JP2016094137A - 水中観察装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水中推進器によって水中観察部を通常はダム壁面に押し付けて安定して観察できるようにすると共に、ダム壁面に障害物等がある場合は、水中推進器の噴出制御でダム壁面から一時的に離れることで壁面表面の障害物を回避でき、濁水中でも広い範囲で壁面の表面をきれいな画像で観察できる水中観察装置を提供する。
【解決手段】透明な液体で充填される中空部を有し且つその中空部に臨む面に外部を透かして見ることができる透明板が配置された筐体２と、中空部を挟んで透明板にレンズ部が対向するように配置されて筐体２に取り付けられたカメラ装置５と、筐体２を吊下げワイヤ８を介して吊り下げてその筐体２を水中で昇降させる吊下げ装置７と、筐体２に設けられ且つ水中内でその筐体２を移動可能な水中推進器９Ａ，９Ｂを設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、水中に没しているダムの壁面や桟橋の壁面、或いは、用水路や堤防等における水中にある部分の状態を観察するための水中観察装置に関する。

ダムや桟橋等の建築物においては、施設の安全性や機能性等を確保するために、その壁面にひび割れや破損等の欠陥が生じていないかどうかを確認し、欠陥がある場合には、その欠陥を補修しておく必要がある。また、用水路や堤防等の周面においても、ひび割れや破損等の欠陥がある場合には、それらに決壊が生じて危険となるおそれがあるため、その欠陥を補修しておく必要がある。

現在、水中にある壁面のひび割れや破損等の欠陥の有無の点検は、ダイバーによる潜水作業によって行っている。しかしながら、ダイバーは４０ｍ程度までしか潜水することができず、水深が１００ｍを超すダム湖側の水中内の全面を点検することが困難であった。また、点検に際しては、点検場所の位置座標と壁面の表面状態を同時にデータベース化することが必要となるが、そのデータベース化ができていなかった。

一方、遠隔操縦型の水中探査機ＲＯＶを使用することも試みられているが、その運動を確保しようとして水上の制御装置と繋がるワイヤを緩めていると、それが湖底の障害物に絡まったり回収できなくなることもある。また、ＲＯＶの水中での正確な位置座標を計測し難いため、点検場所の位置座標と壁面の表面状態を同時にデータベース化することができなかった。更に、ダム湖の水が濁っているため、壁面の観察が難しく、その壁面にカメラを近づければ観察することができるが、カメラの視野が著しく狭くなってしまい、広い範囲を効率良く観察することができなかった。

また、従来の水中観察装置には、単純にダムの壁面の近傍にカメラを垂直に降下させ、そのカメラで壁面を観察する装置もあるが、壁面に突起等の段差があると、それを避けることができなかった。更に、ダム湖の水が濁っているため、従来の水中観察装置では壁面表面の観察が難しかった。

特開２０１２−１７２４７２号公報 特開２００６−２３３７４２号公報

特許文献１には、開放された水域の濁水中であっても対象物を把握することができる水中観察装置及び方法に関するものが記載されている。この特許文献１に係る水中観察装置は、水中カメラと、この水中カメラにより撮影された画像を表示するモニタと、水中カメラの撮影窓部を覆って取り付けられる中空ケースとを備え、中空ケースを構成する面のうち、少なくとも撮影窓部に対向する面が透明であるとともに、中空ケースの内部が透明液体で充填されている、ことを特徴としている。

また、特許文献２には、オープンケーソン沈下方式で立坑を掘削しながらケーソンを水中に沈下する工程等における泥水中の掘削地盤の視認方法及びその装置に関するものが記載されている。この特許文献２に係る地盤の視認装置は、下面を開口し、四周及び上面を閉鎖し、下面が下向きになるように重錘を備えた筐体と、その筐体内に装着した光源装置及び水中カメラ装置と、その筐体内に清水を送水する清水送水装置と、光源装置及び水中カメラ装置を作動させ画像を地上に送達する制御装置とを備えた、ことを特徴としている。

しかしながら、特許文献１に記載された水中観察装置は、掘削孔内の水中地盤や海底等の水中地盤の状態を観察するもので、その公報の図５において、中空ケースの側壁面を対象物に接触又は２ｃｍ以内に近接させて水空カメラで対象物を撮影することが記載されている。ところが、このときの水中観察装置の状態については何ら記載されておらず、その水中観察装置が水中に浮遊した状態にあるのか、水中観察装置がワイヤ等で吊下げられているのか等が不明である。そのため、水中カメラの構造及び使用方法については明らかであるが、水中観察装置としての構造及び使用方法については不明な点が多々存在している。

また、特許文献２に記載された視認装置は、立坑を掘削しながらケーソンを水中に沈下する工程等において使用するものであり、水深が浅いところで使用されるため、水圧の影響をほとんど考慮する必要がなかった。そのため、筐体の強度計算において水圧を考慮しない構造設計が可能であるが、水深の深い場所での作業は困難であった。

本発明は、上述したような従来の方式の問題点を解決するためになされたもので、ダムの壁面に沿ってカメラを沈下させることによって、その沈下を開始するダム湖上の船等の位置座標情報と、高精度水深計で水中観察部の沈下距離を計測することによる下方方向の位置座標情報から、ダム壁面の観察地点を正確に計測できる特性を有する水中観察装置を提供することを目的としている。また、水中推進器によって水中観察部を通常はダム壁面に押し付けて安定して観察できるようにすると共に、ダム壁面に障害物等がある場合は、水中推進器の噴出制御でダム壁面から一時的に離れることで壁面表面の障害物を回避でき、更に、カメラの前の透明水を充填させた筐体の構造による効果で、濁水中でも広い範囲で壁面の表面をきれいな画像で観察できる水中観察装置を提供することを目的としている。

本発明の水中観察装置は、透明な液体で充填される中空部を有し且つ中空部に臨む面に外部を透かして見ることができる透明板が配置された筐体と、中空部を挟んで透明板にレンズ部が対向するように配置されて筐体に取り付けられたカメラ装置と、筐体をワイヤを介して吊り下げてその筐体を水中で昇降させる吊下げ装置と、筐体に設けられ且つ水中内でその筐体を移動可能な水中推進器を設けたことを特徴としている。

筐体に、水中推進器を動作させるためその筐体の状態を検出するセンサを設けることが好ましい。更に、筐体の上面に上方に突出する吊下げ棒を設け、その吊下げ棒の先部にワイヤの下端を連結させるとよい。

筐体を、カメラ装置が取り付けられる側の面積が透明板側の面積よりも小さくなるようそのカメラ装置の視野角に対応させて錐形に形成することが好ましい。また、筐体に、透明板を観察対象から離間させる一対の脚部材をその観察対象に対して左右対称に配置して設け、脚部材を観察対象に対して近接・離反可能に構成することが好ましい。更に、一対の脚部材に、水中推進器を1個づつ所定角度傾斜させて取り付けるとよい。

筐体の中空部内であってカメラ装置の視野角内に、筐体の下面又は透明板を介して外部を観察可能にするようにバックミラーを配置して設けることが好ましい。更に、筐体に、観察対象の壁面を払拭させるワイパー装置を設けることが好ましい。また、筐体に、中空部に透明な液体を注入するための給液口と、中空部内に充填された透明な液体を外部に排出するための排液口を設けることが好ましい。

本発明の水中観察装置によれば、ダム等の観察壁面の観察地点を正確に計測できると共に、水中推進器によって水中観察部を観察壁面に押し付けて安定して観察することができる。また、本発明によれば、観察壁面に障害物等がある場合は、水中推進器の噴出制御で観察壁面から一時的に離れることで壁面表面の障害物を回避できると共に、カメラの前の透明水を充填させた筐体の構造による効果で、濁水中でも広い範囲で観察壁面の表面をきれいな画像で観察できる水中観察装置を提供することができる。

本発明の水中観察装置の使用状態の第１の実施例を示すもので、船上から水中観察部を吊り下げた状態の説明図である。 本発明の水中観察装置の使用状態の第２の実施例を示すもので、ダムの上から水中観察部を吊り下げた状態の説明図である。 本発明に係る水中観察部の第１の実施例を示す外観斜視図である。 図３に示す水中観察部の分解斜視図である。 図３に示す水中観察部の動作を説明するもので、ダム壁面に沿って昇降する水中観察部を上方から見た平面図である。 図３に示す水中観察部の動作を説明するもので、ダム壁面に沿って昇降する水中観察部を縦方向に断面して側方から見た説明図である。 図３に示す水中観察部の動作を説明するもので、透明板をダム壁面に近づけるように水中観察部を移動させる状態を上方から見た説明図である。 図３に示す水中観察部の動作を説明するもので、透明板をダム壁面に近づけてカメラ装置による観察が可能な状態に水中観察部を移動させた状態を上方から見た説明図である。 図３に示す水中観察部の動作を説明するもので、透明板をダム壁面から遠ざけるように水中観察部を移動させる状態を上方から見た説明図である。 図３に示す水中観察部の動作を説明するもので、吊下げワイヤを中心として水中観察部を回転動作させる状態を上方から見た説明図である。 図３に示す水中観察部の動作を説明するもので、水中観察部をダム壁面に沿って水平方向へ移動させる状態を上方から見た説明図である。 図３に示す水中観察部の移動動作を説明する説明図である。 図３に示す水中観察部を動作させる制御系を説明する説明図である。 図３に示す水中観察部の動作を説明するもので、降下中に水中観察部がダム壁面の段部に当接した場合に、その段部を水中観察部が乗り越える状態を説明する説明図である。 図３に示す水中観察部の動作を説明するもので、降下中に水中観察部がダム壁面の段部（障害物）に当接した場合に、吊下げ棒の有無によって水中観察部に作用する力が異なることを説明するもので、図１５Ａは筐体に吊下げ棒を設けた場合の説明図、図１５Ｂは筐体に吊下げ棒を設けない場合の説明図である。 本発明に係る水中観察部の第２の実施例を示すもので、観察対象面を払拭するワイパー装置を設けた筐体を上方から見た説明図である。 図１６に示す状態から透明板をダム壁面に近づてワイパー装置のブラシ部を観察対象面に接触させた水中観察部を上方から見た説明図である。

以下に、図１乃至図１７を参照して、本発明の水中観察装置の実施の例を説明する。
図１は、本発明の水中観察装置１を船に設置し、水に浮かべた船の上から水中に水中観察部を浸入させて壁面を観察する実施例を示すものである。また、図２は、本発明の水中観察装置１を自動車に設置し、ダムの上から水中に水中観察部を浸入させて壁面を観察する実施例を示すものである。

本発明の水中観察装置１は、水中に投入される水中観察部１０と、この水中観察部１０を吊下げて昇降させる吊下げ装置７等を備えて構成されている。
まず、本発明の水中観察装置１に係る水中観察部１０の第１の実施例について、図３乃至図１５を参照して説明する。

図３に示すように、水中観察部１０は、水等の透明な液体で満たされる中空部３及び当該中空部３の一面に配設された透明板４を有する筐体２と、中空部３を挟んで透明板４にレンズ部６が対向するように配置されて筐体２に取り付けられたカメラ装置５と、筐体２に設けられ且つ水中内で筐体２を移動させる水中推進器９等を備えて構成されている。この水中観察部１０の筐体２に吊下げワイヤ８の下端が連結され、その吊下げワイヤ８を含む吊下げ装置７の動作により水中観察部１０が水中に投入され、また、水中から引き上げられる。

図４に示すように、筐体２は、方形をなすように枠組みされた枠体１１と、この枠体１１の一側に連続するように一体的に形成された胴体１２と、枠体１１に固定された吊下げ棒１３等を有している。枠体１１は、上下方向に所定間隔あけて平行に配置された上枠部１１ａ及び下枠部１１ｂと、左右方向に所定間隔あけて平行に配置された左枠部１１ｃ及び右枠部１１ｄとを有しており、上枠部１１ａの両端に左右枠部１１ｃ，１１ｄの上端を連結すると共に、下枠部１１ｂの両端に左右枠部１１ｃ，１１ｄの下端を連結することにより、四角形の枠体１１が形成されている。この枠体１１の幅方向の一側に胴体１２が連結されて一体的に構成されている。

胴体１２は、上下に対向された上面部１２ａ及び下面部１２ｂと、左右に対向された左側面部１２ｃ及び右側面部１２ｄからなり、上面部１２ａの両側端縁に左右側面部１２ｃ，１２ｄの上端縁が連結され、下枠部１２ｂの両側端縁に左右側面部１２ｃ，１２ｄの下端縁が連結されている。この胴体１２は、その軸方向と直交する方向の断面形状が方形をなすと共に、その断面の大きさが軸方向の一側から他側に向かって逐次的に小さくなる四角錐形をなしている。また、下面部１２ｂには、筐体２の外を見るために透明な板材によって形成された透視窓１５が設けられている。なお、筐体２の４面のすべてに透明な板材によって形成された透視窓を設ける構成としてもよい。

この胴体１２の大きな開口側に枠体１１が一体的に連結され、その枠体１１の胴体１２と反対側に、その開口部の全面を覆う透明板４が取り付けられている。透明板４としては、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）によって形成される板材を適用することができ、好適なものは無色透明のＰＣ板であるが、有色であっても外部を視認できるものであればよく、ＰＣ板以外のエンジニアリングプラスチックからなる板材を用いることもできる。この透明板４と枠体１１と胴体１２とで囲まれた空間部によって筐体２の中空部３が構成されている。なお、筐体２の形状としては、この実施例で示した四角錐台形に限定されるものではなく、円錐台形、楕円錐台形等の形状としてもよい。

また、胴体１２の小さな開口側にはカメラ装置５が取り付けられている。カメラ装置５は、胴体１２の中空部３に充填される透明な液体及び透明板４を介して外部を視認することができる機能を有するものである。カメラ装置５としては、例えば、水中テレビシステム（アイボール：日立造船製）のセンサ部を適用することができる。しかしながら、カメラ装置５としては、これに限定されることがないことは勿論である。

カメラ装置５のレンズ部６の周囲には、複数のＬＥＤを有する照明器１６が設けられている。複数のＬＥＤは、レンズ部６の周囲を囲うように配置されており、この照明器１６から放射される光によって透明板４の前面を照明することができるようにしている。

このカメラ装置５のレンズ部６の視野角の角度と略同程度のこう配となるように筐体２における胴体１２の４面の傾斜角度が設定されている。このように、筐体２の形状を四角錐台形とすることにより、筐体２を角柱形とした場合に比べて、レンズ部６の視野角を同一とした場合に、中空部３の容積を小さくすることができる。このように筐体２の中空部３の容積を小さくすることにより、中空部３内に充填される液体の量を少なくできるため、その充填や排水の時間を短縮でき、また、その液体の減少分だけ液体入り筐体２の重量を軽くすることができ、水中での筐体２の操作性を向上させることができる。

また、図６等に示すように、筐体２の中空部３の内部には、カメラ装置５のレンズ部６で見た目線ＥＬにより透明板４の下部乃至透明窓１５の先部から外部を覗き見ることができるようにするためのバックミラー１７が配設されている。即ち、バックミラー１７は、枠体１１の上枠部１１ａの内面に固定されたミラーブラケット１８によって鏡面が内向でレンズ部６と対向するように取り付けられており、そのレンズ部６によって透明板４の下部及び透明窓１５の先部から筐体２の外を覗き見ることができるようになっている。

更に、筐体２の枠体１１の上枠部１１ａには、中空部３内に透明な液体を注入するための給液口２１が設けられている。この給液口２１には、給液栓が着脱可能に装着されている。また、筐体２の枠体１１の右枠部１１ｄには、中空部３内に充填された液体を排出するための排液口２２が設けられている。この排液口２２には、排液栓が着脱可能に装着されている。給液は、筐体２を水に浮かべた状態で透明な液体を給液口２１から供給するのが望ましい。こうすることで、給液されるに従い筐体２が自然に水中に沈下して行くため、地上で液体を充填した重たい筐体２を運んで水に入れる動作を避けることが可能である。なお、水を供給する場合は、濁度の高い水をフィルターで綺麗にして供給するのでもよい。
また、排液を水面でやり易くするために、排液口２２の排液栓にワイヤを取り付けておき、そのワイヤを上枠部１１ａあたりに固定しておくことで排液栓を引き抜き、その後、筐体２をウインチでゆっくり引き上げることで行う。こうすると、中の透明液体は排液口２２から流れ出す。

また、筐体２の左右方向の両側部には、透明板４を観察対象であるダムの壁面や桟橋の壁面等から離反させる脚部材の一具体例を示す４個で一対をなす車輪２５Ａ，２５Ｂ，２６Ａ，２６Ｂが配設されている。ここで、本発明における「一対の」とは、４個の車輪に限定されるものではなく、偶数個であれば２個又は６個以上の車輪であってもよい。更に、脚部材としては、この実施例で示した車輪に限定されるものではなく、ソリのような脚体であってもよい。

一対の脚部材は、筐体２の左側面において上下方向に所定間隔あけて配置された左上車輪２５Ａ及び左下車輪２５Ｂと、筐体２の右側面において上下方向に所定間隔あけて配置された右上車輪２６Ａ及び右下車輪２６Ｂを有している。４個の車輪２５Ａ〜２６Ｂは、それぞれが車輪軸２７の一側部に回転自在に支持されている。左車輪用の２個の車輪軸２７及び右車輪用の２個の車輪軸２７のそれぞれ他側部には、当該車輪軸２７の軸方向と直交する方向に回動軸２８がそれぞれ貫通されていて、各回動軸２８と一体に車輪軸２７が旋回動作するように構成されている。

２本の回動軸２８は、筐体２の両側面に沿って上下方向に延在されていると共に、枠体１１の左右枠部１１ｃ，１１ｄの上下に固定された軸受部２９によって回転自在に支持されている。２本の回動軸２８は、２個の駆動モータ３０のそれぞれ回転軸である。２個の駆動モータ３０は、モータベースを兼ねる上軸受部２９にそれぞれ固定されている。駆動モータ３０を駆動してその回転軸である回動軸２８を回転させると、その回転方向及び回転量に応じて車輪軸２７を介して各車輪２５Ａ，２５Ｂ，２６Ａ，２６Ｂが旋回動作される。

２個の左車輪２５Ａ，２５Ｂ及び車輪軸２７に関連して設けた回動軸２８、軸受部２９及び駆動モータ３０によって左車輪旋回機構３１Ａを構成している。同様に、２個の右車輪２６Ａ，２６Ｂ及び車輪軸２７に関連して設けた回動軸２８、軸受部２９及び駆動モータ３０によって右車輪旋回機構３１Ｂを構成している。なお、駆動モータとしては、例えば、パルスモータを適用することができ、また、直流モータや交流モータと減速機構を組み合わせたもの等を適用することができる。

また、左上車輪軸２７には、水中内で筐体２を移動させるための左水中推進器９Ａが取り付けられ、右上車輪軸２７には、右水中推進器９Ｂが取り付けられている。水中推進器９Ａ，９Ｂは、図示しないが、スクリューと、そのスクリューを回転駆動するモータと、これらが内蔵されるシリンダ等を備えて構成されている。モータはシリンダに支持されており、そのモータの駆動により回転軸を回転させ、その回転軸に取り付けられたスクリューの回転で押し出される水流の圧力によって推進力を得るように構成されている。更に、水中推進器９Ａ，９Ｂのスクリューは、その回転方向が切り換え可能とされており、その回転方向に応じて、水流を後方又は前方に噴出させて前進及び後進の切り替えが可能とされている。

２個の水中推進器９Ａ，９Ｂは、ブラケット３４を介して左右の上車輪軸２７に固定されている。図５等に示すように、各水中推進器９Ａ，９Ｂは、その水流の方向が、カメラ装置５の視野の中心線ＣＬに対して所定角度θだけ傾斜するよう左右の上車輪軸２７に個別に取り付けられている。所定角度θは、この実施例では３０度に設定しているが、これに限定されるものではなく、後述する（５）式で示される範囲内の値に設定することが好ましい。この水中推進器９Ａ，９Ｂの取り付けに関して所定角度θを設定する理由は、後述する水中観察装置１の動作の説明において詳述する。

また、筐体２における枠体１１の上枠部１１ａには吊下げ棒１３と制御器３５が取り付けられている。吊下げ棒１３は、その下端部が上枠部１１ａの長手方向の中央部に固定されていて、上端側が真っ直ぐ上方に延在されている。吊下げ棒１３の上端部には穴が設けられており、この穴を利用して吊下げワイヤ８の一端が連結されている。この吊下げ棒１３の固定側の端部に制御器３５が取り付けられている。

制御器３５には、図１３に示す動作及びその他の制御動作を実行するための演算部アンプと、その動作制御に必要な情報を取得するための水深センサや方位角センサ等が収容されている。制御器３５は、水深センサや方位角センサ等で得られた情報に基づいて、左右の車輪旋回機構３１Ａ，３１Ｂや左右の水中推進器９Ａ，９Ｂその他のアクチュエータの動作を制御するもので、マイクロコンピュータ、ＬＳＩ、その他の電子部品が搭載された制御基板を備えている。水深センサは、水中に浸水している筐体２の水面からの深さを検出する計測器であり、例えば、高精度圧力センサモジュールＭＵ１０１（横河電機株式会社製）を用いることができる。また、方位角センサは、水中に浸水している筐体２の方位角を検出する計測器であり、例えば、方位角センサを内蔵した株式会社ハイボット製のTitech M4Controllerを用いることができる。

図１３に示すように、方位角センサＣＳによって検出された方位角情報が制御器３５に供給されると、制御器３５は、検出情報に基づく検出値と予め設定されている指令値との差を算出し、その算出値に基づき制御器３５が左右の水中推進器９Ａ，９Ｂを制御し、水中観察部１０を制御する。このような制御が連続して繰り返されることにより、水中観察部１０の姿勢や移動等の制御を実行することができる。

このような構成を有する水中観察部１０は、吊下げワイヤ８を介して吊下げ装置７で吊り下げることによって使用される。吊下げ装置７は、図１に示すように、ダム湖や用水路等に浮かべた船ＢＳの船上に設置して使用することができる。また、吊下げ装置７は、図２に示すように、ダムや堤防等の平面部に乗り入れた自動車ＢＴに設置して使用することもできる。

吊下げ装置７は、例えば、吊下げワイヤ８と、この吊下げワイヤ８の中途部を摺動可能に支持する滑車を有する吊下げアーム４１と、吊下げワイヤ８の筐体２と反対側を巻き上げたり、繰り出す巻上げドラム４２等を備えて構成されている。更に、船ＢＳや自動車ＢＴには、図示しないが、前記制御回路や前記センサ及びカメラ装置５や駆動モータ３０等に電力を供給する電源装置、並びに、制御器３５その他の動作を制御するためのコントローラ等が配設されている。コントローラは、船上（或いは自動車）に設置したモニタを見ながら、作業者が手動操作によって使用する。

このような構成を備えた水中観察装置１は、例えば、次のようにして使用することができる。
まず、水中観察部１０を水中へ入れる前に、透明な液体、例えば、真水若しくは湖水を濾過して生成した透明水等を筐体２の中空部３に注入する。この透明水の供給作業は、筐体２の給液口２１に装着されている給液栓を取り外し、その給液口２１から透明水を注入して中空部３を透明水で満たす。このように、筐体２を水中へ投入する直前に中空部３へ透明水を充填することにより、それ以前の搬送時等における筐体２の重量を軽いものとして、運搬作業を容易なものにすることができる。

次に、筐体２の中空部３に透明水が満たされた水中観察部１０を吊下げ装置７で吊り上げ、その後、湖上に水中観察部１０を移動させた後、吊下げワイヤ８を繰り出して水中観察部１０を降下して水中に浸入させる。更に、吊下げワイヤ８の繰り出しを続けることにより、中空部３が透明水で満たされた水中観察部１０が自重によって降下を続ける。そして観測しようとする所望の位置で吊下げ装置７の動作を停止し、所望の水深位置で水中観察部１０を停止させる。このときの水中観察部１０の水深は、筐体２に設置されている水深センサから供給される水深に関する測定情報に基づいて知ることができる。

次いで、同じく筐体２に設置されている方位角センサから供給される方位角に関する測定情報に基づいて左右の水中推進器９Ａ，９Ｂを動作させて、筐体２に取り付けられている透明板４を観察しようとするダム等の観察位置の壁面ＷＴに対向させる。そして、２機の水中推進器９Ａ，９Ｂを動作させて、水中観察部１０を観察壁面ＷＴに近づける。このとき、２つの水中推進器９Ａ，９Ｂを動作させると、吊下げワイヤ８で吊るされている水中観察部１０は、吊下げワイヤ８を回転の中心として任意の方向（ヨー軸回り）に回転してしまうため、供給された方位角情報に基づいて左右の水中推進器９Ａ，９Ｂの動作を制御し、筐体２の透明板４を壁面ＷＴに向けるようにする。この際の、左右の水中推進器９Ａ，９Ｂを制御する制御系を図１３に示している。

図１３に示すように、この制御系では、予め分かっている壁面ＷＴの方位角を表す信号が指令値として制御器３５に入力され、この制御器３５に、方位角センサＣＳにより検出された方位角の計測値を表す情報が供給される。これにより制御器３５では、方位角の計測値と指令値との差を取り、その値から左右の水中推進器９Ａ，９Ｂの噴射方向を算出し、その噴射を実施する。これにより、筐体２をヨー軸回りに回転させることなく、筐体２を壁面ＷＴに近づけることができる。

図５は、左右の水中推進器９Ａ，９Ｂから噴射される水流の噴射方向を後方（透明板４からカメラ装置５に向かう方向）として、筐体２の２個の上車輪２５Ａ，２６Ａ（２個の下車輪２５Ｂ，２６Ｂも同様）を壁面ＷＴに接触させた状態を示している。このとき、４個の車輪２５Ａ，２５Ｂ，２６Ａ，２６Ｂの各車輪軸２７は、壁面ＷＴと略平行に延在されており、筐体２の前面に配設された透明板４と壁面ＷＴとの間にはある程度の隙間があり、カメラ装置５に写る画像は不鮮明なものとなっている。この状態において、吊下げワイヤ８を繰り出すことによって水中観察部１０は、透明水を含んだ筐体２の重量により壁面ＷＴに沿って降下する。また、吊下げワイヤ８を巻き上げることにより、水中観察部１０が壁面ＷＴに沿って上昇する。

図７は、図５に示す状態から、筐体２の前面に設置されている透明板４を観察壁面ＷＴに接近させる動作を説明する図である。この動作は、４個の車輪２５Ａ，２５Ｂ，２６Ａ，２６Ｂを壁面ＷＴから離反させるように左右の車輪旋回機構３１Ａ，３１Ｂを動作させると共に、後方へ水流を噴射するように左右の水中推進器９Ａ，９Ｂを動作させることによって実行することができる。即ち、図７において、左上車輪２５Ａ（左下車輪２５Ｂも同様）を反時計方向へ旋回させるように左車輪旋回機構３１Ａを駆動すると共に、右上車輪２６Ａ（右下車輪２６Ｂも同様）を時計方向へ旋回させるように右車輪旋回機構３１Ｂを駆動する。これと同時に、左右の水中推進器９Ａ，９Ｂを、その水流が後方へ噴射されるように動作させる。

これにより、水中観察部１０の姿勢が、図５に示す状態から図８に示す状態に変化し、筐体２の前面に設置されている透明板４が壁面ＷＴに接近した状態となる。このとき、透明板４と壁面ＷＴの間の濁水がほとんど無くなり、カメラ装置５のレンズ部６の焦点位置が壁面ＷＴと略一致した状態となるため、その壁面ＷＴのきれいな画像を取得することができ、その画像情報が作業者によって操作される図示しないコントローラに供給される。通常の検査時は、左右の水中推進器９Ａ，９Ｂによる水流を後方（壁面ＷＴと反対側）に噴射して水中観察部１０を壁面に押し付け、透明板４を観察すべき壁面近くに常に対向させた状態を保ちながら、水中観察部１０を降下させて対象壁面の水中観察を行う。これにより、観察画面をきれいな画像で見ることができ、その画像に基づいて観察壁面の状態を正確に把握することができる。

図９は、水中観察部１０を壁面ＷＴから離反させるように制御する状態を説明するものである。この場合には、図５に示す状態において、同時に左右の水中推進器９Ａ，９Ｂによる水流を前方（壁面ＷＴ側）に噴射する。これにより、水中観察部１０を壁面ＷＴから離反させることができる。

また、図１４に示すように、図５に示す姿勢を保持して水中観察部１０が降下しているときに、筐体２の中空部３内に設置されているバックミラー１７越しに、降下する下方の壁面（ＷＴ）に障害物の一具体例を示す段部ＳＧが見つかり、それを避けるときには、２つの水中推進器９Ａ，９Ｂの水流を前方に噴射して水中観察器１０を壁面ＷＴから離すようにしながら降下させると、図５の破線で示すように、障害物ＳＧを回避することができる。その後に、また水中推進器９Ａ，９Ｂを後方に噴射して壁面ＷＴに接した状態に戻れば観察が続けられる。ただし、水中観察部１０が一旦壁面ＷＴから離れると、吊下げワイヤ８で吊るされている水中観察部１０は、吊下げワイヤ８を回転中心として任意の方向（ヨー軸回り）に回転してしまう場合もある。

しかしながら、その水中観察部１０のヨー軸回転は、筐体２に搭載している方位角センサで検出できるため、水中観察部１０が壁面ＷＴから離れた状態で、透明板４の方位を壁面に向けるように左右の水中推進器９Ａ，９Ｂを互いに逆方向（例えば、左水中推進器９Ａを前方、右水中推進器９Ｂを後方）に噴射してヨー軸回りに回転させる制御を行う。この方位を制御する制御系は、図１３に示す通りであり、予め分かっている壁面ＷＴの方位角を指令値とし、水中観察部１０に搭載されている方位角センサＣＳで計測された計測値と指令値の差を取り、その値から２つの水中推進器９Ａ，９Ｂの噴射方向を算出し、上記噴射を実施する。

なお、壁面ＷＴから離れてヨー軸回りの回転を生成するために左右の水中推進器９Ａ，９Ｂの噴射方向を逆方向にする場合、その水中推進器９Ａ，９Ｂが取り付けられている車輪軸２７の取付角度を調整して、互いの水中推進器９Ａ，９Ｂの噴射方向が平行になるようにしておくのが好ましい。その理由は、平行でない状態で２つの水中推進器９Ａ，９Ｂを互いに逆向きに噴射すれば、水中観察部１０は回転するが、その回転運動だけでなく、２つの水中推進器９Ａ，９Ｂの推進力で左右方向への推進力分力が生成されるため、回転と同時に横方向への運動も生成されてしまうためである。

水中観察部１０の姿勢が壁面ＷＴと一致したところで、水中観察部１０が壁面ＷＴに押し付けられる方向へ２つの水中推進器９Ａ，９Ｂによる噴射を続ける。これにより、水中観察部１０は、２つの水中推進器９Ａ，９Ｂの推進力でその透明板４側が壁面ＷＴに押し付けられた状態で降下を行う図５に示す本来の姿勢に復帰する。この際には、２つの水中推進器９Ａ，９Ｂを互いの姿勢が平行になるようにするため傾けていた車輪軸２７の角度を調整して、壁面ＷＴを接触移動する際の基準の角度に戻す制御も行うようにする。なお、壁面ＷＴの表面状態が平滑で壁面状態を詳しく観察しながら上下運動したい場合は、図８のように透明板４を壁面ＷＴに近接させてもよい。また、壁面ＷＴの表面に突起等がある場合は、図１０に示すような姿勢で、透明板４を壁面ＷＴから離して移動させてもよい。

４つの車輪２５Ａ，２５Ｂ．２６Ａ．２６Ｂが壁面ＷＴに接触して水中観察部１０が壁面ＷＴに対して所定の隙間をあけて対向しているとき（図５に示す状態）は、通常２つの水中推進器９Ａ，９Ｂを両方とも噴射させて水中観察部１０を壁面ＷＴ側に付勢している（図５に示す状態）が、図１１に示すように、この状態において一方の水中推進器（本実施例では、右水中推進器９Ｂの場合について説明するが、左水中推進器９Ａによる場合も同様である。）９Ｂだけを動作させて水流を後方に噴射させると、その噴出力の作用により、図１１において紙面の下方となる左側へ水中観測部１０をスライドさせる動きが生成される。

この場合、水中観察部１０は４つの車輪２５Ａ，２５Ｂ，２６Ａ，２６Ｂで支持され、それらの車輪２５Ａ〜２６Ｂが壁面ＷＴに接触しているため、通常は車輪２５Ａ〜２６Ｂが壁面ＷＴの間に相当の摩擦抵抗を生ずるが、ここでは壁面ＷＴは滑りやすく、各車輪２５Ａ〜２６Ｂの表面は横方向にもスライドできるような表面状態にあるものと仮定する。

この場合の推進力Ｆを斜めに加えても水中観察部１０が右車輪２６Ａ，２６Ｂの接触点ＴＣを中心として、図１２において反時計回りに回転しない条件は、次の通りである。
ここで、車輪２５Ａ〜２６Ｂの回転中心から壁面ＷＴまでの距離をＨとし、右車輪２６Ａ，２６Ｂの接触点ＴＣを通って前後方向へ延びる線から、この線と平行をなし且つ右水中推進器９Ｂの中心を通る平行線ＰＣまでの距離をＭとする。そして、平行線ＰＣに対する右水中推進器９Ｂの傾斜角をθとする。

右水中推進器９Ｂの推進力をＦとすると、壁面ＷＴと垂直をなす方向には垂直分力Ｆｃｏｓθが作用し、これと直交する壁面ＷＴと平行する方向には平行分力Ｆｓｉｎθが作用する。従って、水中観察部１０が右車輪２６Ａ，２６Ｂの接触点ＴＣを中心として図１２において反時計回りに回転しない条件は、垂直分力Ｆｃｏｓθによって接触点ＴＣ回りに生成される時計回りのモーメントが、推進力Ｆによって壁面ＷＴに沿って生成される平行分力Ｆｓｉｎθの接触点ＴＣ回りの反時計回りのモーメントより大きいことが必要である。

即ち、
Ｆｃｏｓθ×Ｍ≧Ｆｓｉｎθ×Ｈ ……（１）式
θ≦ｔａｎ^−１Ｍ／Ｈ＝θｍａｘ ……（２）式
となる。
なお、この考察は、接触点ＴＣの摩擦が大きくて、この部分が壁面ＷＴに沿って滑らない条件でのものである。ただし、滑る条件でも、転倒の反時計周りの回転運動が生ずる条件は、結果的に同じである。このことから、水中推進器の噴射方向のなす傾斜角θが最大値θｍａｘを越えない限り、接触点ＴＣ回りに反時計回りの回転は起こらない。

また、推進力Ｆの横方向成分（水平分力）で横方向の動きが生成される条件は、この水平分力が壁面ＷＴの摩擦力より大きくなる条件であるため、車輪と２５Ａ〜２６Ｂと壁面ＷＴの間の横方向の摩擦係数をμとすると、
μ×Ｆｃｏｓθ≦Ｆｓｉｎθ ……（３）式
θ≧ｔａｎ^−１μ ……（４）式
と言える。
そのため、水中推進器９Ａ，９Ｂを取り付けるときの傾斜角θは、
ｔａｎ^−１μ≦θ≦θｍａｘ ……（５）式
の範囲で選択すればよい。

このとき、右水中推進器９Ｂの噴射により水中観察部１０の左車輪２５Ａ，２５Ｂ側が壁面ＷＴから離れるように回転してしまうことは、噴射方向が十分に大きい場合、即ち、右水中推進器９Ｂの噴射方向が接触点ＴＣを通過する最大傾斜角θｍａｘよりも大きくなったときである。従って、最大傾斜角θｍａｘよりも小さい場合には、水中観察部１０に上記回転を生ずることはなく、壁面ＷＴの摩擦係数μが低ければ、水中観察部１０は横方向へ滑って移動する。例えば、傾斜角θが３０度に設定されている場合には、壁面ＷＴの摩擦係数μが０．５８以下であれば、水中観察部１０は横方向に移動することができる。
このように、水中推進器９Ａ，９Ｂの傾斜角θを（５）式の範囲に設定すれば、水中観察部１０は壁面ＷＴに押え付けられた状態で横方向へ移動が可能である。

このように、本発明に係る水中観察部１０によれば、水中推進器が２つしかないのに、壁面ＷＴと垂直をなす方向の直進運動と、吊下げワイヤ８を回転中心とした回転運動の２種類の運動だけでなく、壁面ＷＴに沿って左右方向に移動する並進運動も行うことができる。即ち、一般に、２つの駆動装置では２自由度の運動しか生成できないはずであるが、この水中観察部１０によれば、壁による拘束を利用することにより、３自由度的な運動を行うことができる。

図１５Ａ，１５Ｂは、筐体２に設けた吊下げ棒１３の作用を説明するもので、図１５Ａは吊下げ棒１３を筐体２に取り付けた場合、図１５Ｂは吊下げ棒１３を筐体２に取り付けない場合を示している。

図１５Ｂに示すように、筐体２に吊下げ棒１３を取り付けない場合、重量Ｇの水中観察部１０が下降しているときに段部ＳＧにぶつかったりして姿勢を傾けたときの姿勢を復帰するために必要なモーメントをＧ×Ｄに相当するモーメントＭである場合、吊下げワイヤ８と水中観察部１０の水平距離は距離Ｄまでずれることになり、水中観察部１０は角度φ０だけ傾く。

これに対して、筐体２に吊下げ棒１３を取り付けた場合、同じだけの復元モーメントＭ＝Ｇ・Ｄを生成するための水中観察部１０が傾く角度φ１は、吊下げ棒１３の長さが追加される分だけ吊下げワイヤ８と吊下げ棒１３との結合部から接触点ＴＣまでの長さが長くなる、そのため、吊下げ棒１３を取り付けた場合に、水中観察部１０の傾く角度φ１は、吊下げ棒１３を取り付けない場合の傾く角度φ０より小さくなる。従って、水中観察部１０の傾き角が小さくなる分だけ、水中観察部１０があまり傾かずに段部（障害物）ＳＧを乗り越えることができ、水中観察部１０としての性能が向上できる。

吊下げ棒１３の長さＬの条件は、次の通りである。
吊下げ棒１３の長さＬの条件は、原理的にはゼロ以上の長さであれば、取り付けたことの効果を発揮することができる。吊下げ棒１３の長さＬは、水中観察部１０の高さ（上下方向の長さ）の０．２倍以上あることが好ましい。
一方、吊下げ棒１３の長さＬが長すぎると、その取り扱いが不便なものになる。そのため、吊下げ棒１３の長さＬの上限は、水中観察部１０の高さ（上下方向の長さ）の４倍以下であることが好ましい。しかしながら、不使用時において吊下げ棒を折り曲げたり、分解したりすることが可能な構造とした場合には、吊下げ棒の長さＬは、水中観察部１０の高さの１０倍程度まで長くしてもよい。

水中観察部１０による所定の壁面ＷＴの観察が終了した場合には、吊下げ装置７を駆動して水中観察部１０を、船上或いはダム上等に引き上げる。船上等に引き上げられた水中観察部１０の筐体２の中空部３内には透明水が充填されているため、この透明水を筐体２から排水する。これは、筐体２の側面下部に設置されている排液口２２を閉じている排液栓を取り外すと共に、筐体２の上面に設置されている給液口２１を閉じている給液栓も取り外す。排水ポンプを筐体上面の給液口２１から入れて排水を補助してもよい。このとき、排液口２２は、筐体２の低い位置に設定されているため、中空部３内にある透明水の略すべてを筐体２外に排水することができる。

一般に、ダムの湖面側には大量の水が貯水されており、例えば、水深が１００ｍの深さでは水圧は１０気圧にもなる。そのため、例えば、水深１００ｍにおけるダム壁面を観察するための装置の内部には１０気圧もの圧力が付与される。この圧力に対しても破壊されない強さを有する装置を作成するためには、箱体の強度を極めて大きなものにする必要があるが、単純にその強度を満足する筐体を金属材料で作成しようとすると、重量が大きなものとなり、不経済であるばかりでなく、観測時における筐体の操作性が困難になるという問題がある。

一方、中空部に水を充填して筐体を使用すると、液体の圧縮はほとんど無視できるので、ほんの少しの筐体の変形で筐体の内外が同一気圧となることから水深１００ｍの深い場所であっても、１０気圧という圧力の対策を考えないで済むことになる。そのため、内部に水を充填して使用する筐体の場合には、その筐体に過度に大きな強度を求める必要がないことから、筐体の重量が必要以上に大きくなることが無く、材料の無駄をなくすことができる。

ところが、筐体２を立方体又は円筒体で形成してその一面に透明板４を配置し、カメラ装置５の撮影面積を大きくするためにその透明板４の面積を大きくすると、中空部３全体の容積が大きくなる。そのため、筐体２の中空部３内に充填される透明水の容積が多量になり、充填された透明水を含む筐体２の重量が極めて重いものになり、筐体２の操作性が困難になるという問題があった。

これに対して、本願発明の水中観察部１０を上述したような構成とすることにより、水深の深い所で使用する装置であることを考慮して、装置全体の重量が比較的軽いものでありながら、水深の深い所で使用できると共に、観察作業の際の装置の操作性に優れた水中観察装置を得ることができる。

図１６及び図１７は、本発明の水中観察装置に係る水中観察部の第２の実施例を示すものである。この実施例で示す水中観察部５０は、筐体２にワイパー装置を取り付け、そのワイパー装置で観察対象となる壁面ＷＴを払拭するように構成したものである。この水中観察部５０が前述した水中観察部１０と異なる点は、筐体２にワイパー装置５１を追加して設けた点だけであるため、同一部分には同一の符号を付して、その他の重複した部分の説明は省略する。

ワイパー装置５１は、軸方向の一側にブラシ部５２を有する揺動アーム５３と、この揺動アーム５３を所定角度揺動させる揺動モータ５４と、揺動アーム５３を観察する壁面ＷＴ側に付勢するスプリング５５等を備えて構成されている。揺動アーム５３は細長い棒状の部材からなり、その軸方向の一側の一方の側面に、プラスチックの線材を植毛する等によって軸方向に所定長さをもって形成されたブラシ部５２が設けられている。揺動アーム５３のブラシ部５２と軸方向の反対側には、揺動モータ５４の回転軸５６に取り付けるための軸受部が設けられている。

揺動モータ５４は、筐体２における枠体１１の上枠部１１ａの長手方向の略中央部に、回転軸５６を前方へ突き出すように配置されて固定されている。この揺動モータ５４の回転軸５６が、揺動アーム５３の軸受部に設けた軸受穴に摺動可能に挿入されている。更に、回転軸５６にはスプリング５５が緩く装着されており、このスプリング５５のバネ力によって揺動アーム５３が常時前方へ付勢されている。そして、スプリング５５のバネ力に抗して揺動アーム５３を後方へ押圧することにより、そのスプリング５５のバネ力によってブラシ部５２を壁面ＷＴに押し付けることができる。

図１６は、水中観察部５０を観察対象とする壁面ＷＴに接触させた状態を示しており、この状態では、スプリング５５は伸びた状態にあり、ブラシ部５２は壁面ＷＴには接触していない。図１７は、ワイパー装置５１による壁面ＷＴの払拭作業が終了し、壁面ＷＴを観察するときの水中観察部５０の姿勢を示している。このとき、ブラシ部５２による壁面ＷＴの払拭作業が終了した揺動アーム５３は、枠体１１の外側に旋回移動して上枠部１１ａの上方へ退避した状態となっている。この第２の実施例に係る水中観察部５０によれば、ブラシ部５２で払拭されたきれいな壁面ＷＴを観察することができ、壁面ＷＴのひび割れや傷等の有無をより美しい画面で正確に視認することが可能となる。

以上説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、均等の範囲内で種々の変形が可能であり、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは、当業者によって容易に理解されよう。

１…水中観察装置、 ２…筐体、 ３…中空部、 ４…透明板、 ５…カメラ装置、 ６…レンズ部、 ７…吊下げ装置、 ８…吊下げワイヤ、 ９，９Ａ，９Ｂ…水中推進器、 １０，５０…水中観察部、 １１…枠体、 １１ａ…上枠部、 １２…胴体、 １３…吊下げ棒、 １５…透明窓、 １６…照明器、 １７…バックミラー、 ２１…給液口、 ２２…排液口、 ２５Ａ…左上車輪、 ２５Ｂ…左下車輪、 ２６Ａ…右上車輪、 ２６Ｂ…右下車輪、 ２７…車輪軸、 ３１Ａ…左車輪旋回機構、 ３１Ｂ…右車輪旋回機構、 ３５…制御器、 ４１…吊下げアーム、 ４２…巻上げドラム、 ５１…ワイパー装置、 ５２…ブラシ部、 ５３…揺動アーム、 ＢＳ…船、 ＢＴ…自動車、 ＣＳ…方位角センサ、 ＳＧ…段部（障害物）、 ＴＣ…接触点、 ＷＴ…壁面

Claims (9)

1. 透明な液体で充填される中空部を有し且つ前記中空部に臨む面に外部を透かして見ることができる透明板が配置された筐体と、
   前記中空部を挟んで前記透明板にレンズ部が対向するように配置されて前記筐体に取り付けられたカメラ装置と、
   前記筐体をワイヤを介して吊り下げて当該筐体を水中で昇降させる吊下げ装置と、
   前記筐体に設けられ且つ水中内で当該筐体を移動可能な水中推進器を設けた
   ことを特徴とする水中観察装置。
2. 前記筐体に、前記水中推進器を動作させるため当該筐体の状態を検出するセンサを設けた
   ことを特徴とする請求項１記載の水中観察装置。
3. 前記筐体の上面に上方に突出する吊下げ棒を設け、当該吊下げ棒の先部に前記ワイヤの下端を連結させた
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の水中観察装置。
4. 前記筐体を、前記カメラ装置が取り付けられる側の面積が前記透明板側の面積よりも小さくなるよう当該カメラ装置の視野角に対応させて錐形に形成した
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１記載の水中観察装置。
5. 前記筐体に、前記透明板を観察対象から離間させる一対の脚部材を当該観察対象に対して左右対称に配置して設け、
   前記脚部材を前記観察対象に対して近接・離反可能に構成した
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１記載の水中観察装置。
6. 前記一対の脚部材に、前記水中推進器を1個づつ所定角度傾斜させて取り付けた
   ことを特徴とする請求項５記載の水中観察装置。
7. 前記筐体の前記中空部内であって前記カメラ装置の視野角内に、前記筐体の下面又は前記透明板を介して外部を観察可能にバックミラーを配置して設けた
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１記載の水中観察装置。
8. 前記筐体に、観察対象の壁面を払拭させるワイパー装置を設けた
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１記載の水中観察装置。
9. 前記筐体に、前記中空部に透明な液体を注入するための給液口と、前記中空部内に充填された透明な液体を外部に排出するための排液口を設けた
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１記載の水中観察装置。

Images