JP2021138249A - 水中係留装置及び水中観測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも小さな力で昇降することが可能な水中係留装置を提供する。【解決手段】ケーブルの上端に浮体が設けられ、ケーブルの下端に錘が設けられた本体部と、水中に設けられ、周面が前記ケーブルに係合する回転体と、該回転体と一体に設けられ、当該回転体を回転駆動する駆動部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、水中係留装置及び水中観測装置に関する。

下記特許文献１には、水中昇降装置が開示されている。この水中昇降装置は、水底に繋がるゲーブルによって水中に係留されると共に浮力体が備えられた水中観測機器を昇降させるものであり、ゲーブルの巻取り／繰出しを行うウインチユニットと、上記巻取りの停止／繰出しの開始を行うラッチユニットを備えるものである。

国際公開第２０１３／０３９０４８号明細書

ところで、上述した水中観測機器には浮力や潮流が作用するので、ウインチユニットやラッチユニットには比較的大きな力が作用する。したがって、ウインチユニットやラッチユニットには、機械構造的に比較的強固な構造を採用する必要があり、よって装置構成が大型化するという問題点がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも小さな力で昇降することが可能な水中係留装置の提供を目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明では、水中係留装置に係る第１の解決手段として、ケーブルの上端に浮体が設けられ、前記ケーブルの下端に錘が設けられた本体部と、水中に設けられ、周面が前記ケーブルに係合する回転体と、該回転体と一体に設けられ、当該回転体を回転駆動する駆動部とを備える、という手段を採用する。

本発明では、水中係留装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記ケーブルが挿通する一対の開口を備え、前記回転体を覆う保護具をさらに備える、という手段を採用する。

本発明では、水中係留装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記浮体の浮力と前記錘の重力とは吊り合っている、という手段を採用する。

本発明では、水中観測装置に係る第１の解決手段として、上記第１〜第３のいずれかの解決手段に係る水中係留装置と、前記本体部に備えられる観測機器とを備える、という手段を採用する。

本発明では、水中観測装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記観測機器は、前記浮体と前記錘とに設けられる、という手段を採用する。

本発明では、水中観測装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記浮体の上部には無線通信装置が設けられる、という手段を採用する。

本発明によれば、従来よりも小さな力で昇降することが可能な水中係留装置及び水中観測装置を提供することが可能である。

本発明の一実施形態に係る水中係留装置及び水中観測装置の構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る水中係留装置の要部構成を示す正面図である。 本発明の一実施形態に係る水中係留装置及び水中観測装置の動作を示す模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る水中観測装置Ａは、例えば海中における所定の環境量を観測する装置であり、水中係留装置Ｂを用いることにより所定深度の海中に係留されている。この水中観測装置Ａは、図1に示すように、昇降部１及び係留部２を備える。

昇降部１は、上記環境量を観測する観測機器が設けられている構造要素であり、ケーブル１ａ、浮体１ｂ、錘１ｃ及び無線通信装置１ｄを備えている。なお、上記観測機器は、例えば潮流の流れや海水温度等を環境量として計測する計測機器である。

ケーブル１ａは、観測対象となる深度範囲に応じて長さが設定された比較的軽量かつ引張強度に優れた線条体であり、一端に浮体１ｂが設けられ、他端に錘１ｃが設けられている。すなわち、このケーブル１ａは、浮体１ｂに作用する浮力及び錘１ｃに作用する重力の関係で、海中において鉛直姿勢となる。なお、上記浮体１ｂの浮力と上記錘１ｃの重力とは互いに吊り合っている。

浮体１ｂは、このようなケーブル１ａの一端つまり上端に固定され、内部に所定のガスが密封された所定形状の密封容器である。この浮体１ｂは、ケーブル１ａの一端に対して鉛直方向における上向きの浮力を作用させる。また、この浮体１ｂには、上述した観測機器が付属的に設けられている。なお、上記ガスは、例えば空気あるいは不活性ガスである。

錘１ｃは、ケーブル１ａの他端つまり下端に固定され、比重が海水よりも大きな材料から形成された所定形状の物体である。この錘１ｃは、ケーブル１ａの他端に対して鉛直方向における下向きの重力を作用させる。また、この錘１ｃには、上述した観測機器が付属的に設けられている。なお、上記材料は、例えば表面に防食処理が施された鉄等の金属である。

すなわち、本実施形態における昇降部１には、観測機器が浮体１ｂ及び錘１ｃの２ヶ所に設けられている。浮体１ｂの観測機器及び錘１ｃの観測機器は、同一の環境量を計測する計測機器であってもよく、または異なる環境量を計測する計測機器であってもよい。例えば、浮体１ｂ及び錘１ｃの両観測機器で潮流の流れや海水温度等を同時に計測してもよく、または浮体１ｂの観測機器で潮流の流れを計測し、錘１ｃの観測機器で海水温度を計測してもよい。

無線通信装置１ｄは、図示するように浮体１ｂの上部に備えられており、外部の無線通信装置と電波の授受を行うアンテナと、送信データを変調してアンテナに出力すると共にアンテナが受信した電波から受信データを復調する通信本体部とを備える。この無線通信装置１ｄは、上述した観測機器で観測された観測データを外部に送信するために主に用いられる。

すなわち、浮体１ｂ及び錘１ｃの各観測機器は、所定期間に亘って観測を行うと、観測データを無線通信装置１ｄに出力する。無線通信装置１ｄは、通信本体部で観測機器から入力された観測データに所定の処理を施すことにより送信データを生成し、当該送信データをアンテナを用いて電波として外部の無線通信装置に送信する。

係留部２は、このような昇降部１を海中の所定の深度範囲に係留する構造要素であり、係留ブイ２ａ、係留ロープ２ｂ、昇降ローラ２ｃ、昇降モータ２ｄ、制御装置２ｅ及びカバー２ｆ（保護具）を備えている。なお、上記深度範囲は、上述した観測機器による環境量の観測深度範囲に相当する。

係留ブイ２ａは、係留ロープ２ｂを介して海中に係留されている略円筒状の浮体であり、先端部に係留ロープ２ｂの一端を係合させる係合部２ｇが設けられている。また、この係留ブイ２ａには、後方周面部に複数の翼２ｈが突出するように設けられている。

係留ロープ２ｂは、一端が上記係合部２ｇに結合し、他端が例えば海底に固定された所定長さの線条体である。この係留ロープ２ｂは、比較的軽量かつ引張強度に優れた線条体であり、係留ブイ２ａの係合部２ｇに張力を作用させる。

すなわち、本実施形態における係留ブイ２ａは、自らに作用する浮力つまり鉛直方向における上向きの力、自らに作用する重力つまり鉛直方向における下向きの力、潮流の流れ方向に起因する略水平方向の力、また係留ロープ２ｂによって与えられる略下向きの力のバランスに基づいて、海中において略水平姿勢を保持する。

昇降ローラ２ｃは、このような係留ブイ２ａの後端部に設けられた円形回転体であり、所定幅の円形周面２ｉを備える。この昇降ローラ２ｃは、係留ブイ２ａの前後方向に延在する中心軸線と同軸な回転軸周りに回転し、また図２に示すように昇降部１のケーブル１ａが円形周面２ｉに螺旋状に巻き付いている。このような昇降ローラ２ｃは、上記回転軸周りに回転することによりケーブル１ａを上方向あるいは下方向に送り出す。

昇降モータ２ｄは、上記昇降ローラ２ｃを回転駆動する動力源であり、出力軸が上述した昇降ローラ２ｃの回転軸に連結されている。この昇降モータ２ｄは、制御装置２ｅによって制御されることによって昇降ローラ２ｃを回転駆動する。すなわち、この昇降モータ２ｄは、制御装置２ｅから入力される駆動電力に応じて、昇降ローラ２ｃを正回転あるいは逆回転させる。

制御装置２ｅは、係留ブイ２ａに一体に設けられており、昇降モータ２ｄを駆動制御する。この制御装置２ｅは、例えば計時装置を内蔵しており、計時装置が計時する時刻及び予め搭載された制御プログラムに基づいて昇降モータ２ｄを制御する。このような制御装置２ｅは、例えば制御プログラムで指定された時刻になると、昇降モータ２ｄを一定の速度で回転させることによって昇降部１を昇降させる。なお、上記昇降モータ２ｄ及び制御装置２ｅは、本発明における駆動部に相当する。

カバー２ｆは、ケーブル１ａが挿通する一対の開口（上部開口及び下部開口）を備えており、昇降ローラ２ｃとケーブル１ａとの係合箇所を覆う保護具である。すなわち、このカバー２ｆは、昇降ローラ２ｃとケーブル１ａとの係合箇所に異物が付着したりすることを抑制するためのもの、つまり昇降ローラ２ｃとケーブル１ａとの係合状態を初期状態に極力保持するための部材である。

このような水中観測装置Ａの構成要素のうち、昇降部１に設けられた観測機器及び無線通信装置１ｄを除く構成要素は、本実施形態に係る水中係留装置Ｂを構成している。すなわち、本実施形態に係る水中係留装置Ｂは、観測機器及び無線通信装置１ｄを除く昇降部１及び係留部２を備え、観測機器及び無線通信装置１ｄを除く昇降部１を水中における所定の深度範囲において昇降させる。

次に、本実施形態に係る水中観測装置Ａ及び水中係留装置Ｂの動作について、図３をも参照して詳しく説明する。

この水中係留装置Ｂでは、浮力と重力とが吊り合った状態の昇降部１を昇降ローラ２ｃを回転させることによって昇降させる。すなわち、昇降モータ２ｄ及び制御装置２ｅからなる駆動部によって昇降ローラ２ｃを正回転（図３における反時計方向への回転）させることによって昇降部１を海中で上昇させ、また当該駆動部によって昇降ローラ２ｃを逆回転（図３における時計方向への回転）させることによって昇降部１を海中で降下させる。

水中観測装置Ａでは、浮体１ｂ及び錘１ｃの各観測機器は、この昇降動作中に環境量を順次計測し、当該計測によって得られた観測データを内部メモリに順次記憶して蓄える。そして、水中観測装置Ａは、無線通信装置１ｄのアンテナが、図３に示すように海面上に位置したタイミングで、無線通信装置１ｄを用いて観測データを外部に送信させる。

ここで、昇降部１に作用する浮力と重力とが吊り合っているので、昇降部１を昇降させる駆動部の昇降モータ２ｄに作用する負荷はゼロに近い。したがって、本実施形態に係る水中係留装置Ｂによれば、従来よりも小さな力（駆動力）で昇降部１を昇降させることが可能である。

また、昇降部１に作用する浮力と重力とが完全に吊り合っていない場合であっても、浮力と重力とによって昇降モータ２ｄに作用する負荷が軽減されるので、昇降部１を昇降させるために必要な力（駆動力）は低減される。したがって、浮力と重力とが完全に吊り合っていることは、必ずしも必要な条件ではない。

また、このような昇降ローラ２ｃを正回転及び逆回転によって、浮体１ｂは深度範囲ΔＤ１に亘って昇降し、また錘１ｃは深度範囲ΔＤ２に亘って昇降する。したがって、本実施形態に係る水中観測装置Ａでは、水中観測装置Ａによって浮体１ｂが深度範囲ΔＤ１に亘って昇降し、また錘１ｃは深度範囲ΔＤ２に亘って昇降するので、深度範囲ΔＤ１及び深度範囲ΔＤ２に亘る環境量を観測することが可能である。

また、本実施形態によれば、カバー２ｆが昇降ローラ２ｃとケーブル１ａとの係合箇所に設けられているので、海中において異物が係合箇所に付着して昇降部１の昇降機能に障害をもたらすことを抑制することが可能である。したがって、本実施形態によれば、耐久性に優れた水中観測装置Ａ及び水中係留装置Ｂを抵抗することが可能である。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、水中係留装置Ｂを水中観測装置Ａに用いたが、本発明はこれに限定されない。すなわち、本発明に係る水中係留装置は、環境量の観測以外の用途に適用することが可能である。

（２）上記実施形態では、ケーブル１ａの途中部位つまり浮体１ｂと錘１ｃとの間において昇降ローラ２ｃをケーブル１ａに係合させたが、本発明はこれに限定されない。例えば、浮体１ｂあるいは錘１ｃをケーブル１ａの途中部位に設け、浮体１ｂの上側あるいは錘１ｃの下側において昇降ローラ２ｃをケーブル１ａに係合させてもよい。

上記実施形態では、ケーブル１ａの途中部位において昇降ローラ２ｃをケーブル１ａに係合させたので、観測深度範囲が、互いに離間する深度範囲ΔＤ１及び深度範囲ΔＤ２となったが、浮体１ｂの上側あるいは錘１ｃの下側において昇降ローラ２ｃをケーブル１ａに係合させることによって深度範囲ΔＤ１及び深度範囲ΔＤ２を連続した深度範囲とすることが可能である。

（３）上記実施形態では、浮体１ｂ及び錘１ｃの両方に観測機器を設けることによって深度範囲ΔＤ１及び深度範囲ΔＤ２における環境量を観測するが、本発明はこれに限定されない。すなわち、浮体１ｂあるいは錘１ｃの何れか一方に観測機器を設けてもよい。ただし、この場合には、深度範囲ΔＤ１あるいは深度範囲ΔＤ２の環境量しか観測することができないことになる。

（４）上記実施形態では、昇降ローラ２ｃの円形周面２ｉに昇降部１のケーブル１ａを螺旋状に巻き付けることによって昇降ローラ２ｃとケーブル１ａとを係合させたが、本発明はこれに限定されない。昇降ローラ２ｃの円形周面２ｉとケーブル１ａとが滑ることのない摩擦係数で係合していれば、昇降ローラ２ｃの回転によって昇降部１を昇降させることができるので、ケーブル１ａを円形周面２ｉに巻き付けるのではなく、ケーブル１ａが円形周面２ｉに所望の当接力で当接するようにケーブル１ａを所定の付勢手段を用いて円形周面２ｉ側に付勢してもよい。

例えば、ケーブル１ａを挟んだ状態で昇降ローラ２ｃの円形周面２ｉに対峙すると共に回転軸が円形周面２ｉに向けて付勢された補助ローラ（従動ローラ）を設けることによって、昇降ローラ２ｃとケーブル１ａとを係合させてもよい。

（５）上記実施形態では、制御装置２ｅが計時時刻に基づいて昇降モータ２ｄを制御することにより昇降部１を昇降させたが、本発明はこれに限定されない。昇降モータ２ｄの制御形体つまり昇降部１を昇降させるやり方には種々のものが考えられる。

例えば、無線通信装置１ｄのアンテナが海面上に位置したタイミングで無線通信装置１ｄが外部から受信した観測指令信号に基づいて昇降部１を昇降させてもよい。すなわち、水中観測装置Ａが自律的に環境量を計測するのではなく、外部からの観測指令に基づいて受動的に環境量を計測してもよい。

Ａ 水中観測装置
Ｂ 水中係留装置
１ 昇降部
１ａ ケーブル
１ｂ 浮体
１ｃ 錘
１ｄ 無線通信装置
２ 係留部
２ａ 係留ブイ
２ｂ 係留ロープ
２ｃ 昇降ローラ（回転体）
２ｄ 昇降モータ
２ｅ 制御装置
２ｆ カバー（保護具）
２ｇ 係合部
２ｈ 翼
２ｉ 円形周面

Claims (6)

1. ケーブルの上端に浮体が設けられ、前記ケーブルの下端に錘が設けられた本体部と、
   水中に設けられ、周面が前記ケーブルに係合する回転体と、
   該回転体と一体に設けられ、当該回転体を回転駆動する駆動部と、
   を備えることを特徴とする水中係留装置。
2. 前記ケーブルが挿通する一対の開口を備え、前記回転体を覆う保護具をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の水中係留装置。
3. 前記浮体の浮力と前記錘の重力とは吊り合っていることを特徴とする請求項１または２に記載の水中係留装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の水中係留装置と、
   前記本体部に備えられる観測機器と
   を備えることを特徴とする水中観測装置。
5. 前記観測機器は、前記浮体と前記錘とに設けられることを特徴とする請求項４に記載の水中観測装置。
6. 前記浮体の上部には無線通信装置が設けられることを特徴とする請求項４または５に記載の水中観測装置。

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