JP4592962B2 - スラブの下方にまで下降駆動される関節結合アーム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スラブに形成された開口を通してスラブの下方にまで下降駆動される関節結合アームに関するものでありる。これにより、デバイスや器具のタイプにかかわらずスラブの下方や開口の側方へとデバイスや器具を案内しつつ搬送することができる。
【０００２】
本発明は、生物学的保護のために機能するとともにカバーを取り外したときには小さな面積の単一の中央開口が孔開けされているコンクリートスラブによって上面が閉塞された特別の鉛直方向円筒形タンク内に収容されている使用済み核廃棄物の試料を採取するに際して、適用することができる。開口内へと長尺ロッドを斜めに挿入するような現存の試料採取プロセスは、不便なものであり、採取箇所を精度良く選択することがほとんどできない。これに対し、本発明による関節結合アームであれば、開口から最も遠く離れた位置のタンク周縁領域であっても試料を容易に採取することができる。この場合、繊細なあるいは手間のかかる操作を必要とすることなく高精度でもって試料採取設備を配置できるという利点がある。本発明を、特にセンサや測定設備といったような、試料採取ツール以外のものにも適用できることは明らかである。
【０００３】
最も一般的な形態においては、本発明は、タンクのカバーとして機能しているスラブの開口を通して下降駆動される関節結合アームに関するものであって、関節によって互いに連結されている上側部材および下側部材と、これら両部材がなす角度を制御するための角度制御手段と、開口の周囲に配置されたベアリングと、スラブに対して固定された固定リングと、上側部材に対して固定された回転リングと、回転リングの回転を制御するための回転制御手段と、可変長さとされたケーブルによって下側部材から懸架されたツールと、が設けられている関節結合アームに関するものである。
【０００４】
よって、固定リング回りにおけるアームの全体的な回転移動と、下側部材の回転移動と、を組み合わせることにより、下側部材の自由端を、スラブの下方の所望位置に配置することができる。これにより、ツールを適正高さにまで下降させて採取すべき廃棄物表面に到達させることができる。
【０００５】
加えて、下側部材が、互いに関節結合された２つのパートから形成され、リターンプーリが、上側部材と下側部材との間の関節結合箇所に配置され、懸架プーリが、下側部材の自由端に配置され、スラブおよびアームの上方にまで延在しているツール懸架ケーブルが、リターンプーリの下方を通り、懸架プーリの上方を通っている。
【０００６】
本発明を完成させるためのある種の手段を使用すれば、アームの移動が必要であるにもかかわらずほぼ完全なシールを維持することができ、アームを迅速に設置したり取り外したりすることができ、精度良く様々な移動を制御することができる。
【０００７】
【従来の技術】
米国特許明細書第４ ８０５ ６５０号には、容器のカバーの開口を通して下降駆動され、容器内に水を噴射するための器具の向きを回転させるような、関節結合アームが開示されている。加えて、器具は、懸架ケーブルを解放することによって下降駆動することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
それでも、所望半径方向位置にツール端を位置させ得るように所望に応じて部材の角度を調節するための手段を、このアームが備えているかどうかは示されていない。というのは、下部が係止体上に乗って水平方向位置に留まっており、このため、器具が、クリーニングすべき容器壁の近傍に留まったままとなっているからである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明において提案される改良点は、下側部材を、互いに関節結合された２つのパートから構成することである。これにより、スラブの開口上へのアームの設置を単純化することができる。なぜなら、下側部材が上側部材に対して折り畳まれた状態に維持されており、スペースが小さなものとされているからである。アームがベアリングの回転リング上に固定されたときには、下側部材が、スラブの開口を通って下降駆動される。このような下降駆動は、下側部材が引き伸ばされた状態とされていないことにより、可能である。アームの設置は、タンク内において下側部材の２つのパートを引き伸ばしてロックすることにより、完了する。これにより、アームは、容易に設置し得る折畳み状態から、下側部材が長尺とされていてタンク内のすべての位置に対してアクセスし得るような延伸状態へと、移行する。延伸させてロックするための手順は、特に、下側部材の両パートが、上側部材に対しての下側部材の回転方向に関して前方側に位置したエッジである前方エッジ上に配置された軸によって関節結合されている場合に、達成することができる。上側部材および下側部材がなす角度を制御するための角度制御手段は、下側部材を双方向に回転駆動し得るような可逆的駆動部材を備え、下側部材の両パートが、それぞれの後方エッジ上にロック手段を備えている。
【００１０】
ロック手段は、特に、上側部材および下側部材の一方上に配置された軸体と、上側部材および下側部材の他方上に配置されたノッチと、軸体を前記一方の部材から他方の部材へと突出させるためのスプリングと、軸体を前記一方の部材へと引き戻すように引っ張られ得るケーブルと、を備えることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。これにより、本発明における上記特徴点および利点さらには他の特徴点および利点が、より明瞭に理解されるであろう。
【００１２】
まず最初に、図１を参照して説明する。本発明は、上面に狭い開口４が形成されていて全体的にはボトル形状とされたサイロ３のタンク２内に予め収容された廃棄物の一塊の試料を採取するようにグラブ（つかみ機）１を駆動することを意図している。コンクリートスラブ５が、サイロ３をカバーしており、廃棄物によって引き起こされかねない汚染から外部を保護している。しかしながら、コンクリートスラブ５は、開口４のところでは開口することができる。
【００１３】
グラブ１は、ケーブル６によって懸架されている。ケーブル６は、開口４およびスラブ５を通り抜けてオーバーヘッドクレーン７のプーリ８に到達している。ケーブル６は、プーリ８のところにおいて、第２プーリ９に向けて横向きにターンしており、さらにそこから、詳細には図示していないモータ１０に向けてターンしている。これまでに説明したところまでの設備であると、グラブ１を廃棄物の表面にまでは下降駆動することができるものの、タンク２内においてグラブ１を横方向に変位させることができない。後述する関節結合アームが、この要求を満たす。
【００１４】
関節結合アームは、全体的に符号１１によって示されており、本質的に、開口４を通して下降駆動される上側部材１２と、関節１４によって上側部材１２に対して連結されているとともにタンク２内において下向きに延在している下側部材１３と、を具備している。下側部材１３の自由端には、ケーブル６を案内し得るプーリ１５が設置されている。このため、グラブ１は、このプーリ１５から鉛直方向に垂下され、関節１４を制御することにより両部材１２，１３間に形成される角度に依存して、タンク２内における任意位置に配置することができる。関節１４に他のプーリ１６が設けられていることに注意されたい。このプーリ１６の下部によってケーブル６が案内されることにより、ケーブル６は、各部材１２，１３に位置合わせされてこれら部材１２，１３の近傍位置に維持され、また、開口４のエッジに対してこすりつけられることが防止される。図２を参照すると、下側部材１３が互いに平行な２つの梁１７を備えており、これら梁どうしの間の間隔が、これら梁どうしの間を通ってグラブ１（外形が破線で示されている）が下降し得るように、十分に大きなものとされていることがわかる。関節１４は、下側部材が（開口４の中央軸を通過する）鉛直方向面内においておよび径方向面内において回転し得るような向きとされている。
【００１５】
図３を参照すると、スラブ５が開口４の周囲位置にフレーム１８を備えていることがわかる。フレーム１８は、特に、ボールベアリング２０付きの固定リング１９を備えている。フレーム１８の他のリング２１は、ベアリング２０を介して回転可能とされていて、このリング２１には、クラウン２２が固定されている。クラウン２２上には、支持構造２３をセットして固定することができる。固定は、環状配置された複数の横方向ネジ２４および複数の鉛直方向ネジ２５によって行うことができる。アーム１１は、支持構造２３から懸架される。その場合、支持構造２３上に固定された駆動モータ２７のピニオンギヤ２６が、固定リング１９の内面上に切削形成されている歯付きクラウン２８と係合する。このような構成に基づき、モータ２７を駆動することにより、ピニオン２６が回転駆動され、これにより、支持構造２３および関節結合アーム１１が、全体的に、歯付きホイール２８に案内されて開口４の周縁に沿って移動する。これにより、下側部材１３およびグラブ１を、所望の角度位置にまで移動させることができる。支持構造２３は、他のモータ２９を備えている。このモータ２９は、一連のギヤ３０を駆動し、端部ギヤに配置された無端チェイン３１を駆動する。無端チェイン３１は、関節１４のところにセットされ下側部材１３に対して固定されたピニオン３２のところまで、上側部材１２に沿って延在している。これは、関節１４の角度を変更しこれにより下側部材１３とプーリ１５とをサイロ２の壁に向けて所定角度範囲だけ配向させるための機構である。図２は、チェイン３１およびピニオン３２が、二重構成とされていて関節プーリ１６のの両側に配置されていることを示している。このことは、梁１７の効果を均衡化させる。無端チェイン３１は、他の駆動方式と比較して、機械的張力に耐性があるという利点およびより開放的であるという利点を示し、設置および取外しを迅速に行える可能性を有している。
【００１６】
図１においては、２つの部材から構成されたプラグ３３が図示されている。プラグ３３のうちの小さい方の部材３４は、上側部材１２に対応した断面形状を有している。プラグ３３は、関節結合アーム１１が完全に引き抜かれたときに、開口４を閉塞するために、開口４上に設置される。しかしながら、関節結合アーム１１が開口４を通して配置されていて不動に維持されている場合には、部材３４を取り外した状態で、開口４上に設置される。その場合、プラグ３３は、プラグ３３自身を、上側部材１２の周囲において位置調節して、ほぼ完全なシールを維持する。開口４に関してのシールを維持するための他の注意点は、金属スカート３５を付加することである。金属スカート３５は、円形のものであって、固定リング１９の下方において連続している。金属スカート３５の下端は、樋形状をなす断面形状とされ開口４の周囲においてスラブ５上に固定された環状金属グルーブ３６内に注入された液体内に浸漬されている（図３）。
【００１７】
設置に際しては、まず最初にフレーム１８を設置し、開口４の周囲においてクラウン２２を設置する。次に、開口４を通して関節結合アーム１１を下降させ、関節結合アーム１１の支持構造２３をクラウン２２に対してネジ止めする。それから、下側部材１３を、図１において一点鎖線で示すように図示左側を向く向きへと後方側に回転させ、ほぼ水平に近い配置状態とする。その後に、梁１７どうしの間を通してグラブ１を下降駆動する。その後、下側部材１３を前方側に向けて回転させることにより、懸架プーリ１５をケーブル６と干渉させて、懸架プーリ１６とケーブル６とを掛合させることができる。最後に、下側部材１３が所望の角度位置で配置されるように関節結合アーム１１を開口４の周囲において移動させることにより、また、グラブ１が開口４から所望距離の位置に配置されるようにつまりグラブ１が極座標的に案内されるように下側部材１３を回転させることにより、グラブ１は、タンク内において、試料を採取するための所望箇所の上方へと配置される。チェイン３１を使用した可逆的な移動制御に基づいて、グラブ１を挿通させるために後方側へと回転駆動し得ること、および、グラブ１を案内するために前方側へと回転駆動し得ることは、このデバイスの重要な特徴点である。
【００１８】
下側部材１３は、互いに関節結合された２つのパートから構成されていることが示されている。この特徴点につき、以下、図４を参照して説明する。これら２つのパートは、符号４１，４２によって示されており、それぞれの前方エッジ４４どうしの間に配置された関節結合軸４３によって互いに連結されている。アーム１１の降下時および設置時においては、両パート４１，４２は、互いに折り畳まれており、かつ、上側部材１２に対して折り畳まれている。その場合、上パート４１は、上側を向いており、関節結合アーム１１の全体は、ほぼ『Ｎ』字形を形成し、中程度の高さとされる。関節結合アーム１１の設置が完了した時には、下側部材１３は、回転しつつタンク２内へと下降駆動される。この場合、上パート４１は、わずかに短いものとされていて、自由に開口４を通過する。両パート４１，４２は、延ばされて互いに接触することとなる。その後、両パートを互いにロックすることができる。ここで提案されるロックシステムは、後方エッジ４７の近傍位置において関節４３の方を向いて上パート４１の底部にセットされた少なくとも１つのピン４６を備えている。ピン４６は、下向きとされ、図示しないスプリングによって下向きに押し込まれる。これにより、ピンは、上パート４１の外部へと突出することができる。しかしながら、スプリングの作用に対しては、ピン４６の後方に係止されたケーブル５１が対抗力をもたらしている。ケーブル５１は、まず最初に関節プーリ１６回りに延在しており、その後、上側部材１２に沿って延在し、スラブ５の上方において終端している。ケーブル５１は、遠隔マニピュレータによって係止することができる。あるいは、そうでない場合には、ケーブル５１は、スプリング４８の作用に打ち勝ち得るようにして引っ張ることができ、ピン４６を下側部材１３の上パート４１内へと引き戻すことができる。これは、両パート４１，４２が設置時に延ばされたときに行われる。これにより、ピン４６が両パート４１，４２の後方エッジ４７どうしの近接に干渉しなくなる。その後、ケーブル５１が解放されることによって、ピン４６が上パート４１から突出し、下パート４２に形成されたノッチ５２内へと侵入し、下パート４２の前面側を開放する。これにより、ピン４６は、両パート４１，４２に対して一体となり、ケーブル５１が再度引っ張られない限りにおいては、関節４３回りの一切の回転を阻止する。
【００１９】
ロック動作およびロック解除動作は、開口４の外部において終端するケーブル５１に頼ることがないようにしたがってシール性に悪影響を与えることのないように、自動的に行うこともできる。その場合に使用されるケーブルは、ケーブル５１の後方部分５３だけに対応したものである。後方部分５３は、ピン４６とは反対側に位置した端部が、上側部材１２に対して連結されている関節結合点１４に対して係止されている。この構成により、上パートが最大位置にまで回転した時には、ケーブル部分５３が関節結合箇所１４の周囲において巻き付けられ、これにより、ケーブル部分５３が引っ張られて、上記と同じようにしてピン４６を引っ張るように、なっている。下側部材１３がわずかに下方に駆動された時には、ケーブル部分５３は、延ばされて緩むこととなる。これにより、ピン４６が解放され、ピン４６は、ノッチ５２内に侵入して両パート４１，４２間の連結を確保することができる。
【００２０】
ケーブル部分５３の張力は、前方側に向けての限界近傍配置状況においてのみ生成される。つまり、図４における角度βにおいてのみ生成される。角度αは、ケーブル部分５３が解放されていて両パート４１，４２のロックが維持されているような回転範囲に対応している。
【００２１】
上記とは異なる構成でもってピン４６を突出可能とするためにあるいはケーブル部分５３の解放後にピンをパート４１内に拘束するために、つまり、上記とは異なる構成でもって両パート４１，４２のロックとロック解除とを行うために、図示しないものの一般的に知られているタイプのものとすることができるカムを使用して、このカムをケーブル部分５３の張力によって駆動する方式とすることもできる。
【００２２】
上記により、両パート４１，４２を互いにロックさせるようにして関節結合アーム１１を設置した状態で下側部材１３を角度βという前方限界範囲内にもっていき、その後下側部材を後方側に回転駆動することにより、作業終了時のロック解除動作を行うことができる。この場合、下側部材１３が鉛直方向を超えて後方側へと駆動された時点で、両パート４１，４２は、互いに折り畳まれる。その後、関節結合アーム１１を、開口４から取り出すことができる。ここで、グラブ１は、ロック解除前に既に引き上げられている、すなわち、両パート４１，４２が一直線状配置とされている状態で下側部材を後方回転させた後にケーブル６によって引き上げることにより既に引き上げられている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 使用状況におけるアームの全体を示す図である。
【図２】 アームのうちの、部材間の関節結合箇所を示す断面図である。
【図３】 アームの上パートおよびその設置手段を詳細に示す図である。
【図４】 アームの動作と延出と折畳みとを説明するための図である。
【符号の説明】
１ グラブ（ツール）
２ タンク
４ 開口
５ スラブ
６ ケーブル
１１ 関節結合アーム
１２ 上側部材
１３ 下側部材
１４ 関節
１５ 懸架プーリ
１６ プーリ（リターンプーリ）
１７ 梁
１９ 固定リング
２１ 回転リング
２３ 支持構造
２６ ピニオンギヤ
２７ 駆動モータ
２８ 歯付きクラウン
２９ モータ
３０ ギヤ
３１ 無端チェイン（伝達部材）
３２ ピニオン
３３ プラグ
３４ 着脱可能部材
３５ 連続スカート
３６ グルーブ
４１ 上パート
４２ 下パート
４３ 関節結合軸
４４ 前方エッジ

Claims (7)

1. タンク（２）のカバーとして機能しているスラブ（５）の開口（４）を通して挿入される関節結合アーム（１１）であって、
   関節（１４）によって互いに連結されている上側部材（１２）および下側部材（１３）と、
   前記開口の周囲に配置されたベアリングと、
   前記スラブに対して固定された固定リング（１９）と、
   前記上側部材（１２）に対して固定された回転リング（２１）と、
   該回転リングの回転を制御するための回転制御手段（２６，２７，２８）と、
   前記スラブおよび前記アームよりも上方位置から延在しかつ前記下側部材（１３）の自由端位置の懸架プーリ（１５）を経由して延在しかつ可変長さとされたケーブル（６）によって前記下側部材から懸架されたツール（１）と、
   が設けられている場合において、
   前記下側部材が、互いに関節結合された２つのパート（４１，４２）から形成され、
   リターンプーリ（１６）が、前記両部材の関節結合箇所に配置され、
   前記ケーブルが、前記リターンプーリ（１６）の下方を通り、
   前記両部材がなす角度を制御するための角度制御手段（２９〜３２）が設けられていることを特徴とする関節結合アーム。
2. 請求項１記載の関節結合アームにおいて、
   前記下側部材の前記両パートが、前記上側部材に対しての前記下側部材（１３）の回転方向に関して前方側に位置したエッジである前方エッジ（４４）上に配置された軸（４３）によって、関節結合され、
   前記両部材がなす角度を制御するための前記角度制御手段が、双方向の回転を可能とする可逆的な伝達部材（３１）を備え、
   前記下側部材の前記両パートが、それぞれの後方エッジ上にロック手段を備えていることを特徴とする関節結合アーム。
3. 請求項１または２記載の関節結合アームにおいて、
   前記回転リングの回転を制御するための前記回転制御手段が、ピニオンギヤ（２６）と歯付きクラウン（２８）とを備え、
   前記ピニオンが、前記固定リングおよび前記回転リングのうちの一方に固定されており、
   前記歯付きクラウンが、前記固定リングおよび前記回転リングのうちの他方に固定されていることを特徴とする関節結合アーム。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の関節結合アームにおいて、
   前記上側部材（１２）が、前記回転リングに対してネジ止めすることができる支持構造（２２）を備えていることを特徴とする関節結合アーム。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の関節結合アームにおいて、
   前記回転リング上に取り付けられ前記開口を閉塞するためのプラグ（３３）を具備し、
   該プラグが、前記上側部材を通過させ得る着脱可能部材（３４）を備えていることを特徴とする関節結合アーム。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の関節結合アームにおいて、
   前記固定リング（１９）の下方において延在する連続スカート（３５）を備えてなるシールジョイントを具備し、
   前記連続スカートの下端が、前記開口を囲むグルーブ（３６）内に収容されている液体内に浸漬されていることを特徴とする関節結合アーム。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の関節結合アームにおいて、
   前記下側部材が、複数の梁（１７）を備え、
   これら梁どうしの間を、前記ツール（１）が挿通可能とされていることを特徴とする関節結合アーム。

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