JPH0694665B2 - 水中作業装置の旋回支点 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は範囲の限定された水中作業に有用な水中作業装
置に関するものである。

本発明の水中作業装置は、例えば、水中ケーソンの底面
清掃や水中コンクリート打継目処理作業や水中掘削のよ
うな今後進展が期待される大規模水中土木建設工事に適
用できる。

〔従来の技術〕

例えば、明石海峡大橋のような巨大なつり橋の構築にお
いては、主塔基礎の施工法として、設置ケーソン工法が
採用されている。この工法は、中空円筒形の鋼ケーソン
を海中の支持地盤上に設置し、中詰コンクリートを複数
回に分けてケーソン内部に打設していく方法である。

上記工法によれば、ケーソン内に打設される水中コンク
リートは多層状に構成される。しかしながら、コンクリ
ートを打設すると、コンクリート中に含まれる不純物等
が表面にうき出していわゆるグリーンカットを生じてし
まう。また、水中に舞上がった泥等がコンクリートの表
面に積ることもある。従って、これらを除去しないで次
の層を打設した場合には、コンクリートの層間、即ち打
継目に強度の不連続部分が生してしまうという不都合が
あった。

このような不都合を解消するためには、水中の打継目を
清掃し、除去したグリーンカット等を回収する必要があ
る。このような作業は大深度の水中で行われるものであ
るから人手にたよることはできず、機械を用いて行うこ
とになる。

このような作業に応用しうる従来の水中作業機械として
は、複数のスライド脚から成る尺取り虫式の移動機構を
備えた捨石ならしロボット、履帯方式の移動機構を有す
る排砂ロボットや水中ブルドーザ等が知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述した従来の水中作業機械は、何れも遠隔操作される
ようになっており、自律的な移動動作を行なう機能は持
っていない。このため、正確・迅速な位置制御や十分な
作業速度が得られなかった。従って、限定された範囲内
を規定されたコースに従って正確に走行することが、困
難であり、大深度の水底において所定面積の打継目全体
をくまなく清掃するといった前記設置ケーソン工法の打
継目処理作業などは、従来の水中作業機械には不向きで
あった。

そこで、本発明者らは、例えば上記作業のような移動範
囲が限定された水中での作業に適し、自律的な移動機能
を備えた水中作業装置を発明した。

この水中作業装置は、水中に支柱を立設し、索体を半径
として水中移動体を支柱の回りに旋回させて作業を行う
ものである。

ところが、支柱と索体によって水中移動体を旋回させる
上記水中作業装置によれば、水中移動体の旋回方向の位
置を制御するためには、索体を介して水中移動体に連動
し、支柱を回転中心として旋回する部材としての旋回支
点が必要となる。しかしながら、このような旋回支点が
旋回しようとする時には、自重と索体の張力とによって
支柱との接触部に旋回摩擦抵抗が発生する。そして、索
体の張力の円周方向分力である旋回力はかなり小さいの
で、前記抵抗が大きいと旋回支点は支柱に対して円滑に
回転することができない。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、前述し水中作業装置において、索体に発生す
る張力の円周方向分力によって支柱のまわりで旋回する
旋回支点を設け、これによって支柱を中心として索体を
半径とした水中移動体の旋回を円滑にすることを目的と
している。

前記の目的を達成するため、本発明の水中作業装置にお
ける旋回支点は、水底の作業範囲に立設された支柱を中
心に索体を半径として前記作業範囲上で水中移動体を旋
回移動させる水中作業装置に設けられ、前記支柱の軸方
向にのみ移動自在となるように前記支柱に取付けられた
内筒と、前記支柱の円周方向に回動自在となるように前
記内筒に取付けられ、前記索体を介して前記水中移動体
に連動連結された内部に空洞を有する外筒と、前記外筒
に取付けられ、回動する前記外筒に偶力を与える一対の
推進手段とを備えたことを特徴としている。

〔作用〕

外筒は内部に空洞を有しているために中性浮力化してお
り、旋回時に自重による摩擦抵抗が内筒との間に生じる
ことはない。さらに外筒は一対の推進手段によって偶力
を与えられるようになっており、水中移動体が旋回を始
めた際に、索体の張力によって内筒と外筒との間に働く
摩擦抵抗は前記偶力によって相殺される。このため、索
体の張力の一部である円周方向分力により、水中移動体
の動きに同期して外筒は円滑に旋回することができる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図から第10図によって説明す
る。

本実施例は、前述した設置ケーソン工法において、水中
コンクリートの打継目の清掃に用いられる水中作業装置
に関するものである。

第10図に示すように、このケーソン１は下端面が開口し
た円筒形であり、海中に沈められて海底２上の所定位置
に設置されている。ケーソン１の上端面を閉止している
上部覆工板３は海面とほぼ同じレベルにあり、その中央
には開口４が形成されてケーソン１内部の水面５が覗い
ている。

第１図に示すように、前記ケーソン１の中心には、水中
作業装置５の支柱６が垂直に立設されている。該支柱６
は中空円筒であり、その下端はケーソン１内の海底２の
中央に固定されており、その上端は前記上部覆工板３の
開口４から上方に突出している。そして、工事の進展に
伴い、ケーソン１の内部に水中コンクリートが複数層に
分けて打設されていくと、この支柱６は水中コンクリー
ト内に埋れていくようになっている。

次に、第１図に示すように、水中コンクリートが層状に
打設されるケーソン１内の円形の作業範囲７には、水中
作業装置５の水中移動体８が設定されている。この水中
移動体８は、作業時に上部覆工板３の開口４からケーソ
ン１内の水中に吊り降され、作業範囲７上に設定されて
用いられるようになっている。

第２図及び第３図に示すように、この水中移動体８は各
車輪９ごとに油圧モータ10を備えた四輪駆動の車両であ
る。11は水中用の電動機、12はこの電動機11によって駆
動される水中用の油圧ポンプであり、この油圧ポンプ12
が各車輪９の油圧モータ10に作動油を供給する。また、
前の車輪９（前輪9a）には、この油圧ポンプ12からの作
動油で駆動される油圧式の舵取り機構が設けられてい
る。

水中移動体８の前面側には、清掃ユニット13が油圧力で
昇降自在となるように設けられている。この清掃ユニッ
ト13のケーシング14は下面が開放されており、その周囲
には、作業範囲７の水底15に接するブラシ16が植設され
ている。また、ケーシング14の内部には油圧で回転駆動
される回転ブラシ19が設けられている。また、ケーシン
グ14には、吸込み管17を介して電気式の水中ポンプ18が
接続連通されており、前記ブラシ16,19によって水底15
から掻き落された除去物を吸取ることができるようにな
っている。この水中ポンプ18の吐出口には排水ホース20
が接続されていて、吸込んだ除去物等を水上の所定位置
に搬送排出できるようになっている。

このような構成において、清掃ユニット13を水底15に設
定し、ケーシング14のブラシ16及び回転ブラシ19を水底
15に接触させる。そして、回転ブラシ19を回転しながら
水中移動体８を進行させれば、水底15に付着した除去物
は両ブラシ16,19によって掻き落され、水中ポンプ18に
よって吸取られることになる。

この水中移動体８の一側面側には索体21が接続されてい
る。この索体21は水と同比重のケーブルであり、前記電
動機11及び水中ポンプ18に電力を供給するとともに、電
気系統及び油圧系統に制御信号を供給するものである。
また、索体21と水中移動体８の連結部には張力センサ22
が設けられており、索体21に加わる張力を検出できるよ
うになっている。そして、本実施例では、この張力セン
サ22からの検出信号に基づいて水中移動体８の前輪9aの
舵取り機構が操作され、索体21に発生する張力が常に所
定の範囲内におさまるように水中移動体８の舵角が制御
されるようになっている。

また、この水中移動体８には、走行限界や障害物を検出
する検出体23,24が設けられている。

次に、第１図、第４図及び第５図に示すように、水底15
近傍の前記支柱６には、略円筒形状の部材である旋回支
点25が回動自在に設けられている。

まず、支柱６の外周面には、軸線方向に平行な４本のレ
ール100が周方向に90°づつの間隔を置いて設けられて
いる。旋回支点25の内筒101は、周方向に90°づつ間隔
を置いた４箇所の位置に、それぞれ上下一対づつの昇降
ローラ102を備えている。これら各昇降ローラ102は前記
各レール100にそれぞれ転動自在に係合している。従っ
て、内筒101は支柱６に対して昇降動できるが回転する
ことはできない。

第４図及び第５図に示すように、前記内筒101の上端面
及び下端面には、前記各昇降ローラ102の中間である４
箇所の位置に、支柱６の軸と平行な回転軸を有する２個
の水平ローラ103と、これと直交する回転軸を有する１
個の垂直ローラ104とによって構成される３個１組の旋
回ローラ105がそれぞれ設けられている。そして、内筒1
01の外周面に外挿された外筒106は、第５図に示すよう
に上端面及び下端面の内周縁部を前記各旋回ローラ105
によって転動自在に支持されている。従って、外筒106
は、内筒101に対して旋回することはできるが、内筒101
の軸方向には固定されている。また、この外筒106は内
部が空洞になっており、水中での重量は浮力によって相
殺されている。これによって外筒106は、内筒101に対し
て旋回する際の上下方向の回転摩擦抵抗がゼロになって
いる。

前記外筒106には、索体21の案内部25aが設けられてい
る。案内部25aは、エルボ形のケース107内に複数対の案
内ローラ108を設けたもので、支柱６に沿って上方から
導いた索体21を水平外方へ導出できるようになってい
る。そして、この案内部25aは、支柱６と平行な支持軸1
09を中心として水平面内の所定角度範囲内で揺動するこ
とができ、水中移動体８の旋回移動に伴って引きずられ
る索体21の移動に応じられるようになっている。

前記外筒106には、支柱６の軸に関して互いに対称な２
箇所の位置に、プロペラ式の推進手段である推進機110
がそれぞれ設けられている。これら一対の推進機110,11
0は、外筒106に偶力を与えるような向きで取付けられて
いる。これによって外筒106は、内筒101に対して旋回す
る際に、旋回ローラ105との間で発生する水平方向の回
転摩擦抵抗が大幅に改善されている。

前記外筒106には環状の防護枠111が設けられており、前
記水中移動体８が旋回支点25に接触しないようになって
いる。また、内筒101の下端には、作業範囲７の上に旋
回支点25を設定する際の支えとして、脚部材112が設け
られている。また、113は吊りピースであり、旋回支点2
5を支柱６に沿って昇降させる際にワイヤ等を引掛ける
ために設けられている。

次に、前記旋回支点25には、旋回角度の検出手段が設け
られており、支柱６に対する旋回支点25の回転角度を検
出できるようになっている。

第４図〜第７図に示すように、内筒101の上端面には、
ブラケット114を介して検出リング115が全周にわたって
設けらている。この検出リング115には、旋回角度を検
出するために同形の穴116が等間隔でｎ個形成されてお
り、さらにその上縁の一箇所には、原点検出用プレート
117が設けられている。また、外筒106の上端面には、前
記原点検出用プレート117を検出する１個の原点チェッ
クセンサ118が設けられ、さらに旋回角度及び回転方向
を検出するために前記検出リング115に対向して２個の
角度センサ119が設けられている。本実施例において検
出リング115の孔116の数ｎを100とすれば、前記角度セ
ンサ119によって検出される旋回角度の分解能Ｐ°は、
Ｐ°＝360°/n＝3.6°となる。

次に、第１図に示すように、水上に突出している前記支
柱６の上端には、前記水中移動体８のための各種支援装
置類等を備えた旋回台26が回動自在に設けられている。
旋回台26は、下面に複数の案内輪27を有している。ま
た、前記上部覆工板３の開口４の周囲には、案内レール
28が周状に設けられている。旋回台26の案内輪27は案内
レール28に転動自在に係合し、旋回台26の中央孔29には
前記支柱６の上端部が挿入されている。そして、旋回台
26は、図示しない駆動手段によって案内レール28に沿っ
て回動する。本実施例では、前記旋回支点25の各センサ
118,119からの信号によって、この駆動手段が操作され
るようになっている。即ち、この旋回台26は前記旋回支
点25の旋回に連動し、旋回支点25と同方向に同角度だけ
同期して旋回するように構成されている。

次に、第１図において、30は前記索体21の長さ調節手段
としての給送装置である。この給送装置30のドラムに巻
取られた索体21は、旋回台26の開口部31から支柱６に沿
って下方に向けて引き出されている。そして該索体21
は、前記旋回支点25の外周に固設された案内部25aを介
して、作業範囲７の外周に向けて延長され、前記水中作
業車８に接続されている。この給送装置30によって索体
21の繰出し長さを調節すれば、支柱６の旋回支点25と水
中移動体８を結ぶ索体21の長さ、即ち水中移動体８の半
径方向の位置を任意に設定又は調節することができる。

次に、第１図において、32は前記水中移動体８の巻上げ
ドラムであり、水中移動体８とはワイヤ33で連結されて
いる。また、34は排水ホース20の巻取り装置であり、前
記水中移動体８の水中ポンプ18に接続されている排水ホ
ース20を必要長さだけ繰出せるようになっている。この
排水ホース20には所定間隔でフロート35が設けられてい
る。また、この排水ホース20は、水中移動体８を吊上げ
るための前記ワイヤ33と連結されている。次に、36は前
記旋回支点25の巻上げ装置である。この巻上げ装置36
は、前記巻上げドラム32による水中移動体８の昇降動に
伴って駆動され、旋回支点25を図中想像線で示す上の位
置と、実線で示す下の位置との間で昇降させることがで
きる。

次に、以上の構成における作用について説明する。

排水ホース20を水中移動体８に接続した後、図示しない
クレーンによって該水中移動体８を吊り上げ、旋回台26
の開口部31からケーソン１内の水面上に吊り下げる。こ
の位置で巻上げドラム32のワイヤ33を水中移動体８に接
続して荷重を巻上げドラム32にシフトさせる。また、旋
回支点25を（イ）位置に設定しておき、索体21を旋回支
点25の案内部25aに通した後、水中移動体８に接続す
る。

次に、巻上げドラム32と巻上げ装置36を駆動し、水中移
動体８と旋回支点25を同期して下降させる。この時、下
降に合せて、排水ホース20の巻取り装置34と索体21の給
送装置30を駆動し、排水ホース20及び索体21を繰り出し
ていく。

水中移動体８が支柱６に近い水底15のほぼ中央に着地
し、旋回支点25が支柱６の最も下方の作業範囲上に設定
されたところで、作業を開始する。

即ち、清掃ユニット13を着底させた状態で水中移動体８
を走行させ、前述した作用で水底15の清掃を行う。水底
15から掻き落された除去物は、排水ホース20を介して旋
回台26上に搬送・吐出され、図示しない処理設備に回収
される。

ところで、このように水中移動体８が運動を開始する
と、第８図に示すように索体21には張力Ｔが発生する。

ここで、索体21の案内部25aは引張られた方向に向くの
で、案内部25aにおいて索体21に過大な力が加わること
はない。また、旋回支点25の外筒106は水中において中
性浮力化しているので、上下方向についての回転摩擦抵
抗はほとんど無視できる。さらに水中移動体８の運動開
始に合せて前記推進機110が外筒106に適度な偶力を与え
るので、外筒106と旋回ローラ105との間に生ずる水平方
向の回転摩擦抵抗もほとんど無視できる程度に改善され
ている。このように外筒106は、旋回動作時には水中に
おいてごく小さな抵抗しか受けない構成になっている。
このため、第８図に示すように、索体21に発生する張力
Ｔの微小な周方向分力Tcによって、水中移動体８の旋回
に連動して外筒106は内筒101に対して円滑に旋回するこ
とができるのである。

さらに、索体21の張力Ｔと、水中移動体８の舵取り角度
との間には比較的明確なアルゴリズムがあり、本実施例
では、水中移動体８の張力センサ22で検出した索体21の
張力Ｔに基づいて、水中移動体８の舵角を制御してい
る。このため、索体21に発生する張力Ｔは常に適正な一
定の範囲に保たれるので、旋回支点25と水中移動体８の
連動はさらに円滑になる。

また、前記旋回支点25の回転角度は前記各センサ118,11
9によって検出されているので、この検出信号によって
水中移動体８の回転方向位置を正確に制御することがで
きる。

また、旋回台26は、旋回支点25の旋回角度に合せて同方
向に同期して旋回される。このため、前記索体21等が支
柱６にからみついてしまうことはない。

また、給送装置30によって索体21の繰出し量を適当に変
化させれば、第５図（ｂ）に示すように、水中移動体８
に渦巻き状の経路をたどらせて円形の水底全面を清掃さ
せることができる。この場合、水中移動体８の半径方向
の位置は、給送装置30による索体21の繰出し量から、正
確に割り出すことができる。

このように本実施例によれば、水中移動体８を遠隔操縦
する必要がなく、単にあらかじめ定めておいたパターン
で索体21を繰出す（又は巻取る）とともに水中移動体８
を走行させれば、水中移動体８に自律的な旋回運動を与
えることができ、半径方向及び円周方向の両位置の制御
を容易かつ正確に行うことができる。

水中移動体８が渦巻きを描きながら外側の限界位置まで
来ると、清掃ユニット13の右側面に設けられた検出体23
がケーソン１の内壁面に接触して走行限界が認識され、
水中移動体８の走行が停止する。本実施例は支柱６近く
から外側に向けて作業を開始したが、第５図（ｃ）に示
すように逆であってもよい。その場合には、水中移動体
８の左側面に設けた検出体24が前記防護枠111に接触し
た時に走行限界が認識される。さらに、索体21の長さを
一定に固定し、第５図（ａ）に示すように一定の半径で
水中移動体８を旋回させることもできる。以上いずれの
場合においても、前記検出体23,24は走径経路上の障害
物を検出することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、支柱を中心に索体を半径として水中移
動体を旋回移動させる水中作業装置において、支柱に設
けられた旋回しない内筒と、水中移動体に連動して旋回
する外筒とを備えた旋回支点を設け、この外筒を中性浮
力化するとともに外筒に推進手段を設けて偶力が得られ
るようにしてある。

従って、外筒の重量によって外筒と内筒の間に働く摩擦
抵抗が解消され、索体の張力によって外筒と内筒の間に
働く旋回抵抗が偶力と相殺される。このため本発明によ
れば、索体に発生する張力の微小な円周方向分力によっ
て旋回支点が円滑に回転し、水中移動体の動きと旋回支
点の回転を同期させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である水中作業装置の全体構
成を示す断面図、第２図は同実施例における水中移動体
の平面図、第３図は同側面図、第４図は同実施例におけ
る旋回支点等の水平断面図、第５図は同じく旋回支点等
の縦断面図、第６図は同実施例の旋回支点における旋回
角度検出機構の断面図、第７図は同機構の正面図、第８
図は同実施例において旋回支点が回転する理由を示す
図、第９図（ａ），（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ同実
施例における水中移動体の旋回パターンを示す図、第10
図は同実施例の水中作業装置が適用されるケーソンの断
面図である。 ５……水中作業装置、６……支柱、 ７……作業範囲、８……水中移動体、 21……索体、25……旋回支点、 101……内筒、106……外筒、 110……推進手段としての推進機。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋山 和夫 新潟県新潟市秋葉１―２―１ 株式会社新 潟鉄工所大山工場内 (72)発明者 黒田 久夫 大阪府大阪市都島区都島通２―１―７― 902 (72)発明者 山田 邦興 埼玉県浦和市太田窪2957番地12

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水底の作業範囲に立設された支柱を中心に
   索体を半径として前記作業範囲上で水中移動体を旋回移
   動させる水中作業装置に設けられ、 前記支柱の軸方向にのみ移動自在となるように前記支柱
   に取付けられた内筒と、 前記支柱の円周方向に回動自在となるように前記内筒に
   取付けられ、前記索体を介して前記水中移動体に連動連
   結された内部に空洞を有する外筒と、 前記外筒に取付けられ、回動する前記外筒に偶力を与え
   る少くとも一対の推進手段とを具備することを特徴とす
   る水中作業装置の旋回支点。