JP2556593B2 - 減揺船室及びその減揺方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、客船、フェリーボート等において、乗船者
の船酔いを軽減または防止するための減揺船室に関する
ものである。

〔従来の技術〕

従来から「船は揺れるもの」との一般通念があり、こ
れに対して、より快適な乗り心地の実現を求めて種々の
工夫がなされている。そして、フィンスタビライザや減
揺タンク等を使用することによって、ローリング（船体
の長軸を中心とした回転運動）については、90％を越え
る減衰に成功している。しかし、超長波や大波高に伴っ
て生じるピッチング（船首、船尾が交互に上下する回転
運動）やヒービング（船体の上下運動）に対しては、一
般的に利用できる安価で有効な動揺の減少技術は確立さ
れていない。

また、従来の技術は、一般的に「動揺ゼロ」という究
極の目標を目指した研究に占められている。しかし、こ
れは以下の理由から実用的な解決方法とは言えない。た
とえば、外洋を航海する旅客船の場合、最大のヒービン
グは5mを超える。この動揺をゼロにする空間を船内に形
成しようとすれば、その空間は、船体が昇降する運動量
と大きさが等しく方向が反対となる昇降運動ができなけ
ればならない。そして、そのための昇降装置と空間の確
保とに多大の費用を要することは容易に想像されるから
である。

そのため、現実には有効に動揺を減少させる技術がな
く、船酔いし易い人々は、乗船する度に多大の苦痛を受
けているのが実情である。そして、このような理由か
ら、船の愛好者や利用者の拡大が阻まれている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、船酔いについて考察してみると、必ずしも
動揺をゼロにする必要はないと考えられる。例えば、動
揺を1/2に軽減するだけでも、船酔いし易い人の大部分
は、極端な苦痛から開放されるものである。そして、い
ったん軽度な船酔いを克服した人は耐性ができ、それ以
後は、より大きな動揺に出会っても、船酔いをせず、む
しろ揺れを楽しむほどになると言われる。

また、船酔いと加速度、特に垂直方向の加速度とは密
接な関係がある。加速度が小さければ、例え運動量が大
きくても船酔いをしない。そして、加速度が約0.2G以下
であれば、全く船酔いしないか又は、船酔いしても軽減
で済むとされる。このほかにも、角加速度（ピッチン
グ、ローリングの回転の加速度）も小さい方が良く、揺
れの周期は、長周期より、短周期の方が船酔いしにくい
という事実も知られている。

さらに、乗客全員が船酔いし易いのではないから、通
常は船酔いし易い一部の乗客について防止対策をすれば
よい。

本発明は、以上に述べたような実情からみてなされた
もので、船体の揺れより小さい揺れで収まる減揺船室を
船体内に設けることを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために本発明は、船体構造部か
ら独立して船内に形成された船室と、複数の電動ウイン
チにより駆動される複数の吊索を介して該船室を傾斜お
よび昇降自在に支持する昇降装置と、船体の揺れを検知
する動揺検出手段と、前記船室の高さ及び傾斜を検出す
る船室位置検出手段と、前記動揺検出手段からの出力信
号を受けて船体の揺れの角加速度と昇降の加速度とを算
出する演算手段と、前記船室位置検出手段からの信号と
演算手段からの信号とによって前記昇降装置を駆動する
制御手段とからなる構成としている。

また、減揺船室の揺れを減少させる方法としては、船
内に船体構造部から独立して設けた船室を、複数の電動
ウインチにより駆動される複数の吊索を介して傾斜およ
び昇降可能に支持し、動揺検出手段によって船体の動揺
を昇降加速度と角加速度とに分けて検出するとともに、
船室位置検出手段によって船室の高さおよび傾斜を検出
し、船体に加わる昇降加速度が大きいときは船室を逆向
きに傾けることにより昇降制御動作と傾斜制御動作とを
別個に行い、船室の動揺を減揺させる構成としている。

〔実施例〕

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。第１図に
おいて、１は船体構造で、図の左右が船の前後方向にな
る。２は減揺船室となる船室で、骨組３で支持されて必
要な強度が保たれ、船体構造１とは固定されることなく
独立している。また、この船室２は、船体の中で最も動
揺の少ない場所、すなわち、船体の中心線上で、船体中
央部よりやや後方の吃水線付近に設けられている。

この船室２には、上方に複数の吊索４が係止されてい
る。そして、これらの吊索４は上方に延びて船体構造１
の天井部に設けられたガイド滑車５を通り、船室２の右
斜め上方に設置された電動ウィンチ６に接続され、船室
２を吊り下げている。この電動ウィンチ６としては、正
転、逆転が可能で、しかも変速できるタイプのものが使
用される。そして、船室２の四隅をそれぞれ独立して昇
降でき、船室を傾斜させたり、船室全体を昇降させたり
することができるものである。

７は船室２と船体側の通路1aとをつなぐ通路で、周壁
部分7aは、伸縮および傾斜自在な可撓性部材からなり、
蛇腹状に形成され、必要に応じて手摺りが設けられる。
床部は、船体側床7bと船室側床7cとに分割形成されてい
る。船体側床7bは、その一端を船体構造１に設けられた
支持ローラ８に回動可能に軸支されると共に、下側には
他端側に開放部を設けた収容空間7dが形成され、この中
に船室側床7cが一端を突出させた状態で、スライド自在
に収容されている。船室側床7cは、上記の突出した端部
の先端部7eを折曲して、船室２の床に形成した溝2a内に
入れている。このようにして、船体側床7bと船室側床7c
とは、全体として伸縮および傾斜自在の通路７の床を形
成し、船室２と船体構造１側の床1aとを接続している。
なお、船体側床7bと船室側床7cとが可撓性を有した素材
で形成されていれば、捩れも許容できることとなる。船
室２と通路７とは扉９によって、また通路７と船体側通
路1aとは扉10によってそれぞれ仕切られている。

船室２の両側には、船体構造１の下部から上方に向け
て立設された誘導レール11があり、この誘導レール11に
船室２の下部左右に設けられた誘導ローラ12が圧接して
いる。これらの誘導ローラ12には、ピストン12aが連設
され、各ピストン12aはそれぞれの緩衝シリンダ13内に
嵌装され、この緩衝シリンダ13に油圧管14を経て油圧ユ
ニット15からの作動油が供給される。したがって、船体
の傾斜等に伴い船室２が一方へ押されると、押される側
の緩衝シリンダ13内の作動油に圧力が加わる。そして、
油圧管14から油圧ユニット15内の可変絞り弁15aを経て
他方の緩衝シリンダ13内に適当な速度で移動する。これ
によって押される方の緩衝シリンダ13は縮小しながら押
す力を減衰させ、他方の緩衝シリンダ13の誘導ローラ12
は伸張して誘導レール11との接触を保つ。このようにし
て、吊索４に吊り下げられた船室２が振子のように揺れ
るのを制止している。

なお、図示しないが、船室２と誘導レール11との間に
は、吊索４が切断した場合に船室２の落下を防ぐための
自動係止装置が設けられている。

図の右側の誘導レール11の上方には、近接スイッチ等
からなる多数の非接触形のスイッチ16aが直線状に設け
られ、船室２には、これらのスイッチ16aと対向した突
起16bが立設されている。同じ構成が図の左側の誘導レ
ール11と船室２との間等、他の場所にも設けられ、突起
16bがスイッチ16aのいずれかに接近すると、そのスイッ
チ回路が閉じられ、突起16bの位置、すなわち船室２の
高さと傾斜とがわかるようになっている。すなわち、こ
れらスイッチ16aと突起16bによって船室２の位置を測定
するための位置検出手段16を構成している。

船体構造１には、図の右下部に船体の動揺を検出する
動揺検出手段17が設けられている。この動揺検出手段17
の内部には、三次元加速度計、二次元傾斜計およびADコ
ンバータがあり、船体の傾斜角、回転の加速度および垂
直加速度を検出してデジタル信号化して演算手段18に入
力する。

演算手段18は、位置検出手段16および動揺検出手段17
からの信号を受け、船室２の昇降制御および傾斜制御の
ための作動量、作動時間および作動速度を決定して次の
制御手段19に制御信号を出力する。

制御手段19は、演算手段18から入力された制御信号に
従い、昇降装置６の操作を行う。また、自動運転、手動
運転の切り換えが可能になっている。さらに、電源のブ
ラックアウト等の異常事態や、火災、海難事故等の非常
事態などの際に、船室２内の人員が安全に避難できるよ
うに、船室２を着床させるための緊急運転を行う機能を
有し、かつ必要な表示を行うための計器類を備えてい
る。なお、図中の点線は各機器を接続するための電線で
ある。

次に、本発明の基本原理を説明する。先ず最初に、第
２図によって船体運動と船酔いの関係、および減揺の方
法について説明する。

第２図（ａ）は縦軸に波面から基準水面ｌまでの距離
Ｈをとり、横軸に波の位相角θをとった図である。同図
に示すように、船体の長さに比して十分に長い波長Ｌの
正弦波状の波を考えると、船体はその位置する波の面と
同じ傾斜を示しながら距離Ｈに比例した上下運動を反復
する。図中ｌは基準水面を示している。

ここで、船体の中で最も動揺の少ない場所、すなわ
ち、船体の中心線上で、船体中央部よりやや後方の吃水
線付近のＰ点について観察すると、この上下動の振幅は
船体の振幅と等しく、ここに吃水線と平行に設けた床面
の傾斜角も船体の傾斜角φに等しい。そして、垂直方向
の加速度は、船体のそれと等しく、水平方向の加速度
は、角加速度（回転運動の加速度）のみが船体のそれと
等しく、水平移動は少ない。

一方船首部分について観察すると、角加速度は船体運
動のそれと等しく、上下動の振幅は船体運動のいわゆる
首振運動の結果として船体中央部よりも大きく、したが
って、垂直加速度の変動幅も大きい。また、この首振運
動は、前後方向の水平運動も生ぜしめる。

第２図（ｂ）は縦軸に角加速度αをとり、横軸に位相
角θをとった図で、船体傾斜角θの加速度すなわち角加
速度の変化を、船首が上がる方を正、船首が下がる方を
負として示している。この図によれば、船体が波の頂部
または底部にあるときに角加速度の絶対値が最大値とな
っている。そして、船体が基準水面近傍にあるときは、
角加速度の絶対値は小さい値となっている。前述したよ
うに、加速度が大きいことは船酔いし易いことから、第
２図（ｂ）のＩの部分、すなわち波の頂部または底部近
傍の範囲では船酔いし易く、これから離れたIIの部分で
は、船酔いしにくいと言える。

第２図（ｃ）は、縦軸に垂直加速度βをとり、横軸に
位相角θをとった図で、船体が受ける垂直方向の加速度
の変化を重力加速度1Gを０として表した図である。船体
が波の頂部または底部近傍、すなわちＩの部分にあると
きは、加速度は０に近くなるので、船酔いしにくい。船
体が基準水面ｌ付近にあるとき、単位時間あたりの落差
は最も大きく、加速度も最大になる。そのため、IIの部
分では船酔いし易い。

以上から、船体が波の頂部または底部近傍のＩの部分
にあるときは、角加速度を減じるために船室２を昇降装
置６の昇降動作によって、揺れと反対の方向に傾ければ
よい。また船体がIIの部分、すなわち基準水面近くにあ
るときは、垂直加速度を減じるために船室２を昇降装置
６によって反対向きに昇降すればよい。第２図（ｄ）は
上記の減揺動作を示したもので、縦軸は船室前端部の昇
降装置６での昇降値ｈ、横軸は位相角θを示し、Ｉの部
分では傾斜制御、IIの部分では昇降制御を行っている。
この場合、昇降制御のための昇降量h₁と傾斜制御のため
の昇降量h₂とは、船室２の大きさと制御角度とを適当に
設定することによってh₁＞h₂となるようにしてある。

第２図（ｅ）は、第２図（ｄ）に示す減揺動作をした
場合の船室の揺れを示した図で、縦軸は角加速度αおよ
び垂直加速度βを第２図（ｂ）および（ｃ）と同様にし
て示し、横軸は位相角θを示している。図中実線は角加
速度αを示し、点線は垂直加速度βを示している。この
ような減揺動作によって、船体の上下動を含む揺れの振
幅および揺れによる加速度を小さくすることができる。
同時に、長周期の揺れを連続性のない短周期の揺れに変
換することができ、船酔いの減少と軽減化を図ることが
できる。

次に、本発明の作用を説明する。船体が波によって揺
れると、動揺検出手段17が三次元方向の加速度と船体の
傾斜とを検出する。一方船室位置検出手段16によって、
船室２の高さと傾斜とが検出される。これら船室位置検
出手段16と動揺検出手段17との検出信号は、演算手段18
に入力される。

演算手段18では以下の処理がなされる。

先ず、船の振幅の大きさと周期を算出する。ここに振
幅とは、ピッチングやローリングによる角度振幅および
ヒービングによる上下振幅の双方をいうものとする。こ
の振幅は動揺検出手段17によって、各瞬間の加速度およ
び船体の傾斜角を測定しているので、波が正弦波と仮定
すれば、演算手段18で演算して振幅、位相および周期な
どを特定することができる。しかし、実際には追従性に
問題があるので、数サイクルについて測定し、平均値を
出すことによって、振幅、位相および周期を特定するこ
とになる。

次に、傾斜制御するＩの部分と、昇降制御するIIの部
分との切り換えを、設定されたタイミングで行うための
演算をする。この切り換えは、原則的には任意に決定す
ることができる。そこで、角加速度と垂直加速度の大き
い部分を効率良くカットできる位相角として、本発明で
は、頂部および底部から±60゜に設けている。

したがって、この境界部において船が波から受ける昇
降量は、波高にsin30゜＝50％を乗じた値となる。ここ
で、波高を船が通常の航海をする場合に受ける最大の
波、つまり計画最大振幅とすると、昇降装置６が昇降制
御のために船室を昇降させる距離は上記計画最大振幅の
50％でよいことになる。また、傾斜制御のための昇降量
は計画制御角度のsin値に船室の長さを乗じて得られ
る。ここで計画制御角度を一般の中型および大型船にお
いて通常航海中の出現頻度の高い±３゜程度に設定す
る。このように、船体に加わる揺れの吸収を約半分に止
め、完全には吸収しないことにすると、装置の設置が容
易になり、非常に経済的に減揺することが可能になる。

さらに、船室２に設けられた位置検出手段16からの位
置信号によって、船室２の高さおよび傾斜について制御
のために昇降させるべき量を算出する。

以上の演算結果は、制御手段19に制御信号として入力
される。この信号によって昇降装置６が運転され、傾斜
制御、昇降制御がされる。

傾斜制御は、各昇降装置６の昇降量を相違させること
によって行われ、昇降制御は各昇降装置を一斉に同じ量
上下させることによって行われる。また、昇降速度も制
御手段19からの指示により決められる。なお、減揺動作
の制御を容易にするために、運動量の大きい昇降制御を
優先的に行い、昇降制御動作と傾斜制御動作とは別個に
行うことを基本パターンとしている。

以上の作用により船室２の動揺は船体の動揺の1/2以
下に減揺され、船室２内は船酔いしにくい環境となって
いる。

ところで、振幅の周期や波高は一定ではなく、時々刻
々に変化する。そこで演算手段18では、前述した平均値
の計算を、常に最新の数サイクル毎に算出して振幅の変
化に対応できるようにしている。また、数サイクルの平
均値で制御するので、実際の振幅との間にズレが生じる
が、微差であり、実用的に問題となるほどではなく、減
揺の有効性は損なわれない。

また、演算手段18は、各サイクル毎に制御に必要な各
昇降装置６の回転方向（昇降方向）とその速度および量
を演算して求める。

次に、船体運動量が計画最大振幅以下であって、減揺
船室が自動制御されているとき、船体の振幅に対して減
揺船室の振幅をどのように設定し、また振動の周期をど
のように設定すべきかについて説明する。

減揺船室の最大振幅を船体の計画最大振幅の50％に設
定している場合、船体の実際の最大振幅が計画最大振幅
の50％以下の範囲では、減揺船室の振幅を船体振幅と等
しく「追従制御」とすることができる。このとき、上記
の傾斜制御と昇降制御とを同時にすれば、船室２はほと
んど無動揺となるので、船酔いは問題とならない。

船体が受ける実際の最大振幅が計画最大振幅の50％を
超える範囲では、実際の振幅の50％だけを減揺船室に加
える「比例制御」とする。このとき船室２には、船の動
揺が半減されて伝達され、加速度も大きい部分をカット
して0.2G以下に抑えることができる。しかも第２図
（ｅ）に示すように長周期の振幅が短周期化されて伝達
されるので、この点からも船酔いしにくくなり、仮に船
酔いしても軽度で済ませることができる。また、経済性
を重視した制御法としては、船体振幅が変化しても、減
揺船室は常に最大振幅で対応する「定量制御」とするこ
ともできる。

なお、以上の減揺は、ピッチング、ローリングおよび
ヒービングのすべてについて可能である。しかし、ロー
リングについては、従来からある他の減揺方法（たとえ
ばフィンスタビライザ等）で減揺すれば、装置や制御を
簡単にすることが可能になる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、船体の受ける揺
れが小さいときは、ほぼ無動揺状態の減揺船室を得るこ
とができる。また、揺れが大きい場合でも、揺れを加速
度の大きい部分で減少させることができ、船酔いを無く
すか、または軽度にすることができる。

したがって、揺れが特に大きい冬期などの荒天期間中
に使用すれば効果的である。また、船酔いの心配がなく
なることから、船舶の利用者の増加が期待できる等の格
別の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の減揺船室の構成を示す図、 第２図（ａ）〜（ｅ）は本発明の減揺の原理を説明する
線図である。 １……船体構造、２……船室、６……昇降装置、７……
可動通路、16……船室位置検出手段、17……動揺検出手
段、18……演算手段、19……制御手段。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】船体構造部から独立して船内に形成された
   船室と、複数の電動ウインチにより駆動される複数の吊
   索を介して該船室を傾斜および昇降自在に支持する昇降
   装置と、船体の揺れを検知する動揺検出手段と、前記船
   室の高さ及び傾斜を検出する船室位置検出手段と、前記
   動揺検出手段からの出力信号を受けて船体の揺れの角加
   速度と昇降の加速度とを算出する演算手段と、前記船室
   位置検出手段からの信号と演算手段からの信号とによっ
   て前記昇降装置を駆動する制御手段とからなることを特
   徴とする減揺船室。
2. 【請求項２】船室と船体構造部とを伸縮、傾斜および捩
   れ可能な通路で接続して、船体構造部から船室を独立し
   たことを特徴とする請求項１記載の減揺船室。
3. 【請求項３】船内に船体構造部から独立して設けた船室
   を、複数の電動ウインチにより駆動される複数の吊索を
   介して傾斜および昇降可能に支持し、動揺検出手段によ
   って船体の動揺を昇降加速度と角加速度とに分けて検出
   するとともに、船室位置検出手段によって船室の高さお
   よび傾斜を検出し、船体に加わる昇降加速度が大きいと
   きは船室を逆向きに傾けることにより昇降制御動作と傾
   斜制御動作とを別個に行い、船室の動揺を減揺させるこ
   とを特徴とする減揺船室の減揺方法。