JPH09175454A - 磁石内蔵タイプの吸着車輪を使用した自走式壁面移動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 吊り橋の塔のように磁性体材料で構築され、
定期的に点検し補修を必要とする建造物に対し、壁面を
自在に移動し、この位置を保持することのできる磁石内
蔵タイプの吸着車輪を使用した自走式壁面移動装置を提
供する。 【解決手段】 車軸３と車輪フランジ１の間の空間の一
部に、軸心を回転中心として車輪フランジ１とは独立し
て揺動可能な外周円弧状の磁石体４ｂを設け、この磁石
体４ｂを常に鋼製壁面に対して最大磁力の方向が向くよ
うに配設し、車軸３と鋼製壁面との間に車輪押し付け力
を発生させた複数個の吸着車輪ａを壁面吸着手段として
台車Ａに組み込み、それらの吸着車輪ａに駆動トルクを
与えることにより壁面上を移動せしめる駆動装置を台車
Ａに設けた磁石内蔵タイプの吸着車輪を使用した自走式
鋼製壁面移動装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吊り橋の塔のよう
に、磁性体材料で構築され、定期的に点検補修を必要と
する構造物の壁面を自在に昇降移動して構造物の維持管
理を実施できる自走式壁面移動装置に係わるものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】主塔などの点検補修作業の方法には、汎
用のリースゴンドラや専用ゴンドラによる方法があるが
いずれの方法も運用時に交通規制を必要とするなどの大
掛かりな段取りが必要であり、点検や軽微な補修作業に
供するには困難が多い。

【０００３】そのため、動力により壁面を移動できる自
走式壁面移動装置が提案され一部実用に供されている
が、これらの自走式壁面移動装置は大別して下記の二系
列に分類される。

【０００４】１．吸着車輪式壁面移動装置 従来の吸着車輪式壁面移動装置は台車の左右上下に磁石
と車輪フランジとを一体物で形成した図９に示すような
吸着車輪を設け、この磁石により形成された車輪フラン
ジを磁気力（吸着力）により、鋼製壁面に吸着させなが
ら主塔などの壁面を昇降させる方式である。しかしなが
ら、この吸着車輪の質量が台車の質量に比してあまりに
も大きくなり現実性が乏しいので、ごく小規模のものに
しか実績がない。

【０００５】２．真空吸盤式壁面移動装置 そのため、図１０のように負圧吸盤により壁面に吸着し
て移動する真空吸盤方式の自走式壁面移動装置が開発さ
れているが、大きな凹凸には対応できない、吸引ホ
ースを使用するため高揚程には対応できない、地上側
に大容量の真空発生装置を必要とするうえに、添接ボル
トが定間隔で存在し、高さが100ｍを超える主塔などの
構造物に使用することができない欠点があった。

【０００６】塗装構造物の維持管理の基本からすれば、
軽微な補修塗装をこまめに実施して全面補修のサイクル
を延長することが維持管理コストを節約することであ
り、軽微な点検補修作業に対応できる小型で機動性のあ
る自走式壁面移動技術が望まれた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】これらの欠点を解決す
るため、本発明者らは特願平６−１１９４１１号にて磁
石内蔵タイプの吸着車輪並びに同吸着車輪を使用した壁
面移動ゴンドラを出願した。

【０００８】この吸着車輪を使用した壁面移動ゴンドラ
の要旨は、「車軸３と車輪フランジ１の間の空間の一部
に、軸心を回転中心として揺動可能な外面円弧状の磁石
体４ｂを車輪フランジ１とは分離状態に設け、車軸３と
鋼製壁面ｃとの間に強い車輪押付け力が発生するように
前記磁石体４ｂを磁石体４ｂの最大磁力の方向が常に鋼
製壁面ｃに向くように配設し、この吸着車輪ａを左右の
主フレーム８・８の左右上下に四個配設し、鋼製壁面ｃ
に吸着している各輪個別に、または全輪同時に操舵可能
な操舵機構11を備えた台車Ａと，該台車Ａの左右の主フ
レーム８・８の上部に連設した支持腕８'・８'に吊下し
た搭乗用のケージ12より壁面移動ゴンドラを構成し、前
記左右の主フレーム８・８を対称位置で連結軸９により
連結し、この左右の主フレーム８・８と連結軸９を含む
面内に、結合部においてねじれに対する自由度を持ち且
つ左右の主フレーム８・８に連結機構ｄにより一本また
は複数本の連結材10を配設した」ものである。

【０００９】この先願の磁石内蔵タイプの吸着車輪を使
用した壁面移動ゴンドラは、吸着車輪が強力な永久磁石
を車輪フランジの内部に懸架した構造であるから、車輪
フランジの回転に拘わらず、常時磁石体は磁性体である
壁面方向に吸着力を発揮するため、車輪の全周を磁石と
した通常の磁石車輪に比べ大幅な軽量化と車輪単位質量
当たり吸着力の飛躍的増加が可能となり、しかも高価な
磁石の使用量が少なく、車輪の製作コストも大幅に低減
された。このように軽量で大きな吸着力を持つ吸着車輪
は吸着力の減ずる添接ボルト上においても実用に耐え得
る経済的な壁面保持手段が実現された。

【００１０】発明者らは、その後更に研究を続けた結
果、先願の壁面移動ゴンドラは、１．壁面に吸着保持さ
れた台車をワイヤーロープで昇降させながら車輪を操舵
することにより、台車の進行方向や左右の傾斜を調節せ
ねばならず、そのためワイヤーロープの昇降と車輪の操
舵との協同作用でお互いに均衡を計りながら台車の移動
を制御する必要がある。

【００１１】２．不慮のトラブルにより台車の墜落事故
に対する一層の配慮が必要である。 ３．垂直壁面の添設部段差やボルト列上の昇降において
吸着車輪の踏面がより確実に鋼製壁面をグリップして壁
面をよじ登るよう構成して性能の向上を計らなければな
らない。

【００１２】等々の問題点があることに気付き、この点
を解決した本発明を完成した。

【００１３】

【課題を解決するための手段】添付図面を参照して本発
明の要旨を説明する。

【００１４】車軸３と車輪フランジ１の間の空間の一部
に、軸心を回転中心として車輪フランジ１とは独立して
揺動可能な外周円弧状の磁石体４ｂを設け、この磁石体
４ｂを常に鋼製壁面ｃに対して最大磁力の方向が向くよ
うに配設し、車軸３と鋼製壁面ｃとの間に車輪押し付け
力を発生させた複数個の吸着車輪ａを壁面吸着手段とし
て台車Ａに組み込み、それらの吸着車輪ａに駆動トルク
を与えることにより壁面上を移動せしめる駆動装置51を
台車Ａに設けたことを特徴とする磁石内蔵タイプの吸着
車輪を使用した自走式鋼製壁面移動装置に係るものであ
る。

【００１５】また、台車Ａに設けた駆動装置51と地上に
設置した制御装置52との間に台車Ａの吸着車輪ａに駆動
トルクを伝達して台車Ａの移動を制御するケーブル53を
自動巻き取り自在に設けたことを特徴とする請求項１記
載の磁石内蔵タイプの吸着車輪を使用した自走式壁面移
動装置に係るものである。

【００１６】また、鋼製壁面ｃの上部に滑車54を設け、
地上に自動巻き取り方式の墜落防止機55を設け、この墜
落防止機55の安全索綱56と、吸着車輪ａに駆動トルクを
伝達し台車Ａの移動を制御するケーブル53とを一体化し
て滑車54に迂回懸架したことを特徴とする請求項１記載
の磁石内蔵タイプの吸着車輪を使用した自走式壁面移動
装置に係るものである。

【００１７】また、吸着車輪ａの踏面に硬度が低く、且
つ高い摩擦係数を持つ素材１'で囲繞したことを特徴と
する請求項１，２のいずれか１項に記載の磁石内蔵タイ
プの吸着車輪を使用した自動式壁面移動装置に係るもの
である。

【００１８】吸着車輪ａの踏面に複数個のグリップ溝を
刻設したことを特徴とする請求項４記載の磁石内蔵タイ
プの吸着車輪を使用した自走式壁面移動装置に係るもの
である。

【００１９】

【発明の実施の形態】請求項１の作用について説明す
る。

【００２０】鋼製壁面ｃ上に該自走式壁面移動装置をセ
ットすると、複数個の吸着車輪ａの磁石体４ｂが鋼製壁
面ｃに対して最大磁力の方向が向くよう作動し車軸３と
鋼製壁面ｃとの間に車輪押し付け力が発生し、台車Ａが
壁面に吸着状態で保持されるので、駆動装置51を稼動さ
せて夫々の吸着車輪ａに駆動トルクを与え、台車Ａを壁
面上に移動させる。

【００２１】自走式壁面移動装置の移動方向を変える場
合は、夫々の吸着車輪ａに自走式壁面移動装置の操舵方
向に応じた回転数の偏差を与えて移動する。

【００２２】請求項２の作用について説明する。

【００２３】台車Ａに設けた駆動装置51と地上に設置し
た制御装置52との間に台車Ａの吸着車輪ａに駆動トルク
を伝達して台車Ａの移動を制御するケーブル53を自動巻
き取り自在に設けたので、ケーブル53が台車Ａの移動に
追従して自動巻き取り装置より引き出され・自動巻き取
りされながら制御装置52から駆動装置51に動力を伝達
し、吸着車輪ａに駆動トルクを与えて台車Ａの移動を制
御する。

【００２４】請求項３記載の作用について説明する。

【００２５】鋼製壁面ｃの上部に滑車54を設け、地上に
自動巻き取り方式の墜落防止機55を設け、この墜落防止
機55の安全索綱56と、吸着車輪ａに駆動トルクを伝達し
台車Ａの移動を制御するケーブル53とを一体化して滑車
54に迂回懸架したので、安全索綱56とケーブル53とを一
体化した索綱が台車Ａの移動に追従して墜落防止機55よ
り滑車54を介して引き出され・自動巻き取りされて台車
Ａの移動を制御し、何らかのトラブルで台車Ａが壁面よ
り離れて墜落することがあっても安全索網56により台車
Ａが墜落防止機55により係止されて台車Ａの墜落が防止
できる。

【００２６】請求項４の作用について説明する。

【００２７】磁石内蔵タイプの吸着車輪を使用した自走
式壁面移動装置の吸着車輪ａの踏面に硬度が低く、且つ
高い摩擦係数を持つ素材で囲繞する。

【００２８】請求項５の作用について説明する。

【００２９】磁石内蔵タイプの吸着車輪を使用した自走
式壁面移動装置の吸着車輪ａの踏面に複数個のグリップ
溝を刻設する。

【００３０】

【実施例】本発明の実施例を説明する前に本発明の母体
となる発明者が発明した特願平６−１１９４１１号の
「磁石内蔵タイプの吸着車輪並びに同吸着車輪を使用し
た壁面移動ゴンドラ」の構成のうち本発明に関係する部
分を特願平６−１１９４１１号と同一符号、同一図面の
図１〜図１３まで及び図１４，図１５により説明する。

【００３１】吸着車輪ａについて説明する。

【００３２】 構 成 吸着車輪ａは、図１，図２に示すように車輪フランジ
１，二枚の側板２，車軸３，磁石ユニット４ａ，磁石取
付アーム５で構成される。車輪フランジ１は非磁性材を
使用し、磁石の磁場に影響を与えない。また、車輪フラ
ンジ１の全周には、吸着車輪ａが転動する際に移動面を
損傷しないよう、ゴムのような柔軟材６を被覆した構造
に設ける。

【００３３】磁石ユニット４ａは磁石取付アーム５を介
して、車軸３に懸架されているため、軸心の回りに回転
が可能である。車軸３は側板２に固定されていても、固
定されなくても同様である。

【００３４】 作 用 吸着車輪ａを上記のように構成したので、吸着車輪ａが
磁性体ｂの上におかれたとき、車軸３に懸架された磁石
ユニット４ａは図３，図４に示すように、磁性体ｂに対
しても最も磁場の強まる方向を自ずと向き，吸着力（吸
磁力）はその方向に車軸３を介して車輪フランジ１を押
し付ける押し付け力として作用する。

【００３５】この吸着車輪ａの吸着力は、磁石・磁性体
間のギャップと磁石体４ｂの形状によって決まる。これ
らの関係を図５，図６，図７に示す。このクラスの吸着
車輪ａであれば、車輪フランジ１にかなり厚手の柔軟材
６を巻いたとしても車輪フランジ１の厚さは１０mmあれ
ば十分であるから車輪フランジ１と磁石４とのギャップ
を１２mmとすれば吸着力は２５０kgf位まで期待でき
る。この時、磁石ユニット４ａ及びそれ以外の車輪質量
はそれぞれ８kg、全体で１６kgあるから、車輪単位質量
当たり吸着力は約１６kgf／kgとなる。

【００３６】一方、磁石体４ｂの幅Ｌに注目すると、接
地中心から外側に行くにつれて磁石体４ｂと磁性体ｂと
のギャップが増大するため、この方向に磁石体４ｂを大
きくしても図７に示すようにあまり吸着力の増加は期待
できず、磁石体４ｂの幅Ｌをある程度以上大きくする意
味はない。つまり、図９のように有効幅があることにな
る。

【００３７】 吸着力の解放手段 吸着力を解放する必要がある場合には図８に示すように
磁石ユニット４ａを車軸３に対して固定し、車軸３を側
板２に対して回転可能な構造とする。吸着力を解放する
ときはこの車軸３を例えばレバー７等で回転させれば車
軸３の固定された磁石体４ｂは点線で示される位置から
実線で示した位置に退避移動するから簡単に吸着力を解
放することが可能である。

【００３８】 従来の壁面保持方法との違い ア．従来の吸着車輪方法との違い 従来の吸着車輪の概念は図９に示すように、磁石と車輪
フランジを一体としている。そのため本発明の吸着車輪
ａと同程度の吸着力を得ようとすれば、Ｌｍ寸法を同じ
くしたとしても有効幅Ｌが存在し、それ以外の部分の磁
石は吸着力には寄与しない余分な質量であり、その結
果、従来方式の吸着車輪質量は本発明の吸着車輪ａの４
〜５倍と予想され、現実性に乏しいものとなる。図９に
おける永久磁石とバックヨークは吸着車輪ａそのもので
あり、回転して移動する。全周の磁石のうち、実際に吸
着力を発揮するのは有効幅Ｌの部分だけであり、残りの
部分は余計な質量といえる。従って、従来方式の吸着車
輪は極く小規模なものしか実績がない。

【００３９】イ．従来の真空吸盤方式との違い この方式の概念は図１０に示すように、壁面に押し当て
た吸盤内部の空気をバキューム吸引して内部を負圧状態
にし、外部の大気圧との差圧により壁面押し付け力を得
る方法である。この方法は、吸盤の面積に比例して大き
な吸着力が得られること、及び壁面がコンクリートとい
った非磁性体でも構わないことなどの大きな利点がある
が、大きな段差に乗り上げたときやボルト列上では吸盤
周囲の間隙から空気が流入するため負圧状態を維持でき
ないことと、地面側に吸引のため大掛かりな動力装置を
必要とするといった固有の欠点がある。

【００４０】一方、先願の吸着車輪ａは吸着手段として
磁石体４ｂを使用しているため、地上側にそのための動
力設備も要らず、従って電源断における落下の問題もな
い。また、塔などの構造物に特有な添接部（ボルト継手
部）における吸着力は、図１１の試験結果に示すよう
に、最悪の場合、平坦部の三割程度に減少するものの、
実用性に十分な吸着力を維持できる大きな利点がある。

【００４１】次に先願の磁石内蔵タイプの吸着車輪を使
用した壁面移動ゴンドラについて説明する。

【００４２】磁石内蔵タイプの吸着車輪ａを使用した壁
面移動ゴンドラは図１２，図１３に示すように、吸着車
輪ａを上下に取り付けた二本の主フレーム８，主フレー
ム８同志を連結する連結軸９，面内剛性を維持するため
の連結材10（水平材10'・斜材群10"），吸着車輪ａの操
舵機構11からなる台車Ａと、主フレーム８の上部に延長
突設した支持腕８'に吊腕29を介して吊り下げられた搭
乗用のケージ12，ゴンドラの昇降手段13、及びケージ12
の振れ止め手段14により構成される。

【００４３】操舵機構11は、主フレーム８に突設したア
ーム21に設けたピニオン・ラック機構部22をハンドル23
の回動により作動させるとラック杆24が上下動して取付
部25により吸着車輪ａを傾斜状態に回動し、この回動を
水平連結軸19を介して上方の左右の吸着車輪ａを主フレ
ーム８に対して図１５のようにどちらも斜めに回動させ
る。

【００４４】また、上下の吸着車輪ａ間に上下連結リン
ク20を架設した場合には下方の吸着車輪ａをも連動さ
せ、全部が図１４のように一緒に斜動する。

【００４５】次にこの壁面移動ゴンドラの昇降手段13に
ついて説明する。

【００４６】最も簡便な方法は、市販ゴンドラに使用さ
れているような巻き取り機（ワインダ16）を、図１２，
図１３に示したように、主フレーム８の上部に取り付
け、ロープ15を巻き取る方法である。また、ワインダ16
はこのように台車Ａ側に設けず、吊元側に設けても機能
は同じであり、従ってワインダ16の取り付け位置は問わ
ない。

【００４７】上記のように主フレーム８を直接吊り上げ
る方法では、ワインダ16の特性等により左右のロープ15
の巻き取り速度に違いがあるため台車Ａが左右に傾斜す
るような状態が発生し易い。これを防止するには、台車
Ａの傾斜を常に一定範囲になるよう、一方の巻き取り機
（ワインダ16）の速度制御を行えば良い。

【００４８】壁面移動ゴンドラを昇降手段13により昇降
させながら壁面移動ゴンドラを操舵機構11により操舵す
る。

【００４９】吸着車輪ａの操舵パターンを図１４，図１
５に示す。図１４のように操舵して昇降させれば斜め方
向への平行移動が可能となり、図１５のように上側また
は下側だけを操舵して昇降させれば緩やかな旋回移動が
それぞれ可能である。図１２，図１３は前者の平行移動
を行うために、四個の吸着車輪ａを一連のリンク機構1
１'で連動させ、一台の操作ハンドル23で操舵するもの
である。平行移動と旋回をどちらも行う場合は、上二車
輪と下二車輪をそれぞれ別個に操舵するリンク機構1１'
にすれば良い。

【００５０】次に本発明の実施例を図１６〜図２４によ
り説明する。

【００５１】台車Ａのフレーム58の前部の左右に上部の
吸着車輪ａを対向状態に設け、フレーム58の後部中央部
に一個の操舵可能な下部の吸着車輪ａを設け、台車Ａの
夫々の吸着車輪ａの車輪フランジ１に回転トルクを与え
る駆動装置51を配設し、前記下部の吸着車輪ａに下部の
吸着車輪ａの進行方向を定める操舵機構59を設ける。台
車Ａに操作部60を設け地上に制御装置52を設置し、この
制御装置52にケーブル自動巻き取り機構を設け、制御装
置52よりケーブル自動巻き取り機構を介してケーブル53
を操作部60に連結し、制御装置52より遠隔操作により操
作部60を作動して夫々の吸着車輪ａの駆動装置51に動力
を伝達し、吸着車輪ａの回転速度と操舵機構59の回転を
制御するよう設ける。

【００５２】制御装置52にケーブル53を自在に巻き取る
自動巻き取り機構を設けたので、台車Ａの移動に追従し
てケーブル53が制御装置52より引き出され・巻き戻され
る。また、制御装置52のエネルギー源をＯＮにして台車
Ａ上の操作部60より直接台車Ａを操縦できるように設け
る。

【００５３】また、上記とは別の構成で鋼製壁面ｃの上
部に滑車54を設け、地上に制御装置52を設置し、この制
御装置52に自動巻き取り方式の墜落防止機55を設け、制
御装置52より墜落防止機55を介してケーブル53を延設
し、墜落防止機55より安全索綱56を延設し、このケーブ
ル53と安全索網56とを一体化した索綱を墜落防止機55よ
り滑車54に迂回懸架してその先端部を操作部60の台車Ａ
の上端中央部に連結し、ケーブル53により制御装置52よ
り遠隔操作により操作部60を作動せしめて夫々の吸着車
輪ａに動力を伝達し駆動装置51と操舵機構59を操作せし
め、自走式壁面移動装置が何らかのトラブルで壁面より
離れ墜落すると、安全索綱56が急激に引き出されて墜落
防止機55により自走式壁面移動装置の墜落を阻止する。

【００５４】本実施例を上記のように構成したので、鋼
製壁面ｃ上に台車Ａをセットすると、三個の吸着車輪ａ
の磁石体４ｂが鋼製壁面ｃに対して最大磁力の方向が向
くよう作動し、車軸３と鋼製壁面ｃとの間に車輪押し付
け力が発生し、台車Ａが壁面に車輪フランジ１を介して
吸着状態に保持され、台車Ａが吸着車輪ａによる三点支
持方式で平面が設定されるので三個の吸着車輪ａは常に
全数が安定した状態で壁面に吸着して保持される。

【００５５】この状態で制御機構52より遠隔操作により
操作部60を作動せしめて夫々の吸着車輪ａを駆動する駆
動装置51と操舵機構59に動力を与えて台車Ａを鋼製壁面
ｃ上を移動せしめる。停止させるときは駆動側のブレー
キを作動させれば任意の位置で停止できる。

【００５６】台車Ａの移動方向を変える場合は、下部の
吸着車輪ａの車輪の向きを操舵機構11により所望の方向
に移動せしめる。図示した実施例では、後部の吸着車輪
ａを支承する車軸３の両端部を支持する二又ヨーク状の
脚体61（図２及び図１６参照）の基部を台車Ａに止着
し、基部と台車Ａとの止着面にスイベル機構を設けて吸
着車輪ａを壁面に対して旋回自在に設け、この脚体61の
基部にスプロケット62を止着し、台車Ａにウォームホイ
ール式減速機構63を設け、このウォームホイール式減速
機構63の出力軸に駆動スプロケット64を止着し、スプロ
ケット62・駆動スプロケット64間にチェーン65を張設
し、ウォームホイール式減速機構63を駆動せしめてスプ
ロケット62により脚体61を回動せしめて吸着車輪ａの車
輪の向きを移動する。このウォームホイール式減速機構
63による操舵機構11の代わりにラック・ピニオン方式の
操舵機構11を採用したり、ピストンロッド式のアクチェ
ータにより脚体61にモーメントを与える方式等色々と設
計できる。

【００５７】この場合上部の左右の吸着車輪ａに大きな
滑りが発生することを防止するため、台車Ａの移動方向
に応じた回転数の偏差を吸着車輪ａに与え台車Ａがスム
ーズに旋回するよう設ける。次に本発明の自走式壁面移
動装置の壁面上の段差をよじ登る駆動力について説明す
る。

【００５８】ア．平坦な垂直壁面における昇降 吸着車輪全部を駆動するから、車輪の合計吸着力をＱ、
鉛直加重の合計をＷ、車輪と壁面の平坦部摩擦係数をμ
_Fとすれば、滑り落ちない限界の鉛直加重は次式で表さ
れる。

【００５９】Ｗ_U＝μ_F・Ｑ 通常、平坦部の摩擦係数は０.７以上期待できるから、
全吸着力を700kgfとすれば限界鉛直加重は490kgfとな
る。壁面移動装置の自重を100〜120kgfとすれば滑り落
ちに対する安全率は４〜５とれることになる。ここで、
自重と搭載質量を合計した鉛直質量に応じた駆動トルク
を与えることにより装置が壁面をよじ登ることができ
る。

【００６０】イ．段差のある垂直壁面における昇降 吸着車輪式壁面移動装置が最も威力を発揮するのは段差
の昇降においてである。以下に上方車輪が段差をよじ登
るときの作用を説明する。

【００６１】上方車輪が段差をよじ登る直前の状態は図
１８に示される。説明を単純化するために、下方車輪の
壁面反力Ｒ_Lはその吸着力Ｑ_Lに等しいと考えられるの
で、下方車輪に回転トルクを与えればその車輪が発揮で
きる駆動力Ｆ_Lは下式で表される。

【００６２】Ｆ_L＝μ_F・Ｑ_L 装置の鉛直質量合計をＷとすれば、段差部にある上方車
輪が段差をよじ登るために発揮すべき駆動力Ｆ_Uは鉛直
質量から下方車輪の駆動力を差し引いたもので下式で表
される。

【００６３】Ｆ_U＝Ｗ−Ｆ_L＝Ｗ−μ_F・Ｑ_L 上方車輪の所用駆動力Ｆ_Uを下記の具体的な数値で求め
てみると６０ｋｇｆでいいことになる。

【００６４】 鉛直質量合計 Ｗ＝200kgf 平坦部摩擦係数 μ_F＝０.７ 上方車輪吸着力 Ｑ_U＝500kgf（２個分） 下方車輪吸着力 Ｑ_L＝150kgf Ｆ_U＝Ｗ−Ｆ_L＝200−０.７×150＝95kgf 次に段差部によじ登ろうとする上方車輪が上記の駆動力
Ｆ_Uを発揮するために必要なエッジ部における摩擦係数
をμ_Sとするとμ_Sは図１９から下記の式で表される。

【００６５】μ_S＝Ｆ_T／Ｆ_R＝（Ｑ_U sinθ＋Ｆ_U cos
θ）／（Ｑ_U cosθ−Ｆ_U sinθ） また、 θ＝Ｃos^-1｛（r−h）／r｝ 段差の高さｈを車輪半径ｒの１／３として上記の値を代
入すると、 θ＝cos−１（２／３）＝48.2° μ_S＝（500 sin48.2＋95 cos48.2）／（500 cos48.2−9
5 sin48.2）＝１.66 よって、段差部所要摩擦係数は１.６６となり、これは
吸着車輪ａの踏面を適切に設計すれば十分に可能な値で
ある。これについては次の吸着車輪ａの踏面構造の所で
述べる。

【００６６】次に、吸着車輪ａの踏面構造について説明
する。

【００６７】吸着車輪ａの踏面は図２０に示すように強
度を負担する非磁性体の車輪フランジ１の全外周に巻か
れた高摩擦の素材（ゴム等の材質）１'により構成され
る。素材１'は段差をよじ登る時の摩擦係数を確保する
と同時に壁面の塗膜を保護するために、通常のウレタン
ゴム車輪などに比べて比較的柔らかい硬度40〜70°程度
とする。

【００６８】段差部におけるグリップ効果を更に高める
ため、素材１'に図２１（Ｂ）のような凹凸パターンを
設け、その結果を確認するため、図２０（Ａ）のトレッ
ドなしの踏面と比較してみた。

【００６９】段差における踏面の摩擦係数を図１９に示
すように殆どトルクだけを与える実験により求め、踏面
の構造による差異を明らかにした。

【００７０】ア）実験条件 供試車輪と実験段差高さ

【００７１】

【表１】

【００７２】 路面の状態

【００７３】

【表２】

【００７４】イ）結果 測定駆動トルクから求めた摩擦係数と段差上昇可否の結
果を下表に示す。

【００７５】尚、この摩擦係数は各鉛直加重の段階ごと
に複数回測定を実施したトルク測定結果の平均値から計
算した値である。

【００７６】

【表３】

【００７７】上記の摩擦係数結果を前出式の理論値と対
比してグラフに表示すると図２２の通りであり、両者は
比較的良く一致している。

【００７８】以上のことからトレッド溝を有する踏面
は、たとえ壁面にダストなどが付着した状態であっても
２.５程度の摩擦係数が期待でき、実用的に必要な摩擦
係数２以上は確保することができると言える。

【００７９】本実施例を上記のように構成したので、台
車Ａの前部の左右と後部に吸着車輪ａを配設した本発明
の自走式壁面移動装置は、平坦な垂直壁面はむろんのこ
と、特に垂直壁面の添接部段差とボルト列をよじ登るこ
とに威力を発揮する。壁面の汚損状況によって異なる
が、平坦部では移動装置自重に五倍以上、また、車輪半
径の１／３の高さの段差部では二倍以上の重力に対抗し
て壁面をよじ登ることが可能である。また、車輪を操舵
することにより、地上の車両と同じ感覚で垂直壁面上で
任意の方向移動が可能である。

【００８０】点検や補修塗装などの搭載機器質量は５０
ｋｇ程度であるから、上記の技術により、十分な安全余
裕を持った機動性の高い自走式壁面作業用ロボットを実
現することができる。

【００８１】

【発明の効果】本発明は上記のように構成したので、台
車に組み込んだ吸着車輪は強力な永久磁石を内部の車軸
に移動可能に懸架した構造であるから、車輪フランジの
回転に拘わらず、常時磁石体は磁性体である壁面方向に
吸着力を発揮するため、車輪の全周を磁石とした通常の
磁石車輪に比べ大幅な軽量化と車輪単位質量当たり吸着
力の飛躍的増加が可能となり、しかも高価な磁石の使用
量が少なく、車輪の製作コストも大幅に低減される。こ
のように軽量で大きな吸着力を持つ吸着車輪は吸着力の
減ずる添接ボルト上においても実用に耐え得る経済的な
壁面保持手段が実現される。

【００８２】この複数個の吸着車輪を壁面吸着手段とし
て台車に組み込んだ自走式壁面移動装置を壁面に保持し
駆動装置により吸着車輪に駆動トルクを伝達して壁面を
自在に移動できるので、先願のように壁面に吸着保持さ
れた台車をワイヤーロープで昇降させながら車輪を操舵
する壁面移動ゴンドラとは異なり、地上の車軸と同じ感
覚で垂直壁面を自在に移動できる機動性の高い実用的な
磁石内蔵タイプの吸着車輪を使用した自走式壁面移動装
置となる。

【００８３】また、地上に設置した制御装置と台車との
間に台車の移動を制御するケーブルを自動巻き取り自在
に設けたので、動力系がコンパクトに構成され、且つケ
ーブルが邪魔になって台車の移動に支障をきたすことが
ない秀れた磁石内蔵タイプの吸着車輪を使用した自走式
壁面移動装置となる。

【００８４】また、鋼製壁面の上部に滑車を設け、地上
に自動巻き取り方式の墜落防止機を設け、この墜落防止
機の安全索綱と、吸着車輪に駆動トルクを伝達し台車の
移動を制御するケーブルとを一体化して滑車に迂回懸架
したので、台車が何等かのトラブルで壁面を離れ墜落す
ることがあっても安全索綱が急激に引き出されて墜落防
止機により台車の墜落が防止できる安全で実用的な磁石
内蔵タイプの吸着車輪を使用した自走式壁面移動装置と
なる。

【００８５】また、吸着車輪の踏面に硬度が低く、且つ
高い摩擦係数を持つ素材で囲繞し、吸着車輪ａの踏面に
複数個のグリップ溝を刻設したので、吸着車輪の鋼製壁
面に対するグリップ力が著しく増大し、垂直壁面の添接
部段差とボルト列上を余裕をもってよじ登ることが可能
となり作業性が向上する実用的で秀れた磁石内蔵タイプ
の吸着車輪を使用した自走式壁面移動装置となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】吸着車輪の側面図である。

【図２】吸着車輪の正断面図である。

【図３】添設段差部における吸着車輪の吸着力の方向を
示す説明用側面図である。

【図４】吸着車輪の平坦部の吸着力の方向を示す説明側
面図である。

【図５】吸着車輪の磁石幅と厚みを一定にし、磁石の長
さを変えたとき、磁石体の壁面に対するギャップによる
壁面での吸着力の変化を示す曲線（磁石曲率半径ｒ＝１
１５mmの場合）である。

【図６】吸着車輪の磁石の長さと幅を一定にし、磁石の
厚みを変えたとき、磁石体の壁面に対するギャップによ
る壁面での吸着力の変化を示す曲線（磁石曲率半径ｒ＝
１１５mmの場合）である。

【図７】吸着車輪の磁石の長さと厚さを一定にし、磁石
の幅を変えたとき、磁石体の壁面に対するギャップと壁
面での吸着力の変化を示す曲線（磁石曲率半径ｒ＝１１
５mmの場合）である。

【図８】吸着車輪の吸着力の解放手段を示す説明側面図
である。

【図９】従来の吸着車輪の構造概念図である。

【図１０】真空吸盤方式の車輪の構造概念図である。

【図１１】添接部における吸着力の減少を示す説明図と
グラフである。

【図１２】先願の実施の一例を示すゴンドラの構成正面
図である。

【図１３】先願の実施の一例を示すゴンドラの構成側面
図である。

【図１４】先願の実施の一例をのゴンドラが斜め平行移
動する場合の車輪の操舵パターンとゴンドラの移動方向
を示す説明用平面図である。

【図１５】先願の実施の一例のゴンドラが緩旋回する場
合の車輪の操舵パターンとゴンドラの移動方向を示す説
明用平面図である。

【図１６】本発明の実施の一例を示す正面図である。

【図１７】本発明の実施の一例を示す側面図である。

【図１８】本発明の実施の一例の自走式壁面移動装置の
上部の吸着車輪が鋼製壁面の段差に当接してよじ登る直
前のベクトル図である。

【図１９】本発明の実施の一例の自走式壁面移動装置の
上部の吸着車輪が鋼製壁面に当接してよじ登る直前の上
部の吸着車輪の段差エッジ部における力の釣り合いのベ
クトル図である。

【図２０】本発明の実施の一例の吸着車輪の踏面の踏面
が平坦の場合のパターンを示す一部を切欠ける側面図で
ある。

【図２１】本発明の実施の一例の吸着車輪の踏面にグリ
ップ溝を刻設した場合のパターンを示す一部を切欠いた
正面図である。

【図２２】吸着車輪の踏面が平坦の場合とグリップ溝を
刻設した場合の鉛直質量kgfと段差摩擦係数μ_sとの関係
を示す理論値と実験値を示すグラフである。

【図２３】本発明の請求項２記載の実施の一例の使用状
態を示す説明用側面図である。

【図２４】本発明の請求項３記載の実施の一例の使用状
態を示す説明用側面図である。

【符号の説明】

１ 車輪フランジ １' 素材 ３ 車軸 ４ｂ 磁石体 51 駆動装置 52 制御装置 53 ケーブル 54 滑車 55 墜落防止機 56 安全索綱 Ａ 台車 ａ 吸着車輪 ｃ 鋼製壁面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平下 浩史 徳島県鳴門市撫養町大桑島字蛭子山165 鳴門住宅２−301 (72)発明者 谷口 弘文 静岡県富士市大渕2711−５ (72)発明者 秋山 和夫 新潟県新潟市南笹口１丁目１番12号 株式 会社技術開発研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車軸と車輪フランジの間の空間の一部
   に、軸心を回転中心として車輪フランジとは独立して揺
   動可能な外周円弧状の磁石体を設け、この磁石体を常に
   鋼製壁面に対して最大磁力の方向が向くように配設し、
   車軸と鋼製壁面との間に車輪押し付け力を発生させた複
   数個の吸着車輪を壁面吸着手段として台車に組み込み、
   それらの吸着車輪に駆動トルクを与えることにより壁面
   上を移動せしめる駆動装置を台車に設けたことを特徴と
   する磁石内蔵タイプの吸着車輪を使用した自走式鋼製壁
   面移動装置。
2. 【請求項２】 台車に設けた駆動装置と地上に設置した
   制御装置との間に台車の吸着車輪に駆動トルクを伝達し
   て台車の移動を制御するケーブルを自動巻き取り自在に
   設けたことを特徴とする請求項１記載の磁石内蔵タイプ
   の吸着車輪を使用した自走式壁面移動装置。
3. 【請求項３】 鋼製壁面の上部に滑車を設け、地上に自
   動巻き取り方式の墜落防止機を設け、この墜落防止機の
   安全索綱と、吸着車輪に駆動トルクを伝達し台車の移動
   を制御するケーブルとを一体化して滑車に迂回懸架した
   ことを特徴とする請求項１記載の磁石内蔵タイプの吸着
   車輪を使用した自走式壁面移動装置。
4. 【請求項４】 吸着車輪の踏面に硬度が低く、且つ高い
   摩擦係数を持つ素材で囲繞したことを特徴とする請求項
   １，２のいずれか１項に記載の磁石内蔵タイプの吸着車
   輪を使用した自動式壁面移動装置。
5. 【請求項５】 吸着車輪ａの踏面に複数個のグリップ溝
   を刻設したことを特徴とする請求項４記載の磁石内蔵タ
   イプの吸着車輪を使用した自走式壁面移動装置。