JP2005212767A - 耐震脱線防止ラッチ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】地震の発生時、鉄道の車両の脱線を防止する。
【解決手段】地震の観測は広範囲な地平面に分布させたセンサによって検出した初期振動であるＰ波を検出すると、鉄道の列車に警報が伝送されるが、この発明では車両がこの警告を受信した直後、車輪のフランジが線路の近傍を通過する空間より、さらに線路の底面に近い空間に車両の下部に搭載した耐震脱線防止ラッチ装置が持つ棒状のラッチの先端を展伸させ、脱線を防止する。また、展伸したラッチが線路の構造物と接触する際、ラッチの上部に回転の支点を持ち、この点を中心にラッチを回転させ、車両の走行の障害になることを防ぐ。
【選択図】図３

Description

この発明は走行している列車が地震に遭遇したとき、既存の地震の危険防止システムが動作して、地震の発生を検出、列車を停車させるまでの間の脱線を防止するための装置に関する。

地震発生の際、その発生を即時に検出して、列車を停車させることが、災害予防の一般的な方法である。地震の振動は震源地から放射状に拡散し伝播するが、振動の成分は地中を速く伝わるＰ（Ｐｒｉｍａｒｙ）波と遅く伝わるＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ）波や表面波があり、大きな揺れは後者のＳ波や表面波で引き起こされる。そこで、地震振動の検出器を地表面に多数分布させ、Ｐ波検出と同時に、電気信号で地震発生警報を発生させて列車に伝達して、列車を停車させるシステムが構築されている。非特許文献１に列車に対する最新の地震対策の方法が説明されている。
中村 豊著、世界最初の実用Ｐ波警報システム「ユレダス」の現状と将来、第２回土木学会リアルタイム地震防災システムシンポジュウム論文集、Ｐ．１０７〜１１２、土木学会地震工学委員会リアルタイム地震防災研究小委員会

脱線しようとしている車輪を線路に留め置くことを講じるための手段として、機械的な方法と、電気的な方法がある。この発明が機械的な方法によるため、機械的な方法による脱線防止の従来の方法につて述べる。機械的な原理を使った地震時の脱線防止策として、線路の外側に脱線防止の杭材を設置して、脱線を防止する装置が提案されている。しかし、線路に沿って、総て提案のような杭材を構築することは膨大な構造物の構築が必要となり、実用に供するとき大きな課題である。この装置の詳細は特許文献１に説明されている。
特許願平７−２２５５４１

列車が走行しているとき地震に遭遇したとするなら、脱線する可能性がある。走行中の列車は進行方向に大きな運動エネルギーを持つ。そこで、もし、列車の一部が脱線したとするなら、図８に示すように、車輪は線路３から外れて、枕木６０、砂利６１などが存在する表面を走行することとなり、車輪は本来の進行方向に対して大きな抵抗を受け、列車の進行方向の速度が急激に低下し、かつ走行方向が定まらず、車両は軌道から外れる。このようなとき、後部に脱線してない車両があるとするなら、図９に示すように、列車がＸ軸の正の方向に進行している場合、先頭の車両７０は後続の２番目の車両７１から進行方向に押されることとなり、車両は大きく軌道から外れる可能性がある。さらに、この時、併設されている線路上を逆方向から列車が進行して来る場合、対向する車両がお互いに衝突する可能性があり、そのような状況下では大事故につながる可能性がある。地震が原因ではないが、１９６３年の鶴見列車事故は脱線を最初の原因として、大惨事を引き起こした。この発明は走行中の列車が地震に襲われたとき、車両の脱線が発生することを防止しようとすることを課題とする。

上記課題は以下の特徴を有する本発明によって達成される。すなわち、請求項１に記載した発明は、鉄道の車体の下部であって、線路の頭部より上部で、かつ車輪が走行するとき障害にならない位置に車体と堅牢に取り付けられる構造体よりなる耐震脱線防止ラッチ装置において、
前記装置の一部をなす棒状のラッチは二本一組の線路の内側の線路の頭部の近傍にあって、車輪のフランジが走行する領域、およびその領域より線路の底面に向かって下部の領域を上下する構造であって、通常の走行時は車輪のフランジの先端と等しいか、または前記フランジの先端より上部に、あるいは地震の初期状態を認識し、またはさせられた直後、前記フランジの先端より線路の底面に向かって下部に前記ラッチの先端が展伸する構造と、
前記展伸した前期ラッチが線路の構造物に接触した時、前記ラッチの上部にあって前期ラッチの回転を可能にさせる支点を備え、前期ラッチが前記線路の構造物に押された分の回転する構造を備え、車体からの動力源または自己が備える動力源で動作することを特徴とする。

この発明によると、地震波検出システムが地震の初期状態を検出して、列車にその情報が電気信号で伝わった直後に、この発明に係る装置を使い、車輪が線路に乗り上がる現象を防止して、脱線を防げる。

車両の車輪が線路上を線路から外れることなく走行できる役割は車輪のフランジが持つ。この発明では線路のフランジが走行する付近に棒状のラッチを持つ耐震脱線防止ラッチ装置を設けて、フランジが持つ脱線防止の役割を増強することを実現した。

図１はこの発明にかかる耐震脱線防止ラッチ装置が車両に取り付けられる状態を示す。１は車体、２は車輪、３は線路、４は集電器、５は架線、６は耐震脱線防止ラッチ装置である。車両１は電車を想定した図であるが、電車以外の鉄道車両すべてに適応可能である。また、図１は車両を一両示しているが、列車を構成した場合、列車を構成する車両にこの発明は適応可能である。代表例として、架線５から集電器４を通じて電力を給電されて走行する電車によって、この発明の原理を説明する。耐震脱線防止ラッチ装置６は上部が車体１に堅牢に取り付けられ、必要なときラッチが線路３の中部に達するような構造になっている。図１では耐震脱線防止ラッチ装置が車輪２の中間に位置しているが、実施例１として示したもので、実際は車体１と線路３の間の他の物体の障害にならないところであれば、いずれの箇所にも取り付け可能である。図７に実施例２を示す。

以下説明を分かり易くするため、三次元の座標軸を線路の方向にＸ軸、Ｘ軸と直交する地表面に平行な面内にＹ軸、高さ方向をＺ軸と定め、その方向を図に示す。

図２は線路と耐震脱線防止ラッチ装置６の関係を示している。車輪２は点線で示してあるが、線路３の上を通常に走行できる状態を示し、車輪２のフランジ１１は車輪２が常に二本一組の線路３の内側から外れないようにさせる役割を持つ。通常の収納状態の耐震脱線防止ラッチ装置の先端１０はフランジ１１の先端と同じか、それよりＺ軸に沿って、上に設定されている。図２は進行方向から見て、右側の状態を示したが、Ｚ軸を中心とした線対称になる左側についても同様な構成である。

図３は線路３と耐震脱線防止ラッチ装置６が動作し、動作状態の耐震脱線防止ラッチ装置の先端２０がフランジ１１の先端よりＺ軸の負の方向に深く展伸している時の状態を示している。
地震波は線路３と車体１に対して力を及ぼし、線路３と車体１の物理的な性質に応じる固有な振動を発生させる。この時、車輪２も車体１の一部として、固有な振動をする。ここで言う振動には撃力によって発生するインパルス的な姿態も含む。線路３と車体１の物理定数が異なるので、両者は異なる振動をする。従って、ある時間帯において、線路３と車輪２の間に間隙が生ずる可能性があり、その間隙がフランジ１１の長さより大きくなり、同時にＹ軸の成分にも振動があったとするなら、フランジ１１が線路３の頭部に乗り、さらにＹ軸方向に移動すると、脱線する可能性がある。特に地震波の振動が大きな場合、大きな間隙が発生する可能性が高く、そのような状態の時、図３の動作状態の耐震脱線防止ラッチ装置の先端２０がＺ軸方向に深く下がった場合、フランジ１１が線路３の頭部に乗りあがる現象の発生を極端に小さくでき、脱線を防止できる。

線路３の頭部の内側は走行時、フランジ１１が通るので、フランジ１１の走行の障害になる物体は一切ない。しかし、フランジ１１の先端よりＺ軸方向に負になる線路３の底面に近い部分には色々な物体が存在する。その一例を図４で示す。

図４で２５は継ぎ目板、２６は線路の頭部、２７は線路の中部、２８は線路の底部である。継ぎ目板２５はＸ軸方向で線路を接続するときに使われ、線路の中部２７の側面に付けられて、２本の線路が堅牢に接続される構造になるように付加されている。その取り付け位置は線路の頭部２６のフランジ１１の走行に障害にならない下部で、線路の底部２８より上部の大部分を占めている。

図３で示す動作状態の耐震脱線防止ラッチ装置の先端２０と図４で示す線路の中部２７にある継ぎ目板２５に代表される物体は衝突する。線路３のＸ軸方向の多くの部分では動作状態の耐震脱線防止ラッチ装置の先端２０は障害物に衝突することなく、脱線防止の機能は果たすが、線路３の特定な部分では前記衝突が発生する。このような部分での前記衝突が発生するにもかかわらず、耐震脱線防止ラッチ装置６が正常に機能する構造を説明する。

図５は耐震脱線防止ラッチ装置６の構造を示す。４０は車体への取り付け部、４１は展伸棒、４２はラッチ取り付け板、４３はラッチ支持板、４４はラッチ回転支持部、４５はラッチ回転支持バネ、４６はラッチ、４７は動力源である。耐震脱線防止ラッチ装置６は車体１の下部の一部で、車体取り付け部４０を介して、堅牢に取り付けられている。あるいは車体取り付け部４０は車体１の一部であることも可能である。展伸棒４１は通常の状態ではラッチ４６を図２で示される状態に設定して、地震発生時の脱線防止の動作状態では図３で示された状態に設定できるようにＺ軸に沿って、上下に展伸する構造を持つ。ラッチ取り付け板４２には展伸棒４１の下部とラッチ支持板、ラッチ回転支持部４４が取り付けられている。ラッチ４６はラッチ取り付け板４２と堅牢に接続された構造物で回転部分を持つラッチ回転支持部４４を中心にＸ軸、Ｚ軸面内で回転する構造である。ラッチ４６はラッチ回転支持部４４の回転部のＺ軸方向の下部にラッチ支持板４３との間にラッチ回転支持バネ４５を持つ。前記ラッチ支持回バネ４５は通常の状態ではラッチ４６をＺ軸と平行する状態に保ち、ラッチ４６がＸ軸成分の力を受けたとき回転し、ラッチ回転支持バネ４５の一方は伸張し、一方は圧縮される。ラッチ４６に加わった外部の力がなくなったとき、ラッチ回転支持バネ４５はラッチ４６をＺ軸方向に平行な通常の状態に戻す。

耐震脱線防止ラッチ装置６は車体１からの電力などの動力源で動作させることが可能であるが、地震の振動で架線５からの給電が中断する恐れがある。前記耐震脱線防止ラッチ装置６は内部に動力源４７を持ち、これを用いて車体１からの給電の中断にもかかわらず、動作させることも可能である。

図６はラッチ４６が外部から力を受けて、回転したときのラッチ４６とラッチ回転支持バネ４５の状態を示している。

この発明の耐震脱線防止ラッチ装置６は通常の走行時にはラッチ４６の先端が図２で示されるような状態になっており、走行に障害が発生することはない。しかし、非特許文献１で示すようなユレダスが地震の初期状態を検出して、列車に警報が伝送され、列車に到着したときは展伸棒４１が展伸して、ラッチ４６を図３のような状態にさせて、脱線を防止する。

ラッチ４６が展伸された状態では、前記で説明したごとく、ラッチ４６が継ぎ目板に代表される物体と衝突する可能性があるが、そのときラッチ４６は図６で示されるように回転して、突出したラッチ４６が走行の障害にならないようにする。耐震脱線防止ラッチ装置６のラッチ４６は前記障害が避けられるような前記回転角を保てる構造を持つ。

ラッチ４６は脱線の防止を図るため、車体１から、あるいは継ぎ目板２５などから大きな撃力を受けるので、これらの応力に対して、脱線防止ラッチ装置６が正常に機能するような堅牢な材質を持つ構造物であることが必要である。

この発明に係る装置は地震発生の直後、走行中の鉄道列車が停止するまでに予測される脱線の危険を防止するため、車両の搭載に適用できる。

実施例に係る鉄道車体と耐震脱線防止ラッチ装置の関係を示した図である。（実施例１） 実施例に係る収納状態の脱線防止ラッチと線路の関係を示した図である。 実施例に係る動作状態の脱線防止ラッチと線路の関係を示した図である。 実施例に係る線路の継ぎ目板と線路の状態を示した図である。 実施例に係る耐震脱線防止ラッチ装置の構造を示した図である。 実施例に係る耐震脱線防止ラッチ装置が線路の構造物と接触した状態を示した図である。 実施例に係る耐震脱線防止ラッチ装置が列車の搭載されたときの状態を示した図である。（実施例２） 従来の線路の構造を示した図である。 従来の耐震脱線防止ラッチ装置がない状態で脱線したときの列車の状態を示す図である。

符号の説明

１ 車体
２ 車輪
３ 線路
４ 集電器
５ 架線
６ 耐震脱線防止ラッチ装置
１０ 収納状態の脱線防止ラッチの先端
１１ フランジ
２０ 動作状態の脱線防止ラッチの先端
２５ 継ぎ目板
２６ 線路の頭部
２７ 線路の中部
２８ 線路の底部
４０ 車体への取り付け部
４１ 展伸棒
４２ ラッチ取り付け板
４３ ラッチ支持板
４４ ラッチ回転支持部
４５ ラッチ回転支持バネ
４６ ラッチ
４７ 動力源
６０ 枕木
６１ 砂利
７０ 先頭の車両
７１ 二番目の車両

Claims (1)

1. 鉄道の車体の下部であって、線路の頭部より上部で、かつ車輪が走行するとき障害にならない位置に車体と堅牢に取り付けられる構造体よりなる耐震脱線防止ラッチ装置において、
   前記装置の一部をなす棒状のラッチは二本一組の線路の内側の線路の頭部の近傍にあって、車輪のフランジが走行する領域、およびその領域より線路の底面に向かって下部の領域を上下する構造であって、通常の走行時は車輪のフランジの先端と等しいか、または前記フランジの先端より上部に、あるいは地震の初期状態を認識し、またはさせられた直後、前記フランジの先端より線路の底面に向かって下部に前記ラッチの先端が展伸する構造と、
   前記展伸した前期ラッチが線路の構造物に接触した時、前記ラッチの上部にあって前期ラッチの回転を可能にさせる支点を備え、前期ラッチが前記線路の構造物に押された分の回転する構造を備え、車体からの動力源または自己が備える動力源で動作することを特徴とする耐震脱線防止ラッチ装置。

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