JP2015113679A - フラップゲート - Google Patents

Abstract

【課題】敷き段差のない水路等のように、大きな初期開度が必要な場合であっても、水位の上昇時には、扉体を完全に閉じることができるとともに、排水時には、内水側から外水側への水流の阻害を低減し、スムーズに排水することができるフラップゲートを提供する。
【解決手段】樋門等の構造物９における開口部９１に対して扉体４を開閉させるフラップゲート１Ａであって、前記扉体４の背面には、水位の上昇に合わせて前記扉体４から離れる方向へ移動するとともに、排水時の水流によって扉体へ近づく方向へ移動する移動フロート６Ａが設けられている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、構造物の開口部を開閉するフラップゲートに関し、特に樋門や水門等の開閉に好適なフラップゲートに関する。

従来より、樋門や水門には、河口部の防潮や河川の逆流防止のためにフラップゲートが設けられている。

このようなフラップゲートとして、例えば、特開２０１２−５７３２２号公報には、内水側と外水側の合流点の水路の開口端に内外水圧差により揺動する扉体を備えるフラップゲートであって、前記開口端の外側上部に設けられた回転軸と、前記回転軸の下部に設けられた揺動アームと、前記揺動アームに対して所定の角度を持って傾いて該揺動アームに取り付けられた前記扉体と、前記回転軸を挟んで扉体の反対側に設けられ、前記扉体の揺動を調整するためのバランスウェイトと、前記回転軸の外水側に設けられた調整アームと、前記調整アームに移動可能に設けられ、前記扉体の回転モーメントを調整するための調整ウェイトと、前記扉体の内側下部に設けられ、浮心が該扉体の重心に対して内側となるフロートからなるフラップゲートが開示されている（特許文献１）。

このフラップゲートによれば、ゲート全体のモーメントのバランスを微調整でき、扉体が開口端との間に十分な隙間を持つように支持され、低水位の状態でも水位の変動への反応の良好なフラップゲートを提供することができるとされている。

特開２０１２−５７３２２号公報

特許文献１に記載のフラップゲートを含め、従来のフラップゲートは、図８に示すように、扉体４が上部の回転軸２を中心に前後に揺動して開口部９１を閉塞する構造のため、開口部９１下方の水路底部には、敷き段差１０と呼ばれる段差が設けられている。この敷き段差１０があるため、扉体４の開度（初期開度）がわずかでも、水路と扉体４との隙間が十分確保され、内水側からのわずかな排水も阻害しない。しかしながら、図９に示すように、敷き段差１０のない既存の水路や、新設の水路であっても水理上の制約により敷き段差１０を設けられない水路では、内水側から外水側への水の流れを阻害しないために、扉体４の初期開度を大きくとる必要がある。

また、従来の自動開閉式のフラップゲートは、図１０に示すように、扉体４の背面にフロート１１を取り付け、水位の上昇・下降に伴う浮力変化によって開閉するようになっている。このため、敷き段差１０がある水路では、扉体４の初期開度が小さくてよいため、フロート１１が小さくても、扉体４に閉方向の回転モーメントを発生させる浮力を十分に得ることができる。

一方、敷き段差１０のない水路では、上記のとおり、扉体４の初期開度を大きくせざるを得ない。このため、フロート１１の浮力によって扉体４に閉方向のモーメントを発生させるには、図１１に示すように、フロート１１を内水側へ大きく張り出す必要がある。しかしながら、この構造では、図１２に示すように、内水側から外水側への排水量が増える非常時等の排水時には、フロート１１が排水を阻害してしまうという問題がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、敷き段差のない水路等のように、大きな初期開度が必要な場合であっても、水位の上昇時には、扉体を完全に閉じることができるとともに、排水時には、内水側から外水側への水流の阻害を低減し、スムーズに排水することが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、樋門等の構造物における開口部に対して扉体を開閉させるフラップゲートであって、前記扉体の背面には、水位の上昇に合わせて前記扉体から離れる方向へ移動するとともに、排水時の水流によって扉体へ近づく方向へ移動する移動フロートが設けられている。

また、本発明の一態様として、前記扉体の背面に固定されたブラケットと、このブラケットに基端部が揺動自在に支持されたフロートアームとを有し、前記移動フロートは、その浮心が、前記フロートアームおよび前記移動フロートの合成重心よりも内水側に偏心した状態で前記フロートアームの先端部に固定されていてもよい。

さらに、本発明の一態様として、前記フロートアームの基端部に設けられたストッパー当接部と、このストッパー当接部と当接し前記フロートアームの揺動範囲を規制するアームストッパーとを有し、前記アームストッパーは、前記移動フロートの浮心が前記回転軸よりも内水側に揺動した位置で前記ストッパー当接部と当接するようにしてもよい。

また、本発明の一態様として、前記扉体の背面には、上方に向けて前記扉体から離れるように傾斜されたガイドレールが固定されており、前記移動フロートは前記ガイドレールに沿って摺動可能に取り付けられていてもよい。

本発明によれば、敷き段差のない水路等のように、大きな初期開度が必要な場合であっても、水位の上昇時には、扉体を完全に閉じることができるとともに、排水時には、内水側から外水側への水流の阻害を低減し、スムーズに排水することができる。

本発明に係るフラップゲートの第１実施形態を示す正面図である。 本第１実施形態のフラップゲートを示す背面図である。 本第１実施形態のフラップゲートであって、通常時の使用状態を示す側面図である。 本第１実施形態のフラップゲートであって、扉体が閉方向へ揺動し始めた状態を示す側面図である。 本第１実施形態のフラップゲートであって、扉体が閉塞された状態を示す側面図である。 本第１実施形態のフラップゲートであって、扉体が開放された状態を示す側面図である。 本第２実施形態のフラップゲートを示す側面図である。 敷き段差を有する水路に設置された従来型のフラップゲートにおける扉体の初期開度を示す側面図である。 敷き段差のない水路に従来型のフラップゲートを設置した場合に、必要となる扉体の初期開度を示す側面図である。 敷き段差を有する水路に設置された従来型のフラップゲートにおいて、フロートを備えた状態を示す側面図である。 敷き段差のない水路に従来型のフラップゲートを設置した場合に、扉体を全閉するために必要となる固定式のフロートを備えた状態を示す側面図である。 図１１に示すフラップゲートにおいて、内水側から外水側へ排水する場合の状態を示す側面図である。

以下、本発明に係るフラップゲートの実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明に係るフラップゲートは、樋門や水門のほか、バルブや防災設備などのように、水路の開閉が必要な開口部を有する全ての構造物に適用しうるものである。また、後述する各実施形態では、本発明に係るフラップゲートを敷き段差１０のない水路に適用しているが、この構成に限定されるものではなく、敷き段差１０のある水路にも適用しうるものである。

本第１実施形態に係るフラップゲート１Ａは、樋門等の構造物９における開口部９１に対して扉体４を開閉させるものであって、図１から図６に示すように、主として、扉体４の上方に回転自在に支持される回転軸２と、この回転軸２に固定され揺動自在に支持される一対の揺動アーム３，３と、構造物９の開口部９１を開閉可能な扉体４と、この扉体４の開閉バランスを調整するバランスウェイト５と、扉体４に対して移動可能な移動フロート６Ａとから構成されている。以下、各構成について詳細に説明する。

回転軸２は、図１から図６に示すように、揺動アーム３，３を介して扉体４を揺動自在に支持するためのものである。本第１実施形態において、回転軸２は、円柱状に形成されており、構造物９の上部に設置された一対の軸受７１，７１によって、略水平方向に回転自在に支持されている。また、回転軸２には、一対の揺動アーム３，３が貫通された状態で固定されている。なお、一対の軸受７１，７１は、図１および図２に示すように、回転軸２の両端近傍に設けられ、軸受固定具７２を介して構造物９に固定される。

一対の揺動アーム３，３は、図１から図６に示すように、同一形状に形成されており、略中間部分に貫通された回転軸２に対して同じ姿勢で固定されている。このため、一対の揺動アーム３，３は、回転軸２周りに揺動自在に支持されることとなる。また、各揺動アーム３，３の下端には、扉体４が取り付けられているとともに、各揺動アーム３，３の上端には、バランスウェイト５が取り付けられている。

扉体４は、構造物９の開口部９１を開閉するためのものであり、図１から図６に示すように、開口部９１を閉塞可能な大きさに形成されている。また、扉体４は、一対の揺動アーム３，３の各下端に固定され、回転軸２周りに揺動自在に支持されている。さらに、扉体４の内水側面には、開口部９１に設けられた戸当たり金物等と水密状態を保持するための水密ゴム４１が周縁部に沿って設けられている。

なお、本第１実施形態では、扉体４と揺動アーム３，３とを別体として形成し、ボルト等によって一体的に固定しているが、この構成に限定されるものではなく、扉体４と揺動アーム３，３とを溶接等で固定してもよく、鋳造や鍛造等により扉体４と揺動アーム３，３とを一体成形してもよい。また、回転軸２と揺動アーム３，３との固定方法も適宜選択されるものであり、溶接等で固定してもよい。

つぎに、バランスウェイト５は、扉体４の開閉バランスを調整するためのものであり、図１および図２に示すように、一対の揺動アーム３，３の各上端に跨るようにして取り付けられている。この構成により、回転軸２を介して、扉体４の重心の閉方向における回転モーメントと、バランスウェイト５の重心の開方向における回転モーメントとが釣り合ったところで静止し、この静止状態における扉体４の開度が初期開度となる。

そして、本第１実施形態では、初期開度にある扉体４が、水圧の生じないわずかな水深での排水を妨げることがないように、揺動アーム３、扉体４、バランスウェイト５および移動フロート６Ａ等が設計されている。なお、本第１実施形態では、フラップゲート１Ａを敷き段差１０のない水路に設置しているため、敷き段差１０がある水路に設置する場合と比較して、初期開度を大きくとる必要がある。

移動フロート６Ａは、扉体４に閉方向の回転モーメントを付与するためのものであり、浮力を発生させやすい発泡ウレタン等によって円柱状に形成されている。なお、移動フロート６Ａの形状は、円柱状に限定されるものではなく、楕円柱状や角柱状等でもよい。本第１実施形態において、移動フロート６Ａは、扉体４の背面に対して移動可能に設けられており、水位の上昇に合わせて扉体４から離れる方向へ移動するとともに、排水時の水流によって扉体４へ近づく方向へ移動するように構成されている。

具体的には、図２および図３に示すように、扉体４の背面に固定された一対のブラケット８１，８１と、このブラケット８１，８１に基端部が揺動自在に支持された一対のフロートアーム８２，８２と、これら各フロートアーム８２，８２の揺動範囲を規制するアームストッパー８３とを有している。そして、図３に示すように、移動フロート６Ａは、その浮心が、フロートアーム８２，８２および移動フロート６Ａの合成重心よりも内水側に偏心した状態でフロートアーム８２，８２の先端部に固定されている。

また、アームストッパー８３は、図３および図４に示すように、フロートアーム８２の基端部に設けられたストッパー当接部８２ａと当接し、フロートアーム８２の揺動範囲を規制するようになっている。具体的には、アームストッパー８３は、移動フロート６Ａの浮心が回転軸２よりも内水側に揺動した位置で、フロートアーム８２のストッパー当接部８２ａと当接するようにブラケット８１に固定されている。

以上のように、本第１実施形態では、揺動可能なフロートアーム８２，８２の先端部に移動フロート６Ａを取り付けることで、移動フロート６Ａの浮心を水平方向に移動可能に構成している。この構成により、移動フロート６Ａは、図４に示すように、水位の上昇時に得られる浮力によって、フロートアーム８２を内水側へ回転させるため、扉体４と離れる方向へ移動する。そして、フロートアーム８２のストッパー当接部８２ａが、アームストッパー８３に当接すると、移動フロート６Ａの浮力によるモーメントが、フロートアーム８２およびブラケット８１に伝達される。このため、図５に示すように、回転軸２に対して、扉体４の閉方向に回転モーメントを発生させ、完全に閉塞させるようになっている。

一方、内水側から外水側への排水量が増加した場合、図６に示すように、移動フロート６Ａは、排水時の水流によって、フロートアーム８２を扉体４側へ回転させ、扉体４へ近づく方向へ移動する。このため、移動フロート６Ａは、扉体４の背面に引き寄せられ、排水の阻害を低減することとなる。

つぎに、本第１実施形態に係るフラップゲート１Ａの作用について説明する。

まず、扉体４が水流の影響を受けていない状態では、図３に示すように、回転軸２に対して、扉体４等の重心の閉方向における回転モーメントと、バランスウェイト５の重心の開方向における回転モーメントとが釣り合う位置で、フラップゲート１Ａが静止する。この静止位置では、扉体４が所定の初期開度でバランスを保つため、扉体４が水流の影響を受けないわずかな水深でも、扉体４と水路底部の隙間から排水が外水側に向かって排出される。

つぎに、外水側の水位上昇に伴って内水側の水位も徐々に上昇する場合、図４および図５に示すように、移動フロート６Ａは、その浮力により水位の上昇に合わせてフロートアーム３を揺動させ、扉体４から離れる方向へ移動する。これにより、移動フロート６Ａの浮心が、回転軸２よりも内水側へ移動するため、扉体４に閉方向の回転モーメントを発生させる。そして、フロートアーム８２のストッパー当接部８２ａが、アームストッパー８３に当接すると、当該回転モーメントが、フロートアーム８２およびブラケット８１に伝達される。これにより、扉体４は無動力で自動的に開口部９１を完全に閉塞するため、洪水や高潮等の災害時に外水側の水が水路に逆流するのを防止する。

一方、内水側から外水側への排水量が増加した場合、内水側の水圧荷重によって扉体４が開放方向へ揺動するとともに、移動フロート６Ａが、排水時の水流によって外水側へと押される。このため、移動フロート６Ａは、フロートアーム８２を逆方向に揺動させ、扉体４の背面へ近づく方向へ移動する。これにより、移動フロート６Ａは、図６に示すように、扉体４の背面側へ引き寄せられるため、内水側から外水側への水流の阻害が低減され、スムーズに排水することができる。

以上のような本第１実施形態のフラップゲート１Ａによれば、以下のような効果を奏する。
１．敷き段差１０のない水路等のように、大きな初期開度が必要な場合であっても、水位の上昇時には、閉方向の回転モーメントを発生させ、扉体４を完全に閉塞することができる。
２．排水時には、移動フロート６Ａを扉体４の背面に収めて、内水側から外水側への水流の阻害を低減し、スムーズに排水することができる。
３．敷き段差１０のない水路であっても、電源等の外部動力を必要とせず、全自動で開閉可能な自動開閉式フラップゲートを設置することができる。
４．敷き段差１０のない水路に設置する自動開閉式フラップゲートに対して、コンパクトな移動フロート６Ａを採用することができる。

つぎに、本発明に係るフラップゲートの第２実施形態について説明する。なお、本第２実施形態に係るフラップゲート１Ｂの構成のうち、前述した第１実施形態と同一もしくは相当する構成は同一の符号を付し、再度の説明を省略する。

本第２実施形態に係るフラップゲート１Ｂは、図７に示すように、扉体４の背面に、上方に向けて扉体４から離れるように傾斜された一対のガイドレール８４，８４が固定されている。そして、移動フロート６Ｂは、各ガイドレール８４，８４に沿って摺動可能に取り付けられている。具体的には、移動フロート６Ｂの両端部にガイドローラを設け、各ガイドローラを各ガイドレール８４，８４に沿ってスライド自在に構成してもよい。

以上の構成により、外水側の水位上昇に伴って内水側の水位も徐々に上昇する場合、移動フロート６Ｂは、その浮力により水位の上昇に合わせてガイドレール８４，８４に沿って上方へ摺動し、扉体４から離れる方向へ移動する。これにより、移動フロート６Ｂの浮心が、回転軸２よりも内水側へ移動するため、扉体４に閉方向の回転モーメントを発生させる。この回転モーメントにより、扉体４は無動力で自動的に開口部９１を完全に閉塞するため、洪水や高潮等の災害時に外水側の水が水路に逆流するのを防止する。

一方、内水側から外水側への排水量が増加した場合、内水側の水圧荷重によって扉体４が開放方向へ揺動するとともに、移動フロート６Ｂが、排水時の水流によって外水側へと押される。このため、移動フロート６Ｂは、ガイドレール８４，８４に沿って下方へ摺動し、扉体４の背面へ近づく方向へ移動する。これにより、移動フロート６Ｂは、図６に示すのと同様に、扉体４の背面側へ引き寄せられるため、内水側から外水側への水流の阻害を低減し、スムーズに排水することができる。

以上のような本第２実施形態のフラップゲート１Ｂよれば、本第１実施形態に係るフラップゲート１Ａと同様の効果を奏する。

なお、本発明に係るフラップゲートは、上述した各実施形態の構成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、上述した各実施形態では、フラップゲートを無動力で自動開閉させるため、水位や浮力によって移動フロート６Ａ，６Ｂを移動させているが、この構成に限定されるものではなく、水位の上昇時に扉体４と離れる方向へ移動し、排水時に外水側へ移動するものであればよい。例えば、水位センサによって水位を監視し、当該水位センサからの出力信号によって制御される駆動モータ等により、移動フロート６Ａ，６Ｂを移動させてもよい。

１Ａ，１Ｂ フラップゲート
２ 回転軸
３ 揺動アーム
４ 扉体
５ バランスウェイト
６Ａ，６Ｂ 移動フロート
４１ 水密ゴム
７１ 軸受
７２ 軸受固定具
８１ ブラケット
８２ フロートアーム
８２ａ ストッパー当接部
８３ アームストッパー
８４ ガイドレール
９ 構造物
９１ 開口部
１０ 敷き段差
１１ フロート

Claims (4)

1. 樋門等の構造物における開口部に対して扉体を開閉させるフラップゲートであって、
   前記扉体の背面には、水位の上昇に合わせて前記扉体から離れる方向へ移動するとともに、排水時の水流によって扉体へ近づく方向へ移動する移動フロートが設けられている、フラップゲート。
2. 前記扉体の背面に固定されたブラケットと、このブラケットに基端部が揺動自在に支持されたフロートアームとを有し、前記移動フロートは、その浮心が、前記フロートアームおよび前記移動フロートの合成重心よりも内水側に偏心した状態で前記フロートアームの先端部に固定されている、請求項１に記載のフラップゲート。
3. 前記フロートアームの基端部に設けられたストッパー当接部と、このストッパー当接部と当接し前記フロートアームの揺動範囲を規制するアームストッパーとを有し、前記アームストッパーは、前記移動フロートの浮心が前記回転軸よりも内水側に揺動した位置で前記ストッパー当接部と当接する、請求項２に記載のフラップゲート。
4. 前記扉体の背面には、上方に向けて前記扉体から離れるように傾斜されたガイドレールが固定されており、前記移動フロートは前記ガイドレールに沿って摺動可能に取り付けられている、請求項１に記載のフラップゲート。
   

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