JP5936275B2 - 亀裂監視装置 - Google Patents

Description

この発明は、監視対象物に発生する亀裂を監視する亀裂監視装置に関する。

鉄道では、軌道を二つ以上に分ける分岐器が存在する。このような分岐器では、軌間線が交差するクロッシング部分を構成する先端が尖ったノーズ可動レールを備えるノーズ可動クロッシング（以下、可動クロッシングという）が存在する。このような可動クロッシングでは、列車走行に伴い大きな繰り返し応力が作用するため、疲労亀裂の照査は重要な検査項目とされている。現用の可動クロッシングは、ほとんどが耐衝撃及び耐摩耗性に優れる高マンガン鋼製であるが、高マンガン鋼材は機械加工が困難であるため、可動クロッシングは主に鋳造によって製造されている。

ノーズ可動レールの内部の傷をＸ線によって探傷するＸ線探傷法や、ノーズ可動レールの内部の傷を超音波によって探傷する超音波探傷法がある。しかし、Ｘ線探傷法や超音波探傷法では、一般に鋳造品には鋳巣が多いため、ノーズ可動レールの内部の傷や欠陥の発見が難しい。また、ノーズ可動レールに導電などの検知線を接着し、ノーズ可動レールの亀裂に伴って検知線が破断することによって亀裂を検出する銅線を用いた破断検知線手法がある。しかし、銅線を用いた破断検知線手法では、ノーズ可動レールと検知線とのを接着する接着剤が長期間の使用に伴って劣化して接着力が低下すると、ノーズ可動レールから検知線が剥離して亀裂検知性能が低下するなどの耐久性に課題を有する。このため、可動クロッシングの疲労亀裂の照査は現状では目視による検査に依存している。しかし、可動クロッシングの目視検査では、この可動クロッシングを持ち上げてこの可動クロッシングの裏面を点検するなど多大な労力を必要とするため、目視以外の方法で疲労亀裂の発生を検知する手法の構築が求められている。

従来の亀裂監視装置は、可動クロッシングのノーズ可動レールの下部に間隔をあけて装着されておりこのノーズ可動レールの振動を検出する２つ振動検出器と、これらの振動検出器の出力信号をA/D変換するA/D変換器と、このA/D変換器の出力信号を解析する信号解析部と、この信号解析部の出力信号に基づいてノーズ可動レールの亀裂を検知する診断部などを備えている（例えば、特許文献１参照）。このような従来の亀裂監視装置では、２つの振動検出器の出力信号を比較し、車両通過時に発生する振動信号時間差や伝達関数のピーク周波数などの特徴量を抽出して、亀裂のないノーズ可動レールの特徴量と比較することによってノーズ可動レールの亀裂の有無を診断している。

特開平07-333054号公報

従来の亀裂監視装置は、２つの振動検出器とA/D変換器とを導線によって接続しており、ノーズ可動レールが転換動作するとこのノーズ可動レールとともに２つの振動検出器も一体となって動作する。このため、従来の亀裂検出装置では、２つの振動検出器と導線との接続部やA/D変換器と導線との接続部とに、ノーズ可動レールが転換動作するときに振動が加わるとともに、ノーズ可動レールを列車が通過するときにも振動が加わる。その結果、従来の亀裂検出装置では、２つの振動検出器と導線との接続部やA/D変換器と導線との接続部から導線が外れてしまう問題点がある。

この発明の課題は、亀裂の発生を長期間にわたり監視することができるとともに亀裂の検知性能を維持することができる亀裂監視装置を提供することである。

この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、図６〜図８及び図１０に示すように、監視対象物（５）に発生する亀裂（Ｃ）を監視する亀裂監視装置であって、前記監視対象物に発生する亀裂を監視する亀裂監視材（１２）と、前記亀裂監視材の配線用導電層（１２ｉ）と面接合した状態でこの配線用導電層に電気的に接続される可撓性の板状導体（１３）とを備え、前記亀裂監視材は、前記監視対象物が分岐器（１）のノーズ可動レール（５）であるときに、このノーズ可動レールとともに移動してこのノーズ可動レールに発生する亀裂を検出し、前記配線用導電層は、導電性塗料を塗布して形成されており、前記板状導体は、前記ノーズ可動レールに電気的に絶縁された状態で面接合するように接着剤層によって弛緩状態で接着されており、このノーズ可動レールとウィングレール（３ｃ）との間の間隙部を通過するように配線されていることを特徴とする亀裂監視装置（１１）である。

請求項２の発明は、請求項１に記載の亀裂監視装置において、前記板状導体は、平編金属線であることを特徴とする亀裂監視装置である。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の亀裂監視装置において、前記板状導体と前記配線用導電層とが接合する接合部の表面を保護する保護層（１２ｋ）を備えることを特徴とする亀裂監視装置である。

請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の亀裂監視装置において、前記板状導体の表面を保護する保護材（１４）を備えることを特徴とする亀裂監視装置である。

この発明によると、亀裂の発生を長期間にわたり監視することができるとともに亀裂の検知性能を維持することができる。

この発明の実施形態に係る亀裂監視装置によって監視されるノーズレールを備える分岐器が定位側に転換したときの状態を模式的に示す平面図である。 この発明の実施形態に係る亀裂監視装置によって監視されるノーズレールを備える分岐器が反位側に転換したときの状態を模式的に示す平面図である。 この発明の実施形態に係る亀裂監視装置によって監視されるノーズレールを備えるクロッシング部を概略的に示す平面図である。 図３のIV-IV線で切断した状態を示す断面図である。 図３のV-V線で切断した状態を示す断面図である。 この発明の実施形態に係る亀裂監視装置を概略的に示す構成図である。 この発明の実施形態に係る亀裂監視装置の亀裂監視材をノーズレールのロッド近傍部に形成した状態を一例として示す外観図であり、（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）は側面図である。 この発明の実施形態に係る亀裂監視装置の亀裂監視材をノーズレールの断面変化部に形成した状態を一例として示す外観図であり、（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）は側面図である。 この発明の実施形態に係る亀裂監視装置の亀裂監視材の断面図であり、（Ａ）は図６のIX-IXA線で切断した状態を示す断面図であり、（Ｂ）は図６のIX-IXB線で切断した状態を示す断面図である。 図６のX部分を拡大して示す平面図である。 この発明の実施形態に係る亀裂監視装置の動作を説明するためのフローチャートである。

以下、図面を参照して、この発明の実施形態について詳しく説明する。
図１、図２、図４及び図５に示す車輪Ｗは、レールと回転接触する部材である。車輪Ｗは、レール頭部の頭頂面と接触して摩擦抵抗を受ける踏面Ｗ₁と、脱輪を防止するために車輪Ｗの外周部に連続して形成されたフランジ面Ｗ₂と、車輪Ｗの踏面Ｗ₁側とは反対側のフランジ背面（車輪背面）Ｗ₃などを備えている。

図１及び図２に示す分岐器１は、一つの軌道を二つ以上の軌道に分ける装置である。図１に示す分岐器１は、基準線が直線であり分岐線（他の一線）が曲線である片開き分岐器である。分岐器１は、ポイント部２と、クロッシング部３と、リード部４などを備えている。図１及び図２に示す分岐器１は、この分岐器１の前端（ポイント部２）側から後端（クロッシング部３）側に向かう方向（対向）に車両の車輪Ｗを誘導するとともに、この分岐器１の後端側から前端側に向かう方向（背向）にこの車両の車輪Ｗを誘導する。分岐器１は、例えば、図１に示すように、車輪ＷがＡ方向に回転移動するときが常時開通している方向（定位）であり、図２に示すように車輪ＷがＢ方向に回転移動するときが常時開通していない方向（反位）である。

ポイント部２は、分岐器１を構成する部分のうち軌道を分ける部分である。ポイント部２は、先端部を尖らせた転換可能な可動レールであるトングレール２ａ，２ｂと、このトングレール２ａ，２ｂの先端部が密着及び分離する基本レール２ｃ，２ｄなどを備えている。ポイント部２は、図１に示すように、車輪ＷがＡ方向に回転移動するときには、トングレール２ａ，２ｂがＣ₁方向に転換して、トングレール２ａが基本レール２ｃと密着し、トングレール２ｂが基本レール２ｄから離間している。一方、ポイント部２は、図２に示すように、車輪ＷがＢ方向に回転移動するときには、トングレール２ａ，２ｂがＣ₁方向とは反対方向のＣ₂方向に転換して、トングレール２ａが基本レール２ｃから離間し、トングレール２ｂが基本レール２ｄと密着している。ポイント部２は、分岐器１を転換するための転換力を発生する電気転てつ機などの転換装置と連動するように、この転換装置につながれている転てつ棒にトングレール２ａ，２ｂが連結されている。

クロッシング部３は、分岐器１を構成する部分のうち軌道が交わる部分である。クロッシング部３は、このクロッシング部３とともに軌間を構成する主レール３ａ，３ｂと、クロッシング部３の前端部分では軌間線を構成し後端部分では車輪Ｗのフランジ背面Ｗ₃を誘導するウィングレール３ｃ，３ｄと、ノーズレール（ノーズ可動レール）５などを備えている。図１及び図２に示すクロッシング部３は、可動部分を有する可動クロッシングであり、新幹線（登録商標）又は在来線で使用されておりクロッシング部３を構成するノーズレール５が可動式のノーズ可動クロッシングである。クロッシング部３は、図１に示すように、車輪ＷがＡ方向に回転移動するときには、トングレール２ａ，２ｂの転換動作と連動してノーズレール５がＣ₁方向に転換して、ノーズレール５がウィングレール３ｃと密着し、ノーズレール５がウィングレール３ｄと離間している。一方、クロッシング部３は、図２に示すように、車輪ＷがＢ方向に回転移動するときには、トングレール２ａ，２ｂの転換動作と連動してノーズレール５がＣ₁方向とは反対方向のＣ₂方向に転換して、ノーズレール５がウィングレール３ｃから離間し、ノーズレール５がウィングレール３ｄと密着している。クロッシング部３は、図３に示すように、転てつ棒９ａ，９ｂにノーズレール５が連結されており、この転てつ棒９ａ，９ｂの転換動作に連動してノーズレール５が転換動作する。クロッシング部３は、図１及び図２に示すように、ノーズレール５をウィングレール３ｃ，３ｄと密着させることによって、クロッシング部３の軌間線が中断する軌間線欠線部（欠線部）を無くし、この欠線部における車輪Ｗの落ち込みにより発生する騒音を低減する。

リード部４は、分岐器１を構成する部分のうちポイント部２とクロッシング部３とを連絡する部分である。リード部４は、トングレール２ａ，２ｂの後端とクロッシング部３の前端とを繋ぐリードレール４ａ，４ｂなどを備えている。リード部４は、ポイント部２の基本レール２ｃ，２ｄとクロッシング部３の主レール３ａ，３ｂとをリードレール４ａ，４ｂによって繋いでいる。

ノーズレール５は、クロッシング部３を構成する先端の頭部が尖ったレールである。ノーズレール５は、例えば、新幹線用が高マンガン鋼レールによって形成されており、在来線用がレール鋼によって形成されている。ノーズレール５は、図４及び図５に示すように、先端部側と後端部側とで断面形状が異なり、先端部側の厚さが薄く、後端部側の厚さが厚く形成されている。ノーズレール５は、図３に示すように、長ノーズレール６と、短ノーズレール７と、クロッシング構８と、転てつ棒９ａ，９ｂと、フロントロッド１０などを備えている。

長ノーズレール６は、クロッシング部３における二つの軌間線の交点（クロッシング交点）の近くに先端が位置するレールである。長ノーズレール６は、図４〜図７に示すように、頭部６ａと、底部６ｂと、腹部６ｃなどを備えている。頭部６ａは、車輪Ｗと接触する部分であり、車輪Ｗを直接支持する頭頂面（頭部上面）６ｄなどを備えている。頭部６ａは、図４に示すように、ノーズレール５がＣ₁方向に転換動作したときには、ウィングレール３ｃの頭部と密着しウィングレール３ｄの頭部から離間し、ノーズレール５がＣ₂方向に転換動作したときには、ウィングレール３ｃの頭部から離間しウィングレール３ｄの頭部と密着する。底部６ｂは、転てつ棒９ａ，９ｂに取り付けられる部分であり、この底部６ｂの左右の側面部分を構成する底部側面６ｅなどを備えている。腹部６ｃは、頭部６ａと底部６ｂとを繋ぐ部分であり、頭部６ａに作用する輪重及び横圧を底部６ｂに伝達する。長ノーズレール６は、図４及び図６に示すように、転てつ棒９ｂに接続される部分の付近（ロッド近傍部）の断面形状と、図５及び図７に示すように転てつ棒９ａに接続される部分の付近（断面変化部）の断面形状とが相違する。長ノーズレール６のロッド近傍部は、図４及び図６に示すように、頭部６ａの断面形状が頭頂面６ｄに向かって丸く形成されており、底部６ｂの断面形状が頭部６ａの最大幅よりも僅かに幅が広く形成されており、腹部６ｃの断面形状が頭部６ａの最大幅と同じ幅で形成されている。一方、長ノーズレール６の断面変化部は、図５及び図７に示すように、頭部６ａ及び底部６ｂの断面形状が通常のレールのレール頭部及びレール底部を縦方向に分割したような形状であり、腹部６ｃの断面形状が通常のレールのレール腹部よりも幅が狭く形成されている。

短ノーズレール７は、長ノーズレール６と組み合わせてノーズレール５を構成するレールである。短ノーズレール７は、図５に示すように長ノーズレール６と一体となって転換動作するようにこの長ノーズレール６に溶接されている。短ノーズレール７は、図５及び図７に示すように、頭部７ａと、底部７ｂと、腹部７ｃなどを備えている。頭部７ａは、車輪Ｗと接触する部分であり、車輪Ｗを直接支持する頭頂面（頭部上面）７ｄなどを備えている。頭部７ａは、図５に示すように、ノーズレール５がＣ₁方向に転換動作したときには、ウィングレール３ｃの頭部と密着し、ノーズレール５がＣ₂方向に転換動作したときには、ウィングレール３ｃの頭部から離間する。底部７ｂは、転てつ棒９ｂに取り付けられる部分であり、この底部７ｂの左右の側面部分を構成する底部側面７ｅなどを備えている。腹部７ｃは、頭部７ａと底部７ｂとを繋ぐ部分であり、頭部７ａに作用する輪重及び横圧を底部７ｂに伝達する。短ノーズレール７は、図３に示すように、長ノーズレール６と同様に、転てつ棒９ｂに接続される部分の付近（ロッド近傍部）の断面形状と、転てつ棒９ａに接続される部分の付近（断面変化部）の断面形状とが相違する。短ノーズレール７は、図５に示すように、長ノーズレール６の頭部６ａ及び底部６ｂと接合する側の頭部７ａ及び底部７ｂの表面が平坦に形成されている。短ノーズレール７の断面変化部は、図５に示すように、長ノーズレール６と同様に、頭部７ａ及び底部７ｂの断面形状が通常のレールのレール頭部及びレール底部を縦方向に分割したような形状であり、腹部７ｃの断面形状が通常のレールのレール腹部よりも幅が狭く形成されている。

クロッシング構８は、ノーズレール５を取り付けるレールである。クロッシング構８は、平面形状が略Ｖ字状に形成されており、長ノーズレール６の後端部側と短ノーズレール７の後端部側との間に挟み込まれて、ノーズレール５をＣ₁，Ｃ₂方向に転換自在に取り付けている。転てつ棒９ａ，９ｂは、ノーズレール５を転換する部材である。転てつ棒９ａ，９ｂは、分岐器１を転換するための転換力を発生する電気転てつ機などの転換装置と連動するようにこの転換装置につながれている。フロントロッド１０は、ノーズレール５の先端の状態を転換装置に伝達する部材である。フロントロッド１０は、長ノーズレール６の底部６ｂに取り付けられており、ノーズレール５が転換動作を完了した後にこのノーズレール５が動作しないように、このノーズレール５を鎖錠する機能を有する。

図６に示す亀裂監視装置１１は、クロッシング部３のノーズレール５に発生する亀裂Ｃを監視する装置である。亀裂監視装置１１は、図６〜図１０に示す亀裂監視材１２と、図６〜図８及び図１０に示す板状導体１３と、図６及び図１０に示す保護材１４と、図６に示す配線材１５と、給電部１６と、通電状態測定部１７と、評価部１８と、通信部１９と、制御部２０と、収容部２１などを備えている。亀裂監視装置１１は、図７及び図８に示すように、亀裂Ｃの発生が予測されるノーズレール５の近傍に設置されている。以下では、図７及び図８に示すように、ノーズレール５の底部側面（縁部（長辺部))６ｅ，７ｅに発生する亀裂Ｃを亀裂監視装置１１によって監視する場合を例に挙げて説明する。

図６〜図１０に示す亀裂監視材１２は、ノーズレール５に発生する亀裂Ｃを監視する部材である。亀裂監視材１２は、亀裂Ｃの発生が予測されるノーズレール５の表面に形成されている。亀裂監視材１２は、図７及び図８に示すように、亀裂Ｃの発生が予測されるノーズレール５の底部側面６ｅ，７ｅの長さ方向に沿って刷毛、ローラ又はスプレーなどによって塗布され形成されている。亀裂監視材１２は、図７に示すように、長ノーズレール６のロッド近傍部における内側及び外側の底部側面６ｅと、図８に示すように長ノーズレール６の断面変化部における外側の底部側面６ｅと、短ノーズレール７の断面変化部における外側の底部側面７ｅとにそれぞれ形成されている。亀裂監視材１２は、図４及び図５に示すように、ノーズレール５がＣ₁，Ｃ₂方向に転換動作したときにウィングレール３ｃ，３ｄと接触しないように、ノーズレール５とウィングレール３ｃ，３ｄとの間の間隙部よりも薄く形成されている。亀裂監視材１２は、亀裂Ｃの発生を初期の段階で検出する亀裂発生検出部として機能する。亀裂監視材１２は、図６〜図１０に示す亀裂発生検出用導電層１２ａと、亀裂発生検出用電極層１２ｂ，１２ｃと、図９に示す防錆絶縁層１２ｄと、図６〜図１０に示す環境遮断層１２ｅと、図９に示す環境遮断層１２ｆと、耐候層１２ｇと、図６〜図８及び図１０に示す配線用導電層１２ｈ，１２ｉと、図１０に示す接着剤層１２ｊと、保護層１２ｋなどを備えている。

図６〜図１０に示す亀裂発生検出用導電層１２ａは、亀裂Ｃの発生に応じて電気抵抗が変化する塗膜である。亀裂発生検出用導電層１２ａは、ノーズレール５の表面と電気的に絶縁された状態で、このノーズレール５に発生する亀裂Ｃを検出する。亀裂発生検出用導電層１２ａは、図７及び図８に示すように、ノーズレール５に発生が予測される亀裂Ｃの起点側に長辺側が位置するように、図１９に示す耐候層１２ｇの表面に帯状に形成されている。亀裂発生検出用導電層１２ａは、亀裂発生時の極僅かな亀裂長さを検知可能なように幅が狭く形成されており、線状に塗布されている。亀裂発生検出用導電層１２ａは、例えば、導電顔料と有機樹脂とを含む導電性塗料を塗布して形成されており、導電顔料としてはカーボンブラック、グラファイト、ニッケル、銅、銀などが好ましく、有機樹脂としてはエポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、アルキルシリケート樹脂などが好ましい。亀裂発生検出用導電層１２ａは、主剤にビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、硬化剤にポリアミドアミンを用いたエポキシ樹脂をベースとして、導電性の顔料としてカーボンブラックを質量比で樹脂:顔料＝1:2となるように配合することが好ましい。

亀裂発生検出用導電層１２ａの塗膜厚さは、10μm以下では現場施工によって連続した塗膜が得られないおそれがあり、100μm以上では塗装したときに垂れなどの塗膜欠陥が多く発生し、この塗膜欠陥を防止するために粘度を高くすると施工性が犠牲になるおそれがある。このため、亀裂発生検出用導電層１２ａの塗膜厚さは、10〜100μmが好ましく、特に30〜60μmが好ましい。亀裂発生検出用導電層１２ａの塗膜の物性は、引張試験による破断時の伸びが10％以下ではノーズレール５の温度差による伸縮などの他の要因によって割れるおそれがあり、30％以上ではノーズレール５の亀裂発生時に亀裂発生検出用導電層１２ａが同時に破壊しないおそれがある。このため、亀裂発生検出用導電層１２ａの塗膜の物性は、引張試験による破断時の伸びが10〜30％であることが好ましい。亀裂発生検出用導電層１２ａの塗膜幅は、2〜5mmが望ましく、亀裂発生検出用導電層１２ａの長さは100mm程度が望ましい。亀裂発生検出用導電層１２ａは、体積抵抗率が1〜10Ω・cmとなるように、導電顔料と有機樹脂との配合量を調整して形成されている。亀裂発生検出用導電層１２ａの塗料粘度は、現場で刷毛、ローラ又はスプレーなどによって塗布できる程度に調整することが好ましい。

図６〜図１０に示す亀裂発生検出用電極層１２ｂ，１２ｃは、亀裂発生検出用導電層１２ａに電流を流す塗膜である。亀裂発生検出用電極層１２ｂ，１２ｃは、図６〜図８に示すように、亀裂発生検出用導電層１２ａの長さ方向の両端部に配置されており、亀裂発生検出用導電層１２ａの短辺と平行になるように、亀裂発生検出用導電層１２ａの幅と略同じ長さで線状に塗布されている。亀裂発生検出用電極層１２ｂ，１２ｃは、配線用導電層１２ｈ，１２ｉと同一の導電性塗料を塗布して形成されており、塗膜厚さ、塗膜の物性及び塗料粘度も亀裂発生検出用導電層１２ａと同一である。亀裂発生検出用電極層１２ｂ，１２ｃは、体積抵抗率が0.01〜1Ω・cmとなるように、導電顔料と有機樹脂との配合量を調整して形成することが好ましい。

図９に示す防錆絶縁層１２ｄは、ノーズレール５と亀裂発生検出用導電層１２ａ及び配線用導電層１２ｈ，１２ｉとを電気的に絶縁するとともに、ノーズレール５の腐食を防止する塗膜である。防錆絶縁層１２ｄは、図６及び図９に示すように、ノーズレール５の表面（鋼素地）に亀裂Ｃの検知範囲を含むように広く塗布され形成されている。防錆絶縁層１２ｄは、例えば、防錆顔料入りエポキシ樹脂又は有機ジンクリッチペイントなどのような鋼構造物用防食塗装系に適用されている下塗り塗料であり、圧膜型変性エポキシ樹脂系塗料によって形成することが好ましい。防錆絶縁層１２ｄの塗膜厚さは、30〜100μmが好ましく、防錆絶縁層１２ｄの塗料粘度は現場で刷毛又はローラなどによって塗布できる程度に調整することが好ましい。

図６〜図１０に示す環境遮断層１２ｅは、ノーズレール５と亀裂発生検出用導電層１２ａ及び配線用導電層１２ｈ，１２ｉとを電気的に絶縁するとともに、ノーズレール５の防食性を向上させる塗膜である。環境遮断層１２ｅは、図９に示すように、防錆絶縁層１２ｄを被覆するように、この防錆絶縁層１２ｄの表面に塗布され形成されている。環境遮断層１２ｅは、例えば、防錆顔料入りエポキシ樹脂系塗料などのような鋼構造物用防食塗装系に適用される中塗り塗料であり、圧膜型変性エポキシ樹脂系塗料によって形成することが好ましい。環境遮断層１２ｅの塗膜厚さは、60〜120μmが好ましく、環境遮断層１２ｅの塗料粘度は現場で刷毛又はローラなどによって塗布できる程度に調整することが好ましい。

図９に示す環境遮断層１２ｆは、亀裂発生検出用導電層１２ａ、亀裂発生検出用電極層１２ｂ，１２ｃ及び配線用導電層１２ｈ，１２ｉを保護するとともに、ノーズレール５の防食性を向上させる塗膜である。環境遮断層１２ｆは、図９に示すように、亀裂発生検出用導電層１２ａ、亀裂発生検出用電極層１２ｂ，１２ｃ及び配線用導電層１２ｈ，１２ｉを被覆するように、これらの表面に塗布されている。環境遮断層１２ｆは、例えば、環境遮断性に優れた防錆顔料入りのエポキシ樹脂系塗料などのような鋼構造物用防食塗装系に適用される中塗り塗料であり、水系エポキシ樹脂塗料によって形成することが好ましい。環境遮断層１２ｆの塗膜厚さは、60〜120μmが好ましく、環境遮断層１２ｆの塗料粘度は現場で刷毛又はローラなどによって塗布できる程度に調整することが好ましい。

図９に示す耐候層１２ｇは、環境遮断層１２ｆを自然因子の作用から保護する塗膜である。耐候層１２ｇは、環境遮断層１２ｆを被覆するようにこの表面に耐候性塗料を塗布して形成されている。耐候層１２ｇは、例えば、耐紫外線性及び耐薬品性に優れたポリウレタン樹脂又はふっ素樹脂などのような鋼構造物用防食塗装系に適用される上塗り塗料であり、水系上塗塗料によって形成することが好ましい。

図６〜図８及び図１０に示す配線用導電層１２ｈ，１２ｉは、亀裂発生検出用導電層１２ａに電流を流す塗膜である。配線用導電層１２ｈは、亀裂発生検出用電極層１２ｂ，１２ｃと一体に電気的に接続するように、環境遮断層１２ｅの表面に線状に塗布され形成されている。配線用導電層１２ｉは、図９に示す防錆絶縁層１２ｄの表面に塗布された環境遮断層１２ｅの表面に形成されており、環境遮断層１２ｆ及び耐候層１２ｇによって被覆されている。配線用導電層１２ｉは、配線用導電層１２ｈと一体に電気的に接続するように、環境遮断層１２ｅ、配線用導電層１２ｈ、接着剤層１２ｊ及び板状導体１３の表面に重ねて線状に塗布され形成されている。配線用導電層１２ｈ，１２ｉは、亀裂発生検出用導電層１２ａと同一の導電性塗料を塗布して形成されており、塗膜厚さ、塗膜の物性及び塗料粘度も亀裂発生検出用導電層１２ａと同一である。配線用導電層１２ｈ，１２ｉは、導電顔料としては銀又は銀被覆銅フレークなどが好ましく、有機樹脂としてはポリウレタン樹脂などが好ましい。

図１０に示す接着剤層１２ｊは、板状導体１３と環境遮断層１２ｅとを接着する層である。接着剤層１２ｊは、図１０に示すように、板状導体１３の裏面と環境遮断層１２ｅの表面とが面接合するように、環境遮断層１２ｅの表面に塗布され形成されている。接着剤層１２ｊは、例えば、有機化合物であるシアノアクリレートを主成分とする瞬間接着剤などである。

図１０に示す保護層１２ｋは、配線用導電層１２ｉと板状導体１３とが接合する接合部の表面を保護する塗膜である。保護層１２ｋは、図１０に示すように、亀裂発生検出用電極層１２ｂ，１２ｃ、環境遮断層１２ｅ、配線用導電層１２ｈ，１２ｉ、接着剤層１２ｊ、板状導体１３及び保護材１４を被覆するようにこれらの表面に塗布され形成されている。保護層１２ｋは、例えば、シリコンコーキング材のような防水材であり、配線用導電層１２ｉと板状導体１３との接合部を防水する防水層である。

図６〜図８及び図１０に示す板状導体１３は、亀裂監視材１２の配線用導電層１２ｉと面接合した状態でこの配線用導電層１２ｉに電気的に接続される可撓性の電線である。板状導体１３は、図６に示すように、一方の端部が亀裂監視材１２の配線用導電層１２ｉに取り付けられ接続されており、他方の端部が配線材１５に接続されている。板状導体１３は、配線材１５に接続される側の端部にコネクタ端子が取り付けられている。板状導体１３は、配線用導電層１２ｈ，１２ｉに電流を流す電線であり配線用導電層１２ｉの裏面に接着されている。板状導体１３は、転換動作時のノーズレール５の振動及び列車通過時のノーズレール５の振動に追従して弾性変形可能なように、配線用導電層１２ｉ及び配線材１５に弛緩状態で接続されている。板状導体１３は、図７及び図８に示すように、ノーズレール５の底部側面６ｅ，７ｅに沿って下方に引き通されており、図４及び図５に示すノーズレール５とウィングレール３ｃ，３ｄとの間の間隙部を通過するように配線されている。板状導体１３は、例えば、柔軟性に優れ、振動を吸収可能であり、表面積が大きい導体であり、軟銅線、スズめっき軟銅線又はその他の素線を集束して編組し平板状に成型した平編銅線、平編線又は平編素線などの可撓性を有する平編金属線である。

図６及び図１０に示す保護材１４は、板状導体１３の表面を保護する部材である。保護材１４は、板状導体１３の表面を被覆するようにこの板状導体１３の表面と密着している。保護材１４は、例えば、加熱することによって収縮する電子線架橋軟質ポリオレフィン樹脂又は電子線架橋軟質難燃性ポリオレフィン樹脂などからなる収縮チューブのような被覆材である。

図６に示す配線材１５は、板状導体１３に電流を流す電線である。配線材１５は、一方の端部が板状導体１３に取り付けられ接続されており、他方の端部が通電状態測定部１７に接続されている。配線材１５は、板状導体１３と接続される側の端部にコネクタ端子が取り付けられており、この板状導体１３側のコネクタ端子と着脱自在に接続可能である。配線材１５は、例えば、図３に示すノーズレール５の表面にこのノーズレール５の長さ方向に沿って接着剤などによって貼り付けられている。配線材１５は、図４及び図５に示すノーズレール５とウィングレール３ｃ，３ｄとの間の間隙部を通過して、分岐器１の外側の通電状態測定部１７に接続されている。配線材１５は、例えば、複数本又は１本の銅線、銀めっき銅線、銅ニッケル合金線、ニッケルクラッド銅線又はニッケルめっき銅線などを被覆材によって被覆したリード線である。

図６に示す給電部１６は、亀裂発生検出用電極層１２ｂ，１２ｃに電力を供給する部分である。給電部１６は、例えば、亀裂発生検出用電極層１２ｂ，１２ｃに電力を供給する直流電源である。給電部１６は、制御部２０からの指令に基づいて、亀裂発生検出用電極層１２ｂ，１２ｃ間に直流電力を供給し、これらの間に直流電圧を印加し亀裂発生検出用導電層１２ａに直流電流を流す。

通電状態測定部１７は、亀裂発生検出用導電層１２ａの通電状態を測定する部分である。通電状態測定部１７は、例えば、亀裂進展検出用導電層１２ａの電気抵抗を測定する抵抗測定器などである。通電状態測定部１７は、制御部２０からの指令に基づいて、亀裂発生検出用導電層１２ａの通電状態を測定する。通電状態測定部１７は、亀裂発生検出用導電層１２ａの亀裂発生検出用電極層１２ｂ，１２ｃ間に直流電流を流し、この亀裂発生検出用電極層１２ｂ，１２ｃ間の電気抵抗を測定する。通電状態測定部１７は、給電部１６に接続されており、給電部１６からの直流電力を亀裂発生検出用電極層１２ｂ，１２ｃに供給する。通電状態測定部１７は、通電状態の測定結果（電気抵抗）を通電状態測定信号（通電状態測定情報）として制御部２０に送信する。

図６に示す評価部１８は、通電状態測定部１７の測定結果に基づいて亀裂Ｃの発生状況を評価する部分である。評価部１８は、通電状態測定部１７の測定結果に基づいて、ノーズレール５の初期の亀裂Ｃの発生状況を評価する。評価部１８は、亀裂発生検出用導電層１２ａの通電状態の測定結果に基づいて、亀裂Ｃ₁が発生しているか否かを評価する。評価部１８は、例えば、亀裂進展検出用導電層１２ａを形成したときの通電状態測定部１７の測定結果（初期抵抗値）と、亀裂進展検出用導電層１２ａを形成してから所定時間経過後（全般検査周期）の通電状態測定部１７の測定結果（測定抵抗値）とに基づいて抵抗値変化量を演算し、この抵抗値変化量に基づいてノーズレール５の初期の亀裂Ｃの発生の有無を評価する。評価部１８は、ノーズレール５に発生する初期の亀裂Ｃなどに関する評価結果を評価結果信号（評価結果情報）として制御部２０に送信する。

図６に示す通信部１９は、評価部１８の評価結果を送信する部分である。通信部１９は、制御部２０が出力する評価情報を図示しない中央監視室内の送受信機に有線又は無線により送信したり、この中央監視室内の送受信機からの評価情報の送信指令を受信したりする送受信機などである。

制御部２０は、亀裂監視装置１１の種々の動作を制御する中央処理部(CPU)である。制御部２０は、給電部１６に直流電力の供給を指令したり、通電状態測定部１７に通電状態の測定を指令したり、通電状態測定部１７にボード線図の生成を指令したり、通電状態測定部１７の測定結果を評価部１８に送信してこの評価部１８に亀裂Ｃを評価させたり、評価部１８の評価結果を通信部１９から送信させたりする。制御部２０には、給電部１６と、通電状態測定部１７と、評価部１８と、通信部１９などが接続されている。

収容部２１は、亀裂監視装置１１の信号処理部を収容する部分である。収容部２１は、給電部１６、通電状態測定部１７、評価部１８、通信部１９及び制御部２０などを収容している。収容部２１には、配線材１５が引き込まれており図示しない接続端子にこれらが接続されている。収容部２１は、給電部１６及び通電状態測定部１７などの信号処理部をユニット化した状態で収容する端子箱などであり、全般検査時に点検可能なように図１及び図２に示す分岐器１の近傍に配置され固定されている。

次に、この発明の実施形態に係る亀裂監視装置における亀裂監視材の製造方法を説明する。
図４及び図５に示すノーズレール５では、底部側面６ｅ，７ｅのエッジ部などの限られた範囲を起点として亀裂Ｃが発生するおそれがある。例えば、図６及び図９に示すように、ノーズレール５の底部側面６ｅ，７ｅのエッジ部を起点として亀裂Ｃの発生が予測される場合には、図７及び図８に示すようにノーズレール５の底部側面６ｅ，７ｅの長さ方向に沿って、この底部側面６ｅ，７ｅの縁部の表面に防錆絶縁塗料を塗布し、図９に示す防錆絶縁層１２ｄが形成される。次に、防錆絶縁層１２ｄの表面を被覆するように、この防錆絶縁層１２ｄの表面に環境遮断性を有する防錆絶縁塗料を塗布して環境遮断層１２ｅが形成される。

次に、ノーズレール５の底部側面６ｅ，７ｅの縁部に沿って環境遮断層１２ｅの表面にこの環境遮断層１２ｅよりも狭い幅で導電性塗料を帯状に塗布して、図６〜図８に示すように亀裂発生検出用導電層１２ａを形成する。その後に、亀裂発生検出用導電層１２ａの表面の両端部に導電性塗料をそれぞれ線状に塗布して亀裂発生検出用電極層１２ｂ，１２ｃを形成する。次に、図６〜図８及び図１０に示すように、亀裂発生検出用電極層１２ｂ，１２ｃにそれぞれ導電性塗料を帯状に塗布して配線用導電層１２ｈが形成されて、亀裂発生検出用電極層１２ｂ，１２ｃに配線用導電層１２ｈが接続される。その後に、図９に示すように、亀裂発生検出用導電層１２ａ及び亀裂発生検出用電極層１２ｂ，１２ｃの表面に環境遮断性を有する塗料を帯状に塗布して環境遮断層１２ｆが形成される。次に、環境遮断層１２ｆの表面に耐候性塗料を帯状に塗布して耐候層１２ｇを形成し、図６〜図８に示すようにノーズレール５の表面に亀裂監視材１２が形成される。

次に、図７、図８及び図１０に示すように、板状導体１３の端部裏面と環境遮断層１２ｅの表面とを接着剤層１２ｊによって接合し、板状導体１３の端部表面と配線用導電層１２ｈの端部表面とに跨るように、導電性塗料を帯状に塗布して配線用導電層１２ｉが形成される。その後に、図６に示すように、接着剤層１２ｊによって接着される側とは反対側の板状導体１３の端部に配線材１５を接続する。次に、収縮チューブによって板状導体１３を被覆した状態でこの収縮チューブを加熱すると、図１０に示すように板状導体１３の表面が保護材１４によって被覆され保護される。次に、亀裂発生検出用導電層１２ａ、亀裂発生検出用電極層１２ｂ，１２ｃ、配線用導電層１２ｈ，１２ｉ、接着剤層１２ｊ、板状導体１３及び保護材１４の表面にシリコンコーキング材を塗布して保護層１２ｋが形成される。最後に、分岐器１の近傍に収容部２１を固定して、板状導体１３に接続される側とは反対側の配線材１５の端部が収容部２１の接続端子に接続される。

次に、この発明の実施形態に係る亀裂監視装置における板状導体の作用を説明する。
図１及び図２に示すように、ノーズレール５がＣ₁，Ｃ₂方向に転換動作すると、図６〜図８に示す亀裂監視材１２がノーズレール５と一体となってＣ₁，Ｃ₂方向に移動する。その結果、亀裂監視材１２の往復動作に連動して、板状導体１３が追従して撓むため、この板状導体１３の重量や抵抗力が亀裂監視材１２の配線用導電層１２ｉに殆ど伝わらない。例えば、亀裂監視材１２の配線用導電層１２ｉと配線材１５とを直接接合すると、ノーズレール５の転換動作によって配線用導電層１２ｉと配線材１５との接合部からこの配線材１５が外れる可能性がある。この実施形態では、図１０に示すように、配線用導電層１２ｉと板状導体１３とが接合部で面接合しており、この配線用導電層１２ｉに板状導体１３が弛緩状態で接続されている。このため、ノーズレール５がＣ₁，Ｃ₂方向に転換動作しても、板状導体１３の重量や張力などが亀裂監視材１２の配線用導電層１２ｉに伝わらず、配線用導電層１２ｉから板状導体１３が外れるのを防ぐ。

次に、この発明の実施形態に係る亀裂監視装置の動作を説明する。
以下では、制御部２０の動作を中心として説明する。
図１１に示すステップ（以下Ｓという）１００において、亀裂Ｃの検出を開始するか否かを制御部２０が判断する。制御部２０は、例えば、時刻を測定する計時機能を有しており、始発列車が分岐器１を通過する検出開始時刻に達するとＳ１００〜Ｓ１５０の処理を開始する。亀裂Ｃの検出開始時刻になったと制御部２０が判断したときにはＳ１１０に進み、亀裂Ｃの検出開始時期になっていないと制御部２０が判断したときには一連の亀裂監視処理を終了する。

Ｓ１１０において、亀裂発生検出用導電層１２ａへの電力の供給を給電部１６に制御部２０が指令する。図６に示す制御部２０が給電部１６に直流電力の供給を指令すると、亀裂発生検出用電極層１２ｂ，１２ｃに給電部１６が直流電力を供給し、亀裂発生検出用導電層１２ａに直流電流が流れる。

Ｓ１２０において、亀裂発生検出用導電層１２ａの通電状態の測定を通電状態測定部１７に制御部２０が指令する。図６に示す制御部２０が通電状態測定部１７に通電状態の測定開始を指令すると、亀裂発生検出用導電層１２ａの電気抵抗を通電状態測定部１７が測定する。その結果、亀裂発生検出用導電層１２ａの通電状態の変化を通電状態測定部１７が測定して、この測定結果を通電状態測定部１７が制御部２０に送信する。

Ｓ１３０において、亀裂Ｃの発生の評価を評価部１８に制御部２０が指令する。通電状態測定部１７の測定結果を制御部２０が評価部１８に送信すると、評価部１８がこの測定結果に基づいて亀裂発生検出用導電層１２ａに亀裂Ｃが発生したか否かを評価する。図６に示すように、ノーズレール５の底部側面６ｅ，７ｅの縁部を起点として亀裂Ｃが発生すると、この底部側面６ｅ，７ｅの縁部側の亀裂監視材１２の縁部が部分的に破断してこの亀裂監視材１２に亀裂Ｃが発生する。亀裂発生時の極僅かな亀裂長さでは亀裂部分の開口幅が変動し、亀裂発生検出用導電層１２ａの電気抵抗が変化する。このため、例えば、亀裂進展検出用導電層１２ａを形成したときの初期抵抗値と、亀裂進展検出用導電層１２ａを形成してから所定時間経過後の測定抵抗値との差を抵抗値変化量として評価部１８が演算する。抵抗値変化量が所定値以下であると評価部１８が評価したときには、ノーズレール５に亀裂Ｃが発生していないと評価部１８が評価する。一方、抵抗値変化量が所定値を超えていると評価部１８が評価したときには、ノーズレール５に亀裂Ｃが発生していると評価部１８が評価する。

Ｓ１４０において、評価結果の送信を通信部１９に制御部２０が指令する。亀裂Ｃの発生の有無を評価部１８が評価情報として制御部２０に送信すると、この評価情報を制御部２０が通信部１９に送信し、図示しない中央監視室にこの評価情報を通信部１９が送信する。

Ｓ１５０において、亀裂Ｃの検出を終了するか否かを制御部２０が判断する。制御部２０は、例えば、時刻を測定する計時機能を有しており、最終列車が分岐器１を通過する検出終了時刻を経過すると一連の亀裂監視処理を終了する。亀裂Ｃの検出終了時刻になったと制御部２０が判断したときには一連の亀裂監視処理を終了し、亀裂Ｃの検出終了時刻になっていないと制御部２０が判断したときにはＳ１２０に戻り、Ｓ１２０以降の処理を繰り返す。

この発明の実施形態に係る亀裂監視装置には、以下に記載するような効果がある。
(1) この実施形態では、ノーズレール５に発生する亀裂Ｃを亀裂監視材１２が監視し、この亀裂監視材１２の配線用導電層１２ｉと面接合した状態でこの配線用導電層１２ｉに可撓性の板状導体１３が電気的に接続される。このため、転換動作時や列車通過時に発生するノーズレール５の振動に追従して板状導体１３が撓み、配線用導電層１２ｉから板状導体１３が外れるのを防ぐことができる。その結果、亀裂Ｃの監視性能を長期間にわたり維持することができるとともに、ノーズレール５に発生する亀裂Ｃを長期間正確に監視することができる。

(2) この実施形態では、板状導体１３が平編金属線である。このため、安価で簡単な構造の平編金属線を利用することで配線用導電層１２ｉから平編金属線が外れるのを防ぐことができ、亀裂監視装置１１の耐久性を向上させることができる。また、平編金属線の一部が破断しても電気的な通電状態を長期間にわたり維持することができるとともに、配線用導電層１２ｉとの接合面積が広くなって配線用導電層１２ｉに平編金属線から安定して電力を供給することができる。

(3) この実施形態では、板状導体１３が配線用導電層１２ｉの表面に接着されている。このため、板状導体１３と配線用導電層１２ｉとを接着剤などによって簡単に接合することができ、現場での施工性を向上させることができる。

(4) この実施形態では、板状導体１３と配線用導電層１２ｉとが接合する接合部の表面を保護層１２ｋが保護する。このため、板状導体１３と配線用導電層１２ｉとの接合部が腐食するのを防ぐことができ、屋外で亀裂Ｃを長期間にわたり監視することができる。

(5) この実施形態では、板状導体１３の表面を保護材１４が保護する。このため、板状導体１３の表面が腐食するのを防ぐことができ、屋外で亀裂Ｃを長期間にわたり監視することができる。

(6) この実施形態では、ノーズレール５に発生する亀裂Ｃを亀裂監視材１２が検出する。このため、例えば、亀裂Ｃが発生し易いノーズレール５のロッド近傍部及び断面変化部を重点的に監視し、ノーズレール５に発生する亀裂Ｃを初期の段階から迅速に検知することができる。

この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、監視対象物が可動部材である場合を例に挙げて説明したが、監視対象物が非可動の固定部材である場合についてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、監視対象物として分岐器１のノーズレール５を例に挙げて説明したが、他の可動部材についてもこの発明を適用することができる。さらに、この実施形態では、ノーズ可動クロッシングのノーズレール５のような可動レールに発生する亀裂Ｃを監視する場合を例に挙げて説明したが、このような可動レールに監視対象物を限定するものではない。例えば、可動部分を有する可動Ｋ字クロッシング、ウィングレールが可動するウィング可動クロッシングなどの可動レール、ポイント部又はスリップスイッチのトングレール、可動部分を有さない固定クロッシングのノーズレール、可動部分を有さない固定Ｋ字クロッシングのレールなどについてもこの発明を適用することができる。

(2) この実施形態では、車輪Ｗのフランジ背面Ｗ₃に接触してこの車輪Ｗを誘導するガードレールが主レール３ａ，３ｂに近接して取り付けられていないクロッシング部３を例に挙げて説明したが、このようなガードレールが主レール３ａ，３ｂに近接して取り付けられているクロッシング部についてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、板状導体１３が平編金属線である場合を例に挙げて説明したが、断面形状が長方形の複数本の平型導体を絶縁材によって板状に被覆したフレキシブルフラットケーブル（Flexible Flat Cable(FFC)）などを板状導体１３として使用することもできる。さらに、この実施形態では、亀裂監視材１２の上層を耐候層１２ｇによって保護する場合を例に挙げて説明したが、軌道のバラストの飛散によって亀裂監視材１２が損傷するのを防ぐために、ポリエステル系不織布などの保護材によって耐候層１２ｇの表面を被覆し保護することもできる。

１ 分岐器
２ ポイント部
３ クロッシング部
４ リード部
５ ノーズレール（ノーズ可動レール(監視対象物))
６ 長ノーズレール
７ 短ノーズレール
８ クロッシング構
９ａ，９ｂ 転てつ棒
１０ フロントロッド
１１ 亀裂監視装置
１２ 亀裂監視材
１２ａ 亀裂発生検出用導電層
１２ｂ，１２ｃ 亀裂発生検出用電極層
１２ｄ 防錆絶縁層
１２ｅ，１２ｆ 環境遮断層
１２ｇ 耐候層
１２ｈ，１２ｉ 配線用導電層
１２ｊ 接着剤層
１２ｋ 保護層
１３ 板状導体
１４ 保護材
１５ 配線材
１６ 給電部
１７ 通電状態測定部（測定部）
１８ 評価部
１９ 通信部
２０ 制御部
２１ 収容部
Ｃ 亀裂

Claims (4)

1. 監視対象物に発生する亀裂を監視する亀裂監視装置であって、
   前記監視対象物に発生する亀裂を監視する亀裂監視材と、
   前記亀裂監視材の配線用導電層と面接合した状態でこの配線用導電層に電気的に接続される可撓性の板状導体とを備え、
   前記亀裂監視材は、前記監視対象物が分岐器のノーズ可動レールであるときに、このノーズ可動レールとともに移動してこのノーズ可動レールに発生する亀裂を検出し、
   前記配線用導電層は、導電性塗料を塗布して形成されており、
   前記板状導体は、前記ノーズ可動レールに電気的に絶縁された状態で面接合するように接着剤層によって弛緩状態で接着されており、このノーズ可動レールとウィングレールとの間の間隙部を通過するように配線されていること、
   を特徴とする亀裂監視装置。
2. 請求項１に記載の亀裂監視装置において、
   前記板状導体は、平編金属線であること、
   を特徴とする亀裂監視装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の亀裂監視装置において、
   前記板状導体と前記配線用導電層とが接合する接合部の表面を保護する保護層を備えること、
   を特徴とする亀裂監視装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の亀裂監視装置において、
   前記板状導体の表面を保護する保護材を備えること、
   を特徴とする亀裂監視装置。

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