特許 7484183 浮力発生装置

(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】2024-05-08

(45)【発行日】2024-05-16

(54)【発明の名称】浮力発生装置

(51)【国際特許分類】

   B63C 9/18 20060101AFI20240509BHJP

   B63G 8/14 20060101ALI20240509BHJP

【ＦＩ】

B63C9/18 Z

B63G8/14

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2020010707

(22)【出願日】2020-01-27

(65)【公開番号】P2021115965

(43)【公開日】2021-08-10

【審査請求日】2022-09-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100175802

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 光生

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100167553

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 久典

(72)【発明者】

【氏名】澤田 信一

【審査官】結城 健太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５０－５２７９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭４８－１１３２００（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開昭５５－８７６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第１０１７３７５９（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開昭６１－８１２９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６３Ｃ ９／００， ７／０６，

Ｂ６３Ｇ ８／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

体積可変室の容積を可変することによって浮力を調節する浮力発生装置であって、
前記体積可変室の一部を構成する可動子と、
前記体積可変室に収容された火薬と、
該火薬に点火する点火部と、
前記火薬の点火後における前記容積を所定量に保持する容積保持機構とを備え、
前記体積可変室は、シリンダと、該シリンダ内を摺動自在な前記可動子とによって形成され、
前記容積保持機構は、前記火薬の点火によって前記可動子が容積を比較的大とした状態において、前記可動子から突出して前記シリンダに係合する係合突起を備えることを特徴とする浮力発生装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、浮力発生装置に関する。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１には、浮力発生装置が開示されている。この浮力発生装置は、体積可変室と合金収納部との間で水素ガスを往復させることによって体積可変室の体積を変更し、以って発生浮力の調節を行うものである。すなわち、この浮力発生装置は、上記水素ガスを用いて体積可変室のピストンを降下させることで体積可変室の体積を最小化し、以って浮力が発生しない状態を実現し、また水素ガスを用いてピストンを上昇させることで体積可変室の体積を大きくし、以って浮力を発生させる。このような浮力発生装置は、潜水艇あるいは潜水艦に備えられ、姿勢制御に利用される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開昭６１－８１２９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上記背景技術は、熱交換室に収容された水素吸蔵合金を加熱することによって水素ガスを水素吸蔵合金から分離させ、また水素吸蔵合金を冷却することによって水素ガスを水素吸蔵合金に吸蔵させる。また、このような水素吸蔵合金の加熱／冷却には、潜水艇あるいは潜水艦のエンジンの排熱が利用される。したがって、背景技術は、ピストンの駆動機構つまり体積可変室の容積（体積）を可変させるための機構が複雑である。

【0005】

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、体積可変室の容積を従来よりも簡単な機構で可変することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明では、浮力発生装置に係る第１の解決手段として、体積可変室の容積を可変することによって浮力を調節する浮力発生装置であって、前記体積可変室の一部を構成する可動子と、前記体積可変室に収容された火薬と、該火薬に点火する点火部とを備える、という手段を採用する。

【0007】

本発明では、浮力発生装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記火薬の点火後における前記容積を所定量に保持する容積保持機構をさらに備える、という手段を採用する。

【0008】

本発明では、浮力発生装置に係る第３の解決手段として、上記第２の解決手段において、前記体積可変室は、シリンダと、該シリンダ内を摺動自在な前記可動子とによって形成され、前記容積保持機構は、前記火薬の点火によって前記可動子が容積を比較的大とした状態において、前記可動子から突出して前記シリンダに係合する係合突起を備える、という手段を採用する。

【0009】

本発明では、浮力発生装置に係る第４の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記可動子は、前記火薬の点火後によって前記体積可変室から離脱し、前記可動子に代わって前記体積可変室の一部を構成する蓋体をさらに備える、という手段を採用する。

【0010】

本発明では、浮力発生装置に係る第５の解決手段として、上記第４の解決手段において、前記体積可変室は、シリンダと、該シリンダ内を摺動自在な前記可動子とによって形成され、前記蓋体は、前記可動子が前記体積可変室から離脱する際に前記可動子によって押されることにより前記シリンダの開放端を開放し、前記可動子が離脱すると前記シリンダの開放端を閉鎖する、という手段を採用する。

【0011】

本発明では、浮力発生装置に係る第６の解決手段として、上記第５の解決手段において、前記蓋体は、前記シリンダに丁番を介して設けられ、前記シリンダには前記蓋体を囲むカバーが設けられる、という手段を採用する。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、体積可変室の体積を従来よりも簡単な機構で可変することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の第１実施形態に係る浮力発生装置の構成を示す断面図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係る浮力発生装置の動作状態を示す断面図である。

【図3】本発明の第２実施形態に係る浮力発生装置の構成を示す断面図及び下面図である。

【図4】本発明の第２実施形態に係る浮力発生装置の動作状態を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
最初に、図１及び図２を参照して本発明の第１実施形態について説明する。この第１実施形態に係る浮力発生装置Ａは、基本的に水中で使用される装置であり、体積可変室Ｒの体積（容積）を可変することによって浮力を調節する。この浮力発生装置Ａは、図１（ａ）に示すように、シリンダ１、可動子２、火薬３、点火部４及び制御部５を備えている。

【0015】

シリンダ１は、所定径の円筒状容器であり、先端が開放端１ａ、また後端が閉塞端である。このシリンダ１は、可動子２、火薬３及び点火部４を収容する。すなわち、このシリンダ１は、後端内に点火部４を収容し、後端近傍部位に火薬３を収容し、また当該火薬３の先端側に可動子２を収容する。

【0016】

また、このようなシリンダ１内には、当該シリンダ１及び可動子２によって体積可変室Ｒが形成されている。すなわち、この体積可変室Ｒは、シリンダ１の内壁及び可動子２の後端壁によって囲まれた空間である。

【0017】

可動子２は、シリンダ１内に同軸状に収容される円柱体であり、シリンダ１内を当該シリンダ１の中心軸線（図１の上下方向）に沿って摺動自在である。この可動子２には、後端面から所定距離隔てた周面上に、中心軸線周りに所定の角度ピッチでストッパ６が設けられている。また、この可動子２には、後端面とストッパ６との間にシール部材７が設けられている。

【0018】

このようなストッパ６は、本発明の容積保持機構に相当するものであり、火薬３の点火後における体積可変室Ｒの体積（容積）を所定量に保持する。すなわち、ストッパ６は、心軸線方向におけるシリンダ１と可動子２との位置関係を所定状態に固定するものである。このようなストッパ６は、図１（ｂ）に示すように、可動子２の周面に形成された挿入孔６ａ、バネ６ｂ及びピン６ｃを備えている。

【0019】

挿入孔６ａは、可動子２の中心軸線に直交する向き、かつ、可動子２の周面から所定深さまで形成された円柱状の孔である。この挿入孔６ａは、バネ６ｂとピン６ｃとを収容している。すなわち、バネ６ｂ及びピン６ｃのうち、ピン６ｃは挿入孔６ａの入口側（周面に近い側）に収容され、バネ６ｂは挿入孔６ａの奥側に収容されている。

【0020】

ピン６ｃは、火薬３の点火によって可動子２が体積可変室Ｒの体積（容積）を最大容積（比較的大）とした状態において、可動子２から突出してシリンダ１に係合する係合突起である。このピン６ｃは、挿入孔６ａに挿入された円柱状部材であり、所定の長さを備えている。また、バネ６ｂは、圧縮バネであり、ピン６ｃを挿入孔６ａの入口側に付勢する。

【0021】

このようなバネ６ｂ及びピン６ｃを備えるストッパ６は、図１（ｂ）に示すように、ピン６ｃがシリンダ１の開放端１ａに対峙した状態において、ピン６ｃがバネ６ｂの付勢力によって挿入孔６ａから突出することにより、可動子２がシリンダ１の後端側に移動することを規制する。なお、このストッパ６の作動については、詳細を動作説明として後述する。

【0022】

シール部材７は、可動子２の周面において、ストッパ６と後端面との間に設けられたリング状部材である。このシール部材７は、可動子２の周面とシリンダ１の内周面との間に介在することにより、シリンダ１に対する可動子２の中心軸線方向における摺動を可能とすると共に体積可変室Ｒの気密性を確保する。

【0023】

火薬３は、着火によって急激な燃焼反応（爆燃）を起こす物質である。この火薬３は、急激な燃焼反応によって体積可変室Ｒ内に高圧の燃焼ガスを発生させる。すなわち、この火薬３は、シリンダ１内において可動子２を中心軸線方向における開放端１ａ側に移動させるために推進力を発生させる原料である。

【0024】

点火部４は、制御部５による制御の下で上記火薬３を着火させる電子装置である。すなわち、この点火部４は、電気的な手段によって火薬３に急激な燃焼反応を起こさせるものであり、制御部５から点火信号が入力されると、当該点火信号に基づいて火薬３を着火させる。このような点火部４は、例えば放電回路であり、放電によって火薬３を着火させる。

【0025】

制御部５は、外部から受信した制御指令に基づいて点火部４を制御する。すなわち、この制御部５は、外部と無線通信する通信機能を備えており、外部から受信した制御指令に基づいて点火信号を生成し、この点火信号を点火部４に出力することにより点火部４を制御する。なお、上記通信機能は、本第１実施形態に係る浮力発生装置Ａが水中で使用されることを考慮して、外部の指令装置との間で音響通信を行うものである。

【0026】

続いて、本第１実施形態に係る浮力発生装置Ａの動作について詳しく説明する。
この浮力発生装置Ａは、例えば海底資源を海上に輸送するために動力を浮力として提供する。

【0027】

すなわち、この浮力発生装置Ａは、海底資源が収容された容器に１あるいは複数備えられ、初期的に図１（ａ）の位置（初期位置）にある可動子２を図２の位置（最終位置）に移動させることによって、最小浮力状態から最大浮力状態に移行する。このような浮力発生装置Ａによれば、上述した浮力の増大によって、海底の海底資源を海上に輸送することができる。

【0028】

ここで、この浮力発生装置Ａでは、可動子２を初期位置から最終位置に移動させるための手段として、火薬３の急激な燃焼反応によって発生する燃焼ガスの圧力を用いる。すなわち、この浮力発生装置Ａでは、制御部５及び点火部４を介して外部から火薬３に着火させることによって、体積可変室Ｒの体積を従来よりも簡単な機構で最小体積から最大体積に可変することが可能であり、この結果として従来よりも簡単な機構で浮力を最小浮力から最大浮力に可変することが可能である。

【0029】

また、可動子２の初期位置では、ストッパ６におけるピン６ｃの先端がシリンダ１の内周壁に当接しているので、ストッパ６は機能していない。しかしながら、火薬３の急激な燃焼反応によって可動子２が最終位置に移動すると、ピン６ｃの先端がシリンダ１の内周壁から外れるので、ストッパ６が作動して可動子２のシリンダ１の後端側への移動が規制される。すなわち、体積可変室Ｒの体積は最大体積に保持され、よって浮力は最大浮力に保持される。

【0030】

すなわち、可動子２にはシリンダ１の後端側へ押し戻す水圧が作用するので、ストッパ６がない場合に火薬３の急激な燃焼反応から時間が経過すると、可動子２は、初期位置に向けて移動する。しかしながら、この浮力発生装置Ａでは、可動子２が最終位置に移動した段階でストッパ６が作動するので、体積可変室Ｒの最大体積つまり浮力の最大浮力が容易に保持される。

【0031】

なお、この浮力発生装置Ａでは、火薬３の量が極端に多い場合、可動子２を開放端１ａ側に移動させる推力が大き過ぎて可動子２がシリンダ１から飛び出し、結果的に体積可変室Ｒが分解される虞がある。このような懸念を防止するためには、可動子２がシリンダ１から飛び出さない程度に可動子２の最大移動量を制限する必要がある。

【0032】

このような移動制限機構として、例えばシリンダ１の底部と可動子２の底部とをワイヤー等の線条材で連結することが考えられる。また、他の移動制限機構として、可動子２内に燃焼ガスを外部に逃がす連通孔を設けることが考えられる。この連通孔は、一端が例えば可動子２の底部に開口し、他端が可動子２の周面においてストッパ６近傍に開口するものである。このような連通孔によれば、可動子２が最終位置に移動した段階で体積可変室Ｒの燃焼ガスを外部に逃げるので、可動子２のさらなる移動を防止することが可能である。

【0033】

〔第２実施形態〕
次に、図３及び図４を参照して本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態に係る浮力発生装置Ｂは、上述した浮力発生装置Ａと同様に基本的に水中で使用される装置であり、体積可変室Ｒの体積（容積）を可変することによって浮力を調節する。この浮力発生装置Ｂは、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、シリンダ１、可動子２、火薬３、点火部４、制御部５、蓋体８、丁番９及びカバー１０を備えている。

【0034】

この第２実施形態では、第１実施形態の構成要素と同一の構成要素には同一符号を付している。以下では、第１実施形態の構成要素とは異なる構成要素、つまり可動子２、蓋体８、丁番９（ヒンジ）及びカバー１０について説明する。なお、図３（ｂ）は、シリンダ１の先端側（開放端１ａの側）から浮力発生装置Ｂを見た図（下面図）である。

【0035】

可動子２は、シリンダ１内に同軸状に収容される円柱体であり、シリンダ１内を当該シリンダ１の中心軸線（図１の上下方向）に沿って摺動自在である。この可動子２は、先端部が図示するようにドーム状に形成されており、第１実施形態の可動子２のようにストッパ６及びシール部材７は設けられていない。

【0036】

蓋体８は、シリンダ１の開放端１ａ（先端部）を開放／閉鎖する部材であり、内表面にシリンダ１内に突出する突部が設けられている。丁番９は、シリンダ１の中心軸線に直交する姿勢の回動軸を備えており、このような蓋体８を回動自在にシリンダ１に接続する。蓋体８は、回動軸周りに回動することによって、シリンダ１の開放端１ａを開放／閉鎖する。詳細については後述するが、このような蓋体８は、可動子２に代わって体積可変室Ｒの一部を構成する。

【0037】

カバー１０は、蓋体８の周囲を覆う略円筒状の部材であり、シリンダ１に対して同軸状に固定されている。より詳しくは、このカバー１０は、図３（ｂ）に示すように、中心軸線に直交する方向の断面形状が、一部が欠けた円筒状であり、蓋体８の外周の殆どを覆っている。詳細については後述するが、このようなカバー１０は、蓋体８がシリンダ１の開放端１ａを開放した後、水圧が効果的に作用して蓋体８がより短時間でシリンダ１の開放端１ａを閉鎖するように機能する。

【0038】

続いて、第２実施形態に係る浮力発生装置Ｂの動作について詳しく説明する。
この浮力発生装置Ｂは、上述した浮力発生装置Ａと同様に海底資源を海上に輸送するための動力を浮力として提供する装置である。

【0039】

すなわち、この浮力発生装置Ｂは、海底資源が収容された容器に１あるいは複数備えられ、火薬３の急激な燃焼反応によって初期的に図３（ａ）の位置（初期位置）にある可動子２を図４（ａ）に示す中間位置を経て、図４（ｂ）に示すようにシリンダ１の開放端１ａから離脱させる。

【0040】

すなわち、制御部５が点火信号を点火部４に出力し、この結果として点火部４が火薬３に着火させると、火薬３が急激な燃焼反応を開始する。この急激な燃焼反応によって、可動子２にはシリンダ１の開放端１ａ側に移動させる推力が作用する。そして、この可動子２は、中間位置まで移動すると、先端部が蓋体８の突部に当接し、蓋体８に対して開く方向の押圧力を作用させる。この結果、蓋体８は、丁番９の回動軸周りに回動することにより、シリンダ１の開放端１ａを開放し始める。

【0041】

そして、火薬３の急激な燃焼反応に基づく推力によって可動子２が中間位置を越えて移動することにより、蓋体８はシリンダ１の開放端１ａを完全に開放する。また、可動子２は、シリンダ１の開放端１ａを通過し、当該開放端１ａから外部に離脱する。すなわち、この状態において、シリンダ１内に形成された体積可変室Ｒは、一部が水中に露出した状態となる。

【0042】

しかしながら、蓋体８は、可動子２Ａが離脱して当該可動子２から押圧力を受けなくなると、水圧等の圧力によってシリンダ１の開放端１ａを再び閉鎖する方向に回動する。この際に、蓋体８の周囲の殆どがカバー１０によって覆われているので、水圧等の圧力が蓋体８を押し戻す方向に効果的に作用する。

【0043】

この結果、蓋体８は、シリンダ１の開放端１ａを再び閉鎖し、よって体積可変室Ｒは、可動子２が離脱することによってシリンダ１と蓋体８とによって囲まれた密閉空間となる。すなわち、本第２実施形態の蓋体８は、シリンダ１から離脱した可動子２に代わって体積可変室Ｒの一部を構成する。このような浮力発生装置Ｂでは、シリンダ１内に水が若干浸入するものの、体積可変室Ｒは、初期の最小体積から所望の最大体積まで変化する。したがって、本第２実施形態に係る浮力発生装置Ｂによれば、従来よりも簡単な機構で浮力を最小浮力から最大浮力に可変することが可能である。

【0044】

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記各実施形態では、制御部５が外部から受信する制御指令に基づいて火薬３に着火させたが、本発明はこれに限定されない。例えば制御部５内にタイマを設け、当該タイマが所定の時刻を計時したタイミングで火薬３に着火させてもよい。また、このようなタイマを点火部４に設けることにより制御部５を削除してもよい。すなわち、制御部５は、本発明における必須の構成要素ではない。

【0045】

（２）上記各実施形態では、浮力発生装置Ａ、Ｂの用途として、浮力を利用した海底資源の輸送について説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、各実施形態に係る浮力発生装置Ａ、Ｂは、浮力を用いた水中における様々なアプリケーションに適用することが可能である。

【0046】

（３）上記第１実施形態では、ストッパ６のピン６ｃをシリンダ１の開放端１ａに係合させることにより可動子２を最終位置に保持したが、本発明はこれに限定されない。例えば、シリンダ１の内周面にストッパ６のピン６ｃが係合する凹部を形成し、この凹部にピン６ｃを係合させてもよい。

【0047】

（４）上記第２実施形態では、カバー１０を設けることによって蓋体８がシリンダ１の開放端１ａを再び閉鎖することを補助したが、本発明はこれに限定されない。例えば、カバー１０に代えてあるいはカバー１０に加えて、丁番９の回動軸に戻りバネを装着し、当該戻りバネのバネ力によって蓋体８がシリンダ１の開放端１ａを再び閉鎖することを補助してもよい。

【符号の説明】

【0048】

Ａ、Ｂ 浮力発生装置
Ｒ 体積可変室
１ シリンダ
１ａ 開放端
２ 可動子
３ 火薬
４ 点火部
５ 制御部
６ ストッパ（容積保持機構）
６ａ 挿入孔
６ｂ バネ
６ｃ ピン
７ シール部材
８ 蓋体
９ 丁番
１０ カバー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】