JP2009147689A - 水中音源のシール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非常用のシール機構を有する水中音源のシール装置を提供する。
【解決手段】水中に浸漬されるエンクロージャ２と、エンクロージャ２に形成された開口部３に嵌め込まれ片面が水中に臨む振動板４と、振動板４の外周と開口部３の内周の間に配置されて振動板４が水中に向けて往復運動することを許容しつつ水密を保持する可撓性シール部材５と、エンクロージャ２内に収容され振動板４を往復駆動するアクチュエータ６と、振動板４が運動範囲の最端部に位置するときに振動板４に密着されてエンクロージャ２の可撓性シール部材５より内部を封止する補助シール部材７とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、非常用のシール機構を有する水中音源のシール装置に関する。

海洋・湖沼・河川などにおいて音響を用いて、様々の学術・技術的調査を行うことができる。例えば、水中で音波を放射したとき反射して返ってくる音波を測定して水底の地形や水底を構成する物質の性状を調べることができる。

この目的に使用される音源は、水中音源と呼ばれ、エンクロージャの開口部に振動板を取り付け、エンクロージャの内部には振動板を加振する油圧式アクチュエータを設け、水中において振動板を振動させることで水中に音波を放射する。音波の周波数が低周波である場合、水中においてこのような低周波で振動板を加振するために、油圧式アクチュエータには油圧で往復運動するものが使用される。

エンクロージャの内部には、振動板を加振する油圧式アクチュエータ、油圧源、弁などが収容されていると共に、油圧を制御する電気部材が収容されている。また、エンクロージャの内部は、振動板を水圧に抗して支えるために水圧と拮抗する空気圧（窒素ガスでもよい）が加えられている。

エンクロージャは、水中での使用に耐えられるほどの充分な機械的強度及び水密性を有している。また、振動板は、振動板面に接している近傍の水を往復加振しても変形しないほどの充分な機械的強度及び水密性を有している。

しかし、振動板とエンクロージャの開口部との間には隙間がある。この隙間をシールする必要がある。振動板がエンクロージャに対して往復運動するので、その運動の自由を確保しつつシールすることが必要である。このため、可撓性のあるシール部材であるダイヤフラムあるいはベローズを振動板の外周と開口部の内周の間に配置する。これにより、振動板が水中に向けて往復運動することを許容しつつ水密を保持することができる。

特開平１−３１１７９９号公報 特開平８−２５１６８７号公報

可撓性シール部材はそれ自体信頼性を有するが、エンクロージャや振動板に比較すると機械的強度が劣る。例えば、ダイヤフラムは布入りのゴムで形成されており、エンクロージャや振動板のような剛体ではない。このため、可撓性シール部材は長期間の使用による疲労や水中の異物との衝突によって損傷する可能性がエンクロージャや振動板より高い。仮に、可撓性シール部材が損傷するとその損傷部分から水がエンクロージャ内に浸入する。これが海中で起きると、海水がエンクロージャ内に浸入することになる。

エンクロージャ内には、油圧系、電気系の各種部材が収容されているが、これらの部材がエンクロージャ内に浸入した水によって錆発生・汚染・故障・劣化などの不具合を生じてしまう。特に、油圧式アクチュエータは、金属製で光沢が出るほど高精度に研磨されたロッドを有する精密機器であり、塩分を含む水に触れたり、水の中の汚染物質が付着したりすることは避けなければならない。いったん錆などの不具合が発生するとこの水中音源の使用を継続することが困難となり、調査の進展を阻害することになる。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、非常用のシール機構を有する水中音源のシール装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、水中に浸漬されるエンクロージャと、該エンクロージャに形成された開口部に嵌め込まれ片面が水中に臨む振動板と、該振動板の外周と上記開口部の内周の間に配置されて上記振動板が水中に向けて往復運動することを許容しつつ水密を保持する可撓性シール部材と、上記エンクロージャ内に収容され上記振動板を往復駆動するアクチュエータと、上記振動板が運動範囲の最端部に位置するときに該振動板に密着されて上記エンクロージャの上記可撓性シール部材より内部を封止する補助シール部材とを備えたものである。

上記補助シール部材は、上記振動板が運動範囲の内側最端部に位置するときに、上記振動板より上記エンクロージャの内側で該振動板に対向する隔壁と該振動板とに挟み込まれるパッキンからなってもよい。

上記可撓性シール部材より上記エンクロージャの内側に置かれた漏水センサと、該漏水センサが水を検知したとき上記振動板が運動範囲の最端部に位置するよう上記アクチュエータを制御する補助シール制御部とを備えてもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）補助シール部材がエンクロージャの可撓性シール部材より内部を封止するので、可撓性シール部材が損傷したときの非常用のシール機構が形成される。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示されるように、本発明に係る水中音源のシール装置１は、水中に浸漬されるエンクロージャ２と、エンクロージャ２に形成された開口部３に嵌め込まれ片面が水中に臨む振動板４と、振動板４の外周と開口部３の内周の間に配置されて振動板４が水中に向けて往復運動することを許容しつつ水密を保持する可撓性シール部材５と、エンクロージャ２内に収容され振動板４を往復駆動するアクチュエータ６と、振動板４が運動範囲の最端部に位置するときに振動板４に密着されてエンクロージャ２の可撓性シール部材５より内部を封止する補助シール部材７とを備えたものである。

本実施形態における水中音源のシール装置１は、振動板４を２枚備えるものである。これに合わせて、エンクロージャ２は、ほぼ円筒状に形成され、両端に開口部３を有する。各開口部３の振動板４は、開口部３の径より径が小さく形成され、振動板４の外周と開口部３の内周の間に配置された可撓性シール部材５により、振動自在かつ水密に保持されている。

アクチュエータ６は、振動板４の内面に一端（固定端）が固定されたピストンロッド２１と、このピストンロッド２１の途中に取り付けられたピストンヘッド２２と、このピストンヘッド２２を摺動自在に収容するシリンダ２３と、このシリンダ２３のピストンヘッド２２の片面側室及び反対面側室への動作油給排を調節するサーボ弁２４と、図示しない動作油源とを備え、図示しない制御装置がサーボ弁２４を調節することでピストンロッド２１に往復方向の運動、すなわち変位、速度、加速度を与えることができる。

２つのアクチュエータ６は、エンクロージャ２の中心軸を共通の動作軸とし、この動作軸にピストンロッド２１、ピストンヘッド２２、シリンダ２３の中心軸が一致している。双方のアクチュエータ６は、互いに背中合わせ配置されている。すなわち、一方のアクチュエータ６はエンクロージャ２の一端に置かれた振動板４からエンクロージャ２の反対端に向けてピストンロッド２１が延びており、他方のアクチュエータ６はエンクロージャ２の反対端に置かれた振動板４からエンクロージャ２の一端に向けてピストンロッド２１が延びており、ピストンロッド２１の自由端同士が向き合っている。

このアクチュエータ配置は、２つのアクチュエータ６が互いの反力を打ち消し合うようにしたものである。すなわち、一方のアクチュエータ６において振動板４を外へ突き出すように押したとき、他方のアクチュエータ６においても振動板４を外へ突き出すように押し、一方のアクチュエータ６において振動板４を内へ凹むように引いたとき、他方のアクチュエータ６においても振動板４を内へ凹むように引くという反対向きの動作をさせることで、２つのアクチュエータ６が互いの反力を打ち消し合うことができる。

本実施形態では、補助シール部材７は、振動板４が運動範囲の内側最端部に位置するときに、振動板４よりエンクロージャ２の内側で振動板４に対向する隔壁８と振動板４とに挟み込まれるパッキン９からなる。隔壁８は、開口部３からエンクロージャ２内部へ円筒状に凹んで振動板４の運動空間を形成し、その運動空間の最端部において振動板４に対向する。隔壁８には、アクチュエータ６のピストンロッド２１を通すための内部開口部１０が形成されている。補助シール部材７は、内部開口部１０より径方向外方に位置する。

本実施形態では、隔壁８にリング状の溝１１が形成され、この溝１１に補助シール部材７としてパッキン９が嵌め込まれている。パッキン９は、溝１１と同径のリング状のものであり、図示の断面がＶ字状に開いて形成された、いわゆるＶパッキンである。パッキン９は、可撓性を有し、振動板４が運動範囲の内側最端部に位置するとき、すなわち振動板４が隔壁８にほぼ接するとき、上記Ｖ字状に開いている部分が閉じるようになっている。

上記構成のように、振動板４よりエンクロージャ２の内側に、振動板４に対向する隔壁８が設けられているので、アクチュエータ６においてピストンロッド２１を引いたとき、振動板４が隔壁８に当たる位置を振動板４の運動範囲の内側最端部（引き側エンド）とする。振動板４より内側では、ピストンロッド２１が通る内部開口部１０よりも径方向外方は隔壁８となっており、パッキン９は、内部開口部１０を取り巻くように設けられている。よって、図２に示されるように、振動板４が運動範囲の内側最端部に来ると、パッキン９より内部（ピストンロッド２１、シリンダ２３等がある側）は封止される。

本実施形態では、水中音源のシール装置１は、可撓性シール部材５よりエンクロージャ２の内側に置かれた漏水センサ１２と、漏水センサ１２が水を検知したとき振動板４が運動範囲の最端部に位置するようアクチュエータ６を制御する補助シール制御部（図示しない制御装置に含まれる）とを備える。

漏水センサ１２は、公知のものであり、例えば、交互に非接触である２枚の電極を有し、平常時は電極間が絶縁であるが電極間に水が入ると導通あるいは低抵抗となって図示しない制御装置で漏水を認識できるようになっている。

漏水センサ１２は、隔壁８の最下部にセンサ孔を形成し、このセンサ孔に漏水センサ１２を挿入し、漏水センサ１２の感知部分が振動板４と隔壁８の間の最下部に位置するよう取り付けられている。漏水センサ１２の電気配線は、隔壁８より内部に配線される。なお、この水中音源のシール装置１は、水上の母船よりワイヤロープ等の索具で吊止されて曳航されるようになっており、図示上部が水面側に図示下部が水底側になる。

以下、本発明の水中音源のシール装置１の動作を説明する。

エンクロージャ２の内部に振動板４を水圧に抗して支えるための空気圧が加えられると共に、アクチュエータ６においてサーボ弁２４がシリンダ２３のピストンヘッド２２の片面側室及び反対面側室へ動作油給排を調節することで振動板４が加振される。このとき、振動板４の外周と開口部３の内周の間に配置された可撓性シール部材５は、振動板４が水中に向けて往復運動することを許容しつつ水密を保持する。

しかし、可撓性シール部材５はエンクロージャ２や振動板４に比べて機械的強度が劣るため、長期間の使用による疲労や水中の異物との衝突によって損傷する可能性が高い。ここで、仮に、可撓性シール部材５が損傷してしまったとする。

可撓性シール部材５の損傷箇所から浸入した水は、重力によって落下し、漏水センサ１２にかかる。図示しない制御装置の補助シール制御部は、漏水センサ１２によって漏水を認識すると、直ちにアクチュエータ６による振動板４の加振を停止させて、図２に示されるように、振動板４を運動範囲の内側最端部に移動させる。振動板４は、補助シール部材７に密着する。これにより、補助シール部材７より内部は封止され、補助シール部材７より内部に収容されているピストンロッド２１、シリンダ２３、サーボ弁２４等の油圧系や図示しない電気系の各種部材が水から保護される。

振動板４の加振が停止されたことにより、母船では音波が受信されなくなるので、水中音源のシール装置１に異常が発生したことが分かる。そこで、水中音源のシール装置１を水上に引き上げる。水上において、可撓性シール部材５の 損傷箇所補修あるいは交換を行うと共に、浸水部分の清掃を行うことで、水中音源のシール装置１を再使用することが可能となる。

このように本発明では、補助シール部材７が可撓性シール部材５のバックアップとなり、万が一、可撓性シール部材５が損傷してもエンクロージャ２内への浸水を防止して被害を最小限に食い止めることができる。そして、エンクロージャ２内の油圧系や電気系の各種部材が水から保護されるので、短時間で調査を再開することが可能となる。

本発明は、上記実施形態に限定されない。

上記実施形態では、補助シール部材７としてパッキン９を用いたが、補助シール部材７はＯリングでもよい。

上記実施形態では、補助シール部材７を隔壁８に形成した溝１１に収容したが、図３に示されるように、振動板４に溝１３を形成してその溝１３に補助シール部材７を収容してもよい。また、隔壁８の先端角部に溝１４を形成してその溝１４に補助シール部材７を配置し、振動板４とピストンロッド２１の連結部１５をテーパ状に形成して補助シール部材７を押圧できるようにしてもよい。また、開口部３より内部に開口部３より径の大きい空間を形成し、その空間に面するエンクロージャ２の端面の裏側に溝１６を形成しその溝１６に補助シール部材７を配置してもよい。この場合は、振動板４を運動範囲の外側最端部に移動させることで補助シール部材７より内部の封止が達成される。

上記実施形態では、開口部２３からエンクロージャ２の内部（隔壁８より内部）に通じる穴は、ピストンロッド２１が通る内部開口部１０のみと考えたが、漏水センサ１２を挿入しているセンサ孔についても充分なシールを確保したい場合がある。図３のように、隔壁８に設けたセンサ孔１７にセンサ１８が挿入されているとする。センサ孔１７の周囲を囲むように、補助シール部材７を設ける。これにより、振動板４が運動範囲の内側最端部に移動したとき、センサ孔１７の周囲の補助シール部材７に振動板４が接することになるので、センサ孔１８についても充分なシールを確保することができる。

上記実施形態では、２箇所の振動板４の下部にそれぞれ漏水センサ１２を設置したが、漏水センサ１２の設置箇所、個数はこれに限らない。図４に示されるように、隔壁８の最下部からエンクロージャ２の軸方向中央部底部まで、所定の勾配を有するドレンパイプ４１を配置し、ドレンパイプ４１の端部にドレンパン４２を配置する。このドレンパン４２に漏水センサ１２を設置する。２つの振動板４の可撓性シール部材５のうちどちらが損傷しても、浸入した水はドレンパイプ４１を通ってドレンパン４２に流入するので、漏水センサ１２により迅速に浸水を検出することができる。

本発明の一実施形態を示す水中音源のシール装置の内部構成図である。 図１の水中音源のシール装置における内部封止時の部分構成図である。 本発明の他の実施形態を示す補助シール部材の複数の設置箇所を示した水中音源のシール装置の部分構成図である。 本発明の他の実施形態を示す水中音源のシール装置の内部構成図である。

符号の説明

１ 水中音源のシール装置
２ エンクロージャ
３ 開口部
４ 振動板
５ 可撓性シール部材
６ アクチュエータ
７ 補助シール部材
８ 隔壁
９ パッキン
１０ 内部開口部
１１ 溝
１２ 漏水センサ

Claims (3)

1. 水中に浸漬されるエンクロージャと、該エンクロージャに形成された開口部に嵌め込まれ片面が水中に臨む振動板と、該振動板の外周と上記開口部の内周の間に配置されて上記振動板が水中に向けて往復運動することを許容しつつ水密を保持する可撓性シール部材と、上記エンクロージャ内に収容され上記振動板を往復駆動するアクチュエータと、上記振動板が運動範囲の最端部に位置するときに該振動板に密着されて上記エンクロージャの上記可撓性シール部材より内部を封止する補助シール部材とを備えたことを特徴とする水中音源のシール装置。
2. 上記補助シール部材は、上記振動板が運動範囲の内側最端部に位置するときに、上記振動板より上記エンクロージャの内側で該振動板に対向する隔壁と該振動板とに挟み込まれるパッキンからなることを特徴とする請求項１記載の水中音源のシール装置。
3. 上記可撓性シール部材より上記エンクロージャの内側に置かれた漏水センサと、該漏水センサが水を検知したとき上記振動板が運動範囲の最端部に位置するよう上記アクチュエータを制御する補助シール制御部とを備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の水中音源のシール装置。

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