JP4714718B2 - 踏切しゃ断機 - Google Patents

Description

本発明は、踏切しゃ断機に関する。

従来、踏切しゃ断機として、しゃ断かんとバランスウェイトのトルクを略バランスさせることで、少ない動力で効率よくしゃ断かんを起立・倒伏させるものが広く用いられてきた。
しかし、雪国ではバランスウェイト上に雪が付着するとバランスが崩れることから、降雪の前に防雪カバーを取付ける必要があった。

近時、特許文献１〜４にも記載されるように、バランスウエイトに代えて補助トルク発生手段を用いる踏切しゃ断機が提案されている。
特許文献１記載のしゃ断機にあっては、ガススプリングを用いている。
特許文献２，４記載のしゃ断機にあっては、捩りコイルばねを用いている。
特許文献３記載のしゃ断機にあっては、リンク機構を介してしゃ断かんの回転軸に連結した引張コイルばねを用いている。
補助トルク発生手段を用いバランスウエイトを排した踏切しゃ断機は、雪国で防雪カバーを取付ける必要が生じることはなく、そのことからも需要が高まっている。

従来、しゃ断かんの角度に対するばねの補助トルクの変化特性は、しゃ断かんの水平位置で最大、しゃ断かんの起立に従って減少して、しゃ断かんの垂直位置付近で略ゼロに減衰する特性に設定されており、ばねの弾性力によってしゃ断かんの負荷トルクの一部を打ち消す反トルクを発生させ、回転駆動力を軽減させている。
従来の機構によれば、このばねの補助トルクの変化特性は、直腕式のしゃ断かんによる負荷トルクの変化特性の相反量に略合致させることができ、直腕式の踏切しゃ断機を少ない動力で起立・倒伏させることができる。
実公平７−１９９４６号公報 特開平１０−１１９７８１号公報 特開２００２−１５４４３３号公報 特許第３８２２２２５号公報

ところで、しゃ断かんを一定以上に長くする場合は、直腕式ではなく、図８に示すような屈折式のしゃ断かんを採用する場合がある。
図８に示すように、屈折式踏切しゃ断機２１は、基台２２に支持された踏切しゃ断機本体２３に駆動装置が構成されている。踏切しゃ断機本体２３の駆動装置によって駆動される回転軸２５にホルダ２６が固定されている。ホルダ２６は、踏切しゃ断機本体２３の筐体２４の外に配置されている。ホルダ２６に根元かん２７の基端部が挿入されて保持される。根元かん２７の先端には、根元かん２７の略回転面内において屈折可能に先端かん２８がヒンジ連結されている。根元かん２７と先端かん２８とによってしゃ断かんが構成される。根元かん２７の長さや先端かん２８の長さは設置場所によって異なる。根元かん２７の長さは設置場所の上方の懸架物等による高さ制限やしゃ断側交通の許容高さに影響される。しゃ断かん全長はしゃ断幅によって決まり、以上のことから先端かん２８の長さが自ずと決まってくる。

踏切しゃ断機本体２３は、回転軸２５を９０度回動させ、図８(a)に示す根元かんの水平位置から図８(b)に示す根元かんの垂直位置まで根元かん２７を回動させる。先端かん２８は常に水平を保つようにワイヤ２９によって筐体２４等にリンクされており、根元かん２７の起立・倒伏に伴って水平を保ちながら昇降する。
図８には、バランスウェイトを適用した屈折式踏切しゃ断機を図示した。ホルダ２６には、根元かん２７の延設方向と反対方向に延設されるウェイト支持アーム３０が固定されており、ウェイト支持アーム３０にバランスウェイト３１が支持されている。バランスウェイト３１によって生じる反トルクによって根元かん２７及び先端かん２８の負荷トルクの一部が打ち消され、駆動力が軽減される。

以上説明した構成の屈折式踏切しゃ断機において、バランスウェイトに代えて、補助トルク発生手段を用いることでバランスウェイトを排した踏切しゃ断機を特許文献１〜４記載の発明を用いて実現しようとした場合、次のような課題が生じる。
図９に、しゃ断かん回転軸角度に対するしゃ断かんの負荷トルクＴaの変化特性曲線を示す。図１０に、しゃ断かん回転軸角度に対する先端かんの負荷トルクＴｂの変化特性曲線を示す。
屈折式の場合、図９に示すようにしゃ断かん回転軸角度が９０度、すなわち、根元かん２７が起立しているときにおいても、直腕式に比較して大きな負荷トルクＴａが残存する。これは、図８(b)に示すように先端かん２８は起立しないので、その重心が回転軸２５から大きく離れていることに起因する。このとき、図１０に示す例では先端かん２８の負荷トルクＴｂは、最大値の2/3程度の残存している。

このように屈折式の場合、根元かん起立時に先端かんの負荷トルクが大きく残存すると共に、その負荷トルクＴｂは根元かんの回転変化に対し著しく変化が少ない。
このような屈折式特有の特性を有した負荷トルクを必要十分に軽減するための補助トルク発生手段としては、根元かん起立時に先端かんの負荷トルクに釣り合う比較的大きな補助トルクを発生し、０〜９０度において比較的変化の少ない補助トルク特性のものを構成する必要がある。

ところが、特許文献１〜４を適用して実現しようとした場合、もともと、直腕式踏切しゃ断機用の補助トルクを発生する、すなわち、しゃ断かん水平時に最大の補助トルクを発生させ、しゃ断かん起立時にほぼゼロの補助トルクを発生させる補助トクル特性であるために、根元かんの負荷トルク特性を略相殺することはできても、先端かんのような、しゃ断かん回転軸角度が０〜９０度に変化しても略一定で比較的大きな負荷トルクを相殺するような補助トクルを発生させることはできないため、バランスウェイトを排した屈折式踏切しゃ断機が実現することは困難であった。

本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、屈折式のしゃ断かんに好適な補助トルク発生手段を備えた踏切しゃ断機を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、筐体で支持されてしゃ断かんを昇降する回転軸と、この回転軸に減速歯車を介して回転するモータを備えた踏切しゃ断機において、
前記回転軸に先端かんと根元かんとからなる屈折式しゃ断かんが取付けられ、
前記先端かんにより前記回転軸に加わる負荷トルクの方向と反対方向のトルクを発生させて前記回転軸に加える補助トルク発生装置が配置され、
前記補助トルク発生装置は、前記根元かん水平位置で最大値で、前記根元かん垂直位置でゼロでない最小値で、前記根元かん水平位置から垂直位置までの変化過程で前記最大値から前記最小値まで漸減するトルクであって、前記根元かん水平位置から垂直位置までの変化過程で前記先端かんにより前記回転軸に加わる負荷トルク分を略打ち消すトルクを発生させて前記回転軸に加える踏切しゃ断機である。

請求項２記載の発明は、バランスウエイトによって前記根元かんにより前記回転軸に加わる負荷トルクの一部を打ち消す請求項１に記載の踏切しゃ断機である。

請求項３記載の発明は、前記補助トルク発生装置は、前記ばねが発生させたトルクを前記回転軸への伝達前に未然に規制する規制構造を有する請求項１又は２に記載の踏切しゃ断機である。

請求項４記載の発明は、前記補助トルク発生装置は、伸縮して弾性エネルギーを発生させるばねと、このばねの弾性エネルギーが伝えられるクランクと同軸回転する扇形歯車とを一体化したクランク付扇形歯車と、前記回転軸に固定され前記扇形歯車と噛合する小径歯車とを備えて、前記小径歯車と前記扇形歯車とにより前記回転軸の回転を前記クランクに減速伝達する減速伝達機構を構成する請求項１から３のうちいずれか一に記載の踏切しゃ断機である。

本発明によれば、回転軸の回転角に対してばねの変位量を小さく抑えることができ、ばね定数の大きなばねが使用できることから、しゃ断かん起立位置での負荷トルクＴｂに対抗する補助トクルを僅かな撓み量で発生させることができ、しゃ断かん回転軸の回転角変化がしゃ断かん水平位置方向に変化しても、補助トクルを僅かな増加にすることができ、図１０のように先端かんによる負荷トルクを打ち消す補助トルクが得られるので、従来の技術で困難であった屈折式踏切しゃ断機のウェイトレス化が、本発明と例えば特許文献４の補助トルク発生装置を併用すれば容易に実現でき、雪国の屈折式踏切しゃ断機に防雪カバーを取付ける必要がなくなる。
また、直腕式踏切しゃ断機に本発明の補助トクル発生機構を追加すれば、バランスウェイトの数を減らした屈折式踏切しゃ断機が実現でき、バランスウェイトの調整が容易となる。

以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。最良の形態の一例として、図示していないが、筐体内部のしゃ断かん回転軸には捩りコイルばねを巻いた特許文献４の補助トクル発生機構が入っており、負荷トルクＴａを軽減する補助トルクが働いているものとして以下説明する。

本発明の一実施形態に係る踏切しゃ断機本体の正面内視図を図１に、側面内視図を図２に示す。図１及び図２に示す踏切しゃ断機本体２３ａが図８に示した屈折式踏切しゃ断機２１の本体２３として適用される。但し、ウェイト支持アーム３０及びバランスウェイト３１を除いたものに適用する。

図１及び図２に示すように、踏切しゃ断機本体２３ａは、部品を保持するフレームを兼ねた筐体１を備え、根元かん２を起立・倒伏させる駆動装置が構成されている。根元かん２は図８に示した根元かん２７に相当する。
踏切しゃ断機本体２３ａは、モータ１０、減速歯車１１、減速歯車１２、扇形歯車３、回転軸１３、ホルダ１４、補助トルク発生装置１５とを備える。回転軸１３の端部は筐体１外に突設され、その突設された端部にホルダ１４が回転軸１３と一体回転するように固定されている。その他は、筐体内に収められている。ホルダ１４に根元かん２の基端部が挿入されて保持される。

扇形歯車３は、回転軸１３を中心にした歯車で、回転軸１３と一体回転するように回転軸１３に固定されている。扇形歯車３は、根元かん２の回動範囲をカバーするように９０度強の中心角を有した扇形に形成されている。

モータ１０の回転動力が減速歯車１１、減速歯車１２、扇形歯車３を介して減速伝達され、回転軸１３及びこれに固定された根元かん２が回転駆動される。かかる機構、動力を有して駆動装置が構成されている。この駆動装置は、回転軸１３を略９０度の範囲で回動させて根元かん２を起立・倒伏させる。

補助トルク発生装置１５は、小径歯車４と、扇形歯車５と、クランク６と、ばねユニット７と備える。
小径歯車４は、回転軸１３を中心にした歯車で、回転軸１３と一体回転するように回転軸１３に固定されている。
扇形歯車５は小径歯車４に噛合する。扇形歯車５は小径歯車４より大径の歯車である。扇形歯車５及びクランク６の中心軸は共通で、扇形歯車５及びクランク６は一体回転する。以上からわかるように、回転軸１３の回転がクランク６まで減速伝達される。すなわち、小径歯車４：扇形歯車５のギア比が１：ａ（ａ＞１）である。

クランク６にばねユニット７がピンで連結される。ばねユニット７の詳細図を図３に示す。ばねユニット７は、圧縮コイルばね８と、圧縮コイルばね８の両端に固定されるばねボルダ８ａ，８ｂと、規制ボルト９ａと、規制ナット９ｂとを備える。
ばねボルダ８ａは、筐体１に固定されたピン支点に支持される。ばねボルダ８ｂがクランク６とピンで連結される。
以上のように圧縮コイルばね８は、小径歯車４及び扇形歯車５からなる減速伝達機構を介して回転軸１３に連結され、回転軸１３の回動に従って圧縮弾性変形する。
また、圧縮コイルばね８の弾性回復力が、根元かん２を起立させる方向に回転軸１３を付勢するように構成されている。

規制ボルト９ａは、その基端がばねボルダ８ａに固定され、圧縮コイルばね８の中心部を通って、ばねボルダ８ｂに設けられた孔に挿入されている。ばねボルダ８ｂから圧縮コイルばね８の反対側に突出した規制ボルト９ａの端部に規制ナット９ｂが螺合されている。ばねボルダ８ｂが規制ナット９ｂに接するとそれ以上圧縮コイルばね８は伸びることができない。

次に、本踏切しゃ断機の動作につき説明する。根元かん水平時の踏切しゃ断機本体の正面内視図を図４に、その時のばねユニット詳細図を図６(a)に示す。根元かん４５度起立時の踏切しゃ断機本体の正面内視図を図５に、その時のばねユニット詳細図を図６(b)に示す。

図４に示す根元かん水平状態においては、圧縮コイルばね８が最大に圧縮されており、図４及び図６(a)に示すように、ばねボルダ８ｂと規制ナット９ｂとの乖離距離は最大となっている。
かかる状態からモータ１０の出力により回転軸１３を図面上時計回りに回動させ、図５に示すように根元かん２を起立させていく。この時、補助トルク発生装置１５が圧縮コイルばね８の弾性回復力によって補助トルクを回転軸１３に入力し根元かん２の起立を補助していく。
図４に示す状態から本体２３ａが回転軸１３を９０度回動させると、図１及び図２に示すように根元かん２は起立状態になり、図１、図２及び図３に示すようにばねボルダ８ｂが規制ナット９ｂに当接して圧縮コイルばね８の弾性回復変形が規制され、圧縮コイルばね８の補助力は必要以上にクランク６に伝達されない。かかる規制状態においても圧縮コイルばね８の圧縮変形量は残っており、そのため、根元かん２の起立まで比較的大きな補助トルクが回転軸１３に入力される。

ばねユニット７は、圧縮コイルばね８に規制構造（８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂ）が付設されてユニット化されたものであるので、一体で取り外し、取り付けが可能である。根元かん２の起立時に働かせたい所望の補助力に対応した圧縮コイルばね８の圧縮量を規制ナット９ｂの位置により調整、保持した上で、本体２３ａへの取り付け作業を行うことができ、作業性が良好である。

次に、図７及び図１０を参照して補助トルク発生装置１５の補助トクルにつき説明する。図１０に、しゃ断かん回転軸角度に対する補助トクルＴｃの変化特性曲線を示す。補助トクルＴｃは補助トルク発生装置１５によるものである。

回転軸１３の９０度の回転角は、歯車４，５の減速伝達機構によって小さく変換される。例えば、小径歯車４：扇形歯車５のギア比が１：３であれば、回転軸１３の９０度の回転角に対するクランク６の回転角は３０度となる。クランク６の回転角が小さくされることによって、圧縮コイルばね８の変位量が小さくなる。また、クランク６の回転角が小さくされることによって、クランク６とばねユニット７との連結ピンの位置をクランク６の回転軸に近づけた構造に設計し易くなり、圧縮コイルばね８の変位量より小さくすることができる。
回転軸１３の９０度の回転、すなわち、根元かん２の９０度の回転に対して圧縮コイルばね８の変位量が小さくできたことにより、補助トルクＴｃの変化を小さく抑えることができる。

以上の構成によって、図１０に示すように補助トルクＴｃが先端かんの負荷トルクＴｂの相反量に設定されている。すなわち、圧縮コイルばね８が先端かんの自重による駆動装置に対する負荷トルク相当分の補助トクルを発生する。補助トルクＴｃと先端かんの負荷トルクＴｂの合算値Ｔｂ＋Ｔｃが０〜９０度に亘ってゼロ付近で推移する。

図７に、しゃ断かん回転軸角度に対するしゃ断かんの負荷トルクＴａ、補助トルクＴｃ、合算値Ｔａ＋Ｔｃの変化特性曲線を示す。
しゃ断かんの負荷トルクＴａには、先端かんの負荷トルクＴｂが含まれている。図１０に示したように、先端かんの負荷トルクＴｂは補助トルクＴｃによって相殺され、図７に示す合算値Ｔａ＋Ｔｃとなる。この合算値Ｔａ＋Ｔｃは根元かんの負荷トルクに相当するものであり、従来の直腕式しゃ断かんと同様の変化特性を示している。

本実施形態では、根元かんの負荷トルク分を打ち消すため、従来の直腕式用途の補助トルク発生装置を付加する。用いるばねは捩りコイルばねとし、捩りコイルばねを圧縮コイルばね８に加えて併用する第２ばねとする。特許文献４に記載されように捩りコイルばねを、その中心部に回転軸１３を挿入する態様で配置し、一端を回転軸１３に係止し、他端を支持フレームに係止した構造で、回転軸１３に補助トルクを入力する補助トルク発生装置を付加する。かかる補助トルク発生装置ならば、上述の補助トルク発生装置１５と配置領域が干渉することが無く、踏切しゃ断機本体２３ａの大型化が避けられる。また、特許文献４に記載されように捩りコイルばねによる補助トルクを設定変更できる構造を採用する。

以上の実施形態によれば、バランスウェイトが無く、冬季の防雪カバーの取り付けは不要である。また、先端かんに合わせて歯車４，５のギア比や規制ナット９ｂの位置を調整して補助トルク特性を設定変更することができる。
また、根元かんに合わせて捩りコイルばねによる補助トルク特性を設定変更することができる。先端かんの負荷トルクは補助トルク発生装置１５によって打ち消されているため、従来、直腕式に適用してきた補助トルク発生手段の技術を根元かんの補助用に適用して、十分に駆動力を軽減できる補助トルク発生手段を有した屈折式踏切しゃ断機を構成し、容易に調整することができる。また、先端かん、根元かんのそれぞれに対する補助力を独立に設定変更することができ、様々な組み合わせの屈折式しゃ断かんに容易に対応することができる。

以上の実施形態に拘わらず、上述したバランスウェイト３１（図８参照）を併用してもよい。但し、根元かんのバランス用に適用する。そのため、バランスウェイト３１の量は少なくて済む。先端かんの負荷トルクは補助トルク発生装置１５によって打ち消されているため、従来、直腕式に適用してきたバランスウェイトの技術を根元かんの補助用に適用して、十分に駆動力を軽減できる補助トルク発生手段を有した屈折式踏切しゃ断機を構成し、容易に調整することができる。先端かん、根元かんのそれぞれに対する補助力を独立に設定変更することができ、様々な組み合わせの屈折式しゃ断かんに容易に対応することができる。

本発明の一実施形態に係る踏切しゃ断機本体の正面内視図であり、根元かん起立時の状態を示す。 本発明の一実施形態に係る踏切しゃ断機本体の側面内視図であり、根元かん起立時の状態を示す。 本発明の一実施形態に係るばねユニットの正面図(a)及び側面図(b)であり、根元かん起立時の状態を示す。 本発明の一実施形態に係る踏切しゃ断機本体の正面内視図であり、根元かん水平時の状態を示す。 本発明の一実施形態に係る踏切しゃ断機本体の正面内視図であり、根元かん４５度起立時の状態を示す。 本発明の一実施形態に係るばねユニットの正面図であり、根元かん水平時の状態を示す図(a)、及び根元かん４５度起立時の状態を示す図(b)である。 しゃ断かん回転軸角度に対するしゃ断かんの負荷トルクＴａ、補助トルクＴｃ、合算値Ｔａ＋Ｔｃの変化特性曲線を示す図である。 屈折式踏切しゃ断機の正面図であり、根元かん水平時の状態を示す図(a)、及び根元かん起立時の状態を示す図(b)である。 しゃ断かん回転軸角度に対するしゃ断かんの負荷トルクＴaの変化特性曲線を示す図である。 しゃ断かん回転軸角度に対する先端かんの負荷トルクＴｂ、補助トクルＴｃ、合算値Ｔｂ＋Ｔｃの変化特性曲線を示す図である。

符号の説明

１ 筐体
２ 根元かん
３ 扇形歯車
４ 小径歯車
５ 扇形歯車
６ クランク
７ ばねユニット
８ａ ばねボルダ
８ｂ ばねボルダ
８ 圧縮コイルばね
９ａ 規制ボルト
９ｂ 規制ナット
１０ モータ
１１ 減速歯車
１２ 減速歯車
１３ 回転軸
１４ ホルダ
１５ 補助トルク発生装置
２１ 屈折式しゃ断機
２２ 基台
２３ 踏切しゃ断機本体
２３ａ 踏切しゃ断機本体（本発明）
Ｔａ しゃ断かんの負荷トルク
Ｔｂ 先端かんの負荷トルク
Ｔｃ 補助トクル

Claims (4)

1. 筐体で支持されてしゃ断かんを昇降する回転軸と、この回転軸に減速歯車を介して回転するモータを備えた踏切しゃ断機において、
   前記回転軸に先端かんと根元かんとからなる屈折式しゃ断かんが取付けられ、
   前記先端かんにより前記回転軸に加わる負荷トルクの方向と反対方向のトルクを発生させて前記回転軸に加える補助トルク発生装置が配置され、
   前記補助トルク発生装置は、前記根元かん水平位置で最大値で、前記根元かん垂直位置でゼロでない最小値で、前記根元かん水平位置から垂直位置までの変化過程で前記最大値から前記最小値まで漸減するトルクであって、前記根元かん水平位置から垂直位置までの変化過程で前記先端かんにより前記回転軸に加わる負荷トルク分を略打ち消すトルクを発生させて前記回転軸に加える踏切しゃ断機。
2. バランスウエイトによって前記根元かんにより前記回転軸に加わる負荷トルクの一部を打ち消す請求項１に記載の踏切しゃ断機。
3. 前記補助トルク発生装置は、前記ばねが発生させたトルクを前記回転軸への伝達前に未然に規制する規制構造を有する請求項１又は２に記載の踏切しゃ断機。
4. 前記補助トルク発生装置は、伸縮して弾性エネルギーを発生させるばねと、このばねの弾性エネルギーが伝えられるクランクと同軸回転する扇形歯車とを一体化したクランク付扇形歯車と、前記回転軸に固定され前記扇形歯車と噛合する小径歯車とを備えて、前記小径歯車と前記扇形歯車とにより前記回転軸の回転を前記クランクに減速伝達する減速伝達機構を構成する請求項１から請求項３のうちいずれか一に記載の踏切しゃ断機。

Images