JP2011161563A - 管内移動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】円滑に移動可能な管体が特定の内径のものに限定されない管内移動装置を提供する。
【解決手段】螺旋体２と、推進力を発生する推進機構７と、螺旋体２の螺旋径を拡大させる拡径力を発生する拡径機構４と、を備え、推進機構７は、長手部材５に備えられるとともに、管体Ｐの内面Ｓとの間の摩擦力により、長手部材５に対して螺旋体２の軸心直交方向に対して傾いた方向への駆動力を付与することで推進力を発生し、拡径機構４は、長手部材５に備えられるとともに、管体Ｐの内面Ｓとの間で作用する磁気的な吸引力により、長手部材５に対して螺旋体２の径方向外側への力を付与することで拡径力を発生し、管体Ｐの内部に配置され、拡径機構４による拡径力が発生している状態で、推進機構７が推進力を発生して当該管体Ｐの軸心方向に沿って移動可能に構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、管体の内部を移動可能な管内移動装置に関する。

管体の内部を移動可能な管内移動装置の従来例として、例えば、下記の特許文献１に開示された技術がある。特許文献１に開示されている管内移動装置としての管内走行ロボットは、当該文献の図１、図２に示されるように、複数の体節４が自在継手５により一連に自在連結されてなり、体節４に備えられた走行駆動輪７が発生する推進力により管内走行が可能に構成されている。

特開２０００−５２２８２号公報

ところで、管内移動装置が送り込まれる管体の内径は、当該管体の用途や設置場所等によって異なるものとなり得る。しかしながら、上記特許文献１に開示されている管内移動装置は、製作誤差や変形、或いは異物の付着等に起因する管内径の微小な変化を吸収するためのサスペンション機構を備えるものの（段落〔００２１〕参照）、当該管内移動装置が円滑に走行可能な管体は、基本的に、ある特定の値の内径を有するものに限定される。よって、上記特許文献１に記載の技術では、走行の対象となる管体の内径が管体によって異なる場合に、管体毎に専用の管内移動装置を用意する必要があり、用途や設置場所に応じて多様な内径の管体が存在するという実情に適したものとはなっていなかった。
さらに、進行経路中に弁が存在し、その弁部において経路が狭くなっている場合は、実質的にその弁部を越えて進行することは不可能であった。このような弁部にあっては、通常、経路断面は多角形の開口部となっている。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、円滑に移動可能な管体が特定の内径のものに限定されない管内移動装置を提供することにある。

上記目的を達成するための管体の内部を移動可能な管内移動装置の特徴構成は、可撓性の長手部材が螺旋状に巻回されてなる螺旋体と、前記螺旋体の軸心方向への推進力を発生する推進機構と、前記螺旋体の螺旋径を拡大させる拡径力を発生する拡径機構と、を備え、前記推進機構は、前記長手部材に備えられるとともに、前記管体の内面との間の摩擦力により、前記長手部材に対して前記螺旋体の軸心直交方向に対して傾いた方向への駆動力を付与することで前記推進力を発生し、前記拡径機構は、前記長手部材に備えられるとともに、前記管体の内面との間で作用する磁気的な吸引力により、前記長手部材に対して前記螺旋体の径方向外側への力を付与することで前記拡径力を発生し、前記管体の内部に配置され、前記拡径機構による前記拡径力が発生している状態で、前記推進機構が前記推進力を発生して当該管体の軸心方向に沿って移動可能に構成されている点にある。

上記の特徴構成によれば、可撓性の長手部材が螺旋状に巻回されてなる螺旋体が、管内移動装置を構成している。このような螺旋体は、当該螺旋体の径方向に弾性的に変形可能であるため、当該螺旋体の螺旋径を管体の内径に合わせて柔軟に変えることができる。よって、管内移動装置が円滑に移動可能な管体は特定の内径のものに限定されず、螺旋体が弾性的に変形可能な螺旋径の範囲に対応する内径範囲に内径の値が収まる管体の内部を円滑に移動することができる。
ところで、本発明に係る管内移動装置においては、螺旋体を形成する長手部材に備えられた推進機構により、螺旋体の軸心方向への推進力が発生される。ここで、推進機構は、管体の内面との間に発生する摩擦力を利用して推進力を発生するため、管体の内部を円滑に移動するには、推進機構が備えられた長手部材を管体の内面に向けて押圧する力が必要となる。この点に関し、上記の特徴構成によれば、推進機構が備えられた長手部材には、長手部材に対して螺旋体の径方向外側への力を付与して拡径力を発生する拡径機構が備えられる。従って、螺旋体の螺旋径の値によらず、推進機構が推進力を発生するために必要となる管体の内面との間の摩擦力を、拡径機構が発生する拡径力により適切に確保することが容易となる。これにより、管内移動装置は、拡径機構による拡径力が発生している状態で、推進機構が推進力を発生することで、管体の軸心方向に沿って円滑に移動することができる。
なお、本願における螺旋体は、その構造上、それ自体の弾性により拡径力を発揮するが、進行に必要な摩擦力を発生するのに必要となる管体内面への押圧力を、この螺旋体自体の拡径力のみにより得ようとすると、移動が想定される管体の中で内径が最大となる管体を基準に、当該管体の内部を進行する場合に必要となる拡径力を最小限確保できるように螺旋体の形状を設計する必要がある。そのため、内径が最大となる上記の管体に比べて内径が小さい管体の内部を進行する際には、内径の値によっては、拡径力が過大となり、結果的に、推進に必要な力が過大となりすぎるおそれがある。これに対して、螺旋体の他に、本願のように拡径力を発生する拡径機構を設けることで、螺旋体が受け持つべき拡径力を低減することが可能となり、上記のような問題を解消することができる。

ここで、内部に挿入された前記螺旋体の螺旋径が自然状態にあり、当該螺旋体の径方向に関する復元力が発生しない最小の内径を有する管体を同径管体とした場合に、前記同径管体の内部に配置され、前記拡径機構による前記拡径力が発生している状態で、前記推進機構が前記推進力を発生して当該同径管体の軸心方向に沿って移動可能に構成されていると好適である。

移動対象の管体が同径管体である場合には、管内移動装置が備える螺旋体には径方向に関する復元力が発生しないが、この構成によれば、推進機構が推進力を発生するために必要となる管体の内面との間の摩擦力を、拡径機構が発生する拡径力により適切に確保することができる。これにより管内移動装置は同径管体の内部を円滑に移動することができる。

また、上記のように、前記同径管体の内部を、前記拡径機構による前記拡径力が発生している状態で、前記推進機構が前記推進力を発生して当該同径管体の軸心方向に沿って移動可能な構成において、前記同径管体よりも内径が小さい管体を小径管体とするとともに、前記同径管体よりも内径が大きい管体を大径管体とした場合に、前記小径管体の内部に配置され、前記螺旋体に当該螺旋体の径方向外側への復元力が発生している状態で、前記推進機構が前記推進力を発生して当該小径管体の軸心方向に沿って移動可能に構成され、前記大径管体の内部に配置され、前記螺旋体に当該螺旋体の径方向内側への復元力と当該復元力より大きな前記拡径力とが発生している状態で、前記推進機構が前記推進力を発生して当該大径管体の軸心方向に沿って移動可能に構成されていると好適である。

この構成によれば、移動対象の管体が小径管体である場合には、管内移動装置が備える螺旋体には径方向外側への復元力が発生する。この復元力により推進機構が備えられた長手部材は管体の内面に向けて押圧されるため、推進機構が推進力を発生するために必要となる管体の内面との間の摩擦力を適切に確保することが可能となる。よって、管内移動装置は小径管体の内部を円滑に移動することができる。
また、移動対象の管体が大径管体である場合には、管内移動装置が備える螺旋体には径方向内側への復元力が発生するが、拡径機構が発生する拡径力は当該復元力より大きい。そのため、推進機構が備えられた長手部材は管体の内面に向けて押圧され、推進機構が推進力を発生するために必要となる管体の内面との間の摩擦力を適切に確保することが可能となる。よって、管内移動装置は大径管体の内部を円滑に移動することができる。

ここで、上記のように、前記小径管体、前記同径管体、及び前記大径管体の内部を、当該管体の軸心方向に沿って移動可能な構成において、前記拡径機構は、前記拡径力を発生する拡径力発生状態と、前記拡径力を発生しない拡径力非発生状態とに切替可能に構成され、前記小径管体の内部に配置された状態において、前記拡径機構は前記拡径力非発生状態に切り替えられると好適である。

この構成によれば、移動対象の管体が、推進機構が推進力を発生するために必要となる管体の内面との間の摩擦力を、拡径機構による拡径力なしに適切に確保できるような小径管体である場合に、拡径力が発生しない状態とすることができる。よって、長手部材を管体の内面に向けて押圧する力が必要以上に大きくなることを抑制することができ、推進機構が推進力を発生するために必要となるエネルギが過大になるのを抑制することができる。

また、上記のように、前記小径管体、前記同径管体、及び前記大径管体の内部を、当該管体の軸心方向に沿って移動可能な構成において、移動先の前記管体の内径を検出する管径検出手段を備えるとともに、前記拡径機構は、前記拡径力を発生する拡径力発生状態と、前記拡径力を発生しない拡径力非発生状態とに切替可能に構成され、前記管径検出手段により検出される移動先の管体が、前記小径管体である場合に、前記拡径機構を前記拡径力非発生状態とし、前記同径管体若しくは前記大径管体である場合に、前記拡径機構を前記拡径力発生状態とする拡径機構状態設定手段を備えた構成としても好適である。

この構成によれば、移動対象の管体の内径が当該管体の軸心方向に沿って一様でない場合に、移動先の管体の内径に応じて拡径力発生状態と拡径力非発生状態とを適切に切り替えることができる。すなわち、移動先の管体が小径管体である場合には拡径力非発生状態とされることで、長手部材を管体の内面に向けて押圧する力が必要以上に大きくなることが抑制され、小径管体の内部に円滑に進入することができる。また、移動先の管体が同径管体や大径管体である場合には拡径力発生状態とされることで、推進機構が推進力を発生するために必要となる管体の内面との間の摩擦力を適切に確保することができ、同径管体や大径管体の内部に円滑に進入することができる。なお、上記のように、管内移動装置を構成する螺旋体は、当該螺旋体の径方向に弾性的に変形可能であるため、移動経路中に管体の内径が変化する箇所がある場合でも、移動先の管体の内径に合わせて螺旋体の螺旋径が柔軟に変化するため、当該箇所において円滑な走行ができなくなったり走行不能になったりすることは抑制される。

さらに、上記のように、前記小径管体、前記同径管体、及び前記大径管体の内部を、当該管体の軸心方向に沿って移動可能な構成において、管内移動に伴う負荷を前記推進機構の状態から検出する移動負荷検出手段を備えるとともに、前記拡径機構は、前記拡径力を発生する拡径力発生状態と、前記拡径力を発生しない拡径力非発生状態とに切替可能に構成され、前記移動負荷検出手段により検出される移動負荷が、前記同径管体内を前記拡径機構を働かせて移動する場合に発生する移動負荷より大きい場合に、前記拡径機構を前記拡径力非発生状態とし、小さい場合に、前記拡径機構を前記拡径力発生状態とする拡径機構状態設定手段を備えた構成としても好適である。

この構成によれば、移動対象の管体の内径が当該管体の軸心方向に沿って一様でない場合に、移動中の管体の内径に応じて拡径力発生状態と拡径力非発生状態とを適切に切り替えることができる。すなわち、本発明に係る管内移動装置では、同径管体の内部を移動している状態から小径管体の内部に進入した場合、螺旋体の螺旋径は自然状態における螺旋径より小さくなる。このとき、螺旋体には径方向外側への復元力が発生するため、推進機構が備えられた長手部材を管体の内面に向けて押圧する力が強まり、移動負荷検出手段により検出される移動負荷は、同径管体内を拡径機構を働かせて移動する場合に発生する移動負荷（以下、単に「基準移動負荷」という。）より大きくなる。一方、同径管体の内部を移動している状態から大径管体の内部に進入した場合、螺旋体の螺旋径は自然状態における螺旋径より大きくなる。このとき、螺旋体には径方向内側への復元力が発生するため、推進機構が備えられた長手部材を管体の内面に押圧する力が弱まり、移動負荷検出手段により検出される移動負荷は上記の基準移動負荷より小さくなる。上記の構成によれば、移動負荷検出手段により検出される移動負荷に関する上記のような性質を利用して、管体の内径を検出することなしに拡径力発生状態と拡径力非発生状態とを適切に切り替えることができる。

また、上記の何れの構成においても、前記管体を磁化させることで当該管体を検査する管体検査機構が前記長手部材に備えられ、前記拡径機構は、前記管体検査機構が備える磁石を利用して前記拡径力を発生すると好適である。

この構成によれば、管内移動装置が管体検査機構を備える構成において、拡径機構を備えることによる管内移動装置の複雑化や大重量化を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る管内移動装置の側面図である。 本発明の実施形態に係る管内移動装置の概略的な分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る管内移動装置の斜視図である。 本発明の実施形態に係る管内移動装置における螺旋体の一ターンを軸心方向に沿って見た図である。 本発明の実施形態に係る管内移動装置が備える管体検査機構の構造及び作用を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る管内移動装置が大径管体の内部に配置された状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る管内移動装置が小径管体の内部に配置された状態を示す図である。

本発明に係る管内移動装置の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、本発明は以下に説明する実施形態や図面に記載される構成に限定されるものではなく、同様の作用効果を奏する構成であれば種々の改変が可能である。

ここでは、管内移動装置１を構成する螺旋体２が、板状の可撓性長手部材５により形成されている場合を例として説明する。図１に示すように、管内移動装置１は、螺旋体２と、推進機構７と、拡径機構４と、を備えて構成されており、拡径機構４による拡径力が発生している状態でも、推進機構７が推進力を発生して管体Ｐの内部を当該管体の軸心方向に沿って移動可能に構成されていることに特徴を有している。これにより、円滑に移動可能な管体Ｐが特定の内径のものに限定されない管内移動装置１を提供することが可能となっている。以下、本実施形態に係る管内移動装置１について、「管内移動装置の全体構成」、「推進機構の構成」、「拡径機構の構成」、「管内移動装置の管内における状態」の順に説明する。

なお、以下の説明において、特に断らない限り、「軸心方向」は、管内移動装置１を構成する螺旋体２の中心軸線Ｘ（図１参照）に沿った方向を、「径方向」は、当該軸心方向に対して直交する軸心直交方向を、「周方向」は、軸心方向周りの周回方向を表すものとする。

１．管内移動装置の全体構成
管内移動装置１は、図１に示すように、可撓性の長手部材５が螺旋状に巻回されてなる螺旋体２と、螺旋体２の軸心方向への推進力（以下、単に「推進力」という。）を発生する推進機構７と、螺旋体２の螺旋径を拡大させる拡径力（以下、単に「拡径力」という。）を発生する拡径機構４と、を備え、各種の管体Ｐ（例えば、ガス管や水道管等）の内部を移動可能に構成されている。なお、後述するように、拡径機構４は、管体Ｐの内面Ｓとの間で作用する磁気的な吸引力により拡径力を発生する。よって、本発明で対象とする管体Ｐは、金属製のもの（例えば、鋼管や鋳鉄管等）であり、強磁性体材料からなるものであることが好ましい。そして、このような管内移動装置１は、例えば、管体Ｐの状態を確認及び検査するための機器（カメラ、検査機器等）を管体Ｐの内部に送り込むために使用される。これらの機器は、螺旋体２の進行方向における先端部や、螺旋体２の中央部Ｃの空洞部分等に配置される構成としたり、管内移動装置１により曳航される構成とすることができる。

螺旋体２は、図１に示すように、可撓性の平板状長手部材５が、所定の軸Ｘ（軸心方向）の方向に沿って、当該軸Ｘの周りに螺旋状に複数ターン巻回されて形成されたものである。この長手部材５は、変形した状態である程度の自然状態に戻ろうとする復元力を発生する。なお、管内移動装置１が管体Ｐの内部に配置された状態において、螺旋体２の中心軸線Ｘと管体Ｐの中心軸線とがほぼ位置する。そして、本実施形態では、長手部材５は板状部材とされており、例えば樹脂や金属製（例えば、ステンレス製）の部材を採用することができる。このように形成された螺旋体２は、当該螺旋体２の径方向に弾性的に変形可能であるため、当該螺旋体２の螺旋径を管体の内径に合わせて柔軟に変えることができる。このような螺旋体２が管内移動装置１を構成しているため、管内移動装置１が円滑に移動可能な管体Ｐは特定の内径のものに限定されず、螺旋体２が弾性的に変形可能な螺旋径の範囲に対応する内径範囲に内径の値が収まる管体Ｐの内部を円滑に移動することが可能となっている。なお、螺旋体２の「螺旋径」とは、螺旋体２を軸心方向から見たときの長手部材５により形成される実質的に同一とみなせる円の径であり、螺旋体２の各ターンについて互いに同一とは限らない。図１に示す例では、螺旋体２の中央部Ｃを中心とする三ターンについてはほぼ同一の螺旋径となっており、軸心方向における端部Ｅの二ターンについては、中央部Ｃよりも螺旋径が小さくなっているとともに、先端側に向かうに従って螺旋径が小さくなっている。

螺旋体２は、長手部材５の一方の面（外側部５ｂ）が一様に螺旋体２の径方向外側（中心軸線Ｘから離れる側で、管体側）を向き、長手部材５の他方の面（内側部５ｃ）が一様に螺旋体２の径方向内側（中心軸線Ｘに近づく側で、管体から離間した側）を向くように、螺旋状に形成されている。つまり、板状の長手部材５の一方の面（外側部５ｂ）が一様に管体Ｐの内面Ｓに対向するので、管内移動装置１は管体Ｐの内部を円滑に走行することができる。さらに、螺旋体２は、軸心方向における端部Ｅの螺旋径が、中央部Ｃの螺旋径よりも小さく形成されている。本例では、螺旋体２は、軸心方向における両側の端部Ｅの螺旋径が、中央部Ｃの螺旋径よりも小さく形成されている。これにより、管内移動装置１は、前進方向（図１に示す例では左方向）及び後進方向（図１に示す例では右方向）のいずれの方向に移動するときでも、螺旋径の小さな部分が先頭になるため、螺旋体２が管体Ｐの内面Ｓに引っ掛ることが抑制されている。即ち、進行前方が現在進行中の部位に比べて内径が小さい小径部（小径管）となっていたり、狭隘部となっていた場合に、端部Ｅが先に小径部（小径管）或いは狭隘部に進入すると、進行に伴って中央部Ｃが縮径することで、これら部位に良好に進入することができる。ここで、現在進行中の部位と、進行前方の部位との間に段があっても、問題なく進行可能である。

２．推進機構の構成
次に、推進機構７の構成について詳細に説明する。推進機構７は、長手部材５に備えられるとともに、管体Ｐの内面Ｓとの間の摩擦力により、長手部材５に対して螺旋体２の軸心直交方向に対して傾いた方向への駆動力を付与することで推進力を発生する機構である。

本実施形態では、推進機構７は、図１、図３、図４に示すように、長手部材５の延在方向に沿って分散配置された複数の駆動機構３を備えている。そして、複数の駆動機構３の夫々が、螺旋体２の軸心直交方向に対して傾いた方向（図１に示す例では、軸心方向（中心軸線Ｘ）に対して所定の傾き角θだけ傾いた方向）に駆動力を働かせることで長手部材５に対して螺旋体２の軸心直交方向に対して傾いた方向に駆動力が作用し、管内移動装置１を軸心方向に沿って移動させる推進力が発生する。

具体的には、複数の駆動機構３の夫々は、図２等に示すように、車輪３ａとその車輪３ａを回転させるモータ３ｂとを備えている。モータ３ｂにはケーブル６を介して給電される。駆動機構３は、図４によく示されるように、車輪３ａの一部が螺旋体２を形成する長手部材５の外側部５ｂに対して径方向外側に突出する形態で螺旋体２に装着される。具体的には、車輪３ａの一部は、長手部材５に形成されている孔部５ａを内側部５ｃから外側部５ｂへ貫通して、外側部５ｂよりも径方向外側に突出している。そして、管体Ｐの内面Ｓに接触した状態の車輪３ａがモータ３ｂにより回転されることで、車輪３ａと管体Ｐの内面Ｓとの間の摩擦力により駆動機構３が備えられた長手部材５に駆動力が作用し、管内移動装置１の軸心方向に沿った推進力が発生する。

なお、モータ３ｂは、図４に示すように、長手部材５の内側部５ｃに装着されている。このような構成を採用することで、螺旋体２を形成する長手部材５の外側部５ｂに対して径方向外側に突出した車輪３ａによって推進力を発生しつつ、螺旋体２を形成する長手部材５の内側部５ｃに装着されたモータ３ｂ等の管体Ｐの内面Ｓへの接触が防止されている。

図１に示すように、各駆動機構３の駆動力の作用方向は、中心軸線Ｘの方向（軸心方向）に対して傾き角θだけ傾いている。この傾き角θは０°から９０°の範囲内で適宜設定可能であり、傾き角θが０°（即ち、軸心方向に平行）に近い程、管内移動装置１の進行速度は速く、回転速度は遅くなる。また、傾き角θが９０°（即ち、軸心直交方向に平行）に近い程、管内移動装置１の進行速度は遅く、回転速度は速くなる。そして、モータ３ｂの回転方向を変えることで、管内移動装置１の移動方向を変更することができる。なお、モータ３ｂの回転方向の変更は、ケーブル６に接続されている電源の極性を変更する方法等がある。この傾き角θが調整可能となっていれば、当然、その進行速度、進行方向への推進力を調整できる。

ところで、推進機構７は、上記のように、長手部材５に備えられているとともに、管体Ｐの内面Ｓとの間の摩擦力を利用して推進力を発生する。本例では、駆動機構３に備えられた車輪３ａと管体Ｐの内面Ｓとの間の摩擦力により、管内移動装置１の推進力が発生する。そのため、管内移動装置１が管体Ｐの内部を円滑に移動するためには、推進機構７が備えられた長手部材５は、管体Ｐの内面Ｓに向けて押圧されている必要がある。この点に関し、本発明では、推進機構７が備えられた長手部材５には、長手部材５に対して螺旋体２の径方向外側への力を付与して拡径力を発生する拡径機構４が別途備えられている。これにより、螺旋体２の螺旋径の値によらず、推進機構７が推進力を発生するために必要となる管体Ｐの内面Ｓとの間の摩擦力を、拡径機構４が発生する拡径力により適切に確保することが容易な構成となっている。この拡径機構４についての詳細は後述する。

本例では、図４に示すように、駆動機構３は、同径管体Ｐ０（詳細は後述する）に配置された状態において、螺旋体２の一ターン中に４個（即ち、周方向に９０°間隔で）設けられている。なお、螺旋体２の一ターン中に設けられる駆動機構３の個数は適宜変更可能である。

また、複数の駆動機構３の内の全てに駆動力を発生させる運用形態以外に、駆動機構３の一部のみを駆動する運用形態も可能である。例えば、管内移動装置１の状態（走行状態等）や管体Ｐの内面の状態に応じて、複数の駆動機構３の中から駆動する駆動機構３を選択する構成とすることができる。また、車輪３ａの一部をモータ３ｂを備えない従動輪として構成することもできる。さらに、車輪３ａの駆動力の大きさを、全ての車輪３ａに対して一体的に或いは互いに独立に、調整可能な構成としても好適である。

３．拡径機構の構成
次に、拡径機構４の構成について詳細に説明する。拡径機構４は、長手部材５に備えられるとともに、管体Ｐの内面Ｓとの間で作用する磁気的な吸引力により、長手部材５に対して螺旋体２の径方向外側への力を付与することで拡径力を発生する機構である。そして、管内移動装置１は、管体Ｐの内部に配置され、拡径機構４による拡径力が発生している状態で、推進機構７が推進力を発生して管体Ｐの軸心方向に沿って移動可能に構成されている。なお、管体Ｐの内部における管内移動装置１の状態についての詳細は後述する。

本実施形態では、管内移動装置１は、管体Ｐを磁化させることで当該管体Ｐを検査する管体検査機構２０（図２、図５参照）を備えており、拡径機構４は、管体検査機構２０が備える磁石２１を利用して拡径力を発生するように構成されている。言い換えれば、本例では、拡径機構４は、管体検査機構２０と一体的に、管体検査機構２０と同じ数だけ設けられている。これにより、管体検査機構２０とは別に拡径機構４を備えることによる管内移動装置１の複雑化や大重量化が抑制されている。

具体的には、図５に示すように、管体検査機構２０は、配管Ｐを部分的に磁化させる磁石２１と、磁束密度の変化を検出するセンサ２２とを、螺旋体２を形成する長手部材５の内側部５ｃに備えている。本例では、図３、図４等に示すように、複数の管体検査機構２０が、長手部材５の延在方向に沿って分散配置されており、同じく長手部材５の延在方向に沿って分散配置されている複数の駆動機構３の間に配置されている。これにより、螺旋体２の重量のバランスをとることが可能になっているとともに、駆動機構３が備えるモータ３ｂから漏洩する磁場により管体検査機構２０の検査精度が低下することが抑制されている。なお、本例では、管体検査機構２０は、螺旋体２の端部Ｅには配置されていない。また、本例では、磁石２１は、磁心に巻線が巻回されてなる電磁石とされており、巻線に電流が供給される構成となっている。磁心は、永久磁石であっても良い。また、センサ２２はコイルセンサとされている。なお、図面には、複雑化を避けるために、電源及び装置の制御系を簡略化して描いているが、進行に必要な電源を供給する電源ケーブル（本例ではケーブル６）に、管体検査機構２０（拡径機構４）の電力供給用、制御用のケーブルを併設することができる。

本実施形態では、管体検査機構２０は、磁気飽和渦流探傷法により管体Ｐを検査する機構として構成されている。具体的には、管体検査機構２０は、検査対象の配管部分を磁気飽和するように磁化させて、その磁化させた部分の磁束密度に関する検出結果に基づいて、腐食による減肉部の有無を検査する。本実施形態では、図１等に示すように、磁石２１は、磁心が長手部材５の延在方向にほぼ沿うように配置され、磁界が長手部材５の延在方向に発生する。なお、長手部材５は螺旋体２を形成しているため、長手部材５の延在方向は、管体Ｐの軸心方向に対して交差する方向となる。このように、長手部材５の延在方向（管体Ｐの軸心方向に対して交差する方向）に磁界を発生させる構成とすることで、管体Ｐの内径や断面形状が大きく変化する箇所における管体検査機構２０の検査精度を向上することが可能となっている。

図５（ａ）は、管体Ｐにおける磁石２１により磁化された部分に腐食による減肉部がない場合の模式図であり、図５（ｂ）は、管体Ｐにおける磁石２１により磁化された部分の外周面に腐食による減肉部Ｔがある場合の模式図であり、図５（ｃ）は、管体Ｐにおける磁石２１により磁化された部分の内周面Ｓに腐食による減肉部Ｔがある場合の模式図である。なお、図中における破線は、等磁力線を概念的に表している。この図に示すように、腐食による減肉部Ｔがあると、腐食による減肉部がない場合に比べ磁束密度が増加するとともに、腐食の箇所（外周面であるか内周面であるか）によって磁束分布が異なる。このような磁束密度の変化はセンサ２２により電気信号として検出されるため、管体検査機構２０は管体Ｐにおける腐食による減肉部Ｔの有無を検知することができる。

なお、管体検査機構２０の構成は、管体Ｐを磁化させて当該管体Ｐを検査する機構であれば、磁気飽和渦流探傷法以外の方法に基づくものであっても良い。例えば、センサ２２を磁気センサとし、腐食による減肉部があった場合に漏洩する漏洩磁束を検知する構成（漏洩磁束探傷法の構成）とすることができる。また、ここでは、管体検査機構２０が管体Ｐの腐食による減肉部の有無を検査する場合を例として説明したが、管体検査機構２０を、その他の管体Ｐの欠陥（亀裂や継手の緩み等）を検査する機構としても良い。

そして、拡径機構４は、上記の管体検査機構２０が備える磁石２１を利用して、管体Ｐの内面Ｓとの間に磁気的な吸引力を発生させる。これにより、長手部材５に対して螺旋体２の径方向外側への力が付与され、螺旋体２に螺旋径を拡大させる拡径力が発生する。なお、管体検査機構２０が備える磁石２１は電磁石であるため、電磁石を作動させる状態と、電磁石を作動させない状態とを容易に切り替えることができる。このような電磁石の性質を利用し、本実施形態に係る拡径機構４は、電磁石の作動状態を切り替えることで、拡径力を発生する拡径力発生状態と、拡径力を発生しない拡径力非発生状態とに切替可能に構成されている。

４．管内移動装置の管内における状態
次に、管内移動装置１の管体Ｐの内部における状態について、図１、図６、図７に基づき詳細に説明する。ここでは、同径管体Ｐ０、大径管体Ｐ１、及び小径管体Ｐ２の３つの典型例について説明する。ここで、「同径管体」とは、内部に挿入された螺旋体２の螺旋径が自然状態にあり、当該螺旋体２の径方向に関する復元力が発生しない最小の内径を有する管体Ｐである。また、「大径管体」とは、同径管体Ｐ０よりも内径が大きい管体Ｐであり、「小径管体」とは、同径管体Ｐ０よりも内径が小さい管体Ｐである。なお、螺旋体２に関して「自然状態」とは、螺旋体２に重力以外の外力が作用していない状態を意味する。ここでは、理解を容易にするために、管体Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２を基準に説明するが、進行経路が狭隘化している場合も、実質的な管径を想定することで、狭隘部における進行も同様に行うことができる。

図１は、管内移動装置１が同径管体Ｐ０の内部に配置された状態を示す模式図であり、図６は、管内移動装置１が大径管体Ｐ１の内部に配置された状態を示す模式図であり、図７は、管内移動装置１が小径管体Ｐ２の内部に配置された状態を示す模式図である。なお、図６、図７においては、同径管体Ｐ０の内部に配置された状態での螺旋体２の形状を二点鎖線で示しており、螺旋体２の形状の変化を分かりやすくすべく、説明に不要な構成要素は省略してある。

本実施形態では、管内移動装置１は、同径管体Ｐ０の内部を移動する際に、拡径機構４による拡径力が発生している状態で、推進機構７が備える駆動機構３が駆動されるように構成されている。ここで、管内移動装置１が同径管体Ｐ０の内部に配置された状態では、管内移動装置１を構成する螺旋体２には径方向外側への復元力が発生しないが、拡径機構４が拡径力を発生することで、推進機構７が備えられた長手部材５は、管体Ｐの内面Ｓに向けて押圧される。これにより、推進機構７が推進力を発生するために必要となる管体Ｐの内面Ｓとの間の摩擦力を適切に確保することができ、管内移動装置１は、同径管体Ｐ０の内部を円滑に移動することができる。このように、本実施形態では、管内移動装置１は、同径管体Ｐ０の内部に配置され、拡径機構４による拡径力が発生している状態で、推進機構７が推進力を発生して同径管体Ｐ０の軸心方向に沿って移動可能に構成されている。

また、本実施形態では、管内移動装置１は、大径管体Ｐ１の内部を移動する際に、螺旋体２に当該螺旋体２の径方向内側への復元力と当該復元力より大きな拡径力とが発生している状態で、推進機構７が備える駆動機構３が駆動されるように構成されている。ここで、管内移動装置１が大径管体Ｐ１の内部を円滑に移動するには、管内移動装置１を構成する螺旋体２の螺旋径を、自然状態における螺旋径よりも拡大する必要がある。本例では上記のような構成とすることで、螺旋体２に発生する径方向内側への復元力に抗して推進機構７が備えられた長手部材５を管体Ｐの内面Ｓに向けて押圧し、螺旋径を拡大することが可能となっている。これにより、推進機構７が推進力を発生するために必要となる管体Ｐの内面Ｓとの間の摩擦力を適切に確保することができ、管内移動装置１は、大径管体Ｐ１の内部を円滑に移動することができる。このように、本実施形態では、管内移動装置１は、大径管体Ｐ１の内部に配置され、螺旋体２に当該螺旋体２の径方向内側への復元力と当該復元力より大きな拡径力とが発生している状態で、推進機構７が推進力を発生して当該大径管体Ｐ１の軸心方向に沿って移動可能に構成されている。なお、拡径機構４が、発生する拡径力の大きさを調整可能に構成されている場合には、大径管体Ｐ１の内径が増大するに従って拡径力が大きくなるような構成とすると好適である。

さらに、本実施形態では、管内移動装置１は、小径管体Ｐ２の内部を移動する際に、拡径機構４による拡径力が発生していない状態で、推進機構７が備える駆動機構３が駆動されるように構成されている。ここで、管内移動装置１が小径管体Ｐ２の内部に配置された状態では、螺旋体２の螺旋径が自然状態における螺旋径よりも小さくなるため、螺旋体２には径方向外側への復元力が発生する。よって、推進機構７が備えられた長手部材５は、拡径機構４による拡径力の有無にかかわらず、管体Ｐの内面Ｓに向けて押圧される。これにより、推進機構７が推進力を発生するために必要となる管体Ｐの内面Ｓとの間の摩擦力を適切に確保することができ、管内移動装置１は、小径管体Ｐ２の内部を円滑に移動することができる。このように、本実施形態では、管内移動装置１は、小径管体Ｐ２の内部に配置され、螺旋体２に当該螺旋体２の径方向外側への復元力が発生している状態で、推進機構７が前記推進力を発生して当該小径管体Ｐ２の軸心方向に沿って移動可能に構成されている。

上記のように、本実施形態では、拡径機構４は、拡径力を発生する拡径力発生状態と、拡径力を発生しない拡径力非発生状態とに切替可能に構成されている。そして、拡径機構４は、管内移動装置１が小径管体Ｐ２の内部に配置された状態において、拡径力非発生状態に切り替えられるように構成されている。これにより、移動対象の管体Ｐが、推進機構７が推進力を発生するために必要となる管体Ｐの内面Ｓとの間の摩擦力を、拡径機構４による拡径力なしに適切に確保できるような小径管体Ｐ２である場合に、拡径力が発生しない状態とすることができる。よって、長手部材５を管体Ｐの内面Ｓに向けて押圧する力が必要以上に大きくなることを抑制することができ、推進機構７が推進力を発生するために必要となるエネルギが過大になるのを抑制することが可能となっている。

ところで、同径管体Ｐ０よりも内径が僅かに小さい小径管体Ｐ２の場合には、螺旋体２に発生する径方向外側への復元力では上記の摩擦力が十分に得られないことがあり得る。そこで、拡径機構４は、管内移動装置１が小径管体Ｐ２の内部に配置された状態においても、当該小径管体Ｐ２の内径が同径管体Ｐ０の内径より僅かに小さいものである場合には、拡径力発生状態とする構成とすると好適である。なお、「僅かに小さいものである場合」とは、例えば、小径管体Ｐ２の内径が同径管体Ｐ０の内径の９０％以上や９５％以上である場合とすることができる。

本実施形態に係る管内移動装置１は、小径管体Ｐ２であるか否かの判断や小径管体Ｐ２の内径の検出を行うことを可能とすべく、移動先の管体Ｐの内径を検出する管径検出手段（図示せず）と、当該管径検出手段の検出結果に基づき、拡径機構４を拡径力発生状態と拡径力非発生状態とに切り替える拡径機構状態設定手段（図示せず）を備えている。具体的には、拡径機構状態設定手段は、管径検出手段により検出される移動先の管体Ｐが、小径管体Ｐ２である場合に、拡径機構４を拡径力非発生状態とし、同径管体Ｐ０若しくは大径管体Ｐ１である場合に、拡径機構４を拡径力発生状態とする。このような拡径機構状態設定手段は、例えば、ＣＰＵ等の演算処理装置を備えて構成されるか、或いは、ＣＰＵ等の演算処理装置を備えた装置に備えられる。拡径機構状態設定手段は、螺旋体２に備えられる構成としても良いし、管内移動装置１が螺旋体２とは別に備える装置（ケーブル６や無線通信により螺旋体２に対して通信可能に接続された装置等）に備えられる構成としても良い。また、管径検出手段は、例えば管内観察用のカメラを備えて構成することができる。この際、管径検出手段は、上記カメラの検出画像に基づき管体Ｐの内径を検出する。また、管径検出手段は、螺旋体２を形成する長手部材５の延在方向に沿って設けられた形状センサを備えて構成することもできる。この際、管径検出手段は、上記形状センサの検出結果から得られる螺旋径の値から間接的に管体Ｐの内径を検出する。

ところで、管内移動装置１が備える複数の拡径機構４が、互いに独立に拡径力発生状態と拡径力非発生状態とに切替可能に構成されている場合には、例えば、同径管体Ｐ０や大径管体Ｐ１から小径管体Ｐ２に進入する場合に、小径管体Ｐ２の内部に進入した拡径機構４を順次、拡径力発生状態から拡径力非発生状態に切り替えていく構成とすると好適である。逆も同様であり、小径管体Ｐ２から同径管体Ｐ０や大径管体Ｐ１に進入する場合には、同径管体Ｐ０や大径管体Ｐ１の内部に進入した拡径機構４を順次、拡径力非発生状態から拡径力発生状態に切り替えていく構成とすると好適である。

以上のように、本発明に係る管内移動装置１は、管内移動装置１を構成する螺旋体２に径方向外側への復元力が発生する小径管体Ｐ２のみならず、同径管体Ｐ０や大径管体Ｐ１の内部をも円滑に移動可能に構成されている。すなわち、管内移動装置１は、多様な内径の管体Ｐの内部を円滑に移動することが可能に構成されている。ところで、管内移動装置１を構成する螺旋体２の螺旋径は、同径管体Ｐ０の内部を移動する際には自然状態における螺旋径とほぼ同一であり、大径管体Ｐ１の内部を移動する際には大きくなり、小径管体Ｐ２の内部を移動する際には小さくなる。すなわち、大径管体Ｐ１と小径管体Ｐ２とでは螺旋体２の径方向に関する変形方向が逆になる。そこで、管内移動装置１を走行させる管体Ｐの概ねの内径の範囲が予め想定できる場合には、想定される内径範囲における中間の値が内径となる管体が同径管体となるように螺旋体２を形成すると、螺旋体２の耐用寿命を向上させることができる。また、小径管体Ｐ２の内部を走行する際に、螺旋体２に発生する径方向外側への復元力が過大になることを抑制することができ、推進機構７が推進力を発生するために必要となるエネルギが過大になるのを抑制することができる。なお、「上記の想定される内径範囲における中間の値」は、例えば、当該想定される内径範囲における中心の値や平均値、或いは、走行頻度等により重み付けした加重平均値とすると好適である。

また、詳細な説明は省略するが、螺旋体２は弾性的に変形可能であるため、あらゆる方向に屈曲することができる。よって、管内移動装置１は、管体Ｐの曲がりに応じて自身を屈曲させながら管体Ｐの内部を移動することができる。また、螺旋体２は、円形以外の断面形状（軸心方向視における長手部材５の形状）に変形することもできる。先に説明した「小径管体」、「大径管体」には、管体の断面形状が円となっている管体は無論、単一の開口を有する構造となっており、円管との関係において、断面積及び走行抵抗の点で、その開口断面積がほぼ同一で、走行抵抗が実質的にほぼ同一と見なせるような円形以外の断面の狭隘部も含む。よって、管内移動装置１は、管体Ｐの断面形状に応じて自身の断面形状を変えながら管体Ｐの内部を移動することができる。以上のことから、本発明に係る管内移動装置１は、管体Ｐの内径が変化する箇所、管体Ｐが曲がっている箇所（エルボや分岐等）、管体Ｐの断面形状が円形でなくなる箇所（例えば、プラグバルブ等）等のような移動の障害となり得る箇所を円滑に通過することが可能な構成となっている。

５．その他の実施形態
（１）上記の実施形態では、拡径機構４が、拡径力を発生する拡径力発生状態と、拡径力を発生しない拡径力非発生状態とに切替可能に構成されているとともに、管内移動装置１が小径管体Ｐ２の内部に配置された状態において、拡径力非発生状態に切り替えられるように構成されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、管内移動装置１が配置される管体Ｐの内径によらず、拡径機構４が拡径力を発生する構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。

（２）上記の実施形態では、管内移動装置１が、移動先の管体Ｐの内径を検出する管径検出手段を備える場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、管内移動装置１が管径検出手段を備えない構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。この際、管内移動装置１が拡径機構状態設定手段を備えず、管内移動装置１が配置される管体Ｐの内径によらず、拡径機構４が拡径力発生状態とされる構成とすることができる。また、管内移動装置１が備える拡径機構状態設定手段が、管内移動装置１とは別の装置により検出された管体Ｐの内径や、ナビゲーション装置等を用いて予め入手されているマップ等の情報から求められた管体Ｐの内径に基づいて、拡径力発生状態と拡径力非発生状態とを切り替える構成とすることもできる。また、管内移動装置１が、管径検出手段に代えて、管内移動に伴う負荷を推進機構７の状態から検出する移動負荷検出手段（図示せず）を備える構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。この構成では、拡径機構状態設定手段は、移動負荷検出手段により検出される移動負荷が、同径管体Ｐ０内を拡径機構４を働かせて移動する場合に発生する移動負荷より大きい場合（小径管体の内部を走行する際に発生する）に、拡径機構４を拡径力非発生状態とし、小さい場合（大径管体の内部を走行する際に発生する）に、拡径機構４を拡径力発生状態とする。なお、移動負荷検出手段は、駆動機構３が備えるモータ３ｂの負荷を検出する構成を備えて構成することができ、例えば、駆動機構３と一体的に構成することができる。

（３）上記の実施形態では、拡径機構４が、管体検査機構２０が備える磁石２１を利用して拡径力を発生する場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、拡径機構４の少なくとも一部を、専用の磁石を備えて管体検査機構２０とは別体に構成することも、本発明の好適な実施形態の一つである。拡径機構４が備える当該専用の磁石としては、管体検査機構２０が備える磁石２１と同様に電磁石であっても良いし、巻線が巻回されていない永久磁石であっても良い。なお、拡径機構４の全てが専用の磁石を備えている構成においては、管内移動装置１が、管体検査機構２０を備えない構成とすることもできる。

（４）上記の実施形態では、拡径機構４は、駆動機構３とは別体に構成されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、拡径機構４を駆動機構３と一体的に設ける構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。このような構成として、例えば、駆動機構３が備える車輪３ａを、磁石で構成された車軸と当該車軸の両端に取り付けられた一対の鋼製輪体とを備えた磁石車輪として構成することが挙げられる。

（５）上記の実施形態では、螺旋体２を構成する可撓性の長手部材５が、断面四角形の板状体である場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、螺旋体２を構成する長手部材５は、延在方向に直交する断面における断面形状が円形や楕円形等の柱状部材であっても良い。

（６）上記の実施形態では、推進機構７が、車輪３ａと管体Ｐの内面Ｓとの間の摩擦力を利用して、管内移動装置１の推進力を発生する場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、管体Ｐの内面Ｓとの間の摩擦力により推進力を発生可能な構成であれば、車輪３ａを備えるものに限定されない。例えば、推進機構７を、無限軌道を備えて構成することができる。

本発明は、管体の内部を移動可能な管内移動装置に好適に利用することができる。

１：管内移動装置
２：螺旋体
４：拡径機構
５：長手部材
７：推進機構
２０：管体検査機構
２１：磁石
Ｐ：管体
Ｐ０：同径管体
Ｐ１：大径管体
Ｐ２：小径管体
Ｓ：内面

Claims (7)

1. 管体の内部を移動可能な管内移動装置であって、
   可撓性の長手部材が螺旋状に巻回されてなる螺旋体と、前記螺旋体の軸心方向への推進力を発生する推進機構と、前記螺旋体の螺旋径を拡大させる拡径力を発生する拡径機構と、を備え、
   前記推進機構は、前記長手部材に備えられるとともに、前記管体の内面との間の摩擦力により、前記長手部材に対して前記螺旋体の軸心直交方向に対して傾いた方向への駆動力を付与することで前記推進力を発生し、
   前記拡径機構は、前記長手部材に備えられるとともに、前記管体の内面との間で作用する磁気的な吸引力により、前記長手部材に対して前記螺旋体の径方向外側への力を付与することで前記拡径力を発生し、
   前記管体の内部に配置され、前記拡径機構による前記拡径力が発生している状態で、前記推進機構が前記推進力を発生して当該管体の軸心方向に沿って移動可能に構成されている管内移動装置。
2. 内部に挿入された前記螺旋体の螺旋径が自然状態にあり、当該螺旋体の径方向に関する復元力が発生しない最小の内径を有する管体を同径管体とした場合に、
   前記同径管体の内部に配置され、前記拡径機構による前記拡径力が発生している状態で、前記推進機構が前記推進力を発生して当該同径管体の軸心方向に沿って移動可能に構成されている請求項１記載の管内移動装置。
3. 前記同径管体よりも内径が小さい管体を小径管体とするとともに、前記同径管体よりも内径が大きい管体を大径管体とした場合に、
   前記小径管体の内部に配置され、前記螺旋体に当該螺旋体の径方向外側への復元力が発生している状態で、前記推進機構が前記推進力を発生して当該小径管体の軸心方向に沿って移動可能に構成され、
   前記大径管体の内部に配置され、前記螺旋体に当該螺旋体の径方向内側への復元力と当該復元力より大きな前記拡径力とが発生している状態で、前記推進機構が前記推進力を発生して当該大径管体の軸心方向に沿って移動可能に構成されている請求項２記載の管内移動装置。
4. 前記拡径機構は、前記拡径力を発生する拡径力発生状態と、前記拡径力を発生しない拡径力非発生状態とに切替可能に構成され、
   前記小径管体の内部に配置された状態において、前記拡径機構は前記拡径力非発生状態に切り替えられる請求項３記載の管内移動装置。
5. 移動先の前記管体の内径を検出する管径検出手段を備えるとともに、
   前記拡径機構は、前記拡径力を発生する拡径力発生状態と、前記拡径力を発生しない拡径力非発生状態とに切替可能に構成され、
   前記管径検出手段により検出される移動先の管体が、前記小径管体である場合に、前記拡径機構を前記拡径力非発生状態とし、前記同径管体若しくは前記大径管体である場合に、前記拡径機構を前記拡径力発生状態とする拡径機構状態設定手段を備えた請求項３記載の管内移動装置。
6. 管内移動に伴う負荷を前記推進機構の状態から検出する移動負荷検出手段を備えるとともに、
   前記拡径機構は、前記拡径力を発生する拡径力発生状態と、前記拡径力を発生しない拡径力非発生状態とに切替可能に構成され、
   前記移動負荷検出手段により検出される移動負荷が、前記同径管体内を前記拡径機構を働かせて移動する場合に発生する移動負荷より大きい場合に、前記拡径機構を前記拡径力非発生状態とし、小さい場合に、前記拡径機構を前記拡径力発生状態とする拡径機構状態設定手段を備えた請求項３記載の管内移動装置。
7. 前記管体を磁化させることで当該管体を検査する管体検査機構が前記長手部材に備えられ、
   前記拡径機構は、前記管体検査機構が備える磁石を利用して前記拡径力を発生する請求項１から６の何れか一項記載の管内移動装置。

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