JP2005058904A - 内視機能等を備えた方向制御可能な小径管内の洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 例えば、畑の排水用地下埋設管には内径が５センチ程度の小径のものがある。
このような小径でしかも分岐を有する管の内壁を洗浄する場合、従来の洗浄装置では、全ての管路を洗浄できない難点がある。なぜなら、枝分かれした管の場合、その枝分かれの所でどの方向に洗浄具を進行させるか、しかも数百メートル以上の長さの管に対してはそれを自在に方向制御するための有効な手段がないのが現状である。また、洗浄後の管内の検査・観察をするとき、一度この洗浄具を取り出さなければならない。また、地下の管内におけるこれら装置の位置確認も困難である。
【解決手段】
管内の洗浄作業、管内の検査・観察作業、これを同一器具で同時に作業できるような一体の構造にしたのが図１に示す本発明の全体図である。これには、内視機能、方向制御装置、洗浄用および推進用の高圧流体噴射ノズル、位置探知装置を装備した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、排水管内の洗浄装置に関し、特に農業用地の地下排水路に用いられている管内を洗浄する技術に係わる。

従来の農業用地の地下排水路に用いられている内径５センチ程の小径管内の洗浄では、主として分岐の無い単管を対象としている。なぜなら、分岐部において、それより前方への進路方向の制御技術が無いからである。敢えて挙げれば、手動操作により偶発的に分岐管に進入することができる洗浄装置やカメラを備え、モニターテレビでの遠隔操作による自走式装置と洗浄装置を備えたという例はある。
実登３０２７１２０ 特開２００１−２６９６３８

例えば農業分野における畑の排水用地下埋設管は内径が５センチ程度からの小径管もある。この場合、従来は高圧流体用ホースの先に接続した噴射用ノズルを配管の排水口より入れ、管中の汚泥物などを除去するために噴射洗浄する。
洗浄した管内の状態を調べるためには、一度洗浄具を管外に引き、検査器具・装置を管内に入れなければならない。

また、内径５センチの小径で数百メートルに及ぶ枝分かれの農業用暗渠排水管に対しては装置器具の大きさの面で現在、前記の目的を達するための手段がないのが現状である。
例え器具を左右方向に首振り操作できたとしても、管の中で器具自体が回転した場合、この枝分かれ点あるいは管の曲がり部などでは管の中での鉛直方向がわからないとスムーズな器具進行のための方向操作ができない。

また、これらの操作を円滑にするためには器具頭部付近をある程度洗浄することが必要だが、従来の管内洗浄用噴射ノズルはノズル自体の推進機能を備えた高圧流体の後方噴射洗浄と、先方噴射洗浄の孔を設けており、うち先方噴射力もかなり強く、ノズル先に器具・装置類を装備した場合はそれらを傷めたりする危険がある。

また、器具を後退、あるいは管より引き抜く場合、管の曲がり部で後退方向の様子がわらない状態では、小径管の場合、ノズルの先に接続された駆動装置を含め、洗浄具全体がスムーズにコーナリングできない難点がある。

さらにこの場合、例え器具を左右方向および鉛直方向に操作できたとしても器具本体の大きな段差部分が管内壁の継手部分の溝、角部あるいは植物根など管内の異物が引っかかりの原因となってはこれまた後退の際に問題となる。

また、別の問題としては、地中などに埋設されている管は実際にはどの方向に、どのように布設されているのか不明な場合がよくあり、管が単に直線的な一 本の場合は、例えば管中のホースの長さを知れば先端の位置は容易に把握できるが、そうでない複雑に分岐している配管、しかも 図面的にも その位置関係が不明の場合は前記の作業中、およその見当を手探りで、場合によっては数箇所も掘削をしなければならないなど経済的にも大きな負担をともなう。

電気的な駆動装置から成る器具は、特にノズル孔からの高圧水による影響を排除されなければならないが、上記のさまざまな操作性を 損なうことなく防水カバーするには、材質の選択とカバー部両端の締付け方法が課題となる。

前記目的を実現するための本発明に係る管内洗浄装置の構造について以下に記述する。
管内壁の洗浄作業、管内の検査・確認作業、これを同一器具で同時に行うことができるような一体構造にした。
そのために、まず、ホースの一端に接続した高圧流動体の噴射ノズル、これには推進と洗浄の両機能用の噴射孔と後述する本体頭部のカメラの視界確保のための前方噴射用の孔を設けている。
前記のノズルの前部にはこの噴射ノズルを分岐した管内に誘導するための駆動装置が必要である。それは以下に述べる一連の構造体である。

1) この一連の構造体の頭部には、照明（ＬＥＤ）付の超小型カメラ（以下、カメラと称する）を備えている。
このカメラで管内の前方 の状態を映し出すわけだが、映し出される映像だけでは、高圧ホースのネジレなどにより勝手にカメラ自体が回転することがあるため、管内の鉛直方向を識別できない。分岐管で鉛直方向の識別、首振り方向と分岐管の水平方向とが一致させることができない場合、首振り方向の操作は不可能となる。

２) そこで、これを解決するためにカメラの中のレンズの前に小球を入れて球の一部が映し出されるようにする。 すなわち、球は常に重力により鉛直下方向を示すように位置するため、カメラが映し出す映像の中の球の一部は常に鉛直下方向を示す。
例えば、これ（玉の一部）が映像で、右横に映っていれば、このカメラは右横に寝ており、上に映っていれば逆さまになっている状態を示す。 したが って、 映像の球の位置が下に映るように後述の駆動部を操作することによって前記の方向操作が容易になる。

前述の照明付カメラの姿勢を変える手段としては、１）平面内での首振り動作と２）噴射ノズル軸周りの回転動作がある。
１）の首振りを操作するには、超小型モーターに固定されたベベルギヤーによりプーリーに固定されたベベルギヤーを駆動し、プーリーにかけられている一方のワイヤーが巻きとられ、同時に他方のワイヤーが緩められることにより適度な曲げ抵抗を持つコイルばねを芯としてコマがワイヤーの巻き取られる方に曲がる。
２）噴射ノズルの軸周りに照明付カメラを回転させる操作は、首振り動作を行うためのモーターが固定される枠に反対向きに固定されるモーターの出力軸に結合されるピニオンギヤーを噴射ノズル軸に結合されたピニオンギヤーに噛み合わせ、反力をとることにより行う。

本発明の本体を管より脱出（または後退）させる場合、ノズルに接続されている高圧流動体用ホースをそのまま引き抜いたのでは管の曲がり部、あるいは分岐点において前記の制御装置のギヤーが噛みあったままの状態、しかも後退方向の管内の様子がわからない状況では、後退操作は極めて難しい。そこで、この後退を容易にするために、ベベルギヤーの部分の噛み合いを引き離し解除すれば、コマから前方の部分はニュートラル状態になり、管路に応じてスムーズに後退させやすくなる。

引き離しは第二モーターの軸に継ぎ手で接続した前記のノズルのホースを後退させる。
前進の場合は、ノズル噴射による一連の押し出しによって、再度、ベベルギヤーが噛み合う。また、噴射停止の場合は取り付けのバネ自身の前方への伸びによって同様に再度、歯が噛み合う。

頭部カメラから前記モーター駆動部までの部分は電気的構造の部分であり、後述のように防水材で覆われているが、これより後方は覆われている状態ではないので、管の曲がり部あるいは分岐部では継ぎ手の部分が引っかかりやすく、無理に後退させると破損する危険がある。 そこで、この引っかかりを防止するために駆動部の筒体の端部に丸味をもたせている。

これまでの一連の装置だけでは管内での位置が判らない。その位置を探知する手段として電磁波発信体のケーブルを具備し、地上の受信機で位置を探知する。

次に噴射ノズルであるが、ノズル本体の背には、管洗浄用の後方噴射孔が複数個設けてあり、同本体の前部にはこれより少ない数個の前方噴射孔を設けている。
前方噴射孔は管の洗浄というより、頭部カメラのレ ンズ付近を洗浄し、カメラの視界を確保する目的にある。 前方噴射孔を多くすると、推進用・洗浄用の後方噴射孔よりの噴射力が小さくなるからである。

前記の防水材であるが、ゴムでは装置本体の屈曲性に与える抵抗が大きい問題があり、柔軟な樹脂材料を加工使用している。

本発明に係る内視機能等を備えた方向制御可能な小径管の洗浄装置は、以上のように構成されているので以下に記載した効果を具現化することができる。
内径５センチ程度の小径管の洗浄、しかも数百メートルにもおよび複雑に分岐している農業用の排水管の場合、洗浄作業と管内検査を同時進行できるので、極めて効率が高い。
また、電磁波発生機能を付加したことによって、地下の配管経路の不明な場合、地上で
の受信器による探知作業によって、容易に配管図を作成できる。
のみならず、管のツブレ、折れ曲がり、ハヅレ、異物による閉塞などの様々な問題箇所をピンポイント的にその場で即座に把握でき、掘削作業を伴う修復作業においてはその効率も極めて高い。

最良の形態は以下のとおりである。

本発明の最良な実施の形態であるが、これまで随所に述べてきた通り、内径5センチ程度の小径で、多くの分岐管を有し、しかも管路の配置状態すら不明の地中の農業用暗渠排水管を洗浄・検査する場合の基本的な実施例を挙げ、以下、下記の図面を用いて説明する。
図１は本発明の全体を示す管洗浄装置（以下、本機という）の全体を示す斜視図である。
図２〜図１５は本機の各要部の構造を連続的に斜視図等で示した ものである。
図１６は本機の制御方向を示した図である。図１７は本機の防水カバーの状態を示した図である。図１８は本機使用の状況図である。

本機は管の中を後方の噴射ノズル４５による推進力で前進するが、分岐管の場合、これだけでは分岐点での方向制御ができないので、直前で映像により分岐管の方向を確認し、ノズルの進行方向を決める必要がある。

それには、図２に示すように超小型カメラの装備がノズル先端に必要である。 これはレンズ部５とプリント配線されたカメラ基盤４で構成されている。 暗い管の中では照明が必要であり、そのために、レンズ部５の周囲に数個のＬＥＤ（発光ダイオード）２を配置している。 このカメラ部分には円筒状の防水キ ャップ１を取り付けている。

カメラが捕らえた画像からだけでは、本機自体の回転姿勢が分からない。 そのため図５に示すように、レンズ部５の中のレンズ５−１の前に視野のごく一部を塞ぐ程度の小球５−２を入れた。 そのことにより、小球５−２は常に鉛直下方向にあり、地上のモニターテレビに映し出された管内の画像は小球５−２の一部分を影のように映し出す。 この影の部分を、後述する本機の駆動装置によって、画面の中央・下方に位置するように本機のカメラを回転させて鉛直下方向に定めることができる。 この鉛直下方向が定まれば、この９０度方向、すなわち左右方向が自ずと定まり、分岐管の推進方向操作が容易となる。 カメラはカメラ取り付けケース６に収納され、カメラ基盤４からのカメラ用電線１３およびＬＥＤ２のＬＥＤ用電線３は、上部の開口部６−１より入れる。
次に蓋７を取り付ける。 図６はカメラ基盤４の背面図である。

本機が上記のように作動するための構造についてであるが、図１０に示すように、ヨコ方向(またはタテ方向）については、モーター２６の軸に取り付けたベベルギヤー２５（ネジ部２５−１で取り付け）でベベルギヤー２４とこのベベルギヤーにネジ部２４−１で同軸接続させたプーリー２２を回転させる。 このプーリー２２に巻きつけられたプーリーワイヤー２３はコマ（９、１０、１１）と蓋１２の孔(コマ９については１７、１８）を通してあり、蓋７の孔７−４、７−５で端止めしてある。 また、このワイヤー とは９０度の位置にコマの連結ワイヤー２０−１を通し、同様に蓋７の孔７−１、７−２で端止めしてある。 図７は蓋７の背面の図である。

カメラ基盤４、ＬＥＤ２それぞれの電線３、１３は、コマの中央穴（コマ１０については穴２１）に通したコイルバネ１４の中を通す。 コマ（９、１０、１１）の断面はタテ断面Ｘ−Ｘを図８、ヨコ断面Ｙ−Ｙを図９に示す。 プーリー２２の回転によるワイヤー２３で、３つのコマ（９、１０、１１）はそろって同じ向きの曲りを示す。

蓋１２は前部インナー１５−３にはめ込まれ、これらは駆動部インナー１５−４にピン（１５−１、１５−２）でＡ−Ａの位置にＡ−Ａに対して左右の横方向に動くように固定される。 この駆動部インナー１５−４には、前記プーリー２２をはじめモーター２６、２７およびピニオンギヤー３０，３１の一連の駆動部が収納され、さらにインナーカバー１５−５に収納される。 なお、モーター２７が作動すると、後述

により、インナーカバー１５−５の中で駆動部インナー１５−４が回転する。

次に、軸回転、つまり鉛直下方向の制御であるが、前記［００２５］で識別された状態において、図１０のモーター２７を回転させればよい。 このモーター２７とモーター２６とはジョイント枠３２を間に接着剤等で固定する。 モーター２６は同枠３２の中に納め、モーター２７はこの上に位置する。ピニオンギヤー３０を枠３２にシャフト３２−１で同ギヤー３０のネジ部３０−１を締め付け固定する。 一方、モーター２７にはピノオンギヤー３１をネジ部３１−１で締め付け固定する。 ギヤー３０とギヤー３１は噛みあいの状態にする。したがって、モーター２７を回転させれば、ギヤー３０よりカメラ頭部までは一体となった回転をし、鉛直方向を制御できる。

このように、首振り方向と軸回転の制御によって、分岐部および曲がり部での操作が可能となる。 図１６はこの様子を示したものである。

ここまでは、本機の前進の場合についてであるが、後退の場合、各ギヤーが噛みあいの状態のままでは、管内での特に曲がり部、分岐部における後退操作は、後方の状態が見えないもとでは極めて困難である。 そこで、本機を管から脱出(後退）させるために、噛みあい状態にあるギヤーの うち、べベルギヤー２４と２５を分離する。

それには先ず、ピニオンギヤー３１の端部に設けた凹部３１−２と蓋３３(図１２断面図）に設けた凹部３３−３の間にモーター押しバネ１６を入れる。 ある程度圧縮した状態で入れる。 固定はしない。 ピニオンギヤー３０には蓋３３の孔３３−５に通した軸３４をボルト締３０−２で接続する。 この軸は後述の噴射ノズル４６に接続されているホース４７が引っ張られると同時に後退する。 ピニオンギヤー３０の端部と図１２の蓋３３の内側壁との間に約３〜５ミリの遊びを設けておく。 ノズル４６による推進力が働いていない状態では、モーター押しバネ１６によりピニオンギヤー３１がその遊びの分だけ前に押されて、一体に固定されているモーター２６のベベルギヤー２５がベベルギヤー２４と噛み合う。 推進力が働くと、押されて歯が噛みあう。 後退の場合は、反対に遊びの分だけベベルギヤー２５がベベルギヤー２４から離れる。 このとき、プーリー２２はニュートラルになり、コマ（９、１０、１１）はいずれも左右方向に自由な向きをする。 これによって、曲がり部および分岐部の形状に沿って、容易に管から脱出(後退）させることができる。 モーター２７、ピニオンギヤー３１−１は円柱状の駆動部インナーケース１５−４に収めるべくスライド部１５−６を切り欠いてある。

図１２において、蓋３３の軸孔３３−５を通る軸３４との間から水などの流体物が駆動部に入り込まないようにする工夫が必要である。 そのために、蓋３３の外側に円柱状の窪３３−１を設け、軸３４に軟質ゴムリング３５を通し蓋３６を凹部３３−２にして防水する。 また、先の電線（３、１３）と、モーター（２６、２７）の電線（２８、２９）は、孔３３−４を通し、この部分はシリコン等の充填材で防水する。

軸３４の右先端には、ジョイント３７の凹部３７−１にはめ込み、ネジ部３７−３で締め接続する。 可動バランスベルト３８の孔３８−１とワッシャー３９に通したピン４０をジョイント３７の端部にある窪に入れジョイント３７のネジ部３７−２で締め付け接続する。 この可動バランスベルト３８は、管の曲がり部及び分岐部で、スムーズ に本機全体が屈曲するように、次に述べる継ぎ手ベルト４３の働きのバランスを保つ役目をする。

次に、継ぎ手ベルト４３であるが、これにワッシャー４２を用いてボルト４１を孔4３−1に通す。 さらに、ワッシャー４４−を用いて図１３の噴射ノズル４５の先端に設けたネジ部４５−２に締め付け接続する。 このようにして噴射ノズル４５に接続した継ぎ手ベルト４３は、ジョイント３７のＢ−Ｂの位置でボルト（４３−２、４３−３）で接続される。

説明が後になったが、駆動部の筒体の蓋３３から出ている電線（３、１３、２８、２９）は、電線ケーブル（芯線数１２本）４７の一部で、電線１本につき２本の芯線を使用する。 この電線ケーブル４７は流体ホース４６と結束されている。

また、管内の本機の位置探知は電磁波発信体４８のケーブルによる。これによる発信磁波は地上の受信器で探知される。

次に、噴射ノズル４５であるが、図１５のように背面に洗浄および推進用の噴射孔４５−３を有している。 また、本機のノズル４５の前部に設けた噴射孔４５−１は前方への防水キャップ１の部分の洗浄を目的としており、 図１４のように孔の数を３程度の緩やか噴射にしている。

本機は、図１７のように先端の防水キャップ１から駆動部筒体１５までを防水している。
問題は防水材であるが、ゴム質のものではコマ（９、１０、１１）の部分で、防水カバー４９のシワ折れによる食い込みと屈曲性への抵抗が大きいのが難点であり、そのために柔軟な樹脂材料を採用している。

これまで述べた本機使用の状況を図示したのが図１８である。

本発明の全体を示す装置の斜視図である。 本機のカメラ部の構成を示す斜視図である。 本機の首ふり部であるコマの構成を示す斜視図である コマの中心に配置されたコイルバネと中を通る照明（ＬＥＤ）およびカメラの電線である。 天地方向を識別するための小球を入れたレンズ部の正面図である。 カメラ部を背面から見た図である。 カメラカバーを背面から見た図である。 斜視図のコマの中心をタテＸ−Ｘに割って見た断面図である。 斜視図のコマの中心をヨコＹ−Ｙに割って見た断面図である。 本機のモーター等の駆動部の構成を示す斜視図である。 本機の駆動部と噴射ノズルとの接続部の構成を示す斜視図である。 本機の駆動部のケースの後方端部（蓋）の断面図である。 本機の噴射ノズルと電磁波発生装置の位置を示す図である。 本機の噴射ノズルの前部を正面に回転して見た図である。 本機の噴射ノズルの背面を正面に回転して見た図である。 本機の方向制御による曲がりの状態を示した図である。 本機の防水カバーの状態を示した図である。 本機使用の状況図である。

符号の説明

１ 防水キャップ
２ ＬＥＤ（発光ダイオード）
３ ＬＥＤ用電線
４ カメラ基盤
５ レンズ部
５−１ レンズ
５−２ 小球
６ カメラ取り付けケース
６−１ 枠上部開口
７ ケース蓋
７−１ 配線用孔
７−２ 連結ワイヤー止め孔
７−３ 連結ワイヤー止め孔
７−４ プーリーワイヤー止め孔
７−５ プーリーワイヤー止め孔
８ 基盤線孔
９ コマ
１０ コマ
１１ コマ
１２ 蓋
１３ カメラ用電線
１４ コイルバネ
１５−１ ピン
１５−２ ピン
１５−３ 前部インナー
１５−４ 駆動部インナー
１５−５ インナーカバー
１５−６ スライド部
１６ モーター押しバネ
１７ プーリーワイヤー孔
１８ プーリーワイヤー孔
１９ 連結ワイヤー孔
２０ 連結ワイヤー孔
２０ー１ 連結ワイヤー
２１ コマ孔
２２ プーリー
２３ プーリーワイヤー
２４ ベベルギヤー
２４−１ ネジ部
２５ ベベルギヤー
２５−１ ネジ部
２６ モーター
２７ モーター
２８ モーター用電線
２９ モーター用電線
３０ ピニオンギヤー
３０−１ ネジ部
３０−２ ボルト締め
３１ ピニオンギヤー
３１−１ ネジ部
３１−２ 窪
３２ ジョイント枠
３２−１ シャフト
３３ 蓋
３３−１ 凹部
３３−２ 凹部
３３−３ 凹部
３３−４ コード出口孔
３３−５ 軸孔
３４ 軸ボルト
３５ 軟質ゴムリング
３６ 蓋
３７ ジョイント
３７−１ 窪
３７−２ ネジ部
３７−３ ネジ部
３７−４ ネジ部
３８ 可動バランスベルト
３８−１ 孔
３９ ワッシャー
４０ ピン
４１ ボルト
４２ ワッシャー
４３ 継ぎ手ベルト
４３−１ 孔
４３−２ ボルト
４３−３ ボルト
４４ ワッシャー
４５ 噴射ノズル
４５−１ 噴射孔
４５−２ ネジ部
４５−３ 噴射孔
４５−４ 継ぎ手部
４６ ホース
４７ 電線ケーブル
４８ 電磁波発信体
４９ 防水カバー

Claims (4)

1. 前後に高圧流動体を噴出する小孔を設けた噴射ノズルと、該ノズルの先に首振り制御用のモーターとベベルギヤーから成る駆動部と、軸回転制御用のモーターとベベルギヤーから成る駆動部を収納する筒体を配置し、該筒体の前方に、照明およびカメラ用電線を通す複数の方向制御コマをコイルバネで接続するとともに、最前方のコマの前方に発光ダイオードの照明体を有する小型カメラを配備する筒状本体から成り、該筒状本体の位置確認用電磁波発生装置を備える内視機能を有した方向制御可能な小径管の洗浄装置。
2. カメラ部のレンズ前方に、管内の鉛直方向を示すために光を乱反射する小球を自由落下可能な状態でフレーム内に挿入して成る検出部を有する（内視機能を有する）請求項 １記載の小径管の洗浄装置。
3. 方向制御用の駆動部を構成する歯車の噛み合いを解除し、コマのワイヤーによる拘束を解除する解除装置を備える請求項１または請求項２記載の小径管の洗浄装置。
4. 前記のカメラ部、コマ部及び駆動部までを防水用シートで保護する請求項１または請求項２、及び請求項３記載の小径管の洗浄装置。
   

Images