JP3648804B2 - 水中移動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火力発電所の取水や排水のための水路の清掃や、船舶のスクリューの清掃や、原子炉の圧力容器の内面検査や、その他の水中構造物に対する各種水中作業に用いるための水中移動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、火力発電所等においては、冷却用海水を取水したり排水したりするために海と発電プラントとの間に比較的長い水路が設けられているが、この水路の路面には、種々の貝藻類が付着する。そこで、これら海洋付着生物を除去すべく、水路の路面に沿って自在に走行する水中移動装置が必要となる。
【０００３】
この種の水中移動装置としては、図１０（ａ）（ｂ）に示すようなものが知られている（詳しくは、実開平３−７９３２３号公報を参照のこと）。この水中移動装置ａは、図示するように、装置本体に備えられたスラストファンｂを回転させて噴流を発生させることにより装置本体を水路の水平な路面ｄへ押し付けさせ、この状態で駆動輪ｃを用いて水平な路面ｄ上を走行させるようにしたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようにスラストファンｂの噴流によって装置本体を水路の路面ｄへ押し付けさせるタイプの水中移動装置ａにあっては、図示するように水平な路面ｄではなく垂直な壁面に沿って走行させようとすると、水中移動装置ａを壁面に押し付けて駆動輪ｃに適正な接触圧を与えるために、スラストファンｂの推力を著しく増大させなければならないという問題があり、不経済である。即ち、垂直な壁面に沿って水中移動装置ａ走行させるためには、スラストファンｂのモータを大型化するか、その設置個数を増やすかしなければならなくなるため、台車全体が大型化、大重量化してしまう。
【０００５】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、垂直な壁面を走行するのに好適であり、且つ小型化、軽量化を図り得るようにした水中移動装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、腹側が開口された装置本体と、該装置本体の背側の左右両側に正逆回転自在に設けられたスラストファンと、前記装置本体の腹側の開口の周囲に設けられたシールスカートと、前記装置本体を壁面に沿って移動させるよう駆動輪を備えた移動機構と、前記装置本体を水中にて垂直に立った状態で浮遊させる浮体部と、前記装置本体の外側に設けられた作業工具取付け部と、該作業工具取付け部に取り付けられて水中にて各種作業を行わせる作業工具ユニットとを備え、
前記スラストファンは、左右の回転速度を変えることにより、垂直に立った状態で水中を移動しつつ方向転回させると共に、左右の回転方向を互いに反対にすることにより、垂直に立った状態で転回させ、
前記移動機構の駆動輪は、垂直に立った装置本体の腹側の下部に設けられて取付け位置を重心位置に近くにすると共に、装置本体が壁面に吸着したときに壁面に接し、
前記シールスカートは、壁面吸着時に装置本体内部を負圧に保つべく壁面と接するよう構成されたことを特徴とする水中移動装置にかかるものである。
【０００７】
この場合において、作業工具ユニットが作業工具取付け部に対して変位可能に取付けられても良い。
【０００８】
又、作業工具ユニットは、超音波探傷ユニットでも、清掃ユニットでも良い。
【０００９】
上記構成によれば、スラストファンを正回転又は逆回転させると、装置本体は腹側又は背側へ移動する。
【００１０】
そして、腹側の開口の周囲に設けられたシールスカートが水中の壁面に接すると、そのシールスカートによって装置本体内部が負圧となり、水中移動装置が壁面に吸着される。
【００１１】
この状態で、移動機構を駆動することにより、水中移動装置は壁面上を走行することができる。
【００１２】
ここで、シールスカートの内外間に適度な漏れ水流が生じることにより、スラストファンの駆動系に過負荷が掛ることが防止される。
【００１３】
又、シールリング部と壁面との間の摩擦力が小さくなるため、適度なシール性を確保しつつ移動機構によって容易に移動することが可能となる。
【００１４】
更に、装置本体の外側に作業工具取付け部を介して取付けた作業工具ユニットにより、装置本体を壁面に吸着させつつ、或いは、壁面に沿って走行させつつ、水中にて各種作業を行わせることができる。
【００１５】
この場合において、作業工具ユニットを作業工具取付け部に対して変位可能に取付けることにより、広い範囲に対して一度に作業させることができる。
【００１６】
又、作業工具ユニットは、超音波探傷ユニットや、清掃ユニットなどとすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００１８】
図１〜図６は本発明の第一の実施の形態である。
【００１９】
図示するように、この水中移動装置１は、直径に比べて高さ（全高Ｈ）の低い円筒体６の一端面を円板７で閉止して成る、腹側４が開口した装置本体５を備えている。
【００２０】
そして、円板７の内側の面にはケーシング８が水密に取付けられており、ケーシング８内の上部には浮体部２が、又、下部には錘体部３が形成されている。
【００２１】
前記浮体部２は、空気又は発泡スチロール等が充填された密閉タンク９から成っており、錘体部３は、後述するスラストファン１０ａ，１０ｂや移動機構としての駆動輪１１を駆動するモータ１２〜１７からなっている。そして、これら密閉タンク９及びモータ１２〜１７によって、装置本体５が水中にて垂直に立った状態で浮遊するように浮力調節されている。より詳しくは、装置本体５が僅かに沈降するように浮力調節されている。
【００２２】
スラストファン１０ａ，１０ｂは、円板７の左右両側に形成された腹側４へ向かって延びるダクト１８内にそれぞれ１個ずつ配置されている。即ち、各スラストファン１０ａ，１０ｂは、装置本体５の背側１９に設けられている。この構成によれば、スラストファン１０ａ，１０ｂを正逆回転させることにより、装置本体５を水中にて垂直に浮遊した状態で背側１９又は腹側４へ移動させることができる。そして、左側のスラストファン１０ａは、直列に接続された２個のモータ１２，１３によって駆動され、同様に、右側のスラストファン１０ｂは、直列に接続された２個のモータ１４，１５によって駆動される。各モータ１２〜１５は、電流値が一定になるように制御されており、従って、負荷が大きくなると回転速度が遅くなり、負荷が小さくなると回転速度が速くなるようになっている。
【００２３】
各ファン用のモータ１２〜１５は、上記円板７と平行な面内に四角形状に配置されている。そして、モータ１２と１３の回転軸２０は互いに連結されている。同様に、モータ１４と１５の回転軸２１は互いに連結されている。この構成によれば、全高Ｈを抑えつつ、スラストファン１０ａ，１０ｂの推力を高めることができる。又、左側のスラストファン１０ａ用のモータ１２と１３、右側のスラストファン１０ｂ用のモータ１４と１５は、それぞれ独立して回転速度及び回転方向を制御できるようになっている。
【００２４】
スラストファン１０ａ，１０ｂ用のモータ１２，１５の回転軸２０，２１には、それぞれ段付プーリ２２が取付けられている。各段付プーリ２２は、左右のスラストファン１０ａ，１０ｂの駆動軸に取付けられた段付プーリ２３と、段付ベルト２４によって連動されている。この構成によれば、モータ１２，１３によって左側のスラストファン１０ａが駆動され、モータ１４，１５によって右側のスラストファン１０ｂが駆動される。よって、各モータ１２〜１５の回転速度及び回転方向を制御し、左右のスラストファン１０ａ，１０ｂの回転速度及び回転方向を適宜変更することにより、装置本体５が水中で垂直に浮遊している状態で背側１９又は腹側４へ移動又は転回させることができる。
【００２５】
上記円筒体６の開口の周囲即ち装置本体５の腹側４の開口の周囲には、装置本体５が垂直に立ったまま移動してその腹側４が水中の壁面２５に突き当ったとき、その壁面２５と接して装置本体５内部を負圧に保たせるためのシールスカート２６が設けられている。
【００２６】
シールスカート２６は、図３・図４に示すように、円筒体６の開口の周囲に取付けられた、ゴムなどの自在に変形可能な膜状の樹脂材料からなるフレア部２７と、フレア部２７の外縁に取付けられた、ポリエステル樹脂などの部分的に変形可能な程度の柔軟性を有するドーナツリング状の樹脂材料からなるシールリング部２８とで構成されている。
【００２７】
フレア部２７は、装置本体５内が負圧になるとその吸引力により図４に二線で示すように内方へ引っ張られ、壁面２５に接するように変形する。但し、このときフレア部２７は、装置本体５の内外を完全に液密にシールしてしまうようなことはなく、壁面２５との間で装置本体５の外から内への水流を許容するようになっている。よって、装置本体５内が真空となって完全に壁面２５に固定されてしまうようなことはない。
【００２８】
又、シールリング部２８の外縁には、壁面２５に付着した障害物２９（ゴミやボルトや溶接線や貝類等）を乗り越えるための傾斜面３０が形成されている。
【００２９】
更に、上記ケーシング８の左右には、装置本体５が壁面２５に吸着したときにその壁面２５に接する駆動輪１１が取付けられている。各駆動輪１１は、ケーシング８内に収容された駆動輪用のモータ１６，１７によって駆動される。各駆動輪用のモータ１６，１７は、ファン用のモータ１４，１５にそれぞれ隣接して配置されている。各駆動輪用のモータ１６，１７の回転軸には、ピニオン３１が取付けられている。これらピニオン３１は、各駆動輪１１の駆動軸に取付けられたピニオン３２と歯合されている。
【００３０】
そして、左右の駆動輪用のモータ１６，１７は、それぞれ独立に回転速度及び回転方向を制御できるようになっている。この構成によれば、装置本体５を壁面２５に吸着させた後、左右の駆動輪用のモータ１６，１７の回転速度及び回転方向を制御して左右の駆動輪１１を独立に駆動させることにより、壁面２５上を自在に直進又は旋回走行させることができる。
【００３１】
上記駆動輪１１は、垂直に立った装置本体５の腹側４の下部寄りに設けられている。よって、駆動輪１１の取付け位置は、垂直に立った装置本体５の重心位置に近くなり、壁面２５に接したときのトラクション（接触摩擦）が良好となる。その結果、駆動輪１１の空回りを抑制することができる。又、上記ケーシング８の上部には、ボールキャスタ（従動輪）３３が設けられている。ボールキャスタ３３は、装置本体５の走行方向を自在に変更させ得るようになっている。
【００３２】
上記ケーシング８内の上部には、様々な基板３４及び各モータ１２〜１７用の制御装置３５が設けられている。又、ケーシング８の上部には、コネクタ３６が設けられている。コネクタ３６には、給電用及び制御信号用のケーブル３７（以下、動力伝達用ケーブル３７という）が接続される。動力伝達用ケーブル３７は、水中にて垂直に立った状態で浮遊する装置本体５に対する上下方向の移動を操作する操作ケーブルの機能をも兼ねている。
【００３３】
上記ケーシング８の左右には、壁面２５に対する走行距離を検出するプラニメータ３８が設けられている。プラニメータ３８は、装置本体５が壁面２５上を走行するときに壁面２５に接して転動されるフリクションローラ３９と、フリクションローラ３９の回転数をカウントするロータリエンコーダ（図示せず）とを備えており、これらによって壁面２５上の走行距離を検出するものである。
【００３４】
更に、装置本体５を垂直に立てた時の下部位置に作業工具取付け部４０を突出形成する。該作業工具取付け部４０は、下部に平坦な案内面４１を有しており、該案内面４１に沿って、リニアガイド４２が延設され、リニアガイド４２に沿って移動可能にガイド体４３が取付けられている。
【００３５】
そして、リニアガイド４２の両端部近傍にはそれぞれタイミングプーリー４４，４５が取付けられ、該一対のタイミングプーリー４４，４５間にタイミングベルト４６が掛け渡されて、タイミングベルト４６にガイド体４３が固定され、一方のタイミングプーリー４４の回転軸に接続されたモータなどの工具往復駆動装置４７により、リニアガイド４２に沿ってガイド体４３を往復移動可能としている。
【００３６】
更に、ガイド体４３に工具取付けアーム４８が、図示しないスプリングなどの付勢装置を介して、壁面２５側へ向けて付勢されるように枢着されると共に、工具取付けアーム４８の先端に各種の作業工具ユニット４９が交換可能に保持されている。
【００３７】
作業工具ユニット４９としては、図１〜図３に示すような超音波探傷ユニット５０や、図５・図６に示すようなモータ５１や傘歯車５２，５３を介してブラシ５４を回転するようにした清掃ユニット５５などを使用することが可能である。
【００３８】
尚、５６は作業工具ユニット４９に対し電力を供給したり信号などの送受信を行わせるためのケーブルベアである。
【００３９】
以上の構成からなる本発明の実施の形態の作動について述べる。
【００４０】
上記構成の水中移動装置１は、ケーシング８内の上部に浮体部２としての密閉タンク９を有し、下部に錘体部３としてのモータ１２〜１７を有しているため、水中にて垂直に立った状態で浮遊する。よって、この状態でスラストファン１０ａ，１０ｂを正回転又は逆回転させると、水中移動装置１は水中にて垂直に立った状態で腹側４又は背側１９へ移動する。
【００４１】
そして、左右のスラストファン１０ａ，１０ｂの回転速度を変えることにより、水中移動装置１は垂直に立った状態で水中を移動しつつ方向転回する。又、左右のスラストファン１０ａ，１０ｂの回転方向を互いに反対にすることにより、水中移動装置１は垂直に立った状態でその場で転回する。又、装置本体５に接続された操作ケーブルを兼ねた動力伝達用ケーブル３７を上方から操作することにより、水中移動装置１は垂直に立った状態で水中を上下方向へ移動する。
【００４２】
上記スラストファン１０ａ，１０ｂの操作によって水中移動装置１をその腹側４が水中の垂直な壁面２５に対向した状態で壁面２５に近付け、図２に示すように、水中移動装置１の腹側４の開口の周囲に設けられたシールスカート２６を水中の壁面２５に当接させる。すると、当接されたシールスカート２６により水中移動装置１の装置本体５内が閉空間となるので、スラストファン１０ａ，１０ｂによる排水作用で装置本体５内が負圧になり、このとき発生する吸引力によりシールスカート２６のフレア部２７が図４に示すように内方へ吸引されて変形すると共に、装置本体５内部が負圧に保たれて水中移動装置１が壁面２５に吸着される。
【００４３】
ここで、上記シールスカート２６は、装置本体５よりも広い面積を囲うようにしているため、単位面積当りでは小さな負圧であっても、全体としては大きな吸着力を得ることが可能となる。よって、スラストファン１０ａ，１０ｂのモータ１２〜１５の出力を小さくでき、小型化を図ることができる。
【００４４】
尚、吸引されて変形されたフレア部２７は、壁面２５との間を完全に液密にシールしてしまうようなものではなく、装置本体５の外から内へ流入される漏れ水流程度の水流は通過させることが可能である。よって、スラストファン１０ａ，１０ｂは、この水流分の水量及び負圧にするための水量を排出するように回転される。
【００４５】
このようにして装置本体５が壁面２５に吸着されると同時に、装置本体５の腹側４に設けられた駆動輪１１が壁面２５に接触する。よって、この後はこの駆動輪１１を回転させることにより、水中移動装置１は壁面２５上を走行することができる。ここで、シールスカート２６によって装置本体５内部を負圧に保たせるようにしているため、必要なシール性を確保しつつ両者間の摩擦を小さくすることができるので、上記駆動輪１１によって容易に壁面２５上を走行させることができる。よって、駆動輪用のモータ１６，１７を小型化することができる。
【００４６】
駆動輪１１は、垂直に立った装置本体５の腹側４の下部に設けられているため、取付け位置が重心位置に近くなるので、壁面２５に接したときのトラクション（駆動摩擦）が良好となる。よって、駆動輪１１の空回りが抑制される。又、左右の駆動輪１１の回転速度を変えることにより、水中移動装置１は壁面２５上を旋回走行することができる。このとき、プラニメータ３８によって壁面２５上の走行距離を検出することにより、水中移動装置１の位置決め精度を向上させることができる。又、水中移動装置１の全高Ｈが低く抑えられているため、狭い隙間への侵入も容易にできる。
【００４７】
図４に示すように壁面２５上に障害物２９（ゴミやボルトや溶接線や貝類等）がある場合であっても、水中移動装置１はシールスカート２６のシールリング部２８の傾斜面３０によって容易に乗り越えることができる。このとき、柔軟性のあるシールリング部２８が部分的に変形して多少装置本体５内外のシール性が悪化するため外から内への吸込水流（以下漏れ水流という）が増加するが、スラストファン１０ａ，１０ｂのモータ１２〜１５を電流値一定に制御しているので、装置本体５内をほぼ一定の負圧に保つことができる。即ち、電流値一定制御の場合、モータ１２〜１５は、漏れ水流が多くなれば負荷が小さくなるため回転速度が速まり、漏れ水流が少なくなれば負荷が大きくなるため回転速度が遅くなる。この結果、装置本体５内をほぼ一定の負圧に保つことができるのである。こうして、壁面２５に沿って水中移動装置１を移動しつつ作業工具ユニット４９を用いて水中で各種の作業を行わせる。
【００４８】
即ち、水中移動装置１が壁面２５に吸着される時に、図３に示すように、作業工具ユニット４９も壁面２５に吸着されるので、この状態で、モータなどの工具往復駆動装置４７を駆動し、タイミングプーリー４４を介して一対のタイミングプーリー４４，４５間に掛け渡されたタイミングベルト４６を移動し、リニアガイド４２に沿ってガイド体４３を往復移動させ、ガイド体４３に工具取付けアーム４８を介して支持された作業工具ユニット４９をガイド体４３と一体的に往復移動させ、作業工具ユニット４９の位置を壁面２５に対して水平方向に変位させつつ各種作業を行わせるようにする。
【００４９】
例えば、作業工具ユニット４９が超音波探傷ユニット５０の場合、水中移動装置１を壁面２５に吸着された状態で、或いは、壁面２５に沿って上下に走行させつつ、超音波探傷ユニット５０を水平方向に変位させて壁面２５を超音波探傷することができる。
【００５０】
又、作業工具ユニット４９が清掃ユニット５５の場合、水中移動装置１を壁面２５に沿って上下に走行させつつ、清掃ユニット５５を水平方向に変位させて壁面２５を回転するブラシ５４で清掃することができる。
【００５１】
図７・図８は、本発明の第二の実施の形態であり、水中移動装置１の平面形状を、前記実施の形態における円形から長円形或いは楕円形にしたものである。
【００５２】
そのために、本実施の形態では、モータ１２〜１５とモータ１６，１７を立体的な配置とし、駆動力の伝達に傘歯車５７〜６０を用いるようにしている。
【００５３】
このように、水中移動装置１の平面形状を、長円形或いは楕円形とすることにより、全高Ｈは多少高くなるものの、円形の場合に比べて狭隘箇所への接近性が向上され、作業工具ユニット４９による作業可能範囲を広げることができるようになる。
【００５４】
上記以外については、前記実施の形態と同様の構成を備えており、同様の作用・効果を得ることができる。
【００５５】
図９は、本発明の第三の実施の形態であり、水中移動装置１の平面形状を、前記実施の形態における長円形或いは楕円形から長方形にしたものである。
【００５６】
そのために、本実施の形態では、モータ１２〜１５とモータ１６，１７を立体的な配置とし、水中移動装置１が垂直に立った状態でスラストファン１０ａ，１０ｂを上下に配置させるようにしている。
【００５７】
このように、水中移動装置１の平面形状を、長方形とすることにより、長円形或いは楕円形の場合と同様に狭隘箇所への接近性が向上され、作業工具ユニット４９による作業可能範囲を広げることができるようになる。
【００５８】
上記以外については、前記実施の形態と同様の構成を備えており、同様の作用・効果を得ることができる。
【００５９】
尚、本発明は、上述の実施の形態にのみ限定されるものではなく、水中移動装置１の形状は任意であること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明にかかる水中移動装置によれば、垂直な壁面を走行しつつ各種作業を行い得る小型、軽量の装置を提供することができる。又、スラストファンの左右の回転速度を変えることにより、垂直に立った状態で水中を移動しつつ方向転回させることができると共に、左右の回転方向を互いに反対にすることにより、垂直に立った状態で転回させることができる。更に、移動機構の駆動輪は、垂直に立った装置本体の腹側の下部に設けられて取付け位置を重心位置に近くにするので、壁面に接したときのトラクション（接触摩擦）を良好にすることができる。更に又、シールスカートは、壁面吸着時に装置本体内部を負圧に保つべく壁面と接するので、スラストファンのモータの出力を小さくして装置を小型化することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態を示す水中移動装置の概略斜視図である。
【図２】図１の部分破断平面図である。
【図３】図２の水中移動装置が壁面に吸着した状態を示す側断面図である。
【図４】図３の部分拡大図である。
【図５】清掃ユニットの概略平面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ矢視図である。
【図７】本発明の第二の実施の形態を示す水中移動装置の部分破断平面図である。
【図８】図７の水中移動装置が壁面に吸着した状態を示す側断面図である。
【図９】本発明の第三の実施の形態を示す水中移動装置の部分破断平面図である。
【図１０】従来例を示す水中移動装置の説明図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。
【符号の説明】
１ 水中移動装置
２ 浮体部
４ 腹側
５ 装置本体
１０ａ，１０ｂ スラストファン
１１ 駆動輪（移動機構）
１９ 背側
２５ 壁面
２６ シールスカート
２８ シールリング部
４０ 作業工具取付け部
４９ 作業工具ユニット
５０ 超音波探傷ユニット
５５ 清掃ユニット

Claims (4)

1. 腹側が開口された装置本体と、該装置本体の背側の左右両側に正逆回転自在に設けられたスラストファンと、前記装置本体の腹側の開口の周囲に設けられたシールスカートと、前記装置本体を壁面に沿って移動させるよう駆動輪を備えた移動機構と、前記装置本体を水中にて垂直に立った状態で浮遊させる浮体部と、前記装置本体の外側に設けられた作業工具取付け部と、該作業工具取付け部に取り付けられて水中にて各種作業を行わせる作業工具ユニットとを備え、
   前記スラストファンは、左右の回転速度を変えることにより、垂直に立った状態で水中を移動しつつ方向転回させると共に、左右の回転方向を互いに反対にすることにより、垂直に立った状態で転回させ、
   前記移動機構の駆動輪は、垂直に立った装置本体の腹側の下部に設けられて取付け位置を重心位置に近くにすると共に、装置本体が壁面に吸着したときに壁面に接し、
   前記シールスカートは、壁面吸着時に装置本体内部を負圧に保つべく壁面と接するよう構成されたことを特徴とする水中移動装置。
2. 作業工具ユニットが作業工具取付け部に対して変位可能に取付けられた請求項１記載の水中移動装置。
3. 作業工具ユニットが超音波探傷ユニットである請求項１又は２記載の水中移動装置。
4. 作業工具ユニットが清掃ユニットである請求項１又は２記載の水中移動装置。

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