JP2002236065A - レール横方向水平力検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ねじれモーメントに比例する出力を低減しレ
ール横方向水平力を高精度で検出することができる方法
を提供する。 【解決手段】 レール１０の底部上面の第１位置Ｐ１〜
第４位置Ｐ４に基本ひずみゲージＡ〜Ｈの十字交差形ペ
アを４組貼り付けるとともに、レール腹部１２の両側の
中立軸上の第５位置Ｐ５〜第８位置Ｐ８に補正用ひずみ
ゲージａ１〜ｈ１の十字交差形ペアを４組貼り付け、ゲ
ージＡ＋Ｂ＋ｃ１＋ｄ１とゲージＣ＋Ｄ＋ａ１＋ｂ１と
ゲージＥ＋Ｆ＋ｇ１＋ｈ１とゲージＧ＋Ｈ＋ｅ１＋ｆ１
によりホイートストンブリッジ回路を構成しレール横方
向水平力Ｑの比例出力を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レールの側面の位
置である載荷位置においてレール長手方向に直角でかつ
水平に作用する力であるレール横方向水平力を検出する
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鉄道のレール（軌条）は、車両の車輪を
直接に支持するとともに、車両に滑らかな走行面を提供
し、車両を安全に誘導する線路の構成部材である。図１
３に示すように、レール１０の断面は、頭部１１と腹部
１２と底部１３により構成されている。

【０００３】レール１０の頭部１１には、図１３（Ａ）
に示すように、力Ｐと力Ｑが作用する。力Ｐは、車両の
自重や、走行中の車両の動揺等により、レール１０の頭
頂面１１ｄに垂直に上方から下方に向けて作用する垂直
力であり、輪重とも呼ばれる。また、力Ｑは、走行中の
車両の動揺や、曲線区間を走行する際の遠心力等によ
り、レール１０の頭部側面１１ｃＬの上部において、レ
ール長手方向に直角でかつ水平に作用する力であるレー
ル横方向水平力であり、横圧とも呼ばれる。レール長手
方向とは、図１３の紙面手前から紙面の奥に向かう方向
である。図１３は、左側を軌間内側（２本のレールの内
側）として図示している。

【０００４】また、図示はしていないが、レール１０に
は、レール長手方向に作用する力も加わる。この力は、
列車のけん引、制動等の際に車輪とレールの間に働く摩
擦力、温度変化によるレールの伸縮により発生する力等
である。

【０００５】上記した力Ｐ、Ｑ等は、レール１０の底部
１３をまくらぎ（図示せず）に取り付けるレール締結装
置（図示せず）に作用し、次にまくらぎに作用し、まく
らぎから道床（図示せず）に伝達される。これらの力
Ｐ、Ｑ等は、軌道の各部に種々の変形を発生させる原因
となるため、線路保守と密接な関連がある。したがっ
て、適宜の場合にその値を検出する必要がある。このた
め、これらの値については、各種の検出方法が提案さ
れ、用いられている。

【０００６】図１４は、レール横方向水平力Ｑを検出す
る従来の方法におけるひずみゲージの貼り付け位置を示
す図である。図１４（Ａ）はレール１０を軌間外側（２
本のレールの外側）から見た斜視図であり、図１４
（Ｂ）はレール１０を軌間内側（２本のレールの内側）
から見た斜視図である。また、図１５（Ａ）は、レール
１０の頭部１１を除去した状態で上方から見た平面図で
ある。

【０００７】図１４、図１５に示すように、レール１０
の軌間外側の底部上面１３ａＲには、ひずみゲージＤ、
Ａ、Ｂ、Ｃが貼り付けられ、レール１０の軌間内側の底
部上面１３ａＬには、ひずみゲージＥ、Ｈ、Ｇ、Ｆが貼
り付けられている。以下、ひずみゲージＡ〜Ｈを、「基
本ひずみゲージ」という。これらの基本ひずみゲージ
は、ＤとＡが互いに交差角度が９０°（直角）となり直
交するように配置されており、同様に、基本ひずみゲー
ジＢとＣ、基本ひずみゲージＥとＨ、基本ひずみゲージ
ＧとＦが、互いに交差角度が９０°（直角）となり直交
するように配置されている。ここに、レール１０の軌間
外側の底部上面１３ａＲは第１面に相当し、レール１０
の軌間内側の底部上面１３ａＬは第２面に相当してい
る。

【０００８】また、基本ひずみゲージＡ、Ｃ、Ｅ、Ｇ
は、レール長手方向Ｌの進行方向に向かって先端が右側
に角度４５°だけ傾斜するような状態で貼り付けられて
いる。この場合、レール長手方向Ｌの進行方向に対する
右側は、「第１の側」に相当している。また、基本ひず
みゲージＡの長手方向は「Ａ方向」に相当し、基本ひず
みゲージＣの長手方向は「Ｃ方向」に相当し、基本ひず
みゲージＥの長手方向は「Ｅ方向」に相当し、基本ひず
みゲージＧの長手方向は「Ｇ方向」に相当している。一
方、基本ひずみゲージＤ、Ｂ、Ｈ、Ｆは、レール長手方
向Ｌの進行方向に向かって先端が左側に角度４５°だけ
傾斜するような状態で貼り付けられている。また、基本
ひずみゲージＤの長手方向は「Ｄ方向」に相当し、基本
ひずみゲージＢの長手方向は「Ｂ方向」に相当し、基本
ひずみゲージＨの長手方向は「Ｈ方向」に相当し、基本
ひずみゲージＦの長手方向は「Ｆ方向」に相当してい
る。

【０００９】また、基本ひずみゲージＡとＤが交差する
位置（以下、「第１位置」という。）Ｐ１のレール長手
方向Ｌの座標位置は、レール横方向水平力Ｑの載荷位置
ＰＬからレール長手方向Ｌとは逆方向に第１距離δ１だ
け離れた位置となっている。基本ひずみゲージＥとＨが
交差する位置（以下、「第３位置」という。）Ｐ３のレ
ール長手方向Ｌの座標位置は、第１位置Ｐ１のｘ座標位
置と同一となっている。また、基本ひずみゲージＢとＣ
が交差する位置（以下、「第２位置」という。）Ｐ２の
レール長手方向Ｌの座標位置は、レール横方向水平力Ｑ
の載荷位置ＰＬからレール長手方向Ｌに第２距離δ２だ
け離れた位置となっている。基本ひずみゲージＦとＧが
交差する位置（以下、「第４位置」という。）Ｐ４のレ
ール長手方向Ｌの座標位置は、第２位置Ｐ２のｘ座標位
置と同一となっている。

【００１０】また、各ゲージ貼付位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ
３、Ｐ４は、レール１０の腹部１２の中心線（又は図１
３（Ａ）に示すレール中央対称面１４）に対して対称と
なっている。レール中央対称面１４は、レール１０の頭
部中央線１１ｄと底部中央線１３ｄを結ぶ平面である。
したがって、第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２は、レール
中央対称面１４に関して同一の側となる位置に配置され
ている。同様に、第３位置Ｐ３及び第４位置Ｐ４は、レ
ール中央対称面１４に関して同一の側となる位置に配置
されており、第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２とは逆側の
位置に配置されている。実際の測定においては、例え
ば、δ１＝δ２＝１００ｍｍ程度として実施されてい
る。

【００１１】図１５（Ｂ）に示すように、基本ひずみゲ
ージＡは、ゲージベース８１と、抵抗部８２と、リード
線８３及び８４を有して構成されている。ゲージベース
８１は、紙、ポリエステル樹脂等の電気絶縁材料からな
り、薄膜状に形成されている。抵抗部８２は、金属や半
導体等からなり、線状又は箔状に形成されている。抵抗
部８２の長さＬＧはゲージ長と呼ばれる。基本ひずみゲ
ージＡは、接着剤等により被測定物の表面に貼り付けて
使用される。

【００１２】被測定物に外力が加わると、基本ひずみゲ
ージＡの貼り付け位置である被測定物の表面に応力が発
生し、これに伴って抵抗部８２のゲージ長ＬＧに伸び又
は縮み量ΔＬが発生する。ΔＬとＬＧの比（ΔＬ／Ｌ
Ｇ）を「ひずみ」といい、被測定物の表面に発生する
「表面ひずみ」と等しい。金属等の抵抗は、ひずみに比
例して変化する。基本ひずみゲージＡの抵抗値をＲと
し、ひずみをε（＝ΔＬ／ＬＧ）とし、ひずみεによる
基本ひずみゲージＡの抵抗値の変化をΔＲとすると、下
式（１）の関係が成立する。 ΔＲ／Ｒ＝Ｋ×ε ………（１） ここに、Ｋは、比例定数であり、ゲージ率と呼ばれる。

【００１３】リード線８３及び８４は、金属等の導体で
形成され、外部の電気回路等との接続に用いられ、上記
したゲージの抵抗変化を電圧等の変化として外部に出力
する。基本ひずみゲージＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ
も、ひずみゲージＡと同様の構成及び作用を有してい
る。

【００１４】図１４、図１５に示す位置Ｐ１等に配置し
た基本ひずみゲージを、図１６に示すような「ホイート
ストンブリッジ回路」に接続することにより、レール１
０の底部１３の表面におけるせん断ひずみを測定するこ
とができ、このせん断ひずみはレール横方向水平力Ｑに
比例するため、測定した表面せん断ひずみからレール横
方向水平力Ｑを算出することができる。

【００１５】図１６に示すホイートストンブリッジ回路
９１は、４つの抵抗Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄を用い、抵抗Ｒ
₁とＲ₂を接続点ｔ２で接続し、抵抗Ｒ₂とＲ₃を接続点ｔ
３で接続し、抵抗Ｒ₃とＲ₄を接続点ｔ４で接続し、抵抗
Ｒ₄とＲ₁を接続点ｔ１で接続することにより、環状に閉
じる閉回路を構成し、接続点ｔ２とｔ４の間に電源２１
を接続して入力電圧Ｅ_iを印加するとともに、接続点ｔ
１とｔ３の間から出力電圧Ｅ_oを取り出すように構成し
た回路である。ここに、Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄は、その抵
抗の抵抗値も表している。

【００１６】キルヒホッフの法則より、出力電圧Ｅ
_oは、下式（２）で表される。

【数１】

【００１７】ここで、Ｒ₁×Ｒ₃＝Ｒ₂×Ｒ₄となるように
設定すると、このホイートストンブリッジ回路９１は平
衡状態となり、出力電圧Ｅ_oは零となる。その後、抵抗
Ｒ₁がΔＲ₁だけ変化し、抵抗Ｒ₂がΔＲ₂だけ変化し、抵
抗Ｒ₃がΔＲ₃だけ変化し、抵抗Ｒ₄がΔＲ₄だけ変化した
場合には、出力電圧の変化量ΔＥ_oは、下式（３）で表
される。

【数２】

【００１８】ここで、Ｒ₁＝Ｒ₂＝Ｒ₃＝Ｒ₄＝Ｒとし、Δ
Ｒ₁＝ΔＲ₂＝ΔＲ₃＝ΔＲ₄＝ΔＲとすれば、上式（３）
と上式（１）より、下式（４）となる。 ΔＥ_o＝（１／４）×Ｋ×ε×Ｅ_i ………（４） したがって、ひずみε（レール表面ひずみ）に比例する
出力電圧の変化量が得られ、温度変化の影響の補償や誤
差消去を行うことができる。

【００１９】このホイートストンブリッジ回路９１に、
上記した基本ひずみゲージＡ〜Ｈを結線したものが、図
１７に示すホイートストンブリッジ回路９２である。図
１７に示すように、ホイートストンブリッジ回路９２
は、ホイートストンブリッジ回路９１におけるＲ₁のか
わりに、基本ひずみゲージＡと基本ひずみゲージＢの直
列回路（以下、「第１ひずみ検出部」という。）６１ｄ
を用い、Ｒ₂のかわりに、基本ひずみゲージＣと基本ひ
ずみゲージＤの直列回路（以下、「第２ひずみ検出部」
という。）６２ｄを用い、Ｒ₃のかわりに、基本ひずみ
ゲージＥと基本ひずみゲージＦの直列回路（以下、「第
３ひずみ検出部」という。）６３ｄを用い、Ｒ₄のかわ
りに、基本ひずみゲージＧと基本ひずみゲージＨの直列
回路（以下、「第４ひずみ検出部」という。）６４ｄを
用いている。例えば、基本ひずみゲージＡのリード線８
３を接続点ｔ１に接続するとともに、基本ひずみゲージ
Ａのリード線８４を接続点ｔ５に接続し、基本ひずみゲ
ージＢのリード線８５を接続点ｔ５に接続するととも
に、基本ひずみゲージＢのリード線８６を接続点ｔ２に
接続することにより、直列回路を構成している。他の基
本ひずみゲージＣとＤ、ＥとＦ、ＧとＨについても同様
である。

【００２０】この場合、図１３（Ａ）に示すようにレー
ル横方向水平力Ｑが作用すると、各基本ひずみゲージＡ
〜Ｈに発生するひずみの極性は、伸びを正とし縮みを負
とすると、表１の中段に示すようになる。

【表１】

【００２１】ここで、レール横方向水平力Ｑについて
は、基本ひずみゲージＡ、Ｂ、Ｅ、Ｆのひずみの値は、
δ１＝δ２の場合には、理論的には等しくなると考えら
れるから、正の値ε５１と仮定し、基本ひずみゲージ
Ｃ、Ｄ、Ｇ、Ｈのひずみの値は、δ１＝δ２の場合に
は、理論的には等しくなると考えられるから、負の値ε
５２と仮定すると、図１７のホイートストンブリッジ回
路９２における接続点ｔ１とｔ２間の抵抗変化量Δ
Ｒ₁、接続点ｔ２とｔ３間の抵抗変化量ΔＲ₂、接続点ｔ
３とｔ４間の抵抗変化量ΔＲ₃、接続点ｔ４とｔ１間の
抵抗変化量ΔＲ₄は、基本ひずみゲージＡ〜Ｈの抵抗値
がすべてｒの場合には、それぞれ下式（５）〜（８）の
ようになる。

【００２２】 ΔＲ₁＝２ｒ×Ｋ×ε５１ ……（５） ΔＲ₂＝２ｒ×Ｋ×ε５２ ……（６） ΔＲ₃＝２ｒ×Ｋ×ε５１ ……（７） ΔＲ₄＝２ｒ×Ｋ×ε５２ ……（８）

【００２３】したがって、この結果を上式（３）に代入
すると、この場合の出力電圧の変化量ΔＥ_oは、下式
（９）で表される。 ΔＥ_o＝Ｋ×Ｅ_i×（ε５２−ε５１） ……（９）

【００２４】基本ひずみゲージＡ〜Ｈからのひずみε５
１とε５２は、レール横方向水平力Ｑに比例するから、
ホイートストンブリッジ回路９２の出力電圧の変化量Δ
Ｅ_oは、レール横方向水平力Ｑに比例する値となる。こ
の値は、第１横力比例出力に相当している。

【００２５】また、この場合には、基本ひずみゲージＡ
〜Ｈには、表１に示すように、垂直力（輪重）Ｐによる
伸縮も加わっている。垂直力Ｐが作用すると、各基本ひ
ずみゲージＡ〜Ｈに発生するひずみの極性は、表１の上
段に示すようになる。ここで、垂直力Ｐについては、基
本ひずみゲージＡ〜Ｄのひずみ値は、δ１＝δ２の場合
には、理論的には等しくなると考えられるから、正の値
ε５３と仮定し、基本ひずみゲージＥ〜Ｈのひずみ値
は、δ１＝δ２の場合には、理論的には等しくなると考
えられるから、正の値ε５４と仮定すると、図１７のホ
イートストンブリッジ回路９２における接続点ｔ１とｔ
２間の抵抗変化量ΔＲ₁、接続点ｔ２とｔ３間の抵抗変
化量ΔＲ₂、接続点ｔ３とｔ４間の抵抗変化量ΔＲ₃、接
続点ｔ４とｔ１間の抵抗変化量ΔＲ₄は、基本ひずみゲ
ージＡ〜Ｈの抵抗値がすべてｒの場合には、それぞれ下
式（１０）、（１０）´のようになる。

【００２６】 ΔＲ₁＝ΔＲ₂＝２ｒ×Ｋ×ε５３ ……（１０） ΔＲ₃＝ΔＲ₄＝２ｒ×Ｋ×ε５４ ……（１０）´

【００２７】したがって、この結果を上式（３）に代入
すると、この場合の出力電圧の変化量ΔＥ_oは零とな
り、レール横方向水平力Ｑには垂直力Ｐの影響は入らな
い。

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図１３（Ａ）
に示すようにレール横方向水平力Ｑが作用すると、レー
ル１０には、図１３（Ｂ）に示すような「ねじれモーメ
ントＴ」が発生し、これにより、レール１０の各部の表
面に、せん断ひずみτが発生する。このねじれモーメン
トＴにより各基本ひずみゲージＡ〜Ｈに発生するせん断
ひずみτの極性は、表１の下段に示すようになる。

【００２９】しかし、ねじれモーメントＴにより各基本
ひずみゲージＡ〜Ｈに発生するせん断ひずみの極性は、
レール横方向水平力Ｑにより各基本ひずみゲージＡ〜Ｈ
に発生するせん断ひずみの極性とまったく同一である。
したがって、レール横方向水平力Ｑに比例する出力を取
り出すためのホイートストンブリッジ回路を構成する
と、ねじれモーメントＴに比例する出力（以下、「第１
ねじれ比例出力」という。）も必ず重畳された出力（以
下、「第１出力」という。）となってしまい、この第１
ねじれ比例出力を除去することはできない。このため、
レール横方向水平力Ｑの正確な値を求めることができな
い、という問題があった。

【００３０】本発明は上記の問題を解決するためになさ
れたものであり、本発明の解決しようとする課題は、ね
じれモーメントに比例する出力を低減しレール横方向水
平力を高精度で検出することができる方法を提供するこ
とにある。

【００３１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係るレール横方向水平力検出方法は、レー
ルの側面の位置である載荷位置（ＰＬ）においてレール
長手方向（Ｌ）に直角でかつ水平に作用する力であるレ
ール横方向水平力（Ｑ）を検出する方法であって、前記
レールの表面の位置であるとともに、前記レール長手方
向（Ｌ）の座標位置が前記載荷位置（ＰＬ）から前記レ
ール長手方向（Ｌ）に第１距離（δ１）だけ離れた位置
である第１位置（Ｐ１）において前記レール長手方向
（Ｌ）に対して斜交する方向であるＡ方向のレール表面
ひずみを計測する基本ひずみゲージ（Ａ）と、前記第１
位置（Ｐ１）において前記Ａ方向に対して斜交する方向
であるＤ方向のレール表面ひずみを計測する基本ひずみ
ゲージ（Ｄ）と、前記レールの表面の位置であり、前記
レール長手方向（Ｌ）の座標位置が前記載荷位置（Ｐ
Ｌ）から前記第１位置（Ｐ１）とは反対方向に第２距離
（δ２）だけ離れた位置であり、かつ前記レールの下端
からの高さが前記第１位置（Ｐ１）と等しい位置である
第２位置（Ｐ２）において前記レール長手方向（Ｌ）に
対して斜交する方向であるＣ方向のレール表面ひずみを
計測する基本ひずみゲージ（Ｃ）と、前記第２位置（Ｐ
２）において前記Ｃ方向に対して斜交する方向であるＢ
方向のレール表面ひずみを計測する基本ひずみゲージ
（Ｂ）と、前記レールの表面の位置であり、前記レール
の頭部中央線（１１ｄ）と底部中央線（１３ｄ）を結ぶ
平面であるレール中央対称面（１４）に関して前記第１
位置（Ｐ１）と対称となる位置である第３位置（Ｐ３）
において前記レール長手方向（Ｌ）に対して斜交する方
向であるＥ方向のレール表面ひずみを計測する基本ひず
みゲージ（Ｅ）と、前記第３位置（Ｐ３）において前記
Ｅ方向に対して斜交する方向であるＨ方向のレール表面
ひずみを計測する基本ひずみゲージ（Ｈ）と、前記レー
ルの表面の位置であり、前記レール中央対称面（１４）
に関して前記第２位置（Ｐ２）と対称となる位置である
第４位置（Ｐ４）において前記レール長手方向（Ｌ）に
対して斜交する方向であるＧ方向のレール表面ひずみを
計測する基本ひずみゲージ（Ｇ）と、前記第４位置（Ｐ
４）において前記Ｇ方向に対して斜交する方向であるＦ
方向のレール表面ひずみを計測する基本ひずみゲージ
（Ｆ）を用いて、前記レール横方向水平力（Ｑ）に比例
する出力である第１横力比例出力に、前記レール横方向
水平力（Ｑ）により前記レールに作用するねじれモーメ
ント（Ｔ）に比例する出力である第１ねじれ比例出力が
付加された出力である第１出力を測定し、前記第１位置
（Ｐ１）とは異なる前記レールの表面の位置であるとと
もに、前記レール中央対称面（１４）に関して前記第１
位置（Ｐ１）と同一の側にあり、前記レール長手方向
（Ｌ）の座標位置が前記載荷位置（ＰＬ）から前記第１
距離（δ１）と同じ方向に第３距離（δ３）だけ離れた
位置となる第５位置（Ｐ５）において前記レール長手方
向（Ｌ）に対して斜交する方向であるａ方向のレール表
面ひずみを計測する補正用ひずみゲージ（ａ）と、前記
第５位置（Ｐ５）において前記ａ方向に対して斜交する
方向であるｄ方向のレール表面ひずみを計測する補正用
ひずみゲージ（ｄ）と、前記レールの表面の位置であ
り、前記レール長手方向（Ｌ）の座標位置が前記載荷位
置（ＰＬ）から前記第５位置（Ｐ５）とは反対方向に前
記第４距離（δ４）だけ離れた位置であり、かつ前記レ
ールの下端からの高さが前記第５位置（Ｐ５）と等しい
位置である第６位置（Ｐ６）において前記レール長手方
向（Ｌ）に対して斜交する方向であるｃ方向のレール表
面ひずみを計測する補正用ひずみゲージ（ｃ）と、前記
第６位置（Ｐ６）において前記ｃ方向に対して斜交する
方向であるｂ方向のレール表面ひずみを計測する補正用
ひずみゲージ（ｂ）と、前記レールの表面の位置であ
り、前記レール中央対称面（１４）に関して前記第５位
置（Ｐ５）と対称となる位置である第７位置（Ｐ７）に
おいて前記レール長手方向（Ｌ）に対して斜交する方向
であるｅ方向のレール表面ひずみを計測する補正用ひず
みゲージ（ｅ）と、前記第７位置（Ｐ７）において前記
ｅ方向に対して斜交する方向であるｈ方向のレール表面
ひずみを計測する補正用ひずみゲージ（ｈ）と、前記レ
ールの表面の位置であり、前記レール中央対称面（１
４）に関して前記第６位置（Ｐ６）と対称となる位置で
ある第８位置（Ｐ８）において前記レール長手方向
（Ｌ）に対して斜交する方向であるｇ方向のレール表面
ひずみを計測する補正用ひずみゲージ（ｇ）と、前記第
８位置（Ｐ８）において前記ｇ方向に対して斜交する方
向であるｆ方向のレール表面ひずみを計測する補正用ひ
ずみゲージ（ｆ）を用い、前記レール横方向水平力
（Ｑ）に比例する出力である第２横力比例出力に、前記
ねじれモーメント（Ｔ）に比例する出力である第２ねじ
れ比例出力が付加された出力である第２出力を測定し、
前記第２出力を用いることにより、前記第１出力に含ま
れる前記第１ねじれ比例出力を減少させることを特徴と
する。

【００３２】上記のレール横方向水平力検出方法におい
て、好ましくは、前記レールの底面の中央を通り前記レ
ールの長手方向（Ｌ）に平行な直線をｘ軸とし、前記載
荷位置（ＰＬ）の前記ｘ軸への投影位置を空間座標の原
点とし、前記レールの底面上に位置し前記ｘ軸に直角な
直線をｙ軸とし、前記レール中央対称面（１４）上に位
置し前記ｘ軸に直角な直線をｚ軸とし、δ１、δ２、δ
３、δ４、ｑ、ｒ、ｓ、ｔを実数としたとき、δ１＝δ
２＝δ３＝δ４であり、前記第１位置（Ｐ１）は、空間
座標（δ１，ｑ，ｒ）で表され、前記第２位置（Ｐ２）
は、空間座標（−δ１，ｑ，ｒ）で表され、前記第３位
置（Ｐ３）は、空間座標（δ１，−ｑ，ｒ）で表され、
前記第４位置（Ｐ４）は、空間座標（−δ１，−ｑ，
ｒ）で表され、前記第５位置（Ｐ５）は、空間座標（δ
１，ｓ，ｔ）で表され、前記第６位置（Ｐ６）は、空間
座標（−δ１，ｓ，ｔ）で表され、前記第７位置（Ｐ
７）は、空間座標（δ１，−ｓ，ｔ）で表され、前記第
８位置（Ｐ８）は、空間座標（−δ１，−ｓ，ｔ）で表
される。

【００３３】また、上記のレール横方向水平力検出方法
において、好ましくは、前記Ａ方向及び前記Ｃ方向は、
前記レールの第１面上で前記レール長手方向（Ｌ）に対
して第１の側に角度４５度だけ傾斜した方向であり、前
記Ｄ方向及び前記Ｂ方向は、前記第１面上で前記Ａ方向
及び前記Ｃ方向に対し直角な方向であり、前記Ｅ方向及
び前記Ｇ方向は、前記レール中央対称面（１４）に関し
て前記第１面と対称となる第２面上で前記レール長手方
向（Ｌ）に対して前記第１の側に角度４５度だけ傾斜し
た方向であり、前記Ｈ方向及び前記Ｆ方向は、前記第２
面上で前記Ｅ方向及び前記Ｇ方向に対し直角な方向であ
り、前記ａ方向及び前記ｃ方向は、前記レールの第３面
上で前記レール長手方向（Ｌ）に対して第２の側に角度
４５度だけ傾斜した方向であり、前記ｄ方向及び前記ｂ
方向は、前記第３面上で前記ａ方向及び前記ｃ方向に対
し直角な方向であり、前記ｅ方向及び前記ｇ方向は、前
記レール中央対称面（１４）に関して前記第３面と対称
となる第４面上で前記レール長手方向（Ｌ）に対して前
記第２の側に角度４５度だけ傾斜した方向であり、前記
ｈ方向及び前記ｆ方向は、前記第４面上で前記ｅ方向及
び前記ｇ方向に対し直角な方向である。

【００３４】また、上記のレール横方向水平力検出方法
において、好ましくは、前記基本ひずみゲージ（Ａ）と
前記基本ひずみゲージ（Ｂ）を直列に接続して第１ひず
み検出部（６１ｄ）を構成し、前記基本ひずみゲージ
（Ｃ）と前記基本ひずみゲージ（Ｄ）を直列に接続して
第２ひずみ検出部（６２ｄ）を構成し、前記基本ひずみ
ゲージ（Ｅ）と前記基本ひずみゲージ（Ｆ）を直列に接
続して第３ひずみ検出部（６３ｄ）を構成し、前記基本
ひずみゲージ（Ｇ）と前記基本ひずみゲージ（Ｈ）を直
列に接続して第４ひずみ検出部（６４ｄ）を構成し、前
記第１ひずみ検出部（６４ｄ）と前記第２ひずみ検出部
（６２ｄ）と前記第３ひずみ検出部（６３ｄ）と前記第
４ひずみ検出部（６４ｄ）の端部を時計回り方向又は反
時計回り方向に順次接続して環状に閉じた第１ブリッジ
回路を構成し、前記補正用ひずみゲージ（ａ）と前記補
正用ひずみゲージ（ｂ）と前記補正用ひずみゲージ
（ｃ）と前記補正用ひずみゲージ（ｄ）と前記補正用ひ
ずみゲージ（ｅ）と前記補正用ひずみゲージ（ｆ）と前
記補正用ひずみゲージ（ｇ）と前記補正用ひずみゲージ
（ｈ）のうちの各２個が、前記第１ひずみ検出部（６１
ｄ）又は前記第２ひずみ検出部（６２ｄ）又は前記第３
ひずみ検出部（６３ｄ）又は前記第４ひずみ検出部（６
４ｄ）の中に直列に接続されるように結線される。

【００３５】また、上記のレール横方向水平力検出方法
において、好ましくは、前記第１位置（Ｐ１）及び前記
第２位置（Ｐ２）は、前記レールの底部の上面であって
前記レール中央対称面（１４）に関して同一の側となる
位置に配置され、前記第３位置（Ｐ３）及び前記第４位
置（Ｐ４）は、前記レールの底部の上面であって前記レ
ール中央対称面（１４）に関して前記第１位置（Ｐ１）
及び前記第２位置（Ｐ２）とは異なる側となる位置に配
置され、前記第５位置（Ｐ５）及び前記第６位置（Ｐ
６）は、前記レールの腹部の側面の中立軸（１２ｄＲ）
上の位置であって前記レール中央対称面（１４）に関し
て前記第１位置（Ｐ１）及び前記第２位置（Ｐ２）と同
一の側となる位置に配置され、前記第７位置（Ｐ７）及
び前記第８位置（Ｐ８）は、前記レールの腹部の側面の
中立軸（１２ｄＬ）上の位置であって前記レール中央対
称面（１４）に関して前記第５位置（Ｐ５）及び前記第
６位置（Ｐ６）とは異なる側となる位置に配置される。

【００３６】また、上記のレール横方向水平力検出方法
において、好ましくは、補正用ひずみゲージ（ｃ１）と
補正用ひずみゲージ（ｄ１）が前記第１ひずみ検出部
（６１ｄ）の適宜箇所に直列に接続されるように結線さ
れ、補正用ひずみゲージ（ａ１）と補正用ひずみゲージ
（ｂ１）が前記第２ひずみ検出部（６２ｄ）の適宜箇所
に直列に接続されるように結線され、補正用ひずみゲー
ジ（ｇ１）と補正用ひずみゲージ（ｈ１）が前記第３ひ
ずみ検出部（６３ｄ）の適宜箇所に直列に接続されるよ
うに結線され、補正用ひずみゲージ（ｅ１）と補正用ひ
ずみゲージ（ｆ１）が前記第４ひずみ検出部（６４ｄ）
の適宜箇所に直列に接続されるように結線される。

【００３７】また、上記のレール横方向水平力検出方法
において、好ましくは、前記第５位置（Ｐ５）及び前記
第６位置（Ｐ６）及び前記第７位置（Ｐ７）及び前記第
８位置（Ｐ８）は、その位置における前記第２ねじれ比
例出力が、前記第１位置（Ｐ１）及び前記第２位置（Ｐ
２）及び前記第３位置（Ｐ３）及び前記第４位置（Ｐ
４）における前記第１ねじれ比例出力とほぼ等しくなる
位置に配置され、前記第１出力に含まれる前記第１ねじ
れ比例出力がほぼ除去されるように結線される。

【００３８】また、上記のレール横方向水平力検出方法
において、好ましくは、前記第１位置（Ｐ１）及び前記
第２位置（Ｐ２）は、前記レールの底部の上面であって
前記レール中央対称面（１４）に関して同一の側となる
位置に配置され、前記第３位置（Ｐ３）及び前記第４位
置（Ｐ４）は、前記レールの底部の上面であって前記レ
ール中央対称面（１４）に関して前記第１位置（Ｐ１）
及び前記第２位置（Ｐ２）とは異なる側となる位置に配
置され、前記第５位置（Ｐ５）は、前記レールの底部の
下面であって前記第１位置（Ｐ１）の直下となる位置に
配置され、前記第６位置（Ｐ６）は、前記レールの底部
の下面であって前記第２位置（Ｐ２）の直下となる位置
に配置され、前記第７位置（Ｐ７）は、前記レールの底
部の下面であって前記第３位置（Ｐ３）の直下となる位
置に配置され、前記第８位置（Ｐ８）は、前記レールの
底部の下面であって前記第４位置（Ｐ４）の直下となる
位置に配置される。

【００３９】また、上記のレール横方向水平力検出方法
において、好ましくは、補正用ひずみゲージ（ｃ２）と
補正用ひずみゲージ（ｄ２）が前記第１ひずみ検出部
（６１ｄ）の適宜箇所に直列に接続されるように結線さ
れ、補正用ひずみゲージ（ａ２）と補正用ひずみゲージ
（ｂ２）が前記第２ひずみ検出部（６２ｄ）の適宜箇所
に直列に接続されるように結線され、補正用ひずみゲー
ジ（ｇ２）と補正用ひずみゲージ（ｈ２）が前記第３ひ
ずみ検出部（６３ｄ）の適宜箇所に直列に接続されるよ
うに結線され、補正用ひずみゲージ（ｅ２）と補正用ひ
ずみゲージ（ｆ２）が前記第４ひずみ検出部（６４ｄ）
の適宜箇所に直列に接続されるように結線され、前記第
１出力に含まれる前記第１ねじれ比例出力がほぼ除去さ
れるように結線される。

【００４０】また、上記のレール横方向水平力検出方法
において、好ましくは、前記第２ねじれ比例出力に乗算
した場合に前記第１ねじれ比例出力と等しくなる乗算係
数を解析で求め、前記第２出力に前記乗算係数を乗じる
演算を行い、乗算後の第２出力を前記第１出力から減じ
て差を求める演算を行うことにより、前記第１ねじれ比
例出力を除去し、前記レール横方向水平力に比例する出
力のみを抽出する。

【００４１】また、上記のレール横方向水平力検出方法
において、好ましくは、前記第１位置（Ｐ１）及び前記
第２位置（Ｐ２）は、前記レールの底部の上面であって
前記レール中央対称面（１４）に関して同一の側となる
位置に配置され、前記第３位置（Ｐ３）及び前記第４位
置（Ｐ４）は、前記レールの底部の上面であって前記レ
ール中央対称面（１４）に関して前記第１位置（Ｐ１）
及び前記第２位置（Ｐ２）とは異なる側となる位置に配
置され、前記第５位置（Ｐ５）及び前記第６位置（Ｐ
６）は、前記レールの腹部の側面の中立軸（１２ｄＲ）
上の位置であって前記レール中央対称面（１４）に関し
て前記第１位置（Ｐ１）及び前記第２位置（Ｐ２）と同
一の側となる位置に配置され、前記第７位置（Ｐ７）及
び前記第８位置（Ｐ８）は、前記レールの腹部の側面の
中立軸（１２ｄＬ）上の位置であって前記レール中央対
称面（１４）に関して前記第５位置（Ｐ５）及び前記第
６位置（Ｐ６）とは異なる側となる位置に配置され、前
記第５位置（Ｐ５）及び前記第６位置（Ｐ６）及び前記
第７位置（Ｐ７）及び前記第８位置（Ｐ８）は、その位
置における前記第２ねじれ比例出力が、前記第１位置
（Ｐ１）及び前記第２位置（Ｐ２）及び前記第３位置
（Ｐ３）及び前記第４位置（Ｐ４）における前記第１ね
じれ比例出力とほぼ等しくなる位置に配置され、前記第
１出力と第２出力との差を求める演算を行うことによ
り、前記第１出力に含まれる前記第１ねじれ比例出力を
除去し、前記レール横方向水平力に比例する出力のみを
抽出する。

【００４２】また、上記のレール横方向水平力検出方法
において、好ましくは、前記第１位置（Ｐ１）及び前記
第２位置（Ｐ２）は、前記レールの底部の上面であって
前記レール中央対称面（１４）に関して同一の側となる
位置に配置され、前記第３位置（Ｐ３）及び前記第４位
置（Ｐ４）は、前記レールの底部の上面であって前記レ
ール中央対称面（１４）に関して前記第１位置（Ｐ１）
及び前記第２位置（Ｐ２）とは異なる側となる位置に配
置され、前記第５位置（Ｐ５）は、前記レールの底部の
下面であって前記第１位置（Ｐ１）の直下となる位置に
配置され、前記第６位置（Ｐ６）は、前記レールの底部
の下面であって前記第２位置（Ｐ２）の直下となる位置
に配置され、前記第７位置（Ｐ７）は、前記レールの底
部の下面であって前記第３位置（Ｐ３）の直下となる位
置に配置され、前記第８位置（Ｐ８）は、前記レールの
底部の下面であって前記第４位置（Ｐ４）の直下となる
位置に配置され、前記第１出力と第２出力との差を求め
る演算を行うことにより、前記第１出力に含まれる前記
第１ねじれ比例出力を除去し、前記レール横方向水平力
に比例する出力のみを抽出する。

【００４３】また、上記のレール横方向水平力検出方法
において、好ましくは、前記第１位置ないしは第８位置
の各位置における２つのひずみゲージには、２個の単軸
ひずみゲージ、又は複数のひずみゲージを一体化した組
み合わせゲージが適宜用いられる。

【００４４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００４５】（１）第１実施形態 図１は、本発明の第１実施形態であるレール横方向水平
力検出方法におけるひずみゲージ貼り付け位置を示す図
である。図１（Ａ）はレール１０を軌間外側（２本のレ
ールの外側）から見た斜視図であり、図１（Ｂ）はレー
ル１０を軌間内側（２本のレールの内側）から見た斜視
図である。また、図２は、図１のひずみゲージ貼り付け
位置のさらに詳細な関係を示す図であり、レール１０の
左右の腹部側面と左右の底部上面を展開した図である。

【００４６】図１及び図２に示すように、レール１０の
軌間外側の底部上面１３ａＲには、基本ひずみゲージ
Ｄ、Ａ、Ｂ、Ｃが貼り付けられ、レール１０の軌間内側
の底部上面１３ａＬには、基本ひずみゲージＥ、Ｈ、
Ｇ、Ｆが貼り付けられている。これらの基本ひずみゲー
ジＡ〜Ｈの貼り付け位置、構成、及び作用は、図１４及
び図１５において説明したものとまったく同様であるの
で、その説明は省略する。

【００４７】基本ひずみゲージＡ〜Ｈに加え、レール１
０の軌間外側の腹部側面１２ｂＲの中立軸１２ｄＲ上に
は、ひずみゲージｄ１、ａ１、ｂ１、ｃ１が貼り付けら
れ、レール１０の軌間内側の腹部側面１２ｂＬの中立軸
１２ｄＬ上には、ひずみゲージｅ１、ｈ１、ｇ１、ｆ１
が貼り付けられている。以下、ひずみゲージａ１〜ｈ１
を、「補正用ひずみゲージ」という。中立軸１２ｄＲ、
１２ｄＬは、レール１０に垂直力Ｐ等が作用して曲げが
加わった場合に、腹部表面の曲げひずみ、曲げ応力が零
となる位置を示す線であり、レールの底面と平行で、レ
ール底面（下端）からの高さはある所定値となってい
る。また、レール１０の軌間外側の腹部側面１２ｂＲの
中立軸１２ｄＲ上の面は第３面に相当し、レール１０の
軌間内側の腹部側面１２ｂＬの中立軸１２ｄＬ上の面は
第４面に相当している。

【００４８】上記した補正用ひずみゲージａ１〜ｈ１の
うち、ｄ１とａ１は互いに交差角度が９０°（直角）と
なり直交するように配置されており、同様に、補正用ひ
ずみゲージｂ１とｃ１、補正用ひずみゲージｅ１とｈ
１、補正用ひずみゲージｇ１とｆ１が、互いに交差角度
が９０°（直角）となり直交するように配置されてい
る。

【００４９】補正用ひずみゲージａ１とｃ１は、レール
の腹部側面１２ｂＲがほぼ水平となるように見て、レー
ル長手方向Ｌの進行方向に向かって見た場合、すなわち
図２に示す状態では、先端が右側に角度４５°だけ傾斜
するような状態で貼り付けられている。この場合、レー
ル長手方向Ｌの進行方向に対する右側は、「第２の側」
に相当している。また、補正用ひずみゲージｅ１とｇ１
は、レールの腹部側面１２ｂＬがほぼ水平となるように
見て、レール長手方向Ｌの進行方向に向かって見た場
合、すなわち図２に示す状態では、先端が右側に角度４
５°だけ傾斜するような状態で貼り付けられている。ま
た、補正用ひずみゲージａ１の長手方向は「ａ方向」に
相当し、補正用ひずみゲージｃ１の長手方向は「ｃ方
向」に相当し、補正用ひずみゲージｅ１の長手方向は
「ｅ方向」に相当し、補正用ひずみゲージｇ１の長手方
向は「ｇ方向」に相当している。

【００５０】一方、補正用ひずみゲージｄ１とｂ１は、
レールの腹部側面１２ｂＲがほぼ水平となるように見
て、レール長手方向Ｌの進行方向に向かって見た場合、
すなわち図２に示す状態では、先端が左側に角度４５°
だけ傾斜するような状態で貼り付けられている。また、
補正用ひずみゲージｈ１とｆ１は、レールの腹部側面１
２ｂＬがほぼ水平となるように見て、レール長手方向Ｌ
の進行方向に向かって見た場合、すなわち図２に示す状
態では、先端が左側に角度４５°だけ傾斜するような状
態で貼り付けられている。また、補正用ひずみゲージｄ
１の長手方向は「ｄ方向」に相当し、補正用ひずみゲー
ジｂ１の長手方向は「ｂ方向」に相当し、補正用ひずみ
ゲージｈ１の長手方向は「ｈ方向」に相当し、補正用ひ
ずみゲージｆ１の長手方向は「ｆ方向」に相当してい
る。

【００５１】また、補正用ひずみゲージａ１とｄ１が交
差する位置（以下、「第５位置」という。）Ｐ５のレー
ル長手方向Ｌの座標位置は、レール横方向水平力Ｑの載
荷位置ＰＬからレール長手方向Ｌとは逆方向に第３距離
δ３だけ離れた位置となっている。また、補正用ひずみ
ゲージｅ１とｈ１が交差する位置（以下、「第７位置」
という。）Ｐ７のレール長手方向Ｌの座標位置は、第５
位置Ｐ５のｘ座標位置と同一となっている。また、補正
用ひずみゲージｂ１とｃ１が交差する位置（以下、「第
６位置」という。）Ｐ６のレール長手方向Ｌの座標位置
は、レール横方向水平力Ｑの載荷位置ＰＬからレール長
手方向Ｌに第４距離δ４だけ離れた位置となっている。
また、補正用ひずみゲージｆ１とｇ１が交差する位置
（以下、「第８位置」という。）Ｐ８のレール長手方向
Ｌの座標位置は、第６位置Ｐ６のｘ座標位置と同一とな
っている。

【００５２】また、各ゲージ貼付位置Ｐ５、Ｐ６、Ｐ
７、Ｐ８は、レール１０の腹部１２の中心線（又は図１
３（Ａ）に示すレール中央対称面１４）に対して対称と
なっている。したがって、第５位置Ｐ５及び第６位置Ｐ
６は、レール中央対称面１４に関して同一の側となる位
置で、かつレール中央対称面１４に関して第１位置Ｐ１
及び第２位置Ｐ２と同一の側となる位置に配置されてい
る。同様に、第７位置Ｐ７及び第８位置Ｐ８は、レール
中央対称面１４に関して同一の側となる位置で、かつレ
ール中央対称面１４に関して第３位置Ｐ３及び第４位置
Ｐ４と同一の側となる位置に配置されており、第５位置
Ｐ５及び第６位置Ｐ６とは逆側の位置に配置されてい
る。また、実際の測定においては、例えば、δ１＝δ２
＝δ３＝δ４＝１００ｍｍ程度として実施されている。

【００５３】上記した補正用ひずみゲージａ１〜ｈ１
は、図１５（Ｂ）で説明した基本ひずみゲージＡと同様
の構成及び作用を有している。

【００５４】図３は、上記したホイートストンブリッジ
回路９１に、基本ひずみゲージＡ〜Ｈ及びひずみゲージ
ａ１〜ｈ１を結線したホイートストンブリッジ回路３１
の構成を示している。図３に示すように、このホイート
ストンブリッジ回路３１は、ホイートストンブリッジ回
路９１におけるＲ₁のかわりに、基本ひずみゲージＡと
基本ひずみゲージＢと補正用ひずみゲージｃ１と補正用
ひずみゲージｄ１からなる直列回路（以下、「第１ひず
み検出部」という。）６１ａを用い、Ｒ₂のかわりに、
基本ひずみゲージＣと基本ひずみゲージＤと補正用ひず
みゲージａ１と補正用ひずみゲージｂ１からなる直列回
路（以下、「第２ひずみ検出部」という。）６２ａを用
い、Ｒ₃のかわりに、基本ひずみゲージＥと基本ひずみ
ゲージＦと補正用ひずみゲージｇ１と補正用ひずみゲー
ジｈ１からなる直列回路（以下、「第３ひずみ検出部」
という。）６３ａを用い、Ｒ₄のかわりに、基本ひずみ
ゲージＧと基本ひずみゲージＨと補正用ひずみゲージｅ
１と補正用ひずみゲージｆ１からなる直列回路（以下、
「第４ひずみ検出部」という。）６４ａを用いている。

【００５５】この場合、図１３（Ａ）に示すように垂直
力Ｐとレール横方向水平力Ｑが作用したときの、垂直力
Ｐにより補正用ひずみゲージａ１〜ｈ１に発生するひず
みの極性、レール横方向水平力Ｑにより補正用ひずみゲ
ージａ１〜ｈ１に発生するひずみの極性、ねじれモーメ
ントＴにより補正用ひずみゲージａ１〜ｈ１に発生する
ひずみの極性は、伸びを正とし縮みを負とすると、表２
に示すようになる。

【表２】

【００５６】表２に示すように、ねじれモーメントＴに
より補正用ひずみゲージａ１〜ｈ１に発生する各ひずみ
の極性のパターンは、表１におけるレール横方向水平力
Ｑにより各ひずみゲージＡ〜Ｈに発生するひずみの極性
パターンと同じである。このことから、図１７に示すホ
イートストンブリッジ回路９２において、基本ひずみゲ
ージＡのかわりに補正用ひずみゲージａ１を接続し、基
本ひずみゲージＢのかわりに補正用ひずみゲージｂ１を
接続し、基本ひずみゲージＣのかわりに補正用ひずみゲ
ージｃ１を接続し、基本ひずみゲージＤのかわりに補正
用ひずみゲージｄ１を接続し、基本ひずみゲージＥのか
わりに補正用ひずみゲージｅ１を接続し、基本ひずみゲ
ージＦのかわりに補正用ひずみゲージｆ１を接続し、基
本ひずみゲージＧのかわりに補正用ひずみゲージｇ１を
接続し、基本ひずみゲージＨのかわりに補正用ひずみゲ
ージｈ１を接続すれば、ねじれモーメントＴに比例する
出力（以下、「第２ねじれ比例出力」という。）を得る
ことができる。

【００５７】また、上式（３）から、ホイートストンブ
リッジ回路９１において、抵抗Ｒ₁と抵抗Ｒ₂を互いに入
れ替え、抵抗Ｒ₃と抵抗Ｒ₄を互いに入れ替えれば、正負
の極性が反転し、出力電圧の変化量ΔＥ_oの正負の極性
が反転することがわかる。

【００５８】このことから、図１７に示すホイートスト
ンブリッジ回路９２において、基本ひずみゲージＡのか
わりに補正用ひずみゲージｃ１を接続し、基本ひずみゲ
ージＢのかわりに補正用ひずみゲージｄ１を接続し、基
本ひずみゲージＣのかわりに補正用ひずみゲージａ１を
接続し、基本ひずみゲージＤのかわりに補正用ひずみゲ
ージｂ１を接続し、基本ひずみゲージＥのかわりに補正
用ひずみゲージｇ１を接続し、基本ひずみゲージＦのか
わりに補正用ひずみゲージｈ１を接続し、基本ひずみゲ
ージＧのかわりに補正用ひずみゲージｅ１を接続し、基
本ひずみゲージＨのかわりに補正用ひずみゲージｆ１を
接続すれば、−Ｔに比例する出力を得ることができる。
このようにして構成されたホイートストンブリッジ回路
が、図４に示すホイートストンブリッジ回路４１であ
る。図３に示すホイートストンブリッジ回路３１は、図
１７に示すホイートストンブリッジ回路９２に、図４に
示すホイートストンブリッジ回路４１を組み合わせて合
成したホイートストンブリッジ回路である。

【００５９】上記したホイートストンブリッジ回路４１
において、垂直力Ｐの影響を検討する。垂直力Ｐが作用
すると、補正用ひずみゲージａ１〜ｈ１に発生するひず
みの極性は、表２の上段に示すようになる。ここで、垂
直力Ｐについては、補正用ひずみゲージａ１、ｂ１、ｇ
１、ｈ１のひずみの値は、δ３＝δ４の場合には、理論
的には等しくなると考えられるから、正の値ε１１と仮
定し、補正用ひずみゲージｃ１、ｄ１、ｅ１、ｆ１のひ
ずみの値は、δ３＝δ４の場合には、理論的には等しく
なると考えられるから、負の値ε１２と仮定すると、ホ
イートストンブリッジ回路４１における接続点ｔ１とｔ
２間の抵抗変化量ΔＲ₁、接続点ｔ２とｔ３間の抵抗変
化量ΔＲ₂、接続点ｔ３とｔ４間の抵抗変化量ΔＲ₃、接
続点ｔ４とｔ１間の抵抗変化量ΔＲ₄は、補正用ひずみ
ゲージａ１〜ｈ１の抵抗値がすべてｒの場合には、それ
ぞれ下式（１１）〜（１４）のようになる。 ΔＲ₁＝２ｒ×Ｋ×ε１２ ……（１１） ΔＲ₂＝２ｒ×Ｋ×ε１１ ……（１２） ΔＲ₃＝２ｒ×Ｋ×ε１１ ……（１３） ΔＲ₄＝２ｒ×Ｋ×ε１２ ……（１４）

【００６０】したがって、この結果を上式（３）に代入
すると、この場合の出力電圧の変化量ΔＥ_oは零とな
り、ホイートストンブリッジ回路４１の出力である−Ｔ
には垂直力Ｐの影響は入らない。

【００６１】次に、上記したホイートストンブリッジ回
路４１において、レール横方向水平力Ｑの影響を検討す
る。レール横方向水平力Ｑについては、補正用ひずみゲ
ージａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１のひずみの値は、δ３＝δ
４の場合には、理論的には等しくなると考えられるか
ら、正の値ε１３と仮定し、補正用ひずみゲージｅ１、
ｆ１、ｇ１、ｈ１のひずみの値は、δ３＝δ４の場合に
は、理論的には等しくなると考えられるから、負の値ε
１４と仮定すると、ホイートストンブリッジ回路４１に
おける接続点ｔ１とｔ２間の抵抗変化量ΔＲ₁、接続点
ｔ２とｔ３間の抵抗変化量ΔＲ₂、接続点ｔ３とｔ４間
の抵抗変化量ΔＲ₃、接続点ｔ４とｔ１間の抵抗変化量
ΔＲ₄は、補正用ひずみゲージａ１〜ｈ１の抵抗値がす
べてｒの場合には、それぞれ下式（１５）〜（１８）の
ようになる。

【００６２】 ΔＲ₁＝２ｒ×Ｋ×ε１３ ……（１５） ΔＲ₂＝２ｒ×Ｋ×ε１３ ……（１６） ΔＲ₃＝２ｒ×Ｋ×ε１４ ……（１７） ΔＲ₄＝２ｒ×Ｋ×ε１４ ……（１８）

【００６３】したがって、この結果を上式（３）に代入
すると、この場合の出力電圧の変化量ΔＥ_oは零とな
り、ホイートストンブリッジ回路４１の出力である−Ｔ
にはレール横方向水平力Ｑの影響は入らない。すなわ
ち、この場合には、レール横方向水平力Ｑに比例する出
力（以下、「第２横力比例出力」という。）は零とな
る。

【００６４】このことから、ホイートストンブリッジ回
路４１により、垂直力Ｐやレール横方向水平力Ｑの影響
が入らないねじれモーメントＴの極性を反転させた−Ｔ
に比例する出力を得ることができる。しかし、基本ひず
みゲージＡ〜Ｈの貼り付け位置と、補正用ひずみゲージ
ａ１〜ｈ１の貼り付け位置は異なるため、基本ひずみゲ
ージＡ〜Ｈとホイートストンブリッジ回路９２により得
られる出力中のねじれモーメントＴに比例する出力（第
１ねじれ比例出力）の値と、補正用ひずみゲージａ１〜
ｈ１とホイートストンブリッジ回路４１により得られる
出力中のねじれモーメントＴに比例する出力（第２ねじ
れ比例出力）の絶対値は、一般的には一致しない。

【００６５】しかし、図３に示すホイートストンブリッ
ジ回路３１を構成した場合には、基本ひずみゲージＡ〜
Ｈとホイートストンブリッジ回路９２により得られる出
力中のレール横方向水平力Ｑに比例する出力（第１横力
比例出力）に重畳された一種の誤差である第１ねじれ比
例出力の値を減少させる効果がある。

【００６６】このため、上記の第１ねじれ比例出力の値
と、第２ねじれ比例出力の絶対値が等しくなるようなゲ
ージ貼り付け位置を検討する。補正用ひずみゲージａ１
〜ｈ１については、レール１０の腹部側面の中立軸上に
貼り付けることにより、出力中のレール横方向水平力Ｑ
に比例する出力（第２横力比例出力）をキャンセルする
効果があるため、補正用ひずみゲージａ１〜ｈ１の貼り
付け位置は変えず、基本ひずみゲージＡ〜Ｈの貼り付け
位置を変えることを検討する。

【００６７】一般に、棒状部材に作用する「ねじれ」に
よるせん断ひずみは、応力関数Φを用い、下式（１９）
〜（２２）により表すことができる。

【００６８】

【数３】

【００６９】

【数４】

【００７０】

【数５】

【００７１】 Φ＝Φ₀＝一定（棒状部材の外周部において） ……（２２）

【００７２】上式（１９）〜（２２）において、τ
_xyは、ｘ軸に垂直な面内のｙ方向のせん断ひずみを表
し、τ_zxは、ｚ軸に垂直な面内のｘ方向のせん断ひずみ
を表している。また、Ｇはせん断弾性係数を表し、ψは
ｘ軸周りのねじれ角を表している。上式（２１）及び上
式（２２）は、ポアソンの方程式として知られているも
ので、この式により、断面各部のせん断ひずみを算出す
ることができる。レール１０のような断面の場合には、
応力関数Φを数値計算により求めることができる。

【００７３】レールの場合の近似計算として、図５
（Ａ）に示すようなＩ型断面を考えると、せん断応力分
布は、図５（Ａ）において矢印で示すような分布とな
り、せん断応力σ_Sixの値は、下式（２３）により表さ
れる。

【数６】

【００７４】上式（２３）において、Ｔ_Sは、ねじれモ
ーメントであり、下式（２４）で表される。

【数７】 ここに、Ｇはせん断弾性係数を表し、ψはねじれ角を表
している。

【００７５】また、上式（２４）において、Ｊは、サン
・ブナンのねじれ定数と呼ばれ、下式（２５）で表され
る。

【数８】 ここに、ｂ_iは、各板要素の幅を、ｔ_iは、各板要素の板
厚を、それぞれ表している。

【００７６】したがって、上式（２５）から、Ｉ型断面
の場合には、ねじれに伴う表面せん断応力は、測定箇所
の板厚に依存し、板厚が等しい箇所どうしでは、表面せ
ん断ひずみは同一値となる。レール１０の断面は、Ｉ型
断面とは厳密には異なる断面である。しかし、補正用ひ
ずみゲージａ１〜ｈ１の貼り付け位置（レール腹部の中
立軸上）におけるレール腹部１２の厚さと等しい厚さと
なるようなレール底部上面の位置の付近の適切な位置に
基本ひずみゲージＡ〜Ｈを貼り付ければ、基本ひずみゲ
ージＡ〜Ｈからの出力中の第１ねじれ比例出力の値と、
補正用ひずみゲージａ１〜ｈ１からの出力中の第２ねじ
れ比例出力の値を等しくすることができ、図３に示すホ
イートストンブリッジ回路３１により、ねじれ比例出力
（誤差成分）をほとんど含まず、レール横方向水平力Ｑ
に比例する第１横力比例出力に近い出力を検出すること
ができると考えられる。

【００７７】図５（Ｂ）は、いわゆる６０ｋｇレールの
場合を示したものであり、レール腹部の中立軸上での厚
さは、約１６．５ｍｍである。一方、厚さが約１６．５
ｍｍとなるレール底部の位置は、レール底部の端部から
の距離が約１７．５ｍｍとなる位置である。したがっ
て、６０ｋｇレールの場合は、レール底部の端部からの
距離ｗ１が約５〜３０ｍｍ程度の範囲のうちの適切な位
置となるレール底部上面箇所に基本ひずみゲージＡ〜Ｈ
を貼り付ければ、図３に示すホイートストンブリッジ回
路３１により、ねじれ比例出力（誤差成分）をほとんど
含まず、レール横方向水平力Ｑに比例する第１横力比例
出力に近い出力を検出することができると考えられる。

【００７８】また、図５（Ｃ）は、いわゆる５０ｋｇＮ
レールの場合を示したものであり、レール腹部の中立軸
上での厚さは、約１６．０ｍｍである。一方、厚さが約
１５．０ｍｍとなるレール底部の位置は、レール底部の
端部からの距離が約２２．３ｍｍとなる位置である。し
たがって、５０ｋｇＮレールの場合は、レール底部の端
部からの距離ｗ２が約１０〜４０ｍｍ程度の範囲のうち
の適切な位置となるレール底部上面箇所に基本ひずみゲ
ージＡ〜Ｈを貼り付ければ、図３に示すホイートストン
ブリッジ回路３１により、ねじれ比例出力（誤差成分）
をほとんど含まず、レール横方向水平力Ｑに比例する第
１横力比例出力に近い出力を検出することができると考
えられる。

【００７９】（２）第２実施形態 次に、本発明の他の実施形態について説明を行う。図６
は、本発明の第２実施形態であるレール横方向水平力検
出方法におけるひずみゲージ貼り付け位置を示す図であ
る。図６（Ａ）はレール１０を底部下面側から見た斜視
図であり、図６（Ｂ）は、レール１０の頭部１１を除去
した状態で上方から見た平面図である。図６（Ｂ）にお
いて点線で図示されているのは、レール底部下面に配置
されたひずみゲージを上から透過させて見た図であり、
レール底部上面のゲージとの区別を明確にするため、両
者をややずらして図示してある。

【００８０】図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、
レール１０の軌間外側の底部上面１３ａＲには、基本ひ
ずみゲージＤ、Ａ、Ｂ、Ｃが貼り付けられ、レール１０
の軌間内側の底部上面１３ａＬには、基本ひずみゲージ
Ｅ、Ｈ、Ｇ、Ｆが貼り付けられている。これらの基本ひ
ずみゲージＡ〜Ｈの貼り付け位置、構成、及び作用は、
図１４及び図１５において説明したものとまったく同様
であるので、その説明は省略する。

【００８１】基本ひずみゲージＡ〜Ｈに加え、レール１
０の軌間外側の底部下面１３ｃＲには、ひずみゲージａ
２、ｄ２、ｃ２、ｂ２が貼り付けられ、レール１０の軌
間内側の底部下面１３ｃＬには、ひずみゲージｈ２、ｅ
２、ｆ２、ｇ２が貼り付けられている。以下、ひずみゲ
ージａ２〜ｈ２を、「補正用ひずみゲージ」という。こ
こに、レール１０の軌間外側の底部下面１３ｃＲは第３
面に相当し、レール１０の軌間内側の底部下面１３ｃＬ
は第４面に相当している。

【００８２】上記した補正用ひずみゲージａ２〜ｈ２の
うち、ａ２とｄ２は互いに交差角度が９０°（直角）と
なり直交するように配置されており、同様に、補正用ひ
ずみゲージｃ２とｂ２、補正用ひずみゲージｈ２とｅ
２、補正用ひずみゲージｆ２とｇ２が、互いに交差角度
が９０°（直角）となり直交するように配置されてい
る。

【００８３】補正用ひずみゲージａ２とｃ２とｅ２とｇ
２は、レールの底部下面１３ｃＲ及び１３ｃＬがほぼ水
平となるように見て、レール長手方向Ｌの進行方向に向
かって見た場合、すなわち図６（Ａ）を逆に見た状態で
は、先端が右側に角度４５°だけ傾斜するような状態で
貼り付けられている。この場合、レール長手方向Ｌに対
する右側は、「第２の側」に相当している。また、補正
用ひずみゲージａ２の長手方向は「ａ方向」に相当し、
補正用ひずみゲージｃ２の長手方向は「ｃ方向」に相当
し、補正用ひずみゲージｅ２の長手方向は「ｅ方向」に
相当し、補正用ひずみゲージｇ２の長手方向は「ｇ方
向」に相当している。

【００８４】一方、補正用ひずみゲージｄ２とｂ２とｈ
２とｆ２は、レールの底部下面１３ｃＲ及び１３ｃＬが
ほぼ水平となるように見て、レール長手方向Ｌの進行方
向に向かって見た場合、すなわち図６（Ａ）を逆に見た
状態では、先端が左側に角度４５°だけ傾斜するような
状態で貼り付けられている。また、補正用ひずみゲージ
ｄ２の長手方向は「ｄ方向」に相当し、補正用ひずみゲ
ージｂ２の長手方向は「ｂ方向」に相当し、補正用ひず
みゲージｈ２の長手方向は「ｈ方向」に相当し、補正用
ひずみゲージｆ２の長手方向は「ｆ方向」に相当してい
る。

【００８５】また、補正用ひずみゲージａ２とｄ２が交
差する位置（以下、「第５位置」という。）Ｐ５のレー
ル長手方向Ｌの座標位置は、レール横方向水平力Ｑの載
荷位置ＰＬからレール長手方向Ｌとは逆方向に第３距離
δ３だけ離れた位置となっているが、δ３は上記した第
１距離δ１と等しい値となっている。また、補正用ひず
みゲージｅ２とｈ２が交差する位置（以下、「第７位
置」という。）Ｐ７のレール長手方向Ｌの座標位置は、
第５位置Ｐ５のｘ座標位置と同一となっている。また、
補正用ひずみゲージｂ２とｃ２が交差する位置（以下、
「第６位置」という。）Ｐ６のレール長手方向Ｌの座標
位置は、レール横方向水平力Ｑの載荷位置ＰＬからレー
ル長手方向Ｌに第４距離δ４だけ離れた位置となってい
るが、δ４は上記した第２距離δ２と等しい値となって
いる。また、補正用ひずみゲージｆ２とｇ２が交差する
位置（以下、「第８位置」という。）Ｐ８のレール長手
方向Ｌの座標位置は、第６位置Ｐ６のｘ座標位置と同一
となっている。

【００８６】また、各ゲージ貼付位置Ｐ５、Ｐ６、Ｐ
７、Ｐ８は、レール１０の腹部１２の中心線（又は図１
３（Ａ）に示すレール中央対称面１４）に対して対称と
なっている。したがって、第５位置Ｐ５及び第６位置Ｐ
６は、レール中央対称面１４に関して同一の側となる位
置で、かつレール中央対称面１４に関して第１位置Ｐ１
及び第２位置Ｐ２と同一の側となる位置に配置されてい
る。同様に、第７位置Ｐ７及び第８位置Ｐ８は、レール
中央対称面１４に関して同一の側となる位置で、かつレ
ール中央対称面１４に関して第３位置Ｐ３及び第４位置
Ｐ４と同一の側となる位置に配置されており、第５位置
Ｐ５及び第６位置Ｐ６とは逆側の位置に配置されてい
る。また、実際の測定においては、例えば、δ１＝δ２
＝δ３＝δ４＝１００ｍｍ程度として実施されている。

【００８７】したがって、第５位置Ｐ５は第１位置Ｐ１
の直下の位置となり、第６位置Ｐ６は第２位置Ｐ２の直
下の位置となり、第７位置Ｐ７は第３位置Ｐ３の直下の
位置となり、第８位置Ｐ８は第４位置Ｐ４の直下の位置
となっている。また、補正用ひずみゲージｄ２は、基本
ひずみゲージＡを直下に投影した状態と等しい配置とな
っている。また、補正用ひずみゲージａ２は、基本ひず
みゲージＤを直下に投影した状態と等しい配置となって
いる。また、補正用ひずみゲージｂ２は、基本ひずみゲ
ージＣを直下に投影した状態と等しい配置となってい
る。また、補正用ひずみゲージｃ２は、基本ひずみゲー
ジＢを直下に投影した状態と等しい配置となっている。
また、補正用ひずみゲージｈ２は、基本ひずみゲージＥ
を直下に投影した状態と等しい配置となっている。ま
た、補正用ひずみゲージｅ２は、基本ひずみゲージＨを
直下に投影した状態と等しい配置となっている。また、
補正用ひずみゲージｆ２は、基本ひずみゲージＧを直下
に投影した状態と等しい配置となっている。また、補正
用ひずみゲージｇ２は、基本ひずみゲージＦを直下に投
影した状態と等しい配置となっている。実際の測定にお
いては、例えば、δ１＝δ２＝δ３＝δ４＝１００ｍｍ
程度として実施されている。

【００８８】上記した補正用ひずみゲージａ２〜ｈ２
は、図１５（Ｂ）で説明した基本ひずみゲージＡと同様
の構成及び作用を有している。

【００８９】図７は、上記したホイートストンブリッジ
回路９１に、基本ひずみゲージＡ〜Ｈ及び補正用ひずみ
ゲージａ２〜ｈ２を結線したホイートストンブリッジ回
路３２の構成を示している。図７に示すように、このホ
イートストンブリッジ回路３２は、ホイートストンブリ
ッジ回路９１におけるＲ₁のかわりに、基本ひずみゲー
ジＡと基本ひずみゲージＢと補正用ひずみゲージｃ２と
補正用ひずみゲージｄ２からなる直列回路（以下、「第
１ひずみ検出部」という。）６１ｂを用い、Ｒ ₂のかわ
りに、基本ひずみゲージＣと基本ひずみゲージＤと補正
用ひずみゲージａ２と補正用ひずみゲージｂ２からなる
直列回路（以下、「第２ひずみ検出部」という。）６２
ｂを用い、Ｒ₃のかわりに、基本ひずみゲージＥと基本
ひずみゲージＦと補正用ひずみゲージｇ２と補正用ひず
みゲージｈ２からなる直列回路（以下、「第３ひずみ検
出部」という。）６３ｂを用い、Ｒ₄のかわりに、基本
ひずみゲージＧと基本ひずみゲージＨと補正用ひずみゲ
ージｅ２と補正用ひずみゲージｆ２からなる直列回路
（以下、「第４ひずみ検出部」という。）６４ｂを用い
ている。

【００９０】この場合、図１３（Ａ）に示すように垂直
力Ｐとレール横方向水平力Ｑが作用したときの、垂直力
Ｐにより補正用ひずみゲージａ２〜ｈ２に発生するひず
みの極性、レール横方向水平力Ｑにより補正用ひずみゲ
ージａ２〜ｈ２に発生するひずみの極性、ねじれモーメ
ントＴにより補正用ひずみゲージａ２〜ｈ２に発生する
ひずみの極性は、伸びを正とし縮みを負とすると、表３
に示すようになる。

【表３】

【００９１】表３に示すように、ねじれモーメントＴに
より補正用ひずみゲージａ２〜ｈ２に発生する各ひずみ
の極性のパターンは、表１におけるレール横方向水平力
Ｑにより基本ひずみゲージＡ〜Ｈに発生するひずみの極
性パターンと同じである。このことから、図１７に示す
ホイートストンブリッジ回路９２において、基本ひずみ
ゲージＡのかわりに補正用ひずみゲージａ２を接続し、
基本ひずみゲージＢのかわりに補正用ひずみゲージｂ２
を接続し、基本ひずみゲージＣのかわりに補正用ひずみ
ゲージｃ２を接続し、基本ひずみゲージＤのかわりに補
正用ひずみゲージｄ２を接続し、基本ひずみゲージＥの
かわりに補正用ひずみゲージｅ２を接続し、基本ひずみ
ゲージＦのかわりに補正用ひずみゲージｆ２を接続し、
基本ひずみゲージＧのかわりに補正用ひずみゲージｇ２
を接続し、基本ひずみゲージＨのかわりに補正用ひずみ
ゲージｈ２を接続すれば、ねじれモーメントＴに比例す
る出力（第２ねじれ比例出力）を得ることができる。

【００９２】また、上式（３）から、ホイートストンブ
リッジ回路９１において、抵抗Ｒ₁と抵抗Ｒ₂を互いに入
れ替え、抵抗Ｒ₃と抵抗Ｒ₄を互いに入れ替えれば、正負
の極性が反転し、出力電圧の変化量ΔＥ_oの極性が反転
することがわかる。

【００９３】このことから、図１７に示すホイートスト
ンブリッジ回路９２において、基本ひずみゲージＡのか
わりに補正用ひずみゲージｃ２を接続し、基本ひずみゲ
ージＢのかわりに補正用ひずみゲージｄ２を接続し、基
本ひずみゲージＣのかわりに補正用ひずみゲージａ２を
接続し、基本ひずみゲージＤのかわりに補正用ひずみゲ
ージｂ２を接続し、基本ひずみゲージＥのかわりに補正
用ひずみゲージｇ２を接続し、基本ひずみゲージＦのか
わりに補正用ひずみゲージｈ２を接続し、基本ひずみゲ
ージＧのかわりに補正用ひずみゲージｅ２を接続し、基
本ひずみゲージＨのかわりに補正用ひずみゲージｆ２を
接続すれば、−Ｔに比例する出力を得ることができる。
このようにして構成されたホイートストンブリッジ回路
が、図８に示すホイートストンブリッジ回路４２であ
る。図７に示すホイートストンブリッジ回路３２は、図
１７に示すホイートストンブリッジ回路９２に、図８に
示すホイートストンブリッジ回路４２を組み合わせて合
成したホイートストンブリッジ回路である。

【００９４】上記したホイートストンブリッジ回路４２
において、垂直力Ｐの影響を検討する。垂直力Ｐが作用
すると、補正用ひずみゲージａ２〜ｈ２に発生するひず
みの極性は、表３の上段に示すようになる。ここで、垂
直力Ｐについては、補正用ひずみゲージａ２〜ｄ２のひ
ずみ値は、δ３＝δ４の場合には、理論的には等しくな
ると考えられるから、正の値ε２０と仮定し、補正用ひ
ずみゲージｅ２〜ｈ２のひずみ値は、δ３＝δ４の場合
には、理論的には等しくなると考えられるから、正の値
ε２１と仮定すると、ホイートストンブリッジ回路４１
における接続点ｔ１とｔ２間の抵抗変化量ΔＲ₁、接続
点ｔ２とｔ３間の抵抗変化量ΔＲ₂、接続点ｔ３とｔ４
間の抵抗変化量ΔＲ₃、接続点ｔ４とｔ１間の抵抗変化
量ΔＲ₄は、補正用ひずみゲージａ２〜ｈ２の抵抗値が
すべてｒの場合には、それぞれ下式（２６）、（２６）
´のようになる。

【００９５】 ΔＲ₁＝ΔＲ₂＝２ｒ×Ｋ×ε２０ ……（２６） ΔＲ₃＝ΔＲ₄＝２ｒ×Ｋ×ε２１ ……（２６）´

【００９６】したがって、この結果を上式（３）に代入
すると、この場合の出力電圧の変化量ΔＥ_oは零とな
り、ホイートストンブリッジ回路４２の出力である−Ｔ
には垂直力Ｐの影響は入らない。

【００９７】次に、上記したホイートストンブリッジ回
路４２において、レール横方向水平力Ｑの影響を検討す
る。レール横方向水平力Ｑについては、補正用ひずみゲ
ージｃ２、ｄ２、ｇ２、ｈ２のひずみの値は、δ３＝δ
４の場合には、理論的には等しくなると考えられるか
ら、正の値ε２２と仮定し、補正用ひずみゲージａ２、
ｂ２、ｅ２、ｆ２のひずみの値は、δ３＝δ４の場合に
は、理論的には等しくなると考えられるから、負の値ε
２３と仮定すると、ホイートストンブリッジ回路４２に
おける接続点ｔ１とｔ２間の抵抗変化量ΔＲ₁、接続点
ｔ２とｔ３間の抵抗変化量ΔＲ₂、接続点ｔ３とｔ４間
の抵抗変化量ΔＲ₃、接続点ｔ４とｔ１間の抵抗変化量
ΔＲ₄は、補正用ひずみゲージａ２〜ｈ２の抵抗値がす
べてｒの場合には、それぞれ下式（２７）〜（３０）の
ようになる。

【００９８】 ΔＲ₁＝２ｒ×Ｋ×ε２２ ……（２７） ΔＲ₂＝２ｒ×Ｋ×ε２３ ……（２８） ΔＲ₃＝２ｒ×Ｋ×ε２２ ……（２９） ΔＲ₄＝２ｒ×Ｋ×ε２３ ……（３０）

【００９９】したがって、この結果を上式（３）に代入
すると、この場合の出力電圧の変化量ΔＥ_oは、下式
（３１）で表される。 ΔＥ_o＝Ｋ×Ｅ_i×（ε２３−ε２２） ……（３１）

【０１００】ここで、補正用ひずみゲージａ２〜ｈ２の
貼り付け位置Ｐ５〜Ｐ８が、基本ひずみゲージＡ〜Ｈの
貼り付け位置Ｐ１〜Ｐ４の直下位置であり、補正用ひず
みゲージｄ２は、基本ひずみゲージＡを直下に投影した
配置となっており、補正用ひずみゲージａ２は、基本ひ
ずみゲージＤを直下に投影した配置となっており、補正
用ひずみゲージｂ２は、基本ひずみゲージＣを直下に投
影した配置となっており、補正用ひずみゲージｃ２は、
基本ひずみゲージＢを直下に投影した配置となってお
り、補正用ひずみゲージｈ２は、基本ひずみゲージＥを
直下に投影した配置となっており、補正用ひずみゲージ
ｅ２は、基本ひずみゲージＨを直下に投影した配置とな
っており、補正用ひずみゲージｆ２は、基本ひずみゲー
ジＧを直下に投影した配置となっており、補正用ひずみ
ゲージｇ２は、基本ひずみゲージＦを直下に投影した配
置となっていることから、補正用ひずみゲージｃ２、ｄ
２、ｇ２、ｈ２のひずみの値ε２２は上記したひずみε
５１と等しく、補正用ひずみゲージａ２、ｂ２、ｅ２、
ｆ２のひずみの値ε２３は、上記したひずみε５２と等
しい。

【０１０１】したがって、上式（３１）は、下式（３
２）のように表すことができる。 ΔＥ_o＝Ｋ×Ｅ_i×（ε５２−ε５１） ……（３２）

【０１０２】上式（３２）の値は、レール横方向水平力
Ｑに比例する出力（第２横力比例出力）である。この値
は、上式（９）に示した基本ひずみゲージＡ〜Ｈとホイ
ートストンブリッジ回路９２によって得られる出力のう
ちのレール横方向水平力Ｑに比例する出力（第１横力比
例出力）とほぼ等しい。したがって、基本ひずみゲージ
Ａ〜Ｈ及び補正用ひずみゲージａ２〜ｈ２とホイートス
トンブリッジ回路３２によれば、基本ひずみゲージＡ〜
Ｈとホイートストンブリッジ回路９２の出力中の第１横
力比例出力の約２倍の出力を得ることができる。また、
ホイートストンブリッジ回路３２の出力は、第２横力比
例出力に、第２ねじれ比例出力が付加された出力（第２
出力）に近い値となっている。

【０１０３】また、図１３（Ｂ）に示すように、ねじれ
モーメントＴによる表面せん断応力は、レール底部の上
面と下面とでは、互いに極性が逆となっている。表面せ
ん断ひずみについても同様である。このことと、基本ひ
ずみゲージＡ〜Ｈと補正用ひずみゲージａ２〜ｈ２の上
記した関係を考慮すると、補正用ひずみゲージａ２〜ｈ
２とホイートストンブリッジ回路４２により得られる出
力中のねじれモーメントＴに比例する出力（第２ねじれ
比例出力）の値は、基本ひずみゲージＡ〜Ｈとホイート
ストンブリッジ回路９２により得られる出力中のねじれ
モーメントＴに比例する出力（第１ねじれ比例出力）の
値と絶対値が等しく正負の極性が逆となることがわか
る。

【０１０４】したがって、基本ひずみゲージＡ〜Ｈ及び
補正用ひずみゲージａ２〜ｈ２とホイートストンブリッ
ジ回路３２によれば、基本ひずみゲージＡ〜Ｈとホイー
トストンブリッジ回路９２によって得られる出力中の第
１ねじれ比例出力をほとんど相殺（キャンセル）してほ
ぼ除去することができる。

【０１０５】（３）他の実施形態 本発明は、上記した実施形態以外の他の構成によっても
実現可能である。第１実施形態の場合は、図９に示すレ
ール１０において、ゲージ貼り付け位置５０（レール腹
部１２を挟んで両側の底部上面。図１３（Ａ）における
１３ａＬ及び１３ａＲ）となる第１位置Ｐ１〜第４位置
Ｐ４に基本ひずみゲージＡ〜Ｈを２個ずつ十字形に交差
させた４つのペアを貼り付けるとともに、ゲージ貼り付
け位置５１（レール腹部１２の両側面の中立軸上。図１
３（Ａ）における１２ｂＬ及び１２ｂＲ）となる第５位
置Ｐ５〜第８位置Ｐ８に補正用ひずみゲージａ１〜ｈ１
を２個ずつ十字形に交差させた４つのペアを貼り付け、
ひずみゲージ（Ａ＋Ｂ＋ｃ１＋ｄ１）からなる第１ひず
み検出部６１ａを接続点ｔ１とｔ２の間に接続し、ひず
みゲージ（Ｃ＋Ｄ＋ａ１＋ｂ１）からなる第２ひずみ検
出部６２ａを接続点ｔ２とｔ３の間に接続し、ひずみゲ
ージ（Ｅ＋Ｆ＋ｇ１＋ｈ１）からなる第３ひずみ検出部
６３ａを接続点ｔ３とｔ４の間に接続し、ひずみゲージ
（Ｇ＋Ｈ＋ｅ１＋ｆ１）からなる第４ひずみ検出部６４
ａを接続点ｔ４とｔ１の間に接続してホイートストンブ
リッジ回路３１を構成し、出力電圧の変化量ΔＥ_oを得
ることにより、第１出力に含まれるねじれモーメントの
影響である第１ねじれ比例出力を減少させ、レール横方
向水平力Ｑに比例する出力である第１横力比例出力に近
い出力を検出することができる。この場合、ゲージ貼り
付け位置５０を適切に設定することにより、第１ねじれ
比例出力をほぼ除去することができる。

【０１０６】また、第２実施形態の場合は、図９に示す
レール１０において、ゲージ貼り付け位置５０となる第
１位置Ｐ１〜第４位置Ｐ４に基本ひずみゲージＡ〜Ｈを
２個ずつ十字形に交差させた４つのペアを貼り付けると
ともに、ゲージ貼り付け位置５２（レール腹部１２を挟
んで両側の底部下面。図１３（Ａ）における１３ｃＬ及
び１３ｃＲ）となる第５位置Ｐ５〜第８位置Ｐ８に補正
用ひずみゲージａ２〜ｈ２を２個ずつ十字形に交差させ
た４つのペアを貼り付け、ひずみゲージ（Ａ＋Ｂ＋ｃ２
＋ｄ２）からなる第１ひずみ検出部６１ｂを接続点ｔ１
とｔ２の間に接続し、ひずみゲージ（Ｃ＋Ｄ＋ａ２＋ｂ
２）からなる第２ひずみ検出部６２ｂを接続点ｔ２とｔ
３の間に接続し、ひずみゲージ（Ｅ＋Ｆ＋ｇ２＋ｈ２）
からなる第３ひずみ検出部６３ｂを接続点ｔ３とｔ４の
間に接続し、ひずみゲージ（Ｇ＋Ｈ＋ｅ２＋ｆ２）から
なる第４ひずみ検出部６４ｂを接続点ｔ４とｔ１の間に
接続してホイートストンブリッジ回路３２を構成し、出
力電圧の変化量ΔＥ_oを得ることにより、第１出力に含
まれる第１ねじれ比例出力をほぼ除去するとともに、第
１出力に含まれるレール横方向水平力Ｑに比例する出力
である第１横力比例出力に、第２出力に含まれるレール
横方向水平力Ｑに比例する出力である第２横力比例出力
を加えた値に近い値を出力させることができ、検出感度
を向上させることができる。

【０１０７】第２実施形態の場合における補正用ひずみ
ゲージａ２〜ｈ２の配置形状は、図９における位置５１
に貼り付けられていた補正用ひずみゲージａ１〜ｈ１
を、レール１０の表面に沿って、図９の矢印に示すよう
に滑らせ、レール底部下面の位置５２に持っていくこと
により実現される。したがって、ねじれモーメントに比
例する出力を低減するための補正用ひずみゲージ（以
下、「ａ〜ｈ」という。）は、ａ１〜ｈ１、ａ２〜ｈ２
以外にも可能であり、図９における位置５３（レール腹
部１２を挟んで両側の頭部下面。図１３（Ａ）における
１１ｃＬ及び１１ｃＲ）に対応する第５位置Ｐ５〜第８
位置Ｐ８に貼り付けてもよい。

【０１０８】また、図９における位置５４（レール腹部
１２を挟んで両側の頭部側面。図１３（Ａ）における１
１ｂＬ及び１１ｂＲ）、又は図９における位置５５（レ
ール腹部１２を挟んで両側の底部側面。図１３（Ａ）に
おける１３ｂＬ及び１３ｂＲ）、又は図９における位置
５６（レール腹部１２を挟んで両側の腹部上首面。図１
３（Ａ）における１２ａＬ及び１２ａＲ）、又は図９に
おける位置５７（レール腹部１２を挟んで両側の腹部下
首面。図１３（Ａ）における１２ｃＬ及び１２ｃＲ）に
対応する第５位置Ｐ５〜第８位置Ｐ８に貼り付けてもよ
い。

【０１０９】さらに、図９における位置５１（レール腹
部１２を挟んで両側）で、中立軸上でない第５位置Ｐ５
〜第８位置Ｐ８に貼り付けてもよい。そのほか、図９に
おける位置５０（レール腹部１２を挟んで両側）で、ひ
ずみゲージＡ〜Ｈの貼り付け位置とは異なる第５位置Ｐ
５〜第８位置Ｐ８に貼り付けてもよい。また、図９にお
ける位置５２（レール腹部１２を挟んで両側）で、基本
ひずみゲージＡ〜Ｈの直下位置とは異なる第５位置Ｐ５
〜第８位置Ｐ８に貼り付けてもよい。

【０１１０】また、ホイートストンブリッジ回路につい
ては、補正用ひずみゲージａ１〜ｈ１又はａ２〜ｈ２の
かわりに、一般にａ〜ｈとすれば、図１０に示すよう
に、ひずみゲージ（Ａ＋Ｂ＋ｃ＋ｄ）からなる第１ひず
み検出部６１ｃを接続点ｔ１とｔ２の間に接続し、ひず
みゲージ（Ｃ＋Ｄ＋ａ＋ｂ）からなる第２ひずみ検出部
６２ｃを接続点ｔ２とｔ３の間に接続し、ひずみゲージ
（Ｅ＋Ｆ＋ｇ＋ｈ）からなる第３ひずみ検出部６３ｃを
接続点ｔ３とｔ４の間に接続し、ひずみゲージ（Ｇ＋Ｈ
＋ｅ＋ｆ）からなる第４ひずみ検出部６４ｃを接続点ｔ
４とｔ１の間に接続してホイートストンブリッジ回路３
３を構成し、出力電圧の変化量ΔＥ_oを得ることによ
り、第１出力に含まれるねじれモーメントＴに比例する
出力である第１ねじれ比例出力を低減し、レール横方向
水平力Ｑに比例する出力に近い出力を検出することがで
きる。

【０１１１】さらに他の構成も可能である。上記した他
の実施形態においては、基本ひずみゲージＡ〜Ｈを、レ
ール横方向水平力Ｑに比例する出力を得るためのひずみ
ゲージとし、補正用ひずみゲージａ〜ｈを、ねじれモー
メントＴに比例する出力を低減させるためのひずみゲー
ジとし、基本ひずみゲージＡ〜Ｈの貼り付け位置は、第
１実施形態、第２実施形態と同じ位置（図９における位
置５０）としていた。しかし、基本ひずみゲージは、他
の貼り付け位置に貼り付けてもよい。

【０１１２】上記の説明から明らかなように、レール腹
部の中立軸上の位置（第１実施形態における補正用ひず
みゲージａ１〜ｈ１の貼り付け位置）にひずみゲージを
２個ずつ十字形に交差させた４つのペアを貼り付け、図
１７の９２に示すようにホイートストンブリッジ回路を
構成した場合には、レール横方向水平力Ｑに比例する出
力はつねに零となるために得ることができない。しか
し、この位置以外の位置では、レール横方向水平力Ｑに
比例する出力は零とはならないため、必ず得ることがで
きる。したがって、基本ひずみゲージＡ〜Ｈは、レール
腹部の中立軸上の位置（第１実施形態における補正用ひ
ずみゲージａ１〜ｈ１の貼り付け位置）以外で、レール
腹部１２を挟んで両側となる第１位置Ｐ１〜第４位置Ｐ
４であれば、どの位置に貼り付けてもよい。

【０１１３】一般に、第１位置Ｐ１は、レール１０の表
面の位置であって、レール長手方向Ｌの座標位置が、レ
ール横方向水平力Ｑの載荷位置ＰＬからレール長手方向
Ｌに第１距離δ１だけ離れた位置となる。また、第２位
置Ｐ２は、レール１０の表面の位置であって、レール長
手方向Ｌの座標位置が、レール横方向水平力Ｑの載荷位
置ＰＬから第１位置Ｐ１とは反対方向に第２距離δ２だ
け離れた位置であり、かつレール１０の下端からの高さ
が第１位置Ｐ１と等しい位置である。また、第３位置Ｐ
３は、レール１０の表面の位置であって、レールの頭部
中央線１１ｄと底部中央線１３ｄを結ぶ平面であるレー
ル中央対称面１４（図１３（Ａ）参照）に関して第１位
置Ｐ１と対称となる位置である。また、第４位置Ｐ４
は、レール１０の表面の位置であって、レール中央対称
面１４に関して第２位置Ｐ２と対称となる位置である。

【０１１４】また、一般に、第５位置Ｐ１は、第１位置
Ｐ１とは異なるレール１０の表面の位置であって、レー
ル中央対称面１４に関して第１位置Ｐ１と同一の側にあ
り、レール長手方向Ｌの座標位置が載荷位置ＰＬから第
１距離δ１と同じ方向に第３距離δ３だけ離れた位置で
ある。また、第６位置Ｐ６は、レール１０の表面の位置
であり、レール長手方向Ｌの座標位置が載荷位置ＰＬか
ら第５位置Ｐ５とは反対方向に第４距離δ４だけ離れた
位置であり、かつレール１０の下端からの高さが第５位
置Ｐ５と等しい位置である。また、第７位置Ｐ７は、レ
ール１０の表面の位置であり、レール中央対称面１４に
関して第５位置Ｐ５と対称となる位置である。また、第
８位置Ｐ８は、レール１０の表面の位置であり、レール
中央対称面１４に関して第６位置Ｐ６と対称となる位置
である。

【０１１５】また、これらの第１位置Ｐ１〜第８位置Ｐ
８のうち、δ１＝δ２＝δ３＝δ４の場合は、レール１
０の底面の中央を通りレールの長手方向Ｌに平行な直線
（例えば、図６（Ａ）における直線１３ｄ）をｘ軸と
し、載荷位置ＰＬのｘ軸への投影位置（例えば、図６
（Ａ）における点Ｏ）を空間座標の原点とし、レール１
０の底面上に位置しｘ軸に直角な直線（例えば、図６
（Ａ）における直線１３ｅ）をｙ軸とし、レール中央対
称面１４上に位置しｘ軸に直角な直線をｚ軸とし、δ
１、ｑ、ｒ、ｓ、ｔを実数としたとき、第１位置Ｐ１の
空間座標は、（δ１，ｑ，ｒ）で表される。

【０１１６】また、同様にして、第２位置Ｐ２の空間座
標は（−δ１，ｑ，ｒ）で表され、第３位置Ｐ３の空間
座標は（δ１，−ｑ，ｒ）で表され、第４位置Ｐ４の空
間座標は（−δ１，−ｑ，ｒ）で表され、第５位置Ｐ５
の空間座標は（δ１，ｓ，ｔ）で表され、第６位置Ｐ６
の空間座標は（−δ１，ｓ，ｔ）で表され、第７位置Ｐ
７の空間座標は（δ１，−ｓ，ｔ）で表され、第８位置
Ｐ８の空間座標は（−δ１，−ｓ，ｔ）で表される。

【０１１７】また、図１１（Ａ）は、図１０に示すホイ
ートストンブリッジ回路３３のひずみ検出部６１ｃ〜６
４ｃの構成を略図で示したものである。図１０に示すホ
イートストンブリッジ回路３３の構成についても、他の
構成が可能である。すなわち、上式（３）に示すホイー
トストンブリッジ回路の式より、Ｒ₁とＲ₂を入れ替える
とともにＲ₃とＲ₄を入れ替えても、ΔＥ_oの極性が変わ
る場合はあるが、絶対値は変わらない。図１１（Ｈ）
は、この場合のホイートストンブリッジ回路３３のひず
み検出部６１ｃ〜６４ｃの構成を略図で示したものであ
る。

【０１１８】また、Ｒ₁とＲ₄を入れ替えるとともにＲ₂
とＲ₃を入れ替えても、ΔＥ_oの極性は変わる場合はある
が、絶対値は変わらない。図１１（Ｆ）は、この場合の
ホイートストンブリッジ回路３３のひずみ検出部６１ｃ
〜６４ｃの構成を略図で示したものである。

【０１１９】また、Ｒ₁をＲ₂に替え、Ｒ₂をＲ₃に替え、
Ｒ₃をＲ₄に替え、Ｒ₄をＲ₁に替えるように、順序を変え
ずにずらしても、ΔＥ_oの極性は変わる場合はあるが、
絶対値は変わらない。図１１（Ｂ）は、この場合のホイ
ートストンブリッジ回路３３のひずみ検出部６１ｃ〜６
４ｃの構成を略図で示したものである。

【０１２０】これらのことから、ホイートストンブリッ
ジ回路３３のひずみ検出部６１ｃ〜６４ｃは、６１ｃ→
６２ｃ→６３ｃ→６４ｃの順序を変えずに、これらを時
計回り方向又は反時計回り方向に順次接続して環状に閉
じた閉回路を構成するようにすれば、どのような回路で
あってもよいことがわかる。これを図示したものが図１
１（Ａ）〜図１１（Ｈ）である。

【０１２１】上記した実施形態は、ホイートストンブリ
ッジ回路内の結線によってねじれモーメントＴの影響を
低減し、より正確なレール横方向水平力Ｑに比例する出
力を検出するようにしたものであるが、この効果は、ホ
イートストンブリッジ回路内の結線以外の方法によって
も実現可能である。

【０１２２】この方法は、以下の手順による。

【０１２３】１）まず、レール横方向水平力Ｑに比例す
る出力を検出するための基本となるホイートストンブリ
ッジ回路（例えば図１７に示す９２）の出力中のねじれ
モーメントＴに比例する第１ねじれ比例出力の絶対値
（例えば、α１とする。α１：α１＞０の実数）と、ホ
イートストンブリッジ回路４１からの第２出力の絶対値
（例えば、α２とする。α２：α２＞０の実数）を、理
論解析（例えば、コンピュータによる数値計算等）によ
ってあらかじめ算出し、乗算係数（例えば、α１／α２
とする）を算出しておく。

【０１２４】２）次に、基本ひずみゲージＡ〜Ｈと基本
ホイートストンブリッジ回路（例えば図１７に示す９
２）による実際の出力の絶対値（例えば、β１とする。
β１：β１＞０の実数）をコンピュータ等に入力する。

【０１２５】３）次に、補正用ひずみゲージａ１〜ｈ１
と補正用ホイートストンブリッジ回路（例えば図４に示
す４１）による実際の出力の絶対値（例えば、β２とす
る。β２：β２＞０の実数）をコンピュータ等に入力す
る。

【０１２６】４）次に、コンピュータ等により、下式
（３３）を計算する。 β３＝β１−（α１／α２）×β２ ………（３３）

【０１２７】ホイートストンブリッジ回路４１からの出
力である第２出力は、ねじれモーメントに比例する出力
である第２ねじれ比例出力のみで、他の出力を含まない
から、上記の手順により、基本ホイートストンブリッジ
回路の出力中のねじれモーメントＴの影響である第１ね
じれ比例出力を除去するとともに、温度等の影響も除去
し、より正確なレール横方向水平力Ｑに比例する出力で
ある第１横力比例出力のみを検出することができる。

【０１２８】なお、図４に示す補正用ホイートストンブ
リッジ回路４１の場合には、ねじれモーメントＴの極性
を逆にした−Ｔに比例する出力（例えば、−β４とす
る。β４：実数）が得られるので、差を演算する上式
（３３）のかわりに、和を演算する下式（３４）によっ
て計算するようにしてもよい。 β３´＝β１＋（α１／α２）×（−β４） ………（３４）

【０１２９】この場合、ホイートストンブリッジ回路４
１のひずみ検出部７１ａ〜７４ａは、７１ａ→７２ａ→
７３ａ→７４ａの順序を変えずに、これらを時計回り方
向又は反時計回り方向に順次接続して環状に閉じた閉回
路を構成するようにすれば、どのような回路であっても
よい。

【０１３０】さらに一般化すれば、以下の手順となる。

【０１３１】ａ）まず、上記した一般的なレール表面上
の第１位置Ｐ１〜第４位置Ｐ４に、基本ひずみゲージＡ
〜Ｈを２個ずつ十字形に交差させた４つのペアを貼り付
け、各ひずみゲージＡ〜Ｈをレール横方向水平力Ｑに比
例する出力を検出するための基本となるホイートストン
ブリッジ回路に結線する。この基本ホイートストンブリ
ッジ回路は、図１７に示すホイートストンブリッジ回路
９２のひずみ検出部６１ｃ〜６４ｃを、６１ｄ→６２ｄ
→６３ｄ→６４ｄの順序を変えずに、これらを時計回り
方向又は反時計回り方向に順次接続して環状に閉じた閉
回路を構成するようにすれば、どのような回路であって
もよい。このようにしてホイートストンブリッジ回路９
２を一般化又は概念拡張した回路は、第１ブリッジ回路
に相当している。

【０１３２】また、上記した一般的なレール表面上の第
５位置Ｐ５〜第８位置Ｐ８に、補正用ひずみゲージａ〜
ｈを２個ずつ十字形に交差させた４つのペアを貼り付
け、各ひずみゲージａ〜ｈをねじれモーメントＴに比例
する出力を検出するための補正用ホイートストンブリッ
ジ回路に結線する。この補正用ホイートストンブリッジ
回路は、図１２に示すホイートストンブリッジ回路４３
のひずみ検出部７１ｃ〜７４ｃを、７１ｃ→７２ｃ→７
３ｃ→７４ｃの順序を変えずに、これらを時計回り方向
又は反時計回り方向に順次接続して環状に閉じた閉回路
を構成するようにすれば、どのような回路であってもよ
い。

【０１３３】ｂ）次に、基本ホイートストンブリッジ回
路の出力中のねじれモーメントＴに比例する第１ねじれ
比例出力の絶対値（例えば、α３とする。α３：α３＞
０の実数）と、補正用ホイートストンブリッジ回路の出
力中のねじれモーメントＴに比例する第２ねじれ比例出
力の絶対値（例えば、α４とする。α４：α４＞０の実
数）を、理論解析（例えば、コンピュータによる数値計
算等）によってあらかじめ算出し、乗算係数（例えば、
α３／α４とする）を算出しておく。

【０１３４】ｃ）次に、基本ひずみゲージＡ〜Ｈと基本
ホイートストンブリッジ回路による実際の出力の絶対値
（例えば、β５とする。β５：β５＞０の実数）をコン
ピュータ等に入力する。

【０１３５】ｄ）次に、補正用ひずみゲージａ〜ｈと補
正用ホイートストンブリッジ回路による実際の出力の絶
対値（例えば、β６とする。β６：β６＞０の実数）を
コンピュータ等に入力する。

【０１３６】ｅ）次に、コンピュータ等により、下式
（３５）を計算する。 β７＝β５−（α３／α４）×β６ ………（３５）

【０１３７】このような手順により、基本ホイートスト
ンブリッジ回路の出力中のねじれモーメントＴの影響で
ある第１ねじれ比例出力を除去するとともに、温度等の
影響も除去し、より正確なレール横方向水平力Ｑに比例
する出力のみを検出することができる。

【０１３８】なお、図４に示す補正用ホイートストンブ
リッジ回路４１の場合には、ねじれモーメントＴの極性
を逆にした−Ｔに比例する出力（例えば、−β８とす
る。β８：実数）が得られるので、差を演算する上式
（３５）のかわりに、和を演算する下式（３６）によっ
て計算するようにしてもよい。 β７´＝β５＋（α３／α４）×（−β８） ………（３６）

【０１３９】なお、本発明は、上記各実施形態に限定さ
れるものではない。上記各実施形態は、例示であり、本
発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的
に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、
いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含され
る。

【０１４０】例えば、上記各実施形態においては、基本
ひずみゲージＡ〜Ｈ、補正用ひずみゲージａ１〜ｈ１等
は、１方向のひずみを検出するいわゆる「単軸ひずみゲ
ージ」であり、第１位置Ｐ１等においては、２つのゲー
ジを交差させるように貼り付けていたが、本発明はこの
例には限定されず、他の構成のひずみゲージ、例えば、
２つ以上の単軸ひずみゲージが一体化され２以上の方向
のひずみを１つのゲージで検出し得るいわゆる「多軸ゲ
ージ」又は「組み合わせゲージ」を第１位置Ｐ１等に貼
り付けるように構成してもよい。また、「多軸ゲージ」
又は「組み合わせゲージ」においては、交差角度は、９
０°（直角）以外でもよく、任意の交差角度のものが使
用可能である。

【０１４１】また、第１位置Ｐ１等において、各ゲージ
がレール長手方向Ｌに対してなす傾斜角度についても、
４５°以外の適宜の角度とすることが可能である。要
は、基本ひずみゲージＡは、第１位置Ｐ１においてレー
ル長手方向Ｌに対して斜交する方向であるＡ方向に設置
され、Ａ方向のレール表面ひずみを計測するひずみゲー
ジであればよい。また、基本ひずみゲージＤは、第１位
置Ｐ１においてレール長手方向Ｌに対して斜交する方向
であるＤ方向に設置され、Ｄ方向のレール表面ひずみを
計測するひずみゲージであればよい。また、基本ひずみ
ゲージＣは、第２位置Ｐ２においてレール長手方向Ｌに
対して斜交する方向であるＣ方向に設置され、Ｃ方向の
レール表面ひずみを計測するひずみゲージであればよ
い。また、基本ひずみゲージＢは、第２位置Ｐ２におい
てレール長手方向Ｌに対して斜交する方向であるＢ方向
に設置され、Ｂ方向のレール表面ひずみを計測するひず
みゲージであればよい。

【０１４２】また、基本ひずみゲージＥは、第３位置Ｐ
３においてレール長手方向Ｌに対して斜交する方向であ
るＥ方向に設置され、Ｅ方向のレール表面ひずみを計測
するひずみゲージであればよい。また、基本ひずみゲー
ジＨは、第３位置Ｐ３においてレール長手方向Ｌに対し
て斜交する方向であるＨ方向に設置され、Ｈ方向のレー
ル表面ひずみを計測するひずみゲージであればよい。ま
た、基本ひずみゲージＧは、第４位置Ｐ４においてレー
ル長手方向Ｌに対して斜交する方向であるＧ方向に設置
され、Ｇ方向のレール表面ひずみを計測するひずみゲー
ジであればよい。また、基本ひずみゲージＦは、第４位
置Ｐ４においてレール長手方向Ｌに対して斜交する方向
であるＦ方向に設置され、Ｆ方向のレール表面ひずみを
計測するひずみゲージであればよい。

【０１４３】また、補正用ひずみゲージａ（例えばａ
１、又はａ２）は、第５位置Ｐ５においてレール長手方
向Ｌに対して斜交する方向であるａ方向（例えばａ１方
向、又はａ２方向）に設置され、ａ方向のレール表面ひ
ずみを計測するひずみゲージであればよい。また、補正
用ひずみゲージｄ（例えばｄ１、又はｄ２）は、第５位
置Ｐ５においてレール長手方向Ｌに対して斜交する方向
であるｄ方向（例えばｄ１方向、又はｄ２方向）に設置
され、ｄ方向のレール表面ひずみを計測するひずみゲー
ジであればよい。また、補正用ひずみゲージｃ（例えば
ｃ１、又はｃ２）は、第６位置Ｐ６においてレール長手
方向Ｌに対して斜交する方向であるｃ方向（例えばｃ１
方向、又はｃ２方向）に設置され、ｃ方向のレール表面
ひずみを計測するひずみゲージであればよい。また、補
正用ひずみゲージｂ（例えばｂ１、又はｂ２）は、第６
位置Ｐ６においてレール長手方向Ｌに対して斜交する方
向であるｂ方向（例えばｂ１方向、又はｂ２方向）に設
置され、ｂ方向のレール表面ひずみを計測するひずみゲ
ージであればよい。

【０１４４】また、補正用ひずみゲージｅ（例えばｅ
１、又はｅ２）は、第７位置Ｐ７においてレール長手方
向Ｌに対して斜交する方向であるｅ方向（例えばｅ１方
向、又はｅ２方向）に設置され、ｅ方向のレール表面ひ
ずみを計測するひずみゲージであればよい。また、補正
用ひずみゲージｈ（例えばｈ１、又はｈ２）は、第７位
置Ｐ７においてレール長手方向Ｌに対して斜交する方向
であるｈ方向（例えばｈ１方向、又はｈ２方向）に設置
され、ｈ方向のレール表面ひずみを計測するひずみゲー
ジであればよい。また、補正用ひずみゲージｇ（例えば
ｇ１、又はｇ２）は、第８位置Ｐ８においてレール長手
方向Ｌに対して斜交する方向であるｇ方向（例えばｇ１
方向、又はｇ２方向）に設置され、ｇ方向のレール表面
ひずみを計測するひずみゲージであればよい。また、補
正用ひずみゲージｆ（例えばｆ１、又はｆ２）は、第８
位置Ｐ８においてレール長手方向Ｌに対して斜交する方
向であるｆ方向（例えばｆ１方向、又はｆ２方向）に設
置され、ｆ方向のレール表面ひずみを計測するひずみゲ
ージであればよい。

【０１４５】また、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）に示す第１
実施形態の応用例においては、補正用ひずみゲージａ１
〜ｈ１の貼り付け位置は、レール１０の両側の腹部側面
の中立軸上の位置（図１及び図２を参照）としておき、
第１ねじれ比例出力の値と第２ねじれ比例出力の値（極
性が逆の値）が等しくなるように基本ひずみゲージＡ〜
Ｈの貼り付け位置を選択することにより、第１ねじれ比
例出力をほぼ除去することができる。しかし、本発明
は、この例には限定されず、他の方法によっても実現可
能である。例えば、基本ひずみゲージＡ〜Ｈの貼り付け
位置を所定の位置（図５（Ｂ）、図５（Ｃ）に示す位置
以外の位置）に指定しておき、この場合の第１ねじれ比
例出力の値と第２ねじれ比例出力の値を数値計算等によ
って求めておく。そして、基本ひずみゲージＡ〜Ｈのひ
ずみ検出感度と補正用ひずみゲージａ１〜ｈ１のひずみ
検出感度を、第１ねじれ比例出力と第２ねじれ比例出力
の絶対値が等しくなるように、それぞれ異なる適宜の値
に調整しておくことにより、上記と同様の効果（第１ね
じれ比例出力の除去効果）を得ることができる。

【０１４６】この場合、ひずみ検出感度を変える第１の
方法としては、基本ひずみゲージＡ〜Ｈの抵抗値をすべ
てｒ１とし、補正用ひずみゲージａ１〜ｈ１の抵抗値
を、第１ねじれ比例出力と第２ねじれ比例出力の絶対値
が等しくなるように、すべてｒ２とする方法が挙げられ
る。この第１の方法は、まず、図３に示すホイートスト
ンブリッジ回路３１のように、基本ひずみゲージＡ〜Ｈ
と補正用ひずみゲージａ１〜ｈ１を組み合わせて１つの
合成ホイートストンブリッジ回路を構成する方法に適用
することができる。さらに、この第１の方法は、基本ひ
ずみゲージＡ〜Ｈによるホイートストンブリッジ回路
（例えば９２）と、補正用ひずみゲージａ１〜ｈ１よる
ホイートストンブリッジ回路（例えば４１）の２つのホ
イートストンブリッジ回路を用い、２つのホイートスト
ンブリッジ回路からの出力を用いて第１ねじれ比例出力
を除去する方法にも適用することができる。

【０１４７】また、ひずみ検出感度を変える第２の方法
としては、基本ひずみゲージＡ〜Ｈによるホイートスト
ンブリッジ回路（例えば９２）と、補正用ひずみゲージ
ａ１〜ｈ１によるホイートストンブリッジ回路（例えば
４１）の２つのホイートストンブリッジ回路を用い、基
本ひずみゲージＡ〜Ｈと補正用ひずみゲージａ１〜ｈ１
の抵抗値をすべて等しくｒ３とするものの、基本ひずみ
ゲージＡ〜Ｈによるホイートストンブリッジ回路（例え
ば９２）の電源（例えば、図１７における２１）の電圧
値（例えば、図１７におけるＥ_i）と補正用ひずみゲー
ジａ１〜ｈ１によるホイートストンブリッジ回路（例え
ば４１）の電源（例えば、図４における２１）の電圧値
（例えば、図４におけるＥ_i）を、第１ねじれ比例出力
と第２ねじれ比例出力の絶対値が等しくなるように、そ
れぞれ異なる適宜の値に調整しておき、２つのホイート
ストンブリッジ回路からの出力を用いて第１ねじれ比例
出力を除去する、という方法が挙げられる。

【０１４８】なお、上記した各ひずみゲージのひずみ検
出感度を変える方法は、第２実施形態以下の他の実施形
態の場合にも適宜応用可能である。

【０１４９】また、上記各実施形態においては、図３、
図４、図７、図８、図１０、図１１、図１２、図１７に
示すようにして、各ひずみゲージを用いてホイートスト
ンブリッジ回路３１、４１、３２、４２、３３、９２等
を結線する例について説明したが、本発明はこれらの例
には限定されず、他の構成によって実現してもよい。例
えば、図３、図４、図７、図８、図１０〜１２、図１７
における各ホイートストンブリッジ回路のひずみゲージ
とひずみゲージの間の結線部分（例えば、図１７におけ
る第１ひずみ検出部６１ｄにおける符号８３、８４、８
５、８６の部分を参照。他の第２〜第４ひずみ検出部６
２ｄ〜６４ｄにおける結線部分も同様。）を、あらかじ
めプリント基板等によって一体的に作製した基板（以
下、「ホイートストンブリッジ回路結線部分基板」とい
う。）を用意しておき、各ひずみゲージからのリード線
を接続するための端子を上記のホイートストンブリッジ
回路結線部分基板に設けておき、各ひずみゲージからの
リード線をこのホイートストンブリッジ回路結線部分基
板の所定の端子に接続するだけで所要のホイートストン
ブリッジ回路３１、４１、３２、４２、３３、９２等が
形成されるようにしておいてもよい。このようにすれ
ば、レール横方向水平力Ｑを実際の鉄道の線路で計測す
る場合に手間がかからず便利であるとともに、結線ミス
を防止することができる。

【０１５０】また、上記のホイートストンブリッジ回路
結線部分基板を用いる場合には、ひずみゲージの側も、
１つの位置（例えば第１位置Ｐ１等）に２つの単軸ゲー
ジを貼り付けるのではなく、１つの位置（例えば第１位
置Ｐ１等）に組み合わせゲージ（例えば、２つの単軸ゲ
ージの機能を互いに直交する＋字状に一体化した、いわ
ゆる「クロスゲージ」など）を貼り付けるようにしてお
けば、軌道現場での計測はさらに簡易かつ確実となる。

【０１５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
８個の基本ひずみゲージからの第１出力のほか、８個の
補正用ひずみゲージからの第２出力を利用するため、第
１出力に含まれるねじれモーメントＴに比例する第１ね
じれ比例出力を減少させることができ、レール横方向水
平力Ｑに比例する出力の誤差を減少させることができ
る、という利点を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態であるレール横方向水平
力検出方法におけるひずみゲージ貼り付け位置を示す図
である。

【図２】図１のひずみゲージ貼り付け位置のさらに詳細
な関係を示す図である。

【図３】本発明の第１実施形態であるレール横方向水平
力検出方法におけるホイートストンブリッジ回路の各ひ
ずみゲージの結線パターンの構成を示す図である。

【図４】本発明の第１実施形態であるレール横方向水平
力検出方法におけるねじれ補償出力を得るためのホイー
トストンブリッジ回路の各ひずみゲージの結線パターン
の構成を示す図である。

【図５】ねじれ比例出力をほぼ除去するためのひずみゲ
ージ貼り付け位置を示す図である。

【図６】本発明の第２実施形態であるレール横方向水平
力検出方法におけるひずみゲージ貼り付け位置を示す図
である。

【図７】本発明の第２実施形態であるレール横方向水平
力検出方法におけるホイートストンブリッジ回路の各ひ
ずみゲージの結線パターンの構成を示す図である。

【図８】本発明の第２実施形態であるレール横方向水平
力検出方法におけるねじれ補償出力を得るためのホイー
トストンブリッジ回路の各ひずみゲージの結線パターン
の構成を示す図である。

【図９】本発明の他の実施形態のレール横方向水平力検
出方法におけるひずみゲージ貼り付け位置を説明する図
である。

【図１０】本発明の他の実施形態のレール横方向水平力
検出方法におけるホイートストンブリッジ回路の各ひず
みゲージの結線パターンの構成を示す図である。

【図１１】本発明の他の実施形態のレール横方向水平力
検出方法におけるホイートストンブリッジ回路の各ひず
み検出部の結線パターンの構成を示す図である。

【図１２】本発明の他の実施形態のレール横方向水平力
検出方法におけるねじれ補償出力を得るためのホイート
ストンブリッジ回路の各ひずみゲージの結線パターンの
構成を示す図である。

【図１３】鉄道のレールに作用する力を説明する図であ
る。

【図１４】従来のレール横方向水平力検出方法における
ひずみゲージ貼り付け位置を示す図である。

【図１５】図１４におけるひずみゲージの配置位置及び
構成の詳細図である。

【図１６】ホイートストンブリッジ回路の構成を示す図
である。

【図１７】従来のレール横方向水平力検出方法における
ホイートストンブリッジ回路の各ひずみゲージの結線パ
ターンの構成を示す図である。

【符号の説明】

１０ レール １１ 頭部 １１ａ 頭頂面 １１ｂＬ 軌間内側の頭部側面 １１ｂＲ 軌間外側の頭部側面 １１ｃＬ 軌間内側の頭部下面 １１ｃＲ 軌間外側の頭部下面 １１ｄ 頭部中央線 １２ 腹部 １２ａＬ 軌間内側の腹部上首面 １２ａＲ 軌間外側の腹部上首面 １２ｂＬ 軌間内側の腹部側面 １２ｂＲ 軌間外側の腹部側面 １２ｃＬ 軌間内側の腹部下首面 １２ｃＲ 軌間外側の腹部下首面 １２ｄＬ 軌間内側の中立軸 １２ｄＲ 軌間外側の中立軸 １３ 底部 １３ａＬ 軌間内側の底部上面 １３ａＲ 軌間外側の底部上面 １３ｂＬ 軌間内側の底部側面 １３ｂＲ 軌間外側の底部側面 １３ｃＬ 軌間内側の底部下面 １３ｃＲ 軌間外側の底部下面 １３ｄ 底部中央線 １４ レール中央対称面 ２１ 電源 ３１〜３３ ホイートストンブリッジ回路 ４１〜４３ ホイートストンブリッジ回路 ５０〜５５ ゲージ貼り付け位置 ６１ａ〜６１ｄ 第１ひずみ検出部 ６２ａ〜６２ｄ 第２ひずみ検出部 ６３ａ〜６３ｄ 第３ひずみ検出部 ６４ａ〜６４ｄ 第４ひずみ検出部 ７１ａ〜７１ｃ 第１ひずみ検出部 ７２ａ〜７２ｃ 第２ひずみ検出部 ７３ａ〜７３ｃ 第３ひずみ検出部 ７４ａ〜７４ｃ 第４ひずみ検出部 ８１ ゲージベース ８２ 抵抗部 ８３〜８６ リード線 ９１、９２ ホイートストンブリッジ回路 Ａ〜Ｈ 基本ひずみゲージ ａ１〜ｈ１、ａ２〜ｈ２ 補正用ひずみゲージ Ｌ レール長手方向 ＬＧ ゲージ長 Ｐ レール垂直力 ＰＬ レール横方向水平力の載荷位置 Ｐ１ 第１位置 Ｐ２ 第２位置 Ｐ３ 第３位置 Ｐ４ 第４位置 Ｐ５ 第５位置 Ｐ６ 第６位置 Ｐ７ 第７位置 Ｐ８ 第８位置 Ｑ レール横方向水平力 Ｔ ねじれモーメント ｔ１〜ｔ５ 接続点 ｗ１、ｗ２ レール底部の端部からの距離 δ１ 第１距離 τ せん断応力

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀池 高広 東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団 法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 若月 修 東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団 法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 三浦 重 東京都豊島区駒込１丁目35番地１号田村ビ ル 株式会社日本線路技術内 (72)発明者 小林 恵一 東京都豊島区駒込１丁目35番地１号田村ビ ル 株式会社日本線路技術内 Ｆターム(参考） 2F051 AA02 AB09 DA01 DA02 DB01

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レールの側面の位置である載荷位置（Ｐ
   Ｌ）においてレール長手方向（Ｌ）に直角でかつ水平に
   作用する力であるレール横方向水平力（Ｑ）を検出する
   方法であって、 前記レールの表面の位置であるとともに、前記レール長
   手方向（Ｌ）の座標位置が前記載荷位置（ＰＬ）から前
   記レール長手方向（Ｌ）に第１距離（δ１）だけ離れた
   位置である第１位置（Ｐ１）において前記レール長手方
   向（Ｌ）に対して斜交する方向であるＡ方向のレール表
   面ひずみを計測する基本ひずみゲージ（Ａ）と、 前記第１位置（Ｐ１）において前記Ａ方向に対して斜交
   する方向であるＤ方向のレール表面ひずみを計測する基
   本ひずみゲージ（Ｄ）と、 前記レールの表面の位置であり、前記レール長手方向
   （Ｌ）の座標位置が前記載荷位置（ＰＬ）から前記第１
   位置（Ｐ１）とは反対方向に第２距離（δ２）だけ離れ
   た位置であり、かつ前記レールの下端からの高さが前記
   第１位置（Ｐ１）と等しい位置である第２位置（Ｐ２）
   において前記レール長手方向（Ｌ）に対して斜交する方
   向であるＣ方向のレール表面ひずみを計測する基本ひず
   みゲージ（Ｃ）と、 前記第２位置（Ｐ２）において前記Ｃ方向に対して斜交
   する方向であるＢ方向のレール表面ひずみを計測する基
   本ひずみゲージ（Ｂ）と、 前記レールの表面の位置であり、前記レールの頭部中央
   線（１１ｄ）と底部中央線（１３ｄ）を結ぶ平面である
   レール中央対称面（１４）に関して前記第１位置（Ｐ
   １）と対称となる位置である第３位置（Ｐ３）において
   前記レール長手方向（Ｌ）に対して斜交する方向である
   Ｅ方向のレール表面ひずみを計測する基本ひずみゲージ
   （Ｅ）と、 前記第３位置（Ｐ３）において前記Ｅ方向に対して斜交
   する方向であるＨ方向のレール表面ひずみを計測する基
   本ひずみゲージ（Ｈ）と、 前記レールの表面の位置であり、前記レール中央対称面
   （１４）に関して前記第２位置（Ｐ２）と対称となる位
   置である第４位置（Ｐ４）において前記レール長手方向
   （Ｌ）に対して斜交する方向であるＧ方向のレール表面
   ひずみを計測する基本ひずみゲージ（Ｇ）と、 前記第４位置（Ｐ４）において前記Ｇ方向に対して斜交
   する方向であるＦ方向のレール表面ひずみを計測する基
   本ひずみゲージ（Ｆ）を用いて、 前記レール横方向水平力（Ｑ）に比例する出力である第
   １横力比例出力に、前記レール横方向水平力（Ｑ）によ
   り前記レールに作用するねじれモーメント（Ｔ）に比例
   する出力である第１ねじれ比例出力が付加された出力で
   ある第１出力を測定し、 前記第１位置（Ｐ１）とは異なる前記レールの表面の位
   置であるとともに、前記レール中央対称面（１４）に関
   して前記第１位置（Ｐ１）と同一の側にあり、前記レー
   ル長手方向（Ｌ）の座標位置が前記載荷位置（ＰＬ）か
   ら前記第１距離（δ１）と同じ方向に第３距離（δ３）
   だけ離れた位置となる第５位置（Ｐ５）において前記レ
   ール長手方向（Ｌ）に対して斜交する方向であるａ方向
   のレール表面ひずみを計測する補正用ひずみゲージ
   （ａ）と、 前記第５位置（Ｐ５）において前記ａ方向に対して斜交
   する方向であるｄ方向のレール表面ひずみを計測する補
   正用ひずみゲージ（ｄ）と、 前記レールの表面の位置であり、前記レール長手方向
   （Ｌ）の座標位置が前記載荷位置（ＰＬ）から前記第５
   位置（Ｐ５）とは反対方向に前記第４距離（δ４）だけ
   離れた位置であり、かつ前記レールの下端からの高さが
   前記第５位置（Ｐ５）と等しい位置である第６位置（Ｐ
   ６）において前記レール長手方向（Ｌ）に対して斜交す
   る方向であるｃ方向のレール表面ひずみを計測する補正
   用ひずみゲージ（ｃ）と、 前記第６位置（Ｐ６）において前記ｃ方向に対して斜交
   する方向であるｂ方向のレール表面ひずみを計測する補
   正用ひずみゲージ（ｂ）と、 前記レールの表面の位置であり、前記レール中央対称面
   （１４）に関して前記第５位置（Ｐ５）と対称となる位
   置である第７位置（Ｐ７）において前記レール長手方向
   （Ｌ）に対して斜交する方向であるｅ方向のレール表面
   ひずみを計測する補正用ひずみゲージ（ｅ）と、 前記第７位置（Ｐ７）において前記ｅ方向に対して斜交
   する方向であるｈ方向のレール表面ひずみを計測する補
   正用ひずみゲージ（ｈ）と、 前記レールの表面の位置であり、前記レール中央対称面
   （１４）に関して前記第６位置（Ｐ６）と対称となる位
   置である第８位置（Ｐ８）において前記レール長手方向
   （Ｌ）に対して斜交する方向であるｇ方向のレール表面
   ひずみを計測する補正用ひずみゲージ（ｇ）と、 前記第８位置（Ｐ８）において前記ｇ方向に対して斜交
   する方向であるｆ方向のレール表面ひずみを計測する補
   正用ひずみゲージ（ｆ）を用い、 前記レール横方向水平力（Ｑ）に比例する出力である第
   ２横力比例出力に、前記ねじれモーメント（Ｔ）に比例
   する出力である第２ねじれ比例出力が付加された出力で
   ある第２出力を測定し、 前記第２出力を用いることにより、前記第１出力に含ま
   れる前記第１ねじれ比例出力を減少させることを特徴と
   するレール横方向水平力検出方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のレール横方向水平力検出
   方法において、 前記レールの底面の中央を通り前記レールの長手方向
   （Ｌ）に平行な直線をｘ軸とし、前記載荷位置（ＰＬ）
   の前記ｘ軸への投影位置を空間座標の原点とし、前記レ
   ールの底面上に位置し前記ｘ軸に直角な直線をｙ軸と
   し、前記レール中央対称面（１４）上に位置し前記ｘ軸
   に直角な直線をｚ軸とし、δ１、δ２、δ３、δ４、
   ｑ、ｒ、ｓ、ｔを実数としたとき、 δ１＝δ２＝δ３＝δ４であり、 前記第１位置（Ｐ１）は、空間座標（δ１，ｑ，ｒ）で
   表され、 前記第２位置（Ｐ２）は、空間座標（−δ１，ｑ，ｒ）
   で表され、 前記第３位置（Ｐ３）は、空間座標（δ１，−ｑ，ｒ）
   で表され、 前記第４位置（Ｐ４）は、空間座標（−δ１，−ｑ，
   ｒ）で表され、 前記第５位置（Ｐ５）は、空間座標（δ１，ｓ，ｔ）で
   表され、 前記第６位置（Ｐ６）は、空間座標（−δ１，ｓ，ｔ）
   で表され、 前記第７位置（Ｐ７）は、空間座標（δ１，−ｓ，ｔ）
   で表され、 前記第８位置（Ｐ８）は、空間座標（−δ１，−ｓ，
   ｔ）で表されることを特徴とするレール横方向水平力検
   出方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載のレール横方向水平力検出
   方法において、 前記Ａ方向及び前記Ｃ方向は、前記レールの第１面上で
   前記レール長手方向（Ｌ）に対して第１の側に角度４５
   度だけ傾斜した方向であり、前記Ｄ方向及び前記Ｂ方向
   は、前記第１面上で前記Ａ方向及び前記Ｃ方向に対し直
   角な方向であり、 前記Ｅ方向及び前記Ｇ方向は、前記レール中央対称面
   （１４）に関して前記第１面と対称となる第２面上で前
   記レール長手方向（Ｌ）に対して前記第１の側に角度４
   ５度だけ傾斜した方向であり、前記Ｈ方向及び前記Ｆ方
   向は、前記第２面上で前記Ｅ方向及び前記Ｇ方向に対し
   直角な方向であり、 前記ａ方向及び前記ｃ方向は、前記レールの第３面上で
   前記レール長手方向（Ｌ）に対して第２の側に角度４５
   度だけ傾斜した方向であり、前記ｄ方向及び前記ｂ方向
   は、前記第３面上で前記ａ方向及び前記ｃ方向に対し直
   角な方向であり、 前記ｅ方向及び前記ｇ方向は、前記レール中央対称面
   （１４）に関して前記第３面と対称となる第４面上で前
   記レール長手方向（Ｌ）に対して前記第２の側に角度４
   ５度だけ傾斜した方向であり、前記ｈ方向及び前記ｆ方
   向は、前記第４面上で前記ｅ方向及び前記ｇ方向に対し
   直角な方向であることを特徴とするレール横方向水平力
   検出方法。
4. 【請求項４】 請求項３記載のレール横方向水平力検出
   方法において、 前記基本ひずみゲージ（Ａ）と前記基本ひずみゲージ
   （Ｂ）を直列に接続して第１ひずみ検出部（６１ｄ）を
   構成し、 前記基本ひずみゲージ（Ｃ）と前記基本ひずみゲージ
   （Ｄ）を直列に接続して第２ひずみ検出部（６２ｄ）を
   構成し、 前記基本ひずみゲージ（Ｅ）と前記基本ひずみゲージ
   （Ｆ）を直列に接続して第３ひずみ検出部（６３ｄ）を
   構成し、 前記基本ひずみゲージ（Ｇ）と前記基本ひずみゲージ
   （Ｈ）を直列に接続して第４ひずみ検出部（６４ｄ）を
   構成し、 前記第１ひずみ検出部（６４ｄ）と前記第２ひずみ検出
   部（６２ｄ）と前記第３ひずみ検出部（６３ｄ）と前記
   第４ひずみ検出部（６４ｄ）の端部を時計回り方向又は
   反時計回り方向に順次接続して環状に閉じた第１ブリッ
   ジ回路を構成し、 前記補正用ひずみゲージ（ａ）と前記補正用ひずみゲー
   ジ（ｂ）と前記補正用ひずみゲージ（ｃ）と前記補正用
   ひずみゲージ（ｄ）と前記補正用ひずみゲージ（ｅ）と
   前記補正用ひずみゲージ（ｆ）と前記補正用ひずみゲー
   ジ（ｇ）と前記補正用ひずみゲージ（ｈ）のうちの各２
   個が、前記第１ひずみ検出部（６１ｄ）又は前記第２ひ
   ずみ検出部（６２ｄ）又は前記第３ひずみ検出部（６３
   ｄ）又は前記第４ひずみ検出部（６４ｄ）の中に直列に
   接続されるように結線されることを特徴とするレール横
   方向水平力検出方法。
5. 【請求項５】 請求項４記載のレール横方向水平力検出
   方法において、 前記第１位置（Ｐ１）及び前記第２位置（Ｐ２）は、前
   記レールの底部の上面であって前記レール中央対称面
   （１４）に関して同一の側となる位置に配置され、 前記第３位置（Ｐ３）及び前記第４位置（Ｐ４）は、前
   記レールの底部の上面であって前記レール中央対称面
   （１４）に関して前記第１位置（Ｐ１）及び前記第２位
   置（Ｐ２）とは異なる側となる位置に配置され、 前記第５位置（Ｐ５）及び前記第６位置（Ｐ６）は、前
   記レールの腹部の側面の中立軸（１２ｄＲ）上の位置で
   あって前記レール中央対称面（１４）に関して前記第１
   位置（Ｐ１）及び前記第２位置（Ｐ２）と同一の側とな
   る位置に配置され、 前記第７位置（Ｐ７）及び前記第８位置（Ｐ８）は、前
   記レールの腹部の側面の中立軸（１２ｄＬ）上の位置で
   あって前記レール中央対称面（１４）に関して前記第５
   位置（Ｐ５）及び前記第６位置（Ｐ６）とは異なる側と
   なる位置に配置されることを特徴とするレール横方向水
   平力検出方法。
6. 【請求項６】 請求項５記載のレール横方向水平力検出
   方法において、 補正用ひずみゲージ（ｃ１）と補正用ひずみゲージ（ｄ
   １）が前記第１ひずみ検出部（６１ｄ）の適宜箇所に直
   列に接続されるように結線され、 補正用ひずみゲージ（ａ１）と補正用ひずみゲージ（ｂ
   １）が前記第２ひずみ検出部（６２ｄ）の適宜箇所に直
   列に接続されるように結線され、 補正用ひずみゲージ（ｇ１）と補正用ひずみゲージ（ｈ
   １）が前記第３ひずみ検出部（６３ｄ）の適宜箇所に直
   列に接続されるように結線され、 補正用ひずみゲージ（ｅ１）と補正用ひずみゲージ（ｆ
   １）が前記第４ひずみ検出部（６４ｄ）の適宜箇所に直
   列に接続されるように結線されることを特徴とするレー
   ル横方向水平力検出方法。
7. 【請求項７】 請求項６記載のレール横方向水平力検出
   方法において、 前記第５位置（Ｐ５）及び前記第６位置（Ｐ６）及び前
   記第７位置（Ｐ７）及び前記第８位置（Ｐ８）は、その
   位置における前記第２ねじれ比例出力が、前記第１位置
   （Ｐ１）及び前記第２位置（Ｐ２）及び前記第３位置
   （Ｐ３）及び前記第４位置（Ｐ４）における前記第１ね
   じれ比例出力とほぼ等しくなる位置に配置され、前記第
   １出力に含まれる前記第１ねじれ比例出力がほぼ除去さ
   れるように結線されることを特徴とするレール横方向水
   平力検出方法。
8. 【請求項８】 請求項４記載のレール横方向水平力検出
   方法において、 前記第１位置（Ｐ１）及び前記第２位置（Ｐ２）は、前
   記レールの底部の上面であって前記レール中央対称面
   （１４）に関して同一の側となる位置に配置され、 前記第３位置（Ｐ３）及び前記第４位置（Ｐ４）は、前
   記レールの底部の上面であって前記レール中央対称面
   （１４）に関して前記第１位置（Ｐ１）及び前記第２位
   置（Ｐ２）とは異なる側となる位置に配置され、 前記第５位置（Ｐ５）は、前記レールの底部の下面であ
   って前記第１位置（Ｐ１）の直下となる位置に配置さ
   れ、 前記第６位置（Ｐ６）は、前記レールの底部の下面であ
   って前記第２位置（Ｐ２）の直下となる位置に配置さ
   れ、 前記第７位置（Ｐ７）は、前記レールの底部の下面であ
   って前記第３位置（Ｐ３）の直下となる位置に配置さ
   れ、 前記第８位置（Ｐ８）は、前記レールの底部の下面であ
   って前記第４位置（Ｐ４）の直下となる位置に配置され
   ることを特徴とするレール横方向水平力検出方法。
9. 【請求項９】 請求項８記載のレール横方向水平力検出
   方法において、 補正用ひずみゲージ（ｃ２）と補正用ひずみゲージ（ｄ
   ２）が前記第１ひずみ検出部（６１ｄ）の適宜箇所に直
   列に接続されるように結線され、 補正用ひずみゲージ（ａ２）と補正用ひずみゲージ（ｂ
   ２）が前記第２ひずみ検出部（６２ｄ）の適宜箇所に直
   列に接続されるように結線され、 補正用ひずみゲージ（ｇ２）と補正用ひずみゲージ（ｈ
   ２）が前記第３ひずみ検出部（６３ｄ）の適宜箇所に直
   列に接続されるように結線され、 補正用ひずみゲージ（ｅ２）と補正用ひずみゲージ（ｆ
   ２）が前記第４ひずみ検出部（６４ｄ）の適宜箇所に直
   列に接続されるように結線され、 前記第１出力に含まれる前記第１ねじれ比例出力がほぼ
   除去されるように結線されることを特徴とするレール横
   方向水平力検出方法。
10. 【請求項１０】 請求項１記載のレール横方向水平力検
    出方法において、 前記第２ねじれ比例出力に乗算した場合に前記第１ねじ
    れ比例出力と等しくなる乗算係数を解析で求め、前記第
    ２出力に前記乗算係数を乗じる演算を行い、乗算後の第
    ２出力を前記第１出力から減じて差を求める演算を行う
    ことにより、前記第１ねじれ比例出力を除去し、前記レ
    ール横方向水平力に比例する出力のみを抽出することを
    特徴とするレール横方向水平力検出方法。
11. 【請求項１１】 請求項３記載のレール横方向水平力検
    出方法において、 前記第１位置（Ｐ１）及び前記第２位置（Ｐ２）は、前
    記レールの底部の上面であって前記レール中央対称面
    （１４）に関して同一の側となる位置に配置され、 前記第３位置（Ｐ３）及び前記第４位置（Ｐ４）は、前
    記レールの底部の上面であって前記レール中央対称面
    （１４）に関して前記第１位置（Ｐ１）及び前記第２位
    置（Ｐ２）とは異なる側となる位置に配置され、 前記第５位置（Ｐ５）及び前記第６位置（Ｐ６）は、前
    記レールの腹部の側面の中立軸（１２ｄＲ）上の位置で
    あって前記レール中央対称面（１４）に関して前記第１
    位置（Ｐ１）及び前記第２位置（Ｐ２）と同一の側とな
    る位置に配置され、 前記第７位置（Ｐ７）及び前記第８位置（Ｐ８）は、前
    記レールの腹部の側面の中立軸（１２ｄＬ）上の位置で
    あって前記レール中央対称面（１４）に関して前記第５
    位置（Ｐ５）及び前記第６位置（Ｐ６）とは異なる側と
    なる位置に配置され、 前記第５位置（Ｐ５）及び前記第６位置（Ｐ６）及び前
    記第７位置（Ｐ７）及び前記第８位置（Ｐ８）は、その
    位置における前記第２ねじれ比例出力が、前記第１位置
    （Ｐ１）及び前記第２位置（Ｐ２）及び前記第３位置
    （Ｐ３）及び前記第４位置（Ｐ４）における前記第１ね
    じれ比例出力とほぼ等しくなる位置に配置され、 前記第１出力と第２出力との差を求める演算を行うこと
    により、前記第１出力に含まれる前記第１ねじれ比例出
    力を除去し、前記レール横方向水平力に比例する出力の
    みを抽出することを特徴とするレール横方向水平力検出
    方法。
12. 【請求項１２】 請求項３記載のレール横方向水平力検
    出方法において、 前記第１位置（Ｐ１）及び前記第２位置（Ｐ２）は、前
    記レールの底部の上面であって前記レール中央対称面
    （１４）に関して同一の側となる位置に配置され、 前記第３位置（Ｐ３）及び前記第４位置（Ｐ４）は、前
    記レールの底部の上面であって前記レール中央対称面
    （１４）に関して前記第１位置（Ｐ１）及び前記第２位
    置（Ｐ２）とは異なる側となる位置に配置され、 前記第５位置（Ｐ５）は、前記レールの底部の下面であ
    って前記第１位置（Ｐ１）の直下となる位置に配置さ
    れ、 前記第６位置（Ｐ６）は、前記レールの底部の下面であ
    って前記第２位置（Ｐ２）の直下となる位置に配置さ
    れ、 前記第７位置（Ｐ７）は、前記レールの底部の下面であ
    って前記第３位置（Ｐ３）の直下となる位置に配置さ
    れ、 前記第８位置（Ｐ８）は、前記レールの底部の下面であ
    って前記第４位置（Ｐ４）の直下となる位置に配置さ
    れ、 前記第１出力と第２出力との差を求める演算を行うこと
    により、前記第１出力に含まれる前記第１ねじれ比例出
    力を除去し、前記レール横方向水平力に比例する出力の
    みを抽出することを特徴とするレール横方向水平力検出
    方法。
13. 【請求項１３】 請求項１記載のレール横方向水平力検
    出方法において、 前記第１位置ないしは第８位置の各位置における２つの
    ひずみゲージには、２個の単軸ひずみゲージ、又は複数
    のひずみゲージを一体化した組み合わせゲージが適宜用
    いられることを特徴とするレール横方向水平力検出方
    法。