JP2005225469A

JP2005225469A - 映像センサ付耐震脱線防止ラッチ作動システム

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Publication number: JP2005225469A
Application number: JP2004068128A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Inamiya; 健一稲宮
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-02-10
Filing date: 2004-02-10
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2024-02-10
Also published as: JP4270553B2

Abstract

【課題】地震による振動、または他の原因のよる異常振動が発生したとき、鉄道の車両の脱線を防止する。
【解決手段】この発明は列車の車体の車輪の近傍に設置した映像センサにより、線路と車輪の走行中の接触面の映像を取得して、前記接触面のデータが異常であることを検出したとき、前記異常の状態に応じて、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達する範囲内に、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１

Description

この発明は走行している列車が地震などの異常振動により、車輪と線路の間に発生する異常な間隙を検出し、脱線を防止するためのシステムに関する。

地震の発生は地球を取り巻く大きなプレート間で発生する地震と、プレート内部で発生する地震に分けられる。前者の地震は日本の付近ではプレートの境界が海溝付近にあるため海溝型と呼ばれ、通常その震源地は陸地から離れた海溝付近にある。１９２３年に発生した関東地震はこの型になる。この型の地震に対して、列車の地震対策は発生を即時に検出して、列車を停車させ、災害を予防することになっている。その原理は地震の振動が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

上記方法では、地震が検出されてから列車が停車するまでの期間に、列車を停車させる以外に積極的な防災措置が取られてない。これに対してＰ波検出直後に車両の車輪の近傍に取り付けられた棒状のラッチを車輪のフランジの走行する付近よりさらに線路の底面の方向に展伸させ、脱線を防止する耐震脱線防止ラッチ装置が出願されている。出願内容は特許文献１に示す。
平成１６年１月２８日出願、発明の名称：耐震脱線防止ラッチ装置、整理番号：ＫＩ０１２８２００４、出願人：稲宮健一

後者のプレート内地震は内陸地震と呼ばれ、１９９５年の兵庫県南部地震はこの型の地震である。内陸地震は震源地が内陸部の場合が多く、内陸型の地震では、海溝型地震の場合の耐震対策である、Ｐ波とＳ波の伝達速度の差を利用して、非特許文献１で示されたような、防災処理を取る時間的な余裕が必ずしも取れとは限らない。従って、内陸型の地震、あるいは、他の原因で異常な振動が検出されたとき、即時に走行中の列車の脱線を防止する手段が求められる。

これに対して、脱線を防止するため、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。この発明が主として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２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などの異常振動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１０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１１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は後続の二番目の車両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恐れがある。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ため、あるいは何らかの原因で線路と車輪の間の間隙が大きくなり、脱線の可能性があるとき、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を含む映像センサ付耐震脱線防止ラッチ作動システムにおいて、
車輪の近傍で、線路との接触面を撮像できる位置に映像センサを備え、予め準備したデータに基づき、前記接触面の異常を検出できる機能を備え、前記映像センサで撮像した走行中の前記接触面のデータに基づき、前記耐震脱線防止ラッチ装置の一部をなす棒状のラッチに展伸する指令を与えられる機能を備え、
前記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、あるいは前記接触面の異常を検出させられた直後、前記異常の程度に応じて、前記フランジの先端より線路の底面に向かって、下部に先端が届く範囲が可変で展伸する構造と、
前記展伸した前記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記ラッチの回転を可能にさせる支点を備え、前記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、線路の近傍に取り付けられた映像センサが取得した情報に基づいて判断して、地震などの振動によって線路と車輪の間の異常な間隙が生じた状態を検出して、この発明に係るシステムを使用して、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、線路と車輪の近傍に設置された映像センサの取得情報に基づいて。前記ラッチを作動させ、フランジが持つ脱線防止の役割を強化することを実現した。

図１はこの発明にかかる映像センサ付耐震脱線防止ラッチ作動システム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、７は映像センサ、８はラッチ作動判断・指令処理部、９は伝送ケーブルである。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。映像センサ付耐震脱線防止ラッチ作動システムは耐震脱線防止ラッチ装置６、映像センサ７、ラッチ作動判断・指令処理部８、と伝送ケーブル９から成る。映像センサ７は車輪２と線路３の間隙状態を監視できる位置に取り付られ、監視して、取得し映像を伝送ケーブル９を通じ、ラッチ作動判断・指令処理部８に送信する。ラッチ作動判断・指令処理部８は前記映像データに基づいて、ラッチの展伸の必要性を判断して、耐震脱線防止ラッチ装置６に作動信号を送る。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、代表例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。

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を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３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の上の通常の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はこの発明に係る映像センサが線路３と車輪２の接触面を撮像している状態を示す。１５は映像センサの視線である。映像センサ７は車輪２の近傍の車体１に取り付けられ、映像センサの視線１５で示される方向の車輪２と線路が接触する部分を撮像する。図３は一箇所の車輪部分を示しているが、車体あるいは列車の振動を正確に検出するため必要に応じて、同様な撮像箇所を車体１に複数個設置する。

図４は線路３と耐震脱線防止ラッチ装置６が作動し、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軸の負の方向に段階的に、かつ必要に応じて、深く展伸している時の状態を示している。２１は線路の頭部の底である。
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。また、地震以外の異常な振動でも同様な現象が生ずる可能性がある。そのような時、図４の動作状態の耐震脱線防止ラッチの先端２０を、ラッチ作動判断・指令処理部８の指示に従って、Ｚ軸の負の方向に展伸させた場合、フランジ１１が線路の頭部３１に乗り上がる現象の発生を極端に小さくでき、脱線を防止できる。

図５はラッチ作動判断・指令処理部８の機能を示す。２２は正常時走行データ、２３は判断処理部、２４は映像データ、及び２５はラッチ作動指令部である。正常時走行データ２２は、予め取得した線路３と車輪３の走行時の大量かつ、多種類の接触状態のデータを、別に設置した高度な処理能力を持つ情報処理機で処理し、線路３と車輪３の関係が正常であることを判断できる基本的なデータである。映像データ２４は映像センサ７が車両の走行中リアルタイムで撮像している映像データである。判断処理部２３は予め与えられた判断基準に基づき、正常時走行データ２２と映像データ２４を比較して、動作状態の耐震脱線防止ラッチの先端２０の展伸の長さを算出して、ラッチ作動指令部２５に展伸の情報を送る。前記展伸情報は伝送ケーブル９を通じて、ラッチ作動判断・指令処理部８から耐震脱線防止ラッチ装置６に伝送され、前記ラッチを展伸させる。

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の走行を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６で示す。

図６では３０は継ぎ目板、３１は線路の頭部、３２は線路の中部、３３は線路の底部である。継ぎ目板３０はＸ軸上に線路を接続するときに使われ、線路の中部３２の側面に付けられて、接続する２本の線路が堅牢な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３１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３３より上部の大部分を占めている。

図４で示す動作状態の耐震脱線防止ラッチ装置の先端２０が線路の頭部の底２１より下部に展伸したとき、図６で示す線路の中部３２にある継ぎ目板３０に代表される物体と衝突する。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、脱線防止の機能を果たすが、線路３の特定な部分では上記衝突が発生する。このような部分での耐震脱線防止ラッチ装置６の破損を免れる構造を以下に説明する。

図７は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、脱線防止の動作状態では図４で示された状態になるように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は展伸棒４１の下部とラッチ支持板４３、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はラッチ回転部４４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を持ち、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はラッチ４６を通常の状態に戻す。

この発明に係る映像センサ付耐震脱線防止ラッチ作動システムは車体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、前記システムを動作させることも可能である。

図８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、地震あるいは、他の原因のよる異常な振動のより、映像センサ７が検出した映像データの基づき、線路３と車輪２の間の間隙がラッチ作動判断・指令処理部８で異常であると判断されたとき、展伸棒４１が展伸して、ラッチ４６を図４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、動作状態の耐震脱線防止ラッチの先端２０が線路の頭部の底２１より上の状態の時はラッチ４６は障害物に接触することなく、車両は走行できるが、前記で説明したごとく、動作状態の耐震脱線防止ラッチの先端２０が線路の頭部の底２１より下に下がったとき、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。このときラッチ４６は図８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。このとき、ラッチ４６の回転角は前記障害が避けられるような角度を保てる構造にさせる。

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などから大きな力を受けるので、これらの応力に対して、耐震脱線防止ラッチ装置６が破損しないような堅牢な材質より成る構造物であることが必要である。

図９はこの発明を複数の車両からなる列車に搭載した状態を示す。

この発明に係る装置は走行中の鉄道の車両の車輪２と線路３の間に異常な間隙が生じたことが原因で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。実施例に係る映像センサの取り付けの様子を示した図である。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。実施例に係るラッチ作動判断・指令処理部の機能を示した図である。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に搭載されたときの状態を示した図である。従来の線路の構造を示した図である。従来の映像センサ付耐震脱線防止ラッチ作動システム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
７映像センサ
８ラッチ作動判断・指令処理部
９伝送ケーブル
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
２１線路の頭部の底
２２正常時走行データ
２３判断処理部
２４映像データ
２５ラッチ作動指令部
３０継ぎ目板
３１線路の頭部
３２線路の中部
３３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動力部
６０枕木
６１砂利
７０先頭の車両
７１二番目の車両

Claims

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を含む映像センサ付耐震脱線防止ラッチ作動システムにおいて、
車輪の近傍で、線路との接触面を撮像できる位置に映像センサを備え、予め準備したデータに基づき、前記接触面の異常を検出できる機能を備え、前記映像センサで撮像した走行中の前記接触面のデータに基づき、前記耐震脱線防止ラッチ装置の一部をなす棒状のラッチに展伸する指令を与えられる機能を備え、
前記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、あるいは前記接触面の異常を検出させられた直後、前記異常の程度に応じて、前記フランジの先端より線路の底面に向かって、下部に先端が届く範囲が可変で展伸する構造と、
前記展伸した前記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記ラッチの回転を可能にさせる支点を備え、前記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映像センサ付耐震脱線防止ラッチ作動システム。