ダイビングベル：安全な水中作業のための高度な人員移送カプセル

概要

水中建設やサルベージに従事する商業ダイバーは、ダイビングベル（別名：パーソナル・トランスファー・カプセル、PTC）で水中作業現場へ移動します。ダイビングベルと加圧チャンバーの併用により、ダイバーが安全に水中に滞在できる時間が延長されます。ダイビングベルは紀元前4世紀、古代ギリシャ哲学者アリストテレスによって観察された記録があります。より高度なダイビングベルは17世紀に考案されました。第二次世界大戦後、洋上石油産業の台頭とともに商業ダイビング用の現代的ベルが開発されました。

商業ダイビング（有償ダイビング）は主に2タイプに分類されます：水面支援型ダイビングと飽和潜水。水面支援型では、ヘルメット着用ダイバーが陸上または船舶・バージ・プラットフォーム上の呼吸装置とホースで繋がれて水中作業を行います。通常ペアで作業し、一方が水中、もう一方が水面でホースと機材を管理。安全深度は300フィート（91.5m）までですが、水中滞在時間は限られます。水圧の影響で減圧症のリスクがあります。加圧下では窒素がダイバーの体組織に溶解し、血管を閉塞。急速浮上すると窒素が組織内で気泡化（炭酸飲料の栓を開けた時のような現象）し、疼痛、麻痺、死を招きます。深いダイブ後は減圧症回避のため非常にゆっくりと水面圧へ戻る必要があります。減圧時間は深度と滞在時間に依存。1時間の深いダイブでも減圧に数日を要することがあります。水面支援型は小規模作業にのみ実用的です。

第二の飽和潜水は、大規模建設プロジェクトに有用です。加圧チャンバー（ディープ・ダイビング・システム：DDSとも呼ばれる）とダイビングベルを接続して使用。チャンバーとベルは船上からスタート。ダイバーチームがチャンバーに乗り込み、計画深度の環境をシミュレートするよう機械的に加圧されます。チャンバーはベッド、シャワー、家具を備えた完全な生活環境で、ダイバーチームを数週間収容可能。順化後、接続トンネルを経て加圧されたダイビングベルへ移動。クレーンでベルを吊り下げ水中現場へ降下。現場到着後、1人のダイバーがダイビングスーツとヘルメットでベルから出て作業開始。もう1人がベル内でホースと機材を管理。約2時間ごとに交代。ベルから作業することで1日8時間の水中作業が可能。その後ベルで水面へ戻り、チャンバーに入って次のシフトと交代。作業完了時にチーム全体でチャンバー内減圧を実施。複数回潜水しても減圧は1回で済みます。

歴史

開口部を下にしてバケツや樽を水中へ垂直に降ろすと、内部に空気が閉じ込められます。アリストテレスは水中呼吸のため空気入り大釜を使うダイバーを記録しています。アレクサンダー大王は紀元前332年、白ガラス製の樽とされるダイビングベルで海中へ潜ったと伝えられ、数日間深海に滞在したとされますが、これは信憑性に欠けます。中世にも複数のダイビングベル記録があります。1531年、イタリアのグリエルモ・デ・ロレーナが実用的なダイビングベルを作り、湖底の古代ローマ船の引き揚げに使用。欧州各地で様々なベルが発明・使用され、主に財宝サルベージに用いられました。現代ダイビングベルの先駆けは、彗星で名高いイギリス人エドモンド・ハレーが1690年に発明。革管と鉛張り樽で水中へ新鮮な空気を供給する方式。木製開口円錐形、鉛でウェイト、ガラス製ビューポート装備。内部にダイバー休憩用プラットフォームと重り付き樽装置を吊り下げ。ダイバーが樽をベル内へ引き込むと、下からの水圧で樽が新鮮空気をベル内へ放出。水面の助手が樽に空気を再充填。ハレーとチームは水深約18mで最大1時間半の潜水に成功。

他者もハレーの成果を模倣しましたが、設計が大きく改良されたのは1788年。スコットランド技師ジョン・スミートンが屋根にポンプを備え強制送気するベルを開発。スミートンのベルは水中橋梁修理に使用。19世紀には様々な潜水機器が発明され、水面の空気供給源とホースで繋がった実用的な潜水ヘルメットが登場。これらは深度水圧に耐えるため数百ポンドの金属を用い、重大で大型でした。トンネル・橋梁作業者は巨大な鋳鉄ベルやエレベーターのようなケーソン（潜函）で潜水。圧力の危険性が未解明だったため、多くの作業者がケーソン病（現：減圧症）で病み、死にました。

第二次世界大戦後、商業ダイビングの基盤が築かれました。スイスのダイバー、ハネス・ケラーが1962年、ダイビングベルで300m（984フィート）到達。ベル内圧を潜水現場よりわずかに高く保ち、ヘリウム・酸素混合気をベル内機械からホースで吸入。ダイビングベルが深海ダイバーの中継基地として、呼吸ガスだけでなく電力、通信機器、ダイビングスーツ加温用温水供給にも有用であることを実証。

飽和潜水を可能にしたのは、1950年代半ばに米海軍潜水医学センター所長ジョージ・ボンド博士の研究。ダイバー組織が一定曝露時間で窒素飽和状態になることを発見。飽和点到達後は滞在期間に関わらず減圧時間は一定。ボンドの実験がディープ・ダイビング・システム開発に繋がり、1970〜80年代の深海石油掘削プラットフォーム隆盛期に石油業界で頻繁に使用されました。

バシスフィアとバシスキャフ

重要な現代ダイビングベルとしてバシスフィアとバシスキャフがあります。これらは科学観測用の深海潜水艇。バシスフィアは1930年、アメリカの動物学者ウィリアム・ビーブと技師オーティス・バートンが製作。ビーブが水中生物に魅了され構想、バートンが設計。完全球形で水圧を均等分散させる発想。厚さ約2.5cmの鋳鋼製、直径1.5m。重量2,449kg（5,400ポンド）、利用可能クレーンの限界ギリギリ。ビーブとバートンはバミューダ沖で複数回潜水、1932年に900m（3,000フィート）到達。球体の高強度で圧力から保護されたが、操作性が悪くリスクも高く、1934年放棄。

10年後、スイスの父子オーギュストとジャック・ピカールが類似船バシスキャフを設計。重い鋼球体チャンバーを、大型軽量ガソリンタンクの下に吊るす構造。エアバルブ開放で浮力を失い自力で海底へ潜行。浮上時は鉄バラストを放出し緩やかに上昇。初号機1946年建造、1948年損傷。改良機1954年に4,000m（13,000フィート）到達。ピカール父子は1953年『トリエステ』建造。米海軍が1958年購入。ジャックと海軍中尉ドナルド・ウォルシュが1960年、太平洋マリアナ海溝で10,916m（35,810フィート）の世界記録達成。

原材料

現代のダイビングベルは高強度微細結晶鋼で製造。窓は圧力容器用特殊グレードの鋳造アクリル。外部保護用に厚手アルミニウムの外部ガーディングを装備。高級マリンエポキシ塗料で塗装。鋼・アルミ仕様は想定深度により異なります。

設計

ダイビングベルは顧客仕様に基づきカスタム製作。顧客が必要条件を提示し、形状、最小収容人数、窓数、機材ラック等の特殊要件を明記。メーカーが検討し最終設計を作成。

ダイビングベルの設計・製造は米国機械学会（ASME）規定の下で実施。ASMEには「人間占有用圧力容器（PVHO）」を規定するサブセクションがあり、ダイビングベルの他、潜水艇、減圧・再圧縮チャンバー、高度チャンバー等が含まれます。ASMEは設計から製造・試験までダイビングベルの全側面に厳格基準を定め、メーカーと下請けは段階的にガイドライン遵守し、完成ベルにASMEスタンプを取得します。

製造工程

ベル本体の製造

• 1 ベル本体は強靭な微細結晶鋼で形成。圧延鋼板をコンベアで送り、自動鋸で天板、底板、側板へ切断。
• 2 各セクションをこの種建設認定の溶接工場へ送り、手動溶接で接合。溶接は高圧耐性と完全防水が必須。ASMEガイドラインに準拠。
• 3 鋳造アクリル窓（下請けまたはメーカー製）を取り付け。

検査と試験

• 4 溶接完了後、検査実施。溶接部目視検査から超音波探傷まで多岐にわたる試験。続いて「耐圧試験」。水を満たし、設計耐圧の1.5倍の圧力で1時間加圧。例：設計深度600フィート（183m、282psi）なら、900フィート（274.3m、415psi）相当で試験。ベルは一般使用圧力の4倍まで耐えられるよう設計されており（安全係数）、耐圧試験は容易にクリアすべきです。

塗装と仕上げ

• 5 機械スプレーで高級マリンエポキシ塗料を塗布、水中での過酷な使用に耐える。
• 6 内装仕上げ。ヒーター、計器、照明、二酸化炭素除去装置、ファン等を搭載。ブラケットを内壁にボルト固定。配管・配線ケースもボルト固定。全機器搭載完了まで使用不可。

認証

• 7 全試験・検査合格でASMEスタンプを押印。ASME基準準拠製造、人員収容安全と推定される証。個別証明書で製造場所・時期・製造者を記録。使用鋼材の産地等も記録保持。
• 8 メーカーは「素」の状態でベルを納品。顧客が追跡装置、カメラ、無線機等の必要機器を搭載。

品質管理

本質的に危険な水中作業に用いられる船舶として、品質管理は極めて重要。製造プロセスに品質管理が組み込まれており、ASME基準遵守により担保されます。建造後の試験だけでなく、予備設計段階からASMEルールを満たすよう実施。米国における潜水全般（商業潜水含む）の規制当局は沿岸警備隊。

将来展望

米海軍も独自の潜水機器試験を行う実験潜水ユニットを運営。既存機器試験と最先端技術のトライアル、生理的影響研究を実施する医師・研究者も所属。これらの研究成果が商業ダイバー向け規制に反映され、ダイビングベル等の安全手順・品質試験に影響を与える可能性があります。

商業ダイバーは日々、加圧チャンバーと深海現場間の移動にダイビングベルを依存。飽和潜水の発展により、作業終了時の1回減圧で済むため大規模水中作業が大幅に効率化。一方、減圧を完全に不要にする研究も進行中。人工鰓で水中酸素を直接呼吸させる研究、液体呼吸（深深度で酸素含有液体を肺に満たし機能維持、理論上フルオロカーボン酸素液を携帯タンクから呼吸可能）、生物学的減圧（特殊細菌で組織内ガスを代謝分解）等が検討されています。これらが商業ダイビングで実用化されれば、現行の加圧チャンバー＋ダイビングベルシステムは変革を迫られるでしょう。

参考文献

書籍

ビーブ、ウィリアム著『Half Mile Down』。ニューヨーク：ダル・スローン・ピアース、1951年。

パーカー、トランス・R著『20,000 Jobs Under the Sea: A History of Diving and Underwater Engineering』。パロス・ベルデス半島、カリフォルニア：サブシー・アーカイブス、1997年。

ピカール、ジャック、ロバート・S・ディーツ著『Seven Miles Down: The Story of the Bathyscaph Trieste』。ニューヨーク：G.P.パトナムズ・サンズ、1961年。

定期刊行物

バックラック、アーサー・J「The History of the Diving Bell」『Historical Diving Times』（1998年春）。

その他

Diving Heritage Page。2001年6月。 .

アンジェラ・ウッドワード