JP2014088702A - フラップゲート - Google Patents

Abstract

【課題】 バランスウエイトの動作範囲を小さくすることで、フロートを設けずに開閉扉体の自動開閉操作が行えるようにするとともに、設置スペースを小さくすることのできるフラップゲートを提供する。
【解決手段】 流水路Ｃの出口Ｅに設置される開閉扉体２を揺動自在に支持させてなるフラップゲート１であって、開閉扉体２を揺動可能に支持する第一支持軸３と、この第一支持軸３より所定間隔を隔てて下方に設けられて開閉扉体２を揺動可能に支持する第二支持軸４と、第一支持軸３と開閉扉体２とを連結する第一アーム５と、第二支持軸４と開閉扉体２とを連結するとともに、その連結位置が第一アーム５との連結位置より下方に位置する第二アーム６と、第一支持軸３に設けられたウエイト用アーム７と、このウエイト用アーム７に設けられて開閉扉体２を所定の傾斜角度に保持するためのバランスウェイト８とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、流水路の出口に設置される開閉扉体を揺動自在に支持させてなるフラップゲートに関するものである。

従来、排水路や農業用水路等に連結された流水路出口においては、開閉扉体を揺動自在に支持させてなるフラップゲートが提案されている。このフラップゲートは、流水路側の水位と、水が放出される河川等の本流側の水位との水位差により生じる水圧によって自動的に前記開閉扉体が揺動し、水の放出量等を適度に自動調整するものである。例えば、流水路側の水位が高い場合は、前記流水路側の水圧により開閉扉体は開放するように揺動する。また、本流側の水位が高い場合は、前記本流側の水圧により開閉扉体は閉鎖するように揺動し、本流側から流水路への水の逆流を防止することができる。

また、出願人は、これまでに、上記フラップゲートの改良型として、前記開閉扉体の開閉動作をスムーズに行うフラップゲートに関する発明を提案している。

例えば、特開２０００−３２８５４５号公報において、開閉扉体と対向するようにして前記開閉扉体の支持軸に設けられたバランスウエイトと、前記開閉扉体の内側面に設けられたフロートと、前記開閉扉体を支持する扉体用アームに設けられて前記開閉扉体を強制的に開閉操作を行う油圧シリンダとを備えたフラップゲートを提案している（特許文献１）。この特許文献１に記載のフラップゲートによれば、前記フロートの浮力により、前記開閉扉体を流水路出口に引っ張るように閉鎖させることができ、本流側の水位に多少の変動があっても、逆流させないようにすることができる。また、前記開閉扉体の下部外側周りに砂等が堆積して、前記開閉扉体が開放できない状態が生じた場合において、前記油圧シリンダによって前記開閉扉体の開閉操作を繰り返すことにより、堆積した砂等を本流側へと流出させて、通常の動作状態に復帰させることができる。

特開２０００−３２８５４５号公報

しかしながら、特許文献１に記載された発明においては、開閉扉体の開閉角度が大きくなると、バランスウエイトによって前記開閉扉体を傾斜させる力が急激に増加するため、開閉扉体が開ききってしまうことがあった。

また、開閉扉体の内側に設けられているフロートに枝葉やゴミ等の漂流物が引っかかり、排水や開閉の妨げとなったり、それら漂流物が前記開閉扉体にかかる力や重量バランスに影響を及ぼすため、頻繁に前記漂流物を除去する必要があった。そのため、フロートを設けずに前記開閉扉体をスムーズに開閉することのできるフラップゲートの開発が望まれていた。

さらに、前記開閉扉体の開閉操作に要する油圧シリンダのストロークを短くすることで操作の速度を速めるとともに、油圧シリンダを小さくすることで狭い場所でも設置できるフラップゲートが望まれていた。

本発明は、このような改良のニーズに応じるためになされたものであって、バランスウエイトの動作範囲を小さくすることで、フロートを設けずに開閉扉体の自動開閉操作が行えるようにするとともに、設置スペースを小さくすることのできるフラップゲートを提供することを目的としている。

本発明に係るフラップゲートは、流水路の出口に設置される開閉扉体を揺動自在に支持させてなるフラップゲートであって、前記流水路出口の上方に設けられて前記開閉扉体を揺動可能に支持する第一支持軸と、この第一支持軸より所定間隔を隔てて下方に設けられて前記開閉扉体を揺動可能に支持する第二支持軸と、前記第一支持軸と前記開閉扉体とを連結する第一アームと、前記第二支持軸と前記開閉扉体とを連結するとともに、その連結位置が前記第一アームとの連結位置より下方に位置する第二アームと、前記第一アームと対向するようにして前記第一支持軸に設けられたウエイト用アームと、このウエイト用アームに設けられて前記開閉扉体を所定の傾斜角度に保持するためのバランスウェイトとを有しており、かつ以下の式（１）の条件を満たす。
ａ＋ｄ＜ｂ＋ｃ・・・（１）
ただし、各記号は以下の値を示すものである。
ａ：前記第一支持軸と前記第二支持軸との間隔である軸間隔
ｂ：前記第一アームおよび前記開閉扉体の連結位置と前記第二アームおよび前記開閉扉体の連結位置との間隔である連結間隔
ｃ：前記第一アームにおける前記第一支持軸と前記開閉扉体とを連結する間隔である第一アーム長
ｄ：前記第二アームにおける前記第二支持軸と前記開閉扉体とを連結する間隔である第二アーム長

また、本発明の一様態として、前記第一アームが前記開閉扉体の上部に連結されているとともに、前記第二アームが前記開閉扉体の本流側に連結されていてもよい。

さらに、本発明の一様態として、前記第一アームと前記開閉扉体の連結位置から前記開閉扉体の下限までの高さである扉体高をｅとするとき、前記連結間隔ｂが
ｂ≦ｅ・・・（２）
の関係であってもよい。

本発明によれば、バランスウエイトの動作範囲を小さくすることで、フロートを設けずに開閉扉体の自動開閉操作が行えるようにするとともに、設置スペースを小さくすることができる。

本発明に係るフラップゲートの一実施形態を示す側面図である。 本実施形態のフラップゲートを示す正面図である。 本実施形態のフラップゲートを示す平面図である。 本実施形態において、開閉扉体を略水平になるまで揺動させた状態を示す側面図である。 本実施形態において、開閉扉体により流水路出口を完全に閉じた状態を示す側面図である。 本実施形態のフラップゲートの軸間隔ａ、連結間隔ｂ、第一アーム長ｃ、第二アーム長ｄおよび扉体高ｅを示す図である。 本実施形態における第一アームのアーム角度と開閉扉体の扉体角度との関係について示す模式図である。 本実施形態のフラップゲートにおけるアーム角度が０°、５°および２５°の位置を示す模式図（実線の円弧は第二アームと開閉扉体との連結位置の軌跡、点線の円弧は従来のフラップゲートにおける対応する連結位置の軌跡）である。 軸間隔ａ＋第二アーム長ｄ≧連結間隔ｂ＋第一アーム長ｃの条件の場合において第一アームと開閉扉体との連結位置が第一アームと直線上に並んだ状態を示す模式図である。 本実施形態における第一アームの下端の移動方向と第二アームの下端の移動方向とを示す模式図である。 本実施形態において開閉扉体が水圧や風圧等を受けていない状態を示す側面図である。 本実施形態において開閉扉体が流水路側からの水圧や風圧等を受けている状態を示す側面図である。 本実施形態において開閉扉体が流水路側からの大きな水圧や風圧等を受けている状態を示す側面図である。 本実施形態において開閉扉体が本流側からの水圧を受けている状態を示す側面図である。 本実施例１におけるタイプ１〜７のフラップゲートの軸間隔ａ、連結間隔ｂ、第一アーム長ｃ、第二アーム長ｄおよび扉体高ｅを示す表である。 本実施例１におけるタイプ１〜７のフラップゲートを示す模式図である。 本実施例１におけるタイプ１〜７のフラップゲートの扉体角度とアーム角度との関係を示す表である。 （ａ）本実施例２のフラップゲートおよび（ｂ）従来のフラップゲートにおける、開閉扉体の扉体角度とこの扉体角度まで開閉させるために必要なトルクとの関係を示すグラフである。

以下、本発明に係るフラップゲートの一実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態におけるフラップゲート１は、図１に示すように、流水路Ｃの出口Ｅに設置されるフラップゲート１であって、流水路出口Ｅに設置される開閉扉体２と、この開閉扉体２を揺動自在に支持するための第一支持軸３と、この第一支持軸３より下方に設けられて前記開閉扉体２を揺動自在に支持するための第二支持軸４と、前記第一支持軸３と前記開閉扉体２とを連結する第一アーム５と、前記第二支持軸４と前記開閉扉体２とを連結する第二アーム６と、前記第一アーム５と対向するようにして前記第一支持軸３に設けられたウエイト用アーム７と、このウエイト用アーム７に設けられるバランスウェイト８と、前記開閉扉体２を強制的に開閉させる開閉駆動手段９とを有する。

まず、フラップゲート１が設置される流水路Ｃについて簡単に説明する。流水路Ｃは、工業用水や農業用水等の水を河川や海等の本流Ｆへと排出するためのものである。よって、流水路Ｃの出口Ｅは、前記本流Ｆに面した堤防や護岸等に設けられている。

本実施形態における前記流水路出口Ｅは、図１および図２に示すように、通常、略矩形状に開口されているが、略矩形状に限定されるものではなく、流水路Ｃの形状に応じて円形状や楕円形状等であってもよい。

流水路出口Ｅの端面は、開閉扉体２と接する、いわゆる戸当たりである。本実施形態における戸当たりには、前記開閉扉体２の開閉動作による衝撃を緩和するため、特許第４４８６１６２号公報に記載されているような、流水路出口Ｅの戸当たりに沿って設置された戸当たり金物Ｂが設けられている。

次に、本実施形態のフラップゲート１における各構成について詳細に説明する。

開閉扉体２は、図１に示すように、流水路出口Ｅに設置されており、前記流水路出口Ｅの開閉を行うものである。本実施形態における開閉扉体２は、鋼板等の板状部材を組み合わせてなり、図１ないし図３に示すように、流水路出口Ｅを覆う略矩形状に形成されている。また、図示しないが、開閉扉体２の内部には、空隙が形成されており、水没した際の浮力が生じ易くなっている。さらに、流水路Ｃ側および本流Ｆ側が平滑な板状部材によって覆われており、開閉扉体２の表面に漂流物が引っ掛かって堆積しないようになっている。

なお、開閉扉体２は、略矩形状のものに限定されるものではなく、流水路Ｃの形状等に応じて適宜設計されるものである。

第一支持軸３は、図１ないし図３に示すように、一本の棒状部材であって、流水路出口Ｅの上方において前記流水路出口Ｅより本流Ｆ側に突出させた位置に設けられており、第一アーム５によって開閉扉体２を連結支持するようになっている。本実施形態における第一支持軸３は、前記流水路出口Ｅの上部の左右対称となる位置に設けられた一対の軸設置台３１，３１に架設されている。また、前記第一支持軸３は、前記軸設置台３１に対して揺動自在に軸支されており、第一アーム５を介して連結される開閉扉体２を揺動可能に支持するようになっている。

なお、第一支持軸３は、一本の棒状部材に限定されるものではなく、例えば、図示しないが、複数の棒状部材を略直線状に配置し、それぞれに後述する第一アーム５等を配置したものであってもよい。また、軸設置台３１の形状や数は、特に限定されるものではなく、支持する開閉扉体２の大きさや重さ等に応じて適宜設計されるものである。

第二支持軸４は、第二アーム６によって開閉扉体２を連結支持するためのものであり、前記第一支持軸３の架設位置より所定間隔を隔てて下方に設けられている。本実施形態における第二支持軸４は、図１ないし図３に示すように、左右対称に設けられた前記各軸設置台３１，３１に設けられており、前記第一支持軸３に対して略垂直下方向に設けられている。前記第二支持軸４は、前記第一支持軸３と同様に、前記軸設置台３１に対して揺動自在に軸支されており、第二アーム６を介して連結される開閉扉体２を揺動可能に支持するようになっている。

第一支持軸３と第二支持軸４との間の間隔は、流水路出口Ｅの形状や開閉扉体２の大きさに基づき決定されるが、図４に示すように、開閉扉体２が略水平になるまで揺動させた場合に、前記開閉扉体２と前記第二支持軸４とが干渉しない条件にて決定される。

第一アーム５は、第一支持軸３と開閉扉体２とを連結するものである。第一アーム５の長さは、図５に示すように、開閉扉体２が流水路出口Ｅに接する際に前記開閉扉体２の上部が前記流水路出口Ｅの上部に当接しうる長さを有している。

本実施形態における第一アーム５は、図１ないし図３に示すように、左右一対の縦長板状部材からなり、それらの上端を前記第一支持軸３の左右の端部近傍に固定支持されて、前記第一支持軸３とともに揺動するようになっている。また、第一アーム５の下端は前記開閉扉体２の上部と回転自在に連結されている。よって、仮に、開閉扉体２が第一アーム５のみで支持されている場合、開閉扉体２は第一アーム５の先端に吊り下げられた状態になる。

次に、第二アーム６は、第二支持軸４と開閉扉体２とを連結するものであり、第一アーム５とともに開閉扉体２を支持する。前記開閉扉体２は、第一アーム５および第二アーム６により支持されることで、第一アーム５の傾斜角度であるアーム角度より開閉扉体２の傾斜角度である扉体角度が大きくなるように動作する。

本実施形態における第二アーム６は、図１ないし図３に示すように、左右一対の２本の縦長状部材からなり、各上端が各第二支持軸４，４に固定支持されるとともに、下端が開閉扉体２に揺動自在に連結されている。また、第二アーム６と開閉扉体２との連結位置は、図１に示すように、開閉扉体２の本流Ｆ側であり、第一アーム５と開閉扉体２との連結位置に対して本流Ｆ側に位置されている。

第二アーム６の長さは、図５に示すように、開閉扉体２が流水路出口Ｅに当接する際に、前記開閉扉体２が前記流水路出口Ｅの戸当たりの戸当たり金物Ｂに対して略平行になる長さを有している。

さらに、第一アーム５を回転させた際に、第二アーム６を同方向に回転させるとともに、アーム角度より扉体角度を大きくするために、以下の条件を満たす必要がある。
ａ＋ｄ＜ｂ＋ｃ・・・（１）
ただし、上記記号は、図６に示すように、以下の値を示すものである。
ａ：第一支持軸３と第二支持軸４との間隔である軸間隔
ｂ：第一アーム５および開閉扉体２の連結位置と第二アーム６および開閉扉体２の連結位置との間隔である連結間隔
ｃ：第一アーム５における第一支持軸３と開閉扉体２とを連結する間隔である第一アーム長
ｄ：第二アーム６における第二支持軸４と開閉扉体２とを連結する間隔である第二アーム長

本実施形態では、第一アーム長ｃと第二アーム長ｄとをほぼ同じ長さに形成するとともに、軸間隔ａよりも連結間隔ｂを大きくすることにより、上記条件を満たすようにしている。

また、後述する実施例１に示すように、前記連結間隔ｂは、以下の条件を満たすことが望ましい。
ｂ≦ｅ・・・（２）
ただし、記号ｅは、図６に示すように、以下の値を示すものである。
ｅ：第一アーム５と開閉扉体２の連結位置から当該開閉扉体２の下限までの高さである扉体高

以上を踏まえて、本実施形態では、軸間隔ａを１とした場合、連結間隔ｂは軸間隔ａの約１．２倍、第一アーム長ｃは軸間隔ａの約２．６倍、第二アーム長ｄは軸間隔ａの約２．６倍、扉体高ｅは軸間隔ａの約８．５倍とした。

ウエイト用アーム７は、図１および図２に示すように、第一支持軸３を中心に第一アーム５と対向するようにして、前記第一支持軸３に設けられており、バランスウエイト８を取り付けるためのものである。本実施形態におけるウエイト用アーム７は、２本の縦長板状部材からなり、第一アーム５を上方に延出させて形成されている。よって、このウエイト用アーム７は、第一支持軸３を中心に開閉扉体２とともに一体的に揺動することができる。なお、ウエイト用アーム７の形状や数は、バランスウエイト８の形状、大きさおよび重さに応じて適宜選択されるものである。

バランスウエイト８は、前記ウエイト用アーム７に設けられ、前記開閉扉体２を所定の傾斜角度に保持するためのものである。本実施形態におけるバランスウエイト８は、図１および図２に示すように、前記各ウエイト用アーム７，７の上方先端間に架設されている。また、バランスウエイト８の左右両端には、重さを調整するための着脱可能な調整用ウエイト８１，８１が設けられている。つまり、この調整ウエイト８１は、数や重さを変更することによって、バランスウエイト８の重さを調整できるようになっている。本実施形態では、図１に示すように、開閉扉体２が水圧や風圧を受けていない場合に約８度に傾斜した状態でバランスされるように調整されている。

開閉駆動手段９は、開閉扉体２を強制的に開閉するものであり、油圧を制御することにより伸縮させることのできる油圧シリンダを備えている。この油圧シリンダは、図１ないし図３に示すように、流水路Ｃの上部に固定されており、その先端が第一支持軸３に固定されている駆動アーム９１に連結されている。

次に、本実施形態のフラップゲート１における各構成の作用について説明する。

まず、各構成の作用として、本実施形態における第一アーム５のアーム角度と開閉扉体２の扉体角度との関係について模式図を用いて説明する。

本実施形態では、開閉扉体２の傾斜角度を扉体角度とし、図７に示すように、開閉扉体２が閉じている状態を扉体角度０度とした。また、第一アーム５の傾斜角度をアーム角度とし、扉体角度と同様に、開閉扉体２が閉じている状態をアーム角度０度とした。

この扉体角度およびアーム角度がそれぞれ０度の場合において、第二アーム６は、図７に示すように、開閉扉体２が垂直（鉛直）姿勢となるように支持している。これにより、開閉扉体２は、流水路出口Ｅの戸当たりと平行となり、前記流水路出口Ｅを完全に閉じるようになっている。

次に、アーム角度が５度の場合、開閉扉体２の扉体角度は、図７に示すように、約３．４度である。つまり、アーム角度に対して扉体角度が小さくなっている。

一方、アーム角度が６０度の場合、開閉扉体２の扉体角度は、約９８．０度である。つまり、アーム角度に対して扉体角度が大きくなっている。

このように、アーム角度に対して扉体角度が小さくなったり、大きくなったりするのは、開閉扉体を第一支持軸と第二支持軸との２つの軸で支持しているためである。以下、詳細に説明する。

まず、第一アーム５を５度に傾斜させた場合、第一アーム５と開閉扉体２との連結位置は、第一アーム５の角度と同様に、第一支持軸３を中心として５度回転する。

仮に、従来のフラップゲートのように開閉扉体２が第二支持軸４および第二アーム６で支持されておらず、第一アーム５および開閉扉体２が固定されている場合、第二アーム６と開閉扉体２との連結位置に相当する位置は、図８の点線で示すように、第一支持軸３を中心とした軌道に沿って回転することとなる。

一方、本実施形態では、第二アーム６が開閉扉体２の回転に伴い、第二支持軸４を中心に回転する。よって、第二アーム６と開閉扉体２との連結位置は、図８の実線で示すように、第二支持軸４を中心とした軌道に沿って回転する。

アーム角度が５度の場合、図８に示すように、本実施形態における第二アーム４と開閉扉体２との連結位置は、従来のフラップゲートにおける第一支持軸３を中心に回転した場合の連結位置に相当する位置よりも下方に位置する。

本実施形態では、第一アーム５と開閉扉体２との連結位置と、第二アーム６と開閉扉体２との連結位置とを結ぶ線は、開閉扉体２に対して固定した位置にあるので、前記連結位置を結ぶ線の傾きと、扉体角度の傾きとは等しくなる。つまり、第二アーム６と開閉扉体２との連結位置が、第一アーム５と開閉扉体２との連結位置より下方に位置している場合には前記連結位置を結ぶ線の傾斜は小さいため、扉体角度がアーム角度よりも小さくなる。

同様に、アーム角度が１０〜２０度の場合、第二アーム６と開閉扉体２との連結位置は、第一支持軸３を中心とした軌道よりも下にあり、アーム角度に対して扉体角度は小さい値を示す。具体的には、図７に示すように、アーム角度が１０度の場合、扉体角度は約７．５度であり、アーム角度が１５度の場合、扉体角度は約１２．５度であり、アーム角度が２０度の場合、扉体角度は約１８．５度である。

一方、アーム角度が２５度以上の場合、図８に示すように、本実施形態における第二アーム６と開閉扉体２との連結位置は、従来のフラップゲートにおける第一支持軸３を中心に回転した場合の連結位置に相当する位置よりも上方に位置する。つまり、第二アーム６と開閉扉体２との連結位置は、第一支持軸３を中心とした軌道より上を通過することとなる。

具体的には、図７に示すように、アーム角度が２５度の場合、扉体角度は約２５．７度でありその差は約１度である。また、アーム角度が３０度の場合、扉体角度は約３４．１度でありその差は約４度である。また、アーム角度が３５度の場合、扉体角度は約４３．５度でありその差は約８度である。また、アーム角度が４０度の場合、扉体角度は約５３．８度でありその差は約１４度である。また、アーム角度が４５度の場合、扉体角度は約６４．７度でありその差は約２０度である。また、アーム角度が５０度の場合、扉体角度は約７５．０度でありその差は約２５度である。また、アーム角度が５５度の場合、扉体角度は約８７．０度でありその差は約３２度である。

以上のように、本実施形態における開閉角度は、アーム角度が所定の角度以上になると、当該アーム角度よりも大きくなる。そのため、例えば、開閉駆動手段９により、開閉扉体２を強制的に開閉する際には、素早い開閉操作を行うことができる。また、開閉時のストロークを短くすることが可能であり、設置スペースを小さくすることができる。

なお、上記式（１）が成り立たない場合、つまり、ａ＋ｄ≧ｂ＋ｃの条件においては、図９の点線で示すように、開閉扉体２が閉じている状態から、図９の実線で示すように、第一アーム５が所定の角度回転すると、第二アーム６と開閉扉体２との連結位置が最下点に到達するよりも前に第一アーム５と開閉扉体２との連結位置が第一アーム５と直線上に並び、第一支持軸３を中心とした回転半径と等しくなる。よって、第一アーム５は、これ以上回転しなくなってしまい、さらには、図９の実線で示すように、開閉扉体２が逆方向に傾斜してしまい、流水路出口Ｅと接触してしまう可能性がある。

一方、上記式（１）が成り立つ場合は、第一アーム５と開閉扉体２との連結位置が第一アーム５と直線上に並ぶことがなく、第一アーム５の回転力と第二アーム６の回転力とが、お互いに開閉扉体２を介して伝達されるようになっている。特に、本実施形態では、第一アーム５が開閉扉体２の上部に連結されているとともに、第二アーム６が開閉扉体２の本流Ｆ側に連結されており、アーム角度が小角度である状態においては、図１０に示すように、第一アーム５と開閉扉体２との連結位置の移動方向（接線方向）と、第二アーム６と開閉扉体２との連結位置の移動方向（接線方向）とが、略平行であるため、第一アーム５の回転力と第二アーム６の回転力とが、お互いに開閉扉体２を介して伝達され易いようになっている。

次に、開閉扉体２に水圧や風圧を受けて開閉される場合における、各構成の作用効果について説明する。

まず、開閉扉体２が水圧や風圧等を受けていない場合について説明する。この場合、開閉扉体２は、バランスウエイト８との重量バランスの均衡が保たれており、上述の図１に示すとおり本実施形態では約８度の扉体角度で保持されている。具体的には、図１１に示すように、第一支持軸３を中心として開閉扉体２の重力により生じる右回転の回転力と、バランスウエイト８の重力により生じる左回転の回転力とが釣り合っている状態である。

このように、開閉扉体２が水圧や風圧等を受けていない場合、開閉扉体２は、開放された状態となり、少量の水であれば開閉扉体２の開閉に影響を及ぼすことなく排出されるようになっている。

次に、開閉扉体２が流水路Ｃ側から本流Ｆ側へ水圧を受ける場合について説明する。この場合、主に、開閉扉体２の重力による力、バランスウエイト８の重力による力、水圧によりる力、および開閉扉体２の浮力による力が生じ、図１２に示すように、開閉扉体２が所定の角度で傾斜した状態で釣り合う。

このとき、開閉扉体２の重心は、開閉扉体２が傾斜したことにより左へと移動する。開閉扉体２の重心が、第一支持軸３および第二支持軸４よりも左側に位置する場合は、開閉扉体２の重力は第一支持軸３を中心として左回転の回転力を生じさせる。

一方、バランスウエイト８は、開閉扉体２の傾斜に応じてウエイト用アーム７が傾斜し、重心が右側へと移動する。そのため、第一支持軸３を中心としてバランスウエイト８の重力による左回転の回転力は、扉体角度が約８度の場合よりも弱くなる。

また、水圧から受ける力は、開閉扉体２を右回転させる回転力となり、さらに開閉扉体２が水没することによって浮力が生じ、その浮力によっても開閉扉体２を右回転させる回転力となる。

第二アーム６は、第一アーム５とともに開閉扉体２を支持しており、第二支持軸４を中心に回転し、所定の角度に傾斜する。本実施形態では、図７に示すように、アーム角度は、扉体角度が２５度程度までは、扉体角度よりも大きい。つまり、扉体角度が小角度である場合は、バランスウエイト８は右側へと移動し易く、かつバランスウエイト８の重力による左回転する回転力が弱くなって開閉扉体２が開き易くなっている。

次に、開閉扉体２が流水路Ｃ側から本流Ｆ側へと大きな水圧を受ける場合について説明する。この場合、図１３に示すように、開閉扉体２は大きく傾斜する。よって、開閉扉体２の重心は更に左側へと移動し、開閉扉体２を左回転させる回転力が強くなる。また、バランスウエイト８の重心が、第一支持軸３および第二支持軸４よりも右側になると、バランスウエイト８の重力は開閉扉体２を右回転させる回転力が生じる。

開閉扉体２の扉体角度が約２５度より大きい場合、第二アーム６は、開閉扉体２の下端側を持ち上げるように支持し、アーム角度は当該扉体角度よりも小さくなる。そのため、バランスウエイト８が傾斜しにくくなり右回転させる力を弱めるため、右回転させる回転力の急激な増加を抑えて開閉扉体２が開ききってしまうの抑制することができる。

次に、開閉扉体２が本流Ｆ側から流水路Ｃ側へ水圧を受ける場合について説明する。この場合、図１４に示すように、開閉扉体２は水圧等により流水路出口Ｅ方向へ傾斜する。よって、開閉扉体２の重心は右へと移動し、開閉扉体２を右回転させる回転力が強くなる。一方、バランスウエイト８の重心は左へと移動し、開閉扉体２を左回転させる回転力が強くなる。

また、上述のとおり、扉体角度が小角度においては、アーム角度よりも扉体角度が大きいため、開閉扉体２は流水路出口Ｅ方向へ傾斜し易い。

さらに、本実施形態における開閉扉体２は、内部が空洞にできているため浮力が大きく、フロートを設けなくても開閉扉体２を流水路出口Ｅ側に引っ張るように閉鎖させることができる。よって、本実施形態における開閉扉体２は、従来のフラップゲートのようにフロートを備えなくとも流水路出口Ｅを完全に閉じることができる。

以上のような本実施形態のフラップゲート１によれば、以下の効果を得ることができる。
１．バランスウエイト８の作用が制御しやすくなり開閉扉体２が急激に開ききってしまうのを適切に抑制することができる。
２．フロートを設けなくても流水路出口Ｅを自動的に閉塞することができる。
３．第一アーム５の傾斜角度に対して開閉扉体２の傾斜角度が大きくなるため、開閉駆動手段９のストロークを短くすることができ、設置スペースを小さくすることができる。
４．フロートを設けずに開閉扉体２の自動開閉操作を行うことができるため、フロートに漂流物が堆積することがなく、メンテナンスが容易である。

実施例１では、図１５および図１６に示すように、軸間隔ａを基準として、連結間隔ｂ、第一アーム長ｃ、第二アーム長ｄおよび扉体高ｅを様々な長さに変えたタイプ１〜７における、扉体角度とアーム角度について算出した。

本実施例１ではタイプ１を基準とした。図１６に示すように、タイプ２およびタイプ３は、タイプ１に対して、第二アーム６と開閉扉体２との連結位置を上下方向に変えたものである。また、タイプ４およびタイプ５は、タイプ１に対して、第一アーム５と開閉扉体２との連結位置を上下方向に変えたものである。さらに、タイプ６およびタイプ７は、第二アーム６９と開閉扉体２との連結位置を左右方向に変えたものである。

また、タイプ１〜７は、図１５に示すように、いずれも軸間隔ａ、連結間隔ｂ、第一アーム長ｃおよび第二アーム長ｄが式（１）の条件を満たすものである。

以下、算出結果について、図１７を用いながら詳細に説明する。

図１７に示すように、扉体角度が９０度の場合、タイプ１〜７の全てにおいて扉体角度がアーム角度より大きい。つまり、タイプ１〜７は、いずれも開閉扉体２の動作範囲に対してバランスウエイト８の動作範囲が小さいことを示している。

タイプ１では、図１７に示すように、扉体角度が０〜３０度までは扉体角度に対してアーム角度の方が大きくなっており、３５度以上では扉体角度に対してアーム角度の方が小さくなっている。

タイプ２は、第二アーム６と開閉扉体２との連結位置の高さを第一アーム５と開閉扉体２との連結位置の高さに合わせたものである。このタイプ２では、図１７に示すように、扉体角度が０〜３５度までは、扉体角度に対してアーム角度の方が大きくなっており、４０度以上では扉体角度に対してアーム角度の方が小さくなっている。よって、タイプ１に比べて、扉体角度に対してアーム角度の方が小さくなる扉体角度が大きいことがわかる。これは、図１６に示すように、タイプ１よりも第一支持軸３から第二アーム６と開閉扉体２との連結位置までの距離と、第二支持軸４から第二アーム６と開閉扉体２との連結位置までの距離との比が大きいためであると考えられる。

タイプ３は、第二アーム６と開閉扉体２との連結位置の高さを開閉扉体２の下端としたものである。このタイプ３では、図１７に示すように、扉体角度が０〜５度までは、扉体角度に対してアーム角度の方が大きくなっており、１０度以上では扉体角度に対してアーム角度の方が小さくなっている。これは、図１６に示すように、タイプ１やタイプ２よりも第一支持軸３から第二アーム６と開閉扉体２との連結位置までの距離と、第二支持軸４から第二アーム６と開閉扉体２との連結位置までの距離との比が小さいためであると考えられる。

よって、扉体角度に対してアーム角度の方が小さくなる扉体角度は、第二アーム６と開閉扉体２との連結位置の高さを上下させることにより、設定することができる。

但し、第二アーム６と開閉扉体２との連結位置の高さを開閉扉体２の下端よりも下に位置させると、前記連結位置が川底等に接触して開閉扉体２の自由な開閉が妨げられる可能性がある。よって、第二アーム６と開閉扉体２との連結位置の高さを開閉扉体２の下端以上とすることが望ましい。

タイプ４やタイプ５は、第一アーム５と開閉扉体２との連結位置の高さを上下させたものである。よって、タイプ４やタイプ５では、図１５および図１６に示すように、第一支持軸３から第二アーム６と開閉扉体２との連結位置までの距離と、第二支持軸４から第二アーム６と開閉扉体２との連結位置までの距離との比は、タイプ１と変わらない。そのため、図１７に示すように、タイプ４やタイプ５では、タイプ１と同様に、扉体角度が０〜３０度までは扉体角度に対してアーム角度の方が大きくなっており、３５度以上では扉体角度に対してアーム角度の方が小さくなっている。

よって、第一アーム５と開閉扉体２との連結位置は、扉体角度に対してアーム角度の方が小さくなる扉体角度の大小には大きな影響はない。

タイプ６は、第二アーム６と開閉扉体２との連結位置を第二支持軸４よりも本流Ｆ側に配置している。このタイプ６では、図１７に示すように、扉体角度が５度以上の場合にアーム角度の方が前記扉体角度よりも小さくなっている。つまり、扉体角度に対してアーム角度の方が大きくなる前記扉体角度の範囲がほとんどない関係にある。これは、第二アーム６と開閉扉体２との連結位置を第二支持軸４よりも本流Ｆ側に配置させたことにより、第二支持軸４を中心に回転する第二アーム６と開閉扉体２との連結位置の軌道が、第一支持軸３を中心に回転する第二アーム６と開閉扉体２との連結位置の軌道よりも上方を常に通過するようになったためである。

タイプ７は、タイプ６とは逆に、第二アーム６と開閉扉体２との連結位置を第二支持軸４よりも流水路Ｃ側に配置し、開閉扉体２の本流Ｆ側面に設けたものである。このタイプ７では、図１７に示すように、扉体角度が０〜３５度までは、扉体角度に対してアーム角度の方が大くなっており、前記扉体角度が４０度以上では前記扉体角度に対してアーム角度の方が小さくなっている。つまり、タイプ１よりも扉体角度に対してアーム角度の方が小さくなる前記扉体角度が大きいことがわかる。

よって、扉体角度に対してアーム角度の方が小さくなる扉体角度は、第二アーム６と開閉扉体２との連結位置を左右にずらすことでも設定することができる。

以上より、本実施例１のフラップゲート１では、式（１）の条件を満たすことにより、扉体角度に対してアーム角度を小さくできること、扉体角度に対してアーム角度の方が小さくなる扉体角度は、第二アーム６と開閉扉体２との連結位置を上下左右に変化させることにより設定することができること、但し、開閉扉体２の自由な開閉が妨げられないためには、少なくとも、第二アーム６と開閉扉体２との連結位置が開閉扉体２の下端より上方に配置することが望ましい。

実施例２では、上述の実施形態と同等の構成のフラップゲート１と従来のフラップゲートとにおいて、開閉扉体２の扉体角度とこの扉体角度まで開閉させるために必要なトルクとの関係について求めた。従来のフラップゲートとしては、開閉扉体２を一つの軸および一つのアームにより支持するものであって、前記開閉扉体２の内側面にフロートを設けているタイプを例として挙げている。

トルクの算出に当たっては、開閉扉体２の水没レベルを４パターン想定し、それらの相違によって当該開閉扉体２を所定に角度まで開閉するために必要なトルクを求めた。具体的には、開閉扉体２が水没せずに水圧を受けていない状態の「水没なし」状態（自重のみの状態）と、開閉扉体２が半分水没している状態の「半水没」状態と、開閉扉体２が全部水没している状態の「全水没」状態と、本流Ｆ側の水位が高まって開閉扉体２が本流Ｆ側から水圧を受けて閉鎖している状態の「全閉」状態とにおいて、前記開閉扉体２を所定の扉体角度まで開閉させるために必要なトルクを求めた。

まず、「水没なし」の場合について比較する。図１８に示すように、従来のフラップゲートの場合、扉体角度が約８度でトルクが０を示している。つまり、開閉扉体２が水圧を受けていない場合、扉体角度が約８度の状態でバランスを保持している。同様に、本実施例２のフラップゲートにおいても、扉体角度が約８度でトルクが０であり、開閉扉体２がバランスを保持している。

次に、扉体角度を約４５度にする場合、従来のフラップゲートでは、約２．２ｋＮｍのトルクが必要である。一方、本実施例２のフラップゲートでは、約６．６ｋＮｍのトルクが必要である。つまり、本実施例２のフラップゲートは、開きづらく、簡単に開ききることがないことを示している。

また、図１８に示すように、「半水没」および「全水没」の場合についても同様の傾向を示し、本実施例２のフラップゲートは、扉体角度に対するトルクが大きく、簡単に開ききることがないことを示しているのに対して、従来のフラップゲートは、扉体角度に対するトルクが小さく、簡単に開ききってしまう傾向にある。

次に、「全閉」状態の場合、従来のフラップゲートでは、扉体角度を０度にする場合、つまり完全に閉じるために必要なトルクは約０．１ｋＮｍである。また、本実施例２のフラップゲートでは、従来のフラップゲートと同様に、完全に閉じるために必要なトルクは約０．１ｋＮｍである。つまり、「全閉」状態において、従来のフラップゲートの開閉扉体および本実施例２のフラップゲートの開閉扉体２は、約０．１ｋＮｍのトルクで流水路出口Ｅを閉じており、本実施例２のフラップゲートは、フロートを有する従来のフラップゲートと同等のトルクで、流水路出口Ｅを閉塞することができることを示している。

以上より、本実施例２では、従来のフラップゲートに比べ、開閉扉体２が全開するのを適度なトルク力によって制限するとともに、「全閉」状態では自動的に流水路出口Ｅを閉塞することができる。

なお、本発明に係るフラップゲートは、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。

例えば、本発明に係るフラップゲートの大きさは特に限定されるものではなく、大小様々なものに応用可能である。よって、前記フラップゲート１の設置場所は、河川等の流水路に限定されるものではなく、工場設備等における排水路等の逆流防止弁として利用してもよい。

１ フラップゲート
２ 開閉扉体
３ 第一支持軸
４ 第二支持軸
５ 第一アーム
６ 第二アーム
７ ウエイト用アーム
８ バランスウエイト
９ 開閉駆動手段
３１ 軸設置台
８１ 調整ウエイト
９１ 駆動アーム
Ｆ 本流
Ｃ 流水路
Ｅ 流水路出口
Ｂ 戸当たり金物

Claims (3)

1. 流水路の出口に設置される開閉扉体を揺動自在に支持させてなるフラップゲートであって、
   前記流水路出口の上方に設けられて前記開閉扉体を揺動可能に支持する第一支持軸と、
   この第一支持軸より所定間隔を隔てて下方に設けられて前記開閉扉体を揺動可能に支持する第二支持軸と、
   前記第一支持軸と前記開閉扉体とを連結する第一アームと、
   前記第二支持軸と前記開閉扉体とを連結するとともに、その連結位置が前記第一アームとの連結位置より下方に位置する第二アームと、
   前記第一アームと対向するようにして前記第一支持軸に設けられたウエイト用アームと、
   このウエイト用アームに設けられて前記開閉扉体を所定の傾斜角度に保持するためのバランスウェイトと
   を有しており、かつ以下の式（１）の条件を満たすフラップゲート。
   ａ＋ｄ＜ｂ＋ｃ・・・（１）
   ただし、各記号は以下の値を示すものである。
   ａ：前記第一支持軸と前記第二支持軸との間隔である軸間隔
   ｂ：前記第一アームおよび前記開閉扉体の連結位置と前記第二アームおよび前記開閉扉体の連結位置との間隔である連結間隔
   ｃ：前記第一アームにおける前記第一支持軸と前記開閉扉体とを連結する間隔である第一アーム長
   ｄ：前記第二アームにおける前記第二支持軸と前記開閉扉体とを連結する間隔である第二アーム長
2. 前記第一アームが前記開閉扉体の上部に連結されているとともに、前記第二アームが前記開閉扉体の本流側に連結されている請求項１に記載のフラップゲート。
3. 前記第一アームと前記開閉扉体の連結位置から前記開閉扉体の下限までの高さである扉体高をｅとするとき、前記連結間隔ｂが
   ｂ≦ｅ・・・（２）
   の関係にある請求項１または請求項２のいずれかに記載のフラップゲート。

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