JP7428554B2 - 転てつ機 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道の分岐器を定位／反位に転換させる転てつ機に関する。

従来の転てつ機として、動作かんの一部に歯列を設けることで形成されたラックと、歯列の一部を欠いた部分ピニオンギヤとで、動作かんを転換動作方向に直動させるラック＆ピニオン機構を構成した転てつ機が知られるところである（例えば、特許文献１～特許文献３を参照）。

特許文献１～特許文献３の転てつ機は、部分ピニオンギヤと同軸に固定された第１係合部材（鎖錠回転板）と、動作かんに設けられた第２係合部材（鎖錠固定板）とを有する。そして、ラックと部分ピニオンギヤとの噛み合いが解除されるのに相前後して、第１係合部材と第２係合部材とが当接可能な相対位置関係に配置されるに至り、両者が当接することで動作かんが逆転換方向に移動するのを規制して鎖錠状態を維持する。

具体的には、第１係合部材は、部分ピニオンギヤと同軸に設けられた部分異径板であって、部分ピニオンギヤの歯の欠けた無歯部側には歯先円よりも大径な部分（大径部）を有し、部分ピニオンギヤの歯が有る有歯部側では歯先円よりも小径の部分（小径部）を構成する。そして、第１係合部材の回転面は、動作かんの移動にともなう第２係合部材の移動線上にある。

転換動作中、すなわち部分ピニオンギヤの有歯部がラックと噛み合って動作かんを移動させている間、第１係合部材では、小径部が第２係合部材側を向いている状態となる。小径部は、第２係合部材に当接するには径が不足するために、第１係合部材と第２係合部材とは係合しない。転換動作が終了、すなわち部分ピニオンギヤの有歯部とラックとの噛み合いが解かれて動作かんの移動が停止状態になると、第１係合部材の大径部が、第２係合部材の移動線上、逆転換側（逆転換するために動作かん及び第２係合部材が移動する側）に位置する。この状態になると、逆転換させようとする外力が動作かんに作用し、動作かんが動き出そうとすると、第２係合部材が第１係合部材の大径部に当接して動作かんの移動が規制される。つまり、鎖錠状態が維持される。

特許文献２と特許文献３の転てつ機では、更に、第１係合部材と第２係合部材との係合部の摩耗に起因する、部分ピニオンギヤとラックのギヤ歯の「かじり（囓り）」を防止する仕組みが盛り込まれている。

具体的には、特許文献１の転てつ機を、動作かんが線路方向と交差するように配置・使用すると、動作かんは、鉄道車両が分岐点を通過するたびに逆転換方向への荷重を受ける。そして、当該荷重が繰り返されることで、第１係合部材と第２係合部材との係合部が摩耗する。この摩耗が一因となって、部分ピニオンギヤとラックとの噛合位置に当初の正しい位置関係からのズレが生じ、部分ピニオンギヤとラックのギヤ歯との間で「かじり（囓り）」を生み出す。特許文献２及び特許文献３の転てつ機では、転換が完了する直前に、ラックを転換方向へ僅かに押すことで、部分ピニオンギヤとラックとの最後に噛み合っているギヤ歯を乖離させることで「かじり（囓り）」の発生を抑制している。

特開平１１－１５７４４８号公報 特開２０１１－８８４５４号公報 特開２０１２－１１２１１５号公報

特許文献２及び特許文献３の転てつ機は、部分ピニオンギヤとラックのギヤ歯との間で生じ得る「かじり（囓り）」を効果的に抑制できる。しかし、特許文献２の転てつ機では、特許文献１の転てつ機に対して、第２係合部材にローラを追加する必要がある。また、特許文献３の転てつ機では、特許文献１の転てつ機に対して付勢カムやローラを追加する必要がある。転てつ機に対する小型軽量化への要望は強く、小型軽量化を優先する転てつ機では、特許文献２や特許文献３の転てつ機のように構成要素を追加することは困難である。

本発明が解決しようとする課題は、構成要素の追加を伴わずに、部分ピニオンギヤとラックのギヤ歯との間で生じ得る「かじり（囓り）」を抑制できる技術を提供すること、である。

上記課題を解決するための第１の形態は、ラック及び鎖錠固定板を有する動作かんと、前記ラックに歯合するギヤ歯が配列された有歯部、及び、前記有歯部よりも小径で前記ラックに歯合するギヤ歯が配列されていない無歯部を有する部分ピニオンギヤと、前記鎖錠固定板と係合可能な大径部及び前記鎖錠固定板と係合不可能な小径部を有し、前記部分ピニオンギヤとともに同軸回転する鎖錠回転板と、を備え、前記有歯部の末端ギヤ歯は、中間ギヤ歯に比べて、回転方向の歯先面の長さである回転方向歯先幅が大きく、前記ラックは、前記有歯部のギヤ歯に応じた歯数及びピッチであり、前記鎖錠固定板と前記大径部とが係合した転換動作終了時の状態において、前記末端ギヤ歯と当該末端ギヤ歯に対応するラック歯とが係合した状態にある、転てつ機である。

より好適には、第２の形態として、前記末端ギヤ歯の回転方向歯先幅が、転換動作終了の際の前記部分ピニオンギヤの余剰回転に伴う歯先円の余剰回転距離よりも大きい第１の形態の転てつ機を構成することができる。

更には、第３の形態として、前記鎖錠回転板の前記大径部の外周角部が、曲面又は斜面である、第１又は第２の形態の転てつ機を構成することができる。

また、第４の形態として、前記末端ギヤ歯に対応するラック歯が、歯先と歯面との境界部が曲面又は斜面である、第１～第３の何れかの形態の転てつ機を構成することができる。

更には、第５の形態として、前記末端ギヤ歯に対応するラック歯が、歯先と歯面との境界部が、前記末端ギヤ歯の歯先円の半径に適合する半径でなる内向きの凹曲面である、第１～第４の何れかの形態の転てつ機を構成することができる。

本発明の形態によれば、転換動作が終了すると、鎖錠回転板の大径部と鎖錠固定板とが係合して鎖錠が維持され、更に、末端ギヤ歯と当該末端ギヤ歯に対応するラック歯（末端ラック歯）とが係合した状態が維持される。この状態で、動作かんに逆転換方向への荷重が作用すると、当該荷重は、鎖錠回転板の大径部と鎖錠固定板とによる第１の係合箇所と、末端ギヤ歯と当該末端ギヤ歯に対応するラック歯とによる第２の係合箇所と、で分散されることになる。つまり、構成要素を追加しなくとも、部分ピニオンギヤとラックのギヤ歯との間で生じ得る「かじり（囓り）」を抑制できるようになる。

実施形態における転てつ機の使用形態を説明するための鉄道線路用ポイントの周辺を示す平面図。 転換動作中の転換機構部を選択的に示す上面視拡大図。 図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ断面図。 部分ピニオンギヤの上面図。 鎖錠が開始された状態を示す転換機構部周りの上面視部分拡大図。 図５に続く鎖錠中の状態を示す転換機構部周りの上面視部分拡大図。 図６に続く鎖錠完了状態を示す転換機構部周りの上面視部分拡大図。 転換機構部の変形例を示す上面視拡大図（その１）。 転換機構部の変形例を示す上面視拡大図（その２）。

以下、本発明の実施形態を説明するが、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限られないことは勿論である。

図１は、本実施形態における転てつ機の使用形態を説明するための鉄道線路用ポイントの周辺を示す平面図である。なお、転てつ機のケースの上蓋を一部カットして、ケース内部が見えるように表している。

本実施形態における転てつ機１００は、鉄道用線路のポイント２の分岐器４に対して所定位置に固定され、分岐器４に接続して使用される。
分岐器４は、連結板８により一体に連結された可動レール１０を、基本レール６の間で、枕木１２に固定した床板１４の上で枕木長手方向に横スライド自在に支持している。可動レール１０の先端部付近の枕木は、通常の枕木１２よりも長尺な転てつ機用枕木１２Ｂとされ、基本レール６の外側に延びた部分には床板１４に連結された鉄製の敷板１８が設置されている。転てつ機１００は、この敷板１８に固定される。そして、動作かん１０２には、転てつ棒１６を介して連結板８が連結され、鎖錠かん１０４には接続かん２０を介して可動レール１０の先端部が連結される。

転てつ機１００は、開閉式のケース１０１内に、回路制御器１１０と、制御リレー１１２と、外部端子板１１４と、減速機構部１２０と、転換機構部１４０と、鎖錠機構部（不図示）との各機構部を内蔵する。そして、ケース１０１の側部には、ブレーキ２６０、モータ２５０、クラッチ部２１０の３つを一体化した駆動機構部２００を備える。

電源や外部装置（例えば連動装置等）との信号に必要なケーブル類は外部端子板１１４に集約されたのちケーブル束１０９としてケース１０１から纏めて引き出される。
連動装置から転換指令信号を受信すると、制御リレー１１２からモータ２５０に電力が供給され、モータ２５０の回転力がクラッチ部２１０、減速機構部１２０、転換機構部１４０へと伝わり、転換機構部１４０によって転てつ機１００の解錠、転換、鎖錠の一連の動作が行われる。

図２は、転換動作中の転換機構部１４０を選択的に示す上面視拡大図である。図３は、図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。
転換機構部１４０は、減速機構部１２０で減速された回転動力を、動作かん１０２の直動運動に変換する。具体的には、転換機構部１４０は、（１）減速機構部１２０の最終ギヤと同軸の回転軸１２２と、（２）回転軸１２２に固定された部分ピニオンギヤ１５０と、（３）回転軸１２２に部分ピニオンギヤ１５０より上面側（図２に向かって手前側）で固定された鎖錠回転板１６０と、（４）動作かん１０２に部分的に設けられた歯列で成るラック１７０と、（５）ラック１７０の上面に歯列と並んで固定された鎖錠固定板１８０と、を有する。あえて特許文献１の構成と比較すると、鎖錠回転板１６０が特許文献１の第１係合部材に相当し、鎖錠固定板１８０が特許文献１の第２係合部に相当する。

図４は、部分ピニオンギヤ１５０の上面図である。
部分ピニオンギヤ１５０は、ラック１７０に歯合するギヤ歯が配列された有歯部１５２と、有歯部１５２よりも小径でラック１７０に歯合するギヤ歯が配列されていない無歯部１５４と、を有する。

有歯部１５２は、歯列のそれぞれの末端にある末端ギヤ歯１５３と、両端の末端ギヤ歯１５３の間にある中間ギヤ歯１５５とを有する。
回転方向（図４中の黒太矢印）の歯先面の長さである回転方向歯先幅に着目すると、末端ギヤ歯１５３の回転方向歯先幅Ｗ３は、中間ギヤ歯１５５の回転方向歯先幅Ｗ５よりも大きい。具体的には、末端ギヤ歯１５３の回転方向歯先幅Ｗ３は、転換動作が終了する際の部分ピニオンギヤ１５０の余剰回転（鎖錠に係る回転および駆動機構部２００の慣性モーメントに起因する回転を含み得る。）に伴う歯先円の余剰回転距離よりも大きくなるように設定されている。

無歯部１５４は、例えば、有歯部１５２の歯底円と同じ又は歯底円よりも小径とされる。或いは、有歯部１５２のピッチ円より小径と言うこともできる。

図２及び図３に戻って、鎖錠回転板１６０は、円板を部分的に小径にした部分異径板であって、鎖錠固定板１８０と係合可能な大径部１６２と、鎖錠固定板１８０と係合不可能な小径部１６４とを有し、部分ピニオンギヤ１５０とともに同軸回転する。

具体的には、大径部１６２は、部分ピニオンギヤ１５０の有歯部１５２の歯先円よりも大径で上面視略半月状の外観を有する。小径部１６４は、部分ピニオンギヤ１５０の有歯部１５２の歯底円よりも小径である。部分ピニオンギヤ１５０の有歯部１５２及び無歯部１５４に対する相対位置関係に着目すると、大径部１６２は、（上面視すると）両端が部分ピニオンギヤ１５０の有歯部１５２の末端ギヤ歯１５３にかかり（重なり）、部分ピニオンギヤ１５０の無歯部１５４全体に跨がっている。

ラック１７０は、部分ピニオンギヤ１５０とラック＆ピニオン機構を構成する。すなわち、ラック１７０は、部分ピニオンギヤ１５０の有歯部１５２のギヤ歯に応じた歯数及びピッチを有する。

鎖錠固定板１８０は、鎖錠回転板１６０と同じかやや薄い板厚の板部材であって、動作かん１０２の移動方向のそれぞれの隅に、鎖錠回転板１６０の大径部１６２と同じ曲率の凹曲面１８２を備える。より具体的には、鎖錠固定板１８０は、凹曲面１８２が、ラック１７０の末端ラック歯１７２の歯末から２本目のギヤ歯の間に重なるようにして動作かん１０２の上面に配置されている。すなわち、鎖錠固定板１８０は、鎖錠回転板１６０の回転面とほぼ同じ面に配置されている（図３参照）。

次に、本実施形態における転てつ機１００の転換機構部１４０周りの動作について詳細に説明する。
図２は動作かん１０２を図の右方（Ｘ１方向）へ移動させている転換動作中の様子を示している。転換動作中、転換機構部１４０は、部分ピニオンギヤ１５０の有歯部１５２の歯列とラック１７０の歯列とが噛み合ってラック＆ピニオン機構として機能し、回転軸１２２の回転力が直動運動に変換されて動作かん１０２が転換方向（図２では右方向）へ移動する。

図５は、転換動作の最後の段階である鎖錠が開始された状態を示す転換機構部１４０周りの上面視部分拡大図である。図５の状態では、駆動機構部２００のモータ２５０（図１参照）への通電は終了しているが、駆動機構部２００の回転エネルギーによって、部分ピニオンギヤ１５０及び回転軸１２２は余剰回転している。

部分ピニオンギヤ１５０とラック１７０との係合関係は、部分ピニオンギヤ１５０の末端ギヤ歯１５３がラック１７０の末端ラック歯１７２に噛み合っていた状態から、末端ギヤ歯１５３の歯先の外周面が、末端ラック歯１７２の歯面と歯先との境界部に摺接する状態へと移行する。従って、回転軸１２２の余剰回転により動作かん１０２が移動されることはなく、転換に係る動作かん１０２の移動は終了している。

そして、鎖錠回転板１６０と鎖錠固定板１８０に着目すると、大径部１６２の端が凹曲面１８２に掛かり始める。つまり、鎖錠状態に移行しつつある。

図６は、図５に続く鎖錠中の状態を示す転換機構部１４０周りの上面視部分拡大図である。図６の状態では、部分ピニオンギヤ１５０及び回転軸１２２の余剰回転は継続し、末端ギヤ歯１５３の歯先の外周面が、末端ラック歯１７２の歯面と歯先との境界部に摺接した状態が継続する。また、大径部１６２の外周面と凹曲面１８２とは、摺接しながら両者の摺接長が増しつつある。

図７は、図６に続く鎖錠完了状態を示す転換機構部１４０周りの上面視部分拡大図であって、転換動作終了時の状態を示している。図７の状態では、部分ピニオンギヤ１５０及び回転軸１２２の余剰回転は終了しているが、末端ギヤ歯１５３の歯先の外周面が、末端ラック歯１７２の歯面と歯先との境界部に接触した状態が維持されている。これは、末端ギヤ歯１５３の回転方向歯先幅Ｗ３は、転換動作終了の際の部分ピニオンギヤ１５０の余剰回転に伴う歯先円の余剰回転距離よりも大きく設定されているためである。また、大径部１６２の外周面と凹曲面１８２とは、十分な摺接長が確保されて鎖錠が確実なものになっている。

転換動作の最後の段階である鎖錠が完了した図７の状態において、鉄道車両がポイント２を通過し、直近に転換した転換方向とは逆向きの逆転換方向への荷重Ｆ（図７中、Ｘ２方向を向いた太い黒色の矢印）が動作かん１０２へ作用すると、荷重Ｆは、末端ギヤ歯１５３の歯先の外周面と、末端ラック歯１７２の歯面と歯先との境界部とが接触する第１の係合箇所と、大径部１６２の外周面と凹曲面１８２とが接触する第２の係合箇所とで、分担される。

第２の係合箇所における接触圧に着目すると、特許文献１の転てつ機が、同じように荷重Ｆを受けた場合と比べて、本実施形態の転てつ機１００の方が小さくなる。従って、本実施形態の転てつ機１００によれば、大径部１６２の外周面と凹曲面１８２との係合箇所の摩耗が従来よりも軽減され、部分ピニオンギヤ１５０とラック１７０のギヤ歯との間で生じ得る「かじり（囓り）」を効果的に抑制できる。しかも、その実現に、特段の構成要素の追加を必要としない。

以上、本発明を適用した実施形態の一例について説明したが、本発明の適用形態はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない限りにおいて適宜構成要素の追加・省略・変更を施すことができる。

例えば、図８に示す転換機構部１４０Ｂのように、鎖錠回転板１６０Ｂの大径部１６２の外周角部を曲面（図８中の矢印Ｒ２で示す曲面）とすることができる。又は当該部位を斜面としてもよい。当該構成によれば、鎖錠開始の際に（図５参照）、大径部１６２の外周角部と凹曲面１８２とが接触する状況が起きても、角あたりしないようにして双方に「かじり（囓り）」が生じるのを防ぐことができる。

同様に、末端ギヤ歯１５３に対応するラック１７０Ｂの末端ラック歯１７２の歯先と歯面との境界部を曲面（図８中の矢印Ｒ１で示す曲面）とすることができる。又は当該部位を斜面としてもよい。当該構成によれば、末端ギヤ歯１５３と末端ラック歯１７２とが噛み合う際に、角あたりしないようにして双方に「かじり（囓り）」が生じるのを防ぐことができる。

また、図９に示す転換機構部１４０Ｃのように、末端ギヤ歯１５３に対応するラック１７０Ｃの末端ラック歯１７２の歯先と歯面との境界部を、末端ギヤ歯１５３の歯先円の半径Ｒｅに適合する半径Ｒｓでなる内向きの凹曲面１７３としてもよい。当該構成によれば、末端ギヤ歯１５３と末端ラック歯１７２との係合を面接触とするができ、荷重Ｆの分担による末端ギヤ歯１５３と末端ラック歯１７２との接触圧を点接触状態よりも低くして、双方に「かじり（囓り）」が生じるのを防ぐことができる。

１００…転てつ機
１４０…転換機構部
１５０…部分ピニオンギヤ
１５２…有歯部
１５３…末端ギヤ歯
１５４…無歯部
１６０…鎖錠回転板
１６２…大径部
１７０…ラック
１７２…末端ラック歯
１７３…凹曲面
１８０…鎖錠固定板
１８２…凹曲面

Claims (5)

1. ラックおよび鎖錠固定板を有する動作かんと、
   前記ラックに歯合するギヤ歯が配列された有歯部、および、前記有歯部よりも小径で前記ラックに歯合するギヤ歯が配列されていない無歯部を有する部分ピニオンギヤと、
   前記鎖錠固定板と係合可能な大径部および前記鎖錠固定板と係合不可能な小径部を有し、前記部分ピニオンギヤとともに所定の回転軸に固定されて同軸回転する鎖錠回転板と、
   前記回転軸に回転力を与えるモータを有し、前記モータの通電終了後に前記回転軸を余剰回転させる慣性モーメントを含む回転エネルギーが生じる駆動機構部と、
   を備え、
   前記有歯部の末端ギヤ歯は、中間ギヤ歯に比べて、回転方向の歯先面の長さである回転方向歯先幅が大きく、
   前記ラックは、前記有歯部のギヤ歯に応じた歯数およびピッチであり、前記末端ギヤ歯に対応する末端ラック歯を有し、
   前記通電終了後の前記余剰回転によって、前記部分ピニオンギヤおよび前記鎖錠回転板の回転が、転換に係る前記動作かんの移動後に継続することで、前記末端ギヤ歯の歯先の外周面が前記末端ラック歯に摺接するとともに、前記大径部の外周面が前記鎖錠固定板に摺接し、当該余剰回転の終了時において、当該摺接によって、前記鎖錠固定板と前記大径部とが係合するとともに前記末端ギヤ歯と前記末端ラック歯とが係合した転換動作終了状態になる、
   転てつ機。
2. 前記末端ギヤ歯の回転方向歯先幅は、前記部分ピニオンギヤの前記余剰回転に伴う歯先円の余剰回転距離よりも大きい、
   請求項１に記載の転てつ機。
3. 前記鎖錠回転板は、前記大径部の外周角部が、曲面又は斜面である、
   請求項１又は２に記載の転てつ機。
4. 前記末端ラック歯は、歯先と歯面との境界部が曲面又は斜面である、
   請求項１～３の何れか一項に記載の転てつ機。
5. 前記末端ラック歯は、歯先と歯面との境界部が、前記末端ギヤ歯の歯先円の半径に適合する半径でなる内向きの凹曲面である、
   請求項１～４の何れか一項に記載の転てつ機。

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