特開 2023-91355 柱状型浮体、及び柱状型浮体製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023091355

(43)【公開日】2023-06-30

(54)【発明の名称】柱状型浮体、及び柱状型浮体製造方法

(51)【国際特許分類】

   B63B 35/00 20200101AFI20230623BHJP

   B63B 35/44 20060101ALI20230623BHJP

【ＦＩ】

B63B35/00 T

B63B35/44 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021206056

(22)【出願日】2021-12-20

(71)【出願人】

【識別番号】000003687

【氏名又は名称】東京電力ホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001335

【氏名又は名称】弁理士法人 武政国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】十川 靖弘

(72)【発明者】

【氏名】西郡 一雅

(72)【発明者】

【氏名】高橋 智彦

(72)【発明者】

【氏名】石川 哲哉

(57)【要約】

【課題】本願発明の課題は、従来技術が抱える問題を解決することであり、すなわち、従来に比して低コストかつ短期間で製造することができる柱状型浮体と、その製造方法を提供することである。
【解決手段】本願発明の柱状型浮体は、浮体式洋上風力発電施設を構成するものであって、中空の柱状である柱本体を備えたものである。この柱本体は、曲げ加工直面材を周方向に複数連結することで形成されものである。なお、曲げ加工直面材は「平面部」と一端側に形成される「曲げ加工部」とを含んで構成され、柱本体の断面形状は頂部が曲線とされた多角形となる。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

浮体式洋上風力発電施設を構成する柱状型浮体において、
中空の柱状である柱本体を、備え、
前記柱本体は、曲げ加工直面材を周方向に複数連結することで形成され、
前記曲げ加工直面材は、平面部と、端部に形成される曲げ加工部と、を含み、
前記柱本体の断面形状は、頂部が曲線とされた多角形である、
ことを特徴とする柱状型浮体。

【請求項2】

浮体式洋上風力発電施設を構成する柱状型浮体において、
中空の柱状である柱本体を、備え、
前記柱本体は、曲げ加工直面材を周方向に複数連結することで形成され、
前記曲げ加工直面材は、２個所の平面部と、該平面部に挟まれた位置に形成される曲げ加工部と、を含み、
前記柱本体の断面形状は、頂部が曲線とされた多角形である、
ことを特徴とする柱状型浮体。

【請求項3】

浮体式洋上風力発電施設を構成する柱状型浮体において、
中空の柱状である柱本体を、備え、
前記柱本体は、曲げ加工直面材を周方向に複数連結することで形成され、
前記曲げ加工直面材は、２以上の曲げ加工部を含み、
前記柱本体の断面形状は、頂部が曲線とされた多角形である、
ことを特徴とする柱状型浮体。

【請求項4】

前記柱本体の一端に設けられる縮径体を、さらに備え、
前記縮径体は、前記曲げ加工直面材を周方向に複数連結することで形成されるとともに、前記柱本体から外方に向かって断面積が縮小する錐台形状であって、断面形状が該柱本体の断面形状と相似形である、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の柱状型浮体。

【請求項5】

浮体式洋上風力発電施設を構成する柱状型浮体を製造する方法において、
母材から、板面が平面である直面材を切り出す切断工程と、
前記直面材の一端に曲げ加工を施すことによって、平面部と曲げ加工部とを含む曲げ加工直面材を得る端部曲げ加工工程と、
複数の前記曲げ加工直面材を、所定の交差角で突き合せて配置する配置工程と、
前記配置工程によって配置された前記曲げ加工直面材どうしを溶接によって連結する連結工程と、を備え、
隣接する前記曲げ加工直面材の前記平面部と前記曲げ加工部を突き合せたうえで、複数の該曲げ加工直面材を周方向に連結していくことによって、中空の柱状である柱本体を製造する、
ことを特徴とする柱状型浮体製造方法。

【請求項6】

浮体式洋上風力発電施設を構成する柱状型浮体を製造する方法において、
母材から、板面が平面である直面材を切り出す切断工程と、
前記直面材の中間部に曲げ加工を施すことによって、２個所の平面部と、該平面部に挟まれた位置に形成される曲げ加工部と、を含む曲げ加工直面材を得る中間部曲げ加工工程と、
複数の前記曲げ加工直面材を、突き合せて配置する配置工程と、
前記配置工程によって配置された前記曲げ加工直面材どうしを溶接によって連結する連結工程と、を備え、
隣接する前記曲げ加工直面材の前記平面部どうしが同一面又は略同一面となるように突き合せたうえで、複数の該曲げ加工直面材を周方向に連結していくことによって、中空の柱状である柱本体を製造する、
ことを特徴とする柱状型浮体製造方法。

【請求項7】

浮体式洋上風力発電施設を構成する柱状型浮体を製造する方法において、
母材から、板面が平面である直面材を切り出す切断工程と、
前記直面材の２以上の箇所に曲げ加工を施すことによって、２以上の曲げ加工部を含む曲げ加工直面材を得る曲げ加工工程と、
複数の前記曲げ加工直面材を、突き合せて配置する配置工程と、
前記配置工程によって配置された前記曲げ加工直面材どうしを溶接によって連結する連結工程と、を備え、
隣接する前記曲げ加工直面材の端部どうしを突き合せたうえで、複数の該曲げ加工直面材を周方向に連結していくことによって、中空の柱状である柱本体を製造する、
ことを特徴とする柱状型浮体製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願発明は、浮体式洋上風力発電施設を構成する柱状型浮体に関するものであり、より具体的には、頂部が曲線とされた多角形の断面形状を有する柱本体を備えた柱状型浮体とその製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

我が国における電力消費量は、２００８年の世界的金融危機の影響により一旦は減少に転じたものの、オイルショックがあった１９７３年以降継続的に増加しており、１９７３年度から２００７年度の間には２．６倍にまで拡大している。その背景には、生活水準の向上に伴うエアコンや電気カーペットといったいわゆる家電製品の普及、あるいはオフィスビルの増加に伴うＯＡ（Ｏｆｆｉｃｅ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）機器や通信機器の普及などが挙げられる。

【0003】

これまで、このような莫大な量の電力需要を主に支えてきたのは、石油、石炭等いわゆる化石燃料による発電であった。ところが近年、化石燃料の枯渇化問題や、地球温暖化に伴う環境問題が注目されるようになり、これに応じて発電方式も次第に変化してきた。その結果、先に説明した１９７３年頃には、石油、石炭による発電が全体の約９０％を占めていたのに対し、２０１０年にその割合は６６％まで減少している。代わりに増加したのが全体の約１０％強（２０１０年）を占めている原子力発電である。原子力発電は、従来の発電方式に比べ温室効果ガスの削減効果が顕著であるうえ、低コストで電力を提供できることから、我が国の電力需要にも大きく貢献してきた。

【0004】

また、温室効果ガスの排出を抑制することができるという点において、再生可能エネルギーによる発電方式も採用されるようになっている。この再生可能エネルギーは、太陽光や風力、地熱、中小水力、木質バイオマスといった文字どおり再生することができるエネルギーであり、温室効果ガスの排出を抑え、また国内で生産できることから、有望な低炭素エネルギーとして期待されている。

【0005】

再生可能エネルギーのうち特に風力を利用した発電方式は、電気エネルギーの変換効率が高いという特長を備えている。一般に、太陽光発電の変換効率は約２０％、木質バイオマス発電は約２０％、地熱発電は１０～２０％とされているのに対して、風力発電は２０～４０％とされているように、他の発電方法よりも高効率でエネルギーを電気に変換できる。また、太陽光発電とは異なり昼夜問わず発電することができることも風力発電の特長である。このような特長を備えていることもあって、風力発電は既にヨーロッパで主要な発電方法として多用され、我が国でも「エネルギーミックス」の取り組みにおいて２０３０年には電源構成のうち１．７％を担うことを目指している。

【0006】

風力発電はその設置場所によって陸上風力発電と洋上風力発電に大別され、このうち陸上風力発電は洋上風力発電に比べ設置が容易であり、したがってそのコストも抑えることができるといった特長を備えている。一方、洋上風力発電は、陸上風力発電が抱える騒音問題が生ずることがなく、また転倒等による被害リスクも回避でき、なにより陸上に比して大きな風力を安定的に得ることができるという特長を備えている。世界第６位の排他的経済水域を持つ我が国は、浮体洋上風力発電にとって適地であり、将来的には再生可能エネルギーの有望な産出地となり得ると考えられる。

【0007】

また洋上風力発電は、その設置場所によって異なる形式が採用され、５０ｍ以浅の海域では着床式洋上風力発電が適しており、５０ｍ以深の海域では浮体式洋上風力発電が適しているとされている。このうち浮体式洋上風力発電は、海水に浮かべる浮体を利用するものであり、係留索で繋がれた浮体上に発電機構を設置し、この発電機構によって発電する方式である。なお浮体形式には、ポンツーン形式（バージ形式）、セミサブ形式、スパー形式（柱状型）、緊張係留形式（ＴＬＰ：Ｔｅｎｓｉｏｎ Ｌｅｇ Ｐｌａｔｆｏｒｍ）などが挙げられ、大きな風力が得られるとされる陸域から離れた沖合では、主に柱状形式が採用される傾向にある。

【0008】

図１６は、柱状形式の洋上風力発電施設を模式的に示す側面図である。この図に示すように柱状形式の洋上風力発電施設は、海中に浮かべる柱状型浮体（スパー型浮体）と、その上に設置されるタワーやローター、ナセルなどを含んで構成される。タワーはローターやナセルを支持する構造体であり、さらに柱状型浮体がタワーの基礎として機能している。そしてブレード（羽根）とハブからなるローターによって風を動力に変換し、増速機や発電機、変圧器などを含むナセルによって動力を電気に変換して、海底ケーブルを通じて陸域まで送電するわけである。なお柱状型浮体は、カテナリー（懸垂線）形状とされた係留索の自重によって係留されるのが一般的である。

【0009】

ところで従来の柱状型浮体は、特許文献１に示すようにその断面が円形の管形状（つまり円柱管）とされ、しかも鋼板を加工して製造するのが主流であった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２０１３－１４１８５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

鋼製の円柱管（つまり、鋼管）は、その製法によって継目無鋼管（シームレス）や溶接鋼管などに分けられるが、柱状型浮体のように大口径（例えばφ１０ｍ以上）のものは鋼板を曲面状に成形したうえで溶接して形成する溶接鋼管を用いることになる。ここで、図１７を参照しながら柱状型浮体の製造工程について説明する。

【0012】

まず図１７（ａ）に示すように、母材となる大型の鋼板から所定の大きさの板片（以下、便宜上「切出部材」という。）を切り出す。この切出部材は、柱状型浮体を構成するいわばパーツであり、そのため柱状型浮体を構成する必要な数（一般的には１，０００を超える）だけ繰り返し切り出される。なお、図１７（ａ）で切り出された状態の切出部材は、板面が「平面」の板材である。ここでいう「平面」とは、曲面でないという意味であって、３次元空間における平面の一般式で表されるか、あるいはそれに近似した形状を指す。便宜上ここでは、板面が平面である板材のことを特に「直面材」ということとする。

【0013】

切出部材を切り出すと、図１７（ｂ）に示すように「鋼板曲げ加工」や「ローラー曲げ加工」といった手法を利用し、切出部材に対して曲げ加工を施していく。上記したとおり従来の柱状型浮体はその断面が円形であり、直面材である切出部材は円形の一部を構成するように曲げ加工が施されるわけである。もちろん、この曲げ加工は切り出されたすべての切出部材に対して行われる。なお便宜上ここでは、板面が曲面である板材のことを特に「曲面材」ということとする。

【0014】

切出部材に対する曲げ加工が施されると、図１７（ｃ）に示すように型治具の上に曲面材である切出部材を配置し、溶接によって隣接する切出部材どうしを接合していく。そして、ひとまず所定長さの半断面の構造体（以下、「半断面分割体」という。）を形成する。また図１７（ｄ）に示すように、別途用意した小組（リブ）を、半断面分割体の内周面に所定間隔で設置する。

【0015】

半断面分割体が形成されると、図１７（ｅ）に示すように２つの半断面分割体を溶接によって接合し、円形断面の「分割体」を形成する。そして図１７（ｆ）に示すように、複数の分割体を軸方向に連結することによって、柱状型浮体が完成する。

【0016】

このように柱状型浮体を製造するにあたっては、大量の鋼材を利用する必要があり、しかも多種多様な工程を行わなければならない。特に図１７（ｂ）に示す曲げ加工は、板長が５ｍほどの大型材料（切出部材）に対して行われることから１日に１材料（１枚）程度しか加工できず、そのうえ大量の（例えば１，０００を超える）切出部材に対して加工しなければならない。したがって曲げ加工には人件費や加工機の損料、燃料費など多額の費用が掛かり、すなわち曲げ加工が柱状型浮体の製造費用を押し上げる大きな要因となっていた。

【0017】

本願発明の課題は、従来技術が抱える問題を解決することであり、すなわち、従来に比して低コストかつ短期間で製造することができる柱状型浮体と、その製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0018】

本願発明は、切出部材の全体に対して曲げ加工を行うことなく、大部分が直面材のまま中空管体の柱本体を形成する、という点に着目してなされたものであり、これまでにない発想に基づいて行われたものである。

【0019】

本願発明の柱状型浮体は、浮体式洋上風力発電施設を構成するものであって、中空の柱状である柱本体を備えたものである。この柱本体は、曲げ加工直面材を周方向に複数連結することで形成されたものである。なお、曲げ加工直面材は「平面部」と一端側に形成される「曲げ加工部」とを含んで構成され、柱本体の断面形状は頂部が曲線とされた多角形となる。

【0020】

本願発明の柱状型浮体は、中間部に曲げ加工部が形成された曲げ加工直面材を使用したものとすることもできる。この場合の曲げ加工直面材は、２個所に平面部が配置されるとともに、これら平面部に挟まれた位置に曲げ加工部が配置される。また柱本体は、隣接する曲げ加工直面材の平面部どうしが略同一面（同一面を含む）となるように突き合せたうえで周方向に連結されたものとされる。

【0021】

本願発明の柱状型浮体は、２以上の曲げ加工部を含む曲げ加工直面材を使用したものとすることもできる。この場合の曲げ加工直面材は、平面部に挟まれたそれぞれの位置に曲げ加工部が配置される。

【0022】

本願発明の柱状型浮体は、柱本体の一端に設けられる縮径体をさらに備えたものとすることもできる。この縮径体は、複数の曲げ加工直面材を周方向に連結することで形成されるとともに、柱本体から外方に向かって断面積が縮小する錐台形状であって、断面形状が柱本体の断面形状と相似形となるものである。

【0023】

本願発明の柱状型浮体製造方法は、本願発明の柱状型浮体を製造する方法であって、切断工程と端部曲げ加工工程、配置工程、連結工程を備えた方法である。このうち切断工程では、母材から直面材を切り出し、端部曲げ加工工程では、直面材の一端に曲げ加工を施すことによって曲げ加工直面材を得る。また配置工程では、複数の曲げ加工直面材を所定の交差角で突き合せて配置し、連結工程では、配置工程によって配置された曲げ加工直面材どうしを溶接によって連結（接合）する。なお、隣接する曲げ加工直面材の平面部と曲げ加工部を突き合せたうえで、複数の曲げ加工直面材を周方向に連結していくことによって中空の柱状である柱本体を製造する。

【0024】

本願発明の柱状型浮体製造方法は、中間部曲げ加工工程を備えた方法とすることもできる。この中間部曲げ加工工程では、直面材の中間部に曲げ加工を施すことによって曲げ加工直面材を得る。この場合の曲げ加工直面材は、２個所に配置される平面部と、これら平面部に挟まれた位置に曲げ加工部とを含むものである。そして、隣接する曲げ加工直面材の平面部どうしが略同一面（同一面を含む）となるように突き合せたうえで、複数の曲げ加工直面材を周方向に連結していくことによって、中空の柱状である柱本体を製造する。

【0025】

本願発明の柱状型浮体製造方法は、曲げ加工工程を備えた方法とすることもできる。この曲げ加工工程では、直面材の２以上の箇所に曲げ加工を施すことによって曲げ加工直面材を得る。この場合の曲げ加工直面材は、平面部に挟まれたそれぞれの位置に曲げ加工部を含むものである。そして、隣接する曲げ加工直面材の端部どうしを突き合せたうえで、複数の曲げ加工直面材を周方向に連結していくことによって、中空の柱状である柱本体を製造する。

【発明の効果】

【0026】

本願発明の柱状型浮体、及び柱状型浮体製造方法には、次のような効果がある。
（１）切出部材の端部のみに対して曲げ加工を行うだけであり、切出部材全体に対して曲げ加工を行っていた従来技術に比して柱状型浮体の製造コストが大幅に低減される。その結果、柱状型浮体を調達しやすくなり、柱状型浮体の採用が拡大していくことが期待できる。
（２）曲げ加工にかかる作業者の負担を軽減することができることから、近年の慢性的な人材不足の問題の解決に貢献することができる。
（３）また曲げ加工に必要な燃料や電力など各種エネルギーの消費を低減することができることから、従来に比して環境に与える負荷を抑制することができる。
（４）断面視の頂部が構造的に不連続な「角部」であれば応力集中が生じやすい。これに対して本願発明は、その頂部に曲げ加工を施していることから、応力集中を緩和することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本願発明の柱状型浮体を模式的に示す斜視図。

【図2】（ａ）は直面材を説明する平面図、（ｂ）は直面材を説明する側面図。

【図3】柱本体の断面形状を模式的に示す断面図。

【図4】直面材を千鳥配置とした本願発明の柱状型浮体を模式的に示す斜視図。

【図5】（ａ）は屈折材を説明する平面図、（ｂ）は屈折材を説明する側面図。

【図6】本願発明の柱状型浮体を模式的に示す斜視図。

【図7】（ａ）は曲げ加工直面材を説明する平面図、（ｂ）は曲げ加工直面材を説明する側面図。

【図8】曲げ加工直面材によって形成された柱本体の一部を模式的に示す断面図。

【図9】（ａ）は中間に曲げ加工部を有する曲げ加工直面材を説明する平面図、（ｂ）は中間に曲げ加工部を有する曲げ加工直面材を説明する側面図。

【図10】中間に曲げ加工部を有する曲げ加工直面材によって形成された柱本体の一部を模式的に示す断面図。

【図11】第１の実施形態における本願発明の柱状型浮体製造方法の主な工程を示すフロー図。

【図12】第１の実施形態における本願発明の柱状型浮体製造方法の主な工程を示すステップ図。

【図13】（ａ）は配置用治具を内周面側に当接しながら配置した２つの直面材を上方から見た平面図、（ｂ）は交差角を調整する機能と従来の型治具の機能をあわせ持つ配置用治具に載置した直面材を示す側面図。

【図14】第２の実施形態における本願発明の柱状型浮体製造方法の主な工程を示すフロー図。

【図15】第３の実施形態における本願発明の柱状型浮体製造方法の主な工程を示すフロー図。

【図16】スパー形式の洋上風力発電施設を模式的に示す側面図。

【図17】柱状型浮体の製造工程を模式的に示すステップ図。

【発明を実施するための形態】

【0028】

本願発明の柱状型浮体（スパー型浮体）、及び柱状型浮体製造方法の実施形態の一例を、図に基づいて説明する。なお本願発明の柱状型浮体は、浮体式洋上風力発電施設を構成するものとして利用する場合に特に好適に実施することができ、本願発明の柱状型浮体製造方法は、本願発明の柱状型浮体を製造する場合に特に好適に実施することができる。

【0029】

１．柱状型浮体
はじめに本願発明の柱状型浮体について図を参照しながら詳しく説明する。なお、本願発明の柱状型浮体製造方法は、本願発明の柱状型浮体を製造する方法であり、したがってまずは本願発明の柱状型浮体について説明し、その後に本願発明の柱状型浮体製造方法について詳しく説明することとする。

【0030】

図１は、本願発明の柱状型浮体１００を模式的に示す斜視図である。この図に示すように本願発明の柱状型浮体１００は、柱本体１１０を含んで構成され、さらに縮径体１２０や底板１３０を含んで構成することもできる。以下、柱状型浮体１００を構成する主な要素ごとに説明する。

【0031】

（柱本体）
柱本体１１０は、図１に示すように断面寸法に比して軸（以下、「柱軸」という。）方向寸法の方が大きい長尺体であって内部は中空とされ、つまり外形は概ね管状を呈している。そして柱本体１１０は、複数の直面材ＦＰによって形成されることを一つの特徴としている。

【0032】

図２は、直面材ＦＰを説明する図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。この図に示すように直面材ＦＰは、平面寸法に比して肉厚寸法が小さい板状の部材であって、その板面は概ね平面（平面含む）とされる。既述したとおりここでいう「平面」とは、曲面でないという意味であって、３次元空間における平面の一般式（ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０）で表される形状を指す。

【0033】

柱本体１１０は、例えば溶接接合によって複数の直面材ＦＰを断面の周方向に連結することで形成される。そのため柱本体１１０の断面形状は、図３に示すように多角形となる。なお図３では、同じ幅を有する１２の直面材ＦＰによって正１２角形が形成されているが、もちろんこれに限らず任意数のｎ角形（ｎは自然数）とすることができ、また正多角形（全辺長が等しい多角形）ではない多角形（各辺長が異なる）とすることもできる。また図１からも分かるように柱本体１１０の柱軸長によっては、複数の直面材ＦＰを断面周方向に連結した「分割体」（つまり１リング）を、柱軸方向に複数（図では１２段）連結して形成するとよい。あるいは図４に示すように、周方向に隣接する直面材ＦＰの柱軸方向における配置高さが同じにならないように（いわゆる千鳥配置としたうえで）、柱軸方向に複数連結して形成することもできる。

【0034】

柱本体１１０は、直面材ＦＰに代えて屈折材ＲＰによって形成することもできる。図５は、屈折材ＲＰを説明する図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。この図に示すように屈折材ＲＰは、直面材ＦＰを所定の屈折角で折り曲げた板材である。ここで所定の屈折角とは、複数の屈折材ＲＰによって目的とする柱状型浮体１００の断面形状（多角形）が完成するための角度（つまり多角形の内角）であって、例えば図３に示す正１２角形であれば、屈折材ＲＰの屈折角は１５０°となる。なお屈折材ＲＰは、図５に示すように折り曲げ箇所（以下、「屈折線」という。）が１個所のもの（つまり、２面の直面材ＦＰからなるもの）に限らず、屈折線が２個所以上のもの（つまり、３面以上の直面材ＦＰからなるもの）とすることもできる。

【0035】

屈折材ＲＰによって形成される柱本体１１０は、屈折加工を要しない直面材ＦＰによって形成されるケースに比べるとやや手間がかかるものの、従来の曲げ加工に比べると大幅にその手間は低減され、また溶接個所が少なくなるという利点もある。

【0036】

図６に示すように、屈折材ＲＰによって形成された柱本体１１０の柱軸長によっては、複数の屈折材ＲＰを断面周方向に連結した「分割体」（つまり１リング）を、柱軸方向に複数（図では部分的に示す４段）連結して形成するとよい。このとき、柱軸方向に隣接する分割体の連結位置（つまり、溶接ラインＷＬ）どうしが連続する（繋がる）いわゆる「いも継ぎ」は避け、図６に示すように柱軸方向（図では上下）に隣接する分割体の溶接ラインＷＬどうしが不連続となる（ずれた）いわゆる「千鳥配置」にするとよい。一般的に溶接個所は他の部分と比べて構造上の弱点となりやすく、図６に示すように溶接ラインＷＬを千鳥配置とすることで全体的な構造脆弱性を緩和することができるわけである。なお分割体は、屈折材ＲＰのみによって形成することもできるし、屈折材ＲＰと直面材ＦＰを組み合わせて形成することもできる。

【0037】

また柱本体１１０は、直面材ＦＰや屈折材ＲＰに代えて、曲げ加工直面材ＢＰによって形成することもできる。図７は、曲げ加工直面材ＢＰを説明する図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。この図に示すように曲げ加工直面材ＢＰは、直面材ＦＰの一端（図では右側）に曲げ加工を施したものであり、すなわち平面である「平面部ＳＦ」と、曲げ加工された「曲げ加工部ＳＲ」とを有する板部材である。

【0038】

曲げ加工直面材ＢＰを用いた本体１１０も、例えば溶接接合によって複数の曲げ加工直面材ＢＰを断面周方向に連結することによって形成される。このとき、隣接する曲げ加工直面材ＢＰどうしは、図８に示すように、平面部ＳＦの端面と曲げ加工部ＳＲの端面を突き合せるように配置される。そのため柱本体１１０の断面形状は、概ね多角形ではあるが頂部が曲線となる形状（以下、便宜上ここでは「面取り多角形」という。）となる。この場合も、複数の曲げ加工直面材ＢＰを断面周方向に連結した「分割体」（つまり１リング）を、柱軸方向に複数連結して形成するとよい。なお分割体は、曲げ加工直面材ＢＰのみによって形成することもできるし、直面材ＦＰや屈折材ＲＰを組み合わせて形成することもできる。

【0039】

曲げ加工部は、図７（ｂ）に示すように断面視でいわゆる扇形であり、その中心角は、屈折材ＲＰの屈折角と同様、複数の曲げ加工直面材ＢＰによって目的とする柱状型浮体１００の断面形状（面取り多角形）が完成するための角度（つまり多角形の内角）である。一般的に、曲げ半径が小さいほど工作時間が短くなるという利点があるものの応力集中が生じやすいという短所があり、曲げ半径が大きいほど工作時間が掛かるという短所があるものの構造的な連続性がよくなり応力集中を緩和することができるという利点がある。そのため、曲げ加工部ＳＲ（つまり、扇形）の曲げ半径は状況に応じて任意に設計することができ、５０ｍｍ以上１０００ｍｍ以下の曲げ半径で設計するとよく、より好ましくは１００ｍｍ以上３００ｍｍ以下がよい。

【0040】

曲げ加工直面材ＢＰは、端部に曲げ加工部ＳＲを有するもの（図７）のほか、図９に示すように中間部に曲げ加工部ＳＲを有するもの（以下、特に「中間曲げ加工直面材ＢＰＭ」という。）とすることもできる。図９は、中間曲げ加工直面材ＢＰＭを説明する図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。この中間曲げ加工直面材ＢＰＭは、図９に示すように直面材ＦＰの中間部（図では略中央）に曲げ加工を施したものであり、直面材ＦＰが２個所に形成されるとともに、これら直面材ＦＰに挟まれる位置に曲げ加工部ＳＲが形成された板部材である。

【0041】

中間曲げ加工直面材ＢＰＭを用いた本体１１０も、例えば溶接接合によって複数の中間曲げ加工直面材ＢＰＭを断面周方向に連結することによって形成される。このとき、隣接する曲げ加工直面材ＢＰどうしは、図１０に示すように、隣接する平面部ＳＦの端面どうしの端面を突き合せるように、しかも隣接する平面部ＳＦどうしが略同一面（同一面を含む）となるように配置される。これにより柱本体１１０の断面形状は、図８と同様、「面取り多角形」となる。この場合も、複数の中間曲げ加工直面材ＢＰＭを断面周方向に連結した「分割体」（つまり１リング）を、柱軸方向に複数連結して形成するとよい。なお分割体は、中間曲げ加工直面材ＢＰＭのみによって形成することもできるし、直面材ＦＰや屈折材ＲＰ、曲げ加工直面材ＢＰを組み合わせて形成することもできる。

【0042】

図９や図１０に示す中間曲げ加工直面材ＢＰＭは、２つの平面部ＳＦと１つの曲げ加工部ＳＲを有するものであるが、これに限らず３以上の平面部ＳＦと２以上の曲げ加工部ＳＲを有するものとすることもできる。例えば、平面部ＳＦをｎ箇所（ｎは３以上の自然数）に形成するとともに、これら平面部ＳＦに挟まれたそれぞれの位置に曲げ加工部ＳＲをｎ－１箇所に形成するわけである。さらに中間曲げ加工直面材ＢＰＭは、端部（一端あるいは両端）に曲げ加工部ＳＲを有するもの（つまり、曲げ加工直面材ＢＰと中間曲げ加工直面材ＢＰＭを組み合わせたもの）とすることもできる。また、図７や図８に示す曲げ加工直面材ＢＰは、一端にのみ曲げ加工部ＳＲを有するものであるが、これに限らず両端に曲げ加工部ＳＲが形成されたものとすることもできる。

【0043】

曲げ加工直面材ＢＰ（中間曲げ加工直面材ＢＰＭを含む）によって形成される柱本体１１０は、端部曲げ加工を要しない直面材ＦＰによって形成されるケースに比べるとやや手間がかかるものの、従来の曲げ加工に比べると大幅にその手間は低減され、また多角形の頂部が面取りされていることから欠けや凹みといった損傷を受けにくいという利点もある。

【0044】

（縮径体）
縮径体１２０は、ローターやナセルを支持するタワー（図１６）と連結されるもので、柱本体１１０の太径からタワーの細径に変更するためのいわば調整区間である。そのため縮径体１２０は、図１に示すように、使用時（海中設置時）における柱本体１１０の上端に設けられ、また柱本体１１０から柱軸方向の外側（図では上側）に向かって断面積が縮小する錐台形状（つまりテーパー形状）とされる。

【0045】

縮径体１２０は、柱本体１１０と同様、複数の直面材ＦＰを断面周方向に連結することで形成される。より詳しくは、柱本体１１０から柱軸方向の外側（図では上側）に向かって内側（中心側）に傾斜するように直面材ＦＰを配置したうえで周方向に連結された構成である。そのため縮径体１２０の断面形状は、多角形となり、しかも柱本体１１０の断面形状と相似形にするとよい。また図１からも分かるように縮径体１２０の柱軸長によっては、複数の直面材ＦＰを周方向に連結した構造体（つまり１リング）を、柱軸方向に複数（図では２段）連結して形成するとよい。縮径体１２０は、柱本体１１０と同様、直面材ＦＰに代えて屈折材ＲＰや曲げ加工直面材ＢＰ（中間曲げ加工直面材ＢＰＭを含む）によって形成することもできるし、屈折材ＲＰと直面材ＦＰ、曲げ加工直面材ＢＰ（中間曲げ加工直面材ＢＰＭを含む）を組み合わせて形成することもできる。なお図４では、一体の縮径体１２０を柱本体１１０の上部に設置しているが、これに限らず複数段からなる縮径体１２０を柱本体１１０の上部に設置することもできる。この場合、上方に向かって断面積が縮小していくように順次、縮径体１２０を重ねていく。

【0046】

（底板）
柱状型浮体１１０は、使用時に海面付近で浮かぶ必要があることから、浮力を受ける構造とされる。したがって、使用時における柱本体１１０の下端には底板１３０が設けられる。底板１３０で封鎖することによって、柱状型浮体１１０の内部への海水の進入を防ぎ、すなわち柱状型浮体１１０内部と海中との圧力差を生じさせるわけである。なお底板１３０は、平面視で多角形とし、さらに柱本体１１０の断面形状と相似形にするとよい。

【0047】

２．柱状型浮体製造方法
続いて本願発明の柱状型浮体製造方法について図を参照しながら詳しく説明する。なお、本願発明の柱状型浮体製造方法は、ここまで説明した柱状型浮体１００を製造する方法であり、したがって柱状型浮体１００で説明した内容と重複する説明は避け、本願発明の柱状型浮体製造方法に特有の内容のみ説明することとする。すなわち、ここに記載されていない内容は、「１．柱状型浮体」で説明したものと同様である。

【0048】

また本願発明の柱状型浮体製造方法は、直面材ＦＰによって柱状型浮体１１０を形成する形態（以下、「第１の実施形態」という。）と、屈折材ＲＰによって（あるいは屈折材ＲＰと直面材ＦＰを組み合わせて）柱状型浮体１１０を形成する形態（以下、「第２の実施形態」という。）、さらに曲げ加工直面材ＢＰによって（あるいは屈折材ＲＰや直面材ＦＰを組み合わせて）柱状型浮体１１０を形成する形態（以下、「第３の実施形態」という。）に大別することができる。以下、それぞれ実施形態ごとに順に説明していく。

【0049】

（第１の実施形態）
図１１は、第１の実施形態における本願発明の柱状型浮体製造方法の主な工程を示すフロー図であり、図１２は、第１の実施形態における本願発明の柱状型浮体製造方法の主な工程を示すステップ図である。

【0050】

まず図１２（ａ）に示すように、母材となる大型の鋼板から所定の大きさの板片（切出部材）を切り出す（図１１のＳｔｅｐ１０１）。この切断工程では、本願発明の柱状型浮体１００を構成する必要な切出部材の数（一般的には１，０００を超える）だけ繰り返し切り出される。なお、図１２（ａ）で切り出された状態の切出部材は直面材ＦＰであることから、以下では切出部材のことを直面材ＦＰということとする。

【0051】

直面材ＦＰを切り出すと、図１２（ｂ）に示すように例えば型治具の上に直面材ＦＰを配置していく（図１１のＳｔｅｐ１０２）。このとき、隣接する２つの直面材ＦＰが所定の交差角となるように突き合せて配置する。ここで所定の交差角とは、複数の直面材ＦＰによって目的とする柱状型浮体１００の断面形状（多角形）が完成するための角度（つまり多角形の内角）であって、例えば図３に示す正１２角形であれば、隣接する２つの直面材ＦＰの交差角は１５０°となる。なお本願発明における配置工程では、直面材ＦＰをそのまま配置していくことが肝要であり、すなわち従来技術のように直面材ＦＰを曲げ加工（図１７（ｂ））することなく（つまり曲面材に加工することなく）直面材ＦＰを配置していく。これにより柱状型浮体１００の製造コストを、従来に比して大幅に低減することができるわけである。

【0052】

ところで、目視によって所定の交差角となるように直面材ＦＰを配置することは容易ではない。そこで図１３（ａ）に示すように、配置用治具ＡＴを用いて隣接する２つの直面材ＦＰを配置するとよい。この配置用治具ＡＴは、所定の交差角（例えば図３の場合は１５０°）が形成されており、したがってこの配置用治具ＡＴを直面材ＦＰの内周面側に当接しながら配置すると、隣接する２つの直面材ＦＰが所定の交差角で突き合せられるわけである。この場合、直面材ＦＰを床面上に、しかもその板面が略鉛直（鉛直含む）姿勢となるように配置すると、配置用治具ＡＴを当接した状態での位置調整が比較的容易となる。ただし、直面材ＦＰが転倒しないようにクレーン等で吊上げた状態とし、かつ直面材ＦＰの前面と背面からサポート材で支持しておくとよい。

【0053】

あるいは図１３（ｂ）に示す配置用治具ＡＴを用いて隣接する２つの直面材ＦＰを配置することもできる。図１３（ｂ）に示す配置用治具ＡＴにも、所定の交差角（例えば図３の場合は１５０°）が形成されており、この図に示すように複数（図では５つ）の直面材ＦＰを配置用治具ＡＴの上に載置するだけで、自動的に隣接する２つの直面材ＦＰが所定の交差角で突き合せられるわけである。つまり図１３（ｂ）に示す配置用治具ＡＴは、交差角を調整する機能と、従来の型治具の機能をあわせ持つ治具である。ただし、図１７（ｃ）に示すように従来の型治具は切出部材（曲面材）の内周面が上方となるように載置するものであるのに対して、図１３（ｂ）に示す配置用治具ＡＴは直面材ＦＰの外周面が上方となるように載置するものである。図１３（ａ）からも分かるように、隣接する２つの直面材ＦＰを突き合せるとその外周面側にいわば「開先」が設けられることとなり、したがって図１３（ｂ）に示す配置用治具ＡＴに直面材ＦＰを載置すると、その状態のまま次工程の連結（溶接接合）工程を行うことができるわけである。

【0054】

直面材ＦＰが配置されると、溶接等によって隣接する切出部材どうしを接合（連結）し（図１１のＳｔｅｐ１０３）、ひとまず半断面分割体（所定長さの半断面の構造体）を形成する。また図１２（ｃ）に示すように、別途用意した小組（リブ）を半断面分割体の内周面に所定間隔で設置する（図１１のＳｔｅｐ１０４）。半断面分割体が形成されると、図１２（ｄ）に示すように２つの半断面分割体を溶接等によって接合し、多角形断面の「分割体」（つまり１リング）を形成する（図１１のＳｔｅｐ１０５）。そして図１２（ｅ）に示すように、複数（図では４段）の分割体を軸方向に連結することによって柱本体１１０を形成する（図１１のＳｔｅｐ１０６）。

【0055】

さらに、柱本体１１０と同様の工程で形成された縮径体１２０を柱本体１１０の一端（上端）に取り付け（図１１のＳｔｅｐ１０７）、柱本体１１０他端（下端）を封鎖するように底板１３０を固定して（図１１のＳｔｅｐ１０８）、本願発明の柱状型浮体１００が完成する。

【0056】

（第２の実施形態）
図１４は、第２の実施形態における本願発明の柱状型浮体製造方法の主な工程を示すフロー図である。

【0057】

まず、第１の実施形態と同様、母材となる大型の鋼板から直面材ＦＰを切り出す（図１４のＳｔｅｐ２０１）。直面材ＦＰを切り出すと、この直面材ＦＰを所定の屈折角で折り曲げて屈折材ＲＰを得る（図１４のＳｔｅｐ２０２）。この折り曲げ工程は、切り出された直面材ＦＰの数だけ繰り返し行われる。

【0058】

屈折材ＲＰが得られると、第１の実施形態と同様、屈折材ＲＰを配置していき（図１４のＳｔｅｐ２０３）、溶接等によって隣接する屈折材ＲＰどうしを接合（連結）する（図１４のＳｔｅｐ２０４）ことで、ひとまず半断面分割体を形成する。また、別途用意した小組（リブ）を半断面分割体の内周面に所定間隔で設置する（図１４のＳｔｅｐ２０５）。半断面分割体が形成されると、２つの半断面分割体を溶接等によって接合し、多角形断面の分割体を形成する（図１４のＳｔｅｐ２０６）。そして、複数（図では４段）の分割体を軸方向に連結することによって柱本体１１０を形成する（図１４のＳｔｅｐ２０７）。このとき、図６に示すように柱軸方向に隣接する分割体の溶接ラインＷＬどうしが不連続となる（千鳥配置となる）ように連結していくとよい。

【0059】

さらに、柱本体１１０と同様の工程で形成された縮径体１２０を柱本体１１０の一端（上端）に取り付け（図１４のＳｔｅｐ２０８）、柱本体１１０他端（下端）を封鎖するように底板１３０を固定して（図１４のＳｔｅｐ２０９）、本願発明の柱状型浮体１００が完成する。

【0060】

（第３の実施形態）
図１５は、第３の実施形態における本願発明の柱状型浮体製造方法の主な工程を示すフロー図である。

【0061】

まず、第１の実施形態や第２の実施形態と同様、母材となる大型の鋼板から直面材ＦＰを切り出す（図１５のＳｔｅｐ３０１）。直面材ＦＰを切り出すと、この直面材ＦＰの端部（一端あるいは両端）に曲げ加工を施すことによって「曲げ加工部ＳＲ」と「平面部ＳＦ」が形成された曲げ加工直面材ＢＰを得る（図１５のＳｔｅｐ３０２）。このとき、曲げ加工部ＳＲが所定の中心角となるように曲げ加工を行うことは既述したとおりである。また、この折り曲げ工程は、切り出された直面材ＦＰの数だけ繰り返し行われる。なお、中間曲げ加工直面材ＢＰＭを使用して柱状型浮体１００を製造する場合は、切り出された直面材ＦＰの中間部に曲げ加工を施すことによって中間曲げ加工直面材ＢＰＭを得る（中間部曲げ加工工程）。もちろん、２以上の曲げ加工部ＳＲを有する場合、その個所だけ曲げ加工が行われる（曲げ加工工程）。

【0062】

曲げ加工直面材ＢＰが得られると、第１の実施形態や第２の実施形態と同様、曲げ加工直面材ＢＰを配置していき（図１５のＳｔｅｐ３０３）、溶接等によって隣接する曲げ加工直面材ＢＰどうしを接合（連結）する（図１５のＳｔｅｐ３０４）ことで、ひとまず半断面分割体を形成する。また、別途用意した小組（リブ）を半断面分割体の内周面に所定間隔で設置する（図１５のＳｔｅｐ３０５）。半断面分割体が形成されると、２つの半断面分割体を溶接等によって接合し、面取り多角形断面の分割体を形成する（図１５のＳｔｅｐ３０６）。そして、複数の分割体を軸方向に連結することによって柱本体１１０を形成する（図１５のＳｔｅｐ３０７）。

【0063】

さらに、柱本体１１０と同様の工程で形成された縮径体１２０を柱本体１１０の一端（上端）に取り付け（図１５のＳｔｅｐ３０８）、柱本体１１０他端（下端）を封鎖するように底板１３０を固定して（図１５のＳｔｅｐ３０９）、本願発明の柱状型浮体１００が完成する。

【産業上の利用可能性】

【0064】

本願発明の柱状型浮体、及び柱状型浮体製造方法は、５０ｍ以深の海域における浮体式洋上風力発電に特に好適に利用することができる。本願発明によれば低コストで浮体式洋上風力発電施設を構築することができることから、洋上風力発電に対するより積極的な動機を期待することができ、ひいては温室効果ガスの排出を抑えたうえで安定的にエネルギーを供給することを考えれば、本願発明は産業上利用できるばかりでなく社会的にも大きな貢献を期待し得る発明といえる。

【符号の説明】

【0065】

１００ 本願発明の柱状型浮体
１１０ （柱状型浮体の）柱本体
１２０ （柱状型浮体の）縮径体
１３０ （柱状型浮体の）底板
ＡＴ 配置用治具
ＢＰ 曲げ加工直面材
ＢＰＭ 中間曲げ加工直面材
ＳＦ （曲げ加工直面材や中間曲げ加工直面材の）平面部
ＳＲ （曲げ加工直面材や中間曲げ加工直面材の）曲げ加工部
ＦＰ 直面材
ＲＰ 屈折材
ＷＬ 溶接ライン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】