JP2005152839A - ダクト清掃装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ダクト内部の隅々の塵埃まで清掃可能なダクト清掃装置の提供。
【解決手段】ダクト清掃ロボットは、圧縮空気を送り込むエアホース１１と、このエアホース１１の先端部に接続されたエアノズル１２と、エアホース１１を上下動作可能かつ伸縮動作可能に保持するホース保持部１３と、このホース保持部１３を支持して走行する走行装置１４とを備え、走行装置１４によりダクト内部を自在に走行して、エアホース１１の先端部のエアノズル１２をダクト内部の隅まで到達させ、圧縮気体を噴出させて、ダクト内部の隅の塵埃を吹き飛ばすことができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、空調用や換気用などのダクトを清掃するためのダクト清掃装置に関する。

病院や駅などの公共施設やオフィスビル等には、空調用や換気用のダクトが天井裏や壁内などに設置されている。このダクト内部には空気が出入りするため、空気中に含まれている塵や埃が残存する。したがって、長期にダクトを使用するとその内部に徐々に塵埃が堆積し、この堆積した塵埃がダクトの吹き出し口から室内に拡散することになる。

ダクト清掃の一般的な方法として、ダクト内部にエアホースを挿入し、このエアホースに圧縮した高圧エアを送って塵埃を吹き飛ばし、この吹き飛んだ塵埃を吸引する方法が知られている。この方法では、作業者は、ダクトの一部を開口して首を突っ込み、ダクト内部を目で確認しながら、エアホースを手で操作して作業を行う。

また、近年においては、特許文献１に記載のようなダクト清掃用ロボット清掃機が開発されている。特許文献１に記載のロボット清掃機は、遠隔操作することが可能であり、駆動輪によってダクト内部を走行しながら、上下動する回転ブラシによってダクト内部の天井や床の塵埃を叩き、叩いた塵埃を吸引して清掃するものである。

特開平１１−４２４６７号公報

ところが、手作業で行う場合、ダクト内部の所々に存在する空気流量調整用のダンパが障害となる。ダンパは、エアホースを手で操作する際に邪魔となる。そこで、通常はダンパとダンパとの間でダクトを必ず開口して清掃を行う。そのため、ダクトを開口する作業と、清掃後にその開口を塞ぐ作業が必要となり、非効率的である。また、ダクトには開口の跡が多数残るため、作業後は見た目も悪くなる。

また、特許文献１に記載のように回転ブラシによってダクト内部の天井や床の塵埃を叩くロボット清掃機の場合には、回転するブラシの毛先がダクト内部の隅に届かないため、この隅の塵埃を除去できない。一方、ダクト内部の塵埃は、空気がよどむダクト内部の隅に留まる傾向にある。そのため、ダクト内部の隅の塵埃を除去できなければ、このロボット清掃機を用いて清掃した後、ダクト内部の隅については、手作業で行う必要がある。

そこで、本発明においては、ダクト内部の隅々の塵埃まで清掃可能なダクト清掃装置を提供することを目的とする。

本発明のダクト清掃装置は、圧縮気体を送り込んで先端部から噴出させるための可撓性を有するホースと、ホースを上下動作可能かつ伸縮動作可能に保持するホース保持部と、ホース保持部を支持して走行する走行装置とを備えたものである。

本発明のダクト清掃装置によれば、走行装置によりダクト内部を自在に走行して、ホース保持部によりホースを上下動作かつ伸縮動作させることで、ホースの先端部をダクト内部の隅まで到達させることができる。そして、ホースの先端部から圧縮気体を噴出させることで、ダクト内部の隅の塵埃を吹き飛ばすことができる。

本発明のダクト清掃装置は、ホースの先端部に、圧縮気体を後方に向かって噴出するエアノズルを備えた構成とするのが望ましい。ホースの先端部をダクト内部の隅へ向け、圧縮気体を前方へ向かって噴出（以下、「前方噴射」と称す。）した場合は、塵埃をこのダクト内部の隅へ向けて吹き飛ばすことになるが、圧縮気体を後方へ向かって噴出（以下、「後方噴射」と称す。）することで、塵埃はダクト内部の隅から離れる方向へ吹き飛ばされるようになる。

また、後方へ向かって圧縮気体が噴出されることにより、ホースの先端部は負圧状態となり、このホース先端部の先の塵埃は後方へ向かって噴出される圧縮気体に引っ張られてダクト内部の隅から離れる方向へ吹き飛ばされる。

また、前方噴射の場合には、ホースを伸ばしたときに前方噴射の反作用によりホースが座屈しやすくなるが、後方噴射の場合には、この後方噴射の反作用により、ホースが前方に引っ張られ、ホースに常に引張り力が作用することになるため、ホースを伸ばして送り出しやすくなるとともに、ホースの収納時にも縮めて収納しやすくなる。

また、ホースを伸ばしてダクト壁面付近にノズルが近付いたとき、後方噴射によって、ノズルとダクト壁面との間の圧縮空気の流速が速く、ノズルとダクト中央部よりの流速が遅くなるため、ノズルとダクト壁面との間の圧力が周囲より低下し、ノズルがダクト壁面に自分から近付くという流体力学的効果が生まれる。この結果、ダクト壁面付近にノズルをおおよそ位置付ければ、ノズルが自らダクト壁面に近付くようになり、ダクト壁面の清掃をより容易く確実に行うことが可能となる。

エアノズルは、先細り形状を有するものとするのが望ましい。エアノズルが先細り形状であることにより、エアノズルの先端をダクト内部の隅の奥まで到達させることができ、さらにダクト内部の隅の奥から塵埃を隅から離れる方向へ吹き飛ばすことが可能となる。

走行装置は、左右一対の無限軌道により走行するものであることが望ましい。ダクトには途中で枝分かれする分岐ダクトが接続される場合があり、この分岐ダクトと主ダクトとの境界部分に段差が存在することがあるが、走行装置を左右一対の無限軌道とすることで、このような段差を超えてダクト内部を移動することが可能となる。

また、本発明のダクト清掃装置が、ホースの上下動作を遠隔操作する第１の操縦桿と、左右一対の無限軌道による前進後退動作および左右旋回動作を遠隔操作する第２の操縦桿とを備え、ホースの上下動作は、第１の操縦桿の傾動角度に応じた上下位置に制御するものとし、左右一対の無限軌道による前進後退動作および左右旋回動作は、第２の操縦桿の正規化された前後方向の傾動角度をｘ（−１．０≦ｘ≦１．０）、第２の操縦桿の正規化された左右方向の傾動角度をｙ（−１．０≦ｘ≦１．０）、無限軌道の駆動輪の回転半径をｒ、左右一対の無限軌道間距離をＴとしたとき、無限軌道の左右それぞれの駆動軸の回転速度ω_L，ω_Rを式

により制御するものとするのが望ましい。

これにより、ホースの上下動作は、第１の操縦桿の中立状態から一方向への例えば０〜９０°の傾動に対し、上下に例えば０〜９０°の範囲で動作させるとともに、ホースの左右旋回動作は、第２の操縦桿の中立状態から前後方向の傾動角度に関係なく左右方向への例えば±０〜９０°の傾動に対し、左右に例えば±０〜９０°の範囲で旋回動作させることができる。

（１）圧縮気体を送り込んで先端部から噴出させるための可撓性を有するホースと、ホースを上下動作可能かつ伸縮動作可能に保持するホース保持部と、ホース保持部を支持して走行する走行装置とを備えたことにより、走行装置によりダクト内部を自在に走行して、ホースの先端部をダクト内部の隅まで到達させ、ホースの先端部から圧縮気体を噴出させて、ダクト内部の隅の塵埃を吹き飛ばすことができる。これにより、ダクトをダンパごとに開口することなく、ダクト内部の隅々の塵埃まで清掃することが可能となり、ダクト内部の隅に塵埃が残るのを防止することができる。

（２）ホースの先端部に、圧縮気体を後方に向かって噴出するエアノズルを備えたことにより、ダクト内部の隅に残存する塵埃をダクト内部の隅から離れる方向へ吹き飛ばし、より一層ダクト内部の隅に塵埃が残るのを防止することができる。また、後方噴射の反作用により、ホースが前方に引っ張られ、ホースに常に引張り力が作用することになるため、ホースを伸ばして送り出しやすくなるとともに、ホースの収納時にも縮めて収納しやすくなり、作業性が良くなる。さらに、後方噴射による流体力学的効果により、ダクト壁面付近にノズルをおおよそ位置付ければ、ノズルが自らダクト壁面に近付くようになるため、ダクト壁面の清掃をより容易く確実に行うことが可能となる。

（３）エアノズルが、先細り形状を有するものとすることで、エアノズルの先端をダクト内部の隅の奥まで到達させ、さらにダクト内部の隅の奥から塵埃を隅から離れる方向へ吹き飛ばすことが可能となり、さらにダクト内部を余すところなく清掃することが可能となる。

（４）走行装置が、左右一対の無限軌道により走行するものであることにより、ダクトに途中で枝分かれする分岐ダクトが接続され、この分岐ダクトと主ダクトとの境界部分に段差が存在する場合であっても、このような段差を超えてダクト内部を自在に移動して清掃することが可能となる。

（５）ホースの上下動作を遠隔操作する第１の操縦桿と、左右一対の無限軌道による前進後退動作および左右旋回動作を遠隔操作する第２の操縦桿とを備え、ホースの上下動作および左右一対の無限軌道による前進後退動作および左右旋回動作を第１の操縦桿および第２の操縦桿の操作に対する所定の制御を行うものとすることで、ホースの上下動作および左右旋回動作を、第１の操縦桿および第２の操縦桿の直感的な操作により動作させることが可能となる。

図１は本発明の実施の形態におけるダクト清掃装置の全体構成図である。
図１に示すように、本発明の実施の形態におけるダクト清掃装置は、主に水平方向に配設されている横型のダクトＤ内を走行するダクト清掃装置本体としてのダクト清掃ロボット１と、ダクト清掃ロボット１に圧縮気体として例えば約０．７ＭＰａの圧縮空気を供給するコンプレッサ２と、ダクト清掃ロボット１に搭載された撮像装置としてのＣＣＤ（Charge-coupled device；電荷結合素子）カメラ３により撮像された画像を表示する表示装置としてのモニタ４と、ダクト清掃ロボット１を遠隔操作するための操縦桿としてのジョイスティック５，６と、ダクトＤ内の塵埃を吸引して排出する吸引装置７とを有する。

図２（ａ）は図１のダクト清掃ロボット１の斜視図、（ｂ）は（ａ）のダクト清掃ロボット１のエアホースを収納した状態を示す斜視図である。
図２に示すように、ダクト清掃ロボット１は、圧縮空気を送り込むエアホース１１と、このエアホース１１の先端部に接続されたエアノズル１２と、エアホース１１を図の矢印Ａに示すように上下動作可能かつ図の矢印Ｂに示すように伸縮動作可能に保持するホース保持部１３と、このホース保持部１３を支持して走行する走行装置１４とを備える。

エアホース１１は、コンプレッサ２により供給される圧縮空気に耐える強度を有し、かつ可撓性を有するホースである。エアホース１１とコンプレッサ２とは、エアホース１１と同様のホース８により連通されている。

図３はエアノズル１２の拡大断面図である。
図３に示すように、エアノズル１２は、頂点を切断した２個の錐体１２ａ，１２ｂを底面同士で連結した形状を有する。エアノズル１１の前部の錐体１２ａは中空部１２ｃを有する。エアノズル１２の後部の錐体１２ｂは、エアホース１１と中空部１２ｃとを連通する連通路１２ｄと、中空部１２ｃに連通されエアノズル１２の後方に向かって錐体１２ｂの曲面部分に設けられた複数の噴出孔１５とを有する。エアホース１１により送り込まれた圧縮空気は、連通路１２ｄおよび中空部１２ｃを介してエアノズル１２の後方に向かって噴出される。エアノズル１２の前部の錐体１２ａの先端部は、ダクトＤ内の内壁面を傷付けない程度の先細り形状としている。

図４はホース保持部１３周りの概略構成図である。
ホース保持部１３は、ホース保持部１３とともにエアホース１１を上下動作させるためのホース上下可動機構１６と、エアホース１１をホース保持部１３から送り出すとともに引き戻すためのホース送り戻し機構１７とを備える。ホース上下可動機構１６は、ホース保持部１３を起伏させるための起伏軸１６ａおよびこの起伏軸１６ａを駆動するモータ１６ｂからなる。ホース送り戻し機構１７は、エアホース１１を狭持する一対のホース送り戻しローラ１７ａ，１７ｂおよびホース送り戻しローラ１７ａを駆動するモータ１７ｃからなる。

走行装置１４は、左右一対の無限軌道としてのクローラ２０，３０を備える。クローラ２０は、駆動輪２１，２２と複数の従動輪２３とを備え、これらの駆動輪２１，２２および従動輪２３の周囲に無端環状ベルト２４を掛けた構成である。無端環状ベルト２４の表面にはダクトＤ内を走行の際、滑りにくいように凸凹が設けてある。なお、本実施形態においては、最前部の従動輪２３と駆動輪２１との接線と複数の従動輪２３の接線とが形成する角を約４５°としている。最後部も同様である。

図５はジョイスティック５，６の操作説明のための平面図である。
図５に示すように、一方のジョイスティック５は、エアホース１１の上下動作を遠隔操作するためのものである。エアホース１１は、ジョイスティック５の傾動角度に応じた角度となるように制御部（図示せず。）による位置制御を行う。具体的には、例えば、起伏軸１６ａの回転角度がジョイスティック５の傾動角度に応じた角度となるように制御部によりモータ１６ｂを制御する。これにより、ジョイスティック５の中立状態から一方向へ０〜９０°傾動させた場合、その傾動角度に対してエアホース１１は起伏軸１６ａを軸として上下に０〜９０°の範囲で傾動動作する。

他方のジョイスティック６は、クローラ２０，３０による前進後退動作および左右旋回動作を遠隔操作するためのものである。クローラ２０，３０を同一方向へ動作させればダクト清掃ロボット１は前進動作または後退動作し、相対する方向へ動作させればダクト清掃ロボット１は左旋回動作または右旋回動作する。すなわち、ジョイスティック６によって、エアホース１１をダクト清掃ロボット１とともに左右旋回動作させることができ、前述のジョイスティック５と併せて操作することによりエアホース１１の向きを自在に変えることができる。

ところが、ジョイスティック５の傾動角度によって制御されるエアホース１１の上下動作と、ジョイスティック６の傾動角度によって制御されるエアホース１１の左右旋回動作との操作範囲が異なる場合、ジョイスティック５，６を同じ角度だけ傾動させた場合のエアホース１１の動作角度が異なることになるため、操作性が悪く、直感的に操作することができなくなる。

ダクト清掃ロボット１の前方移動速度ｖおよび回転旋回速度ｗは運動学的関係から次式により決定される。なお、ｒはクローラ２０，３０の駆動輪の回転半径、Ｔは左右のクローラ２０，３０間の距離、ω_L，ω_Rは左右のクローラ２０，３０それぞれの駆動輪の回転速度である。

ここで、ジョイスティック６からの指令値（前後方向の傾動角度Ｘ，左右方向の傾斜角度Ｙ）をそれぞれｘ（−１．０≦ｘ≦１．０），ｙ（−１．０≦ｘ≦１．０）として正規化した場合、次式のように前方移動速度ｖと回転旋回速度ｗの目標値を設定する。

式（１）および（２）により左右のクローラ２０，３０それぞれの駆動輪の回転速度ω_L，ω_Rは次式により求められる。

制御部は、ジョイスティック６の傾動角度に応じて上式（３）により駆動輪の回転速度ω_L，ω_Rを算出し、これに応じて駆動輪の制御を行う。すなわち、ジョイスティック６を前後方向（ｘ＝ｘ₀，ｙ＝０）に傾けると、ダクト清掃ロボット１は前進動作もしくは後退動作のみ行い、左右方向（ｘ＝０，ｙ＝ｙ₀）に傾けると、ω_R＝−ω_Lとなり、その場で左右旋回動作のみ行うようになる。また、斜め方向（ｘ＝ｘ₀，ｙ＝ｙ₀）に傾けると、例えば斜め左前方４５度に傾けると、前進動作しながら左旋回動作して約４５度方向に進むことになる。このような制御により、単純にω_L，ω_Rに速度指令を与える場合に比べて１本のジョイスティック６の方向と車両進行方向が直感的に対応することになり、ひいては、エアホース１１の上下動作および左右旋回動作を、ジョイスティック５，６の直感的な操作により動作させることが可能となり、非常に操作性良くダクト内清掃を行うことが可能となる。

なお、ジョイスティック６とダクト走行ロボット１のクローラ２０，３０の駆動輪間と、ジョイスティック５とダクト走行ロボット１のホース上下可動機構１６およびホース送り戻し機構１７間と、モニタ４とＣＣＤカメラ３間とは信号動力線９により接続されている。また、ダクト走行ロボット１には、ＣＣＤカメラ３による撮像の際の補助光源とする照明装置１０を備えており、この照明装置１０の動力についても信号動力線９により供給される。

上記構成のダクト清掃装置によれば、ジョイスティック５，６による遠隔操作により、ＣＣＤカメラ３により撮像した画像をモニタ４で確認しながらダクト清掃ロボット１をダクトＤ内部で自在に走行させるとともに、エアホース１１を上下動作および伸縮動作させることにより、エアホース１１の先端部の先細り形状を有するエアノズル１２の先端を図６に示すようにダクトＤの隅Ｃの奥まで到達させることができる。そして、ホース８およびエアホース１１を介してコンプレッサ２から供給される圧縮空気をエアノズル１２の噴出孔１５から図６の矢印に示すように後方に向かって噴出させることにより、ダクトＤの隅Ｃに残存する塵埃をこの隅Ｃから離れる方向へ吹き飛ばすことができる。このように吹き飛ばした塵埃を、吸引装置７により吸引して排出することにより、ダクトＤ内部を余すところなく清掃することができる。

また、このように圧縮空気をエアノズル１２の噴出孔１５から後方に向かって噴出させることから、前方噴射の場合にホースを伸ばしたときに生じやすくなるエアホース１１の座屈がなく、この後方噴射の反作用により、エアホース１１が前方に引っ張られ、エアホース１１に常に引張り力が作用することになる。そのため、本実施形態におけるダクト清掃装置では、エアホース１１を伸ばして送り出しやすく、またエアホース１１の収納時にも縮めて収納しやすい。

さらに、この後方噴射によって、エアホース１１を伸ばしてダクトＤの壁面付近にエアノズル１２が近付いたとき、図７に示すように、エアノズル１２とダクトＤの壁面Ｗとの間の圧縮空気の流速が速く、エアノズル１２とダクトＤの中央部よりの流速が遅くなるため、エアノズル１２とダクトＤの壁面Ｗとの間の圧力が周囲より低下し、エアノズル１２がダクトＤの壁面Ｗに自分から近付くようになる。したがって、ダクトＤの壁面Ｗ付近にエアノズル１２をおおよそ位置付けさえすれば、エアノズル１２が自らダクトＤの壁面Ｗに近付くようになるため、ダクトＤの壁面Ｗの清掃をより容易く確実に行うことが可能である。

さらに、エアホース１１は可撓性を有するため、ジョイスティック５，６の操作によりエアノズル１２の先端を正確にダクトＤの隅Ｃまで到達させることができなくても、エアホース１１が撓み、壁面の角に沿って自動的にダクトＤの隅Ｃまで到達する。このように、本実施形態におけるダクト清掃装置によれば、エアホース１１の可撓性によりジョイスティック５，６の操作と実際のダクト清掃ロボット１の動作とのずれを吸収することができるため、容易にダクトＤの隅々まで清掃することが可能である。

また、図８に示すようにダクトＤに途中で枝分かれする分岐ダクトＥが接続される場合に、この分岐ダクトＥとダクトＤとの境界部分に段差Ｇが存在することがあるが、クローラ２０，３０によってダクト清掃ロボット１はこの段差Ｇを超えて分岐ダクトＥ内部を移動し、その内部を清掃することが可能である。

本発明のダクト清掃装置は、空調用や換気用などのダクト、特に水平方向に配設されている横型ダクト内の塵埃を吹き飛ばして清掃する装置として有用である。

本発明の実施の形態におけるダクト清掃装置の全体構成図である。 （ａ）は図１のダクト清掃ロボットの斜視図、（ｂ）は（ａ）のダクト清掃ロボットのエアホースを収納した状態を示す斜視図である。 エアノズルの拡大断面図である。 ホース保持部周りの概略構成図である。 ジョイスティックの操作説明のための平面図である。 ダクト内部の隅の清掃の様子を示す説明図である。 ダクト内部の壁面付近の清掃の様子を示す説明図である。 分岐ダクトとの境界部分の清掃の様子を示す説明図である。

符号の説明

１ ダクト清掃ロボット
２ コンプレッサ
３ ＣＣＤカメラ
４ モニタ
５，６ ジョイスティック
７ 吸引装置
８ ホース
９ 信号電力線
１０ 照明装置
１１ エアホース
１２ エアノズル
１２ａ，１２ｂ 錐体
１２ｃ 中空部
１２ｄ 連通路
１３ ホース保持部
１４ 走行装置
１５ 噴出孔
１６ ホース上下可動機構
１６ａ 起伏軸
１６ｂ モータ
１７ ホース送り戻し機構
１７ａ，１７ｂ ホース送り戻しローラ
１７ｃ モータ
２０，３０ クローラ
２１，２２ 駆動輪
２３ 従動輪
２４ 無端環状ベルト

Claims (5)

1. 圧縮気体を送り込んで先端部から噴出させるための可撓性を有するホースと、
   同ホースを上下動作可能かつ伸縮動作可能に保持するホース保持部と、
   同ホース保持部を支持して走行する走行装置とを備えたダクト清掃装置。
2. 前記ホースの先端部に、前記圧縮気体を後方に向かって噴出するエアノズルを備えた請求項１記載のダクト清掃装置。
3. 前記エアノズルは、先細り形状を有する請求項２記載のダクト清掃装置。
4. 前記走行装置は、左右一対の無限軌道により走行するものである請求項１から３のいずれかに記載のダクト清掃装置。
5. 前記ホースの上下動作を遠隔操作する第１の操縦桿と、
   前記左右一対の無限軌道による前進後退動作および左右旋回動作を遠隔操作する第２の操縦桿とを備え、
   前記ホースの上下動作は、前記第１の操縦桿の傾動角度に応じた上下位置に制御するものとし、
   前記左右一対の無限軌道による前進後退動作および左右旋回動作は、前記第２の操縦桿の正規化された前後方向の傾動角度をｘ（−１．０≦ｘ≦１．０）、前記第２の操縦桿の正規化された左右方向の傾動角度をｙ（−１．０≦ｘ≦１．０）、前記無限軌道の駆動輪の回転半径をｒ、前記左右一対の無限軌道間距離をＴとしたとき、前記無限軌道の左右それぞれの駆動軸の回転速度ω_Ｌ，ω_Ｒを式
   

   

   により制御するものとした請求項１から４のいずれかに記載のダクト清掃装置。
   

Images