JP2018058566A - サスペンションを介して主船体をフロートで支える船 - Google Patents

Abstract

【課題】 サスペンションを介して主船体をフロートで支える船において、主船体のフロートに対する運動を効果的に制御する機構を提供する。【解決手段】 船のサスペンションは、主船体１側に揺動可能に連結されたアッパーアーム１０、１１とこれらアッパーアームに一端が相対揺動可能に連結され、他端がフロート２側に連結されフロート２側に搖動可能に連結されたロアアーム１２、１３を有し、船の前後左右で許容・抑制する運動方向が異なる複数のアーム機構で構成し、主船体１のフロート２に対する運動をヒーブ、ロール、ピッチの各運動を許容し、サージ、スウェイ、ヨーの各運動を抑制する折り畳み式アーム機構５〜８とする。【選択図】図１

Description

本発明は、サスペンションを介して主船体をフロートで支える船に関する。

このような、サスペンションを介して主船体をフロートで支える船としては、本出願人の出願による特許文献１に記載のものがある。この公知技術の船は、主船体側にモーター・ジェネレータ（ＭＧ）を設置し、主船体とフロートとの間に、複数のバネおよび前後方向に伸ばされて前記両者をつなぐ２本の前後方向アームからなるサスペンションを介在させて、主船体とフロートを上下方向へ相対変位可能としている。また、左右のフロートは、この前後位置でそれぞれ幅方向に伸ばした左右方向アームで連結している。なお、前後方向アームおよび左右方向アームの取り付け端部は、いずれも揺動可能にするジョイントで連結してある。
一方、フロートに取り付けられて上方へ伸ばされたラックにピニオンを噛み合わせて、波等による主船体とフロートとの相対変位でラックを上下動させてこれに噛み合うピニオンを回転させ、このピニオンに連結したジェネレータを駆動して発電を行う機能、また電力でモーターを駆動して主船体の揺動を抑える機能を持たせるようにしている。

特開２０１５−０７１４０１

しかしながら、上記特許文献１の船は、主船体とフロートとを相対変位可能に連結しているため、主船体のフロートに対する相対運動時に不必要な振動が連成し、乗り心地を阻害するといった問題がある。
すなわち、フロートに対する主船体の相対運動の自由度としては、船の前後方向であるＸ軸方向（サージ）、左右方向であるＹ軸方向（スウェイ）、上下方向であるＺ軸方向（ヒーブ）、Ｘ軸周りの回転（ロール）、Ｙ軸周りの回転（ピッチ）、Ｚ軸周りの回転（ヨー）の合計６自由度があるが、このうち発電や乗り心地の向上に主に関与するのはヒーブ、ピッチ、ロールの３自由度であって、その他の不要な運動は乗り心地向上のためには起きないように抑制することが望ましい。

にもかかわらず、特許文献１に記載の船にあっては、サージについては主船体とフロートの間に前後方向に設けた前後アームで抑制するようにしているが、ヒーブが発生すると前後方向アームの傾斜角が変わり、この場合、サージ運動が発生するのを避けることができず、乗り心地を阻害する。また、左右方向を結合している左右方向アームのために、同様にスウェイ運動が発生して乗り心地を阻害する。

また、上記モーター・ジェネレータを用いた制御を行わず、バネと油圧ダンパーを用いたサスペンションを備え、乗り心地を向上させるようにした船にあっても、上記種々の運動方向の連成により、上記同様、乗り心地が阻害される。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、簡単な装置によって、フロートに対する主船体の運動を、制限することで、乗り心地を悪化する不要な運動を排除することである。

この目的のため、
サスペンションを介して主船体をフロートで支える船において、
サスペンションは、
前後左右の異なる位置に配置されて、それぞれ主船体側に揺動可能に連結されたアッパーアームと、
このアッパーアームに一端が相対揺動可能に連結され、他端がフロート側に搖動可能に連結されたロアアームとを有し、
主船体とフロートとの相対変位の運動を、この運動の方向ごとに許容・抑制する方向を異ならせた複数のアーム機構を備え、
主船体のフロートに対する運動をヒープとロールとピッチの各運動を可能とし、サージ、スウェイ、ヨーの各運動を抑制する折り畳み式アーム機構で構成するようにした。

本発明の、主船体がフロートにサスペンションを介して支えられた船にあっては、主船体のフロートに対する運動をヒーブとロールとピッチの各運動のみを可能にし、その他の運動を抑制するようにしたので、簡単な構成で、乗り心地を向上させることができる。
また、主船体とフロートとの相対変位に応じて作動するモーター・ジェネレータを設ければ、モーター・ジェネレータによる発電、主船体の揺れ制御を可能にすることができる。

本発明の実施例１のフロートに対する主船体の運動を、ヒーブ、ピッチおよびロールのみを可能にした、折り畳み式アーム機構を備えた船の斜め前方からの概略図である。 図１のサスペンションとしての折り畳み式アーム機構のうち一つのアーム機構を詳細に画いたもので、ボールジョイントを用いて、主船体がフロートに対して相対的な揺動が可能にしたサスペンションの斜視図である。 図１のアーム機構の変形例を詳細に画いたもので、アーム機構のユニット全体が主船体１に対して揺動出来るようして、主船体１がフロート２に対して相対的に回転が可能にしたサスペンションの斜視図である。 実施例２の船のサスペンションであって、実施例１の船における図２または図３に図示したアーム機構と同じものを船の前後だけに設け、船の左右側は別構成のアーム機構に置き換えた折り畳み式アーム機構を備えた船を斜め前方から図示した斜視図である。

以下、本発明のサスペンションを介してフロートに主船体が支えられた船の形態を、添付の図面に示す各実施例に基づきそれぞれ詳細に説明する。

本発明の実施例１に係る、主船体のフロートに対する相対運動を必要な方向の運動だけに制御する折り畳み式アーム機構をサスペンションとして設けた船の全体構成を、図１に示す。
同図に示すように、実施例１の船は、客室および／または荷物室を備えた主船体１と、海や河の水面上に浮かぶように平行に配置される２つのフロート２と、これら間に介在されて主船体１とフロート２の相対運動を抑制する折り畳み式アーム機構を有している。
この折り畳み式アーム機構は、これを構成する２つのアーム機構５、７を船の前後に備えており、また同様の構成の２つのアーム機構６、８を船の左右に備えている。

また、主船体１は、左右のフロート２にこれらの前後位置にてバネ３により弾性的に支持されており、これら各バネ３の内部には、主船体１とフロート２との上下方向の相対運動を回転運動に変換する運動方向変換機構４が配置されている。
この運動方向変換機構４は、フロート２から上方へ伸ばしたラック４ａと、このラック４ａに噛み合うピニオン４ｂとを有している。

ピニオン４ｂは、モーター・ジェネレターＭＧの入力／出力軸（ジェネレータのとき入力軸となり、モーターのとき出力軸となる）に連結されている。そして、ピニオン４ｂの回転によりモーター・ジェネレーターＭＧを、ジェネレータ‐として駆動することで発電することが可能であり、あるいは、逆に図示しないバッテリーから電力を供給してモーター・ジェネレーターＭＧをモーターとして回転させ、ピニオン４ｂを回転駆動することでラック４ａを介して左右各フロート２をこれらの各前後位置にて押し上げ／押し下げ制御を行って、主船体１のフロート２に対する相対変位運動を抑制することが可能となるように構成してある。
なお、左右のフロート２は、これらの前後位置で、左右方向（船の幅方向）に伸ばした連結部材２ａ、２ｂにて互いに連結されている。ここで、連結部材２ａ、２ｂは、本発明のフロート側に相当し、フロート２とともにその一部を構成する。

前方のアーム機構５の詳細構造を、図２に示す。なお、アーム機構５、６、７、８は、前述したように船の前後左右４か所とも同様の構造であるが、左右のアーム機構６、８は前後のアーム機構５、７に対し、配置の向きはそれぞれ異ならせてある。

図２に示すように、前方のアーム機構５においては、左アッパーアーム１０と右アッパーアーム１１は、それぞれ同じ長さにされて、主船体１の底部前端部分の左、右位置から前方下方で、かつ主船体１の中心線および両フロート２間の中央線を通る垂直面内に向けてそれぞれ伸ばされている。
左アッパーアーム１０と右アッパーアーム１１は、これらの上端側の一端を、船の幅方向に沿って伸びる円柱状のピン１６を介して、主船体１の前方左右両端にそれぞれ設けられたブラケット１４に、Ｙ軸（図１を参照）周りに揺動可能に支持されている。

同様に、右ロアアーム１２と左ロアアーム１３は、それぞれそれぞれ同じ長さにされて、左右フロート２をこれらの前方位置で連結する連結部材２ａの上面部前端部分の右、左位置から前方上方で、かつ主船体１の中心線および両フロート２間の中央線を通る垂直面内に向けてそれぞれ伸ばされている。
右ロアアーム１２と左ロアアーム１３は、これらの下端側の一端を、船の幅方向に沿って伸びる円柱状のピン１７を介して、左右フロート２をこれらの前方位置で連結している連結部材２ａに設けられたブラケット１５にＹ軸周りに揺動可能に支持されている。

アーム１０、１１、１２、１３の、ブラケット１４、１５とは反対側のそれぞれの端部は、ボールジョイント９につながり、これらを上方から見た時にボールジョイント９と主船体側の左右のピン１６が三角形をなすように、またボールジョイント９とフロート側の左右のピン１７が三角形をなすようにする。
なお、アーム１０、１１、１２、１３の後端は、ピン１６、１７によってＹ軸周りに揺動するのに代えて、ボールジョイント９と同様のボールジョイントを用いて、Ｙ軸周りに揺動させるように変更してもよい。

これにより、主船体側１とフロート側２は相互に上下方向に沿うＺ軸方向（図１を参照）、および前後方向に沿うＸ軸方向（図１を参照）には自由に動くが、左右方向に沿うＹ軸方向（図１を参照）にはそれらの動きが抑制される。
さらに、主船体１側とフロート２側は、ボールジョイント９を中心にＸ軸周りに相対揺動可能である。

このように構成したアーム機構５、７を船の前後に設けると、主船体１はフロートに対してＺ軸方向のヒーブ、Ｘ軸周りのロール、およびＹ軸周りのピッチの各運動の他、好ましくないＸ軸方向のサージングも許容することになる。したがって、このサージング対策のために、本実施例では、以下の工夫を行っている。

すなわち、アーム機構５と同様の構成のアーム機構６、８を船の左右に設ける。すなわち、図１に示すように、左右のアーム機構６、８は、アパーアーム１０、１１とロアアーム１２、１３との主船体１、フロート２への取付部における揺動方向をＸ軸に沿う軸周りとし、それらアーム１０〜１３が集合するボールジョイント９を、それぞれ船の内側に向くように、配置向きを前後のアーム機構５、７の配置向きとは垂直方向に異ならせる。

この結果、左右のアーム機構６、８では、主船体１とフロート２は、相互にＺ方向とＹ軸周りには自由に動くが、Ｘ方向には動きが抑制される。
したがって、これら前後左右の４つのアーム機構５〜８で構成される折り畳み式アーム機構では、上記運動が合成される結果、主船体１とフロート２との相対運動方向は、ヒーブとロールとピッチの各運動のみが可能となり、乗り心地に影響するその他の運動、すなわちサージ、スウェイ、ヨーを抑制するようになる。

なお、上記配置にあっては、図１に示す実施例１の配置に限られず、折り畳み式アーム機構を構成する上記４個の前後左右のアーム機構５〜８のうち、前後のアーム機構５、７のアッパーアーム１０、１１とロアアーム１２、１３のボールジョイント９による相互結節部をいずれも船の前方に向ける図１の配置に代えて、逆にいずれも船の後方に向けて配置するようにしてもよいし、あるいは前後で互いに逆方向となるように配置してもよい。

また、左右のアーム機構６、８のアッパーアーム１０、１１とロアアーム１２、１３のボールジョイント９による相互結節部を、いずれも船の内側に向けた図１の配置に代えて、逆にいずれも船の外側に向けて配置してもよい。この場合、左右両方の相互結節部を船の内側に向けた方が、船の左右に出っ張りをなくすことができコンパクトになる他、船の横付けなどには有利となる。これに対し、相互結節部を船の外側に向けた場合には、左右のアーム機構６、８同士の干渉を防ぐのが容易となる結果、アームを長くすることが可能となる。
あるいは、左右のアーム機構６、８を、左右で互いに逆方向となるように配置してもよい。

以上のようにアーム機構５〜８を船の前後左右合計４か所に設けることで、実施例１の船においては、主船体１はフロート２に対して、Ｚ軸方向の上下運動であるヒーブ、Ｘ軸周りの揺動運動であるロール、およびＹ軸周りの揺動運動であるピッチのみが許容され、他の運動であるサージ、スウェイ、ヨーの各運動は抑制されることになる。

したがって、実施例１の船にあっては、簡単な構成で、主船体１とフロート２との相対変位にあって、乗り心地を悪化する好ましくない相対変位が抑制される。
また、実施例１の船にあっては、ラック３とピニオン４からなる運動方向変換機構４を用いてモーター・ジェネレーターＭＧを作動させることで、波等による主船体１とフロート２の上下方向相対運動による発電および／あるいは乗り心地の制御に利用できる相対変位が許容される。

なお、上記実施例１でのアーム１０〜１４はそれぞれ別部品で構成されているが、アッパーアーム１０、アーム１１同士は一体の部材としてもよいし、またロアアーム１２、アーム１３同士を一体の部品としてもよい。

次に、折り畳み式アーム機構のうちの前後アーム機構６、８につき、これらの変形例を、同じ構造なので、前側アーム機構のみ図３に示す。
左アッパーアーム１０と右アッパーアーム１１は一体に形成されて、また右ロアアーム１２と左ロアアーム１３はそれぞれ独立して形成されている。そして、これらのアーム１０〜１３で構成されるアーム機構全体が、一体となってＸ軸周りに揺動できるように、アッパーアーム１０、１１側がピン１６、ビーム１９、ビーム回転用のピン２０によって主船体１の前側部分に結合される。
なお、右ロアアーム１２と左ロアアーム１３は、一体に形成してもよい。

すなわち、ビーム１９はＹ軸方向に延在し、この左右両端側に設けたブラケット１４に、Ｙ軸方向に沿うピン１６にてアッパーアーム１０、１１の後端部が揺動可能に連結される。ビーム１９の中央部分は、Ｘ軸方向に沿い、後端が主船体１の前側部分に取り付けられたビーム回転用のピン２０の前端側へＸ軸周りに揺動可能に支持される。ここで、ビーム１９およびビーム回転用のピン２０は、本体の主船体側に相当し、主船体１とともにその一部を構成する。

一方、ロアアーム１２、１３は、これらの後端側が左右フロート２を連結する連結部材２ａの左右位置に設けたブラケット１５にＹ軸方向に沿うピン１７に、Ｙ軸周りに揺動可能に連結される。
ロアアーム１２、１３の両前端部がアッパーアーム１０、１１の共通前端部を挟んだ状態で、これら前端部をＹ軸方向に沿うピン１８にて貫通させ、アッパーアーム１０、１１とロアアーム１２、１３とが、Ｙ軸周りに揺動可能に連結するようにしている。
これにより、主船体１はビーム回転用のピン２０を中心として、フロート２に対してＸ軸周りに揺動運動が可能となる。

なお、変形例にあっては、上記構成に代えて、アッパーアーム１０、１１は、これらの左右後端部を、ビーム１９およびＸ軸方向に延びるビーム回転用のピン２０を介在させることなく、主船体１の前側部分に設けた左右のブラケットにＹ軸方向に沿うピンで、Ｙ軸周りに揺動可能に連結する一方、ロアアーム１２、１３は、図３に示したのと同様のビームをＹ軸方向に沿わせてこの左右部位に設けたブラケットにＹ軸方向のピン１７でＹ軸周りに揺動可能に連結し、ビーム１９をフロート２の連結部材２ａに取り付けられてＸ軸方向に沿うビーム回転用のピン２０のＸ軸周りに揺動可能に連結するようにしてよい。
このように、フロート側に取り付けられてＸ軸方向に沿うピン周りにアーム機構全体を一体として揺動可能にするようにしてもよい。なお、この場合のピンおよびビームは、本発明のフロート側に相当し、フロート２および連結部材２ａ、２ｂとともにその一部を構成する。

上記説明から分かるように、変形例の船にあっては、主船体１をフロート２で支えるサスペンションの前後アーム機構に、上記構造のアーム機構を用いたので、前後アーム機構がヒーブとロールとピッチの各運動のみならず、好ましくないサージ運動も許容してしまうことになるが、実施例１の場合と同様に左右のアーム機構によりサージ運動を抑制するようにすれば、これら４つのアーム機構で構成される折り畳み式アーム機構は、実施例１と同様の効果を変形例の船も得ることができる。
さらに、Ｘ軸方向に沿うビーム回転用のピン２０を主船体側に設けるかフロート側に設けるかによって船のロールセンタの位置を容易に変えることが可能となる。

次に、本発明の実施例２に係る、サスペンションを介して主船体をフロートで支える船について、図４に基づいて説明する。
実施例２は、実施例１と同様の船において、サスペンションのうち一部のサスペンションの構造を実施例１のものとは異ならせてある。

すなわち、実施例２にあっては、図４に示すように、実施例１と同様のアーム機構５を船の前後に設けるものの、左右にはアーム機構５とは異なる構造の運動制御機構からなるアーム機構を設ける。
なお、船の後側のアーム機構、および右側の運動制御機構（左側の運動制御機構と同様の構成）は図を見やすくするため図４では省略しているが、後側のアーム機構は図１のアーム機構５と同じ構造のものを用い、右側のアーム機構には図４の左側のアーム機構をＸ軸に対称配置する。

実施例２の運動制御機構からなるアーム機構では、フロート２に垂直に立設されたイコライザー回転用のピン２４の周りに水平面上で揺動するイコライザー２３を設ける。イコライザー２３の一端を、ボールジョイント２５を介して主船体１の前端に第１アーム２１でボールジョイント２６を介して揺動可能につなぐ。
一方、イコライザー２３の他端は、主船体１の後端に第２アーム２２でボールジョイント２６を介して揺動可能につなぐ。

この構成により、左右の運動制御機構からなるアーム機構が、主船体１の上下方向のＺ軸方向の運動と左右方向のＹ軸周りの回転運動のみが許容されることになり、サージ運動は抑制されるが、スゥエイ運動が発生する。
さらに前後に実施例１と同様のアーム機構を配置した場合、必要なヒープ、ロール、ピッチの各運動のみがを許容でき、好ましくないスゥエイを抑制することができる。
したがって、実施例２においても、実施例１と同様の効果を得ることができる。

以上、本発明の実施態様につき、説明したが、本発明は上記実施例に限られない。
本発明の目的を達成することができる限り、上記各アーム機構から選択して上記で説明した構成と異なる組み合わせによる構成としてもよい。
また、上記実施例では、アーム機構のアッパーアームやロアアームを三角形状としたが、これらは三角形状に限られず、本発明の動き・機能を満足できる限り、三辺以上の多角形で構成するようにしてもよい。この場合、多角形の一辺をこの辺を揺動軸として主船体側および／またはフロート側に連結するようにしてもよい。そして、この一辺とは異なる辺の端部あるいは途中部分等にボールジョイントやピンで他方のアームと連結するようにしてもよい。

なお、上記実施例においては、アームはリンクに変えてもよく、したがって、本発明のアームは、アームだけでなくリンクを含むものである。

また、本発明の船にあっては、必ずしも、モーター・ジェネレータは必要ない。バネに加えて油圧ダンパーを追加したパッシブサスペンションを用いるようにしてもよい。
また、バネと、あるいは、バネを不要として、減衰力や高さを制御可能な油圧シリンダを用いた、セミアクティブサスペンションやアクティブサスペンションを用いるようにしてもよい。

ＭＧ モーター・ジェネレーター
１ 主船体
２ フロート
２ａ、２ｂ 左右フロートの連結部材
３ サスペンションのバネ
４ 運動方向変換機構
４ａ ラック
４ｂ ピニオン
５ 前方のアーム機構
６ 左側のアーム機構
７ 後方のアーム機構
８ 右側のアーム機構
９ ボールジョイント
１０ 左アッパーアーム
１１ 右アッパーアーム
１２ 右ロアアーム
１３ 左ロアアーム
１４ 主船体側のブラケット
１５ フロート側のブラケット
１６ ピン
１７ ピン
１８ ピン
１９ ビーム
２０ ビーム回転用のピン
２１ 第１アーム
２２ 第２アーム
２３ イコライザー
２４ イコライザー回転ピン
２５ アーム端のボールジョイント
２６ 主船体側のボールジョイント

Claims (5)

1. サスペンションを介して主船体をフロートで支える船において、
   前記サスペンションは、
   前後左右の異なる位置に配置されて、それぞれ前記主船体側に揺動可能に連結されたアッパーアームと、
   該アッパーアームに一端が相対揺動可能に連結され、他端が前記フロート側に搖動可能に連結されたロアアームとを有し、
   前記主船体と前記フロートとの相対変位の運動を、該運動の方向ごとに許容・抑制する方向を異ならせた複数のアーム機構を備え、
   前記主船体の前記フロートに対する運動をヒーブとロールとピッチの各運動を可能とし、サージ、スウェイ、ヨーの各運動を抑制する折り畳み式アーム機構とした、サスペンションを介して主船体をフロートで支える船。
2. 前記複数のアーム機構の少なくとも１つは、前記アッパーアームを三辺以上の多角形状とし、このうちの一辺を前記主船体側の左右方向または前後方向に沿わせて、該一辺まわりに揺動可能にし、
   また前記ロアアームを三辺以上の多角形状とし、このうちの一辺をフロート側の左右方向または前後方向に沿わせて、前記ロアアームの一辺まわりに揺動可能にし、前記両多角形状の前記一辺側とはそれぞれ異なる部位を揺動可能に連結するためにし、
   該異なる部位同士をボールジョイントで結合することを特徴とする、請求項１に記載のサスペンションを介して主船体をフロートで支える船。
3. 前記複数のアーム機構の少なくとも１つは、前記アッパーアームを三辺以上の多角形状とし、このうちの一辺を該一辺周りに前記主船体側に揺動可能に取り付け、
   また前記ロアアームを、三辺以上の多角形状とし、このうちの一辺が前記アッパーアームの前記一辺と並行となるように前記フロート側に揺動可能に取り付け、前記両多角形の前記一辺とはそれぞれ異なる部位が前記両一辺が平行に上下に運動するように前記アッパーアームと前記ロアアームとを揺動可能に連結し、
   前記両アームが一体で揺動して前記主船体のロールを可能とするように、前記両アームのうちの一方の前記一辺側を前記主船体または前記フロートに前後方向に沿うピンで揺動可能につないだことを特徴とする、請求項１に記載のサスペンションを介して主船体をフロートで支える船。
4. 前記複数のアーム機構の少なくとも１つは、前記ロアアームが、前記フロート側から垂直に立てたピンと、該ピンの軸周りに揺動可能なイコライザーとを有し、
   前記アッパーアームが、前記イコライザーの一端と前記主船体とにそれぞれ揺動可能に連結された第１アームと、
   前記イコライザーの他端と前記主船体の前記第１アームとは反対方向位置部分とにそれぞれ揺動可能に連結された第２アームと、
   を備えたことを特徴とする、請求項１に記載のサスペンションを介して主船体をフロートで支える船。
5. 前記折り畳み式アーム機構は，船の前後左右のアーム機構が同じ構造であるものの配置方向を異ならせるか、
   船の前後左右のアーム機構のうちの一部のアーム機構が他のアーム機構と異なる構造にするか、
   のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載のサスペンションを介して主船体をフロートで支える船。

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