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である。
本実施の形態のトンネル研掃システムSは、例えば、曲面部を含む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を所定の高さに設定するための特殊車両であり、その荷台側に設けられたブームVaと、ブームVaの先端に設けられたデッキ部Vbとを備えている。
ブームVaは、起伏、旋回および直線的な伸縮動作が可能になっている。デッキ部Vbは、主にトンネル研掃装置Mを搭載する搭載台である。トンネルの内壁面の研掃処理に際しては、デッキ部Vb上のトンネル研掃装置MがブームVaの動作により所定の高さに設定される。
このような高所作業車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。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Va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。
この高所作業車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、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、例えば、移動手段11と、移動手段11上に設置された保持フレーム(保持手段)12と、その保持フレーム12に保持されたロッド(支持柱)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。
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は図2のトンネル研掃装置の側面図、図4は図2のトンネル研掃装置を構成する移動手段の説明図、図5は図2の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と、これ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とが設置されている。また、ベースプレート10上には、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に押し付けるようになっている。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。
移動手段11は、図2~図4に示すように、ベースプレート10を第1の方向D1(図4参照)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(図4参照)に往復移動させる第2の移動機構部11bとを備えている。
第1の移動機構部11aは、第1のレール(ベースプレート搭載部)11a-1と、正逆両方向に回動自在なモータ(第1の駆動体)11a-2(図2および図3参照)とを備えている。
第1のレール11a―1上には、ベースプレート10がその裏面四隅の車輪10a(図2および図3参照)を介して走行可能な状態で搭載されている。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。
図2および図3に示すモータ11a-2は、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に往復移動させる駆動体である。このモータ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、図3に示すように、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(図4参照:図3の左右方向)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に移動するようになっている。
図4に示すように、上記した第2の移動機構部11bは、第2のレール11b-1と、正逆両方向に回動自在なモータ(第2の駆動体)11b-2とを備えている。
第2のレール11b―1上には、第1のレール11a-1がその裏面側の車輪(図示せず)を介して走行可能な状態で搭載されている。この第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、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に往復移動させる駆動体である。このモータ11b-2も、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の長手方向の略中央に設置されており、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連結棒11a-6が設けられている。この連結棒11a-6の裏面には、当該シャフト11b-4が貫通する突起片11a-6aが取り付けられている。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に移動するようになっている。
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。
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、取付部17a、アーム部17rおよびエアシリンダ17pについて図2、図3、図5~図10を参照して順に説明する。
なお、図6および図7は図2のトンネル研掃装置に設けられた研掃ヘッドの斜視図、図8(a)は図6の研掃ヘッドをその背面側から見た斜視図、図8(b)は図7の研掃ヘッドをその背面側から見た斜視図、図9(a)は図6の研掃ヘッドをその上方から見た平面図、図9(b)は図7の研掃ヘッドをその上方から見た平面図、図10(a)は図6の研掃ヘッドの側面図、図10(b)は図7の研掃ヘッドの側面図である。
研掃ヘッド17の取付部17aは、取付台17a-1と、回動板17a―2(図3、図6~図10参照)と、背面板17a-3(図6~図9参照)とを備えている。取付台17a-1は、トンネルの内壁面WSに対向する主面(第1面)と、その裏側の裏面(第2面)とを有している。この取付台17a-1の主面には、研掃機(研掃部)17bと、キャスタ17cと、リングブラシ(遮蔽部材)17s(図5参照)とが設置され、取付台17a-1の裏面側において取付台17a-1の長手方向の両端には、2枚の回動板17a-2が取付台17a-1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、図5、図6および図9(b)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(噴射口部)17b-1と、吸引口(吸引口部)17b-2と、リングブラシ17s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。取付台17a-1の裏面において噴射口17b-1の後方には、研掃ヘッド17に研削材を供給する吐出ホース(研削材供給管)17b-3(図2、図3、図6~図10参照)が機械的に接続されている。この吐出ホース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。取付台17a-1の裏面において吸引口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流す吸引ホース(吸引管)17b-4(図6~図10参照)が機械的に接続されている。なお、図2および図3では図面を見易くするため吸引ホース17b-4の図示を省略している。
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(図5参照)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-1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-1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た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、図5および図6に示すように、キャスタ17cは、研掃作業に際して、取付台17a-1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および図6に示すように、例えば、取付台17a-1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-1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-1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5に示すように、リングブラシ17sは、剥離片や研削材等のような飛散物が、取付台17a-1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、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。このリングブラシ17sは、取付台17a-1に着脱自在の状態で取り付けられている。したがって、リングブラシ17sが劣化したら交換すればよいので、リングブラシ17sの寿命によって研掃ヘッド17の寿命が決まってしまうこともない。
なお、上記した背面板17a-3(図6~図9参照)は、主に取付台17a-1を補強する部材であり、取付台17a-1の裏面に対向する主面とその裏側の裏面とを有している。この背面板17a-3は、その主面を取付台17a-1の裏面に対向させた状態で取付台17a-1の長手方向両端の2枚の回動板17a-2間を橋渡すように設置されている。
次に、図2、図3、図6~図10に示すように、上記したアーム部17rは、取付部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-1の裏面に対向する主面(第3面)と、その裏側のロッド15の先端面に対向する裏面(第4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(第1の揺動部)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(第2の揺動部)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、その延在端部が上記した取付台17a-1の2枚の回動板17a-2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17r-2と、取付台17a-1の回動板(第1の揺動部)17a-2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-1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-1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(第2の揺動部)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17r-3と、凸部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-1およびアーム部17r)は、第1の揺動方向RR1(図2参照)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。
このように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RR1(図2参照)およびこれに交差(直交)する第2の揺動方向RR2(図3参照)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。
ここで、本実施の形態においては、研掃ヘッド17のアーム部17rを構成するベース板17r-1の長辺の2箇所に凹部DTが設けられている。凹部DTは、吐出ホース17b-3がベース板17r-1の長辺から内方に移動できるようにベース板17r-1の長辺から内方に向かって延び、途中で終端している。
図7に示すように、研掃ヘッド17の取付部17aを一方側に曲げて研掃処理をするときには吐出ホース17b-3がベース板17r-1から遠ざかる方向に移動し、ベース板17r-1に当たらないので吐出ホース17b-3が研掃ヘッド17の取付部17aの曲げ動作を邪魔することはない。
一方、研掃ヘッド17の取付部17aを図7の状態から図6に示すように上記一方側とは真逆の他方側に曲げていくと、取付部17aの曲げ動作に追従して吐出ホース17b-3がベース板17r-1に近づくように移動する。しかし、研掃ヘッド17の取付部17aをさらに他方側に曲げたときに、ベース板17r-1に凹部DTが無いと、吐出ホース17b-3がベース板17r-1の長辺に当たりその移動が妨げられる結果、研掃ヘッド17の取付部17aの曲げ動作も妨げられ、研掃ヘッド17の取付部17aを他方側に上手く曲げることができなくなり、トンネルの内壁面WSに対する研掃処理を良好に施すことができなくなってしまう場合がある。
これに対して本実施の形態においては、図6~図8に示すように、研掃ヘッド17のベース板17r-1に凹部DTを設けたことにより、研掃ヘッド17の取付部17aを上記他方側に曲げたときに、吐出ホース17b-3がベース板17r-1の凹部DTに入り込み、吐出ホース17b-3がベース板17r-1の長辺よりもさらに内方に移動することができるので、研掃ヘッド17の取付部17aを上記他方側に上手く曲げることができる。したがって、研掃ヘッド17の取付部17aを一方側および他方側に良好に揺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。
次に、図2、図3、図6~図9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の先端部を背面板17a-3の裏面側に固定させた状態で、支持フレーム17eの長手方向中央に取り付けられている。これにより、エアシリンダ17pは、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取付け台17a-1の裏面との間には、例えば、2本の伸縮ロッド17d,17dが設置されている。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、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-1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-1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-1の主面のリングブラシ17s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。
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11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等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した後、移動機構部11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。
その後、トンネル研掃装置Mに設けられた研掃ヘッド17の水平移動方向とトンネルの延伸方向とが平行になり、かつ、研掃ヘッド17の第1の揺動方向RR1がトンネルの延伸方向と直交する方向となるように、ブームVaやターンテーブル14によりトンネル研掃装置Mの水平方向(つまり、研掃ヘッド17の研掃角度)を調整する。これは、トンネルの延伸方向と研掃ヘッド17の水平移動方向とを平行に保たないと研掃位置が上下にずれてしまうからである。なお、調整にあたっては、ブームVaでベースプレート10の粗調整を行った後に、ターンテーブル14で微調整を行うようにするのが望ましい。なお、ここでは、移動手段11における第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対応した方向とする。
次いで、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、このときの研掃手段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のリングブラシ17s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。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。なお、移動手段11が、トンネルの延伸方向に沿う第1の方向D1にのみベースプレート10を移動させることができ、第1の方向D1に交差する第2の方向D2には移動させる機能を有していない場合には、ブームVaにより研掃ヘッド17を第2の方向D2に移動させるようにする。
ここで、通常は、研掃ヘッド17を下方に移動させる場合、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11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、図11に示す研掃高さ位置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。ただし、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RR1およびこれに交差(直交)する第2の揺動方向RR2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12および図13は第2の実施の形態のトンネル研掃装置に設けられた研掃ヘッドの斜視図、図14(a)は図12の研掃ヘッドをその背面側から見た斜視図、図14(b)は図13の研掃ヘッドをその背面側から見た斜視図、図15(a)は図12の研掃ヘッドの側面図、図15(b)は図13の研掃ヘッドの側面図である。
本実施の形態においては、研掃ヘッド17のベース板17r-1に凹部DTの開口部を閉じる閉止部材CLが設けられている。そして、吐出ホース17b-3は、閉止部材CLと凹部DTとで囲まれた領域内を通過するように配置されている。これにより、吐出ホース17b-3は、ベース板17rの凹部DTから逸脱しないようになっている。
このような閉止部材CLが無い場合、吐出ホース17b-3を通じて研削材を噴射している最中に吐出ホース17b-3が激しく振動することに起因して吐出ホース17b-3が凹部DTから逸脱してしまい、研掃ヘッド17の取付部17aを曲げようとした時に吐出ホース17b-3が凹部DTに入り込まずベース板17r-1の外周に当たり研掃ヘッド17の取付部17aを上手く曲げることができなくなってしまう場合がある。
これに対して本実施の形態においては、閉止部材CLを設け、閉止部材CLと凹部DTとで囲まれる領域内を通過するように吐出ホース17b-3を配置したことにより、研削材の噴射中に吐出ホース17b-3が激しく振動したとしても、吐出ホース17b-3が凹部DTから逸脱してしまうのを防止することができる。このため、研掃ヘッド17の取付部17aを曲げようとした時に吐出ホース17b-3が上手く凹部DTに入り込むので、研掃ヘッド17の取付部17aを上手く曲げることができる。これ以外は、第1の実施の形態と同じである。
ここでは、閉止部材CLが、例えば、単一幅の帯状体で形成されている。ただし、閉止部材CLは、単一幅の帯状体で形成されることに限定されるものではなく、例えば、吐出ホース17b-3が当たる部分を他の部分よりも相対的に幅広とした帯状体のように、幅が部分的に異なるような帯状体としても良い。また、閉止部材CLを、例えば、単一の紐状体で形成しても良いし、複数本の紐で構成しても良い。閉止部材CLを複数本の紐で構成する場合は、複数本の紐を編んで全体として帯状にしても良いし、複数本の紐を編むことなく単純に並べて配置した構成でも良い。
また、閉止部材CLは、例えば、可撓性を有するゴム、プラスチックまたは化学繊維で構成されている。また、金属をコイルバネ状等にすることで可撓性を有する閉止部材CLを構成しても良い。ただし、閉止部材CLは可撓性を有することに限定されるものではなく、例えば、可撓性を有しない構成でも良い。
また、閉止部材CLは、着脱自在の状態でベース板17r-1に設けられている。これにより、閉止部材CLを簡単に交換することができる。したがって、閉止部材CLが劣化したからといって研掃ヘッド17全体を交換しなくて済むので、研掃ヘッド17の寿命を延ばすことができる。
(第3の実施の形態)
図16(a),(b)は第3の実施の形態のトンネル研掃装置に設けられた研掃ヘッドの斜視図、図17(a)は図16(a)の研掃ヘッドをその背面側から見た斜視図、図17(b)は図16(b)の研掃ヘッドをその背面側から見た斜視図である。
本実施の形態においては、吐出ホース17b-3および吸引ホース17b-4の両方が、研掃ヘッド17のベース板17rの凹部DTと閉止部材CLとで囲まれる領域内を通過するように配置されている。これにより、吐出ホース17b-3および吸引ホース17b-4の両方が、研掃ヘッド17のベース板17rの凹部DTから逸脱しないようになっている。したがって、研掃ヘッド17の取付部17aを曲げようとした時に吐出ホース17b-3および吸引ホース17b-4の両方が上手く凹部DTに入り込むので、研掃ヘッド17の取付部17aを上手く曲げることができる。これ以外は、上記した第1、第2の実施の形態と同じである。
(第4の実施の形態)
図18は第4の実施の形態のトンネル研掃装置の正面図、図19は図18のトンネル研掃装置の側面図、図20(a)は図18のトンネル研掃装置を構成するホースサポート部材の平面図、図20(b)は図20(a)のホースサポート部材の側面図、図21は図20のホースサポート部材の外径寸法と吸引ホースの蛇腹部分の寸法とを比較して示した説明図である。なお、図19には図面を見易くするため吸引ホース17b-4の図示を省略した。
本実施の形態においては、図18および図19に示すように、トンネル研掃装置Mの保持フレーム12の上部に、吐出ホース17b-3および吸引ホース17b-4を保持するホースサポート部材(保持部材)20が設けられている。
ホースサポート部材20が無い場合、研掃処理時に吐出ホース17b-3および吸引ホース17b-4(主に吐出ホース17b-3)が大きく振動することに因り吐出ホース17b-3および吸引ホース17b-4の配置が乱雑になってしまう。これに対して本実施の形態においては、ホースサポート部材20を設けたことにより、研掃処理時に吐出ホース17b-3および吸引ホース17b-4(主に吐出ホース17b-3)が大きく振動したとしても吐出ホース17b-3および吸引ホース17b-4の配置を纏まりの良い状態に維持することができる。
図20に示すように、ホースサポート部材20は、例えば、ステンレス等のような金属からなり、例えば、平面視でU字状に形成されている。このホースサポート部材20において吐出ホース17b-3および吸引ホース17b-4が接触する第1部分20aは断面視(ホースサポート部材20の延在方向に対して直交する断面を見た場合)で円管状に形成されている。このようにホースサポート部材20を平面視でU字状に形成するとともに、ホースサポート部材の外周を断面視で円形状にすることにより、吐出ホース17b-3および吸引ホース17b-4がホースサポート部材20に接触したとしても吐出ホース17b-3および吸引ホース17b-4に損傷が生じるのを抑制または防止することができる。また、ホースサポート部材20を断面視で管状に形成したことにより、ホースサポート部材20を軽量化することができる。
また、ホースサポート部材20の両端の第2部分20bは扁平形状に形成されている。ホースサポート部材20は、その両端の扁平形状の第2部分20bで保持フレーム12を挟むように設置されており、その両端の第2部分20bの各々に配置されたネジ21によって保持フレーム12に取り付けられている。吐出ホース17b-3および吸引ホース17b-4は、ホースサポート部材20のU字の第1部分20aと保持フレーム12の外壁とで囲まれた領域内を通過するように配置されることでホースサポート部材20に保持されている。
図21に示すように、主に吸引ホース17b-4は、蛇腹状の部材で形成されている。その場合に吸引ホース17b-4の蛇腹部分の互いに隣接する山と山との間の寸法HLよりも、ホースサポート部材20の断面視の外径SLを小さくしてしまうと、吸引ホース17b-4の蛇腹部分の互いに隣接する山と山の間の窪みにホースサポート部材20が嵌まり込んでしまう場合が生じる。
そこで、本実施の形態においては、ホースサポート部材20の断面視の外径SLを、吸引ホース17b-4の蛇腹部分の互いに隣接する山と山との間の寸法HLよりも大きくした。これにより、吸引ホース17b-4の蛇腹部分の互いに隣接する山と山との間の窪みにホースサポート部材20が嵌まり込んでしまう不具合を回避することができる。
(第5の実施の形態)
図22(a)は第5の実施の形態におけるトンネル研掃システムの概念図、図22(b)は図22(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22(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。
本実施の形態においては、高所作業車Vの構造が上記した第1の実施の形態とは異なる。本実施の形態における高所作業車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が可能になっている。
この高所作業車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15m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、この高所作業車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でも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。これ以外の構成および効果は上記した第1~第4の実施の形態と同じである。
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。
例えば、上記した実施の形態では、ターンテーブル14を回転させて研掃手段17の内壁面WSに対する水平方向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。