特開 2024-104981 管内走行装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024104981

(43)【公開日】2024-08-06

(54)【発明の名称】管内走行装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 15/00 20060101AFI20240730BHJP

   F16L 55/32 20060101ALI20240730BHJP

   B62D 57/02 20060101ALI20240730BHJP

【ＦＩ】

B25J15/00 A

F16L55/32

B62D57/02 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023009454

(22)【出願日】2023-01-25

(71)【出願人】

【識別番号】593006630

【氏名又は名称】学校法人立命館

(71)【出願人】

【識別番号】301021533

【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100154014

【弁理士】

【氏名又は名称】正木 裕士

(74)【代理人】

【識別番号】100154520

【弁理士】

【氏名又は名称】三上 祐子

(72)【発明者】

【氏名】加古川 篤

(72)【発明者】

【氏名】山本 知生

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707AS14

3C707CS01

3C707HS27

3C707WA16

3C707WA25

(57)【要約】

【課題】牽引力を向上させることで高い走破性を実現することができる管内走行装置を提供する。
【解決手段】配管Ｈの管軸方向に沿って延びるように回転軸２が設けられている。そして、この回転軸２に対して、所定間隔を空けて複数の走行体３が設けられている。この走行体３は、回転軸２に固定されるハブ３０を備えている。そして、回転軸２と交差する方向となるようにこのハブ３０に取り付けられるディスク部３１を備えている。そしてさらに、ディスク部３１の周方向に取り付けられると共に、外部から所定の流体が流入すると膨張し、該所定の流体が排出されると収縮する流体膜３３を備えている。なお、このディスク部３１と流体膜３３との間には、ベアリングが設けられている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

配管の管軸方向に沿って延びるように設けられている回転軸と、
前記回転軸に対して、所定間隔を空けて設けられている複数の走行体と、を有し、
前記走行体は、
前記回転軸に固定されるハブと、
前記回転軸と交差する方向となるように前記ハブに取り付けられているディスク部と、
前記ディスク部の周方向に取り付けられ、外部から所定の流体が流入すると膨張し、該所定の流体が排出されると収縮する流体膜と、
前記ディスク部と前記流体膜との間に配置され、前記ディスク部の周方向に回転自在に前記ディスク部と前記流体膜とを連結する軸受と、を有し、
前記ハブは、前記ディスク部の中心点から偏心した位置に配置されると共に、前記回転軸が前記ディスク部の面に対して所定の角度傾くように、前記ディスク部に貫通して設けられている管内走行装置。

【請求項2】

前記複数の走行体は、隣り合う走行体と所定の回転角度ずらした状態で前記回転軸に設けられてなる請求項１に記載の管内走行装置。

【請求項3】

前記回転軸は、フレキシブルシャフトにて形成されてなる請求項１又は２に記載の管内走行装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、管内走行装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ガス管、水道管、プラントなどの配管の老朽化が深刻化しており、配管内部を点検する必要がある。しかしながら、配管の内径がφ５０ｍｍ以下の場合、高い走破性を有する管内走行装置がほとんど存在しないことから、配管内部の点検が困難であるという問題があった。

【0003】

このような高い走破性を有する管内走行装置として、例えば、特許文献１に記載のような管内走行装置が知られている。この特許文献１に記載の発明は、回転波動機構であって、駆動力供給部からの回動力が伝達される駆動回転軸と、駆動回転軸の軸線に沿った所定の間隔をもって駆動回転軸の軸線と交差するように駆動回転軸に固定される複数の揺動円板と、各揺動円板の外周部に回動可能に配され揺動円板の運動に追従する回動部材と、回動部材の回転を所定の回転角に制限するとともに回動部材を直列に連結する可撓性連結部材と、を備えて構成されるので推進運動を生成する機構を複雑な構成とすることなく、外部に接する外周のすべての部分で表面波動を生成し、しかも、可撓性連結部材によって駆動回転軸、複数の揺動円板、および、回動部材を覆うことも可能なので適用された作業ロボットの防塵防水性を達成できるというものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２－２４０１５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記のような管内走行装置は、配管の内壁面と常に接触しているわけではなく、接触したり離れたりすることから、配管に適用させた場合、牽引力が低くなり、高い走破性を得られない可能性があるという問題があった。

【0006】

そこで、本発明は、上記問題に鑑み、牽引力を向上させることで高い走破性を実現することができる管内走行装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記本発明の目的は、以下の手段によって達成される。なお、括弧内は、後述する実施形態の参照符号を付したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。

【0008】

請求項１に係る管内走行装置は、配管（Ｈ）の管軸（ＨＯ）方向に沿って延びるように設けられている回転軸（２）と、
前記回転軸（２）に対して、所定間隔を空けて設けられている複数の走行体（３，３ＡＡ）と、を有し、
前記走行体（３，３ＡＡ）は、
前記回転軸（２）に固定されるハブ（３０）と、
前記回転軸（２）と交差する方向となるように前記ハブ（３０）に取り付けられているディスク部（３１，３１Ａ）と、
前記ディスク部（３１，３１Ａ）の周方向に取り付けられ、外部から所定の流体が流入すると膨張し、該所定の流体が排出されると収縮する流体膜（３３）と、
前記ディスク部（３１，３１Ａ）と前記流体膜（３３）との間に配置され、前記ディスク部（３１，３１Ａ）の周方向に回転自在に前記ディスク部（３１，３１Ａ）と前記流体膜（３３）とを連結する軸受（ベアリング３２）と、を有し、
前記ハブ（３０）は、前記ディスク部（３１，３１Ａ）の中心点（Ｏ１）から偏心した位置に配置されると共に、前記回転軸（２）が前記ディスク部（３１，３１Ａ）の面に対して所定の角度（θ１）傾くように、前記ディスク部（３１，３１Ａ）に貫通して設けられてなることを特徴としている。

【0009】

請求項２に係る管内走行装置は、上記請求項１に記載の管内走行装置（１）において、
前記複数の走行体（３，３ＡＡ）は、隣り合う走行体（第１走行体３Ａ，第２走行体３Ｂ，第３走行体３Ｃ，第４走行体３Ｄ）と所定の回転角度（φ１，φ２，φ３）ずらした状態で前記回転軸（２）に設けられてなることを特徴としている。

【0010】

請求項３に係る管内走行装置は、上記請求項１又は２に記載の管内走行装置（１）において、
前記回転軸（２）は、フレキシブルシャフトにて形成されてなることを特徴としている。

【発明の効果】

【0011】

次に、本発明の効果について、図面の参照符号を付して説明する。なお、括弧内は、後述する実施形態の参照符号を付したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。

【0012】

請求項１に係る発明によれば、流体膜（３３）が、所定の流体が流入すると膨張し、該所定の流体が排出されると収縮するようになっているから、管内走行装置（１）の運動を螺旋駆動にしたり、回転波動機構にしたりすることができる。

【0013】

したがって、本発明によれば、牽引力を向上させることで高い走破性を実現することができる。

【0014】

請求項２に係る発明によれば、配管（Ｈ）内での走行体（３，３ＡＡ）の回転波動機構の運動を実現しやすくなる。

【0015】

請求項３に係る発明によれば、配管（Ｈ）の曲がりに柔軟に対応することができ、より高い走破性を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態に係る管内走行装置を配管内に配置した状態を示す斜視図である。

【図2】（ａ）は、同実施形態に係る管内走行装置の一部を切り出した斜視図であり、（ｂ）は、同実施形態に係る走行体の平面図を示す図である。

【図3】（ａ）は図２（ｂ）に示すＡ－Ａ線断面図、（ｂ）は図２（ｂ）に示すＢ－Ｂ線断面図で、流体膜が収縮している状態を示し、（ｃ）は図２（ｂ）に示すＢ－Ｂ線断面図で、流体膜が膨張している状態を示す図である。

【図4】（ａ）は同実施形態に係る管内走行装置の正面図、（ｂ）は隣り合う走行体の配置関係を説明する説明図である。

【図5】螺旋駆動の運動を行う場合を説明するための説明図であって、（ａ）は、モータの軸線と、回転板の中心位置との距離が、回転板の中心位置から配管の内壁面までの距離よりも大きく、（ｂ）は、小さい場合を示している図である。

【図6】回転波動機構の運動を行う場合を説明するための説明図であって、（ａ）は、モータの軸線と、回転板の中心位置との距離に、回転板の中心位置から配管の内壁面までの距離を加算したものより、配管の管軸から内壁面までの距離が大きく、（ｂ）は、小さい場合を示している図である。

【図7】他の実施形態に係る走行体の正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の一実施形態に係る管内走行装置を、図面を参照して具体的に説明する。なお、以下の説明において、上下左右の方向を示す場合は、図示正面から見た場合の上下左右をいうものとする。

【0018】

＜管内走行装置の概略説明＞
図１に示す本実施形態に係る管内走行装置１は、ガス管、水道管、プラントなどの配管Ｈ内に配置され、回転軸２と、走行体３と、で主に構成されるものである。そして、回転軸２が回転すると、走行体３が、上記例示した従来技術と同様、主として回転波動機構の運動をするものである。この点、管内走行装置１の各構成について詳しく説明する事で、詳しく説明することとする。

【0019】

＜回転軸の説明＞
回転軸２は、図１に示すように、配管Ｈの管軸方向（図示左右方向）に沿って、直線状に延びるように設けられているもので、柔軟性のあるフレキシブルシャフトにて形成されている。このような回転軸２の基端部２ａ（図１に示す右側）には、配管Ｈ外に配置されているモータＭが取り付けられており、このモータＭを回転駆動させることにより、回転軸２も回転することとなる。これにより、回転軸２は、回転するようになっている。なお、図３（ｂ）に示すように、回転軸２の内部２ｂは、中空になっている。また、回転軸２の基端部２ａ（図１に示す右側）には、モータＭを介して、コンプレッサＣが取り付けられている。

【0020】

＜走行体の説明＞
走行体３は、図１に示すように、回転軸２に対して、所定間隔を空けて、回転軸２の軸線方向（図１に示す左右方向）に沿って、複数設けられている。具体的には、走行体３は、図２及び図３に示すように、ハブ３０と、一対のディスク部３１と、一対のディスク部３１の周方向に沿う外周面にそれぞれ設けられているベアリング３２と、これらベアリング３２を覆うように設けられている流体膜３３と、で構成されている。ハブ３０は、円筒状に形成され、図３（ｂ）に示すように、回転軸２の中心軸線Ｏとハブ３０の中心線が重なるように、回転軸２の外周面を覆っている。そして、このハブ３０は、いもねじ３０ａによって回転軸２に固定されている。

【0021】

一方、ディスク部３１は、図３（ａ）に示すように、断面視円形状に形成されている。そして、このディスク部３１には、図２（ａ）に示すように、回転軸２と交差する方向で、且つ、ディスク部３１の中心点Ｏ１から偏心させた位置に、ハブ３０が設けられている。さらに詳しく説明すると、このハブ３０は、図２（ｂ）に示すように、回転軸２がディスク部３１の面に対してθ１傾くようにディスク部３１に貫通して設けられている。なお、図３（ａ）に示すように、ディスク部３１には、ハブ３０が設けられるように、貫通孔３１ａが形成されている。

【0022】

かくして、このようにして、ディスク部３１は、図２（ａ）に示すようにハブ３０を介して回転軸２に回転可能に取り付けられるようになっている。これにより、回転軸２が中心軸線Ｏ（図３（ｂ）参照）周りを回転すると、それに伴ってディスク部３１も中心軸線Ｏ周りを回転することとなる。なお、ディスク部３１は、図２に示すように、ボルト３１ａによって連結固定されている。

【0023】

ベアリング３２は、上記のように構成されるディスク部３１の周方向に沿う外周面に、中心軸線Ｏ（図３（ｂ）参照）周りに回転不能に取り付けられている。ただし、ベアリング３２は、図２に示す上下左右方向に動けるよう（回転自在）に取り付けられている。これにより、本願発明は、上記例示した従来技術と同様、ディスク部３１が中心軸線Ｏ周りを回転すると、ベアリング３２が中心軸線Ｏ周りに回転不能であることから、回転波動機構の運動をすることができる。なお、この運動は、上記例示した従来技術と同様であるため、詳しい説明は省略する。

【0024】

流体膜３３は、樹脂などで形成されており、図３（ｂ）に示すように、一対のベアリング３２を全て覆うように、一対のベアリング３２に溶着や接着等によって取り付け固定されている。そして、このような流体膜３３は、図３（ｂ）に示す内部３３ａが中空となっており、この内部３３ａに空気などの流体が流入すると、図３（ｃ）に示すように、流体膜３３が膨張し、流体が排出されると、図３（ｂ）に示すように、収縮するようになっている。なお、一対のベアリング３２は、上記説明したディスク部３１と流体膜３３との間に配置され、ディスク部３１と流体膜３３とを回転自在に連結する役割を担っている。

【0025】

かくして、このように構成される走行体３は、回転軸２に対して、所定間隔を空けて、回転軸２の軸線方向（図１に示す左右方向）に沿って、複数設けられることとなる。この点、図４（ａ）に示す、隣り合う４個の走行体３を用いて配置関係を詳しく説明すると、隣り合う４個の走行体３を第１走行体３Ａ，第２走行体３Ｂ，第３走行体３Ｃ，第４走行体３Ｄとした際、図４（ｂ）に示すように、第２走行体３Ｂは、第１走行体３Ａに対してφ１だけ回転させて、回転軸２に設けられている。そして、第３走行体３Ｃは、図４（ｂ）に示すように、第２走行体３Ｂに対してφ２だけ回転させて、回転軸２に設けられている。そしてさらに、第４走行体３Ｄは、図４（ｂ）に示すように、第３走行体３Ｃに対してφ３だけ回転させて、回転軸２に設けられている。これにより、配管Ｈ内での走行体３の回転波動機構の運動を実現し易くすることができる。なお、φ１，φ２，φ３は、全て等しい角度になっており、本実施形態においては、９０°としている。

【0026】

かくして、このようにして走行体３は、回転軸２に対して、所定間隔を空けて、回転軸２の軸線方向（図１に示す左右方向）に沿って、複数設けられるようになっている。

【0027】

＜管内走行装置の特徴説明＞
ところで、上記のように構成される管内走行装置１は、図５及び図６に示すような特徴を備えている。なお、図５及び図６では、理解を容易にするため、走行体３のディスク部３１だけを図示して説明することとする。

【0028】

図５及び図６に示すように断面視円形状となる配管Ｈに走行体３を配置した場合、図５に示すように、配管Ｈの管軸ＨＯと、モータＭ（図１参照）の軸線ＭＯが一致しており、モータＭの軸線ＭＯと、ディスク部３１の中心点Ｏ１との距離をｅ、ディスク部３１の中心点Ｏ１から配管Ｈの内壁面Ｈａまでの距離をｒとした場合、配管Ｈの管軸ＨＯから内壁面Ｈａまでの距離Ｒ＝ｅ＋ｒとなっている。この際、走行体３が、配管Ｈの内壁面Ｈａと常に接触したままとなるから、螺旋駆動の運動を行うこととなる。なお、図５（ａ）が、ｅ＞ｒの場合、図５（ｂ）が、ｅ＜ｒの場合を示している。

【0029】

一方、図６に示すように、配管Ｈの管軸ＨＯと、モータＭ（図１参照）の軸線ＭＯが不一致の場合、図６（ａ）に示すように、Ｒ＞ｅ＋ｒ、又、図６（ｂ）に示すように、Ｒ＜ｅ＋ｒとなる。この際、走行体３が、配管Ｈの内壁面Ｈａと常に接触せず、接触したり離れたりする回転波動機構の運動を行うこととなる。

【0030】

そこで、本実施形態においては、一対のベアリング３２に溶着や接着等によって流体膜３３を取り付け固定し、流体膜３３を膨張させたり、収縮させたりすることで、上記説明した螺旋駆動の運動と、回転波動機構の運動とを切り替えるようにしている。すなわち、図１に示すように、配管Ｈ内に管内走行装置１が配置され、牽引力がより必要な場合、図３（ｂ）に示すように、回転軸２の内部２ｂは、中空になっているから、矢印Ｙ１方向から、図１に示すコンプレッサＣを用いて、内部２ｂに空気などの流体を流入させる。これにより、図３（ｂ）に示すように、流体が回転軸２の内部２ｂを通って、さらに、回転軸２に貫通して設けられている貫通孔２ｃ及びハブ３０に貫通して設けられている貫通孔３０ｂを通ることとなる。そしてさらに、図３（ｂ）に示すように、ディスク部３１には、図３（ａ）に示すように、中心点Ｏ１から放射状に複数（図示では８個）の通気孔３１ｃが形成されてるから、貫通孔３０ｂを通った流体は、通気孔３１ｃを通って、流体膜３３の内部３３ａ（図３（ｂ）参照）に移動することとなる。これによって、図３（ｃ）に示すように、流体膜３３が膨張し、配管Ｈの内壁面Ｈａと、その膨張した流体膜３３との接触によって回転軸２の位置が変動し、もって、図１に示すモータＭの軸線ＭＯの位置も変動することとなる。それゆえ、意図的に、図５に示すように、配管Ｈの管軸ＨＯと、図１に示すモータＭの軸線ＭＯと一致させることができるため、配管Ｈ内に配置された管内走行装置１の運動を螺旋駆動にすることができる。

【0031】

一方で、牽引力がさほど必要ない場合又は何らかのトラブルが発生し管内走行装置１を回収したい場合、流体膜３３の内部３３ａに流入している流体を、図１に示すコンプレッサＣを用いて吸引し排出すれば、図３（ｂ）に示すように、流体膜３３が収縮することとなる。これにより、図６に示すように、配管Ｈの管軸ＨＯと、図１に示すモータＭの軸線ＭＯとが不一致となるから、配管Ｈ内に配置された管内走行装置１の運動を回転波動機構にすることができる。

【0032】

したがって、このように、流体膜３３を膨張させたり、収縮させたりすることで、配管Ｈ内に配置された管内走行装置１の運動を螺旋駆動にしたり、回転波動機構にしたりすることができることとなる。それゆえ、本実施形態によれば、上記例示した従来技術のように回転波動機構の運動だけではなく、回転波動機構の運動と、螺旋駆動の運動とを切り替えることができるため、牽引力がより必要な場合に螺旋駆動の運動をさせ、牽引力がさほど必要ない場合又は何らかのトラブルが発生し管内走行装置１を回収したい場合に回転波動機構の運動に切り替えるようにすれば、上記例示した従来技術と比べ、牽引力を向上させることができることとなる。

【0033】

したがって、本実施形態によれば、牽引力を向上させることで高い走破性を実現することができる。

【0034】

＜変形例の説明＞
なお、本実施形態において示した形状等はあくまで一例であり、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、本実施形態においては、回転軸２として柔軟性のあるフレキシブルシャフトを例示したが、それに限らず、他のものでも良い。しかしながら、回転軸２としては、柔軟性のあるフレキシブルシャフトを用いた方が好ましい。配管Ｈの曲がりに柔軟に対応することができ、より高い走破性を実現することができるためである。

【0035】

また、本実施形態においては、流体膜３３の内部３３ａに流体を流入させるにあたって、回転軸２の内部２ｂを通して流入させる例を示したが、流体膜３３の内部３３ａに直接、流体を流入させるようにしても良い。このようにすれば、流体の漏れなく、流体膜３３の内部３３ａに流体を流入させることができる。

【0036】

また、本実施形態においては、一対のベアリング３２を全て覆うように流体膜３３を設ける例を示したが、それに限らず、一対のベアリング３２を一部だけ（例えば、一対のベアリング３２の周方向等間隔置きに、流体膜３３を設けるなど）覆うようにしても良い。

【0037】

また、本実施形態においては、ディスク部３１として円形状のものを例示したが、それに限らず、ベアリング３２が対応可能であれば、楕円形状や卵形状等、どのような形状でも良い。

【0038】

また、本実施形態においてディスク部３１として、図７に示すようなものでも良い。以下、ディスク部３１の変形例を説明することする。なお、上記説明した部材と同一の部材については同一の符号を付し説明は省略することとする。

【0039】

図７に示す走行体３ＡＡは、ハブ３０と、ディスク部３１Ａと、ディスク部３１Ａの周方向に沿う外周面に設けられているベアリング３２と、ベアリング３２を覆うように設けられている流体膜３３と、で構成されている。そのため、ディスク部３１Ａの構成だけが異なっている。

【0040】

ディスク部３１Ａは、図７に示すように、ベアリング３２が周方向に沿う外周面に設けられているリング状のリム３１Ａａと、リム３１Ａａとハブ３０とを接続する複数（図示では、４個）のスポーク３１Ａｂとで構成されている。このスポーク３１Ａｂは、内部が中空になっているから、回転軸２に貫通して設けられている貫通孔２ｃ及びハブ３０に貫通して設けられている貫通孔３ｂを通って流入した流体は、スポーク３１Ａｂ内を通って、流体膜３３の内部３３ａに移動することとなる。かくして、このような形状であっても、流体膜３３を膨張させたり、収縮させたりすることが可能となる。なお、スポーク３１Ａｂを中空にせず、リム３１Ａａはリング状に形成されているから、その空間を利用し、流体を、流体膜３３の内部３３ａに移動させるようにしても良いし、スポーク３１Ａｂ以外に貫通孔を設けて、その貫通孔を利用して、流体を、流体膜３３の内部３３ａに移動させるようにしても良い。

【符号の説明】

【0041】

１ 管内走行装置
２ 回転軸
３，３ＡＡ 走行体
３Ａ 第１走行体（隣り合う走行体）
３Ｂ 第２走行体（隣り合う走行体）
３Ｃ 第３走行体（隣り合う走行体）
３Ｄ 第４走行体（隣り合う走行体）
３０ ハブ
３１，３１Ａ ディスク部
３２ ベアリング（軸受）
３３ 流体膜
Ｈ 配管
ＨＯ 管軸
Ｏ１ 中心点
θ１ 所定の角度
φ１，φ２，φ３ 所定の回転角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】