記押出し機構に取り付けられた管壁押付台（２７）に取り付けられており、管壁押付台（２７）には、管（７）の内壁面との距離を所定値に保持する距離保持具（２８）を４隅に取り付けており前記距離保持具（２８）の先端にはボールキャスター（２８ａ）が取り付けられており、
前記旋回機構は、本体（１０）に半径方向に摺動自在に取り付けられたアーム（１５）と、前記アーム（１５）に取り付けられたラック（１６）と、前記ラック（１６）に噛合するピニオン（１７）と、前記ピニオン（１７）に連結された駆動軸（１８）と、前記駆動軸（１８）に連結されたトルクモータ（１９）からなり、
前記旋回機構は、前記噴射ノズル（１４）を管周方向に旋回させるものであり、前記旋回機構上には押出し機構が設けられており、
前記押出し機構は、噴射ノズル（１４）を管（７）の半径方向に、前記旋回機構の旋回中心を貫通する押出し機構駆動軸（１８）を介して、トルクモータ（１９）を駆動させることで、噴射ノズル（１４）の押しつけをなすものであり、
管内壁への押し付け力は、トルクモータ（１９）の印加電圧で調整可能なものであり、この調整は旋回角度によって変化する自重の影響や噴射ノズル部（８）で発生する超高圧水の噴射反力に応じた押し付け力を確保するものであり、
管内面研掃は、前記噴射ノズル（１４）の管周方向の旋回と前記押し付け力の確保とを行いながら、管（７）の内壁面に略垂直に設けたエアモータ（２６）の回転軸を中心に、複数の噴射口（１４ａ）を有する噴射ノズル（１４）を、回転させて行なうものであり、
走行ユニット（２）は、内壁面に向けて放射状に走行台車（３１,３２,３３）を配したものであり、そのうち少なくとも２台の走行台車（３１,３２）がサーボモータ（３６,３７）による自走機能を有し、
且つ一方の走行台車（３１）のサーボモータ（３６）の制御を車輪の回転数制御とし、他方の走行台車（３２）のサーボモータ（３７）を前記サーボモータ（３６）の発生トルクと同等のトルクが発生するように制御するものとし、
走行ユニット（２）の後部にワイヤロープ（６）を取り付け、管外に設置したサーボウインチ（４）で所定のトルクで牽引するようにし、
サーボウインチ（４）の前にラムテンショナ（３）を設け、ワイヤロープ（６）の張力制御システムを構成し、ワイヤロープ（６）の張力が一定になるようにし、
走行ユニット（２）に設置した自走速度制御機能とワイヤロープ（６）の繰り出し及び巻き取り速度制御とを組み合わせたものとし、
サーボウインチ（４）は、ワイヤ速度制御機能を有する速度制御ウインチであって、
ラムテンショナ（３）とサーボウインチ（４）によりワイヤロープ（６）の張力制御システムを構成しており、走行ユニット（２）に設置した自走速度制御機能とワイヤロープ６の繰り出し及び巻き取り速度制御を組み合わせることによって、ラムテンショナ（３）の張力制御機能を向上したこと
を特徴とする管内面研掃装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、発電所の水圧鉄管等の鉄管内の塗装を行うとき、前処理として管内に付着する付着物の除去や既存の塗膜の剥離に使用する管内面研掃装置に関するものであるが、この発明の管内面研掃装置は、飲料水の送水管や食品工業の移送パイプの研掃にも使用できるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水圧鉄管等の鉄管内の内面塗装作業は作業員が管内に入って行う人力塗装、若しくは塗装ロボットを使用して施工していた。
【０００３】
人力塗装の場合は、作業員が狭隘な管内に入り、研掃作業から塗装作業まで行う。研掃作業は、サンドブラストやサンダー等の装置・工具を使用して人力で管内に付着する付着物の除去や既存の塗膜の剥離を行うため、管内は粉塵で充満し、作業環境上の問題があった。また、人力で作業を行うため、研掃むらや深削り（鉄管生地の過度の切削）が生じるという問題があった。
【０００４】
そこで、特公平５−４５３８９号のように、作業環境の改善を目的として管内研掃用ロボットが発明されたが、研掃方式がスチールグリッド（研掃材）の噴射によるものであり、噴射されたスチールグリッドを管の下部で回収して再使用するものであった。そのため、スチールグリッド回収工程や、スチールグリッドを管の上端外部に設置したグリッド噴射機に索道等運搬装置で搬送する搬送工程等の作業工程が管内研掃作業中に何度も必要（一回の研掃作業可能な距離は最長１２０ｍ）であり、その度に研掃作業を中断させなくてはならないため、作業効率が悪かった。
【０００５】
また、スチールグリッド回収工程は、スチールグリッドを自然流下させて鉄管の下部で回収を行うものであり、鉄管に２８°以上の勾配があることが作業可能となる条件であり、スチールグリッドが自然流下しにくい２８°以下の勾配の緩い部分がある鉄管にはこのロボットは使用できず、人力による作業に頼らざるを得ないという問題点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこでこの発明では、上記の問題点を解決し、次のことを課題とする。
▲１▼研掃作業を中断させる必要のあったスチールグリッド回収工程やスチールグリッド搬送工程などの作業工程を無くし、作業効率を向上させる。
▲２▼従来ロボットを使用することができなかった緩い勾配の鉄管でもロボットによる研掃作業を可能とし、鉄管内の人力による作業を無くし、作業環境の改善を図る。
▲３▼管外に設置する設備や装置の縮小・軽量化を図り、工事に必要な運搬作業を軽減する。
▲４▼研掃作業の品質向上を図る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのため、この発明では、超高圧の液体を管の内壁面に向けて噴射しつつ走行ユニット２により管内を所定の速度で走行する管内面研掃装置であって、複数の噴射口14a を有する噴射ノズル14を、管７の内壁面に略垂直に設けた回転軸を中心として回転させると共に、噴射ノズル14を管周方向に回転させた管内面研掃装置とした。
【０００８】
この発明では、噴射ノズル14を管７の内壁面に略垂直な軸を中心として回転させると共に、噴射ノズル14を管周方向に回転させて超高圧の液体を管７の内壁面に向けて噴射して研掃するので、高い研掃効果が得られる。そのため、スチールグリッドを使用する必要がなく、スチールグリッド研掃材を回収したり、索道等運搬装置でスチールグリッドを搬送する作業工程がなくなるので、連続作業ができるようになる。さらに、研掃材が水であるので、下側へと流れ易く、流下勾配が緩い部分があっても研掃作業が可能となる。
【０００９】
また、請求項１に記載のように、噴射ノズル１４を管７の半径方向に押し出す噴射ノズル１４の押出し機構を、管周方向に旋回する旋回機構上に設け、さらに噴射ノズル１４の押出し機構を旋回機構の旋回中心を貫通する押出し機構駆動軸１８を介してトルクモータ１９で駆動するようにすると共に、管７の内壁面との距離を所定値に保持する距離保持具２８を噴射ノズル１４を取り付けている噴射ノズル部８に設けたものとすることが好ましい。
【００１０】
このようにすれば、噴射ノズル14を管内壁に押しつけるだけで、距離保持具28により研掃に最適な距離が保てるようになる。さらに、管内壁への押し付け力は、トルクモータ19の印加電圧で調整可能であり、旋回角度によって変化する自重の影響やノズル部で発生する超高圧水の噴射反力に応じて適切な押し付け力の確保や制御が容易となり、既存塗膜の均一な剥離が可能となる。
【００１１】
また、請求項１に記載の発明では、前記請求項１又は２記載の構成に加え、走行ユニット２が内壁面に向けて放射状に走行台車３１，３２，３３を配したものであり、そのうち少なくとも２台の走行台車３１，３２ がサーボモータ３６，３７による自走機能を有し、且つ一方の走行台車３１のサーボモータ３６の制御を車輪の回転数制御とし、他方の走行台車３２のサーボモータ３７を前記サーボモータ３６の発生トルクと同等のトルクが発生するように制御しているものとすることが好ましい。
【００１２】
このようにすれば、走行台車の車輪の径の相違や、速度制御の差に基づく走行ユニット２の蛇行や曲がりが他方のサーボモータ37の制御により無くなり、スムーズに走行できるようになる。
【００１３】
また、請求項１に記載の発明では、後部にワイヤロープ６を取り付け、管外に設置したサーボウインチ４で所定のトルクで牽引するようにすると共に、サーボウインチ４の前にラムテンショナ３を設けてワイヤロープ６の張力が一定になるようにしたものとした。
【００１４】
このようにすれば、勾配の異なる部分であっても管７内を走行するスピードが常に等しくなるので、均一な研掃が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の管内面研掃装置を使用して発電所の水圧鉄管の内壁面を研掃する場合の説明図であり、この発明の装置は研掃ユニット１と、走行ユニット２と、ラムテンショナ３と、サーボウインチ４を有しており、研掃ユニット１と走行ユニット２とは連結機５で連結されており、走行ユニット２の後端にはワイヤロープ６が取り付けられ、ワイヤロープ６の張力制御がラムテンショナ３とサーボウインチ４で行われるようになっている。
【００１６】
さらに、研掃ユニット１と走行ユニット２は、研掃する鉄管７の上部の開口部から内部に入れられ、ラムテンショナ３とサーボウインチ４は鉄管７の前記開口部の外側に設置される。
【００１７】
鉄管７の下部には人孔7aが設けられており、そこから研掃ユニット１に超高圧水を供給するホースＨが入れられる。超高圧水（200MPa）は、３連のプランジャポンプからなる超高圧水発生ポンプ９で発生させられる。
【００１８】
超高圧水が研掃ユニット１から噴射され、鉄管７の下部に溜まった水は、ポンプＰで排水され、浄化装置（図示せず）で浄化されて放流されるようになっている。
【００１９】
次にこの発明の管内面研掃装置の研掃ユニット１と走行ユニット２について、図２〜図４に基づき詳細に説明する。
【００２０】
研掃ユニット１は、本体10の外部に放射状に３つの走行台車11,11a,11bを備えており、各種径（0.5 ｍ〜２ｍの範囲）の鉄管７に適合するように、本体10と走行台車11,11a,11bの間に設けた脚部が伸縮可能となっている。３つの走行台車11,11a,11bの内の一つの走行台車11の脚部は、リンク機構12とエアシリンダ13により伸縮可能となっており、他の走行台車11a,11b は、リンク機構12a,12b に設けたネジ棒（図示せず）を手動で回すことにより伸縮するようになっている。走行台車11,11a,11bの脚部の高さは、走行台車11a,11b の脚部を伸縮させて本体10の中心が鉄管７の中心に合うようにセットしてから走行台車11のエアシリンダ13によりリンク機構12を伸ばす。その結果、３つの走行台車11,11a,11bは、適度の圧力をもって鉄管７の内壁面に接するようになっている。この３つの走行台車11,11a,11bは、噴射ノズル部８の円周方向の回転に伴う反力を受ける役割もしている。
【００２１】
さらに、本体10には、噴射ノズル部８を管７の半径方向に押し出す押出し機構と、押出し機構を鉄管７の軸を中心として旋回させる旋回機構を設けており、押出し機構は旋回機構の上に設けられている。
【００２２】
押出し機構を具体的に説明すると、図３に示すように、本体10に半径方向に摺動自在に取り付けられたアーム15と、アーム15に取り付けられたラック16と、ラック16に噛合するピニオン17と、ピニオン17に連結された駆動軸18と、駆動軸18に連結されたトルクモータ19からなる。さらに、駆動軸18は、旋回機構の旋回軸20の中心を貫通して取り付けられている。このように、押出し機構はトルクモータ19により駆動されるようになっているので、噴射ノズル部８の管内壁への押し付け力は、トルクモータ19の印加電圧で調整可能であり、旋回角度によって変化する自重の影響や噴射ノズル14で発生する超高圧水の噴射反力に応じて適切な押し付け力の確保や制御が容易となっている。
【００２３】
旋回機構は、旋回軸20と旋回軸駆動歯車21,22,23と、減速機24と、減速機24に連結された旋回用モータ25からなり、所定の速度で旋回するようになっている。
【００２４】
噴射ノズル部８に設けた噴射ノズル14は、図４に示すように、十字形をしており、管壁の表面に超高圧水を噴射する噴射口14a を８個設けており、管壁と垂直になるように設けられたエアモータ26の回転軸に取り付けられている。さらに、エアモータ26は、押出し機構に取り付けられた管壁押付台27に取り付けられており、管壁押付台27には、管７の内壁面との距離を所定値に保持する距離保持具28を４隅に取り付けている。さらに、距離保持具28の先端にはボールキャスター28a が取り付けられており、管７の内壁面との摩擦抵抗が少なくなるようにしている。
【００２５】
さらに、噴射ノズル部８は、図示していないが、管７の曲がり部であっても、絶えず４隅の距離保持具28が管の内壁面と接することができるように、首振り機構を備えている。
【００２６】
走行ユニット２は、本体30の外部に放射状に３つの走行台車31,32,33を備えており、各種径の鉄管７に適合するように、本体30と走行台車31,32,33の間に設けた脚部が伸縮可能となっている。３つの走行台車31,32,33の内の一つの走行台車33の脚部は、リンク機構34とエアシリンダ35により伸縮可能となっており、他の走行台車31,32 は、リンク機構34a,34b に設けたネジ棒（図示せず）を手動で回すことにより伸縮するようになっている。走行台車31,32,33の脚部の高さは、走行台車31,32 の脚部を伸縮させて本体30の中心が鉄管７の中心に合うようにセットしてから走行台車33のエアシリンダ35によりリンク機構34を伸ばす。その結果、３つの走行台車31,32,33は、適度の圧力をもって鉄管７の内壁面に接するようになっている。さらに、３つの走行台車の内の２台の走行台車31,32 がサーボモータ36,37 による自走機能を有し、且つ一方の走行台車31のサーボモータ36の制御を車輪の回転数制御とし、他方の走行台車32のサーボモータ37を前記サーボモータ36の発生トルクと同等のトルクが発生するように制御している。
【００２７】
以下、図５により、走行台車31,32 の駆動系の構成と駆動原理について具体的に説明する。
【００２８】
走行台車31,32 は、それぞれ独立した自走機構を有しており、その車輪はそれぞれ同一の特性を持ったサーボモータ36,37 で駆動されるようになっている。
【００２９】
一方の走行台車31の自走機構は、サーボモータ36と、サーボモータ36に直結したタコジェネレータ38と、サーボアンプ39の組み合わせで構成される制御系で、ｅi を指令値として回転数制御を行っている。
【００３０】
他方の走行台車32の自走機構は、サーボモータ37とサーボアンプ40の組み合わせでトルク制御を行い、サーボモータ37に前記走行台車31のサーボモータ36と同等のトルクを発生させ、回転数制御は行わない。
【００３１】
次に走行台車31,32 の駆動原理について説明する。
【００３２】
先ず、走行台車31のサーボアンプ39に台車走行速度ＶR に相当する速度指令値ｅi を入力する。
【００３３】
サーボモータ36が速度指令値ｅi に見合った回転数Ｎmaで回転し、走行車輪が伝達機構を介してＮwaで回転し、走行台車31は次式で定まる速度ＶR で自走する。
【００３４】
【式１】
0004441820.tif 000002
【００３５】
サーボモータ36を速度制御して走行台車31を走行させたときに発生するトルクＴmaは、走行ユニット２を駆動するのに必要な負荷トルクの1/2 となる。（もう一台の走行台車32のサーボモータ37をトルク制御してサーボモータ36と同等のトルクを発生させるため）
走行台車31のサーボアンプ39には、サーボモータ37の負荷トルクＴmaに見合った制御電流ＩA が発生し、サーボアンプ39に発生した制御電流ＩA を同アンプ39内でＩf として検出する。
【００３６】
走行台車32のサーボアンプ40の制御電流ＩB が走行台車31のサーボアンプ39に発生した制御電流ＩA と等しくなるように、上記検出信号Ｉf をＩi に変換してサーボアンプ40のパワー増幅器41に入力する。すると、サーボアンプ40には、サーボアンプ39の負荷トルクＴmaと同等の負荷トルクＴmbが発生する。
【００３７】
走行ユニット２は、サーボアンプ39に入力した速度指令値ｅi に基づく走行速度ＶR で自走し、走行台車32の走行車輪の回転数Ｎwbは上記走行速度ＶR と伝達機構の諸元で定まる速度で回転する。
【００３８】
以上の構成からなる走行ユニット２は、走行台車32の走行車輪が突起物にさしかかった場合や走行車輪が冠水等で滑った場合でも次のように制御され、管内を直進するようになる。
【００３９】
▲１▼走行台車32の走行車輪が突起物にさしかかった場合
走行台車32の走行車輪が突起物にさしかかると、走行ユニット２を駆動する負荷トルクが上昇し、それに伴って走行台車31のサーボモータ36の負荷トルクＴmaも上昇する。走行台車32のサーボモータ37の負荷トルクＴmbが負荷トルクＴmaと同等になるように制御されているため、サーボモータ37の負荷トルクＴmbも上昇する。
【００４０】
走行台車31は、サーボモータ36が回転数制御されているため、走行ユニット２は指令値に相当する速度で走行する。
【００４１】
▲２▼走行台車32の走行車輪が冠水等で滑った場合
走行台車32の走行車輪が空転して、走行ユニット２を駆動する負荷トルクが減少してサーボモータ36の負荷トルクＴma及びサーボモータ37の負荷トルクＴmbが低下しても、サーボモータ36は回転数制御されているために、走行ユニット２の走行速度は変化しない。
【００４２】
走行ユニット２が管７の曲がり部にさしかかった場合は、走行台車31の走行車輪がサーボモータ36の回転数制御によって速度指令値に相当する速度で回転する。
【００４３】
▲３▼走行台車が曲がり角にさしかかった場合
走行台車31が内側となるような曲がり角では、走行ユニット２の走行速度は走行台車31の走行車輪の回転速度で決定され、走行台車32の走行車輪の回転速度は速度制御を行っていないため、走行ユニット２の動きに従って増速される。
【００４４】
一方、走行台車31が外側となるような曲がり角では、走行ユニット２の走行速度は走行台車31の走行車輪の回転速度で決定され、走行台車32の走行車輪の回転速度は速度制御を行っていないため、走行ユニット２の動きに従って減速される。
【００４５】
ラムテンショナ３は、研掃装置が管内を上昇するときと下降するときのワイヤロープ６の張力の増減に応じて伸縮して張力を一定に保つものであり、ラムシリンダ42と滑車43,44 を備えており、ラムシリンダ42の伸縮速度ＶP と、研掃装置の走行速度ＶR と、サーボウインチ４のワイヤロープ６の繰り出し・巻き取り速度ＶW の関係は次式のようになっている。
【００４６】
【式２】
0004441820.tif 000003
【００４７】
そして、ラムシリンダ42が伸縮することにより、研掃装置の走行速度ＶR と、サーボウインチ４のワイヤロープ６の繰り出し・巻き取り速度ＶW の差をカバーすると共に、ラムシリンダ42が伸縮端に達すると、リミットスイッチ45,46 が作動し、サーボウインチ４がワイヤロープ６の繰り出し・巻き取り速度ＶW を増減し、ラムシリンダ42の位置の補正を行う。
【００４８】
尚、ラムテンショナ３のラムシリンダ42の圧力は、研掃装置の自重の傾斜方向の分力に釣り合うようにリリーフ弁47で設定される。
【００４９】
サーボウインチ４は、ワイヤ速度制御機能を有する速度制御ウインチである。
【００５０】
このように、空圧式のラムテンショナ３とサーボウインチ４によりワイヤロープ６の張力制御システムを構成しており、走行ユニット２に設置した自走速度制御機能とワイヤロープ６の繰り出し・巻き取り速度制御を有機的に組み合わせることによって、ラムテンショナ３の張力制御機能を向上した。
【００５１】
そのため、ラムテンショナ３でのエアの消費量を減少させることができ、エア源として準備するエアコンプレッサが小型になるだけでなく、自走機能によりサーボウインチ４の小型・軽量化が実現できるので、運搬仮設工事における作業時間の減縮が可能となった。
【００５２】
このように、この発明の管内面研掃装置では、速度一定で走行し、且つ噴射ノズル14を管７の内壁面に略垂直な軸を中心として回転させると共に、噴射ノズル14を管周方向に回転させて超高圧の液体を管７の内壁面に向けて噴射して研掃するので、高い研掃効果が得られる。
【００５３】
以上が実施例であり、発電所の水圧鉄管の管内を研掃する場合を例にとり説明したが、飲料水の送水管や食品工業の移送パイプの研掃にも使用できる。
【００５４】
またさらに、この実施例では研掃ユニット１と走行ユニット２を別体にした例を示したが、一体として実施することもできる。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように、この発明の管内面研掃装置では、噴射ノズル14を管７の内壁面に略垂直な軸を中心として回転させると共に、噴射ノズル14を管周方向に回転させて超高圧の液体を管７の内壁面に向けて噴射して研掃するようになっており、高い研掃効果が得られるため、従来のようにスチールグリッドを使用する必要がなく、連続作業ができるようになるので、作業効率が向上する。さらに、研掃材が水であるので、下側へと流れ易く、流下勾配が緩い部分があっても研掃作業が可能となるので、人力による研掃作業が無くなり、作業環境が改善される。
【００５６】
また、請求項１に記載の構成とすれば、噴射ノズル１４を管内壁に押しつけるだけで、距離保持具２８により研掃に最適な距離が保てるようになり、既存塗膜の均一な剥離が可能となるので、品質の良い研掃効果が得られるようになる。
【００５７】
また、請求項１記載の発明のように、走行台車を制御するようにすれば、走行台車の車輪の径の相違や、速度制御の差に基づく走行ユニット２の蛇行や曲がりが他方のサーボモータ３７の制御により無くなり、スムーズに走行できるようになるので、正確な速度制御ができるので、均一な研掃が可能となる。
【００５８】
また、請求項１に記載の発明のように、走行ユニット２に設置した自走速度制御機能とワイヤロープ６の繰り出し・巻き取り速度制御を有機的に組み合わせれば、ラムテンショナ３の張力制御機能が向上し、勾配の異なる部分であっても管７内を走行するスピードが常に等しくなるので、より均一な研掃が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の管内面研掃装置を使用して発電所の水圧鉄管の内壁面を研掃する場合の説明図である。
【図２】この発明の管内面研掃装置の研掃ユニットと走行ユニットの説明図である。
【図３】研掃ユニットの押出し機構と旋回機構の説明図である。
【図４】噴射ノズル部に設けた噴射ノズルの斜視説明図である。
【図５】走行台車の駆動系の構成と、駆動原理の説明図である。
【符号の説明】
１  研掃ユニット
２  走行ユニット
３  ラムテンショナ
４  サーボウインチ
６  ワイヤロープ
７  管
８  噴射ノズル部
14  噴射ノズル
14a 噴射口
16  ラック
17  ピニオン
18  押出し機構駆動軸
19  トルクモータ
28  距離保持具
31,32,33  走行台車
36,37 サーボモータ
【図１】
0004441820.tif 000004
【図２】
0004441820.tif 000005
【図３】
0004441820.tif 000006
【図４】
0004441820.tif 000007
【図５】
0004441820.tif 000008