JP7762002B2 - 水門駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、水門を自動化させることができる水門駆動装置に関する。

河川から用水を取り入れるために水門が設置されている。水門には、河川の頭首工に設置される大型水門と、大型水門から分岐された水路に設置される小型水門とがある。一般的に大型水門は自動化されているが、小型水門は自動化されていない。小型水門の場合、利用者が手動でハンドルを回して水門の扉体を昇降するのが一般的である。

特許文献１には、手動式の水門を自動化させる水門駆動装置が開示されている（特許文献１参照）。この水門駆動装置においては、水門のハンドルに着脱自在にアタッチメントを連結し、ハンドルをアクチュエータによって回転させている。アクチュエータは、アタッチメントと、アタッチメントを回転駆動させる駆動源と、を有する。

ところで、アクチュエータがハンドルを回転させる際、アクチュエータには水門からの反力が働く。水門からの反力は小さくなく、反力によってアクチュエータが反転しようとする。特許文献１の発明においては、アクチュエータの反転を防止するために、コンクリート製の土台にアクチュエータを支持する固定装置（回り止め部材）を取り付け、アクチュエータに働く反力を回り止め部材によって受けている。

実公平４－２８９１７号公報

しかし、従来の水門駆動装置においては、水門にハンドルを取り付けた状態でハンドルにアタッチメントを連結するので、アタッチメントひいてはアクチュエータが大型化し易いという課題がある。また、コンクリート製の土台に回り止め部材を取り付けるので、コンクリート製の土台がない小型水門に水門駆動装置を取り付けにくいという課題もある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、手動式の水門を容易に自動化させることができる水門駆動装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、水門の駆動軸が差し込まれるアタッチメント、及び前記アタッチメントを回転駆動させる駆動源を有するアクチュエータと、扉体を昇降自在に案内するフレームに取り付けられ、前記アクチュエータを支持する回り止め部材と、を備え、前記水門は、ねじ軸を回転させて送りねじの作用によってナットと前記ナットに連結される前記扉体を昇降させる巻き上げ式の水門であり、前記アタッチメントが前記ねじ軸の上端部に形成される前記駆動軸に差し込まれる水門駆動装置である。
本発明の他の態様は、水門の駆動軸が差し込まれるアタッチメント、及び前記アタッチメントを回転駆動させる駆動源を有するアクチュエータと、扉体を昇降自在に案内するフレームに取り付けられ、前記アクチュエータを支持する回り止め部材と、を備え、前記回り止め部材は、前記駆動軸と略平行な方向に延び、前記駆動軸の両側に配置される一対の柱部と、前記一対の柱部間に架け渡され、前記アクチュエータが取り付けられる梁部と、を有する水門駆動装置である。
本発明のさらに他の態様は、水門の駆動軸が差し込まれるアタッチメント、及び前記アタッチメントを回転駆動させる駆動源を有するアクチュエータと、扉体を昇降自在に案内するフレームに取り付けられ、前記アクチュエータを支持する回り止め部材と、を備え、前記回り止め部材は、前記水門のフレームに水平方向の位置を調整可能に位置調整部材を介して取り付けられる水門駆動装置である。

本発明によれば、アタッチメントに水門の駆動軸を差し込むので、アタッチメントひいてはアクチュエータを小型化することができる。また、水門のフレームに回り止め部材を取り付けるので、既存の水門のフレームを活用して、アクチュエータに働く反力をしっかりと受けることができる。したがって、手動式の水門を容易に自動化させることができる。

本発明の第１の実施形態の水門駆動装置が設置される水門の斜視図である。 本実施形態の水門駆動装置の拡大図である。 本実施形態の水門駆動装置の縦断面図である（図２のIII-III線断面図）。 スピンドル式の水門を示す斜視図である（図４（ａ）はハンドルを取り付けた状態、図４（ｂ）はハンドルを取り外した状態）。 本発明の第２の実施形態の水門駆動装置が設置される水門の斜視図である。 本発明の第２の実施形態のアクチュエータの縦断面図である。 本発明の第３の実施形態の水門駆動装置が設置される水門の斜視図である。 本発明の第３の実施形態のアクチュエータの縦断面図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態の水門駆動装置を詳細に説明する。ただし、本発明の水門駆動装置は種々の形態で具体化することができ、本明細書に記載される実施形態に限定されるものではない。本実施形態は、明細書の開示を十分にすることによって、当業者が発明を十分に理解できるようにする意図をもって提供されるものである。
（第１の実施形態）

図１は、本発明の第１の実施形態の水門駆動装置１が設置される水門４を示す。この水門４は、扉体５と、扉体５を昇降自在に案内するフレーム６と、を備える。フレーム６は金属製である。フレーム６は門形であり、左右一対のガイド支柱６ａ，６ｂと、ガイド支柱６ａ，６ｂの上端部に連結される連結梁６ｃと、を備える。ガイド支柱６ａ，６ｂには、扉体５を昇降自在に案内するガイド溝が設けられる。

この実施形態の水門４は、巻き上げ式の水門である。巻き上げ式の水門４は、ねじ軸７を回転させて送りねじの作用によってナット８とナット８に連結される扉体５を昇降させる。ナット８には、パイプ９を介して扉体５が連結される。ナット８には、垂直方向に延びるねじ軸７が螺合する。ねじ軸７は、水門４のフレーム６にブラケット１０を介して回転可能に支持される。ねじ軸７の上端部には、駆動軸１１（図３参照）が一体に形成される。駆動軸１１を回転させると、送りねじの作用によってねじ軸７に螺合するナット８とナット８に連結される扉体５が昇降する。

図２は、水門駆動装置１の拡大図である。２はアクチュエータ、３は回り止め部材、１２はアクチュエータ２のアタッチメントである。図３は、駆動軸１１に沿った水門駆動装置１の縦断面図である。図３に示すように、駆動軸１１とねじ軸７とは同軸である。駆動軸１１は、断面が四角形等の多角形又はキー溝を有する円形である。

駆動軸１１には、手動式のハンドルが着脱可能である。図３には、駆動軸１１からハンドルを取り外した状態を示す。水門駆動装置１を水門４に後付けする際、駆動軸１１からハンドルを取り外し、駆動軸１１をアクチュエータ２のアタッチメント１２に差し込み、図２に示すように、アクチュエータ２を支持する回り止め部材３を水門４のフレーム６に取り付ける。

アタッチメント１２は、小径の上部軸１２ａと、上部軸１２ａと同軸に一体に形成される大径の下部軸１２ｂと、を備える。上部軸１２ａは、後述するアクチュエータ２の出力軸２４にキー等によって回転不可能に連結される。下部軸１２ｂは、駆動軸１１が差し込まれる穴１２ｂ１を有する。穴１２ｂ１の断面は、四角形等の多角形又はキー溝を有する円形であり、駆動軸１１の断面と実質的に同一である。下部軸１２ｂは、駆動軸１１に回転不可能に連結される。

以下にアクチュエータ２を詳細に説明する。２１はケーシング、２２はウォーム、２３はウォームホイール、２４は出力軸である。ケーシング２１は、略有底円筒状のケーシング本体２１ａと、ケーシング本体２１ａの側壁に一体に形成されるウォーム収容ボックス２１ｂと、を備える。ウォーム収容ボックス２１ｂの端部には、駆動源としてのモータ２５（図１参照）が取り付けられる。

ウォーム収容ボックス２１ｂには、軸受２６を介して水平方向を向くウォーム２２が回転可能に収容される。ウォーム２２には、モータ２５のモータ軸が連結される。なお、モータ２５のモータ軸又はウォーム２２に手動式のハンドルを着脱可能にしてもよい。これにより、モータ２５が停止中にも手動でウォーム２２を回転させることができる。

ケーシング本体２１ａには、ウォーム２２に噛み合うウォームホイール２３が回転可能に収容される。ウォームホイール２３の軸線は、垂直方向を向く。ウォームホイール２３は、中空に形成されていて、ウォームホイール２３には、出力軸２４が同軸に嵌められる。出力軸２４には、アタッチメント１２が同軸に連結される。なお、出力軸２４とアタッチメント１２を一体に形成してもよい。

出力軸２４は、ケーシング２１にクロスローラベアリング等の軸受２７を介して回転可能に支持される。２８は軸受２７の外輪をケーシング２１に固定するための押えプレートである。２９は軸受２７の内輪を出力軸２４に固定するための押えナットである。出力軸２４はフランジ部２４ａを有していて、フランジ部２４ａがボルト等の締結部材によってウォームホイール２３に締結される。

アクチュエータ２のモータ２５によってウォーム２２を回転させると、ウォーム２２に噛み合うウォームホイール２３が減速して回転する。ウォームホイール２３が回転すると、ウォームホイール２３に締結される出力軸２４と出力軸２４に連結されるアタッチメント１２が回転する。アタッチメント１２が回転すると、水門４の駆動軸１１が回転し、送りねじの作用によって扉体５が昇降する。

アクチュエータ２が駆動軸１１を回転させる際、アクチュエータ２には水門４からの反力が働く。この反力は小さくなく、反力によってアクチュエータ２が反転しようとする。図２に示すように、アクチュエータ２の反転を防止するために、アクチュエータ２を支持する回り止め部材３を水門４のフレーム６に取り付ける。

図２に示すように、回り止め部材３は、門形であり、駆動軸１１と略平行な方向に延び、駆動軸１１の両側に配置される一対の柱部３１ａ，３１ｂと、一対の柱部３１ａ，３１ｂ間に架け渡され、アクチュエータ２が取り付けられる梁部３１ｃと、を有する。回り止め部材３は、水門４のフレーム６の連結梁６ｃに取り付けられる。

回り止め部材３の梁部３１ｃは、板状である。梁部３１ｃの上面には、アクチュエータ２のケーシング２１が取り付けられる。アタッチメント１２は、梁部３１ｃを貫通する。

一対の柱部３１ａ，３１ｂそれぞれは、フレーム６の連結梁６ｃに位置調整部材３１ｄ，３１ｅを介して取り付けられる。位置調整部材３１ｄ，３１ｅは、例えば水平方向に延びるボルトであり、その両端部が連結梁６ｃと柱部３１ａ，３１ｂとに取り付けられる。駆動軸１１の連結梁６ｃからの水平方向のオフセット量は、水門４の種類によって異なる。位置調整部材３１ｄ，３１ｅは、オフセット量を調節するために設けられる。

以上に本発明の第１の実施形態の水門駆動装置１の構成を説明した。本実施形態の水門駆動装置１によれば、以下の効果を奏する。

アタッチメント１２に水門４の駆動軸１１を差し込むので、アタッチメント１２ひいてはアクチュエータ２を小型化することができる。また、水門４のフレーム６に回り止め部材３を取り付けるので、既存の水門４のフレーム６を活用して、アクチュエータ２に働く反力をしっかりと受けることができる。このため、手動式の水門４を容易に自動化させることができる。

回り止め部材３を水門４のフレーム６の一対のガイド支柱６ａ，６ｂの上端部間に架け渡される連結梁６ｃに取り付けるので、回り止め部材３の設置スペースを確保することができる。

回り止め部材３が駆動軸１１の両側に配置される一対の柱部３１ａ，３１ｂと、一対の柱部３１ａ，３１ｂ間に架け渡される梁部３１ｃと、を有するので、駆動軸１１が時計方向に回る際にも反時計方向に回る際にもアクチュエータ２に働く反力をバランスよくフレーム６に伝えることができる。

アクチュエータ２がモータ２５に連結されるウォーム２２と、アタッチメント１２が同軸に連結される環状のウォームホイール２３と、を備えるので、アクチュエータ２の構造をシンプルにし、アクチュエータ２を小型化することができる。また、ウォーム２２とウォームホイール２３にはセルフロック性があるので、モータ２５の回転を止めてウォーム２２を自由にしても、扉体５が自重によって落下するのを防止することができる。

図４は、スピンドル式の水門４１を示す。図４（ａ）は水門４１の駆動軸４５にハンドル４６を取り付けた状態を示し、図４（ｂ）は駆動軸４５からハンドル４６を取り外した状態を示す。本発明の第２の実施形態の水門駆動装置５１は、スピンドル式の水門４１に設置される。

スピンドル式の水門４１は、ナットを回転させて送りねじの作用によってねじ軸４２とねじ軸４２に連結される扉体４３を昇降させる。扉体４３は、垂直方向に延びるねじ軸４２の下端部に取り付けられる。駆動軸４５は、ケーシング４４に回転可能に収容されるナット（図示せず）に連結される。駆動軸４５を回転させると、送りねじの作用によってナットに螺合するねじ軸４２とねじ軸４２に連結される扉体４３が昇降する。

図５は、本発明の第２の実施形態の水門駆動装置５１を示す。５２はアクチュエータ、５３は回り止め部材、５４は駆動源としてのモータ、５５はモータ配線用のケーブルグランドである。円筒状のカバー５０を外すと、アクチュエータ５２のウォーム５６に連結される軸（図示せず）が露出する。この軸に手動式のハンドルが着脱可能である。

図６は、駆動軸４５に沿ったアクチュエータ５２の縦断面図を示す。５６はウォーム、５７はウォームホイール、６２は駆動軸４５が差し込まれるアタッチメント、５９はケーシングである。

ケーシング５９は、箱状である。ケーシング５９の側壁には、軸受６０を介してウォーム５６が回転可能に収容される。ケーシング５９には、モータ５４（図５参照）が取り付けられる。ウォーム５６には、モータ５４のモータ軸が連結される。

ケーシング５９には、ウォーム５６に噛み合うウォームホイール５７が回転可能に収容される。ウォームホイール５７には、ボルト等の締結部材によって出力軸５８が締結される。ウォームホイール５７は、中空に形成される。ウォームホイール５７の中空部には、出力軸５８が同軸に嵌められる。出力軸５８には、アタッチメント６２が同軸に連結される。アタッチメント６２は、中空に形成される。アタッチメント６２には、駆動軸４５が回転不可能に差し込まれる。なお、出力軸５８とアタッチメント６２を一体に形成してもよい。

出力軸５８は、ケーシング５９に軸受６１を介して回転可能に支持される。６４ａ、６４ｂは、シールである。６３は軸受６１の外輪をケーシング５９に固定するための押えプレートである。

モータ５４によってウォーム５６を回転させると、ウォーム５６に噛み合うウォームホイール５７が減速して回転する。ウォームホイール５７が回転すると、ウォームホイール５７に締結される出力軸５８と出力軸５８に連結されるアタッチメント６２が回転する。アタッチメント６２が回転すると、水門４１の駆動軸４５が回転し、送りねじの作用によって扉体４３が昇降する。

図５に示すように、回り止め部材５３は、水門４１のフレーム４７の一対のガイド支柱４７ａ，４７ｂの上端部間に掛け渡される連結梁４７ｃに取り付けられる。連結梁４７ｃは、互いに平行な第１梁４７ｃ１と、第２梁４７ｃ２と、を備える。

回り止め部材５３は、門形であり、駆動軸４５と略平行な垂直方向に延び、駆動軸４５の両側に配置される一対の柱部６６ａ，６６ｂと、一対の柱部６６ａ，６６ｂ間に架け渡され、アクチュエータ５２が取り付けられる梁部６６ｃと、を有する。一対の柱部６６ａ，６６ｂそれぞれの下端部は、第１梁４７ｃ１と第２梁４７ｃ２との間に挿入及び固定される。

第２の実施形態の水門駆動装置５１によれば、第１の実施形態の水門駆動装置１と略同様な効果を奏する他、アタッチメント６２を環状に形成するので、アタッチメント６２内でスピンドル式の水門４１のねじ軸４２の昇降を許容することができるという効果を奏する。

図７は、本発明の第３の実施形態の水門駆動装置７１を示す。第３の実施形態の水門駆動装置７１は、第２の実施形態の水門駆動装置５１と同様に、スピンドル式の水門４１に取り付けられる。７２はアクチュエータ、７３は回り止め部材、８０は駆動軸４５が差し込まれるアタッチメントである。

図８は、水門４１の駆動軸４５（図４（ｂ）参照）に沿ったアクチュエータ７２の縦断面図を示す。８０はアタッチメント、７４はケーシング、７５はモータ、７６ａ，７６ｂ，７６ｃは減速機構であり、第１歯車７６ａと、第２歯車７６ｂと、第３歯車７６ｃと、を備える。減速機構７６ａ，７６ｂ，７６ｃによって、モータ７５の回転は減速して出力軸７９に伝わる。

ケーシング７４には、モータ７５が取り付けられる。モータ７５のモータ軸７５ａには、第１歯車７６ａが固定される。第１歯車７６ａに噛み合う第２歯車７６ｂは、ケーシング７４に軸受を介して回転可能に支持される。なお、モータ軸７５ａ又は第２歯車７６ｂに手動式のハンドルを着脱可能に連結してもよい。これにより、モータ７５が停止中にも手動でアタッチメント８０を回すことができる。

第２歯車７６ｂに噛み合う第３歯車７６ｃは、中空に形成される。第３歯車７６ｃには、ボルト等の締結部材によって出力軸７９が締結される。出力軸７９は、ケーシング７４に軸受を介して回転可能に支持される。７７ａ，７７ｂはシールである。第３歯車７６ｃは、中空に形成される。第３歯車７６ｃの中空部には、出力軸７９が同軸に嵌められる。出力軸７９には、アタッチメント８０が同軸に連結される。アタッチメント８０は、中空に形成される。アタッチメント８０には、駆動軸４５が回転不可能に差し込まれる。なお、出力軸７９とアタッチメント８０を一体に形成してもよい。

モータ７５によって第１歯車７６ａを回転させると、減速機構７６ａ，７６ｂ，７６ｃによって出力軸７９と出力軸７９に連結されるアタッチメント８０が減速して回転する。アタッチメント８０が回転すると、水門４１の駆動軸４５が回転し、送りねじの作用によって扉体４３が昇降する。

図７に示すように、回り止め部材７３は、門形であり、駆動軸４５と略平行な垂直方向に延びる一対の柱部７８ａ，７８ｂと、一対の柱部７８ａ，７８ｂ間に架け渡される梁部７８ｃと、を有する。一対の柱部７８ａ，７８ｂそれぞれの下端部は、連結梁４７ｃの第１梁４７ｃ１と第２梁４７ｃ２との間に挿入及び固定される。

第３の実施形態の水門駆動装置７１によれば、第１の実施形態の水門駆動装置１と略同様な効果を奏する他、アタッチメント８０を環状に形成するので、アタッチメント８０内でスピンドル式のねじ軸４２の昇降を許容することができるという効果を奏する。

なお、本発明は、上記実施形態に具現化されるのに限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で他の実施形態に具現化できる。

上記実施形態では、本発明の水門駆動装置を巻き上げ式又はスピンドル式の水門に適用した例を説明したが、本発明の水門駆動装置をベベル式の水門にも適用することができる。ベベル式の水門は、ベベルギアにより水平方向に駆動軸を向けた水門である。

１…水門駆動装置、２…アクチュエータ、３…回り止め部材、４…水門、５…扉体、６…フレーム、６ａ，６ｂ…ガイド支柱、６ｃ…連結梁、１１…駆動軸、１２…アタッチメント、２２…ウォーム、２３…ウォームホイール、２５…モータ（駆動源）、３１ａ，３１ｂ…柱部、３１ｃ…梁部、４１…水門、４５…駆動軸、４６…ハンドル、４７…フレーム、４７ａ，４７ｂ…ガイド支柱、４７ｃ…連結梁、５１…水門駆動装置、５２…アクチュエータ、５３…回り止め部材、５４…モータ（駆動源）、５６…ウォーム、５７…ウォームホイール、６２…アタッチメント、６６ａ，６６ｂ…柱部、６６ｃ…梁部、７１…水門駆動装置、７２…アクチュエータ、７３…回り止め部材、７５…モータ（駆動源）、７８ａ，７８ｂ…柱部、７８ｃ…梁部、８０…アタッチメント

Claims (6)

1. 水門の駆動軸が差し込まれるアタッチメント、及び前記アタッチメントを回転駆動させる駆動源を有するアクチュエータと、
   扉体を昇降自在に案内するフレームに取り付けられ、前記アクチュエータを支持する回り止め部材と、
   を備え、
   前記水門は、ねじ軸を回転させて送りねじの作用によってナットと前記ナットに連結される前記扉体を昇降させる巻き上げ式の水門であり、
   前記アタッチメントが前記ねじ軸の上端部に形成される前記駆動軸に差し込まれる水門駆動装置。
2. 水門の駆動軸が差し込まれるアタッチメント、及び前記アタッチメントを回転駆動させる駆動源を有するアクチュエータと、
   扉体を昇降自在に案内するフレームに取り付けられ、前記アクチュエータを支持する回り止め部材と、
   を備え、
   前記回り止め部材は、前記駆動軸と略平行な方向に延び、前記駆動軸の両側に配置される一対の柱部と、前記一対の柱部間に架け渡され、前記アクチュエータが取り付けられる梁部と、を有する水門駆動装置。
3. 水門の駆動軸が差し込まれるアタッチメント、及び前記アタッチメントを回転駆動させる駆動源を有するアクチュエータと、
   扉体を昇降自在に案内するフレームに取り付けられ、前記アクチュエータを支持する回り止め部材と、
   を備え、
   前記回り止め部材は、前記水門のフレームに水平方向の位置を調整可能に位置調整部材を介して取り付けられる水門駆動装置。
4. 前記回り止め部材は、前記フレームの一対のガイド支柱の上端部間に架け渡される連結梁に取り付けられることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の水門駆動装置。
5. 前記アクチュエータは、前記駆動源に連結されるウォームと、前記アタッチメントが同軸に連結される環状のウォームホイールと、を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の水門駆動装置。
6. 前記アタッチメントが環状に形成されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の水門駆動装置。