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技術 パワ—アシスト付き水門開閉機

出願人 株式会社ミゾタ
発明者 土井研一芹川一也鶴丸光三郎
出願日 1999年1月11日 (21年11ヶ月経過) 出願番号 1999-003707
公開日 2000年7月25日 (20年5ヶ月経過) 公開番号 2000-205429
状態 未査定
技術分野 弁の操作手段一般;電気駆動弁 機械駆動弁 水門
主要キーワード ギヤー比 小型設備 切り替えクラッチ 回転止 セルフロック機構 キー固定 ラック棒 手動力
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (6)

目的

通常の手動による操作とパワーアシストによる操作をあらかじめ選択することができる。

構成

本発明のパワーアシスト機構10は、右端の手動ハンドル4に直結された入力軸20、該入力軸20と同軸に配置された出力軸21、該入力軸20、出力軸21と平行にその下方に配置された中間軸22が夫々、ケース11に回転自在に軸受支持され、入力軸20と出力軸21との間に切り替えクラッチ16が、中間軸22の左端にはアシスト用電動モータ装置12のアシストモータの出力軸が一方向クラッチを介して接続されている。入力軸20上に固定されている入力スプロケット23と中間軸22上の第1スプロケット24との間及び、出力軸21上の出力スプロケット27とアシスト軸29上の第2スプロケット26との間が第1チェーン25、第2チェーン28により接続されている。

概要

背景

排水樋管及び農業用水路等で、水門上下駆動するための手動ハンドル回転駆動する手動式水門開閉機が比較的多く用いられている。これらの小型水門の管理は、公共企業体、又は水利組合等から民間に委託されていることが多く、この水門管理者後継者不足等による高齢化に伴い、彼らが定期的に管理運転することは重労働である。すなわち、この手動ハンドル式水門開閉機において、例え小型設備であっても全閉状態から全開状態まで一人の力で一気に操作することは困難であった。特に、緊急時に対応するには迅速に水門の開閉操作を行う必要があるときにはより問題となる。

この手動の水門開閉機を電動にすることも考えられるが、従来の電動水門開閉機は運転者負荷を減らすという意味では優れたものであるが、比較的設備が大型になり、かつその機構も複雑でコストも高い。すなわち、水門開閉機本体設備の他に操作盤電源引き込み装置等の設備が必要であり、コストも高い。

更に、電動式を採用しようとしても商用電源受電が難しい所では採用できない。一方、現在比較的大型の水門に使用されている電動式水門開閉機は、前記理由で設備が大型でかつ複雑なものであるのでこれも可能な限り小型化できることが望ましい。

そこで、本発明者は既に、手動式水門開閉機において、簡潔パワーアシスト機構を付加することにより、電動モータ手動力合成力動力として負荷を双方で分担することにより手動力を軽減させることができる半手動・半電動水門開閉機を提案している(特願平9−352329号)。

すなわち、前記発明は、水門を上下動させて開閉するための手動ハンドル式開閉機において、手動ハンドルで水門を上下動させるときに手動ハンドルの回転駆動系モータによる駆動系を接続しておき、水門を上昇駆動するときの負荷トルク計測し、負荷トルクが予め設定された設定トルクを上回ったとき水門の駆動系に組み込まれたモータを起動して手動ハンドルの駆動トルク補助するようにした電動アシスト付き水門開閉機である。

概要

通常の手動による操作とパワーアシストによる操作をあらかじめ選択することができる。

本発明のパワーアシスト機構10は、右端の手動ハンドル4に直結された入力軸20、該入力軸20と同軸に配置された出力軸21、該入力軸20、出力軸21と平行にその下方に配置された中間軸22が夫々、ケース11に回転自在に軸受支持され、入力軸20と出力軸21との間に切り替えクラッチ16が、中間軸22の左端にはアシスト用電動モータ装置12のアシストモータの出力軸が一方向クラッチを介して接続されている。入力軸20上に固定されている入力スプロケット23と中間軸22上の第1スプロケット24との間及び、出力軸21上の出力スプロケット27とアシスト軸29上の第2スプロケット26との間が第1チェーン25、第2チェーン28により接続されている。

目的

本発明の目的は、手動式水門開閉機において、電動モータと手動力の合成力を動力として負荷を双方で分担することにより手動力を軽減させることができるパワーアシスト付き水門開閉機を提供することにある。

本発明の他の目的は、パワーアシスト付き水門開閉機において、通常の手動による操作と、パワーアシストによる操作を予め選択することのできるパワーアシスト付き水門開閉機を提供することにある。本発明の更に他の目的は、パワーアシスト付き水門開閉機において、通常の手動による操作を選択した場合に、アシストモータに回転が伝達されないパワーアシスト付き水門開閉機を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
3件

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請求項1

水門上下駆動するとき負荷トルク計測し、前記負荷トルクが予め設定された設定トルクを上回った場合、前記水門の駆動系に組み込まれたアシストモータ起動して前記手動ハンドル駆動トルクアシストするパワーアシスト機構を付加した水門開閉機において、ノーマル開閉側切り替えた場合には、前記手動ハンドル入力軸と前記水門を駆動する出力軸とが直結し、アシスト開側に切り替えた場合には、前記負荷トルクが一定以上になった時に前記パワーアシスト機構を駆動して前記出力軸の駆動トルクを付加するための切り替えクラッチとを設けたことを特徴とするパワーアシスト付き水門開閉機。

請求項2

請求項1に記載のパワーアシスト付き水門開閉機において、前記手動ハンドル入力軸の回転を前記パワーアシスト機構と前記出力軸に伝達するための中間軸と、前記切り替えクラッチは、前記手動ハンドル入力軸側と前記出力軸側とを直結又は解放するための第1クラッチ手段と、前記パワーアシスト機構の回転出力を前記出力軸に伝達又は解放するための第2クラッチ手段とからなることを特徴とするパワーアシスト付き水門開閉機。

請求項3

請求項1又は請求項2に記載のパワーアシスト付き水門開閉機において、前記パワーアシスト機構と前記出力軸の間に1方向クラッチを設けたことを特徴とするパワーアシスト付き水門開閉機。

技術分野

0001

本発明は、水門上下動させて開閉するための手動ハンドル開閉機において、手動ハンドルで水門を上下動させるときに手動ハンドルの回転力電動モータアシストして運転操作を軽くしたパワーアシスト付き水門開閉機に関する。

背景技術

0002

排水樋管及び農業用水路等で、水門を上下駆動するための手動ハンドル回転駆動する手動式水門開閉機が比較的多く用いられている。これらの小型水門の管理は、公共企業体、又は水利組合等から民間に委託されていることが多く、この水門管理者後継者不足等による高齢化に伴い、彼らが定期的に管理運転することは重労働である。すなわち、この手動ハンドル式水門開閉機において、例え小型設備であっても全閉状態から全開状態まで一人の力で一気に操作することは困難であった。特に、緊急時に対応するには迅速に水門の開閉操作を行う必要があるときにはより問題となる。

0003

この手動の水門開閉機を電動にすることも考えられるが、従来の電動水門開閉機は運転者負荷を減らすという意味では優れたものであるが、比較的設備が大型になり、かつその機構も複雑でコストも高い。すなわち、水門開閉機本体設備の他に操作盤電源引き込み装置等の設備が必要であり、コストも高い。

0004

更に、電動式を採用しようとしても商用電源受電が難しい所では採用できない。一方、現在比較的大型の水門に使用されている電動式水門開閉機は、前記理由で設備が大型でかつ複雑なものであるのでこれも可能な限り小型化できることが望ましい。

0005

そこで、本発明者は既に、手動式水門開閉機において、簡潔パワーアシスト機構を付加することにより、電動モータと手動力合成力動力として負荷を双方で分担することにより手動力を軽減させることができる半手動・半電動水門開閉機を提案している(特願平9−352329号)。

0006

すなわち、前記発明は、水門を上下動させて開閉するための手動ハンドル式開閉機において、手動ハンドルで水門を上下動させるときに手動ハンドルの回転駆動系モータによる駆動系を接続しておき、水門を上昇駆動するときの負荷トルク計測し、負荷トルクが予め設定された設定トルクを上回ったとき水門の駆動系に組み込まれたモータを起動して手動ハンドルの駆動トルク補助するようにした電動アシスト付き水門開閉機である。

発明が解決しようとする課題

0007

しかしながら、前記手動式水門開閉機では、人力のみにより開閉しなければならず、かなりの体力を必要とするため、高齢者には負担であり、特に緊急時の操作が不可能になる場合が生じる。また、本発明者が提案している前述の電動アシスト付き水門開閉機においては、絶えず手動駆動系と、アシストモータ駆動系が連結しているため、モータが駆動されていないとき(例えばトルクが一定に達していないとき、電源がないとき、故障のとき等)にはモータを手動で回すことになるので、負荷が更に増加し、また、モータの内部の損傷を招くという問題がある。特に、災害時等の緊急時には、停電バッテリー切れ等で、モータが使用出来ない場合が考えられ、問題がある。

0008

本発明の目的は、手動式水門開閉機において、電動モータと手動力の合成力を動力として負荷を双方で分担することにより手動力を軽減させることができるパワーアシスト付き水門開閉機を提供することにある。

0009

本発明の他の目的は、パワーアシスト付き水門開閉機において、通常の手動による操作と、パワーアシストによる操作を予め選択することのできるパワーアシスト付き水門開閉機を提供することにある。本発明の更に他の目的は、パワーアシスト付き水門開閉機において、通常の手動による操作を選択した場合に、アシストモータに回転が伝達されないパワーアシスト付き水門開閉機を提供することにある。

課題を解決するための手段

0010

前記課題を解決するために、本発明のパワーアシスト付き水門開閉機は、水門を上下駆動するとき負荷トルクを計測し、前記負荷トルクが予め設定された設定トルクを上回った場合、前記水門の駆動系に組み込まれたアシストモータを起動して前記手動ハンドルの駆動トルクをアシストするパワーアシスト機構を付加した水門開閉機において、ノーマル開閉側切り替えた場合には、前記手動ハンドル入力軸と前記水門を駆動する出力軸とが直結し、アシスト開側に切り替えた場合には、前記負荷トルクが一定以上になった時に前記パワーアシスト機構を駆動して前記出力軸の駆動トルクを付加する。このように切り替えクラッチを設けたことを特徴とする。

0011

また、本発明のパワーアシスト付き水門開閉機は、前記手動ハンドル入力軸の回転を前記パワーアシスト機構と前記出力軸に伝達するための中間軸と切り替えクラッチからなり、前記切り替えクラッチは、前記手動ハンドル入力軸側と前記出力軸側とを直結又は解放するための第1クラッチ手段と、前記パワーアシスト機構の回転出力を前記出力軸に伝達又は解放するための第2クラッチ手段とからなる。更に、前記パワーアシスト機構と前記出力軸の間に1方向クラッチを設けると更に良い。

0012

更に具体的には、本発明のパワーアシスト付き水門開閉機は、水門を上昇駆動するときの負荷トルクを計測し、前記トルクが予め設定された設定トルクを上回った場合に、前記水門の駆動系に組み込まれたアシストモータを起動して前記手動ハンドルの駆動トルクをアシストするパワーアシスト機構を付加した水門開閉機において、ノーマル開閉側に切り替えた場合には手動ハンドル入力軸と出力軸とが直結し、アシスト開側に切り替えた場合にはトルクが一定以上になった時アシストモータを駆動して駆動トルクを付加する切り替えクラッチを設けているので、停電、バッテリー切れ、故障等によりパワーアシスト機構が使用できない場合には、あらかじめ切り替えクラッチをノーマル側にすることにより、通常の水門開閉機と同じとなり、誰でも安全に操作することができる。

0013

そして、切り替えレバーをノーマル開閉側に倒すことにより手動ハンドルから直接に水門開閉機を駆動することができ、また、アシスト開側に切り替えた場合には、パワーアシストモータからのアシストにより軽く水門開閉機を駆動できることになる。

0014

また、本発明のパワーアシスト付き水門開閉機は、アシストモータと出力軸の間に増速機構を設けたことにより、アシストモータにより駆動トルクが付加されているときのみ、増速機構が働くので、パワーアシスト時のみ、より早く水門の開閉操作ができるものである。

0015

更に、本発明のパワーアシスト付き水門開閉機は、アシストモータと出力軸の間に1方向クラッチを設けたことにより、ノーマル開閉時に手動ハンドルにより水門の開方向へ回転させる場合、アシストモータのロータは回転しないので、手動ハンドルの操作が重くなることがなく、またモータを損傷させることもない。

発明を実施するための最良の形態

0016

以下、本発明の実施の形態を図に従って説明する。図1は、本発明のパワーアシスト水門開閉機を示す正面図、図2は同側面図、図3は同平面図である。架台1上には、開閉機本体2が設置され、開閉機本体2には、ラック棒3が上下動自在に配置されて、ラック棒3の下端には水門の上端が連結されている。

0017

ラック棒3は、ピニオン(図示せず)に噛み合っており、ピニオンは変速機箱6内に収納され、手動ハンドル4からパワーアシスト機構10を介して駆動される。手動ハンドル4とパワーアシスト機構10の駆動によるラック棒3の上下動により、その下端に固定された水門を上下動するように構成されている。変速機箱6内にはセルフロック機構等を内蔵しているが、これらの機構は公知であり、かつ本発明の要旨ではないので説明を省略する。

0018

パワーアシスト機構10は、前記変速機箱6と手動ハンドル4の間に介在され、開閉機本体2と同様に架台1上に固定されている。本発明の実施の形態では、パワーアシスト機構10には、パワーアシスト用のバッテリー14及びアシストモータ(図示せず)を内蔵している。なお、パワーアシスト機構10の上部に設けられたレバーはパワーアシスト切り替え用クラッチレバー15であり、開閉機本体2の近傍の架台1上には、太陽電池支持台5が配置されこの上に太陽電池13が配置されている。太陽電池13は、アシストモータ駆動用の電源である。

0019

次に、図4図5によりは本発明のパワーアシスト機構10の詳細について説明する。図4正面断面図であり、図5は平面断面図である。パワーアシスト機構10は、ケース11内に収容されおり、右端の手動ハンドル4に直結された入力軸20、この入力軸20と同軸に配置された出力軸21、入力軸20、出力軸21と平行にその下方に配置された中間軸22等が夫々、前述したケース11に回転自在に軸受で支持されている。

0020

手動ハンドル4と直結している入力軸20の左端(図示上)は大径部30が形成されており、その外周に入力スプロケット23が一体回転できるようにボルトで固着されている。更に入力スプロケット23はクラッチ用カップリング23´に接続され、その内部に後述するように摩擦板からなるクラッチ手段が収容されている。前述した大径部30の中心部には穴部31が形成され、この穴部31に出力軸21の右端部が軸受により回転自在に支持されている。出力軸21はケース11の左端部へ延び、開閉機の変速機箱6の入力軸に連結されている。出力軸21には出力スプロケット27が軸受により回転自在に支持されており、出力スプロケット27はクラッチ用カップリング27´に接続されている。クラッチ用カップリング27´は、入力スプロケット23のクラッチ用カップリング23´と同様にその内部に摩擦板からなるクラッチ手段が収容されている。

0021

出力軸21上には、入力スプロケット23と出力スプロケット27との間にクラッチ16が設けられ、その切り替えにより出力軸21が入力スプロケット23、又は出力スプロケット27と結合するように構成されている。クラッチ16は公知の多板クラッチであり、入力スプロケット23と接続されていないクラッチ用カップリング23´の内周に形成されたセレーション係合する摩擦板と、出力軸21に回転止めされた摩擦板が交互に配置されている。

0022

また、反対側も同様に、出力スプロケット27と接続されているクラッチ用カップリング27´の内周に形成されたセレーションに係合する摩擦板と、出力軸21に回転止めされた摩擦板が交互に配置されており、クラッチ16の操作環18を図4右側に移動することにより右側の摩擦板同志を締付けて固定することにより出力軸21と入力スプロケット23とを一体化する構造となっている。その時には、反対側の出力スプロケット27側の摩擦板は締付けられていないので摩擦板同士は相対回転して回転力は伝達されない。

0023

また、クラッチ16の操作環18を反対方向(図4での図示上で左側)に移動すれば、出力スプロケット27と出力軸21とが一体化され、入力スプロケット23は解放される。クラッチ16の操作は、パワーアシスト切り替え用クラッチレバー15により作動させられるクラッチ操作アーム17で操作環18を摺動移動することにより行われる。

0024

前述した入力軸20、出力軸21の下方にそれらと平行に中間軸22が回転可能に軸受で支持されている。中間軸22には、入力軸20上に固定されている入力スプロケット23に対応する位置に第1スプロケット24がキー固定され、出力軸21上の出力スプロケット27に対応する位置に第2スプロケット26がキー固定されている。

0025

更に中間軸22の左端には、パワーアシスト用電動モータ装置12のアシスト軸29が中間軸22の正回転(水門を開く方向への回転)を許容するように第1一方向クラッチ(図示せず)を介して接続されている。また、アシストモータ(図示せず)とアシスト軸29の間に歯車減速機構(図示せず)が配置されている。アシストモータによりアシスト軸29を駆動するとき、第2一方向クラッチ(図示せず)と減速機構を介して駆動する。

0026

パワーアシスト用電動モータ装置12は、自転車ペダル踏み込みトルクを軽くするためにアシストする公知の機構と実質的に同一の機能と機構であるので、この構造、機能はここでは詳記しない。前述した入力スプロケット23と第1スプロケット24、及び、第2スプロケット26と出力スプロケット27の間は、第1チェーン25及び第2チェーン28により連結されている。更には、水門開閉機の駆動トルクを検出することが出来るトルク検出機構が設けられている。この種のトルク検出機構は前記特願平9−352329号に示されたものを使用すれば良い。

0027

又は、例えば、トルク検出器として公知の遊星歯車機構により駆動トルクを検出することが出来るものである。そして、前記トルク検出器からのトルク信号が一定の設定値を越えた場合にはアシストモータ(図示せず)を駆動し、制御を行うコントローラ付設(図示せず)されている。

0028

[手動による水門開閉機作動]次に、本実施の形態のパワーアシスト付き水門開閉機の作動を説明する。まず、パワーアシスト切り替え用クラッチレバー15をノーマル開閉側(A)に倒す。このノーマル開閉側(A)側は、通常のハンドル操作の場合である。このパワーアシスト切り替え用クラッチレバー15の操作により、クラッチ操作アーム17を介してクラッチ16の操作環18を図4の図示上で右側に移動させ、クラッチ用カップリング23’内のクラッチ手段により出力軸21と入力軸20上の入力スプロケット23とを結合させる。この時、クラッチ用カップリング27’内のクラッチ手段と出力スプロケット27との係合は解除されているので、出力スプロケット27と出力軸21とは連結されていない。

0029

この場合、手動ハンドル4の回転は入力軸20、クラッチ16、出力軸21を経て水門開閉機へ伝達され、手動ハンドル4の回転力のみで水門を開くことが出来る。また、手動ハンドル4を逆回転(水門を閉じる方向)に回転すると、手動ハンドル4の回転は入力軸20、クラッチ16、出力軸21を経て水門開閉機へ伝達され、手動ハンドル4自体の回転力により水門を閉じることが出来る。

0030

このように手動ハンドル4を正回転(水門を開く方向)させた場合、回転は入力軸20から直接出力軸21へ伝達されるが、同時に、入力スプロケット23も回転するため、中間軸22が回転する。中間軸22が回転すると、これと第1一方向クラッチ(図示せず)を介して連結されているアシスト軸29も回転し、このためにアシスト軸29に固定された第2スプロケット26により出力スプロケット27も回転されるが、出力スプロケット27は出力軸21とは連結されていないので出力軸21上で空転することになる。したがって、トルク検出器が作動しないのでアシストモータは作動することはない。

0031

アシスト軸29の回転は、アシストモータの出力軸との間の減速機構中に介在された第2一方向クラッチ(図示せず)により吸収され、アシストモータに回転が伝達されることはない。また、手動ハンドル4を逆回転(水門を閉じる方向)させた場合にも、中間軸22も逆回転する。しかしながら、中間軸22とアシスト軸29との間に配置された第1一方向クラッチにより吸収されアシストモータに回転が伝達されることはない。

0032

アシスト作動]他方、水門の操作にアシストが必要なときは、パワーアシスト切り替え用クラッチレバー15をアシスト開側(B)に倒す。このパワーアシスト切り替え用クラッチレバー15のアシスト開側(B)への操作により、クラッチ操作アーム17によりクラッチ16の操作環18が図4の左側に移動し、クラッチ用カップリング23’内のクラッチ手段と入力スプロケット23との結合を解除し、クラッチ用カップリング27’内のクラッチ手段は出力スプロケット27と係合され一体化される。この場合、手動ハンドル4の回転は入力軸20から出力軸21への直接の伝達はなくなり、出力軸21はアシスト軸29を介しての駆動となる。

0033

この場合において、手動ハンドル4を正回転(水門を開く方向)した場合、回転は入力スプロケット23、第1チェーン25、第1スプロケット24により中間軸22が回転される。更に第1一方向クラッチを介してアシスト軸29、第2スプロケット26、及び第2チェーン28により出力スプロケット27が回転され、出力スプロケット27と出力軸21が一体化されているので出力軸21が回転駆動される。

0034

そこで、第2チェーン28は回転力を伝達するので、駆動側張力が上昇し、それに伴うトルク検出器からの信号に基づいてコントローラによりパワーアシスト用電動モータ装置12のアシストモータを作動させる。アシストモータの回転はアシスト軸29、第2チェーン28を回転させ、アシストモータの回転力が出力軸21に伝達される。したがって、この場合には、水門を開ける駆動力は、手動ハンドル4の回転トルクと、アシストモータの回転トルクを併せたものになる。

0035

なお、第2スプロケット26と出力スプロケット27とのギヤー比は、アシストモータによりアシスト駆動されることを前提増速比としておくことにより、速く水門を開くことが出来る。また、手動ハンドル4を逆方向(水門を閉じる方向)に回転した場合には、中間軸22も逆回転するが、第1一方向クラッチにより、第2チェーン28に回転力を伝達しないし、アシストモータ軸(図示せず)も回転することはない。

0036

(その他の実施の形態)本実施例では、太陽電池13とバッテリー14を使用したが、もちろん商用電源が引ける場所であれば使用できるし、バッテリー14のみでも良い。トルク検出器は、1例を示したものであり、その他公知のトルク検出器を任意箇所に設けて使用することができる。

発明の効果

0037

以上のような構成により、本発明のパワーアシスト付き水門開閉機は、パワーアシスト切り替え用クラッチを設けたことにより、パワーアシストを使用しない場合には切り替えレバーをノーマル開閉側に倒すことにより手動ハンドルから直接に水門開閉機を駆動することができ、また、パワーアシスト側に切り替えた場合には、パワーアシストモータからのアシストにより軽く水門開閉機を駆動できると共に、アシスト軸から出力軸への動力伝達系のギヤー比を選択することにより増速することができるので、操作に応じた速度、力で水門の操作が可能となる。

0038

また、停電、バッテリー切れ、故障等によりパワーアシスト機構が使用できない場合には、予めクラッチをノーマル開閉側にすることにより、通常の手動式水門開閉機と同じとなり、誰でも安全に操作することができる。更に、アシスト軸と、パワーアシストモータとの間に1方向クラッチを設けているので、アシストモータのロータは回転しないので、操作が重くなることがなく、またモータを損傷させることもない。

図面の簡単な説明

0039

図1図1は、本発明のパワーアシスト付き水門開閉機の全体を示す正面図である。
図2図2は、本発明のパワーアシスト付き水門開閉機の側面図である。
図3図3は、本発明のパワーアシスト付き水門開閉機の平面図である。
図4図4は、本発明のパワーアシスト機構の正面断面図である。
図5図5は、本発明のパワーアシスト機構の平面断面図である。

--

0040

1…架台
2…開閉機本体
3…ラック棒
4…ハンドル
10…アシスト駆動機構
12…アシストモータ装置
15…パワーアシスト切り替え用クラッチレバー
16…パワーアシスト切り替え用クラッチ
20…入力軸
21…出力軸
22…中間軸
23…入力スプロケット
24…第1スプロケット
25…第1チェーン
26…第2スプロケット
27…出力スプロケット
28…第2チェーン
29…アシスト軸

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