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技術 浮量調整装置及び水中航走体

出願人 株式会社IHI
発明者 魚路知生高田昌憲
出願日 2019年2月20日 (1年9ヶ月経過) 出願番号 2019-028116
公開日 2020年8月31日 (2ヶ月経過) 公開番号 2020-131933
状態 未査定
技術分野 進水、水難救助、水中作業、探査
主要キーワード 探査ロボット ジャバラ部材 海底探査 深度調整 水密区画 支援船 封じられた 音響通信
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (4)

課題

長期間の運用に耐える。

解決手段

量調整装置10は、シリンダ11と、シリンダ11に挿入されて、シリンダ11の内部を水室23と空気室24とに仕切ピストン12と、水室23に配置されると共にシリンダ11に取り付けられて、水室23をジャバラ内室27とジャバラ外室28とに仕切るジャバラ14と、シリンダ内周面11cとピストン12の外周面22cとに形成され、水室23及び空気室24において一方から他方への空気及び海水の移動を阻害する第1封止部16と、シリンダ11とジャバラ14との接続部に設けられた第2封止部17と、を備える。ジャバラ14は、ピストン12の移動に応じて、浮量調整のための海水を収容するジャバラ内室27の容積増減させる。

概要

背景

特許文献1、2は、浮量を調整するための装置を開示する。特許文献1の浮量調整装置は、ビークルの内部において、水が占める容積と空気が占める容積との比率を制御する。浮量調整装置は、水密区画から浮体伸縮することにより、水が占める容積と空気が占める容積との比率を変更する。特許文献2の浮量調整装置は、空気室浸水室とを含む。空気室と浸水室とは、円形仕切り板によって仕切られている。円形仕切り板の位置を変更することにより、空気室の容積と浸水室の容積との比率が調整されるので、その結果浮量が調整される。そして、円形仕切り板と円筒容器との間にはシールリングが設けられている。

概要

長期間の運用に耐える。浮量調整装置10は、シリンダ11と、シリンダ11に挿入されて、シリンダ11の内部を水室23と空気室24とに仕切るピストン12と、水室23に配置されると共にシリンダ11に取り付けられて、水室23をジャバラ内室27とジャバラ外室28とに仕切るジャバラ14と、シリンダ内周面11cとピストン12の外周面22cとに形成され、水室23及び空気室24において一方から他方への空気及び海水の移動を阻害する第1封止部16と、シリンダ11とジャバラ14との接続部に設けられた第2封止部17と、を備える。ジャバラ14は、ピストン12の移動に応じて、浮量調整のための海水を収容するジャバラ内室27の容積を増減させる。

目的

駆動部13は、ピストン12をシリンダ軸線Aに沿って往復移動させる力をピストン12に提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

シリンダと、前記シリンダに挿入されて、前記シリンダの内部を前方領域後方領域とに仕切ピストンと、前記前方領域に配置されると共に前記シリンダに取り付けられて、前記前方領域を第1領域と第2領域とに仕切る可変収容部と、前記シリンダの内周面と前記ピストンの外周面とに形成され、前記前方領域及び前記後方領域において一方から他方への気体及び液体の移動を阻害する第1封止部と、前記シリンダと前記可変収容部との接続部に設けられた第2封止部と、を備え、前記可変収容部は、前記ピストンの移動に応じて、浮量調整のための液体を収容する前記第1領域の容積増減させる、浮量調整装置

請求項2

前記可変収容部は、前記ピストンに固定された固定部を有する、請求項1に記載の浮量調整装置。

請求項3

前記可変収容部は、ジャバラ部材である、請求項1又は2に記載の浮量調整装置。

請求項4

前記ピストンは、前記後方領域を形成する裏面から、前記シリンダの端面を貫通して突出するピストン軸を有し、前記シリンダは、前記ピストン軸を貫通させる貫通穴を有し、前記貫通穴の内周面と前記ピストン軸の外周面とに形成され、前記後方領域から前記シリンダの外部領域において一方から他方への気体の移動を阻害する第3封止部をさらに備える、請求項1〜3のいずれか一項に記載の浮量調整装置。

請求項5

浮体本体と、前記浮体本体に設けられて、前記浮体本体を移動させるための動力を発生させる動力発生部と、前記浮体本体に設けられて、前記浮体本体の浮量を調整する浮量調整装置と、を備え、前記浮量調整装置は、シリンダと、前記シリンダに挿入されて、前記シリンダの内部を前方領域と後方領域とに仕切るピストンと、前記前方領域に配置されると共に前記シリンダに取り付けられて、前記前方領域を第1領域と第2領域とに仕切る可変収容部と、前記シリンダの内周面と前記ピストンの外周面とに形成され、前記前方領域及び前記後方領域において一方から他方への気体及び液体の移動を阻害する第1封止部と、前記シリンダと前記可変収容部との接続部に設けられた第2封止部と、を備え、前記可変収容部は、前記ピストンの移動に応じて、浮量調整のための液体を収容する前記第1領域の容積を増減させる、水中航走体。

技術分野

0001

本開示は、浮量調整装置及び当該浮量調整装置を備える水中航走体に関する。

背景技術

0002

特許文献1、2は、浮量を調整するための装置を開示する。特許文献1の浮量調整装置は、ビークルの内部において、水が占める容積と空気が占める容積との比率を制御する。浮量調整装置は、水密区画から浮体伸縮することにより、水が占める容積と空気が占める容積との比率を変更する。特許文献2の浮量調整装置は、空気室浸水室とを含む。空気室と浸水室とは、円形仕切り板によって仕切られている。円形仕切り板の位置を変更することにより、空気室の容積と浸水室の容積との比率が調整されるので、その結果浮量が調整される。そして、円形仕切り板と円筒容器との間にはシールリングが設けられている。

先行技術

0003

特開2008−120316号公報
特開2010−188865号公報

発明が解決しようとする課題

0004

水中航走体は、水中における位置や姿勢を制御するために浮量を調整するための装置を要する。水中航走体の内部において、水が占める容積と気体が占める容積との比率を変更することにより、浮量を制御することができる。つまり、浮量調整装置は、水が占める部分と気体が占める部分とを含む。これらの部分には、水及び気体が互いに移動しないように水密性及び気密性を確保する必要がある。

0005

しかし、水が占める容積と気体が占める容積との比率を変更する場合、当該装置には可動部分が必要となる。この可動部分において、水密性及び気密性を確保し続けることは困難である。そうすると、水中航走体が長期間の運用されており、浮量の調整が繰り返し行われた場合、可動部分の水密性及び気密性が低下する場合が生じる。水密性及び気密性が低下すると、所望の浮量を得ることができなくなる。その結果、メンテナンスを行うなど、運用を中止する必要が生じる。

0006

そこで、本開示は、長期間の運用に耐えることを可能とする浮量調整装置及び当該浮量調整装置を備えた水中航走体を説明する。

課題を解決するための手段

0007

本開示の一形態である浮量調整装置は、シリンダと、シリンダに挿入されて、ピストンの内部を前方領域後方領域とに仕切るピストンと、前方領域に配置されると共にシリンダに取り付けられて、前方領域を第1領域と第2領域とに仕切る可変収容部と、シリンダの内周面とピストンの外周面とに形成され、前方領域及び後方領域において一方から他方への気体及び液体の移動を阻害する第1封止部と、シリンダと可変収容部との接続部に設けられた第2封止部と、を備え、可変収容部は、ピストンの移動に応じて、浮量調整のための液体を収容する第1領域の容積を増減させる。

0008

ピストンは、シリンダに対して浮量調整時に往復移動する。浮量調整装置は、第1封止部を有するので、前方領域と後方領域との間で、気体及び液体が相互に移動することが阻害される。さらに、浮量調整装置では、浮量を減少する際に液体を取り入れる。この液体は、可変収容部に取り入れられる。そして、可変収容部は、シリンダに対して第2封止部を介して接続されている。そうすると、可変収容部に液体を取り入れた場合に、前方領域における第2領域に対して、液体が侵入することが抑制される。つまり、浮量調整装置は、2組の封止部を備えることにより、所望の水密性及び気密性を確保できるので、所望の浮量を発揮し続けることが可能である。従って、浮量調整装置は、長期間の運用に耐えることができる。

0009

一形態の浮量調整装置において、可変収容部は、ピストンに固定された固定部を有してもよい。この構成によれば、ピストンの移動量と可変収容部に取り入れられる液体の容積との関係を所望の関係にすることができる。従って、浮量を精度よく調整することができる。

0010

一形態の浮量調整装置において、可変収容部は、ジャバラ部材であってもよい。この構成によれば、ピストンの移動量と可変収容部に取り入れられる液体の容積との関係をより好適に制御することが可能になる。その結果、浮量をさらに精度よく調整することができる。

0011

一形態の浮量調整装置において、ピストンは、後方領域を形成する裏面から、シリンダの端面を貫通して突出するピストン軸を有し、シリンダは、ピストン軸を貫通させる貫通穴を有し、貫通穴の内周面とピストン軸の外周面とに形成され、後方領域からシリンダの外部領域において一方から他方への気体の移動を阻害する第3封止部をさらに備えてもよい。浮量調整装置では、前方領域に取り入れられる液体の容積と、後方領域に収容された気体の容積との比率によって、浮量が決まる。後方領域は、第1封止部によって前方領域へ気体が漏れ出ることが阻害されている。さらに、後方領域は、第3封止部によってシリンダの外部へ気体が漏れ出ることも阻害されている。つまり、後方領域に封じられた気体は、浮量の調整を繰り返し行っても、増減することがない。従って、浮量調整装置は、長期間の運用において、浮量の調整を繰り返し行うことができる。

0012

本開示の別の形態である水中航走体は、浮体本体と、浮体本体に設けられて、浮体本体を移動させるための動力を発生させる動力発生部と、浮体本体に設けられて、浮体本体の浮量を調整する浮量調整装置と、を備え、浮量調整装置は、シリンダと、シリンダに挿入されて、ピストンの内部を前方領域と後方領域とに仕切るピストンと、前方領域に配置されると共にシリンダに取り付けられて、前方領域を第1領域と第2領域とに仕切る可変収容部と、シリンダの内周面とピストンの外周面とに形成され、前方領域及び後方領域において一方から他方への気体及び液体の移動を阻害する第1封止部と、シリンダと可変収容部との接続部に設けられた第2封止部と、を備え、可変収容部は、ピストンの移動に応じて、浮量調整のための液体を収容する第1領域の容積を増減させる。

0013

この水中航走体は、上記の浮量調整装置を備えているので、長期間の運用に耐えることができる。

発明の効果

0014

本開示の浮量調整装置及び水中航走体は、長期間の運用に耐えることができる。

図面の簡単な説明

0015

図1は、本開示に係る水中航走体の運用の様子を示す図である。
図2は、図1に示す水中航走体が備える浮量調整装置の断面図である。
図3は、変形例の浮量調整装置を示す断面図である。

実施例

0016

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

0017

図1は、本開示の水中航走体を利用するシステムを示す。このシステムは、水中の探査監視を行う。システムは、監視ロボット1(水中航走体)と、複数の探査ロボット101と、支援船102と、を含む。探査ロボット101は、例えば、海底探査用のソナーを備え、海底S1の様子を探査する。探査ロボット101は、自律航行が可能である。探査ロボット101は、無線通信である音響通信によって監視ロボット1と接続されている。監視ロボット1は、複数の探査ロボット101を統率し、複数の探査ロボット101による協調航走を可能にする。監視ロボット1は、前述したように音響通信によって探査ロボット101と接続されている。また、監視ロボット1は、衛星通信といった無線通信によって支援船102と接続されている。監視ロボット1は、探査ロボット101から得た情報を支援船102に送信し、また、支援船102から航走に必要な指令を得る。支援船102は、これらのシステムを総合的に運用する。

0018

監視ロボット1は、支援船102との無線通信のためのアンテナ2を有する。このアンテナ2の位置は、水面S2より上である。従って、監視ロボット1は、アンテナ2を水面より上に位置させることが可能な深度を保つ必要がある。この深度の制御は、浮量調整装置10によって行われる。

0019

水中航走体である監視ロボット1は、浮体本体4と、動力発生部6と、アンテナ2、7と、浮量調整装置10と、を備える。浮体本体4は、浮量調整装置10などの機器を収容する。浮体本体4は、海水(液体)の侵入を許さない区域と、海水の侵入を許す区域K1と、を有する。海水の侵入を許さない区域には、例えば、自律航走のためのコンピュータ通信機器を配置する。海水の侵入を許す区域K1には、例えば、浮量調整装置10を配置する。動力発生部6は、監視ロボット1を移動させるための推力を発生する。アンテナ2は、支援船102との無線通信に用いられる。アンテナ7は、探査ロボット101との無線通信に用いられる。浮量調整装置10は、監視ロボット1の深度調整のための浮量を発生する。また、浮量調整装置10は、浮体本体4の前方と後方とにそれぞれ配置される。それぞれの浮量調整装置10が発生させる浮量を異ならせることにより、監視ロボット1の姿勢(ピッチ角)を制御する。

0020

以下、図2を参照しながら、浮量調整装置10について詳細に説明する。

0021

浮量調整装置10は、シリンダ11と、ピストン12と、駆動部13と、ジャバラ14(ジャバラ部材)と、を有する。さらに、浮量調整装置10は、第1封止部16と、第2封止部17と、第3封止部18と、第4封止部19と、を有する。浮量調整装置10は、ピストン12を移動させることによりジャバラ14に取り入れる海水の容積を調整する。ジャバラ14に取り入れる海水の容積に応じて、浮量が変化する。例えば、海水の容積を増大させると、浮量は減少する。海水の容積を減少させると、浮量は増大する。

0022

シリンダ11の形状は、円筒状である。シリンダ11は、金属材料といった硬質の材料により構成されている。シリンダ11の前端面11aには、前穴11aHが設けられている。この前穴11aHは、ジャバラ14のためのものである。シリンダ11の後端面11bにも後穴11bH(貫通穴)が設けられている。後穴11bHは、ピストン12のためのものである。

0023

ピストン12は、ピストン本体21と、ピストン軸22と、を有する。ピストン本体21は、シリンダ11の内部に挿入されて、シリンダ軸線Aの方向に移動可能に配置される。ピストン本体21は、シリンダ11の内部を水室23(前方領域)と、空気室24(後方領域)と、に仕切る。ピストン本体21は、ピストン主面21aと、ピストン裏面21bと、ピストン外周面21cと、を有する。ピストン主面21aは、シリンダ11の前端面11a側の面であり、シリンダ内周面11cと共に水室23を形成する。ピストン裏面21bは、シリンダ11の後端面11b側の面であり、シリンダ内周面11c、シリンダ11の後端面11bと共に空気室24を形成する。ピストン外周面21cは、シリンダ内周面11cに対面する。ピストン外周面21cは、シリンダ内周面11cに対して摺動可能に構成されている。さらに、ピストン外周面21cには、第1封止部16を構成するオーリング26が設けられている。このオーリング26によれば、水室23側から空気室24側へ海水が移動することを阻害する。また、このオーリング26によれば、空気室24側から水室23側へ空気が移動することを阻害する。

0024

ピストン裏面21bには、ピストン軸22が設けられている。ピストン軸22の軸線は、シリンダ軸線Aと重複する。ピストン軸22の前端は、ピストン裏面21bに接続されている。ピストン軸22の後端は、シリンダ11の外側に配置されている。つまり、ピストン軸22は、シリンダ11の後端面11bに設けられた後穴11bHを介して、シリンダ11の外側まで延びる。このピストン軸22の外周面22cと後穴11bHとの間には、第3封止部18が設けられている。第3封止部18は、後穴11bHを囲むシリンダ内周面11cに対してピストン軸22の外周面の摺動を許すと共に、空気室24への空気の侵入及び空気室24から駆動部13への空気の流出を阻害する。ピストン軸22の後端は、駆動部13に接続されている。

0025

駆動部13は、ピストン12をシリンダ軸線Aに沿って往復移動させる力をピストン12に提供する。駆動部13は、シリンダ11の後端面11b側に設けられている。駆動部13は、ピストン12を往復移動させる力を発生できれば、特に構成は限定されない。例えば、モータボールねじとを組み合わせた機構であってもよい。

0026

ジャバラ14は、水室23において、実際に海水を受け入れる。つまり、水室23は、ジャバラ14によって互いに仕切られる2つの領域を含む。水室23は、ジャバラ14によって、ジャバラ内室27(第1領域)と、ジャバラ外室28(第2領域)と、に仕切られている。ジャバラ14の長さと、ジャバラ内室27の容積とは、おおむね比例関係を満たす。例えば、ジャバラ14の長さが大きくなると、ジャバラ内室27の容積が増加する。さらに、ジャバラ14の長さとジャバラ内室27の容積との関係は、所定の再現性も有する。例えば、ジャバラ14の長さを第1の長さとしてジャバラ内室27の容積を第1の容積に設定する。次に、ジャバラ14の長さを第2の長さに変更し、当該変更に伴ってジャバラ内室27の容積が変化する。そして、再びジャバラ14の長さを第1の長さに変更する。そうすると、ジャバラ内室27の容積は、第1の容積を再現する。このような性質を例えば、ジャバラ14の形状が記憶されており、ジャバラ14は不定形でないという。

0027

ジャバラ14の前端14aは、シリンダ11の前端面11aに固定されている。例えば、ジャバラ14の前端面11aは、保持リング29とシリンダ11の前端面11aとの間に挟み込まれている。ジャバラ14がゴムなどの柔軟性を有する部材であるとき、この挟み込みによってジャバラ14の前端14aが潰されるので、ジャバラ14とシリンダ11との接続部における水密性が確保できる。つまり、第2封止部17が形成される。

0028

ジャバラ14の後端14b(固定部)は、ピストン主面21aに固定されている。従って、ピストン12の移動によって、ジャバラ14が伸縮する。つまり、ピストン12の位置を制御することによって、ジャバラ内室27の容積を所望の大きさに制御できる。この固定構造も、ジャバラ14の前端14aと同様に、ジャバラ14の後端14bが保持リング31とピストン主面21aによって挟み込まれるものである。この構造によれば、ジャバラ14の後端とピストン主面21aとの間の水密が確保される。つまり、第4封止部19が形成される。

0029

ピストン12は、シリンダ11に対して浮量調整時に往復移動する。浮量調整装置10は、第1封止部16を有するので、水室23と空気室24との間で、空気及び海水が相互に移動することが阻害される。さらに、浮量調整装置10では、浮量を減少する際に海水を取り入れる。この海水は、ジャバラ内室27に取り入れられる。そして、ジャバラ14は、シリンダ11に対して第2封止部17によって接続されている。そうすると、ジャバラ14に海水を取り入れた場合に、水室23におけるジャバラ外室28に対して、海水が侵入することが抑制される。つまり、浮量調整装置10は、第1封止部16及び第2封止部17を備えることにより、所望の水密性及び気密性を確保できるので、所望の浮量を発揮することが可能である。従って、浮量調整装置10は、長期間の運用に耐えることができる。

0030

浮量調整装置10では、ジャバラ内室27に取り入れられる海水の容積と、空気室24に収容された空気の容積との比率によって、浮量が決まる。空気室24は、第1封止部16によって水室23へ空気が漏れ出ることが阻害されている。さらに、空気室24は、第3封止部18によってシリンダ11の外部へ気体が漏れ出ることも阻害されている。つまり、空気室24に封じられた空気は、浮量の調整を繰り返し行っても、増減することがない。つまり、浮量調整装置10は、浮量の増減に応じて、ガスタンクなどから空気を供給する必要がない。従って、浮量調整装置10は、長期間の運用において、浮量の調整を繰り返し行うことができる。

0031

以上、本開示の浮量調整装置及び当該浮量調整装置を備える水中航走体について説明した。しかし、本開示の浮量調整装置及び当該浮量調整装置は、上記実施形態に限定されることなく様々な形態で実施してよい。

0032

例えば、図3に示すように、可変収容部としてのジャバラ14に変えて、ブラダ32を備えてもよい。ブラダ32は、例えば、ゴム製の袋体であり、水室23をブラダ内室33とブラダ外室34とに仕切る。ブラダ32は、ジャバラ14とは異なり、形状が記憶されておらず、不定形であってもよい。ブラダ32の開口端32aは、シリンダ11の前端面11aに水密に取り付けられている。この構成は、ジャバラ14の前端面11aの取り付け構造と同様である。一方、ブラダ32は、ジャバラ14とは異なり、ピストン主面21aに対して固定されていてもよいし、固定されていなくてもよい。図3に示す例では、ブラダ32は、ピストン主面21aに固定されていない。このような構造によっても、浮量調整装置10は、空気室24に至るまでに第1封止部16と第2封止部17が配置されるので、空気室24への海水の侵入を良好に抑制することができる。さらに、変形例の浮量調整装置10Aによれば、浮量調整装置10の構造を単純化することができる。

0033

1監視ロボット(水中航走体)
2アンテナ
4浮体本体
6動力発生部
7 アンテナ
10,10A 浮量調整装置
11シリンダ
11a前端面
11aH 前穴
11b後端面
11bH 後穴
11cシリンダ内周面
12ピストン
13 駆動部
14ジャバラ(ジャバラ部材、可変収容部)
14a 前端
14b 後端(固定部)
16 第1封止部
17 第2封止部
18 第3封止部
19 第4封止部
21 ピストン本体
21a ピストン主面
21bピストン裏面
21cピストン外周面
22ピストン軸
22c外周面
23水室(前方領域)
24空気室(後方領域)
26オーリング
27 ジャバラ内室(第1領域)
28 ジャバラ外室(第2領域)
29保持リング
32ブラダ(可変収容部)
32a開口端
101探査ロボット
102支援船
S1海底
S2 水面
K1区域
A シリンダ軸線

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