(57)【要約】【課題】小径部と大径部とを有する配管領域においても円滑な走行が可能な管内走行台車の提供。【解決手段】走行方向に延びた台車本体７と、配管の周方向で分布するように台車本体７に配置された複数のアームモジュール８０からなるアームユニット８と、搖動変位するようにアームモジュール８０を取り付けるアームブラケットと、アームモジュール８０の先端部に取り付けられた球状駆動車輪５Ａと、アームモジュール８０の搖動変位と相互連動して回転するギヤ９０を相互にかみ合わせることで全てのアームモジュール８０の搖動変位を同期させる搖動同期機構９と、球状駆動車輪５Ａが配管の内周面に近づくようにアームモジュール８０を付勢する付勢手段９１とが備えられている。球状駆動車輪５Ａは、配管内面の段差より大きな半径を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管の内部を走行する管内走行台車であって、
前記管内走行台車の走行方向に延びた台車本体と、
前記配管の周方向で分布するように前記台車本体に配置された複数のアームモジュールからなるアームユニットと、
前記アームモジュールが前記走行方向に対する横断方向に延びた搖動軸心周りで搖動変位するように、前記アームモジュールを取り付けるアームブラケットと、
前記アームモジュールの先端部に取り付けられた、配管内面の段差より大きな半径を有する球状駆動車輪と、
前記アームモジュールの搖動変位と相互連動して回転するギヤを相互にかみ合わせることで全ての前記アームモジュールの搖動変位を同期させる搖動同期機構と、
前記球状駆動車輪が前記配管の内周面に近づくように前記アームモジュールを付勢する付勢手段と、
を備えた管内走行台車。
【請求項２】
前記アームモジュールは前記アームブラケットに前記搖動軸心を有する搖動軸を介して支持されており、前記ギヤは前記搖動軸の両端に設けられたべベルギヤである請求項１に記載の管内走行台車。
【請求項３】
前記アームユニットは、走行方向で前側に位置する前側アームユニットと、走行方向で前記前側アームユニットの後側に位置する後側アームユニットとからなり、前記前側アームユニットに属する前記アームモジュールと、前記後側アームユニットに属する前記アームモジュールとが互いに近接する方向に前記付勢手段によって付勢されている請求項２に記載の管内走行台車。
【請求項４】
前記球状駆動車輪は中空状の左半球状車輪と中空状の右半球状車輪とからなり、前記球状駆動車輪の内部空間に前記球状駆動車輪を駆動する駆動ユニットが収納されている請求項１から３のいずれか一項に記載の管内走行台車。
【請求項５】
前記駆動ユニットは、前記左半球状車輪を駆動する第１駆動部と、前記右半球状車輪を駆動する第２駆動部とからなる請求項４に記載の管内走行台車。
【請求項６】
前記第１駆動部と前記第２駆動部のそれぞれが、モータと、前記モータから動力が伝達されるとともに前記左半球状車輪と右半球状車輪のいずれか一方と一体回転する車軸とを備えている請求項５に記載の管内走行台車。
【請求項７】
前記アームユニットは３つの前記アームモジュールを有し、前記アームモジュールは前記周方向で１２０°間隔で配置されている１から６のいずれか一項に記載の管内走行台車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中に埋設されたガス管、水道管および地上のプラント配管等の配管内面欠陥を検査および補修するなどの目的のために、配管の内部を走行する管内走行台車に関する。
【背景技術】
【０００２】
埋設配管を露出する際の作業時間や作業コストを回避できることから、地面を掘削せずに配管検査を実施することができる管内走行台車が提案されている。このような管内走行台車では、直線的に延びている配管や緩やかな湾曲している配管での走行性はおおむね良好である。しかしながら、配管にドレッサ形管継手など接続部が介装されている場合では、その領域において配管は小径部と大径部を有し、その結果段差が生じる。このような領域での管内走行台車の走行性は悪くなる。
【０００３】
例えば、ドレッサ形管継手が装着されているような配管領域、つまり小径部と大径部を有する配管領域において、その窪み（大径部）に駆動ローラが落ち込んでも容易に脱出可能な管内走行台車が、特許文献１によって提案されている。この管内走行台車の台車本体７には、上下・左右の１対の４つの支脚が相互に円周方向に９０度だけ位置をずらして交差状に取り付けられており、それぞれの先端には、駆動ローラまたは操向部材が設けられている。さらに、駆動ローラの進行方向側に位置し、台車本体の前記上下方向に拡開する一対の支脚の上側の支脚と配管内壁との間で上下に摺動昇降するように配置した作動部材と、この作動部材を動作させる押圧部材とが備えられている。このような、いわゆるジャッキ機構の採用により、台車本体の走行中に駆動ローラが段差を有する窪みに落ち込んで、この窪みの段差に衝突して走行できなくなったときでも、台車本体に設けた押圧部材を動作して作動部材を下降させ、配管内壁に作動部材を当接させて前記台車本体を持ち上げることで、駆動ローラが窪み内から抜け出ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１―２６８６３８号公報（段落番号〔０００９−００２５〕、図５、図６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１による管内走行台車では、駆動ローラが段差を有する窪みに落ち込んでも、台車本体を持ち上げるジャッキ機構を搭載しているので、駆動ローラを段差から抜けさせることが可能となる。しかしながら、そのようなジャッキ機構を備えることは、構造的にも、制御的にも大きな負担となり、コストアップにつながる。さらには、ジャッキ機構の追加による重量増加は、上下左右に延びている複雑な配管の内部の走行に関して不利となる。
このことから、ジャッキ機構のような別個に制御される専用機器を備えずとも、小径部と大径部とを有する配管領域においても円滑な走行が可能な管内走行台車が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
配管の内部を走行する、本発明による管内走行台車は、前記管内走行台車の走行方向に延びた台車本体と、前記配管の周方向で分布するように前記台車本体に配置された複数のアームモジュールからなるアームユニットと、前記アームモジュールが前記走行方向に対する横断方向に延びた搖動軸心周りで搖動変位するように、前記アームモジュールを取り付けるアームブラケットと、前記アームモジュールの先端部に取り付けられた、配管内面の段差より大きな半径を有する球状駆動車輪と、前記アームモジュールの搖動変位と相互連動して回転するギヤを相互にかみ合わせることで全ての前記アームモジュールの搖動変位を同期させる搖動同期機構と、前記球状駆動車輪が前記配管の内周面に近づくように前記アームモジュールを付勢する付勢手段とを備えている。
【０００７】
この構成によれば、付勢手段によって配管の内周面に押し付けられた球状駆動車輪が回転することで、台車本体は配管内を管方向に沿って移動する。配管の小径部から大径部に移行する際に、球状駆動車輪が大径部に落ち込むが、各アームモジュールの配管内周面への拡張搖動は、アームモジュールの搖動と相互連動しているギヤ同志のかみ合いにより全てのアームモジュールの動きが同期するので、全てのアームモジュールの開き具合は一定となる。つまり、全てのアームモジュールは同じ搖動姿勢となるので、走行安定性は保持される。例えば、リンク機構などを用いた同期機構では、力の分散等でリンクがこじり合って、少なくとも一時的には全てのアームモジュールは同じ搖動姿勢とならない場合があり、走行安定性が悪くなる。そして、球状駆動車輪は配管内面の段差より大きな半径を有するので、配管の大径部から小径部に移行する際にも、球状駆動車輪の回転駆動力でその段差を乗り越えることができる。
さらには、駆動車輪が球状に形成されているので案内車輪が全体として球状に形成されていることから、車輪側部が湾曲面として外側に張り出す形態となるので、配管の内周面に凹凸が生じている場合には、この車輪側部の湾曲面が案内面として機能するという利点も得られる。
【０００８】
ギヤを用いた搖動同期機構を簡単な構成するには、アームモジュールの搖動軸に直接ギヤを取り付け、隣接するアームモジュールの搖動軸に取り付けられたギヤとかみ合わせるとよい。その際、隣接する搖動軸は交差する関係となるので、ギヤとしてベベルギヤを用いると、かみ合いがスムーズとなる。このことから、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記アームモジュールは前記アームブラケットに前記搖動軸心を有する搖動軸を介して支持されており、前記ギヤは前記搖動軸の両端に設けられたべベルギヤである。
【０００９】
複数の走行台車を連結して使用する場合では、各走行台車には１つのアームユニットを備えるだけでも、前後に連結された走行台車のアームユニットによって、走行台車を安定的に支えることができる。しかしながら、その連結構造がかなり柔軟である場合、あるいは単独の走行台車で走行する場合には、台車本体に、その走行方向で間隔をあけて複数のアームユニットを備えることが必要となる。このため、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記アームユニットは、走行方向で前側に位置する前側アームユニットと、走行方向で前記前側アームユニットの後側に位置する後側アームユニットとからなり、前記前側アームユニットに属する前記アームモジュールと、前記後側アームユニットに属する前記アームモジュールとが互いに近接する方向に前記付勢手段によって付勢されている。しかもこの構成では、前後に配置されたアームユニットの対応するアームモジュール同士が付勢手段によって互いに近接するように付勢するので、付勢手段を簡単に構成できる。例えば、その簡単な構成として、アームモジュール同士をコイルばねで連結することが提案される。
【００１０】
本発明の好適な実施形態の１つでは、前記球状駆動車輪は中空状の左半球状車輪と中空状の右半球状車輪とからなり、前記球状駆動車輪の内部空間に前記球状駆動車輪を駆動する駆動ユニットが収納されている。この構成では、駆動ユニットが球状駆動車輪の内部空間に収納されるので、スペースが有効に利用されるだけでなく、駆動車輪への動力伝達系の長さが短くなるため、動力伝達系の構造が簡単となる。
【００１１】
さらに、前記駆動ユニットを、前記左半球状車輪を駆動する第１駆動部と前記右半球状車輪を駆動する第２駆動部とに分けることで、それぞれの駆動部の定格出力が小さくても、全体として大きな出力を球状駆動車輪に与えることができる。その際、前記第１駆動部と前記第２駆動部のそれぞれが、モータと、このモータから動力が伝達されるとともに前記左半球状車輪と右半球状車輪のいずれか一方と一体回転する車軸とを備えるようにすることで、第1駆動部と第２駆動部を実質的に同一にすることができる。これにより、左半球状車輪と右半球状車輪をシンメトリに構成することができ、球状駆動車輪全体の重量バランスが良好となる。
【００１２】
配管の内部を走行する際に台車本体が配管内周面によって安定的に支えられるために適した最も簡単な形態は、三点支持である。従って、前記アームユニットは３つの前記アームモジュールを有し、前記アームモジュールは前記周方向で１２０°間隔で配置されていることが好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明による管内走行台車の実施形態の１つを示す、連結状態の管内走行台車の斜視図である。
【図２】図１による管内走行台車の斜視図である。
【図３】管内走行台車の正面図である。
【図４】台車本体の斜視図である。
【図５】台車本体とアームモジュールと球状駆動車輪との組み付けを示す斜視図である。
【図６】球状駆動車輪の分解斜視図である。
【図７】大径部から小径部に移行するドレッサ領域への管内走行台車の走行状態を示す模式図である。
【図８】縮小した異形断面を有するプラグバルブ領域での管内走行台車の走行状態を示す模式図である。
【図９】９０°に曲がっているエルボ領域での管内走行台車の走行状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明による管内走行台車の実施形態の１つを説明する。管内走行台車は、一般的には、図１に示すように、複数の台車が連結された台車列アッセンブリとして利用されるが、ここでは、単一の管内走行台車の構造を説明する。図２、単一の管内走行台車の斜視図であり、図３は正面図である。
【００１５】
図２から理解できるように、管内走行台車６は、管内走行台車の走行方向に延びた台車本体７と、この台車本体７に走行方向に間隔をあけて配置された前側アームユニット８Ａと後側アームユニット８Ｂを備えている。前側アームユニット８Ａと後側アームユニット８Ｂとは実質的には同じように構成されているので、特別に区別する必要がない場合には、単にアームユニット８と称する。アームユニット８は、図３から明らかなように、走行すべき配管の周方向において１２０°間隔で分布するように台車本体７に配置された３つのアームモジュール８０を備えている。アームモジュール８０は、管内走行台車６の走行方向（配管の管軸方向）に対する横断方向（配管の断面方向）に延びた搖動軸心Ｐａ周りで搖動変位するように、アームブラケット７１０に取り付けられている。
【００１６】
アームモジュール８０の先端部には、走行すべき配管内面の段差より大きな半径を有する球状駆動車輪５Ａが取り付けられている（図７参照）。アームモジュール８０が搖動することにより、球状駆動車輪５Ａは、配管の内周面に対して遠近変位する。３つのアームモジュール８０の搖動変位が一致するように、ギヤ式の搖動同期機構９が備えられている。この搖動同期機構９は、アームモジュール８０の搖動変位と相互連動して回転するベベルギヤ９０を相互にかみ合わせることで３つのアームモジュール８０の搖動変位を同期させている。
【００１７】
前側アームユニット８Ａのアームモジュール８０と後側アームユニット８Ｂのアームモジュール８０とを相互連動させるために付勢手段９１が備えられている。この実施形態では、付勢手段９１は、前側アームユニット８Ａのアームモジュール８０と後側アームユニット８Ｂのアームモジュール８０とを接続するコイルばね９１として形成されている。このコイルばね９１が、前側アームユニット８Ａのアームモジュール８０に取り付けられた球状駆動車輪５Ａと後側アームユニット８Ｂのアームモジュール８０に取り付けられた球状駆動車輪５Ａとが配管の内周面に近づくように互いのアームモジュール８０を近接させる。これにより、球状駆動車輪５Ａは配管の内周面に接当し、その駆動回転により管内走行台車６が管内走行する。
【００１８】
管内走行台車６の台車本体７の中核部材である基台７０は、図４に示すように、その基本構成要素として長方形の板材から１２０°折り曲げられた３つの屈曲板材７１を有する。この３つの屈曲板材７１は、長手方向の折り曲げ線によって等分された部分を互いに接合することで一体化され、断面が三ツ矢状の基台７０を作り出している。この基台７０の接合中心が、台車本体７の走行方向に延びた前後軸心Ｘａとなっている。さらに、この基台７０の両端部には、円筒連結部７２が、その中心軸を前後軸心Ｘａに一致させるように接続されている。この円筒連結部７２を用いた他の管内走行台車と連結可能である。図２で示すように、この実施形態では、前側の円筒連結部７２の先端に制御基板と制御ボタンＣＢが装着されている。
【００１９】
さらにこの実施形態では、基台７０の放射状に延びた板状部分は、アームブラケット７１０として機能する。そのため、各板状部分には、前後に間隔をあけて貫通孔７３が設けられている。この貫通孔７３の孔中心が、前側アームユニット８Ａのアームモジュール８０と後側アームユニット８Ｂのアームモジュール８０との搖動軸心Ｐａとなる。また、板状部分の縁部にはピン孔７５を設けた突出片７４が２つずつ形成されている。図示されていない連結ピンをこのピン孔７５に嵌入させることで屈曲板材７１同士のずれ防止が施されている。
【００２０】
アームモジュール８０は、図５に示すようなハーフモジュール８０ａを組み合わせて構成されている。図５には、左側と右側のハーフモジュール８０ａを示されているが、左右対称な形状となっている。ハーフモジュール８０ａは、搖動軸８１と、搖動軸８１を軸受けするボス部８２とアーム本体８３とからなる。搖動軸８１は、左側と右側のハーフモジュール８０ａとで共通である。アーム本体８３はＵ状断面をもつ形材である。図からは見えない軸孔が設けられているアーム本体８３の一端にボス部８２が取り付けられている。ボス部８２の外側端面にはベベルギヤ９０が取り付けられている。この軸孔とボス部８２とベベルギヤ９０の中心は搖動軸心Ｐａに一致している。アーム本体８３の他端には、球状駆動車輪５Ａを取り付けるための板状の取付座８４が設けられている。
【００２１】
図３と図５とから理解できるように、左側と右側のハーフモジュール８０ａを背中合わせでアームブラケット７１０を挟むように、連結することで、アームモジュール８０が作り出される。その際、３つのアームモジュール８０の対応するベベルギヤ９０が互いにかみ合うことになる。これにより、前側アームユニット８Ａのアームモジュール８０同士、及び後側アームユニット８Ｂのアームモジュール８０同士は確実に連動して、搖動する。
【００２２】
アームモジュール８０の取付座８４に固定される球状駆動車輪５Ａは、図６で示されているように、車輪本体５０と駆動ユニット５６とからなる。図６の上側には、組み付けられた状態の球状駆動車輪５Ａが示されており、図６の下側には、車輪本体５０と駆動ユニット５６とが分解された状態の球状駆動車輪５Ａが示されている。車輪本体５０は、中空状の左半球状車輪５１と中空状の右半球状車輪５２とに分割されている。左半球状車輪５１と右半球状車輪５２の中心部には、それぞれの車軸５４ａと５４ｂを固定するボスが形成されている。左半球状車輪５１と右半球状車輪５２の周縁領域には、配管の内周面との間の摩擦を高めるラバーリング５３が外嵌している。左半球状車輪５１と右半球状車輪５２とによって境界づけられる空間内に車輪本体５０を駆動する駆動ユニット５６が収納される。図６から明らかなように、ラバーリング５３の外径は、左半球状車輪５１及び右半球状車輪５２の外径より大きい。このように構成することで曲面走行に良好に対応できる。
【００２３】
駆動ユニット５６は、共通のユニットケース５５に取り付けられた第１駆動部５６ａと第２駆動部５６ｂとを備えている。第１駆動部５６ａと第２駆動部５６ｂは、それぞれモータとギヤ式の減速機構５８とを有し、第１駆動部５６ａは左半球状車輪５１の車軸５４ａを駆動し、第２駆動部５６ｂは右半球状車輪５２の車軸５４ｂを駆動する。ユニットケース５５は、それぞれの車軸５４ａと５４ｂを介して左半球状車輪５１と右半球状車輪５２とを支持している。ユニットケース５５は、対応するアームモジュール８０の取付座８４にねじによって着脱可能に装着される。その際、球状駆動車輪５Ａ、つまりラバーリング５３を含む左半球状車輪５１と右半球状車輪５２の半径は、配管内面の段差を乗り越えるために、配管内面の段差の高さより大きくする必要があるので、走行すべき配管によって、特にその段差に応じて選択される。
【００２４】
図２でその上面の輪郭が一点鎖線で示されているだけであるが、電池ボックス７９が基台７０に取り付けられている。この電池ボックス７９に装着された電池から図示しない給電線を介して、モータ５７に、電力が供給されるが、給電線の途中にはこの給電をＯＮ／ＯＦＦするスイッチが設けられている。このスイッチは、円筒連結部３０の先端に設けられている制御ボタンＣＢの操作によって制御される。
【００２５】
次に、上述した管内走行台車６の配管難所における走行状態を説明する。図７は、大径部から小径部に移行するドレッサ領域での走行状態を示している。ここでは、管内走行台車６の前側アームユニット８Ａの球状駆動車輪５Ａが大径部と小径部との間の段差に衝突しても、球状駆動車輪５Ａの回転中心となる車軸位置は小径部の縁より管中心側に出ているので、球状駆動車輪５Ａのラバーリング５３が小径部の縁をしっかりとつかまえて、小径部の縁を乗り越える。その際、前側アームユニット８Ａの各アームモジュール８０は、球状駆動車輪５Ａの乗り越え反力によって管中心側に傾斜する。これにより、後側アームユニット８Ｂの各アームモジュール８０は、コイルばね９１によって大径部の内周面方向に搖動する。その結果、後側アームユニット８Ｂの球状駆動車輪５Ａはより強く大径部の内周面に押さえつけられ、滑りのない強い駆動力で、管内走行台車６を押していく。次いで、管内走行台車６の後側アームユニット８Ｂの球状駆動車輪５Ａが段差に衝突するが、後側アームユニット８Ｂの球状駆動車輪５Ａでも、その回転中心となる車軸位置は小径部の縁より管中心側に出ているので、難なく、小径部の縁を乗り越えることができる。
【００２６】
図８は、小さくなった異形断面を有するプラグバルブ領域での走行状態を示している。ここでの、プラグバルブ領域の両端に形成される段差の走行は、上述したドレッサ領域での走行と実質的には同じである。しかしながら、プラグバルブ領域は円形断面でなくて、異形断面であるため、３つの球状駆動車輪５Ａのすべてがその内周面に接当するのではなく、１つしか接当しない場合が生じる。しかしながら、プラグバルブ領域の小径部の長さは短いので、前側アームユニット８Ａの球状駆動車輪５Ａと後側アームユニット８Ｂの球状駆動車輪５Ａのいずれかが円形断面を有する大径部の内周面に接当するように、前側アームユニット８Ａと後側アームユニット８Ｂとの間隔を設定するとよい。これにより、管内走行台車６は、後側アームユニット８Ｂの３つの球状駆動車輪５Ａの押し駆動力、または前側アームユニット８Ａの３つの球状駆動車輪５Ａの引っ張り駆動力によってプラグバルブ領域を通り抜けることができる。
【００２７】
図８は９０°に曲がっているエルボ領域での走行状態を示している。ここでの走行では、図８から理解できるように、前側アームユニット８Ａの３つの球状駆動車輪５Ａのうち１つまたは２つ、及び後側アームユニット８Ｂの３つの球状駆動車輪５Ａのうち１つまたは２つが、同時に内周面に接当する。さらに、段差もないので、管内走行台車６は、スムーズにエルボ領域を通り抜けることができる。
【００２８】
〔別実施の形態〕
（１）上述した実施形態では、前側アームユニット８Ａと後側アームユニット８Ｂのそれぞれに、１２０°間隔で３つのアームモジュール８０が配置されていたが、２つのアームモジュール８０または４つ以上のアームモジュール８０の配置を採用してもよい。
（２）上述した実施形態では、台車本体にアームユニットとして、前側アームユニット８Ａと後側アームユニット８Ｂが設けられていたが、それらの中間にさらなるアームユニットを追加してもよい。また、複数の台車本体が連結して用いられる場合には、各台車本体に１つのアームユニットを設けるだけの構成を採用してもよい。
（３）上述した実施形態では、付勢手段９１としてコイルばねを採用したが、これに代えてガススプリングなど他の付勢手段を採用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、配管内部、特に直管のみでなくエルボ部やドレッサ部など大径部と小径部を有する配管の内部を走行する管内走行装置に適用される。
【符号の説明】
【００３０】
５Ｂ：球状駆動車輪
５０：車輪本体
５１：左半球状輪体
５２：右半球状輪体
５４：車軸
５６：駆動ユニット
５６ａ：第1駆動部
５６ｂ：第2駆動部
５７：モータ
６  ：管内走行台車
７  ：台車本体
７０：基台
７２０：アームブラケット
８  ：アームユニット
８Ａ：前側アームユニット
８Ｂ：後側アームユニット
８０：アームモジュール
８１：搖動軸
８２：ボス部
９  ：搖動同期機構
９０：ベベルギヤ
９１：コイルばね（付勢手段）
Ｐａ：搖動軸心
Ｘａ：前後軸心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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