WO2000018629A1

WO2000018629A1 - Mecanisme de transport grande vitesse sur rails

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Publication number: WO2000018629A1
Application number: PCT/JP1999/004778
Authority: WO
Inventors: Gen Date
Original assignee: Gen Date
Priority date: 1998-09-29
Filing date: 1999-09-02
Publication date: 2000-04-06
Also published as: US6672223B1; JP3094219B2; JP2000103331A

Description

明細書軌条式線路における高速輸送機構技術分野

本発明は、軌条式の路線を使った高速輸送機構、特に、曲線路を高速走行可能とする高速輸送機構に関わるものである。

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、 J

Rの路線及び車輛（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（ジエツトコース夕一）等々の、人及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。背景技術

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。

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。

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、それによつ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。

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。

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。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 J R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。発明の開示

本発明に係る軌条式線路は、走行方向に対して直線状に配置された複数の走行用車輪を車体の下部に有するとともに走行用車輪とは別の案内用部材が車体の上部に設けられた車輛のためのものであって、一本の第一の軌条と、一本の第二の軌条とを備えている。

第一の軌条は、車輛の進行方向を規定し、走行用車輪がその上を走行する。第二の軌条は、車輛の走行姿勢を制御するために案内用部材が係合し、第一の軌条に沿ってかつ第一の軌条と対向するように配置されている。本発明に係る車輛は、地表に設置され車輛の進行方向を規定する一本の第一の軌条と、第一の軌条に沿って第一の軌条の上方にかつ第一の軌条と対向して配置された一本の第二の軌条とを有する軌条式線路を走行するものであり、車体と、車体の下部に走行方向に沿って直線状に設けられ第一の軌条に支持されて回転する複数の走行用車輪と、車体の上部に走行方向に沿って直線状に設けられ第二の軌条に係合して車輛の走行姿勢を制御するための複数の案内用部材とを備えている。

本発明に係る軌条式輸送機構は、直線路及び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機構である。そして、軌条式線路は、地表に設置され車輛の進行方向を規定する一本の第一の軌条と、第一の軌条に沿って第一の軌条の上方でかつ第一の軌条と対向して配置された一本の第二の軌条とを有している。また、車輛は、車体と、車体の下部に走行方向に沿って直線状に設けられ第一の軌条に支持されて回転する複数の走行用車輪と、車体の上部に走行方向に沿って直線状に設けられ第二の軌条に係合して車輛の走行姿勢を制御するための複数の案内用部材とを有している。図面の簡単な説明

図 1は本発明における第 1の実施例による輸送機構の正面図である。図 2は図 1の軌条と車輪との拡大図である。

図 3は第 1の実施例による輸送機構の側面図である。

図 4は第 2の実施例の車輛の屋根の部分の拡大図である。

図 5は曲線路走行時の車輛の傾斜の様子である。

図 6は曲線路走行時の車輛にかかる力の方向の説明図である。

図 7は本発明の第 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である。図 8は本発明の第 4の実施例における第一の軌条と車輪の断面図である ο

図 9は本発明の輸送機構の連結機の一例を示す図である。図 1 0は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である。発明を実施するための最良の形態

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。

図 1、 2、及び図 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は車輛 1の床下に固定された台車、 1 0 aは台車 2に回転自在に支持された車輪、 3は第一の軌条（下の軌条）、 4は枕木、 5は地面のジャリ、 6は車輛 1の屋根上に固定された台車、 1 0 bは台車 6 に回転自在に支持された車輪（上の車輪）、 7は第二の軌条（上の軌条）、 8は支柱である。

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 3が敷設されている。この第一の軌条 3の頭部 3 aは、車輪と接する部分であり、図 2に示すように、断面がほぼ円形に整形されている。一方、支柱 8は断面が逆 L字形であり、支柱 8の足の部分は地面に埋設されている。そして、この支柱 8によって第二の軌条 7が第一の軌条 3に対向する上方位置に懸架されている。また第二の軌条 7の頭部 7 a (図においては下部）は、車輪と接する部分であり、第一の軌条 3と同様に断面がほぼ円形に整形されている。

車輛 1の床下には台車 2及び車輪 1 0 aが取り付けられており、車輛 1の屋根上には台車 6及び車輪 1 0 bが取付られている。床下の台車 2 及び車輪 1 0 aは第一の軌条 3上に乗せられており、車輛の重量を支えている。車輪 1 0 aの外周面である踏面は、断面形状が図 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 3の頭部 3 aと嵌合している。また同様に、車輪 1 ひ b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 7の頭部 7 a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及び車輪 1 0 aと上の台車 6及び車輪 1 0 bとは、 1つの車輛においてそれそれ 2個以上設けられている。

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。

本発明の第 1の実施例のように、下の台車 2及び車輪 1 0 aと第一の軌条 3とが嵌合し、かつ上の台車 6及び車輪 1 0 bと第二の軌条 7とが嵌合しているために車輛 1は横倒れすることがない。

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及び車輪 1 0 bに代えて、溝を有する摺動子 1 1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。

図 4に示す通り、溝形の摺動子 1 1は車輛 1の屋根上に設けられており、溝形の摺動子 1 1の底面は第二の軌条 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 1 1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及び車輪 1 0 aも上の溝形の摺動子 1 1に代えることができる。

本発明の第 2の実施例のように、下の台車 2及び車輪 1 0 aまたは溝形の摺動子 1 1 と第一の軌条 3とが嵌合し、かつ屋根上の溝形の摺動子 1 1 と第二の軌条 7とが嵌合しているために車輛 1は横倒れすることがない。

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 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 0に傾斜させて走行させることができる。

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 1 0 a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、 0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及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 0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。

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 1 0 bに代えて溝を有した摺動子 1 1 にしてもよい。

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 6> 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 0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 6>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。

図 7に示すように、本発明の第 4の実施例においては、台車 6の下部には上台板 1 2 aが取付られており、また上台板 1 2 aは下台板 1 2 b の上に設けられている。下台板 1 2 bは車輛 1の屋根上に固定されている。そして上台板 1 2 aは下台板 1 2 bの上で左右（矢印の方向）に移動自在となっている。なお、台車 6 に支持される車輪 1 0 bは車体に対して絶縁体 1 3で電気的に絶縁されている構造とする。これにより、車輛が電動機で駆動される場合は、第二の軌条を対地から絶縁でき、この軌条に電流を供給して屋根上の車輪 1 O bを通じて電流を取り込むことができる。

このような構成では、台車 6に支持されている車輪 1 0 bは上台板 1 2 aとともに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 0を変化させることができる。なお、上台板 1 2 aの移動制御は、車輛の速度を検出するセンサと、このセンサの結果に基づいて上台板 1 2 aの左右方向の移動位置を決定する移動制御手段とによって行われる。

第 4の実施例において、速度 Vに応じて車輛の傾き 0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 1 0 a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 0 a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 0に応じて滑らかに傾けさせることができる。また、車輪にか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 1 0 aの断面形状が凹形の半円形であるが、これとは逆に、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 1 0 aの断面形状が凸形の円形であってもよい。

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 1 0 bに代えて溝を有した摺動子 1 1 に代えてもよい。この場合摺動子 1 1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 _c 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。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、 1 4 a、 1 4 bは連結機当たり棒、 1 5は圧縮パネ、 1 6は引つ張りパネである。なお、図 9において引っ張りパネ 1 6は 2本示されているが、 3本以上設けられてもよい。

また図 9において連結機当たり棒 1 4 aは凹形のほぼ半球状とし、 1 4 bは凸形のほぼ半球状として、 1 4 aと 1 4 b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 1 0のように凹形のほぼ半球状の当たり棒 1 4 aと 1 4 bとの間に球状のボール 1 4 c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。

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。

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 6>になるように複数の車輛を連結した状態でそれそれの車輛を独立に傾斜させて走行させることができる。

なお、各軌条の頭部及び車輪の断面形状は、前記実施例に限定されず、例えば、三角形状等の断面形状と曲面との組み合わせでも良い。産業上の利用可能性

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。

さらに曲線路では上方に設置された第二の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つ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。

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 . 5 mの軌条間隔に対して 4 m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。

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。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ゃ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。

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、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 J R新幹線を上回る影響は考えられない。

Claims

請求の範囲

1 . 走行方向に対して直線状に配置された複数の走行用車輪を車体の下部に有するとともに前記走行用車輪とは別の案内用部材が車体の上部に設けられた車輛のための直線路及び曲線路を含む軌条式線路であって、前記車輛の進行方向を規定し、前記走行用車輪がその上を走行する一本の第一の軌条と、

前記車輛の走行姿勢を制御するために前記案内用部材が係合し、前記第一の軌条に沿ってかつ前記第一の軌条と対向するように配置された一本の第二の軌条と、

を備えた軌条式線路。

2 . 前記第一の軌条は地表に設置された車輛の重量を支える支持部材の上に設置されており、

前記第二の軌条は、前記支持部材の側方に設置された複数の支柱に、前記第一の軌条の上方に前記第一の軌条と対向するように固定されている、

請求項 1記載の軌条式線路。

3 .前記第一の軌条及び第二の軌条はそれぞれ直線路と曲線路とを含み、前記第二の軌条の曲線路は、前記第一の軌条の曲線路に対してその曲線の中心側に偏位して配置されている、

請求項 2記載の軌条式線路。

4 . 地表に設置され車輛の進行方向を規定する一本の第一の軌条と、前記第一の軌条に沿って前記第一の軌条の上方にかつ前記第一の軌条と対向して配置された一本の第二の軌条とを有し、直線路及び曲線路を含む軌条式線路を走行する車輛であって、

車体と、

前記車体の下部に走行方向に沿って直線状に設けられ、前記第一の軌条に支持されて回転する複数の走行用車輪と、

前記車体の上部に走行方向に沿って直線状に設けられ、前記第二の軌条に係合して車輛の走行姿勢を制御するための複数の案内用部材と、を備えた車輛。

5 . 前記案内用部材は前記車体の上部に回転自在に設けられた車輪である、請求項 4記載の車輛。

6 . 前記案内用部材は、前記車体の上部に設けられ、前記第二の軌条が係合する溝を有する摺動子である、請求項 4記載の車輛。

7 . 前記案内用部材は、前記車体に対して進行方向と直交する方向に移動自在である、請求項 4記載の車輛。

8 . 前記第一の軌条の前記走行用車輪に接する面は断面形状が凹又は凸形状であり、

前記走行用車輪の外周面は断面形状が前記第一の軌条に嵌合可能な凸又は凹形状であり、

前記走行用車輪は前記第一の軌条に対して任意の角度で嵌合可能である、

請求項 7記載の車輛。

9 . 直線路及び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であって、

前記軌条式線路は、

地表に設置され車輛の進行方向を規定する一本の第一の軌条と、前記第一の軌条に沿って前記第一の軌条の上方でかつ前記第一の軌条と対向して配置された一本の第二の軌条とを有し、

刖言己卓輛は、

車体と、

前記車体の上部に走行方向に沿って直線状に設けられ、前記第二の軌条に係合して車輛の走行姿勢を制御するための複数の案内用部材とを有している、

軌条式輸送機構。

1 0 . 前記車体は複数設けられ、隣接する車体を連結し、全方向に回動可能でかつ 2つの車体間の傾きに対して回転可能な連結機構をさらに備えた請求項 9記載の軌条式輸送機構。