JP2546958B2 - 磁力吸着式移動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、橋梁・タンク等の鋼製
構造物壁面を自在に移動することができ、点検・補修な
どの維持管理作業等に使用できる磁力吸着式履帯装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】橋梁・タンク等の点検・補修のために、
壁面に吸着して自由に移動できる移動装置が工夫されて
いる。図１２は、ライニング１０１で覆われている磁石
車輪１００を用いた移動装置の原理を示すものである。
即ち、図示しない装置本体は複数の磁石車輪１００によ
って壁面１０５に吸着し、磁石車輪１００の転動によっ
て該壁面１０５を移動する。

【０００３】図１３は、車輪１０２によって壁面１０５
上に支えられた装置本体１０３の下面に、壁面１０５と
間隔をおいて磁石１０４を設けた移動装置である。装置
本体１０３は該磁石１０４によって壁面１０５に吸着
し、車輪１０２の転動によって該壁面１０５上を移動す
る。

【０００４】このほか、真空吸着式の移動装置も知られ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】磁石車輪１００を用い
た図１２の移動装置によれば、円盤形の磁石車輪１００
と壁面１０５は線接触であるため、磁石の質量の割には
大きな吸着力が得られなかった。特に壁面にボルト列な
どの突起があると吸着力はさらに低下してしまう。

【０００６】図１３の移動装置によれば、壁面１０５と
の接地機構である車輪１０２と磁石１０４とが互いに独
立して配置されているため、壁面１０５に設けられたボ
ルト列などの突起物をさけることができる。しかし、磁
石１０４と壁面１０５との間に大きな隙間が必要なため
に磁石１０４の壁面１０５に対する吸着力は非常に弱く
なり、垂直面及び天井面に移動装置を保持できない。

【０００７】また、真空吸着式の壁面移動装置によれ
ば、壁面の段差部などは、真空破壊を起こすために通過
することができない。

【０００８】本発明は、段差、凹凸、突起、曲率などの
ある壁面でも十分な力で吸着して自在に移動できる磁力
吸着式移動装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る磁力吸
着式移動装置は、台枠と、前記台枠に装着されて循環し
て駆動される履帯と、磁性体の走行面に接する前記履帯
の内面に摺動自在に接するように前記台枠に固定され前
記走行面に磁力を及ぼして前記履帯を走行面に押し付け
る磁石とを有する複数の履帯装置と、走行方向に沿って
並ぶ複数の前記履帯装置の隣接する端部同士を互いに連
結するとともに互いに連結されていない側の前記履帯装
置の端部を前記走行面に向けて付勢する弾性連結手段と
を備えている。

【００１０】第２の発明に係る磁力吸着式移動装置は、
前記第１の発明に係る磁力吸着式移動装置を走行方向と
平行に複数設け、前記各履帯装置を互いに回転自在とな
るように連結したことを特徴とする。

【００１１】

【作用】磁力吸着式移動装置は、各履帯装置の全部又は
一部が各履帯の一部を走行面に密着させることによって
走行面に吸着し、履帯の循環駆動によって該走行面上を
走行する。走行面の凹凸等によって一部の履帯装置が走
行面から一時的に浮き上がっても、弾性連結手段によっ
て該履帯装置は走行面へ付勢されるので、走行面と履帯
は直ちに再度密着する。

【００１２】

【実施例】本実施例の磁力吸着式移動装置３０（移動装
置３０）は、４台の履帯装置１を一体に組み合わせた構
造となっている。まず、図１〜図６により、この履帯装
置１について説明する。図１〜図３に示すように、履帯
装置１の台枠２は、下方に開口した凹部３を有してい
る。該凹部３の両側には、斜め上方の外側に向けてフラ
ンジ部４，４がそれぞれ設けられている。台枠２の該フ
ランジ部４には、前記凹部３を覆うように摺動プレート
５がボルト等の固定手段で取り付けられている。摺動プ
レート５の下面には、複数の矩形の溝部６及び突条７が
本装置１の進行方向と平行に形成されている。

【００１３】前記台枠２の進行方向の前端及び後端に
は、駆動ホイール８及び従動ホイール９がそれぞれ設け
られている。各ホイール８，９はブラケット１０，１０
に支持されており、ブラケット１０は支持軸１１を介し
て台枠２に取り付けられている。支持軸１１は台枠２に
対して軸方向の任意の位置で固定板１２によって固定さ
れる。従って、各ホイール８，９の台枠２に対する位置
は所定範囲内で調整でき、両ホイール８，９の間隔は調
整できる。駆動ホイール８の回転軸は台枠の外に突出し
ており、その突出した端部には駆動スプロケット１８が
固設されている。

【００１４】前記両ホイール８，９の周面には歯１３が
形成されており、さらに歯１３にはホイール８，９の回
転方向に平行な複数の溝１４が形成されている。

【００１５】前記台枠２には無端の履帯１５が装着され
ている。図４（ｂ）に示すように、この履帯１５の内面
側には、前記両ホイール８，９の歯１３に噛み合う歯部
１６が形成されている。また同図（ａ）に示すように、
この履帯１５の歯部１６の間には摺動部１７が設けられ
ている。摺動部１７は歯部１６に対して相対的に低い溝
状の部分であり、低摩擦係数材料（例えばふっ素系樹
脂）からなる。即ち、この履帯１５は、ゴムと炭素繊維
等の張力繊維からなる本体に、低摩擦係数材料を複合化
したものである。

【００１６】そして、図４（ａ）に示すように、履帯１
５と摺動プレート５を組み合わせると、履帯１５の歯部
１６は摺動プレート５の溝部６に入るが、歯部１６の頂
部と溝部６の底は接触しない。そして履帯１５の摺動部
１７が摺動プレート５の突条７に接触する。

【００１７】次に、前記台枠２の凹部３内には、前記摺
動プレート５の内側面に磁石２０が設けられている。こ
の磁石２０の上には、適当に選択した複数板の鋼板から
なるヨーク２１が重ねられ、ボルトで磁石２０と一体に
されている。そして、磁石２０及びヨーク２１は、台枠
２に設けられた押えボルト２２によって摺動プレート５
上に固定されている。

【００１８】次に以上のように構成された履帯装置の単
体での作用を説明する。橋梁・タンク等のような鋼製構
造物の壁面に、履帯装置１を吸着させる。磁石２０は、
台枠２の摺動プレート５及び履帯１５ごしに壁面に磁力
を及ぼし、摺動プレート５を介して履帯１５を壁面に押
し付ける。

【００１９】図示しない駆動手段によって駆動ホイール
８に回転トルクを与えると、履帯１５の歯部１６にトル
クが伝達され、履帯１５は台枠２に対して矢印方向に駆
動される。

【００２０】摺動プレート５は台枠２に固定されている
ため、履帯１５は摺動プレート５の突条７に接触する摺
動部１７を摺動面として移動する。この摺動部１７は低
摩擦係数材料で平滑に仕上げられているので、履帯１５
との摺動で発生する内部摩擦力を小さく抑えることがで
きる。

【００２１】また図４（ａ）に示すように、履帯１５の
歯部１６が摺動プレート５の溝部６にはまり込む構造で
あるため、横方向の外力が加わった時に両者が外れるこ
とはない。

【００２２】従って、この履帯装置１によれば、壁面に
接触している履帯１５及び摺動プレート５の厚さは小さ
く、この部分を介して平坦な磁石２０が壁面に吸着力を
生ぜしめる。即ち、磁石２０による吸着力は、接触面の
ほぼ全長にわたってほぼ一定した十分な強さで生じ、装
置１を壁面に確実に吸着させる。従って、走行面である
壁面に、段差、ボルト列などの大きな凹凸面があって
も、脱落することなく確実にこれを乗り越えることがで
きる。

【００２３】例えば、磁石が厚さ２５ｍｍ、平面形状が
２００×１００ｍｍ、重量３．７５ｋｇｆの希土類ネオ
ジウム磁石である場合、磁石の下面と壁面のギャップδ
（ｍｍ）と、装置全体の吸着力Ｓ（ｋｇｆ）との関係
は、図５に示す通りとなった。また、吸着力Ｓ（ｋｇ
ｆ）と走行抵抗の関係は図６に示す通りとなった。図６
より、使用域での走行抵抗は、吸着力の１０％程度であ
り、一般の弾性車輪の走行抵抗／車重比と大差ない。従
って、強力な吸着力を有しているにもかかわらず移動は
円滑に行なわれ、高い実用性を有している。

【００２４】次に、図７に示すように、本実施例の移動
装置３０は、前述したような安定した走行機能を有する
履帯装置１が４台組み合わされて構成されている。本移
動装置３０の基体となる中心軸３１の両端には、それぞ
れフレーム３２，３２が設けられている。フレーム３２
は移動装置３０の移動方向に沿った細長い箱状の部材で
あり、そのほぼ中央部において前記中心軸３１に揺動自
在に取り付けられている。

【００２５】各フレーム３２の一端には、それぞれモー
タ３３が設けられている。また、各フレーム３２の他端
と、各モータ３３の近傍には、それぞれ履帯装置１がフ
レーム３２に対して回動自在となるように支持軸３４を
介して設けられている。即ち、各フレーム３２ごとに、
それぞれ２台づつの履帯装置１，１が、移動方向に沿っ
て所定間隔をおいて並設されている。

【００２６】各フレーム３２において、二本の支持軸３
４，３４には、それぞれスプロケット３５が設けられて
いる。両支持軸３４，３４のスプロケット３５，３５は
チェン３６を介して連動しており、また各支持軸３４，
３４のスプロケット３５，３５と該支持軸３４に支えら
れる履帯装置１の駆動スプロケット１８とはチェン３７
で連動するようになっている。そして、一方の支持軸３
４のスプロケット３５が、前記モータ３３によって駆動
されるようになっている。従って、２台のモータ３３を
駆動することによって、左右のフレームごとにそれぞれ
２台の履帯装置１，１を同方向又は逆方向に駆動するこ
とができる。

【００２７】図７及び図８に示すように、共通のフレー
ム３２に連結された前後一対の履帯装置１，１は、リン
ク部４１とコイルバネ４２を有する弾性連結手段４０に
よっても連結されている。

【００２８】即ち、２台の履帯装置１，１において、隣
り合う両ホイール８，９の各回転軸の端面には、長孔４
３ａを有する固定部材４３が、該長孔４３ａを挿通する
ピン４４によってそれぞれ連結されている。そして各固
定部材４３のねじ部４３ｂがターンバックル４５の両端
にねじ込まれて、両履帯装置１，１を所定の自由度で連
結するリンク部４１を構成している。

【００２９】前記リンク部４１のターンバックル４５
と、各履帯装置１の台枠２の側面とは、それぞれコイル
ばね４２によって連結されている。コイルばね４２の一
端はターンバックル４５の中央下側に連結され、他端は
前記ピン４４よりも下方において台枠２に回動自在に固
定されている。このコイルばね４２は、引き伸ばされた
状態で取り付けられ、リンク部４１のピン４４を中心に
各履帯装置１を下方へ回動する方向へ付勢している。従
って、この一対の履帯装置１，１を壁面から離せば、一
対のコイルばね４２，４２の付勢力によって両履帯装置
１，１は履帯１５の接触面側を互いに接近させる方向に
移動することになる。

【００３０】なお、以上の構成の説明ではふれなかった
が、この移動装置３０を自走式の検査・補修ロボット等
として用いるのであれば、それに必要な装備等を前記フ
レーム３２乃至中心軸３１等に搭載する必要がある。例
えば、検査装置、修理装置、動力源、装備及びモータ等
の制御装置、遠隔操縦装置等をフレーム３２等に備えつ
ける。

【００３１】次に、本実施例の移動装置３０の作用を説
明する。まず、本移動装置３０を橋梁・タンク等のよう
な鋼製構造物の壁面に吸着させる。壁面に対する吸着及
び移動時の作用は、履帯装置１単体の場合とほぼ同じで
あるが、複数台の履帯装置１による吸着効果は強力であ
る。

【００３２】次に、本移動装置３０が垂直な壁面上でボ
ルト列等の段差部を乗り越える際の作用を説明する。ま
ず、各フレーム３２において、一対の履帯装置１，１
は、両端を長孔４３ａで支持されたリンク部４１によっ
て連結されているので、この長孔４３ａとピン４４のあ
そびによって図９（ａ），（ｂ）に示すように動くこと
ができる。

【００３３】そして図１０に示すように前方の履帯装置
１ａが垂直な壁面５０を上昇して段差部５１を乗り越え
ようとすると、この上側の履帯装置１ａは先端が持ち上
がって壁面５０から大きく離れ、壁面５０との接触面積
がきわめて小さくなる。図１０において、段差部５１に
乗り上げて位置（Ａ）にある履帯装置１ａは矢印θ_Y方
向の変位の限界にある。

【００３４】この時、段差部５１に乗り上げている方の
履帯装置１ａとリンク部４１とを連結している一方のコ
イルばね４２は図示のように伸びている。このコイルば
ね４２が上方の履帯装置１ａに復元力を与えるので、こ
のまま上側の履帯装置１ａが外へ倒れてしまうことはな
い。そして、この復元力により、該履帯装置１ａは壁面
５０側に引き戻され、段差部５１の上に素早く乗り移っ
て履帯１５を走行面に密着させることができる。

【００３５】本移動装置３０は、このように弾性連結手
段４０を介して所定の回転自由度でフレームに連結され
た２台の履帯装置１，１を２組有しており、さらに各組
が中心軸３１に対して自在に回動できるようになってい
る。従って、四つの履帯装置１の壁面５０に対する接地
点の高さに相対的な差異があっても、各履帯装置１は常
に壁面５０と接触し、走行面に段差部５１等があっても
常に十分な吸着力で走行面に吸着して走行することがで
きる。

【００３６】なお、この移動装置３０の走行方向を変え
る時は、進行方向の左右にある履帯装置１の駆動スピー
ドを変えればよい。またモータ３３の逆転によって後退
することもできる。

【００３７】図１１は、本実施例の移動装置３０の垂直
な壁面５０における力学的釣合いを模式的に示したもの
である。ここで、Ｇ：重心、Ｗ：自重、Ｓｕ：上部履帯
装置１台の吸着力、Ｓ_L ：下部履帯装置１台の吸着力、
μ：履帯と壁面との粘着係数、Ｆｕ：上部履帯の粘着
力、Ｆ_L ：下部履帯の粘着力、Ｌ：ホイールベース、
ｈ：壁面からの重心オフセットであり、ここでＦｉ＝μ
Ｓｉが成り立つ。

【００３８】滑り落ちない条件は、 ２μ（Ｓｕ＋Ｓ_L ）＞Ｗ … 上履帯がはげ落ちない条件は、 ２・Ｓｕ・Ｌ＞Ｗ・ｈ …

【００３９】２台の履帯装置１，１が共にボルト列上に
ある時の吸着力が最も弱くなるので、その時の吸着力が
上の２式，を満たすように磁石等の条件を定めれば
よい。

【００４０】以上説明した一実施例では、履帯装置１を
前後に２台並べて連結し、これを左右に並べて計４台の
履帯装置１を用いた。しかしながら、進行方向に３台以
上の履帯装置１を一列に並べて弾性連結手段４０で連結
してもよいし、２台又は３台以上の履帯装置１を連結し
たものを、左右に２列以上並べて一体にしてもよい。

【００４１】

【発明の効果】本発明の磁力吸着式移動装置によれば、
磁力によって壁面に吸着する複数の履帯装置を弾性連結
手段で連結し、走行面から浮き上った履帯装置には走行
面側へ向いた力が働くようにしている。

【００４２】従って本発明によれば、履帯が走行面に対
して不完全接触（点接触、線接触）となる段差部等にお
いては、当該履帯装置の吸着力の減少分は完全接触（面
接触）している他の履帯装置によって補われ、さらに浮
き上がった履帯装置は転倒することなく弾性連結手段の
付勢力によって走行面に戻される。これによって、滑り
落ちや剥がれ落ちのない十分な吸着力を確保できるとと
もに、安定した状態で凹凸のある走行面を移動すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例における履帯装置の平断面図である。

【図２】一実施例における履帯装置の正面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ切断線における断面図である。

【図４】（ａ）は図３の履帯付近の拡大断面図であり、
（ｂ）は図３のｂ−ｂ切断線における断面図である。

【図５】一実施例における磁石と壁面の間隔と吸着力と
の関係を示すグラフである。

【図６】一実施例における吸着力と走行抵抗の関係を示
すグラフである。

【図７】一実施例の移動装置の平断面図である。

【図８】一実施例の移動装置の弾性連結装置を示す図で
ある。

【図９】一実施例の移動装置における履帯装置の変位を
示す図である。

【図１０】一実施例の移動装置の作用を示す図である。

【図１１】一実施例の移動装置の走行面における力学的
な釣合いを示す模式図である。

【図１２】従来の磁石車輪を示す図である。

【図１３】従来の移動装置の他の構造例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 磁力吸着式履帯装置（履帯装置） １５ 履帯 ３０ 磁力吸着式移動装置（移動装置） ４０ 弾性連結手段 ５０ 走行面としての壁面

フロントページの続き (72)発明者 朝倉 義博 兵庫県明石市朝霧３−１−８ 第２水野 マンション102 (72)発明者 谷口 弘文 静岡県富士市大渕2711−５ (56)参考文献 実開 昭62−90281（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−12075（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 台枠と、前記台枠に装着されて循環して
   駆動される履帯と、磁性体の走行面に接する前記履帯の
   内面に摺動自在に接するように前記台枠に固定され前記
   走行面に磁力を及ぼして前記履帯を走行面に押し付ける
   磁石とを有する複数の履帯装置と、 走行方向に沿って並ぶ複数の前記履帯装置の隣接する端
   部同士を互いに連結するとともに互いに連結されていな
   い側の前記履帯装置の端部を前記走行面に向けて付勢す
   る弾性連結手段とを備えた磁力吸着式移動装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の磁力吸着式移動装置を走
   行方向と平行に複数設け、前記各履帯装置を互いに回転
   自在となるように連結した磁力吸着式移動装置。