JP5503075B1 - フラップゲート - Google Patents

Abstract

【課題】敷き段差のない水路に設置しても、無動力で自動開閉できるとともに、水密状態を確保し、堆積物があっても完全に閉塞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、開口部９１の上方に設けられた回転軸２周りに揺動する揺動アーム３は、その下端部に扉体４を揺動自在に支持する扉体用ヒンジ６を有しており、扉体４が開口部９１を閉塞する際に、その下端部から開口部９１に当接しうる傾斜状態で支持されている。
【選択図】 図１

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、敷き段差のない樋門や水路等に好適なフラップゲートに関する。

従来、河川・湖・海岸などに設置される樋門や水門には、洪水、高潮などの災害時における河口部の防潮や河川の逆流防止のためにゲートが設けられている。そして、近年、ゲートの管理を委託されている管理人の高齢化や、災害発生時の管理人の安全性の観点から、ゲートの開閉操作を自動化することへの要望が高まっている。

ただ、ゲートの開閉作業を無動力で自動的に行うことを考えた場合、例えば、洪水時に自動的にゲートが閉まるようにするためには、水位の上昇に伴うゲートの浮力を利用するか、水流の流速抵抗を利用することになる。しかしながら、一般に、洪水や高潮時におけるゲートの開閉管理は水位で行われるため、ほとんどの自動開閉式ゲートは、水位の変化による扉体やフロートの浮力を利用してゲートを開閉している。

このような自動開閉式ゲートとして、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）。

特開２０１２−５７３２２号公報

しかしながら、特許文献１に記載のフラップゲートを含め、従来の自動開閉式のフラップゲートは、回転軸を中心として扉体の反対側にバランスウェイトを取り付け、扉体が軽い力で揺動するようにバランスをとり、当該揺動をフロートの浮力で制御することにより、無動力で自動的に開閉するようになっている。つまり、扉体が回転軸を中心に揺動して開口部を閉塞する構造のため、図１４に示すように、水路の底部に、敷き段差と呼ばれる段差が設けられており、敷き段差のないフラットな水路には設置できないという問題がある。

具体的には、図１５に示すように、敷き段差のない水路に従来のフラップゲートを設置すると、扉体の下端が円弧状の軌跡を描くため、扉体の下端と水路の底面との間にある程度の隙間が必要となる。この隙間がないと、扉体が完全に閉じる前に扉体の下端が水路の底面に接触して止まってしまい、前記扉体を最後まで閉じられなくなる一方、隙間を設けると水密状態を確保することができなくなるいう問題が発生する。

この場合、図１６に示すように、水路の底面にわずかな段差を設ければ、扉体の下端との隙間が塞がれるため、ある程度の水密状態が確保される。しかしながら、図１７に示すように、通常、水路の底面に土砂等の堆積物が堆積することが多いところでは、上記段差を設けることにより前記堆積物がさらに溜まりやすくなる。そうすると、堆積物によって扉体の揺動が邪魔されるため、扉体を完全に閉塞することができなってしまう。

上記のような理由から、従来、敷き段差のないフラットな水路では、図１８に示すように、手動式の開閉装置を用いて開閉させる引き上げ式ゲートが設置されている。しかしながら、このような引き上げ式ゲートは、水密性能は優れているものの、扉体が水中にある場合でも数百ｋｇ以上になるため、扉体やフロートの浮力を利用して無動力で自動的に開閉させることは極めて非現実的である。

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に設置しても、無動力で自動開閉できるとともに、水密状態を確保し、堆積物があっても完全に閉塞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、前記開口部の上方に設けられた回転軸周りに揺動する揺動アームは、その下端部に前記扉体を揺動自在に支持する扉体用ヒンジを有しており、前記扉体が前記開口部を閉塞する際にその下端部から前記開口部に当接しうる傾斜状態で支持されている。

また、本発明の一態様として、前記扉体用ヒンジは、扉体の重心よりも上方位置であって、かつ、扉体の重心よりも内水側の位置で前記扉体を支持していてもよい。

さらに、本発明の一態様として、前記扉体用ヒンジは、前記扉体の揺動中心となるヒンジ軸と、このヒンジ軸を貫通させて揺動自在に支持する軸穴とからなり、当該軸穴は、前記ヒンジ軸の直径よりも上下方向に長い長穴状に形成されていてもよい。

また、本発明の一態様として、前記揺動アームから前記扉体の背面側へ貫通されたフロートブラケットを有しており、このフロートブラケットには、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てもよい。

本発明によれば、敷き段差のない水路に設置しても、無動力で自動開閉できるとともに、水密状態を確保し、堆積物があっても完全に閉塞することができる。

本発明に係るフラップゲートの第１実施形態を示す側面図である。 本第１実施形態のフラップゲートを示す正面図である。 本第１実施形態のフラップゲートが閉塞される際の動作であって、（ａ）初期開度で開放されている状態、（ｂ）扉体の下端部が開口部に当接した状態、および（ｃ）開口部を完全に閉塞した状態を示す図である。 本第１実施形態のフラップゲートにおいて、調整バネを用いて扉体を傾斜状態に保持する例を示す図である。 本発明に係るフラップゲートの第２実施形態における扉体用ヒンジの拡大正面図である。 本第２実施形態のフラップゲートにおいて、（ａ）扉体の下端部が開口部に当接した状態、および（ｂ）開口部を完全に閉塞した状態を示す図である。 本発明に係るフラップゲートの第３実施形態を示す側面図である。 本第３実施形態のフラップゲートを示す正面図である。 本第３実施形態のフラップゲートが閉塞される際の動作であって、（ａ）初期開度で開放されている状態、（ｂ）扉体の下端部が開口部に当接した状態、および（ｃ）開口部を完全に閉塞した状態を示す図である。 本第３実施形態のフラップゲートが開放される際の動作であって、（ａ）初期開度で開放されている状態、（ｂ）補助ウェイトを分離した状態、および（ｃ）主ウェイトを分離した全開状態を示す図である。 本第３実施形態において、半水没状態のフラップゲートを示す図である。 扉体の背面にフロート取付部が設けられている場合の図である。 本発明に係るフラップゲートの他の適用例を示す図である。 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を示す側面図および下端部の拡大図である。 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おける扉体の揺動軌跡を示す図である。 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、段差を設けた場合の閉塞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おける扉体と堆積物との関係を示す側面図である。 敷き段差のない水路に設置された従来型の引き上げ式ゲート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実施形態のフラップゲート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および図２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を揺動自在に支持する扉体用ヒンジ６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、各揺動アーム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、図１および図２に示すように、構造物９の上部に設置された一対の軸受２１，２１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、各軸受２１，２１は、回転軸２の両端近傍に設けられ、軸受固定具２２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、同一形状に形成されており、図１および図２に示すように、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、各揺動アーム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の下端部には、扉体用ヒンジ６を介して扉体４が揺動自在に取り付けられているとともに、各揺動アーム３，３の上端部には、バランスウェイト５が固定されている。

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、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、図１および図２に示すように、一対の揺動アーム３，３の各下端部に、扉体用ヒンジ６を介して取り付けられている。このため、扉体４は回転軸２周りに揺動するとともに、扉体用ヒンジ６周りにおいても揺動するようになっている。

以上の構成において、各揺動アーム３，３は、図１に示すように、回転軸２よりも下側部分が外水側に屈曲されて略Ｌ字形状に形成されている。このため、各揺動アーム３，３は、扉体４がその下端部から開口部９１に当接しうる傾斜状態を許容する。また、各揺動アーム３，３の屈曲部の内側には、扉体４の上端部に当接する扉体当接部３１が形成されている。これにより、扉体用ヒンジ６周りの扉体４の揺動範囲が規制されるため、上述した傾斜状態が保持される。

なお、本第１実施形態では、揺動アーム３を一対で構成しているが、この構成に限定されるものではなく、扉体４を揺動自在に支持しうるものであれば、一つの揺動アーム３でもよく、三つ以上の揺動アーム３を用いてもよい。また、本第１実施形態において、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。

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Ｗ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、当該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および扉体用ヒンジ６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。

扉体用ヒンジ６は、揺動アーム３の下端部に扉体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、扉体用ヒンジ６は、図１および図２に示すように、扉体４の揺動中心となるヒンジ軸６１と、このヒンジ軸６１を貫通させる軸穴６２ａを備えたヒンジブラケット６２とから構成されている。しかしながら、扉体用ヒンジ６は、この構成に限定されるものではなく、揺動アーム３の下端部に扉体４を揺動自在に支持しうるものであれば、どのような構成でもよい。

また、扉体用ヒンジ６は、扉体４が開口部９１を閉塞する際に、扉体４の下端部から開口部９１に当接しうる傾斜状態で支持されている。具体的には、図１に示すように、扉体用ヒンジ６による支持点が、扉体４の重心Ｗよりも上方位置であって、かつ、扉体４の重心Ｗよりも内水側の位置となるように取り付けられている。このため、揺動アーム３が初期開度にある場合、扉体用ヒンジ６周りに扉体４の下端部が内水側へ揺動しようとする回転モーメントが発生する一方、扉体４の上端部が扉体当接部３１に当接するため、扉体４の傾斜状態が保持される。

また、揺動アーム３が初期開度から閉方向に揺動する過程においても、扉体４の重心Ｗは扉体用ヒンジ６よりも下方位置、かつ、外水側の位置にあるため、扉体４には、常に扉体用ヒンジ６周りに下端部が内水側へ揺動しようとする回転モーメントが発生する。よって、扉体４は無動力かつ自動的に下端部から開口部９１に当接するようになっている。

つぎに、本第１実施形態のフラップゲート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ときには、図３（ａ）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、揺動アーム３が静止する。また、扉体用ヒンジ６に対して、扉体４の下端部が内水側へ揺動しようとする回転モーメントが発生する一方、扉体４の上端部が扉体当接部３１に当接するため、その状態で扉体４が静止する。この静止状態では、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と水路底面の隙間Ｓ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外水側の水圧が上昇すると、図３（ｂ）に示すように、扉体４にかかる水圧荷重によって、揺動アーム３が回転軸２周りに閉方向へ揺動する。このとき、本第１実施形態では、扉体用ヒンジ６が、扉体４の重心Ｗよりも上方位置であって、かつ、扉体４の重心Ｗよりも内水側の位置で扉体４を支持しているため、扉体４が下端部から開口部９１に当接する傾斜状態で保持されている。よって、扉体４は、図３（ｂ）に示すように、所定の傾斜角度で下端部から開口部９１に当接する。

扉体４の下端部が開口部９１に当接した後、さらなる水圧荷重が扉体４に加えられると、図３（ｃ）に示すように、扉体４の下端部が開口部９１から反作用の力を受ける。これにより、扉体４は背面（内水側の面）が略鉛直方向となるように扉体用ヒンジ６周りに揺動するため、扉体４の下端部が下降する。また、このとき、扉体用ヒンジ６は、揺動アーム３の揺動軌跡に沿ってさらに下方へ移動する。したがって、扉体４の下端部は、扉体用ヒンジ６に対する下降分に加えて、回転軸２に対する扉体用ヒンジ６の下降分を合わせた下降ストローク分だけ、開口部９１に沿って鉛直下方へ降下することとなる。

以上の動作が水圧のみによって行われるため、別途、動力や手動作業を必要としない。また、閉方向に揺動した扉体４が開口部９１を閉塞するとともに、扉体４の下端部が降下し、水路の底面との隙間Ｓを塞ぐ。このとき、水路の底面に多少の土砂等が堆積している場合でも、扉体４の下端部が堆積物を押し除けながら降下して開口部９１を完全に閉塞し、水密状態を確保する。したがって、本第１実施形態のフラップゲート１Ａは、敷き段差１０のない水路等に設置しても、扉体４が無動力で自動的に開口部９１を完全に閉塞し、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。

なお、上記下降ストロークは、扉体４に対する扉体用ヒンジ６の位置、扉体用ヒンジ６の回転半径、および扉体４と開口部９１が当接するときの角度によって定まる。よって、扉体４の下端部に押付ゴム（図示せず）を取り付ける場合は、図１に示すように、扉体４の下端部が開口部９１に当接したときの水路底面との隙間Ｓと、当該押付ゴムの押付代とを足し合わせた寸法が、下降ストロークと一致するように設計すればよい。

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が揺動アーム３を介して回転軸２周りに開放方向へ揺動する。そして、扉体４が開口部９１から離れると、扉体４の重心Ｗと扉体用ヒンジ６との位置関係によって、再び上述した傾斜状態を保持する。したがって、扉体４が無動力で自動的に開口部９１を開放し、内水側から外水側へ排水させる。

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のフラップゲート１Ａを設置することができる。
２．引き上げ式ゲートと同等の水密状態を確保でき、水路の底面に堆積物があっても完全に閉塞することができる。
３．扉体４の重心Ｗと扉体用ヒンジ６の取り付け位置との位置関係のみによって、扉体４を所定の傾斜状態に保持することができる。

なお、上述した本第１実施形態では、扉体用ヒンジ６が、扉体４の重心Ｗよりも上方位置であって、かつ、扉体４の重心Ｗよりも内水側の位置で扉体４を支持することで、扉体４を上述した傾斜状態に保持している。しかしながら、この構成に限定されるものではなく、図４に示すように、扉体４の上端部と揺動アーム３との間に引張バネ３２を架け渡し、当該引張バネ３２の張力によって、扉体４を上記傾斜状態に保持してもよい。この場合、扉体用ヒンジ６は扉体４に対して任意の位置に取り付けてもよく、例えば、扉体４の重心位置に取り付けてもよい。なお、引張バネ３２の代わりにダンパー等を用いてもよい。

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実施形態のフラップゲート１Ｂは、第１実施形態のフラップゲート１Ａでは押し除けられない程度の土砂等が堆積している水路等に好適なものである。具体的には、図５（ａ）に示すように、ヒンジブラケット６２の軸穴６２ａがヒンジ軸６１の直径よりも上下方向に長い長穴状に形成されている。

なお、上述した第１実施形態および本第２実施形態では、揺動アーム３側にヒンジ軸６１を固定するとともに、ヒンジブラケット６２側に軸穴６２ａを形成しているが、この構成に限定されるものではない。すなわち、図５（ｂ）に示すように、ヒンジブラケット６２側にキープレート６３を用いてヒンジ軸６１を固定するとともに、揺動アーム３側に長穴状の軸穴６２ａを形成してもよい。

以上の構成により、扉体４の下端部が開口部９１に当接するまでは、図６（ａ）に示すように、ヒンジ軸６１が軸穴６２ａの上端部で扉体４を揺動自在に支持し、第１実施形態と同様の動作を行う。一方、扉体４の下端部が開口部９１に当接すると、上述した下降ストローク分だけ、開口部９１に沿って鉛直下方へ降下しようとする。

しかしながら、本第２実施形態では、扉体４によって押し除けられない程度の堆積物が水路の底面に存在する。このため、図６（ｂ）に示すように、扉体４の下端部が堆積物に当接し、それ以上の降下が阻止されると、ヒンジ軸６１が軸穴６２ａ内を下方へ移動し、残りの下方ストロークを吸収する。これにより、揺動アーム３の揺動動作が規制されることがなく、扉体４が扉体用ヒンジ６周りに揺動するため、扉体４が完全に閉塞されて水密状態を確保する。

また、扉体４の下端部と水路の底面との隙間Ｓよりも、軸穴６２ａの上下寸法を小さく設定すれば、当該隙間Ｓよりも小さい厚さの堆積物であっても、当該堆積物によって阻害される下降ストロークを軸穴６２ａが吸収し、扉体４を完全に閉塞できることとなる。

以上のような本第２実施形態のフラップゲート１Ｂによれば、本第１実施形態のフラップゲート１Ａと同様の効果を奏する上、軸穴６２ａの上下寸法以下の厚さまでであれば、水路の底面に土砂等の堆積物が堆積していても、扉体４を完全に閉塞することができる。

つぎに、本発明に係るフラップゲートの第３実施形態について説明する。なお、本第３実施形態に係るフラップゲート１Ｃ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には同一の符号を付し、再度の説明を省略する。

本第３実施形態のフラップゲート１Ｃは、本発明に係る扉体４の鉛直降下機能に加えて、本願出願人による特願２０１３−２６３１７１号に係る分離式ウェイトシステム、および特願２０１３−２５８３６８号に係る移動フロートシステムを統合し、敷き段差１０のない水路において、無動力かつ自動的に開閉させるのに好適なものである。

なお、上記分離式ウェイトシステムは、扉体４の初期開度を大きく保ちつつも、安定的なバランスを取ることができるフラップゲートを提供するためのものである。その構成としては、図７および図８に示すように、扉体４の開閉バランスを調整するバランスウェイト５を主ウェイト５１と補助ウェイト５２とにより構成し、扉体４が全閉状態から所定の傾斜角度まで開放される範囲では主ウェイト５１と補助ウェイト５２とが一体的に回動し、扉体４が所定の傾斜角度以上に開放された範囲では補助ウェイト５２を分離して主ウェイト５１のみが回動するようになっている。

具体的には、図７および図８に示すように、主ウェイト５１は、扉体４を支持する回転軸２に設置される主ウェイト支持アーム５１ａと、この主ウェイト支持アーム５１ａの先端に支持される主ウェイト本体５１ｂとから構成されている。一方、補助ウェイト５２は、回転軸２に対して回動可能に設置される補助ウェイト支持アーム５２ａと、この補助ウェイト支持アーム５２ａの先端に支持される補助ウェイト本体５２ｂとから構成されている。

また、主ウェイト５１と補助ウェイト５２とは、補助ウェイト支持アーム５２ａに設けられた補助ウェイト溝部５２ｃと、主ウェイト支持アーム５１ａに設けられた補助ウェイト溝部５２ｃに嵌合可能な主ウェイト嵌合部５１ｃとを嵌め合わせることで一体的に回動可能となり、扉体４が所定の傾斜角度まで開放したときには構造物９に設けられた補助ウェイトストッパー９２により補助ウェイト５２のみの回動を止めることで、補助ウェイト溝部５２ｃと主ウェイト嵌合部５１ｃとを分離させ、扉体４が所定の傾斜角度以上に開放された範囲では主ウェイト５１のみが回動するようになっている。

さらに、扉体４が揺動アーム３を介して回転軸２に固定されているとともに、主ウェイト支持アーム５１ａが、回転軸２に対して回動可能に設置されている。そして、扉体４と主ウェイト５１とは、主ウェイト支持アーム５１ａに設けられた主ウェイト溝部５１ｄと、揺動アーム３に設けられた主ウェイト溝部５１ｄに嵌合可能な扉体嵌合部３３とを嵌め合わせることで一体的に回動可能となっている。また、扉体４が主ウェイト５１のみを伴って開放されて全開よりも小さい所定の傾斜角度まで開放されたときには構造物９に設けられた主ウェイトストッパー９３により主ウェイト５１の回動を止めて主ウェイト溝部５１ｄと扉体嵌合部３３とを分離させ、扉体４がバランスウェイト５による負荷を受けずに回動するようになっている。

なお、本第３実施形態では、図７に示すように、補助ウェイト５２が扉体４の開閉による反動で主ウェイト５１から分離されて前方側へ転じて回動し、転倒するのを防止するため、扉体４が全閉状態の位置で補助ウエイト５２に当接する転倒防止ストッパー９４が設けられている。

また、上記移動フロートシステムは、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、扉体４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ためのものである。

その構成としては、図７および図８に示すように、扉体４の背面には、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移動フロート７が設けられている。具体的には、揺動アーム３から扉体４の背面側へ貫通されたフロートブラケット７１と、このフロートブラケット７１に基端部が揺動自在に支持されたフロートアーム７２とを有している。そして、移動フロート７は、その浮心が、フロートアーム７２および移動フロート７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７２の先端部に固定されている。

また、アームストッパー７３は、図７に示すように、フロートアーム７２の基端部に設けられたストッパー当接部７２ａと当接し、フロートアーム７２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７３は、移動フロート７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７２のストッパー当接部７２ａと当接するようにフロートブラケット７１に固定されている。

以上の構成を有する本第３実施形態のフラップゲート１Ｃ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ときには、図７に示すように、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と水路底面の隙間Ｓから排水が外水側に向かって排出される。このとき、主ウェイト５１および補助ウェイト５２の両方の重量によって、初期開度が大きく設定されるため、扉体４と水路底面との隙間Ｓが大きく保たれる。

また、初期開度でのバランス状態において、外水側から風が吹いた場合、扉体４には閉方向の回転モーメントが働く。しかし、当該初期開度から完全に閉塞されるまでは、主ウェイト５１と補助ウェイト５２とが一体的に回動する。このため、主ウェイト５１および補助ウェイト５２の重量により開く方向への回転モーメントが働き、扉体４は簡単には閉まらず、所望の初期開度を保持するとともに、突風などによって扉体４が戸当たりに衝突するのを抑制する。

つぎに、外水側の水位上昇に伴って外水側の水圧が上昇すると、図９（ａ）に示すように、移動フロート７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７２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７の浮心が、回転軸２よりも内水側へ移動する。そして、フロートアーム７２のストッパー当接部７２ａが、アームストッパー７３に当接すると、移動フロート７の浮力が、フロートアーム７２およびブラケット７１に伝達され、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および扉体４にかかる水圧荷重によって、揺動アーム３が回転軸２周りに閉方向へ揺動すると、図９（ｂ）に示すように、扉体４が下端部から開口部９１に当接する。

その後、図９（ｃ）に示すように、閉方向に揺動した扉体４が開口部９１に密着しながら下降し、扉体４の下端部が水路の底面との隙間Ｓを塞ぐ。このため、水路の底面に多少の土砂等が堆積している場合でも、扉体４の下端部が堆積物を押し除けながら降下して開口部９１を完全に閉塞し、水密状態を確保する。したがって、敷き段差１０のない水路等に設置しても、扉体４が無動力で自動的に開口部９１を完全に閉塞し、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。

上記のように、扉体４が初期開度から完全に閉塞するまでの範囲では、主ウェイト５１と補助ウェイト５２とが一体的に回動する。よって、主ウェイト５１だけの場合よりも補助ウェイト５２が加わる荷重により扉体４はゆっくり閉鎖方向へ回動し、一方、扉体４が閉まるにつれてバランスウェイト５による開放方向の回転モーメントが小さくなるので、扉体４が完全に閉塞される。

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７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７は、図１０（ａ）に示すように、フロートアーム７２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。

また、扉体４が初期開度から開く方向に揺動すると、図１０（ｂ）に示すように、補助ウェイトストッパー９２が、補助ウェイト５２に当接して回動を停止させる。これにより、補助ウェイト溝部５２ｃから主ウェイト嵌合部５１ｃが離れるため、扉体４は補助ウェイト５２から分離され主ウェイト５１のみと一緒に回動する。このため、主ウェイト５１よりも扉体４が相対的に重くなり、初期開度から扉体４を開くのに必要な力が大きくなる。よって、風圧等で扉体４が開いてしまうことがない。

補助ウェイト５２が分離された後、扉体４がさらに揺動すると、図１０（ｂ）に示すように、主ウェイトストッパー９３が主ウェイト５１に当接してその回動を止めるため、扉体嵌合部３３が主ウェイト溝部５１ｄから離れる。したがって、扉体４は主ウェイト５１からも分離されるため、バランスウェイト５の揺動範囲に規制されることなく、回転軸２周りに自由に揺動し、図１０（ｃ）に示すように、完全な開放位置まで揺動することが可能となる。

このとき、移動フロート７は、図１０（ｃ）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。

また、図１１に示すように、扉体４が半水没状態にある場合、扉体４および移動フロート７にかかる浮力が、扉体４を開放させる方向に作用する。しかしながら、本第３実施形態では、扉体４が初期開度から開く方向に揺動すると、補助ウェイト５２が切り離されて別体となる。このため、相対的に扉体４側が重くなり、扉体４および移動フロート７の浮力に打ち勝って扉体４が閉まり始めるようになっている。

なお、上述した特願２０１３−２５８３６８号に係る移動フロートシステムでは、フロートアーム７２を揺動自在に支持するブラケットが、扉体４の背面に固定されているため、移動フロート７と扉体４とが力学的に一体構造となっている。このため、本第３実施形態において、当該構成を採用すると、図１２に示すように、扉体４の下端部が開口部９１に当接した段階で、移動フロート７の浮力が扉体４の上端部にかかるため、扉体用ヒンジ６を中心にして開く方向に揺動し、開いた状態で静止してしまうおそれがある。

そこで、本第３実施形態では、図７および図８に示すように、フロートブラケット７１を扉体４の背面に固定せず、揺動アーム３から扉体４の背面側へ貫通させている。これにより、移動フロート７と扉体４とが力学的に別体構造となるため、移動フロート７の浮力によるモーメントが、扉体４ではなく揺動アーム３に伝達される。このため、当該揺動アーム３に押された扉体４が確実に開口部９１を閉塞することとなる。

なお、上記構成を採用する場合、扉体４にフロートブラケット７１を貫通させる貫通孔４２を形成する必要がある。しかしながら、当該貫通孔４２は、扉体用ヒンジ６周りに揺動する扉体４とフロートブラケット７１とが接触しない上下寸法に形成されるため、水密状態の確保が難しくなる。そこで、本第３実施形態では、図７および図８に示すように、扉体４背面側に突出したフロートブラケット７１に、貫通孔４２の水密状態を保持するシールフランジ７４を設けている。このシールフランジ７４は、扉体４が完全に閉塞された際に、外水側からの水圧によって貫通孔４２を密閉し、水密状態を確保する。

以上のような本第３実施形態のフラップゲート１Ｃによれば、本第１実施形態のフラップゲート１Ａと同様の効果を奏する上、扉体４の初期開度を大きく保ちつつも、安定的なバランスを取ることができる。また、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、扉体４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。

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、上述した第１実施形態および第２実施形態では、水流で自動開閉するフラップゲートに適用し、上述した第３実施形態では、水位で自動開閉するフラップゲートに適用しているが、この構成に限定されるものではなく、図１３に示すように、油圧シリンダ等の開閉装置８を有するフラップゲートに適用してもよい。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 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
６ 扉体用ヒンジ
７ 移動フロート
８ 開閉装置
９ 構造物
１０ 敷き段差
２１ 軸受
２２ 軸受固定具
３１ 扉体当接部
３２ 引張バネ
３３ 扉体嵌合部
４１ 水密ゴム
４２ 貫通孔
５１ 主ウェイト
５１ａ 主ウェイト支持アーム
５１ｂ 主ウェイト本体
５１ｃ 主ウェイト嵌合部
５１ｄ 主ウェイト溝部
５２ａ 補助ウェイト支持アーム
５２ｂ 補助ウェイト本体
５２ｃ 補助ウェイト溝部
５２ 補助ウェイト
６１ ヒンジ軸
６２ ヒンジブラケット
６２ａ 軸穴
６３ キープレート
７１ フロートブラケット
７２ フロートアーム
７２ａ ストッパー当接部
７３ アームストッパー
７４ シールフランジ
９１ 開口部
９２ 補助ウェイトストッパー
９３ 主ウェイトストッパー
９４ 転倒防止ストッパー
Ｓ 扉体の下端部と水路底面との隙間
Ｗ 扉体の重心

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、
   前記開口部の上方に設けられた回転軸周りに揺動する揺動アームは、その下端部に前記扉体を揺動自在に支持する扉体用ヒンジを有しており、前記扉体が前記開口部を閉塞する際にその下端部から前記開口部に当接しうる傾斜状態で支持されている、フラップゲート。
2. 前記扉体用ヒンジは、扉体の重心よりも上方位置であって、かつ、扉体の重心よりも内水側の位置で前記扉体を支持している、請求項１に記載のフラップゲート。
3. 前記扉体用ヒンジは、前記扉体の揺動中心となるヒンジ軸と、このヒンジ軸を貫通させて揺動自在に支持する軸穴とからなり、当該軸穴は、前記ヒンジ軸の直径よりも上下方向に長い長穴状に形成されている、請求項１または請求項２に記載のフラップゲート。
4. 前記揺動アームから前記扉体の背面側へ貫通されたフロートブラケットを有しており、このフロートブラケットには、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、請求項１から請求項３のいずれに記載のフラップゲート。
   

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