特開 2025-35320 遠隔操作装置及び遠隔操作方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025035320

(43)【公開日】2025-03-13

(54)【発明の名称】遠隔操作装置及び遠隔操作方法

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/46 20060101AFI20250306BHJP

   G21D 1/00 20060101ALI20250306BHJP

【ＦＩ】

F16K31/46 Z

G21D1/00 V

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023142293

(22)【出願日】2023-09-01

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】弁理士法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高木 瑠伊

(72)【発明者】

【氏名】西野 浩二

(72)【発明者】

【氏名】小島 信夫

(72)【発明者】

【氏名】豊田 毅仁

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 平章

【テーマコード（参考）】

3H063

【Ｆターム（参考）】

3H063BB07

3H063DA17

3H063EE02

3H063GG16

(57)【要約】

【課題】遠隔操作距離が長い場合でも操作トルクの伝達効率の低下を抑制でき、更に、施工上の逃げ代及び建屋間相対変位を吸収でき且つ干渉物を回避できること。
【解決手段】可撓性を備えたフレキシブルシャフト１１と、剛性を備えた配管材１２と、フレキシブルシャフト１１の両端部に配管材１２の一端部を結合させる固定具１３と、を有して一体型構造シャフト１６が構成され、この一体型構造シャフト１６により、トルク発生装置から遠隔操作対象弁までのトルク伝達経路２０が形成されるよう構成されたものである。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

可撓性を備えたフレキシブルシャフトと、剛性を備えた配管材と、前記フレキシブルシャフトの両端部に前記配管材の一端部を結合させる固定具と、を有して一体型構造シャフトが構成され、
この一体型構造シャフトにより、トルク発生装置から遠隔操作対象弁までのトルク伝達経路が形成されるよう構成されたことを特徴とする遠隔操作装置。

【請求項2】

前記配管材の他端部にはユニバーサルジョイントが結合され、一体型構造シャフトが前記ユニバーサルジョイントにより軸方向に複数連結されたことを特徴とする請求項１に記載の遠隔操作装置。

【請求項3】

前記フレキシブルシャフトは、内部がワイヤを巻き付けた構造で且つ外部が被覆で覆われ、更に、両端部に金属部を備えて構成されたことを特徴とする請求項１に記載の遠隔操作装置。

【請求項4】

前記フレキシブルシャフトは、金属製のフレキシブルシャフト固定リングを嵌合可能な嵌合溝が、両端部に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の遠隔操作装置。

【請求項5】

前記配管材は、金属製の配管材固定リングを嵌合可能な嵌合溝が、一端部に形成されたことを特徴とする請求項４に記載の遠隔操作装置。

【請求項6】

前記固定具は、フレキシブルシャフト固定リング及び配管材固定リングを介して、フレキシブルシャフトの両端部と配管材の一端部を挟持し締結されることで、前記フレキシブルシャフトと前記配管材を結合させるよう構成されたことを特徴とする請求項５に記載の遠隔操作装置。

【請求項7】

前記固定具は、ボルト及びナットによる締結、雄ねじ及び雌ねじによる締結、または着脱式構造による締結によって、フレキシブルシャフトと配管材とを取り外し可能に結合させるよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載の遠隔操作装置。

【請求項8】

前記配管材の他端部にピースが結合され、このピースにユニバーサルジョイントが結合されたことを特徴とする請求項２に記載の遠隔操作装置。

【請求項9】

複数の前記一体型構造シャフトの連結は、一方の前記一体型構造シャフトのユニバーサルジョイントと他方の前記一体型構造シャフトの前記ユニバーサルジョイントとの結合によりなされ、これらの結合されるユニバーサルジョイントの回動方向が同一または異なって設定されたことを特徴とする請求項２に記載の遠隔操作装置。

【請求項10】

前記一体型構造シャフトは、トルク伝達経路の周囲における建築構造材に設けられた支持装置により支持されて構成されたことを特徴とする請求項１に記載の遠隔操作装置。

【請求項11】

前記支持装置は、装置本体と、この装置本体に軸回りに回転自在に設けられると共に、一体型構造シャフトの配管材の外周面に摺接可能な摺動部材と、前記装置本体に固定されて前記摺動部材の軸方向の移動を規制すると共に、前記配管材の前記外周面との間に隙間を形成する押え板と、を有して構成されたことを特徴とする請求項１０に記載の遠隔操作装置。

【請求項12】

連結された複数の前記一体型構造シャフトは、トルク発生装置から遠隔操作対象弁までの領域における施工上の逃げ代、建屋間相対変位及び干渉物の少なくとも1つの影響を受ける箇所に設置されることを特徴とする請求項１に記載の遠隔操作装置。

【請求項13】

前記遠隔操作対象弁は、原子力発電所に設置されて、電源喪失時に機械式による遠隔開閉操作が必要な弁であることを特徴とする請求項１に記載の遠隔操作装置。

【請求項14】

可撓性を備えたフレキシブルシャフトと、剛性を備えた配管材と、前記フレキシブルシャフトの両端部に前記配管材の一端部を結合させる固定具と、を有して構成された一体型構造シャフトを用い、
この一体型構造シャフトにより形成されたトルク伝達経路により、トルク発生装置から遠隔操作対象弁へ操作トルクを伝達して、前記遠隔操作対象弁を開閉操作することを特徴とする遠隔操作方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、操作対象弁を遠隔操作する遠隔操作装置及び遠隔操作方法に関する。

【背景技術】

【0002】

原子力規制委員会は、重大事故時に操作が必要な弁に対し、機械的に遠隔操作できる手段を要求している。この要求は、重大事故により炉心冷却機能が失われた際に、原子炉圧力容器の内部にある核燃料の炉心溶融により発生するガスが、原子炉格納容器内に蓄積し、設計限界圧力を超えることを防ぐためである。

【0003】

つまり、原子力発電所に設置されたベント弁を操作し、ガスをフィルタベントシステムに導くことで、原子炉格納容器の加圧破損を防止することができる。このベント弁は、通常運転時の交流電源、及び非常時の直流電源による操作が可能である。ところが、原子力規制委員会では更に、全電源喪失と事故環境とを考慮して、機械的に遠隔操作できる手段を要求している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５９７６５１８号公報

【特許文献2】特許第６６５０５９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

弁の機械的な遠隔開閉装置として、可撓性を有するフレキシブルシャフトを用いた装置(特許文献１)が提案されている。また、自転車のような駆動装置により、フレキシブルシャフトを用いて弁を駆動する弁駆動方法(特許文献２)も提案されている。

【0006】

しかし、特許文献１及び２は、フレキシブルシャフトを適用した遠隔開閉装置であり、遠隔操作距離の２乗に比例して、操作トルクの伝達効率が低下する課題がある。また、弁の操作トルクを下げるためにギアを多用することで、弁の遠隔操作が数時間に及ぶ可能性もある。弁の操作に時間を要することは、重大事故時の安全対応や作業員の被ばくの観点から望ましくない。

【0007】

本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、遠隔操作距離が長い場合でも操作トルクの伝達効率の低下を抑制でき、更に、施工上の逃げ代及び建屋間相対変位を吸収でき且つ干渉物を回避できる遠隔操作装置及び遠隔操作方法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】

【0008】

本発明の実施形態における遠隔操作装置は、可撓性を備えたフレキシブルシャフトと、剛性を備えた配管材と、前記フレキシブルシャフトの両端部に前記配管材の一端部を結合させる固定具と、を有して一体型構造シャフトが構成され、この一体型構造シャフトにより、トルク発生装置から遠隔操作対象弁までのトルク伝達経路が形成されるよう構成されたことを特徴とするものである。

【0009】

本発明の実施形態における遠隔操作方法は、可撓性を備えたフレキシブルシャフトと、剛性を備えた配管材と、前記フレキシブルシャフトの両端部に前記配管材の一端部を結合させる固定具と、を有して構成された一体型構造シャフトを用い、この一体型構造シャフトにより形成されたトルク伝達経路により、トルク発生装置から遠隔操作対象弁へ操作トルクを伝達して、前記遠隔操作対象弁を開閉操作することを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0010】

本発明の実施形態によれば、遠隔操作距離が長い場合でも操作トルクの伝達効率の低下を抑制でき、更に、施工上の逃げ代及び建屋間相対変位を吸収でき且つ干渉物を回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】一実施形態に係る遠隔操作装置の適用例を示す斜視図。

【図2】図１の一部を拡大して示す斜視図。

【図3】図２の一体型構造シャフトの構成を示し、（Ａ）が正面図、（Ｂ）が平面図。

【図4】図３（Ａ）のＩＶ矢視図。

【図5】図３（Ａ）のＡ－Ａ線に沿う断面図。

【図6】図３の固定具による結合構造を示し、（Ａ）が正面図、（Ｂ）が平面図。

【図7】図６（Ａ）のＶＩＩ矢視図。

【図8】図６（Ｂ）のＢ－Ｂ線に沿う断面図。

【図9】図８のＣ－Ｃ線に沿う断面図。

【図10】図８のＤ－Ｄ線に沿う断面図。

【図11】図１及び図２の支持装置を示す正面図。

【図12】図１１のＥ－Ｆ－Ｇ－Ｈ－Ｉ－Ｊ－Ｋ－Ｌ線に沿う断面図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明する。
図１は、一実施形態に係る遠隔操作装置の適用例を示す斜視図であり、図２は、図１の一部を拡大して示す斜視図である。図２に示すように、一体型構造シャフト１６は、１つのフレキシブルシャフト１１と２つの配管材１２とを有し、２つの配管材１２の一方がフレキシブルシャフト１１の一端部に結合され、２つの配管材１２の他方がフレキシブルシャフト１１の他端部に結合されている。具体的には、遠隔操作装置１０は、フレキシブルシャフト１１の両端部に固定具１３を用いて２つの配管材１２のそれぞれの一端部が結合され、これらの配管材１２の他端部にピース１４を用いてユニバーサルジョイント１５が結合されて一体型構造シャフト１６が構成され、この複数の一体型構造シャフト１６が、互いにユニバーサルジョイント１５を結合させて軸方向に連結されることで構成される。

【0013】

そして、遠隔操作装置１０は、図１に示すように、トルク発生装置１７から操作対象弁１８を駆動する弁駆動装置１９までのトルク伝達経路２０を形成し、このトルク伝達経路２０により、トルク発生装置１７から弁駆動装置１９を経て操作対象弁１８へ操作トルクを伝達して、操作対象弁１８を遠隔で開閉操作する。ここで、遠隔操作装置１０を構成する一体型構造シャフト１６は、トルク伝達経路２０の周囲における壁や天井、床などの建築構造材２１に設けられた支持装置２２により、鉛直方向の荷重が支持される。

【0014】

上述の図１に示す遠隔操作装置１０は、トルク発生装置１７から操作対象弁１８までの距離が長く、更に、この領域における施工上の逃げ代、建屋間相対変位及び干渉物２３の少なくとも一つの影響を受ける箇所に設置される。例えば、トルク伝達経路２０として、地上に設置された遠隔操作室から地下を経由する必要がある地下式フィルタベント設備がある。このフィルタベント設備では、操作対象弁１８までが長距離で且つ多数の干渉物２３及び建屋間を跨いだ遠隔操作装置１０の配置が想定される。この例では、操作対象弁１８は、原子力発電所に設置されて、電源喪失時に機械式による遠隔開閉操作が必要な弁である。また、干渉物２３は、配管、電源、支持構造物、電気計装品、ケーブル、電源盤などである。

【0015】

図１に示す遠隔操作装置１０では、トルク発生装置１７は人力により操作トルクを発生し、この操作トルクが、建築構造材２１を貫通する貫通シャフト２４に伝達される。この貫通シャフト２４は、一体型構造シャフト１６（フレキシブルシャフト１１、配管材１２、固定具１３、ピース１４及びユニバーサルジョイント１５）に連結されて、操作トルクが伝達される。

【0016】

この一体型構造シャフト１６は、干渉物２３等が存在せず配置に制約がない箇所では、フレキシブルシャフト１１を使用せず、配管材１２を単独でピース１４及びユニバーサルジョイント１５を介して連結して、トルクの伝達効率を高めてもよい。また、鉛直方向については、傘歯車を備えるＬ型ジョイント２５にピース１４を介して配管材１２を連結させ、この配管材１２のトルクをＬ型ジョイント２５の傘歯車に伝達させる。

【0017】

上述のような複数の一体型構造シャフト１６と貫通シャフト２４及びＬ型ジョイント２５とが連結された遠隔操作装置１０により、トルク発生装置１７からの操作トルクが弁駆動装置１９を経て操作対象弁１８へ伝達される。この際、一体型構造シャフト１６のフレキシブルシャフト１１によって施工上の逃げ代、建屋間相対変位が吸収され、干渉物２３が回避される。また、配管材１２によって、トルク伝達経路２０が長距離であっても操作トルクの伝達効率の低下が抑制される。

【0018】

次に、遠隔操作装置１０の標準的な構成について、図２～図１２を用いて詳説する。
図２、図３及び図５に示すように、フレキシブルシャフト１１は、内部が複数本のワイヤを巻きつけた構造で且つ外部が被覆で覆われて可撓性を有し、両端部に金属部を備えて構成される。フレキシブルシャフト１１は、内部のワイヤにより操作トルクを伝達可能に構成される。また、フレキシブルシャフト１１が可撓性を有することで、遠隔操作装置１０は、施工上の逃げ代及び建屋間相対変位の吸収が可能になり、且つ干渉物２３の回避が可能になる。

【0019】

フレキシブルシャフト１１は、要求される可撓性に応じて長さを変更することで、逃げ代、建屋間相対変位及び干渉物２３への良好な対応(吸収、回避)が可能になる。また、フレキシブルシャフト１１を最小限の長さに設定することで、フレキシブルシャフト１１の撓みによるトルク伝達効率の低下が抑制可能になる。更に、フレキシブルシャフト１１の両端部の金属部には、金属製のフレキシブルシャフト固定リング２７を嵌合可能な嵌合溝２６が形成されている。

【0020】

図２、図３及び図５に示すように、配管材１２は剛性を備え、この剛性により遠隔操作装置１０のトルクの伝達効率が高く保持される。配管材１２の一端部には、金属製の配管材固定リング２９が嵌合可能な嵌合溝２８が形成されている。また、配管材１２の他端部は、有底円筒形状のピース１４に挿入されて、このピース１４に結合され、更にピース１４にユニバーサルジョイント１５が結合される。これにより、配管材１２は、ピース１４を介してユニバーサルジョイント１５に軸回りに回転一体に結合されて、操作トルクをユニバーサルジョイント１５へ伝達する。

【0021】

図２、図３、図６及び図７に示す固定具１３は一対設けられて、例えばボルト３１及びナット３２により締結される。この一対の固定具１３は、図８に示すように、フレキシブルシャフト１１の嵌合溝２６に嵌合されたフレキシブルシャフト固定リング２７と配管材１２の嵌合溝２８に嵌合された配管材固定リング２９とを介して、フレキシブルシャフト１１の両端部と配管材１２の一端部とを上下方向の両側から挟持し、ボルト３１及びナット３２により締結される。これにより、固定具１３は、フレキシブルシャフト１１と配管材１２とを軸回りに回転一体に結合させて、これらのフレキシブルシャフト１１及び配管材１２間で操作トルクの伝達を可能とする。

【0022】

上述のような一対の固定具１３の締結は、ボルト３１及びナット３２に限らず、雄ねじ及び雌ねじによる締結、または着脱式構造による締結であってもよい。一対の固定具１３は、上述の締結手段によって取り外し可能に締結される。

【0023】

ここで、フレキシブルシャフト１１と配管材１２の回転一体の結合について、図８、図９及び図１０を用いて詳説する。
図８及び図９に示すように、フレキシブルシャフト１１の両端部に設けられた嵌合溝２６には、周方向に凹部２６Ｘが複数、例えば対向して２箇所形成される。そして、フレキシブルシャフト固定リング２７が嵌合溝２６に嵌合する際に、フレキシブルシャフト固定リング２７の内周側の凸部２７Ｘが、嵌合溝２６の凹部２６Ｘに係合する。

【0024】

また、一対の固定具１３の内周に、周方向に嵌合溝３３が連続して形成されている。この嵌合溝３３には、周方向に凹部３３Ｙが複数、例えば等間隔に４箇所形成される。そして、フレキシブルシャフト固定リング２７が固定具１３の嵌合溝３３に嵌合する際に、フレキシブルシャフト固定リング２７の外周側の凸部２７Ｙが、嵌合溝３３の凹部３３Ｙに係合する。このようにして、フレキシブルシャフト固定リング２７を介して、フレキシブルシャフト１１が固定具１３と回転一体に構成される。

【0025】

一方、図８及び図１０に示すように、配管材１２の一端部に設けられた嵌合溝２８には、周方向に凹部２８Ｘが複数、例えば対向して２箇所形成される。そして、配管材固定リング２９が嵌合溝２８に嵌合する際に、配管材固定リング２９の内周側の凸部２９Ｘが、嵌合溝２８の凹部２８Ｘに係合する。

【0026】

また、一対の固定具１３の内周に、周方向に嵌合溝３４が連続して形成されている。この嵌合溝３４には、周方向に凹部３４Ｙが複数、例えば等間隔に４箇所形成される。そして、配管材固定リング２９が固定具１３の嵌合溝３４に嵌合する際に、配管材固定リング２９の外周側の凸部２９Ｙが、嵌合溝３４の凹部３４Ｙに係合する。このようにして、配管材固定リング２９を介して配管材１２が固定具１３と回転一体に構成される。

【0027】

以上のことから、フレキシブルシャフト１１と配管材１２とは、固定具１３、フレキシブルシャフト固定リング２７及び配管材固定リング２９により回転一体に結合される。

【0028】

図３～図５に示すように、ユニバーサルジョイント１５は、軸に直交する２方向の回動を可能とする２自由度を有する継手である。複数の一体型構造シャフト１６の連結は、一方の一体型構造シャフト１６のユニバーサルジョイント１５と他方の一体型構造シャフト１６のユニバーサルジョイント１５との結合によってなされ、一方の一体型構造シャフト１６から他方の一体型構造シャフト１６へ操作トルクが伝達される。一方と他方の一体型構造シャフト１６におけるユニバーサルジョイント１５同士の結合に際しては、それぞれのユニバーサルジョイント１５の回動方向が同一または異なるように設定される。これにより、連結する複数の一体型構造シャフト１６は、任意の方向に屈曲されて操作トルクを伝達する。

【0029】

図２、図１１及び図１２に示すように、支持装置２２は、装置本体３５、摺動部材３６及び押え板３７を有して構成され、装置本体３５が建築構造材２１に取り付けられる。摺動部材３６は、装置本体３５に軸回りに回転自在に収容されると共に、一体型構造シャフト１６の配管材１２の外周面に摺接可能に設けられる。また、押え板３７は、例えばボルト３８を用いて装置本体３５に固定されて、摺動部材３６の軸方向の移動を規制すると共に、配管材１２の外周面との間に隙間Ｔが設定される。

【0030】

上述のように摺動部材３６が軸回りに回転自在に設けられて配管材１２の外周面に摺接することで、配管材１２は、操作トルクにより軸回りに回転する際に、一体型構造シャフト１６の荷重を支持する支持装置２２による摩擦抵抗が低減される。また、押え板３７は、配管材１２との間に隙間Ｔが設定されることで、操作トルクを伝達する配管材１２の軸回りの回転を拘束することがない。

【0031】

以上のように構成されたことから、本実施形態によれば、次の効果（１）～（４）を奏する。
（１）図１及び図２に示すように、一体型構造シャフト１６が、可撓性を備えたフレキシブルシャフト１１を有することから、施工上の逃げ代及び建屋間相対変位を吸収でき、且つ干渉物２３を回避することができる。また、一体型構造シャフト１６が、剛性を備えた配管材１２を有することから、遠隔操作距離が長い場合でも操作トルクの伝達効率の低下を抑制することができる。特に、干渉物を回避するためのフレキシブルシャフト１１が最小限に（または少なくとも配管１２の距離よりも短く）抑えられて設定され、剛性を備える配管１２がその距離を長く設定することで、一体型構造シャフト１６は全体として伝達効率の低下を抑制することができる。

【0032】

（２）図６及び図７に示すように、フレキシブルシャフト１１と配管材１２を回転一体に結合する一対の固定具１３が、ボルト３１及びナット３２等により取り外し可能に締結される。これにより、一対の固定具１３を取り外すことで、施工性及びメンテナンス性を向上させることができる。

【0033】

（３）図１１及び図１２に示すように、一体型構造シャフト１６の荷重を支持する支持装置２２は、装置本体３５に対し軸回りに回転自在な摺動部材３６が、一体型構造シャフト１６の配管材１２の外周面に摺接して設けられ、且つ摺動部材３６の軸方向移動を規制する押え板３７が、配管材１２の外周面との間に隙間Ｔを設定している。これらにより、支持装置２２は、一体型構造シャフト１６の配管材１２に対し摩擦抵抗を低減できるので、操作トルクの伝達効率の低下を抑制することができる。更に、一体型構造シャフト１６に対する支持装置２２の配置位置を適切に設定することで、遠隔操作装置１０の耐震性を向上させることができる。

【0034】

（４）配置に制約性がない遠隔操作装置１０の設置箇所では、一体型構造シャフト１６においてフレキシブルシャフト１１を用いず、配管材１２、ピース１４及びユニバーサルジョイント１５により一体型構造シャフト１６を構成し、この一体型構造シャフト１６のユニバーサルジョイント１５同士を連結して遠隔操作装置１０を構成してもよい。これにより、操作トルクの伝達効率の低下をより一層抑制することができる。

【0035】

（５）一体型構造シャフト１６が、剛性を備える配管１２を有することで、この一体型構造シャフト１６を用いて操作対象弁１８を操作する際にギアを用いる必要がなく、従って、操作対象弁１８を短時間に操作することができる。

【0036】

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができ、また、それらの置き換えや変更、組み合わせは、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0037】

１０…遠隔操作装置、１１…フレキシブルシャフト、１２…配管材、１３…固定具、１４…ピース、１５…ユニバーサルジョイント、１６…一体型構造シャフト、１７…トルク発生装置、１８…操作対象弁、２０…トルク伝達経路、２１…建築構造材、２２…支持装置、２３…干渉物、２６…嵌合溝、２７…フレキシブルシャフト固定リング、２８…嵌合溝、２９…配管材固定リング、３５…装置本体、３６…摺動部材、３７…押え板、Ｔ…隙間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】