(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記モータは、前記昇降アクチュエータが前記昇降ロッドを昇降させる作動時に、前記ウィンチドラムに対して前記ロープを巻き取る方向の駆動力を付与することを特徴とする請求項1に記載の水中昇降装置。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【0011】
図1に示すように、海洋調査船4は、船底5から突出する水中機器10を昇降させる水中昇降装置100を備える。
【0012】
水中機器10は、水中で音響により対象物の距離を測定するソナーである。海洋調査船4では、航行中に水中機器10を用いて海底地形の測量が行われる。
【0013】
水中昇降装置100は、水中機器10を昇降自在に支持する昇降ロッド20と、昇降ロッド20を駆動する昇降アクチュエータ30と、を備える。昇降アクチュエータ30が収縮作動して昇降ロッド20が上昇することにより、水中機器10が
図1に点線で示すように船内の格納位置に移動する。一方、昇降アクチュエータ30が伸張作動して昇降ロッド20が下降することにより、
図1に2点鎖線で示すように船底5から突出する船外の作動位置に移動する。
【0014】
船底5には、昇降ロッド20及び水中機器10が出入りする開口部6(
図2参照)が設けられる。船内には、開閉ケース31、格納ケース33、及びガイドスリーブ29が昇降ロッド20の軸方向に並んで設けられる。開閉ケース31には、船底5の開口部6を開閉するゲート弁32が収容される。
図1に2点鎖線で示すように、格納ケース33に昇降ロッド20及び水中機器10が引き込まれて格納された状態では、ゲート弁32によって船底5の開口部が閉塞される。
【0015】
昇降ロッド20の外周がガイドスリーブ29によって摺動自在に支持される。さらに、昇降ロッド20の上端部に設けられるスライダ(図示省略)が船体7に設けられるガイドレール(図示省略)によって摺動自在に支持される。
【0016】
昇降アクチュエータ30は、後述する油圧源(
図2参照)から給排される作動油によって伸縮作動するシリンダチューブ35及びピストンロッド36を備える油圧シリンダである。シリンダチューブ35の内部は、ピストン37によってロッド側室38とエンド側室39に仕切られる(
図2参照)。
【0017】
昇降アクチュエータ30は、筒状の中空構造をした昇降ロッド20の内側に設けられる。シリンダチューブ35は、その外周が複数のフランジ27を介して昇降ロッド20の内周に連結され、昇降ロッド20と同軸上に配置される。ピストンロッド36は、その上端部がブラケット58を介して船体7に連結される。
【0018】
水中昇降装置100は、昇降ロッド20を吊り下げるロープ55と、ロープ55を巻き取るウィンチドラム50と、ウィンチドラム50を回転駆動するモータ70と、を備える。
【0019】
モータ70は、油圧源(
図2参照)から給排される作動油によって回転作動する油圧モータである。円筒状のウィンチドラム50は、モータ70の出力軸71に連結される。ウィンチドラム50は、一方向に回転することによってロープ55を巻き取り、逆方向に回転することによってロープ55を繰り出す。油圧モータ70は、斜板型アキシャルピストンモータが用いられるが、これに限らず他の型の油圧モータを用いてもよい。
【0020】
ウィンチドラム50は、昇降ロッド20の上方に設置される。ロープ55は、ウィンチドラム50から鉛直方向に延び、その先端部がアーム53を介して昇降ロッド20の上端部に連結される。
【0021】
なお、上述した構成に限らず、
図2に示すように、ロープ55が掛け回される滑車51を設けてもよい。昇降ロッド20の上方に滑車51を設けることにより、ウィンチドラム50を設置する場所に受ける制約が少なくなり、かつウィンチドラム50の設置位置に要求される位置精度を低くすることができる。
【0022】
図2に示すように、水中昇降装置100は、油圧源として、油圧ポンプ41とタンク42を備える。油圧ポンプ41は、その吸込口がタンク42に接続され、その吐出口に吐出通路43が接続される。吐出通路43から分岐される吐出分岐通路13が設けられる。タンク42には、作動油を戻す戻し通路44が接続される。戻し通路44から分岐される戻し分岐通路14が設けられる。
【0023】
水中昇降装置100は、昇降アクチュエータ30に作動油を給排する昇降アクチュエータ駆動回路15として、ロッド側室38に通じるロッド側通路45と、エンド側室39に通じるエンド側通路46と、を備える。ロッド側通路45には、パイロットチェック弁(オペレートチェック弁)47が介装される。
【0024】
昇降アクチュエータ駆動回路15は、昇降切換弁48を介して油圧源の吐出通路43及び戻し通路44に接続される。比例電磁式の昇降切換弁48は、ポジションA、B、Cを有し、コントローラ90から送られる電流によって昇降アクチュエータ30に対する作動油の給排方向を切換える。なお、昇降切換弁48は、開度が制御される比例電磁式のものに限らず、全開位置と全閉位置に切り換えられる電磁式のものであってもよい。
【0025】
上昇ポジションAでは、油圧ポンプ41から吐出される作動油が吐出通路43、ロッド側通路45を通じてロッド側室38に供給される。一方、エンド側室39の作動油がエンド側通路46、戻し通路44を通じてタンク42に戻される。これにより、昇降アクチュエータ30が収縮作動し、昇降ロッド20を上昇させる。
【0026】
下降ポジションBでは、油圧ポンプ41から吐出される作動油が吐出通路43、エンド側通路46を通じてエンド側室39に供給される。一方、ロッド側室38の作動油がロッド側通路45、戻し通路44を通じてタンク42に戻される。これにより、昇降アクチュエータ30が伸張作動し、昇降ロッド20を下降させる。このとき、パイロットチェック弁47は、エンド側通路46からパイロット圧通路49を通じて導かれるパイロット圧によって開弁する。
【0027】
停止ポジションCでは、ロッド側通路45、エンド側通路46がそれぞれ遮断されることにより、昇降アクチュエータ30の伸縮作動が停止される。このとき、パイロットチェック弁47がロッド側通路45を閉塞することにより、ロッド側室38から流出しようとする作動油の流れが止められ、昇降ロッド20が所定位置に保持される。
【0028】
昇降アクチュエータ30が伸張することによって水中機器10が船底5から水中に突出する距離は、例えば2〜5mの範囲内で測定条件に応じて設定される。
【0029】
ところで、水中機器10を長時間にわたって所定位置に保持しようとする場合に、昇降ロッド20及び水中機器10等に働く重力が昇降アクチュエータ30にかかっていると、ロッド側室38にて加圧される作動油がパイロットチェック弁47の弁隙間を通じてエンド室39へと徐々に流出するため、昇降ロッド20を所定位置に保持することが難しい。このため、定期的に水中昇降装置100を起動し、昇降ロッド20を所定位置に復帰させる操作を行わなければならない。
【0030】
この対処方法として、水中昇降装置100には、前述したように昇降ロッド20を吊り下げるロープ55を巻き取るウィンチドラム50が設けられるとともに、ウィンチドラム50の回転を制動するブレーキ60が設けられる。
【0031】
ウィンチドラム50を駆動するモータ70は、作動油が給排される一対のポートを介して導かれる油圧力によって回転作動するモータ機構(図示省略)を備える。モータ70は、各ポートに給排される作動油の流れ方向が切換えられるのに伴って出力軸71の回転方向が切換えられる。
【0032】
水中昇降装置100は、モータ70に作動油を給排するモータ駆動回路75を備える。モータ駆動回路75は、モータ70の各ポートにそれぞれ接続される第一モータ通路76及び第二モータ通路77を備える。
【0033】
モータ駆動回路75は、ウィンチ切換弁80を介して油圧源の吐出分岐通路13及び戻し分岐通路14に接続される。電磁式ウィンチ切換弁80は、ポジションD、E、Fを有し、コントローラ90から送られる電流によってモータ70に対する作動油の給排方向を切換える。
【0034】
巻き取りポジションDでは、油圧ポンプ41から吐出される作動油が吐出分岐通路13、第一モータ通路76を通じてモータ70に供給される。一方、モータ70から排出される作動油が第二モータ通路77、戻し分岐通路14を通じてタンク42に戻される。これにより、モータ70が正方向に回転作動し、ウィンチドラム50がロープ55を巻き取る方向に駆動される。
【0035】
モータ駆動回路75には、第一モータ通路76と第二モータ通路77を連通する連通路78と、連通路78に介装される圧力調整弁(リリーフ弁)79と、が設けられる。圧力調整弁79は、第一モータ通路76の圧力が第二モータ通路77の圧力より設定値を超えて高まるのに伴って開弁し、第一モータ通路76と第二モータ通路77の圧力差を設定値以下に調整する。圧力調整弁79の開弁圧によって決まるモータ70の出力は、ウィンチドラム50を介してロープ55に付与する張力が、昇降ロッド20及び水中機器10を上昇させる駆動力より小さくなるように設定される。これにより、昇降アクチュエータ30によって昇降ロッド20が昇降する作動時に、モータ70がウィンチドラム50を介してロープ55に所定の張力を付与し、ロープ55が弛むことなくウィンチドラム50に巻き取られる。
【0036】
繰り出しポジションEでは、油圧ポンプ41から吐出される作動油が吐出分岐通路13、第二モータ通路77を通じてモータ70に供給される。一方、モータ70から排出される作動油が第一モータ通路76、戻し分岐通路14を通じてタンク42に戻される。例えば、水中昇降装置100の組み付け作業時に、電磁式ウィンチ切換弁80が繰り出しポジションEに切換えられる。これにより、モータ70がウィンチドラム50をロープ55を繰り出す方向に駆動し、強制的に繰り出されるロープ55が昇降ロッド20に組み付けられる。
【0037】
吐出分岐通路13には、作動油の流れに抵抗を付与する流量調整弁17が介装される。流量調整弁17の開度に応じてモータ70に供給される作動油の流量が調整され、モータ70の回転速度が変えられる。これにより、昇降アクチュエータ30によって昇降ロッド20が昇降する作動時に、ロープ55が昇降ロッド20の動きに追従してウィンチドラム50の繰り出し、巻き取り作動が行われる。
【0038】
中立ポジションFでは、吐出分岐通路13が閉塞され、第一モータ通路76及び第二モータ通路77が戻し分岐通路14を通じてタンク42に連通される。これにより、モータ70の出力軸71が回転自在になる。
【0039】
モータ70には、ブレーキ60が内蔵される。ブレーキ60は、モータ70の出力軸71を制動するブレーキ機構63と、ブレーキ機構63に制動力(駆動力)としてバネ力を与えるスプリング61と、スプリング61に抗してブレーキ機構63の制動を解除する油圧シリンダ62と、を備える。
【0040】
ブレーキ機構63は、例えばモータ70の出力軸71と共に回転するディスクの両端面に摩擦力を与える制動子を備えるものである。また、ブレーキ機構63は、モータ70の出力軸71と共に回転するドラムの外周面に摩擦力を与える制動子を備えるものであってもよい。
【0041】
油圧シリンダ62の油圧室にはブレーキ解除圧通路65が接続される。ブレーキ解除圧通路65と吐出分岐通路13及び戻し分岐通路14との間にはブレーキ切換弁66が介装される。電磁式ブレーキ切換弁66は、ポジションG、Hを有し、コントローラ90から送られる電流によって油圧シリンダ62に対する作動油の給排を切換える。
【0042】
制動ポジションGでは、ブレーキ解除圧通路65が戻し分岐通路14に連通され、油圧シリンダ62にタンク42の低圧が導かれる。これにより、ブレーキ機構63は、スプリング61のバネ力によってモータ70の回転を制動する。
【0043】
解除ポジションHでは、ブレーキ解除圧通路65が吐出分岐通路13に連通され、油圧シリンダ62に油圧ポンプ41から吐出される作動油が供給される。これにより、ブレーキ機構63は、スプリング61のバネ力に抗してモータ70の制動を解除する。
【0044】
次に、水中昇降装置100の動作について説明する。コントローラ70は操作盤91からの指令によって昇降ロッド20を下降、上昇、停止させる制御を行う。
【0045】
昇降ロッド20を下降させる操作は、コントローラ70によって以下の順で行われる。
(1)まず、ブレーキ切換弁66が解除ポジションHに切換えられる。これにより、ブレーキ60では、油圧ポンプ41から吐出される作動油が油圧シリンダ62に供給され、ブレーキ機構63がスプリング61のバネ力に抗してモータ70の制動を解除する。
(2)続いて、ウィンチ切換弁80が巻き取りポジションDに切換えられる。これにより、油圧ポンプ41から吐出される作動油がモータ70に供給され、ウィンチドラム50がロープ55を巻き取る方向に駆動される。
(3)続いて、昇降切換弁48が下降ポジションBに切換えられる。これにより、油圧ポンプ41から吐出される作動油が昇降アクチュエータ30のエンド側室39に供給され、昇降アクチュエータ30が伸張作動する。
【0046】
こうして昇降アクチュエータ30が伸張作動して昇降ロッド20を下降させるときに、ウィンチドラム50からロープ55が繰り出される。このとき、モータ70から第一モータ通路76に送られる作動油は、圧力調整弁79を通じて第二モータ通路77に送られ、モータ駆動回路75を循環する。これにより、ロープ55は、一定の張力を維持しながらウィンチドラム50から繰り出される。
【0047】
昇降ロッド20を上昇させる操作は、コントローラ70によって以下の順で行われる。
(1)まず、ブレーキ切換弁66が解除ポジションHに切換えられる。これにより、ブレーキ60では、油圧ポンプ41から吐出される作動油が油圧シリンダ62に供給され、ブレーキ機構63がスプリング61のバネ力に抗してモータ70の制動を解除する。
(2)続いて、ウィンチ切換弁80が巻き取りポジションDに切換えられる。これにより、油圧ポンプ41から吐出される作動油がモータ70に供給され、ウィンチドラム50がロープ55を巻き取る方向に駆動される。
(3)続いて、昇降切換弁48が上昇ポジションAに切換えられる。これにより、油圧ポンプ41から吐出される作動油が昇降アクチュエータ30に供給され、昇降アクチュエータ30が収縮作動し、昇降ロッド20を上昇させる。
【0048】
こうして昇降アクチュエータ30が収縮作動して昇降ロッド20を上昇させるときに、ウィンチドラム50にロープ55が巻き取られる。このとき、圧力調整弁79によってモータ70の出力が一定に調節されることにより、ロープ55の張力が一定に保たれ、ロープ55が弛むことなくウィンチドラム50に巻き取られる。
【0049】
昇降ロッド20を停止させる操作は、コントローラ70によって以下の順で行われる。
(1)まず、昇降切換弁48が上昇ポジションAまたは下降ポジションBから停止ポジションCに切換えられる。これにより、昇降アクチュエータ30に対する作動油の給排が停止され、昇降アクチュエータ30の伸縮作動が停止される。
(2)続いて、ブレーキ切換弁66が制動ポジションGに切換えられる。これにより、ブレーキ60では、油圧シリンダ62にタンク42の低圧が導かれ、ブレーキ機構63がスプリング61のバネ力によってモータ70の回転を制動する。
(3)続いて、ウィンチ切換弁80が巻き取りポジションDから中立ポジションFに切換えられる。これにより、第一モータ通路76及び第二モータ通路77が戻し分岐通路14を通じてタンク42に連通され、モータ70によるウィンチドラム50の駆動が停止される。
【0050】
こうして昇降アクチュエータ30が昇降ロッド20の上昇、下降を停止させるときに、ウィンチドラム50によってロープ55に一定の張力を付与する状態で、ウィンチドラム50の回転がブレーキ60によって制動されることにより、ロープ55に吊り下げられる昇降ロッド20が機械的に保持される。ウィンチドラム50の回転がブレーキ60によって制動された状態では、ウィンチドラム50から延びるロープ55によって昇降ロッド20が船体7に吊り下げられることにより、船体7に生じる歪みの影響を少なくして水中機器10が定位置に保持される。長時間にわたって昇降アクチュエータ30の伸縮作動を停止する場合に、昇降アクチュエータ30に油圧の若干の洩れがあっても、ロープ55を介して昇降ロッド20及び水中機器10を一定位置に保持することができる。これにより、定期的に水中昇降装置100を起動し、昇降ロッド20を所定位置に復帰させる操作を行う必要がなくなる。
【0051】
以上の実施形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。
【0052】
〔1〕水中昇降装置100は、水中機器10を昇降自在に支持する昇降ロッド20と、昇降ロッド20を駆動する昇降アクチュエータ30と、 昇降ロッド20を吊り下げるロープ55を巻き取るウィンチドラム50と、ウィンチドラム50を駆動するモータ70と、昇降アクチュエータ30の作動停止時にウィンチドラム50の回転を制動するブレーキ60と、を備える構成とした。
【0053】
上記構成に基づき、昇降アクチュエータ30の作動停止時にブレーキ60がウィンチドラム50の回転を制動することにより、ウィンチドラム50から延びるロープ55を介して昇降ロッド20及び水中機器10が定位置に保持される。これにより、水中機器10は、水中で対象物の距離を測定する精度を維持することができる。
【0054】
船舶の航行中に昇降ロッド20が水中からの突き上げ荷重を受ける場合には、ロープ55が弛んで昇降ロッド20が上昇することにより、昇降ロッド20にかかる負荷を抑えられる。
【0055】
〔2〕モータ70は、昇降アクチュエータ30が昇降ロッド20を昇降させる作動時に、ウィンチドラム50に対してロープ55を巻き取る方向の駆動力を付与する構成とした。
【0056】
上記構成に基づき、昇降アクチュエータ30が昇降ロッド20を昇降させる作動時に、ウィンチドラム50をロープ55を巻き取る方向に駆動してロープ55に張力を付与することにより、ウィンチドラム50によるロープ55の巻き取り、繰り出しが円滑に行われる。これにより、ブレーキ60がウィンチドラム50の回転を制動した作動停止時に、ウィンチドラム50から延びるロープ55が弛むことを抑えられ、ロープ55を介して吊り下げる昇降ロッド20及び水中機器10を所定位置に保持することができる。
【0057】
〔3〕水中昇降装置100は、油圧モータ70に作動油を給排するモータ駆動回路75と、油圧モータ70に導かれる作動油の圧力を所定値以下に調整する圧力調整弁79と、をさらに備える構成とした。
【0058】
上記構成に基づき、昇降アクチュエータ30が伸縮作動する動作に連動して昇降ロッド20が昇降する作動が行われるときに、圧力調整弁79が油圧モータ70に導かれる作動油の圧力を所定値以下に調整することにより、ロープ55に所定の張力を付与することが可能となる。これにより、昇降ロッド20が昇降するのに伴ってウィンチドラム50によるロープ55の巻き取り、繰り出し作動が円滑に行われる。
【0059】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【0060】
例えば、上記実施形態では、水中機器10は、水中で音響により対象物の距離を測定するソナーである。これに限らず、水中機器10は、対象物の機械的、電磁気的、熱的、化学的性質等で示される情報を信号に置き換える検知器であってもよい。また、水中機器10は、対象物を測定するものに限らず、各種の作業を行うものであってもよい。
されているが、
さらに、上記実施形態では、昇降アクチュエータ30が筒状をした昇降ロッド20の内側に設けられる構成とした。これに限らず、昇降アクチュエータ30が昇降ロッド20の外側に設けられ、シリンダチューブ35が船体7に連結され、ピストンロッド36が昇降ロッド20に連結される構成としてもよい。
【0061】
さらに、上記実施形態では、モータ70は作動油の給排によって回転作動する油圧モータであり、作動液として作動油が用いられるが、これに限らず、作動油の代わりに例えば水溶性代替液等を用いる液圧モータであってもよい。ウィンチドラム50を駆動するモータとして、液圧モータに限らず、電動モータを設けてもよい。