JP5078645B2 - 管内走行装置 - Google Patents

Description

本発明は、管路内を自走し、管路内の観察、管路内おける目的物の搬送などを行うことが可能な管内走行装置に関する。

従来から、作業者が直接侵入することができない小径の管路、例えば下水管やガス管などの内部において、所定箇所の観察を行う、所定箇所に目的物を搬送することなどを可能とするために、管路内を自走することが可能な管内走行装置が提案されている。具体的には、車輪によって走行するもの（例えば、特許文献１参照）や、キャタピラによって走行するもの（例えば、特許文献２参照）などが提案されている。さらには、それぞれ長さを変更可能な二つの締め付けユニットが進行方向に連結されていて、交互に伸縮して締め付け要素を管路に固定させる管内走行装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

しかしながら、特許文献１の管内走行装置では、管路内の障害物を乗り越えて走行することが困難であり、また、特許文献２の管内走行装置では、障害物に対応可能であるものの小型化に限界があり、走行可能な管路の大きさには限界があった。また、特許文献３の管内走行装置では、特許文献１、２の管内走行装置に比べて、障害物に対応しつつ比較的小径の管路も走行可能であるが、長さ寸法が大きく湾曲、屈曲した管路に対応できない問題があった。

このため、これらの問題点を解決すべく、フレームの前後にそれぞれ設けられて基端を中心として回転可能な前部アーム及び後部アームと、前部アームの先端と後部アームの先端との間に取り付けられた当接部材と、前部アーム及び後部アームの基端に設けられたアームギアにそれぞれ噛合する一対の駆動側ギアと、該駆動側ギアを回転駆動させるモータとを備えた管内走行装置が提案されている（例えば、特許文献４参照）。このような管内走行装置では、モータによる駆動によって前部アームと後部アームとが所定の位相差を持って往復回転運動することとなり、これにより両者間に取り付けられた当接部材を側方に張り出して管路の壁面に当接した状態で前方から後方へ移動させる推進運動と、当接部材を管路の壁面から離間させた状態で後方から前方へ移動させる復帰運動とを繰り返して、フレームを前方へ走行させることができる。そして、推進運動時の当接部材のストローク量の調整により装置全体の長さを短くすることができ、また、推進運動時の当接部材の張り出し量の調整により小径の管路や障害物にも対応可能であるとされている。
特公平６−８１０５号公報 特許第２８９４２６６号公報 特表平８−５０１７５２号公報 特開２００７−２７６６５３号公報

しかしながら、特許文献４の管内走行装置では、管路の壁面に当接する当接部材を側方に張り出し、前後に進退させるために、回転可能な対をなすアーム、これらアームをそれぞれ回転させる歯車機構を備える必要があり、フレーム内部の機構が複雑になってしまう問題があった。そして、このような複雑な機構であるため、製造コストの削減、装置全体の小型化には限界があった。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、より簡易な機構で、管路の壁面に当接させる部材を進退させて走行可能とし、製造コストの削減、装置全体の小型化を図ることが可能な管内走行装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の管内走行装置は、管路の進行方向に沿って配設されるフレームと、前記進行方向に沿うようにして前記フレームに支持された軸体と、該軸体上に前記進行方向に並べて設けられ、伝達される駆動力によって互いに独立して前記進行方向に進退可能な一対の可動部材と、一対の該可動部材間に少なくとも一つ連結され、一対の該可動部材の離間距離に応じて弾性的に湾曲して側方へ張り出すことで前記管路の壁面を押圧可能な当接部材とを備えることを特徴としている。

この発明に係る管内走行装置によれば、一対の可動部材は、駆動力が伝達されることによって、フレームに支持された軸体上で、互いに独立して進行方向に進退する。これにより、一対の可動部材の互いの離間距離を変化させながら前後に進退させることで、フレーム及び軸体を進行方向前方に進出させる推進運動と、推進運動を開始する直前の状態に戻す復帰運動とを繰り返すことができる。すなわち、推進運動として、まず、一対の可動部材の離間距離を小さくすることで、両者間に取り付けられた当接部材は、弾性的に湾曲して側方へ張り出し、管路の壁面を押圧した状態とする。この状態で、駆動力を伝達させて一対の可動部材をともに軸体に対して相対的に進行方向後方へ移動させることで、当接部材も管路の壁面に当接した状態で相対的に進行方向後方へ移動することとなり、これによりフレーム及び軸体を進行方向前方へ進出させることができる。

次に、復帰運動として、まず、一対の可動部材の離間距離を大きくすることで、当接部材は、湾曲して側方に張り出す量が小さくなり、これにより管路の壁面から離間することとなる。この状態で、駆動力を伝達させて一対の可動部材をともに軸体に対して相対的に進行方向前方へ移動させることで、推進運動を開始する直前の状態に復帰させることができ、以上の推進運動と復帰運動とを繰り返すことで、フレームを進行方向前方へ走行させることができる。

ここで、フレームを推進させる機構としては、フレームに支持された軸体、軸体に沿って進退可能な一対の可動部材、及び、当接部材のみであり、複雑な歯車機構などを必要としないので、機構の簡略化を図ることができる。これにより製造コストを削減することができる。また、フレーム内部のスペースを最小限として装置全体の小型化を図ることができ、より小径の管路にも対応可能となる。

また、上記の管内走行装置において、前記軸体は、前記駆動力が伝達されることで軸線回りに回転可能に前記フレームに支持されているとともに、外周面に各前記可動部材と対応して略環状に設けられ、互いの軸線方向の離間距離が周方向に変化する凹状または凸状の一対のガイド部を有し、一対の前記可動部材は、前記フレームに対して前記軸線回りに回転することが規制されているとともに、それぞれ対応する前記ガイド部に嵌合し、該ガイド部に沿って相対移動可能な凸状または凹状の被嵌合部を有することがより好ましいとされている。

この発明に係る管内走行装置によれば、軸体は、伝達される駆動力により、フレームに対して軸回りに回転する。ここで、一対の可動部材は、フレームに対して軸線方向に進退可能としつつ、軸線回りに回転することが規制されている。また、軸体には、一対のガイド部が設けられ、該ガイド部には、それぞれ対応する可動部材の被嵌合部が、該ガイド部に沿って移動可能に嵌合されている。そして、各ガイド部は、軸線方向の互いの離間距離が周方向に変化するように設けられている。このため、軸体が回転することで、可動部材は、軸体とともに回転することなく、対応するガイド部の軸線方向の位置の変化に応じて軸線方向に進退することが可能である。そして、一対の可動部材は、それぞれと対応するガイド部同士の離間距離が周方向に変化することから、離間距離を小さくして互いに進行方向前方から後方へ移動する推進運動と、離間距離を大きくして互いに進行方向後方から前方へ移動する復帰運動とを繰り返すことが可能である。

また、上記の管内走行装置において、前記軸体に前記駆動力を与えて前記軸線回りに回転させる駆動部を備えることがより好ましいとされている。
この発明に係る管内走行装置によれば、駆動部によって発生する駆動力によって軸体を軸線回りに回転させることができ、これにより一対の可動部材を進行方向に進退させることができる。

また、上記の管内走行装置において、前記駆動部は、前記軸体の一端側または他端側いずれか一方で、前記フレームに対する前記軸線回りの回転が規制されていることがより好ましいとされている。

この発明に係る管内走行装置によれば、駆動部が軸体の一端側または他端側に設けられていることで、軸線と直交する方向、すなわち径方向への小型化を図ることができる。この際、駆動部はフレームに対する軸線回りの回転が規制されていることにより、自ら発生させる駆動力の反力によってフレームに対して回転してしまうことなく、軸体を回転させることができる。

また、上記の管内走行装置において、前記進行方向に配設されて、一端が前記フレームに固定されているとともに、他端が前記駆動部に固定され、該駆動部から発生する前記駆動力によって前記軸線回りに変形不能とするねじれ剛性を有するとともに、前記進行方向と直交する方向に湾曲可能な可撓性を有する規制部材を備えることがより好ましいとされている。

この発明に係る管内走行装置によれば、駆動部が、進行方向に配設され一端がフレームに固定された規制部材の他端に固定されているので、駆動部をフレームの進行方向前方または後方の外部に配置することができ、フレーム自体の小型化をさらに図ることができる。ここで、規制部材は、軸線回りに変形不能とするねじれ剛性を有しているので、駆動部は、自ら発生させる駆動力の反力によってフレームに対して回転してしまうことなく軸体を回転させることができる。また、規制部材は、軸線に直交する方向に湾曲可能な可撓性を有しているので、小径で湾曲または屈曲する管路でも、規制部材が湾曲変形することで、進行方向に配列するフレーム及び駆動部を好適に通過させることができる。

また、上記の管内走行装置において、前記軸体は、略筒状の部材であり、前記駆動部は、前記軸体の内部に収容された状態で、前記フレームに固定されているものとしても良い。

この発明に係る管内走行装置によれば、軸体を略筒状の部材とし、駆動部が軸体の内部に設けられていることで、軸線方向への小型化を図ることができる。この際、駆動部はフレームに対して固定されていることにより、自ら発生させる駆動力の反力によってフレームに対して回転してしまうことなく、軸体を回転させることができる。

また、上記の管内走行装置において、前記軸体、一対の可動部材、及び、前記当接部材を具備する推進手段を複数備え、該推進手段は、伝達される前記駆動力に応じて前記当接部材を側方に張り出すタイミングが互いにずれるように設定されていることがより好ましいとされている。

この発明に係る管内走行装置によれば、複数の推進手段がタイミングをずらして当接部材を側方に張り出して管路の壁面に当接させることができる。このため、いずれかの推進手段の当接部材が管路の壁面から離間しても、他の推進手段の当接部材を管路の壁面に当接した状態とすることができ、常にフレームに推進力を与えることが可能である。これにより、より効率良く走行することが可能であるとともに、勾配を有して、あるいは、略鉛直に配設された管路においても、重力に対向して走行することが可能となる。

本発明の管内走行装置によれば、軸体と一対の可動部材とを備えることで、より簡易な機構で、管路の壁面に当接させる部材を進退させて走行可能とし、製造コストの削減、装置全体の小型化を図ることができる。

（第１の実施形態）
図１から図１０は、この発明に係る第１の実施形態を示している。図１及び図２は、管路内を自走する管内走行装置の駆動ユニットを示していて、図１は外観図、また、図２は、駆動ユニットを含んだ管内走行装置のブロック図を示している。

図１及び図２に示すように、管内走行装置１は、管路内を進行方向Ａに自走する駆動ユニット２と、駆動ユニット２を外部から制御する制御装置４０と、駆動ユニット２と制御装置４０とを電気的に接続するケーブル３とを備える。

図１及び図３に示すように、本実施形態の駆動ユニット２は、走行部４と、走行部４と進行方向Ａに沿って連結された駆動部５とで構成されている。走行部４は、進行方向Ａに沿って配設されるフレーム７と、駆動部５から与えられる駆動力によって推進力をフレーム７に与える推進手段１０とを有する。本実施形態では、フレーム７は、外郭を構成し内部に推進手段１０を収容するカバーとしても機能し、略筒状の本体部８と、本体部８の両端に設けられた支持板９ａ、９ｂとを備える。本体部８は、断面略半円状の上部カバー８ａと下部カバー８ｂとで構成され、これらを組み付けた状態で、内部に推進手段１０を収容するスペースを形成するとともに、側部には進行方向Ａに沿って開口部８ｃが形成され、後述する推進手段１０の板バネ１４が進行方向Ａと直交する側方Ｓに張り出すことが可能となっている。

図４は、走行部４において、フレーム７の本体部８を取り外した状態を示し、図５はその断面図を示している。図４及び図５に示すように、推進手段１０は、進行方向Ａに沿うようにして設けられ、フレーム７の支持板９ａ、９ｂに回転可能に支持された軸体１１と、軸体１１上に進行方向Ａに並べて設けられた一対の可動部材をなす前側カムカラー１２及び後側カムカラー１３と、前側カムカラー１２と後側カムカラー１３との間に連結された当接部材である板バネ１４とを有する。軸体１１は、各支持板９ａ、９ｂに設けられた軸受９ｃによって軸回りに回転可能に支持されており、一端部１１ａが進行方向Ａの前方Ｆに支持板９ａから突出しており、他端部１１ｂが進行方向Ａの後方Ｂに支持板９ｂから突出しており、他端部１１ｂには後述するようにユニバーサルジョイント２０を介して駆動部５の出力軸５ｃが連結されている。

また、前側カムカラー１２及び後側カムカラー１３は、内周面が軸体１１の外径と略等しい内径を有する断面略円形状に形成されているとともに、外周面が断面多角形状に形成されている。そして、前側カムカラー１２及び後側カムカラー１３は、それぞれ軸体１１の外周面１１ｃに外装され、軸体１１の軸線Ｍに沿って進行方向Ａに進退可能となっている。

ここで、軸体１１の外周面１１ｃには、前側カムカラー１２及び後側カムカラー１３のそれぞれと対応して対をなして前側ガイド部１５及び後側ガイド部１６が形成されている。前側ガイド部１５及び後側ガイド部１６は、外周面１１ｃに、断面凹状かつ略環状に形成された溝であり、それぞれ周方向に沿って軸線Ｍ方向（進行方向Ａ）の位置が変化するように設けられている。また、前側ガイド部１５及び後側ガイド部１６の軸線Ｍ方向の位置の変化は互いに異なるように設定されており、これにより互いの軸線Ｍ方向の離間距離は、周方向に変化している。なお、周方向に沿う軸線Ｍ方向の位置の変化を決定する前側ガイド部１５及び後側ガイド部１５の各線形の詳細については、その作用とともに後述することとする。

また、前側カムカラー１２には、外周面から内周面へ貫通するネジ穴が形成されており、先端部１７ａが内周面側に凸状に突出するようにしてカムピン１７が螺合されている。カムピン１７の先端部１７ａの外径は、前側ガイド部１５の幅と略等しく設定されていて、被嵌合部として前側ガイド部１５に嵌合し、前側ガイド部１５に沿って移動することが可能となっている。同様に、後側カムカラー１３には、外周面から内周面へ貫通するネジ穴が形成されており、先端部１８ａが内周面側に凸状に突出するようにしてカムピン１８が螺合されている。カムピン１８の先端部１８ａの外径は、後側ガイド部１６の幅と略等しく設定されて、被嵌合部として後側ガイド部１６に嵌合し、後側ガイド部１６に沿って移動することが可能となっている。なお、本実施形態では、前側カムカラー１２におけるカムピン１７が螺合されている周方向の位置と、後側カムカラー１３におけるカムピン１８が螺合されている周方向の位置とは、略一致している。

また、支持板９ａ、９ｂ間には、軸体１１の軸線方向に沿って回転規制部材１９が固定されている。回転規制部材１９は、前側カムカラー１２及び後側カムカラー１３の外周面の一平面に摺接しており、これにより前側カムカラー１２及び後側カムカラー１３の軸線回りの回転規制を行っている。このため、軸体１１が回転することで、前側カムカラー１２及び後側カムカラー１３は、供回りしてしまうことなく、それぞれ対応する前側ガイド部１５及び後側ガイド部１６の線形に応じて、軸体１１に沿って進行方向Ａに進退することが可能となっている。

また、前側カムカラー１２と後側カムカラー１３との間に連結される当接部材である板バネ１４は、本実施形態では、対をなして設けられ、互いに対向するように軸線Ｍに対して略対称として設けられている。各板バネ１４は、一端１４ａでピン１４ｃによって前側カムカラー１２に対して回転可能に接続されているとともに、他端１４ｂでもピン１４ｃによって後側カムカラー１３に対して回転可能に接続されている。そして、板バネ１４は、前側カムカラー１２と後側カムカラー１３との離間距離Ｌの変化に応じて、自らの弾性により湾曲して側方Ｓへ張り出すことが可能となっている。

また、図１に示すように、駆動ユニット２において、走行部４と連結された駆動部５は、駆動力を発生させるＤＣモータ５ａと、ＤＣモータ５ａによる回転を減速させる減速機構５ｂと、減速機構５ｂによって減速して回転する出力軸５ｃと、ＤＣモータ５ａ及び減速機構５ｂを収容するカバー５ｄとを有する。出力軸５ｃは、カバー５ｄに軸回りに回転可能に支持されて、進行方向Ａの前方Ｆへ突出しており、ユニバーサルジョイント２０によって走行部４の軸体１１と連結されている。このため、ＤＣモータ５ａが駆動して出力軸５ｃが回転することで、その回転駆動力はユニバーサルジョイント２０を介して走行部４の軸体１１に伝達されるとともに、軸体１１と出力軸５ｃとは、ユニバーサルジョイント２０によって軸線Ｍと直交する径方向に自在に屈曲することが可能になっている。

また、走行部４の軸体１１と駆動部５の出力軸５ｃとの連結部分は、略管状の連結カバー２１で覆われている。連結カバー２１は、略管状の部材で、一端２１ａが走行部４において、フレーム７の支持板９ｂに固定されているとともに、他端２１ｂが駆動部５において、カバー５ｄに固定されている。連結カバー２１は、本実施形態では、側方視波形に形成されており、該波形を形成する山部及び谷部が軸線Ｍ方向に螺旋状に連続しており、これにより軸線Ｍと直交する径方向に自在に湾曲可能な可撓性を有すると共に、軸線Ｍ回りの変形を不能するねじれ剛性を有している。このため、連結カバー２１は規制部材として機能し、これにより走行部４のフレーム７と駆動部５のカバー５ｄとは、走行する管路の形状に応じて連結カバー２１を湾曲させて軸線Ｍと直交する径方向に相対的な位置を変化させることが可能である。また、駆動部５のＤＣモータ５ａが回転駆動し、これにより出力軸５ｃが回転したとしても、反力により走行部４のフレーム７に対して駆動部５のカバー５ｄが軸線Ｍ回りに相対的に回転してしまうことを規制し、回転駆動力を走行部４の軸体１１に伝達させることを可能としている。

また、図１及び図２に示すように、ＤＣモータ５ａには、ＤＣモータ５ａの回転角度を検出可能なエンコーダ５ｅが設けられており、これによって軸体１１の回転角度を適時検出可能である。また、駆動部５のカバー５ｄの内部には制御部であるモータ制御回路５ｆが設けられており、ＤＣモータ５ａ及びエンコーダ５ｅと接続されている。そして、モータ制御回路５ｆは、エンコーダ５ｅの検出結果に基づいてＤＣモータ５ａを制御して、走行部４の軸体１１に動力を伝達させることが可能である。さらに図２に示すように、モータ制御回路５ｆは、通信回路５ｇと接続されていて、ケーブル３を介して制御装置４０からの入力によってＤＣモータ５ａを駆動させることが可能であり、エンコーダ５ｅの検出結果を制御装置４０に出力することが可能である。

また、図１から図４に示すように、管内走行装置１の駆動ユニット２は、撮影手段６を備えている。撮影手段６は、走行部４のフレーム７において各支持板９ａ、９ｂに設けられ、前方Ｆを撮影可能な前方撮影素子６ａと、後方Ｂを撮影可能な後方撮影素子６ｂとを備えている。図３に示すように、前方撮影素子６ａ及び後方撮影素子６ｂで撮影された画像は、映像信号処理回路６ｃによって信号化され、通信回路６ｄによってケーブル３を介して制御装置４０に出力可能である。なお、駆動ユニット２に備えられたＤＣモータ５ａ、モータ制御回路５ｆ、撮影手段６などの電気系に必要な電力は、ケーブル３を介して制御装置４０から供給されている。

図２に示すように、制御装置４０は、駆動ユニット２におけるモータ制御回路５ｆの通信回路５ｇとケーブル３を介して送受信可能な通信回路４１を備えている。通信回路４１は、バス４２を介してＣＰＵ４３、ＲＯＭ４４、及びＲＡＭ４５と接続されており、ＣＰＵ４３、及びＲＯＭ４４に記憶されたプログラムに基づいて駆動ユニット２のモータ制御回路５ｆに駆動ユニット２を動作させるための各種信号を送信することが可能である。また、駆動ユニット２においてエンコーダ５ｅの検出結果を受信することが可能であり、ＲＡＭ４５に記憶させることが可能である。なお、ＲＯＭ４４に書き込まれているプログラムなどのデータ及びＲＡＭ４４に書き込み可能なデータは上記に限らず、使用態様により各種設定可能である。

また、制御装置４０は、駆動ユニット２における撮影手段６の通信回路６ｄとケーブル３を介して送受信可能な通信回路４６と、通信回路４６と接続されて、受信した映像信号を画像化する映像信号処理回路４７とを備える。映像信号処理回路４７は、モニタ４８と接続されていて、モニタ４８に駆動ユニット２の撮影手段６で撮影された画像を映し出すことが可能である。また、映像信号処理回路４７は、画像切替スイッチ４８ａと接続されており、モニタ４８に映し出される画像を撮影手段６の前方撮影素子６ａで駆動ユニット２の前方Ｆを撮影した画像と、後方撮影素子６ｂで駆動ユニット２の後方Ｂを撮影した画像とを切り替えることが可能である。また、通信回路４６は、バス４２とも接続されており、バス４２を介してＲＡＭ４５に画像データを記録する、あるいは、ＲＡＭ４５に記憶された画像データをバス４２、通信回路４６、及び映像信号処理回路４７を介してモニタ４８に映し出すことも可能である。

また、制御装置４０は操作部４０ａを備え、コネクタ４０ｂを介してバス４２と接続されている。このため、作業者は、モニタ４８を確認するとともに、操作部４０ａを操作することでＤＣモータ５ａを駆動させて、後述するように駆動ユニット２を管路において走行させることが可能である。また、制御装置４０は、スイッチ４９ａによってＯＮ／ＯＦＦ切替可能な電源４９を備えており、制御装置４０の各構成要素に電力を供給可能であるとともに、ケーブル３を介して駆動ユニット２の各電気系にも電力を供給することが可能である。

次に、駆動ユニット２の走行部４における前側ガイド部１５及び後側ガイド部１６の線形の詳細を説明するとともに、これと対応して本実施形態の管内走行装置１の作用について説明する。
図６は、ＤＣモータ５ａによって回転する軸体１１の回転角度と、前側ガイド部１５及び後側ガイド部１６の軸線Ｍ方向の位置との関係を示している。図６において、縦軸は、軸体１１の軸線回りの回転角度を表わしており、周方向のある位置が前側カムカラー１２のカムピン１７及び後側カムカラー１３のカムピン１８の位置と一致したところを０度としている。また、横軸は、軸体１１の外周面１１ｃ上における前側ガイド部１５及び後側ガイド部１６の軸線Ｍ方向（進行方向Ａ）の位置を示していて、紙面左側が進行方向Ａ前方Ｆ側、右側が後方Ｂ側となるように表示している。

図６に示すように、本実施形態の前側ガイド部１５及び後側ガイド部１６は、９０度単位で線形が変化するように設定されている。図６に示すように、回転角度０度とする位相Ｐ０では、前側ガイド部１５は、最も前方Ｆ側に位置している。そして、前側ガイド部１５は、回転角度９０度とする位相Ｐ９０までは、位相Ｐ０における軸線Ｍ方向の位置を保持するように設定されている。次に、回転角度２７０度とする位相Ｐ２７０まではその位置が直線状に後方Ｂ側に変位し、位相Ｐ２７０で最も後方Ｂ側に位置するように設定されている。そして、位相Ｐ２７０から位相Ｐ０に戻るまでで、その位置が直線状に前方Ｆ側に変位し、再び最も前方Ｆ側の位置まで復帰するように設定されている。

一方、後側ガイド部１６は、位相Ｐ０において最も後方Ｂ側に位置している。そして、後側ガイド部１６は、位相Ｐ９０まではその位置が直線状に前方Ｆ側に変位し、位相Ｐ９０で最も前方Ｆ側に位置するように設定されている。また、位相Ｐ２７０までは、前側ガイド部１６との軸線Ｍ方向の離間距離Ｌが一定となるようにして、その位置が直線状に後方Ｂ側に変位し、位相Ｐ２７０で再び最も後方Ｂ側に位置するように設定されている。そして、位相Ｐ０に戻るまで、最も後方Ｂ側となる位置を保持するように設定されている。

以上から、図７に示すように、ＤＣモータ５ａの回転に伴って、位相Ｐ０では、前側カムカラー１２が最も前方Ｆ側に位置し、また、後側カムカラー１３が最も後方Ｂ側に位置し、両者の離間距離Ｌは最大となるので、これにより板バネ１４の湾曲量は小さく、側方Ｓへの張り出し量が小さくなっているので、管路Ｎの壁面Ｎ１に当接しない状態となっている。

この状態からＤＣモータ５ａの回転に伴って、位相Ｐ９０に移行すると、図８に示すように、後側カムカラー１３のみが前方Ｆへ移動することから、前側カムカラー１２と後側カムカラー１３の離間距離Ｌが狭まることとなり、これにより板バネ１４は、湾曲して側方Ｓへ張り出し、管路Ｎの壁面Ｎ１を押圧することとなる。そして、この状態からＤＣモータ５ａがさらに回転することで、位相Ｐ９０から位相Ｐ２７０までの間で、走行部４のフレーム７を進行方向Ａへ進出させる推進運動を行うこととなる。

すなわち、図６及び図８から図１０に示すように、位相Ｐ９０から位相Ｐ２７０までは、前側カムカラー１２と後側カムカラー１３とは、離間距離を変化させることなくともに後方Ｂ側へ軸体１１に対して相対移動することとなり、これに伴って板バネ１４も管路Ｎの壁面Ｎ１に当接したまま後方Ｂ側へ相対移動することとなる。このため、フレーム７及び軸体１１は、前側カムカラー１２及び後側カムカラー１３の位相Ｐ９０（図８）から位相Ｐ１８０（図９）経て位相Ｐ２７０（図１０）までのストローク量分だけ進行方向Ａ前方Ｆ側へ進出することとなる。

そして、ＤＣモータ５ａがさらに回転すると、位相Ｐ２７０（図１０）から位相Ｐ０（図７）を経て位相Ｐ９０（図８）までで、上記推進運動の開始直前の状態まで復帰することとなる。すなわち、位相Ｐ２７０から位相Ｐ０までは後側カムカラー１３が変位せずに、前側カムカラー１３のみが前方Ｆ側へ変位し、両者の離間距離Ｌは次第に大きくなることとなる。このため、板バネ１４の湾曲による側方Ｓへの張り出し量が小さくなり、板バネ１４は管路Ｎの壁面Ｎ１から離間することとなる。次に、位相Ｐ０から位相Ｐ９０まで前側カムカラー１２が変位せずに後側カムカラー１３のみが前方Ｆ側へ変位することで、板バネ１４が管路Ｎの壁面Ｎ１に接触して後方Ｂ側への逆向きの推進力を発生してしまうことなく推進運動を開始する直前の状態に復帰させることができる。そして、このようにＤＣモータ５ａの回転によって推進運動と復帰運動とを繰り返すことで、フレーム７を進行方向Ａ前方Ｆ側へ走行させることができる。

ここで、駆動ユニット２において、走行部４のフレーム７を推進させる機構としては、フレーム７に支持された軸体１１、軸体１１に沿って進退可能な前側カムカラー１２及び後側カムカラー１３、並びに、板バネ１４のみであり、複雑な歯車機構などを必要としないので、機構の簡略化を図ることができる。これにより製造コストを削減することができる。また、走行部４においてフレーム７内部のスペースを最小限として装置全体の小型化を図ることができ、より小径の管路Ｎにも対応可能となる。また、本実施形態の管内走行装置１の駆動ユニット２では、推進力を発生させる走行部４と、走行部４に駆動力を伝達する駆動部５とが別体となっており、駆動部５は、走行部４の軸体１１の他端部１１ｂに接続されている。このため、駆動ユニット２全体について、軸線Ｍと直交する方向、すなわち径方向への小型化を図ることができる。

なお、駆動部５の接続位置としては、軸体１１の一端部１１ａ側、すなわち進行方向Ａ前方に並べて接続するものとしても良い。また、本実施形態では、駆動部５は走行部４の外部に設けられ、フレーム７と規制部材となる連結カバー２１によって接続されているものとしたが、これに限るものでは無い。駆動部５の内部機構について、軸体１１の一端部または他端部側としつつ、フレーム７の内部に収容させるものとしても良い。しかしながら、走行部４と駆動部５とを別体として連結カバー２１によって連結する方が、走行部４のフレーム７自体について進行方向Ａに小型化を図ることができ、小径で湾曲や屈曲した管路により好適に対応することが可能となる。

また、本実施形態では、前側カムカラー１２及び後側カムカラー１３を軸体１１に沿って進行方向Ａに進退させるものとして、断面凹状かつ略環状の前側ガイド部１５及び後側ガイド部１６を有するものとしたが、当該対をなすガイド部は、断面凸状に形成されているものとしても良い。この場合には、前側カムカラー１２及び後側カムカラー１３に対応して設けられる被嵌合部を凹状として上記凸状のガイド部に嵌合させれば良い。さらに、本実施形態では、前側カムカラー１２及び後側カムカラー１３は、回転駆動力を発生させる駆動部５によって軸体１１が回転し、これにより進行方向Ａに進退するものとしたが、これに限るものではない。例えば、駆動部が直動モータを有するものとし、直接的に前側カムカラー１２及び後側カムカラー１３のそれぞれに駆動力を与えて、進行方向Ａに進退させるものとしても良い。しかしながら、上記のような構成とすることで、一つの駆動部で回転駆動力を発生させるだけで、前側カムカラー１２及び後側カムカラー１３を独立して進行方向Ａに進退させることができ、より簡易な機構で管路内を走行させることができる。

また、本実施形態では、駆動ユニット２は、一つの走行部４と一つの駆動部５とで構成されているものとしたが、これに限るものでは無く、それぞれ複数連結するものとしても良い。図１１は、この実施形態の第１の変形例を示している。この変形例の管内走行装置５０の駆動ユニット５１は、前側に位置する第一の走行部５２及び後側に位置する第二の走行部５３の二つの走行部と、一つの駆動部５とが進行方向Ａに並べて連結されている。第一の走行部５２における推進手段５４の軸体５４ａと、第二の走行部５３における推進手段５５の軸体５５ａとは軸線Ｍで同軸として回転可能に、上記ユニバーサルジョイント２０で連結されている。また、第一の走行部５２と第二の走行部５３との間には、同様に連結カバー２１が設けられ、自らの可撓性により第一の走行部５２と第二の走行部５３との相対位置を可変とするとともに、軸線Ｍ回りの回転変形を不能とするねじれ剛性を有している。また、駆動部５は、第二の走行部５３のさらに後方Ｂ側に配置されており、同様にユニバーサルジョイント２０及び連結カバー２１で連結されている。

ここで、第一の走行部５２の軸体５４ａに形成された前側ガイド部及び後側ガイド部と、第二の走行部５３の軸体５５ａに形成された前側ガイド部及び後側ガイドとは、図示しないが、それぞれ略等しい線形であるものの、位相が１８０度ずれるように設定されている。すなわち、駆動部５の出力軸５ｃの回転は第二の走行部５３の軸体５５ａへ、さらに第二の走行部５３の軸体５５ａから第一の走行部５２の軸体５４ａへと伝達される。そして、第一の走行部５２における推進手段５４の板バネ５４ｂと、第二の走行部５３における推進手段５５の板バネ５５ｂとは、それぞれ軸体５４ａ、５５ａの回転に伴って周期的に推進運動と復帰運動を繰り返す。この際、第一の走行部５２が復帰運動として板バネ５４ｂを壁面Ｎ１から離間させているときに、第二の走行部５３が推進運動として板バネ５５ｂを壁面Ｎ１に押圧させることができる。

このため、第一の走行部５２または第二の走行部５３のいずれかの当接部材となる板バネ５４ｂ、５５ｂが壁面Ｎ１を押圧し、また、推進力を発生させることができる。これにより、走行速度を高くしてより効率良く走行することが可能であるとともに、勾配を有して、あるいは、略鉛直に配設された管路においても、重力に対向して走行することが可能となる。なお、この変形例では、走行部を二つとして互いの前側ガイド部及び後側ガイド部の位相を１８０度ずらすものとしたが、走行部を三つ以上としても良く、この場合も各走行部の推進手段がタイミングをずらして管路の壁面を当接可能に位相を調整すれば、上記効果を奏する。また、複数の走行部について当接部材によって管路の壁面を当接するタイミングをずらさずに、同期して推進運動と復帰運動とを行うようにしても良い。この場合には、走行速度の高速化、傾斜管路や鉛直管路に対する対応はできなくなってしまうものの、複数の走行部で同時に推進力を発生させることができる点で有効である。

また、上記変形例では、複数の走行部についてそれぞれ一つの推進手段を備えるものとしたが、これに限るものでは無い。一つの走行部について複数の推進手段を備え、さらに、各推進手段がタイミングをずらして当接部材である板バネを側方Ｓに張り出すようにしても良い。

また、上記においては、走行部は、当接部として一対の板バネを有するものとして説明したが、これに限るものではなく、少なくとも一つ、好ましくは二つ以上備えていれば良い。図１２は、この実施形態の第２の変形例を示している。この変形例の管内走行装置６０の駆動ユニット６１において、推進手段６２は、軸体６３に対して進退可能な図示しない一組の前側カムカラー及び後側カムカラーに三つの板バネ６４が設けられている。このように、三つ以上の板バネ６４が設けられるものとすることで、推進力を増大させることができる。なお、複数備える場合には、軸線Ｍを中心として正面視略等角度で放射上に側方Ｓに張り出すことが可能となるように配置することが好ましい。このようにすることで、周囲の壁面Ｎ１を均一に押圧することができ、管路Ｎ内での走行直進性を向上することができる。

（第２の実施形態）
図１３は、この発明に係る第２の実施形態を示している。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。

図１３に示すように、この実施形態の管内走行装置７０において、駆動ユニット７１は、走行部と駆動部とが一体的に構成されている。具体的には、駆動ユニット７１は、進行方向Ａに配設されるフレーム７２と、フレーム７２の内部に収容された推進手段７３及び駆動部７４とを備える。フレーム７２は、外郭を構成して推進手段７３及び駆動部７４を収容するカバー７５と、カバー７５の内部において、前後に設けられた支持板７６ａ、７６ｂとを有する。

また、推進手段７３は、進行方向Ａに沿って配設された略筒状の軸体８０と、軸体８０に外装され、進行方向Ａに並べて設けられた一対の可動部材をなす前側カムカラー８１及び後側カムカラー８２と、前側カムカラー８１と後側カムカラー８２との間に連結された当接部材である板バネ８３とを有する。軸体８０は、一端部８０ａに貫通孔８０ｂが形成された端面８０ｃを有し、後述する駆動部７４において同軸に配設された出力軸７４ｃが挿通され固定されている。また、他端部８０ｄは、フレーム７２において後側の支持板７６ｂに前方Ｆ側へ突出するように固定された円筒部材７７に周方向に摺動可能に外嵌されている。

また、図示しないが、第１の実施形態同様に、軸体８０の外周面には、凹状または凸状のガイド部が前側カムカラー８１及び後側カムカラー８２のそれぞれと対応して形成されている。また、前側カムカラー８１と後側カムカラー８２のそれぞれには、凸状または凹状の被嵌合部が対応するガイド部に沿って移動可能に該ガイド部に嵌合している。これにより軸体８０が自身の軸線Ｍ回りに回転することで、前側カムカラー８１及び後側カムカラー８２は、対応するガイド部の線形に応じて進行方向Ａに進退することが可能となっている。そして、板バネ８３は、前側カムカラー８１と後側カムカラー８２との離間距離が狭まることで、弾性的に湾曲して側方Ｓへ張り出すことが可能となっている。

また、駆動部７４は、基本的な構成は第１の実施形態同様であり、ＤＣモータ７４ａ、減速機７４ｂ、出力軸７４ｃ、エンコーダ７４ｄ、モータ制御回路７４ｅを有し、略筒状の軸体８０の内部に収容されている。ＤＣモータ７４ａは、円筒部材７７に嵌合され固定されている。また、出力軸７４ｃは上記のとおり、軸体８０と同軸として貫通孔８０ｂから前方Ｆ側へ突出しており軸体８０が固定されている。さらに、出力軸７４ｃの軸体８０から突出した先端は、フレーム７２の前側の支持板７６ａに設けられた軸受７６ｃによって軸線Ｍ回りに回転可能に支持されている。また、駆動部７４のモータ７４ａは円筒部材７７を介してフレーム７２に対して固定されている。これにより、駆動部７４において、ＤＣモータ７４ａを駆動させて出力軸７４ｃを回転させると、自ら発生させる駆動力の反力によってフレーム７２に対して回転してしまうことなく、軸体８０を軸線Ｍ回りに回転させることができる。このため、ＤＣモータ７４ａの回転によって板バネ８３について側方Ｓへ張り出させて推進運動及び復帰運動を繰り返し行うことができる。そして、管路内において、板バネ８３によって壁面Ｎ１を押圧させて推進力を発生させてフレーム７２を進行方向Ａ前方へ走行させることができる。また、このような管内走行装置７０では、推進手段７３の軸体８０の内部に駆動部７４が収容されているので、軸線Ｍ方向への小型化を図ることができる。このため、複雑に湾曲あるいは屈曲した管路でも好適に走行させることができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

この発明の第１の実施形態の管内走行装置（駆動ユニット）の全体図である。 この発明の第１の実施形態の管内走行装置のブロック図である。 この発明の第１の実施形態の管内走行装置において、駆動ユニットの走行部の詳細を示す斜視図である。 この発明の第１の実施形態の管内走行装置において、駆動ユニットの走行部の内部構造の詳細を示す斜視図である。 この発明の第１の実施形態の管内走行装置において、駆動ユニットの走行部の詳細を示す断面図である。 この発明の第１の実施形態の管内走行装置において、軸体の回転角度と、前側ガイド部及び後側ガイド部の軸線方向の位置との関係を示すグラフである。 この発明の第１の実施形態の管内走行装置が管路を走行する説明図である。 この発明の第１の実施形態の管内走行装置が管路を走行する説明図である。 この発明の第１の実施形態の管内走行装置が管路を走行する説明図である。 この発明の第１の実施形態の管内走行装置が管路を走行する説明図である。 この発明の第１の実施形態の第１の変形例の管内走行装置（駆動ユニット）の側面図である。 この発明の第１の実施形態の第２の変形例の管内走行装置（駆動ユニット）の正面図である。 この発明の第２の実施形態の管内走行装置（駆動ユニット）の断面図である。

符号の説明

１、 ５０、６０、７０ 管内走行装置
５、７４ 駆動部
５ｃ、７４ｃ 出力軸
７、７２ フレーム
１０、５４、５５、６２、７３ 推進手段
１１、５４ａ、５５ａ、６３、８０ 軸体
１２、８１ 前側カムカラー（可動部材）
１３、８２ 後側カムカラー（可動部材）
１４、５４ｂ、５５ｂ、６４、８３ 板バネ（当接部材）
１５ 前側ガイド部（ガイド部）
１６ 後側ガイド部（ガイド部）
１７ａ、１８ａ 先端部（被嵌合部）
２１ 連結カバー（規制部材）
Ａ 進行方向
Ｂ 後方
Ｆ 前方
Ｍ 軸線
Ｎ 管路
Ｎ１ 壁面
Ｓ 側方

Claims (7)

1. 管路の進行方向に沿って配設されるフレームと、
   前記進行方向に沿うようにして前記フレームに支持された軸体と、
   該軸体上に前記進行方向に並べて設けられ、伝達される駆動力によって互いに独立して前記進行方向に進退可能な一対の可動部材と、
   一対の該可動部材間に少なくとも一つ連結され、一対の該可動部材の離間距離に応じて弾性的に湾曲して側方へ張り出すことで前記管路の壁面を押圧可能な当接部材とを備えることを特徴とする管内走行装置。
2. 請求項１に記載の管内走行装置において、
   前記軸体は、前記駆動力が伝達されることで軸線回りに回転可能に前記フレームに支持されているとともに、外周面に各前記可動部材と対応して略環状に設けられ、互いの軸線方向の離間距離が周方向に変化する凹状または凸状の一対のガイド部を有し、
   一対の前記可動部材は、前記フレームに対して前記軸線回りに回転することが規制されているとともに、それぞれ対応する前記ガイド部に嵌合し、該ガイド部に沿って相対移動可能な凸状または凹状の被嵌合部を有することを特徴とする管内走行装置。
3. 請求項２に記載の管内走行装置において、
   前記軸体に前記駆動力を与えて前記軸線回りに回転させる駆動部を備えることを特徴とする管内走行装置。
4. 請求項３に記載の管内走行装置において、
   前記駆動部は、前記軸体の一端側または他端側いずれか一方で、前記フレームに対する前記軸線回りの回転が規制されていることを特徴とする管内走行装置。
5. 請求項４に記載の管内走行装置において、
   前記進行方向に配設されて、一端が前記フレームに固定されているとともに、他端が前記駆動部に固定され、該駆動部から発生する前記駆動力によって前記軸線回りに変形不能とするねじれ剛性を有するとともに、前記進行方向と直交する方向に湾曲可能な可撓性を有する規制部材を備えることを特徴とする管内走行装置。
6. 請求項３に記載の管内走行装置において、
   前記軸体は、略筒状の部材であり、
   前記駆動部は、前記軸体の内部に収容された状態で、前記フレームに固定されていることを特徴とする管内走行装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の管内走行装置において、
   前記軸体、一対の可動部材、及び、前記当接部材を具備する推進手段を複数備え、該推進手段は、伝達される前記駆動力に応じて前記当接部材を側方に張り出すタイミングが互いにずれるように設定されていることを特徴とする管内走行装置。

Images