JP2010195151A

JP2010195151A - 遮断かん開閉装置

Info

Publication number: JP2010195151A
Application number: JP2009041021A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Ando; 裕康安藤
Original assignee: Nippon Signal Co Ltd
Current assignee: Nippon Signal Co Ltd
Priority date: 2009-02-24
Filing date: 2009-02-24
Publication date: 2010-09-09
Anticipated expiration: 2029-02-24
Also published as: JP5449796B2

Abstract

【課題】効果的に事故を防止しうる、低コストな遮断かん開閉装置を提供することである。
【解決手段】本発明に係る遮断かん開閉装置は、遮断かんと、モータ４と、角度検出部７と、制御部５とを含む。遮断かんは、モータ４の駆動によって遮断位置と開放位置の間で回動する。角度検出部７は、基準面に対する遮断かんの角度が所定値となったことを検出して、制御部５に検出信号Ｓ１を出力する。制御部５は、モータ４の駆動を制御し、遮断かんを開放位置から遮断位置に回動させる場合、検出信号Ｓ１の入力時、遮断かんの回動速度を維持したままでモータ４が回転を拘束された場合に発生する最大トルクを低下させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、踏切などに用いられる遮断かん開閉装置に関する。

従来より、踏切の遮断機の開発において、踏切事故の防止策は重要な課題の１つである。例えば、踏切の遮断かんは、竹や繊維強化プラスチック（いわゆるＦＲＰ）などで作られているため、自動車は、万が一、踏切内に取り残されそうになっても、これを破断させることによって踏切外へ脱出することができる。

しかし、歩行者や自転車など、いわゆる交通弱者は、遮断かんを破断させることはできないから、人身事故に到ることがある。例えば、遮断かんの下降途中で、急いで踏切内に進入、あるいは踏切外へ脱出しようとする場合に、下降してきた遮断かんと衝突して負傷することが考えられる。

これを避けるために、例えば特許文献１に記載された技術を採用し、単純に、遮断かん（文献に記載されたゲートバー）の降下速度が緩やかとなるように制御すれば、十分なようにも思われる。

しかしながら、上記の方法によると、遮断かんの所要降下時間が、強風時に受ける風圧によって増加することが懸念されるため、通行者の強引な踏み切りの横断を招き、かえって踏切事故を誘発する結果となりかねない。また、これを避けるため、例えば特許文献２に記載された技術を採用して、風の影響を回避するように遮断かんの降下動作を適宜制御するにしても、複雑な制御機構を伴うために、コスト面から有益ではない。

このような問題は、通行を規制するために開閉する遮断かんを用いる限り避けることはできないものであるから、踏切の遮断機だけでなく、ゲート開閉機などにも用いられる一般的な遮断かん開閉装置に共通して存在する。

特開２００６−１７４６７７号公報特許第３７４９１１１号公報

本発明の課題は、効果的に事故を防止しうる、低コストな遮断かん開閉装置を提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明に係る遮断かん開閉装置は、遮断かんと、モータと、角度検出部と、制御部とを含む。

前記遮断かんは、前記モータの駆動によって遮断位置と開放位置の間で回動する。前記角度検出部は、基準面に対する前記遮断かんの角度が所定値となったことを検出して、前記制御部に検出信号を出力する。

前記制御部は、前記モータの駆動を制御し、前記遮断かんを前記開放位置から前記遮断位置に回動させる場合、前記検出信号の入力時、前記遮断かんの回動速度を維持したままで前記モータが回転を拘束された場合に発生する最大トルクを低下させる。

本発明に係る遮断かん開閉装置によれば、遮断かんを開放位置から遮断位置に回動させる時、遮断かんの角度が所定値になると、角度検出部から制御部に検出信号が入力され、制御部によってモータが回転を拘束された場合に発生する最大トルクを低下させるから、遮断かんの動作を拘束した場合に加わる力が減少する。したがって、通行者が遮断かんと衝突して負傷する可能性を低減することができ、また、緊急の場合、通行者は、遮断かんを強制的に押しのけて通過することもできる。

このとき、遮断かんの回動速度は維持されるため、遮断動作の所要時間が増加することはないから、通行者の強引な通過を招くことはない。また、上記の所定値として、遮断かんの回動に対する風の抵抗が十分に小さくなる角度を設定することによって、遮断動作における風圧の影響を回避することができる。

さらに、本発明に係る遮断かん開閉装置は、遮断かんの角度を検出し、モータのトルクの閾値制御を行うものであるから、複雑な制御機構を必要としない。

以上述べたように、本発明によれば、効果的に事故を防止しうる、低コストな遮断かん開閉装置を提供することができる。

本発明に係る遮断かん開閉装置（遮断かんが開放位置にある状態）を表す。本発明に係る遮断かん開閉装置（遮断かんが遮断位置にある状態）を表す。遮断かん開閉装置の電気的構成を表す。遮断かんの角度θ（度）が所定値α（度）となった状態の遮断かん開閉装置を表す。図１に示す状態における角度検出部の動作状態を表す。図４に示す状態における角度検出部の動作状態を表す。遮断かんの角度θ（度）に対するデューティー比Ｄｙ（％）の変化を表すグラフである。遮断かんの角度θ（度）に対する、モータが回転を拘束された場合に発生する最大トルクＮ（Ｎ・ｍ）の変化を表すグラフである。遮断かんの角度θ（度）に対する回動速度ω（度／ｓ）の変化を表すグラフである。

図１及び図２は、本発明に係る遮断かん開閉装置を表す。ここで、図に示すＸＹ平面が水平面であり、図中の斜線部は、装置を設置する地面を表す。また、Ｚ軸は鉛直方向を表し、Ｚ軸負方向に重力が作用する。さらに、通行者は、Ｙ軸方向に往来し、遮断かん１は、図に示すＸＺ平面において開閉するものである。

遮断かん開閉装置は、遮断かん１を開閉することによって通行を規制するための装置であり、典型的には踏切の遮断機である。図１は、遮断かん１が開放位置にある状態を、図２は、遮断かん１が遮断位置（あるいは、閉位置）にある状態を示す。

遮断かん開閉装置は、遮断かん１と、保持部２と、本体３とを含む。遮断かん１は、ボルト及びナットなどの手段によって、一方の端部を保持部２に固定されている。保持部２には、回転軸２１が設けられており、この回転軸２１は、歯車機構などの動力伝達手段を介して、本体３内部に備えられたモータの駆動と連動して回転する。

したがって、遮断かん１は、モータの駆動によって遮断位置と開放位置の間で、回転軸２１を中心として回動する。本発明に係る遮断かん開閉装置は、図１に示す方向Ｄのように、遮断かん１が開放位置から遮断位置に回動するときの遮断動作、すなわち、踏切の遮断機における下降動作に特徴を有する。

図３は、遮断かん開閉装置の電気的構成を表している。本体３の内部には、上記のモータ４と、制御部５と、回転方向制御リレー６とが備えられている。

モータ４は、ＤＣモータやブラシレスモータなどである。制御部５は、モータドライバなどの制御ＩＣを含むデジタル回路で構成され、ＰＷＭ制御によってモータ４の駆動を制御する。

回転方向制御リレー６は、遮断かん１の回転方向指示信号Ｓ０が入力され、これに基づき開閉されるリレーである。制御部５は、この回転方向制御リレー６の開閉状態に応じて、モータ４の回転方向を制御する。つまり、回転方向指示信号Ｓ０によって、制御部５は、遮断かん１の遮断動作と開放動作のうち、何れを実行するかを判別する。

さらに、本体３の内部には角度検出部７が備えられている。角度検出部７は、基準面Ｐに対する遮断かん１の角度θ（度）が所定値α（度）となったことを検出して、制御部５に検出信号Ｓ１を出力する。ここで、本実施形態に係る遮断かん開閉装置は、踏切の遮断機のように、遮断かん１が水平面に対して垂直な面内で回動するため、基準面Ｐは水平面となる。一方、遮断かん１が水平面内で回動する遮断かん開閉装置の場合、基準面Ｐは、水平面に対して垂直な面となる。

図４は、遮断かん１の角度θ（度）が所定値α（度）となった状態の遮断かん開閉装置を表す。角度検出部７は、このように遮断かん１が比較的に遮断位置に近い位置に到ったことを検出する。

図５と図６は、それぞれ、図１と図４に示す状態における角度検出部７の動作状態を具体的に表している。角度検出部７は、カム７１と、スイッチ７２とを含んでいる。

カム７１は、回転軸２１に取り付けられ、遮断かん１の回動と連動し、遮断かん１の角度θ（度）が所定値α（度）となったときにスイッチ７２をオンにするように設けられている。つまり、遮断かん１の角度θ（度）が所定値α（度）に達したとき、方向Ｒに回転するカム７１によって、スイッチ７２に設けられた接点７２１，７２２が互いに接触するように構成されている。これにより、スイッチ７２がオンになったとき、制御部５に検出信号Ｓ１が出力される。

このように、カム７１とスイッチ７２を用いれば、角度検出部７を汎用の部品で安価に構成することができる。しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、モータ４に付属するレゾルバやエンコーダなどを用いて、パルス数の積算結果から角度を検出するように構成してもよい。この場合、パルス信号の周波数を高くすることができるから、より正確に角度を検出することができる。

上述した制御部５は、遮断かん１を開放位置から遮断位置に回動させる場合、検出信号Ｓ１の入力時、遮断かん１の回動速度を維持したまま、モータ４が回転を拘束された場合に発生する最大トルクを低下させる。具体的には、制御部５は、ＰＷＭ制御におけるパルス電圧のデューティー比Ｄｙ（％）を低下させる。

図７は、遮断かん１の角度θ（度）に対するデューティー比Ｄｙ（％）の変化を表すグラフである。このように、制御部５は、遮断動作において、α＜θ≦９０のとき、デューティー比Ｄｙ＝Ｄｙ１（％）と、また、０＜θ≦αのとき、デューティー比Ｄｙ＝Ｄｙ２（％）となるようにパルス電圧を生成する。ここで、Ｄｙ１＞Ｄｙ２の関係がある。

また、図８は、遮断かん１の角度θ（度）に対する、モータ４が回転を拘束された場合に発生する最大トルクＮ（Ｎ・ｍ）の変化を表すグラフである。モータ４のトルクＮ（Ｎ・ｍ）は、デューティー比Ｄｙ（％）の制御によって、α＜θ≦９０のとき、トルクＮ＝Ｎ１（Ｎ・ｍ）となり、また、０＜θ≦αのとき、トルクＮ＝Ｎ２（Ｎ・ｍ）となる。ここで、Ｎ１＞Ｎ２の関係がある。

さらに、図９は、遮断かん１の角度θ（度）に対する回動速度ω（度／ｓ）の変化を表すグラフである。回動速度ω（度／ｓ）は、所定値α（度）の前後において、上述したように一定値ω０（度／ｓ）に維持される。

このような制御を好適に実現するためには、トルクＮ１及びＮ２（Ｎ・ｍ）と角度α（度）の値を、様々な条件を考慮して最適に設定する必要がある。とりわけ、上述したように、遮断動作における風の影響は非常に大きいため、これを考慮することは重要である。

図１に示す開放位置においては、遮断かん１は、角度θ＝９０（度）に保持されているから、その長さＬ（ｍ）分の対向面積にわたって風の抵抗Ｆｗ（Ｎ）を受ける。したがって、回動開始時のトルクＮ１（Ｎ・ｍ）は、風に逆らって回動できるように、この抵抗Ｆｗ（Ｎ）を基準として設定する必要がある。踏切の遮断機の場合、一般的には、風速１５ｍの風の抵抗を基準として設定する。

このとき、トルクＮ１（Ｎ・ｍ）を大きな値に設定しても、所定値α（度）を、通行者と遮断かん１の衝突が発生しない値に設定することによって、安全性の問題を回避することができる。

また、図４に示す位置においては、遮断かん１は、角度θ＝α（度）であるから、その長さＬ・ｓｉｎα（ｍ）分の対向面積にわたって風の抵抗Ｆｗを受ける。すなわち、遮断かん１は、回動方向Ｄに対向する、風の抵抗Ｆｗ（Ｎ）のベクトル成分Ｆｗ・ｓｉｎα（Ｎ）の抵抗を受ける。

したがって、所定値α（度）を可能な限り小さく設定すれば、抵抗は小さくなり、トルクＮ２（Ｎ・ｍ）は小さくて済む。しかし、所定値α（度）を余りに小さい値に設定すると、強いトルクＮ１（Ｎ・ｍ）での回動時に、遮断かん１と通行者との衝突が発生する可能性があり、安全性に問題がある。このため、所定値α（度）は、第１に、安全性の観点から、遮断かん１と通行者の十分な距離が確保できる値とし、第２に、上記の抵抗Ｆｗ・ｓｉｎα（Ｎ）が十分に小さくなる値にする必要がある。

さらに、トルクＮ２（Ｎ・ｍ）は、上述したように、遮断かん１の角度θ（度）が所定値α（度）となる前後において、遮断かん１の回動速度ω（度／ｓ）が維持できるように設定する必要がある。このため、トルクＮ２（Ｎ・ｍ）は、第１に、安全性の観点から、遮断かん１と通行者の衝突時に通行者が負傷しないように十分に小さな値とし、第２に、上記の抵抗Ｆｗ・ｓｉｎα（Ｎ）に逆らって遮断かん１が回動できる値とする必要がある。トルクＮ２（Ｎ・ｍ）の設定にあたっては、角度θ（度）が所定値α（度）に到るまでのトルクＮ１（Ｎ・ｍ）によって遮断かん１に作用する慣性も考慮する必要がある。

なお、本実施形態に係る遮断かん開閉装置のように、遮断かん１が水平面に対して垂直な面において回動する場合、遮断動作時、遮断かん１に重力が作用するため、これを考慮して上記の値を設定すると好ましい。

本発明に係る遮断かん開閉装置によれば、遮断かん１を開放位置から遮断位置に回動させる時、遮断かん１の角度θ（度）が所定値α（度）になると、角度検出部７から制御部５に検出信号Ｓ１が入力され、制御部５によってモータ４が回転を拘束された場合に発生する最大トルクＮ（Ｎ・ｍ）を低下させるから、遮断かん１の動作を拘束した場合に加わる力が減少する。したがって、通行者が遮断かん１と衝突して負傷する可能性を低減することができ、また、緊急の場合、通行者は、遮断かん１を強制的に押しのけて通過することもできる。

このとき、遮断かん１の回動速度ω（度／ｓ）は維持されるため、遮断動作の所要時間が増加することはないから、通行者の強引な通過を招くことはない。また、上記の所定値αとして、遮断かん１の回動に対する風の抵抗Ｆｗ（Ｎ）が十分に小さくなる角度を設定することによって、遮断動作における風圧の影響を回避することができる。

さらに、本発明に係る遮断かん開閉装置は、遮断かん１の角度θ（度）を検出し、モータ４のトルクＮ（Ｎ・ｍ）の閾値制御を行うものであるから、複雑な制御機構を必要としない。

なお、本実施形態では、踏切の遮断機のように、遮断かんが水平面に対して垂直な面において回動する遮断かん開閉装置を例示したが、一部のゲート開閉機のように、遮断かんが水平面において回動する遮断かん開閉装置についても同様に本発明を適用できることは言うまでもない。

以上、好ましい実施例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、種々の変形態様を採り得ることは自明である。

１遮断かん
４モータ
５制御部
７角度検出部
７１カム
７２スイッチ
Ｐ基準面
Ｓ１検出信号
Ｎ１，Ｎ２トルク
ω０速度

Claims

遮断かんと、モータと、角度検出部と、制御部とを含む遮断かん開閉装置であって、
前記遮断かんは、前記モータの駆動によって遮断位置と開放位置の間で回動し、
前記角度検出部は、基準面に対する前記遮断かんの角度が所定値となったことを検出して、前記制御部に検出信号を出力し、
前記制御部は、
前記モータの駆動を制御し、
前記遮断かんを前記開放位置から前記遮断位置に回動させる場合、前記検出信号の入力時、前記遮断かんの回動速度を維持したままで前記モータが回転を拘束された場合に発生する最大トルクを低下させる、
遮断かん開閉装置。
請求項１に記載された遮断かん開閉装置であって、
前記角度検出部は、カムと、スイッチとを含み、
前記カムは、前記遮断かんの回動と連動し、前記遮断かんの角度が前記所定値となったときに前記スイッチをオンにするように設けられ、
前記スイッチがオンになったとき、前記制御部に前記検出信号が出力される、
遮断かん開閉装置。