JP5428584B2 - シャトルブーム式コンテナクレーンの耐震機構 - Google Patents

Description

本発明は、シャトルブーム式コンテナクレーンの耐震機構（免震機構、制振機構）に関するものである。

岸壁に設置されてコンテナの荷役に使用されるコンテナクレーンの一種に、シャトルブーム式コンテナクレーンがある（例えば、特許文献１参照）。

このシャトルブーム式コンテナクレーンは、岸壁に沿って走行する走行架台に支持されて、ブームがバドミントンの羽根（シャトル）のように海側と陸側の間を移動する構造のコンテナクレーンである。ブームが起伏する起伏ブーム式コンテナクレーンに比べて、コンテナクレーン全体の高さを低くできるという特長がある。

このようなシャトルブーム式コンテナクレーンの一例を図１〜図５に示す。図１はその全体構成図であり、図２〜図５は要部拡大図である。

図１（ａ）に側面図、図１（ｂ）に正面図、図１（ｃ）に部分側面図を示すように、このシャトルブーム式コンテナクレーン１０は、岸壁１に接岸した船舶２に対してコンテナ３の荷役を行うものであり、岸壁に沿って走行台車１１ｂにより走行する門型の走行架台（脚部）１１と、走行架台１１に支持されて海側と陸側の間を移動（前進、後退）するシャトルブーム１２と、シャトルブーム１２に懸架してコンテナ３の吊り上げ・吊り下げを行いながら移動するトロリ１３とを備えている。

なお、図１（ａ）は、シャトルブーム１２が海側に最も前進した状態を示しており、図１（ｃ）は、シャトルブーム１２が陸側に最も後退した状態を示している。

そして、図２は図１（ｂ）におけるＡ部の拡大図、図３は図１（ａ）におけるＢ部、Ｃ部の拡大図であり、シャトルブーム１２の移動のための走行機構を示している。

図２、図３に示すように、走行架台１１に設置されているブーム支持部材１１ａの上面に車輪２１が設置されているとともに、シャトルブーム１２の下面にレール２２が取り付けられており、車輪２１上をレール２２が滑走しながらシャトルブーム１２が移動（前進、後退）するようになっている。

また、図４は図１（ａ）におけるＤ部の近傍を示す拡大図、図５は図１（ａ）におけるＤ部の拡大斜視図であり、シャトルブーム１２の移動のための駆動機構を示している。

図４、図５に示すように、走行架台１１の上端部にドラム２３が設置されており、一端がシャトルブーム１２上面の海側の係留点２５ａに係留された海側ワイヤ２４ａと、一端がシャトルブーム１２上面の陸側の係留点２５ｂに係留された陸側ワイヤ２４ｂとをドラム２３で巻き取り／巻き離しすることによって、シャトルブーム１２を駆動している。なお、図５において、２６はドラム２３の駆動モータ、２７はその変速機であり、２８はドラム２３のブレーキである。

ちなみに、シャトルブーム１２の定常的な停止位置は、図１（ａ）に示した海側に最も前進した位置（最前進位置）と、図１（ｃ）に示した陸側に最も後退した位置（最後退位置）であり、シャトルブーム１２がこれらの停止位置（最前進位置、最後退位置）に位置した時は、ドラム２３にブレーキ２８を掛けて、シャトルブーム１２を固定している。

なお、図５においては、中心線ＣＬを挟んで左右対称になっているのだが、ここでは、対称になっている部分は図示していない。

このようなシャトルブーム式コンテナクレーンについて、その耐震性能を考える際に、これまで、コンテナクレーンの耐震技術（免震技術・制振技術）が多数提案されている。

例えば、特許文献２には、走行架台の下端部に位置する走行装置とその上方に位置する本体構造との間に免震装置（例えば、積層ゴム）を介在させる免震技術が提案されている。

また、特許文献３には、走行架台の構造体斜材に変位の自由度を持たせて、走行架台を柔軟な構造にする免震技術が提案されている。

また、特許文献４には、コンテナクレーンの機械室自体を制振用の質量とした制振装置を用いる制振技術が提案されている。

特開平０６−０９２４６５号公報 特開２００４−２１０５４６号公報 特開２００３−０１２２７５号公報 特開平０８−３２４９６７号公報

しかしながら、上記の特許文献２〜４に記載の耐震技術（免震技術・制振技術）は、ブームが起伏する起伏ブーム式コンテナクレーンを念頭においており、ブームが往復移動するシャトルブーム式コンテナクレーンに適用するには、以下のような問題がある。

まず、特許文献２に記載のような、走行装置と本体構造との間に免震装置を設置する免震技術を適用する場合であるが、シャトルブーム式コンテナクレーンは、ブーム（シャトルブーム）が走行架台に片持ち支持されているという構造上の制約があり、走行架台が強固な構造になることから、全体重量が起伏ブーム式コンテナクレーンの１．５〜２倍の重量になる。そのため、地震波の卓越振動周期（２秒程度）から免震させるために、固有周期を４秒程度に伸ばそうとすると、全体重量が大きいために、走行装置と本体構造との間に設置する免震装置のストロークを相当大きくする必要があり、実際的には適用することが難しい。

また、特許文献３に記載のような、走行架台を柔軟な構造にする免震技術を適用する場合であるが、走行架台に支持されてブームが往復移動することから、走行架台を強固な構造にする必要があるため、柔軟な構造にするのは難しく、免震効果があまり期待できない。

さらに、特許文献４のような、機械室自体を制振質量とする制振技術を適用する場合であるが、本来強固に固定されているべき機械室を地震時に揺動可能にするようにしているので、通常時に何かの拍子で機械室が揺動して、本来の機能を果たせなくなる危険性を内在している。すなわち、機械室は本来の機能であるクレーンの巻き上げ、トロリの横行等を行うことが必要であり、それらの機能は機械室からワイヤーロープを介して行っているのであるが、通常時に機械室を固定し地震時に破断する破断用部材が通常の荷役作業での振動等によって破断して、機械室が揺れ動き、それらのワイヤーロープも揺れ動くこととなり、本来の機能を果たせなくなることが想定される。したがって、実用的であるとは言い難い。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、シャトルブーム式コンテナクレーンの耐震性能を的確に向上させることができるシャトルブーム式コンテナクレーンの耐震機構（免震機構・制振機構）を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

［１］岸壁に沿って走行する走行架台と、該走行架台に支持されて海側と陸側の間を移動するシャトルブームを備えたシャトルブーム式コンテナクレーンにおける耐震機構であって、通常時は、所定の停止位置に位置した時に拘束手段によって拘束されているシャトルブームについて、地震検知手段からの地震発生情報に基づいて、シャトルブームに対する前記拘束手段による拘束を解除することを特徴とするシャトルブーム式コンテナクレーンの耐震機構。

［２］シャトルブームが所定の停止位置に位置した時にシャトルブームに連結するようにバネ要素とダンパー要素を設置して、シャトルブームとバネ要素とダンパー要素で制振装置を構成しておき、地震検知手段からの地震発生情報に基づいて、シャトルブームに対する前記拘束手段による拘束を解除して、前記シャトルブームとバネ要素とダンパー要素で構成された制振装置を作動させることを特徴とする前記［１］に記載のシャトルブーム式コンテナクレーンの耐震機構。

［３］前記ダンパー要素の減衰係数が可変になっていて、地震力検出手段からの地震力情報に基づいて、前記ダンパー要素の減衰係数を調整することを特徴とする前記［２］に記載のシャトルブーム式コンテナクレーンの耐震機構。

［４］地震検知手段からの地震発生情報に基づいて、シャトルブームに対する前記拘束手段による拘束を解除するとともに、地震力検出手段からの地震力情報に基づいて、地震力を打ち消す力をシャトルブームに付与することを特徴とする前記［１］に記載のシャトルブーム式コンテナクレーンの耐震機構。

本発明においては、シャトルブーム式コンテナクレーンの耐震性能を的確に向上させることができる。

シャトルブーム式コンテナクレーンの全体構成図である。 シャトルブーム式コンテナクレーンの部分拡大図である。 シャトルブーム式コンテナクレーンの部分拡大図である。 シャトルブーム式コンテナクレーンの部分拡大図である。 シャトルブーム式コンテナクレーンの部分拡大図である。 本発明の実施形態１を示す図である。 本発明の実施形態２を示す図である。 本発明の実施形態３を示す図である。 本発明の実施形態３を示す図である。 本発明の実施形態３を示す図である。 本発明の実施形態３を示す図である。 本発明の実施形態４を示す図である。 本発明の実施形態４を示す図である。 本発明の実施形態を用いた制御モデルを示す図である。

本発明の基本的な考え方は、シャトルブーム式コンテナクレーンの耐震性能を的確に向上させるために、常時は、所定の停止位置に位置した時に拘束手段（ブレーキ）によって拘束・固定されているシャトルブームについて、地震発生時に、そのブレーキを解除して、シャトルブーム自体を免震要素・制振要素（免震質量・制振質量）として機能させるようにしたものである。

したがって、本発明においては、前記特許文献２に記載の免震技術を適用しようとした場合のような、シャトルブーム式コンテナクレーンの全体重量が重いことによる問題や、前記特許文献３に記載の免震技術を適用しようとした場合のような、シャトルブーム式コンテナクレーンの走行架台が強固な構造であることによる問題は生じない。

また、もともとシャトルブームは適宜ブレーキを解除して移動することを前提にしているので、前記特許文献４に記載の制振技術のような、本来強固に固定しておくべき機械室を揺動可能にすることによって生じる問題は回避される。

以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて述べる。

まず、本発明の実施形態において対象とするシャトルブーム式コンテナクレーンは、前述の図１〜図５に示したものである。したがって、ここでの説明は省略する。

なお、図１（ａ）に示すように、走行架台１１の下端部と、シャトルブーム１２の下面に、それぞれ地震検知センサ９１、９２が取り付けられている。地震検知センサ９１、９２としては、速度センサあるいは加速度センサが用いられる。また、必要に応じて、地震検知センサ（速度センサ、加速度センサ）９１、９２を地震力検出センサとして地震力の検出にも使用する。

［実施形態１］
本発明の実施形態１を図６に示す。

前述したように、通常時は、シャトルブーム１２は、所定の停止位置（最前進位置、最後退位置）に位置した時にブレーキ２８によって固定されているが、この実施形態１においては、図６に示すように、地震検知センサ９１、９２から地震検知信号が発せられると、ブレーキ２８を解除して、シャトルブーム１２が揺動できるようにしている。

このシャトルブーム１２の揺動によって、シャトルブーム式コンテナクレーン１０に作用する地震力を受け流すようにしている。すなわち、シャトルブーム１２自体を免震装置として利用している。

［実施形態２］
本発明の実施形態２を図７に示す。

この実施形態２においては、図７に示すように、走行架台１１に設置されているブーム支持部材１１ａの上面に、一端が連結用台車３２に接続し他端がブーム支持部材１１ａに固定されたバネ３３およびダンパー３４を配置するとともに、シャトルブーム１２にラッチシリンダ３１を取り付ける。その際、シャトルブーム１２が所定の停止位置（最前進位置、最後退位置）に位置した時に、ラッチシリンダ３１が連結用台車３２に連結するようにしておく。なお、図７中の３５は、連結用台車３２の位置を微調整して固定するための固定シリンダである。

これによって、シャトルブーム１２が所定の停止位置に位置した時に、ラッチシリンダ３１と連結用台車３２が連結して、シャトルブーム１２（制振質量）とバネ３３とダンパー３４による制振装置（動吸振器）が形成される。

そして、地震検知センサ９１、９２から地震検知信号が発せられると、シャトルブーム１２のブレーキ２８を解除するとともに、固定シリンダ３５を連結用台車３２から切り離して、シャトルブーム１２とバネ３３とダンパー３４による制振装置を作動させる。

これによって、シャトルブーム式コンテナクレーン１０に作用する地震力に対して、パッシブ制御を行うことになる。

なお、上記において、ダンパー３４の減衰係数を可変にしておき、地震力検出センサ９１、９２が検出した地震力情報に応じて、ダンパー３４の減衰係数を調整するようにしてもよい。

これによって、シャトルブーム式コンテナクレーン１０に作用する地震力に対して、セミアクティブ制御を行うことができる。

［実施形態３］
本発明の実施形態３を図８〜図１１に示す。

この実施形態３は、シャトルブーム１２を制振質量として、電動モータ（発電機）と電気回路、あるいは、油圧モータと油圧回路を用いて制振制御を行うものである。

図８（ａ）に側面図、図８（ｂ）に横断面を示すように、シャトルブーム１２の下面にラック４１を取り付けるとともに、走行架台１１に設置されているブーム支持部材１１ａの上面にピニオン４２を設置する。その際、シャトルブーム１２が所定の停止位置（最前進位置、最後退位置）に位置した時に、ラック４１とピニオン４２が噛み合うようにしておく。

そして、ピニオン４２に制御装置４３を接続しておく。その制御装置４３は、図９（ａ）に示すような、変速機４４ａと発電機（電動モータ）４５ａと電気回路４６ａによる制御装置４３ａか、図９（ｂ）に示すような、変速機４４ｂと油圧モータ４５ｂと油圧回路４６ｂによる制御装置４３ｂである。なお、制御装置４３ａ、４３ｂにはクラッチ４７ａ、４７ｂが設けられており、制御装置４３ａ、４３ｂを作動させたい時に、クラッチ４７ａ、４７ｂを繋ぐようになっている。

そして、図１０は、図９（ａ）に示した、発電機（電動モータ）４５ａと電気回路４６ａによる制御装置４３ａを用いる場合の制御状態を示す図であり、図１０（ａ）は、電気回路のバネ要素とダンパー要素によってパッシブ制御を行う場合、図１０（ｂ）は、そのダンパー要素を可変にしてセミアクティブ制御を行う場合、図１０（ｃ）は、地震力を打ち消すように電動モータを駆動してアクティブ制御を行う場合である。

同様に、図１１は、図９（ｂ）に示した、油圧モータ４５ｂと油圧回路４６ｂによる制御装置４３ｂを用いる場合の制御状態を示す図であり、図１１（ａ）は、油圧回路のバネ要素とダンパー要素によってパッシブ制御を行う場合、図１１（ｂ）は、そのダンパー要素を可変にしてセミアクティブ制御を行う場合、図１１（ｃ）は、地震力を打ち消すように油圧モータを駆動してアクティブ制御を行う場合である。

これによって、この実施形態３においては、地震検知センサ９１、９２から地震検知信号が発せられると、シャトルブーム１２のブレーキ２８を解除するとともに、クラッチ４７ａ、４７ｂを繋いで、制御装置４３ａ、４３ｂを作動させる。その際に、セミアクティブ制御またはアクティブ制御を行う場合は、地震力検出センサ９１、９２が検出した地震力情報を制御装置４３ａ、４３ｂに取り込んで制御を行う。

このようにして、この実施形態３では、電気回路または油圧回路による制振を行うので、機械的な制振装置に比べて、安全性と信頼性を向上させることができる。

［実施形態４］
本発明の実施形態４を図１２〜図１３に示す。

この実施形態４は、シャトルブーム１２を制振質量として、油圧シリンダと油圧回路によって制振を行うものである。

図１２に示すように、走行架台１１に設置されているブーム支持部材１１ａの上面に、連結用台車５２に連結した油圧シリンダ５３を設置するとともに、シャトルブーム１２にラッチシリンダ５１を取り付ける。その際、シャトルブーム１２が所定の停止位置（最前進位置、最後退位置）に位置した時に、ラッチシリンダ５１が連結用台車５２に連結するようにしておく。

そして、油圧シリンダ５３に制御回路５４を接続しておく。その制御回路５４は油圧回路によるものである。

図１３は、図１２に示した、油圧シリンダ５３と油圧回路５４による制振制御を行う場合の制御状態を示す図であり、図１３（ａ）は、油圧回路のバネ要素とダンパー要素によってパッシブ制御を行う場合、図１３（ｂ）は、そのダンパー要素を可変にしてセミアクティブ制御を行う場合、図１３（ｃ）は、油圧シリンダを駆動してアクティブ制御を行う場合である。

これによって、この実施形態４においては、地震検知センサ９１、９２から地震検知信号が発せられると、シャトルブーム１２のブレーキ２８を解除して、油圧シリンダ５３と油圧回路５４を作動させる。その際に、セミアクティブ制御またはアクティブ制御を行う場合は、地震力検出センサ９１、９２が検出した地震力情報を油圧回路５４に取り込んで制御を行う。

このようにして、この実施形態４では、油圧回路による制振を行うので、機械的な制振装置に比べて、安全性と信頼性を向上させることができる。

（制御モデル）
上記のような本発明の実施形態１〜４をシャトルブーム式コンテナクレーン１０に適用する際の制御モデルの一例を図１４に示す。シャトルブーム１２を質量にした制振機構に、走行架台（脚部）１１の質量と等価剛性（バネ要素）ｋ１とダンパー要素Ｃ１を結合したものである。

図１４（ａ）は、シャトルブーム１２の質量とバネ要素ｋとダンパー要素Ｃによってパッシブ制御を行う場合、図１３（ｂ）は、そのダンパー要素Ｃを可変にしてセミアクティブ制御を行う場合、図１３（ｃ）は、アクチュエータ（電動モータ４５ａ、油圧モータ４５ｂ、油圧シリンダ５３）を駆動してアクティブ制御を行う場合である。

このようにして、本発明の実施形態１〜４においては、シャトルブーム式コンテナクレーン１０の耐震性能を的確に向上させることができる。

なお、上記の実施形態１〜４においては、シャトルブーム１２の駆動機構として、ドラム２３とワイヤ２４ａ、２４ｂを用いているが、それに替えて、ラック−ピニオン方式としてもよい。その場合には、駆動機構としてのラックとピニオンを、上記の実施形態３におけるラック４１とピニオン４２として用いることができる。

また、上記の実施形態１〜４においては、シャトルブーム式コンテナクレーン１０に設置した地震検知センサ９１、９２によって地震検知を行っているが、地上側設備の地震計や緊急地震速報の情報を無線ＬＡＮや光ケーブル等の通信手段によってシャトルブーム式コンテナクレーン１０側に取り込むことで地震検知を行うようにしてもよい。

また、上記の実施形態１〜４においては、いったん地震が発生すれば、その耐震機構（免震機構、制振機構）を継続して作動させることを念頭においているが、場合によっては、ブレーキ２８あるいはクラッチ４７ａ、４７ｂをＯＮ／ＯＦＦして、耐震機構（免震機構、制振機構）を断続的に作動させるようにしてもよい（ＯＮ／ＯＦＦ制御）。

また、特許文献２に記載の免震装置（積層ゴム）を、図１に示す走行架台１１と走行台車１１ｂとの間に付加してもよい。

１ 岸壁
２ 船舶
３ コンテナ
１０ シャトルブーム式コンテナクレーン
１１ 走行架台（脚部）
１１ａ ブーム支持部材
１１ｂ 走行台車
１２ シャトルブーム
１３ トロリ
２１ 車輪
２２ レール
２３ ドラム
２４ａ ワイヤ（海側）
２４ｂ ワイヤ（陸側）
２５ａ 係留点（海側）
２５ｂ 係留点（陸側）
２６ 駆動モータ
２７ 変速機
２８ ブレーキ
３１ ラッチシリンダ
３２ 連結用台車
３３ バネ
３４ ダンパー
３５ 固定シリンダ
４１ ラック
４２ ピニオン
４３ 制御装置
４３ａ 電気回路による制御装置
４３ｂ 油圧回路による制御装置
４４ａ 変速機
４４ｂ 変速機
４５ａ 発電機（電動モータ）
４５ｂ 油圧モータ
４６ａ 電気回路
４６ｂ 油圧回路
４７ａ クラッチ
４７ｂ クラッチ
５１ ラッチシリンダ
５２ 連結用台車
５３ 油圧シリンダ
５４ 制御回路（油圧回路）

Claims (4)

1. 岸壁に沿って走行する走行架台と、該走行架台に支持されて海側と陸側の間を移動するシャトルブームを備えたシャトルブーム式コンテナクレーンにおける耐震機構であって、通常時は、ブレーキによって停止位置に拘束されているシャトルブームについて、地震検知手段からの地震発生情報に基づいて、シャトルブームに対する前記ブレーキによる拘束を解除することを特徴とするシャトルブーム式コンテナクレーンの耐震機構。
2. シャトルブームが所定の停止位置に位置した時にシャトルブームに連結するようにバネ要素とダンパー要素を設置して、シャトルブームとバネ要素とダンパー要素で制振装置を構成しておき、地震検知手段からの地震発生情報に基づいて、シャトルブームに対する前記ブレーキによる拘束を解除して、前記シャトルブームとバネ要素とダンパー要素で構成された制振装置を作動させることを特徴とする請求項１に記載のシャトルブーム式コンテナクレーンの耐震機構。
3. 前記ダンパー要素の減衰係数が可変になっていて、地震力検出手段からの地震力情報に基づいて、前記ダンパー要素の減衰係数を調整することを特徴とする請求項２に記載のシャトルブーム式コンテナクレーンの耐震機構。
4. 地震検知手段からの地震発生情報に基づいて、シャトルブームに対する前記ブレーキによる拘束を解除するとともに、地震力検出手段からの地震力情報に基づいて、地震力を打ち消す力をシャトルブームに付与することを特徴とする請求項１に記載のシャトルブーム式コンテナクレーンの耐震機構。

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