(57)【要約】 【課題】狭い坂道の多い山の手の住宅街で車椅子を載せることができ乗客を運ぶことができる簡便で安全な通行手段を与えること。【解決手段】台車と走行装置が別体になっており、モノレールの台車は中間位置で走行装置枠に枢結され中間位置で回動することによって走行装置に対して傾斜することができて、ボールネジをモータによって回転させボールネジナットで直線往復運動する下枢軸を前後に移動させ、下枢軸をアームで台車の上枢軸につなぎ、モータを正逆に回転させてボールネジナットを前後に移動させて中間軸回りに台車を傾けるようにし、レールに沿って予め測定された傾斜角データに基づいてレール傾斜角に等しい角度だけ台車を持ち上げて台車を水平に維持する。【選択図】 図４
2005263147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上に敷設された一本のラック付きレ−ルを走行する乗用モノレールであって、電動動力車の上に走行装置枠を設け、座席、車椅子搭載部をもち傾斜方向前側下方中央に窪みを持つ床板を有する台車を支える台車枠を走行装置枠とは別に設け、台車枠と走行装置枠とを前後方向に中間位置にある回転軸によって枢結し、角度調節アームの上端を台車枠に上固定枢軸によって回転自在に枢結し、走行装置枠長手方向に平行に設けられたボールネジを走行装置枠に固定した傾斜角調節モータによって回転させ、角度調節アームの下端を下移動枢軸によってボールネジに螺合したナットに枢結し、傾斜角調節モータを正逆に回転させることによって、下移動枢軸を走行装置枠に平行に移動させ、走行装置枠と台車枠の挟角θを変更し、始点あるいは終点からの経路長ｓに応じて予め分かっているレールの傾斜角Υ（ｓ）に、走行装置枠・台車枠の挟角θを等しくするよう台車を中間回転軸のまわりに回転させ走行装置枠の一部が台車窪みに進入できる状態で台車を水平に保持するようにした事を特徴とする乗用中間傾斜電動モノレール。
【請求項２】
地上に敷設された一本のラック付きレ−ルを走行する乗用モノレールであって、電動動力車の上に走行装置枠を設け、座席、車椅子搭載部をもち傾斜方向前側下方中央に窪みを持つ床板を有する台車を支える台車枠を走行装置枠とは別に設け、台車枠と走行装置枠とを前後方向に中間位置にある回転軸によって枢結し、角度調節アームの上端を台車枠に上固定枢軸によって回転自在に枢結し、走行装置枠長手方向に平行に設けられたボールネジを走行装置枠に固定した傾斜角調節モータによって回転させ、角度調節アームの下端を下移動枢軸によってボールネジに螺合したナットに枢結し、傾斜角調節モータを傾斜角の大きいときは速く傾斜角が小さいときは遅くなるよう正逆に回転させることによって、下移動枢軸を走行装置枠に平行に移動させ、走行装置枠と台車枠の挟角θを変更し、始点あるいは終点からの経路長ｓに応じて予め分かっているレールの傾斜角Υ（ｓ）に、走行装置枠・台車枠の挟角θを等しくするよう台車を中間回転軸のまわりに回転させ走行装置枠の一部が台車窪みに進入できる状態で台車を水平に保持するようにした事を特徴とする乗用中間傾斜電動モノレール。
【請求項３】
角度調節アームの長さをＡとし、上固定枢軸と中間回転軸の距離をＢとして、中間回転軸とボールネジ軌跡の距離をＬ３としてｓｉｎ−１｛（Ａ−Ｌ３）／Ｂ｝が３０〜５０度であることを特徴とする請求項１又は２に記載の乗用中間傾斜電動モノレール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、丘陵地にある住宅地などの傾斜の多い道に設けられ高齢者や介助者が座坐しあるいは車椅子ごとに乗車して坂道を安楽に通行することができる４人乗りの乗用中間傾斜電動モノレールに関する。神戸、尾道、長崎などでは海からすぐに丘陵が続き丘陵の途中から頂上にかけて住宅が立ち並んでいる。風光は明媚であるが歩行者にとっては必ずしも好都合でない。自動車で上り下りできない狭く傾斜のきつい道の両側にも家屋がある。広くて古い家屋には老人が住んでいることも多い。
【０００２】
傾斜の強い細い道を毎日歩いて上り下りするのは年老いた者にとってつらいものである。足腰が弱り車椅子で通行することを余儀なくされることもある。介護者が車椅子を押して傾斜地の細径を往来すると一層介護者の疲労をつのらせる。古い住宅地は道が細くて自動車が通らないこともある。坂道が階段になっている場合は車椅子の通行はさらに難しい。車椅子のお世話にならない老人であっても毎日、急坂を上り下りするのは気が滅入ることである。
【０００３】
エスカレータを設置すれば急坂を昇降するのは楽になる。しかしそれは極めて高コストの乗り物である。短い距離をつなぐものでも建設費は膨大である。市町村が容易に負担できるものではない。
【０００４】
本発明者は丘陵地の多い近郊住宅地において全く新しい通行手段として乗用モノレールを提案したい。モノレールはエスカレータよりもずっと少ない投資によって設置できる。エスカレータのように頻繁な保守点検は不要であるという利点がある。
【０００５】
電動モノレールの技術が次第に熟してきた。電動であれば様々な制御を行う自由度が生ずる。本発明は新規な電動乗用モノレールの乗用台車を水平に保持するような機構に関するものである。レールが傾斜しているので台車も同じように傾斜するというのが普通のモノレールである。しかし車椅子に座っているとか足腰の弱い老齢者が乗車するのだから台車は水平に保持したい、という要望も強い。
【０００６】
それで本発明は台車を常時水平になるようにする。その時に一層の工夫をしたい。前端の軸を中心にして後端を持ち上げるのではなく、中間に軸を設け中間軸まわりに台車を走行車架にたいして回転させる。前半分では台車が沈む。後半分では台車が持ち上がる。平均としての高さは殆ど変わらず重心が上がらない。重心が持ち上がらないから安定性に優れる。本発明はそのような電動乗用モノレールを与える。ここで台車の前とか後ろというのは、レールが高い方が前、低い方が後ろとして定義する。山側が前、麓側が後ろである。前端というのは山側の端、後端というのは麓側の端である。
【背景技術】
【０００７】
モノレールといっても本発明が対象にするのは極めて小規模で低速で小人数用の乗り物である。本発明におけるモノレールの概念を初めにハッキリしておこう。乗用モノレールといえば浜松町と羽田の間のモノレールを思い浮かべるであろう。それは高架の上に設けた水平の道の上を大量の乗客を載せて走行する有料の都市交通手段である。平坦な道路とタイヤが用いられ摩擦力に頼って動くのでほんの弱い傾斜地ですら上り下りすることはできない。
【０００８】
本発明はそのような通勤客を大量に載せるための都市交通手段としてのモノレールではない。徒歩の代替手段としての４人乗りの電動の乗用モノレールである。大量交通手段のモノレールとは規模だけでなく、レールが違う。台車も違う。ラック・ピニオンで動くという特性でも違う。
そのような小型乗用モノレールは未だ実現していない。高齢者が増加してゆくにしたがって小型乗用モノレールは通行手段として極めて有用であろう。
【０００９】
もともと本出願人のモノレールは単軌条運搬車と呼ばれた。レ−ルは角型断面の筒体１本で側方にラックが溶接されている。駆動はエンジン駆動である。駆動車両には駆動ピニオンが付いておりラックと噛み合っている。４５度の急勾配でも安全に上り下りできるものである。山岳地帯での農作業、林業において、農産物、肥料、木材などの運搬に用いられた。無人の運搬車であった。初期のものは２００ｋｇ程度の荷物搭載量であった。土木用になると１ｔの土石セメントなどを運搬するものもある。
【００１０】
速度は遅くて人間の歩行速度よりも遅い。しかしそのような丘陵、山岳の道無き道をなんなく走行できるし小型だから有用な運搬手段である。山岳地であるとレ−ル敷設の自由度が高いので傾斜を一定にするとか彎曲をどうするかということは比較的自由に決めることができる。
【００１１】
単軌条運搬車は荷物運搬が目的で無人が原則であった。その内に林業の現場まで作業員を運ぶための手段としても用いられるようになった。レ−ルの強度を増強し耐荷重性を高めた。動力車と台車を分離して単軌条運搬車を大型化した。
【００１２】
山間僻地に設けられる単軌条運搬車は電力線を引くことができない。ガソリン（潤滑油を含んだ混合油）を燃料として携行しエンジンで駆動する動力車が用いられた。電気が使えないので細かい制御を行う装置などを搭載できない。
【００１３】
始点での発進は、人手によるレバー切り換え、キースイッチ操作などによって行う。終点での停止は地中に立てたストッパが動力車から垂下して自動停止レバーを叩くことによって行う。電気を使わず純機械的な構成になっていた。本出願人は荷物搬送用の無電気単軌条運搬車を数多く発明している。多すぎるのでここでは荷物用の単軌条運搬車の従来例は挙げない。
【００１４】
市街地で乗用小型の単軌条運搬車とする場合は電力線を引くことができる。電気を使う事ができるから市街地での乗用のモノレールは様々の機能を与えることができる。
【００１５】
住宅地での歩行の代替手段として本発明者によって提案されたモノレールとしては次のようなものがある。
【００１６】
特許文献１は都市近郊における交通手段として初めて提案されたものである。１本レ−ルを空中に架設して空中レ−ルに電動動力車を取り付け、これに乗用台車を懸垂させたものである。空中架設レールから台車を懸架しているから安定感がある。レールを保持する支柱や梁の構造が肥大化する。傾斜地では台車も同じ角度だけ傾斜する。傾斜補正の機構はない。
【００１７】
特許文献２も都市近郊の住宅地で狭い坂道に設けて歩行代替通行手段とする事を目指す。レ−ルは空中でなく地上低く設ける。その方がレ−ル敷設コストが低いからである。狭い曲がりくねった道でも敷設できるように横レ−ル受の取り付け構造に工夫がなされている。これも傾斜地ではレールと同じ角度だけ台車も傾斜する。傾斜を緩和し水平に近づける機構は存在しない。
【００１８】
特許文献３も都市近郊住宅街で狭い坂道に設置し歩行者の補助を目指すものであるが、車椅子を載せることができるようにしてある。レールが傾斜していても台車は水平を保持できるように、台車枠と走行車架枠を前端の軸で枢結し、モータで車架にそって前後に動くアームで台車枠中間部を持ち上げて台車が水平になるようにする。
【００１９】
本発明に最も近いものはこれである。これはしかし前端に軸があって台車を前端軸周りに持ち上げるので、台車の前後長が大きい場合は台車の隆起高さが大きくなり不安定になるという問題がある。それにアームには必ず下向きの大きい荷重がかかっており、それがモータに対する大きい負担となる。
【００２０】
もっと古いもので一人乗りの小型単軌条運搬車で機械的に水平を維持するようにしたものもある。いずれも本出願人によるものである。
【００２１】
特許文献４は動力車の上に一人乗りの座席を付け、後ろに荷物運搬車を連結したものである。レ−ルの傾斜角が変動すると座席が前後に傾くので、座席の上へ伸びるアームを設けアームの上にピンを付けピンによって椅子を吊り下げている。椅子の下には鋸歯をもつ円弧状ラックを付け、ラックの歯に下からプランジャがはまりこむようになっている。椅子が前後に傾くとプランジャを後退させ椅子を自由に懸架した状態にする。椅子は重力の方向に垂下され傾斜を自動的に修正するから、その位置で再びプランジャをラックに噛み合わせる。そのようにして椅子（座席）の傾きを修正する。ブランコ型と呼ぶことができよう。
【００２２】
特許文献５も動力車の上に一人乗りの座席を付け後ろに荷物運搬車を連結したものである。レ−ルの傾斜角が変動すると座席が前後に傾く事を問題にする。しかし椅子の上にアームを付けるブランコ型だと重心が上がり装置としても大がかりになる。そこで動力車の上に円弧状の短いガイドレールを固定し、椅子の下には前後２対のガイドローラを付けガイドローラが円弧状のガイドレールの上を転動するようにする。プランジャで位置を仮固定するのは前記と同様である。円弧状のガイドレールの上をガイドローラが転動するから実質的にブランコと同様の角度修正ができるはずである。
【００２３】
特許文献６も動力車の上に一人乗りの座席を付け後ろに荷物運搬車を連結したものである。レ−ルの傾斜角が変動すると座席が前後に傾く事を問題にする。しかし椅子の上にアームを付けるブランコ型だと重心が上がり装置としても大がかりになる。そこで（４）とは反対に動力車の上にガイドローラを二つ前後に設け、椅子の下に円弧状の短いガイドレールを固定し、椅子の下には前後２対のガイドローラを付けガイドローラがガイドレールの上を前後回動するようにする。プランジャで位置を仮固定するのは前記と同様である。円弧状のガイドレールの上をガイドローラが転動するから実質的にブランコと同様の角度修正ができるはずである。特許文献７は８人乗りの４ｍの長さのあるゴルフ場設置モノレールの台車と車輪部を前端で枢結し、後端に油圧シリンダで伸縮するパンダグラフを設けて後端を持ち上げて台車を水平にするというものである。パンダグラフの上端が台車に固定されており、パンダグラフの下端の一方は車輪部フレームに固定され、他方が油圧シリンダで縮退するようになっている。しかしパンダグラフ機構は上端が自由端になっていなければ上下に変形できず、この文献のように上端を台車に固定したものではパンダグラフは動かず上下に運動せず台車は持ち上がらない。
【００２４】
【特許文献１】特願２０００−３４３０４５「乗用懸垂型単軌条運搬車」（特開２００２−１４５０５４）
【００２５】
【特許文献２】特願２００１−２５３９２１「地上型乗用単軌条運搬車」（特開２００３−６３３８２）
【００２６】
【特許文献３】特願２００１−３３７３１２「傾斜角制御電動モノレール」（特開２００３−１３７０８８）
【００２７】
【特許文献４】特公平１−２４０９９号（特願昭５８−１６６８４３号）
【００２８】
【特許文献５】特公平１−２４６６１号（特願昭５８−１６６８４４号）
【００２９】
【特許文献６】特公平１−２４６６２号（特願昭５８−１８３８００号）
【特許文献７】実開昭６１−４８８６４（実願昭５９−１３５３３９号）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
傾斜の多い住宅地の細径を高齢の人や身体機能の不自由な人が通行する困難を一部軽減するための無料短距離乗用のモノレールを提供したい。エスカレータは乗降に便利で清潔であり誰でも容易に利用できて優れたものであるが敷設の費用は莫大であり維持管理費も嵩む。既存の道は狭く傾斜がきついのであるから本出願人が開発製造してきた実績ある単軌条運搬車は最適の通行手段である。
【００３１】
モノレールはレールが角型１本レールによって荷重を支えるので横幅が限られる。ために横には２人を越えて載せることはできない。ここでは１両の台車であって対向する座席に４人の人が乗れるような４人掛けの単軌条乗用モノレールを提案する。
【００３２】
単軌条運搬車はレ−ルの上に走行装置があり、その上に台車枠が付くのでレ−ルの傾斜と台車の傾斜は等しい。地形によるがレールの傾斜は大きく３０度にも達することがある。そのような傾斜地でもなんなく走行できるのは単軌条運搬車の優れたところであるが、乗客にとってはあまり気持ちの良いものではない。
下向き座席が下向きに傾くのは危険である。そうすると座席は上向きにしか設けることができない。上向き座席で最大傾斜の時に水平になるように座席を床に対し斜めに設ける。台車が水平の時は後ろ向きに傾いた座席となる。
【００３３】
上向き座席だけだと乗客同士が向き合うことができず、被介護者と介護者が乗る場合など互いの顔が見えないので不便である。だから下向き座席も設置できるようにしたい。それに老齢者や車椅子が乗るとすると台車が傾くのは好ましくない。そこで座席でなく台車の全体をレールの傾斜を打ち消すように持ち上げて常に水平に保持したいものである。
【００３４】
本発明は、住宅地に設けられる小型乗用モノレールにおいて台車の床を常に水平に維持できるようなモノレールを提供することを第１の目的とする。それは上記の本出願人の手になる特許文献３の特開２００３−１３７０８８に初めて問題にされた課題である。これは走行車架枠と台車枠とを前端（傾斜側）で回転主軸によって枢結し、台車枠にアームの先端を枢支し、走行車架にはモータによってボール螺子軸を回転させ、それに螺合する螺子によってアーム他端を引き戻し台車枠を押し上げるようになっていた。レールの傾斜は傾斜センサによって検出する。傾斜角Υに応じてモータの回転量を調整してアームを立てて傾斜角を増やしたり、アームを寝かせて傾斜角を減らしたりする。
【００３５】
これは確かに水平を維持するようにできるのであるが、傾斜角が大きいときにアームによる台車枠の持ち上げ量が大きくなるから重心が上がる。レールがきつく傾いているときに台車の重心が上がるという事は２重に不安定性を与えるということになる。たとえば台車の前後方向の中心から回転軸までの距離を１．２ｍとして、回転軸廻りに３５度台車を持ち上げたとすると、台車の重心は６９ｃｍも上がってしまう。重心はそれですむが、台車の後端は１４０ｃｍも車架から浮いてしまうので不安定性は倍加される。
【００３６】
そういう不安定性の他にモータにかかる荷重がΥ＝０（水平）とΥ＝３０度（傾斜）のときで大きく異なるという問題がある。Υ＝０の近傍でのアームの傾角が小さいのでモータ負荷が大きくなる。つまりモータの回転角と傾斜角θの関係が著しく非線形であって水平に近いときにモータ回転に対する傾斜角の変動が大きくて一様な負荷とならない。前端を中心にして台車枠を持ち上げるからアームには必ず押圧力がかかる。だからモータには常に引っ張り力がかかる。動力学的にも最良のものとは言えない。
【００３７】
本発明は台車枠を、走行車架に対して傾斜させたときにおいて台車が不安定にならないようにした水平維持可能なモノレールを提供することを第２の目的とする。さらに本発明は、アームに働く力を著しく軽減した水平維持乗用モノレールを提供すことが第３の目的である。本発明は、それに加えて、傾斜角の変動の早さを傾斜角が大きいときも小さいときもほぼ均一に維持できるような機構のモノレールを提供することを第４の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３８】
１両の乗用電動モノレールであって、走行装置、台車を備え、レ−ルを走行する走行装置には走行装置枠を設け、車椅子収納スペース、座席、床、屋根などを有する台車は台車枠に取り付け、走行装置枠と台車枠を前後方向に中間のある部位で回転軸によって枢結し、走行装置枠に対しては前後に移動できる下移動枢軸を設け、角度調整モータによって正逆に回転するボールネジのナットに下枢軸を結合し、台車枠の回転軸より後方に上固定枢軸を設け、上固定枢軸と下移動枢軸を角度調整アームによって連結し、ボールネジを正逆に回転させて下移動枢軸の前後位置を変え、台車枠と走行装置枠のなす挟角θを変動させるようにする。
【００３９】
レールの傾斜角Υはレールにそって測定しレールの全ての走行距離位置での傾斜角を記憶させ、走行距離は回転センサによって測定し各々の位置に於けるレール傾斜角Υを求め台車枠に対して走行装置枠の挟角θをその部位のレール傾斜角Υに等しくなるように、モータに正逆回転の信号を送りボールネジを回転させて台車枠を水平に保持する。さらに傾斜角が大きいときは角度調整モータの速度を速め、傾斜角が小さいときは角度調整モータの速度を遅くするようにする。
【００４０】
傾斜角Υを傾斜センサによって実際に求めてもよいが、本発明は傾斜センサを使って常時傾斜角を測定しない。モノレールの場合は、好都合なことにレ−ルは分岐がなくて短い。だから道の傾斜角Υが始点または終点からの経路ｓの関数として決まってくる。
【００４１】
傾斜センサを設置して試運転をすることによってモノレールのレ−ルの始点、終点からの距離ｓの関数として傾斜角Υ（ｓ）が求められる。
【００４２】
台車枠と走行車架枠の挟角θが傾斜角Υになれば（θ＝Υ）台車枠が水平になる。台車を水平に保持するための挟角θの変化θ（ｓ）が一旦わかれば、それを傾斜角Υ（ｓ）として制御盤に記憶させ、ｓのときにはそれにふさわしい挟角θ（ｓ）を出力するようにすることもできる。
【発明の効果】
【００４３】
（１）本発明は、４人乗りまたは車椅子乗者と介護者１名と更に２人が乗車できる台車１両を有する電動モノレールを与える。乗車可能な人数は多くないが傾斜のある住宅地に歩行の代替通行手段として設けるものだから一度に乗る人の数は多くなく、それで十分であろうと推定される。被介護者と介護者の場合は、その２人が対向して乗車できればよいのであるからそれで十分である。
【００４４】
（２）老齢者や車椅子乗者、介護者を載せるのであるから台車が傾くのは不安感を抱かせる。車両が傾斜する場合は前向き（上り側）の座席しか設置できない。本発明は、レールの傾斜角に応じて台車を走行装置に対し反対側に傾斜させるので常に台車が水平を維持できる。モータ、ボールネジ、ナット、下移動枢軸の連動によって、アーム下端を前後移動させ台車を任意の傾斜角に把持する。ボールネジを右回転しナットを引き寄せるとアームが下がり傾斜角は小さくなる。ボールネジを左回転しナットを押し遠ざけると傾斜角が大きくなる。傾斜角は−５度〜４５度の範囲でどのような値をとっても良いが、通常は−５度〜３０度程度である。３０度の傾斜角でも十分に大きくて傾斜角を制御して水平にしないと台車が動いたりして危険である。本発明はそのような広い範囲の傾斜角において常に台車を水平に保持することができる。
【００４５】
（３）前端に回転軸を設けてクランク機構で台車を持ち上げるようにした特許文献３の場合は大型化したときに不安定性が増す。折角台車を水平にしても台車がレールからことさら高くなるのでは危険であるし揺れも大きく不安定であって好ましくない。２人乗りで前後長さが短い場合はそれでもよいが４人乗りで前後長が大きいと不安定性はより顕著になる。
【００４６】
そうではなくて本発明は、台車の前端でなく、中間点を回転軸によって支持する。だから、傾斜角が増えても台車の重心は上がらず常に安定感がある。実際に安定であって傾斜角が大きくても横揺れが激しくならない。そのために台車の前中間下部に窪みを設けている。窪みに走行装置枠が進入して台車の傾きを可能にする。
【００４７】
（４）安定性だけでなく、台車中間支持の利益はまだ他にもある。特許文献３のように前端部を枢結したものだと台車には常に下向きの重力がかかるから、ボールネジ、モータやアームには強い力がかかる。角度を変更するときにモータには巨大な推力が必要になる。また角度を一定に維持しているときでもアームやボールネジには強い力が常に掛かることにになる。それはアーム、ボールネジ、軸受、などの故障や不全を引き起こす可能性がある。
【００４８】
本発明の場合は、中間軸で支持するから、水平に維持している状態で台車は前後方向にバランスしている。だから台車枠に働く回転モーメントＭはごくわずかである。モータ、ボールネジ、ナット、アームに働く力ｆは回転モーメントＭに比例する。前後荷重の打ち消しのため、モータ、ボールネジ、ナット、アームに働く力は小さいものである。それでモータ、アーム、ボールネジなどに必要な定格を小さいものにできる。また力に抗してアームを下げたり上げたりするのではないから抵抗が小さい。傾斜維持機構の故障が起こりにくい。保守点検の手数も減少する。
【００４９】
（５）その代わり、台車回転軸周りの回転モーメントＭが正か負か決まらず変動するから回転軸周りのがたつきが発生する可能性もある。それを防ぐためショックアブソーバを設けて回転に抵抗を付与し、がたつき振動を押さえるようにしている。丁度中間点に軸を設けてそれで台車を支持したとしても、実際には１人しか乗っていないときは台車の重心がその方向へ偏奇しているから中間軸回りの力の回転モーメントの方向は決まってしまう。二人が乗っているときでも片側の座席に並んで腰掛けるとやはり重心がその方向へ偏るから回転モーメントの方向は予め決まってしまう。だから軸回りのがたつきはそれほど起こらないのであるが、前後の対の座席に体重のよく似た２人あるいは４人が座ると、中間軸回りの力の回転モーメントが決まらないということもある。そのような場合にもショックアブソーバによってがたつきを防ぐことができる。
【００５０】
（６）レールの傾斜角Υが分からなければ、走行装置・台車角θをΥ＝θとなるよう制御することができない。レールの傾斜角Υは傾斜角センサによって時々刻々測定することもできる。しかし、そうすると傾斜角センサを設けなければならず、台車に設けた傾斜角センサを水平に維持するというような制御になる。傾斜角センサには測定誤差があるし誤動作という可能性もある。それに振動や衝撃によってセンサの測定に誤差が生ずることもある。
【００５１】
本発明は通常、傾斜角センサを用いて傾斜角制御するのではない。傾斜角はレールの始端からの距離ｓの関数として初めに測定し記憶させておき、その後は初期測定の傾斜角Υを経路ｓの関数Υ（ｓ）として与える。モノレールは分岐がないし駆動ピニオンとラックには滑りがないので、駆動ピニオンの回転数を積算すると経路ｓが分かる。そのときのレール傾斜角Υ（ｓ）がわかるから、それに台車・走行装置の傾角θを等しくするようにθ＝Υ制御する。電動動力車の駆動ピニオンのＥ軸反対側に設けた回転検出体によって駆動ピニオンの回転数（正逆の符号を含め）がわかるので、それを積算する。回転検出体は４つの突起を持ち、それの接近を近接センサで感受して突起の通過を数える。突起が４つ通過すると駆動ピニオンが１回転したということであり、正逆の符号を含めレールに沿った経路ｓが求められる。突起は４つとは限らない。突起の数を増やすと経路ｓの決定の精度が増える。
【００５２】
（７）経路ｓが分かると、その場所でのレールの傾斜角Υ（ｓ）がわかる。それに挟角θを等しくするように制御しなければならない。しかしアームで台車枠を持ち上がるようにしているのでナット変位ｘと傾斜角θの間に線形性がない。そこで本発明は、インバータを用いて、θが小さい部分ではモータの周波数ｆを下げておきθが大きい部分ではモータの周波数ｆを上げる。モータ回転速度は周波数に比例するのであるから、インバータによってモータの回転速度自体を変動させることができる。モータのインバータ制御によって、時間ｔと傾斜角θの変動の割合ｄθ／ｄｔを大体リニヤにすることができる。
【００５３】
（８）傾斜センサがないと、目標値θｍと現在のθとを比較して逐次制御するという通常の制御（たとえばＰＩＤ制御）ができない。本発明ではモータの回転数をモニタし、それを積算する回転検出器をモータの近傍に設けている。モータ回転数を符号を含めて積算するので時時刻刻のナット移動量ｘが常にわかる。それはθと一義的に関係づけられているから傾斜角θの現在値θ（ｔ）がわかる。だから駆動ピニオン側の回転計測によって求められた経路ｓからわかるΥ（ｓ）と比較してθの制御（θ→Υ）をすることができる。
【００５４】
（９）モノレールの経路長ｓは、たとえば動力車のＥ軸（駆動ピニオン軸）に設けた検出体によって検出する。たとえば検出体には４つの突起があるから、駆動ピニオンの１／４回転まで検出できる。駆動ピニオンのピッチ（ＰＣＤ）を１１２ｍｍφとすると、ピッチ円の周囲はπ×１１２ｍｍ＝３５１．６８ｍｍとなる。４つの突起があり、突起が近接センサを横切る時にパルスを一つ発生するから、１パルス当たりのモノレールの移動距離は３５１．６８／４＝８７．９２ｍｍである。逆に１ｍ当たりのパルス数は１１．３７４０個である。
【００５５】
始点が決まっているから、パルス数を数えれば経路ｓがわかる。たとえば始点から５０ｍの部位では５０ｍ／８７．９２ｍｍ＝５６８．７パルスとなる。つまり始点から数えて、５６８．７パルス目が５０ｍの位置だということである。レールは１本で分岐がないし駆動ピニオン・ラックには滑りがないから、始点からの経路距離ｓはパルス数Ｍによって計算でき表示できる。
【００５６】
レールの傾斜角Υ（ｓ）も初めに経路ｓの関数として傾斜角を測定し、それをメモリに記憶させておけば、その後は傾斜角を計らなくても経路ｓの関数Υ（ｓ）として正確に与えられる。そのようにした方が振動や衝撃、ノイズによる傾斜角測定の誤差がないので好都合である。
【００５７】
（１０）台車・走行装置の挟角θはナット・下移動枢軸の移動量ｘによって決まる。モータ回転数は回転検出装置で常に検出しているので、それによってθがわかる。ボールネジ回転を監視する回転検出器は４つの突起をもち一回転で４パルスを発生する。ボールネジのピッチは１０ｍｍであり、それが４パルスを生じるのであるから、１パルスは２．５ｍｍの変位に対応する。たとえばθ＝２７゜の場合、θ＝０゜から、Δｘ＝２６１．５３３ｍｍだけ進んだ所に対応する。それはつまり２６１．５３３ｍｍ／２．５ｍｍ＝１０４．６パルスである。だからθ＝０の位置から数えて１０４．６パルスの時が２７゜だということである。パルス数とθはリニヤでないがパルス数Ｍとθを一義的に関係づけることができる。
【００５８】
（１１）モータ回転数と傾斜角θがリニヤでないのでモータ回転数を一定にしていると傾斜角の変化率が角度によって大きく変わってしまう。そこで先述のようにインバータを使ってモータの回転数を変化させて傾斜角の変化率の時間変動をできるだけ抑えるようにしている。そのような非線形性は後に詳しく述べるが、三角形をなす台車の保持機構の三角形の底辺を広げたり狭めたりすることによって台車を持ち上げるようにした機構であるから生ずる。それは欠点であるが反面長所となることもある。二辺が一定長さである三角形の底辺の長さをモータ回転で変化させており底辺の長さ変化と傾斜角が比例せず、ある底辺の長さのときに（底辺と隣接斜辺が直交するときに）傾斜角が最大値をとり、その前後では傾斜角は減少するようになる。だから誤ってモータ回転が超過しても台車傾角が大きくなりすぎて転倒するというようなことは起こらない。アーム機構自体が安全装置を含んでいるということができる。
【００５９】
（１２）それに傾斜角θによって、モータの回転数と傾斜角変化の割合が変動するのは必ずしも不都合なことばかりではない。本発明はボールネジによってアームを押して三角形の底辺長さを変化させているので傾斜角θが大きいときに角度変化率が小さくなる。傾斜角θが大きいというのはレ−ルの傾斜が大きいところだということで険しい土地を走行しているのである。そのような険しいところで角度変化がゆっくりと起こるのはむしろ望ましいことである。
【実施例１】
【００６０】
図面によって本発明の中間軸傾斜電動モノレールを説明する。図１は水平状態にある乗用モノレール全体の右側面図である。
【００６１】
ここは水平であるが右が高く左が低い地形であり、図１において右側が前方、左側が後方として説明する。図２は台車部分の平面図である。図３は正面図（後端面）である。
【００６２】
本発明の実施例にかかる乗用モノレール１は下部の走行装置２と上部の台車３とよりなる。レール４は角型の筒状のレールである。６０ｍｍ×６０ｍｍ×３．２ｍｍｔである。レール４の側面にはラック８が溶接される。ラック付きレール４の直下にはガイドレール５がある。ガイドレール５とレール４は上下一体になるように組み合わされている。レール４、ガイドレール５は３ｍ単位で突き合わされており突き合わせ部分で短い支柱６によって保持される。
【００６３】
レールと地面の隔たりは僅かである。支柱６の下方には正方形状板である沈下防止板７が設けられる。沈下防止板７は地面の上に置かれ打ち込みパイプ９によって固定される。支柱６は沈下防止板７によって保持される。支柱の高さは沈下防止板７に溶接された円筒ハブの螺子を緩めてまたねじ込むことによって調節できる。
【００６４】
レール４の側面はラック８が溶接される。ラック８は鋼鉄の四角棒に歯切りしたものである。ラックの歯は下向きになっている。レ−ルの側面のラックの上下に余分のスペースがある。それは車輪の鍔部が通過するために必要である。
上方の台車３は床板１０、側板１２、１２、前板１３、後板１４、屋根１５などの外殻部をもつ。台車３の床面１０の上にはハネ上げ式椅子１６が前後２対設けられる。４人がけの乗用台車である。車椅子を載せるときは椅子を跳ね上げて空いたスペースに車椅子を載せる。そのときは二人乗りとなる。台車３の内部には操作盤１７が設けられる。それは停止、発進などを指示するスイッチなどを有する。台車の後部には制御盤１８がある。これはモータ、インバータ、傾斜角制御回路などの電気的な制御部分を全て含んでいる。台車３の上半部は窓１９となっている。
【００６５】
台車３の床板１０より下には傾斜した横カバー２０がある。これが前で持ち上がり、後ろで下がっているのは、レールが傾斜したときにレールとカバーが平行に近くなるようにするためである。床板１０、前板１３の中心部の一部が窪み２１となっており、そこへ走行装置２の一部が侵入できるようになっている。
【００６６】
一方の側面には、両開き扉２２が設けられる。ここから乗客、車椅子が出入りする。扉はこの例では片面だけにあるが両面に設けても良い。扉は内外から開閉できる。内側から扉２２をロックできるようにしてもよい。乗り降りする場所は大抵は水平であるが場合によっては傾斜地であるかもしれない。本発明は中間部を軸にして台車を回転させるのだから、傾斜地であっても台車扉付近の床面と地面の距離はほとんど不変である。だから傾斜地であっても乗降に特に難儀するというようなこともない。窓１９は単なる開口としてもよいが、アクリルのような透明プラスチック嵌め殺しの窓としてもよい。また透明窓で昇降開閉可能のものとすることもできる。
【００６７】
レール４とガイドレール５は呂の字形の断面を持つ複数の継ぎ板２６によって結合される。下車輪をレールに当てるため、レール４の下面両端が少し開いている必要がある。そのため継ぎ板２６の厚みが制限される。継ぎ板２６は上下のレールに溶接され上下のレールを一体化させる。上下にレールを組み合わせるので上下方向の力に対する剛性が高まる。重いモノレールを支えることができる。３ｍ単位でレールが製造されるが上下レール間に継ぎ手２６の他に、両端に連結プレート２７が溶接される。連結プレート２７を対向させ螺子２８を通しナットで締めると隣接レールが一体化される。
【００６８】
図３の正面図において、走行装置２の下に駆動ピニオン２５がラック８に噛み合っているのが見える。さらに左下方に給電機構９０が見える。
【００６９】
図４はレールが傾斜しているときの乗用モノレール１の様子を示す。走行装置２はレール４に沿って傾斜しているがその上の台車３は水平である。台車の前方は下がり、後方は上がっている。台車３が単なる箱であるとレール４が床板を擦るようになるが、前方の一部が窪み２１となっているので、レール４が窪み２１の中に侵入し、レール４と台車３外壁は非接触である。
【００７０】
横カバー２０を一部除去した状態を図４は描いているので、走行装置２の電動動力車３０が見える。電動動力車３０は１つの車両の前後に１基ずつ設けられる。だから合計で４つの電動動力車３０がある。電動動力車３０はアルミ合金製のフレーム３１の中に上下車輪や、動力伝達機構、制動装置、駆動ピニオンなどを設けたものである。
【００７１】
電磁ブレーキ３２は、電気入力があると開いており、電気入力が切れると制動が働くようになっている。さらに異常な速度が出たときに急停止する非常停止ブレーキもある。これら走行停止装置は本発明の新規な特徴ある点ではないので、これ以上説明しない。
【００７２】
フレーム３１の上には左右換向可能な継ぎ手２９があり、それによって走行装置枠３３にフレーム３１が取り付けられる。走行装置枠３３にはモータ取り付けフレーム３４によって角度調節モータ３５が水平方向に固定される。これは台車を傾斜させ、ある角度に維持するためのモータである。
【００７３】
角度調節モータ３５は走行装置枠３３に平行に伸びる長いボールネジ３６を回転させる。ボールネジ３６に螺合するナットには下枢軸を介して２本の角度調節アーム３７の下端が固定される。２本の角度調節アーム３７の上端は台車床板１０の左右側方の角度調節アーム先端軸受３８によって回転可能に支持される。台車枠（床板１０の枠）と、走行装置枠３３の間にはショックアブソーバ３９が設けられる。これは台車枠の回転運動に抵抗を与えることによってガタツキや衝撃が発生しないようにしている。
【００７４】
台車枠の前後方向中間部と走行装置枠の前後方向中間部が枢結されている。中間点で枢結する、これが重要なところである。中間点で枢結するから重心が中間点のほぼ直上にあり常にバランスがとれている。前端を中心にすれば台車が持ち上がりすぎて重心が上がり不安定になる。ところが本発明では中間点同士で枢結するので台車の重心と走行枠の重心との距離は殆ど変わらない。
【００７５】
そのために特別の工夫が必要である。台車の前端中央下部に窪みを設け走行枠が侵入できる余地を作っておく。これが第一に必要な工夫点である。台車前端中央下部の窪みは深く、レールや車輪、フレームの一部がここに侵入する。それだけの窪みが前端床を抉って設けられる。だから前端側は床の水平面積が不足するので車椅子を置くスペースに当てることができない。前側は固定椅子を設ける。この椅子はハネ上げ式椅子であるが、床面より一段高い所に脚部が固定されている。台車前方下面において床面が隆起しているから窪みをとることができる。
【００７６】
そのように前方下部の床面を一部犠牲にする。窪みが必要なので、それはやむをえない。それは台車の面積をやや減らすという欠点はあるが作りつけの椅子をそこに設けておけば椅子の下はどのみち不要な空間なのであるから大して不都合だというわけでない。
【００７７】
もう一つの工夫は、台車枠と走行装置枠の挟角を自在に変えるためのアームとボールネジの関係である。台車枠、走行装置枠の枢結点が前方（山側）へ寄るので、ボールネジの可動範囲をアームより前方に設けるのは難しくなる。そこでボールネジの可動範囲をアームよりも後方（麓側）に割り当てる。そうなると特許文献３のようにモータがボールネジを引っ張る時に台車が上がるのではなくて、モータがボールネジを押し出すときに台車が上がるということになる。特許文献３と、ボールネジとアームの関係が逆になる。しかしそれは必ずしも不都合ということでない。そうでなくてむしろモータにかかる非線形性が緩和されてモータの負担が軽減されるという利点をもたらす。そのような点は力学的なもので容易に説明できない。後ほど構造の全体を述べてから詳しく述べよう。
【００７８】
上の台車枠と下の走行装置枠をそれぞれの中間点で枢結するため、走行装置枠３３の前後方向中間部には三角形の台車支持軸取り付けプレート４０が固定される。台車床枠の前後方向中心位置には台車支持プレート４１が固定される。それは台車支持軸受４２を内部に保持する。これは回転軸４８を回転自在に支持するものである。プレート４０、４１、軸受４２、回転軸４８によって、台車３の中間部が、走行装置２の中間部に回転自在に枢結されたことになる。
【００７９】
図５、６のようにモータ３５の出力軸はカプリング４３を介してボールネジ３６につながる。内側の走行装置枠の横桟４９にはボールネジ支持用軸受取付プレート４５が設けられる。ボールネジ支持軸受取付プレート４５、４５から継ぎ軸を介して中央部にボールネジ支持ブロック４６が設けられる。これはモータ３５によって回転駆動されるボールネジ３６の基端を回転自在に保持する支持ブロックである。
【００８０】
図５は走行装置枠の平面図、図６は走行装置枠の側面図、図７はボールネジ支持ブロック４６付近の図５でのＡ−Ａ断面図、図８は角度調整ナット４７付近の図５でのＢ−Ｂ断面図である。これらによって走行装置枠３３の構造を述べる。前で左右に延びる前枠５１、左側方で前後に延びる左枠５２、後ろで左右に延びる後枠５３、右側方で前後に延びる右枠５４によって長方形のを外枠を形成している。これらはいずれも矩形断面の鉄角材である。
【００８１】
左枠５２の内側に長手桟５５が前後方向に延長するよう設けられる。長手桟５５と左枠５２の間には横桟５６、５７が前後に設けられる。
【００８２】
右枠５４の内側に長手桟６２が前後方向に延長するよう設けられる。長手桟５５、長手桟６２の間には横方向の桟が５本取り付けられる。後ろから順に後桟５８、後桟５９、中桟６７、前桟６０、前桟６１である。
【００８３】
右側でも同様であり、右枠５４と長手桟６２の間には横桟６３、横桟６４が溶接固定されている。さらに後枠５３と後桟５９の間には後基台７０が設けられる。先述の後桟５８は基台７０の上に当て後基台７０を補強するものである。同様に前枠５１と前桟６０の間には前基台７２がある。前桟６１は基台７２の中間部に溶接され基台を補強する。後基台７０、前基台７２はその直下に電動動力車３０を取り付ける部分である。だから堅牢であることが必要である。走行装置枠３３はそのように外枠と縦横の桟と基台とからなる。
【００８４】
走行装置枠３３はそのように、下方には動力車（フレーム、車輪、ピニオン、モータ）が取り付けられ、上には中間回転軸機構を通じて台車を回転可能に保持し、アーム、モータ３５、ボールネジ、上下の枢軸によって台車と走行装置の傾斜角を任意に調整できるようにしている。走行装置枠３３の下方の前後には動力車が付くから開いた空間は中央部にしか存在しない。中央の余裕のある部分の空間を傾斜角可変機構（アーム、モータ、ボールネジ）のために有効に利用する。動力車内部の走行のためのモータと、傾斜角可変機構のモータ３５は別のものである。混同してはならない。
【００８５】
ボールネジ回転用のモータ３５は減速器つき正逆回転可能なモータである。交流モータであるから速度調節はやや難しい。モータ３５は前後方向に延びるボールネジ３６を正逆に回転する。ボールネジ３６の中途に角度調整ナット４７が螺合する。角度調整ナット４７には横方向に延びる下移動枢軸６９が固定される。下移動枢軸６９の両端には角度調節ローラ８０、８０（図７）があって長手桟５５、６２の直下に設けられたコの字形断面の角度調整ガイド８３の中を前後に転動するようになっている。下移動枢軸６９の左右角度調節ローラ８０、８０のすぐ内側に角度調整ナット用軸受８２があって内輪は下移動枢軸６９に固定され、外輪は左右のアーム３７、３７の下端に固定されている。
【００８６】
アーム３７、３７の上端は斜め上にある上固定枢軸６８に固着されている。上固定枢軸６８の両端は、台車（床１０）枠のアーム先端軸受３８によって回転可能に支持される。（中間）回転軸４８、下移動枢軸６９、上固定枢軸６８によって作る三角形が力の三角形であり、これが台車の傾斜角を決定する三角形である。（中間）回転軸４８の中心をＲ、上固定枢軸６８の中心をＰ、下移動枢軸６９の中心をＱとすると、ＲＱＰが前記の力の三角形だとみなすことができる（図１０）。
【００８７】
モータがボールネジを正逆に回転させると角度調整ナット４７が前に移動するかあるいは後ろに移動する。それによって下移動枢軸６９が前後に随動する。その両端に回転自在に取り付けたアーム３７、３７の下端も前後に移動する。それによって、台車枠が昇降する。それは台車枠３３の回転軸４８まわりの回転となる。回転すると走行装置枠の挟角θが変動する。だから台車の傾斜角が調節される。
【００８８】
さて角度調節モータ３５の合計の回転数Ｍを積算していく必要がある。初期状態を合わせておけば、モータの回転数は、ボールネジの全回転数と同じことである。例えば右廻りを正とし左廻りを負とする。右回り左回りに正負の符号を付けて回転数を積算するとナットの位置が分かる。ボールネジのピッチをｐとする。ボールネジがｍ回転するとボールネジに螺合する角度調整ナット４７はｍｐだけ移動する。
【００８９】
だから下移動枢軸６９（Ｑ）の軸にそった移動量ｘはｘ＝ｍｐ＋定数という関係にある。中央回転軸４８（Ｒ）と上固定枢軸６８（Ｐ）の距離ＰＲは一定である。アーム３７の長さが上固定枢軸６８（Ｐ）と下移動枢軸６９（Ｑ）の距離ＰＱであるが、それは一定値である。だから力の三角形ＲＰＱにおいて、ＰＲとＰＱが一定であり、ＱＲだけが変数となる。ＱＲの変化によって台車枠と走行装置枠の挟角θが変わる。
【００９０】
ボールネジ（モータ）回転数を監視するための装置がボールネジ回転検出センサ７３である。それはボールネジ３６の根元に取り付けられた星形の回転検出ボス７４と近接して設けられる。回転検出ボス７４とセンサ７３の組み合わせは何で合っても良いのである。たとえば回転検出ボス７４が永久磁石で、センサ７３がホール素子であってもよい。また回転検出ボス７４が鏡面と粗面の交代する面でセンサが発光素子と受光素子の組み合わせとして反射光を検出するものであってもよい。
【００９１】
図９は回転検出ボスの拡大図である。それは円盤状で４つの凸部８５と４つの凹部８４をもつ。さらにボールネジに固定されるためのネジ８６を備える。これは４つの突起を周面に保有するから、１／４回転の精度でボールネジの回転量Ｍを求めることができる。絶対値でなくて正逆の区別をして回転数を勘定する。そのようにボールネジ回転検出ボス７４とボールネジ回転検出センサ７３によってボールネジの全回転数Ｍを常時求める。それは下移動枢軸６９（Ｑ）の位置を示すことになる。
【００９２】
下移動枢軸６９には上向きにセンサドグ７５が取り付けられる。それは下移動枢軸６９の水平移動に随伴し下移動枢軸の移動範囲を限定するためのものである。走行装置枠３３の長手枠６２の中央より少し後ろよりに下限センサ７６が設けられる。長手桟６２のより後方に上限センサ７７が設置される。センサドグ７５は下限センサ７６と上限センサ７７の間を下移動枢軸６９とともに移動する。
【００９３】
角度調整移動ナット４７が後退しアーム３７が下がりセンサドグ７５が後退し下限センサ７６に当たると、それは停止信号を出しモータ３５の回転を止める。それ以上アーム３７は下降しない。反対に角度調整ナット４７が前進してアーム３７が上がりセンサドグ７５が上限センサ７７に当たると、センサ７７は停止信号を出しモータ３５の回転を止める。
【００９４】
そのように下移動枢軸６９の移動範囲を限定するためにドグ７５、上限センサ７７、下限センサ７６がある。つまりアームの回転角ΨをΨｕ≧Ψ≧Ψｄとする。Ψｕは上限センサにドグ７５が接触したときのアーム回転角であり、Ψｄは下限センサにドグ７５が接触したときのアームの回転角である。
【００９５】
しかしボールネジ３６の回転数Ｍはボールネジ回転検出センサ７３で検出しているから、そのＭの値から、上限Ｍｕ、下限Ｍｄの限定を与えることができる。それによってＭｕ≧Ｍ≧Ｍｄと範囲を限定できる。だから上限センサ７７、下限センサ７６はその正常の範囲を越えたときに非常停止用としてもよい。つまり上限センサの感受する回転数Ｍｕ’、下限センサの感受する回転数Ｍｄ’をＭｕ’＞Ｍｕ≧Ｍ≧Ｍｄ＞Ｍｄ’とすればよい。そうすると正常運転時は上限センサ７７も下限センサ７６も働かないということになる。
【００９６】
図１０は走行装置枠がθだけ傾斜し台車枠が水平である場合の走行装置枠台車の関係を示す図である。図４の傾斜状態に対応するものである。台車と走行装置枠は中央の固定支点Ｒにおいて台車支持プレート４１、台車支持軸受４２、回転軸４８等によって回転可能に支持される。
【００９７】
二点鎖線で台車３を示す。前中央に窪み２１があり、走行装置枠の前方６２、５１は窪み２１の中へ入り込んでいる。台車前下方中央部に窪み２１があるからそのような傾きが可能となる。窪み２１のため床板１０の一部が盛り上がり、その上にハネ上げ式椅子１６が設けられることになる。後方の床板１０はもっと下の方にあるから支柱を立てて椅子１６を設けるようになっている。後方床板１０には隆起がないから車椅子をこの部分に載せることができる。
【００９８】
走行装置枠３３の前後の基台７０、７２には動力車３０が取り付けられるが図１０では省略している。前後に動力車のスペースがあるから、ブレーキ付きモータ３５は枠の中央より少し前方にギヤドモータ取り付けフレーム３４によって固定される。前方に延びるボールネジ３６の先端に角度調整ナット４７が押しやられている。ナット４７の位置に下移動枢軸６９（Ｑ）があり、アーム３７の下端がこれによって枢支される。
【００９９】
アーム３７の上端は台車枠の移動支点（Ｐ）、上固定枢軸６８、角度調整アーム先端軸受３８などによって、台車枠に枢結される。台車枠と走行装置枠の間には旋回運動に抵抗を与え衝撃力を緩和するショックアブソーバ３９がある。力の三角形はＰＱＲである。ＰＱ、ＰＲは一定で、ＲＱがモータ３５によって変動する。既に述べたように、中間部を回転軸４８で支持するから、アームの台車枠取り付け部位Ｐ（６８）が後ろへよるので、ボールネジナットが先端にあるときにアームが立ち、ボールネジナットが根元近くにあるときアームが寝るということになる。
【０１００】
つまり角ＰＱＲ（図１０）が鈍角である。それは本出願人が以前に発明した従来特許文献３（角ＰＱＲが鋭角）とは反対の関係である。台車回転の軸４８が台車の中間部にあるからアーム３７の作用点である上枢軸６８の位置が後ろへ寄ってしまう。ところがボールネジ３６の方は前後に走行台車があり、それの邪魔にならないようにあまり伸ばせない。だからボールネジナット４７（Ｑ：下移動枢軸）が前側へ寄り角ＰＱＲが鈍角になるのである。しかしこれは角ＰＱＲを鋭角とする従来特許文献３よりも力の変動を少なくする作用があり、かえって好ましいことである。それは後に述べる。図１０はナット４７、下移動枢軸６９が前進位置にありアームが走行装置枠に対して立っている状態を示すが、その状態からナット４７、下移動枢軸６９を後退させるとアーム３７が寝て行くので、台車の傾斜角θが減少してゆく。
【０１０１】
ナット４７、下移動枢軸６９がモータ側の近接位置へ移動するとアーム３７が寝て、台車枠と走行装置枠が平行になる。ナット４７、下移動枢軸６９がモータ最近接位置になるとθは負になる。それは経路によるが逆向きに傾斜する部分が一部に含まれる経路の場合はθが負の領域も作っておかなくてはならない。
【０１０２】
図１１は動力車とレールの部分だけを示す正面図であり、図１２は動力車・レールの側面図である。沈下防止板７は中央に穴があり、そこにパイプ８７が溶接してある。パイプ８７に支柱６を挿入し適当な高さになるようにしてボルトを締めて固定する。沈下防止板７は地面の上に打ち込みパイプ９によって固定される。横方向に伸びるレール受けパイプ８８の両端には円筒８９、８９が溶接される。円筒８９、８９の高さを調節してボルトを締めてレール受けを固定する。レール受け８８はレール４、５を保持する他、給電線も保持する役目を持っている。
【０１０３】
給電機構９０は地上側と動力車側のものがある。地上側（固定側）ではレール受け８８から垂直に立てられた支持柱９１、その上に横方向に伸びるように設けられる給電線保持材９２、給電線保持材９２によって下向きに設けられるトロリーダクト９３、トロリーダクト９３の内部に設けられる５本の給電線よりなるトロリー９４等よりなる。５本の給電線のうち３本が電力線であり、２本は信号線である。
【０１０４】
動力車側の給電機構９０は、図１１、図１２にも現れるように、５本のトロリー９４に摺接する舟形の５つの集電シュー９５と、集電シュー９５を上下揺動可能に支持する５つの集電アーム９６と集電アーム９６を弾性的に持ち上げるスプリング９７、集電シュー９５から延びる電線コード９８、集電アーム９６、スプリング９７の他端を保持するブラケット９９などよりなる。トロリー９４は三相交流を流す電流線と２本の信号線からなる。集電シュー９５も３つは電力用で２つは信号用である。集電シュー９５は下からトロリー９４に接触しながら滑ってゆく。
【０１０５】
電線コード９８の端子には制御盤からの電線が接続されているのであるが図示を略した。集電機構をフレーム３１に対して支持する機構は、ブラケット９９を固定する角溝つき対ブロック２００と、対ブロック２００によって挟まれた突き出し棒２０１、突き出し棒２０１の端に溶接された継ぎ棒２０２、継ぎ棒２０２のフランジ２０３に螺子で固定されフレーム３１に固定される横板２０４とよりなる。
【０１０６】
トロリー９４、集電シュー９５、電線コード９８を通り、電力は、前後２つの駆動用の電動動力車のモータに供給される。また台車傾斜用のモータにも供給される。さらに制御盤において直流に変換されて制御回路の電源ともなる。
【０１０７】
左右の支柱６によってその中間水平に支持されるレール受けパイプ８８の上に跨台座２０５が固定される。跨台座２０５の上にはブロック２０６、２０７がボルト２１０によって固定される。
【０１０８】
動力車のフレーム３１はアルミ合金であり３層の構造となっている。それは前後の上車輪、下車輪、駆動ピニオンなどを軸受、軸とともに保持し、電動機、ブレーキ等をも保持する機能がある。フレームから下向きに左右前後に４つのガイドローラ２０８、２０９が片持ち支持されている。ガイドローラ２０８、２０９はガイドレール５の左右に接触転動する。ガイドローラ２０８、２０９は遊輪であって駆動力はないが左右の揺れ、転倒を防ぐ。
【０１０９】
フレームはレールの上前後に２本の長車軸、レールの下前後に４本の短車軸を持っている。上レール４はラック８が右側面（図１１）に下向きに溶接され、駆動ピニオン２５がそれに噛み合っている。上レ−ル４の上には中間溝のある糸巻き形両鍔付きの前後ふたつの上車輪２２０がのっている。上車輪２２０の軸は両持ちされる。これが荷重を受ける車輪である。中間部に浅い溝があるのは左右の揺れで上車輪が摩耗したときに中間部が肥大した鼓形に変形するのを防ぐためである。
【０１１０】
レール左下の隅は前後二つの下部車輪２２２が接触している。下部車輪２２２は短軸によって片持ちされる。レール右下の隅は同軸である駆動ピニオン２５と下部車輪２２１が接触している。いずれも短い軸で片持ちされる。同軸であるが駆動ピニオン２５は動力伝達機構の末端にあってモータ駆動力によって回転する。下車輪２２１は遊輪で力を伝えない（図１３）。右下隅は同じ下車輪２２２を前後二つ設けることが難しいが、前は遊輪の下車輪２２２、後ろは駆動ピニオン２５の内側に設けた遊輪の下車輪２２１となっているのである。下車輪２２２、２２１の形状は同じで同様に遊輪であるが、駆動ピニオン２５の内側を下車輪２２１の形状にえぐってあり、そこへ下車輪２２１を潜り込ませている。
【０１１１】
図１１においてフレーム３１の左に突出しているのがブレーキ付き電動機２２３である。その駆動力が、減速機構を通じて右側の駆動ピニオン２５を回転させる。トロリー機構９２、９４のすぐ上にあるが数ｃｍの隙間があるから電動機２２３はトロリーに接触しない。フレーム３１の右側側面に突出しているのが電磁ブレ−キ３２である。電動機２２３と電磁ブレ−キ３２をバランス良く配置してある。
【０１１２】
フレーム３１は、上方にある回転継ぎ手２９によって走行装置枠の基台７０、７２に水平方向回転可能な条件で結合される。継ぎ手２９の上に横棒２２４があり、横棒２２４の円形断面の両端部が軸受２２５に支持される。軸受２２５はボルト２２６によって基台７０に固定される。
【０１１３】
上車輪軸２３０、２３２（図１２、図１３）は偏心軸である。上車輪軸２３０、２３２の端部には複数の止め穴をもつ調節プレート２３３、２３４（図１２）が取り付けられる。調節プレートを廻すと上車輪の上下高さが僅かに変化する。上下車輪とレールの隙間を最適な値に調節して調節プレートの止め穴に螺子を差し込んで調節プレートを固定する。
【０１１４】
下後ろの車軸（Ｅ軸）２７２は駆動ピニオン２５の車軸であるが、これに回転検出部２３６が設けられる（図１１、１２、１３）。それは駆動ピニオンの回転数を数えるものである。回転数を示すパルス信号は出力コード２３７によって制御盤に伝達される。ラック・ピニオンの噛み合いによって動力車が動くから滑りがない。回転数に駆動ピニオンのピッチ円周を掛けたものが走行距離である。たとえば駆動ピニオンのＰＣＤ（ピッチ円直径）を１１２ｍｍとすると、ピッチ円周はπ×１１２ｍｍ＝３５１．６８ｍｍとなる。
【０１１５】
それに始点からの回転数Ｍをかけると、始点からの距離（経路長）ｓとなる。回転数というのは正負の符号を含めて積算したものである。前進の場合は相加え、後退の場合は引いてゆく。この例では、ｓ＝３５１．６８Ｍとなる。始点からの走行距離（経路）ｓは常に計算されており、傾斜角Υをｓの関数Υ（ｓ）として常時求める。
【０１１６】
図１３によってフレーム内部の車輪、軸、軸受などの構造を説明する。回転自在の継ぎ手２９によって動力車フレームと走行装置枠の基台が接続されるのであるが、継ぎ手２９は横棒２２４と一体であるＴ型軸２４０と軸受よりなる。Ｔ型軸２４０は円筒部２４２と細径部２４３を有する。
【０１１７】
Ｔ型軸２４０、２４２、２４３が、円筒状の立て軸受２４４の内部へ挿入されて、両者の間にテーパーローラーベアリング２４５、２４６が上下に設けられる。荷重を受けるためにアンギュラ軸受が用いられる。
【０１１８】
フレーム３１はＡフレーム２４７、Ｂフレーム２４８、Ｃフレーム２４９の３つの板部材を結合したものである。ボルト２５２によって、Ｂフレーム２４８に立て軸受２４４が結合される。ボルト２５３によってＣフレーム２４９と立て軸受２４４が結合される。
【０１１９】
上車軸２３２は先ほども述べたように偏心軸である。中央部の太い部分が偏心しておりその部分に４つの軸受２５６、２５７、２５８、２５９の内輪が固定され、外輪に上車輪２２０が取り付けられる。重い荷重がかかるので４つの軸受を並列に用いている。
【０１２０】
図１３において、上車軸２３２の右側の小径部２６１はＡ、Ｂフレーム２４７、２４８の穴を貫いている。先端の角型部２６０は調整プレート２３４の角穴を貫く。調整プレート２３４は適当な穴にボルト２５０が挿通されＡフレームに止められている。さらに先端の雄螺子部２６２にはナット２６３が螺合している。
【０１２１】
上車軸２３２の左側の小径部２６４はＣフレーム２４９の穴を貫く。左端の雄螺子部２６５にはボルト２６６が緊締される。下車輪２２２、２２１は軸の位置が変わらない。下車輪・上車輪の距離はレール（６０ｍｍ×６０ｍｍ×３．２ｍｍ）の高さとほぼ等しくなければならない。ギャップを調節するために上車輪を上下させる。そのために偏心軸とし調整プレート２３４によって高さを変える。
【０１２２】
強い荷重が掛かる上車軸を偏心させるよりも荷重が掛からない下車軸を偏心させる方が荷重の点では無理がない筈である。しかし下車軸は駆動ピニオンと同軸になり、駆動ピニオンの軸（Ｅ軸）は歯車減速機構の終端軸であり、それをずらせるということは難しい。そのためにやむをえず上車軸を上下させてレールと車輪とのギャップの調節をしているのである。
【０１２３】
図１１のように左側にブレーキ付き電動機２２３があり、その駆動力がモータ軸（Ａ軸）によって右側のフレーム２４８、２４７の内部に設けられている動力伝達減速機構に入力される。つまりフレーム２４７、２４８はミッションケースとなっている。小歯車と大歯車を組み合わせた３段〜４段の歯車減速機構がフレーム２４７、２４８の間の内部空間にある。その減速器空間部分は封止され潤滑油が満たされたオイル溜め３００となっている（図１３）。減速器空間にはＢ軸、Ｃ軸、Ｄ軸などの大小歯車が取り付けられた軸と軸を支持する軸受があり、軸に取り付けられ互いにかみ合う歯車が存在する。
【０１２４】
ここではこれらの減速機構、歯車、軸は省略して最終段の大歯車２７０とそれとスプライン（廻り止め）契合するＥ軸２７２だけを図示した。Ｅ軸２７２は直径が異なる幾つかの部分をもつ軸である。中間部でＥ軸２７２は軸受２７４、２７５によってＢフレームの穴に回転自在に保持される。左端の小径部では軸受２７６を介して遊輪である下車輪２２１が回転可能に支持される。その他の上車輪、下車輪ともに全て遊輪であって、軸受によって軸に取り付けられる。
【０１２５】
下車輪２２１のすぐ内側においてＥ軸２７２にはスプラインが切られており、そこへ駆動ピニオン２５が挿入固定されている。駆動ピニオン２５はＥ軸２７２と固結されているから同一回転をする。駆動ピニオン２５と下車輪２２１は同軸であるが、下車輪は遊輪であり同一回転しない。線速度は同一であるが半径が違うので回転角速度が異なる。
【０１２６】
下車輪２２１は遊輪でありレールの下端左部分に接触し動力車が浮き上がるのを防ぐ。下車輪の接触部における線速度はモノレールの速度Ｖと等しい。また駆動ピニオンのラックとの接触部におけるピッチ線（一点鎖線で示す）での線速度はＶである。ところが下車輪２２１と駆動ピニオン２５では半径が違う。線速度が同一で半径が異なるから、回転角速度が異なる。しかしそれは僅かな相違である。それに側面に接している下車輪２２１はベアリング２７６を設けているため回転可能であるから、それは問題でない。
【０１２７】
Ｅ軸２７２はＢフレーム２４８、Ａフレーム２４７においてオイルシール２７８、２７９によって封止される。それはフレーム２４７、２４８の内部のオイル溜め３００のオイルを保持するためである。
【０１２８】
Ｅ軸２７２の右端には回転検出部２３６が設けられる。それは駆動ピニオンの回転を検出するためのものである。図１４は回転検出部２３６の図１３におけるＡ−Ａ断面図である。
【０１２９】
Ｅ軸２７２の右端２９０は細径のスプラインとなっており、それに円形十字の十字コマ２９２が固定される。十字コマ２９２には４つの凹部２９３と４つの凸部２９４を有する。その下方には近接センサ２９５がΓ型金具２９６によって上向きに保持される。Γ型金具２９６はボルト２９７によってＡフレーム２４７側面に固定される。膨出三角形状の回転検出部ケース２９８はボルト２９９によってＡフレーム２４７側面に固定される。
【０１３０】
近接センサ２９５は、電気的、磁気的、電磁的または光学的な手段によって凸部２９４の接近を検出する。凸部２９４が通過する瞬間に一つのパルスを出すようになっている。駆動ピニオンが１周するごとに４つパルスが出る。パルスの数を数えると、始点あるいは終点からの走行距離がわかる。駆動ピニオンのＰＣＤ（pitch circle diameter）にπ／４を掛け、パルス数をかけたものが走行距離である。前進あるいは後進の別は制御盤で認識しているから回転数（パルス数）の符号は制御盤で付与する。符号も含めて積算し経路長ｓを知ることができる。
【０１３１】
Ｃフレーム２４９の下車輪穴には下車軸２８２が差し込んである。下車軸２８２の内側軸２８５には軸受２８６を介し、下車輪２２２が回転自在に保持される。下車輪２２２はレール４の下左端を押さえる。下車軸２８２の外端の雄螺子部２８３にはナット２８４がねじ込まれており下車軸を堅固に保持する。
【０１３２】
Ｂフレーム２４８の下面には雌螺穴３０２が縦方向に穿孔してある。それにローラ軸３０３の上端の雄螺子３０４をねじ込む。細径部３０５には６角形のボス３０６を嵌込む。ローラ軸３０３の太径部には軸受３０７、３０８の内輪（インナーレース）を差し込みカラー３０９で止める。軸受の外輪にはガイドローラ２０８を押し込む。リングカラー３１０によって外輪を抜け止めする。
【０１３３】
Ｃフレーム２４９の下端にも雌螺穴３２０が切ってある。それにローラ軸３２２の雄螺子部３２３を螺合固定する。細径部３２４には６角形のボス３２５がはめこんである。ローラ軸３２２の大径部には軸受３２６、３２７があり、ガイドローラ２０９を回転可能に保持している。軸受３２６、３２７の内輪はカラー３２８で、外輪はカラー３２９で抜け止めする。ガイドローラ２０８、２０９は下レ−ルの側面を転動することにより横方向の力を受けてモノレールの安定な姿勢を保つ。
【０１３４】
図１６は発進時の速度変化を示す図である。図１７は停止時の速度変化を示す図である。スムーズに発進停止するのが望ましいので、立ち上げに３秒掛けている。速度を３秒間で所定の速度まで連続的に増やす。停止のときも同様で３秒前から徐々に減速してゆきショックのないように緩やかに停車する。
【０１３５】
図１８に本発明で台車を持ち上げるために用いている角度調整リンクの概略図を示す。台車・走行装置枠を中間部で回転可能に結合する回転軸中心がＲ点である。Ｐが台車枠に結合された上固定枢軸の中心である。水平線ＰＵは台車枠を示す。台車枠は常に水平に維持されるべきなので、ここでも水平に描いている。点Ｒから台車枠ＰＵに下した垂線の足がＵである。Ｑ点がアーム下端下移動枢軸の中心である。
【０１３６】
ボールネジ軌跡をＶＱＳによって示す。ボールネジ軌跡線に回転軸中心Ｒから下した垂線の足がＳ点である。Ｓ点がボールネジによって前後に移動するナット・下移動枢軸の基準位置である。ボールネジ線は走行装置枠線と平行である。だから上の水平線と走行装置枠線の挟角θが傾斜角である。
【０１３７】
Ｕ、Ｒ、Ｐは台車枠に取った固定点である。ＵＲは鉛直線である。その延長上にＮ点をとる。回転軸Ｒよりアーム上端上固定枢軸Ｐは少し上にあるから鉛直方向にＵＲ＝Ｌ２の差ができる。ここでＵＲはＬ２＝８０ｍｍ（定数）である。水平距離ＰＵはＰＵ＝Ｌ１＝６５０ｍｍ（定数）である。回転軸Ｒと上固定枢軸Ｐの距離はＰＲ＝６５４．９０４６ｍｍ（＝Ｂ：定数）である。
【０１３８】
Ｒ、Ｓは走行装置枠にとった固定点である。回転軸Ｒとボールネジの軌跡は上下方向に離隔しているから距離ＲＳが生ずる。ＲＳ＝Ｌ３＝１８７．５ｍｍ（定数）である。
【０１３９】
ＱＰはアームの上固定枢軸・下移動枢軸間の距離であって一定値をとる。ＱＰ＝５７０ｍｍ（＝Ａ；定数）。ＳＱがボールネジ上における下移動枢軸Ｑと基準位置Ｓの距離でこれが変数である。だからＳＱ＝ｘとする。ｘが減るとアームが寝て来るから挟角θは減る。ｘが増えるとアームが立ち上がり挟角θは増える。
【０１４０】
角度の関係がやや複雑である。∠ＵＲＰ＝θ１とする。これは一定角度である。∠ＰＲＱ＝θ２とする。これが変数となる。∠ＱＲＳ＝θ４とする。これも変数となる。∠ＴＲＱ＝θ５とする。それはθ４の余角（合わせて９０度）をなす。傾斜角は台車枠を水平にしたとき走行装置枠の水平からの傾きである。だから∠ＮＲＳが傾斜角θである。θ１＋θ２＋θ４＝∠ＵＲＳ＝θ＋１８０゜であるから、
【０１４１】
θ＝θ１＋θ２＋θ４−１８０゜    （１）
＝ｔａｎ−１（Ｌ１／Ｌ２）＋θ２＋θ４−１８０゜
【０１４２】
である。あるいは、θ４の代わりにθ５（＝９０゜−θ４）を用いて、
θ＝θ１＋θ２−θ５−９０゜        （２） 
＝ｔａｎ−１（Ｌ１／Ｌ２）＋θ２−θ５−９０゜ 
【０１４３】
というように書くことができる。θ１はｔａｎθ１＝Ｌ１／Ｌ２であるから定数であってＬ１、Ｌ２の値を決めれば正確な値を求めることができる。
【０１４４】
θ１＝ｔａｎ−１（Ｌ１／Ｌ２）＝ｔａｎ−１（６５０／８０）＝８２．９８３゜（３）
【０１４５】
である。これを（２）に代入すると、
θ＝θ２−θ５−７．０１６５゜    （４）
【０１４６】
となる。下移動枢軸位置Ｑを変動させて（ｘ＝ＱＳ）傾斜角θの変化を調べる。ｘの変数として、θ２とθ５の二つがあるので計算が複雑になる。ｘからθを計算することはできる。しかし反対にθからｘを解析的に計算できない。
【０１４７】
力の三角形ＰＱＲにおいて、ＰＱ＝Ａ（定数）、ＲＰ＝Ｂ（定数）、ＱＲ＝Ｃ（変数）とする。
【０１４８】
Ａはアームの上下枢軸の距離ＰＱである。ここではＡ＝５７０ｍｍとしている。ＢはＢ＝（Ｌ２２＋Ｌ１２）１／２によって計算できる。Ｌ１＝６５０ｍｍ、Ｌ２＝８０ｍｍの場合、Ｂ＝６５４．９０４６ｍｍである。Ｃ＝（Ｌ３２＋ｘ２）１／２である。θ２は余弦定理によって決まる。
【０１４９】
Ａ２＝Ｂ２＋Ｃ２−２ＢＣｃｏｓθ２    （５）
であるから、
【０１５０】
【数１】
2005263147.tif 000003
【０１５１】
ｔａｎθ４＝ｘ／Ｌ３によってθ４を計算できる。ｘの方がＬ３より大きいので近似計算する場合は収束性が悪い。だから余角のθ５をｔａｎθ５＝Ｌ３／ｘによってつまりθ５＝ｔａｎ−１（Ｌ３／ｘ）によって計算するようにしてもよい。
【０１５２】
これらを（４）に代入すると、ｘとθの関係式を得る。
【０１５３】
【数２】
2005263147.tif 000004
【０１５４】
これは正確な式でありｘからθを一義的に決定する事ができる（表１）。しかし逆に解くことができない。θからｘを求めることはできない。
【０１５５】
Ａ＝５７０ｍｍ、Ｂ＝６５４．９０４６ｍｍ、Ｌ３＝１８７．５ｍｍとして、ｘの範囲（ボールネジの基準位置からナット・下移動枢軸の距離範囲）を１３０ｍｍ〜４７０ｍｍとして、１０ｍｍ刻みにｘの値を与えて、傾斜角θを計算した。
【０１５６】
【数３】
2005263147.tif 000005
【０１５７】
これはＥＸＣＥＬを使えば容易に計算できる。その結果を表１に示す。
【０１５８】
【表１】
2005263147.tif 000006
【０１５９】
１〜３５は番号、２欄〜５欄のＬ１＝６５０ｍｍ、Ｌ２＝８０ｍｍ、Ｌ３＝１８７．５ｍｍ、Ａ（アーム長さ）＝５７０ｍｍというのは図に与えた定数である。６欄が変数ｘの値を示す。１３０ｍｍから４７０ｍｍまで１０ｍｍごとの値を与えている。１０ｍｍごとに計算したのは、ボールネジのピッチがｐ＝１０ｍｍだからである。が、刻みは任意に変更してもよい。７欄がｘの値をいれて（１０）式などによって計算した傾斜角θの値（度）である。８欄はθ＝０からの移動量である。
【０１６０】
ｘ→θの計算はできるが、θ→ｘの計算ができないのであるが表にしてみると、θ→ｘの関係もわかってくる。
【０１６１】
ｘ＝１３０ｍｍでθ＝−３．７６１゜である。
ｘ＝１４０ｍｍでθ＝−１．４６５゜、ｘ＝１５０ｍｍでθ＝＋０．７１３である。内挿することによって、ｘ０＝１４６．６６７ｍｍ゜でθ＝０゜を取るだろうということがわかる。
【０１６２】
傾斜角の上限は土地によって違うがここでは２７゜としてみる。それに対してｘはｘ２７＝４０８．２１３ｍｍである。そうすると、水平から２７゜までの傾斜をもつ土地にレールを付設する場合、ｘの変域はｘ＝１４６．６６７ｍｍ〜４０８．２１３ｍｍである。０゜から２７゜のストロークはＳ０２７＝２６１．５４６ｍｍである。
【０１６３】
これをグラフにして図１９に示した。横軸は下移動枢軸の基準位置からの距離ｘ（ｍｍ）であるが必ずしも対応は正確でない。縦軸は傾斜角θ（゜）である。傾斜角の範囲は−３．７６２゜〜＋２８．３３０゜である。傾斜角θと、ｘがリニヤでない。それが問題である。初めの立ち上がり（ｄθ／ｄｘ）は０．１４゜／ｍｍ程度でありかなり速い。
【０１６４】
しかし次第に曲線は緩やかな上昇を示すようになる。ｘ＝２８０ｍｍの当たりでは０．０９゜／ｍｍに低下する。ｘ＝３２０ｍｍの近くでは、０．０６７゜／ｍｍに下がる。さらにｘ＝４１０ｍｍ近傍では０．０３゜／ｍｍ程度に上昇速度が落ちる。そのようにボールネジのナット（下移動枢軸）の変位ｘに対し、傾斜角θが線形でない。それは問題である。
どういう問題があるのか？一つはθが大きい領域での追随性が悪いということであり、もう一つはθが小さいときに、モータ、ボールネジ、アームにかかる力が大きくなりすぎるということである。
【０１６５】
追随性の問題について述べる。それはθが小さいときは角度変化は速いが、大きい所で傾斜角変化速度が低下するということである。傾斜角変化の遅延は傾斜がきつい領域での傾斜角制御を難しくする。モータによる傾斜角変化速度が充分に早ければ非線形性は大して問題でなく傾斜角変化に速やかに追随できれば良い。しかし傾斜角変化速度はもともとあまり速くない。それがθの大きい部分で遅延すると制御の遅れが台車の有意の傾斜を余儀なくする。
【０１６６】
たとえばモータ３５の極数を４とする。商用交流（関西）が６０Ｈｚとすると、１分間の回転数は６０×６０×２／４＝１８００ｒｐｍである。ギヤドモータであって減速器を内蔵する。その減速比を１／２５とすると、ボールネジの１分間の回転数は１８００ｒｐｍ／２５＝７２ｐｒｍである。
【０１６７】
ボールネジの１ピッチをｐ＝１０ｍｍとすると、ボールネジに螺合するナット・下移動枢軸の移動速度はｖ＝１０×７２＝７２０ｍｍ／分＝１２ｍｍ／秒である。交流モータであるから滑りが少しあるが、大体この一定速度でナット・下移動枢軸が前後に移動する。１ピッチｐ＝１０ｍｍだけ進む時間は１０ｍｍ／１２ｍｍ／秒＝０．８３秒である。
【０１６８】
θ＝２７゜、０゜、−３゜の３つの場合を考えよう。
θ＝２７゜    ｘ＝４０８．２１３ｍｍ 
θ＝０゜      ｘ＝１４６．６６７ｍｍ 
θ＝−３゜    ｘ＝１３３．２６ｍｍ 
【０１６９】
２７゜〜０゜の変化において、 ｘの差が、２６１．５４６ｍｍであるから、その変化に必要な時間Ｔ０２７は
【０１７０】
Ｔ０２７＝２６１．５４６ｍｍ／１２ｍｍ／秒＝２１．８秒
【０１７１】
これはつまり傾斜角が２７゜から０゜あるいは反対に０゜から２７゜までに変化するのに２１．８秒かかるということである。
【０１７２】
モノレールの走行速度がＶ＝３０ｍ／分＝０．５ｍ／秒であるとする。それは歩行速度の半分程度である。その場合でも０゜〜２７゜の傾斜角変化に２１．８秒かかるようでは遅すぎる。たとえば上下方向にＲ＝１００００ｍｍ＝１０ｍの曲率半径の傾斜があるとする。０゜から出発し２７゜にいたるまでにモノレールが約５ｍ走行することになる。
【０１７３】
Ｖ＝０．５ｍ／秒なので５ｍ移動する速度は１０秒である。２７秒よりずっと短い時間（１０秒）で２７゜の傾斜角変動が生じる。つまりそれでは追随できないということである。Ｒ＝１０ｍの傾斜角変動というのは実際にはかなりきついものである。そのような地形が実際にあるとは限らないがその程度の傾斜角変動に追随することが望まれる。
【０１７４】
［近似計算］ 
図１８のリンク機構において、ｘ→θの計算は一つ一つ正確に実行することができるが、反対にθ→ｘの計算はできずそれでは見通しが悪い。そこで近似計算をして両者の関係をより明白にしよう。
【０１７５】
Ａ＝５７０ｍｍ、Ｂ＝６５５ｍｍ、Ｃ＝（１８７．５２＋ｘ２）１／２ｍｍ
Ｌ３＝１８７．５ｍｍであり、これによって式（１０）を近似計算することを考える。
【０１７６】
【数４】
2005263147.tif 000007
【０１７７】
ｘ＝０の廻りで近似計算すると収束性が悪い。表１の結果を見てｘ１＝２７６．４ｍｍの廻りで近似する。その場合Ｃ１＝３３４ｍｍとなる。
【０１７８】
ｃｏｓθ２＝（６５５２＋３３４２−５７０２）／２×６５５×３３４
＝２１５６８１／４３７５４０ 
＝０．４９２９４        （１１）
【０１７９】
ｔａｎθ５＝１８７．５／２７６．４＝０．６７８４    （１２）
【０１８０】
よってｘ１＝２７６．４ｍｍの場合
θ２＝６０．４６６゜     
θ５＝３４．１５１゜      （１３）
となるので 
【０１８１】
θ＝１９．２９８゜      （１４）
となる。
【０１８２】
２７６．４ｍｍの廻りでの近似であるから、そこからのずれをρとして、
ｘ＝２７６．４＋ρ      （１５）
【０１８３】
とする。（１１）式はρ（＝ｘ−２７６．４）を含むと次のようになる。
【０１８４】
【数５】
2005263147.tif 000008
【０１８５】
となる。ここまでは厳密式である。このままでは解析的に計算ができないので、ρの三次までを取る近似をする。
【０１８６】
ｃｏｓθ２＝０．４９２９４（１＋０．０８５５×１０−３ρ＋３．０１１×１０−６ρ２−４．０８×１０−９ρ３）                    （１７）
【０１８７】
テイラー展開することによってｃｏｓ−１（Ａ＋Ａｈ）の近似式を計算しよう。ｃｏｓ−１ｚの１階微分は−１／（１−ｚ２）１／２であり、２階微分は−ｚ／（１−ｚ２）３／２である。３階微分は−（１＋２ｚ２）／（１−ｚ２）５／２である。ｃｏｓ−１Ａ＝ξとすると、
【０１８８】
ｃｏｓ−１（Ａ＋Ａｈ）＝ｃｏｓ−１Ａ−Ａｈ／（１−Ａ２）１／２−Ａ／２（１−Ａ２）３／２×（Ａ２ｈ２）−（１＋２Ａ２）（Ａｈ）３／６（１−Ａ２）５／２…
（１８）
【０１８９】
となるのであるが、Ａ＝ｃｏｓξだから
【０１９０】
（１−Ａ２）１／２＝ｓｉｎξ    （１９）
Ａ３／２（１−Ａ２）３／２＝ｃｏｔ３ξ／２    （２０）
（１＋２Ａ２）Ａ３／６（１−Ａ２）５／２＝（１＋２ｃｏｓ２ξ）ｃｏｓ３ξ／６ｓｉｎ５ξ          （２１）
【０１９１】
であるから、
【０１９２】
ｃｏｓ−１（Ａ＋Ａｈ）＝ξ−（ｃｏｔξ）ｈ−（ｃｏｔξ）３ｈ２／２−（１＋２ｃｏｓ２ξ）ｈ３ｃｏｓ３ξ／６ｓｉｎ５ξ…  （２２）
【０１９３】
となるわけである。（１７）の逆関数の近似式を求めたい。
【０１９４】
θ２＝ｃｏｓ−１｛０．４９２９４（１＋０．０８５５×１０−３ρ＋３．０１１×１０−６ρ２−４．０８×１０−９ρ３）｝        （２３）
【０１９５】
であるが、
【０１９６】
Ａ＝０．４９２９４＝ｃｏｓξ、
ｈ＝０．０８５５×１０−３ρ＋３．０１１×１０−６ρ２−４．０８×１０−９ρ３
【０１９７】
だと思えば（２２）によってρの展開式にすることができる。
【０１９８】
ξ＝６０．４６６゜＝１．０５５３ラジアン、ｃｏｔξ＝０．５６６６、ｃｏｔ３ξ／２＝０．０９０９、（１＋２ｃｏｓ２ξ）ｃｏｓ３ξ／６ｓｉｎ５ξ＝０．０５９４９である。
【０１９９】
θ２＝１．０５５３−０．５６６６（０．０８５５×１０−３ρ＋３．０１１×１０−６ρ２−４．０８×１０−９ρ３）−０．０９０９×（０．０８５５×１０−３ρ＋３．０１１×１０−６ρ２−４．０８×１０−９ρ３）２−０．０５９４９ρ３×（０．０８５５×１０−３ρ＋３．０１１×１０−６ρ２−４．０８×１０−９ρ３）３…          （２４）
ρの３次の項までとると、
【０２００】
θ２＝１．０５５３−０．０４８４×１０−３ρ−１．７０６７×１０−６ρ２＋２．２６４８×１０−９ρ３…  （２５）
【０２０１】
ということになる。
【０２０２】
ｔａｎθ５についても同様の近似をする。
【０２０３】
ｔａｎθ５＝１８７．５／（２７６．４＋ρ）
＝０．６７８４（１−３．６１８×１０−３ρ＋１３．０９０×１０−６ρ２−４．７３６×１０−８ρ３…）  （２６）
【０２０４】
ということになる。
【０２０５】
同じようにテイラー展開することによってｔａｎ−１（Ａ＋Ａｈ）の近似式を計算しよう。ｔａｎ−１ｚの１階微分は１／（１＋ｚ２）である。２階微分は−２ｚ／（１＋ｚ２）２である。３階微分は（６ｚ２−２）／（１＋ｚ２）３である。
【０２０６】
ｔａｎ−１ｚ＝η、ｔａｎη＝ｚとすると、１階微分にＡを掛けたものはｓｉｎηｃｏｓηとなり、２階微分にＡ２を掛けたものは−２ｓｉｎ３ηｃｏｓηとなる。３階微分にＡ３を掛けたものはｃｏｓ３ηｓｉｎ３η（６ｔａｎ２η−２）である。
【０２０７】
ｔａｎ−１（Ａ＋Ａｈ）
＝ｔａｎ−１Ａ＋Ａｈ／（１＋Ａ２）−｛Ａ／（１＋Ａ２）２｝×（Ａ２ｈ２）＋（６Ａ２−２）／６（１＋Ａ２）３×（Ａｈ）３…
＝ｔａｎ−１Ａ＋（ｓｉｎηｃｏｓη）ｈ−（ｓｉｎ３ηｃｏｓη）ｈ２＋（６ｔａｎ２η−２）ｓｉｎ３ηｃｏｓ３ηｈ３／６＋…  （２７）
【０２０８】
（２６）式のｔａｎの逆関数の近似式を求めたい。
【０２０９】
θ５＝ｔａｎ−１０．６７８４（１−３．６１８×１０−３ρ＋１３．０９０×１０−６ρ２−４．７３６×１０−８ρ３＋…）                                                        
（２８）
【０２１０】
Ａ＝０．６７８４、ｈ＝−３．６１８×１０−３ρ＋１３．０９０×１０−６ρ２−４．７３６×１０−８ρ３とみなせば良い。
【０２１１】
η＝ｔａｎ−１０．６７８４＝０．５９６１ラジアン＝３４．１５３゜、ｓｉｎη＝０．５６１４０、ｃｏｓη＝０．８２７５４、ｓｉｎηｃｏｓη＝０．４６４６、ｓｉｎ３ηｃｏｓη＝０．１４６４２、（６ｔａｎ２η−２）ｓｉｎ３ηｃｏｓ３η／６＝０．０１２７  となるので
【０２１２】
θ５＝０．５９６１＋０．４６４６×（−３．６１８×１０−３ρ＋１３．０９０×１０−６ρ２−４．７３６×１０−８ρ３）−０．１４６４２×（−３．６１８×１０−３ρ＋１３．０９０×１０−６ρ２−４．７３６×１０−８ρ３）２
＋  ０．０１２７×（−３．６１８×１０−３ρ＋１３．０９０×１０−６ρ２−４．７３６×１０−８ρ３）３
…
＝０．５９６１−１．６８０９×１０−３ρ＋４．１６５×１０−６ρ２−６．７３４×１０−９ρ３…    （２９）
【０２１３】
これでθ５の近似式が求められた。θ２よりもθ５の変化の方が大きいということがわかる。θ２は殆ど変化しないということができる。θ２−θ５を計算すると
【０２１４】
θ２−θ５＝（１．０５５３−０．０４８４×１０−３ρ−１．７０６７×１０−６ρ２＋２．２６４８×１０−９ρ３…）−（０．５９６１−１．６８０９×１０−３ρ＋４．１６５×１０−６ρ２−６．７３４×１０−９ρ３…）
＝０．４５９２＋１．６３２５×１０−３ρ−５．８７１７×１０−６ρ２＋８．９９８８×１０−９ρ３…  （３０）
【０２１５】
ｘ＝２７６．４ｍｍということはアームがすでに∠ＰＱＲ＝９０゜の位置を左に越えており、ｘ（ρ）の増加によってもはやθ２は増えず、θ４が増える（θ５が減る）のでθが僅かに増えるということである。上の式の式の単位はラジアンである。７．０１６５゜＝０．１２２４６ラジアンであるから、（１０）式の近似式をラジアンで表現すると、
【０２１６】
θ（ラジアン）＝θ２−θ５−０．１２２４６
＝０．３３６７４＋１．６３２５×１０−３ρ−５．８７１７×１０６ρ２＋８．９９８８×１０−９ρ３…
（３１）
【０２１７】
となる。同じ式を度で表現すると（ρ＝ｘ−２７６．４）
【０２１８】
θ（度）＝１９．２９３＋９３．５３５×１０−３ρ−３３６．４×１０−６ρ２＋５１５．６×１０−９ρ３…
＝１９．２９３＋０．０９３５３５ρ−０．０００３３６４６ρ２＋０．００００００５１５６ρ３…
（３２）
【０２１９】
というようになる。検算をしてみよう。ｘから２７６．４ｍｍを引いたものがρである。ｘ＝１３０ｍｍから５０ｍｍごとにとった点でのθの値を上の３次近似式で求めた２〜３桁の値を示す。括弧の中には近似計算でないものとの差を示している。
【０２２０】
ｘ＝１３０ｍｍ、ρ＝−１４６．４ｍｍ  −３．２度     （＋０．５）
ｘ＝１８０ｍｍ、ρ＝−９６．４ｍｍ    ６．７度       （＋０．１）
ｘ＝２３０ｍｍ、ρ＝−４６．４ｍｍ    １４．２度    （−０．０）
ｘ＝２８０ｍｍ、ρ＝＋３．６ｍｍ      １９．６度    （−０．０）
ｘ＝３３０ｍｍ、ρ＝５３．６ｍｍ      ２３．４度     （−０．０）
ｘ＝３８０ｍｍ、ρ＝１０３．６ｍｍ    ２５．９度    （−０．０）
ｘ＝４３０ｍｍ、ρ＝１５３．６ｍｍ    ２７．６度     （＋０．０）
【０２２１】
この結果は、上の近似式がかなりよい近似であることを意味している。θをρで微分することによって変位ｘと傾斜角θの非線形性がわかる。
ｄθ／ｄρ＝０．０９３５３５−０．０００６７２９２ρ２＋０．０００００１５４５ρ３…
ρ＝−１４６．４ｍｍで０．２２５、ρ＝−９６．４ｍｍで０．１７２、ρ＝−４６．４ｍｍで０．１２８、ρ＝＋３．６で０．０９１、ρ＝５３．６で０．０６２、ρ＝１０３．６で０．０４０、ρ＝１４３．６で０．０２６である。この結果から見ても非線形性が大きいということがわかる。
【０２２２】
ボールネジ回転による下移動枢軸の位置ｘから傾斜角θを計算するのは一義的に行える。しかしθからｘを解析的に計算することはできない。そこでθを等しい刻みで変化させて、それに対するｘを求めることにした。それは多数のｘに対してθを計算しており、それから内挿してきりのよいθとそれに対するｘを計算できる。それを表２に示した。
【０２２３】
【表２】
2005263147.tif 000009
【０２２４】
第７欄のθ傾斜角をθ＝−３゜から１゜ずつ増やしてθ＝２８゜まで３２の場合について下移動枢軸の変位ｘを求めている。それが第６欄のものである。第８欄はθ＝０からの移動量（ｘ−ｘ０）を示す。たとえば−３゜〜−２゜のための移動量は４．４ｍｍである。しかし２５゜〜２６゜を引き起こすための移動量は２２ｍｍにもなる。ｘが増大に伴うθの変化の減少は、図１８の力の三角形において∠ＱＲＰ（θ２）がもはや増えず、∠ＱＲＳ（θ３）の僅かな増加がありそれだけによってθが増大するようになっているからである。
【０２２５】
図１８のようなリンクではもともと∠ＱＲＰ（θ２）の変化は乏しくて大体一定であり主に変わるのは∠ＱＲＳ（θ４）の方なのである。ところがそれはｔａｎ−１（ｘ／Ｌ３）の動きだから、ｘが大きくなるにつれて角度の変化は少なくなる。ｘとθの非線形はそのようなことに由来する。第１表、第２表に示すようにこの組み合わせだとθが２８度以上にはならないことがわかる。初めのオフセットの角度δ＝ｃｏｔ（Ｌ１／Ｌ２）＝７．０１６５度があるので、合計の変動可能な範囲は約３５度である。後で説明するが、それはＡ＝５７０ｍｍ、Ｂ＝６５４．９０４６ｍｍ、Ｌ３＝１８７．５ｍｍだからそうなるのであって、その他のパラメータの値を選ぶことによって傾斜角の変化領域は変わる。合計変動角はｓｉｎ―１｛（Ａ−Ｌ３）／Ｂ｝によって決まるのである。    
【０２２６】
図２１は傾斜角θが負であって、走行装置の後ろが持ち上がっている状態を示す。中間回転軸とアームが近接しており、アームやボールネジ、角度調整モータにかかる負荷が大きくなることがわかる。
【０２２７】
図２２は傾斜角がθ＝０であって、走行装置枠が水平の状態を示す。アームはなお中間の回転軸に近いのでアーム、ボールネジ、モータにかかる力が大きい。
【０２２８】
図２３は傾斜角がθ＝２７度の場合を示し、走行装置はレールの傾斜角Υと同じだけ傾斜している。アームは中心の回転軸から離隔しており、アームにかかる力、モータ、ボールネジに掛かる力が少なくなる。
【０２２９】
ボールネジや傾斜角調整用モータの前後には動力車が存在する。その中間の狭いスペースに、モータとボールネジを設置する必要があるから、アームのストロークを広くとることができない。そのためにθが０に近いあたりでのモータやアーム・ボールネジにかかる力はどうしても大きいものになる。しかし本発明では台車を中間の軸で枢支するので完全にバランスしていれば、そもそも軸廻りのモーメントが存在しないのだから巨大な力が働くというのではない。
【０２３０】
図２０はθの刻みを優先して横座標を書き直したθ・ｘのグラフである。しかし実際は横軸ｘが等間隔でなくて線形化できていない。
【０２３１】
図１８のようなリンク機構を採用するかぎりｘ・θ関係を線形化することは不可能である。しかしｘ・θを線形化する必要が実はない。実際には時間ｔと傾斜角θの関係ｔ・θを線形化すればよい。
【０２３２】
傾斜角が大きい部位（傾斜がきつい場所）では走行速度を落とすようにするし、傾斜角が大きいところで傾斜角変動が大きいのであるから、完全に線形化しなくてもよいわけである。
【０２３３】
ｔ−θの線形化のためにはθが大きい領域でのボールネジ駆動モータ回転速度をスピードアップすればよい。直流モータを使えばそれは簡単にできる。しかし大型の直流モータは高価格で入手しにくいし連続制御による熱損失も大きい。
【０２３４】
ここでは、交流モータを使いながら、ボールネジ駆動モータ３５の回転速度自体を傾斜角θの範囲に応じて変動させるようにする。交流モータを使うので周波数が６０Ｈｚであると一定回転するだけであり回転速度を変えることができない。そこでインバータを用いてモータに印加する交流の周波数を変えることにする。インバータを使うとコストを上げることになるのであるが、動力車の推進用の電動機の速度制御にインバータを使っているので、ボールネジ回転用モータにさらに別のインバータを使ったとしても、それほどコストアップというものではない。
【０２３５】
トロリーから２００Ｖ三相交流が給電される。それを整流して直流としてさらにＶＣＯ制御によって周波数の違う交流を作り出し、それによって交流モータを制御するようにする。ここではボールネジ回転用モータは極数が４で、１８００ｒｐｍ（６０Ｈｚ）のものであるとする。インバータでｆ＝５０Ｈｚ、６０Ｈｚ、７０Ｈｚの周波数の電力を作り出すようにする。５０Ｈｚでは１５００ｒｐｍで回転する。７０Ｈｚでは２１００ｒｐｍで回転する。そこで
【０２３６】
θ＝−３゜〜＋１０゜        ｆ＝５０Ｈｚ    Ｎ＝１５００ｒｐｍ
θ＝＋１０゜〜＋２０゜      ｆ＝６０Ｈｚ    Ｎ＝１８００ｒｐｍ
θ＝＋２０゜〜＋２８゜      ｆ＝７０Ｈｚ    Ｎ＝２１００ｒｐｍ
【０２３７】
というように傾斜角制御モータの速度を、θの範囲によって３通りに切り換えることにした。そうすると傾斜角が大きい領域でも傾斜角変動の速度を早めることができる。折れ線近似のようなものであるから、正確に線形化することはできない。
【０２３８】
表３はそのようにインバータを用いてモータ速度制御したときの傾斜角、下移動枢軸変位ｘ、インバータ周波数ｆ、モータ回転数Ｎ、モータ減速比（１／２５）、ナット（下移動枢軸）速度（ｍｍ／秒）、傾斜角を１度増やすための時間（秒）、その角度まで傾斜させるために要する時間を示す。
【０２３９】
【表３】
2005263147.tif 000010
【０２４０】
０度付近では、１度動かすための時間は０．４５秒である。傾斜角１０度付近では０．６３秒である。１１度では０．５４秒である。ここで１度あたり時間が減っているのは１０度のところでｆ＝５０から６０Ｈｚへ切り換えるからである。２０度傾斜では１度あたり時間は０．９秒である。２１度傾斜では１度あたり時間は０．８４秒である。ここで時間が減るのもｆ＝６０から７０Ｈｚへ切り換えるからである。
【０２４１】
そのようにしても完全に線形化されない。θ＝２７度での１度あたり時間は２秒であるから、０度での時間の５倍もかかることになる。それはそうなのであるが、θが大きく傾斜の険しいところでは動力車の走行速度Ｖを下げるので傾斜角の時間変動がそれによって緩和される。だからレール傾斜角変動に追随することができる。
【０２４２】
そして０度から１０度までの変化のための時間は５．３９６秒である。１０度から２０度までは６．９４４秒である。２０度から２７度までの時間は８．８７４秒である。０度から２７度までの合計の時間は２１．２１５秒である。
【０２４３】
地形によってはそれではなお遅すぎるということもあるかもしれない。
その場合はインバータの出力を５０、６０、７０Ｈｚという３刻みにしないで、もっと刻みを細かくして４０、５０、６０、７０、８０Ｈｚというようにモータ回転数の変化の幅を大きくすればよいことである。インバータを用いるのでモータ回転数をかなり広い範囲で自在に変更することができる。
【０２４４】
表４に本発明の電動乗用モノレールの仕様を示す。電動機は２つ搭載される。ブレーキつきの３．７ｋＷの定格の全閉外扇形３相かご形誘導電動機である。電磁ブレ−キは無励磁作動スプリング方式でＤＣ２４Ｖで動作する。電動機の速度制御に使うインバータは入力が２００Ｖ、５０Ｈｚ、６０Ｈｚで出力周波数は３０Ｈｚ〜６０Ｈｚである。
【０２４５】
【表４】
2005263147.tif 000011
【０２４６】
この発明の傾斜角変動のための機構は固定アーム（リンク）Ｂ、Ａを二つ組み合わせた開閉門扉のような動きをする。もしも二つのアームＢとアームＡが同じ長さであって、アームＡの他端がアームＢの枢結点Ｒ（図１８）を通る直線ＲＴを通るのであれば、アームＢがその直線となす角度をΘ、アームＡの他端と枢結点Ｒの距離をｘとして、ｃｏｓΘ＝Ｂ／２ｘによって単純にＢの水平線に対する傾斜角Θを求めることができる。
【０２４７】
しかし本発明が用いるのは図１８に示すように、アーム（リンク）Ａの他端が、枢結点ＲからＬ３だけ外れた直線ＳＱを動くというオフセットリンク機構だから話が複雑になっている。オフセットというのはＲＳ＝Ｌ３のことである。上に述べた実施例では角度変化は３５度程度しかとれないが、それはＡがＢに比べて短いからである。Ａを長くすることによって角度変動の範囲を広げることができる。変動範囲が広がるとともにアームの微小な動きで傾斜角が大きく変動するようになる。つまりモータ、ボールねじに係る反力が大きくなるということである。
【０２４８】
それはそうなのであるが、それはボールネジのピッチをより小さくするとかモータのパワーを増やすとかして克服できる。図１８のままでは直感性を欠きわかりにくいので、アームＡの他端がたどる道ＳＱＶを水平になるように書き直す。そしてアームＢが水平となす角度の変化を考える。図１５はそのような図面である。図１５に比べて傾斜角θだけ右回りした図である。簡単のため、必要なパラメータであるＡ、Ｂ、Ｌ３だけを書いている。それ以外のパラメータは大して問題でなく、この３つのパラメータだけが重要である。アームＡ、Ｂの長さをＡ、Ｂとする。
【０２４９】
図１５において、右端の点がアームＢの枢結点Ｒである。その下Ｌ３の位置に点Ｓがある。ＲＴ、ＳＷは水平線として書いてある。アームＢは枢結点Ｒを中心として半径Ｂの円弧ソツネナラムウを描く。半径Ｂの円の上をアームの中間軸Ｐが動く。つまり中間軸Ｐの軌跡が、円弧ソツネナラムウである。アームＡの上端は中間軸Ｐに付随して動く。アームＡの下端Ｑはボールネジの軸ＳＷの上を動く。つまりＳＷはボールネジの軌跡でありアームＡ下端Ｑの軌跡である。
【０２５０】
アームＢの傾斜角をΘとする。これは初期角δを差し引くと、台車の傾斜角θに等しい。つまりΘ＝δ＋θである。初期角δは先ほどの例では７．０１６５度であったが、それは自在に決めることができる。それはＬ１とＬ２の長さによって決まる初期角δである。δ＝ｓｉｎ−1（Ｌ２／Ｌ１）なのだから初期角δはＬ１、Ｌ２を変えると変化させることができる。そうはいうもののＬ２が０ではないから（台車枠の中間面と中間軸の距離を０にできないので）ある程度の範囲に限定される。初期角が必要なのでアームＢの上端（中間軸Ｐ）は最も低い位置にあるときがソである。このときアーム角度∠ソＲＴ＝δである。そのときアームＡの下端Ｑは、ＳＷ上のイ点にある。イソの長さがＡである。アームＡの下端がモータ・ボールネジ・ナットによって押されて、直線ＳＷ上を左右に移動する。
【０２５１】
ここでは（ボールネジに押されて）アームＡの下端Ｑが、イロハニホヘトというように移動したとする。Ｑがロのときに、中間軸Ｐは円弧上のツ点にある。Ｑがハのときに、Ｐはネにある。ＱがニでＰがナとなる。そのときのアームＢの傾斜角Θが大きくなってゆく。Θから初めのオフセットδを差し引いたものが傾斜角θである。θ＝Θ−δ。アームＡの下端（Ｑ点）がＳＷ上を等距離動いても図１５に示すように傾きΘの動く早さは一様でなくだんだんに鈍くなる。ネナラムウではずいぶんと角度変化は小さくなっている。それはｓｉｎ関数の動きをするからである。
【０２５２】
やがてト点にいたる。ト点ではアームＡがＳＷに直交する。ここで最大傾角をとる。オフセットＬ３だけＡから差し引いたもの（Ａ−Ｌ３）がＲＴより上のアームＡの長さであり、斜辺がＢなのだから、そのときの最大傾斜角Θｍは
ｓｉｎΘｍ＝（Ａ−Ｌ３）／Ｂ  （３３）
【０２５３】
という関係を満足する。これが大きいほど非線形性の始まりを遅くすることができる。この実施例では３５度程度となっているが、Ａを長くしてあるいはＢを短くしてこの角度を４０度以上にすると非線形性を抑えることができる。
【０２５４】
アームＡの下端点Ｑがト点を越えると今度はアームＢが下がり始める。チ点にいたるとムに、リ点にくるとラに下がる。ヌ点にＱがくると、ナへ下がる。ル点にくるとネに下がる。ヲ点だとツまで下がる。ワ点でソまで下がる。それは初期角δまで下がったということである。つまりアーム下端点Ｑ（ボールネジナット）がイロハニホヘトチリヌルヲワと直線的に伸びてゆくとき傾斜角Θは初め増えて後に減るという変動をする。
【０２５５】
しかも、その運動は非対称性が大きい。アームＡを押してゆくイロハニホヘトまでの移動距離Δｘは短い。アームＡによって引っ張られるトチリヌルヲワでの移動距離Δｘは長い。最初に述べた本出願人の先願の傾斜角制御モノレールは、トチリヌルヲワの部分を利用している。ボールネジナットの移動距離のストロークが長いからモータ負荷はあまり大きくならない。それは本出願人の先願の利点であるが反面ボールネジのストロークが長いから車両の下方にそれだけの広いスペースを必要とする。本発明の場合は、そのように広いスペースを取ることができない。それで前半のＢ＝６５４．９０４６ｍｍ、Ｌ３＝１８７．５ｍｍの部分だけを利用している。
【０２５６】
角度Θは、アームＡの下端点（ボールネジナット）Ｑ（ｘ＝ＳＱ）の二価関数であるが、それは非対称関数である。本発明は狭い方のイロハニホヘトを使うからモータ負荷は大きくなるがボールネジや軸受のためのスペースを節減することができる。
【０２５７】
角度ΘとＱ点位置ｘの関係はどのような関数になるかというと、図１５の上方の破線イロハニホヘリヌルヲワで示すような関数となる。これはＱがＳＷ上のイロハニホヘトオチリヌルワオワ点にあるときのΘの値を結んで得られた曲線である。複雑な関数形となるからここに具体的な関数形は示さないが、それは式（９）で与えられるものに定数の７．０１６５度を加えたものである。
【０２５８】
破線を見れば前半部で動作が急激であり、後半部で動作が緩やかであることがわかる。本発明は前半部を使い本発明者の先願は後半部を使っている。
【０２５９】
アームＡの長さＡが決定的に重要だということが直観的にわかる。
アームＡの長さＡが長いと、Ｐのストロークが長くなり、最大傾斜角Θｍが大きくなり調整可能な角度範囲は広くなる。非線形性も小さくなる。しかしナットの移動距離は短いからモータ負荷が過大になる。
【０２６０】
反対にアームＡが短いとモータ負荷は小さくなるがストロークが短くなり最大傾斜角が小さくなり非線形性が大きくなる。
【０２６１】
先ほどの実施例は短すぎる例である。実施例ではＡが短すぎるので最大傾斜角が小さくて余裕がない。Ａ＝５７０ｍｍ、Ｂ＝６５４．９０４６ｍｍ、Ｌ３＝１８７．５ｍｍなのでＡ−Ｌ３＝３８２．５ｍｍであり、（Ａ−Ｌ３）／Ｂ＝０．５８４となり、最大傾斜角Θｍ＝３５．７度となる。ここから初期角δ＝７．０１６５度を引いたものが２８．６８度となるが、それが最大傾斜角となる。表１、２で２８度付近で増加が鈍くなっているのは最大角２８．６８度に近いからである。ｓｉｎ−１｛（Ａ−Ｌ３）／Ｂ）｝が３５度あっても初期角δの存在のために２８度が極大になり非線形になってしまう。初期角は必ず存在するということは既に説明した。
【０２６２】
しかし、それは本発明のオフセットリンク機構の内在的な欠点ではない。
アームＡを長くすればよいのである。たとえばΘｍを４５度にしようとすれば、
（Ａ−Ｌ３）／Ｂ＝０．７０７      （３４）
とすればよい。Ｂ＝６５４．９０４６ｍｍ、Ｌ３＝１８７．５ｍｍというパラメータはそのままとすれば、Ａ＝６５０．５２ｍｍとすればよいのである。
【０２６３】
そうなるとＡはＢにほぼ等しくなるが最大傾斜が４５度になるから、初期角を７度としても、３８度まで傾斜角を調整することができる。
そのようにするとボールネジナットのわずかな動きでアームＢが大きく傾く。つまりモータ・ボールネジにかかる反力が大きくなる。しかし線形性は著しく改善されるのである。
【０２６４】
初期角を７度、最大の傾斜角を４５度とすると、必要な最大傾斜角Θｍは５２度となる。その場合でも
ｓｉｎ−１｛（Ａ−Ｌ３）／Ｂ｝＝５２            （３５）
となるようにＡ、Ｂ、Ｌ３を選べば良い。Ｂ＝６５４ｍｍ、Ｌ３＝１８７ｍｍとすると、Ａ＝７０２ｍｍであればよいのである。
【０２６５】
角度ΘとアームＡの下端Ｑのｘ座標の関係は
ｘ＝＋ＢｃｏｓΘ−｛Ａ２−（ＢｓｉｎΘ＋Ｌ３）２｝1/2        （３６）
によって与えられる。初期角がδであるから初期のｘ１は
ｘ１＝＋Ｂｃｏｓδ−｛Ａ２−（Ｂｓｉｎδ＋Ｌ３）２｝1/2      （３７）
【０２６６】
であるが、最終角度はアームＡがＳＷに直交するときであるので、そのときのｘ２は
ｘ２＝｛Ｂ２−（Ａ−Ｌ３）２｝１／２      （３８）
となる。ｘの移動範囲（ストローク）はｘ２からｘ１を引いたものであり、
ｘ２−ｘ１＝｛Ｂ２−（Ａ−Ｌ３）２｝１／２−Ｂｃｏｓδ−｛Ａ２−（Ｂｓｉｎδ＋Ｌ３）２｝1/2          （３９）
【０２６７】
ここからもわかるようにＡを長くすると移動範囲も減る。
そのようにＡを長くすると線形性が良くなり調整可能な角度範囲が増えるが、モータにかかる反力は増える。それは問題であるが本発明は中間部を枢支するという特別な構造になっており軸回りに大体バランスしているのだから荷重は初めから大きくなくモータ反力も当然にあまり過大にはならない。
【０２６８】
次にオフセットリンクの問題である。ここでオフセットといのはＬ３が０でないことから発生するものである。初期角δの発生する原因はＬ２であって両者を混同してはならない。Ｌ３が０でないのは、走行装置枠において、中間回転軸Ｒがボールネジの軌跡ＶＳと同一直線上にないからである。それはどうしても仕方のないことである。
【０２６９】
しかし、それは却って好都合の点もある。図１５に示すように、上枢軸点Ｐの軌跡は、前半部イロハニホヘにおいて角度変化が急激で、後半部リヌルヲワで変化が遅いという非対称性がある。本発明はその非対称性を有効に利用して上枢軸の運動を前半部に限定しモータ回転、ボールネジの回転に対してアームの起立回動運動を早くしている。既に述べたように本出願人の先願は後半部の運動を使ったものであるから動きが遅い（力のかかり方は弱くなる）という問題がある。しかし本発明は非対称運動の早い方の半分（前半部）をアーム、枢軸の運動に採用しているから、より迅速な回動運動を実現することができる。
【０２７０】
さらに先に述べたように（Ａ−Ｌ３）／Ｂをある程度大きくすると非線形性も少なくなるので有用である。
【図面の簡単な説明】
【０２７１】
【図１】水平地における本発明の実施例にかかる１両型の電動乗用モノレールとレールの右側面図。
【０２７２】
【図２】モノレール台車の屋根を除いた状態の平面図。
【０２７３】
【図３】本発明の実施例にかかるモノレールの正面図。
【０２７４】
【図４】傾斜地における本発明の実施例にかかる乗用モノレールの右側面図。
【０２７５】
【図５】乗用モノレールの走行装置枠だけの平面図。
【０２７６】
【図６】走行装置枠の右側面図。
【０２７７】
【図７】走行装置枠のボールネジ支持ブロック４６付近の図５におけるＡ−Ａ断面図。
【０２７８】
【図８】走行装置枠の角度調整ナット４７付近の図５におけるＢ−Ｂ断面図。
【０２７９】
【図９】ボールネジ回転数を検出するための回転検出ボス７４の断面図。
【０２８０】
【図１０】傾斜値において台車は水平に保たれ走行装置枠はレール傾斜に平行であるようになっている状態の走行装置枠の右側面図。
【０２８１】
【図１１】動力車・走行装置・レールの正面図。
【０２８２】
【図１２】走行装置・動力車・レールの右側面図。
【０２８３】
【図１３】動力車の車輪・車軸・減速器・回転検出とレールの正面図。
【０２８４】
【図１４】駆動ピニオン軸とともに回転する十字コマと近接センサからなる回転検出機構の図１３におけるＡ−Ａ断面図。
【０２８５】
【図１５】角度調整アーム・下移動枢軸・上固定枢軸・回転軸・ボールネジ・ナットなどが作る角度調整機構において、ボールネジを回転させて角度調整アームの下端を押し広げていった時の上固定枢軸Ｐが描く軌跡を示し、ボールネジナットの位置に対して上固定枢軸の位置をプロットしたグラフ（破線）を示す説明図。
【０２８６】
【図１６】本発明の乗用モノレールの発進時の速度変化を示す図。
【０２８７】
【図１７】本発明の乗用モノレールの停止時の速度変化を示す図。
【０２８８】
【図１８】角度調整アーム・下移動枢軸・上固定枢軸・回転軸・ボールネジ・ナットなどが作る角度調整のための力学的構造を略して示す説明図。
【０２８９】
【図１９】ボールネジによって前後に動くアーム下端の下移動枢軸の変位ｘ（ｃｍ）と、台車・走行装置枠の挟角（傾斜角）θの非線形の関係を示すグラフ。
【０２９０】
【図２０】ボールネジによって前後に動くアーム下端の下移動枢軸の修正された変位ｘ（ｃｍ）と、台車・走行装置枠の挟角（傾斜角）θの線形の関係を示すグラフ。
【０２９１】
【図２１】走行装置が負の傾斜角θ＝−３度のときの台車・走行装置レール、アーム、ボールネジなどを示す側面図。
【０２９２】
【図２２】走行装置が水平（θ＝０度）のときの台車・走行装置レール、アーム、ボールネジなどを示す側面図。
【０２９３】
【図２３】走行装置が正の傾斜角θ＝２７度のときの台車・走行装置レール、アーム、ボールネジなどを示す側面図。
【符号の説明】
【０２９４】
１  １両型の乗用モノレール  
２  走行装置  
３  台車  
４  レール  
５  ガイドレール  
６  支柱  
７  沈下防止板  
８  ラック
９  打ち込みパイプ
１０  床板
１２  側板
１３  前板
１４  後板
１５  屋根
１６  ハネ上げ式椅子
１７  操作盤
１８  制御盤
１９  窓
２０  横カバー
２１  窪み
２２  両開き扉
２５  駆動ピニオン
２６  継ぎ板
２７  連結プレート
２８  螺子
２９  継ぎ手
３０  電動動力車
３１  フレーム
３２  電磁ブレ−キ
３３  走行装置枠
３４  モータ取り付けフレーム
３５  角度調節モータ
３６  ボールネジ
３７  角度調節アーム
３８  角度調節アーム先端軸受
３９  ショックアブソーバ
４０  台車支持軸取り付けプレート
４１  台車支持プレート
４２  台車支持軸受
４３  カプリング
４５  ボールネジ支持軸受取付プレート
４６  ボールネジ支持ブロック
４７  角度調整ナット
４８  回転軸
４９  横桟
５０  継ぎ軸
５１  前枠
５２  左枠
５３  後枠
５４  右枠
５５  長手桟
５６  横桟
５７  横桟
５８  後桟
５９  後桟
６０  前桟
６１  前桟
６２  長手桟
６３  横桟
６４  横桟
６７  中桟
６８  上固定枢軸
６９  下移動枢軸
７０  後基台
７２  前基台
７３  ボールネジ回転検出センサ
７４  回転検出ボス
７５  センサドグ
７６  下限センサ
７７  上限センサ
８０  角度調節ローラ
８２  角度調整ナット用軸受
８３  角度調整ガイド
８４  凹部
８５  凸部
８６  ネジ
８７  パイプ
８８  レール受けパイプ
８９  円筒
９０  給電機構
９１  支持柱
９２  給電線保持材
９３  トロリーダクト
９４  トロリー
９５  集電シュー
９６  集電アーム
９７  スプリング
９８  電線コード
９９  ブラケット
２００  対ブロック
２０１  突き出し棒
２０２  継ぎ棒
２０３  フランジ
２０４  横板
２０５  跨台座
２０６  ブロック
２０７  ブロック
２１０  ボルト
２０８  ガイドローラ
２０９  ガイドローラ
２２０  上車輪
２２１  下車輪
２２２  下車輪
２２３  ブレーキ付き電動機
２２４  横棒
２２５  軸受
２２６  ボルト
２３０  上車輪軸
２３２  上車輪軸
２３３  調節プレート
２３４  調節プレート
２３６  回転検出部
２３７  出力コード
２４０  Ｔ型軸
２４２  円筒部
２４３  細径部
２４４  立て軸受
２４５  テーパーローラーベアリング
２４６  テーパーローラーベアリング
２４７  Ａフレーム
２４８  Ｂフレーム
２４９  Ｃフレーム
２５０  ボルト
２５２  ボルト
２５３  ボルト
２５６  軸受
２５７  軸受
２５８  軸受
２５９  軸受
２６０  角型部
２６１  小径部
２６２  雄螺子部
２６３  ナット
２６４  小径部
２６５  雄螺子部
２６６  ボルト
２７０  大歯車
２７２  Ｅ軸
２７４  軸受
２７５  軸受
２７６  軸受
２７８  オイルシール
２７９  オイルシール
２８２  下車軸
２８３  雄螺子部
２８４  ナット
２９２  十字コマ
２９３  凹部
２９４  凸部
２９５  近接センサ
２９６  Γ金具
２９７  ボルト
２９８  回転検出部ケース
２９９  ボルト
３００  オイル溜め
３０２  雌螺穴
３０３  ローラ軸
３０４  雄螺子
３０５  細径部
３０６  ボス
３０７  軸受
３０８  軸受
３０９  カラー
３１０  リングカラー
３２０  雌螺穴
３２２  ローラ軸
３２３  雄螺子部
３２４  細径部
３２５  ボス
３２６  軸受
３２７  軸受
３２８  カラー
３２９  カラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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