水中ケーブルの把持装置およびその把持方法
【課題】
水中ケーブルの敷設で、水中ケーブルが海底の岩に乗り上げたり、検査等で位置が所定の位置からずれた場合の水中ケーブルの位置の修正作業において、水中ケーブルの破損、変形等を防止することが可能な水中ケーブルの把持装置およびその把持方法を提供する。
【解決手段】
内部に鉄線を有する水中ケーブルを先端で把持する電磁石からなる把持具と、当該把持具を三次元方向に移動させるアーム部と、前記把持具の電磁石を制御する制御部とを有し、前記把持具の電磁石は、その両端面に位置し、水中ケーブルを吸着する吸着面を有し、当該吸着面には、電磁石の長手方向に沿って中央部が内部に湾曲した凹みを設け、水中ケーブルを把持する際にアーム部により電磁石の双方の吸着面が水中ケーブルの外皮に接触しないように、電磁石を接近させて位置決めを行い、電磁石を水中ケーブルに接近させた状態で、電磁石に通電して水中ケーブルを吸着し、保持する。
水中ケーブルの敷設で、水中ケーブルが海底の岩に乗り上げたり、検査等で位置が所定の位置からずれた場合の水中ケーブルの位置の修正作業において、水中ケーブルの破損、変形等を防止することが可能な水中ケーブルの把持装置およびその把持方法を提供する。
【解決手段】
内部に鉄線を有する水中ケーブルを先端で把持する電磁石からなる把持具と、当該把持具を三次元方向に移動させるアーム部と、前記把持具の電磁石を制御する制御部とを有し、前記把持具の電磁石は、その両端面に位置し、水中ケーブルを吸着する吸着面を有し、当該吸着面には、電磁石の長手方向に沿って中央部が内部に湾曲した凹みを設け、水中ケーブルを把持する際にアーム部により電磁石の双方の吸着面が水中ケーブルの外皮に接触しないように、電磁石を接近させて位置決めを行い、電磁石を水中ケーブルに接近させた状態で、電磁石に通電して水中ケーブルを吸着し、保持する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中ケーブルの把持装置およびその把持方法に関し、特に、水中の水中ケーブルを損傷することなく安全に把持ことが可能な水中ケーブルの把持装置およびその把持方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水中ケーブルの敷設は、ケーブル敷設船によって行われる。水中ケーブルの敷設は、浅い海では、船舶の錨、漁具等からのケーブルのダメージを防止するために、海底を数メートル掘ってその中にケーブルを埋設する。一方、深海ではケーブル障害が少ないため海底に直接ケーブルを設置する。また、海底に岩などが散在して海底の地形が複雑である場合には、防護管を使用し、防護管に水中ケーブルを収納してケーブルを保護するようにして敷設する。
【０００３】
特許文献１には、ケーブルの宙づりやキンクの発生を防止した水中ケーブル設備を建設するための水中ケーブルの敷設方法が開示されている。特許文献１の敷設方法は、水中ケーブル敷設作業を行う際にケーブルの歪みをケーブルの長手方向に対し測定できるケーブル歪み分布測定装置を使用して、海中及び海底におけるケーブルの歪み又は歪みから求められる張力を監視することにより、ケーブルの宙づりやキンクが発生しないようにケーブル敷設船の速度やケーブルの繰出し速度を制御するものである。
【０００４】
特許文献２は、水中ケーブルが潮の流れや横波等により台船が船幅方向に揺動し易く、目標ケーブル敷設ラインからずれるおそれがあり、敷設精度が低いという問題を解決すべく、台船の適宜箇所に船体位置を安定化させるための推力を発生する複数のスラスタ（推力発生手段）を配設し、海底の目標ケーブル敷設ラインに対応した台船曳航ラインを海上に想定し、該想定された台船曳航ライン上に上記台船が位置するように上記スラスタの出力を制御するコントローラ（出力制御手段）を備えるようにしたものである。
【０００５】
また、水中ケーブルを敷設後にケーブル障害が発生することがある。ケーブル障害の原因は、漁労によるもの、船舶の錨によるもの、海底地形に起因するもの等である。例えば、漁労においては、底引網漁業等での網がケーブルに引っ掛かることにより、海底からのケーブルの浮き、ケーブルの敷設位置のずれ等のケーブル障害が発生する。ケーブル障害の程度により、水中ケーブルを引き上げて修理を行なったり、水中ケーブルの敷設位置の修正等を行うようにする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−３４４６２４
【特許文献２】特開２００６−５４９９４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
水中ケーブルの敷設で、水中ケーブルが海底の岩に乗り上げてしまったり、検査等で水中ケーブルの位置が所定の位置からずれてしまっている場合には、水中ケーブルの位置の修正作業が必要となる。水中ケーブルの位置の修正作業は、ＲＯＶ（Ｒｅｍｏｔｅｌｙ Ｏｐｅｒａｔｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等を使用して、ＲＯＶに備えられたアームを船上で操作して、ＲＯＶのカメラからの画像で確認しながらマニピュレータを操作し、ＲＯＶのアーム先端に水中ケーブルを把持して行う。しかしながら、マニピュレータによるＲＯＶのアームの正確な位置決め、アーム先端の適正な把持力の調整は、操作が難しく、細心の注意が必要となる。このため、ＲＯＶのマニピュレータの操作中にＲＯＶのアーム先端で水中ケーブルに傷を付けたり、ＲＯＶのアームの把持する力が強すぎて、水中ケーブルを変形させる等、水中ケーブルを破損させる恐れがある。特に、岩の上に位置する水中ケーブルや海底が岩盤である場合には、水中ケーブルのアームによる把持が困難であったりする。更に、作業中にＲＯＶのアームに水中ケーブルが引っかかって水中ケーブルがアームから外れなかったり、ＲＯＶのアーム先端で水中ケーブルを掴んだ状態で、ＲＯＶに不具合が発生して、水中ケーブルをアーム先端から離すことが不可能になったりする恐れがある。このため、確認のための作業時間が長くなり、作業効率も悪かったりする。また、水中ケーブルが通信用光ファイバーケーブルの場合には、ケーブルの補修に多くの時間と多大な費用を要するため、作業中のケーブルの破損、変形等を防止する必要がある。
【０００８】
そこで、本発明は、岩等に乗り上げた水中ケーブルをＲＯＶのアーム先端で直接把持することなく、電磁石によって水中ケーブルを吸着し、把持するようにして、水中ケーブルの破損、変形等を防止することが可能な水中ケーブルの把持装置およびその把持方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目標達成のため、本発明の水中ケーブルの把持装置は、水中ケーブルを把持する把持装置であって、内部に鉄線を有する水中ケーブルを先端で把持する電磁石からなる把持具と、当該把持具を三次元方向に移動させるアーム部と、前記把持具の電磁石を制御する制御部と、を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の水中ケーブルの把持装置の前記把持具の電磁石は、その両端面に位置し、水中ケーブルを吸着する吸着面を有し、当該吸着面には、電磁石の長手方向に沿って中央部が内部に湾曲した凹みが設けられ、当該凹みは、略半円の形状を成していることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の水中ケーブルの把持装置の前記把持具の電磁石は、水中ケーブルを吸着する前記吸着面の表面に緩衝材が取り付けられていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の水中ケーブルの把持装置の前記制御部は、把持具の電磁石における通電のＯＮ−ＯＦＦの制御及び電磁石に供給する電流の大きさを制御することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の水中ケーブルの把持装置の前記制御部は、更に、前記電磁石に高周波信号を供給する高周波発生回路を備え、前記電磁石のインダクタンス値を測定するインダクタンス測定回路を有していることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の水中ケーブルの把持装置は、水中ケーブルに接近した状態で電磁石に前記制御部の高周波発生回路から高周波信号を印加して、前記インダクタンス測定回路によって電磁石のインダクタンス値を測定し、測定したインダクタンス値が前もって規定した基準値以上のときに、前記電磁石に通電して、水中ケーブルを把持するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の水中ケーブルの把持装置のアーム部は、水中又は水底を移動可能な水中ロボットのアームに接続可能な接続部を有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の水中ケーブルの把持装置における前記水中ケーブルは、通信用光ファイバーケーブル及び電力送電用ケーブル、又は通信用光ファイバーケーブル若しくは電力送電用ケーブルであり、ケーブル内に鉄線を配して成り、前記把持装置は、水中ケーブルに接近した状態で前記電磁石に通電して水中ケーブルを把持することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の水中ケーブルの把持方法は、ケーブル内に鉄線を配した水中ケーブルを把持する把持方法であって、先端に電磁石を有し、当該電磁石を三次元方向に移動させるアーム部を有する把持装置により、前記電磁石が水中ケーブルに接近した状態で、電磁石に通電して、前記水中ケーブルを電磁石で把持するようにしたことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の水中ケーブルの把持方法は、水中ケーブルに接近した状態で電磁石に高周波信号を印加して、前記電磁石のインダクタンス値を測定し、測定したインダクタンス値が前もって規定した基準値以上のときに、電磁石に通電して、水中ケーブルを把持するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、把持装置の先端部分に電磁石を配したことにより、鉄線等を用いた水中ケーブルを把持する際に電磁石を水中ケーブルに接触させることなく、電磁石に通電することにより水中ケーブルを吸着して保持するようにしたことにより、水中ケーブルを把持するための挟む動作を行わないため水中ケーブルの破損、変形等を防止することができる。
【００２０】
また、把持装置の先端部分の電磁石により電磁石を水中ケーブルに接触させることなく、電磁石に通電することにより水中ケーブルを吸着して保持するため、岩に乗り上げたり、岩盤の海底に位置する水中ケーブルを直上から把持することができる。このため、従来、ＲＯＶのアーム先端での把持が困難であった個所にも使用できる。
【００２１】
また、把持装置の先端部分の電磁石により、電磁石の吸着面と水中ケーブルとの位置関係を電磁石のインダクタンスの変化により確認できるため、水中ケーブルを確実に把持することができる。
【００２２】
また、把持装置は、ＲＯＶ等の水中ロボットのアーム先端に取り付けるための接続部を有しているため、把持装置を水中ロボットに搭載して作業を行うことができる。
【００２３】
また、従来は、ＲＯＶのアーム先端で水中ケーブルを掴んだ状態で、ＲＯＶに不具合が発生して、水中ケーブルをアーム先端から離すことが不可能になったりする恐れがあったが、本発明の把持装置は、電磁石の電源をＯＦＦにすることにより、水中ケーブルを電磁石の吸着面から容易に離すことができるため、信頼性が求められる海底での作業に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】把持装置における把持部の構成を示す図であり、（ａ）は、把持部の正面図、（ｂ）は、把持部の側面図であり、水中ケーブルを把持した状態を示す図である。
【図２】把持部の制御を行う制御回路のブロック図を示す図である。
【図３】光ファイバーケーブルの無外装水中ケーブルの構成を示す断面図である。
【図４】光ファイバーケーブルの外装水中ケーブルの構成を示す断面図であり、（ａ）は、一重外装水中ケーブルの構成を示す断面図、（ｂ）は、二重外装水中ケーブルの構成を示す断面図である。
【図５】ＲＯＶのアーム先端に把持装置を接続した状態を示す斜視図である。
【図６】水中ケーブルを把持装置の電磁石で把持した状態での電磁石と水中ケーブルとの位置関係を示す図であり、（ａ）は、正面図、（ｂ）は平面図である。
【図７】水中ケーブルを把持装置の電磁石で把持する直前の、電磁石の吸着面と水中ケーブルとの位置関係を示す図であり、（ａ）は、電磁石の吸着面と水中ケーブルとが上下方向に離れた状態を示す正面図、（ｂ）は、電磁石の吸着面と水中ケーブルとが離れてほぼ平行に位置した状態を示す平面図、（ｃ）は、電磁石の吸着面の一方のみが水中ケーブルの直上に位置した状態を示す平面図である。
【図８】把持部のアーム部にカメラ及び照明を搭載した把持装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明による水中ケーブルの把持装置およびその把持方法を実施するための形態について説明する。尚、本発明は、把持装置の先端部分に電磁石を配して、鉄線等を用いた水中ケーブルを把持する際に電磁石を水中ケーブルに接触させることなく、電磁石に通電することにより水中ケーブルを吸着し、保持するようにして、水中ケーブルの把持による破損、変形等を防止するようにしたものである。尚、本発明では、海、湖、川等で使用するケーブルを総称して水中ケーブルと記す。
【００２６】
最初に、本発明による水中ケーブルの把持装置について図１及び図２を用いて説明する。図１は、水中ケーブルを把持する把持装置における把持部の構成を示す図であり、（ａ）は、把持部の正面図、（ｂ）は、把持部の側面図であり、水中ケーブルを把持した状態を示す図である。図２は、把持部の制御を行う制御回路のブロック図を示す図である。水中ケーブルを把持する把持装置は、図１に示す先端に電磁石を有する把持部２と図２に示す把持部２の制御を行う制御回路１２とを有している。
【００２７】
［把持装置の把持部の構成］
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、把持部２は、内部に鉄線を有する水中ケーブルを先端で把持する把持具としての電磁石３と、電磁石３の回転、上下移動等を行うアーム部４とを有している。把持部２の電磁石３は、略半円形状を成し、内部に軟磁性材料からなる磁性体３ａ（図１（ａ）に点線で示す）を有し、磁性体３ａの外周に沿ってコイル３ｂ（図１（ａ）に１点鎖線で示す）を巻いた構成となっている。電磁石３は、全体を絶縁性の部材で覆われており、耐水性、耐圧性を有するようにしている。電磁石３の磁極となる両端面に位置し、水中ケーブルを吸着する吸着面３ｃは、水平面上で同一の高さとなるように設けられている。また、吸着面３ｃには、電磁石３の長手方向に沿って中央部が内部に湾曲した凹みが設けられており、凹みは、水中ケーブルの外周に接するように略半円の形状を成している。また、電磁石３の吸着面３ｃの表面には、緩衝材３ｄが取り付けられている。図１（ｂ）に示すように、水中ケーブル２３（図３及び図４に示す）は、電磁石３の先端部である凹みを有する吸着面３ｃに沿って把持される。
【００２８】
電磁石３の回転、上下移動等を行うアーム部４は、電磁石３の頂点から垂直方向の上方に設けられている。アーム部４は、電磁石３を矢印で示すように上下に移動させる上下機構部６と、水平に設けられた軸を支点として回転して、電磁石３及び上下機構部６を振り子のように矢印で示すように回転変位させる回転変位機構部７と、電磁石３、上下機構部６及び回転変位機構部７を垂直軸方向に沿って矢印で示すように回転させる回転機構を有している。また、回転機構の上部には、ＲＯＶ４０（図５に示す）のマニピュレータの先端部がアーム部４を把持するための接続部５を有している。
【００２９】
アーム部４の上下機構部６、回転変位機構部７及び回転機構部８は、内蔵したモータ等により駆動され、船上等から操作可能なように構成されている。尚、アーム部４の各機構部の構成及び駆動等は、公知のものであり、説明は省略する。
【００３０】
［制御回路の構成］
次に、把持装置における把持部の制御を行う制御回路について図２を用いて説明する。図２は、把持部の制御を行う制御回路のブロック図を示す。図２に示すように、制御回路１２は、外部に設けられた直流電源であるバッテリー２０から把持部２の電磁石３への電源のＯＮ−ＯＦＦを行う電源スイッチ１３と、バッテリー２０から把持部２の電磁石３に流す電流の大きさを制御する電流制御回路１４からなる。また、制御回路１２には、把持部２の電磁石３のインダクタンスを測定するために電磁石３に高周波信号を印加する高周波発生回路１５とインダクタンス値を測定するインダクタンス測定回路１６とを有している。電磁石３への電源供給又は高周波信号の印加の切り換えは、切替回路１７により行われる。電流制御回路１４は、水中ケーブルの水中での重量等に応じて、電磁石３のコイル３ｂに流す電流値を調節するものである。尚、制御回路１２のスイッチの切替、電流調整等は、船上等から操作可能なように構成されている。
【００３１】
［光ファイバーケーブルの構成］
次に、把持装置によって把持する水中ケーブルとしての光ファイバーケーブルの構成について図３及び図４を用いて説明する。図３は、光ファイバーケーブルの無外装水中ケーブルの構成を示す断面図である。また、図４は、光ファイバーケーブルの外装水中ケーブルの構成を示す断面図であり、図４（ａ）は、一重外装水中ケーブルの構成を示す断面図、図４（ｂ）は、二重外装水中ケーブルの構成を示す断面図である。
【００３２】
光ファイバーケーブルは、敷設する海底までの水深によって、水深１，０００ｍ（メートル）未満までの浅瀬用に用いる外装水中ケーブルと、水深１，０００ｍ以上の深海用に用いる無外装水中ケーブルに分類される。尚、外装水中ケーブルは、一重外装水中ケーブルと二重外装水中ケーブルとがあり、水中ケーブルを敷設する水深により一重外装水中ケーブル又は二重外装水中ケーブルが用いられる。
【００３３】
図３に、深海に敷設される無外装水中ケーブルの構成の一例を示す。図３に示すように、無外装水中ケーブル２４は、中心に位置する鉄パイプ２７の中空内に光ファイバー２６を配している。鉄パイプ２７の外周には、複数の鉄線２８が配されており、鉄線２８は銅チューブ２９で被覆されている。更に、銅チューブ２９は、低密度ポリエチレン等の絶縁体３０で覆われており、絶縁体３０は、高密度ポリエチレンから成る外皮３１に覆われている。図３に示す無外装水中ケーブル２４は、径が２０．４ｍｍ、破断張力が、９８ＫＮ（キロニュートン）以上のものである。
【００３４】
図４（ａ）に、水深が１，０００ｍ以浅の海底に敷設される一重外装水中ケーブルの構成の一例を示す。図４（ａ）に示すように、一重外装水中ケーブル３５は、図３に示す無外装水中ケーブル２４に、更に、外装用の鉄線２８を配した構成となっている。外装用の鉄線２８は、径が３．２ｍｍであり、無外装水中ケーブルの外皮の周囲に２３本配されている。また、外装用の鉄線２８は、ポリプロピレン繊維からなる外皮３２で覆われている。尚、図４（ａ）に示す一重外装水中ケーブル３５の外皮３２は、ポリプロピレン繊維からなるものである。図４（ａ）に示す一重外装水中ケーブル３５は、径が３２ｍｍ、破断張力が、３１０ＫＮ以上のものである。
【００３５】
図４（ｂ）に、水深数１０ｍ以浅の浅瀬の海底に敷設される二重外装ケーブルの構成の一例を示す。図４（ｂ）に示すように、二重外装水中ケーブル３６は、図３に示す無外装水中ケーブル２４に、外装用の鉄線２８及びポリプロピレン繊維から成る外皮３２を二重に施した構成となっている。尚、図４（ｂ）に示す二重外装水中ケーブル３６の外皮３２は、ポリプロピレン繊維からなるものである。図４（ｂ）に示す二重外装水中ケーブル３６は、径が４７ｍｍ、破断張力が、８００ＫＮ以上のものである。
【００３６】
光ファイバーケーブルは、障害の発生しやすい浅瀬用に、破断張力が大きい二重外装水中ケーブル３６を敷設し、ケーブルを敷設する海底の水深が深くなるにつれて、一重外装水中ケーブル３５、無外装水中ケーブル２４の順に敷設するようにする。
【００３７】
以上述べた図３、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す光ファイバーケーブルには、補強用の鉄線２８が外装用として使用されている。また、電力用の水中ケーブルにおいても、ケーブル芯の導体を防護する外装用に鉄線が用いられている。このような鉄線２８が用いられた水中ケーブル２３の外皮に電磁石３を接近させると、電磁石３に反応して、水中ケーブル２３が電磁石３に吸引され、電磁石３を上下、左右に移動すると、水中ケーブル２３は電磁石３に吸引保持されて、同時に移動する。
【００３８】
本発明は、ケーブル内に防護外装用に鉄線が用いられている水中ケーブルとしての通信用光ファイバーケーブル及び電力送電用ケーブルの構成に着目して成されたものであり、本発明の把持装置は、鉄線が用いられている水中ケーブルに対して適用するものである。
【００３９】
［水中ケーブルの把持］
次に、把持装置による水中ケーブルの把持について図５及び図６を用いて説明する。図５は、ＲＯＶのアーム先端に把持装置を接続した状態を示す斜視図であり、図６は、水中ケーブルを把持装置の電磁石で把持した状態での電磁石と水中ケーブルとの位置関係を示す図であり、（ａ）は、正面図、（ｂ）は平面図である。
【００４０】
図５に示すように、把持装置１の把持部２は、アーム部４の接続部５を介して水中ロボットであるＲＯＶ４０のアーム４１の先端に把持されている。最初に、図５に示すＲＯＶのアームを操作して、把持しようとする水中ケーブル２３に対して、ＲＯＶ４０に搭載されたカメラ（図示せず）の画像で確認しながらマニュピュレータで把持装置１を水中ケーブル２３の直上に位置するようにする。その後、把持装置１のアーム部４を操作して、把持装置１の電磁石３の双方の吸着面３ｃが水中ケーブル２３の外皮３１に接触しないように、電磁石３を接近させて位置決めを行う。電磁石３を水中ケーブル２３に接近させた状態で、電磁石３に制御回路１２の電源スイッチ１３をＯＮして直流電圧を印加する。また、水中ケーブルの水中での重量によって、制御回路１２（図２に示す）の電流制御回路１４により電磁石３のコイル３ｂに流す電流を調節する。例えば、図４（ｂ）に示す二重外装水中ケーブルの水中での重量は、１ｋｍ（キロメートル）当たり約５，０００ｋｇ（キログラム）であり、１ｍでは５ｋｇである。電磁石は、水中ケーブルの長さ１０ｍに相当する５０ｋｇを持ち上げる能力を有するようにする。
【００４１】
電磁石３に直流電圧を印加することにより、電磁石３の双方の吸着面３ｃにそれぞれＮ極、Ｓ極の磁極が発生して、水中ケーブル２３内部の鉄線２８を吸引する力が作用して、水中ケーブル２３が電磁石３の吸着面３ｃ側に移動して、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、水中ケーブル２３が電磁石３の双方の吸着面３ｃに吸着される。水中ケーブル２３は、吸着面３ｃの略半円形状を有する凹みに固定させる。
【００４２】
図５に示すように、水中ケーブル２３が海底の障害物４５である岩に乗り上げている場合には、水中ケーブル２３が電磁石３の吸着面３ｃに把持されていることを確認後、アーム部４によって電磁石３を上方に移動させて、水中ケーブル２３を引き上げるようにする。その後、ＲＯＶ４０のアーム４１により電磁石３を水平に移動させて、移設場所まで移動し、電磁石３を下降させて、水中ケーブル２３が海底に接触する手前で電磁石３の下降を停止し、制御回路１２の電源スイッチ１３をＯＦＦにして電磁石３の直流電圧の供給を遮断して、水中ケーブル２３を海底に敷設するようにする。
【００４３】
また、ＲＯＶ４０に搭載されたカメラの画像により水中ケーブル２３の把持状態を確認し、把持が不完全のときには、制御回路１２の電源スイッチ１３をＯＦＦにして電磁石３の直流電圧の供給を遮断して、把持装置１のアーム部４を操作して再度位置決めを行うようにする。
【００４４】
このように、電磁石３を用いることにより、従来のように、水中ケーブルをアーム先端で挟んで把持することがないため、水中ケーブルを破損する恐れが軽減される。
【００４５】
また、従来は、ＲＯＶのアームに水中ケーブルが引っ掛かってアームから水中ケーブルが外れなかったり、ＲＯＶのアーム先端で水中ケーブルを掴んだ状態で、ＲＯＶに不具合が発生して、水中ケーブルをアーム先端から離すことが不可能になったりする恐れがある。本発明の把持装置は、ＲＯＶに不具合が発生しても電磁石の電源をＯＦＦにすることにより、水中ケーブルを把持部の吸着面から容易に離すことができる。
【００４６】
［水中ケーブルの位置の確認］
以上説明した水中ケーブルの把持は、ＲＯＶに搭載されたカメラの画像で確認しながら行うものであるが、本発明の把持装置は、電磁石の双方の吸着面と水中ケーブルとの位置関係を電気的な特性を利用して確認することが可能となっている。
【００４７】
図１に示すように、把持部２の電磁石３は、略半円形状を成し、内部に軟磁性材料からなる磁性体３ａを有し、磁性体３ａの外周にコイル３ｂを巻いた構成となっており、電磁石３に直流電源を供給することにより、鉄等を磁力で吸引する電磁石３として機能するが、電磁石３に高周波信号を印加することにより、インダクターとしても機能する。水中ケーブル２３が電磁石３の吸着面３ｃから離れている場合には、電磁石３は、固有のインダクタンス値を有している。水中ケーブル２３が電磁石３の両方の吸着面３ｃに接近するにつれて、水中ケーブル２３の鉄線２８と電磁石３の両方の吸着面３ｃとのキャップが減少して、水中ケーブル２３の鉄線２８と電磁石３の磁性体３ａとで磁気回路が形成されて、電磁石３のインダクタンス値が増加する。この特性を利用して、電磁石３の双方の吸着面３ｃと水中ケーブル２３との位置関係を電気的な特性を利用して確認するものである。
【００４８】
以下に、電磁石のインダクタンス値の変化を利用した、電磁石の双方の吸着面と水中ケーブルとの位置関係の確認動作について図７を用いて説明する。図７は、水中ケーブルを把持装置の電磁石で把持する直前の、電磁石の吸着面と水中ケーブルとの位置関係を示す図であり、図７（ａ）は、電磁石の吸着面と水中ケーブルとが上下方向に離れた状態を示す正面図、図７（ｂ）は、電磁石の吸着面と水中ケーブルとが離れてほぼ平行に位置した状態を示す平面図、図７（ｃ）は、電磁石の吸着面の一方のみが水中ケーブルの直上に位置した状態を示す平面図である。
【００４９】
最初に、図５に示すＲＯＶ４０に搭載されたカメラの画像を確認しながらマニュピュレータを操作して把持装置１を水中ケーブル２３の直上に位置するようにする。その後、把持装置１のアーム部４を操作して、把持装置１の電磁石３の双方の吸着面３ｃが水中ケーブル２３の外皮３１に接触しないように、電磁石３を接近させて位置決めを行う。この状態で、図２に示す制御回路１２の切替回路１７をインダクタンス測定回路１６側に切り換えて、電磁石３に高周波信号を印加する。このとき、インダクタンス測定回路１６によって電磁石３のインダクタンスを測定して、測定した電磁石３のインダクタンスの値が前もって規定した基準値以上のときに、水中ケーブル２３が電磁石３の吸着面３ｃに把持できる位置にあると判断する。尚、インダクタンスの基準値とは、電磁石３が水中ケーブル２３に接近した状態で、電磁石３に直流電源を供給したときに、電磁石３が水中ケーブル２３を吸着することが可能であるときの、電磁石３が水中ケーブル２３に接近した状態での最小のインダクタンス値をいう。
【００５０】
しかしながら、図７（ａ）に示すように、電磁石３の吸着面３ｃが水中ケーブル２３の直上に位置しているが、電磁石３の吸着面３ｃと水中ケーブル２３とが上下方向に離れている場合、また、図７（ｂ）に示すように、水中ケーブル２３が電磁石３の吸着面３ｃに位置しないで、電磁石３と離れてほぼ平行に位置している場合には、電磁石３の双方の吸着面３ｃと水中ケーブル２３とに間隙が生じているため、インダクタンスの値は、前もって規定した基準値未満となる。更に、図７（ｃ）に示すように、電磁石３の一方の吸着面３ｃが水中ケーブル２３の直上で接近して位置し、電磁石３の他方の吸着面３ｃが水中ケーブル２３の直上に位置していない場合には、電磁石３の他方の吸着面３ｃと水中ケーブル２３とに間隙が生じているため、インダクタンスの値は、前もって規定した基準値未満となる。
【００５１】
このように、電磁石３に通電して水中ケーブル２３を把持する前に、電磁石の吸着面と水中ケーブルとの位置関係が適切であるかを確認するために、電磁石３のコイル３ｂに高周波信号を印加して電磁石３のインダクタンスを測定して、電磁石３による把持が可能かを判断するようにする。尚、電磁石３のインダクタンスが前もって規定した基準値未満のときには、把持装置１のアーム部４を操作して、把持装置１の電磁石３の双方の吸着面３ｃが水中ケーブル２３に接近させて位置決めを行う。このときに、電磁石３のインダクタンスの変化を確認しながら、把持装置１のアーム部４を操作することにより、電磁石３の吸着面を水中ケーブル上に的確に位置決めすることができる。
【００５２】
これにより、電磁石の先端部分の吸着面と水中ケーブルとの位置関係を電磁石のインダクタンス値により確認できるため、図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示すような電磁石の吸着面と水中ケーブルとの位置関係であっても、水中ケーブルを確実に把持することができる。
【００５３】
尚、電磁石の双方の吸着面と水中ケーブルとの位置関係を電磁石のインダクタンス値によって確認する実施の形態を示したが、インダクタンス値に代えて、インピーダンス値の変化を検知するようにしてもよい。
【００５４】
また、本発明の把持装置は、電磁石のコイルに高周波信号を印加して、電磁石をインダクターとして使用しているが、電磁石の磁性体の外周に電磁石用のコイルとインダクター用のコイルを個別に設ける形態であってもよい。
【実施例】
【００５５】
以上説明した把持装置は、ＲＯＶに搭載されているカメラ及び照明灯を用いて、ＲＯＶのカメラの画像で確認しながらマニュピュレータで把持装置を把持する水中ケーブルの直上に位置するようにしていたが、図８に示すように、把持部２にカメラ９及び照明灯１０を搭載することも可能である。カメラ９及び照明灯１０は、アーム部４の回転機構部８の上部に取付金具１１を介して取り付けるようにする。これにより、ＲＯＶ４０のカメラのみでは、把持装置のＲＯＶ４０と反対側の場所の画像が得られないことがあるが、把持装置１にカメラ９及び照明灯１０を搭載することにより、把持装置１のほぼ全周の画像が得られるため、水中ケーブル２３の把持作業を正確に行うことができる。尚、把持装置１のカメラ９及び照明灯１０の搭載する位置は、図８に示すアーム部４の回転機構部８に限らず他の位置であってもよい。
【００５６】
以上述べたように、本発明によれば、把持装置の先端部分に電磁石を配したことにより、鉄線等を用いた水中ケーブルを把持する際に電磁石を水中ケーブルに接触させることなく、電磁石に通電することにより水中ケーブルを吸着して保持するようにしたことにより、水中ケーブルを挟む動作を行わないため水中ケーブルの破損、変形等を防止することができる。
【００５７】
また、把持装置の先端部分の電磁石により 電磁石を水中ケーブルに接触させることなく、電磁石に通電することにより水中ケーブルを吸着して保持できるため、岩に乗り上げたり、岩盤の海底に位置する水中ケーブルを直上から把持することができるため、従来、
ＲＯＶのアーム先端での把持が困難であった個所にも使用できる。
【００５８】
また、把持装置の先端部分の電磁石により、電磁石の吸着面と水中ケーブルとの位置関係を電磁石のインダクタンスの変化により確認できるため、水中ケーブルを確実に把持することができる。
【００５９】
また、把持装置は、ＲＯＶ等の水中ロボットのアーム先端に取り付けるための接続部を有しているため、把持装置を水中ロボットに搭載して作業を行うことができる。
【００６０】
また、従来は、ＲＯＶのアーム先端で水中ケーブルを掴んだ状態で、ＲＯＶに不具合が発生して、水中ケーブルをアーム先端から離すことが不可能になったりする恐れがあったが、本発明の把持装置は、電磁石の電源をＯＦＦにすることにより、水中ケーブルを電磁石の吸着面から容易に離すことができるため、信頼性が求められる海底での作業に好適である。
【００６１】
この発明は、その本質的構成から逸脱することなく多くの形式のものとして具体化することができる。よって、上述した実施形態は専ら説明上のものであり、本発明を制限するものではない。
【符号の説明】
【００６２】
１ 把持装置
２ 把持部
３ 電磁石
３ａ 磁性体
３ｂ コイル
３ｃ 吸着面
３ｄ 緩衝材
４ アーム部
５ 接続部
６ 上下機構部（伸縮機構部）
７ 回転変位機構部
８ 回転機構部
９ カメラ
１０ 照明灯
１１ 取付金具
１２ 制御回路
１３ 電源スイッチ
１４ 電流制御回路
１５ 高周波発生回路
１６ インダクタンス測定回路
１７ 切替回路
２０ バッテリー
２３ 水中ケーブル
２４ 無外装水中ケーブル
２６ 光ファイバー
２７ 鉄パイプ
２８ 鉄線
２９ 銅チューブ
３０ 絶縁体（低密度ポリエチレン）
３１ 外皮（高密度ポリエチレン）
３２ 外皮（ポリプロピレン繊維）
３５ 一重外装水中ケーブル
３６ 二重外装水中ケーブル
４０ 水中ロボット（ＲＯＶ）
４１ アーム
４５ 障害物（岩）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中ケーブルの把持装置およびその把持方法に関し、特に、水中の水中ケーブルを損傷することなく安全に把持ことが可能な水中ケーブルの把持装置およびその把持方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水中ケーブルの敷設は、ケーブル敷設船によって行われる。水中ケーブルの敷設は、浅い海では、船舶の錨、漁具等からのケーブルのダメージを防止するために、海底を数メートル掘ってその中にケーブルを埋設する。一方、深海ではケーブル障害が少ないため海底に直接ケーブルを設置する。また、海底に岩などが散在して海底の地形が複雑である場合には、防護管を使用し、防護管に水中ケーブルを収納してケーブルを保護するようにして敷設する。
【０００３】
特許文献１には、ケーブルの宙づりやキンクの発生を防止した水中ケーブル設備を建設するための水中ケーブルの敷設方法が開示されている。特許文献１の敷設方法は、水中ケーブル敷設作業を行う際にケーブルの歪みをケーブルの長手方向に対し測定できるケーブル歪み分布測定装置を使用して、海中及び海底におけるケーブルの歪み又は歪みから求められる張力を監視することにより、ケーブルの宙づりやキンクが発生しないようにケーブル敷設船の速度やケーブルの繰出し速度を制御するものである。
【０００４】
特許文献２は、水中ケーブルが潮の流れや横波等により台船が船幅方向に揺動し易く、目標ケーブル敷設ラインからずれるおそれがあり、敷設精度が低いという問題を解決すべく、台船の適宜箇所に船体位置を安定化させるための推力を発生する複数のスラスタ（推力発生手段）を配設し、海底の目標ケーブル敷設ラインに対応した台船曳航ラインを海上に想定し、該想定された台船曳航ライン上に上記台船が位置するように上記スラスタの出力を制御するコントローラ（出力制御手段）を備えるようにしたものである。
【０００５】
また、水中ケーブルを敷設後にケーブル障害が発生することがある。ケーブル障害の原因は、漁労によるもの、船舶の錨によるもの、海底地形に起因するもの等である。例えば、漁労においては、底引網漁業等での網がケーブルに引っ掛かることにより、海底からのケーブルの浮き、ケーブルの敷設位置のずれ等のケーブル障害が発生する。ケーブル障害の程度により、水中ケーブルを引き上げて修理を行なったり、水中ケーブルの敷設位置の修正等を行うようにする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−３４４６２４
【特許文献２】特開２００６−５４９９４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
水中ケーブルの敷設で、水中ケーブルが海底の岩に乗り上げてしまったり、検査等で水中ケーブルの位置が所定の位置からずれてしまっている場合には、水中ケーブルの位置の修正作業が必要となる。水中ケーブルの位置の修正作業は、ＲＯＶ（Ｒｅｍｏｔｅｌｙ Ｏｐｅｒａｔｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等を使用して、ＲＯＶに備えられたアームを船上で操作して、ＲＯＶのカメラからの画像で確認しながらマニピュレータを操作し、ＲＯＶのアーム先端に水中ケーブルを把持して行う。しかしながら、マニピュレータによるＲＯＶのアームの正確な位置決め、アーム先端の適正な把持力の調整は、操作が難しく、細心の注意が必要となる。このため、ＲＯＶのマニピュレータの操作中にＲＯＶのアーム先端で水中ケーブルに傷を付けたり、ＲＯＶのアームの把持する力が強すぎて、水中ケーブルを変形させる等、水中ケーブルを破損させる恐れがある。特に、岩の上に位置する水中ケーブルや海底が岩盤である場合には、水中ケーブルのアームによる把持が困難であったりする。更に、作業中にＲＯＶのアームに水中ケーブルが引っかかって水中ケーブルがアームから外れなかったり、ＲＯＶのアーム先端で水中ケーブルを掴んだ状態で、ＲＯＶに不具合が発生して、水中ケーブルをアーム先端から離すことが不可能になったりする恐れがある。このため、確認のための作業時間が長くなり、作業効率も悪かったりする。また、水中ケーブルが通信用光ファイバーケーブルの場合には、ケーブルの補修に多くの時間と多大な費用を要するため、作業中のケーブルの破損、変形等を防止する必要がある。
【０００８】
そこで、本発明は、岩等に乗り上げた水中ケーブルをＲＯＶのアーム先端で直接把持することなく、電磁石によって水中ケーブルを吸着し、把持するようにして、水中ケーブルの破損、変形等を防止することが可能な水中ケーブルの把持装置およびその把持方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目標達成のため、本発明の水中ケーブルの把持装置は、水中ケーブルを把持する把持装置であって、内部に鉄線を有する水中ケーブルを先端で把持する電磁石からなる把持具と、当該把持具を三次元方向に移動させるアーム部と、前記把持具の電磁石を制御する制御部と、を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の水中ケーブルの把持装置の前記把持具の電磁石は、その両端面に位置し、水中ケーブルを吸着する吸着面を有し、当該吸着面には、電磁石の長手方向に沿って中央部が内部に湾曲した凹みが設けられ、当該凹みは、略半円の形状を成していることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の水中ケーブルの把持装置の前記把持具の電磁石は、水中ケーブルを吸着する前記吸着面の表面に緩衝材が取り付けられていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の水中ケーブルの把持装置の前記制御部は、把持具の電磁石における通電のＯＮ−ＯＦＦの制御及び電磁石に供給する電流の大きさを制御することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の水中ケーブルの把持装置の前記制御部は、更に、前記電磁石に高周波信号を供給する高周波発生回路を備え、前記電磁石のインダクタンス値を測定するインダクタンス測定回路を有していることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の水中ケーブルの把持装置は、水中ケーブルに接近した状態で電磁石に前記制御部の高周波発生回路から高周波信号を印加して、前記インダクタンス測定回路によって電磁石のインダクタンス値を測定し、測定したインダクタンス値が前もって規定した基準値以上のときに、前記電磁石に通電して、水中ケーブルを把持するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の水中ケーブルの把持装置のアーム部は、水中又は水底を移動可能な水中ロボットのアームに接続可能な接続部を有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の水中ケーブルの把持装置における前記水中ケーブルは、通信用光ファイバーケーブル及び電力送電用ケーブル、又は通信用光ファイバーケーブル若しくは電力送電用ケーブルであり、ケーブル内に鉄線を配して成り、前記把持装置は、水中ケーブルに接近した状態で前記電磁石に通電して水中ケーブルを把持することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の水中ケーブルの把持方法は、ケーブル内に鉄線を配した水中ケーブルを把持する把持方法であって、先端に電磁石を有し、当該電磁石を三次元方向に移動させるアーム部を有する把持装置により、前記電磁石が水中ケーブルに接近した状態で、電磁石に通電して、前記水中ケーブルを電磁石で把持するようにしたことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の水中ケーブルの把持方法は、水中ケーブルに接近した状態で電磁石に高周波信号を印加して、前記電磁石のインダクタンス値を測定し、測定したインダクタンス値が前もって規定した基準値以上のときに、電磁石に通電して、水中ケーブルを把持するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、把持装置の先端部分に電磁石を配したことにより、鉄線等を用いた水中ケーブルを把持する際に電磁石を水中ケーブルに接触させることなく、電磁石に通電することにより水中ケーブルを吸着して保持するようにしたことにより、水中ケーブルを把持するための挟む動作を行わないため水中ケーブルの破損、変形等を防止することができる。
【００２０】
また、把持装置の先端部分の電磁石により電磁石を水中ケーブルに接触させることなく、電磁石に通電することにより水中ケーブルを吸着して保持するため、岩に乗り上げたり、岩盤の海底に位置する水中ケーブルを直上から把持することができる。このため、従来、ＲＯＶのアーム先端での把持が困難であった個所にも使用できる。
【００２１】
また、把持装置の先端部分の電磁石により、電磁石の吸着面と水中ケーブルとの位置関係を電磁石のインダクタンスの変化により確認できるため、水中ケーブルを確実に把持することができる。
【００２２】
また、把持装置は、ＲＯＶ等の水中ロボットのアーム先端に取り付けるための接続部を有しているため、把持装置を水中ロボットに搭載して作業を行うことができる。
【００２３】
また、従来は、ＲＯＶのアーム先端で水中ケーブルを掴んだ状態で、ＲＯＶに不具合が発生して、水中ケーブルをアーム先端から離すことが不可能になったりする恐れがあったが、本発明の把持装置は、電磁石の電源をＯＦＦにすることにより、水中ケーブルを電磁石の吸着面から容易に離すことができるため、信頼性が求められる海底での作業に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】把持装置における把持部の構成を示す図であり、（ａ）は、把持部の正面図、（ｂ）は、把持部の側面図であり、水中ケーブルを把持した状態を示す図である。
【図２】把持部の制御を行う制御回路のブロック図を示す図である。
【図３】光ファイバーケーブルの無外装水中ケーブルの構成を示す断面図である。
【図４】光ファイバーケーブルの外装水中ケーブルの構成を示す断面図であり、（ａ）は、一重外装水中ケーブルの構成を示す断面図、（ｂ）は、二重外装水中ケーブルの構成を示す断面図である。
【図５】ＲＯＶのアーム先端に把持装置を接続した状態を示す斜視図である。
【図６】水中ケーブルを把持装置の電磁石で把持した状態での電磁石と水中ケーブルとの位置関係を示す図であり、（ａ）は、正面図、（ｂ）は平面図である。
【図７】水中ケーブルを把持装置の電磁石で把持する直前の、電磁石の吸着面と水中ケーブルとの位置関係を示す図であり、（ａ）は、電磁石の吸着面と水中ケーブルとが上下方向に離れた状態を示す正面図、（ｂ）は、電磁石の吸着面と水中ケーブルとが離れてほぼ平行に位置した状態を示す平面図、（ｃ）は、電磁石の吸着面の一方のみが水中ケーブルの直上に位置した状態を示す平面図である。
【図８】把持部のアーム部にカメラ及び照明を搭載した把持装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明による水中ケーブルの把持装置およびその把持方法を実施するための形態について説明する。尚、本発明は、把持装置の先端部分に電磁石を配して、鉄線等を用いた水中ケーブルを把持する際に電磁石を水中ケーブルに接触させることなく、電磁石に通電することにより水中ケーブルを吸着し、保持するようにして、水中ケーブルの把持による破損、変形等を防止するようにしたものである。尚、本発明では、海、湖、川等で使用するケーブルを総称して水中ケーブルと記す。
【００２６】
最初に、本発明による水中ケーブルの把持装置について図１及び図２を用いて説明する。図１は、水中ケーブルを把持する把持装置における把持部の構成を示す図であり、（ａ）は、把持部の正面図、（ｂ）は、把持部の側面図であり、水中ケーブルを把持した状態を示す図である。図２は、把持部の制御を行う制御回路のブロック図を示す図である。水中ケーブルを把持する把持装置は、図１に示す先端に電磁石を有する把持部２と図２に示す把持部２の制御を行う制御回路１２とを有している。
【００２７】
［把持装置の把持部の構成］
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、把持部２は、内部に鉄線を有する水中ケーブルを先端で把持する把持具としての電磁石３と、電磁石３の回転、上下移動等を行うアーム部４とを有している。把持部２の電磁石３は、略半円形状を成し、内部に軟磁性材料からなる磁性体３ａ（図１（ａ）に点線で示す）を有し、磁性体３ａの外周に沿ってコイル３ｂ（図１（ａ）に１点鎖線で示す）を巻いた構成となっている。電磁石３は、全体を絶縁性の部材で覆われており、耐水性、耐圧性を有するようにしている。電磁石３の磁極となる両端面に位置し、水中ケーブルを吸着する吸着面３ｃは、水平面上で同一の高さとなるように設けられている。また、吸着面３ｃには、電磁石３の長手方向に沿って中央部が内部に湾曲した凹みが設けられており、凹みは、水中ケーブルの外周に接するように略半円の形状を成している。また、電磁石３の吸着面３ｃの表面には、緩衝材３ｄが取り付けられている。図１（ｂ）に示すように、水中ケーブル２３（図３及び図４に示す）は、電磁石３の先端部である凹みを有する吸着面３ｃに沿って把持される。
【００２８】
電磁石３の回転、上下移動等を行うアーム部４は、電磁石３の頂点から垂直方向の上方に設けられている。アーム部４は、電磁石３を矢印で示すように上下に移動させる上下機構部６と、水平に設けられた軸を支点として回転して、電磁石３及び上下機構部６を振り子のように矢印で示すように回転変位させる回転変位機構部７と、電磁石３、上下機構部６及び回転変位機構部７を垂直軸方向に沿って矢印で示すように回転させる回転機構を有している。また、回転機構の上部には、ＲＯＶ４０（図５に示す）のマニピュレータの先端部がアーム部４を把持するための接続部５を有している。
【００２９】
アーム部４の上下機構部６、回転変位機構部７及び回転機構部８は、内蔵したモータ等により駆動され、船上等から操作可能なように構成されている。尚、アーム部４の各機構部の構成及び駆動等は、公知のものであり、説明は省略する。
【００３０】
［制御回路の構成］
次に、把持装置における把持部の制御を行う制御回路について図２を用いて説明する。図２は、把持部の制御を行う制御回路のブロック図を示す。図２に示すように、制御回路１２は、外部に設けられた直流電源であるバッテリー２０から把持部２の電磁石３への電源のＯＮ−ＯＦＦを行う電源スイッチ１３と、バッテリー２０から把持部２の電磁石３に流す電流の大きさを制御する電流制御回路１４からなる。また、制御回路１２には、把持部２の電磁石３のインダクタンスを測定するために電磁石３に高周波信号を印加する高周波発生回路１５とインダクタンス値を測定するインダクタンス測定回路１６とを有している。電磁石３への電源供給又は高周波信号の印加の切り換えは、切替回路１７により行われる。電流制御回路１４は、水中ケーブルの水中での重量等に応じて、電磁石３のコイル３ｂに流す電流値を調節するものである。尚、制御回路１２のスイッチの切替、電流調整等は、船上等から操作可能なように構成されている。
【００３１】
［光ファイバーケーブルの構成］
次に、把持装置によって把持する水中ケーブルとしての光ファイバーケーブルの構成について図３及び図４を用いて説明する。図３は、光ファイバーケーブルの無外装水中ケーブルの構成を示す断面図である。また、図４は、光ファイバーケーブルの外装水中ケーブルの構成を示す断面図であり、図４（ａ）は、一重外装水中ケーブルの構成を示す断面図、図４（ｂ）は、二重外装水中ケーブルの構成を示す断面図である。
【００３２】
光ファイバーケーブルは、敷設する海底までの水深によって、水深１，０００ｍ（メートル）未満までの浅瀬用に用いる外装水中ケーブルと、水深１，０００ｍ以上の深海用に用いる無外装水中ケーブルに分類される。尚、外装水中ケーブルは、一重外装水中ケーブルと二重外装水中ケーブルとがあり、水中ケーブルを敷設する水深により一重外装水中ケーブル又は二重外装水中ケーブルが用いられる。
【００３３】
図３に、深海に敷設される無外装水中ケーブルの構成の一例を示す。図３に示すように、無外装水中ケーブル２４は、中心に位置する鉄パイプ２７の中空内に光ファイバー２６を配している。鉄パイプ２７の外周には、複数の鉄線２８が配されており、鉄線２８は銅チューブ２９で被覆されている。更に、銅チューブ２９は、低密度ポリエチレン等の絶縁体３０で覆われており、絶縁体３０は、高密度ポリエチレンから成る外皮３１に覆われている。図３に示す無外装水中ケーブル２４は、径が２０．４ｍｍ、破断張力が、９８ＫＮ（キロニュートン）以上のものである。
【００３４】
図４（ａ）に、水深が１，０００ｍ以浅の海底に敷設される一重外装水中ケーブルの構成の一例を示す。図４（ａ）に示すように、一重外装水中ケーブル３５は、図３に示す無外装水中ケーブル２４に、更に、外装用の鉄線２８を配した構成となっている。外装用の鉄線２８は、径が３．２ｍｍであり、無外装水中ケーブルの外皮の周囲に２３本配されている。また、外装用の鉄線２８は、ポリプロピレン繊維からなる外皮３２で覆われている。尚、図４（ａ）に示す一重外装水中ケーブル３５の外皮３２は、ポリプロピレン繊維からなるものである。図４（ａ）に示す一重外装水中ケーブル３５は、径が３２ｍｍ、破断張力が、３１０ＫＮ以上のものである。
【００３５】
図４（ｂ）に、水深数１０ｍ以浅の浅瀬の海底に敷設される二重外装ケーブルの構成の一例を示す。図４（ｂ）に示すように、二重外装水中ケーブル３６は、図３に示す無外装水中ケーブル２４に、外装用の鉄線２８及びポリプロピレン繊維から成る外皮３２を二重に施した構成となっている。尚、図４（ｂ）に示す二重外装水中ケーブル３６の外皮３２は、ポリプロピレン繊維からなるものである。図４（ｂ）に示す二重外装水中ケーブル３６は、径が４７ｍｍ、破断張力が、８００ＫＮ以上のものである。
【００３６】
光ファイバーケーブルは、障害の発生しやすい浅瀬用に、破断張力が大きい二重外装水中ケーブル３６を敷設し、ケーブルを敷設する海底の水深が深くなるにつれて、一重外装水中ケーブル３５、無外装水中ケーブル２４の順に敷設するようにする。
【００３７】
以上述べた図３、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す光ファイバーケーブルには、補強用の鉄線２８が外装用として使用されている。また、電力用の水中ケーブルにおいても、ケーブル芯の導体を防護する外装用に鉄線が用いられている。このような鉄線２８が用いられた水中ケーブル２３の外皮に電磁石３を接近させると、電磁石３に反応して、水中ケーブル２３が電磁石３に吸引され、電磁石３を上下、左右に移動すると、水中ケーブル２３は電磁石３に吸引保持されて、同時に移動する。
【００３８】
本発明は、ケーブル内に防護外装用に鉄線が用いられている水中ケーブルとしての通信用光ファイバーケーブル及び電力送電用ケーブルの構成に着目して成されたものであり、本発明の把持装置は、鉄線が用いられている水中ケーブルに対して適用するものである。
【００３９】
［水中ケーブルの把持］
次に、把持装置による水中ケーブルの把持について図５及び図６を用いて説明する。図５は、ＲＯＶのアーム先端に把持装置を接続した状態を示す斜視図であり、図６は、水中ケーブルを把持装置の電磁石で把持した状態での電磁石と水中ケーブルとの位置関係を示す図であり、（ａ）は、正面図、（ｂ）は平面図である。
【００４０】
図５に示すように、把持装置１の把持部２は、アーム部４の接続部５を介して水中ロボットであるＲＯＶ４０のアーム４１の先端に把持されている。最初に、図５に示すＲＯＶのアームを操作して、把持しようとする水中ケーブル２３に対して、ＲＯＶ４０に搭載されたカメラ（図示せず）の画像で確認しながらマニュピュレータで把持装置１を水中ケーブル２３の直上に位置するようにする。その後、把持装置１のアーム部４を操作して、把持装置１の電磁石３の双方の吸着面３ｃが水中ケーブル２３の外皮３１に接触しないように、電磁石３を接近させて位置決めを行う。電磁石３を水中ケーブル２３に接近させた状態で、電磁石３に制御回路１２の電源スイッチ１３をＯＮして直流電圧を印加する。また、水中ケーブルの水中での重量によって、制御回路１２（図２に示す）の電流制御回路１４により電磁石３のコイル３ｂに流す電流を調節する。例えば、図４（ｂ）に示す二重外装水中ケーブルの水中での重量は、１ｋｍ（キロメートル）当たり約５，０００ｋｇ（キログラム）であり、１ｍでは５ｋｇである。電磁石は、水中ケーブルの長さ１０ｍに相当する５０ｋｇを持ち上げる能力を有するようにする。
【００４１】
電磁石３に直流電圧を印加することにより、電磁石３の双方の吸着面３ｃにそれぞれＮ極、Ｓ極の磁極が発生して、水中ケーブル２３内部の鉄線２８を吸引する力が作用して、水中ケーブル２３が電磁石３の吸着面３ｃ側に移動して、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、水中ケーブル２３が電磁石３の双方の吸着面３ｃに吸着される。水中ケーブル２３は、吸着面３ｃの略半円形状を有する凹みに固定させる。
【００４２】
図５に示すように、水中ケーブル２３が海底の障害物４５である岩に乗り上げている場合には、水中ケーブル２３が電磁石３の吸着面３ｃに把持されていることを確認後、アーム部４によって電磁石３を上方に移動させて、水中ケーブル２３を引き上げるようにする。その後、ＲＯＶ４０のアーム４１により電磁石３を水平に移動させて、移設場所まで移動し、電磁石３を下降させて、水中ケーブル２３が海底に接触する手前で電磁石３の下降を停止し、制御回路１２の電源スイッチ１３をＯＦＦにして電磁石３の直流電圧の供給を遮断して、水中ケーブル２３を海底に敷設するようにする。
【００４３】
また、ＲＯＶ４０に搭載されたカメラの画像により水中ケーブル２３の把持状態を確認し、把持が不完全のときには、制御回路１２の電源スイッチ１３をＯＦＦにして電磁石３の直流電圧の供給を遮断して、把持装置１のアーム部４を操作して再度位置決めを行うようにする。
【００４４】
このように、電磁石３を用いることにより、従来のように、水中ケーブルをアーム先端で挟んで把持することがないため、水中ケーブルを破損する恐れが軽減される。
【００４５】
また、従来は、ＲＯＶのアームに水中ケーブルが引っ掛かってアームから水中ケーブルが外れなかったり、ＲＯＶのアーム先端で水中ケーブルを掴んだ状態で、ＲＯＶに不具合が発生して、水中ケーブルをアーム先端から離すことが不可能になったりする恐れがある。本発明の把持装置は、ＲＯＶに不具合が発生しても電磁石の電源をＯＦＦにすることにより、水中ケーブルを把持部の吸着面から容易に離すことができる。
【００４６】
［水中ケーブルの位置の確認］
以上説明した水中ケーブルの把持は、ＲＯＶに搭載されたカメラの画像で確認しながら行うものであるが、本発明の把持装置は、電磁石の双方の吸着面と水中ケーブルとの位置関係を電気的な特性を利用して確認することが可能となっている。
【００４７】
図１に示すように、把持部２の電磁石３は、略半円形状を成し、内部に軟磁性材料からなる磁性体３ａを有し、磁性体３ａの外周にコイル３ｂを巻いた構成となっており、電磁石３に直流電源を供給することにより、鉄等を磁力で吸引する電磁石３として機能するが、電磁石３に高周波信号を印加することにより、インダクターとしても機能する。水中ケーブル２３が電磁石３の吸着面３ｃから離れている場合には、電磁石３は、固有のインダクタンス値を有している。水中ケーブル２３が電磁石３の両方の吸着面３ｃに接近するにつれて、水中ケーブル２３の鉄線２８と電磁石３の両方の吸着面３ｃとのキャップが減少して、水中ケーブル２３の鉄線２８と電磁石３の磁性体３ａとで磁気回路が形成されて、電磁石３のインダクタンス値が増加する。この特性を利用して、電磁石３の双方の吸着面３ｃと水中ケーブル２３との位置関係を電気的な特性を利用して確認するものである。
【００４８】
以下に、電磁石のインダクタンス値の変化を利用した、電磁石の双方の吸着面と水中ケーブルとの位置関係の確認動作について図７を用いて説明する。図７は、水中ケーブルを把持装置の電磁石で把持する直前の、電磁石の吸着面と水中ケーブルとの位置関係を示す図であり、図７（ａ）は、電磁石の吸着面と水中ケーブルとが上下方向に離れた状態を示す正面図、図７（ｂ）は、電磁石の吸着面と水中ケーブルとが離れてほぼ平行に位置した状態を示す平面図、図７（ｃ）は、電磁石の吸着面の一方のみが水中ケーブルの直上に位置した状態を示す平面図である。
【００４９】
最初に、図５に示すＲＯＶ４０に搭載されたカメラの画像を確認しながらマニュピュレータを操作して把持装置１を水中ケーブル２３の直上に位置するようにする。その後、把持装置１のアーム部４を操作して、把持装置１の電磁石３の双方の吸着面３ｃが水中ケーブル２３の外皮３１に接触しないように、電磁石３を接近させて位置決めを行う。この状態で、図２に示す制御回路１２の切替回路１７をインダクタンス測定回路１６側に切り換えて、電磁石３に高周波信号を印加する。このとき、インダクタンス測定回路１６によって電磁石３のインダクタンスを測定して、測定した電磁石３のインダクタンスの値が前もって規定した基準値以上のときに、水中ケーブル２３が電磁石３の吸着面３ｃに把持できる位置にあると判断する。尚、インダクタンスの基準値とは、電磁石３が水中ケーブル２３に接近した状態で、電磁石３に直流電源を供給したときに、電磁石３が水中ケーブル２３を吸着することが可能であるときの、電磁石３が水中ケーブル２３に接近した状態での最小のインダクタンス値をいう。
【００５０】
しかしながら、図７（ａ）に示すように、電磁石３の吸着面３ｃが水中ケーブル２３の直上に位置しているが、電磁石３の吸着面３ｃと水中ケーブル２３とが上下方向に離れている場合、また、図７（ｂ）に示すように、水中ケーブル２３が電磁石３の吸着面３ｃに位置しないで、電磁石３と離れてほぼ平行に位置している場合には、電磁石３の双方の吸着面３ｃと水中ケーブル２３とに間隙が生じているため、インダクタンスの値は、前もって規定した基準値未満となる。更に、図７（ｃ）に示すように、電磁石３の一方の吸着面３ｃが水中ケーブル２３の直上で接近して位置し、電磁石３の他方の吸着面３ｃが水中ケーブル２３の直上に位置していない場合には、電磁石３の他方の吸着面３ｃと水中ケーブル２３とに間隙が生じているため、インダクタンスの値は、前もって規定した基準値未満となる。
【００５１】
このように、電磁石３に通電して水中ケーブル２３を把持する前に、電磁石の吸着面と水中ケーブルとの位置関係が適切であるかを確認するために、電磁石３のコイル３ｂに高周波信号を印加して電磁石３のインダクタンスを測定して、電磁石３による把持が可能かを判断するようにする。尚、電磁石３のインダクタンスが前もって規定した基準値未満のときには、把持装置１のアーム部４を操作して、把持装置１の電磁石３の双方の吸着面３ｃが水中ケーブル２３に接近させて位置決めを行う。このときに、電磁石３のインダクタンスの変化を確認しながら、把持装置１のアーム部４を操作することにより、電磁石３の吸着面を水中ケーブル上に的確に位置決めすることができる。
【００５２】
これにより、電磁石の先端部分の吸着面と水中ケーブルとの位置関係を電磁石のインダクタンス値により確認できるため、図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示すような電磁石の吸着面と水中ケーブルとの位置関係であっても、水中ケーブルを確実に把持することができる。
【００５３】
尚、電磁石の双方の吸着面と水中ケーブルとの位置関係を電磁石のインダクタンス値によって確認する実施の形態を示したが、インダクタンス値に代えて、インピーダンス値の変化を検知するようにしてもよい。
【００５４】
また、本発明の把持装置は、電磁石のコイルに高周波信号を印加して、電磁石をインダクターとして使用しているが、電磁石の磁性体の外周に電磁石用のコイルとインダクター用のコイルを個別に設ける形態であってもよい。
【実施例】
【００５５】
以上説明した把持装置は、ＲＯＶに搭載されているカメラ及び照明灯を用いて、ＲＯＶのカメラの画像で確認しながらマニュピュレータで把持装置を把持する水中ケーブルの直上に位置するようにしていたが、図８に示すように、把持部２にカメラ９及び照明灯１０を搭載することも可能である。カメラ９及び照明灯１０は、アーム部４の回転機構部８の上部に取付金具１１を介して取り付けるようにする。これにより、ＲＯＶ４０のカメラのみでは、把持装置のＲＯＶ４０と反対側の場所の画像が得られないことがあるが、把持装置１にカメラ９及び照明灯１０を搭載することにより、把持装置１のほぼ全周の画像が得られるため、水中ケーブル２３の把持作業を正確に行うことができる。尚、把持装置１のカメラ９及び照明灯１０の搭載する位置は、図８に示すアーム部４の回転機構部８に限らず他の位置であってもよい。
【００５６】
以上述べたように、本発明によれば、把持装置の先端部分に電磁石を配したことにより、鉄線等を用いた水中ケーブルを把持する際に電磁石を水中ケーブルに接触させることなく、電磁石に通電することにより水中ケーブルを吸着して保持するようにしたことにより、水中ケーブルを挟む動作を行わないため水中ケーブルの破損、変形等を防止することができる。
【００５７】
また、把持装置の先端部分の電磁石により 電磁石を水中ケーブルに接触させることなく、電磁石に通電することにより水中ケーブルを吸着して保持できるため、岩に乗り上げたり、岩盤の海底に位置する水中ケーブルを直上から把持することができるため、従来、
ＲＯＶのアーム先端での把持が困難であった個所にも使用できる。
【００５８】
また、把持装置の先端部分の電磁石により、電磁石の吸着面と水中ケーブルとの位置関係を電磁石のインダクタンスの変化により確認できるため、水中ケーブルを確実に把持することができる。
【００５９】
また、把持装置は、ＲＯＶ等の水中ロボットのアーム先端に取り付けるための接続部を有しているため、把持装置を水中ロボットに搭載して作業を行うことができる。
【００６０】
また、従来は、ＲＯＶのアーム先端で水中ケーブルを掴んだ状態で、ＲＯＶに不具合が発生して、水中ケーブルをアーム先端から離すことが不可能になったりする恐れがあったが、本発明の把持装置は、電磁石の電源をＯＦＦにすることにより、水中ケーブルを電磁石の吸着面から容易に離すことができるため、信頼性が求められる海底での作業に好適である。
【００６１】
この発明は、その本質的構成から逸脱することなく多くの形式のものとして具体化することができる。よって、上述した実施形態は専ら説明上のものであり、本発明を制限するものではない。
【符号の説明】
【００６２】
１ 把持装置
２ 把持部
３ 電磁石
３ａ 磁性体
３ｂ コイル
３ｃ 吸着面
３ｄ 緩衝材
４ アーム部
５ 接続部
６ 上下機構部（伸縮機構部）
７ 回転変位機構部
８ 回転機構部
９ カメラ
１０ 照明灯
１１ 取付金具
１２ 制御回路
１３ 電源スイッチ
１４ 電流制御回路
１５ 高周波発生回路
１６ インダクタンス測定回路
１７ 切替回路
２０ バッテリー
２３ 水中ケーブル
２４ 無外装水中ケーブル
２６ 光ファイバー
２７ 鉄パイプ
２８ 鉄線
２９ 銅チューブ
３０ 絶縁体（低密度ポリエチレン）
３１ 外皮（高密度ポリエチレン）
３２ 外皮（ポリプロピレン繊維）
３５ 一重外装水中ケーブル
３６ 二重外装水中ケーブル
４０ 水中ロボット（ＲＯＶ）
４１ アーム
４５ 障害物（岩）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中ケーブルを把持する把持装置であって、内部に鉄線を有する水中ケーブルを先端で把持する電磁石からなる把持具と、
当該把持具を三次元方向に移動させるアーム部と、
前記把持具の電磁石を制御する制御部と、
を有することを特徴とする水中ケーブルの把持装置。
【請求項２】
前記把持具の電磁石は、その両端面に位置し、水中ケーブルを吸着する吸着面を有し、当該吸着面には、電磁石の長手方向に沿って中央部が内部に湾曲した凹みが設けられ、当該凹みは、略半円の形状を成していることを特徴とする請求項１に記載の水中ケーブルの把持装置。
【請求項３】
前記把持具の電磁石は、水中ケーブルを吸着する前記吸着面の表面に緩衝材が取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の水中ケーブルの把持装置。
【請求項４】
前記制御部は、把持具の電磁石における通電のＯＮ−ＯＦＦの制御及び電磁石に供給する電流の大きさを制御することを特徴とする請求項１に記載の水中ケーブルの把持装置。
【請求項５】
前記制御部は、更に、前記電磁石に高周波信号を供給する高周波発生回路を備え、前記電磁石のインダクタンス値を測定するインダクタンス測定回路を有していることを特徴とする請求項４に記載の水中ケーブルの把持装置。
【請求項６】
前記把持装置は、水中ケーブルに接近した状態で電磁石に前記制御部の高周波発生回路から高周波信号を印加して、前記インダクタンス測定回路によって電磁石のインダクタンス値を測定し、測定したインダクタンス値が前もって規定した基準値以上のときに、前記電磁石に通電して、水中ケーブルを把持するようにしたことを特徴とする請求項５に記載の水中ケーブルの把持装置。
【請求項７】
前記把持装置のアーム部は、水中又は水底を移動可能な水中ロボットのアームに接続可能な接続部を有することを特徴とする請求項１に記載の水中ケーブルの把持装置。
【請求項８】
前記水中ケーブルは、通信用光ファイバーケーブル及び電力送電用ケーブル、又は通信用光ファイバーケーブル若しくは電力送電用ケーブルであり、ケーブル内に鉄線を配して成り、前記把持装置は、水中ケーブルに接近した状態で前記電磁石に通電して水中ケーブルを把持することを特徴とする請求項１に記載の水中ケーブルの把持装置。
【請求項９】
ケーブル内に鉄線を配した水中ケーブルを把持する把持方法であって、先端に電磁石を有し、当該電磁石を三次元方向に移動させるアーム部を有する把持装置により、前記電磁石が水中ケーブルに接近した状態で、電磁石に通電して、前記水中ケーブルを電磁石で把持するようにしたことを特徴とする水中ケーブルの把持方法。
【請求項１０】
水中ケーブルに接近した状態で電磁石に高周波信号を印加して、前記電磁石のインダクタンス値を測定し、測定したインダクタンス値が前もって規定した基準値以上のときに、電磁石に通電して、水中ケーブルを把持するようにしたことを特徴とする請求項９に記載の水中ケーブルの把持方法。
【請求項１】
水中ケーブルを把持する把持装置であって、内部に鉄線を有する水中ケーブルを先端で把持する電磁石からなる把持具と、
当該把持具を三次元方向に移動させるアーム部と、
前記把持具の電磁石を制御する制御部と、
を有することを特徴とする水中ケーブルの把持装置。
【請求項２】
前記把持具の電磁石は、その両端面に位置し、水中ケーブルを吸着する吸着面を有し、当該吸着面には、電磁石の長手方向に沿って中央部が内部に湾曲した凹みが設けられ、当該凹みは、略半円の形状を成していることを特徴とする請求項１に記載の水中ケーブルの把持装置。
【請求項３】
前記把持具の電磁石は、水中ケーブルを吸着する前記吸着面の表面に緩衝材が取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の水中ケーブルの把持装置。
【請求項４】
前記制御部は、把持具の電磁石における通電のＯＮ−ＯＦＦの制御及び電磁石に供給する電流の大きさを制御することを特徴とする請求項１に記載の水中ケーブルの把持装置。
【請求項５】
前記制御部は、更に、前記電磁石に高周波信号を供給する高周波発生回路を備え、前記電磁石のインダクタンス値を測定するインダクタンス測定回路を有していることを特徴とする請求項４に記載の水中ケーブルの把持装置。
【請求項６】
前記把持装置は、水中ケーブルに接近した状態で電磁石に前記制御部の高周波発生回路から高周波信号を印加して、前記インダクタンス測定回路によって電磁石のインダクタンス値を測定し、測定したインダクタンス値が前もって規定した基準値以上のときに、前記電磁石に通電して、水中ケーブルを把持するようにしたことを特徴とする請求項５に記載の水中ケーブルの把持装置。
【請求項７】
前記把持装置のアーム部は、水中又は水底を移動可能な水中ロボットのアームに接続可能な接続部を有することを特徴とする請求項１に記載の水中ケーブルの把持装置。
【請求項８】
前記水中ケーブルは、通信用光ファイバーケーブル及び電力送電用ケーブル、又は通信用光ファイバーケーブル若しくは電力送電用ケーブルであり、ケーブル内に鉄線を配して成り、前記把持装置は、水中ケーブルに接近した状態で前記電磁石に通電して水中ケーブルを把持することを特徴とする請求項１に記載の水中ケーブルの把持装置。
【請求項９】
ケーブル内に鉄線を配した水中ケーブルを把持する把持方法であって、先端に電磁石を有し、当該電磁石を三次元方向に移動させるアーム部を有する把持装置により、前記電磁石が水中ケーブルに接近した状態で、電磁石に通電して、前記水中ケーブルを電磁石で把持するようにしたことを特徴とする水中ケーブルの把持方法。
【請求項１０】
水中ケーブルに接近した状態で電磁石に高周波信号を印加して、前記電磁石のインダクタンス値を測定し、測定したインダクタンス値が前もって規定した基準値以上のときに、電磁石に通電して、水中ケーブルを把持するようにしたことを特徴とする請求項９に記載の水中ケーブルの把持方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１４３１２０（Ｐ２０１２−１４３１２０Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２１９（Ｐ２０１１−１２１９）
【出願日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【出願人】（３９０００１４５４）ＮＥＣネッツエスアイ株式会社 (36)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【出願人】（３９０００１４５４）ＮＥＣネッツエスアイ株式会社 (36)
【Ｆターム（参考）】
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