JP2539464B2 - オ―トテンショナ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、深海調査艇や海底探査機、カプセルなど母
船からケーブルで海中に吊り下ろして作業を行う海中装
置の動揺防止手段に関する。

（従来の技術） 海洋調査や海底探査のために深海調査艇や海底探査機
あるいはカプセルなどの海中装置を母船からケーブルで
海中に吊り下ろして作業を行う場合には、海面変動によ
る母船の動揺がケーブルを介して海中の装置に伝達する
のを防ぐために、ケーブルの張力を一定範囲に保つ必要
がある。

このための機構として、例えばアキュームレータに接
続されたラムシリンダの両端にシーブを取り付け、母船
と海中装置を連結するケーブルをこのシーブ間に複数条
に渡って掛け回したパッシブ方式のオートテンショナ装
置が知られている。この場合に、ラムシリンダはケーブ
ル張力が増加するとアキュームレータに蓄圧しつつ収縮
し、張力が低下するとアキュームレータに蓄えられた圧
力により伸張する。これにより、張力変化に応動する形
でケーブルが送り出しまたは取り込まれるようになって
いる。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、この装置の場合にはシーブの摩擦抵抗やラム
シリンダ及びアキュームレータの内部摩擦などのため
に、ケーブル張力が一定以上に変動しないとラムシリン
ダが伸縮せず、小さな動揺が吸収されないまま海中装置
に伝わりやすい。つまりラムシリンダの中立位置付近に
張力変化に対する不感域が存在し、このために張力変動
の減衰率が低いという問題があった。

一方、最近ではこのような揚収用ケーブルに光ファイ
バーを使用することにより母船と海中装置間の信号伝達
ケーブルを兼用させる場合が多く、この場合にはケーブ
ルの変形や傷みによる信号回路の作動不良を防止するた
めにケーブル張力を一定させることが特に必要とされ
る。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、船体
の動揺を検出して積極的にラムシリンダを伸縮制御する
ことにより、ケーブル張力の変動を防ぎつつ海中装置の
より一層の安定化を図ることを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、母船から海中装置を吊り下げるケーブルの
途中を母船上に備えたラムシリンダのシーブ間に巻き回
し、油圧的に接続されたアキュームレータの蓄圧により
このラムシリンダを伸張方向へ弾性支持したオートテン
ショナ装置において、ラムシリンダを複動型の油圧シリ
ンダで構成し、このラムシリンダを前記アキュームレー
タと、サーボバルブを介して油圧供給装置とに選択的に
切換接続する切換弁を設けるとともに、母船の動揺量を
検出する手段と、検出された動揺を吸収するようにサー
ボバルブを介してラムシリンダを駆動制御する油圧制御
回路とを備えている。

（作用） ラムシリンダに対してアキュームレータが油圧的に接
続されているときは、アキュームレータの蓄圧作用によ
りパッシブ作動を行う。これに対し、切換弁がサーボバ
ルブ側へと切換わると、検出手段の検出する母船の動揺
量に応じて、油圧制御回路がサーボバルブを介してラム
シリンダに油圧を供給し、動揺を吸収する方向へラムシ
リンダを駆動制御する。このアクティブ作動のため、ラ
ムシリンダはケーブルの張力変化に応じて作動するパシ
ブ作動では摩擦抵抗のために作動しないような小さな動
揺に対しても作動するとともに、船体の動揺に対する応
答が早まり、動揺を高減衰率で吸収する。

（実施例） 第１図〜第３図に本発明の実施例を示す。

第１図において、１は母船、２は海中装置としてのラ
ンチャで、母船１の船尾後方へ突設したＡ型フレーム３
の突端に取り付けたシーブ3Aからケーブル４により海中
へ吊り下げられる。

母船１にはこのケーブル４の巻き上げと送り出しのた
めにケーブルウィンチ５とトラクションウィンチ６とが
甲板９上に備えられる。また、ケーブル４の途中には母
船１の動揺量検出手段としての動揺量検出シリンダ７
と、動揺を吸収するためのラムシリンダ８とが直列に介
装される。

動揺量検出シリンダ７は甲板９にシリンダ部7Aを固設
した単動型の油圧シリンダであり、シリンダ部7Aから上
方へ突出したピストンロッド7Bの先端にシーブ10が支持
され、その両側の甲板９にシーブ11と12が取り付けられ
る。ケーブル４はシーブ11と12の下側とシーブ10の上側
を通るように掛け回され、シーブ10はこのケーブル４の
張力により下向きに付勢される。この動揺量検出シリン
ダ７にはシーブ10の変位量を検出するストロークセンサ
20が付設され、またピストンロッド7Bに負荷を検出する
ためのロードセル21が内装される。動揺量検出シリンダ
７のシリンダ部7Aは第２図に示すようにアキュームレー
タ13に接続される。

アキュームレータ13にはシリンダ部7Aとの間で流通す
る作動油を加圧するための圧縮窒素が封入される。ま
た、アキュームレータ13は電磁弁30を介して油圧供給装
置であるパワーユニット31に接続される。このパワーユ
ニット31は作動油を加圧供給する油圧ポンプ31Aと作動
油を回収するタンク31Bからなる。さらに、アキューム
レータ13の圧力設定のために、後述のコントローラ22に
よる制御に応じて作動油をタンク31Bに還流する電磁比
例リリーフ弁33が電磁弁30と並列に設けられる。32はア
キュームレータ13並びに動揺量検出シリンダ７の油圧を
検出する圧力検出器である。

ラムシリンダ８は複動型の油圧シリンダであり、シリ
ンダ部8Aの基端とシリンダ部8Aから突出するピストンロ
ッド8Bの先端とにシーブ14と15がそれぞれ支持され、こ
れらのシーブ14と15にケーブル４が複数条に渡って掛け
回される。シリンダ部8Aとピストンロッド8Bの間にはラ
ムシリンダ８のストローク位置を示すストロークセンサ
23が介装される。

シリンダ部8Aの内部は上部の油室34と下部の油室35に
画成される。ラムシリンダ８は切換バルブ36を介してア
キュームレータ16に接続されることで前記従来例と同様
にケーブル４の張力変化に従動したパッシブ作動を行な
う以外に、油圧制御回路としてのコントローラ22に制御
されたサーボバルブ18を介してパワーユニット31から選
択的に圧油供給を受け、サーボシリンダとしてアクティ
ブ作動を行なう。

切換バルブ36は油圧的に切り換えられ、このためにパ
ワーユニット31の油圧が電磁弁37を介して切換バルブ36
に供給される。また、アキュームレータ16の油室16Aは
作動油の補給のために電磁弁38を介してパワーユニット
31に接続される。一方、アキュームレータ16の空気室16
Bはエアーボトル41とコンプレッサユニット42とに接続
される。なお、空気室16Bとエアーボトル41とを接続す
る配管上にはコントローラ22に制御される図示されない
圧力制御バルブが介装される。

39と40はそれぞれケーブルウィンチ５とトラクション
ウィンチ６を駆動するためにパワーユニット31との間に
介装された電磁弁である。また、トラクションウィンチ
６には送り出したケーブル41の長さを検出する索長計24
が付設されるとともに、トラクションウィンチ６の稼動
中はラムシリンダ８のアクティブ駆動ができないように
サーボバルブ18と電磁弁40との間に図示されないインタ
ーロック機構が設けられる。

コントローラ22には前記のストロークセンサ20と23、
ロードセル21、索長計24及び圧力検出器32がそれぞれ信
号回路で接続され、これらの検出値が信号電流として入
力される。

コントローラ22は切換バルブ36がアキュームレータ16
とラムシリンダ８とを連通しているラムシリンダ８のパ
ッシブ作動状態においては、ストロークセンサ20と23及
び索長計24からの入力信号をもとに送り出されたケーブ
ル４の重量を算出し、この重量変化に対してラムシリン
ダ８の平均つり合い位置を最圧縮位置と最伸張位置の中
間にに保持すべく、アキュームレータ16とエアーボトル
41との間に介装した圧力制御バルブを介して空気室16B
の圧力を制御する。なお、ストロークセンサ23から入力
されるストローク位置信号がこの圧力制御バルブの制御
にフィードバックされる。

また、切換バルブ36が遮断位置に切り換わったラムシ
リンダ８のアクティブ作動状態においては、電磁弁30を
介して動揺力検出シリンダ７とアキュームレータ13とに
作動油を供給した後に、索長計24、ストロークセンサ20
及びロードセル21から入力される信号をもとに動揺量検
出シリンダ７に加わるケーブル４の圧力を算出し、電磁
比例リリーフ弁33を開いて動揺量検出シリンダ７が最圧
縮と最伸張の中間位置でつり合うまで供給された作動油
の一部をタンク31Bに還流する。なお、圧力検出器32か
らコントローラ22へ信号入力される作動油圧力がこの電
磁比例弁33の制御にフィードバックされる。

この設定後、コントローラ22はストロークセンサ23が
ストローク位置信号として検出、入力する母船１の動揺
量に基づき、サーボシリンダ18の切り換え並びに流量制
御を行って、動揺を吸収する方向へラムシリンダ８を駆
動する。

次に作用を説明する。

ランチャ２をＡ型フレーム３から海面へ吊り下ろす場
合は、電磁弁30を第２図に示す右側のセクションに切り
換えて動揺量検出シリンダ７とアキュームレータ13の作
動油をあらかじめタンク31Bに還流し、動揺量検出シリ
ンダ７を最圧縮状態にしておく。また、第２図に示すよ
うにサーボバルブ18を遮断位置に、電磁弁37を介して切
換バルブ36を連通位置にそれぞれ保持して、電磁弁38を
図の右側のセクションに切り換えることによりラムシリ
ンダ８とアキュームレータ16の作動油をタンク31に還流
し、ラムシリンダ８も最収縮状態にしておく。この状態
で、ケーブルウィンチ５とトラクションウィンチ６を繰
り出し操作してランチャ２を吊り下げるが、ランチャ２
が空中にある間は母船１が動揺してもケーブル４の張力
はほとんど影響を受けない。

ランチャ２が着水したら直ちに電磁弁38を切換操作し
てラムシリンダ８の油室34とアキュームレータ16の油室
16Aにパワーユニット31から作動油を供給し、ランチャ
２を支持するケーブル４の張力に抗してラムシリンダ８
を最圧縮と最伸張の中間位置まで伸張させる。この後、
引き続きケーブルウィンチ５とトラクションウィンチ６
を繰り出し操作してランチャ２を所定の水深まで吊り下
ろす。

この過程では母船１が動揺するとラムシリンダ８はケ
ーブル４の張力変化の直接作用により、圧縮空気のばね
特性に応じて伸縮する。すなわち、前記従来例と動揺の
パッシブ作動を行って母船１の動揺を吸収する。

この間、コントローラ22は前記の方法により繰り出さ
れたケーブル４の重量の算出と、これに対応した圧力制
御バルブの制御を行い、エアーボトル41の圧縮空気をア
キュームレータ16の空気室16Bに少しずつ供給すること
で、ラムシリンダ８の反発力を強めて平均つり合い位置
の変動を阻止する。このため、ケーブル４の長さにかか
わらずラムシリンダ８の平均つり合い位置は一定に保た
れ、長いケーブル４を用いてランチャ２を深海に吊り下
ろす場合でもラムシリンダ８の動揺吸収能力が影響を受
けることはない。

また、トラクションウィンチ６の稼動中はインターロ
ック機構によりサーボシリンダ18の切り換えが規制され
るため、ラムシリンダ８はパッシブ作動のみでアクティ
ブ作動を行なわい。つまり、パワーユニット31の圧油は
トラクションウィンチ６の駆動にのみ使用されるため、
パワーユニット31が過負荷に陥る恐れもない。

さて、ランチャ２が所定位置まで降下したら、電磁弁
39と40を切り換えてケーブルウィンチ５とトラクション
ウィンチ６の運転を停止する。それから、動揺量検出シ
リンダ７の平均つり合い位置の設定を前記の方法で行
う。この設定はコントローラ22が自動的に行うようにし
ても、オペレータが手動操作で行うようにしても良い。

次に、電磁弁37を介して切換バルブ36を遮断位置に切
り換える。これにより油室34とアキュームレータ16、油
室35とタンク31Bの連通がそれぞれ遮断される。以後、
コントローラ22はストロークセンサ20から信号入力され
る動揺量検出シリンダ７のストローク位置により母船１
の動揺量を検出し、この動揺を吸収すべくサーボバルブ
18の開閉並びに開度の調整を行ってラムシリンダ８をサ
ーボシリンダとして伸縮駆動する。

すなわち、例えば母船１が変動する海面とともに持ち
上げられると、ケーブル４の張力が増加し、動揺量検出
シリンダ７がアキュームレータ13に蓄圧しつつ圧縮され
る。ストロークセンサ20の入力信号からこの動揺量検出
シリンダ７の圧縮変位を検出したコントローラ22はラム
シリンダ８の油室35をポンプ31Aに、油室34をタンク31B
に接続し、変位速度に応じた流量制御を行ってラムシリ
ンダ８を圧縮側へと駆動する。これによりラムシリンダ
８の両端のシーブ14と15に巻き回されていたケーブル４
が海中へ送り出され、海面とともに持ち上げられた母船
１に対してランチャ２を一定位置に保持するとともに、
ケーブル４に加わる張力の増加を阻止する。

また、母船１が海面変動により下降するとケーブル４
が緩み、動揺量検出シリンダ７がアキュームレータ13に
蓄えられた圧力により伸張する。ストロークセンサ20の
入力信号からこの変位を検出したコントローラ22は直ち
にサーボバルブ18を切り換え、油室34をポンプ31Aに、
油室35をタンク31Bに接続し、動揺量検出シリンダ７の
変位速度に応じた流量制御を行ってラムシリンダ８を伸
張駆動する。これによりシーブ14と15との距離が広が
り、ケーブル４が海中から船上に取り込まれる。このた
め、海面とともに降下する母船１に対してランチャ２は
やはり海中の一定位置に保持され、ケーブル４の張力も
減少することなく維持される。

なお、この場合にラムシリンダ８は動揺量検出シリン
ダ７の変位に基づきサーボシリンダとして強制的に駆動
されるため、ラムシリンダ８はパッシブ作動では摩擦抵
抗のために作動しないような小さな動揺に対してもスム
ーズに作動し、母船１の動揺に忠実に応答良く反応す
る。このため、摩擦抵抗による中立位置付近の不感域が
解消され、動揺吸収は高減衰率で行なわれる。

こうした船体の動揺は規制性を持つ場合が多いことか
ら、コントローラ22に特定の波形パターンをあらかじめ
設定しておくか、あるいは位置センサ20の出力信号から
読み取った波形パターンがコントローラ22に自動設定さ
れるようにして、この波形パターンに基づきサーボバル
ブ18の制御を行うことも可能である。

一方、ランチャ２を海中から海面へ引き上げる時は海
面から海中へ吊り下げる場合と同様に動揺量検出シリン
ダ７を最圧縮状態にしてラムシリンダ８のパッシブ作動
により母船１の動揺を吸収し、さらに海面から母船１上
に回収する時は母船１から海面に吊り下げる時と同様に
ラムシリンダ８も最圧縮状態にする。

なお、母船の動揺量を検出する手段としてこの実施例
ではストロークセンサ20を備えた動揺量検出シリンダ７
を用いているが、ストロークセンサ20の代わりにシーブ
11と12とにそれぞれ第３図に示すようなロータリエンコ
ーダ50を介装し、これらの検出したシーブ11と12の回転
数の差から母船１の動揺を検出しても良い。この場合に
コントローラ22はシーブ11と12の回転数の差を解消する
方向へサーボバルブ18を制御する。

また、この実施例では海中におけるランチャ２の吊り
上げや吊り下ろし動作中の母船１の動揺はパッシブ作動
のみで吸収するようにしているが、ケーブルウィンチ５
及びトラクションウィンチ６の駆動とラムシリンダ８の
伸縮駆動とを同時に行うだけの容量をパワーユニット31
に与えるならば、海中のランチャ２に対してラムシリン
ダ８が常時アクティブ作動を行うようにすることも可能
である。

（発明の効果） 以上のように、本発明のオートテンショナ装置はケー
ブル張力を伸縮によって補償するラムシリンダを、切換
弁の切換作動に伴いサーボバルブを介して油圧供給装置
に接続し、検出手段が検出した母船の動揺を吸収するよ
うに油圧制御回路がサーボバルブを介してラムシリンダ
を駆動制御することにより、ラムシリンダのアクティブ
作動を可能とした。このアクティブ作動により、パッシ
ブ作動ではラムシリンダの摩擦抵抗のために吸収できな
い小さな動揺も吸収することができ、また船体の動揺に
対するラムシリンダの応答性が向上し、動揺を高減衰率
で吸収することができる。

したがって、このような利点を備えたアクティブ作動
と駆動力の不要なパッシブ作動とを海中装置の吊り下げ
状態に合わせて任意に選択することにより、装置の姿勢
を安定させ、かつこれを吊り下げるケーブルの急激な張
力変動を防止する能力が著しく向上する。また、この能
力の向上により光ファイバーなどを用いて揚収用ケーブ
ルを信号伝達用のケーブルと兼用する際の要求をも十分
に満たすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すオートテンショナ装置の
船上配置図、第２図は同じく回路図、第３図は動揺量検
出手段について別の実施例を示すロータリエンコーダの
側面図である。 １……母船、２……ランチャ、４……ケーブル、７……
動揺量検出シリンダ、８……ラムシリンダ、14,15……
シーブ、16……アキュームレータ、18……サーボバル
ブ、20……ストロークセンサ、22……コントローラ、31
……パワーユニット、36……切換バルブ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−86390（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−86392（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】母船から海中装置を吊り下げるケーブルの
   途中を母船上に備えたラムシリンダのシーブ間に巻き回
   し、油圧的に接続されたアキュームレータの蓄圧により
   このラムシリンダを伸張方向へ弾性支持したオートテン
   ショナ装置において、ラムシリンダを複動型の油圧シリ
   ンダで構成し、このラムシリンダを前記アキュームレー
   タと、サーボバルブを介して油圧供給装置とに選択的に
   切換接続する切換弁を設けるとともに、母船の動揺量を
   検出する手段と、検出された動揺を吸収するようにサー
   ボバルブを介してラムシリンダを駆動制御する油圧制御
   回路とを備えたことを特徴とするオートテンショナ装
   置。