JP3094219B2 - 軌条式線路における高速輸送機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は軌条式の路線を使っ
た高速輸送機構に関わるものである。

【０００２】この発明に関係の深い軌条式輸送機構の分
野は、具体的に言えば、ＪＲの路線および車輛（在来
線、ローカル線、新幹線など）、各種鉄道会社が所有す
る商業目的の多くの路線、地下鉄、モノレール、また山
岳鉄道、工事用鉄道、あるいは遊園地における遊覧、観
覧車、曲線路高速走行遊覧車（ジェットコースター）等
々の、人および物資の輸送を行う機構及びその模型、玩
具等に関わるものである。

【０００３】

【従来の技術】従来の軌条式輸送機構の方式や構造にお
いては、部分的な改良や性能の改善が行われて来たが、
基本的な方式や構造に関わる改革はほとんどなかった。
即ちこれら従来技術は２本の軌条の上に２輪（両輪）の
車輛を走らせるものである。

【０００４】従来の輸送機構の構造においては長い年月
の間に改良に改良が重ねられ、技術的に可能な最高に近
い速度で運行されているので、これ以上の高速化を実現
させることは技術的に相当に困難である。この原因の一
つは２本軌条２輪車輛の輸送方式から来る構造にあるの
であって、この構造を踏襲する限り、曲線路が多く存在
する商業路線においては高速化を進めるにつれて横転や
脱線事故の危険性が増大する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】高速化にとって障害に
なる技術上の問題の一つとして、曲線路が存在する路線
で高速運行することによって生ずる車輛の遠心力があ
る。その遠心力によって車輪と軌条に横方向の力が集中
的に加えられ、それによって車輛の横揺れや浮き上がり
あるいは振動が発生して、車輛の安定、安全走行が保て
なくなり、脱線事故に到るのである。

【０００６】この車輛の姿勢の不安定さは主に車輪と軌
条との間隔に若干の間隙があることに起因して発生する
ものであるが、この間隙は曲線路を走行するためには必
要なものであるので、たとえ車輪や軌条の製作精度、組
立精度をさらに高めても改善され得ない問題である。

【０００７】この間隙が存在している理由は、低速であ
ろうと高速であろうと曲線路の走行を可能にするため
に、曲線軌条で生ずる車輪の内輪、外輪差を補正するた
めであり、このために車輪と軌条は独特の形状に作られ
ているからである。この形状の車輪と軌条とを組み合わ
せると車輪と軌条の間に適切な大きさの間隙（厳密に言
えばスベリ領域があり、これは無段階変速機の機能を果
たしている）が存在する。この間隙は曲線路の走行を可
能にするための原理的なものであるから取り除くことは
できない。

【０００８】この発明の第一の目的は安全且つ安定な高
速輸送を可能にする方法と機構を提供することである。
第二の目的は曲線路が多用された路線であって且つその
曲率半径が小さい場合においても高速性を損なうことが
ない車輛の走行方式を提供することである。換言すれば
ＪＲ鉄道などの現行路線（新幹線や在来路線）と同等な
条件の路線あるいは現行路線を共用することができる極
めて経済的に建設できる高速の輸送システムを提供する
ものである。

【０００９】

【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、直線路と曲線路を含む軌条式線路とその線
路を走行する車輛とで構成される軌条式輸送機構におい
て、車輛の進行方向を規定し、且つ車輛の重量を支える
１本の軌条（第一の軌条）が地表に設置されており、こ
の第一の軌条の他に、車輛の姿勢を制御するためのもう
１本の軌条（第二の軌条）が前記第一の軌条の側帯に固
定された支持部材（支柱など）によって第一の軌条と対
向する位置に取り付けられ、これが線路の全長に亘って
設けられており、このもう１本の軌条（第二の軌条）と
車輛とが、車輛に取り付けられている車輛の重量を支え
る車輪以外の別の車輪や摺動子などで連結されているこ
とにより、車輛の姿勢を制御できることを特徴とする軌
条式輸送機構。

【００１０】また上記目的を達成するために本発明は、
軌条式の線路とその線路を走行する車輛とで構成される
軌条式輸送機構において、軌条は車輛を走行させるため
の十分に長い２本組の軌条（レール）であって、第一の
軌条は地表に枕木などを置いた上に固定されており、第
二の軌条は地上に建てられた幾本もの支柱から第一の軌
条に対向して懸架されていることを特徴とする。また曲
線路においては曲線路の曲率半径と車輛の走行速度に応
じた角度で車輛を傾斜させて走行させるために、第二の
軌条は第一の軌条に対して曲線路の内側に偏位して懸架
されていることを特徴とする。

【００１１】また車輛は車輪または溝形の摺動子によっ
て軌条を走行する方式であって、車輛の床下には車輛の
重量を支える車輪または溝形の摺動子がその車輛の長手
方向に１列に、車輛１台当たり２個以上取付られてお
り、車輛の屋根上には車輛の安定を保つ車輪または溝形
の摺動子が車輛の長手方向に１列に、車輛１台当たり２
個以上取付られていることを特徴とする。

【００１２】さらにこの車輛が横倒れすることなく軌条
に沿って自由に安定走行できるように、第一の軌条（下
の軌条）の上に車輛の床下の１列の車輪または溝形の摺
動子を乗せ、また第二の軌条（上の軌条）に、その下側
から車輛の屋根上の１列の車輪または溝形の摺動子をは
め込んでいることを特徴とする。

【００１３】またこの屋根上の１列の車輪または溝形の
摺動子は車体の長手方向に対して左右に移動可能に取付
けられていることを特徴とする。

【００１４】 また、第一の軌条の車輪に接する面の断
面形状は車輪に嵌合する凹または凸形の円形であり、か
つ車輛の重量を支える車輪の第一の軌条に接する面の断
面形状が第一の軌条に嵌合する凸または凹形の半円形で
あり、このような形状によって車輪は車輛の傾斜角度に
応じて任意の角度で第一の軌条に滑らかに嵌合可能と
し、さらに車輪にかかる横方向の荷重が最小になるよう
な嵌合状熊を保つことができるように車輪の角度を任意
に変えることができることを特徴とする。

【００１５】また、本発明は全方向に角度を振ることが
でき、かつ車輛間の傾きに対しても連結部が回転する機
能を有している連結機構でもって複数の車輛を連結した
ことを特徴とする。

【００１６】この発明の基礎となる技術的な方式は
（１）線路幅を超狭軌または１本（単レール）にするこ
と、（これを第一の軌条と言う。）（２）第一の軌条上
を走行する車輛が横倒れしないための第二の軌条（案内
軌条、ガイドレール）が設けられ、且つ車輛にもこの第
二の軌条に倣いながら走行する機構が設けられているこ
と、である。

【００１７】この方式の特徴は線路と車輪との間の間隙
を原理的に無くすことができる構造である。従来の線路
は車輛の重量を支える軌条が２本であるが、この発明で
はこれを１本あるいは超狭軌にすること、これに伴って
車輛の床下の車輪は左右の２輪でなく実質的に中心の１
輪、１列にすることである。

【００１８】本発明によれば車輛の横倒れを防ぐための
第二の軌条（案内軌条）を車輛の上方、例えば車輛の屋
根より高い位置に設け、また車輛の屋根には１輪の車輪
または溝形の摺動子が取り付けられている。そしてこの
屋根の上の車輪または溝形の摺動子と上方にある第二の
軌条（案内軌条）とを結合させているので、車輛が横倒
れすることを防ぐことが出来る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に関わる高速輸送機
構の実施例を図面を参照して説明する。図１は本発明に
よる第１の実施例に関わる高速輸送機構の正面図であ
る。図３はその側面図である。図２は車輛の床下の車輪
部と軌条部の拡大図である。

【００２０】図１、２、および図３に示すように本発明
による第１の実施例において、１は車輛、２は床下の台
車、１０ａは車輪、３は第一の軌条（下の軌条）、４は
枕木、５は地面のジャリ、６は屋根上の台車、１０ｂは
車輪（上の車輪）、７は第二の軌条（上の軌条）、８は
支柱である。

【００２１】図１、図３に示すように地面のジャリ５の
上にはほぼ等間隔に枕木４が敷き詰められている。その
枕木４の上のほぼ中央に１本の第一の軌条（下の軌条）
３が敷設されている。この第一の軌条（下の軌条）３の
車輪と接する頭部は図２に示すように断面がほぼ円形に
整形されている。

【００２２】一方、断面が逆Ｌ字形の支柱８の足の部分
は地面に埋設されており、この支柱８によって第二の軌
条（上の軌条）７が第一の軌条（下の軌条）３に対向す
る位置に懸架されている。また第二の軌条（上の軌条）
７の車輪と接する頭部（図においては下部）は第一の軌
条（下の軌条）３と同様に断面がほぼ円形に整形されて
いる。

【００２３】車輛１の床下には台車２および車輪１０ａ
が取り付けられており、車輛１の屋根上には台車６およ
び車輪１０ｂが取付られている。床下の台車２および車
輪１０ａは第一の軌条（下の軌条）３上に乗せられてお
り、車輛の重量を支えている。車輪１０ａの軌条に接す
る車輪の踏面の断面形状は図２に示すように凹形の半円
状に整形されており、第一の軌条（下の軌条）３と嵌合
している。また同様に車輪１０ｂの軌条に接する車輪の
踏面の断面形状は凹形の半円状に整形されており、第二
の軌条（上の軌条）７と嵌合している。尚、車輛に取り
付けられている下の台車２および車輪１０ａと上の台車
６および車輪１０ｂは１つの車輛においてそれぞれ２個
以上設けられている。

【００２４】図３において９は連結機であり、この連結
機９によりこのような車輛１を複数台数連結させること
ができる。

【００２５】本発明の第１の実施例のように、下の台車
２および車輪１０ａと第一の軌条３、また上の台車６お
よび車輪１０ｂと第二の軌条７がそれぞれ嵌合している
ために車輛１は横倒れすることがない。

【００２６】図４は本発明の第２の実施例に関わる高速
輸送機構の正面から見た断面図の車輛の屋根上の部分の
拡大図である。第２の実施例においては、第１の実施例
で述べた上の台車６および車輪１０ｂに代えて、溝を有
した摺動子１１が取付られている。その他の構成は第１
の実施例と同様であるため、その説明を省略する。

【００２７】図４に示す通り、溝形の摺動子１１は車輛
１の屋根上に設けられており、溝形の摺動子１１の底面
は第二の軌条（上の軌条）７の下面と嵌合する形状に作
られている。また溝形の摺動子１１は１つの車輛に対し
て少なくとも２個以上設けられている。尚、同様に下の
台車２および車輪１０ａも上の溝形の摺動子１１に代え
ることができる。

【００２８】本発明の第２の実施例のように、下の台車
２および車輪１０ａまたは溝形の摺動子１１と第一の軌
条３、および屋根上の溝形の摺動子１１と第二の軌条７
がそれぞれ嵌合しているため車輛１は横倒れすることが
ない。

【００２９】つぎに、本発明の第３の実施例として車輛
を曲線路で高速走行させる場合について説明する。図５
に示すように曲線路で車輛が走行するときは、第二の軌
条（上の軌条）７を曲線路の内側にずらして設置するこ
とにより、車輛１を車輛の走行速度と曲線路の曲率半径
に応じた適度の角度θに傾斜させて走行させることがで
きる。

【００３０】このような軌条の配置にすれば曲線路を車
輛が走行するときに発生する遠心力ａと重力ｂとの合力
ｃは図６に示すように常に車輛の中心、すなわち常に下
の車輪１０ａに垂直に向けることができる。この場合遠
心力ａは車輛の速度Ｖの２乗に比例し、線路の曲率半径
ｒに反比例する。図６において縦軸Ｙは重力の方向、横
軸Ｘは遠心力の方向、またｐは車輛１の重心、ｏは第一
の軌条３の位置、ｑは第二の軌条の位置である。従って
車輛を曲線路で高速走行させても車輛および車輛内の物
体や乗客に対しては図６に示すように横方向の力は加わ
らず、車輛の床に垂直な方向（傾きが角度θの方向）の
力のみが加わるので、曲線路を高速で走行させることが
できる。

【００３１】なお、第３の実施例においても第２の実施
例と同様に台車６と車輪１０ｂに代えて溝を有した摺動
子１１にしてもよい。

【００３２】上記図５に示される（本発明の第３の実施
例に関わる）輸送機構においては、車輛の速度Ｖと線路
の曲率半径ｒとに応じた車輛の傾き角度θがあらかじめ
定められている。すなわち第二の軌条の位置が固定され
ているので角度θも固定されることになる。従って遠心
力ａと重力ｂとの合力ｃを常に車輛の中心下向けに向け
させるためには、車輛を一定の速度で走行させなければ
ならない。しかし実際の走行においては、悪天候など何
らかの障害で上記の一定の速度で車輛を走行させること
ができないことがある。そこで第４の実施例として、万
が一速度が変化した場合でも遠心力ａと重力ｂとの合力
ｃが常に車輛の中心、すなわち下向きに向くように、車
輛の傾き角度θを任意に変化させる場合について図７、
８を用いて説明する。

【００３３】図７に示すように、本発明の第４の実施例
においては車輛の屋根上の台車６の下部の台板（上）１
２ａが取付られており、また台板（下）１２ｂの上に乗
っている。そして台板（上）１２ａは台板（下）１２ｂ
の上で左右（矢印の方向）に移動することができる。台
板１２ｂは車輛１の屋根上に固定されている。従って、
台板１２ａの上に乗っている車輪１０ｂは第二の軌条７
に対して矢印の方向に移動できるので、速度Ｖが変化し
た場合でも、遠心力ａと重力ｂとの合力ｃが常に車輛の
中心下向きに向くように車輛の傾き角度θを変化させる
ことができる。

【００３４】 第４の実施例において、速度Ｖに応じて
車輛の傾きθが変化するため、図８に示すように第一の
軌条３の車輪と接する面の断面形状は車輪１０ａに嵌合
する凸形の円形であり、かつ車輛の重量を支える車輪１
０ａの第一の軌条３に接する面の断面形状は第一の軌条
３に嵌合する凹形の半円形であることが必要である。こ
の形状により車輛を傾き角度θに応じて滑らかに傾けさ
せることができる。また、車輪に掛かる横方向の荷重が
最小になるように車輪の角度を任意に設定することがで
きる。なお、図８においては、第一の軌条３の断面形状
が凸形の円形で、車輛の重量を支える車輪１０ａの断面
形状が凹形の半円形であるが、これとは逆の第一の軌条
３の断面形状が凹形の半円形で、車輛の重量を支える車
輪１０ａの断面形状が凸形の円形であってもよい。

【００３５】なお、第４の実施例においても第２の実施
例と同様に台車６と車輪１０ｂに代えて溝を有した摺動
子１１に代えてもよい。この場合摺動子１１が第二の軌
条７に対して車輛の屋根上で左右に移動可能な構成とす
る。

【００３６】またこの屋根上の１列の車輪１０ｂまたは
溝形の摺動子１１は図７に示すように車体に対して絶縁
体１３で電気的に絶縁されている構造とする。こうする
ことにより車輛が電動機で駆動される場合は第二の軌条
（上の軌条）を対地から絶縁しておく構造にすることに
よって、この軌条に電流を供給してこの屋根上の１列の
車輪または溝形の摺動子を通じて電流を取り込むことが
できる。

【００３７】次に本発明における連結機９の構成の一実
施例について説明する。

【００３８】図９は本発明における連結機９の一実施例
である。図９において、１は車輛、１４ａ、１４ｂは連
結機当たり棒、１５は圧縮バネ、１６は引っ張りバネで
ある。なお、図９において引っ張りバネ１６は２本示さ
れているが、３本以上設けられてもよい。

【００３９】また図９において連結機当たり棒１４ａは
凹形のほぼ半球状とし、１４ｂは凸形のほぼ半球状とし
て、１４ａと１４ｂとを嵌合させる。しかし本発明の連
結機９はこのような構成、構造に限定されない。例えば
図１０のように凹形のほぼ半球状の当たり棒１４ａと１
４ｂとの間に球状のボール１４ｃがはめ込まれて嵌合し
てもよい。すなわち連結されている二つの車輛が連結機
の接点を支点にして全方向に向けることができ、かつ回
転角度（捻れ）を自由に変えることができればよい。

【００４０】上記連結機９の構造により二つの車輛１は
離れることなく連結機の接点を中心にして、二つの車輛
の進行方向角度を全方向に振ることができるだけでな
く、車輛間の傾きに対しても連結部が回転する機能を有
しているので曲線路において車輛１が捻れることなく二
つの車輛の傾きを独立に設定することができる。

【００４１】このような連結機の構成により、本発明の
第３、第４の実施例において複数の車輛を曲線路で走行
させる場合、車輛の走行速度Ｖと曲線路の曲率半径ｒに
応じた適切な角度θになるように複数の車輛を連結した
状態でそれぞれの車輛を独立に傾斜させて走行させるこ
とができる。

【００４２】

【発明の効果】以上のような本発明の方法と構成によれ
ば、曲線路において内輪、外輪差を考慮する必要はなく
なるため、線路と車輪の間隙を極小にすることができ
る。即ち車輛の横揺れが少ない。

【００４３】さらに曲線路では上方に設置された第二の
軌条（案内軌条）を曲線路の内側にずらして設置するこ
と、また屋根上の車輪を左右に移動させることにより、
車輛を任意の角度に傾斜させて走行させることができる
ので、発生する遠心力は常に車輛の中心、即ち常に車輪
に垂直に向けることができる。従って曲線路を高速で走
行させることができる。従ってこの構造によって曲線路
を含んだ線路を高速走行させることができるし、振動や
横方向の力の発生が極めて小さくなる。また車輛は上下
の軌条で挟まれた形になっているので、車輛の浮き上が
りも起ることはなく、脱線の危険性は極めて低くなる。

【００４４】本発明によれば、車輪間の幅は実質的に床
下の車輪と屋根上の車輪との間隔になるので、これが従
来の車輛よりも広くなる。すなわち現行約１．５ｍの軌
条間隔に対して４ｍ以上の車輪間幅（下の軌条と上の軌
条の間隔）をとることができるため車輛の横揺れが小さ
くなる。

【００４５】そして車輛が上下の軌条で挟まれているの
で車輛の浮き上がりがなく脱線する心配がない。

【００４６】更に曲線路の遠心力が床下方向に垂直に働
くので乗りごごちが良い。

【００４７】また本発明の高速輸送機構では曲線路にお
いても高速性と安定性や安全性が保たれるので、曲線路
を多く使用する路線を敷設することに問題はない。従っ
て様々な規制や障害物があって直線路の設置が困難な状
況にあっても本発明の輸送機構はそれらを回避して敷設
することができる。このことは日本の奥地の山岳部や自
動車道の側帯部あるいは市街域やその地下部に容易に敷
設することができるということである。

【００４８】このシステムを実現するために必要な技術
を見ると、部分的には既存の技術を活用できる点が多く
あるので、商業ベースに乗せるための実用化に対しては
問題や難点は少ない。即ちこのシステムを世間で汎用さ
れる実用システムとして提供するための設備の製作とそ
の運転、運用については何の技術的制約、法的制約ある
いは慣習上の制約、そして安全上の問題などはほとんど
無いと言える。また環境に与える影響についても現行の
線路輸送機構、たとえばＪＲ新幹線を上回る影響は考え
られない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における第１の実施例による輸送機構の
正面図

【図２】図１の軌条と車輪との拡大図

【図３】第１の実施例による輸送機構の側面図

【図４】第２の実施例の車輛の屋根の部分の拡大図

【図５】曲線路走行時の車輛の傾斜の様子

【図６】曲線路走行時の車輛にかかる力の方向の説明図

【図７】本発明の第４の実施例において屋根上の台車の
下部が移動することにより車輛を任意の角度に傾斜させ
る様子を示す正面図

【図８】本発明の第４の実施例における第一の軌条と車
輪の断面図

【図９】本発明の輸送機構の連結機の一例を示す図

【図１０】本発明の輸送機構の連結機おける連結機当た
り棒の変形例を示す図。

【符号の説明】

１ 車輛 ２ 車輛の床下の台車 ３ 第一の軌条（下の軌条） ４ 枕木 ５ 地面のジャリ ６ 車輛の屋根上の台車 ７ 第二の軌条（上の軌条） ８ 支柱 ９ 連結機 １０ａ 車輪（下） １０ｂ 車輪（上） １１ 摺動子 １２ａ 台板（上） １２ｂ 台板（下） １３ 電気的絶縁板 １４ａ 連結機の当たり棒 １４ｂ 連結機の当たり棒 １４ｃ 連結機の支点のボール １５ 圧縮バネ １６ 引っ張りバネ Ｙ 縦軸（重力の方向） Ｘ 横軸（遠心力の方向） ｏ 第一の軌条の位置 ｑ 第二の軌条の位置 ｐ 車輛の重心の位置 ａ 遠心力 ｂ 重力 ｃ ａとｂとの合力 θ 車輛の傾斜角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B61B 13/00 B61B 12/02 B61B 13/06 B61B 15/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直線路と曲線路を含む軌条式線路とその
   線路を走行する車輛とで構成される軌条式輸送機構にお
   いて、 軌条は、車輛の進行方向を規定し、且つ車輛の重量を支
   える１本の軌条（第一の軌条）と、車輛の姿勢を制御す
   るためのもう１本の軌条（第二の軌条）が第一の軌条と
   対向する位置に取り付けられ、これが線路の全長に亘っ
   て設けられており、 車輛は、その床下には車輛の重量を支える車輪または溝
   形の摺動子が車輛の長手方向に１列に、車輛１台当たり
   ２個以上取付られており、また車輛の屋根上には、車輛
   の長手方向に対して左右に移動自在の車輪または溝形の
   摺動子が車輛の長手方向に１列に、車輛１台当たり２個
   以上取付られており、 これら線路と車輛とで構成される輸送機構は第一の軌条
   （下の軌条）の上に車輛床下の車輪または溝形の摺動子
   を乗せ、同時に第二の軌条（上の軌条）にその下側から
   車輛屋根上の車輪または溝形の摺動子をはめ込んでいる
   構造であって、 この輸送機構の曲線路においては、第二の軌条を第一の
   軌条に対して曲線路の内側方向に偏位して懸架させると
   ともに、車輛の屋根上に設けられた車輪または溝形の摺
   動子を走行速度に応じて左右に移動制御させることによ
   って、車輛がどのような速度で曲線路を走行しても、車
   輛に加わる重力と遠心力との合力が常に車輛の床下に垂
   直に向くように車輛を傾斜させて走行させることができ
   る軌条式輸送機構。
2. 【請求項２】 前記第一の軌条の車輪に接する面の断面
   形状は車輪に嵌合する凹または凸形の円形であり、かつ
   車輛の重量を支える車輪の第一の軌条に接する面の断面
   形状が第一の軌条に嵌合する凸または凹形の半円形であ
   り、このような形状によって車輪は車輛の傾斜角度に応
   じて任意の角度で第一の軌条に滑らかに嵌合可能とし、
   さらに車輪にかかる横方向の荷重が最小になるような嵌
   合状態を保つことができる請求項１記載の軌条式輸送機
   構。
3. 【請求項３】 請求項１の輸送機構において、全方向に
   角度を振ることができ、かつ車輛間の傾きに対しても連
   結部が回転する機能を有している連結機構でもって複数
   の車輛を連結したことを特徴とする軌条式輸送機構。