(57)【要約】【課題】長期間の運用に耐える。【解決手段】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。【選択図】図２
2020131933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【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、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。
【発明の詳細な説明】
【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、水密区画から浮体が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、空気室と浸水室とを含む。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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１２０３１６号公報
【特許文献２】特開２０１０−１８８８６５号公報
【発明の概要】
【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。
【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】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】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】図３は、変形例の浮量調整装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【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、水中の探査や監視を行う。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や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、モータと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。
【符号の説明】
【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
【図１】
2020131933.tif 000003
【図２】
2020131933.tif 000004
【図３】
2020131933.tif 000005