JP2019059375A - 鉄道車両用連結装置 - Google Patents

Abstract

【課題】連結器の複雑化を招くことなく、連結する一対の連結器の中心軸線のずれに対する許容範囲を広げることができる鉄道車両用連結装置を提供する。【解決手段】鉄道車両用連結装置は、鉄道車両４を連結する際に、連結器１同士を連結可能な角度に調整する角度調整機構１００を有する。この角度調整機構は、基端部１ｂが鉄道車両に揺動自在に支持された連結器の先端部１ａを回動させる駆動機構２と、該駆動機構による連結器の先端部の回動角度を制御する制御装置３とを備える、ことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば無人運転の列車同士を併合する自動連結システムに適用される鉄道車両用連結装置に関する。

無人運転の列車同士を併合するとき、あるいは無人運転の列車が故障などで軌道上に停車したとき、列車が曲線部や勾配部などで停車していると、２つの車両の連結器の係合部が正対しないので連結できないことがある。このため、無人運転で列車同士を併合する場合には、２つの車両の連結器を、人手を用いずに正対させる手段が必要になる。

特許文献１には、一対の連結器の中心軸線が不一致の場合に、一方の連結器の突出係合部が他方の連結器の被係合部に係合した後に、一対の連結器の基端部同士を結ぶ基線と各連結器の中心軸線との交差角が減少するように本体が揺動し、突出係合部が被係合部の受入空間部に進入した後、ナックルと守腕とが共同して相手側の連結器のナックルを受け入れるようにした連結器が記載されている。このような機構によって、一対の連結器の連結直前の中心軸線を所定範囲内に矯正し、曲線軌道上での連結不具合を解消できる。

特許第３４９７４２７号公報

ところで、上述した特許文献１の連結器では、連結器の基端部を中心とした水平面上での揺動を利用して中心軸線のずれを矯正する。しかしながら、一対の連結器のそれぞれに突出係合部及び被係合部を設ける必要があるため、連結器の機構が複雑化し、中心軸線のずれに対する許容範囲も狭い。また、連結器の各部の機械的な動きによって、列車の制御とは独立してずれを矯正するため、故障列車の停止位置や故障状態に応じた連結動作の制御ができず、無人運転で列車同士を連結する自動連結システムとの親和性が良くない。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、連結器の複雑化を招くことなく、連結する一対の連結器の中心軸線のずれに対する許容範囲を広げることができる鉄道車両用連結装置を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、無人運転で列車同士を連結する自動連結システムと親和性の高い鉄道車両用連結装置を提供することにある。

本発明の一態様に係る鉄道車両用連結装置は、鉄道車両を連結する際に、連結器同士を連結可能な角度に調整する角度調整機構を有し、前記角度調整機構は、基端部が鉄道車両に揺動自在に支持された連結器の先端部を回動させる駆動機構と、該駆動機構による前記連結器の先端部の回動角度を制御する制御装置とを備える、ことを特徴とする。

本発明によれば、連結器の先端部を回動させる駆動機構と、この駆動機構による先端部の回動角度を制御する制御装置とを備える角度調整機構を設けたので、駆動機構を制御して連結器の先端部の回動角度を、連結される鉄道車両の連結器と正対する角度に調整することができ、連結器の複雑化を招くことなく、連結する一対の連結器の中心軸線のずれに対する許容範囲を広げることができる。

また、無人運転で列車同士を連結する際に、制御装置により駆動機構を制御して連結器の先端部の回動角度を、連結される鉄道車両の連結器と正対する角度に調整することで、連結される鉄道車両の停止位置や状態に応じた連結動作の制御が可能となり、自動連結システムとの親和性が高い。

本発明の第１の実施形態に係る鉄道車両用連結装置を示す概略構成図である。 図１に示した連結装置による連結動作について説明するための図である。 連結器の係合部を正対させる角度調整演算について説明するための図である。 図１に示した連結装置による他の連結動作について説明するための図である。 図１に示した連結装置の第１の変形例について説明するための概略図である。 図１に示した連結装置の第２の変形例について説明するための概略図である。 本発明の第２の実施形態に係る鉄道車両用連結装置を示す概略構成図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る鉄道車両用連結装置を示している。連結装置は、自動連結システムとして機能するもので、連結器１と、駆動機構２と、制御装置３とを備えている。駆動機構２と制御装置３は、鉄道車両を連結する際に連結器１同士を連結可能な角度に調整する角度調整機構１００として働くものである。

連結器１は、先端部１ａに連結機構１０を有し、基端部１ｂが鉄道車両４に揺動自在に支持される。更に詳しくは、連結機構１０は、先端部１ａの一端に設けられた守腕１１と、この先端部１ａの他端にナックルピン１２によって支持されるナックル１３と、連結時にナックル１３の揺動を固定する錠１４とを備える。そして、錠１４は錠揚１５によって上昇され、ナックル１３をナックルピン１２の周りに揺動させることで、ナックル１３を開くことができるようになっている。

駆動機構２は、連結器１の先端部１ａを破線の矢印ＡＡで示すように回動させるもので、モータ２ａと駆動棹２ｂを備えている。駆動棹２ｂは、連結器１の先端部１ａと基端部１ｂとの間の中間部１ｃに駆動ピン１６により軸支されており、モータ２ａにより破線の矢印ＡＢ方向に往復駆動される。これによって、連結器１の基端部１ｂを支点にして、先端部１ａが矢印ＡＡで示すように回動する。

また、制御装置３は、駆動機構２による連結器１の先端部１ａの回動角度を算出し、連結器１を算出した回動角度に制御するものである。連結する側の鉄道車両の制御装置３は、連結される側の鉄道車両（図示せず）の連結器の向きを特定し、駆動機構２を制御して連結器１の先端部１ａの角度（連結器の中心軸線ＣＡの水平面上の角度）を、連結される鉄道車両の連結器と一致する角度に調整するようになっている。連結される鉄道車両の連結器の向きの特定は、連結する鉄道車両の制御装置３で連結される鉄道車両の停止位置の情報に基づいて行う。例えば、連結される鉄道車両の停止位置における軌道の線形情報、例えば軌道の曲線情報（曲線半径Ｒ１の情報）及び勾配情報（勾配半径Ｒ２の情報）の少なくとも一方を取得し、連結位置での一対の連結器の中心軸線のずれ量（水平面上でのずれ角及び／または垂直面上でのずれ角）を算出して一致させることで行う。

本例では、ＣＢＴＣ（Communication Based Train Control）システムが採用され、列車位置はリアルタイムに把握され、連結される鉄道車両の位置情報を得られるものとする（あるいは、連結される鉄道車両がＧＰＳ（Global Positioning System）などの位置計測手段を有していても良い）。また、車上装置５が、連結される鉄道車両の停止位置に応じた軌道の線形情報、例えば軌道の曲線情報と勾配情報を記憶したデータベース６を備えている。そして、制御装置３は、車上装置５と地上装置との通信により、地上装置で検出した連結される鉄道車両の位置情報に基づき、データベース６を参照して連結される鉄道車両の位置情報から、当該地点の曲線情報及び勾配情報（曲線半径Ｒ１と勾配半径Ｒ２の情報）を取得するようになっている。

次に、鉄道車両の併合について図２により詳しく説明する。ここでは、無人運転の列車が故障などで軌道上に停車したときに、救援用の鉄道車両（救援列車と称する）を向かわせて、故障して停車している鉄道車両（故障列車と称する）と救援列車を併合し、自走できなくなった故障列車を牽引して搬送する場合を例に取って説明する。故障列車２０が軌道の曲線部に停車しており、救援列車３０が矢印ＡＣで示すように接近していくものと仮定する。
図２（ａ）は、救援列車３０と故障列車２０の距離が十分に離れている状態を示している。この場合には、故障列車２０の連結器２１と救援列車３０の連結器３１の中心軸線ＣＡ１，ＣＡ２は、各々の列車の長手方向に対して平行（共に不定でも良い）になっており、連結不可能なほど大きくずれている。

図２（ｂ）は、救援列車３０が故障列車２０に所定の距離Ｄまで近づいた状態を示している。このときには、まず、救援列車３０の制御装置３で、データベース６から故障列車２０の停止位置情報に応じた軌道の曲線情報及び勾配情報の少なくとも一方を取得し、連結する位置における故障列車２０の連結器２１の向きを特定する。続いて、連結位置での一対の連結器２１，３１の中心軸線ＣＡ１，ＣＡ２のずれ量（ずれ角θ）を演算する。本例は、故障列車２０における連結器２１の中心軸線ＣＡ１が、故障列車２０の長手方向と一致している場合であり、破線ＣＬ２で示す救援列車３０の長手方向に対する水平面上でのずれ角θが、一対の連結器２１，３１の中心軸線ＣＡ１，ＣＡ２のずれ角となる。そして、この演算結果に基づいて、駆動機構２を制御して連結器１の先端部１ａの回動角度を、連結器３１の中心軸線ＣＡ２が、故障列車２０の連結器２１の中心軸線ＣＡ１と一致するように調整する。これによって、救援列車３０の連結器３１の係合部（守腕１１とナックル１３）と故障列車２０の連結器２１の係合部とが正対する。

続いて、救援列車３０を故障列車２０にゆっくりと接近させて連結器３１，２１を連結する。図２（ｃ）は、救援列車３０の連結器３１と故障列車２０の連結器２１が連結した状態を示している。連結は、連結器３１の中心軸線ＣＡ２と連結器２１の中心軸線ＣＡ１が一致した状態で、互いのナックル１３と守腕１１とが共同して相手側の連結器のナックル１３を受け入れることで実行される。連結すると、錠１４によってナックル１３の揺動が固定されて離れなくなる。

図３は、救援列車３０と故障列車２０の連結器３１，２１の係合部を正対させる角度調整について説明するためのものである。連結位置での一対の連結器３１，２１の中心軸線ＣＡ２，ＣＡ１の水平面上でのずれ角の算出は、例えば次のように行われる。
ここでは、両列車３０，２０は、車両の中心点が軌道の曲線状の円弧上を移動し、車両中心点の円弧接線方向を向いているものと仮定する。Ａ点とＢ点間の距離Δａ、Ｂ点とＣ点間の距離Δｂ、軌道の曲線の半径をＲ１とすると、Ａ点とＣ点の角度（両連結器３１，２１の中心軸線ＣＡ２，ＣＡ１を調整する場合の制御角度）θはΔａ，Δｂ，Ｒ１から計算でき、
であるので、
θ＝α＋β
となる。

なお、故障列車２０の連結器２１が調整できない場合には、救援列車３０の連結器３１の中心軸線ＣＡ２のみで調整する。この場合の制御角度θ’は、
θ’＝２（α＋β）
となる。
また、故障列車２０が軌道の直線部に停車しており、救援列車３０が軌道の曲線部を走行している場合の制御角度θ’’は、
θ’’＝α＋β
である。

このように、自動連結システムは、故障列車２０の停止位置の曲線情報（勾配情報を考慮しても良い）から、故障列車２０の連結器２１と救援列車３０の連結器３１の交差角度を算出する。また、２つの連結器２１，３１の係合部を正対させるのに必要な連結器３１の中心軸線ＣＡ２の回転（回動）角度を計算する。そして、救援列車３０は、自身の連結器３１を回動して２つの連結器２１，３１の係合部を正対させる。

図４は、図１に示した連結装置による他の連結動作について説明するための図である。図２に示した例では、救援列車３０における連結器３１の中心軸線ＣＡ２の角度のみを調整したのに対し、故障列車２０における連結器２１の中心軸線ＣＡ１の角度も調整するようにしている。本例は、故障列車２０が本発明の連結装置を搭載しており、駆動機構２と制御装置３が正常に動作している場合に適用できるものである。

図４（ａ）は救援列車３０と故障列車２０の距離が十分に離れている状態を示しており、この場合には図２（ａ）と同様に、故障列車２０の連結器２１と救援列車３０の連結器３１の中心軸線ＣＡ１，ＣＡ２は、各々の列車の長手方向に対して平行（共に不定でも良い）であり、連結不可能なほど大きくずれている。

図４（ｂ）は、救援列車３０が故障列車２０に所定の距離Ｄまで近づいた状態を示している。このときに、まず、救援列車３０の制御装置３で故障列車２０の停止位置情報に応じた軌道の曲線情報及び勾配情報の少なくとも一方を取得し、連結位置での一対の連結器２１，３１の中心軸線ＣＡ１，ＣＡ２のずれ量（ずれ角θ）を演算する。本例では、破線ＣＬ１で示す故障列車２０の長手方向に対する水平面上でのずれ角θ１と、破線ＣＬ２で示す救援列車３０の長手方向に対する水平面上でのずれ角θ２との和が、一対の連結器２１，３１の中心軸線ＣＡ１，ＣＡ２のずれ角θである。そして、この演算結果に基づいて、救援列車３０と故障列車２０の両方の駆動機構２を制御して、連結器３１，２１の中心軸線ＣＡ２，ＣＡ１の角度をそれぞれ調整する。この際、故障列車２０の連結器２１の回動制御は、救援列車３０から制御指令を無線で送信する。このようにして、救援列車３０の中心軸線ＣＡ２と故障列車２０の連結器２１の中心軸線ＣＡ１が一致するように調整する。これによって、救援列車３０の連結器３１の係合部（守腕１１とナックル１３）と故障列車２０の連結器２１の係合部とが正対する。

続いて、救援列車３０を故障列車２０にゆっくりと接近させて連結器３１，２１を連結する。図４（ｃ）は、救援列車３０の連結器３１と故障列車２０の連結器２１が連結した状態を示している。連結は、連結器３１の中心軸線ＣＡ２と連結器２１の中心軸線ＣＡ１が一致した状態で、互いのナックル１３と守腕１１とが共同して相手側の連結器のナックル１３を受け入れることで実行される。連結すると、錠１４によってナックル１３の揺動が固定されて離れなくなる。
このように、救援列車３０における連結器３１の中心軸線ＣＡ２の角度と、故障列車２０における連結器２１の中心軸線ＣＡ１の角度の両方を調整することで、連結する一対の連結器３１，２１の中心軸線のずれに対する許容範囲をより広げることができ、曲線半径Ｒ１の小さな軌道に故障列車２０が停止していた場合にも無人運転で列車同士を併合できる。

なお、救援列車３０から故障列車２０に制御指令を送信しても応答が無い場合には、自動連結システムが故障しているものと判断し、救援列車３０の連結器３１のみの制御に切り替える。
また、軌道の曲線半径Ｒ１に応じて救援列車３０の連結器３１のみを制御するのか、救援列車３０の連結器３１と故障列車２０の連結器２１の両方を制御するのかを切り替えても良い。

＜第１の変形例＞
図５は、図１に示した連結装置の第１の変形例について説明するための概略図である。本第１の変形例は、図２（ｂ）及び図４（ｂ）に示した工程において、連結器２１，３１の中心軸線ＣＡ１，ＣＡ２の一致を検出する光センサ４０，４１を連結器３１，２１の上面（または下面）にそれぞれ設けたものである。光センサ４０，４１は、一対の連結器３１，２１が正対したことを検知する正対検知手段として働く。光センサ４０，４１としては、例えば一方を発光素子で形成し、他方を受光素子で形成し、発光素子からの光ビームを受光素子で検出したときに中心軸線ＣＡ１，ＣＡ２の一致を検出することができる。また、一方を発光素子と受光素子で形成し、他方を反射部材で形成し、発光素子からの光ビームが反射部材で反射して受光素子に戻ったことを検出したときに中心軸線ＣＡ１，ＣＡ２が一致したと判定しても良い。

そして、制御装置３は、光センサ４０，４１で一対の連結器３１，２１の正対が検知されたときに、救援列車（故障していない鉄道車両）３０に連結を指示する。
このように、救援列車３０と故障列車２０の連結器３１，２１の中心軸線ＣＡ２，ＣＡ１の一致を光センサで検出することにより、一対の連結器３１，２１の中心軸線ＣＡ２，ＣＡ１が一致した状態を確認してから連結できるので、高精度化と高信頼性化が図れる。

＜第２の変形例＞
図６は、図１に示した連結装置の第２の変形例について説明するための概略図である。
本第２の変形例は、図２（ｂ）及び図４（ｂ）に示した工程において、連結器２１，３１の中心軸線ＣＡ１，ＣＡ２の一致を検出するための画像センサ（カメラ）４３を、連結器３１の上面（または下面）に設けたものである。そして、制御装置３により画像センサ４３で撮影して得たデータを画像処理して連結器２１，３１の中心軸線ＣＡ１，ＣＡ２の一致を検出する。あるいは、救援列車３０から地上の列車集中制御装置などにデータを送信し、地上で連結器２１，３１の中心軸線ＣＡ１，ＣＡ２の一致を検出する。

このように、画像センサ４３で撮影して得たデータを画像処理して、救援列車３０と故障列車２０の連結器３１，２１の中心軸線ＣＡ２，ＣＡ１の一致を検出することにより、連結器３１，２１の中心軸線ＣＡ２，ＣＡ１が一致した状態を確認してから連結できるので、高精度化と高信頼性化が図れる。しかも、第１の変形例の構成では、故障列車２０の連結器２１に受光素子や反射部材などが必要になるが、本第２の変形例の構成であれば故障列車２０側には特別な構成は不要である。

［第２の実施形態］
図７は、本発明の第２の実施形態に係る鉄道車両用連結装置を示している。上述した第１の実施形態では、駆動機構２をモータ２ａと駆動棹２ｂで構成したのに対し、駆動機構２をモータ２ａと連結器回動機構２ｃで構成している。
すなわち、連結器回動機構２ｃは、例えばモータ２ａの回転を所定の減速比で減速してトルクを増大させ、連結器１の基端部１ｂに大きな駆動力を伝達して、破線の矢印ＡＤで示すように回動させるものである。基端部１ｂの回動により、この基端部１ｂを支点にして、連結器１の先端部１ａが矢印ＡＡ方向に回動する。

他の基本的な構成は第１の実施形態と同様であるので、同一部分に同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
このような構成によれば、モータ２ａと連結器回動機構２ｃを鉄道車両４内に配置することができるので、連結部に露出する装置や部材が少なくなり、耐久性や信頼性を向上できる。

なお、本発明は、上述した第１、第２の実施形態、及び第１、第２の変形例に限定されるものではなく、種々変形して実施することが可能である。例えば、連結位置での一対の連結器の中心軸線の水平面上でのずれ角を調整する場合を例に取って説明したが、連結器１の基端部１ｂを鉄道車両４に水平面上で揺動自在に支持するだけでなく、上下にも揺動自在に支持し、中心軸線の水平面上だけでなく垂直面上（上下）でのずれ角も調整するようにしてもよい。中心軸線の垂直面上のずれ角のみを調整するようにすることもできるのは勿論である。垂直面上でのずれ角を調整すれば、故障列車２０が勾配部で停車している場合にも一対の連結器３１，２１の係合部を正対させることができる。

また、駆動機構２の構成や連結機構１０の構成は一例を示したに過ぎず、他の様々な構成に適用可能である。
更に、第２の変形例において画像センサ４３を用いて一対の連結器３１，２１の中心軸線ＣＡ２，ＣＡ１のずれを確認するようにしたが、画像データからずれ量（水平面上でのずれ角）を検出し、このずれ量に基づき駆動機構２を制御して、連結器３１の中心軸線ＣＡ２を、故障列車２０の連結器２１の中心軸線ＣＡ１と一致する角度に調整するようにしてもよい。あるいは、連結器３１，２１の中心軸線ＣＡ２，ＣＡ１を一致する角度に調整するようにしてもよい。

更にまた、故障列車と救援列車を併合し、自走できなくなった故障列車を牽引して搬送する場合を例に取って説明したが、連結する鉄道車両と連結される鉄道車両の関係であれば故障列車と救援列車に限らず、無人運転の列車同士を併合する自動連結システム一般に適用できる。

以上の実施形態で説明された回路構成や動作手順等については、本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものに過ぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。

１…連結器、１ａ…先端部、１ｂ…基端部、１ｃ…中間部、２…駆動機構、２ａ…モータ、２ｂ…駆動棹、２ｃ…連結器回動機構、３…制御装置、４…鉄道車両、５…車上装置、６…データベース、１０…連結機構、１１…守腕、１２…ナックルピン、１３…ナックル、１４…錠、１５…錠揚、２０…故障列車（連結される鉄道車両）、２１…連結器、３０…救援列車（連結する鉄道車両）、３１…連結器、４０，４１…光センサ（正対検知手段）、４３…画像センサ、１００…角度調整機構、ＣＡ１，ＣＡ２…中心軸線、θ…中心軸線のずれ量（ずれ角）

Claims (8)

1. 鉄道車両を連結する際に、連結器同士を連結可能な角度に調整する角度調整機構を有し、前記角度調整機構は、基端部が鉄道車両に揺動自在に支持された連結器の先端部を回動させる駆動機構と、該駆動機構による前記連結器の先端部の回動角度を制御する制御装置とを備える、ことを特徴とする鉄道車両用連結装置。
2. 前記連結される鉄道車両の一方が故障している場合に、故障していない鉄道車両の前記制御装置は、故障している鉄道車両の前記連結器の向きを特定し、前記駆動機構を制御して前記先端部の回動角度を、故障している鉄道車両の連結器と正対する角度に調整する、ことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用連結装置。
3. 前記故障している鉄道車両の連結器の向きの特定は、前記故障している鉄道車両の位置情報に応じた軌道の線形情報を取得し、連結位置での一対の連結器の中心軸線のずれ量を算出するものである、ことを特徴とする請求項２に記載の鉄道車両用連結装置。
4. 前記故障している鉄道車両の位置に応じた軌道の線形情報を記憶したデータベースを更に備え、前記制御装置は、前記故障している鉄道車両または地上装置から前記故障している鉄道車両の位置情報を取得し、前記データベースから前記故障している鉄道車両の位置に対応する軌道の線形情報を取得する、ことを特徴とする請求項３に記載の鉄道車両用連結装置。
5. 前記一対の連結器が正対したことを検知する正対検知手段を更に備え、前記制御装置は、前記正対検知手段で一対の連結器の正対が検知されたときに、故障していない鉄道車両に連結を指示する、ことを特徴とする請求項１乃至４いずれか１つの項に記載の鉄道車両用連結装置。
6. 前記連結器同士が正対しているか否かを検知する画像センサを更に備え、前記故障している鉄道車両の連結器の向きの特定は、前記画像センサにより連結器を撮影し、画像処理により連結位置での一対の連結器の中心軸線の一致を検出するものである、ことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用連結装置。
7. 前記連結器は、基端部が鉄道車両に水平面上で揺動自在に支持され、且つ上下の揺動自在に支持される、ことを特徴とする請求項１乃至６いずれか１つの項に記載の鉄道車両用連結装置。
8. 前記連結器は、前記先端部の一端に設けられた守腕部と、前記先端部の他端にナックルピンによって支持されるナックル部と、連結時にナックルの揺動を固定する錠とを備える、ことを特徴とする請求項１乃至７いずれか１つの項に記載の鉄道車両用連結装置。