JP6290142B2 - 減揺装置、および、船舶 - Google Patents

Description

本発明は、減揺装置、特に、船舶の揺動を抑制する減揺装置または当該減揺装置が搭載された船舶に関する。

船舶の揺動を抑制する減揺装置が知られている。

関連する技術として、特許文献１には、最適な制振効果を得るための減揺装置が記載されている。特許文献１に記載の減揺装置では、ジンバルの回転運動を減衰させる機構として、バネあるいはブレーキを用いている。また、特許文献１に記載の減揺装置では、ジンバル全体の重心とジンバルの回転軸との間に所定の距離（偏差）が存在する。そして、当該距離（偏差）を調節することにより、バネ定数に相当するパラメータの調節が行われる。

また、特許文献２には、動揺制振装置が記載されている。特許文献２に記載の制振装置では、角速度センサによりジンバルの角速度が検出される。制御器は、ジンバルの角速度に応じて、電磁ブレーキに供給される励磁電流を制御する。当該励磁電流の制御により、ジンバルの角速度が制御される。

また、特許文献３には、減揺装置が記載されている。特許文献３に記載の減揺装置では、ジンバルの回転運動を減衰させる機構として、オイル式ダンパを用いることが記載されている。

特開平１０−２４６６３６号公報 特開平７−１２７６８５号公報 特開２００３−５４４９１号公報

本発明の目的は、減揺対象物の揺動角速度が小さい場合でも、当該揺動を好適に減衰することが可能なパッシブ型ダンパを備える減揺装置を提供することにある。

この発明のこれらの目的とそれ以外の目的と利益とは以下の説明と添付図面とによって容易に確認することができる。

以下に、発明を実施するための形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態との対応関係の一例を示すために、参考として、括弧付きで付加されたものである。よって、括弧付きの記載により、特許請求の範囲は、限定的に解釈されるべきではない。

いくつかの実施形態に係る減揺装置（１０）は、減揺対象物（１）に固定されるベース（２０）と、前記ベース（２０）によって、第１軸（ＲＡ）まわりに回転自在に支持されるジンバル（４０）と、前記ベース（２０）に対する前記ジンバル（４０）の相対回転運動を減衰させるダンパ機構（３０）と、前記ジンバル（４０）の一部を構成し、前記第１軸（ＲＡ）に垂直な第２軸（ＲＢ）まわりに回転自在なフライホイール（５０）と、前記フライホイール（５０）を回転させるモータ（６０）とを具備する。前記ダンパ機構（３０）は、パッシブ型のダンパ機構である。また、前記ジンバル（４０）の角速度が第１角速度である時の前記ダンパ機構（３０）のダンピング係数（Ｄ）の第１値（Ｄ１）は、前記ジンバル（４０）の前記角速度が前記第１角速度より小さな第２角速度である時の前記ダンパ機構（３０）の前記ダンピング係数（Ｄ）の第２値（Ｄ２）よりも大きい。

上記減揺装置（１０）において、前記第１値（Ｄ１）は、前記第２値（Ｄ２）の１．１倍以上であってもよい。

上記減揺装置（１０）において、前記ダンパ機構（３０）には、前記ダンパ機構（３０）の特性を変化させる制御信号が入力されなくてもよい。

上記減揺装置（１０）において、前記ダンパ機構（３０）は、ハウジング（３２）と、前記ハウジング（３２）の内側に配置された第１の液室（３３）と、前記ハウジング（３２）の内側に配置された第２の液室（３４）と、前記第１の液室（３３）と前記第２の液室（３４）との間に配置され、前記ハウジング（３２）に対して相対回転自在な仕切り部材（３９）と、前記第１の液室（３３）と前記第２の液室（３４）とを連結する流路（３５）と、前記流路（３５）の最小断面積を規定するオリフィス部（３６）とを具備していてもよい。また、前記オリフィス部（３６）の形状は、前記ジンバル（４０）の前記角速度が増加するにつれて前記ダンピング係数（Ｄ）の値が増加するように、設定されていてもよい。

上記減揺装置（１０）において、前記オリフィス部（３６）の少なくとも一部において、前記流路（３５）の長手方向に垂直な流路断面積は、前記流路（３５）の長手方向に沿って連続的に変化してもよい。

上記減揺装置（１０）において、前記オリフィス部（３６）は、前記流路（３５）の長手方向に垂直な流路断面積が最小となる部分において、環状のエッジ部（３８Ｂ）を備えていてもよい。

上記減揺装置（１０）において、前記オリフィス部（３６）は、固定型のオリフィス部であってもよい。

いくつかの実施形態に係る船舶（１）は、上記いずれかの段落に記載の減揺装置（１０）が搭載された船舶である。

本発明により、減揺対象物の揺動角速度が小さい場合でも、当該揺動を好適に減衰することが可能なパッシブ型ダンパを備える減揺装置が提供できる。

図１は、いくつかの実施形態の船舶を模式的に示す斜視図である。 図２は、いくつかの実施形態の減揺装置を模式的に示す正面図である。 図３は、いくつかの実施形態の減揺装置の概略断面図である。 図４は、比較例の線形ダンパに関し、ジンバルの角速度と、ダンパ出力トルクとの関係を示す関数のグラフである。 図５は、いくつかの実施形態の非線形ダンパに関し、ジンバルの角速度と、ダンパ出力トルクとの関係を示す関数のグラフである。 図６は、図３のＫ−Ｋ矢視断面図である。 図７Ａは、比較例におけるオリフィス部の縦断面図である。 図７Ｂは、いくつかの実施形態におけるオリフィス部の縦断面図である。 図７Ｃは、いくつかの実施形態におけるオリフィス部の縦断面図である。 図７Ｄは、いくつかの実施形態の非線形ダンパが搭載された減揺装置による減揺効果と、比較例の線形ダンパが搭載された減揺装置による減揺効果とを、模式的に示すグラフである。 図８は、いくつかの実施形態の非線形ダンパに関し、ジンバルの角速度と、ダンパ出力トルクとの関係を示す関数のグラフである。

以下、いくつかの実施形態における減揺装置に関して、添付図面を参照して説明する。以下の説明では、減揺対象物が船舶である場合の例について説明する。しかし、減揺対象物は、例えば、支持部材によって揺動自在に支持されたゴンドラであってもよい。

（座標系の定義）
図１を参照して、座標系の定義を行う。船舶１（減揺対象物）の１つの揺動軸を「Ｘ軸」と定義する。図１に記載の例では、Ｘ軸は、ロール軸、すなわち、船舶の長手方向に平行な軸である。減揺装置１０を構成するジンバルの回転軸を「Ｙ軸」と定義する。Ｙ軸は、Ｘ軸に対して垂直である。図１に記載の例では、Ｙ軸は、船幅方向に平行な軸である。Ｘ軸およびＹ軸に垂直な軸を、「Ｚ軸」と定義する。

（用語の定義）
本明細書において、「アクティブ型」とは、角速度センサ等の状態量測定センサと演算装置とを用いて、制御対象の制御を行うタイプを意味する。例えば、特許文献２では、角速度センサ（状態量測定センサ）と電磁ブレーキ制御器（演算装置）とを用いて、励磁電流（制御対象）の制御を行っている。よって、特許文献２における「電磁ブレーキ」は、「アクティブ型の電磁ブレーキ」であるといえる。他方、本明細書において、「パッシブ型」とは、アクティブ型以外のタイプを意味する。「パッシブ型」においては、「状態量測定センサ」と「演算装置」のうちの少なくとも一方（典型的には両方）が不要である。「パッシブ型のダンパ機構」には、例えば、演算装置（制御装置）からの制御信号によってダンパ特性を制御する構成を含まないタイプのダンパ機構、ダンパ特性の制御が演算装置を用いることなく機械的に自動的に行われるタイプのダンパ機構が包含される。

本明細書において、「回転」には、所定の軸まわりの「揺動」が包含される。

次に、図１乃至図８を参照して、いくつかの実施形態における減揺装置について説明する。

図１は、船舶１を模式的に示す斜視図である。実施形態における減揺装置１０は、減揺対象物である船舶１に設置され、電源装置３に電気的に接続される。電源装置３は、減揺装置１０に電力を供給する。減揺装置１０は、電源装置３から供給される電力を用いて、後述のモータ等を駆動する。

図２は、減揺装置１０を模式的に示す正面図である。すなわち、図２は、図１のＸ軸の正の側から負の側に向かう方向に減揺装置１０を見た時の、減揺装置１０の正面図である。減揺装置１０は、船舶１の床面に固定されるベース２０を備える。ベース２０は、例えば、ボルト孔等を備える取付金具２２、ブラケット２４、フレーム２６等を備える。図２に記載の例では、後述のジンバル等を覆うために、フレーム２６にカバー部材２８が取り付けられている。また、図２に記載の例では、フレーム２６およびカバー部材２８からダンパ機構３０の少なくとも一部が露出するように、ダンパ機構３０が配置されている。代替的に、ダンパ機構３０の全体が、フレーム２６またはカバー部材２８の内側に配置されてもよい。

図３は、減揺装置１０の概略断面図（ＹＺ平面における断面図）である。なお、図３には、Ｘ軸が明記されていないが、Ｘ軸は、後述の第１軸ＲＡと第２軸ＲＢとの交点を通過している。減揺装置１０は、ベース２０およびダンパ機構３０に加え、ジンバル４０と、フライホイール５０と、モータ６０とを具備する。

ジンバル４０は、ベース２０によって回転自在に支持されている。より具体的には、ジンバル４０は、ベース２０に対して、ジンバルの回転軸である第１軸ＲＡまわりに相対回転自在であるように、ベース２０に支持されている。図３に記載の例では、第１軸ＲＡは、Ｙ軸と一致している。ジンバル４０のベース２０に対する相対回転は、ジンバル４０とベース２０との間に、複数の第１軸受４２を配置することにより実現される。

ジンバル４０は、フライホイール５０を含む。換言すれば、フライホイール５０は、ジンバル４０の一部を構成する。フライホイール５０は、ジンバル４０の枠体４１に対して、第１軸ＲＡに垂直な第２軸ＲＢまわりに相対回転自在であるように、枠体４１に支持されている。フライホイール５０の枠体４１に対する相対回転は、ジンバル４０の枠体４１とフライホイール５０との間に、複数の第２軸受４４を配置することにより実現される。

モータ６０は、フライホイール５０に第２軸ＲＢまわりの回転力を付与する。モータ６０は、ステータ６２と、ロータ６４とを備える。ステータ６２は、ジンバル４０の枠体４１に固定されている。ステータ６２は、巻回コイルを備えるコア部６２Ａを備え、巻回コイルには、上述の電源装置３から電力が供給される。図３に記載の例では、ロータ６４は、フライホイール５０に固定されている。モータ６０への電力供給に基づいて、フライホイール５０は、ジンバル４０の枠体４１に対して相対回転する。フライホイール５０の回転は、例えば、角速度の大きさが一定である等角速度回転である。

ダンパ機構３０は、ジンバル４０の第１軸ＲＡ（すなわち、Ｙ軸）まわりの角速度を減衰させる機能を有する（なお、Ｙ軸まわりのジンバル４０の回転角をθ_ｙと定義すると、角速度は、ｄθ_ｙ／ｄｔである。）。以下において、「角速度（揺動角速度を含む）」は、単に、「角速度」と表記される。ダンパ機構３０は、ベース２０とジンバル４０との間の相対回転運動に抵抗を与える。いくつかの実施形態では、ダンパ機構３０のダンピング係数は、ベース２０とジンバルとの間の相対回転速度の増加に応じて増加する（詳細は、後述される。）。なお、ダンピング係数が大きい場合、ダンピング係数が小さい場合と比較して、ベース２０とジンバル４０との間の相対回転運動に対する抵抗は、より大きい。

図３に記載の例では、ジンバル４０の軸部材４６と、ダンパ機構３０の移動部材（例えば、後述の仕切り部材３９）とが、機械的に接続されている。また、ベース２０と、ダンパ機構３０の固定部材（例えば、後述のハウジング３２）とが、機械的に接続されている。そして、ダンパ機構３０の移動部材（仕切り部材３９）と、ダンパ機構３０の固定部材（ハウジング３２）との間の相対移動に対して、抵抗が付与される。詳細については、後述される。

（発明者によって認識された事項）
次に、発明者によって認識された事項について説明する。まず、ジンバル４０のＹ軸まわりの運動方程式について考える。船舶１のＸ軸まわりの揺動角（回転角）をφ_ｘ、船舶１のＸ軸まわりの角速度をｄφ_ｘ／ｄｔと定義し、ジンバル４０のＹ軸まわりの回転角をθ_ｙ、ジンバル４０のＹ軸まわりの角速度をｄθ_ｙ／ｄｔと定義する時、Ｙ軸まわりの運動方程式は、下記式（１）のように表される。なお、式（１）の左辺の第２項は、ダンパ機構３０による出力トルクＴ_ｄ（ダンパ機構３０が、ジンバル４０に与えるトルク）である。

ここで、
Ｉ_ｇは、Ｙ軸まわりのジンバル４０の慣性モーメント、
Ｄは、ダンパ機構３０のダンピング係数、
ｍは、ジンバル４０の質量とフライホイール５０の質量の和、
ｇは、重力加速度、
εは、ジンバル４０の重心とジンバル回転軸である第１軸ＲＡとの間の距離（なお、ジンバルの重心が、ジンバル回転軸の下方に位置する時、εは正の値となる。）、
Ｈは、フライホイール５０の第２軸ＲＢまわりの角運動量
である。

式（１）において、左辺の第１項と第３項を微小量として無視すると、θ_ｙ＝０ラジアンにおけるつり合いは、下記式（２）のように表される。

次に、ジンバル４０の出力トルクについて考える。減揺装置１０は、船舶のＸ軸まわりの揺動をジンバル４０のＹ軸まわりの角速度に変換し、ジンバル４０のＹ軸まわりの角速度を船舶のＸ軸まわりの揺動低減トルク（出力トルク）に変換する。ジンバル４０の出力トルク（Ｘ軸まわりの出力トルク）をＴと定義すると、出力トルクＴは、下記式（３）のように表される。

式（３）に式（２）を代入すると、下記式（４）が得られる。

なお、減揺装置１０が、ローリング低減装置（ＡＲＧ：Ａｎｉｔ Ｒｏｌｌｉｎｇ Ｇｙｒｏ）である場合には、式（４）の出力トルクＴは、ＡＲＧ出力トルクである。

式（４）を参照すると、ダンパ機構３０のダンピング係数Ｄが小さいほど、Ｙ軸まわりのジンバル４０の出力トルクＴが大きくなることが把握される。以上のことから、減揺装置１０の出力トルクＴ（揺動低減トルク）を大きくするためには、ダンパ機構３０のダンピング係数Ｄを小さくすればよいことがわかる。

しかし、設計上の観点から、ダンピング係数Ｄを無制限に小さくすることは困難である。以下、図４を参照して、より詳細に説明する。図４は、線形ダンパに関し、ジンバルの角速度ｄθ_ｙ／ｄｔ（ラジアン／秒）と、ダンパ出力トルクＴ_Ｄとの関係を示す関数Ｔ_Ｄ＝ｆ（ｄθ_ｙ／ｄｔ）のグラフである。なお、線形ダンパとは、ダンピング係数Ｄが、ジンバルの角速度に依存せずに一定であるダンパを意味する。なお、ダンピング係数Ｄの大きさは、図４に示された関数ｆの傾きに対応する。

ジンバルの角速度ｄθ_ｙ／ｄｔの最大値Ａ（図４に記載の例では、３．０ラジアン／秒）は、設計上の観点から、波高が高い時に想定される船舶のＸ軸まわりの最大揺動角速度に対応するダンパ出力トルクの値Ｂを考慮して決定される。そして、最大値Ａとダンパ出力トルクの値Ｂとの関係を考慮して、ダンピング係数Ｄ（関数ｆの傾き）が決定される。このため、ダンピング係数Ｄを無制限に小さくことはできない。特に、図４に記載の例では、ダンピング係数Ｄ（関数ｆの傾き）が一定であるために、波高が低い時のジンバルの角速度の値Ｅ＝ｄθ_ｙ／ｄｔは、小さな値に制限される。その結果、波高が低い時に、減揺装置１０の出力トルクＴを大きくすることができない（式（３）を参照。）。例えば、一般的なレジャーボートにおいては、波高が低い時に減揺装置１０の出力トルクＴ（揺動低減トルク）を大きくすることができないため、波高の低い平常時に乗員が不快を感じるおそれがある。

そこで、発明者は、ダンパ機構３０として、非線形ダンパ（ダンピング係数Ｄが、ジンバルの角速度に依存して変化するダンパ）を用いることを考案した。

図５は、非線形ダンパの一例に関し、ジンバルの角速度ｄθ_ｙ／ｄｔ（ラジアン／秒）と、ダンパ出力トルクＴ_Ｄとの関係を示す関数ｆ’のグラフである。ジンバルの角速度ｄθ_ｙ／ｄｔの最大値Ａ（図５に記載の例では、３．０ラジアン／秒）と、波高が高い時に想定される船舶のＸ軸まわりの最大揺動角速度に対応するダンパ出力トルクの値Ｂとを考慮して、ジンバルの角速度が最大値Ａである時のダンパのダンピング係数Ｄが決定される点は、図４に記載の例と同様である。図５に記載の例では、ジンバルの角速度が、第１角速度（例えば、最大値Ａ）である時のダンピング係数Ｄの値Ｄ１（点Ｇにおける関数ｆ’の傾き）は、ジンバルの角速度が、第１角速度より小さな第２角速度（例えば、第２角速度の値Ｅ’＝１．８）である時のダンピング係数Ｄの値Ｄ２（点Ｈにおける関数ｆ’の傾き）よりも大きい。このため、波高が低い時のジンバルの角速度の値Ｅ’＝ｄθ_ｙ／ｄｔ＝１．８は、図４に記載の例におけるジンバルの角速度の値Ｅ＝１．２と比較して、大きな値となる。その結果、波高が低い時に、減揺装置１０の出力トルクＴを大きくすることができる（式（３）を参照）。

例えば、一般的なレジャーボートにおいては、波高が低い時に減揺装置１０の出力トルクＴ（揺動低減トルク）を大きくすることにより、波高の低い平常時における乗員の快適性が向上する。よって、図５に示されるようなダンパ特性が得られることは、好適である。

なお、図５に記載の例では、ジンバルの角速度が、第１角速度である時のダンピング係数Ｄの値Ｄ１（点Ｇにおける関数ｆ’の傾き）は、ジンバルの角速度が、第１角速度より小さな第２角速度である時のダンピング係数Ｄの値Ｄ２（点Ｈにおける関数ｆ’の傾き）の１．０倍より大きい。例えば、ジンバルの角速度が、第１角速度である時のダンピング係数Ｄの値Ｄ１は、ジンバルの角速度が、第１角速度より小さな第２角速度である時のダンピング係数Ｄの値Ｄ２の１．１倍以上、１．５倍以上、あるいは、１．８倍以上であってもよい。なお、Ｄ１／Ｄ２の値の最大値は任意である（例えば、Ｄ１／Ｄ２の値の最大値は、１０以下の任意の値であってもよい）。

一例として、第１角速度をジンバルの設計上の許容最大角速度とし、第２角速度を当該許容最大角速度の３／５とするとき、第１角速度である時のダンピング係数Ｄの値Ｄ１は、第２角速度である時のダンピング係数Ｄの値Ｄ２の１．０倍より大きければ、波高が低い平常時の減揺効果は、線形ダンパを用いた時の減揺効果よりも大きい。第１角速度をジンバルの設計上の許容最大角速度とし、第２角速度を当該許容最大角速度の３／５とするとき、第１角速度である時のダンピング係数Ｄの値Ｄ１は、第２角速度である時のダンピング係数Ｄの値Ｄ２の１．１倍以上、１．５倍以上、あるいは、１．８倍以上である場合、波高が低い平常時の減揺効果は、線形ダンパを用いた時の減揺効果よりも顕著に大きい。

代替例として、関数ｆ’が２次関数によって近似できるような場合等には、例えば、ジンバルの角速度が（所定の第２角速度から）５／３倍になるときのダンピング係数Ｄの値は、所定の第２角速度である時にダンピング係数の値の１．０倍超、１．１倍以上、１．５倍以上、あるいは、１．８倍以上になるようにしてもよい。

（ダンパの構成）
次に、図５に示されるようなダンパ特性を得るためのダンパ機構３０の構成について考える。一例として、ダンパ機構３０が、液体ダンパ（例えば、オイルダンパ）を含む場合を想定する。図６は、図３のＫ−Ｋ矢視断面図である。ダンパ機構３０は、ハウジング３２と、仕切り部材３９（例えば、仕切り壁）と、第１の液室３３と、第２の液室３４と、流路３５とを備える。

図３および図６に記載の例では、ハウジング３２は、ベース２０に対して相対移動不能な固定部材である。また、仕切り部材３９は、ベース２０に対して相対移動可能な移動部材である。図３および図６に記載の例では、ハウジング３２は、ベース２０に固定され、仕切り部材３９は、ジンバル４０に固定されている。

ハウジング３２の内部の空間は、仕切り部材３９によって、第１の液室３３と、第２の液室３４とに区分けされている。第１の液室３３および第２の液室３４には、液体（例えば、オイル）が収容されている。仕切り部材３９は、第１の液室３３と第２の液室３４との間に配置され、ハウジング３２に対して相対回転自在である。なお、仕切り部材３９の回転軸は、図３における第１軸ＲＡと同軸である。

流路３５は、第１の液室３３と第２の液室３４とを連結している。図６に記載の例では、流路３５は、ハウジング３２に形成されている。代替的に、流路３５は、仕切り部材３９に形成されてもよい。図６に記載の例では、仕切り部材３９が、Ｒ方向に回転すると、第２の液室３４内の液体の一部が、流路３５を介して、第１の液室３３に移動する。他方、仕切り部材３９が、Ｒ方向と反対の方向に回転すると、第１の液室３３内の液体の一部が、流路３５を介して、第２の液室３４に移動する。流路３５を流れる液体の粘性に加え、流路３５の断面積が小さいことにより、ダンパ機構３０は、液体ダンパとして機能する。

図６に記載の例では、流路３５には、オリフィス部３６が設けられている。図６に記載の例では、オリフィス部３６の数は１つであるが、代替的に、オリフィス部の数は２つ以上であってもよい。オリフィス部３６には、流路３５の他の部分よりも流路断面積が小さな部分、すなわち、幅狭部３７が設けられている。なお、流路断面積は、流路３５の長手方向に垂直な流路断面積である。なお、流路３５が湾曲流路である場合には、流路の長手方向は、流路の各位置における流路の接線方向を意味する。幅狭部３７は、例えば、流路３５に向けて突出する環状の突出部３８によって規定される。なお、流路３５の断面が円形である場合には、環状の突出部３８は、リング状の突出部であり、流路３５の断面が矩形である場合には、環状の突出部３８は、矩形枠状の突出部である。オリフィス部３６の材質、特に、突出部３８の材質は、例えば、金属である。

図７Ａ乃至図７Ｃは、図６におけるオリフィス部３６の拡大図である。図７Ａ乃至図７Ｃに記載のオリフィス部３６は、固定型のオリフィス部である。固定型のオリフィス部においては、制御装置による制御によって移動する部材または部分、すなわち、制御装置による制御によって、オリフィス部が設置される部材（例えば、ハウジング３２）に対して移動する部材または部分は存在しない。

図７Ａは、比較例におけるオリフィス部３６を示す。図７Ａに記載の例では、幅狭部３７Ａにおける流路断面積は、一定である。そして、幅狭部３７Ａを流れる液体の流量Ｑは、第１の液室３３における液圧と第２の液室３４における液圧との差圧Ｐに比例する（Ｑ＝ａＰ、ａは定数）。このため、液体ダンパは、線形ダンパであるといえ、図５に記載のダンパ特性を示さない。

図７Ｂに記載の例では、幅狭部３７Ｂにおける流路断面積は、流路３５の長手方向に沿って連続的に変化している。より具体的には、突出部３８の第１端部（第１の液室３３側の端部）が、第１傾斜面３８−１を備え、突出部３８の第２端部（第２の液室側の端部）が、第２傾斜面３８−２を備えている。第１傾斜面３８−１は、第２端部に向かうにつれて流路断面積が小さくなるように形成され、第２傾斜面３８−２は、第１端部に向かうにつれて流路断面積が小さくなるように形成されている。また、図７Ｂに記載の例では、流路３５の長手方向に垂直な流路断面積が最小となる部分において、環状のエッジ部３８Ｂが設けられている。そして、幅狭部３７Ｂを流れる液体の流量Ｑは、第１の液室３３における液圧と第２の液室３４における液圧との差圧Ｐの平方根に概ね比例する（Ｑ^２＝ｂＰ、ｂは定数）。このため、液体ダンパは、非線形ダンパであるといえ、図５に記載のダンパ特性を示す。

図７Ｃに記載の例では、幅狭部３７Ｃにおける流路断面積は、少なくとも幅狭部３７Ｃの第１端部３７ＣＡ、第２端部３７ＣＢにおいて、流路３５の長手方向に沿って連続的に変化している。なお、図７Ｃに記載の例では、突出部３８（あるいは、幅狭部）の形状は、中央対称面ＰＬに対して対称な形状である。図７Ｃに記載の例における幅狭部３７Ｃは、図７Ａに記載の例における幅狭部３７Ａが奏する機能と図７Ｂに記載の例における幅狭部３７Ｂが奏する機能の中間の機能を奏する。このため、液体ダンパは、非線形ダンパであるといえ、図５に記載のダンパ特性を示す。

このため、図７Ｂまたは図７Ｃに示されるダンパ機構３０（非線形ダンパ）が搭載された減揺装置１０は、減揺対象物である船舶１の揺動角速度（例えば、Ｘ軸まわりの揺動角速度）が小さい場合でも、当該揺動を好適に減衰可能である。なお、図７Ｄは、実施形態の非線形ダンパが搭載された減揺装置１０による減揺効果と、比較例の線形ダンパが搭載された減揺装置による減揺効果とを、模式的に示すグラフである。図７Ｄを参照すると、実施形態の非線形ダンパが搭載された減揺装置１０では、低波高領域における減揺効果が大きいことが把握される。

加えて、図７Ｂまたは図７Ｃに示されるオリフィス部３６を有する非線形ダンパの特性は、第１の液室３３および第２の液室３４に収容された液体（オイル）の粘性の影響を受けにくい。このため、ダンパの温度変化あるいはダンパの周囲の温度変化に対するダンパ出力トルクの変動が小さい。よって、船舶の揺動角速度（入力）に対して、安定したジンバル角速度（ｄθ_ｙ／ｄｔ）を得ることが可能である。すなわち、図７Ｂまたは図７Ｃに記載の例では、ダンパの温度上昇（オイルの粘性低下）により、過度にダンピング係数が小さくなることがない。その結果、過度にダンピング係数が小さくなることにより、ジンバルの角速度が制限値を超える事態の発生が抑制され、減揺装置１０が損傷しない。

なお、ダンパ機構３０は、図５に記載のダンパ特性に代えて、図８に記載のダンパ特性を示してもよい。図８に記載の例においても、ジンバル４０の角速度が、第１角速度（例えば、最大値Ａ）である時のダンピング係数Ｄの値Ｄ１（点Ｇにおける関数ｆ’’の傾き）は、ジンバル４０の角速度が、第１角速度より小さな第２角速度である時のダンピング係数Ｄの値Ｄ２（点Ｈにおける関数ｆ’の傾き）よりも大きい。このため、波高が低い時のジンバルの角速度の値Ｅ’＝ｄθ_ｙ／ｄｔ＝１．８は、図４に記載の例におけるジンバルの角速度の値Ｅと比較して、大きな値となる。その結果、波高が低い時に、減揺装置１０の出力トルクを大きくすることができる（式（３）を参照）。

図５に記載のダンパ特性と、図８に記載のダンパ特性とは、ダンピング係数Ｄの値（関数ｆ’の傾き、又は、関数ｆ’’の傾き）が、ジンバルの角速度が増加するにつれて、（広義に）単調増加している点で共通する。ここで、「広義に」とは、ジンバルのダンピング係数Ｄの値がジンバルの角速度の増加に対して一定である部分（関数ｆ’’の傾きが一定である部分）が含まれていてもよいことを意味する。

なお、図８に記載のダンパ特性は、例えば、第１の液室３３における液圧と第２の液室３４における液圧との差圧Ｐの大きさに応じて、幅狭部３７の最小断面積が段階的に（少なくとも２段階に）変化するように機械的に調整されたオリフィス部（可動型のオリフィス部）を採用することで実現可能である。このような機構は、当業者によって容易に実現可能であるため、詳細な説明は省略する。代替的に、あるいは、付加的に、ダンパのダンピング係数Ｄを段階的に（少なくとも２段階に）変更することが可能な手動の入力装置を備えていてもよい。

なお、図５または図８に記載のようなダンパ特性を実現するために、船舶の揺動角速度を検出するセンサと、センサからの信号が入力されるとともにダンパ特性を変更する制御信号を出力する演算装置とを用いて、ダンパ特性をアクティブに制御することも考えられる。このようなタイプのダンパ機構は、本明細書において、アクティブ型のダンパ機構と定義される。アクティブ型のダンパ機構は、制御機構を構成する構成部品点数が多いとの問題がある。また、アクティブ型のダンパ機構を採用する場合、故障が発生した場合に、減揺装置が発振する可能性がある。さらに、制御機構は、電気信号の入力或いは出力等を利用するため、高い防水特性が求められる。これに対し、いくつかの実施形態におけるダンパ機構は、パッシブ型のダンパ機構（アクティブ型以外のダンパ機構）であるため、故障が発生した場合であっても、減揺装置が発振することがない。また、実施形態におけるパッシブ型のダンパ機構は、電気的な演算装置（制御装置）を用いることなく実現可能であるため、耐水性の点から好ましい。

本発明は上記各実施形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施形態は適宜変形又は変更され得ることは明らかである。また、各実施形態又は変形例で用いられる種々の技術は、技術的矛盾が生じない限り、他の実施形態又は変形例にも適用可能である。

１ ：船舶
３ ：電源装置
１０ ：減揺装置
２０ ：ベース
２２ ：取付金具
２４ ：ブラケット
２６ ：フレーム
２８ ：カバー部材
３０ ：ダンパ機構
３２ ：ハウジング
３３ ：第１の液室
３４ ：第２の液室
３５ ：流路
３６ ：オリフィス部
３７ ：幅狭部
３７ＣＡ ：第１端部
３７ＣＢ ：第２端部
３８ ：突出部
３８−１ ：第１傾斜面
３８−２ ：第２傾斜面
３８Ｂ ：エッジ部
３９ ：仕切り部材
４０ ：ジンバル
４１ ：枠体
４２ ：第１軸受
４４ ：第２軸受
４６ ：軸部材
５０ ：フライホイール
６０ ：モータ
６２ ：ステータ
６２Ａ ：コア部
６４ ：ロータ
ＲＡ ：第１軸
ＲＢ ：第２軸

Claims (7)

1. 減揺対象物に固定されるベースと、
   前記ベースによって、第１軸まわりに回転自在に支持されるジンバルと、
   前記ベースに対する前記ジンバルの相対回転運動を減衰させるダンパ機構と、
   前記ジンバルの一部を構成し、前記第１軸に垂直な第２軸まわりに回転自在なフライホイールと、
   前記フライホイールを回転させるモータと
   を具備し、
   前記ダンパ機構は、パッシブ型のダンパ機構であり、
   前記フライホイールの角運動量は前記モータの定速回転により一定であり、
   前記ダンパ機構は、
   ハウジングと、
   前記ハウジングの内側に配置された第１の液室と、
   前記ハウジングの内側に配置された第２の液室と、
   前記第１の液室と前記第２の液室との間に配置され、前記ハウジングに対して相対回転自在な仕切り部材と、
   前記第１の液室と前記第２の液室とを連結する流路と、
   前記流路の最小断面積を規定するオリフィス部と
   を具備し、
   前記ダンパ機構は、所定の関数で表わされるダンパ特性を有し、該ダンパ特性では、前記ジンバルの角速度が増加するにつれて、前記関数の傾きであるダンピング係数が広義に単調増加する
   減揺装置。
2. 前記ジンバルの角速度が第１角速度であるときの前記ダンパ機構のダンピング係数の第１値は、前記ジンバルの前記角速度が前記第１角速度より小さな第２角速度である時の前記ダンパ機構の前記ダンピング係数の第２値よりも大きく、
   前記第１値は、前記第２値の１．１倍以上である
   請求項１に記載の減揺装置。
3. 前記ダンパ機構には、前記ダンパ機構の特性を変化させる制御信号が入力されない
   請求項１又は２に記載の減揺装置。
4. 前記オリフィス部の少なくとも一部において、前記流路の長手方向に垂直な流路断面積は、前記流路の長手方向に沿って連続的に変化する
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の減揺装置。
5. 前記オリフィス部は、前記流路の長手方向に垂直な流路断面積が最小となる部分において、環状のエッジ部を備える
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の減揺装置。
6. 前記オリフィス部は、固定型のオリフィス部である
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の減揺装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の減揺装置が搭載された船舶。
   

Images