JP5948206B2 - 浮体式フラップゲート - Google Patents

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、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、流入しようとする水の浮力を利用して扉体を浮上させ、例えば防波堤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８（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８（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。

特開２００１−２１４４２５号公報 特開２００３−２５３９１２号公報

本発明が解決しようとする問題点は、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浮体式フラップゲートの問題を解決すべく、扉体の浮上動作を常時補助する装置を設置した場合、水位低下時の倒伏がし難くなるという点である。

本発明は、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にすることを目的としてなされたものである。

加えて、点検時に起立させたい場合や、事前に起立させておきたい場合に、手動での扉体の起立・倒伏操作および遠隔からの起立操作の実現を可能と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べく、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、
前記扉体の先端側に第１及び第２のロープの一端をそれぞれ取付け、
前記第１のロープの他端は、少なくとも第１の定滑車を介して起立補助用カウンタウエイトに取付ける一方、前記第１の定滑車は起立又は倒伏途中における扉体の水平面に対する設定傾斜角が３５度〜５５度になった時に前記起立補助用カウンタウエイトが最下点となるように側部戸当りに設置すると共に、前記第２のロープの他端は、起立揺動する前記扉体の前記起立補助用カウンタウエイトと反対の側に設置された第２の定滑車及び第１の動滑車を介して側部戸当りに取り付け、
また、前記第１の動滑車を取り付けたロープ張力保持用カウンタウエイトは遠隔起立操作用カウンタウエイトを載せ置き可能な構成とすると共に、一端を側部戸当りに取り付けた第３のロープの他端を、前記遠隔起立操作用カウンタウエイトに取り付けた第２の動滑車及び側部戸当りに設置した第３の定滑車を介して側部戸当りに配置したドラムに巻き回し、このドラムを人為的な正逆回動可能及びこのドラムの回動を制動可能に構成したことを最も主要な特徴としている。

上記本発明では、水位の上昇による扉体の起立時は水平面に対する設定傾斜角が３５度〜５５度になるまでは、扉体は起立補助用カウンタウエイトによって起立方向に引っ張られて起立を補助される。そして、水平面に対する扉体の設定傾斜角が３５度〜５５度を超えると、起立補助用カウンタウエイトが抵抗となって扉体の起立速度が減速する。これらの扉体の起立時、第２のロープはロープ張力保持用カウンタウエイトの降下により弛むことは無い。

一方、水位の降下による扉体の倒伏時は、水平面に対する設定傾斜角が３５度〜５５度になるまでは、扉体は起立補助用カウンタウエイトによって倒伏方向に引っ張られて水位の低下への追従を補助される。そして、水平面に対する扉体の設定傾斜角が３５度〜５５度より小さくなると、起立補助用カウンタウエイトが抵抗となって扉体の倒伏速度が減速する。この扉体の降下に伴ってロープ張力保持用カウンタウエイトは上昇する。

また、点検時や事前に起立させておきたい場合に、手動で扉体を起立させる時には、手動で前記ドラムを正回転させて遠隔起立操作用カウンタウエイトを降下させれば、ロープ張力保持用カウンタウエイトも同時に降下して扉体が起立する。一方、遠隔操作によって扉体を起立させる時には、ドラムの制動を解除すれば、遠隔起立操作用カウンタウエイトが自重で降下し、それに伴ってロープ張力保持用カウンタウエイトも同時に降下して扉体を起立する。これらの起立時、起立補助用カウンタウエイトは起立中期までは降下、起立中期から起立限までは上昇して、水位上昇による起立時と同様の作用を奏する。

一方、前記起立させた扉体を手動で倒伏する時には、手動で前記ドラムを逆回転させて遠隔起立操作用カウンタウエイトを上昇させれば、扉体の自重によって、ロープ張力保持用カウンタウエイトが上昇し、扉体が倒伏する。この倒伏時も、起立補助用カウンタウエイトは倒伏中期までは降下、倒伏中期から倒伏限までは上昇して、水位降下による倒伏時と同様の作用を奏する。

本発明では、水位の上昇又は下降による起立又は倒伏途中における扉体の水平面に対する設定傾斜角を分岐点として、扉体の起立又は倒伏を補助したり、起立又は倒伏の抵抗となるように起立補助用カウンタウエイトを配置する。従って、流入初期には越流を防止できる一方、倒伏完了前には急激な倒伏を防止することができる。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。

さらに、点検時や事前に起立させておきたい場合は、人為的なドラムの回転又は遠隔操作によるドラムの回転の制動解除だけの小さなエネルギーで扉体を起立させることができる。また扉体の倒伏も人為的なドラムの回転により行うことができる。

本発明の浮体式フラップゲートの要部構成を説明する概略図で、（ａ）は扉体の側面から見た図、（ｂ）は（ａ）図の矢視Ａ−Ａ図である。 本発明の浮体式フラップゲートを構成する遠隔起立操作用カウンタウエイト及びロープ張力保持用カウンタウエイト部を上方から見た斜視図である。 本発明の浮体式フラップゲートを構成するドラムの駆動及び制動装置の一例を説明する図である。 本発明の浮体式フラップゲートの概略図で、（ａ）は側面から見た図、（ｂ）は平面から見た図である。 水位の上昇、低下時におけ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）は流入初期、（ｂ）は起立中期、（ｃ）は起立後期、（ｄ）は倒伏初期、（ｅ）は倒伏後期を示した図である。 点検時や事前に起立させておきたい場合に、本発明の浮体式フラップゲートの扉体の手動での起立操作を説明する図１と同様の図である。 点検時や事前に起立させておきたい場合に、本発明の浮体式フラップゲートの扉体の遠隔操作での起立操作を説明する図１と同様の図である。 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。

本発明は、流入初期に生活空間や地下空間へ越流せず、また、水位低下時にも倒伏がし難くならず、かつ急激に倒伏しないようにするという目的を、起立又は倒伏途中における扉体の水平面に対する設定傾斜角を分岐点として、扉体の起立又は倒伏を補助したり、起立又は倒伏の抵抗となるように起立補助用カウンタウエイトを配置することで実現した。

また、点検時や事前に起立させておきたい場合の人為的な扉体の起立・倒伏操作および遠隔からの起立操作を、第１の動滑車に取り付けたロープ張力保持用カウンタウエイト及び第２の動滑車に取り付けた遠隔起立操作用カウンタウエイトの昇降により行うことで実現した。

以下、本発明を実施するための形態を、図１〜図８を用いて詳細に説明する。
図１〜図４は本発明の浮体式フラップゲートを説明する図で、図１は要部概略構成図、図２は遠隔起立操作用とロープ張力保持用のカウンタウエイト部を上方から見た斜視図、図３はドラムの駆動及び制動装置の一例を示した図、図４（ａ）は側面から見た概略図、（ｂ）は平面から見た概略図である。

図１〜図４において、１１は例えば防波堤の、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１１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１２ａの回転軸１２ｃを支点として扉体１２の先端側１２ｂ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。

図１に示す本発明の浮体式フラップゲート１１は、例えば扉体１２の先端側１２ｂの両側面に夫々ロッド１４が取付けられ、水圧荷重の支持と第１及び第２のワイヤロープ１５，１６の一端を取付ける機能を有している。

前記第１のワイヤロープ１５の他端は、倒伏時の扉体１２の先端上方の側部戸当り１３に設置された第１の定滑車１７を介して起立補助用カウンタウエイト１８に取付けられ、この起立補助用カウンタウエイト１８の重量が扉体１２に作用するようになっている。

前記第１の定滑車１７の設置位置は、扉体１２が起立揺動したときの水平面に対する設定傾斜角θが起立完了時の扉体１２の設定傾斜角の例えば１／２になった時に前記起立補助用カウンタウエイト１８が最下点となるように設置する。なお、発明者らの調査結果によれば、前記設定傾斜角θは３５度〜５５度の範囲であれば問題がないことが分かっている。

一方、前記第２のワイヤロープ１６の他端は、前記扉体１２の、前記起立補助用カウンタウエイト１８と反対の側の側部戸当り１３に設置された第２の定滑車１９、及びロープ張力保持用カウンタウエイト２０に取り付けられた第１の動滑車２１を介して側部戸当り１３に取り付けられている。

そして、前記ロープ張力保持用カウンタウエイト２０の上部には遠隔起立操作用カウンタウエイト２２が載せ置かれ、この遠隔起立操作用カウンタウエイト２２の上部に第２の動滑車２３が取り付けられている（図２参照）。

この第２の動滑車２３にかけ回され第３のワイヤロープ２４は、一端を側部戸当り１３に取り付ける一方、他端側は側部戸当り１３に取り付けた第３の定滑車２５を介して側部戸当り１３に配置したドラム２６に巻き回されている。

なお、図１に示す例では、第２のワイヤロープ１６の他端、及び第３のワイヤロープ２４の一端は、ねじ軸３０ａ，３０ｂを介して側部戸当り１３に取付けられ、側部戸当り１３に対する取付け位置を調整できるようになっている。

２７は前記ドラム２６の軸２６ａに直結した作動歯車減速機であり、一方のサイドギア２７ａの軸は前記ドラム１６の軸と、他方のサイドギア２７ｂの軸は例えば電磁ブレーキ２８と連結されている（図３参照）。

なお、図３中の２７ｃはハンドル２９に直結されたウォーム、２７ｄはウォーム２７ｃに噛み合うウォームホイール、２７ｅはウォームホイール２７ｄと一体の枠、２７ｆは両サイドギア２７ａ，２７ｂをつなぐピニオンである。

上記構成の本発明の浮体式フラップゲート１１では、扉体１２の起立時、及び扉体１２の倒伏時は、以下に説明するような機能を奏する。

（扉体１２の起立時：図５（ａ）〜（ｃ））
流入初期は、起立補助用カウンタウエイト１８が降下し、扉体１２は起立方向に引っ張られて起立を補助される（（ａ）図参照）。そして、水平面に対する扉体１２の設定傾斜角θが例えば４５度になると、扉体１２と第１のワイヤロープ１５が一直線になり（（ｂ）図参照）、起立補助用カウンタウエイト１８は最下端の位置となる。水平面に対する扉体１２の設定傾斜角θが例えば４５度を超えると、扉体１２の起立揺動により、起立補助用カウンタウエイト１８が上昇するので、起立補助用カウンタウエイト１８が抵抗となって扉体１２の起立速度を減速し、起立完了時の衝撃力を緩和する（（ｃ）図参照）。この扉体１２の起立時、第２のワイヤロープ１６はロープ張力保持用カウンタウエイト２０の降下により弛むことは無い。

（起立状態の扉体１２の倒伏時：図５（ｄ），（ｅ））
倒伏初期は、起立補助用カウンタウエイト１８が下降し、扉体１２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（（ｄ）図参照）。そして、水平面に対する扉体１２の設定傾斜角θが例えば４５度になると、扉体１２と第１のワイヤロープ１５が一直線になり、起立補助用カウンタウエイト１８は最下端の位置となる（図５（ｂ）と同じ状態）。水平面に対する扉体１２の設定傾斜角が例えば４５度より小さくなると、扉体１２の倒伏により、起立補助用カウンタウエイト１８が上昇するので、起立補助用カウンタウエイト１８が抵抗となって扉体１２の倒伏速度を減速し、倒伏完了時の衝撃力を緩和する（（ｅ）図参照）。この扉体１２の降下に伴ってロープ張力保持用カウンタウエイト２０は上昇する。

（点検時や事前に起立させておく場合）
・人為的な起立時（図６）
例えば手動でハンドル２９を正回転させ、ウォーム２７ｃを介してウォームホイール２７ｃ（枠２７ｅ）を正回転させる。このとき、電磁ブレーキ２８でサイドギア２７ｂの回転を拘束しておけば、前記回転はピニオン２７ｆからサイドギア２７ａに伝わってドラム２６を正回転させ遠隔起立操作用カウンタウエイト２１を降下させる。この遠隔起立操作用カウンタウエイト２１の降下により、ロープ張力保持用カウンタウエイト２０も同時に降下することになって扉体１２が起立する。この起立時、ウォーム２７ｃとウォームホイール２７ｄによるセルフロック機構が働くので、ハンドル２を離しても扉体１２が倒伏することは無い。

・遠隔操作による扉体の起立時（図７）
電磁ブレーキ２８を開放してドラム２６の制動を解除すれば、サイドギア２７ａ，２７ｂ，ピニオン２７ｆの回転が自在、すなわちドラム２６の回転が自在になるので、遠隔起立操作用カウンタウエイト２２が自重で降下する。この遠隔起立操作用カウンタウエイト２１の降下に伴ってロープ張力保持用カウンタウエイト２０も同時に降下して扉体１２が起立する。

これらの起立時、起立補助用カウンタウエイト１８は設定傾斜角θになるまでは降下、設定傾斜角θを超えると上昇して、水位上昇による起立時と同様の作用を奏する。

（前記起立させた扉体１２の人為的な倒伏時）
前記起立させた扉体１２を例えば手動で倒伏させるときは、ハンドル２９を逆回転させ、ウォーム２７ｃを介してウォームホイール２７ｃ（枠２７ｅ）を逆回転させる。このとき、電磁ブレーキ２８でサイドギア２７ｂの回転を拘束しておけば、前記回転はピニオン２７ｆからサイドギア２７ａに伝わってドラム２６を逆回転させ遠隔起立操作用カウンタウエイト２１を上昇させる。この遠隔起立操作用カウンタウエイト２１の上昇により、扉体１２の自重によって、ロープ張力保持用カウンタウエイト２０も上昇して、扉体１２が倒伏する。この倒伏時も、起立補助用カウンタウエイト１８は設定傾斜角θになるまでは降下、設定傾斜角θより小さくなると上昇して、水位降下による倒伏時と同様の作用を奏する。

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、上記の例では、ドラム２６の制動装置として電磁ブレーキ２８を示したが、遠隔からの操作が可能で、バッテリー程度の小容量の電力でドラム２６の制動を解除できるものであれば電磁ブレーキ２８に限らない。

また、上記の例では、人的な扉体１２の起立、降伏時におけるセルフロックをウォーム２７ｃとウォームホイール２７ｄを用いて行っているが、ハンドル２９を離してもセルフロックされて扉体１２が倒伏しないものであれば、爪車による逆転防止機構を設けたものでも良い。また、セルフロック機構が無いものであれば、ブレーキを併用しても良い。

また、人為的な起立、倒伏操作は手動でなくても、電動やエンジン等を使用するものでも良い。

また、上記の例では、人為的な又は遠隔操作可能な起立、倒伏装置及び起立補助機構を共に左右の側部戸当り１３に設置しているが、径間の狭いものでは片側の側部戸当り１３にのみに設置しても良い。またその場合、一方の側部戸当たり１３には人為的な又は遠隔操作可能な起立、倒伏装置、他方の側部戸当り１３には起立補助機構を設置するようにしても良い。

また、上記の例では、扉体１２の先端側の両側にロッド１４を取り付けたものを示したが、扉体１２の先端部の幅方向全域に１本のロッドを取り付けたものでも良い。また、ロッド１４の代わりに、扉体１２の先端部に吊りピースを取付け、その吊りピースに第１、第２のワイヤロープ１５，１６の一端を取付けても良い。

また、上記の例では、ワイヤロープ１５，１６，２４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。

１１ 浮体式フラップゲート
１２ 扉体
１２ａ 基端側
１２ｂ 先端側
１２ｃ 回転軸
１３ 側部戸当り
１５ 第１のワイヤロープ
１６ 第２のワイヤロープ
１７ 第１の定滑車
１８ 起立補助用カウンタウエイト
１９ 第２の定滑車
２０ ロープ張力保持用カウンタウエイト
２１ 第１の動滑車
２２ 遠隔起立操作用カウンタウエイト
２３ 第２の動滑車
２４ 第３のワイヤロープ
２５ 第３の定滑車
２６ ドラム
２７ 作動歯車減速機
２８ 電磁ブレーキ
２９ ハンドル

Claims (2)

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べく、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、
   前記扉体の先端側に第１及び第２のロープの一端をそれぞれ取付け、
   前記第１のロープの他端は、少なくとも第１の定滑車を介して起立補助用カウンタウエイトに取付ける一方、前記第１の定滑車は起立又は倒伏途中における扉体の水平面に対する設定傾斜角が３５度〜５５度になった時に前記起立補助用カウンタウエイトが最下点となるように側部戸当りに設置すると共に、前記第２のロープの他端は、起立揺動する前記扉体の前記起立補助用カウンタウエイトと反対の側に設置された第２の定滑車及び第１の動滑車を介して側部戸当りに取り付け、
   また、前記第１の動滑車を取り付けたロープ張力保持用カウンタウエイトは遠隔起立操作用カウンタウエイトを載せ置き可能な構成とすると共に、一端を側部戸当りに取り付けた第３のロープの他端を、前記遠隔起立操作用カウンタウエイトに取り付けた第２の動滑車及び側部戸当りに設置した第３の定滑車を介して側部戸当りに配置したドラムに巻き回し、このドラムを人為的な正逆回動可能及びこのドラムの回動を制動可能に構成したことを特徴とする浮体式フラップゲート。
2. 前記ドラムは、制動状態で人為的な正逆回転が可能なように構成されている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。

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