JP2013169205A - 水槽壁面清掃装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水族館大型展示水槽用壁面清掃装置において、片手で容易に操作できる大きさと重量であり、作業者及び展示魚類の感電事故ならびに魚類に及ぼす電磁波の影響を防止する構造とし、清掃装置に吸引力を与え清掃に必要な押し付け力を得、汚れた排水は浄化して水槽に戻し水槽の濁りを防止するロボットを提供する。
【解決手段】２個の円盤清拭体４，５を並列に配し、互いに逆方向に回転させることにより、清掃装置に伝わる回転反力を打ち消し、さらに２個の円盤清拭体４，５を逆位相で同変位量だけ偏心運動させることにより、清掃領域が広くし、清掃効率が向上する。エアモータ３を動力源として用い、吸水ポンプで清掃装置に吸引力を与え、水中に電線を配する必要がなくエアチューブの浮力で配管の沈みを防止する。水槽壁面に点在する強固な汚れは、工具不要簡単取り替えにてペンシル型局所用清掃装置に交換し、能率の良いきめ細かな清掃に寄与できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、水槽壁面に傷を付けない不織布、フェルト、スポンジ等を清拭体に持つ水槽壁面清掃装置において、２枚の回転円盤を並列に配し、それらを互いに逆方向に回転させることにより清掃装置本体に生じる反力を打ち消し、さらに２枚の円盤を逆位相で同じ変位量だけ偏心回転運動させ、広範囲に付着する壁面の汚れを効率よく除去する円盤型汎用清掃装置と、壁面に点在して固く付着する汚れを強力に除去するペンシル型局所用清掃装置の両者に関する。

水族館の大型水槽には、水槽内の水を全て抜き取った後に清掃できるタイプのものと、水を張ったまま清掃しなければならないタイプのものがあるが、後者のタイプの清掃が課題となっている。

水槽壁面には苔や藻が付着しやすく、季節を問わず毎日こまめに清掃をしなければならないが、一般的な清掃方法としては、作業者が潜水し、一方の手で吸盤を操作して体のバランスを取りながら、他方の手でスポンジ等を用いて擦り落としているのが現状で、作業者の負担は過酷で、他の業務にも支障をきたしており、清掃作業の負担軽減は急務である。

［０００３］に示す理由から、いくつかの水槽清掃ロボットの製作例が散見されるが、水族館の展示用大型水槽壁面は浴場や水泳用プールのような単純な形状ではなく、自動ロボットでは条件設定が困難で、未だ実用化されたものは見あたらず、たとえば［特許文献１］は水槽の底面、壁面ともに清掃できるが、浴場や水泳プールの清掃を対象に開発されたもので、水槽の水を抜き取った後で清掃するタイプであり、しかも洗浄剤を用い、さらに電線を直接ロボットに接続するタイプであるため、水族館の水槽清掃用としての使用は困難である。また［特許文献２］は上水道施設等の水槽の底面を清掃することを目的に開発されたもので、水を抜き取らずに清掃できるが、水槽壁面の清掃は不可能である。

水槽壁面の材質はアクリル面、ガラス面、コンクリート面等が混在して構成されているため、苔や藻の発生程度に差があり、さらに同じ材質の壁面でも光の当たり具合などにより発生は不均一で、場所的な差が大きいため、自動ロボットで通り一遍に清掃しても汚れの完全なる除去は困難で、特に固苔と呼ばれる強固に付着した苔や藻の除去には、自動ロボットにて清掃した後に、再び旧来の手作業による除去作業が不可避である。

一般的な清掃装置には、フェルトやスポンジ、ブラシ等を清拭体としたカップ型円盤を回転させ、その端面を被清掃面に押し付けて汚れを除去する方式や、同じくフェルトやスポンジ、ブラシ等の平板清拭体に往復運動を与え、被清拭面に押し付けて汚れを除去する方式等が考えられるが、本発明は前者に属し、２個のカップ型で端面がドーナツ状の円盤を並列に配し、それぞれを互いに逆方向に回転させることにより、円盤の回転に伴う反力によって清掃装置本体が回転しようとする力を打ち消し、さらに２個の円盤を同じ変位量だけ偏心回転運動をさせることにより、円盤１回転当たりに１回転の公転と１回転の自転が得られ、清拭効率が向上するを基本とする。

清掃の作業能率を高めるために、円盤端面の清拭体面積を大きくする方法があるが、清拭体接触面積を大きくすると単位面積当たりの押しつけ圧力が低下するため、大きな押し付け力を必要とする問題が生じる。

清掃装置の動力源として水中電動機を用いるなどして、直接電線を水に触れさせる用い方は、万一の漏電による作業者および展示魚類の感電事故に関する問題と、通電による微弱な電磁波の発生が展示魚類の健康に及ぼす悪影響に関する問題が生じる。
特開平１１−１９２１９６ 特開２００１−９６２４７

清掃装置を小型軽量ハンディータイプにすることにより、水槽壁面の汚れを作業者が直接目で確認しながら作業できるため、壁面の材質および汚れの程度に合わせた最適な清掃作業設定が可能となり、また複雑な凸面、凹面等の曲面を持つ壁面にも容易に対応できる。

１個の円盤清拭体をもつ清掃装置では、清掃機本体が清拭体の回転とは逆の方向に回転しようとする反力が生じ、安定な清掃作業の妨げとなるが、本発明では、２個の円盤清拭体を並列に配し、それぞれを互いに逆の方向に回転させることにより、反力を相殺させ、安定な清掃作業を可能にしている。

２個の円盤清拭体を逆位相で、同変位量だけ偏心回転させることにより、作業面積を広くすることが可能になるばかりでなく、回転軸が１回転するとき円盤清拭体は１回転の公転運動と１回転の自転運動をするため、清掃効率が向上する。

吸水ポンプを用いて清拭室内を負圧にすることにより清掃装置に吸引力が発生し、この力を清掃に必要な押し付け力として利用することにより、作業労力が軽減できる。

作業者および展示魚類の感電事故防止と、微弱電磁波による展示魚類への悪影響を防止する目的で、高圧エアモータを動力源として用い、水中にはエアモータ用のナイロン製エアチューブと、吸水ポンプに接続するビニール製吸水ホースのみ配し、電気配線は一切水中に浸さない安全設計とした。

水槽壁面の汚れの程度に合わせた、円盤型汎用清掃装置とペンシル型局所用清掃装置の使い分けにおいて、動力源であるエアモータを工具不要交換方式にすることにより、両者にエアモータを共用でき、製作コストの低減に寄与する。

本発明の目的は、以下に示す手段により達成される。

（１）小型軽量ハンディタイプとすることにより、水槽壁面を構成するアクリル、ガラス、コンクリートなどの異なる材質および複雑な曲面形状の清掃に対応でき、また場所的な苔、藻、汚れなどの程度の差にも作業者の視覚で直接確認しながら対応できる。

（２）２個の円盤清拭体を並列に配置し、それぞれを互いに逆回転させれば、円盤の回転による反力が互いに相殺されて、清掃装置本体には清拭体の回転による反力の発生は少なく、安定した安全な清掃作業が実現できる。

（３）２個の円盤清拭体に、互いに逆位相、同変位の偏心運動を与えれることにより、それぞれの円盤１回転あたりに１回転の公転と１回転の自転運動が実現できるため、清掃面積を広くできるばかりでなく、清掃効率の向上が実現できる。

（４）吸水ポンプを用いて清拭室内を負圧にすることにより清掃装置に吸引力が発生し、これが清掃に必要な壁面への押し付け力として作用するため、作業者の労力が軽減でき、また清掃装置を小型に設計することにより清拭体と壁面との接触面積が小さくなり、小さな吸引力で、清掃に必要かつ十分な圧力（押付力）を得ることが可能である。

（５）海水は電導性が高く、水中に電気配線を行えば、万一の漏電時には作業者および展示魚類が危険に晒され、また漏電がなくとも電線から発生する微弱な電磁波による展示魚類への悪影響が懸念されるが、動力源としてエアモータを採用することにより、エアコンプレッサと吸水ポンプは共に陸上部に設置できるため、水中にはエアチューブと吸水ホースのみを配せばよく、電気配線は一切不要である。

（６）上記の水中に配したエアチューブと吸水ホースが水中深く沈むと、作業者の負担となるが、長いエアチューブ内には空気が満たされ、これが大きな浮力を産み、エアチューブと吸水ホースを一緒に束ねておけば、共に水面に浮き、作業者の負担が少ない。

（７）比較的広い清拭面をもつ円盤型汎用清掃装置では、中・軽度の汚れは容易に除去できるが、水槽壁面に付着する苔、藻、汚れなどは一様でなく、場所的な差が大きく、特に局所的に強く付着するいわゆる固苔の除去は困難であるため、固苔除去専用に、清拭面が狭いペンシル型局所用清掃装置が有効となる。

以上説明した本発明によれば、請求項ごとに以下のような効果が得られる。

請求項１に記載の本発明によれば、水槽壁面の全域にわたって薄く付着する苔、藻、ゴミ等（通称柔苔と呼ぶ）を能率よく除去する円盤型汎用清掃装置と、壁面に点在して強く付着する苔、藻、ゴミ等（通称固苔と呼ぶ）を強力に除去するペンシル型局所用清掃装置の動力源を工具不要交換方式としたため、はじめに円盤型汎用清掃装置を用いて、水槽壁面全域に付着する柔苔を素早く除去し、その後動力源をペンシル型局所用清掃装置に付け換え、点在する固苔を取り除くことにより効率的な作業が実現できる。

請求項２に記載の本発明によれば、円盤型汎用清掃装置とペンシル型局所用清掃装置の動力源をエアモータ共用方式としたため、電線を一切水槽中に浸す必要がなくなり、作業者及び展示魚類の感電事故が予防でき、さらに展示魚類への微弱な電磁波の悪影響をも防止できる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。なお、以下の説明において、初めに、水槽壁面の全体に薄く付着する柔苔の除去を対象とする、清拭室に２個の円盤清拭体を並列に配した円盤型汎用清掃装置についての概略を説明し、続いて、水槽壁面に点在する固苔の除去を対象とするペンシル型局所用清掃装置について説明する。

以下、図１に示す水槽壁面清掃装置の全体構成図を用いて、清掃作業の概略を説明し、次に図２に示す２個の円盤清拭体を並列に配した円盤型汎用清掃装置について説明し、図３と図４に示す各部の詳細図を用いて清掃の原理を説明し、さらに図５に示すペンシル型局所用清掃装置について説明し、図６により円盤型とペンシル型のエアモータ工具不要交換方法について説明する。

水槽壁面清掃システムの全体構成

図１は、本発明の水槽壁面清掃装置の全体構成を示す図面である。

水槽の外部に設置したエアコンプレッサー（１）にエアチューブ（２）を介してエアモータ（３）を接続し、得られる回転動力を、４個の歯車を介して２個の円盤清拭体Ｉ（４）と円盤清拭体ＩＩ（５）に伝え、２個の清拭体は互いに逆向きに回転させる（図３参照）。

エアコンプレッサー（１）の空気量を調整すれば、円盤清拭体Ｉ（４）とＩＩ（５）の回転速度の調整ができる。エアコンプレッサー（１）からの空気量の調整は、安全並びに作業性の能率アップのため、コンプレッサーの出口側（６）と、清掃装置本体の入り口側（７）の２カ所に設けたエア調整バルブにて行うことができる。

水槽の外部に設置した水ポンプ（８）を、水ホース（９）を介して円盤型汎用清掃装置本体に接続し、清拭室（１０）内の水を吸引することにより、清拭室内を負圧に保ち、清掃装置本体を壁面に適当な吸引力にて吸着させ、清掃作業に必要な押し付け力を得る。

上記において、水ポンプ（８）により清拭室（１０）内の水を吸引すれば、清掃された壁面の汚れは全て水と一緒に排出され、この排水を浄水器（１１）に通したのち水槽に戻せば、水槽水の汚れを防止できる。

上記［００２６］に用いたエアモータ（３）は袋ねじ（２３）を手動で回すことにより容易に脱着ができ（図６参照）、取り外したエアモータをペンシル型局所用清掃装置（図５参照）に接続することにより、高価なエアモータを円盤型とペンシル型の両清掃装置に共用できる。

水槽壁面清掃装置本体の構成

円盤型汎用清掃装置

図２は円盤型汎用清掃装置本体の構造を、図３は清掃装置内部の運動伝達系統を、図４は２個の円盤清拭体の偏心運動機構を示す図面である。

エアコンプレッサー（１）からエアチューブ（２）を介して供給される圧縮空気により、エアモータ（３）が回転し、エアモータの出力軸（１２）に、カップリング（１３）を介して接続された駆動歯車（１４）に回転が伝わり、それにかみ合わされた被動歯車Ｉ（１５）および被動歯車ＩＩ（１６）、被動歯車ＩＩＩ（１７）に回転が伝達し、円盤清拭体Ｉ（４）と円盤清拭体ＩＩ（５）が、互いに逆の方向に回転するため、清拭体の回転による清掃装置本体への反力が打ち消され、作業の安定化が図れるとともに、駆動歯車と被動歯車Ｉの歯数は同一で、被動歯車ＩＩおよび被動歯車ＩＩＩとの歯数比をほぼ２倍としたため、エアモータの回転数が約２分の１に減速されて円盤清拭体に伝達されるため、清拭体にはモータの回転トルクの約２倍の回転トルクが得られ、出力の小さいエアモータでも必要かつ十分な清掃作業力を得ることができる（図３参照）。

被動歯車Ｉ（１５）と被動歯車ＩＩＩ（１７）のそれぞれの回転軸先端に偏心クランク（１８）を取り付け、回転軸から偏心量だけずらした位置にそれぞれ円盤清拭体Ｉ（４）と円盤清拭体ＩＩ（５）を取り付けて回転させると、両円盤清拭体は、モータ軸１回転につき１回転の公転と１回転の自転の偏心運動を行うことになり、清拭面積を広くできるばかりでなく、清掃効率を向上できる（図４参照）。

清拭室（１０）内を負圧にして円盤型清掃装置を水槽壁面に吸引させるため、清掃装置の吸水ホース接続口（１９）に吸水ポンプ（８）から導いた吸水ホース（９）を接続し、吸引効果を高めるため、清拭室外周にスカート（２０）を取り付けた。ポンプ出口側の水量調整バルブＩ（２１）もしくは清掃装置入り口側の水量調節バルブＩＩ（２２）でポンプ流量をコントロールすれば、最適な吸引力が容易に得られる。なお、水槽のアクリル面に傷をつけることがないようにスカートの材質にはゴム等の材料が良い。

ペンシル型局所用清掃装置

図５はペンシル型局所用清掃装置の構造を示し、図６はエアモータの工具不要交換機構を示す図面である。

エアモータ（３）を共用するために設けた袋ねじ（２３）を手動で回転させて円盤型汎用清掃装置（図１）からエアモータ（３）を取り外し（図６参照）、ペンシル型局所用清掃装置（図５）に取り付ける。ペンシル型局所用清掃装置の内部ははカップリング（１３）とベアリング（２４）、オイルシール（２５）で構成されており、回転軸の先端に、用途により不織布、フェルト、スポンジ、ナイロンブラシ等小径のペンシル清拭体（２８）を固定したシンプルな構造を持つ。

円盤型並びにペンシル型清掃装置の使用方法

図１から図４により、本発明の円盤型汎用清掃装置の使用方法を説明し、図５と図６によりペンシル型局所用清掃装置の使用方法およびエアモータ脱着方法を説明する。

図１に示すエアコンプレッサー（１）に、エアチューブ（２）を介してエアモータ（３）を接続し、また吸水ポンプ（８）を、吸水ホース（９）を介して円盤型汎用清掃装置本体の吸水ホース接続口（１９）に接続し、それぞれに電源を投入し、正常運転を確認する。

清掃装置本体を水中に持ち込み、吸水ポンプ（８）の吐出量を水量調整バルブＩ（２１）もしくはＩＩ（２２）にて調整し、清掃装置本体の壁面への吸着力を最適状態に合わせる。

エアモータ（３）に供給するエア量を、エア調整バルブＩ（６）およびＩＩ（７）にて調整して円盤清拭体を最適な回転数に設定し、手動にて清掃装置を上下もしくは左右にゆっくり動かしながら清掃作業を行う。

局所的なひどい汚れや固苔等を除去したいときは、円盤型汎用清掃装置（図２）から取り外したエアモータ（３）を、図５に示すペンシル型局所用清掃装置に取り付け、汚れのひどい部分を集中的に清掃するが、エアモータの取り替えは図６に示すように袋ナット（２３）を手動で外し、軽く左右に回転させながら円盤型汎用清掃装置から抜き取り、ペンシル型局所用清掃装置への取り付けは、Ｏリング（２６）に傷をつけないように、左右に回転させながらゆっくり押し込み、袋ナット（２３）を手動にて確実に締め付ければよい。清掃装置入力軸（２７）の先端は４角錐に加工され、またカップリング（１３）の受け穴が４角穴であるため、位相合わせの必要がなく自動的にはめ合わせることができる。ペンシル型清拭体は小径であるため、歯車での減速は行わず高速回転させるが、回転数の調節はエア調整バルブＩ（６）またはＩＩ（７）にて行う。通常、ペンシル型局所用清掃装置には吸水ポンプは用いずに、人力にて清拭体を壁面に押し付ながら清掃作業を行うが、清掃中の汚れた排水の浄化が必要なときは、別途吸水ポンプの設置も可能である。

産業の利用可能性

水族館の大型展示水槽壁面の清掃は、水族館員等が多大の労力をかけて手作業にて行っているのが現状である。いくつかの水槽掃除ロボットの試みも散見される（特許文献１、特許文献２など）が、水族館の壁面用清掃装置として実用化されたものはいまだ見当たらない。本発明の水槽壁面掃除装置は作業員の手作業を補助する、いわゆるお助けロボットとしての位置づけであり、作業者が壁面の汚れの程度を目で確認しながら、円盤型汎用清掃装置とペンシル型局所用清掃装置のいずれかを使い分けることにより、異なる壁面材質並びに複雑な形状の壁面を、作業者の負担を軽減しながら能率よく清掃できる。

水族館以外のたとえば水泳プールなどの壁面清掃作業にも利用可能で、特にシーズン中に、プールの水を張ったままで、水を濁すことなく清掃できる。

水槽壁面清掃装置の全体構成を示す概略図である。 円盤型汎用清掃装置の構造を示す設計図面である。 円盤型清掃装置内部の歯車伝達系統を示す概略図である。 ２個の円盤清拭体の偏心運動機構を示す概略図である。 ペンシル型局所用清掃装置の概略図である。 エアモータの脱着機構を示す概略図である。

１：エアコンプレッサ
２：エアチューブ
３：エアモータ
４：円盤清拭体Ｉ
５：円盤清拭体ＩＩ
６：エア調整バルブＩ（コンプレッサー出口側）
７：エア調整バルブＩＩ（清掃装置本体入り口側）
８：吸水ポンプ
９：吸水ホース
１０：清拭室
１１：浄水器
１２：エアモータ出力軸
１３：カップリング
１４：駆動歯車
１５：被動歯車Ｉ
１６：被動歯車ＩＩ
１７：被動歯車ＩＩＩ
１８：偏心クランク
１９：吸水ホース接続口（本体側）
２０：スカート
２１：水量調節バルブＩ
２２：水量調節バルブＩＩ
２３：袋ナット
２４：ベアリング
２５：オイルシール
２６：Ｏリング
２７：清掃装置入力軸
２８：ペンシル清拭体

Claims (2)

1. 水族館の大型水槽壁面用清掃装置において、壁面の広い範囲にわたって薄く付着する苔等の除去を対象として、互いに逆方向に回転する２個の円盤清拭体のそれぞれに同じ変位量の偏心運動を与えることにより清掃作業の効率を高め、吸水ポンプによる清拭室内の負圧による吸引力が清掃に必要な清掃装置の壁面への押し付け力となり、さらに排出される汚れた排水は浄化器を通して水槽に戻すことにより水槽水の清浄を保つことができる円盤型汎用清掃装置と、壁面に点在して強く付着する苔等の除去を対象とする、高速で回転する小径円筒清拭体のエッジ部の狭い接触面で能率良く作業を行うペンシル型局所用清掃装置の、目的の異なる２種類の清掃装置における動力源を、工具不要交換方式にて共用することを特徴とする水槽壁面用清掃装置。
2. 請求項１に示す円盤型汎用清掃装置とペンシル型局所用清掃装置の動力源を共用することにより高価なエアモータの採用にもかかわらず製作コストが低減でき、エアモータ駆動用コンプレッサ及び吸水ポンプは共に陸上に設置できるため、水中には電線類を一切浸す必要がなくなり、作業者と展示魚類の感電事故を予防することができ、また展示魚類への微弱な電磁波の悪影響をも防止することができることを特徴とする水槽壁面用清掃装置。

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