JP2016085810A - 水中敷設電子装置のユニットの敷設方法及び敷設装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水中照明装置等を含む水中敷設電子装置の多数のユニットを効率よく、正確に、しかも簡易且つ安価に敷設することのできる方法及びその装置を提供する。
【解決手段】ケーブルベアを構成する複数のセルの1又は複数個に水中敷設電子装置のユニット１０を固定したユニット敷設ベア５０を用意しておき、それを順次引き出しながら水中に敷設してゆく。
【選択図】図２

Description

本発明は、水中に敷設する照明装置や撮影装置等（これらを水中敷設電子装置と呼ぶ。）の照明ユニットや撮影ユニットを実際に水中に敷設するための方法及び装置に関する。

水中から水面上に光を投影したり、或いは水中の自然物や人工物を照明するため、従来より、水中に設置可能な水中照明装置が各種考案されている。更に、照明システムを複数の照明ユニットに分け、各照明ユニットを様々に配置し、且つ、各照明ユニット毎に個々に色や明るさを調整することのできる照明装置も製造されている（非特許文献１）。また、逆に、養殖魚の様子等を撮影するために水中（又は水底）に撮影ユニットを設置することもある。

このような照明装置や撮影装置等を長期間水中で使用するためには、水が侵入して光源や電気系統を傷めないように、その容器には高度な水密性が求められる。照明装置や撮影装置であるから、少なくとも一部には光を通すための透明なガラスや樹脂カバーを用いなければならないが、それと、物理的強度を確保するための金属製や硬質樹脂製の筐体との接合部において高度な水密性を確保しようとすると、装置は非常に高額となる。また、多数の装置を水中に設置し、それらを1〜2ｍ程度の短かい電源線やネットワーク線で接続する使用方法の場合は、一つの装置に侵入した水が電線等を通じて他の装置に伝搬する現象も生じる。従って、価格の点でも、障害発生の点でも、従来の照明装置等は例えば用水路や海、池、プール等の全面に多数設置するような用途には不向きであった。

そこで、比較的低コストでありながら、長期間の使用に耐える水中照明装置等として、本出願人はこのような照明装置等の各水中ユニットを送気チューブで接続し、陸上に配置された給気装置から各水中ユニットに同ユニットが設置された水深より高い圧力の気体（空気等）を送り込むというシステムを考案した。これにより、たとえ一部の水中ユニットに気密漏れが生じたとしても、そこからの水の浸入を防止することができ、システム全体を保護することができる。

「19インチラックマウント商品・周辺機器オンラインショップ 地中埋設型・水中・水没・噴水用・ガーデンライト・ウォールウォッシャーライト・RGBライト」,株式会社ゼットコミュニケーションズ,[平成25年9月10日検索],インターネット<URL: http://19inch.jp/led/kapego.html>

このような照明装置等では、非常に多数の水中ユニットを、広い面積の範囲に亘る水中に敷設し、その際に、等間隔で定位置に設置することを要求される場合が多い。恒久的な設置の場合は、川・池・海等の底に杭を打つか、鋼材を井桁状に組み合わせた基礎を配置しその基礎に灯具を取り付けるが、短期間のイベントや本設置前の調査・デモなど仮設的な設置については、杭を打ったり基礎を作ると高額に過ぎることと、その工事に長時間を要する為、簡易で安価な設置方法を考案する必要があった。

本発明が解決しようとする課題は、水中照明装置等を含む水中敷設電子装置の多数のユニットを効率よく、正確に、しかも簡易且つ安価に敷設することのできる方法及びその装置を提供することである。

上記課題を解決するために成された本発明に係る水中敷設電子装置のユニットの敷設方法は、
ケーブルベアを構成する複数のセルの1又は複数個に前記ユニットを固定し、該ケーブルベアを目的地に敷設することを特徴とする。

「ケーブルベア」は株式会社椿本チエインの登録商標であるが、ここで言う「ケーブルベア」は同社製品に限られず、そのような機能及び構造を有するもの全てを指す。すなわち、ここで言うケーブルベアとは、電線やホース等の敷設及び設置に用いられるものであり、多数のハシゴ状のセルが互いに回動可能に、チェーンのように連結されて成るものである。隣接するセル同士は、一方の方向にはほぼ直角になるまで回動するが、反対の方向にはほとんど回動せず、フラットな状態となる。従って、全体としてコンパクトに巻き取ることができ、一方、敷設した後はほぼ平坦な状態を保持することができる。また、一般的なケーブルベアは、回動半径及び巻き半径を小さくし、スムーズに動作させるために、セルの長さはセルの幅と同等或いは短か目に構成されているが、本発明によるケーブルベアは使用時には回動しないので、１セルの長さは幅の数倍程度が適切である。

本発明に係る方法では、このケーブルベアを、水中照明装置や水中撮影装置等（これらをまとめて水中敷設電子装置と呼ぶ。その構成については、本出願人の上記考案に係る国際出願（PCT/JP2014/073322）に様々な例と共に詳しく記載されている。）の水中ユニットを水中に敷設するために用いる。

本発明の方法において、ユニットは、その敷設状態（間隔）に応じて、ケーブルベアを構成するセルの所定個数毎に固定すれば良い。もちろん、間隔が一定でない場合にはそれに応じた個数毎となるし、間隔が非常に短い場合（或いは、長いセルを用いる場合）には1個のセルに複数個のユニットを固定することもあり得る。

ユニット間を接続するケーブルがある場合は、そのケーブルもケーブルベア内に敷設する。後述するように、ユニット間を接続するケーブルには、電力や信号を伝送する電線の他、各ユニットにガス（空気等）を送給するチューブも含まれ得る。

本発明の方法において、複数のケーブルベアを並列に並べて敷設することもできる。この場合、それぞれのケーブルベアを自由に敷設しても良いが、並列に並べた複数のケーブルベアを、各セルに設けた連結棒固定機構を使い、規定間隔で連接することにより、ユニットをＸＹ両方向に規定間隔に配置することができる。この連結棒固定機構の様々な形態については、後述の実施例において詳しく述べる。

本発明に係る水中敷設電子装置のユニットの敷設方法によれば、予め上記のような、ケーブルベアを構成する複数のセルの1又は複数個にユニットを固定したもの（以下、これを「ユニット敷設ベア」と呼ぶ。）を用意しておくだけで、複数個のユニットを容易に水中に敷設することができる。このようなユニット敷設ベアは、敷設前は巻き取っておくことができるため、コンパクトに保管することができ、敷設現場への運搬も容易となる。

本発明に係る水中敷設電子装置のユニットの敷設方法によれば、水中照明装置等を含む水中敷設電子装置の多数のユニットを効率よく、正確に、しかも簡易且つ安価に敷設することができる。また、予め作製しておいたユニット敷設ベアは、敷設前は巻き取っておくことができるため、コンパクトに保管することができ、敷設現場への運搬も容易となる。

本発明の一実施例であるユニット敷設ベアの平面図(a)及び側面図(b)。 実施例のユニット敷設ベアを巻き取った状態の側面図。 実施例のユニット敷設ベアを水中に敷設する際の状態を表す側面図。 実施例のユニット敷設ベアを敷設した状態を表す平面図。 実施例のユニット敷設ベアに固定される水中照明ユニットの平面図(a)及びX-X'断面図(b)。 水中照明ユニットを接続するために用いられるチューブの例の断面図（図５(b)のY-Y'断面）。 水中撮影ユニット平面図(a)及び水中照明・撮影ユニットの平面図(b)。 水中に敷設された多数の水中照明ユニットを作動させるためのマルチシリーズ型水中照明システムの第1の例の概略構成図。 同マルチシリーズ型水中照明システムの第2の例（マトリックス型）の概略構成図。

本発明の一実施例として、マルチシリーズ型水中照明システムの各照明ユニットを水中に敷設する方法及び装置を説明する。その前に、マルチシリーズ型水中照明システム（以下、単にシステムとも呼ぶ。）について、図５〜図９を用いて説明する。
図８はシステム全体の概略構成図である。本システムは、陸上に置かれる陸上部３０と、水中Ｗに配置される水中部に大別される。水中部には多数の水中照明ユニット１０が配置され、それらが所定個数毎にシリーズとして接続されている。図８の場合、点線の枠内の多数の水中照明ユニット１０が１つのシリーズ２０として、後述する送気チューブ４０により直列に接続されている。図８の例では、このようなシリーズが更に複数、シリーズ２０と並列に接続されている。

各ユニット１０の接続は、このようにシリーズにする他、図９に示すように、ループ状又はマトリックス状にもすることができる。図９において、上部に描かれているグループ２１では、複数のユニット１０が送気チューブ４０によりループ状に接続され、その両端が後述の分配器３４に接続されている。こうすることにより、送気チューブ４０の或る箇所で気体漏れが発生した場合でも、各水中照明ユニット１０には少なくとも1本の送気チューブ４０からの空気の供給が保証されるため、各水中照明ユニット１０への浸水を防止することができる。
図９の下部に描かれているグループ２２では、複数の水中照明ユニット１０が送気チューブ４０とＴ字形空気継手４７及び十字形空気継手４８で互いに接続されることにより、水中照明ユニット１０のマトリックスを構成している。これにより、より多くの水中照明ユニット１０に対して対応することができるようになり、その場合の送気チューブ４０の破損に対する水中照明ユニット１０の安全性を確保することができる。

次に、水中照明ユニット１０について詳しく説明する。図５(a)は1個の水中照明ユニット１０の平面図、図５(b)はそのX-X'断面図である。この例は光源として24個のフルカラーLED素子１１を使用するものであるが、LED素子１１の数は任意であり、また、RGBの各色がそれぞれ独立したLED素子を使用することもできる。さらには、光源は白熱電球や蛍光灯であってもよい。

各水中照明ユニット１０は、金属性の略円盤状のケース１２の上部開口にＯリングを介してガラス板１３が置かれ、そのガラス板１３をネジ式の窓蓋１４でケース１２に押さえて気密構造としている。なお、ケース１２としては、高度な気密性（水密性）を必要としないので、金属やプラスチック等によるＩＰ６７相当程度の簡易防水ケースで十分である。全体又は一部を樹脂等で作製する場合、後述するように内部に空気を入れると浮力で浮き上がってしまう場合があるので、そのときは、一部を金属製とするか、別途、底部や側部等に重りを付着させるとよい。

ケース１２の側部両側にはそれぞれ1個の小さい側部開口が設けられており、そこに配管継手１５が取り付けられている。なお、シリーズ２０の末端の水中照明ユニット１０ｘ（図８）では、一方の（直前の水中照明ユニット１０に連なる方の）側部開口にのみ配管継手１５が取り付けられ、他方の（シリーズの末端の方の）側部開口の配管継手１５は袋ネジとＯリングで密閉される。各配管継手１５にはゴム製又はプラスチック製の送気チューブ４０が差し込まれ、この送気チューブ４０により、各水中照明ユニット１０は隣接する水中照明ユニット１０若しくは後述する陸上部３０の分配器３４と接続されている。

水中照明ユニット１０は、図７(a)に示すような、内部にカメラ（静止画カメラ、動画カメラのいずれでも良い。）１１１を備えた水中撮影ユニット１１０であっても良い。この水中撮影ユニット１１０は、例えば、水中から養殖魚を撮影する等の利用が可能である。また、図７(b)に示すように、カメラ２１１の他に照明用光源２１２を備えた水中撮影ユニット２１０であっても良い。この水中撮影ユニット２１０は、夜間や、光の届かないような深度での水中撮影が可能になる。以下、これらをまとめて水中照明ユニット１０等と呼ぶ。

図６に示すように、送気チューブ４０の中には、各水中照明ユニット１０が使用する電力を供給する電力線４１と、各LED素子１１の点滅、発光強度及び発光色を制御するための制御信号を伝送する信号線４２、及び共通のアース線４３が通され、1つのシリーズ２０やグループ２１、２２に属する複数の水中照明ユニット１０に電力と制御信号を伝達する。なお、電力線４１に信号を重畳する2線式や、信号線を送受信毎に設ける4線式など、このほかにも各種形態を採ることができる。電力線４１に信号を重畳して伝送する場合、後述の分配回路３６に信号重畳回路を、水中照明ユニット１０の中に信号分離回路を付設しておく。

図８、図９に示すように、陸上部３０は、電源装置（Power）３１、制御回路（Cont）３２、コンプレッサ（Comp）３３、分配器（Div）３４及び空気乾燥器（Dry）３５を有する。電源装置３１は、全水中照明ユニット１０及びこの陸上部３０の各部に電源を供給するためのもので、その電力は商用電源から得てもよいし、発電装置や大型の蓄電装置から得ても良い。

制御回路３２は、各水中照明ユニット１０のLED素子１１の点滅、発光強度及び発光色を制御するための信号を生成し、後述の分配回路３６を介して各水中照明ユニット１０に送る。

コンプレッサ３３は、制御回路３２の制御の下に起動及び停止し、必要な時に必要な量の圧縮空気を生成して分配器３４に送る。

一般に、水中に置かれる水中照明ユニット１０の内部の温度は、陸上の温度よりも低い。そのため、陸上の空気をそのまま水中照明ユニット１０に送り込むと、水中照明ユニット１０の内部で結露して、LED素子１１や回路１６（図５(b)）等を傷める可能性がある。そこで、コンプレッサ３３と分配器３４の間には、陸上の空気中に含まれる水分（湿度）を除去する除湿機構（図８及び図９の例では、シリカゲルを用いた空気乾燥器３５）を入れた方が良い。

分配器３４は、コンプレッサ３３から供給される空気を、送気チューブ４０を介して各シリーズ２０やグループ２１、２２に均等に送るための所定の容積を有する密閉容器である。分配器３４には、要求されるシリーズ・グループ数の最大値に対応した配管継手３８を設けておく。また、前記コンプレッサ３３から空気の供給を受けるための継手には、チェックバルブ（逆止弁）３７を設けておく。分配器３４には圧力センサＰが設けられており、この圧力センサＰからの信号は制御回路３２に送られる。いずれかの水中照明ユニット１０において空気漏れが発生した場合、その空気漏れはその水中照明ユニット１０の空気圧の低下として表れ、更にはこの分配器３４における空気圧の低下として表れ、圧力センサＰにより把握される。これを検知した制御回路３２は、コンプレッサ３３を起動することにより空気を分配器３４を通して全水中照明ユニット１０に送る。そうすると、この空気は、空気漏れが生じて圧力が低下している水中照明ユニット１０に集中的に配給され、そこの圧力低下を補償する。

このように、本システムでは、全ての水中照明ユニット１０や水中撮影ユニット１１０、２１０がシリーズ２０やグループ２１、２２毎に互いに送気チューブ４０で接続されているため、陸上に設けた分配器３４から空気を送り込むことにより、各水中照明ユニット１０等のケース１２内部の空気圧を任意に設定することができる。従って、最も深いところに設けた水中照明ユニット１０等にかかる水圧（すなわち、最も高い水圧）を計算あるいは実測により求めておき、送給する空気の圧力がそれよりも高くなるように制御することにより、いずれかの水中照明ユニット１０等において気密漏れが生じても、空気がその水中照明ユニット１０等から外部に漏れるだけで、その水中照明ユニット１０等の内部を確実に浸水から保護することができる。また、このように或る水中照明ユニット１０等に気密漏れが生じた場合、その水中照明ユニット１０等から空気が漏れ出すため、気泡の発生により、漏れが生じた水中照明ユニット１０等を特定することができる。

なお、陸上部３０の分配器３４の他に、各水中照明ユニット１０等にも圧力センサを設けるようにしてもよい。これにより、各水中照明ユニット１０等の気密漏れをより早期に検出し、コンプレッサ３３の起動をより迅速に行うことができるようになる。

以上のようなシステムで用いる水中照明ユニット１０等を水中に敷設するための方法及び装置について次に説明する。
ここで述べる方法では、図１(a)に示すようなユニット敷設ベア５０を用いる。このユニット敷設ベア５０は、一般に、電線ケーブル等を配電室内やダクト内等に敷設するために用いられるケーブルベアに類似した構造を持つものであり、多数のセル５１が互いに回動可能に、チェーンのように連結されて成る。各セル５１は、左右の2枚の側面部材５２の間の上下に2段のはしご形のラックを固定して成り、各側面部材５２の前後端には嵌合する回動軸５３が設けられている。

本実施例に係るユニット敷設ベア５０では、6個ごとのセル５１に水中照明ユニット１０が載置され、固定されている。なお、この例で用いる水中照明ユニット１０では、図５、図７(a)、図７(b)に示したものとは異なり、2個の配管継手１５はケース１２の下面から突出するように設けられている。水中照明ユニット１０は、ケース１２の底面の直径両端に固定された2個のブラケット（ユニット固定ブラケット）５５により、セル５１の上段のラックに固定される。そして、隣接する水中照明ユニット１０を接続する送気チューブ４０は、下段のラックの上を走るようになっている。この送気・電線収納チューブ４０は、当該ユニット敷設ベア５０の外部を連通するようにしても良い。

こうして多数の水中照明ユニット１０とそれらを接続する送気チューブ４０等を固定したユニット敷設ベア５０は、図２に示すように、予め、水中照明ユニット１０を固定した側を内側にして巻き取っておくことができる。

こうして用意したユニット敷設ベア５０を水中に敷設する際は、図３に示すように、巻き取ったユニット敷設ベア５０を岸辺に置き、端の方から引き出していって順次水中に敷設して行く方法と、逆に、巻き取ったユニット敷設ベア５０を船（水上移動体）に載せ、船を動かしつつ敷設して行く方法がある。前者は、図３に示すように、ユニット敷設ベア５０を浮き（フロート）６０により水中に浮遊設置する場合に適しており、後者は、水底に敷設する場合に適している。フロート６０により浮遊設置する方法は、潮の干満がある海に設置する場合等に有効な方法であり、プール等に敷設する場合は水底に敷設する方法が適している。なお、いずれの場合も、巻き取ったユニット敷設ベア５０を置く位置と敷設位置の高低差が大きい場合、巻き出されて水中に入るまでのユニット敷設ベア５０が空中に浮いた不安定な状態となるため、巻き出しの先端部分に浮きを付けた雨樋のような治具を用意し、その中を滑らせて降ろして行くことにより、安定した作業が可能となる。

図８に示したマルチシリーズ型や図９に示したマトリックス型等の大規模な水中照明システムを構築する場合、このようなユニット敷設ベア５０を複数列、並行して敷設しなければならない。そして、各ユニット敷設ベア５０列の間隔を固定しておく必要がある。
敷設時に並行する各ユニット敷設ベア５０列を固定するには、隣接するユニット敷設ベア５０列をロッドで固定する方法がある。図４に、ロッドによる固定方法の様々なタイプを示す。なお、このようなロッドによるユニット敷設ベア５０列の固定は、ユニット敷設ベア５０列がそう長くない場合は先端だけで良いが、相当長い場合には、途中の何カ所かにおいて固定することが望ましい。また、マトリックス型水中照明システムでは、各ユニット敷設ベア５０列間にも送気チューブ４０等を接続する必要があるが、これは後述のロッドに固定する。さらに、図９の２１に示すようなループ型の配線・配管をする場合は、その復路側の配線・配管を往路の配線・配管と共にユニット敷設ベア５０の中を通して接続することができる。

図４の右側の点線枠Aで示した方法では、所定の長さのロッドを隣接ユニット敷設ベア５０間に配置し、その両端でそれぞれのユニット敷設ベア５０のセル５１にロッド固定ブラケット５６（図１(a)）により固定する。これは、一定の長さのロッド６１を用意しておけば、ユニット敷設ベア５０列の間隔をいちいち測らなくとも所定の間隔にそろえることができるという便利さがある。ただし、様々な間隔が必要とされる場合は、それに合わせてロッド６１を複数組用意しておく必要がある。

図４の右から2番目の点線枠Bで示した方法は、要求される最長の間隔の長さを有するロッド６２を準備しておき、ロッド固定ブラケット５６への固定の際に間隔を調整する方法である。これは、敷設の際にいちいち間隔を測る必要があるが、1種類のロッド６２を用意しておくだけで任意の間隔に対応できるという利点がある。

図４の右から3番目の点線枠Cで示した方法は、市販の標準長のロッド６３を切断せずに使う方法である。一般にロッド６３の長さは4 mであるため、間隔を1 mとすると5列のユニット敷設ベア５０列を位置決めすることができ、効率的である。

図４の左端の点線枠Dで示した方法は、Cと同様に標準長のロッド６３を使う方法であるが、ロッド６３同士を接続具６４で接続し、1本の長いロッドとする。BやCの場合と異なりロッド６３の配置は1列で済むので、セル５１におけるロッド固定ブラケット５６の使用数及び固定の手間を減らすことができる。

１０、１０ｘ…水中照明ユニット
１１…LED素子
１２…ケース
１３…ガラス板
１４…窓蓋
１５…配管継手
１６…（水中照明ユニット内）回路
２０、２１、２２…水中照明ユニットシリーズ・グループ
１１０、２１０…水中撮影ユニット
１１１、２１１…カメラ
２１２…照明用光源
３０…陸上部
３１…電源装置
３２…制御回路
３３…コンプレッサ
３４…分配器
３５…空気乾燥器
３６…分配回路
３８…配管継手
４０…送気チューブ
４１…電力線
４２…信号線
４３…アース線
５０…ユニット敷設ベア
５１…セル
５２…側面部材
５３…回動軸
５５…ユニット固定ブラケット
５６…ロッド固定ブラケット
６０…フロート
６１、６２、６３…ロッド
６４…ロッド接続具

Claims (7)

1. ケーブルベアを構成する複数のセルの1又は複数個に水中敷設電子装置のユニットを固定し、該ケーブルベアを目的地に敷設することを特徴とする水中敷設電子装置のユニットの敷設方法。
2. 並列に並べた前記複数のケーブルベアを互いに連結棒で連結することにより間隔を置いて固定した状態で敷設する、請求項１に記載の水中敷設電子装置のユニットの敷設方法。
3. 隣接するケーブルベアの間隔の長さの連結棒を用いることを特徴とする請求項２に記載の水中敷設電子装置のユニットの敷設方法。
4. 隣接するケーブルベアの間隔の最大値の長さを有する連結棒を用いることを特徴とする請求項２に記載の水中敷設電子装置のユニットの敷設方法。
5. 隣接するケーブルベアの間隔の複数倍以上の長さを有する連結棒を用いることを特徴とする請求項２に記載の水中敷設電子装置のユニットの敷設方法。
6. 複数本の連結棒を予め連結した長尺の連結棒を用いることを特徴とする請求項２に記載の水中敷設電子装置のユニットの敷設方法。
7. ケーブルベアを構成する複数のセルの1又は複数個に、水中敷設電子装置のユニットを固定したユニット敷設ベア。

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