JP4425868B2 - ピンラックを備えた流路開閉用の水門駆動装置 - Google Patents

Description

この発明は，例えば，水路，浄水場等の流路を開閉する扉体，ゲート，バルブ等の水門を上下往復移動させ，流路の水の流れを調整するピンラックを備えた流路開閉用の水門駆動装置に関する。

従来，流路開閉用の水門駆動装置は，例えば，図８に示すように，水路，浄水場等の流路に建造された土台等のベース２６にスタンド１５を設置し，スタンド１５で支持されたピンラック４０に流路を開閉するゲート，扉体，バルブ等の水門２０をジョイント４３によって取り付け，ピンラック４０を構成する側板４１の長手方向に沿って設けたラックピン４２に噛み合うピニオン９をモータ又は手動ハンドルで回転駆動し，水門２０を流路に対して上下方向に往復移動させて流路を開閉するものである。上記流路開閉用の水門駆動装置は，一般に，水門２０が取り付けられたピンラック４０，ラックピン４２に噛み合うピニオン９を設けたピニオン軸１１，ピニオン軸１１に回転を伝達する出力軸を備えた動力伝達装置，動力伝達装置における伝動軸に回転を与えるサーボモータ等のモータ，及び出力軸に回転を与える手動ハンドルを備えている。また，動力伝達装置には，水門２０を保持するブレーキ，モータの回転を断接するクラッチ，水門２０を自重で降下させるための自重降下レバー等が設けられている。

従来，ピンラックとして，ピニオンが噛み合うピンを備えたものが知られている。該ピンラックは，側板にピンの両端を溶接して固定したものであり，互いに平行をなす２枚の側板を有し，噛み合いさせるべきピニオンの歯と適正に噛み合いさせ得る径を有し，ピニオンの歯のピッチと等しいピッチで配設された多数のピンで接続したのであり，ピンの端部を側板に溶接した固定ピンと，端部を側板に溶接しない自由回転ピンとを混在させたものである（例えば，特許文献１参照）
特開２００４−１９０７４３号公報

しかしながら，従来の流路開閉用の水門駆動装置において，水門を支持するピンラックは，一対の側板を隔置して側板間に側板の長手方向に沿って一定間隔でピンを配設し，ピンのうち幾つかを溶接して固定した固定ピンとし，残りを側板に対して回転自在に設けた回転ピンで構成したものであるので，側板に固定ピンを溶接で固定した場合に，側板やピンが歪んだり，また，固定ピンがピニオンと噛み合うのに伴って互いの歯面において滑り運動をし，伝達効率が低下したり，歯面の摩擦が大きくなり，摩耗が大きくなる原因となっていた。また，固定ピンが摩耗した時に，ピンを新しいものに交換する場合に，側板から固定ピンを簡単に除去することができず，ピンのみを交換することができないか，又は交換するため固定ピンを側板から無理に切断した場合には，側板を損傷し，側板そのものを再度使用できなくなる恐れがある。

この発明の目的は，上記の問題を解決することであり，水路，浄水場等の流路を開閉するのに扉体，バルブ，ゲート等の水門を上下往復移動させるため，水門を取り付けたピンラックに設けたピンを動力伝達装置によって回転駆動されるピニオンに噛み合わせて，ピンラックを上下往復移動可能に駆動する流路開閉用の水門駆動装置において，一対の側板にピンを回転自在に取付け取外し自在に装着し，回転自在なピンと回転駆動するピニオンと間の伝達効率を向上させ，互いに歯面が摺動することなく，歯面の摩擦を低減し，特に，ピンが摩耗したり損傷した場合に，留め輪をピンから簡単に外すことによって新しいピンに交換でき，従来のような溶接部分が無いので，歪み等が発生しないピンラックを備えた流路開閉用の水門駆動装置を提供することである。

この発明は，流路に設置されたスタンドに設けられ且つ前記流路を開閉する水門，前記スタンドに対して前記水門を上下往復移動させて前記流路を開閉するため駆動されるモータ及び／又は前記スタンドに対して前記水門を手動で上下往復移動させる手動ハンドル，前記モータ及び／又は前記手動ハンドルによる回転運動を前記水門の上下往復移動に変換伝達する前記スタンドに設けられた動力伝達装置，及び前記動力伝達装置の出力軸によって前記スタンドに対して上下往復移動し且つ前記水門が取り付けられたピンラックから成る流路開閉用の水門駆動装置において，
前記ピンラックは，前記動力伝達装置の前記出力軸によって回転駆動されるピニオンに噛み合うピン，及び前記ピンが所定の間隔で複数取り付けられ且つ前記スタンドに対して上下移動可能に隔置状態に支持された一対の側板から構成され，全ての前記ピンは前記側板に形成された取付け孔にそれぞれ回転自在に嵌挿して取り付けられており，
前記側板の前記取付け孔に嵌挿される一部の前記ピンの両端部には係止溝が形成され，前記係止溝には前記ピンを前記側板に回転自在に係止する留め輪が係止されていることを特徴とする流路開閉用の水門駆動装置に関する。

また，前記ピンラックにおける前記ピンの前記両端部は，前記側板の前記取付け孔にそれぞれ取付け取外し自在に配設されている。

また，前記ピンラックにおける前記側板の前記取付け孔に嵌挿される前記ピンの前記両端部は，前記ピニオンに噛み合う中央の本体部より小径に形成され，前記両端部と前記本体部との境界には前記側板の側面に係止する段部が形成されている。

また，前記ピンラックは，前記側板の下端部には，前記水門を取り付けるための取付け孔が形成されている。

このピンラックを備えた流路開閉用の水門駆動装置は，上記のように，ピンラックが一対の側板と側板間に配設されたピンとから構成され，全てのピンが側板に回転自在に且つ取付け取外し可能に取り付けられているので，動力伝達装置を通じて回転駆動されるピニオンに回転自在なピンが噛み合う時に，互いに歯面が摺動即ち滑ることがなく，的確に噛み合って動力を伝達して伝達効率を向上させ，ピンやピニオンの歯面の摩擦が小さくなり，歯面の摩耗が低減され，また，ピンが摩耗して時には新しいピンに簡単に交換でき，しかもピンラックには側板にピンを固定するような溶接が無いので，溶接歪みが無い高精度の製品に作製でき，ピンラックやピニオンそのものの耐久性が向上し，安全性，信頼性に富んだものになる。

以下，図面を参照して，この発明によるピンラックを備えた流路開閉用の水門駆動装置を説明する。このピンラックを備えた流路開閉用の水門駆動装置は，ゲート，扉体，バルブ等の水門２０（以下，総称）をピンラック１０に取り付け，水門２０によって水路，浄水場等の流路を開閉するため，ピンラック１０を上下往復移動させて駆動するものであり，サーボモータ等のモータ１及び／又は手動ハンドル７の回転を動力伝達装置１４を最終の出力軸３４に連結したピニオン９にピンラック１０のピン１３，１６を噛み合わせてピンラック１０を上下往復移動させるものである。下記に説明する実施例では，流路開閉用の水門駆動装置は，モータ１と手動ハンドル７との両方の駆動手段を備え，両方の駆動手段で水門２０を上下往復移動させる場合について説明しているが，場合によっては，手動ハンドル７のみで水門２０を上下往復移動させることができ，又は，モータ１のみで水門２０を上下往復移動させることもできることは勿論である。

この流路開閉用の水門駆動装置は，概して，流路を開閉するため配設された水門２０，水門２０を上下往復移動させて流路を開閉するため駆動するモータ１，水門２０を手動で上下往復移動させる手動ハンドル７，及びモータ１又は手動ハンドル７による出力軸３４の回転を水門２０の上下往復移動に変換伝達する動力伝達装置１４を有している。ピンラック１０は，水門２０が取り付けられ，ベース２６に設置されたスタンド１５に上下移動可能に支持されている。この流路開閉用の水門駆動装置は，モータ１及び手動ハンドル７の回転を解放して水門２０を自重降下させるための自重降下レバー２が動力伝達装置１４に組み込まれている。モータ１は，ＡＣサーボモータ等のサーボモータで構成されている。動力伝達装置１４は，モータ１のモータ出力軸２２，モータ出力軸２２に連結された伝動軸４，伝動軸４に設けられた無励磁作動保持ブレーキ３，伝動軸４に入力軸３１が連結された減速機５（一次減速機），減速機５のケース３９を介して連結された手動ハンドル７，手動ハンドル７の回転を減速機５のケース３９を介して出力軸３２に作動連結するウォームギヤ３５，減速機５の出力軸３２に入力軸３３が連結された減速機６（二次減速機），減速機６の出力軸３４に連結されたピニオン９を備えたピニオン軸１１，及びピニオン９に噛み合うピン１６を備え且つ水門２０を取り付けた水門支持手段を構成するピンラック１０から構成されている。即ち，動力伝達装置１４において，水門２０とモータ１との間の駆動系には差動歯車機構を利用した差動歯車減速機等から構成された減速機５，６を直列に二段に配設されている。一次減速機５は，ケース３９，及びケース３９に組み込み支持された入力軸３１と出力軸３２から構成されている。手動ハンドル７は，減速機５のケース３９にウォームギヤ３５を介して組み込まれている。また，ウォームギヤ３５は，スタンド１５に固定されたケーシング１２に収容されており，手動ハンドル７による回転が減速機５のケース３９を介して伝達される。ウォームギヤ３５は，減速機５のケース３９に固定されたウォームホイール３７とウォームホイール３７に噛み合うウォーム３６を設けたウォーム軸３８とを有している。

ピンラック１０は，特に，動力伝達装置１４の出力軸３４によって回転駆動されるピニオン９に噛み合うピン１３，１６，及びピン１３，１６が回転自在に所定の間隔で複数取り付けられ且つスタンド１５に対して上下往復移動可能に隔置状態に支持された一対の側板８から構成されていることを特徴としている。ピンラック１０は，側板８にはピン１３，１６の端部２４，２５を嵌挿する取付け孔１７が形成されており，ピン１３，１６の両端部２４，２５が側板８の取付け孔１７にそれぞれ取付け取外し自在に装着されたものである。また，ピンラック１０の側板８の取付け孔１７に装着されるピン１３，１６の端部２４，２５は，ピニオン９に噛み合う中央の本体部２３より小径に形成されている。言い換えれば，ピン１３，１６の本体部２３の径を側板８に形成した取付け孔１７より大径に形成しておけば，一対の側板８は，ピン１３，１６の本体部２３の両端の段部４７が側板８の側面４６に当接して規制され，側板８間の間隔が位置決めされ，容易に平行に隔置状態に位置設定されることになる。ピンラック１０は，ピンラック１０を流路開閉用の水門駆動装置に設置した時に，側板８の下側になる端部２７には，水門２０をショイント４３を介して取り付けるため，一対の取付け孔２８が形成されている。

ピンラック１０を構成するピン１３，１６は，図３及び図４に示すように，２種類である。図３に示すピン１６は，端部２５が側板８の側面４６から延び出さないように短く形成され，側板８の取付け孔１７に嵌挿した状態で回転自在に支持され，ピン１６は側板８の取付け孔１７には係止しておらず，取付け取外し自在に取り付けられている。また，図４に示すピン１３は，その端部２４が側板８の側面４６から僅かに延び出すように，ピン１６の端部２５より長く形成され，延び出した端部２４には係止溝１９が形成され，側板８の取付け孔１７に嵌挿した状態で回転自在に支持されている。ピン１３に形成された係止溝１９には，ピン１３を側板８の取付け孔１７に嵌挿した状態で留め輪１８が係止されている。ピン１３は，留め輪１８によって側板８の取付け孔１７から抜け出さないように側板８に取り付けられ，しかも，ピン１３は，側板８の取付け孔１７に回転自在に係止され，側板８に対して取付け取外し自在に取り付けられている。ピンラック１０は，上記の構成であるので，留め輪１８をピン１３から取り外せば，ピン１３を側板８から取り外す状態になるので，一対の側板８を互いに引き離せば，側板８からピン１３，１６を外すことができ，ピン１３，１６を新しいものと交換することができる。

動力伝達装置１４の最終出力軸となる出力軸３４は，ピニオン９を備えたピニオン軸１１であり，また，ピンラック１０はピニオン９に噛み合うピン１３，１６を備えている。ピンラック１０は，スタンド１５に取り付けられたローラピン４４に回転自在なローラ４５にガイドされてスムーズに上下移動できるように構成されている。動力伝達装置１４は，ピンラック１０を上下移動させるため，モータ１のモータ出力軸２２からの回転力を一対の減速機５，６を介して最終減速段の出力軸３４と一体のピニオン軸１１に伝達する。モータ１は，水門２０の位置を調整可能に作動するＡＣサーボモータで構成されている。減速機５のケース３９は軸受３０によってスタンド１５に回転自在に支持されている。減速機５は，入力軸３１の回転を減速して出力軸３２の回転へと伝達される。また，減速機６は，入力軸３３の回転を減速して出力軸３４の回転へと伝達される。また，水門２０の位置を検出する位置検出器が動力伝達装置１４に設けられている。この流路開閉用の水門駆動装置は，水門２０に対する位置検出器が設けられているので，モータ１による水門２０の駆動の時は勿論のこと，手動ハンドル７による水門２０の駆動の時にも，水門２０の現在位置が常に情報としてコントローラに認識されており，水門２０を常に高精度に所望の位置に移動させることができる。

手動ハンドル７は，ウォームギヤ３５を介して動力伝動装置１４に作動連結されている。手動ハンドル７に設けられたウォームギヤ３５は，ウォーム軸３８に設けたウォーム３６とそれに噛み合うウォームホイール３７から構成されている。ウォームホイール３７と減速機５のケース３９とはボルト２９によって締結されている。ウォーム３６の回転はウォームホイール３７に減速伝達されて回転するが，ウォームホイール３７からは，その回転がウォーム３６には伝達されない構造であり，従って，手動ハンドル７によってウォーム３６が回転する時には，ウォームホイール３７が回転し，ウォームホイール３７の回転が減速機５のケース３９を介して出力軸３２に伝達されることになるので，手動ハンドル７の回転の減速比は減速機５ではほとんど減速されずに，手動ハンドル７の回転はウォームギヤ３５で減速されるようになっている。

また，無励磁作動保持ブレーキ３は，動力伝達装置１４を通じて水門２０を所定の位置に保持し，非常時にはブレーキ解放機構を構成する自重降下レバー２の作動によって水門２０を自重降下させると共にサーボモータ１によりダイナミックブレーキで水門２０の降下を制御し，流路を水門２０で閉鎖する機能を有している。サーボモータ１は，例えば，永久磁石をロータに設け，巻線をステータに巻き上げた同期電動機即ち永久磁石式発電・電動機が使用されている。永久磁石式発電・電動機は，ステータに巻き上げた巻線に電流を流すと，ロータが回転し，トルクが発生する電動機モードとして機能し，また，自重等によってロータを回転させれば，ステータの巻線に電流が発生して発電機モードとして機能する。従って，この実施例では，水門２０の降下時に水門２０にブレーキをかける場合に，モータ１を発電機モードとして機能させて制動トルクを得るダイナミックブレーキとして働かせる。ブレーキ力は，熱エネルギとして放熱したり，電力として回生することができる。

また，無励磁作動保持ブレーキ３は，モータ出力軸２２に連結した伝動軸４には，安全性を考慮して一対の無励磁作動保持ブレーキを平行して設けることができる。無励磁作動保持ブレーキ３は，そのケースにシフタが取り付けられる。シフタは，手動による自重降下レバー２の作動によって無励磁作動保持ブレーキ３を解放するように構成されている。無励磁作動保持ブレーキ３は，電源がＯＮすると，モータ１が回転可能になり，減速機５の入力軸３１が回転するように構成されている。電源がＯＦＦの時には，アーマチャがブレーキディスクに接し，ブレーキが掛かった状態になり，従って，無励磁作動保持状態になる。無励磁作動保持ブレーキ３は，例えば，一対の無励磁作動保持ブレーキを設けておけば，一方のブレーキ機能が故障した場合に，他方のブレーキ機能を発揮させることができ，安全性に富んだ構成となる。即ち，モータ１にブレーキをかけるときに，２個の無励磁作動保持ブレーキ３の内，一方を付勢してブレーキがかかる状態にしておき，一方が故障した場合に他方を付勢してブレーキがかかるように設定しておくことが好ましい。

この発明によるピンラックを備えた流路開閉用の水門駆動装置は，例えば，上下往復移動して駆動されるピンラックに取り付けられた扉体，ゲート，弁体等の水門によって流路を開閉するのに適用される。

この発明による流路開閉用の水門駆動装置に設けられたピンラックを示す平面図である。 図１のピンラックを示す側面図である。 図１のピンラックにおける端部が短いピンを示す平面図である。 図１のピンラックにおける端部に係止溝を備えたピンを示す平面図である。 図４のピンの係止溝に係止される留め輪を示す平面図である。 この発明による流路開閉用の水門駆動装置を示す概略図である。 この流路開閉用の水門駆動装置の実施例の要部を断面で示す概略図である。 従来の流路開閉用の水門駆動装置におけるピンラックと水門との関係を示す説明図である。

符号の説明

１ モータ
７ 手動ハンドル
８ 側板
９ ピニオン
１０ ピンラック
１３，１６ ピン
１４ 動力伝動装置
１５ スタンド
１７，２８ 取付け孔
１８ 留め輪
１９ 係止溝
２０ 水門
２３ 本体部
２４，２５，２７ 端部
３４ 出力軸
４６ 側面
４７ 段部

Claims (4)

1. 流路に設置されたスタンドに設けられ且つ前記流路を開閉する水門，前記スタンドに対して前記水門を上下往復移動させて前記流路を開閉するため駆動されるモータ及び／又は前記スタンドに対して前記水門を手動で上下往復移動させる手動ハンドル，前記モータ及び／又は前記手動ハンドルによる回転運動を前記水門の上下往復移動に変換伝達する前記スタンドに設けられた動力伝達装置，及び前記動力伝達装置の出力軸によって前記スタンドに対して上下往復移動し且つ前記水門が取り付けられたピンラックから成る流路開閉用の水門駆動装置において，
   前記ピンラックは，前記動力伝達装置の前記出力軸によって回転駆動されるピニオンに噛み合うピン，及び前記ピンが所定の間隔で複数取り付けられ且つ前記スタンドに対して上下移動可能に隔置状態に支持された一対の側板から構成され，全ての前記ピンは前記側板に形成された取付け孔にそれぞれ回転自在に嵌挿して取り付けられており，
   前記側板の前記取付け孔に嵌挿される一部の前記ピンの両端部には係止溝が形成され，前記係止溝には前記ピンを前記側板に回転自在に係止する留め輪が係止されていることを特徴とする流路開閉用の水門駆動装置。
2. 前記ピンの前記両端部は，前記側板の前記取付け孔にそれぞれ取付け取外し自在に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の流路開閉用の水門駆動装置。
3. 前記側板の前記取付け孔に嵌挿される前記ピンの前記両端部は，前記ピニオンに噛み合う中央の本体部より小径に形成され，前記両端部と前記本体部との境界には前記側板の側面に係止する段部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の流路開閉用の水門駆動装置。
4. 前記側板の下端部には，前記水門を取り付けるための取付け孔が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の流路開閉用の水門駆動装置。

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