特許 6909543 トンネル研掃装置およびトンネル研掃システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6909543

(24)【登録日】2021年7月7日

(45)【発行日】2021年7月28日

(54)【発明の名称】トンネル研掃装置およびトンネル研掃システム

(51)【国際特許分類】

   E01H 1/00 20060101AFI20210715BHJP

   B66F 11/04 20060101ALI20210715BHJP

   B66F 9/06 20060101ALI20210715BHJP

   B24C 9/00 20060101ALI20210715BHJP

   B24C 3/06 20060101ALI20210715BHJP

   B28D 1/00 20060101ALI20210715BHJP

【ＦＩ】

   E01H1/00 B

   B66F11/04

   B66F9/06 B

   B24C9/00 K

   B24C3/06 C

   B28D1/00

【請求項の数】8

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2018-177322(P2018-177322)

(22)【出願日】2018年9月21日

(65)【公開番号】特開2020-45743(P2020-45743A)

(43)【公開日】2020年3月26日

【審査請求日】2020年6月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】000140292

【氏名又は名称】株式会社奥村組

(74)【代理人】

【識別番号】100101971

【弁理士】

【氏名又は名称】大畑 敏朗

(72)【発明者】

【氏名】石井 敏之

(72)【発明者】

【氏名】栗本 雅裕

【審査官】 高橋 雅明

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−２３０８１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２３０６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５７−１４２０１２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実公昭５０−０１８３６１（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】 特開２０１２−０２４６９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１５４４３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６２−１７２６９６（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０１Ｈ １／００

Ｂ２４Ｃ ３／０６

Ｂ２４Ｃ ９／００

Ｂ２８Ｄ １／００

Ｂ６６Ｆ ９／０６

Ｂ６６Ｆ １１／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

曲面になったトンネル内面を研掃するトンネル研掃装置であって、
ベースプレート上に垂直に設けられ、駆動手段で上下動するロッドと、
基端が前記ロッドの先端に位置するとともに、先端が前記ロッドの延長線上とは異なる位置になったアーム部と、
前記アーム部の先端に揺動自在に取り付けられ、トンネルの内面を研掃する研掃手段と、
前記ベースプレートをトンネルの延伸方向である第１の方向および前記第１の方向と水平に直交する第２の方向に往復移動させる移動手段と、
を有し、
前記研掃手段は、前記移動手段により前記第１の方向に移動しながら研掃を行い、その後、前記第２の方向に移動するとともに前記ロッドにより上昇または下降しトンネル内面に追随して揺動して次の研掃位置に移行し、前記第１の方向に移動しながら研掃を行う動作を繰り返す、
ことを特徴とするトンネル研掃装置。

【請求項2】

前記アーム部は、前記ロッドに対して斜め上方に屈曲している、
ことを特徴とする請求項１記載のトンネル研掃装置。

【請求項3】

前記研掃手段は、
前記ロッドに垂直方向に回動自在となって取り付けられた取付台と、
上方を向けて前記取付台に設置され、トンネルの内面を研掃する研掃機と、
前記取付台の上面に設置された複数のキャスタと、
を有することを特徴とする請求項１または２記載のトンネル研掃装置。

【請求項4】

前記研掃機は、噴射口からトンネルの内面に研削材を噴射して当該トンネルの内面を研削する、
ことを特徴とする請求項３記載のトンネル研掃装置。

【請求項5】

前記研掃手段は、前記取付台を上下動可能に支持するエアシリンダをさらに有する、
ことを特徴とする請求項３または４記載のトンネル研掃装置。

【請求項6】

前記ベースプレートに載置され、前記ロッドを水平方向に回転自在に搭載するターンテーブルをさらに有する、
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のトンネル研掃装置。

【請求項7】

前記ベースプレートは、水平方向に回転自在となっている、
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のトンネル研掃装置。

【請求項8】

請求項１〜７の何れか一項に記載のトンネル研掃装置と、
デッキ部に前記トンネル研掃装置が取り付けられた高所作業車と、
を有することを特徴とするトンネル研掃システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トンネル研掃装置およびトンネル研掃システムに関し、特に内面が曲面になったトンネルの補修工事に適用して有効なトンネル研掃技術に関するものである。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【0004】

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悪く、時間がかかるのみならず費用も嵩むことになる。

【0005】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１７−０４０１０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

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、曲面形状になったトンネルの研掃に適用することはできない。つまり、特許文献１のトンネル天井面研掃装置では、トンネルの曲面に沿って研掃手段を動かすことができない。

【0008】

そこで、本発明者等は、上下動するロッドの先端に研掃手段を揺動自在に取り付け、トンネルの曲面に沿って研掃手段を揺動させた状態で押し付けるとの着想を得た。

【0009】

ここで、研掃手段は大きな押し付け力により確実にトンネルの内面に押し付けなければならない。そして、研掃手段を大きな力で押し付ける場合、押し付け用のロッドの軸力を大きくしなければならないが、前述した構造では、押し付け力を大きくするとロッドの先端の水平力が大きくなりロッドの撓みが大きくなる。

【0010】

ロッドの撓みを小さくするにはロッドの剛性を大きくすればよいが、そのためにはロッドが大きくなり、重量が重くなってしまう。

【0011】

本発明は、上述の技術的背景からなされたものであって、内面が曲面になったトンネルに研掃手段を確実に押し付けて研掃することのできるトンネル研掃装置およびトンネル研掃システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明のトンネル研掃装置は、曲面になったトンネル内面を研掃するトンネル研掃装置であって、ベースプレート上に垂直に設けられ、駆動手段で上下動するロッドと、基端が前記ロッドの先端に位置するとともに、先端が前記ロッドの延長線上とは異なる位置になったアーム部と、前記アーム部の先端に揺動自在に取り付けられ、トンネルの内面を研掃する研掃手段と、前記ベースプレートをトンネルの延伸方向である第１の方向および前記第１の方向と水平に直交する第２の方向に往復移動させる移動手段と、を有し、前記研掃手段は、前記移動手段により前記第１の方向に移動しながら研掃を行い、その後、前記第２の方向に移動するとともに前記ロッドにより上昇または下降しトンネル内面に追随して揺動して次の研掃位置に移行し、前記第１の方向に移動しながら研掃を行う動作を繰り返す、ことを特徴とする。

【0013】

請求項２に記載の本発明のトンネル研掃装置は、上記請求項１に記載の発明において、前記アーム部は、前記ロッドに対して斜め上方に屈曲している、ことを特徴とする。

【0014】

請求項３に記載の本発明のトンネル研掃装置は、上記請求項１または２記載の発明において、前記研掃手段は、前記ロッドに垂直方向に回動自在となって取り付けられた取付台と、上方を向けて前記取付台に設置され、トンネルの内面を研掃する研掃機と、前記取付台の上面に設置された複数のキャスタと、を有することを特徴とする。

【0015】

請求項４に記載の本発明のトンネル研掃装置は、上記請求項３記載の発明において、前記研掃機は、噴射口からトンネルの内面に研削材を噴射して当該トンネルの内面を研削する、ことを特徴とする。

【0016】

請求項５に記載の本発明のトンネル研掃装置は、上記請求項３または４記載の発明において、前記研掃手段は、前記取付台を上下動可能に支持するエアシリンダをさらに有する、ことを特徴とする。

【0017】

請求項６に記載の本発明のトンネル研掃装置は、上記請求項１〜５の何れか一項に記載の発明において、前記ベースプレートに載置され、前記ロッドを水平方向に回転自在に搭載するターンテーブルをさらに有する、ことを特徴とする。

【0018】

請求項７に記載の本発明のトンネル研掃装置は、上記請求項１〜５の何れか一項に記載の発明において、前記ベースプレートは、水平方向に回転自在となっている、ことを特徴とする。

【0019】

上記課題を解決するため、請求項８に記載の本発明のトンネル研掃システムは、請求項１〜７の何れか一項に記載のトンネル研掃装置と、デッキ部に前記トンネル研掃装置が取り付けられた高所作業車と、を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、研掃手段を研掃面に押し付けたときのロッド先端の水平変位が小さくなるので、内面が曲面になったトンネルに対して研掃手段を大きな押し付け力で確実に押し付けて研掃することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】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。

【図2】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。

【図3】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。

【図4】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を示す説明図である。

【図5】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手段を示す平面図である。

【図6】本発明者等が検討対象としたトンネル研掃装置を示す概念図である。

【図7】図６のトンネル研掃装置における押し付け力を説明するための説明図である。

【図8】片持ち梁の先端に水平力が作用した場合を説明するための説明図である。

【図9】片持ち梁の先端に回転モーメントが作用した場合を説明するための説明図である。

【図10】本実施の形態に係るトンネル研掃装置を示す概念図である。

【図11】図１０のトンネル研掃装置における押し付け力を説明するための説明図である。

【図12】本実施の形態のトンネル研掃装置を用いたトンネル内面の研掃を示す説明図である。

【図13】本実施の形態のトンネル研掃装置におけるアーム部の形状の変形例を示す説明図である。

【図14】本実施の形態のトンネル研掃装置におけるアーム部の形状の他の変形例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

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。

【0023】

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、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を示す説明図、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手段を示す平面図である。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。

【0024】

図１に示すように、本実施の形態のトンネル研掃システムは、高所で作業を行うための特殊車輌である高所作業車Ｖと、当該高所作業車Ｖに設置されたブームＶａの先端のデッキ部Ｖｂに取り付けられたトンネル研掃装置Ｍとを備えている。ブームＶａは、起伏および旋回が可能になっており、さらに直線的に伸縮可能になっている。そして、ブームＶａを動かして所定の高さ位置に設定することで、トンネル研掃装置Ｍによるトンネル（特に、内面が曲面になったトンネル）の研掃が行われる。

【0025】

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。

【0026】

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（駆動手段）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に保持されている。

【0027】

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、研掃時において後述する研掃手段１７をトンネルの内面に押し付ける。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。

【0028】

なお、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。

【0029】

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上に搭載されており、当該ターンテーブル１４により水平方向に回転自在になっている。

【0030】

なお、ターンテーブル１４は研掃手段１７のトンネル内面に対する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。

【0031】

ここで、移動手段１１は、図４に示すように、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と直交する第２の方向Ｄ２に往復移動させる第２の移動機構部１１ｂとからなる。

【0032】

図２および図３において、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、および第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を備えている。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。

【0033】

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。

【0034】

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において、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。

【0035】

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、および第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。

【0036】

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。

【0037】

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手段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。

【0038】

さて、図２および図３に示すように、エアシリンダ１３により上下動するロッド１５の先端にはアーム部１８が固定されている。このアーム部１８は、基端がロッド１５の先端に位置しており、先端には、トンネルの内面を研掃する研掃手段１７が揺動自在に設置されている。図示するように、アーム部１８は、ロッド１５に対して斜め上方に屈曲するように固定されており、このようなアーム部１８の先端に研掃手段１７が揺動自在に取り付けられることにより、内面が曲面になったトンネルに対して大きな押し付け力が得られるようになっている。なお、押し付け力についての詳細は後述する。

【0039】

なお、本願ではロッド１５とアーム部１８とが別体になっているが、両者を一体にし、ロッド１５の上部を屈曲してアーム部としてもよい。

【0040】

研掃手段１７は、ロッド１５に揺動自在に取り付けられた取付台１７ａと、トンネルの内面を研掃する研掃機１７ｂとを備えている。

【0041】

すなわち、図３に示すように、アーム部１８は、ロッド１５に取り付けられたベース板１８ａと、ベース板の両端に立設された２枚の支持板１８ｂとで構成されている。そして、取付台１７ａの下面両端に設けられた２枚の回動板１７ａ−１が２枚の支持板１８ｂに対してそれぞれ垂直方向に回動自在に取り付けられることにより、取付台１７ａがアーム部１８に対して揺動自在になっている。

【0042】

図５に示すように、トンネルの内面と対向してトンネルの研掃を行う研掃機１７ｂは、上方を向けて取付台１７ａに設置されている。また、取付台１７ａの上面の四隅にはキャスタ１７ｃが設けられており、研掃時には、当該キャスタ１７ｃがトンネルの内面と接することで取付台１７ａとトンネル内面とが一定の間隔に保たれつつ、研掃手段１７の移動に伴って当該キャスタ１７ｃがトンネルの内面により回転するようになっている。

【0043】

なお、キャスタ１７ｃの個数や取付位置は本実施の形態に限定されるものではなく、自由に設定することができる。

【0044】

研掃機１７ｂには、内側から外側に向かって、トンネルの内面に研削材を噴射してトンネルの劣化部分を研削する円形の噴射口１７ｂ−１、研削されたトンネル内面の剥離片や噴射された研削材を負圧吸引する円形の吸引口１７ｂ−２、および剥離片や研削材の飛散を防止するために吸引口１７ｂ−２の周縁に設けられたリングブラシ１７ｂ−３が、同心円状に配置されている。

【0045】

図示するように、研掃機１７ｂは２台設置されている。そして、それぞれの研掃機１７ｂは、噴射口１７ｂ−１が研掃手段１７の揺動方向と直交する方向（つまり、研掃する方向）に対して相互にずらして（オーバーラップして）取り付けられている。本実施の形態では、噴射口１７ｂ−１の直径が８０ｍｍ、オーバーラップ寸法が４０ｍｍとなっている。したがって、トンネル内面に対して研削材が１２０ｍｍ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。

【0046】

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を複数台設ける場合、本実施の形態のように相互にずらして設置しなくてもよい。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面を研掃するウォータージェット型などでもよい。

【0047】

図２および図３に示すように、研掃手段１７には、エアシリンダ１７ｄが備えられている。このエアシリンダ１７ｄは、支持フレーム１７ｅに取り付けられてロッド１５に反力をとるように設置されており、先端が取付台１７ａに固定されている。したがって、取付台１７ａがエアシリンダ１７ｄによって上下動可能に支持されており、研掃時には、エアシリンダ１７ｄを伸長させることによって、取付台１７ａに設置されたキャスタ１７ｃがトンネルの内面に押さえ付けられる。そして、キャスタ１７ｃが押さえ付けられた状態において、リングブラシ１７ｂ−３がトンネルの内面に接触する。

【0048】

なお、前述したエアシリンダ１３によりロッド１５の上下位置を調整することによりキャスタ１７ｃをトンネルの内面に押さえ付けるようにすることもできる。このようにロッド１５のみで押さえ付ける場合には、エアシリンダ１７ｄを省略することができる。但し、ロッド１５で研掃手段１７の大まかな高さを調節し、エアシリンダ１７ｄでキャスタ１７ｃをトンネルの内面に押さえ付けるようにすれば、研掃手段１７を容易に適切な押圧力で押さえ付けることができる。

【0049】

なお、以上説明した移動手段１１、エアシリンダ１３、ターンテーブル１４、研掃手段１７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。

【0050】

ここで、本発明者等が検討対象としたトンネル研掃装置と本実施の形態に係るトンネル研掃装置とに関し、内面が曲面になったトンネルに研掃手段１７を押し付けたときの押し付け力について、図６〜図１１を用いて説明する。図６は本発明者等が検討対象としたトンネル研掃装置を示す概念図、図７は図６のトンネル研掃装置における押し付け力を説明するための説明図、図８は片持ち梁の先端に水平力が作用した場合を説明するための説明図、図９は片持ち梁の先端に回転モーメントが作用した場合を説明するための説明図、図１０は本実施の形態に係るトンネル研掃装置を示す概念図、図１１は図１０のトンネル研掃装置における押し付け力を説明するための説明図である。

【0051】

研掃手段１７によるトンネル内面の研掃では、研掃手段１７のロッド１５を鉛直方向から研掃面に押し付ける必要がある。このときの研掃手段１７の押し付け力は、押し付け用のロッド１５の軸力の分力で得られる。

【0052】

図６に示す検討対象のトンネル研掃装置では、大きな押しつけ力が必要な場合にはロッド１５の軸力を大きくしなければならないが、軸力を大きくするとロッド１５の先端の水平力が大きくなってたわみが大きくなる。そして、ロッド１５の水平方向のたわみを小さくするためには剛性を大きくしなければならないが、そうするとロッド１５の重量が重くなってしまう。

【0053】

図７において、研掃手段１７の押し付け位置での研掃面の傾斜角をβ、ロッドの軸力をＦ_Ｎとすると、トンネルの研掃面への押し付け力Ｆ_Ｐおよび水平力Ｆ_Ｈは、それぞれ、

【数1】

【数2】

となる。

【0054】

また、ロッドの剛性をＥＩ、ロッドの長さをＬ、ロッドの先端荷重をＰとすると、ロッド先端のたわみδ_Ｈは、

【数3】

となる。

【0055】

ここで、片持ち梁の先端に水平力が作用した場合（図８）および回転モーメントが作用した場合（図９）の片持ち梁の先端の変位δ_Ｈは、それぞれ、

【数4】

【数5】

となる。

【0056】

したがって、図１０に示す本実施の形態に係るトンネル研掃装置のように、片持ち梁の先端つまりロッド１５の先端にアーム部１８を設け、水平力と同時に当該水平力を打ち消す方向の回転モーメントを作用させれば、ロッド１５先端の水平変位を小さくすることができることが分かる。

【0057】

なお、図１１において、アーム部の長さをｄ、アーム部の水平面に対する角度（鈍角）をαとすると、トンネルの研掃面への押し付け位置であるＢ点における反力Ｆ_Ｖによって発生する回転モーメントＭ_Ｐは、

【数6】

となる。

【0058】

次に、以上のような構成を有するトンネル研掃装置によるトンネル内面の研掃について、図１２を用いて説明する。なお、ここでは、内面が曲面になったトンネルを研掃する場合について説明する。ここで、図１２は本実施の形態のトンネル研掃装置を用いたトンネル内面の研掃を示す説明図である。

【0059】

トンネル内面の研掃においては、トンネル研掃装置Ｍが取り付けられた高所作業車Ｖを研掃エリアへと移動する。そして、ブームＶａを動かしてトンネル研掃装置Ｍを所定の高さ位置に設定する。

【0060】

そして、移動手段１１によりベースプレート１０を水平方向に動かし、研掃手段１７を移動手段１１の端部に配置する。

【0061】

続いて、トンネル研掃装置Ｍに設けられた研掃手段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、且つ、研掃手段１７の揺動方向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、研掃手段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手段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。

【0062】

なお、ここでは、移動手段１１における第１の方向Ｄ１（研掃手段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。

【0063】

トンネル研掃装置Ｍの水平方向の調整を行ったならば、トンネル研掃装置Ｍのロッド１５により研掃手段１７を上昇させ、さらにエアシリンダ１７ｄにより取付台１７ａを上昇させて、研掃手段１７をトンネルの内面に押さえ付ける。

【0064】

すなわち、研掃手段１７は、ロッド１５に固定されたアーム部１８の先端に揺動自在に設置されているので、ロッド１５やエアシリンダ１７ｄで研掃手段１７を上昇させると、当該研掃手段１７はトンネルの曲面に追随して揺動するとともに（図１２参照）、取付台１７ａに設置されたキャスタ１７ｃがトンネルの内面に押さえ付けられる。しかも、アーム部１８は、ロッド１５に対して斜め上方に屈曲するように固定されているので、研掃手段１７を研掃面に押し付けたときのロッド１５先端の水平変位が小さくなる。これにより、内面が曲面になったトンネルに対して研掃手段１７を大きな押し付け力で押し付けることができ、研掃手段１７を確実に押し付けて研掃することが可能になる。なお、このときの研掃手段１７の位置を、図１２において、符号Ｒ１で示す。

【0065】

ここで、トンネル研掃装置Ｍは、図１２等に示すように、斜め上方に屈曲したアーム部１８がトンネルの壁面を向くようにして設置するのが望ましい。これは、アーム部１８がトンネルの壁面と反対を向くように設置した場合に比較して、当該アーム部１８により研掃手段１７をトンネルの壁面に押さえ付ける大きな力を容易に得ることができるからである。但し、アーム部１８がトンネルの壁面と反対を向くように設置することを妨げるものではない。

【0066】

このようにして研掃手段１７をトンネルの内面に押さえ付けたならば、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手段１７をトンネルの延伸方向に移動させながら、内面が曲面になったトンネルを研掃する。すなわち、研掃機１７ｂの噴射口１７ｂ−１からトンネルの内面に研削材を噴射してトンネルの劣化部分を研削しつつ、吸引口１７ｂ−２でトンネル内面の剥離片や研削材を吸引していく。これにより、図１２の符号Ｒ１で示す箇所が、トンネルの延伸方向に沿って研掃される。

【0067】

研掃手段１７をトンネルの延伸方向に移動させ、符号Ｒ１で示す箇所のトンネル延伸方向を研掃したならば、次は、研掃端において移動手段１１の第２の移動機構部１１ｂでベースプレート１０を動かして研掃手段１７を所定量だけ第２の方向Ｄ２（トンネルの内面から遠ざかる第２の方向Ｄ２）に移動させるとともにロッド１５により当該研掃手段１７を上昇させ、当該研掃手段１７を図１２の符号Ｒ２で示す箇所（つまり、符号Ｒ１で示す箇所より上方）に移動させる。このとき、研掃手段１７は、トンネルの符号Ｒ１で示す位置とは異なる位置である符号Ｒ２で示す位置の曲面に追随して、揺動角が僅かに水平方向に変化する。

【0068】

なお、移動手段１１が、研掃手段１７がトンネルを研掃する第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により研掃手段１７を第２の方向Ｄ２に移動させるようにする。

【0069】

ここで、研掃手段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１７ｄにより研掃手段１７を下降させて当該研掃手段１７をトンネルの内面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により研掃手段１７を第２の方向Ｄ２（トンネルの内面に接近する第２の方向Ｄ２）に移動させる。そして、あらためて研掃手段１７を上昇させてトンネルの内面に押さえ付けなければならない。

【0070】

これに対して、本実施の形態のように研掃手段１７を上方に移動させる場合には、研掃手段１７をトンネルの内面から離間させることなく、研掃手段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、研掃手段１７を下方に移動させる場合と比較して、研掃手段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、研掃手段１７を下方に移動させながらトンネルの内面を研掃してもかまわない。

【0071】

さて、研掃手段１７を図１２の符号Ｒ２で示す箇所にしたならば、移動手段１１の第１の移動機構部１１ａにより、符号Ｒ１で示す箇所を研掃したときとは逆方向に研掃手段１７を移動させる。これにより、図１２の符号Ｒ２で示す箇所が、トンネルの延伸方向に沿って研掃される。

【0072】

このようにして符号Ｒ２で示す箇所のトンネルの延伸方向を研掃したならば、研掃端において移動手段１１の第２の移動機構部１１ｂにより研掃手段１７を所定量だけ第２の方向Ｄ２に移動させるとともにロッド１５により当該研掃手段１７を上昇させ、当該研掃手段１７を図１２の符号Ｒ３で示す箇所（つまり、符号Ｒ２で示す箇所より上方）に移動させる。このとき、研掃手段１７は、トンネルの符号Ｒ２で示す位置とは異なる位置である符号Ｒ３で示す位置の曲面に追随して、揺動角がさらに水平方向に変化する。そして、当該符号Ｒ３で示す箇所のトンネル延伸方向を研掃する。

【0073】

以降、同様にして研掃手段１７を下から上へと移動させながら、トンネルの研掃を行う。

【0074】

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）は研掃手段１７の幅よりも狭いので、研掃手段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１２では、煩雑になるのを回避するために、研掃幅と研掃手段１７の幅とを同一とした前提で図示している。

【0075】

以上説明したように、本実施の形態のトンネル研掃装置Ｍによれば、水平方向に移動するベースプレート１０上に設置された上下動可能なロッド１５の先端に、研掃手段１７が揺動自在に設置され、当該研掃手段１７で曲面形状になったトンネルの内面を研掃するようにしている。したがって、研掃手段１７が研掃位置の曲面に追随して揺動した状態で研掃が行われるようになるので、トンネルの曲面に沿って研掃手段１７を動かすことができ、内面が曲面になったトンネルを研掃することが可能になる。

【0076】

そして、研掃手段１７は、ロッド１５に対して斜め上方に屈曲するように固定されたアーム部１８の先端に揺動自在に設置されているので、研掃手段１７を研掃面に押し付けたときのロッド１５先端の水平変位が小さくなり、内面が曲面になったトンネルに対して研掃手段１７を大きな押し付け力で確実に押し付けて研掃することが可能になる。

【0077】

また、このようにトンネル研掃装置Ｍにより、内面が曲面になったトンネルを研掃することが可能になるので、手作業で研掃を行う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。

【0078】

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。

【0079】

たとえば、本実施の形態では、ロッド１５に対して斜め上方に屈曲して固定されたアーム部１８の先端に揺動自在に設置されている。しかしながら、アーム部１８は、ロッド１５の先端に作用する水平力を打ち消す方向の回転モーメントを作用させることのできる形状、つまり、基端がロッド１５の先端に位置し、先端がロッド１５の延長線上とは異なる位置になった形状であればよく、本実施の形態に示す形状に限定されるものではない。一例を挙げると、図１３に示すように、Ｌ字型の形状や、図１４に示すように、ロッド１５に対して直角に屈曲した形状などとすることができる。

【0080】

また、本実施の形態では、ターンテーブル１４を回転させて研掃手段１７のトンネル内面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。

【産業上の利用可能性】

【0081】

以上の説明では、本発明のトンネル研掃装置およびトンネル研掃システムを、内面が曲面になったトンネルの研掃に適用した場合が示されているが、内面が平面形状になったトンネルの研掃に適用することも適用できる。

【符号の説明】

【0082】

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（第１の駆動体）
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（第２の駆動体）
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（駆動手段）
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
１６ａ，１６ｂ ローラ対
１７ 研掃手段
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 リングブラシ
１７ｃ キャスタ
１７ｄ エアシリンダ
１７ｅ 支持フレーム
１８ アーム部
１８ａ ベース板
１８ｂ 支持板
Ｄ１ 第１の方向
Ｄ２ 第２の方向
Ｍ トンネル研掃装置
Ｖ 高所作業車
Ｖａ ブーム
Ｖｂ デッキ部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】