JP2015080954A - 水中昇降装置 - Google Patents

Abstract

【課題】船底から突出する水中機器を昇降させる水中昇降装置において、水中機器を定位置に保持すること。
【解決手段】船底５から突出する水中機器１０を昇降させる水中昇降装置１００であって、水中機器１０を昇降自在に支持する昇降ロッド２０と、昇降ロッド２０を駆動する昇降アクチュエータ３０と、昇降ロッド２０を吊り下げるロープ５５を巻き取るウィンチドラム５０と、ウィンチドラム５０を駆動するモータ７０と、昇降アクチュエータ３０の作動停止時にウィンチドラム５０の回転を制動するブレーキ６０と、を備え、ロープ５５を介して昇降ロッド２０及び水中機器１０が定位置に保持される構成とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、船底から突出する水中機器を昇降させる水中昇降装置に関する。

特許文献１には、海底地形等を測量するための音響機器が船底から突出して設けられる海洋調査船が開示されている。

この種の海洋調査船において、船底から突出する水中機器を昇降させる水中昇降装置を備えるものがある。水中昇降装置は、計測条件に応じて船底から突出する水中機器の位置を変えるようになっている。

特開平９−５８５７９号公報

上記海洋調査船において、油圧シリンダを用いて水中機器を昇降させる場合には、油圧シリンダの圧力を長時間にわたって一定に保つことが難しいため、水中機器を定位置に保持することができないという問題があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、船底から突出する水中機器を昇降させる水中昇降装置において、水中機器を定位置に保持することを目的とする。

本発明は、船底から突出する水中機器を昇降させる水中昇降装置であって、水中機器を昇降自在に支持する昇降ロッドと、昇降ロッドを駆動する昇降アクチュエータと、昇降ロッドを吊り下げるロープを巻き取るウィンチドラムと、ウィンチドラムを駆動するモータと、昇降アクチュエータの作動停止時にウィンチドラムの回転を制動するブレーキと、を備えることを特徴とする。

本発明では、昇降アクチュエータの作動停止時にブレーキがウィンチドラムの回転を制動することにより、ウィンチドラムから延びるロープを介して昇降ロッド及び水中機器が定位置に保持される。

本発明の実施形態に係る水中昇降装置の正面図である。 水中昇降装置に設けられる油圧回路を示す構成図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１に示すように、海洋調査船４は、船底５から突出する水中機器１０を昇降させる水中昇降装置１００を備える。

水中機器１０は、水中で音響により対象物の距離を測定するソナーである。海洋調査船４では、航行中に水中機器１０を用いて海底地形の測量が行われる。

水中昇降装置１００は、水中機器１０を昇降自在に支持する昇降ロッド２０と、昇降ロッド２０を駆動する昇降アクチュエータ３０と、を備える。昇降アクチュエータ３０が収縮作動して昇降ロッド２０が上昇することにより、水中機器１０が図１に点線で示すように船内の格納位置に移動する。一方、昇降アクチュエータ３０が伸張作動して昇降ロッド２０が下降することにより、図１に２点鎖線で示すように船底５から突出する船外の作動位置に移動する。

船底５には、昇降ロッド２０及び水中機器１０が出入りする開口部６（図２参照）が設けられる。船内には、開閉ケース３１、格納ケース３３、及びガイドスリーブ２９が昇降ロッド２０の軸方向に並んで設けられる。開閉ケース３１には、船底５の開口部６を開閉するゲート弁３２が収容される。図１に２点鎖線で示すように、格納ケース３３に昇降ロッド２０及び水中機器１０が引き込まれて格納された状態では、ゲート弁３２によって船底５の開口部が閉塞される。

昇降ロッド２０の外周がガイドスリーブ２９によって摺動自在に支持される。さらに、昇降ロッド２０の上端部に設けられるスライダ（図示省略）が船体７に設けられるガイドレール（図示省略）によって摺動自在に支持される。

昇降アクチュエータ３０は、後述する油圧源（図２参照）から給排される作動油によって伸縮作動するシリンダチューブ３５及びピストンロッド３６を備える油圧シリンダである。シリンダチューブ３５の内部は、ピストン３７によってロッド側室３８とエンド側室３９に仕切られる（図２参照）。

昇降アクチュエータ３０は、筒状の中空構造をした昇降ロッド２０の内側に設けられる。シリンダチューブ３５は、その外周が複数のフランジ２７を介して昇降ロッド２０の内周に連結され、昇降ロッド２０と同軸上に配置される。ピストンロッド３６は、その上端部がブラケット５８を介して船体７に連結される。

水中昇降装置１００は、昇降ロッド２０を吊り下げるロープ５５と、ロープ５５を巻き取るウィンチドラム５０と、ウィンチドラム５０を回転駆動するモータ７０と、を備える。

モータ７０は、油圧源（図２参照）から給排される作動油によって回転作動する油圧モータである。円筒状のウィンチドラム５０は、モータ７０の出力軸７１に連結される。ウィンチドラム５０は、一方向に回転することによってロープ５５を巻き取り、逆方向に回転することによってロープ５５を繰り出す。油圧モータ７０は、斜板型アキシャルピストンモータが用いられるが、これに限らず他の型の油圧モータを用いてもよい。

ウィンチドラム５０は、昇降ロッド２０の上方に設置される。ロープ５５は、ウィンチドラム５０から鉛直方向に延び、その先端部がアーム５３を介して昇降ロッド２０の上端部に連結される。

なお、上述した構成に限らず、図２に示すように、ロープ５５が掛け回される滑車５１を設けてもよい。昇降ロッド２０の上方に滑車５１を設けることにより、ウィンチドラム５０を設置する場所に受ける制約が少なくなり、かつウィンチドラム５０の設置位置に要求される位置精度を低くすることができる。

図２に示すように、水中昇降装置１００は、油圧源として、油圧ポンプ４１とタンク４２を備える。油圧ポンプ４１は、その吸込口がタンク４２に接続され、その吐出口に吐出通路４３が接続される。吐出通路４３から分岐される吐出分岐通路１３が設けられる。タンク４２には、作動油を戻す戻し通路４４が接続される。戻し通路４４から分岐される戻し分岐通路１４が設けられる。

水中昇降装置１００は、昇降アクチュエータ３０に作動油を給排する昇降アクチュエータ駆動回路１５として、ロッド側室３８に通じるロッド側通路４５と、エンド側室３９に通じるエンド側通路４６と、を備える。ロッド側通路４５には、パイロットチェック弁（オペレートチェック弁）４７が介装される。

昇降アクチュエータ駆動回路１５は、昇降切換弁４８を介して油圧源の吐出通路４３及び戻し通路４４に接続される。比例電磁式の昇降切換弁４８は、ポジションＡ、Ｂ、Ｃを有し、コントローラ９０から送られる電流によって昇降アクチュエータ３０に対する作動油の給排方向を切換える。なお、昇降切換弁４８は、開度が制御される比例電磁式のものに限らず、全開位置と全閉位置に切り換えられる電磁式のものであってもよい。

上昇ポジションＡでは、油圧ポンプ４１から吐出される作動油が吐出通路４３、ロッド側通路４５を通じてロッド側室３８に供給される。一方、エンド側室３９の作動油がエンド側通路４６、戻し通路４４を通じてタンク４２に戻される。これにより、昇降アクチュエータ３０が収縮作動し、昇降ロッド２０を上昇させる。

下降ポジションＢでは、油圧ポンプ４１から吐出される作動油が吐出通路４３、エンド側通路４６を通じてエンド側室３９に供給される。一方、ロッド側室３８の作動油がロッド側通路４５、戻し通路４４を通じてタンク４２に戻される。これにより、昇降アクチュエータ３０が伸張作動し、昇降ロッド２０を下降させる。このとき、パイロットチェック弁４７は、エンド側通路４６からパイロット圧通路４９を通じて導かれるパイロット圧によって開弁する。

停止ポジションＣでは、ロッド側通路４５、エンド側通路４６がそれぞれ遮断されることにより、昇降アクチュエータ３０の伸縮作動が停止される。このとき、パイロットチェック弁４７がロッド側通路４５を閉塞することにより、ロッド側室３８から流出しようとする作動油の流れが止められ、昇降ロッド２０が所定位置に保持される。

昇降アクチュエータ３０が伸張することによって水中機器１０が船底５から水中に突出する距離は、例えば２〜５ｍの範囲内で測定条件に応じて設定される。

ところで、水中機器１０を長時間にわたって所定位置に保持しようとする場合に、昇降ロッド２０及び水中機器１０等に働く重力が昇降アクチュエータ３０にかかっていると、ロッド側室３８にて加圧される作動油がパイロットチェック弁４７の弁隙間を通じてエンド室３９へと徐々に流出するため、昇降ロッド２０を所定位置に保持することが難しい。このため、定期的に水中昇降装置１００を起動し、昇降ロッド２０を所定位置に復帰させる操作を行わなければならない。

この対処方法として、水中昇降装置１００には、前述したように昇降ロッド２０を吊り下げるロープ５５を巻き取るウィンチドラム５０が設けられるとともに、ウィンチドラム５０の回転を制動するブレーキ６０が設けられる。

ウィンチドラム５０を駆動するモータ７０は、作動油が給排される一対のポートを介して導かれる油圧力によって回転作動するモータ機構（図示省略）を備える。モータ７０は、各ポートに給排される作動油の流れ方向が切換えられるのに伴って出力軸７１の回転方向が切換えられる。

水中昇降装置１００は、モータ７０に作動油を給排するモータ駆動回路７５を備える。モータ駆動回路７５は、モータ７０の各ポートにそれぞれ接続される第一モータ通路７６及び第二モータ通路７７を備える。

モータ駆動回路７５は、ウィンチ切換弁８０を介して油圧源の吐出分岐通路１３及び戻し分岐通路１４に接続される。電磁式ウィンチ切換弁８０は、ポジションＤ、Ｅ、Ｆを有し、コントローラ９０から送られる電流によってモータ７０に対する作動油の給排方向を切換える。

巻き取りポジションＤでは、油圧ポンプ４１から吐出される作動油が吐出分岐通路１３、第一モータ通路７６を通じてモータ７０に供給される。一方、モータ７０から排出される作動油が第二モータ通路７７、戻し分岐通路１４を通じてタンク４２に戻される。これにより、モータ７０が正方向に回転作動し、ウィンチドラム５０がロープ５５を巻き取る方向に駆動される。

モータ駆動回路７５には、第一モータ通路７６と第二モータ通路７７を連通する連通路７８と、連通路７８に介装される圧力調整弁（リリーフ弁）７９と、が設けられる。圧力調整弁７９は、第一モータ通路７６の圧力が第二モータ通路７７の圧力より設定値を超えて高まるのに伴って開弁し、第一モータ通路７６と第二モータ通路７７の圧力差を設定値以下に調整する。圧力調整弁７９の開弁圧によって決まるモータ７０の出力は、ウィンチドラム５０を介してロープ５５に付与する張力が、昇降ロッド２０及び水中機器１０を上昇させる駆動力より小さくなるように設定される。これにより、昇降アクチュエータ３０によって昇降ロッド２０が昇降する作動時に、モータ７０がウィンチドラム５０を介してロープ５５に所定の張力を付与し、ロープ５５が弛むことなくウィンチドラム５０に巻き取られる。

繰り出しポジションＥでは、油圧ポンプ４１から吐出される作動油が吐出分岐通路１３、第二モータ通路７７を通じてモータ７０に供給される。一方、モータ７０から排出される作動油が第一モータ通路７６、戻し分岐通路１４を通じてタンク４２に戻される。例えば、水中昇降装置１００の組み付け作業時に、電磁式ウィンチ切換弁８０が繰り出しポジションＥに切換えられる。これにより、モータ７０がウィンチドラム５０をロープ５５を繰り出す方向に駆動し、強制的に繰り出されるロープ５５が昇降ロッド２０に組み付けられる。

吐出分岐通路１３には、作動油の流れに抵抗を付与する流量調整弁１７が介装される。流量調整弁１７の開度に応じてモータ７０に供給される作動油の流量が調整され、モータ７０の回転速度が変えられる。これにより、昇降アクチュエータ３０によって昇降ロッド２０が昇降する作動時に、ロープ５５が昇降ロッド２０の動きに追従してウィンチドラム５０の繰り出し、巻き取り作動が行われる。

中立ポジションＦでは、吐出分岐通路１３が閉塞され、第一モータ通路７６及び第二モータ通路７７が戻し分岐通路１４を通じてタンク４２に連通される。これにより、モータ７０の出力軸７１が回転自在になる。

モータ７０には、ブレーキ６０が内蔵される。ブレーキ６０は、モータ７０の出力軸７１を制動するブレーキ機構６３と、ブレーキ機構６３に制動力（駆動力）としてバネ力を与えるスプリング６１と、スプリング６１に抗してブレーキ機構６３の制動を解除する油圧シリンダ６２と、を備える。

ブレーキ機構６３は、例えばモータ７０の出力軸７１と共に回転するディスクの両端面に摩擦力を与える制動子を備えるものである。また、ブレーキ機構６３は、モータ７０の出力軸７１と共に回転するドラムの外周面に摩擦力を与える制動子を備えるものであってもよい。

油圧シリンダ６２の油圧室にはブレーキ解除圧通路６５が接続される。ブレーキ解除圧通路６５と吐出分岐通路１３及び戻し分岐通路１４との間にはブレーキ切換弁６６が介装される。電磁式ブレーキ切換弁６６は、ポジションＧ、Ｈを有し、コントローラ９０から送られる電流によって油圧シリンダ６２に対する作動油の給排を切換える。

制動ポジションＧでは、ブレーキ解除圧通路６５が戻し分岐通路１４に連通され、油圧シリンダ６２にタンク４２の低圧が導かれる。これにより、ブレーキ機構６３は、スプリング６１のバネ力によってモータ７０の回転を制動する。

解除ポジションＨでは、ブレーキ解除圧通路６５が吐出分岐通路１３に連通され、油圧シリンダ６２に油圧ポンプ４１から吐出される作動油が供給される。これにより、ブレーキ機構６３は、スプリング６１のバネ力に抗してモータ７０の制動を解除する。

次に、水中昇降装置１００の動作について説明する。コントローラ７０は操作盤９１からの指令によって昇降ロッド２０を下降、上昇、停止させる制御を行う。

昇降ロッド２０を下降させる操作は、コントローラ７０によって以下の順で行われる。
（１）まず、ブレーキ切換弁６６が解除ポジションＨに切換えられる。これにより、ブレーキ６０では、油圧ポンプ４１から吐出される作動油が油圧シリンダ６２に供給され、ブレーキ機構６３がスプリング６１のバネ力に抗してモータ７０の制動を解除する。
（２）続いて、ウィンチ切換弁８０が巻き取りポジションＤに切換えられる。これにより、油圧ポンプ４１から吐出される作動油がモータ７０に供給され、ウィンチドラム５０がロープ５５を巻き取る方向に駆動される。
（３）続いて、昇降切換弁４８が下降ポジションＢに切換えられる。これにより、油圧ポンプ４１から吐出される作動油が昇降アクチュエータ３０のエンド側室３９に供給され、昇降アクチュエータ３０が伸張作動する。

こうして昇降アクチュエータ３０が伸張作動して昇降ロッド２０を下降させるときに、ウィンチドラム５０からロープ５５が繰り出される。このとき、モータ７０から第一モータ通路７６に送られる作動油は、圧力調整弁７９を通じて第二モータ通路７７に送られ、モータ駆動回路７５を循環する。これにより、ロープ５５は、一定の張力を維持しながらウィンチドラム５０から繰り出される。

昇降ロッド２０を上昇させる操作は、コントローラ７０によって以下の順で行われる。
（１）まず、ブレーキ切換弁６６が解除ポジションＨに切換えられる。これにより、ブレーキ６０では、油圧ポンプ４１から吐出される作動油が油圧シリンダ６２に供給され、ブレーキ機構６３がスプリング６１のバネ力に抗してモータ７０の制動を解除する。
（２）続いて、ウィンチ切換弁８０が巻き取りポジションＤに切換えられる。これにより、油圧ポンプ４１から吐出される作動油がモータ７０に供給され、ウィンチドラム５０がロープ５５を巻き取る方向に駆動される。
（３）続いて、昇降切換弁４８が上昇ポジションＡに切換えられる。これにより、油圧ポンプ４１から吐出される作動油が昇降アクチュエータ３０に供給され、昇降アクチュエータ３０が収縮作動し、昇降ロッド２０を上昇させる。

こうして昇降アクチュエータ３０が収縮作動して昇降ロッド２０を上昇させるときに、ウィンチドラム５０にロープ５５が巻き取られる。このとき、圧力調整弁７９によってモータ７０の出力が一定に調節されることにより、ロープ５５の張力が一定に保たれ、ロープ５５が弛むことなくウィンチドラム５０に巻き取られる。

昇降ロッド２０を停止させる操作は、コントローラ７０によって以下の順で行われる。
（１）まず、昇降切換弁４８が上昇ポジションＡまたは下降ポジションＢから停止ポジションＣに切換えられる。これにより、昇降アクチュエータ３０に対する作動油の給排が停止され、昇降アクチュエータ３０の伸縮作動が停止される。
（２）続いて、ブレーキ切換弁６６が制動ポジションＧに切換えられる。これにより、ブレーキ６０では、油圧シリンダ６２にタンク４２の低圧が導かれ、ブレーキ機構６３がスプリング６１のバネ力によってモータ７０の回転を制動する。
（３）続いて、ウィンチ切換弁８０が巻き取りポジションＤから中立ポジションＦに切換えられる。これにより、第一モータ通路７６及び第二モータ通路７７が戻し分岐通路１４を通じてタンク４２に連通され、モータ７０によるウィンチドラム５０の駆動が停止される。

こうして昇降アクチュエータ３０が昇降ロッド２０の上昇、下降を停止させるときに、ウィンチドラム５０によってロープ５５に一定の張力を付与する状態で、ウィンチドラム５０の回転がブレーキ６０によって制動されることにより、ロープ５５に吊り下げられる昇降ロッド２０が機械的に保持される。ウィンチドラム５０の回転がブレーキ６０によって制動された状態では、ウィンチドラム５０から延びるロープ５５によって昇降ロッド２０が船体７に吊り下げられることにより、船体７に生じる歪みの影響を少なくして水中機器１０が定位置に保持される。長時間にわたって昇降アクチュエータ３０の伸縮作動を停止する場合に、昇降アクチュエータ３０に油圧の若干の洩れがあっても、ロープ５５を介して昇降ロッド２０及び水中機器１０を一定位置に保持することができる。これにより、定期的に水中昇降装置１００を起動し、昇降ロッド２０を所定位置に復帰させる操作を行う必要がなくなる。

以上の実施形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

〔１〕水中昇降装置１００は、水中機器１０を昇降自在に支持する昇降ロッド２０と、昇降ロッド２０を駆動する昇降アクチュエータ３０と、 昇降ロッド２０を吊り下げるロープ５５を巻き取るウィンチドラム５０と、ウィンチドラム５０を駆動するモータ７０と、昇降アクチュエータ３０の作動停止時にウィンチドラム５０の回転を制動するブレーキ６０と、を備える構成とした。

上記構成に基づき、昇降アクチュエータ３０の作動停止時にブレーキ６０がウィンチドラム５０の回転を制動することにより、ウィンチドラム５０から延びるロープ５５を介して昇降ロッド２０及び水中機器１０が定位置に保持される。これにより、水中機器１０は、水中で対象物の距離を測定する精度を維持することができる。

船舶の航行中に昇降ロッド２０が水中からの突き上げ荷重を受ける場合には、ロープ５５が弛んで昇降ロッド２０が上昇することにより、昇降ロッド２０にかかる負荷を抑えられる。

〔２〕モータ７０は、昇降アクチュエータ３０が昇降ロッド２０を昇降させる作動時に、ウィンチドラム５０に対してロープ５５を巻き取る方向の駆動力を付与する構成とした。

上記構成に基づき、昇降アクチュエータ３０が昇降ロッド２０を昇降させる作動時に、ウィンチドラム５０をロープ５５を巻き取る方向に駆動してロープ５５に張力を付与することにより、ウィンチドラム５０によるロープ５５の巻き取り、繰り出しが円滑に行われる。これにより、ブレーキ６０がウィンチドラム５０の回転を制動した作動停止時に、ウィンチドラム５０から延びるロープ５５が弛むことを抑えられ、ロープ５５を介して吊り下げる昇降ロッド２０及び水中機器１０を所定位置に保持することができる。

〔３〕水中昇降装置１００は、油圧モータ７０に作動油を給排するモータ駆動回路７５と、油圧モータ７０に導かれる作動油の圧力を所定値以下に調整する圧力調整弁７９と、をさらに備える構成とした。

上記構成に基づき、昇降アクチュエータ３０が伸縮作動する動作に連動して昇降ロッド２０が昇降する作動が行われるときに、圧力調整弁７９が油圧モータ７０に導かれる作動油の圧力を所定値以下に調整することにより、ロープ５５に所定の張力を付与することが可能となる。これにより、昇降ロッド２０が昇降するのに伴ってウィンチドラム５０によるロープ５５の巻き取り、繰り出し作動が円滑に行われる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では、水中機器１０は、水中で音響により対象物の距離を測定するソナーである。これに限らず、水中機器１０は、対象物の機械的、電磁気的、熱的、化学的性質等で示される情報を信号に置き換える検知器であってもよい。また、水中機器１０は、対象物を測定するものに限らず、各種の作業を行うものであってもよい。
されているが、
さらに、上記実施形態では、昇降アクチュエータ３０が筒状をした昇降ロッド２０の内側に設けられる構成とした。これに限らず、昇降アクチュエータ３０が昇降ロッド２０の外側に設けられ、シリンダチューブ３５が船体７に連結され、ピストンロッド３６が昇降ロッド２０に連結される構成としてもよい。

さらに、上記実施形態では、モータ７０は作動油の給排によって回転作動する油圧モータであり、作動液として作動油が用いられるが、これに限らず、作動油の代わりに例えば水溶性代替液等を用いる液圧モータであってもよい。ウィンチドラム５０を駆動するモータとして、液圧モータに限らず、電動モータを設けてもよい。

１０ 水中機器
２０ 昇降ロッド
３０ 昇降アクチュエータ
５０ ウィンチドラム
５５ ロープ
６０ ブレーキ
７０ モータ（液圧モータ）
７５ モータ駆動回路
７９ 圧力調整弁
１００ 水中昇降装置

Claims (3)

1. 船底から突出する水中機器を昇降させる水中昇降装置であって、
   前記水中機器を昇降自在に支持する昇降ロッドと、
   前記昇降ロッドを駆動する昇降アクチュエータと、
   前記昇降ロッドを吊り下げるロープを巻き取るウィンチドラムと、
   前記ウィンチドラムを駆動するモータと、
   前記昇降アクチュエータの作動停止時に前記ウィンチドラムの回転を制動するブレーキと、を備えることを特徴とする水中昇降装置。
2. 前記モータは、前記昇降アクチュエータが前記昇降ロッドを昇降させる作動時に、前記ウィンチドラムに対して前記ロープを巻き取る方向の駆動力を付与することを特徴とする請求項１に記載の水中昇降装置。
3. 前記モータは、作動液が給排されることによって回転作動する液圧モータであり、
   前記液圧モータに作動液を給排するモータ駆動回路と、
   前記液圧モータに導かれる作動液の圧力を所定値以下に調整する圧力調整弁と、をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の水中昇降装置。

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