JP5068683B2 - 管内調査システム及び管内調査方法。 - Google Patents

Description

本発明は、水道本管等の調査に際して、本管に投入され、ケーブルを曳航しながら管内の調査を行う管内調査システムにおいて、システムの小型化と制御の簡単化を図ることができる管内調査システム及び管内調査方法に関する。

水道本管や原子炉施設の排水管等の管内を調査する場合に、本管から上向きに分岐し、空気弁等が設けられている枝管から、空気弁等を外し、この枝管側から本管にカメラ、カメラ用の照明灯、移動用のプロペラ等を装備し、曳航するケーブルでデータや動力を送受信する管内調査機器（調査用水中ロボット）を挿入して、この管内調査機器によって検査を行っている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。

この管内調査では、枝管に設けられた補修弁を閉弁して、枝管から空気弁等を取り外し、枝管に管内調査機器を内部に収容した挿入管を取り付ける。この挿入管を取り付けた後、補修弁を開弁して挿入管内を没水状態とした上で、管内調査機器に連結されたケーブルを挿入管外(水密区画外)から挿入管内（水密区画内）に繰り出しながら、管内調査機器を本管内に挿入し、更に、ケーブルを繰り出しながら管内調査機器を本管内の所定の部位に移動させて、本管内の調査を行う。調査を終了したら、ケーブルを引き込んで管内調査機器を本管内から挿入管に引き込む。その後、補修弁を閉弁して、挿入管を取り外し、枝管に空気弁等を取り付けてから、補修弁を調査作業前の元の状態に戻して一連の作業を終了する。

この管内調査機器の浮力は重量とバランスして浮き沈みしないように、即ち、中性浮力になるように重量を調整され、また、本管の管軸方向と同じ方向を向くようにトリム（縦傾斜）も調整される。また、この管内調査機器に連結したケーブルも中性浮力になるように比重を調整される。

しかしながら、水道本管等では、本管内の圧力は０．３ＭＰａ〜１ＭＰａ程度の範囲で変動するので、ケーブルを構成しているゴムや被覆部材や隙間が圧縮される度合いが変化し、その結果、容積の減少度合いが変化して比重が変化する。そのため、このケーブルを曳航している管内調査機器は、中性浮力に調整されていたとしても、このケーブルの比重の変化を受けて浮き沈みする。また、ケーブルは一般的に後端に連結されているため、管内調査機器の姿勢も変化する。

一方、この管内調査機器の撮影に際しては、質の高い映像データを得るために、管内調査機器を管内の中央に置いて、管内調査機器の方向を本管の管軸方向に合わせて直角方向から撮影して、歪みの少ない映像データを得ることが望ましい。また、管内調査機器の姿勢を傾斜することなく維持することで、角度（位置）の誤差の少ない映像データを得ることができる。それに反して、管内調査機器が浮いたり、沈んだり、姿勢が変化したりすると、沈降位置や視界が変化して、歪みや位置誤差の少ない良質な映像を得られなくなる。従って、管内調査機器の浮力調整と姿勢調整を行うことが重要となる。

この管内調査機器の姿勢制御をスラスタで行うと、常時スラスタを駆動して姿勢制御を行う必要があり、そのため、必要な電力が大きくなってケーブルが太くなる上に電源を大きくする必要が生じる。また、スラスタで姿勢制御を行う構成にすると、スラスタの個数の増加やスラスタの向きを変更するための機構を管内調査機器に設ける必要が生じ、管内調査機器が大きくなる。そして、管内調査機器が大きくなると必要なスラスタ能力も大きくなる。その上、スラスタは本管内の水流の影響を受けるので、姿勢制御が難しくなる。

また、管内調査機器に曳航されるケーブルを挿入管の外部の非水密部分から繰り入れる場合には、水密区画内の水圧が水道本管では１ＭＰａにもなるので、水密区画と非水密部分との間の貫通部に大きな水圧が作用するので、この貫通部でケーブル繰り出し用に大きな繰り出し力が必要となり、この繰り出しのために必要な挟み込み力によって断線しないようにするために、ケーブル自体が太くなる。

このケーブルは例えば３００ｍにも及ぶ場合もあるので、少しの太さの増大がこのケーブルを巻き取るケーブルドラムの大きさと重量に影響し、システム全体の大きさと重量の増大を招く。なお、ケーブルが太くなると、管内調査機器の浮沈及び姿勢に対するケーブルの比重変化の影響に対応するために、管内調査機器の姿勢制御装置の能力をアップする必要が生じる。

また、このケーブルの繰り出しは、水道本管の水圧の変化によってケーブルの繰り出しに要する繰り出し力が変化する。従来技術では、操作員が手動でモニターを見ながら手加減しながら、このケーブルの繰り出しを行っているが、これを自動化しようとすると、この貫通部を通過させるために、大きな駆動源が必要になる。その上に、水道本管の水圧の変化にこの繰り出し力を追従させる必要が生じるので制御が難しくなる。
特開２００７−９１１６９号公報 特開平１０−２２１２５７号公報

本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、ケーブルを曳航しながら管内を調査する管内調査機器を、挿入回収装置を使用して枝管側から本管に挿入して本管内部を調査し、調査後に、本管から枝管側に回収する管内調査システムにおいて、システムの小型化と軽量化と制御の簡略化を図ることができる管内調査システム及び管内調査方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の管内調査システムは、液中ケーブルを曳航しながら管内を調査する管内調査機器と、この管内調査機器を枝管側と本管の間を移動させるための挿入回収装置と、前記管内調査機器と前記挿入回収装置を制御すると共に調査データをモニターするための制御及び監視装置とを備えて、前記挿入回収装置を使用して枝管側から本管に前記管内調査機器を挿入して本管内部を調査し、調査後に、前記挿入回収装置を使用して本管から枝管側に前記管内調査機器を回収する管内調査システムにおいて、前記挿入回収装置を、前記液中ケーブルを巻き取るケーブルドラムを液密区画内に備えて形成すると共に、前記管内調査機器を、前部と後部の少なくとも一方に、浮力体を前記管内調査機器の本体から出し入れすることにより浮力を増減する浮力調整装置を設けて形成する。

なお、この浮力体の突出方向は前方又は後方の方が管内調査機器内の外周に突起が出ることがないので、水道本管の継ぎ目等に引っかかり難い上に、万一故障して浮力体を引き込むことができなくなっても管内調査機器を枝管側に回収することに支障が生じないので、好ましいが、これに限定されず、例えば、枝管の径が大きい場合等では、浮力体が側方に突出するものであってもよく、突出方向は特に限定しない。また、突出量がゼロの場合に本体に凹部が生じるように構成してもよい。

また、ここでいう水道本管とは、水の供給元（浄水場等）と利用先の間にある配管のことをいい、枝管とは、本管から上方に分岐する管で、上方に空気弁、消化栓などを取り付ける管のことをいう。

この液中ケーブルを巻き取るケーブルドラムを液密区画内に備えた構成によれば、貫通部を通過させて液密区画外から液密区画内に液中ケーブルを繰り出す必要がなくなるので、液中ケーブルの繰り出しに要する力が著しく少なくなり、ローラーで挟持して繰り出す際の、スリップを防止するための挟み込み力を小さくすることができる。その結果、液中ケーブルを細くすることができ、この液中ケーブルを巻き取るケーブルドラムも小型化し、軽量化できる。また、液中ケーブルの細線化により、管内調査機器の沈降及び姿勢への影響が小さくなるので、管内調査機器の浮力調整装置を小型化できる。その上、液中ケーブルは貫通部を通じて繰り出されないので、液中ケーブルの繰り出し力は本管内部の水圧による影響を受けなくなるので、液中ケーブルの繰り出し制御が簡単になる。

また、管内調査機器の姿勢制御を、浮力体の出入制御で行い、プロペラ等のスラスタを使用せずに行うので、間欠的な制御となり、連続的にスラスタを制御する必要がなくなる。その結果、消費電力が小さくなり、液中ケーブルを細くできる。また、推進用にスラスタを設けている場合であっても、姿勢制御の必要がなくなるので、姿勢制御用のスラスタを不要にしたり、あるいは、スラスタの方向変換装置を不要にすることができる。これにより、管内調査機器を小型化、軽量化できる。また、姿勢制御はスラスタのように水流の影響を受けないので、浮沈及び姿勢制御が容易となり、簡単化できる。

上記の管内調査システムにおいて、前記液中ケーブルを繰り出すケーブル繰り出し装置を、前記挿入回収装置の挿入管内に配置し、前記管内調査機器を本管に挿入する状態では、前記ケーブル繰り出し装置を枝管側と本管の継ぎ目近傍に移動するように構成する。

この構成によれば、管内調査機器に曳航される液中ケーブルを、枝管と本管の曲がり部分に移動されたケーブル繰り出し装置で繰り出すので、液中ケーブルで管内調査機器を押し込む場合には、ケーブルドラム側の繰り出し力を小さくできるので、ケーブルドラム側の回転駆動源（モーター等）の容量を小さくでき、小型化、軽量化できる。また、管内調査機器側に推進用のスラスタを設けた場合には、液中ケーブルを引っ張り出す力が不要になるので、スラスタの能力を小さくすることができ、管内調査機器を小型化、軽量化できる。また、配置場所を枝管と本管の継ぎ目近傍に設けているので、液中ケーブルによる管内調査機器の押し出しにしても、管内調査機器による液中ケーブルの引き出しにしても、曲がり部分での摩擦に対してケーブル繰り出し装置で対応でき、挿入回収装置内と枝管内の液中ケーブルを引っ張りながら繰り出せるので、挿入回収装置内と枝管内での液中ケーブルの蛇行を防止できる。

上記の管内調査システムにおいて、前記管内調査機器に推進器を設けて構成すると、液中ケーブルで管内調査機器を押し込む必要がなくなるので液中ケーブルの剛性が弱くてもよくなり、液中ケーブルを細くできる。また、管内調査機器の推進力で液中ケーブルを引っ張ることができるので、挿入回収装置内と枝管内での液中ケーブルの蛇行を防止できる。

そして、上記の目的を達成するための管内調査方法は、液中ケーブルを曳航しながら管内を調査する管内調査機器と、この管内調査機器を枝管側と本管の間を移動させるための挿入回収装置と、前記管内調査機器と前記挿入回収装置を制御すると共に調査データをモニターするための制御及び監視装置とを備えた管内調査システムで、前記挿入回収装置を使用して枝管側から本管に前記管内調査機器を挿入して本管内部を調査し、調査後に、前記挿入回収装置を使用して本管から枝管側に前記管内調査機器を回収する管内調査方法において、前記挿入回収装置を、液密区画内に備えたケーブルドラムで前記液中ケーブルを巻き取ると共に、前記管内調査機器の前部と後部の少なくとも一方に設けた浮力調整装置で、浮力体を前記管内調査機器の本体から出し入れすることにより、前記管内調整装置の浮力と姿勢を調整することを特徴とする方法である。

この方法によれば、液中ケーブルを液密区画外から液密区画内に繰り出す必要がなくなるので、液中ケーブルを細くでき、この液中ケーブルを巻き取るケーブルドラムも小型化し、軽量化できる。また、液中ケーブルの細線化により、管内調査機器の沈降及び姿勢への影響が小さくなるので、管内調査機器の浮力調整装置を小型化できる。その上、液中ケーブルの繰り出し力は本管内部の水圧による影響を受けなくなるので、液中ケーブルの繰り出し制御が簡単化される。

また、管内調査機器の姿勢制御が間欠的な浮力制御となるので、消費電力が小さくなり、液中ケーブルを細くできる。また、スラスタを設けている場合であっても、姿勢制御の必要がなくなるので、制御用のスラスタを不要にしたり、あるいは、スラスタの方向変換装置を不要にすることができる。これにより、管内調査機器を小型化、軽量化できる。また、浮力変更による姿勢制御はスラスタのように水流の影響を受けないので、浮沈及び姿勢制御が容易となり、簡略化する。

上記の管内調査方法において、前記挿入回収装置の挿入管内に配置され、前記管内調査機器を本管に挿入する状態で枝管側と本管の継ぎ目近傍に移動されるケーブル繰り出し装置によって、前記液中ケーブルを本管内に繰り出す。この方法によれば、管内調査機器に曳航される液中ケーブルを、枝管と本管の曲がり部分に移動されたケーブル繰り出し装置で繰り出すので、ケーブルドラム側のモーター等の回転駆動源の容量、または、管内調査機器を推進するためのスラスタの能力を小さくすることができ、管内調査システムを小型化、軽量化できる。また、枝管と本管の間の曲がり部分で生じる摩擦に対して、このケーブル繰り出し装置で対応できるので、挿入回収装置内と枝管内での液中ケーブルの蛇行を防止できる。

上記の管内調査方法において、前記管内調査機器に設けた推進器で前記管内調査機器を前進移動させると、液中ケーブルで管内調査機器を押し込む必要がなくなるので液中ケーブルの剛性が弱くてもよくなり、液中ケーブルを細線化できる。また、管内調査機器で液中ケーブルを引っ張ることができるので、挿入回収装置内と枝管内での液中ケーブルの蛇行を防止できる。

本発明の管内調査システム及び管内調査方法によれば、液中ケーブルを曳航しながら管内を調査する管内調査機器を、挿入回収装置を使用して枝管側から本管に挿入して本管内部を調査し、調査後に、本管から枝管側に回収する管内調査システムにおいて、システムの小型化と軽量化と制御の簡略化を図ることができる。

以下、図面を参照して本発明に係る管内調査システムと管内調査方法の実施の形態について説明する。ここでは、水道本管の調査を例にして説明するが、本発明はこれに限定されず、原子炉関連や化学工場関連等、管内を調査する管内調査機器がケーブルを曳航しながら管内を調査する場合の管内調査システム及び管内調査方法に適用できる。

最初に、この本発明に係る実施の形態の水道管内調査システムについて説明する。図１に示すように、この水道管内調査システム１は、水道本管１０を断水させずに、３００ｍ〜１０００ｍ程度の長い距離にわたって、水中点検ロボットである管内調査機器２０を使用して、水道本管１０の内部の状況や腐食の状況や継ぎ手１１部分のずれ等を調査するシステムである。

この水道管内調査システム１は、管内を撮影したりして調査するための管内調査機器２０と、この管内調査機器２０を枝管側と水道本管１０の間で移動させるための挿入回収装置３０と、映像データや制御データの送受信用と電力伝達用のケーブル４１，４２，４３，４４と、管内調査機器２０と挿入回収装置３０を操縦及び制御し、映像のモニターと記録のための制御及び監視装置５０から構成される。

管内調査機器２０と制御及び監視装置５０の間の操縦及び制御用信号、動力、データ等の送受信は第１接続ケーブル４１と第１水中ケーブル（液中ケーブル）４２を介して行い、挿入回収装置３０と制御及び監視装置５０の間の操縦及び制御信号、動力の送受信は第２接続ケーブル４３と第２水中ケーブル４４を介して行う。これらのケーブル４１、４２、４３、４４は、電気信号と電力の複合ケーブルで形成される。

図１〜図３に示すように、挿入回収装置３０は、水道を止めない状態、即ち、断水しない状態（不断水状態）のままで、管内調査機器２０を水道本管１０の内部に挿入して送り出しを行い、調査後に、管内調査機器２０を回収するための装置である。この挿入回収装置３０は、挿入管３１とその上部に接続する巻き取り装置格納部材３２とから構成され、挿入管３１の下部は、水道本管１０の分岐部位の補修弁１４の上に着脱できるように下部フランジ３１ａを有し、上部は巻き取り装置格納部材３２に接続する上部フランジ３１ｂを有して形成される。また、挿入管３１の下部側に水抜き用のコック３１ｃと覗き窓３１ｄ（透明アクリル板）を設けてある。この覗き窓３１ｄは、管内調査機器２０を収納した格納部材３４を引き上げた時に、格納部材３４の後部を確認できる位置に設けられる。この覗き窓３１ｄから、格納部材３４の後部を確認した後に、補修弁１４を閉じることで、格納部材３４を補修弁１４で挟んで傷つけることを防止している。

巻き取り装置格納部材３２は、水道本管１０の水圧に耐えることができる水密（液密）区画の第１ケース３２ａと非水密区画の第２ケース３２ｂを有して構成され、更に、第１ケース３２ａの上部には、挿入ロッド３６が出入りするロッド挿入部３２ｃと第２接続ケーブル４３と第２水中ケーブル４４の接続部となる第２防水コネクタ３２ｄが設けられ、第１ケース３２ａの下部には、第１水中ケーブル４２を案内するガイドローラー３２ｅが設けられる。

この挿入ロッド３６は、格納部材３４を挿入管３１から水道本管１０内に移動させ、また、逆に水道本管１０内から挿入管３１に移動させるために、格納部材３４を上下させるためのロッドである。上部にレバー３６ａを有し、このレバー３６ａを手動で上下移動操作することにより挿入ロッド３６を上下移動するように構成される。

更に、巻き取り装置格納部材３２には、第１水中ケーブル４２の繰り出しと巻き取りを行う巻き取り装置３３が設けられる。この巻き取り装置３３は、非水密区画の第２ケース３２ｂ内部の巻上げ用モーター３３ｂによる回転軸３３ｃの回転により、水密区画の第１ケース３２ａの内部に設けられたケーブルドラム３３ａを回転させると共に、このケーブルドラム３３ａの回転と同期してケーブルシフター３３ｄのガイドローラー３３ｅを横移動させながら、第１水中ケーブル４２を巻き取る。また、ケーブルドラム３３ａの回転をフリーにすることにより、第１水中ケーブル４２を、格納部材３４の後部に設けた繰り出しローラー３４ａの繰り出しと管内調査機器２０の移動に従って繰り出す。また、回転板とエンコーダ等で形成される回転メータ３３ｆによりケーブルドラム３３ａの回転を検出して制御に使用する。第１水中ケーブル４２からの電気信号と動力はスリップリング３３ｇを経由して第１コネクタ３３ｈに導かれる。

これらの構成で、ケーブルドラム３３ａとケーブルシフター３３ｄとガイドローラー３３ｅは水密区画の第１ケース３２ａの内部に収納し、一方、巻き上げ用モーター３３ｂ、回転メータ３３ｆ、スリップリング３３ｇ等は非水密区画の第２ケース３２ｂに設けて、ケーブルドラム３３ａの回転軸部分３３ｃで水密する。回転軸部分３３ｃでの水密機構は、周知の技術で、従来技術のようなケーブルが出入りする部分の水密機構に比べて容易に構成することができる。

そして、本発明においては、挿入回収装置３０の挿入管３１に、管内調査機器２０を格納する格納部材３４を配置し、この格納部材３４の後方に、管内調査機器２０に連結する第１水中ケーブル４２を繰り出すための繰り出しローラー（繰り出し装置）３４ａを設けて構成する。

この繰り出しローラー３４ａは、ケーブルを両側からローラーで挟み、このローラーの少なくとも一方を回転駆動させて、この回転により挟み込んだケーブルを移動させて繰り出す。この繰り出しローラー３４ａは、管内調査機器２０の格納に邪魔にならないように格納部材３４の後端に設けるのが好ましい。

この繰り出しローラー３４ａは、挿入ロッド先端部３５に設けられた繰り出しローラー用モーター（駆動装置）３５ａからフレキシブルジョイントを有する回転軸やフレキシブルな回転軸３５ｂ等によって回転を伝達されて駆動される。つまり、繰り出しローラー用モーター３５ａは格納部材３４の内部に配置してもよいが、繰り出しローラー用モーター３５ａを格納部材３４の外の挿入ロッド３６側に配設して、繰り出しローラー用モーター３５ａの回転等をフレキシブルな回転軸３５ｂ等で繰り出しローラー３４ａに伝達する。これにより、格納部材３４のスペースを少なくすることができ、格納部材３４を小型化できる。この構成によれば、格納部材３４に駆動装置３５ａを配置する必要がなくなり、格納部材３４を短くすることができるので、より小径の水道本管１０に管内調査機器２０を挿入することができるようになる。

この繰り出しローラー用モーター３５ａへの制御信号と動力の伝達のために、第２水中ケーブル４４が設けられ、この第２水中ケーブル４４で、第２防水コネクタ３２ｄと繰り出しローラー用モーター３５ａを連結する。この第２水中ケーブル４４は、挿入ロッド先端部３５の上下動にしたがって伸縮するように、カールコード等で形成される。

また、繰り出しローラー３４ａは、格納部材３４が水道本管１０に入って、水道本管１０の管軸に略平行な状態になったときに、繰り出しローラー３４aの軸方向が上下方向になるように配置するのが、格納部材３４と管内調査機器２０のレイアウト上好ましい。つまり、屈曲部材３４ｂの曲げに関して内側に第１水中ケーブル４２を通すと、第１水中ケーブル４２が格納部材３４の上部側を通って管内調査機器２０の後部の上部側に接続されるようになる。そのため、繰り出しローラー３４ａの軸方向を上下方向にした方が、第１水中ケーブル４２の上側にローラーを配置する必要が無くなり、小型化できる。また、回転伝動部であるフレキシブルな回転軸３５ｂは屈曲部材３４ｂの曲げに関して外側になるように設けて、屈曲部材３４ｂの曲げのための機構や第１水中ケーブル４２の通しに支障が生じないようにすることが好ましい。

なお、屈曲部材３４ｂが無く、挿入ロッド３６の先端に、挿入ロッド３６の延長方向に格納部材３４が設けてある構造においても、モーター等の駆動装置により駆動可能な繰り出し装置３４ａを格納部材３４の後端に設けることによって、挿入管３１内の第１水中ケーブル４２に張力を掛けながら第１水中ケーブル４２を繰り出すことができるようになる。

この構成によれば、水道本管１０の調査において、水道本管１０に挿入される管内調査機器２０に連結された第１水中ケーブル４２を繰り出す際に、この繰り出しローラー３４ａにより挿入管３１内の第１水中ケーブル４２を引っ張るので、挿入管３１内の第１水中ケーブル４２に張力を加えた状態で繰り出すことができ、挿入管３１内における第１水中ケーブル４２の蛇行を防止することができる。

また、格納部材３４はその後部が、屈曲部材（ケーブルベア）３４ｂで挿入ロッド先端部３５に接続し、この挿入ロッド先端部３５は、挿入ロッド３６の下端に固定されて、挿入ロッド３６の上下動と共に、挿入管３１の内部を上下動する。挿入ロッド３６が上端にあるときは、図２及び図３に示すように、格納部材３４は管内調査機器２０を内部に格納した状態で、挿入管３１の下端側の内部にあり、挿入ロッド先端部３５もその上にある。一方、挿入ロッド３６が下端にあるときは、図１に示すように、格納部材３４は挿入管３１から押し出されて水道本管１０の中にあり、挿入ロッド先端部３５は挿入管３１の下端側の内部にある。

図４及び図５に示すように、この挿入ロッド先端部３５と格納部材３４を連結する屈曲部材３４ｂは、格納部材３４が挿入管３１の管軸方向と水道本管１０の管軸方向の両方を向くことができるようにする部分であり、複数の関節を有して構成される。この関節は、両側の関節要素部材をピン結合部で連結し、隣接する関節要素部材が相対的にピン結合部周りに所定の角度θ分だけ回動できるように構成する。

この屈曲部材３４ｂを関節で形成することにより、曲がり方向や曲がりの前後の形状を固定することができるので、格納部材３４を移動させる時に揺れや振動が少なくなる。また、関節を複数にすることにより、屈曲部材３４ｂの曲がりを滑らかにすることができ、水道本管１０内の流れが大きい場合でも曲がり易く、また、直線状態に戻り易くなる。

なお、この実施の形態では、格納部材３４の後部に繰り出しローラー３４ａを設けているが、屈曲部材３４ｂの一部に設けても良い。この場合は関節の一部に繰り出しローラー３４ａを組み込むことになるが、格納部材３４の長さを短くすることができる。但し、格納部材３４の後部に設けると第１水中ケーブル４２が曲がり終わった場所となるので、これ以後の管内調査機器２０側の第１水中ケーブル４２は屈曲部材３４ｂによる摩擦が無くなるので、管内調査機器２０への負担が一番小さくなる。

図６〜図９に示すように、管内調査機器（水中点検ロボット）２０は、本体２１に後部の移動用のスラスタ２２、前部の姿勢安定用フィン２３を装備し、また、側方を向いた観察カメラ２５とカメラ用のＬＥＤ照明灯２６を備え、水道本管１０の内壁や継ぎ手１１を観察できるように構成している。この観察カメラ２５はカメラ旋回装置２７により、視野を変更できる。

そして、本発明においては、更に、前部に一つ、後部に左右一対の計３つの浮力調整装置２４を備えて構成される。この浮力調整装置２４は、図１０〜図１３に示すように、管内調査機器２０の本体２１の前面２１ａ又は後面２１ｂから浮力体２４ａの突出量Ｄを変化させることにより浮力を増減する。

この浮力体２４ａは中空部を有する円柱体で形成され、その後部に雌ねじ部２４ｂを有している。この雌ねじ部２４ｂは、雄ねじ部２４ｃに螺合している。この雄ねじ部２４ｃは、カップリング２４ｄを介してギヤモーター２４ｅに連結している。また、回転止め２４ｆが設けられ、雌ねじ部２４ｂの回転を止めている。雄ねじ部２４ｃはベアリング２４ｈによって支持され、浮力体２４ａと本体２１との間は２重のＯリング２４ｇで水密を保つように構成されている。これらのギヤモーター２４ｅ、回転止め２４ｆ、ベアリング２４ｈ等は、ステー２４ｉによって本体２１に固定されている。このステー２４ｉには、ストッパ２４ｊが配置され、浮力体２４ａの移動範囲を制限している。このストッパ２４ｊは、浮力体２４ａと雌ねじ部２４ｂが引き込まれすぎて本体２１の穴から抜けてしまうことを防ぐために可動範囲を制限している。

そして、ギヤーモーター２４ｅを回転させて雄ねじ部２４ｃを回転することにより、雄ねじ部２４ｃの軸方向に雌ねじ部２４ｂを移動させる。この移動によって浮力体２４ａは、前面２１ａ又は後面２１ｂからの突出量Ｄを変化させる。浮力体２４ａの突出量Ｄが小さくなるにつれて、浮力体２４ａの中空部に雄ねじ部２４ｃの先端側が収容される。

この構成によれば、管内調査機器２０において、本体２１から浮力体２４ａを出し入れする浮力調整装置２４を前後部に設けることにより、本体２１の浮心から離れた前面２１ａと後面２１ｂにおいて突出量Ｄの変化により浮力調整するため、小さい浮力変化量でトリム（縦傾斜）を容易に調整できる。

また、水道本管１０内には内壁の付着物や堆積物等があっても、トリムやヒール（横傾斜）の姿勢調整のために水流を生じないので、濁りを生じない。挿入管３１と水道本管１０との間の移動時において浮力体２４ａの本体２１からの突出量Ｄを最小するように構成すると、管内調査機器２０の長さを短くすることができるので、より小径の水道本管１０内にも管内調査機器２０を送り込むことができるようになる。

この管内調査機器２０は水中で浮き沈みしない中性浮力に重量（比重）を調整されてから水道本管１０内に送り込まれる。この管内調査機器２０のスラスタ２２の動力源であるモーター２８、浮力調整装置２４、カメラ旋回装置２７等の操縦用の信号及び動力や、観察カメラ２５で得られた映像データの信号は、後部に連結されている第１水中ケーブル４２経由で送受信する。この第１水中ケーブル４２は、その一端側は管内調査機器２０の後部に接続されているが、他端側は、巻き取り装置３３のスリップリング３３ｇに接続されると共に、巻き取り装置３３のケーブルドラム３３ａに巻き取られる。

この第１水中ケーブル４２は、管内調査機器２０に接続するため、通常は大気圧下で浮き沈みしない中性浮力を持つように、比重を調整される。しかしながら、水道本管１０内の水圧が高いと第１水中ケーブル４２のゴムや被覆材やこれらの間やこれらと線材の間の隙間が潰れて容積が減少し比重が増化する。その結果、管内調査機器２０の後端に下向きの力が作用するようになるので、管内調査機器２０に沈降やトリム(縦傾斜)が生じる。 この変化に対しては、浮力調整装置２４で浮力体２４ａを本体２１から出入りさせることにより、その部位の浮力を増減して、浮力と浮心位置を変更する。これにより、管内調査機器２０の上下位置と姿勢を調整する。

この調整では、浮力調整装置２０を、前部においては左右方向に関して中央に一つ配置し、後部においては左右方向に関する中央線に対して対称に２つ配置しているので、前部の浮力調整装置２４、後部の浮力調整装置２４のいずれか一方又は両方の浮力を増減することにより、容易に浮力とトリムを調整でき、後部に設けた浮力調整装置２４の一方の浮力を増加又は減少し、他方の浮力を減少又は増加することで、曳航している第１水中ケーブル４２の捩れに起因するヒールを調整できる。従って、円滑に管内調査機器２０の浮力と姿勢を調整できるので、効率よく水道本管１０内の調査を行うことができる。

制御及び監視装置５０は、図１に示すように、管内調査機器２０や挿入回収装置３０の操縦及び制御を行う操縦装置５１、ＴＶモニター５２、映像記録装置５３、電源制御装置５４等を制御装置ラック５５に設けて構成される。なお、この操縦装置５１は有線又は無線で操作員の手元で操作できるように構成される。

第１接続ケーブル４１で、制御及び監視装置５０と挿入回収装置３０の巻き取り装置の信号取り出し部である第１コネクタ３３ｈとの間の大気中部分を接続し、第１水中ケーブル４２で、第１コネクタ３３ｈと管内調査機器２０との間を接続して、制御信号、動力、映像データ等を伝達する。また、第２接続ケーブル４３で、水中制御及び監視装置５０と挿入回収装置３０の第２防水コネクタ３２ｄとを接続し、第２水中ケーブル４４で、第２防水コネクタ３２ｄと繰り出しローラー用モーター３５ａとの間を接続して、制御信号と動力を伝達する。

次に、上記の水道管内調査システム１の管内調査方法について説明する。図１に示すように、水道本管１０の調査にあたっては、マンホールの蓋１３を外して、補修弁１４を外した後、マンホール１２に設定されている消火栓または空気弁（図示しない）を取り外す。そして、補修弁１４の上に挿入回収装置３０を取り付けて、補修弁１４を開く。

その後、挿入ロッド３６を下側に押し下げて、挿入回収装置３０の挿入管３１から管内調査機器２０を水道管本１０内に送り出す。この送り出しは、挿入管３１に挿入されていた格納部材３４を、管内調査機器２０を内部に格納した状態で、水道本管１０内に挿入すると、格納部材３４は、水道本管１０内の水流によって水道本管１０の管軸方向に向けられて水流と略平行の状態となる。この状態では、格納部材３４と挿入ロッド先端部３５との間を連結する屈曲部材３４ｂは略直角に曲がっている。なお、水流が無い時は、屈曲部材３４ｂを強制的に曲げる。

格納部材３４が水道本管１０の管軸方向と略平行な状態になったら、繰り出しローラー用モーター３５ａで繰り出しローラー３４ａを回転駆動して、第１水中ケーブル４２を繰り出す。この時は、ケーブルドラム３３ａの回転をフリーにする。水流が大きい時は、管内調査機器２０は流されて、第１水中ケーブル４２の繰り出し量に応じた位置に到達し、水流が小さいときは管内調査機器２０に設けられているモーター２８によりスラスタ２２を回転させて推進力を発生し、この推進力により、第１水中ケーブル４２の繰り出し量に応じた位置に到達する。このとき管内調査機器２０は第１水中ケーブル４２を引っ張り出す必要がないので、スラスタ２２の推進力を小さくでき、小型化できる。

この第１水中ケーブル４２の繰り出し量により、管内調査機器２０を水道本管１０の任意の調査位置に移動させて、水道本管１０の内壁や継ぎ手１１等を、カメラ旋回装置２７の制御により視野を変更しながら、ＬＥＤ照明灯２６の照明のもとで、観察カメラ２５で撮影する。地上では、操作員が地上に設置した制御及び監視装置５０のＴＶモニター５２で、水道本管１０内の映像を見て、管内調査機器２０を操縦しながら、観察し、映像を記録する。

また、第１水中ケーブル４２の比重変化に起因する管内調査機器２０の沈降とトリムの変化とヒールの変化に対しては、ＴＶモニター５２を見ている操作員が映像を見ながら操縦装置５１を操作して、浮力調整装置２４の浮力体２４ａを本体２１から出入りさせることにより、その部位の浮力を増減して、浮力と浮心位置を変更する。これにより、管内調査機器２０の上下位置と姿勢を調整する。また、管内調査機器２０に傾斜センサを搭載して、この傾斜センサの検出値に基づいてフィードバック制御により、姿勢を調整してもよい。

調査が終了すると、巻き上げ用モーター３３ｂを駆動して、ケーブルドラム３３ａを回転して第１水中ケーブル４２を巻き取る。この巻き取り時には、繰り出しローラー３４ａをフリーにするが、必要に応じて、繰り出しローラー３４ａをケーブルドラム３３ａの回転と同期させながら逆回転させて巻き取りを促進してもよい。この巻き取りにより第１水中ケーブル４２の先端に接続している管内調査機器２０を引っ張り込んで格納部材３４内に格納する。この格納時点でケーブルドラム３３ａの回転を停止する。

この後、ケーブルドラム３３ａを回転しながら、挿入ロッド３６を上昇させて、管内調査機器２０を格納した格納部材３４を、挿入管３１に引き込む。このとき、屈曲部材３４ｂは曲がっていた状態から真直ぐになって、挿入管３１内に引き込まれる。挿入ロッド３６が上端に達した状態では、格納部材３４は、完全に挿入管３１内に入るので、補修弁１４を閉じて、水抜き用のコック３１ｃを開けて、挿入回収装置３０内の水を抜いた後に、挿入回収装置３０を取り外す。その後、消火栓または空気弁（図示しない）を元通りに設置してから、補修弁１４の開閉状態を調査開始前の元通りにする。その後、マンホールの蓋１３を閉めて調査を終了する。

上記の水道本管調査システム（管内調査システム）１及び管内調査方法によれば、第１水中ケーブル（液中ケーブル）４２を液密区画外から液密区画内に繰り出す必要がなくなるので、第１水中ケーブル４２の繰り出しに要する力が少なくなり、繰り出しローラー（ケーブル繰り出し装置）３４ａで繰り出すときのスリップを防止するための挟み込み力が著しく小さくなり、第１水中ケーブル４２を細くできる。その結果、この第１水中ケーブル４２を巻き取るケーブルドラム３３ａも小型化し、軽量化できる。また、第１水中ケーブル４２を細線化できると、管内調査機器２０の沈降及び姿勢への影響が少なくなるので、管内調査機器２０の浮力調整装置２４を小型化できる。その上、第１水中ケーブル４２の繰り出し力は水道本管１０内部の水圧による影響を受けなくなるので、第１水中ケーブル４２の繰り出し制御が簡単化される。

また、管内調査機器２０の姿勢制御を、スラスタを使用せずに行うので、連続的にプロペラ等を回す必要がなくなり、間欠的な浮力制御となるので、消費電力が小さくなり、第１水中ケーブル４２を細くできる。また、スラスタによる姿勢制御が不要になるので、姿勢制御用のスラスタを不要にしたり、スラスタの方向変換装置を不要にしたりすることができる。これにより、管内調査機器２０を小型化、軽量化できる。また、姿勢制御はスラスタのように水流の影響を受けないので、また、水圧の変化は比較的穏やかであり、浮力調整を常時連続的に行う必要はないので、浮沈及び姿勢制御が容易となり簡略化する。

従って、上記の水道管内調査システム１及び管内調査方法によれば、第１水中ケーブル（液中ケーブル）４２を曳航しながら水道本管１０内を調査する管内調査機器２０を、挿入回収装置３０を使用して枝管側から本管に挿入して水道本管１０内部を調査し、調査後に、本管１０から枝管側に回収する管内調査システム３０において、水道管内調査システムの小型化と軽量化と制御の簡略化を図ることができる。

更に、上記の水道本管調査システム１及び管内調査方法によれば、水密区画内部と外部との間の貫通部３３ｃにおける第１水中ケーブル４２の出し入れを避けることができる。従って、貫通部３３ｃの液密構造を単純化することができる。また、水道本管１０に投入され、第１水中ケーブル４２を曳航しながら水道本管１０内の調査を行う管内調査機器２０において、容易に浮力及び姿勢調整を行うことができるので、管内調査機器２０の撮影に際して、管内調査機器２０を水道本管１０内の中央に置いて、管内調査機器２０の方向を水道本管１０の管軸方向に合わせて直角方向から撮影することが容易にできるようになる。その結果、歪みの少ない映像データを得ることができる。また、管内調査機器２０の姿勢を傾斜することなく維持することも容易にできるようになるので、角度（位置）の誤差の少ない映像データを得ることができる。

また、管内調査機器２０に連結された第１水中ケーブル４２を繰り出す際に、格納部材３４の後部に設けた繰り出しローラー３４ａにより、管内調査機器２０に連結する第１水中ケーブル４２を繰り出すことができ、挿入管３１内の第１水中ケーブル４２を引張力（テンション）を掛けた状態で繰り出すことができるので、挿入管３１内と枝管内における第１水中ケーブル４２の蛇行を防止することができる。従って、上記の管内調査システムである水道管内調査システム１と、管内調査方法によれば円滑に第１水中ケーブル４２の繰り出しと巻き取りを行えるので、効率よく水道本管１０内の調査を行うことができる。

本発明の実施の形態における水道管内調査システムの構成を示す図である。 管内調査機器へのケーブル繰り出し機構を示す挿入回収装置の構成を示す正面断面図である。 管内調査機器へのケーブル繰り出し機構を示す挿入回収装置の構成を示す側断面図である。 格納部材が挿入管内にある状態での格納部材の後部及び挿入ロッド先端部を示す図である。 格納部材が水道本管内にある状態での格納部材の後部及び挿入ロッド先端部を示す図である。 管内調査機器の側面図である。 管内調査機器の平面図である。 管内調査機器の正面図である。 管内調査機器の背面図である。 浮力体を伸長したときの浮力調整装置の側面図である。 浮力体を伸長したときの浮力調整装置の平面図である。 浮力体を収縮したときの浮力調整装置の側面図である。 浮力体を収縮したときの浮力調整装置の平面図である。

符号の説明

１ 水道管内調査システム
１０ 水道本管
１４ 補修弁
２０ 管内調査機器
２１ 本体
２２ スラスタ
２３ 安定フィン
２４ 浮力調整装置
２４ａ 浮力体
２５ 観察カメラ
３０ 挿入回収装置
３１ 挿入管
３２ 巻き取り装置格納部材
３２ａ 水密区画の第１ケース
３２ｂ 非水密区画の第２ケース
３３ 巻き取り装置
３３ａ ケーブルドラム
３４ 格納部材
３４ａ 繰り出しローラー
３４ｂ 屈曲部材
３５ 挿入ロッド先端部
３５ａ 繰り出しローラー用モーター
３５ｂ フレキシブルジョイント
３６ 挿入ロッド
４１ 第１接続ケーブル
４２ 第１水中ケーブル
４３ 第２接続ケーブル
４４ 第２水中ケーブル
５０ 制御及び監視装置
５１ 操縦装置
Ｄ 突出量

Claims (6)

1. 液中ケーブルを曳航しながら管内を調査する管内調査機器と、この管内調査機器を枝管側と本管の間を移動させるための挿入回収装置と、前記管内調査機器と前記挿入回収装置を制御すると共に調査データをモニターするための制御及び監視装置とを備えて、前記挿入回収装置を使用して枝管側から本管に前記管内調査機器を挿入して本管内部を調査し、調査後に、前記挿入回収装置を使用して本管から枝管側に前記管内調査機器を回収する管内調査システムにおいて、
   前記挿入回収装置を、前記液中ケーブルを巻き取るケーブルドラムを液密区画内に備えて形成すると共に、
   前記管内調査機器を、前部と後部の少なくとも一方に、浮力体を前記管内調査機器の本体から出し入れすることにより浮力を増減する浮力調整装置を設けて形成することを特徴とする管内調査システム。
2. 前記液中ケーブルを繰り出すケーブル繰り出し装置を、前記挿入回収装置の挿入管内に配置し、前記管内調査機器を本管に挿入する状態では、前記ケーブル繰り出し装置を枝管側と本管の継ぎ目近傍に移動することを特徴とする請求項１に記載の管内調査システム。
3. 前記管内調査機器に推進器を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の管内調査システム。
4. 液中ケーブルを曳航しながら管内を調査する管内調査機器と、この管内調査機器を枝管側と本管の間を移動させるための挿入回収装置と、前記管内調査機器と前記挿入回収装置を制御すると共に調査データをモニターするための制御及び監視装置とを備えた管内調査システムで、前記挿入回収装置を使用して枝管側から本管に前記管内調査機器を挿入して本管内部を調査し、調査後に、前記挿入回収装置を使用して本管から枝管側に前記管内調査機器を回収する管内調査方法において、
   前記挿入回収装置を、液密区画内に備えたケーブルドラムで前記液中ケーブルを巻き取ると共に、前記管内調査機器の前部と後部の少なくとも一方に設けた浮力調整装置で、浮力体を前記管内調査機器の本体から出し入れすることにより、前記管内調整装置の浮力と姿勢を調整することを特徴とする管内調査方法。
5. 前記挿入回収装置の挿入管内に配置され、前記管内調査機器を本管に挿入する状態で枝管側と本管の継ぎ目近傍に移動されるケーブル繰り出し装置によって、前記液中ケーブルを本管内に繰り出すことを特徴とする請求項４に記載の管内調査方法。
6. 前記管内調査機器に設けた推進器で前記管内調査機器を前進移動させることを特徴とする請求項４又は５に記載の管内調査方法。