JPH09257096A - 減揺装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 減揺対象物の固有動揺周期が変化しても最適
な減揺効果を得ることができる減揺装置を提供すること
を目的とする。 【解決手段】 減揺装置は、減揺対象物の動揺軸線に直
交するように配置された軌道部材と軌道部材に沿って往
復運動可能な可動質量と可動質量の復元力を発生するた
めの復元力発生装置とこの復元力を調節するための復元
力調節装置とを有し、復元力調節装置は可動質量の復元
力を調節することによって可動質量の固有動揺周期を調
節することができる。この復元力発生装置は可動質量を
引っ張るためのばねを含む。復元力調節装置はばねの偏
位量を調節することができるように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は海上又は水上に浮遊
した海洋構造物、例えば停船中の船舶、パージ等の動揺
を軽減するための減揺装置に関し、特に、軌道上を往復
運動する可動質量によって構造物の動揺を軽減するよう
に構成された減揺装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、海上に浮遊した海洋構造物の減揺
装置として、アクチュエータを用いた能動型の装置と動
吸振器原理を用いた受動型の装置がある。能動型の装置
は海洋構造物の動揺をセンサによって検出し、アクチュ
エータによって可動質量を振動するように構成されてい
る。可動質量の振動は、海洋構造物の動揺を軽減するよ
うに位相制御される。

【０００３】動吸振器原理を用いた受動型の装置は可動
質量を駆動させるためのアクチュエータを用いないから
構造がより簡単である利点を有する。

【０００４】図６を参照して従来の動吸振器原理を用い
た減揺装置の例を説明する。この例は本願出願人と同一
の出願人によって平成８年１月３１日に出願された特願
平８−１５４２８号に開示されたものである。詳細は同
出願を参照されたい。

【０００５】この減揺装置は円弧状に湾曲した軌道部材
５１１とこの軌道部材５１１に沿って自由に移動可能な
可動質量５１２と両側の支持部材５１３Ａ、５１３Ｂと
を有する。軌道部材５１１の両端には水平軸５１１Ａ、
５１１Ｂが取り付けられ、この水平軸５１１Ａ、５１１
Ｂは支持部材５１３Ａ、５１３Ｂの軸受け（図示なし）
に回転可能に支持されている。

【０００６】支持部材５１３Ａ、５１３Ｂは海洋構造物
の所定の基台５５１に垂直に装着される。従って水平軸
５１１Ａ、５１１Ｂは基台５５１に平行である。図示の
ように基台５５１に平行な面上に水平軸５１１Ａ、５１
１Ｂに沿ってｘ軸、それに垂直にｙ軸、基台５５１に垂
直にｚ軸をとる。

【０００７】この減揺装置は海洋構造物のｙ軸に平行な
回転軸周りの動揺を軽減するように構成されている。海
洋構造物がｙ軸に平行な回転軸周りに動揺すると、可動
質量５１２は軌道部材５１１に沿って往復運動する。可
動質量５１２は軌道部材５１１に沿って円弧状の経路を
往復運動する。重力の分力が往復運動の復元力となる。
可動質量５１２の振動の中心は、円弧状経路の中心位置
であり、最下端部である。

【０００８】こうして、可動質量５１２の往復運動によ
って海洋構造物の動揺は減少する。減揺装置が効果的に
機能するためには、可動質量５１２の往復運動は、海洋
構造物の動揺周期と同一の動揺周期を有し且つ海洋構造
物の位相より所定の角度又は変位だけ偏位した位相を有
することが必要である。

【０００９】一般に海洋構造物の動揺周期は海洋構造物
の固有動揺周期に支配される。海洋構造物の固有動揺周
期は海洋構造物の構造、質量、重心位置等に依存し海洋
構造物毎に異なる。また、積み荷等が変化すると質量、
重心位置等が変化し、固有動揺周期は変化する。

【００１０】一方、可動質量５１２の動揺周期は可動質
量５１２の固有動揺周期に支配される。可動質量５１２
の固有動揺周期は、可動質量５１２の質量、運動経路等
に依存する。所望の減揺効果を得るためには、減揺装置
の可動質量５１２の固有動揺周期を海洋構造物の固有動
揺周期に一致させることが必要である。

【００１１】海洋構造物の積み荷等が変化してその固有
動揺周期が変化しても、所望の減揺効果を得るために
は、減揺装置の可動質量５１２の固有動揺周期を調節す
ることができることが必要である。

【００１２】図６に示す減揺装置では、減揺装置の可動
質量５１２の固有動揺周期を調節することができるよう
に構成されている。この例によると、軌道部材５１１は
水平軸５１１Ａ、５１１Ｂ周りに回転させることができ
る。それによって可動質量５１２はｘｚ面に対して傾斜
した面上を、軌道部材５１１に沿って移動する。

【００１３】可動質量５１２には、海洋構造物の動揺に
起因した外力と重力が作用する。可動質量５１２の運動
に寄与するのは、これらの力のうち、可動質量５１２の
運動方向の成分、即ち、軌道部材５１１の中心軸線の接
線方向の成分である。

【００１４】可動質量５１２の往復運動の復元力は重力
に基づいている。例えば、軌道部材５１１の中心軸線の
接線が垂直線となす角をαとすると、復元力はｍｇｃｏ
ｓαである。

【００１５】軌道部材５１１が水平軸５１１Ａ、５１１
Ｂ周りに回転すると、ｃｏｓαが減少して復元力は減少
する。それによって可動質量５１２の固有動揺周期は大
きくなる。

【００１６】従って、積み荷等の変化によって海洋構造
物の固有動揺周期が増加した場合には、軌道部材５１１
を水平軸５１１Ａ、５１１Ｂ周りに回転させることによ
って、可動質量５１２の固有動揺周期を大きくし、それ
によって所望の減揺効果を達成することができる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】図６に示した従来の減
揺装置は、軌道部材５１１を水平軸５１１Ａ、５１１Ｂ
周りに回転させることによって、可動質量５１２の固有
動揺周期を大きくすることができるように構成されてい
る。例えば、軌道部材５１１を略９０°回転させた状態
では、可動質量５１２は略水平面上の経路を運動するこ
ととなり、固有動揺周期は無限大に大きくなる。しかし
ながら、可動質量５１２の固有動揺周期の最小値は、軌
道部材５１１が垂直面に沿って配置された状態のときで
あり、固有動揺周期をそれ以上小さくすることはできな
い欠点があった。

【００１８】また、従来の減揺装置では、円弧状に湾曲
した軌道部材５１１を使用する。湾曲した軌道部材５１
１を高い精度で製造するのは困難であり大量生産ができ
なかった。軌道部材５１１を正確な円弧状に湾曲加工す
るためには加工費用が増加する。

【００１９】また従来の減揺装置では、円弧状に湾曲し
た軌道部材５１１を使用するため、減揺装置の占有体
積、特に軌道部材５１１及び可動質量５１２を収容する
部分が大きくなる欠点があった。特に小型の船舶等に搭
載する場合には、設置が困難な場合があった。

【００２０】本発明は斯かる点に鑑み、可動質量５１２
の固有動揺周期を調節できるように構成された減揺装置
において、固有動揺周期を増加させるばかりでなく減少
させることができることを目的とする。

【００２１】本発明は斯かる点に鑑み、加工が容易な且
つ製造費用が低い減揺装置を提供することを目的とす
る。

【００２２】本発明は斯かる点に鑑み、占有体積が小さ
く小型の船舶にも搭載することができる減揺装置を提供
することを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明の減揺装置による
と、減揺対象物の動揺軸線に直交して配置される軌道部
材と該軌道部材に沿って往復運動可能な可動質量と該可
動質量の復元力を発生するための復元力発生装置と上記
復元力を調節するための復元力調節装置とを有し、上記
可動質量の復元力を調節することによって上記可動質量
の固有動揺周期を調節することができるように構成され
ている。

【００２４】本発明によると、減揺装置において、上記
軌道部材は直線状の形状であり上記可動質量の運動経路
は直線であることを特徴とする。

【００２５】本発明によると、減揺装置において、上記
復元力発生装置は上記可動質量を引っ張るためのばねを
含むことを特徴とする。

【００２６】本発明によると、減揺装置において、上記
復元力発生装置は一端が上記可動質量に接続された引っ
張りワイヤと該引っ張りワイヤを案内するローラ部材と
上記引っ張りワイヤの他端に接続されたばねとを有し、
上記ローラ部材は上記可動質量が上記軌道部材上の基準
位置にあるとき上記引っ張りワイヤに作用する引っ張り
力が上記可動質量の運動方向に直交するように配置され
ていることを特徴とする。

【００２７】本発明によると、減揺装置において、上記
復元力調節装置は上記可動質量が上記基準位置にあると
きの上記ばねの偏位量を調節することができるように構
成されていることを特徴とする。

【００２８】本発明によると、減揺装置において、上記
復元力調節装置は、上記ばねの両端のうち上記可動質量
と反対側の端部に接続された巻き取りワイヤと該巻き取
りワイヤを巻き取るための巻き取りローラと該巻き取り
ローラに装着された歯車と該歯車に係合しているウォー
ム歯車とを有することを特徴とする。

【００２９】本発明によると、減揺装置において、上記
ウォーム歯車はステップモータによって自動的に又は手
動ハンドルによって手動的に駆動されることができるよ
うに構成されていることを特徴とする。

【００３０】本発明によると、減揺装置において、更に
上記減揺対象物の動揺を検出するための動揺検出器と該
動揺検出器からの信号を入力して命令信号を生成する制
御演算部とを有し、該制御演算部は今回の上記減揺対象
物の動揺角が前回の動揺角より小さいか又は等しいとき
には、前回の命令信号と同一極性の命令信号を生成し、
今回の上記減揺対象物の動揺角が前回の動揺角より大き
いときには、前回の命令信号と反対の極性の命令信号を
生成するように構成されていることを特徴とする。

【００３１】本発明によると、減揺装置において、上記
減揺対象物の動揺角は１演算周期における上記動揺検出
器から供給された動揺角信号から求めた平均動揺角であ
ることを特徴とする。

【００３２】

【発明の実施の形態】図１を参照して本発明による減揺
装置の例について説明する。本例の減揺装置は軌道部材
１１とこの軌道部材１１に沿って自由に移動可能な可動
質量１２とこの軌道部材１１を両側にて支持する支持部
材１３Ａ、１３Ｂと可動質量１２に装着されたワイヤ１
５とこのワイヤ１５を案内する１対のローラ１７Ａ、１
７Ｂとを有する。可動質量１２の下端には小さなローラ
１２Ａが装着され、ワイヤ１５の一端１５Ａはこのロー
ラ１２Ａに装着されている。

【００３３】図１に示す例では軌道部材１１は直線状に
形成されており、可動質量１２の運動経路は直線であ
る。しかしながら、軌道部材１１は、図６に示した従来
例のように円弧状に湾曲した形状であってもよく、可動
質量１２の運動経路は円弧、方物線等であってもよい。

【００３４】本例の減揺装置はワイヤ１５を所定の張力
にて引っ張るための張力発生装置２０とワイヤ１５の張
力を調節するための張力調節装置３０とを有する。本例
によると、張力発生装置２０によって可動質量２１の往
復運動の復元力が生成される。また張力調節装置３０に
よって可動質量２１の往復運動の復元力が調節される。
従って張力発生装置２０は復元力発生装置であり、張力
調節装置３０は復元力調節装置である。

【００３５】張力発生装置２０は例えば、引っ張りばね
を使用するものであってよい。引っ張りばねはコイルば
ねであってよい。本例の張力発生装置２０は、ワイヤ１
５の他端１５Ｂに接続された引っ張りばね２１と引っ張
りばね２１の一端２１Ａに装着されたリミットスイッチ
装置２３とを有する。リミットスイッチ装置２３は引っ
張りばね２１の伸びが所定の大きさより大きくなると信
号を生成するように構成されている。

【００３６】リミットスイッチ装置２３は例えば、引っ
張りばね２１の一端２１Ａに装着された第１の接点２３
Ａと基台５１に装着された第２の接点２３Ｂとを有し、
引っ張りばね２１の伸びが所定の大きさを越えると２つ
の接点の開閉状態が変化し、信号を生成するように構成
されてよい。

【００３７】張力調節装置３０は例えば、張力発生装置
２０の引っ張りばねを変位させるように構成さてよい。
本例の張力調節装置３０は、引っ張りばね２１の他端２
１Ｂに接続されたワイヤ３１を巻き取るための巻き取り
ローラ３３とこのローラ３３に装着された歯車３５とこ
の歯車３５と係合するウォーム歯車３７とウォーム歯車
３７を回転させるためのステップモータ３９とハンドル
付き回転軸４１とを有する。

【００３８】また張力調節装置３０はワイヤ１５の引っ
張力を指示する指示装置を有し、この指示装置は図示の
ように引っ張りばね２１の一端２１Ｂのワイヤ３１に装
着された針４５と目盛り４７とを有する。尚、針４５は
巻き取りローラ３３又は歯車３５に装着されてよく、目
盛り４７はこの針４５の動きを指示するように円周方向
に延在するように配置されてよい。

【００３９】図示のように軌道部材１１に沿ってｘ軸を
とり、それに垂直下方にｙ軸をとる。またｘｙ軸に垂直
に（紙面に垂直に）ｚ軸をとる。座標の原点Ｏを軌道部
材１１の中央位置にとる。支持部材１３Ａ、１３Ｂは海
洋構造物の所定の基台５１に垂直に装着される。軌道部
材１１は基台５１に平行に配置される。

【００４０】本例の減揺装置はｚ軸（紙面に垂直な軸
線）に平行な回転軸線周りの動揺を減少させるように構
成されている。ローラ１７Ａ、１７Ｂは原点Ｏの下方に
配置されており、可動質量１２が原点Ｏの位置にあると
き、ワイヤ１５はＹ軸に沿って延在する。このときのワ
イヤ１５の張力を初期張力Ｆ₀ とする。海洋構造物が動
揺すると可動質量１２は原点Ｏを中心に往復運動する。
例えば、可動質量１２が第１の支持部材１３Ａの近くに
配置されたものとする。このときの可動質量１２の変位
をｘ、ワイヤ１５の張力をＦとする。

【００４１】ワイヤ１５の弾性変形は十分小さいから無
視することができる。ワイヤ１５の初期張力Ｆ₀ 及び張
力Ｆは、張力発生装置２０の引っ張りばね２１によって
生成される。一方、可動質量１２の往復運動の復元力は
ワイヤ１５の張力Ｆとワイヤ１５の傾斜角θによって決
まる。

【００４２】後に説明するが、ワイヤ１５の張力Ｆは、
引っ張りばね２１の伸びδと引っ張りばね２１の初期張
力Ｆ₀ によって決まる。従って、往復運動の復元力を調
節するためには、引っ張りばね２１の初期張力Ｆ₀ を調
節すればよい。

【００４３】可動質量１２の固有動揺周期Ｔは復元力の
関数だから、可動質量１２の固有動揺周期Ｔを変化させ
るためには、引っ張りばね２１の初期張力Ｆ₀ を調節す
ればよい。

【００４４】本例によると、引っ張りばね２１の初期張
力Ｆ₀ は張力調節装置３０によって調節されることがで
きる。張力調節装置３０は自動的に又は手動で作動する
ことができる。図示のように、ウォーム歯車３７は、ス
テップモータ３９又はハンドル付き回転軸４１の一方が
接続されることができるように構成されている。

【００４５】先ず可動質量１２を原点Ｏの位置に配置
し、ステップモータ３９又はハンドル付き回転軸４１を
ウォーム歯車３７に接続して作動する。それによって、
ウォーム歯車３７は回転し、それに係合している歯車３
５も回転する。歯車３５が回転するとそれに装着された
巻き取りローラ３３が回転し、引っ張りばね２１の他端
２１Ｂに接続されたワイヤ３１が巻き取られ又は緩めら
れる。引っ張りばね２１は巻き取りローラ３３方向に引
っ張られ又は緩められる。それによって引っ張りばね２
１は伸縮し、ワイヤ１５に作用する初期張力Ｆ₀ は増加
又は減少する。

【００４６】以下に、引っ張りばね２１の初期張力Ｆ₀
とワイヤ１５の張力Ｆ、可動質量１２の復元力Ｆ_X 及び
固有動揺周期Ｔの関係を解析する。ここでは、図１に示
すように軌道部材１１が直線状であり、可動質量１２の
運動経路が直線である場合について考える。

【００４７】可動質量１２が原点Ｏに配置されていると
き、ワイヤ１５に作用する張力、即ち、初期張力をＦ₀
とする。次に、図示の一点鎖線１２’にて示すように、
可動質量１２が原点Ｏから右側の支持部材１３Ａ方向に
移動した状態を考える。このときの可動質量１２の座標
をｘとし、ワイヤ１５のｙ軸に対する傾斜角をθ、ワイ
ヤ１５に作用する張力をＦとする。

【００４８】引っ張りばね２１の伸びδは次のように表
される。但し、可動質量１２に装着されたローラ１２Ａ
の中心からローラ１７Ａ、１７Ｂの中心までのｙ軸方向
の距離をｂとする。また、ローラ１７Ａ、１７Ｂの半径
は十分小さいものとする。

【００４９】

【数１】δ＝√（ｂ² ＋ｘ² ）−ｂ

【００５０】引っ張りばね２１のばね定数をＫとする
と、ワイヤ１５に作用する張力Ｆは次のように表され
る。

【００５１】

【数２】 Ｆ＝Ｆ₀ ＋Ｋδ ＝Ｆ₀ ＋Ｋ〔√（ｂ² ＋ｘ² ）−ｂ〕

【００５２】可動質量１２に作用する復元力Ｆ_X は、ワ
イヤ１５の張力Ｆのｘ軸方向の成分であるから次のよう
に表される。

【００５３】

【数３】 Ｆ_X ＝Ｆｓｉｎθ＝［Ｆ₀ ＋Ｋ〔√（ｂ² ＋ｘ² ）−ｂ〕］・［ｘ／√（ｂ² ＋ ｘ² ）］ ＝Ｋｘ＋（Ｆ₀ −Ｋｂ）ｘ／√（ｂ² ＋ｘ² ） ＝Ｋ_EQｘ

【００５４】ここでＫ_EQは等価ばね定数と称され次の式
によって表される。

【００５５】

【数４】Ｋ_EQ＝Ｋ＋（Ｆ₀ −Ｋｂ）／√（ｂ² ＋ｘ² ）

【００５６】ここで、変位ｘが距離ｂに比べて十分小さ
いと仮定すると、等価ばね定数Ｋ_EQ及び復元力Ｆ_X は次
のように表される。

【００５７】

【数５】Ｋ_EQ＝Ｆ₀ ／ｂ Ｆ_X ＝Ｋ_EQｘ＝（Ｆ₀ ／ｂ）ｘ

【００５８】この振動系の固有周期Ｔは次の式によって
表される。

【００５９】

【数６】Ｔ＝２π√（ｍ／Ｋ_EQ）

【００６０】ここでｍは可動質量１２の質量である。固
有動揺周期Ｔは、等価ばね定数Ｋ_EQが増加すると減少
し、等価ばね定数Ｋ_EQが減少すると増加する。数４の式
又は数５の式より明らかなように、等価ばね定数Ｋ
_EQは、初期張力Ｆ₀ が増加すると増加し、初期張力Ｆ₀
が減少すると減少する。結局、固有動揺周期Ｔは、初期
張力Ｆ₀ が増加すると減少し、初期張力Ｆ₀ が減少する
と増加する。

【００６１】数４の式及び数５の式により明らかなよう
に、等価ばね定数Ｋ_EQは、初期張力Ｆ₀ とＫｂの大小関
係によって変化し、次のような３つの場合に分けられ
る。

【００６２】（１）Ｆ₀ ＝Ｋｂの場合 この場合をここでは、基準状態と称することとする。こ
のとき、等価ばね定数Ｋ_EQ、復元力Ｆ_X 及び固有周期Ｔ
は次のようになる。

【００６３】

【数７】Ｋ_EQ＝Ｋ Ｆ_X ＝Ｋｘ Ｔ＝２π√（ｍ／Ｋ）

【００６４】等価ばね定数Ｋ_EQは引っ張りばね２１のば
ね定数Ｋに等しく、復元力Ｆ_X 及び固有周期Ｔはばね定
数Ｋと変位ｘのみによって決まる。

【００６５】（２）Ｆ₀ ＞Ｋｂの場合 これは、初期張力Ｆ₀ を基準状態の場合より増加させた
場合に相当する。このとき、等価ばね定数Ｋ_EQ、復元力
Ｆ_X 及び固有周期Ｔ_EQは次のようになる。

【００６６】

【数８】Ｋ_EQ＞Ｋ Ｆ_X ＞Ｋｘ Ｔ＜２π√（ｍ／Ｋ）

【００６７】基準状態と比較して、等価ばね定数Ｋ_EQ及
び復元力Ｆ_X は増加し、固有周期Ｔは減少する。

【００６８】（３）Ｆ₀ ＜Ｋｂの場合 これは、初期張力Ｆ₀ を基準状態の場合より減少させた
場合に相当する。このとき、等価ばね定数Ｋ_EQ、復元力
Ｆ_X 及び固有周期Ｔは次のようになる。

【００６９】

【数９】Ｋ_EQ＜Ｋ Ｆ_X ＜Ｋｘ Ｔ＞２π√（ｍ／Ｋ）

【００７０】基準状態と比較して、等価ばね定数Ｋ_EQ及
び復元力Ｆ_X は減少し、固有周期Ｔは増加する。

【００７１】以上の解析より明らかなように、本例の減
揺装置によると、初期張力Ｆ₀ を調節することによって
等価ばね定数Ｋ_EQが変化し、復元力Ｆ_X 及び固有周期Ｔ
が変化する。初期張力Ｆ₀ を増加させれば、可動質量１
２の復元力Ｆ_X は増加し固有周期Ｔは減少する。また初
期張力Ｆ₀ を減少させれば、可動質量１２の復元力Ｆ _X
は減少し固有周期Ｔは増加する。従って、搭載している
積み荷又は人間の数が変化して海洋構造物の固有動揺周
期が変化した場合には、初期張力Ｆ₀ を調節することに
よって、可動質量１２の固有動揺周期Ｔを変化させ、そ
れによって最適な減揺効果を得ることができる。

【００７２】図２を参照して説明する。図２は本発明に
よる減揺装置１０を実際の船舶５０に搭載した状態を示
す。本例の減揺装置１０は直線状の軌道部材１１とこの
軌道部材１１に沿って自由に移動可能な可動質量１２と
この軌道部材１１を両側にて支持する支持壁１４Ａ、１
４Ｂと可動質量１２に装着されたワイヤ１５とこのワイ
ヤ１５を案内する１対のローラ１７Ａ、１７Ｂと一方の
支持壁１４Ａに装着されたローラ１８とを有する。

【００７３】本例の減揺装置１０は図１に示した減揺装
置と比較して、支持壁１４Ａに装着されたローラ１８に
よってワイヤ１５が案内されている点が異なり、それ以
外は同様な構成であってよい。従って、図２では可動質
量１２の下端に装着された小さなローラ１２Ａや張力発
生装置２０及び張力調節装置３０は省略されている。

【００７４】図２の破線５０’は静止状態にある船体の
断面を示し、実線５０は動揺して傾斜角φだけ傾斜した
船体の断面を示す。いずれも、船舶の首尾線方向と直交
する面にて切断した船舶の断面である。静止状態にある
船舶の重心をＧ_S 、重心Ｇ_Sを通る垂直線をＯＧ_S とす
る。傾斜角φだけ傾斜した状態にある船舶５０の重心Ｇ
_S を通る垂直線をＯ’Ｇ_S とする。

【００７５】減揺装置１０は、船舶５０のロール運動、
即ち、船舶の首尾線に平行な回転軸線周りの動揺を減揺
させるように、配置される。従って、減揺装置１０は、
軌道部材１１が船舶５０の幅方向に延在するように、船
舶５０上の適当な位置に配置される。図示の例では、船
舶５０の甲板５２上に配置されているが船倉に配置され
てもよい。

【００７６】減揺装置１０を搭載した船舶５０を２自由
度振動系として、運動方程式を導出し、その周波数特性
を求める。船体５０及び減揺装置１０の運動方程式はそ
れぞれ次のようになる。

【００７７】

【数１０】Ｉ_S ・ｄ² φ／ｄｔ² ＝−Ｃ_S ・ｄφ／ｄｔ
−Ｋ_S φ−ｍｇｘｃｏｓφ＋Ｐ ｍ・ｄ² ｘ／ｄｔ² ＝−Ｃ_G ・ｄｘ／ｄｔ−Ｋ_EQｘ−ｍ
ｇｓｉｎφ

【００７８】ここで、 φ：船体の横揺れ角（ロール角） Ｉ_S ：船体の慣性モーメント Ｃ_S ：船体の横揺れ（ロール運動）に対する減衰定数 Ｋ_S ：船体の復元トルク定数 Ｐ：強制力 ｘ：可動質量１２の変位 ｍ：可動質量１２の質量 Ｃ_G ：減揺装置１０の減衰定数 Ｋ_EQ：減揺装置１０の等価ばね定数

【００７９】船体の横揺れ角φが微小であると仮定する
と、船体５０及び減揺装置１０の運動方程式はそれぞれ
次のように表される。

【００８０】

【数１１】Ｉ_S ・ｄ² φ／ｄｔ² ＝−Ｃ_S ・ｄφ／ｄｔ
−Ｋ_S φ−ｍｇｘ＋Ｐ ｍ・ｄ² ｘ／ｄｔ² ＝−Ｃ_G ・ｄｘ／ｄｔ−Ｋ_EQｘ−ｍ
ｇφ

【００８１】ここで、初期条件としてｔ＝０でｄφ／ｄ
ｔ＝φ＝０且つｄｘ／ｄｔ＝ｘ＝０と仮定し、この２つ
の式をラプラス変換すると次のように表される。

【００８２】

【数１２】Ｉ_S φｓ² ＋Ｃ_S φｓ＋Ｋ_S φ＋ｍｇｘ＝Ｐ ｍｘｓ² ＋Ｃ_G ｘｓ＋Ｋ_EQｘ＋ｍｇφ＝０

【００８３】ここにｓはラプラス演算子である。ラプラ
ス演算子ｓをｓ＝ｊω（ｊは虚数単位）と置いて周波数
領域の表現に直し、変数φ、ｘについて整頓すると次の
ようになる。

【００８４】

【数１３】 （−Ｉ_S ω² ＋ｊＣ_S ω＋Ｋ_S ）φ＋ｍｇｘ＝Ｐ （−ｍω² ＋ｊＣ_G ω＋Ｋ_EQ）ｘ＋ｍｇφ＝０

【００８５】ここで、次のように置く。

【００８６】

【数１４】Ａ＝−ｍω² ＋Ｋ_EQ Ｂ＝Ｃ_G ω Ｃ＝ｍＩ_S ω⁴ −Ｋ_EQＩ_S ω² −Ｃ_S Ｃ_G ω² −Ｋ_S ｍ
ω²＋Ｋ_S Ｋ_EQ−ｍ² ｇ² Ｄ＝Ｋ_EQＣ_S ω−ｍＣ_S ω³ ＋Ｋ_S Ｃ_G ω−Ｉ_S Ｃ_G ω
³ Ｅ＝ｍｇ

【００８７】変数φ、ｘは次のように表される。

【００８８】

【数１５】φ＝〔（Ａ＋ｊＢ）／（Ｃ＋ｊＤ）〕Ｐ ｘ＝〔Ｅ／（Ｃ＋ｊＤ）〕Ｐ

【００８９】変数φ、ｘのゲイン特性は次のように表さ
れる。

【００９０】

【数１６】 ｜φ｜＝√〔（Ａ² ＋Ｂ² ）／（Ｃ² ＋Ｄ² 〕Ｐ ｜ｘ｜＝√〔Ｅ² ／（Ｃ² ＋Ｄ² ）〕Ｐ

【００９１】変数φ、ｘの位相特性は次のように表され
る。

【００９２】

【数１７】∠φ（ｊω）＝ｔａｎ^-1〔（ＢＣ−ＡＤ）／
（ＡＣ＋ＢＤ）〕 ∠ｘ（ｊω）＝ｔａｎ^-1（−Ｄ／Ｃ）

【００９３】図３を参照して説明する。図３Ａは図２に
示す２自由度振動系のゲイン特性を示し、図３Ｂは位相
特性を示す。横軸は、船舶５０の固有振動数Ω_n に対す
る減揺装置１０の可動質量１２の固有振動数ω_n の比ω
_n ／Ω_n である。

【００９４】図３Ａについて説明する。曲線Ｃ１は本例
の減揺装置１０を搭載した船体５０の動揺角（横揺れ角
又はロール角）φ（ｄｅｇ）を表し、曲線Ｃ２は可動質
量１２の最大変位（又は最大振幅）ｘ（ｃｍ）を表し、
曲線Ｃ３は減揺装置１０を搭載しない船体５０の動揺角
（横揺れ角又はロール角）φ（ｄｅｇ）を表す。

【００９５】減揺装置１０の可動質量１２の固有振動数
ω_n が船舶５０の固有振動数Ω_n に略等しいとき、即
ち、比ω_n ／Ω_n ≒１のとき、曲線Ｃ１と曲線Ｃ３を比
較すると明らかなように、減揺装置１０を搭載した船体
５０の動揺角φは減揺装置１０を搭載しない船体５０の
動揺角にくらべて顕著に減少している。従って、減揺装
置１０の可動質量１２の固有振動数ω_n を船舶５０の固
有振動数Ω_n に略等しくすることによって、減揺装置１
０の効果を十分にを発揮することができる。

【００９６】またこのとき、曲線Ｃ２に示されるよう
に、可動質量１２の最大変位（又は最大振幅）ｘ（ｃ
ｍ）は極小値をとる。

【００９７】図３Ｂについて説明する。曲線Ｃ４は、船
舶５０に作用する外力揺動（例えば波）に対する、本例
の減揺装置１０を搭載した船体５０の動揺角（横揺れ角
又はロール角）φの位相差Δφ（ｄｅｇ）を表し、曲線
Ｃ５は、船舶５０に作用する外力揺動に対する、可動質
量１２の運動の位相差Δｘ（ｄｅｇ）を表す。

【００９８】減揺装置１０の可動質量１２の固有振動数
ω_n が船舶５０の固有振動数Ω_n に略等しいとき、即
ち、比ω_n ／Ω_n ≒１のとき、曲線Ｃ４と曲線Ｃ５を比
較すると明らかなように、減揺装置１０を搭載した船体
５０の動揺角φは外力動揺に対して約９０°位相が遅
れ、減揺装置１０の可動質量１２の運動の位相角は船体
５０の動揺角φに対して約９０°遅れる。結局、減揺装
置１０の可動質量１２の運動の位相角は外力動揺に対し
て約１８０°位相が遅れる。

【００９９】次に図４及び図５を参照して、本発明によ
る減揺装置１０の制御系について説明する。本例による
制御系は減揺装置１０が最適な減揺効果を達成するよう
に、張力調節装置３０（図１参照）に供給する命令信号
を生成するように構成されている。斯かる命令信号は海
洋構造物が実際に外力波を受けて動揺している状態にて
生成される。

【０１００】本例の制御系は、船舶５０の動揺角（横揺
れ角又はロール角）φを検出するための動揺検出器５５
と制御装置６０と張力調節装置３０（図１参照）とリミ
ットスイッチ装置２３（図１参照）とを有する。動揺検
出器５５は船舶５０の動揺角φを検出するための装置で
あればどのような形式のものであってもよく、例えば加
速度計又はジャイロ装置であってよい。

【０１０１】リミットスイッチ装置２３は、リミットス
イッチ２３−１と出力インタフェース２３−２とを有
し、引っ張りばね２１の伸びδが所定の制限値δ_LIM を
越えたときに信号を生成する。リミットスイッチ２３−
１からの信号は出力インタフェース２３−１によって電
気信号に変換され、制御装置６０に供給される。

【０１０２】制御装置６０は、動揺検出器５５より供給
された信号より動揺検出器５５のノイズ成分や船体５０
の振動成分等の不要成分を除去する高周波減衰フィルタ
部６１と該高周波減衰フィルタ部６１からの信号をディ
ジタル信号に変換して記憶する信号取り込み部６２と信
号取り込み部６２からの信号とリミットスイッチ装置２
３からの信号を処理して張力調整装置３０に供給する命
令信号を生成する制御演算部６３と制御演算部６３から
の信号を一時的に記憶する出力インタフィース６４とを
含む。

【０１０３】図５を参照して制御演算部６３の動作を説
明する。図５は制御演算部６３における演算フローの例
を示す。先ずステップ１０１にて演算が開始され、ステ
ップ１０２にて変数の初期化が行われる。これは、演算
周期τ、張力調整装置３０に供給する命令信号の単位の
初期値、引っ張りばね２１の伸びδの制限範囲δ_LIM等
を設定する。張力調整装置３０に供給する命令信号の単
位の初期値は、単位変位の初期値Δｘ₀ 又は単位角の初
期値ΔΨ₀ である。

【０１０４】ステップ１０３〜１０５にて演算周期毎に
平均動揺角Ａ_N が求められる。平均動揺角Ａ_N は、各演
算周期における船体５０の動揺角φの変動量を表すもの
であればよく、動揺角φのデータの標準偏差、分散、最
大値と最小値の差等が用いられてよい。ここでは、平均
動揺角Ａ_N は各演算周期毎に演算された標準偏差σ_Nの
３倍の値として定義される。

【０１０５】

【数１８】Ａ_N ＝３σ_N ＝３√［Σ〔（φ_i ² −
φ_m ² ）／（ｎ−１）〕］

【０１０６】ここに、 Ａ_N ：平均動揺角 σ_N ：標準偏差 φ_i ：動揺検出器５５より出力される船体５０の動揺角 φ_m ：動揺角φ_i の平均値 ｎ：演算周期τ内でのデータ数

【０１０７】また右辺のΣはｉ＝１〜ｉ＝ｎまでの総和
を表す。ステップ１０３にて動揺検出器５５より供給さ
れる船体５０の動揺角φ_i が読み込まれる。ステップ１
０４にて１演算周期が経過したか否かが判断される。１
演算周期が経過するまで、動揺検出器５５より供給され
た船体５０の動揺角φ_i が読み込まれ、１演算周期が経
過すると、ステップ１０５に進んで、平均動揺角Ａ_N が
演算される。平均動揺角Ａ_N は数１８の式によって演算
される。

【０１０８】ステップ１０６に進み、今回の平均動揺角
Ａ_N と前回の平均動揺角Ａ_N-1 が比較される。今回の平
均動揺角Ａ_N が前回の平均動揺角Ａ_N-1 より大きい場合
にはステップ１０７に進み、前回と逆極性の命令量を生
成する。今回の平均動揺角Ａ _N が前回の平均動揺角Ａ
_N-1 より小さいか又は等しい場合にはステップ１０８に
進み、前回と同一極性の命令量を生成する。

【０１０９】命令量はステップ１０２にて設定された単
位変位Δｘ₀ 又は単位角ΔΨ₀ を使用して生成される。
例えば単位変位Δｘ₀ を使用する場合、命令量Δｘは単
位変位Δｘ₀ の整数倍によって表現される。

【０１１０】例えば前回の命令量がΔｘ_N-1 であったと
する。ステップ１０７ではΔｘ_N ＝−Δｘ_N-1 と置き換
えられ、ステップ１０８ではΔｘ_N ＝Δｘ_N-1 と置き換
えられる。結局ステップ１０６、１０７及び１０８では
次の演算がなされる。

【０１１１】

【数１９】Ａ_N ＞Ａ_N-1 ：Δｘ_N ＝−Δｘ_N-1 Ａ_N ≦Ａ_N-1 ：Δｘ_N ＝Δｘ_N-1

【０１１２】単位角ΔΨ₀ を使用する場合も同様であ
る。ステップ１０９にて、命令量の積算値ΣΔｘが設定
範囲内であるか否かが判定される。命令量の上限及び下
限をそれぞれｘ_S 、ｘ_L とすると次の式が成り立つか否
かが判定される。

【０１１３】

【数２０】ｘ_S ＜ΣΔｘ_N ＜ｘ_L

【０１１４】この関係が成り立つ場合にはステップ１１
０に進みむ。この関係が成り立たない場合にはステップ
１０２に戻る。即ち、積算値ΣΔｘが設定範囲内になる
まで、張力調整装置３０に供給すべき命令信号を生成し
ないで、ステップ１０２〜１０８までの演算を繰り返
す。

【０１１５】積算値ΣΔｘが設定範囲内になるとステッ
プ１１０に進み、張力調整装置３０に供給すべき命令信
号を生成する。斯かる命令信号は、例えば、ステップモ
ータ３９（図１参照）に供給すべき駆動信号であってよ
い。

【０１１６】最後にステップ１１１ではリミットスイッ
チ装置２３からの信号によってリミットスイッチ２３−
１の開閉状態が監視される。上述のように、リミットス
イッチ装置２３は引っ張りばね２１の伸縮量δを監視
し、伸縮量δが所定の制限値を越えた場合には停止信号
を生成する。停止信号は、可動質量１２を緊急停止させ
るための停止固定装置に供給される。停止固定装置は図
１に示されていないが、例えば可動質量１２に係合可能
なブレーキ板とブレーキ板を作動させるためのレバー部
材を含むように構成されてよい。

【０１１７】リミットスイッチ装置２３から停止信号が
供給されない間は、ステップ１１０にて生成された命令
信号はそのまま張力調整装置３０に供給され、ステップ
１１２に進み、終了する。リミットスイッチ装置２３か
ら停止信号が供給された時は、ステップ１１０にて生成
された命令信号は消去され、ステップ１１３に進み、張
力調整装置３０の作動は停止される。この場合、ステッ
プ１０２に戻り、全ての演算が初めからやり直される。

【０１１８】以上本発明の実施の形態について詳細に説
明したが、本発明はこれらの例に限定されることなく特
許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更等
が可能であることは当業者にとって理解されよう。

【０１１９】

【発明の効果】本発明によると、減揺対象物の固有動揺
周期が変化しても、可動質量の往復運動の復元力を調節
することができるから、減揺対象物に対して最適な減揺
効果を達成することができる利点を有する。

【０１２０】本発明によると、減揺対象物の固有動揺周
期が変化しても、可動質量の往復運動の復元力を増加又
は減少させることができるから、減揺対象物に対して最
適な減揺効果を達成することができる利点を有する。

【０１２１】本発明によると、軌道部材を直線状に形成
することができるから、製造費用を低減させることがで
きる利点及び占有体積を減少させることができる利点を
有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による減揺装置の構成例を示す図であ
る。

【図２】本発明による減揺装置を船舶に搭載した例を示
す図である。

【図３】減揺装置と船舶を含む２自由度振動系の振動特
性及び位相特性を示す図である。

【図４】本発明による減揺装置の制御系の例を示す図で
ある。

【図５】本発明による減揺装置の制御系の制御演算部の
動作を示す流れ図である。

【図６】従来の減揺装置の構成例を示す図である。

【符号の説明】

１０ 減揺装置 １１ 軌道部材 １２ 可動質量 １２Ａ ローラ １３Ａ、１３Ｂ 支持部材 １４Ａ、１４Ｂ 支持壁 １５ ワイヤ １７Ａ、１７Ｂ、１８ ローラ ２０ 張力発生装置 ２１ 引っ張りばね ２３ リミットスイッチ装置 ３０ 張力調節装置 ３１ ワイヤ ３３ 巻き取りローラ ３５ 歯車 ３７ ウォーム歯車 ３９ ステップモータ ４１ ハンドル付き回転軸 ４３ 針 ４５ 目盛り ５０ 船舶 ５１ 基台 ５２ 甲板 ５５ 動揺検出器 ６０ 制御装置

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 減揺対象物の動揺軸線に直交して配置さ
   れる軌道部材と該軌道部材に沿って往復運動可能な可動
   質量と該可動質量の復元力を発生するための復元力発生
   装置と上記復元力を調節するための復元力調節装置とを
   有し、上記可動質量の復元力を調節することによって上
   記可動質量の固有動揺周期を調節することができるよう
   に構成された減揺装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の減揺装置において、上記
   軌道部材は直線状の形状であり上記可動質量の運動経路
   は直線であることを特徴とする減揺装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の減揺装置におい
   て、上記復元力発生装置は上記可動質量を引っ張るため
   のばねを含むことを特徴とする減揺装置。
4. 【請求項４】 請求項１、２又は３記載の減揺装置にお
   いて、上記復元力発生装置は一端が上記可動質量に接続
   された引っ張りワイヤと該引っ張りワイヤを案内するロ
   ーラ部材と上記引っ張りワイヤの他端に接続されたばね
   とを有し、上記ローラ部材は上記可動質量が上記軌道部
   材上の基準位置にあるとき上記引っ張りワイヤに作用す
   る引っ張り力が上記可動質量の運動方向に直交するよう
   に配置されていることを特徴とする減揺装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の減揺装置において、上記
   復元力調節装置は上記可動質量が上記基準位置にあると
   きの上記ばねの偏位量を調節することができるように構
   成されていることを特徴とする減揺装置。
6. 【請求項６】 請求項３、４又は５記載の減揺装置にお
   いて、上記復元力調節装置は、上記ばねの両端のうち上
   記可動質量と反対側の端部に接続された巻き取りワイヤ
   と該巻き取りワイヤを巻き取るための巻き取りローラと
   該巻き取りローラに装着された歯車と該歯車に係合して
   いるウォーム歯車とを有することを特徴とする減揺装
   置。
7. 【請求項７】 請求項６記載の減揺装置において、上記
   ウォーム歯車はステップモータによって自動的に又は手
   動ハンドルによって手動的に駆動されることができるよ
   うに構成されていることを特徴とする減揺装置。
8. 【請求項８】 請求項１、２、３、４、５、６又は７記
   載の減揺装置において、更に上記減揺対象物の動揺を検
   出するための動揺検出器と該動揺検出器からの信号を入
   力して命令信号を生成する制御演算部とを有し、該制御
   演算部は今回の上記減揺対象物の動揺角が前回の動揺角
   より小さいか又は等しいときには、前回の命令信号と同
   一極性の命令信号を生成し、今回の上記減揺対象物の動
   揺角が前回の動揺角より大きいときには、前回の命令信
   号と反対の極性の命令信号を生成するように構成されて
   いることを特徴とする減揺装置。
9. 【請求項９】 請求項８記載の減揺装置において、上記
   減揺対象物の動揺角は１演算周期における上記動揺検出
   器から供給された動揺角信号から求めた平均動揺角であ
   ることを特徴とする減揺装置。