JP7049955B2 - 水門開閉装置及びチェーン張力調整方法 - Google Patents

Description

本発明はチェーンを巻き上げて水門の扉体を上昇させる水門開閉装置及びその水門開閉装置のチェーン張力調整方法に関する。

水路や河川等の水門には、スプロケット（以下、「第１駆動スプロケット」と言う）を回転駆動させてチェーンを巻き上げ、チェーンに連結された扉体を上昇させる水門開閉装置が設置されている。特許文献１、２、３には、巻き上げられたチェーンに複数の垂れ下がった領域を設けてチェーンを収めるチェーン収容機構を備えた水門開閉装置の具体例が記載されている。そのようにチェーンを収めることで、チェーンにカウンターバランスを連結する必要がなくなり、水門装置全体のコンパクト化を図ることができる。

しかも、特許文献２、３に記載の水門開閉装置は、チェーン収容機構が第１駆動スプロケットより高い位置で、人が容易に接近可能な位置に設けられているので、作業員はチェーン収容機構に収められたチェーンを効率的に点検することができる。
そして、特許文献３に記載の水門開閉装置は、回転駆動によってチェーンをチェーン収容機構に引き上げる第２駆動スプロケットを備えることから、チェーンをチェーン収容機構に安定的に案内することが可能である。

特開平９－３１９４９号公報 特開２００５－１８８０５８号公報 特開２０１７－６１８５２号公報

ところで、チェーンは扉体の負荷がかかった状態となっていることから、使用期間が長くなるにつれて、チェーンは伸びる。特許文献３には、チェーンが伸びて、チェーンの第１駆動スプロケットと第２駆動スプロケットの間の領域に弛みが生じる点についての記載が存在せず、チェーンの弛みをどのようにして取り除くかが示されていなかった。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、チェーンの弛みを緩和し又は取り除くことが可能な水門開閉装置及びその水門開閉装置のチェーン張力調整方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る水門開閉装置は、モータＰの駆動による第１のスプロケットの回転駆動によってチェーンを巻き上げて、該チェーンに連結された扉体を上昇させる水門開閉装置において、前記チェーンを収容するチェーン収容機構と、モータＱと、前記モータＱの駆動によって回転駆動して、前記チェーンを前記チェーン収容機構に案内する第２のスプロケットと、前記チェーンの前記第１、第２のスプロケット間の領域に生じている張力を検出する張力検出手段と、前記モータＰ及び前記モータＱのいずれか一方又は双方の駆動を制御して、前記張力検出手段が検出する張力を所定範囲内に収める制御手段とを備える。

前記目的に沿う第２の発明に係るチェーン張力調整方法は、モータＰの駆動による第１のスプロケットの回転駆動によって巻き上げられて、連結された扉体を上昇させるチェーンを、モータＱの駆動による第２のスプロケットの回転駆動によってチェーン収容機構に案内する水門開閉装置のチェーン張力調整方法において、前記チェーンの前記第１、第２のスプロケット間の領域に生じている張力を張力検出手段で検出する工程と、前記モータＰ及び前記モータＱのいずれか一方又は双方の駆動を制御して、前記張力検出手段が検出する張力を所定範囲内に収める工程とを有する。

第１の発明に係る水門開閉装置は、チェーンの第１、第２のスプロケット間の領域に生じている張力を検出する張力検出手段と、モータＰ及びモータＱのいずれか一方又は双方の駆動を制御して、張力検出手段が検出する張力を所定範囲内に収める制御手段とを備えるので、チェーンの弛みを緩和し又は取り除くことが可能である。
また、第２の発明に係るチェーン張力調整方法は、チェーンの第１、第２のスプロケット間の領域に生じている張力を張力検出手段で検出する工程と、モータＰ及びモータＱのいずれか一方又は双方の駆動を制御して、張力検出手段が検出する張力を所定範囲内に収める工程とを有するので、チェーンの弛みを緩和し又は取り除くことができる。

本発明の第１の実施の形態に係る水門開閉装置の説明図である。 同水門開閉装置の説明図である。 同水門開閉装置のモータの制御に関連する構成物の接続を示すブロック図である。 変形例に係る張力検出手段の説明図である。 本発明の第２の実施の形態に係る水門開閉装置の説明図である。 同水門開閉装置のモータの制御に関連する構成物の接続を示すブロック図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１、図２に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る水門開閉装置１０は、モータ１１（モータＰ）の駆動による第１のスプロケット１２の回転駆動によってチェーン１３を巻き上げて、チェーン１３に連結された扉体Ｄを上昇させる装置である。以下、詳細に説明する。

水門開閉装置１０は、図１、図２に示すように、基礎部Ｓに固定されたベース部材１４と、ベース部材１４に固定された筺体１５と、筺体１５に取り付けられたモータ１１及び手動ハンドル１７と、扉体Ｄに一端部が連結されたチェーン１３と、チェーン１３が掛けられた（係止された）第１のスプロケット１２を備えている。
筺体１５内には、モータ１１の駆動力又は手動ハンドル１７の回転力を第１のスプロケット１２に伝える動力伝達機構１８が設けられている。動力伝達機構１８は、図示しないギア及び回転軸１９等の複数の部材によって構成されている。なお、図２においては、筺体１５の一部の記載を省略している。

第１のスプロケット１２は、筺体１５内で水平に配された回転軸１９に固定され、モータ１１によって時計回りに回転駆動させられて、チェーン１３を巻き上げ、扉体Ｄを上昇させる。そして、第１のスプロケット１２は、モータ１１によって反時計回りに回転駆動させられて、チェーン１３を巻き下げ、扉体Ｄを下降させる。
手動ハンドル１７は、動力伝達機構１８に連結可能であり、モータ１１が停電等で作動しない場合、作業員は、動力伝達機構１８に連結された手動ハンドル１７を回すことで、扉体Ｄを上昇させることができる。

また、水門開閉装置１０は、図１、図２に示すように、チェーン１３の他端部が取り付けられた対となったレール２１、２２と、レール２１、２２がそれぞれ固定された対となった支持部材２３、２４と、支持部材２３、２４に回転可能に取り付けられた回転軸２５と、回転軸２５に連結された第２のスプロケット２６と、回転軸２５と共に第２のスプロケット２６を回転駆動させるモータ２７（モータＱ）を備えている。

レール２１、２２、回転軸２５及び第２のスプロケット２６は、第１のスプロケット１２の斜め上方（即ち、第１のスプロケット１２より高い位置）に配置されている。回転軸２５は水平に配置され、それぞれ水平に対し傾斜している直線状のレール２１、２２は平行に配されている。
チェーン１３には、長手方向に間隔を空けて、対となる車輪２８、２９が取り付けられている。レール２１には、図１に示すように、車輪２８が掛け留められる複数の受け具３０が固定され、レール２２には、車輪２９が掛け留められる複数の受け具３１が固定されている。

本実施の形態では、主として、レール２１、２２及び複数の受け具３０、３１によって、チェーン１３を収容するチェーン収容機構３３が構成されている。チェーン収容機構３３は、対となる車輪２８、２９と対となる車輪２８、２９の間の領域が垂れ下がった状態でチェーン１３を収める。
なお、支持部材２３、２４は支柱部材３２に固定されている。

チェーン１３は、チェーン収容機構３３に収められている領域から扉体Ｄに連結されている一端部に向かって順に、第２のスプロケット２６に掛けられ、第２のスプロケット２６より低い位置に設けられた案内スプロケット３４、３５に掛け渡され、案内スプロケット３４、３５より高い位置に配された第１のスプロケット１２に掛けられている。
第２のスプロケット２６は、モータ２７の駆動によって時計回りに回転駆動して、掛けられているチェーン１３をチェーン収容機構３３に案内し、モータ２７の駆動によって反時計回りに回転駆動して、チェーン収容機構３３からチェーン１３が送り出されるようにする。

モータ２７には、図３に示すように、モータ２７の回転角を計測する回転角センサ３７が取り付けられ、モータ２７の駆動を制御するドライバコントローラ３８が接続されている。モータ２７は、ドライバコントローラ３８から通電されて駆動する。ドライバコントローラ３８は、回転角センサ３７から計測値を得てモータ２７の回転速度及び回転方向を検知し、駆動中のモータ２７に供給されている電流の値（以下、「モータ２７の電流値」とも言う）を基にモータ２７に生じているトルクを計測する。

ドライバコントローラ３８には、モータ２７の回転動作（回転速度及び回転方向）を制御するモーションコントローラ３９が接続され、モーションコントローラ３９には、第１のスプロケット１２の回転角を計測する回転角センサ４０と、モータ１１、２７等によって行う事項（例えば、扉体Ｄの上昇や下降）を決定する制御回路４１が接続されている。本実施の形態では、モータ１１として誘導モータを採用しており、モータ１１は、制御回路４１から電流及び指令信号を与えられて、時計回り又は反時計回りに回転する。モーションコントローラ３９は、回転角センサ４０の計測値から第１のスプロケット１２の回転速度及び回転方向を検知する。なお、回転角センサ３７、４０として、エンコーダやレゾルバを採用可能である。

扉体Ｄの上昇を開始する際、制御回路４１は、モータ１１を駆動させて第１のスプロケット１２を時計回りに所定速度で回転駆動させ、モーションコントローラ３９に対し信号を送信する。制御回路４１から信号を受信したモーションコントローラ３９は、ドライバコントローラ３８にモータ２７を駆動させるようにし、第２のスプロケット２６は、モータ２７の駆動によって時計回りに回転して、チェーン１３をチェーン収容機構３３に案内し始める。

扉体Ｄの上昇が行われている際、モーションコントローラ３９は、回転角センサ４０の計測値から検出される第１のスプロケット１２の回転速度を基に、ドライバコントローラ３８にモータ２７の駆動レベルを調整させ、第２のスプロケット２６がチェーン収容機構３３に送るチェーン１３の送り速度と第１のスプロケット１２がチェーン１３を巻き上げる速度とが等しくなるように制御する。このとき、ドライバコントローラ３８は、回転角センサ３７の計測値を基にしたフィードバック制御により、モータ２７が所定の駆動レベルを維持するようにすると共に、モータ２７に供給している電流の値を検出する。

ドライバコントローラ３８は、モータ２７の電流値が所定範囲を上回ったのを検出すると、チェーン１３の第１、第２のスプロケット１２、２６の間の領域（以下、「スプロケット間領域」とも言う）に当該領域を引き伸ばす張力が過度に作用しているとみなし、モータ２７の回転速度を下げて、モータ２７の電流値が所定範囲内に収まるようにする。即ち、ドライバコントローラ３８は、モータ２７の電流値を基にチェーン１３のスプロケット間領域に生じている張力を検出し、当該張力が所定範囲を上回っている際に、モータ２７の駆動を制御して、当該張力を所定範囲内に収めるようにしている。本実施の形態では、ドライバコントローラ３８がスプロケット間領域の張力を検出する張力検出手段及び検出された張力を所定範囲内に収める制御手段を兼ねている。

一方、ドライバコントローラ３８は、モータ２７の電流値が所定範囲を下回ったのを検出すると、チェーン１３のスプロケット間領域に過度な弛みが生じている（チェーン１３のスプロケット間領域に生じている張力が正常値より小さい）とみなし、所定時間、モータ２７の回転速度を上げて、モータ２７の電流値（検出しているチェーン１３のスプロケット間領域の張力）が所定範囲内に収まるようにし、チェーン１３のスプロケット間領域に生じている弛みを緩和し又は取り除く。

ドライバコントローラ３８は、モータ２７の回転速度を調整して、所定範囲外であったモータ２７の電流値が所定範囲内に収まったのを検出した後、第２のスプロケット２６によるチェーン１３の送り速度及び第１のスプロケット１２によるチェーン１３の巻き上げ速度を等しくするモータ２７の制御を再開する。

ここで、ドライバコントローラ３８によってモータ２７の電流値が所定範囲を上回っているのが検出された際、制御回路４１が、モータ１１の回転速度を上げさせて、モータ２７の電流値が所定範囲内に収まるようにしてもよく、ドライバコントローラ３８によってモータ２７の電流値が所定範囲を下回っているのが検出された際、制御回路４１が、モータ１１の回転速度を下げさせて、モータ２７の電流値が所定範囲内に収まるようにしてもよい。この場合、ドライバコントローラ３８が主として張力検出手段を構成し、制御回路４１が主として制御手段を構成することとなる。

ここまで、所定範囲外となっているモータ２７の電流値を所定範囲内に収めるために、モータ１１、２７の一方の駆動を制御する旨を説明したが、モータ１１、２７それぞれの駆動を制御して（例えば、モータ１１の回転速度を上げモータ２７の回転速度を下げて、あるいは、モータ１１の回転速度を下げモータ２７の回転速度を上げて）、モータ２７の電流値を所定範囲内に収めるようにすることもできる。

従って、水門開閉装置１０に適用されるチェーン張力調整方法は、モータ１１（モータＰ）の駆動によるスプロケット１２（第１のスプロケット）の回転駆動によって巻き上げられて、連結された扉体Ｄを上昇させるチェーン１３を、モータ２７（モータＱ）の駆動によるスプロケット２６（第２のスプロケット）の回転駆動によってチェーン収容機構３３に案内する水門開閉装置１０のチェーン張力調整方法であって、チェーン１３のスプロケット間領域に生じている張力をドライバコントローラ３８（張力検出手段の一例）で検出する工程と、モータ１１、２７のいずれか一方又は双方の駆動を制御して、ドライバコントローラ３８が検出する張力を所定範囲内に収める工程とを有することとなる。

また、扉体Ｄの下降を開始する際、制御回路４１はモータ１１の駆動を開始させ、モーションコントローラ３９にドライバコントローラ３８を通じてモータ２７の駆動を開始させる。これによって、第１、第２のスプロケット１２、２６は反時計回りに所定速度で回転駆動し、第２のスプロケット２６による回転駆動によってチェーン収容機構３３からチェーン１３が送り出される。

扉体Ｄが下降の際、モーションコントローラ３９は、回転角センサ４０の計測値から検出する第１のスプロケット１２の回転速度を基に、ドライバコントローラ３８にモータ２７の駆動レベルを調整させ、第２のスプロケット２６がチェーン収容機構３３からチェーン１３を取得する速度と第１のスプロケット１２がチェーン１３を巻き下げる速度とが等しくなるようにする。このとき、ドライバコントローラ３８は、回転角センサ３７の計測値を基にしたフィードバック制御により、モータ２７が所定の駆動レベルを維持するように制御する。本実施の形態では、扉体Ｄが下降の際、モータ２７の電流値に応じて、チェーン１３のスプロケット間領域の弛みを緩和し又は取り除く処理は行われない。

ここで、ドライバコントローラ３８は、モータ２７の電流値を所定範囲内に収める処理（チェーン１３のスプロケット間領域の弛みを緩和し又は取り除く処理）を扉体Ｄの上昇中に行わず、当該処理を扉体Ｄの停止中に行うようにしてもよい。その処理の具体例を以下に示す。
即ち、第１のスプロケット１２を停止させた状態で、モータ２７を駆動させて第２のスプロケット２６を時計回りに回転駆動させ、計測されるモータ２７の電流値が所定範囲を下回っていれば、第２のスプロケット２６を時計回りに更に回転駆動させて、チェーン１３のスプロケット間領域の弛みを緩和し又は取り除く。一方、モータ２７の電流値が所定範囲を上回っていれば、モータ２７の電流値が所定範囲内に収まるまで第２のスプロケット２６を反時計回りに回転駆動させる。モータ２７の電流値が所定範囲内であれば、第２のスプロケット２６を停止させる。

上述した本実施の形態では、ドライバコントローラ３８が張力検出手段として機能しているが、ドライバコントローラ３８とは別に、チェーン１３のスプロケット間領域に生じている張力を検出する張力検出手段を設けてもよい。そのような張力検出手段として、例えば、図４に示すように、チェーン１３のスプロケット間領域に押し付けられたギア４２と、ギア４２の変位を基に当該領域に生じている張力を計測する測定部４３を有するテンション計測器４４（即ち、チェーン１３のスプロケット間領域に接触して当該領域に生じている量力を検出する計測器）が挙げられる。

この場合、ドライバコントローラ３８は、扉体Ｄが上昇する際だけでなく、扉体Ｄが下降する際にも、テンション計測器４４が計測するチェーン１３の張力が所定範囲内に収まるように、モータ２７の駆動を制御する。よって、チェーン１３のスプロケット間領域に弛みが生じている場合、扉体Ｄが上昇する際及び扉体Ｄが下降する際に、その弛みを緩和し又は取り除く処理が行われる。

また、水門開閉装置１０は、扉体Ｄが昇降する際、第１のスプロケット１２の回転速度を基準にしてモータ２７の駆動レベルを調整するが、これには限定されない。
以下、図５、図６を参酌して、第１のスプロケット１２の回転速度をモータ２７の駆動レベルの調整の基準としない、本発明の第２の実施の形態に係る水門開閉装置５０について説明する。なお、水門開閉装置５０において、水門開閉装置１０と同様の構成については同じ符号を付して詳しい説明を省略する。

水門開閉装置５０は、図５、図６に示すように、モータ１１（モータＰ）の駆動による第１のスプロケット１２の回転駆動によってチェーン１３を巻き上げて、扉体Ｄを上昇させ、扉体Ｄの上昇の際に、モータ２７（モータＱ）の駆動による第２のスプロケット２６の回転駆動によってチェーン１３をチェーン収容機構３３に案内する装置である。
水門開閉装置５０は、図６に示すように、モーションコントローラ及び第１のスプロケット１２の回転角を計測する回転角センサを有さず、モータ１１、２７の駆動は、主として、モータ２７に接続されたドライバコントローラ５１と、モータ１１及びドライバコントローラ５１に接続された制御回路５２とによって制御される。

扉体Ｄの上昇を行う際、制御回路５２は、モータ１１への通電を開始すると共に、ドライバコントローラ５１に信号を送信する。これによって、モータ１１は、第１のスプロケット１２を時計回りに回転駆動させ、ドライバコントローラ５１は、回転角センサ３７の計測値を基にフィードバック制御を行って、モータ２７を所定の回転数で回転させる。このとき、ドライバコントローラ５１は、モータ２７の電流値が所定範囲外であれば、モータ２７の回転数を調整して、モータ２７の電流値（チェーン１３のスプロケット間領域の張力）が所定範囲内に収まるように制御する。従って、扉体Ｄを上昇させている際、仮に、チェーン１３のスプロケット間領域に弛みが生じた場合でも、その弛みを緩和し又は取り除くことができる。

そして、扉体Ｄを下降させる際、第１のスプロケット１２は反時計回りに回転駆動し、第２のスプロケット２６は、時計回りの方向に所定の力を作用させた状態で、チェーン１３から与えられる力によって反時計回りに回転する。これによって、チェーン１３のスプロケット間領域は、当該領域を引き伸ばす方向の力が作用した状態、即ち、弛みの発生を防止された状態が維持される。
本実施の形態では、ドライバコントローラ５１が張力検出手段及び制御手段を兼ねているが、これに限定されず、例えば、制御手段として、ドライバコントローラを採用し、張力検出手段として、図４に示すテンション計測器４４を採用してもよい。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、チェーンの第１、第２のスプロケット間の領域に係止される案内スプロケットは１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。

１０：水門開閉装置、１１：モータ、１２：第１のスプロケット、１３：チェーン、１４：ベース部材、１５：筺体、１７：手動ハンドル、１８：動力伝達機構、１９：回転軸、２１、２２：レール、２３、２４：支持部材、２５：回転軸、２６：第２のスプロケット、２７：モータ、２８、２９：車輪、３０、３１：受け具、３２：支柱部材、３３：チェーン収容機構、３４、３５：案内スプロケット、３７：回転角センサ、３８：ドライバコントローラ、３９：モーションコントローラ、４０：回転角センサ、４１：制御回路、４２：ギア、４３：測定部、４４：テンション計測器、５０：水門開閉装置、５１：ドライバコントローラ、５２：制御回路、Ｄ：扉体、Ｓ：基礎部

Claims (4)

1. モータＰの駆動による第１のスプロケットの回転駆動によってチェーンを巻き上げて、該チェーンに連結された扉体を上昇させる水門開閉装置において、
   前記チェーンを収容するチェーン収容機構と、
   モータＱと、
   前記モータＱの駆動によって回転駆動して、前記チェーンを前記チェーン収容機構に案内する第２のスプロケットと、
   前記チェーンの前記第１、第２のスプロケット間の領域に生じている張力を検出する張力検出手段と、
   前記モータＰ及び前記モータＱのいずれか一方又は双方の駆動を制御して、前記張力検出手段が検出する張力を所定範囲内に収める制御手段とを備えることを特徴とする水門開閉装置。
2. 請求項１記載の水門開閉装置において、前記張力検出手段は、前記扉体が上昇している際、前記モータＱの電流値を基に前記チェーンの前記第１、第２のスプロケット間の領域に生じている張力を検出することを特徴とする水門開閉装置。
3. 請求項１記載の水門開閉装置において、前記張力検出手段は、前記チェーンの前記第１、第２のスプロケット間の領域に接触して該第１、第２のスプロケット間の領域に生じている張力を検出することを特徴とする水門開閉装置。
4. モータＰの駆動による第１のスプロケットの回転駆動によって巻き上げられて、連結された扉体を上昇させるチェーンを、モータＱの駆動による第２のスプロケットの回転駆動によってチェーン収容機構に案内する水門開閉装置のチェーン張力調整方法において、
   前記チェーンの前記第１、第２のスプロケット間の領域に生じている張力を張力検出手段で検出する工程と、
   前記モータＰ及び前記モータＱのいずれか一方又は双方の駆動を制御して、前記張力検出手段が検出する張力を所定範囲内に収める工程とを有することを特徴とするチェーン張力調整方法。

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