JP4208949B1 - 配管内清掃ノズル及び配管内清掃装置 - Google Patents

Abstract

【課題】清掃ノズルの旋回開始動作を簡単に、確実に、そして安全に実行させる。
【解決手段】断面が略丸形である配管内に付着した堆積物を除去するための配管内清掃ノズルであって、ホースの先端部に接続されるシャフトと、シャフトの周りに回転自在に取り付けられたカバーと、カバーの内側に取り付けられてカバーと一緒に回転する羽根車と、を備え、カバーの先端部が先細形状をしており、清掃ノズルを略丸形の配管の底壁面に載置したときに斜め後方上向きであり且つ清掃ノズルの側方移動方向と逆向きに高圧空気を放出する第二放出孔が、シャフトの中空部と後端外周面とを連通するように形成されている。
【選択図】図６

Description

本発明は、断面が略丸形である配管内に付着した堆積物を除去するための配管内清掃ノズルおよび当該清掃ノズルを用いた配管内清掃装置に関する。

配管の内壁面に付着した堆積物を除去する配管内清掃装置としては、エアホースの先端にノズルを取り付けてノズルからの高圧空気をダクトの内壁面に吹き付けるようにしたもの（例えば、特許文献１を参照）や、ダクト内を走行する清掃ロボット等が提案されている。

ノズルからの高圧空気を配管の内壁面に吹き付けるだけでは、配管の内壁面に強固に付着した堆積物を十分に除去することができない。また、清掃ロボットは、高価で構造が複雑であるという問題がある。そこで、配管の内壁面に強固に付着した堆積物でも十分に除去して清掃することができる配管内清掃ノズルが提案されている（例えば、特許文献２を参照）。

特許文献２に開示された配管内清掃ノズルは、高圧空気を供給するホースの先端部に接続されており、噴射された高圧空気が羽根車を回転させ羽根車の回転に伴ってカバーも回転することにより、清掃ノズルが配管の内壁面に沿って旋回する。そして、羽根車に噴射された高圧空気が放出孔から放出され、放出孔から放出された高圧空気が配管の内壁面に付着している堆積物を吹き飛ばすとともに、清掃ノズルに前方移動力を与える。したがって、特許文献２の清掃ノズルは、配管の内壁面に沿って旋回しつつ前方に推進することで、配管の内壁面に付着している堆積物を清掃するというものである。
特開平１０−３３９５０２号公報 特開２００２−１０２８１２号公報

上記特許文献２に開示された配管内清掃ノズルは、一旦旋回動作を開始すると、その後は旋回動作を順調に行い、配管の内壁面に強固に付着している堆積物でも十分に除去して清掃することができるが、高圧空気を供給してから旋回動作を開始させるまでの旋回開始動作において課題を残している。

すなわち、清掃対象の配管内に上記清掃ノズルを載置して高圧空気をホースから供給しただけでは、清掃ノズルの旋回動作がスムーズに開始しないという課題がある。そこで、清掃作業者が清掃ノズルに接続されたホースを適当にねじることが行われている。ホースを適当にねじることにより、ねじられたホースの先端にある清掃ノズルがある状態になったときに清掃ノズルが突然に旋回動作を開始して、その後は順調な旋回動作が行われる。

しかしながら、このような清掃ノズルの旋回開始動作は、清掃作業者のカンと経験に基づいた作業により行われており、また、清掃ノズルが突然に進行方向の逆方向に向きを変えて、清掃作業者の方に高速で向かってくることがあり、誰でもが清掃ノズルを簡単に、確実に、そして安全に操作することができるというものではない。

したがって、本発明の解決すべき技術的課題は、清掃ノズルの旋回開始動作を簡単に、確実に、そして安全に実行させることのできる配管内清掃ノズル及び配管内清掃装置を提供することである。

上記技術的課題を解決するために、本発明によれば、
断面が略丸形である配管内に付着した堆積物を除去するための配管内清掃ノズルであって、
ホースの先端部に接続されて、ホースからの高圧空気を導くための中空部を内部に有するシャフトと、
前記シャフトの周りに回転自在に取り付けられてシャフトの先端および外周面を覆うカバーと、
カバーの内側に取り付けられてカバーと一緒に回転する羽根車と、を備え、
カバーの先端部が先細形状をしており、
シャフトの中空部及び外周面を連通して、高圧空気を羽根車に対して略半径方向に噴射することによりカバー及び羽根車を回転させるための複数の流入孔が形成されており、
前記羽根車を経た高圧空気を略軸方向に放出する環状の第一放出孔が、カバーの後端内周面とシャフトの外周面との間に形成されており、
清掃ノズルを略丸形の配管の底壁面に載置したときに斜め後方上向きであり且つ清掃ノズルの側方移動方向と逆向きに高圧空気を放出する第二放出孔が、シャフトの中空部と後端外周面とを連通するように形成されていて、
第二放出孔から放出された高圧空気により、回転しているカバーのころがり抵抗を増大させることを特徴とする配管内清掃ノズルが提供される。

上記構成によれば、第一放出孔から放出された高圧空気によって前方移動推力が得られるとともに、流入孔から噴射された高圧空気によって羽根車が回転し羽根車の回転によってカバーも回転することにより回転駆動力が得られる。前述の前方移動推力に加えて、清掃ノズルのカバーの回転駆動力が配管内の内壁面に対して作用することにより、清掃ノズルは、前進しながら配管の内壁面に沿って旋回しようとする。

また、シャフトの中空部と後端外周面とを連通するように形成された第二放出孔は、清掃ノズルの旋回動作を開始させるために設けられている。第二放出孔は、清掃ノズルを略丸形の配管の底壁面に載置したときに斜め後方上向きであり且つ清掃ノズルの側方移動方向と逆向きに高圧空気を放出するように構成されている。後の［発明を実施するための最良の形態］で詳細に説明するように、旋回動作の開始時には、清掃ノズルが配管の底壁面上に載置されている。このとき、第二放出孔から放出された高圧空気は、その反作用として、斜め前方下向きであり且つ清掃ノズルの側方移動方向の推力を形成するが、当該推力は、垂直方向の力と水平方向の力とに分力される。垂直方向の力は、配管の内壁面を下向きに押圧するものであり、この下向きの押圧力は、配管の内壁面に対する清掃ノズルのカバーのころがり抵抗を増大させるように作用し、カバーの回転駆動力が増大する。すなわち、垂直方向の力は、最終的に回転駆動促進力として機能する。また、水平方向の力は、清掃ノズルを側方移動方向に移動させる側方移動推力として機能する。

流入孔から噴射された高圧空気によるカバーの回転駆動力に加えて、第二放出孔から放出された高圧空気による回転駆動促進力と側方移動推力とが合わさった旋回促進力が清掃ノズルに作用することにより、清掃ノズルが配管の内壁面に沿って駆け上がろうとする。前述の回転駆動力と旋回促進力とが合わさった旋回起動力が、清掃ノズル及びホースに作用する重力に打ち勝ったときに、断面が略丸形である配管内を清掃ノズルは旋回し始める。

清掃ノズルの旋回時にカバー自身が配管の内壁面に強く打ち当たることにより配管内に付着した堆積物を除去することも可能であるが、配管内でさらに強固に付着した堆積物を除去するためには、カバーの外周面に取り付けられた削り取り部材をさらに備えることが好ましい。

カバーの先端部とカバーの最外周部とを結ぶ摺接線が略丸形の配管の内壁面に当接しながら清掃ノズルが旋回するが、カバーの先端部が先細形状をしているので、清掃ノズルは水平配置時に対して傾斜している。清掃ノズルの傾斜状態により、第二放出孔からの高圧空気の放出方向が、清掃ノズルの水平配置時と比較して変化してしまう。第二放出孔からの高圧空気の放出方向が不適切である場合には、清掃ノズルの旋回を邪魔してしまう可能性がある。例えば底壁面に位置する清掃ノズルが左方向に移動しようとしているときには清掃ノズルが配管の右側半分の位置に存在しているとき、第二放出孔からの高圧空気が清掃ノズルの旋回動作を邪魔することが想定される。そこで、第二放出孔からの高圧空気の放出方向は、カバーの先端部とカバーの最外周部とを結ぶ摺接線に大略並行であることが好ましい。

カバーの先端部が尖っていると、移動するカバーの先端部が配管の内壁面と堆積物との境界面に入り込むことにより、カバーの先端部とカバーの最外周部とを結ぶ摺接線の角度が変動しにくくなるので、第二放出孔からの高圧空気の放出方向が安定するという利点がある。しかしながら、境界面に入り込んだ尖った先端部が破損することも想定されるので、カバーの材質として高強度や高耐久性を備えたものを採用しなければならないという問題を有している。したがって、カバーの先端部は丸みを有することが好ましい。

上述した配管内清掃ノズルは、
配管内清掃ノズルが取り付けられるホースと、
該ホースの内部に高圧空気を供給する高圧空気供給手段と、
前記配管内の堆積物を吸引して集塵する集塵手段と、を備える配管内清掃装置に組み入れて使用される。

以下に、本発明の一実施形態に係る配管内清掃ノズル２、及び、当該配管内清掃ノズル２を用いた配管内清掃装置１５０について、図１乃至１０を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明では、特定の方向を意味する用語（例えば、「上」、「下」、「左」、「右」、およびそれらを含む他の用語、「時計回り方向」、「反時計回り方向」）を使用するが、それらの使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明は限定的に解釈されるべきものでない。

図１は、本発明の一実施形態に係る配管内清掃ノズル２の模式的断面図である。図２は、図１に示した配管内清掃ノズル２のＡ−Ａ断面図である。図３は、図１に示した配管内清掃ノズル２をホース４の側から見た後面図である。図４は、図１に示した配管内清掃ノズル２を用いた配管内清掃装置１５０の全体構成を説明する概略図である。図５は、図１に示した配管内清掃ノズル２による配管６０の内壁面６１の清掃状況を示す説明図である。図６乃至１０は、図１に示した配管内清掃ノズル２の旋回開始メカニズムを説明する模式図である。図６は配管内清掃ノズル２が底壁面６２の上に載置された開始状態を示し、図７は配管内清掃ノズル２が底壁面６２から左壁面６４の側に旋回したことを示し、図８は配管内清掃ノズル２が左壁面６４から上壁面６６の側に旋回したことを示し、図９は配管内清掃ノズル２が上壁面６６から右壁面６８の側に旋回したことを示し、図１０は配管内清掃ノズル２が右壁面６８から底壁面６２に旋回したことを示している。

まず、図１乃至３を参照しながら、配管内清掃ノズル２の全体構成を説明する。

配管内清掃ノズル２は、大略、シャフト１０とカバー２０と羽根車３０とから構成されている。

シャフト１０は、金属材料やエンジニアリングプラスチック等の剛性を有する材料からなり、ホース４の先端部に挿入して使用される。シャフト１０には、シャフト本体１２の一端側すなわちホース４の側が開口し他端側すなわちカバー２０の側が閉口した中空構造を有する中空部１４が形成されている。

シャフト１０は、ホース４の側から順に、ホース取付部１３と拡径部１５と軸支部１７とを備えている。ホース取付部１３は、管状形状をしており、耐圧網入りホース等の柔軟性を有するホース４の先端部に挿入して、ホース４を気密接続するように構成されている。拡径部１５は、ホース取付部１３の前端から連続して拡径しており、断面視、大略円錐台形状をしている。軸支部１７は、拡径部１５の前端から連続する管状形状をしており、ホース取付部１３と大略同じ程度の外径を有する。

軸支部１７の先端部は、軸受け４０の内輪を係止するための凹部を備えており、凹部に軸受け４０を装着して押さえ板４２を介在させた状態でネジ４４によりネジ止めされる。

上述した中空部１４は、ホース取付部１３及び拡径部１５の全てと、軸支部１７の一部分まで延在している。

拡径部１５において、その前端側から後端側に向けて延在する第二放出孔１８が形成されている。第二放出孔１８は、拡径部１５の中空部１４と、拡径部１５の後端外周部の外界とを連通して、高圧空気６から分岐した第二高圧空気６ｂを第二放出高圧空気８として放出するためのものである。第二放出孔１８は、配管内清掃ノズル２を略丸形の配管６０の底壁面６２に載置したときに斜め後方上向きであり且つ配管内清掃ノズル２の側方移動方向と逆向きに第二放出高圧空気８を放出するように構成されている。すなわち、図６乃至１０に示すように、配管内清掃ノズル２の後方側すなわちホース４の側から見て、配管内清掃ノズル２が時計回りに旋回する場合、底壁面６２に位置した配管内清掃ノズル２は左側に移動するので、第二放出高圧空気８は、斜め後方右上向きの方向に放出されるように構成されている。なお、中空部１４と、拡径部１５の後端外周部の外界とを連通する第二放出孔１８の連通経路は、必ずしも最短距離で延在している必要はなく、第二放出高圧空気８を所定の方向に放出することが可能であるならば連通経路の途中が湾曲等して連通経路が回り道しているような構成であってもよい。

また、軸支部１７の前端側には、流入孔１６が形成されている。図２に示されているように、４個の流入孔１６が約９０度の角度で等配されている。流入孔１６は、軸支部１７の中空部１４と羽根車３０の羽根空間３４とを連通して、高圧空気６から分岐した第一高圧空気６ａを羽根板３２に吹き付けるためのものである。流入孔１６は、軸Ｏに対して直交するように延在している。

カバー２０は、金属材料やエンジニアリングプラスチック等の剛性を有する材料からなり、全体として砲弾形状をした、シャフト１０の前方部分を覆うための覆いである。カバー２０は、ホース４の側から順に、胴部２６と先端部２２とを備えている。

カバー２０の胴部２６は、シャフト１０の拡径部１５の外径よりも若干大きい内径を有する内部空間をその内部に有する。そして、その内部空間には、軸Ｏを中心に回転可能にカバー２０に取り付けられた羽根車３０と、軸受け４０と、押さえ板４２と、ネジ４２と、が収容されている。軸受け４０の外輪が羽根車３０の前端部と当接してカバー２０を被着させた状態でネジ４６でネジ止めすることにより、カバー２０と羽根車３０とが一体化される。軸受け４０の内輪がシャフト１０に固定されるとともに軸受け４０の外輪がカバー２０及び羽根車３０に固定されているので、カバー２０及び羽根車３０がシャフト１０に対して回転可能に軸支されている。

また、胴部２６の最も外径の大きい部分の外周面上には、削り取り部材としてのブラシ５０が軸Ｏに対して直交するように着脱可能に固定されている。胴部２６の最大外周面が配管６０の内壁面６１に摺接するのではなくブラシ先端部５２が配管６０の内壁面６１に摺接するように、ブラシ５０が軸Ｏを中心に複数箇所に配置されている。例えば、最大外周面の少なくとも４箇所にブラシ５０が等配されている。このように構成することにより、配管内清掃ノズル２が配管６０の内壁面６１に沿ってスムーズに旋回することができる。あるいは、胴部２６の最大外周面とブラシ５０等の削り取り部材が配管６０の内壁面６１に対して交互に摺接することによって打撃力が付け加えられるようにしてもよい。この場合、胴部２６の最大外周面が配管６０の内壁面６１に摺接するように、１乃至３箇所程度にブラシ５０が離間配置されている。また、清掃対象の堆積物６３に応じてブラシ５０の材質が適宜選択され、ブラシ５０は、ナイロンやポリプロピレン等の剛性のある化学繊維や、スチール線やピアノ線や真鍮線等の金属製の線材から構成される。なお、削り取り部材は、ブレード状の板状体であってもよい。

カバー２０の先端部２２は、頂部２４が丸みを有した先細形状をした中実構造体である。後述するように、先端部２２の頂部２４と胴部２６の最も外径の大きい部分とを結んだ直線は、配管内清掃ノズル２が配管６０の内部を旋回するときに配管内清掃ノズル２のカバー２０が配管６０の内壁面６１に摺接する摺接線５６になる。配管内清掃ノズル２が配管６０内を旋回するときには、少なくとも先端部２２の頂部２４が堆積物６３に摺接するので、頂部２４でのころがり抵抗が増大するように構成されていることが好ましい。ころがり抵抗を増大させるために、例えば、頂部２４に微小な突起物（前述したブラシ５０のような針状体）や微小な凹部を設けたり、ポリウレタン等の粘着性を有するゴムを頂部２４にコーティングしたりすることができる。

ブラシ５０が配設された場合には、頂部２４とブラシ先端部５２とを結んだ直線が摺接線５６になる。摺接線５６と軸Ｏとがなす摺接角度θは、例えば、約３５度乃至４５度である。また、ブラシ５０の配設が無い場合には、頂部２４と胴部２６の最外周部とを結んだ直線が摺接線５６になる。摺接線５６と軸Ｏとがなす摺接角度θは、例えば、約２０度乃至３０度である。

カバー２０の頂部２４とカバー２０の最外周部とを結ぶ摺接線５６が略丸形の配管６０の内壁面６１に当接しながら配管内清掃ノズル２が旋回するが、カバー２０の頂部２４が先細形状をしているので、旋回時の配管内清掃ノズル２は水平配置時に対して傾斜している。配管内清掃ノズル２の傾斜状態により、第二放出孔１８からの第二放出高圧空気８の放出方向が、配管内清掃ノズル２の水平配置時と比較して変化してしまう。第二放出孔１８からの第二放出高圧空気８の放出方向が不適切である場合には、配管内清掃ノズル２の旋回を邪魔してしまう可能性がある。例えば底壁面６２に位置する配管内清掃ノズル２が左方向に移動する場合に配管内清掃ノズル２が配管６０の右側半分の位置に存在しているとき、第二放出孔１８から斜め後方右上向きの方向に放出される第二放出高圧空気８が、配管内清掃ノズル２の旋回動作を邪魔することが想定される。そこで、第二放出孔１８からの第二放出高圧空気８の放出方向は、カバー２０の頂部２４と、ブラシ先端部５２又は胴部２６の最外周部と、を結ぶ摺接線５６に大略並行であるように構成されている。このように構成することにより、配管内清掃ノズル２が配管６０の右側半分の位置する場合に、第二放出孔１８から放出される第二放出高圧空気８が、配管６０の軸方向に大略並行になって、右向きに放出される第二放出高圧空気８が小さくなる。したがって、配管６０の右側半分の位置する配管内清掃ノズル２の旋回動作の支障になることが防止される。

この摺接線５６よりも外方に出っ張るような部分を先端部２２や胴部２６に設けることは、摺接線５６と軸Ｏとがなす摺接角度θすなわち配管内清掃ノズル２の摺接状態を変動させることになる。配管内清掃ノズル２の摺接角度θが変動すると、第二放出高圧空気８の放出方向に悪影響を及ぼしてしまう。したがって、摺接線５６よりも出っ張るような部分を先端部２２や胴部２６に設けることは決して好ましいことではないが、先端部２２の頂部２４から胴部２６の最外周部にかけた外形形状を摺接線よりも内側に凹んだような形状にすることは可能である。

カバー２０の胴部２６に設けられた内部空間の内周面とシャフト１０の拡径部１５の外周面との間には、円環状の狭小な隙間（例えば約０．５ｍｍ）が設けられている。この円環状の隙間は、カバー２０及び羽根車３０がシャフト１０に対してスムーズに回転するための回転用ギャップという目的で、及び、第一放出高圧空気７を放出するための第一放出孔１１という目的で設けられている。円環状の第一放出孔１１は、羽根空間３４と外界とを連通して、高圧空気６から分岐した第一高圧空気６ａを羽根車３０の羽根板３２に噴射して、羽根板３２に当たった第一高圧空気６ａを第一放出高圧空気７として大略軸Ｏの方向に沿って放出するためのものである。円環状の第一放出孔１１から放出された第一放出高圧空気７は、その反作用として、配管内清掃ノズル２を前方に移動させる前方移動推力を形成する。

次に、図６乃至１０を参照しながら、本発明に係る配管内清掃ノズル２がスムーズに旋回を開始するメカニズムについて説明する。なお、以下の説明において、カバー２０は、反時計回りに回転し、カバー２０の反時計回りの回転により、ホース４に接続された配管内清掃ノズル２は時計回りの旋回を行うものとする。

清掃作業者によって、ホース４に接続された配管内清掃ノズル２が清掃対象の配管６０の底壁面６２の上に載置される。図６に示すように、ホース４に高圧空気６を導入すると、弛んで湾曲していたホース４が直線状に伸張して、配管内清掃ノズル２が配管６０の底壁面６２に沿って前方位置に移動する。

ホース４を介してシャフト１０に導入された高圧空気６は、中空部１４において第一高圧空気６ａと第二高圧空気６ｂとに分岐される。第一高圧空気６ａは、流入孔１６を経由して羽根車３０の羽根板３２に噴射されることにより羽根車３０が軸Ｏを中心にして反時計回りに回転する。羽根車３０と一体化されたカバー２０も軸Ｏを中心にして反時計回りに回転する。すなわち、羽根車３０への第一高圧空気６ａの噴射によりカバー２０の回転駆動力が生成される。カバー２０の反時計回りの回転により、ホース４に接続された配管内清掃ノズル２は、配管６０の内壁面６１に沿って時計回りに駆け上がろうとする（すなわち、時計回りの旋回運動を開始しようとする）。

羽根板３２に噴射された第一高圧空気６ａは、羽根空間３４と外界とを連通する円環状の第一放出孔１１に向かって移動し、円環状の第一放出孔１１から放出される。円環状の第一放出孔１１から放出された第一放出高圧空気７は、その反作用として、配管内清掃ノズル２を前方に移動させる前方移動推力を形成する。その結果、ホース４に接続された配管内清掃ノズル２は、前方に移動しようとする。

配管内清掃ノズル２は、前方移動推力により前方への移動を容易に実行することができるが、ころがり抵抗が不足しているために配管６０の内壁面６１に沿った駆け上がりをうまく実行することができない。しかしながら、本願発明では、以下に説明するように、第二放出高圧空気８を放出する第二放出孔１８を設けることによって、スムーズに旋回運動を開始することができる。

高圧空気６から分岐された第二高圧空気６ｂは、第二放出孔１８を経て第二放出高圧空気８として放出されるが、第二放出高圧空気８の放出方向は、図６に示すように、斜め後方右上向きの方向に放出されるように構成されている。第二放出高圧空気８が斜め後方右上向きの方向に放出されることの反作用として、斜め前方左下向きの力（旋回促進力）が配管内清掃ノズル２に作用する。

斜め前方左下向きの力は、配管内清掃ノズル２を前方に移動させる前方移動推力に分力されるとともに、さらに、垂直下向きの力と水平左向きの力とに分力される。垂直下向きの力は、配管６０の内壁面６１を下向きに押圧するものであり、この下向きの押圧力は、配管６０の内壁面６１に対する配管内清掃ノズル２のカバー２０のころがり抵抗を増大させるように作用し、カバー２０の回転駆動力が増大する。すなわち、垂直下向きの力は、最終的に回転駆動促進力として機能する。また、水平左向きの力は、配管内清掃ノズル２を左方向に移動させる左方向移動推力として機能する。

流入孔１６から噴射された第一高圧空気６ａによるカバー２０の回転駆動力に加えて、第二放出孔１８から放出された第二放出高圧空気８による回転駆動促進力と左方向移動推力とが合わさった旋回促進力が配管内清掃ノズル２に作用することにより、配管内清掃ノズル２が配管６０の内壁面６１に沿って駆け上がろうとする。前述の回転駆動力と旋回促進力とが合わさった旋回起動力が、配管内清掃ノズル２及びホース４に作用する重力（以下、ホース４等の重力という。）に打ち勝ったときに、図６に示すように、配管内清掃ノズル２は、前方に移動しながら（図６の（Ａ））、時計回りにすなわち断面が略丸形である配管６０の底壁面６２から左壁面６４に向けて旋回し始める（図６の（Ｂ））。

図７に示すように、左壁面６４の位置に到達した配管内清掃ノズル２に対しては、流入孔１６から噴射された第一高圧空気６ａによるカバー２０の回転駆動力に加えて、第一放出孔１１から放出された第一放出高圧空気７による前方移動推力及び上方移動推力並びに回転駆動力と、第二放出孔１８から放出された第二放出高圧空気８による前述の旋回促進力と、が作用している。さらに、ホース４等の重力も配管内清掃ノズル２に作用している。

ホース４に接続されている配管内清掃ノズル２は、ホース４等の重力で下方に引っ張られることにより、大略上向き且つ左壁面６４の方を向いている。そして、配管内清掃ノズル２のカバー２０は、配管６０の左壁面６４に対して、頂部２４とブラシ先端部５２とを結んだ摺接線５６で摺接している。このとき、第一放出高圧空気７の放出方向は、斜め後方右下向きに変化する。また、第二放出高圧空気８の放出方向は、斜め後方右上向きに変化する。第一放出高圧空気７と第二放出高圧空気８とが放出されることの反作用として、それぞれ、斜め前方左上向きの力と斜め前方左下向きの力とが配管内清掃ノズル２に作用する。これらの力は、それぞれ、垂直方向の力と水平方向の力とに分力される。

図７の（Ｂ）に示すように、垂直方向においては、第一放出高圧空気７による上方移動推力が第二放出高圧空気８による下方移動推力よりも勝っているので、配管内清掃ノズル２には上方移動推力が作用する。

水平方向においては、第一放出高圧空気７による左向きの力と第二放出高圧空気８による左向きの力が作用し、これらの水平左向きの力は、配管６０の左壁面６４を水平左向きに押圧するものであり、これらの水平左向きの押圧力は、配管６０の左壁面６４に対する配管内清掃ノズル２のカバー２０のころがり抵抗を増大させるように作用し、カバー２０の回転駆動力が増大する。すなわち、左壁面６４に対する左向きの力は、最終的に回転駆動促進力として機能する。

流入孔１６から噴射された第一高圧空気６ａによるカバー２０の回転駆動力に加えて、第二放出孔１８から放出された第二放出高圧空気８による回転駆動促進力と上方移動推力とが合わさった旋回促進力が配管内清掃ノズル２に作用することにより、配管内清掃ノズル２の上向きへの旋回起動力がさらに大きくなる。したがって、配管内清掃ノズル２は、図７に示すように、前方に移動しながら（図７の（Ａ））、時計回りの旋回すなわち配管６０の左壁面６４から上壁面６６に向けて旋回を続ける（図７の（Ｂ））。

図８に示すように、上壁面６６の位置に到達した配管内清掃ノズル２に対しては、流入孔１６から噴射された第一高圧空気６ａによるカバー２０の回転駆動力に加えて、第一放出孔１１から放出された第一放出高圧空気７による前方移動推力及び回転駆動促進力と、第二放出孔１８から放出された第二放出高圧空気８による前述の旋回促進力と、が作用している。さらに、ホース４等の重力も配管内清掃ノズル２に作用している。

ホース４に接続されている配管内清掃ノズル２は、ホース４等の重力で下方に引っ張られることにより、上壁面６６の方を向いている。そして、配管内清掃ノズル２のカバー２０は、配管６０の上壁面６６に対して、頂部２４とブラシ先端部５２とを結んだ摺接線５６で摺接している。このとき、第一放出高圧空気７の放出方向は、斜め後方下向きに変化する。また、第二放出高圧空気８の放出方向は、斜め後方右水平方向に変化する。第一放出高圧空気７と第二放出高圧空気８とが放出されることの反作用として、それぞれ、斜め前方上向きの力と斜め前方左水平方向の力とが配管内清掃ノズル２に作用する。これらの力は、それぞれ、垂直方向の力と水平方向の力とに分力される。

図８の（Ｂ）に示すように、垂直方向においては、第一放出高圧空気７による上方移動推力が支配的であるので、配管内清掃ノズル２には上方移動推力が作用する。

水平方向においては、第二放出高圧空気８による左向きの力が作用するが、カバー２０の回転駆動力による右向きの力に加えて、配管内清掃ノズル２が時計回りに旋回していることで発生した慣性力の右向きの分力も作用する。カバー２０の回転駆動力の右向きの力と慣性力の右向きの分力とを合わせた右向きの力が、第二放出高圧空気８による左向きの力よりも大きいので、配管内清掃ノズル２の旋回起動力が維持される。したがって、配管内清掃ノズル２は、図８に示すように、前方に移動しながら（図８の（Ａ））、時計回りの旋回すなわち配管６０の上壁面６６から右壁面６８に向けて旋回を続ける（図８の（Ｂ））。

図９に示すように、右壁面６８の位置に到達した配管内清掃ノズル２に対しては、流入孔１６から噴射された第一高圧空気６ａによるカバー２０の回転駆動力に加えて、第一放出孔１１から放出された第一放出高圧空気７による前方移動推力及び回転駆動促進力と、第二放出孔１８から放出された第二放出高圧空気８による前述の旋回促進力と、が作用している。さらに、ホース４等の重力も配管内清掃ノズル２に作用している。

ホース４に接続されている配管内清掃ノズル２は、ホース４等の重力で下方に引っ張られることにより、大略上向き且つ右壁面６８の方を向いている。そして、配管内清掃ノズル２のカバー２０は、配管６０の右壁面６８に対して、頂部２４とブラシ先端部５２とを結んだ摺接線５６で摺接している。このとき、第一放出高圧空気７の放出方向は、斜め後方左下向きに変化する。また、第二放出高圧空気８の放出方向は、斜め後方上向きに変化する。第一放出高圧空気７と第二放出高圧空気８とが放出されることの反作用として、それぞれ、斜め前方右上向きの力と斜め前方下向きの力とが配管内清掃ノズル２に作用する。これらの力は、それぞれ、垂直方向の力と水平方向の力とに分力される。

図９の（Ｂ）に示すように、垂直方向においては、カバー２０の回転駆動力と、ホース４等の重力による下向きの力と、配管内清掃ノズル２が時計回りに旋回していることで発生した慣性力の下向きの分力と、第一放出高圧空気７による上方移動推力と、第二放出高圧空気８による下方移動推力と、が作用する。カバー２０の回転駆動力と、ホース４等の重力による下向きの力と、慣性力の下向きの分力と、第二放出高圧空気８による下方移動推力とが、第一放出高圧空気７による上方移動推力よりも勝っているので、配管内清掃ノズル２には下方移動推力が作用する。

図９の（Ｂ）に示すように、水平方向においては、第一放出高圧空気７による右向きの力と第二放出高圧空気８による左向きの力が作用するが、第一放出高圧空気７による右向きの力の方が第二放出高圧空気８による左向きの力よりも大きい。したがって、第一放出高圧空気７による右向きの力が支配的に作用する。当該右向きの力は、配管６０の右壁面６８を右向きに押圧するものであり、当該右向きの押圧力は、配管６０の右壁面６８に対する配管内清掃ノズル２のカバー２０のころがり抵抗を増大させるように作用し、カバー２０の回転駆動力が増大する。すなわち、右壁面６８に対する右向きの力は、最終的に回転駆動促進力として機能する。

したがって、配管内清掃ノズル２は、図９に示すように、前方に移動しながら（図９の（Ａ））、時計回りの旋回すなわち配管６０の右壁面６８から底壁面６２に向けて旋回を続ける（図９の（Ｂ））。

図１０に示すように、底壁面６２の位置に到達した配管内清掃ノズル２に対しては、流入孔１６から噴射された第一高圧空気６ａによるカバー２０の回転駆動力に加えて、第一放出孔１１から放出された第一放出高圧空気７による前方移動推力と、第二放出孔１８から放出された第二放出高圧空気８による前述の旋回促進力と、が作用している。

底壁面６２に接している配管内清掃ノズル２は、ホース４等の重力で下方に引っ張られることがないので、配管内清掃ノズル２は大略水平方向を向いている。そして、配管内清掃ノズル２のカバー２０は、ブラシ先端部５２が配管６０の底壁面６２に対して摺接している。このとき、第一放出高圧空気７の放出方向は、大略後方水平方向に変化する。また、第二放出高圧空気８の放出方向は、大略斜め後方右上向きに変化する。第一放出高圧空気７と第二放出高圧空気８とが放出されることの反作用として、それぞれ、前方水平方向の力と斜め前方左下向きの力とが配管内清掃ノズル２に作用する。前方水平方向の力は、配管内清掃ノズル２の前方移動には関係するが、配管内清掃ノズル２の旋回に関係しない。

図１０の（Ｂ）に示すように、斜め前方左下向きの力は、配管内清掃ノズル２を前方に移動させる前方移動推力に分力されるとともに、さらに、垂直下向きの力と水平左向きの力とに分力される。垂直下向きの力は、配管６０の内壁面６１を下向きに押圧するものであり、この下向きの押圧力は、配管６０の内壁面６１に対する配管内清掃ノズル２のカバー２０のころがり抵抗を増大させるように作用し、カバー２０の回転駆動力が増大する。すなわち、垂直下向きの力は、最終的に回転駆動促進力として機能する。また、水平左向きの力は、配管内清掃ノズル２を左方向に移動させる左方向移動推力として機能する。

流入孔１６から噴射された第一高圧空気６ａによるカバー２０の回転駆動力と、第二放出孔１８から放出された第二放出高圧空気８による回転駆動促進力と左方向移動推力とが合わさった旋回促進力とが合わさった旋回起動力に加えて、配管内清掃ノズル２が既に時計回りに旋回していることで発生した慣性力と、が配管内清掃ノズル２に作用することにより、配管内清掃ノズル２が配管６０の内壁面６１に沿った旋回を継続する。その結果、図１０に示すように、配管内清掃ノズル２は、前方に移動しながら（図１０の（Ａ））、時計回りにすなわち断面が略丸形である配管６０の底壁面６２から左壁面６４に向けて二回目の旋回を行う（図１０の（Ｂ））。したがって、清掃作業者が配管内清掃ノズル２に接続されたホース４を適当にねじることを行わなくとも、配管内清掃ノズル２がスムーズに旋回を開始することができる。

このようなスムーズな旋回を開始したあと通常の旋回運動を繰り返すことにより、図５に示したように、配管内清掃ノズル２は、前方に移動しながら、時計回りにすなわち断面が略丸形である配管６０の内壁面６１に沿ってグルグルと旋回する。堆積物６３が付着した配管６０の内壁面６１に沿って配管内清掃ノズル２が旋回する際に、高速回転するカバー２０が堆積物６３に強く打ち当たることや、カバー２０に取り付けられたブラシ５０が堆積物６３を掻き取ることにより、堆積物６３が配管６０の内壁面６１から引き剥がされる。

配管６０の内壁面６１から引き剥がされた堆積物６３は、一例として図示した図４の配管内清掃装置１５０によって回収される。

図４に示すように、上述した配管内清掃ノズル２及びホース４は、配管内清掃装置１５０に組み込まれている。

配管内清掃ノズル２が取り付けられたホース４の先端は、清掃すべき配管６０の吹出口１５１から内部に挿入されている。ホース４は、脚立１５２を介して床まで降ろされ、ホースリール１５３に適宜の長さで巻き付けられている。ホース４は、屋外車両１５４に搭載されたコンプレッサ１５５に接続され、高圧空気６が供給されるようになっている。配管６０の吹出口１５１には、吸引パッド１５６が取り付けられ、該吸引パッド１５６は吸引ホース１５７を介してサイクロン式の回収タンク１５８、集塵機１５９、フィルタ１６０に順次接続されている。集塵機１５９の電源は、延長コード１６１を介して屋外車両１５４の発電機１６２に接続され、電力が供給されるようになっている。

この配管内清掃装置１５０では、コンプレッサ１５５から供給される高圧空気６は、ホース４を介して配管内清掃ノズル２へ供給され、前述したような旋回及び前方移動を繰り返しながら、配管６０の内壁面６１に付着した堆積物６３を除去する。配管内清掃ノズル２により引き剥がされた堆積物６３を含む配管６０内の空気は、第一放出高圧空気７の噴射力と集塵機１５９の吸引力により、吹出口１５１の吸引パッド１５６と吸引ホース１５７を介して回収タンク１５８に入り、回収タンク１５８で大きな粒子の堆積物６３が回収される。回収タンク１５８を通過した空気は、集塵機１５９に入り、集塵機１５９で堆積物６３がほぼ集塵される。集塵機１５９を通過した空気は、フィルタ１６０に入り、フィルタ１６０で微細な粒子の堆積物６３が除去されて、清潔な空気となって室内に放出される。このため、室内の空気を汚染することがない。

なお、上記実施形態においては、配管内清掃ノズル２をホース４の側から見たときにカバー２０が反時計回りに回転して配管内清掃ノズル２が配管６０内を時計回りに旋回するので、第二放出孔１８からの第二放出高圧空気８の放出方向は、図６に示すように、斜め後方右上向きの方向に放出されるように構成されている。しかしながら、配管内清掃ノズル２をホース４の側から見たときにカバー２０が時計回りに回転して配管内清掃ノズル２が配管６０内を反時計回りに旋回する場合には、第二放出孔１８からの第二放出高圧空気８の放出方向は、斜め後方左上向きの方向に放出されるように構成される。

また、上記実施形態においては、高圧空気６が中空部１４において第一高圧空気６ａと第二高圧空気６ｂとに分岐され、第二高圧空気６ｂが第二放出高圧空気８として放出されている。すなわち、第一高圧空気６ａと第二高圧空気６ｂとが同じ系統で配管内清掃ノズル２に供給されている。しかしながら、第一高圧空気６ａと第二高圧空気６ｂと別系統で供給することも可能である。すなわち、配管内清掃ノズル２が旋回を開始するまでは、第一高圧空気６ａ用の第一供給弁及び第二高圧空気６ｂ用の第二供給弁の各供給弁を開にして第一高圧空気６ａと第二高圧空気６ｂとを供給してスムーズな旋回を開始させ、旋回が開始したあとは第二供給弁だけを閉にして第二高圧空気６ｂの供給を停止するようにすることも可能である。

本発明の一実施形態に係る配管内清掃ノズルの模式的断面図である。 図１に示した配管内清掃ノズルのＡ−Ａ断面図である。 図１に示した配管内清掃ノズルをホースの側から見た後面図である。 図１に示した配管内清掃ノズルを用いた配管内清掃装置の全体構成を説明する概略図である。 図１に示した配管内清掃ノズルによる配管内壁面の清掃状況を示す説明図である。 図１に示した配管内清掃ノズルの旋回開始メカニズムを説明する模式図であり、配管内清掃ノズルが底壁面上に載置された開始状態を示している。（Ａ）は配管の上から見た図である。（Ｂ）はホースの側から見た図である。 図１に示した配管内清掃ノズルの旋回開始メカニズムを説明する模式図であり、配管内清掃ノズルが底壁面から左壁面側に旋回したことを示している。（Ａ）は配管の上から見た図である。（Ｂ）はホースの側から見た図である。 図１に示した配管内清掃ノズルの旋回開始メカニズムを説明する模式図であり、配管内清掃ノズルが左壁面から上壁面側に旋回したことを示している。（Ａ）は配管の上から見た図である。（Ｂ）はホースの側から見た図である。 図１に示した配管内清掃ノズルの旋回開始メカニズムを説明する模式図であり、配管内清掃ノズルが上壁面から右壁面側に旋回したことを示している。（Ａ）は配管の上から見た図である。（Ｂ）はホースの側から見た図である。 図１に示した配管内清掃ノズルの旋回開始メカニズムを説明する模式図であり、配管内清掃ノズルが右壁面から底壁面に旋回したことを示している。（Ａ）は配管の上から見た図である。（Ｂ）はホースの側から見た図である。

符号の説明

２：配管内清掃ノズル
４：ホース
６：高圧空気
６ａ：第一高圧空気
６ｂ：第二高圧空気
７：第一放出高圧空気
８：第二放出高圧空気
１０：シャフト
１１：第一放出孔
１２：シャフト本体
１３：ホース取付部
１４：中空部
１５：拡径部
１６：流入孔
１７：軸支部
１８：第二放出孔
２０：カバー
２２：先端部
２４：頂部
２６：胴部
３０：羽根車
３２：羽根板
３４：羽根空間
４０：軸受け
４２：押さえ板
４４：ネジ
４６：ネジ
５０：ブラシ（削り取り部材）
５２：ブラシ先端部
５６：摺接線
６０：配管
６１：内壁面
６２：底壁面
６３：堆積物
６４：左壁面
６６：上壁面
６８：右壁面
１５０：配管内清掃装置
１５１：吹き出し口
１５４：屋外車両
１５５：コンプレッサ
１５６：吸引パッド
１５７：吸引ホース
１５８：回収タンク
１５９：集塵機
１６０：フィルタ
１６１：延長コード
１６２：発電機
Ｏ：軸
θ：摺接角度

Claims (5)

1. 断面が略丸形である配管内に付着した堆積物を除去するための配管内清掃ノズルであって、
   ホースの先端部に接続されて、ホースからの高圧空気を導くための中空部を内部に有するシャフトと、
   前記シャフトの周りに回転自在に取り付けられてシャフトの先端および外周面を覆うカバーと、
   カバーの内側に取り付けられてカバーと一緒に回転する羽根車と、を備え、
   カバーの先端部が先細形状をしており、
   シャフトの中空部及び外周面を連通して、高圧空気を羽根車に対して略半径方向に噴射することによりカバー及び羽根車を回転させるための複数の流入孔が形成されており、
   前記羽根車を経た高圧空気を略軸方向に放出する環状の第一放出孔が、カバーの後端内周面とシャフトの外周面との間に形成されており、
   清掃ノズルを略丸形の配管の底壁面に載置したときに斜め後方上向きであり且つ清掃ノズルの側方移動方向と逆向きに高圧空気を放出する第二放出孔が、シャフトの中空部と後端外周面とを連通するように形成されていて、
   第二放出孔から放出された高圧空気により、回転しているカバーのころがり抵抗を増大させることを特徴とする配管内清掃ノズル。
2. カバーの外周面に取り付けられた削り取り部材をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の配管内清掃ノズル。
3. 第二放出孔からの高圧空気の放出方向は、カバーの先端部とカバーの最外周部とを結ぶ摺接線に大略並行であることを特徴とする、請求項１に記載の配管内清掃ノズル。
4. カバーの先端部は丸みを有することを特徴とする、請求項１に記載の配管内清掃ノズル。
5. 前記請求項１から４のいずれかに記載の配管内清掃ノズルと、
   配管内清掃ノズルが取り付けられるホースと、
   該ホースの内部に高圧空気を供給する高圧空気供給手段と、
   前記配管内の堆積物を吸引して集塵する集塵手段と、を備えることを特徴とする配管内清掃装置。

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