JP2719085B2 - モノレール式走行装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、傾斜したレール上の走
行を可能にしたモノレール式走行装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のモノレール式走行装置は、水平な
レール上を走行することを目的としているため、レール
が傾斜していると、駆動車輪がスリップして背走を起こ
してしまうことがある。そこで、傾斜したレールでの走
行を可能にするため、図１１に示すように、レール４上
にラック５を設置しておくとともに、駆動車輪１の車軸
３にもピニオン２を取り付けておき、走行装置がレール
４の傾斜部にさしかかると、ピニオン２がラック５に噛
み合い、背走することなく傾斜レール上の走行を可能に
したモノレール式走行装置がある。

【０００３】ここで、このモノレール式走行装置におい
て、レールが水平な場合と傾斜している場合の走行を比
較してみる。水平なレール上では図１０に示すように、
駆動車輪１がレール４に支持されていることにより、車
軸３の駆動トルクをＴ、駆動車輪１の外径をＤとする
と、駆動車輪１とレール４の接点において、ほぼ２Ｔ／
Ｄの推力が得られる。

【０００４】同様にして、傾斜したレール上では図１１
に示すように、ピニオン２がラック５に噛み合っている
ことにより、ピニオン２のピッチ円径をｄとすると、ほ
ぼ２Ｔ／ｄの推力が得られる。すなわち、水平の走行か
らピニオン２を用いた傾斜の走行にかわると、推力がＤ
／ｄ倍に増すとともに速度がｄ／Ｄ倍に遅くなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、傾斜走行時
と水平走行時の走行抵抗を比較すると、当然ながら傾斜
の場合は自重の成分が加算されるためその分、走行抵抗
が大きくなる。傾斜の角度を垂直とした場合の走行抵抗
と水平走行時の転がり抵抗による走行抵抗とを比較する
と両者の比は一般に数十倍といわれている。しかしなが
ら図示した従来の駆動方式では駆動車輪１とピニオン２
の推力の比Ｄ／ｄはせいぜい数倍程度しか得られず、そ
のままでは傾斜の急なレールを走行するには推力が不十
分であった。

【０００６】そこで、駆動車輪を駆動する駆動系とピニ
オンを駆動する駆動系とを１個のアクチュエータで駆動
しようとする場合は、以下のような方法が考えられる。 （１）初めから垂直のレールを登坂させる場合の駆動ト
ルクを想定して高トルクのアクチュエータを搭載する。 （２）初めから垂直のレールを登坂させる場合の駆動ト
ルクが得られるようにアクチュエータに減速比の大きい
減速機を取り付ける。 （３）水平レール、傾斜レールの両方に対応できるよう
に、減速比を少なくとも２段階に変更することが可能な
変速機を設置する。

【０００７】しかしながら（１）の場合は、出力が数十
倍ものアクチュエータを搭載しなければならずアクチュ
エータが大型、高価格になるという問題がある。（２）
の場合は、高出力のアクチュエータを必要としないもの
の水平なレールを走行するときの速度が非常に遅くな
り、実用的ではないという問題がある。（３）の場合
は、変速機の構造が複雑となり高価格になるという問題
がある。本発明は上記問題点を解決するためになされた
もので、その目的とするところは、傾斜したレール上で
は背走することなく、水平なレール上では実用的な速度
で走行することを可能にし、しかも構造が簡単なモノレ
ール式走行装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、等間隔の連結棒を介して平行に敷設した
１対のレールと、レールに懸装される車両本体の内部に
水平に固定した中心軸と、中心軸に回動可能に軸支され
た支持枠と、支持枠に設置された切換えモータの出力軸
と中心軸とをギヤを介して接続し、切換えモータを回転
駆動することにより、支持枠を相対的に往復回動させる
切換え機構と、支持枠に取り付けられた駆動モータと、
支持枠により水平に軸支されるとともに小減速比で駆動
モータに接続された第１の車軸と、支持枠により水平に
軸支されるとともに大減速比で駆動モータに接続された
第２の車軸と、第１の車軸に固定され、切換え機構が作
動して第１の車軸が上方に移動した状態でレール下面を
押圧する左右１対の駆動車輪と、複数のローラを放射状
に配置して形成するとともに第２の車軸に固定され、切
換え機構が作動して第２の車軸が上方に移動した状態で
レール間の連結棒に噛合する噛合車輪とを備えたことを
特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明においては、水平なレールを走行する場
合は、切換えモータを回転して切換え機構を作動させ、
第１の車軸を上方に移動した状態で保持する。それによ
り、レール下面に駆動車輪が押圧され、この状態で駆動
モータの回転が小減速比で伝達されて高速度で走行され
る。傾斜したレールを走行する場合は、切換えモータを
反対方向に回転して切換え機構を作動させ、第２の車軸
を上方に移動した状態で保持する。

【００１０】それにより、噛合車輪はレール間の連結棒
に噛合する。この状態で駆動モータの回転が大減速比で
伝達されて低速度で走行される。すなわち、走行中にレ
ールの傾斜の有無に応じて切換え機構を作動させること
により減速比とレールに作用する車輪が切り換えられ、
水平のレール上では所定の速度で走行するとともに傾斜
したレール上では背走を起こすことなく確実に登坂する
ことができる。

【００１１】

【実施例】以下、図に沿って本発明の実施例を説明す
る。図１は本発明の実施例の要部を示す説明図、図２は
図１の右側面図、図３は図１の上面図である。図におい
て、１，２は支持枠を構成する１対の側板であり、側板
１，２は中心軸３、第１の車軸４および第２の車軸５に
より相互に支持される。中心軸３は、側板１，２間で緩
衝装置６を介して固定板７に支持される。固定板７は後
述する車両の本体５４に固定される。

【００１２】中心軸３は、側板１，２にそれぞれベアリ
ング８を介して軸支される。９はベアリング８を側板
１，２に固定するベアリング押さえである。中心軸３の
側板１側の端部には、ウォームホィール１１が固定され
ている。ウォームホィール１１は、軸１５に嵌合された
ウォーム１６と接続されている。軸１５はピロー１２〜
１４に軸支され、その他端にはかさ歯車１７が固定され
る。かさ歯車１７はかさ歯車１８に接続され、かさ歯車
１８は取り付け金具１９により側板１に取り付けられた
切換えモータ２１の出力軸に固定されている。切換えモ
ータ２１は減速機２０を内蔵している。これらにより切
換え機構が構成される。

【００１３】ここで切換えモータ２１を回転させると、
その回転がかさ歯車１７，１８を介して軸１５に伝えら
れ、ウォーム１６を介してウォームホィール１１を回転
させようとする。しかしここで、ウォームホィール１１
と一体の中心軸３は、緩衝装置６に固定されているため
回転できないので、切換えモータ２１を支持している側
板１が相対的に回転されることになる。すなわち、この
切換え機構の動作により、後述する駆動車輪２４，２５
と噛合車輪３４とを、交互にレール９０に押圧すること
が可能になる。

【００１４】第１の車軸４は側板１，２とそれぞれベア
リング２２を介して軸支される。２３はベアリング２２
を側板１，２に固定するベアリング押さえである。側板
１，２の間の車軸４には駆動車輪２４，２５が左右対称
の位置に固定されている。車軸４の側板１側の端部に
は、かさ歯車２６が嵌着されている。第２の車軸５は側
板１，２とそれぞれベアリング２７を介して軸支され
る。２８はベアリング２７を側板１，２に固定するベア
リング押さえである。側板１，２の間の車軸５には車輪
３１，３２が左右対称の位置に固定されている。車輪３
１，３２は車軸５にそれぞれベアリング３３を介して回
転自在に嵌合されている。

【００１５】車輪３１，３２の中間の位置で車軸５に、
噛合車輪３４が固定されている。噛合車輪３４は、放射
状をした左右１対の支持板３５，３６の外周寄りに複数
の支軸３７が挾持され、支軸３７にローラ３８がそれぞ
れ軸支されて構成される。車軸５の側板１側の端部に
は、ウォームホィール４１が固定されている。ウォーム
ホィール４１は、軸４４の一端に嵌着されたウォーム４
５と接続されている。軸４４はピロー４２，４３に軸支
され、その他端にかさ歯車４０が嵌着され、第１の車軸
４に嵌着されているかさ歯車２６に接続される。

【００１６】また、ピロー４２，４３の間の軸４４にか
さ歯車４６が嵌着され、駆動モータ４７の出力軸に嵌着
されたかさ歯車４８と接続されている。駆動モータ４７
は、減速機４９を内蔵し、側板１の内側に支持されてい
る。このようにして、駆動モータ４７の回転は、かさ歯
車４８，４６により軸４４に伝えられ、かさ歯車４０，
２６を介して車軸４の駆動車輪２４，２５を比較的小さ
な減速比で駆動するとともに、ウォーム４５，ウォーム
ホィール４１を介して車軸５の噛合車輪３４を比較的大
きな減速比で駆動する。なお、これらの減速比は数十倍
程度の違いがある。

【００１７】図４は上述した機構部を組み込んだ走行装
置が水平なレール上を走行する場合を示す説明図、図５
は図４のＡ線上の拡大端面図、図６は図４のＢ−Ｂ線の
断面図である。図４において、走行装置は前輪ユニット
５０と後輪ユニット７０とから構成され、上述した機構
部は前輪ユニット５０に組み込まれる。前輪ユニット５
０および後輪ユニット７０の底部にそれぞれベアリング
５２，７２を介して主軸５３，７３を嵌合し、両主軸５
３，７３を連結板５１に固定することにより、ユニット
５０，７０が連結される。

【００１８】前輪ユニット５０の本体５４の底部に緩衝
装置６の固定板７が固定される。さらに、図５にも示さ
れるように、本体５４の上部を開口し、進行方向の左右
（図４では手前と奥）にレール９０の幅よりもやや広い
間隔でアングル５５，５６を溶接により固定する。アン
グル５５，５６の内側に支持車輪５７，５８を回転自在
に固定する。

【００１９】さらに支持車輪５７，５８の進行方向前後
にレールの幅方向をガイドするガイドタイヤ５９〜６２
が取り付けられる。これら支持車輪５７，５８がレール
９０を構成するアングル９１，９２の上面に載置され、
さらにガイドタイヤ５９〜６２がアングル９１，９２を
両側から支えることによりユニット５０がレール９０に
懸装される。

【００２０】図４では、切換えモータ２１等からなる切
換え機構が作動して、側板１，２からなる支持枠を時計
方向に約９０度回動させ、駆動車輪２４，２５を最上位
の位置に保持する。このとき、緩衝装置６により、駆動
車輪２４，２５がレール９０、すなわちアングル９１，
９２の下面を一定圧で押圧する。それにより、駆動モー
タ４７により駆動車輪２４，２５が時計方向に回転駆動
され推力を発生して前輪ユニット５０が前進する。同時
に連結板５１を介して連結されている後輪ユニット７０
を牽引する。

【００２１】後輪ユニット７０について説明する。図
４、図６に示されるようにレール９０に懸装される本体
７４の上方部分は、ユニット５０と同一の構造であるの
で、共通部分に同一の番号を付して説明を省略する。本
体７４の内部は、進行方向に支持板７５が取り付けら
れ、その上部に緩衝装置７６が形成され、緩衝装置７６
の上部に車軸７７が支持されて１対の押圧車輪７８，７
９を軸支する。押圧車輪７８，７９は緩衝装置７６によ
り一定の圧力で上方へ押圧されることにより、アングル
９１，９２の下面を一定圧で押圧して、走行を安定させ
る。

【００２２】図７は走行装置が傾斜したレール上を走行
する場合を示す説明図、図８は図７のＣ線上の拡大端面
図である。図７の各部の構成は図４と同一であるから以
下、動作についてのみの説明をする。傾斜したレール上
を走行する場合は図に示すように、切換え機構の切換え
モータ２１を回転させて側板１，２からなる支持枠を半
時計方向に約９０度回動させ、噛合車輪３４および車輪
３１，３２を最上位の位置に保持する。

【００２３】このとき、緩衝装置６により、車輪３１，
３２がレール９０、すなわちアングル９１，９２の下面
を一定圧で押圧する。またこのときアングル９１，９２
の上面を支持車輪５７，５８が押圧することにより上下
方向の振動が押さえられて走行が安定する。同時に、駆
動モータ４７に駆動されて噛合車輪３４が時計方向に回
転して、噛合車輪３４のローラ３８が順次レール９０の
連結棒９３の間に進入しながらサイクロイド曲線を描く
ことにより推力を発生する。

【００２４】このときの噛合車輪３４の回転は、駆動車
輪２４，２５の減速比よりもさらに大きな減速比で減速
されているため、水平なレール９０を走行しているとき
よりも大きなトルクで噛合車輪３４が駆動される。ま
た、噛合車輪３４と連結棒９３との噛合いが確実である
ため、両者間でのスリップは全く発生しない。なお、連
結棒９３は、アングル９１，９２の間に等間隔で溶接さ
れている。

【００２５】図９は、噛合車輪３４と連結棒９３との噛
合い状態を示す説明図である。とくにこの噛合車輪３４
は、回転自在なローラ３８が連結棒９３に接触するため
接触部の滑り摩擦が少なくなり、従来の単なるラックと
ピニオンの組み合わせの駆動方法よりも耐久性が大幅に
向上する。このように実施例のモノレール式走行装置で
は、走行中のレールの傾斜の有無に応じ切換え機構を作
動させることにより、減速比を切り換えるとともに、レ
ールに作用する車輪を駆動車輪２４，２５と噛合車輪３
４のいずれかに切り換えることが可能になる。

【００２６】そのため、水平のレール上では所望の速度
で走行させるとともに、傾斜したレール上では駆動モー
タ４７の最大出力に応じた減速比で噛合車輪３４を駆動
して背走を起こすことなく確実に登坂させることができ
る。しかも、そのための変速および車輪切換え装置の構
造も比較的簡単に構成することができる。なお、本発明
は上述した実施例だけでなく他のアプト式の駆動車両に
も適用可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、走行
中のレールの傾斜の有無に応じて、切換え機構を作動さ
せることにより減速比とレールに作用する車輪が切り換
えられ、水平のレール上では所定の速度で走行するとと
もに傾斜したレール上では背走を起こすことなく確実に
登坂することができる。しかも、そのための装置の構造
も比較的簡単に構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の要部を示す説明図である。

【図２】図１の右側面図である。

【図３】図１の上面図である。

【図４】水平なレール上を走行する場合を示す説明図で
ある。

【図５】図４のＡ線上の拡大端面図である。

【図６】図４のＢ−Ｂ線の断面図である。

【図７】傾斜したレール上を走行する場合を示す説明図
である。

【図８】図７のＣ線上の拡大端面図である。

【図９】噛合車輪と連結棒との噛合い状態を示す説明図
である。

【図１０】従来例の説明図である。

【図１１】従来例の説明図である。

【符号の説明】

１，２ 側板 ３ 中心軸 ４ 第１の車軸 ５ 第２の車軸 ６ 緩衝装置 １１ ウォームホィール １５ 軸 １６ ウォーム １７，１８ かさ歯車 ２１ 切換えモータ ２４，２５ 駆動車輪 ２６ かさ歯車 ３１，３２ 車輪 ３４ 噛合車輪 ３５，３６ 支持板 ３７ 支軸 ３８ ローラ ４０ かさ歯車 ４１ ウォームホィール ４４ 軸 ４５ ウォーム ４６ かさ歯車 ４７ 駆動モータ ４８ かさ歯車 ５０ 前輪ユニット ５４ 本体 ５５，５６ アングル ５７，５８ 支持車輪 ５９〜６２ ガイドタイヤ ９０ レール ９１，９２ アングル ９３ 連結棒

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 等間隔の連結棒を介して平行に敷設した
   １対のレールと、 レールに懸装される車両本体の内部に水平に固定した中
   心軸と、 中心軸に回動可能に軸支された支持枠と、 支持枠に設置された切換えモータの出力軸と中心軸とを
   ギヤを介して接続し、切換えモータを回転駆動すること
   により、支持枠を相対的に往復回動させる切換え機構
   と、 支持枠に取り付けられた駆動モータと、 支持枠により水平に軸支されるとともに小減速比で駆動
   モータに接続された第１の車軸と、 支持枠により水平に軸支されるとともに大減速比で駆動
   モータに接続された第２の車軸と、 第１の車軸に固定され、切換え機構が作動して第１の車
   軸が上方に移動した状態でレール下面を押圧する左右１
   対の駆動車輪と、 複数のローラを放射状に配置して形成するとともに第２
   の車軸に固定され、切換え機構が作動して第２の車軸が
   上方に移動した状態でレール間の連結棒に噛合する噛合
   車輪と、 を備えたことを特徴とするモノレール式走行装置。