JP6252330B2 - 海中エレベータ - Google Patents

Description

本発明は海底で採掘した必要な物を海上まで持ち上げたり、海上から必要なものを海底まで搬送させるときに用いるようにする海中エレベータに関するものである。

我国の近海における数千メートル（たとえば、３０００ｍ、あるいはそれ以上）の海底には、鉱物資源が豊富に存在していることが知られている。

このような鉱物資源が存在している海底における海底資源の開発は、我国における重要なテーマであり、これまで種々検討されてきている。

海底における鉱物資源の開発のために行う鉱物資源の探査、鉱物資源の自然分布の調査は、海底の鉱物資源を採掘して海上へ持ち上げることが必要である。

従来、海底で採掘した資源を海上へ持ち上げるようにするための手段として採用されているものとして、エレベータ方式としたものがある。

エレベータ方式としたものでは、海底の基地と海面上の基地との間に複数本のガイド索を鉛直方向に一定の張力で設置し、該各ガイド索に沿って昇降させる輸送カプセルの側方に、該各ガイド索に嵌脱可能なガイド金物を取り付け、輸送カプセルを、側方のガイド金物を介してガイド索に沿い鉛直方向に昇降できるようにし、且つ該輸送カプセルは、別途用意された昇降用の索の巻上げ下げにより行われるようにした水中エレベータがある（たとえば、特許文献１参照。）

又、別の例としては、海底基地に下端部を固定したかご状案内索の上部を浮体に取り付けて、該かご状案内索を海中に緊張状態で植立させると共に、かご状案内索の頂部と中間部の外周に浮体を取り付け、洋上の基地より吊り下げた輸送体を、かご状案内索の内側に沿って海底基地と浮体との間で上下移動させるようにした水中輸送装置がある（たとえば、特許文献２参照。）

更に、別の例として、海底基地と海上の浮きドックとの間に配置した中心シャフト部の上端部を、浮きドックに、又、下端部を、海底基地にそれぞれ固定し、該中心シャフト部の上下方向の複数個所には、作業用空洞部が設けられ、該中心シャフト部の内部に設けられたエレベータシャフト部でエレベータケージを昇降させるようにして作業員が昇降できるようにしたものがある（たとえば、特許文献３参照。）

しかし、上記特許文献１に記載されたものは、水深が３０ｍ前後という海底と海面との間で輸送カプセルを昇降させるものであり、これを数千メートルの深い海底を昇降させるような構成とすることは容易なことではなく、深い海底での使用には不向きのものである。

又、特許文献２に記載されたものは、かご状案内索の外周に取り付けた浮体は、それ自体が深度や水平位置を調整できるものではない。

更に、特許文献３に記載されたものは、作業用空洞部はワイヤの中継点としての機能を有するものではない。

このように特許文献１〜３に記載されたものは、海底での採掘位置に合わせて海面上の資源揚収の位置を調整するようになっているものではない。

水深が、たとえば、３０００ｍにも及ぶ海底で鉱物資源を採掘する場合には、海面とかかる海底との間で物資の搬送を行うための設備は、極力簡素化されたものとし、且つ電力消費の少ないものとすることが求められる。

しかし、前記した特許文献１〜３に記載されたものでは、このような点に考慮されたものとはいえない。

特開平９−１８８２９５号公報 実開平２−４５８９５号公報 特許第５１１９０５６号公報

そこで、本発明は、海底で採掘した物を簡単な構成で海面上に持ち上げることができると共に、海底での採掘位置と海面上での揚収位置とを鉛直方向に合わせて、その間に配した昇降体ガイド用のワイヤを、鉛直方向に保持させることができて、昇降体が容易に自力で昇降できるようにした海中エレベータを提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して海底を採掘する採掘機と、前記採掘機による採掘位置の鉛直方向上方位置の海面上にあって、該海面上の位置を保持できるように自律航走機能を備えている揚収装置と、前記採掘機による海底の採掘位置と前記揚収装置との間における水中の予め決められた深度に配置され、且つ海底の採掘位置と前記揚収装置とを結ぶ直線上の位置に水平位置を調整できる推進装置を備えた水中浮遊体と、前記採掘機と水中浮遊体と揚収装置とを結合するワイヤと、前記採掘機と揚収装置との間を前記ワイヤに沿い自力で昇降する昇降体とを備えてなる構成を有する海中エレベータとする。

又、前記海中エレベータにおいて、請求項２に対応して揚収装置は、ＧＰＳによる自身の現在位置を求めて、該自身の現在位置を海面上の目標位置に調整すると共に、該目標位置を保持させるための自律航走機能と、前記自身の現在位置と水中浮遊体の位置を測位して求めた該水中浮遊体の揚収装置に対する相対位置とに基づいて該水中浮遊体の現在位置を求めて、該水中浮遊体に通信する機能とを有し、且つ前記水中浮遊体は、前記揚収装置から通信される水中浮遊体現在位置の信号と、予め設定されている目標位置の設定信号との偏差があれば、その偏差がなくなるように推進装置に駆動指令を与えるようにする機能と、深度センサからの現在深度の信号と予め設定されている目標深度の設定信号との偏差があれば、その偏差がなくなるように深度調整指令をするようにした機能を有する構成とする。

更に、前記構成に、請求項３に対応して水中浮遊体を、採掘機による海底の採掘位置と海面上の揚収装置とを結ぶ直線上の位置に、異なる深度で複数配置し、上方位置の水中浮遊体は、該水中浮遊体よりも下方位置の別の水中浮遊体の位置を測位して求めた該別の水中浮遊体の前記上方位置の水中浮遊体に対する相対位置とこのときの該上方位置の水中浮遊体の現在位置とに基づいて前記下方位置の別の水中浮遊体の現在位置を求めて、該下方位置の別の水中浮遊体に通信する機能を有する構成を付加したものとする。

本発明の海中エレベータによれば、次の如き優れた効果を有する。
（１）採掘機による海底での採掘位置と揚収装置による揚収位置とを結ぶ鉛直線上に水中浮遊体が配置されることから、該水中浮遊体を介して鉛直方向に配置されるワイヤが潮流により流されることがあっても該水中浮遊体により採掘位置の直上方に保持される。
（２）（１）により、ワイヤに沿い昇降する昇降体を鉛直方向に昇降させることができる。
（３）ワイヤを水中浮遊体の位置で切断して、端部を該水中浮遊体に結合させて用いることにより、１本のワイヤの長さを短くできて、外力による影響を受けにくくすることができ、これによりワイヤが切断されにくくなり、万一、切断されても復旧が容易である。

本発明の実施の一形態の概要を模式的に示した側面図である。 図１における水中浮遊体の概要を示す平面図である。 本発明における揚収装置と水中浮遊体が有する制御部の機能を示すブロック図である。 図２のＩＶ−ＩＶ方向からの切断拡大図である。 本発明における昇降体とワイヤとの関係の一例を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ａ）の従動輪を示す平面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。

図１は本発明の海中エレベータを、海底１で採掘した鉱物資源２を海面３上に揚収するときに適用する場合の実施の一形態を示すものである。なお、図１、図２は説明をわかり易くするため概要を示すもので、大きさは図示のものに限定されるものではない。

本発明の海中エレベータは、海面３から数千メートル（たとえば、１０００〜３０００ｍ）にも達する海底１に豊富に存在するとされる鉱物資源２を探査、開発するために採掘する採掘機４と、採掘された鉱物資源２を収納貯蔵するため海面３上に配備される揚収装置５と、該揚収装置５と海底１の採掘機４とを結ぶ鉛直線上の海中複数個所に配置されて中継点として利用される複数の自律航走できる水中浮遊体６，６ａと、前記揚収装置５と最上部の水中浮遊体６、上下方向に隣接する水中浮遊体６，６ａ同士、最下部の水中浮遊体６ａと採掘機４とをそれぞれ結合するガイド索としてのワイヤ７と、該ワイヤ７に沿って海底１と海面３上の揚収装置５との間を昇降できるようにしてある昇降体８とを備えた構成とされている。

前記揚収装置５は、海面３上を航行でき且つ自身の地球上における位置を側位して目標の位置に移動できるようにしてある作業船９に、揚収した鉱物資源２を貯蔵する貯蔵庫１０を搭載してなる構成としてある。更に、前記作業船９には、図３のように、最上部に位置する水中浮遊体６に設置された音響測位装置１０４に送信して該音響測位装置１０４からの応答信号を受信して、該水中浮遊体６の作業船９に対する相対位置を求めることができるようにしてある音響測位装置１００と、作業船９の地球上における現在位置を検出するＧＰＳからの信号を受信するＧＰＳ受信機１０１と、前記音響測位装置１００からの水中浮遊体相対位置信号Ａと前記ＧＰＳ受信機１０１からの揚収装置現在位置信号Ｂとに基づいて、前記最上部の水中浮遊体６の現在位置信号Ｃを出力する演算装置１０２と、該演算装置１０２から出力される水中浮遊体現在位置の信号Ｃを最上部の水中浮遊体６の音響通信機１０５に音波による通信を行うようにしてある音響通信機１０３が設けられている制御部がある。

前記水中浮遊体は、最上部に位置している水中浮遊体６と、該水中浮遊体６より下方に位置する複数の水中浮遊体６ａとからなるものとしてあり、各水中浮遊体６，６ａは、図２に一例を示す如く、中央部分に上下方向に貫通する空洞部１１を有し、且つ平面形状が円形をなす扁平な形状としてある。

前記各水中浮遊体６，６ａの中央部分を除く周辺部の上面の周方向の複数個所（図では４個所の場合を示す）には、該各水中浮遊体６，６ａを水平方向へ移動させる推進装置としてのスラスタ１２がそれぞれ異なる推進方向となるように設置されている。更に、前記各水中浮遊体６，６ａの側面部には、１８０度の対称位置に、該各水中浮遊体６，６ａを上下方向へ移動させる推進装置としてのスラスタ１３が設置されている。

前記各スラスタ１２，１３は、各々推進方向を可変できるように旋回式として、水平方向、上下方向の任意の方向に移動できるようにしてあるものとする。又、水中浮遊体６，６ａに舵を取り付けて、該舵を制御することにより、移動方向を制御するようにしてもよい。

前記各水中浮遊体６，６ａのうち、最上部に位置する水中浮遊体６は、図３に示す如く、作業船９の音響測位装置１００からの信号に対する応答信号を該音響測位装置１００に返信させる音響測位装置１０４と、前記作業船９の音響通信機１０３からの音波による通信による水中浮遊体現在位置信号Ｃを受信する音響通信機１０５のほか、深度センサ１０６と、音響通信機１０５からの水中浮遊体現在位置信号Ｃ、深度センサ１０６からの水中浮遊体現在深度信号Ｄと目標位置・目標深度の設定信号Ｅとを入力して前記スラスタ１２と１３に駆動信号Ｆを与えるようにする姿勢制御装置１０７とを備える。更に、前記作業船９が備えている演算装置１０２と音響測位装置１００と音響通信機１０３に対応して同一機能を有する演算装置１０２´と、音響測位装置１００´と、音響通信機１０３´とを備えて、該演算装置１０２´には、作業船９におけるＧＰＳ受信機１０１からの信号Ｂに対応させて、自身の水中浮遊体６の現在位置信号Ｃが入力されるようにしてある。これにより音響測位装置１００´で測位した下方に位置する別の水中浮遊体６ａのその上方に位置する水中浮遊体６に対する相対位置信号Ａ´と該水中浮遊体６の現在位置信号Ｃとに基づいて、音響通信機１０３´に、下方に位置する別の水中浮遊体６ａの現在位置信号Ｇを送るようにしてある。

前記各水中浮遊体６，６ａのうち、最上部の水中浮遊体６を除く他の各水中浮遊体６ａは、図３に示す如く、最上部の水中浮遊体６と同様の構成としてある。且つ該最上部の水中浮遊体６とその下方に隣接位置する別の水中浮遊体６ａとの間では、最上部の水中浮遊体６の音響測位装置１００´により、下方に位置する別の水中浮遊体６ａの前記水中浮遊体６に対する相対位置を求めるようにし、この音響測位装置１００´からの水中浮遊体６の相対位置信号Ａ´と、前記水中浮遊体６の現在位置信号Ｃとに基づき下方に位置する別の水中浮遊体現在位置信号Ｇを音響通信機１０３´へ送り、該音響通信機１０３´から下方に位置する水中浮遊体６ａの音響通信機１０５に、当該水中浮遊体６ａの現在位置信号Ｇが送られるようにしてある。

同様に、前記最上部の水中浮遊体６よりも下方に位置している各水中浮遊体６ａ同士の間でも、上方に位置している水中浮遊体６ａの音響測位装置１００´により、その下方に位置している水中浮遊体６ａの前記上方の水中浮遊体６ａに対する相対位置を測位して、前記上方の水中浮遊体相対位置信号Ａ´とから演算装置１０２´で下方の水中浮遊体６ａの現在位置を求め、該演算装置１０２´から出力される水中浮遊体現在位置信号Ｇを音響通信機１０３´より下方に位置する水中浮遊体６ａの音響通信機１０５に通信するようにしてある。

なお、海底１に最も近い最下部の水中浮遊体６ａの音響測位装置１００´は、海底１の採掘機４を音響測位して、採掘機４の最下部の水中浮遊体６ａに対する相対位置を求めることができるようにしてあるものとする。

なお、前記音響通信機１０３，１０３´から音響通信機１０５への通信は、有線で行うようにしてもよい。

次に、採掘機４は、海底１に存在する鉱物資源２の自然分布の調査、鉱物資源２の探査等のために、鉱物資源２を採掘するもので、海底１を移動でき且つ鉱物資源を採集することができるようにしてある。

前記ワイヤ７は、揚収装置５の作業船９と海底１の採掘機４とを複数の水中浮遊体６，６ａを介して結合して、昇降体８のガイド索となるものである。該ワイヤ７は、作業船９と最上部の水中浮遊体６との鉛直方向の間隔、上下方向に配置される複数の水中浮遊体６，６ａ同士の鉛直方向の間隔、最下部の水中浮遊体６と採掘機４との鉛直方向の間隔にそれぞれ合わせた長さ寸法に切断して用いるようにする。そのために、ワイヤ７は、各水中浮遊体６，６ａの空洞部１１内を挿通させることなく、該空洞部１１の内周面の周方向１個所における上下両端部の各結合点１４，１５にワイヤ７の下端と上端をそれぞれ結合して、各水中浮遊体６，６ａを介して上下方向に延びるようにする。最上部の水中浮遊体６に下端を結合したワイヤ７は、作業船９内の巻取機等から繰り出すようにし、最下部の水中浮遊体６ａに上端を結合したワイヤ７の下端は、採掘機４に結着されている。これにより、海面３上の作業船９と海底１の採掘機４とは、複数の水中浮遊体６，６ａを中継点としたワイヤ７で接続された構成とされている。

なお、前記したように、ワイヤ７を長手方向に分割して、各ワイヤ７の端部を、各水中浮遊体６，６ａの空洞部１１の上下両端部におけるワイヤ結合点１４，１５に結合した構成の場合には、前記水中浮遊体６，６ａの空洞部１１において、昇降体８の昇降をガイドするガイド索としてのワイヤ７が不連続となっている。

そのため、前記空洞部１１の内壁面には、図４に示す如く、上下両端部のワイヤ結合点１４，１５に結合されたワイヤ７の端部間に、金属製のレール部材１６が上下方向に延びるように取り付けられている。該レール部材１６は、昇降体８を一方のワイヤ７の端部から乗り換えさせることができ且つ他方のワイヤ７の端部へ乗り移すことができるものであれば、ワイヤ７と同じワイヤでなくてもよく、たとえば、丸棒状のものでもよい。

更に、前記昇降体８は、採掘機４で採掘された鉱物資源２を海面３上の揚収装置５に搬送したり、揚収装置５から必要な物資を海底１まで搬送するために用いられるもので、揚収装置５からの操作で前記ワイヤ７に沿い昇降駆動できるようにされている。

すなわち、前記昇降体８は、採掘した鉱物資源２の如き搬送する物資を収容できるようにしてある搬送カプセル１７と、図示しない駆動装置により駆動されるようにした走行部１９とを備えてなり、揚収装置５の作業船９より導いた電源ケーブル１８を通して給電されている駆動装置を駆動することにより、ワイヤ７に沿い昇降駆動できるようにしてある。

前記走行部１９は、図５（ａ）（ｂ）に示す如く、搬送カプセル１７の内部に設置されている駆動装置より同じ方向に突出された２本の駆動軸２０の先端部に駆動輪２１を取り付けた構成としてあり、搬送カプセル１７の内部の駆動装置からの動力で駆動輪２１を回転させることにより、ワイヤ７を摩擦力で把持して、該ワイヤ７に沿い移動できるようにしてある。

そのために、前記駆動輪２１は、たとえば、樹脂製として弾性を付与し、２個の駆動輪２１がワイヤ７を横方向から噛むように挟んで、該ワイヤ７から離脱し難いようにする。更に、昇降体８が昇降動作中にワイヤ７からの駆動輪２１の離脱防止を図るために、図５（ａ）（ｃ）に示す如く、前記駆動輪２１とは９０度異なる方向からワイヤ７に接触して転動できるように従動輪２２を、支持フレーム２３を介して搬送カプセル１７に取り付けた構成とする。これにより昇降体８が駆動輪２１の回転でワイヤ７に沿い昇降駆動するとき、従動輪２２は、ワイヤ７に接触して転動しながら、ワイヤ７と搬送カプセル１７との間隔をほぼ一定に保持させるようにする。

前記ワイヤ７を搬送カプセル１７から離れる方向に変位させないように抑える前記従動輪２２は、前記各水中浮遊体６，６ａのワイヤ結合点１４，１５に結合されたワイヤ７の端部を通過することができない。そのため、該従動輪２２の支持フレーム２３は、昇降体８の昇降時の姿勢において、図５（ｃ）のように水平方向に屈折してワイヤ７との係合を解除させることができるようにしてある。

なお、前記、揚収装置５と最上部の水中浮遊体６との間、該最上部の水中浮遊体６とそれよりも下方に位置している各水中浮遊体６ａ同士の間、最下部の水中浮遊体６ａと採掘機４との間にそれぞれ配置されているワイヤ７は、その重量が揚収装置５、上方に位置する水中浮遊体６，６ａにて支持されるようにしてある。そのため、前記揚収装置５や、各水中浮遊体６，６ａには、ワイヤ７の重量検知装置（図示せず）と、前記昇降体８の駆動装置に駆動停止指令を与える制御装置（図示せず）とが装備されており、該制御装置と前記重量検知装置とは、万一、ワイヤ７が切断して、前記重量検知装置がワイヤ７の切断を検知して作動した場合に、前記制御装置から昇降体８の駆動装置へ駆動停止の指令が送られるようにしてある。

図１において、２４は採掘機４と揚収装置５の作業船９とを接続している複合ケーブルであり、作業船９からの指令で採掘機４を運転操作することにより、採掘機４を海底１で移動したり、鉱物資源２を採掘したり、採掘した鉱物資源２を昇降体８の搬送カプセル１７に積み込みしたりすることができるようにしてある。

上記構成としてある本発明の海中エレベータを、海面３上から海底１との間に設置する場合は、予め地図上で見付けた鉱物資源２が存在すると思われる海底１の目標位置に採掘機４を位置させるようにする。

揚収装置５の作業船９から海中に投下される採掘機４を、海底１の目標の位置に降ろす場合は、別途用意した移送手段、たとえば、無人の潜水ロボット等を用いて移送させるようにする。

採掘機４は、海底１の目標位置に降ろされると、その場所に停止させる。採掘機４は、海底１を移動できるようにしてあるが、移動させることなく固定してターミナルとして位置付け、その位置に、図１に二点鎖線で示すエレベータホールの如き施設２５を設けて、アンカーで係留させるようにしてもよい。

採掘機４が海底１の目標位置に向けて降ろされて停止させられると、その目標位置、すなわち、採掘機４による海底１の採掘位置の鉛直方向の上方に揚収装置５を位置させるようにする。次いで、目標位置に配置された揚収装置５の位置に合わせて、複数の水中浮遊体６，６ａを上方に位置する水中浮遊体６，６ａから順番に現在位置を、目標位置、目標深度に修正させるようにする。

詳述すると、前記採掘機４は、予め求められている海底における目標位置に降ろされる。実際に採掘機４が降ろされた位置は、目標位置であるか否かはわからないが、目標位置あるいはその近傍であることは、近年の海底１への機材設置技術から容易に推測することができる。

前記採掘機４の海底１への設置が終ると、海面３上では、海底１の鉱物資源採掘位置となる目標位置を地図上の緯度、経度で求めて、その位置の直上方の海面３に揚収装置５を移動させるようにする。この場合は、揚収装置５の作業船９の現在位置をＧＰＳ受信機１０１からの位置信号で見ながら、目標の方向へ推進装置を作動させて作業船９を航行させるようにする。

揚収装置５が作業船９により海面３上の目標とする位置に達すると、該作業船９をその位置に保持させるようにする。

次いで、各水中浮遊体６，６ａを、それぞれの水中浮遊体６，６ａに設定した目標深度と目標位置に自動調整させるようにする。

この場合は、先ず、最上部の水中浮遊体６を揚収装置５から音響測位して、該水中浮遊体６の揚収装置５に対する相対位置を求め、該求めた該水中浮遊体６の揚収装置５に対する相対位置と、ＧＰＳ受信機１０１で求められた揚収装置５の位置の各信号Ａ，Ｂを、揚収装置５の演算装置１０２に入力し、該演算装置１０２で前記水中浮遊体６の現在位置を求めるようにする。

前記揚収装置５の音響測位装置１００による最上部の水中浮遊体６の測位を行う音響測位は、従来から行われている方法であり、前記揚収装置５の音響測位装置１００から水中浮遊体６に送信された信号を、該水中浮遊体６の音響測位装置１０４で受信し、該音響測位装置１０４からの応答信号を、前記揚収装置５の音響測位装置１００で受信して、水中浮遊体６の揚収装置５に対する相対位置を求めるようにするものである。

前記揚収装置５の演算装置１０２で水中浮遊体６の現在位置が求められると、この水中浮遊体現在位置信号Ｃは、揚収装置５に装備されている音響通信機１０３から最上部の水中浮遊体６に装備されている音響通信機１０５に水中浮遊体現在位置信号Ｃが送信される。

前記水中浮遊体６の音響通信機１０５に送られた水中浮遊体現在位置信号Ｃは、該水中浮遊体６に備えられている姿勢制御装置１０７に入力される。該姿勢制御装置１０７には、図３に示す如く、該水中浮遊体６の目標位置・目標深度の信号が設定信号Ｅとして予め入力されている。更に、前記水中浮遊体６には、深度センサ１０６が装備されていて、該深度センサ１０６からの現在深度の信号Ｄも前記姿勢制御装置１０７に入力されるようにしてある。

これにより、前記姿勢制御装置１０７では、予め設定されている水中浮遊体６の目標位置と現在位置との偏差や、予め設定されている水中浮遊体６の目標深度と現在深度との偏差が求められるようになっている。

前記水中浮遊体６の目標位置と、測位された現在位置との偏差があると、前記姿勢制御装置１０７からの駆動信号Ｆがスラスタ１２の駆動部に伝えられ、該スラスタ１２を駆動させて水中浮遊体６を目標位置へ推進させるようにして、該水中浮遊体６の現在位置を目標位置に修正させるようにする。この際、該水中浮遊体６の現在位置信号Ｃは、揚収装置５の音響通信機１０３から該水中浮遊体６の音響通信機１０５に送信されて、姿勢制御装置１０７に入力されるようにしてあるので、該姿勢制御装置１０７で求める目標位置との偏差がなくなれば、該水中浮遊体６の現在位置は、目標位置に達していることになる。

なお、水中浮遊体６は、中性浮量であり、自身の目標深度は決っているので、基本的には深度は変化しないが、外乱により深度変化が生じるおそれもある。前記水中浮遊体６の姿勢制御装置１０７では、前記のように、深度センサ１０６による現在深度信号Ｄを入力して、目標深度の設定信号Ｅとの偏差を求め、偏差があると、上下方向の推進用スラスタ１３に駆動信号Ｆを送るようにしてある。

したがって、水中浮遊体６の前記の如き深度変化を補償する必要が生じた場合は、上下方向のスラスタ１３を駆動させて水中浮遊体６の深度を目標深度に保持させるようにする。

このようにして前記最上部の水中浮遊体６が目標位置、目標深度に保持されると、該最上部の水中浮遊体６の音響測位装置１００´を作動させて、下方に位置する上から２番目の水中浮遊体６ａの音響測位装置１０４との間での信号の送受信で求めた、該上から２番目の水中浮遊体６ａの前記最上部の水中浮遊体６に対する相対位置の信号Ａ´と、最上部の水中浮遊体６の現在位置の信号Ｃとに基づき、該水中浮遊体６の演算装置１０２´で、上から２番目の水中浮遊体６ａの現在位置を求めて、その現在位置信号Ｇを音響通信機１０３´より下方位置の水中浮遊体６ａの音響通信機１０５に送るようにする。

自身の現在位置信号Ｇを音響通信機１０５で受信した当該上から２番目の水中浮遊体６ａは、内部に装備されている姿勢制御装置１０７で、予め入力されている目標位置の設定信号Ｅと受信した現在位置信号Ｇとの偏差を見る。偏差があると、スラスタ１２に駆動指令を与えて水中浮遊体６ａを目標位置の方向へ移動させ、該水中浮遊体６ａの測位された現在位置を、目標位置に修正させるようにする。

以後同様な制御を繰り返して、順次目標位置に現在位置が修正された水中浮遊体６ａにより、その下方に位置する水中浮遊体６ａの位置を目標位置に合わせるようにする。

このようにして各水中浮遊体６，６ａが目標位置に置かれて、海面３上の揚収装置５と海底１の採掘位置との間で、各水中浮遊体６，６ａが鉛直方向に位置させられると、最下部の水中浮遊体６ａの音響測位装置１００´で海底１の採掘機４を測位して、該採掘機４の位置を求めるようにする。

その結果、万一、採掘機４の位置が、最下部の水中浮遊体６ａの直下位置よりずれている場合は、採掘機４の位置に合わせて各水中浮遊体６，６ａの位置を調整するようにすればよい。

前記のようにして海底１の採掘機４と海面３上の揚収装置５の位置に合わせて各中継点としての水中浮遊体６，６ａがそれぞれ目標位置に調整されると、海底１の鉱物資源２の探査のため、鉱物資源２を採掘して、揚収装置５まで持ち上げるようにする。

この作業は、採掘した鉱物資源２を必要量採取した後、これを昇降体８の搬送カプセル１７に収容して、該昇降体８を海面３上まで上昇させて搬送させるようにする。

前記昇降体８は、上端側と下端側にそれぞれ駆動輪２１を備えていて、ワイヤ７を横から挟んで、該ワイヤ７を噛むようにしてあるので、昇降体８に内蔵されている駆動装置を作動させて駆動輪２１を回転駆動させることにより、ワイヤ７に沿い且つ該ワイヤ７から離脱することなく摩擦力で上昇することができる。更に、図５（ａ）（ｃ）に示す如く、支持フレーム２３の先端部の従動輪２２は、ワイヤ７に接続して転動し、昇降体８の昇降中に該ワイヤ７と昇降体８の搬送カプセル１７との間隔が広がることがないようにしてあるので、前記駆動輪２１のワイヤ７からの離脱（脱線）をより確実に防止できるようになる。

これにより、昇降体８は、搬送カプセル１７内に鉱物資源を収容した状態でワイヤ７に沿い確実に上昇することができる。昇降体８が最下部の水中浮遊体６ａに達すると、該水中浮遊体６ａの中央部の空洞部１１内を通過させて更に上方のワイヤ７に沿い上昇させるようにする。

上記において、昇降体８を、水中浮遊体６ａの空洞部１１を通過させるときは、支持フレーム２３を図５（ｃ）に二点鎖線で示す如く倒して、水中浮遊体６ａと干渉しないようにしておく。

この状態で最下部の水中浮遊体６ａに上端が結合されているワイヤ７の上端位置から、空洞部１１の内壁面に固定されている金属製のレール部材１６に、駆動輪２１を乗り移らせる。この場合、先ず、昇降体８上端側の左右の駆動輪２１をワイヤ７からレール部材１６に乗り移らせる。次いで、昇降体８下端側の左右の駆動輪２１をワイヤ７から前記レール部材１６に乗り移らせる。しかる後、前記昇降体８上端側の左右の駆動輪２１をレール部材１６から上方のワイヤ７の下端部に乗り移らせ、同様に、昇降体８下端側の左右の駆動輪２１をレール部材１６から上方のワイヤ７の下端部に乗り移らせて、昇降体８を、水中浮遊体６ａの空洞部１１を通過させるようにする。

このようにして順次昇降体８をワイヤ７と、各水中浮遊体６，６ａのレール部材１６を利用して上昇させ、搬送カプセル１７の鉱物資源を揚収装置５まで搬送させるようにする。これに伴い、昇降体８への電源ケーブル１８は作業船９上で順次巻取るようにすればよい。

上記において、ワイヤ７は、長さ方向に複数に分割されて、揚収装置５と採掘機４との間で複数の水中浮遊体６，６ａを結合させてあるので、各ワイヤ７は長さが短く外力の影響を受けにくく、そのため、該ワイヤ７が切断するおそれが少ないし、万一、切断した場合は、前記したように、揚収装置５や各水中浮遊体６，６ａに装備されているワイヤ重量検知装置がワイヤの断線を検知することにより昇降体８の昇降駆動を停止させるようにすると共に、ワイヤ断線個所が特定できることから、作業船９に搭載されている無人潜水ロボットであるＵＵＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ｖｅｈｉｃｌｅ）やＲＯＶによって容易にワイヤ７を復旧させることができるという利点がある。

又、前記昇降体８が揚収装置５まで上昇して、鉱物資源２を揚収装置５まで搬送させると、該鉱物資源２は、揚収装置５の貯蔵庫１０に貯蔵して厳重に保管しておくようにする。揚収装置５から海底１に必要な物資を搬送させる必要が生じた際には、当該必要な物資を昇降体８の搬送カプセル１７に収容し、前記昇降体８を上昇させる操作とは逆の操作でワイヤ７に沿わせて順次下降させるようにすればよい。

次に、採掘機４を、図１に示す状態において、鉱物資源２の探査のため別の場所に移動させた場合は、該移動させた後の採掘機４の位置に合わせて、揚収装置５及び各水中浮遊体６，６ａを水平移動させるようにする。この場合は、前記した場合と同様に、揚収装置５の作業船９を新たな目標位置に水平移動させるようにする。この水平移動は、自身が有する推進装置を用いるようにする。揚収装置５の作業船９が新たな目標位置に達すると、該揚収装置５ですぐ下方位置の水中浮遊体６を測位して該水中浮遊体６の現在位置を求めて、その現在位置と目標位置との差分をスラスタ１２により水平移動させるようにして、該水中浮遊体６を目標位置に調整させるようにする。

以後同様にして、前記したと同様の操作を繰り返しながら各水中浮遊体６を順次目標位置に調整させるようにすればよい。

以上、本発明の海中エレベータの実施の一形態について説明したが、たとえば、昇降体８は、揚収装置５の作業船９から導いた電源ケーブル１８を通して給電できるようにして、該昇降体８に設置されている駆動装置を作動させるようにした構成に代えて、昇降体８内に、たとえば、該昇降体８を海底１と海面３上の揚収装置５との間で昇降できるだけの電力を賄うことが可能な容量を有する充電式のバッテリーを搭載させた構成として、電源ケーブル１８を不要とするようにしてもよい。

昇降体８を、このようなバッテリーを搭載した構成とすれば、該昇降体８は、作業船９上で充電しておくことにより、自力でワイヤ７に沿って海底１まで降下することができ、且つ海底１から海面３上の揚収装置５まで、昇降体８は、ワイヤ７に沿って自力で上昇することができる。これにより、昇降体８は、電源ケーブル１８による給電の必要がなくなるため、前記実施の形態で用いていた電源ケーブル１８を不要とすることができると共に、該電源ケーブル１８の巻取装置も省略することができる効果が得られる。

又、図１に示した前記の実施の形態における昇降体８に電源ケーブル１８を接続して、該昇降体８に電源ケーブル１８を通して給電できるようにしてある構成に代えて、たとえば、電源ケーブル１８を海面３上の作業船９と海底１との間に、ワイヤ７に沿わせて張設し、昇降体８に設けたパンタグラフを用いて昇降体８に給電させるようにしてもよく、あるいは、前記ワイヤ７に電源ケーブルを組み込ませ、一方、昇降体８に非接触給電装置を装備させて、水中で非接触で昇降体８に給電させるようにしてもよい。

このようにすれば、図１において電源ケーブル１８を巻き取ったり、繰り出したりすることをなくすことができるという効果が得られる。

次に、前記ワイヤ７は、前記した実施の形態では、揚収装置５と最上部の水中浮遊体６との間、各水中浮遊体６，６ａ同士の間、最下部の水中浮遊体６ａと採掘機４との間の各部分に、各々１本ずつのワイヤ７を鉛直方向に配置させて、この１本のワイヤ７を利用して昇降体８を昇降させるようにした構成としたが、前記ワイヤ７は、前記各部分において、複数本、たとえば、２本として平行に配置し、昇降体８の上端側と下端側の各駆動輪２１を、各々２本のワイヤ７に対応させた幅寸法で左右に一対備え、２本のワイヤ７に沿って昇降体８を昇降させるようにしてもよい。

このような複数本のワイヤ７に沿い昇降体８を昇降させるようにした場合は、たとえ、ワイヤ７に捩れが生じたとしても、昇降体８は姿勢を変えることなく昇降できて、より安定した昇降ができるという利点がある。

なお、ワイヤ７を複数本とする場合は、水中浮遊体６，６ａの空洞部に設けるワイヤ結合点１４，１５は、ワイヤの本数に合わせた複数とすることは勿論である。

なお、又、前記水中浮遊体６，６ａのワイヤ結合点１４，１５へのワイヤ７の端部の結合方法は任意であるが、たとえば、ワイヤ結合点１４，１５を、図４に示す如くアイボルトの頭部の如きリング状の係止部とした場合には、ワイヤ７の端部にフック状の引掛け具を取り付けた構成としておくことにより、ワイヤ７の端部をワイヤ結合点１４，１５に簡単に着脱ができると共に、ワイヤ７の交換も簡単に行うことができる。

又、前記実施の形態では、ワイヤ７を用いる場合を例示したが、ワイヤ７に代えて、搬送管を用いるようにすることもできる。すなわち、内部をカプセルが流通するようにしてあり且つ可撓性を有する搬送管を、ワイヤに代えて配置して、該搬送管に、水中浮遊体６，６ａを目標深度でそれぞれ連結するようにしても、必要な物資を、カプセルに収めて搬送管によりカプセル毎搬送させるようにすることができる。

前記搬送管は、一連のものを用いることが好ましいが、途中で切断したものを用いることも可能である。この場合は、切断個所を、たとえば、蛇腹の如き伸縮部材を介在させて連通接続して用いるようにしてもよい。

更に、前記水中浮遊体６と６ａは、目標深度が設定されていて、基本的には、深度変化が生じることはないが、外乱により深度が変化した場合は、スラスタ１３を作動させて深度を制御させるようにする場合を示したが、スラスタ１３を用いることなく、たとえば、スラスタの舵若しくは浮力調整器による構成としても同様に深度制御をさせることができる。浮力調整器としては、たとえば、バラストにより水中浮遊体６，６ａを下降させ、一方、バラストを排出して圧縮空気を注入することにより上昇させるようにしてもよい。

更に又、本発明の海中エレベータは、たとえば、３０００ｍにも及ぶような海底で用いる場合について説明したが、これに限られるものではなく、それよりも浅い海底にも適用することは勿論である。

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 海底、２ 鉱物資源、３ 海面、４ 採掘機、５ 揚収装置、６，６ａ 水中浮遊体、７ ワイヤ、８ 昇降体、１２，１３ スラスタ（推進装置）、１００，１００´ 音響測位装置、１０１ ＧＰＳ受信機、１０２，１０２´ 演算装置、１０３，１０３´ 音響通信機、１０４ 音響測位装置、１０５ 音響通信機、１０６ 深度センサ、１０７ 姿勢制御装置

Claims (3)

1. 海底を採掘する採掘機と、
   前記採掘機による採掘位置の鉛直方向上方位置の海面上にあって、該海面上の位置を保持できるように自律航走機能を備えている揚収装置と、
   前記採掘機による海底の採掘位置と前記揚収装置との間における水中の予め決められた深度に配置され、且つ海底の採掘位置と前記揚収装置とを結ぶ直線上の位置に水平位置を調整できる推進装置を備えた水中浮遊体と、
   前記採掘機と水中浮遊体と揚収装置とを結合するワイヤと、
   前記採掘機と揚収装置との間を前記ワイヤに沿い自力で昇降する昇降体とを備えてなる構成を有すること
   を特徴とする海中エレベータ。
2. 揚収装置は、ＧＰＳによる自身の現在位置を求めて、該自身の現在位置を海面上の目標位置に調整すると共に、該目標位置を保持させるための自律航走機能と、前記自身の現在位置と水中浮遊体の位置を測位して求めた該水中浮遊体の揚収装置に対する相対位置とに基づいて該水中浮遊体の現在位置を求めて、該水中浮遊体に通信する機能とを有し、
   且つ前記水中浮遊体は、前記揚収装置から通信される水中浮遊体現在位置の信号と、予め設定されている目標位置の設定信号との偏差があれば、その偏差がなくなるように推進装置に駆動指令を与えるようにする機能と、深度センサからの現在深度の信号と予め設定されている目標深度の設定信号との偏差があれば、その偏差がなくなるように深度調整指令をするようにした機能を有する構成としてある
   請求項１記載の海中エレベータ。
3. 水中浮遊体を、採掘機による海底の採掘位置と海面上の揚収装置とを結ぶ直線上の位置に、異なる深度で複数配置し、
   上方位置の水中浮遊体は、該水中浮遊体よりも下方位置の別の水中浮遊体の位置を測位して求めた該別の水中浮遊体の前記上方位置の水中浮遊体に対する相対位置とこのときの該上方位置の水中浮遊体の現在位置とに基づいて前記下方位置の別の水中浮遊体の現在位置を求めて、該下方位置の別の水中浮遊体に通信する機能を有する
   請求項２記載の海中エレベータ。

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