JP2011209228A - 海洋データ測定装置及び海洋データ測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プローブを繰り返し使用することができる海洋データ測定装置を提供する。
【解決手段】海洋データ測定装置１は、海洋のデータを測定するプローブ１０を支持対象である船舶１１に着脱可能に支持する支持ユニット２０と、船舶１１とプローブ１０とを連結するロープ１２を、船舶１１側から巻き取る巻取りユニット３０と、ロープ１２をプローブ１０の周りに巻きつける巻きつけユニット４０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、海洋データ測定装置及び海洋データ測定方法に関する。

海洋データ測定装置として、プローブと呼ばれる計測器を海中に沈めて海中の各種情報を取得する海洋データ測定装置が知られている(例えば特許文献１参照)。例えばＸＣＴＤ(eXpendable Conductivity, Temperature and Depth)方式とよばれる海洋データ測定装置では、水温センサ及び電気伝導度センサを内蔵したプローブを海中に自由落下させ、船舶の航行中に海中のプローブにより水温及び電気伝導度を検出する。この種の海洋データ測定装置では、一度使用したプロ−ブは海中に投棄している。

特開平５−１８８０３０号公報

上述した海洋データ測定装置では、次のような問題がある。すなわち、上述のＸＣＴＤ方式の海洋データ測定装置では、測定の度にプロ−ブを海中に投棄するため、測定回数に応じた数のプローブを要するという問題がある。

そこで本発明は、プローブを繰り返し使用することができる海洋データ測定装置及び海洋データ測定方法を提供することを目的としている。

本発明の一形態にかかる海洋データ測定装置は、海洋のデータを測定するプローブを支持対象に着脱可能に支持する支持手段と、前記支持対象とプローブとを連結するロープを、前記支持対象側から巻き取る巻取り手段と、前記ロープを前記プローブの周りに巻きつける巻きつけ手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明の一形態にかかる海洋データ測定方法は、プローブと支持対象とを連結するロープを、ねじりながら前記プローブの周りに巻きつける巻きつけ工程と、前記プローブの支持を解除して前記プローブを解放するプローブ解放工程と、解放された前記プローブで海洋情報を測定する海洋データ測定工程と、解放された前記プローブに連結するロープを前記支持対象側から巻き取り前記プローブを回収する回収工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、プローブを繰り返し利用することが可能となる。

本発明の一実施形態にかかる海洋データ測定装置を示す説明図。 同海洋データ測定装置の巻き付け時の状態を示す側面図。 同海洋データ測定装置の巻き付け時の状態を示す平面図。 同海洋データ測定装置の支持フレームの正面図。 同海洋データ測定装置の底面図。 同海洋データ測定装置のプローブ投下動作を示す斜視図。 同海洋データ測定装置の投下時の状態を示す側面図。 同海洋データ測定装置の投下時の状態を示す平面図。 同海洋データ測定装置の巻きとり動作を示す斜視図。 同海洋データ測定装置の巻きとり状態を示す側面図。 同海洋データ測定装置の巻きとり状態を示す平面図。 同海洋データ測定装置のガイド動作を示す側面図。 同海洋データ測定装置のガイド動作を示す側面図。 同海洋データ測定装置の回収後の状態を示す斜視図。 同海洋データ測定装置の回収後の状態を示す側面図。

以下、本発明の一実施形態かかる海洋データ測定装置１について、図１乃至図１５を参照して説明する。図中矢印Ｘ，Ｙ，Ｚはそれぞれ互いに直交する３方向を示す。また、各図において説明のため、適宜構成を拡大、縮小または省略して示している。ここでは例えばＸ軸は船舶の走行方向に、Ｙ軸は船舶の幅方向に、Ｚ軸は上下方向に、それぞれ沿っている。

図１乃至図１５は本発明の第１実施形態に係る海洋データ測定装置１を示す説明図である。図１乃至図５に示すように、海洋データ測定装置１は、海洋データを測定するプローブ１０と、プローブ１０を船舶１１（支持対象）に繋ぐロープ１２と、プローブ１０を船舶１１に着脱可能に支持する支持ユニット２０（支持手段）と、プローブ１０を回収する際に船舶１１側からロープ１２を巻き取る巻取りユニット３０（巻取り手段）と、ロープ１２をプローブ１０の外周に巻きつける巻きつけユニット４０（巻き付け手段）と、プローブ１０を回収する際にプローブ１０をガイドするガイドユニット２５（ガイド手段）と、を備えて構成されている。これらのユニット２０、２５、３０、４０は、駆動源としての各種モータＭ１〜Ｍ７、及び伝達機構としての各種ギアＧ１〜Ｇ２８、プーリＰ１〜Ｐ８、ベルトＢ１〜Ｂ４、及び回転枠Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５、を含んで構成されている。

プローブ１０は、海洋データ測定用の水温センサ及び電気伝導度センサ等の電子機器（測定手段）や、外部の通信機器との送受信を行うアンテナを搭載し、円柱状の胴部１０ｃを有している。プローブ１０の先端部１０ａ及び基端部１０ｂは先細形状をなしている。プローブ１０の基端部１０ｂにはロープ１２の一端が連結されている。このプローブ１０は、支持ユニット２０に支持され、支持が解除されるとローブ１２で船舶１１に繋がれたまま海洋に自由落下し、船舶の航行中に水温及び電気伝導度を検出する。

ロープ１２はプローブ１０と船舶１１とを連結するワイヤーロープ等であり、例えば直径１．２５ｍｍ、長さ２２００ｍに構成されている。ロープ１２の一端はプローブ１０の基端部１０ｂに固定され、ロープ１２の他端は巻枠３２に連結されて支持対象である船舶１１側に固定されている。

支持ユニット２０は、支持対象としての船舶１１の船尾に設けられた船体ブルワーク１１ａに取り付けられた板状の支持フレーム２１と、支持フレーム２１の上部に設けられＺ方向に延びる軸心Ｃ３を中心に回転可能な弾性支持部２２と、支持フレーム２１の下部に設けられ支点Ｃ４を中心に回動可能なタラップ２３と、を備えている。

支持フレーム２１は、船尾に固定された固定フレーム２１Ａと固定フレーム２１Ａに対してＺ軸に沿って移動可能に構成された可動フレーム２１Ｂとを備えている。ラック（ラックギヤ）２１Ｃは可動フレーム２１Ｂに固定されて枠上下用のモータＭ３との間にあるピニオンギアを介して可動フレーム２１Ｂを上下させる。可動フレーム２１Ｂは、後述するプローブ移動部４４として機能する。

弾性支持部２２は、例えばゴム摩擦板で構成されている。弾性支持部２２は、基端部１０ｂを保持する支持ユニット２０として機能するとともに、巻きつけの際に回転することによりプローブ回転部４２としても機能する。

タラップ２３の上面にはベアリングリング２３ａが設けられている。タラップ２３はＣ４を中心とした回動動作により昇降可能に構成され、上昇した状態でプローブ１０の先端部１０ａをその上面に保持するとともに、下降により支持を解除してプローブ１０を解放する。支持状態において、基端部１０ｂは上部の弾性支持部２２に支持され、先端部１０ａはタラップ２３上部のベアリングリング２３ａに保持される。

図１２乃至図１５に示すように、ガイドユニット２５は、ガイドアーム２６と、ガイドアーム２６の先端部２６ａに設けられた保持部２７と、ガイドアーム２６に連結されたガイドワイヤー２８と、回収ストッパ２９と、モータＭ７と、伝達機構としての各種ギアを備えて構成されている。ガイドユニット２５は、モータＭ７によってガイドアーム２６を支点Ｃ５を中心にして垂直位置と水平位置との間で回動させ、プローブ１０を支持ユニット２０に回収する際にプローブ１０の姿勢を規制する。

ガイドアーム２６は、支持フレーム２１下部に設けられ支点Ｃ５を中心に回動可能に構成されている。ガイドアーム２６の先端部に設けられた保持部２７は、プローブ回収時にプローブ１０の先端部１０ａを保持する。ガイドワイヤー２８は、一端が保持部２７に連結され、他端が支持フレーム２１の巻取り部２１ａに連結されている。このガイドワイヤー２８の長さ調節によりガイドアーム２６の状態を調節する。回収ストッパ２９は、支持フレーム２１に対して位置決めばね２９ａを介して弾性的に取り付けられている。回収ストッパ２９の下端部２９ｂは支持フレーム２１に回動可能に取り付けられている。回収ストッパ２９の上端部のローラ２９ｃにはプローブ１０に連結するロープ１２が掛けられている。

図１乃至図５に示すように、巻取りユニット３０は、例えば小型の電動ウィンチ３０Ａで構成され、船舶１１の設置部１１ｂに設けられたフレームＦ６と、フレームＦ６に対してＹ軸方向に沿う軸心Ｃ１を中心に回転可能な巻枠３２（回転部）と、ロープ１２を支持する支持アーム３３と、ロープ１２の位置を規制するロープ捌き部３４と、駆動源となるモータＭ２と、伝達機構としての各種ギア、プーリ、回転枠と、を備えて構成される。

巻枠３２は、軸心Ｃ１を中心に正逆回転可能に構成され、所定の巻き上げ方向に回転することによりロープ１２をその外周に巻きつけて巻きとる。この巻枠３２は巻きつけの際には逆方向に回転しながらロープ１２を巻きだして供給する機能も有している。すなわち、巻枠３２は正方向に回転する際には巻取りユニット３０として機能し、逆方向に回転する際には巻きつけユニット４０の巻戻し部４１として機能する。

支持アーム３３は昇降可能に構成され、プローブ回収時にロープ１２を支持する。

図１０及び図１１に示すロープ捌き部３４は、昇降可能な捌きアーム３５と、捌きアーム３５に連結される駆動源としてのモータＭ４〜Ｍ６と、伝達機構としての各種ギア、プーリ、回転枠と、を備えて構成される。捌きアーム３５は支点Ｃ６を中心に回動することで昇降可能に構成されている。捌きアーム３５の先端にはロープ１２を保持する一対のローラ３６ａ，３６ｂが取り付けられている。図１０及び図１１に示すように、巻取りの際に捌きアーム３５が上昇して、一対のローラ３６ａ，３６ｂでロープ１２を保持するとともに、ロープ１２をＹ軸方向に移動させることで、ロープ１２の位置を規制する。

図２乃至図５に示すように、巻きつけユニット４０は、巻取り後に巻き取られたロープ１２を巻戻す巻戻し部４１と、巻き戻しの際にプローブ１０を回転させるプローブ回転部４２と、ロープ１２をプローブ１０に巻きつける際にロープ１２をねじるねじり部４３（ねじり手段）と、プローブ１０を軸方向に移動させるプローブ移動部４４と、を備えて構成されている。

巻戻し部４１は、上述の巻枠３２と、巻枠３２を逆方向に回転させる駆動源としてのモータＭ２と、伝達機構としての各種ギア、プーリ、回転枠とによって構成される。

ねじり部４３は、巻枠３２を支持するとともに軸心Ｃ２を中心として横方向に回転可能に構成された回転フレームＦ３と、回転フレームＦ３を回転させる駆動源としてのモータＭ１と、伝達機構としてのギアＧ１〜Ｇ４と、を備えて構成される。

プローブ回転部４２は、プローブ１０の上端部を支持する回転可能な弾性支持部２２と、駆動源としてのモータＭ１と、伝達機構としてのギアＧ１、Ｇ２，Ｇ５〜Ｇ１２、Ｇ２７，２８及び歯付きプーリＰ６〜Ｐ８と、を備えて構成されている。プローブ回転部４２はＺ方向に延びる軸心Ｃ３を中心にプローブ１０を回転させることにより、巻枠３２から供給されたロープ１２をプローブ１０の外周面に巻きつける。巻きつけるロープ１２の長さは例えば最大水深に応じて設定され、ここでは全長２２００ｍのロープ１２のうち１０００ｍをプローブ１０に巻きつける。

プローブ移動部４４は、可動フレーム２１Ｂと、支持フレーム２１に設けられた複数の各種プーリＰ１〜Ｐ８と、ベルトＢ４と、駆動源となる上下動用のモータＭ３と、伝達機構としてのギアＧ１、Ｇ２，Ｇ５〜Ｇ１２、及び歯付きプーリＰ７，Ｐ８と、で構成される。このプローブ移動部４４は、巻きつけの際に支持フレーム２１の可動フレーム２１ＢをＺ軸方向に移動させることによってプローブ１０を軸心Ｃ３の方向に直線移動させ、ロープ１２の巻きつけ位置を規制する。

以上のように構成された海洋データ測定装置１は、プローブ１０と支持対象とを連結するロープ１２を前記プローブ１０の周りに巻きつける巻きつけ工程、プローブ１０が船舶１１の船尾に固定されたセット状態からプローブ１０の支持を解除して前記プローブ１０を解放するプローブ解放工程、解放されたプローブ１０で海洋情報を測定する海洋データ測定工程、解放されたプローブ１０に連結するロープ１２を支持対象側から巻き取りプローブ１０をガイドしながら回収する回収工程、の順で動作し、測定の度にこれらの工程を繰り返す。なお、ここでは一例として巻きつけ工程から順に説明するがこれに限られるものではない。以下それぞれの動作について説明する。

［巻きつけ工程］
図２および図３に示すように、巻枠３２に巻かれたロープ１２の一部をねじりながらプローブ１０の外周に巻きつける巻きつけ工程を行う。

巻きつけ工程として、プローブ１０が支持ユニット２０に鉛直に支持された状態で、巻戻し部４１による巻戻し、プローブ回転部４２によるプローブ回転、ねじり部４３による巻枠３２の回転、プローブ移動部４４による支持フレーム２１のＺ方向移動、を同時に行う。以下、巻きつけ工程の一例を示す。

モータＭ１は、歯車Ｇ１、Ｇ２，Ｇ５を介してリングギヤーＧ６を回転させる。リングギヤーＧ６の回転はピニオンギヤーＧ７からサイドギヤーＧ８を回転させ歯付プーリＰ８を回転させる。他方サイドギヤーＧ９の回転はＧ１０，Ｇ１１，Ｇ１２から歯付プーリＰ７を回転させる。上下モータＭ３によって支持フレーム２１が止まっているときは歯付プーリＰ７，Ｐ８は同じ方向に同じ回転数で回るので歯付プーリＰ６はモータＭ１と同じスピードで回転する。さらに、プーリＰ６はＧ２７，Ｇ２８から弾性支持部２２介してプローブ１０を回転させてプローブ１０ワイヤを巻き取る。また、モータＭ１の回転はＧ１，Ｇ２，Ｇ３、Ｇ４を介して回転フレームＦ３をプローブ１０と同じ速度で回転させる。これによって、ロープ１２をねじりながらプローブ１０外周に巻きつけるスピニング巻きが可能となる。

同時にプローブ１０に巻かれたロープは解けながら巻枠３２を回転させＧ１３，Ｇ１４、Ｇ１５，Ｇ１６，Ｇ１７，ベルトＢ２からＧ１８，Ｇ１９，Ｇ２０，を経て回転枠Ｆ５からＧ２４、Ｇ２５，Ｇ２６プローブ繰出回収用のモータＭ２を回転する。モータＭ２にブレーキを掛ければプローブ１０に巻き張力を掛けられる。

次にモータＭ１を固定したとき、フレーム上下動用のモータＭ３で可動フレーム２１Ｂを上下するとプーリＰ７，Ｐ８は互いに逆回転する。サイドギヤーＧ８，Ｇ９は互いに逆回転するためピニオンギヤーＧ７の軸受け、回転枠Ｆ４、ピニオンギヤーＧ７、リングギヤーＧ６は回転しない。すなわちモータＭ１にはトルクがかからないことになる。Ｍ３はＭ１には独立して巻き始め、巻き終わり、ピッチ、巻き回数をプログラムすることができる。

以上により、例えばロープ１２の一端側の１０００ｍがねじられながらプローブ１０に巻きつけられ、図１乃至３に示すセット状態となる。

［セット状態］
図１乃至図３に示すように、巻きつけ工程後のセット状態において、プローブ１０は、先端部１０ａが下方を向くように、支持ユニット２０によって船舶１１の船尾に鉛直に支持される。このとき、基端部１０ｂが弾性支持部２２にセットされ、先端部１０ａがタラップ２３部上にセットされることによって、支持手段に固定される。セット状態においてロープ１２は巻枠３２とプローブ１０外周にそれぞれ巻きつけられた状態となっている。

［プローブ投下工程］
プローブ投下について図６乃至図８を参照して説明する。モータＭ２の回転を止めて回転フレームＦ３が図の位置で止まっている状態から、タラップ２３を下方に回動することで、プローブ１０の支持を解除し、プローブ１０を自由落下させる。

プローブ１０の落下に伴ってプローブ１０外周に巻きつけられていたロープ１２が解ける。プローブ１０周囲に巻かれたロープ１２は、巻きつけ工程において予めねじられているため、解放動作がスムーズに行われる。さらに、船舶１１が航走すると海水に引かれて巻枠３２からロープ１２が巻出されて水平方向に引かれる。支持アーム３３の下降によりリミットスイッチがＯＮするとモータＭ２がロープ１２を緩める。緩まるとリミットスイッチがＯＦＦしてＭ２が止まる。巻枠３２の積算回転数が規定値に達したらＭ２を止める。

以上により、プローブ１０がロープ１２に繋がれた状態で海洋の所望の深さまで沈む。

［測定工程］
プローブ投下工程中に、海中に開放されたプローブ１０に内蔵された水温センサ及び電気伝導度センサにより、海洋データを測定する。データは、プローブ１０内の記憶部に記憶され、プローブ回収後に取得される。あるいは無線によりプローブ１０と船舶とでデータを送受信して取得してもよい。

［回収工程］
測定工程後に、回収工程として、巻取りユニット３０でロープ１２を巻き取りつつガイドユニット２５でプローブ１０の姿勢を規制してプローブ１０を回収し、再び船尾の支持ユニット２０にセットする。

図９乃至図１１に示すように、巻取り動作としてモータＭ２によって巻枠３２を正回転させることにより、船舶１１側にロープ１２を巻き取り、プローブ１０を引きよせる。

このときロープ捌き部３４によりロープ１２捌き動作を行う。すなわち、まず左舷ローラ用のモータＭ５で左舷ローラ３６ａを左舷に開いておく。同じく右舷ローラ用のモータＭ６で右舷ローラ３６ｂを右舷に開いておく。一対のローラ３６ａ，３６ｂが開いた状態で捌きアーム３５をモータＭ４で上昇させる。さらに一対のローラ３６ａ，３６ｂでロープ１２を所定の位置で挟持する。一対のローラ３６ａ，３６ｂはプログラムに応じてＹ軸方向に移動し、ロープ１２の巻き位置を規制する。以上によりロープ１２が巻枠３２の外周に太鼓状に巻きつけられる。

図１２に示すように、プローブ１０が巻き取られて船尾に近寄って来たらロープ１２が保持部２７の間にあることを確認しながらモータＭ７によってガイドアーム２６を支点Ｃ５を中心にして垂直位置から水平位置へ下ろす。

さらにモータＭ２によってロープ１２を巻き取るとプローブ１０と共にガイドアーム２６も垂直に立ち上がる。同時にモータＭ７によってガイドワイヤー２８も巻き取られる。

さらにモータＭ２によって巻き取りを進めると、図１３に示すように、ガイドアーム２６は位置決めバネ２９ａによって反発を受けながら回収ストッパ２９を固定フレーム21Ａに押し付けていく。プローブ１０の位置が弾性支持部２２の真下に来たときリミットスイッチが働いて回収モータＭ２を止める。次にタラップ２３が上昇し、プローブ１０を弾性支持部２２に押し付ける。

さらにモータＭ２によってロープ１２を巻き取ると、図１３乃至図１５に示すように、ガイドアーム２６はプローブ１０から離れ、第２のリミッタによって回収動作が終了する。このとき、ロープ１２は全て巻枠３２によって巻き取られた状態となっており、プローブ１０の外周には巻きつけられていない。

以上により、一連の動作が終了する。この後、再び巻きつけ工程を行うことによりプローブ１０の外周にロープ１２をねじりながら巻きつけ、上記一連の工程を繰り返す。

本実施の形態に係る海洋データ測定装置１によれば、プローブと支持対象とを連結するロープをねじりながら前記プローブの周りに巻きつける巻きつけユニット４０と、ロープを巻き取りプローブを回収する巻取りユニット３０と、を備えた構成により、一連の動作を自動化し、かつ、プローブ１０を回収して繰り返し使用出来、迅速かつ航行しながら測定を行うＣＴＤ（Conductivity, Temperature and Depth）システムを提供することが可能である。すなわち、従来のＸＣＴＤシステムでは、一度使用したプローブを回収する事が出来ずに測定回数に応じて多くのプローブを用意しなければならないが、本実施形態によれば、プローブを回収して繰り返し使用することが可能となるため、コスト低減が図れるとともに廃棄物を減少することが可能となる。また、巻きつけ工程において、巻きとり手段としての巻枠３２を巻取り方向と交差する横方向に回転させてねじりながらプローブに巻きつけることで、プローブ落下の際にロープ１２が絡まず、スムーズに落下動作が行われる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。また、各部の具体的構成や、各工程における具体的な制御手順等は、上記実施形態に例示したものに限られるものではなく適宜変功可能である。さらに、上記実施形態の構成要件のうち一部を省略しても本発明を実現可能である。

１…海洋データ測定装置、１０…プローブ、１０ｃ…胴部、１１…船舶（支持対象）、
１２…ロープ、２０…支持ユニット（支持手段）、２１…支持フレーム、
２５…ガイドユニット（ガイド手段）、３０…巻取りユニット（巻取り手段）、３０Ａ…電動ウィンチ、３２…巻枠（回転部）、４０…巻きつけユニット（巻きつけ手段）、
４２…プローブ回転部、４３…ねじり部、４４…プローブ移動部、Ｍ１〜Ｍ７…モータ、Ｇ１〜Ｇ２８…ギア、Ｐ１〜Ｐ８…プーリ、Ｂ１〜Ｂ４…ベルト、Ｃ１〜Ｃ３…軸心、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６…支点。

Claims (6)

1. 海洋のデータを測定するプローブを支持対象に着脱可能に支持する支持手段と、
   前記支持対象とプローブとを連結するロープを、前記支持対象側から巻き取る巻取り手段と、
   前記ロープを前記プローブの周りに巻きつける巻きつけ手段と、
   を備えたことを特徴とする海洋データ測定装置。
2. 前記巻きつけ手段は、前記ロープを前記プローブに巻きつける際に前記ロープをねじるねじり手段を備えることを特徴とする請求項１記載の海洋データ測定装置。
3. 前記巻取り手段は、前記支持対象に設けられ、所定の巻きとり方向に回転してロープを巻き取る回転部を有し、
   前記巻き付け手段は、前記回転部を前記巻きとり方向とは逆方向に回転してロープを巻戻す巻き戻し部と、前記回転部を前記巻取り方向と交差する方向に回転してロープをねじるねじり部と、前記プローブを回転させて前記プローブの周りに前記ロープを巻きつけるプローブ回転部と、を備えたことを特徴とする請求項２記載の海洋データ測定装置。
4. 前記巻きつけ手段は、前記プローブに前記ロープを巻きつける際に前記プローブを前記プローブの回転軸方向に移動させるプローブ移動部を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか記載の海洋データ測定装置。
5. 前記ロープを前記支持対象側から巻き取る際に、前記プローブの姿勢を規制するガイド手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の海洋データ測定方法。
6. プローブと支持対象とを連結するロープを、ねじりながら前記プローブの周りに巻きつける巻きつけ工程と、
   前記プローブの支持を解除して前記プローブを解放するプローブ解放工程と、
   解放された前記プローブで海洋情報を測定する海洋データ測定工程と、
   解放された前記プローブに連結するロープを前記支持対象側から巻き取り前記プローブを回収する回収工程と、
   を備えたことを特徴とする海洋データ測定方法。

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