JP5611806B2 - ゲートの軸受け構造 - Google Patents

Description

本発明は、水路等に設けられるゲートの扉体を回動自在に支持する軸受け構造において、摩擦が小さく、且つ大きな回転角にも対応可能な軸受け構造に関するものである。

河川や用水路、ダム等に設置されるゲートには、扉体を揺動可能に支持する構造を持つものがある。この場合、支持部が具備すべき要件としては、水位に対する良好な追従性を確保するため、または操作動力低減のため摩擦係数が小さいことや、点検時や非常時に扉体を大きく動かす必要があることから大きな揺動角度にも対応可能であることなどが求められる。

ゲートの扉体を揺動可能で回動自在に支持する構造として、通常はすべり軸受けや、転がり軸受けを用いた軸受け構造を使用している。

ゲートの例としては、特許文献１の排水路や分水路に設置される水位調整ゲートのように、水路の上方に回動自在に支持された水平な回転軸に一対のアームが固着され、その上流端に回転軸を中心とする円弧状の扉体が固着され、アームの下流端近くにカウンターウェイトが吊着されている。また、河川の横方に延びた回転軸の端部に上流側に向かってフロートアームが固着されていて、フロートアームにはフロートが連結されてゲートを構成している。前記回転軸には通常すべり軸受けや、転がり軸受けが用いられる。

動作原理は、上流水位の変化に伴ってフロートとフロートアームが昇降し、その昇降運動が回転軸によってアームの回動運動に変換され、アームに固着された扉体が開閉され水路の流量調整が行われる。水位調整ゲートが水位のわずかな変化に対応するためには、フロートのサイズを大きくするか、フロートアームの長さを長くする必要がある。

特開平３−３９５１３号公報

ゲートの扉体は、その回転軸に用いられる軸受けが、すべり軸受けの場合は摩擦が大きいため内外水位差が小さいときには扉体が揺動しにくくなってしまう。また、転がり軸受けの場合は摩擦は小さいものの、じんあいの侵入を防ぐために複雑なシール構造が必要になったり、構成部品が繰り返し応力によって疲労するため寿命があり定期的な交換が必要になるので、保守費用の面で不利であった。

また、摩擦の少ない軸受けとしてピボット軸受けも挙げられるが、ピボット軸受けは端部に球面加工を必要とするため製作コストがかかり、かつ、軸と支持部の接触が点接触であるため、耐荷重や耐久性に問題がある。

さらに、特許文献１の水位調整ゲートでは、特にゲート全体のサイズに制約があり前記フロートアームの長さを短くせざるを得なかったり、フロートのサイズを小さくせざるを得ないような場合には、扉体を揺動するためのトルクを得るのが難しくなることがある。その場合は揺動の中心となる回転軸の摩擦が問題となることがある。回転軸の摩擦が大きいと水位変化に対する追従性が悪くなり、ゲートとしての役割を成さなくなる可能性があるためである。

本発明は上記を鑑みてなされたものであって、水路に設けられるゲートにおいて、内外水位差が小さくても扉体が揺動し易く、かつ大きな回転角にも対応可能な軸受け構造を提供することにある。

本願請求項１に記載の発明は、水路に設けられるゲートの扉体を回動自在に支持する回転軸の軸受け構造において、前記軸受け構造は、前記回転軸に形成されたナイフエッジ部と、前記ナイフエッジ部を軸支する溝部が形成された支持金具と、前記支持金具を回動自在に内輪で支持する軸受けと、前記軸受けが内挿される軸受けハウジングとを有することを特徴としている。

本願請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の軸受け構造において、前記ナイフエッジ部が前記軸受けハウジング内に挿通されて前記支持金具により支持されていることを特徴としている。

本願請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の軸受け構造において、前記ナイフエッジ部が前記軸受けハウジングの外側で前記支持金具により支持されていることを特徴としている。

本願請求項４に記載の発明は、水路に設けられるゲートの扉体を回動自在に支持する回転軸の軸受け構造において、前記軸受け構造は、前記回転軸に形成された溝部と、前記回転軸の溝部を軸支するナイフエッジ部が形成された支持金具と、前記支持金具を回動自在に内輪で支持する軸受けと、前記軸受けが内挿される軸受けハウジングとを有することを特徴としている。

本願請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の軸受け構造において、前記回転軸の溝部が前記軸受けハウジング内に挿通されて前記支持金具により支持されていることを特徴としている。

本願請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の軸受け構造において、前記回転軸の溝部が前記軸受けハウジングの外側で前記支持金具により支持されていることを特徴としている。

本願請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の軸受け構造において、前記回転軸の揺動の中心軸が前記軸受けの中心軸に対して偏心していることを特徴としている。

本願発明の軸受け構造は、扉体が自由に揺動する時にはナイフエッジ部と支持金具からなるナイフエッジ構造により回転軸は線接触で軸支されて揺動するので、摩擦が非常に小さくなり水位変化に対する追従が良くなる利点がある。

また、支持金具が固定されたナイフエッジ構造のみで軸受け構造を構成すると、その構造上揺動角度に制約ができてしまうが、本発明ではハウジング内に挿嵌された軸受けにより支持金具を回動することができる。そのため、揺動する角度が小さいときにはナイフエッジ部が低摩擦で揺動し、メンテナンス時や非常時などではナイフエッジ部と支持金具が連動して揺動角度以上に大きく回動することができるので、回転軸に取り付けられた扉体を大きく開くことが可能である。

また、軸受け構造の部材のサイズや構成の配置を変えることにより、ナイフエッジ部の強度を高めるためにナイフエッジ部の寸法を大きくしたり、用いられる軸受けをより小型にすることも可能である。

本発明の軸受け構造は、ゲートの扉体の回転軸に適用して揺動時の摩擦を小さくする他に、扉体に限らず所定の角度内において回転軸の摩擦を極力小さくし、非常時等扉体を大きく回動したい場合の構造にも適用可能である。

本発明に係る軸受け構造の第１の実施形態を示す。（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）はナイフエッジ構造の拡大図（ｄ）は支持金具の別の形状の例を示す。 本発明に係る軸受け構造の第１の実施形態の動作例を示す。（ａ）は静止時、（ｂ）はナイフエッジが自由揺動角の最大角まで回動した場合、（ｂ）はナイフエッジが自由揺動角の最大角以上回動した場合を示す。 本発明に係る軸受け構造の第２の実施形態を示す。（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図を示す。 本発明に係る軸受け構造の第３の実施形態を示す。（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図を示す。 本発明に係る軸受け構造の第４の実施形態を示す。（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図を示す。 本発明に係る軸受け構造の第５の実施形態を示す。（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図を示す。 本発明に係る軸受け構造の第６の実施形態を示す。（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図を示す。 本発明に係る軸受け構造を用いた水位調整ゲートの例を示す。（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図を示す。 本発明に係る軸受け構造を用いたフラップゲートの一例を示す。

本発明に係る第１の実施形態の軸受け構造とその動作例を図１及び図２を参照して説明する。図１の軸受け構造は主に図８のような水路に設けられるゲートの扉体２２を支持する回転軸１２の軸受け部分１０に使用される。扉体２２は水路の流量や水位に対して水路との隙間の調整を行うことによって下流への水流の調節を行うものである。そのため、水位変化等に対する追従性が良くなくてはならない。また、図９のような逆流防止用のフラップゲートの扉体を支持する回転軸部分にも適用可能である。

図１の軸受け構造１０は、軸受けハウジング１１に円筒状の孔が設けられており、その孔の内部に回転軸１２に形成された略V字形状のナイフエッジ１３、溝部１６が形成された支持金具１４、軸受け１５が納められる構造となっている。軸受け１５は本実施例ではころがり軸受けを使用している。
それぞれの部材の配置関係は図１（ｂ）の断面図のように、まず、軸受けハウジング１１の孔の内面に軸受け１５が挿嵌されている。
軸受け１５の内輪には、前記内輪の内径に公差を持たせた円柱形状で一部に略V字形状の溝部１６を有した支持金具１４が挿通されている。支持金具１４は図１（ａ）のように軸受け１５によってに回動自在に遊嵌状に備えられている。
支持金具１４は装置製造設置時に溝部１６が上向きになるように配置され、溝部１６に回転軸１２に設けられたナイフエッジ１３が載置され、支持金具１４とナイフエッジ１３によりナイフエッジ構造を構成している。溝部１６の溝形状は、Ｖ字形状や円弧形状、２平面交さ形などナイフエッジ１３が溝部１６の所定位置で揺動することのできる形状となっているのが望ましい。

ナイフエッジ構造は図１（ｃ）のように、ナイフエッジ１３の頂角をθ、支持金具１４の開き角をα、回転軸１２が自由揺動する幅つまり扉体２２が自由揺動する幅（自由揺動角）をβ、γとすると、本実施例ではβ＝γとなるような形状に設計されている。

また、例えばナイフエッジ１３が時計方向に回動すると扉体が開くと仮定すると、図４（ｄ）のように静止状態で支持金具１４の溝部１６の形状を予めβ＜γとなるように設計すると、β＝γの場合に比べ扉体をより大きく開くことができる。βの角度は扉体が水路を閉鎖することのできる角度が確保されていればよい。

さらに、適用される水路のサイズや設置場所の条件によって自由揺動角β、γをあらかじめ設定し、ナイフエッジ１３の頂角θや支持金具１４の溝部１６の開き角αの形状を設計するとナイフエッジ１３の揺動角度つまり回転軸１２の揺動角度を個々に設定することができる。

また、略V字状のナイフエッジ１３のエッジ部分は完全に鋭利なエッジでも良いが、図１（ｃ）のように先端が丸みを有しているとヘルツの接触応力が激減するので耐久性も向上する。

次に、本発明に係る軸受け構造の第１の実施形態の動作例を図２に示す。図２（ａ）は静止時を示している。ナイフエッジ１３が角度β（＝γ）の間を自由揺動している場合は支持金具１４は回動しない。この状態ではナイフエッジ１３は支持金具１４に線接触で支えられているので、自由揺動の摩擦抵抗は極めて小さく、回転軸１２に設けられた扉体の水位変化に対する追従性が良くなるという利点がある。

図２（ｂ）のようにナイフエッジ１３が角度γまで回動すると、ナイフエッジ１３をなす面と支持金具１４の溝部１６をなす面が当接する。軸受け１５が設けられておらず支持金具１４が固定されているナイフエッジ構造の場合は、この状態以上にナイフエッジ１３つまり回転軸１２を回動することができない。

ところが、本発明では軸受け１５が設けられているので、図２（ｃ）のように、ナイフエッジ１３と支持金具１４が当接後は両者が連動して回動することとなるので、ナイフエッジ構造による制約を受けず、メンテナンス時や非常時など扉体を自由揺動角度以上に大きく開くことが可能である。

次に、本発明に係る軸受け構造の第２の実施形態を図３を参照して説明する。
ナイフエッジ１３の強度を高めるためにサイズを大きくしたい場合、図１の軸受け構造１０だとナイフエッジ１３が軸受けハウジング１１の孔の中に納まる構造なので全体が大型化してしまい製造コスト、特に軸受け１５のコストが高くなってしまう。
それに対して、図３の軸受け構造１０は、支持金具１４を軸受けハウジング１１の外部まで延設し、溝部１６にナイフエッジ１３を載置する構造となっている。そのため図１と同サイズの軸受けハウジング１１、軸受け１５のままでナイフエッジ１３のサイズを大きくすることができナイフエッジ部分の強度アップを図れる。もしくは荷重等に耐えられる程度にサイズの小さい軸受け１５を使用することができるので製造コストを低減することができる。

図３の軸受け構造の場合は、ナイフエッジ１３の回転角度が大きいと支持金具の溝部の面が水平以下になり、ナイフエッジ１３が支持金具１４から外れてしまう可能性があるが、その場合は図示しないカバー等を取り付けて脱落を防止することができる。

次に、本発明に係る軸受け構造の第３の実施形態を図４を参照して説明する。
ナイフエッジ１３のサイズを大きくする方法として、第１の実施形態の軸受け構造において、軸受け１５の中心軸と、ナイフエッジ１３の揺動の中心軸を下方へ偏心するように支持金具１４を設計することによってもサイズ変更ができる。軸受け１５内に新たにスペースができるので、その分ナイフエッジ１３のサイズを大きくすることができるためである。なお、第３の実施形態の軸の偏心構造は第２の実施形態にも適用可能である。

次に、本発明に係る軸受け構造の第４の実施形態を図５を参照して説明する。
図５の軸受け構造１０は、図１の第１の実施形態のナイフエッジ構造を構成しているナイフエッジと溝部が逆構造となったものである。軸受けハウジング１１に円筒状の孔が設けられており、その孔の内部に回転軸１２に形成された逆V字形状の溝部１６、逆V字形状のナイフエッジ１３が形成された支持金具１４、軸受け１５が納められる構造となっている。

それぞれの部材の配置関係は図５（ｂ）の断面図のように、まず、軸受けハウジング１１の孔の内面に軸受け１５が挿嵌されている。
軸受け１５の内輪には、断面視略扇形状で、先端部にナイフエッジ１３が形成された支持金具１４が挿通されている。支持金具１４は図５（ａ）のように軸受け１５によってに回動自在に遊嵌状に備えられている。
支持金具１４は装置製造設置時にナイフエッジ１３が上向きになるように軸受け１５内に配置され、ナイフエッジ１３に回転軸１２に形成された溝部１６が載置され、支持金具１４とナイフエッジ１３によりナイフエッジ構造を構成し自由揺動することができる。溝部１６の溝形状は、Ｖ字形状や円弧形状、２平面交さ形などナイフエッジ１３が溝部１６の所定位置で揺動することのできる形状となっているのが望ましい。

また、同様に、図６の第５の実施形態、図７の第６の実施形態は、回転軸１２に溝部１６、支持金具１４にナイフエッジ１３が形成された軸受け構造、つまり第２及び第３の実施形態のナイフエッジ構造を反対にした軸受け構造となっており、第２及び第３の実施形態と同様に揺動の摩擦低減や軸受けのサイズダウン、回転軸の強度アップ等の効果を得ることができる。

次に、軸受け構造１０を水位調整ゲートに適用した場合の一例を図８を参照して説明する。
水位調整ゲート２０の構成は、水平な回転軸１２の両端にナイフエッジ１３が設けられて軸受け構造１０によって軸支されている。回転軸１２には一対のアーム２１が固着され、その上流端に回転軸１２を中心とする円弧状の扉体２２が固着され、アームの下流端近くにカウンターウェイト２３が吊着されている。また、水路脇にはフロート室２４が設けられ、河川の横方に延びた回転軸１２の端部には上流側に向かってフロートアーム２５が固着されていて、フロートアーム２５にはフロート２６が昇降自在に連結されてフロート室２４に納められて水位調整ゲート２０を構成している。

扉体２２はフロート２６の昇降運動に連携して開閉される。水位調整ゲートは、回転軸１２の軸受けの摩擦が大きい場合、フロート２６の体積が大きくなってしまう欠点がある。
しかし、本発明の軸受け構造１０はナイフエッジ構造により摩擦抵抗が非常に小さいので扉体２２の水位変動の追従性が良く、また、フロート２６のサイズを大きくする必要も無いので、水位調整ゲート２０をよりコンパクトに構成することができる利点がある。

また、水位調整ゲート２０のメンテナンス時や非常時に扉体２２を大きく開かなくてはならない場合では、軸受け構造１０に設けられた軸受け１５によって扉体２２を自由揺動角度以上に開くことができる利点がある。なお、軸受け構造１０に使用されている軸受け１５は本実施例ではころがり軸受けを使用しているが、扉体２２をナイフエッジ１３の自由揺動角度以上に大きく開放する際の摩擦抵抗がそれほど問題とならない場合はすべり軸受けでも良い。

本発明の軸受け構造は、ラジアルゲート、起伏ゲート、フラップゲート等の回転支持部を有するゲートに利用することができる。

１０ 軸受け構造
１１ 軸受けハウジング
１２ 回転軸
１３ ナイフエッジ
１４ 支持金具
１５ 軸受け
１６ 溝部
２０ 水位調整ゲート
２１ アーム
２２ 扉体
２３ カウンターウェイト
２４ フロート室
２５ フロートアーム
２６ フロート

Claims (7)

1. 水路に設けられるゲートの扉体を回動自在に支持する回転軸の軸受け構造において、前記軸受け構造は、
   前記回転軸に形成されたナイフエッジ部と、
   前記ナイフエッジ部を軸支する溝部が形成された支持金具と、
   前記支持金具を回動自在に内輪で支持する軸受けと、
   前記軸受けが内挿される軸受けハウジングと、
   を有することを特徴とした軸受け構造。
2. 請求項１に記載の軸受け構造において、前記ナイフエッジ部が前記軸受けハウジング内に挿通されて前記支持金具により支持されていることを特徴とした軸受け構造。
3. 請求項１に記載の軸受け構造において、前記ナイフエッジ部が前記軸受けハウジングの外側で前記支持金具により支持されていることを特徴とした軸受け構造。
4. 水路に設けられるゲートの扉体を回動自在に支持する回転軸の軸受け構造において、前記軸受け構造は、
   前記回転軸に形成された溝部と、
   前記回転軸の溝部を軸支するナイフエッジ部が形成された支持金具と、
   前記支持金具を回動自在に内輪で支持する軸受けと、
   前記軸受けが内挿される軸受けハウジングと、
   を有することを特徴とした軸受け構造。
5. 請求項４に記載の軸受け構造において、前記回転軸の溝部が前記軸受けハウジング内に挿通されて前記支持金具により支持されていることを特徴とした軸受け構造。
6. 請求項４に記載の軸受け構造において、前記回転軸の溝部が前記軸受けハウジングの外側で前記支持金具により支持されていることを特徴とした軸受け構造。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の軸受け構造において、前記回転軸の揺動の中心軸が前記軸受けの中心軸に対して偏心していることを特徴とした軸受け構造。
   

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