(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
球面を有した凸曲面体と、この凸曲面体の球面に摺動自在に接触するトロイダル曲面を有した凹曲面座とを具備しており、凹曲面座のトロイダル曲面は、凸曲面体の球面の球心を通る軸方向において当該球心から所与の距離だけ離れた位置を中心とする円であって軸方向に直交する面内に位置する円の上に曲率中心を有しており、凸曲面体の球面は、凹曲面座のトロイダル曲面の曲率半径よりも小さい曲率半径を有している閘門扉用球面軸受。
【請求項２】
トロイダル曲面を有した凸曲面体と、この凸曲面体のトロイダル曲面に摺動自在に接触する球面を有した凹曲面座とを具備しており、凸曲面体のトロイダル曲面は、凹曲面座の球面の球心を通る軸方向において当該球心から所与の距離だけ離れた位置を中心とする円であって軸方向に直交する面内に位置する円の上に曲率中心を有しており、凸曲面体のトロイダル曲面は、凹曲面座の球面の曲率半径よりも小さい曲率半径を有している閘門扉用球面軸受。
【請求項３】
トロイダル曲面は、当該トロイダル曲面の曲率中心を通る線であって軸方向に伸びる軸心に対して所定範囲の角度をもって傾斜した線に交わる部位で球面に摺動自在に接触するように形成されている請求項１又は２に記載の閘門扉用球面軸受。
【請求項４】
前記所定範囲の角度は、３０度から４５度である請求項３に記載の閘門扉用球面軸受。
【請求項５】
凸曲面体又は凹曲面座は、凸曲面体と凹曲面座との間に供給される潤滑油が配される潤滑油溝を具備している請求項１から４のいずれか一項に記載の閘門扉球面軸受。
【請求項６】
凸曲面体又は凹曲面座は、凹曲面座又は凸曲面体に滑接する固体潤滑剤を具備している請求項１から５のいずれか一項に記載の閘門扉用球面軸受。
【請求項７】
凸曲面体又は凹曲面座は、球面とトロイダル曲面との間に配されたシール手段を具備している請求項１から６のいずれか一項に記載の閘門扉用球面軸受。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の閘門扉用球面軸受と、この閘門扉用球面軸受を介して閘門に回転自在に支持される扉体とを具備している閘門扉。
【請求項９】
扉体は、鉛直軸に対して傾斜した回転軸を中心に回転自在となるように閘門扉用球面軸受を介して閘門に支持されるようになっている請求項８に記載の閘門扉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、河川、運河等において水路を開閉する閘門の閘門扉用球面軸受及びこれを具備した閘門扉に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００２−２８５５３３号公報
【０００３】
例えば特許文献１においては、支持軸を中心とした回転により水路を開閉する閘門扉が提案されている。斯かる閘門扉は、無動力式であり、支持軸が鉛直軸に対して水路上流側に向かって傾斜して設けられた扉体にその自重による水路閉鎖方向のモーメントが作用するようになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、斯かる無動力式の閘門扉では、扉体が受ける水圧の大小に応じて開閉の度合いを調節するようになっているために、扉体を円滑に且つ正確に開閉させるのが好ましく、また、水圧を受ける扉体の支持軸には多大な負荷が加わるために、扉体の円滑且つ正確な開閉作動を長期間維持することが困難である。尚、扉体の円滑且つ正確な開閉作動が長期間維持されることは、上述の無動力式の閘門扉においては特に望まれるが、扉体を開閉させるための動力源を有する動力式の閘門扉においても望ましい。
【０００５】
本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、扉体の円滑且つ正確な開閉作動を長期間維持することのできる閘門扉用球面軸受及びこれを具備した閘門扉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の閘門扉用球面軸受は、球面及びトロイダル曲面のうちの一方を有した凸曲面体と、この凸曲面体の前記球面及びトロイダル曲面のうちの一方に摺動自在に接触する球面及びトロイダル曲面のうちの他方を有した凹曲面座とを具備しており、トロイダル曲面は、球面の球心を通る軸方向において当該球心から所与の距離だけ離れた位置を中心とする円であって軸方向に直交する面内に位置する円の上に曲率中心を有しており、凸曲面体の球面及びトロイダル曲面のうちの一方は、凹曲面座の球面及びトロイダル曲面のうちの他方の曲率半径よりも小さい曲率半径を有している。
【０００７】
本発明の閘門扉用球面軸受において、凸曲面体がトロイダル曲面を有している例では、凸曲面体のトロイダル曲面は、凹曲面座の球面の曲率半径よりも小さい曲率半径を有しており、また、凹曲面座がトロイダル曲面を有している例では、凹曲面座のトロイダル曲面は、凸曲面体の球面の曲率半径よりも大きい曲率半径を有している。
【０００８】
本発明の閘門扉用球面軸受によれば、特に、トロイダル曲面が、球面の球心を通る軸方向において当該球心から所与の距離だけ離れた位置を中心とする円であって軸方向に直交する面内に位置する円の上に曲率中心を有しており、凸曲面体の球面及びトロイダル曲面のうちの一方が、凹曲面座の球面及びトロイダル曲面のうちの他方の曲率半径よりも小さい曲率半径を有しているために、球面とトロイダル曲面とが初期に摺接する部位を、球面及びトロイダル曲面の頂面を除く所定の領域に限定することができると共に、凸曲面体の凹曲面座に対する相対的な調芯機能をも発揮させ得て、閘門扉の扉体の円滑且つ正確な開閉作動を実現し得、加えて、長期間の使用により摩耗が生じた場合においても、凹曲面座に局部的な摩耗を生じさせることなく、トロイダル曲面の球面に初期に摺接する部位から当該トロイダル曲面全体に均一に摩耗を生じさせることができて、扉体の円滑且つ正確な開閉作動を長期間維持することができる。
【０００９】
本発明の閘門扉用球面軸受の好ましい例では、トロイダル曲面は、当該トロイダル曲面の曲率中心を通る線であって軸方向に伸びる軸心に対して所定範囲の角度をもって傾斜した線に交わる部位で球面に摺動自在に接触するように形成されている。
【００１０】
本発明の閘門扉用球面軸受の好ましい例では、前記所定範囲の角度は、３０度から４５度である。このような好ましい例によれば、長期間の使用により摩耗が生じた場合においても、主に扉体の自重による鉛直荷重が加えられる凹曲面座のトロイダル曲面全体に、より均一に摩耗を生じさせ得る。
【００１１】
本発明の閘門扉用球面軸受の好ましい例では、凸曲面体又は凹曲面座は、凸曲面体と凹曲面座との間に供給される潤滑油が配される潤滑油溝を具備している。このような好ましい例によれば、凸曲面体と凹曲面座との摺動摩擦抵抗を低減させることができる。
【００１２】
本発明の閘門扉用球面軸受の好ましい例では、凸曲面体又は凹曲面座は、凹曲面座又は凸曲面体に滑接する固体潤滑剤を具備している。このような好ましい例によれば、凸曲面体と凹曲面座との摺動摩擦抵抗を低減させることができる。
【００１３】
本発明の閘門扉用球面軸受の好ましい例では、凸曲面体又は凹曲面座は、球面とトロイダル曲面との間に配されたシール手段を具備している。このような好ましい例によれば、球面とトロイダル曲面との間の潤滑油の漏出を防止することができ、外部から球面とトロイダル曲面との間の隙間への粉塵の侵入をも防止することができて、扉体をより円滑に開閉させ得ると共に長期間の使用によるトロイダル曲面の摩耗も低減させ得る。
【００１４】
本発明の閘門扉球面軸受では、凸曲面体が球面を、凹曲面座がトロイダル曲面を具備していてもよく、また、凸曲面体がトロイダル曲面を、凹曲面座が球面を具備していてもよい。
【００１５】
本発明の閘門扉は、上述の閘門扉用球面軸受と、この閘門扉用球面軸受を介して閘門に回転自在に支持される扉体とを具備している。
【００１６】
本発明の閘門扉では、扉体は、鉛直軸に対して傾斜した回転軸を中心に回転自在となるように閘門扉用球面軸受を介して閘門に支持されるようになっている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、扉体の円滑且つ正確な開閉作動を長期間維持することのできる閘門扉用球面軸受及びこれを具備した閘門扉を提供し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明の実施の形態の例を、図に示す例に基づいて更に詳細に説明する。尚、本発明はこれら例に何等限定されないのである。
【実施例】
【００１９】
図１から図７において、本例の無動力式の閘門扉１は、一対の扉体２及び３と、扉体２及び３の下隅部４を夫々回転自在に支持する閘門扉用球面軸受（以下、球面軸受と称する）６並びに扉体２及び３の上隅部５を夫々回転自在に支持する支持部７とを具備している。
【００２０】
閘門扉１は、扉体２及び３の開閉により水位の調整等を行うように運河、河川等の水路９を画する閘門１０に設置される。
【００２１】
扉体２及び３は、鉛直軸Ｖに対して水路９の上流１５側に向かって例えば２度から３度傾斜した軸方向Ａに伸びる回転軸Ｃを中心に夫々回転自在となるように、Ｘ方向に伸びる水路９を画する閘門１０に球面軸受６及び支持部７を介して夫々配設されている。扉体２及び３は、Ｘ方向に直交するＹ方向において互いに対向して配されている。扉体２及び３は、一つの観音扉を形成しており、水路９の中央側に位置する扉体２及び３の縁部１１及び１２は、水路９の閉鎖時には互いに当接し、水路９の開放時には互いに離反するように配されている。扉体２及び３は、互いに同様に形成されている。回転軸Ｃを中心として回転自在である扉体２及び３には、夫々の自重による水路閉鎖方向Ｒ１の閉扉力が生じている。
【００２２】
球面軸受６は、凸曲面体２２と、凸曲面体２２に摺動自在に接触する凹曲面座２４とを具備しており、回転軸Ｃを傾斜させるようにＸ方向に関して支持部７に対して水路９の下流１６側に配されている。
【００２３】
ステンレス製の凸曲面体２２は、例えば図３、図６及び図７に示すように、凸状の球面２１を表面に有した球面本体３１と、球面本体３１の下部に固着されていると共に閘門１０の底部３２に不動に取り付けられる円筒状の取付部３３とを具備している。球面２１は、軸方向Ａに伸びる軸心Ａ１上に位置する球心Ｏ１を有している。球面本体３１の最大径は約６０ｃｍであってもよく、取付部３３の外径は約５０ｃｍであってもよく、取付部３３の内径は約３０ｃｍであってもよい。軸心Ａ１は、回転軸Ｃに対して一致する。
【００２４】
銅合金製の凹曲面座２４は、例えば図３から図５に示すように、扉体２及び３の夫々の下隅部４に不動に取り付けられる座本体４１と、座本体４１の下面に設けられていると共に、軸方向Ａにおいて球面２１の球心Ｏ１を通る軸方向Ａにおいて当該球心Ｏ１に対して球面２１から離反するように所与の距離Ｂだけ離れた位置Ｐを中心とする半径Ｌの円であって軸方向Ａに直交する面内に位置する円の上を曲率中心Ｏ２とし且つ球面２１の曲率半径ｒに対して大きい曲率半径Ｒの凹状のトロイダル曲面２３と、トロイダル曲面２３に形成された溝面４６によって夫々規定されていると共に、凸曲面体２２と凹曲面座２４との間に供給される潤滑油（グリース）が配される複数の潤滑油溝４２と、トロイダル曲面２３に形成された窪み部に夫々固定されていると共に、凸曲面体２２の球面２１に滑接する複数の固体潤滑剤４３とを具備している。座本体４１の下面における外径は約７０ｃｍであってもよく、座本体４１下面における内径は約６１ｃｍであってもよい。尚、図５に示す複数の固体潤滑剤４３は、図４では省略している。
【００２５】
トロイダル曲面２３は、当該トロイダル曲面２３の曲率中心Ｏ２を通る線であって軸方向Ａに伸びる軸心Ａ１に対して所定範囲の角度、本例では３０度から４５度の角度をもって傾斜した線ｍに交わる部位Ｆで球面２１に初期に摺動自在に接触するように形成されている。トロイダル曲面２３は、曲率中心Ｏ２を通る線であって前記軸心Ａ１に対して、例えば３０度、４０度、４５度等の角度をもって傾斜した線ｍに交わる部位Ｆで球面２１に初期に摺動自在に接触するように設計、作製されてもよく、このように設計、作製されると、長期間の使用によるトロイダル曲面２３の摩耗を、当該トロイダル曲面２３の部位Ｆから上方及び下方に向かって漸次均一に生じさせる上で好ましい。尚、トロイダル曲面２３の曲率は、軸心Ａ１に交わる図４に示す交点Ｉの存在する部位Ｔにおいて最大となっている。
【００２６】
複数の潤滑油溝４２は、軸心Ａ１に交わるトロイダル曲面２３の部位Ｔから座本体４１の下面に向かってトロイダル曲面２３に沿って放射状に伸びている。互いに隣接する潤滑油溝４２は、本例では、図５に示す平面において６０度の角度間隔をもって夫々配されている。斯かる複数の潤滑油溝４２は、本例では６個形成されている。溝面４６の両縁には、面取り（曲面取りを含む）が施されており、これにより、凸曲面体２２と凹曲面座２４との相対的な摺動に基づいて、潤滑油溝４２に配された潤滑油をトロイダル曲面２３と球面２１との間に円滑に供給させ得る。
【００２７】
複数の固体潤滑剤４３は、例えば図５に示すように、少なくとも複数の潤滑油溝４２間であってトロイダル曲面２３の線ｍに交わる部位Ｆに複数個配設されており、球面２１に滑接して球面２１とトロイダル曲面２３との摺動摩擦抵抗を低減させるようになっている。固体潤滑剤４３は、部位Ｆ以外のトロイダル曲面２３の部位にも配設されていてもよく、本例では、複数の潤滑油溝４２間に配されてトロイダル曲面２３全体にわたって配設されている。
【００２８】
支持部７は、回転軸Ｃを傾斜させるようにＸ方向に関して球面軸受６よりも水路９の上流１５側に配されている。支持部７は、球面軸受６と同様に形成された球面軸受を具備していてもよく、また、回転支持軸を具備していてもよい。
【００２９】
以上の閘門扉１では、扉体２及び３が水路９の上流１５側から下流１６側に向かう水圧を受けると、扉体２及び３の自重に基づく水路閉鎖方向Ｒ１の閉扉力に抗する水路開放方向Ｒ２の開扉力が当該扉体２及び３に与えられ、この開扉力が閉扉力を上回った場合には、扉体２及び３は水路開放方向Ｒ２に夫々回転され、而して、水路９を開放する。また、斯かる水路９の開放状態において、扉体２及び３が受ける水圧に基づく開扉力が前記閉扉力を下回った場合には、扉体２及び３は水路閉鎖方向Ｒ１に夫々回転され、而して、水路９を閉鎖する。扉体２及び３の水路閉鎖方向Ｒ１及び水路開放方向Ｒ２の回転において、凹曲面座２４のトロイダル曲面２３は、凸曲面体２２の球面２１に対して相対的に摺動する。このようにして、閘門扉１は、上流１５側の水位及び下流１６側の水位を調整するようになっている。
【００３０】
本例の閘門扉１によれば、球面軸受６は、球面２１を有した凸曲面体２２と、凸曲面体２２の球面２１に摺動自在に接触するトロイダル曲面２３を有した凹曲面座２４とを具備しており、トロイダル曲面２３は、球面２１の球心Ｏ１を通る軸方向Ａにおいて当該球心Ｏ１から所与の距離Ｂだけ離れた位置Ｐを中心とする円であって軸方向Ａに直交する面内に位置する円の上に曲率中心Ｏ２を有しており、凸曲面体２２の球面２１は、凹曲面座２４のトロイダル曲面２３の曲率半径Ｒよりも小さい曲率半径ｒを有しているために、球面２１とトロイダル曲面２３とが初期に摺接する部位Ｆを、例えば図５に示すように、球面２１及びトロイダル曲面２３の頂面（部位Ｔ）を除く所定の領域Ｄに限定することができると共に、凸曲面体２２の凹曲面座２４に対する相対的な調芯機能をも発揮させ得て、閘門扉１の扉体２及び３の円滑且つ正確な開閉作動を実現し得、加えて、長期間の使用により摩耗が生じた場合においても、凹曲面座２４に局部的な摩耗を生じさせることなく、トロイダル曲面２３の球面２１に初期に摺接する部位Ｆから当該トロイダル曲面２３全体に均一に摩耗を生じさせることができて、扉体２及び３の円滑且つ正確な開閉作動を長期間維持することができる。
【００３１】
閘門扉１によれば、球面軸受６のトロイダル曲面２３は、当該トロイダル曲面２３の曲率中心Ｏ２を通る線であって軸方向Ａに伸びる軸心Ａ１に対して所定範囲の角度をもって傾斜した線ｍに交わる部位Ｆで球面２１に摺動自在に接触するように形成されており、前記所定範囲の角度は、３０度から４５度であるために、長期間の使用により摩耗が生じた場合においても、主に扉体２及び３の自重による鉛直荷重が加えられる凹曲面座２４のトロイダル曲面２３全体に、より均一に摩耗を生じさせ得る。
【００３２】
閘門扉１によれば、凹曲面座２４は、凸曲面体２２と凹曲面座２４との間に供給される潤滑油が配される潤滑油溝４２を具備しているために、凸曲面体２２と凹曲面座２４との摺動摩擦抵抗を低減させることができる。
【００３３】
閘門扉１によれば、凹曲面座２４は、凸曲面体２２に滑接する固体潤滑剤４３を具備しているために、凸曲面体２２と凹曲面座２４との摺動摩擦抵抗を低減させることができる。
【００３４】
尚、球面軸受６は、凸曲面体２２及び凹曲面座２４に代えて、凸状のトロイダル曲面を有した凸曲面体と、この凸曲面体のトロイダル曲面に摺動自在に接触する凹状の球面を有した凹曲面座とを具備していてもよく、斯かる場合には、前記トロイダル曲面は、前記球面の球心を通る軸方向において当該球心から所与の距離だけ離れた位置を中心とする円であって軸方向に直交する面内に位置する円の上に曲率中心を有していてもよく、前記凸曲面体のトロイダル曲面は、前記凹曲面座の球面の曲率半径よりも小さい曲率半径を有していてもよい。また、凹曲面座２４が潤滑油溝４２や固体潤滑剤４３を具備していない場合には、凸曲面体２２は、凸曲面体２２と凹曲面座２４との間に供給される潤滑油が配される潤滑油溝４２や凹曲面座２４に滑接する固体潤滑剤４３を具備していてもよく、このような球面軸受６においても、上述と略同様の効果を奏し得る。
【００３５】
球面軸受６は、凹曲面座２４に代えて、例えば図８及び図９に示すように、球面２１とトロイダル曲面２３との間に配されたシール手段７１を有した凹曲面座７２を具備していてもよい。シール手段７１は、トロイダル曲面２３の下部において座本体４１に嵌着されていると共に内周７３側で球面２１に滑接する環状のシール部材７４と、シール部材７４の外周に掛け回されていると共にシール部材７４を球面２１に向かって弾性的に付勢する弾性リング７５と、シール部材７４の下方に配されて座本体４１に嵌着されていると共に、内周７６側に球面２１に滑接する環状突部７７を有した環状のシール部材７８と、シール部材７４とシール部材７８との間に介在されていると共に、シール部材７８の環状突部７７の先端７９を下方に向けるように下方に向かって突出した突出部８０を有した環状部材８５とを具備しており、主にシール部材７４及び７８により球面２１とトロイダル曲面２３との間の隙間を外部から遮断するようになっている。シール手段７１は、シール部材７４及び７８による二重シール構造とされている。斯かるシール手段７１によれば、球面２１とトロイダル曲面２３との間の潤滑油の漏出を防止することができ、外部から球面２１とトロイダル曲面２３との間の隙間への粉塵の侵入をも防止することができて、扉体２及び３をより円滑に開閉させ得ると共に長期間の使用によるトロイダル曲面２３の摩耗も低減させ得る。また、閘門扉１は、凸曲面体２２に代えて、球面２１とトロイダル曲面２３との間に配されたシール手段を有した凸曲面体（図示せず）を具備していてもよい。斯かるシール手段によっても、球面２１とトロイダル曲面２３との間の潤滑油の漏出並びに外部から球面２１とトロイダル曲面２３との間の隙間への粉塵の侵入をも防止することができて、扉体２及び３をより円滑に開閉させ得ると共に長期間の使用によるトロイダル曲面２３の摩耗も低減させ得る。
【００３６】
また、閘門扉１は、一端が扉体２及び３の夫々に且つ他端が閘門１０の側壁８１及び８２の夫々に取り付けられた緩衝器（図示せず）を具備していてもよく、また、扉体２及び３の夫々に閉扉力に抗する開扉力を与えるようにロープ等を介して取り付けられたカウンターウエイト（図示せず）を具備していてもよい。前記緩衝器を具備している場合には、扉体２及び３の回転速度に応じて増減する抵抗力を生じさせることができ、而して、扉体２及び３の予期しない急速回転を防止し得、また、前記カウンターウエイトを具備している場合には、扉体２及び３の予期しない水路閉鎖方向Ｒ１の急速回転を防止し得る。
【００３７】
また、閘門扉１は、本例では無動力式であるが、例えば、油圧シリンダー等の動力装置の作動により一対の扉体が開閉される動力式の閘門扉であってもよい。例えば船が通行するパナマ運河等に設置された上記の動力式の閘門扉は、上流１５及び下流１６の水位が同じにされた場合には動力装置の作動により上流１５側に一対の扉体を回転させて水路９を開放し、それ以外の時は水路９を閉鎖しているようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態の例の正面説明図である。
【図２】（ａ）は図１に示す例の平面説明図、（ｂ）は図１に示す例の側面説明図である。
【図３】図１に示す例の閘門扉用球面軸受の一部断面拡大説明図である。
【図４】図３に示す閘門扉用球面軸受の凹曲面座の断面拡大説明図である。
【図５】図４に示す凹曲面座の下側からみた拡大説明図である。
【図６】図３に示す閘門扉用球面軸受の凸曲面体の断面拡大説明図である。
【図７】図６に示す凸曲面体の下側から見た拡大説明図である。
【図８】図１に示す例の他の閘門扉用球面軸受の一部断面拡大説明図である。
【図９】図８に示す他の閘門扉用球面軸受の主にシール手段の拡大断面説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  閘門扉
２、３  扉体
６  閘門扉用球面軸受
７  支持部
９  水路
１０  閘門
２１  球面
２２  凸曲面体
２３  トロイダル曲面
２４  凹曲面座
【図１】
0004572876.tif 000002
【図２】
0004572876.tif 000003
【図３】
0004572876.tif 000004
【図４】
0004572876.tif 000005
【図５】
0004572876.tif 000006
【図６】
0004572876.tif 000007
【図７】
0004572876.tif 000008
【図８】
0004572876.tif 000009
【図９】
0004572876.tif 000010