JP2010013038A - 転てつ機 - Google Patents

Abstract

【課題】サーボモータによる停止位置制御やストッパによる衝突吸収効果に依拠することなく、直動機構の慣性エネルギを消滅させることができ、尚且つ、転換時間の大幅な増大を回避することができる転てつ機を提供する。
【解決手段】転てつ機１は、動作桿１１及び鎖錠桿１３ａ，１３ｂと、駆動モータ７と、ロックピース３３と、駆動モータ及び動作桿の間に設けられ、ボールねじ２３及びそれに螺合する駆動ブロック２５を含む伝達機構９とを備える。駆動モータ及び前伝達機構の間には、常時ブレーキ作用を有する継手手段が設けられている。鎖錠桿には、窪み５７が形成され、ロックピースの鎖錠ブロックには、窪みに係合する切り欠き５３，５５が形成されている。切り欠きの深さ方向がロックピースのスライド方向となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、転てつ機に関するものである。

転てつ機は、トングレールを定位及び反位の間で転換させる装置である。かかる転てつ機では、消費電力を従来と同様に維持しつつも転換力を増強することが望まれており、例えば特許文献１に開示されているものでは、ボールねじなど直動機構を採用すると共に、減速比を大きく設定していた。転換動作は、駆動モータによってボールねじが回転し、ボールねじに螺合する駆動ブロックがスライド移動し、その移動力を受ける動作桿がスライドすることによって行われていた。

ところで、転てつ機においては、転換動作の終了直後に、それまで動作部分が有していた慣性エネルギを消滅（吸収）する必要があった。これまでのところ、かかる慣性エネルギの消費態様としては、次の二態様が上げられる。まず、第１の態様として、駆動モータにサーボモータを採用し、サーボモータによる停止位置制御を介して動作桿にブレーキをかける態様がある。次に、第２の態様として、駆動ブロックに、または、駆動ブロックが慣性動作した際に衝突し得る対象に、クッション性を持ったストッパを設け、ストッパの衝突を介して慣性力を吸収する態様がある。

しかしながら、第１の態様では、電子部品を使用したブレーキのための回路が必要となるところ、転てつ機は、屋外に設置されるため雷害対策が別途必要になるなど、ブレーキ回路追加に伴うコスト増大や管理の煩雑化が問題となる。第２の態様では、直動機構を短区間で制動するに際し、ストッパが柔らかく反発作用が強すぎると、駆動ブロックがストッパに衝突した後に大きく反転してしまい、転換途中の状態まで戻ってしまうおそれがある。その一方で、反発作用を抑えるべくストッパを硬くしすぎると、クッション作用を利用しても、繰り返し生じる衝突時の反力の影響が大きく、転換機構各部の高強度化、さらにそれに伴う大型化・複雑化を強いられる問題がある。

また、上記第２の態様に関しては、さらにマグネットクラッチなどの常時作用ブレーキ手段を追加し、駆動ブロックがストッパに衝突する直前の慣性エネルギをほぼゼロにして、上記のような衝突後の反転や衝突時の衝撃に関する問題を回避することも考えられる。

しかしながら、常時作用ブレーキ手段を追加した場合には、前述したように減速比を大きく設定していることとも相俟って、転換時間が大幅に増加（延長）してしまい、既存の転てつ機に対して定められている規格をクリアできなくなるという新たな問題が生じるおそれがある。
特開２００６−２６５９５９号公報

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、サーボモータによる停止位置制御やストッパによる衝突吸収効果に依拠することなく、直動機構の慣性エネルギを消滅させることができ、尚且つ、転換時間の大幅な増大を回避することができる転てつ機を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明に係る転てつ機は、それぞれ長手方向に沿ってスライド可能に設けられた動作桿及び鎖錠桿と、前記動作桿を動作させる駆動モータと、前記鎖錠桿と選択的に係合するロックピースと、前記駆動モータ及び前記動作桿の間に設けられ、ボールねじ及びそれに螺合する駆動ブロックを含む伝達機構とを備え、前記駆動モータ及び前記伝達機構の間には、常時ブレーキ作用を有する継手手段が設けられており、前記鎖錠桿の外周面には、窪みが形成されており、前記ロックピースには、鎖錠ブロックが該ロックピースと一体的に設けられており、前記鎖錠ブロックには、前記鎖錠桿の前記窪みに係合する切り欠きが形成されており、前記切り欠きの深さ方向が前記ロックピースのスライド方向となっている。

前記継手手段は、マグネットクラッチであって、第１回転体と、第２回転体と、制動体とを備え、前記第１回転体は、前記駆動モータの駆動力を受けて回転し、前記第２回転体は、前記第１回転体又は該第２回転体から生じる磁力を介して前記第１回転体の回転につられて回転し、前記ボールねじを動作させ、前記制動体は、前記第２回転体又は該制動体から生じる磁力を介して前記第２回転体に常時ブレーキをかけているように構成することもできる。

本発明によれば、サーボモータによる停止位置制御やストッパによる衝突吸収効果に依拠することなく、直動機構の慣性エネルギを消滅させることができ、尚且つ、転換時間の大幅な増大を回避することができる。

なお、本発明の他の特徴及びそれによる作用効果は、添付図面を参照し、実施の形態によって更に詳しく説明する。

以下、本発明に係る転てつ機の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。

図１は、本実施の形態に係る転てつ機の構成を示す図である。転てつ機１のケース３の側方には、継手手段であるマグネットクラッチ５を介して駆動モータ７が設けられている。なお、マグネットクラッチには、既存のＮＳ形電気転てつ機用マグネットクラッチと同様に、電磁力を応用した非接触のブレーキ機構が内蔵されている。ケース３内には、伝達機構９が収容されている。さらに、転てつ機１は、ケース３を貫通するように動作桿１１及び一対の鎖錠桿（主鎖錠桿１３ａ，副鎖錠桿１３ｂ）を備えている。なお、主鎖錠桿１３ａ，副鎖錠桿１３ｂは、実際には、図１の紙面表裏方向（設置時上下方向）に並んでいるが、図１においてそのように忠実に図示した場合、主鎖錠桿１３ａが副鎖錠桿１３ｂの下方に隠れてしまうため、図示説明の明瞭性を優先して、横方向に並べて図示している。図５、図６、図７及び図８も同様である。

まず、伝達機構９は、第１小ベベルギヤ１５、第２小ベベルギヤ１７、大ベベルギヤ１９、減速歯車群２１、ボールねじ２３、駆動ブロック２５を含んでいる。第１小ベベルギヤ１５は、駆動モータ７の駆動力を受けて回転する。大ベベルギヤ１９は、第１小ベベルギヤ１５により駆動され、その軸芯部には手回しハンドル用穴が設けられている。第２小ベベルギヤ１７は、大ベベルギヤ１９により駆動される。減速歯車群２１は、第２小ベベルギヤ１７の回転力を減速してボールねじ２３に伝え回転させる。駆動ブロック２５は、ボールねじ２３に螺合されており、ボールねじ２３の回転によりボールねじ２３に沿って直動する。

駆動ブロック２５には、一対の転換ローラ２７が設けられている。転換ローラ２７はそれぞれ、駆動ブロック２５に回動可能に取り付けられたローラアームの先端部に設けられている。これら転換ローラ２７は、駆動ブロック２５の移動に伴い、密着カム体２９や動作桿１１の受圧面３１と当接しながら移動する。また、ケース３内には、一対のロックピース３３が収納されている。ロックピース３３はそれぞれ一端側から、ばねの弾性力によって、動作桿１１に向けて付勢されている。ロックピース３３のそれぞれ他端側は、動作桿１１の受圧面３１の反対側に係合している。また、駆動ブロック２５には、解錠カム３５が設けられており、解錠カム３５によってロックピース３３の位置が変更される。

さらに、図２に基づいて、マグネットクラッチの構成について説明する。図２の（ａ）は、マグネットクラッチの縦断面を示し、図２の（ｂ）は、（ａ）の矢印ＩＩからみた図である。継手手段であるマグネットクラッチ５は、動力伝達経路に関する駆動モータ７と伝達機構９との間にあって、第１回転体４１と、第２回転体４３と、制動体４５とを備えている。

第１回転体４１は、円盤状の部材であり、その軸芯部には駆動モータ７からの駆動力が伝達される入力軸が接続されている。第１回転体４１の外周面には複数個の磁石４７が取付けられている。複数の磁石４７は、放射状をなすように相互に隣り合う磁石と等間隔で配置されている。さらに、複数の磁石４７は、前述の放射状において半径方向外側を指向する磁極が、相互に隣り合う磁石と入れ替わるように、配置されている（図２の（ｂ）参照）。

第２回転体４３は、第１部分４３ａと、第２部分４３ｂと、第３部分４３ｃとを含んでいる。第１部分４３ａは、本実施の形態では銅製とされる円筒状の部分であり、その内側に第１回転体４１及び制動体４５を複数の磁石ごと収容するように配置されている。第２部分４３ｂは、円盤状の部分であり、その外周が第１部分４３ａの内周に接続するように位置している。また、第２部分４３ｂは、第１部分４３ａ内に収容された第１回転体４１と制動体４５とを区分するように両者の間に位置している。第３部分４３ｃは、軸状の部分であって、その一端が第２部分４３ｂの中心に接続しており、他端側は、制動体４５を貫通して伝達機構９（第１小ベベルギヤ１５）へとつながっている。

制動体４５は、円環状の部材、または、放射状に配列された複数部材であり、何れにしても中央に空間４９が確保される態様として構成されている。かかる空間４９を通って、前述した第２回転体４３の第３部分４３ｃが延びている。また、制動体４５は、第１回転体４１や第２回転体４３とは異なり、マグネットクラッチ５のケースあるいはケースとの一体部分に固定されている。

制動体４５の外周面にも、第１回転体４１の場合と同様に、複数個の磁石５０が取り付けられている。複数の磁石５０は、放射状をなすように相互に隣り合う磁石と等間隔で配置されている。さらに、複数の磁石５０は、前述の放射状において半径方向外側を指向する磁極が、相互に隣り合う磁石と入れ替わるように、配置されている。

このようなマグネットクラッチ５においては、まず、第１回転体４１が駆動モータ７の駆動力を受けて回転する。第１回転体４１が回転すると、それに伴い磁石４７も回転することとなり、いわゆるアラゴの円盤の原理に基づいて磁石４７と対向する部分である第１部分４３ａを持った第２回転体４３が回転される。このようにして、駆動モータ７の駆動力が伝達機構９に伝達され、継手手段として作用する。

その一方で、回転している第２回転体４３の第２部分４３ｂと対向する制動体４５にも、磁石５０が設けられているが、かかる制動体４５は、静止状態に固定されている。このため、第２回転体４３と制動体４５との相対的な関係において、アラゴの円盤の原理に基づき、第２回転体４３は回転を抑制するようなブレーキ作用を制動体４５から受けることとなる。すなわち、第２回転体４３には、回転中は常に、制動体４５からの常時ブレーキがかけられている。

さらに、本発明は、マグネットクラッチと協働して所期の目的を達成する工夫として、次のような構成を有している。図３は、鎖錠ブロックの周辺構成を示す図であり、図４は、ロックピースにおける鎖錠ブロックとの係合部を示す図である。図１、図３及び図４を参照して説明すると、まず、鎖錠ブロック５１は、対応するロックピース３３における主鎖錠桿１３ａ，副鎖錠桿１３ｂとの交差部近傍に設けられており、ロックピース３３と一体的にスライドする。

鎖錠ブロック５１の主鎖錠桿１３ａ，副鎖錠桿１３ｂと対面する側には、上下に並ぶ一対の切り欠き５３，５５が形成されている。すなわち、切り欠き５３，５５はそれぞれ、主鎖錠桿１３ａ，副鎖錠桿１３ｂと係合する高さに配置されている。

図３に示す鎖錠ブロック５１は、主鎖錠桿１３ａ，副鎖錠桿１３ｂのうち副鎖錠桿１３ｂに対して鎖錠を担当するものであり、切り欠き５３，５５は、それに応じて特殊な態様に形成されている。まず、鎖錠非担当である主鎖錠桿１３ａに対応する下方の切り欠き５５は、一定の直径の円弧をなすように切り欠かれている。これに対し、鎖錠担当となる副鎖錠桿１３ｂに対応する上方の切り欠き５３は、切り込みの浅い部分に相対的に直径の大きい第１円弧５３ａを有し、切り込みの深い部分に相対的に直径の大きい第２円弧５３ｂを有している。ここで、図４に示されるように、一対の鎖錠桿１３ａ，１３ｂの外周面には、少なくとも弧状部分を含む、すなわち本実施の形態では環状となる、窪み５７が形成されている。そして、鎖錠非担当側の切り欠き５５の円弧と、鎖錠担当側の切り欠き５３の第１円弧５３ａとは、一対の鎖錠桿１３ａ，１３ｂにおける窪み５７以外の部分の外周に対応した形状を有している。一方、鎖錠担当側の切り欠き５３の第２円弧５３ｂは、一対の鎖錠桿１３ａ，１３ｂの窪み５７の外周に対応した形状を有している。なお、図示省略するが、主鎖錠桿１３ａが鎖錠担当となる鎖錠ブロックは、上下の切り欠きにおける円弧構成の関係が逆になるだけで、その他は同様となる。すなわち、鎖錠担当側の下方の切り欠きの浅い部分の円弧と、鎖錠非担当側の上方の切り欠きの円弧とが、一対の鎖錠桿における窪み以外の部分の外周に対応した形状を有し、鎖錠担当側の下方の切り欠きの深い部分の円弧は、一対の鎖錠桿の窪みの外周に対応した形状を有している。

次に、以上のような転てつ機の動作について説明する。図１は、本実施の形態に係る転てつ機の定位状態を示す。図１の状態では、主鎖錠桿１３ａが、対応するロックピース３３の鎖錠ブロック５１を介して鎖錠された状態にある。

次に、駆動モータ７が駆動されると、その駆動力がマグネットクラッチ５及び伝達機構９を介してボールねじ２３に伝達され、ボールねじ２３が回転する。ボールねじ２３が回転されると、図５に示されるように、駆動ブロック２５及び解錠カム３５が紙面上方に移動する。解錠カム３５の移動によって、紙面下側のロックピース３３が押し戻され、対応する動作桿１１や主鎖錠桿１３ａの窪み５７から退出し、解錠がなされる。また、この間、転換ローラ２７は、密着カム体２９の周側面に接触したままそれに沿って移動している。

さらにボールねじ２３が回転し駆動ブロック２５が紙面上方に移動すると、図６に示されるように、紙面上方の転換ローラ２７が動作桿１１の受圧面３１に接触し、さらに、駆動ブロック２５が紙面上方に移動すると、動作桿１１が駆動ブロック２５と一体となって紙面上方に移動する。

駆動ブロック２５が紙面上方にさらに移動し、紙面上方の転換ローラ２７が密着カム体２９の周側面の湾曲角部にさしかかると、図７に示されるように、転換ローラ２７の移動は、徐々に紙面右方向への移動に変化する。

さらに、駆動ブロック２５が紙面上方に移動し、転換ローラ２７が前述の湾曲角部を通過すると、図８に示されるように、密着カム体２９の周側面に沿った紙面右方向への移動のみとなり、その結果、動作桿１１の動きが停止する。また、この間、解錠カム３５も駆動ブロック２５と共に紙面上方に移動しており、解錠カム３５の紙面下方の端部が紙面上方のロックピース３３を通過して紙面上方に移動すると、当該ロックピース３３が弾性力により紙面左方へ付勢される。これによって、紙面上側のロックピース３３は対応する動作桿１１に差し込まれ、鎖錠ブロック５１が副鎖錠桿１３ｂの窪み５７に差し込まれ、すなわち、動作桿１１、副鎖錠桿１３ｂが鎖錠される。なお、反位からの転換動作は、上述の動作において紙面上下が逆になるだけで同様にして行われる。

このようにして、転てつ機１の転換動作が行われるが、転てつ機においては、転換動作の終了直後に、それまで動作部分が有していた慣性エネルギを消滅（吸収）する必要があった。すなわち、ロックピースの鎖錠動作の終了直前に駆動モータ７の電源を停止するが、駆動ブロック２５は、それまでの回転部品の慣性によって、さらに移動し続けようとする。これに対し、本実施の形態では、マグネットクラッチ５内のブレーキ機構により常時ブレーキ作用を付与している。このため、駆動モータ７からの駆動力が供給されなくなると、伝達機構９は常時ブレーキ作用によって減速し、これにより、それまで有していた慣性エネルギを消滅させ、最終的には駆動ブロック２５を迅速に停止させることができる。よって、前述したようにサーボモータによる停止位置制御やストッパによる衝突吸収効果に依拠することなく、直動機構の慣性エネルギを消滅させることができる。また、本発明は、駆動ブロックに、または、駆動ブロックが慣性動作した際に衝突し得る対象に、クッション性を持ったストッパを設けることを排除するものではない。よって、不測の事態に備え、そのようなストッパを設けておくこともあり得るが、そうした転てつ機においても、通常の運用ではストッパの衝突前に駆動ブロックを停止できるか、あるいは、駆動ブロックの停止前にストッパの衝突が生じるとしても極めて軽い衝突に留めることができる。

その一方で、常時作用するブレーキ手段を追加した場合には、転換時間が大幅に増加してしまい、既存の転てつ機に対して定められている規格をクリアできなくなるおそれもあるが、本実施の形態では、以下に説明するように転換時間の増加を抑制している。

まず、既存のＮＳ形電気転てつ機では、転換動作は、全体（解錠動作を開始してから鎖錠動作終了までの行程）を１００％とした場合、解錠行程が１７％、動作桿の移動行程が６５％、鎖錠行程が１８％を占めていた。なお、この割合は、ＮＳ形電気転てつ機のカムバーに形成されたカム溝と、カム溝に当接する転換ローラの関係により増減するが、鎖錠・解錠行程の割合は、以下に説明する理由によって決定されてしまう。

図９に、既存のＮＳ形電気転てつ機における転換ローラとその関連部を示す。転換ローラ１５１は、所定の旋回中心を基準として円弧を描くように移動可能に設けられている。また、ロックピース１３３のカムバー１５３には、転換ローラ１５１が係合するカム溝１５５が形成されている。カム溝１５５は、エスケープ部Ｅ１，Ｅ２とカムバーの駆動時に転換ローラが当接するカム部Ｃとを具備している。

ここで、図１０の（ａ）に示されるように、エスケープ部Ｅ１，Ｅ２に対しカム部Ｃが大きく突出した構造とした場合、カム部Ｃと転換ローラ１５１が接触している距離が長くなり、鎖錠行程が増加する。逆に、図１０の（ｂ）に示されるように、カム部Ｃの突出量を小さくすると、カムバー１５３の駆動力作用角度θが大きくなり、カムバー動作方向に対し直角方向の分力Ｆ２が大きくなる。するとカムバー１５３とケースのガイドとの摩擦力が大きくなり、転換不能につながるため好ましくない。

以上から諒解されるように、現状のＮＳ形転てつ機は、カム部Ｃの突出量を前記摩擦力を考慮して必要最低値に設定し、転換時間が最小になるように設定されているが、このとき鎖錠行程としては、全体の１８％が必要となってしまう。また、解錠行程も鎖錠行程と同じ理由により全体の１７％が必要である。このような構造のため、前述の解錠行程及び鎖錠行程の合計３５％の割合は、最小限必要であり削減することが困難であった。なお、ＮＳ形電気転てつ機の詳細な転換鎖錠動作のシーケンスについては、「信号技術シリーズNo.3 動力転てつ機の話」（(社)信号保安協会）に記載されているとおりである。

これに対して、本実施の形態では、まず、図１に示したように、駆動ブロック２５に、一対の転換ローラ２７を設け、転換ローラ２７はそれぞれ、駆動ブロック２５に回動可能に取り付けられたローラアームの先端部に設け、駆動ブロック２５自体は、ボールねじ２３によって直線移動するようにした。さらに、図３及び図４に示したように、主鎖錠桿１３ａ，副鎖錠桿１３ｂに環状の窪み５７すなわち円弧状を含む窪みを形成すると共に鎖錠ブロック５１に円弧状の切り欠き５３を形成し、かつ、その切り欠き５３の深さ方向をロックピース３３のスライド方向に設定した。このような構成によって、少なくとも窪み５７の深さ分だけロックピース３３がスライドすれば、鎖錠及び解錠を切り替えることができ、また、そのようにロックピース３３をスライドさせるに際して、転換ローラ２７の移動量も少なくて済むようになった。このようにして、本実施の形態では、各部がより少ない動作量で鎖錠及び解錠を切り替えることができ、前述の割合でいえば、解錠工程を８％、鎖錠工程を８％で完了することができ、その分、常時作用ブレーキによる負荷増加で動作桿の移動工程が長引いても、転換時間全体は大幅な増加を回避することが可能となっている。なお、本実施の形態では、ロックピース３３の鎖錠ブロック５１と、主鎖錠桿１３ａ，副鎖錠桿１３ｂとの係合領域は、図３に網掛け部分として示されているように、弧状になっているため、ロックピースにおけるより少ない動作量で鎖錠及び解錠の切り替えが可能となっていても、鎖錠状態では十分に係合面積が確保されるようになっている。

以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。

例えば、第１回転体に設けられていた磁石及び制動体に設けられていた磁石の一方又は双方を、第２回転体に設けるようにすることも可能である。

本発明の実施の形態に係る転てつ機の構成を示す図である。 本実施の形態に係る転てつ機のマグネットクラッチの構成を示す図である。 鎖錠ブロックの周辺構成を示す図である。 ロックピースにおける鎖錠ブロックとの係合部を示す図である。 図１の転てつ機における解錠動作中の状態を示す図である。 図１の転てつ機における転換動作中の状態を示す図である。 図１の転てつ機における鎖錠直前の状態を示す図である。 図１の転てつ機における鎖錠完了の状態を示す図である 既存のＮＳ形電気転てつ機における転換ローラとその関連部を示す図である。 （ａ）は、図９において、エスケープ部に対しカム部が大きく突出している構造を例示し、（ｂ）は、（ａ）に比べカム部の突出が小さい構造を例示する図である。

符号の説明

１ 転てつ機
７ 駆動モータ
９ 伝達機構
１１ 動作桿
１３ａ 主鎖錠桿（鎖錠桿）
１３ｂ 副鎖錠桿（鎖錠桿）
２３ ボールねじ
２５ 駆動ブロック
３３ ロックピース
４１ 第１回転体
４３ 第２回転体
４５ 制動体
４７，５０ 磁石
５１ 鎖錠ブロック
５３，５５ 切り欠き
５７ 窪み

Claims (2)

1. それぞれ長手方向に沿ってスライド可能に設けられた動作桿及び鎖錠桿と、
   前記動作桿を動作させる駆動モータと、
   前記鎖錠桿と選択的に係合するロックピースと、
   前記駆動モータ及び前記動作桿の間に設けられ、ボールねじ及びそれに螺合する駆動ブロックを含む伝達機構とを備え、
   前記駆動モータ及び前記伝達機構の間には、常時ブレーキ作用を有する継手手段が設けられており、
   前記鎖錠桿の外周面には、窪みが形成されており、
   前記ロックピースには、鎖錠ブロックが該ロックピースと一体的に設けられており、
   前記鎖錠ブロックには、前記鎖錠桿の前記窪みに係合する切り欠きが形成されており、
   前記切り欠きの深さ方向が前記ロックピースのスライド方向となっている
   転てつ機。
2. 前記継手手段は、マグネットクラッチであって、第１回転体と、第２回転体と、制動体とを備え、
   前記第１回転体は、前記駆動モータの駆動力を受けて回転し、
   前記第２回転体は、前記第１回転体又は該第２回転体から生じる磁力を介して前記第１回転体の回転につられて回転し、前記ボールねじを動作させ、
   前記制動体は、前記第２回転体又は該制動体から生じる磁力を介して前記第２回転体に常時ブレーキをかけている
   請求項１に記載の転てつ機。

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