JP6775145B2 - 管内走行体及び管内の清掃方法 - Google Patents

Description

本発明は、水中管内を走行する管内走行体及び管内の清掃方法に関する。

例えば特許文献１には、配管の内部を走行しながら作業を行う配管内作業装置が開示されている。この配管内作業装置は、配管内に軸線方向に延びる円筒状の空洞を有する第１筒状体の内部にエアモータが固定されており、エアモータの出力軸に連結された主回転軸がベアリングにより保持されている。

主回転軸にはユニバーサルジョイントを介して従動回転軸が連結されている。従動回転軸の外周部には４個のロッド非回転式シリンダが放射状に配置されて固定されており、４個のロッド非回転式シリンダの各々のピストンロッドの先端部には各々２個、すなわち合計８個の従動車輪が装着されている。各々の従動車輪の軸線は、配管の軸線に対してやや傾いた状態で配置されており、４個のロッド非回転式シリンダは、各従動車輪を配管の内壁に強く押し付けている。

また、第１筒状体の中央部の外周部には４個のロッド非回転式シリンダが放射状に配置されて固定されており、４個のロッド非回転式シリンダの各々のピストンロッドの先端部には各々２個、すなわち合計８個の従動車輪が装着されている。各々の従動車輪の軸線は、配管の軸線と直交した状態で配置されており、４個のロッド非回転式シリンダは、各従動車輪を配管の内壁に強く押し付けている。

特開２０１１−５４５１号公報

上記の配管内作業装置は、従動回転軸の外周部に放射状に配置されて固定されている４個のロッド非回転式シリンダが、各ロッド非回転式シリンダに設けられた従動車輪を配管の内壁に強く押し付けている。このため、管の直径方向に直列に配置されて突っ張るように配置された２個のロッド非回転式シリンダが、管の中心を通って直交するように設けられているので、管内に障害物が存在すると従動回転軸や４個のロッド非回転式シリンダに干渉してしまう。また、配管内作業装置は、管の軸方向及び周方向にしか移動できないので、障害物を避けて移動することも難しいという課題がある。
そこで、本発明は、管の内周面を、障害物を避けて走行可能な管内走行体を提供することを目的とする。

前述した課題を解決する主たる本発明である管内走行体は、内周面が磁石に吸引される材料にて形成された管の前記内周面上を走行する管内走行体であって、前記磁石の磁力により前記内周面に吸引され前記内周面に当接しながら回転することにより前記管内走行体を移動させる中空の車輪と、前記車輪を回動自在に支持する車軸が架け渡された支持部材と、を有し、前記車輪は、外周面が両端から中央部に向けて直径が大きくなるように湾曲しており、前記車輪の内部には、前記車軸に対して前記車輪が当接される前記内周面側に磁石が設けられ、前記支持部材は、前記車輪に対して前記内周面と反対方向に延び、前記車輪が当接されている前記内周面の曲面の法線方向に向けられる回動軸を有し、前記回動軸周りに回動可能であることを特徴とする。

このような管内走行体によれば、車輪を回転自在に支持する支持部材が車輪に対して内周面と反対方向に延びる回動軸を有しているので、回動軸周りに回動させることにより、車輪の向きを変更することが可能である。このため、管の軸方向、軸方向と直交する周方向、また、管の内周面に沿い軸方向および周方向に対して斜めに交差する方向にも管内走行体を移動させることが可能である。このため、管の内周面を、障害物を避けて走行可能な管内走行体を提供することが可能である。

また、管の内周面が磁石に吸引される材料にて形成されており、車輪の内部には磁石が設けられているので、磁石の磁力により管内走行体を管の内周面に吸着させた状態で維持させることが可能である。

かかる管内走行体であって、前記磁石は、永久磁石であることが望ましい。
このような管内走行体によれば、車輪の内部に配置された磁石は、永久磁石なので、電力を供給することなく使用することが可能である。また、たとえ管内走行体に電力の供給が途絶えるような場合であっても、管内走行体を内周面に張り付けておくことが可能である。

かかる管内走行体であって、前記管内を清掃する清掃部材を備えていることが望ましい。
このような管内走行体によれば、車輪が永久磁石の磁力により内周面に引き付けられつつ移動して管の内周面における上部側も、外部から支持することなく清掃させることが可能である。

かかる管内走行体によれば、前記清掃部材は、水を噴出可能なジェットノズルであることが望ましい。
このような管内走行体によれば、管内走行体に設けられたジェットノズルから水を噴出することにより容易に管内を清掃することが可能である。

また、上記管内走行体を用いて前記管内を清掃することを特徴とする管内の清掃方法である。
このような管内の清掃方法によれば、管内走行体が備えているジェットノズルから水を噴出して管内を容易に清掃することが可能である。

本発明によれば、管の内周面を、障害物を避けて走行可能な管内走行体を提供することが可能になる。

本実施形態に係る管内走行体の一例を示す斜視図である。 取水管内を清掃装置にて清掃する状態を示すイメージ図である。 車輪ユニットの構成を示す断面図である。 清掃装置を稼働するためのシステムを示すブロック図である。 清掃装置に搭載されている制御部等を示すブロック図である。

以下、本発明の本実施形態に係る管内走行体について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る管内走行体は、内部を水が流れる配管、例えば取水管５の内周面５ａを清掃する清掃装置をなし、清掃用のウォータージェットノズルを備えている。また、取水管５は、鋼材等の内周面が磁石に吸引される素材にて形成されている。

図１は、本実施形態に係る清掃装置をなす管内走行体の一例を示す斜視図であり、図２は、取水管内を清掃装置にて清掃する状態を示すイメージ図であり、図３は、車輪ユニットの構成を示す断面図である。

本実施形態に係る清掃装置１は、図１〜図３に示すように、ウォータージェットノズル２を備え、地上に配置されたポンプ車３（図４参照）と繋がって水を噴出させる清掃部材としての清掃ユニット４と、清掃ユニット４が載置されて取水管５の内周面５ａを走行する走行体ユニット６と、を有している。この清掃装置１は、当該清掃装置１を遠隔操作するため、清掃装置１が配置された周囲の環境を視認するためのネットワークカメラ７及びライト８と、清掃装置１の重量を軽減するためのフロート９と、を有している。

走行体ユニット６は、清掃ユニット４が設けられる筐体部６０と、筐体部６０の四隅に配置された４つの車輪ユニット６１と、を有している。４つの車輪ユニット６１は、清掃装置１が取水管５内に配置された状態で、取水管５の軸方向に間隔を隔てて一対ずつ計二対配置されており、二対の車輪ユニット６１は各々、対をなす２つの車輪ユニット６１が取水管５の周方向に適宜間隔を隔てて配置されている。

各車輪ユニット６１は、取水管５の内周面５ａに当接して転動する車輪６２と、車輪６２を回動自在に支持する車軸６３が架け渡される支持部材としての支持フレーム６４と、を有している。

車輪６２は、樽状、すなわち、両端部が閉じた中空円筒状で、外周面が、両端面から中央部に向けて次第に直径が大きくなるように湾曲した形状をなしている。車輪６２の外周面部６２ｂの曲率は、取水管５の内周面５ａの曲率より大きく設定されている。

車輪６２の両端部をなす円形の円盤部６２ａの中央には、ボールベアリング６３ａが嵌め込まれており、このボールベアリング６３ａに車軸６３が貫通して、車輪６２は車軸６３に対して回転となっている。より具体的には、車軸６３は、両端部においてボールベアリング６３ａの内輪に嵌合されており、ボールベアリング６３ａの外輪は車輪６２の円盤部６２ａに固定されている。車輪６２の内部において、一方の円盤部６２ａには、ボールベアリング（不図示）より外周側にて第１ギア６５が、円板部６２ａと同心状に固定されている。

また、車軸６３には、車輪６２を回動させるための車輪モーター６６が固定されるモーターベース６７と、取水管５の内周面５ａと対面し、当該内周面５ａと接触しない程度に間隔を隔てて配置される永久磁石６８が固定される固定台６９とが、車軸６３と一体に設けられている。ここで、車輪６２内において、モーターベース６７は、車軸６３に対して車輪６２が当接される取水管５の内周面５ａと反対側に、固定台６９は、車軸６３に対して車輪６２が当接される内周面５ａ側に配置されている。

モーターベース６７には、車輪６２を回転させる車輪モーター６６が固定されている。車輪モーターの出力軸は減速機７０に接続され、減速機７０の出力ギアである第２ギア７１が第１ギア６５と噛み合っている。従って、車輪モーター６６が駆動されると、その出力軸の回転が減速機７０、第２ギア７１及び第１ギア６５により車輪６２に伝達されることで、車輪６２が回転する。

固定台６９は、車輪６２の内部における車軸６３に沿う方向において、車輪６２のほぼ全長にわたって設けられており、取水管５の内周面５ａと対向する側の面に永久磁石６８が設けられている。この永久磁石６８は、車輪６２が内周面５ａに当接したときに、内周面５ａとの間に車輪６２の外周面部６２ｂを介在させた状態で、内周面５ａと永久磁石６８との間に磁気吸引力が生じ、この磁気吸引力により車輪６３が内周面５ａに吸引される。永久磁石６８は、取水管５内の真上に位置する状態（すなわち、清掃装置１逆さになった状態）でも、清掃装置１を内周面５ａに支持することが十分可能な上記磁気吸引力を生じさせるように、その磁気特性や配置が設定されている。

支持フレーム６４は、車輪６２の両端部の円盤部６２ａと間隔を隔てて対面されて車軸６３が固定される側板部６４ａと、側板部６４ａにおける取水管５の内周面５ａと反対側の端部を繋ぐ連結板部６４ｂと、連結板部６４ｂの、車軸６３と直交し車輪６２を挟んで取水管５の内周面５ａと反対方向に延びボールベアリング６４ｄを介して回転自在に設けられた回動軸６４ｃと、を有している。すなわち、支持フレーム６４は、２枚の側板部６４ａと連結板部６４ｂとが接合されて、断面が、取水管５の内周面５ａ側が開放されたコ字状をなしており、２枚の側板部６４ａ間に車軸６３が掛け渡されて固定され、上記のように、この車軸６３の周りを車輪６２がボールベアリング６３ａを介して回転自在に設けられている。

また、連結板部６４ｂの車輪６２と反対側には、回動軸６４ｃが連結板部６４ｂと一体に固定されて、車軸６３と直交させて設けられている。このとき、回動軸６４ｃが延びる方向は、車輪６２が当接されている内周面５ａの曲面の法線方向に向けられている。

回動軸６４ｃには、回動軸６４ｃを回動させるための回動モーター７２が減速機７３を介して設けられている。このため、回動軸６４ｃが回動モーター７２により回動されることにより、車輪６２の向きが変更されるように構成されている。また本実施形態の清掃装置１では、車輪６２を支持している支持フレーム６４を構成する連結板部６４ｂの端部に、ウォータージェットノズル２が取り付けられており、車輪６２とともに向きが変更されるように構成されている。

清掃装置１は、取水管５と離れた制御室７４からの操作により稼働される。図４は、清掃装置を稼働するためのシステムを示すブロック図である。
図４に示すように、制御室７４には、例えば、清掃装置１に搭載されているネットワークカメラ７毎に設けられた清掃装置搭載カメラ用モニター７４ａが接続されているカメラ映像・録画用ＰＣ７４ｂや、清掃装置制御用ＰＣ７４ｃがＬＡＮに接続されており、清掃装置１に電力が送出されると共に、ＬＡＮを介して、清掃装置１との間にて制御信号、センサー１ａの検出信号が送受信され、清掃装置１からはネットワークカメラ７による撮影画像データが送出される。

図５は、清掃装置に搭載されている制御部等を示すブロック図である。
清掃装置１には、図５に示すように、車輪ユニット６１毎に設けられた車輪モーター６６及び回動モーター７２を駆動するための、２軸位置制御基板７５ａやサーボアンプ７５ｂを備えたドライバー７５が接続される制御部７６を備え、制御部７６はＬＡＮにより制御室７４と繋がっている。また、制御部７６には、清掃装置１の状態及び取水管５内における清掃装置１の位置や姿勢を検出するセンサー１ａの信号が入力されるように構成されている。

車輪モーター６６及び回動モーター７２は、各々エンコーダ６６ａ、７２ａを備えており、各センサー１ａから送出される信号とエンコーダ６６ａ、７２ａの信号とにより回転速度及び回転角度等が制御される。また、清掃装置１に搭載されているネットワークカメラ７は、制御部７６と同様にＬＡＮに接続されている。

本実施形態の清掃装置１は、取水管５の内周面５ａに４つの車輪６２が当接するように配置される。このとき、上記のように、４つの車輪６２は、内部に設けられた永久磁石６８の磁力により取水管５の内周面５ａに吸引されている。また、４つの車輪６２の車軸６３は、同一の方向に向けられており、各車軸６３と直交する方向に清掃装置１が移動する。

そして、各車輪ユニット６１に設けられている回動軸６４ｃにより各車輪６２は、取水管５の内周面５ａに当接された状態で回動軸６４ｃの軸周りに回動することにより、４つの車輪６２の車軸６３が向く方向が変更されることにより、清掃装置１は、取水管５の内周面５ａに沿って取水管５の貫通方向、貫通方向を直交する周方向、及び、内周面に沿うとともに貫通方向と交差するあらゆる方向に移動することが可能である。

本清掃装置１の作業者は、制御室７４内から清掃装置１が備えるネットワークカメラ７の画像を制御室７４内に設置された清掃装置搭載カメラ用モニター７４ａで視認しつつ、清掃装置制御用ＰＣ７４ｃを操作する。操作された清掃装置１は、取水管５の内周面５ａに沿って移動するとともにウォータージェットノズル２から水を噴出させて取水管５内を清掃する。このとき、取水管５内には、図２に示すように、塩素注入管７７などが設けられている場合があるが、本清掃装置１は、車輪ユニット６１が回動軸６４ｃを有して車輪６２の向きが変更可能なので、取水管５の内部に設けられている塩素注入管７７などの障害物を避けて取水管５内を移動する。

本実施形態の清掃装置１によれば、車輪６２を回転自在に支持する支持フレーム６４が車輪６２の直径方向であって車輪６２と反対側に延びる回動軸６４ｃを有しているので、回動軸６４ｃの軸周りに回動させることにより、車輪６２の向きを変更することが可能である。このため、取水管５が貫通する貫通方向、貫通方向と直交する周方向、また、取水管５の内周面５ａに沿い貫通方向および周方向に対して斜めに交差する方向に清掃装置１を移動させることが可能である。このため、取水管５の内周面５ａを、障害物を避けて走行可能な清掃装置１を提供することが可能である。

また、車輪６２の外周面部６２ｂは、車軸６３に沿う方向において中央の直径が両端部の直径より大きな樽状をなしているので、回動軸６４ｃ周りに回動しても車輪６２の軸方向中央部が取水管５の内周面５ａに当接させた状態を維持することができ、これにより、車輪６２の回転軸６４ｃ周りの回転をスムーズに行うことができる。

また、取水管５の内周面５ａは、磁石に吸引される素材にて形成されており、車輪６２の内部には、当該車輪６２の外周側に向かって配置された永久磁石６８が設けられているので、永久磁石６８の磁力により清掃装置１を取水管５の内周面５ａに張り付けた状態で維持させることが可能である。

また、車輪６２は、永久磁石６８の磁力により内周面５ａに引き付けられつつ回転可能なので、取水管５の内周面５ａに当接させた状態を維持させつつ内周面５ａに沿って移動させることが可能である。このため、取水管５の内周面５ａにおける上部側も、外部から支持することなく清掃させることが可能である。

また、本実施形態においては、特に、磁石として永久磁石６８を用いたので、例えば、制御室７４からの電力の供給が途絶えた場合であっても、清掃装置１を内周面５ａに張り付けておくことが可能である。このため、取水管５内を、清掃装置１を用いて容易に清掃することが可能である。

本実施形態においては、管内走行体を、清掃ユニット４を備えた清掃装置１とし、清掃ユニット４が水を噴出可能なジェットノズル２を備えた清掃装置１を例に挙げて説明したが、清掃装置として用いる場合には、これに限らず、例えば、ブラシ、カッター、スクレーパーなど、取水管の内周面を清掃する構成を備えていればよい。また、例えば、清掃ユニットに代えて、取水管５の内周面５ａに沿って移動しつつ内部の様子を撮影する撮影装置を備える構成であってもよい。

尚、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

１ 清掃装置、１ａ センサー、２ ウォータージェットノズル、３ ポンプ車、
４ 清掃ユニット、５ 取水管、５ａ 内周面、６ 走行体ユニット、
７ ネットワークカメラ、８ ライト、９ フロート、６０ 筐体、
６１ 車輪ユニット、６２ 車輪、６２ａ 円盤部、６２ｂ 外周面部、
６３ 車軸、６３ａ ボールベアリング、６４ 支持フレーム、６４ａ 側板部、
６４ｂ 連結板部、６４ｃ 回転軸、６４ｄ ボールベアリング、６５ 第１ギア、
６６ 車輪モーター、６６ａ エンコーダ、６７ モーターベース、６８ 永久磁石、
６９ 固定台、７０ 減速機、７１ 第２ギア、７２ａ エンコーダ、７３ 減速機、
７４ 制御室、７４ｃ 清掃装置制御用ＰＣ、７４ａ 清掃装置搭載カメラ用モニター、
７４ｂ カメラ映像・録画用ＰＣ、７２ 回動モーター、７５ ドライバー、
７５ａ ２軸位置制御基板、７５ｂ サーボアンプ、７６ 制御部、７７ 塩素注入管、

Claims (5)

1. 内周面が磁石に吸引される材料にて形成された管の前記内周面上を走行する管内走行体であって、
   前記磁石の磁力により前記内周面に吸引され前記内周面に当接しながら回転することにより前記管内走行体を移動させる中空の車輪と、
   前記車輪を回動自在に支持する車軸が架け渡された支持部材と、を有し、
   前記車輪は、外周面が両端から中央部に向けて直径が大きくなるように湾曲しており、
   前記車輪の内部には、前記車軸に対して前記車輪が当接される前記内周面側に磁石が設けられ、
   前記支持部材は、前記車輪に対して前記内周面と反対方向に延び、前記車輪が当接されている前記内周面の曲面の法線方向に向けられる回動軸を有し、前記回動軸周りに回動可能であることを特徴とする管内走行体。
2. 前記磁石は、永久磁石であることを特徴とする請求項１に記載の管内走行体。
3. 前記管内を清掃する清掃部材を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の管内走行体。
4. 前記清掃部材は、水を噴出可能なジェットノズルであることを特徴とする請求項３に記載の管内走行体。
5. 請求項３又は請求項４に記載の管内走行体を用いて前記管内を清掃することを特徴とする管内の清掃方法。