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明細書 :ケ—ブルの張力測定装置

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 特許公報(B1)
特許番号 特許第3048355号 (P3048355)
登録日 平成12年3月24日(2000.3.24)
発行日 平成12年6月5日(2000.6.5)
発明の名称または考案の名称 ケ—ブルの張力測定装置
国際特許分類 G01L  5/04      
FI G01L 5/04 G
請求項の数または発明の数 1
全頁数 7
出願番号 特願平11-004641 (P1999-004641)
出願日 平成11年1月11日(1999.1.11)
審査請求日 平成11年1月11日(1999.1.11)
特許権者または実用新案権者 【識別番号】390014306
【氏名又は名称】防衛庁技術研究本部長
【識別番号】000006208
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
発明者または考案者 【氏名】三上 宏幸
【氏名】高橋 康幸
【氏名】小森 行則
個別代理人の代理人 【識別番号】100064908、【弁理士】、【氏名又は名称】志賀 正武 (外2名)
審査官 【審査官】福田 裕司
参考文献・文献 特開 昭62-64929(JP,A)
特開 平7-333087(JP,A)
特開 平8-184512(JP,A)
実開 平3-97636(JP,U)
実開 昭63-159740(JP,U)
特公 昭49-27307(JP,B1)
実公 昭49-26313(JP,Y1)
調査した分野 G01L 5/04 - 5/10
要約 【課題】 ケーブルに加わる張力の方向が異なった場合においても、この張力を精度良く測定することのできるケーブルの張力測定装置を提供する。
【解決手段】 母船と水中航走体とをケーブル1を介して連結し、水中航走体の航走に伴ってケーブル1を巻き上げ・走出する際にケーブル1の張力を測定する装置で、外周面がケーブル1に接触しつつケーブル1を支持する第1の回動部材15と、第1の回動部材15の両側に設けられ、ケーブル1に接触する複数の第2の回動部材13、13と、ケーブル1の第1の回動部材15との接触角θ及びケーブル1の荷重Wを測定し、これら接触角θ及び荷重Wの各測定値に基づきケーブル1の張力Tを求める張力測定手段とを具備したことを特徴とする。
特許請求の範囲 【請求項1】
母船と水中航走体とをケーブルを介して連結し、前記水中航走体の航走に伴って前記ケーブルを巻き上げ・走出する際に該ケーブルの張力を測定する装置であって、
外周面が前記ケーブルに接触しつつ該ケーブルを支持する第1の回動部材と、
該第1の回動部材の両側に設けられて該第1の回動部材にその軸心を中心として回動自在に支持されかつ前記ケーブルに接触する複数の第2の回動部材と、
前記ケーブルの前記第1の回動部材と前記複数の第2の回動部材の変位により得られる回転角と、前記ケーブルの荷重の各測定値に基づき前記ケーブルの張力を求める張力測定手段と、
を具備したことを特徴とするケーブルの張力測定装置。
発明の詳細な説明 【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】本発明は、ケーブルの張力測定装置に関し、特に、母船にケーブルを介して連結された水中航走体が、水中を航走するのに伴って前記ケーブルを巻き上げ・走出するケーブル巻き上げ機に用いて好適なケーブルの張力測定装置に関するものである。

【0002】

【従来の技術】近年、急速に海洋開発が進められており、この開発に対応するために各種の水中航走体が提案され製造されている。これらの水中航走体は、ほとんどのものが母船にケーブルを介して連結されている。このようなシステムにおいて非常に重要なことは、ケーブルに加わる張力、温度及び長さ等を正確に把握することであり、これらを把握することにより水中航走体を安定に高精度で目標等に向かって航走させることが可能になる。

【0003】
図16は従来のケーブル巻き上げ機の側面図であり、図において、符号1はケーブル、2は図示しないモータを駆動することによりケーブル1を巻き上げ・走出するケーブルドラム、3~5はリール2より引き出されたケーブル1を上下方向に屈曲させた状態で支持するローラである。

【0004】
このケーブル巻き上げ機においては、ケーブル1の巻き始めの位置(図中aの位置)では、ケーブル1が緊張した状態ではないために該ケーブル1に加わる張力Tが小さく、したがって、該ケーブル1と垂線とのなす角φaも小さい。さらにケーブル1を巻き上げると、該ケーブル1に加わる張力Tが漸次大きくなり、ケーブル1の巻き終わりの位置(図中bの位置)では、ケーブル1が緊張した状態になるために該ケーブル1に加わる張力Tが大きくなり、したがって、該ケーブル1と垂線とのなす角φbも大きくなる。

【0005】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従来のケーブル巻き上げ機では、母船上の限られたスペースで精度良くケーブルに加わる張力をモニタする装置が無く、ケーブルの搬送速度が不明確であるために、該ケーブルに連結されている水中航走体を安定した状態でしかも高精度で航走させることが困難であるという問題点があった。

【0006】
例えば、上述した従来のケーブル巻き上げ機では、ケーブル1は、ローラ3~5それぞれに接触する3箇所で曲がっており、しかも該ケーブル1の角度検出、すなわちケーブル1と垂線とのなす角の検出を行っていないために、ケーブル1の張力の測定が、該ケーブル1の巻き上げ・走出の際の角度変化に追随することができないという問題点があった。この場合、ケーブル1の巻き始めの位置(図中aの位置)と巻き終わりの位置(図中bの位置)で角度がφaからφbに変動したとき、それぞれの張力Tの方向が異なるために、この張力Tの測定値に大きな誤差が生じることとなる。

【0007】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、ケーブルに加わる張力の方向が異なった場合においても、この張力を精度良く測定することのできるケーブルの張力測定装置を提供することを目的とする。

【0008】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、本発明は次の様なケーブルの張力測定装置を提供する。すなわち、母船と水中航走体とをケーブルを介して連結し、前記水中航走体の航走に伴って前記ケーブルを巻き上げ・走出する際に該ケーブルの張力を測定する装置であって、外周面が前記ケーブルに接触しつつ該ケーブルを支持する第1の回動部材と、該第1の回動部材の両側に設けられて該第1の回動部材にその軸心を中心として回動自在に支持されかつ前記ケーブルに接触する複数の第2の回動部材と、前記ケーブルの前記第1の回動部材と前記複数の第2の回動部材の変位により得られる回転角と、前記ケーブルの荷重の各測定値に基づき前記ケーブルの張力を求める張力測定手段とを具備したことを特徴としている。

【0009】
本発明のケーブルの張力測定装置では、第1の回動部材と複数の第2の回動部材とを用いることにより、常に3点でケーブルを支持する。この状態で前記張力測定手段により、前記ケーブルの前記第1の回動部材と前記複数の第2の回動部材の変位により得られる回転角と、前記ケーブルの荷重を測定し、これら回転角及び荷重の各測定値に基づき前記ケーブルの張力を求める。これにより、ケーブルに加わる張力の方向が異なった場合においても、この張力を精度良く測定することが可能になる。

【0010】

【発明の実施の形態】本発明のケーブルの張力測定装置の各実施形態について、図面に基づき説明する。
「第1の実施形態」図1は本発明の第1の実施形態のケーブルの張力測定装置を示す側面図、図2は同平面図であり、母船にケーブルを介して連結された水中航走体の航走に伴って前記ケーブルを巻き上げ・走出する際に、該ケーブルの張力を測定する装置である。

【0011】
この装置は、張力指示計11と、ケーブル1の荷重Wを測定する回転式ロードセル12と、触輪(第2の回動部材)13、13と、角度変位計14とから構成されている。回転式ロードセル12と、角度変位計14とは、図3に示ように、一体化されてケーブル1の走出角に追随するように全体が吊下状とされている。

【0012】
この回転式ロードセル12のローラ部(第1の回動部材)15と、角度変位計14とは、それぞれの軸が互いに同軸となるように配置され、角度変位計14の両側には、一端部が角度変位計14に回動自在に連結され他端部に触輪13が回動自在に設けられたアーム16がそれぞれ設けられている。そして、角度変位計14には、触輪13が常にケーブル1に接触するようにアーム16を押圧するスプリング17が内蔵されている。

【0013】
回転式ロードセル12は、図4に示すように、ローラ部15の中心を通る軸21の内部に荷重を検出するひずみゲージ22が設けられたもので、ひずみゲージ22は外方に設置された荷重計23に電気的に接続されている。この回転式ロードセル12では、ケーブル1が走出する際に、該ケーブル1がその荷重Wによりローラ部15を押圧し、この押圧により軸21が変形し、該軸21の変形に伴ってひずみゲージ22がひずむ。このひずみゲージ22では、ひずみ量を電気信号に変換することにより、間接的に物理量である荷重の測定値を電気信号に変換している。

【0014】
角度変位計14は、図5及び図6に示すように、角度に応じた抵抗値を検知する一対のポテンショメータ31、31を対向配置し、これらのポテンショメータ31、31の軸に、ケーブルドラム側と水中航走体側の2本のアーム16、16をそれぞれ固定した構成である。この角度変位計14では、図7に示すように、ポテンショメータ31、31を直列に接続し、それぞれのポテンショメータ31にアーム16を接続する。アーム16、16間の角度が変化すると、ポテンショメータ31、31がこの角度の変化に対応した抵抗値を検知し、この抵抗値を電気信号として出力する。

【0015】
ローラ部15は、その外周面がケーブル1に下側から接触しつつケーブル1を支持するもので、ケーブル1がその軸方向に移動することにより前記外周面もそれに伴って回動する構成とされている。張力指示計11は、ケーブル1のローラ部15との接触角θ、すなわちポテンショメータ31、31が検知した抵抗値と、回転式ロードセル12が検知した荷重Wに基づきケーブル1の張力Tを求めるものである。そして、張力指示計11、回転式ロードセル12及び角度変位計14により張力測定手段が構成されている。

【0016】
ここで、本装置の作用について説明する。ケーブル1は、ローラ部15が下側から支持するとともに、触輪13、13が上側から接触していることにより、ローラ部15の接触部を頂点とする略くの字型に折れ曲がった形状を保持する。したがって、ケーブル1は、ローラ部15及び触輪13、13により常に3点で支持されることとなり、ケーブル1のローラ部15との接触角θは、2つの触輪13、13の変位から角度変位計14で回転角θを検知することで得ることができる。一方、回転式ロードセル12によりケーブル1の荷重Wを測定することができる。

【0017】
回転角θ及び荷重Wの測定値は電気信号に変換されて張力指示計11に入力される。この張力指示計11では、回転角θ及び荷重Wの測定値よりケーブル1の張力Tを求め、表示する。回転角θ及び荷重Wと張力Tとの間には、図3に示すような相関関係があるから、この相関関係により次式が得られ、回転角θ及び荷重Wよりケーブル1の張力Tを求めることができる。
T=(W/2)・〔sin{(180-θ)/2}〕-1/2
この張力指示計11では、回転角θ及び荷重Wの測定値よりケーブル1の張力Tを求め、表示する。

【0018】
以上説明したように、本実施形態のケーブルの張力測定装置によれば、張力指示計11と、ローラ部15を有する回転式ロードセル12と、触輪13、13と、角度変位計14とにより構成したので、従来のものと比べてケーブル1の曲がり箇所が3箇所から1箇所に減少し、ケーブル1の走出角度の変化に対しても十分追随することができ、曵航中のケーブル1における急激に変化する張力Tをも正確に測定することができる。

【0019】
「第2の実施形態」図7は本発明の第2の実施形態のケーブルの張力測定装置を備えたケーブル巻き上げ機を示す概略構成図、図8は同ケーブル巻き上げ機を示す斜視図、図9は同ケーブル巻き上げ機の張力測定装置を示す側面図であり、このケーブル巻き上げ機41は、母船42にケーブル1を介して連結された水中航走体43の航走に伴って前記ケーブル1を巻き上げ・走出するものであり、このケーブル巻き上げ機41には、ケーブル1の張力を測定する張力測定装置44が設けられている。

【0020】
この装置44は、フレーム45の天板45aに矩形状の枠46を吊下し、この枠46に、上述した第1の実施形態の張力指示計11、ローラ部15を有する回転式ロードセル12、触輪13付きアーム16、16、角度変位計14を取り付け、回転式ロードセル12及び角度変位計14に張力指示計11を電気的に接続した構成である。

【0021】
ケーブル1は、触輪13の下、ローラ部15の上、触輪13の下を順次通過させているので、触輪13、13がローラ部15内のスプリング17により下向きに引き合うためにケーブル1を押さえ、ローラ部15の滑りを抑制する構造となる。

【0022】
この装置44では、回転式ロードセル12によりケーブル1の荷重Wを、2つの触輪13、13の変位から角度変位計14によりケーブル1の曲がり角度θをそれぞれ検知し張力指示計11に取り込む。張力指示計11では、得られた荷重W及び曲がり角度θからケーブル1の張力Tを算出し、表示する。

【0023】
この張力指示計11により表示された張力値は、水中航走体43が正常航走であるか否かの判断に使用される。具体的には、この張力値を水中航走体43の運動制御系に入力することで、所要速度で航走するための推進装置の回転数を決定する制御値として使用される。

【0024】
以上説明したように、本実施形態のケーブルの張力測定装置によれば、第1の実施形態のケーブルの張力測定装置の効果に加えて次に述べる効果をも奏することができる。すなわち、フレーム45で装置44全体を吊り下げる構造であるから、フレーム45により装置44全体、特に回転式ロードセル12及び角度変位計14を保護することができる。また、ローラ部15が1つで、触輪13、13はスプリング17の付勢力により保持されているのみであるから、ケーブル1に接続部の硬直部があった場合においても支障なく通過させることができる。

【0025】
「第3の実施形態」図10は本発明の第3の実施形態のケーブルの張力測定装置を備えたケーブル巻き上げ機を示す概略構成図、図11は同ケーブル巻き上げ機を示す斜視図、図12は同ケーブル巻き上げ機の張力測定装置を示す側面図であり、このケーブル巻き上げ機51は、母船42にケーブル1を介して連結された水中航走体52の航走に伴って前記ケーブル1を巻き上げ・走出するもので、このケーブル巻き上げ機51には、ケーブル1の張力を測定する張力測定装置53が設けられている。

【0026】
この装置53は、架台54上に固定されたコの字型のフレーム55に、上述した第1の実施形態の張力指示計11、ローラ部15を有する回転式ロードセル12、触輪13付きアーム16、16、角度変位計14を取り付け、回転式ロードセル12及び角度変位計14に張力指示計11を電気的に接続した構成である。

【0027】
ケーブル1は、触輪13の上、ローラ部15の上、触輪13の上を順次通過させているので、触輪13、13がローラ部15内のスプリング17により上向きに押し合い、ケーブル1の自重により該ケーブル1と触輪13、13との間の滑りを抑制する構造となる。

【0028】
この装置53では、回転式ロードセル12によりケーブル1の荷重Wを、2つの触輪13、13の変位から角度変位計14によりケーブル1の曲がり角度θをそれぞれ検知し張力指示計11に取り込む。張力指示計11では、得られた荷重W及び曲がり角度θからケーブル1の張力Tを算出し、表示する。この張力指示計11により表示された張力値は、第2の実施形態のケーブルの張力測定装置と全く同様に、水中航走体52が正常航走であるか否かの判断に使用される。

【0029】
以上説明したように、本実施形態のケーブルの張力測定装置によれば、第1の実施形態のケーブルの張力測定装置の効果に加えて次に述べる効果をも奏することができる。すなわち、ケーブル1を、触輪13の上、ローラ部15の上、触輪13の上を順次通過させる構造であるから、容易に設置することができる。また、ローラ部15が1つで、触輪13、13はスプリング17の付勢力により保持されているのみであるから、ケーブル1に接続部の硬直部があった場合においても支障なく通過させることができる。

【0030】
「第4の実施形態」図13は本発明の第4の実施形態のケーブルの張力測定装置を備えたケーブル巻き上げ機を示す概略構成図、図14は同ケーブル巻き上げ機の張力測定装置を示す側面図、図15は同張力測定装置におけるケーブルの形状を示す側面図であり、このケーブル巻き上げ機61は、母船42にケーブル1を介して連結された水中航走体52の航走に伴って前記ケーブル1を巻き上げ・走出するもので、このケーブル巻き上げ機61には、ケーブル1の張力を測定する張力測定装置62が設けられている。

【0031】
この装置62は、架台54上に固定されたフレーム63に、複数のローラ64を互いに隣接するように配列し、その外周に無端ベルト65を配置した3つの群ローラ(第1及び第2の回動部材)66~68を、水平に配置されたケーブル1を上方からと下方からと交互に押圧するように固定して、図15に示すようにケーブル1の曲がり角度θを一定とし、1つの群ローラ67の下部に荷重を検出するひずみゲージを有するロードセル69を設け、ロードセル69に張力指示計11を電気的に接続した構成である。

【0032】
この装置62では、ロードセル69によりケーブル1の荷重Wを検知し、張力指示計11に取り込む。この場合、ケーブル1の曲がり角度θは一定であるから、張力指示計11では、得られた荷重W及び予め設定された曲がり角度θからケーブル1の張力Tを算出し、表示する。この張力指示計11により表示された張力値は、第2及び第3の実施形態のケーブルの張力測定装置と全く同様に、水中航走体52が正常航走であるか否かの判断に使用される。

【0033】
以上説明したように、本実施形態のケーブルの張力測定装置によれば、第1の実施形態のケーブルの張力測定装置の効果に加えて次に述べる効果をも奏することができる。すなわち、3つの群ローラ66~68により水平に配置されたケーブル1を上方からと下方からと交互に押圧する構造であるから、ケーブル1の曲がり角度θが一定となり、曲がり角度θの検出が不要になり、張力Tの検出を容易に行うことができる。

【0034】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明のケーブルの張力測定装置によれば、外周面が前記ケーブルに接触しつつ該ケーブルを支持する第1の回動部材と、該第1の回動部材の両側に設けられて該第1の回動部材にその軸心を中心として回動自在に支持されかつ前記ケーブルに接触する複数の第2の回動部材と、前記ケーブルの前記第1の回動部材と前記複数の第2の回動部材の変位により得られる回転角と、前記ケーブルの荷重の各測定値に基づき前記ケーブルの張力を求める張力測定手段とを具備したので、ケーブルに加わる張力の方向が異なった場合においても、この張力を精度良く、しかも容易に測定することができる。したがって、従来のものと比べてケーブルの曲がり箇所が減少し、ケーブルの走出角度の変化に対しても十分追随することができ、曵航中のケーブルにおける急激に変化する張力をも正確に測定することができる。
図面
【図2】
0
【図4】
1
【図1】
2
【図3】
3
【図5】
4
【図6】
5
【図7】
6
【図9】
7
【図8】
8
【図12】
9
【図10】
10
【図11】
11
【図13】
12
【図14】
13
【図15】
14
【図16】
15