JPH10339629A - 測定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レールまたは路面の凹凸や接続部遊間を高精
度かつ効率的に測定する。 【解決手段】 測定台車２６は弾性部材１４およびダン
パ１６で構成される緩衝装置を介して台車１０に連結さ
れる。これにより台車１０から測定台車２６への振動の
伝達が低減される。レールＲの踏面Ｔの凹凸や遊間Ｇを
検出車輪２１が通過する際の振動は軸受け部２５に装着
された加速度センサ４５により検出され、Ａ／Ｄコンバ
ータ５２を介して演算回路５４に入力される。このと
き、演算回路５４は、車輪２０の回転を検出するエンコ
ーダ５８からの信号をもとに走行状態検出装置５７で求
められた台車１０の車速情報と、加速度センサ４５から
入力された加速度情報とに基づいて踏面Ｔの凹凸量ある
いは遊間Ｇの隙間量を求め、外部記憶装置５６に記録す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軌道または路面の
凹凸あるいは継ぎ目の溝の大きさなどを測定する測定器
に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄道線路に敷設したレールの接続部、あ
るいは高速道路などの接続部に存在する遊間や溝などを
車両が通過する際に、この車両から振動を発生して乗り
心地が低下するとともに騒音発生の原因となることもあ
った。このため、車両走行時のこうした振動や騒音の発
生の防止を目的としてレールや路面は定期的に点検さ
れ、その結果に基づいて保守管理される。従来、これら
の点検作業は人間が目視によって行っていたため、多く
の時間と労力を要していた。これに対して点検作業の省
力化を目指したいくつかの提案がなされてきている。

【０００３】ここで図５を参照し、従来の技術に係る測
定器について説明する。図５（ａ）はレール頭部（踏
面）Ｔの凹凸や、レールとレールとの接続部の隙間（遊
間）Ｇを測定するための測定器の構成を示す図である。
図５（ａ）において、台車１０は車輪２０によってレー
ルＲ上を走行可能になっており、不図示の牽引車などに
より牽引される。台車１０には支持板３０を介して非接
触式センサ４０が配設され、このセンサ４０によって台
車１０とレールＲの踏面Ｔとの相対距離が測定される。
処理回路５０はセンサ４０より入力された信号に基づい
てレールの凹凸あるいは遊間Ｇの隙間量を算出する。

【０００４】一方、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す非
接触式センサに代えて接触子４１を用いたものを示す。
この図５（ｂ）において接触子４１は支持枠３１により
図の上下方向に摺動可能に支持されており、ばね４２に
よってレールＲの踏面Ｔと常に接触するように図の下方
に付勢される。また、接触子４１には加速度センサ４３
が装着され、台車１０の走行に伴って接触子４１に生ず
る振動に応じた信号を発する。処理回路５０はセンサ４
３からの信号をもとにレールＲの踏面Ｔの凹凸を算出す
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図５（ａ）非
接触式センサ４０は台車１０とレールＲの踏面Ｔとの相
対距離を測定するものであるため、車輪２０の転動面の
偏摩耗により偏心を生じた場合や、台車１０が走行中に
揺れを生じた場合、非接触センサ４０の測定値に誤差を
生ずる場合があった。同様に、図５（ｂ）に示す加速度
計式の測定器においても、上述した車輪２０の偏心など
による振動が台車１０を経てセンサ４３に伝わり、測定
精度に悪影響を及ぼす場合があった。

【０００６】さらに、上述した非接触式センサ４０を用
いてレール遊間を測定する場合、レール遊間の付着物に
よって正確な計測値を得ることが困難な場合があった。
これについて図５（ｃ）を参照して説明する。図５
（ｃ）は、レールＲの接続部分を示している。この接続
部において、レールＲの端面間には隙間Ｇａが存在す
る。この隙間Ｇａが本来の測定対象である。一方、レー
ルＲの端面の踏面Ｔ付近には、油や砂、あるいは鉄粉な
どの混合物が付着してレール遊間を塞いでいることがあ
る。上述した非接触センサ４０にて遊間Ｇの隙間量を計
測した場合、この付着物により測定誤差を生じ、隙間は
Ｇｓと計測される。これにより、本来保守が必要である
筈のレール遊間を看過してしまうことがあった。

【０００７】本発明の目的は、上述した課題を解決し、
台車の車輪の偏心や台車の揺れあるいはレールや路面遊
間に存在する付着物などの影響を受けることなく、レー
ルあるいは路面の凹凸や遊間を正確に測定可能な測定器
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】一実施の形態を示す図１
に対応づけて説明すると、 （１） 請求項１に記載の発明は、レール上または路面
上を移動する移動体１０に緩衝手段１４および１６を介
して設置され、移動体１０の移動に応じてレールまたは
路面を転動可能な測定車輪２１と；測定車輪２１の転動
に伴い、測定車輪２１がレールまたは路面の凹凸や継ぎ
目を通過する際に生ずる測定車輪２１の回転軸の動きを
検出する検出手段４５とを有することにより上述した目
的を達成する。 （２） 請求項２に記載の発明は、移動体１０の移動速
度を検出する車速検出手段５７と；検出手段４５からの
信号および車速検出手段５７からの情報をもとにレール
または路面に存する凹凸や継ぎ目の隙間の大きさを演算
する演算手段５４とをさらに有するものである。 （３） 一実施の形態を示す図１および図４に対応づけ
て説明すると、請求項３に記載の発明は、レール上を移
動する移動体１０に緩衝装置１４および１６を介して設
置され、レールの頭部両側面Ｓ、Ｓ’をフランジ部２２
Ｆで規制しつつ移動体１０の移動に応じてレール上を転
動可能な測定車輪２２と；測定車輪２２の転動に伴い、
測定車輪２２の、レールの水平方向（図４の矢印Ｘ方
向）の変位に沿う動きを検出する検出手段４６とを有す
ることにより上述した目的を達成する。

【０００９】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段の項では、本発明を分かり易くする
ために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本
発明が実施の形態に限定されるものではない。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１〜図３を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形
態に係る測定器の構成を示す図であり、レールの凹凸あ
るいは遊間を測定する測定器に適用した例を示してい
る。この図１において台車１０は、車輪２０の転動によ
りレールＲの上を走行可能であり、連結器１１を介して
不図示の動力車により牽引される。

【００１１】測定台車２６は、弾性部材１４およびダン
パ１６を介して台車１０に連結されており、台車１０の
走行の際に、この台車１０で発生する振動の測定台車２
６への伝達が低減される。

【００１２】また、測定台車２６には片側のレールに対
して２本、すなわち計４本の軸受け部２５が固設され、
この軸受け部２５の先端部のそれぞれには検出車輪２１
が回転自在に装着されている。また、それぞれの軸受け
部２５には、軸受け部２５の重力方向の振動を検出可能
な加速度センサ４５が固設されており、台車１０の走行
時に検出車輪２１の回転軸に発生する振動の量に応じた
信号がこの加速度センサ４５より出力される。すなわ
ち、本実施の形態において、測定台車２６は弾性部材１
４およびダンパ１６で構成される緩衝装置を介して台車
１０に連結されるため、検出車輪２１の回転軸に発生す
る重力方向の振動のみが加速度センサ４５により検出さ
れる。

【００１３】図２を参照し、検出車輪２１の形状につい
て説明する。図２は検出車輪２１および軸受け部２５の
詳細を示す斜視図であり、台車１０、車輪２０、そして
測定台車２６などを省略して図示してある。なお、図１
に示すものと同じ構成要素には同じ符号を付してその説
明を省略する。検出車輪２１のそれぞれは、軸受け部２
５によって回転自在に支えられている。ところで、検出
車輪２１にはフランジ部が設けられていないが、これは
レールＲの横方向の振れ（変位）によらず、常にレール
の踏面Ｔの頂部の凹凸を検出するためである。

【００１４】再び図１を参照して説明する。加速度セン
サ４５からの出力はＡ／Ｄコンバータ５２を介して演算
回路５４に入力され、後で説明する演算方法により踏面
Ｔの凹凸量あるいは遊間Ｇの隙間寸法が求められる。そ
して、この演算結果は走行状態検出装置５７からの情報
とともに外部記憶装置５６に記録される。この走行状態
検出装置５７は、軌道の近傍に所定間隔をおいて設置さ
れた不図示の発信装置からの位置情報と車輪２０に装着
されたエンコーダ５８からの信号とに基づいて台車１０
の走行位置および走行速度を算出するものであり、これ
により外部記憶装置５６に記録された踏面Ｔの凹凸量や
遊間Ｇの隙間寸法がどこで検出されたものかが特定可能
となる。なお、走行状態検出装置５７として、軌道の近
傍に配設された不図示の発信装置からの位置情報を用い
るものに代えてＧＰＳ装置などを用いることも可能であ
る。

【００１５】ところで、測定台車２６、軸受け部２５、
および検出車輪２１などで構成される検出部Ｄ自体は台
車１０、あるいは台車１０に載置された機器類などの重
量を支える必要がない。また、検出車輪２１を転動させ
て遊間Ｇあるいは踏面Ｔの凹凸を検出する際に、検出車
輪２１の径を小さくした方が踏面Ｔのより細かな凹凸を
検出することができる。さらに、弾性部材１４が検出車
輪２１を踏面Ｔに押圧する押圧力に比して検出部Ｄの質
量を低減させることにより、踏面Ｔに対する検出車輪２
１の追従性は増し、これによりレールＲの点検時に台車
１０の走行速度をより高速にすることができる。この
点、上述したように検出部Ｄ自体は重量物を支える必要
がないので、遊間Ｇあるいは踏面Ｔの凹凸の検出性能お
よび踏面Ｔに対する追従性を優先させた構造に設計をす
ることが可能である。また、本実施の形態において検出
車輪２１は片側のレールに対して２つ有しているが、１
つであってもよいし、あるいは３つ以上設けるものであ
ってもよい。

【００１６】ここで演算回路５４による踏面Ｔあるいは
遊間Ｇの演算方法について説明する。演算回路５４は、
走行状態検出装置５７からの速度情報ＶとＡ／Ｄコンバ
ータ５２で検出される加速度ａとから踏面Ｔの凹凸量や
遊間Ｇの隙間寸法に相関する情報δを図３に示す３次元
マップより求める。この３次元マップは以下のような予
備実験により求められる。すなわち、その量が既知の複
数種類の凹凸や遊間を有するレール上を、速度を変えて
走行させながら加速度ａを検出してプロットし、これら
のデータを補完して得られたものが図３に示す３次元マ
ップである。演算回路５４中にはこの３次元マップに相
当するデータテーブルを有しており、このデータテーブ
ルより踏面Ｔの凹凸量や遊間Ｇの隙間寸法に相関する情
報δを求める。

【００１７】なお、上述のデータテーブルに代えて図３
に示す３次元マップを、車速情報Ｖと加速度ａとを変数
とする多項式で表現し、この多項式をもとに踏面Ｔの凹
凸量や遊間Ｇの隙間寸法に相関する情報δを算出しても
よい。また、この情報δが踏面Ｔの凹凸によるものであ
るのか、あるいは遊間Ｇによるものであるのかについて
は加速度センサ４５で検出された信号の波形から判定可
能であるが、遊間Ｇの有無を検出する非接触式センサ
（不図示）を別に設け、この非接触式センサからの情報
によって上述の情報δが踏面Ｔの凹凸によるものである
のか、あるいは遊間Ｇによるものであるのかを判定して
もよい。本実施の形態に係る測定器は、車速情報Ｖと加
速度ａとに基づいて上述の情報δを求めることができる
ので、従来の技術に係る測定器のように台車１０を一定
速度で走行させる必要がなく、レールあるいは路面の測
定作業性に優れる。なお、上述の実施の形態の説明にお
いては台車１０を走行させながら演算回路５４で踏面Ｔ
の凹凸量や遊間Ｇの隙間量を逐次演算するものであった
が、これらの演算回路を省略して外部記憶装置５６に未
処理の生データを記録し、後にこのデータをまとめて処
理するものであってもよい。

【００１８】以上の実施の形態の説明において、検出車
輪２１はフランジを有さないものであったが、フランジ
を有するものであってもよい。これについて図４を参照
して説明する。図４は、図１および図２に示す検出車輪
２１を、レール頭部の両側面Ｓ、Ｓ’のそれぞれに対向
するフランジ部２２Ｆを有する検出車輪２２としたもの
である。この検出車輪２２の軸２２Ａは軸受け部２５Ａ
によって回転自在に軸支される。また、軸受け部２５Ａ
には加速度センサ４６が装着されており、この加速度セ
ンサ４６は主に図の矢印Ｘ方向、すなわち検出車輪２２
の車軸方向の加速度を検出する。これにより、レールＲ
の横方向の変位を確実に測定することが可能である。つ
まり、台車に装着した非接触式の光電センサなどによっ
てレールと光電センサとの相対距離を測定するものと違
い、台車の揺れによってレールの横方向変位検出結果に
誤差を生ずることもなく、またレール表面の被測定部分
が金属光沢を有していたり汚れていたりすることによる
表面状態の変化が測定精度に影響を及ぼすこともない。
なお、上述の加速度センサ４６は検出車輪２２の車軸方
向の加速度のみを検出するものであったが、重力方向の
加速度も検出可能なものであってもよい。このように重
力方向の加速度も検出可能とすることにより、検出車輪
２２でレールの横方向変位と遊間Ｇとを同時に計測する
ことが可能となる。

【００１９】また、以上の実施の形態の説明において、
図１に示す検出部Ｄの測定台車２６が弾性部材１４およ
びダンパ１６によって緩衝されたものであったが、検出
車輪２１あるいは検出車輪２２（図４）のそれぞれを独
立して緩衝するものであってもよい。このようにすれば
各検出車輪の接地性が増して路面やレール踏面の凹凸に
関する検出精度をさらに向上させることができる。ま
た、このようにそれぞれの検出車輪で発生する振動を互
いに緩衝することにより、１つの検出台車２６に検出車
輪２１（図１）と検出車輪２２（図４）とを装着し、レ
ールの踏面Ｔの凹凸や遊間Ｇの隙間寸法とレールの横方
向変位とを同時に計測することもできる。さらに、以上
の実施の形態の説明において、台車１０は牽引式のもの
であったが自走式のものであってもよい。また、本実施
の形態で用いた加速度センサ４５（図１）、４６（図
４）を用いる代わりに変位センサで検出車輪２１あるい
は２２の変位を測定することもできる。特に変位センサ
を用いた場合には、路面あるいはレール踏面のゆるやか
な凹凸の検出が容易になる。

【００２０】以上の発明の実施の形態と請求項との対応
において、台車１０が移動体を、弾性体１４およびダン
パ１６が緩衝手段を、検出車輪２１および２２が測定車
輪を、加速度センサ４５および４６が検出手段を、走行
状態検出装置５７が車速検出手段を、演算回路５４が演
算手段をそれぞれ構成する。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、 （１） 請求項１に記載の発明によれば、測定車輪がレ
ールまたは路面を移動可能な移動体に、移動体の重力方
向の動きを隔絶する緩衝装置を介して設置されるため、
レールまたは路面の凹凸や継ぎ目の隙間に応じた信号を
検出する際に移動体の振動の影響を受けることがなく、
測定精度を高めることができる。また、検出車輪が転動
する際の検出車輪の回転軸の動きを検出することによ
り、レール遊間の付着物などの影響を受けることなく正
確な測定結果を得ることができる。 （２） 請求項２に記載の発明によれば、測定車輪の振
動量に応じた信号と移動体の移動速度に基づいた信号と
からレールまたは路面に存する凹凸や継ぎ目の隙間の大
きさを演算するので、レールまたは路面の凹凸や継ぎ目
の隙間を測定する際に移動体を一定速度で走行させる必
要がなく、測定作業性に優れる。 （３） 請求項３に記載の発明によれば、レールの頭部
両側面にそれぞれ対向するフランジ部を有する測定車輪
が転動する際の、レールの水平方向変位に沿う動きを測
定することにより、移動体の振動の影響あるいはレール
上の被測定箇所の汚れなどの影響を受けることなく正確
な測定結果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態に係る測定器の構成を示
す図。

【図２】 本発明の実施の形態に係る測定器の要部を示
す斜視図。

【図３】 検出された車速Ｖおよび加速度ａよりレール
踏面または路面の凹凸や遊間の隙間に関する情報δを求
めるための３次元マップの概念図。

【図４】 本発明の実施の形態に係る測定車輪の変形例
を示す図。

【図５】 従来の技術に係る測定器の構成を示す図であ
り、（ａ）が非接触式センサ４０を用いた測定器全体
を、（ｂ）が非接触式センサ４０に代えて接触子４１を
用いた測定器の一部を、（ｃ）がレールＲの遊間Ｇを示
す。

【符号の説明】

１０ 台車 １４ 弾性体 １６ ダンパ ２０ 車輪 ２１、２２ 検出車輪 ２２Ｆ フランジ部 ２５、２５Ａ 軸受け部 ２６ 測定台車 ４５、４６ 加速度センサ ５４ 演算回路 ５６ 外部記憶装置 ５７ 走行状態検出装置 ５８ エンコーダ Ｇ レールの遊間 Ｒ レール Ｔ レールの踏面

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レール上または路面上を移動する移動体
   に緩衝手段を介して設置され、前記移動体の移動に応じ
   て前記レールまたは路面を転動可能な測定車輪と、 前記測定車輪の転動に伴い、前記測定車輪が前記レール
   または路面の凹凸や継ぎ目を通過する際に生ずる前記測
   定車輪の回転軸の動きを検出する検出手段とを有するこ
   とを特徴とする測定器。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の測定器は、 前記移動体の移動速度を検出する車速検出手段と、 前記検出手段からの信号および前記車速検出手段からの
   情報をもとに前記レールまたは路面に存する凹凸や継ぎ
   目の隙間の大きさを演算する演算手段とをさらに有する
   ことを特徴とする測定器。
3. 【請求項３】 レール上を移動する移動体に緩衝装置を
   介して設置され、前記レールの頭部両側面をフランジ部
   で規制しつつ前記移動体の移動に応じて前記レール上を
   転動可能な測定車輪と、 前記測定車輪の転動に伴い、前記測定車輪の、前記レー
   ルの水平方向の変位に沿う動きを検出する検出手段とを
   有することを特徴とする測定器。