JPH0471474B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は水中音波発生装置に関する。特に本発
明は液体を水中に急激に放出することにより音波
を発生させる装置に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕

このような水中音波発生装置は例えば海中での
地震探査作業を実施するのに使用することができ
る。その作業中、船の後方で水中にシヨツクを発
生する。船はシール套管に沿つて離隔して配置さ
れた多数のセンサ（例えばハイドロホン）からな
る受信装置（通常地震ストリーマと呼ばれる）を
引張つている。種々の地中の反射層からのエコー
が受信装置により受信され、記録及び処理され、
地下の情報が得られる。

中空体内のチヤンバに蓄積された液体を放出す
ることにより水中に音波パルスを発生させる装置
は公知である。この装置のチヤンバは一端が外部
に開放しており、他端が第一ピストンに面してい
る。チヤンバ内の液体は、第一ピストンと、ロツ
ドを介して第一ピストンに連結している第二ピス
トンとからなる第一可動組立体の急激な運動によ
り放出される。この第一可動組立体は、中空体内
を摺動するとともに内側を第一可動組立体の第二
ピストンが摺動する管状ロツドを有する第二可動
組立体と協働する。作動サイクルにおいて、駆動
装置の作用により２つの可動組立体が別々に又は
同時に運動する。この駆動装置は、２つの可動組
立体間の接触により作動する制御部材と協働する
液圧装置および空気圧装置と本装置の外部にあつ
て２つの可動組立体の運動及び運動後の始動位置
への帰還を調整する制御装置とを有する。

前記制御装置は相互に分離した３つの同軸シリ
ンダを有し、これらの内部を同一のロツドで連結
された３つのピストンが運動する。

３つのピストンを有する組立体は、中央シリン
ダのピストンに作用する液圧装置の作動により運
動する。他の２つのシリンダ（一方は液体を含有
し、他方は空気圧装置と接続している）内の相当
するピストンの運動により、２つの可動組立体が
運動し、主ピストンが運動する。この装置の作動
には４方向電磁弁と、３つのピストンの組立体を
一方向及び反対方向に交互に運動するように、サ
イクルの２つの連続する瞬間に前記電磁弁を作動
するようになつている外部制御部材とを使用する
必要がある。このような装置は米国特許第
4303141号に記載されている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の装置により、種々の作動段階を同期さ
せかつ始動操作を一行程後に自動的に準備するた
めの制御部材の必要がなくなる。

本発明の装置は、(a)一端が外部に開口している
管状体と、(b)液体を急激に放出するように該管状
体内を摺動させるとともに補助ピストンに連結さ
れて第一可動組立体を形成する主ピストンと、(c)
前記管状体内を摺動するとともに前記補助ピスト
ンが摺動しうる中空ロツドによつて互いに連結さ
れた副ピストンと前記主ピストンに当接する着座
部を形成する中央開口部を有する環状ピストンと
を含有する第二可動組立体から成る前記第一可動
組立体の制御装置と、(d)第一圧力の流体と該第一
圧力より高い第二圧力の流体とを発生させる装置
であつて、前記主ピストンが前記着座部と当接す
ることにより上昇したニードル弁と協働して、前
記主ピストンと前記環状ピストンとの間の空間を
外部の水と同一の圧力にする流体発生装置とを含
有する。

本装置は、すべり分配弁と、一方が定圧であ
り、他方が前記主ピストンと前記環状ピストンと
の間の前記空間内の可変圧力に等しい二つの拮抗
する圧力の作用により前記すべり分配弁の内部で
運動する可動部材の位置に従つて高いまたは低い
圧力の流体を前記副ピストンの一つの面に送り付
ける管とを含有することを特徴とする。

前記流体発生装置は、例えば、第一圧力の圧縮
空気を発生する装置と第二圧力の液圧流体源とを
含有し、該圧縮空気発生装置が前記副ピストンと
前記環状ピストンとの間に位置する管状体の部
分、及びこれらのピストンを連結する中空ロツド
の内側と、各ピストンの位置に関係なく絶えず連
通している。前記空間内の可変圧力は、ニードル
弁の休止位置において、前記圧縮空気発生装置に
より発生する圧力と等しい。

２つの可動組立体が接触しているときに前記分
配弁の可動部に作用する圧力を修正し、前記副ピ
ストンに作用する圧力を変えるために前記ニード
ル弁を使用し、かつ圧力を受ける種々の部材の断
面積を適当に選択することにより、作動サイクル
は完全に自動化される。

〔実施例〕

第１図乃至第３図に特に詳細に示されるよう
に、本発明の装置は、肩部４で連接する異なる断
面積の２つの同軸チヤンバ２及び３を有する細長
い管状体１を備える。小断面チヤンバ２は肩部４
の反対側に縮径端部５を有し、後端部は外部と連
通する開口６を有する。本装置はまた第一ロツド
９と、この両端に固着された主ピストン７及び補
助ピストン８とにより形成された第一可動組立体
と、第二ロツド１１と、この両端に固着された環
状ピストン１２および副ピストン１０とにより形
成された第二可動組立体とを含有する。主ピスト
ン７の断面及び環状ピストン１２の断面はチヤン
バ２の断面と等しい。これらのピストンの外周
に、ピストンとチヤンバとの摺動を封止するため
の環状シール１３及び１４が設けられる。副ピス
トン１０の断面は管状体のチヤンバ３の断面に等
しい。チヤンバ３中の副ピストン１０の摺動を封
止するために、外周に環状シール１５が設けられ
る。主ピストン７は円錐台状部１６によりロツド
９に連結される。第二ロツド１１の軸線に沿つ
て、補助ピストン８の断面に等しい断面を有する
孔１７が形成される。第二可動組立体の入口に主
ピストン７の円錐台状部１６と同じ形状を有する
面取部１８が形成され、主ピストン７と環状ピス
トン１２とが当接したときに、管体中におけるこ
れらのピストン間の空間６０を第二ロツド１１の
内側と遮断するために、面取部１８付近の環状ピ
ストン１２にシール１８ａが固着される。主ピス
トン７が環状ピストン１２及びシール１８ａと接
触しているときに圧縮空気の作用を受ける主ピス
トン７の領域Ｓ２は、補助ピストン８の対向面Ｓ
１より小さい。補助ピストン８の摺動をシールす
るために、補助ピストンの外周に環状シール１９
が設けられる。第一ロツド９の長さは、円錐台状
部１６が面取部１８とが当接したときに補助ピス
トン中央孔１７のほぼ最奥部に位置するように設
定される。

副ピストン１０は環状ピストン１２と反対側に
環状延長部２０を有する。管状体１は縮径端部５
と反対側においてカバー２１により閉じられてい
る。カバー２１の外周に環状シール６１が設けら
れる。カバー２１の中央孔の少くとも一部は環状
延長部２０の断面と一致する断面を有する。この
中央孔はシール２２用の円周状溝を有する。

環状ピストン１２に開口２３が形成されて第二
チヤンバと第二ロツド１１の孔１７とは常に連通
している。環状ピストン１２には副ピストン１０
に面する面１２ａから２つのチヤンネル２４及び
２５が形成される（第３図）。チヤンネル２４が
環状ピストン１２を貫通し、チヤンネル２５が凹
部２６と連通し、該凹部２６がオリフイス２７を
介して環状ピストン１２の反対側１２ｂの空間６
０に開口している。凹部２６中を、ニードル弁２
８によつて形成される制御装置が摺動し、該ニー
ドル弁は休止位置においてチヤンネル２５をオリ
フイス２７と遮断するようになつている。ニード
ル弁の針部はオリフイス２７を貫通して面１２ｂ
の外側に突出し、環状ピストン１２の面取部１８
が主ピストン７と当接する時に該ニードル針部が
押圧されて弁２８が上昇する。これによりチヤン
ネル２５と２つのピストン７及び１２の間の空間
６０とが連通する。

２つのチヤンネル２４及び２５はそれぞれ管２
９及び３０を経てチヤンネル３１及び３２と連通
し（第１図）該チヤンネル３１，３２は副ピスト
ン１０を貫通して環状延長部２０内に開口してい
る。３つの他のチヤンネル３３，３４及び３５も
また副ピストン１０を貫通している。これらのチ
ヤンネル３３，３４，３５の一端は環状延長部２
０内に開口し、そのうち２つのチヤンネル３３，
３４は二方向電磁弁３６中の２つのチヤンネルに
連通している。チヤンネル３３の他端は第二ロツ
ド１１と管状体の内壁との間の環状空間内に開口
し、他の２つのチヤンネル３４，３５は、第二ロ
ツド１１内において副ピストン１０と補助ピスト
ン８とにより画成された空間５９内に開口する。
チヤンネル３５の少なくとも一部は非常に細い。

管状体１の側壁には第二チヤンバ３に開口３７
が形成される。この開口３７に圧縮空気発生器
（図示せず）に連結された管３８が接続されてチ
ヤンバ３の副ピストン１０と環状ピストン１２と
の間の部分を常に高圧（例えば140バール程度）
に維持する。

管状体１の端部にある環状カバー２１は、主要
部としてすべり弁分配器４０により形成された制
御装置を配設した部分３９を有する（詳細は第２
図に図示）。この分配器４０はすべり弁を具備し、
このすべり弁は同一のロツド４４により連結され
た３つの同軸ピストン４１，４２，４３を有し、
これらのピストンは３つの相互に連通するチヤン
バ４６ａ，４６ｂ，４６ｃを有するキヤビテイ４
５内を摺動できる。カバー２１の壁を孔４７が貫
通する。管４８の一端は環状延長部２０の底部に
おいてチヤンネル３１のオリフイスと接続し、そ
の他端は孔４７の出口と接続している。キヤビテ
イ４５の反対端部にあるチヤンバ４６ｃは、ロツ
ド４４の一端を案内する管状凹部４９を有する。
キヤビテイ４５の両端にある２つのチヤンバ４６
ａ及び４６ｃには２つの孔５０ａ及び５０ｂが開
口し、孔５０ａ及び５０ｂに２つの管５１ａ，５
１ｂが接続される（第１図）。管５１ａ及び５１
ｂには、油を高圧及び低圧（例えば240バール及
び１バール）で供給するようになつている公知の
形式の油圧装置（図示せず）が接続される。

中央チヤンバ４６ｂと、管状体１のチヤンバ３
の一端すなわち副ピストン１０に関して環状ピス
トン１２と反対側に形成される空間６２（第４図
参照）との間に連通チヤンネル５２が形成され
る。

すべり弁の中央ピストン４２は両端にそれぞれ
円錐台状部を有する。中央チヤンバ４６ｂの両端
に２つの停止部材５３，５４が設けられる。これ
らの停止部材の形状はピストン４２の円錐台状部
の形状と一致しているので、該ピストン４２がそ
れぞれすべり弁の第一位置及び第二位置において
連続的に停止部材５３及び５４に当接すると、中
央チヤンバ４６ｂはチヤンバ４６ａ又は４６ｃか
ら遮断される。ピストン４１がチヤンバ４６ａ内
を摺動する間、すべり弁の位置にかかわらず孔４
７と５０ａとは相互に遮断される。ピストン４３
はチヤンバ４６ｃ内を摺動する。チヤンネル５５
により孔５０ｂはチヤンバ４６ｃと連通してい
る。中央ピストン４２が停止部材５４と当接する
すべり弁の第二位置においてピストン４３がチヤ
ンネル５５の入口を閉塞できるように、ピストン
４３の厚さ及びチヤンネル５５の開口位置が選定
される。もう１つのチヤンネル５６が、すべり弁
のキヤビテイ４５中の位置にかかわらず、孔５０
ａと管状凹部４９とを連通させる。油の流量を調
節するためにチヤンネル５６中に公知の形式の流
量調節手段５７が設けられる。流量調節手段５７
と並列に逆止弁６３が接続される。

電磁弁３６は水上の設備から導電ケーブル５８
により制御される。

〔作 用〕

本装置の作動は以下の通り行う。

作動準備位置に対応する本装置の休止位置は第
１図に示す通りである。第二可動組立体は、副ピ
ストン１０が管状体のカバー２１と実質的に接触
した後退位置にある。第一可動組立体もまた後退
位置にある。この位置において、主ピストン７は
環状ピストン１２と当接しており、ニードル弁２
８は上昇している。オリフイス２７及びチヤンバ
２中の空間６０を経てチヤンネル２４及び２５は
互いに連通し、チヤンネル２４，２５及び管２
９，３０及び４８を経て分配器４０のチヤンバ４
６ａ内のピストン４１に静水圧が作用する。

キヤビテイ４５の下端の凹部４９内にあるロツ
ド４４に反対方向に作用する油圧により、すべり
弁は第一位置（第１図及び第２図に示す位置）に
保持され、管５２は管５１ｂの低圧油と連通す
る。

副ピストン１０のカバー２１側（チヤンバ６２
側）は低い油圧を受け、その反対側は高圧の圧縮
空気を受ける。その結果、副ピストン１０は後退
位置に保持される。ニードル弁２８は上昇してい
るので、主ピストン７の両面は、孔１７に面する
円錐台状部（圧縮空気を受ける）を除いて、静水
圧を受ける。補助ピストン８はチヤンネル３５を
経て静水圧を受け、その反対側の面面は圧縮空気
の圧力を受ける。圧力が第一可動組立体の全体に
作用するとともに異なる面積Ｓ１及びＳ２上に圧
縮空気が作用することにより、主ピストン７はシ
ール１８ａと密着状態に保持される。

次に、電磁弁３６が解放されるとチヤンネル３
３及び３４は相互に連通し、圧縮空気がカバー２
１側の補助ピストン８の面に作用する。

第一可動組立体に及ぼされる新たな力の影響に
より、第一可動組立体は第二可動組立体から遠の
いて分離する。主ピストン７が面取部１８から離
れて環状ピストン１２に対向する主ピストン７の
面全体に圧縮空気が作用する。この時、第一可動
組立体は急激に管状体１の端部５の方向に駆動さ
れて該端部に当接し（第４図）、第一チヤンバ２
内の水を開口部６より排出する。高速で水を排出
することにより、外部に強力な音波を発生する。

第一可動組立体が第二可動組立体から分離し始
めるやいなや、ニードル弁２８は再び閉じ、チヤ
ンネル２４及び２５は互いに遮断され、圧縮空気
がチヤンネル２４、管２９、チヤンネル３１、管
４８、及び孔４７を経てすべり弁のピストン４１
に作用する。ピストン４１の面積とロツド４４の
凹部４９側の面積との比、及びすべり弁の両側に
作用する圧縮空気の圧力と油圧との比によつて、
すべり弁を第４図に示す第二位置（中央ピストン
４２が停止部材５４と当接する位置）に向かつて
運動させるようになつている。前記第二位置にお
いてチヤンネル５２は高い油圧の孔５０ａと連通
する。

カバー２１側の副ピストン１０の面（チヤンバ
６２）に及ぼされる高圧は反対側の面に及ぼされ
る圧縮空気の圧力より高いので第二可動組立体は
管状体１の端部５に向かつて駆動され第一可動組
立体と当接する（第５図）。

２つの可動組立体が縮径端部５に向かつて運動
する間、チヤンネル３５の細径部によつて空間５
９が過圧に保持され、外部からの水の進入は阻止
される。

２つの可動組立体が再び近接し、主ピストン７
がシール１８ａと当接すると、ニードル弁２８が
上昇し、主ピストン７と環状ピストン１２との間
の空間６０、チヤンネル２４，３１及び管２９，
３０内は静水圧となる。すべり弁のピストン４１
に静水圧がかかり、反対側の凹部４９内のロツド
４４に油循環路の高圧がかかる結果、すべり弁は
第一位置に戻る（第６図）。副ピストン１０とカ
バー２１との間の空間６２の急激すぎる減圧を防
止するために、すべり弁の運動を流量調節手段５
７により遅くする。

すべり弁が第一位置に戻ると、空間６２は再び
低圧の油循環路と連通する。副ピストン１０の反
対側の面は高圧の圧縮空気にさらされるので、第
二可動組立体は後退位置に戻る（第６図）。主ピ
ストン７が環状ピストン１２と接触しているとき
に第一可動組立体に作用する全ての力により主ピ
ストン７は環状ピストン１２に当接しようとする
ので、第一可動組立体は第二可動組立体とともに
第１図に示す始動準備位置まで後退し、本装置は
再び作動準備態勢に入る。

作動準備態勢後の本装置を電磁弁３６により始
動するサイクルを完全に自動的に行うことができ
るのは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は作動準備位置（休止位置）にある本装
置の概略断面図であり、第２図は液圧流体を副ピ
ストンに間欠的に作用させるための分配弁（すべ
り弁式分配器）の概略図であり、第３図はニード
ル弁の可動部分の詳細断面図であり、第４図は作
動工程の最後の段階（第一可動組立体がその前進
工程の最後の段階に到達し、第二可動組立体が第
一可動組立体と当接しようとする段階）にある本
装置の概略断面図であり、第５図は以後の工程
（第二可動組立体が第一可動組立体と当接する最
後の工程）における本装置の概略断面図であり、
第６図は２つの可動組立体が作動準備位置に戻る
途中における本装置の概略断面図である。 １…管状体、２，３…チヤンバ、６…開口、７
…主ピストン、８…補助ピストン、９…第一ロツ
ド、１０…副ピストン、１１…第二ロツド、１２
…環状ピストン、１７…孔、２４，２５，３１〜
３５…チヤンネル、２８…ニードル弁、３６…電
磁弁、４０…すべり弁式分配器、４１，４２，４
３…ピストン、４５…キヤビテイ、４６ａ，４６
ｂ，４６ｃ…チヤンバ、５２…チヤンネル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一端５が外部に開口している管状体１と、液
   体を急激に放出するように該管状体内を摺動する
   とともにロツド９によつて、補助ピストン８に連
   結されて第一可動組立体を形成する主ピストン７
   と、前記管状体内を摺動するとともに前記補助ピ
   ストンが摺動しうる中空ロツド１１によつて互い
   に連結された副ピストン１０と前記主ピストン７
   に当接する着座部を形成する中央開口部を有する
   環状ピストン１２とを含有する第二可動組立体か
   ら成る前記第一可動組立体の制御装置と、第一圧
   力の流体と該第一圧力よりも高い第二圧力の流体
   とを発生させる装置であつて、前記主ピストン７
   が前記着座部と当接することにより上昇したニー
   ドル弁２８と協働して前記主ピストン７と前記環
   状ピストン１２との間の空間６０を外部の水と同
   一の圧力にする流体発生装置とを含有する水中音
   波発生装置において、すべり分配弁と、一方が定
   圧であり他方が前記主ピストンと前記環状ピスト
   ンとの間の前記空間内の可変圧力に等しい二つの
   拮抗する圧力の作用により前記すべり分配弁の内
   部で運動する可動部材の位置に従つて高圧または
   低圧の流体を前記副ピストン１０の一つの面に作
   用させる導管とを含有することを特徴とする水中
   音波発生装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の装置におい
   て、前記流体発生装置が第一圧力の圧縮空気を発
   生する装置と第二圧力の液圧流体源とを含有し、
   前記圧縮空気発生装置が前記副ピストンと前記環
   状ピストンとの間に位置する管状体の部分及び前
   記中空ロツドの内側と、前記各ピストンの位置に
   関係なく、常に連通し、前記空間内の前記可変圧
   力が前記ニードル弁の休止位置において前記圧縮
   空気発生装置により発生する圧力と等しいことを
   特徴とする装置。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載の装置におい
   て、前記分配弁の可動部材が中央ピストンを備
   え、前記分配弁が３つの同軸チヤンバを有し、中
   央チヤンバがその中を運動する中央ピストンの位
   置に応じて他の２つのチヤンバの一方又は他方と
   連通するようになつており、前記２つのチヤンバ
   がそれぞれ前記液圧流体源の低圧循環路及び高圧
   循環路と連通しており、前記可動部材の両端が異
   なる断面積を有し、一端が可変圧力を受ける最大
   の断面を有し、他端が高い液圧を受けるようにな
   つており、前記可変圧力が圧縮空気の圧力のとき
   に、前記中央チヤンバが前記液圧流体源の高圧循
   環路と連通する位置に前記可動部材が運動できる
   ように、前記２つの端部の断面積の比が選定され
   ることを特徴とする装置。 ４ 特許請求の範囲第３項に記載の装置におい
   て、前記中央ピストンの一端がロツドにより、前
   記２つのチヤンバの一方内を摺動して前記可変圧
   力を受けるピストンに連結され、他端が前記２つ
   のチヤンバの他方内を摺動するピストンに連結さ
   れ、後者のピストンが前記液圧流体源の前記高圧
   循環路と連通する管状凹部内を摺動するロツドに
   連結されることを特徴とする装置。 ５ 特許請求の範囲第４項に記載の装置におい
   て、前記管状凹部が、逆止弁を有する循環路を並
   列して有する流量調節手段を有するチヤンネルを
   経て前記高圧循環路と連通することを特徴とする
   装置。 ６ 特許請求の範囲第４項に記載の装置におい
   て、前記空間が、前記環状ピストンを貫通するチ
   ヤンネルと、前記副ピストンと、関連する管とを
   経て前記分配器のキヤビテイの一端に連通するこ
   とを特徴とする装置。 ７ 特許請求の範囲第１項に記載の装置におい
   て、前記補助ピストンと前記副ピストンとの間の
   前記中空ロツドの空間が、細いチヤンネルを経て
   前記管状体の外部と常に連通しており、かつ弁を
   介して常に第一流体圧が作用する管状体部分と断
   続的に連通することを特徴とする装置。