JP2022088868A - 水中玉外し装置及び水中玉外しシステム - Google Patents

Abstract

【課題】水中で遠隔操作による玉外し作業を効率よく実施することである。
【解決手段】水中構造物を吊り下げる玉掛ワイヤーの玉外しを水中で行う水中玉外し装置であって、前記玉掛ワイヤーが着脱自在に装着される係止ピン、及び該係止ピンが差込まれる貫通孔を有するピン保持板、を備える玉外し機構と、前記ピン保持板に対して前記係止ピンを抜き差しする方向に移動させるピン稼働ユニットと、を備え、前記ピン稼働ユニットが、前記係止ピンと平行に配置され、ボールねじを備える伸縮装置と、該伸縮装置の一端と前記係止ピンとを連結する連結部材とを備える。
【選択図】図７

Description

本発明は、水中構造物を吊り下げる玉掛ワイヤーの水中玉外し装置及び水中玉外しシステムに関する。

従来より、作業船上のクレーン等から吊り下げたワイヤーが装着された消波ブロックや洗堀防止材等を水底に着底させたのち、ワイヤーを掛け外す玉外し作業は、潜水士が水中で手作業により行っている。玉外し作業では、波に起因する作業船の上下動がワイヤーに伝わるため、着底させた消波ブロックから上下動するワイヤーを取り外す作業が煩雑となりやすい。

このため、例えば特許文献１では、被覆ブロックを吊り下げるワイヤーの途中に浮体を設けることで、浮体の下方に位置するワイヤーに作業船の上下動が伝わることを防止し、潜水士による玉外し作業の効率を向上させている。しかし、吊荷の種類によっては作業中に荷崩れを生じる恐れがあるため、潜水士が吊荷に近接して手作業で行う玉外し作業は、安全性に課題がある。

このような中、海上や地上で玉外し作業を遠隔操作により実施可能な装置は、様々な開発が進められている。例えば、特許文献２では、クレーンのワイヤーと玉掛け用ワイヤーロープとの間に、油圧シリンダにより可動する可動ピンを備えた遠隔玉外し装置を設置している。この場合、可動ピンに玉掛け用ワイヤーロープの一端を装着するとともに、他端を重量物に設置し、クレーンにより重量物を所望の位置に据え付ける。こののち、油圧制御装置を介して可動ピンの位置を切り替えて、可動ピンから玉掛け用ワイヤーロープの一端を外す。これにより玉外し作業が終了し、重量物は所望の位置に残置され遠隔玉外し装置はクレーンにより撤去回収される。

また、特許文献３では、クレーン側の吊りチェーンと鉄骨（吊荷）との間に建て起こし及び玉外し装置を設置している。建て起こし及び玉外し装置は、ハウジングから吊り下げたワイヤーに吊り部材を備え、この吊り部材に空圧シリンダの動作で着脱するピンを設けている。空圧シリンダは無線操作で制御可能となっており、ピンを鉄骨に設けた吊りピースの開口に貫通させて吊り部材に装着した状態で、クレーンにて鉄骨を所望の位置に据え付ける。こののち、無線操作によりピンを吊り部材から取り外すことで玉外し作業が終了し、鉄骨が所望の位置に残置され、建て起こし及び遠隔玉外し装置はクレーンにより撤去回収される。

特開２０１７－７８４５号公報 特開２０１４－１１８２３７号公報 実開平７－２３７７６号公報

特許文献２及び３のような海上や地上で玉外し作業を遠隔操作により実施可能な装置は、そのまま水中で採用しようとすると、様々な課題を生じる。具体的には、特許文献２のように油圧シリンダを用いる装置では、不慮の事態によりオイルが漏出し環境汚染を生じる恐れがある。このため、河川や海域で実施される工事では、その使用が制限される場合が多い。また、特許文献３のような空圧シリンダを利用する装置は水中で使用すると、水圧がかかることに起因して誤動作が生じやすいだけでなく、地上で実施する場合と比較して大きな動力が必要となる。このため、エア供給用のコンプレッサーが必要になる等、動力源を含めた全体設備が過大なものとなりやすい。

本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであって、その主な目的は、水中で遠隔操作による玉外し作業を効率よく実施することである。

かかる目的を達成するため、本発明の水中玉外し装置は、水中構造物を吊り下げる玉掛ワイヤーの玉外しを水中で行う水中玉外し装置であって、前記玉掛ワイヤーが着脱自在に装着される係止ピン、及び該係止ピンが差込まれる貫通孔を有するピン保持板、を備える玉外し機構と、前記ピン保持板に対して前記係止ピンを抜き差しする方向に移動させるピン稼働ユニットと、を備え、前記ピン稼働ユニットが、前記係止ピンと平行に配置され、ボールねじを備える伸縮装置と、該伸縮装置の一端と前記係止ピンとを連結する連結部材と、を備えることを特徴とする。

本発明の水中玉外し装置によれば、ピン保持板に対して係止ピンを抜き差しする方向に移動させるピン稼働ユニットに、ボールねじを備える伸縮装置を採用する。これにより、伸縮装置が水圧による誤作動を生じることなく、玉掛ワイヤーを装着した係止ピンを、ピン保持板に対して抜き差しすることができる。したがって、伸縮装置を操作するのみで、水中に据え付けた水中構造物に対する玉掛ワイヤーの玉外し作業を、確実に実施することが可能となる。

また、ボールねじを備えた伸縮装置は、油圧式の伸縮装置を用いる場合に懸念されるオイル漏れといった環境に悪影響を与える事態も生じないため、河川工事や海中工事にも採用することが可能となる。

さらに、ボールねじを備える伸縮装置を有線もしくは無線で制御する設備を設けることにより、水中作業員は玉外し作業を遠隔操作により実施することもでき、安全性及び作業生産性の向上を図ることが可能となる。

本発明の水中玉外しシステムは、本発明の水中玉外し装置と水中音響通信設備とを備えた水中玉外しシステムであって、前記伸縮装置に対する指令情報を音波として発信する指令情報発信装置と、該指令情報発信装置から前記音波として発信された前記指令情報を受信し、該指令情報に基づいて前記伸縮装置を制御する機械制御装置と、を備えることを特徴とする。

本発明の水中玉外しシステムによれば、水中音響通信設備を利用することから、水質等に依存することなく様々な水環境の作業現場であっても、伸縮装置を安定して制御し、玉外し作業を実施することができる。したがって、ダイバー等の水中作業員は、水中玉外し装置との間に一定距離を保持しつつ安全に作業を実施することが可能となる。

また、音波の周波数帯域を可聴域の範囲内に設定すれば、水中作業員は濁度の高い水中であっても、玉外し作業を実施中であることを音波で認識することが可能となる。また、一般に水中音響通信で使用される超音波を使用する場合と比較して、ドップラーシフトと称される送波器と受波器との間で生じる相対的な速度差に起因して周波数帯域が変化する現象や、マルチパスフェージングと称される音波の受信強度が変動する現象の影響を、最小限にとどめることができる。したがって、安定した状態で水中音響通信設備による玉外し作業を水中で実施することが可能となる。

本発明によれば、玉掛ワイヤーを装着した係止ピンをピン保持板に対して抜き差しする方向に移動させるピン稼働ユニットに、ボールねじを備える伸縮装置を採用することから、簡略な構成でありながら、水中で遠隔操作による玉外し作業を効率よく実施することが可能となる。

本発明の実施の形態における水中玉外し装置を利用して水中構造物を吊持する様子を示す図である。 本発明の実施の形態における水中玉外し装置を示す斜視図である。 本発明の実施の形態における水中玉外し装置の側面図である。 本発明の実施の形態における水中玉外し装置の平面図である。 本発明の実施の形態におけるボールねじ機構を備えた伸縮装置の一事例を示す図である。 本発明の実施の形態における伸縮装置と係止ピンの挙動を示す図ある。 本発明の実施の形態における制御ユニットと抜差し状態確認センサを示す図である。 本発明の実施の形態における水中玉掛けシステムの概略を示す図である。 本発明の実施の形態における水中音響通信設備の概略を示す図である。

本発明は、玉掛ワイヤーが装着された水中構造物を水中に設置もしくは水底に着底させたのち、水中で遠隔操作により玉外し作業を実施可能な装置及びシステムであり、海洋や河川もしくは湖沼等、いずれの水環境においても採用可能である。また、水中構造物も、捨石などの洗堀防止材、根固めブロックや消波ブロック（例えば、テトラポッド（登録商標））などのコンクリートブロック等、いずれに採用することも可能である。

本実施の形態では、水中吊荷旋回装置を利用して海中土木工事のうちの１つである消波ブロックの据付け工事を実施する場合を事例に挙げ、図１～図９を参照しつつ水中玉外し装置及び水中玉外しシステムの詳細を、以下に説明する。

図１で示すように、起重機船４に搭載されたクレーン４ａのワイヤー４ｂには、水中吊荷旋回装置３を介して吊り治具５が水平姿勢で吊り下げられ、この吊り治具５に消波ブロックＢが吊持されている。

水中吊荷旋回装置３は、海底に消波ブロックＢを据付けるにあたり、吊持状態のコンクリートブロックＢの旋回による方向転換や姿勢保持等の姿勢制御、及び位置決め時の微調整等を水中にて行うための装置である。このような水中吊荷旋回装置３には、外殻３ａの下面に吊りワイヤー３ｂが装着されて、吊り治具５を吊持している。なお、水中吊荷旋回装置３による姿勢制御の原理については、特許第５９７０９４６号公報を参照されたい。

吊り治具５はＨ形鋼よりなり、図２で示すように、下フランジ５ａの一端側近傍に玉掛ワイヤー６が直接設置され、他端側近傍に水中玉外し装置１が設置されている。玉掛ワイヤー６は、吊り治具５に直接連結される一方の端部に係止アイ６ａが形成されるとともに他方の端部に被係止アイ６ｂが形成され、この被係止アイ６ｂが水中玉外し装置１に装着される。したがって、図１で示すように、玉掛ワイヤー６が掛けまわされた消波ブロックＢが所定位置に着底したのち、水中玉外し装置１と被係止アイ６ｂとの連結を解除すると、消波ブロックＢから玉掛ワイヤー６を掛け外すことができる。

≪≪水中玉外し装置≫≫
水中玉外し装置１は、図３の側面図で示すように、玉外し機構１０、抜差し状態確認センサ２０、及び制御ユニット３０と、これらを収納するゲージ４０を備えている。ゲージ４０は、略長方体のフレーム４１に金網４２を設置することにより形成しているが、その形状はこれに限定されるものではない。

≪玉外し機構≫
玉外し機構１０は、図３で示すように、被取付部１１と、一対のピン保持板１２と、係止ピン１３と、ピン稼働ユニット１４とを備えている。

被取付部１１は、倒伏姿勢の接合鋼板１１１と、その上面に設置された起立鋼板１１２とによりなる略Ｔ字形状に形成されている。そして、接合鋼板１１１はゲージ４０の天井部に配置され、起立鋼板１１２は、ゲージ４０から上方に突出するように配置されている。起立鋼板１１２は、吊り治具５の下フランジ５ａに設けた一対の装置取付部５ｃの間に挿入され、連結ピン５ｄを介してこれらに連結されている。また、接合鋼板１１１にはその下面に、一対のピン保持板１２が起立鋼板１１２と平行な姿勢で所定の間隔を設けて設置されている。

一対のピン保持板１２は、図３及び図４の平面図で示すように、各々に対向する貫通孔１２１が設けられている。これら貫通孔１２１に、ガイド筒１３１に沿って移動する係止ピン１３が抜き差し自在に挿入されている。なお、図３～図６では、紙面右側を引抜き側とし、紙面左側を差込み側と称している。

係止ピン１３は、金属製の長尺な棒状部材よりなり、一対のピン保持板１２の間に配置された玉掛ワイヤー６の被係止アイ６ｂが装着される。ガイド筒１３１は、一対のピン保持板１２のうち係止ピン１３の引抜き側に位置するピン保持板１２ａの外方に、貫通孔１２１と同軸に接続されている。そして、係止ピン１３を抜き差しする方向へ移動させる動作は、ピン稼働ユニット１４により実施される。

ピン稼働ユニット１４は、図４で示すように、伸縮装置１５と、伸縮装置１５の一端に接続されるカップリング１６と、カップリング１６を介して伸縮装置１５に接続される水中モーター１７と、伸縮装置１５に設置される連結部材１８と、を備えている。

伸縮装置１５は、係止ピン１３の抜き差し方向と平行に伸縮するよう配置され、水中での使用に適した機構を有するものであれば、電動式やボールねじによる伸縮装置等、いずれを採用してもよい。

なお、水中での使用に不適な機構としては、例えば、油圧駆動及び空圧駆動による伸縮機構が挙げられる。油圧駆動による伸縮機構は、オイル漏れといった環境に悪影響を与える事態を生じる可能性があり、河川や海中での使用に不適である。また、空圧駆動による伸縮機構は、水中で使用すると水圧による誤作動を生じる可能性があるだけでなく、エア供給用のコンプレッサー等を別途準備する必要があり、付帯設備が過大となりやすく水中での使用に適しているとはいえない。

以下に、水中での使用に好適な伸縮機構としてボールねじを事例に挙げ、ボールねじを用いた伸縮装置１５の一例を、図５を参照しつつ説明する。

伸縮装置１５は、ねじシャフト１５１と、ボールナット１５２１と、ボールナット１５２１を内装した中空ロッド１５２と、ねじシャフト１５１及び中空ロッド１５２を収納する保護筒１５３を備えている。

ねじシャフト１５１は、軸中心の回転を自在にした状態で、基端側の軸部１５１２が保護筒１５３内に設けられたセンタライザ１５３１に支持されている。また、中間部から先端側に向けて形成されたねじ部１５１１に、中空ロッド１５２の内方に備えられたボールナット１５２１が螺合されている。このような構成を有するねじシャフト１５１の回転は、水中モーター１７の動力供給により行われる。

水中モーター１７は、出力軸１７１がねじシャフト１５１に対して交差する姿勢で設けられている。このため、ねじシャフト１５１の軸部１５１２と水中モーター１７の出力軸１７１は、直交軸もしくは食違い軸の動力伝達が可能なカップリング１６を介して接続されている。

カップリング１６は、ねじシャフト１５１の軸部１５１２と水中モーター１７の出力軸１７１とをいわゆる食違い軸となるよう配置している場合には、ウォームギアを備えればよい。具体的には、水中モーター１７の出力軸１７１にウォーム１６１を接続するとともに、ねじシャフト１５１の軸部１５１２にウォームホイル１６２を接続する。こうすると、水中モーター１７の出力軸１７１からねじシャフト１５１の軸部１５１２へ、動力をスムーズに伝達させることができる。

なお、両者が直交軸の関係にある場合には、ストレートベベルギヤやスパイラルベベルギヤ等、適宜適切なギヤを採用すればよい。このように、両者を食違い軸もしくは直交軸の関係に配置することで、これらを直列に配置する場合と比較して、ゲージ４０の横幅を短小化することができ、水中玉外し装置１全体のスリム化を図ることが可能となる。

これらウォーム１６１とウォームホイル１６２は、防水性及び耐圧性の高いハウジング１６３に収納されている。また、ハウジング１６３には、上述した伸縮装置１５の保護筒１５３が固定され、保護筒１５３とこれから出没する中空ロッド１５２もハウジング１６３と同様に、高い防水性と耐圧性を備えている。

上述のカップリング１６は、図３で示すように、ゲージ４０の天井部より垂下された支持柱１６４に固定された状態で、係止ピン１３の差込み側に配置されている。これにより、伸縮装置１５は、カップリング１６に接続されたねじシャフト１５１が差込み側に配置され、中空ロッド１５２が引抜き側に配置される。そして、この中空ロッド１５２に連結部材１８が接続される。

連結部材１８は、図４で示すように中空ロッド１５２と前述の係止ピン１３とに直交して設けられて両者を連結している。したがって、図６（ｂ）で示すように、玉掛ワイヤー６が装着された係止ピン１３を、一対のピン保持板１２の貫通孔１２１から引抜きたい場合には、中空ロッド１５２が引抜き側へ移動するようねじシャフト１５１を回転させて伸縮装置１５を伸長させる。これにより、図６（ａ）で示すように、係止ピン１３は一対のピン保持板１２及び玉掛ワイヤー６から引抜かれて、玉外し作業が終了する。

一方、図６（ａ）で示すように係止ピン１３を、一対のピン保持板１２の貫通孔１２１及びこれらの間に配置された玉掛ワイヤー６に差込みたい場合には、中空ロッド１５２が差込み側へ移動するようねじシャフト１５１を逆回転させて伸縮装置１５を短縮させる。これにより、図６（ｂ）で示すように、係止ピン１３は一対のピン保持板１２及び玉掛ワイヤー６に差し込まれる。このような抜差し状態を、遠隔者にも認知できるようゲージ４０内に抜差し状態確認センサ２０を設けている。

≪抜差し状態確認センサ≫
抜差し状態確認センサ２０は、一対のピン保持板１２に対する係止ピン１３の位置を検知するセンサであり、図３及び図４で示すように、差込み検知センサ２１と、引抜き検知センサ２２とを備え、設置治具２３を介して所望の位置に設置される。

差込み検知センサ２１は、一対のピン保持板１２のうち、係止ピン１３の差込み側に位置するピン保持板１２ｂの外方側であって、貫通孔１２１の直上に設けている。また、引抜き検知センサ２２は、一対のピン保持板１２から引抜かれた状態の係止ピン１３における、引抜き側の端部の直上に設けている。これらは、アングル材よりなる設置治具２３を介して取りつけているが、設置治具２３の形状はいずれでもよく、また取り付けに設置治具２３を用いなくてもよい。

これら差込み検知センサ２１及び引抜き検知センサ２２には、非接触型の磁気近接センサーを採用している。磁気近接センサーは、コイルから発生させた磁界に金属が近づくことによるインピーダンスの変化を検知する、広く一般に使用されているセンサである。このため、係止ピン１３の材料に金属を採用している。

これらゲージ４０に配置される抜差し状態確認センサ２０は、水中モーター１７とともに制御ユニット３０に接続されている。なお、抜差し状態確認センサ２０は、これに限定されるものではなく、係止ピン１３を水中で検知可能なセンサであれば、他のセンサを採用することも可能である。

≪制御ユニット≫
制御ユニット３０は、図３及ぶ図７で示すようにゲージ４０内に設置されており、モータードライバー３１と、バッテリー３２と、これらを収納する防水性の耐圧容器３３とを備えている。

耐圧容器３３は、その外表面に接続パネル３３１が設置されており、図７で示すように、モータードライバー３１及びバッテリー３２と、抜差し状態確認センサ２０及び水中モーター１７とを接続するセンサ用ジャック３３１ａ及びモーター用ジャック３３１ｂを備えている。また、接続パネル３３１には、抜差し状態確認センサ２０が係止ピン１３を検出した際に点灯する引抜き検知ライト３３１ｃ、差込み検知ライト３３１ｄが設けられている。なお、これらはいずれもＬＥＤライトを採用している。

これにより、水中モーター１７はモータードライバー３１によって制御されて伸縮装置１５を作動させる。そして、伸縮装置１５を作動することによって、係止ピン１３が貫通孔１２１から引抜かれた場合には、この係止ピン１３を引抜き検知センサ２２が検知し、引抜き検知ライト３３１ｃを点滅させる。

一方、係止ピン１３が貫通孔１２１に差込まれた場合には、この係止ピン１３を差込み検知センサ２１が検知し、差込み検知ライト３３１ｄを点滅させる。なお、引抜き検知ライト３３１ｃ及び差込み検知ライト３３１ｄは、耐圧容器３３の接続パネル３３１だけでなく、ゲージ４０の外側などの水中作業員Ｄや水上作業員Ｓが視認しやすい位置に配置してもよい。

これにより、水中作業員Ｄや水上作業員Ｓは図１で示すように、水中玉外し装置１の遠隔にいながら、係止ピン１３の抜差し状態を確認することが可能となる。そして、差込み検知センサ２１及び引抜き検知センサ２２は係止ピン１３を検知すると、検知信号をモータードライバー３１に送信する。検知信号を受信したモータードライバー３１は、水中モーター１７を停止させる。

また、接続パネル３３１には、図７で示すように、電源用ジャック３３１ｅが設けられている。電源用ジャック１３５ｅに電源プラグ３４を装着すると電源スイッチが入り、水中玉外し装置１が使用可能となる。また、電源プラグ３４を取り外して充電ケーブル（図示せず）を装着すると、バッテリー３２を充電することができる。なお、水中玉外し装置１を使用しないときには、ダミープラグ(不図示)を装着しておく。

さらに、接続パネル３３１には、有線コントローラ用ジャック３３１ｆとこれに装着される有線コントローラ３５が設置されている。有線コントローラ３５は、水中モーター１７を手動で操作する際に用いるものであり、その形態はいずれでもよいが、例えば、ハンドル３５１を右に切ると水中モーター１７が正回転し、左に切ると逆回転するよう設定しておく。これにより、伸縮装置１５を伸縮させて、係止ピン１３を抜き差し方向に適宜移動させることが可能となる。

このように水中玉外し装置１は、有線通信により操作することも可能であるが、無線通信設備を組み合わせて操作することも可能である。以下に、水中音響通信技術を利用する場合を事例に挙げ、水中玉外し装置１と水中音響通信設備とを組み合わせた水中玉外しシステムについて説明する。

≪≪水中玉外しシステム≫≫
水中玉外しシステム１００は、図８及び図９で示すように、上述した水中玉外し装置１と水中音響通信設備２とを備える。水中音響通信設備２は、水上作業員Ｓが水中玉外し装置１に対する指令情報Ｍを音波として発信する指令情報発信装置５０と、この音波を受信し、指令情報Ｍに基づいて水中玉外し装置１を制御する機械制御装置６０と、を備える。

以下に、指令情報発信装置５０と機械制御装置６０の概略を説明するが、詳細は特願２０１９-１９２０８６号を参照されたい。なお、本実施の形態において、指令情報Ｍとは、「伸長」及び「短縮」である。「伸長」は係止ピン１３を一対のピン保持板１２の貫通孔１２１から引抜くべく伸縮装置１５を伸長させる指令であり、「短縮」は係止ピン１３を一対のピン保持板１２の貫通孔１２１へ差込むべく伸縮装置１５を短縮させる指令である。

≪指令情報発信装置≫
指令情報発信装置５０は、図９で示すように、指令入力部５１、発振部５２、搬送波選択部５３、変調部５４、アンプ５５、及び送波器５６を備える。

指令入力部５１は、水上作業員Ｓもしくは水中作業員Ｄが、水中玉外し装置１における伸縮装置１５の動作指令を入力する入力部を備えている。入力部には、「伸長」及び「短縮」の少なくとも２つの動作指令ボタンが設けられている。水上作業員Ｓもしくは水中作業員Ｄは、これら動作指令ボタンを適宜選択することにより、伸縮装置１５の動作指令を入力する。また、指令入力部５１は、入力された動作指令をデジタル信号化してベースバンド信号となる指令情報Ｍに変換し変調部５４に出力する。

一方、発振部５２は、搬送波Ｃとして使用する基準波Ｗを複数作成し、これらを搬送波選択部５３に出力する。搬送波選択部５３は、複数の基準波Ｗの中から搬送波Ｃとして使用するものを２つ以上選択し、無線接続または有線接続された変調部５４に出力する。

変調部５４は、搬送波選択部５３から入力された２つ以上の搬送波Ｃ各々に、指令入力部５１から入力された指令情報Ｍを混合するいわゆる変調を行って、周波数帯域の異なる複数の変調波Ｍｗを形成する。こうして形成された複数の変調波Ｍｗを、無線接続または有線接続されたアンプ５５に出力する。なお、変調方式は、搬送波Ｃの周波数及び振幅を変化させることなく、位相を変化させることで変調するＢＰＳＫ（２値位相偏移変調）方式を採用する。

上記の構成により、変調部５４から出力された同一の指令信号Ｍを搬送する複数の変調波Ｍｗは、アンプ５５で増幅されたのちに、送波専用トランスデューサである送波器５６によりＤ/Ａ変換されて、音波として海中に発信される。なお、水上作業員Ｓが指令情報発信装置５０を操作する場合、送波器５６は気中にあってもよいし、図８で示すように水中に吊り下げてもよい。

これら海中に発信される複数種類の音波は、それぞれ時間差を設けて発信してもよいし、全てを合成して同時に発信してもよい。なお、送波器５６より発信される音波は、変調波ＭｗをＤ/Ａ変換したものであり、変調波Ｍｗは、搬送波ＣをＢＰＳＫ方式で変調したものであるから、その周波数帯域は、搬送波Ｃと同じ周波数帯域となる。

≪機械制御装置≫
一方、機械制御装置６０は、図３で示すように、水中玉外し装置１の耐圧容器３３に設けられており、その構成は、図９で示すように、受波器６１、周波数ダイバーシティ部６２、アンプ６３、復調部６４、及び制御部６５を備える。

受波器６１は、海中の様々な音波を集音し、Ａ／Ｄ変換して入力電気信号Ｍｓ’とする受波専用トランスデューサであり、本実施の形態では、可聴域に対応可能なハイドロフォンを採用している。これら受波器６１で集音する音波は、送波器５６から発信された、複数の変調波Ｍｗに基づく複数種類の音波である。このような受波器６１は、図８で示すように、ゲージ４０に複数設けられており、その位置や数量は音波を受信しやすい位置であればいずれでもよい。

周波数ダイバーシティ部６２は、指令情報発信装置５０の搬送波選択部５３で選択された複数の搬送波Ｃ各々の搬送波周波数帯域、及び搬送波Ｃ各々の高調波の周波数帯域を利用して、入力された入力電気信号Ｍｓ’の質を連続的に解析する。なお、高調波とは、基本周波数の波形に対し、その整数倍の周波数の波形をいう。入力電気信号Ｍｓ’のうち、搬送波Ｃもしくはその高調波に由来するものとして最も信頼できる信号を、変調波Ｍｗもしくはその高調波に相当する処理済電気信号Ｍｓとして抽出し、有線接続もしくは無線接続されたアンプ６３に出力する。

アンプ６３は、変調波Ｍｗもしくはその高調波に相当する処理済電気信号Ｍｓを増幅して、有線接続もしくは無線接続された復調部６４に出力する。復調部６４は、増幅された処理済電気信号Ｍｓを復調し、指令情報発信装置５０の指令入力部５１で入力された動作指令に係る指令情報Ｍを取得して制御部２５に出力する。制御部６５は、復調部６４で抽出された指令情報Ｍをモータードライバー３１に制御信号として送信する。

上記のとおり、水中玉外しシステム１００は、水中音響通信設備２を利用して、指令情報発信装置５０に入力された水中玉外し装置１の伸縮装置１５に対する水上作業員Ｓもしくは海中作業員Ｄの動作指令を指令情報Ｍとして海中に発信する。また、これを機械制御装置６０で受信することにより、伸縮装置１５の動作を指令情報Ｍに基づいて制御することが可能となる。

本実施の形態では、可聴域内（一般に、２０Ｈｚから２０ｋＨｚの間）の範囲から３種類（２ｋＨｚ、２.２５ｋＨｚ、２.５ｋＨｚ）を搬送波選択部５３で選択し、これらを利用して同一の指令信号Ｍを音波として海中に発信している。このように、音波の周波数帯域を可聴域の範囲内に設定すると、水中作業員Ｄは濁度の高い水中であっても玉外し作業を実施中であることを音波で認識することが可能となる。

また、一般に水中音響通信で使用される超音波を使用する場合と比較して、ドップラーシフトと称される送波器と受波器との間で生じる相対的な速度差に起因して周波数帯域が変化する現象や、マルチパスフェージングと称される音波の受信強度が変動する現象の影響を、最小限にとどめることができる。

さらに、可聴域内の範囲から３種類を選択し、これらを利用して同一の指令信号Ｍを音波として海中に発信するから、音波を受信する際には、上記のドップラーシフトやマルチパスフェージングといった様々な現象や、水中雑音等による影響の最も少ないものを選択して受信し、指令情報Ｍを得ることができる。したがって、通信安定性をより向上することが可能となる。

≪≪水中玉外しシステムを用いたコンクリートブロックの据え付け方法≫≫
上記の構成を有する水中玉外しシステム１００を用いて、消波ブロックＢを海底に据付ける方法の具体的な手順を、以下に説明する。

水中玉外し装置１の制御ユニット３０に設けたバッテリー３２をあらかじめ充電したのち、図７で示すように、制御ユニット３０の接続パネル３３１に設けた電源用ジャック３３１ｅに電源プラグ３４を装着する。

これと前後して、起重機船４に搭載されたクレーン４ａのワイヤー４ｂに吊り下げられた水中吊荷旋回装置３に吊り治具５を吊持させる。また、図２で示すように、吊り治具５の下フランジ５ａにおける一端側に係止アイ６ａを介して玉掛ワイヤー６を連結するとともに、他端側に水中玉外し装置１を設置する。また、玉掛ワイヤー６を地上に載置した消波ブロックＢに掛けまわし、玉掛ワイヤー６の被係止アイ６ｂを、図６（ａ）で示すように、玉外し機構１０に設けた一対のピン保持板１２の間に配置する。

こののち、図６（ｂ）で示すように、玉掛ワイヤー６の被係止アイ６ｂを係止ピン１３に装着する。これらの作業は地上または船上で行われるため、有線コントローラ３５を用いて操作する場合を例示すると、まず、被係止アイ６ｂを一対のピン保持板１２の間に配置する。次に、有線コントローラ３５のハンドル３５１を右または左に切る（伸縮装置１５を短縮させる側）。

すると、有線コントローラ３５からモータードライバー３１に制御信号が送信され、水中モーター１７の動力供給により伸縮装置１５が短縮する。これにより、連結部材１８を介して伸縮装置１５に連結された係止ピン１３が、一対のピン保持板１２の貫通孔１２１に差込まれる側へ移動するため、図６（ｂ）で示すように、玉掛ワイヤー６は係止ピン１３に装着される。

また、係止ピン１３が一対のピン保持板１２の貫通孔１２１に差込まれると、差込み検知センサ２１が係止ピン１３を検知し、検知信号を差込み検知ライト３３１ｄとモータードライバー３１に送信する。これにより、差込み検知ライト３３１ｄが点灯して係止ピン１３が差込まれたことを報知されるとともに、モータードライバー３１は水中モーター１７を停止させて、伸縮装置１５の短縮動作を停止させる。

こののち、クレーン４ａで水中吊荷旋回装置３及び吊り治具５を吊り上げつつ、消波ブロックＢを安定した状態で揚重できることを確認したうえで、クレーン４ａを操作して消波ブロックＢを揚重しながら海中の所望の位置に吊り下ろす。また、水中吊荷旋回装置３を利用して消波ブロックＢの向き及び姿勢を調整したのち、消波ブロックＢを海底に据え付ける。

消波ブロックＢの着底を確認したのち、水中作業員Ｄは指令情報発信装置５０の指令入力部５１において動作指令ボタンの「伸長」を操作し、「伸長」の指令情報を機械制御装置６０に向けて音波として発信する。

「伸長」の指令情報を機械制御装置６０が取得すると、制御部６５からモータードライバー３１に制御信号が送信され、水中モーター１７の動力供給により伸縮装置１５が伸長する。これにより、連結部材１８を介して伸縮装置１５に連結された係止ピン１３が、一対のピン保持板１２の貫通孔１２１から引抜かれる側へ移動するため、図６（ａ）で示すように、玉掛ワイヤー６は係止ピン１３から掛け外される。

こうして、玉外し作業を終えたのち、玉掛ワイヤー６、吊り治具５及び水中吊荷旋回装置３をクレーン４ａにて吊り上げ撤去する。このような作業をすべての消波ブロックＢを海底に据え付けるまで繰り返し実施する。

上記のとおり、水中玉外し装置１によれば、伸縮装置１５が水圧による誤作動を生じることなく、玉掛ワイヤー６を装着した係止ピン１３を、一対のピン保持板１２に対して抜き差しすることができる。したがって、伸縮装置１５を操作するのみで、水中に据え付けた消波ブロックＢに対する玉掛ワイヤー６の玉外し作業を、水中で確実に実施することが可能となる。

また、上記の水中玉外しシステム１００によれば、水中音響通信設備２を利用することから、水質等に依存することなく様々な水環境の作業現場であっても、伸縮装置１５を安定して制御し、玉外し作業を実施することができる。したがって、水中作業員Ｄは、水中玉外し装置１との間に一定距離を保持しつつ安全に作業を実施することが可能となる。また、音波の周波数帯域を可聴域の範囲内に設定することから、水中作業員Ｄは濁度の高い水中であっても、玉外し作業を実施中であることを音波で認識することが可能となる。

上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。

例えば、本実施の形態では、水中玉外しシステム１００に水中音響通信設備２とを備える構成とし、水中音響通信技術を用いた遠隔操作により水中玉外し装置１を制御したが、例えば、可視光を利用した可視光通信技術を採用してもよい。水中での可視光通信技術については、例えば、特許第５９７０９４６号を参照されたい。

また、本実施の形態では、一対のピン保持板１２に対する係止ピン１３の抜差し状態を、抜差し状態確認センサ２０を用いて検知した。しかし、これに限定されるものではなく、水中モーター１７の作動時間や回転量(数)により係止ピン１３の状態を検知してもよい。また、水中モーター１７には、作動安定性を確保するべく圧力補償器を備えてもよい。

さらに、本実施の形態では、係止ピン１３の抜差し状態を抜差し状態確認センサ２０で確認し、その情報を視覚認識できるよう引抜き検知ライト３３１ｃ及び差込み検知ライト３３１ｄで報知したが、これに限定されるものではなく、例えば聴覚認識させる装置を採用してもよい。

１ 水中玉外し装置
２ 水中音響通信設備
３ 水中吊荷旋回装置
３ａ 外殻
３ｂ 吊りワイヤー
４ 起重機船
４ａ クレーン
４ｂ ワイヤー
５ 吊り治具
５ａ 下フランジ
５ｂ 上フランジ
５ｃ 一対の装置取付部
５ｄ 連結ピン
６ 玉掛ワイヤー
６ａ 係止アイ
６ｂ 被係止アイ
１０ 玉外し機構
１１ 被取付部
１１１ 接合鋼板
１１２ 起立鋼板
１２ 一対のピン保持板
１２１ 貫通孔
１３ 係止ピン
１３１ ガイド筒
１４ ピン稼働ユニット
１５ 伸縮装置
１５１ ねじシャフト
１５１１ ねじ部
１５１２ 軸部
１５２ 中空ロッド
１５２１ ボールナット
１５３ 保護筒
１５３１ センタライザ
１６ カップリング
１６１ ウォーム
１６２ ウォームホイル
１６３ ハウジング
１６４ 支持柱
１７ 水中モーター
１７１ 出力軸
１８ 連結部材
２０ 抜差し状態確認センサ
２１ 差込み検知センサ
２２ 引抜き検知センサ
２３ 設置治具
３０ 制御ユニット
３１ モータードライバー
３２ バッテリー
３３ 耐圧容器
３３１ 接続パネル
３３１ａ センサ用ジャック
３３１ｂ モーター用ジャック
３３１ｃ 引抜き検知ライト
３３１ｄ 差込み検知ライト
３３１ｅ 電源用ジャック
３３１ｆ 有線コントローラ用ジャック
３３１ｇ 音響通信用ジャック
３４ 電源プラグ
３５ 有線コントローラ
３５１ ハンドル
４０ ゲージ
４１ フレーム
４２ 金網
５０ 指令情報発信装置
５１ 指令入力部
５２ 発振部
５３ 搬送波選択部
５４ 変調部
５５ アンプ
５６ 送波器
６０ 機械制御装置
６１ 受波器
６２ 周波数ダイバーシティ部
６３ アンプ
６４ 復調部
６５ 制御部
Ｂ 消波ブロック（水中構造物）
Ｃ 搬送波
Ｍ 指令情報
Ｗ 基準波
Ｍｗ 変調波
Ｍｓ’ 入力電気信号
Ｍｓ 処理済電気信号
Ｓ 水上作業員
Ｄ 水中作業員

Claims (2)

1. 水中構造物を吊り下げる玉掛ワイヤーの玉外しを水中で行う水中玉外し装置であって、
   前記玉掛ワイヤーが着脱自在に装着される係止ピン、及び該係止ピンが差込まれる貫通孔を有するピン保持板、を備える玉外し機構と、
   前記ピン保持板に対して前記係止ピンを抜き差しする方向に移動させるピン稼働ユニットと、を備え、
   前記ピン稼働ユニットが、
   前記係止ピンと平行に配置され、ボールねじを備える伸縮装置と、
   該伸縮装置の一端と前記係止ピンとを連結する連結部材と、を備えることを特徴とする水中玉外し装置。
2. 請求項１に記載の水中玉外し装置と水中音響通信設備とを備えた水中玉外しシステムであって、
   前記伸縮装置に対する指令情報を音波として発信する指令情報発信装置と、
   該指令情報発信装置から前記音波として発信された前記指令情報を受信し、該指令情報に基づいて前記伸縮装置を制御する機械制御装置と、を備えることを特徴とする水中玉外しシステム。

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