JP6618687B2 - 筒状伸縮体及び推進装置 - Google Patents

Description

本発明は、筒状伸縮体及び推進装置に関し、特に、配管等の管体内部の検査に好適な推進装置等に関する。

特許文献１に示すように、従来、空気の給排により伸長・収縮する伸縮ユニットを複数直列に連結し、ミミズの蠕動運動を模倣するように、伸縮ユニットを所定の順序で個別に伸長，収縮させることで、屈曲する管体内の内部を検査する検査装置に推進力を与える推進装置が開示されている。

特開２００９−２４０７１３号公報

特許文献１に開示される上記推進装置では、管体内を自在に推進できる点では有用であるが、その構成上、推進速度の向上の点で限界があるという問題がある。即ち、推進装置の推進速度を上げるためには、各伸縮ユニットの気密室への空気の供給速度及び排気速度を上げる必要がある。そして、気密室への給気は、空気の圧力を高くすれば、供給速度を上げることが可能である。しかしながら、気密室からの排気は、気密室に空気を供給するチューブを介してなされるため、排気速度を向上させることができない。例えば、排気速度を向上させるために、外筒の張力を強くすることで、気密室からの空気の排出を速めることも可能であるが、張力の強化によって伸縮ユニットを所定の大きさまで膨張させる時間がかかり、推進速度を向上させる手段として採用し難い。

そこで、本発明は、上記問題点を解決すべく、気密室へ供給された空気の排気速度を向上させることが可能な筒状伸縮体及び推進装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための筒状伸縮体の構成として、内側空間が大気圧状態にあり、軸線方向に伸縮する筒状の内筒と、内筒の両端に気密を有するようにそれぞれ取り付けられる円筒状のフランジと、内筒を覆うように被せられて、端部がフランジに気密を有するように固定され、軸線方向への伸長が規制された筒状の弾性体と、内筒と弾性体との間で形成される気室と、気室への流体の供給及び気室からの流体の排出を制御する切替弁と、を備える筒状伸縮体であって、切替弁は、一端側に外部から延長する管が接続され、管を介して加圧された流体が供給される第１流路と、第１流路の他端が開口し、加圧された流体が流入する切替室と、一端が気室に、他端が切替室に開口し、気室と切替室とを連通する第２流路と、一端が内筒の内周面に、他端が切替室に開口し、内筒の内側空間と切替室とを連通する第３流路と、切替室に設けられ、第１流路に供給された流体により押圧されて切替室を移動自在に設けられた弁体と、切替室に設けられ、第１流路から切替室に流入した流体が弁体を押圧する押圧力と拮抗するように弁体を付勢する付勢手段と、を備え、第１流路に加圧された流体が供給されたときに、弁体が第２流路と第３流路との連通を閉鎖するとともに第１流路と第２流路との連通を開放して第１流路に供給された加圧された流体を第１流路及び第２流路を介して気室に流入させて軸線方向に収縮し、第１流路への加圧された流体の供給が停止したときに、弁体が第１流路と第２流路との連通を閉鎖するとともに、第２流路と第３流路との連通を開放して気室の流体を第２流路及び第３流路を介して内筒の内側空間に排出させて軸線方向に伸長し、第１流路、切替室、第１流路及び第３流路がフランジに形成された構成とした。
本構成によれば、気室への流体の流入や気室からの流体の流出が、第１流路に流入する流体の圧力に応じて直接的に切り替えられるため、電気的な他のエネルギーを用いることなく、流路切替の応答速度を向上させることができる。また、気室に流入した流体は、切替弁の第３流路から内筒の内側空間に直接排出されるため、気室内の流体を素早く排出することができ、筒状伸縮体の伸縮速度を向上させることができる。
上記課題を解決するための推進装置の構成として、請求項１に記載の筒状伸縮体が複数個連結された移動体と、各筒状伸縮体の第１流路に供給する圧縮空気を生成する圧縮空気生成手段と、圧縮空気生成手段により生成された圧縮空気を各筒状伸縮体に分配する分配手段と、分配手段から各筒状伸縮体まで個別に延長し、圧縮空気生成手段で生成された圧縮空気を切替弁の第１流路に供給する空気供給管と、分配手段による各筒状伸縮体への圧縮空気の分配を制御し、各筒状伸縮体の気室に蠕動運動を模倣する所定の順序で前記圧縮空気を流入させる制御装置とを備える構成とした。
本構成によれば、移動体を構成する複数の筒状伸縮体が蠕動運動を模倣するように伸縮するため、推進力を得ることができる。また、筒状伸縮体の気室に流入した圧縮空気は、切替弁の第３流路から内筒の内側空間に直接排出されるため、気室内の圧縮空気の排気速度を向上させ、筒状伸縮体を収縮状態から伸長状態に素早く移行させるので、各筒状伸縮体の伸長速度が向上し、移動体としての推進速度を向上させることができる。
また、推進装置の他の構成として、空気供給管に連通するように設けられ、分配手段から第１流路への圧縮空気の供給が停止したときに、当該空気供給管内の空気を強制的に排気する減圧手段をさらに備える構成とした。
本構成によれば、切替弁の第１流路に連結される空気供給管内の空気が素早く排出されるため、切替弁の弁体がすばやく流路を切り替えるように移動できる。これにより、筒状伸縮体の伸縮速度をさらに向上させて、移動体の推進速度を向上させることができる。
また、推進装置の他の構成として、加圧された流体が流入する第１流路と、第１流路に流入した流体により押圧されて移動自在に設けられた弁体と、第１流路に流入した流体が弁体を押圧する押圧力と拮抗するように弁体を付勢する付勢手段と、弁体に作用する流体の押圧力が付勢手段による付勢力に勝るときに第１流路に流入した流体が流れる第２流路と、弁体に作用する付勢手段の付勢力が第１流路に流入した流体の押圧力に勝るときに第２流路と連通する第３流路とを備える切替弁と、軸線方向に伸縮する筒状の内筒と、内筒の両端に気密を有するようにそれぞれ取り付けられる円筒状のフランジと、内筒を覆うように被せられて、端部がフランジに気密を有するように固定され、軸線方向への伸長が規制された筒状の弾性体と、内筒と弾性体との間で形成される気室とを備え、第２流路の一端が気室に開口し、内筒の内周面に第３流路の一端が開口するように切替弁を設け、弁体に作用する流体の押圧力が付勢手段による付勢力に勝るときに第１流路に流入した流体が第２流路を介して気室に流入し、弁体に作用する付勢手段の付勢力が第１流路に流入した流体の押圧力に勝るときに気室の流体が第２流路及び第３流路を介して内筒の内側空間に排出される筒状伸縮体が複数個連結された移動体と、各筒状伸縮体の第１流路に供給する圧縮空気を生成する圧縮空気生成手段と、圧縮空気生成手段により生成された圧縮空気を各筒状伸縮体に分配する分配手段と、分配手段から各筒状伸縮体まで個別に延長し、圧縮空気生成手段で生成された圧縮空気を切替弁の第１流路に供給する空気供給管と、分配手段による各筒状伸縮体への圧縮空気の分配を制御し、各筒状伸縮体の気室に蠕動運動を模倣する所定の順序で圧縮空気を流入させる制御装置とを備え、空気供給管に連通するように設けられ、分配手段から第１流路への圧縮空気の供給が停止したときに、当該空気供給管内の空気を強制的に排気する減圧手段をさらに備える構成とした。
本構成によれば、移動体を構成する複数の筒状伸縮体が蠕動運動を模倣するように伸縮するため、推進力を得ることができる。また、筒状伸縮体の気室に流入した圧縮空気は、切替弁の第３流路から内筒の内側空間に直接排出されるため、気室内の圧縮空気の排気速度を向上させ、筒状伸縮体を収縮状態から伸長状態に素早く移行させるので、各筒状伸縮体の伸長速度が向上し、移動体としての推進速度を向上させることができる。また、空気供給管に連通するように設けられ、分配手段から第１流路への圧縮空気の供給が停止したときに、当該空気供給管内の空気を強制的に排気する減圧手段をさらに備えるので、切替弁の第１流路に連結される空気供給管内の空気が素早く排出されるため、切替弁の弁体がすばやく流路を切り替えるように移動できる。これにより、筒状伸縮体の伸縮速度をさらに向上させて、移動体の推進速度を向上させることができる。
また、推進装置の他の構成として、分配手段は、圧縮空気生成手段と接続され、圧縮空気生成手段から供給された圧縮空気が入力される入力ポートと、空気供給管と接続され、入力ポートに入力された圧縮空気を空気供給管を介して筒状伸縮体の第１流路に出力する出力ポートと、出力ポート内の空気を排気する排気ポートとを有する電磁弁を複数備え、
減圧手段が、排気ポートに接続されるので、切替弁の第１流路に連結される空気供給管内の空気が素早く排出されるため、切替弁の弁体がすばやく流路を切り替えるように移動できる。これにより、筒状伸縮体の伸縮速度をさらに向上させて、移動体の推進速度を向上させることができる。

管内検査装置の一実施形態を示す概略構成図である。 ユニット連結体を軸線に沿って切断した断面図及び連結状態を示す斜視図である。 伸縮ユニットの軸線に沿って切断した断面図である。 弾性膨張体を肉厚方向に切断した切断面を誇張して示した図である。 切替弁の拡大断面図である。 切替弁の動作を示す図である。 連結体の斜視図である。 推進装置の進行パターンを示す図である。 空気供給装置の他の実施形態を示す図である。 切替弁の他の実施形態を示す図である。

以下、発明の実施形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明される特徴の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必須であるとは限らず、選択的に採用される構成を含むものである。

図１は、本実施形態に係る推進装置を備えた管内検査装置１の一実施形態を示す概略構成図である。なお、以下の説明において、図中に示す矢印Ｘ１に沿う方向を管内検査装置１の進行方向とし、進行方向を前側、進行方向とは逆方向を後側として前後方向を特定する。同図に示すように、管内検査装置１は、例えば、上下水道管やガス管等の管９内の状態を検査するための検査装置２と、管９内において検査装置２を移動させる推進装置３とを備える。上述の上下水道管やガス管等の管９は、直管部や曲管部により構成されるが、本実施形態では、説明の便宜上、直管部を用いて管内検査装置１について説明する。

検査装置２は、管９内の状態を取得する本体部１１と、本体部１１を制御する制御部１２とで構成される。本体部１１は、管９内に光（照明）を照射する照明手段１３と、管９内を撮影する撮影手段１４とを備える。照明手段１３及び撮影手段１４は、前面が平坦状、外周が球状に形成されたケース１５内に収容され、光の照射方向及び撮影方向を前方に向けて配置される。撮影手段１４には、いわゆるモノクロ、カラーのビデオカメラが適用される。撮影手段１４及び照明手段１３は、可撓性を有するケーブル１６により制御部１２と接続され、撮影手段１４が撮影した管９内の画像を画像データとして後述の制御部１２に出力する。図２に示すように、ケース１５は、後端側に後述のユニット連結体２０を連結するための連結部１５Ａを備える。同図に示すように、連結部１５Ａは、ケース１５の後端側の内周面を円周方向に沿って窪む内周溝１９と、円周方向に沿って所定間隔を空けて端面から内周溝１９に到達する円弧状の複数の切欠き１８とにより構成される。

制御部１２は、ケーブル１６を介して撮影手段１４及び照明手段１３に電力を供給するとともに、撮影手段１４から出力された画像データをモニター等の表示装置１７に出力する。なお、表示装置１７に替えてハードディスクや不揮発性の半導体メモリ等の記憶手段を接続して表示装置１７上に表示させずに画像を記録するようにしても良く、記憶手段に記憶しながら表示装置１７に表示するようにしても良い。

図２（ａ）は、ユニット連結体２０を軸線に沿って切断した断面図である。同図に示すように、ユニット連結体２０は、管状体２１と、一対のフランジ２２；２２とを備える。管状体２１は、軸線方向に伸縮自在な蛇腹構造を有する両端開口の円筒体により構成される。フランジ２２は、例えば樹脂や硬質のゴムにより構成された円筒体である。フランジ２２の外周には、連結部１５Ａの内周に形成された複数の切欠き１８に対応する複数の係合片２３が設けられる。係合片２３は、フランジ２２の円周方向に沿って所定長さの円弧状に延在するように外周面に突設される。ユニット連結体２０は、図２（ｂ）に示すように、一方のフランジ２２の係合片２３を連結部１５Ａの切欠き１８に一致させて押し込み、内周溝１９に沿って回転させることで本体部１１に連結される。また、図２（ｃ）に示すように、他方のフランジ２２の係合片２３を後述のフランジ３３；３４の連結部３７の切欠き３７Ｂに一致させて押し込み、内周溝３７Ａに沿って回転させることで筒状伸縮体としての伸縮ユニット３０が連結される。

図１に示すように、推進装置３は、複数の伸縮ユニット３０と、空気供給装置６０とを主たる構成として備える。以下の説明では、説明の便宜上、伸縮ユニット３０を４個直列に連結した形態を用いて推進装置３を説明する。なお、伸縮ユニット３０の連結数についてはこの限りではない。また、推進装置３における伸縮ユニット３０の位置を特定する場合には、図１に示すように、前側から後側に向かって順に、伸縮ユニット３０Ａ、伸縮ユニット３０Ｂ、伸縮ユニット３０Ｃ、伸縮ユニット３０Ｄ等として示す。

図３は、伸縮ユニット３０の軸線に沿って切断した断面図である。同図に示すように、伸縮ユニット３０は、一対のフランジ３３；３４と、円筒状の内筒３１と、円筒状の弾性膨張体３２とを備える。フランジ３３；３４は、例えば樹脂や硬質のゴムにより構成された円筒体として構成され、内筒嵌着部３６と、環状溝３５と、連結部３７とを備える。
内筒嵌着部３６は、フランジ３３；３４の内周側において一端側の端面３３ａ；３４ａから軸線方向に沿って環状に窪む凹部として設けられる。内筒嵌着部３６は、内筒３１の外周面が嵌合する嵌合面３６Ａと、内筒３１の端面が突き当たる突当面３６Ｂとで形成される。
環状溝３５は、フランジ３３；３４の外周面において、突当面３６Ｂよりも端面３３ｂ；３４ｂ側に位置するように円周方向に沿って一周分連続して窪むように形成される。
連結部３７は、フランジ３３；３４の他端側の内周面を円周方向に沿って窪む内周溝３７Ａと、円周方向に沿って所定間隔を空けて端面３３ｂ；３４ｂから内周溝３７Ａに到達するように円弧状に窪む複数の切欠き３７Ｂとにより構成される。

内筒３１は、円筒状の可撓性を有する部材により構成され、その軸方向に沿って伸縮可能に構成される。内筒３１には、例えばベローズが適用される。内筒３１は、後述の弾性膨張体３２の収縮動作に追従して軸方向に収縮し、伸長動作に追従して軸方向に伸長する。内筒３１は、端部がフランジ３３；３４の突当面３６Ｂに突き当たるまで嵌合面３６Ａに挿入され、外周面を接着剤等の固定手段によって気密を有するように、かつ強固にフランジ３３；３４の内筒嵌着部３６に固定される。

弾性膨張体３２は、内筒３１の外周を覆う円筒状に形成された部材であって、内筒３１の外周面全域を取り囲むように配設される。図４は、弾性膨張体３２を肉厚方向に切断した切断面を誇張して示した図である。同図に示すように、弾性膨張体３２は、弾性体より形成される円筒状の筒本体３２Ａと、当該筒本体３２Ａの内部において密に内挿された複数の規制繊維３２Ｂとから構成される。筒本体３２Ａの材質としては、シリコーンゴム等の合成ゴム、或いは天然ラテックスゴム等の天然ゴムが好適であるが、後述する気密室Ｓへの圧縮空気の給排によってその形状が変化し得る材質であれば如何なる材質であってもよく、その厚さや後述の規制繊維の配置は、弾性膨張体３２の空気排出時の伸長する力等を考慮して決められる。また、図４に示すように、規制繊維３２Ｂは、筒本体３２Ａの伸長する力を考慮して筒本体３２Ａの壁厚内に配置され、本実施例では複数の層の積層で密に内挿され、筒本体３２Ａの軸方向に沿って延在するものを示すが、単層でもよい。規制繊維３２Ｂの材質としては、例えばグラスロービング繊維やカーボンロービング繊維等、軸方向への伸びの少ない材質が好適である。

弾性膨張体３２の両端部は、それぞれフランジ３３；３４の外周面に形成された環状溝３５と対応する位置でピアノ線等の括り部材３９によって強固かつ気密を有するように固定される。これにより、フランジ３３；３４を介して密閉された内筒３１の外周面及び弾性膨張体３２の内周面によって密閉空間としての気密室Ｓが形成される。この気密室Ｓ内には、後述の空気供給装置６０から圧縮空気が供給される。一方のフランジ３４には、後述の空気供給装置６０から供給される圧縮空気を気密室Ｓに流通可能、若しくは、気密室Ｓの空気を排出可能とする切替弁４０が設けられている。

図５は、切替弁４０の拡大断面図である。同図に示すように、切替弁４０は、フランジ３４の端面３４ｂ側の内周において膨出するように形成された膨出部３４Ｊに設けられる。切替弁４０は、空気供給装置６０から延長するチューブ５０を接続する接続部４１、気密室Ｓに供給する圧縮空気が流入する流入路４２と、流入路に流入した空気を気密室Ｓに供給するとともに気密室Ｓの空気を排出する給排路４５と、給排路４５から排気された空気を大気中に放出する放出路４６と、流入路４２、給排路４５及び放出路４６とが連通する切替室４３と、切替室４３内を移動可能に設けられた弁体４４とを備える。

接続部４１は、一端が膨出部３４Ｊを形成する端面３４ｂ側の壁面４０ｂに開口し、他端が当該壁面４０ｂから端面３４ａに向けて延長する孔として形成される。接続部４１は、チューブ５０の外周が嵌着する筒面４１Ａと、チューブ５０の端面が突き当たる突当面４１Ｂとを備える。接続部４１の突当面４１Ｂは、当該突当面４１Ｂにチューブ５０の端部が突き当たるようにチューブ５０を筒面４１Ａに挿入したときに、突当面４１Ｂの内周がチューブ５０の内周よりも内側にはみ出さないような環状に形成される。

流入路４２は、接続部４１の孔と連続かつ同軸上に延長するように設けられる。具体的には、接続部４１側から端面３４ａ側に向けて漸次拡径する円錐孔として形成される。すなわち、流入路４２は、小径側の端部が接続部４１に開口し、大径側が切替室４３に開口する。

切替室４３は、上述の内筒嵌着部３６の突当面３６Ｂを構成する壁部３４Ｋと流入路４２との間に設けられる。切替室４３は、流入路４２の軸線と同軸に延長する円筒状の空間として形成される。切替室４３の周面は、流入路４２側が円筒面４３ｂ、壁部３４Ｋ側が円錐面４３ａとして形成される。

弁体４４は、切替室４３の周面を摺動するように、切替室４３の軸線に沿って移動可能な中実円柱状の柱体として設けられる。弁体４４の外周面は、壁部３４Ｋ側が切替室４３の円錐面４３ａと同形状の円錐面４４ａ、他端側が流入路４２の円錐面４２ｃと同形状の円錐面４４ｃ、一端側及び他端側の間の中途部が切替室４３の円筒面４３ｂと同形状の円筒面４４ｂとなるように形成される。弁体４４は、円錐面４４ａ側の端面から軸線方向に沿って円柱状に窪む凹部４８を備える。凹部４８は、後述の付勢手段４７を収容可能な大きさに設けられる。具体的には、付勢手段４７を稠密となるように押し縮めたときの長さよりも深くなるように窪み深さが設定される。なお、弁体４４の外周面と切替室４３の周面との間には所定の隙間寸法が設定される。

給排路４５は、突当面３６Ｂと環状溝３５との間において、一端がフランジ３４の外周に開口し、他端が上記切替室４３に開口する貫通孔としてフランジ３４の周壁３４Ａに設けられる。具体的には、給排路４５は、弁体４４が切替室４３内を移動して、壁部３４Ｋに当接するように位置するときや、流入路４２を塞ぐように位置しても、弁体４４により塞がれない位置で切替室４３に開口するように設けられる。
放出路４６は、一端がフランジ３４における内筒３１の内周側に開口し、他端が切替室４３に開口する貫通孔として設けられる。同図に示すように、放出路４６は、一端が膨出部３４Ｊを構成する内周側の壁面４０ｃに開口し、他端が切替室４３の円錐面４３ａに開口するように形成される。したがって、放出路４６は、弁体４４が切替室４３内を移動して、流入路４２を塞ぐように位置したときに開口し、壁部３４Ｋに当接するように位置するときには弁体４４により閉鎖されるように設けられる。具体的には、図５の部分拡大図に示すように、切替室４３の円錐面４３ａに弁体４４の円錐面４４ａが合致するように壁部３４Ｋ側に移動した際に、弁体４４の円錐面４４ａが、円錐面４３ａに開口する放出路４６の開口縁４６ａに密着することにより、放出路４６を閉鎖する。
付勢手段４７は、例えば、圧縮コイルスプリングからなり、一端が膨出部３４Ｊを画成する壁部３４Ｋに着座し、他端が上記弁体４４の凹部４８の底面４８ａに着座するように設けられる。すなわち、付勢手段４７は、流入路４２に流入した圧縮空気が弁体４４を押圧する押圧力に拮抗するように弁体を付勢し、弁体４４に常時、流入路４２側に向けて付勢力を作用させる。
すなわち、上記構成の切替弁４０は、流入路４２に流入した圧縮空気の押圧力が付勢手段４７による付勢力に勝るときに、弁体４４を壁部３４Ｋ側に移動させて弁体４４の円錐面４４ａが切替室４３の円錐面４３ａに嵌まりながら放出路４６の開口縁４６ａに密着することにより、流入路４２から流入した圧縮空気の漏れを防ぐ封止部を構成して、給排路４５と放出路４６との連通を遮断する。また、切替弁４０は、弁体４４に作用する付勢手段４７による付勢力が流入路４２に流入した圧縮空気の押圧力に勝るときに、弁体４４を流入路４２側に移動させて弁体４４の円錐面４４ｃが流入路４２の円錐面４２ｃに嵌ることにより、流入路４２への空気の流出を防ぐ封止部を構成して、給排路４５と放出路４６との連通を開放する。

図６（ａ），（ｂ）は、切替弁４０の動作を示す図である。以下、図５，図６を用いて切替弁４０の空気の切替動作について説明する。図５における切替弁４０の状態は、チューブ５０から圧縮空気が供給されていない初期状態を示している。この初期状態における弁体４４は、付勢手段４７の付勢力により流入路４２側に押圧されて、流入路４２の開口を閉鎖した状態にある。一方で、給排路４５と放出路４６とは、切替室４３を介して連通した状態にあるため、気密室Ｓ内は、給排路４５、切替室４３、放出路４６及び内筒３１の内側空間を介して大気開放された状態にある。つまり、給排路４５と放出路４６とが連通したときの気密室Ｓ内の圧力は大気圧となる。

図６（ａ）は、伸縮ユニット３０に圧縮空気が供給されたときの状態を示す図である。同図に示すように、圧縮空気が流入路４２から流入することにより、圧縮空気が付勢手段４７の付勢力と逆向きに弁体４４を押圧する。圧縮空気により押圧された弁体４４は、付勢手段４７を圧縮しつつ壁部３４Ｋに接触するまで移動する。この移動により弁体４４の円錐面４４ａが切替室４３の円錐面４３ａに開口する放出路４６の開口縁４６ｃに密着して給排路４５と放出路４６との連通を閉鎖するとともに、流入路４２と給排路４５とが切替室４３を介して連通して気密室Ｓに圧縮空気が流入する。気密室Ｓに圧縮空気が流入することにより、弾性膨張体３２は、規制繊維３２Ｂが弾性膨張体３２の軸方向への膨張を規制する一方で、径方向への膨張を許容するため、フランジ３３；３４を引き寄せるように作用して伸縮ユニット３０としての軸線方向の長さを短縮させる。

図６（ｂ）は、伸縮ユニット３０に圧縮空気の供給が停止したときの状態を示す図である。同図に示すように、圧縮空気の流入が停止することにより、付勢手段４７が弁体４４を壁部３４Ｋ側から流入路４２側へと押圧する。付勢手段４７により押圧された弁体４４は、壁部３４Ｋ側から流入路４２側へと移動する。この移動により弁体４４の円錐面４４ｃが流入路４２の円錐面４２ｃに嵌まり封止部を形成して、流入路４２と給排路４５との連通を閉鎖するとともに、給排路４５と放出路４６とが切替室４３を介して連通し、気密室Ｓの空気が内筒３１の内側空間に排出される。気密室Ｓの空気は、当該気密室Ｓにおける空気の圧力とともに弾性膨張体３２の復元力に押圧されて、給排路４５、切替室４３、放出路４６を経て内筒３１の内側空間に放出される。気密室Ｓの空気が排出されることで、弾性膨張体３２が径方向に収縮し、弾性膨張体３２の規制繊維３２Ｂの規制により引き寄せられていたフランジ３３；３４が互いに離間するように作用して伸縮ユニット３０としての軸線方向の長さが伸長する。

本実施形態に係る推進装置３を構成する伸縮ユニット３０は、圧縮空気の供給により軸方向に収縮し、圧縮空気の排出により軸方向に伸長する。すなわち、切替弁４０は、チューブ５０を介して流入する空気の圧力に応じて動作が制御され、本実施形態に係る切替弁４０は、電気的な信号の入力を不要とするため、防爆性を確保することができる。

上述の伸縮ユニット３０（３０Ａ乃至３０Ｄ）は、図７に示す連結体５５により連結される。連結体５５は、円筒体例えば樹脂や硬質のゴムにより構成された円筒体からなり、両端側の外周に、フランジ３３；３４の内周に形成された複数の切欠き３７Ｂに対応する複数の係合片５６が設けられる。係合片５６は、連結体５５の円周方向に沿って所定長さの円弧状に延在するように外周面に突設される。連結体５５は、係合片５６を連結部３７の切欠き３７Ｂに一致させて押し込み、内周溝３７Ａに沿って回転させることで、伸縮ユニット３０同士を連結する。なお、各伸縮ユニット３０は、切替弁４０を有するフランジ３４が後側に位置するように連結体５５により連結され、環体内移動体を構成する（図１参照）。

図１に示すように、連結体５５により連結された伸縮ユニット３０Ａ乃至３０Ｄは、個別にチューブ５０Ａ乃至５０Ｄにより空気供給装置６０と接続される。
チューブ５０（５０Ａ乃至５０Ｄ）は、複数の伸縮ユニット３０Ａ〜３０Ｄに対して独立して圧縮空気を供給する流路を構成するものであって、例えばポリ塩化ビニル等の可撓性を有するホースが適用される。好ましくは、内部を流通する空気の圧力の変化によって、潰れや膨らみが生じたりしない耐圧のチューブを用いると良い。

空気供給装置６０は、管９の外部に設けられ、伸縮ユニット３０に供給する圧縮空気を生成する圧縮空気生成装置６１と、圧縮空気生成装置６１により生成された圧縮空気を各伸縮ユニット３０に個別に分配する分配装置６２とを備える。
圧縮空気生成装置６１には、例えば、図示しない圧縮機及び蓄圧器を有するコンプレッサーを適用する。圧縮空気生成装置６１では、圧縮機が圧縮した空気を蓄圧器内の圧力が所定圧になるまで供給する。蓄圧器に蓄圧された空気は、レギュレータ６３を介して分配装置６２に供給される。レギュレータ６３は、各伸縮ユニット３０（３０Ａ乃至３０Ｄ）に設けられた付勢手段４７の付勢力よりも大きな力が弁体４４に作用するように、各伸縮ユニット３０（３０Ａ乃至３０Ｄ）に供給する圧縮空気の圧力を調圧する。

分配装置６２は、供給された圧縮空気を各伸縮ユニット３０に分配する分配器６４と、分配器６４から各伸縮ユニット３０に圧縮空気を分配するタイミング及び供給時間を制御する制御装置６５とを備える。分配器６４は、例えば複数の電磁弁６６で構成される。電磁弁６６は、それぞれレギュレータ６３で調圧された圧縮空気が入力される入力ポート６７と、入力ポート６７に入力された圧縮空気を伸縮ユニット３０に出力する出力ポート６８と、出力ポート６８内の空気を排気する排気ポート６９とを備える。入力ポート６７にはレギュレータ６３で調圧された圧縮空気が分配管７０を介して接続される。

出力ポート６８には、伸縮ユニット３０から延長するチューブ５０（５０Ａ乃至５０Ｄ）が接続される。排気ポート６９は、大気解放される。電磁弁６６は、制御装置６５から出力された信号に基づいて動作し、例えば、信号が入力されたときには、入力ポート６７と出力ポート６８との連通を開放するとともに出力ポート６８と排気ポート６９との連通を遮断する。また、信号が入力されないときには、入力ポート６７と出力ポート６８との連通を遮断するとともに出力ポート６８と排気ポート６９との連通を開放する。これにより、出力ポート６８に接続されたチューブ５０内の空気が、排気ポート６９から排気される。なお、分配器６４は、伸縮ユニット３０の数量に対応する数量の電磁弁を備えている。

制御装置６５は、各電磁弁６６（６６Ａ乃至６６Ｄ）と個別に電気的に接続される。制御装置６５は、演算処理手段としてのＣＰＵ、ＲＡＭ，ＲＯＭなどの記憶手段、入出力ポート等の入出力手段などのハードウェアを備えるコンピュータであって、ＲＯＭに記憶させたプログラムをＣＰＵで演算処理することでプログラムに書かれた制御信号を図示しない出力ポートから電磁弁６６（６６Ａ乃至６６Ｄ）に個別に信号を出力する。制御装置６５から電磁弁６６（６６Ａ乃至６６Ｄ）に出力される信号には、収縮信号、収縮維持信号が出力され、各信号に基づいて電磁弁６６（６６Ａ乃至６６Ｄ）の動作を制御する。
収縮信号は、弾性膨張体３２の外周面が管９の内壁面に到達するまで気密室Ｓに圧縮空気を供給する信号である。また、収縮維持信号は、管９の内壁面に到達した弾性膨張体３２がその状態を維持する信号である。

制御装置６５の記憶手段には、推進装置３を動作させる複数の動作プログラムが記憶される。例えば、図８に示すような動作パターンＡの動作を実行させる動作プログラムを記憶する。本実施形態では、図８に示すように動作パターンＡにより伸縮ユニット３０Ａ〜３０Ｄを動作させるものとして説明する。

動作パターンＡは、推進装置３に図８（ａ）乃至（ｄ）に示す３つの行程を繰り返し動作させることで蠕動運動を生じさせて管９内を進行させる。
図８（ａ）は、推進装置３の初期状態を示し、例えば、管９内に推進装置３を配置した状態を示している。このとき、すべての伸縮ユニット３０Ａ〜３０Ｄは、伸長状態にある。

動作パターンＡに基づいて推進装置３を駆動する場合、まず、第１行程として、図８（ｂ）に示すように、先頭の伸縮ユニット３０Ａにのみ圧縮空気を供給するように、電磁弁６６Ａにのみ収縮信号を出力し、伸縮ユニット３０Ａの流入路４２に圧縮空気を供給する。この圧縮空気の供給により、図６（ａ）に示すように、伸縮ユニット３０Ａの切替弁４０Ａにおける弁体４４は付勢手段４７を押し縮めながら切替室４３内を壁部３４Ｋ側に移動する。この弁体４４の移動により、伸縮ユニット３０Ａの切替弁４０Ａの給排路４５と放出路４６との連通が遮断されるとともに、切替弁４０Ａの流入路４２と給排路４５との連通が開放されて伸縮ユニット３０Ａの気密室Ｓに圧縮空気が供給される。伸縮ユニット３０Ａの気密室Ｓに供給された圧縮空気は、伸縮ユニット３０Ａの弾性膨張体３２の外周面が管９の内壁面に到達するまで伸縮ユニット３０Ａを収縮させる。

次に、図８（ｃ）に示すように、第２工程に移行して、伸縮ユニット３０Ａの収縮状態を維持するように電磁弁６６Ａに収縮維持信号を出力するとともに、伸縮ユニット３０Ｂ〜３０Ｄを収縮させるように残りの電磁弁６６Ｂ乃至６６Ｄすべてに収縮信号を出力して伸縮ユニット３０Ｂ乃至３０Ｄの切替弁４０Ｂ乃至４０Ｄの各流入路４２に圧縮空気を供給する。この圧縮空気の供給により、図６（ａ）に示すように、伸縮ユニット３０Ｂ乃至３０Ｄの切替弁４０Ｂ乃至４０Ｄにおける弁体４４は、付勢手段４７を押し縮めながら切替室４３内を壁部３４Ｋ側に移動する。この弁体４４の移動により、伸縮ユニット３０Ｂ乃至３０Ｄの切替弁４０Ｂ乃至４０Ｄそれぞれの給排路４５と放出路４６との連通が遮断されるとともに、切替弁４０Ｂ乃至４０Ｄそれぞれの流入路４２と給排路４５との連通が開放されて伸縮ユニット３０Ｂ乃至３０Ｄの各気密室Ｓに圧縮空気が供給される。伸縮ユニット３０Ｂ乃至３０Ｄの気密室Ｓに供給された圧縮空気は、伸縮ユニット３０Ｂ乃至３０Ｄの各弾性膨張体３２の外周面が管９の内壁面に到達するまで伸縮ユニット３０Ｂ乃至３０Ｄを収縮させる。つまり、すべての伸縮ユニット３０Ａ乃至３０Ｄが収縮状態となる。

次に、図８（ｄ）に示すように、第３工程に移行して、最後尾の伸縮ユニット３０Ｄの収縮状態を電磁弁６６Ｄにのみ収縮維持信号を出力するとともに、伸縮ユニット３０Ａ〜３０Ｃを伸長させるように電磁弁６６Ａ乃至６６Ｃへの収縮維持信号及び収縮信号を停止して伸縮ユニット３０Ａ〜３０Ｃへの圧縮空気の供給を停止する。この圧縮空気の供給停止により、図６（ｂ）に示すように、伸縮ユニット３０Ａ乃至３０Ｃの各切替弁４０Ａ乃至４０Ｃにおける弁体４４は、付勢手段４７の付勢力により押圧されて切替室４３内を流入路４２側に移動する。この弁体４４の移動により、伸縮ユニット３０Ａ乃至３０Ｃの切替弁４０Ａ乃至４０Ｃそれぞれの流入路４２と給排路４５との連通が遮断されるとともに、切替弁４０Ａ乃至４０Ｃそれぞれの給排路４５と放出路４６との連通が開放されて伸縮ユニット３０Ａ乃至３０Ｃの各気密室Ｓ内の空気が、切替弁４０Ａ乃至４０Ｃの給排路４５，切替室４３，放出路４６を経て内筒３１内に排気される。この伸縮ユニット３０Ａ乃至３０Ｃの各気密室Ｓ内の空気の排気により、伸縮ユニット３０Ａ乃至３０Ｃを伸長させる。
動作パターンＡでは、上記第１行程から第３行程までを１サイクルとし、このサイクルを繰り返すことで推進装置３が進行する。すなわち、１サイクル目の終了後に、２サイクル目の第１行程において伸縮ユニット３０Ａが膨張し、この第１行程を足掛かりとして２サイクル目の推進力が得られることから、各サイクルにおける実質的な移動距離は、第３工程における伸縮ユニット３０Ｂ及び伸縮ユニット３０Ｃの伸長分となる。
図８（ｂ）乃至（ｄ）で示した伸縮ユニット３０Ａ〜３０Ｄの伸縮動作、すなわち、空気供給装置６０から各伸縮ユニット３０Ａ〜３０Ｄの各気密室Ｓへの圧縮空気の給排は、圧縮空気の供給の有無に基づいて切替弁４０により制御される。

図９は、推進装置３における空気供給装置６０の他の実施形態を示す図である。上記実施形態の空気供給装置６０では、伸縮ユニット３０に圧縮空気を供給する分配装置６２において、分配器６４を構成する電磁弁６６が、制御装置６５から信号が入力されないときには、入力ポート６７と出力ポート６８との連通を遮断するとともに出力ポート６８と排気ポート６９との連通を開放して出力ポート６８に連結されるチューブ５０内の空気を排気ポート６９から大気開放するものとして説明したが、図９に示すように、空気供給装置６０に減圧装置８０を設けて、減圧装置８０と排気ポート６９とをチューブ８１により接続しても良い。すなわち、伸縮ユニット３０への圧縮空気の供給を停止するように電磁弁６６を動作させて、大気開放された排気ポート６９に出力ポート６８を連通することで、チューブ５０内における内圧を開放する場合、移動距離が長くなるようにチューブ５０の長さを長くすると、圧縮空気の供給が停止しているにもかかわらず、チューブ５０内の空気の残圧が、付勢手段による弁体４４の流入路４２側への移動を妨げ、気密室Ｓ内の空気の排出開始に遅れが生じる場合がある。このような場合には、図９に示すように排気ポート６９に減圧装置８０を接続しておき、チューブ５０内の空気を強制的に排気することで、付勢手段４７の押圧力により弁体をスムーズに流入路４２側に移動させて気密室Ｓ内の空気を放出路４６から排出させることにより、伸縮ユニット３０の伸縮速度を向上させることができる。なお、減圧装置８０は、排気ポート６９に接続するとして説明したが、チューブ５０に連通させて、チューブ５０への圧縮空気の供給が停止した場合に、チューブ５０内の空気を排出可能であればチューブ８１をいずれに接続しても良い。

図１０は、切替弁４０の他の実施形態を示す図である。上記実施形態では、切替室４３を円筒状の空間として形成し、当該切替室４３を移動可能に弁体４４を柱状に構成したが、図１０に示すように、弁体４４を平板状に構成し、当該平板状の弁体４４により流入路４２又は放出路４６を塞ぐように構成しても良い。すなわち、弁体４４を流入路４２及び放出路４６を閉塞可能な弁部４４Ａと、弁部４４Ａによる流入路４２又は放出路４６の閉塞の切り替えを可能にするヒンジ部４４Ｂとで構成し、弁部４４Ａが流入路４２又は放出路４６を閉塞可能な位置にヒンジ部４４Ｂを膨出部３４Ｊに設けるとともに、ヒンジ部４４Ｂの回動軸に付勢手段４７としての渦巻きばねを設けて弁部４４Ａが流入路４２に付勢されるように切替弁４０を構成しても良い。この場合、図１０に示すように、流入路４２が切替室４３に開口する開口面４２ａや、放出路４６が切替室４３に開口する開口縁４６ａは、平面状に形成するとよい。また、図１０に示すように、流入路４２が切替室４３に開口する開口面４２ａに対して放出路４６が切替室４３に開口する開口縁４６ａを鋭角に設定することにより、確実に放出路４６を閉鎖できる。また、流入路４２への圧縮空気の供給が停止した際に、弁体４４が回転する角度が小さいため、すみやかに流入路４２を閉塞して気密室Ｓの空気を放出路４６から排出することが可能となる。

以上説明したとおり、気密室Ｓへの圧縮空気の給排を、流入路４２に供給される圧縮空気の有無により切り替えるとともに、圧縮空気の供給が停止した際に、気密室Ｓの空気を最短距離で放出路４６から内筒３１の内側空間に排出できるため、気密室Ｓの空気の排気時間が短縮される。すなわち、気密室Ｓからの空気の排気速度が向上し、伸縮ユニット３０の伸長速度を向上させることができる。そしてその結果として、伸縮ユニット３０の伸縮速度が向上するため、当該伸縮ユニット３０を複数連結して構成された推進装置の推進速度を向上させることができる。よって、当該推進装置に上記検査装置を設けることで、直管部や曲管部にかかわらず管体内の検査速度を向上させることができる。また、推進装置を構成する伸縮ユニット３０には、電気的に駆動される機構がないため、ガス管等の防爆性能を必要とする管体内の検査にも好適である。

なお、上記実施形態では、管内検査装置として検査装置を推進装置の先端に取り付けるものとして説明したが、検査装置に限らず例えば、アースオーガ等のドリルを取り付けた掘削装置として構成することも可能である。

１ 管内検査装置、２ 検査装置、３ 推進装置、３０ 伸縮ユニット、
４０ 切替弁、４２ 流入路、４３ 切替室、４４ 弁体、４５ 給排路、
４６ 放出路、４７ 付勢手段、６０ 空気供給装置、６１ 圧縮空気生成装置、
６２ 分配装置、６４ 分配器、６５ 制御装置。

Claims (5)

1. 軸線方向に伸縮する筒状の内筒と、
   前記内筒の両端に気密を有するようにそれぞれ取り付けられる円筒状のフランジと、
   前記内筒を覆うように被せられ、端部が前記フランジに気密を有するように固定され、軸線方向への伸長が規制された筒状の弾性体と、
   前記内筒と前記弾性体との間で形成される気室と、
   前記気室への流体の供給及び前記気室からの流体の排出を制御する切替弁と、を備える筒状伸縮体であって、
   前記切替弁は、
   一端側に外部から延長する管が接続され、前記管を介して加圧された流体が供給される第１流路と、
   前記第１流路の他端が開口し、前記加圧された流体が流入する切替室と、
   一端が前記気室に、他端が前記切替室に開口し、前記気室と前記切替室とを連通する第２流路と、
   一端が前記内筒の内周面に、他端が前記切替室に開口し、前記内筒の内側空間と前記切替室とを連通する第３流路と、
   前記切替室に設けられ、前記第１流路に供給された流体により押圧されて前記切替室を移動自在に設けられた弁体と、
   前記切替室に設けられ、前記第１流路から前記切替室に流入した流体が前記弁体を押圧する押圧力と拮抗するように前記弁体を付勢する付勢手段と、を備え、
   前記第１流路に前記加圧された流体が供給されたときに、
   前記弁体が前記第２流路と前記第３流路との連通を閉鎖するとともに前記第１流路と前記第２流路との連通を開放して第１流路に供給された前記加圧された流体を第１流路及び第２流路を介して前記気室に流入させて前記軸線方向に収縮し、
   前記第１流路への前記加圧された流体の供給が停止したときに、
   前記弁体が前記第１流路と前記第２流路との連通を閉鎖するとともに、前記第２流路と前記第３流路との連通を開放して前記気室の流体を前記第２流路及び前記第３流路を介して前記内筒の内側空間に排出させて前記軸線方向に伸長し、
   前記第１流路、前記切替室、前記第１流路及び前記第３流路が前記フランジに形成されたことを特徴とする筒状伸縮体。
2. 請求項１に記載の筒状伸縮体が複数個連結された移動体と、
   前記各筒状伸縮体の前記第１流路に供給する圧縮空気を生成する圧縮空気生成手段と、
   前記圧縮空気生成手段により生成された圧縮空気を前記各筒状伸縮体に分配する分配手段と、
   前記分配手段から前記各筒状伸縮体まで個別に延長し、前記圧縮空気生成手段で生成された圧縮空気を前記切替弁の前記第１流路に供給する空気供給管と、
   前記分配手段による各筒状伸縮体への圧縮空気の分配を制御し、各筒状伸縮体の気室に蠕動運動を模倣する所定の順序で前記圧縮空気を流入させる制御装置と、
   を備える推進装置。
3. 前記空気供給管に連通するように設けられ、前記分配手段から前記第１流路への圧縮空気の供給が停止したときに、当該空気供給管内の空気を強制的に排気する減圧手段をさらに備える請求項２に記載の推進装置。
4. 加圧された流体が流入する第１流路と、
   前記第１流路に流入した流体により押圧されて移動自在に設けられた弁体と、
   前記第１流路に流入した流体が前記弁体を押圧する押圧力と拮抗するように前記弁体を付勢する付勢手段と、
   前記弁体に作用する流体の押圧力が前記付勢手段による付勢力に勝るときに前記第１流路に流入した流体が流れる第２流路と、
   前記弁体に作用する前記付勢手段の付勢力が前記第１流路に流入した流体の押圧力に勝るときに前記第２流路と連通する第３流路と、
   を備える切替弁と、
   軸線方向に伸縮する筒状の内筒と、
   前記内筒の両端に気密を有するようにそれぞれ取り付けられる円筒状のフランジと、
   内筒を覆うように被せられて、端部が前記フランジに気密を有するように固定され、軸線方向への伸長が規制された筒状の弾性体と、
   前記内筒と前記弾性体との間で形成される気室と、
   を備え、
   前記第２流路の一端が前記気室に開口し、前記内筒の内周面に前記第３流路の一端が開口するように前記切替弁を設け、
   前記弁体に作用する流体の押圧力が前記付勢手段による付勢力に勝るときに前記第１流路に流入した流体が前記第２流路を介して前記気室に流入し、
   前記弁体に作用する前記付勢手段の付勢力が前記第１流路に流入した流体の押圧力に勝るときに前記気室の流体が前記第２流路及び前記第３流路を介して前記内筒の内側空間に排出される筒状伸縮体が複数個連結された移動体と、
   前記各筒状伸縮体の前記第１流路に供給する圧縮空気を生成する圧縮空気生成手段と、
   前記圧縮空気生成手段により生成された圧縮空気を前記各筒状伸縮体に分配する分配手段と、
   前記分配手段から前記各筒状伸縮体まで個別に延長し、前記圧縮空気生成手段で生成された圧縮空気を前記切替弁の前記第１流路に供給する空気供給管と、
   前記分配手段による各筒状伸縮体への圧縮空気の分配を制御し、各筒状伸縮体の気室に蠕動運動を模倣する所定の順序で前記圧縮空気を流入させる制御装置と、
   を備え、
   前記空気供給管に連通するように設けられ、前記分配手段から前記第１流路への圧縮空気の供給が停止したときに、当該空気供給管内の空気を強制的に排気する減圧手段をさらに備えた推進装置。
5. 前記分配手段は、前記圧縮空気生成手段と接続され、前記圧縮空気生成手段から供給された圧縮空気が入力される入力ポートと、
   前記空気供給管と接続され、前記入力ポートに入力された圧縮空気を前記空気供給管を介して筒状伸縮体の第１流路に出力する出力ポートと、
   前記出力ポート内の空気を排気する排気ポートと、
   を有する電磁弁を複数備え、前記減圧手段が前記排気ポートに接続される請求項２乃至４いずれかに記載の推進装置。

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