JP2018039469A - 水中機および水中機の旋回方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 水流の発生を減らして旋回動作できるようにする。【解決手段】 水中機の機体２に、旋回装置４を備える。旋回装置４は、上下方向の回転軸７を有して回転体収容部５に収容された回転体６と、それを機体２から回転可能に支持する支持手段８と、回転駆動手段９とを備える。回転体６は、円筒部材１２と上端壁１３、および、その内側に取り付けられた回転部材１１とを備えた構成としてある。回転体６の内部に液体１０を満たした状態で、回転体６の回転を加速するときの反作用により、水中機を、回転体６の加速した回転方向とは逆の方向に旋回させる。回転体６の回転を減速するときは、減速度を加速度よりも小さくして、回転体６の回転方向と同方向に発生するトルクが機体２に作用する水の抵抗に打ち勝つことがないようにする。【選択図】図２

Description

本発明は、水中で旋回動作を行う水中機、および、水中機の旋回方法に関するものである。

水中にて各種の観測や作業等を行うための水中機の１つとして、所謂ＲＯＶ（remotely operated vehicle）と呼ばれる遠隔操作型の水中探査機が使用されている。

この種の水中探査機は、機体に、前後方向、左右方向、上下方向などの姿勢に配置された複数のスラスタを備えて、前後方向、左右方向、上下方向の３軸方向の運動性を得るようにしてあることが多い。

また、水中探査機は、機体の左右の両側部に、前後方向の姿勢に配置された前後方向スラスタを、機体の左右の両側部に一対で備えた形式とされることが多い（たとえば、特許文献１参照）。

このような形式の水中探査機は、左側の前後方向スラスタと右側の前後方向スラスタとを、一方を停止した状態で他方のみを運転して前後いずれかの方向へ水を噴射させるか、あるいは、左右の各前後方向スラスタを、互いに前後の逆方向へ水を噴射させるように運転することにより、水中で機体を旋回させるようにしてある。

特開平１−１８６４９１号公報

ところが、前記従来の水中探査機は、水中で機体の旋回動作を行うときには、左右一対の前後方向スラスタのいずれか一方、または、双方から前後方向に向けて水を噴射することが必要とされる。そのため、従来の水中探査機は、たとえば、ダムの底部付近や、その他、ほぼ静水域となっていて堆積物が生じている環境で機体の旋回動作を行うと、前記したような前後方向スラスタにより前後方向へ水を噴射することで発生する水流により、堆積物を巻き上げてしまうことがあるというのが実状である。

このような堆積物の巻き上げは、各種観測機器による観測、特にカメラのような撮像装置による観測に支障を生じる虞がある。また、たとえば、撮像装置によって撮影された映像を見ながら遠隔で作業を行うときには、作業対象個所の視認が困難になる虞も生じる。

更に、巻き上げられた堆積物が、水中探査機の機体や観測機器に付着することもある。

そこで、本発明は、従来技術より水流の発生を減らしても、水中で旋回動作を可能にする水中機、および、水中機の旋回方法を提供しようとするものである。

本発明は、前記課題を解決するために、液体中で使用する水中機において、機体に、旋回装置を備え、前記旋回装置は、前記機体に設けた回転体収容部と、上下方向に延びる回転軸を有して前記回転体収容部に収容して配置された回転体と、前記機体に設置されて前記回転体を回転可能に支持する支持手段と、前記回転体を回転駆動する回転駆動手段とを備え、前記回転体は、該回転体の回転時に前記回転体収容部の内側で液体に対して回転方向の運動を与える回転部材を備えた構成を有する水中機としてある。

前記回転体は、前記回転体収容部の内側の液体を満たす内部の空間を備え、前記回転部材は、前記回転体の内部の空間に備えられた構成としてもよい。

前記回転体は、前記内部の空間と外部とを連通させる開口を備える構成としてもよい。

前記回転体は、円筒部材を備えて、該円筒部材の内側を前記内部の空間とし、前記回転部材は、前記円筒部材の半径方向に沿って配置された平板状のものとした構成としてもよい。

前記回転部材は、前記円筒部材の内周面に取り付けられた構成としてもよい。

前記回転体収容部には液体が満たされ、前記回転体は、前記回転軸に接続された軸部材と、前記軸部材の外周に取り付けられて、前記回転体の回転時に前記回転体収容部に満たされた液体に対して回転運動を与える回転部材とを備える構成としてもよい。

前記回転体収容部は、開口を有する蓋を備える構成としてもよい。

機体に、旋回装置を備え、前記旋回装置は、前記機体に設けた回転体収容部と、上下方向に延びる回転軸を有して前記回転体収容部に収容して配置された回転体と、前記機体に設置されて前記回転体を回転可能に支持する支持手段と、前記回転体を回転駆動する回転駆動手段とを備え、前記回転体は、該回転体の回転時に前記回転体収容部の内側で液体に対して回転方向の運動を与える回転部材を備えた構成を有する水中機を、液体中に配置し、前記回転体を、前記回転軸を中心とする一方向または他方向への回転を加速するときの反作用により、前記機体を前記回転体の加速した回転方向とは逆の方向へ旋回させるようにする水中機の旋回方法としてある。

前記回転体を前記回転軸を中心とする一方向または他方向への回転を加速した後に減速するときに、減速時の負の加速度の絶対値を、加速時の加速度よりも小さくする方法としてもよい。

本発明の水中機、および、水中機の旋回方法によれば、従来技術より水流の発生を減らして、水中で機体の旋回動作を行うことができる。

水中機の第１実施形態の概略を示す図である。 図１の水中機の旋回装置を拡大して示す図である。 旋回装置における回転体の回転駆動手法を説明する図である。 水中機の第２実施形態として、旋回装置の別の例を示す図である。 水中機の第３実施形態として、旋回装置の更に別の例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
図１は、水中機の第１実施形態を示すもので、図１（ａ）は一部切断概略側面図、図１（ｂ）は概略平面図である。図２は、水中機に備えた旋回装置を拡大して示すもので、図２（ａ）は一部切断側面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ方向矢視拡大図である。図３は旋回装置における回転体の回転駆動手法を説明するための図である。

本実施形態の水中機は、図１（ａ）（ｂ）に符号１で示すもので、機体２に、前後方向、左右方向、上下方向の３軸方向の推進性を行うためのスラスタを備え、更に、旋回装置４を備えた構成とされている。図１（ａ）（ｂ）では、機体２に前後方向の推進性を得るためのスラスタとして、機体２の左右の両側部に一対の前後方向スラスタ３ａ，３ｂを備えた構成例が示してある。機体２に左右方向と上下方向の推進性を得るためのスラスタは、記載を省略してある。なお、機体２に前後方向、左右方向、上下方向の推進性を得るためのスラスタは、旋回装置４と干渉を生じないという条件を満たしていれば、ＲＯＶやその他の形式の水中機について、既存の形式や配置、あるいは、従来提案されている形式や配置のスラスタを採用してもよいことは勿論である。

旋回装置４は、図１（ａ）（ｂ）、図２（ａ）（ｂ）に示すように、機体２に設けた回転体収容部５と、上下方向の回転軸７を有し且つ回転体収容部５に収容して配置された回転体６と、機体２に設置されて回転体６を回転可能に支持する支持手段８と、回転体６を双方向に回転駆動可能な回転駆動手段９とを備えた構成とされている。

更に、回転体６は、中空構造としてあって、その内部に、本実施形態の水中機１の使用環境に存在する液体としての淡水や海水と同じか、または、ほぼ同様の密度を有する液体１０が満たされ、且つ回転体６の回転時に回転体６の内部の液体１０に対して回転運動を与える回転部材１１を備えた構成とされている。

本実施形態では、回転体６は、上下方向に延びる円筒部材１２と、円筒部材１２の上端側を閉塞する上端壁１３とから形成された中空円筒形状の容器構造を備えている。回転体６は、下端側が開放されている。

上端壁１３の中央部の上側には、円筒部材１２と同軸に配置された回転軸７の下端側が接続されている。

更に、円筒部材１２の内側には、平板状の回転部材１１が、周方向に設定された間隔を隔てた複数個所、たとえば、図２（ｂ）に示すような周方向等間隔の８個所に、円筒部材１２の半径方向に沿う姿勢で配置されている。各回転部材１１は、外周側に位置する端縁が、円筒部材１２の内周面に取り付けられている。各回転部材１１の上端側に位置する端縁は、上端壁１３の下面に取り付けられている。

なお、各回転部材１１の内周側に位置する端辺は、図２（ｂ）に示すように、円筒部材１２の軸心位置から設定された距離分離れた位置に配置されていてもよいし、円筒部材１２の軸心位置まで延びていてもよい。各回転部材１１の内周側の端辺が円筒部材１２の軸心位置に配置される場合は、各回転部材１１の内周側の端辺同士が連結された構成としてもよい。

上端壁１３には、中央寄りとなる個所に、回転体６の内部と外部とを連通させる開口１４が設けられている。なお、各回転部材１１の内周側の端辺同士が連結されていない場合は、回転体６の内部で隣接する回転部材１１同士の間に形成される空間は、すべて繋がっているので、この場合は、開口１４は、上端壁１３の少なくとも一個所に設けてあればよい。

一方、前記したように各回転部材１１の内周側の端辺同士が連結された構成の場合は、回転体６の内部の空間に、各回転部材１１によって仕切られた複数の区画が周方向に配列されて形成されるため、この場合は、開口１４は、各区画に対応して設けるようにすればよい。

これにより、回転体６では、内部の空気を開口１４を通して上方へ抜きながら、下端側の開放部分あるいは開口１４から内部の空間に液体１０を入れることができる。したがって、本実施形態の水中機１が潜水を開始するときには、回転体収容部５に水中機１の使用環境に存在している水が入ると、その水を回転体６の下端側から回転体６の内部へ入れることができる。したがって、この場合は、本実施形態の水中機１の使用環境に存在している水が、回転体６の内部を満たす液体１０となる。なお、回転体６は、内部が液体１０によって完全に満たされている必要はなく、回転体６の上部内側に多少の空気が残留していてもよい。

回転体６は、内部に液体１０が満たされた状態で回転軸７を中心に回転すると、各回転部材１１が回転軸７を回転中心として周方向に移動するので、回転体６の内部を満たした液体１０のうち、各回転部材１１の移動方向の前方に存在している液体１０は、回転部材１１によって押されて回転方向の運動を生じるようになる。

なお、回転体６の内部の液体１０が回転方向の運動を生じると、この回転方向に運動している液体１０には、遠心力が作用するようになる。この際、回転中心からの距離が大きくなるにしたがって、すなわち、回転体６の回転中心側から外周側に近付くにしたがって、液体１０に作用する遠心力は大きくなる。

この点に鑑みて、開口１４は、上端壁１３のできるだけ中央寄りとなる個所に設けることが好ましい。これは、回転体６の回転時に大きな遠心力を受けた状態の液体１０が、開口１４を通って回転体６の外部に流出することを抑制でき、よって、機体２の外部に水の流れが生じる現象を抑制するのに有効なためである。

また、本実施形態の回転体６は、各回転部材１１の外周側端縁が円筒部材１２の内周面に取り付けられた構成を備えているので、回転体６の回転時に大きな遠心力を受けた状態の液体１０を、隣接する回転部材１１の間に受けて保持することができる。よって、回転体６の回転時には、液体１０に、回転方向の運動をより確実に生じさせることができる。

回転体収容部５は、本実施形態では、機体２の上部側に、回転体６を収容可能な形状、たとえば、平面形状が前後方向に延びる長円形の凹部として設けられている。この回転体収容部５には、回転体６が前側に寄せた配置で収容されている。この際、回転体６の回転軸７の位置は、回転軸７が機体２の重心の真上に配置されていることが好ましいが、ずれていてもよい。

この際、回転体収容部５の内底面５ａと回転体６の下端部は、できるだけ近接して配置されることが好ましい。これは、前述したように回転体６の回転時には、回転体６の内部で回転体６の回転に伴って回転運動する液体１０に遠心力が作用するため、この遠心力が作用している状態の液体１０が、回転体６の下端部と回転体収容部の内底面５ａとの隙間を通って外部に流出して、機体２外部に水の流れを形成する現象を抑制するためである。

なお、本実施形態の水中機１は、図１（ａ）に示すように、回転体収容部５の内底面５ａに開口１５を備えて、この開口１５が、機体２の外面における回転体収容部５の内底面５ａよりも低い位置に設けた開口１６に、連通管１７を介して接続された構成を備えるようにしてもよい。図１（ａ）では、開口１６が機体２の下部に設けられた構成例を示してある。

なお、開口１５は、回転体収容部５の内底面５ａにおける回転体６の回転中心からの距離が開口１４（図２（ａ）参照）と同様かそれ以下となる位置に備えることが好ましい。これは、前述したように回転体６の回転時には、回転体６の内部で回転体６の回転に伴って回転運動する液体１０に遠心力が作用するため、この遠心力が作用している状態の液体１０が、開口１５から連通管１７と開口１６とを経て機体２の外部に流出して、機体２の外部に水の流れを形成する現象を抑制するためである。

この構成によれば、本実施形態の水中機１を潜水させるときには、水中機１の使用環境に存在している水を、開口１６から連通管１７、開口１５を通して回転体収容部５に速やかに流入させることができる。したがって、回転体収容部５および回転体６の内側には、速やかに水を満たすことができる。

一方、本実施形態の水中機１を水面から引き上げると、回転体６の内側の液体１０である水、および、回転体収容部５に入っている水は、開口１５から、連通管１７および開口１６を通して外部へ排出することができる。したがって、本実施形態の水中機１を吊り上げて回収するときには、吊り上げ荷重の軽減化を図ることができる。

なお、開口１５は、回転体収容部５における回転体６から離反した個所の内底面５ａや側壁の下端側に設けた構成としてもよい。

支持手段８は、たとえば、図１（ａ）（ｂ）に示すように、回転体収容部５における回転体６の後方となる位置に、上下方向に延びる防水構造としてある円筒筺体１８を設け、回転体６の上方となる位置で前後方向に延びる防水構造としてある筺体１９の後端側を、円筒筺体１８の上端側に水密に取り付けた構成とされている。筺体１９の前端側には、回転体６の回転軸７が、図示しない軸受などを介して回転自在に筺体１９に支持されている。なお、筺体１９は、水中での使用に問題がなければ、必ずしも防水構造としてないものであってもよい。

本実施形態では、回転駆動手段９は、円筒筺体１８の内側に取り付けられたモータ２０と、筺体１９の内部に突出するモータ２０の出力軸に取り付けられたプーリ２１、回転軸７に取り付けられたプーリ２２、及びプーリ２１と２２との間に掛けられた図示しないベルトにより構成される動力伝達機構とを備えた構成とされている。したがって、回転体６の支持手段８である筺体１９は、動力伝達機構のケーシングとしての機能も備えている。

動力伝達機構の入力側のプーリ２１には、モータ２０の出力側が接続され、動力伝達機構の出力側のプーリ２２は、回転軸７に接続されている。

これにより、回転駆動手段９では、モータ２０を回転駆動すると、動力伝達機構のプーリ２１、ベルト、プーリ２２を介して、回転軸７と一体に回転体６を回転駆動することができ、また、モータ２０の回転方向を切り替えることにより、回転体６の回転方向を切り替えることができる。

なお、動力伝達機構は、モータ２０の回転駆動力を回転軸７に伝達することができ、また、モータ２０の回転方向と回転数の変化に応じて、回転体６の回転方向と回転数を変化させることができるようにしてあれば、プーリ２１、プーリ２２、プーリ２１と２２の間に掛けられたベルトに限らず、動力伝達軸、ギヤ、チェーンとスプロケットなど、動力伝達の方式や構成は任意でよい。

更に、回転駆動手段９は、モータ２０に接続された制御器２３を備えた構成とされている。

ここで、制御器２３によるモータ２０の制御手法について説明する。

旋回装置４では、回転駆動手段９のモータ２０を運転して、回転体６を回転すると、回転体６の内部で回転部材１１に押される液体１０が、回転体６の回転方向と同じ方向に回転運動する。したがって、旋回装置４では、回転体６の質量と、回転体６の内部で回転体６と一緒に回転運動する液体１０の質量との和が、回転軸７を中心に回転運動を行う慣性質量となる。説明の便宜上、以下の説明では、回転体６と、回転体６の回転時に回転体６と一緒に回転運動する液体１０とを合わせて慣性質量体という。

ここで、先ず、旋回装置４において、回転体６を、一方向、たとえば、図１（ｂ）に矢印ｓで示すように平面視で時計回り方向（以下、ｓ方向という）に回転させる場合について説明する。

回転体６を回転駆動手段９により駆動して、前記慣性質量体のｓ方向の回転速度（または角速度）を、速度ゼロの停止状態からの加速も含めて加速させるときには、その反作用を、回転体６を支持手段８を介して支持している機体２が受ける。これにより、機体２には、回転軸７の位置を中心として、図１（ｂ）に矢印Ｌで示す平面視で反時計回り方向（以下、Ｌ方向という）に旋回させようとするトルクが生じる。この機体２に生じるＬ方向のトルクの大小は、回転駆動手段９より回転体６に与えるｓ方向回転の加速度の大小に依存している。

一方、前記慣性質量体がｓ方向に回転している状態から、回転駆動手段９により、回転体６を含む前記回転質量体を、速度ゼロとなる停止状態までの減速も含めて減速させるときには、その反作用として、機体２には、回転軸７の位置を中心として、図１（ｂ）に矢印Ｒで示す平面視で時計回り方向（以下、Ｒ方向という）に旋回させようとするトルクが生じる。この機体２に生じるＲ方向のトルクの大小は、回転駆動手段９により回転体６に与えるｓ方向回転の減速度の大小、すなわち、負の加速度の絶対値の大小に依存している。

ところで、本実施形態の水中機１は、水中で旋回するときには、機体２の周囲に存在している水の抵抗を受ける。そのため、本実施形態の水中機１では、機体２にＬ方向やＲ方向に旋回させようとするトルクが生じても、実際にＬ方向やＲ方向の旋回動作が発生するのは、そのトルクが、機体２が受ける水の抵抗に打ち勝つときのみとなる。

そこで、本実施形態の水中機１を水中でＬ方向へ旋回させるときには、制御器２３は、回転駆動手段９のモータ２０に対し、回転体６をｓ方向へ回転させるための指令を与えると共に、モータ２０の回転について、図３に示すような加速度の制御を行うようにしてある。

具体的には、本実施形態の水中機１では、機体２の設計情報などから機体２が旋回時に受ける水の抵抗が分かる。よって、本実施形態の水中機１を水中で実際に旋回させるために機体２に作用させることが必要とされるトルクのしきい値は、予め求めることができる。また、回転体６の設計情報、および、本実施形態の水中機１の使用環境に存在する水の性状などを基に、前記慣性質量体の質量が分かるので、前記トルクのしきい値に対応して、本実施形態の水中機１を実際に旋回させるために必要とされる前記慣性質量体の回転の加速度のしきい値も、求めることができる。更に、この慣性質量体の回転の加速度のしきい値と、回転駆動手段９にてモータ２０の出力側に接続された動力伝達機構の減速比の情報などを基に、本実施形態の水中機１を実際に旋回させるために必要とされるモータ２０の回転の加速度のしきい値ｘが求められる。

なお、本実施形態の水中機１の模型や実機を用いて行う試験結果を基に、水中機１に旋回が実際に生じるときのモータ２０の回転の加速度のしきい値ｘを求めるようにしてもよい。また、本実施形態の水中機１を実際に旋回させるために必要とされるモータ２０の回転の加速度のしきい値ｘを求めることができれば、そのしきい値ｘを求める手法は、前記した以外の任意の手法を用いてもよいことは勿論である。

制御器２３には、前記しきい値ｘの情報が、予め登録される。この状態で、制御器２３は、回転体６をｓ方向へ回転させるためにモータ２０を駆動するときは、図３に示すように、モータ２０の回転を加速するときの加速度は、前記しきい値ｘよりも大となるよう設定し、モータ２０の回転を減速するときの減速度（負の加速度）は、その絶対値が前記しきい値ｘよりも小となるように設定した制御指令を、モータ２０に与える機能を備えている。

この制御器２３からの制御指令に基づいてモータ２０の加速度が制御されると、回転体６を含む慣性質量体は、ｓ方向に、回転速度の加速と減速とを繰り返しながら回転するようになる。

慣性質量体のｓ方向の回転が加速する期間は、機体２に生じるＬ方向のトルクが、機体２が受ける水の抵抗に打ち勝つようになる。このため、本実施形態の水中機１は、Ｌ方向の旋回動作を行う。

一方、慣性質量体のｓ方向の回転が減速する期間は、機体２にＲ方向のトルクが生じるが、このＲ方向のトルクは、機体２が受ける水の抵抗に打ち勝つことはない。よって、このとき本実施形態の水中機１には、Ｒ方向の旋回動作は生じない。

したがって、この２つの期間が順次繰り返されることにより、本実施形態の水中機１は、Ｌ方向の旋回動作を断続的に行うようになる。

次いで、旋回装置４において、回転体６を、前記一方向（ｓ方向）とは反対方向となる他方向、たとえば、図１（ｂ）に矢印ｔで示すように平面視で反時計回り方向（以下、ｔ方向という）に回転させる場合について説明する。

回転体６を回転駆動手段９により駆動して、前記慣性質量体のｔ方向の回転速度（または角速度）を、速度ゼロの停止状態からの加速も含めて加速させるときには、その反作用として、機体２には、回転軸７の位置を中心として、Ｒ方向に旋回させようとするトルクが生じる。この機体２に生じるＲ方向のトルクの大小は、回転駆動手段９より回転体６に与えるｔ方向回転の加速度の大小に依存している。

一方、前記慣性質量体がｔ方向に回転している状態から、回転駆動手段９により、回転体６を含む前記回転質量体を、速度ゼロとなる停止状態までの減速も含めて減速させるときには、その反作用として、機体２には、回転軸７の位置を中心として、Ｌ方向に旋回させようとするトルクが生じる。この機体２に生じるＬ方向のトルクの大小は、回転駆動手段９により回転体６に与えるｔ方向回転の減速度の大小、すなわち、負の加速度の絶対値の大小に依存している。

そこで、本実施形態の水中機１を水中でＲ方向へ旋回させるときには、制御器２３は、回転駆動手段９のモータ２０に対し、回転体６をｔ方向へ回転させるための指令を与えると共に、モータ２０の回転について、図３に示したと同様の加速度の制御を行うようにしてある。

すなわち、制御器２３は、回転体６をｔ方向へ回転させるためにモータ２０を駆動するときは、図３に示すように、モータ２０の回転を加速するときの加速度は、しきい値ｘよりも大となるよう設定し、モータ２０の回転を減速するときの減速度（負の加速度）は、その絶対値がしきい値ｘよりも小となるように設定した制御指令を、モータ２０に与える機能を備えている。

この制御器２３からの制御指令に基づいてモータ２０の加速度が制御されると、回転体６を含む慣性質量体は、ｔ方向に、回転速度の加速と減速とを繰り返しながら回転するようになる。

慣性質量体のｔ方向の回転が加速する期間は、機体２に生じるＲ方向のトルクが、機体２が受ける水の抵抗に打ち勝つようになる。このため、本実施形態の水中機１は、Ｒ方向の旋回動作を行う。

一方、慣性質量体のｔ方向の回転が減速する期間は、機体２にＬ方向のトルクが生じるが、このＬ方向のトルクは、機体２が受ける水の抵抗に打ち勝つことはない。よって、このとき本実施形態の水中機１には、Ｌ方向の旋回動作は生じない。

したがって、この２つの期間が順次繰り返されることにより、本実施形態の水中機１は、Ｒ方向の旋回動作を断続的に行うようになる。

このように、本実施形態の水中機１は、旋回装置４の運転により、Ｒ方向およびＬ方向のいずれの方向にも自在に旋回することができる。

この旋回を行うときは、本実施形態の水中機１では、旋回装置４にて、液体１０が満たされた回転体６を回転駆動するのみでよく、機体２に備えた前後方向スラスタ３ａ，３ｂや、機体２に左右方向と上下方向の推進性を得るために備えた図示しないスラスタを運転する必要はない。

よって、本実施形態の水中機１は、従来技術より水流の発生を減らした状態で、水中で旋回動作を行うことができる。

更に、本実施形態では、回転体６は、機体２の上部側に凹部として設けられた回転体収容部５に配置してあるため、回転体６の側方と下方が、回転体収容部５に覆われている。そのため、回転体６の回転に誘引される水の流れが回転体６の周囲に発生するとしても、その水の流れが機体２の側方や下部側に達することは抑制される。

よって、本実施形態の水中機１は、ダムの底部付近や、その他、ほぼ静水域となっていて堆積物が生じているような環境で旋回動作が必要とされる水中機として、従来技術よりも適したものとすることができる。このような堆積物が生じているような環境においても、従来技術よりも水流の発生を減らすことができるため、各種観測機器による観測、たとえば、カメラのような撮像装置による観測を良好に実施することが可能になる。また、たとえば、撮像装置によって撮影された映像を見ながら遠隔で作業を行うときには、作業対象個所の視認を良好に行うことが可能になる。

本実施形態では、旋回装置４は、回転体６の質量と、回転体６の回転時に回転体６と一緒に回転運動する液体１０の質量とを慣性質量として用いているが、このうちの液体１０は、水中機１の使用環境に存在している水を回転体６の内側に満たしたものである。

そのため、旋回装置４で使用する液体１０は、本実施形態の水中機１の使用環境に存在する液体としての淡水や海水と同じ密度となっている。よって、本実施形態の水中機１を潜水させた状態では、旋回装置４で回転体６に満たされている液体１０は、水中機１の中性浮力には寄与しない。

本実施形態の水中機１は、前後方向や左右方向や上下方向の移動を自在に行うためには、潜水したときに水中機１全体でほぼ中性浮力となるように、図示しない浮力体を備えるが、旋回装置４で慣性質量を得るために使用される液体１０については、中性浮力を得るための浮力体による調整は必要ない。

なお、旋回装置４では、慣性質量体の回転の加速により機体２に生じさせるＬ方向やＲ方向のトルクを増大させるためには、慣性質量が大きいほど有利である。このような観点から、機体２に生じさせる前記トルクの増大化を狙って慣性質量の増大化を図る場合であっても、本実施形態の旋回装置４では、慣性質量の大部分が液体１０により構成されているので、浮力体の増加量は、回転体６の重量増加分に対応する量のみでよい。

なお、たとえば、回転する慣性質量として一般的に使用されている金属製のフライホイールを使用する場合は、フライホイールの全体とつり合わせて中性浮力を得るための浮力体が必要になる。しかも、慣性質量の増大化を図るためにフライホイールを重くすると、フライホイールの重量増加分に比例して浮力体の使用量が増加する。したがって、この場合は、機体のサイズの増大化を招いてしまう。あるいは、機体のサイズが規定されている場合は、使用可能なフライホイールのサイズが限定されて、慣性質量に制限が生じてしまう。

また、慣性質量としてフライホイールを使用する場合は、水中での水中機の重心の位置がフライホイールの配置に大きく影響されるため、重心と浮心間の距離（ＢＧ）の調整が困難になる場合がある。

これに対し、本実施形態の水中機１では、慣性質量の大部分を占める液体１０は、水中で中性浮力が得られるため、水中での水中機１の重心への影響は、フライホイールに比して大幅に小さい。よって、本実施形態の水中機１は、重心と浮心間の距離（ＢＧ）の調整をより容易なものとすることができる。

更に、本実施形態の水中機１は、水中に潜航させるまでは、旋回装置４の回転体６の内部に液体１０は満たされておらず、また、水中機１を水面から引き上げるときには、回転体６の内部を満たしていた液体１０は回転体収容部５の内底面５ａの開口１５を通して外部に排出することができる。この際、回転体６の上端壁１３にある開口１４を通して回転体６の内部に空気を流入することができる。よって、本実施形態の水中機１は、水面に降ろすまでや、水面から引き上げた後の重量について軽減化を図ることができる。このため、本実施形態の水中機１は、吊り上げて移動させる作業のような地上で取り扱う場合の作業に要する労力の軽減化を図ることができる。

［第２実施形態］
図４は、水中機の第２実施形態として、旋回装置の別の例を示すもので、図４（ａ）は一部切断側面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ方向矢視図である。

なお、図４（ａ）（ｂ）において、第１実施形態に示したものと同一のものには同一符号を付してその説明を省略する。

本実施形態における旋回装置は、図４（ａ）（ｂ）に符号４ａで示すものである。旋回装置４ａは、第１実施形態の図２（ａ）（ｂ）に示した旋回装置４と同様の構成において、回転体６を、回転体６の外側に配置された支持手段８で回転可能に支持する構成に代えて、円筒筺体２４を、回転体収容部５の中央部の内底面５ａを貫通させることで、回転体６の内側の軸心に沿う位置に備えて、この円筒筺体２４を、回転体６を回転可能に支持する支持手段としたものである。

このため、回転体６は、上端壁１３の中央部の下側に回転軸７の上端側が接続され、この回転軸７が、円筒筺体１８の内側に取り付けられたモータ２０の出力軸に接続され、モータ２０により回転可能に支持されている。

本実施形態における回転駆動手段９は、円筒筺体２４の内側に取り付けられたモータ２０と、モータ２０に接続された制御器２３とを備え、モータの出力軸を回転軸７に接続して、モータ２０の駆動力で回転軸７に直接回転駆動する構成とされている。

以上の構成としてある旋回装置４ａは、第１実施形態における旋回装置４と同様の運転を行うことにより、水中機１（図１（ａ）（ｂ）参照）を、Ｒ方向およびＬ方向のいずれの方向にも自在に旋回させることができる。

したがって、旋回装置４ａを備えた水中機１も、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

［第３実施形態］
図５は、水中機の第３実施形態として、旋回装置の更に別の例を示すもので、図５（ａ）は一部切断側面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ方向矢視図である。

なお、図５（ａ）（ｂ）において、第１実施形態、第２実施形態に示したものと同一のものには同一符号を付してその説明を省略する。

本実施形態における旋回装置は、図５（ａ）（ｂ）に符号４ｂで示すものである。

旋回装置４ｂは、機体２に、有底の円筒形状の回転体収容部５を備えている。更に、回転体収容部５は、図５（ａ）に示すように、上端側に蓋２５を備えた構成とすることが好ましい。これは、後述する回転体６ａの回転に伴って回転体収容部５に収容された液体１０に生じる流れが機体２の外部に流出しないようにするためである。

蓋２５には、中央寄りとなる個所に、回転体収容部５の内部と外部とを連通させる開口２６が設けられている。

これにより、回転体収容部５は、内部の空気を開口２６を通して上方へ抜きながら、内底面５ａの開口１５、または、開口２６から内部に液体１０を入れることができる。したがって、本実施形態では、水中機１（図１（ａ）（ｂ）参照）が潜水を開始するときには、回転体収容部５に水中機１の使用環境に存在している水が入る。したがって、この場合は、本実施形態の水中機１の使用環境に存在している水が、回転体６ａの周囲を満たす液体１０となる。

回転体６ａは、回転体収容部５の軸心位置に配置された上下方向に延びる軸部材２７と、軸部材２７に取り付けられた複数の回転部材１１とを備えた構成とされている。

本実施形態では、軸部材２７の外周に、平板状の回転部材１１が、周方向に設定された間隔を隔てた複数個所、たとえば、図５（ｂ）に示すような周方向等間隔の８個所に、軸部材２７の半径方向に沿う姿勢で配置されている。各回転部材１１は、内周側に位置する端縁が、軸部材２７の外周面に取り付けられている。

軸部材２７の下端側には、回転軸７が同心配置で取り付けられている。回転軸７は、回転体収容部５の内底面に備えた貫通孔２８の部分に、図示しない軸受を介して回転自在に保持されている。したがって、本実施形態の旋回装置４ｂでは、回転軸７を保持している貫通孔２８の部分が、機体２に設置されて回転体６ａを回転可能に支持させる支持手段として機能する。

貫通孔２８の下方に突出する回転軸７の下端側には、第２実施形態の場合と同様に図示しないモータと、モータに接続された制御器とを備えた回転駆動手段９が接続されている。

以上の構成としてある旋回装置４ｂでは、回転体収容部５に液体１０が満たされた状態で、回転駆動手段９を運転して回転軸７と一体に回転体６ａを回転させると、各回転部材１１が軸部材２７を回転中心として周方向に移動するので、回転体収容部５を満たしている液体１０のうち、各回転部材１１の移動方向の前方に存在している液体１０が、回転部材１１によって押されて回転方向の運動を生じるようになる。

なお、回転体６の内部の液体１０が回転方向の運動を生じると、この回転方向に運動している液体１０には、遠心力が作用するようになる。この際、回転中心からの距離が大きくなるにしたがって、すなわち、回転体６の回転中心側から外周側に近付くにしたがって、液体１０に作用する遠心力は大きくなる。

この点に鑑みて、各回転部材１１の外周側の端縁と、回転体収容部５の周壁内面との間の隙間は、できるだけ小さくなるようにすることが好ましい。これは、回転体６の回転時に大きな遠心力を受けた状態の液体１０が前記隙間を通り抜ける現象を抑制して、回転体収容部５の外周寄りに存在している液体１０にも回転方向の運動をより確実に生じさせることができるようにするためである。

これにより、本実施形態の旋回装置４ｂでは、回転体収容部５の内部の液体１０が、回転体６ａの回転時に回転部材１１に押されて回転体６ａの回転方向と同じ方向に回転運動する。したがって、旋回装置４ｂでは、回転体６ａの質量と、回転体収容部５の内部で回転体６ａと一緒に回転運動する液体１０の質量との和が、回転軸７を中心に回転運動を行う慣性質量となる。

よって、旋回装置４ｂによっても、回転体６ａと、回転体６ａの回転時に回転体収容部５の内側で回転体６ａと一緒に回転運動する液体１０とを合わせて慣性質量体として用いることができるため、第１実施形態における旋回装置４と同様の運転を行うことにより、水中機１（図１（ａ）（ｂ）参照）を、Ｒ方向およびＬ方向のいずれの方向にも自在に旋回させることができる。

したがって、旋回装置４ｂを備えた水中機１も、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明は、前記各実施形態にのみ限定されるものではなく、各構成部材の長さや外形、断面形状等は一例であり、適宜変更してもよい。また、水中機１の外形や、旋回装置４，４ａ，４ｂ以外の機体２の構成は、自在に変更してもよい。

第１実施形態や第２実施形態における回転体６は、円筒部材１２の下端側に、開口を備えた底板を備えるようにしてもよい。

更に、第１実施形態および第２実施形態における回転体６は、内部の液体１０を出し入れできる構成とすることが好ましいが、液体１０を封入した構成としてもよい。また、第３実施形態における回転体収容部５は、機体２の外部と連通する開口２６を備えて、内部の液体１０を出し入れできる構成とすることが好ましいが、液体１０を封入した構成としてもよい。これらの構成の場合は、封入する液体１０として、水中機１の使用環境に存在する液体と同じか、または、ほぼ同様の比重を有する液体１０を用いることにより、液体１０については、中性浮力を得るための浮力体による調整は、ほぼ必要ないものとすることができる。また、水中機１の重心と浮心間の距離（ＢＧ）の調整は、容易なものとすることができる。

第１実施形態と第２実施形態の回転体６は、回転体６の内側に液体１０を収容することができ、且つ回転体６の内側に液体１０に回転運動を付与する回転部材１１を備えていれば、図示した以外の外形を備えていてもよい。たとえば、回転部材１１は、軸心方向で径寸法が変化する外形を備えていてもよい。

第３実施形態の回転体６ａは、軸部材２７に、回転体収容部５の内側に満たされた液体１０に回転運動を付与する回転部材１１を取り付けた構成を備えていれば、図示した以外の構成を備えていてもよい。たとえば、軸部材２７の外周に、棒状の接続部材を介して回転部材を取り付けた構成としてもよい。

回転部材１１は、回転体６，６ａが回転するときに液体１０に回転運動を効率よく与えるという観点から考えると、回転体の半径方向に沿って配置された平板状のものとすることが好ましい。しかし、回転部材１１は、回転体６，６ａが回転するときに一緒に回転して、液体１０に回転運動を与えることができれば、平板状以外の任意の形状を採用してもよい。

回転部材１１の数は、回転体６，６ａのサイズなどに応じて適宜変更してもよい。

第１実施形態および第２実施形態では、回転体収容部５の上部側に、開口を有する蓋を備えるようにしてもよい。

回転体収容部５は、機体２の上部側に備えた例を示したが、機体２の上下方向の中間部や下部側に備えた構成としてもよい。この場合は、回転体収容部５の下端側を端壁で閉塞した構成とするか、あるいは、回転体６，６ａに底板を備える構成とするなど、回転体６，６ａの回転時に回転運動する液体１０に遠心力が作用しても、この液体１０が回転体収容部５から下方に向けて流出しないようにするための対策を講じるようにすればよい。

回転体収容部５には、内底面５ａなどに備えた開口１５と機体２の外面に設けた開口１６とを連通管１７で接続した構成を備えることが好ましいが、備えなくてもよい。

前記各実施形態では、回転駆動手段９に、モータ２０を用いている構成について例示したが、回転出力を出すことができるものであれば、モータ以外のアクチュエータを採用するようにしてもよい。

本発明の水中機１は、静水域で旋回動作を行う水中機１であれば、いかなる使用目的に用いてもよい。また、本発明の水中機１は、ＲＯＶのような遠隔操作型のほか、自律型の水中機１に適用してもよい。

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 水中機、２ 機体、４，４ａ，４ｂ 旋回装置、５ 回転体収容部、６，６ａ 回転体、７ 回転軸、８ 支持手段、９ 回転駆動手段、１０ 液体、１１ 回転部材、１２ 円筒部材、１４ 開口、２４ 円筒筺体（支持手段）、２５ 蓋、２６ 開口、２７ 軸部材、２８ 貫通孔（支持手段）、ｓ 一方向、ｔ 他方向

Claims (9)

1. 液体中で使用する水中機において、
   機体に、旋回装置を備え、
   前記旋回装置は、
   前記機体に設けた回転体収容部と、
   上下方向に延びる回転軸を有して前記回転体収容部に収容して配置された回転体と、
   前記機体に設置されて前記回転体を回転可能に支持する支持手段と、
   前記回転体を回転駆動する回転駆動手段とを備え、
   前記回転体は、該回転体の回転時に前記回転体収容部の内側で液体に対して回転方向の運動を与える回転部材を備えたこと
   を特徴とする水中機。
2. 前記回転体は、前記回転体収容部の内側の液体を満たす内部の空間を備え、
   前記回転部材は、前記回転体の内部の空間に備えられた
   請求項１記載の水中機。
3. 前記回転体は、前記内部の空間と外部とを連通させる開口を備える構成とした
   請求項２記載の水中機。
4. 前記回転体は、円筒部材を備えて、該円筒部材の内側を前記内部の空間とし、
   前記回転部材は、前記円筒部材の半径方向に沿って配置された平板状のものとした、
   請求項２または３記載の水中機。
5. 前記回転部材は、前記円筒部材の内周面に取り付けられた
   請求項４記載の水中機。
6. 前記回転体収容部には液体が満たされ、
   前記回転体は、
   前記回転軸に接続された軸部材と、
   前記軸部材の外周に取り付けられて、前記回転体の回転時に前記回転体収容部に満たされた液体に対して回転運動を与える回転部材とを備える構成とした
   請求項１記載の水中機。
7. 前記回転体収容部は、開口を有する蓋を備える
   請求項６記載の水中機。
8. 機体に、旋回装置を備え、前記旋回装置は、前記機体に設けた回転体収容部と、上下方向に延びる回転軸を有して前記回転体収容部に収容して配置された回転体と、前記機体に設置されて前記回転体を回転可能に支持する支持手段と、前記回転体を回転駆動する回転駆動手段とを備え、前記回転体は、該回転体の回転時に前記回転体収容部の内側で液体に対して回転方向の運動を与える回転部材を備えた構成を有する水中機を、液体中に配置し、
   前記回転体を、前記回転軸を中心とする一方向または他方向への回転を加速するときの反作用により、前記機体を前記回転体の加速した回転方向とは逆の方向へ旋回させること
   を特徴とする水中機の旋回方法。
9. 前記回転体を前記回転軸を中心とする一方向または他方向への回転を加速した後に減速するときに、減速時の負の加速度の絶対値を、加速時の加速度よりも小さくする
   請求項８記載の水中機の旋回方法。

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