JP5055855B2 - 水中移動装置 - Google Patents

Description

本発明の技術分野は、水中の構造物の面に吸着して走行する水中移動体に関する。

従来、原子炉プラントの水中に没している個所の構造物面（検査面或いは移動対象面又は走行面とも言う。）を超音波検査装置の超音波センサを用いて検査する際には、その検査面を走行面として車輪で走行する走行体に超音波センサを装備させ、その走行体を走行させて走行先での超音波探傷を行っていた。

従来、走行面は垂直な面である場合も有るので、走行体を走行面に吸着して落下しない構成を備えている。その構成は、一般的には、走行体に可撓性のスカートである水流密閉構造とスカートの内側の水を排水するスラスタユニットとを備え、スラスタユニットの排水作用により、スカートの内側を外側に比較して負圧に維持し、走行面に走行体を吸着させつつ車輪で走行させていた（例えば、特許文献１，２参照）。

特許第３６４８８０４号公報 特許第３４５３８８４号公報

水中の構造物面に吸着して走行する水中移動体には、前述のように、走行体にスカートなどの水流密閉構造を備えている。その水流密閉構造の材料は（１）ゴム材料、（２）ビニール材料、（３）ポリエステル樹脂材料が用いられ、スカート状に仕立てて採用することが多かった。

しかし、上記の水流密閉構造の材料を用いた水流密閉構造では、次の課題があった。
（１）水流密閉構造材料を外側に向かい配置するフレア部を構造として備える必要が有り、外側に突き出た分に相当する分、水中移動装置のアクセス或いは水中移動装置に検査装置のセンサを取り付けてある場合にはそのセンサによる探傷作業範囲が制限される、(２)水流密閉構造物の先端が移動対象面に吸着して移動する際に、僅かな凹凸に水流密閉構造物の先端が引っ掛かり、走行体の走行が阻害される、（３）水流密閉構造物が走行体より広がり、狭隘部の通過性とアクセス性が劣化する。（４）移動対象面への吸着力が水流密閉構造物の馴染み形状に依存して変動するため、吸着力の安定性が得られにくい。

この様な複数の課題が発生すると、水中移動装置が構造物の面に吸着しつつ走行する作用が円滑に行いにくくなる上、その走行範囲もスカートの広がりなどで制限されてしまう。

従って、この発明の主目的とするところは、円滑な走行を水中移動装置にもたらすことである。さらには、この発明の目的は、前記主目的とともに水中移動装置の走行範囲が水流密閉構造物で制限されてしまうことを極力軽減することと達成することを目的としている。

本発明の主目的を達成する手段は、水中を走行する走行体と、前記走行体に前記走行体が走行する走行面との間に位置するように設けられたスカートと、前記走行体に装備され、前記スカートの内側を外側に比較して負圧にするスラスタユニットと、前記走行体に装備され、前記走行体を走行させる走行ユニットとを備えた水中移動装置において、前記スカートが海綿状の材料で構成されていることを特徴とした水中移動装置である。

本発明では、水中異動装置のスカートに海綿状の材料を用いた水流密閉構造を採用したから、従来では困難とされてきた移動対象面への吸着安定性の確保，移動対象面の走行安定性の確保，移動対象面凹凸への柔軟追従性の確保ができ、水中移動装置の円滑な走行が達成できる。

発明者は、上記の課題を解決するため、下記の構造を考案した。水中移動装置において、水流密閉構造に海綿状の材料を用いる。水流密閉構造は、水中移動装置と移動対象面との間に位置する構造物である。その水流密閉構造は、移動対象面に面する水中移動装置の面に水中移動装置のその他の外周面から突き出ないように取り付けられている。

スラスタユニットによる排水作用による吸着力の発生を効率的に行うため、水流密閉構造は気密性が高い方が適切であることから、移動対象面との隙間を小さくできる海綿状の材料（スポンジとも称せられている。）を水流密閉構造に用いる。

海綿状の材料は伸縮性があり、移動対象面の凹凸に十分追従変形可能である。また、海綿状の材料で構成された水流密閉構造物は当初の設置から水中移動装置の外側へ広かることはない。また、形状復元性も高く、水流密閉構造性能の経時変化・劣化が殆ど無視できる。

これらのことより、（１）水中移動装置のアクセス・探傷範囲の拡大、（２）検査対象部位近傍にある障害物を回避した水中移動装置の設置、（３）原子力発電所の原子炉内検査における炉内投入性の向上、（４）移動対象面への吸着安定性の確保、（５）移動対象面の走行性能向上を実現できた。

従って、海綿状の材料を用いた水流密閉構造を水中移動体に採用することにより、水中移動装置において、従来では困難とされてきた移動対象面への吸着安定性の確保，移動対象面の走行安定性の確保ができる効果がある。

以下に、本発明の具体的な実施例を各図に基づいて以下に説明する。図１は水中移動装置１の全体図である。水中移動装置１は矩形の箱型のフレームを走行体２０として備えている。その走行体には、図１のように、円筒状の２個の穴が排水口２１として腹側の面から背側の面にまで貫通して装備されている。同じように、矩形筒状の穴が吸水口１４として腹側の面から背側の面にまで貫通して装備されている。走行体２０の腹側の面とは、移動対象面１０に面した走行体２０の面であり、背側の面とはその腹側の面と真反対側の走行体２０の面を称している。

走行体２０の内側には、走行ユニットとスラスタユニットとが装備されている。スラスタユニットは、走行体２０へ回転自在に装着されて排水口２１の内側に配置されているスラスタファン３と、走行体２０に設けられてスラスタファン３を回転駆動する駆動機構としてのギア付モータ９とを備え、ギア付モータ９はスラスタファン３を回転駆動できるようにスラスタファン３にギアにて接続されている。

その排水口２１とスラスタファン３とは、走行体２０の前後進方向の一辺側に寄せて配置され、吸水口１４から出来るだけ遠くに配置されている。

走行ユニットは、走行体２０に回転自在に装備された駆動輪としての走行輪と、走行体２０に回転自在に装備された従動輪としてのボールキャスタ１２と、走行体２０に装備された駆動機構としての２台のギア付モータ１３とを備え、ギア付モータ１３は各走行輪４を回転駆動できるように一走行輪４に一台ずつギアで接続されている。

走行輪４は排水口２１やスラスタファン３に出来るだけ接近するように配置され、ボールキャスタ１２は吸水口１４側に接近させて配置してある。

走行体２０の腹側の面には、その面の縁に沿ってスカートとして水流密閉構造物２が支持金具１５を介して図２のように装着されている。Ｌの字型の断面を有する支持金具１５の一辺側には、水流密閉構造物２が接着剤等で接着固定され、その支持金具１５は他辺側がビスなどで走行体２０へ機械的に着脱自在に固定されている。

水流密閉構造物２の横断面は図３のいずれの断面形状を有しても良いが、図１の例では横断面が矩形の形状とされ、図２の例では、走行体２０の背側の面から走行面に近づくに従って狭くなる横断面形状とされている。その水流密閉構造物２の材料は海綿状の材質であり、スポンジと称せられるものが用いられる。そのスポンジの一例としては、ポリウレタン等のプラスチックを発泡成形して作った合成スポンジが利用できる。スポンジとして、ゴムに発泡剤や軟化材などを練り込んで加硫して作られるゴムスポンジを用いても良い。

走行体２０の吸水口１４側寄りの端面には、作業目的に応じた作業ツール５が固定設置されている。例えば、非破壊検査作業に水中移動装置１を利用したい場合には、作業ツール５としては、走行体２０の端面に装着した機械式走査装置としてのスキャナ６と、そのスキャナ６でその端面沿いに直線往復駆動される探触子２２と、移動対象面１０を検査対象面とする配置にその探触子２２に装着した超音波センサ７と渦電流センサ８とで構成されているものが採用できる。

その超音波センサ７は、超音波検査装置の超音波センサであり、超音波検査装置に接続されて用いられる。渦電流センサ８は渦電流検査装置の超音波センサであり、渦電流検査装置に接続されて用いられる。超音波検査装置も渦電流検査装置も非破壊検査装置である。

このような構成の実施例では、水中移動装置１を原子炉圧力容器の水面下に投入して原子炉圧力容器内の構造物の面、即ち移動対象面１０に吸着させる。その吸着に際しては、スラスタファン３をギア付モータ９で回転させることにより、水流密閉構造物２で囲われた水中移動装置１と移動対象面１０の間の領域(スカートの内側或いは流路１１という。)の水を水中移動装置１の外側へ排水する。

このようにすると、流路１１の内部の圧力が水中移動装置１の外部の圧力に比べ低くなるという負圧状態が発生する。この結果、水中移動装置１と移動対象面１０との間には吸着力が発生する。この吸着力により水中移動装置１を支えている２個の走行輪４とボールキャスタ１２は移動対象面１０に押し付けられる。

水中移動装置１を移動対象面１０に吸着させた後に、２個の走行輪４をギア付モータ
１３で回転させる。その回転方向によって水中移動装置１は移動対象面１０で図１の左右いずれかへ走行する。

その走行中においても、スラスタファン３は回転駆動されて水中移動装置１の移動対象面１０への吸着作用が継続される。その吸着作用時における水の流れを図１中の矢印で示す。その矢印で示すように、水中移動装置１の外側の水は吸水口１４から吸い込まれて流路１１を流れ、スラスタファン３により水中移動装置１の外部へ排出される。

水中移動装置１が移動対象面１０へ吸着している場合には、水流密閉構造物２が海綿状の材料で構成されていることから、水流密閉構造物２は水中移動装置１と移動対象面１０との間に挟まれ、適度に弾性変形して、移動対象面１０に追従する。この結果、水流密閉構造物２と移動対象面１０の間の気密性が高くなり、安定した吸着力が得られる。

水中移動装置１の移動対象面１０へ吸着することにより、探触子２２も移動対象面１０へ密着し、移動対象面１０に超音波センサ７で超音波を送受波したり渦電流センサ８で移動対象面１０に励磁作用を与えたり渦電流を検知したりすることが出来る。超音波センサ７や渦電流センサ８によるセンシングした結果は超音波検査装置や渦電流検査装置へ電送されて解析され、傷の有無などの判定に用いられる。

図１の例では水流密閉構造物２の横断面が矩形であるが、図２の例は水流密閉構造物２の他の断面の例を示している。図２の横断面形状の水流密閉構造物２の構造と機能を説明する。水流密閉構造物２は接着剤や固定糸で支持金具１５に固定され、支持金具１５はビスなどを利用したねじ止めで水中移動装置１に固定される。図２の例における水流密閉構造物２の断面形状は、水中移動装置１から移動対象面１０に近づくに連れて、幅狭く細くなる形状を有することを特徴とする。この形状により、移動対象面１０への追従性が高くなり、流路１１の気密性が高くなる。

図３に水流密閉構造物２の横断面の例を示す。図３中（１）〜（１０）は水流密閉構造物２の横断面の各種の例を示している。（１）の例は水流密閉構造物２の横断面が四角形のものを示してある。（２）の例は水流密閉構造物２の横断面が四角形で中空のもの、
（３）の例は水流密閉構造物２の先端が丸くなっているもの、（４）の例は先端が丸くて中空のものである。

（５）と（６）の例は水流密閉構造物２の横断面形状が水中移動装置１側は広く、移動対象面１０に近づく（水中移動装置１から遠ざかる）につれて狭くなる断面形状を有するものであり、（５）の例は傾斜が内側方向、（６）の例は傾斜が外側方向のものである。

（７）と（８）の例は水流密閉構造物２の横断面形状が水中移動装置１側は広く、移動対象面１０に近づく（水中移動装置１から遠ざかる）につれて狭くなる断面形状を有し、両サイドに上下方向の直線部分が存在するものであり、（７）の例は傾斜が内側方向、
（８）の例は傾斜が外側方向のものである。

（９）と（１０）の例は水流密閉構造物２の横断面形状が水中移動装置１側は広く、移動対象面１０に近づく（水中移動装置１から遠ざかる）につれて狭くなる断面形状を有し、両サイドと先端に直線部分が存在するものであり、（９）の例は傾斜が内側方向、
（１０）の例は傾斜が外側方向のものである。

図４に本発明の他の実施例を示す。この実施例は図１の実施例の作業ツール５を水中移動装置１の走行体２０から撤去し、その代わりに、水中移動装置１の前後進方向の一方に配備されている水流密閉構造物２に渦電流検査装置の渦電流センサ８を複数個千鳥配置で装備したものであり、その他の構成，作用は図１の例と同じである。

水流密閉構造物２の下に渦電流センサ８を設置することにより、水中移動装置１の吸着力で渦電流センサ８を検査対象面である移動対象面１０に押し当てることが可能となる。検査対象面を水中移動装置１が走行するだけで、移動対象面１０とその面より内側に存在するき裂の検出や、そのき裂の形状を渦電流センサ８に接続された渦電流検査装置によって映像化することが可能となる。

図４の例では、水流密閉構造物２を利用して渦電流センサ８を幅広く分布して配置できるので、渦電流センサ８を水中移動装置１の走行方向と直交する方向へ走査する必要が無く、迅速に広い範囲を検査でき、スキャナ６を含む作業ツール５が無い分、水中移動装置１が軽量で小型化できる。

図５に本発明の更に他の実施例を示す。この実施例は図１の実施例の作業ツール５を水中移動装置１の走行体２０から撤去し、その代わりに、水中移動装置１の前後進方向の一方に配備されている水流密閉構造物２に超音波検査装置の超音波センサ７を複数装備したものであり、その他の構成，作用は図１の例と同じである。

水流密閉構造物２の下に超音波センサ７を設置することにより、水中移動装置１の吸着力で渦電流センサ８を検査対象面である移動対象面１０に押し当てることが可能となる。検査対象面を水中移動装置１が走行するだけで、移動対象面１０とその面より内側に存在するき裂の検出や、そのき裂の形状を超音波センサ７に接続された超音波検査装置によって映像化することが可能となる。

また、複数の超音波センサ７の励起タイミングを調整して移動対象面１０の内側への超音波の送信方向と焦点を制御することにより、移動対象面１０を走行するだけで、検査対象の内部き裂の形状やき裂の深さを検出・映像化・サイジングすることが可能となる。

図５の例では、水流密閉構造物２を利用して超音波センサ７を幅広く分布して配置できるので、超音波センサ７を水中移動装置１の走行方向と直交する方向へ走査する必要が無く、迅速に広い範囲を検査でき、スキャナ６を含む作業ツール５が無い分、水中移動装置１が軽量で小型化できる。

図６に本発明の更に他の実施例を示す。この実施例は図１の実施例の作業ツール５を水中移動装置１の走行体２０から撤去し、その代わりに、水中移動装置１の前後進方向の両方に配備されている水流密閉構造物２に渦電流検査装置の渦電流センサ８を複数個千鳥配置で装備したものであり、その他の構成，作用は図１の例と同じである。

走行前後進方向の各水流密閉構造物２の下に渦電流センサ８を設置することにより、水中移動装置１の吸着力で走行前後進方向の各渦電流センサ８を検査対象面である移動対象面１０に同時に押し当てることが可能となる。検査対象面を水中移動装置１が走行するだけで、移動対象面１０とその面より内側に存在するき裂の検出や、そのき裂の形状を渦電流センサ８に接続された渦電流検査装置によって映像化することが可能となる。

図６の例では、走行前後進方向の各水流密閉構造物２を利用して渦電流センサ８を幅広く分布して配置できるので、渦電流センサ８を水中移動装置１の走行方向と直交する方向へ走査する必要が無く、迅速に広い範囲を検査でき、スキャナ６を含む作業ツール５が無い分、水中移動装置１が軽量で小型化できる。

更には、走行前後進方向の各渦電流センサ８を渦電流検査装置へ切替接続して用いれば、水中移動装置１を１８０度転回させなくとも隅部の検査位置への渦電流センサ８の寄付きが良好となって探傷範囲が広がり、効率的に渦電流検査でき裂の検出や形状の映像化が可能となる。

図７に本発明の更に他の実施例を示す。この実施例は図１の実施例の作業ツール５を水中移動装置１の走行体２０から撤去し、その代わりに、水中移動装置１の前後進方向の両方に配備されている水流密閉構造物２に超音波検査装置の超音波センサ７を複数装備したものであり、その他の構成，作用は図１の例と同じである。

水流密閉構造物２の下に超音波センサ７を設置することにより、水中移動装置１の吸着力で前後進方向の両方にある渦電流センサ８を検査対象面である移動対象面１０に同時に押し当てることが可能となる。検査対象面を水中移動装置１が走行するだけで、移動対象面１０とその面より内側に存在するき裂の検出や、そのき裂の形状を超音波センサ７に接続された超音波検査装置によって映像化することが可能となる。

また、複数の超音波センサ７の励起タイミングを調整して移動対象面１０の内側への超音波の送信方向と焦点を制御することにより、移動対象面１０を走行するだけで、検査対象の内部き裂の形状やき裂の深さを検出・映像化・サイジングすることが可能となる。

図７の例では、水流密閉構造物２を利用して超音波センサ７を幅広く分布して配置できるので、超音波センサ７を水中移動装置１の走行方向と直交する方向へ走査する必要が無く、迅速に広い範囲を検査でき、スキャナ６を含む作業ツール５が無い分、水中移動装置１が軽量で小型化できる。

更には、走行前後進方向の各超音波センサ７を超音波検査装置へ切替接続して用いれば、水中移動装置１を１８０度転回させなくとも隅部の検査位置への超音波センサ７の寄付きが良好となって探傷範囲が広がり、効率的に超音波検査でき裂の検出や形状の映像化が可能となる。

本発明の各実施例では、海綿状の材料を用いた水流密閉構造により、水中移動装置において、従来では困難とされてきた移動対象面への吸着安定性の確保，移動対象面の走行安定性の確保，移動対象面凹凸への柔軟追従性の確保ができる効果がある。

水流密閉構造材料として海綿状の水流密閉構造物を用いることで以下の効果もある。
（１）水中移動装置が移動対象面に吸着する際、水流密閉構造物が縮むことにより発生する反力を小さくできる。これにより、スラスタで発生させた吸着力を走行輪に効率良く与えることが可能となり、スラスタ，モータおよび水中移動装置本体の小型化が可能となる。
（２）（１）の水流密閉構造物が縮むことにより発生する反力を小さくできることにより、移動方向の摩擦力を低減することが可能となる。これにより、移動方向の駆動力を小さくすることができ、駆動動力や駆動機構および水中移動装置本体の小型化が可能となる。また、表面状態の変化（表面凹凸や摩擦係数の変化）による移動方向の摩擦力の変化の絶対値をも小さくできることから、水中移動装置の走行性能が表面状態の変化（外乱）の影響を受けにくくなる。即ち安定な走行・検査が可能となる。

水流密閉構造物の断面形状が水中移動装置側は広く、移動対象面に近づく（水中移動装置から遠ざかる）につれて狭くなる断面形状を有する水流密閉構造を採用することにより、水流密閉構造物が縮むことにより発生する反力を更に小さくできることにより、上記記載の効果はより大きいものが得られる。

本発明は、一般産業の水中作業やプール内作業および原子力発電所の原子炉内検査で用いる水中移動装置に利用用途がある。

本発明の水中移動装置に検査用のセンサを設けた状態の全体図であり、(Ａ)図は水中移動装置の背側の面で見た図であり、（Ｂ）図は（Ａ）図の水中移動装置を側面から見た図である。 本発明の実施例による水流密閉構造物の一例における横断面図である。 本発明による各水流密閉構造物の横断面図である。 本発明の他の実施例による水中移動装置の図にして、（Ａ）図は側面図を、（Ｂ）図は腹側の面から見た図である。 本発明の更に他の実施例による水中移動装置の図にして、（Ａ）図は側面図を、（Ｂ）図は腹側の面から見た図である。 本発明の更に他の実施例による水中移動装置の図にして、（Ａ）図は側面図を、（Ｂ）図は腹側の面から見た図である。 本発明の更に他の実施例による水中移動装置の図にして、（Ａ）図は側面図を、（Ｂ）図は腹側の面から見た図である。

符号の説明

１…水中移動装置、２…水流密閉構造物、３…スラスタファン、４…走行輪、５…作業ツール、６…スキャナ、７…超音波センサ、８…渦電流センサ、９，１３…ギア付モータ、１０…移動対象面、１１…流路、１２…ボールキャスタ、１４…吸水口、１５…支持金具、２０…走行体、２１…排水口。

Claims (6)

1. 水中を走行する走行体と、
   前記走行体に前記走行体が走行する走行面との間に位置するように設けられたスカートと、
   前記走行体に装備され、前記スカートの内側を外側に比較して負圧にするスラスタユニットと、
   前記走行体に装備され、前記走行体を走行させる走行ユニットと、を備えた水中移動装置において、
   前記スカートが海綿状の材料で構成され、
   前記スカートは、前記走行体から前記走行面に近づくにつれて前記スカートの断面形状が狭くなる形状を有し、前記スカートは前記走行面に対面する前記走行体の面に、前記走行体の面を除く他の外周面よりも前記走行体の外側に突き出ないように装着されていることを特徴とした水中移動装置。
2. 請求項１において、前記スカートの前記走行面に接触する部位に、非破壊検査装置のセンサを装備してあることを特徴とした水中移動装置。
3. 請求項２において、前記センサは、超音波センサまたは渦電流センサであることを特徴とした水中移動装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項において、前記走行ユニットは、前記走行体に装備された駆動輪と従動輪と、前記駆動輪を駆動する駆動機構とを備え、
   前記スラスタユニットは、前記走行体へ回転自在に装着されたスラスタファンと、前記スラスタファンを回転駆動する駆動機構とを備え、
   前記駆動輪は、前記従動輪よりも前記スラスタファンに近く配置してあることを特徴とした水中移動装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項において、前記走行体は前記スカートの内側に外側から水を吸い込む給水口を備えていることを特徴とした水中移動装置。
6. 請求項５において、前記給水口は前記走行体の一端部に寄せて配置され、前記スラスタファンは前記走行体の他端部に寄せて配置されていることを特徴とした水中移動装置。

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