特開 2023-26937 水門開閉装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023026937

(43)【公開日】2023-03-01

(54)【発明の名称】水門開閉装置

(51)【国際特許分類】

   E02B 7/36 20060101AFI20230221BHJP

   E02B 7/20 20060101ALI20230221BHJP

【ＦＩ】

E02B7/36

E02B7/20 109

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021132391

(22)【出願日】2021-08-16

(71)【出願人】

【識別番号】000241290

【氏名又は名称】豊国工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001999

【氏名又は名称】弁理士法人はなぶさ特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】下見 広司

【テーマコード（参考）】

2D019

【Ｆターム（参考）】

2D019AA57

2D019AA59

2D019BA02

2D019BA03

2D019BA22

(57)【要約】

【課題】電動機を含む減速機構の部位をコンパクト化し、且つその配置バランスを改善することができ、大型化を抑制でき、安価な水門開閉装置を提供する。
【解決手段】水門開閉装置１は、減速機ケース１０上に配置され、扉体を昇降させる電動機１１と、減速機ケース１０内に設けられ、電動機１１からの回転が伝達されて、前記扉体を昇降させるウォームギヤ２１と、を備え、該ウォームギヤ２１は、セルフロック機能を有する。これにより、水門開閉装置１では、電動機１１を含む減速機構（減速機ケース１０）の部位をコンパクト化し、且つその配置バランスを改善することができ、大型化を抑制でき、安価にすることができる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水門を開閉すべく扉体を昇降させる水門開閉装置であって、
減速機ケース上に配置され、前記扉体を昇降させる電動機と、
前記減速機ケース内に設けられ、前記電動機からの回転が伝達されて、前記扉体を昇降させるウォームギヤと、を備え、
該ウォームギヤは、セルフロック機能を有することを特徴とする水門開閉装置。

【請求項2】

前記ウォームギヤを有するウォーム軸は鉛直方向に延び、
前記扉体を昇降させる際の、前記ウォーム軸に伝達される軸方向荷重が、前記ウォーム軸の下端部を回転自在に支持する軸受に伝達されることを特徴とする前請求項１に記載の水門開閉装置。

【請求項3】

前記電動機からの回転軸と前記ウォーム軸とは、互いに同心状に配置されることを特徴とする請求項２に記載の水門開閉装置。

【請求項4】

前記電動機からの回転軸と前記ウォーム軸との間には、互いの回転トルク差が所定値に到達すると、機械的に前記電動機の回転軸から前記ウォーム軸への動力の伝達を遮断する機械式トルクリミッタが設けられることを特徴とする請求項２または３に記載の水門開閉装置。

【請求項5】

前記ウォーム軸に傘歯車を設け、
手動ハンドルからの回転が伝達される回転スライド軸の先端に、前記ウォーム軸の傘歯車と対をなす傘歯車を設けて、
該回転スライド軸は、前記ウォーム軸の傘歯車と、前記回転スライド軸の傘歯車とが噛合及び噛合解除自在となるように軸方向に沿って移動自在に構成されることを特徴とする請求項２～４いずれかに記載の水門開閉装置。

【請求項6】

前記ウォームギヤを有するウォーム軸は、前記減速機ケース内でその底部を水平方向に沿って延びていることを特徴とする請求項１に記載の水門開閉装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水門を開閉する扉体に連結されるラック棒、チェーンまたはワイヤロープを昇降、または巻回して、扉体を昇降させて水門を開閉する水門開閉装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

通常、水門を開閉する際には、水門開閉装置に備えた電動機の回転軸を開閉方向に回転駆動させることで扉体を昇降させている。従来の水門開閉装置としては、電動機、減速機および制動装置が一体化されたものがある。また、従来の水門開閉装置では、減速機ケース内の主要な回転軸は水平方向に延び、電動機は減速機ケースに対してその側方に配置され、電動機からの回転軸も水平方向に延びている（特許文献１及び２参照）。

【0003】

このような、従来の水門開閉装置では、高い減速比を得るために複数の歯車セットが減速機ケース内に配置され、部品点数が増加するとともに、その平面的に大きな配置スペースも必要となる。その結果、電動機および歯車などの構成部材が平面的に拡張して配置され、開閉装置の支持点に対してバランスの悪い配置となっている。また、従来の水門開閉装置の強度設計においては、電動機の定格トルクおよび最大発生トルクに対して安全となるように強度設計されている。すなわち、従来の水門開閉装置では、過負荷防止装置として、動力伝達経路におけるトルク上昇をリミットスイッチ等により検出して電動機を停止させる装置が標準的に備えられているが、電動機との連結は機械的に遮断されていないので、安全性及び信頼性の観点から、電動機の最大発生トルクに対して、動力伝達経路に関わる多数の構成部材がその機能を十分に果たすように強度設計されている。

【0004】

具体的には、電動機の最大発生トルクは、定格トルクの通常３００％を超える大きなものであり、強度上の必要性から多数の構成部材の寸法を大きくし、または高価な材質を使用することが必要となり、コストアップの要因となっている。さらに、一般に、水門開閉装置には、停電など電源が喪失した場合に備えて、手動操作で扉体を昇降させることが求められているが、手動操作するための手動ハンドルを設けるために高価な差動歯車を用いる必要があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３－１２４４５０号公報

【特許文献2】特公昭５９－４３６０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

そして、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、電動機を含む減速機構の部位をコンパクト化し、且つその配置バランスを改善するとともに、電動機の特性による大型化を抑制して、安価な水門開閉装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するための手段として、請求項１の水門開閉装置に係る発明は、水門を開閉すべく扉体を昇降させる水門開閉装置であって、減速機ケース上に配置され、前記扉体を昇降させる電動機と、前記減速機ケース内に設けられ、前記電動機からの回転が伝達されて、前記扉体を昇降させるウォームギヤと、を備え、該ウォームギヤは、セルフロック機能を有することを特徴とするものである。
請求項１の発明では、電動機を減速機ケース上に配置することにより、平面的な占有スペースを縮小できるとともに、電動機を安定して配置することができる。すなわち、電動機が減速機ケース上に配置されることにより、電動機を減速機ケースの側方に配置する従来と比較して、平面的な占有スペースを縮小することができる。しかも、電動機が減速機ケースの側方に張り出すことなく、電動機は平面的に減速機ケースの支持領域内に配置されるので、電動機を安定して配置することができる。また、減速機構としてウォームギヤを用いることにより平歯車に比較して、高い減速比を得ることができる。その結果、複数の歯車セットを必要とせず小型化することができる。また、ウォームギヤは、セルフロック機能を付与しているので、扉体の落下を抑制する制動装置を備える必要がなく、構成部材の数量を削減でき、コスト減を達成することができる。なお、電動機には、減速ギヤを内蔵したギヤドモータを採用してもよい。

【0008】

請求項２の水門開閉装置に係る発明は、請求項１の発明において、前記ウォームギヤを有するウォーム軸は鉛直方向に延び、前記扉体を昇降させる際の、前記ウォーム軸に伝達される軸方向荷重が、前記ウォーム軸の下端部を回転自在に支持する軸受に伝達されることを特徴とするものである。
請求項２の発明では、ウォーム軸に作用する支配的な軸方向荷重である扉体の降下方向の荷重（扉体の自重）が、例えば、減速機ケース内において、油浴状態にある潤滑に有利な、ウォーム軸の下端部を回転自在に支持する軸受に伝達されるので、この軸方向荷重を安全に支持することができる。

【0009】

請求項３の水門開閉装置に係る発明は、請求項２の発明において、前記電動機からの回転軸と前記ウォーム軸とは、互いに同心状に配置されることを特徴とするものである。
請求項３の発明では、電動機からの回転軸を鉛直方向に沿って配置して、ウォーム軸と回転軸とを、同心状に配置して、他の伝達ギヤを介することなく相対回転不能に連結することができる。その結果、回転軸からウォームギヤまでの動力伝達経路にて伝達ギヤ等を配置する必要はなく、伝達ギヤ等の構成部材の数量を削減することができるので、小型化でき、コスト減にも繋がる。

【0010】

請求項４の水門開閉装置に係る発明は、請求項２または３の発明において、前記電動機からの回転軸と前記ウォーム軸との間には、互いの回転トルク差が所定値に到達すると、機械的に前記電動機の回転軸から前記ウォーム軸への動力の伝達を遮断する機械式トルクリミッタが設けられることを特徴とするものである。
請求項４の発明では、機械式トルクリミッタにより、電動機からの回転軸とウォーム軸との間の回転トルク差が所定値に到達した段階で、電動機の回転軸からウォーム軸への動力伝達（トルク伝達）を機械的に遮断することができる。その結果、機械式トルクリミッタよりも動力伝達経路に係る下流側の多数の構成部材に対し、過大な電動機の最大発生トルクに基づいて強度設計する必要はなく、通常運転時の電動機からの回転トルクよりも若干大きい回転トルクに基づいて設計すればよく、装置のさらなる小型化及びコスト減を達成することができる。なお、電動機からの動力伝達が機械式トルクリミッタにより遮断された場合でも、ウォームギヤのセルフロック機能により吊上げ状態にある扉体が落下することはない。

【0011】

請求項５の水門開閉装置に係る発明は、請求項２～４いずれかの発明において、前記ウォーム軸に傘歯車を設け、手動ハンドルからの回転が伝達される回転スライド軸の先端に、前記ウォーム軸の傘歯車と対をなす傘歯車を設けて、該回転スライド軸は、前記ウォーム軸の傘歯車と、前記回転スライド軸の傘歯車とが噛合及び噛合解除自在となるように軸方向に沿って移動自在に構成されることを特徴とするものである。
請求項５の発明では、電動機により扉体を昇降させる際には、回転スライド軸が回転しないように、回転スライド軸を軸方向に沿って一方向に移動させて、回転スライド軸の傘歯車とウォーム軸の傘歯車との噛み合いが解除された状態とする。一方、手動ハンドルにより扉体を昇降させる際には、回転スライド軸を軸方向に沿って他方向に移動させて、回転スライド軸の傘歯車とウォーム軸の傘歯車とが噛み合う状態とする。その後、手動ハンドルを回転させることで、ウォーム軸を介して扉体を昇降させることができる。この結果、高価な差動歯車を用いることなく手動操作機能を確保することができる。

【0012】

請求項６の水門開閉装置に係る発明は、請求項１の発明において、前記ウォームギヤを有するウォーム軸は、前記減速機ケース内でその底部を水平方向に沿って延びていることを特徴とするものである。
請求項６の発明では、減速機ケース内の潤滑油の量を比較的少ない量とすることができ、経済的にメリットがある。

【発明の効果】

【0013】

本発明に係る水門開閉装置によれば、電動機を含む減速機構の部位をコンパクト化し、且つその配置バランスを改善できるとともに、確実な過負荷防止のための機械式トルクリミッタを設けることで、電動機の特性による大型化を抑制して、安価にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、第１実施形態に係る水門開閉装置の外観斜視図である。

【図2】図２は、第１実施形態に係る水門開閉装置に採用した減速機ケース及び手動操作伝達機構の部位の縦断面図である。

【図3】図３は、第１実施形態に係る水門開閉装置に採用した減速機ケース及びピン歯車機構の部位の横断面図である。

【図4】図４は、第１実施形態に係る水門開閉装置に採用した手動操作伝達機構の拡大縦断面図である。

【図5】図５は、第２実施形態に係る水門開閉装置に採用した減速機ケースの部位の縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明を実施するための形態を図１～図５に基づいて詳細に説明する。
本発明の第１及び第２実施形態に係る水門開閉装置１Ａ、１Ｂは、水門（図示略）を開閉するためのものであって、水門を構成する左右一対の門柱（図示略）間に扉体（図示略）を昇降自在に支持するものである。まず、第１実施形態に係る水門開閉装置１Ａを図１～図４に基づいて詳しく説明する。図１に示すように、第１実施形態に係る水門開閉装置１Ａは、鉛直方向に沿って延びる、左右一対のラック棒４、４を昇降させて扉体を昇降させるものであるが、チェーン、ワイヤロープを用いて扉体を昇降させる水門開閉装置にも同様に適用することができる。図１に示すように、第１実施形態に係る水門開閉装置１Ａにより、左右一対のラック棒４、４がそれぞれ昇降自在に支持され、左右一対のラック棒４、４の下部に扉体がそれぞれ懸垂される。左右一対のラック棒４、４間を架設するように機械台６が配置される。

【0016】

第１実施形態に係る水門開閉装置１Ａは、図１及び図２に示すように、内部に、減速機構としてウォーム軸２０及びウォームホイル３４が収容される減速機ケース１０と、該減速機ケース１０上に配置される電動機１１と、減速機ケース１０から左右一対のラック棒４、４に向かって延び、電動機１１からの回転がウォーム軸２０及びウォームホイル３４を介してそれぞれ伝達される一対の連動軸１２、１２と、該一対の連動軸１２、１２からの回転がそれぞれ伝達され、一対のラック棒４、４を昇降させる一対のピン歯車機構１３、１３と、作業者の手動操作による回転を、減速機ケース１０内のウォーム軸２０及びウォームホイル３４に伝達する手動操作伝達機構１４と、を備えている。

【0017】

減速機ケース１０は、機械台６の長手方向略中央部であって、その上面に配置される。減速機ケース１０は、内部空間を有する直方体状に形成される。減速機ケース１０の長手方向が機械台６の幅方向（短手方向）に一致する。減速機ケース１０の内部に、減速機構としてウォーム軸２０及びウォームホイル３４が配置される。電動機１１は、減速機ケース１０の上方であって、機械台６の幅方向一端寄りに配置される。減速機ケース１０の長手方向一端寄りには、その上面から角筒状カバー部材１８が上方に向かって突設される。この角筒状カバー部材１８の上面に電動機１１が配置される。なお、本実施形態では、電動機１１には、減速ギヤが内蔵されたギヤドモータが採用される。当該ギヤドモータは、内蔵された減速ギヤにより減速され、その回転軸１１Ａの回転数が１００～２００ｒｐｍ程度とされている。

【0018】

図２に示すように、減速機ケース１０内において、ウォーム軸２０が鉛直方向に沿って配置される。ウォーム軸２０の下部には、ウォームギヤ２１が設けられる。ウォーム軸２０は、減速機ケース１０内に回転自在に支持される。詳しくは、ウォーム軸２０は、その上端寄りの部分が上下一対の上側軸受２４、２４により回転自在に支持され、その下端が上下一対の下側軸受２６、２６により回転自在に支持される。上側軸受２４、２４は、主にラジアル方向の荷重を受けるものであり、各上側軸受２４、２４内へグリースが封入される。一方、下側軸受２６、２６は、ラジアル方向及びアキシアル方向の荷重を受けるものである。ウォーム軸２０は、下側の上下一対の下側軸受２６、２６により、下方への移動が規制される。なお、例えばベアリング押え等により、減速機ケース１０に対する下側軸受２６、２６の上方への移動も規制される。ウォーム軸２０の上端は、減速機ケース１０の上面から角筒状カバー部材１８内に突出される。電動機１１からの回転軸１１Ａは鉛直方向に延びる。電動機１１からの回転軸１１Ａの先端は、角筒状カバー部材１８内に配置される。電動機１１からの回転軸１１Ａとウォーム軸２０とは同心状に配置される。電動機１１からの回転軸１１Ａとウォーム軸２０とは、角筒状カバー部材１８内で機械式トルクリミッタ２９により連結される。

【0019】

電動機１１からの回転軸１１Ａとウォーム軸２０とは、機械式トルクリミッタ２９により、互いの回転トルク差が所定の範囲内であれば、互いに相対回転不能に連結される。一方、電動機１１からの回転軸１１Ａとウォーム軸２０との間の回転トルク差が所定値に到達すると、機械式トルクリミッタ２９にて、ばねの押しつけ力に抗してボールまたはコロが溝外に出ることで、電動機１１からの回転軸１１Ａとウォーム軸２０とが互いに空転（相対回転）するようになる。要するに、電動機１１からの回転軸１１Ａとウォーム軸２０との間の回転トルク差が所定値に到達すると、機械式トルクリミッタ２９により、機械的に、電動機１１の回転軸１１Ａからウォーム軸２０への動力（回転トルク）の伝達が遮断される。なお、機械式トルクリミッタ２９は、角筒状カバー部材１８により保護される。図１を参照して、角筒状カバー部材１８には、十分な大きさの点検窓２３（図１も参照）が設けられている。この点検窓２３を通じて、機械式トルクリミッタ２９を目視点検でき、長期に安定して動作させることができる。

【0020】

なお、電動機１１からの回転軸１１Ａとウォーム軸２０との間の回転トルク差が所定値に到達すると、機械式トルクリミッタ２９により、ウォーム軸２０からの負荷は電動機１１のブレーキとも切り離されるため、機械式トルクリミッタ２９から動力伝達経路に係る下流側において制動装置が備えられていない場合、扉体が落下することになる。しかしながら、第１実施形態に係る水門開閉装置１Ａでは、ウォームギヤ２１及びウォームホイル３４のセルフロック機能（後述）が制動装置として働くので扉体の落下を防止することができる。また、第１実施形態に係る水門開閉装置１Ａには、機械式トルクリミッタ２９の動力伝達遮断動作、すなわち、電動機１１からの回転軸１１Ａとウォーム軸２０との間にて互いの回転トルク差が所定値に到達した際に発生する、機械式トルクリミッタ２９の動力伝達遮断動作を検出するリミットスイッチ３２が設けられている。リミットスイッチ３２は、電動機１１の駆動を制御する制御装置（図示略）と電気的に接続されている。制御装置では、リミットスイッチ３２により、機械式トルクリミッタ２９の動力伝達遮断動作を検出すると、電動機１１の駆動を停止するように制御する（インターロック回路）。

【0021】

図２及び図３に示すように、ウォーム軸２０のウォームギヤ２１には、ウォームホイル３４が噛み合っている。ウォームホイル３４は、減速機ケース１０内に配置される。ウォームホイル３４の軸方向は水平方向に延びる。ウォームホイル３４は、その軸方向が機械台６の長手方向に一致するように減速機ケース１０に回転自在に支持される。これにより、扉体の降下方向の荷重（扉体の自重）が、ウォーム軸２０の軸方向下方に向かって伝達される歯車組合せ（ウォームギヤ２１とウォームホイル３４との歯車組合せ）となる。なお、ウォームギヤ２１及びウォームホイル３４は、扉体側からの荷重（負荷）によって回転しないセルフロック機能が付与されている。具体的には、ウォームギヤ２１及びウォームホイル３４の材質、加工精度、使用潤滑油などによって決定されるウォームギヤ２１とウォームホイル３４との間の摩擦係数を勘案して、ウォームギヤ２１の歯形および進み角等が適切に設計され、扉体の降下方向の荷重により、ウォームギヤ２１が、扉体の降下方向に沿って回転しない（セルフロック機能）ように構成されている。

【0022】

ウォーム軸２０には、ウォームギヤ２１よりも上方の位置に傘歯車３６が相対回転不能に連結される。そして、手動操作伝達機構１４からの回転が、当該傘歯車３６を介してウォーム軸２０に伝達される。図２及び図４に示すように、手動操作伝達機構１４は、手動ハンドル４０と、手動ハンドル４０からの回転が伝達される第１平歯車４１と、該第１平歯車４１に噛み合う第２平歯車４３と、第２平歯車４３に対してその回転が互いに伝達されると共に軸方向への相対移動は許容される第２回転軸４４と、を備えている。第１平歯車４１には、その径方向中央部に第１回転軸４２が相対回転不能に連結される。第１回転軸４２は水平方向に延びる。第１回転軸４２はウォーム軸２０から離れる方向に延びている。第１回転軸４２は、手動操作ハウジング４６に対して複数の軸受４８、４８により回転自在に支持される。第１回転軸４２は、手動操作ハウジング４６から減速機ケース１０の長手方向に沿って外部に突出される。第１回転軸４２の、手動操作ハウジング４６から外部に突出された端部に手動ハンドル４０が一体的に連結される。

【0023】

第２平歯車４３は、第１平歯車４１と噛み合う。該第２平歯車４３は、複数の軸受４９、４９を介して回転自在に手動操作ハウジング４６に支持される。第２平歯車４３には、その径方向中央部に第２回転軸４４が相対回転不能に連結される。第２回転軸４４の、ウォーム軸２０と近接する側の端部に、傘歯車５２が相対回転不能に連結される。第２回転軸４４は、水平方向に沿って延びる。第２回転軸４４は、第２平歯車４３に対して、その回転は互いに伝達される一方、その軸方向に沿う相対移動は許容される。第２回転軸４４は、第２平歯車４３の径方向中央に設けた挿通孔に対してスプライン係合またはキー溝係合により連結される。第２回転軸４４は、手動操作ハウジング４６に軸受５４を介して回転自在に、且つ軸方向に沿って移動自在に支持される。第２回転軸４４が回転スライド軸に相当する。第２回転軸４４の、ウォーム軸２０から離間される側の端部の外周面には軸受５５が配置される。該軸受５５の外周にアダプタ軸部５７が配置される。

【0024】

詳しくは、アダプタ軸部５７は水平方向に延びる。アダプタ軸部５７は、第２回転軸４４と同心状に配置される。アダプタ軸部５７は、ウォーム軸２０側に形成されるアダプタ大径軸部５９と、該アダプタ大径軸部５９から連続してウォーム軸２０から離れる方向に延びるアダプタ小径軸部６０と、を備えている。アダプタ大径軸部５９の、ウォーム軸２０に近接する端面に収容凹部６２が形成される。該収容凹部６２の内周面に設けた係合溝部と、第２回転軸４４の外周面との間に軸受５５が配置される。なお、第２回転軸４４には、軸受５５を境にウォーム軸２０から離間される側に抜止リング６３が配置され、軸受５５からウォーム軸２０に近接する側に段差部６４が形成される。

【0025】

これにより、第２回転軸４４の、ウォーム軸２０から離間される側の端部は、アダプタ軸部５７に対して、軸受５５を介して回転自在に支持される。また、第２回転軸４４は、軸受５５により、アダプタ軸部５７の軸方向に沿う移動に追従するように軸方向に沿って移動することが可能になる。アダプタ軸部５７のアダプタ大径軸部５９の外周面は、対向する手動操作ハウジング４６の内周面と螺合している。アダプタ軸部５７のアダプタ小径軸部６０が、軸受５６を介して手動操作ハウジング４６に回転自在に支持される。アダプタ小径軸部６０の先端部がさらに小径に形成されて、手動操作ハウジング４６から外部に突出される。そして、作業者が、アダプタ軸部５７を回転させることで軸方向に移動させて、第２回転軸４４をその軸方向に沿って移動させることが可能になる。

【0026】

その際、作業者が、アダプタ軸部５７を正方向に回転させると、第２回転軸４４が軸方向に沿って前進することで、第２回転軸４４の先端に設けた傘歯車５２がウォーム軸２０に設けた傘歯車３６と噛み合う。その後、手動ハンドル４０を回転させることで、その回転が、第１回転軸４２、第１平歯車４１、第２平歯車４３、第２回転軸４４、第２回転軸４４の傘歯車５２及びウォーム軸２０の傘歯車３６を経由して、ウォーム軸２０に伝達される。一方、作業者が、アダプタ軸部５７を逆方向に回転させると、第２回転軸４４が軸方向に沿って後退することで、第２回転軸４４の先端に設けた傘歯車５２とウォーム軸２０に設けた傘歯車３６との噛合が解除される。

【0027】

図２及び図４に示すように、第２回転軸４４の、傘歯車５２よりもウォーム軸２０から離れる側の外周面には、径方向外方に向かって環状のストライカ部材６７が突設される。ストライカ部材６７は、傘歯車５２の外径よりも大径である。ストライカ部材６７よりもウォーム軸２０側にリミットスイッチ７０が配置される。当該リミットスイッチ７０は、手動ハンドル４０を正方向に回転させ、第２回転軸４４が所定位置まで前進した際にストライカ部材６７との接触を検出するものである。このリミットスイッチ７０は、電動機１１の駆動を制御する制御装置と電気的に接続されている。当該制御装置では、リミットスイッチ７０により、ストライカ部材６７との接触を検知すると、電動機１１の駆動を停止するように制御する（インターロック回路）。

【0028】

図２及び図３に示すように、ウォームホイル３４には、その径方向中央に出力軸７２が相対回転不能に連結される。出力軸７２は、複数の軸受７３、７３を介して回転自在に減速機ケース１０に支持される。出力軸７２は機械台６の長手方向に沿って、水平方向に延びる。また、図２を参照して、減速機ケース１０内には、その油面がウォームギヤ２１とウォームホイル３４との噛合範囲における略上端部位に位置するように、言い換えれば、その油面が出力軸７２の上端付近に位置するように潤滑油が貯溜されている。その結果、ウォームギヤ２１とウォームホイル３４との噛合範囲と、ウォーム軸２０の下部を回転自在に支持する上下一対の下側軸受２６、２６とは、潤滑油により常時潤滑された油浴状態となる。図１及び図３を参照して、出力軸７２は、減速機ケース１０から外部に突出され、その両端に各カップリング７４，７４（図１及び図３では１個しか図示されていない）を介して一対の連動軸１２、１２が相対回転不能にそれぞれ連結される。連動軸１２は機械台６の長手方向に沿って、水平方向に延びる。連動軸１２は、カップリング７５を介してピン歯車機構１３の第３回転軸７９に相対回転不能に連結される。

【0029】

図３に示すように、ピン歯車機構１３は、第３回転軸７９を有する第３平歯車７８と、該第３平歯車７８に噛み合う第４平歯車８０と、第４平歯車８０の回転が伝達されるピン歯車８２と、を備えている。第３回転軸７９は、水平方向に延びている。第３回転軸７９は、機械台６の長手方向に沿って、第３平歯車７８から減速機ケース１０に向かって延びている。第３回転軸７９は、ピン歯車用ハウジング８５に複数の軸受８７、８７を介して回転自在に支持される。当該第３回転軸７９が、連動軸１２にカップリング７５を介して相対回転不能に連結される。当該第３回転軸７９の減速機ケース１０から離間される側に第３平歯車７８が一体的に設けられる。第３平歯車７８に第４平歯車８０が噛み合っている。

【0030】

当該第４平歯車８０の径方向中央部に第４回転軸８１が相対回転不能に連結される。第４回転軸８１は、機械台６の長手方向に沿って、減速機ケース１０側とは反対方向に向かって延びている。第４回転軸８１は、水平方向に延びている。第４回転軸８１の、減速機ケース１０側とは反対側端部の外周面にピン歯車８２が一体的に設けられている。第４回転軸８１は、ピン歯車用ハウジング８５に複数の軸受８８、８８を介して回転自在に支持される。そして、ピン歯車８２にラック棒４が係合しており、第４回転軸８１の回転に伴うピン歯車８２の回転によりラック棒４が昇降される。

【0031】

なお、第１実施形態に係る水門開閉装置１Ａでは、連動軸１２は、カップリング７５を介してピン歯車機構１３の第３回転軸７９に相対回転不能に連結されて、第３回転軸７９の回転は、第３平歯車７８及び第４平歯車８０を介してピン歯車８２に伝達される構成であり、第３平歯車７８及び第４平歯車８０により、連動軸１２及びカップリング７５への負荷を低減して、連動軸１２及びカップリング７５が過大（大型化）となるのを抑制してコストダウンを図っているが、第３平歯車７８及び第４平歯車８０を備えず、連動軸１２の回転を、カップリング７５を介して直接ピン歯車８２（第４回転軸８１）に伝達する構成としてもよい。

【0032】

そして、第１実施形態に係る水門開閉装置１Ａにおいて、電動機１１の駆動により扉体を昇降させる際には、まず、作業者が、手動操作伝達機構１４のアダプタ軸部５７を逆方向に回転させると共に、第２回転軸４４を軸方向に沿って減速機ケース１０内のウォーム軸２０から後退させることで、第２回転軸４４の先端に設けた傘歯車５２とウォーム軸２０に設けた傘歯車３６との噛合を解除しておく。

【0033】

次に、電動機１１（ギヤドモータ）を作動させる。すると、電動機１１の回転軸１１Ａは、内蔵された減速ギヤにより減速されて、その回転数が１００～２００ｒｐｍ程度にて回転する。当該回転軸１１Ａの回転に伴って、機械式トルクリミッタ２９を経てウォーム軸２０が回転する。当該ウォーム軸２０の回転に伴って、ウォームギヤ２１を経て高い減速比にてウォームホイル３４が回転する。なお、ウォーム軸２０の回転に伴ってウォームホイル３４が回転する際には、１／４０～１／８０程度の減速が可能となり、他の減速用歯車を用いることなく、必要な減速を達成することができる。

【0034】

ウォームホイル３４の回転に伴って、出力軸７２及び連動軸１２が回転する。当該連動軸１２の回転に伴って、第３平歯車７８及び第４平歯車８０を経て所定の減速比にて第４回転軸８１が回転する。そして、当該第４回転軸８１の回転に伴って、ピン歯車８２が回転して、当該ピン歯車８２の回転に伴って、ラック棒４が昇降して扉体が昇降する。なお、第１実施形態に係る水門開閉装置１Ａでは、ピン歯車機構１３のピン歯車８２の必要回転数として０．３～１．０ｒｐｍ程度を得ることができる。

【0035】

そこで、電動機１１からの回転軸１１Ａの回転に伴って、機械式トルクリミッタ２９を介してウォーム軸２０が回転する際、回転軸１１Ａとウォーム軸２０との間の回転トルク差が所定値に到達すると、機械式トルクリミッタ２９により、機械的に電動機１１の回転軸１１Ａからウォーム軸２０への動力（回転トルク）の伝達を遮断される。また、機械式トルクリミッタ２９の作動をリミットスイッチ３２が検知すると、電動機１１の駆動が停止される。

【0036】

このとき、ウォームギヤ２１及びウォームホイル３４は、扉体側からの荷重（負荷）によって回転しないセルフロック機能を備えているので、機械式トルクリミッタ２９が作動しても、当該セルフロック機能により扉体の落下を防止することができる。また、扉体が昇降する際、ウォーム軸２０に作用する支配的な軸方向荷重である扉体の降下方向の荷重（扉体の自重）は、ウォーム軸２０に対して軸方向下方に向かっているが、この軸方向下向きの荷重は、ウォーム軸２０の下部を回転自在に支持する、油浴状態にある潤滑に有利な上下一対の下側軸受２６、２６（ラジアル方向及びアキシアル方向の荷重を受ける）にて安全に支持することができる。

【0037】

次に、第１実施形態に係る水門開閉装置１Ａにおいて、手動ハンドル４０にて扉体を昇降させる際には、作業者が、手動操作伝達機構１４のアダプタ軸部５７を正方向に回転させると共に、第２回転軸４４を軸方向に沿って減速機ケース１０内のウォーム軸２０に向かって前進させることで、第２回転軸４４の先端に設けた傘歯車５２とウォーム軸２０に設けた傘歯車３６とが噛み合った状態とする。このとき、リミットスイッチ７０により、ストライカ部材６７との接触が検知された状態であり、その検出信号により、制御装置では、電動機１１の駆動を停止するように制御される。

【0038】

次に、作業者により、手動ハンドル４０を回転させる。すると、第１回転軸４２の回転に伴って第１平歯車４１が回転する。当該第１平歯車４１の回転に伴って、第２平歯車４３が回転する。該第２平歯車４３の回転に伴って、第２回転軸４４が回転することで、第２回転軸４４の先端に設けた傘歯車５２とウォーム軸２０に設けた傘歯車３６との噛合により、ウォーム軸２０が回転する。そして、ウォーム軸２０からの回転は、上述したように、ウォームホイル３４、出力軸７２、連動軸１２、ピン歯車機構１３の第３回転軸７９、第３平歯車７８、第４平歯車８０、及び第４回転軸８１を経由してピン歯車８２に伝達される。当該ピン歯車８２の回転に伴って、ラック棒４が昇降して扉体が昇降される。なお、この作業者による手動操作時には、電動機１１に付属されたブレーキは、手動により解放状態とされている。

【0039】

以上説明したように、第１実施形態に係る水門開閉装置１Ａでは、減速機ケース１０上に配置され、扉体を昇降させる電動機１１と、減速機ケース１０内に設けられ、電動機１１からの回転が伝達されて扉体を昇降させる、減速機構としてのウォームギヤ２１と、を備え、該ウォームギヤ２１は、セルフロック機能を有している。これにより、電動機１１を減速機ケース１０の側方に配置する従来と比較して、平面的な占有スペースを縮小することができる。しかも、電動機１１が減速機ケース２０の側方に張り出すことなく、電動機１１は、平面的に減速機ケース１０の支持領域内に配置されるので、電動機１１を安定して配置することができる。このように、第１実施形態に係る水門開閉装置１Ａでは、電動機１１を含む減速機構（減速機ケース１０）の部位をコンパクト化でき、且つその配置バランスを改善することができる。

【0040】

また、減速機構としてウォームギヤ２１及びウォームホイル３４を用いることにより平歯車に比較して、高い減速比を得ることができる。その結果、複数の平歯車セットを必要とせず小型化することができる。また、ウォームギヤ２１及びウォームホイル３４は、セルフロック機能を付与しているので、扉体の落下を抑制する制動装置を備える必要がなく、構成部材の数量を削減でき、コスト減を達成することができる。

【0041】

また、第１実施形態に係る水門開閉装置１Ａでは、ウォームギヤ２１を有するウォーム軸２０は鉛直方向に延び、扉体の降下方向の荷重（扉体の自重）が、ウォーム軸２０の軸方向下方に向かって伝達される歯車組合せとしているので、ウォーム軸２０に作用する支配的な軸方向荷重である扉体の降下方向の荷重が、ウォーム軸２０に対してその下方に向かって伝達される構成とすることができる。また、扉体を昇降させる際のウォーム軸２０に伝達される軸方向荷重は、ウォーム軸２０の下端部を回転自在に支持する下側軸受２６、２６に伝達される。しかも、減速機ケース１０内の下部は潤滑油が貯溜されており、ウォームギヤ２１とウォームホイル３４との噛合範囲、及びウォーム軸２０の下端部を回転自在に支持する下側の一対の下側軸受２６、２６が潤滑油による油浴状態となっている。これにより、油浴状態にある潤滑に有利な、ウォーム軸２０を回転自在に支持する一対の下側軸受２６、２６にて、ウォーム軸２０に作用する下方に向かう軸方向荷重を安全に支持することができる。

【0042】

なお、本実施形態では、ウォーム軸２０に伝達される支配的な軸方向荷重をウォーム軸２０に対してその下方に向かう構成としたが、例えばベアリング押え等により、減速機ケース１０に対する一対の下側軸受２６、２６の上方への移動も規制されることにより、軸方向荷重の如何に係らず、油浴状態となっている一対の下側軸受２６、２６により、ウォーム軸２０への軸方向荷重を安全に支持することができる。

【0043】

さらに、第１実施形態に係る水門開閉装置１Ａでは、電動機１１からの回転軸１１Ａとウォーム軸２０とは、互いに同心状に相対回転不能に連結される。これにより、電動機１１からの回転軸１１Ａからウォームギヤ２１までの動力伝達経路にて伝達ギヤ等を配置する必要はなく、伝達ギヤ等の構成部材の数量を削減することができるので、小型化でき、コスト減にも繋がる。

【0044】

さらにまた、第１実施形態に係る水門開閉装置１Ａでは、電動機１１からの回転軸１１Ａとウォーム軸２０との間には、機械式トルクリミッタ２９が設けられている。そして、当該機械式トルクリミッタ２９により、電動機１１からの回転軸１１Ａとウォーム軸２０との間の回転トルク差が所定値に到達した段階で、電動機１１の回転軸１１Ａからウォーム軸２０への動力伝達を機械的に遮断することができる。その結果、機械式トルクリミッタ２９よりも動力伝達経路に係る下流側の多数の構成部材に対し、過大な電動機１１の最大発生トルクに基づいて強度設計する必要はなく、通常運転時の電動機１１からの回転トルクよりも若干大きい回転トルクに基づいて強度設計すればよく、開閉装置１Ａの、さらなる小型化及びコスト減を達成することができる。

【0045】

追記すると、従来では、過トルクをリミットスイッチで検出し、電磁接触器を電気的に作動させて電動機１１の電源を切る過負荷保護装置が採用されているが、電磁接触器、リレー接点、リミットスイッチ等の電気品の故障の可能性もあるので、上述のように、開閉装置に過大なトルクが作用する可能性に配慮して、この事態が発生しても破壊されないように電動機１１の最大発生トルクにおいても強度検証がなされているが、機械式トルクリミッタ２９を用いれば、機械的に回転トルクの伝達が遮断されるので、電動機１１の最大発生トルクが作用する心配がない。

【0046】

また、本実施形態に係る電動機１１（ギヤドモータ）では、その回転軸１１Ａの回転数が１００～２００ｒｐｍと十分に低速化が図られ、機械式トルクリミッタ２９において高速回転により溝へのボールまたはコロの着脱が短時間に高速かつ連続して起こる不安定な現象が発生しないように考慮されている。これに合わせて、第１実施形態に係る水門開閉装置１Ａでは、機械式トルクリミッタ２９の作動を検出するリミットスイッチ３２を備えており、機械式トルクリミッタ２９の作動後、遅滞なく電動機１１も停止するように制御されており、安全性及び信頼性をさらに向上させることができる。

【0047】

さらにまた、第１実施形態に係る水門開閉装置１Ａでは、手動ハンドル４０からの回転が伝達される第２回転軸４４（回転スライド軸）の先端に、ウォーム軸２０の傘歯車３６と対をなす傘歯車５２を相対回転不能に連結して、第２回転軸４４は、ウォーム軸２０の傘歯車３６と、第２回転軸４４の傘歯車５２とが噛合及び噛合解除自在となるように軸方向に沿って移動自在に構成される。これにより、電動機１１により扉体を昇降させる際には、第２回転軸４４を軸方向に沿って減速機ケース２０内のウォーム軸２０から後退させることで、第２回転軸４４の傘歯車５２とウォーム軸２０の傘歯車３６との噛合が解除された状態とする。

【0048】

一方、手動ハンドル４０により扉体を昇降させる際には、第２回転軸４４を軸方向に沿って減速機ケース１０内のウォーム軸２０に向かって前進させることで、第２回転軸４４の傘歯車５２とウォーム軸２０の傘歯車３６とが噛み合う状態として、作業者が手動ハンドル４０を回転させることにより、扉体を昇降させることができる。この結果、高価な差動歯車を用いることなく手動操作機能を確保することができ、さらなるコスト減に貢献できる。

【0049】

次に、第２実施形態に係る水門開閉装置１Ｂを図５に基づいて、適宜図４なども参照しながら詳しく説明する。当該第２実施形態に係る水門開閉装置１Ｂを説明する際には、第１実施形態に係る水門開閉装置１Ａとの相違点のみを説明する。

【0050】

第２実施形態に係る水門開閉装置１Ｂでは、角筒状カバー部材１８は備えておらず、減速機ケース１０の上面に電動機１１が直接配置されている。減速機ケース１０内には、鉛直回転軸１００が鉛直方向に延びている。電動機１１からの回転軸１１Ａの先端は、減速機ケース１０内に配置される。電動機１１からの回転軸１１Ａと鉛直回転軸１００とが互いに同心状に配置される。電動機１１からの回転軸１１Ａと鉛直回転軸１００との間に機械式トルクリミッタ２９が配置される。機械式トルクリミッタ２９は減速機ケース１０内に配置される。鉛直回転軸１００の下端は、減速機ケース１０の底面上に配置される支持台１０１に一対の軸受１０５、１０５を介して回転自在に支持される。鉛直回転軸１００の下端寄りには、傘歯車１１０が相対回転不能に連結される。減速機ケース１０内であって、その底部、言い換えれば、鉛直回転軸１００の下端近傍にウォーム軸２０が配置される。

【0051】

ウォーム軸２０は、減速機ケース１０内を水平方向に延びる。ウォーム軸２０は、減速機ケース１０の長手方向（機械台６の幅方向）に沿って延びている。減速機ケース１０内の底部には、その長手方向に沿って間隔を置いて一対の支持台１０１、１０２が配置される。ウォーム軸２０は、複数の軸受１０６、１０６を介して一対の支持台１０１、１０２それぞれに回転自在に支持される。ウォーム軸２０の長手方向略中央部にウォームギヤ２１が設けられる。ウォーム軸２０の鉛直回転軸１００側の端部に、傘歯車１１１が相対回転不能に連結されている。そして、鉛直回転軸１００に設けた傘歯車１１０と、ウォーム軸２０に設けた傘歯車１１１とが噛み合っている。ウォーム軸２０のウォームギヤ２１にウォームホイル３４が噛み合っている。ウォームホイル３４は、減速機ケース１０内に配置される。

【0052】

ウォームホイル３４は、その軸方向が機械台６の長手方向に一致するように回転自在に支持される。ウォームホイル３４には、その径方向中央に出力軸７２が相対回転不能に連結される。減速機ケース１０内には、ウォームギヤ２１とウォームホイル３４との噛合範囲が浸漬されるように潤滑油が貯溜されている。その結果、減速機ケース１０内において、ウォームギヤ２１とウォームホイル３４との噛合範囲を含む複数の軸受１０５、１０６が油浴状態となる。第２実施形態に係る水門開閉装置１Ｂでは、第１実施形態に係る水門開閉装置１Ａよりも、減速機ケース１０内の潤滑油の量を少なくすることができる。

【0053】

なお、第２実施形態に係る水門開閉装置１Ｂにおいても、第１実施形態に係る水門開閉装置１Ａの構成である手動操作伝達機構１４（図４参照）を備えて（図５では図示せず）、一方、鉛直回転軸１００に傘歯車（図５において図示せず）を相対回転不能に連結する。そして、当該手動操作伝達機構１４に備えた第２回転軸４４の傘歯車５２（図４参照）と、鉛直回転軸１００の傘歯車とを噛み合わせることで、作業者により、手動操作伝達機構１４を作動させて、扉体を昇降させることができる。

【0054】

そして、第２実施形態に係る水門開閉装置１Ｂでは、電動機１１を作動させると、電動機１１の回転軸１１Ａの回転に伴って、機械式トルクリミッタ２９を経て鉛直回転軸１００が回転する。当該鉛直回転軸１００の回転に伴って、各傘歯車１１０、１１１を介してウォーム軸２０が回転すると共に、該ウォームホイル３４が回転する。当該ウォームホイル３４の回転に伴って、出力軸７２、連動軸１２、ピン歯車機構１３の第３回転軸７９、第３平歯車７８、第４平歯車８０、第４回転軸８１及びピン歯車８２が回転して、当該ピン歯車８２の回転に伴って、ラック棒４が昇降して扉体が昇降する。

【0055】

以上説明した、第２実施形態に係る水門開閉装置１Ｂにおいても、電動機１１を減速機ケース１０上に配置している点、機械式トルクリミッタ２９を設けている点、減速機構として、セルフロック機能を有するウォームギヤ２１及びウォームホイル３４を採用している点、手動操作伝達機構１４を備えている点において、第１実施形態に係る水門開閉装置１Ａと同様の作用効果を奏することができる。

【0056】

また、第２実施形態に係る水門開閉装置１Ｂでは、ウォームギヤ２１を有するウォーム軸２０は、減速機ケース１０内でその底部を水平方向に沿って延びているので、減速機ケース１０内の潤滑油の量を、第１実施形態に係る水門開閉装置１Ａに採用した減速機ケース１０内の潤滑油の量よりも少なくすることができる。

【符号の説明】

【0057】

１Ａ、１Ｂ 水門開閉装置，１０ 減速機ケース，１１ 電動機，１１Ａ 回転軸，２０ ウォーム軸，２１ ウォームギヤ，２６ 下側軸受，２９ 機械式トルクリミッタ，４４ 第２回転軸（回転スライド軸），３６ 傘歯車，５２ 傘歯車

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】