JP2013144913A - 浮体式フラップゲート - Google Patents

Abstract

【課題】流入初期や倒伏開始時の扉体動作を速くし、また、起立完了時や倒伏完了時の衝撃力を緩和する。
【解決手段】開口部或いは出入口に流入する水の方向に扉体１２の先端側１２ｂが基端側１２ａを支点として起立揺動可能に構成した浮体式フラップゲート１１である。扉体１２に一端を取付けたワイヤロープ１４の他端に補助力発生手段２０を取付ける。補助力発生手段２０は、カウンタウエイト２１の内部に形成した空間２１ａに圧縮コイルばね２２を配置し、カウンタウエイト２１の天井に形成した孔２１ｂを通って圧縮コイルばね２２の中心部を貫通するワイヤロープ１４の他端と接続された押さえ板２３を圧縮コイルばね２２の下面に当接させることで、圧縮コイルばね２２に圧縮力を作用させる構成である。
【効果】流入初期の越流を防止できる一方、倒伏開始時は水位の追従性が向上する。また、起立完了時や倒伏完了時の衝撃力を緩和できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば防波堤の開口部に設置され、増水時、増水した水が生活空間や地下空間に流れ込まないように、扉体を浮上させて前記開口部を遮断する浮体式フラップゲートに関するものである。

増水時に、増水した水が生活空間や地下空間に流れ込まないように、流入しようとする水による浮力を利用して扉体を浮上させ、例えば防波堤の開口部を遮断する浮体式フラップゲートがある（例えば特許文献１）。

しかしながら、特許文献１で開示された浮体式フラップゲートは、流入初期の速度が速い場合には扉体１の浮上動作が遅れ、生活空間や地下空間等の後背域に越流する問題がある（図１０（ａ）参照）。

また、水位が低下した際には、扉体１は、扉体１の１／３程度の高さの水位までは起立状態を維持し、その後急激に倒伏するという危険な挙動を示す（図１０（ｂ）参照）。

前記問題点のうち、流入初期の越流を防ぐために、一端にカウンタウエイトを取付けたロープの他端を、滑車を介して扉体に繋いだ浮体式フラップゲートが提案されている（例えば特許文献２）。

この特許文献２で提案された浮体式フラップゲートは、カウンタウエイトの重さで浮体式フラップゲートの浮力不足を補うことで、流入初期の扉体の浮上動作の遅れを解決している。

しかしながら、特許文献２で提案された浮体式フラップゲートのように、常時、扉体の浮上動作を助ける方向にカウンタウエイトの重さを作用させる場合は、水位低下時の倒伏がし難くなる。

また、前記問題点のうち、急な倒伏動作を回避するために、ダンパ回路を使用して倒伏時の倒伏速度を減衰する設備が特許文献３で提案されているが、反面、起立時にはダンパ回路が起立速度を減衰させるので、流入初期に越流が発生するおそれがある。

特開２００１−２１４４２５号公報 特開２００３−２５３９１２号公報 特許第４３８８４９４号公報

本発明が解決しようとする問題点は、従来の浮体式フラップゲートの問題を解決すべく、扉体の浮上動作を常時補助する装置や、倒伏時の倒伏速度を減衰するダンパ回路を設置した場合、水位低下時の倒伏がし難くなったり、流入初期に越流が発生するおそれがあるという点である。

本発明は、流入初期（起立開始時）や倒伏開始時の扉体の動作を速くし、また、起立完了時や倒伏完了時の衝撃力を緩和することを目的としてなされたものである。さらに望ましくは、任意の水位で扉体が浮上するような設定を可能にすることを目的としてなされたものである。

本発明の浮体式フラップゲートは、
開口部或いは出入口に設置され、水が流入する際、前記開口部或いは前記出入口を遮断すべく、前記流入する水の方向に高さ方向の平面内で扉体の先端側が基端側を支点として起立揺動可能に構成した浮体式フラップゲートであって、
前記扉体に一端を取付けたロープの他端に補助力発生手段を取付け、
補助力発生手段は、
内部に空間を形成したカウンタウエイトと、
このカウンタウエイトの前記空間に配置され、圧縮力が作用した場合にはこの圧縮力に反発して元に戻ろうとする伸縮部材と、
この伸縮部材に圧縮力を作用させるべく、伸縮部材の下面に当接し、カウンタウエイトの天井に形成した孔を通って空間に配置された伸縮部材の中心部を貫通する前記ロープの他端に接続された押さえ板と、
を有する構成であることを最も主要な特徴としている。

上記の本発明は、補助力発生手段を、カウンタウエイトの内部空間に配置した伸縮部材の下面に、カウンタウエイトの天井に形成した孔を通って伸縮部材の中心部を貫通するロープの他端と接続された押さえ板を当接させた構成とすることで、以下の作用を奏する。

扉体の起立初期は、伸縮部材の反発力によってロープが引っ張られるので、扉体の起立速度が加速する一方、起立完了前には伸縮手段の反発力により補助力が発生するので、扉体の起立末期の起立速度が減速する。

扉体の倒伏開始時は、伸縮部材の反発力によって補助力が発生するので、ロープが引っ張られて扉体の倒伏速度が加速する一方、倒伏完了前には伸縮手段の反発力により補助力が発生するので、扉体の倒伏末期の倒伏速度が減速する。

上記本発明において、補助力発生手段の最上点の高さ位置調節機構を更に設けた場合には、伸縮手段の初期の補助力を調整できるようになる。

本発明では、扉体の起立初期は、伸縮部材の反発力によりロープが引っ張られて扉体の起立速度が加速し流入初期の越流を防止できる一方、起立完了前には伸縮手段の反発力により補助力が発生して起立末期の起立速度が減速するので、起立完了時の衝撃力を緩和できる。

また、扉体の倒伏開始時は、伸縮部材の反発力により補助力が発生してロープが引っ張られ、扉体の倒伏速度が加速することで水位の追従性が向上する一方、倒伏完了前には伸縮手段の反発力により補助力が発生して倒伏末期の倒伏速度が減速するので、倒伏完了時の衝撃力を緩和できる。

本発明において、補助力発生手段の最上点の高さ位置調節機構を更に設けた場合には、伸縮手段の初期の補助力を調整できるようになって、任意の水位で扉体が浮上するように設定することができる。

本発明の浮体式フラップゲートの概略構成図で、（ａ）は側面から見た図、（ｂ）は正面から見た図、（ｃ）は平面から見た図である。 本発明の浮体式フラップゲートの補助力発生手段の構成要素である伸縮部材として圧縮コイルばねを採用した場合の説明図で、（ａ）は構造を拡大して示した図、（ｂ）は運動中に圧縮コイルばねに作用する力を示した図である。 本発明の浮体式フラップゲートの補助力発生手段の最上点の高さ位置調節機構を示した図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。 本発明の浮体式フラップゲートの起立時の動作原理を説明する図で、（ａ）は流入初期、（ｂ）は起立初期、（ｃ）は起立中期、（ｄ）は起立後期、（ｅ）は起立完了期を示した図である。 本発明の浮体式フラップゲートの倒伏時の動作原理を説明する図で、（ａ）は倒伏開始時、（ｂ）は倒伏初期、（ｃ）は倒伏中期、（ｄ）は倒伏後期、（ｅ）は倒伏完了期を示した図である。 浮体式フラップゲートの起立角度と補助力との関係を説明する図で、（ａ）はカウンタウエイトのみを使用する場合、（ｂ）はカウンタウエイトと圧縮コイルばねを使用する場合の図である。 本発明の浮体式フラップゲートの補助力発生手段の構成要素である伸縮部材としてガスシリンダを採用した場合の説明図である。 （ａ）はロッドに車輪を取付けた本発明の浮体式フラップゲートの当該部分の説明図、（ｂ）は（ａ）図の構成に更にレールを設けた場合の説明図である。 （ａ）は扉体の両側にロッドを後付けした本発明の浮体式フラップゲートの当該部分の説明図、（ｂ）は（ａ）図の構成に更に車輪を設けた場合の説明図である。 従来の浮体式フラップゲートの問題点を説明する図で、（ａ）は流入初期、（ｂ）は水位低下時を示した図である。

本発明は、流入初期や倒伏開始時の扉体動作を速くし、また、起立完了時や倒伏完了時の衝撃力を緩和するという目的を、内部空間に配置した伸縮部材の下面に、カウンタウエイトの天井に形成した孔を通って伸縮部材の中心部を貫通するロープの他端と接続された押さえ板を当接させた補助力発生手段を設置することで実現した。

以下、本発明を実施するための形態を、図１〜図６を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の浮体式フラップゲートの概略構成を示した図である。

図１において、１１は例えば防波堤の、開口部の路面rsに設置される本発明の浮体式フラップゲートである。この浮体式フラップゲート１１は、海洋（或いは河川）から生活空間や地下空間等の後背域に水ｗが流入しようとする際、流入する水ｗの水圧を利用して、基端側１２ａを支点として扉体１２の先端側１２ｂを戸当り１５に形成したガイド１８ａに沿って起立揺動させて開口部を水密状態に遮断するものである。

この浮体式フラップゲート１１を構成する扉体１２は単一の浮体で構成され、遮断する開口部の幅が広い場合は、複数の扉体１２を開口部の幅方向に連結した構成とされ、各扉体１２間は扉間水密ゴムによって連結されている。また、両側の扉体１２の、防波堤の開口部に設けた戸当り１５と相対する側には水密ゴムが設けられている。

図１に示す本発明の浮体式フラップゲート１１は、例えば扉体１２の先端付近の幅方向全域に１本のロッド１３が取付けられ、水圧荷重の支持とワイヤロープ１４の一端を取付ける機能を有している。

前記ワイヤロープ１４の他端は、倒伏時の扉体１２の先端上方の戸当り１５に設置された第１の定滑車１６、及び扉体１２の基端側の前記第１の定滑車１６と第２の定滑車１７を介して、戸当り１５内部に設けられた収容スペース１５ａに配置された補助力発生手段２０に取付けられている。

補助力発生手段２０は、例えば図２に示すように、カウンタウエイト２１の内部に形成した下方が開放された空間２１ａに伸縮部材である圧縮コイルばね２２を配置し、この圧縮コイルばね２２の下面を押さえ板２３で支持するようにした構成で、収容スペース１５ａ内に取り付けたガイド部材１５ｂに沿って昇降動する。

そして、押さえ板２３は、カウンタウエイト２１の天井に設けられた孔２１ｂを介して前記圧縮コイルばね２２の中心部を貫通する前記ワイヤロープ１４の他端に接続されている。

３０は、補助力発生手段２０の最上点の高さ位置調節機構であり、図３に示すように、第２の定滑車１７を取り付けた台座３０ａに、例えば４本の押しボルト３０ｂをねじ込んだ構成である。

このような構成の高さ位置調節機構３０では、押しボルト３０ｂの台座３０ａへのねじ込み量により補助力発生手段２０の最上点の高さ位置を変化して、圧縮コイルばね２２のみで受け持つワイヤロープ１４のストローク量を変化させ、圧縮コイルばね２２に作用する圧縮力を調整することができる。なお、図３中の３０ｃは台座３０ａの固定用ボルトである。

上記構成の本発明の浮体式フラップゲート１１では、扉体１２の起立時、及び扉体１２の倒伏時は、以下に説明するような作用を奏する。

（扉体１２の起立時：図４参照）
・流入初期：（ａ）図
流入初期は、補助力発生装置２０は最上限位置にあり、圧縮コイルばね２２は圧縮状態にあるので、圧縮コイルばね２２の反発力によってワイヤロープ１４は扉体１２を起立する方向に引っ張られて扉体１２の起立を補助する。この補助力は圧縮コイルばね２２の反発力の減少に伴って減少する。

・起立動作初期：（ｂ）図
扉体１２の起立に伴い圧縮コイルばね２２は徐々に伸びていき、圧縮コイルばね２２の反発力がカウンタウエイト２１の重量を支えられなくなるまで減少すると、カウンタウエイト２１が下降し始める。以降は、圧縮コイルばね２２の反発力によりカウンタウエイト２１が支えられ、ワイヤロープ１４にはカウンタウエイト２１の重量が作用して扉体１２の起立を補助する。

・起立動作中期：（ｃ）図
扉体１２が中ほど（扉体１２の起立角度が３５〜５５°程度）まで起立すると、カウンタウエイト２１は戸当り１５の収容スペース１５ａ内に設置した台座１５ｃに着底する。着底すると、カウンタウエイト２１による荷重が圧縮コイルばね２２から解放され、圧縮コイルばね２２は荷重０の自由長となってワイヤロープ１４に張力が作用しなくなる。

・起立動作後期：（ｄ）図
扉体１２の起立が中ほどを過ぎ、扉体１２の起立動作（扉体１２に作用する水圧）によりワイヤロープ１４が引っ張られると圧縮コイルばね２２が圧縮され、圧縮コイルばね２２の反発力がカウンタウエイト２１の重量を支えられるようになると、カウンタウエイト２１が台座１５ｃから離れて上昇し始める。以降は、圧縮コイルばね２２の反発力によりカウンタウエイト２１が支えられ、ワイヤロープ１４にはカウンタウエイト２１の重量が作用するので、扉体１２の急激な起立動作が緩和される。

・起立動作完了期：（ｅ）図
扉体１２が最大起立角度付近になり、カウンタウエイト２１が押しボルト３０ｂに接触して最上点に達すると、ワイヤロープ１４の張力が全て圧縮コイルばね２２に作用することになって圧縮コイルばね２２が圧縮される。この時、圧縮コイルばね２２の反発力により扉体１２の倒伏方向に補助力が発生するので、扉体１２の起立完了時の衝撃力を緩和できる。

（扉体１２の倒伏時：図５参照）
・倒伏開始時：（ａ）図
扉体１２が最大起立角度からの倒伏開始時は、圧縮コイルばね２２が圧縮状態にあるので、圧縮コイルばね２２の反発力によってワイヤロープ１４が引っ張られて倒伏方向に補助力が作用し、扉体１２の倒伏を補助する。この補助力は圧縮コイルばね２２の反発力の減少に伴って減少する。

・倒伏動作初期：（ｂ）図
扉体１２の倒伏に伴い圧縮コイルばね２２は徐々に伸びていき、圧縮コイルばね２２の反発力がカウンタウエイト２１の重量を支えられなくなるまで減少すると、カウンタウエイト２１が下降し始める。以降は、圧縮コイルばね２２の反発力によりカウンタウエイト２１が支えられ、ワイヤロープ１４にはカウンタウエイト２１の重量が作用して扉体１２の倒伏を補助し、水位の低下に合わせて扉体１２が倒伏する。

・倒伏動作中期：（ｃ）図
扉体１２が中ほど（扉体１２の起立角度が３５〜５５°程度）まで倒伏すると、カウンタウエイト２１は戸当り１５の収容スペース１５ａ内に設置した台座１５ｃに着底する。着底すると、カウンタウエイト２１による荷重が圧縮コイルばね２２から解放され、圧縮コイルばね２２は荷重０の自由長となってワイヤロープ１４に張力が作用しなくなる。

・倒伏動作後期：（ｄ）図
扉体１２の倒伏が中ほどを過ぎ、扉体１２の自重による倒伏動作によりワイヤロープ１４が引っ張られて圧縮コイルばね２２が圧縮され、圧縮コイルばね２２の反発力がカウンタウエイト２１の重量を支えられるようになると、カウンタウエイト２１が台座１５ｃから離れて上昇し始める。以降は、圧縮コイルばね２２の反発力によりカウンタウエイト２１が支えられ、ワイヤロープ１４にはカウンタウエイト２１の重量が作用するので、扉体１２の急激な倒伏動作が緩和される。

・倒伏動作完了期：（ｅ）図
扉体１２が倒伏限界付近になり、カウンタウエイト２１が押しボルト３０ｂに接触して最上点に達すると、ワイヤロープ１４の張力が全て圧縮コイルばね２２に作用することになって圧縮コイルばね２２が圧縮される。この時、圧縮コイルばね２２の反発力により扉体１２の起立方向に補助力が発生するので、扉体１２の倒伏完了時の衝撃力を緩和できる。

上記のように、本発明の浮体式フラップゲート１１では、カウンタウエイト２１と圧縮コイルばね２２を併用した補助力発生装置２０を使って複数の機能を働かせることで、扉体１２の起立及び倒伏時の補助、衝撃緩和、水位追従が可能となる。

その際、カウンタウエイト２１と圧縮コイルばね２２を併用した補助力発生装置２０を有する本発明の浮体式フラップゲート１１では、図６（ｂ）に示すように、扉体１２の起立限付近、扉体１２の倒伏限付近での補助力を大きくすることができる。また、扉体１２の起立角度が４５°の前後では、カウンタウエイト２１が台座に着底して徐々に圧縮コイルばね２２が伸びる。その際、図６（ｂ）では、扉体１２の起立角度が４５°で反発力がゼロになるまで圧縮コイルばね２２が徐々に伸びているものを示したが、反発力がゼロになるまで圧縮コイルばね２２が伸びなくても良い。

一方、カウンタウエイト２１だけで補助力発生装置２０を構成した場合は、補助力はカウンタウエイト２１の重量だけであるので、扉体１２の起立角度に拘わらず、図６（ａ）に示すように一定となる。

加えて、発明例のように、台座１５ｃを設置した場合は、扉体１２が中ほど（扉体１２の起立角度が３５〜５５°程度）の状態にある場合に補助力をゼロにすることができ、この範囲での扉体の水位追従性を向上できる。

さらに、本発明は、前記の例に限るものではなく、各請求項に記載の技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

例えば前記の例では、カウンタウエイト２１と圧縮コイルばね２２を併用した補助力発生装置２０を示したが、図７に示すように、カウンタウエイト２１とガスシリンダ２５を併用したものでも良い。

この場合、カウンタウエイト２１の空間２１ａにシリンダ２４ａとピストン２４ｂ及びロッド２４ｃからなるガスシリンダ２４を設置し、ピストン２４ｂによって密閉されたロッド２４ｃ側のシリンダ２４ａ内に大気圧以上のガス２４ｄを密閉する。そして、ロッド２４ｃをカウンタウエイト２１の前記孔２１ｂを通って突出させ、ワイヤロープ１４と接続する。

このようなガスシリンダ２４では、ワイヤロープ１４が引っ張られるとシリンダ２４内のガス２４ｄが圧縮されて反発力が発生する。

また、前記の例では、扉体１２の先端付近の幅方向全域に取り付けた１本のロッド１３がガイド１８ａに案内されるものを示したが、図８（ａ）に示すように、ロッド１３とガイド１８ａが接触する部分に車輪１９を取り付けたものでも良い。また、図８（ｂ）に示すように、ロッド１３に取り付けた車輪１９をレール１８ｂで案内するようにしても良い。

また、前記の例では、扉体１２の先端付近の幅方向全域に１本のロッド１３を取り付けたものを示したが、図９に示すように、扉体１２の両側にのみロッド１３を取り付けても良い。この場合、図９（ｂ）に示すように、ロッド１３とガイド１８ａが接触する部分に車輪１９を取り付けても良い。

また、前記実施例では、ワイヤロープ１４を使用しているが、ポリアミド系、ポリエステル系、ポリエチレン系、ポリプロピレン系、アラミド系、ポリアリレート系、超高密度ポリエチレンなどの繊維ロープを使用しても良い。

また、前記の例は扉体１２が単一の浮体で構成された浮体式フラップゲートを示したが、複数の浮体を高さ方向に連結した浮体連結式フラップゲートに適用しても良い。

また、前記の例では、補助力発生手段２０は戸当り１５の内部の収容スペース１５ａに取り付けているが、戸当り１５の外部に設置しても良い。

また、前記の例では、ガイド１８ａは戸当り１５の外部に設けているが、戸当り１５の内部に設けても良い。また、底部ヒンジ構造により扉体１２が底部ヒンジを中心にして起伏揺動が可能であれば、戸当り１５にガイド１８ａを設けなくても良い。

また、前記の例では、補助力発生手段２０は台座１５ｃに着底するものを示したが、この台座１５ｃは必ずしも必須の構成要素ではない。

１１ 浮体式フラップゲート
１２ 扉体
１２ａ 基端側
１２ｂ 先端側
１４ ワイヤロープ
２０ 補助力発生手段
２１ カウンタウエイト
２１ａ 空間
２１ｂ 孔
２２ 圧縮コイルばね
２３ 押さえ板
２４ ガスシリンダ
２４ｃ ロッド
３０ 高さ位置調整機構

Claims (4)

1. 開口部或いは出入口に設置され、水が流入する際、前記開口部或いは前記出入口を遮断すべく、前記流入する水の方向に高さ方向の平面内で扉体の先端側が基端側を支点として起立揺動可能に構成した浮体式フラップゲートであって、
   前記扉体に一端を取付けたロープの他端に補助力発生手段を取付け、
   補助力発生手段は、
   内部に空間を形成したカウンタウエイトと、
   このカウンタウエイトの前記空間に配置され、圧縮力が作用した場合にはこの圧縮力に反発して元に戻ろうとする伸縮部材と、
   この伸縮部材に圧縮力を作用させるべく、伸縮部材の下面に当接し、カウンタウエイトの天井に形成した孔を通って空間に配置された伸縮部材の中心部を貫通する前記ロープの他端に接続された押さえ板と、
   を有する構成であることを特徴とする浮体式フラップゲート。
2. 前記伸縮部材は、圧縮ばねであることを特徴とする請求項１に記載の浮体式フラップゲート。
3. 請求項２の前記圧縮コイルばねに代えて、ガスシリンダをカウンタウエイトの前記空間に配置し、ガスシリンダを構成するロッドをカウンタウエイトの前記孔を通って突出させ、前記ロープの他端に接続したことを特徴とする浮体式フラップゲート。
4. 前記補助力発生手段の最上点の高さ位置調節機構を更に設け、前記伸縮手段の初期の補助力を調整できるようにしたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の浮体式フラップゲート。

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