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

伸縮ユニット、管体内移動体、及び管体内探査装置 Download PDF

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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。
Figure 0006195103
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。
Figure 0006195103
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。
Figure 0006195103
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。
    Figure 0006195103
  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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