JP2009035238A - 磁気吸着搬送車および配管内検査車 - Google Patents

Abstract

【課題】配管径が変化していても鉛直分岐があっても、そこに入り込んで走行できる搬送車および配管内検査車を得る。
【解決手段】２自由度のヒンジ4により磁気吸着型クローラ1の二つを結合することで、管璧の形状に応じてそれぞれのクローラ1を管壁に密着させて磁気吸着させ、さらに鉛直分岐部を走行するときに落下しないような安定化モーメントを与える装置2を有する車両をテレビカメラで管内をモニタしながら、独立駆動型のモータを操縦し、管内を走行させて物品を搬送したり、管内を検査する小型車両。
【選択図】図１

Description

この発明は主として、管内を走行する物品搬送車およびおよび分岐のある水道管、ガス管、原子力配管等の配管内欠陥の検査車両として使用される。

従来工場あるいは建設作業現場において物品を目的の場所に搬送する場合、ベルトコンベアとか搬送車が用いられてきたが、これらを用いた場合は、下の階から上の階等に物品を運ぶために、エレベータ等の昇降装置が必要であった。このような問題に対し、磁性材を用いた走行路を設置し、その上を磁気クローラを有する車両を走行させると、クローラの磁石が磁性路面に吸着するため、下の階から上の階へ車両を連続的に移動させることができる。このような磁気クローラ式搬送車はすでに発明されており、一部実用化されている。しかし、これまでの磁気クローラ式搬送車では、搬送路が平面でなければならないという制約があった。すなわち、搬送路の環境を外界から遮断することが求められるクリーンルームなどでは、搬送路をパイプで構成すると安価であるが、そのようなパイプ内を従来の磁気クローラ式車両で走行することは困難であった。

一方、従来人間の入れない大きさの配管内欠陥を検査する方法としては、外側より磁気を作用させて検査する磁気探傷法、音波で検査する超音波探傷法が一般的である。近年配管内に検査機を挿入して検査する方法も開発されているが、その一般的な方法は探傷器をピアノ線とか棒で管内に挿入して調べるものであるが、この方法では、複雑でかつ長い配管を連続的に調べることは難しい。配管内を走行させて管内を連続的に検査する装置としては、三つのタイヤを管内壁に押しつけ、その摩擦力で走行する方法とか磁気車輪を用いて車輪を管璧に吸着させて走行する方法が開発されているが、これらの方法では、鉛直分岐のある管の検査はできない。一方、磁気クローラを有する検査車も発明されているが、この方法でも、鉛直管と分岐管には適用できない。

以上のようにこれまでの搬送車両あるいは検査車両では、鉛直分岐管を有する配管網内を走行するはできないという欠点があった。

本発明は上記の欠点を解消するものである。すなわち、配管径が変化していても、鉛直分岐があってもそこに入り込んで走行できる搬送車および配管内検査車を得ることが目的である。

磁気クローラ車両は、クローラに取り付けられた磁石が磁性を有する走行路に吸着することで走行時の摩擦を確保するとともに管壁からの脱落を防止するものであるので、磁気クローラが管壁に密着することが必要である。
請求項１記載の発明に関わる車両は、２自由度のヒンジを設けてふたつのクローラを結合することで、それぞれのクローラが管璧の形状に応じて管壁に密着するようにしたものである。とくにこの車両が管内で旋回を行う場合も、それぞれのクローラはその走行方向軸とそれと垂直な軸に対して回転できるため、クローラがねじれたような姿勢も可能となり、管壁に密着し、大きな磁気吸着力を得ることができる。

請求項２記載の発明はクローラの駆動と管内欠陥の検査に係わるもので、管内を走行するときにモータ駆動および管内モニタのためのテレビ用の電線を無くし、また、請求項１の２自由度ヒンジの部分に駆動軸を通す必要性を無くしており、左右の車輪をモータで独立駆動させることで、管内での車両の自由な前後左右の走行および旋回を可能としている。このように、この車両は配管内を前後左右に移動でき、自由に旋回したり、管内壁の天井にも張り付いて走行できるので、テレビモニタにより配管内を監視して、欠陥があるときはその近くに車両を移動させることができ、必要に応じてテレビカメラの撮影倍率を増大させて欠陥を拡大撮影するなどすることで、配管内を詳細に検査することができる。また、欠陥検査センサーを搭載しておくと、そのセンサーからも欠陥を検出することができる。

請求項３記載の発明では、請求項１〜２記載の車両を鉛直分岐部に進入させて重力に打ち勝って昇るためのものである。すなわち、管と管が直角あるいは角度を持って接合されている分岐部は接合部に段差がある。この段差が平地にあるときは、車両の重力で問題なく段差をのりこすことができる。しかし、分岐管が鉛直の場合は、段差の部分に請求項１〜２の車両を走行させると、クローラの先端が持ち上がり、車両の傾き角が鉛直軸に対して管壁の外側にあるときは落下モーメントが作用し、クローラの磁気吸着力によるモーメントがそれより小さくなると車両は管壁から剥がれて落下する。これを無くするため、請求項３の発明では、車両全体を前方に傾けるようなモーメントを与える装置有する車両を提供する。この装置により、車両の傾き角を鉛直軸に対して管壁側にあるようにすることで、車両の管壁からの落下を防止することができる。

なお、本発明の車両は車両を挿入する管を磁性体で作られていなければならないという制約があるため、通常の鉄管に対しては問題なく使用できるが、非磁性であるオーステナイト系ステンレス管には使用できない。しかし、磁性のあるフェライト系ステンレス管の場合はもちろん適用できる。

以上説明したように本発明に係わる車両は、小型であるににもかかわらず、大きな吸着力を有し、分岐のある鉛直管内、管内の天井壁面を自由に旋回走行ができるという効果がある。

本発明の実施形態に係わる車両について、図１〜図３に基づいて説明する。
図１は本発明の実施形態の車両の平面図を、図２はその側面図を示したもので、クローラ１は柔軟なベルトに多数の磁石チップ１ａが適当な間隔をあけて貼り付けられている。これらの磁石は磁性体で作られた走行路と磁気回路を構成するようにその極はＮ，Ｓ，Ｎ・・・のように交互に反転して配置され、強い吸着力が得られるように配置される。このクローラには、磁石チップ間に適当な大きさのスリットが設けられており、そのスリットにスプロケット状の歯付き車の歯が噛み合い、フレームに取り付けられたふたつの歯付き車に巻き付けられている（以下歯付き車を有するクローラを単にクローラと称する）。歯付き車の取り付けられたフレームにはねじりばねにより復元力の与えられた安定化装置２が取り付けられている。このようなクローラをふたつ作り、そのフレームを２自由度ヒンジ４で結合する。

この車両の２自由度ヒンジ４の具体的構造を示したものが、図３である。図でヒンジ４ａはクローラの長手方向に平行な軸ＡＡ’軸周りに回転し、また、それと直角方向の軸ＢＢ’軸周りにヒンジ４ｃが回転する。このような２自由度ヒンジを有する車両を磁性体で作られた管内に管軸方向に平行に置くと、ヒンジ４ａが回転して、二つのクローラは管壁に沿って傾き、管壁に密着する。このとき、クローラに取り付けられた磁石チップのうち管壁に接する磁石チップのほぼ全表面積が管壁に密着するので、大きな吸着力が得られる。一方、この車両が管内で旋回し、管軸に直角に置かれた場合は、クローラの下面が円形にたわみ管壁に密着して吸着される。もっとも吸着が難しくなるのは、車両の姿勢が旋回時に管軸方向と管軸直角方向との中間にある場合である。しかし、本発明では、そのような場合に、ヒンジ４ａとヒンジ４ｃが回転してそれぞれのクローラが管壁に密着するようになっているので、このような場合でも大きな磁気吸着力を得ることが可能となる（請求項１）。

配管内の垂直面や天井面で旋回させると、片方のクローラの先端が持ち上がり、本体が回転しすぎて磁石の接地面積が減少し、吸着力が小さくなることにより配管面からはがれ落ちてしまうことがある。また、段差などにより片方のクローラの先端の磁石が配管面からはがれた場合、そのまま磁石がはがれた方のクローラのみを回転させると、車体が回転してしまうことがある。この対策としては、走行軸と直角な軸周りに対して一定の角度以上回転しないように、ストッパを装着することで解決できる。ストッパについては、いろいろなものがあり、二つのクローラの回転角を適当な角度に抑えるものであればどのようなものでもかまわない。本実施例では、ＢＢ’軸周りのヒンジの回転を約２０°程度までの回転に抑制するようにストッパを取り付けている（請求項１）。なお、このストッパは管が水平に近い状態で置かれているときは必要ない。

本車両では、ふたつのクローラを２自由度ヒンジで結合するため、それぞれのクローラの駆動を独立に行うことが望ましい。また、クローラの駆動を独立にすることで、それぞれのクローラのモータを正転あるいは逆転させることで、車両を前進、後退、旋回させることができる。本発明の車両の場合、クローラの駆動に要するトルクはクローラの磁石チップ２枚（両側）による吸着トルクに打ち勝つものであるので、通常の平地走行を行う車輪型車両に比べ、駆動トルクは相当に大きくなる。そこで、モータと原動側歯付き車の間に適当な減速器を介してモータを接続する。このとき、モータの形状により出力方向を考えて減速器を選択する。この車両の駆動を有線式で行うことがもっとも簡単ではあるが、配管網内を車両が電線を引いたままで旋回等を繰り返すと、線が絡み合うおそれがある。そこで、小型電池を電源として、車両に搭載し、無線式ドライバを車両に搭載することでこの問題を解決することができる。磁性管ではあるが、管内は空洞であるので管端から電波を発信したときの電波の吸収は分岐管を有する配管網でもそれほど大きくは無い。しかし、長い管路を走行する場合は、適当な間隔でアンテナを設置し、各アンテナを管内壁近くまで挿入しておけば、操縦者がアンテナ間を移動しながら車両を操縦することができるので、長い管路でも無線式で操縦できる。なお、アンテナは電波が届く程度の深さであれば、地中に埋設されていても差し支えない。

また、本実施例で車両を操縦する場合に管内状況をモニタする必要がある。これを可能にするため、無線式のテレビカメラを搭載してある。このカメラからの映像をモニタしながら車両を操縦し、また管内欠陥もモニタで監視する（請求項２）。

管と管が直角あるいは角度を持って接合されている分岐部は接合部に段差がある。この段差が水平面にあるときは、車両の重力で問題なく段差をのりこすことができる。しかし、分岐管が鉛直の場合は、段差の部分をクローラが走行するときにクローラの先端が持ち上がり、落下モーメントが作用し、車両は管壁から剥がれて落下する。これを防止するためには、車両全体を前方に傾けるようなモーメントを与える安定化装置を取り付ければ良い。図２中の２がこのときの落下を防止する装置である。この装置は安定化モーメントを与えるため、車体後部に軸２ｃとアーム２Ｂをねじりばねで結合し、また腕２Ｂの先端には補助車輪２Ａが取り付けられている。補助車輪がクローラの底面より下になるように腕２Ｂの取り付け角αを調整する。この状態の車両を磁性管の内面に置くと、磁石の吸着力でクローラの磁石チップが管内壁に吸着するため、腕が回転して補助車輪２Ａが管壁まで持ち上げられて接地する。このとき、ねじりばねは腕の回転分だけ回転させられたので、図２で示される車両には反時計回りのモーメント（安定化モーメント）が作用している。このような車両を鉛直分岐部に沿って昇らせると、この安定化モーメントにより、車両は常に管壁に押しつけられて磁気により吸着しているので、落下することなく、安定に鉛直分岐部を昇ることができる（請求項３）。

前記のような車両を実際に製作して、配管内を走行させてみた。このときの車両の全長は１０２ｍｍ、全幅は６９ｍｍ、高さは２８ｍｍ、総重量は１６５ｇであり、磁石チップの寸法はクローラの長手方向長さが８ｍｍ、幅は１２ｍｍ、厚さは２ｍｍ、磁化強度は０．９Ｔであった。モータは定格電圧が１２Ｖ（直流）、定格電流が１７０ｍＡ、定格トルクが５００ｇｃｍ（ギア比＝１／９７）、重量が２５ｇの減速器内蔵モータをクローラフレーム５に固定して歯付き車に接続し、その上に９Ｖと１．５Ｖ（単５電池）を直列接続した電池を搭載し、反対側のフレーム上に無線式モータドライバを搭載した。また、車両前方に照明用ＬＥＤと無線式小型カメラを搭載した。さらに、安定化モーメントを与える装置についてのねじりばねは、内径３ｍｍ、巻数４、線形０．５ｍｍであった。アーム長３０ｍｍで標準ねじりばねを用いると、そのばね定数はｋ＝０．１８４５Ｎ・ｍｍ／ｄｅｇであり、接地時のねじり角はθ−θ_０＝１３°であった。一方、走行路は直径１５ｃｍの直煙筒とＴ字煙筒、Ｌ字煙筒を地面に立てた状態で組み合わせた配管総長が２．４２ｍの磁性管である。

前記の車両を用いて管路内走行試験を行ったところ、煙筒の中での前後走行、旋回、天井走行はもとより鉛直分岐部分も安定に走行できた。さらに、テレビカメラのモニターで煙筒内に作られた疑似欠陥を検出することができた。

本発明の実施形態を示す車両の平面図である。 本発明の実施形態を示す車両の側面図である。 本発明の２自由度ヒンジの実施例である。

符号の説明

１ クローラ
１ａ 永久磁石チップ
２ 安定化モーメントを与える装置
２Ａ 車輪
２Ｂ 腕
２Ｃ ねじりばねの取り付けられた軸
α ねじりばねによる腕の初期取り付け角
４ ２自由度ヒンジ
４ａ ＡＡ’ 軸周りに回転するヒンジ
４ｂ１ ４ａと４ｃの取り付け具
４ｂ２ ４ｂ１の軸受
４ｃ ＢＢ’軸周りに回転するヒンジ
５ モータ、カメラ、電池、モータドライバ、照明等を搭載する台。
ＡＡ’ クローラに平行な軸
ＢＢ’ クローラに垂直な軸

Claims (3)

1. フレームの前後に歯付き車を有し、その車に永久磁石素片を貼り付けたベルトを平行掛けした磁気クローラを有するふたつのフレームをクローラに平行な軸およびそれと直角軸回りに回転する２自由度ヒンジ、あるいは必要に応じて直角軸回りの回転角を抑制するストッパを有する２自由度ヒンジで結合することを特徴とする車両。
2. 各クローラの駆動車輪をそれぞれ独立に駆動できるように、適切な減速機を介してモータの取り付けられた請求項１記載の車両に電池と無線式ドライバおよび無線式テレビカメラを搭載した車両。
3. 請求項１および２記載の車両に車両全体を前方に傾けるようなモーメントを与える装置を有する車両。

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