JP2015217832A - 管内走行装置 - Google Patents

Abstract

【課題】専用機器を必要とせず、できる限り製造コストを抑えながらも、小径部と大径部とを有する配管領域など配管内の特異な箇所においても良好に走行可能な管内走行装置を提供する。
【解決手段】２つのアーム部１１と、２つのアーム部１１を、各アーム部１１の中央部１１０において軸心Ｔ周りで揺動自在に軸支する軸支部材１６と、各アーム部１１の両端部に軸支され、管内壁に接触して回転自在な車輪１２と、各アーム部１１の一端側同士を相互に離間する管の径方向外側に付勢して当該各アーム部１１の一端側に配置される各車輪１２を管内壁に押圧するとともに、各アーム部１１の他端側同士を相互に離間する管の径方向外側に付勢して当該各アーム部１１の他端側に配置される各車輪１２を管内壁に押圧する付勢手段１８と、を有する走行ユニット１０を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、地中に埋設されたガス管、水道管および地上のプラント配管等の配管内面欠陥を検査および補修するなどの目的のために、管の内部を管軸方向に走行する管内走行装置に関する。

埋設配管を露出する際の作業時間や作業コストを回避できることから、地面を掘削せずに配管検査を実施することができる管内走行台車が提案されている。このような管内走行台車では、直線的に延びている配管や緩やかに湾曲している配管での走行性はおおむね良好である。しかしながら、配管にドレッサ形管継手やレデューサ継手などが設けられ、配管の内径が部分的に変化している配管領域では、その領域において配管は小径部と大径部を有し、その結果段差が生じる。このような領域での管内走行台車の走行性は悪くなる。

例えば、ドレッサ形管継手が装着されているような配管領域、つまり小径部と大径部を有する配管領域において、その窪み（大径部）に駆動ローラが落ち込んでも容易に脱出可能な管内走行台車が、特許文献１によって提案されている。この管内走行台車の台車本体には、上下・左右の１対の４つの支脚が相互に円周方向に９０度だけ位置をずらして交差状に取り付けられており、それぞれの先端には、駆動ローラまたは操向部材が設けられている。さらに、駆動ローラの進行方向側に位置し、台車本体の前記上下方向に拡開する一対の支脚の上側の支脚と配管内壁との間で上下に摺動昇降するように配置した作動部材と、この作動部材を動作させる押圧部材とが備えられている。このような、いわゆるジャッキ機構の採用により、台車本体の走行中に駆動ローラが段差を有する窪みに落ち込んで、この窪みの段差に衝突して走行できなくなったときでも、台車本体に設けた押圧部材を動作して作動部材を下降させ、配管内壁に作動部材を当接させて前記台車本体を持ち上げることで、駆動ローラが窪み内から抜け出ることができる。

特開平１１―２６８６３８号公報（段落番号〔０００９−００２５〕、図５、図６）

特許文献１による管内走行台車では、駆動ローラが段差を有する窪みに落ち込んでも、台車本体を持ち上げる作動部材、つまりジャッキ機構を搭載しているので、駆動ローラを段差から抜け出させることが可能となる。しかしながら、そのようなジャッキ機構を備えることは、構造的にも、制御的にも大きな負担となり、構造の複雑化及び重量の増加を招来するとともに、コストアップにつながる。

このことから、ジャッキ機構のような別個に制御される専用機器を備えずとも、小径部と大径部とを有する配管領域においても円滑な走行が可能となる管内走行技術が要望されている。そこで、本願発明の目的は、ジャッキ機構のような別個に制御される専用機器を必要とせず簡便な構成とし、できる限り製造コストを抑えながらも、小径部と大径部とを有する配管領域など配管内の特異な箇所においても良好に走行可能な管内走行装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本願発明に係る管の内部を管軸方向に走行する管内走行装置の特徴構成は、２つのアーム部と、前記２つのアーム部を、前記各アーム部の中央部において前記管軸方向に対して直交する軸心周りで揺動自在に軸支する軸支部材と、前記各アーム部の両端部に軸支され、前記管の管内壁に接触して回転自在な車輪と、前記各アーム部の一端側同士を相互に離間する前記管の径方向外側に付勢して当該各アーム部の一端側に配置される各車輪を前記管内壁に押圧するとともに、前記各アーム部の他端側同士を相互に離間する前記管の径方向外側に付勢して当該各アーム部の他端側に配置される各車輪を前記管内壁に押圧する付勢手段と、を有する走行ユニットを備える点にある。

上記特徴構成により、２つのアーム部の両端に軸支された車輪は、付勢手段により管内壁に押圧される。管内壁に押圧された状態で車輪が回転することで、管内走行装置は管軸方向に沿って走行できる。また、管内壁の内径に変化が生じると、車輪を介して管内壁に合わせて軸支部材の軸心周りでアーム部が揺動し、管内壁に合わせた大きさに変形する。また、アーム部の両端部に車輪が軸支されることから、アーム部の一端側の車輪と、他端側の車輪が独立に動くことがない。

このため、例えばドレッサ型管継手やレデューサ継手などが介装され、管の内径が部分的に変化し、小径部と大径部が存在する箇所においては、一端側の車輪が小径部に押圧されているとき、他端側の車輪は一端側の車輪の管径方向の広がり以上に管径方向に広がることなく、ドレッサ型管継手内を通過できる。
具体的には、例えばドレッサ型管継手のように部分的に内径が大きくなる領域においては、進行方向側の車輪が大径部に差し掛かっても、後退方向側の車輪が小径部に押圧された状態となり、進行方向側の車輪は小径部の内径以上に管径方向に広がることなく、後退方向側の車輪が回転することにより、大径部を通過できる。また、例えば、進行方向に進むにつれて縮径する縮径部（レデューサ継手）の場合には、進行方向側の車輪が小径部に侵入した際、後退方向側の車輪も小径部の内径に固定され、進行方向側の車輪が回転することにより、レデューサ継手内を通過できる。

すなわち、ジャッキ機構のような別個に制御される専用機器を必要とせず簡便な構成とし、できる限り製造コストを抑えながらも、小径部と大径部とを有する配管領域など配管内の特異な箇所においても良好に走行可能な管内走行装置が提供できる。

本願発明に係る管内走行装置においては、上記特徴構成に加えて、前記走行ユニットが、前記管軸方向に延びる本体部を備え、前記２つのアーム部が、前記本体部を挟んだ状態で、当該本体部に設けられた前記軸支部材により軸支され、前記付勢手段が、前記本体部の一点を支点として前記各アーム部を径方向外側に付勢する構成とすると好適である。

上記特徴構成によれば、本体部の一点を支点として、各アーム部は径方向外側に付勢された状態で、本体部を中心位置として、アーム部が軸支部材の軸心周りで径方向外側または内側に閉開するように構成される。よって、小径部と大径部とを有する配管領域など配管内の特異な箇所において、より良好に走行可能な管内走行装置が提供できる。

加えて、前記走行ユニットが、前記各アーム部の一端側に配置される車輪を回転駆動する一端側駆動部と、前記各アーム部の他端側に配置される車輪を回転駆動する他端側駆動部と、を備える構成とすると好適である。

上記特徴構成によれば、走行ユニットに駆動部が備えられることにより自走可能となり、別途牽引車などを用意する必要がない。また、管内における拡径部や縮径部、エルボ部分などの、複雑な形状部分において、いずれかの車輪が接触しない状況下においても、管内壁に接触した一端側又は他端側の車輪の駆動力で前に進むことが可能となる。具体的には、例えば、管の内径が部分的に拡がった拡径部に進行方向前方の車輪が侵入した場合でも、後退方向側の車輪は管内に存在し管内壁に接触しているため、進行方向の車輪と後退方向の車輪とは同じ開き状態となり、進行方向側の車輪は管の内径以上に管径方向に広がらず、管の内径と一致する状態（進行方向側の車輪の管径方向の位置が、拡径部に侵入する以前の位置である状態）が維持される。よって、管内壁に接触している進行方向後方の車輪が回転駆動することによって、管内走行装置を進行方向前方に進むことができる。よって、配管内の特異な箇所において良好に走行可能な管内走行装置を、より利用しやすい形態で提供できる。

さらに、前記走行ユニットが前記管の内部に位置する状態で、前記管軸方向において、前記２つのアーム部のうちの一方側である一方側アーム部の一端側に軸支される車輪の軸心と、他方側である他方側アーム部の他端側に軸支される車輪の軸心との軸心間距離が、前記管における拡径部の管軸方向長さよりも長くなるように構成すると好適である。

上記特徴構成によれば、管内において内径が部分的に拡がった拡径部に、進行方向側の車輪が侵入した際、後退方向側の車輪は管内に存在し管内壁に接触しているため、進行方向側の車輪は管の内径以上に管径方向に広がらず、管の内径と一致する状態（進行方向側の車輪の管径方向の位置が、拡径部に侵入する以前の位置である状態）が維持される。このため、進行方向側の車輪が、拡径部を越えて、再度管内に侵入することをスムーズに実現できる。
また、上記特徴構成を備える場合、進行方向側の車輪が、再度管内に侵入した後に、後退方向側の車輪が拡径部に侵入する。このとき、進行方向側の車輪は管内に存在し管内壁に接触しているため、後退方向側の車輪は管の内径と一致する状態（後退方向側の車輪の管径方向の位置が、拡径部に侵入する以前の位置である状態）が維持される。このため、後退方向側の車輪が再度管内に侵入することもスムーズに実現できる。
以上のように、進行方向側及び後退方向側の車輪のいずれもが、拡径部を越えて、再度管内に侵入することをスムーズに実現できる。すなわち、拡径部を容易に越えることができる管内走行装置を実現できる。

また、前記走行ユニットが、前記２つのアーム部のうちの一方側アーム部側に、重りを備える構成とすると好適である。

本願発明の管内走行装置が走行対象とする管内においては、通常、管内面の鉛直方向下方に、重力により障害物が溜まっていることがある。特に、水道管の場合には、下方には、ヘドロや排水などが溜まっている。このため、管内走行車の車輪が、管内面の下方に接触した状態で走行すると、障害物が車輪に絡まるなどにより、正常な走行が妨げられる可能性がある。
上記特徴構成によれば、２つのアーム部のうちの一方側アーム部側が重くなり、走行ユニットの重心は、当該一方側アーム部側に偏心する。よって、走行ユニットは走行するにつれ、重い側の一方側アーム部が、鉛直下方に配置される。よって、２つのアーム部が管内において水平方向に配置された状態で走行する。すなわち、管内壁の鉛直下方に接触せずに走行するため、管内壁の鉛直下方に障害物が存在する悪路においても、良好に走行することができる。以上のように、特別な姿勢制御装置などを備えることなく、管内走行装置が自然に水平方向に配置される仕組みを実現することができる。よって、製造コストを抑えながらも、配管の状態によらず良好に走行可能な管内走行装置が提供できる。

また、前記重りとして、前記２つのアーム部のうち、前記一方側アーム部の一端側及び他端側に設けられる各車輪が、他方側アーム部に設けられる各車輪よりも重くなるように構成されると好適である。

上記特徴構成によれば、車輪の重さを調整するのみで、特別な姿勢制御装置などを備えることなく、管内走行装置が自然に水平方向に配置される仕組みを実現することができ、管内走行装置の設計変更を最小限にとどめながら、製造コストを抑えて、配管の状態によらず良好に走行可能な管内走行装置が提供できる。

また、前記重りとして、前記一方側アーム部に、前記車輪を回転させるための電池が配置される構成とすると好適である。

上記特徴構成によれば、重りとして新たに部材を用意することなく、管内走行装置の走行に必要な部材の配置を最適化するのみで、前記２つのアーム部のうちの一方側アーム部側を重くすることができる。すなわち、製造コストを抑えながらも、配管の状態によらず良好に走行可能な管内走行装置が提供できる。

また、前記走行ユニットを２つ備え、前記管軸方向に見て、一の走行ユニットにおける前記２つのアーム部を軸支する前記軸支部材の軸心と、他の走行ユニットにおける前記２つのアーム部を軸支する前記軸支部材の軸心とが交差するように、前記一の走行ユニットの前記本体部と前記他の走行ユニットの前記本体部とが前記管軸方向に連結される構成とすると好適である。

上記特徴構成によれば、２つの走行ユニットの本体部同士が、管軸方向に連結される。よって本体部の連結箇所に、例えば、管内の検査に用いる機材（センサやカメラなど）を設置することができる。また、管軸方向に見て、一の走行ユニットの各車輪が管の内壁に接触する部位と他の走行ユニットの各車輪が管の内壁に接触する部位とを、管の周方向において所定角度（例えば、９０度）ずれるように分散させることができる。よって、管内の走行安定性を向上させることができる。また、例えば、走行ユニットがそれぞれ駆動部を備える場合には、１つの走行ユニットで走行する場合よりも、駆動力が上がるので、最大積載量を増やすことができる。以上のように、管内の検査に用いるにあたり、より好適に用いることができる。

管内走行装置の斜視図 管内走行装置の斜視図 管内走行装置の走行状態を示す側面図 管内走行装置の走行状態を示す正面図 管内走行装置が拡径部を走行する際の様子を示す図 管内走行装置の分解図 第２実施形態に係る管内走行装置を示す正面図

〔第１実施形態〕
以下では、本発明の実施形態に係る管内走行装置について図面を用いて説明する。図１には、管内走行装置１の斜視図を示す。図２には、管内走行装置１のアーム部１１が閉じた状態を示す。図３は、管内走行装置１が管２内を走行するときの状態を示す。図４は、管内走行装置１が管２内を走行するときの状態を管軸方向Ａから見たときの様子を示す。

１．管内走行装置の概要
１−１．概略構成
図３に示すように、管内走行装置１は、水道管やガス管などの管２の内部に配置され、車輪１２が管内壁２０に接触した状態で回転することにより、管軸方向Ａに沿って、管２の内部を走行する。管内走行装置１は、地中に埋設されたガス管、水道管および地上のプラント配管等の管２の内面欠陥を検査および補修するなどの目的に用いられ、不図示のセンサやカメラなどを搭載して走行する。本実施形態においては、管内走行装置１は、１つの走行ユニット１０からなり、単体で走行可能に構成された自走式の装置である。

以下では、管軸方向Ａにおいて、走行ユニット１０が走行する方向を進行方向Ａ１、逆方向を後退方向Ａ２と呼ぶ。また、図３中、進行方向Ａ１側の車輪１２を「前輪１２１」、後退方向Ａ２側の車輪１２を「後輪１２２」と呼ぶ。ここで、進行方向Ａ１が本願発明における「一端側」に相当し、後退方向Ａ２側が「他端側」に相当する。（なお、走行ユニット１０は、管軸方向Ａに対称な構造のため、進行方向Ａ１を「他端側」、後退方向Ａ２を「一端側」と読み替えても構わない。）

図１及び図３に示すように、走行ユニット１０は、両端に車輪１２を備えたアーム部１１をＸ型の配置で２本備えるとともに、２本のアーム部１１に備えられた車輪１２を管内壁２０に押し付ける作用を持つ付勢手段１８を備える。アーム部１１は剛体からなり、アーム部１１の両端に取り付けられた車輪１２は、相対位置が固定された状態となる。本実施形態においては、アーム部１１は、中央部１１０が一方向に凸型に形成された直方体状に形成される。

本実施形態において、２つのアーム部１１は、両端に備えられた車輪１２の車軸１３３（図６）間の距離が同一となるように、同一形状に形成される。また、アーム部１１は、管２の管軸を含む平面に対して、長辺が平行となるように配置される。より詳しくは、２つのアーム部１１は、車輪１２が備えられた面同士が平行となるように、対向して配置される。

車輪１２は、各アーム部１１の両端部（進行方向Ａ１側端部及び後退方向Ａ２側端部）に軸支され、管内壁２０に接触して回転自在に構成される。本実施形態においては、図４に示すように、車輪１２は各々、車輪１２に対して径方向Ｂ内側に駆動ユニット１３を備え、独立して回転駆動するように構成される。車輪１２の外径は、アーム部１１に取り付けられた状態で、車輪１２の最外周部がアーム部１１よりも径方向Ｂ外側に位置するように決定される。本実施形態においては、４つの車輪１２は、全て同一の形状及び外径を有する。

図１に示すように、２つのアーム部１１は、各アーム部１１の中央部１１０において軸支部材１６により管軸方向Ａに対して直交する軸心Ｔ周りで揺動自在に軸支される。軸支部材１６は、軸心Ｔ方向に延在する円筒状に形成され、アーム部１１の中央部１１０に設けられた貫通孔に挿入され、軸心Ｔ方向の位置が固定される。より具体的には、図６に示すように、軸支部材１６は、本体部１５の軸心Ｔ方向の厚み、及び２つのアーム部１１の中央部１１０の軸心Ｔ方向厚みの合計よりも長く形成され、両端部に円周状に溝加工が施される。軸支部材１６は、本体部１５及び２つのアーム部１１に挿通された状態で、当該溝に止め輪が挿入され、軸心Ｔ方向の移動が規制される。止め輪としては、例えば、ステンレス製のＥ型止め輪を用いることができる。

また、２つのアーム部１１、及び付勢手段１８を保持するために、２つのアーム部１１の間には、本体部１５が備えられる。本体部１５は、管軸方向Ａに延びる直方体状に形成される。本実施形態においては、本体部１５は、断面が矩形状で中空状の金属フレームで構成される。図４に示すように、本体部１５は軸心Ｔ方向に、２つのアーム部１１で挟持される。本実施形態においては、軸心Ｔは、管２の中心部を通るように配置されるため、軸心Ｔは径方向Ｂと一致する。本体部１５は、アーム部１１を軸支する軸支部材１６が貫通する。２つのアーム部１１は、本体部１５を挟んだ状態で、当該本体部１５に設けられた軸支部材１６により軸支される。本実施形態では、本体部１５において管軸方向Ａに見て軸心Ｔ方向に位置する面は、アーム部１１の中央部１１０と面し、アーム部１１の車輪１２の備えられた面と平行に配置される。また、管軸方向Ａに見て軸心Ｔに対して垂直方向に位置する面は、軸心Ｔと平行となる。

図１及び図３に示すように、付勢手段１８は、各アーム部１１の進行方向Ａ１側同士を径方向Ｂ外側に付勢する。これにより、当該各アーム部１１の進行方向Ａ１側に配置される各車輪１２（前輪１２１）は管内壁２０に押圧されるように相互に離間する。

すなわち、一方側アーム部１１の進行方向Ａ１側と、他方側アーム部１１の進行方向Ａ１側とが離間する方向（径方向Ｂ外側）に、付勢手段１８は２つのアーム部１１を付勢する。本実施形態においては、付勢手段１８として複数のトーションバネ１８０を備え、１つのトーションバネ１８０が、一方のアーム部１１の進行方向Ａ１側を径方向Ｂ外側に付勢し、別のトーションバネ１８０が、他方のアーム部１１の進行方向Ａ１側を、径方向Ｂ外側に付勢する。

また、付勢手段１８は、各アーム部１１の後退方向Ａ２同士を径方向Ｂ外側に付勢する。これにより、当該各アーム部１１の後退方向Ａ２側に配置される各車輪１２は管内壁２０に押圧されるように相互に離間する。

すなわち、一方側アーム部１１の後退方向Ａ２側と、他方側アーム部１１の後退方向Ａ２とが離間する方向（径方向Ｂ外側）に、付勢手段１８は２つのアーム部１１を付勢する。本実施形態においては、進行方向Ａ１側と同様、２つのトーションバネ１８０により、後退方向Ａ２側の付勢手段１８が構成される。

以上のように、本実施形態においては、付勢手段１８は、４本のトーションバネ１８０（ねじりバネ）により構成される。各々のトーションバネ１８０は、その両端部が、それぞれ本体部１５とアーム部１１とに固定されるとともに、コイル部分が、本体部１５の１点に固定される。これにより、コイル部分が固定された本体部１５の一点が、支点となり、アーム部１１の車輪１２を径方向Ｂ外側に付勢する。

本実施形態においては、１つのアーム部１１につき、アーム部１１の中央部１１０に対して進行方向Ａ１と後退方向Ａ２とにそれぞれ１本ずつトーションバネ１８０を備える。すなわち、各車輪１２に対応するトーションバネ１８０を備える。このような構成により、管内壁２０からどの車輪１２に対して応力が加わった場合であっても、均等にアーム部１１を開閉することが可能となる。より詳しくは、例えば、アーム部１１の一方側にしかトーションバネ１８０がない場合であれば、トーションバネ１８０がない側の車輪１２が閉じようとしたときに、トーションバネ１８０がある側の車輪１２に比べて、モーメントが大きく発生することから、簡単にアーム部１１が径方向Ｂ内側に押圧されてしまい車輪１２の開閉状況に不均一な状態が生じるが、本実施形態においては、そのような状態になることを抑えることができる。

以上のような構成により、図３に示すように、２つのアーム部１１は、前輪１２１側において２つのアーム部１１が形成する開き角θ１と、後輪１２２側において２つのアーム部１１が形成する開き角θ２が常に同一となるように構成される。具体的には、付勢手段１８により車輪１２が管内壁２０に押し付けられるように、管２の径方向Ｂ外側に向かって押圧される。これにより、前輪１２１または後輪１２２が管内壁２０に接触し、前輪１２１または後輪１２２により規定される走行ユニット１０の径方向Ｂ高さが規制されると、他方も、規制された車輪１２と同じ高さに拘束される。

ここで、「前輪１２１または後輪１２２により規定される走行ユニット１０の径方向Ｂ高さ」とは、一方のアーム部１１の前輪１２１（または後輪１２２）が管内壁２０に接触する点から、他方のアーム部１１の前輪１２１（または後輪１２２）が管内壁２０に接触する点までの距離を意味する。この距離は、走行ユニット１０が、内径Ｒの管２内を走行中は、管２の内径Ｒと等しくなる。

１−２．管内走行時の状態
２つのアーム部１１は、付勢手段１８により径方向Ｂ外側に付勢される。ところで、管２内を走行する場合には、管２内の内径Ｒは、ドレッサ形管継手やレデューサ、エルボ、プラグバルブなどが装着されているような領域において拡径または縮径される。管２の内径Ｒが小さくなった場合には、アーム部１１は径方向Ｂ内側に押圧され、走行ユニット１０の径方向Ｂ高さは変化する。

本実施形態においては、走行ユニット１０の径方向Ｂ高さは、最も小さくなった場合には、図２に示すように、車輪１２の１つ分の高さにまで小さくなる。よって、複雑な機構を有する場合に比べ、大幅にコンパクトにできるため、走行範囲において管２の内径Ｒの変動が大きな場合でも好適に用いることができる。また、小さく折りたためるため、持ち運びや保管の際にも場所をとらないという利点がある。

一方、走行ユニット１０の径方向Ｂ高さが最も大きくなる場合は、本実施形態においては、付勢手段１８に用いるトーションバネ１８０の自然長において生じる付勢力によって、２つのアーム部１１が開いた状態により決定される。よって、走行ユニット１０が走行する管２の内径の最大値に合わせて、走行ユニット１０のサイズ（アーム部１１及び車輪１２のサイズ）及びトーションバネ１８０の付勢力を決定すると良い。

１−３．管内走行装置の動作形態
図５に、管内走行装置１が管２内を走行するときの様子を、管２に拡径部２Ｘが介挿された領域を走行する場合を例として、模式的に示す。図５（ａ）〜（ｄ）では、管内走行装置１が、図面右側から左側に走行するときの様子を示している。

本実施形態においては、走行ユニット１０の大きさは、走行ユニット１０が管２の内部に位置する状態で、前輪１２１の車軸１３３の軸心と後輪１２２の車軸１３３の軸心との軸心間距離Ｌ１が、管２における拡径部２Ｘの管軸方向長さＬ２よりも長くなるように設定される。なお、管２を通過できれば、その他の長さに設定しても構わない。ここで、軸心間距離Ｌ１は、管軸方向Ａにおいて、２つのアーム部１１のうちの一方側アーム部１１の進行方向Ａ１側に軸支される車輪１２の車軸１３３（軸心）と、他方側アーム部１１の後退方向Ａ２側に軸支される車輪１２の車軸１３３（軸心）との距離を意味する。また、拡径部２Ｘとは、例えば、ドレッサ型継手が挿入された箇所など、管内走行装置１が走行する管２において内径が、部分的に拡径された箇所を意味する。

ここで、走行ユニット１０の管軸方向Ａの長さＬ１は、拡径部２Ｘではない管２内において、前輪１２１が管内壁２０に接触する位置から、後輪１２２が管内壁２０に接触する位置までの距離を意味する。

なお、上記説明では、管２内において拡径部２Ｘが１つだけ存在する場合について説明したが、管２内に拡径部２Ｘが複数含まれる場合には、拡径部２Ｘを越えるにあたり必要な管軸方向Ａの長さＬ１が実現できるように、走行ユニット１０のサイズを決定すると良い。

図５（ａ）のように、走行ユニット１０は管２内を、車輪１２が管内壁２０に接するようにして走行する。すなわち、走行ユニット１０の径方向Ｂ高さが、管２の内径Ｒと同一となるように、付勢手段１８によりアーム部１１は径方向Ｂ外側に付勢される。

図５（ｂ）のように管２の拡径部２Ｘに侵入した場合、走行ユニット１０の前輪１２１は、管内壁２０から離間する一方、後輪１２２は管内壁２０に接した状態のままとなる。このとき、２つのアーム部１１は、付勢手段１８によりアーム部１１を介して後輪１２２が管内壁２０に押圧された状態で規制される。このため、前輪１２１が、拡径部２Ｘに侵入した際に、付勢手段１８により径方向Ｂ外側に動くことはなく、前輪１２１により規定される走行ユニット１０の径方向Ｂ高さが、後輪１２２と同様、管２の内径Ｒと同一のままとなる。よって、拡径部２Ｘの内径に合わせてアーム部１１が開くことなく進行方向Ａ１に進むため、前輪１２１は、拡径部２Ｘを通過し、進行方向Ａ１側に位置する管２内部にスムーズに侵入することができる。

さらに、走行ユニット１０が進行方向Ａ１に進行すると、図５（ｃ）のように、後輪１２２が管内壁２０に接した状態のまま前輪１２１が拡径部２Ｘを通過し、その後、後輪１２２が拡径部２Ｘに侵入する。このとき、前輪１２１は、管内壁２０に接触する一方、後輪１２２は管内壁２０から離間する。図５（ｂ）と同様に、後輪１２２は径方向Ｂ高さが内径Ｒと同一の状態を保ったままとなり、走行ユニット１０が進行方向Ａ１に進むに従いスムーズに管２内に侵入し、図５（ｄ）の状態となる。

２．走行ユニットの詳細構成
以下では、管内走行装置１の走行ユニット１０の構成について、図６を用いて詳述する。

２−１．付勢手段の構成
図６に示すように、本実施形態において、付勢手段１８は、本体部１５の軸心Ｔ方向外側の面に固定されたトーションバネ１８０により構成される。トーションバネ１８０のコイル部は、アーム部１１に径方向Ｂ外側への付勢力を働かせるための支点として、本体部１５に設けられた突起部１５１に固定される。

トーションバネ１８０の両端は、軸心Ｔ方向に屈曲される。トーションバネ１８０の一端は、本体部１５に固定される。より具体的には、本体部１５に設けられた貫通孔にバネの先端が挿通される。トーションバネ１８０の他端は、アーム部１１に設けられたスリット１１１に挿通される。スリット１１１は、アーム部１１の長手方向に直線状に形成される。このような構成とすることにより、バネの他端がスリット１１１内において移動する範囲では、少ない抵抗で移動することができる。すなわち、走行ユニット１０は、スムーズに管２の内径に合わせてアーム部１１を揺動させることができる。

スリット１１１の長さは、２つのアーム部１１が形成する開き角θ１（θ２）が最大となるときに、スリット１１１に挿通されるトーションバネ１８０の端部が、スリット１１１においてアーム部１１の中央部１１０に最も近い位置に位置するとともに、開き角θ１（θ２）が最小となるときに、トーションバネ１８０の端部が、スリット１１１においてアーム部１１の中央部１１０に最も遠い位置に位置するように設定される。

２−２．車輪部分の構成
走行ユニット１０は、少なくとも、前輪１２１のうちの１輪、及び後輪１２２のうちの１輪を回転駆動させるための駆動ユニット１３を備える。すなわち、走行ユニット１０は、駆動ユニット１３として、各アーム部１１の進行方向Ａ１側に配置される車輪１２を回転駆動するための駆動ユニット１３（進行方向Ａ１側駆動ユニット）と、各アーム部１１の後退方向Ａ２側に配置される車輪１２を回転駆動するための駆動ユニット１３（後退方向Ａ２側駆動ユニット）と、を備える。

進行方向Ａ１側駆動ユニットは、本願発明に係る「一端側駆動部」に相当し、後退方向Ａ２側駆動ユニットは「他端側駆動部」に相当する。

本実施形態においては、各アーム部１１に配置される車輪１２を回転駆動する駆動ユニット１３が、各車輪１２を各別に駆動するように、各アーム部１１の一端側（進行方向Ａ１側）及び他端側（後退方向Ａ２側）に別々に配置されている。また、本実施形態においては、本体部１５が、中空状に形成され、その内部に、各駆動ユニット１３を駆動させるための電力源としての電池１４が配置される。このような構成とすることで、管２の径方向Ｂの厚みを増やすことなく、管内走行装置１を自走式とすることができる。

車輪１２は、中空状の半球状に形成される。車輪１２の中心部には、それぞれの車軸１３３を固定するボスが形成されている。図示を省略するが、半球状の車輪１２の周縁領域には、管内壁２０との間の摩擦を高めるために、ラバーリングを外嵌しても構わない。外嵌するラバーリングの外径は、車輪１２の外径より大きい。このように構成することで、管内壁２０における摩擦力を稼ぎ、例えば鉛直エルボ内を走行できるなど、曲面走行や垂直走行に良好に対応できる。

車輪１２とアーム部１１との間に形成される空間内に各車軸１３３を回転可能に支持する各駆動ユニット１３が収納される。この各駆動ユニット１３は、アーム部１１に形成された取付座に、ねじによって着脱可能に装着される。駆動ユニット１３は、モータ１３１とギヤ式の減速機構１３２と車軸１３３とを有し、モータ１３１の回転を減速機構１３２を介して車軸１３３に伝え、車輪１２を駆動する。

本実施形態においては、各駆動ユニット１３は、すべて同一の駆動力（速度及びトルク）で回転する。このような構成とすることで、図５（ｂ）及び（ｃ）において、拡径部２Ｘに侵入していない２つの車輪１２は進行方向Ａ１に同一速度で進む。よって、拡径部２Ｘに侵入した車輪１２の径方向Ｂの位置は、拡径部２Ｘに侵入する以前の位置（管２内を走行していた状態での径方向Ｂの位置）を維持した状態となり、拡径部２Ｘに対して進行方向Ａ１に存在する管２内にスムーズに再侵入することができる。

〔第２実施形態〕
例えば、本願発明の管内走行装置１が走行対象とする管２内においては、管２の内面の鉛直方向下方に、重力により障害物が溜まっていることがある。特に、水道管の場合には、下方には、ヘドロや排水などが溜まりがちである。このため、管内走行装置１の車輪１２が、管２の内面の鉛直方向下方に接触した状態で走行すると、障害物が車輪１２に絡まるなどにより、正常な走行が妨げられる可能性がある。よって、このような管２を走行する際には、車輪１２は、管２の内面の鉛直下方には接触しないことが望ましい。

上記第１実施形態においては、電池１４が本体部１５内に配置される場合の一例を示した。一方、本実施形態においては、走行中の走行ユニット１０の管２の周方向の姿勢を制御する仕組みとして、軸心Ｔに対して径方向Ｂで２つのアーム部１１のうちの一方側のアーム部１１側に、重りＧを備える。具体的には、図７に示すように、重りＧとして、２つのアーム部１１のうちの一方側のアーム部１１に、駆動ユニット１３を動作させるための電池１４が配置される。このような構成とすることにより、走行ユニット１０の重心が偏心するため、走行ユニット１０は、走行するうちに電池１４を備えたアーム部１１が鉛直下方に位置するようになる。

〔第３実施形態〕
また、第２実施形態とは異なる実施形態として、本実施形態においては、重りＧとして、２つのアーム部１１のうちの一方側のアーム部１１に設けられた車輪１２が、他方側のアーム部１１に設けられた車輪１２よりも重くなるように構成しても良い。より具体的には、電池１４が備えられたアーム部１１の進行方向Ａ１側及び後退方向Ａ２側に備えられた２つの車輪１２を重くする。このような構成とすることで、走行ユニット１０の形状に変更を加えることなく、重心をずらすことができ、安定してアーム部１１が鉛直下方に位置するようになる。

〔第４実施形態〕
上記実施形態においては、管内走行装置１が、走行ユニット１０を１つ備える構成の場合について説明したが、管内走行装置１を、複数の走行ユニット１０から構成しても構わない。

例えば、走行ユニット１０を２つ備え、一の走行ユニット１０の本体部１５と他の走行ユニット１０の本体部１５が管軸方向Ａに連結される構成とすることができる。この場合には、本体部１５と、本体部１５とを連結する部材上（すなわち、走行ユニット１０と走行ユニット１０との間）に、管２内を検査するための装置類を積載することができる。また、走行ユニット１０の本体部１５は、管２の内径が変化した場合でも管２の管軸方向Ａ（管２の中心位置）と一致するため、積載した装置（例えばセンサ）から、管内壁２０までの距離が一定に保たれ易い。このため、例えば、管内壁２０からの反射光を取得して管内壁２０の不具合を検査する場合には、より高精度に検査を行える可能性がある。

さらに、走行ユニット１０同士を連結するにあたっては、管軸方向Ａに見て、一の走行ユニット１０における２つのアーム部１１を軸支する軸支部材１６の軸心Ｔと、他の走行ユニット１０における２つのアーム部１１を軸支する軸支部材１６の軸心Ｔとが交差するように構成すると良い。より詳しくは、一方の軸支部材１６の軸心Ｔと、他方の軸支部材１６の軸心Ｔとが直交するように構成すると良い。このような構成とすれば、車輪１２と管内壁２０との接触面が増え駆動力が増すとともに、管軸方向Ａに見て異なる位置で各走行ユニット１０の車輪１２が管内壁２０に接触するため、走行安定性が向上する。なお、軸支部材１６と軸支部材１６とが、管軸方向Ａ方向に見て任意の角度で交差するように構成しても構わない。

〔別実施形態〕
（１）上記実施形態においては、図６に示されるように、車軸１３３がアーム部１１に対して垂直に取り付けられる場合の一例を示したが、車軸１３３をアーム部１１に対して角度をつけて取付けても構わない。この場合、車輪１２と管内壁２０との接触面を増やすように角度を調整すると良い。このような構成とすることで、より、車輪１２と、管内壁２０との接触面を増やすことができ、管内走行装置１の駆動力を増すことができる。

（２）上記実施形態においては、走行ユニット１０が、２つのアーム部１１と、４本の車輪１２からなる場合の一例を示したが、より多くのアーム部１１及び車輪１２を備える構成としても構わない。例えば、走行ユニット１０が、さらに２つのアーム部１１を備え、本体部１５の一方側にアーム部１１を２つ備え、他方側にもアーム部１１を２つ備える構成としても構わない。すなわち、本体部１５の両側に２つずつアーム部１１を備える構成とできる。この場合、例えば、本体部１５を挟持するアーム部１１の軸心Ｔ方向外側に取り付けられるアーム部１１は、径方向Ｂ内側のアーム部１１に固定し、アーム部１１及び車輪１２は管２の径方向Ｂ内側よりも小型のものとすると良い。このような構成とすることで、管内壁２０との接触面積を増やし駆動力を増加させるとともに、直進安定性を増すことができる。

また、別の例としては、走行ユニット１０が２つのアーム部１１と、８本の車輪１２からなる構成としても構わない。例えば、各アーム部１１の両端部に２本ずつ車輪１２を備えるように構成しても構わない。この場合、各アーム部１１の両端の車軸１３３が、２本の車輪１２に挿通されるように構成すると良い。

（３）上記実施形態においては、各車輪１２は、すべて同一速度で回転する場合の例を示したが、一方のアーム部１１に配置された駆動ユニット１３が、他方の側のアーム部１１に配置された駆動ユニット１３よりも高速に回転駆動するように構成しても構わない。このような構成とすることで、管２内を周方向に回転しながら、らせん状に前進させることができる。これにより、例えば、走行ユニット１０に積んだセンサやカメラなどが一方向のみを検知対象としている場合であっても、管２内の全周方向のデータを離散的に収集することが可能となる。よって、例えば、鉛直下方のみの検査データを収集する場合に比べれば、好適に管２内の検査を実施することが可能となる。

（４）上記実施形態においては、駆動ユニット１３が、車輪１２ごとに設けられた場合を示したが、各車輪１２に駆動ユニット１３が設けられない構成としても良い。例えば、駆動ユニット１３を全く備えず、他の台車などにより牽引される構成としても構わない。また、進行方向Ａ１及び後退方向Ａ２に１つずつ、計２つの駆動ユニット１３を備える構成としても構わない。

（５）上記実施形態においては、本体部１５を備える構成としたが、本体部１５を備えず、アーム部１１が軸支部材１６により直接軸支され、アーム部１１同士が直接対向する構成としても構わない。この場合、付勢手段１８は、アーム部１１に直接取り付けられる。また、付勢手段１８としては、トーションバネ１８０に限らず、アーム部１１の進行方向Ａ１（及び後退方向Ａ２）側を離間する管２の径方向Ｂ外側に付勢できる構成であれば、その他の構成でも構わない。

（６）上記第２及び第３実施形態では、一方側のアーム部１１側に重りＧを備える（走行ユニット１０の重心を、一方側のアーム部１１寄りに偏心させる）構成の一例として、一方側のアーム部１１の重量を、他方側のアーム部１１の重量より重くする構成を示した。しかしながら、走行ユニット１０の重心を一方側のアーム部１１寄りに偏心させる構成としてはその他の構成を採用しても構わない。具体的には、例えば、第２及び第３実施形態を組み合わせ、一方側のアーム部１１に電池１４を備えるとともに、当該アーム部１１に備えられる車輪１２を重くする構成としても良い。また、例えば、本体部１５内に配置される電池１４の重心が軸心Ｔに対して一方側のアーム部１１側に位置するように、電池１４の形状を変形させた構成としても構わない。

地中に埋設されたガス管、水道管および地上のプラント配管等の配管内面欠陥を検査および補修するなどの目的のために、管の内部を管軸方向に走行する管内走行装置として利用可能である。

１ ：管内走行装置
２ ：管
１０ ：走行ユニット
１１ ：アーム部
１１ ：各アーム部
１２ ：車輪
１３ ：駆動ユニット（駆動部）
１４ ：電池
１５ ：本体部
１６ ：軸支部材
１８ ：付勢手段
２０ ：管内壁
１１０ ：中央部
１５１ ：突起部（支点）
Ａ ：管軸方向
Ａ１ ：進行方向（一端側）
Ａ２ ：後退方向（他端側）
Ｂ ：径方向
Ｔ ：軸心
Ｇ ：重り

Claims (8)

1. 管の内部を管軸方向に走行する管内走行装置であって、
   ２つのアーム部と、
   前記２つのアーム部を、前記各アーム部の中央部において前記管軸方向に対して直交する軸心周りで揺動自在に軸支する軸支部材と、
   前記各アーム部の両端部に軸支され、前記管の管内壁に接触して回転自在な車輪と、
   前記各アーム部の一端側同士を相互に離間する前記管の径方向外側に付勢して当該各アーム部の一端側に配置される各車輪を前記管内壁に押圧するとともに、前記各アーム部の他端側同士を相互に離間する前記管の径方向外側に付勢して当該各アーム部の他端側に配置される各車輪を前記管内壁に押圧する付勢手段と、を有する走行ユニットを備える管内走行装置。
2. 前記走行ユニットが、前記管軸方向に延びる本体部を備え、
   前記２つのアーム部が、前記本体部を挟んだ状態で、当該本体部に設けられた前記軸支部材により軸支され、
   前記付勢手段が、前記本体部の一点を支点として前記各アーム部を径方向外側に付勢する構成である請求項１に記載の管内走行装置。
3. 前記走行ユニットが、前記各アーム部の一端側に配置される車輪を回転駆動する一端側駆動部と、前記各アーム部の他端側に配置される車輪を回転駆動する他端側駆動部と、を備える請求項１又は２に記載の管内走行装置。
4. 前記走行ユニットが前記管の内部に位置する状態で、前記管軸方向において、前記２つのアーム部のうちの一方側である一方側アーム部の一端側に軸支される車輪の軸心と、他方側である他方側アーム部の他端側に軸支される車輪の軸心との軸心間距離が、前記管における拡径部の管軸方向長さよりも長くなるように構成される請求項３に記載の管内走行装置。
5. 前記走行ユニットが、前記２つのアーム部のうちの一方側アーム部側に、重りを備える請求項１〜４の何れか一項に記載の管内走行装置。
6. 前記重りとして、前記２つのアーム部のうち、前記一方側アーム部の一端側及び他端側に設けられる各車輪が、他方側アーム部に設けられる各車輪よりも重くなるように構成される請求項５に記載の管内走行装置。
7. 前記重りとして、前記一方側アーム部に、前記車輪を回転させるための電池が配置される請求項５に記載の管内走行装置。
8. 前記走行ユニットを２つ備え、
   前記管軸方向に見て、一の走行ユニットにおける前記２つのアーム部を軸支する前記軸支部材の軸心と、他の走行ユニットにおける前記２つのアーム部を軸支する前記軸支部材の軸心とが交差するように、前記一の走行ユニットの前記本体部と前記他の走行ユニットの前記本体部とが前記管軸方向に連結される請求項２に記載の管内走行装置。

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