(57)【要約】【課題】チェーンに作用する張力を直接、精度良く計測することができ、かつ、所定の終局耐力を確保できる係留チェーンおよび張力計測装置を提供する。【解決手段】円環状部材１２の中間部を中央連結材１４で連結した略θ形状の係留チェーン１０であって、中央連結材１４に内蔵したロードセル１６を有し、ロードセル１６に作用する圧縮軸力Ｃを計測し、計測した圧縮軸力Ｃに基づいて円環状部材１２に作用する張力Ｔを計測可能に構成した。【選択図】図４
2015051748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状部材の中間部を中央連結材で連結した略θ形状の係留チェーンであって、
前記中央連結材に内蔵したロードセルを有し、前記ロードセルに作用する圧縮軸力を計測し、計測した圧縮軸力に基づいて前記円環状部材に作用する張力を計測可能に構成したことを特徴とする係留チェーン。
【請求項２】
前記ロードセルを構成する芯材を、計測すべき圧縮軸力に対して座屈または降伏しない細さで構成したことを特徴とする請求項１に記載の係留チェーン。
【請求項３】
前記ロードセルを構成する芯材を、チェーン同士の衝突に対する耐久性を確保するための保護材で被覆したことを特徴とする請求項１または２に記載の係留チェーン。
【請求項４】
前記円環状部材の形状を、前記中央連結材との連結部分で外側に凸状に形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の係留チェーン。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一つに記載の係留チェーンを一連のチェーンに複数個組み込んで前記一連のチェーンの張力分布を計測可能に構成したことを特徴とする張力計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、洋上風力発電船などの洋上浮体構造物を、所定の位置に係留するために用いられる係留チェーンに関し、特に、係留チェーンの張力を計測する機能を備えた係留チェーンおよびこの係留チェーンを用いた張力計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、洋上風力発電船などの洋上浮体構造物では、所定の位置に係留するための固定用チェーン（以下、係留チェーンという。）の設置が必須である。このような係留チェーンとしては、例えば特許文献１に示されるようなスタッドリンクチェーンがある。設計上の係留性能および構造性能（終局耐力、疲労耐力）を確保するためには、係留チェーンの張力を把握することが極めて重要である。
【０００３】
従来の係留チェーンの張力の管理は、係留アンカー設置時に船上ジャッキを用いて係留チェーンに張力を与え、設計張力以上の耐力を有しているかを確認するに留まっている。また、アイデア段階ではあるが、係留チェーンの張力を管理する方法として、係留アンカーに計測装置を組み込むもの（例えば、特許文献２を参照）、係留ブイの浮力情報から閾値判定するもの（例えば、特許文献３を参照）などが知られている。
【０００４】
上記いずれの方法でも係留チェーンの張力を直接計測する装置ではないため、計測精度は限定され、係留チェーンの張力分布などを計測することはできない。係留チェーンの張力を直接、精度良く計測するためには、係留チェーンの一部にロードセルを介するなどの方法が考えられるが、係留チェーンとしてＮＫ（日本海事協会）検定規格を満足する終局耐力を確保する必要があり、従来のロードセルを直列に介することは難しい。
【０００５】
なお、動力伝達用のローラーチェーンの張力計測方法として、チェーンのプレートの端面に貼り付けた歪ゲージで張力を計測するものが知られている（例えば、特許文献４を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０６−１２６３７５号公報
【特許文献２】特表２０１２−５０５１１０号公報
【特許文献３】特開２０１２−２３６４４５号公報
【特許文献４】特開２００７−５７３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、チェーンに作用する張力を直接、精度良く計測することができ、かつ、所定の終局耐力を確保できる係留チェーンおよび張力計測装置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】
【０００８】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る係留チェーンは、円環状部材の中間部を中央連結材で連結した略θ形状の係留チェーンであって、前記中央連結材に内蔵したロードセルを有し、前記ロードセルに作用する圧縮軸力を計測し、計測した圧縮軸力に基づいて前記円環状部材に作用する張力を計測可能に構成したことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る他の係留チェーンは、上述した発明において、前記ロードセルを構成する芯材を、計測すべき圧縮軸力に対して座屈または降伏しない細さで構成したことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る他の係留チェーンは、上述した発明において、前記ロードセルを構成する芯材を、チェーン同士の衝突に対する耐久性を確保するための保護材で被覆したことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る他の係留チェーンは、上述した発明において、前記円環状部材の形状を、前記中央連結材との連結部分で外側に凸状に形成したことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る張力計測装置は、上述した係留チェーンを一連のチェーンに複数個組み込んで前記一連のチェーンの張力分布を計測可能に構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る係留チェーンによれば、円環状部材の中間部を中央連結材で連結した略θ形状の係留チェーンであって、前記中央連結材に内蔵したロードセルを有し、前記ロードセルに作用する圧縮軸力を計測し、計測した圧縮軸力に基づいて前記円環状部材に作用する張力を計測可能に構成したので、係留チェーンに作用する張力を直接、精度良く計測することができる。また、ロードセルを直列でなく並列に組み込んだことにより、所定の終局耐力を円環状部材の設計で容易に確保できるという効果を奏する。
【００１４】
また、本発明に係る他の係留チェーンによれば、前記ロードセルを構成する芯材を、計測すべき圧縮軸力に対して座屈または降伏しない細さで構成したので、上記の効果に加え、張力の計測精度をさらに向上させることができるという効果を奏する。
【００１５】
また、本発明に係る他の係留チェーンによれば、前記ロードセルを構成する芯材を、チェーン同士の衝突に対する耐久性を確保するための保護材で被覆したので、上記の効果に加え、係留チェーンを一連のチェーンに組み込んだ場合において、チェーン同士の衝突に対する耐久性を確保することができるという効果を奏する。
【００１６】
また、本発明に係る他の係留チェーンによれば、前記円環状部材の形状を、前記中央連結材との連結部分で外側に凸状に形成したので、上記の効果に加え、円環状部材に張力が作用した際に発生する中央連結材の圧縮軸力を増幅することができる。また、係留チェーンに発生する繰返し荷重に伴う発生応力は０から圧縮軸力となるので中央連結材の亀裂発生を抑制でき、疲労に対する耐久性を向上させることができるという効果を奏する。
【００１７】
また、本発明に係る張力計測装置によれば、係留チェーンを一連のチェーンに複数個組み込んで前記一連のチェーンの張力分布を計測可能に構成したので、従来の技術では計測が困難であったチェーンの張力分布を容易に得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明に係る係留チェーンの実施例を示す概略外観図である。
【図２】図２は、図１の部分拡大図である。
【図３】図３は、図２の正面断面図である。
【図４】図４は、本発明に係る係留チェーンにおける張力導入時の応力状態を説明する図である。
【図５】図５は、本発明に係る係留チェーンを模擬した解析モデルの寸法を示す図である。
【図６】図６は、本発明に係る係留チェーンを模擬した解析モデルの解析メッシュを示す斜視図である。
【図７】図７は、本発明に係る係留チェーンを模擬した解析モデルによる解析結果（Ｙ方向応力度）を示すコンター図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明に係る係留チェーンおよび張力計測装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【００２０】
図１に示すように、本発明に係る係留チェーン１０は、複数のチェーン１が左右方向に連結された一連のスタッドリンクチェーン２の中の少なくとも一部に組み込まれるものである。図２および図３の部分拡大図に示すように、本発明の係留チェーン１０は、従来のチェーンと同様に、円環状部材１２の中間部を中央連結材１４で連結した略θ形状のものである。この係留チェーン１０は、中央連結材１４に内蔵したロードセル１６とデータ記録・送信器１８を有し、ロードセル１６に作用する圧縮軸力を計測し、計測した圧縮軸力に基づいて円環状部材１２に作用する張力を計測可能に構成されている。
【００２１】
円環状部材１２は、略半円弧状に形成された左右両側の短手部１２ａと、短手部１２ａの上下端どうしを略直線状に接続する上下の長手部１２ｂとからなる。中央連結材１４は、上下の長手部１２ｂの中間部を直線状に上下に連結する部材であり、従来と同様、チェーンのねじれを防止する役目も兼ねている。
【００２２】
中央連結材１４に内蔵したロードセル１６は、棒状のロードセル芯材２０（以下、芯材という。）とこの芯材２０の側面中央部に貼付された一つ以上の歪ゲージ２２とを有する。この中央連結材１４においては、ロードセル１６を構成する芯材２０のみが圧縮力などの荷重を負担するようになっている。歪ゲージ２２は、図２に示されるデータ記録・送信器１８と接続されており、歪ゲージ２２の計測データはデータ記録・送信器１８を介して図示しない外部のコンピュータなどに送信可能である。このため、歪ゲージ２２の計測データは外部から取得できるようになっている。
【００２３】
芯材２０は、円環状部材１２の長手部１２ｂと溶接部２４で溶接してある。この溶接は完全溶込み溶接でなくても構わない。この芯材２０は、係留チェーン１０を一連のチェーンに組み込んだ場合において、チェーン同士の衝突などへの耐久性を確保するために、堅固な保護材２６（例えば、緩衝材および厚肉鋼管など）で被覆されている。したがって、本発明における中央連結材１４は、芯材２０と歪ゲージ２２とデータ記録・送信器１８と保護材２６とを含んで構成されることになる。また、芯材２０は、計測すべき圧縮力に対して座屈または降伏しない範囲でなるべく細く設計すれば、張力の計測精度を向上させることができる。
【００２４】
円環状部材１２には、ロードセル１６を組み込んだことによる断面欠損等はないため、従来のチェーンと同等の必要終局耐力を容易に確保することができる。円環状部材１２の形状は、中央連結材１４との接合部分２８（連結部分）で外側に凸形状としている。これは、円環状部材１２に張力が発生した際に発生する中央連結材１４の圧縮軸力を増幅するためである。また、チェーンに発生する繰返し荷重に伴う発生応力は０→圧縮軸力となるので中央連結材１４の亀裂発生を抑制でき、疲労に対する耐久性を向上させることができる。なお、逆に凹形状として、円環状部材１２の張力に伴い中央連結材１４に引張力を発生させる設計でも張力を計測可能であるが、疲労に対する耐久性には優れない。
【００２５】
上記の構成の動作および作用について説明する。
図４に示すように、外部からの引張力Ｐにより円環状部材１２に張力Ｔが発生すると、円環状部材１２の長手部１２ｂを内側に凹ませようとする力が働き、接合部分２８を介して、芯材２０には圧縮軸力Ｃが発生する。この圧縮軸力Ｃは歪ゲージ２２により計測される。計測されたデータは図示しないデータ記録・送信器１８を介して外部のコンピュータに送信される。受信された計測データに対して、事前に把握しておいた圧縮軸力Ｃと張力Ｔの関係に関するキャリブレーション結果を適用すれば、計測された圧縮軸力Ｃから円環状部材１２に発生した張力Ｔを、精度良く計算することができる。
【００２６】
このように、本発明によれば、係留チェーン１０に作用する張力を直接、精度良く計測することができる。また、主に円環状部材１２にロードセル１６を並列に組み込んだ構成であり、断面欠損等を有しない非常にシンプルな構造であることから、例えば上記のＮＫ検定規格を満足するような終局耐力を確保することができ、しかも比較的安価に製造することができる。
【００２７】
また、円環状部材１２の形状は、中央連結材１４との接合部分２８で外側に凸形状とされ、中央連結材１４の圧縮軸力を増幅するので、中央連結材１４の亀裂発生を抑制でき、疲労に対する耐久性を向上させることができる。さらに、芯材２０は、チェーン同士の衝突などへの耐久性を確保するために、堅固な保護材２６で被覆されている。したがって、本発明の係留チェーン１０は、疲労特性、耐衝撃性など計測器としての耐久性が高い。なお、芯材２０を、計測すべき圧縮軸力に対して座屈または降伏しない細さで構成すれば、上記の効果に加え、張力の計測精度をさらに向上させることができる。
【００２８】
また、係留チェーン１０を一連のチェーンに複数個組み込んで一連のチェーンの張力分布を計測可能に構成したものを、本発明に係る張力計測装置として適用可能である。この張力計測装置によれば、従来の技術では計測が困難であったチェーンの張力分布を容易に得ることができる。
【００２９】
次に、本発明の係留チェーンの張力計測性能を確認するために実施した、ＦＥＭ解析（有限要素解析）について説明する。
【００３０】
係留チェーンの想定寸法を図５に、係留チェーンを模擬した解析モデルの解析メッシュを図６に示す。解析モデルは、対称条件を考慮した１／２モデルであり、４面体ソリッド要素でメッシュ分割した。係留チェーンの一端部に１５００ｋＮ（フルモデルで３０００ｋＮ）の張力を与え、他端部を拘束固定した。材料物性は標準的な鋼材の物性値を用いた。使用した解析コードはＮａｓｔｒａｎ２００１（Ｎａｓｔｒａｎは登録商標）で、静的線形解析とした。
【００３１】
解析結果（Ｙ方向応力度）を図７に示す。ロードセル芯材に相当する部分には一様に約２３０Ｎ／ｍｍ２の圧縮応力度（材軸歪換算で約１２００μ）が発生していることが分かる。これは、通常の歪ゲージで精度良く計測できるオーダーである。したがって、芯材がロードセルとして有効に機能することが確認できる。
【００３２】
以上説明したように、本発明に係る係留チェーンによれば、円環状部材の中間部を中央連結材で連結した略θ形状の係留チェーンであって、前記中央連結材に内蔵したロードセルを有し、前記ロードセルに作用する圧縮軸力を計測し、計測した圧縮軸力に基づいて前記円環状部材に作用する張力を計測可能に構成したので、係留チェーンに作用する張力を直接、精度良く計測することができる。また、ロードセルを直列でなく並列に組み込んだことにより、所定の終局耐力を円環状部材の設計で容易に確保できる。
【００３３】
また、本発明に係る他の係留チェーンによれば、前記ロードセルを構成する芯材を、計測すべき圧縮軸力に対して座屈または降伏しない細さで構成したので、上記の効果に加え、張力の計測精度をさらに向上させることができる。
【００３４】
また、本発明に係る他の係留チェーンによれば、前記ロードセルを構成する芯材を、チェーン同士の衝突に対する耐久性を確保するための保護材で被覆したので、上記の効果に加え、係留チェーンを一連のチェーンに組み込んだ場合において、チェーン同士の衝突に対する耐久性を確保することができる。
【００３５】
また、本発明に係る他の係留チェーンによれば、前記円環状部材の形状を、前記中央連結材との連結部分で外側に凸状に形成したので、上記の効果に加え、円環状部材に張力が作用した際に発生する中央連結材の圧縮軸力を増幅することができる。また、係留チェーンに発生する繰返し荷重に伴う発生応力は０から圧縮軸力となるので中央連結材の亀裂発生を抑制でき、疲労に対する耐久性を向上させることができる。
【００３６】
また、本発明に係る張力計測装置によれば、係留チェーンを一連のチェーンに複数個組み込んで前記一連のチェーンの張力分布を計測可能に構成したので、従来の技術では計測が困難であったチェーンの張力分布を容易に得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上のように、本発明に係る係留チェーンおよび張力計測装置は、洋上風力発電船などの洋上浮体構造物を、所定の位置に係留するために用いられる係留チェーンに有用であり、特に、チェーンに作用する張力を直接、精度良く計測することができ、かつ、所定の終局耐力を確保するのに適している。
【符号の説明】
【００３８】
１０  係留チェーン
１２  円環状部材
１２ａ  短手部
１２ｂ  長手部
１４  中央連結材
１６  ロードセル
１８  データ記録・送信器
２０  ロードセル芯材
２２  歪ゲージ
２４  溶接部
２６  保護材
２８  接合部分（連結部分）
Ｔ  張力
Ｃ  圧縮軸力
Ｐ  力
【図１】
2015051748.tif 000003
【図２】
2015051748.tif 000004
【図３】
2015051748.tif 000005
【図４】
2015051748.tif 000006
【図５】
2015051748.tif 000007
【図６】
2015051748.tif 000008
【図７】
2015051748.tif 000009