JP2013226985A - 鉄道車両の雨滴除去装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄道車両の窓の視認性を維持し安全を確保することが可能な鉄道車両の雨滴除去装置を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、雨滴除去装置は、鉄道車両１２の窓４の外面に親水性コーティング剤を噴射する噴射装置を備え、この噴射装置は、鉄道車両の走行中に窓に受ける走行風の風上になりえる位置に設けられている。
【選択図】図３

Description

この発明の実施形態は、雨天時等に鉄道車両の窓の視界を維持する雨滴除去装置に関する。

近年は、自動運転が基本で、運転室があっても、乗務員が乗務しないことを基本とする鉄道車両などが増加しているが、今日でも、広く一般的には、鉄道車両は、運転者の操作により運転されている。運転席は、鉄道車両の最前部に設けられた運転室内に配置され、その運転席の前面には、十分な透過性と機械的強度をもったガラスあるいは樹脂を用いた、正面窓あるいは前面窓と呼ばれる窓が備えられている。運転者はその窓を通して、前方の障害物や異常の有無、信号器の進路などの安全を確認し、車両を走行、あるいは、停止させることが一般的である。

そのため、車両前面に設けられている前面窓は、前方の視界に十分な視認性を常に維持できている必要がある。しかし、鉄道車両が外界に開放された線路上を走行する場合、降雨、降雪、虫、鳥など、鉄道車両と接触する対象物が正面窓に付着するため、正面窓の視認性の劣化は避けられない。

このような状況は、必ずしも、鉄道車両に限ったことではなく、たとえば、航空機、自動車、鉄道車両では、前面窓の視界を維持するために以下のような構成が用いられている。航空機では、親水性コーティング剤としてのレペレントおよび電動ワイパ、あるいはエアワイパが用いられ、また、自動車では、電動ワイパ、ウインドウォッシャ、撥水コーティングガラス等が用いられている。鉄道車両では、電動または空気駆動式ワイパが用いられている。

米国特許第３，２３１，１９６号公報 特許第３０７３７３３号公報 特開平１０−２７３６１７号公報

鉄道車両においては、窓の視認性確保について以下のような課題がある。
近年、前面窓ガラスが大型化し、ワイパでは必要な範囲を拭ききることが難しい。大型ワイパを用いると、鉄道車両の高速運転が困難になるとともに、構造が複雑化し、故障の原因あるいは製造コスト増加の要因となる。前面窓ガラスが曲面の場合、ワイパは前面ガラスに追従できず、浮いてしまうとともに、高速走行時に、走行風によりワイパが浮上がってしまう可能性がある。前面窓ガラスに撥水コーティングを施した場合、低速では撥水の効果がないので、ワイパを使用すると、撥水膜が、こすれて落ちてしまう。撥水コーティングは、雨の中ではできないため事前に施行する必要ある。また、コーティング作業自体も専門作業者による作業であり、安価ではない。撥水効果は次第に薄れていくので、必要なときに役に立たない可能性がある。

一方、レペレントは、雨中で前面窓ガラスに噴射することで雨水と一緒に拡がり、窓全面がコーティングされ、全面の視野が確保される。しかし、鉄道車両は、航空機と同じような高速で走行するとは限らないため、鉄道車両の前面窓ガラスに単にレペレントを噴射しただけではレペレントを効果的に広い範囲に付着させることが難しい。仮に、レペレントが前面窓ガラス表面に十分に付着したとしても、雨量が少ない場合や対気速度が低い場合には、十分な雨滴除去効果が期待できない。

この発明は、以上の点に鑑みてなされたもので、その課題は、鉄道車両の窓の視認性を維持し、鉄道車両の安全を確保することが可能な鉄道車両の雨滴除去装置を提供することにある。

実施形態によれば、雨滴除去装置は、鉄道車両の窓の外面に親水性コーティング剤を噴射する噴射装置を備え、この噴射装置は、鉄道車両の走行中に窓に受ける走行風の風上になりえる位置に設けられている。

図１は、第１の実施形態に係る鉄道車両全体を概略的に示す側面図。 図２は、前記鉄道車両を走行方向前方から見た正面図。 図３は、前記鉄道車両の運転室部分を示す断面図。 図４は、前記鉄道車両に設けられた雨滴除去装置のレペレント噴射装置を概略的に示す図。 図５は、前記雨滴除去装置全体の構成を示すブロック図。 図６は、前記雨滴除去装置の動作を示すフローチャート。 図７は、第２の実施形態に係る鉄道車両の運転室部分を示す断面図。 図８は、第３の実施形態に係る鉄道車両の運転室部分を示す断面図。

以下、図面を参照しながら、種々の実施形態に係る雨滴除去装置を備えた鉄道車両について説明する。
（第１の実施形態）
図１は鉄道車両を概略的に示している。図１に示すように、鉄道車両１２は、それぞれ車輪１４が設けられた一対の台車１６と、台車上に空気ばね１５を介して支持された車体１７と、を備えている。各台車１６上で車輪１４の近傍には主電動機１８が載置されている。主電動機１８は、図示しないギアボックスおよびカップリングを介して回転力を車輪１４に伝達できるように接続されている。車輪１４はレール１３上に載置されている。

車体１７の天井側にはパンタグラフ１９が設けられ、このパンダグラフは架線２５と接触している。車体１７の床下には、電力変換装置２６および他の床下装置２３が艤装されている。架線２５からパンタグラフ１９に供給された電力は、図示しない他の機器を通過し、電力変換装置２６に供給される。電力は電力変換装置２６により直流から交流に変換され、図示しない配線を通して、各主電動機１８に供給される。主電動機１８は供給された電力により駆動し、ギアボックスとカップリングを介して車輪１４を回転させ、これにより、車体１７はレール１３上を走行する。

図２は鉄道車両を進行方向から見た図であり、図３は図２の線Ａ−Ａに沿った運転室の断面図である。図２および図３に示すように、鉄道車両１２は、その先頭部分に、運転室８を備えている。通勤電車などによく見られる、先頭車両に設けられた運転室８の車体前面２０は大地に対してほぼ垂直であり、かつ、進行方向に対してもほぼ直角となっている。乗務員の前方視野を確保するため、車体前面２０に矩形状の窓（前面窓）４が形成されている。ここでは、車体前面２０に形成された矩形状の開口と、この開口に嵌められた平坦な矩形状の窓ガラスとで、窓４を構成している。窓４は、車体１７の幅方向ほぼ全長に亘って設けられている。運転室８には、乗務員が腰掛ける運転席９、種々の運転操作を行うための操作盤１０が設けられている。操作盤１０には、種々の計器、操作レバー、および操作スイッチが設けられている。また、操作盤１０には、鉄道車両１２の運転操作を許容するマスタ制御キー２１を差し込む、キーシリンダ２２が設けられている。乗務員がマスタ制御キー２１をキーシリンダ２２に差込み、オン位置に回すことにより、鉄道車両１２の運転が可能となる。更に、鉄道車両１２は、窓４からの前方視界を維持および確保するための、雨滴除去装置２４を備えている。複数の鉄道車両１２を連結して走行する場合、雨滴除去装置２４は、先頭車両の先端部に設けられる。

図４は、雨滴除去装置２４のレペレント噴射装置を概略的に示し、図５は、雨滴除去装置全体の構成を示すブロック図である。図２ないし図５に示すように、雨滴除去装置２４は、窓４外面の所定範囲を払拭するワイパ５、窓４外面に洗浄液あるいは水を噴射するウォッシャノズル６、窓４の外面に親水性のレペレント（親水性コーティング剤、あるいは、親水性液）を噴射するレペレント噴射装置３０、雨を検知する、例えば、窓４に当たる雨を検知する雨センサ（第１センサ）３１、雨量を検知する雨量センサ（第２センサ）３２、鉄道車両１２の走行速度を検出する車速センサ（第３センサ）３４、鉄道車両１２の走行方向に対して向かい風となる風の強さを検出する向かい風センサ（第４センサ）３５、レペレント噴射装置３０が前回、レペレントを噴射した時からの経過時間を測定するタイマー３６、これらの動作を制御する制御装置３８を備えている。なお、制御装置３８は、キーシリンダ２２に電気的に接続され、マスタ制御キー２１によるオンオフを検知する。

ワイパ５は、前面窓４の上方、あるいは、下方に設けられた、電動式あるいは空気駆動方式のワイパを用い、前面窓に付着する雨、雪などを除去し、視野を確保する。本実施形態では、ワイパ５は、例えば、前面窓４の外面を払拭するワイパブレードと、前面窓４の下方に支持された枢軸と、この枢軸を回転させるモータ４０と、を有している。制御装置３８の制御の下、ドライバ４２によりモータ４０を駆動することにより、ワイパ５が所定の範囲内で回動し、前面窓４の外面を払拭する。また、運転室８には、ワイパ５を作動させる手動のワイパ操作スイッチ４３が設けられている。ウォッシャノズル６は、前面窓４の下方に、前面窓に向けて設けられ、図示しないウォータンクおよびポンプから供給される水を前面窓４の外面に噴射する。

レペレント噴射装置３０は、鉄道車両１２の走行中に窓に受ける走行風の風上になりえる位置に設けられた、例えば、前面窓４の上方に、前面窓に向けて設けられたレペレント噴射ノズル７と、レペレント噴射ノズル７を開閉する電磁弁４６と、液状の親水性レペレントおよび加圧ガスが封入されたタンク４８と、タンク４８の排出口に設けられタンク４８の圧力を調整、監視するための圧力調整装置５０と、圧力調整装置５０からレペレント噴射ノズル７まで延びる配管５１と、更に、電磁弁４６を作動させるレペレント操作スイッチ５２と、を備えている。電磁弁４６は、ドライバ５４を介して制御装置３８に接続され、制御装置３８によって開閉動作が制御される。また、レペレント操作スイッチ５２は、電源５６と電磁弁４６、ドライバ５４との間に接続されている。

後述するように、制御装置３８の制御の下、電磁弁４６を励磁して開放することにより、タンク４８に封入されたレペレントがレペレント噴射ノズル７から前面窓４の外面に噴射される。噴射されたレペレントは、雨水あるいはウォッシャノズル６から噴射された水により前面窓４の外面に広がり、少なくとも所定範囲に塗布される。また、乗務員の手動操作によりレペレント操作スイッチ５２を操作することによっても、レペレントを前面窓４に噴射することができる。レペレント操作スイッチ５２を操作すると、ここでは鉄道車両１２の電源５６から供給された電力により、電磁弁４４が励磁され、通常、押しスイッチであるレペレント操作スイッチを押下している間、タンク４８に封入されたレペレントが、レペレント噴射ノズル７から噴射される。

図３および図５に示すように、雨滴除去装置２４は、運転室８側から前面窓４を撮像する撮像装置、例えば、カメラ６０を備えていてもよい。カメラ６０は、例えば、乗務員の視点１１よりも僅かに上方で、前面窓４に向けて配置されている。カメラ６０により撮像された前面窓４の画像は、制御装置３８の画像処理部３８ａに送られる。画像処理部３８ａは、この画像から前面窓４の視界の良否を判断する。視界が不良と判断された際、制御装置３８は、レペレント噴射装置３０により前面窓の外面にレペレントを噴射してもよい。

以上のように構成された雨滴除去装置２４の雨滴除去動作について説明する。図６に示すように、鉄道車両１２の運転席９に運転者が着席しているか否かは、マスタ制御キー２１などの挿入状態（有無）で一般的に確認できるので、制御装置３８は、マスタ制御キー２１のオン、オフを検知する（ＳＴ１）。マスタ制御キー２１がオンの場合、制御装置３８は、雨センサ３１からの検出信号に基づいて、雨が降っているか否か検知し（ＳＴ２）、降っている場合には、ワイパ５を自動的に作動させる（ＳＴ３）。この際、運転者の手動操作により、ワイパ操作スイッチ４３をオンとし、ワイパ５の作動を開始することも可能である。当然、雨の量には大小があるので、雨量センサ３２により雨量を検知し、少なければワイパ５を低速あるいは間欠運転とし、多ければ高速運転を行う。

制御装置３８は、ワイパ５を作動させた後、雨量センサ３２により検出された雨量が所定値Ａ以上となっているか否か判断する（ＳＴ４）。雨量所定値Ａは、例えば、７０ｍｍ／ｈである。また、制御装置３８は、車速センサ３４の検出信号に基づき、鉄道車両１２の走行速度が所定値Ｂ以上になっているか否かを判断する（ＳＴ４）。車両速度所定値Ｂは、例えば、６０ｋｍ／ｈである。車速所定値Ｂは、向かい風センサ３５により向かい風が検出された場合は５０ｋｍ／ｈ以下に設定することが可能である。
雨量が所定値Ｂよりも少ない場合、あるいは、鉄道車両１２の車速が所定値Ｂよりも低い場合、制御装置３８は、ワイパ運転のみとする。

上記雨量が所定値Ａ以上で、かつ、走行速度が所定値Ｂ以上である場合、制御装置３８は、タイマー（時刻管理部）３６の測定時間が、前回のレペレント噴射時からの経過時間が所定時間Ｔ、例えば、２４時間を越えているかを判断する（ＳＴ５）。また、制御装置３８は、カメラ６０により撮像された前面窓４の画像から前面窓４の視界の良否を判断する（ＳＴ５）。そして、経過時間Ｔが２４時間以上である場合、あるいは、視界不良が検出された場合、制御装置３８は、電磁弁４６を開放し、レペレント噴射装置３０により、レペレント噴射ノズル７から前面窓４の外面にレペレントを数秒間、噴射する（ＳＴ６）。

レペレントを噴射した後、制御装置３８は、ワイパ５の運転を停止するとともに（ＳＴ７）、数秒間レペレントを噴射した後、電磁弁４６を閉じて噴射を停止する（ＳＴ８）。なお、このような自動制御によるレペレント噴射に加えて、運転者が手動でレペレント操作スイッチ５２をオン操作することにより、電磁弁４６を開放し、レペレント噴射ノズル７から前面窓４に向けてレペレントを噴射することも可能である。

レペレントを噴射した後は、所定時刻が過ぎると、再び、マスタ制御キーの入力の有無と、雨が降っているかどうかの判断を行い、レペレント噴射処理を繰り返す。また、時素Ｃ以内の間で、レペレントを噴射したい場合は、レペレント操作スイッチ５２を手動でオンすることによりレペレントの噴射が可能である。

その他、本実施形態では、制御装置３８は、運転室８に設置したカメラ６０により前面窓４を撮像し、取得した画像から前面窓の視界が良好か否か判断する。視界不良と判断された場合においては、臨時的にレペレントをレペレント噴射ノズル７から前面窓４に噴射することができる。

以上のように構成された雨滴除去装置を備える鉄道車両によれば、雨量および車速に応じてレペレントを前面窓に噴射することにより、降雨量が多く、風速が高く、車両も高速で走行しているような場合、窓に噴射されたレペレントは、窓に激しく当たっている雨水と一体になって窓全面に広がり、下方に流れる。そして、レペレントは雨水と一緒に広がることで、前面窓の前面にコーティングされ、ワイパに依存することなく、運転に必要な視野を確保することが可能となる。レペレントは、一回の噴射でその効果を数十分間、維持することができるので、夕立などの豪雨に対しては十分となる。レペレントは、雨水と一緒にコーティングされるため、窓が曲面ガラスで形成されている場合でも良好にコーティングされ、効果が得られる。強い向かい風が、レペレントの雨滴除去効果を一層増すため、ワイパが浮き上がるような高速走行時に最適な効果が得られる。ワイパの使用によりレペレントの効果が薄れた後も、追加噴射すれば効果を発揮できるため、鉄道車両の低速時や停止時にワイパを使用しても問題ない。

レペレントの性能はある程度、持続するため、最近、レペレントを使用したかどうかを判断して、所定時間、噴射していなければ、新たに、レペレントを前面窓に噴射することにより、レペレントの無駄な使用を低減し、効率よく、効果的にレペレントを使用することができる。
以上のことから、鉄道車両の窓の視認性を維持し、鉄道車両の安全を確保することが可能な鉄道車両の雨滴除去装置が得られる。

上述して実施形態では、鉄道車両の走行速度が高い場合にレペレントを噴射してワイパを停止させる構成について示したものであるが、必ずしもこれに限定するものではない。例えば、車両走行速度が低い場合は、ワイパを運転したままレペレントを窓に噴射することなど、実際の使用状況などにより、異なる動作を組むことが可能である。また、運転者の好みに応じて、ワイパの再起動や再停止、レペレントの追加噴射などは、手動操作で実現可能である。

次に、この発明の他の実施形態について説明する。以下に説明する実施形態において、前述した第１の実施形態と同一の部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態に係る鉄道車両の運転室部分を側面から見た断面図である。鉄道車両１２の車体先頭部に設けられた前面２０は、大きく傾斜し、この傾斜した前面２０に、前面窓４が設けられている。また、前面２０には、雨滴除去装置２４を構成するレペレント噴射ノズル７、および前面窓を払拭するワイパ５が設けられている。前面窓４の傾斜角度と対気速度との関係によるが、鉄道車両の対気速度が比較的高い場合は、レペレント噴射ノズル７を、前面窓４の下方に設置し、前面窓に向けて上方に向けておく。雨滴除去装置２４の他の構成は、前述した第１の実施形態と同様である。

図７に示すような車両先頭形状の場合、走行風や雨滴は、前面窓４に沿って上方に流れていく。そのため、レペレントを前面窓４の下方にあるレペレント噴射ノズル７から噴射すると、前面窓４の全面に広がり、運転者の視点１１から見て十分な視野Ｄの確保が可能となる。

（第３の実施形態）
図８は、第３の実施形態に係る鉄道車両の運転室部分を上から見た断面図である。鉄道車両１２の車体先頭部に設けられた前面２０は、車体１７を上方から見て左右に後退角度をなすように傾斜して設けられている。左右の傾斜面にそれぞれ前面窓４ａ、４ｂが設けられている。また、前面２０には、雨滴除去装置２４を構成する２つのレペレント噴射ノズル７ａ、７ｂが前面２０の中央部に設けられ、それぞれ前面窓４ａ、４ｂに向けられている。雨滴除去装置２４の他の構成は、前述した第１の実施形態と同様である。

このような先頭形状の鉄道車両１２においても、走行風や雨滴は、前面窓４ａ、４ｂに沿って左右に流れていく。そのため、両々中央側に設けられた２つのレペレント噴射ノズル７ａ、７ｂから前面窓４ａ、４ｂにレペレントを噴射すると、前面窓４ａ、４ｂの全面に広がり、運転者の視点１１から見て十分な視野Ｄを確保することができる。

本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。例えば、支持脚の設置数および形状は、前述した実施形態に限定されることなく、必要に応じて、種々変更可能である。

上述の実施形態では、車両先頭に設けられる運転席からの視野を確保することを目的とした実施例を説明してきたが、雨滴除去装置は、前面窓に限らず、車両側面、上面など、いかなる部位の窓も適用可能である。また、噴射ノズルは、窓に対して１箇所に限定するものではなく、窓の大きさや、必要とする視野の広さにより、必要数を並列に設けることも可能である。また、ワイパブレードを用いる方式のワイパではなく、エアワイパとの併用も可能である。

４…前面窓、５…ワイパ、７…レペレント噴射ノズル、８…運転室、１２…鉄道車両、
１７…車体、２０…前面、２１…マスタ制御キー、２２…キーシリンダ、
２４…雨滴除去装置、３０…レペレント噴射装置、３１…雨センサ、
３２…雨量センサ、３４…車速センサ、３５…向かい風センサ、３６…タイマー、
３８…制御装置、４３…ワイパ操作スイッチ、５２…レペレント操作スイッチ、
５６…電源、６０…カメラ

Claims (9)

1. 鉄道車両の走行中に窓に受ける走行風の風上になりえる位置に設けられ、前記鉄道車両の窓の外面に親水性コーティング剤を噴射する噴射装置、
   を備える鉄道車両の雨滴除去装置。
2. 前記噴射装置は、先頭車両の先端部に位置している請求項１に記載の鉄道車両の雨滴除去装置。
3. 前記噴射装置は、雨が降っている状態において、雨量が所定値よりも多い場合、鉄道車両の走行速度が所定値よりも高い場合、前回に親水性コーティング剤を噴射してから所定時間経過している場合、のいずれかをトリガーとして親水性コーティング剤を窓の外面に噴射する請求項１又は２に記載の鉄道車両の雨滴除去装置。
4. 鉄道車両の窓の外面に親水性コーティング剤を噴射する噴射装置と、
   前記窓を払拭するワイパと、
   雨を検知する第１センサと、
   雨量を検出する第２センサと、
   鉄道車両の走行速度を検出する第３センサと、
   前記鉄道車両のマスタ制御キーのオンを確認した後、前記第１センサにより雨が検知された際に前記ワイパを作動させ、前記第２センサにより所定値以上の雨量が検知され、更に、前記第３センサにより所定値以上の走行速度が検出された際に、前記噴射装置により前記窓の外面に親水性コーティング剤を噴射する制御装置と、
   を備える鉄道車両の雨滴除去装置。
5. 前記窓を撮像する撮像装置を備え、
   前記制御装置は、前記撮像装置により撮像した画像を検出し、この画像から前記窓の視界を判断する画像処理部を備え、前記視界が不良と判断された際に前記噴射装置により前記窓の外面に親水性コーティング剤を噴射する請求項４に記載の鉄道車両の雨滴除去装置。
6. 前記噴射装置が前記親水性コーティング剤を噴射した時からの経過時間を測定するタイマーを備え、
   前記制御装置は、前記第２センサにより所定値以上の雨量が検知され、前記第３センサにより所定値以上の走行速度が検出され、更に、前記タイマーにより測定された経過時間が所定時間を越えている際に、前記噴射装置により前記窓の外面に親水性コーティング剤を噴射する請求項４又は５に記載の鉄道車両の雨滴除去装置。
7. 前記噴射装置は、前記窓に向けて設けられたノズルと、前記ノズルを開閉する電磁弁と、前記親水性コーティング剤を封入したランクと、前記タンクから前記ノズルへ親水性コーティング剤を送る配管と、を備えている請求項４ないし７のいずれか１項に記載の鉄道車両の雨滴除去装置。
8. 前記噴射装置を作動させる操作スイッチを備えている請求項７に記載の鉄道車両の雨滴除去装置。
9. 向かい風を検知する第４センサを備え、前記制御装置は、前記第４センサにより所定値以上の向かい風が検知された際、前記第３センサで検出する走行速度の所定値を、この所定値よりも低い他の所定値に変更する請求項４ないし８のいずれか１項に記載の鉄道車両の雨滴除去装置。

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