(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮力を有するフロート筐体と、
上記フロート筐体に取り付けられ、一端が外部に開口したシリンダと、
上記フロート筐体内に設けられた駆動部と、
上記シリンダ内を上記駆動部の作動に応じて往復動する浮力調整用プランジャと、
この浮力調整用プランジャに上記往復動方向に沿って取り付けられ、上記駆動部の動作に伴って上記浮力調整用プランジャが上記フロート筐体側に移動する際に抗し、上記浮力調整用プランジャが上記フロート筐体側から突出する際に駆動力を補助するエアスプリングとを備えていることをフロート装置。
【請求項２】
上記フロート筐体内には測定用電子機器が搭載されていること特徴とする請求項１に記載のフロート装置。
【請求項３】
上記駆動部は、電動モータを備え、
上記フロート筐体内には電池が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のフロート装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水深１００ｍ前後までの海洋・湖沼等における水質等の各種データを収集するフロート装置に関し、その昇降に際して用いるエネルギを最小限に抑えることができる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
海洋や湖沼等の水中において水質等の各種データを測定するための測定機器を搭載したフロート装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。フロート装置は、船上に設けられた巻上装置に捲回されたワイヤの先端に取り付けられ、フロート装置自体の浮力を調節しながら、水深０ｍから水深１００ｍ程度まで沈めるようにしていた。
【０００３】
このようなフロート装置では、筐体内部からプランジャを筐体外部へ突没させることで浮力の調節を行っていた。なお、プランジャの筐体外部への突出量が減るとフロート装置は下降し、突出量が増えるとフロート装置は上昇する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１４５１７７号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したフロート装置の浮力調節方法では、次のような問題があった。すなわち、フロート装置の下降時は水面から最下降位置まで、プランジャの移動の際に必要となるモータの仕事量はほぼ一定で、かつ、大きくない。
【０００６】
しかしながら、フロート装置の上昇時は、プランジャは筐体内部から筐体外部に向けて移動することから、プランジャの先端にかかる水圧に抗しながらモータを駆動しなければならない。この時のモータの仕事量が大きくなり、消費電力も大きくなる。
【０００７】
このため、フロート装置内部に大型の電池を搭載することが必要となる。しかしながら、フロート装置は測定機器等を搭載するため、電池の大きさに制限がある。小型の電池の場合、頻繁に電池の交換が必要となるという問題があった。
【０００８】
一方、船上から電力を供給する場合には船上の装置が複雑化・大型化するという問題があった。
【０００９】
そこで本発明は、駆動モータの消費電力を低減することで、船上からの電力供給を不必要とし、また小型の電池であっても電池交換の頻度を減らすことができるフロート装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明のフロート装置は次のように構成されている。
【００１１】
浮力を有するフロート筐体と、上記フロート筐体に取り付けられ、一端が外部に開口したシリンダと、上記フロート筐体内に設けられた駆動部と、上記シリンダ内を上記駆動部の作動に応じて往復動する浮力調整用プランジャと、この浮力調整用プランジャに上記往復動方向に沿って取り付けられ、上記駆動部の動作に伴って上記浮力調整用プランジャが上記フロート筐体側に移動する際に抗し、上記浮力調整用プランジャが上記フロート筐体側から突出する際に駆動力を補助するエアスプリングとを備えている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、駆動モータの消費電力を低減することで、船上からの電力供給を不必要とし、また小型の電池であっても電池交換の頻度を減らすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態に係るフロート装置を示す縦断面図。
【図２】上昇時の仕事量と水深との関係を示すグラフ。
【図３】一般的なフロート装置における上昇時の仕事量と水深との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は本発明の一実施の形態に係るフロート装置１０を示す縦断面図、図２はフロート装置１０における上昇時の仕事量と水深との関係を示すグラフ、図３は一般的なフロート装置における上昇時の仕事量と水深との関係を示すグラフである。なお、図２及び図３において仕事量は仕事率として示しており、最大の仕事量を仕事率１とする。
【００１５】
フロート装置１０は、軸方向Ｃに１ｍ程度の長さを有する円筒状に形成されたフロート筐体１１を備えている。フロート筐体１１の内部には空洞部等が設けられ、所定の浮力を有するように設定されている。フロート筐体１１の上部１２には、外部の通信機器との送受信を行うアンテナ２０、各種センサ２１が設けられている。また、フロート筐体１１の内部には、船上のコントロールユニット（不図示）との通信に供される通信ユニット２２及びコントロール基板２３が搭載されている。また、フロート筐体１１の下部１３には、浮力調整機構３０が搭載されている。
【００１６】
浮力調整機構３０は、フロート筐体１１から下方へ突出するシリンダ３１を有している。シリンダ３１の一端は外部に開放されている。なお、図１中３２はシール部を示しており、後述するプランジャ６０の外周面に摺接することでフロート筐体１１内部を液密に保持している。
【００１７】
浮力調整機構３０は、さらに、フロート筐体１１内部に配置されたモータ４０と、モータ４０の出力軸に取り付けられ減速を行うギヤヘッド４１と、ギヤヘッド４１に取り付けられたスラスト軸受４２と、このスラスト軸受４２に設けられ、回転運動を直線運動に変換する直動システム４３と、この直動システム４３の先端に取り付けられ、フロート筐体１１内部を軸方向Ｃに沿って往復動する板状のベース部４４とを備えている。ベース部４４の可動領域は、区間Ｋ１（水深６０〜１００ｍに対応）と区間Ｋ２（水深０〜６０ｍに対応）である。
【００１８】
ベース部４４の上方には、エアスプリング（圧縮バネ機構）５０が配置されている。エアスプリング５０のシリンダ部５１はフロート筐体１１内部に固定されている。シリンダ部５１からはロッド５２が下方に突出している（移動範囲Ｐ）。エアスプリング５０は、ロッド５２が最縮長時に最大弾性力（例えば、３１．６ｋｇｆ）、最伸長時に最小弾性力（例えば、２５．１ｋｇｆ）に設定されている。
【００１９】
すなわち、ベース部４４の区間Ｋ１における往復動に伴ってロッド５２がシリンダ部５１から突没することとなる。なお、ベース部４４の区間Ｋ２においてはロッド５２とベース部４４とは離間するため、ロッド５２は最伸長となり動作しない。
【００２０】
ベース部４４の下部にはフロート筐体１１の軸方向Ｃに延設された浮力調整用のプランジャ６０が取り付けられている。プランジャ６０は、シリンダ３１の内部を液密に突没する。
【００２１】
このように構成されたフロート装置１０は、次のように動作する。なお、各種データの測定は、フロート装置１０の下降時、上昇時、停止時等、適宜行っている。また、フロート装置１０の設定最下降位置は水深１００ｍとする。
【００２２】
第１にフロート装置１０の下降について説明する。すなわち、フロート装置１０が水面（水深０ｍ）に位置している場合は、プランジャ６０が最大押出の状態となっており、エアスプリング５０のロッド５２は最伸長位置にある。次に、モータ４０を駆動することで直動システム４３及びベース部４４を介してプランジャ６０を引き込む。これにより、フロート装置１０の浮力が減少し、フロート装置１０は下降する。この時、ベース部４４は当初区間Ｋ２を図１中上方に移動する。また、プランジャ６０の先端には水深に応じた水圧がかかり、プランジャ６０を上方に押圧する。例えば、プランジャ６０の直径が３．８ｃｍの場合は、水深６０ｍにおいて押圧力は６８ｋｇｆ、水深１００ｍにおいて押圧力は１１３ｋｇｆとなる。
【００２３】
次に、フロート装置１０が水深６０ｍまで下降し、ベース部４４が区間Ｋ１に到達すると、ベース部４４の上面がロッド５２の下端に当接する。このため、ベース部４４は区間Ｋ１においては、エアスプリング５０の弾性力に抗しながら移動することとなる。一方、プランジャ６０には、上述したように水圧がかかっているため弾性力と平衡する。したがって、モータ４０が必要とする仕事量はプランジャ６０を移動させるための仕事量でよい。この仕事量は、エアスプリング５０の有無に関わらず非常に小さいことから、電力消費量も抑えられる。この状態でフロート装置１０は下降し、フロート装置１０の最下降位置（水深１００ｍ）においエアスプリング５０のロッド５２はて最縮長位置となって停止する。
【００２４】
第２にフロート装置１０の上昇について図２を参照しながら説明する。すなわち、フロート装置１０が最下降位置（水深１００ｍ）に位置している場合は、プランジャ６０が最大引込の状態となっている。次に、モータ４０を駆動することで直動システム４３及びベース部４４を介してプランジャ６０を押し出す。これにより、フロート装置１０の浮力が増加し、フロート装置１０は上昇する。この時、ベース部４４は当初区間Ｋ１を図１中下方に移動する。また、プランジャ６０の先端には水深に応じた水圧がかかり、プランジャ６０を上方に押圧する。この際、エアスプリング５０により弾性力が加わることで水圧が打ち消される。すなわち、エアスプリング５０がモータ４０の駆動を補助することとなり、モータ４０の仕事量は水圧を考慮しない状態でのプランジャ６０の移動に必要となる最小の仕事量となる。
【００２５】
次に、フロート装置１０が水深６０ｍまで上昇し、ベース部４４が区間Ｋ２に到達すると、ベース部４４の上面がロッド５２の下端から離間する。このため、ベース部４４は区間Ｋ２においては、エアスプリング５０の弾性力が無く、プランジャ６０に加わる水圧が加わることになる。したがって、モータ４０が必要とする仕事量はプランジャ６０を移動させるための仕事量と、水圧に抗する仕事量の合計となる。しかしながら、この時点でフロート装置１０の位置は水深６０ｍまで上昇しているため水圧の影響が小さくなる。
【００２６】
なお、エアスプリング５０が設けられていない場合は、図３に比較例として示すように、区間Ｋ１におけるエアスプリング５０の補助が無いため、上昇開始時には水深１００ｍに対応する押圧力がプランジャ６０に加わり、モータ４０の仕事量が大きくなる。
【００２７】
このように本実施の形態に係るフロート装置１０によれば、エアスプリング５０を用いることでプランジャ６０の押圧時に必要となる駆動力を補助し、上昇時におけるモータ４０の消費電力を低減することができる。特に水深が大きい場合にエアスプリング５０による弾性力も大きくなるため効率が良い。例えば、図２及び図３から判るように、水深１００ｍから０ｍまで上昇させる際の消費電力は仕事量の積分値になることから、比較例に対して約３６％となる。
【００２８】
一方、フロート装置１０の下降時にはエアスプリング５０の弾性力を水圧によってキャンセルできるため、モータ４０の消費電力が大きくなることはない。
【００２９】
このため、船上からの電力供給を不必要とし、また小型の電池であっても電池交換の頻度を減らすことが可能となる。さらに、上昇開始時の最大仕事量を抑えることができるので、駆動力の小さい駆動モータでもプランジャの駆動が可能となり、モータの小型化に寄与する。例えば図２の例であると最大駆動力を０．６倍としてもよい。
【００３０】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した例では、エアスプリングを用いたが、伸長時から圧縮時に弾性力を付与するものであれば、他の弾性体を用いてもよい。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］浮力を有するフロート筐体と、上記フロート筐体に取り付けられ、一端が外部に開口したシリンダと、上記フロート筐体内に設けられた駆動部と、上記シリンダ内を上記駆動部の作動に応じて往復動する浮力調整用プランジャと、この浮力調整用プランジャに上記往復動方向に沿って取り付けられ、上記浮力調整用プランジャが上記フロート筐体側に移動する際に抗する圧縮バネ機構とを備えていることをフロート装置。
［２］上記圧縮バネ機構は、エアスプリングであることを特徴とする［１］に記載のフロート装置。
［３］上記フロート筐体内には測定用電子機器が搭載されていること特徴とする［１］に記載のフロート装置。
［４］上記駆動部は、電動モータを備え、
上記フロート筐体内には電池が設けられていることを特徴とする［１］に記載のフロート装置。
【符号の説明】
【００３１】
１０…フロート装置、１１…フロート筐体、１２…フロート筐体上部、１３…フロート筐体下部、２０…アンテナ、２１…センサ、２２…通信ユニット、２３…コントロール基板、３０…浮力調整機構、３１…シリンダ、３２…シール部、４０…モータ、４１…ギヤヘッド、４２…スラスト軸、４３…直動システム、４４…ベース部、５０…エアスプリング（圧縮バネ機構）、５１…シリンダ部、５２…ロッド、６０…プランジャ。
【図１】
0005736190.tif 000002
【図２】
0005736190.tif 000003
【図３】
0005736190.tif 000004