(57)【要約】      （修正有）【課題】船体における窓やドア用の開孔部を形成する構造材に加わる応力集中を緩和することが可能な、開孔構造を提供する。【解決手段】船体に設けられる窓やドア、ハッチ用等の開孔部１２の一部を形成する複数の側辺１５と、前記複数の側辺１５のうち隣接する二つの側辺１５を接続する隅部１２５とを備え、前記隅部１２５は、連続して曲率が変化し続ける連続曲線Ｆであって、前記開孔部１２内を凹形状とする曲線を含んで形成される。【選択図】図１
2014125035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
船体に設けられる窓やドア、ハッチ用等の開孔部の一部を形成する複数の側辺と、
前記複数の側辺のうち隣接する二つの側辺を接続する隅部とを備え、
前記隅部は、連続して曲率が変化し続ける連続曲線であって、前記開孔部内を凹形状とする曲線を含んで形成される開孔構造。
【請求項２】
前記連続曲線は、前記開孔部の隣接する二つの側辺を延長して形成される直角状の延長交点を、前記開孔部内に含む形状である請求項１に記載の開孔構造。
【請求項３】
前記連続曲線は、二次曲線、又は三次以上の多次の曲線で構成される請求項１又は２に記載の開孔構造。
【請求項４】
前記連続曲線は、楕円の一部で構成される請求項１又は２に記載の開孔構造。
【請求項５】
前記連続曲線の曲率は、前記隅部に加わる応力が大きな部位において前記曲率が小さく設定される請求項１乃至４のいずれかに記載の開孔構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船体に開設される開孔部の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶が波を受けると変形を生じ、その船体の構造材には剪断応力や引張応力等が加わる。そのとき、船体の構造材に開設された開孔部の周囲には、応力集中が発生する。応力集中は、船舶の運用上必要な窓やドア、バルコニーの開孔、ハッチ等の開孔部の隅部において特に生じ易い。船体の構造材の一部に応力集中が生じ、その応力が構造材に許容される所定の応力値を超えた状態で使用し続けると、その部分に疲労破壊によるクラックを生じたり、当該クラック部から腐食が進行するなどの不具合を生ずることとなる。
【０００３】
特許文献１は、窓やドア用等の開孔隅部における応力集中を抑制する形状を開示している。特許文献１に記載されている船体の開孔構造は、その開孔部の側辺を形成する四つの側辺と、これらの各側辺を接続する隅部とから構成されている。この隅部は、直線状の各側辺に一端を接続する小径のＲ部と、直線部に接続された小径のＲ部の一端同士を連接する大径のＲ部とから構成されている。
【０００４】
特許文献２は、コンテナ船やばら積貨物船などの貨物船の甲板に開孔している貨物の積み卸し用のハッチコーミングの周辺部の構造に関する発明であって、応力集中を緩和する構造を開示している。特許文献２に記載されているハッチコーミングは、コーミングの縁材側板と上甲板裏部材とから構成されている。
【０００５】
当該コーミングの縁材側板と上甲板裏部材とは、上下方向に略一直線に配置されており、そのコーナー部は上甲板裏部材のコーナー部から離れて円弧状に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−６７００８号公報
【特許文献２】特開２００３−１６５４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、船体における窓やドア用の開孔部を形成する構造材の、応力集中を緩和することが可能な、船体の開孔構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下に、（発明を実施するための形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００９】
本発明による開孔構造（１１０、２１０、３１０、４１０、５１０）は、船体に設けられる窓やドア、ハッチ用等の開孔部（１２）の一部を形成する複数の側辺（１５）と、前記複数の側辺（１５）のうち隣接する二つの側辺（１５）を接続する隅部（１２５、２２５、３２５、４２５、５２５）とを備え、前記隅部（１２５、２２５、３２５、４２５、５２５）は、連続して曲率が変化し続ける連続曲線（Ｆ）であって、前記開孔部（１２）内を凹形状とする曲線を含んで形成される。
【００１０】
前記連続曲線（Ｆ）は、前記開孔部（１２）の隣接する二つの側辺（１５）を延長して形成される直角状の延長交点（２０）を前記開孔部（１２）内に含む形状である。
【００１１】
前記連続曲線（Ｆ）は、二次曲線、又は三次以上の多次の曲線で構成される。
【００１２】
前記連続曲線（Ｆ）は、楕円の一部で構成される。
【００１３】
前記連続曲線（Ｆ）の曲率は、前記隅部（１２５、２２５、３２５、４２５、５２５）に加わる応力が大きな部位において、前記曲率が小さく設定されている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、窓やドア、ハッチ用等における開孔隅部における応力集中を緩和することが可能となる。そして、軽量で広い開孔部を有する開孔構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る開孔構造について説明する正面図である。
【図２】図２は、本発明の第２の実施形態に係る開孔構造について説明する正面図である。
【図３】図３は、本発明の第３の実施形態に係る開孔構造について説明する正面図である。
【図４】図４は、本発明の第４の実施形態に係る開孔構造について説明する正面図である。
【図５】図５は、本発明の第５の実施形態に係る開孔構造について説明する正面図である。
【図６】図６は、一般的な開孔構造を示す正面図である。
【図７】図７は、開孔部のフィレットＲＦの曲率半径を小さく設定した場合の開孔構造である。
【図８】図８は、開孔部のフィレットＲＦの曲率半径を大きく設定した場合の開孔構造である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
添付図面を参照して、本発明による船体の開孔構造を実施するための形態を、以下に説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係る開孔構造１１０について説明する。船体に設けられる窓やドア、バルコニーの開孔、ハッチ等の開孔部１２は、船体の一部を構成する構造材１１４に開設されている。
【００１８】
構造材１１４には、開孔部１２の一部を形成する複数の側辺１５と、これら側辺１５のうち隣接する二つの側辺１５を接続する隅部１２５とが形成されている。図１に示す隅部１２５は、連続して曲率が変化し続ける連続曲線Ｆを用いて、隣接する二つの側辺１５同士を接続している部分である。また連続曲線Ｆは、開孔部１２内を凹形状とする曲線を含んで形成されている。
【００１９】
開孔部１２に形成されている複数の隅部１２５は、例えば船体の変形により発生する応力集中を緩和させるために、隣接する二つの側辺１５同士を延長交点２０まで延長した直角形状とはせずに、連続曲線Ｆを用いて接続してある。なお、図１に示す実施形態は、側辺１５の延長交点２０が、開孔部１２の外部に存在する形状とした場合の実施形態である。
【００２０】
この連続曲線Ｆとして、例えば楕円、二次曲線、又は三次以上の多次の曲線を用いることができる。図１に示す実施形態では、連続曲線Ｆとして楕円の一部を用いた実施形態を示してある。連続曲線Ｆに楕円の一部を用いることにより、隅部１２５の加工を比較的容易に行うことができる。
【００２１】
一般に、船体の変形に伴って構造材１１４に加わる剪断応力又は引張応力が最も大きくなる部位は、いずれかの隅部１２５に存在する。特に応力が大きくなる部位は、応力の方向（図１参照）が連続曲線Ｆの接線方向と一致する部位（以降、最大応力部と呼ぶ。）である。
【００２２】
この最大応力部付近における連続曲線Ｆの形状を、図１の小曲率部２４に示すように曲率が小さくなるように設定すると、より効果的に構造材１１４における応力集中を緩和することができる。
【００２３】
更に、連続曲線Ｆの最大応力部付近から構造材１１４の各側辺１５の方向にかけて、連続して曲率を変化させることによって、構造材１１４に加わる応力を徐々に減少させてゆくことができる。これにより、最大応力部の周辺における応力集中も緩和することができる。
【００２４】
図１に示すように、隅部１２５を、連続して曲率が変化し続ける連続曲線Ｆを用いて形成することによって、窓やドア、ハッチ等の設置可能範囲３０やバルコニーの開孔を、比較的広く確保することができる。また、最大応力部に加わる応力を減少させることができるので、構造材１１４に薄い板厚を用いることが可能となる。従って、船体の重量及びコストの低減を図ることができる。更に、窓やドア、ハッチ等の設置可能範囲３０を比較的広くすることができるので、眺望性や利便性の向上を図ることができ、船舶利用者の顧客満足度が向上する。
【００２５】
（第２の実施形態）
次に、図２を参照して、本発明の第２の実施形態に係る開孔構造２１０について説明する。図２に示す開孔構造２１０は、隅部２２５に加わる応力の方向が、図１に示した開孔構造１１０とは異なる場合の実施形態である。なお、図１に示した構成と同様の機能を有する構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。図２に示す実施形態は、図１に示した実施形態と同様に、側辺１５の延長交点２０が、開孔部１２の外部に存在する形状の実施形態である。
【００２６】
図２に示す構造材２１４の、隅部２２５に加わる応力の方向は、図１に示した構造材１１４の隅部１２５に加わる応力の方向と比較すると、水平に近い方向である。従って、構造材２１４に加わる応力の方向と連続曲線Ｆの接線が一致する最大応力部において、曲率を小さく設定した小曲率部２４を水平に近い位置に形成してある。これにより、効果的に応力集中を緩和することができる。
【００２７】
更に、連続曲線Ｆの最大応力部から、構造材２１４の各側辺１５の方向にかけて、連続して曲率を変化させることによって、構造材２１４に加わる応力を徐々に減少させてゆくことができる。従って、最大応力部の周辺における応力集中も緩和することができる。
【００２８】
図２に示すように、隅部２２５を、連続して曲率が変化し続ける連続曲線Ｆを用いて形成することによって、図１に示した第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００２９】
（第３の実施形態）
次に、図３を参照して、本発明の第３の実施形態に係る開孔構造３１０について説明する。図１及び図２に示した実施形態は、側辺１５同士を直線で延長した延長交点２０が、開孔部１２の外部に存在する形状の実施形態である。これに対し図３に示す実施形態は、側辺１５同士を直線で延長した延長交点２０が開孔部１２の内部、又は延長交点２０が連続曲線Ｆ上に存在するように形成した実施形態である。なお、図１に示した構成と同様の機能を有する構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３０】
図３に示す連続曲線Ｆは、連続して曲率が変化し続ける曲線であって、例えば楕円、二次曲線、又は三次以上の多次の曲線を用いることができる。図３に示す実施形態では、連続曲線Ｆとして楕円の一部を用いた実施形態を示してある。連続曲線Ｆとして、楕円の一部を用いることにより、隅部３２５の加工を比較的容易に行うことができる。
【００３１】
図３に示す構造材３１４において、最も大きな応力加わる部位は、一般にいずれかの隅部３２５に存在し、特に応力の方向が連続曲線Ｆの接線方向と一致する部位（最大応力部）である。
【００３２】
この最大応力部付近における連続曲線Ｆの形状を、図３の小曲率部２４に示すように、曲率が小さくなるように設定すると、より効果的に応力集中を緩和することができる。更に、連続曲線Ｆの最大応力部から、構造材３１４の各側辺１５の方向にかけて、連続して曲率を変化させることによって、構造材３１４に加わる応力を徐々に減少させてゆくことができる。これにより、最大応力部の周辺における応力集中も緩和することができる。
【００３３】
図３に示すように、隅部３２５を、連続して曲率が変化し続ける連続曲線Ｆを用いて形成することによって、窓やドア、ハッチ等の設置可能範囲３０の開孔を比較的広く確保することができる。また、構造材３１４に薄い板厚を用いることが可能となり、船体の重量及びコストの低減を図ることができる。
【００３４】
なお、図３に示す実施形態では、連続曲線Ｆと各側辺１５との交点部位は、開孔部１２に対して凸形状であり、不連続な形状で接続してある。しかし、この不連続部位に加わる応力は小さいために、この不連続部位において疲労破壊等は発生しにくい。なお、連続曲線Ｆと各側辺１５との交点部位を連続な曲線で繋ぐこともできる。図３に示す実施形態のように、各側辺１５とドア、ハッチ等の設置可能範囲３０とを近づける構造を採用することによって、ドアやハッチ等の枠体を取り付け易い構造とすることができる。
【００３５】
（第４の実施形態）
次に、図４を参照して、本発明の第４の実施形態に係る開孔構造４１０について説明する。図４に示す開孔構造４１０は、隅部４２５に加わる応力の方向が、図３に示した開孔構造３１０とは異なる場合の実施形態である。なお、図１に示した構成と同様の機能を有する構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。図４に示す実施形態は、図３に示した実施形態と同様に、側辺１５の延長交点２０が開孔部１２の内部又は延０００長交点２０が連続曲線Ｆ上に存在するように形成した実施形態である。
【００３６】
図４に示す構造材４１４の隅部４２５に加わる応力の方向は、図３に示した構造材３１４の隅部３２５に加わる応力の方向と比較すると、水平に近い方向である。従って、構造材４１４に加わる応力の方向と連続曲線Ｆの接線が一致する最大応力部において、曲率を小さく設定した小曲率部２４を水平に近い位置に形成してある。これにより、効果的に応力集中を緩和することができる。
【００３７】
更に、連続曲線Ｆの最大応力部から、構造材４１４の各側辺１５の方向にかけて、連続して曲率を変化させることによって、構造材４１４に加わる応力を徐々に減少させてゆくことができる。従って、最大応力部の周辺における応力集中も緩和することができる。
【００３８】
図４に示すように、隅部４２５を、連続して曲率が変化し続ける連続曲線Ｆを用いて形成することによって、図３に示した第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
（第５の実施形態）
次に、図５を参照して、本発明の第５の実施形態に係る開孔構造５１０について説明する。図５に示す開孔構造５１０は、図３に示した開孔構造３１０と同様の形状の開孔部１２を、客船のバルコニーに適用して連続して開設した実施形態を示す図である。
【００４０】
図５に示す開孔部１２は、開孔部１２を形成する四つの側辺１５と、これら側辺１５のうち隣接する二つの側辺１５を接続する隅部５２５とから構成されている。隅部５２５における側辺１５の延長交点２０は、開孔部１２の内部に存在している。図５に示す隅部５２５は、連続して曲率が変化し続ける連続曲線Ｆで構成されており、開孔部１２内を凹形状として形成されている。
【００４１】
この連続曲線Ｆとして、例えば楕円、二次曲線、又は三次以上の多次の曲線を用いることができる。図５に示す実施形態では、連続曲線Ｆとして楕円の一部を用いた実施形態を示してある。連続曲線Ｆとして、楕円の一部を用いることにより、隅部５２５の加工を比較的容易に行うことができる。
【００４２】
この連続曲線Ｆの形状は、構造材５１４に加わる応力の方向（図５参照）と連続曲線Ｆの接線とが一致する部位（最大応力部）において、図５に示す小曲率部２４のように曲率を小さく設定する。そして、連続曲線Ｆの最大応力部から、構造材５１４の各側辺１５の方向にかけて、連続して曲率を変化させると良い。図５に示すように、隅部５２５を、連続して曲率が変化し続ける連続曲線Ｆを用いて形成することによって、図３に示した第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
図１乃至図５に示した実施形態では、開孔部１２における隅部１２５、２２５、３２５、４２５、５２５の形状を、上下対称で左右対称とした実施形態について説明した。しかし、本発明は上下対称、又は左右対称に配置した隅部１２５、２２５、３２５、４２５、５２５の形状に限定するものではなく、各構造材に加わる応力の方向に応じて非対称な形状にすることもできる。
【００４４】
また、構造材において、許容応力を超える応力集中が発生する隅部と、そうでない隅部とで、連続曲線Ｆの形状を変えたり、許容応力に余裕がある隅部においてデザイン上の工夫を付け加えることもできる。
【００４５】
また、船体を複数のブロックに区分けして、同一のブロック内においては同一形状の開孔部を形成し、異なるブロック間では異なる形状の開孔部を形成することもできる。
【００４６】
次に、図６〜図８を用いて、船体における従来の開孔構造について説明をする。図６は、一般的な開孔構造を示す正面図である。図７は、開孔部のフィレットＲＦの曲率半径を小さく設定した場合の開孔構造である。図８は、開孔部のフィレットＲＦの曲率半径を大きく設定した場合の開孔構造である。
【００４７】
図６〜図８に示す開孔構造９１０における構造材９１４には、船体に設けられる窓やドア用等の開孔部９１２が形成されている。開孔部９１２の直線部分は、構造材９１４の四つの側辺９１５で形成されている。開孔部９１２における四箇所の隅部９２５は、船体の変形により発生する応力集中を緩和させるために、隣接する二つの側辺９１５同士を直線で延長交点９２０まで延長した直角形状とはせずに、所定の曲率半径で接続したフィレットＲＦで形成されている。
【００４８】
図７に示すように、フィレットＲＦの曲率半径を小さく設定すると、窓やドア等の設置可能範囲９３０を比較的広く取ることができるという利点がある。
【００４９】
しかし、船舶の航行中に船体が変形すると、特に曲率半径が小さい開孔部９１２の隅部９２５において応力集中が発生してしまう。従って、隅部９２５における構造材９１４の厚さを増すなどして断面積を増やして、応力を緩和させる必要がある。構造材９１４の厚さを増した場合には、構造重量が増して船体重量が増すという不具合を生ずる。また、船体の重心が高くなったり、船体のコストアップを招くこととなる。
【００５０】
また、図８に示すように、フィレットＲＦの曲率半径を大きく設定すると、隅部９２５の構造材９１４を厚くすることなく、隅部９２５において発生する応力集中を緩和することができるという利点がある。
【００５１】
しかし、フィレットＲＦの曲率半径を大きく設定すると、図８に示すように、窓やドア等の設置可能範囲９３０が狭くなってしまうという不具合を生ずる。窓やドア等の設置可能範囲９３０が狭くなると、開孔部９１２の開孔面積に対して設置できる窓、ドアの大きさが小さくなり、利用者の眺望や利便性が悪化してしまう。
【００５２】
そこで、船体の開孔部における隅部の形状として、本発明に係る連続曲線Ｆを採用することによって、開孔部を形成する構造材の応力集中を緩和することができる。そして、窓やドア、ハッチ等の開孔やバルコニーの開孔を、比較的広く確保することができる。
【００５３】
以上、実施の形態を参照して本発明による開孔構造を説明したが、本発明による開孔構造は上記実施形態に限定されない。上記実施形態に様々の変更を行うことが可能である。上記実施形態に記載された事項と上記他の実施形態に記載された事項とを組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１２、９１２...開孔部
１５、９１５...側辺
２０、９２０...延長交点
１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、９１０...開孔構造
１１４、２１４、３１４、４１４、５１４、９１４...構造材
１２５、２２５、３２５、４２５、５２５、９２５...隅部
Ｆ...連続曲線
【図１】
2014125035.tif 000003
【図２】
2014125035.tif 000004
【図３】
2014125035.tif 000005
【図４】
2014125035.tif 000006
【図５】
2014125035.tif 000007
【図６】
2014125035.tif 000008
【図７】
2014125035.tif 000009
【図８】
2014125035.tif 000010