JP5649006B2 - フロート装置 - Google Patents

Description

本発明は、高度海洋監視システム（以下、Ａｒｇｏと称する）に用いられる「中層フロート」と呼ばれる海洋データ測定用フロート装置等のフロート装置に関し、特に部品点数を減らすと共に、浮力を高精度に調整することを可能とする技術に関する。

地球温暖化などの環境問題に対処するため、全地球環境規模で環境変動メカニズムを解明し温室効果ガスの全体量や循環を把握することが必要とされる。このようなことに対処するために、Ａｒｇｏ計画が推進されている。このＡｒｇｏ計画は「中層フロート」と呼ばれる長さ１ｍの筒状の観測機器を船舶から投入した後、予め設定された圧力と釣り合う深さ（中層＝約２０００ｍ）まで自動的に沈み込ませ、数日間ほど漂流させる。そして、内部タイマで電源がオンになると、一定の浮力を有するフロート筐体を備えた観測機器を浮力調整機構により上昇させる。

観測機器が上昇している間に水温と塩分濃度を計測しながら浮上する。そして、海上まで浮上した観測機器は、海面上にて計測データを衛星を経由して伝送した後に電源がオフになり、浮力調整機構により下降する。この作業を数年間にわたって繰り返す。

上述した浮力調整機構は、例えば、次のような構成となっている。すなわち、図４は、浮力調整袋とオイルタンクとの間の動作オイルの移送を行うことで、観測機器の浮力調整を行う浮力調整機構１００を模式的に示す説明図である。浮力調整機構１００は、動作オイルを収容するオイルタンク１１０と、プランジャ１２０と、浮力調整袋１３０とを備えており、それぞれ油供給管１４０，１４１，１４２によって接続されている。油供給管１４０，１４１，１４２には、それぞれチェッキバルブ１５０、チェッキバルブ１５１、バルブ１５２が設けられている。

このような浮力調整機構１００では、オイルタンク１１０から浮力調整袋１３０に動作オイルを移送する場合は、バルブ１５２を閉じた状態で、プランジャ１２０を図４中矢印α方向に移動させ、オイルタンク１１０から動作オイルをプランジャ１２０内に取り込む。このとき、チェッキバルブ１５１の作用により浮力調整袋１３０から動作オイルを吸引することはない。次に、プランジャ１２０を図４中矢印β方向に移動させ、プランジャ１２０から浮力調整袋１３０側に動作オイルに供給する。このとき、チェッキバルブ１５０の作用によりオイルタンク１１０に動作オイルが戻すことはない。このようにして、浮力調整袋１３０が膨らむと、観測機器が上昇する。

一方、観測機器を下降させる場合は、浮力調整袋１３０からオイルタンク１１０に動作オイルを戻す。この場合は、バルブ１５２を開くことで、浮力調整袋１３０の収縮力によりオイルタンク１１０に動作オイルが戻ることとなる。

上述した浮力調整機構では、次のような問題があった。すなわち、バルブが３つ必要となることから部品点数が多くなり、筐体が大型化する虞があった。また、上昇時はプランジャによる制御が可能であるが、下降時はプランジャによる制御ができないため、高精度の浮力制御が難しいという問題があった。

そこで本発明は、部品点数を低減するとともに、上昇時及び下降時共に精度の高い浮力制御を行うことができるフロート装置を提供することを目的としている。

上記目的を満足するため本発明のフロート装置は次のように構成されている。

浮力を有するフロート筐体と、このフロート筐体内に設けられたモータと、このモータの回転に応じて往復動するプランジャと、動作用オイルを収容するオイルタンクと、上記フロート筐体に取り付けられ、外部に開口したシリンダと、このシリンダ内を上記動作用オイルの出入に伴って往復動する浮力調整用ピストンと、上記プランジャに接続された第１接続口、上記オイルタンクに接続された第２接続口、上記シリンダに接続された第３接続口を有し、上記第１接続口と上記第２接続口との通流と上記第１接続口と上記第３接続口との通流とを切り換える三方弁とを備えていることを特徴とする。

浮力を有するフロート筐体と、このフロート筐体内に設けられたモータと、このモータの回転に応じて往復動するプランジャと、動作用オイルを収容するオイルタンクと、上記フロート筐体に取り付けられ、外部に開口したシリンダと、このシリンダ内を上記動作用オイルの出入に伴って往復動する浮力調整用ピストンと、分岐元側が上記プランジャに接続された分岐管と、この分岐管の一方側に取り付けられ、上記オイルタンクに接続された第１二方弁と、上記分岐管の他方側に取り付けられ、上記シリンダに接続接続された第２二方弁とを備えていることを特徴とする。

図１は、本発明の一実施の形態に係る海洋データ測定用フロート装置を示す縦断面図である。 同海洋データ測定用フロート装置に組み込まれた浮力調整機構を模式的に示す説明図である。 同浮力調整機構の変形例を模式的に示す説明図である。 浮力調整機構の一例を模式的に示す説明図である。

図１は本発明の一実施の形態に係る海洋データ測定用フロート装置１０を示す図、図２は海洋データ測定用フロート装置１０に組み込まれた浮力調整機構３０を模式的に説明図である。

海洋データ測定用フロート装置１０は、円筒状に形成されたフロート筐体１１を備えている。フロート筐体１１の内部又は外部には空洞部等が設けられ、所定の浮力を有するように設定されている。フロート筐体１１の上部１２には、外部の通信機器との送受信を行うアンテナ及び各種海洋データ測定用電子機器が搭載された電子部品搭載部２０が搭載されている。また、フロート筐体１１の下部１３には、浮力調整機構３０の一部が搭載されている。

浮力調整機構３０は、フロート筐体１１内部に配置されたプランジャ機構４０、動作オイルを収容するオイルタンク５０、三方弁機構６０と、フロート筐体１１の外側に設けられた浮力調整部７０と、これらを連携制御する制御部３５とを備えている。なお、プランジャ機構４０と三方弁機構６０との間は油供給管８０、オイルタンク５０と三方弁機構６０との間は油供給管８１、浮力調整部７０と三方弁機構６０との間は油供給管８２により接続されている。

プランジャ機構４０は、駆動モータ４１と、この駆動モータ４１の回転力を減速しながら伝達する減速機構４２と、この減速機構４２によって伝達された回転力を往復動力に変換するギア部４３と、このギア部４３により往復動するプランジャ４４とを備えている。

三方弁機構６０は、三方弁６１と、この三方弁６１を動作させる動作モータ６２とを備えている。三方弁６１は、プランジャ４４に接続された第１接続口６１ａ、オイルタンク５０に接続された第２接続口６１ｂ、後述するシリンダ７１に接続された第３接続口６１ｃを有し、第１接続口６１ａと第２接続口６１ｂとの通流と第１接続口６１ａと第３接続口６１ｃとの通流とを切り換える
浮力調整部７０は、外部に開口したシリンダ（可変容積体）７１と、シリンダ７１内を動作用オイルの出入に伴って往復動する浮力調整用ピストン７２とを備えている。

なお、プランジャ機構４０と三方弁機構６０は、次のように連携動作が行われるように制御されている。すなわち、プランジャ４４の一方への移動時には、三方弁６１は第１接続口６１ａと第２接続口６１ｂとを通流させ、プランジャ４４の他方への移動時には、三方弁６１は第１接続口６１ａと第３接続口６１ｃとを通流させるように切り換えることで、オイルタンク５０とシリンダ７１との間の動作オイルを移送させる。

このように構成された海洋データ測定用フロート装置１０では、次のようにして浮力を調整する。すなわち、上昇時は、オイルタンク５０からシリンダ７１に動作オイルを移送する。最初に、駆動モータ４１を動作させてプランジャ４４を図２中Ｘ方向に移動する。このとき、三方弁６１を第１接続口６１ａと第２接続口６１ｂとを通流させるように切り換える。これにより、オイルタンク５０からプランジャ４４に動作オイルが移送される。続いて、駆動モータ４１を動作させてプランジャ４４を図２中Ｙ方向に移動する。このとき、三方弁６１を第１接続口６１ａと第３接続口６１ｃとを通流させるように切り換える。これにより、プランジャ４４からシリンダ７１に動作オイルが移送し、浮力調整用ピストン７２が外部に向かって移動する。

これにより浮力が発生し、フロート筐体１１が僅かに上昇する。同様の動作を繰り返すことで、シリンダ７１内の動作オイルの量が多くなり、所定位置までフロート筐体１１が上昇することとなる。

一方、下降時は、シリンダ７１からオイルタンク５０に動作オイルを移送する。最初に、駆動モータ４１を動作させてプランジャ４４を図２中Ｘ方向に移動する。このとき、三方弁６１を第１接続口６１ａと第３接続口６１ｃとを通流させるように切り換える。これにより、シリンダ７１からプランジャ４４に動作オイルが移送され、浮力調整用ピストン７２が内部に向かって移動する。これにより浮力が減少する。続いて、駆動モータ４１を動作させてプランジャ４４を図２中Ｙ方向に移動する。このとき、三方弁６１を第１接続口６１ａと第２接続口６１ｂとを通流させるように切り換える。これにより、プランジャ４４からオイルタンク５０に動作オイルが移送される。

同様の動作を繰り返すことで、シリンダ７１内の動作オイルの量が減り、所定位置までフロート筐体１１が下降することとなる。

このように本実施の形態に係る海洋データ測定用フロート装置１０によれば、三方弁６１のみで、動作オイルの移送制御を行うことができるので、部品点数を減らし、筐体を小型化することができる。また、上昇時に加え、下降時においてもプランジャ４４による制御を行うことができ、高精度の浮力制御を行うことができ、所望の位置にフロート筐体１１を位置決めすることが可能となる。このため、海洋データを高精度に測定することができることとなる。

なお、シリンダ７１の位置をエンコーダ４５により計測し、同様にプランジャ４４の位置はエンコーダ４６により高精度に計測し、制御部３５に入力することで位置決め情報・浮力調整情報として利用するようにしても良い。また、エンコーダ４５の代わりにポテンショメータを用いても良い。

また、シリンダ７１の代わりに可変容積体として、蛇腹式等の袋体を用いても良い。

さらに、フロート筐体１１に作業ロボットを取り付けて水中ロボットとして用いても良い。

図３は上述した浮力調整機構３０の変形例に係る浮力調整機構３０Ａの構成を模式的に示す説明図である。なお、図３において図２と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本変形例では、三方弁機構６０の代わりに、二方弁機構９０が設けられている。二方弁機構９０は、分岐元側がプランジャ４４に接続された分岐管９１と、分岐管９１の一方側に取り付けられ、オイルタンク５０に接続された第１二方弁９２と、分岐管９１の他方側に取り付けられ、シリンダ７１に接続された第２二方弁９３と、第１二方弁９２及び第２二方弁９３を開閉する動作モータ９４とを備えている。

なお、プランジャ機構４０と二方弁機構９０は、次のように連携動作が行われるように制御されている。すなわち、プランジャ４４の一方への移動時には、第１二方弁９２を開、第２二方弁９３を閉とし、プランジャ４４の他方への移動時には、第１二方弁９２を閉、第２二方弁９３を開とすることで、プランジャ４４を経由してオイルタンク５０とシリンダ７１との間で動作オイルを移送させる。

このように構成された浮力調整機構３０Ａでは、次のようにして浮力を調整する。すなわち、上昇時は、オイルタンク５０からシリンダ７１に動作オイルを移送する。最初に、駆動モータ４１を動作させてプランジャ４４を図３中Ｘ方向に移動する。このとき、第１二方弁９２を開、第２二方弁９３を閉とすることで、オイルタンク５０からプランジャ４４に動作オイルが移送される。続いて、駆動モータ４１を動作させてプランジャ４４を図３中Ｙ方向に移動する。このとき、第１二方弁９２を閉、第２二方弁９３を開とすることで、プランジャ４４からシリンダ７１に動作オイルが移送し、浮力調整用ピストン７２が外部に向かって移動する。このようにして、プランジャ４４を経由してオイルタンク５０とシリンダ７１との間で動作オイルを移送させる。

これにより浮力が発生し、フロート筐体１１が僅かに上昇する。同様の動作を繰り返すことで、シリンダ７１内の動作オイルの量が多くなり、所定位置までフロート筐体１１が上昇することとなる。

一方、下降時は、シリンダ７１からオイルタンク５０に動作オイルを移送する。最初に、駆動モータ４１を動作させてプランジャ４４を図３中Ｘ方向に移動する。このとき、第１二方弁９２を閉、第２二方弁９３を開とすることで、シリンダ７１からプランジャ４４に動作オイルが移送され、浮力調整用ピストン７２が内部に向かって移動する。これにより浮力が減少する。続いて、駆動モータ４１を動作させてプランジャ４４を図３中Ｙ方向に移動する。このとき、第１二方弁９２を開、第２二方弁９３を閉とすることで、プランジャ４４からオイルタンク５０に動作オイルが移送される。

同様の動作を繰り返すことで、シリンダ７１内の動作オイルの量が減り、所定位置までフロート筐体１１が下降することとなる。

このように本変形例に係る浮力調整機構３０Ａにおいても、上述した浮力調整機構３０と同様の浮力調整を行うことができ、同様の効果を得ることができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した例では、海洋データ測定用のフロート装置について説明したが、フロート筐体の浮力を調整するものであれば、測定に限らず他の用途にも用いることができる。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。

本発明によれば、部品点数を低減するとともに、上昇時及び下降時共に精度の高い浮力制御を行うことができるフロート装置を提供できる。

Claims (12)

1. 浮力を有するフロート筐体と、
   このフロート筐体内に設けられたモータと、
   このモータの回転に応じて往復動するプランジャと、
   動作用オイルを収容するオイルタンクと、
   上記フロート筐体に取り付けられ、外部に開口した可変容積体と、
   この可変容積体内を上記動作用オイルの出入に伴って往復動する浮力調整用ピストンと、
   上記プランジャに接続された第１接続口、上記オイルタンクに接続された第２接続口、上記可変容積体に接続された第３接続口を有し、上記第１接続口と上記第２接続口との通流と上記第１接続口と上記第３接続口との通流とを切り換える三方弁とを備えていることを特徴とするフロート装置。
2. 上記プランジャの一方への移動時には、上記三方弁は上記第１接続口と上記第２接続口とを通流させ、上記プランジャの他方への移動時には、上記三方弁は上記第１接続口と上記第３接続口とを通流させるように切り換えることで、上記オイルタンクと上記可変容積体との間の動作オイルを移送させることを特徴とする請求項１に記載のフロート装置。
3. 上記フロート筐体内には海洋データ測定用電子機器が搭載されていること特徴とする請求項１に記載のフロート装置。
4. 上記フロート筐体には作業ロボットが搭載されていることを特徴とする請求項１に記載のフロート装置。
5. 上記可変容積体は、シリンダであることを特徴とする請求項１に記載のフロート装置。
6. 上記可変容積体は、袋体であることを特徴とする請求項１に記載のフロート装置。
7. 浮力を有するフロート筐体と、
   このフロート筐体内に設けられたモータと、
   このモータの回転に応じて往復動するプランジャと、
   動作用オイルを収容するオイルタンクと、
   上記フロート筐体に取り付けられ、外部に開口した可変容積体と、
   この可変容積体内を上記動作用オイルの出入に伴って往復動する浮力調整用ピストンと、
   分岐元側が上記プランジャに接続された分岐管と、
   この分岐管の一方側に取り付けられ、上記オイルタンクに接続された第１二方弁と、
   上記分岐管の他方側に取り付けられ、上記可変容積体に接続された第２二方弁とを備えていることを特徴とするフロート装置。
8. 上記プランジャの一方への移動時には、上記第１二方弁が開、上記第２二方弁が閉とし、上記プランジャの他方への移動時には、上記第１二方弁が閉、上記第２二方弁が開とすることで、上記プランジャを経由して上記オイルタンクと上記可変容積体との間で動作オイルを移送させることを特徴とする請求項７に記載の海洋データ測定用フロート装置。
9. 上記フロート筐体内には海洋データ測定用電子機器が搭載されていること特徴とする請求項７に記載のフロート装置。
10. 上記フロート筐体には作業ロボットが搭載されていることを特徴とする請求項７に記載のフロート装置。
11. 上記可変容積体は、シリンダであることを特徴とする請求項７に記載のフロート装置。
12. 上記可変容積体は、袋体であることを特徴とする請求項７に記載のフロート装置。

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