特許 7012932 耐水圧殻体、水中機器、及び潜水船

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-01-21

(45)【発行日】2022-01-31

(54)【発明の名称】耐水圧殻体、水中機器、及び潜水船

(51)【国際特許分類】

   B63G 8/00 20060101AFI20220124BHJP

   B63C 11/48 20060101ALI20220124BHJP

【ＦＩ】

B63G8/00 C

B63C11/48 D

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018048371

(22)【出願日】2018-03-15

(65)【公開番号】P2019156300

(43)【公開日】2019-09-19

【審査請求日】2020-03-03

(73)【特許権者】

【識別番号】521511542

【氏名又は名称】三菱重工マリタイムシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(72)【発明者】

【氏名】小池 敏和

(72)【発明者】

【氏名】中林 良和

【審査官】結城 健太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開平３－２７１０９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】再公表特許第２０１１／１２２６４８（ＪＰ，Ａ１）

【文献】特開昭６４－２６０６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０４７８７２７１（ＣＮ，Ａ）

【文献】実開昭５８－８１１９６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許第７４７５６５１（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開２００９－１２１６２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２７５９９３６（ＣＮ，Ｙ）

【文献】特開昭５６－１５４３８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】Elsayed Fathallah, Hui Qi, Lili Tong, and Mahmoud Helal，“Design Optimization of Composite Elliptical Deep-Submersible Pressure Hull for Minimizing the Buoyancy Factor”，Advances in Mechanical Engineering，SAGE Publishing，2014年，Volume 6，p.1-15，DOI:10.1155/2014/987903, ISSN 1687-8140

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６３Ｃ １１／００，１１／４８，

Ｂ６３Ｇ ８／００，

Ｂ６３Ｂ ３／１３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

長手方向を有し、水没する耐水圧殻体において、
当該耐水圧殻体の長手方向に、肉厚が薄い薄肉部と肉厚が厚い厚肉部とを交互に配置して構成され、回転体で形成された中間部材を有して構成されていると共に、前記中間部材の内側と外側の両側が凹凸有りの面で構成されていて、それぞれの前記厚肉部は前記薄肉部よりも前記中間部材の内側に突出する凸部と前記中間部材の外側に突出する凸部とを有していることを特徴とする耐水圧殻体。

【請求項2】

前記中間部材において、前記厚肉部の全長が前記薄肉部の全長の２５％～９０％で構成されている請求項１に記載の耐水圧殻体。

【請求項3】

前記中間部材において、前記薄肉部の最小厚みが前記中間部材における前記厚肉部の最大厚みの４０％～９０％の範囲内の厚みで構成されている請求項１または２に記載の耐水圧殻体。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載の耐水圧殻体が備えられていることを特徴とする水中機器。

【請求項5】

当該耐水圧殻体の外側に取り付ける外部配置部材が前記厚肉部の外側表面に取り付けられている請求項４に記載の水中機器。

【請求項6】

請求項１～３のいずれか１項に記載の耐水圧殻体が備えられていることを特徴とする潜水船。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、耐水圧殻体、水中機器、及び潜水船に関し、より詳細には、水中を航行する水中機器の機器類を収容する耐水圧殻において、軽量化が可能な耐水圧殻体、水中機器、及び潜水船に関する。

【背景技術】

【0002】

水産資源や海底資源等の海底調査や、沈没船の水中遺跡の調査などにおいて、水上からオペレーターが制御する遠隔操作無人探査機（ＲＯＶ）や自律型無人潜水機（ＡＵＶ）等、種々の水中機器が使用されている。水中機器には、航行時の水圧に耐えられるように、前端に半球状のドーム部を円筒に設けている圧力容器で機体を形成している（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

【0003】

これらの水中機器においては、深く潜降するためには、制御装置、電装品、映像機器（カメラ等）などの機器類を収容し、外側の水圧から守る圧力容器を形成する耐水圧殻の耐水圧の性能を大きくする必要があるが、耐水圧殻の肉厚（板厚）は均一に形成されているため、この肉厚を厚くすると重量が増加して、浮力の確保のために水中機器が大きくなってしまい、さらに、耐水圧の性能の確保が難しくなるという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００２－１４５１８７号公報

【文献】特開２００９－２２７２６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、軽量でありながら、大きな水圧に耐えられる耐水圧殻体、水中機器、及び潜水船を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記のような目的を達成するための本発明の耐水圧殻体は、長手方向を有し、水没する耐水圧殻体において、当該耐水圧殻体の長手方向に、肉厚が薄い薄肉部と肉厚が厚い厚肉部とを交互に配置して構成され、回転体で形成された中間部材を有して構成されていると共に、前記中間部材の内側と外側の両側が凹凸有りの面で構成されていて、それぞれの前記厚肉部は前記薄肉部よりも前記中間部材の内側に突出する凸部と前記中間部材の外側に突出する凸部とを有していることを特徴とする。

【0007】

この構成によれば、薄肉部と厚肉部とを交互に配置している場合の平均肉厚(平均板厚)を持つ耐水圧殻よりも、より大きな耐水圧性能を持つことが実験的に確認されているので、同じ耐水圧性能を持つ平均肉厚の耐水圧殻よりも、軽量化することができる。なお、この薄肉部は切削加工により薄肉に形成されることが好ましい。

【0008】

また、上記の耐水圧殻体において、当該耐水圧殻体の長手方向に関して、当該耐水圧殻体における接続部を除いて、前記薄肉部と前記厚肉部をそれぞれ２以上有していると、フランジ等の接続部がある場合に、この構成により耐水圧の性能の効果が発生する。

【0009】

また、上記の耐水圧殻体において、回転体で形成された中間部材を有して構成されていると共に、前記中間部材の内側が凹凸無しの連続面で、かつ、前記中間部材の外側が凹凸有りの面で構成されていると、内側が凹凸無しの連続面となっているので、中間部材の内側に各種機器を円滑に収容できる。この構成は、耐水圧殻体が水中を航行しない場合や、水中を航行しても速度が低い場合に適している。なお、この回転体としては、通常は円筒が製造し易いので用いられるが、円錐台やその他の回転体であってもよい。

【0010】

また、上記の耐水圧殻体において、回転体で形成された中間部材を有して構成されていると共に、前記中間部材の外側が凹凸無しの連続面で、かつ、前記中間部材の内側が凹凸有りの面で構成されていると、外側が凹凸無しの連続面となっているので、この耐水圧殻体が航行する場合に、外側における渦流の発生を抑制でき、航行時の抵抗を少なくすることができ、推進性能の悪化を防止できる。この構成は、耐水圧殻体が水中を比較的高速で航行する場合に適している。

【0011】

なお、内側の機器の収容の面と外側の水中航行の抵抗の面から、中間部材の外側も、又、内側も凹凸有りの面で構成されている場合があってもよい。

【0012】

また、上記の耐水圧殻体において、回転体で形成された中間部材を有して構成されていると共に、前記中間部材において、前記薄肉部の全長が前記厚肉部の全長の２５％～９０％、より好ましくは、３５％～８０％で構成されていると、耐水圧性能の向上と重量のバランスが良い状態で軽量化することができる。

【0013】

また、上記の耐水圧殻体で、前記中間部材において、前記薄肉部の最小厚みが前記厚肉部の最大厚みの４０％～９０％より好ましくは４５％～８０％の範囲内の厚みで構成されていると、耐水圧性能の向上と重量のバランスが良い状態で軽量化することができる。

【0014】

そして、上記の目的を達成するための本発明の水中機器は、上記の耐水圧殻体が備えられて構成されている。この構成により、上記の耐水圧殻体と同様の効果を発揮できる。

【0015】

さらには、上記の水中機器において、前記中間部材の外側に取り付ける外部配置部材が前記厚肉部の外側表面に取り付けられて構成されていると、外部配置部材の取り付けに際しても耐水圧強度を維持し易くなる。

【0016】

そして、上記の目的を達成するための本発明の潜水船は、上記の耐水圧殻体が備えられて構成されている。この構成により、上記の耐水圧殻体と同様の効果を発揮できる。

【発明の効果】

【0017】

本発明の耐水圧殻体、水中機器、及び潜水船によれば、軽量でありながら、大きな水圧に耐えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明に係る第１の実施の形態の耐水圧殻体の構成を模式的に示す正面図である。

【図2】本発明に係る第２の実施の形態の耐水圧殻体の構成を模式的に示す正面図である。

【図3】本発明に係る第３の実施の形態の耐水圧殻体の構成を模式的に示す正面図である。

【図4】外部配置部材（コネクタ）の取り付け状態を模式的に示す横断面図である。

【図5】本発明に係る実施の形態の水中機器の構成を模式的に示す側面図である。

【図6】図１の水中機器の構成を模式的に示す平面図である。

【図7】図１の水中機器の構成を模式的に示す正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明に係る実施の形態の耐水圧殻体、水中機器、及び潜水船を、図面を参照しながら説明する。この本発明に係る実施の形態の水中機器、及び本発明に係る実施の形態の潜水船は、本発明に係る実施の形態の耐水圧殻体を備えて構成される。

【0020】

なお、本発明においては、耐水圧殻体を備えた構造体として、水中機器と潜水船とを例示しているが、この両方を区別必要は特に無く、耐水圧の性能が要求される水没体で、無人であったり、又は、比較的小型であったり、又は、推進機能を持っていなかったりする水没体を、水中機器とし、逆に、有人であったり、又は、比較的大型であったり、又は、推進機能を有していたりする水没体を、潜水船としている。また、ここでは、水中機器として水中航走体を例にして説明しているが、本発明はこの例示する水中航走体に限定されるものではない。

【0021】

最初に、本発明に係る実施の形態の耐水圧殻体を備えている水中機器について、水中航走体を例にして説明する。図５～図７に示すように、本発明に係る実施の形態の水中航走体（水中機器）１は、海域や湖水域や川などの水中を航走する水中機器であり、３基のプロペラ推進器１１、１２、１３を機体１０の長手方向Ｘに向けて配置して構成される。また、垂直スラスタ１４が上下方向Ｚに、左右方向Ｙに関しては機体１０の中央で、長手方向Ｘに関しては機体１０の後側に設けられている。また、機体１０の後部に３枚のフィン２１がプロペラ推進器１１、１２、１３の後方にそれぞれ設けられている。そして前部にはカメラ２２が設けられ、機体１０の前側部分の下部に下部浮力体２３と、長手方向Ｘに関して機体１０の半分くらいの範囲に上部浮力体２４を設けている。

【0022】

そして、本発明においては、この機体１０は、図１に示すような、第１の実施の形態の耐水圧殻体（耐水圧シェル構造体）３０Ａ、あるいは、図２に示すような、第２の実施の形態の耐水圧殻体３０Ｂ、あるいは、図３に示すような、第３の実施の形態の耐水圧殻体３０Ｃで構成されている。

【0023】

図１～図３に示す第１～第３の実施の形態の耐水圧殻体（耐水圧シェル構造体）３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃは、前部部材３１と中間部材３２と後部部材３３とから構成されている。水中航走体１が深い深度まで潜降する場合には、通常は、前部部材３１と後部部材３３は、耐水圧の性能が得られやすい半球体で形成されることが多いが、後部部材３３に関しては、プロペラ推進器１１、１２、１３を配置する必要から、円錐台と半球体を組み合せた構成とする場合もある。本発明においては、この前部部材３１と後部部材３３の形状は特に限定しない。

【0024】

一方、中間部材３２は、耐水圧の性能が得られ易く、また、比較的製造し易い、円筒、円錐台等の形状とするが、その他の回転体であってもよい。そして、この中間部材３２に溶接などにより、前部部材３１と後部部材３３が接続され、耐水圧殻体３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃが形成される。この耐水圧殻体３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃの全体としては、前後方向（Ｘ方向）に細長い形状、即ち、長手方向を有する形状となる。また、この耐水圧殻体３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃは、回転体で形成された中間部材３２を有して構成されている。

【0025】

そして、本発明においては、この水没する耐水圧殻体３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃにおいて、この耐水圧殻体３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃの長手方向（Ｘ方向）に、肉厚（板厚）が薄い薄肉部３２ａと肉厚が厚い厚肉部３２ｂとを交互に配置して構成される。すなわち、厚肉のリング状部分と薄肉のリング状部分が交互に連続している形状に構成される。

【0026】

より具体的には、前部部材３１と中間部材３２とを、あるいは、中間部材３２と後部部材３３とを、フランジ（図示しない）等で接続する場合や、中間部材３２を長手方向に幾つかの部材に分割してフランジ（図示しない）等で接続する場合もあるが、これらの場合においては、この耐水圧殻体における接続部（フランジ等の部分）を除いて、薄肉部３２ａと厚肉部３２ｂとをそれぞれ２以上有して構成する。この構成により、薄肉部３２ａと厚肉部３２ｂの交互配置の効果が発生する。

【0027】

この構成によれば、薄肉部３２ａと厚肉部３２ｂとを交互に配置している場合の平均肉厚を持つ耐水圧殻よりも、より大きな耐水圧性能を持つことができる。このことは実験的に確認されている。そのため、同じ耐水圧性能を持つ平均肉厚の耐水圧殻よりも、軽量化することができる。

【0028】

この薄肉部３２ａと厚肉部３２ｂの交互配置は、切削加工により削られることにより薄肉部３２ａが形成されることが好ましい。なお、この耐水圧殻体３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃの材料としては、切削加工が可能で、かつ、重さが比較的軽い金属である、アルミニウム合金が最適であるが、その他の金属や合成樹脂やＦＲＰ等を除外するものではない。

【0029】

そして、図１に示す第１の実施の形態の耐水圧殻体３０Ａでは、中間部材３２の外側も内側も凹凸有りの面で構成されている。この第１の実施の形態の耐水圧殻体３０Ａは、第２及び第３の実施の形態の耐水圧殻体３０Ｂ、３０Ｃに比べて、切削加工が必要となる面が外側面と内側面の両面となるので工作性が悪く、メリットが少ないが、内側の機器の収容の面と外側の水中航走時の抵抗の面から採用される場合があってもよい。

【0030】

また、図２に示す第２の実施の形態の耐水圧殻体３０Ｂでは、中間部材３２の内側が凹凸無しの連続面で、かつ、中間部材３２の外側が凹凸有りの面で構成されている。この構成によれば、外側が凹凸有の面となっているので、切削加工により薄肉部３２ａを形成し易く、工作性に優れていると共に、内側が凹凸無しの連続面となっているので、中間部材３２の内側に各種機器を円滑に収容できる。この構成は、耐水圧殻体３０Ｂが水中を航行しない場合や、水中を航行しても速度が低い場合に適している。

【0031】

また、図３に示す第３の実施の形態の耐水圧殻体３０Ｃでは、中間部材３２の外側が凹凸無しの連続面で、かつ、中間部材３２の内側が凹凸有りの面で構成されている。この構成によれば、外側が凹凸無しの連続面となっているので、この耐水圧殻体３０Ｃが航行する場合に、外側における渦流の発生を抑制でき、航行時の抵抗を少なくすることができ、推進性能の悪化を防止できる。この構成は、水中航走体１が水中を比較的高速で航行する場合に適している。

【0032】

また、そして、図１及び図２に示す第１及び第２の実施の形態の耐水圧殻体３０Ａ、３０Ｂのように、外側が凹凸形状をしている場合には、耐水圧性能には関与しない、航行抵抗を低減するためのカバー体(図示しない)を耐水圧殻体３０Ａ、３０Ｂの外側に被せて、航行性能を維持する構成にすることもできる。

【0033】

また、より詳細には、これらの耐水圧殻体３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃの中間部材３２において、薄肉部３２ａの全長（ΣＬａｉ：ｉ＝１～Ｉ）が厚肉部３２ｂの全長（ΣＬｂｊ：ｊ＝１～Ｊ）の２５％～９０％、より好ましくは、３５％～８０％で構成されることが好ましく、この構成により、耐水圧性能の向上と重量のバランスが良い状態で軽量化することができる。

【0034】

また、中間部材３２において、薄肉部３２ａの最小厚み（最小板厚）ｔａが厚肉部３２ｂの最大厚み（最大板厚）ｔｂの４０％～９０％より好ましくは４５％～８０％の範囲内の厚みで構成されることが好ましく、この構成により、耐水圧性能の向上と重量のバランスが良い状態で軽量化することができる。

【0035】

さらに、図４に示すように、コネクタ等の外部配置部材４０を、中間部材３２の外側に取り付ける場合には、外部配置部材４０を厚肉部３２ｂの外側表面３２ｂｆに取り付けることが好ましい。この取り付けに際しては、厚肉部３２ｂの外側表面３２ｂｆを外部配置部材４０の取り付け面に合わせた面形状に切削加工などにより加工しておくことにより、外部配置部材４０を厚肉部３２ｂに密着させて強固に固定することができる。厚肉部３２ｂの外側表面３２ｂｆを厚肉部３２ｂの厚さよりも厚くしておいて、平面等に加工することにより、薄肉部３２ａを加工することに比べて、耐水圧性能の低下を防止することができる。

【0036】

また、このコネクタのような外部配置部材４０の固定に際しては、外部配置部材４０に接続されているケーブル４１から推進器用の動力線や各種信号線などのハーネス４２を耐水圧殻体３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃの内側に導入することが多いので、必要に応じてシール部材４３を用いることが好ましく、このシール部材４３により、この固定部分における高いシール性能を得ることができる。

【0037】

上記の構成の第１～第３の実施の形態の耐水圧殻体３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃによれば、軽量でありながら、大きな水圧の耐えることができる。

【0038】

そして、本発明に係る実施の形態の水中航走体(水中機器)１は、上記の耐水圧殻体３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃが備えられて構成されている。また、本発明に係る実施の形態の潜水船（図示しない）は、上記の本発明に係る第１～第３の実施の形態の耐水圧殻体３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを備えて構成されている。これらの構成により、耐水圧殻体３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃと同様の効果を発揮できる。

【符号の説明】

【0039】

１ 水中航走体（水中機器）
１０ 機体
１１ 第１プロペラ推進器
１２ 第２プロペラ推進器
１３ 第３プロペラ推進器
１４ 垂直スラスタ
２１ フィン
２２ カメラ
２３ 下部浮力体
２４ 上部浮力体
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ 耐水圧殻体（耐水圧シェル構造体）
３１ 前部部材
３２ 中間部材
３２ａ 薄肉部
３２ｂ 厚肉部
３３ 後部部材
４０ 外部配置部材（コネクタ等）
Ｌａｉ 薄肉部の長さ（ｉ＝１～Ｉ）
ΣＬａｉ 薄肉部の全長（ｉ＝１～Ｉ）
Ｌｂｊ 厚肉部３２ｂの長さ（ｊ＝１～Ｊ）
ΣＬｂｊ 厚肉部の全長（ｊ＝１～Ｊ）
ｔａ 薄肉部の最小厚み
ｔｂ 厚肉部の最大厚み

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】