(57)【要約】【課題】  鉄道車両の中空車軸の内径面に及ぶき裂や軸受の異常温度の発生等の異常を常時監視し、その車軸に発生した重大な異常を車軸の折損に至る前に検知することができる鉄道車両の車軸異常検知システムを提供する。【解決手段】  鉄道車両の車軸異常検知システムにおいて、中空加工を施工した車軸１の中空部２の車軸内径面２ａに至るき裂４を検出する圧力検知センサ７と、この圧力検知センサ７からの異常を示す警報出力信号を送信する発信機６と、この発信機６からの警報出力信号を受信する検知車両の受信機８とを備え、前記車軸１に発生した重大な異常を車軸２の折損に至る前に検知する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）中空加工を施工した車軸の中空部の車軸内径面に至るき裂を検出する検知センサと、
（ｂ）該検知センサからの異常を示す警報出力信号を送信する発信機と、
（ｃ）該発信機からの警報出力信号を受信する検知車両の受信機とを備え、
（ｄ）前記車軸に発生した重大な異常を車軸の折損に至る前に検知することを特徴とする鉄道車両の車軸異常検知システム。
【請求項２】
請求項１記載の鉄道車両の車軸異常検知システムにおいて、前記検知センサが圧力検知センサであることを特徴とする鉄道車両の車軸異常検知システム。
【請求項３】
請求項２記載の鉄道車両の車軸異常検知システムにおいて、前記圧力検知センサをジャーナル軸受座下部又は車軸端部に配置することを特徴とする鉄道車両の車軸異常検知システム。
【請求項４】
請求項１記載の鉄道車両の車軸異常検知システムにおいて、前記検知センサが前記車軸の中空部の車軸内径面に配置される導電体の変状を検出することを特徴とする鉄道車両の車軸異常検知システム。
【請求項５】
請求項１記載の鉄道車両の車軸異常検知システムにおいて、前記検知センサが前記車軸の中空部の車軸内径面に配置される光ファイバの変状を検出することを特徴とする鉄道車両の車軸異常検知システム。
【請求項６】
（ａ）中空加工を施工した車軸の軸受部に配置される温度検知センサと、
（ｂ）該温度検知センサからの異常を示す警報出力信号を送信する発信機と、
（ｃ）該発信機からの警報出力信号を受信する検知車両の受信機とを備え、
（ｄ）前記車軸の軸受に発生した重大な異常を車軸溶断に至る前に検知することを特徴とする鉄道車両の車軸異常検知システム。
【請求項７】
請求項６記載の鉄道車両の車軸異常検知システムにおいて、前記温度検知センサをジャーナル軸受座下部又は車軸端部に配置することを特徴とする鉄道車両の車軸異常検知システム。
【請求項８】
請求項６記載の鉄道車両の車軸異常検知システムにおいて、前記検知センサが圧力検知センサであることを特徴とする鉄道車両の車軸異常検知システム。
【請求項９】
請求項６記載の鉄道車両の車軸異常検知システムにおいて、前記検知センサが導電体の変状を検出するセンサであることを特徴とする鉄道車両の車軸異常検知システム。
【請求項１０】
請求項６記載の鉄道車両の車軸異常検知システムにおいて、前記検知センサが光ファイバの変状を検出するセンサであることを特徴とする鉄道車両の車軸異常検知システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の車軸異常検知システムに係り、特に、車軸折損による脱線を防ぐために、鉄道車両の中空車軸の内面にき裂が至った時点、又は軸受異常発熱が車軸中空部に至った時点で異常を検出する鉄道車両の車軸異常検知システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道車両における車軸は、その損傷が直ちに脱線等の重大な事故に結びつくため、「安全寿命」の概念に基づいた設計が行われている。そのため、車軸に損傷が発生した場合においても、折損に至る前に損傷を検知できるような検査周期を設定し、超音波探傷や磁粉探傷といった非破壊検査が行われてきた。
【０００３】
また、本願出願人は、鉄道車両の異常状態、特に、軸受温度異常などの各種センサーの異常検知とそれに対応した制御を行う鉄道車両の異常検知システムを提案している（下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１６８７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような非破壊検査技術の進歩によって、検査時に発見可能な欠陥の大きさは飛躍的に改善したが、供用中の車軸を常時監視するシステムではないため、検査周期間に発生したき裂を検知することができなかった。その結果、設計上の想定を超える損傷を受けた場合においては、検査周期間にき裂が発生、進展し、車軸の折損という重大な事故につながった例が見受けられる。
【０００６】
本発明は、上記状況に鑑みて、鉄道車両の中空車軸の内径面に及ぶき裂や軸受異常発熱による車軸異常発熱を常時監視し、その車軸に発生した重大な異常を車軸の折損に至る前に検知することができる鉄道車両の車軸異常検知システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕鉄道車両の車軸異常検知システムにおいて、中空加工を施工した車軸の中空部の車軸内径面に至るき裂を検出する検知センサと、この検知センサからの異常を示す警報出力信号を送信する発信機と、この発信機からの警報出力信号を受信する検知車両の受信機とを備え、前記車軸に発生した重大な異常を車軸の折損に至る前に検知することを特徴とする。
【０００８】
〔２〕上記〔１〕記載の鉄道車両の車軸異常検知システムにおいて、前記検知センサが圧力検知センサであることを特徴とする。
【０００９】
〔３〕上記〔２〕記載の鉄道車両の車軸異常検知システムにおいて、前記圧力検知センサをジャーナル軸受座下部又は車軸端部に配置することを特徴とする。
【００１０】
〔４〕上記〔１〕記載の鉄道車両の車軸異常検知システムにおいて、前記検知センサが前記車軸の中空部の車軸内径面に配置される導電体の変状を検出することを特徴とする。
【００１１】
〔５〕上記〔１〕記載の鉄道車両の車軸異常検知システムにおいて、前記検知センサが前記車軸の中空部の車軸内径面に配置される光ファイバの変状を検出することを特徴とする。
【００１２】
〔６〕鉄道車両の車軸異常検知システムにおいて、中空加工を施工した車軸の軸受部に配置される温度検知センサと、この温度検知センサからの異常を示す警報出力信号を送信する発信機と、この発信機からの警報出力信号を受信する検知車両の受信機とを備え、前記車軸の軸受に発生した重大な異常を車軸溶断に至る前に検知することを特徴とする。
【００１３】
〔７〕上記〔６〕記載の鉄道車両の車軸異常検知システムにおいて、前記温度検知センサをジャーナル軸受座下部又は車軸端部に配置することを特徴とする。
【００１４】
〔８〕上記〔６〕記載の鉄道車両の車軸異常検知システムにおいて、前記検知センサが圧力検知センサであることを特徴とする。
【００１５】
〔９〕上記〔６〕記載の鉄道車両の車軸異常検知システムにおいて、前記検知センサが導電体の変状を検出するセンサであることを特徴とする。
【００１６】
〔１０〕上記〔６〕記載の鉄道車両の車軸異常検知システムにおいて、前記検知センサが光ファイバの変状を検出するセンサであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、鉄道車両の車軸折損に至るような、車軸への大きなき裂や軸受の異常温度の発生による車軸の損傷を、供用中に常時監視することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施例を示す鉄道車両の車軸異常検知システムの構成図である。
【図２】本発明の第１実施例を示す鉄道車両の車軸の外観斜視図である。
【図３】本発明の第１実施例を示す鉄道車両の車軸異常検知システムの動作フローチャートである。
【図４】本発明の第１実施例を示す鉄道車両の車軸異常検知システムの第１変形例を示す図である。
【図５】本発明の第１実施例を示す鉄道車両の車軸異常検知システムの第２変形例を示す図である。
【図６】本発明の第２実施例を示す鉄道車両の車軸の軸受異常検知システムの構成図である。
【図７】本発明の第２実施例を示す鉄道車両の車軸の軸受異常検知システムの動作フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の鉄道車両の車軸異常検知システムは、中空加工を施工した車軸の中空部の車軸内径面に至るき裂を検出する検知センサと、この検知センサからの異常を示す出力信号を受信する検知車両の制御装置とを備え、前記車軸に発生した重大な異常を車軸の折損に至る前に検知する。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２１】
図１は本発明の第１実施例を示す鉄道車両の車軸異常検知システムの構成図、図２はその車軸の外観斜視図である。
【００２２】
これらの図において、１は中空加工を施工した車軸（中空車軸）、２は中空車軸１の中空部であり、車軸１の端部まで延びている。２ａは中空車軸１の中空部２の中空内径面、３は中空車軸１に固定された車輪、４は中空車軸１に発生したき裂、５は検査時に流体（気体や流体）などを充填した中空車軸１の中空部２の端部の封止部材、６は封止部材５に取付られる発信機、７は中空車軸１の中空部２内に配置される圧力検知センサ、８は検知車両（車両又は台車など）に設置される受信機である。
【００２３】
ここでは、中空車軸１の中空部２は加圧又は減圧状態に保持されており、中空車軸１に発生したき裂４が車軸１の中空部２の中空内径面２ａにまで達すると、中空車軸１の中空部２内の圧力が変動する。圧力検知センサ７はこの圧力の変動を検知して発信機６から警報出力信号を発生させ、その警報出力信号が受信機８で受信され、運転士に異常を報知する。
【００２４】
図３は本発明の第１実施例を示す鉄道車両の車軸異常検知システムの動作フローチャートである。
【００２５】
（１）まず、例えば、気体を加圧充填した中空車軸に圧力検知センサを設置する（ステップＳ１）。
【００２６】
（２）その中空車軸のき裂の発生が車軸内径面まで到達したか否かを判断するため、加圧充填された気体の圧力変動を圧力検知センサによりチェックする（ステップＳ２）。
【００２７】
（３）次いで、圧力検知センサからの異常を示す警報出力信号を発信機により検知車両の受信機に送信する（ステップＳ３）。
【００２８】
（４）運転士はその受信機での圧力検知センサの警報出力信号を確認後、車両を通常ブレーキにて停車させる（ステップＳ４）。
【００２９】
その検知方法第１の変形例としては、上記した圧力検知センサ７による加圧充填された気体の圧力変動の検知に代えて、図４に示すように、中空車軸１の中空部２の中空内径面２ａにここでは導電体１１を貼付けるようにして、その導電体１１には電源１２と電流の変化を検知する電流センサ１３を接続するようにしてもよい。このような構成とすることで、車軸１に発生したき裂４が中空車軸１の中空部２の中空内径面２ａにまで達するとその導電体１１が切断されることになるので、その変化を電流検知センサ１３により検知して警報出力信号を発生させ、その警報出力信号が発信機６で検知車両に設置される受信機８に送信されて警報を発生させ、運転士に異常を報知する。
【００３０】
また、第２の変形例としては、上記した導電体１１の設置に代えて、図５に示すように、中空車軸１の中空部２の中空内径面２ａにここでは光ファイバ２１を貼付けるようにして、その光ファイバ２１には光源２２と光量の変化を検知する光検知センサ２３を接続するようにしてもよい。このような構成とすることで、中空車軸１に発生したき裂４が中空部２の中空内径面２ａにまで到達するとその光ファイバ２１が変形乃至切断するので、その変状を光検知センサ２３により検知して警報出力信号を発生させ、その警報出力信号が発信機６で検知車両に設置される受信機８に送信されて警報を発生させ、運転士に異常を報知する。なお、通常は１個の圧力センサの設置でよいが、誤検知などの圧力センサの信頼性を高める観点から、２個以上の圧力センサを設置するようにしてもよい。
【００３１】
図６は本発明の第２実施例を示す鉄道車両の車軸の軸受異常検知システムの構成図である。
【００３２】
この図において、３１は中空車軸、３２は車軸３１の中空部、３３は車輪、３４は車輪３３が嵌合する車輪座、３５は車軸３１に固定される軸受内輪、３６は車軸３１と軸受内輪３５とが接する部分であるジャーナル軸受座、３７は固定部、３８は固定部３７に固定される軸受外輪、３９は軸受内輪３５と軸受外輪３８との間に配置される転動体、４０はジャーナル軸受座３６の直下の車軸３１の中空部３２の表面（中空部内径面）に配置される温度検知センサ、４１は温度検知センサ４０に接続される発信機、４２は検知車両に設置される受信機である。
【００３３】
このように、この実施例では、ジャーナル軸受座３６の直下の車軸３１の中空部３２の表面（中空部内径面）に温度検知センサ４０を配置し、直接軸受装置の温度監視をするようにしている。しかし、このような温度検知センサ４０に代えて、車軸３１の封止された中空部３２内面に圧力センサや、導電体や、光ファイバなどの性状の変化を検知するセンサによっても、上記したジャーナル軸受座３６の直下の車軸３１の中空部３２が高温になれば検知することが可能になる。
【００３４】
また、上記したジャーナル軸受座３６の異常発熱による圧力センサ自体の異常信号の発生により、車軸異常警報を発信することができる。
【００３５】
したがって、上記したジャーナル軸受座３６の直下の車軸３１の中空部３２の異常発熱により高温になり、車軸３１の中空部３２の温度が耐久温度を超過すると温度検知センサ４０（その他のセンサでもよい）に接続される発信機４１から検知車両に設置される受信機４２に異常を示す警報出力信号が送信されて警報を発生させ、運転士に車軸の異常を報知する。
【００３６】
軸受の異常等による車軸溶断の際には、中空車軸の中空部の中空内径面において温度が数百℃となるため、図７に示すように、温度センサをジャーナル軸受座下部に配置することにより、軸受異常等による車軸溶断も同時に検知可能である。なお、上記した温度センサはジャーナル軸受座下部に限定することなく、軸端部に配置するようにしてもよい。
【００３７】
図７は本発明の第２実施例を示す鉄道車両の車軸の軸受異常検知システムの動作フローチャートである。
【００３８】
（１）まず、ジャーナル軸受座の下面に温度検知センサを設置する（ステップＳ１１）。
【００３９】
（２）次に、その中空車軸の軸受に異常が発生して軸受の温度が温度検知センサの耐久温度を超過するか否かを温度検知センサによりチェックする（ステップＳ１２）。
【００４０】
（３）次いで、温度検知センサからの異常を示す警報出力信号を発信機により検知車両の受信機に送信する（ステップＳ１３）。
【００４１】
（４）運転士はその警報発生装置での温度検知センサの警報出力信号を確認後、車両を通常ブレーキにて停車させる（ステップＳ１４）。
【００４２】
また、上記したように、車軸の封止された中空部３２内面に圧力センサや、導電体や、光ファイバなどの性状の変化を検知するセンサを設けて、それぞれのセンサによっても、車軸ジャーナル部であるジャーナル軸受座の直下の車軸の中空部が高温になれば検知することができる。
【００４３】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の鉄道車両の車軸異常検知システムは、中空車軸に発生した重大な異常を車軸の折損に至る前に検知することができる車軸異常検知システムとして利用可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１，３１    中空加工を施工した車軸（中空車軸）
２，３２    中空車軸の中空部
２ａ    中空車軸の中空部の中空内径面
３，３３    車輪
４    車軸に発生したき裂
５    封止部材
６，４１    発信機
７    圧力検知センサ
８，３６，４２    受信機
１１    導電体
１２    電源
１３    電流検知センサ
２１    光ファイバ
２２    光源
２３    光検知センサ
３４    車輪座
３５    軸受内輪
３６    ジャーナル軸受座
３７    固定部
３８    軸受外輪
３９    転動体
４０    温度検知センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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