(57)【要約】【課題】船舶などの被支持物を支持するにあたって、支持に用いる索の安全率を向上させる。【解決手段】船舶などの被支持物を支持する支持装置１であって、回転可能な第一軸４と、先端が支持物に固定されて繰り出し可能に第一軸４に巻き付けられた第一索Ｗと、回転可能な第二軸５と、先端が被支持物に固定されて繰り出し可能に第二軸５に巻き付けられ、第一索Ｗよりも単位長さ当たりのばね定数の異なる第二索Ｒと、備える支持装置１を提供する。【選択図】図２
2016023041.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能な第一軸と、
先端が支持物に固定されて繰り出し可能に前記第一軸に巻き付けられた第一索と、
回転可能な第二軸と、
先端が被支持物に固定されて繰り出し可能に前記第二軸に巻き付けられ、前記第一索よりも単位長さ当たりのばね定数の異なる第二索と、備える支持装置。
【請求項２】
前記第一索の巻き取り時に前記第二索が繰り出されるように、かつ、前記第一索の繰り出し時に前記第二索が巻き取られるように、前記第一軸の回転及び前記第二軸の回転を互いに伝達する伝達部を備える請求項１に記載の支持装置。
【請求項３】
前記第一軸が前記第二軸よりも小径となるように形成され、
前記第一索は前記第二索よりも単位長さあたりのばね定数が大きく、
前記伝達部は、前記第一軸と前記第二軸とを同軸となるように接続する接続部である請求項２に記載の支持装置。
【請求項４】
前記第一索は前記第二索よりも単位長さあたりのばね定数が大きく、
前記伝達部は、前記第一軸の外周面の周速が前記第二軸の外周面の周速よりも小さくなるように、前記第一軸の回転と前記第二軸の回転とを互いに伝達する歯車群である請求項２に記載の支持装置。
【請求項５】
前記第一軸又は前記第二軸に設けられ、前記第一軸又は前記第二軸が所定以上の速度で回転した場合に前記第一軸又は前記第二軸の回転を停止させる緊急停止装置を有する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の支持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば岸壁に設置し、船舶や海洋構造物などの被支持物の支持に用いる支持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶においては、工事・積み出し等で船舶を岸壁やポンツーン等に留める（岸壁係留）際、係留索を複数本使用して位置を保持する位置保持機構が必須となる。位置保持機構は、外力に対して船舶が移動する際に係留索に発生する張力を復元力とすることで船舶の移動量を制御している。具体的には、位置保持機構は、船舶に設置されたウィンチから、岸壁に設置されたボラードに係留索を伸ばし、ボラードに係留索を巻き付けることで係留を行っている。
【０００３】
張力を発生する係留索の具体的な材料としては、ワイヤ、ロープなどが挙げられる。複数の係留索にはそれぞれ、船舶の前後移動を抑える役割、船舶を岸壁に近づける役割、及び上記二つの役割において発生する力に復元力を発生させる役割が与えられる。
また、岸壁係留は，工事等にも適用されるため、船舶を長期に亘って係留する場合もある。そのため、台風等の暴風条件下においても上記した役割を実現可能な位置保持機構を検討する必要がある。その際、移動量の抑制、及び超過張力による係留索の破断の二点に留意する必要がある。
【０００４】
特許文献１には、巻取りドラムを駆動する交流電動機を有し、交流電動機に接続された周波数変換ユニットを制御することによって係留索の張力を制御するウィンチが記載されている。また、特許文献２には、２つのボラードを有し、２つのボラードのうち少なくとも一方のボラードを機械駆動することによって係留索の張力を調整するダブルボラードが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２３６０５６号公報
【特許文献２】特表２００１−５２３１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、ワイヤはばね定数が高く、ロープはばね定数が低いため、船舶の移動に対してワイヤは大きな張力を発生し，破断しやすい傾向がある。即ち、ワイヤだけでは船舶の動揺に対して大きな張力を発生するため、安全率が低下してしまう。また、ロープだけでは船舶の動揺が非常に大きくなってしまう。また、ワイヤとロープをともに用いても、移動量に対してワイヤばかりが張力を発生するため，ロープがうまく機能しない。
また、特許文献１に記載されているウィンチ、及び特許文献２に記載のボラードとも、係留索の張力調整に電動機などの駆動力を用いているため、装置構成が複雑になるという課題がある。
【０００７】
この発明は、船舶などの被支持物を支持するにあたって、支持に用いる索の安全率を向上させることができる支持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】
本発明の第一の態様によれば、支持装置は、回転可能な第一軸と、先端が支持物に固定されて繰り出し可能に前記第一軸に巻き付けられた第一索と、回転可能な第二軸と、先端が被支持物に固定されて繰り出し可能に前記第二軸に巻き付けられ、前記第一索よりも単位長さ当たりのばね定数の異なる第二索と、備えることを特徴とする。
【０００９】
このような構成によれば、第一索と第二索の二本の索を用いて支持物を支持するにあたって、索にかかる張力が第一索と第二索とに分散されるため、索の安全率を向上させることができる。即ち、ばね定数の大きい索にかかる張力がばね定数の小さい索によって軽減されて両方の索の張力が自動的に釣り合うため、索にかかる過大な張力を抑制することができる。
【００１０】
また、上記支持装置において、前記第一索の巻き取り時に前記第二索が繰り出されるように、かつ、前記第一索の繰り出し時に前記第二索が巻き取られるように、前記第一軸の回転及び前記第二軸の回転を互いに伝達する伝達部を備える構成としてもよい。
【００１１】
また、上記支持装置において、前記第一軸が前記第二軸よりも小径となるように形成され、前記第一索は前記第二索よりも単位長さあたりのばね定数が大きく、前記伝達部は、前記第一軸と前記第二軸とを同軸となるように接続する接続部である構成としてもよい。
【００１２】
このような構成によれば、第一索及び第二索のばね定数に応じて軸の径を変えることで、大きさなどの条件が異なる様々な被支持物に対して最適な支持装置を設計することができる。
【００１３】
また、上記支持装置において、前記第一索は前記第二索よりも単位長さあたりのばね定数が大きく前記伝達部は、前記第一軸の外周面の周速が前記第二軸の外周面の周速よりも小さくなるように、前記第一軸の回転と前記第二軸の回転とを互いに伝達する歯車群であってよい。
【００１４】
このような構成によれば、第一索及び第二索のばね定数に応じて歯車群の歯数を変えることで、大きさなどの条件が異なる様々な被支持物に対して最適な支持装置を設計することができる。
【００１５】
また、上記支持装置において、前記第一軸又は前記第二軸に設けられ、前記第一軸又は前記第二軸が所定以上の速度で回転した場合に前記第一軸又は前記第二軸の回転を停止させる緊急停止装置を有する構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、第一索と第二索の二本の索を用いて支持物を支持するにあたって、索にかかる張力が第一索と第二索とに分散されるため、索の安全率を向上させることができる。即ち、ばね定数の大きい索にかかる張力がばね定数の小さい索によって軽減されて両方の索の張力が自動的に釣り合うため、索にかかる過大な張力を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態の支持装置を用いて船舶を係留する様子を示す平面図である。
【図２】本発明の第一実施形態の支持装置の斜視図である。
【図３】本発明の第一実施形態の支持装置における係留索の挙動を説明するための概略図である。
【図４】本発明の第一実施形態の支持装置の緊急停止装置の構成を説明する概略図である。
【図５】本発明の第一実施形態の支持装置の動作時においてロープとワイヤとにかかる張力について説明するグラフである。
【図６】本発明の第一実施形態の支持装置のモーメント及び張力の釣り合いについて説明する概略図である。
【図７】本発明の第二実施形態の支持装置の斜視図である。
【図８】本発明の第二実施形態の支持装置における係留索の挙動を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第一実施形態）
以下、本発明の第一実施形態の支持装置１について図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態の支持装置１は、船舶Ｓが岸壁Ｐにおいて停泊するために設けられた係留施設において使用されるものである。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態の支持装置１は、岸壁Ｐに複数設置されており、船舶Ｓに搭載されているウィンチＷｉ（巻き揚げ機）と接続されている。詳細は後述するが、本実施形態の支持装置１は、係留索としてワイヤＷ（第一索）、及びロープＲ（第二索）を共に用いる装置であり、ウィンチＷｉはこれに対応して、一つの支持装置１に対して二つが並べて設置されている。ウィンチＷｉの構成はこれに限ることはなく、一つのウィンチにワイヤＷとロープが巻き付けられる構成としてもよい。即ち、所定の張力で二つの索を保持できればよい。
【００２０】
図２に示すように、本実施形態の支持装置１は、地面に固定された一対の支持部材２と、一対の支持部材２により回転可能に支持されているドラム３と、ドラム３に巻き付けられているワイヤＷと、ドラム３に巻き付けられているロープＲと、ドラム３に設けられている緊急停止装置７と、を有している。
【００２１】
ドラム３には単位長さ当たりのばね定数の異なる係留索であるワイヤＷとロープＲが巻き付けられている。即ち、ドラム３には、ロープＲと、ロープＲよりもばね定数の大きいワイヤＷが巻き付けられている。ワイヤＷとロープＲのドラム３に対する巻き付け回数は、ワイヤＷとロープＲの材質に依存する。ワイヤＷとロープＲのドラム３に対する巻き付け回数は、ドラム３が約１〜２回転することを考慮し、３〜４周程度巻き付けるものとする。
【００２２】
ドラム３は、ワイヤＷが巻き付けられる円柱形状の小径ドラム４（第一軸）と、ロープＲが巻き付けられ、小径ドラム４よりも大径となるように形成されている円柱形状の大径ドラム５（第二軸）と、を有している円柱構造物である。小径ドラム４と大径ドラム５とは、接続部６（伝達部）を介して同軸となるように接続されている。
ドラム３の軸方向の両端は、所定の軸受装置（ベアリング）を介して支持部材２に回転可能に支持されている。
【００２３】
図３に示すように、ワイヤＷとロープＲとは、巻き付け方向が逆方向となるように、巻き付けられている。具体的には、ワイヤＷとロープＲは、ワイヤＷのドラム３側の固定端部からウィンチＷｉ側の接続端部に向かう巻き付け方向Ｄ１と、ロープＲのドラム３側の固定端部からウィンチＷｉ側の接続端部に向かう巻き付け方向Ｄ２とが、逆方向となるようにドラム３に巻き付けられている。
即ち、ワイヤＷとロープＲとは、ドラム３が周方向の一方に回転した場合にワイヤＷとロープＲのうち一方がウィンチＷｉ側に引き出され、ワイヤＷとロープＲのうち他方がドラム３に巻き付けられるように、ドラム３に巻き付けられている。換言すれば、小径ドラム４と大径ドラム５とは、ワイヤＷの巻き取り時にロープＲが繰り出されるように、かつ、ワイヤＷの繰り出し時にロープＲが巻き取られるように接続されている。
【００２４】
図４に示すように、ドラム３に設けられている緊急停止装置７は、内側に複数のラチェット歯９が形成されたギア部材８と、ギア部材８の内側に配置された爪部材１２と、爪部材１２の近傍に配置されたボール１６と、を有している。
ギア部材８は円環状をなし、ドラム３と同軸となるようにドラム３の軸方向の端部に固定されている。ラチェット歯９は、爪部材１２が係合することにより回転が制限される歯であり、爪部材１２と係合する係合面１０と、隣り合う係合面１０の径方向内周側端部と外周側端部とを接続する斜面１１とを有している。
【００２５】
爪部材１２は、ギア部材８の内側の所定の位置に、回動自在に固定されている。爪部材１２は、ラチェット歯９と係合する係合爪部１３と、係合爪部１３と一体に形成された斜面部１４と、係合爪部１３及び斜面部１４と一体に形成された、回動軸部１５と、を有している。回動軸部１５は、ドラム３の端面に回動自在に固定されている。爪部材１２は、回動軸部１５を回転中心として、爪部材１２がラチェット歯９に係合する係合状態と、爪部材１２がラチェット歯９と離間するフリー状態と、に回動させることができる。爪部材１２は、図示しない引張コイルばねなどの付勢部材によって、通常はフリー状態とされている。
ボール１６は、ドラム３の端面にドラム３の径方向に移動自在に取り付けられている。ボール１６は、径方向外側に移動する際に爪部材１２の斜面部１４に当接し、爪部材１２を係合状態まで回動させる機能を有している。
【００２６】
次に、本実施形態の支持装置１の使用方法について説明する。
複数（本実施形態では六ヶ所）の支持装置１は図１に示すように、船舶Ｓの大きさに応じて配置されている。
まず、支持装置１のロープＲ及びワイヤＷを、船舶ＳのウィンチＷｉ側の係留索と接続する。具体的には、支持装置１のワイヤＷを、船舶ＳのウィンチＷｉに巻き付けられている係船索に、例えば二重継ぎ、又は一重継ぎ等の結び方で結ぶ。同様に、支持装置１のロープＲを、船舶ＳのウィンチＷｉに巻き付けられている係留索に結ぶ。
次いで、船舶Ｓ側のウィンチＷｉにより、ロープＲ及びワイヤＷを張力が発生するまで巻き取る。
【００２７】
ここで外力により船舶Ｓが揺動すると、ばね定数の大きいワイヤＷが引っ張られるとともにロープＲに大きな張力が発生し、ドラム３が図３のＤ１で示す方向に回転する。これにより、ワイヤＷとロープＲの張力が自動的に釣り合い、係留索として機能するワイヤＷとロープＲの破断を防ぐことができる。
【００２８】
また、ワイヤＷ及びロープＲの少なくとも一方が経年劣化などにより切断されてドラム３が不用意に回転すると、緊急停止装置７が作動する。
即ち、ドラム３が所定以上の速度で回転することにより、緊急停止装置７のボール１６に重力を上回る遠心力がかかってボール１６が径方向外周側に移動する。ボール１６が径方向外周側に移動することにより、ボール１６が緊急停止装置７の爪部材１２の斜面部１４を押し、爪部材１２が回動する。爪部材１２の回動により爪部材１２はフリー状態から係合状態となり、爪部材１２の係合爪部１３がギア部材８のラチェット歯９に係合してドラム３の回転を停止させる。
【００２９】
次に、本実施形態の支持装置１の動作原理について説明する。
上述したように、ドラム３の小径ドラム４及び大径ドラム５に巻き付けられているワイヤＷとロープＲとはばね定数が異なる索であり、ワイヤＷの方がばね定数が大きい。即ち、同じ長さのワイヤＷとロープＲとを等しい力で引っ張った場合、ワイヤＷの方が長くなり、ロープＲにより大きな張力が発生する。
よって、強風などの外力により船舶Ｓが動揺すると、ばね定数の大きいワイヤＷが引っ張られる。これにより、ドラム３がロープＲが短くなる方向に回転する。
【００３０】
ところで、ばね定数は、以下の数式（１）に示すように、索の長さに依存する。数式（１）において、Ａ：索の断面積、Ｅ：索のヤング率、ｌ：索の長さ、である。
ｋ  ＝  Ａ・Ｅ／ｌ  ・・・  （１）
【００３１】
ここで、図５に、支持装置の動作時においてロープＲとワイヤＷとにかかる張力について説明するグラフを示す。図５において横軸は船舶Ｓの移動量ｘであり、縦軸は張力Ｔである。
上述したように索の長さが変化すると、図５のグラフに示すように、ロープＲの張力が上昇、ワイヤＷの張力が下降する。これにより、ワイヤＷの負担（張力）がロープＲにより軽減されることになる。即ち、船舶Ｓの同様に対し、ロープＲの張力がワイヤＷの張力に対して相対的に大きくなる。
【００３２】
次に、具体的な実施例を用いて、本実施形態の支持装置１について説明する。図６は、本発明の第一実施形態の支持装置１のモーメント及び張力の釣り合いについて説明する概略図である。
図６のような系を考えると、モーメントの釣り合いにより、以下の数式（２）が成り立つ。数式（２）において、Ｒ：大径ドラム５の半径、ｒ：小径ドラム４の半径、Ｔ：ロープＲの張力、ｔ：ワイヤＷの張力、である。
Ｒ・Ｔ  ＝  ｒ・ｔ  ・・・（２）
【００３３】
また、張力の釣り合いにより、以下の数式（３）、数式（４）が成り立つ。数式（３）、数式（４）において、θ：ドラム回転角度、ｘ：船舶移動量（ｍ）、である。
【００３４】
【数１】
2016023041.tif 000003
【００３５】
【数２】
2016023041.tif 000004
【００３６】
数式（３）、数式（４）より、以下の数式（５）が導き出せる。
【００３７】
【数３】
2016023041.tif 000005
【００３８】
そして、上記数式（５）が成立するような、Ｒ，ｒ，θを算出した。
ワイヤＷにおいてａｅ＝１２，０００［ｔｏｎ］
ロープＲにおいてＡＥ＝２５，０００［ｔｏｎ］
とすると、
Ｒ＝０．８５［ｍ］
ｒ＝０．４９［ｍ］
θ＝３６０［ｄｅｇ］
で、船舶Ｓの移動量６［ｍ］に対応できると考えられる。この実施例の場合では、ドラム３が一回転すると、０．８５×２×π＝５．３４ｍのロープＲが巻き取られ、０．４９×２×π＝３．０８ｍのワイヤＷが長くなる。
また、ドラムの径や回転角度を変更することで、様々な船舶Ｓに対して対応させることができる。
【００３９】
上記実施形態によれば、ワイヤＷとロープＲの二本の係留索を用いて船舶Ｓなどの被支持物を支持するにあたって、係留索にかかる張力がワイヤＷとロープＲとに分散されるため、係留索の安全率を向上させることができる。即ち、ばね定数の大きいワイヤＷにかかる張力がばね定数の小さいロープＲによって軽減されて両方の係留索の張力が自動的に釣り合うため、係留索にかかる過大な張力を抑制することができる。
【００４０】
また、係留索を巻き付けるドラム３を、小径ドラム４と大径ドラム５から構成される形状としたことによって、二本の係留索のばね定数に応じてドラム３の径を変えることで、大きさなどの異なる様々な船舶Ｓに対して最適な支持装置１を設計することができる。
【００４１】
また、電動機などの駆動力を用いることがないため、簡易かつ安価な構成で支持装置１を製造することができる。
【００４２】
なお、上記実施形態の支持装置１においては、回転中心軸が水平となるようにドラム３を設置する構成としたが、これに限ることはない。例えば、回転中心軸が鉛直方向に沿うようにドラム３を設置してもよい。
また、ドラム３の形状は円柱形状に限らず、テーパ面を有する円錐状としてもよい。
【００４３】
（第二実施形態）
以下、本発明の第二実施形態の支持装置１Ｂを図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図７に示すように、本実施形態の支持装置１Ｂは、ワイヤＷが巻き付けられている第一ドラム１８と、ロープＲが巻き付けられている第二ドラム２０と、第一ドラム１８の回転を第二ドラム２０に伝達する（又は第二ドラム２０の回転を第一ドラム１８に伝達する）ギアボックス２２と、第一ドラム１８と第二ドラム２０とを支持する支持部材２３とを有している。
第一ドラム１８は、第一シャフト１９を介して支持部材２３に支持されている。第二ドラム２０は第二シャフト２１を介して支持部材２３に支持されている。
【００４４】
第一ドラム１８及び第二ドラム２０は、略同形状であり、ドラム３の直径は略同一である。ギアボックス２２は、第一シャフト１９に固定された第一歯車２５と、第二シャフト２１に固定された第二歯車２６と、第一歯車２５及び第二歯車２６に噛み合う第三歯車２７と、を有している。
【００４５】
ギアボックス２２を構成する第二歯車２６の歯数は、第一歯車２５よりも少ない。即ち、ギアボックス２２の内部に組み込まれ、第一ドラム１８の回転と第二ドラム２０の回転とを互いに伝達する伝達部として機能する歯車群は、第一ドラム１８の回転速度が第二ドラム２０の回転速度よりも遅くなるように構成されている。換言すれば、歯車群は、第一ドラム１８の外周面の周速が第二ドラム２０の外周面の周速よりも小さくなるように構成されている。
【００４６】
上記した支持装置１Ｂによれば、第一実施形態の支持装置１と同様に、ワイヤＷとロープＲの張力が自動的に釣り合い、係留索として機能するワイヤＷとロープＲの破断を防ぐことができる。
また、歯車群の歯数構成を変更することによって、大きさなどの異なる様々な船舶Ｓに対して最適な支持装置１Ｂを設計することができる。
【００４７】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、クレームの範囲によってのみ限定される。
例えば、上記各実施形態の支持装置１は、岸壁Ｐ側に設置する構成としたが、被支持物である船舶Ｓの側に設置する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１，１Ｂ  支持装置
２  支持部材
３  ドラム
４  小径ドラム（第一軸）
５  大径ドラム（第二軸）
６  接続部（伝達部）
７  緊急停止装置
８  ギア部材
９  ラチェット歯
１０  係合面
１１  斜面
１２  爪部材
１３  係合爪部
１４  斜面部
１５  回動軸部
１６  ボール
１８  第一ドラム
１９  第一シャフト
２０  第二ドラム
２１  第二シャフト
２２  ギアボックス（伝達部）
２３  支持部材
２５  第一歯車
２６  第二歯車
２７  第三歯車
Ｐ  岸壁
Ｒ  ロープ
Ｓ  船舶（被支持物）
Ｗ  ワイヤ
Ｗｉ  ウィンチ
【図１】
2016023041.tif 000006
【図２】
2016023041.tif 000007
【図３】
2016023041.tif 000008
【図４】
2016023041.tif 000009
【図５】
2016023041.tif 000010
【図６】
2016023041.tif 000011
【図７】
2016023041.tif 000012
【図８】
2016023041.tif 000013