JP3579715B2 - 粘弾塑性部材を用いた消波装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水表面の波を低減させる消波装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、港湾や海岸には、入射する波を低減させて湾内を静穏に保持する目的などのために、防波堤や離岸堤などの施設（以下、「消波施設」という。）が設けられている。これらの消波施設の多くは、コンクリート製のケーソン（函塊）や消波ブロックなどの大規模で剛な構造物により構成され、入射する波を反射させたり、減衰させて消波を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の消波施設は、大規模かつ剛な構造物であり、海上に大きく突出することが多く、船舶の航行の障害となる場合がある。また、これら大規模かつ剛な構造物は、海岸等の景観を損なう場合もある。また、これらの構造物は、海水等の水の流れを阻害する場合が多く、水の循環をさまたげ、海岸等の環境を悪化させる要因になる場合もある。
【０００４】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の解決しようとする課題は、船舶航行、景観、環境等に対して問題の少ない消波施設を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の粘弾塑性部材を用いた消波装置は、水底（２Ａ又は２Ｂ又は２Ｃ若しくは２Ｄ）付近に設けられ内部に収容空間を有する収容手段（３Ａ又は３Ｂ又は３Ｃ若しくは３Ｄ）の前記収容空間内に、ゴムタイヤを切断して形成したタイヤ切断片（４Ａ２）を粘弾塑性部材として複数個収容し、水表面の波（Ｗ１又はＷ２）による水の運動により前記複数の粘弾塑性部材を変形させ、前記複数の粘弾塑性部材のせん断弾性係数Ｇを０．１〜１０メガニュートン／ｍ 2 の範囲の値に設定し、前記複数の粘弾塑性部材の設置長さＢ L を前記波（Ｗ１又はＷ２）の波長の１．０〜２．０倍程度の値とし、かつ前記複数の粘弾塑性部材の設置高さｈ s を前記複数の粘弾塑性部材の上の水深ｄとほぼ同じ程度の値に設定することにより、前記変形する前記粘弾塑性部材の内部で前記波（Ｗ１又はＷ２）のエネルギーを熱エネルギーとして消費させ前記波（Ｗ１又はＷ２）の波高伝達率Ｋ T を０．３程度の最小値にさせることを特徴とする。
【０００６】
また、請求項２記載の粘弾塑性部材を用いた消波装置は、水底（２Ａ又は２Ｂ又は２Ｃ若しくは２Ｄ）付近に設けられ内部に収容空間を有する収容手段（３Ａ又は３Ｂ又は３Ｃ若しくは３Ｄ）の前記収容空間内に、ゴム系材料から金型により成型して形成した成型ゴム（４Ａ３）を粘弾塑性部材として複数個収容し、水表面の波（Ｗ１又はＷ２）による水の運動により前記複数の粘弾塑性部材を変形させ、前記複数の粘弾塑性部材のせん断弾性係数Ｇを０．１〜１０メガニュートン／ｍ 2 の範囲の値に設定し、前記複数の粘弾塑性部材の設置長さＢ L を前記波（Ｗ１又はＷ２）の波長の１．０〜２．０倍程度の値とし、かつ前記複数の粘弾塑性部材の設置高さｈ s を前記複数の粘弾塑性部材の上の水深ｄとほぼ同じ程度の値に設定することにより、前記変形する前記粘弾塑性部材の内部で前記波（Ｗ１又はＷ２）のエネルギーを熱エネルギーとして消費させ前記波（Ｗ１又はＷ２）の波高伝達率Ｋ T を０．３程度の最小値にさせることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【０００８】
図１は、本発明の第１実施形態である消波装置の構成を示したものである。図１に示すように、この消波装置１Ａは、収容構造体３Ａと、複数個のゴム部材４Ａを備えて構成されている。符号１１は海上の船舶を示している。
【０００９】
収容構造体３Ａは、海底２Ａに構築されており、鉄筋コンクリート構造等からなる上部が開口した箱状の構造体であり、内部に収容空間を有している。収容構造体３Ａの上端縁は海底２Ａとほぼ同じ高さ位置となっており、収容空間は海底２Ａに対する凹部となっている。
【００１０】
ゴム部材４Ａは、ゴム系材料からなる部材である。ゴム部材４Ａは、多数個が収容空間の内部に配置されている。
【００１１】
ゴム系材料としては、例えば、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ポリイソブチレンゴム、ハロゲン化ゴム、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ及びＥＰＤＭ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ及びＡＮＭ）、シリコーンゴム（Ｑ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、ヒドリンゴム（ＣＯ及びＥＣＯ）、ウレタンゴム（Ｕ）、ポリノルボルネンゴム、エチレンアクリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレン（ＣＳＭ）、塩素化ポリエチレン（ＣＭ）、ポリフォスファゼンゴム等が使用可能である。
【００１２】
上記のように、海底２Ａ付近に設けられ内部に収容空間を有する収容構造体３Ａの収容空間内に、ゴム系材料からなるゴム部材４Ａを複数個収容すると、海の表面の波Ｗ１の運動が、海水によりゴム部材４Ａに伝達される。これにより、複数のゴム部材４Ａが、図１に矢印で示す方向（略鉛直方向、又は略水平方向）に変形する。このゴム部材４Ａの変形時に、波Ｗ１のエネルギーは、ゴム部材４Ａの内部で熱エネルギーとして消費される。これにより、波Ｗ１の運動エネルギーは徐々に減少し、波の入射位置Ｐ１から出射位置Ｐ２に至る間に波Ｗ１の波高は低減され、結果として消波が行われる。
【００１３】
図２は、図１に示す消波装置の消波機能を説明する第１の図である。図２（Ａ）に示すように、波による１周期分の力Ｆがゴム部材４Ａに作用すると、変形（ひずみ）が生じる。特に、せん断応力により、図２（Ａ）においてεで示すようなせん断ひずみが発生する。
【００１４】
ゴム部材４Ａの材料であるゴム系材料は、完全な弾性体ではないため、せん断応力τとせん断ひずみεは、比例関係（線形）ではなく、塑性変形も生じるため、図２（Ｂ）に示すように、ループ状の変化（ヒステリシス）を生じる。図２（Ｂ）において斜線で示した領域は、エネルギーの消費を示しており、ゴム系材料では、与えられるエネルギーに対するエネルギー消費の割合（エネルギー消費率）が高いと考えられる。なお、図２（Ｂ）において、符号Ｇは、応力−ひずみ曲線の傾きを示し、せん断弾性係数と呼ばれる。
【００１５】
図３は、図１に示す消波装置の消波機能を説明する第２の図である。図３（Ａ）は、図１に示す消波装置におけるゴム部材の堅さと消波機能を説明する図であり、ゴム部材４Ａの堅さ、例えば、せん断弾性係数Ｇを０．１〜１０ＭＮ／ｍ2（ＭＮ：メガニュートン＝１０6Ｎ）の範囲の適切な値に設定すると、波の波高伝達率ＫTを、０．３程度の最小値にすることができることが示されている。
【００１６】
ここに、波の波高伝達率ＫTとは、入射波高に対する伝達波高の比率（伝達波高／入射波高）を示している。入射波高とは、この消波装置１Ａへ波Ｗ１が入射する位置Ｐ１における波高（波の山の最高点と谷の最低点の間の高さ、又は波の振幅値）を示しており、伝達波高とは、この消波装置１Ａから波Ｗ１が出射する位置Ｐ２における波高（波の山の最高点と谷の最低点の間の高さ、又は波の振幅値）を示している。
【００１７】
図３（Ｂ）は、波の波高伝達率ＫTに関係するパラメータを示した図である。波の波高伝達率ＫTは、図３（Ｂ）に示すゴム部材の設置長さＢLが長いほど小さくなり、消波の効率は高くなる。また、波の波高伝達率ＫTは、図３（Ｂ）に示すゴム部材の設置高さｈsが高いほど小さくなり、消波の効率は高くなる。また、波の波高伝達率ＫTは、図３（Ｂ）に示す水深ｈ、又はゴム部材上の水深ｄが小さいほど小さくなり、消波の効率は高くなる。もちろん、ゴム部材４Ａの堅さ（例えば、せん断弾性係数Ｇ）、波Ｗ１の周期、波高によっても波の波高伝達率ＫTは変化する。一般に、ゴム部材の設置長さＢLが波Ｗ１の波長の１．０〜２．０倍程度で、ゴム部材の設置高さｈsがゴム部材上の水深ｄとほぼ同じ程度の値である場合には、波の波高伝達率ＫTを０．３程度の値にすることができる。
【００１８】
なお、上記した消波装置１Ａにおいては、ゴム部材４Ａと４Ａの間の空隙を流動する水により、水とゴム部材との間の摩擦、あるいは空隙における渦の発生によっても波のエネルギーは消費されると考えられるが、本装置１Ａの主たるエネルギー消費は、ゴム部材４Ａにおける内部のエネルギー消費である。
【００１９】
図４は、図１に示す消波装置に用いるゴム部材の構成例を示す図である。ゴム部材としては、図４（Ａ）に示すように、リサイクル材としてのゴムタイヤ４Ａ１を用いることができる。また、図４（Ｂ）に示すように、ゴム部材としては、ゴムタイヤを切断して形成したタイヤ切断片４Ａ２を用いることができる。このタイヤ切断片４Ａ２の場合には、切断片の長さ等の寸法を適宜設定することによりゴム部材の間の空隙率を調整することが可能である。また、図４（Ｃ）に示すように、ゴム部材としては、ゴム系材料から金型等により成型して形成した成型ゴム４Ａ３を用いることもできる。この成型ゴム４Ａ３の場合には、成型ゴムの各位置の寸法を適宜設定することによりゴム部材の間の空隙率を調整することが可能である。また、この成型ゴム４Ａ３の場合には、材料となるゴム系材料の堅さ（例えば、せん断弾性係数Ｇ）を適宜設定することによりゴム部材の内部のエネルギー消費率を調整することが可能である。
【００２０】
また、図５は、上記の消波装置１Ａを設置する箇所の第１の例を示す図である。図５に示すように、既存の防波堤２１、２２の開口部２３に設置し、消波を行うようにしてもよい。また、図６は、上記の消波装置１Ａを設置する箇所の第２の例を示す図である。図６に示すように、既存の埠頭２４の波除手段として設置し、消波を行うようにしてもよい。図６において、符号１２、１３は海上の船舶を示している。もちろん、通常の防波堤や離岸堤の代替施設として用いることも可能である。
【００２１】
また、図７は、本発明の第２実施形態である消波装置の構成を示したものである。図７に示すように、この消波装置１Ｂは、収容構造体３Ｂと、複数個のゴム部材４Ｂを備えて構成されている。符号１４は海上の船舶を示している。
【００２２】
収容構造体３Ｂは、海底２Ｂに構築されており、鉄筋コンクリート構造等からなる上部が開口した箱状の構造体であり、内部に収容空間を有している。収容構造体３Ｂの上端縁は海底２Ｂよりも高い位置となっている。この第２実施形態の場合は、消波装置１Ｂが一種の潜堤を構成している。
【００２３】
この第２実施形態１Ｂのように構成しても、第１実施形態１Ａの場合と同様に、海の表面の波Ｗ２の運動が、海水によりゴム部材４Ｂに伝達される。これにより、複数のゴム部材４Ｂが変形し、このゴム部材４Ｂの変形時に、波Ｗ２のエネルギーは、ゴム部材４Ｂの内部で熱エネルギーとして消費される。これにより、波Ｗ２の運動エネルギーは徐々に減少し、結果として消波が行われる。
【００２４】
また、図８は、本発明の第３実施形態である消波装置の構成を示したものである。図８に示すように、この消波装置１Ｃは、収容構造体３Ｃと、複数個のゴム部材４Ｃと、保護シート５を備えて構成されている。
【００２５】
収容構造体３Ｃは、海底２Ｃに構築されており、鉄筋コンクリート構造等からなる上部が開口した箱状の構造体であり、内部に収容空間を有している。この第３実施形態の消波装置１Ｃの特徴は、収容構造体３Ｃの上部に保護シート５が設けられている点であり、他の構成は、上記した第１実施形態、又は第２実施形態の場合と同様である。
【００２６】
保護シート５としては、可撓性を有する合成樹脂材料からなるシート部材などが使用可能である。
【００２７】
この第３実施形態１Ｃのように構成しても、第１実施形態１Ａの場合と同様に、海の表面の波の運動が、海水により伝達され、保護シート５を介してゴム部材４Ｃに伝達される。これにより、複数のゴム部材４Ｃが変形し、このゴム部材４Ｃの変形時に、波のエネルギーは、ゴム部材４Ｃの内部で熱エネルギーとして消費される。これにより、波の運動エネルギーは徐々に減少し、結果として消波が行われる。また、上記の効果に加え、保護シート５により、漂砂がゴム部材４Ｃの間の空隙に侵入してゴム部材４Ｃを砂中に埋没させることを防止することができる。
【００２８】
また、図９は、本発明の第４実施形態である消波装置の構成を示したものである。図９に示すように、この消波装置１Ｄは、収容構造体３Ｄと、複数個のゴム部材４Ｄと、排砂ポンプ６と、排砂管７と、支持部材８を備えて構成されている。
【００２９】
収容構造体３Ｄは、海底２Ｄに構築されており、鉄筋コンクリート構造等からなる上部が開口した箱状の構造体であり、内部に収容空間を有している。この第４実施形態の消波装置１Ｄの特徴は、収容構造体３Ｄの内部に支持部材８を設置して複数のゴム部材４Ｄを支持し、支持部材８には、砂が通過可能な開口を複数設けておき、支持部材８の下方に排砂ポンプ６を配置し、支持部材８から落下して溜まった砂を排砂管７を介して収容構造体３Ｄの外部へ排出するように構成した点であり、他の構成は、上記した第１実施形態、又は第２実施形態の場合と同様である。
【００３０】
この第４実施形態１Ｄのように構成しても、第１実施形態１Ａの場合と同様に、海の表面の波の運動が、海水によりゴム部材４Ｄに伝達される。これにより、複数のゴム部材４Ｄが変形し、このゴム部材４Ｄの変形時に、波のエネルギーは、ゴム部材４Ｄの内部で熱エネルギーとして消費される。これにより、波の運動エネルギーは徐々に減少し、結果として消波が行われる。また、上記の効果に加え、排砂ポンプ６と排砂管７と支持部材８により砂を適宜時期に外部へ排出し、漂砂がゴム部材４Ｄの間の空隙に侵入してゴム部材４Ｄを砂中に埋没させることを防止することができる。
【００３１】
上記各実施形態において、収容構造体３Ａ〜３Ｄは、収容手段に相当している。また、ゴム部材４Ａ、ゴムタイヤ４Ａ１、タイヤ切断片４Ａ２、成型ゴム４Ａ３、ゴム部材４Ｂ〜４Ｄは、粘弾塑性部材に相当している。
【００３２】
なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。上記各実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００３３】
例えば、上記各実施形態においては、海底に設置される消波装置を例に挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、海底以外の他の箇所、例えば、湖、池、沼等の内水部の水底に配置された場合でも、水表面の波を減衰させることが可能である。
【００３４】
また、上記各実施形態においては、収容空間内に配置する粘弾塑性部材として、ゴム系材料からなるゴム部材（４Ａ〜４Ｄ）を例に挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、一般に粘弾塑性材料からなる部材であればよい。
【００３５】
粘弾塑性材料とは、粘塑性と弾性の両方を兼ね備えた性質を有する材料である。粘弾塑性材料は、外力を加えて変形（ひずみ）を生じさせたときに、観測時間の長い時間領域では粘塑性体としての性質（粘塑性）を示し、観測時間の短い時間領域では弾性体としての性質（弾性）を示す。ここに、粘性とは、任意の点における応力状態が変形（ひずみ）の時間的変化率に比例するニュートン流体等の性質をいい、粘性係数に比例する。また、弾性とは、フックの法則に従い、応力を受けた場合の変形（ひずみ）が応力に比例し、応力がなくなると変形（ひずみ）が元に戻る性質をいい、弾性係数（ヤング率）に比例する。また、塑性とは、応力を受けた場合の変形（ひずみ）が、応力がなくなっても元に戻らないような性質をいう。このような粘弾塑性材料としては、上記したゴム系材料のほか、熱可塑性エラストマー系材料が使用可能である。
【００３６】
熱可塑性エラストマー（Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ Ｅｌａｓｔｏｍｅｒ：ＴＰＥ）系材料としては、例えば、スチレン系統ＴＰＥ（ＴＰＳ）、オレフィン系ＴＰＥ（ＴＰＯ）、塩ビ系ＴＰＥ、ウレタン系ＴＰＥ（ＴＰＵ）、エステル系ＴＰＥ（ＴＰＥＥ）、ポリアミド系ＴＰＥ、１，２−ポリブタジエン系ＴＰＥ等が使用可能である。
【００３７】
また、上記各実施形態においては、収容手段として、鉄筋コンクリート構造等からなる上部が開口した箱状の構造体（例えば３Ａ、３Ｂ等）を例に挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、側部を鋼矢板等で形成するとともに側部の内部の海底を掘り下げて収容空間を形成するようにしたものでもよい。この場合には、掘り下げられた海底面が収容構造体の底面を兼ねることになるので、収容構造体は底部を有しない。要は、収容手段は、水底付近に設けられ内部に粘弾塑性部材を複数個収容可能な収容空間を有する構成のものであれば、どのような材質、構造のものであってもよいのである。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、水底（２Ａ又は２Ｂ又は２Ｃ若しくは２Ｄ）付近に設けられ内部に収容空間を有する収容手段（３Ａ又は３Ｂ又は３Ｃ若しくは３Ｄ）の収容空間内に、ゴムタイヤを切断して形成したタイヤ切断片（４Ａ２）を粘弾塑性部材として複数個収容し、複数の粘弾塑性部材のせん断弾性係数Ｇを０．１〜１０メガニュートン／ｍ 2 の範囲の値に設定し、複数の粘弾塑性部材の設置長さＢ L を波（Ｗ１又はＷ２）の波長の１．０〜２．０倍程度の値とし、かつ複数の粘弾塑性部材の設置高さｈ s を複数の粘弾塑性部材の上の水深ｄとほぼ同じ程度の値に設定するようにしたので、水表面の波（Ｗ１又はＷ２）による水の運動により複数の粘弾塑性部材を変形させ、変形する粘弾塑性部材の内部で波（Ｗ１又はＷ２）のエネルギーを熱エネルギーとして消費させ、波（Ｗ１又はＷ２）の波高伝達率Ｋ T を０．３程度の最小値にさせることができる、という利点を有している。また、請求項２記載の発明によれば、水底（２Ａ又は２Ｂ又は２Ｃ若しくは２Ｄ）付近に設けられ内部に収容空間を有する収容手段（３Ａ又は３Ｂ又は３Ｃ若しくは３Ｄ）の収容空間内に、ゴム系材料から金型により成型して形成した成型ゴム（４Ａ３）を粘弾塑性部材として複数個収容し、複数の粘弾塑性部材のせん断弾性係数Ｇを０．１〜１０メガニュートン／ｍ 2 の範囲の値に設定し、複数の粘弾塑性部材の設置長さＢ L を波（Ｗ１又はＷ２）の波長の１．０〜２．０倍程度の値とし、かつ複数の粘弾塑性部材の設置高さｈ s を複数の粘弾塑性部材の上の水深ｄとほぼ同じ程度の値に設定するようにしたので、水表面の波（Ｗ１又はＷ２）による水の運動により複数の粘弾塑性部材を変形させ、変形する粘弾塑性部材の内部で波（Ｗ１又はＷ２）のエネルギーを熱エネルギーとして消費させ、波（Ｗ１又はＷ２）の波高伝達率Ｋ T を０．３程度の最小値にさせることができる、という利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である消波装置の構成を示す概念図である。
【図２】図１に示す消波装置の消波機能を説明する第１の図である。
【図３】図１に示す消波装置の消波機能を説明する第２の図である。
【図４】図１に示す消波装置に用いるゴム部材の構成例を示す図である。
【図５】図１に示す消波装置を設置する箇所の第１の例を示す図である。
【図６】図１に示す消波装置を設置する箇所の第２の例を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態である消波装置の構成を示す概念図である。
【図８】本発明の第３実施形態である消波装置の構成を示す概念図である。
【図９】本発明の第４実施形態である消波装置の構成を示す概念図である。
【符号の説明】
１Ａ〜１Ｄ 消波装置
２Ａ〜２Ｄ 海底
３Ａ〜３Ｄ 収容構造体（収容手段）
４Ａ ゴム部材
４Ａ２ タイヤ切断片
４Ａ３ 成型ゴム
４Ａ１ ゴムタイヤ
４Ｂ〜４Ｄ ゴム部材（粘弾塑性部材）
５ 保護シート
６ 排砂ポンプ
７ 排砂管
８ 支持部材
１１〜１４ 船舶
２１、２２ 防波堤
２３ 開口部
２４ 埠頭
ＢL ゴム部材の設置長さ
ｄ ゴム部材上の水深
ｈ 水深
ｈs ゴム部材の設置高さ
Ｐ１ 入射位置
Ｐ２ 出射位置
Ｗ１、Ｗ２ 波
【発明の属する技術分野】
本発明は、水表面の波を低減させる消波装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、港湾や海岸には、入射する波を低減させて湾内を静穏に保持する目的などのために、防波堤や離岸堤などの施設（以下、「消波施設」という。）が設けられている。これらの消波施設の多くは、コンクリート製のケーソン（函塊）や消波ブロックなどの大規模で剛な構造物により構成され、入射する波を反射させたり、減衰させて消波を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の消波施設は、大規模かつ剛な構造物であり、海上に大きく突出することが多く、船舶の航行の障害となる場合がある。また、これら大規模かつ剛な構造物は、海岸等の景観を損なう場合もある。また、これらの構造物は、海水等の水の流れを阻害する場合が多く、水の循環をさまたげ、海岸等の環境を悪化させる要因になる場合もある。
【０００４】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の解決しようとする課題は、船舶航行、景観、環境等に対して問題の少ない消波施設を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の粘弾塑性部材を用いた消波装置は、水底（２Ａ又は２Ｂ又は２Ｃ若しくは２Ｄ）付近に設けられ内部に収容空間を有する収容手段（３Ａ又は３Ｂ又は３Ｃ若しくは３Ｄ）の前記収容空間内に、ゴムタイヤを切断して形成したタイヤ切断片（４Ａ２）を粘弾塑性部材として複数個収容し、水表面の波（Ｗ１又はＷ２）による水の運動により前記複数の粘弾塑性部材を変形させ、前記複数の粘弾塑性部材のせん断弾性係数Ｇを０．１〜１０メガニュートン／ｍ 2 の範囲の値に設定し、前記複数の粘弾塑性部材の設置長さＢ L を前記波（Ｗ１又はＷ２）の波長の１．０〜２．０倍程度の値とし、かつ前記複数の粘弾塑性部材の設置高さｈ s を前記複数の粘弾塑性部材の上の水深ｄとほぼ同じ程度の値に設定することにより、前記変形する前記粘弾塑性部材の内部で前記波（Ｗ１又はＷ２）のエネルギーを熱エネルギーとして消費させ前記波（Ｗ１又はＷ２）の波高伝達率Ｋ T を０．３程度の最小値にさせることを特徴とする。
【０００６】
また、請求項２記載の粘弾塑性部材を用いた消波装置は、水底（２Ａ又は２Ｂ又は２Ｃ若しくは２Ｄ）付近に設けられ内部に収容空間を有する収容手段（３Ａ又は３Ｂ又は３Ｃ若しくは３Ｄ）の前記収容空間内に、ゴム系材料から金型により成型して形成した成型ゴム（４Ａ３）を粘弾塑性部材として複数個収容し、水表面の波（Ｗ１又はＷ２）による水の運動により前記複数の粘弾塑性部材を変形させ、前記複数の粘弾塑性部材のせん断弾性係数Ｇを０．１〜１０メガニュートン／ｍ 2 の範囲の値に設定し、前記複数の粘弾塑性部材の設置長さＢ L を前記波（Ｗ１又はＷ２）の波長の１．０〜２．０倍程度の値とし、かつ前記複数の粘弾塑性部材の設置高さｈ s を前記複数の粘弾塑性部材の上の水深ｄとほぼ同じ程度の値に設定することにより、前記変形する前記粘弾塑性部材の内部で前記波（Ｗ１又はＷ２）のエネルギーを熱エネルギーとして消費させ前記波（Ｗ１又はＷ２）の波高伝達率Ｋ T を０．３程度の最小値にさせることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【０００８】
図１は、本発明の第１実施形態である消波装置の構成を示したものである。図１に示すように、この消波装置１Ａは、収容構造体３Ａと、複数個のゴム部材４Ａを備えて構成されている。符号１１は海上の船舶を示している。
【０００９】
収容構造体３Ａは、海底２Ａに構築されており、鉄筋コンクリート構造等からなる上部が開口した箱状の構造体であり、内部に収容空間を有している。収容構造体３Ａの上端縁は海底２Ａとほぼ同じ高さ位置となっており、収容空間は海底２Ａに対する凹部となっている。
【００１０】
ゴム部材４Ａは、ゴム系材料からなる部材である。ゴム部材４Ａは、多数個が収容空間の内部に配置されている。
【００１１】
ゴム系材料としては、例えば、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ポリイソブチレンゴム、ハロゲン化ゴム、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ及びＥＰＤＭ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ及びＡＮＭ）、シリコーンゴム（Ｑ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、ヒドリンゴム（ＣＯ及びＥＣＯ）、ウレタンゴム（Ｕ）、ポリノルボルネンゴム、エチレンアクリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレン（ＣＳＭ）、塩素化ポリエチレン（ＣＭ）、ポリフォスファゼンゴム等が使用可能である。
【００１２】
上記のように、海底２Ａ付近に設けられ内部に収容空間を有する収容構造体３Ａの収容空間内に、ゴム系材料からなるゴム部材４Ａを複数個収容すると、海の表面の波Ｗ１の運動が、海水によりゴム部材４Ａに伝達される。これにより、複数のゴム部材４Ａが、図１に矢印で示す方向（略鉛直方向、又は略水平方向）に変形する。このゴム部材４Ａの変形時に、波Ｗ１のエネルギーは、ゴム部材４Ａの内部で熱エネルギーとして消費される。これにより、波Ｗ１の運動エネルギーは徐々に減少し、波の入射位置Ｐ１から出射位置Ｐ２に至る間に波Ｗ１の波高は低減され、結果として消波が行われる。
【００１３】
図２は、図１に示す消波装置の消波機能を説明する第１の図である。図２（Ａ）に示すように、波による１周期分の力Ｆがゴム部材４Ａに作用すると、変形（ひずみ）が生じる。特に、せん断応力により、図２（Ａ）においてεで示すようなせん断ひずみが発生する。
【００１４】
ゴム部材４Ａの材料であるゴム系材料は、完全な弾性体ではないため、せん断応力τとせん断ひずみεは、比例関係（線形）ではなく、塑性変形も生じるため、図２（Ｂ）に示すように、ループ状の変化（ヒステリシス）を生じる。図２（Ｂ）において斜線で示した領域は、エネルギーの消費を示しており、ゴム系材料では、与えられるエネルギーに対するエネルギー消費の割合（エネルギー消費率）が高いと考えられる。なお、図２（Ｂ）において、符号Ｇは、応力−ひずみ曲線の傾きを示し、せん断弾性係数と呼ばれる。
【００１５】
図３は、図１に示す消波装置の消波機能を説明する第２の図である。図３（Ａ）は、図１に示す消波装置におけるゴム部材の堅さと消波機能を説明する図であり、ゴム部材４Ａの堅さ、例えば、せん断弾性係数Ｇを０．１〜１０ＭＮ／ｍ2（ＭＮ：メガニュートン＝１０6Ｎ）の範囲の適切な値に設定すると、波の波高伝達率ＫTを、０．３程度の最小値にすることができることが示されている。
【００１６】
ここに、波の波高伝達率ＫTとは、入射波高に対する伝達波高の比率（伝達波高／入射波高）を示している。入射波高とは、この消波装置１Ａへ波Ｗ１が入射する位置Ｐ１における波高（波の山の最高点と谷の最低点の間の高さ、又は波の振幅値）を示しており、伝達波高とは、この消波装置１Ａから波Ｗ１が出射する位置Ｐ２における波高（波の山の最高点と谷の最低点の間の高さ、又は波の振幅値）を示している。
【００１７】
図３（Ｂ）は、波の波高伝達率ＫTに関係するパラメータを示した図である。波の波高伝達率ＫTは、図３（Ｂ）に示すゴム部材の設置長さＢLが長いほど小さくなり、消波の効率は高くなる。また、波の波高伝達率ＫTは、図３（Ｂ）に示すゴム部材の設置高さｈsが高いほど小さくなり、消波の効率は高くなる。また、波の波高伝達率ＫTは、図３（Ｂ）に示す水深ｈ、又はゴム部材上の水深ｄが小さいほど小さくなり、消波の効率は高くなる。もちろん、ゴム部材４Ａの堅さ（例えば、せん断弾性係数Ｇ）、波Ｗ１の周期、波高によっても波の波高伝達率ＫTは変化する。一般に、ゴム部材の設置長さＢLが波Ｗ１の波長の１．０〜２．０倍程度で、ゴム部材の設置高さｈsがゴム部材上の水深ｄとほぼ同じ程度の値である場合には、波の波高伝達率ＫTを０．３程度の値にすることができる。
【００１８】
なお、上記した消波装置１Ａにおいては、ゴム部材４Ａと４Ａの間の空隙を流動する水により、水とゴム部材との間の摩擦、あるいは空隙における渦の発生によっても波のエネルギーは消費されると考えられるが、本装置１Ａの主たるエネルギー消費は、ゴム部材４Ａにおける内部のエネルギー消費である。
【００１９】
図４は、図１に示す消波装置に用いるゴム部材の構成例を示す図である。ゴム部材としては、図４（Ａ）に示すように、リサイクル材としてのゴムタイヤ４Ａ１を用いることができる。また、図４（Ｂ）に示すように、ゴム部材としては、ゴムタイヤを切断して形成したタイヤ切断片４Ａ２を用いることができる。このタイヤ切断片４Ａ２の場合には、切断片の長さ等の寸法を適宜設定することによりゴム部材の間の空隙率を調整することが可能である。また、図４（Ｃ）に示すように、ゴム部材としては、ゴム系材料から金型等により成型して形成した成型ゴム４Ａ３を用いることもできる。この成型ゴム４Ａ３の場合には、成型ゴムの各位置の寸法を適宜設定することによりゴム部材の間の空隙率を調整することが可能である。また、この成型ゴム４Ａ３の場合には、材料となるゴム系材料の堅さ（例えば、せん断弾性係数Ｇ）を適宜設定することによりゴム部材の内部のエネルギー消費率を調整することが可能である。
【００２０】
また、図５は、上記の消波装置１Ａを設置する箇所の第１の例を示す図である。図５に示すように、既存の防波堤２１、２２の開口部２３に設置し、消波を行うようにしてもよい。また、図６は、上記の消波装置１Ａを設置する箇所の第２の例を示す図である。図６に示すように、既存の埠頭２４の波除手段として設置し、消波を行うようにしてもよい。図６において、符号１２、１３は海上の船舶を示している。もちろん、通常の防波堤や離岸堤の代替施設として用いることも可能である。
【００２１】
また、図７は、本発明の第２実施形態である消波装置の構成を示したものである。図７に示すように、この消波装置１Ｂは、収容構造体３Ｂと、複数個のゴム部材４Ｂを備えて構成されている。符号１４は海上の船舶を示している。
【００２２】
収容構造体３Ｂは、海底２Ｂに構築されており、鉄筋コンクリート構造等からなる上部が開口した箱状の構造体であり、内部に収容空間を有している。収容構造体３Ｂの上端縁は海底２Ｂよりも高い位置となっている。この第２実施形態の場合は、消波装置１Ｂが一種の潜堤を構成している。
【００２３】
この第２実施形態１Ｂのように構成しても、第１実施形態１Ａの場合と同様に、海の表面の波Ｗ２の運動が、海水によりゴム部材４Ｂに伝達される。これにより、複数のゴム部材４Ｂが変形し、このゴム部材４Ｂの変形時に、波Ｗ２のエネルギーは、ゴム部材４Ｂの内部で熱エネルギーとして消費される。これにより、波Ｗ２の運動エネルギーは徐々に減少し、結果として消波が行われる。
【００２４】
また、図８は、本発明の第３実施形態である消波装置の構成を示したものである。図８に示すように、この消波装置１Ｃは、収容構造体３Ｃと、複数個のゴム部材４Ｃと、保護シート５を備えて構成されている。
【００２５】
収容構造体３Ｃは、海底２Ｃに構築されており、鉄筋コンクリート構造等からなる上部が開口した箱状の構造体であり、内部に収容空間を有している。この第３実施形態の消波装置１Ｃの特徴は、収容構造体３Ｃの上部に保護シート５が設けられている点であり、他の構成は、上記した第１実施形態、又は第２実施形態の場合と同様である。
【００２６】
保護シート５としては、可撓性を有する合成樹脂材料からなるシート部材などが使用可能である。
【００２７】
この第３実施形態１Ｃのように構成しても、第１実施形態１Ａの場合と同様に、海の表面の波の運動が、海水により伝達され、保護シート５を介してゴム部材４Ｃに伝達される。これにより、複数のゴム部材４Ｃが変形し、このゴム部材４Ｃの変形時に、波のエネルギーは、ゴム部材４Ｃの内部で熱エネルギーとして消費される。これにより、波の運動エネルギーは徐々に減少し、結果として消波が行われる。また、上記の効果に加え、保護シート５により、漂砂がゴム部材４Ｃの間の空隙に侵入してゴム部材４Ｃを砂中に埋没させることを防止することができる。
【００２８】
また、図９は、本発明の第４実施形態である消波装置の構成を示したものである。図９に示すように、この消波装置１Ｄは、収容構造体３Ｄと、複数個のゴム部材４Ｄと、排砂ポンプ６と、排砂管７と、支持部材８を備えて構成されている。
【００２９】
収容構造体３Ｄは、海底２Ｄに構築されており、鉄筋コンクリート構造等からなる上部が開口した箱状の構造体であり、内部に収容空間を有している。この第４実施形態の消波装置１Ｄの特徴は、収容構造体３Ｄの内部に支持部材８を設置して複数のゴム部材４Ｄを支持し、支持部材８には、砂が通過可能な開口を複数設けておき、支持部材８の下方に排砂ポンプ６を配置し、支持部材８から落下して溜まった砂を排砂管７を介して収容構造体３Ｄの外部へ排出するように構成した点であり、他の構成は、上記した第１実施形態、又は第２実施形態の場合と同様である。
【００３０】
この第４実施形態１Ｄのように構成しても、第１実施形態１Ａの場合と同様に、海の表面の波の運動が、海水によりゴム部材４Ｄに伝達される。これにより、複数のゴム部材４Ｄが変形し、このゴム部材４Ｄの変形時に、波のエネルギーは、ゴム部材４Ｄの内部で熱エネルギーとして消費される。これにより、波の運動エネルギーは徐々に減少し、結果として消波が行われる。また、上記の効果に加え、排砂ポンプ６と排砂管７と支持部材８により砂を適宜時期に外部へ排出し、漂砂がゴム部材４Ｄの間の空隙に侵入してゴム部材４Ｄを砂中に埋没させることを防止することができる。
【００３１】
上記各実施形態において、収容構造体３Ａ〜３Ｄは、収容手段に相当している。また、ゴム部材４Ａ、ゴムタイヤ４Ａ１、タイヤ切断片４Ａ２、成型ゴム４Ａ３、ゴム部材４Ｂ〜４Ｄは、粘弾塑性部材に相当している。
【００３２】
なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。上記各実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００３３】
例えば、上記各実施形態においては、海底に設置される消波装置を例に挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、海底以外の他の箇所、例えば、湖、池、沼等の内水部の水底に配置された場合でも、水表面の波を減衰させることが可能である。
【００３４】
また、上記各実施形態においては、収容空間内に配置する粘弾塑性部材として、ゴム系材料からなるゴム部材（４Ａ〜４Ｄ）を例に挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、一般に粘弾塑性材料からなる部材であればよい。
【００３５】
粘弾塑性材料とは、粘塑性と弾性の両方を兼ね備えた性質を有する材料である。粘弾塑性材料は、外力を加えて変形（ひずみ）を生じさせたときに、観測時間の長い時間領域では粘塑性体としての性質（粘塑性）を示し、観測時間の短い時間領域では弾性体としての性質（弾性）を示す。ここに、粘性とは、任意の点における応力状態が変形（ひずみ）の時間的変化率に比例するニュートン流体等の性質をいい、粘性係数に比例する。また、弾性とは、フックの法則に従い、応力を受けた場合の変形（ひずみ）が応力に比例し、応力がなくなると変形（ひずみ）が元に戻る性質をいい、弾性係数（ヤング率）に比例する。また、塑性とは、応力を受けた場合の変形（ひずみ）が、応力がなくなっても元に戻らないような性質をいう。このような粘弾塑性材料としては、上記したゴム系材料のほか、熱可塑性エラストマー系材料が使用可能である。
【００３６】
熱可塑性エラストマー（Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ Ｅｌａｓｔｏｍｅｒ：ＴＰＥ）系材料としては、例えば、スチレン系統ＴＰＥ（ＴＰＳ）、オレフィン系ＴＰＥ（ＴＰＯ）、塩ビ系ＴＰＥ、ウレタン系ＴＰＥ（ＴＰＵ）、エステル系ＴＰＥ（ＴＰＥＥ）、ポリアミド系ＴＰＥ、１，２−ポリブタジエン系ＴＰＥ等が使用可能である。
【００３７】
また、上記各実施形態においては、収容手段として、鉄筋コンクリート構造等からなる上部が開口した箱状の構造体（例えば３Ａ、３Ｂ等）を例に挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、側部を鋼矢板等で形成するとともに側部の内部の海底を掘り下げて収容空間を形成するようにしたものでもよい。この場合には、掘り下げられた海底面が収容構造体の底面を兼ねることになるので、収容構造体は底部を有しない。要は、収容手段は、水底付近に設けられ内部に粘弾塑性部材を複数個収容可能な収容空間を有する構成のものであれば、どのような材質、構造のものであってもよいのである。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、水底（２Ａ又は２Ｂ又は２Ｃ若しくは２Ｄ）付近に設けられ内部に収容空間を有する収容手段（３Ａ又は３Ｂ又は３Ｃ若しくは３Ｄ）の収容空間内に、ゴムタイヤを切断して形成したタイヤ切断片（４Ａ２）を粘弾塑性部材として複数個収容し、複数の粘弾塑性部材のせん断弾性係数Ｇを０．１〜１０メガニュートン／ｍ 2 の範囲の値に設定し、複数の粘弾塑性部材の設置長さＢ L を波（Ｗ１又はＷ２）の波長の１．０〜２．０倍程度の値とし、かつ複数の粘弾塑性部材の設置高さｈ s を複数の粘弾塑性部材の上の水深ｄとほぼ同じ程度の値に設定するようにしたので、水表面の波（Ｗ１又はＷ２）による水の運動により複数の粘弾塑性部材を変形させ、変形する粘弾塑性部材の内部で波（Ｗ１又はＷ２）のエネルギーを熱エネルギーとして消費させ、波（Ｗ１又はＷ２）の波高伝達率Ｋ T を０．３程度の最小値にさせることができる、という利点を有している。また、請求項２記載の発明によれば、水底（２Ａ又は２Ｂ又は２Ｃ若しくは２Ｄ）付近に設けられ内部に収容空間を有する収容手段（３Ａ又は３Ｂ又は３Ｃ若しくは３Ｄ）の収容空間内に、ゴム系材料から金型により成型して形成した成型ゴム（４Ａ３）を粘弾塑性部材として複数個収容し、複数の粘弾塑性部材のせん断弾性係数Ｇを０．１〜１０メガニュートン／ｍ 2 の範囲の値に設定し、複数の粘弾塑性部材の設置長さＢ L を波（Ｗ１又はＷ２）の波長の１．０〜２．０倍程度の値とし、かつ複数の粘弾塑性部材の設置高さｈ s を複数の粘弾塑性部材の上の水深ｄとほぼ同じ程度の値に設定するようにしたので、水表面の波（Ｗ１又はＷ２）による水の運動により複数の粘弾塑性部材を変形させ、変形する粘弾塑性部材の内部で波（Ｗ１又はＷ２）のエネルギーを熱エネルギーとして消費させ、波（Ｗ１又はＷ２）の波高伝達率Ｋ T を０．３程度の最小値にさせることができる、という利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である消波装置の構成を示す概念図である。
【図２】図１に示す消波装置の消波機能を説明する第１の図である。
【図３】図１に示す消波装置の消波機能を説明する第２の図である。
【図４】図１に示す消波装置に用いるゴム部材の構成例を示す図である。
【図５】図１に示す消波装置を設置する箇所の第１の例を示す図である。
【図６】図１に示す消波装置を設置する箇所の第２の例を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態である消波装置の構成を示す概念図である。
【図８】本発明の第３実施形態である消波装置の構成を示す概念図である。
【図９】本発明の第４実施形態である消波装置の構成を示す概念図である。
【符号の説明】
１Ａ〜１Ｄ 消波装置
２Ａ〜２Ｄ 海底
３Ａ〜３Ｄ 収容構造体（収容手段）
４Ａ ゴム部材
４Ａ２ タイヤ切断片
４Ａ３ 成型ゴム
４Ａ１ ゴムタイヤ
４Ｂ〜４Ｄ ゴム部材（粘弾塑性部材）
５ 保護シート
６ 排砂ポンプ
７ 排砂管
８ 支持部材
１１〜１４ 船舶
２１、２２ 防波堤
２３ 開口部
２４ 埠頭
ＢL ゴム部材の設置長さ
ｄ ゴム部材上の水深
ｈ 水深
ｈs ゴム部材の設置高さ
Ｐ１ 入射位置
Ｐ２ 出射位置
Ｗ１、Ｗ２ 波
Claims (2)
- 水底（２Ａ又は２Ｂ又は２Ｃ若しくは２Ｄ）付近に設けられ内部に収容空間を有する収容手段（３Ａ又は３Ｂ又は３Ｃ若しくは３Ｄ）の前記収容空間内に、ゴムタイヤを切断して形成したタイヤ切断片（４Ａ２）を粘弾塑性部材として複数個収容し、水表面の波（Ｗ１又はＷ２）による水の運動により前記複数の粘弾塑性部材を変形させ、前記複数の粘弾塑性部材のせん断弾性係数Ｇを０．１〜１０メガニュートン／ｍ 2 の範囲の値に設定し、前記複数の粘弾塑性部材の設置長さＢ L を前記波（Ｗ１又はＷ２）の波長の１．０〜２．０倍程度の値とし、かつ前記複数の粘弾塑性部材の設置高さｈ s を前記複数の粘弾塑性部材の上の水深ｄとほぼ同じ程度の値に設定することにより、前記変形する前記粘弾塑性部材の内部で前記波（Ｗ１又はＷ２）のエネルギーを熱エネルギーとして消費させ前記波（Ｗ１又はＷ２）の波高伝達率Ｋ T を０．３程度の最小値にさせることを特徴とする粘弾塑性部材を用いた消波装置。
- 水底（２Ａ又は２Ｂ又は２Ｃ若しくは２Ｄ）付近に設けられ内部に収容空間を有する収容手段（３Ａ又は３Ｂ又は３Ｃ若しくは３Ｄ）の前記収容空間内に、ゴム系材料から金型により成型して形成した成型ゴム（４Ａ３）を粘弾塑性部材として複数個収容し、水表面の波（Ｗ１又はＷ２）による水の運動により前記複数の粘弾塑性部材を変形させ、前記複数の粘弾塑性部材のせん断弾性係数Ｇを０．１〜１０メガニュートン／ｍ 2 の範囲の値に設定し、前記複数の粘弾塑性部材の設置長さＢ L を前記波（Ｗ１又はＷ２）の波長の１．０〜２．０倍程度の値とし、かつ前記複数の粘弾塑性部材の設置高さｈ s を前記複数の粘弾塑性部材の上の水深ｄとほぼ同じ程度の値に設定することにより、前記変形する前記粘弾塑性部材の内部で前記波（Ｗ１又はＷ２）のエネルギーを熱エネルギーとして消費させ前記波（Ｗ１又はＷ２）の波高伝達率Ｋ T を０．３程度の最小値にさせることを特徴とする粘弾塑性部材を用いた消波装置。
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