JP2011011638A - 管内自走装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
細管かつ曲がりが急な配管であったり障害物があったりして、走行中に不安定な状態となっても、自ら復元して転倒などすることなく安定して走行することができる管内自走装置を提供すること。
【解決手段】
走行手段３０と配管Pとの２つの接点S、T間に重心位置がくるように走行手段３０の輪距３２と重心位置を配管Ｐの管径に対して設定したこと。
【選択図】図３

Description

本発明は、配管内を走行する自走装置に関し、特に配管の内径が人や大型機械が入れないような細い場合や配管の曲がりが急な場合に適した管内自走装置に関するものである。

例えば、下水道等の配管は、その敷設を終わった際や、メンテナンスを行う場合に、配管内部の清掃を行わなければならない。この清掃作業は、配管の内径が人や大型機械が入れるような場合では殆ど問題なく行えるが、配管が細い場合には、例えば先に清掃具を取り付けた竹竿を、マンホールの外から差し込んで人が動かす等の手間の掛かる作業を行わなければならない。

そこで、特許文献１にて提案されているような手段を使って、上記のような細い配管内の清掃を行うことが検討されている。

特開２００２−２５４０４６号公報、要約

上記特許文献１にて提案されている「管清掃方法、ロープ牽引装置および引張り摺動具」は、「管内の清掃を従来よりも効率的に行うことができる管清掃方法及びその方法等の実施に使用するロープ牽引装置を提供すること」を目的としてなされたもので、特に、ロープ牽引装置は、当該特許文献１の図３にて示したように、「ロープRを牽引しながら管内３０を自走するロープ牽引装置２０であって、管横断面の径方向に又は放射状に相対配置される少なくとも二つの車輪２５と、前記少なくとも二つの車輪２５の各々を管の内壁面に向けて付勢し当接させるための付勢機構２６と、前記車輪２５のうちの少なくとも一つを駆動するための駆動源２７とを備える」という構成を有するものである。

勿論、「ロープ牽引装置」としては、この特許文献１で提案されているもので完成されていると思われるが、下水管等の配管には継ぎ目や埋設する際に残された砂利などの管内残留物が存在し、また、これらの配管は色々な経路で施設されるため、屈曲して埋設されることも多く、場合によって９０度の鋭角でしかも細い管径の場合もある。例えば、下水管で言えば、管径１５０ｍｍφ、屈曲半径が２３５mm、屈曲角度が９０度という様な、細管かつ曲がりが急な配管も存在する。

このような場合、特許文献１に記載の発明では、細径には対応できるものの９０度という屈曲角度には対応することができないという問題も残されている。つまり、特許文献１に記載の発明は、車輪が内壁面に当接しつつ駆動されるため、配管の屈曲部（コーナー）では車輪が内壁面から浮いてしまい駆動力を伝達することが出来ずに装置自体が停止してしまうという問題である。

さらに、車輪が管横断面の径方向にのみ相対配置された場合には、管内を走行して行く際に管の継ぎ目や管内残留物に乗り上げてバランスを崩し、最悪の場合には装置自体が転倒するという重大問題も内在している。

そこで、本発明者等は、配管が細くかつ曲がりが急であっても、さらに管内に継ぎ目や残留物などの障害物があっても安定して走行することができる管内自走装置とするにはどうしたらよいかについて種々検討を重ねてきた結果、本発明を完成したのである。

すなわち、本発明の目的とするところは、細管かつ曲がりが急な配管であったり障害物があったりして、走行中に不安定な状態となっても、自ら復元して転倒などすることなく安定して走行することができる管内自走装置を提供することにある。

以上の課題を解決するために、まず、請求項１に係る発明の採った手段は、後述する最良形態の説明中で使用する符号を付して説明すると、
「シャーシ１０に設けた走行手段３０により配管Ｐ内を自走する装置１００であって、
走行中に不安定な状態となっても自律復元するよう、前記走行手段３０と配管Pとの２つの接点S、T間に重心位置Gがくるように前記走行手段３０の輪距３２と重心位置Ｇを前記配管Ｐの管径に対して設定したことを特徴とする管内自走装置１００」
である。

この管内自走装置１００は、配管Ｐの管径に対して輪距３２を調整することにより管内における重心位置Ｇを低く設定できるため、最小の配管屈曲位置であっても、また配管Ｐの継ぎ目やその他の障害物に接した場合においても、つまり走行中に装置自体が蛇行したり傾斜する等の不安定な状態となっても転倒することなく自ら復元して安定して走行する事が可能である。ここで、輪距３２とは、自動車における左右のタイヤの接地面の中心と中心との距離をいいトレッド幅ともいう。

そもそも、図４に示すように、配管Ｐ内の屈曲位置（カーブ）を走行する際には、装置自体は遠心力により角度αだけ傾斜する事になる。この際、図４（ａ）に示すように重心位置Ｇが高いと、走行手段３０と配管Ｐとの接地箇所を支点Sとして転倒し易くなる。一方、図４（ｂ）に示すように重心位置Ｇを下げれば、同じ傾斜角αであっても支点を超えることがないため転倒し難くなるのである。

さらに、図４（ｃ）に示すように重心位置Ｇを走行手段３０の軸心３１よりも下方に下げれば、傾斜角α以上の角度であっても重心位置Ｇは支点Sより外側に来るため転倒しづらくなるのである。これは当然の原理であるが、では重心位置Ｇを低くするにはどうしたら良いかであるが、配管Ｐの管径が一定であるならば、走行手段３０の輪距３２を狭くすれば、配管Ｐ内における重心位置Ｇの位置を低くすることができるのである。

次に、この管径と輪距３２及び重心位置Ｇとの関係について、模式的に表現した図５及び図６を基づいて説明する。図５（ａ）と図５（ｂ）とを比較して検討すると、両図はともに管径や走行手段３０を構成するタイヤ幅など、輪距３２以外は全く同じである。

この状態において、図５（ａ）から図５（ｂ）の様に輪距３２を広くすると、管内自走装置１００自体の重心位置Ｇは配管Ｐに対して高くなる。逆に言えば、走行手段３０の輪距３２を狭くすれば、配管Ｐ内における重心位置Ｇの位置は低くなるのである。

この状態のまま管内自走装置１００が配管Ｐ内を走行し、配管Ｐの屈曲位置（カーブ）に差し掛かると、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、その遠心力により管内自走装置１００は傾斜する。ここで、輪距３２の狭い図６（ａ）の管内自走装置１００は、走行手段３０と配管Ｐとの接地箇所である支点Sが重心位置Ｇより遠心力方向（外方）に来るため、管内自走装置１００は転倒し易くなる。

一方、輪距３２を広げた図６（ｂ）の管内自走装置１００は、支点Sが重心位置Ｇより内方に来るため転倒し難くなるのである。この状況は配管Ｐの管径が変われば当然に変わり、管径が細い程、顕著に表れるのである。

換言するならば、走行手段３０と配管Pとの２つの接点である支点S及びTの間に重心位置Gがくるように配管Ｐの管径に対して走行手段３０の輪距３２と重心位置Ｇを設定することにより、走行時において配管Ｐが急激に曲がっていたり、あるいは配管Ｐの継ぎ目やその他の障害物に接した場合においても、転倒することなく安定して走行する事ができるのである。また、走行中に管内で装置自体が傾いた場合に、その傾斜角が１０度以上となると自ら復元するように配管Ｐの管径に対して走行手段３０の輪距３２と重心位置Ｇを設定することが好ましい。

なお、走行手段３０であるタイヤ径を小さくすれば重心位置Ｇを低くすることは可能であるが、管内にある砂利などの障害物を乗り越える事が出来なかったり、障害物がシャーシ１０の底面と配管Ｐの底内壁に挟まって所謂亀状態となって走行手段３０が機能しなくなり、走行不能に陥ってしまう場合もある。これを避けるためにタイヤ径を大きくすれば、重心位置Ｇが高くなってしまうのである。そこで、本発明の様に輪距３２を調整することにより、タイヤ径を変えることなく重心位置Ｇを有効に変更できるのである。

従って、この請求項１の管内自走装置１００によれば、細管かつ曲がりが急な配管Ｐや管内に継ぎ目や砂利などの多少の障害物があっても、つまり走行中に装置自体が蛇行したり傾斜する等の不安定な状態となっても自ら復元して転倒することなく安定して走行する事ができるのである。

また、上記課題を解決するために、請求項２に係る発明の採った手段は、上記請求項１に記載の管内自走装置１００について、
「シャーシ１０に、配管Ｐが屈曲する位置ではその内壁に接しつつ回転するガイドローラ２０を少なくとも進行方向に１個以上備えたこと」
としたことである。

すなわち、この請求項２に係る管内自走装置１００は、少なくとも進行方向に１個以上のガイドローラ２０を備えたシャーシ１０により配管Ｐ内を自走するようにしたものであり、そのガイドローラ２０は配管Ｐが屈曲する位置ではその内壁に接しつつ自在に回転するようになっている。

以上のような管内自走装置１００によれば、配管Ｐの内壁に接するガイドローラ２０を有するため、図９に示すように、この装置自体の進行方向が前もって案内されることになり、配管Ｐの屈曲角度（カーブの回転半径）が急激であってもスムーズに走行することができるのである。

その意義から、このガイドローラ２０は進行方向に対して少なくと一つ備えておればよいのであるが、図１及び図２に示したように、管内自走装置１００の本体四隅に有するのが最も効率良くその作用をこなすことができるのである。

また、進行方向に対して少なくとも１つとは、例えば図１０に示すように、管内自走装置１００の本体に対して左右に回動自在なアーム２１を設け、その先端にガイドローラ２０を設置することにより、配管Ｐの屈曲位置における内壁にガイドローラ２０が接し、逆方向に配管Ｐが屈曲した位置では、アーム２１が反対方向に回動してガイドローラ２０が配管Ｐの内壁に接するようにしても良い。

従って、この請求項２の管内自走装置１００は、上記請求項１のそれと同様な機能を発揮する他、低コストかつ簡単な構成であって、しかも配管Ｐの屈曲角度が急激であってもスムーズに走行させる事ができるものとなっているのである。

次に、上記課題を解決するために、請求項３に係る発明の採った手段は、上記請求項１又は請求項２のいずれかにに記載の管内自走装置１００について、
「走行手段３０は、モータ４０及びバッテリ５０により駆動されるタイヤであること」
としたことである。

走行手段３０は、管内自走装置１００を管内で走行させる手段であるから、上述したように配管Ｐの継ぎ目や障害物を乗り越えるには無限軌道式のものも適しているが、コストや構造の簡単さ、或いは走行スピードの点からするとタイヤが適しており、その駆動手段としてモータ４０及びバッテリ５０が最適である。

勿論、この駆動手段としては、モータ４０及びバッテリ５０以外に、小型エンジンとその燃料であってもよいが、いずれにしても、走行手段３０により管内自走装置１００を配管Ｐ内に単独で走行させることができればよい。

従って、この請求項３の管内自走装置１００は、上記請求項１又は２のそれと同様な機能を発揮する他、低コストかつ簡単な構成であって、しかもスムーズに走行させる事ができるものとなっているのである。

さらに、請求項４に係る発明の採った手段は、上記請求項１〜請求項３のいずれかに記載の管内自走装置１００について、
「走行手段３０は、プーリー４１及びベルト４２を介して駆動されること」
としたことである。

このような走行装置の駆動手段としては、モータ４０の駆動力をタイヤなどに伝達するためにギヤ式とするのが一般的であるが、ギヤ式を採用した場合には管内の砂等を噛んで停止してしまうか、最悪の場合ギヤ自体の破損を招く恐れがある。

そこで、図１〜図３に示すように、モータ４０の駆動力をプーリー４１及びそのプーリー４１に巻装されたベルト４２を介して伝達できるようにすれば、管内に、砂や砂利、或いは水が入っていても停止したり、破損したりすることはない。

ところで、走行手段３０の駆動方法としては、上述したように無限軌道式や２輪タイヤ駆動式であっても良いが、障害物回避能力やスピードの観点からすると、四つのタイヤを駆動する四輪駆動方式が最も有効である。

このような四輪駆動方式の場合には、図９に示すような配管Ｐの急な屈曲部において、前輪と後輪との間に生じる回転差によって車体自体がギクシャクしてスムーズな走行が妨げられることとなる。この現象を一般に、「タイトコーナーブレーキング現象」といい、四輪駆動車における宿命的な問題である。

この点、この請求項４に係る管内自走装置１００にあっては、プーリー４１に巻装されたベルト４２が滑ることによって、前記回転差を吸収することが可能であるため、この作用がいわゆるセンターデフの役割を果たしてタイトコーナーブレーキング現象を防ぎ、急な屈曲部での走行もスムーズに行われ、さらにタイヤの摩耗や駆動系のトラブルをも防止することができるのである。

従って、この請求項４に係る管内自走装置１００は、上記請求項１〜３のそれと同様な機能を発揮する他、スムーズかつ安定した状態で走行させる事ができるのみならず、走行手段３０の破損を簡単かつ有効に防止することができるものとなっている。

また、請求項５に係る発明の採った手段は、上記請求項３又は請求項４のいずれかに記載の管内自走装置１００について、
「バッテリ５０は、走行手段３０の軸心３１よりも低い位置に装備されている」
としたことである。

この管内自走装置１００において、図２に示すように、走行手段３０の軸心３１よりも低位置にバッテリ５０を装備することにより、重心位置Ｇの位置をさらに下げることが可能となる。これにより、前述した図４（ｃ）の管内自走装置１００の構成と同様となり、転倒防止の効果がより顕著となるのである。

なお、重心位置Ｇを低位置にするには、例えば走行手段３０のタイヤ外径を下げる方法もあるが、そうした場合にはシャーシ１０の底面と配管Ｐの底内壁との間隔が狭くなり、砂利などが挟まっていわゆる亀状態になり易く走行を妨げる恐れもある。

この点、この請求項５に係る管内自走装置１００は、バッテリ５０のみの位置を下げるのみであるので、そのような走行を妨げることなく重心位置Ｇの位置を確実に下げることが可能となるのである。

従って、この請求項５の管内自走装置１００は、上記請求項３又は４のそれと同様な機能を発揮する他、容易に重心位置Ｇを下げることができるため、転倒防止効果が高く、より安定した走行が可能なものとなっているのである。

さらにまた、請求項６に係る発明の採った手段は、上記請求項３〜請求項５のいずれかに記載の管内自走装置１００について、
「バッテリ５０は、シャーシ１０に設けた凹部１２に収納されると共にカバー１３により覆われていること」
としたことである。

この請求項６に係る管内自走装置１００は、図２にも示したように、シャーシ１０に凹部１２を設けることにより、その凹部１２にバッテリ５０を収納し、さらにバッテリ５０をカバー１３で覆ったものであり、このカバー１３により平面領域が設けられることとなって、その領域が有効に活用することができるのである。

つまり、カバー１３により上面がフラットになるため、後述するようなカメラやセンサーなどの付属品が装備し易くなっており、単なる管内を走行する装置のみならず、配管Ｐの配置の歪みやズレの測定や継ぎ目の状態などを観測する装置とするなどの応用が容易となるっているのである。

従って、この請求項６に係る管内自走装置１００は、上記請求項３〜５のそれと同様な機能を発揮する他、カバー１３によって得られた平面領域を有効に活用でき、応用範囲の広い管内自走装置１００とすることができるのである。

次に、上記課題を解決するために、請求項７に係る発明の採った手段は、上記請求項１〜請求項６のいずれかに記載の管内自走装置１００について、
「シャーシ１０の下部に着脱自在の調整ウエイト１４を設けたこと」
としたことである。

この管内自走装置１００は、図７に示すように、ウインチＷに巻き付け収納された索条Ｌを配管Ｐ内に牽引する装置として使用する場合もある。このような場合に、ウインチＷの引出負荷よっては管内自走装置１００の自重が軽すぎると走行手段３０が配管Ｐ内で滑ってしまい適正な駆動力を伝達することができず、確実に索条Ｌを引き出すことができない恐れもある。

そこで、この請求項７の管内自走装置１００では、調整ウエイト１４をシャーシ１０の下部に着脱自在に設けておき、調整ウエイト１４を変更することにより管内自走装置１００の自重を調整して、索条Ｌを牽引する際の適正な駆動力の伝達ができるようになっている。なお、調整ウエイト１４を重くしすぎると、逆にバッテリ５０の消耗が激しくなるので注意が必要である。

従って、この請求項７の管内自走装置１００は、上記請求項１〜６のそれと同様な機能を発揮する他、索条Ｌの牽引を行うのに適した駆動力を容易に得ることができるようになっているのである。

また、請求項８に係る発明の採った手段は、上記請求項３〜請求項７のいずれかに記載の管内自走装置１００について、
「シャーシ１０の前後にモータ４０の始動及び停止を制御するスイッチ５１、５２を設けたこと」
としたことである。

この管内自走装置１００を配管Ｐ内で走行させる場合には、図７に示すように、通常一方のマンホールＭから管内自走装置１００を配管Ｐ内に挿入して走行させ、出口側のマンホールＭの配管Ｐで走行を停止させるのであるが、何らのスイッチをも設けなかった場合には走行手段３０を駆動させた状態のままで配管Ｐに挿入なければならず作業性が悪く、一方で出口側の配管Ｐにおいても勢いよく飛び出してくる可能性があるためその準備が必要となる。

そこで、この請求項８に係る管内自走装置１００にあっては、図１及び２に示すように、シャーシ１０の前後にスイッチ５１及び５２を設け、モータ４０の始動及び停止を制御するようにしたものである。つまり、シャーシ１０の後方に始動スイッチ５２を前方に停止スイッチを設け、各々のスイッチは逆転に作用するように接続されている。言い換えれば、始動スイッチ５２を投入してモータ４０を作動させても、停止スイッチ５１を投入するとモータ４０の作動が停止するようになっているのである。これは丁度２階建て家屋における階段に設けられたスイッチを同じ作用である。

従って、この請求項８に係る管内自走装置１００は、上記請求項３〜７のそれと同様な機能を発揮する他、配管Ｐの入口側に管内自走装置１００を設置してから始動スイッチ５２を入れると走行し始め、配管Ｐの出口側に先頭が出たら停止スイッチ５１で停車させることが可能であるため、簡単かつ容易に操作することができ、利便性に優れたものとなっているのである。

さらに、請求項９に係る発明の採った手段は、上記請求項３〜請求項８のいずれかに記載の管内自走装置１００について、
「モータ４０を熱収縮チューブ４３により被覆したこと」
としたことである。

請求項1〜８に係る管内自走装置１００は、配管Ｐの中を自走することを目的してるが、配管Ｐ内はその繋ぎ目などから侵入した泥水が残留している場合が多々あり、管内自走装置１００が配管Ｐ内を走行する際にその泥水を巻き上げて、モータ４０の電気系統に故障を来すという問題点もある

そこで、モータ４０の電気系統を熱収縮チューブ４３で完全に覆ったのである。熱収縮チューブ４３とは、熱を加えることにより一定の比率で収縮する樹脂筒材であって、一般的には電線の接続部位に絶縁効果を狙って用いられるものである。つまり、この請求項９に係る管内自走装置１００にあっては、モータ４０の電気系統が熱を加えて収縮したチューブにより被覆されることになるのである。

勿論、電気系統のみならずモータ４０の全体を被覆しても良く、この場合には電気系統のみならず、モータ４０の他の機械的部分にも泥水の侵入を防ぐことができるため、より信頼性の高い駆動源となるのである。

従って、この請求項９に係る管内自走装置１００は、上記請求項３〜８に係るそれと同様な機能を発揮する他、熱収縮チューブ４３によって被覆されることによりモータ４０の電気系統の防水性能が向上し、配管Ｐ内に泥水が残留していても何ら問題なく走行できるものとなっているのである。

請求項１０に係る発明の採った手段は、上記請求項１〜９のいずれかに記載の管内自走装置１００について、
「シャーシ１０に索条Ｌを結び付ける締結部１１を備えたこと」
としたことである。

この請求項１０に係る管内自走装置１００は、本発明を最適な例に適応したものであり、図７に示すようなマンホールＭに連なる配管Ｐ内を自走して索条Ｌを牽引する装置に最適である。すなわち、図１及び図９に示すように、管内自走装置１００のシャーシ１０の前後に索条Ｌを締結する締結部１１を設けて、この締結部１１に索条Ｌを結び付けることにより、管内自走装置１００は配管Ｐ内をウインチＷから引き出しつつ索条Ｌを牽引して自走し、配管Ｐ内に索条Ｌを挿通させるのである。

締結部１１はシャーシ１０の前後に限らず索条Ｌを結び付ける事が可能であれば何れに設けても良く、特に前後に設けることによって、この管内自走装置１００を配管Ｐに対して双方向に走行させることが容易となり作業性に優れたものとなるのである。

従って、この請求項１０に係る管内自走装置１００は、上記請求項１〜９のそれと同様な機能を発揮する他、最小の配管の屈曲位置においても索条Ｌをスムーズに牽引して、配管Ｐ内に索条Ｌを確実に挿通することができるものとなっているのである。

次に、請求項１１に係る発明の採った手段は、上記請求項１〜１０に記載の管内自走装置１００について、
「シャーシ１０に、自走につれて配管Ｐの内壁の水滴を除去する水滴除去装置６０を備えたこと」
としたことである。

つまり、この請求項１１に係る管内自走装置１００においては、図１１に示すように、水滴除去装置６０をこの管内自走装置１００の何れかに装着し、管内自走装置１００自身が自走することにより、配管Ｐの内壁に付いた水滴を除去するようにしたものである。これは、配管Ｐ内には、その内部と外部との温度差により、結露による水滴が付着する場合が多々あり、この状態のままだと次の様な不都合があったからである。

すなわち、マンホールＭに連なる配管Ｐは、掘削した土中に配管Ｐを接続しつつ敷設し、その上から再度土を被せて配管Ｐを土中に埋設するのであるが、施工後にその埋設作業が適切に行われているかを検査する必要がある。その検査は、一般に配管Ｐ内にカメラを挿入させて配管Ｐの内部を撮影し、配管Ｐの継ぎ目から泥水が浸水していないか、或いは配管Ｐ内に砂や砂利が残存していないか等を確認するのである。

この際、配管Ｐの内壁に結露による水滴が付着していると、その水滴は配管Ｐの継ぎ目からの泥水の浸入による水滴であるのか、或いは本来の不具合である接続不要なのかの判断ができないことになり、甚だ不便である。そこで、予め配管Ｐの内壁に付いた水滴を除去するようにすれば、後の検査が確実かつ適正に行うことができるようになるのである。

なお、水滴除去装置６０の構成としては配管Ｐ内の水滴を除去することができるのであれば如何なる手段であっても良く、例えば配管Ｐの内壁をウエスで拭き取るようにしても良いし、圧縮空気により水滴を吹き飛ばす構成であっても良い。

従って、この請求項１１に係る管内自走装置１００によれば、上記請求項１〜１０のそれと同様な機能を発揮する他、配管Ｐ内を自走することにより配管Ｐ内のの水滴を容易に除去することができ、後の検査が確実かつ適正に行い易くなっているのである。

さらに、請求項１２に係る発明の採った手段は、上記請求項１１に記載の管内自走装置１００について、
「水滴除去装置６０は、配管Ｐの内壁上部に当接するワイパー６１により構成したこと」
としたことである。

この請求項１２に係る管内自走装置１００は、請求項１１における水滴除去装置６０をワイパー６１にしたものである。つまり、図１１に示すように、配管Ｐの内壁上部に当接するようにワイパー６１を設けたもので、これにより管内自走装置１００が走行するとそれに従ってワイパー６１が配管Ｐの内壁を摺動して、配管Ｐの内壁上部に付着した水滴が除去されるのである。なお、ワイパー６１は、自動車のワイパーと同様に、バネ６２などによって配管Ｐの内壁上部に常時付勢するように構成すれば、水滴の除去が確実に行われのである。

従って、この請求項１２に係る管内自走装置１００は、上記請求項１１に係るそれと同様な機能を発揮する他、ワイパー６１により配管Ｐの内壁上部に付着した水滴の除去をより確実に行うことができるものとなっているのである。

請求項１３に係る発明の採った手段は、上記請求項１〜１１に記載の管内自走装置１００について、
「シャーシ１０に、ターゲット７１と、このターゲット７１に照射されたレーザービームの位置を検知する検知手段７２と、この検知手段７２からの信号を記録する記憶手段７３とを備えた計測装置７０を有すること」
としたことである。

この請求項１３に係る管内自走装置１００は、前述したのと同様に、配管Ｐの埋設作業が適切に行われているかを検査する際に使用するのに適した装置である。つまり、この管内自走装置１００は、図１２に示すように、シャーシ１０にターゲット７１、検知手段７２及び記憶手段７３を備えており、ターゲット７１に照射されたレーザービームの位置を検知手段７２により検知して、その信号を記憶手段７３に記録しつつ配管Ｐ内を自走させることにより、記録された記憶手段７３のデータを後ほど解析して、配管Ｐの歪みや捻れ或いはうねり状態を算出し、配管Ｐの埋設作業が適正に行われているかどうかを確認するのに適している。

ターゲット７１は、一般的にはアクリルなどの半透明板から構成されており、そこを透過したレーザービームとターゲット７１の位置関係を検知手段７２であるデジタルカメラ等で撮影して位置を検出し、その映像信号を記憶手段７３であるメモリに蓄え、一通り配管Ｐの走行が終了した後に、そのメモリ内のデータをコンピュータで解析することにより、配管Ｐの歪みや捻れ或いはうねりを算出するのである。

従って、この請求項１３に係る管内自走装置１００は、請求項１〜１１に係るそれと同様な機能を発揮する他、計測装置７０により配管Ｐの歪みや捻れ、或いはうねりを容易に測定することができるものとなっているのである。

さらに、請求項１４に係る発明の採った手段は、上記請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の管内自走装置１００について、
「シャーシ１０に、配管Ｐ内を照らす照明手段８１と、配管Ｐ内の状態を撮影する撮影手段８２と、この撮影手段８２からの信号を記録する記憶手段８３とを備えた観測装置８０を有すること」
としたことである。

この請求項１４に係る管内自走装置１００も、前述したのと同様に、配管Ｐの埋設作業が適切に行われているかを検査する際に使用するのに適した装置である。つまり、この管内自走装置１００は、図１３に示すように、撮影手段８２で撮影可能な程度の照度を得るための照明手段８１と、自走することにより撮影手段８２から得られた信号を記憶手段８３に順次記憶する観測装置８０を有することにより、記録された記憶手段８３のデータを後ほど解析することにより、配管Ｐの継ぎ目から泥水が浸水していないか、或いは配管Ｐ内に砂や砂利が残存していないか等を確認するのである。

照明手段８１は省電力の観点から一般にＬＥＤが用いられるが、その他の手段でもあっても良く、赤外線の照射であっても良い。また、撮影手段８２としては一般的にデジタルカメラが用いられるが、ビデオカメラであっても、通常のフィルム式のカメラであっても良く、要は配管Ｐの内部が適宜撮影できるのであれば如何なる手段かは問わない。そして、デジタルカメラなどの信号は、記憶手段８３であるメモリに蓄えられ、一通り配管Ｐの走行が終了した後に、そのメモリ内のデータにより、配管Ｐの接続状態や汚れなどを容易に観測することができるのである。

従って、この請求項１４に係る管内自走装置１００は、請求項１〜１１に係るそれと同様な機能を発揮する他、観測装置８０により配管Ｐの接続状態や管内の汚れなどを容易に観測することができるものとなっているのである。

以上説明した通り、本願発明は、
「シャーシ１０に設けた走行手段３０により配管Ｐ内を自走する装置１００であって、走行中に不安定な状態となっても自律復元するよう、前記走行手段３０と配管Pとの２つの接点S、T間に重心位置Gがくるように走行手段３０の輪距３２と重心位置Ｇを前記配管Ｐの管径に対して設定したこと」にその構成上の主たる特徴があり、これにより、細管かつ曲がりが急な配管Ｐであったり障害物があっても、つまり走行中に装置自体が蛇行したり傾斜する等の不安定な状態となっても自ら復元して転倒することなく安定して走行することができる管内自走装置１００を提供するこができるのである。

本発明に係る管内自走装置の一実施形態を示す平面図である。 図２に示した管内自走装置の側面図である。 図２に示した管内自走装置の配管内における状態を示す正面図である。 本発明に係る管内自走装置の基本原理を示す模式図である。 本発明に係る管内自走装置の輪距と重心位置の関係を示す模式図である。 図５に示した管内自走装置が傾斜した状態を示す模式図である。 図１〜３に示した管内自走装置の使用状態を示す部分縦断面図である。 図８に示した管内自走装置を使用した後マンホールに連なる配管内の清掃を行っている状態を示す部分縦断面図である。 本発明に係る管内自走装置の配管の屈曲部における走行状態を示す部分横断面図である。 図９において本発明に係る管内自走装置の他の実施形態を示す部分横断面図である。 本発明に係る管内自走装置の別の実施形態における配管状態を示す正面図である。 本発明に係る管内自走装置の他の実施形態を示す側面図である。 本発明に係る管内自走装置のさらに他の実施形態を示す側面図である。

次に、上記のように構成した各請求項に係る発明を、図面に示した実施形態に従って説明するが、この実施形態に係る管内自走装置１００は上記各請求項１〜９に係る発明を含むものである。また、図７及び図８では、本実施形態に係る管内自走装置１００を用いて行う配管Ｐの清掃方法を説明している。

さて、図１〜図３には、本発明に係る管内自走装置１００の一実施形態が示してあるが、この管内自走装置１００は、図７及び図８に示した配管Ｐの清掃方法に適した装置であって、シャーシ１０と、このシャーシ１０の四隅に設けられたガイドローラ２０と、この管内自走装置１００自体を配管Ｐ内で自走させるための走行手段３０とを備えたことを基本とするものである。

シャーシ１０は、厚さ４．５ｍのステンレス鋼板をプレス加工して形成され、特に図２に示すようにバッテリ５０を収納するための凹部１２を有しており、この凹部１２は、走行手段３０を構成するタイヤの軸心３１よりもバッテリ５０が下方の位置に収納されるよう形成されている。また、このシャーシ１０の前後には後述する清掃方法で使用する索条Ｌを結び付けるための締結部１１を有している。

ガイドローラ２０は、樹脂製の環体の中心にボールベアリングを内蔵して自在に回転するようになっており、この管内自走装置１００が配管Ｐ内を走行していくと、配管Ｐが屈曲する位置（カーブやコーナー）ではその内壁に接しつつ回転し、装置自体の進行方向が前もって案内する作用を有する。その意味から進行方向で最初に配管Ｐの内壁に接する位置に設けるのが最適である。

走行手段３０は、モータ４０とバッテリ５０とで駆動されるタイヤ３０であって、プーリー４１及びこのプーリー４１に巻装されたベルト４２により駆動される。つまり、タイヤ３０はシャーシ１０に回転自在に枢支され、その同軸に固着されたプーリー４１を介して、モータ４０の駆動力が伝達されるようになっている。特に、この実施形態においては、前後のタイヤ３０の同軸に設けたプーリー４１ａ、４１ｂにベルト４２を巻装することにより、モータ４０の駆動力を４つのタイヤに伝達する四輪駆動方式となっている。

タイヤ３０の輪距３２は、タイヤの最外幅がガイドローラ２０の周面と同一面上になるよう設定されており、具体的には最外幅（ガイドローラ２０の周面）が１２０ｍｍである。また、前後のガイドローラ２０の周面の距離は、２６６ｍｍであって、タイヤの軸距（いわゆるホイールベース）は１３３．５ｍｍとなっている。これらの数値は、配管Ｐの管径が１５０φ（実寸内径１５４．８ｍｍ）以上であって、配管Ｐの屈曲半径が２３５ｍｍ以上、かつ屈曲角度が９０度以上に敷設された配管Ｐの中を走行する際に、装置自体が１０度以上傾斜した場合にも自律復元して転倒することなくスムーズに自走する為に実験等によって算出された最適値である。

モータ４０及びバッテリ５０は、一般にラジコン模型で使用されているものを流用しており、具体的にはモータートルクが２．７ｋｇであってバッテリ５０は充電可能なものを使用している。このモータ４０を使用して、ギヤ比やプーリー４１、及びタイヤ３０の外径を変更することにより、モータ４０が２２１回転／分で管内自走装置１００が毎分３０ｍ自走するよう組み合わせてある。なお、モータ４０は、熱収縮チューブ４３によって被覆され、特にその電気系統が被覆されている。

バッテリ５０は、前述したようにシャーシ１０の凹部１２に収納されており、かつカバー１３によって覆われて平面領域が得られる様になっており、この領域に図１１〜図１３で示した他の実施形態での適用に有用なものとなっている。そして、このバッテリ５０からの配線はモータ４０を介してシャーシ１０の前後に設けられたスイッチ５１，５２に接続されている。

スイッチ５１は、進行方向の前方に設けられた停止スイッチ５１であって、スイッチ５２は、進行方向の後方に設けられた始動スイッチ５２であり、各々のスイッチは逆転に作用するように接続されている。つまり、始動スイッチ５２を投入してモータ４０を作動させても、停止スイッチ５１を投入するとモータ４０の作動が停止するようになっているのである。なお、これらのスイッチ５１，５２は共に防水仕様であって、配管Ｐ内の泥水で電気系統の不具合が生じないよう構成されている。

シャーシ１０の下部には調整ウエイト１４がネジ１５により着脱可能に設けられており、この調整ウエイト１４を適宜変更することにより管内自走装置１００の自重を調整して、後述するように索条Ｌを牽引する際の適正な駆動力を得ることができるようになっている。具体的には、索条Ｌがナイロン製１００ｍの場合には、それを牽引するのに適した調整ウエイト１４の重さは２ｋｇであり、この重量の場合には管内に泥水があってもタイヤ３０がスリップすることなく索条Ｌを牽引することができるのである。

さて、以上のように構成された管内自走装置１００を用いて配管Ｐの管内を清掃する方法について以下に説明する。図７及び図８に示す清掃方法は、この実施形態に係るＺの他、配管清掃具９０を採用して配管Ｐ内の清掃を行う方法である。

まず、図７に示すように、所定のマンホールＭ内あるいは地上を含むその近傍にウインチＷを設置しておき、当該ウィンチＷから索条Ｌを引き出しつつ配管５１内を自走する管内自走装置１００により、マンホールＭ間の配管５１内に索条Ｌを這わせるのである。この際、配管Ｐの入口に索条Ｌを結び付けたＺをセットし、後端にある始動スイッチ５２を作動させればＺは配管Ｐ内を索条Ｌを牽引して自走し、配管Ｐの出口まで来たときに前端にある停止スイッチ５１によりモータ４０を停止させることができるため、非常に便利である。

管内自走装置１００が、図７中の仮想線にて示したように、目的のマンホールＭに到着したならば、図８に示すように、当該管内自走装置１００を配管Ｐ内の清掃を直接行う配管清掃具９０に交換するのである。ここで、配管清掃具９０は、第１清掃器９１と、これに連結索条９３により連結された第２清掃器９２とにより構成されている。

第１清掃器９１は、配管Ｐの内径よりわずかに小さい直径の筒体または円柱体の表面に、ブラシ等の清掃体９４を植毛したものであり、この清掃体９４によって配管Ｐの内面の全体を清掃するものである。この場合、円柱体をスポンジ等の変形可能な軟質なもので形成した場合には、例えば配管Ｐ内の段差を簡単に乗り越えることができるから、索条Ｌによって牽引される際の抵抗を少なくすることができる。

第２清掃器９３は、これ自体をスポンジ等の軟質で変形可能なものによって形成したものであり、その前後両端面を配管Ｐの直径より僅かに小さい直径の保護板によって挟み込んだものである。これらの保護板は、第２清掃器９３自体の大きな変形を防止するものであり、第２清掃器の段差なのど僅かな凹凸に対応した変形は可能であるが、配管Ｐの内壁の清掃が行えなくなるほどの変形は防止できるものである。

よって、前述したように、本実施形態に係る管内自走装置１００を配管清掃具９０に交換し、ウィンチＷで索条Ｌを牽引することにより、配管清掃具９０の各清掃器９１、９２が配管Ｐ内を移動して、当該配管Ｐ内の清掃が行われることになるのである。

１００ 管内自走装置
１０ シャーシ
１１ 締結部
１２ 凹部
１３ カバー
１４ 調整ウエイト
２０ ガイドローラ
２１ アーム
３０ 走行手段（タイヤ）
３１ 軸心
３２ 輪距
４０ モータ
４１ プーリー
４２ ベルト
４３ 熱収縮チューブ
５０ バッテリ
５１ スイッチ
５２ スイッチ
６０ 水滴除去装置
６１ ワイパー
６２ バネ
７０ 計測装置
７１ ターゲット
７２ 検知手段
７３ 記憶手段
８０ 観測装置
８１ 照明手段
８２ 撮影手段
８３ 記憶手段
９０ 配管清掃具
９１ 第１清掃器
９２ 第２清掃器
９３ 連結索条
９４ 清掃体
Ｍ マンホール
Ｐ 配管
Ｌ 索条
Ｗ ウインチ
Ｇ 重心位置
Ｓ 支点（接点）
Ｔ 接点

Claims (14)

1. シャーシに設けた走行手段により配管内を自走する装置であって、
   走行中に不安定な状態となっても自律復元するよう、前記走行手段と配管との２つの接点間に重心位置がくるように前記走行手段の輪距と重心位置を前記配管の管径に対して設定したことを特徴とする管内自走装置。
2. 前記シャーシに、前記配管が屈曲する位置ではその内壁に接しつつ回転するガイドローラを少なくとも進行方向に１個以上備えたことを特徴とする請求項１に記載の管内自走装置。
3. 前記走行手段は、モータ及びバッテリにより駆動されるタイヤであることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の管内自走装置。
4. 前記走行手段は、プーリー及びベルトを介して駆動されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の管内自走装置。
5. 前記バッテリは、前記走行手段の軸心よりも低い位置に装備されていることを特徴とする請求項３又は請求項４のいずれかに記載の管内自走装置。
6. 前記バッテリは、前記シャーシに設けた凹部に収納されると共にカバーにより覆われていることを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれかに記載の管内自走装置。
7. 前記シャーシの下部に着脱自在の調整ウエイトを設けたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか記載の管内自走装置。
8. 前記シャーシの前後に前記モータの始動及び停止を制御するスイッチを設けたことを特徴とする請求項３〜請求項７のいずれかに記載の管内自走装置。
9. 前記モータは、熱収縮チューブにより被覆したことを特徴とする請求項３〜請求項８のいずれかに記載の管内自走装置。
10. 前記シャーシに、索条を結び付ける締結部を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載の管内自走装置。
11. 前記シャーシに、自走につれて配管の内壁の水滴を除去する水滴除去装置を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の管内自走装置。
12. 前記水滴除去装置は、配管の内壁上部に当接するワイパーにより構成したことを特徴とする請求項１１に記載の管内自走装置。
13. 前記シャーシに、ターゲットと、このターゲットに照射されたレーザービームの位置を検知する検知手段と、この検知手段からの信号を記録する記憶手段とを備えた計測装置を有することを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の管内自走装置。
14. 前記シャーシに、配管内を照らす照明手段と、当該配管内の状態を撮影する撮影手段と、この撮影手段からの信号を記録する記憶手段とを備えた観測装置を有することを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の管内自走装置。

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