WO2007077726A1

WO2007077726A1 - 展伸機を用いた耐震脱線防止システム

Info

Publication number: WO2007077726A1
Application number: PCT/JP2006/325223
Authority: WO
Inventors: Kenichi Inamiya; Hiroshi Yamakawa; Takayoshi Den; Hirohisa Suzuki
Original assignee: Thk Corp.
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2006-12-19
Publication date: 2007-07-12
Also published as: JP4986108B2; JP2007176348A

Description

明細書

展伸機を用いた耐震脱線防止システム

技術分野

[0001] この発明は走行している列車が地震に遭遇したとき、既存の地震の危険防止システムが地震の初期状態を検出後、列車が停止にいたるまでの間の脱線を防止するための装置に関する。

背景技術

[0002] 地震発生の際、その発生を即時に検出して、列車を停止させることが、災害防止に極めて有効な手段である。地震波は震源地から放射状に拡散し伝播するが、振動の種類に応じて、地中を速く伝わる P(Primary)波、遅く伝わる S(Secondary)波や表面波があり、大きな揺れは後者の S波や表面波で引き起こされる。そこで、地震波振動の検出器を広範囲にわたり地表面近傍に多数分散して設置して P波を検出させ、その信号を基に電気信号の地震警報を発生させ、列車に伝達して列車を停止させるシステムが構築されている。非特許文献 1および非特許文献 2に列車に対する最近の地震防災対策が説明されている。

[0003] 非特許文献 1 :中村豊著、世界最初の実用 P波警報システム「ユレダス」の現状と将来、第 2回土木学会リアルタイム地震防災システムシンポジユウム論文集、平成 12年 4月 18日、 107〜112頁、土木学会地震工学委員会リアルタイム地震防災研究会小委員会

非特許文献 2 :芦谷公稔著、早期地震警報システムの開発、第 174回鉄道総研月例発表会、平成 16年 10月 20日、毎日新聞（大阪本社)、 B1Fオーパルホール上記「ユレダス」の基本原理は高速走行中の列車が地震に遭遇したとき、 P波検出後、即時列車の停止措置を講じることであるが、しかし、この方式は直接脱線を防止するものではない。

[0004] 地震が発生した場合、震源から直距離で d離れた地点における、 P波と S波との到着時間

の差 T は式（1)で表わせる。この式（1)は非特許文献 3に述べられている。 [0005] [数 1]

T _{p s} = d / 8 式（1 ) ここで、 T の単位は秒、 dの単位は kmである。

ps

[0006] 非特許文献 3 :菊池正幸著、リアルタイム地震学、 2003年、東京大学出版会過去の地震の実際のデータに基づくと、震源の浅い地震が多く発生しており、特に直下型地震の場合、震源地の近傍では P波到来後、極めて短時間に S波が到来する。これに対して、高速で走行している列車は緊急の停車指令の操作が取られた後、しばらく時間が経過してから停車する。例えば、時速 120kmで走行中の列車が 0. lgの加速度で減速し、停車させた場合、停車に要する時間は 35秒である。従って、震源地の近傍では停車する以前に S波が到達することがあり得る。列車が停車する前に S 波が到達する事象が存在するので、 P波検出後の停車措置のみの災害防止措置では防災措置としては不十分である。その危険を予知するため、停車する以前に S波が到来した時の様子を想定する。

[0007] 図 16に一般的な線路の様子を示す。列車は大きな運動エネルギーを進行方向に持って走行して、る。通常に走行して、る時は線路上に車輪 3対する障害物はなヽ力ー且、脱線すると、線路 4の付近に枕木 110、砂利 111などが存在して、図 1に示す車輪 3はこれらの物体と接触し進行方向が定まらず、車体 1は運動エネルギーが消耗するまで迷走して移動を続ける。

図 17に脱線後の車両の様子を示す。列車は X方向に走行していたとして、先頭車両 115は正常な位置から大きく逸脱すると想定される。前方の先頭車両 115が脱線すると、後方の二両目の車両 116は前方の車両を押して、車両 115の逸脱をさらに大きくし、二両目の車両 116も脱線することが考えられる。図 17の場合、もし、併設されて、る隣の線路に列車が走行してきた場合、脱線を一次原因とした列車間の衝突などの二次災害が発生する恐れがある。従って、 P波検出後、停車に至るまでの期間に脱線を防止することは必要である。

[0008] 線路 4と車輪 3の局部的関係で脱線の現象を考察する。脱線は車輪 3が線路 4に乗り上がり、この乗り上がりの現象がある限界を超えると車輪は線路力外れる。図 18 は車輪 120が線路の頭部 124と接触する部分を拡大して図示してヽる。車輪 120は車輪踏面 121とフランジ 125で線路の頭部 124と接してヽる。車輪 120と線路の頭部 124の接点を A点とすると、 A点には輪重 P122と、横圧 Q 123が働く。 aは車輪 120 と線路の頭部 124の接平面と水平面がなす角度、 μは両者間の摩擦係数である。これらの要素を基に脱線係数が定義される。脱線係数が大きヽほど脱線する可能性が高い。

[0009] [数 2] 脱線係数- QZ P 式（ 2 )

脱線係数が限界を超えると、脱線の可能性が高まる。式 (2)は非特許文献 4に示されている。

[0010] 非特許文献 4 :「鉄道車両と設計技術」、応用機械工学編集部編、大河出版、 1980 年式 (2)で示されている通り、横圧 Q 123が大きくなると、脱線の可能性が大きくなる。通常の走行時には曲線部や車両の振動などで、横圧 Q 123が一時的に大きくなり、脱線係数が増大するが、線路の状態の変化や車両の復元力で正常値に戻り、脱線に至ることはない。しかし、地震波を受けて、輪重 P122の方向が重力方向と逆方向に大きな力を受けたり、異常な横圧 Q 123が発生する可能性がある。通常の状態では脱線を防止するフランジ 125の脱線抑止の効果も、このような条件の下では有効に働力なくなる。そこで、このような状態の下でも、脱線を防止する車輪のフランジの機能を等価的に他の方法で拡張することが提案されている。

[0011] 図 19の（dd)は通常の走行時の車輪と線路の関係を示している。車輪踏面 121は輪重 122を線路の頭部 124に加えて密着して接触して、る。フランジ 125は走行状態に応じて、横圧 Q 123を受け、輪重 P122と横圧 Q123の釣り合いに応じて、多少乗り上がりがあるが、多くの期間は図 19の（dd)の状態で走行する。これに対して、地震波のような異常な力を受けたときは状態が変わる。図 19の（ee)は地震波の影響を受けて、線路 4が車輪 120に対して Z方向に大きな力を与えたと想定した時の車輪 1 20と線路の頭部 124の関係を表わした図である。車輪踏面 121は線路の頭部 124 の表面力も大きく浮いた状態であり、フランジ 125が線路の頭部 124に極めて容易に乗り上がり、脱線の可能性が高い状態である。このような状態であっても、災害防止の立場力も脱線を防がなければならな！/、。 [0012] 図 19の（ee)およびこれを超えたような状態でも脱線の発生を防止するためには現在のフランジ長 130が、現在値よりさらに長ければ脱線の発生の可能性を低下できる。しかし、現在のフランジ長 130は既に車輪 3の設計、製造段階の規格値で定められているので、フランジ長 130の長さの変更は困難である。そこで、図 20の（ff)では通常の走行時は線路より上部に格納されている車輪 3とは別の構造物である棒状のラツチ 135を脱線防止の目的のため、線路の中部 126に達するまで展伸した状態を示している。このように展伸した棒状のラッチ 135を展伸したとき、線路の中部に存在する線路の一部と接触することがある。図 20の (gg)は線路の中部 126に取り付けられた継ぎ目板 136を示している。走行中、展伸したラッチ 135と継ぎ目板 136が衝突した時、展伸したラッチが破壊する恐れがあるので、このような場合、展伸したラッチ 13 5を XZ面内に回転させ、ラッチの破壊を回避して両者が共存するような構造が公開されて、る。棒状のラッチを使った耐震脱線防止ラッチ装置は特許文献 1に示されてヽる。

[0013] 特許文献 1 :特願 2004— 52449

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0014] 列車が走行しているとき地震に遭遇したとするなら、非特許文献 1および非特許文献 2で示される「ユレダス」が作動して、停車させる。しかし、震源が浅い直下型の地震の震源地の近傍の場合、式（1)で表わす P波と S波の伝播時間差、 T は短時間で

ps

ある。走行中の列車は停車命令が発生した後、しばらく時間が経過して力も停車する。例えば、時速 120kmで走行中の列車に 0. lgの加速度で停車させたとき、停車までに要する時間は 35秒である。従って、走行中に S波に襲われる可能性がある。

[0015] こ走行中の列車は進行方向に大きな運動エネルギーを持っていて、走行中に脱線が発生したとするなら、脱線を一次原因とする二次災害が発生する恐れがある。図 1 6は線路が敷設されている状況を示す。走行中の車両が脱線すると、車輪 3は線路 4 から外れ、枕木 110、砂利 111などが存在する表面を走行することとなり、車輪 3は本来の進行方向に対して大きな抵抗を受け、列車の進行方向の速度が急激に低下して、かつ走行方向が定まらず、車両は軌道から外れる。図 17に脱線が第一原因となり、想定した二次災害が発生し易い様子を示す。列車が X方向に進行している場合、先頭の車両 115が脱線して軌道から外れ、後続の車両 116は先頭車両に進行を妨げられ、先頭の車両 115を押すと同時に脱線する可能性がある。このとき車両 115、 116は単に脱線したのみの時に比較して、大きく軌道から外れると予想される。さらに、このような状況の時、併設されている逆方向からの列車が進行してきた場合、対向する車両がお互いに衝突する可能性がある。このような二次災害は大事故になる可能性がある。地震が原因ではないが、 1963年の鶴見列車事故は脱線を最初の原因として、大惨事が引き起こされた。

課題を解決するための手段

[0016] 上記課題は以下の特徴を有する本発明によって達成される。すなわち、請求項 1に記載した発明は、鉄道車体の下部であって、線路より上部で、かつ車輪が走行するとき障害にならないように台車に堅牢に取り付けられた構造体よりなる展伸機を用いた耐震脱線防止システムにお、て、前記システムの一部をなす展伸機展伸機構の先端に接続する展伸機を備え、前記展伸機展伸機構は二本の線路の各々の内側の線路の頭部の車輪のフランジが走行する領域の近傍に在って、線路の頭部より上部に格納されていた通常の走行状態から、前記展伸機展伸機構が展伸することにより、前記展伸機が線路の頭部の下部に達する構造を有して、かつ台車の動揺データと前記展伸機展伸機構の位置のデータを入力として、内在する自動制御の論理回路の処理に基づいて、台車の動揺にも関わらず、展伸機を線路の頭部の下部に受動制御的に、もしくは能動制御的に常に留まるようにした前記展伸機と接続した展伸機展伸機構を力学的に支えられる展伸機支持機構が車台に取り付けられたことを特徴とする。

[0017] 請求項 2に記載した発明は請求項 1に記載した発明の特徴に加えて、予備電源を備えたことを特徴とする。

[0018] 請求項 3に記載した発明は請求項 1に記載した発明の特徴に加えて、請求項 1に記載した左右一対の垂直方向の展伸機を水平方向に結合する展伸機補強軸を備えたことを特徴とする。

[0019] 請求項 4に記載する発明は請求項 1から 3からのいずれか 1項目に記載した発明の特徴に加えて、車輪が曲線部を通過する時、フランジが線路の頭部側面に沿って線路に乗り上がる高さに相当する余裕幅 A (70)より内側に請求項 1に記載した展伸機が展伸すること、および、前記展伸機が展伸した位置より線路に向って外側に移動することが可能になるように、請求項 3に記載した展伸機補強軸が水平移動が可能になるように水平移動調整機構を備えたことを特徴とする。

[0020] 請求項 5に記載する発明は請求項 1から 4のいずれか 1項目に記載した発明の特徴に加えて、請求項 1に記載し、請求項 2、請求項 3と請求項 4に記載した特徴を備える展伸支持機構が台車と接続する部分にお!ヽて、前記展伸支持機構と前記台車の結合部を回転可能にするため回転接続部、あるいは回転接続部と回転滑走部を備えたことを特徴とする。

[0021] 請求項 6に記載した発明は請求項 5に記載した発明の特徴に加えて、請求項 5に記載した回転接続部と回転滑走部の回転角に制限のあることを特徴とする。

発明の効果

[0022] この発明によると、地震波検出システムが地震の P波を検出して、列車にその情報が電気信号で伝わった直後に、線路の頭部の近傍にこの発明に係る展伸機を展伸させ、かつ S波到来後台車が動揺した状態であっても、その動揺にも関わらず展伸機の運動を受動制御的に、もしくは能動制御的に制御して線路の頭部側面の近傍に留まるようにして、車輪が線路に乗り上がる現象を防止して脱線を防止する。発明を実施するための最良の形態

[0023] 車両の車輪が線路上を線路力外れることなく走行できる役割は車輪のフランジが持つ。この発明では線路のフランジが走行する付近にこの発明に係る展伸機を展伸させるシステムを備え、フランジが持つ脱線防止の役割を増強することを実現した。実施例 1

[0024] 図 1はこの発明に係る列車の一車両を示す。車体 1は列車を構成する車両の一両で、通常 2台の台車 2を有している。図 2と図 3は台車 2の様子を示し、台車 2は 4個の車輪 3を有して、 2個の車輪 3は一本の車軸 20によって左右の車輪が一対を成す。集電器 5は架線 6から電力を受電し、その電力で車両 1は走行する。図 1では電力を動力源として想定したが、この発明は他の動力源を使用する車両にも適応可能である。また、地震に襲われた時、給電や受電が停止したとき、この発明に係る装置を作動させるため、予備電源 7を備える。展伸機操作器 9は地震の P波警報を受信し、展伸機 31を操作させるため受動制御展伸機駆動部 30、もしくは能動制御展伸機駆動部 30A間で信号を送受信する。

[0025] 予備電源 7は通常時に充電する機能や、走行中の列車が持つ運動エネルギーを電力に変換する機能を有して、架線 6から給電が中断したとき、この発明に係るシステムを駆動できる。

[0026] 図 2は XZ平面上の台車 2を示す。台車 2は台車枠 10が全体の骨格となり、主な部品である車輪 3と車軸 20が軸受 11で受けられて取り付けられている。図 3は XY平面上の台車 2を示し、この面には車軸 20が示される。この発明に係るシステムは製品開発を容易にするため、既存の台車 2に取り付ける発想に基づいて構成されている。この発明に係るシステムの取り付けは台車 2の端の部分で、図 2と図 3にわたつて示した 3次元の空間を展伸機を用いた耐震脱線防止システム装填領域 12として示した。この展伸機を用いた耐震脱線防止システムの装填領域 12はこの発明に係るシステムを取り付ける領域として適していると思われる空間である力この領域に限定するものではない。他の適している領域に適応しても、この発明の原理が損われることはない。また、この発明に係るシステムを内部に組み込んだ新規な台車を設計することも可能である。

台車移動検出器 13は台車 2が動揺して線路 4から浮き上がる現象によって生ずる移動の距離を計測するセンサである。

[0027] 図 4は YZ平面上に表わしたこの発明に係るシステムの動作原理を示すための全体構成例を示す。展伸機支持機構 25はこの発明の目的である脱線防止の機能を実行させるため、展伸機 31に所定の動作をさせる構造体であって、内部に展伸機 31に必要な機能を動作させる構成品を持つ。展伸機支持機構 25は全体を支える展伸機支持枠 26、展伸機 31の上下運動を可能にするための構造を有する展伸機展伸機構ホルダー 27、先端に展伸機 31を有し、展伸機展伸機構ホルダー 27との相対位置のデータを出力できる機構を有する展伸機展伸機構 28、展伸機 31に掛力る横圧 32 を分散するため筋交い状の構造を有しする展伸機支持枠補強材 29と展伸機 31の位置を受動制御的に展伸できる受動制御展伸機駆動部 30、もしくは能動制御的に展伸できるように、台車移動検出器 13の出力の信号と展伸機機構部 28の位置の信号を入力して展伸機展伸機構 28を駆動するための信号が出力できる制御論理回路を持った能動制御展伸機駆動部 30Aを有する。

[0028] 受動制御展伸機駆動部 30はスプリング、圧搾空気などを動力源として、展伸機 31 を下方に展伸させ、また展伸した状態を維持させる。能動制御展伸機駆動部 30Aは電気、油圧などを動力源として、展伸機 31を下方に展伸させ、また台車移動検出器 13と展伸機展伸ホルダー 27の位置情報に基づき、展伸した状態を維持させる。

[0029] 図 5および図 6はこの発明に係る脱線防止の機能を実行させる主要構成品である展伸機 31の具体的な事例を示している。図 5は展伸機 31として、棒状のラッチを用いた場合である。図 5の (a)は展伸機展伸機構ホルダー 27とラッチ型展伸機 35の関係を XZ平面上に示した。また図 5の（a2)はラッチ型展伸機 35に付くへら 39を示した。へら 39は角柱型と円柱型を共通に表わした。従って、角柱型の場合、 X方向の線路の内側に出ている部分は存在しない。図 5の（b)の上部の図は XY平面上に示した角柱型のラッチ型展伸機 35で、ラッチの幅 Y(d ) 36の寸法は線路の頭部側面 67と脱線防止用の構築物や、踏み切りなどのために存在する図 12の線路間構築物 86の間に収まる寸法であり、ラッチの幅 X (d ) 37の寸法は横圧 32に対する応力歪みが許

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容内であるように定めることができる。下部の図は角柱型のラッチ型展伸機 35に平板へら 39Aが付いた図である。図 5の（c)の上部の図は XY平面上に示した円柱型のラツチ型展伸機 35で、ラッチの直径 (d ) 38は線路の頭部側面 67と線路間構築物 86

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の間に収まる寸法である。また、円柱型のラッチ型展伸機 35が線路の頭部側面 67と接触したとき、展伸機展伸機構ホルダー 27内部で回転する。下部の図は円柱型のラツチ型展伸機 35に円板型へら 39Bが付いた図である。

[0030] 図 6は展伸機 31として補助輪を用いた場合である。図 6の構成は展伸機 31として補助輪を用いた以外は図 5のラッチ型と同じである。補助輪型展伸機 40は車輪 3より小型な車輪状の形状をしている。図 6の（d)は XZ平面上に示した展伸機展伸機構ホルダー 27と補助輪型展伸機 40の関係の図である。図 6の（e)、（f)は YZ平面と XZ平面上に示した補助輪型展伸機 40の構造の図である。補助輪型展伸機 40は展伸機展伸機構 28の先端部分に接続し、補助輪主軸 41を中心に回転する構造である。補助輪円板部 42は補助輪展伸機 40が展伸したとき、線路の頭部頭頂面 68に接触して回転させられる部分である。補助輪フランジ 43は線路の頭部側面 67と接触し、またはその近傍にあって、脱線を防止する機能を有する。補助輪円板半径 44の寸法はこの発明に係る展伸機を用いた耐震脱線防止システム装填領域 12の容積などの制約条件から定まる。補助輪のフランジ端までの半径 45は補助輪展伸機 40が作動時、補助輪フランジ長 (d ) 46は補助輪フランジ 43の先端が線路の中部 51の付近に

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ある継ぎ目板 136などの構築物に接しない範囲の長さで定まる。補助輪型フランジ幅 (d ) 47は線路の頭部側面 67と線路間構築物 86の間の距離が厚さの制限条件で

5

ある。

図 7は展伸機 31がラッチ型展伸機 35を用いた場合のこの発明の基本的な動作原理を示す。図 7の (g)、（h)、（i)はラッチ型展伸機 35の動作状態を YZ平面上に示し、その図の下部に示した (j)、（k)、（1)はラッチ型展伸機 35のそれぞれの動作状態に応じた車輪と線路の状態を YZ平面上に示す。図 7の中の車輪 56はこの発明の機能に係る部分のみを示したもので、車輪 3の全体は示していない。また、線路 4はこの発明に重要な意義があるので、線路の頭部 50、線路の中部 51と線路の底部 52に細力べ分けて定義している。図 7の（g)と (j)は通常の走行時のラッチ型展伸機 35と車輪と線路の関係を示している。ラッチ型展伸機 35の先端は通常の車両の走行に何ら支障のないように、線路の頭部 50の頭面より格納の高さ（d ) 53分高い位置にあって、

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展伸機展伸機構 28は展伸機展伸機構ホルダー 27に格納されている。このとき、図 7 の (j)は車輪 56と線路の頭部 50の通常の走行状態の位置関係を示した。

図 7の (h)と (k)は展伸操作器 9が P波の到来の信号を受信し、受動制御展伸機駆動部 30、もしくは能動制御展伸機駆動部 30Aに指令を与え、受動制御展伸機駆動部 30、もしくは能動制御展伸機駆動部 30Aが展伸機展伸機構 28を展伸させた状態と、その時の車輪 56と線路の頭部 50の関係を示す。展伸機展伸機構 28は受動制御展伸機駆動部 30により、もしくは能動制御展伸機駆動部 30Aの駆動信号を受けて、一定の下降移動 A60の運動によってラッチ型展伸機 35の先端が線路の中部 51 に存在する継ぎ目板 136などに接触しな、範囲で、線路の頭部側面 67に沿って、通常の格納位置力展伸長（d 54分展伸する。このときの状況は P波到来時であるから、地震波は微動であるので、 P波の台車 2への力学的影響は微小であり、図 7の（ h)の展伸機展伸機構ホルダー 27は図 7の (g)と同じ状態である。また、図 7の（k)の車輪 56と線路の頭部 50の関係は図 7の (j)と同じ状態である。

図 7の (i)と (1)は S波が到来した時のラッチ型展伸機 35と線路の頭部 50と、その時の車輪 56と線路の頭部 50の関係を示す。 S波の到来は地震波が車体 1に影響を与え、台車 2は上下に運動する。台車 2に固定されている展伸機支持機構 25は台車 2 と共に同じ運動し、この台車 2に取り付けられている台車移動検出器 13は台車の浮き上がり（A d ) 55分を定量的に検出する。受動制御展伸機駆動部 30は予め台車の浮き上がり（A d ) 55の最大値を予測して、それ以上にラッチ型展伸機 35を展伸させる。

受動制御展伸機駆動部 30を用いる場合、ラッチ型展伸機 35はへら 39を備え、展伸の下降の下限はへら 39によって線路の頭部 50との位置が維持される。能動制御展伸機駆動部 30Aは台車の浮き上がり（A d ) 55の信号と、展伸機展伸機構ホルダー 27と展伸機展伸機構 28の間の相対的な位置を示す信号を入力として、内在する制御論理回路の処理に基づき展伸機展伸機構 28を駆動する信号を出力して、ラッチ型展伸機 35の先端が常に線路の頭部 50の下部に留まるように能動的に制御する。このように、台車 2が地震波の影響で変動したとしても、自動制御の原理に基づいて、展伸機展伸機構 28を上下移動 61させ、ラッチ型展伸機 35の先端と線路の頭部 5 0の関係は図 7の (h)と同じ状態を維持する。能動制御展伸機駆動部 30Aを用いた場合でも、へら 39にラッチ型展伸機 35が線路の頭部 50の下部以下に下降しないための予備的な役割を持たすことができる。図 7の (1)は台車 2に取り付けられた車輪 5 6が通常の位置より線路の頭部 50の上部に台車 2が台車の浮き上がり（ Δ d ) 55分浮き上がることを示す。図 7の（1)の状態はこの発明に係るシステムがない場合、式（2 )で示す脱線係数が劣化し、脱線の可能性が高くなるが、図 7の (i)のラッチ型展伸機 35が線路の頭部側面 67に存在することにより、脱線の可能性が極めて低く抑えられる。

図 8は展伸機 31が補助輪型展伸機 40を用いた場合のこの発明の基本的な動作原理を示す。図 8の (m)、（n)、（p)はラッチ型展伸機 35の場合の図 7の (g)、（h)、 (i) にそれぞれ相当する補助輪型展伸機 40の動作状態を YZ平面上に示した。その時の車輪 56と線路の頭部 50の関係は図 7の (j)、（k)、（1)であって、図 8に示してない。補助輪型展伸機 40ではフランジが耐震脱線防止の主要な役割を持つので、図 8 の (q)、 (r)に補助輪型展伸機 40の詳しい構造と線路の頭部 50の関係を YZ平面上に示した。図 8の（m)は補助輪型展伸機 40が通常の走行時に上部に格納されている状態で、補助輪型展伸機 40の先端は通常の走行に支障のな、ように線路の頭部 50の頭部力も格納の高さ（d ) 53分高い位置にあって、展伸機展伸機構 28は展伸

6

機

展伸機構ホルダー 27に格納されて、る。その時の YZ面上の補助輪型展伸機 40と線路の頭部 50の位置関係の詳細は図 8の（q)に示す。

図 8の (n)は展伸操作機 9が P波到来の信号を受信して、受動制御展伸機駆動部 3 0、もしくは能動制御展伸機駆動部 30Aに指令を与え、受動制御展伸機駆動部 30、もしくは能動制御展伸機駆動部 30Aが展伸機展伸機構 28を展伸させ、補助輪型展伸機 40が一定の下降移動 A60の運動により展伸長（d ) 54分展伸して線路の頭部 5 0に補助輪円板部 42が接触して、補助輪フランジ 43が線路の頭部側面 67に展伸した状態である。このときの補助輪型展伸機 40と線路の頭部 50の詳細な位置関係は図 8の（r)の YZ面上に示す。

図 8の (p)は S波が到来した時の展伸機展伸機ホルダー 27、展伸機展伸機構 28、補助輪型展伸機 40と線路の頭部 50の関係を示す。 S波の到来は地震波が車体 1に影響を与え、台車 2は上下に動揺する。台車 2に固定されている展伸機支持機構 25 は台車 2と共に同じ運動し、この台車 2に取り付けられている台車移動検出器 13は台車の浮き上がり（A d ) 55分を定量的に検出する。受動制御展伸機駆動部 30は予め台車の浮き上がり（A d ) 55の最大値を予測して、それに応じて補助輪型展伸機 40 が線路の東部 50と接する部分まで常に下降するよう駆動する。

能動制御展伸機駆動部 30Aは台車の浮き上がり（A d ) 55の信号と、展伸機展伸機構ホルダー 27と展伸機展伸機構 28の相対的な位置を示す信号を入力として、内在する制御論理回路の処理に基づき展伸機展伸機構 28を駆動する信号を出力して、補助輪型展伸機 40が図 8の (n)と同じ状態を維持できるように能動的に制御する。台車 2の浮き上がりにも関わらず、展伸機展伸機構 28は自動的に制御され、補助輪展伸機 40は常に図 8の (p)および (r)の状態を保持する。このように台車 2が地震波の影響で動揺したとしても、自動制御の原理に基づき展伸機展伸機構 28を上下移動 61させ、補助輪型展伸機 40と線路の頭部 50の関係が常に図 8の (n)と同じ状態を保持する。 S波到来の影響を受けて、車輪 56が線路の頭部 50より浮き上がり、式（ 2)の脱線係数が劣化し脱線の可能性が高くなるが、補助輪展伸機 40が図 8の (r)の状態を維持することにより脱線の可能性を極めて低く抑えることができる。

[0033] 図 9の（s)は列車が通常の走行状態で、曲線部を通過する時の車輪 56と線路の頭部 50の位置関係を示したもので、鉄道車輪の構造的な原理により線路 4の曲線部の曲率半径と列車の通過速度に従って車輪は乗り上がりが生ずる。図 9の (t)はその時の微視的な状態を示した。車輪踏面 66は僅かな傾斜を持ってフランジ 58部分の端力も外側に延びて、る。直線部分の走行ではこの車輪踏面 66が線路の頭部頭頂面 68に接して走行している。図 9では Y方向を内側にした曲線部に差し掛かるとフランジ傾斜面 65は線路の頭部側面 67に押し付けられるようになり、フランジ 58は線路の頭部 50に乗り上がり、その乗り上がり長（A d ) 69分車輪踏面 66が Z方向に浮き上が

2

る状態になる。このとき、式 (2)の脱線係数は劣化して脱線の可能性が高くなるが、通常この乗り上がり長（A d ) 69はフランジ長 64より相当に小さぐ曲線部分を通過し

2

た後、直線部分に入ると乗り上がりは無くなる。即ち、特定な路線の線路の最大曲率は線路敷設時に決定され、また、走行速度は走行規則で決められるので、特定な路線を指定するなら、その路線の乗り上がり長（A d ) 69の最大値は定まる。従って、図

2

9の（u)で示すようにフランジ 58が線路の頭部側面 67に近づく程度が判明するので、展伸機 31は乗り上がり時に生ずる余裕幅 A( A d ) 70より少し Y方向に内側に展伸

3

するなら、展伸機 31が線路の頭部 50に接触することはない。

実施例 2

[0034] 図 10は展伸機 31に接続する展伸機補強軸 75を備えたこの発明に係るシステムの全体構成例を示す。ラッチ型展伸機 35と補助輪型展伸機 40を表わす展伸機 31は動作時に線路の頭部側面 67から横圧 32を受ける。図 10の右側の展伸機 31の例の場合に横圧 32を受けると、 YZ平面上に時計回りのモーメントを生ずる。このモーメントは展伸機補強軸 75に歪みを生じさせ、抗カ 76を発生させ、横圧 32と釣り合う。このため、横圧 32が展伸機展伸機構 28や、展伸機展伸機構ホルダー 27に与える力学的負荷は展伸機補強軸 75を備えることにより小さくなる。このシステム構成において展伸機展伸機構 28と展伸機展伸ホルダー 27の主要な機能は受動制御展伸機駆動部 30、もしくは能動制御展伸機駆動部 30Aの駆動動作の従って、展伸機 31に所定の脱線防止機能を行わせることにある。展伸機 31が補助輪型展伸機 40である場合は作動時に補助輪が回転するが、脱線防止の機能のためには左右の補助輪展伸機 40の回転は独立でよぐ展伸機補強軸 75は補助輪型展伸機 31の回転にも関わらず回転しない構造にできる。また、展伸機補強軸 75が動作時、線路間構築物 86に対して空間的な余裕を持たせた構造とする。

実施例 3

[0035] 図 11は展伸機 31が作動するとき大きな摩擦が発生する箇所を示す。摩擦の課題は実施例 1および実施例 2のいずれの場合においても生ずる。図 11の (V)は実施例 1の場合の関連箇所を、図 11の (w)の場合は実施例 2の場合の関連箇所を示した。摩擦面 A80と摩擦面 C82は展伸機 31が線路の頭部側面 67と接して生ずる。摩擦面 B81と摩擦面 D83は横圧 32を受けながら展伸機展伸機構 28が展伸するとき、および展伸後、展伸機駆動部によって駆動され上下移動 61するとき、展伸機展伸機構ホルダー 27との間に生ずる。

[0036] 図 12は実施例 1において展伸機 31が展伸するとき、摩擦面 A80の摩擦を避ける対策である。図 12の )は展伸機 31が格納された状態で、展伸機展伸機構ホルダー 2 7、展伸機展伸機構 28、展伸機 31が線路の頭部側面 67から内側に余裕幅 B ( A d )

4

85離れて取り付けられる。図 12の (y)は展伸機 31が展伸した状態で、余裕幅 B ( A d ) 85があるので、展伸時に線路の頭部側面 67の間で摩擦は生じない。余裕幅 Β ( Δ

4

d ) 85は余裕幅 A( A d ) 70と等しいか、それより少し内側に設定し、また、展伸機 31

4 3

の内側が脱線防止用の構築物や、踏み切りなどのために存在する線路間構築物 86 に接触しな、範囲でなければならな、。

[0037] 図 13は実施例 2において展伸機 31が展伸するとき、摩擦面 C82の摩擦を避ける対策である。図 13の (z)は展伸機 31が格納された状態で、展伸機展伸機構ホルダー 2 7、展伸機展伸機構 28、展伸機 31が線路の頭部側面 67から内側に余裕幅 C ( A d )

5

90離れて取り付けられている。図 13の（aa)は展伸機 31が展伸した状態で、余裕幅 C ( A d ) 90があるので、展伸時に線路の頭部側面 67の間で摩擦は生じない。余裕

5

幅 C ( A d ) 90は余裕幅 A ( A d ) 70と等しいか、少し内側に設定し、また、展伸機 31

5 3

の内側が線路間の構築物 86に接しない範囲でなければならない。また、ー且、展伸機 31が展伸した後は S波が到来するので、展伸機 31は出来るだけ線路の頭部側面 67に近いほうが、展伸機 31と線路の頭部側面 67間の力のやりとりが連続で無理な力が掛からない。そのため、展伸機 31を含めた展伸機支持機構 25は水平移動 88 する機能を持たすことができる。

[0038] 図 14は展伸機 31が水平移動 88並びに図 4で示す左右の展伸機 31が独自に下降移動 A60及び上下移動 61ができる機能を有した展伸機支持機構 25である。展伸機支持枠 26の水平部材および展伸機補強軸 75の中央部の左右の部分が分離できて、各々の部材が水平移動できるように中央部分が水平移動調整機構 E95と水平移動と垂直移動できるように水平垂直移動調整機構 F96が接続されてヽる。展伸機支持機構 25と展伸機補強軸 75に水平並びに垂直移動のための調整機構が共に組み込まれているので水平並びに垂直移動が可能になる。また、水平調整機構 F96の付カロされた場合であっても展伸補強軸 75と線路間構築物 86の空間的な余裕が保持される構造とする。

また、展伸機展伸機構 28と展伸機補強軸 75の間の接続にすべる機構が介在している場合、水平移動 88は水平垂直移動機構 F96単独で水平移動 88が可能である。実施例 4

[0039] 図 15は台車の動揺にも関わらず、展伸機 31が垂直状態を維持するための構造を持つ場合のこの発明の基本的な動作原理を示した図である。図 15の (bb)は YZ平面力も見た展伸機支持機構 25と台車 2を表わす。この構成では展伸機支持機構 25 と台車 2は両者間の瞬時的エネルギーを吸収できる機構を有することも可能な回転接続器 101と回転滑走器 102で接続されて、回転接続器 101を中心に展伸機支持機構 25は回転できるため、回転滑走器 102は展伸機支持機構 25に掛力る力を回転接続器 102と分散するために取り付けられている。回転接続器 101と回転滑走器 10 2は展伸機支持枠 25と台車 2を堅固に取り付けられる役割と、両者の回転を容易にする役割を持つ。 P波到来時は微動段階であるので、展伸機支持機構 25と台車 2は図 15の状態であるが、 S波が到来して大きな地震波を受けると台車 2が動揺して、傾斜した台車 100の状態になる力そのとき、展伸機 31は線路の頭部側面 67の近傍にあって、台車 2の揺れに影響されることなく展伸機を垂直状態に維持して脱線防止の機能を果たす。但し、台車 2が地震波で動揺した場合であっても、フランジ 58が脱線に至らない乗り上がりの限界があるので、この限界を超えて台車 2が揺れることは許されない。従って、回転接続器 101と回転滑走器 102は回転の限界を持なければならない。この回転の限界に至る地震波の影響があった時、展伸機 31と車輪のフランジ 58で横圧 32を受けて、この発明に係るシステムと台車 2を含む車体 1全体で地震に対抗しなければならない。また、この構造の場合、展伸機支持機構 25は展伸機 31が作動する以前の格納状態では回転固定器 103により台車 2に固定されていて、展伸機 31が展伸した後、回転の動作が可能になるような構造を持つ。図 15の (cc) は展伸機展伸機構 25と台車 2を XZ平面から見たもので、回転接続器 101と回転滑走器 102が示されている。

[0040] この発明の主要機能は展伸機 31と線路の頭部 50の関係より脱線を防止することである。これを実現するための機構部として、展伸支持機構 25がある。展伸支持機構 2 5の構成方法として、図 4、図 10、図 14、図 15で典型的構成例を示したが、力学的な合理性が許せばこれらを基に種々の関連する構成が可能である。図 10、図 14、図 1 5では展伸機補強軸 75を採用いるので、各図では展伸機支持枠 26と展伸機補強軸 75の間を二本の展伸機機構ホルダー 27で接続している力これを一本の展伸機展伸ホルダーで構成することは可能である。

産業上の利用可能性

[0041] 現在走行中の列車の地震対策として整備されている P波検出後、直ちに停車させる方式では列車の近くで発生する直下型地震に対しての防災措置として不十分であるので、この発明に係るシステムを車両に搭載するとこによって脱線の防止が達成可能なので、脱線に伴なう災害防止を期するため、現在使用されている車両に適応可能である。

図面の簡単な説明

圆 1]実施例に係る鉄道車両と展伸機を用いた耐震脱線防止システムの関係を示した図である。

[図 2]実施例に係る台車の側面を示した図である。

[図 3]実施例に係る台車の平面を示した図である。

圆 4]実施例に係る展伸機を用いた耐震脱線防止システムの構成の全体を示した図である。（実施例 1)

圆 5]実施例に係るラッチ型展伸機を示した図である。

圆 6]実施例に係る補助輪型展伸機を示した図である。

圆 7]実施例に係るラッチ型展伸機と車輪の動作の関係を示した図である。

圆 8]実施例に係る補助輪型展伸機の動作を示した図である。

[図 9]走行時の車輪と線路の頭部の動作状態の詳細を示した図である。

[図 10]実施例に係る展伸機を用いた耐震脱線防止システムの構成の全体をしました図である。（実施例 2)である。

圆 11]展伸機の動作時に発生する摩擦箇所を示した図である。

圆 12]実施例 1に係る展伸機が展伸する時の状態を示した図である。

圆 13]実施例 2に係る展伸機が展伸する時の状態を示した図である。

圆 14]実施例 2に係る水平移動機能を有した展伸機を用いた耐震脱線防止システムの構成の全体を示した図である。

[図 15]実施例に係る展伸機を用いた耐震脱線防止システムの構成の全体を示した図である。（実施例 4)

[図 16]従来の線路の構造を示した図である。

[図 17]従来の脱線が発生しときの車両の様子を示す図である。

圆 18]従来の線路と車輪の力学的な関係を示した図である。

[図 19]従来の車両の正常および浮き上がりの走行時の線路と車輪の関係を示す図である。

圆 20]従来の脱線防止ラッチの動作状況と線路の存在する継ぎ目板の状態を示す図である。

符号の説明

1 車体

2 台車

3 車輪

4 線路

5 集電器

6 架線

7 予備電源

8 展伸機を用いた耐震脱線防止システム

9 展伸機操作器

10 台車枠

11 軸受

12 展伸機を用いた耐震脱線防止システム装填領域 13 台車移動検出器

20 車軸

25 展伸機支持機構

26 展伸機支持枠

27 展伸機展伸機構ホルダー

28 展伸機展伸機構

29 展伸機支持枠補強材

30 受動制御展伸機駆動部

30A 能動制御展伸機駆動部

31 展伸機

32 横圧

35 ラッチ型展伸機

36 ラッチの幅 Y(d )

37 ラッチの幅 X(d ) ラッチの直径 (d)

3 へら

A 平板型へら

B 円板型へら

補助輪型展伸機補助輪主軸

補助輪円板部

補助輪フランジ補助輪円板半径補助輪フランジまでの半径補助輪フランジ長 (d)

4 補助輪フランジ幅 (d)

5 線路の頭部

線路の中部

線路の底部

格納の高さ（d )

6 展伸長 (d)

7

台車の浮き上がり（Ad )

1 車輪

車輪中心

フランジ

フランジ幅 (d )

8 下降移動 A

上下移動

フランジ長 (d )

9 フランジ傾斜面車輪踏面

線路の頭部側面線路の頭部頭頂面乗り上がり長（Ad)

2 余裕幅 A(Ad)

3 展伸機補強軸

抗カ

摩擦面 A

摩擦面 B

摩擦面 C

摩擦面 D

余裕幅 B(Ad)

4 線路間構築物

下降および上下移動水平移動

余裕幅 C(Ad)

5 水平移動調節機構 E 水平垂直移動調節機構 F 傾斜した台車回転接続部

回転滑走部

回転固定部

枕木

砂禾 IJ

先頭車両

ニ両曰車両

車輪

車輪踏面

輪重

横圧 124 線路の頭部 125 フランジ 126 線路の中部 127 線路の底部 130 フランジ長 135 展伸したラッチ 136 継ぎ目板

Claims

請求の範囲

[1] 鉄道車体の下部であって、線路より上部で、かつ車輪が走行するとき障害にならないように台車に堅牢に取り付けられた構造体よりなる展伸機を用いた耐震脱線防止

、て、前記システムの一部をなす展伸機展伸機構の先端に接続する展伸機を備え、前記展伸機展伸機構は二本の線路の各々の内側の線路の頭部の車輪のフランジが走行する領域の近傍に在って、線路の頭部より上部に格納されていた通常の走行状態から、前記展伸機展伸機構が展伸することにより、前記展伸機が線路の頭部の下部に達する構造を有して、かつ台車の動揺データと前記展伸機展伸機構の位置のデータを入力として、内在する自動制御の論理回路の処理に基づいて、台車の動揺にも関わらず、展伸機を線路の頭部の下部に受動制御的に、もしくは能動制御的に常に留まるようにした前記展伸機と接続した展伸機展伸機構を力学的に支えられる展伸機支持機構が車台に取り付けられたことを特徴とする展伸機を用いた耐震脱線防止システム

[2] 予備電源を備えたことを特徴とする請求項 1に記載した展伸機を用いた耐震脱線防止システム

[3] 請求項 1に記載した左右一対の垂直方向の展伸機を水平方向に結合する展伸機補強軸を備えたことを特徴とする請求項 1に記載した展伸機を用いた耐震脱線防止システム

[4] 車輪が曲線部を通過する時、フランジが線路の頭部側面に沿って線路に乗り上がる高さに相当する余裕幅 A (70)より内側に請求項 1に記載した展伸機が展伸すること、および、前記展伸機が展伸した位置より線路に向って外側に移動することが可能になるように、請求項 3に記載した展伸機補強軸が水平移動が可能になるように水平移動調整機構を備えたことを特徴とする請求項 1から 3からのいずれか 1項目に記載した展伸機を用いた耐震脱線防止システム

[5] 請求項 1に記載し、請求項 2、請求項 3と請求項 4に記載した特徴を備える展伸支持機構が台車と接続する部分にぉ、て、前記展伸支持機構と前記台車の結合部を回転可能にするため回転接続部、あるいは回転接続部と回転滑走部を備えたことを特徴とする請求項 1から 4のいずれか 1項目に記載した展伸機を用いた耐震脱線防止システム

[6] 請求項 5に記載した回転接続部と回転滑走部の回転角に制限のあることを特徴とする請求項 5に記載した展伸機を用いた耐震脱線防止システム