JP6371265B2

JP6371265B2 - 水中移動式柱状採泥装置、柱状採泥機及び水中探査装置

Info

Publication number: JP6371265B2
Application number: JP2015167578A
Authority: JP
Inventors: 高橋　隆行; 隆行高橋; 香保里安西; 柊太神尾; 伸一五十嵐; 洋一但野; 政光但野; 鉄雄鈴木; 潤一山崎
Original assignee: TAKAWA SEIMITU CO., LTD.; Japan Automatic Machine Co Ltd; Fukushima University NUC
Current assignee: TAKAWA SEIMITU CO., LTD.; Japan Automatic Machine Co Ltd; Fukushima University NUC
Priority date: 2015-08-27
Filing date: 2015-08-27
Publication date: 2018-08-08
Anticipated expiration: 2035-08-27
Also published as: JP2017043974A

Description

本発明は、水中を自走式に移動しながら水中を探査する装置や、堆積した泥を撹乱させずに柱状採泥する採泥機、あるいは水中移動式の柱状採泥装置などに関する。

水害や水難事故、津波等が発生した際に、水中において、行方不明者や遺留品の捜索を行えるような、ロボット的な水中探査装置へのニーズがある。また、水底などに堆積した泥層を、泥をほとんど撹乱させずに、堆積した状態のままでサンプル採集（柱状採泥）し、そのサンプルを分析して泥層中に含まれる物質の上下方向分布を調べたいというニーズがある。かつ、それらの装置は、人力でボートから水面へ降ろしたり、ボートに上げたりすることができるものであることが、極めて望ましい。

本発明は、分解組立容易なように各機能部をモジュール化した水中探査装置や、比較的多くのサンプルを不撹乱柱状採泥することが可能な採泥機などを提供することを目的とする。また、水中を自走しながら複数箇所で水底の泥を不撹乱柱状採泥可能な水中移動式柱状採泥装置を提供することを目的とする。

本発明の水中移動式柱状採泥装置は、水中を三次元的に移動しながら水底に堆積している泥を柱状採泥する装置であって、上下前後移動用のスラスター手段と、柱状採泥手段と、前記スラスター手段と前記採泥手段とを連結する連結手段と、を具備し、前記採泥手段が、上下方向に延びる複数の採泥筒を回動可能に収納するロータリー採泥筒収納部と、該収納部から前記採泥筒のうちの１本を下方に垂下させるとともに、垂下させた前記採泥筒を前記収納部に上昇させる採泥筒昇降手段と、前記採泥筒から採取した泥が脱落するのを抑止する泥脱落抑止手段と、を備えることを特徴とする。

本発明の柱状採泥機は、上下方向に延びる複数の採泥筒を回動可能に収納するロータリー採泥筒収納部と、該収納部から前記採泥筒のうちの１本を下方に垂下させるとともに、垂下させた前記採泥筒を前記収納部に上昇させる採泥筒昇降手段と、前記採泥筒から採取した泥が脱落するのを抑止する泥脱落抑止手段と、を備えることを特徴とする。
前記泥脱落抑止手段としては、水底への採泥筒貫入時には該筒内を上昇する泥に押し上げられた水を該筒の上部から外に流出させ、水底からの採泥筒抜去時には前記筒の上部へ水が入ることを抑止して同部の負圧を維持する逆止弁を用いることができる。

本発明の水中探査装置は、水中を三次元的に移動しながら探査する水中探査装置であって、船上の制御機器と通信する通信ユニット及びカメラを搭載したメインモジュールと、上下前後移動用のスラスターモジュールと、前記メインモジュールと前記スラスターモジュールとを水面上で連結可能に構成されたモジュール連結手段と、を具備することを特徴とする。

本発明の水中探査装置は、水面上で、人力でメインモジュールと前記スラスターモジュールとを組立・分解可能な構造であることが好ましい。また、水中移動式柱状採泥装置も、同様にモジュール化されていることが好ましい。

上記両装置は、耐圧性１ＭＰａ以上、潜水深度最大１００ｍ以上であることが好ましい。また、比較的長時間（例えばバッテリー搭載で５０分）潜水可能であることが好ましい。潜水病などの人的二次被害を生じることなく水中危険箇所の探査が可能であり、また、水中構造物の定期的な点検や劣化進行調査、あるいは、水中構造物の周囲における水中環境の経時的変化の調査等が可能である。

本発明においては、装置あるいは各モジュールが、浮力調整体などを備えていて、浮力調整可能なことが好ましい。装置あるいは各モジュールは、少し浮くくらいの比重である（中性浮力を有する）ことが好ましい。この場合、装置トラブル時に装置が自分で浮き上がるので、回収が容易である。また、水面上でモジュールを組立てる際にも、各モジュールが沈んでしまうようなことがない。

後述する図２・図１に示すように、水中移動式柱状採泥装置１をモジュール構成とし、基本的に人力で水面に上げ下ろしする場合の、各モジュールの重量の例は以下である。
メインモジュール10と柱状採泥モジュール70の組立体が３０ｋｇ程度。
左右のスラスターモジュール（スラスター３本とバラスト１本）が各々２０ｋｇ程度、左右２組で合計４０ｋｇ程度。
装置全体合計７０ｋｇ程度。

本発明の水中移動式柱状採泥装置や水中探査装置は、図１に示すように、位置特定システムを備えることが好ましい。

本発明の水中移動式柱状採泥装置や柱状採泥機は、詳しくは図を参照しつつ後述するが、比較的多くのサンプルを、泥の層構造を乱すことなく（不撹乱状態で）、堆積した状態のままで採取（柱状採泥）することができる。したがって、水底などに堆積した泥層を、堆積した状態のままでサンプル採集（柱状採泥）し、そのサンプルを分析して泥層中に含まれる物質の上下方向分布を調べる用途に特に適している。

なお、採泥機は、前述の水中探査装置と組合せて水中移動式の柱状採泥装置とすることもできるし、地上を移動する車や、空中を移動する飛行体から地表に降ろして採泥作業を行うこともできる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、分解組立容易なように各機能部をモジュール化・軽量化した水中探査装置や、二次災害の懸念のない水中無人探査ロボットを提供できる。また、水中を自走しながら、複数箇所で水底の泥を不撹乱柱状採泥可能な水中移動式柱状採泥装置を提供できる。これにより、水底に堆積した状態のままの泥サンプルを比較的多くの場所で柱状採泥し、泥層中に含まれる物質の上下方向分布を能率的に調べることができる。

本発明の実施形態に係る水中移動式柱状採泥装置の全体構成概要、及び、それを用いて湖などの水底の泥を柱状採泥する作業概要を模式的に示す図である。図１の水中移動式柱状採泥装置の全体構成を示す斜視図である。図２の水中移動式柱状採泥装置における採泥モジュールの構成を示す斜視図である。図３の採泥モジュールの側面図である。図３の採泥モジュールの正面図である。図３〜５の採泥モジュールにおける採泥筒のホルダー部（泥脱落抑止手段）の詳細を示す断面斜視図である。図６のホルダー部（泥脱落抑止手段）の作用を模式的に示す断面図である。（Ａ）は、採泥筒151を水底の泥層に貫入したときに、採泥筒151の中に下から泥が入ってきている（採泥している）状況である。（Ｂ）は、採泥後、採泥筒151を上昇させて水底の泥層から採泥筒151を引き上げている（抜去している）状況である。変形例（底蓋付き）の採泥筒の構成・作用を示す図であって、（Ａ）は底蓋開（水底への貫入時）の状態の側面図であり、（Ｂ）は底蓋閉（水底からの抜去時）の一部断面斜視図である。は、図３〜５の採泥モジュールにおける、採泥筒ホルダーのロータリー上リング板に対する吊下げ構造の詳細を示す斜視図（ロータリー回動部の回動軸側（内側）の下方から見た図）である。は、図９に示す採泥筒吊下げ構造の作用の詳細を示す側面図である。（Ａ）は、採泥筒ホルダーの上フランジ部が、フランジ部ガイド溝に進入しようとしている状態である。（Ｂ）は、マグネットがホルダーから切り離されて、同ホルダー（すなわち採泥筒）が降下可能となった状態（上昇した状態も同じ）である。（Ｃ）は、採泥筒ホルダーの上昇後にロータリー上リング板が回動して、再度、マグネットにホルダーが付いた状態である。

LB；水底、LK；湖、Ｍ；泥、SP；泥サンプル、Ｗ；水、WS；水面
１；水中移動式柱状採泥装置、２；操作者、３；コントローラー、
５；パソコン、5b；ディスプレイ、5d；GPS受信機
６；ボート、７；SSBL（音響測位装置）、９；コントロールケーブル
10；メインモジュール、11；メインケーシング、11b；底ドーム、12；リブ、12b；ビス、
13；天蓋、21；通信ユニット（親機）、25・27；カメラ、29；超音波発信器
31；フレーム、31F；前側フレーム、31R・31L；フレーム、31B；後側フレーム
31U；フレーム基部、32；ネジツマミ
40R・40L；スラスターモジュール、42；枠、43；上下移動用のスラスター、44；バンド
45；前後移動用のスラスター、46；中継機、47；バラスト、48；子機
51；スクリュー、53；コルトノズル、55；ドーム、57；筒、
58；マグネットカップリング、59；モータ、61；バッテリー、
70；採泥モジュール、71；採泥モジュールフレーム、72；開口
73；フレーム天板、75；フレームタイロッド、77；フレーム底板、77b；切欠き、79；爪
80；ロータリー採泥筒収納部、81;ロータリー駆動ユニット、82・87；蓋
83；筒、84；バッテリー、85；モータ、86；マグネットカップリング
91；小傘歯車、93；大傘歯車、94；軸、95；小平歯車、96；ロータリー回動部、
97；ロータリー上リング板、97b；外歯、97f；吊下げ棒、97h；マグネット
99；タイロッド、101；ロータリー下リング板、103；滑り軸受、
110；採泥筒昇降手段、112；昇降駆動ユニット
121・122；傘歯車、124；ウオーム、126；ウオームホイル、
131；リニアスライダ、133；アーム、135；昇降フック、
138；プーリベルト、139；レール
141；ホルダーガイド部材、141b；フランジ部ガイド溝、141d；先下がりテーパ面、
141h；先上がりテーパ面
150；採泥筒組立体、151；採泥筒（筒本体）、
152；スライダ、152b；ビス、152c；ビス、152f；鉄片、152g；貫通孔、153；ホルダー
154；ホルダー上リング、154b；上フランジ部、154d；環状凹部、
154f；中央孔、154h；切欠き、156；ホルダー下リング、158；セットカラー、
161；内スリーブ、163；ピン、165；ビス、166；逆止弁、
167；弁体、167b；ビス、168；支持板、168b；開口、169；フィルター、169b；ビス
201；採泥筒、201b；下端、201d；上部外周面、211；底蓋、213；回動軸、
221；支点、223；アーム、225；支点、227；連結棒、
231；セットカラー、233；スライダ、235；ハンドル、239；セットカラー、

以下、本発明の実施形態に係る水中移動式柱状採泥装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。まず、図１を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る水中移動式柱状採泥装置１の全体構成概要、及び、それを用いて湖LKなどの水底LBの泥（サンプルSP）を柱状採泥する作業概要を模式的に示す図である。

図１の上部には、湖LKの水面WSに浮かぶボート６が示されている。ボート６の下の湖LKの水中には、水中移動式柱状採泥装置１が示されている。ボート６の上には、採泥装置１の操作者２が乗っている。操作者２は、コントローラー３を手で動かして採泥装置１を操作する。コントローラー３には、図示省略しているが、ジョイスティックやボタンが付いている。コントローラー３から採泥装置１には、コントロールケーブル９（光ファイバーケーブル）が繋がれており、同ケーブル９を通って、操作信号や、採泥装置１のカメラ25・27の映像信号が伝送される。

コントローラー３にはパソコン５も接続されている。パソコン５は、カメラ映像を表示するディスプレイ5bやGPS受信機5dを備える。操作者２は、ディスプレイ5b上に表示される、採泥装置１のカメラ25・27（詳細後述）の撮影映像、及び、採泥装置１の位置情報（詳細後述）を見ながら、採泥装置１の位置を制御し、スラスターモジュール40や採泥モジュール70（詳細後述）を操作する。これにより、水底（湖底）の指定された場所、あるいは操作者２が選択した場所の泥を採取する（詳細後述）。

水中移動式柱状採泥装置１とボート６との相対的位置関係は、この例では、超音波式の検出器で検出している。すなわち、採泥装置１に超音波発信器29を搭載しておき、この発信器29の発信する超音波を、ボート６から水中に垂らしたSSBL７（音響測位装置）で検出して、採泥装置１とボート６との相対的位置関係を割り出す。この相対的位置関係とボート６の絶対位置（GPS5dで検出）とを合わせて、採泥装置１の絶対位置を算出する。

水中移動式柱状採泥装置１は、次段落記載の各モジュールを、フレーム（モジュール連結手段）31で連結して構成しており、水中を三次元的に移動しながら、湖底LBに堆積している泥（サンプルSP）を、極力周りの泥を撹乱することなく柱状採泥する。なお、この実施形態の採泥モジュール70を無くすか、他のモジュール（バケットなど）を搭載すれば、水中の状況を探査する自走式の水中探査装置となる。

メインモジュール10；ボート６（船）上のコントローラー３・ＰＣ５（制御機器）と通信する通信ユニット（親機）21、及び、カメラ（横方向カメラ25と下方向カメラ27）などを搭載している。
スラスターモジュール40；上下移動用のスラスター43、及び、前後移動用のスラスター45などを搭載している。
採泥モジュール70；湖底LBに貫入される（差し込まれる）採泥筒151（複数、泥脱落抑止手段付き）や、この採泥筒151を収納するロータリー採泥筒収納部80、採泥筒151を昇降させる採泥筒昇降手段110などを搭載している。

図２を参照しつつ、水中移動式柱状採泥装置１の構成を説明する。
採泥装置１は、図２の左右中央部で上下に延びる筒状のメインモジュール10と、その左右に配置されたスラスターモジュール40と、メインモジュール10の下部の周囲を取り囲むように配置された採泥モジュール70とから構成されている。

メインモジュール10
メインモジュール10は、上下に延びる筒状のメインケーシング11と、その中に収められた通信ユニット21やカメラ25・27などを備える。メインケーシング11は、透明なアクリル樹脂製のパイプであって、上端に天蓋13が取付けられており、下端に底ドーム11bが接続されている。天蓋13にはコントロールケーブル９が貫通している（貫通部はシールされている）。底ドーム11bも透明なアクリル樹脂製である。メインケーシング11の上中部左右には、フレーム31を介して左右のスラスターモジュール40が取付けられている。メインケーシング11の下部の周囲には、採泥モジュール70が配置されている。なお、メインケーシング11は、軽量化のためにU-PE（超高分子量ポリエチレン）を用いることも好ましい（後述の各モジュールの筒も同じ）。

カメラ25・27は、横方向を見るための横方向カメラ25と、下方向（やや斜め前）を見るための下方向カメラ27である。横方向カメラ25は、左右のスラスターモジュール40の間で、透明なメインケーシング11を通して前方向やや斜め下を見ている。下方向カメラ27は、メインケーシング11の底部に配置されており、透明な底ドーム11bを通して下方向やや斜め前を見ている。

メインモジュール10の中上部の周囲（前後左右）は、四角い骨組み状のフレーム31が配されている。メインモジュール10のケーシング11の上端部の前後には、リブ12が接着により取付けられている（図２では前側のリブ12のみを示す）。このリブ12が前側フレーム31Fの状端面に載ってネジ固定されている。

フレーム31の基部31Uは、採泥モジュール70のフレーム天板73の上に搭載されている。この搭載部は、採泥モジュール70のフレーム天板73上面に突設された半球状のボス（図示されず）と、スラスターモジュール40のフレーム基部31Uの下面に設けられた半球状凹部（図示されず）との位置決め組み合せ構造である。この構造により、スラスターモジュール40を採泥モジュール70の上に搭載して組立て易いようになっている。この組立は、水面上において行うことができる。その際、メインモジュール10の右側のフレーム31Rと、右スラスターモジュール40Rとの組立ては、ネジツマミ32を回して行う（左スラスターモジュール40Lも同様）。

左右のスラスターモジュール40は、基本的に同じ構成であり、前後方向に延びる筒である浮力調整バラスト47と、その下方で同じく前後方向に延びる筒状の前後スラスター45と、それらの外側において上下に延びる２本の上下スラスター43を備える。バラスト47や各スラスター45・43は、枠42に対してバンド44で止まっている。

バラスト47もアクリル樹脂製のパイプであって、装置全体の比重を１より小さくする浮力調整体である。この調整体により、水に少し浮くくらいの比重（中性浮力）とすることにより、スラスターなどのトラブル時に採泥装置１が自然と浮き上がって回収できるようにしてある。

各スラスター45・43は、基本的に同じ構成であり、両端に推進用のスクリュー51を有する。スクリュー51の外周には、効率的な推力を得るためのコルトノズル53が被せられている。スクリュー51の根元側には、マグネットカップリング58が連結されているドーム55が設けられている。スクリュー51は、ドーム55内のマグネットカップリング58と、筒57内のマグネットカップリング58を介して、モータ59によって正逆転駆動される。各スラスター45・43の筒57もアクリル樹脂製のパイプである。その中に、バッテリー61やモータ59、通信用の中継機46や子機48などが、水密に収容されている。

採泥モジュール70
図３〜５を参照しつつ柱状採泥モジュール70を説明する。採泥モジュール70は、その骨組み構造ともいえるフレーム71と、８本の採泥筒151を収納するロータリー採泥筒収納部80と、採泥筒収納部80の一本の採泥筒151を採泥筒収納部80の下方に垂下（突き出）させる（図５（Ｂ）参照）とともに、採泥後に採泥筒収納部80に上昇させる筒昇降手段110などを備える。

ロータリー採泥筒収納部80
採泥モジュール70のフレーム71は、図４や図５に分かり易く示すように、フレーム天板73と、その周囲から垂下している４本のフレームタイロッド75と、該タイロッド75の下端に接続されたフレーム底板77からなる。天板73と底板77は、中央が円形に抜けた開口72（図３参照）を有する板である。この開口72内には、メインモジュール10のメインケーシング11の下部が存在する。両板73・77は、上下にある距離隔てて対向しており、両者の間の空間が、８本の採泥筒151を回動可能に収納する空間となっている。

採泥モジュールフレーム71の中には、図４や図５に分かり易く示すように、同フレーム71と同様の形状で、同フレーム71内で回動可能なロータリー回動部96が配置されている。ロータリー回動部96は、ロータリー上リング板97と、その周囲から垂下しているタイロッド99と、該タイロッド99の下端に接続されたロータリー下リング板101からなる。上リング板97は円環状であり、その外周には歯車の外歯板97bが形成されており、内周はフレーム71の開口72と同様の開口となっている。下リング板101は、上リング板97より外径の小さい円環状である。両板97・101は、上下にある距離隔てて対向している。なお、下リング板101の上面から上方やや斜め内側に突出している爪79は、メインモジュール10のメインケーシング11の落下防止用のものである。

下リング板101の下面は、滑り軸受103で受けている。この滑り軸受103はセラミック製で、16片のセラミック片がリング状に配置されたものである。また、下リング板101は、ラジアル方向は球回転軸受（図示されず）で受けている。このような構造により、ロータリー回動部96は、メリーゴーランドのように回動可能である。

ロータリー回動部96の回動駆動ユニット81
ロータリー回動部96を回動させる回動駆動ユニット81は、図３や図４の右上部に示されている。回動駆動ユニット81は、アクリル樹脂製のパイプである筒83を基体として構成されている。同筒83の両端は、蓋82・87で封止されている。同筒83内には、図の右側（反出力側）から左（出力側）に向かって、バッテリー84やモータ85、マグネットカップリング86などが、水密状態で収容されている。さらに、図３・４には図示されていないが、通信用の子機なども収容されている。

マグネットカップリング86は、筒83の出力側の蓋87を介した、出力側と入力側にそれぞれ配置されており、水密状態下で回転動力を伝達するものである。マグネットカップリング86の出力側（図の左側）の端には、小傘歯車91が固定されている。同小傘歯車91は、大傘歯車93と噛みあっている。小傘歯車91は前後方向軸の周りに回転し、大傘歯車93は、上下軸の周りに回転する。各方向は図の上部の矢印を参照されたい。

大歯車93の下方には、軸94を介して小平歯車95が接続されている。同小平歯車95は、ロータリー上板97の外周に切られた外歯97bと噛み合っている。これにより、小平歯車95が回転すると、外歯97bを介して、ロータリー上板97が回動する。上述のように、ロータリー上板97は、タイロッド99及びロータリー底板101と連結されて、上下フランジ付きの筒のようなロータリー回動部96となっており、ロータリー上板97が回動すると、メリーゴーランドのように回動する。

ロータリー上板97の下面には、８本の採泥筒151が吊下げられている。採泥筒151の詳細構造・作用、及び、ロータリー上板97と採泥筒151との吊下げ構造は後述する。

８本の採泥筒151は、角度40°間隔で配置されており、円周上で一箇所は採泥筒151のない歯抜け状態となっている。また、フレーム底板77には、図２の左下に示す切欠き77bが形成されている。一本の採泥筒151を採泥モジュール70から下に降ろす際には、この切欠き77bを通す。採泥筒151を上げるときも同様である。なお、サンプル取り出しのために採泥筒151を採泥モジュール70から外すときも、この切欠き77bから下に降ろして外す。次に使用する空の採泥筒151を採泥筒収納部80に入れる際も同様である。

採泥筒組立体150（採泥筒151）
採泥筒組立体150は、上下方向に延びるパイプである採泥筒（本体）151と、その上部に接続されたホルダー153とからなる。筒本体151は、ステンレスなどの金属製の薄いパイプか、あるいはアクリルなどの樹脂製のパイプである。採泥筒本体151の寸法例は、内径40mm×長さ150mmである。

筒本体151の上端部には、図６に示すように、筒ホルダー153が接続されている。ホルダー153は、上から下に、ホルダー上リング154、ホルダー下リング156、セットカラー158から、主に構成されている。下リング156及びセットカラー158の内側には、内スリーブ161が内嵌されている。内スリーブ161は、ビス165で固定されている。この内スリーブ161の外周と、下リング156・セットカラー158の内周の間には、筒本体151の上端部が挟まれて保持されている。セットカラー158がネジで締め込まれると、すり割りの入った筒本体151が収縮し、筒本体151の上端部が挟み込まれる。ピン163は、下リング156・筒本体151・内スリーブ161を横に貫通しており、筒本体151の落下防止用のものである。

ホルダー上リング154の上面中央部には、リング状の上フランジ部154bが突設されている。同上フランジ部154bの根元には、環状凹部154dが掘り込まれている。同環状凹部154dは、採泥筒昇降手段110の昇降フック135が係合して採泥筒151を下降（下方付き出し）・上昇（収納部80に収納）させる部位である（図５を参照しつつ後述）。

泥脱落抑止手段
内スリーブ161の下端部内側には、本件発明にいう泥脱落抑止手段としての逆止弁166が設けられている。逆止弁166は、ウレタンゴム板である弁体167と、それを支える支持板168などからなる。支持板168は、内スリーブ161の下端部内面に固定されており、上下に抜けた開口168bを有する。弁体167は、支持板168の上面において、前記開口168bを塞ぐ形で被さっている。弁体167は、開口168bから外れた位置において、支持板168にビス167bで固定されている。弁体167の開口168bを覆う部分は、下から力を受けると上に曲がるように持ち上げられる。

支持板168の下面には、フィルター169が貼り付けられている。このフィルター169は、ステンレスメッシュ製で、採泥筒151の降下時に、採泥筒151内に浮遊している泥をできるだけ開口168bから吐出しないようにするためのものである。

次に、図７を参照しつつ逆止弁166の作用を説明する。図７（Ａ）は、採泥筒151を水底の泥層（図示されず）の中に差し込んで（貫入して）、採泥筒151の中に下から泥が入ってきている（採泥している）状況である。図７（Ｂ）は、採泥後、採泥筒151を上昇させて水底の泥層から採泥筒151を引き上げている（抜去している）状況である。

（Ａ）「水底への貫入時」では、採泥筒151内を上昇する泥Ｍに押し上げられて、採泥筒151内の水Ｗが上がっている。そして水Ｗは、逆止弁166の弁体167を上に持ち上げて逆止弁166上に上がり、内スリーブ161内を通って、上リング154の中央孔154fや、左右の切欠き154hから、上リング154の外に流れ出している。これにより、採泥筒151内に支障なく泥Ｍが進入する。

一方、（Ｂ）の「水底からの抜去時」には、採泥筒151が上昇して泥Ｍが下に落ちようとして、採泥筒151内の上部は負圧になる。このため、逆止弁166の弁体167は下に引かれて、支持板168の開口168bを塞ぐ。これにより、上リング154や内スリーブ161内の水が採泥筒151内に入ることはなく、採泥筒151内の上部は負圧が維持される。このため、採泥筒151内の泥Ｍは、下方に落ちることなく、採泥筒151内に保持される。そして、内部に泥Ｍを保持したままの採泥筒151が採泥筒収納部80に持ち上げられる。

採泥筒昇降手段110
次に、再び、図３・図５を参照しつつ、採泥筒昇降手段110について説明する。採泥筒昇降手段110の主要部は、図５の左側に示すように、上下に延びるレール139と、該レール139を上下にスライドするリニアスライダ131と、同リニアスライダ131を上下移動させるプーリベルト138と、前記リニアスライダ131から採泥モジュール70の内側方向に延びるアーム133と、該アーム133の先に取付けられた昇降フック135などを備える。

昇降フック135は、採泥筒ホルダー153の上リング154の上フランジ部154bと係合して、採泥筒151を吊り上げる。このとき、図１０を参照しつつ後述するが、採泥筒ホルダー153（具体的にはスライダ152の鉄片152f）は、ロータリー上板97（具体的にはマグネット97h）から外れており、採泥筒151及びホルダー153はスムーズに昇降フック135で操作可能である。そして、リニアスライダ131が下方にスライドすると、採泥筒151は降下し、フレーム底板77の切欠き77b（図２参照）を通って下に突き出る。この状態で、水中移動式柱状採泥装置１全体が、水底に降下すると、採泥筒151が水底に堆積した泥層に貫入され、図１の下部に示すように、採泥筒151内に泥層のサンプルSPが柱状採泥される。なお、この貫入時、次述するウオームギア124・126（一例の減速比２０）のオートロック作用により、採泥筒151は泥層から上に力を受けながらも、降下した状態を維持する

上述のプーリベルト138は、その上端部においてプーリ（図示されず）によって巻き上げ・巻き下げ駆動される。そのプーリの軸端にはウオームホイル126が固定されており、同ウオームホイル126は、ウオーム124によって駆動される。このウオームギアの減速比は例えば２０であり、ウオーム124からウオームホイル126を駆動することはできるが、逆方向にはオートロックがかかって駆動不能である。したがって、採泥筒151貫入時にかかる上方向の力が、昇降フック135からリニアスライダ131を介して、プーリベルト138を回そうとしても、プーリベルト138は回らず、採泥筒151は持ち上げられない。

なお、リニアスライダ131の上下限位置は、マグネットセンサ（図示されず）で検出される。

採泥筒151を水底LBに貫入させるために採泥装置１全体を降下させるとき、あるいは上昇させるときに、スラスターモジュール40の上下スラスター43の下側のスクリュー51が、水底LBの泥を撹乱させる（巻き上げる・飛び散らす）おそれがある。そこで、スクリュー51のうち水底側（下方）を止めるか、回転数を低くすることが好ましい。あるいは、全スクリュー51を止めて慣性力（惰性）で下ろすこともできる。

その後、採泥筒151を上昇させると、前述の泥脱落抑止手段（逆止弁166）の作用により、採泥筒151内に泥サンプルSPが保持されたままで、採泥筒151が採泥筒収納部80に引き上げられる。なお、引き上げ後、採泥筒収納部80で採泥済みの採泥筒151が回って、切欠き77bの位置からズレルと、採泥筒151の下面にはフレーム底板77の上面が対向して（両面間には僅かに隙間がある）、より確実に泥サンプルSPの落下は防止される。

昇降駆動ユニット112
昇降駆動ユニット112は、図３の右上部に示されている。昇降駆動ユニット112は、前述のロータリー駆動ユニット81と同様の構成であり、両端封止されたアクリル樹脂製のパイプである筒83を基体として構成されている。同筒83内には、図の右側（反出力側）から左（出力側）に向かって、バッテリー84やモータ85、マグネットカップリング86などが、水密状態で収容されている。さらに、図３・４には図示されていないが、通信用の子機なども収容されている。昇降駆動ユニット112とウオーム124との間には、一対の傘歯車121・123が配置されている。

次に、図９・図１０を参照しつつ、ロータリー上板97と採泥筒151との吊下げ構造について説明する。
図９は、図３〜５の採泥モジュール70における採泥筒ホルダー153の、ロータリー上リング板97に対する吊下げ構造の詳細を示す斜視図（ロータリー回動部の回動軸側（内側）の下方から見た図）である。

図９に示すように、採泥筒151のホルダー153の内側には、ビス152bで、スライダ152が接続されている。スライダ152は、平たく略正方形の板状の部材であり、U-PE（超高分子量ポリエチレン）からなる。このスライダ152に左右両側には、上下の貫通孔152gが形成されており、同孔152gには、上下に延びるタイロッド99が貫通している。スライダ152は、タイロッド99及び上リング板97とともに回動し、タイロッド99に沿って上下にスライドする。

スライダ152の左右中央の上部には、鉄片152fが取り付けられている。同鉄片152fは、ビス152cで採泥筒ホルダー153に固定されている。一方、上リング板97の下面には、吊下げ棒97fを介して、マグネット97hが取付けられている。このマグネット97hは、鉄片152fを吸着し、スライダ152・採泥筒ホルダー153を吊下げている。なお、採泥筒151に泥が入っている状態で採泥筒151やホルダー153全体の重量は１kg以下であり（水中では浮力でもっと軽い）、市販のネオジウム系マグネットで十分吸着（吊下げ）できる。

次に、図１０を参照して、図９に示す採泥筒吊下げ構造の作用の詳細を説明する。
図１０（Ａ）は、マグネット97hに吊られた採泥筒ホルダー153の上フランジ部154bが、フランジ部ガイド溝141ｂに進入しようとしている状態である。（Ｂ）は、マグネット97hがホルダー153から切り離されて、同ホルダー153（すなわち採泥筒151）が降下可能となった状態である（採泥後にホルダー153が上昇した状態も同じ）。（Ｃ）は、採泥筒ホルダー153の上昇後にロータリー上リング板97が少し回動して、再度、マグネット97hにホルダー153が付いた状態である。なお、図１０においては、タイロッド99は図示省略してある。

図１０には、図９に示されていないホルダーガイド部材141が、上リング板97の下側に示されている。ホルダーガイド部材141は、図５に示す採泥筒昇降機構110の昇降フック135と同じ部材であるが、ここでは違う名前で呼んでいる。ホルダーガイド部材141には、横に延びるガイド溝141bが切り込まれている。このガイド溝141bは、図１０の手前側側面が開口しており、この溝141b内に、ホルダー153の上フランジ部154bの図の奥側が入り込んで、図１０の右側から左側に進む。

ガイド溝141b内の入口部の天井には、先下がりテーパ面141dが形成されている。この先下がりテーパ面141dには、ホルダー上フランジ部154bがガイド溝11d内に入っていくときに、同上フランジ部154bの上面が当たり、同部154bは次第に下に下がる。これにより、図１０（Ｂ）に示すように、スライダ152や鉄片152fも下げられ、鉄片152fがマグネット97hから外れる（両者間に隙間Sが開く）。

その後、図５に示す採泥筒昇降機構110の昇降フック135（ホルダーガイド部材141と同じ部材）が下がって、採泥筒151がフレーム底板77の下に突き出す。ついで、水中移動式柱状採泥装置１全体が降下して、採泥筒151を水底LBの泥層Mの中に突き刺して、採泥筒151内に泥サンプルSPを採取する。そして、採泥筒151を上昇させると、ホルダー153とホルダーガイド部材141とは、再び、図１０（Ｂ）の状態となる。

図１０（Ｂ）から上リング板97を回動させると、図１０では図示省略されているタイロッド99（図９参照）も一緒に回動し、スライダ152やホルダー153・採泥筒151は、図の左側に進む。ガイド溝141b内の出口部の下面には、先上がりテーパ面141hが形成されている。この先上がりテーパ面141hには、ホルダー上フランジ部154bの通過時に、同上フランジ部154bの下面が当たり、同部154bは次第に上に上がる。これにより、図１０（Ｃ）に示すように、スライダ152や鉄片152fも上げられ、鉄片152fが再びマグネット97hに付く。その後、サンプルSP採取後の採泥筒151は、ローラ採泥筒収納部80に入っていく。

次に、図１を再び参照しつつ、水中移動式柱状採泥装置１の各モジュール間の通信について説明する。
前述のように、採泥装置１の操作信号は、コントロールケーブル９を介して、ボート６上のコントローラー３やＰＣ５から、メインモジュール10内の通信ユニット（親機）21に送られてくる。そして、親機21内では、有線ケーブル（図示されず）中を信号が送られ、コントローラーCTLなどを介してカメラ25・27が操作される。

各モジュール40・70への通信については、親機21から、無線電波を飛ばして、左右両側直近のスラスターモジュール40内の中継機46へ信号を送る。水中でも、十数ｃｍ程度であれば無線電波は伝播する。そして、中継機46から、上下スラスター43に無線電波を飛ばして信号を送る。また、右スラスターモジュール40Ｒの中継機46から、採泥モジュール70のロータリー採泥筒収納部80にも無線電波を飛ばして信号を送る。一方、左スラスターモジュール40Ｌの中継機46から、採泥モジュール70の採泥筒昇降手段110にも無線電波を飛ばして信号を送る。そして、各部の中で、コントローラーCTLなどを介してモータＭなどが操作される。

このように中継機46を用いて最短経路で無線電波を飛ばして信号を送ることにより、各モジュール間の配線を省略している。これにより、モジュールの現場での組立・分解を容易にしている。また、水密性も向上させている。

泥脱落抑止手段の他の例
次に、図８を参照しつつ、泥脱落抑止手段の他の例（底蓋式）を説明する。図８（Ａ）は、底蓋211が下向きとなって採泥筒201の下端が開いた状態である。図８（Ｂ）は、底蓋211が回動軸213を中心として時計周りに９０°回動して、採泥筒201の下端を底蓋211が閉ざした状態である。

図８の採泥筒201は、その下端201bが三角形に尖っている。そして、その下の先端に回動軸213が横方向に設けられている。この回動軸213には、底蓋211が回動可能に軸支されている。底蓋211は、円筒の側壁を側面視で三角形、正面視でひし形に切り取った形であり、円周面の両端に回動軸213の通る軸孔（図示せず）が形成されている。底蓋211の軸方向の一端部には、支点221を介してアーム223の一端が連結されている。

アーム223の他端は、支点225を介して連結棒227の一端に連結されている。連結棒227の他端はスライダ233に接続されている。スライダ233は、採泥筒201の上部外周面201dに外嵌しており、同面201dを、上下のセットカラー231・239の間でスライド可能である。スライダ233の外両側には、ハンドル235・235´が突設されており、このハンドル235・235´をロープなどで引けば、スライダ233を上下に動かせる。そして、スライダ233を上に引くと、図８（Ｂ）に示すように、底蓋211が回動軸213を中心として時計周りに９０°回動して、採泥筒201の下端を底蓋211が閉じる。

図８の採泥筒201を用いて柱状採泥する動作を説明する。まず、図８（Ａ）の、底蓋211が下向きとなって採泥筒201の下端が開いた状態で、採泥筒201を泥層に貫入して、泥サンプルを採泥筒201内に採取する。その後、図８（Ｂ）のように、ハンドル235・235´をロープなどで引くと、底蓋211が回動軸213を中心として時計周りに９０°回動して、採泥筒201の下端を底蓋211が閉ざす。この状態で、採泥筒201を上に上げると、採泥筒201内の泥サンプルの落下を完全に防止できる。この実施形態の底蓋211付き採泥筒201の場合、極めて粘度の低い泥層の柱状採泥も可能である。

Claims

水中を三次元的に移動しながら水底に堆積している泥を柱状採泥する装置であって、
上下前後移動用のスラスター手段と、
柱状採泥手段と、
前記スラスター手段と前記採泥手段とを連結する連結手段と、
を具備し、
前記採泥手段が、
上下方向に延びる複数の採泥筒を回動可能に収納するロータリー採泥筒収納部と、
該収納部から前記採泥筒のうちの１本を下方に垂下させるとともに、垂下させた前記採泥筒を前記収納部に上昇させる採泥筒昇降手段と、
前記採泥筒から採取した泥が脱落するのを抑止する泥脱落抑止手段としての、水底への採泥筒貫入時には該筒内を上昇する泥に押し上げられた水を該筒の上部から外に流出させ、水底からの採泥筒抜去時には前記筒の上部へ水が入ることを抑止して同部の負圧を維持する逆止弁と、
を備え、
前記採泥筒が、前記ロータリー採泥筒収納部における所定の回動動作位置において、前記採泥筒昇降手段によって昇降され、
前記逆止弁が、前記採泥筒内部において開閉する弁体を有するとともに、該弁体を通過する採泥筒内の水の中に浮遊している泥を捉えるフィルターを有することを特徴とする水中移動式柱状採泥装置。
上下方向に延びる複数の採泥筒を回動可能に収納するロータリー採泥筒収納部と、
該収納部から前記採泥筒のうちの１本を下方に垂下させるとともに、垂下させた前記採泥筒を前記収納部に上昇させる採泥筒昇降手段と、
前記採泥筒から採取した泥が脱落するのを抑止する泥脱落抑止手段としての、水底への採泥筒貫入時には該筒内を上昇する泥に押し上げられた水を該筒の上部から外に流出させ、水底からの採泥筒抜去時には前記筒の上部へ水が入ることを抑止して同部の負圧を維持する逆止弁と、
を備え、
前記逆止弁が、前記採泥筒内部において開口を開閉する弁体を有するとともに、該弁体を通過する採泥筒内の水の中に浮遊している泥を捉えるフィルターを有することを特徴とする柱状採泥機。
さらに、
船上の制御機器と通信する通信ユニット及びカメラを搭載したメインモジュールと、
上下前後移動用のスラスターモジュールと、
前記メインモジュールと前記スラスターモジュールとを水面上で連結可能に構成されたモジュール連結手段と、
を具備することを特徴とする請求項１記載の水中移動式柱状採泥装置。