鋼管構造物内面処理装置の支持アーム駆動機構
【課題】 小径でかつ内部形状変化のある鋼管構造物に適用できる鋼管構造物内面処理装置の支持アーム駆動機構を提供すること。
【解決手段】 電動機２０が内面処理装置Ｅの本体を支持するフレーム１０に固定される。駆動ネジ棒部材３０が電動機の駆動軸に連結される。往復部材４０がフレームに支持され、駆動ネジ棒部材に螺合するナット部４１およびナット部に接続されたチャンバ部４２を有する。ラック部材５０は丸ラック部５１、連結ロッド部５２、頭部５３を有する。頭部がチャンバ部に係合する。圧縮コイルばね６０が連結ロッド部の外周に装着され、丸ラック部をチャンバ部から離間するように作用する。支持アーム部材７０が複数組設けられる。各支持アーム部材に固定されたピニオン７３が丸ラック部に噛み合う。リミットスイッチ群８０が往復部材の前進・後退位置を制限する。
【解決手段】 電動機２０が内面処理装置Ｅの本体を支持するフレーム１０に固定される。駆動ネジ棒部材３０が電動機の駆動軸に連結される。往復部材４０がフレームに支持され、駆動ネジ棒部材に螺合するナット部４１およびナット部に接続されたチャンバ部４２を有する。ラック部材５０は丸ラック部５１、連結ロッド部５２、頭部５３を有する。頭部がチャンバ部に係合する。圧縮コイルばね６０が連結ロッド部の外周に装着され、丸ラック部をチャンバ部から離間するように作用する。支持アーム部材７０が複数組設けられる。各支持アーム部材に固定されたピニオン７３が丸ラック部に噛み合う。リミットスイッチ群８０が往復部材の前進・後退位置を制限する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管構造物内面処理装置の支持アーム駆動機構に関し、さらに詳しく言えば、鋼管構造物の内面に防錆等の処理を施す設備において、鋼管構造物内部に挿入した内面処理装置を所定位置に保持する支持アーム部材を駆動する機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼管構造物の内面処理は、大別して鋼管構造物の内面調査過程と、調査結果にもとづく内面除錆処理過程と、除錆後の内面塗装処理過程とがある。
【０００３】
本出願人は、鋼管構造物の内面に防錆等の処理を施す設備において、鋼管構造物の内面調査過程、調査結果にもとづく内面除錆処理過程、除錆後の内面塗装処理過程に広く適用できるが、主として内面除錆処理過程に特に適しかつ外部から簡単に遠隔操作できる鋼管構造物内面除錆処理装置を先に提案した（特許文献１）。
【０００４】
この鋼管構造物内面除錆処理装置は、鋼管構造物の上部から鋼管構造物内部に吊り下げられ、所定位置に到達したとき支持アームが開いてその位置を保持する。支持アームの開閉駆動は電磁弁および流体シリンダを利用している。鋼管構造物の内径が十分に大きい場合には、流体シリンダを有効に利用できる。しかし、鋼管構造物の内径が比較的小さい場合には、十分な駆動力を有する流体シリンダは比較的大型になるので、流体シリンダを利用することができない。
【０００５】
鋼管構造物の内部は、高さ位置によって内径が異なり、さらに段差が設けられていることもある。流体シリンダ（特に、エアー・シリンダ）は、それ自体に緩衝機能を備えているので、鋼管構造物の内部形状変化に順応でき、支持アームの開閉作用を自動化するのに最適である。流体シリンダに代えて電動機を利用することも考えられる。しかし、電動機はそれ自体に緩衝機能を備えていないので、別途緩衝機構を連結する必要がある。
【特許文献１】特開２００４−０１１０１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、鋼管構造物の内面に防錆等の処理を施す設備において、特に小径でかつ内部形状変化のある鋼管構造物に適用できる鋼管構造物内面処理装置の支持アーム駆動機構を提供することを課題にしている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の支持アーム駆動機構は、鋼管構造物内面処理装置を鋼管構造物に挿入し、所定位置に到達したとき支持アーム部材が開いてその位置を保持しかつ所定の内面処理を施す設備に適用される。本発明の支持アーム駆動機構は、フレーム、電動機、駆動ネジ棒部材、往復部材、ラック部材、圧縮コイルばね、支持アーム部材、リミットスイッチ群、制御器を備えている。
【０００８】
フレームは、鋼管構造物内面処理装置の本体を支持する。電動機は、フレームに固定される。駆動ネジ棒部材は、電動機の駆動軸にカップリングをかいして連結される。往復部材は、フレームに回転不能滑動自在に支持されていて、駆動ネジ棒部材に螺合するナット部およびナット部に接続されたチャンバ部を有する。ラック部材は、先端に丸ラック部、中間に連結ロッド部、後端に頭部を有していて、頭部が往復部材のチャンバ部内に回転不能滑動自在に係合する。圧縮コイルばねは、ラック部材の連結ロッド部の外周に装着されていて、ラック部材の丸ラック部を往復部材のチャンバ部の先端から離間するように作用する。支持アーム部材は、複数組設けられる。各支持アーム部材は、所定長さのアームの先端に接触ローラを回転自在に取り付け、アームの後端にピニオンを固定し、ピニオンをフレームに回転自在に支持しかつラック部材の丸ラック部に噛み合わせた構成になっている。リミットスイッチ群は、往復部材の前進位置および後退位置を制限する。制御器は、リミットスイッチ群からの信号に応答して電動機の作動を制御する。
【０００９】
本明細書において、「先端」および「後端」とは、鋼管構造物内面処理装置が鋼管構造物内を「前進する側の端」および「後退する側の端」をそれぞれ言う。また、「前進」および「後退」とは、上記の「前へ進む方向への移動」および「後へ退く方向への移動」をそれぞれ言う。
【００１０】
リミットスイッチ群は第１組および第２組のリミットスイッチからなる。第１組のリミットスイッチは往復部材のチャンバ部後端内面とラック部材の頭部後端外面とに固定された接点を有していて往復部材の前進位置を制限する。第２組のリミットスイッチは往復部材のチャンバ部後端外面とフレームの所定位置とに固定された接点を有していて往復部材の後退位置を制限する。
【００１１】
アームをラック部材の丸ラック部の円周方向に１８０度離間させて２組、円周方向に１２０度離間させて３組、または円周方向に９０度離間させて４組設けることが好ましい。
【００１２】
鋼管構造物内面処理装置の本体を支持するフレームに前述の支持アーム駆動機構を長手方向にそって直列に複数組連結して鋼管構造物内面処理設備を構成することもできる。
【００１３】
往復部材のチャンバ部内においてラック部材が移動可能な距離を、アームを完全に開いたときと閉じたときとの間のラック部材の移動距離に対応させ、そして、第１組のリミットスイッチの２つの接点の接合位置が実質的に前記ラック部材の移動可能距離に対応した距離を移動できるように、２つの接点のうちの少なくとも一方を移動自在に設けることもできる。
【００１４】
また、電動機を、フレーム内を長手方向へ移動自在な摺動スリーブに装着し、フレームの内面に設けられた係合穴と係脱自在に係合する少なくとも一つのプランジャを摺動スリーブに形成することもでき、それにより、摺動スリーブを後退させる方向の力が所定の大きさ以上になったとき、プランジャが係合穴から離脱して摺動スリーブの後退を許容する。このプランジャは、摺動スリーブの円周方向へ相互に離間した少なくとも２箇所、および／または、摺動スリーブの長手方向へ相互に離間した少なくとも２箇所へそれぞれ配置するのが望ましい。さらにまた、プランジャが摺動スリーブ周面から外方に向かって付勢されるボールを有し、係合穴がその係合穴から長手方向に延びる縦溝に連続し、この縦溝の深さを係合穴の深さより浅く形成し、摺動スリーブを後退させる方向の外的力が所定の大きさ以上になったとき、ボールが係合穴から縦溝へと移動するように構成することもできる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に基づく支持アーム駆動機構は、小径の鋼管構造物に適用でき、流体輸送管に代えて電線を使用できるので、小径・軽量構造にすることができ、さらに自動化可能な小型緩衝機能を備えている。また、なんらかの故障或いは不注意でアームを開いたまま巻き上げたとしても、アームを閉じようとする外的力によって駆動ネジ棒部材が後退可能であるため、アームを損傷することなしに巻き上げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明に基づく支持アーム駆動機構が適用される鋼管構造物内面処理設備の概要について、図１を参照して簡単に説明する。
【００１７】
図１は、本発明が適用される鋼管構造物内面処理装置Ｅの一例を示す側面図である。内面処理装置Ｅは保持部１と、処理部２とから構成される。内面処理装置Ｅのフレーム１０は、鋼管構造物Ａの外部に配置された吊上ユニット（図示せず）から伸びるワイヤ３で吊輪８（図３、および図５の（Ａ）図参照）をかいして吊り下げられている。また、内面処理装置Ｅの上側の保持部１には、支持アーム部材４が複数段（図示例では、３段）設けられ、各段の支持アーム部材４には少なくとも３本のアーム７が円周方向に１２０度の間隔をあけて開閉自在に取り付けられる。各段の支持アーム部材４には電磁弁５とエアー・シリンダ６とが連結される。内面処理装置Ｅは、保持部１の電磁弁５に通電し、エアー・シリンダ６を作動し、支持アーム部材４のアーム７を開き、鋼管構造物Ａの内面を押し付け、そして、内面処理装置Ｅの上部に取り付けられたワイヤ３の下降を停止することにより、内面処理装置Ｅを鋼管構造物Ａの内部の任意位置に安定保持される。
【００１８】
鋼管構造物の内面処理は、大別して鋼管構造物の内面調査過程と、調査結果にもとづく内面除錆処理過程と、除錆後の内面塗装処理過程とがある。図１に示す処理部２は、目的の処理過程に応じて調査ユニット、除錆ユニット、塗装ユニットに交換または直列接続される。
【００１９】
内面処理装置Ｅを移動させる場合、下降移動は図１に示す状態で、支持アーム部材４のアーム７の開き角度を鋼管構造物Ａの内径寸法より小さくし、ワイヤ３を下降させる。内面処理装置Ｅがフランジ継手を通過する場合には、下側の支持アーム部材４のアーム７がフランジ継手の段差部に接触したとき、下側の支持アーム部材４のアーム７を閉じ、ワイヤ３を緩め、段差部を通過させる。次に、中央の支持アーム部材４のアーム７が段差部に接触したとき、下側の支持アーム部材４を開き、中央の支持アーム部材４のアーム７を閉じ、ワイヤ３を緩め、段差部を通過させる。最後に上側の支持アーム部材４のアーム７が段差部に接触したとき、中央の支持アーム部材４を開き、上側の支持アーム部材４を閉じ、ワイヤ３を緩め、段差部を通過させる。上昇移動は、図１の状態でワイヤ３を引き上げることにより可能となる。フランジ継手の段差部の部位での上昇移動の場合には、緩衝機能を有するエアー・シリンダ６によってアーム７の開閉駆動を行っているので、前述の下降移動の手順は不要となる。
【００２０】
ところで、前述した内面処理装置Ｅでは、支持アーム部材４の駆動機構として電磁弁５およびエアー・シリンダ６を用いている。前述したように、鋼管構造物Ａの内部は、高さ位置によって内径が異なり、さらに段差が設けられていることもある。流体シリンダ（特に、エアー・シリンダ）は、それ自体に緩衝機能を備えているので、鋼管構造物の内部形状変化に順応でき、支持アームの開閉作用を自動化するのに最適である。鋼管構造物Ａの内径が十分に大きい場合には、流体シリンダを有効に利用できる。しかし、鋼管構造物Ａの内径が比較的小さい場合には、十分な駆動力を有する流体シリンダは比較的大型になるので、流体シリンダを利用することができない。流体シリンダに代えて電動機を利用することも考えられる。しかし、電動機はそれ自体に緩衝機能を備えていないので、別途緩衝機構を連結する必要がある。
【実施例１】
【００２１】
そこで、本発明の支持アーム駆動機構では、流体シリンダに代えて電動機を利用し、電動機に緩衝機能を備えた機構を設けている。以下、本発明に基づく支持アーム駆動機構の実施例について、図２−図７を参照して説明する。
【００２２】
図２−図５に示すように、本発明の支持アーム駆動機構１００は、フレーム１０、電動機２０、駆動ネジ棒部材３０、往復部材４０、ラック部材５０、圧縮コイルばね６０、支持アーム部材７０、リミットスイッチ群８０、制御器９０を備えている。
【００２３】
フレーム１０は、鋼管構造物内面処理装置Ｅ（図１参照）の本体を支持する。電動機２０は、フレーム１０に固定される（図５の（Ｂ）図参照）。駆動ネジ棒部材３０は、電動機２０の駆動軸２１にカップリング２２をかいして連結される（図４、および図５の（Ｃ）図参照）。往復部材４０は、フレーム１０に軸受部材１１をかいして回転不能滑動自在に支持されていて、駆動ネジ棒部材３０に螺合するナット部４１とナット部４１に接続されたチャンバ部４２とを有する（図２、および図４参照）。
【００２４】
図示実施例では、駆動ネジ棒部材３０が雄ネジで往復部材４０のナット部４１が雌ネジに形成されているが、その逆でもよい。
【００２５】
ラック部材５０は、先端に丸ラック部５１、中間に連結ロッド部５２、後端に頭部５３を有していて、頭部５３が往復部材４０のチャンバ部４２内に回転不能滑動自在に係合する（図２、および図４参照）。圧縮コイルばね６０は、ラック部材５０の連結ロッド部５２の外周に装着されていて、ラック部材５０の丸ラック部５１を往復部材４０のチャンバ部４２の先端から離間するように作用する（図４参照）。
【００２６】
支持アーム部材７０は、複数組（図示例では４組）設けられる（図５の（Ｅ）図参照）。各支持アーム部材７０は、所定長さのアーム７１の先端に接触ローラ７２を回転自在に取り付け、アーム７１の後端にピニオン７３を固定し、ピニオン７３をフレーム１０に回転自在に支持しかつラック部材５０の丸ラック部５１に噛み合わせた構成になっている（図２、図４、および図５の（Ｅ）、（Ｆ）参照）。
【００２７】
図示例では、アーム７１をラック部材５０の丸ラック部５１の円周方向に９０度離間させて４組設けているが、円周方向に１２０度離間させて３組、または円周方向に１８０度離間させて２組設けることもできる。
【００２８】
図３および図４に示すように、リミットスイッチ群８０は、往復部材４０の前進位置および後退位置を制限する。リミットスイッチ群８０は、第１組のリミットスイッチ８０ａおよび第２組のリミットスイッチ８０ｂからなる。
【００２９】
図４、６、７に最もよく示すように、第１組のリミットスイッチ８０ａは、往復部材４０のチャンバ部４２の後端内面に固定された接点８１と、ラック部材５０の頭部５３の後端外面に固定された接点８２とを有していて、後述するように、往復部材４０の前進位置を制限する。第２組のリミットスイッチ８０ｂは、往復部材４０のチャンバ部４２の後端外面に固定された接点８３と、軸受部材１１の所定位置に固定された接点８４とを有していて、後述するように、往復部材４０の後退位置を制限する。
【００３０】
図４、６、７は説明の便宜上原理的機構を示すものである。実際には、図３に示すように、第１組のリミットスイッチ８０ａの接点８１、８２および第２組のリミットスイッチ８０ｂの接点８３、８４が図示する位置と異なる適当な位置に配置されてもよく、例えば、リミットスイッチ８０ａおよび８０ｂのチャンバ部４２に関する位置関係を逆に配置したり、リミットスイッチ８０ａおよび８０ｂを共にチャンバ部４２内または外に配置したりすることも可能である。各組のリミットスイッチ８０ａおよび８０ｂは、接触式または非接触式のいずれでもよい。
【００３１】
制御器９０は、図４に示すように、リミットスイッチ群８０からの信号に応答して電動機２０の作動を制御する。すなわち、制御器９０は、第１組のリミットスイッチ８０ａからの開閉信号および第２組のリミットスイッチ８０ｂからの開閉信号を受け、制御器９０に予め設定されたプログラミングに基づいて電動機２０に起動・停止信号を出力する。
【００３２】
次に、本発明に基づく支持アーム駆動機構１００の動作について図６、７を参照して説明する。
【００３３】
図６の（Ａ）図に示すような待機状態に支持アーム駆動機構１００をするために、まず電動機２０が第１方向（例えば、時計方向）に起動する。駆動ネジ棒部材３０が第１方向に回転を開始し、往復部材４０を最大限度まで後退させる。それに伴い、ラック部材５０を後退させ、支持アーム部材７０を最大限度まで閉じる。そのとき、第２組のリミットスイッチ８０ｂの接点８３と接点８４とが接触し、リミットスイッチ８０ｂからの閉信号が制御器９０に送られて、電動機２０を停止する。このとき、第１組のリミットスイッチ８０ａは開いたままの状態になっている。
【００３４】
図６の（Ｂ）図に示すように、手動で制御器９０を操作して電動機２０を第２方向（例えば、反時計方向）に起動する。駆動ネジ棒部材３０が第２方向に回転を開始し、往復部材４０を前進させる。ラック部材５０は圧縮コイルばね６０の反発作用のもとで前方に押し出される。これにより、支持アーム部材７０のアーム７１は徐々に開く。このとき、第１組のリミットスイッチ８０ａは開いたままの状態にあり、第２組のリミットスイッチ８０ｂが開く。
【００３５】
図６の（Ｃ）図に示すように、アーム７１の開動作が進行し、アーム７１の先端に取り付けられた接触ローラ７２が鋼管構造物Ａの内面に接触したとき、または、ラック部材５０の丸ラック部５１の先端がストッパ（図示せず）に当接したとき（例えば、各アーム７１の開角度が丸ラック部５１の軸心に関して９０度近くになったとき）、アーム７１の開動作が停止され、それによりラック部材５０の前進も停止する。しかし、往復部材４０の前進はなおも継続し、圧縮コイルばね６０を丸ラック部５１の後端とチャンバ部４２の前端との間で圧縮しつつある。
【００３６】
図７の（Ａ）図に示すように、往復部材４０のチャンバ部４２がなおも前進を続けて、圧縮コイルばね６０を圧縮し続ける。その間に、第１組のリミットスイッチ８０ａの接点８１と接点８２とが接触したとき、第１組のリミットスイッチ８０ａからの開信号が制御器９０に送られて電動機２０の駆動を停止する。第２組のリミットスイッチ８０ｂは、開いたままの状態にある。このとき、支持アーム部材７０は鋼管構造物内面処理装置Ｅを鋼管構造物Ａ内の所定位置に保持する。内面処理装置Ｅは所定の内面処理を行う。
【００３７】
内面処理終了後、７図の（Ｂ）図に示すように、手動で制御器９０を操作して電動機２０を第１方向（例えば、時計方向）に起動する。駆動ネジ棒部材３０が第１方向に回転を開始し、往復部材４０を後退させる。このとき、第１組のリミットスイッチ８０ａが開き、第２組のリミットスイッチ８０ｂは開いたままである。往復部材４０は圧縮コイルばね６０の圧縮を緩めながら、ラック部材５０の頭部５３の前端が往復部材４０のチャンバ部４２の前端内面に係合し、ラック部材５０は往復部材４０と共に後方に引き戻される。これにより、支持アーム部材７０のアーム７１は徐々に閉じる。アーム７１の閉動作が進行し、アーム７１の先端に取り付けられた接触ローラ７２が鋼管構造物Ａの内面から離間する。
【００３８】
図７の（Ｃ）図に示すように、往復部材４０のチャンバ部４２がなおも後退を続けて第２組のリミットスイッチ８０ｂの接点８３と接点８４とが再び接触したとき、第２組のリミットスイッチ８０ｂからの閉信号が制御器９０に送られて、電動機２０を停止する。それにより、往復部材４０の後退が停止し、ラック部材５０の後退も停止し、アーム７１の閉動作も停止する。図７の（Ｃ）図に示す状態は、図６の（Ａ）図に示す待機状態と実質的に同じである。
【実施例２】
【００３９】
図８−１０は、本発明の別の実施例による支持アーム駆動機構を示す図で、図８はアーム７１が閉じた状態を、図９はアーム７１が最大まで開いた状態を、そして図１０は開いた状態のアーム７１が外的力によって強制的に閉じられようとする状態を示す。本実施例の支持アーム駆動機構１００における特色は、人為的なミスや電動機２０の故障により、アーム７１を開いた状態のままで内面処理装置Ｅを引き上げたとき、アーム７１が鋼管構造物Ａにより強制的に閉じる方向へ押し曲げられてアーム７１を含む種々の部品が破損してしまうのを回避できることにある。
【００４０】
本実施例の支持アーム駆動機構１００における往復部材４０のチャンバ部４２は、前記実施例におけるチャンバ部４２よりも軸方向へ長く形成され、ラック部材５０の頭部５３はチャンバ部４２内おいて移動可能である。この頭部５３の移動可能な距離（ストローク）は、アーム７１が完全に開いたときの位置と閉じたときの位置との間を移動する距離に対応する。
【００４１】
往復部材４０の過剰な前進を停止させるための第１組のリミットスイッチ８０ａは、少なくとも一方の接点（図示の場合、接点８１）が軸方向へ移動自在に設けられると共に、圧縮コイルばね８５により対向する接点（８２）の方向に付勢されてる。この付勢された接点８１と対向する接点８２との間の静止状態における間隔は、前記実施例で説明したのと同様に間隔付けられるが、両接点８１、８２が接合した後に更に接点８２が接点８１を後退させたとき、圧縮コイルばね８５のばね力に抗して更に後退する。
【００４２】
このことは、アーム７１の閉じ忘れや電動機２０の故障等によってアーム７１を開いたまま支持アーム駆動機構を引き上げた場合（このとき、往復部材４０も固定された位置にある。）、上方側の小さい内径の鋼管によりアーム７１が強制的に閉じられようとしたときに（図１０参照）、ラック部材５０が圧縮コイルばね６０のばね力に抗して後退することを意味し、これにより、アーム７１やその他の部品に損傷を与えるのを回避する。ここにおいて、図示の場合、接点８１が可動接点として、接点８２がラック部材５０に固着された接点として示されているが、逆に構成することも可能であり、また、両接点を共に可動接点として構成することもできる。
【実施例３】
【００４３】
図１１−１３は、本発明のまた別の実施例による支持アーム駆動機構を示す図で、図１１はアーム７１が閉じた状態を、図１２は開いた状態のアーム７１が外的力によって強制的に閉じられようとする状態を、図１３はアーム７１が外的力によって強制的に閉じられた状態を示す。本実施例の支持アーム駆動機構１００における特色は、実施例２の支持アーム駆動機構と同様に、人為的なミスや電動機２０の故障により、アーム７１を開いた状態のままで内面処理装置Ｅを引き上げたとき、アーム７１が鋼管構造物Ａにより強制的に閉じる方向へ押し曲げられてアーム７１を含む種々の部品が破損してしまうのを回避できることにある。
【００４４】
本実施例における電動機２０は、前記実施例における電動機２０がフレーム１０に装着されていたのに対し、フレーム１０内を長手方向へ移動自在な摺動スリーブ１２に装着される。摺動スリーブ１２の外面には少なくとも１つのプランジャ１３が設けられている。プランジャ１３は、図１４に示すように、ボール１３ａと、ボール１３ａを摺動スリーブ１２周面から半径方向外方に向かって付勢するためのバネ１３ｂとから構成される。プランジャ１３は、好ましくは、後述する摺動スリーブ１２の移動を円滑にするために、摺動スリーブ１２の円周方向に相互に対向（または円周方向に相互に離間）した少なくとも２箇所、および／または、長手方向へ相互に離間した少なくとも２箇所（図示の場合、４箇所）へそれぞれ配置される。
【００４５】
フレーム１０の内面には、摺動スリーブ１２が所定の位置にあるとき、プランジャ１３のボール１３ａをその内部に受容して摺動スリーブ１２を固定するように、プランジャ１３に対応する位置に係合穴１４が設けられる。より好ましくは、フレーム１０の内面には係合穴１４から少なくとも後退方向へ長手方向に延びる縦溝１５が設けられる。縦溝１５のフレーム１０の内面からの深さは、係合穴１４のフレーム１０の内面からの深さよりも浅く選定される。
【００４６】
上述の如く構成される本実施例の支持アーム駆動機構１００は、常態では、図１４の（Ａ）に示すように、プランジャ１３が係合穴１４に係合して摺動スリーブ１２を固定し、前記実施例と同様にして使用される。人為的なミスや電動機２０の故障等でアーム７１を開いた状態のまま引き上げたときに生じる、アーム７１を強制的に閉じようとする方向の外的力が所定の大きさ以上になったとき、すなわち、ラック部材５０、往復部材４０、駆動ネジ部材３０を介して摺動スリーブ１２を後退させようとする外的力が所定の大きさ以上になったとき、プランジャ１３のボール１３ａは、図１４の（Ｂ）に示すように、バネ１３ｂの力に抗して係合穴１４から抜け出し、縦溝１５内を後退方向へ移動する。かくして、ラック部材５０が摺動スリーブ１２と共に後退するため、アーム７１は閉じられ、外的力によって損傷を受けるのを回避することができる。また、係合穴１４から離脱したボール１３ａは縦溝１５内を移動するため、摺動スリーブ１２が円周方向に回転してアーム７１が損傷されるのを回避できる。加えて、縦溝１５が係合穴１４に連通していることにより、摺動スリーブ１２を常態位置に戻すのを容易にするだけでなく、本支持アーム駆動機構の組立作業を容易にする。
【００４７】
図１５は、実施例３の支持アーム駆動機構１００の変形例を示す図で、特に、離脱した摺動スリーブ１２を元の位置に復帰させるのに好適な形態を有しており、アーム７１を完全に閉じたときにそれ以上の閉脚方向へのアーム７１の移動を阻止するためのストッパ７４を備えている点を除き、実施例３と基本的に同様に構成される。なお、図示の場合、プランジャ１３と係合穴１４および縦溝１５との位置関係が図１１〜１４に示す位置関係とは逆の関係になっているが、図１１〜１４に示す位置関係と同様に配置してもよいことは容易に理解されよう。
【００４８】
実施例３で述べたのと同様に、この変形例における支持アーム駆動機構１００も、プランジャ１３が係合穴１４に係合して摺動スリーブ１２を固定した状態で使用され、故障等によりアーム７１が開いた状態（図１５の（Ａ）参照）のままで、アーム７１を強制的に閉じようとする方向の大きな外的力が加えられたとき、図１５の（Ｂ）に示すように、プランジャ１３のボール１３ａが係合穴１４から抜け出し、縦溝１５内を後退方向へ移動し、ラック部材５０が摺動スリーブ１２と共に後退してアーム７１を閉じる。
【００４９】
アーム７１を強制的に閉じて鋼管構造物内面処理装置を外部に取り出した後、所要の修理を行うのであるが、電動機２０による作動が可能になったとき、アーム７１を閉じる方向へ電動機２０を回動させると、アーム７１はストッパ７４に押し付けられ、完全に閉脚した状態となる（図１５の（Ｃ）参照）。ここにおいて、ストッパ７４は、アーム７１の閉脚方向の移動を停止する一方、アーム７１が完全に開脚したときに丸ラック部５１の前進を停止させるように構成することもできる。アーム７１の閉脚方向の移動停止のためのストッパと、開脚方向の移動停止のためのストッパとは、図示のように一つのストッパとして設ける以外に、別個のストッパとしてそれぞれ設けることもできることは容易に理解されよう。
【００５０】
アーム７１を完全に開脚した状態で電動機２０をさらに回動させると、駆動ネジ部材３０が往復部材４０のナット部４１内を前進方向へ移動するため、駆動ネジ部材３０は連結された電動機２０を介して摺動スリーブ１２を前進方向へ移動させ、それにより、プランジャ１３が係合穴１４と係合して元の位置に固定されることになる（図１５の（Ｄ）参照）。ここにおいて、プランジャ１３と係合穴１４との係合手段が同一縦溝１５上に複数設けられる場合、係合穴１４から離脱したプランジャ１３が別の隣接する係合穴１４に係合して前述した復帰動作が行えなくなるのを防止するために、図１５の（Ｃ）に示すように、同一縦溝１５上において相互に隣接する２つのプランジャ１３間および係合穴１４間の間隔Ｌ１が、アーム７１が完全に開脚したときと完全に閉脚したときの丸ラック部５１の前進位置と後退位置との間の間隔Ｌ２よりも大きくなるように構成される必要がある。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の支持アーム駆動機構は、小径の鋼管構造物ばかりではなく、大径の鋼管構造物内面処理にも利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明が適用される鋼管構造物内面処理装置の概略構成を示す側面図である。
【図２】本発明に基づく鋼管構造物内面処理装置の支持アーム駆動機構の実施例を示す縦断面図である。
【図３】図２に示す支持アーム駆動機構の拡大側面図である。
【図４】図３に示す支持アーム駆動機構の原理的構成を示す説明図である。
【図５】図２の各部位における横断面図であって、図５の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）図は図２の矢示５Ａ−５Ａ、５Ｂ−５Ｂ、５Ｃ−５Ｃ、５Ｄ−５Ｄ、５Ｅ−５Ｅ、５Ｆ−５Ｆからそれぞれ見た図面に該当する。
【図６】図４に相当する図面であって、図６の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）図は支持アーム駆動機構がアームを開く動作を示す説明図である。
【図７】図４に相当する図面であって、図７の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）図は支持アーム駆動機構がアームを閉じる動作を示す説明図である。
【図８】本発明の別の実施例による支持アーム駆動機構を示す図で、アームを閉じた状態を示す図である。
【図９】図８に示す支持アーム駆動機構のアームを最大まで開いた状態を示す図である。
【図１０】図８に示す支持アーム駆動機構の開いた状態のアームを外的力によって強制的に閉じようとする状態を示す図である。
【図１１】本発明のまた別の実施例による支持アーム駆動機構を示す図で、アームを閉じた状態を示す図である。
【図１２】図１１に示す支持アーム駆動機構のアームが外的力によって強制的に閉じられようとする状態を示す図である。
【図１３】図１１に示す支持アーム駆動機構のアームが外的力によって強制的に閉じられた状態を示す図である。
【図１４】図１１に示す支持アーム駆動機構に用いられるプランジャの作動状態を説明するための図である。
【図１５】図１１に示す支持アーム駆動機構の変形例における作動状態を説明するための模式的な図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ 保持部 ２ 処理部
３ ワイヤ
１０ フレーム １１ 軸受部材
１２ 摺動スリーブ １３ プランジャ
１３ａ ボール １３ｂ バネ
１４ 係合穴 １５ 縦溝
２０ 電動機 ２１ 駆動軸
２２ カップリング
３０ 駆動ネジ棒部材
４０ 往復部材 ４１ ナット部
４２ チャンバ部
５０ ラック部材 ５１ 丸ラック部
５２ 連結ロッド部 ５３ 頭部
６０ 圧縮コイルばね
７０ 支持アーム部材 ７１ アーム
７２ 接触ローラ ７３ ピニオン
７４ ストッパ
８０ リミットスイッチ群 ８０ａ 第１組のリミットスイッチ
８０ｂ 第２組のリミットスイッチ ８１−８４ 接点
９０ 制御器
１００ 支持アーム駆動機構
Ｅ 鋼管構造物内面処理装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管構造物内面処理装置の支持アーム駆動機構に関し、さらに詳しく言えば、鋼管構造物の内面に防錆等の処理を施す設備において、鋼管構造物内部に挿入した内面処理装置を所定位置に保持する支持アーム部材を駆動する機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼管構造物の内面処理は、大別して鋼管構造物の内面調査過程と、調査結果にもとづく内面除錆処理過程と、除錆後の内面塗装処理過程とがある。
【０００３】
本出願人は、鋼管構造物の内面に防錆等の処理を施す設備において、鋼管構造物の内面調査過程、調査結果にもとづく内面除錆処理過程、除錆後の内面塗装処理過程に広く適用できるが、主として内面除錆処理過程に特に適しかつ外部から簡単に遠隔操作できる鋼管構造物内面除錆処理装置を先に提案した（特許文献１）。
【０００４】
この鋼管構造物内面除錆処理装置は、鋼管構造物の上部から鋼管構造物内部に吊り下げられ、所定位置に到達したとき支持アームが開いてその位置を保持する。支持アームの開閉駆動は電磁弁および流体シリンダを利用している。鋼管構造物の内径が十分に大きい場合には、流体シリンダを有効に利用できる。しかし、鋼管構造物の内径が比較的小さい場合には、十分な駆動力を有する流体シリンダは比較的大型になるので、流体シリンダを利用することができない。
【０００５】
鋼管構造物の内部は、高さ位置によって内径が異なり、さらに段差が設けられていることもある。流体シリンダ（特に、エアー・シリンダ）は、それ自体に緩衝機能を備えているので、鋼管構造物の内部形状変化に順応でき、支持アームの開閉作用を自動化するのに最適である。流体シリンダに代えて電動機を利用することも考えられる。しかし、電動機はそれ自体に緩衝機能を備えていないので、別途緩衝機構を連結する必要がある。
【特許文献１】特開２００４−０１１０１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、鋼管構造物の内面に防錆等の処理を施す設備において、特に小径でかつ内部形状変化のある鋼管構造物に適用できる鋼管構造物内面処理装置の支持アーム駆動機構を提供することを課題にしている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の支持アーム駆動機構は、鋼管構造物内面処理装置を鋼管構造物に挿入し、所定位置に到達したとき支持アーム部材が開いてその位置を保持しかつ所定の内面処理を施す設備に適用される。本発明の支持アーム駆動機構は、フレーム、電動機、駆動ネジ棒部材、往復部材、ラック部材、圧縮コイルばね、支持アーム部材、リミットスイッチ群、制御器を備えている。
【０００８】
フレームは、鋼管構造物内面処理装置の本体を支持する。電動機は、フレームに固定される。駆動ネジ棒部材は、電動機の駆動軸にカップリングをかいして連結される。往復部材は、フレームに回転不能滑動自在に支持されていて、駆動ネジ棒部材に螺合するナット部およびナット部に接続されたチャンバ部を有する。ラック部材は、先端に丸ラック部、中間に連結ロッド部、後端に頭部を有していて、頭部が往復部材のチャンバ部内に回転不能滑動自在に係合する。圧縮コイルばねは、ラック部材の連結ロッド部の外周に装着されていて、ラック部材の丸ラック部を往復部材のチャンバ部の先端から離間するように作用する。支持アーム部材は、複数組設けられる。各支持アーム部材は、所定長さのアームの先端に接触ローラを回転自在に取り付け、アームの後端にピニオンを固定し、ピニオンをフレームに回転自在に支持しかつラック部材の丸ラック部に噛み合わせた構成になっている。リミットスイッチ群は、往復部材の前進位置および後退位置を制限する。制御器は、リミットスイッチ群からの信号に応答して電動機の作動を制御する。
【０００９】
本明細書において、「先端」および「後端」とは、鋼管構造物内面処理装置が鋼管構造物内を「前進する側の端」および「後退する側の端」をそれぞれ言う。また、「前進」および「後退」とは、上記の「前へ進む方向への移動」および「後へ退く方向への移動」をそれぞれ言う。
【００１０】
リミットスイッチ群は第１組および第２組のリミットスイッチからなる。第１組のリミットスイッチは往復部材のチャンバ部後端内面とラック部材の頭部後端外面とに固定された接点を有していて往復部材の前進位置を制限する。第２組のリミットスイッチは往復部材のチャンバ部後端外面とフレームの所定位置とに固定された接点を有していて往復部材の後退位置を制限する。
【００１１】
アームをラック部材の丸ラック部の円周方向に１８０度離間させて２組、円周方向に１２０度離間させて３組、または円周方向に９０度離間させて４組設けることが好ましい。
【００１２】
鋼管構造物内面処理装置の本体を支持するフレームに前述の支持アーム駆動機構を長手方向にそって直列に複数組連結して鋼管構造物内面処理設備を構成することもできる。
【００１３】
往復部材のチャンバ部内においてラック部材が移動可能な距離を、アームを完全に開いたときと閉じたときとの間のラック部材の移動距離に対応させ、そして、第１組のリミットスイッチの２つの接点の接合位置が実質的に前記ラック部材の移動可能距離に対応した距離を移動できるように、２つの接点のうちの少なくとも一方を移動自在に設けることもできる。
【００１４】
また、電動機を、フレーム内を長手方向へ移動自在な摺動スリーブに装着し、フレームの内面に設けられた係合穴と係脱自在に係合する少なくとも一つのプランジャを摺動スリーブに形成することもでき、それにより、摺動スリーブを後退させる方向の力が所定の大きさ以上になったとき、プランジャが係合穴から離脱して摺動スリーブの後退を許容する。このプランジャは、摺動スリーブの円周方向へ相互に離間した少なくとも２箇所、および／または、摺動スリーブの長手方向へ相互に離間した少なくとも２箇所へそれぞれ配置するのが望ましい。さらにまた、プランジャが摺動スリーブ周面から外方に向かって付勢されるボールを有し、係合穴がその係合穴から長手方向に延びる縦溝に連続し、この縦溝の深さを係合穴の深さより浅く形成し、摺動スリーブを後退させる方向の外的力が所定の大きさ以上になったとき、ボールが係合穴から縦溝へと移動するように構成することもできる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に基づく支持アーム駆動機構は、小径の鋼管構造物に適用でき、流体輸送管に代えて電線を使用できるので、小径・軽量構造にすることができ、さらに自動化可能な小型緩衝機能を備えている。また、なんらかの故障或いは不注意でアームを開いたまま巻き上げたとしても、アームを閉じようとする外的力によって駆動ネジ棒部材が後退可能であるため、アームを損傷することなしに巻き上げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明に基づく支持アーム駆動機構が適用される鋼管構造物内面処理設備の概要について、図１を参照して簡単に説明する。
【００１７】
図１は、本発明が適用される鋼管構造物内面処理装置Ｅの一例を示す側面図である。内面処理装置Ｅは保持部１と、処理部２とから構成される。内面処理装置Ｅのフレーム１０は、鋼管構造物Ａの外部に配置された吊上ユニット（図示せず）から伸びるワイヤ３で吊輪８（図３、および図５の（Ａ）図参照）をかいして吊り下げられている。また、内面処理装置Ｅの上側の保持部１には、支持アーム部材４が複数段（図示例では、３段）設けられ、各段の支持アーム部材４には少なくとも３本のアーム７が円周方向に１２０度の間隔をあけて開閉自在に取り付けられる。各段の支持アーム部材４には電磁弁５とエアー・シリンダ６とが連結される。内面処理装置Ｅは、保持部１の電磁弁５に通電し、エアー・シリンダ６を作動し、支持アーム部材４のアーム７を開き、鋼管構造物Ａの内面を押し付け、そして、内面処理装置Ｅの上部に取り付けられたワイヤ３の下降を停止することにより、内面処理装置Ｅを鋼管構造物Ａの内部の任意位置に安定保持される。
【００１８】
鋼管構造物の内面処理は、大別して鋼管構造物の内面調査過程と、調査結果にもとづく内面除錆処理過程と、除錆後の内面塗装処理過程とがある。図１に示す処理部２は、目的の処理過程に応じて調査ユニット、除錆ユニット、塗装ユニットに交換または直列接続される。
【００１９】
内面処理装置Ｅを移動させる場合、下降移動は図１に示す状態で、支持アーム部材４のアーム７の開き角度を鋼管構造物Ａの内径寸法より小さくし、ワイヤ３を下降させる。内面処理装置Ｅがフランジ継手を通過する場合には、下側の支持アーム部材４のアーム７がフランジ継手の段差部に接触したとき、下側の支持アーム部材４のアーム７を閉じ、ワイヤ３を緩め、段差部を通過させる。次に、中央の支持アーム部材４のアーム７が段差部に接触したとき、下側の支持アーム部材４を開き、中央の支持アーム部材４のアーム７を閉じ、ワイヤ３を緩め、段差部を通過させる。最後に上側の支持アーム部材４のアーム７が段差部に接触したとき、中央の支持アーム部材４を開き、上側の支持アーム部材４を閉じ、ワイヤ３を緩め、段差部を通過させる。上昇移動は、図１の状態でワイヤ３を引き上げることにより可能となる。フランジ継手の段差部の部位での上昇移動の場合には、緩衝機能を有するエアー・シリンダ６によってアーム７の開閉駆動を行っているので、前述の下降移動の手順は不要となる。
【００２０】
ところで、前述した内面処理装置Ｅでは、支持アーム部材４の駆動機構として電磁弁５およびエアー・シリンダ６を用いている。前述したように、鋼管構造物Ａの内部は、高さ位置によって内径が異なり、さらに段差が設けられていることもある。流体シリンダ（特に、エアー・シリンダ）は、それ自体に緩衝機能を備えているので、鋼管構造物の内部形状変化に順応でき、支持アームの開閉作用を自動化するのに最適である。鋼管構造物Ａの内径が十分に大きい場合には、流体シリンダを有効に利用できる。しかし、鋼管構造物Ａの内径が比較的小さい場合には、十分な駆動力を有する流体シリンダは比較的大型になるので、流体シリンダを利用することができない。流体シリンダに代えて電動機を利用することも考えられる。しかし、電動機はそれ自体に緩衝機能を備えていないので、別途緩衝機構を連結する必要がある。
【実施例１】
【００２１】
そこで、本発明の支持アーム駆動機構では、流体シリンダに代えて電動機を利用し、電動機に緩衝機能を備えた機構を設けている。以下、本発明に基づく支持アーム駆動機構の実施例について、図２−図７を参照して説明する。
【００２２】
図２−図５に示すように、本発明の支持アーム駆動機構１００は、フレーム１０、電動機２０、駆動ネジ棒部材３０、往復部材４０、ラック部材５０、圧縮コイルばね６０、支持アーム部材７０、リミットスイッチ群８０、制御器９０を備えている。
【００２３】
フレーム１０は、鋼管構造物内面処理装置Ｅ（図１参照）の本体を支持する。電動機２０は、フレーム１０に固定される（図５の（Ｂ）図参照）。駆動ネジ棒部材３０は、電動機２０の駆動軸２１にカップリング２２をかいして連結される（図４、および図５の（Ｃ）図参照）。往復部材４０は、フレーム１０に軸受部材１１をかいして回転不能滑動自在に支持されていて、駆動ネジ棒部材３０に螺合するナット部４１とナット部４１に接続されたチャンバ部４２とを有する（図２、および図４参照）。
【００２４】
図示実施例では、駆動ネジ棒部材３０が雄ネジで往復部材４０のナット部４１が雌ネジに形成されているが、その逆でもよい。
【００２５】
ラック部材５０は、先端に丸ラック部５１、中間に連結ロッド部５２、後端に頭部５３を有していて、頭部５３が往復部材４０のチャンバ部４２内に回転不能滑動自在に係合する（図２、および図４参照）。圧縮コイルばね６０は、ラック部材５０の連結ロッド部５２の外周に装着されていて、ラック部材５０の丸ラック部５１を往復部材４０のチャンバ部４２の先端から離間するように作用する（図４参照）。
【００２６】
支持アーム部材７０は、複数組（図示例では４組）設けられる（図５の（Ｅ）図参照）。各支持アーム部材７０は、所定長さのアーム７１の先端に接触ローラ７２を回転自在に取り付け、アーム７１の後端にピニオン７３を固定し、ピニオン７３をフレーム１０に回転自在に支持しかつラック部材５０の丸ラック部５１に噛み合わせた構成になっている（図２、図４、および図５の（Ｅ）、（Ｆ）参照）。
【００２７】
図示例では、アーム７１をラック部材５０の丸ラック部５１の円周方向に９０度離間させて４組設けているが、円周方向に１２０度離間させて３組、または円周方向に１８０度離間させて２組設けることもできる。
【００２８】
図３および図４に示すように、リミットスイッチ群８０は、往復部材４０の前進位置および後退位置を制限する。リミットスイッチ群８０は、第１組のリミットスイッチ８０ａおよび第２組のリミットスイッチ８０ｂからなる。
【００２９】
図４、６、７に最もよく示すように、第１組のリミットスイッチ８０ａは、往復部材４０のチャンバ部４２の後端内面に固定された接点８１と、ラック部材５０の頭部５３の後端外面に固定された接点８２とを有していて、後述するように、往復部材４０の前進位置を制限する。第２組のリミットスイッチ８０ｂは、往復部材４０のチャンバ部４２の後端外面に固定された接点８３と、軸受部材１１の所定位置に固定された接点８４とを有していて、後述するように、往復部材４０の後退位置を制限する。
【００３０】
図４、６、７は説明の便宜上原理的機構を示すものである。実際には、図３に示すように、第１組のリミットスイッチ８０ａの接点８１、８２および第２組のリミットスイッチ８０ｂの接点８３、８４が図示する位置と異なる適当な位置に配置されてもよく、例えば、リミットスイッチ８０ａおよび８０ｂのチャンバ部４２に関する位置関係を逆に配置したり、リミットスイッチ８０ａおよび８０ｂを共にチャンバ部４２内または外に配置したりすることも可能である。各組のリミットスイッチ８０ａおよび８０ｂは、接触式または非接触式のいずれでもよい。
【００３１】
制御器９０は、図４に示すように、リミットスイッチ群８０からの信号に応答して電動機２０の作動を制御する。すなわち、制御器９０は、第１組のリミットスイッチ８０ａからの開閉信号および第２組のリミットスイッチ８０ｂからの開閉信号を受け、制御器９０に予め設定されたプログラミングに基づいて電動機２０に起動・停止信号を出力する。
【００３２】
次に、本発明に基づく支持アーム駆動機構１００の動作について図６、７を参照して説明する。
【００３３】
図６の（Ａ）図に示すような待機状態に支持アーム駆動機構１００をするために、まず電動機２０が第１方向（例えば、時計方向）に起動する。駆動ネジ棒部材３０が第１方向に回転を開始し、往復部材４０を最大限度まで後退させる。それに伴い、ラック部材５０を後退させ、支持アーム部材７０を最大限度まで閉じる。そのとき、第２組のリミットスイッチ８０ｂの接点８３と接点８４とが接触し、リミットスイッチ８０ｂからの閉信号が制御器９０に送られて、電動機２０を停止する。このとき、第１組のリミットスイッチ８０ａは開いたままの状態になっている。
【００３４】
図６の（Ｂ）図に示すように、手動で制御器９０を操作して電動機２０を第２方向（例えば、反時計方向）に起動する。駆動ネジ棒部材３０が第２方向に回転を開始し、往復部材４０を前進させる。ラック部材５０は圧縮コイルばね６０の反発作用のもとで前方に押し出される。これにより、支持アーム部材７０のアーム７１は徐々に開く。このとき、第１組のリミットスイッチ８０ａは開いたままの状態にあり、第２組のリミットスイッチ８０ｂが開く。
【００３５】
図６の（Ｃ）図に示すように、アーム７１の開動作が進行し、アーム７１の先端に取り付けられた接触ローラ７２が鋼管構造物Ａの内面に接触したとき、または、ラック部材５０の丸ラック部５１の先端がストッパ（図示せず）に当接したとき（例えば、各アーム７１の開角度が丸ラック部５１の軸心に関して９０度近くになったとき）、アーム７１の開動作が停止され、それによりラック部材５０の前進も停止する。しかし、往復部材４０の前進はなおも継続し、圧縮コイルばね６０を丸ラック部５１の後端とチャンバ部４２の前端との間で圧縮しつつある。
【００３６】
図７の（Ａ）図に示すように、往復部材４０のチャンバ部４２がなおも前進を続けて、圧縮コイルばね６０を圧縮し続ける。その間に、第１組のリミットスイッチ８０ａの接点８１と接点８２とが接触したとき、第１組のリミットスイッチ８０ａからの開信号が制御器９０に送られて電動機２０の駆動を停止する。第２組のリミットスイッチ８０ｂは、開いたままの状態にある。このとき、支持アーム部材７０は鋼管構造物内面処理装置Ｅを鋼管構造物Ａ内の所定位置に保持する。内面処理装置Ｅは所定の内面処理を行う。
【００３７】
内面処理終了後、７図の（Ｂ）図に示すように、手動で制御器９０を操作して電動機２０を第１方向（例えば、時計方向）に起動する。駆動ネジ棒部材３０が第１方向に回転を開始し、往復部材４０を後退させる。このとき、第１組のリミットスイッチ８０ａが開き、第２組のリミットスイッチ８０ｂは開いたままである。往復部材４０は圧縮コイルばね６０の圧縮を緩めながら、ラック部材５０の頭部５３の前端が往復部材４０のチャンバ部４２の前端内面に係合し、ラック部材５０は往復部材４０と共に後方に引き戻される。これにより、支持アーム部材７０のアーム７１は徐々に閉じる。アーム７１の閉動作が進行し、アーム７１の先端に取り付けられた接触ローラ７２が鋼管構造物Ａの内面から離間する。
【００３８】
図７の（Ｃ）図に示すように、往復部材４０のチャンバ部４２がなおも後退を続けて第２組のリミットスイッチ８０ｂの接点８３と接点８４とが再び接触したとき、第２組のリミットスイッチ８０ｂからの閉信号が制御器９０に送られて、電動機２０を停止する。それにより、往復部材４０の後退が停止し、ラック部材５０の後退も停止し、アーム７１の閉動作も停止する。図７の（Ｃ）図に示す状態は、図６の（Ａ）図に示す待機状態と実質的に同じである。
【実施例２】
【００３９】
図８−１０は、本発明の別の実施例による支持アーム駆動機構を示す図で、図８はアーム７１が閉じた状態を、図９はアーム７１が最大まで開いた状態を、そして図１０は開いた状態のアーム７１が外的力によって強制的に閉じられようとする状態を示す。本実施例の支持アーム駆動機構１００における特色は、人為的なミスや電動機２０の故障により、アーム７１を開いた状態のままで内面処理装置Ｅを引き上げたとき、アーム７１が鋼管構造物Ａにより強制的に閉じる方向へ押し曲げられてアーム７１を含む種々の部品が破損してしまうのを回避できることにある。
【００４０】
本実施例の支持アーム駆動機構１００における往復部材４０のチャンバ部４２は、前記実施例におけるチャンバ部４２よりも軸方向へ長く形成され、ラック部材５０の頭部５３はチャンバ部４２内おいて移動可能である。この頭部５３の移動可能な距離（ストローク）は、アーム７１が完全に開いたときの位置と閉じたときの位置との間を移動する距離に対応する。
【００４１】
往復部材４０の過剰な前進を停止させるための第１組のリミットスイッチ８０ａは、少なくとも一方の接点（図示の場合、接点８１）が軸方向へ移動自在に設けられると共に、圧縮コイルばね８５により対向する接点（８２）の方向に付勢されてる。この付勢された接点８１と対向する接点８２との間の静止状態における間隔は、前記実施例で説明したのと同様に間隔付けられるが、両接点８１、８２が接合した後に更に接点８２が接点８１を後退させたとき、圧縮コイルばね８５のばね力に抗して更に後退する。
【００４２】
このことは、アーム７１の閉じ忘れや電動機２０の故障等によってアーム７１を開いたまま支持アーム駆動機構を引き上げた場合（このとき、往復部材４０も固定された位置にある。）、上方側の小さい内径の鋼管によりアーム７１が強制的に閉じられようとしたときに（図１０参照）、ラック部材５０が圧縮コイルばね６０のばね力に抗して後退することを意味し、これにより、アーム７１やその他の部品に損傷を与えるのを回避する。ここにおいて、図示の場合、接点８１が可動接点として、接点８２がラック部材５０に固着された接点として示されているが、逆に構成することも可能であり、また、両接点を共に可動接点として構成することもできる。
【実施例３】
【００４３】
図１１−１３は、本発明のまた別の実施例による支持アーム駆動機構を示す図で、図１１はアーム７１が閉じた状態を、図１２は開いた状態のアーム７１が外的力によって強制的に閉じられようとする状態を、図１３はアーム７１が外的力によって強制的に閉じられた状態を示す。本実施例の支持アーム駆動機構１００における特色は、実施例２の支持アーム駆動機構と同様に、人為的なミスや電動機２０の故障により、アーム７１を開いた状態のままで内面処理装置Ｅを引き上げたとき、アーム７１が鋼管構造物Ａにより強制的に閉じる方向へ押し曲げられてアーム７１を含む種々の部品が破損してしまうのを回避できることにある。
【００４４】
本実施例における電動機２０は、前記実施例における電動機２０がフレーム１０に装着されていたのに対し、フレーム１０内を長手方向へ移動自在な摺動スリーブ１２に装着される。摺動スリーブ１２の外面には少なくとも１つのプランジャ１３が設けられている。プランジャ１３は、図１４に示すように、ボール１３ａと、ボール１３ａを摺動スリーブ１２周面から半径方向外方に向かって付勢するためのバネ１３ｂとから構成される。プランジャ１３は、好ましくは、後述する摺動スリーブ１２の移動を円滑にするために、摺動スリーブ１２の円周方向に相互に対向（または円周方向に相互に離間）した少なくとも２箇所、および／または、長手方向へ相互に離間した少なくとも２箇所（図示の場合、４箇所）へそれぞれ配置される。
【００４５】
フレーム１０の内面には、摺動スリーブ１２が所定の位置にあるとき、プランジャ１３のボール１３ａをその内部に受容して摺動スリーブ１２を固定するように、プランジャ１３に対応する位置に係合穴１４が設けられる。より好ましくは、フレーム１０の内面には係合穴１４から少なくとも後退方向へ長手方向に延びる縦溝１５が設けられる。縦溝１５のフレーム１０の内面からの深さは、係合穴１４のフレーム１０の内面からの深さよりも浅く選定される。
【００４６】
上述の如く構成される本実施例の支持アーム駆動機構１００は、常態では、図１４の（Ａ）に示すように、プランジャ１３が係合穴１４に係合して摺動スリーブ１２を固定し、前記実施例と同様にして使用される。人為的なミスや電動機２０の故障等でアーム７１を開いた状態のまま引き上げたときに生じる、アーム７１を強制的に閉じようとする方向の外的力が所定の大きさ以上になったとき、すなわち、ラック部材５０、往復部材４０、駆動ネジ部材３０を介して摺動スリーブ１２を後退させようとする外的力が所定の大きさ以上になったとき、プランジャ１３のボール１３ａは、図１４の（Ｂ）に示すように、バネ１３ｂの力に抗して係合穴１４から抜け出し、縦溝１５内を後退方向へ移動する。かくして、ラック部材５０が摺動スリーブ１２と共に後退するため、アーム７１は閉じられ、外的力によって損傷を受けるのを回避することができる。また、係合穴１４から離脱したボール１３ａは縦溝１５内を移動するため、摺動スリーブ１２が円周方向に回転してアーム７１が損傷されるのを回避できる。加えて、縦溝１５が係合穴１４に連通していることにより、摺動スリーブ１２を常態位置に戻すのを容易にするだけでなく、本支持アーム駆動機構の組立作業を容易にする。
【００４７】
図１５は、実施例３の支持アーム駆動機構１００の変形例を示す図で、特に、離脱した摺動スリーブ１２を元の位置に復帰させるのに好適な形態を有しており、アーム７１を完全に閉じたときにそれ以上の閉脚方向へのアーム７１の移動を阻止するためのストッパ７４を備えている点を除き、実施例３と基本的に同様に構成される。なお、図示の場合、プランジャ１３と係合穴１４および縦溝１５との位置関係が図１１〜１４に示す位置関係とは逆の関係になっているが、図１１〜１４に示す位置関係と同様に配置してもよいことは容易に理解されよう。
【００４８】
実施例３で述べたのと同様に、この変形例における支持アーム駆動機構１００も、プランジャ１３が係合穴１４に係合して摺動スリーブ１２を固定した状態で使用され、故障等によりアーム７１が開いた状態（図１５の（Ａ）参照）のままで、アーム７１を強制的に閉じようとする方向の大きな外的力が加えられたとき、図１５の（Ｂ）に示すように、プランジャ１３のボール１３ａが係合穴１４から抜け出し、縦溝１５内を後退方向へ移動し、ラック部材５０が摺動スリーブ１２と共に後退してアーム７１を閉じる。
【００４９】
アーム７１を強制的に閉じて鋼管構造物内面処理装置を外部に取り出した後、所要の修理を行うのであるが、電動機２０による作動が可能になったとき、アーム７１を閉じる方向へ電動機２０を回動させると、アーム７１はストッパ７４に押し付けられ、完全に閉脚した状態となる（図１５の（Ｃ）参照）。ここにおいて、ストッパ７４は、アーム７１の閉脚方向の移動を停止する一方、アーム７１が完全に開脚したときに丸ラック部５１の前進を停止させるように構成することもできる。アーム７１の閉脚方向の移動停止のためのストッパと、開脚方向の移動停止のためのストッパとは、図示のように一つのストッパとして設ける以外に、別個のストッパとしてそれぞれ設けることもできることは容易に理解されよう。
【００５０】
アーム７１を完全に開脚した状態で電動機２０をさらに回動させると、駆動ネジ部材３０が往復部材４０のナット部４１内を前進方向へ移動するため、駆動ネジ部材３０は連結された電動機２０を介して摺動スリーブ１２を前進方向へ移動させ、それにより、プランジャ１３が係合穴１４と係合して元の位置に固定されることになる（図１５の（Ｄ）参照）。ここにおいて、プランジャ１３と係合穴１４との係合手段が同一縦溝１５上に複数設けられる場合、係合穴１４から離脱したプランジャ１３が別の隣接する係合穴１４に係合して前述した復帰動作が行えなくなるのを防止するために、図１５の（Ｃ）に示すように、同一縦溝１５上において相互に隣接する２つのプランジャ１３間および係合穴１４間の間隔Ｌ１が、アーム７１が完全に開脚したときと完全に閉脚したときの丸ラック部５１の前進位置と後退位置との間の間隔Ｌ２よりも大きくなるように構成される必要がある。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の支持アーム駆動機構は、小径の鋼管構造物ばかりではなく、大径の鋼管構造物内面処理にも利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明が適用される鋼管構造物内面処理装置の概略構成を示す側面図である。
【図２】本発明に基づく鋼管構造物内面処理装置の支持アーム駆動機構の実施例を示す縦断面図である。
【図３】図２に示す支持アーム駆動機構の拡大側面図である。
【図４】図３に示す支持アーム駆動機構の原理的構成を示す説明図である。
【図５】図２の各部位における横断面図であって、図５の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）図は図２の矢示５Ａ−５Ａ、５Ｂ−５Ｂ、５Ｃ−５Ｃ、５Ｄ−５Ｄ、５Ｅ−５Ｅ、５Ｆ−５Ｆからそれぞれ見た図面に該当する。
【図６】図４に相当する図面であって、図６の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）図は支持アーム駆動機構がアームを開く動作を示す説明図である。
【図７】図４に相当する図面であって、図７の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）図は支持アーム駆動機構がアームを閉じる動作を示す説明図である。
【図８】本発明の別の実施例による支持アーム駆動機構を示す図で、アームを閉じた状態を示す図である。
【図９】図８に示す支持アーム駆動機構のアームを最大まで開いた状態を示す図である。
【図１０】図８に示す支持アーム駆動機構の開いた状態のアームを外的力によって強制的に閉じようとする状態を示す図である。
【図１１】本発明のまた別の実施例による支持アーム駆動機構を示す図で、アームを閉じた状態を示す図である。
【図１２】図１１に示す支持アーム駆動機構のアームが外的力によって強制的に閉じられようとする状態を示す図である。
【図１３】図１１に示す支持アーム駆動機構のアームが外的力によって強制的に閉じられた状態を示す図である。
【図１４】図１１に示す支持アーム駆動機構に用いられるプランジャの作動状態を説明するための図である。
【図１５】図１１に示す支持アーム駆動機構の変形例における作動状態を説明するための模式的な図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ 保持部 ２ 処理部
３ ワイヤ
１０ フレーム １１ 軸受部材
１２ 摺動スリーブ １３ プランジャ
１３ａ ボール １３ｂ バネ
１４ 係合穴 １５ 縦溝
２０ 電動機 ２１ 駆動軸
２２ カップリング
３０ 駆動ネジ棒部材
４０ 往復部材 ４１ ナット部
４２ チャンバ部
５０ ラック部材 ５１ 丸ラック部
５２ 連結ロッド部 ５３ 頭部
６０ 圧縮コイルばね
７０ 支持アーム部材 ７１ アーム
７２ 接触ローラ ７３ ピニオン
７４ ストッパ
８０ リミットスイッチ群 ８０ａ 第１組のリミットスイッチ
８０ｂ 第２組のリミットスイッチ ８１−８４ 接点
９０ 制御器
１００ 支持アーム駆動機構
Ｅ 鋼管構造物内面処理装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管構造物内面処理装置を鋼管構造物に挿入し、所定位置に到達したとき支持アーム部材が開いてその位置を保持しかつ所定の内面処理を施す設備において、
前記鋼管構造物内面処理装置の本体を支持するフレームと、
前記フレームに装着された電動機と、
前記電動機の駆動軸にカップリングをかいして連結された駆動ネジ棒部材と、
前記フレームに回転不能滑動自在に支持されていて、前記駆動ネジ棒部材に螺合するナット部および該ナット部に接続されたチャンバ部を有する往復部材と、
先端に丸ラック部、中間に連結ロッド部、後端に頭部を有していて、該頭部が前記往復部材の前記チャンバ部内に回転不能滑動自在に係合するラック部材と、
前記ラック部材の前記連結ロッド部の外周に装着されていて、前記ラック部材の丸ラック部を前記往復部材の前記チャンバ部の先端から離間するように作用する圧縮コイルばねと、
所定長さのアームの先端に接触ローラを回転自在に取り付け、該アームの後端にピニオンを固定し、該ピニオンを前記フレームに回転自在に支持しかつ前記ラック部材の丸ラック部に噛み合わせた複数組の支持アーム部材と、
前記往復部材の前進位置および後退位置を制限するリミットスイッチ群と、ならびに
前記リミットスイッチ群からの信号に応答して前記電動機の作動を制御する制御器と
からなる、鋼管構造物内面処理装置の支持アーム駆動機構。
【請求項２】
前記リミットスイッチ群は第１組および第２組のリミットスイッチからなり、前記第１組のリミットスイッチは前記往復部材と前記ラック部材とに固定された接点を有していて前記往復部材の前進位置を制限し、また、前記第２組のリミットスイッチは前記往復部材と前記フレームの所定位置とに固定された接点を有していて前記往復部材の後退位置を制限する、請求項１に記載の支持アーム駆動機構。
【請求項３】
前記アームを前記ラック部材の丸ラック部の円周方向に１８０度離間させて２組設けた、請求項１に記載の支持アーム駆動機構。
【請求項４】
前記アームを前記ラック部材の丸ラック部の円周方向に１２０度離間させて３組設けた、請求項１に記載の支持アーム駆動機構。
【請求項５】
前記アームを前記ラック部材の丸ラック部の円周方向に９０度離間させて４組設けた、請求項１に記載の支持アーム駆動機構。
【請求項６】
前記往復部材のチャンバ部内においてラック部材が移動可能な距離は、アームを完全に開いたときと閉じたときとの間のラック部材の移動距離に対応し、前記第１組のリミットスイッチの２つの接点は、両者の接合位置が実質的に前記ラック部材の移動可能距離に対応した距離を移動できるように、少なくとも一方の接点を移動自在に設けた、請求項２に記載の支持アーム駆動機構。
【請求項７】
前記電動機は、フレーム内を長手方向へ移動自在な摺動スリーブに装着され、前記摺動スリーブはフレームの内面に設けられた係合穴と係脱自在に係合する少なくとも一つのプランジャを備え、前記プランジャは、摺動スリーブを後退させる方向の外的力が所定の大きさ以上になったとき、係合穴から離脱して摺動スリーブが後退するのを許容する、請求項１に記載の支持アーム駆動機構。
【請求項８】
前記プランジャは、摺動スリーブの円周方向へ相互に離間した少なくとも２箇所、および／または、摺動スリーブの長手方向へ相互に離間した少なくとも２箇所へそれぞれ配置される、請求項７に記載の支持アーム駆動機構。
【請求項９】
前記プランジャは摺動スリーブ周面から外方に向かって付勢されるボールを有し、前記係合穴は該係合穴から長手方向に延びる縦溝に連続し、該縦溝の深さは係合穴の深さより浅く形成され、摺動スリーブを後退させる方向の外的力が所定の大きさ以上になったとき、前記ボールが係合穴から縦溝へと移動する、請求項７に記載の支持アーム駆動機構。
【請求項１】
鋼管構造物内面処理装置を鋼管構造物に挿入し、所定位置に到達したとき支持アーム部材が開いてその位置を保持しかつ所定の内面処理を施す設備において、
前記鋼管構造物内面処理装置の本体を支持するフレームと、
前記フレームに装着された電動機と、
前記電動機の駆動軸にカップリングをかいして連結された駆動ネジ棒部材と、
前記フレームに回転不能滑動自在に支持されていて、前記駆動ネジ棒部材に螺合するナット部および該ナット部に接続されたチャンバ部を有する往復部材と、
先端に丸ラック部、中間に連結ロッド部、後端に頭部を有していて、該頭部が前記往復部材の前記チャンバ部内に回転不能滑動自在に係合するラック部材と、
前記ラック部材の前記連結ロッド部の外周に装着されていて、前記ラック部材の丸ラック部を前記往復部材の前記チャンバ部の先端から離間するように作用する圧縮コイルばねと、
所定長さのアームの先端に接触ローラを回転自在に取り付け、該アームの後端にピニオンを固定し、該ピニオンを前記フレームに回転自在に支持しかつ前記ラック部材の丸ラック部に噛み合わせた複数組の支持アーム部材と、
前記往復部材の前進位置および後退位置を制限するリミットスイッチ群と、ならびに
前記リミットスイッチ群からの信号に応答して前記電動機の作動を制御する制御器と
からなる、鋼管構造物内面処理装置の支持アーム駆動機構。
【請求項２】
前記リミットスイッチ群は第１組および第２組のリミットスイッチからなり、前記第１組のリミットスイッチは前記往復部材と前記ラック部材とに固定された接点を有していて前記往復部材の前進位置を制限し、また、前記第２組のリミットスイッチは前記往復部材と前記フレームの所定位置とに固定された接点を有していて前記往復部材の後退位置を制限する、請求項１に記載の支持アーム駆動機構。
【請求項３】
前記アームを前記ラック部材の丸ラック部の円周方向に１８０度離間させて２組設けた、請求項１に記載の支持アーム駆動機構。
【請求項４】
前記アームを前記ラック部材の丸ラック部の円周方向に１２０度離間させて３組設けた、請求項１に記載の支持アーム駆動機構。
【請求項５】
前記アームを前記ラック部材の丸ラック部の円周方向に９０度離間させて４組設けた、請求項１に記載の支持アーム駆動機構。
【請求項６】
前記往復部材のチャンバ部内においてラック部材が移動可能な距離は、アームを完全に開いたときと閉じたときとの間のラック部材の移動距離に対応し、前記第１組のリミットスイッチの２つの接点は、両者の接合位置が実質的に前記ラック部材の移動可能距離に対応した距離を移動できるように、少なくとも一方の接点を移動自在に設けた、請求項２に記載の支持アーム駆動機構。
【請求項７】
前記電動機は、フレーム内を長手方向へ移動自在な摺動スリーブに装着され、前記摺動スリーブはフレームの内面に設けられた係合穴と係脱自在に係合する少なくとも一つのプランジャを備え、前記プランジャは、摺動スリーブを後退させる方向の外的力が所定の大きさ以上になったとき、係合穴から離脱して摺動スリーブが後退するのを許容する、請求項１に記載の支持アーム駆動機構。
【請求項８】
前記プランジャは、摺動スリーブの円周方向へ相互に離間した少なくとも２箇所、および／または、摺動スリーブの長手方向へ相互に離間した少なくとも２箇所へそれぞれ配置される、請求項７に記載の支持アーム駆動機構。
【請求項９】
前記プランジャは摺動スリーブ周面から外方に向かって付勢されるボールを有し、前記係合穴は該係合穴から長手方向に延びる縦溝に連続し、該縦溝の深さは係合穴の深さより浅く形成され、摺動スリーブを後退させる方向の外的力が所定の大きさ以上になったとき、前記ボールが係合穴から縦溝へと移動する、請求項７に記載の支持アーム駆動機構。
【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】
【図１５】
【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】
【図１５】
【公開番号】特開２００８−１００１３９（Ｐ２００８−１００１３９Ａ）
【公開日】平成２０年５月１日（２００８．５．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２８３１３９（Ｐ２００６−２８３１３９）
【出願日】平成１８年１０月１７日（２００６．１０．１７）
【出願人】（３０６０３３０２５）日本鉄塔工業株式会社 (19)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月１日（２００８．５．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月１７日（２００６．１０．１７）
【出願人】（３０６０３３０２５）日本鉄塔工業株式会社 (19)
【Ｆターム（参考）】
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