JP5299629B2 - 水門開閉装置 - Google Patents

Description

本発明は、水門を開閉する扉体が自重降下される際の降下速度を適正化する水門開閉装置に関するものである。

従来の水門開閉装置では、扉体が自重降下する際には、その回転軸に対して１系統の減速比が採用されることで、降下速度を一定にして降下させていた。
しかしながら、この従来の手法では、降下速度が一定であるため、閉時間の短縮のため降下速度を速く設定すると床面に到達した際に扉体が損傷する虞があり、一方、扉体が損傷しないように、降下速度を遅く設定すると閉時間（降下時間）が長くなり好ましくない。

このような問題を対策するべく降下速度を可変する方法として、回転軸の回転出力に対して油圧ポンプを使用した油圧制動が採用されているが、油交換等のメンテナンス費用等コストアップとなる。また、油漏れ等の不具合も懸念される。

また、扉体の閉時間を短縮する方法として、ポールチェンジ電動機により速度変換機能を持たせて閉操作時のみ高速度にする方法や、自重降下から電動機運転に切り替える方法等があるが、電動機運転に動力電源が必要になり、停電時等交流電源がなく、速度変換ができない虞がある。

なお、特許文献１には、被駆動軸に、扉体が自重降下する際、その降下速度を調節する遠心ブレーキが連結され、これにより、停電時、無動力においても扉体は自重で降下するが、降下する際には遠心ブレーキによって、扉体の降下速度が一定速度以下となるように調節される水門開閉装置が開示されている。

特開２００５−１４６５２２号公報

上述した従来方法では、扉体の降下速度を可変させるために複雑な構造が必要となり、コストアップの要因となり積極的に採用することができない。
さらに、特許文献１の水門開閉装置では、遠心ブレーキが備えられ、扉体の降下速度が一定速度以下になるように構成されているが、扉体の降下速度を可変させることができず、上述した問題を解決することはできない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、（大幅に）コストアップすることなく、扉体が自重降下される際の降下速度を適正化する水門開閉装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明は、水門を開閉する扉体の自重降下に伴って回転する回転軸と、該回転軸に連結される差動歯車装置と、該差動歯車装置から２方向に延びる出力部と、該各出力部のそれぞれに連結される遠心ブレーキと、前記差動歯車装置から延びる各出力部のそれぞれに連結され、前記回転軸からの回転出力が前記差動歯車装置の各出力部のうち一方から他方に伝達されるように切り替える各電磁ブレーキと、を備え、自重降下時、前記各電磁ブレーキへの操作により初期段階では一方の出力部だけの回転を許容して、前記扉体が床面に接近した時点では他方の出力部だけの回転を許容することを特徴とするものである。
請求項１の発明では、扉体が床面から高い位置にある場合には、各電磁ブレーキへの操作により、回転軸からの回転出力を一方の出力部だけに伝達させつつ、該一方の出力部の回転を遠心ブレーキにより制動するものの、扉体は高速で降下され、その後、扉体が床面に接近した時点で、各電磁ブレーキへの操作により、回転軸からの回転出力を一方の出力部から他方の出力部だけに伝達されるように切り替えて、該他方の出力部の回転を遠心ブレーキにより制動して、扉体を低速で床面に到達させる。
これにより、扉体が床面から高い位置にある場合には、降下速度をある程度高速で降下させ、床面に接近した時点では、低速で降下させながら床面に到達させることができるので、降下時間を短縮させることができると共に、扉体を安全に床面に到達させることができる。
なお、扉体の床面からの高さに対応して、各電磁ブレーキの操作により回転軸からの回転出力を一方の出力部から他方の出力部に切り替える形態では、差動歯車装置から２方向に延びる出力部は、回転軸からの回転出力に対する減速比が異なるように構成する方が好ましい。

請求項２に記載した発明は、水門を開閉する扉体の自重降下に伴って回転する回転軸と、該回転軸に連結される差動歯車装置と、該差動歯車装置から２方向に延びる出力部と、該各出力部のそれぞれに連結される遠心ブレーキと、前記差動歯車装置から延びる各出力部のうちいずれか一方の出力部に連結され、前記回転軸からの回転出力が前記差動歯車装置の各出力部のうち一方から両方に伝達されるように切り替える電磁ブレーキと、を備え、自重降下時、前記電磁ブレーキへの操作により初期段階では一方の出力部だけの回転を許容して、前記扉体が床面に接近した時点では両方の出力部の回転を許容することを特徴とするものである。
請求項３に記載した発明は、請求項２に記載した発明において、前記各出力部は、前記回転軸からの回転出力に対する減速比が異なっており、前記電磁ブレーキは、前記差動歯車装置から延びる各出力部のうち、回転軸からの回転出力に対して減速比が大きく設定された出力部に連結されることを特徴とするものである。
請求項２及び３の発明では、差動歯車装置により回転軸からの回転出力に対して減速比を２系統で出力するようにして、扉体が床面から高い位置にある場合には、電磁ブレーキへの操作（電磁ブレーキへの非通電）により、回転軸からの回転出力を減速比の小さい一方の出力部だけに伝達させつつ、該一方の出力部の回転を遠心ブレーキにより制動するものの、扉体は高速で降下され、その後、扉体が床面に接近した時点では、電磁ブレーキへの操作（電磁ブレーキへの通電）により、回転軸からの回転出力を減速比の小さい一方の出力部から減速比の大きい他方の出力部を含む両方の出力部に伝達されるように切り替えて、各出力部の回転を遠心ブレーキにより制動して、扉体を低速で床面に到達させる。この形態の場合には、扉体が床面に接近した時点で、電磁ブレーキへの操作により、回転軸からの回転出力を減速比の小さい一方の出力部から、減速比の大きい他方の出力部を含む両方の出力部に伝達されるように切り替えるため、扉体が床面に接近した時点では、２つの出力部の回転に対して各遠心ブレーキにより制動が付加されるようになる。

本発明の水門開閉装置によれば、複雑な構造を採用することなく、扉体が自重降下する際、その降下速度を扉体の床面からの高さに対応して適正化することができるので、降下時間を短縮させつつ、扉体を安全に床面に到達させることができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る水門開閉装置を示す断面図である。 図２は、本発明の第２の実施形態に係る水門開閉装置を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図１及び図２に基いて詳細に説明する。
本発明の実施の形態に係る水門開閉装置は、水門を開閉する扉体を自重降下させる際の降下速度を扉体の床面からの高さに対応して適正化することで、扉体の降下時間を短縮させつつ、扉体を安全に床面に到達させることできるものである。

まず、本発明の第１の実施形態に係る水門開閉装置１ａを図１に基いて説明する。
なお、図１には、扉体を自重降下させる際の降下速度を扉体の床面からの高さに対応して適正化すべく要部を図示している。このため扉体の図示は省略している。
図１に示すように、第１の実施形態に係る水門開閉装置１ａでは、扉体が自重降下する際に回転する回転軸２に差動歯車装置３が連結される。すなわち、回転軸２に固定された回転軸側歯車７に、主軸８に固定された主軸側歯車９が噛み合っている。この主軸８にはボスを介して主軸８と直交するように複数の差動歯車軸１０が固定される。これら差動歯車軸１０にベアリングを介して差動歯車１１が軸支される。また、主軸８には、ベアリングを介して中間歯車１２が軸支されており、この中間歯車１２と差動歯車１１が噛み合っている。この中間歯車１２に第１低速側歯車１３がボルト固定され、該第１低速側歯車１３に、低速側回転軸１４（出力部）に軸支される第２低速側歯車１５が噛み合っている。また、差動歯車１１には、高速側回転軸１７（出力部）に軸支される高速側歯車１８が噛み合っている。
本実施の形態では、差動歯車装置３から２方向に延びる低速側回転軸１４及び高速側回転軸１７の、回転軸２の回転出力に対する減速比が相違しており、図視下方に延びる低速側回転軸１４の減速比が、図視右方に延びる高速側回転軸１７の減速比よりも大きく設定される。

また、差動歯車装置３から延びる高速側回転軸１７には、制動手段である遠心ブレーキ４ａが連結される。
遠心ブレーキ４ａは、次のように構成される。すなわち、高速側回転軸１７と連結される遠心ブレーキ側主軸１７ａと直交する方向にシャフト２０が固定される。該シャフト２０の両端にハウジング２１の内周面に接触するようにブレーキブロック２２、２２が固定される。そして、各ブレーキブロック２２、２２が遠心ブレーキ側主軸１７ａ（高速側回転軸１７）の回転により遠心力を受け、ハウジング２１の内壁面との間の摩擦力により高速側回転軸１７の回転を制動する。

さらに、差動歯車装置３から延びる高速側回転軸１７には、遠心ブレーキ４ａよりも先端側に出力切替手段である電磁ブレーキ５ａが連結される。
電磁ブレーキ５ａは、次のように構成される。すなわち、高速側回転軸１７に遠心ブレーキ側主軸１７ａを介して連結される電磁ブレーキ側主軸１７ｂの先端部にブレーキディスク２５がスプライン係合されている。該ブレーキディスク２５がアーマチュア２６（磁気回路を形成する可動鉄片）とプレート２７との間に配置される。そして、コイルバネ２８によりアーマチュア２６を介してブレーキディスク２５をプレート２７に圧着して電磁ブレーキ側主軸１７ｂ（高速側回転軸１７）の回転を規制する。一方、外部からコイル３０に通電されると、アーマチュア２６がフィールド２９側に吸引されることで、ブレーキディスク２５の拘束が解除されて、電磁ブレーキ側主軸１７ｂ（高速側回転軸１７）の回転が許容される。
また、差動歯車装置３から延びる低速側回転軸１４にも、上述した遠心ブレーキ４ａ及び電磁ブレーキ５ａと同等の遠心ブレーキ４ｂ及び電磁ブレーキ５ｂが連結されており、以後の説明を容易にするために符号を相違させている。

以上説明した、第１の実施形態に係る水門開閉装置１ａの作用、特に、扉体が自重降下される際の作用を説明する。
まず、低速側回転軸１４に連結された電磁ブレーキ５ｂへの通電を行わず、低速側回転軸１４の回転が規制された状態を維持する。一方、高速側回転軸１７に連結された電磁ブレーキ５ａへ通電して、高速側回転軸１７の回転を許容した状態とする。
この状態で扉体を自重降下させると、回転軸２からの回転出力は差動歯車装置３を介して高速側回転軸１７に所定の減速比で伝達されることで、高速側回転軸１７の回転トルクが低下され、遠心ブレーキ４ａの制動により扉体の降下速度は遅くなるものの、依然として高速にて降下される。

次に、扉体が床面に接近した時点で、低速側回転軸１４側の電磁ブレーキ４ａへ通電して、低速側回転軸１４の回転規制を開放すると共に、高速側回転軸１７側の電磁ブレーキ５ａへの通電を解除して、高速側回転軸１７の回転を規制する。
この操作により、回転軸２からの回転出力が差動歯車装置３を介して高速側回転軸１７から低速側回転軸１４に切り替わって伝達される。その結果、該回転出力は差動歯車装置３を介して低速側回転軸１４に所定の減速比で伝達され、低速側回転軸１４の回転トルクが高速側回転軸１７の回転トルクよりも低下して、低速側回転軸１４の回転出力を遠心ブレーキ４ｂにより制動することで扉体の降下速度がさらに遅くなり低速にて床面に到達するようになる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る水門開閉装置１ｂを図２に基いて説明する。
第２の実施形態に係る水門開閉装置１ｂを説明する際には、第１の実施形態に係る水門開閉装置１ａとの相違点のみを説明する。
図２に示すように、第２の実施形態に係る水門開閉装置１ｂでは、差動歯車装置３における、中間歯車１２にボルト固定された第１低速側歯車１３に、２つの第２低速側歯車１５、１５がそれぞれ噛み合い、各第２低速側歯車１５、１５は低速側回転軸１４、１４にそれぞれ軸支される。
また、一方（図２において下方）の低速側回転軸１４には、上述した遠心ブレーキ４ｂが連結されており、他方（図２において上方）の低速側回転軸１４には、上述した電磁ブレーキ５ｂが連結される。
また、第１の実施形態に係る水門開閉装置１ａでは、高速側回転軸１７に電磁ブレーキ５ａが連結されて構成されていたが、第２の実施形態に係る水門開閉装置１ｂの高速側回転軸１７には、電磁ブレーキ５ａは連結されておらず、遠心ブレーキ４ａだけが連結される。

そして、第２の実施形態に係る水門開閉装置１ｂにより扉体を自重降下させる際には、まず、他方（図２において上方）の低速側回転軸１４に連結された電磁ブレーキ５ｂへの通電を行わず、他方の低速側回転軸１４の回転が規制された状態を維持する。これにより、一方（図２において下方）の低速側回転軸１４の回転も規制された状態となる。
この状態で扉体を自重降下させると、回転軸２からの回転出力は差動歯車装置３を介して高速側回転軸１７に所定の減速比で伝達されることで、高速側回転軸１７の回転トルクが低下され、遠心ブレーキ４ａの制動により扉体の降下速度が遅くなるものの、依然として高速にて降下される。

次に、扉体が床面に接近した時点で、他方の低速側回転軸１４側の電磁ブレーキ５ｂへ通電して、他方の低速側回転軸１４の回転規制を開放すると共に、一方の低速側回転軸１４の回転規制も開放される。
この操作により、回転軸２からの回転出力が差動歯車装置３を介して高速側回転軸１７から高速側回転軸１７及び低速側回転軸１４の両方に切り替わって伝達される。その結果、該回転出力は、差動歯車装置３を介して高速側回転軸１７及び低速側回転軸１４の両方に所定の減速比でそれぞれ伝達され、高速側回転軸１７及び低速側回転軸１４それぞれの回転出力を各遠心ブレーキ４ａ、４ｂで制動することで、扉体の降下速度がさらに遅くなり低速で床面に到達するようになる。
なお、第２の実施形態に係る水門開閉装置１ｂでは、差動歯車装置３から延びる高速側回転軸１７及び低速側回転軸１４は、回転軸２からの回転出力に対する減速比がそれぞれ異なるように設定（減速比が２系統）されているが、略同じになるように設定（減速比は１系統）してもよい。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係る水門開閉装置１ａ、１ｂでは、自重降下する扉体が床面から高い位置にある場合は、電磁ブレーキ５ａ、５ｂの作動により、回転軸２からの回転出力が、該回転出力に対する減速比の小さい高速側回転軸１７に伝達され、扉体は遠心ブレーキ４ａの制動により降下速度は遅くなるものの、ある程度高速で降下される。その後、扉体が床面に接近した時点で、電磁ブレーキ５ａ、５ｂの作動により、回転軸２からの回転出力は、高速側回転軸１７から低速側回転軸１４（第１の実施形態）に、または、高速側回転軸１７及び低速側回転軸１４の両方に（第２の実施形態）に切り替わり、遠心ブレーキ４ａ、４ｂ（第１の実施形態では遠心ブレーキ４ｂ、第２の実施形態では遠心ブレーキ４ａ及び４ｂの両方）の制動により降下速度がさらに遅くなり低速で床面に到達するようになる。
これにより、扉体を自重降下させる際の降下速度を、扉体の床面からの高さに対応して適正化することで、扉体の降下時間を短縮させつつ、扉体を安全に床面に到達させることできる。

また、本発明の実施の形態に係る水門開閉装置１ａ、１ｂは、従来の油圧ポンプによる制動方法と比較して、オイル等の交換部品も抑制することができ、コストアップを抑制できる。しかも、オイル漏れ等を懸念する必要もない。
さらに、本発明の実施の形態に係る水門開閉装置１ａ、１ｂでは、電源が直流電源のみで作動させることが出来るので、動力電源（交流電源等）が必要なく、非常用電源を使用でき、非常時での遠隔操作が可能になる。

１ａ、１ｂ 水門開閉装置，２ 回転軸，３ 差動歯車装置，４ａ、４ｂ 遠心ブレーキ（制動手段），５ａ、５ｂ 電磁ブレーキ（出力切替手段），１１ 差動歯車，１４ 低速側回転軸（出力部），１７ 高速側回転軸（出力部）

Claims (3)

1. 水門を開閉する扉体の自重降下に伴って回転する回転軸と、
   該回転軸に連結される差動歯車装置と、
   該差動歯車装置から２方向に延びる出力部と、
   該各出力部のそれぞれに連結される遠心ブレーキと、
   前記差動歯車装置から延びる各出力部のそれぞれに連結され、前記回転軸からの回転出力が前記差動歯車装置の各出力部のうち一方から他方に伝達されるように切り替える各電磁ブレーキと、を備え、
   自重降下時、前記各電磁ブレーキへの操作により初期段階では一方の出力部だけの回転を許容して、前記扉体が床面に接近した時点では他方の出力部だけの回転を許容することを特徴とする水門開閉装置。
2. 水門を開閉する扉体の自重降下に伴って回転する回転軸と、
   該回転軸に連結される差動歯車装置と、
   該差動歯車装置から２方向に延びる出力部と、
   該各出力部のそれぞれに連結される遠心ブレーキと、
   前記差動歯車装置から延びる各出力部のうちいずれか一方の出力部に連結され、前記回転軸からの回転出力が前記差動歯車装置の各出力部のうち一方から両方に伝達されるように切り替える電磁ブレーキと、を備え、
   自重降下時、前記電磁ブレーキへの操作により初期段階では一方の出力部だけの回転を許容して、前記扉体が床面に接近した時点では両方の出力部の回転を許容することを特徴とする水門開閉装置。
3. 前記各出力部は、前記回転軸からの回転出力に対する減速比が異なっており、前記電磁ブレーキは、前記差動歯車装置から延びる各出力部のうち、回転軸からの回転出力に対して減速比が大きく設定された出力部に連結されることを特徴とする請求項２に記載の水門開閉装置。

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