JP7117817B2 - 研掃ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、研掃ヘッドに関し、例えば、内面が曲面形状に形成されたトンネルの補修工事に適用して有効な研掃ヘッドに関するものである。

高速道路や一般道に構築されているトンネルには、ボックスカルバートなどを使用した断面が矩形のトンネルや、湾曲したセグメントなどを使用した断面が円形や馬蹄形のトンネルがある。そして、前者のトンネルは、天井や壁が平面で構成されているのに対して、後者のトンネルは曲面で構成されている。

トンネルは、供用開始から所定期間経過したならば、劣化した表面を削り取って目荒しや塗膜除去を行う下地処理をした後、コンクリート改質剤を塗布する表面処理を行う補修工事が実行される。

ここで、下地処理作業は、作業箇所に高所作業台を設置し、当該作業台に作業員が乗って人力で行っていた。しかしながら、人力での作業は、重量のある工具を用いて上向き姿勢で行わなければならないために作業効率が低く、時間がかかるのみならず費用も嵩むことになる。

そこで、例えば特許文献１（特開２０１７－０４０１０３号公報）に記載のように、人力によらず、自動的にトンネル天井面の研掃を行うトンネル天井面研掃装置が提案されている。

特開２０１７－０４０１０３号公報

ところで、特許文献１に記載のトンネル天井面研掃装置は、平面形状になったトンネルの天井を自動的に研掃するには有効な装置であるが、曲面形状に形成されたトンネルの内壁面を研掃することには適用することができない。つまり、特許文献１のトンネル天井面研掃装置では、曲面形状に形成されたトンネルの内壁面に沿って装置を動かすことができない。

本発明は、上述の技術的背景からなされたものであって、曲面形状に形成された壁面を研掃することのできる研掃ヘッドを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明の研掃ヘッドは、曲面形状に形成されたトンネルの壁面を当該トンネルの延伸方向に沿って研掃する研掃ヘッドであって、前記壁面を研削するための研削材を噴射するための噴射口、および前記噴射口の外周に配置されて飛散物を負圧吸引する吸引口を備え、各々の前記噴射口が前記研掃方向に交差する方向に互いにずれた状態で設置された２つの研掃部と、前記研掃部が設置され、前記研掃部を上下動可能な状態で支持するように裏面に設置されたエアシリンダを中央にして互いに斜めの位置関係になるように裏面に対角配置された２本の伸縮ロッドを備えた取付部と、前記取付部を前記壁面に追従して揺動させる揺動部と、を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の本発明の研掃ヘッドは、上記請求項１に記載の発明において、前記揺動部は、前記取付部を第１の揺動方向に揺動させる第１の揺動部と、前記取付部を前記第１の揺動方向に交差する第２の揺動方向に揺動させる第２の揺動部と、を備えることを特徴とする。

請求項３に記載の本発明の研掃ヘッドは、上記請求項１または２に記載の発明において、前記取付部において前記壁面に対向する面内から外方に飛散物が漏れるのを遮蔽する遮蔽部材を、前記研掃部の外周に設けたことを特徴とする。

請求項５に記載の本発明の研掃ヘッドは、上記請求項３または４に記載の発明において、前記遮蔽部材は、前記複数の研掃部の各々を取り囲むように設けられた第１の遮蔽部材と、前記複数の研掃部の一群を取り囲むように設けられた第２の遮蔽部材と、を備えることを特徴とする。

請求項６に記載の本発明の研掃ヘッドは、上記請求項１～５のいずれか１項に記載の発明において、前記取付部において前記壁面に対向する面に複数のキャスタを設けたことを特徴とする。

請求項８に記載の本発明の研掃ヘッドは、上記請求項１～７のいずれか１項に記載の発明において、前記研掃部を上下動可能な状態で支持するエアシリンダを設けたことを特徴とする。

本発明によれば、曲面形状に形成された壁面に追従して研掃ヘッドを揺動させることができるので、曲面形状に形成された壁面を研掃することが可能になる。

（ａ）は本発明の一実施の形態であるトンネル研掃装置が取り付けられたトンネル研掃システムを示す概念図、（ｂ）は図１（ａ）のトンネル研掃システムを構成する高所作業車のデッキ部上昇時の概念図である。 本発明の一実施の形態であるトンネル研掃装置を示す正面図である。 本発明の一実施の形態であるトンネル研掃装置を示す側面図である。 本発明の一実施の形態であるトンネル研掃装置を構成する移動手段の説明図である。 本発明の一実施の形態であるトンネル研掃装置に設けられた研掃ヘッドの主面の平面図である。 本発明の一実施の形態であるトンネル研掃装置を用いたトンネル内壁面の研掃作業を説明するための説明図である。 研掃作業時における図６の研掃ヘッドの要部拡大側面図である。 本発明の他の実施の形態であるトンネル研掃装置が取り付けられたトンネル研掃システムを示す概念図である。 本発明のさらに他の実施の形態であるトンネル研掃装置が取り付けられたトンネル研掃システムを示す概念図である。 （ａ），（ｂ）は本発明の他の実施の形態であるトンネル研掃装置の研掃ヘッドの研掃面内において外周に設けられた遮蔽部材の要部側面図である。

以下、本発明の一例としての実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（第１の実施の形態）

図１（ａ）は本発明の一実施の形態であるトンネル研掃装置が取り付けられたトンネル研掃システムを示す概念図、図１（ｂ）は図１（ａ）のトンネル研掃システムを構成する高所作業車のデッキ部上昇時の概念図である。なお、図１（ａ），（ｂ）においては、説明を分かり易くするためにトンネル研掃装置Ｍの下部も透かして見せている。

本実施の形態のトンネル研掃システムＳは、例えば、曲面状に形成されたトンネルの内壁面を研掃可能なシステムであり、高所作業車Ｖと、トンネル研掃装置Ｍとを備えている。

高所作業車Ｖは、トンネル研掃装置Ｍを所定の場所に移動するとともに、トンネル研掃装置Ｍの高さを所定の高さに設定することが可能な特殊車両であり、その荷台側には、パンタグラフ部Ｖｐと、その上に設置されたデッキ部Ｖｂとを備えている。パンタグラフ部Ｖｐは、デッキ部Ｖｂを昇降させるための昇降機構部であり、これによりデッキ部Ｖｂ上に搭載されたトンネル研掃装置Ｍを所定の高さに設定することでトンネル研掃装置Ｍによるトンネルの研掃作業を行うことが可能になっている。

この図１の高所作業車Ｖにおいては、トンネル研掃装置Ｍを搭載したときに低振動数の揺れがなく、たわみも１５ｍｍ程度に抑えることができるので、トンネル研掃装置Ｍの搭載車両として適用できる。また、図１の高所作業車Ｖの場合、トンネル研掃装置Ｍを安定した状態で搭載でき、トンネル研掃装置Ｍが搭載されたデッキ部Ｖｂ上を上昇させたまま走行移動することができるので、研掃作業を効率的に実施することができる。

このような高所作業車Ｖのデッキ部Ｖｂ上に搭載されたトンネル研掃装置Ｍは、例えば、曲面状に形成されたトンネルの内壁面に対して研削材を吹き付けることで当該内壁面を研掃する研削材噴射型の研掃装置であり、移動手段１１と、その上に設置された保持フレーム１２と、その保持フレーム１２に保持されたロッド１５と、そのロッド１５の先端に揺動自在の状態で支持された研掃ヘッド１７とを備えている。以下、トンネル研掃装置Ｍについて、図２～図５を参照して詳細に説明する。

図２は本発明の一実施の形態であるトンネル研掃装置を示す正面図、図３は本発明の一実施の形態であるトンネル研掃装置を示す側面図、図４は本発明の一実施の形態であるトンネル研掃装置を構成する移動手段の説明図、図５は本発明の一実施の形態であるトンネル研掃装置に設けられた研掃ヘッドの主面の平面図である。なお、図２および図３においては、トンネル研掃装置を構成する移動手段の一部は図示が省略されている。また、図２および図３においては、トンネル研掃時のトンネルの内壁面ＷＳに対する研掃ヘッド１７の向きを分かり易くするためにトンネルの内壁面ＷＳの断面を示している。

図２および図３に詳しく示すように、トンネル研掃装置Ｍは、ベースプレート１０およびベースプレート１０を水平方向に移動させる移動手段１１を備えている。また、ベースプレート１０上には、ロッド１５を上下方向に延びるようにして保持する保持フレーム１２が設置されている。また、ベースプレート１０上には、当該ベースプレート１０上に立設されたロッド１５を上下動させるためのエアシリンダ１３が設置されている。このエアシリンダ１３は、中空になったロッド１５の内部空間に配置されており、当該ロッド１５により起立した状態で保持されている。

エアシリンダ１３のシリンダロッド１３ａは、ロッド１５内において径方向に設けられた取付板１５－１に取り付けられている。これにより、ロッド１５はエアシリンダ１３に駆動されて上下動し、研掃時において研掃ヘッド１７をトンネルの内壁面ＷＳに押し付ける。なお、保持フレーム１２には、ロッド１５の両側を支持するローラ対１６ａ，１６ｂが上下２段に設けられている。したがって、ロッド１５はローラ対１６ａ，１６ｂに支持された状態で上下動するようになっており、安定的な上下動が可能になっている。

ロッド１５を上下動させる駆動手段としては、本実施の形態に示すエアシリンダ１３以外に、例えば油圧シリンダやチェーンによる昇降機構などを用いてもよい。また、伸縮可能なロッドを用い、本実施の形態のようにロッド全体ではなく、ロッドの一部を上下動させるようにしてもよい。

また、ベースプレート１０とエアシリンダ１３との間にはターンテーブル１４が介在されている。すなわち、エアシリンダ１３は、ベースプレート１０に載置されたターンテーブル１４上に搭載されている。このターンテーブル１４は、回転モータ１４ｍの回転動作によって水平面内において回転可自在の状態になっている。すなわち、回転モータ１４ｍの回転軸と、ターンテーブル１４の回転軸との各々にはギア等を介して無端チェーンベルト（図示せず）が機械的に接続されており、回転モータ１４ｍの回転動作がギア等および無端チェーンベルトを通じてターンテーブル１４の回転軸に伝達されることでターンテーブル１４が水平面内において回転するようになっている。そして、このターンテーブル１４の回転により、研掃ヘッド１７を水平面内において回転させることが可能になっている。

なお、ターンテーブル１４は、トンネルの内壁面ＷＳに対する研掃ヘッド１７の水平方向の研掃角度を微調整するために用いられるが、微調整までは必要ない場合も考えられる。そのような場合には、ターンテーブル１４を設けることなく、ベースプレート１０上に直接保持フレーム１２やエアシリンダ１３などを搭載するようにしてもよい。

ここで、図４に示すように、移動手段１１は、ベースプレート１０を第１の方向Ｄ１に往復移動させる第１の移動機構部１１ａと、ベースプレート１０および第１の移動機構部１１ａを第１の方向Ｄ１に対して直交する第２の方向Ｄ２に往復移動させる第２の移動機構部１１ｂとを備えている。

図２および図３に示すように、ベースプレート１０の裏面の四隅には車輪１０ａが取り付けられており、第１の移動機構部１１ａは、ベースプレート１０が車輪１０ａを介して走行可能に載置される第１のレール１１ａ－１と、第１のレール１１ａ－１上のベースプレート１０を第１の方向Ｄ１に往復移動させるモータ１１ａ－２とを備えている。モータ１１ａ－２は、例えば、電動式モータで構成されている。これにより、モータ１１ａ－２を油圧式モータで構成する場合に比べて、トンネル研掃装置Ｍを軽量化することができる。このモータ１１ａ－２は第１のレール１１ａ－１の一方端に設置されており、モータ１１ａ－２の回転軸に取り付けられたスプロケット１１ａ－３ａと第１のレール１１ａ－１の他方端に回転自在に設置されたスプロケット１１ａ－３ｂとの間には、チェーン１１ａ－４が掛け渡されている。さらに、チェーン１１ａ－４には、ベースプレート１０の下面から延びた伝達棒１０ｂの先端が固定されている。したがって、モータ１０ｃの回転によりチェーン１１ａ－４が周方向に回転すると伝達棒１０ｂが第１の方向Ｄ１に移動し、これに伴ってベースプレート１０が第１のレール１１ａ－１上を走行して第１の方向Ｄ１に移動する。

第１のレール１１ａ－１の端部の４箇所には、第１のレール１１ａ－１の延伸方向と直交する方向を回転面とする車輪（図示せず）が取り付けられている。また、図４に示すように、第１のレール１１ａ－１の両端には、第１のレール１１ａ－１とで矩形のフレームを形成するタイロッド１１ａ－５が設置されている。

そして、第２の移動機構部１１ｂは、第１のレール１１ａ－１が車輪を介して走行可能に載置される第２のレール１１ｂ－１と、第２のレール１１ｂ－１上の第１のレール１１ａ－１を第２の方向Ｄ２に往復移動させるモータ１１ｂ－２とを備えている。また、第２のレール１１ｂ－１の両端にも、第２のレール１１ｂ－１とで矩形のフレームを形成するタイロッド１１ｂ－３が設置されている。モータ１１ｂ－２は、例えば、電動式モータで構成されている。これにより、トンネル研掃装置Ｍを軽量化することができる。このモータ１１ｂ－２は一方のタイロッド１１ｂ－３の略中央部分に設置されており、その回転軸上にはシャフト１１ｂ－４が取り付けられている。また、他方のタイロッド１１ｂ－３におけるモータ１１ｂ－２との対向位置には、シャフト１１ｂ－４の先端を回転自在に支持する軸受１１ｂ－５が設置されている。さらに、第１の移動機構部１１ａにおけるシャフト１１ｂ－４に対応した位置には、一対の第１のレール１１ａ－１を連結するとともに当該シャフト１１ｂ－４が貫通する突起片１１ａ－６ａが裏面に取り付けられた連結棒１１ａ－６が設けられている。前述したシャフト１１ｂ－４には雄ネジが形成され、シャフト１１ｂ－４が貫通する突起片１１ａ－６ａには、当該雄ネジと螺合する雌ネジが形成されている。したがって、モータ１１ｂ－２によりシャフト１１ｂ－４が回転すると連結棒１１ａ－６において回転運動が直線運動に変換され、これにより第１のレール１１ａ－１が第２のレール１１ｂ－１上を走行して第２の方向Ｄ２に移動する。

なお、移動手段１１は図４に示すものに限定されるものではなく、ベースプレート１０を水平方向に移動させることができる限り、様々な構造を採用することができる。また、移動手段１１は、ベースプレート１０をトンネルの延伸方向、つまり後述する研掃ヘッド１７がトンネルを研掃する方向に移動させることができれば足り、本実施の形態のように、所定範囲内の水平面に対して移動させることができなくてもよい。

さて、本実施の形態においては、図２および図３に示すように、上記したロッド１５の先端に、トンネルの内壁面ＷＳを研掃するための研掃ヘッド１７が着脱自在の状態で取り付けられている。研掃ヘッド１７は、取付台１７ａと、アーム部（揺動部）１７ｒと、エアシリンダ１７ｐとを備えている。

研掃ヘッド１７の取付台１７ａは、トンネルの内壁面ＷＳに対向する主面と、その裏側の裏面とを有している。この取付台１７ａの主面には、図２、図３および図５に示すように、研掃機（研掃部）１７ｂと、キャスタ１７ｃと、第１のリングブラシ（第１の遮蔽部材）１７ｓ－１と、第２のリングブラシ（第２の遮蔽部材）１７ｓ－２とが設置され、取付台１７ａの裏面側において取付台１７ａの長手方向の両端には、２枚の回動板１７ａ－１が取付台１７ａと一体的に立設されている。

研掃機１７ｂは、トンネルの内壁面ＷＳの劣化部分を研削するために、その内壁面ＷＳに研削材を吹き付ける研削材噴射部である。ここでは、図３および図５に示すように、研掃機１７ｂが、例えば、２台設置されている。各研掃機１７ｂには、図５に示すように、内側から外側に向かって、噴射口１７ｂ－１と、吸引口１７ｂ－２と、第１のリングブラシ１７ｓ－１とが同心円状に配置されている。

研掃機１７ｂの噴射口１７ｂ－１は、上記した研削材を噴射するための開口部であり、図５に示すように、平面視で、例えば、円形状に形成されている。噴射口１７ｂ－１の直径は、例えば、８０ｍｍ程度である。噴射口１７ａ－１の平面形状は円形状に限定されるものではなく、例えば、楕円形や長円等、種々変更可能である。この噴射口１７ａ－１の後方には、図３に示すように、研削材供給管１７ｂ－３が機械的に接続されている。この研削材供給管１７ｂ－３を通じて送られた研削材は、噴射口１７ａ－１から噴射されてトンネルの内壁面ＷＳに吹き付けられるようになっている。

研掃機１７ｂの吸引口１７ｂ－２は、研掃処理によりトンネルの内壁面ＷＳから剥がれた剥離片や吹き付け後の研削材を負圧吸引する開口部であり、図５に示すように、例えば、噴射口１７ｂ－１の外周を取り囲むように平面視で円環状に形成されている。この吸引口１７ｂ－２の後方には、吸引口１７ｂ－２から吸引された剥離片や研削材を貯蔵する貯蔵装置（図示せず）へ搬送する搬送管（図示せず）が機械的に接続されている。

このような２台の研掃機１７ｂは、図２および図３に示すように、各々の研掃機１７ｂの噴射口１７ｂ－１および吸引口１７ｂ－２を、トンネルの内壁面ＷＳに対向させることが可能な状態で取付台１７ａに設置されている。また、２台の研掃機１７ｂは、図５に示すように、研掃方向に沿って並んで配置されている。そして、図５の左側または右側から取付台１７ａの側面を見たときに、２台の研掃機１７ｂ，１７ｂは、その各々の噴射口１７ｂ－１，１７ｂ－１同士が一部重なり（オーバーラップし）つつも、研掃機１７ｂ，１７ｂの並設方向に対して交差（直交）する方向に互いにずれている状態で配置されている。この噴射口１７ｂ－１，１７ｂ－１の位置ずれにより、研削材の噴射幅が設定されている。本実施の形態では、２台の研掃機１７ｂ，１７ｂの噴射口１７ｂ－１，１７ｂ－１のオーバーラップ寸法が、例えば、４０ｍｍとなっているので、トンネルの内壁面ＷＳに対して研削材が１２０ｍｍ（＝８０ｍｍ×２－４０ｍｍ）の幅で噴射されることになる。但し、これらの数値は例示に過ぎず、本発明がこれらの数値に拘束されるものではない。

なお、研掃機１７ｂの設置台数は自由に設定でき、１台でも３台以上でもよい。また、研掃機１７ｂを３台以上設ける場合、研掃機１７ｂの並設方向に沿って研掃機１７ｂを千鳥状に配置してもよいし、相互にずらして配置しなくてもよい。さらに、研掃機１７ｂは、本実施の形態のような研削材噴射型ではなく、加圧された水流でトンネルの内壁面ＷＳを研掃するウォータージェット型などでもよい。

また、図２、図３および図５に示すように、キャスタ１７ｃは、研掃作業に際して、取付台１７ａの主面とトンネルの内壁面ＷＳとの間に一定の間隔を確保するとともに、研掃ヘッド１７を内壁面ＷＳに沿って移動させる部材であり、図５に示すように、例えば、取付台１７ａの主面の四隅に配置されている。研掃時には、当該キャスタ１７ｃがトンネルの内壁面ＷＳと接することで取付台１７ａとトンネルの内壁面ＷＳとが一定の間隔に保たれつつ、研掃ヘッド１７の移動に伴って当該キャスタ１７ｃがトンネルの内壁面ＷＳに沿って回転するようになっている。キャスタ１７ｃの車輪部は、例えば、ゴムまたはウレタンやナイロン等のようなプラスチックで構成されている。これにより、キャスタ１７ｃが内壁面ＷＳに接触したときに内壁面ＷＳに傷や損傷を生じさせない上、キャスタ１７ｃを軽量化できるので、研掃ヘッド１７を軽量化することができる。また、キャスタ１７ｃは、取付台１７ａの主面内（すなわち、内壁面ＷＳの研掃面内）において３６０°回転することが可能な構成になっている。これにより、研掃時に研掃ヘッド１７の移動方向の自由度を向上させることができる。なお、キャスタ１７ｃの個数、取付位置または材料等は、上記したものに限定されるものではなく、種々変更可能である。

また、図２、図３および図５に示すように、第１のリングブラシ１７ｓ－１は、剥離片や研削材等のような飛散物が、取付台１７ａの主面より外方に漏れるのを遮蔽するための遮蔽部材であり、図５に示すように、各研掃機１７ｂの外周を取り囲むように平面視で円環状に形成されている。

また、図２、図３および図５に示すように、第２のリングブラシ１７ｓ－２は、上記飛散物が取付台１７ａの主面より外方に漏れるのを遮蔽するための遮蔽部材であり、図５に示すように、２台の研掃機１７ｂ，１７ｂの一群を取り囲むように平面視で、例えば、矩形枠状に形成されている。このように第２のリングブラシ１７ｓ－２を設けることで、上記飛散物が外部に漏れるのをより一層抑制または防止することができる。

このような第１のリングブラシ１７ｓ－１および第２のリングブラシ１７ｓ－２は、着脱自在の状態で取付台１７ａに取り付けられている。したがって、第１のリングブラシ１７ｓ－１や第２のリングブラシ１７ｓ－２が劣化したら交換すればよいので、第１のリングブラシ１７ｓ－１や第２のリングブラシ１７ｓ－２の寿命によって研掃ヘッド１７の寿命が決められてしまうこともない。なお、図２および図３においては、研掃機１７ｂを見易くするため、第１のリングブラシ１７ｓ－１および第２のリングブラシ１７ｓ－２を断面図で示した。

次に、図２および図３に示すように、上記したアーム部１７ｒは、取付台１７ａを揺動自在の状態で支持する揺動部であり、ベース板１７ｒ－１を備えている。ベース板１７ｒ－１は、取付台１７ａの裏面に対向する主面と、その裏側のロッド１５の先端面に対向する裏面とを有している。ベース板１７ｒ－１の主面においてベース板１７ｒ－１の長手方向の両端には、ベース板１７ｒ－１の主面に対して直交する方向に延びる２枚の第１の支持板１７ｒ－２が設けられ、ベース板１７ｒ－１の裏面においてベース板１７ｒ－１の長手方向の中央には、ベース板１７ｒ－１の裏面に対して直交する方向に延びる２枚の第２の支持板１７ｒ－３が設けられている。

このアーム部１７ｒの２枚の第１の支持板１７ｒ－２は、ロッド１５に対して斜め方向に延在し、上記した取付台１７ａの２枚の回動板１７ａ－１と平面視で重なっている。このアーム部１７ｒの第１の支持板（第１の揺動部）１７ｒ-２と、取付台１７ａの回転板（第１の揺動部）１７ａ－１とは、それらを貫通するように設けられた締結部材（第１の揺動部）１７ｘ－１によって互いに回動可能な状態で接続されている。これにより、取付台１７ａは、第１の揺動方向ＲＲ１（図２参照）に揺動自在の状態でアーム部１７ｒに取り付けられている。また、アーム部１７ｒの第１の支持板１７ｒ－２をロッド１５の延在方向に対して斜め方向に延在させたことで取付台１７ａがロッド１５に対して斜め上方に取り付けられている。これにより、研掃処理に際して曲面形状に形成されたトンネルの内壁面ＷＳに対して研掃機１７ｂの主面側を大きな押し付け力で押し付けることができるようになっている。

一方、アーム部１７ｒの２枚の第２の支持板１７ｒ－３の先端面は弧状に形成されている。この２枚の第２の支持板１７ｒ－３の間には、ロッド１５の先端面に形成された１枚の凸部１５－２が介在されている。この凸部１５－２の先端面も弧状に形成されている。そして、２枚の第２の支持板（第２の揺動部）１７ｒ－３と、凸部（第２の揺動部）１５－２とは、それらを貫通するように設けられた締結部材（第２の揺動部）１７ｘ－２によって互いに回動可能な状態で接続されている。これにより、研掃ヘッド１７（取付台１７ａおよびアーム部１７ｒ）は、第１の揺動方向に交差（直交）する第２の揺動方向ＲＲ２（図３参照）に揺動自在の状態でロッド１５に取り付けられている。この締結部材１７ｘ－２は、取り外しが可能になっており、この締結部材１７ｘ－２を取り外すことで研掃ヘッド１７を取り外すことが可能になっている。

したがって、本実施の形態によれば、曲面形状に形成されたトンネルの内壁面ＷＳに追従して研掃ヘッド１７を第１の揺動方向および第２の揺動方向に揺動させることができるので、当該内壁面ＷＳを良好に研掃することができる。

次に、図２および図３に示すように、上記したエアシリンダ１７ｐは、研掃機１７ｂを上下動可能な状態で支持する部材である。このエアシリンダ１７ｐは、そのシリンダロッド１７ｐ－１の先端部を２台の研掃機１７ｂの背面側に設置された背面板１７ｈの裏面側に固定した状態で、支持フレーム１７ｅに取り付けられて反力をとるように設置されている。

また、この支持フレーム１７ｅの長手方向の両端部と背面板１７ｈの裏面との間には、例えば、２本の伸縮ロッド１７ｄ，１７ｄが介在されている。この２本の伸縮ロッド１７ｄ，１７ｄにより、エアシリンダ１７ｐから２台の研掃機１７ｂに加わる圧力が適切な圧力になるように調整することができるとともに、２台の研掃機１７ｂの主面内に加わる圧力が均一になるように調整することができるようになっている。

また、図５に示すように、２本の伸縮ロッド１７ｄ，１７ｄは、取付台１７ａの裏面内においてエアシリンダ１７ｐを中央にして互いに斜めの位置関係になるように配置されている。このような配置にすることで２本の伸縮ロッド１７ｄ，１７ｄでも２台の研掃機１７ｂに加える圧力を充分に調整できる。すなわち、伸縮ロッド１７ｄ，１７ｄを２本で済ませることができるので、研掃ヘッド１７を軽量化することができる。研掃時には、エアシリンダ１７ｐのシリンダロッド１７ｐ－１を伸長させると、取付台１７ａの主面のキャスタ１７ｃがトンネルの内壁面ＷＳに押し付けられるとともに、取付台１７ａの主面の第１のリングブラシ１７ｓ－１および第２のリングブラシ１７ｓ－２が内壁面ＷＳに接触するようになっている。

なお、前述したロッド１５内のエアシリンダ１３によってロッド１５の上下位置を調整することでキャスタ１７ｃをトンネルの内壁面ＷＳに押し付けることもできる。このようにロッド１５のみで押し付ける場合には、エアシリンダ１７ｐを省略することができる。但し、ロッド１５で研掃ヘッド１７の大まかな高さを調節し、エアシリンダ１７ｐでキャスタ１７ｃをトンネルの内壁面ＷＳに押し付けるようにすれば、研掃ヘッド１７を適切な圧力で容易に内壁面ＷＳに押し付けることができる。

なお、以上説明した移動手段１１、エアシリンダ１３およびターンテーブル１４等の動作は、図示しないコントローラを用いて、作業者により遠隔操作される。

次に、本実施の形態のトンネル研掃装置Ｍによるトンネルの内壁面ＷＳの研掃例について図１～図７を用いて説明する。図６は本実施の形態のトンネル研掃装置を用いたトンネルの内壁面の研掃作業を説明するための説明図、図７は研掃作業時における図６の研掃ヘッドの要部拡大側面図である。なお、ここでは、曲面形状に形成されたトンネルの内壁面ＷＳを研掃する場合について説明する。

まず、図１（ａ）に示した高所作業車Ｖを研掃エリアへと移動し、高所作業車Ｖをトンネルの内壁面ＷＳに横付けする。このとき、トンネル研掃装置Ｍが搭載されたデッキ部Ｖｂは下降状態である。また、図２に示すように、トンネル研掃装置Ｍは、その研掃ヘッド１７の研掃面（トンネルの内壁面ＷＳに対向する面であって研掃機１７ｂ、キャスタ１７ｃ、第１のリングブラシ１７ｓ－１および第２のリングブラシ１７ｓ－２が設置された取付台１７ａの主面）がトンネルの内壁面ＷＳを向くようにする。

続いて、図１（ｂ）に示すように、デッキ部Ｖｂを上昇させてトンネル研掃装置Ｍを所定の高さ位置に設定する。その後、図２～図４に示した移動手段１１によりベースプレート１０を水平方向に移動し、研掃ヘッド１７を移動手段１１の端部（トンネルの内壁面ＷＳに最も近い位置）に配置する。なお、ここでは、図４に示す移動手段１１の第１の方向Ｄ１（研掃ヘッド１７が第１の移動機構部１１ａによって移動する方向）がトンネルの延伸方向に沿うようにする。

ここで、高所作業車Ｖをトンネルの内壁面ＷＳに横付けしたときに高所作業車Ｖが内壁面ＷＳに対して若干斜めに配置されてしまう場合がある。この場合、研掃ヘッド１７の研掃面をトンネルの内壁面ＷＳに対して平行に対向させることができなくなり、トンネルの内壁面ＷＳに対して良好な研掃処理を施すことができなくなってしまう場合がある。

そこで、トンネル研掃装置Ｍの研掃ヘッド１７の研掃面が、トンネルの内壁面ＷＳに対して平行になるように、トンネルの内壁面ＷＳに対する研掃ヘッド１７の研掃面の向き方（研掃角度）をターンテーブル１４によって微調整する。これにより、研掃時に研掃ヘッド１７の研掃面をトンネルの内壁面ＷＳに対して平行に対向させることができるので、トンネルの内壁面ＷＳに対して良好な研掃処理を施すことができる。

次いで、図６および図７に示すように、トンネル研掃装置Ｍのロッド１５により研掃ヘッド１７を上昇させ、さらにエアシリンダ１７ｐにより２台の研掃機１７ｂを押圧して、研掃ヘッド１７の研掃面をトンネルの内壁面ＷＳに押し付ける。

このとき、研掃ヘッド１７の研掃面のキャスタ１７ｃがトンネルの内壁面ＷＳに押し付けられるが、上記したように研掃ヘッド１７はロッド１５の先端に第１、第２の揺動方向ＲＲ１，ＲＲ２（図２および図３参照）に揺動自在の状態で設置されているので、研掃ヘッド１７がトンネルの内壁面ＷＳの曲面形状に追従して揺動することで、その研掃ヘッド１７の研掃面がトンネルの内壁面ＷＳに対して最適な状態で向き合うようになる。なお、図６の符号Ｒ１は、この研掃段階の研掃ヘッド１７の研掃高さ位置を示している。

続いて、研掃ヘッド１７をトンネルの内壁面ＷＳに押し付けた後、研掃機１７ｂの噴射口１７ｂ－１から噴射した研削材をトンネルの内壁面ＷＳに吹き付けながら、移動手段１１の第１の移動機構部１１ａによりベースプレート１０を動かして当該研掃ヘッド１７をトンネルの延伸方向に移動させる。これにより、トンネルの劣化部分を研削することで当該内壁面ＷＳを研掃する。

また、このとき同時に剥離片や研削材が外部に漏れないように研掃ヘッド１７の吸引口１７ｂ－２で剥離片や研削材を吸引する。本実施の形態では、上記したように研掃ヘッド１７の第１のリングブラシ１７ｓ－１が壁となり剥離片や研削材が外部に漏れないようになっているが、さらにその外周に第２のリングブラシ１７ｓ－２を設けたことで剥離片や研削材が外部に漏れるのをより一層抑制または防止することができる。このようにして図６の研掃高さ位置Ｒ１の内壁面ＷＳ部分をトンネルの延伸方向に沿って研掃する。

次いで、研掃高さ位置Ｒ１の研掃処理後、トンネル研掃装置Ｍにおいて移動手段１１の第２の移動機構部１１ｂでベースプレート１０を移動することで研掃ヘッド１７をトンネルの内壁面ＷＳから遠ざかる第２の方向Ｄ２に所定量だけ移動させるとともに、ロッド１５により当該研掃ヘッド１７を上昇させて当該研掃ヘッド１７を図６の符号Ｒ２で示す研掃高さ位置（つまり、研掃高さ位置Ｒ１よりも上方）に移動させる。このとき、研掃ヘッド１７は、トンネルの研掃高さ位置Ｒ１とは異なる研掃高さ位置Ｒ２での曲面に追随して、揺動角が僅かに水平方向に変化する。

ここで、研掃ヘッド１７を下方に移動させる場合には、ロッド１５やエアシリンダ１７ｐにより研掃ヘッド１７を下降させて当該研掃ヘッド１７をトンネルの内壁面ＷＳから一旦離間させておき、移動手段１１の第２の移動機構部１１ｂにより研掃ヘッド１７をトンネルの内壁面ＷＳに接近する第２の方向Ｄ２に移動させる。そして、あらためて研掃ヘッド１７を上昇させてトンネルの内壁面ＷＳに押し付けなければならない。

これに対して、本実施の形態のように研掃ヘッド１７を上方に移動させる場合には、研掃ヘッド１７をトンネルの内壁面ＷＳから離間させることなく、研掃ヘッド１７を第２の方向Ｄ２に移動させるとともにロッド１５により上昇させればよい。よって、研掃ヘッド１７を下方に移動させる場合と比較して、研掃ヘッド１７の高さ位置の変更を短時間で完了させることができる。但し、研掃ヘッド１７を下方に移動させながらトンネルの内壁面ＷＳを研掃してもかまわない。

続いて、研掃ヘッド１７を研掃高さ位置Ｒ２に設定し、研掃ヘッド１７をトンネルの内壁面ＷＳに押し付けた後、研掃機１７ｂの噴射口１７ｂ－１から噴射した研削材をトンネルの内壁面ＷＳに吹き付けながら、移動手段１１の第１の移動機構部１１ａによりベースプレート１０を動かして当該研掃ヘッド１７をトンネルの延伸方向（研掃高さ位置Ｒ１での研掃方向とは逆方向）に移動させる。これにより、図６の研掃高さ位置Ｒ２の内壁面ＷＳ部分をトンネルの延伸方向に沿って研掃する。

このような研掃高さ位置Ｒ２での研掃処理後、上記と同様の手順で、研掃高さ位置Ｒ３，Ｒ４での研掃処理を順に施すことでトンネルの内壁面ＷＳを研掃する。なお、図５に示すように、研掃機１７ｂの噴射口１７ｂ－１からの研削材の噴射幅（すなわち、研掃幅）は研掃ヘッド１７の幅よりも狭いので、研掃ヘッド１７の位置を下から上に移動させる際の移動量は研削材の噴射幅（本実施の形態では１２０ｍｍ）となる。但し、図６では、図面が煩雑になるのを回避するために、研掃幅と研掃ヘッド１７の幅とを同一とした前提で図示している。

以上説明したように、本実施の形態によれば、トンネル研掃装置Ｍのロッド１５の先端に、第１の揺動方向およびこれに交差（直交）する第２の揺動方向に揺動自在の状態で研掃ヘッド１７を設けたことにより、曲面形状に形成されたトンネルの内壁面ＷＳの研掃処理に際して、内壁面ＷＳの研掃位置での曲面状態に追従して研掃ヘッド１７を揺動させながら研掃処理を施すことができるので、曲面形状に形成されたトンネルの内壁面ＷＳを良好に研掃することができる。

また、曲面形状に形成されたトンネルの内壁面ＷＳをトンネル研掃装置Ｍにより研掃することができるので、トンネルの内壁面ＷＳを手作業で研掃する場合よりも研掃時間および費用を大幅に削減することができる。

（第２の実施の形態）

図８は本実施の形態のトンネル研掃装置が取り付けられたトンネル研掃システムを示す概念図である。

本実施の形態においては、高所作業車Ｖが前記実施の形態とは異なる。それ以外の構成は前記実施の形態と同じである。

本実施の形態の高所作業車Ｖは、その荷台側に設けられたブームＶａと、ブームＶａの先端に、起伏および旋回、さらに直線的に伸縮可能な状態で設けられたデッキ部Ｖｂとを備えている。デッキ部Ｖｂ上には上記トンネル研掃装置Ｍが搭載されている。トンネルの内壁面の研掃処理に際しては、ブームＶａを動作させてトンネル研掃装置Ｍを所定の高さ（上記した研掃高さ位置Ｒ１～Ｒ４（図６参照））に設定する。

本実施の形態の高所作業車Ｖにおいては、研掃ヘッド１７の研掃角度（研掃ヘッド１７の研掃面とトンネルの内壁面との平行度を設定するための角度）をブームＶａの動作により調整することができる。

また、トンネル研掃装置Ｍの移動手段１１（図４参照）の構成が、ベースプレート１０を第１の方向Ｄ１に移動させることができるが、第２の方向Ｄ２に移動させることができない構成の場合であっても、ブームＶａにより研掃ヘッド１７を第２の方向Ｄ２に移動させることができる。これ以外の効果は前記実施の形態と同じである。

なお、高所作業車Ｖは、このような伸縮ブーム型ではなく、ブームが途中で屈折する屈折ブーム型でもよく、デッキ部Ｖｂが垂直に昇降するリフタ型（マストブーム式・シザース式）でもよい。

（第３の実施の形態）

図９は本実施の形態のトンネル研掃装置が取り付けられたトンネル研掃システムを示す概念図である。

本実施の形態においては、油圧ショベルＳＶのアーム部ＳＶａの先端にショベルに代えてアダプタＡｄを介して上記研掃ヘッド１７が着脱自在の状態で取り付けられている。それ以外の構成は前記実施の形態と同じである。なお、図９では、図面を見易くするため図２および図３等で示した第２のリングブラシ１７ｓ－２の図示を省略している。

油圧ショベルＳＶのアーム部ＳＶａの一端にはアダプタＡｄの一端が締結部材２０ｘ－１によって回動可能な状態で接続されている。また、油圧ショベルＳＶのバケットシリンダＳＶｂのシリンダロッドＳＶｂ－１の一端にはアダプタＡｄの支持部Ａｄ－１が締結部材２０ｘ－２によって回動可能な状態で接続されている。

また、アダプタＡｄの他端には、１枚の凸部（第２の揺動部）Ａｄ－２が形成されている。この凸部Ａｄ－２は、研掃ヘッド１７のアーム部１７ｒの２枚の第２の支持板１７ｒ－３に挟まれている。そして、２枚の第２の支持板１７ｒ－３と、凸部Ａｄ－２とは、それらを貫通するように設けられた締結部材１７ｘ－２によって互いに回動可能な状態で接続されている。これにより、研掃ヘッド１７は、第１の揺動方向に交差（直交）する第２の揺動方向ＲＲ２に揺動自在の状態で油圧ショベルＳＶのアーム部ＳＶａに取り付けられている。したがって、本実施の形態においても研掃ヘッド１７は、上記した第１の揺動方向および第２の揺動方向に揺動可能な状態で油圧ショベルＳＶのアーム部ＳＶａに機械的に接続されている。

このように本実施の形態においては、油圧ショベルＳＶの場合、比較的小型で小回りが利くので、例えば、作業領域が狭い場所での研掃作業等においても柔軟に対応することができる。これ以外の効果は前記実施の形態と同じである。

（第４の実施の形態）

図１０（ａ），（ｂ）は本実施の形態のトンネル研掃装置の研掃ヘッドの研掃面内において外周に設けられた遮蔽部材の要部側面図である。

図１０（ａ）に示すように、本実施の形態の研掃ヘッド１７においては、第２のリングブラシ１７ｓ－２（図５等参照）に代えて、研掃面の外周に壁状の遮蔽部材１７ｓ－３が設けられている。この遮蔽部材１７ｓ－３は、例えば、ゴムまたはプラスチックで構成されている。ここで、遮蔽部材１７ｓ－３を硬質のプラスチックで形成すると、研掃処理時にトンネルの内壁面ＷＳから加わる圧力によって遮蔽部材１７ｓ－３の端部にクラック等が生じる場合がある。

そこでその場合には、遮蔽部材１７ｓ－３の材料として、例えば、ウレタンやナイロン等のような可撓性を持つプラスチックを用いる。これにより、研掃処理時にトンネルの内壁面ＷＳから遮蔽部材１７ｓ-３の端部に加わる圧力を緩和させることができるので、遮蔽部材１７ｓ-３にクラック等が生じるのを抑制できる。このため、遮蔽部材１７ｓ－３の寿命を延ばすことができる。

また、図１０（ｂ）に示すように、遮蔽部材１７ｓ－３の材料としてゴムや上記可撓性を持つプラスチックを用いた場合において、トンネルの内壁面ＷＳに対向する遮蔽部材１７ｓ－３の端部に複数の溝ＳＬを設けても良い。溝ＳＬは、遮蔽部材１７ｓ－３の端部から取付台１７ａ（図２、図３参照）の主面に向かって延び、比較的浅い位置で終端するように形成されており、遮蔽部材１７ｓ－３の外周に沿って所定の間隔毎に形成されている。

これにより、研掃処理時にトンネルの内壁面ＷＳから遮蔽部材１７ｓ-３の端部に加わる圧力をより一層緩和させることができるので、遮蔽部材１７ｓ－３にクラック等が生じるのをより一層抑制できる。このため、遮蔽部材１７ｓ－３の寿命をさらに延ばすことができる。なお、この場合、遮蔽機能が落ちる場合があるので、その場合には、遮蔽部材１７ｓ－３の内側面、外側面またはその両方において、各々の溝ＳＬを塞ぐような複数のカバー部を片持ちの状態で設けることもできる。これにより、遮蔽部材１７ｓ－３の遮蔽機能を確保することができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって、開示された技術に限定されるものではない。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈されるべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲の要旨を逸脱しない限りにおけるすべての変更が含まれる。

たとえば、前記実施の形態では、ターンテーブル１４を回転させて研掃ヘッド１７の研掃角度を調整していたが、ターンテーブル１４に代えて、ベースプレート１０自体を水平方向に回転自在として、ベースプレート１０を回転させて調整するようにしてもよい。

以上の説明では、本発明の研掃ヘッドを、内壁面が曲面形状に形成されたトンネルの研掃に適用した場合が示されているが、内壁面が平面形状に形成されたトンネルの研掃や橋脚の橋壁の研掃に適用することも適用できる。

１０ ベースプレート
１０ａ 車輪
１０ｂ 伝達棒
１０ｃ モータ
１１ 移動手段
１１ａ 第１の移動機構部
１１ａ－１ 第１のレール
１１ａ－２ モータ
１１ａ－３ａ，１１ａ－３ｂ スプロケット
１１ａ－４ チェーン
１１ａ－５ タイロッド
１１ａ－６ 連結棒
１１ａ－６ａ 突起片
１１ｂ 第２の移動機構部
１１ｂ－１ 第２のレール
１１ｂ－２ モータ
１１ｂ－３ タイロッド
１１ｂ－４ シャフト
１１ｂ－５ 軸受
１２ 保持フレーム
１３ エアシリンダ
１３ａ シリンダロッド
１４ ターンテーブル
１５ ロッド
１５－１ 取付板
１５－２ 凸部
１６ａ，１６ｂ ローラ対
１７ 研掃ヘッド
１７ａ 取付台
１７ａ－１ 回動板
１７ｂ 研掃機
１７ｂ－１ 噴射口
１７ｂ－２ 吸引口
１７ｂ－３ 研削材供給管
１７ｃ キャスタ
１７ｓ－１ 第１のリングブラシ
１７ｓ－２ 第２のリングブラシ
１７ｒ アーム部
１７ｒ－１ ベース板
１７ｒ－２ 第１の支持板
１７ｒ－３ 第２の支持板
１７ｘ-１ 締結部材
１７ｘ-２ 締結部材
１７ｐ エアシリンダ
１７ｐ－１ シリンダロッド
１７ｄ 伸縮ロッド
１７ｅ 支持フレーム
１７ｈ 背面板
２０ｘ－１ 締結部材
２０ｘ－２ 締結部材
ＷＳ 内壁面
Ｍ トンネル研掃装置
Ｖ 高所作業車
Ｖｐ パンタグラフ部
Ｖｂ デッキ部
Ｖａ ブーム
ＳＶ 油圧ショベル
ＳＶａ アーム部
ＳＶｂ バケットシリンダ
ＳＶｂ－１ シリンダロッド
Ａｄ アダプタ
Ａｄ－１ 支持部
Ｄ１ 第１の方向
Ｄ２ 第２の方向
ＲＲ１ 第１の揺動方向
ＲＲ２ 第２の揺動方向

Claims (6)

1. 曲面形状に形成されたトンネルの壁面を当該トンネルの延伸方向に沿って研掃する研掃ヘッドであって、
   前記壁面を研削するための研削材を噴射するための噴射口、および前記噴射口の外周に配置されて飛散物を負圧吸引する吸引口を備え、各々の前記噴射口が前記研掃方向に対して互いにずれた状態で設置された２つの研掃部と、
   前記研掃部が設置され、前記研掃部を上下動可能な状態で支持するように裏面に設置されたエアシリンダを中央にして互いに斜めの位置関係になるように裏面に対角配置された２本の伸縮ロッドを備えた取付部と、
   前記取付部を前記壁面に追従して揺動させる揺動部と、
   を備えることを特徴とする研掃ヘッド。
2. 前記揺動部は、
   前記取付部を第１の揺動方向に揺動させる第１の揺動部と、
   前記取付部を前記第１の揺動方向に交差する第２の揺動方向に揺動させる第２の揺動部と、
   を備えることを特徴とする請求項１記載の研掃ヘッド。
3. 前記取付部において前記壁面に対向する面内から外方に飛散物が漏れるのを遮蔽する遮蔽部材を前記研掃部の外周に設けたことを特徴とする請求項１または２記載の研掃ヘッド。
4. 前記遮蔽部材は、
   前記複数の研掃部の各々を取り囲むように設けられた第１の遮蔽部材と、
   前記複数の研掃部の一群を取り囲むように設けられた第２の遮蔽部材と、
   を備えることを特徴とする請求項３記載の研掃ヘッド。
5. 前記取付部において前記壁面に対向する面に複数のキャスタを設けたことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の研掃ヘッド。
6. 前記研掃部を上下動可能な状態で支持するエアシリンダを設けたことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の研掃ヘッド。

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