韓国エバーパワー・アプリケーションエンジニアリングガイド
船舶用ウインチおよび係留装置用ウォームギア
潮汐港に係留された5万DWTのばら積み貨物船は、8本の係留索によって潮流と風に抗してバースに留まっている。各係留索は、係留ウインチによって15～30トンの張力がかけられている。各ウインチ内部のウォームギアは、モーター動力を使わずに、常に静かにセルフロック機構によってこの張力を維持している。その間、塩水噴霧、ディーゼル排気ガス、熱帯の太陽光が甲板上のあらゆる露出面を攻撃する。もし1本のウインチのセルフロック機構が故障すると、船はバースから流され、残りの7本の係留索は非対称な荷重を吸収し、次々と切断される可能性がある。
船舶用ウインチ（係留用、錨用、貨物用、トロール用）には、ウォームギアペアが使用されています。これは、セルフロック機構により、別途ブレーキなしでライン張力を保持できるため（係留の安全性にとって重要）、高ギア比により、コンパクトなデッキマウントモーターから重い係留索を張るための機械的利点が得られ、ウォームギアペアの形状が船首楼や船尾楼の狭いデッキスペースの制約に適合するためです。ISO 12944 C5-M 腐食防止プロトコルは、海洋大気腐食性をウォームギアペアの材質、コーティングシステム、シール仕様にマッピングする仕様フレームワークです。C5-M（非常に高い海洋腐食性）では、316L またはデュプレックスステンレス鋼のウォーム、ニッケルアルミニウム青銅のホイール、3 層コーティング（亜鉛リッチプライマー、エポキシ、ポリウレタン）、および FKM シールが必要となり、規格で定義されている最も過酷な大気腐食環境で 25 年の目標寿命を実現します。商用船舶のすべてのウインチ部品には、船級協会（DNV、ロイド、BV、ABS）の承認が必要です。
船舶用ウインチがウォームギア駆動方式を採用する理由
係留ウインチは、2つの機能を果たす必要があります。1つは、停泊中に係留索を巻き上げる機能（能動式、モーター駆動、1本あたり2～5分）、もう1つは、停泊期間中ずっと索の張力を維持する機能（受動式、モーター停止、数時間～数週間）です。ウインチ内部のウォームギアペアは、この両方の機能を提供します。巻き上げ時には高トルクによる減速、停泊期間中はセルフロック式の張力保持が可能です。別途ブレーキドラムやラチェット機構は不要です。セルフロック機構により、係留索の張力を無期限に保持できます。
この二重機能により、ウォームギアの組み合わせは、500GTの沿岸漁船から30万DWTのVLCCまで、あらゆる種類の船舶の船舶用ウインチの標準となっている。
セルフロック機構は、モーター動力なしでウインチ1台あたり15～30トンの係留索張力を保持します。張力は潮汐、潮流、風によって変化しますが、ウォームギアペアがこれらの動的な変動を静かに吸収します。船が波で揺れた場合でも、瞬間的な張力の急上昇（静圧の最大2倍）はモーターに伝達されるのではなく、セルフロック機構の摩擦によって吸収されます。
船舶の甲板スペースは、あらゆる業界の中でも最も制約の多いスペースの一つです。90度ウォームギアレイアウトでは、モーターをウインチドラムの真下に垂直に配置することで、同等の定格のインラインギアボックスでは実現できない600×800mmの甲板スペースに収まります。甲板のあらゆる平方メートルは、貨物ハッチ、換気装置、乗組員の通路など、様々な用途で占有されています。
商用船舶では、すべての甲板機械類が船級協会（DNV GL、ロイド船級協会、ビューローベリタス、ABS）の型式承認を取得している必要があります。ウォームギアペアは、材料認証、定格容量の1.5倍の負荷試験、文書化された品質管理など、該当する船級規則に従って設計、製造、試験されなければなりません。
ISO 12944 C5-M 腐食防止 - 海洋環境におけるウォームギア対の仕様
ISO 12944では、大気腐食性をC1（非常に低い - 暖房の効いた屋内空間）からCX（極めて高い - 海水に直接接触する海洋環境）までのカテゴリーに分類しています。船舶用ウインチのウォームギアペアは、船舶の種類と運用区域に応じてC4からC5-Mの腐食性を示します。この規格では、各カテゴリーを、15年から25年の耐用年数を想定した必要な材料、コーティング、およびシール仕様に対応付けています。
C4からCXへのコスト上昇は約3～5倍で、主な要因は材料（316Lからデュプレックス/モネルへ）、コーティングの複雑さ（2層から溶射＋エポキシへ）、およびオフショア分類に必要な文書（荷重試験、第三者によるコーティング検査、EN 10204 3.1に基づく材料トレーサビリティ）です。C4の内陸水路フェリー用ウインチはウォームギア1組あたり約1,200米ドルですが、同等のトルク容量を持つCXのオフショアプラットフォーム係留ウインチは4,000～6,000米ドルかかります。
塩水噴霧環境と船の甲板の振動
塩水噴霧は、継続的な腐食性物質への曝露である。 外洋航行船では、甲板機器に塩水噴霧が絶えず付着します。甲板レベルの空気中の塩分濃度は、50～300 mg/m²/日です（ISO 9225 塩化物付着率で測定）。この塩の膜は、高湿度（海上では80～100%RH）と相まって、露出したすべての金属表面に電解質層を形成し、継続的な電気化学的腐食を引き起こします。標準的な炭素鋼は、C5-M 条件下で年間 0.4～0.8 mm の速度で腐食し、標準的なウォームギアハウジングの壁厚を 5～8 年で消費します。ISO 12944 コーティングシステムは、塩電解質と鋼基材の間にバリアを形成しますが、20～25 年の目標寿命を通してバリアを維持するためには、コーティングのメンテナンス（定期的な船舶メンテナンス中に損傷箇所を補修）が必要です。
船の甲板の振動。 船舶用ウォームギアは、船の主機関（10～25 Hz、0.5～3 mm/s）、補助発電機（25～50 Hz）、および波浪による船体たわみ（0.1～1 Hz、低振幅だが高変位）から継続的な振動を受けます。この振動は、鉱山用破砕機（A26条）のような急激な過渡現象は発生しませんが、海上では1日24時間連続して発生します。ウォームギアへの影響は、ウインチが長期間作動していないとき（係留張力保持中または海上での格納中）に、歯面接触面にフレッティング腐食が発生することです。フレッティング防止グリース添加剤を使用するか、定期的な手動回転（外洋航海中は週に1回ドラムを1回転させる）を行うことで、長期間の非作動期間中のフレッティング損傷を防ぐことができます。
韓国の造船所が建造中の沿岸ばら積み貨物船 8 隻 (12,000 DWT) は、船首係留ウインチ用にウォームギア ペアを指定しました。1 隻あたり 4 台のウインチで、合計 32 ペアです。当初の仕様では、304 ステンレス鋼のウォームとアルミニウム ブロンズ製のホイール、200 µm DFT の 2 層エポキシ ポリウレタン コーティングが使用されました。これは C4 (保護された港) には適していましたが、実際の運用環境 (韓国沿岸水域、C5-M) には不十分でした。5 年間の使用後、3 隻目の船で台風シーズン中に係留ウインチのセルフロックが故障したと報告されました。ウォームギア ペアが腐食して摩擦係数が変化するほどになり (ウォームのねじ山の孔食により接触形状が変化)、高張力負荷時のセルフロックの信頼性が低下しました。艦隊全体の 32 組すべてを検査したところ、ウォーム スレッドに測定可能な孔食が 9 組見つかりました。9 組すべてで、シャフト シール インターフェース (塩分が浸入する最も弱い部分) のコーティングが剥がれていました。艦隊全体の是正措置: 32 組すべてのウォーム ギアを 316L ウォーム、NAB ホイールに交換し、320 µm DFT (C5-M 仕様) の 3 層亜鉛リッチ + エポキシ + ポリウレタン コーティングにアップグレードします。すべてのシャフト シールを FKM ダブル リップ タイプに交換します。1 組あたりの交換費用: 1,850 USD (元の 980 USD と比較)。艦隊全体のアップグレード費用: 59,200 USD。C4 仕様と C5-M 仕様の 1 組あたり 870 USD の差 (艦隊全体で 27,840 USD) により、59,200 USD の交換費用と、推定 120,000 USD の緊急ドック入り費用を回避できました。教訓：外洋を航行する沿岸船舶は、たとえ主に穏やかな港に停泊する場合でも、C4ではなくC5-Mに分類される。ウォームギアの仕様は、停泊場所ではなく、海上での腐食への曝露によって決まる。
船舶用ウインチのウォームギアペア仕様ケース3点
事例1 — 韓国の造船所：50,000 DWTばら積み貨物船用係留ウインチ、C5-M、船級承認済み
韓国の造船所は、国際貿易航路の 50,000 DWT ばら積み貨物船の 8 基の係留ウインチ (前方 4 基、後方 4 基) 用のウォームギア ペアを指定しました。係留ラインの牽引力: ウインチあたり 15 トン。ドラム速度: ライン速度 8 m/分。モーター: 30 kW、1,450 RPM。ウォームギア ペア比: 35:1。ドラム シャフトの出力トルク: 8,500 N·m。セルフロック保持容量: 12,750 N·m (DNV 規則による定格の 1.5 倍)。分類: DNV GL 型式承認済み。材質: 316L ステンレス鋼ウォーム (C5-M 外洋航行用)、NAB ニッケル アルミニウム ブロンズ ホイール。コーティング: 亜鉛リッチ プライマー 80 µm + エポキシ中間層 120 µm + ポリウレタン トップコート 120 µm = 合計 DFT 320 µm。シール：FKMダブルリップ、IP66、グリース充填ラビリンスシール。オイル：ISO VG 460 マリングレード鉱物油EP、腐食防止剤入り。ウォームギアペアあたりのコスト：2,400米ドル。8基のウインチの合計：19,200米ドル。本船の設計寿命25年では、ウォームホイールの中間寿命交換（12～15年目のドック入り時）と、シール界面のコーティング補修を年2回行う必要があります。
事例2 ― 日本の深海トロール船：トロールウインチ、高稼働サイクル、塩水浸入リスク
日本の漁船建造業者は、500 GT の深海トロール船に搭載される 2 基のトロールウインチ用にウォームギアペアを指定しました。トロールウインチは、係留ウインチとはデューティサイクルが異なります。トロールウインチは、24 時間の漁業日中に漁網 (5 ～ 15 トン) を 8 ～ 12 回引き上げます。これは、港に寄港するたびに 1 回しか作動しない係留ウインチよりもはるかに活発です。ドラム牽引力: 12 トン。ライン速度: 30 m/分 (係留よりも速い - 漁場での時間は生産時間です)。モーター: 45 kW 油圧式。ウォームギアペア比: 25:1。出力トルク: 6,200 N·m。トロールウインチは後部作業デッキに設置され、砕波、魚の内臓、海水飛沫、燃料油滴に直接さらされます。腐食クラス: C5-M、飛沫帯オーバーレイ付き (荒天時の断続的な海水浸漬)。材質：316Lウォーム、NABホイール。シール：IP67、加圧ラビリンスシール（正圧グリースにより、波が甲板を越える際の海水浸入を防止）。価格（1ペアあたり）：2,800米ドル（標準C5-Mに対するスプラッシュゾーンプレミアム）。詳細を見る 船舶用ウォームギア減速機 ウインチ、揚錨機、甲板機械用途向けのオプション。
ケース3 — ベトナム内陸水路フェリー：係留ウインチ、C4、コスト最適化
ベトナムのフェリー運航会社は、メコンデルタ内陸水路網で運航する乗客200名の河川フェリーの係留ウインチ4台にウォームギアペアを指定しました。係留索の引張力：3トン（フェリーは潮汐変動のない穏やかな河川の流れに係留）。モーター：5.5kW電動。ウォームギアペア比：30:1。出力トルク：1,800N·m。内陸淡水環境はC4（高温だが海洋ではない - 塩水噴霧なし、中程度の湿度）。材質：溶融亜鉛めっきウォーム（淡水C4に適）、リン青銅ホイール（淡水中での脱亜鉛のリスクなし）。コーティング：200µm DFTの2層エポキシポリウレタン。シール：EPDMダブルリップ、IP55。1ペアあたりのコスト：420米ドル。ウインチ4台の合計：1,680米ドル。 C4仕様は、外洋航行仕様のC5-Mと比較して、1ペアあたり約1,400米ドルのコスト削減を実現しました。これは、フェリーが海水域に進入することがなかったためです。軽負荷かつ穏やかな淡水環境下での運用であったため、フェリーの設計寿命である15年間、中間期の車輪交換は不要でした。
よくある質問
質問：船舶係留用ウインチのウォームギアペアは、船級協会の承認が必要ですか？
SOLAS条約および分類規則の対象となる商用船舶（すべての貨物船、旅客船、オフショア船）の場合：はい。ウォームギアペアは、該当する分類協会による型式承認または個別認証を受ける必要があります。承認には、材料認証、設計検証（応力解析）、製造品質（溶接、機械加工、熱処理）、および負荷試験（定格容量の1.5倍）が含まれます。分類検査に満たない小型船舶（24メートル未満の漁船、レジャーボート）の場合、クラス承認は法的に義務付けられていませんが、保険および安全上の理由から推奨されます。クラス承認の書類作成費用は、ペアあたり300～800米ドルで、船舶用グレードの価格に含まれています。
Q：フレッティング腐食は船舶用ウォームギアペアにどのような影響を与えますか？
フレッティングは、静荷重（係留張力）がかかっている状態で、船舶の振動によってウォームとホイールの歯面が微小な動き（振幅0.01～0.1mm）を受けると発生します。この微小な動きによって潤滑油膜が破壊され、金属が露出し、研磨剤として作用する酸化物の破片が生成され、歯の接触点で局所的な摩耗が加速されます。エンジンの振動が伝わる状態で数ヶ月間バースに係留されると、フレッティングによって接触部に目に見えるピットが発生することがあります。予防策としては、フレッティング防止添加剤（二硫化モリブデンまたはグラファイト）入りのグリースを使用すること、長期の港湾滞在中はウインチドラムを週に1回転させること、そして年次船級検査の際にウォームギアペアの検査を実施して、セルフロック接触形状が損なわれる前にフレッティングを検出することが挙げられます。
Q：船舶係留ウインチに2条巻きのウォームギアを使用できますか？
いいえ、係留ウインチのウォームギアペアは、セルフロックのためにシングルスタートでなければなりません。2スタートのペアは、係留張力下で逆回転し、係留索が制御不能に繰り出される可能性があり、重大な安全上の危険となります。貨物ウインチ（セルフロックに頼るのではなく、荷重保持に別のブレーキを使用する）は、巻き上げ作業中の効率を高めるために2スタートのペアを使用する場合があります。アンカーウインチは、係留ウインチと同じ理由でシングルスタートを使用します。モーターが停止したときにアンカーが繰り出されないようにするためです。セルフロックの要件は、すべてのライン保持型船舶用ウインチ用途において絶対的なものであり、譲歩の余地はありません。
Q：船舶用ウインチのウォームギアペアの予想耐用年数はどれくらいですか？
船舶の耐用年数に合わせて設計されています。耐用年数は20～25年で、12～15年目に中間寿命ホイール交換が1回行われます（2回目の特別検査ドック入りと同時期）。スチール製ウォーム（316Lまたはデュプレックス）は、コーティングが維持されていれば船舶の耐用年数全体にわたって使用できます。NABまたはアルミニウム青銅製のホイールは摩耗部品であり、稼働時間は通常年間200～500時間（係留作業のみ）であるため、機械的摩耗は軽微です。耐用年数を制限する要因は腐食であり、外部腐食（コーティングの劣化によりハウジングが露出する）または内部腐食（シールの劣化により塩水噴霧が油に混入する）のいずれかです。C5-M仕様と年1回のコーティングメンテナンスにより、25年の目標は達成可能です。
質問：船舶用ウインチのウォームギアにはどのような潤滑油が使用されますか？
腐食防止剤と耐フレッティング添加剤入りの船舶用鉱物油 EP ISO VG 460 または 680 が標準です。合成 PAG は、温度範囲が鉱物油の使用範囲を超える極端な温度用途 (北極、熱帯) に使用されます。オイル交換間隔: 毎年、船級検査時、またはオイル分析で水分含有量が 0.5 パーセントを超え (シールが劣化して塩水噴霧が侵入していることを示す)、または酸価が 2.0 mgKOH/g を超えた場合。小型漁船のウインチの中には、簡便性のためにオイルではなく船舶用グリースを使用するものもあります。これは、巻き上げ時の発熱がグリースで管理できるほど低い 5 トン未満のラインプルのウインチには許容されます。
船舶用ウインチのウォームギアペアは、あらゆる産業用途の中で最も過酷な大気腐食条件下、すなわち、50～300 mg/m²/日の塩水噴霧、80%を超える連続湿度、および20～25年間のオープンデッキでの紫外線暴露といった条件下で動作します。C5-M腐食プロトコルでは、この環境に対応するために、316Lステンレス鋼またはデュプレックス鋼のウォーム、NABホイール、最小320 µmのDFTの3層コーティング、およびFKMシールが規定されています。これは、内陸のC4規格よりも2～5倍のコストがかかる仕様レベルですが、沿岸または外洋で運航する船舶には必須です。セルフロック機能は、モーター動力なしで係留張力を保持します。これは、嵐の際に故障すると船舶の漂流や構造的損傷につながる可能性がある安全機能です。船級協会の承認により、ウォームギアペアが海上安全が要求する検証済みの設計、材料、および荷重試験基準を満たしていることが保証されます。
造船所、船舶機器メーカー、船舶運航会社向けに、当社のエンジニアリング部門は腐食環境を分類し、ISO 12944の保護レベルを推奨します。標準カタログ 船舶用ウォームギアセット 中心距離80～250mmのウインチサイズをC4～C5-Mの材料とコーティングパッケージでカバーします。 船舶用ウインチ駆動装置の仕様 船舶の種類、係留索の張力、運航水域、および船級協会の要件に基づきます。
船舶用ウインチや甲板機械用のウォームギアペアの仕様を決定しましたか？
船舶の種類、係留索の引張力または錨の重量、航行水域（内水、沿岸、外洋、沖合）、船級協会、および船舶の設計寿命をお知らせください。腐食区分を分類し、材質、コーティング、およびシール仕様を推奨いたします。
編集者: Cxm
