JP2014189233A - アンビリカルケーブルおよび水中観測システム - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡単で、軽量であり、可撓性に富み、かつ高強度のアンビリカルケーブルを提供する。
【解決手段】母船とＲＯＶとを接続するアンビリカルケーブルは、光ファイバ心線を金属管に収納してなるものである。そして、母船の近傍の金属管が長手方向に外装鉄線で撚り巻き被覆され、ＲＯＶの近傍の金属管が可撓性加工されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、観測船と有索式の水中機器とを接続する、軽量化および可動性を向上させたアンビリカルケーブルに関する。

特公平４−７１７５３号公報

広く海中の状況を遠隔操作で観測する水中機器が開発されている。この水中機器は一般的にＲＯＶ（Remotely operated vehicle）と呼ばれる。ＲＯＶは観測船（母船）とケーブルで接続され、母船からの指示により遠隔制御され、例えば、ＲＯＶのカメラで撮影された画像は探査船（母船）のモニタで観察することができる。
また、ＲＯＶにはカメラやセンサー等を備え各種の観測をすることができる。
従来、母船とＲＯＶを接続するケーブル（アンビリカルケーブルまたはテザーケーブル）は、電力線と通信線が組み込まれており、機器の電力供給とデータ伝送の信号送受が行われていた。そして、そのアンビリカルケーブルの構造は、電力線と通信線とを複合し、その外周をケブラー繊維やアラミド繊維等を撚り巻きして抗張力線層として外傷等から保護する構造となっていた。このため、ケーブル径は２０ｍｍ〜３０ｍｍと太くケーブルに作用する抵抗が大きくＲＯＶの水中での活動域の制約になっていた。また、アンビリカルケーブルを観測船に積み込む際にも、重量、容積が増大して積み込みの負担になるという問題があった。これに対して接続ケーブルを細径化するために電力線を排して通信線のみを組み込んでいるアンビリカルケーブルが開示されている（特許文献１参照）。

また、アンビリカルケーブルを用いない方法としてはＡＵＶ（autonomous underwater vehicle）を用いる方法がある。アンビリカルケーブルの範囲内での調査観測を行うＲＯＶに比べ無索で自律航行できることから広範囲の海洋調査が可能であるとされている。ＡＵＶがＲＯＶに将来的にすべて取って代わるとは考えられておらず、互いに補い合いながら海洋調査が行われている。

アンビリカルケーブルの径が太く水中での活動を制約するという問題に対しては特許文献１のように通信線のみとしてケーブル径を細くすることが提案されている。
しかしながら、特許文献１のアンビリカブルケーブルは通信線（光ファイバ）にＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）被覆を施しただけの構造であることから、外傷に弱く、水中で構造物や障害物等に接触するとケーブルが切断されてしまう危険が大きい。
また、ＡＵＶにおいては通信線がないため、ＡＵＶが取得した水中の探査データを母船側でリアルタイムで確認できないという問題があった。

本発明は、構造が簡単で、細径で、軽量であり、可撓性に富み、かつ高強度のアンビリカルケーブルを提供することを目的とする。

第１に、本発明に係る母船とＲＯＶとを接続するアンビリカルケーブルは、光ファイバ心線を金属管に収納してなるものである。
このように、金属管に収納されているため、構造が簡単であるが、堅牢で内部の光ファイバ心線を外傷等から保護することが容易になる。
第２に、上記した本発明に係るアンビリカルケーブルは、前記母船の近傍の金属管が長手方向に外装鉄線で撚り巻き被覆されていることが望ましい。
このように、母船の近傍のように海上近くで障害物等が多い環境では、外装鉄線で撚り巻きされているので母船近傍のケーブルの強度が増大する。
第３に、上記した本発明に係るアンビリカルケーブルは、前記ＲＯＶの近傍の金属管が可撓性を備えるように加工されていることが望ましい。
金属管ケーブルは細径で屈曲可能なケーブル構造であるが、このように、ＲＯＶの近傍の金属管が可撓性加工されていることから重量を増大させることなく、ＲＯＶ近傍の可撓性がさらに向上する。

第４に、本発明に係る水中観測システムは母船とＲＯＶとをアンビリカルケーブルで接続したものであり、前記アンビリカルケーブルは、光ファイバ心線を金属管に収納し、前記母船の近傍の金属管は長手方向に外装鉄線で撚り巻き被覆され、前記ＲＯＶの近傍の金属管は可撓性加工されているものである。
このように、上記のアンビリカルケーブルを使用した水中観測システムは母船近傍のケーブルの強度が増大し、かつＲＯＶ近傍の可撓性がさらに向上した水中観測システムとなる。

本発明によれば、重量を増大させることがなく可撓性を向上させることができるので、構造が簡単で、軽量であり、可撓性に富み、かつ高強度のアンビリカルケーブルを実現できる。

実施の形態に係る水中観測システムの概要を表す図である。 実施の形態に係るアンビリカルケーブルの概略構造を表す図である。 実施の形態に係る外装鉄線部分および可撓性加工部分の詳細を表す図である。

＜１．水中探査システム＞
以下、実施の形態に係る水中観測システムについて図１により説明する。
図１に示すように水中観測システムは母船１、アンビリカルケーブル３および水中観測機器（以下ＲＯＶ（Remotely operated vehicle））２で構成されている。
母船１は、海洋観測のためのＲＯＶ２の潜航を制御する役割を担うものであり、データ通信機器やデータ処理装置を備えている。
ＲＯＶ２は母船１から海底面４の間を潜航した状態で海中の状況を観測する。浮力装置および推進装置を備えており、それらが母船１からアンビリカルケーブル３を介して制御され、目標となる水中の位置に移動する。

通常、ＲＯＶ２はビデオカメラやセンサー等の観測機器を備える。
また、ソナーや磁力計や写真機やマニピュレータや切断装置、水採取装置や水の透明度や光浸透性、温度を測定する機材を備える場合もある。これにより海中内部の状況をより詳しく観測することができる。
ＲＯＶ２は有索式であり、動力（電力）が母船１から有線で供給されるものと、ＲＯＶ２内部の蓄電池から電力を供給して情報のみ有線でやり取りする形式がある。
本実施の形態に係る水中探査システムは制御信号等の情報のみ有線でやりとりする形式のシステムを対象とするものであり、母船１から電力も供給する形式のものは対象としていない。

アンビリカルケーブル３は母船１とＲＯＶ２を接続する。アンビリカルケーブル３は制御信号を送受するための通信線が組み込まれており、例えば、ＲＯＶ２のビデオカメラで撮像された画像データを送信したり、母船１からの制御信号をＲＯＶ２に送信することができる。このため、アンビリカルケーブル３はできるだけ軽く、可撓性にすぐれ、ＲＯＶ２の移動範囲ができるだけ細かく、そしてできるだけ大きくできることが望ましい。また、水中内の構造物や障害物等に接触したとしても切断されないように堅牢さも求められる。
母船１ではアンビリカルケーブル３を介してＲＯＶ２を遠隔制御し、画像の撮影、画像受信および受信した画像データを海中の状況としてモニタ表示できる。また、必要に応じて、ＲＯＶ２のマニュピュレータを制御しサンプルを採取できる。これらに基づいてデータの解析、採取したサンプルの分析、保管等をすることができ、総合的にＲＯＶ２を制御し水中の状況を観測する。

＜２．実施の形態に係るアンビリカルケーブル＞
以下、実施の形態に係るアンビリカルケーブル３について図２、図３により説明する。
図２Ａは、第１の実施の形態に係るアンビリカルケーブル３を表すものである。図２Ａに示すように第１の実施の形態に係るアンビリカルケーブル３は、光ファイバ心線１１を金属管１２に収納して形成した構造の金属管光ファイバケーブルとしている。金属管１２の材料としては、ステンレス鋼、ニッケル合金、銅、チタン、アルミニウム等を用いることができる。アンビリカルケーブル３の径は５ｍｍφ程度とすることができ、軽量化に寄与する。このためＲＯＶ２の水中内での可動性を大きくすることができ、活動域の制約を大きく緩和することができる。
また、金属管１２で構成したことにより、金属管１２が保護層となり内部の光ファイバ心線１１の外力による外傷や水圧から保護することができる。

図２Ｂは、第２の実施の形態のアンビリカルケーブル３を表すものである。図２Ｂに示すように第２の実施の形態のアンビリカルケーブル３は、光ファイバ心線１１を金属管１２に収納して形成した構造のものに対して、そのアンビリカルケーブル３の一端側の所定の部分、すなわち母船１と接続したときに母船１の近傍に相当する部分の金属管１２の外周にケーブルの長手方向に外装鉄線で撚り巻きした部分１３を有する構造としている。
この外装鉄線は金属管１２に直接撚り巻きしてもよいし、金属管１２の外周面に金属管１２の防食のため被覆材で被覆して、その外周に外装鉄線を撚り巻きしてもよい。
被覆材としては、例えば、塩化ビニル樹脂、ポリエチレン、ナイロン等の樹脂を用いることができる。

外装鉄線の撚り巻き部分１３の構造が図３Ａに示されている。図３Ａの左側の図は、図２Ｂのａ−ａ断面を示すものである。図３Ａに示すように、中心に光ファイバ心線１１が配置され、その周りを金属管１２が覆い、さらに樹脂皮膜で被覆し、そしてその周りを外装鉄線がアンビリカルケーブル３の長手方向に配置されている。図３Ａの右側の図は外装鉄線に撚りが施されている状態を示している。
この構造とすることにより強度を大きくすることができ、海上近くで他の船、構造物および浮遊物等の障害物にアンビリカルケーブル３が接触しても充分な強度を保つことができ、アンビリカルケーブル３が切断されることを防止することができる。

図２Ｃは、第３の実施の形態に係るアンビリカルケーブル３を表すものである。図２Ｃに示すように第３の実施の形態に係るアンビリカルケーブル３は、図２Ｃで示した一端側の所定の部分、すなわちＲＯＶ２と接続したときにＲＯＶ２の近傍に相当する部分の金属管１２に可撓性加工部分１４を形成している。可撓性構造としては、例えば、金属管１２に溝を形成してもよい。実施の形態としてはスパイラルまたはリング状の溝としているが、一定の間隔でかつ所定の長さ以上の溝であればこれらの形態に限られるものではない。
金属管ケーブルは細径で屈曲可能なケーブル構造であるが、このように、ＲＯＶ２の近傍の金属管１２が可撓性加工されていることから重量を増大させることなく、ＲＯＶ２近傍の可撓性がさらに向上する。

図３Ｂおよび図３Ｃにその可撓性加工として溝加工された場合の詳細が示されている。図３Ｂはリング状の溝を示すものである。図３Ｂに示すように金属管１２にリング溝１５が並行に施され、可撓性加工部分１４が形成されている。
図３Ｃはスパイラル状の溝を示すものである。図３Ｃに示すように金属管１２に螺旋形状に形成されたスパイラル溝１６が施され、可撓性加工部分１４が形成されている。
この構造とすることにより、アンビリカルケーブル３の可撓性加工部分１４の可撓性は大きく向上し、アンビリカルケーブル３はＲＯＶ２の動きにともなって柔軟に追従し、そしてＲＯＶ２の動きを阻害せず、アンビリカルケーブル３は柔軟に屈曲しＲＯＶ２の可動性を大きく向上させることができる。

図２Ｄは、第４の実施の形態に係るアンビリカルケーブル３を表すものである。図２Ｄに示すように第４の実施の形態に係るアンビリカルケーブル３は、図２Ｄで示した一端側の所定部分に外装鉄線で撚り巻きをした部分１３を有する構造のアンビリカルケーブル３に対して、他端側の所定の部分、すなわちＲＯＶ２と接続したときにＲＯＶ２の近傍に相当する部分の金属管１２に可撓性加工する構造としている。

図２Ｅは、第５の実施の形態に係るアンビリカルケーブル３を表すものである。図２Ｅに示すように第５の実施の形態に係るアンビリカルケーブル３は、図２Ｅで示した一端側の所定部分に外装鉄線で撚り巻きをした部分１３を有する構造のアンビリカルケーブル３に対して、他端側の残りの部分の金属管１２を可撓性加工する構造としている。
図２Ｆは、第６の実施の形態に係るアンビリカルケーブル３を表すものである。図２Ｆに示すように第６の実施の形態に係るアンビリカルケーブル３は、図２Ｆで示した一端側の所定部分に外装鉄線で撚り巻きをした部分１３を有する構造のアンビリカルケーブル３に対して、金属管１２の全ての部分を可撓性加工する構造としている。
金属管１２の可撓性加工部分１４はＲＯＶ２の近傍が可撓性を備えていればよいが、アンビリカルケーブル３全体の可撓性を高めるために適宜、可撓性加工部分１４の範囲を設定すればよい。

この構造とすることにより、アンビリカルケーブル３の可撓性加工部分１４の可撓性は大きく向上し、アンビリカルケーブル３はＲＯＶ２の動きにともなって柔軟に追従し、そしてＲＯＶ２の動きを阻害せず、アンビリカルケーブル３は柔軟に屈曲しＲＯＶ２の可動性を大きく向上させることができる。
以上説明した実施の形態にかかるアンビリカルケーブル３は水中観測システムの母船１とＲＯＶ２との間で制御信号等の情報のみを送受する接続ケーブルとして使用されることが好適である。

１…母船、２…ＲＯＶ、３…アンビリカルケーブル、１１…光ファイバ心線、１２…金属管、１３…外装鉄線で撚り巻きをした部分、１４…可撓性加工部分

Claims (6)

1. 光ファイバ心線が金属管に収納された金属管光ファイバケーブルで構成されたアンビリカルケーブル。
2. 金属管の一端側が長手方向に外装鉄線で撚り巻き被覆されている請求項１に記載のアンビリカルケーブル。
3. 金属管の一端側が長手方向に可撓性加工されている請求項１に記載のアンビリカルケーブル。
4. 前記金属管の一端側が長手方向に外装鉄線で撚り巻き被覆され、他端側が長手方向に可撓性加工されている請求項１に記載のアンビリカルケーブル。
5. 前記可撓性加工は金属管がスパイラルまたはリング状に溝加工されている請求項３又は請求項４に記載のアンビリカルケーブル。
6. 母船と水中機器とをアンビリカルケーブルで接続した水中観測システムであって、
   前記アンビリカルケーブルは、光ファイバ心線が金属管に収納された金属管光ファイバケーブルであり、前記母船の近傍の金属管は長手方向に外装鉄線で撚り巻き被覆され、前記水中機器の近傍の金属管は可撓性加工されている水中観測システム。

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