JP2015219183A - 管内自走装置および配管検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配管の内部を安定して自走することができ、配管からの引き抜き性能に優れた管内自走装置および配管検査装置を提供する。
【解決手段】自走連結体１１が、複数の推進体２１と可撓性を有する複数の接続体２２とを交互に連結して成っている。各推進体２１は、少なくとも１つが振動可能に設けられている。各推進体２１は、接触推進部２１ａとテーパー部２１ｂとを有している。接触推進部２１ａは、側面に、外方に突出し、先端が自走連結体１１の後端１１ｂに向かって傾くよう設けられた複数の線材２１ｃを有している。これにより、各推進体２１は、配管の内壁に接したとき、自走連結体１１の先端１１ａに向かって滑りやすく、自走連結体１１の後端１１ｂに向かって滑りにくい摩擦異方性を有し、振動可能に設けられた推進体２１が振動したとき、自走連結体１１の先端１１ａに向かう推進力が得られるようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、管内自走装置および配管検査装置に関する。

配管は、水道やガスといったライフラインを供給するために使用されており、人々の生活を支える重要な役割を果たす社会資本の１つである。これらの長距離かつ複雑に埋設された配管網を、十分な安全確保を図りつつ効率的に維持管理していくことは、「安全で安定した供給」という社会的ニーズに応えるために重要な課題である。

従来、配管の維持管理を安全かつ効率的に行うために、配管内を走行し、配管を内部から検査する装置が開発されている。そのような装置として、配管内に押し込むことにより挿入操作される線状体の先端に、加振装置が設けられた誘導体が取り付けられており、振動により誘導体が前方へ自走するよう、誘導体の表面に、毛先が前方から後方に向いた起毛処理が行われた配管検査装置がある（例えば、特許文献１参照）。

また、本発明者等により、先端に曲げ形状を備え、曲げ弾性を有するケーブルと、ケーブルに振動を付与する加振装置と、ケーブルの加振に応じてケーブルに所定方向の推進力を付与するために、ケーブルの外側面に、外部物体との接触に基づいて前進方向と後退方向とに滑りやすさの異方性を有する弾性摩擦材を設けて成る推進装置とを有する自走式ケーブル装置が開発されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−１８７３３７号公報 特開２００９−６６１６７号公報

特許文献１に記載の配管検査装置は、振動により誘導体が自走したり段差を越えたりすることができるが、誘導体が小さく自走のための力が弱いため、曲がりが多い配管や複雑に曲がった配管では、押し込み力が伝わらなくなり、自走することができなくなって、それ以上の挿入が困難になるという課題があった。また、特許文献２に記載の自走式ケーブル装置は、ケーブル全体に弾性摩擦材が設けられているため、自走するための力が強く、複雑に曲がった配管でも安定して自走することができる。しかしながら、引き抜く際に、配管の屈曲部や接続部の段差で弾性摩擦材やケーブル自体が引っ掛かりやすく、引き抜きが困難であるという課題があった。

本発明は、このような課題に着目してなされたもので、配管の内部を安定して自走することができ、配管からの引き抜き性能に優れた管内自走装置および配管検査装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る管内自走装置は、配管の内部を自走する管内自走装置であって、複数の推進体と可撓性を有する複数の接続体とを交互に連結して成る自走連結体を有し、各推進体のうちの少なくとも１つが振動可能に設けられ、各推進体は、前記配管の内壁に接したとき、前記自走連結体の先端に向かって滑りやすく、前記自走連結体の後端に向かって滑りにくい摩擦異方性を有していることを特徴とする。特に、各推進体は、前記振動可能に設けられた推進体が振動したとき、前記摩擦異方性により前記自走連結体の先端に向かう推進力が得られるよう構成されていることが好ましい。

本発明に係る管内自走装置は、ガス管などの配管の内部に入れて、以下のようにして使用される。まず、自走連結体の先端部を配管の内部に入れ、振動可能に設けられた推進体を振動させる。これにより、その推進体の振動が各接続体を介して連結された他の推進体に伝わり、各推進体の摩擦異方性により自走連結体の先端に向かう推進力が得られるため、自走連結体が配管の奥に向かって自走する。各推進体が先端だけでなく、自走連結体の全体に設けられているため、推進力が強い。また、各接続体が可撓性を有しているため、配管の屈曲部の形状に応じて自走連結体が曲がりやすい。このため、配管の多数の曲がりを通過しても安定して自走し、挿入することができる。

また、配管の内部に入った自走連結体は、配管から出ている自走連結体の後端部を引っ張って配管から引き抜くことができる。このとき、各接続体が可撓性を有するため、曲がった配管でも引き抜きやすい。また、摩擦異方性が各推進体にのみ付与されているため、全体に弾性摩擦材が設けられた従来のケーブル装置と比べて、引き抜き時の摩擦が小さくなるとともに、配管の屈曲部や接続部の段差で引っ掛かりにくく、配管からの引き抜き性能に優れている。なお、途中でわずかに引っ掛かったときには、推進体を振動させて引っ掛かりを解消することにより、配管から引き抜くことができる。

本発明に係る管内自走装置は、全ての推進体が振動可能であってもよく、何個かおきに振動可能な推進体が設けられていてもよい。振動可能な推進体は、例えば、その推進体の内部に設けられた振動モータなどの加振手段により振動可能に構成されている。各接続体は、引っ掛かりにくくするために、連結方向に伸びにくく、各推進体よりも細く形成されていることが好ましい。各接続体は、連結方向に対して横方向に撓みやすい可撓性を有し、撓んだ状態が維持されるよう、撓んだときの復元力は小さいことが好ましい。

本発明に係る管内自走装置で、各推進体は、推進力が得られるものであれば、どのような構成で摩擦異方性を有していてもよい。例えば、各推進体は、摩擦異方性を付与するために、側面に、外方に突出し、先端が前記自走連結体の後端に向かって傾くよう設けられた複数の線材や複数の傘状の面材を有していてもよく、側面が鱗状に形成されていてもよい。

本発明に係る管内自走装置で、各推進体は、連結方向に沿って貫通した貫通孔を有し、各接続体は、隣り合う推進体の各貫通孔を連通するよう、連結方向に沿って貫通した接続孔を有し、一端が前記自走連結体の先端部に固定され、各貫通孔および各接続孔を通って前記自走連結体の後端から他端側が突出するよう設けられた線状体を有することが好ましい。複雑に曲がった配管から自走連結体を引き抜く際、摩擦抵抗が非常に大きくなるため、自走連結体が途中で引っ掛かりやすい。このとき、自走連結体の後端から突出した線状体を引っ張り、自走連結体の先端部を曲管部で撓ませて摩擦抵抗を小さくし、その撓ませた分だけ自走連結体を引き抜く。引っ掛かる度にこの操作を繰り返すことにより、自走連結体を徐々に引き抜くことができる。

本発明に係る管内自走装置で、各推進体は、前記摩擦異方性を有する接触推進部と、前記接触推進部から徐々に外径が小さくなるよう、前記接触推進部の前記自走連結体の後端側に設けられたテーパー部とを有していることが好ましい。また、前記テーパー部は、金属製の平滑面から成る表面を有することが好ましい。この場合、引き抜き時に、配管の屈曲部や接続部の段差を各推進体が通過する際、まずテーパー部が屈曲部や段差に当たり、テーパー部に沿って角度を変えながらスムーズに引き抜き方向に移動するため、屈曲部や段差で引っ掛かりにくい。また、配管の直線部や緩い曲線部では各推進体が接触推進部のみで配管の内壁に接するため、引き抜き時の摩擦抵抗を小さくすることができ、より引き抜きやすくすることができる。

本発明に係る管内自走装置は、前記自走連結体の先端部に、長さ方向に沿った軸を中心として回転可能に設けられた回転手段と、前記回転手段の駆動および回転制御を行うための制御手段とを、有していてもよい。また、本発明に係る管内自走装置は、前記自走連結体の先端部を、長さ方向に対して横方向に曲げるよう設けられた曲げ手段と、前記曲げ手段の駆動および曲げ方向の制御を行うための制御手段とを有し、前記曲げ手段は、前記横方向のうち、少なくとも一方向およびその反対方向に曲げるよう構成されていてもよい。これらの場合、自走する際に、回転手段または曲げ手段により、自走連結体の先端部を配管の曲がる方向に曲げることができ、安定して自走することができる。また、配管が分岐しているときでも、所望の方向に曲げて進めることができる。

本発明に係る配管検査装置は、本発明に係る管内自走装置と、前記自走連結体の先端部に設けられた検査手段とを、有することを特徴とする。
本発明に係る配管検査装置は、本発明に係る管内自走装置を有しているため、配管の内部を安定して自走することができるとともに、配管からの引き抜き性能に優れている。このため、配管内部の比較的長い距離を、検査手段により容易に検査することができる。検査手段は、カメラなど、配管の内部を検査するためのものであれば、いかなるものであってもよい。

本発明によれば、配管の内部を安定して自走することができ、配管からの引き抜き性能に優れた管内自走装置および配管検査装置を提供することができる。

本発明の実施の形態の管内自走装置を示す側面図である。 （ａ）テーパー部を有さない管内自走装置、（ｂ）テーパー部を有する図１に示す管内自走装置の、引き抜き時に、配管の屈曲部や接続部の段差を通過する状態を示す側面図である。 図１に示す管内自走装置の、先端に回転手段を有する変形例を示す側面図である。 図１に示す管内自走装置の、配管内自走実験で使用した（ａ）パターンＡ、（ｂ）パターンＢ、（ｃ）パターンＣの配管パターンを示す斜視図である。 図１に示す管内自走装置の、（ａ）パターンＡ、（ｂ）パターンＢ、（ｃ）パターンＣの配管内自走実験結果を示すグラフである。

以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図５は、本発明の実施の形態の管内自走装置を示している。
図１に示すように、管内自走装置１０は、配管の内部を自走する管内自走装置１０であって、自走連結体１１と線状体１２とを有している。

自走連結体１１は、複数の推進体２１と可撓性を有する複数の接続体２２とを交互に連結して成っている。各推進体２１は、中心軸に対して回転対称形状を成し、外径が円筒状の接触推進部２１ａとテーパー部２１ｂとを有している。また、各推進体２１は、連結方向に沿って、中心を貫通して設けられた貫通孔を有している。

接触推進部２１ａは、自走連結体１１の先端１１ａの側に設けられ、側面全体に、外方に突出する複数の線材２１ｃを有している。各線材２１ｃは、その先端が自走連結体１１の後端１１ｂに向かって傾くよう設けられている。これにより、接触推進部２１ａは、配管の内壁に接したとき、自走連結体１１の先端１１ａに向かって滑りやすく、自走連結体１１の後端１１ｂに向かって滑りにくい摩擦異方性を有している。

テーパー部２１ｂは、自走連結体１１の後端１１ｂの側に設けられ、接触推進部２１ａから自走連結体１１の後端１１ｂに向かって徐々に外径が小さくなるよう形成されている。また、テーパー部２１ｂは、金属製の平滑面から成る表面を有している。

各推進体２１は、少なくとも１つが振動可能に設けられている。具体的な一例では、各推進体２１は、１つおきに振動可能になっている。振動可能な推進体２１は、内部に振動モータから成る加振手段を有している。各推進体２１は、振動可能な推進体２１が振動したとき、各線材２１ｃにより付与された摩擦異方性により、自走連結体１１の先端１１ａに向かう推進力が得られるよう構成されている。

各接続体２２は、円筒状を成し、各推進体２１のテーパー部２１ｂの細径側の径とほぼ同じ外径を有している。各接続体２２は、自走連結体１１の先端１１ａの側の推進体２１のテーパー部２１ｂの細径側と、自走連結体１１の後端１１ｂの側の推進体２１の接触推進部２１ａの端部とを接続している。各接続体２２は、内側の接続孔により、隣り合う推進体２１の各貫通孔を連通するよう取り付けられている。

各接続体２２は、モノコイルの外側をブレードチューブで覆って形成されている。これにより、各接続体２２は、柔軟性に優れ、曲げ半径が非常に小さく、連結方向に伸びにくく、引張り強度や側圧強度、ねじり方向の耐久性に優れている。また、各接続体２２は、撓んだ状態が維持されるよう、撓んだときの復元力が小さくなっている。

線状体１２は、ワイヤから成り、一端が自走連結体１１の先端１１ａの推進体２１に固定され、各貫通孔および各接続孔を通って、後端１１ｂから他端が突出するよう設けられている。なお、推進体２１の加振手段に電力を供給するための電線ケーブルも、各貫通孔および各接続孔を通って自走連結体１１の後端１１ｂから突出し、電源に接続されている。

次に、作用について説明する。
管内自走装置１０は、ガス管などの配管の内部に入れて、以下のようにして使用される。まず、自走連結体１１の先端１１ａを配管の内部に入れ、振動可能に設けられた推進体２１を振動させる。これにより、その推進体２１の振動が、各接続体２２を介して振動しない他の推進体２１にも伝わり、各推進体２１の摩擦異方性により自走連結体１１の先端１１ａに向かう推進力が得られる。このため、自走連結体１１が配管の奥に向かって自走する。

管内自走装置１０は、各推進体２１が自走連結体１１の先端１１ａだけでなく、自走連結体１１の全体に設けられているため、引っ掛かりにくく、推進力も強い。また、各接続体２２が可撓性を有しているため、配管の屈曲部の形状に応じて自走連結体１１が曲がりやすい。このため、配管の多数の曲がりを通過しても安定して自走し、挿入することができる。このように、管内自走装置１０は、外力を加えて押し込まなくとも、自走して配管の内部に挿入することができる。

また、配管の内部に入った自走連結体１１は、配管から出ている自走連結体１１の後端１１ｂを引っ張って配管から引き抜くことができる。このとき、各接続体２２が可撓性を有するため、曲がった配管でも引き抜きやすい。また、摩擦異方性が各推進体２１の接触推進部２１ａにのみ付与されており、配管の直線部や緩い曲線部では各推進体２１が接触推進部２１ａのみで配管の内壁に接するため、全体に弾性摩擦材が設けられた従来のケーブル装置と比べて、引き抜き時の摩擦抵抗を小さくすることができる。

また、図２（ａ）に示すように、テーパー部２１ｂを有さない場合、引き抜き時に配管１の屈曲部や接続部の段差を各推進体２１が通過する際、屈曲部や段差に各線材２１ｃが当たってしまい、引っ掛かりやすい。これに対し、図２（ｂ）に示すように、テーパー部２１ｂを有する管内自走装置１０では、まず金属製の平滑面を有し摩擦抵抗が小さいテーパー部２１ｂが屈曲部や段差に当たり、テーパー部２１ｂに沿って角度を変えながらスムーズに引き抜き方向に移動する。これにより、屈曲部や段差に接触推進部２１ａの各線材２１ｃがほとんど当たらなくなるため、屈曲部や段差で引っ掛かりにくくなり、配管からの引き抜き性能を高めることができる。なお、途中でわずかに引っ掛かったときには、推進体２１を振動させて引っ掛かりを解消することにより、配管から引き抜くことができる。

また、複雑に曲がった配管から自走連結体１１を引き抜く際には、摩擦抵抗が非常に大きくなるため、自走連結体１１が途中で引っ掛かりやすい。このとき、自走連結体１１の後端１１ｂから突出した線状体１２を引っ張り、自走連結体１１の先端１１ａを曲管部で撓ませて摩擦抵抗を小さくし、その撓ませた分だけ自走連結体１１を引き抜く。引っ掛かる度にこの操作を繰り返すことにより、自走連結体１１を徐々に引き抜くことができる。

管内自走装置１０は、各推進体２１の振動のみで自走することができるため、クローラ機構等の推進手段を有するものと比べて、細径化や軽量化が可能である。また、管内自走装置１０は、各接続体２２が細く形成され、ブレードチューブで覆われて摩擦抵抗が小さくなっているため、自走時でも引き抜き時でも、各接続体２２が配管の屈曲部や段差に引っ掛かりにくい。

管内自走装置１０は、自走連結体１１の先端１１ａにカメラなどの検査手段を取り付けて、配管検査装置として使用することができる。この場合、配管内部の比較的長い距離を、検査手段により容易に検査することができる。また、検査手段に電力を供給するための電線ケーブルや、検査手段の取得データを送るための送信ケーブルを、各貫通孔および各接続孔を通して自走連結体１１の後端１１ｂから突出させ、電源やコンピュータ等の解析手段に接続することができる。

なお、図３に示すように、管内自走装置１０は、自走連結体１１の先端１１ａに、長さ方向に沿った軸を中心として回転可能に設けられた回転手段３１と、回転手段３１の駆動および回転制御を行うための制御手段（図示せず）とを有していてもよい。この場合、自走する際に、回転手段３１により、自走連結体１１の先端１１ａを配管の曲がる方向に曲げることができ、安定して自走することができる。また、配管が分岐しているときでも、所望の方向に曲げて進めることができる。なお、図３に示す一例では、回転手段３１は、エラストマーライク樹脂製で、表面には回転軸方向に沿った溝が形成されている。

また、管内自走装置１０は、自走連結体１１の先端１１ａを、長さ方向に対して横方向に曲げるよう設けられた曲げ手段と、曲げ手段の駆動および曲げ方向の制御を行うための制御手段とを有していてもよい。この場合にも、自走する際に、曲げ手段により、自走連結体１１の先端１１ａを配管の曲がる方向に曲げることができ、安定して自走することができる。また、配管が分岐しているときでも、所望の方向に曲げて進めることができる。なお、曲げ手段は、横方向のうちの一方向およびその反対方向にのみ曲げるよう構成されていてもよい。

［配管内自走実験］
図１に示す管内自走装置１０を用いて、配管の内部を自走させる実験を行った。なお、使用した管内自走装置１０には、自走連結体１１の先端１１ａにカメラが取り付けられている。使用した管内自走装置１０の自走連結体１１の長さは７ｍ、推進体２１の外径は１２ｍｍ、線材２１ｃの長さは５ｍｍ、接続体２２の外径は１０ｍｍである。また、推進体２１の数は１４０個である。

実験は、図４に示すパターンＡ〜パターンＣの３パターンの配管について行った。また、パターンＡおよびＢについては、それぞれ２５Ａ配管（外径 ３４．０ｍｍ、内径 ２７．６ｍｍ）および３２Ａ配管（外径 ４２．７ｍｍ、内径 ３５．７ｍｍ）の２種類の配管を用いて、パターンＣについては２５Ａ配管を用いて実験を行った。実験では、自走連結体１１の先端１１ａを各配管の上端から挿入し、先端１１ａが各曲管を通過する時間を計測した。測定は、各パターンの各配管について３回ずつ行った。また、各パターンの各配管について、どの曲管まで引き抜きができるかについても評価を行った。

自走実験の結果を、図５に示す。図５（ａ）に示すように、パターンＡに関しては、２５Ａおよび３２Ａのどちらの配管でも、８個の全ての曲管を通過することができた。特に、３２Ａ配管では、２００秒以内で通過することができた。引き抜きでは、２５Ａおよび３２Ａのどちらの配管でも、４つの曲管まで引き抜くことができた。

図５（ｂ）に示すように、パターンＢに関しては、２５Ａおよび３２Ａのどちらの配管でも、９個の全ての曲管を通過することができた。特に、３２Ａ配管では、２５０秒以内で通過することができた。引き抜きでは、２５Ａ配管で５つの曲管まで、３２Ａ配管で６つの曲管まで引き抜くことができた。

図５（ｃ）に示すように、パターンＣに関しては、１回目と２回目の測定で、４つ目の曲管で下に曲がることができず、４つ目の曲管と５つ目の曲管との間の下り配管でスタックを起こしていた。これは、カメラの配線のプラスチック部が原因であったため、これを取り除いて３回目の測定を行った結果、８個の全ての曲管を通過することができた。引き抜きでは、４つの曲管まで引き抜くことができた。

１ 配管
１０ 管内自走装置
１１ 自走連結体
１１ａ 先端
１１ｂ 後端
２１ 推進体
２１ａ 接触推進部
２１ｂ テーパー部
２１ｃ 線材
２２ 接続体
１２ 線状体
３１ 回転手段

Claims (9)

1. 配管の内部を自走する管内自走装置であって、
   複数の推進体と可撓性を有する複数の接続体とを交互に連結して成る自走連結体を有し、
   各推進体のうちの少なくとも１つが振動可能に設けられ、
   各推進体は、前記配管の内壁に接したとき、前記自走連結体の先端に向かって滑りやすく、前記自走連結体の後端に向かって滑りにくい摩擦異方性を有していることを
   特徴とする管内自走装置。
2. 各推進体は、前記振動可能に設けられた推進体が振動したとき、前記摩擦異方性により前記自走連結体の先端に向かう推進力が得られるよう構成されていることを特徴とする請求項１記載の管内自走装置。
3. 各推進体は、前記推進力が得られるよう、側面に、外方に突出し、先端が前記自走連結体の後端に向かって傾くよう設けられた複数の線材を有していることを特徴とする請求項２記載の管内自走装置。
4. 各推進体は、連結方向に沿って貫通した貫通孔を有し、
   各接続体は、隣り合う推進体の各貫通孔を連通するよう、連結方向に沿って貫通した接続孔を有し、
   一端が前記自走連結体の先端部に固定され、各貫通孔および各接続孔を通って前記自走連結体の後端から他端側が突出するよう設けられた線状体を有することを
   特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の管内自走装置。
5. 各推進体は、前記摩擦異方性を有する接触推進部と、前記接触推進部から徐々に外径が小さくなるよう、前記接触推進部の前記自走連結体の後端側に設けられたテーパー部とを有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の管内自走装置。
6. 前記テーパー部は、金属製の平滑面から成る表面を有することを特徴とする請求項５記載の管内自走装置。
7. 前記自走連結体の先端部に、長さ方向に沿った軸を中心として回転可能に設けられた回転手段と、
   前記回転手段の駆動および回転制御を行うための制御手段とを、
   有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の管内自走装置。
8. 前記自走連結体の先端部を、長さ方向に対して横方向に曲げるよう設けられた曲げ手段と、
   前記曲げ手段の駆動および曲げ方向の制御を行うための制御手段とを有し、
   前記曲げ手段は、前記横方向のうち、少なくとも一方向およびその反対方向に曲げるよう構成されていることを
   特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の管内自走装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の管内自走装置と、
   前記自走連結体の先端部に設けられた検査手段とを、
   有することを特徴とする配管検査装置。