JP2008209174A - 鉄道用車輪の寸法測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄道用車輪の車輪径、フランジ高さ及びフランジ厚を自動的に且つ精度良く測定可能な鉄道用車輪の寸法測定装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る車輪寸法測定装置１００は、車軸Ａに装着され、水平に敷設されたレールＲ上に載置された鉄道用車輪Ｗの寸法を測定する装置である。車輪寸法測定装置１００は、車輪の内側面に接触する基準面接触子と、車輪の踏面に接触する車輪径測定用の第１測定子と、車輪のフランジの頂部に接触するフランジ高さ測定用の第２測定子と、車輪のフランジの外側面に接触するフランジ厚測定用の第３測定子とを具備する車輪寸法測定器１０を備え、車輪寸法測定器１０は、回動機構２０によって少なくとも鉛直方向（Ｚ方向）周りに回動自在とされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道用車輪の車輪径、フランジ高さ及びフランジ厚を自動的に且つ精度良く測定可能な鉄道用車輪の寸法測定装置に関する。

鉄道用車輪は重要保安部品であり、レール曲線部の通過性能や蛇行の防止等の観点より、その寸法が適切な値に規定されている。このため、車輪の研削等を行う定期的な補修作業等の際に、車輪の主要な寸法を測定し、この測定値と上記規定値との間に許容範囲外の差が生じていないかを管理している。なお、この車輪の寸法測定は、左右の車輪を車軸に装着（圧入）した輪軸とし、この輪軸を水平に敷設されたレール上に載置した状態で、車輪を研削する前後に行われている。

図４は、車輪の主要寸法を説明するための軸方向断面図である。図４に示すように、前述した車輪Ｗの主要寸法としては、車輪径Ｄ、フランジ高さＨ及びフランジ厚Ｔが挙げられる。車輪径Ｄは、車輪Ｗの内側面（「バック面」と称される）Ｗ_Ｂから車輪Ｗの中心軸Ｃに平行に外方にＤ_０（規定値）だけ離間した車輪Ｗの外周点Ｗ_Ｃでの車輪Ｗの外径を意味する。ただし、実際には、車輪径Ｄは、バック面Ｗ_Ｂが車輪Ｗの中心軸Ｃに対して垂直であることを前提とし、バック面Ｗ_Ｂに対して垂直に外方にＤ_０だけ離間した車輪Ｗの外周点Ｗ_Ｃでの車輪Ｗの外径として管理される。また、フランジ高さＨは、上記の外周点Ｗ_Ｃから車輪ＷのフランジＷ_Ｆの頂部Ｗ_ＦＴまでの距離（車輪Ｗの中心軸Ｃに垂直な方向の距離。ただし、管理上は、バック面Ｗ_Ｂに平行な方向の距離）を意味する。さらに、フランジ厚Ｔは、上記の外周点Ｗ_Ｃから車輪Ｗの中心軸Ｃに垂直な方向（ただし、管理上は、バック面Ｗ_Ｂに平行な方向）にＨ_０（規定値）だけ離間した位置におけるフランジＷ_Ｆの厚み（車輪Ｗの中心軸Ｃに平行な方向の寸法。ただし、管理上は、バック面Ｗ_Ｂに垂直な方向の寸法）を意味する。なお、上記のＤ_０、Ｈ_０の値は、例えば新幹線用の車輪Ｗでは、Ｄ_０＝６５ｍｍ、Ｈ_０＝１２ｍｍ、在来線用の車輪では、Ｄ_０＝６０ｍｍ、Ｈ_０＝１０ｍｍというように、車輪Ｗの種類によって規定されている。

従来、この車輪の寸法（車輪径、フランジ高さ及びフランジ厚）は、水平に敷設されたレール上に輪軸を載置した状態で、専用の車輪寸法測定器を用いて測定されている。図５は、車輪寸法測定器の概略構成を示す図であり、図５（ａ）は測定前の状態を表す正面視断面図を、図５（ｂ）は測定中の状態を表す正面視断面図を、図５（ｃ）は図５（ｂ）のＡ−Ａ矢視図を示す。図５に示すように、車輪寸法測定器１０’は、基体１と、基体１にそれぞれ取り付けられた基準面接触子２、第１測定子３、第２測定子４及び第３測定子５とを備えている。

基準面接触子２は、車輪Ｗのバック面Ｗ_Ｂに接触し得る位置に配置されている。具体的には、基準面接触子２は図５のＹ方向に沿ってその平坦な表面２２上に配置された複数の凸状の接触部２１を具備し、この接触部２１が車輪Ｗのバック面Ｗ_Ｂに接触することになる。なお、基準面接触子２は、基体１に固定されており、基体１に対する基準面接触子２の相対的な位置関係は変化しない。

第１測定子３は、シリンダや一軸ステージ等の一軸移動機構３１に取り付けられている。一軸移動機構３１を駆動することによって、第１測定子３は、基準面接触子２の表面２２に平行な方向に移動可能とされている。換言すれば、基準面接触子２の表面２２が鉛直方向に沿っている場合、第１測定子３は、基準面接触子２に対して鉛直方向（図５のＺ方向）に移動可能（鉛直方向について基準面接触子２に近づくように又は離れるように移動可能）とされている。そして、第１測定子３は、基準面接触子２（接触部２１）を車輪Ｗのバック面Ｗ_Ｂに接触させたときに、車輪Ｗの踏面Ｗ_Ｔに接触し得る位置に配置されている。より具体的には、バック面Ｗ_Ｂが鉛直方向に沿うように車輪Ｗが載置され、基準面接触子２をこの車輪Ｗのバック面Ｗ_Ｂに接触させた状態で第１測定子３を鉛直方向に移動させた場合に、第１測定子３の先端が前述した車輪Ｗの外周点Ｗ_Ｃに接触し得るように配置されている。なお、図５（ｃ）に示すように、基体１には、第１測定子３に隣接して一対の固定子３２、３３が取り付けられている。固定子３２、３３は、第１測定子３を通り基準面接触子２の表面２２に平行な平面（ＹＺ平面）上で基体１に固定されており、基体１に対する固定子３２、３３の相対的な位置関係は変化しない。

第２測定子４も、第１測定子３と同様に、シリンダや一軸ステージ等の一軸移動機構４１に取り付けられている。一軸移動機構４１を駆動することによって、第２測定子４は、基準面接触子２の表面２２に平行な方向に移動可能とされている。換言すれば、基準面接触子２の表面２２が鉛直方向に沿っている場合、第２測定子４は、基準面接触子２に対して鉛直方向（図５のＺ方向）に移動可能（鉛直方向について基準面接触子２に近づくように又は離れるように移動可能）とされている。そして、第２測定子４は、基準面接触子２（接触部２１）を車輪Ｗのバック面Ｗ_Ｂに接触させたときに、車輪ＷのフランジＷ_Ｆの頂部Ｗ_ＦＴに接触し得る位置に配置されている。より具体的には、バック面Ｗ_Ｂが鉛直方向に沿うように車輪Ｗが載置され、基準面接触子２をこの車輪Ｗのバック面Ｗ_Ｂに接触させた状態で第２測定子４を鉛直方向に移動させた場合に、第２測定子４が車輪ＷのフランジＷ_Ｆの頂部Ｗ_ＦＴに接触し得るように配置されている。

第３測定子５も、第１測定子３や第２測定子４と同様に、シリンダや一軸ステージ等の一軸移動機構５１に取り付けられている。一軸移動機構５１を駆動することによって、第３測定子５は、基準面接触子２の表面２２に垂直な方向に移動可能とされている。換言すれば、基準面接触子２の表面２２が鉛直方向に沿っている場合、第３測定子５は、基準面接触子２に対して水平方向（図５のＸ方向）に移動可能（水平方向について基準面接触子２に近づくように又は離れるように移動可能）とされている。また、図５（ｃ）に示すように、一軸移動機構５１は、一軸移動機構３１に連動する構成とされている。具体的には、一軸移動機構５１は、一軸移動機構３１に取り付けられており、一軸移動機構３１を駆動することによって第１測定子３が鉛直方向に移動する際に、一軸移動機構５１ひいては第３測定子５も鉛直方向に移動することになる。そして、第３測定子５は、基準面接触子２（接触部２１）を車輪Ｗのバック面Ｗ_Ｂに接触させたときに、車輪ＷのフランジＷ_Ｆの外側面に接触し得る位置に配置されている。より具体的には、バック面Ｗ_Ｂが鉛直方向に沿うように車輪Ｗが載置され、基準面接触子２をこの車輪Ｗのバック面Ｗ_Ｂに接触させた状態で、第１測定子３の先端が車輪Ｗの外周点Ｗ_Ｃに接触し得る位置に到達するまで一軸移動機構３１を駆動し、さらに一軸移動機構５１を駆動して第３測定子５を水平方向に移動させた場合に、第３測定子５の先端が外周点Ｗ_Ｃから車輪Ｗの中心軸Ｃに垂直な方向にＨ_０だけ離間したフランジＷ_Ｆの外側面に接触し得るように配置されている。

以上に説明したように、車輪寸法測定器１０’は、第１測定子３、第２測定子４及び第３測定子５が、基準面接触子２（基準面接触子２の表面２２）に対して直交座標系で移動する（基準面接触子２の表面２２に平行な方向又は直交する方向に移動する）構成とされている。そして、基準面接触子２の接触部２１を車輪Ｗのバック面Ｗ_Ｂに完全に接触させて、バック面Ｗ_Ｂと基準面接触子２の表面２２とが平行となる状態にすることが、車輪Ｗの寸法を精度良く測定するための前提条件となっている。車輪Ｗの寸法（車輪径、フランジ高さ及びフランジ厚）は、以上に説明した構成を有する車輪寸法測定器１０’を用いて、以下の（１）〜（４）に示す手順で測定される。

（１）まず最初に、図５（ａ）に示すように、基準面接触子２が車輪Ｗのバック面Ｗ_Ｂに対向するように基体１を位置決めする。そして、図５（ａ）に示す状態の基体１を車輪Ｗのバック面Ｗ_Ｂ側から車輪Ｗの外側面Ｗ_Ｏ側に向けて水平方向（Ｘ方向）に移動させて、基準面接触子２（接触部２１）を車輪Ｗのバック面Ｗ_Ｂに接触させる。この際、第１測定子３、第２測定子４及び第３測定子５は、基体１及び基準面接触子２と一体的に移動することになる。

（２）次に、基準面接触子２が車輪Ｗのバック面Ｗ_Ｂに接触した状態のまま、基体１を鉛直方向（Ｚ方向）に移動させて、図５（ｃ）に示すように、固定子３２、３３を車輪Ｗの踏面Ｗ_Ｔ（外周点Ｗ_Ｃ）に接触させる。さらに、一軸移動機構３１を駆動することにより第１測定子３を鉛直方向に移動させて、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、第１測定子３の先端を車輪Ｗの踏面Ｗ_Ｔ（外周点Ｗ_Ｃ）に接触させる。この際、第１測定子３の先端が外周点Ｗ_Ｃに接触するまでの第１測定子３の変位量を一軸移動機構３１に設けたマグネスケール等の変位量測定器（図示せず）によって測定する。そして、この測定した変位量と、第１測定子３、固定子３２及び固定子３３の幾何学的な位置関係とに基づき、車輪Ｗの中心軸Ｃの位置を演算し、この演算した中心軸Ｃと第１測定子３の先端までの距離の２倍の距離を車輪径Ｄ（図４参照）として算出する。

（３）次に、一軸移動機構４１を駆動することにより第２測定子４を鉛直方向に移動させて、図５（ｂ）に示すように、第２測定子４を車輪ＷのフランジＷ_Ｆの頂部Ｗ_ＦＴに接触させる。この際、第２測定子４がフランジＷ_Ｆの頂部Ｗ_ＦＴに接触するまでの第２測定子４の変位量を一軸移動機構４１に設けたマグネスケール等の変位量測定器（図示せず）によって測定する。そして、この測定した第２測定子４の変位量と、前述した第１測定子３の変位量と、第２測定子４及び第１測定子３の鉛直方向の位置関係とに基づき、フランジ高さＨ（図４参照）を算出する。

（４）最後に、一軸移動機構５１を駆動することにより第３測定子５を水平方向に移動させて、図５（ｂ）に示すように、第３測定子５の先端を車輪ＷのフランジＷ_Ｆの外側面（外周点Ｗ_Ｃから車輪Ｗの中心軸Ｃに垂直な方向にＨ_０だけ離間したフランジＷ_Ｆの外側面）に接触させる。この際、第３測定子５の先端がフランジＷ_Ｆの外側面に接触するまでの第３測定子５の変位量を一軸移動機構５１に設けたマグネスケール等の変位量測定器（図示せず）によって測定する。そして、この測定した第３測定子５の変位量と、第３測定子５及び基準面接触子２の水平方向の位置関係とに基づき、フランジ厚Ｔ（図４参照）を算出する。

以上のようにして、車輪寸法測定器１０’を用いて、車輪Ｗの車輪径Ｄ、フランジ高さＨ及びフランジ厚Ｔを測定することができる。ここで、車輪寸法測定器１０’の基体１を手動で動かす場合には、基体１の位置や向きを自由に調整できるため、基準面接触子２を車輪Ｗのバック面Ｗ_Ｂに確実に接触させた状態（全ての接触部２１がバック面Ｗ_Ｂに接触した状態であり、基準面接触子２の表面２２とバック面Ｗ_Ｂとが平行となる状態）で測定可能であり、高い測定精度を得ることができる。しかしながら、手動のため、測定に時間を要するという問題がある。

このため、車輪寸法測定器１０’の基体１を水平方向及び鉛直方向に移動させる移動機構（例えば、水平方向の一軸移動機構と垂直方向の一軸移動機構の組み合わせ）を設けて、この移動機構を駆動することによって基体１を水平方向及び鉛直方向に移動させ、上記の（１）〜（４）の手順を自動で行う自動車輪寸法測定装置が提案されている。この自動車輪寸法測定装置によれば、基体１の移動を手動で行う必要がないため、迅速な測定が可能であるものの、以下に説明するように測定精度が低下する虞がある。

図６は、従来の自動車輪寸法測定装置の問題点を説明する平面図であり、図６（ａ）は車輪Ｗの中心軸Ｃが自動車輪寸法測定装置の基体の移動方向（図６のＸ方向。基準面接触子２の移動方向に相当）に平行である場合を、図６（ｂ）は車輪Ｗの中心軸Ｃが自動車輪寸法測定装置の基体の移動方向に対して傾いている（鉛直方向（図６のＺ方向）周りに回動した状態である）場合を示す。図６（ａ）に示すように、車輪Ｗの中心軸Ｃ（車軸Ａの中心軸と一致する）が基準面接触子２の移動方向に平行となるように輪軸がレール上に適正に載置されている場合、基準面接触子２を水平方向（Ｘ方向）に移動させることにより、基準面接触子２の接触部２１が全てバック面Ｗ_Ｂに接触することになる（バック面Ｗ_Ｂが車輪Ｗの中心軸Ｃに対して垂直であることが前提）ため、測定精度の低下は生じない。これに対して、図６（ｂ）に示すように、車輪Ｗの中心軸Ｃが基準面接触子２の移動方向に対して傾いた状態で輪軸がレール上に載置されている場合、基準面接触子２を水平方向（Ｘ方向）に移動させても、基準面接触子２の接触部２１の一部しかバック面Ｗ_Ｂに接触しないことになるため、測定精度の低下が生じる。

具体的には、Ｙ方向に沿って２つの接触部２１が配置されているとし、レールの軌間に相当する長さをＬ、接触部２１間の距離をＹ_０とした場合に、図６（ｂ）に示すように、車輪Ｗの中心軸Ｃが水平方向（Ｘ方向）からＹ_１だけずれているとすると、バック面Ｗ_Ｂに接触していない方の接触部２１とバック面Ｗ_Ｂとの隙間δは、以下の式（１）で表される。
δ＝Ｙ_０・Ｙ_１／Ｌ ・・・（１）

前述のように、車輪寸法測定器１０’による車輪径Ｄ、フランジ高さＨ及びフランジ厚Ｔの測定は、接触部２１が車輪Ｗのバック面Ｗ_Ｂに完全に接触し、バック面Ｗ_Ｂと基準面接触子２の表面２２とが平行となっていることを前提にしているため、上記の隙間δが生じると、これに起因して各寸法の測定値にも誤差が生じる。例えば、Ｌ＝１０６７（ｍｍ）、Ｙ_０＝３００（ｍｍ）、Ｙ_１＝２（ｍｍ）とすると、式（１）により、δ＝０．５６（ｍｍ）となる。通常要求される車輪寸法の測定精度は０．３ｍｍ程度であるため、上記δの値はこの要求精度を超えると共に、そもそもＹ_１＝２（ｍｍ）以下となるように輪軸をレール上に載置することは困難（特に、車輪Ｗの研削前においては極めて困難）である。

従って、従来の自動車輪寸法測定装置においては、基準面接触子２が車輪Ｗのバック面Ｗ_Ｂに適正に接触しない場合がある（特に、車輪Ｗの中心軸Ｃが鉛直方向周りに回動した状態となることによって、適正に接触しない場合が多い）ことに起因して、寸法の測定精度が低下する虞があるという問題があった。

本発明は、斯かる従来技術の問題を解決するためになされたものであり、鉄道用車輪の車輪径、フランジ高さ及びフランジ厚を自動的に且つ精度良く測定可能な鉄道用車輪の寸法測定装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するべく、本発明は、車軸に装着され、水平に敷設されたレール上に載置された鉄道用車輪の車輪径、フランジ高さ及びフランジ厚を測定する装置であって、車輪の内側面側から水平方向に移動して車輪の内側面に接触する基準面接触子と、前記基準面接触子と一体的に水平方向に移動すると共に、前記基準面接触子に対して鉛直方向に移動して車輪の踏面に接触する車輪径測定用の第１測定子と、前記基準面接触子と一体的に水平方向に移動すると共に、前記基準面接触子に対して鉛直方向に移動して車輪のフランジの頂部に接触するフランジ高さ測定用の第２測定子と、前記基準面接触子と一体的に水平方向に移動すると共に、前記基準面接触子に対して前記基準面接触子の移動方向と逆方向に移動して車輪のフランジの外側面に接触するフランジ厚測定用の第３測定子とを備え、前記基準面接触子、前記第１測定子、前記第２測定子及び前記第３測定子は、少なくとも鉛直方向周りに一体的に回動自在とされていることを特徴とする鉄道用車輪の寸法測定装置を提供するものである。

斯かる発明によれば、従来装置と同様に、車輪の内側面に基準面接触子を接触させた状態で、第１測定子を車輪の踏面に接触するまで鉛直方向に移動させることにより車輪径を測定し、第２測定子を車輪のフランジの頂部に接触するまで鉛直方向に移動させることによりフランジ高さを測定し、第３測定子を車輪のフランジの外側面に接触するまで水平方向に移動させることによりフランジ厚を測定することができる。

そして、本発明に係る鉄道用車輪の寸法測定装置は、基準面接触子、第１測定子、第２測定子及び第３測定子が、少なくとも鉛直方向周りに一体的に回動自在とされている。このため、基準面接触子を車輪の内側面側から水平方向に移動させて車輪の内側面に接触させる際に、たとえ車輪の中心軸が基準面接触子の上記移動方向に対して傾いた状態（鉛直方向周りに回動した状態）であったとしても、基準面接触子を車輪の内側面に完全に接触させることが可能である。すなわち、基準面接触子が水平方向への移動によって初めて車輪の内側面に接触したときには、車輪の中心軸が傾いていることによって、基準面接触子の一部（以下、接触部分という）しか車輪の内側面に接触していないとしても、さらに基準面接触子を水平方向に移動させることにより、前記接触部分に加わる車輪の内側面からの押圧力によって、基準面接触子は少なくとも鉛直方向周りに回動することになる。これにより、たとえ車輪の中心軸が傾いている状態であっても、基準面接触子全体が車輪の内側面に接触可能となる。また、基準面接触子の回動により、第１測定子、第２測定子及び第３測定子も基準面接触子と一体的に回動するため、基準面接触子の回動後も第１測定子、第２測定子及び第３測定子は基準面接触子に対して直交座標系で移動することになり、測定精度を維持することが可能である。従って、基準面接触子、第１測定子、第２測定子及び第３測定子の移動を自動で行う構成を採用しても、車輪の寸法を精度良く測定可能である。

好ましくは、本発明に係る鉄道用車輪の寸法測定装置は、前記基準面接触子の移動方向に対して垂直で且つ水平な方向に離間した前記基準面接触子の複数箇所にそれぞれ取り付けられた接触検知手段を具備し、前記各接触検知手段は、該各接触検知手段の近傍にある前記基準面接触子の部位が車輪の内側面に接触したことを検知するように構成される。

斯かる好ましい構成によれば、基準面接触子に取り付けられた複数の接触検知手段によって、基準面接触子の移動方向に対して垂直で且つ水平な方向に離間した基準面接触子の複数の部位が車輪の内側面に接触したことを検知可能である。換言すれば、前述のように、基準面接触子が少なくとも鉛直方向周りに回動することによって、基準面接触子全体が車輪の内側面に接触し得ることを期待できるに留まらず、実際に接触したことを検知可能である。従って、接触検知手段によって、基準面接触子全体が実際に車輪の内側面に接触したことを検知してから車輪の寸法測定を開始することができるため、測定精度の低下をより一層確実に防止することが可能である。

なお、接触検知手段としては、上記のように基準面接触子とは別に設けることができる他、基準面接触子の一部とすることも可能である。すなわち、前記基準面接触子の移動方向に対して垂直で且つ水平な方向に離間した前記基準面接触子の複数部位を接触検知手段で構成し、前記各接触検知手段は、該各接触検知手段が車輪の内側面に接触したことを検知するように構成することも可能である。

さらに好ましくは、本発明に係る鉄道用車輪の寸法測定装置は、前記接触検知手段の全てが前記基準面接触子の車輪の内側面への接触を検知した場合に、前記基準面接触子、前記第１測定子、前記第２測定子及び前記第３測定子の鉛直方向周りの回動を停止する回動停止手段を備える構成とされる。

前述のように、たとえ車輪の中心軸が傾いている状態であっても、基準面接触子全体を車輪の内側面に接触させるためには、基準面接触子を少なくとも鉛直方向周りに回動自在とする必要がある一方、基準面接触子が回動することによって、基準面接触子全体が車輪の内側面に接触した後、車輪の寸法測定を開始する際には、測定精度を維持する点で、逆に基準面接触子の回動は強制的に停止させた方が好ましい。上記の好ましい構成によれば、接触検知手段の全てが基準面接触子の車輪の内側面への接触を検知した場合（基準面接触子全体が実際に車輪の内側面に接触したことを検知した場合）に、回動停止手段によって、基準面接触子等の鉛直方向周りの回動が停止することになるため、測定精度の低下をより一層防止することが可能である。

本発明に係る鉄道用車輪の寸法測定装置によれば、基準面接触子、第１測定子、第２測定子及び第３測定子が、少なくとも鉛直方向周りに一体的に回動自在とされているため、基準面接触子全体を車輪の内側面に接触させることができ、鉄道用車輪の車輪径、フランジ高さ及びフランジ厚を自動的に且つ精度良く測定可能である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る鉄道用車輪の寸法測定装置について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る鉄道用車輪の寸法測定装置の概略構成を示す正面図である。図２は、図１に示す鉄道用車輪の寸法測定装置を構成する部材の一部を表した図であり、図２（ａ）は回動機構の軸方向断面図を、図２（ｂ）は基準面接触子及び接触検知手段の平面図を、図２（ｃ）は基準面接触子及び接触検知手段を車輪の外側面側から見た側面図を示す。図１に示すように、本実施形態に係る鉄道用車輪の寸法測定装置（以下、車輪寸法測定装置という）１００は、車軸Ａに装着され（すなわち、輪軸状態とされ）、水平に敷設されたレールＲ上に載置された鉄道用車輪Ｗの車輪径Ｄ、フランジ高さＨ及びフランジ厚Ｔ（図４参照）を測定する装置である。車輪寸法測定装置１００は、左右一対の車輪Ｗの上方にそれぞれ配置された、左右一対の車輪寸法測定器１０と、左右一対の回動機構２０と、左右一対の昇降機構３０と、左右一対の水平移動機構４０とを備えている。また、車輪寸法測定装置１００は、架構５０を備えている。

図１に示す車輪寸法測定器１０は、図２（ｂ）又は（ｃ）に示すように、基準面接触子２に接触検知手段６０が取り付けられている点を除き、図５を参照して前述した車輪寸法測定器１０’と同じ構成を有する。従って、以下の車輪寸法測定器１０に関する説明では、図５を援用（図５に示す車輪寸法測定器１０’を本実施形態に係る車輪寸法測定器１０に置き換える）してその概要のみを説明することとし、詳細な説明は省略する。

図５に示すように、車輪寸法測定器１０は、基体１と、基体１にそれぞれ取り付けられた基準面接触子２、第１測定子３、第２測定子４及び第３測定子５とを備えている。

基準面接触子２は、基体１が車輪Ｗの内側面（バック面）側から外側面側に向けて水平方向（図１のＸ方向）に移動することにより、基体１と一体的に移動し、車輪Ｗのバック面に接触する。具体的には、図２（ｂ）又は（ｃ）に示すように、基準面接触子２は図１のＹ方向に沿ってその平坦な表面２２上に配置された２つの凸状の接触部２１を具備し、この接触部２１が車輪Ｗのバック面に接触することになる。

第１測定子３は、車輪Ｗの車輪径を測定するために用いられる。第１測定子３は、基体１が車輪Ｗのバック面側から外側面側に向けて水平方向（図１のＸ方向）に移動することにより、基体１と一体的に（従って、基準面接触子２と一体的に）水平方向に移動すると共に、基準面接触子２に対して鉛直方向（図１のＺ方向）に移動して車輪Ｗの踏面に接触する。なお、図５（ｃ）に示すように、基体１には、第１測定子３に隣接して一対の固定子３２、３３が取り付けられている。

第２測定子４は、車輪Ｗのフランジ高さを測定するために用いられる。第２測定子４は、基体１が車輪Ｗのバック面側から外側面側に向けて水平方向（図１のＸ方向）に移動することにより、基体１と一体的に（従って、基準面接触子２と一体的に）水平方向に移動すると共に、基準面接触子２に対して鉛直方向（図１のＺ方向）に移動して車輪Ｗのフランジの頂部に接触する。

第３測定子５は、車輪Ｗのフランジ厚を測定するために用いられる。第３測定子５は、基体１が車輪Ｗのバック面側から外側面側に向けて水平方向（図１のＸ方向）に移動することにより、基体１と一体的に（従って、基準面接触子２と一体的に）水平方向に移動すると共に、基準面接触子２に対して前記基準面接触子２の移動方向と逆方向に移動して車輪Ｗのフランジの外側面に接触する。

図１又は図２（ａ）に示す回動機構２０は、車輪寸法測定器１０の基体１に下端部が固定された軸部材２０１と、軸部材２０１の上端部を鉛直方向（図１のＺ方向）周りに回動自在に軸受支持するボールベアリング等のベアリング部材２０２とを備えている。ベアリング部材２０２は、昇降機構３０の下端部に固定されている。この回動機構２０によって、軸部材２０１に固定された基体１は鉛直方向周りに回動自在となる。このため、基体１に取り付けられた基準面接触子２、第１測定子３（固定子３２、３３も含む）、第２測定子４及び第３測定子５は、鉛直方向周りに一体的に回動自在となる。

図１に示す昇降機構３０は、シリンダや一軸ステージ等の公知の一軸移動機構から構成されている。昇降機構３０を駆動することによって、軸部材２０１は鉛直方向（図１のＺ方向）に移動し、軸部材２０１に固定された基体１、ひいては基体１に取り付けられた基準面接触子２、第１測定子３（固定子３２、３３も含む）、第２測定子４及び第３測定子５も、鉛直方向に一体的に移動することになる。

図１に示す水平移動機構４０は、架構５０に取り付けられており、シリンダや一軸ステージ等の公知の一軸移動機構から構成されている。水平移動機構４０を駆動することによって、昇降機構３０及び軸部材２０１は水平方向（図１のＸ方向）に移動し、軸部材２０１に固定された基体１、ひいては基体１に取り付けられた基準面接触子２、第１測定子３（固定子３２、３３も含む）、第２測定子４及び第３測定子５も、水平方向に一体的に移動することになる。

車輪Ｗの寸法（車輪径、フランジ高さ及びフランジ厚）は、以上に説明した構成を有する車輪寸法測定装置１００が、以下の（１）〜（４）に示す動作を順次実行することによって測定される。

（１）まず最初に、昇降機構３０を駆動することにより、車輪寸法測定器１０の基準面接触子２が車輪Ｗのバック面に対向するように車輪寸法測定器１０が位置決めされる。そして、水平移動機構４０を駆動することにより、車輪寸法測定器１０が車輪Ｗのバック面側から車輪Ｗの外側面側に向けて水平方向（図１のＸ方向）に移動する。この水平方向の移動は、基準面接触子２（接触部２１）が車輪Ｗのバック面に接触するまで行われる。

この際、前述のように、回動機構２０によって車輪寸法測定器１０は鉛直方向周りに回動自在となっているため、たとえ車輪Ｗの中心軸が車輪寸法測定器１０（基準面接触子２）の上記移動方向に対して傾いた状態（鉛直方向周りに回動した状態）であったとしても、基準面接触子２を車輪Ｗの内側面に完全に接触させることが可能である。すなわち、基準面接触子２が水平方向への移動によって初めて車輪Ｗの内側面に接触したときには、車輪Ｗの中心軸が傾いていることによって、基準面接触子２の一方の接触部２１しか車輪Ｗの内側面に接触していないとしても、さらに車輪寸法測定器１０（基準面接触子２）を水平方向に移動させることにより、前記一方の接触部２１に加わる車輪Ｗの内側面からの押圧力によって、基準面接触子２は鉛直方向周りに回動することになる。これにより、たとえ車輪Ｗの中心軸が傾いている状態であっても、基準面接触子２の両方の接触部２１が車輪Ｗの内側面に接触可能となる。また、基準面接触子２の回動により、第１測定子３、第２測定子４及び第３測定子５も基準面接触子２と一体的に回動するため、基準面接触子２の回動後も第１測定子３、第２測定子４及び第３測定子５は基準面接触子２に対して直交座標系で移動することになり、車輪Ｗの寸法を精度良く測定可能である。

また、本実施形態に係る車輪寸法測定装置１００は、好ましい構成として、図２（ｂ）又は（ｃ）に示すように、基準面接触子２に接触検知手段６０が取り付けられている。本実施形態に係る接触検知手段６０は、基準面接触子２の移動方向（図１のＸ方向）に対して垂直で且つ水平な方向（すなわち、図１のＹ方向）に離間した基準面接触子２の複数箇所にそれぞれ取り付けられている。より具体的には、本実施形態に係る接触検知手段６０は、基準面接触子２の表面２２上であって、基準面接触子２の各接触部２１にそれぞれ隣接した位置に１つずつ取り付けられている。本実施形態に係る接触検知手段６０は、押しボタン式スイッチとされており、押圧されていない状態で、基準面接触子２の接触部２１の高さ（基準面接触子２の表面２２の法線方向の寸法）よりも若干大きめの高さを有する。そして、接触検知手段６０が車輪Ｗの内側面に押圧されて接触部２１と同等の高さになったときに、スイッチがオンとなって通電し、これにより、隣接する接触部２１が車輪Ｗの内側面に接触したことを検知可能となっている。この接触検知手段６０を具備することにより、基準面接触子２が鉛直方向周りに回動することによって、基準面接触子２の両方の接触部２１が車輪Ｗの内側面に接触し得ることを期待できるに留まらず、実際に接触したことを検知可能である。従って、接触検知手段６０によって、基準面接触子２の両方の接触部２１が実際に車輪Ｗの内側面に接触したことを検知してから車輪Ｗの寸法測定を開始することができるため、測定精度の低下をより一層確実に防止することが可能である。

なお、前述のように、たとえ車輪Ｗの中心軸が傾いている状態であっても、基準面接触子２の両方の接触部２１を車輪Ｗのバック面に接触させるためには、基準面接触子２を鉛直方向周りに回動自在とする必要がある一方、基準面接触子２が回動することによって、基準面接触子２の両方の接触部２１が車輪Ｗのバック面に接触した後、車輪Ｗの寸法測定を開始する際には、測定精度を維持する点で、逆に基準面接触子２の回動は強制的に停止させた方が好ましい。このため、本実施形態では、基準面接触子２の両方の接触部２１が車輪Ｗのバック面に接触したことを検知した後も、水平移動機構４０を駆動し続けることにより、常に基準面接触子２の接触部２１を車輪Ｗのバック面に押し付け、これにより基準面接触子２の回動を停止させる構成を採用している。

（２）次に、上記のようにして基準面接触子２の両方の接触部２１が車輪Ｗのバック面に接触したことを検知した後、昇降機構３０を駆動することにより、車輪寸法測定器１０が鉛直方向（図１のＺ方向）に移動（降下）する。この鉛直方向の移動は、固定子３２、３３（図５参照）が車輪Ｗの踏面に接触するまで行われる。なお、固定子３２、３３が車輪Ｗの踏面に接触したことは、例えば、昇降機構３０に設けたマグネスケール等の変位量測定器で測定した車輪寸法測定器１０の鉛直方向の変位量に一定時間変化がないことにより検知しても良いし、特に固定子３２、３３が車輪Ｗの踏面に接触したことを検知することなく、固定子３２、３３が車輪Ｗの踏面に接触するのに十分な時間だけ昇降機構３０を駆動し続けることも可能である。そして、固定子３２、３３が車輪Ｗの踏面に接触した後、車輪寸法測定器１０の一軸移動機構３１（図５参照）を駆動することにより、第１測定子３が鉛直方向（図１のＺ方向）に移動（降下）する。この鉛直方向の移動は、第１測定子３の先端が車輪Ｗの踏面に接触するまで行われる。なお、第１測定子３の先端が車輪Ｗの踏面に接触したことを検知する方法や、検知することなく一軸移動機構３１を駆動し続けても良い点は、前述した固定子３２、３３の場合と同様である。第１測定子３の先端が車輪Ｗの踏面に接触するまでの変位量は、一軸移動機構３１に設けたマグネスケール等の変位量測定器によって測定される。そして、適宜の演算手段（図示せず）が、この測定した変位量と、第１測定子３、固定子３２及び固定子３３の幾何学的な位置関係とに基づき、車輪Ｗの中心軸の位置を演算し、この演算した中心軸と第１測定子３の先端までの距離の２倍の距離を車輪径として算出する。

（３）次に、車輪寸法測定器１０の一軸移動機構４１（図５参照）を駆動することにより、第２測定子４が鉛直方向（図１のＺ方向）に移動（降下）する。この鉛直方向の移動は、第２測定子４が車輪Ｗのフランジの頂部に接触するまで行われる。なお、第２測定子４の先端が車輪Ｗのフランジの頂部に接触したことを検知する方法や、検知することなく一軸移動機構４１を駆動し続けても良い点は、前述した固定子３２、３３の場合と同様である。第２測定子４がフランジの頂部に接触するまでの第２測定子４の変位量は、一軸移動機構４１に設けたマグネスケール等の変位量測定器によって測定される。そして、前記演算手段は、この測定した第２測定子４の変位量と、前述した第１測定子３の変位量と、第２測定子４及び第１測定子３の鉛直方向の位置関係とに基づき、フランジ高さを算出する。

（４）最後に、車輪寸法測定器１０の一軸移動機構５１（図５参照）を駆動することにより、第３測定子５が水平方向（図１のＸ方向）に移動する。この水平方向の移動は、第３測定子５の先端が車輪Ｗのフランジの外側面に接触するまで行われる。なお、第３測定子５の先端が車輪Ｗのフランジの外側面に接触したことを検知する方法や、検知することなく一軸移動機構５１を駆動し続けても良い点は、前述した固定子３２、３３の場合と同様である。第３測定子５の先端がフランジの外側面に接触するまでの第３測定子５の変位量は、一軸移動機構５１に設けたマグネスケール等の変位量測定器によって測定する。そして、前記演算手段は、この測定した第３測定子５の変位量と、第３測定子５及び基準面接触子２の水平方向の位置関係とに基づき、フランジ厚を算出する。

本実施形態に係る車輪寸法測定装置１００は、上記の（１）〜（４）に示す動作を順次実行することにより、車輪Ｗの車輪径、フランジ高さ及びフランジ厚を自動的に且つ精度良く測定可能である。

表１は、以上に説明した本実施形態に係る車輪寸法測定装置１００で車輪Ｗの寸法を測定した結果（表１に示す「本発明」の欄）と、従来の自動車輪寸法測定装置（車輪寸法測定器１０の回動機構２０無し）で車輪Ｗの寸法を測定した結果（表１に示す「従来例」の欄）の一例を示す。なお、表１に記載の数値は、回動機構２０から取り外した車輪寸法測定器１０を用いて手動で車輪Ｗの寸法を測定した結果からの誤差を示す。

表１に示すように、本実施形態に係る車輪寸法測定装置１００によれば、車輪寸法測定器１０の回転機構２０が無い従来の装置に比べて、車輪径、フランジ高さ及びフランジ厚の全てについて、手動測定からの誤差が低減した。特に、フランジ厚については、誤差低減の効果が著しかったが、この理由は、図６を参照して説明した隙間δがフランジ厚の測定値に直接影響する（隙間δの方向とフランジ厚の測定方向とが共に、図６に示すＸ方向であり一致する）ためであると推測できる。

なお、本実施形態では、基準面接触子２が複数の凸状の接触部２１を具備する構成について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、接触部２１を具備しない構成とし、平坦な表面２２が車輪Ｗのバック面に直接接触する構成を採用することも可能である。

また、本実施形態では、接触検知手段６０として押しボタン式スイッチを用いる構成について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、圧力センサや近接センサ等、接触を検知し得る限りにおいて種々の手段を用いることが可能である。

また、本実施形態では、接触検知手段６０を基準面接触子２とは別に設ける構成について説明したが、接触検知手段を基準面接触子２の一部とすることも可能である。すなわち、基準面接触子２の移動方向（図１のＸ方向）に対して垂直で且つ水平な方向（すなわち、図１のＹ方向）に離間した基準面接触子２の複数部位を適宜の接触検知手段で構成し、各接触検知手段が車輪Ｗのバック面に接触したことを検知するように構成する（例えば、本実施形態の接触部２１を接触検知手段とする）ことも可能である。ただし、この構成を採用する場合には、接触検知手段が基準面接触子２としての機能を兼ね備えるため、水平方向に移動して車輪Ｗのバック面に接触した際に、バック面から押圧されて大きく変位するような手段（例えば、押しボタン式スイッチ等）を採用することは好ましくなく、その変位量が車輪Ｗの寸法測定精度に影響しない程度に小さい手段（例えば、圧力センサや近接センサ等）を用いることが好ましい。

さらに、本実施形態では、基準面接触子２の両方の接触部２１が車輪Ｗのバック面に接触した後、基準面接触子２の回動を停止させるために、水平移動機構４０を駆動し続ける構成について説明したが、基準面接触子２の回動停止状態をより一層確実に維持するには、強制的に回動を停止させるための別個の回動停止手段を設けることが好ましい。

図３は、基準面接触子２の回動を強制的に停止する回動停止手段の一例を示す正面図である。図３に示すように、回動停止手段７０は、回動機構２０を構成する軸部材２０１に固定されたディスク体７１と、ディスク体７１の上下に配置されたパッド７２とを備える。そして、接触検知手段６０によって基準面接触子２の両方の接触部２１が車輪Ｗのバック面に接触したことを検知した場合に、回動停止手段７０の上下のバッド７２がディスク体７１を挟持するように動作する構成とすれば、ディスク体７１の回動、ひいては軸部材２０１の回動が強制的に停止し、結果的に基準面接触子２の回動を強制的に停止させることが可能である。

図１は、本発明の一実施形態に係る鉄道用車輪の寸法測定装置の概略構成を示す正面図である。 図２は、図１に示す鉄道用車輪の寸法測定装置を構成する部材の一部を表した図であり、図２（ａ）は回動機構の軸方向断面図を、図２（ｂ）は基準面接触子及び接触検知手段の平面図を、図２（ｃ）は基準面接触子及び接触検知手段を車輪の外側面側から見た側面図を示す。 図３は、基準面接触子の回動を強制的に停止する回動停止手段の一例を示す正面図である。 図４は、車輪の主要寸法を説明するための軸方向断面図である。 図５は、車輪寸法測定器の概略構成を示す図であり、図５（ａ）は測定前の状態を表す正面視断面図を、図５（ｂ）は測定中の状態を表す正面視断面図を、図５（ｃ）は図５（ｂ）のＡ−Ａ矢視図を示す。 図６は、従来の自動車輪寸法測定装置の問題点を説明する平面図であり、図６（ａ）は車輪の中心軸が自動車輪寸法測定装置の基体の移動方向に平行である場合を、図６（ｂ）は車輪の中心軸が自動車輪寸法測定装置の基体の移動方向に対して傾いている場合を示す。

符号の説明

１ 基体
２ 基準面接触子
３ 第１測定子
４ 第２測定子
５ 第３測定子
１０ 車輪寸法測定器
２０ 回動機構
３０ 昇降機構
４０ 水平移動機構
５０ 架構
６０ 接触検知手段
７０ 回動停止手段
１００ 車輪寸法測定装置

Claims (4)

1. 車軸に装着され、水平に敷設されたレール上に載置された鉄道用車輪の車輪径、フランジ高さ及びフランジ厚を測定する装置であって、
   車輪の内側面側から水平方向に移動して車輪の内側面に接触する基準面接触子と、
   前記基準面接触子と一体的に水平方向に移動すると共に、前記基準面接触子に対して鉛直方向に移動して車輪の踏面に接触する車輪径測定用の第１測定子と、
   前記基準面接触子と一体的に水平方向に移動すると共に、前記基準面接触子に対して鉛直方向に移動して車輪のフランジの頂部に接触するフランジ高さ測定用の第２測定子と、
   前記基準面接触子と一体的に水平方向に移動すると共に、前記基準面接触子に対して前記基準面接触子の移動方向と逆方向に移動して車輪のフランジの外側面に接触するフランジ厚測定用の第３測定子とを備え、
   前記基準面接触子、前記第１測定子、前記第２測定子及び前記第３測定子は、少なくとも鉛直方向周りに一体的に回動自在とされていることを特徴とする鉄道用車輪の寸法測定装置。
2. 前記基準面接触子の移動方向に対して垂直で且つ水平な方向に離間した前記基準面接触子の複数箇所にそれぞれ取り付けられた接触検知手段を具備し、
   前記各接触検知手段は、該各接触検知手段の近傍にある前記基準面接触子の部位が車輪の内側面に接触したことを検知することを特徴とする請求項１に記載の鉄道用車輪の寸法測定装置。
3. 前記基準面接触子の移動方向に対して垂直で且つ水平な方向に離間した前記基準面接触子の複数部位を接触検知手段で構成し、
   前記各接触検知手段は、該各接触検知手段が車輪の内側面に接触したことを検知することを特徴とする請求項１に記載の鉄道用車輪の寸法測定装置。
4. 前記接触検知手段の全てが前記基準面接触子の車輪の内側面への接触を検知した場合に、前記基準面接触子、前記第１測定子、前記第２測定子及び前記第３測定子の鉛直方向周りの回動を停止する回動停止手段を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の鉄道用車輪の寸法測定装置。

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