JP6253026B2 - 水中観測機器 - Google Patents

Description

本発明は、ハウジングの外側に配置されて電源からの電力を駆動電力として動作する外部負荷を備えた水中観測機器に関するものである。

従来より、ハウジングの外側に配置されて電源からの電力を駆動電力として動作する外部負荷とを備えた水中観測機器が知られている。この種の水中観測機器の一例としては、例えば、海底に沈めて地震の調査を行うため、海底に設置して計測を行う海底地震計（ＯＢＳ［Ocean Bottom Seismograph］）がある。

従来、水中観測機器の観測機器本体を構成するハウジングの内部に設置した電源から、ハウジングの外部に設置された外部負荷に対して給電を行う場合には、ハウジングの壁に貫通孔をあけて、水密コネクタを通して外部負荷と電源とを接続ケーブルで接続していた。例えば、観測機器本体と観測機器本体に取り付けられた錘構造体を切り離す切離構造の例として、特開２００６−３０１２４号〔特許文献１〕がある。

特開２００６−３０１２４号公報

しかしながら、ハウジングの壁に貫通孔をあけると、ハウジングの強度が弱まる問題が生じる。特に、ハウジングが水中で利用するものの場合、ハウジングは水圧に耐える耐圧構造にする必要があり、且つ、水密に構成する必要があるため、なるべくハウジングの壁には孔をあけないように構成することが望ましい。

本発明の目的は、ハウジングの強度を落とすことなく、ハウジングの内部に設置した電源を利用してハウジングの外部に設置した外部負荷を駆動させることが可能な水中観測機器を提供することにある。

本発明の他の目的は、ハウジングの内部に設置した電源の蓄電器を外部から充電することが可能な水中観測機器を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、水中観測機器に設けられた部品同士が干渉して、誤動作することのない水中観測機器を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、ハウジングが浮上した後、回収作業が容易になる水中観測機器を提供することにある。

本発明の水中観測機器は、少なくとも、蓄電器を含む電源と、通信機器の通信回路と、信号処理装置とを内部に備えたハウジングと、ハウジングの外側に配置されて電源からの電力を駆動電力として動作する外部負荷とを備えている。例えば、本発明の水中観測機器を水中に設置する海底地震計等に適用する場合には、ハウジングによって観測機器本体が構成される。ハウジングは、内部に収納する機器等を保護するために、水圧に耐え、且つ、水密に構成可能なガラス球等の耐圧容器により構成される。

本発明の水中観測機器では、ハウジングの内部に配置されて、電源から供給される電流で磁束を発生する給電コイルと、ハウジングの外部に配置されて、給電コイルが発生する磁束と鎖交すると誘起電圧を発生する受電コイルとを更に備えている。このようにハウジングの内部と外部に、それぞれ給電コイルと受電コイルとを設けることにより、受電コイルから外部負荷に駆動電力を供給する。本発明によれば、給電ケーブルを用いることなく、外部負荷を駆動させるための電力をハウジングの内部に収納した電源から外部負荷に供給することができる。そのため、ハウジングの壁に貫通孔をあける必要がなく、ハウジングの強度を下げることがない。また、ハウジングを容易に水密構造にすることができる。ハウジングの外部に配置される受電コイルは、樹脂等のモールド材料により水密にモールドすることが好ましい。

なお、給電コイル及び受電コイルは、上記のように配置して利用できるものであればどのようなタイプのものを利用してもよい。例えば、渦巻き型の空芯コイルであれば、ハウジングの壁面に給電コイルと受電コイルを対向させて配置しやすい。また、薄型にすることができるため、給電コイルの設置スペースを小さくすることができ、ハウジングの小型化に寄与する。

給電コイル及び受電コイルを渦巻き型の空芯コイルとした場合には、給電コイル及び受電コイルを平らな形状とすることもできる。また、ハウジングが球体である場合には、空芯部分を凸形状に構成して、ハウジングの壁面の形状に沿う形状にしてもよい。この場合には、給電コイルは、空芯部分がハウジングの壁面に向かって凸形状になるように構成し、受電コイルは、空芯部分がハウジングの壁面から離れる方向に向かって凸形状になるように構成することで、給電コイル及び受電コイルをハウジングにより近付けた状態で対向させることができるため、給電効率を高めることができる。

本発明の水中観測機器は、測定後、または、メンテナンス等のために、ハウジング（及び内部に収納されている機器）を回収するため、ハウジングに浮力を与える浮力発生手段を備えるようにしておくことができる。浮力発生手段は、ハウジング内に気体を充填しておいてハウジング自体に浮力を発生させることもでき、また、ハウジングに気体を充填しておいた別体の浮力体や比重が小さく圧力に耐える浮力材を取り付けておくこともできる。ハウジングに浮力を与える浮力発生手段を備える場合には、ハウジングが取り付けられる錘構造体と、ハウジングと錘構造体とを、遠隔制御により切り離し可能な切離構造を介して連結する連結装置とを更に備えるようにして、回収時には切離構造を切り離し状態にしてハウジングを浮力により上昇させる。このように構成することにより、必要なときに切離構造を作動させることにより、ハウジングを回収することができる。

給電先の外部負荷は限定されるものではないが、例えば、外部負荷の少なくとも一部を、切離構造に含まれる電気部品とすることができる。この場合、連結装置は、熱可塑性材料によって形成された１以上の被溶断部分を備えた閉ループ部材を備え、切離構造は、閉ループ部材と錘構造体との間に配置され、閉ループ部材が閉状態にあるときには、ハウジングを拘束し、閉ループ部材が開状態になるとハウジングの拘束を解除するように構成することができる。そして、切離機構は、電気部品として、動作状態になると、閉ループ部材の被溶断部分を溶断して閉ループ部材を開状態にする１以上の溶断装置を含むように構成することができる。このように構成することにより、非接触により、１以上の溶断装置を駆動させるための電力をハウジングの内部に収納した電源から供給して、閉ループ部材を開状態にしてハウジングの拘束を解除することができるようになる。また、受電コイルが受電する電力は交流電力であるが、溶断装置が直流電力または交流電力に関わらず駆動することが可能であれば、ＡＣ−ＤＣ変換回路を設ける必要がないため、ＡＣ−ＤＣ変換回路を保護するためにハウジングの外部に他の耐圧容器を設ける必要はない。

本発明の水中観測機器は、時限的に切離構造を作動させるようにすることもできる。しかし、回収時に、海上からの信号によって、切離構造を作動させるように構成することもできる。この場合には、例えば、通信機器は、ハウジング外に設置されて水中で音響通信を行うためのトランスデューサと、ハウジング内に設置される通信回路とを備えて、音響通信により、信号を送受信する。ただし、通信機器をこのように構成した場合、通信回路には、インピーダンス整合用の整合用コイルを設ける必要がある。そのため、整合用コイルの配置位置によっては、給電コイルが発生する磁束が整合用コイルと鎖交して、整合用コイルに誘起電圧が発生し、ノイズを生じさせる可能性がある。そこで、本発明では、給電コイルのコイルの捲回軸方向に延びる第１の想定磁力線と、整合用コイルのコイルの捲回軸方向に延びる第２の想定磁力線とが直交するように、整合用コイルと給電コイルとの配置関係を定めるようにしてもよい。このように配置することにより、整合用コイルと給電コイルが互いに干渉することがなくなり、ノイズ等による誤作動を防ぐことができる。なお、本明細書において、「直交」の語は、厳密な意味での直交だけでなく、ある程度の幅を有するものである。

本発明の水中観測機器は、浮力により水面に出たハウジングを回収する際に、作業者による視認性を向上させるために、回収時に切離構造が切り離し状態になってハウジングが浮上し、ハウジングの一部が水面から露出している状態において、水面より上方に光を放射する発光装置をハウジングの内部または外部に更に備えることができる。発光装置の光源としては、キセノンランプ等を用いることもできるが、供給できる電力に限りがある本発明のような水中観測機器においては、消費電力の少ない発光ダイオードを用いることもできる。ただし、発光ダイオードは、放射光の指向性が高い。そこで、発光ダイオードを用いる発光装置としては、水面から露出するハウジングの一部の中心点を囲むように所定の間隔をあけて環状に配置され且つ水面に対して斜め上方に光を放射するように取付角度が定められた複数の発光ダイオードを備えた構成とするのが好ましい。このように発光装置を構成することで、光源として発光ダイオードを用いながら、海上の船舶への視認性を向上させることができる。

外部負荷に対する給電を有線で行っていた従来のハウジングの場合とは異なり、特に給電コイル及び受電コイルの重量が加わるためハウジングの重量バランスが変化する。そこで、発光装置の放射光が水面よりも上に出るようにするには、音響通信のためのトランスデューサを設けてハウジングの頂部に配置し、蓄電器をハウジング内部の底部近くに配置し、給電コイル、受電コイル及びその他の部品の配置位置を工夫し、ハウジングを水中に解放してハウジングの一部が水面から露出した状態において、発光装置からの放射光が水面よりも上に出るように各部材の配置位置を定めればよい。

発光装置の配置位置は、ハウジングの内部でも外部でもよい。ハウジングの内部に発光装置を配置する場合には、ハウジングの少なくとも一部が、複数の発光ダイオードからの放射光が透過する光透過性を有するようにする。そして、ハウジングの内部には、前述の水面に露出するハウジングの一部の中心点に向かうように傾斜する傾斜面を備えた取付部を設け、複数の発光ダイオードを傾斜面に取り付けてもよい。このように構成することで、ハウジング内の電源と発光装置を接続ケーブルで接続して発光ダイオードを発光させることができる。ハウジングの外部に固定する場合には、発光装置を上述の外部負荷として、ハウジング内の電源から給電することもできる。

本発明の水中観測機器の電源は、さらに、ハウジングの外部に配置される充電用給電コイルが発生する磁束が鎖交するようにハウジングに配置された充電用受電コイルと、該受電コイルの出力で蓄電器を充電する充電回路とを更に備えていてもよい。このように構成すれば、蓄電器を充電する場合に、ハウジングを開封することなく充電することができる。

ハウジングが浮上した後、ハウジングの回収を容易にするため、ハウジングにはハウジングが浮上した後にハウジングの所在位置を示す位置信号を発信するラジオビーコンを備えておくことができる。ラジオビーコンは、位置信号を発信するために、ハウジングが水中に解放されて水面にハウジングの一部が露出した場合に、ラジオビーコン用アンテナが水面から突出して上向きになるようにする必要がある。本発明の場合には、外部負荷に対する給電を有線で行っていた従来の水中観測機器の場合とは異なり、特に給電コイル及び受電コイルの重量が加わるためハウジングの重量バランスが変化する。そこで、音響通信のためのトランスデューサを設けてハウジングの頂部に配置する場合には、蓄電器をハウジング内部の底部近くに配置し、給電コイル、受電コイル及びその他の部品の配置位置を工夫し、ハウジングを水中に解放してハウジングの一部が水面から露出した状態において、ラジオビーコン用アンテナが水面から突出して上向きになるように、各部材の配置位置を定めている。このように構成することで、ハウジングが浮上した後、ラジオビーコン用アンテナが水面から出るため、ハウジングを容易に回収することができるようになる。

本発明を適用した回収型観測機器（水中観測機器）の実施の形態の全体図であり、（Ａ）は、正面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は右側面図である。 図１の実施の形態の観測機器本体の内部構造を示す全体図であり、（Ａ）は、正面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は右側面図である。 図１及び図２に示した実施の形態の水中観測機器の構成を示すブロック図である。 給電コイル及び受電コイルが対向している様子を示す拡大図である。 溶断装置の内部構造を示す図である。 フラッシャー（発光装置）を示す拡大図である。 図１の実施の形態の水中観測機器の観測機器本体を解放した後、水面に浮上した状態を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の水中観測機器の実施の形態について説明する。図１は、本発明を回収型観測機器（水中観測機器）としての海底地震計（ＯＢＳ）に適用した実施の形態の全体図であり、（Ａ）は、正面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は右側面図であり、図２は、本実施の形態の水中観測機器の観測機器本体の内部構造を示す全体図であり、（Ａ）は、正面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は右側面図であり、図３は、本発明の水中観測機器の構成を示すブロック図である。なお、図１（Ａ）〜（Ｃ）では、説明の便宜上、ガラス球１５は透明ではないものとして図示してあり、また、図２（Ａ）〜（Ｃ）では、内部構造を示すために、ガラス球１５は透明なものとして図示し、一部の部材については図示を省略してある。そしてガラス球１５の内部に収納されている部材は、点線で示してある。

本願明細書においては、図１及び図２に示すように、水中観測機器１に対して複数の方向を定義する。すなわち、図１及び図２に示すように、上方向ＵＰ及び下方向ＬＯからなる上下方向、前方方向ＦＯ及び後方方向ＲＥからなる前後方向、右方向ＲＩ及び左方向ＬＥからなる左右方向を定義している。

＜全体構成＞
水中観測機器１は、地震計等の測定装置等を内蔵し、浮力を有する観測機器本体３（浮力を有するハウジング）と、観測機器本体３を海底に沈めて係留するためのアンカー５（錘構造体）と、観測機器本体３とアンカー５とを連結し、溶断装置７を含んだ連結装置９と、音響通信用のトランスデューサ１１と、観測機器本体３の所在位置を示す位置信号（図示しないＧＰＳの測位情報）を発信するラジオビーコン（ラジオビーコンについては、ラジオビーコン用アンテナ１３のみ図示してある。）とから構成されている。

観測機器本体３は、水圧に耐え、内蔵する機器を浸水から守るための透明なガラス球１５から構成されている。本実施の形態においては、ガラス球１５は、直径が１３インチの小型のガラス球を用いている。ガラス球１５は、上半球部１５Ａと下半球部１５Ｂとから構成されており、下半球部１５Ｂに機器を収納して上半球部１５Ａをかぶせて固定し、ガラス球１５を構成している。ガラス球１５内には気体が充填されており、観測機器本体３自体が水中において浮力を有するように構成されている。

ガラス球１５の内部には、図示しない加速度センサ等の測定装置や機器を接続する配線の他に、リチウムイオン電池１７を含む電源１８と、溶断装置７に給電するための給電コイル１９及び給電コイル１９を発振させる発振回路２０を構成する発振回路基板２１と、音響通信用の通信回路２２を構成する通信回路基板２３及びインピーダンス整合用の整合用コイル２５と、トランスデューサ１１が受信した信号を処理する信号処理装置２６と、リチウムイオン電池１７を充電するための充電用受電コイル２７と、フラッシャー（発光装置）２８が収納されている。通信回路２２は、トランスデューサ１１が音響信号を受信すると、信号処理装置２６に信号を処理させる。信号処理装置２６は、音響信号に切離信号が含まれている場合に、発振回路２０を作動させるように構成されている。

ガラス球１５の外側には、給電コイル１９と対向する位置に受電コイル２９が配置され、また、ガラス球１５の頂部にトランスデューサ１１が取り付けられ、周囲に連結装置９の構成要素が設けられている。さらに、ラジオビーコン用アンテナ１３が前方の位置に設けられている。トランスデューサ１１は、ウレタンゴム製のカバーにより覆われている。ガラス球１５を耐圧容器とする観測機器本体３は、排水体積相当の水の重量より軽く作られているため、観測機器本体３は水中において浮力を有している。アンカー５は、金属等により構成された重量物であり、図示していないが、アンカー５には、後述する連結部材３７を取り付けるための複数の取付金具が固定されている。

＜連結装置＞
本実施の形態の連結装置９は、閉ループ部材３１を備えて、切離構造を介して、観測機器本体３とアンカー５とを連結している。切離構造は、主に、溶断装置７と、ガラス球１５の外周に沿って設けられた閉ループ状軸部材３３に取り付けられた３つの回動アーム３５（係止機構）と、伸縮性を有する、または、長さを適宜に設定することにより調節し締め込み可能な紐状の部材からなる３本の連結部材３７とから構成されている。回動アーム３５は、下端が閉ループ状軸部材３３に固定されており、連結部材３７を固定する際には、上方向を向いた状態にする。そして、連結部材３７を解放する際には、下端を回動軸にして観測機器本体３から離れる方向に回動するように構成されている。連結部材３７は、一端に回動アーム３５に通す係止リング３９を備え、他端がアンカー５に設けた図示しない取付金具に固定される構造になっている。

閉ループ部材３１は、連結部材３７の係止リング３９を通して係止した状態の回動アーム３５を囲んで且つ３つの回動アーム３５を順番につなぐように３つの回動アーム３５に伸ばされた状態で係止されている。これによって、回動アーム３５が回動しないようになり、連結部材３７が固定される。また、閉ループ部材３１には、溶断装置７が１つ取り付けられている。なお、本実施の形態では、閉ループ部材３１は、ナイロン等の熱可塑性材料によって形成されており、溶断装置７が設けられた部分が被溶断部分を構成することになる。

＜非接触電力伝送の構成＞
次に、図３及び図４を用いて、給電コイル１９及び受電コイル２９によって非接触電力伝送を行い、外部負荷である溶断装置７に対して給電を行う構成を説明する。図３は、本発明の水中観測機器の構成を示すブロック図であり、図４は、給電コイル１９及び受電コイル２９が対向している様子を示す拡大図である。

図４に示すように、給電コイル１９及び受電コイル２９は、渦巻き型の空芯コイルであり、コイルの捲回軸方向がガラス球１５の壁面に向かうように、互いに対向する位置にガラス球１５の壁面に粘着材で固定されている。受電コイル２９はガラス球１５の外部に設置され、水中に直接浸されることになるため、ウレタン等の防水用樹脂によりモールドされている。

図３に示すように、給電コイル１９には、電源１８と発振回路２０が接続されている。発振回路２０は、上述のように、トランスデューサ１１が受信した音響信号に切離信号が含まれている場合に、信号処理装置２６からの指令によりオン状態となり、オン状態になると交流電力を出力する。また、受電コイル２９には、インピーダンスを調整する整合用コンデンサ４１と溶断装置７が接続されている。そのため、発振回路２０がオン状態になると、発振回路２０から交流電力が出力され、給電コイル１９に磁束が発生する。そして、発生した磁束が受電コイル２９と鎖交することにより受電コイル２９に誘起電圧が発生し、溶断装置７に対して交流電力を供給する。すなわち、本実施の形態では、電磁界結合方式によって溶断装置７に対して給電を行う。

＜溶断装置＞
図５は、溶断装置７の内部構造を示すために溶断装置本体４３の一部を取り除いて示した図である。溶断装置７は、前述のように、リチウムイオン電池１７から給電コイル１９及び受電コイル２９を介して非接触電力伝送により給電されて動作する外部負荷（電気部品）である。溶断装置７は、溶断装置本体４３に溝部４５を形成し、溝部４５に閉ループ部材３１をスライド可能に通すためのチューブ状の閉ループ部材収納部４７と、閉ループ部材収納部４７の外側にコイル状に巻かれた電気ヒータ部４９とを備えている。電気ヒータ部４９は、溶断装置本体４３に形成された貫通孔５１，５１を通して、リード線５３で受電コイル２９と接続されている。なお、図示していないが、閉ループ部材収納部４７及び電気ヒータ部４９は、シリコンゴムで覆われ、防水構造となっている。

閉ループ部材収納部４７は、閉ループ部材３１と同様、熱可塑性材料によって形成されており、電気ヒータ部４９の発熱により溶融するようになっている。なお、閉ループ部材収納部４７を、閉ループ部材３１を構成する熱可塑性材料の融点以下の融点を有する熱可塑性材料により形成すれば、電気ヒータ部４９が発熱すると、まず閉ループ部材収納部４７が溶融し、その後、またはほぼ同時に、閉ループ部材３１が溶断することになる。したがって、トランスデューサ１１が切離信号を受信し、受電コイル２９に誘起電圧が発生すると、溶断装置７の電気ヒータ部４９が発熱し、閉ループ部材３１を溶断することができる。

＜充電用受電コイル＞
充電用受電コイル２７は、給電コイル１９と同様、渦巻き型の空芯コイルであり、コイルの捲回軸方向がガラス球１５の壁面に向かうように、ガラス球１５の内部の壁面に粘着材で固定されている。充電用受電コイル２７は、リチウムイオン電池１７を充電するための図示しない充電回路と接続されており、外部電源に接続されている図示しない充電用給電コイルを充電用受電コイル２７と対向させた状態で磁束を発生させることにより、誘起電圧を発生させてリチウムイオン電池１７を充電することができる。なお、リチウムイオン電池１７の充電は、水中観測機器１を海に投入する前や、観測機器本体３を回収してから、船舶上や地上において行う。また、充電用給電コイルを有するＲＯＶ（遠隔操作無人探査機）等のロボットにより、水中において充電することも可能である。

＜整合用コイル＞
観測機器本体３は、上述のように、音響通信を行うために、トランスデューサ１１と、通信回路基板２３と、インピーダンス整合用の整合用コイル２５とを備えている。本実施の形態では、溶断装置７に対する給電を非接触で行うために給電コイル１９と受電コイル２９を備えているため、整合用コイル２５を設置する位置及び方向によっては、給電コイル１９が発生する磁束が整合用コイル２５と鎖交してしまい、整合用コイル２５に誘起電圧が発生してしまう可能性がある。このように、非接触電力伝送を行うために給電コイル１９及び受電コイル２９を備え、且つ、ガラス球内に他のコイルをまとめて設置する必要がある場合には、それぞれの配置関係を定める必要がある。これは本実施の形態のようにガラス球の径が小さい場合に特に顕著になる。そこで、本実施の形態では、給電コイル１９のコイルの捲回軸方向に延びる第１の想定磁力線と、整合用コイル２５のコイルの捲回軸方向に延びる第２の想定磁力線とが直交し、また、可能な限り両者の距離を離して交差磁束密度が低くなる位置に配置している。具体的には、図２（Ｂ）の平面図に示すように、整合用コイル２５と給電コイル１９が、ガラス球の中心を通って反対側に位置するように配置関係を定めている。このように配置することにより、整合用コイル２５と給電コイル１９が互いに干渉することがなくなり、ノイズ等の発生による誤作動を防ぐことができる。

＜フラッシャー（発光装置）＞
図２（Ａ）〜（Ｃ）及び図６に示すように、フラッシャー２８は、環状の取付部５５に、一定の間隔をあけて配置された複数の発光ダイオード５７と、反射板５９とから構成されており、ガラス球１５の前方上部の内側壁面に取り付けられている。配線等は図示していないが、電源１８と有線で接続されている。また、信号処理装置２６とも接続されており、トランスデューサ１１が切離信号を受信すると、オン状態となり、光を放射するように構成されている。取付部５５は、ガラス球１５の水面から露出する部分（ハウジングの一部）の中心点に向かうように傾斜する傾斜面６１を有しており、複数の発光ダイオード５７は、傾斜面６１に取り付けられている。そのため、複数の発光ダイオード５７は、ガラス球１５の一部の中心点を囲むように環状に配置されている。反射板５９は、取付部５５の周囲に配置されており、発光ダイオード５７の放射光がガラス球１５の外に向かうように光を反射させる。なお、フラッシャー２８は、観測機器本体３がアンカー５から解放されることにより、磁石が引き離されてスイッチがオンとなるマグネットスイッチによってオン状態になるように構成してもよい。

＜観測機器本体の重量バランス＞
本実施の形態の観測機器本体３は、アンカー５が取り付けられて、海底に沈められている間は、図１に示す上下方向で安定するように構成されている。これに対して、水中でアンカー５から解放されて、水面に浮上した後は、ラジオビーコン用アンテナ１３が水面から突出して上向きになるように、及び、フラッシャー２８からの光が水面よりも上に出るように観測機器本体３の重量バランスとラジオビーコン用アンテナ１３及びフラッシャー２８の取付位置とを定めている。

具体的には、リチウムイオン電池１７は、観測機器本体３の底部近くに配置されている。ウレタンゴム製のカバーにより覆われたトランスデューサ１１は、観測機器本体３の頂部に取り付けられている。これは、ウレタンゴムの比重が約１であるため、水上に出ると、モーメントにより回転力が生じるようにするためである。給電コイル１９及び受電コイル２９と充電用受電コイル２７は、ラジオビーコン用アンテナ１３が設置される側とは反対側の後方に、互いに間隔を開けて配置されている。発振回路基板２１及び通信回路基板２３も、後方に配置されている。ただし、整合用コイル２５については、上記のノイズ対策のために、前方寄りに配置されている。その上で、ラジオビーコン用アンテナ１３は、観測機器本体３の前方上部の位置から斜め方向に突出するように設けられている。同様に、フラッシャー２８は、ガラス球１５の壁部を介して、ラジオビーコン用アンテナ１３が設けられている部分に対応するガラス球１５の内部の壁部に取り付けられている。このように部品等を配置していることから、観測機器本体３を水中に解放してガラス球１５が水面から露出した状態になると、図７に示すように、ラジオビーコン用アンテナ１３が水面から突出して上向きになる。また、フラッシャー２８の光が水面に対して斜め上方に放射される。そのため、観測機器本体３が水面まで浮上すれば、確実に位置信号を発信することができ、また、船舶等で回収作業を行う作業者に向かって光が放射されることになるため、観測機器本体３を容易に回収することができる。

＜観測機器本体及びアンカーの固定＞
観測機器本体３及びアンカー５を固定するまでの手順は次の通りである。

（１）観測機器本体３をアンカー５に固定する位置に配置する（図１参照）。本実施の形態では、アンカー５の枠内に観測機器本体３を配置している。

（２）一端がアンカー５に固定された連結部材３７の係止リング３９を回動アーム３５に通す。

（３）閉ループを形成する前の開状態の閉ループ部材３１を、３つの回動アーム３５に沿って配置し、溶断装置７の閉ループ部材収納部４７に通した状態にしてから、開状態の閉ループ部材３１の端部同士を結合して閉ループを形成する。閉ループ部材３１が閉ループ部材収納部４７にスライド可能な状態で収納されているため、閉ループ部材３１の長さ調整やたるみが発生しないような調整が可能である。

上記手順によって、観測機器本体３をアンカー５に対して固定した状態にする。海底地震計の場合には、最終的に準備が整ったところで、船舶等で計測地点まで運搬し、海面から海底地震計を投げ入れて海底に設置する。

＜観測機器本体の回収＞
測定が終了した場合や、測定機器のメンテナンス等のために、観測機器本体３を回収する場合には、次の手順で溶断装置７を作動させ、観測機器本体３をアンカー５から解放する。

（１）切離信号を発信する。切離信号は、例えば、海上から、音響信号として発信する。

（２）トランスデューサ１１が切離信号を受信すると、信号処理装置２６は発振回路２０及びフラッシャー２８をオン状態とする。（なお、マグネットスイッチによりフラッシャー２８のオン・オフを制御する場合には、この時点ではオン状態にならない。）
（３）発振回路２０がオン状態となると、給電コイル１９に磁束が発生し、発生した磁束が受電コイル２９と鎖交する。このことにより、受電コイル２９に誘起電圧が発生する。

（４）溶断装置７の電気ヒータ部４９に交流電力が流れて、発生する熱によって、閉ループ部材収納部４７及び閉ループ部材３１が溶断される。

（５）閉ループ部材３１が溶断されることによって、回動アーム３５の拘束が解除され、回動アーム３５が、連結部材３７の張力によって観測機器本体３から離れる方向に回動する。そして、回動アーム３５が回動することにより、係止リング３９が回動アーム３５から抜ける。

（６）観測機器本体３がアンカー５から解放され、観測機器本体３が浮上する。（マグネットスイッチによりフラッシャー２８のオン・オフを制御する場合には、この時点でフラッシャー２８がオン状態になる。）
（７）その後、観測機器本体３がアンカー５から解放されることにより起因する物理的な変化（たとえば、水圧、傾斜角度、加速度、経過時間などの変化）や、タイマの時限の計数の完了を基に信号処理装置２６は、電源１８から電気ヒータ部４９へ電流を流す発振回路２０をオフ状態に戻す。

（８）観測機器本体３が水面まで浮上すると、ラジオビーコン用アンテナ１３が水面から突出して水面に対して上向きになる。また、フラッシャー２８からの光が水面に対して斜め上方に放射される（図７参照）。

上記手順によって、観測機器本体３を短時間で且つ確実に回収することが可能になる。

上記実施の形態は、一例として記載したものであり、その要旨を逸脱しない限り、本実施例に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態では、給電コイル及び受電コイルとして、平面的なものを用いたが、給電コイルとして空芯部分がガラス球の壁面に向かって凸形状にして、また、受電コイルとして空芯部分がガラス球の壁面から離れる方向に向かって凸形状にすることもできる。

また、上記実施の形態では、切離構造の溶断装置を非接触電力伝送による給電対象の外部負荷としたが、他の外部負荷であってもよい。例えば、上記の用途で利用するフラッシャーを水密構造にしてガラス球の外部に設けて、非接触電力伝送により給電することも可能である。外部負荷が直流電力で駆動するものであれば、受電コイルの側に、ＡＣ−ＤＣ変換回路を設ければよい。

さらに、上記実施の形態では、切離構造を、溶断装置を含んだものとして構成したが、観測機器本体と錘構造体とを連結するケーブル等を切断刃によって切断するための動力を火薬の爆発を利用して発生する火薬方式や、観測機器本体と錘構造体とを連結する金属板または金属線を強制的に電蝕させて切断する電蝕方式等を用いてもよい。

上記実施の形態では、観測機器本体自体に浮力をもたせたが、本発明は、観測機器本体とは別体の浮力体や比重が小さく圧力に耐える浮力材を観測機器本体に取り付けて浮力を持たせることもでき、また、観測機器本体に浮力を持たせないでＲＯＶ等のロボットを用いて回収するようにすることもできる。

以上のように、本発明の水中観測機器は、非接触電力伝送により外部負荷を駆動させるための電力をハウジングの内部に収納した電源から供給することができる。そのため、ハウジングの壁に貫通孔をあける必要がなく、ハウジングの強度を下げることがなく、また、容易に水密構造にすることができる。また、充電用受電コイルと充電回路とを備えているため、ハウジングを開封することなく、蓄電器であるリチウムイオン電池を充電することが可能である。また、通信機器が有する整合用コイルと給電コイルの配置位置を工夫することにより、整合用コイルと給電コイルが互いに干渉することがなくなり、ノイズ等による誤作動を防ぐことができる。さらに、ハウジングの重量バランスを調整することにより、ハウジングが浮上した後、ラジオビーコン用アンテナ及び／またはフラッシャーが水面から出るため、ハウジングを容易に回収することができるようになる。

１ 水中観測機器
３ 観測機器本体
５ アンカー
７ 溶断装置
９ 連結装置
１１ トランスデューサ
１３ ラジオビーコン用アンテナ
１５ ガラス球
１７ リチウムイオン電池
１８ 電源
１９ 給電コイル
２０ 発振回路
２１ 発振回路基板
２２ 通信回路
２３ 通信回路基板
２５ 整合用コイル
２６ 信号処理装置
２７ 充電用受電コイル
２８ フラッシャー
２９ 受電コイル
３１ 閉ループ部材
３３ 閉ループ状軸部材
３５ 回動アーム
３７ 連結部材
３９ 係止リング
４１ 整合用コンデンサ
４３ 溶断装置本体
４５ 溝部
４７ 閉ループ部材収納部
４９ 電気ヒータ部
５１ 貫通孔
５３ リード線
５５ 取付部
５７ 発光ダイオード
５９ 反射板
６１ 傾斜面

Claims (12)

1. 少なくとも、蓄電器を含む電源と、通信機器の通信回路と、信号処理装置とを内部に備えたハウジングと、
   前記ハウジングに対して浮力を与える浮力発生手段と、
   前記ハウジングが取り付けられる錘構造体と、
   前記ハウジングと前記錘構造体とを、遠隔制御により切り離し可能な切離構造を介して連結する連結装置と、
   前記ハウジングの外側に配置されて前記電源からの電力を駆動電力として動作する外部負荷とを備え、
   回収時には前記切離構造が切り離し状態になって前記ハウジングが浮力により上昇するように構成されている水中観測機器であって、
   前記外部負荷には、少なくとも前記切離構造に含まれる電気部品が含まれており、
   前記ハウジングの内部には、前記電源から供給される電流で磁束を発生する給電コイルが配置され、前記ハウジングの外部には、前記給電コイルが発生する前記磁束と鎖交すると誘起電圧を発生して前記外部負荷に前記駆動電力を供給する受電コイルが配置されており、
   前記連結装置は、熱可塑性材料によって形成された１以上の被溶断部分を備えた閉ループ部材を備え、
   前記切離構造は、前記閉ループ部材と前記錘構造体との間に配置され、前記閉ループ部材が閉状態にあるときには、前記ハウジングを拘束し、前記閉ループ部材が開状態になると前記ハウジングの拘束を解除するように構成されており、
   前記切離構造は、前記電気部品として、動作状態になると、前記閉ループ部材の前記被溶断部分を溶断して前記閉ループ部材を前記開状態にする１以上の溶断装置を含んでおり、
   前記１以上の溶断装置は、前記閉ループ部材を構成する前記熱可塑性材料の融点以下の融点を有する熱可塑性材料により形成され、前記閉ループ部材をスライド可能に通すためのチューブ状の閉ループ部材収納部と、前記閉ループ部材収納部の外側にコイル状に巻かれた電気ヒータ部とを備えており、
   前記１以上の溶断装置が動作状態になり、前記電気ヒータ部が発熱すると、前記閉ループ部材収納部が溶融し、その後、またはほぼ同時に、前記閉ループ部材の前記被溶断部分が溶断することを特徴とする水中観測機器。
2. 前記通信機器は、前記ハウジング外に設置される水中で音響通信を行うためのトランスデューサと、前記ハウジング内に設置される前記通信回路とを備えており、
   前記通信回路は、インピーダンス整合用の整合用コイルを有しており、
   前記給電コイルのコイルの捲回軸方向に延びる第１の想定磁力線と、前記整合用コイルのコイルの捲回軸方向に延びる第２の想定磁力線とが直交するように、前記整合用コイルと前記給電コイルとの配置関係が定められている請求項１に記載の水中観測機器。
3. 回収時に前記切離構造が切り離し状態になって前記ハウジングが浮上し、前記ハウジングの一部が水面から露出している状態において、前記水面より上方に光を放射するように前記ハウジングの内部または外部に取り付けられた発光装置を更に備え、
   前記発光装置が、前記水面から露出する前記ハウジングの一部の中心点を囲むように所定の間隔をあけて環状に配置され且つ前記水面に対して斜め上方に光を放射するように取付角度が定められた複数の発光ダイオードを備えている請求項２に記載の水中観測機器。
4. 前記発光装置は前記ハウジングの内部に配置され、
   前記ハウジングの少なくとも一部は前記複数の発光ダイオードからの放射光が透過する光透過性を有しており、
   前記ハウジングの内部には、前記中心点に向かうように傾斜する傾斜面を備えた取付部を備えており、
   前記複数の発光ダイオードは前記傾斜面に取り付けられている請求項３に記載の水中観測機器。
5. 前記発光装置は前記ハウジングの外部に固定され、
   前記発光装置が、前記外部負荷の一部である請求項３に記載の水中観測機器。
6. 前記給電コイルと前記受電コイルは、渦巻き型の空芯コイルである請求項１に記載の水中観測機器。
7. 前記給電コイルは、空芯部分が前記ハウジングの壁面に向かって凸形状になるように構成されている請求項６に記載の水中観測機器。
8. 前記受電コイルは、空芯部分が前記ハウジングの壁面から離れる方向に向かって凸形状になるように構成されている請求項６に記載の水中観測機器。
9. 前記受電コイルは、モールド加工が施されている請求項１に記載の水中観測機器。
10. 前記電源は、前記ハウジングの外部に配置される充電用給電コイルが発生する磁束が鎖交するように前記ハウジングに配置された充電用受電コイルと、該充電用受電コイルの出力で前記蓄電器を充電する充電回路とを更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の水中観測機器。
11. 前記蓄電器は、前記ハウジング内部の底部近くに配置されており、
    前記トランスデューサは、前記ハウジングの頂部に配置されており、
    前記給電コイル、前記受電コイル及びその他の部品の配置位置は、前記ハウジングを水中に解放して前記ハウジングの一部が水面から露出した状態において、前記発光装置からの放射光が水面よりも上に出るように構成されている請求項３に記載の水中観測機器。
12. 前記ハウジングには、前記ハウジングが浮上した後に前記ハウジングの所在位置を示す位置信号を発信するラジオビーコンのアンテナが備えられており、
    前記蓄電器は、前記ハウジング内部の底部近くに配置されており、
    前記トランスデューサは、前記ハウジングの頂部に配置されており、
    前記給電コイル、前記受電コイル及びその他の部品の配置位置は、前記ハウジングを水中に解放して前記ハウジングの一部が水面から露出した状態において、前記ラジオビーコンのアンテナが水面から突出して上向きになるように構成されている請求項２に記載の水中観測機器。