JPH04304983A - 管内移動装置及びその操縦方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は管内移動装置及びその操
縦方法に係り、特に屈曲部や狭隘部を有する配管内を自
由に移動できるようにした管内移動装置と、この装置を
スムーズに移動させるための操縦方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、原子力発電所や化学プラント等に
おいて、配管内を点検修理するために各種の移動装置が
開発され、実用化されてきている。実際の配管では複雑
な配管レイアウトがなされており、垂直管や多くのＴ字
形分岐部や屈曲部が設けられている。また、管内壁に堆
積物が付着して断面の一部が閉塞したりレジューサのよ
うに管径が変化する部分もある。このため駆動輪のみで
走行するような移動装置では移動が困難な場合も多い。 そこで、管径の変化や垂直管を上昇できるような管内移
動装置として図７に示したような移動装置が提案されて
いる。この管内移動装置５０は２個の短円筒状弾性バッ
グ５１、５２とこの短円筒状弾性バッグ５１、５２が両
端に固着された筒状弾性体５３とから構成されており、
このうち筒状弾性体５３は内部に圧力室を有し、この圧
力室には操作チューブ５５が接続され、図示しない外部
の圧力源から作動流体を供給することにより管軸方向に
伸縮するようになっている。また、筒状弾性体５３の前
後に固着された短筒状弾性バッグ５１、５２には操作チ
ューブ５４、５６が接続され、図示しない他の圧力源か
ら供給される作動流体の作用により管径方向に膨張して
管内周面に当接できるようになっている。したがって、
この管内移動装置５０の各圧力室に図示しない制御部で
制御しながら作動流体を供給することで移動装置に所定
の動作をさせて管内を移動させることができる。

【０００３】図８（ａ）〜（ｅ）は上述の管内移動装置
５０の一連の移動動作シーケンスを示した説明図である
。同図を参照してその移動動作を簡単に説明する。同図
（ａ）は管内移動装置が矢印Ａ方向に移動する初期位置
状態として後部バッグ５２を膨張させて管内周面５７に
当接させた状態を示したものである。このとき後部バッ
グ５２は管内周面５７を押圧するように膨張している。 次にこの状態から筒状弾性体５３を伸長させる。このと
き後部バッグ５２が管内面５２に摩擦により押圧されて
いるので後部バッグ５２はその位置が保持される。 よって筒状弾性体５３は矢印Ａ方向にΔＬだけ伸長する
（同図（ｂ）参照）。さらに筒状弾性体５３を伸長させ
た状態で前部バッグ５１を膨張させるとともに後部バッ
グ５２を収縮させる（同図（ｃ）、（ｄ）参照）。そし
てこの状態で筒状弾性体５３の圧力を除去することによ
り同図（ｅ）状態となる。さらに前部バッグ５１を収縮
させ後部バッグ５２を膨張させることにより次の移動サ
イクルに入ることができる。このようにしてこの移動装
置５０は矢印Ａ方向に１ストロークで距離ΔＬずつ移動
することができる。また、この移動装置５０は弾性バッ
グ５１、５２の膨張時の管内周面に対する押圧力が十分
であれば垂直管内を上昇することも可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
移動装置は管軸方向への反復伸縮動作により移動するよ
うになっており、配管内のＴ字形分岐部等で進行方向を
選択したり曲率の小さい屈曲部を通過することが困難で
あり、移動装置を適用できる範囲が限られてしまうとい
う問題がある。また、上記筒状弾性体５３は実際には自
重等により撓みながら伸長することが知られており、こ
の場合図９に示したように前部バッグ５１の先端が管内
面と強く摩擦接触したり、内面に付着した異物５８等に
引掛かったりして前方に伸長できない状態で筒状弾性体
５３が異常に湾曲してしまい、管内で動作不能になって
しまうおそれもある。

【０００５】そこで、本発明の目的は上述した従来の技
術が有する問題点を解消し、管内において移動方向を制
御できるとともに、駆動部に所定の連続微動を生じさせ
ながら移動できる管内移動装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は管内に挿入され自走可能な駆動部を備えた
管内移動装置において、上記駆動部は管軸方向に伸縮す
るとともに任意方向に湾曲する第１のアクチュエータと
、この第１のアクチュエータの両端に取着され管径方向
に伸縮して管内壁を押圧する第２のアクチュエータとか
らなることを特徴とするものである。

【０００７】また、上記第１のアクチュエータは、隔壁
により内部が複数個の圧力室に区分された筒状弾性体か
らなり、上記圧力室の圧力を調整して伸縮及び湾曲動作
を行うようにしたことを特徴とするものである。

【０００８】さらに上述の発明の第１のアクチュエータ
を任意方向に湾曲させながら伸縮動作を行うようにした
ことを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】本発明によれば、管内移動装置の駆動部を管軸
方向に伸縮するとともに任意方向に湾曲する第１のアク
チュエータと、この第１のアクチュエータの両端に取着
され管径方向に伸縮して管内壁を押圧する第２のアクチ
ュエータとで構成したことにより第１のアクチュエータ
により方向制御を自由に行えるとともに、伸縮部の異常
屈曲等による操作不能の発生を防止することができる。

【００１０】また、筒状弾性体の各圧力室の圧力を調整
して伸縮及び湾曲動作を行うようにしたので、第１のア
クチュエータのを滑らかに伸縮及び湾曲させることがで
きる。

【００１１】さらに上述の発明の第１のアクチュエータ
を任意方向に例えば微小振幅で湾曲させながら伸縮動作
を行うようにしたので、管内移動装置の先端が管内障害
物や管内面に引掛かるのを防止でき、管内移動を確実に
行うことができる。

【００１２】

【実施例】以下本発明による管内移動装置の一実施例を
図１乃至図４を参照して説明する。

【００１３】図１において、符号１は管内に挿入された
管内移動装置の全体を示しており、この管内移動装置１
は先に説明した従来技術と同様に２個の短円筒状の弾性
バッグ２、３と、この弾性バッグ２、３が両端に固着さ
れた筒状弾性体４とから構成されている。このうち筒状
弾性体４は内部に隔壁５により区分された複数の圧力室
６を有し、各圧力室６には操作チューブ７がそれぞれ接
続されており、さらにこれら操作チューブはそれぞれ外
部の圧力制御弁８を介して図示しない圧力源に接続され
ている。また、上記圧力制御弁８は制御部９に電気的に
接続されており、この制御部９からの動作指令信号によ
り弁開閉できるようになっている。これにより各圧力室
６には圧力源から独立して所定圧の作動流体が供給され
る。

【００１４】また、筒状弾性体４の前後に固着された弾
性バッグ２、３にも操作チューブ１０が接続されており
、従来技術と同様に操作チューブ１０には接続されてい
る他の圧力源から作動流体が供給されるようになってお
り、この作動流体の作用により弾性バッグ２、３は管径
方向に膨張して管内周面１１に当接できるようになって
いる。

【００１５】なお、本実施例では制御部９への指令はコ
ントローラ１２により操作者がマニュアルで送れるよう
になっているが、管内移動装置１の進行方向の状況を把
握するために管内移動装置１の先端部にはＣＣＤカメラ
１３が装着されている。

【００１６】ここで筒状弾性体４の構造について図２を
参照して詳細に説明する。筒状弾性体４は図２（ａ）示
したように外周壁を形成する弾性体本体１４と、この弾
性体本体１４の両端に固着された先端封止部１５、根元
封止部１６と、この根元封止部１６に嵌挿された３本の
操作チューブ７ａ，７ｂ，７ｃとから構成されている。 このうち弾性体本体１４は断面形状が扇形の同一形状か
らなる３つの単位筒状弾性体１７ａ，１７ｂ，１７ｃを
その軸方向に並列に接着することにより一体成形したも
のである。このため接着された部位により筒状弾性体４
の軸方向に弾性隔壁５ａ，５ｂ，５ｃが延設され、これ
ら弾性隔壁５ａ，５ｂ，５ｃにより筒状弾性体４の内部
には３室の圧力室６ａ，６ｂ，６ｃが形成されている。

【００１７】また、単位筒状弾性体１７ａ，１７ｂ，１
７ｃの外周には補強繊維１８が間隔を密にして螺旋状に
巻装されており、さらにその外周面を被覆するように弾
性材料のシリコンゴム被膜１９が形成されている。この
ため筒状弾性体４は補強繊維とシリコンゴムとの複合作
用により異方性弾性特性を示し、縦弾性係数の小さい方
向は筒状弾性体の軸方向と略一致し、軸方向Ｌには伸び
やすく、一方、軸方向と直交する半径方向Ｒには補強繊
維１８が変形を拘束するため縦弾性係数が大きくなり、
伸びにくくなっている。さらに先端封止部１５は金属な
どにより形成され、単位筒状弾性体１７ａ，１７ｂ，１
７ｃに形成された各圧力室６ａ，６ｂ，６ｃを封止する
ように扇形状をなし、その一端が単位筒状弾性体１７ａ
，１７ｂ，１７ｃに嵌挿固着されている。また、根元封
止部１６も先端封止部１５と同様に扇形状をなし、一端
が単位筒状弾性体１７ａ，１７ｂ，１７ｃに嵌挿固着さ
れている。さらに操作チューブ７を接続するための取付
孔１６ａ，１６ｂ，１６ｃが各圧力室６ａ，６ｂ，６ｃ
に対応して穿設されている。操作チューブ７は接着剤等
により取付孔１６ａ、１６ｂ、１６ｃに密封固着されて
おり、他端は圧力制御弁８、制御部９及び図示しない圧
力源に接続されている。制御部９は各圧力室に送られる
作動流体の圧力を自在に調整できるようになっている。

【００１８】次に上述のような構成からなる筒状弾性体
４の動作を図２（ｂ）を参照して説明する。まず図示し
ない圧力源から上記操作チューブ７ａを通じて作動流体
を圧力室６ａに送り、内部圧力を高める。このとき、同
図（ｂ）に示したように上記圧力室６ａは軸方向に伸び
、筒状弾性体４がＡ方向に湾曲して破線で示した状態に
なる。この状態でさらに操作チューブ７ｃを介して圧力
室６ｃの圧力を高めれば、筒状弾性体４をさらにＢ方向
に湾曲させることができる。このようにして３つの圧力
室６ａ，６ｂ，６ｃに与える圧力の組合わせを変えるこ
とにより、上記筒状弾性体４を任意の方向へ湾曲させる
ことができる。また、３つの圧力室６ａ，６ｂ，６ｃの
圧力を等しく高めれば、筒状弾性体４を管軸方向Ｌに真
直ぐに伸ばすことができる。このように、異方性弾性材
料の特性を利用して３つの圧力室６ａ，６ｂ，６ｃの圧
力を制御することにより上記筒状弾性体４には湾曲と伸
縮の動作が同時に実現する。

【００１９】次に筒状弾性体４の両側に固着される弾性
バッグ３を例にその構造について図３を参照して説明す
る。同図（ａ）は内部に円筒形状の圧力室２０を有する
弾性バッグ３を示しており、この圧力室２０には操作チ
ューブ１０が接続されている。この操作チューブ１０は
図示しない圧力制御弁を介して圧力源に接続されている
。そしてこの圧力源から供給された作動流体により側面
部２０ａが膨張変形して管内面に当接するようになって
いる。同図（ｂ）は環状の弾性バッグ３を示しており、
壁内部に環状円筒形状の圧力室２０が形成されている。 圧力室２０がこのような形状をなすことにより円筒状の
内周空間２２部分に上記筒状弾性体４の端部を嵌入させ
て弾性バッグ２と筒状弾性体４とを一体化させることが
できる。これにより管内移動装置１のうち筒状弾性体４
の部分を長くとることができ、管内移動装置１全体を所
定の曲率で湾曲させることができる。

【００２０】以上のように構成された管内移動装置１に
おいて図８に示したような直管内の動きを実現するため
には筒状弾性体４内の各圧力室６ａ、６ｂ、６ｃの圧力
調整を一斉に行えばよい。これにより筒状弾性体４を管
軸方向に伸縮させることができる。また、本発明ではこ
の伸縮動作と同時に管内移動装置１の先端が微小な振幅
で振動するように所定の微小湾曲動作を行えるようにな
っている。すなわち圧力室６ａ、６ｂ、６ｃの作動流体
の圧力を周期的にあるいはランダムに変化させることに
より、筒状弾性体４にわずかな曲率の湾曲動作を生じさ
せることができる。このような微小湾曲動作を伸縮動作
と同時に行うことにより管内移動装置の先端が管内面や
管内面に付着した異物に引掛かったりすることを防止す
ることができる。また、この微小湾曲動作は図１に示し
たコントローラによりマニュアル操作することもでき、
また制御装置により自動的に行うこともでき、さらに筒
状弾性体の伸縮と同時であっても良いし、先端が管内面
に引掛かった場合にのみ動作させても良い。さらにこの
湾曲動作は微小振幅に限らず、管内移動装置の先端を所
定回転半径で回転させ先端が旋回運動をしながら筒状弾
性体を螺線状に伸縮させて進行するようにしても良い。

【００２１】図４は本発明による管内移動装置がＴ字形
分岐部を通過する状況を示したものである。同図におい
て、管内移動装置１の先端にはＣＣＤカメラ１３が装着
されている。このＣＣＤカメラ１３により管内移動装置
１の操作者は管内状況を手元で監視できる。例えば図４
に示したように配管がＴ字形に分岐した部分ではＣＣＤ
カメラ１３が撮像した状態を手元のモニタＴＶの画像を
確認してコントローラ１２で筒状弾性体４を湾曲させて
先端を分岐部に向ける。そして図８に示した移動シーケ
ンス動作を行うことにより分岐部を通過することができ
る。このときＣＣＤカメラ１３に代えて先端に複数の接
触センサを取付けることも可能であり、この場合には分
岐部の管内面の切れ目を確認してその方向に筒状弾性体
４を湾曲させることで分岐方向に管内移動装備の先端を
向けさせることができる。

【００２２】次に本発明の第１のアクチュエータの他の
実施例としての湾曲伸縮機構について図５を参照して説
明する。図５に示したアクチュエータ３０は筒の中心軸
線外に湾曲変形できる伸縮弾性本体３１とこの伸縮弾性
本体３１を湾曲させるワイヤ駆動部３２とから構成され
ている。伸縮弾性本体３１は本実施例では直動流体アク
チュエータから構成されており、図示しない圧力源から
の圧油等の供給により軸線方向の伸縮動作を行えるよう
になっている。また、この伸縮弾性本体３０の両端には
円板状のプレート３３、３４が固着されている。この２
枚のプレート３３、３４は曲げ剛性の大きな金属板であ
り、プレート３３には３カ所のガイド孔３５、３５…が
穿設されている。各ガイド孔３５にはプレート３４の所
定位置にに固着された駆動ワイヤ３６、３６…がそれぞ
れ挿通されている。さらにこれら駆動ワイヤ３６の他端
はそれぞれプーリ３７、３７…に定着されており、各プ
ーリ３７の回転により所定量の駆動ワイヤ３６を巻回で
きるようになっている。したがって、ステッピングモー
タ等の駆動モータ３８の回転量（回転角）を制御するこ
とにより伸縮弾性本体３１に所定の湾曲動作をさせるこ
とができる。なお、伸縮弾性本体３１は上述の直動油圧
アクチュエータの他に圧縮コイルバネ等を使用すること
もでき、また、図７に示した従来の１方向にのみ伸縮可
能な筒状弾性体を使用しても良い。以上のような構成に
より図１に示した実施例と同様の伸縮湾曲動作を実現す
ることができる。

【００２３】次に、本発明の第２のアクチュエータの他
の実施例について図６を参照して説明する。図６に示し
た第２のアクチュエータ４０は円筒状本体４１とこの円
筒状本体４１の側面部に固着された伸縮自在なリニアア
クチュエータ４２、４２…とから構成されている。この
リニアアクチュエータ４２は図示しない制御部からの伸
縮指令により伸縮するロッド４３を備え、先端には管壁
面を傷つけないようにゴムあるいはプラスチックからな
る支持パッド４４が固着されている。また、リニアアク
チュエータ４２には油空圧シリンダあるいはボールスク
リュ等を使用することができる。その個数は同図に示し
たような４本に限られず、最小２本のロッド部を備えて
いれば管内の所定位置に管内移動装置を保持することが
できる。

【００２４】また、図１に示した管内移動装置を管軸方
向に複数連結することにより支持力を分散できるので、
移動装置に接続された操作チューブを容易に牽引するこ
とができる。また、このような構造の装置は垂直管等の
ように大きな摩擦力を必要とする場合に特に有効となる
。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、第１のアクチュエータに伸縮動作と湾曲動作
とを行えるようにしたので、管内での方向制御を自由に
行え、また、第１のアクチュエータを任意方向に湾曲さ
せながら伸縮するようにしたので、管内移動の装置の円
滑な移動を実現できる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による管内移動装置の一実施例を示した
正面図。

【図２】図１に示した筒状弾性体の構成と動作状態とを
示した斜視図。

【図３】図１に示した短円筒状弾性バッグの構成を示し
た斜視図。

【図４】図１に示した管内移動装置のＴ字形管内の移動
状態を示した説明図。

【図５】本発明による第１のアクチュエータの他の実施
例を示した斜視図。

【図６】本発明による第２のアクチュエータの他の実施
例を示した斜視図。

【図７】従来の管内移動装置の一例を示した正面図。

【図８】図７に示した管内移動装置の移動シーケンスを
示した動作順序図。

【図９】図７に示した管内移動装置の一動作を示した正
面図。

【符号の説明】

１　　管内移動装置 ２，３，４０　　第２のアクチュエータ４，３０　　第
１のアクチュエータ ６　　圧力室 ７，１０　　操作チューブ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】管内に挿入され自走可能な駆動部を備えた
   管内移動装置において、上記駆動部は管軸方向に伸縮す
   るとともに任意方向に湾曲する第１のアクチュエータと
   、この第１のアクチュエータの両端に取着され管径方向
   に伸縮して管内壁を押圧する第２のアクチュエータとか
   らなることを特徴とする管内移動装置。
2. 【請求項２】上記第１のアクチュエータは、隔壁により
   内部が複数個の圧力室に区分された筒状弾性体からなり
   、上記圧力室の圧力を調整して伸縮及び湾曲動作を行う
   ようにしたことを特徴とする請求項１記載の管内移動装
   置。
3. 【請求項３】請求項１記載の管内移動装置の第１のアク
   チュエータを任意方向に湾曲させながら伸縮動作を行う
   ようにしたことを特徴とする管内移動装置の操縦方法。