(57)【要約】【課題】圧縮空気を動力源として走行可能な圧縮空気機関車を提供する。【解決手段】シリンダ８１に内蔵されるピストン８４と走行用の動輪３ａ〜３ｄとを伝動機構４を介して連結し、その伝動機構４によりピストン８４の往復運動が動輪３ａ〜３ｄの回転運動に変換されるようにした機関車であり、ピストン８４を往復運動させるための動力源となる圧縮空気を生成するエアコンプレッサ７と、このエアコンプレッサ７により生成された圧縮空気を蓄える圧力容器５と、この圧力容器５内に蓄えられた圧縮空気をシリンダ８１内に供給する給気流路Ａｄと、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダに内蔵されるピストンと走行用の動輪とを伝動機構を介して連結し、その伝動機構により前記ピストンの往復運動が前記動輪の回転運動に変換されるようにした機関車において、
前記ピストンを往復運動させるための動力源となる圧縮空気を生成するエアコンプレッサと、このエアコンプレッサにより生成された圧縮空気を蓄える圧力容器と、この圧力容器内に蓄えられた圧縮空気を前記シリンダ内に供給する給気流路と、を有することを特徴とする圧縮空気機関車。
【請求項２】
前記圧力容器には、その内圧が０．２ＭＰａを超えたときに作動する安全弁が設けられていることを特徴とする請求項１記載の圧縮空気機関車。
【請求項３】
前記圧力容器の底部に、開閉自在な排水口が設けられていることを特徴とする請求項１、又は２記載の圧縮空気機関車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は機関車に係わり、特に実用に供された現存の蒸気機関車を部分的に改造し、動力源に圧縮空気を利用して走行可能にした圧縮空気機関車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道車両として蒸気機関車が広く利用されてきたが、現在では殆ど営業運転されておらず、係る車両の多くは解体されて現存せず、僅か一部の車両が鉄道博物館などに展示されているに過ぎない。
【０００３】
ここに、蒸気機関車は、ボイラ胴の一端部に設けられる燃焼室（火室）内で石炭などの固体燃料を焚いて水を熱し、これにより得られる水蒸気の圧力を利用してシリンダ内のピストンを往復させ、その往復運動を複数のリンクからなる伝動機構により回転運動に変換して動輪に伝達するようにしたもので、現在においても多数の愛好者が存在し、それら愛好者に支持されて蒸気機関車を走らせるイベントも少なからず行われているが、車体の老朽化は著しく、走行可能な車両は減少の一途を辿っている。
【０００４】
そこで、実用に供されてきた蒸気機関車を模し、これと原理、構造が同一のテンダ形模型蒸気機関車を公園などで走らせることが行われている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１７８８７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示される蒸気機関車も文字通り蒸気機関を利用するものであるから、水蒸気を発生するに必要な燃料やボイラ水を搭載しなければならないし、ボイラ胴の一端部に設けられる燃焼室（火室）内で石炭や木炭などの固形燃料を燃焼させるので危険を伴い、燃え滓の処分にも苦慮するという問題がある。
【０００７】
又、燃焼室内で石炭や木炭などの固形燃料を燃料させるため、多量の黒煙が発生して大気を汚染するという問題がある。
【０００８】
本発明は以上のような事情に鑑みて成されたものであり、その目的は多くの水や燃料を用いて得られる水蒸気に代えて、圧縮空気を動力源として走行可能な圧縮空気機関車を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記課題を達成するため、
シリンダに内蔵されるピストンと走行用の動輪とを伝動機構を介して連結し、その伝動機構により前記ピストンの往復運動が前記動輪の回転運動に変換されるようにした機関車において、
前記ピストンを往復運動させるための動力源となる圧縮空気を生成するエアコンプレッサと、このエアコンプレッサにより生成された圧縮空気を蓄える圧力容器と、この圧力容器内に蓄えられた圧縮空気を前記シリンダ内に供給する給気流路と、を有することを特徴とする。
【００１０】
加えて、前記圧力容器には、その内圧が０．２ＭＰａを超えたときに作動する安全弁が設けられていることを特徴とする。又、前記圧力容器の底部に、開閉自在な排水口が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、エアコンプレッサにより生成された圧縮空気をピストンが内蔵されるシリンダ内に供給して機関車の動輪を回転駆動させるようにしていることから、蒸気圧を利用する従前の蒸気機関車のように、石炭などの固形燃料の燃焼により多量のボイラ水を加熱して水蒸気を発生させる必要が無く、しかも石炭などの固形燃料を機関外で燃焼させないので安全であり、大気汚染の原因となる多量の黒煙を発生することもないので環境保全に貢献できる。
【００１２】
又、エアコンプレッサにより生成された圧縮空気をシリンダ内に直接供給するのでなく、エアコンプレッサにより生成された圧縮空気を圧力容器に蓄え、その圧力容器からシリンダ内に供給するようにしていることから、動輪を回転駆動するに必要な高圧の圧縮空気を途切れなく供給して動輪を連続回転させることができる。
【００１３】
更に、本発明によれば、現存する蒸気機関車の一部に手を加えるだけで、これを圧縮空気機関車として再生することができる。
【００１４】
加えて、圧力容器には、その内圧が０．２ＭＰａを超えたときに作動する安全弁が設けられることから、圧力容器が破裂することを防止できる。又、圧力容器の底部に開閉自在な排水口が設けられていることから、その排水口を必要に応じて開放することにより、圧力容器の底部に溜まった水を容易に排出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面に基づいて本発明を詳しく説明する。図１は本発明に係る圧縮空気機関車を示した側面概略図である。本例において、係る圧縮空気機関車は、実用に供された現存の蒸気機関車の一部を改造することにより圧縮空気を動力源として走行可能としたもので、１は機関車本体、２は機関車本体１に連結される後部車両である。
【００１６】
機関車本体１は、下部走行体として複数の動輪３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを設けた車台を有し、その各動輪３ａ〜３ｄが後述する複数のリンクからなる伝動機構４により連動可能に連結されている。又、機関車本体１の車台上には、後述するシリンダよりも遥かに大きな容積（例えば、１０ｍ３）を有する圧力容器５が搭載されている。
【００１７】
圧力容器５は、従前のボイラ胴を圧縮空気の貯蔵用として残存させたもので、その上部には当該圧力容器５の内圧が０．２ＭＰａを越えたときに作動する安全弁６が設けられている。つまり、本例において、圧力容器５には動力源となる圧縮空気が０．２ＭＰａ未満の圧力設定にして充填され、その内圧が設定圧を超えた場合には安全弁６が開放して圧力容器５内の圧縮空気を大気中に放出する構成とされている。
【００１８】
一方、後部車両２は従前の炭水車（テンダ車）であり、これにはボイラ用の燃料や補給水に代えて、圧力容器５に蓄えるべき圧縮空気を生成するエアコンプレッサ７が搭載される。本例において、エアコンプレッサ７は、ディーゼルエンジンを駆動源とするもので、同一形式のものが２つ搭載され、その各々が耐圧性のエア供給管７ａ（例えばゴムホース）により圧力容器５に連結されている。そして、それらエアコンプレッサ７により生成された圧縮空気がエア供給管７ａを通じて圧力容器５内に供給されるようにしてある。
【００１９】
図２は圧力容器の内部構造を示す。図２から明らかなように、圧力容器５の一端内部には石炭などを燃焼させるに利用された火室５１が残存され、その火室５１と圧力容器５の他端面との間に複数の外部連通管５２（従前の煙管）が架設されている。又、図２に示されるように、圧力容器５の上部にはドーム５ａ（従前の蒸気溜）が形成され、圧力容器５の底部には排水口５ｂが形成されている。排水口５ｂは、図示せぬ手動コックにより開閉自在とされており、この排水口５ｂの開放をもって圧力容器５内からその底部に溜まった水を排出可能とされている。
【００２０】
又、図２において、５３は圧力容器５内の圧縮空気を外部に排出する取出管（従前の乾燥管）であり、その一端には上記ドーム５ａ内において圧縮空気の排出流量を調整可能な加減弁５４が設けられ、他の一端は圧力容器５を気密的に貫通してヘッダ５５に接続されている。尚、加減弁５４は、外部から開閉操作することが可能とされている。又、ヘッダ５５には外部連通管５２内に通される複数の導管５６が接続されるほか、そのヘッダ５５と機関車本体の下部に設けられるアクチュエータ８が主管５７により連結、連通されている。
【００２１】
図３から明らかなように、ヘッダ５５の内部は第１気室５５ａ（従前の飽和蒸気室）と第２気室５５ｂ（従前の過熱蒸気室）に区分されており、その第１気室５５ａに対して取出管５３の一端が連通されている。又、導管５６は、その一端が第１気室５５ａに連通されると共に、他の一端が第２気室５５ｂに連通されている。更に、主管５７はその一端が第２気室５５ｂに連通されている。つまり、取出管５３、第１気室５５ａ、導管５６、第２気室５５ｂ、及び主管５７は順次連通する給気流路Ａｄを形成し、この給気流路Ａｄを通じて上記の圧力容器５からアクチュエータ８に対して圧縮空気（ゲージ圧で約０．２ＭＰａ）の供給が行われる構成とされている。
【００２２】
尚、外部連通管５２、取出管５３、ヘッダ５５、導管５６、及び主管５７は、蒸気機関として飽和蒸気を生成しながら、その飽和蒸気を過熱蒸気にするために用いられた既設の配管設備で、本例ではそれら配管設備をそのまま残し、外部連通管５２を除く配管設備を給気流路Ａｄとして利用しているが、ヘッダ５５および導管５６を撤去して取出管５３と主管５７とを直結するようにしてもよい。
【００２３】
次に、アクチュエータ８（空気圧シリンダ）について言及する。図４は、アクチュエータ８の内部とその駆動力を動輪３ａ，３ｂ，・・に伝達する伝動機構４を示した概略図である。図４から明らかなように、アクチュエータ８はシリンダ８１（シリンダ胴）と上記主配５７の一端が接続する弁室８２とを一体化させたもので、シリンダ８１と弁室８２とは２つのポート８３ａ，８３ｂによって連通されている。
【００２４】
シリンダ８１には、その軸線方向に摺動自在なピストン８４が内蔵されており、そのピストン８４にはシリンダ８１の一端面を気密的に貫通するピストンロッド８４ａが接続されている。尚、図４において、４１はピストンロッド８４ａの先端が接続するクロスヘッドであり、このクロスヘッド４１はガイド軸４２によりピストン８４の移動方向に摺動自在に支持されている。又、クロスヘッド４１と動輪３ｃの車軸に固着したクランクアーム４３は連接棒４４により連結され、各動輪３ａ，３ｂ，・・のクランクアーム４３は、それぞれ平行リンク４５により連結されている。
【００２５】
一方、弁室８２には、上記主管５７が接続する給気口８２ａが形成されると共に、その給気口８２ａを挟んで左右両側に図示せぬ排気口が開通されている。又、図４から明らかなように、弁室８２には、２つのポート８３ａ，８３ｂに対応して２つのピストン弁８５が設けられる。その両ピストン弁８５，８５は、２つのポート８３ａ，８３ｂを交互に開閉してシリンダ８１内のピストン８４に往復運動を与えるためのもので、これには弁室８２を気密的に貫通する弁心棒８５ａが直結されている。
【００２６】
ここで、上記のクロスヘッド４１と連接棒４４の一端は、リンク４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ，４６ｅ，４６ｆを介して連接され、このうちリンク４６ｂに弁心棒８５ａの一端が接続されており、これによりピストン弁８５がピストン８４に連動して往復運動するようになっている。特に、リンク４６ｄは車体の部位に結節点Ｐを中心として揺動可能に取り付けられ、当該リンク４６ｄ内に摺動子４７が嵌め込まれており、その摺動子４７に対してリンク４６ｃの部位が固定されている。
【００２７】
４８は摺動子４７をリンク４６ｄの長さ方向に変位させる操作装置で、当該操作装置４８がベルクランク４９の一端に操作棒４９ａで連結され、ベルクランク４９の他の一端がリンク４９ｂを介してリンク４６ｃの一端に連結されている。
【００２８】
そして、操作装置４８の操作により摺動子４７の位置が可変とされ、これによりピストン弁８５のトラベルを変え、もってシリンダ８１内に対する給気量を変えて動輪３ａ，３ｂ，・・に対する伝達トルクが調整可能とされている。特に、摺動子４７の位置がリンク４６ｄの結節点Ｐを超えると、その結節点Ｐを境として動輪３ａ，３ｂ，・・の回転方向が逆転するようになっている。
【００２９】
尚、以上のようなアクチュエータ８、及び連接棒４４などのリンク系で構成される伝動機構４は公知のものであり、本例でも従前の蒸気機関車に装備されていたものをそのまま使用している。
【００３０】
以上、本発明について説明したが、係る圧縮空気機関車は、現存する蒸気機関車を改造することに限らない。又、エアコンプレッサも設置台数、圧縮能力、ならびに形式を適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る圧縮空気機関車を示す側面概略図
【図２】圧力容器の内部構造を示す説明図
【図３】給気流路を示す説明図
【図４】伝動機構の構成例を示す説明図
【符号の説明】
【００３２】
１  機関車本体
３ａ〜３ｄ  動輪
４  伝動機構
５  圧力容器
５ｂ  排水口
６  安全弁
７  エアコンプレッサ
Ａｄ  給気流路
５３  取出管
５５  ヘッダ
５６  導管
５７  主管
８１  シリンダ
８４  ピストン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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