JP7169040B2 - 研掃装置 - Google Patents

Description

本発明は、研掃装置に関し、例えば、トンネルの補修工事に適用して有効な研掃装置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、トンネルの内壁面等を研掃するために、研掃装置を搭載した高所作業車をトンネルの内壁面に横付けしたときに高所作業車がトンネルの内壁面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、トンネルの内壁面の研掃処理に際して当該内壁面に対して研掃装置の研掃ヘッドを適度に押圧した状態で移動することができなくなり、トンネルの内壁面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。

本発明は、上述の技術的背景からなされたものであって、研掃対象の壁面に対して研掃装置が平面視で斜めに配置されたとしても研掃対象の壁面に対して研掃処理を良好に施すことのできる技術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装置は、壁面を研掃する研掃ヘッドを備える研掃装置本体と、前記研掃装置本体を搭載するベースプレートと、前記ベースプレートの搭載面に沿って前記ベースプレートを水平方向に移動させる移動手段と、前記移動手段の搭載面内に沿って前記移動手段を回動させる回動手段と、前記研掃装置本体に設けられ、前記研掃装置本体から前記壁面までの距離を検出する検出手段、および前記移動手段の動作を制御するとともに前記検出手段からの検出情報に基づいて前記回動手段の回動動作を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記検出手段からの検出情報に基づいて前記移動手段による前記ベースプレートの移動経路と研掃される前記壁面とが水平方向で平行になるように前記回動手段で前記移動手段を回動させ、前記ベースプレートを移動させて前記研掃ヘッドで前記壁面を研掃するように前記移動手段の動作を制御する、ことを特徴とする。
請求項２に記載の本発明の研掃装置は、上記請求項１に記載の発明において、前記回動手段は、前記移動手段を搭載する移動手段搭載部を備え、前記移動手段および前記移動手段搭載部は平面視で相互に重なり合った枠状に形成されており、前記移動手段は、前記移動手段の面内中央に設置された回動軸部を中心にして回動自在の状態で前記移動手段搭載部上に載置されていることを特徴とする。

請求項３に記載の本発明の研掃装置は、上記請求項１または２記載の発明において、前記回動手段は、前記移動手段を回動するための回動用駆動体を備えることを特徴とする。

請求項４に記載の本発明の研掃装置は、上記請求項３に記載の発明において、前記回動用駆動体は、電動ジャッキで構成されていることを特徴とする。

請求項５に記載の本発明の研掃装置は、上記請求項１～４のいずれか１項に記載の発明において、前記移動手段は、前記ベースプレートを第１の方向に往復移動させる第１の移動機構部と、前記第１の方向に対して交差する第２の方向に前記ベースプレートを往復移動させる第２の移動機構部とを備え、前記第１の移動機構部は、前記ベースプレートが走行可能に載置される第１のレールと、前記第１のレール上の前記ベースプレートを前記第１の方向に往復移動させる第１の駆動体とを備え、前記第２の移動機構部は、前記第１のレールが走行可能に載置される第２のレールと、前記第２のレール上の前記第１のレールを前記第２の方向に往復移動させる第２の駆動体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装置は、上記請求項１～５のいずれか１項に記載の発明において、前記研掃装置本体は、前記研掃ヘッドを揺動自在の状態で支持するロッドと、前記ロッドを上下動させる駆動手段と、前記ロッドを保持する保持手段とを備えることを特徴とする。

請求項７に記載の本発明の研掃装置は、上記請求項１～６のいずれか１項に記載の発明において、前記研掃ヘッドは、前記壁面を研掃する研掃部と、前記研掃部が設置された取付部と、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８に記載の本発明の研掃装置は、上記請求項７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９に記載の本発明の研掃装置は、上記請求項７または８に記載の発明において、前記研掃部は、前記壁面を研掃するための研削材を噴射する噴射口を備えることを特徴とする。

請求項１０に記載の本発明の研掃装置は、上記請求項７～９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。

本発明によれば、研掃対象の壁面に対して研掃装置が平面視で斜めに配置されたとしても研掃対象の壁面に対して研掃処理を良好に施すことが可能になる。

（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および回動手段の説明図である。 （ａ）は図４の移動手段の平面図、（ｂ）は図４の回動手段の平面図である。 （ａ）は図４のＩ－Ｉ線の断面図、（ｂ）は図４のＩＩ－ＩＩ線の断面図である。 図４の回動手段による移動手段の回動時の一例の平面図である。 （ａ）～（ｃ）は図４の回動手段を構成する電動ジャッキの動作の説明図である。 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の制御部の要部回路ブロック図である。 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１１の研掃ヘッドの要部拡大側面図である。 （ａ），（ｂ）は研掃前段階における移動手段、回動手段および研掃ヘッドの平面図である。 （ａ），（ｂ）は研掃前段階における移動手段、回動手段および研掃ヘッドの平面図である。 （ａ），（ｂ）は研掃時における移動手段、回動手段および研掃ヘッドの平面図である。 （ａ）は研掃時における移動手段、回動手段および研掃ヘッドの平面図、（ｂ）は研掃時における研掃ヘッドの軌跡を示した平面図である。 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。

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、回動手段１８と、回動手段１８上に設置された移動手段１１と、移動手段１１上に設置された研掃装置本体とを備えている。この研掃装置本体は、例えば、保持フレーム（保持手段）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９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（ａ）は図４の移動手段の平面図、図５（ｂ）は図４の回動手段の平面図、図６（ａ）は図４のＩ－Ｉ線の断面図、図６（ｂ）は図４のＩＩ－ＩＩ線の断面図、図７は図４の回動手段による移動手段の回動時の一例の平面図、図８は（ａ）～（ｃ）は図４の回動手段を構成する電動ジャッキの動作の説明図、図９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Ｍを構成する移動手段１１の一部は図示が省略されている。また、図２、図３および図４～図６においては、トンネル研掃時のトンネルの内壁面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、上記研掃装置本体を搭載するベースプレート１０と、そのベースプレート１０を水平方向に移動させる移動手段１１とを備えている。ベースプレート１０上には、ロッド１５を上下方向に延在させることが可能な状態で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とロッド１５（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、ロッド１５およびエアシリンダ１３は、ベースプレート１０上に搭載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の正逆両方向の回転動作によって水平面（ベースプレート１０の主面であってターンテーブル１４の搭載面）内において正逆両方向に回転自在の状態で設置されている。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。この回転モータ１４ｍは、例えば、電動式モータで構成されている。これにより、回転モータ１４ｍ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（ベースプレート搭載部）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（第１の駆動体）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。また、モータ１１ａ－２は、例えば、正逆両方向に回動自在になっている。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１１ａ－２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（第２の駆動体）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。また、モータ１１ｂ－２も、例えば、正逆両方向に回動自在になっている。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。

ここで、図４に示すように、移動手段１１を構成する第２の移動機構部１１ｂの第２のレール１１ｂ－１の台部（またはタイロッド１１ｂ－３）において、内壁面ＷＳに対向する２つの角部には、例えば、センサ（検出手段）ＳＬ１，ＳＬ２が設置されている。

このセンサＳＬ１，ＳＬ２は、各センサＳＬ１，ＳＬ２から内壁面ＷＳまでの距離を計測するための検出手段であり、例えば、図示しない発光部および受光部を備える非接触型の光センサで構成されている。センサＳＬ１，ＳＬ２の発光部からは、例えば、レーザ光ＬＬが放射されるようになっている。

そして、本実施の形態のトンネル研掃装置Ｍにおいては、各センサＳＬ１，ＳＬ２の発光部から放射されたレーザ光ＬＬをトンネルの内壁面ＷＳに照射したときに内壁面ＷＳから反射される反射光ＲＬをセンサＳＬ１，ＳＬ２の受光部で受光し、そこで得られた検出情報に基づいて各センサＳＬ１，ＳＬ２から内壁面ＷＳまでの距離を算出し、その算出結果に基づいてトンネル研掃装置Ｍと内壁面ＷＳとの平面視での平行度を算出することが可能になっている。トンネル研掃装置Ｍと内壁面ＷＳとの平面視での平行度は、上から見たときのトンネルの内壁面ＷＳに対するトンネル研掃装置Ｍ（具体的には、例えば、第１のレール１１ａ－１）の傾斜角度で表される。

なお、センサＳＬ１，ＳＬ２の数は２個に限定されるものではなく、例えば、３個以上でも良い。また、センサＳＬ１，ＳＬ２の設置箇所も上記箇所に限定されるものではなく種々変更可能である。また、トンネル研掃装置Ｍと内壁面ＷＳとの平行度を算出するための構成については後述する。

このような移動手段１１の下には、図２および図３に示すように、回動手段１８が設置されている。回動手段１８は、図４～図６に示すように、移動手段１１の面内中央に設置された回動軸部１１ｒを中心にして、移動手段１１およびその上の研掃装置本体を正逆両方向に回動させるための機構部であり、搭載部（移動手段搭載部）１８ａと、軸受け部１８ｂ（図５（ｂ）および図６（ａ）参照）と、駆動部１８ｃとを備えている。

回動手段１８の搭載部１８ａは、移動手段１１を搭載する部材であり、例えば、平面視で矩形枠状に形成されている。すなわち、搭載部１８ａは、図４および図５（ｂ）に示すように、一対の第１の外枠部１８ａ－１と、これに直交する一対の第２の外枠部１８ａ－２と、一対の第２の外枠部１８ａ－２に直交する梁枠部１８ａ－３とを一体的に備えている。図４に示すように、一対の第１の外枠部１８ａ－１は、移動手段１１が定位置のときに、移動手段１１の一対の第２のレール１１ｂ－１の各々の下方に、その各々の第２のレール１１ｂ－１に平面視で重なるように、その各々の第２のレール１１ｂ－１に沿って延在した状態で設置されている。一対の第２の外枠部１８ａ－２は、移動手段１１が定位置のときに、移動手段１１の一対のタイロッド１１ｂ－３の各々の下方に、その各々のタイロッド１１ｂ－３に平面視で重なるように、その各々のタイロッド１１ｂ－３に沿って延在し、一方の第１の外枠部１８ａ－１の端部と他方の第１の外枠部１８ａ－１の端部とを接続するように配置されている。さらに、梁枠部１８ａ－３は、図４および図５（ｂ）に示すように、一対の第２の外枠部１８ａ－２の長手方向中央部同士を接続するように配置されている。

上記したように移動手段１１の第２のレール部１１ｂ－１およびタイロッド１１ｂ－３を枠体で形成するとともに、回動手段１８の搭載部１８ａを枠体で形成することにより、トンネル研掃装置Ｍを軽量化することができるとともに、移動手段１１の回動時に移動手段１１と回動手段１８との接触面積を低減することができるので、より一層滑らかに移動手段１１を回動させることができる。

回動手段１８の軸受け部１８ｂは、図５（ｂ）および図６（ａ）に示すように、移動手段１１の回動軸部１１ｒを受け、移動手段１１の回動動作を補佐する部材であり、搭載部１８ａの梁枠部１８ａ－３の長手方向中央に設置されている。

回動手段１８の駆動部１８ｃは、移動手段１１を搭載面内に沿って回動させるための駆動源であり、一方の外枠部１８ａ－１の近傍（軸受け部１８ｂから離れた位置）に設置されている。駆動部１８ｃは、例えば、電動ジャッキにより構成されている。これにより、駆動部１８ｃを油圧ジャッキにより構成した場合に比べて、トンネル研掃装置Ｍを軽量化することができる。この場合、駆動部１８ｃは、図４、図５（ｂ）および図６（ｂ）に示すように、モータ（回動用駆動体）１８ｃ－１と、伸縮部１８ｃ－２と、支持部１８ｃ－３とを備えている。

モータ１８ｃ－１は、当該モータの回転軸を正逆両方向に回動可能な構成になっている。伸縮部１８ｃ－３は、モータ１８ｃ－１の回動方向に応じて伸縮する部位であり、その先端部は、締結部材によって回動可能な状態で受け台１１ｄに係合されている。この受け台１１ｄは、移動手段１１の梁枠部１１ｅの裏面に接合されている。梁枠部１１ｅは、移動手段１１の一方の第２のレール１１ｂ－１の近傍に、第２のレール１１ｂ－１に沿って延在した状態で、一対のタイロッド１１ｂ－３間を接続するように配置されている。支持部１８ｃ－３は、モータ１８ｃ－１および伸縮部１８ｃ－２を移動手段１１の搭載面内に沿って回動可能な状態で支持する部位であり、支持部１８ｃ－３の基部は、回動手段１８を構成する搭載部１８ａの一方の第１の外枠部１８ａ－１に接合されている。

ここで、例えば、図４および図８（ａ）に示すように、移動手段１１が定位置にあるときの駆動部１８ｃの伸縮部１８ｃ－２の状態に対して、図７および図８（ｂ）に示すように、駆動部１８ｃの伸縮部１８ｃ－２を延ばすと、この伸縮部１８ｃ－２によって受け台１１ｄが押されることで、受け台１１ｄと接合された移動手段１１が回動軸部１１ｒを中心にして左方向に回動するようになっている。その結果、回動手段１８の第１の外枠部１８ａ－１に対して移動手段１１の第２のレール１１ｂ－１が傾斜するとともに、回動手段１８の第２の外枠部１８ａ－２に対して移動手段１１の第１のレール１１ａ－１が傾斜するようになっている。

一方、図４および図８（ａ）の状態の駆動部１８ｃの状態に対して、図８（ｃ）に示すように、駆動部１８ｃの伸縮部１８ｃ－２を縮めると、この伸縮部１８ｃ－２によって受け台１１ｄが引っ張られることで、受け台１１ｄと接合された移動手段１１が回動軸部１１ｒを中心にして右方向に回動するようになっている。その結果、移動手段１１の第１のレール１１ａ－１および第２のレール１１ｂ－１が、図７や図８（ｂ）とは逆の方向に傾斜するようになっている。

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（取付部）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。以下、取付台１７ａ、アーム部１７ｒおよびエアシリンダ１７ｐについて順に説明する。

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９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９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９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９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１７ｂ－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１７ｂ－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１７ｂ－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９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９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９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９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９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９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の主面内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９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９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９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の回動板（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されるとともに、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されるようになっている。

また、図９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することができるようになっている。

次に、トンネル研掃装置Ｍの動作を制御する制御部の構成例について図１０を参照して説明する。図１０は本実施の形態のトンネル研掃装置の制御部の要部回路ブロック図である。

制御部ＭＣは、トンネル研掃装置Ｍの動作を制御する制御手段であり、ＣＰＵ（Central Processing Unite）２０ａと、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０ｂと、ＲＡＭ（Random Access Memory）２０ｃと、移動制御回路２０ｄ－１，２０ｄ－２と、回動制御回路２０ｅと、検出回路２０ｆ－１，２０ｆ－２と、表示制御回路２０ｇと、インターフェイス２０ｈと、通信インターフェイス２０ｉと、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）２０ｊとを有している。そして、これらの各部は、バスライン２０ｋを通じてＣＰＵ２０ａと電気的に接続されており、ＣＰＵ２０ａの管理下において、インターフェイス２０ｈや通信インターフェイス２０ｉから送られた操作データ等に従って各部の動作が実行されるようになっている。

ＣＰＵ２０ａは、表示制御回路２０ｇおよびインターフェイス２０ｈを通じて表示部ＤＰおよび入力部ＩＰに電気的に接続されているとともに、通信インターフェイス２０ｉを通じて外部の無線通信部ＣＣと無線で通信可能になっている。

ＲＯＭ２０ｂは、トンネル研掃装置Ｍの動作を制御するためのソフトウェア（制御プログラム）が格納されている。ＲＡＭ２０ｃは、ＣＰＵ２０ａが動作する上で必要な各種データを格納するとともに、入力部ＩＰまたは外部の無線通信部ＣＣから受信したデータを一時的に格納する。そして、ＣＰＵ２０ａは、ＲＯＭ２０ｂ内の制御プログラムに従って移動制御回路２０ｄ－１，２０ｄ－２、回動制御回路２０ｅ、検出回路２０ｆ－１，２０ｆ－２、表示制御回路２０ｇ、インターフェイス２０ｈおよび通信インターフェイス２０ｉ等の各部の動作を制御する。

移動制御回路２０ｄ－１，２０ｄ－２は、ＣＰＵ２０ａからの指令に基づいて、モータ１１ａ－２，１１ｂ－２に制御信号を送信し、ベースプレート１０（すなわち、研掃ヘッド１７を含む上記研掃装置本体：図２～図４等参照）の移動を制御する。また、回動制御回路２０ｅは、ＣＰＵ２０ａからの指令に基づいて、回動手段１８（図４および図５（ｂ）等参照）のモータ１８ｃ－１に制御信号を送信し、移動手段１１（すなわち、研掃ヘッド１７を含む上記研掃装置本体：図２～図４等参照）の回動動作を制御する。

検出回路２０ｆ－１，２０ｆ－２は、ＣＰＵ２０ａの制御下において、センサＳＬ１，ＳＬ２の発光部から内壁面ＷＳに向かってレーザ光ＬＬ（図４等参照）を照射するとともに、センサＳＬ１，ＳＬ２の受光部で受光され光信号から電気信号に変換されたアナログ信号をデジタル信号に変換してＣＰＵ２０ａに送信する。そして、本実施の形態においてＣＰＵ２０ａは、検出回路２０ｆ－１，２０ｆ－２から送られたデジタル信号に基づいて、各センサＳＬ１，ＳＬ２から内壁面ＷＳまでの距離を算出し、その算出結果に基づいてトンネル研掃装置Ｍと内壁面ＷＳとの平面視での平行度（上記した傾斜角度）を算出する。さらに、ＣＰＵ２０ａは、当該平行度の算出結果が許容値を超えるか否かを判定し、その判定結果から当該平行度が許容値の範囲内の場合は、移動制御回路２０ｄ－１，２０ｄ－２および回動制御回路２０ｅを通常モードで制御する。一方、当該平行度が許容値を超える場合は、移動制御回路２０ｄ－１，２０ｄ－２および回動制御回路２０ｅを特殊モードで制御する。なお、この通常モードおよび特殊モードの制御例については後述する。

ＥＥＰＲＯＭ２０ｊには、トンネル研掃装置Ｍの各種の設定データやセンサＳＬ１，ＳＬ２からの検出データが記録される。この設定データには、トンネル研掃装置Ｍと内壁面ＷＳとの平面視での平行度（上記傾斜角度）が許容値の範囲内か否かを決めるための閾値のデータが含まれている。この閾値のデータは、閾値未満であれば許容値内であり、この閾値以上であれば許容値を超えていると判定するための基準となる傾斜角度値で記憶されている。この閾値のデータは、研掃環境や研掃状況等に応じて入力部ＩＰや無線通信部ＣＣを通じて変更することができる。

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１３を用いて説明する。図１１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１２は研掃作業時における図１１の研掃ヘッドの要部拡大側面図、図１３は（ａ），（ｂ）は研掃前段階における移動手段および研掃ヘッドの平面図である。

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。また、ここでは、図１３に示すように、トンネル研掃装置Ｍが内壁面ＷＳに対して略平行である場合（すなわち、通常モード）について説明する。この図１３（ａ），（ｂ）では図面を見易くするため、研掃ヘッド１７を簡単化して示すとともに、ロッド１５等の図示を省略した。

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。また、図４に示すように、センサＳＬ１，ＳＬ２がトンネルの内壁面ＷＳに対向するように配置し、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配置する。

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１３（ａ）に示すように、センサＳＬ１，ＳＬ２から内壁面ＷＳに向かってレーザ光ＬＬを照射し、反射された反射光ＲＬを受光することで各センサＳＬ１，ＳＬ２から内壁面ＷＳまでの距離を算出し、その算出結果からトンネル研掃装置Ｍと内壁面ＷＳとの平面視での平行度を算出し、その算出値が許容範囲内か否かを判定する。さらにその判定結果から上記した通常モードまたは特殊モードでの制御を実施する。ここでは、上記したようにトンネル研掃装置Ｍと内壁面ＷＳとが平面視で略平行になっているので通常モードでの制御を実施する。通常モードでは、図１３（ｂ）に示すように、第２の移動機構部１１ｂにより研掃ヘッド１７を第２のレール１１ｂ－１に沿って内壁面ＷＳに接近する方向に水平に移動し、研掃ヘッド１７を内壁面ＷＳの近傍に配置する。なお、ターンテーブル１４（回転モータ１４ｍ）は回転させない。

そして、図１１および図１２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１１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を第１のレール１１ａ－１に沿って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、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１１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１１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１１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１１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。

この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。

ところで、トンネルの内壁面ＷＳを研掃するために高所作業車Ｖをトンネルの内壁面ＷＳに横付けしたときに、トンネルの内壁面ＷＳに対して高所作業車Ｖが平面視で若干斜めに配置されてしまう場合がある。この場合、トンネルの内壁面ＷＳに対して研掃ヘッド１７の研掃面を平行に対向させることができない。また、トンネル研掃装置Ｍの第１のレール１１ａ－１とトンネルの内壁面ＷＳとが平面視で平行になっていないので、第１のレール１１ａ－１に沿って研掃ヘッド１７を移動させると、研掃ヘッド１７が内壁面ＷＳに沿って平行に移動せず、研掃ヘッド１７の移動に伴って内壁面ＷＳから離れたり、逆に内壁面ＷＳに接近し過ぎて移動できなくなったりしてしまう。したがって、トンネルの内壁面ＷＳに対して研掃ヘッド１７を適度に押圧した状態で移動させることができなくなってしまうので、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なくなってしまう場合がある。

そこで、この場合、本実施の形態においては、上記した特殊モードでの制御を実施する。以下、本実施の形態のトンネル研掃装置Ｍにおける特殊モードでの動作例について図１４～図１６を参照して説明する。図１４（ａ），（ｂ）は研掃前段階における移動手段および研掃ヘッドの平面図、図１５（ａ），（ｂ）は研掃時における移動手段および研掃ヘッドの平面図、図１６（ａ）は研掃時における移動手段および研掃ヘッドの平面図、図１６（ｂ）は研掃時における研掃ヘッドの軌跡を示した平面図である。

なお、図１４～図１６ではトンネル研掃装置Ｍと内壁面ＷＳとが略平行になっていない場合の例として、平面で視たときに第１のレール１１ａ－１と内壁面ＷＳとが研掃方向（図１４～図１６の上から下に向かう方向）に沿って次第に離間する場合が示されている。また、図１４～図１６では図面を見易くするため、研掃ヘッド１７を簡単化して示すとともに、ロッド１５等の図示を省略した。

まず、上記したように高所作業車Ｖを研掃エリアに配置した後、図１４（ａ）に示すように、各センサＳＬ１，ＳＬ２から内壁面ＷＳに向かってレーザ光ＬＬを照射し、反射した反射光ＲＬを受光することで各センサＳＬ１，ＳＬ２から内壁面ＷＳまでの距離を算出し、その算出結果からトンネル研掃装置Ｍと内壁面ＷＳとの平面視での平行度を算出し、その算出値が許容範囲内か否かを判定する。ここでは、当該平行度が許容範囲を超えると判定される。

続いて、図１４（ｂ）に示すように、上記したトンネル研掃装置Ｍと内壁面ＷＳとの平行度の算出結果に基づいて、回動手段１８の駆動部１８ｃを駆動して伸縮部１８ｃ－２を延ばすことによって、移動手段１１を図１４（ｂ）の左回り方向に回動させる。これにより、トンネル研掃装置Ｍの研掃ヘッド１７の研掃面および移動手段１１の第１のレール１１ａ－１がトンネルの内壁面ＷＳに対して略平行になるようにする。

この回動工程後、再度、センサＳＬ１，ＳＬ２からレーザ光ＬＬを内壁面ＷＳに向かって照射し、反射した反射光ＲＬを受光することで各センサＳＬ１，ＳＬ２から内壁面ＷＳまでの距離を算出し、その算出結果からトンネル研掃装置Ｍと内壁面ＷＳとの平面視での平行度を算出し、その算出値が許容範囲内か否かを判定しても良い。これにより、移動手段１１の回動後において、トンネル研掃装置Ｍと内壁面ＷＳとが平面視で略平行になっているか否かを確認することができる。

続いて、図１５（ａ）に示すように、第２の移動機構部１１ｂのモータ１１ｂ－２を駆動することによって、第１のレール１１ａ－１（タイロッド１１ａ－５）ごとベースプレート１０（すなわち、研掃ヘッド１７）を第２のレール１１ｂ－１に沿って内壁面ＷＳに接近する方向に水平に移動し、研掃ヘッド１７を内壁面ＷＳの近傍に配置する。なお、この段階では第１の移動機構部１１ａは動作させない。

次いで、上記通常モードでの動作と同様に、研掃高さ位置Ｒ１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。続いて、研掃機１７ｂの噴射口１７ｂ－１からトンネルの内壁面ＷＳに研削材を吹き付けながら、図１５（ｂ）および図１６（ａ）に示すように、第１の移動手段１１ａによって第１のレール１１ａ－１に沿ってベースプレート１０を移動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とにより、トンネルの劣化部分を研削して当該内壁面ＷＳを研掃する。ここで、この例では上記したようにトンネル研掃装置Ｍの第１のレール１１ａ－１がトンネルの内壁面ＷＳに対して略平行になっているので、図１６（ｂ）に示すように、平面視で研掃ヘッド１７を内壁面ＷＳに沿って略平行に移動させることができる。

このように本実施の形態においては、トンネルの内壁面ＷＳに対してトンネル研掃装置Ｍの第１のレール１１ａ－１が平面視で斜めに配置されたとしても、研掃処理に際して、研掃ヘッド１７を内壁面ＷＳに対して略平行に対向させることができる上、研掃ヘッド１７を当該内壁面ＷＳに適度に押し当てた状態で移動させることができるので、トンネルの内壁面ＷＳを良好に研掃することができる。

上記のような研掃高さ位置Ｒ１での研掃処理後、上記と同様の手順で、研掃高さ位置Ｒ２～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。この際、各研掃高さ位置Ｒ２～Ｒ４に研掃ヘッド１７を配置した時に、研掃処理に先立って、上記と同様にセンサＳＬ１，ＳＬ２を使用することでトンネル研掃装置Ｍと内壁面ＷＳとの平面視での平行度の算出値し、その算出値が許容範囲内か否かを判定しても良い。これにより、各研掃高さ位置Ｒ２～Ｒ４において、トンネル研掃装置Ｍと内壁面ＷＳとが平面視で略平行になっているか否かを確認することができる。

（第２の実施の形態）

図１７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１１参照））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。

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。

上記実施の形態においては、センサＳＬ１，ＳＬ２をトンネル研掃装置Ｍに設置した場合について説明したが、センサＳＬ１，ＳＬ２の設置位置はこれに限定されるものではなく種々変更可能であり、例えば、センサＳＬ１，ＳＬ２を高所作業車Ｖの一部等に設置してもよい。また、センサＳＬ１，ＳＬ２を備える計測装置を用いて作業者がトンネル研掃装置Ｍとトンネルの内壁面ＷＳとの平面視での平行度（傾斜角度）を計測し、その計測結果を図１０に示した無線通信部ＣＣや入力部ＩＰを通じて制御部ＭＣのＥＥＰＲＯＭ２０ｊに伝送（記録）するようにしてもよい。

以上の説明では、本発明の研掃装置を、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
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
１１ｄ 受け台
１１ｅ 梁枠部
１１ｒ 回動軸部
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
１４ｍ 回転モータ
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
１８ 回動手段
１８ａ 搭載部
１８ａ－１ 第１の外枠部
１８ａ－２ 第２の外枠部
１８ａ－３ 梁枠部
１８ｂ 軸受け部
１８ｃ 駆動部
１８ｃ－１ モータ
１８ｃ－２ 伸縮部
１８ｃ－３ 支持部
２０ａ ＣＰＵ
２０ｂ ＲＯＭ
２０ｃ ＲＡＭ
２０ｄ－１，２０ｄ－２ 移動制御回路
２０ｅ 回動制御回路
２０ｆ－１，２０ｆ－２ 検出回路
２０ｇ 表示制御回路
２０ｈ インターフェイス
２０ｉ 通信インターフェイス
２０ｊ ＥＥＰＲＯＭ
２０ｋ バスライン
Ｓ 研掃システム
ＷＳ 内壁面
Ｍ トンネル研掃装置
ＭＣ 制御部
Ｖ 高所作業車
Ｖｐ パンタグラフ部
Ｖｂ デッキ部
Ｖａ ブーム
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
ＳＬ１，ＳＬ２ センサ
ＤＰ 表示部
ＩＰ 入力部
ＣＣ 無線通信部

Claims (10)

1. 壁面を研掃する研掃ヘッドを備える研掃装置本体と、
   前記研掃装置本体を搭載するベースプレートと、
   前記ベースプレートの搭載面に沿って前記ベースプレートを水平方向に移動させる移動手段と、
   前記移動手段の搭載面内に沿って前記移動手段を回動させる回動手段と、
   前記研掃装置本体に設けられ、前記研掃装置本体から前記壁面までの距離を検出する検出手段、および前記移動手段の動作を制御するとともに前記検出手段からの検出情報に基づいて前記回動手段の回動動作を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記検出手段からの検出情報に基づいて前記移動手段による前記ベースプレートの移動経路と研掃される前記壁面とが水平方向で平行になるように前記回動手段で前記移動手段を回動させ、前記ベースプレートを移動させて前記研掃ヘッドで前記壁面を研掃するように前記移動手段の動作を制御する、
   ことを特徴とする研掃装置。
2. 前記回動手段は、前記移動手段を搭載する移動手段搭載部を備え、
   前記移動手段および前記移動手段搭載部は平面視で相互に重なり合った枠状に形成されており、
   前記移動手段は、前記移動手段の面内中央に設置された回動軸部を中心にして回動自在の状態で前記移動手段搭載部上に載置されていることを特徴とする請求項１記載の研掃装置。
3. 前記回動手段は、前記移動手段を回動するための回動用駆動体を備えることを特徴とする請求項１または２記載の研掃装置。
4. 前記回動用駆動体は、電動ジャッキで構成されていることを特徴とする請求項３記載の研掃装置。
5. 前記移動手段は、
   前記ベースプレートを第１の方向に往復移動させる第１の移動機構部と、
   前記第１の方向に対して交差する第２の方向に前記ベースプレートを往復移動させる第２の移動機構部とを備え、
   前記第１の移動機構部は、
   前記ベースプレートが走行可能に載置される第１のレールと、
   前記第１のレール上の前記ベースプレートを前記第１の方向に往復移動させる第１の駆動体とを備え、
   前記第２の移動機構部は、
   前記第１のレールが走行可能に載置される第２のレールと、
   前記第２のレール上の前記第１のレールを前記第２の方向に往復移動させる第２の駆動体とを備えることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の研掃装置。
6. 前記研掃装置本体は、
   前記研掃ヘッドを揺動自在の状態で支持するロッドと、
   前記ロッドを上下動させる駆動手段と、
   前記ロッドを保持する保持手段とを備えることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の研掃装置。
7. 前記研掃ヘッドは、
   前記壁面を研掃する研掃部と、
   前記研掃部が設置された取付部と、
   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１～６のいずれか１項に記載の研掃装置。
8. 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７記載の研掃装置。
9. 前記研掃部は、前記壁面を研掃するための研削材を噴射する噴射口を備えることを特徴とする請求項７または８記載の研掃装置。
10. 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７～９のいずれか１項に記載の研掃装置。

Images