JP6441877B2 - 防爆ロボット - Google Patents

Description

本開示は、爆発性雰囲気で使用可能な防爆ロボットに関する。

爆発性雰囲気における防災支援作業や建築物保全作業では、産業保安の観点から防爆対策が施された防爆機器が使用される。防爆機器では、使用される電気部品の電気火花や高温部が爆発性雰囲気に対して点火源とならないよう防爆対策が施されている。
防爆機器を実際の作業で使用するためには、実務上、型式検定機関による検定が必要とされている。このような検定は、例えば国際規格である国際整合防爆指針２００８Ｅｘに基づいて実施される（具体的な規格運用に関しては、例えば非特許文献１を参照）。

この種の防爆機器の幾つかの例として、特許文献１及び２には、爆発性雰囲気に侵入して作業を行う防爆ロボットに用いられる防爆構造が開示されている。特許文献１には、外部に設けられたエア供給源からエアパイプを介してロボットのケーシング内にエアを供給することにより、ケーシング内の圧力を周囲の爆発性雰囲気の圧力より高く保持することで、電気部品のあるケーシング内に爆発性気体が流入することを防止する防爆構造が開示されている。この文献では特に、ケーシング内の圧力が低下することでケーシング内への爆発性気体が流入するおそれがある場合に、ケーシング内の電気部品への通電を遮断する保護監視装置を備えることが記載されている。
また特許文献２には、ケーシング内にエアを供給するためのエアタンクをケーシングの外側に搭載した防爆構造が開示されており、特許文献１と同様に、ケーシング内の圧力が低下した場合に、ケーシング内の電気部品への通電を遮断することが記載されている。

特許文献３には、防爆区域で、移動ロボットへの電源給電方式として、内圧加圧方式の防爆構造を有する電源供給ダクトから移動ロボットへ給電する給電方式が開示されている。
特許文献４には、爆発性雰囲気において、スパークする可能性のある電気要素を有するアクチュエータを保護カバーで覆い、そのアクチュエータをカバー外から遠隔操作することが開示されている。
なお、ニッケルアルミ銅合金やベリリウム銅はスパーク（火花）を出さないので、爆発性雰囲気下でも安全に使える防爆工具の材料として使用されている。

特許第２７９６４８２号公報 特開２０１５−３６１７２号公報 特開平０６−１９６２４０号公報 特開昭６３−０８１５１１号公報

一般社団法人 日本電気制御機器工業会 防爆委員会「防爆安全ガイドブック（設備安全のための防爆電気機器点検ガイド）」

爆発性雰囲気中を移動する防爆ロボットにおいては、ロボット自体は防爆構造を有していても、万一階段などから滑落して障害物と衝突したときに発生するメカニカルスパークが原因となって引火性ガス爆発が発生する可能性がある。
また、軽量化のため、あるいは、例えば、無線通信、非接触給電等を行うためにロボット本体の一部をプラスチックにして電磁波を貫通可能にすると、ロボット本体に静電気が蓄積する場合がある。静電気が蓄積すると、導電性の金属物と衝突したとき静電気スパークが発生する場合があり、静電気スパークが原因となって引火性ガス爆発が発生する可能性がある。

少なくとも一実施形態は、上述の問題点に鑑みなされてものであり、防爆ロボットの走行中や作業中にメカニカルスパークや静電気スパークの発生を抑制し、これによって、引火性ガス爆発の発生を防止することを目的とする。

（１）少なくとも一実施形態に係る防爆ロボットは、
フィールド上を自走可能な防爆ロボットであって、
一部が電磁波を貫通可能な材料で構成されており、中空形状を有し、内部に少なくとも１つの電気部品を収容する防爆ケーシングと、
非金属材料を含み、前記防爆ケーシングの外表面のうち前記電磁波が貫通可能な材料で構成された部分を覆うカバーと、
を備える。

ここで、「防爆ロボット」とは、防爆構造を有するロボットであり、「防爆構造」とは、前述の国際整合防爆指針２００８Ｅｘに規定された構造である。例えば、特許文献１に開示されているように、ケーシング内の圧力を周囲の爆発性雰囲気より高く保持することで、電気部品のあるケーシング内に爆発性気体が流入することを防止する防爆構造であり、又は、耐圧容器に電気要素を収容し、耐圧容器の内部で引火性ガス爆発があっても、耐圧容器の周囲に影響を及ぼさない防爆構造等である。また、「防爆ケーシング」とは、防爆構造を有するケーシングを言う。
防爆ロボットは、防爆構造を有するため、爆発性雰囲気中でも自由に走行して作業を行うことができる。

上記（１）の構成によれば、電気部品を収容するケーシングの少なくとも一部を衝撃吸収性を有する非金属材料を含むカバーで覆うことで、防爆ロボットが落下物や障害物と接触又は衝突しても、上記カバーが衝撃を吸収するので、メカニカルスパークの発生を抑制できる。
上記非金属材料が可撓性又は弾性を有する非金属材料であれば衝撃吸収性をさらに向上でき、メカニカルスパークを効果的に抑制できる。
カバーに適用可能な非金属材料として、例えば、木、合成樹脂、一般に合成ゴムと呼ばれる熱硬化性エラストマ（以下「合成ゴム」とも言う。）、紙、皮（例えば、牛、羊等の獣皮）、等が適用可能である。

カバーが静電気による帯電が実質的に生じないほどに小さい体積を有する場合、メカニカルスパークの発生を抑制することだけを考慮し、静電気スパークの発生を考慮する必要はない。

（２）一実施形態では、前記（１）の構成において、
前記カバーは前記防爆ケーシングの少なくとも側面を覆うものである。
上記（２）の構成によれば、防爆ロボットが走行して何らかの作業を行うとき、防爆ロボットが障害物と接触又は衝突しやすいケーシングの側面を上記カバーで覆うことで、起こり得る大部分のメカニカルスパークの発生を抑制できる。

（３）一実施形態では、前記（１）又は（２）の構成において、
前記カバーは導電性を有する非金属材料を含む。
上記カバーの体積が小さく、静電気の帯電量が静電気スパークを発生させるほど多くならない場合、静電気スパークの発生は考慮しなくてもよい。しかし、上記カバーが帯電可能なほど大きい体積を有する場合、静電気スパークの発生を抑制する措置を取る必要がある。
そこで、カバーが導電性を有する非金属材料を含むことで、カバー内に発生した静電気を外部へ逃がすことができ、帯電量を低減できる。これによって、静電気スパークの発生を抑制できる。
メカニカルスパーク及び静電気スパークを抑制可能なカバーの材質として、例えば、木、導電性樹脂、導電性合成ゴム、紙、皮、等が適用可能である。

（４）一実施形態では、前記（３）の構成において、
前記カバーは、内表面及び外表面の抵抗値が１．０×１０^８Ω以下である。
上記（４）の構成によれば、上記カバーの内表面及び外表面の抵抗値（以下「表面抵抗値」ともいう。）を１．０×１０^８Ω以下とすることで、カバーに発生した静電気を外部に逃がすことができ、静電気による帯電量を低減できる。これによって、静電気スパークの発生を抑制できる。
カバーの表面抵抗値が１．０×１０^８Ωを超えると、導電性が低下するためカバーの帯電量が増加し、落下物や障害物との接触又は衝突によって静電気スパークが発生するおそれがある。

（５）一実施形態では、前記（１）〜（４）の何れかの構成において、
前記カバーは、前記防爆ケーシングより柔軟に形成されている。
上記（５）の構成によれば、上記カバーは防爆ケーシングよりも衝撃吸収性が増すので、防爆ロボットが落下物や障害物と接触又は衝突しても、上記カバーが衝撃を吸収するので、防爆ケーシングが落下物や障害物と接触又は衝突したときと比べて、メカニカルスパークの発生を抑制できる。

（６）一実施形態では、前記（１）〜（５）の何れかの構成において、
前記非金属材料は皮を含む。
皮、例えば、牛、羊等の獣皮は１．０×１０^８Ω程度の表面抵抗値を有するので、カバーに発生した静電気を外部に逃がすことができ、静電気などによって発生した帯電量を低減できる。これによって、静電気スパークの発生を抑制できる。
従って、防爆ケーシングを皮で覆うことで、防爆ロボットが落下物や障害物と接触又は衝突したとき、静電気スパークの発生を抑制できる。また、皮は衝撃吸収性が良好であり、防爆ロボットが障害物と接触又は衝突してもメカニカルスパークを抑制できる。
なお、水分や湿気は導電性の性質をもつ。獣皮は吸湿性があるため、湿気を吸収することで、導電性を向上でき、これによって、静電気スパークの抑制効果を向上できる。

（７）一実施形態では、前記（１）〜（５）の何れかの構成において、
前記非金属材料は導電性合成ゴム（例えば車両のラバータイヤ）を含む。
導電性合成ゴムは、一般に１．０×１０^６〜１．０×１０^８Ωの表面抵抗値を有するため、静電気により帯電を外部へ逃がすことができ帯電量を低減できる。これによって、静電気スパークの発生を抑制できる。また、導電性合成ゴムは弾力性に富み、良好な衝撃吸収性を有するので、メカニカルスパークの発生を抑制できる。

（８）一実施形態では、前記（１）〜（７）の何れかの構成において、
前記防爆ケーシングの少なくとも一面に設けられた自走手段をさらに備え、
前記非金属材料は前記防爆ケーシングのうち少なくとも前記自走手段の周りを覆うように設けられている。
上記（８）の構成によれば、少なくとも自走手段の外周部が非金属材料を含むので、自走手段が障害物に接触又は衝突しても、メカニカルスパーク及び静電気スパークの発生を抑制できる。

少なくとも一実施形態によれば、爆発性雰囲気中において、防爆ロボットが自由に走行しながら作業をしても、少なくともメカニカルスパークの発生を抑制できるので、メカニカルスパークが原因となる引火性ガス爆発の発生を防止できる。
従って、爆発性雰囲気で各種防爆ロボットが活動できるようになるため、災害時の状況確認が迅速かつ確実になり、人名救助や施設保全のレベルアップが可能になる。また、石油化学プラントの巡回などを防爆ロボットで行うことで、人件費を削減できると共に、点検頻度が上がり安全性を向上できる。

一実施形態に係る防爆ロボットの断面図である。 一実施形態に係る防爆ロボットの断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

幾つかの実施形態に係る防爆ロボット１０（１０Ａ、１０Ｂ）を図１及び図２に示す。
図１及び図２において、防爆ロボット１０（１０Ａ、１０Ｂ）は走行部１２（１２ａ、１２ｂ）を有して引火性ガス雰囲気のフィールドＦ上を自走可能である。また、中空形状の防爆ケーシング１４を備え、防爆ケーシング１４の内部に防爆ロボット１０が目的とする作業を行うための電気部品１６が収容されている。防爆ケーシング１４の外側には、防爆ケーシング１４の外表面の少なくとも一部を覆うカバー１８を備える。カバー１８は非金属材料を含み、例えば、非金属材料で構成される。

上記構成の防爆ロボット１０が、走行しながら作業する際に、防爆ケーシング１４の少なくとも一部を覆うカバー１８が衝撃吸収性を有する非金属材料でできているので、防爆ロボット１０が落下物１９又は障害物２０と接触又は衝突しても、カバー１８が衝撃吸収性を発揮し、メカニカルスパークの発生を抑制できる。従って、メカニカルスパークが原因となる引火性ガス爆発の発生を防止できる。

一実施形態では、図１に示すように、防爆ロボット１０（１０Ａ）は、少なくとも防爆ケーシング１４に一面に走行部１２（１２ａ）が設けられ、走行部１２（１２ａ）として車輪２１を備える。
一実施形態では、図２に示すように、防爆ロボット１０（１０Ｂ）は、少なくとも防爆ケーシング１４に一面に走行部１２（１２ｂ）が設けられ、走行部１２（１２ｂ）として無限軌道を備える。

防爆ロボット１０（１０Ａ、１０Ｂ）は、電気部品１６を収納する防爆ケーシング１４を衝撃吸収性を有する非金属材料を含むカバー１８で覆うことで、防爆ロボット１０が落下物１９又は障害物２０と接触又は衝突しても衝撃を吸収するため、メカニカルスパークの発生を抑制できる。
カバー１８を構成する非金属材料として、例えば、木、合成樹脂、合成ゴム、紙、皮（例えば、牛、羊等の獣皮）、等が適用可能である。特に、可撓性又は弾性を有する非金属材料であれば衝撃吸収性を向上できる。

一実施形態では、カバー１８は内部に空間を有するジャケット構造とすることができる。内部に空間を有することで、防爆ロボット１０が落下物１９又は障害物２０と接触又は衝突したとき、カバー１８に凹みが生じやすくなり、これによって、衝撃吸収能を向上できる。

一実施形態では、カバー１８は防爆ケーシング１４の少なくとも側面を覆う位置に配置される。
障害物２０と接触又は衝突しやすい防爆ケーシング１４の側面をカバー１８で覆うことで、実質的に大部分のメカニカルスパークの発生を抑制できる。

一実施形態では、カバー１８が静電気などによる帯電が生じるほど大きな体積を有する場合、カバー１８を導電性を有する非金属材料で製造するようにする。
カバー１８の体積が小さく、静電気の帯電量が静電気スパークを発生させるほど多くならない場合、静電気スパークの発生を考慮しなくてもよい。しかし、カバー１８が帯電を生じるほど大きな体積を有する場合、静電気スパークの発生を抑制するため、カバー１８を導電性の非金属材料で製造する。
カバー１８を導電性の非金属材料で製造することで、カバー１８に発生する静電気を外部へ逃がすことができ、これによって、静電気スパークの発生を抑制できる。

メカニカルスパークのみならず、静電気スパークを抑制可能な導電性非金属材料として、例えば、木、導電性樹脂、導電性合成ゴム、紙、皮、等が適用可能である。

一実施形態では、表面抵抗値が１．０×１０^８Ω以下のカバー１８を用いる。表面抵抗値が上記範囲のカバーを用いることで、カバー１８に導電性を付与でき、これによって、静電気を外部に逃がすことができ、帯電量を低減できる。これによって、静電気スパークの発生を抑制できる。
カバー１８の表面抵抗値が１．０×１０^８Ωを超えると、導電性が低下することでカバー１８の帯電量が増加し、落下物１９又は障害物２０と接触又は衝突した際に、静電気スパークが発生するおそれがある。

一実施形態では、カバー１８は防爆ケーシング１４より柔軟に形成されている。
これによって、カバー１８は防爆ケーシング１４よりも衝撃吸収性が増すので、防爆ロボット１０が落下物１９や障害物２０と接触又は衝突しても、カバー１８が衝撃を吸収するので、防爆ケーシング１４が落下物１９や障害物２０と接触又は衝突したときと比べて、メカニカルスパークの発生を抑制できる。

一実施形態では、カバー１８を皮（例えば、牛、羊等の獣皮）で製造する。獣皮は一般的に１０^８Ω程度の表面抵抗値を有するので、落下物１９や障害物２０と接触又は衝突しても静電気スパークを発生しない。また、皮は衝撃吸収性が良好であり、落下物１９又は障害物２０と接触又は衝突してもメカニカルスパークの発生を抑制できる。
なお、水分や湿気は導電性の性質を有する。皮は吸湿性があるため、湿気を吸収することで、さらに導電性を向上できる。そのため、カバー１８を皮で製造することで、静電気スパークの抑制効果を向上できる。

一実施形態では、カバー１８を導電性合成ゴム（例えば車両のラバータイヤと同一の材料）で製造する。
導電性合成ゴムは、一般に１．０×１０^６〜１．０×１０^８Ωの表面抵抗値を有し導電性を有する。また、弾力性に富み、良好な衝撃吸収性を有するので、メカニカルスパーク及び静電気スパークの発生を抑制できる。

一実施形態では、図１に示す走行部１２（１２ａ）が複数の車輪２１であり、車輪２１の少なくとも外周部が非金属材料（例えば、導電性合成ゴム）で製造される。これによって、車輪２１が障害物２０に接触又は衝突しても、メカニカルスパーク及び静電気スパークの発生を抑制できる。

一実施形態では、図２に示す走行部１２（１２ｂ）が無限軌道であり、この無限軌道の少なくとも外周部が導電性合成ゴムで製造される。
無限軌道の少なくとも外周部が非金属材料（例えば、導電性合成ゴム）であるので、無限軌道が障害物２０に接触又は衝突しても、メカニカルスパーク及び静電気スパークの発生を抑制できる。

一実施形態では、図２に示すように、上記無限軌道は、履帯２２と、履帯２２を駆動する起動輪２４と、履帯２２を誘導する誘導輪２６と、履帯２２を案内する転輪２８とを含む。履帯２２の少なくとも外周部を構成する導電性合成ゴムは、例えば、引張り強度及び耐摩耗性が良好な導電性ニトリルゴムＮＢＲが用いられる。
これによって、メカニカルスパーク及び静電気スパークの発生を効果的に抑制でき、かつ引火性ガス雰囲気下で長持ちできる。

上記実施形態に係る防爆ロボット１０を用いることで、爆発性雰囲気のフィールドＦ上で各種防爆ロボットが活動できるようになるため、災害時の状況確認が迅速かつ確実になり、人名救助や施設保全のレベルアップが可能になる。また、石油化学プラントの巡回などを防爆ロボットで行うことで、人件費を削減できると共に、点検頻度が上がり安全性を向上できる。

幾つかの実施形態による防爆ロボットは、爆発性雰囲気中で使用可能であり、走行中や作業中に少なくともメカニカルスパークや静電気スパークの発生を抑制することができ、これによって、引火性ガス爆発を防止できる。

１０（１０Ａ、１０Ｂ） 防爆ロボット
１２（１２ａ、１２ｂ） 走行部
１４ 防爆ケーシング
１６ 電気部品
１８ カバー
１９ 落下物
２０ 障害物
２１ 車輪
２２ 履帯
２４ 起動輪
２６ 誘導輪
２８ 転輪
Ｆ フィールド

Claims (11)

1. フィールド上を自走可能な防爆ロボットであって、
   一部が電磁波を貫通可能な材料で構成されており、中空形状を有し、内部に少なくとも１つの電気部品を収容する防爆ケーシングと、
   非金属材料を含み、前記防爆ケーシングの外表面のうち前記電磁波が貫通可能な材料で構成された部分を覆うカバーと、
   を備えることを特徴とする防爆ロボット。
2. 前記カバーは前記防爆ケーシングの少なくとも側面を覆うことを特徴とする請求項１に記載の防爆ロボット。
3. 前記カバーは前記防爆ケーシングの少なくとも上面を覆うことを特徴とする請求項１又は２に記載の防爆ロボット。
4. 前記カバーは導電性を有する非金属材料を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の防爆ロボット。
5. 前記カバーは、内表面及び外表面の抵抗値が１．０×１０^８Ω以下であることを特徴とする請求項４に記載の防爆ロボット。
6. 前記カバーは、前記防爆ケーシングより柔軟に形成されていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の防爆ロボット。
7. 前記非金属材料は皮を含むことを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の防爆ロボット。
8. 前記非金属材料は導電性合成ゴムを含むことを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の防爆ロボット。
9. 前記防爆ケーシングの少なくとも一面に設けられた自走手段をさらに備え、
   前記非金属材料は少なくとも前記自走手段の周りを覆うように設けられていることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の防爆ロボット。
10. 前記自走手段は、無限軌道を構成する覆帯を含み、
    前記覆帯の少なくとも外周部は導電性合成ゴムを含むことを特徴とする請求項９に記載の防爆ロボット。
11. 前記カバーは、ジャケット構造を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の防爆ロボット。
    

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