JPH10337683A - マニピュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】腐食性を有する雰囲気中においてもカバーが不
必要で、かつ修理に必要とされる手間と時間を抑制でき
るマニピュレータを提供する。 【解決手段】マニピュレータ１は複数のモジュールを直
列に連結している。モジュールの連結部分は連結機構７
を備えている。連結機構７は一方のモジュール８に設け
られたシリンダユニット９と他方のモジュール１０に設
けられた結合孔１１とＯリング１２と鋼球２０とから構
成されている。シリンダユニット９はフレーム１３に設
けた中空状部材１４とピストン１５とを備えている。中
空状部材１４の端部に鋼球２０を遊挿している。結合孔
１１はフレーム３１に設けられ傾斜面３２を備えてい
る。フレーム１３，３１はコネクタ３３，３４と連通孔
３５，３６とを備えている。Ｏリング１２はコネクタ３
３，３４、連通孔３５，３６及びシリンダユニット９と
を包囲してフレーム３１に設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化学プラント等に
おいて、酸やアルカリ雰囲気が充満した環境下で清掃、
検査及び補修などの作業に用いられるマニピュレータに
関する。

【０００２】

【従来の技術】核燃料の再処理工場などに代表される化
学プラントなどにおいて、酸やアルカリ雰囲気が充満し
た施設内では、アルミ合金や鉄からなる機械が腐食して
しまうため、ステンレスなどの耐腐食性材料からなる機
械が用いられている。

【０００３】こうした環境下の施設において、前述した
機械の清掃、検査及び補修には、人間にかわって外部か
ら操作できるマニピュレータが用いられている。このマ
ニピュレータは、その内部をすべて耐腐食性材料によっ
て構成することは不可能であるため、全体または部分的
に弾性を有するカバーなどで覆って、前述した酸やアル
カリなどの腐食性を有する雰囲気に直接さらされないよ
うにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述したマニピュレー
タの一部または全体を覆うカバーは、マニピュレータの
可動範囲を制限するとともに、動作に対して妨げとな
る。このため、マニピュレータは、その性能を十分に発
揮していない。

【０００５】また、マニピュレータの一部だけが故障し
た場合には、酸やアルカリなどの腐食性を有する雰囲気
が人体に対し厳しい環境であるため、その場での修理は
行わずに、マニピュレータ全体を交換していた。

【０００６】このマニピュレータ全体を交換する作業
は、非常に大きな手間と長い時間が必要であるため、マ
ニピュレータで実施していた作業の進捗状況に大きな影
響をおよぼしてしまう。

【０００７】従って本発明の目的は、腐食性を有する雰
囲気のなかにおいてもカバーが不必要で、かつ部分的な
故障時に全体を交換することなく修理できるとともに、
修理に必要とされる手間と時間とを抑制することができ
るマニピュレータを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、請求項１に記載の本発明のマニピュレ
ータは、複数のモジュールを直列に連結してなるマニピ
ュレータにおいて、前記モジュールの外殻を形成するフ
レームの外表面が耐腐食性材料で構成され、前記モジュ
ール相互の連結部分には、各モジュールに必要な電気配
線などの連結とともに各モジュールのフレーム間を気密
状態に保つ連結機構を備えたことを特徴としている。

【０００９】請求項２に記載の本発明のマニピュレータ
は、請求項１に記載のマニピュレータにおいて、前記マ
ニピュレータの内部に気体を送込むことによりマニピュ
レータの内部を外部より高い圧力に保つ気体圧送手段を
備えたことを特徴としている。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施形態につい
て、図１から図３を参照して説明する。図１に示すよう
に、例えばプラント内の清掃、検査及び補修などに用い
られるマニピュレータ１は、その軸方向に５つのモジュ
ール２，３，４，５，６に分割でき、かつこれらのモジ
ュール２，３，４，５，６が相互に直列に連結して構成
されるとともに、図示しない操作部などによって、自在
に遠隔操作されるようになっている。

【００１１】前記モジュール２，３，４，５，６はそれ
ぞれ重量が略５ｋｇであるとともに、図示中の矢印Ｊ方
向からみたときの、つまり軸方向の投影面がほぼ直径２
００ｍｍの円におさまっている。このため、前記マニピ
ュレータ１はプラントの比較的小さな気密ハッチから作
業対象施設内に出し入れ自在となっている。

【００１２】また、前記モジュール２，３，４，５，６
相互の連結部分ａ，ｂ，ｃ，ｄには、図２及び図３に示
す連結機構７を設けて、前記モジュール２，３，４，
５，６を相互に連結・分離するようになっている。

【００１３】前記連結機構７は、一方のモジュール８に
設けられ伸縮自在なシリンダユニット９と、他方のモジ
ュール１０に設けられた結合孔１１と、シール部材とし
てのＯリング１２と、シリンダユニット９の伸縮によっ
てマニピュレータ１の外周方向に突出する係合子として
の鋼球２０とから構成されている。

【００１４】シリンダユニット９は、中空状部材１４
と、この中空状部材１４内に遊挿されたピストン１５な
どを備えている。中空状部材１４は、前記一方のモジュ
ール８の外殻を構成するフレーム１３において、前記他
方のモジュール１０に相対する端面１３ａのほぼ中央に
一体に形成されている。フレーム１３は、少なくとも外
表面がステンレスなどの耐腐食性材料からなる。

【００１５】前記中空状部材１４は、前記モジュール１
０側に開口する有底筒状に形成されているとともに、モ
ジュール８の軸方向のほぼ中央に仕切壁１６を設けてい
る。この仕切壁１６は、中空状部材１４内の空間を、図
２において右側（マニピュレータ１の基端側）に位置す
る第１の空間１７と、左側（マニピュレータ１の先端
側）に位置する第２の空間１８とに分割している。

【００１６】また、仕切壁１６は、ほぼ中央に、前記ピ
ストン１５の後述する連結軸２４を摺動自在とする摺動
孔１９を設けている。この摺動孔１９と連結軸２４との
間にはパッキン３９が設けられており、前記第１の空間
１７と第２の空間１８との間の気密を確保している。

【００１７】前記中空状部材１４の前記モジュール１０
側に位置する端部には、前記鋼球２０を遊挿した孔２１
を周方向に略等間隔に設けている。この孔２１は、それ
ぞれ、中空状部材１４の外周側に位置する開口径が前記
鋼球２０の径に比べて若干小さく形成されている。

【００１８】前記ピストン１５は、前記鋼球２０に当接
するヘッド部２２と、前記第１の空間１７に挿入される
基部２３と、前記ヘッド部２２と基部２３とを互いに連
結する連結軸２４とを一体に備えている。

【００１９】ヘッド部２２は、前記モジュール１０に向
かって次第に先細となるようにテーパを有し、かつこの
テーパを形成するテーパ面２５において、前記鋼球２０
と接している。

【００２０】このテーパ面２５は、図３に示すように、
前記ピストン１５が前記モジュール１０に向かって押出
された際に、鋼球２０をマニピュレータ１の外周方向に
突出するようになっている。この際、前記孔２１の外周
側に位置する開口径が前記鋼球２０の径より若干小さく
形成されているので、前記鋼球２０は中空状部材１４か
ら外れることがない。

【００２１】前記基部２３は、その外周面２３ａにパッ
キン２６を設けて、前記中空状部材１４の壁面１４ａと
の間の気密を確保している。基部２３は、前記第１の空
間１７を、図示中の右側（マニピュレータ１の基端側）
に位置する後部エアー室２７と、図示中の左側（マニピ
ュレータ１の先端側）に位置する前部エアー室４０とに
分割している。

【００２２】また、前記中空状部材１４の壁面１４ａに
は、前記前部エアー室４０と前記後部エアー室２７と
に、それぞれ気体を供給するガス供給管２８，２９が接
続している。このガス供給管２８，２９は、互いに連結
するモジュール２，３，４，５，６内を通って前述した
操作部のガス供給源３０に接続している。このガス供給
源３０は、前記ガス供給管２８，２９に清浄な気体を供
給するようになっている。

【００２３】このように構成されることによって、前記
ピストン１５は、前記ガス供給源３０からガス供給管２
８，２９を通って、前記前部エアー室４０及び後部エア
ー室２７に清浄な気体が供給されることによって、図示
中の矢印Ｓに沿って伸縮自在となっている。

【００２４】前記結合孔１１は、前記モジュール１０の
外殻を構成するフレーム３１において、前記モジュール
８の端面１３ａに相対する端面３１ａのほぼ中央に設け
られている。フレーム３１は、少なくとも外表面がステ
ンレスなどの耐腐食性材料からなる。

【００２５】結合孔１１は、前記中空状部材１４を挿入
できるように、この中空状部材１４の外径より大きい孔
に形成されているとともに、前記端面３１ａから離れる
にしたがって開口径が拡大する傾斜面３２を有してい
る。この傾斜面３２は、図３に示すように、ピストン１
５によって鋼球２０が突出された場合に、鋼球２０と密
接するようになっている。

【００２６】また、前記モジュール８，１０の互いに相
対する端面１３ａ，３１ａには、コネクタ３３，３４と
連通孔３５，３６とがそれぞれ設けられている。前記コ
ネクタ３３，３４は、それぞれ配線３７，３８を接続し
ており、図３に示すようにモジュール８，１０が互いに
連結した場合に、互いに係合するとともに、前記操作部
から前記モジュール２，３，４，５，６のそれぞれに必
要な信号を伝達するようになっている。

【００２７】前記連通孔３５，３６は、図３に示すよう
にモジュール８，１０が互いに連結した場合に、フレー
ム１３，３１内を互いに連通するとともに、モジュール
８より先端側に位置するモジュール１０などのガス供給
管（図示せず）などを通すようになっている。

【００２８】前記モジュール８，１０の端面１３ａ，３
１ａのうち一方には、前記Ｏリング１２が設けられてい
る。このＯリング１２は、前記コネクタ３３，３４、シ
リンダユニット９及び連通孔３５，３６を包囲するよう
に設けられている。

【００２９】前記Ｏリング１２は、図３に示すようにモ
ジュール８，１０が互いに連結した際に、端面１３ａ，
３１ａに密着することによって前記フレーム１３，３１
の内部を外部から気密を有して遮断するようになってい
る。なお、図示例において、Ｏリング１２は、結合孔１
１を有するモジュール１０のフレーム３１に設けられて
いるが、前記シリンダユニット９を有するモジュール８
のフレーム１３に設けられても良い。

【００３０】また、図１に示すように、前記モジュール
２，３，４，５，６のうち最も基端側に位置するモジュ
ール６は前記ガス供給源３０とは別のガス供給源４１に
接続している。このガス供給源４１は、前記モジュール
６内に清浄な気体を供給するようになっている。供給さ
れた清浄な気体は前記連通孔３５，３６などを通って、
マニピュレータ１内に充満することとなる。なお、ガス
供給源４１と連通孔３５，３６とで本明細書中に記した
気体圧送手段を構成している。

【００３１】また、前記ガス供給源３０，４１はスイッ
チ操作などによって、前記ガス供給管２８，２９及びモ
ジュール６内に気体を供給するか否かを容易に切り換え
るようになっている。

【００３２】なお、本実施形態においては、図１に示す
ように、全長がほぼ１ｍでかつ関節を７つ有するととも
に５つのモジュール２，３，４，５，６に分割可能なマ
ニピュレータ１を示しているが、複数のモジュールに分
割可能なものであれば全長が１ｍより長くても短くて
も、関節が７つより多くても少なくても良い。

【００３３】前述した構成によれば、モジュール８，１
０を互いに連結する際は、モジュール８，１０の端面１
３ａ，３１ａを互いに近付けた状態において、シリンダ
ユニット９の後部エアー室２７にガス供給源３０から気
体を注入する。するとピストン１５がモジュール１０に
向かって押出されテーパ面２５が鋼球２０をマニピュレ
ータ１の外周方向に突出することとなる。

【００３４】そして、この鋼球２０が前記結合孔１１の
傾斜面３２に当接することとなる。前記傾斜面３２は、
結合孔１１の開口径が端面３１ａから離れるのにしたが
って拡大するように形成されているので、前記モジュー
ル１０をモジュール８に向かって付勢しながら、前記鋼
球２０は結合孔１１に係合することとなる。

【００３５】この後、略同時に、Ｏリング１２が端面１
３ａ，３１ａによって押され、モジュール８，１０のフ
レーム１３，３１間の気密を確保して、このフレーム１
３，３１が互いに気密状態に保たれるとともに、連通孔
３５，３６がフレーム１３，３１の内部を連通すること
となる。

【００３６】そして、前記ガス供給源４１からマニピュ
レータ１の内部に清浄な気体を供給して、このマニピュ
レータ１の内部の圧力を、外部の圧力より例えば０．０
１ＭＰａなどの比較的低い圧力だけ、高い状態に維持す
る。

【００３７】また、前述したモジュール８，１０同士の
連結とともに、前記コネクタ３３，３４は互いに係合
し、モジュール８，１０が互いに電気的に連結すること
となる。

【００３８】モジュール８，１０を互いに分離する際に
は、前記ガス供給源３０から前記前部エアー室４０に気
体を供給する。すると、供給された気体はピストン１５
をモジュール８に向かって押し戻すこととなる。ピスト
ン１５のテーパ面２５が鋼球２０を突出しなくなり、モ
ジュール８，１０間の連結が解除されることとなる。

【００３９】前述したように、モジュール８，１０は、
鋼球２０及び結合孔１１などによって互いに機械的に連
結されるとともに、コネクタ３３，３４が互いに係合す
ることによって電気的にも連結される。モジュール８，
１０が互いに連結された時には、Ｏリング１２によって
フレーム１３，３１の内部は、外部から遮断される。

【００４０】ここで、フレーム１３，３１は、少なくと
も外表面がステンレスなどの耐腐食性材料からなるた
め、酸やアルカリなどの腐食性を有する雰囲気中におい
ても、腐食されないとともに、フレーム１３，３１の内
部がＯリング１２によって外部から遮断されかつガス供
給源４１から清浄な気体を送込まれて外部より高い圧力
に保たれているので、腐食性を有する雰囲気がマニピュ
レータ１の内部に浸入することがない。

【００４１】このため、マニピュレータ１の内部の機器
を構成する材質が何であっても、腐食性を有する雰囲気
中において、一部または全体を覆うカバーを用いる必要
がない。

【００４２】したがって、マニピュレータ１の可動範囲
に制限が加わったり、動作が妨げられなくなって、マニ
ピュレータ１が本来有する機能を十分に発揮できるよう
になるため、マニピュレータ１を用いた作業の効率が向
上することとなる。

【００４３】また、マニピュレータ１が直列に連結され
るモジュール２，３，４，５，６によって構成され、前
記モジュール２，３，４，５，６を連結する連結機構７
は、ガス供給源３０から操作されるシリンダユニット９
によって連結・分離が動作される。

【００４４】前記ガス供給源３０のスイッチ操作などに
よって、シリンダユニット９を動作するための気体の供
給先（前部エアー室４０、後部エアー室２７）を容易に
切り換えることができるので、モジュール２，３，４，
５，６同士の連結・分離を容易に切り換えることができ
る。

【００４５】このため、遠隔操作の別の手動マニピュレ
ータや分厚いグローブをつけた人間の手によって、容易
にモジュール２，３，４，５，６の交換が行えることと
なる。

【００４６】したがって、一部のモジュールが故障した
場合では、故障したモジュールと交換するモジュールを
腐食性を有する雰囲気中に持ち込んで、遠隔操作の別の
手動マニピュレータなどを用いて交換して、マニピュレ
ータ１の修理を行うことができる。

【００４７】このため、マニピュレータ１全体を交換す
ることなく容易に修理できるので、修理に必要とされる
手間と時間を抑制することとなって、作業の進捗状況に
対する影響を抑制することができる。

【００４８】また、人間がモジュールを交換する場合に
も、作業に必要とされる手間と時間を抑制するので、人
体に対する影響を抑制することができる。前述した実施
形態によれば、次の構成が得られる。 （付記１）複数のモジュールを直列に連結してなるマニ
ピュレータにおいて、前記モジュールの外殻を形成する
フレームの外表面が耐腐食性材料で構成され、前記モジ
ュール相互の連結部分には、各モジュールに必要な電気
配線などの連結とともに各モジュールのフレーム間を気
密状態に保つ連結機構を備えたことを特徴とするマニピ
ュレータ。 （付記２）前記マニピュレータの内部に気体を送込むこ
とにより、マニピュレータの内部を外部より高い圧力に
保つ気体圧送手段を備えたことを特徴とする付記１記載
のマニピュレータ。 （付記３）前記連結機構が、相互に連結されるモジュー
ルのうち一方のモジュールに設けられ伸縮自在なシリン
ダユニットと、前記シリンダユニットの伸縮によってマ
ニピュレータの外周方向に突出する係合子と、他方のモ
ジュールに設けられ前記係合子と係合する結合孔と、前
記モジュールのうち片方のモジュールに設けられかつ前
記係合子と結合孔とが互いに係合した際に前記フレーム
間を気密状態に保つシール部材とからなることを特徴と
する付記１記載のマニピュレータ。

【００４９】付記に記載されたマニピュレータは、モジ
ュールのフレームの外表面が耐腐食性材料によって構成
され、かつ前記フレーム間を互いに気密状態に保つの
で、カバーを用いなくても腐食性を有する雰囲気が内部
に浸入することがない。したがって、マニピュレータが
本来有する機能を十分に発揮できるようになるので、作
業の効率が向上することとなる。

【００５０】また、マニピュレータを複数のモジュール
によって構成したので、故障したモジュールのみを交換
することによって容易に修理でき、修理に必要とされる
手間と時間とを抑制することができる。

【００５１】さらに、マニピュレータの内部の圧力を外
部より高い圧力に保つので、腐食性を有する雰囲気中に
おいて、カバーを用いなくてもより確実に腐食性を有す
る雰囲気が内部に浸入することがない。

【００５２】また、シリンダユニットの伸縮によって係
合子と結合孔とが互いに係合し、かつシール部材がフレ
ーム間を気密状態に保つので、腐食性を有する雰囲気中
において、カバーを用いなくてもこの腐食性を有する雰
囲気が内部により確実に浸入することがない。

【００５３】したがって、マニピュレータの可動範囲の
制限や動作に対する妨げがなくなり、マニピュレータが
本来有する機能を十分に発揮できるようになって、マニ
ピュレータを使用した作業の効率が向上することとな
る。

【００５４】

【発明の効果】本発明の作業用マニピュレータは、マニ
ピュレータを構成するモジュールのフレームの外表面が
耐腐食性材料によって構成され、このモジュール相互の
連結部分が前記フレーム間を気密状態に保つ連結機構を
備えているので、腐食性を有する雰囲気中において、カ
バーを用いなくても、腐食性を有する雰囲気が内部に浸
入することがない。

【００５５】したがって、マニピュレータの可動範囲の
制限や動作に対する妨げがなくなり、マニピュレータが
本来有する機能を十分に発揮できるようになるので、マ
ニピュレータを使用した作業の効率が向上することとな
る。

【００５６】また、マニピュレータを複数のモジュール
によって構成しかつ連結機構の連結とともに電気配線も
連結されるので、一部のモジュールが故障した際に、マ
ニピュレータ全体を交換せずに、故障したモジュールの
みを腐食性を有する雰囲気中で交換でき、容易にマニピ
ュレータを修理できる。したがって、修理に必要とされ
る手間と時間とを抑制することとなって、マニピュレー
タで実施していた作業の進捗状況に与える影響を抑制す
ることができる。

【００５７】さらに、前述した効果に加え、モジュール
相互が互いに連結した際に、気体圧送手段がマニピュレ
ータの内部の圧力を外部より高い圧力に保つので、腐食
性を有する雰囲気中において、カバーを用いなくても、
腐食性を有する雰囲気がマニピュレータの内部により確
実に浸入しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すマニピュレータの側
面図。

【図２】図１に示されたマニピュレータの連結機構を示
す側断面図。

【図３】図２示された連結機構が連結した状態を示す側
断面図。

【符号の説明】

１…マニピュレータ ２…モジュール ３…モジュール ４…モジュール ５…モジュール ６…モジュール ７…連結機構 ８…モジュール ９…シリンダユニット １０…モジュール １１…結合孔 １２…Ｏリング（シール部材） １３…フレーム ２０…鋼球（係合子） ３１…フレーム ３５…連通孔（気体圧送手段） ３６…連通孔（気体圧送手段） ４１…ガス供給源（気体圧送手段） ａ…連結部分 ｂ…連結部分 ｃ…連結部分 ｄ…連結部分

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のモジュールを直列に連結してなるマ
   ニピュレータにおいて、 前記モジュールの外殻を形成するフレームの外表面が耐
   腐食性材料で構成され、 前記モジュール相互の連結部分には、各モジュールに必
   要な電気配線などの連結とともに各モジュールのフレー
   ム間を気密状態に保つ連結機構を備えたことを特徴とす
   るマニピュレータ。
2. 【請求項２】前記マニピュレータの内部に気体を送込む
   ことによりマニピュレータの内部を外部より高い圧力に
   保つ気体圧送手段を備えたことを特徴とする請求項１記
   載のマニピュレータ。