JP6657064B2 - 浮沈装置 - Google Patents

Description

本開示は、水中構造物を水中で浮沈させる浮沈装置に関する。

潜水艦などの水中構造物は、水中で浮沈するための浮沈装置を備えている。浮沈装置は、一般的にバラストタンクを備えており、バラストタンク内に封入される気体の体積を増減させることによって、水中構造物に作用する浮力を調整するように構成される。

バラストタンク内に封入される気体の体積を増減するための手段として、従来は、圧縮気体を蓄える高圧気蓄器が用いられていた。そして、浮上時には高圧気蓄器から圧縮気体をバラストタンク内に供給してバラストタンク内のバラスト水を排水するとともに、沈降時にはバラストタンク内の気体を排出してバラストタンク内にバラスト水を引き入れることで、水中構造物の沈降操作を行っていた。

しかしながら、このような高圧気蓄器を有する浮沈装置では、高圧気蓄器に蓄えられている圧縮気体を使い切ってしまうと、バラストタンク内に気体を供給できなくなり、水中構造物を浮上させることが出来なくなってしまう。この点、バラストタンク内に供給した気体をコンプレッサなどで圧縮して再度高圧気蓄器に蓄えることも考えられるが、この場合は、コンプレッサによって圧縮した気体を高圧気蓄器に戻すための設備が別途必要になるなど、その構造が複雑になってしまう。

特許文献１には、水室、水素室、及び反応室を備えた浮沈装置において、浮上時には反応室で発生させた水素を水素室に供給することで浮力を得るとともに、沈降時には水素室から排出された水素を反応室で吸収するように構成されることで、水中構造物を繰返し浮沈可能とした浮沈装置が開示されている。

また、特許文献２には、気体が密閉されたバラストタンクを備えた浮沈装置において、浮上時にはポンプによってバラストタンク内からバラスト水を排水することでバラストタンク内に密閉されている気体の体積を増加させるとともに、沈降時にはポンプによってバラストタンク内にバラスト水を注水することでバラストタンク内に密閉されている気体の体積を縮小させることで、水中構造物を繰返し浮沈可能とした浮沈装置が開示されている。

実開昭６２−１２５６９４号公報 特開昭５５−３１６１３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の浮沈装置は、水素を発生させ、且つ、水素室から排出された水素を吸収するための反応室が必要となり、その構造が複雑になるとの課題があった。
また、特許文献２に記載の浮沈装置は、バラストタンク内からバラスト水を排水するときに、バラストタンク内に密閉されている気体がポンプに吸い込まれ、ポンプがバラスト水を排水できない状態（いわゆる、エア噛み）を発生させる虞があった。

本発明の少なくとも一実施形態は上述した従来技術に鑑みなされたものであり、シンプルな構造で水中構造物を水中で繰返し浮沈させることが出来るとともに、バラスト水を排水できない状態の発生を防止することの出来る浮沈装置を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態にかかる浮沈装置は、
水中構造物を水中で浮沈させる浮沈装置であって、
気体が封入される第１気体室と、バラスト水が封入されるバラスト水室とが内部に形成されるバラストタンクと、
前記バラスト水室と前記バラストタンクの外部とを連通する連通孔を介して、前記バラスト水室内の前記バラスト水を排水するためのポンプと、
前記第１気体室と前記バラスト水室とを水密に仕切るための第１仕切部材と、を備え、
前記第１仕切部材は、前記バラスト水室に前記バラスト水が注水されると、前記バラスト水室の容積を増大させるとともに前記第１気体室の容積を減少させ、前記バラスト水室から前記バラスト水が排水されると、前記バラスト水室の容積を減少させるとともに前記第１気体室の容積を増大させるように構成されている。

上記（１）の構成によれば、沈降時にはバラスト水室にバラスト水を注水することで、バラスト水室の容積が増大するとともに第１気体室の容積が減少する。一方、浮上時には例えばポンプによってバラスト水室からバラスト水を排水することで、バラスト水室の容積が減少するとともに第１気体室の容積が増大する。このように、気体が封入される第１気体室の容積がバラスト水室の容積に応じて増減するように構成されることで、特許文献１に記載の浮沈装置のような反応室を備える必要がなく、シンプルな構造で水中構造物を水中で繰返し浮沈させることが出来る浮沈装置を提供することが出来る。

また、第１気体室とバラスト水室とは第１仕切部材によって水密に仕切られているとともに、バラスト水室からバラスト水が排水されると、バラスト水室の容積が減少するとともに第１気体室の容積が増大するように構成されている。そのため、例えばポンプによってバラスト水室に封入されているバラスト水を排水する場合に、第１気体室とバラスト水室とは第１仕切部材によって水密に仕切られた状態のまま、バラスト水室の容積が減少する。つまり、バラスト水室に封入されているバラスト水を排水しても、バラスト水室内には気体が混入しないような構造となっている。これにより、ポンプが気体を吸い込むことはなく、ポンプがバラスト水を排水できない状態（いわゆる、エア噛み）の発生を防止することが出来るようになっている。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記バラストタンクの内部には、前記バラストタンクの重心位置を挟んで前記第１気体室とは反対側に、気体が封入される第２気体室がさらに形成され、
前記第２気体室と前記バラスト水室とを水密に仕切るための第２仕切部材をさらに備え、
前記第２仕切部材は、前記バラスト水室に前記バラスト水が注水されると、前記バラスト水室の容積を増大させるとともに前記第２気体室の容積を減少させ、前記バラスト水室から前記バラスト水が排水されると、前記バラスト水室の容積を減少させるとともに前記第２気体室の容積を増大させるように構成されている。

上記（２）の構成によれば、第１気体室による浮力と、第２気体室による浮力とを、バラストタンクの重心位置を挟んで互いに反対側からバラストタンクに作用させることが出来る。これにより、バラストタンクに第１気体室による浮力のみが作用する場合と比べて、水中構造物の姿勢変動を抑制することが出来る。

また、バラストタンクの重心位置を挟んで第１気体室とは反対側に第２気体室を形成することで、複数のバラストタンクを備えずとも、１つのバラストタンクによって水中構造物の姿勢変動を抑制することが出来るようになっている。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記第１気体室及び前記第２気体室の各々の容積は、前記バラスト水室の容積の増減に関わらず、互いに等しくなるように構成される。

上記（３）の構成によれば、バラスト水室の容積の増減に関わらず、第１気体室による浮力と第２気体室による浮力とは互いに等しくなる。これにより、上記（２）の構成に比べて、水中構造物の姿勢変動をさらに抑制させることが出来る。

（４）幾つかの実施形態では、上記（２）又は（３）のいずれか一構成において、
前記第１仕切部材は、前記バラスト水室の容積の増減に応じて前記バラストタンク内を移動する第１ピストンからなり、
前記第２仕切部材は、前記バラスト水室の容積の増減に応じて前記バラストタンク内を移動する第２ピストンからなる。

上記（４）の構成によれば、第１仕切部材及び第２仕切部材は、バラスト水室の容積の増減に応じてバラストタンク内を移動するピストンからなる。このように、バラストタンク内を移動可能なピストンによってバラスト水室の容積を増減させることで、例えば後述するダイヤフラムの場合と比べて、バラスト水室の容積を大きく増減させることが可能となる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、
前記バラストタンクは、
前記第１ピストンが前記連通孔を超えて前記第２ピストン側へ移動することを規制する第１移動規制手段と、
前記第２ピストンが前記連通孔を超えて前記第１ピストン側へ移動することを規制する第２移動規制手段と、を有する。

上記（５）の構成によれば、第１ピストンが連通孔を越えて第２ピストン側へ移動することを規制されるとともに、第２ピストンが連通孔を越えて第１ピストン側へ移動することを規制される。これにより、第１気体室及び第２気体室が、連通孔を介してバラストタンクの外部と連通することが確実に防止され、第１気体室及び第２気体室に気体が封入されている状態を維持することが出来る。

（６）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、
前記第１移動規制手段及び前記第２移動規制手段は、前記バラストタンクの周壁の内面から突出するストッパからなる。

上記（６）の構成によれば、バラストタンクの周壁の内面から突出するストッパによって、第１ピストンの移動及び第２ピストンの移動を規制することが出来る。

また、バラストタンクの周壁の内面から突出するストッパによって第１移動規制手段及び第２移動規制手段を構成することで、例えば、浮沈装置の製造時において、第１ピストン及び第２ピストンをバラストタンク内に挿入するのに先立ち、バラストタンク内にストッパを設置することで、第１ピストン及び第２ピストンをバラストタンク内に挿入する際の位置決めのために、このストッパを利用することが出来る。

（７）幾つかの実施形態では、上記（２）又は（３）のいずれか一構成において、
前記第１仕切部材は、前記バラスト水室の容積の増減に応じて変形する第１ダイヤフラムからなり、
前記第２仕切部材は、前記バラスト水室の容積の増減に応じて変形する第２ダイヤフラムからなる。

上記（７）の構成によれば、第１仕切部材及び第２仕切部材は、バラスト水室の容積の増減に応じて変形するダイヤフラムからなる。このように、ダイヤフラムが有する可撓性によってバラスト水室の容積を増減させることで、第１ダイヤフラム及び第２ダイヤフラムを移動させる必要がなく、摺動部材を必要としないことから、繰り返し且つ安定的に、バラスト水室の容積を増減させることが可能となる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（２）から（７）のいずれか一構成において、
前記バラストタンクは、
長手方向を有する形状からなる第１バラストタンクと、
長手方向を有する形状からなる第２バラストタンクであって、平面視において、前記水中構造物の重心位置を挟んで前記第１バラストタンクとは反対側において、前記第１バラストタンクの長手方向に沿って配置される第２バラストタンクと、を含む。

上記（８）の構成によれば、第１バラストタンク及び第２バラストタンクが、平面視において、水中構造物の重心位置を挟んで互いに反対側に形成されている。これにより、バラストタンクの長手方向だけでなく、バラストタンクの長手方向と直交する方向においても、水中構造物の姿勢変動を抑制することが出来る。

（９）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記バラストタンクは、前記第１気体室以外に気体が封入される気体室が前記バラストタンクの内部に形成されていない、複数の単気体室型バラストタンクを含み、
前記複数の単気体室型バラストタンクの各々は、前記複数の単気体室型バラストタンクの各々の前記第１気体室による浮力を合成した合成浮力の作用点が、前記複数の単気体室型バラストタンクの各々における前記バラスト水室の容積の増減に関わらず、平面視において、前記水中構造物の重心位置と略一致するように配置される。

上記（９）の構成によれば、複数の単気体室型バラストタンクの合成浮力の作用点が、水中構造物の重心位置と平面視において略一致するように構成される。これにより、長尺形状を有する水中構造物だけでなく、例えば、円形状や矩形状などの形状を有する水中構造物においても、複数の単気体室型バラストタンクを水中構造物の形状に応じて適当に配置することによって、水中構造物の姿勢変動を抑制することが出来る。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、シンプルな構造で水中構造物を水中で繰返し浮沈させることが出来るとともに、バラスト水を排水できない状態の発生を防止することが出来る。

本発明の一実施形態にかかる浮沈装置を備える水中構造物である潜水艦の概略側面図である。 本発明の一実施形態にかかる浮沈装置の構成を示した概略側面図である。 本発明の一実施形態にかかる浮沈装置の構成を示した概略側面図である。 本発明の一実施形態にかかる浮沈装置の構成を示した概略側面図である。 図４に示すストッパの変形例を拡大して示す断面図である。（Ａ）はストッパの第１変形例を、（Ｂ）はストッパの第２変形例を示す。 本発明の一実施形態にかかる浮沈装置の構成を示した概略側面図である。 本発明の一実施形態にかかる浮沈装置を備える水中構造物である沈座標的の概略側面図である。 本発明の一実施形態にかかる浮沈装置を備える沈座標的の第１変形例を示した概略平面図である。 本発明の一実施形態にかかる浮沈装置を備える沈座標的の第２変形例を示した概略平面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

本発明の少なくとも一実施形態にかかる浮沈装置は、水中構造物に備えられ、該水中構造物に作用する浮力を調整することで水中構造物を水中で浮沈させるための装置である。
以下の実施形態では、水中構造物の一例として潜水艦１を例にして説明する。

図１は、本発明の一実施形態にかかる浮沈装置を備える水中構造物である潜水艦の概略側面図である。

図１に示すように、潜水艦１は、船体２と、船体２から上方向に向かって突出する艦橋３と、船体２の内部に備えられる浮沈装置４と、潜水艦１を推進させるためのプロペラ５とを備える。
なお、本開示において、浮沈装置４による浮力によって潜水艦１が浮沈する方向を上下方向とし、プロペラ５が回転することで得られる推進力によって潜水艦１が推進する方向を前後方向とする。

潜水艦１を含む水中構造物は、通常、姿勢変動が生じないように構成される。このため、図１に示したように、上述した浮沈装置４は、潜水艦１に作用する浮力（Ｆ１）の作用点（Ｐ１）が、潜水艦１の重力（Ｇ１）が作用する重心位置（Ｐ２）と前後方向において略一致するように、船体２の内部に配置される。
また、浮沈装置４は、潜水艦１に作用する浮力（Ｆ１）の作用点（Ｐ１）が、潜水艦１の重心位置（Ｐ２）よりも側面視において上方となるように、船体２の内部に配置される。

図２は、本発明の一実施形態にかかる浮沈装置の構成を示した概略側面図である。図３は、本発明の一実施形態にかかる浮沈装置の構成を示した概略側面図である。図４は、本発明の一実施形態にかかる浮沈装置の構成を示した概略側面図である。図６は、本発明の一実施形態にかかる浮沈装置の構成を示した概略側面図である。

本発明の一実施形態にかかる浮沈装置４は、図２、３、４、６に示すように、バラストタンク１０と、ポンプ１４と、第１仕切部材１５と、を備える。

バラストタンク１０は、その内部に、気体が封入される第１気体室１１及びバラスト水が封入されるバラスト水室１２が形成されている。

本実施形態において、第１気体室１１に封入される気体の圧力は、第１仕切部材１５が初期状態（バラスト水室１２の容積が最小となる状態）において略大気圧となっている。尚、図２、３、４に示すように、バラストタンク１０は、気体を送気口１９からバラストタンクの外部に送気可能に構成されている。このため、第１仕切部材１５の摺動抵抗が大きいような場合には、第１気体室１１内の初期状態を、第１仕切部材１５の摺動抵抗に対抗するための適切な圧力に設定することができる。

ここで、本開示における「封入」とは、周辺の部材のよって画定された空間が特定の物質で満たされている状態を意味している。ただし、本発明の効果を奏する限りにおいて、第１気体室１１に少量のバラスト水が混入している状態や、バラスト水室１２に少量の気体が混入している状態も、本開示における「封入」に含まれる。

図２、３、４に示した実施形態では、バラストタンク１０（１０Ａ、１０Ｂ）は、両端が閉塞された略円筒形状を有し、前後方向が長尺となるように構成されている。バラストタンク１０は、前後方向に沿って延在する周壁１６と、バラストタンク１０の前方側の端部を閉塞する前方側凸壁１７と、バラストタンク１０の後方側の端部を閉塞する後方側凸壁１８と、を備える。周壁１６は、その前方端１６ａから後方端１６ｂに亘って同一の内部断面形状を有している。また、前方側凸壁１７は、周壁１６の前方端１６ａから前方に向かって突出するとともに、前方に向かうに従ってその内部断面形状が小さくなるように構成される。後方側凸壁１８は、周壁１６の後方端１６ｂから後方側に向かって突出するとともに、後方に向かうに従ってその内部断面形状が小さくなるように構成される。

また、図２に示した実施形態では、バラストタンク１０の内部の空間は、第１仕切部材１５によって前後方向に２つに仕切られる。第１仕切部材１５に対して一方側（前方側）には、第１仕切部材１５、周壁１６、前方側凸壁１７によって区画され、気体が封入される第１気体室１１が形成される。第１仕切部材１５に対して他方側（後方側）には、第１仕切部材１５、周壁１６、後方側凸壁１８によって区画され、バラスト水が封入されるバラスト水室１２が形成される。つまり、バラストタンク１０は、第１気体室１１以外に気体が封入される気体室がバラストタンク１０の内部に形成されず、後述する単気体室型バラストタンク１０Ａとして構成される。
なお、図３、４に示した実施形態にかかるバラストタンク１０Ｂについては後述する。

ポンプ１４は、バラスト水室１２とバラストタンク１０の外部とを連通する連通孔２１を介して、バラスト水室１２内のバラスト水を排水するように構成されている。

図２、３、４、６に示した実施形態では、連通孔２１には、バラスト水室１２と潜水艦１の外部とを連通するバラスト水管２２が接続されている。ポンプ１４は、バラスト水管２２を介して、バラスト水室１２と接続されている。このポンプ１４は、バラスト水室１２に封入されているバラスト水を、バラスト水管２２を介して潜水艦１の外部に排水するためのものである。また、このポンプ１４は、例えば海中において、潜水艦１の外部の海水をバラスト水として、バラスト水管２２を介してバラスト水室１２に注水するように構成されてもよい。

また、図２に示した実施形態では、連通孔２１は、後方側凸壁１８に形成されている。すなわち、連通孔２１は、バラストタンク１０Ａの後方側であって、周壁１６の後方端１６ｂよりも後方側の位置に設けられている。

また、図３、４に示した実施形態では、連通孔２１は、周壁１６の前後方向における中央部に形成されている。

第１仕切部材１５は、第１気体室１１とバラスト水室１２とを水密に仕切るための部材である。

図２、３、４に示した実施形態では、第１仕切部材１５は、後述するように、バラスト水室１２の容積の増減に応じてバラストタンク１０内を移動する第１ピストン１５Ａからなる。

また、図６に示した実施形態では、第１仕切部材１５は、後述するように、バラスト水室１２の容積の増減に応じて変形する第１ダイヤフラム１５Ｂからなる。

そして、第１仕切部材１５は、バラスト水室１２にバラスト水が注水されると、バラスト水室１２の容積を増大させるとともに第１気体室１１の容積を減少させるように構成される。

そのため、バラスト水室１２にバラスト水を注水することで、バラストタンク１０による浮力を減少させることが出来る。よって、浮沈装置４は、潜水艦１の重力を潜水艦１に作用する浮力より大きくさせ（Ｇ１＞Ｆ１）、潜水艦１を水中で沈降させることが出来る。

また、第１仕切部材１５は、バラスト水室１２からバラスト水が排水されると、バラスト水室１２の容積を減少させるとともに第１気体室１１の容積を増大させるように構成される。そのため、バラスト水室１２からバラスト水がポンプ１４によって排水されると、バラストタンク１０による浮力を増大させることが出来る。よって、浮沈装置４は、潜水艦１の重力を潜水艦１に作用する浮力より小さくさせ（Ｇ１＜Ｆ１）、潜水艦１を水中で浮上させることが出来る。

このような本発明の一実施形態にかかる浮沈装置４によれば、沈降時にはバラスト水室１２にバラスト水を注水することで、バラスト水室１２の容積が増大するとともに第１気体室１１の容積が減少する。一方、浮上時には例えばポンプ１４によってバラスト水室１２からバラスト水を排水することで、バラスト水室１２の容積が減少するとともに第１気体室１１の容積が増大する。このように、気体が封入される第１気体室１１の容積がバラスト水室１２の容積に応じて増減するように構成されることで、特許文献１に記載の浮沈装置のような反応室を備える必要がなく、シンプルな構造で潜水艦１を水中で繰返し浮沈させることが出来る浮沈装置４を提供することが出来る。

また、第１気体室１１とバラスト水室１２とは第１仕切部材１５によって水密に仕切られているとともに、バラスト水室１２からバラスト水が排水されると、バラスト水室１２の容積が減少するとともに第１気体室１１の容積が増大するように構成されている。よって、例えばポンプ１４によってバラスト水室１２に封入されているバラスト水を排水する場合に、第１気体室１１とバラスト水室１２とは第１仕切部材１５によって水密に仕切られた状態のまま、バラスト水室１２の容積が減少する。つまり、バラスト水室１２に封入されているバラスト水を排水しても、バラスト水室１２内には気体が混入しないような構造となっている。これにより、ポンプ１４が気体を吸い込むことはなく、ポンプ１４がバラスト水を排水できない状態（いわゆる、エア噛み）の発生を防止することが出来るようになっている。

幾つかの実施形態では、図３、４、６に示したように、バラストタンク１０（１０Ｂ、１０Ｃ）の内部には、バラストタンク１０の重心位置（Ｐ３）を挟んで第１気体室１１とは反対側に、気体が封入される第２気体室２３がさらに形成される。
浮沈装置４は、第２気体室２３とバラスト水室１２とを水密に仕切るための第２仕切部材２４をさらに備える。
そして、第２仕切部材２４は、バラスト水室１２にバラスト水が注水されると、バラスト水室１２の容積を増大させるとともに第２気体室２３の容積を減少させ、バラスト水室１２からバラスト水が排水されると、バラスト水室１２の容積を減少させるとともに第２気体室２３の容積を増大させるように構成されている。

図３、４、６に示した実施形態において、第２気体室２３に封入される気体の圧力は、第１仕切部材１５及び第２仕切部材２４が初期状態（バラスト水室１２の容積が最小となる状態）において、第１気体室１１に封入されている気体の圧力と同様に、略大気圧となっている。

また、図３、４に示した実施形態では、バラストタンク１０の内部の空間は、第１仕切部材１５及び第２仕切部材２４によって前後方向に３つに仕切られる。第１仕切部材１５に対して一方側（前方側）には、第１仕切部材１５、周壁１６、前方側凸壁１７によって区画され、気体が封入される第１気体室１１が形成される。第２仕切部材２４に対して他方側（後方側）には、第２仕切部材２４、周壁１６、後方側凸壁１８によって区画され、気体が封入される第２気体室２３が形成される。そして、第１仕切部材１５と第２仕切部材との間には、第１仕切部材１５、第２仕切部材２４、周壁１６によって区画され、バラスト水が封入されるバラスト水室１２が形成される。つまり、バラストタンク１０Ｂは、第１気体室１１と第２気体室２３の２つの気体室が、バラスト水室１２を挟んで互いに反対側に位置するように構成されている。

このような構成によれば、第１気体室１１による浮力（Ｆ２）と、第２気体室２３による浮力（Ｆ３）とを、バラストタンク１０の重心位置（Ｐ３）を挟んで互いに反対側からバラストタンク１０に作用させることが出来る。これにより、バラストタンク１０に第１気体室１１による浮力（Ｆ２）のみが作用する場合と比べて、潜水艦１の姿勢変動を抑制することが出来る。

また、バラストタンク１０の重心位置（Ｐ３）を挟んで第１気体室１１とは反対側に第２気体室２３を形成することで、複数のバラストタンクを備えずとも、１つのバラストタンク１０Ｂによって潜水艦１の姿勢変動を抑制することが出来るようになっている。
複数のバラストタンクを備える場合は、それに対する注排水系統もバラストタンク毎に複数必要となるが、１つのバラストタンク１０だけを備える場合は、複数のバラストタンクを備える場合と比べて、注排水系統をシンプルに構成することが出来る。

幾つかの実施形態では、図３、４、６に示したように、第１気体室１１及び第２気体室２３の各々の容積は、バラスト水室１２の容積の増減に関わらず、互いに等しくなるように構成される。

つまり、第１気体室１１及び第２気体室２３には、第１仕切部材１５及び第２仕切部材２４が初期状態（バラスト水室１２の容積が最小となる状態）において、同じ種類の気体が同じ圧力（例えば略大気圧）で封入されている。
そして、図３、４に示した実施形態では、第１ピストン１５Ａ及び第２ピストン２４Ａは、バラスト水室１２の容積の増減に関わらず、常に同じ距離だけ移動するように構成されている。また、図６に示した実施形態では、第１ダイヤフラム１５Ｂ及び第２ダイヤフラム２４Ｂは、バラスト水室１２の容積の増減に関わらず、常に同じように変形するように構成されている。

このような構成によれば、バラスト水室１２の容積の増減に関わらず、第１気体室１１による浮力（Ｆ２）と第２気体室２３による浮力（Ｆ３）とは互いに等しくなる。これにより、潜水艦１の姿勢変動をさらに抑制させることが出来る。

また、図３、４、６に示した実施形態では、図３において説明するように、第１気体室１１における浮力（Ｆ２）の作用点（Ｐ４）とバラストタンク１０の重心位置（Ｐ３）との距離（Ｌ１）と、第２気体室２３における浮力（Ｆ３）の作用点（Ｐ５）とバラストタンク１０の重心位置（Ｐ３）との距離（Ｌ２）とが、バラスト水室１２の容積の増減に関わらず、互いに等しくなるように構成される。
この場合、バラストタンク１０は、重心位置（Ｐ３）を上下方向に通過する中心線Ｏに対して略対称に構成されている。

このような構成によれば、バラスト水室１２の容積の増減に関わらず、第１気体室１１の浮力（Ｆ２）によってバラストタンク１０に作用するモーメントと、第２気体室２３の浮力（Ｆ３）によってバラストタンク１０に作用するモーメントとは、互いに打ち消し合うように作用する。これにより、潜水艦１の姿勢変動をさらに抑制させることが出来る。

幾つかの実施形態では、第１仕切部材１５は、上述したように、バラスト水室１２の容積の増減に応じてバラストタンク１０内を移動する第１ピストン１５Ａからなる。
また、図３、４に示したように、第２仕切部材２４は、バラスト水室１２の容積の増減に応じてバラストタンク１０内を移動する第２ピストン２４Ａからなる。

第１ピストン１５Ａ及び第２ピストン２４Ａには、その周囲にシールリング１３が装着されている。そして、このシールリング１３が、バラストタンク１０の周壁１６と摺動可能に構成されることで、第１ピストン１５Ａ及び第２ピストン２４Ａが移動しても、バラスト水室１２と、第１気体室１１及び第２気体室２３とが、水密に仕切られるようになっている。

そして、バラスト水室１２にバラスト水が注水されると、第１ピストン１５Ａは第１気体室１１側に移動するとともに、第２ピストン２４Ａは第２気体室２３側に移動する。これにより、バラスト水室１２の容積が増大するとともに、第１気体室１１の容積及び第２気体室２３の容積は減少する。
一方、バラスト水室１２からバラスト水が排水されると、第１ピストン１５Ａ及び第２ピストン２４Ａは共にバラスト水室１２側に移動する。これにより、バラスト水室１２の容積は減少するとともに、第１気体室１１の容積及び第２気体室２３の容積は増大する。

このような構成によれば、第１仕切部材１５及び第２仕切部材２４は、バラスト水室１２の容積の増減に応じてバラストタンク１０内を移動するピストンからなる。このように、バラストタンク１０内を移動可能なピストンによってバラスト水室１２の容積を増減させることで、例えば後述するダイヤフラムの場合と比べて、バラスト水室１２の容積を大きく増減させることが可能となる。

幾つかの実施形態では、図４に示したように、バラストタンク１０は、第１ピストン１５Ａが連通孔２１を超えて第２ピストン２４Ａ側へ移動することを規制する第１移動規制手段２５Ａと、第２ピストン２４Ａが連通孔２１を超えて第１ピストン１５Ａ側へ移動することを規制する第２移動規制手段２５Ｂと、を有する。

このような構成によれば、第１ピストン１５Ａが連通孔２１を越えて第２ピストン２４Ａ側へ移動することを規制されるとともに、第２ピストン２４Ａが連通孔２１を越えて第１ピストン１５Ａ側へ移動することを規制される。これにより、第１気体室１１及び第２気体室２３が、連通孔２１を介してバラストタンク１０の外部と連通することが確実に防止され、第１気体室１１及び第２気体室２３に気体が封入されている状態を維持することが出来る。

幾つかの実施形態では、図４に示したように、第１移動規制手段２５Ａ及び第２移動規制手段２５Ｂは、バラストタンク１０の周壁１６の内面１６ｃから突出するストッパ２５Ｓからなる。

図示した実施形態では、ストッパ２５Ｓは、前後方向に沿って延在しており、ストッパ２５Ｓの前後方向における中心位置（Ｐ１０）が、中心線Ｏに位置するように構成されている。そして、ストッパ２５Ｓの両端部には、第１ピストン１５Ａと接触する第１接触部２５Ｓａ、及び第２ピストン２４Ａと接触する第２接触部２５Ｓｂが形成されている。
第１接触部２５Ｓａは、前後方向において、連通孔２１の周縁における最も前方側の位置（Ｐ６）よりも、前方側に位置するように構成される。第２接触部２５Ｓｂは、前後方向において、連通孔２１の周縁における最も後方側の位置（Ｐ７）よりも、後方側に位置するように構成される。

このような構成によれば、バラストタンク１０の周壁１６の内面１６ｃから突出するストッパ２５Ｓによって、第１ピストン１５Ａ及び第２ピストン２４Ａの移動を規制することが出来る。

また、バラストタンク１０の周壁１６の内面１６ｃから突出するストッパ２５Ｓによって第１移動規制手段２５Ａ及び第２移動規制手段２５Ｂを構成することで、例えば、浮沈装置４の製造時において、第１ピストン１５Ａ及び第２ピストン２４Ａをバラストタンク１０内に挿入するのに先立ち、バラストタンク１０内にストッパ２５Ｓを設置することで、第１ピストン１５Ａ及び第２ピストン２４Ａをバラストタンク１０内に挿入する際の位置決めのために、このストッパ２５Ｓを利用することが出来る。

また、図４に示した実施形態では、ストッパ２５Ｓは、側面視において、第１接触部２５Ｓａから中心線Ｏまでの長さ（Ｌ３）と、第２接触部２５Ｓｂから中心線Ｏまでの長さ（Ｌ４）とが、同じ長さになるように構成されている。
これにより、バラスト水室１２の容積が最小となる初期状態において、第１気体室１１及び第２気体室２３の各々の容積を互いに等しくすることが出来る。このため、何らかの原因によって、第１ピストン１５Ａの移動量と第２ピストン２４Ａの移動量とにズレが生じ、第１気体室１１及び第２気体室２３の各々の容積を互いに等しい状態に維持できなくなった場合であっても、バラスト水室１２からバラスト水を排水してバラスト水室１２の容積を最小にすることで、第１気体室１１及び第２気体室２３の各々の容積を互いに等しい状態に戻すことが出来る。

なお、上述した説明では、第１ピストン１５Ａの移動及び第２ピストン２４Ａの移動を規制する移動規制手段として、第１接触部２５Ｓａ及び第２接触部２５Ｓｂを有するストッパ２５Ｓを例示して説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されない。

図５は、図４に示すストッパの変形例を拡大して示す断面図である。（Ａ）はストッパの第１変形例を、（Ｂ）はストッパの第２変形例を示す。

例えば、移動規制手段として、図５の（Ａ）に示したように、バラストタンク１０の周壁１６の内面１６ｃから突出する２つのストッパ２５Ｓ１、２５Ｓ２を設けてもよい。そして、一方のストッパ２５Ｓ１が第１ピストン１５Ａと接触する第１接触部２５Ｓａを有することで第１ピストン１５Ａの移動を規制し、他方のストッパ２５Ｓ２が第２ピストン２４Ａと接触する第２接触部２５Ｓｂを有することで第２ピストン２４Ａの移動を規制するように構成してもよい。

あるいは、移動規制手段として、図５の（Ｂ）に示したように、バラストタンク１０の周壁１６の内面１６ｃに一体的に形成された段部１６Ｓによって、第１ピストン１５Ａの移動及び第２ピストン２４Ａの移動を規制するように構成してもよい。

幾つかの実施形態では、図６に示したように、第１仕切部材１５は、バラスト水室１２の容積の増減に応じて変形する第１ダイヤフラム１５Ｂからなる。また、第２仕切部材２４は、バラスト水室１２の容積の増減に応じて変形する第２ダイヤフラム２４Ｂからなる。

第１ダイヤフラム１５Ｂ及び第２ダイヤフラム２４Ｂは、可撓性を有する隔膜部材からなる。第１ダイヤフラム１５Ｂは、第１気体室とバラスト水室１２とを水密に仕切り、第２ダイヤフラム２４Ｂは、第２気体室２３とバラスト水室１２とを水密に仕切る。

そして、バラスト水室１２にバラスト水が注水されると、第１ダイヤフラム１５Ｂは第１気体室１１側に膨出するように変形するとともに、第２ダイヤフラム２４Ｂは第２気体室２３側に膨出するように変形する。これにより、バラスト水室１２の容積が増大するとともに、第１気体室１１の容積及び第２気体室２３の容積は減少する。
一方、バラスト水室１２からバラスト水が排水されると、第１ダイヤフラム１５Ｂ及び第２ダイヤフラム２４Ｂは共にバラスト水室１２側に膨出するように変形する。これにより、バラスト水室１２の容積は減少するとともに、第１気体室１１の容積及び第２気体室２３の容積は増大する。

このような構成によれば、第１仕切部材１５及び第２仕切部材２４は、バラスト水室１２の容積の増減に応じて変形するダイヤフラムからなる。このように、ダイヤフラムが有する可撓性によってバラスト水室１２の容積を増減させることで、第１ダイヤフラム１５Ｂ及び第２ダイヤフラム２４Ｂを移動させる必要がなく、摺動部材を必要としないことから、繰り返し且つ安定的に、バラスト水室１２の容積を増減させることが可能となる。

また、図６に示した実施形態では、バラストタンク１０Ｃは球形状を有している。このように、バラストタンク１０が球形状を有する場合は、第１仕切部材１５及び第２仕切部材２４を上述したピストンによって構成することは難しいが、第１仕切部材１５及び第２仕切部材２４をダイヤフラムによって構成することで、バラスト水室１２の容積の増減に応じて第１気体室１１の容積及び第２気体室２３の容積を増減させることが出来る。

上述した実施形態では、本発明の一実施形態にかかる浮沈装置４を備える水中構造物の一例として、潜水艦１を例に説明したが、これに限定されず、図７に示すように、沈座標的１００であってもよい。ここで沈座標的１００とは、例えば、試験や研究のために水中を浮沈する水中構造物である。
なお、以下の実施形態において、上述した実施形態と同じ構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図７は、本発明の一実施形態にかかる浮沈装置を備える水中構造物である沈座標的の概略側面図である。
図７に示すように、沈座標的１００は、船体１０１と、船体１０１を浮沈させるための浮沈装置４と、船体１０１の水中での位置を固定するための錨１０２と、を備える。

船体１０１は、略矩形状を有し、前後方向が長尺となるように構成されている。船体１０１の両端からは係留索１０３が垂下されており、係留索１０３の先端１０３ａには錨１０２が接続されている。

図８は、本発明の一実施形態にかかる浮沈装置を備える沈座標的の第１変形例を示した概略平面図である。

幾つかの実施形態では、図８に示したように、沈座標的１００Ａを水中で浮沈させる浮沈装置４を備えるバラストタンク１０は、長手方向を有する形状からなる第１バラストタンク１０Ｂ１と、長手方向を有する形状からなる第２バラストタンク１０Ｂ２であって、平面視において、沈座標的１００Ａの重心位置（Ｐ１０）を挟んで第１バラストタンク１０Ｂ１とは反対側において、第１バラストタンク１０Ｂ１の長手方向に沿って配置される第２バラストタンク１０Ｂ２と、を含む。

図示した実施形態では、第１バラストタンク１０Ｂ１及び第２バラストタンク１０Ｂ２は、それらの長手方向が、沈座標的１００Ａの前後方向に沿うように配置されている。

沈座標的１００Ａは、前後方向と直交する幅方向においても所定の大きさ有しており、幅方向においても姿勢変動を抑制する必要がある。
このような構成によれば、第１バラストタンク１０Ｂ１及び第２バラストタンク１０Ｂ２が、平面視において、沈座標的１００Ａの重心位置（Ｐ１０）を挟んで互いに反対側に形成されている。これにより、バラストタンクの長手方向だけでなく、バラストタンクの長手方向と直交する方向（幅方向）においても、沈座標的１００Ａの姿勢変動を抑制することが出来る。

また、図示した実施形態では、沈座標的１００Ａを水中で浮沈させる浮沈装置４は、第１バラストタンク１０Ｂ１の連通孔２１Ｂ１と接続されるバラスト水管２２（第１バラスト水管２２Ｂ１）と、第２バラストタンク１０Ｂ２の連通孔２１Ｂ２と接続されるバラスト水管２２（第２バラスト水管２２Ｂ２）と、第１バラスト水管２２Ｂ１を介して第１バラストタンク１０Ｂ１に接続されるとともに、第２バラスト水管２２Ｂ２を介して第２バラストタンク１０Ｂ２に接続されるポンプ１４と、第１バラスト水管２２Ｂ１を流れるバラスト水の流量を調整するための第１調整弁１５１Ｂ１と、第２バラスト水管２２Ｂ２を流れるバラスト水量を調整するための第２調整弁１５１Ｂ２と、を備えている。

このような構成によれば、沈座標的１００Ａに幅方向の姿勢変動が生じても、第１調整弁１５１Ｂ１によって、第１バラストタンク１０Ｂ１のバラスト水室１２に封入されるバラスト水の流量を調整することが出来る。また、第２調整弁１５１Ｂ２によって、第２バラストタンク１０Ｂ２のバラスト水室１２に封入されるバラスト水の流量を調整することが出来る。これにより、第１バラストタンク１０Ｂ１による浮力及び第２バラストタンク１０Ｂ２による浮力を夫々調整することが出来、沈座標的１００Ａに幅方向の姿勢変動が生じても、沈座標的１００Ａの姿勢を安定的な姿勢に戻すことが出来る。

図９は、本発明の一実施形態にかかる浮沈装置を備える沈座標的の第２変形例を示した概略平面図である。
図９に示した実施形態において、沈座標的１００Ｂは、平面視において略円形状を有している。

幾つかの実施形態では、図９に示すように、沈座標的１００Ｂを水中で浮沈させる浮沈装置４はバラストタンク１０を含み、該バラストタンク１０は、第１気体室１１以外に気体が封入される気体室がバラストタンク１０の内部に形成されていない、複数の単気体室型バラストタンク１０Ａを含む。
そして、複数の単気体室型バラストタンク１０Ａの各々は、複数の単気体室型バラストタンク１０Ａの各々の第１気体室１１による浮力を合成した合成浮力の作用点（Ｐ１１）が、複数の単気体室型バラストタンク１０Ａの各々におけるバラスト水室１２の容積の増減に関わらず、平面視において、沈座標的１００Ｂの重心位置（Ｐ１２）と略一致するように配置される。

図示した実施形態では、沈座標的１００Ｂは、平面視において略円形状を有している。
そして、ポンプ１４は、複数の単気体室型バラストタンク１０Ａの各々とバラスト水管２２を介して接続されている。
なお、図示した実施形態において、沈座標的１００Ｂは、沈座標的１００Ｂの重心位置（Ｐ１２）を中心として放射状に配置された６つの単気体室型バラストタンク１０Ａ（１０Ａ１〜１０Ａ６）を含む。

また、図示した実施形態では、複数の単気体室型バラストタンク１０Ａ１〜１０Ａ６の各々の第１気体室１１は、複数の単気体室型バラストタンク１０Ａ１〜１０Ａ６の各々のバラスト水室１２よりも沈座標的１００Ｂの径方向外側に配置されている。

このような構成によれば、複数の単気体室型バラストタンク１０Ａ１〜１０Ａ６の合成浮力の作用点（Ｐ１１）が、沈座標的１００Ｂの重心位置（Ｐ１２）と平面視において略一致するように構成される。これにより、長尺形状を有する沈座標的１００だけでなく、例えば、円形状や矩形状などの形状を有する沈座標的１００Ｂにおいても、複数の単気体室型バラストタンク１０Ａ１〜１０Ａ６を沈座標的１００Ｂの形状に応じて適当に配置することによって、沈座標的１００Ｂの姿勢変動を抑制することが出来る。

以上、本発明の一実施形態にかかる浮沈装置４について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。
例えば、上述した実施形態では、浮沈装置４を備える水中構造物の一例として、潜水艦１又は沈座標的１００を例にして説明したが、これに限定されず、例えば、ＵＵＶ（自律型無人潜水機）や水中航走体などの他の水中構造物にも適用可能である。

１ 潜水艦
２，１０１ 船体
３ 艦橋
４ 浮沈装置
５ プロペラ
１０ バラストタンク
１０Ａ 単気体室型バラストタンク
１１ 第１気体室
１２ バラスト水室
１３ シールリング
１４ ポンプ
１５ 第１仕切部材
１５Ａ 第１ピストン
１５Ｂ 第１ダイヤフラム
１６ 周壁
１９ 送気口
２１ 連通孔
２２ バラスト水管
２３ 第２気体室
２４ 第２仕切部材
２４Ａ 第２ピストン
２４Ｂ 第２ダイヤフラム
２５Ａ 第１移動規制手段
２５Ｂ 第２移動規制手段
２５Ｓ ストッパ
１００，１００Ａ，１００Ｂ 沈座標的
１０２ 錨
１０３ 係留索
１５１Ｂ１ 第１調整弁
１５１Ｂ２ 第２調整弁

Claims (8)

1. 水中構造物を水中で浮沈させる浮沈装置であって、
   気体が封入される第１気体室と、バラスト水が封入されるバラスト水室とが内部に形成されるバラストタンクと、
   前記バラスト水室と前記バラストタンクの外部とを連通する連通孔を介して、前記バラスト水室内の前記バラスト水を排水するためのポンプと、
   前記第１気体室と前記バラスト水室とを水密に仕切るための第１仕切部材と、を備え、
   前記第１仕切部材は、前記バラスト水室に前記バラスト水が注水されると、前記バラスト水室の容積を増大させるとともに前記第１気体室の容積を減少させ、前記バラスト水室から前記バラスト水が排水されると、前記バラスト水室の容積を減少させるとともに前記第１気体室の容積を増大させるように構成され、
   前記バラストタンクの内部には、前記バラストタンクの重心位置を挟んで前記第１気体室とは反対側に、気体が封入される第２気体室がさらに形成され、
   前記第２気体室と前記バラスト水室とを水密に仕切るための第２仕切部材をさらに備え、
   前記第２仕切部材は、前記バラスト水室に前記バラスト水が注水されると、前記バラスト水室の容積を増大させるとともに前記第２気体室の容積を減少させ、前記バラスト水室から前記バラスト水が排水されると、前記バラスト水室の容積を減少させるとともに前記第２気体室の容積を増大させるように構成されている、浮沈装置。
2. 前記第１気体室及び前記第２気体室の各々の容積は、前記バラスト水室の容積の増減に関わらず、互いに等しくなるように構成される請求項１に記載の浮沈装置。
3. 前記第１仕切部材は、前記バラスト水室の容積の増減に応じて前記バラストタンク内を移動する第１ピストンからなり、
   前記第２仕切部材は、前記バラスト水室の容積の増減に応じて前記バラストタンク内を移動する第２ピストンからなる請求項１又は２に記載の浮沈装置。
4. 前記バラストタンクは、
   前記第１ピストンが前記連通孔を超えて前記第２ピストン側へ移動することを規制する第１移動規制手段と、
   前記第２ピストンが前記連通孔を超えて前記第１ピストン側へ移動することを規制する第２移動規制手段と、を有する請求項３に記載の浮沈装置。
5. 前記第１移動規制手段及び前記第２移動規制手段は、前記バラストタンクの周壁の内面から突出するストッパからなる請求項４に記載の浮沈装置。
6. 前記第１仕切部材は、前記バラスト水室の容積の増減に応じて変形する第１ダイヤフラムからなり、
   前記第２仕切部材は、前記バラスト水室の容積の増減に応じて変形する第２ダイヤフラムからなる請求項１又は２に記載の浮沈装置。
7. 前記バラストタンクは、
   長手方向を有する形状からなる第１バラストタンクと、
   長手方向を有する形状からなる第２バラストタンクであって、平面視において、前記水中構造物の重心位置を挟んで前記第１バラストタンクとは反対側において、前記第１バラストタンクの長手方向に沿って配置される第２バラストタンクと、を含む請求項１から６の何れか１項に記載の浮沈装置。
8. 水中構造物を水中で浮沈させる浮沈装置であって、
   気体が封入される第１気体室と、バラスト水が封入されるバラスト水室とが内部に形成されるバラストタンクと、
   前記バラスト水室と前記バラストタンクの外部とを連通する連通孔を介して、前記バラスト水室内の前記バラスト水を排水するためのポンプと、
   前記第１気体室と前記バラスト水室とを水密に仕切るための第１仕切部材と、を備え、
   前記第１仕切部材は、前記バラスト水室に前記バラスト水が注水されると、前記バラスト水室の容積を増大させるとともに前記第１気体室の容積を減少させ、前記バラスト水室から前記バラスト水が排水されると、前記バラスト水室の容積を減少させるとともに前記第１気体室の容積を増大させるように構成され、
   前記バラストタンクは、前記第１気体室以外に気体が封入される気体室が前記バラストタンクの内部に形成されていない、複数の単気体室型バラストタンクを含み、
   前記複数の単気体室型バラストタンクの各々は、前記複数の単気体室型バラストタンクの各々の前記第１気体室による浮力を合成した合成浮力の作用点が、前記複数の単気体室型バラストタンクの各々における前記バラスト水室の容積の増減に関わらず、平面視において、前記水中構造物の重心位置と略一致するように配置される、浮沈装置。

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