JP2014118774A - 浮体式フラップゲート - Google Patents

Abstract

【課題】美観を損なうことなく、扉体の起立補助・起立完了時の衝撃吸収・倒伏時の水位追従機構の収納スペースを側部戸当り内部に確保できない場合も設置できるようにする。
【解決手段】開口部或いは出入口に設置され、扉体２２の先端側２２ｂが基端側２２ａの回転軸２２ｃ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２１である。一端を扉体２２の先端面２２ｄに、他端にカウンタウエイト２６ａを取り付けたワイヤロープ２４を案内し、扉体２２の傾斜角θが所定角度になった時にカウンタウエイト２６ａが最下点となるように定滑車２６ｂ，２６ｃを設置した、扉体２２の起立補助・起立完了時の衝撃吸収・倒伏時の水位追従機構２６を、倒伏状態の扉体２２の先端面２２ｄのワイヤロープ２４の取付け部と相対する位置に設けた収納体２５内に配置する。
【効果】側部戸当りが設置できない場所にも設置でき、場合によっては既設壁を側壁として使用できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば防波堤や防潮壁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するため、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するため、流入しようとする水の浮力を利用し、基端側の回転軸を支点として扉体を浮上させ、例えば防波堤や防潮壁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に越流する問題がある（図１１（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１１（ｂ）参照）。

前記問題点の内、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。

そこで、出願人は、流入初期に扉体の浮上動作が遅れて生活空間や地下空間へ越流することがなく、また、水位低下時にも倒伏がし難くなることがなく、かつ急激に倒伏するという危険な挙動もないような浮体式フラップゲートを提案した（特許文献３）。

この浮体式フラップゲート１１は、例えば図１２に示すように、扉体１２の先端側両側面に設置したロッド１３に一端を取り付けたロープ１４の他端を、定滑車１５ａ，１５ｂ及び動滑車１５ｃを介して側部戸当り１７に固定し、動滑車１５ｃにカウンタウエイト１６を取り付けた構成である。

そして、起立途中又は倒伏途中における扉体１２の水平面に対する傾斜角θが例えば４５°になった時に前記カウンタウエイト１６が最下点となるように、前記定滑車１５ａを設置している。

上記構成の浮体式フラップゲート１１では、増水による扉体１２の起立時、水平面に対する傾斜角θが４５°になるまでは、扉体１２はカウンタウエイト１６によって起立方向に引っ張られて起立を補助する（図１３（ａ）（ｂ）参照）。そして、傾斜角θが４５°を超えると、カウンタウエイト１６が抵抗となって扉体１２の起立速度が減速する（図１３（ｃ）参照）。

一方、水位低下による扉体１２の倒伏時は、傾斜角θが４５°になるまでは、扉体１２はカウンタウエイト１６によって倒伏方向に引っ張られて低下する水位への追従を補助する（図１３（ｄ）参照）。そして、傾斜角θが４５°より小さくなると、カウンタウエイト１６が抵抗となって扉体１２の倒伏速度が減速する。

ところで、前記浮体式フラップゲート１１では、側部戸当り１７に形成したガイド孔１７ａに前記ロッド１３を貫通させ、側部戸当り１７の内部空間に、定滑車１５ａ，１５ｂ及び動滑車１５ｃやカウンタウエイト１６を設置している。前記ガイド孔１７ａは扉体１２の起立限のストッパも兼ねている。

しかしながら、側部戸当り１７の内部空間に定滑車１５ａ，１５ｂ及び動滑車１５ｃやカウンタウエイト１６を設置する場合、以下の問題を内在することになる。

定滑車、動滑車、カウンタウエイトの設置、及び動滑車とカウンタウエイトの移動を可能とする内部空間が必要であるため、側部戸当りが大きくなって美観が損なわれる。一方、側部戸当りに前記内部空間を確保できない場合は、設置できないことになる。

特開２００１−２１４４２５号公報 特開２００３−２５３９１２号公報 特開２０１２−２４１４４９号公報

本発明が解決しようとする問題点は、滑車群、カウンタウエイトの設置、及びカウンタウエイトの移動を可能とする空間を側部戸当りの内部に形成する場合は、側部戸当りが大きくなって美観が損なわれるという点である。一方、側部戸当りの内部に前記空間を確保できない場合は、設置できないという点である。

本発明は、側部戸当りが大きくなって美観が損なわれることがなく、滑車群、カウンタウエイトの設置、及びカウンタウエイトの移動を可能とする空間を側部戸当りの内部に確保できない場合も設置できるよう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るために、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の回転軸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、
前記扉体の先端面に一端を取り付けたロープの他端に取り付けられたカウンタウエイト又はばねと、前記ロープを案内し、起立途中又は倒伏途中における扉体の水平面に対する傾斜角が所定角度になった時に前記カウンタウエイトが最下点又は前記ばねが自然長となるように設置した滑車群と、を少なくとも有する、扉体の起立補助・起立完了時の衝撃吸収・倒伏時の水位追従機構を、倒伏状態にある前記扉体の先端面の前記ロープの取付け部と相対する位置に設けた収納体内に配置したことを最も主要な特徴としている。

上記の本発明では、扉体の起立補助・起立完了時の衝撃吸収・倒伏時の水位追従機構を、倒伏状態にある扉体の先端面のロープ取付け部と相対する位置に設けた収納体内に配置するので、扉体の側部に前記機構の収納スペースが不要になる。以下、扉体の起立補助・起立完了時の衝撃吸収・倒伏時の水位追従機構を、扉体動作等補助ユニットという。

本発明では、起立又は倒伏途中における扉体の水平面に対する傾斜角θが所定角度のときを分岐点として、扉体の起立又は倒伏の補助となったり、起立又は倒伏の抵抗となる。従って、流入初期の越流や倒伏完了前の急激な倒伏を防止でき、また、起立完了時の衝撃を緩和できると共に、倒伏初期には水位ヘの追従性が良くなる。

また、本発明では、起立完了時に、カウンタウエイト及びロープによって扉体に作用する水圧荷重を支持するので、扉体の起伏揺動を案内するガイド孔を省略することができる。

また、本発明では、扉体動作等補助ユニットを倒伏状態にある扉体の先端面のロープ取付け部と相対する位置に設けた収納体内に配置するので、扉体の側部に扉体動作等補助ユニットの収納スペースが不要になる。従って、側部戸当りが設置できない場所であっても設置可能になり、場合によっては、既設壁を側壁として使用することも可能である。

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、（ｄ）は起立限手前の扉体の先端面部分と扉体動作等補助ユニットを配置した収納体の斜視図である。 扉体動作等補助ユニットを構成する滑車群の配置位置について説明する図で、（ａ）は起立限時、（ｂ）は倒伏時を示す。 本発明の浮体式フラップゲートの扉体動作等補助ユニットの第１の形態（柱型）を示した図で、（ａ）側面から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は扉体との相対位置を示した平面図である。 本発明の浮体式フラップゲートの扉体動作等補助ユニットの第２の形態（薄型）を示した図３と同様の図である。 本発明の浮体式フラップゲートの扉体動作等補助ユニットの第３の形態（コンパクト型）を示した図３と同様の図である。 本発明の浮体式フラップゲートの扉体動作等補助ユニットの第４の形態（幅広型）を示した図３と同様の図である。 本発明の浮体式フラップゲートの動作原理を説明する図で、（ａ）は出水前の倒伏時、（ｂ）は浸水初期、（ｃ）は起立中期、（ｄ）は起立後期、（ｅ）は起立限、（ｆ）は倒伏初期、（ｇ）は倒伏後期を示した図である。 カウンタウエイトに代えて線形の圧縮コイルばねを使用した本発明の浮体式フラップゲートの概略構成を側面から見た図である。 （ａ）（ｂ）は扉体の傾斜角に対する線形の圧縮コイルばねの動作状態を説明する図で、（ａ）は傾斜角が３０°の場合、（ｂ）は倒伏時及び起立限時の図である。 扉体の傾斜角に対する線形の引張りコイルばねの動作状態を説明する図で、（ａ）は傾斜角が３０°の場合、（ｂ）は倒伏時及び起立限時の場合を示す。 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。 出願人が先に提案した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）は正面から見た図である。 出願人が先に提案した浮体式フラップゲートの動作原理を説明する図で、（ａ）は浸水初期、（ｂ）は起立中期、（ｃ）は起立後期、（ｄ）は倒伏初期を示した図である。

本発明は、側部戸当りが大きくなって美観が損なわれることがなく、扉体動作等補助ユニットの収納スペースを側部戸当りの内部に確保できない場合も設置できるようにするという目的を、扉体動作等補助ユニットを、倒伏状態にある扉体の先端面のロープ取付け部と相対する位置に設けた収納体内に配置することで実現した。

本発明を実施するための形態を、図１〜図１０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、２１は例えば防波堤や防潮壁の、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２１は、海洋（或いは河川）から生活空間や地下空間に水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２２ａの回転軸２２ｃを支点として扉体２２の先端側２２ｂを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。

本発明の浮体式フラップゲート２１は、図１に示すように、扉体２２の先端面２２ｄにワイヤロープ２４の一端を取付けている。この扉体２２の先端面２２ｄへのワイヤロープ２４の取付け例として、図１では、扉体２２の先端面２２ｄの例えば両側にブラケット２３を取付け、これらブラケット２３にワイヤロープ２４の一端を取付けている。このワイヤロープ２４の他端は、倒伏時の扉体２２の先端面２２ｄの、前記ブラケット２３と相対する位置に設けた収納体２５の前面に設けたスリット２５ａから内部に引き込まれている。

なお、前記スリット２５ａは、図１（ｄ）のように、スリット２５ａと平行に切り目２７ａを入れたゴム板２７で塞いでおけば、収納体２５の内部へ塵などが入ることを防止できる。

前記収納体２５の内部には、例えば、カウンタウエイト２６ａと、上下２個の定滑車２６ｂ，２６ｃからなる滑車群と、前記カウンタウエイト２６ａの上昇限を規定するストッパ２６ｄを備えた扉体動作等補助ユニット２６が関連配置されている。

そして、収納体２５のスリット２５ａから内部に引き込まれた前記ワイヤロープ２４の他端は、下方の定滑車２６ｃから上方の定滑車２６ｂに巻き回された後、カウンタウエイト２６ａに取り付けられて、カウンタウエイト２６ａを吊り下げている。

前記上下２個の定滑車２６ｂ，２６ｃは、前記ワイヤロープ２４を案内し、起立途中又は倒伏途中における扉体２２の水平面に対する傾斜角θが所定角度になった時に前記カウンタウエイト２６ａが最下点となるような位置に設置する。なお、発明者らの調査結果によれば、前記所定角度の傾斜角θは１５°〜６０°の範囲であれば問題がないことが分かっている。

つまり、下方に位置する定滑車２６ｃは、扉体２２が起立限になった時にカウンタウエイト２６ａがストッパ２６ｄに当接する一方（図２（ａ）参照）、倒伏時にはストッパ２６ｄにぴったり当接するか、或いは当接しないように、その設置位置を決定する（図２（ｂ）参照）。

すなわち、ワイヤロープ２４の一端から、下方に位置する定滑車２６ｃへのワイヤロープ２４の巻き付け終了までの長さが、倒伏時の前記長さ（Ｂ１＋Ａ１）よりも起立限時の前記長さ（Ｂ２＋Ａ２）が長くなるように、前記定滑車２６ｃの設置位置を決定する。或いは、倒伏時の前記長さ（Ｂ１＋Ａ１）と起立限時の前記長さ（Ｂ２＋Ａ２）が同じになるように、前記定滑車２６ｃの設置位置を決定する。

このようにすることで、扉体２２の起立限位置を保ったまま、１個の定滑車とする場合に比べて、上方の定滑車２６ｂの設置位置を低い位置にすることなく、扉体２２を所定の起立限（角度）で支持することができる。また、上方の定滑車２６ｂを高い位置に設置することで、カウンタウエイト２６ａの揚程を確保することができる。

このカウンタウエイト２６ａの形状や、カウンタウエイト２６ａと滑車群の設置位置関係は、図１，２に示したものに限らず、図３〜図６に例示したものでも良い。

図３は、滑車群を構成する下方の定滑車２６ｃを２個とし、上方の定滑車２６ｂとの間でカウンタウエイト２６ａを昇降動させるものである（柱型）。この柱型の場合、図１，２と同じカウンタウエイト２６ａを使用しても、扉体動作等補助ユニット２６を収納する収納体２５の奥行きＤ（図３（ａ）の左右方向の長さ）を短くすることができる。

図４は、図１，２に示したカウンタウエイト２６ａよりも薄形の直方体状として、扉体動作等補助ユニット２６を収納する収納体２５の扉体幅方向長さＬ（図４（ｂ）の紙面上下方向の長さ）を短くしたものである（薄型）。この薄型の場合、扉体２２の倒伏時、対をなす扉体動作等補助ユニット２６を収納する収納体２５間の間隔Ｗ（図４（ｃ）参照）を広くできる。

図５は、図１，２に示したカウンタウエイト２６ａの、下方の定滑車２６ｃとの相対部分を凹ませ、当該凹ませた部分に下方の定滑車２６ｃを挿入可能としたものである（コンパクト型）。このコンパクト型の場合、図１，２と同タイプであっても、扉体動作等補助ユニット２６を収納する収納体２５の奥行きＤを短くすることができる。

図１〜図５の例では、上方の定滑車２５ｂと下方の定滑車２５ｃのワイヤロープ２４の案内面が同じ方向となるように配置しているが、図６に示したように、上方の定滑車２５ｂと下方の定滑車２５ｃのワイヤロープ２４の案内面が角度をなして配置したものでも良い（幅広型）。

本発明の浮体式フラップゲート２１は、倒伏状態にある扉体２２の先端面２２ｄのロープ取付け部との相対位置に設けた収納体２５の内部に扉体動作等補助ユニット２６を配置するので、扉体２２の側部に扉体動作等補助ユニット２６の収納スペースが不要になる。

従って、扉体動作等補助ユニット２６の収納スペースを有する側部戸当りが設置できない場所であっても浮体式フラップゲート２１を設置することが可能になり、場合によっては、既設壁を側壁として使用することも可能である。

また、本発明の浮体式フラップゲート２１は、扉体２２の倒伏時にはワイヤロープ２４が収納体２５の内部に収納されているので、美観が損なわれることがない。

上記構成の本発明の浮体式フラップゲート２１では、扉体２２の起立時、及び扉体２２の倒伏時は、以下に説明するような作用を奏する。

（扉体２２の起立時：図７（ａ）〜（ｅ））
浸水初期は、（ａ）図に示す出水前の倒伏状態から、カウンタウエイト２６ａが降下し、扉体２２は起立方向に引っ張られて起立を補助される（（ｂ）図参照）。そして、水平面に対する扉体２２の傾斜角θが例えば３０°になると、扉体２２とワイヤロープ２４が一直線になり（（ｃ）図参照）、カウンタウエイト２６ａは最下端の位置となる。

水平面に対する扉体２２の傾斜角θが３０°を超えると、扉体２２の起立揺動によりカウンタウエイト２６ａが上昇するので、カウンタウエイト２６ａが抵抗となって扉体２２の起立速度を減速し（（ｄ）図参照）、起立完了時（（ｅ）図参照）の衝撃力を緩和する。

（起立状態の扉体２２の倒伏時：図７（ｆ），（ｇ））
倒伏初期は、カウンタウエイト２６ａが下降し、扉体２２は倒伏方向に引っ張られて水位の低下に追従して倒伏する（（ｆ）図参照）。そして、水平面に対する扉体２２の傾斜角θが例えば３０°になると、扉体２２とワイヤロープ２４が一直線になり、カウンタウエイト２６ａは最下端の位置となる（（ｃ）と同じ状態）。

水平面に対する扉体２２の傾斜角θが例えば３０°より小さくなると、扉体２２の倒伏によりカウンタウエイト２６ａが上昇するので、カウンタウエイト２６ａが抵抗となって扉体２２の倒伏速度を減速し（（ｇ）図参照）、倒伏完了時（（ａ）図と同じ状態）の衝撃力を緩和する。

本発明の浮体式フラップゲート２１を構成する扉体動作等補助ユニット２６は、図１〜図６に示した構成でなくても良い。

例えば、図８に示すように、カウンタウエイト２６ａの代わりに、圧縮コイルばね３１を取り付けても良い。

圧縮コイルばね３１を使用する場合、例えば扉体２２の傾斜角θが３０°の時に、図９（ａ）に示すように圧縮コイルばね３１が自然長となるようにして、ばねによる扉体起立方向の旋回力が最小となるように設置する。そして、扉体２２の倒伏時又は起立限時に、図９（ｂ）に示すように圧縮コイルばね３１が圧縮されて、扉体の起立方向又は倒伏方向の旋回力が最大となるように設置する。

一方、圧縮コイルばね３１に代えて引張りコイルばね３２を使用する場合は、扉体２２の傾斜角θが３０°で、図１０（ａ）に示すように引張りコイルばね３２が自然長となるようにし、扉体２２の倒伏時又は起立限時で、図１０（ｂ）に示すように引張りコイルばね３２が伸ばされるようにする。

前記圧縮コイルばね３１或いは引張りコイルばね３２は、図９や図１０に示したような線形のコイルばねに限らず、テーパコイルばね、円錐形コイルばね、鼓形コイルばね、樽形コイルばね、不等ピッチコイルばねのような非線形特性を有するばねを使用しても良い。

また、軸中心側から順番に、例えば大径で長さの短い第１の圧縮ばね、中径で長さが中間の第２の圧縮ばね、小径で長さの長い第３の圧縮ばねからなる組合せコイルばねを用いて引張力を非線形とするものでも良い。

この組合せコイルばねでは、扉体の倒伏時では、３つの圧縮ばねが全て縮んでいる状態である。そして、扉体の起立初期から起立前期までは、３つの圧縮ばねがそれぞれ伸び始め、起立前期になると第１の圧縮ばねが元の性質に戻る。

次に、起立前期から扉体の起立中期までは、第２の圧縮ばねと第３の圧縮ばねが順次元の性質に戻り、３つの圧縮ばね全てが自然長に戻る。

起立中期から扉体の起立完了までは、第３の圧縮ばね、第２の圧縮ばね、第１の圧縮ばねが順次縮んでいき、起立完了時には３つの圧縮ばねが全て縮んだ状態になる。
なお、倒伏時は前記起立時と逆になる。

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、前記実施例では、ワイヤロープ２４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、上記の例では本発明の浮体式フラップゲート２１を防波堤や防潮壁の開口部に設置する場合について説明したが、本発明の浮体式フラップゲート２１の設置場所は防波堤や防潮壁の開口部に限らず、施設や地下通路の入口等に設置することもできる。

２１ 浮体式フラップゲート
２２ 扉体
２２ａ 基端側
２２ｂ 先端側
２２ｃ 回転軸
２２ｄ 先端面
２４ ワイヤロープ
２５ 収納体
２６ 扉体動作等補助ユニット
２６ａ カウンタウエイト
２６ｂ、２６ｃ 定滑車
３１ 圧縮コイルばね
３２ 引張りコイルばね

図３は、滑車群を構成する下方の定滑車２６ｃを２個とし、上方の定滑車２６ｂとの間でカウンタウエイト２６ａを昇降動させるものである（柱型）。この柱型の場合、図１，２と同じカウンタウエイト２６ａを使用しても、扉体動作等補助ユニット２６を収納する収納体２５の奥行きＤ（図３（ａ）の紙面左右方向の長さ）を短くすることができる。

図１〜図５の例では、上方の定滑車２６ｂと下方の定滑車２６ｃのワイヤロープ２４の案内面が同じ方向となるように配置しているが、図６に示したように、上方の定滑車２６ｂと下方の定滑車２６ｃのワイヤロープ２４の案内面が角度をなして配置したものでも良い（幅広型）。

圧縮コイルばね３１を使用する場合、例えば扉体２２の傾斜角θが３０°の時に、図９（ａ）に示すように圧縮コイルばね３１が自然長となるようにして、ばねによる扉体起立方向の旋回力が最小となるように設置する。そして、扉体２２の倒伏時又は起立限時に、図９（ｂ）に示すように圧縮コイルばね３１が圧縮されて、扉体２２の起立方向又は倒伏方向の旋回力が最大となるように設置する。

Claims (3)

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るために、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の回転軸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、
   前記扉体の先端面に一端を取り付けたロープの他端に取り付けられたカウンタウエイトと、前記ロープを案内し、起立途中又は倒伏途中における扉体の水平面に対する傾斜角が所定角度になった時に前記カウンタウエイトが最下点となるように設置した滑車群と、を少なくとも有する、扉体の起立補助・起立完了時の衝撃吸収・倒伏時の水位追従機構を、倒伏状態にある前記扉体の先端面の前記ロープの取付け部と相対する位置に設けた収納体内に配置したことを特徴とする浮体式フラップゲート。
2. 前記カウンタウエイトに代えて、ロープの他端にばねを取付け、前記傾斜角が所定角度になった時にばねが自然長となるように滑車群を設置した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. 前記滑車群は、少なくとも２個の定滑車を有するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の浮体式フラップゲート。

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