特許 7431683 壁面走行装置

(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】

(24)【登録日】2024-02-06

(45)【発行日】2024-02-15

(54)【発明の名称】壁面走行装置

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/16 20060101AFI20240207BHJP

   F16J 15/46 20060101ALI20240207BHJP

   B62D 57/02 20060101ALI20240207BHJP

【ＦＩ】

F16J15/16 A

F16J15/46

B62D57/02 M

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020114266

(22)【出願日】2020-07-01

(65)【公開番号】P2022012440

(43)【公開日】2022-01-17

【審査請求日】2023-05-29

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(72)【発明者】

【氏名】吉田 茂

(72)【発明者】

【氏名】尾崎 政司

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 修

(72)【発明者】

【氏名】青木 将一

(72)【発明者】

【氏名】浦上 不可止

【審査官】久慈 純平

(56)【参考文献】

【文献】特開平０６－２７０８６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０７１２６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１５５４７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１８０１００（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０００－０７２０５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００８／０２８９７５７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｊ １５／１６

Ｆ１６Ｊ １５／４６

Ｂ６２Ｄ ５７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

炉壁に対向する開口部を有する真空チャンバーと、
前記真空チャンバーを前記炉壁に沿って移動させる駆動部と、
前記開口部の縁部から外側に広がるように配置された環状のシール部材と、
該シール部材を前記縁部側で前記真空チャンバーに固定する内側固定部、及び前記外側で前記真空チャンバーに固定する外側固定部と、
を備え、
前記シール部材は、
繊維シートと、
前記繊維シートの前記炉壁側に設けられたエラストマーからなる弾性層と、
を有し、
前記内側固定部は、前記外側固定部よりも前記炉壁側に位置している壁面走行装置。

【請求項2】

前記弾性層は、前記繊維シートよりも高い伸縮性を有する請求項１に記載の壁面走行装置。

【請求項3】

前記弾性層は、前記繊維シートよりも摩擦係数が小さく、かつ耐摩耗性が高い請求項１又は２に記載の壁面走行装置。

【請求項4】

前記シール部材における前記開口部に接する部分では、他の部分に比べて厚さが大きい請求項１から３のいずれか一項に記載の壁面走行装置。

【請求項5】

前記シール部材は、前記炉壁側に向かって撓んだ状態で取り付けられている請求項１から４のいずれか一項に記載の壁面走行装置。

【請求項6】

前記シール部材の内側の空間を加圧する加圧部をさらに備える請求項１から５のいずれか一項に記載の壁面走行装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、壁面走行装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば石炭火力プラントのような火炉が用いられている。このような火炉の壁面（炉壁）には、経年使用に伴って種々の異物が付着する。この異物を除去するため、従来は炉壁に沿って足場を組んだ上で、この足場から炉壁に人力でブラスト材を吹き付けていた。一方、近年では、炉壁に沿って走行可能なロボットによってブラスト処理を行う例も提唱されている。

【0003】

例えば下記特許文献１には、可撓性を有するリング状のシール部材によって壁面との間に減圧空間を形成して、当該壁面に装置を吸着させる構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第２８３６９４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上述した火炉の壁面は平坦ではなく、円弧状の断面形状を有する凸部が間隔をあけて配列された凹凸形状をなしている。このため、上記特許文献１に記載されたシール部材は炉壁の凹凸に十分に追従できず、装置が炉壁から脱落する虞がある。また、シール部材の柔軟性を高めた場合には、炉壁に対する引きずり抵抗が過大となり、装置を円滑に移動させることに困難が生じてしまう。また、シール部材の耐摩耗性が不足する場合には、シール部材が破損し、短時間しか使用できない。

【0006】

本開示は上記課題を解決するためになされたものであって、炉壁に安定的に吸着した状態で円滑に走行することが可能な壁面走行装置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】

【0007】

上記課題を解決するために、本開示に係る壁面走行装置は、炉壁に対向する開口部を有する真空チャンバーと、前記真空チャンバーを前記炉壁に沿って移動させる駆動部と、前記開口部の縁部から外側に広がるように配置された環状のシール部材と、該シール部材を前記縁部側で前記真空チャンバーに固定する内側固定部、及び前記外側で前記真空チャンバーに固定する外側固定部と、を備え、前記シール部材は、繊維シートと、前記繊維シートの前記炉壁側に設けられたエラストマーからなる弾性層と、を有し、前記内側固定部は、前記外側固定部よりも前記炉壁側に位置している。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、炉壁に安定的に吸着した状態で円滑に走行することが可能な壁面走行装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の実施形態に係る壁面走行装置の構成を示す平面図である。

【図2】図１のＩＩ－ＩＩ線における断面図である。

【図3】図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線における断面図である。

【図4】本開示の実施形態に係るシール部材の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

（壁面走行装置の構成）
以下、本開示の実施形態に係る壁面走行装置１００について、図１から図４を参照して説明する。壁面走行装置１００は、上下方向に延びる炉壁Ｗに沿って移動することで、ブラスト処理を含む各種の作業を行うための装置である。炉壁Ｗには、図１に示すように、上下方向に延びる複数の凹凸が形成されている。より具体的には図２に示すように、炉壁Ｗは火炉の幅方向に間隔をあけて配列された複数の円筒形面を有する壁管Ａと、これら壁管Ａ同士を接続する平坦状の接続部Ｂとによって構成されている。

【0011】

壁面走行装置１００は、このような炉壁Ｗの表面に吸着した状態で、主として上下方向に移動することが可能とされている。以降の説明では、壁管Ａが延びる方向を単に「上下方向」と呼ぶ。また、炉壁Ｗに沿ってこの上下方向に直交する方向を単に「幅方向」と呼ぶ。さらに、これら上下方向と幅方向とに直交する方向を単に「法線方向」と呼ぶ。

【0012】

（駆動部の構成）
図１及び図２に示すように、壁面走行装置１００は、装置本体８０と、駆動部１０と、を備えている。駆動部１０は、複数（４つ）の車輪１０ｗと、これら車輪１０ｗを回転駆動する動力源１０ｍと、を有する。車輪１０ｗは、平面視で矩形をなす装置本体８０の４つの角部にそれぞれ１つずつ設けられている。各車輪１０ｗは、装置本体８０から幅方向に延びる回転軸Ａｘ回りに回転可能である。動力源１０ｍによって車輪１０ｗを回転させることによって装置本体８０に推進力が与えられる。

【0013】

（チャンバー形成部の構成）
図２及び図３に示すように、装置本体８０は、チャンバー形成部３０と、ゴム吸盤５０と、フレーム６０と、ブラスト部７０と、シール部材Ｓと、を有する。チャンバー形成部３０は、上下方向及び幅方向に広がる矩形板状をなしている。チャンバー形成部３０の中央部には炉壁Ｗに向かって開口する開口部ｈが形成されている。開口部ｈは、法線方向から見て矩形をなしている。この開口部ｈを基準として炉壁Ｗから離間する側には、真空チャンバーＣｈとしての空間が形成されている。つまり、チャンバー形成部３０は、真空チャンバーＣｈの外縁を形成している。

【0014】

（ゴム吸盤の構成）
真空チャンバーＣｈの開口部ｈには、ゴム吸盤５０が取り付けられている。ゴム吸盤５０は、法線方向から見て円形の断面形状を有している。ゴム吸盤５０は、開口部ｈから炉壁Ｗ側に向かうに従って次第に縮径している。ゴム吸盤５０は例えばウレタンゴムで一体に形成されている。ゴム吸盤５０の中央部には、吸盤開口部５０ｈが形成されている。つまり、上述の真空チャンバーＣｈは、この吸盤開口部５０ｈと、開口部ｈとを通じて、炉壁Ｗの表面に連通している。

【0015】

（シール部材の構成）
シール部材Ｓは、ゴム吸盤５０の炉壁Ｗ側の面に取り付けられている。シール部材Ｓは、吸盤開口部５０ｈ及び開口部ｈの縁部から広がる環状をなしている。詳しくは後述するが、シール部材Ｓはシート状をなすとともに、ゴム吸盤５０に対して炉壁Ｗ側に向かって撓んだ状態で取り付けられている。シール部材Ｓは、吸盤開口部５０ｈの周縁に設けられた内側固定部５１と、ゴム吸盤５０の外周側の端縁に設けられた外側固定部５２とによって、ゴム吸盤５０に対して固定されている。内側固定部５１は、法線方向において、外側固定部５２よりも炉壁Ｗ側に位置している。内側固定部５１、及び外側固定部５２としては、例えばボルトとナットのような締結構造が好適に用いられる。

【0016】

このシール部材Ｓによって、吸盤開口部５０ｈの炉壁Ｗ側には、外周側（つまり、上下方向両側及び幅方向両側）から囲まれた空間が形成されている。この空間は、真空チャンバーＣｈに連通している。真空チャンバーＣｈに対して、掃気口Ｅ（図３参照）を通じてポンプによる真空引きを行うことで、上記のシール部材Ｓによって囲まれた空間は負圧となる（以下の説明では負圧空間Ｖｎと呼ぶ。）。この負圧空間Ｖｎが形成されることによって、装置本体８０は炉壁Ｗに向かって吸着することが可能である。

【0017】

このシール部材Ｓとゴム吸盤５０との間の空間Ｖｓ（つまり、シール部材Ｓの内側に形成される空間）には、加圧部４０（図３参照）によって空気が供給される。これにより、空間Ｖｓの圧力が高まり、シール部材Ｓは炉壁Ｗ側に向かって膨らむことが可能とされている。

【0018】

図４に示すように、シール部材Ｓは二層構造をなしている。シール部材Ｓは、繊維シートＳ１と、弾性層Ｓ２と、を有している。繊維シートＳ１は、装置本体８０側の層であり、弾性層Ｓ２は、炉壁Ｗに摺接する側の層である。繊維シートＳ１としては、伸縮量が比較的に小さく、かつ引張強度が高い織布が用いられる。より具体的には、０．２ｍｍ程度の厚さを有するアラミド系織布が好適である。具体例として、帝国繊維株式会社製のケブラー織布ＫＥ３３５１が挙げられる。

【0019】

弾性層Ｓ２は、エラストマーからなる弾性変形可能な膜状をなしている。弾性層Ｓ２は、繊維シートＳ１よりも高い伸縮性を有する。また、弾性層Ｓ２は、繊維シートよりも摩擦係数が小さく、かつ耐摩耗性が高い。このような材料として、具体的には０．２ｍｍ程度の厚さ、硬度９０程度、摩擦係数０．４～０．７を有するポリウレタンゴムが好適に用いられる。具体例として、日本マタイ株式会社製の熱可塑性ポリウレタンシート：エスマーＵＲＳ（登録商標）が挙げられる。

【0020】

繊維シートＳ１と弾性層Ｓ２とは、互いに接着によって結合されている。又は、繊維シートＳ１の表面に弾性層Ｓ２をコーティングによって形成することも可能である。なお、繊維シートＳ１の弾性に異方性を持たせる場合には、幅方向の弾性変形量を相対的に大きくし、上下方向の弾性変形量を相対的に小さくすることが望ましい。

【0021】

（ブラスト部の構成）
図２又は図３に示すように、ブラスト部７０は、チャンバー形成部３０に取り付けられている。ブラスト部７０は、開口部ｈ、及び吸盤開口部５０ｈを通じて炉壁Ｗに向かってブラスト材を噴射する。ブラスト材の噴射によって炉壁Ｗから剥離した異物は、上述の掃気口Ｅを通じて空気とともに負圧空間Ｖｎから外部に導かれる。

【0022】

（作用効果）
次いで、本実施形態に係る壁面走行装置１００の動作の一例について説明する。壁面走行装置１００は、炉壁Ｗに吸着した状態で動作する。より具体的には、真空チャンバーＣｈを通じてシール部材Ｓの内側の空間（上述の負圧空間Ｖｎ）を負圧状態とすることで、装置本体８０が炉壁Ｗに吸着した状態となる。

【0023】

ここで、上述のようにシール部材Ｓの内側固定部５１（つまり、吸盤開口部５０ｈ側の端縁）は、外側固定部５２よりも炉壁Ｗ側に近接している。これにより、吸着の初期段階では、シール部材Ｓと炉壁Ｗとの間の隙間が小さくなる。その結果、真空チャンバーＣｈによる吸引力が微弱な初期の段階から装置本体８０を炉壁Ｗに安定的に吸着させることができる。一方で、吸引力が十分に高まった場合には、ゴム吸盤５０が炉壁Ｗから法線方向に弾性変形することで、内側固定部５１と炉壁Ｗとの間のクリアランスが確保される。

【0024】

この状態で、駆動部１０（車輪１０ｗ）によって推進力を与えることで、装置本体８０は主として上下方向に炉壁Ｗ上を移動する。移動に伴って、例えば上述のブラスト部７０によるブラスト処理を炉壁Ｗに施す。

【0025】

ところで、上述したように、炉壁Ｗは平坦ではなく、円弧状の断面形状を有する凸部（壁管Ａ）が間隔をあけて配列された凹凸形状をなしている。このため、従来は炉壁Ｗの凹凸にシール部材が十分に追従できず、装置本体８０が炉壁Ｗから脱落する虞があった。また、炉壁Ｗへの追従性を求めてシール部材の柔軟性を過度に高めた場合には、炉壁Ｗに対する引きずり抵抗が過大となり、装置本体８０を円滑に移動させることに困難があった。

【0026】

そこで、本実施形態では、シール部材Ｓが、繊維シートＳ１と弾性層Ｓ２とによって構成されている。繊維シートＳ１によってシール部材Ｓ全体としての引張強度が確保される。つまり、壁面走行装置１００が炉壁Ｗを移動する際に、摩擦によってシール部材Ｓに生じる引張に対して十分に抗することができる。さらに、繊維シートＳ１は、柔軟性も一定程度有することから、シール部材Ｓの一部として炉壁Ｗの凹凸に追従することもできる。一方で、エラストマーからなる弾性層Ｓ２は、高い柔軟性と小さな摩擦係数を有する。これによって、シール部材Ｓを炉壁Ｗに十分に追従させることができる。さらに、摩擦抵抗が減少することでシール部材Ｓが炉壁Ｗの凹凸に引っ掛かる可能性を低減することができる。これにより、壁面走行装置１００をさらに安定的にかつ円滑に運用することが可能となる。

【0027】

さらに、上記構成によれば、弾性層Ｓ２が繊維シートＳ１よりも高い伸縮性を有することから、シール部材Ｓに引っ張り応力が生じた場合には、弾性層Ｓ２が伸長することで、繊維シートＳ１によってその応力の大部分を負担することができる。言い換えると、弾性層Ｓ２には引っ張りによる負荷がかからないか、又はごく小さな負荷となる。これにより、シール部材Ｓをより長期にわたって安定的に使用することができる。

【0028】

加えて、上記構成によれば、弾性層Ｓ２は、繊維シートＳ１よりも小さな摩擦係数を有し、かつ高い耐摩耗性を有する。これにより、弾性層Ｓ２が炉壁Ｗに摺接する際に、表面の凹凸に引っ掛かってしまう可能性を低減することができる。また、炉壁Ｗとの連続的な摺接に耐え得ることから、さらに長期にわたってシール部材Ｓを使用することができる。

【0029】

また、上記構成によれば、シール部材Ｓが炉壁Ｗ側に向かって撓んだ状態で取り付けられている。このように撓んでいる分だけ、炉壁Ｗに対してシール部材Ｓが追従しやすくなる。その結果、壁面走行装置１００をより安定的に炉壁に吸着させることができる。

【0030】

さらに加えて、上記構成によれば、シール部材Ｓの内側の空間Ｖｓを加圧することで、当該シール部材Ｓは膨らむ。これにより、炉壁Ｗに対してシール部材Ｓがさらに追従しやすくなる。その結果、壁面走行装置１００をさらに安定的に炉壁Ｗに吸着させることができる。

【0031】

（その他の実施形態）
以上、本開示の実施形態について説明した。なお、本開示の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、シール部材Ｓの厚さを、開口部ｈ（吸盤開口部５０ｈ）を臨む部分（つまり、負圧空間Ｖｎを形成する部分）では、他の部分に比べて大きくする構成を採ることも可能である。この構成によれば、ブラスト材が噴射される開口部ｈに接する部分では、ブラスト材が擦過することによる早期の摩耗や損耗を抑えることができる。これにより、さらに長期にわたってシール部材Ｓを使用することができる。また、ブラスト部ん７０に代えて、例えばウォータージェットを噴射する装置や、レーザークリーニング装置を搭載することも可能である。

【0032】

＜付記＞
各実施形態に記載の壁面走行装置１００は、例えば以下のように把握される。

【0033】

（１）第１の態様に係る壁面走行装置１００は、炉壁Ｗに対向する開口部ｈを有する真空チャンバーＣｈと、前記真空チャンバーＣｈを前記炉壁Ｗに沿って移動させる駆動部１０と、前記開口部ｈの縁部から外側に広がるように配置された環状のシール部材Ｓと、を備え、前記シール部材Ｓは、繊維シートＳ１と、前記繊維シートＳ１の前記炉壁Ｗ側に設けられたエラストマーからなる弾性層Ｓ２と、を有する。

【0034】

上記構成によれば、シール部材Ｓは繊維シートＳ１と弾性層Ｓ２とによって構成されている。繊維シートＳ１によってシール部材Ｓ全体としての引張強度が確保される。つまり、壁面走行装置１００が炉壁Ｗを移動する際に、摩擦によってシール部材Ｓに生じる引張に対して十分に抗することができる。さらに、繊維シートＳ１は、柔軟性も一定程度有することから、シール部材Ｓの一部として炉壁Ｗの凹凸に追従することもできる。一方で、エラストマーからなる弾性層Ｓ２は、高い柔軟性と小さな摩擦係数を有する。これによって、シール部材Ｓ２を炉壁Ｗに十分に追従させることができる。さらに、摩擦抵抗が減少することでシール部材Ｓが炉壁Ｗの凹凸に引っ掛かる可能性を低減することができる。これにより、壁面走行装置１００をさらに安定的にかつ円滑に運用することが可能となる。

【0035】

（２）第２の態様に係る壁面走行装置１００では、前記弾性層Ｓ２は、前記繊維シートＳ１よりも高い伸縮性を有する。

【0036】

上記構成によれば、弾性層Ｓ２が繊維シートＳ１よりも高い伸縮性を有することから、シール部材Ｓに引っ張り応力が生じた場合には、弾性層Ｓ２が伸長することで、繊維シートＳ１によってその応力の大部分を負担することができる。言い換えると、弾性層Ｓ２には引っ張りによる負荷がかからないか、又はごく小さな負荷となる。これにより、シール部材Ｓをより長期にわたって安定的に使用することができる。

【0037】

（３）第３の態様に係る壁面走行装置１００では、前記弾性層Ｓ２は、前記繊維シートＳ１よりも摩擦係数が小さく、かつ耐摩耗性が高い。

【0038】

上記構成によれば、弾性層Ｓ２は、繊維シートＳ１よりも小さな摩擦係数を有し、かつ高い耐摩耗性を有する。これにより、弾性層Ｓ２が炉壁Ｗに摺接する際に、表面の凹凸に引っ掛かってしまう可能性を低減することができる。また、炉壁Ｗとの連続的な摺接に耐え得ることから、さらに長期にわたってシール部材Ｓを使用することができる。

【0039】

（４）第４の態様に係る壁面走行装置１００は、前記シール部材Ｓにおける前記開口部ｈに接する部分では、他の部分に比べて厚さが大きい。

【0040】

上記構成によれば、例えばブラスト材が噴射される開口部ｈに接する部分では、シール部材Ｓの厚さが他の部分よりも大きい。このため、当該部分にブラスト材が擦過することによる早期の摩耗や損耗を抑えることができる。これにより、さらに長期にわたってシール部材Ｓを使用することができる。

【0041】

（５）第５の態様に係る壁面走行装置１００は、前記シール部材Ｓは、前記炉壁Ｗ側に向かって撓んだ状態で取り付けられている。

【0042】

上記構成によれば、シール部材Ｓが炉壁Ｗ側に向かって撓んだ状態で取り付けられている。このように撓んでいる分だけ、炉壁Ｗに対してシール部材Ｓが追従しやすくなる。その結果、壁面走行装置１００をより安定的に炉壁に吸着させることができる。

【0043】

（６）第６の態様に係る壁面走行装置１００は、前記シール部材Ｓの内側の空間Ｖｓを加圧する加圧部４０をさらに備える。

【0044】

上記構成によれば、シール部材Ｓの内側の空間Ｖｓを加圧することで、当該シール部材Ｓは膨らむ。これにより、炉壁Ｗに対してシール部材Ｓがさらに追従しやすくなる。その結果、壁面走行装置１００をさらに安定的に炉壁Ｗに吸着させることができる。

【符号の説明】

【0045】

１００ 壁面走行装置
１０ 駆動部
１０ｍ 動力源
１０ｗ 車輪
３０ チャンバー形成部
４０ 加圧部
５０ ゴム吸盤
５１ 内側固定部
５２ 外側固定部
５０ｈ 吸盤開口部
７０ ブラスト部
Ａ 壁管
Ａｘ 回転軸
Ｂ 接続部
Ｃｈ 真空チャンバー
Ｅ 掃気口
ｈ 開口部
Ｓ シール部材
Ｓ１ 繊維シート
Ｓ２ 弾性層
Ｖｎ 負圧空間
Ｖｓ 空間
Ｗ 炉壁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】