JPH06343276A - 移動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】装置内の配線数や、電源線（信号線）の本数が
少なくなり、一層の微小化が可能となる移動装置を提供
する。 【構成】管内等に挿入可能な前保持部１及び後保持部１
と、前保持部と後保持部との間を連結して取付けられた
駆動部３とを有する。前保持部と後保持部には伸縮可能
で管内等の壁に先端を押付けて保持する形状記憶合金製
コイルばね４、６と復帰ばね５、７が設けられ、前保持
部１の形状記憶合金製コイルばね４には伸張状態が記憶
され、後保持部２と駆動部３の形状記憶合金製コイルば
ね６、８には収縮状態が記憶される。前保持部と後保持
部と駆動部の各形状記憶合金製コイルばね４、６、８が
電気的に直列接続され、それらの形状記憶合金製コイル
ばねに通電する電源回路が接続される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、形状記憶合金製コイル
ばね、静電式アクチュエータ等の複数のアクチュエータ
を使用し、細い管内や溝内を移動する移動装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、管の内部を移動しながら、管内の
検査や清掃等の作業を行う管内移動装置が開発され、配
管設備等のメンテナンスや修理作業に使用されている。
この種の従来の管内移動装置は、一般に、電動モータや
流体圧シリンダにより駆動される構造であるため、電動
モータやその駆動系に使用される減速機、或は流体圧シ
リンダ、電磁弁等の小形化が難しく、さらに、モータ等
の各アクチュエータに接続する制御・駆動用の配線が複
雑化し、装置の微小化が制限される問題があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】また、この種の従来の
管内移動装置は、必然的に、動力線、信号線等のケーブ
ル、或は流体供給用チューブ等を牽引して移動すること
になるため、ケーブルやチューブの本数が多くなると、
走行抵抗が極めて増大し、効率の良い走行が不可能にな
る問題があった。

【０００４】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
で、装置内の配線数や、電源線（信号線）の本数が少な
くなり、一層の微小化が可能となる移動装置を提供する
ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の移動装置は、共通の作動エネルギーにより
動作する複数のアクチュエータを有する移動装置であっ
て、アクチュエータには作動エネルギーの各々相違した
しきい値が設定され、その作動エネルギーを変化させな
がら各アクチュエータに付与し、各アクチュエータを順
に作動させて駆動するように構成される。

【０００６】

【作用】このように構成された移動装置では、アクチュ
エータとして、例えば、形状記憶合金製コイルばね、複
数の電極板を一定の間隔で積層し各電極板間に圧縮コイ
ルばねを絶縁状態で介在させてなる静電式アクチュエー
タ、電磁石により板ばねを動作させる電磁式アクチュエ
ータが使用され、各アクチュエータに電力等共通の作動
エネルギーが供給される。各アクチュエータには、作動
エネルギーの各々相違したしきい値が設定され、その作
動エネルギーを変化させながら各アクチュエータに付与
するため、各アクチュエータは順に作動し、移動装置は
駆動される。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【０００８】先ず、図１により移動装置の概略構成と基
本的な動作を説明すると、図１（ａ）に示すように、移
動装置は、前保持部Ａ及び後保持部Ｃと、前保持部Ａと
後保持部Ｃとの間を連結して取付けられた駆動部Ｂとか
ら構成され 前保持部Ａ、駆動部Ｂ、後保持部Ｃには形
状記憶合金製コイルばねと復帰ばねが設けられる。前保
持部Ａ、駆動部Ｂ、後保持部Ｃの各形状記憶合金製コイ
ルばねには、図１（ｂ）に示すような変態温度ａ₁ ，ｂ
₁ ，ｃ₁ で、伸張、収縮、収縮の各状態が各々記憶され
ている。

【０００９】前保持部Ａ、駆動部Ｂ、後保持部Ｃの各形
状記憶合金製コイルばねを電気的に直列に接続し、その
両端に電源を接続し、通電を開始する。前保持部Ａ、駆
動部Ｂ、後保持部Ｃの各形状記憶合金製コイルばねは、
（ｂ）に示すような変態温度ａ₁ ，ｂ₁ ，ｃ₁ で、伸
張、収縮、収縮の各状態が記憶されているため、最初の
低温状態（図１の（ｃ）のアの状態）では、前保持部Ａ
が収縮状態、駆動部Ｂと後保持部Ｃが伸張状態である。
通電により各形状記憶合金製コイルばねが温度ａ ₁ まで
昇温すると、前保持部Ａが伸張し（イ）、壁部を保持
し、さらに温度ｂ₁まで昇温すると、駆動部Ｂが収縮し
ようとするが、前保持部Ａと後保持部Ｃが保持状態であ
るため、その力を内部に留保する（ウ）。

【００１０】さらに温度ｃ₁ まで昇温すると、後保持部
Ｃが収縮し、駆動部Ｂも収縮する（エ）。次に、通電を
遮断すると、各形状記憶合金製コイルばねの温度が低下
し、先ず後保持部Ｃが伸張し（オ）、さらに温度ｂ₁ ま
で低下すると、駆動部Ｂが伸張しようとするが、前保持
部Ａと後保持部Ｃが保持状態であるため、その力を内部
に留保する（カ）。さらに温度ａ₁ まで低下すると、前
保持部Ａが収縮し（キ）、（ア）の状態に戻る。このよ
うな上記（ア）〜（キ）の動作が繰り返されることによ
り、移動装置は、管内等を移動する。

【００１１】図２は移動装置の断面図を示している。こ
の移動装置は管内等に挿入可能な前保持部１及び後保持
部２と、前保持部１と後保持部２との間を連結して取付
けられた駆動部３とから構成される。

【００１２】前保持部１には伸縮可能で管内等の壁に先
端を押付けて保持する形状記憶合金製コイルばね４と復
帰ばね５が設けられ、前保持部１の形状記憶合金製コイ
ルばね４には、例えば、変態温度５０℃において伸張状
態が記憶される。復帰ばね５は形状記憶合金製コイルば
ね４を収縮状態に復帰させ得るばね力を有するコイルば
ねから形成される。

【００１３】また、後保持部２には伸縮可能で管内等の
壁に先端を押付けて保持する形状記憶合金製コイルばね
６と復帰ばね７が設けられ、後保持部２の形状記憶合金
製コイルばね４には、例えば、変態温度１００℃におい
て収縮状態が記憶される。復帰ばね７は形状記憶合金製
コイルばね６を伸張状態に復帰させ得るばね力を有する
コイルばねから形成される。

【００１４】駆動部３には形状記憶合金製コイルばね８
と復帰ばね９が設けられ、形状記憶合金製コイルばね８
には、例えば、変態温度８０℃において収縮状態が記憶
される。復帰ばね９は形状記憶合金製コイルばね８を伸
張状態に復帰させ得るばね力を有するコイルばねから形
成される。

【００１５】さらに、前保持部１と後保持部２と駆動部
３の各形状記憶合金製コイルばね４、６、８が電気的に
直列接続され、形状記憶合金製コイルばね４、６の端部
に直流電源１０とスイッチ１０ａからなる電源回路が接
続される。

【００１６】次に、上記構成の移動装置の動作を、図３
の説明図により説明する。

【００１７】管内や溝内に本装置を挿入し、移動させる
場合、電源回路のスイッチ１０ａをオンし、直流電源１
０から、前保持部１と後保持部２と駆動部３の各形状記
憶合金製コイルばね４、６、８に電流を流し、ジュール
熱の発生によりコイルばねを昇温させる。

【００１８】図３に示すように、常温（例えば２０℃）
では、前保持部１の形状記憶合金製コイルばね４が収縮
状態、後保持部２と駆動部３の形状記憶合金製コイルば
ね６、８が伸張状態にあり、後保持部２がその先端を管
の壁に押し付けてホールドしている。

【００１９】温度が５０℃に上昇すると、前保持部１の
形状記憶合金製コイルばね４が変態温度に達して伸張
し、その先端を管の壁に押し付けてホールドする。さら
に、温度が上昇して、８０℃に達すると、駆動部３の形
状記憶合金製コイルばね８が変態温度に達して収縮力を
保持する状態となり、さらに、１００℃になると、後保
持部２の形状記憶合金製コイルばね６が変態温度に達し
て収縮する。このため、駆動部３の形状記憶合金製コイ
ルばね８が収縮して後保持部２が前保持部側に引き寄せ
られ、前保持部１が壁をホールドする状態となる。

【００２０】次に、スイッチ１０ａをオフして電流を遮
断すると、温度が低下し、１００℃以下になると、後保
持部２の形状記憶合金製コイルばね６は、復帰ばね７の
作用により伸張復帰し、その先端を壁に押し付けてホー
ルドする。さらに、温度が低下して８０℃以下に下がる
と、駆動部３の形状記憶合金製コイルばね８が復帰ばね
９の作用により伸張力を保持する状態となり、さらに、
温度が５０℃以下に下がると、前保持部１の形状記憶合
金製コイルばね４が復帰ばね５の作用により収縮状態と
なり、前保持部１のホールド状態が解除され、駆動部３
の形状記憶合金製コイルばね８が復帰ばね９の作用によ
り伸張することにより、前保持部１が前に押し出され、
装置は前進する。

【００２１】このように、電源回路のスイッチ１０ａを
オンオフさせ、形状記憶合金製コイルばねを加熱・冷却
させるだけで、前保持部１と後保持部２と駆動部３の各
形状記憶合金製コイルばね４、６、８が順に収縮と伸張
動作を繰り返し、移動装置は尺取り虫式に管内等を移動
する。また、移動装置に接続する電源回路からの電源線
は２本のみとなるため、複雑な配線は不要となって、微
小化が可能となり、また、駆動システムの簡略化がで
き、さらに、ケーブルによる走行抵抗も少なく、効率良
く移動させることができる。

【００２２】図４は他の実施例を示し、この移動装置
は、上記と同様、管内等に挿入可能な前保持部１１及び
後保持部１２と、前保持部１１と後保持部１２との間を
連結して取付けられた駆動部１３とから構成される。

【００２３】前保持部１１と後保持部１２には、複数の
電極板を一定の間隔で積層し各電極板１４ａ，１６ａ間
に圧縮コイルばね１４ｂ，１６ｂを絶縁状態で介在させ
てなる静電式アクチュエータ１４、１６が、伸縮可能で
管内等の壁に先端を押付けて保持するように設けられ
る。この静電式アクチュエータ１４、１６は、所定の電
圧を印加されたとき、圧縮コイルばね１４ｂ，１６ｂを
圧縮して各電極板１４ａ，１６ａの間隔を狭くするよう
に収縮・動作する。

【００２４】また、駆動部１３にも、複数の電極板１８
ａを一定の間隔で積層し各電極板１８ａ間に圧縮コイル
ばね１８ａを絶縁状態で介在させてなる静電式アクチュ
エータ１８が設けられる。この駆動部１３の静電式アク
チュエータ１８の電極板１８ａの間隔は、前保持部１１
や後保持部１２のものより狭く設定され、より低い電圧
で静電引力を受けて収縮する構造である。

【００２５】前保持部１１の静電式アクチュエータ１４
には、直流電源１５がスイッチ１５ａを介して各電極板
１４ａ間に所定の電圧（例えば１００Ｖ）を印加するよ
うに接続される。また、後保持部１２と駆動部１３の静
電式アクチュエータ１６、１８には、直流電源１７が電
圧制御回路１７ａとスイッチ１７ｂを介して各電極板間
１６ａ、１６ａと各電極板間１８ａ、１８ａに制御され
た電圧（例えば５０〜１００Ｖ）を印加するように接続
される。駆動部１３の静電式アクチュエータ１８は、５
０Ｖの電圧を受けて収縮し、後保持部１２の静電式アク
チュエータ１６は１００Ｖの電圧を受けて収縮する。

【００２６】このような構成の移動装置は、各静電式ア
クチュエータ１４、１６、１８を、上記実施例の形状記
憶合金製コイルばねと同様に伸縮・動作させ、図３によ
うに尺取り虫式に管内を移動する。

【００２７】即ち、本装置を管内に挿入し、電源のスイ
ッチ１５ａ，１７ｂをオフした状態では、各静電式アク
チュエータ１４、１６、１８が伸張状態にあり、前保持
部１１と後保持部１２の各静電式アクチュエータ１４、
１６がその先端を管の壁を押し付けホールドしている。

【００２８】この状態で、スイッチ１７ｂをオンし、直
流電源１７から１００Ｖの電圧を後保持部１２と駆動部
１３の静電式アクチュエータ１６、１８に印加する。こ
のとき、各電極板間１６ａ、１６ａと各電極板間１８
ａ、１８ａに電圧が印加され、各電極板間に静電引力が
作用して、各電極板間が圧縮コイルばね１６ｂ，１８ｂ
を圧縮してその間隔を狭くし、後保持部１２と駆動部１
３の静電式アクチュエータ１６、１８は収縮する。

【００２９】次に、電圧制御回路１７ａにより、印加電
圧を例えば７０Ｖ程度まで下げる。すると、駆動部１３
の静電式アクチュエータ１８は収縮状態を保持し、後保
持部１２の静電式アクチュエータ１６は、静電引力が低
下し、圧縮コイルばね１６ｂのばね力により伸張して、
その先端を管の壁に押し付けてホールドする。

【００３０】次に、スイッチ１５ａをオンして直流電源
１５から１００Ｖの電圧を前保持部１１の静電式アクチ
ュエータ１４に印加する。このとき、各電極板１４ａ、
１４ａ間に電圧が印加され、各電極板間に静電引力が作
用して、各電極板間が圧縮コイルばね１４ｂを圧縮して
その間隔を狭くし、前保持部１１の静電式アクチュエー
タ１４は収縮する。

【００３１】次に、電圧制御回路１７ａの動作により、
後保持部１２と駆動部１３への印加電圧を５０Ｖ以下ま
で下げる。すると、駆動部１３の静電式アクチュエータ
１８は、静電引力の低下により、圧縮コイルばね１８ｂ
のばね力が静電引力に打ち勝って伸張し、前保持部１１
を前に押し出す。

【００３２】そして、スイッチ１５ａをオフにすること
により、前保持部１１の静電式アクチュエータ１４の静
電引力を零にして、再びアクチュエータを伸張させ、そ
の先端を壁に押し付けてホールドする。以後、上記と同
様な動作を繰り返して各静電式アクチュエータ１４、１
６、１８を伸縮動作させながら、移動装置は尺取り虫式
に移動する。

【００３３】この移動装置では、装置に接続する電源回
路からの電源線は４本となるが、装置内の配線を簡略化
できることによって、装置を微小化することができ、ま
た、ケーブルによる走行抵抗も少なく、効率良く移動さ
せることができる。

【００３４】図４はさらに他の実施例を示し、この移動
装置は、上記の静電式アクチュエータ１４、１６、１８
に代えて、電磁式アクチュエータ２４、２６、２８を使
用したものである。

【００３５】前保持部と後保持部の電磁式アクチュエー
タ２４、２６は、電磁石を中央に有し、両端に磁性体の
板ばね２４ａ，２６ａを斜めに突き出して設け、電磁石
のオン時には板ばね２４ａ、２６ａを磁力により内側に
引き寄せる。また、オフ時には板ばね２４ａ，２６ａを
そのばね力により両側に突き出し、先端を壁に押し当て
てホールドする。

【００３６】駆動部の電磁式アクチュエータ２８は、図
５に示すように、元部を前保持部の電磁式アクチュエー
タ２４側に固定し、先端に突設した板ばね２８ａを後保
持部の電磁式アクチュエータ２６の側部に当て、揺動可
能に連結している。電源回路は上記と同様に、１つの直
流電源２５がスイッチ２５ａを介して前保持部の電磁式
アクチュエータ２４に接続され、後保持部と駆動部の電
磁式アクチュエータ２６、２８が直列接続され、その両
端に直流電源２７が電圧制御回路２７ａとスイッチ２７
ｂを介して接続される。駆動部の電磁式アクチュエータ
２８は、吸引反発部の間隔を狭くして後保持部の電磁ア
クチュエータ２６より低い電圧でオンするように構成さ
れる。

【００３７】このように構成された移動装置において
も、各電磁式アクチュエータ２４、２６、２８を、上記
実施例の静電式アクチュエータ１４、１６、１８と同様
に伸縮動作させ、管の壁に板ばねを押し付けながら、尺
取り虫式に管内を移動することができる。

【００３８】また、図６に示すように、前保持部と後保
持部には、上記第一の実施例で使用した形状記憶合金製
コイルばね４、６を取付け、駆動部には上記第三の実施
例で使用した電磁式アクチュエータ２８を取付けて、移
動装置を構成することもできる。

【００３９】なお、上記の形状記憶合金製コイルばねを
使用した第一の実施例では、各形状記憶合金製コイルば
ねをジュール熱により昇温させたが、図７に示すよう
に、光、熱等の他の手段により昇温させることも可能で
あり、これにより、装置の配線を行わずに構成すること
ができる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の移動装置
によれば、制御・駆動系の配線を極めて簡略化できるた
め、システム全体を簡略化でき、装置を微小化すること
ができる。また、装置に接続する電源線・信号線の数が
少なくなるため、ケーブルによる走行抵抗が減少し、細
い管や溝内を効率良く移動させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的な構成と動作を示す説明図であ
る。

【図２】本発明の一実施例を示す移動装置の断面概略図
である。

【図３】同装置の移動・動作を示す説明図である。

【図４】他の実施例の断面概略図である。

【図５】さらに他の実施例の断面概略図である。

【図６】さらに他の実施例の断面概略図である。

【図７】さらに他の実施例の断面概略図である。

【符号の説明】

１−前保持部、２−後保持部、３−駆動部、４、６、８
−形状記憶合金製コイルばね、５、７、９−復帰ばね、
１０−直流電源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 共通の作動エネルギーにより動作する複
   数のアクチュエータを有する移動装置であって、該アク
   チュエータには該作動エネルギーの各々相違したしきい
   値が設定され、該作動エネルギーを変化させながら該各
   アクチュエータに付与し、該各アクチュエータを順に作
   動させて駆動することを特徴とする移動装置。