JP6195103B2 - 伸縮ユニット、管体内移動体、及び管体内探査装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガス管や水道管等に代表される管体内を移動可能な装置に関し、特に管体内を速やかに進行し、管体内の状態を的確に把握可能な管体内探査装置と、当該管体内探査装置に好適に採用可能な伸縮ユニット、管体内移動体に関する。

近年、大腸，小腸などの生体管体の内部や、ガス管，水道管等の人工管体の内部を自走し、管体内の状態を探査する管体内探査装置が提案されている。
特許文献１に開示された管体内探査装置は、空気室内への圧縮空気等の流体の供給により径方向に膨張しつつ軸方向に収縮する弾性膨張体を備えた伸縮ユニットを軸方向に複数個連結するとともに、複数の伸縮ユニットの進行方向前方に撮像装置を設け、管体の外部に設置された流体給排手段を制御して伸縮ユニットを規則的に伸縮動作させることにより管体内を進行する管体内探査装置が提案されている。

特開２００９−２４０７１３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の管体内探査装置は、複数連結された伸縮ユニットの弾性膨張体の外周面がゴム等で形成されているため、伸縮ユニットの伸長時における管体内周面に対する低い押し付け力下においても伸縮ユニットの自重や管体の形状によっては伸縮ユニットにおける弾性膨張体の外周面と管体の内周面との間に生じる摩擦力が過大となり、当該摩擦力が管体内探査装置のスムースな進行を阻害する要因となっていた。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、管体内探査装置の進行を阻害する摩擦力を低減し、管体内を速やかに進行可能な管体内探査装置、及び当該管体内探査装置に好適に採用可能な伸縮ユニット、管体内移動体を提供することを目的とする。

軸方向に伸縮可能な筒状伸縮体と、筒状伸縮体の外周側に配設され、筒状伸縮体との間に形成された空気室への流体の供給により軸方向に収縮し、流体の排出により軸方向へ伸長する弾性膨張体とを備え、管体内を進行可能な管体内移動体に組み込まれる伸縮ユニットであって、弾性膨張体の外周面側に、管体の内周面との摩擦係数が弾性膨張体の外周面と管体の内周面との摩擦係数よりも小さく、弾性膨張体の収縮時において当該弾性膨張体の外周面の管体の内周面側への接触を許容し、伸長時において当該弾性膨張体の外周面の管体の内周面側への接触を阻止する低摩擦層を設けた構成とした。
本構成によれば、弾性膨張体の外周面側に低摩擦層が設けられ、当該低摩擦層と管体の内周面との摩擦係数が、弾性膨張体の外周面と管体の内周面との摩擦係数よりも小さく、さらに、弾性膨張体の収縮時において管体の内周面側への弾性膨張体の外周面の露出を許容するため、管体内移動体に組み込まれた場合に、弾性膨張体の収縮時において摩擦係数の高い外周面が管体の内周面と接し、弾性膨張体の伸長時においては摩擦係数の低い低摩擦層と管体の内周面が接するため、伸長状態にある伸縮ユニットが管体内移動体の進行を阻害することがなくなり、管体内移動体が管体内を速やかに進行可能となる。
また、望ましくは、低摩擦層を弾性膨張体の外周面を覆い、弾性膨張体の収縮時において拡大する開口部を有するシートとすれば、拡大した開口部より弾性膨張体の外周面が管体の内周面側に露出するため、弾性膨張体の外周面を収縮時において管体の内周面と適切に接触させることが可能となる。

また、上記課題を解決するための管体内移動体の構成として、上記各構成からなる伸縮ユニットの軸方向両端部に設けられた連結手段を介して前記伸縮ユニットを３個以上連結すれば、管体内を速やかに進行可能な管体内移動体を得ることができる。
また、望ましくは、上記各構成からなる伸縮ユニットを６個以上連結し、管体の一部に形成された屈曲部の内径をＤ、弾性膨張体の最大収縮率をα、連結手段の軸方向長さをｐとしたとき、弾性膨張体の軸方向長さＬと外径ｄとが、以下の式を満たす構成とすれば、上記各構成から生じる効果に加えて、管体の一部に９０度エルボ等の部材によって形成された屈曲部が存在する場合であっても当該屈曲部を速やかに進行可能な管体内移動体を得ることができる。

また、さらに望ましくは、管体内移動体の進行方向先頭に位置する伸縮ユニットの前端部に、圧縮バネ及び引張バネとからなり、進行方向に向けて延長する先端挿入体を設ければ、屈曲部をより一層速やかに進行可能な管体内移動体を得ることができる。

上記課題を解決するための管体内探査装置の構成として、上記構成からなる管体内移動体を備え、先端挿入体の前端側に撮像手段を設けた構成とすれば、管体内の状態を撮像手段によって速やかに把握可能な管体内探査装置を得ることができる。
なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。

管体内探査装置の概要を示す図である。 伸縮ユニットの一例を示す図である。 弾性膨張体の断面図である。 摩擦低減層の断面図である。 伸縮ユニットの動作を示す図である。 管体内移動体の動作原理を示す図である。 管体内移動体の進行状態を示す図である。 管体内移動体の屈曲部における進行状態を示す図である。 管体及び伸縮ユニットの寸法等を示す模式図である。 管体内探査装置の屈曲部における進行状態を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、各図に基づき説明する。
図１は、管体１の内部の状態を探査，把握する管体内探査装置１０の概要を示す図である。なお、以下の説明においては、矢印Ｘ１で示す管体内探査装置１０の進行方向を前側とし、当該進行方向とは逆の後退方向を後側としてその前後方向を特定する。同図に示すように、管体内探査装置１０は、当該管体内探査装置１０の前端側に設けられた探査ユニット１１と、当該探査ユニット１１と接続され、管体１の後方に延在するケーブル１２と、複数の伸縮ユニット２０Ａ〜２０Ｆが連結されてなる管体内移動体１３と、当該管体内移動体１３と前記探査ユニット１１との間に設けられた第１のコイルバネ１５Ａ及び第２のコイルバネ１５Ｂとから構成される先端挿入体１５と、各伸縮ユニットの駆動源となる流体としての圧縮空気を給排する圧縮空気給排手段１６と、圧縮空気給排手段１６による圧縮空気の給排を制御する進行制御手段１７とを主たる構成として備える。

同図に示すように、探査ユニット１１は、ほぼ球形に形成された本体部１１Ａと、本体部１１Ａの前端部において前方に露出する撮像手段１１Ｍ及び照明手段１１Ｎとを備え、照明手段１１Ｎより照射される光によって管体１の内部を照らし、撮像手段１１Ｍによって管体１の内部（管路内）を撮像する。
また、探査ユニット１１には、可撓性を有するケーブル１２の前端部から前方に延出する細径のリード線Ｒ１；Ｒ２が接続されており、当該ケーブル１２のリード線Ｒ１；Ｒ２を介して撮像手段１１Ｍ及び照明手段１１Ｎに対して管体１の外部より電源が供給されるとともに、撮像手段１１からの信号が管体１の外部に設置されたモニタ等の表示手段に出力される。また、ケーブル１２のリード線Ｒ１；Ｒ２は、先端挿入体１５の内部を通じて撮像手段１１Ｍ及び照明手段１１Ｎと接続され、リード線Ｒ１；Ｒ２よりも大径なケーブル１２は、管体内移動体１３の内部を通じて管体１の外部に延出する。

管体内移動体１３は、６個の伸縮ユニット２０（２０Ａ〜２０Ｆ）が互いに連結されて構成される。伸縮ユニット２０Ａ〜２０Ｆは、進行制御手段１７によって制御される圧縮空気給排手段１６からの圧縮空気の供給又は排出によってそれぞれ独立して収縮動作又は伸長動作し、これら動作の繰り返しにより管体１内を進行する。

図２は、伸縮ユニット２０の一構成例を示す図であり、図２（ａ）は、複数の伸縮ユニット２０の軸方向断面図、図２（ｂ）はフランジ２３のＡ−Ａ断面図、図２（ｃ）はフランジ２３の斜視断面図である。なお、説明の便宜上、管体内移動体１３の最後尾に位置する伸縮ユニット２０Ｆと、当該伸縮ユニット２０Ｆの前方に連結される伸縮ユニット２０Ｅを例として説明する。同図に示すように、伸縮ユニット２０は、内周面側に前述のケーブル１２が挿通可能な空間を有する略円筒状の内筒２１と、当該内筒２１の外周面側に配設される弾性膨張体２２とを備え、各伸縮ユニット２０は、内筒２１及び弾性膨張体２２の両端部を強固に固定した状態とする連結手段としてのフランジ２３（図示の例ではフランジ２３Ｅ；２３Ｆ）を介して軸方向に沿って連結される。

図２（ａ）に示すように、円筒状の内筒２１は、可撓性を有する部材により構成され、その軸方向に沿って伸縮可能な蛇腹状に形成される。当該内筒２１は、後述する弾性膨張体２２の収縮動作に追従して軸方向に収縮し、伸長動作に追従して軸方向に伸長する。
内筒２１の両端部はそれぞれ、ほぼ円環状に形成されたフランジ２３Ｅ；２３Ｆの内周面に対して接着剤等の固定手段によって強固に固定される。

弾性膨張体２２は、内筒２１の軸方向に渡って延在する略円筒状の部材であって、内筒２１の外周面全域を取り囲んで覆うように配設される。図３に誇張して示すように、弾性膨張体２２は、弾性体より形成される円筒状の筒本体２２Ａと、当該筒本体２２Ａの内部において密に内挿された複数の規制繊維２２Ｂとから構成される。
筒本体２２Ａの材質としては、シリコーンゴム等の合成ゴム、或いは天然ラテックスゴム等の天然ゴムが好適であるが、後述する空気室への圧縮空気の給排によってその形状が変化し得る材質であれば如何なる材質であってもよい。また、図３に示すように、規制繊維２２Ｂは、筒本体２２Ａの壁厚内において幾重にも積層されるように密に内挿されるとともに、筒本体２２Ａの軸方向に沿って延在する。規制繊維２２Ｂの材質としては、例えばグラスロービング繊維やカーボンロービング繊維等、軸方向への伸びの少ない材質が好適に用いられる。
弾性膨張体２２の両端部はそれぞれ、フランジ２３Ｅ；２３Ｆの外周面において円周方向に沿って形成された環状溝２９と対応する位置でピアノ線等の括り部材２９Ａによって強固に固定される。

図２の各図に示すとおり、フランジ２３は、例えば樹脂や硬質のゴム等により構成された円環体であって、前述のとおりその内周面には内筒２１の端部が固定され、その外周面には弾性膨張体２２の端部が固定され、フランジ２３の端面、内筒２１の外周面、及び弾性膨張体２２の内周面によって密閉空間としての空気室Ｓが形成される。当該空気室Ｓ内には後述のエアチューブ２４を介して圧縮空気が供給される。
図２（ｂ），（ｃ）に示すように、フランジ２３の内周面には、円周方向に沿って等間隔（本例では６０°間隔）となる位置で、フランジ２３の軸方向に沿って延在する複数のエアチューブ係合台座３３Ａ〜３３Ｆが中心方向に向けて突設されている。エアチューブ係合台座３３Ａ〜３３Ｆは、扁平状に形成された複数のエアチューブ２４Ａ〜２４Ｆの幅方向両端部の円弧と対応する弧面を有しており、隣接するエアチューブ係合台座３３Ａ〜３３Ｆ間に複数のエアチューブ２４Ａ〜２４Ｆを独立して支持する計６か所のエアチューブ支持凹部３３が形成される。なお、エアチューブ支持凹部３３に挿入されるエアチューブ２４Ａ〜２４Ｆは、軸方向にスライド可能な程度に緩やかに拘束されており、伸縮ユニット２０の伸縮動作に伴うキンクの発生が抑制される。

図２（ｃ）に示すように、フランジ２３における複数のエアチューブ支持凹部３３の内の１カ所には、エアチューブ接続部３０が軸方向に突設される。エアチューブ接続部３０は、扁平状のエアチューブ２４の内径よりも僅かに小径な口径を有し、エアチューブ２４（図示の例ではエアチューブ２４Ａ）の先端部が接続可能とされている。また、エアチューブ接続部３０は、フランジ２３の外周面及び内周面を貫通する空気供給孔３１と連通しており、エアチューブ２４Ａ内に供給された圧縮空気は、当該空気供給孔３１から排出され、伸縮ユニット２０Ｆの空気室Ｓ内に供給される。

複数のエアチューブ２４Ａ〜２４Ｆは、複数の伸縮ユニット２０Ａ〜２０Ｆに対して独立して圧縮空気を供給する流路を構成するものであって、図２（ｂ），（ｃ）の例においては、例えばフランジ２３Ｆに至る計６本のエアチューブ２４Ａ〜２４Ｆの内、エアチューブ２４Ａのみがエアチューブ接続部３０に接続され、他のエアチューブ２４Ｂ〜２４Ｆが前方に位置する伸縮ユニット２０（２０Ａ〜２０Ｅ）の空気室Ｓと対応して開口するフランジ２３Ａ〜２３Ｅまでそれぞれ延長する。
なお、図示の便宜上、図２（ｃ）の例においては、フランジ２３Ｆのエアチューブ接続部３０にエアチューブ２４Ａが接続され、複数のエアチューブ支持凹部３３にエアチューブ２４Ｅ；２４Ｆが支持された状態を示しているが、実際には図２（ｂ）に示すように、エアチューブ２４Ａを除く他のエアチューブ２４Ｂ〜２４Ｆがエアチューブ支持凹部３３Ｂによって支持され、前方に延在することとなる。

以上説明したとおり、各伸縮ユニット２０Ａ〜２０Ｆの空気室Ｓには、これらを連結する複数のフランジ２３Ａ〜２３Ｆに設けられたエアチューブ接続部３０に接続されるエアチューブ２４Ａ〜２４Ｆを介して圧縮空気が供給され、当該圧縮空気の給排により各伸縮ユニット２０Ａ〜２０Ｆが独立して収縮動作又は伸長動作を行うことが可能となる。具体的には、上記構成よりなる伸縮ユニット２０の空気室Ｓ内に圧縮空気が供給された場合、両端部が複数のフランジ２３によって強固に固定された規制繊維２２Ｂが弾性膨張体２２の軸方向への膨張を規制する一方で、径方向への膨張を許容するため、結果として図１に示すように伸縮ユニット２０（図示の例では２０Ｂ；２０Ｃ）全体が軸方向へ収縮動作することとなる。一方で、空気室Ｓ内に供給された圧縮空気を排出すれば、伸縮ユニット２０全体が軸方向へ伸長動作することとなる。
即ち、本実施形態に係る管体内移動体１３を構成する伸縮ユニット２０は、圧縮空気の供給により軸方向に収縮し、圧縮空気の排出により軸方向に伸長するユニットである。

次に、伸縮ユニット２０の弾性膨張体２２の外周面側に設けられた摩擦低減層２５について説明する。摩擦低減層２５は、伸縮ユニット２０の弾性膨張体２２の外周面と管体１の内周面との間の摩擦係数よりも小さな摩擦係数で管体１の内周面と接する層であり、弾性膨張体２２の外周面の全域を含むように形成される。
また、摩擦低減層２５は、伸縮ユニット２０の伸長時において弾性膨張体２２の外周面と管体１の内周面との接触面積を低減し、伸縮ユニット２０の収縮時において弾性膨張体２２の外周面と管体１の内周面との接触面積を伸長時よりも増大させる。以下、図４を参照して摩擦低減層２５の具体例について説明する。

図４（ａ）は、弾性膨張体２２と摩擦低減層２５とを誇張して示す断面図である。
同図に示すように本例における摩擦低減層２５は、弾性膨張体２２及び両端に位置するフランジ２３；２３の全体を覆うように巻き付けられた単一の被覆シート２６に対して、その円周方向において等間隔となるように（例えば４本）、軸方向に延在する複数の切り込み２７Ａ〜２７Ｄを形成することにより構成される。図１，図５に示すように、切り込み２７Ａ〜２７Ｄは、弾性膨張体２２の軸方向端部まで達しており、被覆シート２６の両端部がフランジ２３；２３の外周上において接着剤等により固定される。

また、図４（ｂ）は、摩擦低減層２５の他の例を示す図である。
本例における摩擦低減層２５は、弾性膨張体２２及びフランジ２３；２３の円周方向において例えば４分割された被覆シート２６（２６Ａ〜２６Ｄ）により形成される。同図に示すとおり、被覆シート２６Ａ〜２６Ｄ同士は、互いに円周方向に略等しい間隙Ｇを有して隣接しており、被覆シート２６Ａ〜２６Ｄの両端部が、フランジ２３；２３の外周面上において接着剤により貼着される。なお、上記切り込み２７Ａ〜２７Ｄの本数や被覆シート２６の分割数は、４つに限られるものではなく、複数であればその数は問わない。また、複数の切り込みや被覆シートを設ける際には、軸対称となる位置に設けるのが望ましい。また、被覆シート２６の材質としては、アルミ蒸着シートのような表面が滑らかな金属もしくは合金のシートや、フッ素樹脂などから成る潤滑性の樹脂シート等、弾性膨張体２２の外周面と管体１の内周面との摩擦係数よりも小さい摩擦係数となり得る材質であれば好適に採用できる。

さらに、摩擦低減層２５の形態として、上記被覆シート２６を用いる以外にも、弾性膨張体２２の外周面に直接アルミや他の合金、或いはフッ素樹脂等の塗布剤を直接的に塗布（蒸着）することにより摩擦低減層２５を形成してもよい。また、弾性膨張体２２への直接的な塗布に際しては、例えば円周方向に所定の間隔を持って軸方向に延在するように塗布することや、弾性膨張体２２の外周面に点在するように塗布することにより、伸縮ユニット２０の収縮時において、摩擦係数の高い弾性膨張体２２の外周面を管体１の内周面に確実に密着させることが可能となる。或いは、従来の弾性膨張体２２それ自体を従来の弾性膨張体（ゴム）の摩擦係数よりも小さい摩擦係数を有する材質によって形成してもよい。

以下、図５を参照し、伸縮ユニット２０の収縮動作及び伸長動作と、摩擦低減層２５との関係について説明する。図５は、伸縮ユニット２０Ｃ〜２０Ｆの状態を示し、同図において伸縮ユニット２０Ｃ；２０Ｆは伸長状態であり、伸縮ユニット２０Ｄ；２０Ｅは圧縮空気の供給により収縮状態にある。
また、同図における摩擦低減層２５は、上述した摩擦低減層２５の一例としての単一の被覆シート２６に複数の切り込み２７Ａ〜２７Ｄを設けた形態である。同図に示すように、伸縮ユニット２０Ｃ；２０Ｆの弾性膨張体２２の外周面は、摩擦係数の小さい摩擦低減層２５の存在によりその全域が覆われた状態となり、管体１の内周面と直接接することが阻止される。

一方、収縮状態にある伸縮ユニット２０Ｄ；２０Ｅの弾性膨張体２２の外周面は、弾性膨張体２２の膨張に伴って拡大して開口する複数の切り込み２７Ａ〜２７Ｄから管体１の内周面側に露出し、当該露出した外周面が管体１の内周面に対して圧縮空気の供給による高い押し付け力で密着して接することが許容される。
つまり、摩擦低減層２５は、伸縮ユニット２０の伸長時において弾性膨張体２２の外周面の露出範囲を減少させ、伸縮ユニット２０の収縮時において弾性膨張体２２の外周面の露出範囲を拡大させるものである。換言すれば、摩擦低減層２５は、伸縮ユニット２０の伸長時において弾性膨張体２２の外周面と管体１の内周面との接触面積を収縮時よりも減少させ（上記例においては接触面積が実質的に０）、伸縮ユニット２０の収縮時において弾性膨張体２２の外周面と管体１の内周面との接触面積を伸長時よりも増大させる作用を奏するものである。そして、このような作用は、図４（ｂ）に示した摩擦低減層２５の形態についても同様である。

例えば、上述の４分割された被覆シート２６Ａ〜２６Ｄにより摩擦低減層２５を構成した場合には、伸縮ユニット２０の伸長時において弾性膨張体２２の外周面が間隙Ｇの面積以下の範囲で露出し、伸縮ユニット２０の収縮時においては、弾性膨張体２２の膨張に伴って、弾性膨張体２２の外周面が間隙Ｇを拡大しつつ、当該拡大後の間隙Ｇ（開口部）より管体1の内周面側に露出し、摩擦係数の高い弾性膨張体２２の外周面と管体１の内周面とが高い押し付け力下において密着することとなる。
また、弾性膨張体２２の外周面に対して円周方向に所定の間隔を持って塗布剤を塗布することにより摩擦低減層２５を構成した場合には、伸縮ユニット２０の伸長時において弾性膨張体２２の外周面が円周方向への所定の間隔以下の面積で露出し、伸縮ユニット２０の収縮時においては、弾性膨張体２２の膨張に伴って、上記間隔を拡大しつつ、当該拡大後の間隔より管体１の内周面側に露出し、摩擦係数の高い弾性膨張体２２の外周面と管体１の内周面とが高い押し付け力下において密着することとなる。

次に、先端挿入体１５について説明する。
図１に示すように、先端挿入体１５は、管体内移動体１３を構成する伸縮ユニット２０Ａ〜２０Ｆのうち、先頭に位置する伸縮ユニット２０Ａに取り付けられて前方に延出する。同図に示すように、先端挿入体１５は、第１のコイルバネ１５Ａと、第２のコイルバネ１５Ｂとから構成されており、第１のコイルバネ１５Ａは引張バネあり、第２のコイルバネ１５Ｂは圧縮バネである。

同図に示すとおり、第１のコイルバネ１５Ａの後端部は、フランジ２３と同様に伸縮ユニット２０Ａの内筒２１及び弾性膨張体２２の端部を強固に固定するとともに開口を閉塞するキャップ体３２の先端部に図外の係合手段を介して接続されている。また、第１のコイルバネ１５Ａの前端部には、第２のコイルバネ１５Ｂの後端部が接続され、当該第２のコイルバネ１５Ｂの前端部に前述の探査ユニット１１の本体部１１Ａが接続される。
また、前述のとおり、先端挿入体１５内には、キャップ体３２に開設された開口を介してケーブル１２のリード線Ｒ１；Ｒ２が通じている。なお、リード線Ｒ１；Ｒ２を省略し、ケーブル１２を先端挿入体１５内に直接内挿して撮像手段１１Ｍ及び照明手段１１Ｎと直接的に接続してもよいが、先端挿入体１５の柔軟性を確保する観点から、細径なリード線Ｒ１；Ｒ２を介して接続するのが望ましい。

図１に示すように、圧縮空気給排手段１６は、コンプレッサ１６Ａと、レギュレータ１６Ｂと、空気制御弁（空気供給弁１６Ｍ及び空気開放弁１６Ｎ）と、伸縮ユニット２０の連結数に対応し、各伸縮ユニット２０Ａ〜２０Ｆの空気室Ｓとそれぞれ独立して連通する複数のエアチューブ１６Ｃとを備える。各エアチューブ１６Ｃは、前述の複数のエアチューブ２４とそれぞれ対応して接続されており、進行制御手段１６からの制御信号に応じて、各伸縮ユニット２０Ａ〜２０Ｆに対して独立して圧縮空気を供給又は排出することが可能である。

例えば、伸縮ユニット２０Ａを収縮させる場合には、伸縮ユニット２０Ａの空気室Ｓに連通するエアチューブ２４と対応して接続されたいずれかのエアチューブ１６Ｃに介在する空気供給弁１６Ｍを開放して伸縮ユニット２０Ａの空気室Ｓ内に圧縮空気を供給し、反対に伸縮ユニット２０Ａを伸長させる場合には、空気供給弁１６Ｍを閉鎖するとともに空気開放弁１６Ｎを開放することにより圧縮空気を大気に排出する。進行制御手段１７は、例えば所定のプログラムに従って動作するＣＰＵを備えたコンピュータであって、圧縮空気給排手段１６の空気供給弁１６Ｍ及び空気開放弁１６Ｎの開閉を制御して、伸縮ユニット２０Ａ〜２０Ｆへの圧縮空気の給排を制御することで、管体内移動体１３を管体１内において進行させる。

次に、図６に基づいて上記構成からなる管体内移動体１３の基本的な進行動作について説明する。なお、同図においては説明の簡略化のため、管体内移動体１３を３つの伸縮ユニット２０Ａ〜２０Ｃにより構成し、摩擦低減層２５の図示を省略している。図６（ａ）は、管体内移動体１３の初期状態（停止状態）を示し、当該管体内移動体１３は、初期状態から矢印で示す方向に進行するものとする。まず、図６（ａ）に示す初期状態では、管体内移動体１３の先頭に位置する伸縮ユニット２０Ａと最後尾に位置する伸縮ユニット２０Ｃとが収縮状態にあり、伸縮ユニット２０Ａ；２０Ｃの弾性膨張体２２の外周面の一部の範囲が管体１の内周面と密着している。この状態から進行制御手段１７により、圧縮空気給排手段１６を制御し、図６（ｂ）に示す如く最後尾の伸縮ユニット２０Ｃを伸長状態とするとともに、中間に位置する伸縮ユニット２０Ｂを収縮させる。この時点では、伸縮ユニット２０Ｃが軸方向に伸長し、伸縮ユニット２０Ｂが軸方向に収縮しただけなので、管体内移動体１３の位置は変わらない。

次に、図６（ｂ）の状態から、図６（ｃ）に示す如く、伸縮ユニット２０Ａを伸長状態とするとともに、伸縮ユニット２０Ｃを収縮させる。この時、伸縮ユニット２０Ａの伸長動作及び伸縮ユニット２０Ｃの収縮動作は、管体内移動体１３全体を前方に進行させる動作に変換され、管体内移動体１３が管体１内を矢印方向に向けて進行する。
その後、図６（ｄ）に示すように、伸縮ユニット２０Ｂを伸長状態とするとともに、伸縮ユニット２０Ａを収縮させることにより、図６（ａ）に示す初期状態に復帰する。なお、この時、伸縮ユニット２０Ｂの伸長動作と同時に伸縮ユニット２０Ａが軸方向に収縮するので、管体内移動体１３は進行しない。以上のとおり、進行制御手段１７の制御により、各伸縮ユニット２０Ａ〜２０Ｃを順次収縮，伸長させる動作を繰り返すことにより、管体内移動体１３を管体１内において進行させることが可能となる。
なお、管体内移動体１３を進行させるには、伸縮ユニット２０が３つ以上であれば如何なる数を連結してもよく、例えば図１に示す如く、管体内移動体１３が例えば６個以上のような伸縮ユニット２０Ａ〜２０Ｆを備える場合には、前述の摩擦低減層２５の構成を付加するのが望ましく、さらに、管体１に９０度エルボ等により形成された屈曲部が存在する場合には、摩擦低減層２５の構成に加えて、前述の先端挿入体１５の構成を付加するのが一層望ましい。以下、摩擦低減層２５及び先端挿入体１５の作用，効果についてそれぞれ詳細に説明する。

図７（ａ），（ｂ）はそれぞれ、６個の伸縮ユニット２０Ａ〜２０Ｆを備えた管体内移動体１３の管体１内の直線部及び湾曲部内における進行状態を示す概略図である。同図に示すように、伸縮ユニット２０が６個ともなると、例えば伸縮ユニット２０Ａ；２０Ｂの収縮時において、これより後続に位置し、伸長状態にある伸縮ユニット２０Ｃ〜２０Ｆは、管体１の内周面下部と接触し、引きずられながら管体１を進行することとなるため、伸縮ユニット２０Ｃ〜２０Ｆの弾性膨張体２２の外周面と、これに接する管体１の内周面との間に生じる摩擦力が管体内移動体１３の進行を阻害する。

しかし、前述したとおり、本実施形態における各伸縮ユニット２０Ａ〜２０Ｆの弾性膨張体２２及びフランジ２３の外周面には、摩擦係数の小さい摩擦低減層２５が存在し、弾性膨張体２２の伸長時における弾性膨張体２２の外周面、及び管体１の内周面との間に生じる摩擦力が大幅に低減されるため、管体内移動体１３が伸長状態にある伸縮ユニット２０Ｃ〜２０Ｆを引きずりながら進行したとしても、管体内移動体１３の進行を阻害することはない。一方で、収縮状態にある伸縮ユニット２０Ａ；２０Ｂにおける摩擦低減層２５よりも摩擦係数の大きな弾性膨張体２２の外周面は、摩擦低減層２５より管体１の内周面側に露出し、管体１の内周面に対して高い摩擦力を有して密着するため、結果として管体内移動体１３を管体１内においてスムースに進行させることが可能となる。

図８（ａ），（ｂ）は、６個の伸縮ユニット２０Ａ〜２０Ｆからなる管体内移動体１３を備えた管体内探査装置１０の管体１内の屈曲部における進行状態を示す概略図である。当該屈曲部は、例えば管体１の一部を構成する９０度エルボ管１Ｒ（以下、単にエルボ１Ｒという。）等の部材により形成され、エルボ１Ｒの両端部には、直管１Ａ；１Ｂが接続されている。

図８（ａ）に示すように、先端に位置する探査ユニット１１が直管１Ａからエルボ１Ｒを経由して直管１Ｂ内に進行するには、エルボ１Ｒと直管１Ｂとの接続部に生じる段差部Ｖを超える必要がある。そして、探査ユニット１１と先頭の伸縮ユニット２０Ａとを、例えばゴムチューブなどで連結した場合には、探査ユニット１１が直管１Ａの延長方向に進行して段差部Ｖに引っ掛かるため、ゴムチューブの座屈によりエルボ１Ｒを通過できない事態が生じ得る。

これに対して本例では、図８（ｂ）に示すように、探査ユニット１１の段差部Ｖへの接触に伴って、前方に位置する第２のコイルバネ（圧縮バネ）１５Ｂのもつ柔軟性と収縮動作により、探査ユニット１１が段差部Ｖを超え、さらにその向きが直管１Ｂ方向に向く。
さらに、探査ユニット１１の向きが直管１Ｂ方向に向くと、図８（ｃ）に示すように、第２のコイルバネ１５Ｂが自然長に復帰しようとするとともに、これに伴って後方に位置する第１のコイルバネ（引張バネ）１５Ａが伸長する。その後、図８（ｄ）に示すように、伸長した第１のコイルバネ１５Ａは、自然長に復帰しようとするので、第１のコイルバネ１５Ａの後端部と接続された先頭の伸縮ユニット２０Ａが、第１のコイルバネ１５Ａに引っ張られてその向きが直管１Ｂ方向に向くため、探査ユニット１１及びこれに続く後続の伸縮ユニット２０Ａ〜２０Ｆについてもエルボ１Ｒ内を速やかに通過することができる。

即ち、本実施形態に係る管体内探査装置１０によれば、管体内移動体１３を構成する複数の伸縮ユニット２０のうち、先頭に位置する伸縮ユニット２０Ａと探査ユニット１１とを高い柔軟性を有する第１のコイルバネ１５Ａ及び第２のコイルバネ１５Ｂとから構成された先端挿入体１５を介して接続しているため、管体１にエルボ１Ｒ等の部材によって形成された屈曲部が存在する場合であっても、管体１内をスムースに進行することが可能となり、管体１の管路形状を問わず管体１内をくまなく探査することが可能となる。

次に、弾性膨張体２２の長さと外径との関係、及び管体１に屈曲部が存在する場合の伸縮ユニット２０の連結数について説明する。
図９（ａ）は管体１の寸法等を表す模式図、図９（ｂ）は、伸縮ユニット２０の弾性膨張体２２の収縮前後の寸法変化を表す模式図である。各図に示すように、管体１の内径をＤ、弾性膨張体２２の収縮時の最大半径をｄmとすると、管体内移動体１３が、管体１の内周面に接地しながら移動する条件は、ｄm＞Ｄである。

また、図９（ｂ）に示すように、弾性膨張体２２の長さをＬ、外径をｄ、弾性膨張体２２の最大収縮率（最大収縮時の収縮量/Ｌ）をαとし、圧縮空気の空気圧が弾性膨張体２２の全ての面に等しく垂直に加わるという条件から、弾性膨張体２２が円弧を描くと仮定した場合、実線で示す弾性膨張体２２の収縮後の長さは（1−α）Ｌなので、ｄm＝（1−α）Ｌ＋ｄとなる。
したがって、管体内移動体１３が、管体１の内周面に接触しながら移動するためには、弾性膨張体２２の長さＬと外径ｄとは、以下の式（１）を満たす必要がある。

また、図９（ａ）に示すように、管体内移動体１３が９０度エルボのような屈曲部を通過する際には、一部の伸縮ユニット２０がエルボＲ１内に収容される。したがって、管体１の内径をＤ、フランジ２３の長さ（突出長さ）をｐとしたとき、弾性膨張体２２の長さＬと外径ｄとは、以下の式（２）を満たす必要がある。

また、図６を用いて説明したとおり、管体内移動体１３が進行するには、伸縮ユニット２０の数が少なくとも３個必要であるから、エルボ１Ｒの前段にある直管１Ａ内又は、エルボ１Ｒの後段にある直管１Ｂ内に少なくとも３個の伸縮ユニット２０が存在することが条件となる。

以上の検討を前提として、本例では伸縮ユニット２０の弾性膨張体２２の長さＬ及び外径ｄを前記式（１）及び式（２）を満たすように設定するとともに、管体内移動体１３を構成する伸縮ユニット２０の数を６個以上としたので、図１０（ａ）に示すように、エルボＲ１通過中に直管１Ａ内に最低でも３個の伸縮ユニット２０Ｄ〜２０Ｆが存在する状態、又は、図１０（ｂ）に示すように、直管１Ｂ内に最低でも３個の伸縮ユニット２０Ａ〜２０Ｃが存在する状態を実現できる。
したがって、直線部、湾曲部が存在する管体は元より、９０度エルボ等の存在によって屈曲部を有する管体であっても管体内をスムースに進行可能な管体内移動体１３及び管体内探査装置１０を得ることが可能となる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に記載の範囲には限定されない。前記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。
例えば、上記実施形態では、管体内移動体１３にケーブル１２を内挿した例について説明したが、探査ユニット１１に内蔵した電源やメモリーなどにより管体１内の状態（画像，動画）を記憶すれば、ケーブル１２を省略することが可能となる。

１ 管体，１Ａ；１Ｂ 直管，１Ｒ ９０度エルボ管，１０ 管体内探査装置，
１１ 探査ユニット，１２ ケーブル，１３ 管体内移動体，１５ 先端挿入体，
１５Ａ 第1のコイルバネ，１５Ｂ 第２のコイルバネ，１６ 圧縮空気給排手段，
２０（２０Ａ〜２０Ｆ） 伸縮ユニット，２１ 内筒，２２ 弾性膨張体，
２３（２３Ａ〜２３Ｆ） フランジ，２４（２４Ａ〜２４Ｆ） エアチューブ，
２５ 摩擦低減層

Claims (6)

1. 軸方向に伸縮可能な筒状伸縮体と、
   前記筒状伸縮体の外周側に配設され、前記筒状伸縮体との間に形成された空気室への流体の供給により軸方向に収縮し、前記流体の排出により軸方向へ伸長する弾性膨張体とを備え、管体内を進行可能な管体内移動体に組み込まれる伸縮ユニットであって、
   前記弾性膨張体の外周面側に、前記管体の内周面との摩擦係数が前記弾性膨張体の外周面と前記管体の内周面との摩擦係数よりも小さく、前記弾性膨張体の収縮時において当該弾性膨張体の外周面の前記管体の内周面側への接触を許容し、伸長時において当該弾性膨張体の外周面の前記管体の内周面側への接触を阻止する低摩擦層を設けたことを特徴とする伸縮ユニット。
2. 前記低摩擦層が、弾性膨張体の外周面を覆い、前記弾性膨張体の収縮時において拡大する開口部を有するシートであることを特徴とする請求項１記載の伸縮ユニット。
3. 請求項１又は請求項２記載の伸縮ユニットの軸方向両端部に設けられた連結手段を介して前記伸縮ユニットを３個以上連結してなることを特徴とする管体内移動体。
4. 前記伸縮ユニットを６個以上連結し、
   管体の一部に形成された屈曲部の内径をＤ、前記弾性膨張体の最大収縮率をα、前記連結手段の軸方向長さをｐとしたとき、
   前記弾性膨張体の軸方向長さＬと外径ｄとが、以下の式を満たすことを特徴とする請求項３に記載の管体内移動体。
   

   
5. 前記管体内移動体の進行方向先頭に位置する伸縮ユニットの前端部に、圧縮バネ及び引張バネとからなり、進行方向に向けて延長する先端挿入体を設けたことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の管体内移動体。
6. 前記請求項５記載の管体内移動体を備え、
   前記先端挿入体の前端側に撮像手段を設けたことを特徴とする管体内探査装置。

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