JP2015050823A - ケーブル取り外し機構 - Google Patents

Abstract

【課題】シーブからのケーブル取り外し作業を自動で行い、効率的にケーブルをシーブから取り外す取り外し機構を提供する。【解決手段】ケーブル取り外し機構は、水中移動機に装着されるケーブル展張装置の展張するケーブルを水底面に向けて繰り出す繰り出しシーブの取り外し機構であって、一端に前記繰り出しシーブの回転軸が軸支され、他端は前記展張装置に鉛直方向に固定される連結部材を備える。そして前記連結部材は、前記繰り出しシーブが軸支されている側が前記軸方向に平行に且つ前記繰り出しシーブの反対側に向かって回動可能な回転部を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、ケーブルを展張する展張装置において展張されるケーブルを遠隔でシーブから取り外す取り外し機構についての技術分野に関する。

特許第４８５３６３５号

近年、地震や津波に備えて地震・津波海底観測網が構築されている。陸上では捉えられない海底の変化等をリアルタイムで観測可能とするものである。この海底観測網は、幹線ケーブル、終端装置、ノード、観測装置等で構成されている。幹線ケーブルはある特定の場所に、例えばループ状に配置される。この幹線ケーブルに対し終端装置を経由してノードが接続される。ノードは分岐装置のことで、このノードからケーブルにより観測装置が接続される。この地震・津波海底観測網において、ノードと観測機器を接続するケーブルをいかに精密に効率的にそして手際よく海底に敷設（展張）するか、その技術が重要となっている。
ノードと観測装置との距離は概ね１０ｋｍとされる。この区間へのケーブルの展張は、作業船から吊されたＲＯＶ（Remotely operated vehicle）に装着されたケーブル展張装置により行われるが、移動速度の制限もあり、その時間は１０時間に及んでいる。早朝から日没までの作業時間を考えると作業の効率化が望まれている。具体的なケーブル展張方法について特許文献１に記載されている。

ケーブルの展張作業が終了するとＲＯＶに取り付けられていたケーブルボビンはＲＯＶから切り離され、海底に着底させられることとなる。このとき、シーブにセットされているケーブルはシーブから取り外される。
このケーブル取り外し作業は従来はマニピュレータを遠隔操作することにより行われていた。マニピュレータによる取り外し作業は、マニピュレータ自身が本来の目的とは違う目的で使用されることから、動作範囲が制約され、自由度がなく、さらに操作が複雑で難しいために相当な時間がかかる大変な作業となっていた。上記のケーブル展張作業の効率化も重要であるが、このケーブル取り外し作業の効率化も重要であり、その効率化が望まれている。

上記の通り、ケーブルの展張は１０時間に及ぶ長時間作業である。さらにその後のシーブからのケーブル取り外し作業も時間がかかり、複雑な作業となっていた。このため、シーブからのケーブル取り外し作業が効率的でなく、相当な時間が掛かるという問題があった。

本発明は、シーブからのケーブル取り外し作業を自動で行い、効率的にケーブルをシーブから取り外す取り外し機構を提供することを目的とする。

第１に、本発明に係るケーブル取り外し機構は、水中移動機に装着されるケーブル展張装置の展張するケーブルを水底面に向けて繰り出す繰り出しシーブのケーブル取り外し機構であって、一端に前記繰り出しシーブの回転軸が軸支され、他端は前記展張装置に鉛直方向に固定される連結部材を備え、前記連結部材は前記繰り出しシーブの軸支されている側が前記軸方向に平行に回動可能な回転部を有するものである。
このように、シーブを傾けることができるのでケーブルの嵌っていた溝からケーブルを外すことができる。
第２に、上記した本発明に係るケーブル取り外し機構においては、回転部は、回転動作をしないときには回転が固定されるロック機構を有することが望ましい。
このように、ロック機構を有することにより、ケーブル展張動作のとき連結部材のずれ、がたつき等が発生せず安定した展張動作を実現できる。

第３に、上記した本発明に係るケーブル取り外し機構においては、ロック機構は機械式であるあることが望ましい。
このように、機械式であることから油圧、電気等の駆動源を持つ必要がなく構造が簡単となる。
第４に、本発明に係るケーブル取り外し機構においては、回転部はシーブからケーブルが外れるまで回転可能であることが望ましい。
このように、回転部がシーブからケーブルが外れるまで回転可能なので確実にケーブルの嵌っていた溝からケーブルを外すことができる。

第５に、本発明に係るケーブル取り外し機構においては、シーブの表面形状が滑らかとなっていることが望ましい。
このように、表面形状が滑らかになっているので、ケーブルが突起物に引っかかることがない。
第６に、本発明に係るケーブル取り外し機構においては、前記シーブの溝の内側の壁面のうち、前記連結部材の反対側の壁面が斜面となっていることが望ましい。
このように、壁面が斜面になっているので、ケーブルが溝から容易に外れる。

本発明によれば、シーブからのケーブル取り外し作業を自動で行い、効率的にケーブルをシーブから取り外すことができる。

ケーブル展張作業の概要を表す図である。 ケーブル展張装置の構成を表す図である。 実施の形態に係るケーブル取り外し機構を表す図である。

＜１．展張動作の概要＞
以下、ケーブル展張動作の概略を図１により説明する。
図１に示すように、ケーブル展張動作は海面８を航行する作業船１につり下げられた水中移動機（以下ＲＯＶ（Remotely operated vehicle））７を移動させながら行われる。
作業船１はＲＯＶ７の曳航を制御する役割を担うものであり、表示装置を含むデータ処理装置１ａを備えている。作業船１とＲＯＶ７とはケーブル４０で接続され、このケーブル４０を経由して電力が作業船１からＲＯＶ７に供給され、さらに作業船１とＲＯＶ７との間で制御信号のやりとりが行われる。
ＲＯＶ７は浮力装置や推進装置を備えている遠隔制御で動く水中移動機である。ここでは、ＲＯＶ７にケーブルボビン３、シーブ４及び移動情報取得部５を含むケーブル展張装置２を装着し、これを装着してケーブル展張を行うために使用される。作業船１に設けられている表示装置にはケーブル展張装置２の動作状態等が表示され、データ処理装置１ａにより、ケーブル展張装置２を制御できる。また各種のパラメータを設定できる。

ケーブルボビン３には、敷設ケーブル６が巻かれており、このケーブルボビン３の軸が回転することにより敷設ケーブル６が繰り出される。
シーブ４はケーブルボビン３から繰り出される敷設ケーブル６をシーブ４の軸を回転させながら敷設ケーブル６が弛まないように一定速度で敷設ケーブル６を海底面９に向けて繰り出すものである。シーブ４には敷設ケーブル６の径に応じた溝が設けられており、この溝に敷設ケーブル６を沿わせ敷設ケーブル６が外れたり、変形することがないようにされている。
移動情報取得部５は移動センサであり、例えば海底面９に音波を出し反射波のドップラーシフトから対地移動速度を求めるドップラ式対地速度計(Doppler Velocity Log, DVL)が使用される。この移動情報取得部５で取得されたデータからＲＯＶ７の移動速度等を算出できる。
敷設ケーブル６の展張は、ケーブルボビン３が回転することによりケーブルボビン３に巻かれた敷設ケーブル６が繰り出され、繰り出された敷設ケーブル６はシーブ４により海底面９に向かって繰り出される。同時に移動情報取得部５から取得したデータからＲＯＶ７の移動速度が算出されその速度に応じてケーブルボビン３の回転とシーブ４の回転が制御され最適な速度で敷設ケーブルが繰り出され、ケーブルの展張作業の自動化が実現される。
展張作業終了後は、シーブ４から敷設ケーブル６が取り外され、さらにケーブル展張装置２からケーブルボビン３が取り外され、巻回された敷設ケーブル６とともに海底に着底させられる。

＜２．ケーブル展張装置の動作＞
以下、ケーブル展張装置２の動作について図２により説明する。
図２に示すように、ケーブル展張装置２はケーブルボビン３、シーブ４、移動情報情報取得部５、制御部１１、シーブモータ２０、シーブモータ駆動部２３、ボビンモータ２１、ボビンモータ駆動部２２、通信部２７で構成される。

ケーブルボビン３は、海底に展張する敷設ケーブル６を巻回保持するものである。ケーブルボビン３の軸が回転することにより、ケーブルボビン３から敷設ケーブル６が繰り出される。
ケーブルボビン３はボビンモータ２１の回転により回転される。ボビンモータ２１の回転数はボビンモータ駆動部２２の制御により調整される。ボビンモータ駆動部２２は制御部１１の制御の下、動作される。

シーブ４は、ケーブルボビン３から繰り出された敷設ケーブル６を海底面９に向かって案内する役目を担うものである。これにより敷設ケーブル６は海底面９に向かって繰り出される。既に述べた通り、シーブ４には敷設ケーブル６の径に応じた溝が設けられており、この溝に敷設ケーブル６を沿わせ敷設ケーブル６が外れたり、変形することがないようにされている。
シーブ４はシーブモータ２０の回転により回転される。シーブモータ２０の回転数はシーブモータ駆動部２３の制御により調整される。シーブモータ駆動部２３は制御部１１の制御の下、動作される。
ケーブルボビン３の繰り出し速度（ω_B×ｒ_B）とシーブ４の繰り出し速度（ω_S×ｒ_S）は、ケーブルボビン３の繰り出し速度がシーブ４の繰り出し速度より大きくなるように制御される。これは敷設ケーブル６がケーブルボビン３とシーブ４の間で弛んだ状態となり、ケーブルの展張に支障をきたすからである。

制御部１１は、例えば実際にはＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（random access memory）、各種インターフェース等を備えたマイクロコンピュータ及び周辺回路により構成されている。図２では、実施の形態の動作を実現するための機能的な構成として示している。
図２に示すようにその処理機能は、繰り出し目標速度計算部１３、スラック量計算部１４、ケーブル繰り出し速度計算部１５、進行方向速度算出１８で構成される。これらの処理機能はソフトウェアにより実現される。スラック量目標値１２は制御部１１内の所定の記憶エリアに記憶されている。

制御部１１の処理動作について説明する。動作移動情報取得部５から取得された３次元の各方向の移動速度（Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚ）及び海底面９からの高度（ｈ）の各値を用いて進行方向速度算出部１８により進行方向の移動速度（Ｖｒｏｖ）が算出される。この計算は数１の式を用いて行われる。ｈ’は高度（ｈ）の時間変化を表す変数である。

ケーブル繰り出し速度計算部１５は、敷設ケーブル６の実際の繰り出し速度を求める処理部である。繰り出し速度は、ケーブルボビン３を回転させるボビンモータ２１の回転数を取得（ボビンモータ２１から出力されている）し、この回転数から角速度を求め、この値とケーブルボビン３に円形に巻かれている敷設ケーブル６全体の半径とを乗ずることにより求められる。回転によりケーブルボビン３に円形に巻かれている敷設ケーブル６全体の半径が小さくなるが、これを勘案して繰り出し速度が求められる。この繰り出し速度はスラック量計算部１４に入力される。
スラック量計算部１４は繰り出される敷設ケーブル６のスラック量（余裕度）を計算する処理部である。
ここでいうスラック量とは、シーブ４により海底面に向かって敷設ケーブル６が繰り出されるときのケーブルの繰り出し量（Ｌ）とＲＯＶ７の移動距離（Ｄ）との比（Ｄ／Ｌ）である。
この比が１より大きくなるとケーブルに大きな負荷が掛かり、場合によってはケーブルが切断することもあり不都合なので、一定の余裕度を持たせて展張作業が行われる。
ケーブルボビン３とシーブ４との間では敷設ケーブル６は弛まないように制御されるので、スラック量を１より小さい値としておくことにより、敷設ケーブル６がシーブ４により海底面に向かって繰り出されるとき、シーブ４と海底面９との間に余裕度として一定の弛みが生じることになる。スラック量を調整することにより一定の弛みにすることができる。
目標とするスラック量は予め操作者により設定される。この値はスラック量目標値１２として記憶エリアに保存される。数値の設定は遠隔の場所にある作業船１のデータ処理装置１ａのキーボードから入力される。

スラック量計算部１４には、既に述べた通り、敷設ケーブル６の繰り出し速度とＲＯＶ７の移動速度（Ｖｒｏｖ）が入力される。ボビンモータ２１の実際の回転数から求めたケーブルの繰り出し速度から繰り出しケーブル長（Ｌ）が算出され、ＲＯＶ７の移動速度からＲＯＶ７の移動距離（Ｄ）が算出される。この比（Ｄ／Ｌ）を計算することにより、動作状態における現実のスラック量が求められる。

繰り出しケーブル目標速度計算部１３は、設定されたスラック量目標値１２となるようにボビンモータ駆動部２２とシーブモータ駆動部２３を制御するものである。この繰り出しケーブル目標速度計算部１３には、スラック量目標値１２とスラック量計算部１４で計算された動作状態における現実のスラック量が入力される。この２つの値を比較し、目標とするスラック量目標値１２に補正を加え、ボビンモータ駆動部２２とシーブモータ駆動部２３を制御する。これにより、正確にスラック量目標値１２を維持した展張が可能となる。
運転動作開始時は、入力される実際のスラック量はゼロなので、スラック量目標値１２となるようにボビンモータ駆動部２２とシーブモータ駆動部２３の制御が行われ、ボビンモータ２１とシーブモータ２３が回転される。動作開始後は、動作状態における現実のスラック量が求められ、この現実のスラック量とスラック量目標値１２とを比較し、スラック量目標値１２を補正し、ボビンモータ駆動部２２とシーブモータ駆動部２３を制御する。
これにより、設定されたスラック量目標値１２を正確に維持する展張作業が実現できる。

遠隔の場所にある作業船１内に設置されているデータ処理装置１ａは、制御部４１、通信部４２、入力部４４、表示部４３等で構成される。
制御部４１はＣＰＵ等で構成され、ソフトウェアの制御により通信部４２、表示部４３、入力部４４を制御する。
データ処理装置１ａは制御部４１の制御の下、通信部３２を経由してケーブル展張装置２の通信部２７とデータの送受を行う。これにより、データ処理装置１ａの表示部４３にはケーブル展張装置２の動作状態等が表示される。また、データ処理装置１ａからケーブル展張装置２の動作に必要となるパラメータ及び制御信号を送信する。
具体的には、データ処理装置１ａの表示部４３にはケーブル展張装置２から受信したケーブル繰り出し速度、ケーブル繰り出し長、スラック量等を表示することができる。
また、データ処理装置１ａは入力部４４からの入力指示により、遠隔で後述の取り外し機構を制御し、シーブ４から敷設ケーブル６を自動で取り外すことができる。これにより、取り外し作業の効率化が図れる。

＜３．実施の形態に係るケーブル取り外し機構＞
以下、実施の形態に係るケーブル取り外し機構について図３により説明する。
図３Ａはケーブル取り外し機構がケーブル展張装置２に装着された通常時の状態を示すものである。この状態でケーブルボビン３から繰り出された敷設ケーブル６はシーブ４により海底面９に向かって繰り出される。
図３Ａに示すようにケーブル取り外し機構は、回転部３０を有する連結部材３４で構成される。回転部３０は電動又は油圧により駆動される。連結部材３４の一端にシーブ４の回転軸が軸支されている。連結部材３４の他端はケーブル展張装置２に固定されている。連結部材３４の固定方向は鉛直方向である。回転部３０は図３Ａ〜図３Ｃのように、連結部材３４においてシーブ４が軸支されている側がシーブ４の回転軸の方向に平行に移動するように回転する。このため、連結部材３４は、回転部３０によりシーブが軸支されている側が前記軸方向に平行に且つ前記繰り出しシーブの反対側に向かって回動可能となる
また、シーブ４には押さえロール３２，３３が備えられている。押さえロール３２，３３は敷設ケーブル６をシーブ４の溝に押さえ込むもので、押さえ込み／解除の駆動制御は電動又は油圧により行われる。ロール３２、３３は同時に制御してもよいし、それぞれ独立に制御してもよい。

回転部３０にはロック機構３１が備えられている。通常の状態、すなわちケーブルボビン３から繰り出される敷設ケーブル６をシーブ４が海底面９に繰り出している状態では、回転部３０はこのロック機構３１によりロックがかけられ、連結部材３４の回転部３０から下の部分に振動、がたつき又は振り子状の動きが発生しないように固定される。これにより、展張動作に支障がないようにされている。
ロック機構３１は機械式の機構となっている。例えば、ロックバーが回転部３０を固定されるように付勢される構成となっている。そして回転部３０が電動又は油圧により駆動されるのに合わせて解除用の部品（カム等）が動作しロックが解除されるものである。機械式となっているので、専用の配管、配線等が必要なく簡単な構成とすることができる。

次に、ケーブル取り外し機構の動作について説明する。図３Ａは既に説明したとおり、通常の状態を表す図である。この状態でシーブ４は敷設ケーブル６を海底面９に向かって繰り出す。ここで説明する動作は遠隔の場所にある作業船１内のデータ処理装置１ａにより遠隔制御で行われる。
敷設ケーブル６をシーブ４から取り外すために、まずケーブル押さえロール３２、３３の押さえ状態を解除する。これにより敷設ケーブル６は開放された状態となる。
回転部３０の回転が開始されると回転駆動の動力により、ロック機構３１のロックが解除され、回転部３０を中心にシーブ４は回転される。図３Ｂはその途中状態である。この状態では敷設ケーブル６は開放された状態になっているが、まだシーブ４から敷設ケーブル６は外れず、シーブ４に引っ掛かった状態である。
さらに回転させ９０度以上回転させると図３Ｃに示すように敷設ケーブル６はシーブ４から外れ自重で脱落する。シーブ４の外観形状は凹凸、突起物がなく滑らかとなっているので敷設ケーブル６のシーブ４からの脱落が無理なく行われ、脱落が妨げられることはない。すなわち、回転部３０は鉛直方向から９０度以上回転可能であり、この回転により敷設ケーブル６とシーブ４との接触している位置が水平から垂直に変わり、確実にシーブ４から敷設ケーブル６を取り外すことができる。言い換えると、回転部３０は敷設ケーブル６がシーブ４から外れるまで回転可能である。
シーブ４の溝の内側の壁面のうち、連結部材３４と反対側の壁面（ＴＰ）はテーパ状（斜面）になっていることが望ましい。これにより敷設ケーブル６の脱落がさらに容易となる。

シーブ４を元に戻す動作は回転部３０に逆の駆動を掛けることにより元の位置に戻る動作が行われる。元の状態に戻った位置でロック機構３１によりロックがかかり、回転部３０は固定される。

上記の通り、ケーブル取り外し機構は作業船１内のデータ処理装置１ａにより遠隔制御され、水中深くであっても自動で敷設ケーブル６をシーブ４から迅速に取り外すことが可能である。
また、以上説明した実施の形態にかかるケーブル取り外し機構は、ＲＯＶ７に装着され展張動作を行うケーブル展張装置２のシーブ４にセットされた敷設ケーブル６を取り外すために用いられることが好適である。
なお、上記に記した実施の形態にかかるケーブル取り外し機構は海底ケーブル用のケーブル展張装置２への装着に限られず、湖、川等の水底にケーブルを敷設するケーブル展張装置にも装着可能である。
なお、

１…作業船、２…ケーブル展張装置、４…シーブ、７…ＲＯＶ、３０…回転部、３１…ロック機構、３４…連結部材

Claims (6)

1. 水中移動機に装着されるケーブル展張装置の展張するケーブルを水底面に向けて繰り出す繰り出しシーブのケーブル取り外し機構であって、
   一端に前記繰り出しシーブの回転軸が軸支され、他端は前記展張装置に鉛直方向に固定される連結部材を備え、
   前記連結部材は、前記繰り出しシーブが軸支されている側が前記軸方向に平行に且つ前記繰り出しシーブの反対側に向かって回動可能な回転部を有する
   ケーブル取り外し機構。
2. 前記回転部は、回転動作をしないときには回転が固定されるロック機構を有する
   請求項１に記載のケーブル取り外し機構。
3. 前記ロック機構は機械式である
   請求項２に記載のケーブル取り外し機構。
4. 前記回転部は前記繰り出しシーブから前記展張するケーブルが外れるまで回転可能である
   請求項１に記載のケーブル取り外し機構。
5. 前記繰り出しシーブの表面形状が滑らかとなっている
   請求項１に記載のケーブル取り外し機構。
6. 前記繰り出しシーブの溝の内側の壁面のうち、前記連結部材の反対側の壁面が斜面となっている
   請求項１に記載のケーブル取り外し機構。

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