JP6933840B2 - 連結水中探査機 - Google Patents

Description

本発明は、水中や海底の環境影響評価として、画像等の長期モニタリング撮影による生態影響調査等に適した水中探査機に関する。具体的には、透明耐圧中空ガラス球を縦に３連装したフリーフォール型深海探査ビデオカメラシステムである、いわゆる「江戸っ子１号」をベースとして、長期ビデオ撮影を可能にするためのバッテリー寿命の延長に対応可能で、さらには３６０°全方向撮影や種々の計測にも対応可能な連結水中探査機に関する。

非特許文献１には、２つの透明ガラスからなる耐圧中空ガラス球内に、照明用のストロボとカメラを収納し、これら耐圧ガラス球を、ワイヤーで吊り下げながら海底に沈降させ、海底の写真撮影に成功した事例が報告されている。そこでは、ストロボ用とカメラ用に、単三型のアルカリ乾電池を電源としたタイマーを用いて、積算して１０時間程度の間欠的写真撮影に成功している。

非特許文献２には、同じく耐圧中空ガラス球内にカメラシステムを収納したフリーフォール（自由落下）方式の深海カメラシステムが開示されている。非特許文献１ではアナログ方式のタイマーを用いていたのに対して、デジタル方式のタイマーを用い、かつストロボとカメラを同期することにより、間欠的に、積算で１００時間を超えて海底の生物を観察した事例が報告されている。

特許文献１は、水中の生物等の映像を長期間にわたって容易に記録することを目途として、ビデオカメラ等の映像記録用機器とその映像記録用機器を間欠的に駆動させる装置とを耐圧密閉容器に封入して水中に設置して録画を行い、水中の生物等の映像を長期間にわたって記録する方法が開示されている。

特許文献２は、本出願の出願人らが成した発明で、安価なガラス製中空球体を用いて、深海や超深海において三次元映像の撮影を可能にするため、ガラス製中空球体の、内部に収容する撮影用ビデオカメラの撮影レンズのレンズ面に平行でかつ該レンズ面と正対する平面である割平円と、該割平面によって切り取られる該ガラス製中空球体の球冠の内面とで囲まれた球欠部に、略球欠状補正レンズを充填した水中ビデオカメラ用ハウジングに関するものである。

特許文献３は、深海艇などの大掛かりな設備を用いることなく、超深海層の海底探査を行う海底探査装置に関するものであって、内部に密閉空間を有する球体と、該球体を降下させる錘と、錘の切離し装置を備え、該球体に、探査任務用の電子機器と、電子機器の制御を行う制御装置と、これらの電源であり且つ非接触充電が可能な二次電池を収容し、該制御装置が、外部との間で信号の送受信を非接触で行う送受信手段を有したものである。

非特許文献１及び２で引用した、耐圧中空ガラス球を用いたフリーフォール式水中探査機は、最近になって、いわゆる「江戸っ子１号」として超深海の探査、特に無人で映像を記録できる探査機として注目を集め、多くの成果を挙げている。出願人らも参画してきた「江戸っ子１号プロジェクト」のウェブページ（非特許文献３）によると、「江戸っ子１号」とは、フリーフォール式水中探査機であって、ハイビジョンビデオカメラを収納した撮影球と、ＬＥＤ照明と蓄電池を収納した照明球と、音響通信器を収納したトランスポンダ球の３つの耐圧中空ガラスからなる水中探査機である。トランスポンダ球は、海上の母船からの直線距離を測定する役割と、浮上の際に錘を切り離すため、母船からの音響信号を受けるトランスデューサ―と錘切り離し装置に結線されている。従って、「江戸っ子１号」には、付属品として、沈降に用いる錘（浮上の際には切り離される）と海上との音響通信を行うためトランスデューサ―及び浮上後の位置情報を発信するためにＧＰＳ装置が収納された通信球なども取り付けられている。ビデオカメラ、照明、蓄電池及び音響通信器等は、耐圧中空ガラス球に収納されており、８０００ｍ以上の超深海の高圧に耐えることができるとされている。

「江戸っ子１号」の撮影装置や照明装置を駆動するための蓄電池としては、例えば、リチウムポリマー電池が用いられる。蓄電池は撮影球内及び照明球内にそれぞれ収納されている。照明球と撮影球には各１個の貫通孔が設けられ、水中コネクターが照明装置と撮影装置を結線しており、撮影球内にある制御部からON−OFF信号を照明に伝えることで撮影と照明が同期される。音響通信機も電力を消費するが、照明やビデオカメラに比べて小さな消費電力であるため、トランスポンダ球内にも独立して小型の蓄電池が設置される。トランスポンダ球には、前記したように、２つの貫通孔が設けられ、錘切り離し装置及びトランスデューサ―と結線されている。

特開２００３−０６９８６４号公報 再表２０１４−１７１５１３号公報 特開２０１２−２４５９４４号公報 ＷＯ／２０１７／１９１６９３号公報

４．耐圧ガラス球を用いた深海カメラシステムの試作について、海洋科学技術センター試験研究報告第１号、ｐ．２６−３１、１９７７ ４．フリーフォール方式耐圧ガラス球入り深海カメラシステム、ＪＡＭＳＴＥＣＴＲ ３、１９７９ http://edokko1.jp/product

前記したように、深海探査では、一度の探査活動で、間欠的な記録であっても、可能な限り長期間映像等を記録できることが求められる。例えば、ＩＳＡ（国際海底機構）は、水中探査機について、１年の長期モニタリングができることを求めている。一方で、特許文献２で引用したように、ビデオカメラを２台収納して、三次元撮影を行うため、さらに多くの電力を消費するようになってきている。

非特許文献１及び２には、間欠的であっても、積算して高々１００時間程度の観察をした例が記載されているだけである。

特許文献１の技術は、観察された水深が不明であるが、間欠駆動装置を用いて、約１日の観察に成功したと記載されているだけである。

前記「江戸っ子１号」は、蓄電池（バッテリー）を用いて照明やビデオカメラに電力を供給するが、ウェブページ（非特許文献３）によると、連続１０時間のハイビジョンビデオ撮影が可能とされているものの、頻繁に遠洋に航海して海底を観測することは困難であるし、コストもかかるので、やはり、一度の探査で可能な限り長期間観測できることが求められている。しかしながら、現行の仕様で、照明用耐圧中空ガラス球内と撮影用耐圧中空ガラス球内にバッテリーを収納し、例えば、３日ごとに１日３回の照明・撮影を間欠的に行った場合で、１回の照明・撮影時間を１分間としても、特に待機電力と照明に大きな電力を消費するため、１年間といった長期モニタリング用途には、バッテリー寿命が保証できないことが判明している。このような事情から、バッテリーを増強して、少なくとも１年間の長期モニタリングを保証できるシステムが必要な状況となっている。

特許文献３には、非接触充電が可能な海底探査装置が開示されているが、探査装置が深海にある場合には、充電は不可能であり、また海上であっても、耐圧中空ガラス球が保護カバーで覆われた状態では、充電が不可能であった。

さらに、深海探査においては、一方向の映像記録だけではなく、全方向的観察や、生物等の映像記録のみならず、深海環境の光学的・化学的観測、海底の鉱物資源のモニタリングなどの必要性も増大している。

前記従来の課題を解決するため、第一の発明は、撮影機器、照明機器、記録機器、音響通信機器及びこれらを制御する制御機器を収納した３つの耐圧中空ガラス球からなるバッテリー駆動型の水中探査機体少なくとも１機と、前記水中探査機体と略同一形状・構造を有する少なくとも１機のバッテリー機体とが、連結具によって連結された連結水中探査機を開示する。

ここで、撮影機器、照明機器、記録機器、音響通信機器及びこれらを制御する制御機器を収納した３つの耐圧中空ガラス球からなるバッテリー駆動型の水中探査機体とは、前記した「江戸っ子１号」と同等の機体のことである。

そして、前記バッテリー機体とは、少なくとも１個のバッテリーが収納された、少なくとも１つの耐圧中空ガラス球からなる機体であって、該バッテリーは、水中コネクターを通して前記水中探査機体の耐圧中空ガラス球内に収納された照明部、撮影部、記録部並びに制御部用のバッテリーに水中ケーブルで並列に結線されており、前記バッテリー機体の該バッテリーから、前記水中探査機体の耐圧中空ガラス球内に収納された照明部、撮影部、記録部並びに制御部に電力を供給できるようになっている。

第一の発明は、少なくとも１機の前記水中探査機体と、少なくとも１機の前記バッテリー機体とが、連結具によって連結された構造を有し、バッテリー機体から供給される電力によって前記水中探査機の駆動寿命を延長することが可能であり、また、後述するように、前記バッテリー機体に、前記バッテリー以外の撮影・照明・環境計測などに供することのできる機器を追加することによって、目的に応じた機能を付加することのできる連結水中探査機である。

第二の発明として、撮影機器、照明機器、記録機器、音響通信機器及びこれらを制御する制御機器を収納した３つの耐圧中空ガラス球からなるバッテリー駆動型の水中探査機体の、水平方向左右両側の少なくとも一側に、前記水中探査機体と略同一形状・構造のバッテリー機体が、連結具によって連結された略三角柱構造を有する連結水中探査機を開示する。

すなわち、第二の発明は、前記第一の発明の典型的実施形態の一つを具体化したものであって、「江戸っ子１号」同等機体の左右両側の少なくとも一側に、少なくともバッテリーを収納した耐圧中空ガラス球（以後、バッテリー球という。）を有するバッテリー機体を連結した略三角柱構造を基本的な構造とした連結水中探査機である（図１）。

図１において、「江戸っ子１号」同等機体１１は、前記したように、異なる機能を有する３つの耐圧中空ガラス球、すなわち撮影球２１、照明球２２及びトランスポンダ球２３からなる。撮影機器は、通常、ビデオカメラであって、その他の記録機器、制御機器及びバッテリーとともに撮影球２１に収納される。照明球２２には、通常、照明ライトがバッテリーとともに収納される。トランスポンダ球２３には、音響通信機器が収納される。そして、これら３つの耐圧中空ガラス球は、取扱い等による不慮の破損を防止するため、樹脂製保護カバーに収められ、該樹脂製保護カバーが、金属製または樹脂製の枠体に取り付けられて１つのユニット機体とされる。図１中の、その他の付属品としては、水中を沈降させるための錘４１と生物をおびき寄せるための餌台４２がある。本発明は、１つのユニット機体である従来の「江戸っ子１号」同等機体１１と、バッテリー機体１２の枠体同士を、連結具によって取り付けた複数ユニットからなる連結水中探査機である。

バッテリー機体１２の構成も、典型的には、「江戸っ子１号」同等機体１１と同様に、３つの耐圧中空ガラス球からなり、少なくとも１つの耐圧中空ガラス球に、少なくとも１個のバッテリーが収納される。そして、「江戸っ子１号」同等機体１１と同様に、これら耐圧中空ガラス球は、樹脂製保護カバーに収められ、該樹脂製保護カバーが金属製または樹脂製の枠体に取り付けられて１つのバッテリー機体１２となっている。

バッテリー機体１２を構成する３つの耐圧中空ガラス球の少なくとも１つは、少なくとも１個のバッテリーを収納したバッテリー球２４であるが、必ずしもバッテリーだけを収納する必要はなく、１つをバッテリー球として用いて、他の２つを撮影球や照明球として使用してもよい。但し、この場合は、複数方向の映像を撮影できるという効果を有するが、「江戸っ子１号」同等機体１１が２機もしくは３機連結された構成となることから、モニタリングのできる期間は従来の「江戸っ子１号」と同等程度となる。

また、バッテリー機体１２には、撮影球２１を設けずに、その他の機能、例えば光学センサーや化学センサーを収納したセンサー球２５として用い、水中探査機の機能を拡大することも可能となる（図１３参照）。

図１に示した本発明の連結水中探査機の一例では、「江戸っ子１号」同等機体１１とバッテリー機体１２とを連結する連結部３１は、蝶番３４を用いた連結具で構成されている。

また、図１に示した例では、連結された３つのユニット機体は、少なくとも上面で、望ましくは上面と下面で、固定具３２によって固定される。固定具３２としては、図７（上方図）にわかりやすく示したが、互いに略１２０°の角度をなす三本の枝を持つ金具を、３つのユニット機体の枠体にボルトで留める方式が簡便である。固定具の、連結水中探査機の重心を含む略鉛直線上に、クレーン等で水中に投入し、水中から回収するために用いることのできる吊り下げ用金具３３が取り付けられる。

吊り下げ用金具３３の取り付け位置は、本発明の連結水中探査機１を吊り下げたときに、連結水中探査機が鉛直にぶら下がる位置、すなわち連結水中探査機の重心を含む略鉛直線上が好適であり、予め連結水中探査機の重量バランスを計算し、あるいは実測して決めておくのが良い。好ましくは、取り付け位置が微調整できるような構造（例えば長穴方式）にしておくことがよい。より好ましくは、三枝の内側に、さらに三枝状の空隙を設け、吊り下げ金具がこの三枝状空隙のいずれかの位置で固定できるようにするのが望ましい（図８）。こうすることにより、吊り下げ金具の位置を、連結水中探査機の構成に応じて、連結水中探査機が鉛直にぶら下がり、鉛直に水中に投入できるよう、連結水中探査機の略重心線上、すなわち重心を含む略鉛直線上に調整できるからである。鉛直に吊り下げ、水面に対して垂直に投入しやすいよう、連結水中探査機の構成に応じて、例えば、図８のａあるいはｂのいずれかの固定具を選択することができる。

前記バッテリー機体１２の前記バッテリー球２４の内部構造を図２に示す。バッテリー球２４には、典型的には、バッテリー（電池）６１としてリチウムポリマー蓄電池が収納され、結線用ケーブル６２は、バッテリー球２４に設けられた貫通孔から水中コネクター６３を通じて、水中ケーブル６４で「江戸っ子１号」同等機体１１の撮影球内及び照明球内のバッテリーと結線される。この場合、水中ケーブル６４は、略三角柱状の連結水中探査機の外側で結線するのではなく、略三角柱の中心線側で結線するのが望ましい。例えば、前記金属製又は樹脂製枠体の、中心線側に面した側の表面に埋め込むか、又はコの字状の留め具を用いて、枠体表面に固定するのが望ましい。万が一、水中ケーブルが水中の障害物に絡まってしまい、連結水中探査機の沈降や浮上が妨げられるのを防止するためである。

バッテリーの結線は、図３に示したように全てのバッテリーが並列接続されるようになされる。図３は、バッテリー機体１２の耐圧中空ガラス球は、全てバッテリー球２４からなる例である。また、図３における「江戸っ子１号」同等機体１１では、撮影球２１及び照明球２２はそれぞれバッテリーを収納しており、バッテリー球２４のバッテリー６１はこれらと並列に結線されている。

バッテリーを並列に接続することの利点は、いずれかのバッテリーが寿命をむかえても、いずれかのバッテリーが駆動している限り、連結水中探査機としての機能を発揮し続ける点にある。

図４は、前記連結部３１を示すものであり、枠体同士は、図５に拡大図を示した蝶番３４を用いて連結されている。そして、最終的には、略三角柱構造の上面で、望ましくは上面と下面の両面で、固定具３２で固定される。このような方式は、船上での組み立てや解体が容易であり、広い作業スペースを必要とせず、簡便である。前記したように、上面の固定具３２には、吊り下げ用金具３３を取り付けることができる。なお、連結構造としては、蝶番３４に限られるものではない。例えば、蝶番と固定具の代わりに、固定具を頑丈にした蓋状のカバーや、結束バンドやチェーンで固定する方法を採用することもできる。

蝶番３４を用いることの利点は、耐圧中空ガラス球の大きさや連結する機体総数等に応じて、隣接するユニット機体間の開き角度を調整できる点である。なお、蓋状のカバーを用いる場合は、上面を、あるいは上面と下面の両面を、全面で覆うのではなく、本発明の連結水中探査機を海中に沈降させる場合や、海中から浮上させる場合に、海水から受ける抵抗が小さくなるように、蓋の間に多くの空隙を設けるのが望ましい。構造的な強度が保てるのであれば、本発明の連結水中探査機としては、略三角柱状の構造の他、垂直方向に筒状（パイプ状、チューブ状）に近い構造であることが好ましい。構造中央部に海水の流路を作ることで、安定した沈降・浮上が可能になるからである。

図６は、各耐圧中空ガラス球の取り付け状態を示す図である。樹脂製又は金属製枠体５１には、各耐圧中空ガラス球を取り付けるために、３つのはめ込み用孔５２が設けられている。各耐圧中空ガラス球は、内部にそれぞれ撮影機器、照明機器、音響通信機器やバッテリーなどを収納した後、はめ込み用孔５２にセットし、上下から樹脂製保護カバー５３をはめ込み、該保護カバー同士をねじ止めした後、該樹脂製カバーが、樹脂製又は金属製枠体５１にねじ止めされる。各樹脂製カバーの内面の数カ所に、各耐圧中空ガラス球への衝撃をやわらげるために、ゴム製のクッション材が貼り付けられている。

観測を終えた後、本発明の連結水中探査機１は、錘切り離し装置３５を用いて錘４１を切り離して、水面上に浮上させ回収される。錘切り離し装置とその機構を図９に、拡大図を図１０に示した。通常、錘切り離し装置３５は、連結水中探査機の下面の固定具に取り付けられる。トランスポンダ球２３から、水中ケーブル６４を通じて錘切り離しを指令する信号が電気ヒーター５６に伝えられると、電気ヒーターが加熱され、カンチレバー５７に巻き付けられているナイロン糸が、電気ヒーター内で切断される。ナイロン糸が切断されると、錘４１が吊り下げられているカンチレバー５７が開き、錘４１が吊り下げられているワイヤーのリングがカンチレバーから外れる仕組みになっている。

連結水中探査機が水中を鉛直に沈降し、海底に対して鉛直に起立するためには、錘４１も連結水中探査機の重心を含む略鉛直線上に取り付けられていることが重要である。従って、上面の固定具３２と同様に、下面の固定具３２も、図８に示したものと同じように、錘４１の吊り下げ位置が調整できるような構造であることが望ましい。

ここで、トランスポンダ球２３から錘切り離し信号を伝えるための水中ケーブル６４は、図６中の枠体に設けられた溝５４ａ、５４ｂ及び耐圧中空ガラス球取り付け用孔５２の内側面に設けられた溝５５に埋め込まれて、錘切り離し装置３５に結線される。このように、錘切り離し信号用の結線ケーブルが溝に埋め込まれて結線されるのは、この水中ケーブル６４が露出していると、万が一、水中の障害物に絡まったり、接触によって切断したり破損して、切り離し信号が伝えられなくなり、連結水中探査機が浮上できなくなるような事態を防止するためである。

同様の理由で、バッテリー機体１２のバッテリー球２３と、「江戸っ子1号」同等機体１１の撮影球２１及び照明球２３のバッテリー同士を結線する水中ケーブル６４は、本発明の略三角柱状の連結水中探査機においては、略三角柱の外側を経由して結線するのではなく、略三角柱の中心線側に面した各枠体表面に埋め込むか、コの字状の留め具によって枠体に固定し、それぞれ結線するのが望ましい。

本発明では、「江戸っ子１号」同等機体１１の、左右両側の少なくとも一側に、バッテリー機体１２を連結することになるが、必要とするバッテリー６１の数量に応じて、図１の例のように、両側に連結してもよいし、さらに言えば、略三角柱状とせずに、連結数を増やすことも可能である。２ないし３つの機体を連結した場合、図１に示すように、略三角柱状になり、上方から見た外形は、略三角形になる。隣接するバッテリー機体を３つ以上にすると、上方から見た外形は、四角形、五角形、六角形あるいは折れ曲がった屏風構造となる。

図１１は、４つの機体を連結した本発明の一例であるが、例えば、２つの機体を「江戸っ子１号」同等機体とし、他の２つをバッテリー機体とすることができる。図１１では、「江戸っ子１号」同等機体は、正反対の方向に向けられ、それぞれ餌台４２が設けられていて、それらにおびき寄せられる水中生物を、照明球で照明し、撮影球で撮影することができる。沈降用の錘４１は、「江戸っ子１号」同等機体にそれぞれ取り付けても良いが、前記したように、連結水中探査機の下面の固定具３２に１個のみを取り付けて１個の錘で全体の重量を調整し、連結水中探査機が水中を鉛直に沈降できるようにすることが好ましい。

フリーフォール型深海探査機である「江戸っ子１号」に代表されるバッテリー駆動型の水中探査機体１１に、該水中探査機体と略同一の形状・構造を有するバッテリー機体１２を連結させることで、例えば、３日ごとに１日３回の照明・撮影（撮影時間は１分間）の条件で、充分に１年間のバッテリー寿命を保証することができるようになった。

また、「江戸っ子１号」同等の水中探査機１１とバッテリー機体１２とを、蝶番３４のような簡易な連結方式で連結することで、狭い船上でも、収納、取り外し、組み立て等の作業が容易に行うことができる。

さらに、バッテリー機体１２の耐圧中空ガラス球をバッテリー球２４以外の用途に使うことも可能であって、撮影球２１や照明球２２として使用してもよいし、それ以外に、光学的センサーや化学的センサーを収納したセンサー球２５とすることもできる（図１３参照）。すなわち、耐圧中空ガラス球内には、カメラ、照明、バッテリー、各種センサー等を目的に応じて自由に収納することができる。バッテリーを増やせば長期モニタリングに適した探査機となり、カメラ、照明を増やせば広角度の撮影に適した探査機となり、各種センサーを収納すれば、環境観察に適した探査機となる等、自由に仕様を選択することができる。

また、連結部の開き角度を調整可能とすることで、連結水中探査機体一体に対して、バッテリー機体の数を適宜増やして連結し、四角柱、五角柱、六角柱等の形体にしたり、複数機体を平面的に屏風のように並べたり、複数の水中探査機体を複数のバッテリー機体と連結したりして、広い範囲や広角度の範囲（最大で３６０°の全方向）にわたって照明・撮影することも可能となる。すなわち、各ユニット機体を溶接して連結するのではなく、簡易な連結具で自由に並列につなげることが可能であることから、探査機の仕様を自由に選択でき、かつ機能を増やすことができるようになった。

また、本発明において、水中ケーブルは、枠体５１に設けられた溝に埋め込んで結線するか、略三角柱状の連結水中探査機の中心線側の枠体表面にコの字状の留め具で固定しながら結線されるので、水中ケーブルが水中の障害物などに絡まったり、損傷を受けたり、切断されてしまって、連結水中探査機の沈降や浮上が妨げられることを防止することできる。

図１は、「江戸っ子１号」機体１機とバッテリー機体２機を連結した略三角柱構造の連結水中探査機を示す模式図である。 図２は、バッテリー球の内部を示した図である。 図３は、バッテリー間の結線を示す説明図である。 図４は、連結部を示す図である。 図５は、連結構造の一例としての蝶番の拡大図である。 図６は、各耐圧中空ガラス球の取り付け状態を示す図である。 図７は、図１で示した連結水中探査機を、上方から見た図である。 図８は、吊り下げ金具を連結水中探査機の重心を含む鉛直線上に取り付けるための上面の固定具の一例を示すである（錘を連結水中探査機の重心を含む鉛直線上に取り付けるための下面の固定具の一例を示す図でもある）。 図９は、図１で示した連結水中探査機を、下方から見た図である。 図１０は、錘切り離し装置の拡大図である。 「江戸っ子１号」機体２機とバッテリー機体２機を連結した四角柱形状の連結水中探査機を示す図である。 耐圧中空ガラス球の貫通孔に設けた水中コネクター及び結線用水中ケーブルの説明図である。 「江戸っ子１号」機体１機とバッテリー機体１機を連結した略三角柱構造（上面視略Ｖ字型）の連結水中探査機の例である。

本発明の一実施態様においては、バッテリー機体１２を連結する水中探査機体１１として、樹脂製保護カバーや枠体を含め「江戸っ子１号」をそのまま利用することができるが、必ずしも「江戸っ子１号」に限定されるわけではなく、その他のバッテリー駆動型の水中探査機とバッテリー機体を連結しても、同様の効果を発揮することができる。

連結するバッテリー機体１２には、必要な電力量、即ちバッテリー数に応じて必要な個数のバッテリー球２４を設置することができる。「江戸っ子１号」機体と同様に、バッテリー機体一機当たりで、最多で３個のバッテリー球２４を設置することができる。

典型的には、「江戸っ子１号」同等機体一体の水平方向両側にバッテリー機体二機を連結して、三角柱に近い構造の連結水中探査機とすることができる（図１）。この場合、「江戸っ子１号」同等機体の左右両側のバッテリー機体２機に、合計で最多で６個のバッテリー球２４を設けることができる。バッテリー球２４の数は、重量バランスを取るため、「江戸っ子１号」同等機体１１の左右両側に連結された各バッテリー機体１２で同数とするのが望ましいが、バランスに留意すれば、それに限られるものではない。

バッテリー機体１２の、バッテリー球２４内に収納される各バッテリー６１は、前記したように、水中コネクター６３と水中ケーブル６４を通して「江戸っ子１号」同等機体１１の耐圧中空ガラス球内のすべてのバッテリーと並列に結線される。結線の方式として、もともと照明球内や撮影球内に設置されている各バッテリーと並列に結線することで、連結されたバッテリー機体のバッテリーから照明機器、撮影機器に電力が供給されることから、より長期間にわたる照明・撮影が可能となる。

バッテリー機体１２を連結した本発明の連結水中探査機１において、「江戸っ子１号」同等機体１１とバッテリー機体１２との連結部３１は、前記したように、例えば門柱と門扉の蝶番に見られるような差し込み式で、かつ可動式の簡易な蝶番構造の連結構造を採用することにより、狭い船上でも取り外し、組み立て作業を容易に行うことができる。実際に、「江戸っ子１号」同等機体１１とバッテリー機体１２は、それぞれの機体ごとに持ち運び、特に広い場所を取ることなくコンパクトに収納され、使用時には簡単に組み立てられ、また作業終了時には簡単に取り外しができて、再び各ユニット機体別に収容することができた。

バッテリー機体１２を連結した本発明の連結水中探査機１において、「江戸っ子１号」同等機体１１とバッテリー機体１２を固定する固定具３２は、連結水中探査機体１の少なくとも上面に取り付けられる。好ましくは、固定具３２を水中探査機体の下面にも設け、下面の固定具から錘４１をワイヤーで吊り下げるのがよい。さらに必要に応じて、上面、下面に加え中央部にも取り付けて、構造を強化することもできる。

前記したように、上面の固定具３２には吊り下げ用金具（フック）３３を設けることができた。そして、この吊り下げ用金具３３の位置は、複数機体からなる連結水中探査機の重心を含む鉛直線上に近い位置に設置した。その結果、バッテリー機体１２を連結した本発明の連結水中探査機１は、水面に対して垂直に投入できた。また、下面の固定具の、水中探査機の重心を含む鉛直線上に近い位置に錘４１を設置したので、本発明の連結水中探査機は、水中を鉛直方向に沈降できた。このように、本発明の連結水中探査機は、従来の「江戸っ子１号」機体単体と同様の水上及び水中での操作性を有した。

また、「江戸っ子１号」同等機体１１と同様に、バッテリー機体１２も十分な浮力を保持しており、水中でのモニタリング終了後に、水上からの信号により錘切り離し装置３５を作動させて、錘４１を切り離し、問題なく水面上に浮上させることができた。なお、錘の切り離しは、前記したように、トランスポンダ球からの指令信号により行うが、切り離し装置が一つだけだと、故障したときにナイロン糸を焼き切ることができず、カンチレバーが作動しなくなって、錘を切り離せず、連結水中探査機が浮上できなくなるという重大な問題が生じてしまう。このため、前記ナイロン糸に対して、２系統の電気ヒーターを上下に並べて、どちらかのヒーターが故障しても、もう一つのヒーターが働いて切り離しができるようにしておくことが望ましいことがわかった。

本発明に用いる耐圧中空ガラス球の製造には、まず、従来の「江戸っ子１号」機体を作製する場合と同様に、溶融したガラスをプレス成型して中空のガラス製半球体を作製した。該ガラス製半球体の外径は３３０ｍｍ、球殻の厚みは１７ｍｍとした（結果として半球体の内径は２９６ｍｍである）。耐圧中空ガラス球の製造方法は、発明者らによる特許文献４に詳述されているように、すり合わせ面を精密研磨した前記中空ガラス製半球体をすり合わせ面で接合することにより作製した。トランスポンダ球２３を構成する２つの中空ガラス製半球体の両頂点近くに、また撮影球２１、照明球２２及びバッテリー球２４を構成する２つの半球体の一方の頂点近くに、直径約１１ｍｍの貫通孔を設けた。この貫通孔は結線用の水中コネクター６３を通すためのものである。この貫通孔とは別に、撮影球２１、照明球２２、トランスポンダ球２３及びバッテリー球２４を構成する２つの半球体の一方の頂点近くに、直径約５ｍｍの貫通孔を設けた。これら小さい貫通孔は内部に必要機材を収納した後、密閉する際の空気抜き用の孔である。２つの中空ガラス製半球体を合わせた状態で空気を抜いて減圧し、２つの中空ガラス製半球体をきちんと密着させるためである。

中空ガラス製半球体には、それぞれ内部に撮影機器（ビデオカメラ７１）、照明機器（照明ライト７２）、バッテリー及び音響通信機器などを収納した。そして、バッテリー機体１２のバッテリー球２４内のバッテリー６１との結線用、及び撮影機器と照明機器を同期させるための結線用に、直径約１１ｍｍの貫通孔に通した水中コネクター６３から、水中ケーブル６４を引き出した後、その赤道面であるすり合わせ面で２つのガラス製半球体を合わせて、耐圧中空ガラス球とした（図３及び図１２参照）。

次に、直径約５ｍｍの貫通孔に、Ｏ−リング付きのバキュームポートを通してボルトとナットで締め付けて固定し、耐圧中空ガラス球内の空気を抜いて減圧した後、バキュームポートをＯ−リング付きのボルトで封止した。その後、赤道面部にブチルゴムテープを一周巻いて、さらにその上から塩化ビニールテープを三周巻いて固定した。

また、同様の方法で、トランスポンダ球内の音響通信機器とトランスデューサ及び錘切り離し機とを水中ケーブルで結線した。なお、トランスデューサは、マイクとスピーカーの機能を有する機器で、船上からの指令を受信して音響通信機器に伝えたり、指令船との直線距離を測定したりするもので、「江戸っ子１号」同等機体の枠体の肩部に取り付けた。

次に 撮影球２１、照明球２２及びトランスポンダ球２３からなる従来の「江戸っ子１号」機体１１の枠体の両側上部及び下部に、図５に示した蝶番３４を取り付け、ねじ止めして、連結部３１とした。そして、この蝶番３４のもう片方にそれぞれバッテリー機体１２を取り付け、ねじ止めして連結した（図５参照）。図１に示すように、上面及び下面に、三枝状の固定具３２を取り付け、枠体とねじ止めし、「江戸っ子１号」機体と２機のバッテリー機体とを固定した。上面の三枝状固定具３２の中心位置にクレーンで吊り下げる際に用いる吊り下げ用金具３３を取り付けた。最後に、下面の三枝状固定具３２に、錘切り離し装置３５を介して、錘４１を取り付け、さらに餌台４２及び通信球（図示しない）を取り付けて、バッテリー機体２機を連結した連結水中探査機１を作製した。組立後の連結水中探査機の上方から見た図を図７に、下方から見た図を図９に示した。

「江戸っ子１号」同等機体１１の照明球内には前記リチウムポリマー電池（Ｔｕｒｎｉｇｙ社製／ＴＳ５０００４Ｓ ２０−２４）を５個、撮影球内には同じバッテリーを４個収納し、上記二機のバッテリー機体１２には、それぞれバッテリー球２４を３個ずつ、左右の合計で６個収納し、各バッテリー球２４にはバッテリー６１を各４個ずつ収納した。従って、バッテリー機体二機の合計で２４個のバッテリーを連結したことになる。リチウムポリマー電池１個当たりの容量は70W・hr（14V x 5000mA・hr）であるので、この場合、「江戸っ子１号」同等機体のバッテリー容量は、630 W・hrであり、バッテリー機体２機でのバッテリー容量は1680W・hrに達する。さらに全バッテリー数は３３個となり、全バッテリー容量は2310W・hrとなる。図2はバッテリー球内に４個のバッテリー６１を収納した状態を示すものである。

そして、撮影球内のバッテリー、照明球内のバッテリー及びバッテリー球内のバッテリーの、それぞれの貫通孔から引き出しておいた複数の水中ケーブル６４を、「江戸っ子１号」同等機体に取り付けた耐圧水中用ケーブルジョイントボックス（独自設計部品）内で並列接続し、本発明の連結水中探査機の組み立てが完成した。バッテリーの結線状態を、図３に模式的に示した。

「江戸っ子１号」機体では、１年間継続して３日ごとに１日３回の照明・撮影を行い、１回の照明・撮影時間を１分間とすると、理論計算上、合計で最低980W・hrバッテリー容量が必要となるが、630 W・hrでは不足することになるのに対して、本実施例では、バッテリー機体の２機で1680 W・hr（全バッテリー容量は2310W・hr）であるから十分に余裕があり、１年以上の継続した長期モニタリングが可能となることがわかった。

前記したように、長期モニタリング観測の条件によって異なるものの、「江戸っ子１号」機体の照明球内に収納されていたバッテリー５個及び撮影球内に収納されているバッテリー４個の合計９個では、１年間継続して３日ごとに１日３回の照明・撮影を行い、１回の照明・撮影時間を１分間として、１年間のバッテリー寿命を保証することは困難であったが、バッテリー機体２機を連結することによって初めて１年間のバッテリー寿命を保証することが可能となった。

本実施例について、大型プールでテストを行い、バッテリーの消費状況、操作性等を確認した。

実施例１では、従来の「江戸っ子１号」機体の枠体の両側に２機のバッテリー機体を固定して、図１に示すような略三角柱状の連結水中探査機としたが、実施例２では、「江戸っ子１号」機体の枠体のどちらか片側のみに１機のバッテリー機体を固定し、さらにバッテリー機体には耐圧中空ガラス球を３個取り付け、そのうち２個はバッテリーを収納したバッテリー球２４とし、残り１個はセンサーを収納したセンサー球２５とした。図１３に示すように、外観的には略三角柱状ではあるが、実質的には略Ｖ字型とも呼べる。

撮影球２１、照明球２２及びトランスポンダ球２３からなる従来の「江戸っ子１号」機体の枠体の片側上部及び下部に、図５に示した蝶番３４を取り付け、ねじ止めして、連結部３１とした。そして、この蝶番３４のもう片方にそれぞれバッテリー機体１２を取り付け、ねじ止めして連結した。図１３に示すように、上面及び下面に、三枝状の固定具３２を取り付け、枠体とねじ止めし、「江戸っ子１号」機体１機とバッテリー機体１機とを固定した。三枝状固定具にクレーンで吊り下げる際に用いる吊り下げ用金具３３を取り付けた。吊り下げ用金具３３の取り付け位置は、連結水中探査機１を吊り下げたときに連結水中探査機が鉛直にぶら下がる位置であり、予め重量バランスを実測して決めておいた。最後に、錘切り離し装置３５を介して錘４１を取り付け、さらに餌台４２及び通信球（図示しない）を取り付けて、バッテリー機体１機を連結した連結水中探査機１を作製した。

２個のバッテリー球２４にはバッテリー６１を各４個ずつ収納したので、「江戸っ子１号」機体の照明球内に収納された５個、撮影球に収納された４個のバッテリーと合わせて、全バッテリー数は１７個、全バッテリー容量は1190W・hrとなる。１年間継続して３日ごとに１日３回の照明・撮影を行い、１回の照明・撮影時間を１分間とすると、理論計算上、合計で最低980W・hrバッテリー容量が必要となるが、１年間のモニタリングが可能であるという計算結果となった。

前記１個のセンサー球２５には、海水中の溶存二酸化炭素濃度、溶存酸素濃度、ｐＨを光学的に測定するセンサーを収納した。これにより、撮影した画像と二酸化炭素濃度、酸素濃度、ｐＨの各測定値を照合して解析することが可能になった。なお、センサー球２５には独立して小型の蓄電池１個（12V x 5000mA・hr）を設置した。

本実施例についても、大型プールでテストを行い、バッテリーの消費状況、操作性等を確認した。

１ 連結水中探査機
１１ 「江戸っ子１号」同等機体
１２ バッテリー機体
２１ 撮影球
２２ 照明球
２３ トランスポンダ球
２４ バッテリー球
２５ センサー球
３１ 連結部
３２ 固定具
３３ 吊り下げ金具
３４ 連結部用蝶番
３５ 錘切り離し装置
４１ 錘
４２ 餌台
５１ 金属製又は樹脂製枠体
５２ 耐圧中空ガラス球はめ込み用孔
５３ 樹脂製保護カバー
５４ａ、５４ｂ 水中ケーブル埋め込み用溝
５５ 水中ケーブル埋め込み用内側溝
５６ （ナイロン糸切断用）電気ヒーター
５７ カンチレバー
６１ バッテリー（蓄電池）
６２ 結線用ケーブル
６３ 水中コネクター
６４ 水中ケーブル
６５ Ｏ−リング
６６ ナイロンワッシャー
６７ 金属ワッシャー
６８ ナット
６９ 封止用ゴム
７１ ビデオカメラ
７２ 照明ライト

Claims (6)

1. 撮影機器、照明機器、記録機器、音響通信機器及びこれらを制御する制御機器を収納した３つの耐圧中空ガラス球からなるバッテリー駆動型の水中探査機体少なくとも１機と、前記水中探査機体と略同一形状・構造を有する少なくとも１機のバッテリー機体とが、連結具によって連結された連結水中探査機。
2. 撮影機器、照明機器、記録機器、音響通信機器及びこれらを制御する制御機器を収納した３つの耐圧中空ガラス球からなるバッテリー駆動型の水中探査機体の、水平方向左右両側の少なくとも一側に、前記水中探査機体と略同一形状・構造を有するバッテリー機体が、連結具によって連結された略三角柱構造を有する連結水中探査機。
3. バッテリー機体を連結した前記連結水中探査機において、前記水中探査機体と前記バッテリー機体とが、蝶番を用いて連結され、組み立てができる構造を有していることを特徴とする請求項１乃至２に記載の連結水中探査機。
4. 前記水中探査機体と前記バッテリー機体とを固定する固定具が、前記バッテリー機体を連結した連結水中探査機の少なくとも上面に取り付けられ、該固定具には前記連結水中探査機の吊り下げ用金具が設けられていて、該吊り下げ用金具の位置が、前記連結水中探査機の重心を含む略鉛直線上に調整できることを特徴とする請求項１乃至３に記載の連結水中探査機。
5. 前記水中探査機体と前記バッテリー機体とを固定する固定具が、前記バッテリー機体を連結した連結水中探査機の下面に取り付けられ、該固定具は前記連結水中探査機の錘を吊り下げられるようになっていて、該錘の吊り下げ位置が、前記連結水中探査機の重心を含む略鉛直線上に調整できることを特徴とする請求項１乃至４に記載の連結水中探査機。
6. 前記耐圧中空ガラス球内に収納された各機器間並びに前記錘を切り離す錘切り離し装置との間を結線する水中ケーブルが、該耐圧中空ガラス球が取り付けられた枠体に設けられた溝に埋め込まれた形で結線されていることを特徴とする請求項５に記載の連結水中探査機。

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