JP2017222291A - 踏切しゃ断機 - Google Patents

Abstract

【課題】設置工事が従来よりも簡単で、従来よりも消費エネルギーが少ない薄型の踏切しゃ断機を提供すること。
【解決手段】しゃ断かん１２の根元を固定しつつ回転軸１４に対して回転自在な支持部３０に、ウェイト移動機構部２０を設ける。ウェイト移動機構部２０は、制御ウェイト２１を回転軸１４に近づけたり遠ざけたりすることが可能である。制御ウェイト２１を回転軸１４に近づけることで、しゃ断かん１２が回転軸１４に与えるしゃ断かんモーメントを優勢にしてしゃ断かん１２を下げる。制御ウェイトを回転軸１４より離すことで、ウェイト移動機構部２０が回転軸１４に与えるウェイトモーメントでしゃ断かんモーメントとバランスさせ、更に制御ウェイト２１を遠ざけることで、当該ウェイトモーメントを優勢にしてしゃ断かん１２を上げる。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道踏切をしゃ断する踏切しゃ断機に関する。

従来、踏切しゃ断機では、しゃ断かんの上昇をモータの力だけで行おうとすると大きな力を必要とするため、しゃ断かんの支持回転軸を挟んでしゃ断かんの反対側にバランスウェイトを設けることで、軸周りの重量バランスをとってモータの負荷を軽減させてきた。近年では、バランスウェイトの代わりにバネ力を用いて負荷を軽減する方式が増えてきた（例えば、特許文献１を参照）。しゃ断かんが短い場合に限れば、バランスウェイトやバネを用いた補助機構を搭載せずにモータの力だけで上昇させ得るものもでてきた（例えば、特許文献２、特許文献３を参照）。

特開２００７−１２５９１８号公報 特開２００７−２６９１３８号公報 特開平１０−１１９７８１号公報

バランスウェイト無しにモータと減速機だけでしゃ断かんを上昇させる場合、しゃ断かんの角度が０°となる水平位置からしゃ断かんを上昇させるときにモータに大きな負荷がかかる。一方、しゃ断かん角度が増してしゃ断かんが上昇するにつれて負荷が減少する（特許文献１の図１１を参照）。

バランスウェイトやバネを用いた補助機構を備える踏切しゃ断機では、負荷トルクから補助トルクを引いた残留トルクに相当する負荷がモータに加わることになる（特許文献１の図９参照）。モータに加わる負荷の変動は小さく抑えられているが一定にするには限界がある。そのため、従来の踏切しゃ断機には、想定される最大負荷に応じた駆動トルクを有する大型のモータが搭載され、最大負荷時にはその負荷相応の電流が供給されることとなる。

また、特許文献２のようなバランスウェイトやバネを用いた補助機構を持たない踏切しゃ断機では、しゃ断かんが下降する際、しゃ断かんが水平に近づくほど下降速度が加速することになる。そのため、モータを発電機として用いてしゃ断かんが急速に降下しないようにブレーキ制御し、発電された電気エネルギーを消耗させる必要があるため、こちらも大型のモータを搭載しなければならなくなる。

踏切しゃ断機を使う立場からすれば、搭載するモータの容量が小さくて、モータ電流が小さい省エネ形の踏切しゃ断機が望ましい。また、大型のモータを搭載する場合には踏切しゃ断機の線路横断方向の長さ（奥行方向の外寸）が大きくなり、その分の設置用地が必要になることからも、線路横断方向の長さが短い薄型の踏切しゃ断機が望まれている。

一方、踏切道の左右に２機の踏切しゃ断機を設置する場合、しゃ断かんを降ろした時に両側のしゃ断かんの先端方向及び先端位置に食い違いが生じないように設置する必要がある。従来構成の踏切しゃ断機は、装置本体に、軸方向を線路横断方向としたしゃ断かん回転軸が設けられているが、そのしゃ断かん回転軸は、例えば特許文献３の図３に開示されているように、装置本体の両側面から外側に突出している。すなわち、どちらの突出部分にもしゃ断かんホルダーを取り付け可能としている。これは、踏切道の左右に２機の踏切しゃ断機を設置する場合、どちらの踏切しゃ断機においても、道路側から見て奥側の突出部分にしゃ断かんホルダーを取り付けることを目的としている。そうすることで、しゃ断かんを降ろした時に両側のしゃ断かんの先端方向及び先端位置に食い違いが生じないように設置することができる。

ところが、踏切しゃ断機の設置に当たって、各踏切しゃ断機それぞれについて、しゃ断かんホルダーやしゃ断かんの付け替え作業が必要であるため、当該作業に係る時間と労力が必要であった。

本発明は、こうした背景を鑑みてなされたものであり、設置工事が従来よりも簡単で、従来よりも消費エネルギーが少ない薄型の踏切しゃ断機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための第１の発明は、しゃ断かんと、前記しゃ断かんの昇降の支点となる回転軸と、制御ウェイトを前記回転軸に対して近づける又は遠ざけるように移動させるウェイト移動機構部と、を備え、前記制御ウェイトを前記回転軸に接近させることで前記しゃ断かんを降下させ、前記回転軸から遠ざけることで前記しゃ断かんを上昇させる踏切しゃ断機である。

第２の発明は、前記ウェイト移動機構部が、前記制御ウェイトの移動ガイドとなるスライドガイドを有し、前記回転軸周りに回転可能な支持部であって、前記回転軸の軸中心から離れた位置で前記しゃ断かんの根本側を支持する第１部位と、前記回転軸の軸中心から離れた位置で前記スライドガイドの根本側を支持する第２部位とを有する支持部、を更に備えた第１の発明の踏切しゃ断機である。

第３の発明は、前記ウェイト移動機構部が、前記制御ウェイトを前記スライドガイドに沿って移動させる搬送機構部と、前記搬送機構部を駆動させるモータと、を有し、前記支持部は、前記第２部位が、更に、前記搬送機構部及び前記モータを支持する、第２の発明の踏切しゃ断機である。

第４の発明は、前記支持部が、前記回転軸から離れた所定の固定位置にバランスウェイトを取り付け可能に支持する第３部位を更に有する、第２又は第３の発明の踏切しゃ断機である。

第５の発明は、前記回転軸の回転姿勢を検出するセンサと、前記ウェイト移動機構部による前記制御ウェイトの移動を、前記センサの検出結果に基づいて制御する制御部と、を更に備えた第１〜第４の何れかの発明の踏切しゃ断機である。

第６の発明は、前記回転軸が、前記しゃ断かん及び前記ウェイト移動機構部を、前記しゃ断かんの昇降にともない一体に回転可能に支持し、前記しゃ断かんを、前記踏切しゃ断機の筐体中央部縦断面の面方向に沿って昇降させるように支持する、第１〜第５の何れかの発明の踏切しゃ断機である。

第１〜第６の何れかの発明によれば、しゃ断かんの昇降の支点となる回転軸をモータの力で回転させてしゃ断かんを昇降させる従来の方式ではなく、制御ウェイトの位置をモータで移動させてしゃ断かんを昇降させる新しい方式で実現できる。

すなわち、制御ウェイトの位置を変化させることで、しゃ断かんによるモーメントと制御ウェイトによるモーメントとのバランスを取りつつ昇降方向や昇降速度を制御できる。モータに掛かる負荷をほぼ一定とすることが可能であるため、搭載するモータを従来よりも小型化できる。また、モータに供給する電流も従来よりも下げることができる。よって、従来よりも省エネ形の踏切しゃ断機を実現できる。

また、制御ウェイトを回転軸から遠ざける方向を、しゃ断かんの長手方向と平行又は略平行な方向とすることで、しゃ断機の線路横断方向の長さ（奥行方向の外寸）を長くすることのない、薄型の踏切しゃ断機を実現し、従来よりも設置用地を小さくできる。

そして、第６の発明によれば、ウェイト移動機構部を、しゃ断かんの揺動と一体に回転軸に対して回転可能に支持し、しゃ断かんを、中央部縦断面の面方向に揺動するように支持する構成とした。この構成により、しゃ断かんの昇降にともないウェイト移動機構部が移動し、そのウェイト移動機構部が存在していた場所にしゃ断かんが移動することができるようになる。すなわち、しゃ断かんを移動可能とする空間を装置内（筐体内）に確保することが可能となる。従って、踏切道の左右に２機の踏切しゃ断機を設置する場合、踏切しゃ断機を反転させて対称にして設置するだけで、しゃ断かんを降ろした時に両側のしゃ断かんの先端方向及び先端位置に食い違いが生じないように設置することができる。すなわち、しゃ断かんやそのホルダーの付け替え作業をする必要が無い。

踏切しゃ断機の構成例を示す線路横断方向から見た内部構造図。 踏切しゃ断機の構成例を示す背面図。 踏切しゃ断機の動作を説明するための図（しゃ断かんが降りた状態）。 踏切しゃ断機の動作を説明するための図（昇降途中状態）。 踏切しゃ断機の動作を説明するための図（しゃ断かんが上がった状態）。 長尺や大径のしゃ断かんに対応する踏切しゃ断機の構成の変形例を示す線路横断方向から見た内部構造図。 長尺や大径のしゃ断かんに対応する踏切しゃ断機の構成の変形例を示す背面図。

図１は、本実施形態の踏切しゃ断機の構成例を示す線路横断方向から見た内部構造図であって、しゃ断かんを降ろした状態を示している。図２は、同踏切しゃ断機の背面図である。なお、電気配線の図示は省略している。

踏切しゃ断機１０は、１）しゃ断かん１２と、２）しゃ断かん１２の昇降の支点となる回転軸１４と、３）回転軸１４の回転角度を検出する角度センサ１６と、４）制御ウェイト２１を回転軸１４に対して近づける又は遠ざけるように移動させるウェイト移動機構部２０と、５）ウェイト移動機構部２０の少なくとも側方を覆うカバー部４０と、６）ウェイト移動機構部２０を駆動制御させる制御装置５０と、を備える。

回転軸１４は、コンクリート台座４に立設された筐体１１の上部に、水平又は略水平に固定された軸材である。

回転軸１４には、当該軸周りに回転自在な支持部３０が設けられている。本実施形態の支持部３０は、しゃ断かん１２を降ろした状態において、その中央又は中央付近で回転軸１４と連結されている。

そして、支持部３０の下端部（しゃ断かん１２を降ろした状態における下方側となる第１部位３１）には、しゃ断かんホルダー３４が備えられており、回転軸１４の軸中心から離れた位置でしゃ断かん１２の根本側を支持している。
筐体１１の線路横断方向（図２における左右方向）におけるしゃ断かん１２の支持位置に着目すると、しゃ断かん１２は、支持部３０により、筐体１１の線路横断方向の中央部を通る中央部縦断面９（図２参照）に沿って昇降するように支持されている。

対して支持部３０の上端部（しゃ断かん１２を降ろした状態における上方側となる第２部位３２）には、ウェイト移動機構部２０が設けられている。つまり、ウェイト移動機構部２０は、しゃ断かん１２の揺動と一体に回転可能に回転軸１４にて支持されている。

ウェイト移動機構部２０は、電動モータ２２と、減速装置２３と、スライドガイド２４と、ボールネジ２６とを備える。

電動モータ２２は、例えばステッピングモータにより実現され、制御装置５０により駆動制御される。そして、電動モータ２２の出力軸は減速装置２３に接続されている。

減速装置２３は、電動モータ２２の回転を減速してボールネジ２６の回転に変換する。減速装置２３は、支持部３０の第２部位３２に固定されており、電動モータ２２と、スライドガイド２４と、ボールネジ２６とを支持している。上記の通り、減速装置２３は支持部３０の第２部位３２に支持されているため、第２部位３２が、電動モータ２２と、スライドガイド２４と、ボールネジ２６とを支持しているとも言える。

スライドガイド２４及びボールネジ２６は、回転軸１４を挟んでしゃ断かん１２とは反対方向（図１における右側）へ延設されており、互いに平行又は略平行を成している。

スライドガイド２４は、制御ウェイト２１の移動ガイドである。本実施形態では、回転軸１４を挟んでしゃ断かん１２とは反対方向へ延設された２本のロッドで実現され、制御ウェイト２１のガイド挿通孔２１４に挿通されている。

ボールネジ２６は、制御ウェイト２１のボールネジナット部２１６と螺合して、直動型の搬送機構部２８を構成する。すなわち、支持部３０は、第２部位３２にて搬送機構部２８及び電動モータ２２を支持していることになる。

角度センサ１６は、しゃ断かん１２の回転姿勢を検出するための手段であり、制御装置５０へ検出信号を出力する。本実施形態では、回転軸１４は筐体１１に固定されていて、支持部３０が回転軸１４周りに回転可能に支持されているので、筐体１１又は回転軸１４に対する支持部３０の回転角度を検出可能に取り付けられたロータリーエンコーダにより実現される。回転軸１４と支持部３０とが一体に固定されていて、回転軸１４が筐体１１に対して回転可能に支持されている構成では、筐体１１に対する回転軸１４の回転角度を検出可能にロータリーエンコーダを取り付ければよい。

制御装置５０は、電気電子部品により実現される。外部からの踏切の上昇／下降の信号を受信して、ウェイト移動機構部２０を駆動制御する制御基板を防水ケース内に保持し、上昇／下降の信号と角度センサ１６から受信した信号とに基づいて電動モータ２２を駆動させる。そして、制御ウェイト２１を回転軸１４に接近させることでしゃ断かん１２を降下させ、回転軸１４から遠ざけることでしゃ断かん１２を上昇させるように踏切しゃ断機１０の動作を制御する。

次に、踏切しゃ断機１０の動作について具体的に説明する。
図３は、踏切しゃ断機の動作を説明するための図であって、しゃ断かん１２が降りた状態を示している。しゃ断かん１２が降りた状態では、制御ウェイト２１は、回転軸１４に最も近接した位置にある。この時、しゃ断かん１２が回転軸１４に与えるモーメントは、ウェイト移動機構部２０が回転軸１４に与えるモーメントより大きく、しゃ断かん１２が降りた状態が維持されている。

踏切しゃ断機１０は、外部から踏切の上昇信号を受信すると、図４に示すように、制御ウェイト２１を回転軸１４から遠ざけるように電動モータ２２を駆動制御する。制御ウェイト２１の移動速度は、角度センサ１６からの検出信号に基づいて、しゃ断かん１２が所定の上昇時間内で、所定の上昇パターンで上昇するように調整される。上昇時間及び上昇パターンは適宜設定可能である。

制御ウェイト２１を回転軸１４から遠ざけると、ウェイト移動機構部２０が回転軸１４に与えるモーメントは、図３のときよりも高まってゆく。やがて、しゃ断かん１２が回転軸１４に与えるモーメントとバランスするに至り、僅かなモーメントでしゃ断かん１２が上昇できるようになる。

更に制御ウェイト２１が遠ざかり続けると、ウェイト移動機構部２０が回転軸１４に与えるモーメントが、しゃ断かん１２が回転軸１４に与えるモーメントに打ち勝って、しゃ断かん１２の上昇をもたらす。この時電動モータ２２に要求されるのは、ボールネジ２６を回転させることだけである。よって、電動モータ２２は、従来の踏切しゃ断機に搭載されるモータよりも遥かに小型のモータで十分ということになる。そして、消費する電力も少なくできる。

図５は、踏切しゃ断機１０の動作を説明するための図であって、しゃ断かん１２が上がりきった状態を示している。制御装置５０は、角度センサ１６により検出される回転姿勢・回転角度が所定値に達すると、しゃ断かん１２が十分上昇したと見なし電動モータ２２の回転を停止させる。

この時、制御ウェイト２１は、ボールネジ２６の終端付近まで移動されており、ウェイト移動機構部２０が回転軸１４に与えるモーメントは、しゃ断かん１２が回転軸１４に与えるモーメントよりも十分に大きくなっており、しゃ断かん１２は安定して上がったままの姿勢を維持できる。

踏切しゃ断機１０が、外部から踏切の下降信号を受信すると、制御装置５０は電動モータ２２を図３〜図５で説明した時とは逆回転させて、制御ウェイト２１を回転軸１４に近づけるように制御する。

制御ウェイト２１が回転軸１４に近づくと、しゃ断かん１２が回転軸１４に与えるモーメントとウェイト移動機構部２０が回転軸１４に与えるモーメントとがバランスし、やがて前者が後者を上回り始めてしゃ断かん１２の降下が始まる。この時、電動モータ２２に要求されるのは、制御ウェイト２１を移動させる（この場合は重力に抗して移動させる）だけの出力であり、従来の踏切しゃ断機に搭載されるモータよりも小型・低出力で十分である。

制御装置５０は、制御ウェイト２１の移動速度を、角度センサ１６からの検出信号に基づいて、しゃ断かん１２が所定の降下時間内で、所定の降下パターンで下がるように電動モータ２２の駆動を制御する。降下時間及び降下パターンは適宜設定可能である。例えば、角度センサ１６の示す角度から、しゃ断かん１２が歩行者の頭上に接近するのに相当する回転姿勢に達する前に、一旦電動モータ２２を停止又は十分に減速して、所定時間後に再び電動モータ２２の駆動を再開させてしゃ断かん１２を下げといった、電動モータ２２の駆動力を可変或いは段階的に制御することとすると好適である。

以上、本実施形態の踏切しゃ断機１０は、従来の踏切しゃ断機のようにしゃ断かん１２の昇降の支点となる回転軸１４をモータの力で回転させずにしゃ断かん１２を昇降できる。

すなわち、制御ウェイト２１の位置を電動モータ２２で動かしてしゃ断かん１２が回転軸１４に与えるモーメントと、ウェイト移動機構部２０が回転軸１４に与えるモーメントとのバランスを取りつつ、制御ウェイト２１の位置を少しずつずらすことで昇降方向や昇降スピードを制御することができる。よって、モータ負荷をほぼ一定とすることが可能となり、モータ容量を大きくする必要がない。

また、本実施形態の踏切しゃ断機１０は、しゃ断かん１２の長手方向と平行又は略平行の方向（線路方向）には従来よりも長くなるものの、線路横断方向の長さを長くする必要はない。
よって、従来よりも消費エネルギーが少なく、線路横断方向の長さを短くした薄型の踏切しゃ断機を実現することができる

また、従来の踏切しゃ断機では、しゃ断かんを昇降させるためのモータや減速機等が筐体の内部固定位置に配置され、それらの配置空間が占有されていたが、本実施形態の踏切しゃ断機１０では、従来とは大きく異なる構成となる。具体的には、しゃ断かん１２の回転軸１４を筐体１１の後ろ（回転軸１４を挟んでしゃ断かん１２とは反対方向；図１で言う所の右側）に配置し、電動モータ２２や減速装置２３、しゃ断かんホルダー３４等を回転軸１４に接続して電動モータ２２の回転に伴って制御ウェイト２１を移動させる構造とした。結果、筐体１１の上部にしゃ断かん１２が昇降できる空間を確保した構造となっている。

そして、その空間を利用するようにして、しゃ断かん１２は、中央部縦断面９の面方向に沿って筐体１１の内部を昇降するように回転軸１４で支持されている。よって、踏切道の左右に２機の踏切しゃ断機１０を設置する場合、踏切しゃ断機１０を反転させて対称にして設置するだけで、しゃ断かん１２を降ろした時に両側のしゃ断かん１２の先端方向及び先端位置に食い違いが生じないように設置することができる。すなわち、従来のようにしゃ断かんやそのホルダーの付け替え作業をする現場作業が不要となる。

〔変形例〕
以上、本発明の実施形態の一例について説明したが、本発明を適用可能な形態は上記に限られず、適宜構成要素の追加・省略・変更を施すことができる。

［その１］
例えば、長尺や大径のしゃ断かん１２Ｂに対応させるために、制御ウェイト２１とは別にバランスウェイトを追加することができる。具体的には、図６は、長尺や大径のしゃ断かんに対応させる場合の、踏切しゃ断機の構成の変形例を示す線路横断方向から見た内部構造図であって、しゃ断かんを降ろした状態を示している。図７は、同踏切しゃ断機の背面図である。なお、電気配線の図示は省略している。当該構成では、支持部３０に回転軸１４から離れる方向に延設された第３部位３３を追加し、この第３部位３３の遠端部にバランスウェイト２７を取り付ければよい。

［その２］
また、上記実施形態ではウェイト移動機構部２０における制御ウェイト２１の搬送経路を直線としたが曲線であってもよい。
また、ウェイト移動機構部２０における搬送機構部２８は、ボールネジによる駆動に限らずベルト駆動であってもよい。すなわち、減速装置２３に駆動プーリを設け、スライドガイド２４の遠端部に従動プーリを設けてベルトを架け渡す。そして、当該ベルトと制御ウェイト２１を連結金具で連結させる構成としてもよい。

［その３］
また、角度センサ１６は、連続的に角度を測れるロータリーエンコーダの様なセンサに限らない。例えば、カバー部４０の内側の複数箇所に光学式等の通過センサを、回転軸１４を回転中心として１０°、３０°、６０°、８０°と言った具合に段階的な角度を検出できるように配置するとしてもよい。

４…コンクリート台座
９…中央部縦断面
１０…踏切しゃ断機
１１…筐体
１２…しゃ断かん
１４…回転軸
１６…角度センサ
２０…ウェイト移動機構部
２１…制御ウェイト
２２…電動モータ
２３…減速装置
２４…スライドガイド
２６…ボールネジ
２７…バランスウェイト
２８…搬送機構部
３０…支持部
３１…第１部位
３２…第２部位
３３…第３部位
３４…しゃ断かんホルダー
４０…カバー部
５０…制御装置
２１４…ガイド挿通孔
２１６…ボールネジナット部

Claims (6)

1. しゃ断かんと、
   前記しゃ断かんの昇降の支点となる回転軸と、
   制御ウェイトを前記回転軸に対して近づける又は遠ざけるように移動させるウェイト移動機構部と、
   を備え、前記制御ウェイトを前記回転軸に接近させることで前記しゃ断かんを降下させ、前記回転軸から遠ざけることで前記しゃ断かんを上昇させる踏切しゃ断機。
2. 前記ウェイト移動機構部は、前記制御ウェイトの移動ガイドとなるスライドガイドを有し、
   前記回転軸周りに回転可能な支持部であって、前記回転軸の軸中心から離れた位置で前記しゃ断かんの根本側を支持する第１部位と、前記回転軸の軸中心から離れた位置で前記スライドガイドの根本側を支持する第２部位とを有する支持部、
   を更に備えた
   請求項１に記載の踏切しゃ断機。
3. 前記ウェイト移動機構部は、
   前記制御ウェイトを前記スライドガイドに沿って移動させる搬送機構部と、
   前記搬送機構部を駆動させるモータと、
   を有し、
   前記支持部は、前記第２部位が、更に、前記搬送機構部及び前記モータを支持する、
   請求項２に記載の踏切しゃ断機。
4. 前記支持部は、前記回転軸から離れた所定の固定位置にバランスウェイトを取り付け可能に支持する第３部位を更に有する、
   請求項２又は３に記載の踏切しゃ断機。
5. 前記回転軸の回転姿勢を検出するセンサと、
   前記ウェイト移動機構部による前記制御ウェイトの移動を、前記センサの検出結果に基づいて制御する制御部と、
   を更に備えた請求項１〜４の何れか一項に記載の踏切しゃ断機。
6. 前記回転軸は、前記しゃ断かん及び前記ウェイト移動機構部を、前記しゃ断かんの昇降にともない一体に回転可能に支持し、前記しゃ断かんを、前記踏切しゃ断機の筐体中央部縦断面の面方向に沿って昇降させるように支持する、
   請求項１〜５の何れか一項に記載の踏切しゃ断機。

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