JP6014672B2 - 鉄道車両の脱線検知装置及び鉄道車両 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両の脱線検知装置及びこれを備えた鉄道車両に関するものである。

従来、鉄道車両の脱線検知装置として、例えばマイクロスイッチのような作動片を有する脱線検出センサを用い、脱線時に、前記作動片が回動してＯＮ作動し、警報器を作動して警報を発するようにしたものが知られている（例えば特許文献１参照）。

特許第２６９５９７６号公報

特許文献１記載の技術のように、脱線検出センサを用いて、脱線を検出する構成では、台車の振動などによりセンサが破損しやすい。そのため、非常に丈夫な特殊仕様のセンサとする必要があり、高価となる。

本発明は、そのような特殊仕様のセンサを用いることなく、簡易な構成で安価に脱線を検知することができる鉄道車両の脱線検知装置及びこれを備えた鉄道車両を提供することを目的とする。

本発明に係る脱線検知装置は、台車の前端部に設けられる脱線検知装置であって、所定値以上の荷重の作用により所定方向に移動する可動部材と、前記台車の脱線時に線路との接触により受けた前記所定値以上の荷重を前記可動部材に伝達して、前記可動部材を所定方向に移動させる脱線検知部材と、前記台車の脱線を検知するための、電気又は光を導通する脱線検知線であって、前記台車の脱線時に、前記可動部材の移動により、電気導通状態又は光導通状態が遮断されるように構成された脱線検知線と、を備える。

このようにすれば、可動部材、脱線検知部材及び脱線検知線という簡単な構成で、脱線を安価に検知できる。また、特殊仕様のセンサ等を用いることなく脱線を検知することができる。

また、本発明に係る鉄道車両は、上記の鉄道車両の脱線検知装置と、前記脱線検知装置の前記脱線検知線と接続された脱線検知回路であって、前記脱線検知線の電気導通状態又は光導通状態が遮断されると作動するリレーを含む脱線検知回路と、前記リレーの作動に連動して作動するブレーキと、を備える。

本発明は、特殊仕様のセンサを用いることなく、簡易な構成で安価に脱線を検知することができる鉄道車両の脱線検知装置及びこれを備えた鉄道車両を提供することができる。

鉄道車両の脱線検知装置が設けられた鉄道車両用台車の側面図である。 図１のＡ部の拡大図である。 図１のＡ部の正面図である。 図１のＡ部の平面図である。 脱線検知装置の斜視図である。 脱線検知線が通される位置での固定部材及び可動部材の拡大図である。 （ａ）（ｂ）はそれぞれ脱線時の状態を示す脱線検知装置の正面図及び側面図である。 鉄道車両における脱線検知装置に関する部分のブロック図である。 （ａ）（ｂ）はそれぞれ鉄道車両の脱線検知装置及び障害物検知装置が設けられた鉄道車両用台車の一部の正面図及び側面図である。 脱線検知装置及び障害物検知装置の一部断面平面図である。 鉄道車両における脱線検知装置及び障害物検知装置に関する部分のブロック図である。

以下、実施の形態を図面に沿って説明する。
［１．脱線検知装置の構成］
［１−１．全体構成の概略］
図１は鉄道車両の脱線検知装置が設けられた鉄道車両用台車の側面図、図２〜４はそれぞれ図１のＡ部の拡大図、正面図及び平面図、図５は脱線検知装置の斜視図である。以下の説明における方向の概念は、鉄道車両の進行方向を前方とし、前方を向いたときの方向の概念と一致している。すなわち、車両長手方向が前後方向に対応し、車幅方向が左右方向に対応している。

図１〜図５において、鉄道車両の脱線を検知するための脱線検知装置１は、鉄道車両用台車４（以下、単に「台車」ともいう）の前端部（車両進行方向の前側）に設けられており、車輪４０の前方に位置している。この脱線検知装置１は、固定部材２１と、可動部材１１と、脱線検知部材として機能する検知アーム１２と、脱線検知線３とを備える。

図１〜４に示すように、台車４の台車枠４１における前面の車幅方向の両端部からは、柱部材４２が垂れ下がっており、この柱部材４２の下部には、車幅方向内側に延びる梁部材４３が設けられている。本実施形態では、これらの部材４２，４３によって台車４の前端部が構成されている。そして、脱線検知装置１は、梁部材４３の先端から前方に突出する支持ブラケット４４に取り付けられている。

[１−２．固定部材２１の構成]
固定部材２１は、支持ブラケット４４を介して梁部材４３に固定されている。具体的に、固定部材２１は、図５に示すように、平面視でＴ字状をなしており、支持ブラケット４４とボルトにより締結されるベース部と、このベース部の略中央から前方に突出する、車幅方向に扁平なプレート部を有している。また、固定部材２１には、プレート部を上方及び前方から覆う、ベース部と同程度の幅のカバー２１ａが一体的に形成されている。固定部材２１のプレート部の車幅方向内側の主面には、可動部材１１と重なり合う領域に台座部２１ｂ（図６参照）が設けられている。

[１−３．可動部材１１の構成]
図２および図３に示すように、可動部材１１は、鉄道車両の線路走行時において線路Ｒの上方となる位置に配置されている。具体的に、可動部材１１は、図５に示すように、本体部１１Ａと、取付部１１Ｂとを有している。

本体部１１Ａは、固定部材２１のプレート部と平行な、車両長手方向に延在する板状である。本体部１１Ａは、車幅方向に延びる取付ボルト２２及びこの取付ボルト２２と螺合するナットにより、固定部材２１のプレート部と締結されている。これにより、可動部材１１が取付ボルト２２回りに回転可能となっている。すなわち、取付ボルト２２は回転軸として機能する。また、可動部材１１は、後述する中空ボルト２４のおかげで、所定値以上の荷重の作用により所定方向Ｂに回転（移動）するように構成されている。

本体部１１Ａには、固定部材２１のプレート部と重なり合う領域における回転中心よりずれた位置に貫通穴１１Ａａ（図６参照）が形成されている。また、固定部材２１のプレート部及び台座部２１ｂにも、貫通穴１１Ａａに対応する位置に貫通穴２１ｃ（図６参照）が形成されている。これらの貫通穴１１Ａａ，２１ｃには、後述するように、脱線検知線３の一部が挿通されている。

取付部１１Ｂは、車両外側になるほど後方に位置するように本体部１１Ａに対して傾斜した板状である。そして、取付部１１Ｂの左右方向中央部が本体部１１Ａの前端部に連設されている。

また、取付部１１Ｂには、板状の排障板１４（例えば補強布を埋設したゴム板）が垂下するように取り付けられ、鉄道車両の走行時に、この排障板１４によって線路Ｒ上の障害物を排除できるようになっている。

［１−４．検知アーム１２の構成］
検知アーム１２は、例えば棒状であり、可動部材１１の本体部１１Ａの側面から車両内方側に突出している。なお、検知アーム１２は、車両内方側ではなく、車両外方側に突出していてもよい。

検知アーム１２の基端部は、本体部１１Ａの側面に溶接等により固定されている。検知アーム１２は、レール締結装置１５の側縁付近に対応する位置まで略水平方向に延びている。また、検知アーム１２は、上述した取付ボルト２２から見て斜め後方に配置されている。

検知アーム１２は、台車４の脱線時に、線路Ｒとの接触により所定値以上の荷重を受け、その荷重を可動部材１１に伝達する。これにより、検知アーム１２と固定された可動部材１１が回転する。

［１−５．脱線検知線３の構成］
脱線検知線３は、電気又は光を導通するものであり、台車４の脱線時に、可動部材１１の回転により、電気導通状態又は光導通状態が遮断される。これにより、脱線を検知することができる。具体的に、脱線検知線３は、図８に示すように、車体側に設けられた脱線検知回路５１と接続されており、脱線検知回路５１によって脱線が検知されると、その情報がモニタリング装置５２に表示される。例えば、脱線検知回路５１は、脱線検知線３の電気導通状態又は光導通状態が遮断されると作動するリレーを含む。リレーが作動すると、これに連動してブレーキ５３が非常ブレーキとして作動する。

本実施形態では、脱線検知線３として、電気を導通する電気配線が用いられている。ただし、脱線検知線３は、光を導通する光ファイバであってもよい。この場合、脱線検知線３の両端は、電気を光に変換する発光器及び光を電気に変換する受光器を介して脱線検知回路５１に接続される。脱線検知線３として電気配線を用いたときには信号機器や電気機器へノイズが与えられるおそれがあるが、光ファイバを用いれば、そのようなノイズの発生を防止することができる。

脱線検知線３は、先端に輪を有する紐状を呈するように、往路及び復路の大部分が１本の線材３０として束ねられている。線材３０は柱部材４２に沿って配設されており、脱線検知線３の中央部によって形成される輪部は、固定部材２１のプレート部と二度交差している。より詳しくは、脱線検知線３は、固定部材２１のプレート部の上側位置に設けられた貫通穴と、上述した可動部材１１の貫通穴１１Ａａ及び固定部材２１の貫通穴２１ｃからなる連続穴とを通じて引き通されている。

図６に示すように、可動部材１１の貫通穴１１Ａａと固定部材２１の貫通穴２１ｃには中空ボルト２４の軸部が挿入されている。換言すれば、中空ボルト２４は、可動部材１１の本体部１１Ａ及び固定部材２１の台座部２１ｂ及びプレート部を貫通している。中空ボルト２４の軸部にはナット２５が螺合され、これにより可動部材１１と固定部材２１のプレート部とが締結されている。そして、脱線検知線３は、中空ボルト２４に挿通されている。また、中空ボルト２４から露出した脱線検知線３はゴムホース２６で覆われている。そして、脱線検知線３は、貫通穴１１Ａａ，２１ｃの出口部分において、熱収縮チューブ２７にて覆われている。

これにより、台車４の脱線時に、線路Ｒに接触する検知アーム１２を通じて可動部材１１に所定値以上の荷重が作用すると、可動部材１１が回転して、可動部材１１の貫通穴１１Ａａが固定部材２１の貫通穴２１ｃに対してずれて、中空ボルト２４を破断する。つまり、中空ボルト２４の強度が、所定値以上の荷重が作用することで中空ボルト２４が破断するように設定されている。換言すれば、所定値は中空ボルト２４の破断強度である。

［１−６．脱線及び障害物検知］
車両の脱線時には、図７（ａ）（ｂ）に示すように、台車４の車輪４０がレールＲ上から外れ、車輪４０を含めて台車４が下方に落下する。これにより、車両側方に突出していた検知アーム１２が線路Ｒの上面と接触し、検知アーム１２を通じて可動部材１１に対し所定値以上の荷重を作用させる。そして、可動部材１１は、固定部材２１に対し所定方向に回転することにより、刃物として機能し、中空ボルト２４及び内部に挿通された脱線検知線３を切断する。脱線検知線３が切断されると、電気導通状態が遮断され、脱線が検知される。

なお、可動部材１１を移動させる荷重は、例えば１トン程度の静荷重であるが、中空ボルト２４の径や回転中心からの距離等により種々変更可能であり、脱線を検知可能な荷重であればよい。

脱線検知回路５１は脱線を検知するものとしたが、排障板１４を利用して障害物検知を行ってもよい。つまり、排障板１４が可動部材１１（取付部１１Ｂ）に取り付けられているので、排障板１４が線路Ｒ上の障害物に衝突し、前記障害物から所定値以上の荷重を受ける場合も、排障板１４を通じて可動部材１１は所定値以上の荷重を受けて、所定方向に回転して中空ボルト２４を破断する。この場合も、中空ボルト２４の破断により、脱線検知線３が切断されて電気導通状態が遮断される。なお、排障板１４が線路Ｒ上の障害物に衝突しても、バラスト等の障害物であれば、線路Ｒ上から排除するだけで、可動部材１１が回転することはない。

［１−７．前記各構成による効果］
このように、脱線検知装置１は、台車４の脱線時に検知アーム１２を線路Ｒと接触させて可動部材１１を回転させ、その回転を脱線検知回路５１が電気的に検知するという簡単な構成で、脱線を検知できる。

よって、例えば従来技術のように、脱線検出センサ（マイクロスイッチ）を台車４に取り付けて脱線を検知する場合には、台車４の振動などで前記脱線検出センサが破損するのを確実に回避するために特殊仕様のセンサを用いる必要があるが、前記各構成によれば、それを回避でき、コスト面でも有利である。

脱線を検知するために、可動部材１１の側面から車両内方側（あるいは車両外方側）に突出する検知アーム１２（脱線検知部材）を設けるという簡単な構成で、脱線を検知し、非常ブレーキを作動させることができる。

また、線路Ｒ上の障害物も検知でき、同様に非常ブレーキを作動させることができる。特に、共通の可動部材１１および脱線検知線３により、脱線検知と障害物検知を行うことができるので、構造の簡素化を図れる。

さらに、可動部材１１の回転という簡単な動作による脱線検知線３（中空ボルト２４）の切断によって、脱線を検知するので、特別仕様のセンサを用いることなく、検知を安価に行うことができる。

また、可動部材１１は、所定値以上の荷重を受けなければ回転しないので、通常の走行時には回転することがなく、不用意に脱線検知線３の電気導通状態が遮断されることはない。

［２．その他］
上記実施形態は、前述したほか、次のように変更することも可能である。

（１）可動部材１１には、検知アーム１２（脱線検知部材）だけでなく、排障板１４も取り付けられているが、検知アーム１２（脱線検知部材）のみが取り付けられていてもよい。この場合、同様の構成で排障板を有する障害物検知装置を台車４に別途設け、線路Ｒ上の障害物を検知する専用の障害物検知回路を鉄道車両にさらに装備してもよい。以下、この例を図９（ａ）〜図１１を参照して詳細に説明する。

図９（ａ）（ｂ）はそれぞれ脱線検知装置１及び障害物検知装置６が設けられた鉄道車両用台車４の一部の正面図及び側面図、図１０は脱線検知装置１及び障害物検知装置６の一部断面平面図である。本変形例では、脱線検知装置１用の支持ブラケット４４が梁部材４３の先端から後方に突出している一方、障害物検知装置６用の支持ブラケット４５が梁部材４３の先端から前方に突出している。

脱線検知装置１は、可動部材１１が固定部材２１のプレート部と平行な板状部分のみからなっている点以外は前記実施形態と同様に構成されている。すなわち、可動部材１１には、検知アーム１２のみが取り付けられている。

障害物検知装置６は、検知アーム１２が設けられていない点以外は前記実施形態の脱線検知装置１と同様の構成を有している。すなわち、障害物検知装置６は、支持ブラケット４５を介して梁部材４３に固定された固定部材７１と、固定部材７１に一体的に形成されたカバー７２と、固定部材７１に連結された可動部材（第２の可動部材）６１と、障害物検知線８とを備える。

可動部材６１は、固定部材７１のプレート部と取付ボルト２２及びナットによって締結された車両長手方向に延在する板状の本体部６１Ａと、本体部６１Ａに対して傾斜する、排障板１４が取り付けられた取付部６１Ｂとを有する。すなわち、可動部材６１は、取付ボルト２２回りに回転可能である。また、可動部材６１は、図６に示す構成と同様に、中空ボルト２４及びナット２５によっても固定部材７１のプレート部と締結されている。これにより、可動部材６１は、所定値以上の荷重の作用により、所定方向に回転（移動）する。中空ボルト２４には、障害物検知線８が挿通されている。

障害物検知線８は、電気又は光を導通するものであり、鉄道車両の走行時に可動部材６１が線路Ｒ上の障害物から所定値以上の荷重を受けて回転することにより、電気導通状態又は光導通状態が遮断される。これにより、障害物を検知することができる。具体的に、障害物検知線８は、図１１に示すように、車体側に設けられた障害物検知回路５４と接続されており、障害物知回路５４によって障害物が検知されると、その情報がモニタリング装置５２に表示される。例えば、障害物検知回路５４は、障害物検知線８の電気導通状態又は光導通状態が遮断されると作動するリレーを含む。リレーが作動すると、これに連動してブレーキ５３が非常ブレーキとして作動する。

障害物検知線８として、電気を導通する電気配線が用いられてもよいし、光を導通する光ファイバが用いられてもよい。後者の場合、脱線検知線８の両端は、電気を光に変換する投光器及び光を電気に変換する受光器を介して障害物検知回路５４に接続される。障害物検知線８は、脱線検知線３と同様に、先端に輪を有する紐状を呈するように、往路及び復路の大部分が１本の線材８０として束ねられている。線材８０は柱部材４２に沿って配設されており、障害物検知線８の中央部によって形成される輪部は、固定部材６１のプレート部と二度交差している。図６に示す構成と同様に、可動部材６１には貫通穴１１Ａａが設けられ、固定部材２１のプレート部及び台座部２１ｂには貫通穴２１ｃが設けられている。そして、可動部材６１の貫通穴１１Ａａ及び固定部材２１の貫通穴２１ｃに中空ボルト２４の軸部が挿入されている。

あるいは、脱線検知装置１の可動部材１１を利用して脱線検知と障害物検知を別々に行うことも可能である。この場合は、図１〜５に示す脱線検知装置１に障害物検知線８を追加するとともに、車体側に障害物検知回路５４を追加すればよい。なお、脱線検知装置１に障害物検知線８を追加するとは、１つの可動部材１１に対して中空ボルト２４を２つ設けることを意味する。

（２）脱線検知装置１の可動部材１１及び／又は障害物検知装置６の可動部材６１は必ずしも回転する必要はなく、移動（直線移動、屈曲移動など）することにより脱線検知線３及び／又は障害物検知線８を切断するようにしてもよい。

（３）脱線検知線３及び／又は障害物検知線８は、両貫通穴１１Ａａ，２１ａを貫通している必要はなく、一方の貫通穴を貫通しているだけでもよい。また、貫通穴を全く貫通することなく、可動部材１１の移動により切断されるように配置しておくこともできる。例えば、脱線検知線３及び／又は障害物検知線８を、可動部材１１の移動軌道（回転軌道）を横切るように配置しておけば、可動部材１１の移動により脱線検知線３及び／又は障害物検知線８を無理なく切断することができる。

（４）上記の実施形態ではブレーキ５３を非常ブレーキとして作動させたが、これに限らず、例えば運転席の警告灯を点灯させたり、警報器を鳴動させたりしてもよい。

（５）脱線検知部材としての検知アーム１２は、円柱状のほか、角柱状、板状、箱状などとすることも可能であり、脱線を検知できる形状であればよい。

（６）固定部材２１は、必ずしも台車４と別体となっている必要はなく、台車４の一部に一体的に形成されていてもよい。

（７）脱線検知線３の電気導通状態又は光導通状態が遮断される要因は、必ずしも脱線検知線３の切断に限られない。例えば、脱線検知線３が固定部材２１側の線部と可動部材１１側の線部に分割され、かつ、それらの線部がコネクタを介して互いに接続されており、可動部材１１が移動したときに、コネクタが分離してもよい。この点は、障害物検知線８についても同様である。

（８）脱線検知装置１の可動部材１１及び／又は障害物検知装置６の可動部材６１を所定方向に移動させる所定値は、必ずしも中空ボルト２４の破断強度である必要はなく、適宜選定可能である。例えば、車両長手方向に延びる管状部材の座屈強度を採用してもよい。

１ 脱線検知装置
１１ 可動部材
１１Ａ 本体部
１１Ａａ 貫通穴
１１Ｂ 取付部
１２ 検知アーム
１４ 排障板
２１ 固定部材
２１ａ 貫通穴
２４ 中空ボルト
３ 脱線検知線
４ 鉄道車両用台車
４０ 車輪
５１ 脱線検知回路
５３ ブレーキ
５４ 障害物検知回路
６ 障害物検知装置
６１ 可動部材（第２の可動部材）
８ 障害物検知線

Claims (2)

1. 台車の前端部に設けられる脱線検知装置であって、
   所定値以上の荷重の作用により所定方向に移動する可動部材と、
   前記台車の脱線時に線路との接触により受けた前記所定値以上の荷重を前記可動部材に伝達して、前記可動部材を所定方向に移動させる脱線検知部材と、
   前記台車の脱線を検知するための、電気又は光を導通する脱線検知線であって、前記台車の脱線時に、前記可動部材の移動により切断されて、電気導通状態又は光導通状態が遮断されるように構成された脱線検知線と、
   前記台車の前端部に固定される固定部材と、
   前記可動部材および前記固定部材を貫通する中空ボルトと、を備え、
   前記脱線検知線は、前記中空ボルトに挿通されており、前記所定値は、前記中空ボルトの破断強度である、鉄道車両の脱線検知装置。
2. 請求項１に記載の鉄道車両の脱線検知装置と、
   前記脱線検知装置の前記脱線検知線と接続された脱線検知回路であって、前記脱線検知線の電気導通状態又は光導通状態が遮断されると作動するリレーを含む脱線検知回路と、
   前記リレーの作動に連動して作動するブレーキと、
   を備える、鉄道車両。

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