JP5576981B2 - 投揚錨装置 - Google Patents

Description

本発明は、船舶の投揚錨装置に関し、特に投錨の際の錨鎖の送り長（投錨長）が目標投錨長に到達するまで目標投錨速度に追従した投錨速度で投錨することが可能な投揚錨装置に関する。

船舶には一般的に投揚錨を行う投揚錨装置が設置されている。投揚錨装置は、沖合の海域で船舶が停泊する際や、桟橋や岸壁などの接岸施設に船舶が接岸する際に、風波や潮流などによる環境外力下であっても係留可能とする目的で使用されている。投揚錨装置は、錨（アンカー；Anchor）、錨鎖（アンカーチェーン；Anchor chain）、揚錨機（ウインドラス； Windlass）、錨鎖を舷外に出す錨鎖孔（ホーズパイプ；Hawse pipe）、錨鎖の送り出しを抑止する制鎖器（チェーンコンプレッサー；Chain compressor）、錨鎖を格納する錨鎖庫（チェーンロッカー；Chain locker）、揚錨機の鎖車から錨鎖庫に錨鎖を誘導する錨鎖管（チェーンパイプ；Chain pipe）などを備えて構成されている。なお、揚錨機として、従来より手動ブレーキによる投錨が主に行われているが、乗組員がブレーキ操作に熟練していなければ円滑な投錨とならないので、投揚錨装置による投錨作業の自動化が求められている。

例えば、特許文献１には、錨鎖が巻き掛けられる鎖車（チェーンホイル；Chain wheel）を駆動する油圧モータにブレーキを設けるとともに、該油圧モータに制御バルブを設けて、鎖車の回転数（すなわち、錨鎖の送り長）を計数した結果に基づいて該ブレーキの制動又は該制御バルブを自動投錨速度制御する揚錨機が開示されている。なお、この自動投錨速度制御の具体的な内容としては、鎖車の軸回転数がロータリーエンコーダによって計測され、その計測された回転数が所定の設定値となるまで比較演算されることが例示されている。

特開平９−２４９３９１号公報

特許文献１に開示されている揚錨機は、鎖車の回転数を計数して得られる錨鎖の送り長に基づいてブレーキによる鎖車の制動を自動投錨速度制御している。つまり、特許文献１の揚錨機は、錨が海底に到達するまでの落下（投錨）の過程を錨鎖の送り長のパラメータのみで判別しているにすぎず、このため、例えば錨鎖の送り長が所定の目標投錨長に到達することにより錨鎖の巻揚げが終了した時又は投錨が終了した時を判別して、油圧モータの回転を停止させるようブレーキをかける単純な制御しか実施できない。

揚錨機の受ける機械的な衝撃などに鑑みれば、錨及び錨鎖を所定の目標投錨速度に従って落下させることが好ましいところ、特許文献１の揚錨機では、このように目標投錨速度に従って落下させることが困難という問題があった。また、ブレーキなどの機械系の応答性（時間遅れ）の影響を受けて錨鎖の送り長にはバラツキが生じやすく、このため、ブレーキによる鎖車の制動が不安定になりやすいという問題もあった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的は、投錨の際の錨鎖の送り長（投錨長）が目標投錨長に到達するまで目標投錨速度に追従した投錨速度で投錨することが可能な投揚錨装置を提供することにある。

前記の課題を解決するために、本発明のある形態に係る投揚錨装置は、錨鎖が巻き掛けられる鎖車と、前記鎖車の回転を制動するブレーキ機構と、前記鎖車の実回転速度を計測する回転速度計測手段と、前記錨鎖の目標投錨速度を設定する設定手段と、前記ブレーキ機構を駆動する油圧アクチュエータを含み、該油圧アクチュエータに供給される圧力油の圧力に応じて前記ブレーキ機構の制動力を調節する制動力調節機構と、前記回転速度計測手段により計測された前記鎖車の実回転速度が前記設定手段により設定された前記目標投錨速度に追従するように、前記油圧アクチュエータに供給する圧力油の圧力を制御するように前記制動力調節機構に指令電圧を出力する制御手段と、を備え、投錨開始までに前記制動力調節機構への前記指令電圧のバイアス値を決定するために、前記錨鎖の投錨速度が所定の初期速度となるまで前記指令電圧の電圧値を漸次増加させ、前記錨鎖の投錨速度が前記初期速度以上となったときの前記指令電圧の電圧値を前記指令電圧のバイアス値として決定する指令電圧バイアス決定手段をさらに備える。

前記構成によれば、鎖車の回転数（すなわち、錨鎖の送り長）ではなく鎖車の回転速度に基づいて、鎖車の実回転速度が目標投錨速度に追従するように鎖車の回転を制動することができ、これにより錨鎖を所望の投錨速度で落下させることが可能となる。

しかも、前記構成によれば、制動力調節機構へ与える指令電圧のバイアス値を錨鎖が所定の投錨速度で動き始める指令値を基準として決定するので、投錨長やブレーキライニング（brake lining）の摩耗等の外部要因の影響を低減することができ、制動力調節機構によるブレーキ機構の調節を安定化させることができる。

また、錨鎖が巻き掛けられる鎖車と、前記鎖車の回転を制動するブレーキ機構と、前記鎖車の実回転速度を計測する回転速度計測手段と、前記錨鎖の目標投錨速度を設定する設定手段と、前記ブレーキ機構を駆動する油圧アクチュエータを含み、該油圧アクチュエータに供給される圧力油の圧力に応じて前記ブレーキ機構の制動力を調節する制動力調節機構と、前記回転速度計測手段により計測された前記鎖車の実回転速度が前記設定手段により設定された前記目標投錨速度に追従するように、前記油圧アクチュエータに供給する圧力油の圧力を制御するように前記制動力調節機構に指令電圧を出力する制御手段と、を備え、前記指令電圧がＰＷＭ信号成分を含むものであって、前記ＰＷＭ信号の振幅が、前記ブレーキ機構の制動力と前記指令電圧との関係において存在するヒステリシスのヒステリシス幅より大きく、前記ＰＷＭ信号の中心電圧が、前記振幅が前記ヒステリシス幅を完全に跨ぐように設定される、としてもよい。

前記構成によれば、鎖車の回転速度に基づいて、鎖車の実回転速度が目標投錨速度に追従するように鎖車の回転を制動することができ、これにより錨鎖を所望の投錨速度で落下させることが可能となる。しかも、前記ブレーキ機構の制動力と前記指令電圧との関係において存在するヒステリシスのヒステリシス幅を超える振幅の指令電圧が制動力調節機構へ入力されるため、制動力の制御において、このヒステリシスをキャンセルすることができる。

また、錨鎖が巻き掛けられる鎖車と、前記鎖車の回転を制動するブレーキ機構と、前記鎖車の実回転速度を計測する回転速度計測手段と、前記錨鎖の目標投錨速度を設定する設定手段と、前記ブレーキ機構を駆動する油圧アクチュエータを含み、該油圧アクチュエータに供給される圧力油の圧力に応じて前記ブレーキ機構の制動力を調節する制動力調節機構と、前記回転速度計測手段により計測された前記鎖車の実回転速度が前記設定手段により設定された前記目標投錨速度に追従するように、前記油圧アクチュエータに供給する圧力油の圧力を制御するように前記制動力調節機構に指令電圧を出力する制御手段と、を備え、前記設定手段は、目標投錨長をさらに設定可能であり、投錨開始からの経過時間を計測する投錨時間計測手段と、前記投錨時間計測手段により計測された投錨時間と前記目標投錨速度とに基づいて前記鎖車から送り出された前記錨鎖の実投錨長を算出する投錨長算出手段と、前記目標投錨速度と前記目標投錨長と予め設定される減速度に基づいて前記鎖車から送り出された前記錨鎖の減速開始投錨長を算出する減速開始投錨長算出手段と、をさらに備え、前記制御手段は、前記実投錨長が前記減速開始投錨長に到達した場合、前記実回転速度が前記減速度に応じて減速するように、前記油圧アクチュエータに供給する圧力油の圧力を制御するように前記制動力調節機構に指令電圧を出力する、としてもよい。

前記構成によれば、鎖車の回転速度に基づいて、鎖車の実回転速度が目標投錨速度に追従するように鎖車の回転を制動することができ、これにより錨鎖を所望の投錨速度で落下させることが可能となる。しかも、投錨時間と目標投錨速度とに基づいて錨鎖の実投錨長（送り長）を速度制御の過程で逐次把握することができる。また、錨鎖の実投錨長が目標投錨長に到達する前に（実投錨長が減速開始投錨長に到達した後に）、鎖車の実回転速度が減速度に応じて減速するように鎖車の回転を制動することができ、これにより、錨が着底した際に船舶に与えられる機械的な衝撃を抑制することが可能となる。

前記投揚錨装置において、前記設定手段は、前記目標投錨速度を経時的に設定可能である、としてもよい。

前記構成によれば、よりきめ細やかに投錨を行うことが可能となる。

本発明によれば、投錨の際の錨鎖の送り長（投錨長）が目標投錨長に到達するまで目標投錨速度に追従した投錨速度で投錨することが可能な投揚錨装置を提供することができる。

図１は本発明の実施の形態に係る投揚錨装置の全体構成例を示した図である。 図２は本発明の実施の形態におけるブレーキ付駆動装置の制動力調節機構の一例を示した図である。 図３は本発明の実施の形態における制動力調節機構の油圧系統例を示した図である。 図４は本発明の実施の形態における制動力調節機構の油圧系統の変形例を示した図である。 図５は本発明の実施の形態に係る投揚錨装置の自動投錨速度制御の動作例を示すフローチャートである。 図６は本発明の実施の形態における投錨開始前に制動力調節機構への指令電圧のバイアス値を得る自動インチング制御の動作例を示すフローチャートである。 図７ａは本発明の実施の形態におけるブレーキ機構の制動力と制動力調節機構への指令電圧との関係において存在するヒステリシスを示した図である。 図７ｂは本発明の実施の形態におけるＰＷＭ（パルス幅変調）信号を示した図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、特に言及しない場合にはその重複する説明を省略する。

[投揚錨装置の全体構成例]
図１は、本発明の実施の形態に係る投揚錨装置の全体構成例を示した図である。図１に示す投揚錨装置１は、錨７と、錨７を一端に結び付けた錨鎖３と、船舶１０の甲板５上に設置された揚錨機２と、錨鎖３を投錨の際に舷外に送り出すための錨鎖孔１２と、揚錨機２と錨鎖孔１２との間に設けられて錨鎖３が船舶１０の係留中に送り出されることを抑止する制鎖器１４と、甲板５下の空間を利用して錨鎖３を格納する錨鎖庫１６と、揚錨機２の鎖車２１から錨鎖庫１６に向けて錨鎖３を誘導する錨鎖管１８と、を備えている。さらに、投揚錨装置１は、揚錨機２の鎖車２１を駆動するとともに鎖車２１の回転に対する制動力を調節可能な制動力調節機構３０と、揚錨機２の鎖車２１の回転速度（単位時間あたりの回転数）を計測する回転速度計測器２２と、回転速度計測器２２により計測された鎖車２１の回転速度に基づいて制動力調節機構３０を制御する制御装置１００とを備えている。

回転速度計測器２２は、タコメータのように回転速度を直接的に計測可能な計器のみならず、回転数センサや回転子位置センサなどから得られた計測結果から回転速度を間接的に求めることが可能な計器であってもよい。回転速度計測器２２によって計測される単位は、例えば、回転毎分（ｒｐｍ; rotation per minute）、回転毎秒（ｒｐｓ; rotation per second）、ラジアン毎秒（ｒａｄ／ｓｅｃ; radian per second）である。回転速度計測器２２は、鎖車２１の回転軸の端部に設けられるが、この位置に限定されるものではなく、例えば、鎖車２１の回転速度を計測可能な位置（例えば、後述のブレーキドラム５０の回転軸５１上）であれば何処でもよい。

制御装置１００は、制御器１０１（ＣＰＵ、ＤＳＰ、マイクロコントローラ、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）、論理回路など）と、記憶器１０２（ＲＯＭ、ＲＡＭなど）と、入力装置（キーボード、マウス、タッチパネルなど）１０３と、出力装置（ディスプレイなど）１０４と、を備えた情報処理装置として実現される。なお、制御装置１００は制御器１０１及び記憶器１０２のみを具備しており、制御装置１００をパーソナルコンピュータなどの端末装置と通信可能に接続して、該端末装置が備える入力装置及び出力装置を利用するように実現されてもよい。なお、制御装置１００は、互いに協働して分散制御する複数の制御器１０１を備えて構成されてもよい。

また、制御装置１００は、回転速度計測器２２により計測された揚錨機２の鎖車２１の回転速度を取得するために、信号入力インタフェースや信号変換器などの部品をさらに備えている。さらに、制御装置１００は、制動力調節機構３０の油圧系統に含まれる後述の電磁リリーフ弁３６又は電磁減圧弁３８に対してその開度指令値を電気信号（例えば、指令電圧）として伝達するために、信号変換器や信号出力インタフェースなどの部品をさらに備えている。

また、制御装置１００は、後述の投錨時間を計測する目的で、制御器１０１が具備するソフトウェアタイマやハードウェアタイマを利用してもよいし、これらのタイマを制御器１０１とは独立して設けるようにしてもよい。

また、制御装置１００は、後述の投錨長を算出する目的で、制御器１０１が具備する積分器や乗算器を利用してもよいし、これらの演算器を制御器１０１とは独立して設けるようにしてもよい。

[制動力調節機構の構造例]
図２は、本発明の実施の形態における制動力調節機構の一例を示した図である。なお、図２の説明で用いる方向の概念は、船長方向を前後方向とし、船舶１０の幅方向を左右方向とし、船舶１０の高さ方向を上下方向とする。したがって、図２は制動力調節機構３０の左側面図を表している。

図２に示すように、制動力調節機構３０は、船舶１０の甲板５上に設置された基台４１と、基台４１から前後方向（水平方向）に所定の間隔で上方向にそれぞれ延設されているブラケット４１ａ及びブラケット４１ｂと、ブラケット４１ａ及びブラケット４１ｂによって前後方向（水平方向）と平行となるように支持されるアクチュエータ支持部材４２と、ブラケット４１ａ及びアクチュエータ支持部材４２の結合部分（４２ａ）から上方向（垂直方向）に支持されるバンド支持部材４３と、長手方向が上下方向と平行になるように、下方向側（油圧アクチュエータ４０の圧力油供給側）にあるシリンダボトム部４０ａがアクチュエータ支持部材４２の中央部と結合されている油圧アクチュエータ４０と、油圧アクチュエータ４０の上方向側（ピストンロッド４０１側）にあるシリンダヘッド部４０ｂの上下方向の伸縮と連動して後述の連結点４５ｂを支点として後述の棹状部材４８及び後述のブラケット４７とともに回動可能となるよう構成されたレバー部材４５と、その回転軸５１が鎖車２１の回転軸２１ａと連結されているブレーキドラム５０と、ブレーキドラム５０の外周を取り囲むとともにブレーキドラム５０が露出する空隙部を有するブレーキバンド５２と、ブレーキバンド５２の一端側に設けられ、バンド支持部材４３の一端と結合されるブラケット４６と、ブレーキバンド５２の他端側に設けられ前記空隙部を介してブラケット４６と互いに対向するブラケット４７と、その一端はレバー部材４５と連結され、その他端側に設けられた固定部４８ａがブラケット４７と連結されている棹状部材４８と、を備えている。

油圧アクチュエータ４０は、その筐体内で上下方向に摺動可能なピストン４００及びピストンロッド４０１と、ピストン４００及びピストンロッド４０１を油圧アクチュエータ４０の圧力油供給側に付勢する螺旋状のスプリング４０２と、を備えている。つまり、油圧アクチュエータ４０は、その筐体内に供給された圧力油による上方向への圧力と、スプリング４０２による下方向への付勢力との関係に応じて、ピストン４００及びピストンロッド４０１を上下方向に伸縮自在となるように構成されている。なお、油圧アクチュエータ４０の筐体内は、ピストンロッド４０１を収容するロッド側油室４０１ａと、ピストンロッド４０１を収容しないピストン側油室４００ａとに区画されている。

ブレーキドラム５０は揚錨機２の鎖車２１と同軸であるので、鎖車２１と同期して回転する。なお、ブレーキドラム５０及び鎖車２１を回転させるモータとしては油圧モータ及び電気モータ（いずれも図示せず）のいずれでもよい。ブレーキドラム５０の外周を取り囲むブレーキバンド５２は、ブレーキドラム５０の回転を制動可能とするように帯状の摩擦材が表面に貼付されている。なお、揚錨機２の鎖車２１を駆動する油圧モータ及び電気モータの回転子の外周を取り囲むようにブレーキバンド５２が設置されていてもよい。

前述の構造により、制動力調節機構３０は、つぎのような動作を行う。まず、油圧アクチュエータ４０の筐体内に圧力油が供給されない場合（通常の場合）、ピストン４００及びピストンロッド４０１は、スプリング４０２の弾発力によって油圧アクチュエータ４０の圧力油供給側に付勢されている。また、ブレーキドラム５０に対してブレーキバンド５２が完全に締め付けられた状態となり、ブレーキドラム５０及び鎖車２１の回転が停止する。

一方、油圧アクチュエータ４０の筐体内（ピストン側油室４００ａ）に圧力油が供給された場合（加圧時の場合）、ピストン４００及びピストンロッド４０１は圧力油の圧力によって上方向へと伸長していき、これにより、レバー部材４５は、バンド支持部材４３、レバー部材４５、及びブラケット４６の連結点４５ｂを支点として時計回りに回動する。これに伴って、棹状部材４８は、ブレーキドラム５０に対するブレーキバンド５２による締め付けを解除する方向（図２の例では右斜め下方向）に作動する。このとき、ブレーキドラム５０及び鎖車２１の回転速度が上昇を開始する。また、ピストン４００及びピストンロッド４０１の伸長度合に応じたブレーキバンド５２による締め付け力を変化させることにより、ブレーキドラム５０及び鎖車２１の回転速度が調整される。

[制動力調節機構の油圧系統例]
図３は、本発明の実施の形態における制動力調節機構の油圧系統例を示した図である。

図３に示す油圧系統では、油圧ポンプから油圧アクチュエータへの圧力油の流入量がオーバーフローの状態を前提として余剰流量を調整することで間接的に油圧アクチュエータへの圧力油の流入量を決定するという、いわゆるブリードオフ回路が構築されている。なお、ブリードオフ回路を実現するために、油圧アクチュエータ４０への圧力油供給側には揚錨機２の鎖車２１の回転速度の計測結果（回転速度計測器２２の出力）を表す電気信号のレベルに比例して開閉する電磁リリーフ弁３６が設けられて、電磁リリーフ弁３６の開閉度合に応じて油圧アクチュエータ４０へ供給される圧力油の圧力が調整される。なお、前述のとおり、油圧アクチュエータ４０のピストンロッド４０１の伸縮が、ブレーキドラム５０の外周を取り囲むブレーキバンド５２の締め付け度合と関連付けられているので、油圧アクチュエータ４０へ供給される圧力油の圧力が電磁リリーフ弁３６によって任意に調整されることによって、ブレーキバンド５２による制動力が任意に調節される。

図３に示す油圧系統の構成を具体的に説明する。図３に示す油圧系統は、作動油を貯蔵する油タンク３１と、ブレーキバンド５２と連結されたピストンロッド４０１を伸縮させる油圧アクチュエータ４０と、油タンク３１から油圧アクチュエータ４０のピストン側油室４００ａの圧力油供給口へと作動油を供給する油供給管路３０１と、油圧アクチュエータ４０のロッド側油室４０１ａの圧力油排出口から油タンク３１へと作動油を排出する油排出管路３０２と、を備えている。

また、油供給管路３０１の配管系統上には、油タンク３１から作動油を吸い上げてその作動油を圧力油に変えて吐出する油圧ポンプ３２と、油圧ポンプ３２から吐出された圧力油の流量を一定とするよう調整する流量調整弁（３４，３５）と、油圧ポンプ３２と流量調整弁（３４，３５）との間に設けられ圧力油の流れを一方向に制限するチェック弁（逆止弁）３３と、油供給管路３０１のうち流量調整弁（３４，３５）と油圧アクチュエータ４０のピストン側油室４００ａとの間を接続する配管から分岐されて油タンク３１へと至るブリードオフ管路３０３と、ブリードオフ管路３０３の配管系統上に設けられて流用調整弁（３４，３５）から油圧アクチュエータ４０へ供給される圧力油の全部又は一部を油タンク３１へと戻す電磁リリーフ弁３６と、油供給管路３０１のうち油圧ポンプ３２とチェック弁３３との間を接続する配管から分岐されて油タンク３１へと至るリリーフ管路３０４と、リリーフ管路３０４の配管系統上に設けられて油圧ポンプ３２から吐出された作動油の一部を油タンク３１へと戻すリリーフ弁３７とを備えている。なお、流量調整弁（３４，３５）は、チェック弁３４と可変絞り弁３５との並列接続により構成されている。

なお、前記の構成の中で、チェック弁３３、流量調整弁（３４，３５）、及びリリーフ弁３７は油圧系統の信頼性の向上のために設けられているが、油圧系統の用途に応じてこれらの弁（３３，３４，３５，３７）の少なくともいずれかを設けなくてもよい。

図３に示す油圧系統の動作及びそれに伴う投錨の動作を説明する。まず、油圧ポンプ３２の運転が停止しており、且つ電磁リリーフ弁３６が開いている状態（入力ポートと出力ポートとの間が遮断した状態）とする。このとき、油圧アクチュエータ４０のピストン４００及びピストンロッド４０１には上方向への圧力が殆どかからないので、ブレーキドラム５０に対するブレーキバンド５２の締め付けが維持されており、この結果、揚錨機２の鎖車２１に巻き掛けられた錨鎖３及びその一端に結び付けられた錨７は静止している。

投錨開始により油圧ポンプ３２の動作が開始すると、油圧ポンプ３２からチェック弁３３及び流量調整弁（３４，３５）を介して油圧アクチュエータ４０のピストン側油室４００ａへと供給される圧力油は、電磁リリーフ弁３６によって油タンク３１へのブリードオフ経路が遮断されているので、その全てが油圧アクチュエータ４０のピストン側油室４００ａへと供給される。すると、油圧アクチュエータ４０のピストン側油室４００ａの圧力は、徐々に上昇していくことになり、これに伴い、スプリング４０２による弾性的な付勢力に抗って油圧アクチュエータ４０のピストン４００及びピストンロッド４０１が上方向に伸長する。これにより、ブレーキドラム５０に対するブレーキバンド５２の締め付け力が緩和し、揚錨機２の鎖車２１に巻き掛けられた錨鎖３及びその一端に結び付けられた錨７の送り出しが開始する。なお、電磁リリーフ弁３６の設定圧力に到達すれば油圧アクチュエータ４０のピストン側油室４００ａへと供給される圧力油の一部が油タンク３１へとブリードオフ（リリーフ）される。これにより、ピストン４００及びピストンロッド４０１の上方向への伸縮を徐々に停止しながら、油圧アクチュエータ４０のピストン側油室４００ａの圧力は、電磁リリーフ弁３６の設定圧力以下に維持される。

さらに、投錨が開始されると、揚錨機２の鎖車２１の回転速度が鎖車２１の回転軸上に設けられた回転速度計測器２２によって計測される。回転速度計測器２２により計測された回転速度に応じた電気信号のレベルに比例するように電磁リリーフ弁３６の開閉度合（入力ポートと出力ポートとの間の経路断面積）が変化する。このとき、流量調整弁（３４，３５）から油圧アクチュエータ４０のピストン側油室４００ａへと供給される圧力油の圧力が上昇又は下降し、ひいては、油圧アクチュエータ４０のピストン４００及びピストンロッド４０１が上下方向に伸縮する。これにより、ブレーキドラム５０に対するブレーキバンド５２の締め付け力が調節されて、この結果、揚錨機２の鎖車２１に巻き掛けられた錨鎖３及びその一端に結び付けられた錨７の速度制御が行われる。

図４は、本発明の実施の形態における制動力調節機構の油圧系統の変形例を示した図である。具体的には、図３に示す油圧系統の構成と比べて、電磁リリーフ弁３６が設けられる代わりに、油供給管路３０１のうち流量調整弁（３４，３５）と油圧アクチュエータ４０のピストン側油室４００ａとの間を接続する配管に電磁減圧弁３８が設けられている。電磁減圧弁３８は、回転速度計測器２２により計測された回転速度に応じた電気信号によってその開閉度合を変化し、これに伴って吐出圧力を調整する制御弁である。図４に示す油圧系統によっても、図３に示す油圧系統と同様なブレーキバンド５２の締め付け力の調節が可能である。

[投揚錨装置の自動投錨速度制御例]
図５は、本発明の実施の形態に係る投揚錨装置の自動投錨速度制御の動作例を示すフローチャートである。

まず、油圧ポンプ３２の運転が停止しており、油圧アクチュエータ４０のピストン４００及びピストンロッド４０１には油圧がかかっていない状態とする。つまり、ブレーキドラム５０はブレーキバンド５２によって完全に締め付けられて、揚錨機２の鎖車２１に巻き掛けられた錨鎖３及びその一端に結び付けられた錨７は静止している。

船舶１０の乗組員は、例えば、船舶１０が沖合の海域に船舶が停泊する際や、桟橋や岸壁などの接岸施設に船舶が接岸する際に、制御装置１００の入力装置を操作するなどして、制御装置１００の記憶器１０２に格納されている投揚錨装置１の自動投錨速度制御用の制御プログラムの実行を開始する。すると、制御装置１００の出力装置には目標投錨速度Ｖ１，目標投錨長Ｌ１の入力を促す初期設定メッセージが表示されて、乗組員は、制御装置１００の入力装置を操作して目標投錨速度Ｖ１，目標投錨長Ｌ１を入力する（ステップＳ５００）。なお、目標投錨速度Ｖ１は自重落下速度未満とする。これにより、制御装置１００の記憶器１０２には入力された目標投錨速度Ｖ１，目標投錨長Ｌ１が制御プログラムのパラメータとして格納（設定）される。

また、目標投錨速度Ｖ１は、投錨開始から所定時間が経過する前は一定の加速度（例えば、０．１（ｍ／ｓ＾２））となるように設定することができ、更に所定時間が経過した後は一定の速度（例えば、２．０（ｍ／ｓ））となるように設定することもできる。つまり、目標投錨速度Ｖ１は、経時的に設定することができる。

つぎに、制御装置１００の出力装置に表示された所定の起動操作が行われることにより、制御プログラムによる投錨の実行開始を表す投錨開始フラグＦ１が生成されて、該投錨開始フラグＦ１が該制御プログラムのパラメータとして記憶器１０２に格納される（ステップＳ５０１）。そして、揚錨機２の鎖車２１の回転軸に取り付けられた回転速度計測器２２によって鎖車２１の実回転速度ＲＶの計測が開始されるとともに、制御装置１００の制御器１０１は回転速度計測器２２から鎖車２１の実回転速度ＲＶの計測結果の情報の取得（検出）を開始する（ステップＳ５０２）。さらに、制御器１０１は、投錨開始フラグＦ１が生成されたときを契機として投錨時間の積算を開始する。

つぎに、制御器１０１は、回転速度計測器２２から取得した鎖車２１の実回転速度ＲＶに基づいて、投錨開始フラグＦ１が生成されたときから錨鎖孔１２より舷外に送り出された錨鎖３の長さ（以下、実投錨長ＲＬという）を算出する（ステップＳ５０３）。具体的には、制御器１０１は、前述のとおり投錨開始からの経過時間（投錨時間）Ｔを積算しており、この積算により得られた投錨時間Ｔと目標投錨速度Ｖ１とを乗算することにより実投錨長ＲＬを算出する。

つぎに、ステップＳ５００によって入力された目標投錨速度Ｖ１及び目標投錨長Ｌ１と、予め設定された減速度（例えば、０．１（ｍ／ｓ＾２））に基づいて、鎖車２１から送り出された錨鎖３の減速開始投錨長Ｌ２を算出する（ステップ５０４）。具体的には、減速開始投錨長Ｌ２は、上記の減速度の場合、投錨停止前の何時のタイミングで減速を開始しなければならないかを考慮して決定される。なお、減速度は予め設定された固定値であって、制御器１０１の記憶器１０２に格納されている。

つぎに、制御器１０１は、回転速度計測器２２より取得した実回転速度ＲＶが目標投錨速度Ｖ１に追従するように、図３に示す電磁リリーフ弁３６又は図４に示す電磁減圧弁３８の開度指令値（電気信号）を算出する（ステップＳ５０５）。そして、制御器１０１は、この算出した開度指令値を電磁リリーフ弁３６又は電磁減圧弁３８に向けて出力する（ステップＳ５０６）。

つぎに、制御器１０１は、ステップＳ５０３において算出した実投錨長ＲＬがステップＳ５０４において算出された減速開始投錨長Ｌ２に到達しているか（ＲＬ≧Ｌ２）否かを判定する（ステップＳ５０７）。実投錨長ＲＬが減速開始投錨長Ｌ２に到達していないと判定された場合（ステップＳ５０７：ＮＯ）、ステップＳ５０２に戻る。実投錨長ＲＬが減速開始投錨長Ｌ２に到達したと判定された場合（ステップＳ５０７：ＹＥＳ）、制御器１０１は、つぎに、実投錨長ＲＬが目標投錨長Ｌ１に到達しているか（ＲＬ＝Ｌ１）否かを判定する（ステップＳ５０８）。実投錨長ＲＬが目標投錨長Ｌ１に到達していないと判定された場合（ステップＳ５０８：ＮＯ）、制御器１０１は、鎖車の実回転速度ＲＶが予め設定された減速度に応じて減速するように、減速用目標投錨速度Ｖ２を設定する（ステップＳ５０９）。このように、目標投錨速度Ｖ１が減速用目標投錨速度Ｖ２に切り替えられた後では、制御器１０１は、回転速度計測器２２から取得した実回転速度ＲＶが減速用目標投錨速度Ｖ２に追従するように、図３に示す電磁リリーフ弁３６又は図４に示す電磁減圧弁３８の開度指令値を算出する（ステップＳ５０５）。そして、制御器１０１は、この算出した開度指令値を電磁リリーフ弁３６又は電磁減圧弁３８に向けて出力する（ステップＳ５０６）。

そして、実投錨長ＲＬが目標投錨長Ｌ１に到達したことが判定された場合（ステップＳ５０８：ＹＥＳ）、制御器１０１は、制御プログラムによる投錨の実行終了を表す投錨終了フラグＦ２が生成されて、該投錨終了フラグＦ２が該制御プログラムのパラメータとして記憶器１０２に格納される（ステップＳ５１０）。これにより、ステップＳ５０２〜ステップＳ５０９までを繰り返すループ制御が終了する。

前述の自動投錨速度制御によれば、鎖車２１の回転数（すなわち、錨鎖３の送り長）ではなく鎖車２１の回転速度に基づいて、鎖車２１の実回転速度ＲＶが目標投錨速度Ｖ１に追従するように鎖車２１の回転を制動することができ、これにより錨鎖３を所望の投錨速度で落下させることが可能となる。また、投錨開始からの投錨時間Ｔと目標投錨速度Ｖ１とに基づいて、錨鎖３の実投錨長（送り長）ＲＬを速度制御の過程で逐次把握することができる。さらに、錨鎖３の実投錨長ＲＬが目標投錨長Ｌ１に到達する前に（実投錨長ＲＬが減速開始投錨長Ｌ２に到達した後に）、鎖車の実回転速度ＲＶが予め設定された減速度に応じて減速するように、つまり鎖車２１の実回転速度ＲＶが減速度に応じて設定された減速用目標投錨速度Ｖ２に追従するように鎖車２１の回転を制動することができ、これにより、投錨の際に船舶１０に与えられる機械的な衝撃を抑制することが可能となる。

[自動インチング制御例]
図６は本発明の実施の形態における投錨開始前に制動力調節機構への指令電圧のバイアス値を得るための自動インチング制御の動作例を示すフローチャートである。

まず、制御器１０１は、離散的な時間を表す変数ｔと、制動力調節機構３０の電磁弁（電磁リリーフ弁３６又は電磁減圧弁３８など）に与える指令電圧の電圧値Ｅ（ｔ）と、を初期設定する（ステップＳ６００）。そして、制御器１０１は、錨鎖３の投錨速度Ｖが所定の初期速度Ｖｔとなるまで（ステップＳ６０２：ＹＥＳ）、指令電圧の電圧値を漸次増加させる（ステップＳ６０１，ステップＳ６０２：ＮＯ，ステップＳ６０３）。

そして、制御器１０１は、錨鎖３の投錨速度Ｖが初期速度Ｖｔ以上となったことを判別したとき（ステップＳ６０２：ＹＥＳ）、そのときの指令電圧の電圧値Ｅ（ｔ）を指令電圧のバイアス値Ｅｂとして決定する（ステップＳ６０４）。

以上の図６を用いて説明した動作例は、実際の投錨操作が開始される前に、制動力調節機構３０へ与える指令電圧のバイアス値Ｅｂを得るための錨鎖３のインチング動作として実行される。

以上によれば、制動力調節機構３０へ与える指令電圧のバイアス値Ｅｂを錨鎖３が所定の投錨速度で動き始める指令値を基準として決定しているので、投錨長やブレーキライニングの摩耗等の外部要因の影響を低減することができ、制動力調節機構３０によるブレーキ機構の調節を安定化させることができる。

[ＰＷＭ制御例]
図７ａは本発明の実施の形態におけるブレーキ機構の制動力と制動力調節機構３０への指令電圧との関係において存在するヒステリシスを示した図であり、図７ｂは本発明の実施の形態におけるＰＷＭ（パルス幅変調）信号を示した図である。

図７ａに示すように、ブレーキ機構の制動力と制動力調節機構３０への指令電圧との関係においてヒステリシスが存在する。さらにドラム停止中と回転中では摩擦係数が異なり、ブレーキ力にはより大きなヒステリシスが生じる。つまり、同一の指令電圧であっても、指令電圧が上昇中の場合と下降中の場合ではブレーキ機構の制動力に差が生じる。これにより、制動力の微妙な制御が困難となる。

そこで、その対策として、図７ｂに示すように、制動力調節機構３０の電磁弁（電磁リリーフ弁３６又は電磁減圧弁３８など）に与える指令電圧をＰＷＭ信号成分を含むものとし、ＰＷＭ信号の振幅値をヒステリシス幅を超える値とし、且つ、ＰＷＭ信号の中心電圧をその振幅値がヒステリシス幅を完全に跨ぐように設定した。これにより、ブレーキ力をＰＷＭ信号によりＯＮ時間とＯＦＦ時間で制御することになり、平均的なブレーキ力として微妙に制御でき、ヒステリシスをキャンセルでき、ＰＷＭ信号のデューティ比を調整することにより、制動力の微妙な制御が可能となる。さらに、振幅およびデューティ比に制限を持たせることで安定性を向上させることも可能である。

前記指令電圧をＰＷＭ信号とすることにより、ブレーキドラム５０や鎖車２１は微視的には加速と減速を繰り返すが、ＰＷＭ信号の周期は約１００（ｍｓ）単位と一般的なＰＷＭ制御システムに比べて長いがシステムの応答性に比べて短いため、巨視的には滑らかに回転している様に見える。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明は、船舶の投揚錨装置にとって有益である。

１…投揚錨装置
２…揚錨機
２１…鎖車
２２…回転速度計測器
３…錨鎖
５…甲板
７…錨
１０…船舶
１２…錨鎖孔
１４…制鎖器
１６…錨鎖庫
１８…錨鎖管
３０…制動力調節機構
３０１…油供給管路
３０２…油排出管路
３０３…ブリードオフ管路
３０４…リリーフ管路
３１…油タンク
３２…油圧ポンプ
３３…チェック弁
３４…チェック弁
３５…可変絞り弁
３６…電磁リリーフ弁
３７…リリーフ弁
３８…電磁減圧弁
４０…油圧アクチュエータ
４００…ピストン
４０１…ピストンロッド
４０２…スプリング
４１…基台
４１ａ…ブラケット
４１ｂ…支持部材
４２…アクチュエータ支持部材
４３…バンド支持部材
４５…レバー部材
４６…ブラケット
４７…ブラケット
４８…ピストン部材
５０…ブレーキドラム
５１…回転軸
５２…ブレーキバンド
１００…制御装置
１０１…制御器
１０２…記憶器
１０３…入力装置
１０４…出力装置
Ｖ１…目標投錨速度
Ｌ１…目標投錨長
Ｖ２…減速用目標投錨速度
Ｌ２…減速開始投錨長

Claims (4)

1. 錨鎖が巻き掛けられる鎖車と、
   前記鎖車の回転を制動するブレーキ機構と、
   前記鎖車の実回転速度を計測する回転速度計測手段と、
   前記錨鎖の目標投錨速度を設定する設定手段と、
   前記ブレーキ機構を駆動する油圧アクチュエータを含み、該油圧アクチュエータに供給される圧力油の圧力に応じて前記ブレーキ機構の制動力を調節する制動力調節機構と、
   前記回転速度計測手段により計測された前記鎖車の実回転速度が前記設定手段により設定された前記目標投錨速度に追従するように、前記油圧アクチュエータに供給する圧力油の圧力を制御するように前記制動力調節機構に指令電圧を出力する制御手段と、
   を備え、
   投錨開始までに前記制動力調節機構への前記指令電圧のバイアス値を決定するために、前記錨鎖の投錨速度が所定の初期速度となるまで前記指令電圧の電圧値を漸次増加させ、前記錨鎖の投錨速度が前記初期速度以上となったときの前記指令電圧の電圧値を前記指令電圧のバイアス値として決定する指令電圧バイアス決定手段をさらに備える、
   投揚錨装置。
2. 錨鎖が巻き掛けられる鎖車と、
   前記鎖車の回転を制動するブレーキ機構と、
   前記鎖車の実回転速度を計測する回転速度計測手段と、
   前記錨鎖の目標投錨速度を設定する設定手段と、
   前記ブレーキ機構を駆動する油圧アクチュエータを含み、該油圧アクチュエータに供給される圧力油の圧力に応じて前記ブレーキ機構の制動力を調節する制動力調節機構と、
   前記回転速度計測手段により計測された前記鎖車の実回転速度が前記設定手段により設定された前記目標投錨速度に追従するように、前記油圧アクチュエータに供給する圧力油の圧力を制御するように前記制動力調節機構に指令電圧を出力する制御手段と、
   を備え、
   前記指令電圧がＰＷＭ信号成分を含むものであって、
   前記ＰＷＭ信号の振幅が、前記ブレーキ機構の制動力と前記指令電圧との関係において存在するヒステリシスのヒステリシス幅より大きく、
   前記ＰＷＭ信号の中心電圧が、前記振幅が前記ヒステリシス幅を完全に跨ぐように設定される、
   投揚錨装置。
3. 錨鎖が巻き掛けられる鎖車と、
   前記鎖車の回転を制動するブレーキ機構と、
   前記鎖車の実回転速度を計測する回転速度計測手段と、
   前記錨鎖の目標投錨速度を設定する設定手段と、
   前記ブレーキ機構を駆動する油圧アクチュエータを含み、該油圧アクチュエータに供給される圧力油の圧力に応じて前記ブレーキ機構の制動力を調節する制動力調節機構と、
   前記回転速度計測手段により計測された前記鎖車の実回転速度が前記設定手段により設定された前記目標投錨速度に追従するように、前記油圧アクチュエータに供給する圧力油の圧力を制御するように前記制動力調節機構に指令電圧を出力する制御手段と、
   を備え、
   前記設定手段は、目標投錨長をさらに設定可能であり、
   投錨開始からの経過時間を計測する投錨時間計測手段と、
   前記投錨時間計測手段により計測された投錨時間と前記目標投錨速度とに基づいて前記鎖車から送り出された前記錨鎖の実投錨長を算出する投錨長算出手段と、
   前記目標投錨速度と前記目標投錨長と予め設定される減速度に基づいて前記鎖車から送り出された前記錨鎖の減速開始投錨長を算出する減速開始投錨長算出手段と、をさらに備え、
   前記制御手段は、前記実投錨長が前記減速開始投錨長に到達した場合、前記実回転速度が前記減速度に応じて減速するように、前記油圧アクチュエータに供給する圧力油の圧力を制御するように前記制動力調節機構に指令電圧を出力する、
   投揚錨装置。
4. 前記設定手段は、前記目標投錨速度を経時的に設定可能である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投揚錨装置。

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