(57)【要約】      （修正有）【課題】軽量、且つ、高強度であるマスト構造を提供する。【解決手段】マスト構造は、鉛直方向に沿って延びる中空型の外皮６と、前記外皮の強度を補強するように前記外皮の内面上に配置された、一対の主強度部材８−１，８−２とを備える。前記外皮の断面形状において、第１方向に沿う長さが、前記第１方向に直交する第２方向に沿う長さよりも、大きい。前記外皮は、バイアス材を含んでいる。前記一対の主強度部材は、前記第１方向における前記外皮の中央部に、互いに向かい合うように配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直方向に沿って延びる中空型の外皮と、
前記外皮の強度を補強するように前記外皮の内面上に配置された、一対の主強度部材と、
を具備し、
前記外皮は、バイアス材を含んでおり、
前記外皮は、第１方向に沿う長さが、前記第１方向に直交する第２方向に沿う長さよりも大きくなるような断面形状を有し、
前記一対の主強度部材は、前記第１方向における前記外皮の中央部に、互いに向かい合うように配置されている
マスト構造。
【請求項２】
請求項１に記載されたマスト構造であって、
前記一対の主強度部材の各々は、一方向材を有しており、
前記一方向材の繊維方向は、鉛直方向に沿っている
マスト構造。
【請求項３】
請求項１又は２に記載されたマスト構造であって、
前記バイアス材は、ＣＦＲＰ（ｃａｒｂｏｎ−ｆｉｂｅｒ−ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  ｐｌａｓｔｉｃ）材またはＧＦＲＰ（Ｇｌａｓｓ−ｆｉｂｅｒ−ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  ｐｌａｓｔｉｃｓ）材を含んでいる
マスト構造。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載されたマスト構造であって、
更に、
前記外皮の内側に配置された、桁部材、
を具備し、
前記桁部材の断面形状は、前記第２方向に沿って延びており、
前記桁部材は、一端で前記一対の主強度部材の一方を支持し、他端で前記一対の主強度部材の他方を支持するように、配置されている
マスト構造。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載されたマスト構造であって、
前記外皮の厚みは、鉛直下方側ほど大きい
マスト構造。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載されたマスト構造であって、
前記外皮の断面形状は、鉛直下方側ほど、大きくなっている
マスト構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスト構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
帆船では、推進力を得るために、帆が用いられる。帆は、船体に設けられたマストによって支持される。マストには、十分な強度を有していることが求められる。
【０００３】
強度を高めるため、複合材料が用いられる場合がある。
【０００４】
複合材料が用いられたマストに関連して、特許文献１（特開２０００−１５３５６７号公報）には、複合体が、複数の層から形成される点、各層には、ポリマー・マトリックス内に配置されたファイバー成分が含まれる点、内層は、周方向に伸張するファイバーからなるファイバー成分を含む点、中間層は、複合体の周回りに配列され、軸方向に伸張する第１のファイバーと、螺旋方向のファイバーと混交され、ポリマー・マトリックス内に埋め込まれた、軸方向の第２のファイバーと、を備える点、及び、外層は、内層と同様に、ポリマー・マトリックス内に埋め込まれた、周方向に伸張するファイバーを含む点が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１５３５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
船舶のマストとしては、通常、円柱状の構造物が用いられる。しかし、本願発明者は、マストとして、円柱状ではない形状を有する構造物を用いることを検討している。具体的には、マストとして、一方向に沿って長い断面形状（例えば楕円状、翼形状）を有する構造物の採用を検討している。そのような断面形状のマストを採用し、風向きに対するマストの迎角を調整して揚力を生じさせることで、船舶の推進力に使うことができる。しかしながら、そのような構造物をマストとして採用する場合、円柱状の構造物と比べて、マストに作用する曲げモーメント、せん断荷重、及びねじりモーメントは大きくなる。従って、マストに対し、高い強度が求められる。強度を高めるために、マストの重量が増加し易い。
【０００７】
従って、軽量であり、且つ、強度が確保されたマスト構造が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るマスト構造は、鉛直方向に沿って延びる中空型の外皮と、前記外皮の強度を補強するように前記外皮の内面上に配置された、一対の主強度部材とを具備する。前記外皮の断面形状において、第１方向に沿う長さが、前記第１方向に直交する第２方向に沿う長さよりも、大きい。前記外皮は、バイアス材を含んでいる。前記一対の主強度部材は、前記第１方向における前記外皮の中央部に、互いに向かい合うように配置されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、軽量、且つ、高強度であるマスト構造が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１の実施形態に係るマストを備えた船舶を示す概略図である。
【図２】図２は、マストの断面図である。
【図３】図３は、外皮の高さと厚みとの関係を示す図である。
【図４】図４は、第２の実施形態に係るマストにおける外皮を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係るマスト３を備えた船舶１を示す概略図である。
【００１３】
船舶１は、船体５を備えている。船体５には、ターンテーブル２を介して、マスト３が設けられている。マスト３には、帆４が支持される。ターンテーブル２が設けられていることにより、マスト３は、鉛直方向に沿う軸周りに回転可能となっており、風向きに対するマストの迎角を調整して揚力を生じさせることで、船舶の推進力に使うことができる。
【００１４】
図２は、マスト３の断面図である。図２には、第１方向及び第２方向が定義されている。第２方向は、第１方向に対して垂直である。
【００１５】
図２に示されるように、マスト３は、外皮６、帆保持部材７、一対の主強度部材（８−１、８−２）、及び桁部材９（９−１、９−２、９−３）を備えている。
【００１６】
マスト３は、中空状である。マスト３の断面形状において、第１方向に沿う長さｌ１は、第２方向に沿う長さｌ２よりも大きい。外皮６は、バイアス材を含んでいる。バイアス材とは、繊維方向が異なる複数の層が積層された構造を有する材料である。バイアス材としては、±θが３０°〜６０°である材料を用いることが好ましい。θとは、バイアス材に含まれる各層の繊維方向がマスト３の軸方向に対してなす角度である。
【００１７】
外皮６として、具体的には、ＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ−ｆｉｂｅｒ−ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  ｐｌａｓｔｉｃ）材、及びＧＦＲＰ（Ｇｌａｓｓ−ｆｉｂｅｒ−ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  ｐｌａｓｔｉｃｓ）材などを用いることができる。
【００１８】
帆保持部材７は、第１方向における外皮６の側部に取り付けられている。帆保持部材７は、帆４が支持される凹部１０を有している。凹部１０に沿って帆４を昇降させることにより、帆４の取り付け及び取り外しを行うことが可能である。
【００１９】
一対の主強度部材８（８−１、８−２）は、外皮６を補強する為に設けられている。一対の主強度部材８の各々は、外皮６の内面上に設けられている。一対の主強度部材（８−１、８−２）は、第１方向における外皮６の中央近傍に、互いに向かい合うように配置されている。一対の主強度部材８は、例えば、接着剤などにより、外皮６の内面に貼り付けられる。
【００２０】
桁部材９−１、９−２、及び９−３は、それぞれ、外皮６の内側に配置されている。各桁部材９の断面形状は、第２方向に沿って延びている。桁部材９−１は、第１方向における主強度部材８の中央部に配置されており、一端で主強度部材８−１に連結され、他端で主強度部材８−２に連結されている。一方、桁部材９−２及び９−３は、それぞれ、第１方向における外皮６の端部と主強度部材８との中間に配置されている。桁部材９−２及び桁部材９−３は、それぞれ、第２方向に沿う両端部で、外皮６を支持している。
【００２１】
続いて、外皮６及び各主強度部材８の厚みについて説明する。
【００２２】
図３は、外皮６を示す斜視図、及び、高さと厚みとの関係を示す図である。図３には、主強度部材８の厚みｔ１と、外皮６の厚みｔ２とが示されている。図３に示されるように、外皮６の断面形状は、鉛直方向における上部と下部とにおいて、同一である。しかしながら、主強度部材８の厚みｔ１は、低い部分ほど、大きくなっている。同様に、外皮６の厚みｔ２も、低い部分ほど大きくなっている。
【００２３】
上述のマスト３を用いれば、強度を落とすことなく、軽量化することができる。以下、この点について説明する。
【００２４】
まず、本実施形態では、軽量化のためにマスト３を中空構造としている。一方で、マスト３の第１方向に沿って長い断面形状を採用することで、風を受けたときに、第２方向への揚力を発生させて船舶の推進力に使うように、マスト３に積極的に荷重を作用させる。そのため、マスト３には大きなねじりモーメント、曲げモーメント及びせん断荷重が作用する。
【００２５】
中空構造でありながら、大きなねじりモーメント、曲げモーメント及びせん断荷重に対して強度的に耐えることができるように、各モーメントに対して部材の適材適所化を図っている。
【００２６】
マスト３のねじりに対する剛性を高めるために、本実施形態では、外皮６として、バイアス材が用いられている。
【００２７】
また、本実施形態では、第１方向における中央近傍に一対の主強度部材（８−１、８−２）が設けられている。そのため、中空状であるのにも関わらず、マスト３の曲げに対する剛性が、高められている。
【００２８】
また、マスト３に作用するせん断荷重を保持するために、本実施形態では、桁部材９（９−１、９−２、及び９−３）が設けられている。また、各桁部材９が第２方向に沿って伸びているため、中空状であるのにもかかわらず、マスト３の座屈強度を維持することが可能である。
【００２９】
更に、マスト３に加わるねじりモーメント及び曲げモーメントは、マスト３の下側の方が、上側よりも大きくなる。これに対して、本実施形態によれば、主強度部材８の厚みｔ１及び外皮６の厚みｔ２が、それぞれ、低い部分ほど大きくなるように設定されている。そのため、ねじりモーメント及び曲げモーメントが大きくなる部分において、マスト３のねじり剛性及び曲げ剛性が高められている。従って、マスト３の強度が維持されている。
【００３０】
尚、各主強度部材８としては、外皮６よりも高強度であり、高剛性である部材が用いられる。例えば、各主強度部材８としては、ＣＦＲＰ材、ＧＲＦＰ材、アルミニウム材、及びチタン材などを用いることができる。
【００３１】
また、各主強度部材８として繊維基材を用いる場合には、一方向材を用いることが好ましい。一方向材とは、層内に含まれる繊維の方向が一種類の材料である。一方向材を用いる場合、その繊維方向は、マスト３の軸方向であることが好ましい。各主強度部材８の繊維方向がマスト３の軸方向であることにより、曲げに対する剛性をより効果的に高めることができる。
【００３２】
また、本実施形態では、マスト３が、第１方向を長手方向とするような断面形状を有している場合について説明した。マスト３の断面形状としては、具体的には、楕円形状、及び翼形状などが挙げられる。マスト３が翼形状を有している場合、風向きによっては、マスト３によって揚力を発生させることができる。これにより、船舶１の推進性能を向上させることができる。しかしながら、揚力の発生により、マスト３に曲げモーメント、ねじりモーメント、及びせん断荷重などが加わり易くなる。本実施形態によれば、これら曲げモーメント、ねじりモーメント、及びせん断荷重などに対するマスト３の強度を高めることができる。従って、本実施形態は、マスト３の断面形状が翼型である場合に好適に適用することができる。
【００３３】
（第２の実施形態）
続いて、第２の実施形態について説明する。図４は、本実施形態に係るマスト３における外皮６を概略的に示す図である。第１の実施形態においては、図３に示したように、外皮６の形状が、鉛直方向における上部と下部とで同一である場合について説明した。これに対し、本実施形態では、外皮６の断面形状は、鉛直方向の上部と下部とにおいて、異なっている。尚、その他の点については、第１の実施形態と同様の構成を採用することができるので、詳細な説明は省略する。
【００３４】
図４に示されるように、本実施形態においては、外皮６の断面形状は、下側ほど大きくなっている。尚、外皮６の上部における断面形状と、下部における断面形状とは、相似形である。
【００３５】
既述のように、マスト３に加わるねじりモーメント及び曲げモーメントは、マスト３の上部よりも、下部のほうが大きくなる。本実施形態によれば、外皮６の断面形状が、下側ほど大きくなるように構成されているため、第１の実施形態と同様に、マスト３の下部におけるねじり剛性及び曲げ剛性を高めることができ、マスト３の強度を維持することができる。
【００３６】
以上、本発明について、第１及び第２の実施形態を用いて説明した。尚、これらの実施形態は矛盾のない範囲で組み合わせて用いることも可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１  帆機船
２  ターンテーブル
３  マスト
４  帆
５  船体
６  外皮
７  帆支持部材
８（８−１、８−２）  主強度部材
９（９−１〜９−３）  桁部材
１０  凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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