(57)【要約】      （修正有）【課題】簡便な構造で流体抵抗が小さく、かつ、通信中におけるアンテナの姿勢を安定させることができる、水中移動体を提供する。【解決手段】水圏情報を取得するとともに水中と水面との間を往来可能な水中移動体１であって、水圏情報を取得するためのデータ取得部２１及び水中での位置を調整するための比重調整部２２を備えた本体部２と、本体部２の後尾部に配置されるとともに取得した水圏情報を伝送するアンテナ本体３１を備えたアンテナ部３と、を有し、アンテナ部３は、アンテナ本体３１を上下方向に回動可能に保持するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水圏情報を取得するとともに水中と水面との間を往来可能な水中移動体において、
前記海洋情報を取得するためのデータ取得部及び水中での位置を調整するための比重調整部を備えた本体部と、
該本体部の後尾部に配置されるとともに取得した前記水圏情報を伝送するアンテナ本体を備えたアンテナ部と、を有し、
前記アンテナ部は、前記アンテナ本体を上下方向に回動可能に保持するように構成されている、
ことを特徴とする水中移動体。
【請求項２】
前記アンテナ部は、前記本体部から後方に向けて配置された一対の支持部材と、該支持部材に回動可能に接続された回動軸と、該回動軸の周面に立設された前記アンテナ本体と、該アンテナ本体に対して前記回動軸の反対側に配置された錘部材と、を有することを特徴とする請求項１に記載の水中移動体。
【請求項３】
前記アンテナ本体に接続された通信ケーブルは、前記アンテナ本体、前記回動軸及び前記支持部材の内部を通って前記本体部に導かれている、ことを特徴とする請求項２に記載の水中移動体。
【請求項４】
前記アンテナ本体は、少なくとも１８０度以上回動可能に構成されている、ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の水中移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中移動体に関し、特に、水中と水面との間を往来可能な水中移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
水圏（海洋、湖沼、河川）は、地球表面の約７０％を占めており、その熱容量は大気の約１０００倍といわれている。特に、最も広大な海洋の水温が大きく変化した場合には、大気の状態に大きな影響を及ぼし、世界各地の天候や気候に大きな変化をもたらすこととなる（例えば、エルニーニョ現象等）。そこで、海洋情報の変動を把握するために、水温を含む海洋情報を調査する必要がある。また、航海安全、防災・環境保全、海洋権益保全等のために、潮流観測、海底地殻変動観測、海底活断層調査、大陸棚調査等を行う必要もある。
【０００３】
これらの海洋調査では、水中に潜水可能なブイ、水中を自走可能な水中航走体や水中グライダー、水中で曳航可能な水中曳航体等の水中移動体が使用されることが多い。これらの水中移動体は、一般に、収集した海洋情報を地上基地局に伝送するためのアンテナを備えている（例えば、特許文献１、特許文献２等参照）。
【０００４】
特許文献１には、耐圧殻構造に形成された本体の船首部にＧＰＳ（Global Positioning System：衛星航法）測位用アンテナを備えた自律型無人潜水式水中航走体が開示されている。また、特許文献２には、本体の後尾部に無線アンテナ及びＧＰＳアンテナが前後方向に配置されたグライド型水中航走体が開示されており、かかる水中航走体は、逆立ちした状態でアンテナを水面上に突き出して通信するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０-８６８９４号公報
【特許文献２】特開２００６-２３２０７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されたような、本体の上面にアンテナが配置された水中航走体では、一般に、本体の重心バランスによりアンテナが水面上で直立するように固定されており、アンテナによる潜水中や航行中における流体抵抗は軽視されていることが多い。また、アンテナが本体に固定されていることから、係留索、曳航索、波浪等の外力によって姿勢が崩れやすく、アンテナの向きが不安定であるという問題もあった。
【０００７】
特許文献２に記載された水中航走体では、潜水中や航行中における流体抵抗が小さくなるようにアンテナを固定しているものの、そのままではアンテナを水面上に露出させることができず、本体の姿勢制御をする必要がある。しかしながら、水中航走体の姿勢制御には、重心バランスを調整する機構やプロペラ等の推力を付与する機構が必要となり、構造が複雑になったり、重量が重くなったり、電力消費量が多くなったりしてしまう問題があった。
【０００８】
本発明は、上述した問題点に鑑み創案されたものであり、簡便な構造で流体抵抗が小さく、かつ、通信中におけるアンテナの姿勢を安定させることができる、水中移動体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、水圏情報を取得するとともに水中と水面との間を往来可能な水中移動体において、前記水圏情報を取得するためのデータ取得部及び水中での位置を調整するための比重調整部を備えた本体部と、該本体部の後尾部に配置されるとともに取得した前記水圏情報を伝送するアンテナ本体を備えたアンテナ部と、を有し、前記アンテナ部は、前記アンテナ本体を上下方向に回動可能に保持するように構成されている、ことを特徴とする水中移動体が提供される。
【００１０】
前記アンテナ部は、前記本体部から後方に向けて配置された一対の支持部材と、該支持部材に回動可能に接続された回動軸と、該回動軸の周面に立設された前記アンテナ本体と、該アンテナ本体に対して前記回動軸の反対側に配置された錘部材と、を有していてもよい。
【００１１】
また、前記アンテナ本体に接続された通信ケーブルは、前記アンテナ本体、前記回動軸及び前記支持部材の内部を通って前記本体部に導かれていてもよいし、前記アンテナ本体の内部を通って前記回動軸の周面から外部に引き出されて前記本体部に導かれていてもよい。
【００１２】
また、前記アンテナ本体は、少なくとも１８０度以上回動可能に構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
上述した本発明の水中移動体によれば、アンテナ部がアンテナ本体を上下方向に回動可能に保持するように構成されていることから、観測中、浮上中、降下中等のあらゆる場面において、水流の流れに応じてアンテナ本体を回動させることができ、流体抵抗を低減することができる。また、通信するために水面近傍に浮上した場合に、波浪や係留索の張力等の外力によって水中移動体の姿勢が変動した場合であっても、アンテナ本体を相対移動させることができ、アンテナ本体の姿勢を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第一実施形態に係る水中移動体を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図、である。
【図２】図１に示した水中移動体の観測状態を示す図である。
【図３】図１に示した水中移動体の動作を示す図であり、（ａ）は浮上状態、（ｂ）は通信状態、（ｃ）は降下状態、を示している。
【図４】本発明の他の実施形態に係る水中移動体を示す図であり、（ａ）は第二実施形態の上面図、（ｂ）は図４（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視断面図、（ｃ）は第三実施形態の側面図、（ｄ）は第四実施形態の側面図、（ｅ）は第五実施形態の側面図、を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図１〜図４を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の第一実施形態に係る水中移動体を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図、である。図２は、図１に示した水中移動体の観測状態を示す図である。図３は、図１に示した水中移動体の動作を示す図であり、（ａ）は浮上状態、（ｂ）は通信状態、（ｃ）は降下状態、を示している。
【００１６】
本発明の第一実施形態に係る水中移動体１は、図１（ａ）及び（ｂ）に示したように、水圏情報を取得するとともに水中と水面との間を往来可能な水中移動体であって、水圏情報を取得するためのデータ取得部２１及び水中での位置を調整するための比重調整部２２を備えた本体部２と、本体部２の後尾部に配置されるとともに取得した水圏情報を伝送するアンテナ本体３１を備えたアンテナ部３と、を有し、アンテナ部３は、アンテナ本体３１を上下方向に回動可能に保持するように構成されている。
【００１７】
水中移動体１は、例えば、海洋、湖沼、河川等の水圏に配置される、ブイ、水中航走体、水中グライダー、水中曳航体等であって、水中と水面との間を往来可能、すなわち、浮沈可能に構成された水中機器である。かかる水中移動体１は、配置された水圏における、現在位置、水温、塩分濃度、水圧、磁力、放射線濃度等のデータを取得する。以下、水中移動体１を海洋に配置して、海洋情報を取得する場合について説明する。
【００１８】
本体部２は、例えば、略円筒形状の筐体を有しており、前頭部は流体抵抗を低減するために先細った形状を有している。本体部２の内部には、比重調整部２２、制御部２３、蓄電池（図示せず）等が格納されている。また、本体部２の外部には、データ取得部２１、安定翼２４、アンテナ部３等が配置されている。
【００１９】
データ取得部２１は、例えば、塩分濃度等の基礎情報を取得するＣＴＤセンサ（電気伝導度：Conductivity、温度：Temperature、深度：Depthを計測するセンサ）、圧力センサ、磁気センサ、放射線測定器、ソナー等、種々の計測・観測用のセンサや装置により構成される。これらのセンサ及び装置は、観測又は計測を行う海洋において取得したい海洋情報の種類に応じて適宜選択される。なお、図１（ａ）では、データ取得部２１を本体部２の下部に配置しているが、かかる配置に限定されるものではなく、本体部２の上部、側面部、後尾部等に配置してもよい。
【００２０】
比重調整部２２は、例えば、膨縮可能な浮袋２２ａと、浮袋２２ａの外周を覆うカバー２２ｂと、本体部２内に配置されるオイルポンプ２２ｃと、浮袋２２ａに注排される作動液（例えば、シリコンオイル）を収容するオイルタンク２２ｄと、を有している。浮袋２２ａは、海水に対して耐性を有する柔らかい素材（例えば、樹脂等）により構成される。カバー２２ｂは、浮袋２２ａの破損を抑制する部品であり、外周面に複数の開口部（図示せず）が形成されている。したがって、カバー２２ｂ内は海水で満たされた状態になっている。
【００２１】
オイルポンプ２２ｃを作動させて、オイルタンク２２ｄから浮袋２２ａに作動液を注液すると、浮袋２２ａはカバー２２ｂ内で膨張し、カバー２２ｂ内の海水が海中に押し出される。その結果、水中移動体１の見かけ上の体積を増大させることができ、水中移動体１の比重が低下して浮力が増大し、水中移動体１を浮上させることができる。
【００２２】
また、オイルポンプ２２ｃを作動させて、浮袋２２ａからオイルタンク２２ｄに作動液を排液すると、浮袋２２ａはカバー２２ｂ内で収縮し、カバー２２ｂ内に海水が流入する。その結果、水中移動体１の見かけ上の体積を減少させることができ、水中移動体１の比重が上昇して浮力が低下し、水中移動体１を降下させることができる。
【００２３】
制御部２３は、データ取得部２１を構成するセンサや装置の作動、データ取得部２１により取得されたデータの記憶、オイルポンプ２２ｃの作動、アンテナ部３による通信（データ送受信）等の処理を行う。具体的には、制御部２３に接続された記憶部（メモリ）には、データ取得部２１の各センサ等の操作スケジュールや水中移動体１の浮沈スケジュール等が保存されており、これらのスケジュールに従って制御部２３が計測や浮沈に必要な所定の操作を行う。
【００２４】
アンテナ部３は、データ取得部２１により取得した海洋情報を地上基地局や観測船等の主装置にデータ伝送する通信機器である。アンテナ部３は、主装置のアンテナと直接的に交信してもよいし、通信衛星を介して主装置と交信するようにしてもよい。
【００２５】
アンテナ部３は、例えば、本体部２から後方に向けて配置された一対の支持部材３２，３２と、支持部材３２，３２に回動可能に接続された回動軸３３と、回動軸３３の周面に立設されたアンテナ本体３１と、アンテナ本体３１に対して回動軸３３の反対側に配置された錘部材３４と、を有する。また、アンテナ本体３１に接続された通信ケーブル３５は、アンテナ本体３１、回動軸３３及び支持部材３２の内部を通って本体部２内の制御部２３に導かれている。通信ケーブル３５をアンテナ部３の内部に通すことによって、アンテナ本体３１が大きく回転した場合であっても、通信ケーブル３５とアンテナ本体３１との干渉や絡まりを抑制することができる。
【００２６】
一対の支持部材３２，３２は、本体部２の後端面に略水平かつ略平行に固定されており、その先端に回動軸３３が掛け渡されて回動可能に配置されている。回動軸３３の周面には、アンテナ本体３１及び錘部材３４が略垂直にそれぞれ直線上に配置されるように接続されている。錘部材３４は、支持部３４ａを介して回動軸３３から一定の距離に配置され、アンテナ本体３１の水中におけるバランスを保持する。
【００２７】
図１（ａ）に示したように、アンテナ部３に何の負荷もかかっていない場合には、重力によって錘部材３４が下方に位置し、アンテナ本体３１が略鉛直に立った状態に保持される。また、アンテナ部３に海流や水中移動体１の浮沈によって、流体抵抗が生じた場合には、アンテナ本体３１は回動軸３３を中心に図の矢印方向に回動することとなる。
【００２８】
ここで、図２は、図１に示した水中移動体１を用いた海洋情報収集システムの一例を示している。かかる海洋情報収集システムは、例えば、海底に配置されるアンカー４と、アンカー４に接続され海中に浮遊する中間ブイ５と、中間ブイ５に一端が接続された係留索６と、係留索６の他端に接続された水中移動体１と、を有している。
【００２９】
アンカー４は、水中移動体１を海底に繋ぎ留めておくための部品である。中間ブイ５は、水中移動体１の浮沈の起点を構成する部品である。中間ブイ５は、係留索５１によりアンカー４と接続されている。係留索６は、中間ブイ５と水中移動体１とを接続する部品である。係留索６の長さは、水中移動体１の海中待機位置の深度、水中移動体１が配置される海流の速度、係留索６の海流に対する抵抗の大きさ等の条件により、水中移動体１が浮上して海面に到達することができるように設定される。
【００３０】
また、係留索６は、水中移動体１の全長の中央部よりも前方かつ先端部よりも後方の位置に接続される。かかる位置に係留索６を接続することにより、水中移動体１を海流の進行方向に対して略平行となるように支持し易くすることができる。
【００３１】
図２に示した観測状態では、水中移動体１は海中に沈降した状態に保持されており、海流によって中間ブイ５の下流側に位置している。このとき、水中移動体１は、図の矢印で示した方向の海流中に配置されていることから、アンテナ本体３１は海流に押されて下流側に傾倒される。なお、ここでは、アンテナ本体３１が略水平に傾倒した状態を図示したが、実際には、海流の速度や水中移動体１の上下方向の揺動により、図１（ａ）に示した鉛直方向から約４５〜１３５度の範囲内で傾倒することとなる。
【００３２】
水中移動体１が所定の海洋情報を取得すると、そのデータを地上側に送信するために、アンテナ本体３１を海面上に露出させる必要がある。したがって、水中移動体１は、図２に示した観測状態から浮上される。水中移動体１を浮上させる場合は、オイルポンプ２２ｃを作動させて、オイルタンク２２ｄから浮袋２２ａに作動液を注液すればよい。このとき、図３（ａ）に示したように、アンテナ部３には上方から下方に向けて流体が流れることとなるため、アンテナ本体３１は、下方に向かって傾倒することとなる。
【００３３】
図３（ｂ）に示したように、アンテナ本体３１が海面上に露出すると、アンテナ本体３１は通信衛星等と通信を開始し、取得した海洋情報を地上基地局に送信する。このとき、水中移動体１は海面に付近に浮上していることから、波浪や係留索６の張力によって上下に揺動することとなる。しかしながら、アンテナ本体３１は、回動軸３３を介して本体部２に接続されていることから、本体部２に対して相対移動可能に構成されており、アンテナ本体３１の姿勢を略鉛直方向に保持することができ、安定した姿勢で通信を行うことができる。
【００３４】
次に、再び観測状態に戻るためには、水中移動体１を降下させる必要がある。水中移動体１を降下させる場合は、オイルポンプ２２ｃを作動させて、浮袋２２ａからオイルタンク２２ｄに作動液を排液すればよい。このとき、図３（ｃ）に示したように、アンテナ部３には下方から上方に向けて流体が流れることとなるため、アンテナ本体３１は、上方に向かって傾倒することとなる。
【００３５】
アンテナ本体３１は、少なくとも、図３（ａ）に示した浮上状態から図３（ｃ）に示した降下状態に対応して回動する必要があることから、少なくとも１８０度以上回動可能に構成されていることが好ましい。
【００３６】
上述した本実施形態に係る水中移動体１によれば、アンテナ部３がアンテナ本体３１を上下方向に回動可能に保持するように構成されていることから、観測中、浮上中、降下中等のあらゆる場面において、水流の流れに応じてアンテナ本体３１を回動させることができ、流体抵抗を低減することができる。
【００３７】
また、通信するために水面近傍に浮上した場合に、波浪や係留索６の張力等の外力によって水中移動体１の姿勢が変動した場合であっても、アンテナ本体３１を相対移動させることができ、アンテナ本体３１の姿勢を安定させることができる。
【００３８】
次に、水中移動体１の他の実施形態について、図４を参照しつつ説明する。ここで、図４は、本発明の他の実施形態に係る水中移動体を示す図であり、（ａ）は第二実施形態の上面図、（ｂ）は図４（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視断面図、（ｃ）は第三実施形態の側面図、（ｄ）は第四実施形態の側面図、（ｅ）は第五実施形態の側面図、を示している。なお、上述した第一実施形態と同じ構成部品については、同じ符号を付して重複した説明を省略する。また、各図において、比重調整部２２の構成を簡略化している。
【００３９】
図４（ａ）及び（ｂ）に示した第二実施形態に係る水中移動体１は、アンテナ本体３１の通信ケーブル３５の配置を変更したものである。具体的には、通信ケーブル３５は、アンテナ本体３１の内部を通って回動軸３３の周面から外部に引き出されて本体部２内の制御部２３に導かれている。このように、通信ケーブル３５は、アンテナ本体３１と本体部２との間で一時的に外部空間に露出されていてもよい。なお、アンテナ部３の支持部材３２，３２の間には、錘部材３４が通過する可能性があることから、錘部材３４の移動を阻害しないように、弛ませておくことが好ましい。
【００４０】
図４（ｃ）に示した第三実施形態に係る水中移動体１は、本体部２の後尾部の外周に緩衝材７を配置したものである。アンテナ本体３１の長さが長い場合には、アンテナ本体３１が回動した際に本体部２と接触する可能性がある。そこで、本体部２の後尾部の外周に緩衝材７を配置することにより、アンテナ本体３１の破損を抑制することができる。
【００４１】
図４（ｄ）に示した第四実施形態に係る水中移動体１は、緩衝材７をアンテナ本体３１の外周に配置したものである。かかる構成によっても、アンテナ本体３１の破損を抑制することができる。
【００４２】
図４（ｅ）に示した第五実施形態に係る水中移動体１は、アンテナ本体３１を３６０度回動できるように構成したものである。具体的には、支持部材３２の長さをアンテナ本体３１の長さよりも長くすればよい。かかる構成により、アンテナ本体３１を本体部２と接触させることなく、回動軸３３の周りに一回転させることができ、アンテナ本体３１の破損を抑制することができる。
【００４３】
上述した実施形態では、水中移動体１を定点観測用の海洋情報収集システムに使用した場合について説明したが、かかる構成に限定されるものではなく、水中移動体１は、非係留のブイであってもよいし、水中航走体や水中グライダーであってもよいし、水中曳航体であってもよい。
【００４４】
本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００４５】
１  水中移動体
２  本体部
３  アンテナ部
２２  比重調整部
３１  アンテナ本体
３２  支持部材
３３  回動軸
３４  錘部材
３５  通信ケーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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