JPH0325067A - 湾曲可能な管内走行装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、並列に配設され、加圧流体の供給により縮径
変形し軸線方向に伸長力を生起する少なくとも二本の弾
性伸長体への加圧流体の給徘を調整することにより、直
進及び／又は湾曲走行可能な管内走行装置に関するもの
である。

（従来の技術） 化学プラント、原子力プラント等は、化学反応又はエネ
ルギーの変換工程に合わせて有機的に連結された数多く
の配管を有している。それゆえ、これらプラントを安全
かつ効率良く運転するためには、それら数多くの配管を
定期的に保守・点検することが肝要であり、場合によっ
ては、配管内部を検査することも必要であるや しかしながら、これら配管の内部を検査する作業は、管
材の口径又は配管内部及び外部の雰囲気等に起因して、
作業者が直接的に行うことができない場合がある。

従来、このような場合には、配管内壁に係合し得る車輪
又はつめを具備し電動モータ又は油圧モータにより駆動
される走行装置に、小型テレビカメラ又はファイバース
コープなどのモニター手段を装着し、配管内を走行させ
て損傷及び／又は堆積物の有無、更にはその程度を検査
していた。

しかしながら、電動モータ、又は泊圧モータを用いた従
来の走行装置にあっては、走行装置本体の重量及び形状
寸法が大きくなる一方、スパークや発熱の恐れがあり、
石油精製をはしめとする化学プラントの如き引火性又は
爆発性物質を扱うプラントの配管部に対しての使用が自
ずと制限されると言う問題があった。

加えて、配管には、その構威上、湾曲部の存在が不可避
であるのに対し、既知の装置にあっては、そのような湾
曲部を越えて走行することが実質的に出来ないと言う構
造上の問題もある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり
、小型・軽量で防爆性に優れた適用範囲の広い管内走行
装置を提供することをその目的とする。

（課題を達或するための手段） この目的を達成するため本発明管内走行装置は、加圧流
体の供給により軸線方向に伸長力を生起する、並列に配
置された少なくとも二本の弾性伸長体と、それら弾性伸
長体を挟んで配置され、各胛性伸長体の端部を支持する
支持部材と、それら弾性伸長体を囲繞して支持部材間に
配設され、弾性仲長体に対抗すると共に、その屈曲を拘
束する弥性部材と、各連結部材にそれぞれ固着され、加
圧流体の供給により膨満し管内周面に係合し得る係止手
段とを具え、各係止手段への加圧流体の交互の給徘に合
わせてそれぞれの弾性伸長体への加圧流体の給徘を調整
することにより、直進及び／又は湾曲走行可能とする。

（作　用） 各弾性伸長体のそれぞれの一端が連結される支持部材に
それぞれ関連して配設した係止手段に、交互に加圧流体
を給俳すると、膨満したそれぞれの係止手段は、走行装
置の端部を交互に配管内壁に係合させる。

この膨満に合わせて、並列に配設された胛性伸長体に、
等しく加圧流体を給徘することにより、走行装置は、配
管の直線状部分に沿って走行する。

これに対し、配管の湾曲部にそって走行させたい場合に
は、加圧流体を各係止手段に交互に給徘することは同様
であるが、各弾性手段への加圧流体の給徘を変更し、一
方の弾性伸長体には加圧流体を供給するのに対し、他方
の胛性伸長体にはその適用を制限すれば良く、一方の胛
性伸長体だけが伸長することから、走行装置は、加圧流
体の適用を受けない側に位置する弾性伸長体を内側にし
て、配管の湾而部に沿って湾藺する。

ところで、弾性伸長体を囲繞して配設された弾性部材は
、加圧流体の適用に伴って伸長する胛性伸長体が、屈１
ｍするのを拘束するので、その湾曲が担保されることと
なる。

なお、上述したところから明かなように、各係止部材へ
の加圧流体の給徘順序を変更することにより、直線部分
及び湾藺部分を含む配管に沿って装置を後退させること
もできる。

（実施例） 以下図面を参照して本発明装置について詳述する。

第１図は、本発明の管内走行装置を一部断面にして示す
図であり、並列に配設された二本のｉｊｌｌｌ性伸長体
１０は、相互に離間して対向して配置された一組の支持
部材１ｌ、１１により、それぞれの両端が固着されてい
る。

弾性伸長体１０は、第２図に示したように、管状休１２
を編組み補強構造体１４にて囲繞すると共に、それらの
両端開目部を封止部材１６にてそれぞれ＋．ｔｄ：．シ
、それら管状体ｌ２、編組み補強構造体１４が、封止部
材１６から抜け落ちるのを確実に阻止すべく、かしめリ
ング１８を用いて外方から圧着して形成したものである
。

管状体１２は、その内部に適用される加圧空気、加圧液
体などの加圧流体を透過することがなく、一方、その適
用に際しては、充分に膨張し得る可撓性に優れたゴム又
はゴム状胛性材料、更Ｇζは、その均等物を、一方、編
組み補強構造体１４としては、耐張力に優れた有機又は
無機質繊維、例えば、ポリエステル繊維、芳香族ボリア
ミド繊維（ケブラー：商品名）、更には、極細金属のワ
イヤのようなフィラメントの撚り、又は無撚りの束等を
用いることが右利であり、当該補強構造体は、加圧流体
の適用に伴う管状体１２の軸線方向への最大伸長時に、
初１［ｉｕみ紺角度θ。から、いわゆる静Ｉｌ二角（５
４゜４４′）に至るような編み組構造をしている。なお
、初ｊυ１騙組み角度θとしては、７０゜〜８５゜程度
の角度範稍から選択することが好ましい。

また、それら管状体１２及び編組め補強構込休ｌ４の両
端開し１部を封止ずる封止部＋４’ｌ６の少なくとも一
方には、接続孔２０が設けられており、管状体１２の内
部空間１２ａへの加圧流体の給俳を許容する。

これら↓Ｊ止部＋４’ｌ６を金属材料にで形成すること
も可能であるが、胛外伸長体１０を−層軽量なものとす
るため、所謂、エンジニアリングプラスチックにて形成
することが好ましい。

そして、一方の封止部材ｌ６の外方端面には、外周にお
ねじ部２２をイ丁ずる突起部を、他方の封止部材１６に
はめねじ部２４を、それぞれ管状体の軸線方向に延在さ
せて形成することにより、支持部材１ｌとの固着作業を
を容易なものとする。

次に、この弾性伸長体１０の作動について、第３図を参
照して説明する。なお、簡略のため、弾性伸長体の編組
み補強構造体１４を構成するコード長さは不変であるも
のとする。

編組み補強構造体１４を構成するコードが、管状体ｌ２
の軸線に対してなす初期編組み角度をθ。、加圧流体の
適用により伸長変形した後になす角度をθとし、管状体
の軸線方向及びそれに直交する方向、つまり周方向にお
ける力の釣合いを考えれば、 ｎ　Ｔｃｏｓθ一π／４　−　Ｄ”Ｐ　−　Ｆ　　　　
−｛１）２　ｎ　Ｔｓｉｎθ＝　ｘ　Ｄ　”／ｔａｎθ
−Ｐ　　　−＝（２）ここで、ｎは、コードの打ち込み
本数、Ｔは、編組み補強構造体の各コードに作用する張
力、Ｄは、コード中心における編み組補強構造体の直径
、Ｐは、弾性伸長体に適用さる加圧流体の圧力、Ｆは、
弾性伸長体に生起される伸長力とする。

（１）及び（２）式より、Ｔを消去するとＦ−π／４　
・Ｄ”Ｐ　−　ｎ　Ｔｃｏｓθ＝　ｘ／４　・Ｄ”Ｐ　
（　１　−　２／ｊａｎ”θ）　−４３）？３）式より
、伸長力Ｆがｒ■，となるのは、θが静止角、つまり、
５４゜４４′であることが理解される。

一方、コードの長さが不変であることを考慮すれば、ｙ
ｔ　Ｄ／ｓｉｎθ一πＤｏ／ｓｉｎθ。なり、Ｄ＝ｓｉ
ｎθ／ｓｉｎθ．　−　Ｄ　ｏ　　　　　　−（，ｔ）
となる。

弾性伸長体の伸長率εは、同図（ａ）を考慮して、ε一
（ｌ−１。）／１。

””　（　ｃｏｓθ−ｃｏｓθｏ）／ｃｏｓθ０となり
、 ｃｏｓ　　θ一　（　１　＋　ｅ　）　ｃｏｓ　　θ。

−（５）となる。

ここで、（４）及び（５）式を（３）式に代入して伸長
力Ｆを求めれば、 Ｆ＝π／４・Ｄ．２Ｐ　−　Ｋ　　　　　　　　一・・
（６）但し、Ｋ　＝　１　／ｓｉｎ”θ。

（１　　３　（１＋ε）”ｃｏｓ２θ。）ところで、π
／４・Ｄｏ”Ｐは有効径Ｄ０のシリンダの出力に等しこ
とから、弾性伸長体２ｏの伸長刀Ｆは、有効径Ｄ０のシ
リンダのＫ倍となることが分かる。

従って、例えば、初期編組み角度θ。が８０゜であって
、弾性伸長体の伸長率をε＝Ｏ（％）とすればＫ″＝．
０．９４と、ε＝２０（％）とすればＫ’ｉ０．９０と
、そしてε＝５０（％）とすればＫＬ−．０．８２とな
り、伸長率εと伸長力Ｆとの関係を示せば、同図（ｂ）
のようになる。

一方、編組み補強構造体のコードの初期編組み角度θ。

を８０”とし、加圧流体の適用に際し、そのコードが静
止角（５４’　４４’　）に至るまで変形したとすると
、伸長率εは、（５）式よりε＝２．３２となる． このことから、弾性伸長体は、伸長力及び伸長量を大き
く設定することができるので、従来のエアーバッグタイ
プのものに比して設計の自由度が極めて大きいと言うこ
とが分かる。

ところで、このように大きく伸長した場合にあっても、
変形後の弾性伸長体の直径Ｄは、（４）式から Ｄ＝ｓｉｎ（５４°　４４’　　）／ｓｉｎ（８０゜　
）・Ｄ。

’ｉｏ．８３Ｄ となり、弾性伸長体は、その軸線方向の運動に比して半
径方向には膨出することがないので、既知のエアーバッ
グタイプのアクチュエー夕のように、その膨出を許容す
る空間を設ける必要がなく、設置スペースを大きく取る
必要がないと言う利点がある。

ところで、第１図に示したように、支持部材１ｌは、本
実施例にあっては、ほぼ円柱形状をしており、各胛性伸
長体１０の端部形状、言い換えれば、そのかしめリング
に対応する形状寸法をした収容凹部２６が、対向する端
面に形威され、それらの四部に各弾性伸長体の端部を挿
入することにより、一体的に固着することができる。即
ち、弾性伸長体のめねじ部２４に関連する一方の支持部
材ｌ１にあっては、その収容孔２６に共軸に形威された
連通孔を介して、収容凹部に挿入された御性伸長体のめ
ねじ部２４に、ボルト２８を螺合させることにより、ま
た、おねじ部２２に関連する他方の支持部材１ｌにあっ
ては、収容孔に共軸に形成されためねじ部に、仰性伸長
体ｌ４のおねじ部２２を螺合することにより一体的に固
着することができる。

また、各支持部材１１の外周には、係止手段３ｏがそれ
ぞれ配設されている。これら係止手段３ｏは、加圧流体
の給徘により、支持部材１ｌの半径方向外方に膨満して
配管の内周面に係合し得るものであり、ゴム又はゴム状
弾性材料、更には、適当な補強部材にて補強されたそれ
ら材料からなる筒体の一端を支持部材に装着し、かしめ
リング３２を用いて固着し、次いで、その筒体を反転さ
一已、同様に、筒体の他端を他のかしめリング３３にて
、支持部材１２に固着して形成され、その内部空間への
加圧流体の給徘は、第１図（ｂ）及び（Ｃ）に示したよ
うに、支持部材ｌ１に形威した給徘孔３４を介して行う
ことができる。なお、第１図（ａ）にあっては、それら
給徘孔３４の存在を明瞭なものとするため、同図（ｂ）
及び（Ｃ）における位置とは異ならせて示した。

互いに対向する支持部材１１の端部には、その半径方向
外方に突出させてフランジが形戊されてお？、それらフ
ランジは、弾性伸長体を扶持して対向する支持部材１１
間に、それら伸長体を囲繞して配設される弾性部材とし
ての一例の、引っ張りばね１４の端部を係止するのに供
されるものである。

弾外部材として、本実施例にあっては、引っ張りばねｌ
４を用いたが、これに限定されるものではなく、相互に
並列に配設された’ｉｌｌｌ　１’Ｌ伸長体への加圧流
体の給徘に起囚ずる湾Ｉ１ｌＩｉＬ＋動を許容する一方
、その屈１１１１を咀Ｉ卜シ得るものであれば良く、適
当八弾姓を有する材料、例えば、ゴＪ、又はゴム状６’
ｌｌ　１−上材料からなる筒状シー１・を用いることも
できる。

次に、木発１９１装置の作｛リ１について説明する。な
お、係ＩＬｒ−段３０ノ内部空問■＼（７）　ＪＪＩＩ
　Ｉ　ｔ’（　？Ｊｉ体の給ＩＪＩ番ヨ、各支持部材１
１に形成した給ｆＪ１’　（Ｌに接わ“εされた袷ｊＪ
Ｆ管３６を介して、一方、クＩＩ　ｔ”ｌ仲長体１０の
内部空間一の）１＋１　１＋：流体の給掛は、そのｊ４
＋ｌ・部｛｛ｌ６に形成さ１Ｌた｛妄続了しに１妄続さ
れた他の給｛井ｆ（３８を方・し゛（ｈｈれるものとし
、それら給｛井青３６、３８Ｃこ！．ｉ　．　Ｊｌｌｌ
　Ｉｔ’　＋々体の給）井を制１ゴｌするｊｒＴ段、例
．．２−　Ｈ．（、　一ノｊ　ｊｒ　ヲ’．ｉ’む操作
圧力源、例えば、エアー：１ンソ゜レ／’Ｎこ１社続さ
れた管路が接続されているものとする。

第１図において、矢印Ａで示す方向に走行させたい場合
には、まず進行方向後方に位置する係止手段３０に、給
徘管を介して加圧流体を供給して膨満させ、図示しない
配管の内壁に押圧することにより、仰性伸長体の後方に
位置する支持部材１１を係合させることにより保持する
。

次いで、給徘管３８を介して、両胛性伸長体ｌＯに等し
く加圧流体を供給すると、弾性伸長体１０は、半径方向
外方に膨張することなくその軸線方向に伸長する。

ところで、弾性伸長体１０に生起される伸長力は、適用
される加圧流体の圧力に依存するので、その圧力を適宜
選択することにより、引張りばね１４に抗して、なお、
伸長させることができる。それゆえ、進行方向前方に位
置する支持部材１１が、矢印Ａで示す方向に移動するこ
ととなる。

そこで、給徘管３６を介して、進行方向前方に付置ずる
他の係止手段３０に加圧流体を供給して膨満させて配管
内壁に抑圧することにより係合させ、関運する支持部材
をその位置に保持し、次いで、進行方向後方に位置する
係止手段から加圧流体を排出し、係止手段の膨満を解き
、配管内壁との係合を釈敗する。

そして、両弾性伸長体１０から、給｛Ｊ［管３Ｂを介し
て、加圧流体を排出すると、その伸長力の低減に伴う復
元収縮ｉｆ［ｊ動、及び引張りばねに貯えられた弾性力
とにより、進行方向後方に位置する取付け部材が、進行
方向前方に移動することとなる。

再び、進行方向後方に位置する係＋ｈ手段の内部空Ｒ１
１に加圧流体を供給して膨満させ、配管の内壁に係合さ
せる一方、進行方向前方に位置する係ＩＬ手段から加圧
流体を排出して配管内壁との保合を解く。

そして、上述した手順に従って、加圧流体をそれぞれの
係止手段及び弾性伸長体に適宜給徘することにより、本
発明装置を、図中矢印Ａで示した進行方向前方に移動さ
せることができる。

一方、走行装置を後退させる場合には、上述したところ
から明かなように、各係止手段への加圧琉体の給俳順序
を変更すれば良い。

このように、本発明装置にあっては、進行方向に直線往
復運動をする場合の他、各弾性伸長体への加圧流体の給
徘を調整することにより、大きく湾ｄｌｌ　Ｌた配管部
に沿っても進行させ得ることかできる。

その場合にあっても、進行後方後方に位置する係止手段
３０に加圧流体を適用して膨満させ、関連する支持部材
を配管内壁に押圧して係合させることは同様であるが、
一方の弾性伸長体に加圧流体を適用するのに対し、他方
の弾性伸長体への加圧流体の適用を省略すると、加圧流
体の適用を受けた胛性伸長体と加圧流体の適用を受けな
い（ｑｌ　ｆ−ｋ伸長体とが並列に位置することから、
その適用を受けない弾性伸長体を内側にして湾曲するこ
ととなる。この様子を、第４図に模式的に示す。なお、
符号４０は、配管の湾仙部を示している。

このように湾曲した場合に、Ｗｊ性伸長体を囲繞する弾
性部材としての引張りばね１４は、それら？Ｊｉｌｌ性
伸長体の湾曲を許容するものの、大きく伸長した場合に
は、横方向に屈由ｊすることがある弾性伸長体の挙動、
つまり、座屈現象の如き挙動を拘束するで、弾性伸長体
に所望の湾＋ｌｊを与えることができる。

また、装置本体の管内での移動を円滑に行うため、各係
止千段３０を構成するかしめリング３３を利用して、例
えば、転勤手段としての一例をローラを設けることもで
きる。これら転動手段を含む装置の外径は、加圧流体の
供給により膨満する係Ｊト手段の外径より小さく、加圧
流体の排出に｛’１４って収縮する係ＩＬ手段を含む装
置の外経より大きい。

なお、転動手段の設置数及びその設置箇所は、装置の使
用状況に基づいて定めるものとする。

第４図は、本発明装置の他の実施例を模式的に示す図で
あり、本実施例にあっては、進行方向前方に位置する支
持部材に、配管内壁に当接した状休でＯＦＦ作動し、分
岐点の如く配管内壁が途切れる部分では、例えば、仰性
復元力に起因して角度変化しＯＮ作動ずる複数のセンサ
ーを、周方向一定間隔で配設し、各センサーからの信号
の応じて、各仰性伸長体への加圧流体の給徘を調整する
ことより、分岐方向に進行させる構造としたものである
。

勿論、ＯＮ−ＯＦＦ作動するセン１ナーと異なり、角度
変化喰を検知し得る他のセンナーを配設し、各センサー
からの検知信号に基づいてそれぞれのｉ，Ｉｌｌ　｛生
伸長体への加圧流体の給俳を調整する構成としても良い
。更には、この実施例と異なり、搭載されたテレビカメ
ラからの視覚情報に基づいて、各弾１生伸長体への加圧
流体の給徘を調整ずる＋１４或どずることもできる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、たとえば本実施例では二本の胛件伸長体を用いたが
、三木以上としても良く、また、各走行装置のそれぞれ
の係止手段を、配管口径に対応する寸法に形威した一対
の環状部材に固着することにより、容易に大口径の配管
に適用することもでき、特許請求の範囲内で■ｊＲ々の
変更を加えることができる。

（発明の効果） かくして、本発明装置は、加圧流体の適用により軸線方
向に大きく伸長変形するとともに、大きな伸長力を生起
する軽檀で、形状寸法が小さな押性収縮体を用いたので
、電動モータ、液圧モータ及びシリンダを用いた従来の
走行装置に比して、その寸法、並びに重量を大幅に低凍
することができ、また、速度範囲を大きく設定すること
ができる。

加えて、小１１性伸長体は、その作動に際して初期外径
寸法より大きくなることがないので、装置寸法も小さく
でき、２Ｂ以下の口ヒモの小さな配管にも適用すること
がで、並列に配設された各ｉ＋ｌｌｌ性伸長体の加圧流
体の給徘を調整することにより、配管の湾曲の程度に応
して積極的に湾＋Ｉｂさせると共に、その湾曲の程度を
自由に設定することができる。それゆえ、従来の装置で
は実質的に不可能である直交する配管部分であっても、
容易に走行させることができ、適用範囲の広い走行装置
を得る。

一方、車輪やつめ等を用いた従来の走行装置と累なり、
加圧流体のイ』（給により膨満する係止手段を配管内壁
に押圧して装置を固定保持する構戒としたので、接触面
積が大きく、滑りにくく、しかも内壁に作用する圧力が
小さいので、配管内壁を傷つけることがない。

更に、弾性伸長体は、スパークの発生や発熱の恐れがな
く、起爆性雰囲気内でも適用可能であり、作動流体とし
て圧縮空気を用いれば、従来装諏のように作業環境の汚
染の恐れがない等、数多くの利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本発明管内走行装置を断面にして示す
正面図、 第１図０））及び（Ｃ）は、第１図（ａ）の＆％　Ｂ　
−　［３及び線Ｃ−Ｃに沿う支持部材の断面図、 第２図は、本発明装置に好適な’ｉｌｌｌ　ｔ’ｋ伸長
体を一部破断して示す図、 第３図（ａ）及び（Ｃ）は、第２図に示す弾性伸長体の
作動を示す図、 第４図は、湾曲した配管部を走行する第１１（ａ）に示
す装置を模式的に示す図、 第５図は、本発明の他の実施例を模式的に示す説明図で
ある。 １〇一側性伸長体　　　ｔ１一支持部材１４一引張りば
ね　　　３〇一係止手段第３図 （ａ） （ｂ） イＬＰ　弓（Ｅ牢ε（％）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、加圧流体の供給により軸線方向に伸長力を生起する
   、並列に配置された少なくとも二本の弾性伸長体と、そ
   れら弾性伸長体を挟んで配置され、各弾性伸長体の端部
   を支持する支持部材と、それら弾性伸長体を囲繞して支
   持部材間に配設され、弾性伸長体に対抗すると共に、そ
   の屈曲を拘束する弾性部材と、各連結部材にそれぞれ固
   着され、加圧流体の供給により膨満し管内周面に係合し
   得る係止手段とを具え、各係止手段への加圧流体の交互
   の給徘に合わせてそれぞれの弾性伸長体への加圧流体の
   給徘を調整することにより、直進及び／又は湾曲走行可
   能としたことを特徴とする管内走行装置。