JP3976926B2

JP3976926B2 - 超音波送受波器収納構造及び船底タンク構造

Info

Publication number: JP3976926B2
Application number: JP04410799A
Authority: JP
Inventors: 修治宮川; 英司村上; 修一加藤
Original assignee: Furuno Electric Co Ltd
Current assignee: Furuno Electric Co Ltd
Priority date: 1999-02-23
Filing date: 1999-02-23
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2019-02-23
Also published as: JP2000241530A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波送受波器収納構造及び船底タンク構造に関し、特にタンク内の残響を低減することができるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
水中に向かって超音波を送受する超音波送受波器を船舶に取り付ける場合、船底に沿って流れる気泡の影響を受けにくくするために、船底から突出状態又は船底内に埋め込み状態であると共に、内部に水が入るようになったタンク内に、超音波送受波器を収納する構造が採用される。
【０００３】
タンク内に超音波送受波器を収納する構成であるため、超音波送受波器から超音波を発信すると、目的とする方向以外にも四方八方に超音波が出てしまい、目的外の方向の超音波がタンクの内壁等に反射して超音波送受波器に向かって帰って来るという残響現象が生じる。そのため、残響による雑音が大きくなるという不都合が生じる。
【０００４】
特に、ドップラー効果を利用し潮流などの速度を測定するドップラーソナーは、超音波送受波器を構成している振動子の送受波面を水平から傾けて斜め下方に向けて超音波を送受波する構造になっている。斜め下方に超音波を発信するため、超音波送受波器を収容する船底タンク内に超音波が漏れ易く、また反射エコーが海水中のプランクトン等からの反射に基づくものであり非常に微弱なため、漏れた超音波がタンクに反射して帰ってくると、目的の斜め下方方向からの受波信号と区別できなくなり、潮流などの速度が測定不可能になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、タンク内の残響を減衰させるため、スポンジやコルク等のような発泡構造の減衰材を超音波送受波器の周囲のタンク内に配設することが行われる。しかし、通常船底タンク内には海水が入る構造になっているため、発泡構造の減衰材は水圧の影響下に置かれると、発泡構造への海水の浸透や水圧による変形により、減衰作用の元になる空気層が徐々に少なくなり、減衰度合いが悪くなっていく。そのため、半年から一年程度で減衰効果が半減し、減衰材を交換しなければならないという問題点を生じる。
【０００６】
また、超音波送受波器のモールド内であって振動子の周囲に、スポンジやコルク等のような発泡構造の減衰材を埋設することも考えられるが、超音波送受波器を形成するモールドが大型化し、超音波送受波器の取り扱いが困難になるとともに、船底タンクの大型化の原因になるという問題点がある。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、水圧の影響下にあっても減衰効果を持続することができ、超音波送受波器の小型化も可能な超音波送受波器収納の船底タンク構造を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する請求項１記載の発明は、船底に設けられるタンクと、前記タンクの底面に向けて取り付けられる超音波送受波器と、前記超音波送受波器の周囲であって、前記タンク内の空間に位置する複数のフロートと、を備え、前記フロートは、硬質樹脂の外殻内に空洞を有するものである船底タンク構造である。
タンクの底面に向けて取り付けられた超音波送受波器から超音波を発信すると、目的外方向の四方八方にも超音波が発射される。この目的外方向の超音波は、部分的にタンク内に戻るが、タンク内の空間に位置する複数のフロートでの散反射によって減衰させられる。このフロートは漁網に付けられるものであって、硬質樹脂の外殻内に空洞を有するものであるため、一定の水圧に耐えられる強度を有するとともに、内部の空洞構造による異種媒質の境界面の反射等によって、発泡構造に匹敵する高い減衰能力を有する。
【０００９】
請求項２記載の発明は、前記フロートの外面は三次元曲面を有する請求項１記載の船底タンク構造である。
漁網に付けられるようなフロートは、楕円型、両端が半球となった筒型、球型等のように三次元曲面を有する外面になっており、外面での散反射が各方面に向かって行われる。
【００１０】
請求項３記載の発明は、前記フロートは、中心孔を有する請求項１又は２記載の船底タンク構造である。
漁網に付けられるようなフロートは網への取付けのための中心孔を有しているため、この中心孔を利用して種々の取付けが可能であり、タンク内の超音波送受波器の周囲の適所にフロートを配設することができる。
【００１１】
請求項４記載の発明は、前記超音波送受波器は、送受波面が水平から傾いている振動子を有するドップラーソナーである請求項１〜３のいずれかの船底タンク構造である。
超音波送受波器の送受波面を水平から傾けた振動子を有するドップラーソナーは、海中のプランクトンやゴミからの反射エコーを受け、所望方向の潮流を測定するため等に用いられる。送受波面を水平から傾むいているため、垂直下方に超音波を発する場合に比較して、タンク内に漏れる超音波が多いとともに、反射エコーが微弱であるが、タンク内の超音波送受波器の周囲に配設されたフロートが残響を減衰させ、微弱な反射エコーを正確に捕らえられる。
【００１２】
請求項５記載の発明は、船底に設けられるタンクに取付け自在な板部材と、この板部材に固定される超音波送受波器と、この超音波送受波器の周囲に一体的に配設され、硬質樹脂の外殻内に空洞を有する複数のフロートと、を備える超音波送受波器収納構造である。
超音波送受波器の周囲に、硬質樹脂の外殻内に空洞を有する複数のフロートが超音波送受波器を固定する板部材と一体的に配設されているため、船底に設けられるタンクに板部材を取り付けるだけで、タンク構造が出来上がる。また、タンクから板部材を取り外すと、超音波送受波器及び複数のフロートも一緒に取り出せる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の船底タンク構造の側面の部分断面図であり、図２は、図１のＸ−Ｘ線断面図であり、図３は、図１のＡ矢視の半断面図である。なお、図１のＸ−Ｘ線は、右半分と左半分で切断部位の高さが異なる。また、図１のＡ矢視は右半分が側面図であり、左半分が断面図となっている。
【００１４】
図１〜３において、船底タンク構造１は、タンク１１と、板部材１２と、超音波送受波器１３と、フロート１４を主要部分として構成される。また、超音波送受波器収納構造２は、板部材１２と、超音波送受波器１３と、フロート１４を主要部分として構成され、タンク１１へ着脱自在になっている。
【００１５】
タンク１１は、船底５から下方に突出して固設されており、四方の側面を壁で取り囲む構造になっている。側面の壁の適所には、穴１６が開口しており、タンク内１１に海水が入る構造になっている。なお、このタンク１１は船舶の進行方向に向かう船形流線型とすることもある。
【００１６】
板部材１２は、タンク１１の下面にボルト等により着脱可能に取り付けられている。板部材１２のタンク１１の側には超音波送受波器１３がボルトで着脱可能に取り付けられており、板部材１２の真ん中には超音波送受波器１３の送受信を可能にするための開口１７が設けられている。超音波送受波器１３を取り付けた底部材１２をタンク１１の下面に取り付けることにより、超音波送受波器１３はタンク１１の底面に向けて取り付けられる。
【００１７】
超音波送受波器１３は、モールドの内部に１以上の振動子１８を有し、振動子１８の送受波面１８ａが水平面から傾き、超音波の発信方向が斜め下方を向くドップラーソナーに構成されている。このドップラーソナーは、ドップラー効果を利用して潮流を測定する潮流計になっており、前後方向の潮流を測定するものにあっては、斜め下方に向かう振動子１８を前後に１〜３個有し、前後方向に加えて左右の潮流を測定するものにあっては、斜め下方且つ進行方向斜めに指向する振動子１８を前後左右に向けて３〜４個有している。
【００１８】
フロート１４は、主として漁網に付けられる浮きをそのまま転用したものであり、中心孔１９を利用して板部材１２の上に固定されている。板部材１２の上には、樹脂製の底板２３（図３参照）が張りつけられている。この底板２３から、フロート１４の中心孔１９が通る棒部材２０と、蓋部材２１を所定高さで止める支持棒２２とが立設されている。この底板２３と棒部材２０と支持棒２２とは一体的な樹脂成形により形成されている。棒部材２０に三個のフロート１４を差し込み、樹脂製の蓋部材２１を支持棒２２の先端のネジ部に嵌め、ネジ部にナットを螺合することにより、板部材１２の上にフロート１４が固定される。
【００１９】
図２に示されるように、棒部材２０は、超音波送受波器１３の外周の空間であって、タンク１１の側壁の内側の空間を有効に利用して立設されている（図の左断面参照）。そのため、フロート１４は、超音波送受波器１３の周囲であって、タンク１１内の空間に可能な限り詰めた状態で位置している。蓋部材１２は、超音波送受波器１３の真上を外すために、左右二枚に構成されている。そして、フロート１４は、超音波送受波器１３に対するメンテナンスがし易いように、超音波送受波器１３の真上には配設されていない。しかし、この部分にフロート１４を配設することは可能である。蓋部材２１を止める支持棒２２は各蓋部材２１の４隅に立設されている（図の右断面参照）。
【００２０】
ただし、図３に示されるように、海水が出入りする穴１６の付近に位置する棒部材２０は短くなっている。この棒部材２０に一個のフロート１４が差し込まれ、棒部材２０の先端のネジに螺合するナットでフロート１４が固定されている。これにより、穴１６からの海水の出入りが迅速に行われる。
【００２１】
図４に一個のフロート１４の断面が示される。中心孔１９を有する楕円型の外形に形成されたものである。ＡＢＳ樹脂製又はポリエチレン樹脂製の外郭２５の中に空洞２６があって、空洞２６の中には空気又はスポンジが詰められている。なお、外形は楕円型に限らず、球型又は、両端が半球となった筒型であってもよく、要は外郭２５の外面が三次元曲面を有しているものであればよい。外面が三次元曲面であると、外面で各方向に散反射するからである。また、外周に面する外郭２５や中心孔１９に面する外郭２５と空洞２６の間の異種媒質の境界面でも散反射が生じる。このような散反射により、多数のフロート１４を超音波送受波器のタンク内の周囲に配設すると、タンク内に漏れ出る残響がフロート１４で減衰させられる。
【００２２】
フロート１４は、海水中で使用されるため、水面用浮子ではなく耐水性浮子を用いることが好ましい。一回の連続被圧試験が３時間未満で繰り返される使用限度水深が、１００ｍ以上のもの、好ましくは５００ｍ以上のものを用いる。外郭２５が樹脂製であるため、耐久性、低温衝撃性にも優れる。フロート１４は、板部材１２に固定するものでもよいが、フロート１４群の塊の形状を維持したまま個々のフロート１４が僅かに移動できるように板部材１２に取り付けることもできる。
【００２３】
前述した構造の船底タンク構造１及び超音波送受波器収納構造２の作動を以下に説明する。超音波送受波器１３及びその周囲のフロート１４は、板部材１２に取り付けられたユニット２に構成されているため、この収納構造２を船底５のタンク１１に下から嵌め込み、板部材１２をボルト等でタンク１１に固定すると、取付けが完了する。フロート１４の清掃や超音波送受波器１３の点検等のメンテナンス時には、前記ボルト等を外すと、収納構造２をそのまま取り出せる。そして、フロート１４に付着したものを剥がしたり、超音波送受波器１３を外して交換したりすることができる。
【００２４】
超音波送受波器をドップラーソナーとして使用する場合、振動子１８は斜め下方に向かって超音波を発信する。超音波は広がりながら発信されるため、一部分が板部材１２に当たって反射し、タンク１１内に戻って残響となる（図１の矢印２７参照）。この残響は、多数のフロート１４の間で複雑な散反射を繰り返すことによって、減衰する。このフロート１４は、硬質樹脂の外殻内に空洞を有する浮子であるため、耐圧性、耐久性に優れ、半永久的に減衰効果が維持できる。
【００２５】
図５により、本発明の他の船底タンク構造１０１を説明する。超音波送受波器１１３の上面に板部材１１５がボルトに取り付けられ、この板部材１１５にフロート１４が固定されている。すなわち、超音波送受波器１１３そのものの周囲にフロート１４が配設されたものである。この超音波送受波器１１３をタンク１１１に固定すると、収納構造１０２の取付けが完了する。
【００２６】
図６により、本発明の更に他の船底タンク構造２０１を説明する。タンク２１１は、船底内のバラスト構造の部分に埋設するように設けられている。このタンク２１１内の板部材２１２の下面に超音波送受波器２１３が取り付けられ、板部材２１２の上面に多数のフロート１４が軸方向に僅かに移動できるように取り付けられている。このような構造でも、タンク内の残響をフロート１４で減衰できる。
【００２７】
【実施例】
フロートによる残響の減衰効果を高める実験例を以下に説明する。ドップラーソナーを内蔵した超音波送受波器から１３０ＫＨｚの超音波を１０ｍｓの時間だけ発信し、発信直後からの受信レベルを時間経過と共にプロットしたのが、図７である。タンクの形状は、６００ｍｍ長×６００ｍｍ幅×５００ｍｍ高さである。超音波送受波器には、古野電気株式会社製の型式ＣＩ−３５Ｈのドップラーソナーを使用した。また、フロートには、８９ｍｍ長さ×３３ｍｍ直径×１２ｍｍ孔径の楕円型（株式会社気泡研究所製の品名３Ｔ−５８）を用いた。フロートの配置は図１乃至図３に示されるものと同一である。また、実験は、無響水槽に真水を入れて行った。真水では反射エコーがないため図示できないので、×−×線は海水からの反射エコーをシミュレーションで計算したものを示す。
【００２８】
フロート無しの場合（◆−◆線）、残響が海水からの反射エコー（×−×線）と重なり、反射エコーと残響とを区別できない。フロート有りの場合（■−■線）、残響が大幅に減り、海水からの反射エコーと区別でき、ドップラーソナーとして機能することが判る。タンクもフロートも無い超音波送受波器だけの理想状態の場合（▲−▲線）の減衰レベルも示される。フロート有りの場合（■−■線）は、反射エコー（×−×線）よりも理想状態（▲−▲線）に近く、フロートの減衰機能が確かなものであることが判る。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、タンク内の減衰材料として、硬質樹脂の外殻内に空洞を有するフロートを使用しているため、スポンジ材やコルク材のように、水圧によって変形したり、内部に水が浸透したりして減衰係数が日数と共に悪くなることがなく、減衰係数が一定のままで半永久的に使用できる。また、硬質樹脂の外殻内に空洞を有するフロートは、空洞内が空気又はスポンジで形成されており、異種媒質の境界面の反射等により、スポンジ材やコルク材に匹敵する減衰係数を確保できる。
【００３０】
請求項２記載の発明によると、フロートの外面が三次元曲面を有するため、タンク内の目的外方向の超音波が散乱し易くなり、高い減衰能力を確保できる。
【００３１】
請求項３記載の発明によると、中心孔を有するフロートを使用するため、この中心孔に棒部材を通すなどにより、タンク内の超音波送受波器の周囲の適所にフロートを配設できる。
【００３２】
請求項４記載の発明によると、送受波面が水平から傾いている振動子を有するドップラーソナーにおいては、タンク内に残響が生じやすく、反射エコーも微弱であるが、タンク内の超音波送受波器の周囲に配設されたフロートが効果的に作用し、ドップラーソナーとしての性能を長期間にわたって維持できる。
【００３３】
請求項５記載の発明によると、硬質樹脂の外殻内に空洞を有する複数のフロートが超音波送受波器を固定する板部材と一体的に配設されているユニット式の収納構造であるため、板部材をタンクから外すと、内部のフロートも一緒に取り出すことができ、フロートの清掃等のメンテナンスが容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の船底タンク構造の側面の部分断面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】図１のＡ矢視の半断面図である。
【図４】フロートの断面図である。
【図５】本発明の他の船底タンク構造の側面の部分断面図である。
【図６】本発明の更に他の船底タンク構造の側面の部分断面図である。
【図７】残響レベルの減衰効果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１タンク構造
２ユニット
５船底
１１タンク
１２板部材
１３超音波送受波器
１４フロート
１８振動子
１８ａ送受波面
１９中心孔
２５外郭
２６空洞

Claims

船底に設けられるタンクと、前記タンクの底面に向けて取り付けられる超音波送受波器と、前記超音波送受波器の周囲であって、前記タンク内の空間に位置する複数のフロートと、を備え、前記フロートは、硬質樹脂の外殻内に空洞を有するものである船底タンク構造。
前記フロートの外面は三次元曲面を有する請求項１記載の船底タンク構造。
前記フロートは、中心孔を有する請求項１又は２記載の船底タンク構造。
前記超音波送受波器は、送受波面が水平から傾いている振動子を有するドップラーソナーである請求項１〜３のいずれかの船底タンク構造。
船底に設けられるタンクに取付け自在な板部材と、この板部材に固定される超音波送受波器と、この超音波送受波器の周囲に一体的に配設され、硬質樹脂の外殻内に空洞を有する複数のフロートと、を備える超音波送受波器収納構造。