(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レールボンドと同等の機能を持った継ぎ目板により電気的導通がとられている鉄道レールの継ぎ目間に存在する抵抗を測定するレール継ぎ目間の抵抗測定方法において、
交流四端子法によりレールの継ぎ目間の交流インピーダンスにおける実効抵抗値（以下、ＡＣＲという）を検出した後、そのＡＣＲを、
ＤＣＲ＝（ＡＣＲ−β）／α
〔ただし、α；レール固有の変換係数，β；上記継ぎ目板の補正値（Ω），ＤＣＲ；直流抵抗値（以下、ＤＣＲという）〕
なる式によりＤＣＲに変換することを特徴とするレール継ぎ目間の抵抗測定方法。
【請求項２】
レールボンドと同等の機能を持った継ぎ目板により電気的導通がとられている鉄道レールの継ぎ目間に存在する抵抗を測定するレール継ぎ目間の抵抗測定装置において、
交流四端子法によりレールの継ぎ目間のＡＣＲを検出する抵抗検出手段と、被測定レールの種類を選択するレール選択手段と、レールの種類ごとにその固有の変換係数αおよび上記継ぎ目板の補正値β（Ω）が書き込まれた記憶手段と、上記ＡＣＲをＤＣＲに変換する演算制御手段と、表示手段とを含み、
上記演算制御手段は、上記レール選択手段にて選択されたレールの種類に応じて上記記憶手段からその固有の変換係数αおよび上記継ぎ目板の補正値βを読み出し、ＤＣＲ＝（ＡＣＲ−β）／αなる演算を行なって、上記抵抗検出手段にて検出されたＡＣＲをＤＣＲに変換して上記表示手段に表示することを特徴とするレール継ぎ目間の抵抗測定装置。
【請求項３】
上記記憶手段には、レールの種類ごとに良否判定用の比較基準値がさらに書き込まれ、上記演算制御手段は、上記ＤＣＲと上記基準値とを比較し、その比較判定結果を上記表示手段に表示する請求項２に記載のレール継ぎ目間の抵抗測定装置。
【請求項４】
上記比較基準値には、良否判定のための低抵抗側の第１閾値（施工時上限値）と高抵抗側の第２閾値（メンテナンス時上限値）とが含まれ、上記演算制御手段は、上記ＤＣＲ＜第１閾値の場合は良判定、第１閾値≦上記ＤＣＲ＜第２閾値の場合は注意判定、第２閾値≦上記ＤＣＲの場合には不良判定として、これらの比較判定結果を上記表示手段に表示する請求項３に記載のレール継ぎ目間の抵抗測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレール継ぎ目間の抵抗測定方法およびその装置に関し、さらに詳しく言えば、レールボンドと同等の機能を持った継ぎ目板により電気的導通がとられている鉄道レールの継ぎ目間に存在する抵抗を測定する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道レールは、軌道電流および帰線電流の電気回路としても利用されており、それらの電流が途絶えると信号機系統などに支障が生ずる。そのため、レールの継ぎ目間はレールボンド（軟銅より線）により電気的な導通がとられていた。
【０００３】
レールボンドの場合、軟銅より線の両端につけられた溶接ターミナルとレールが完全に溶接されるため、計算された十分小さな値を確保することができるので、特に抵抗管理をする必要がないという利点を備えているが、他方においてレールへの取り付けは溶接により行なわれているため車両の通過振動などにより、その溶接部分が突発的に剥離するおそれを含んでいる。
【０００４】
そこで、レールボンドに代えて、レール間をレールボンドと同等の機能を持った継ぎ目板で接続する方法がすでに一部区間で採用されている。レールボンドと同等の機能を持った継ぎ目板の場合、機械的接触によって電気的導通を得ているため、施工後その良否を判定するために抵抗値が、あらかじめ定められている基準値以下であることを確認する必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、通常レールには軌道電流及び帰線電流が流れているため、その軌道電流が測定器に対してはノイズとなる。このノイズを低減するには、直流発生器よりレールに大きな直流電流を流したり、測定値を平均化する必要があるため、装置が大がかりなものとなってしまう。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の測定方法によれば、レールに流れている軌道電流及び帰線電流に影響されることなく、レールボンドと同等の機能を持った継ぎ目板によるレール継ぎ目間の抵抗を正確に測定することができ、また、自動的に良否判定をも行なうことができる。
【０００７】
そのため、本発明は、レールボンドと同等の機能を持った継ぎ目板により電気的導通がとられている鉄道レールの継ぎ目間に存在する抵抗を測定するにあたって、交流四端子法によりレールの継ぎ目間の交流インピーダンスにおける実効抵抗値（ＡＣＲ）を検出した後、そのＡＣＲを、ＤＣＲ＝（ＡＣＲ−β）／α〔ただし、α；レール固有の変換係数，β；上記継ぎ目板の補正値（Ω），ＤＣＲ；直流抵抗値〕なる式によりＤＣＲに変換することを特徴としている。
【０００８】
交流で測定すると、フィルタ回路や同期検波回路などによりノイズの除去が可能であるため、直流測定方式に比べて比較的小さな測定電流で安定した抵抗測定を行なうことができる。実際には、軌道電流が大きいため直流測定方式では軌道電流が流れていないときにしか安定した測定ができなかったが、本発明によれば、軌道電流が流れているときでも、その影響を低減した安定な測定が可能となる。
【０００９】
普通鉄道構造規則によると、直流電化区間においては、レールとレール間を接続する抵抗値の上限が直流抵抗で規定されているが、本発明によれば、上記の換算式に基づいてＡＣＲがＤＣＲに自動的に変換されるため、交流で測定しても何ら支障はない。
【００１０】
ところで、交流電流は一般的に表皮効果があり、電流はレールの内部にまで浸透しない。例えば、測定電流１ｋＨｚで測定すると、電流が流れるのはレール表面から約０．７ｍｍの深さまでである。また、レールボンドと同等の機能を持った継ぎ目板部分は、継ぎ目板とレールとの接触抵抗があるので、その部分は単純な表皮効果ではなく、接点抵抗となる。
【００１１】
一般的に、交流抵抗は表皮効果により、直流抵抗に比べて大きくなるが、表皮効果と接点抵抗を含めて、交流抵抗から直流抵抗への換算は、一次関数に近似できる。この一次関数が上記の換算式であり、これはレールの種別ごとに異なっている。
【００１２】
また、本発明の測定装置は、交流四端子法によりレールの継ぎ目間のＡＣＲを検出する抵抗検出手段と、被測定レールの種類を選択するレール選択手段と、レールの種類ごとにその固有の変換係数αおよびレールボンドと同等の機能を持った継ぎ目板の補正値β（Ω）が書き込まれた記憶手段と、上記ＡＣＲをＤＣＲに変換する演算制御手段と、表示手段とを含み、上記演算制御手段は、上記レール選択手段にて選択されたレールの種類に応じて上記記憶手段からその固有の変換係数αおよび上記継ぎ目板の補正値βを読み出し、ＤＣＲ＝（ＡＣＲ−β）／αなる演算を行なって、上記抵抗検出手段にて検出されたＡＣＲをＤＣＲに変換して上記表示手段に表示することを特徴としている。
【００１３】
本発明には、上記記憶手段にレールの種類ごとに良否判定用の比較基準値がさらに書き込まれ、上記演算制御手段は、上記ＤＣＲと上記基準値とを比較し、その比較判定結果を上記表示手段に表示する態様が含まれる。
【００１４】
この比較判定に際しては、上記比較基準値として低抵抗側の第１閾値（施工時上限値）と高抵抗側の第２閾値（メンテナンス時上限値）とを設定し、上記ＤＣＲ＜第１閾値の場合は良判定、第１閾値≦上記ＤＣＲ＜第２閾値の場合は注意判定、第２閾値≦上記ＤＣＲの場合には不良判定として、これらの比較判定結果を上記表示手段に表示することが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１には、２本のレールＲ１，Ｒ２をレールボンドと同等の機能を持った継ぎ目板Ｊで接続した継ぎ目部分が示されている。本発明によると、この継ぎ目間の抵抗が交流四端子法により検出される。
【００１６】
すなわち、抵抗検出手段１０として、交流電流発生器１１と交流電圧測定器１２とを有し、交流電流発生器１１から一対の電流プローブ１１ａ，１１ｂを介してレールＲ１，Ｒ２間に所定の交流測定電流Ｉが供給され、そのときにレールＲ１，Ｒ２間に発生する電圧降下Ｖが一対の電圧プローブ１２ａ，１２ｂを介して交流電圧測定器１２にて測定される。
【００１７】
この交流測定電流Ｉと測定電圧Ｖは、図２のＡ／Ｄ変換器２０にてディジタル変換され、演算制御手段３０に与えられる。演算制御手段３０には、ＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ  ｐｒｏｃｃｅｓｉｎｇ  ｕｎｉｔ）やマイクロコンピュータなどが用いられ、演算制御手段３０は交流測定電流Ｉと測定電圧Ｖとから、ＡＣＲを算出する。
【００１８】
鉄道レールには、ＪＩＳで規定された各種レールがあり、例えば４０ｋｇレール，５０ｋｇレールおよび６０ｋｇレールなどがあり、それぞれ固有の係数を備えている。被測定レールを選択可能とするため、演算制御手段３０にはレール選択手段４０が接続されている。レール選択手段４０は例えば選択キー方式であってよい。
【００１９】
また、演算制御手段３０には第１記憶手段５１と第２記憶手段５２の２つの記憶手段が接続されている。第１記憶手段５１には、良否判定のための比較基準値が各レールの種類ごとに格納されている。この実施例によると、比較基準値には、低抵抗側の第１閾値（施工時上限値）ＲＬと高抵抗側の第２閾値（メンテナンス時上限値）ＲＨとが含まれている。
【００２０】
第２記憶手段５２には、レールの種類ごとにその固有の変換係数αと、レールボンドと同等の機能を持った継ぎ目板Ｊの補正値β（Ω）が格納されている。なお、図２には説明の便宜上、第１記憶手段５１と第２記憶手段５２とが分けて示されているが、一つの記憶手段にそれぞれのメモリ領域を設定してもよい。
【００２１】
変換係数αおよび補正値βは、図１のようにレールボンドと同等の機能を持った継ぎ目板Ｊにて接続されたレールＲ１，Ｒ２間の抵抗を、軌道電流が流れていない状態として交流四端子法と直流四端子法とによりそれぞれ測定し、その実測データの相関をとることにより求められる。
【００２２】
参考として、図３に５０ｋｇレールのＤＣＲとＡＣＲの相関をとったデータプロット図を示す。なお、図３のＤＣＲとＡＣＲの相関データは、交流四端子法の場合の測定電流は実効値５０ｍＡに固定し、直流四端子法の場合の測定電流は２Ａに固定し、レールボンドと同等の機能を持った継ぎ目板Ｊのボルトを若干緩めた状態からトルクレンチで次第に締め付けて行き、最終的な締め付け力を２０００ｋｇｃｍとしたときのデータである。
【００２３】
図３のデータプロット図から分かるように、ＤＣＲとＡＣＲは、
ＡＣＲ＝α・ＤＣＲ＋β
なる一次関数に近似できる。この場合、αは表皮効果による各レール固有の変換係数で、βはレールボンドと同等の機能を持った継ぎ目板Ｊの補正値（Ω）である。
【００２４】
したがって、（ＡＣＲ−β）／αなる計算式により、ＡＣＲをＤＣＲに変換することができる。このような変換係数αおよび補正値βが第２記憶手段５２に格納される。
【００２５】
次に、測定動作の一例を説明する。まず、レール選択手段４０により被測定レールの種類を選択して、演算制御手段３０に測定開始指示信号を与えると、抵抗検出手段１０により交流四端子法による抵抗検出が実施される。
【００２６】
演算制御手段３０は、抵抗検出手段１０からの交流測定信号Ｉと測定電圧ＶとからＡＣＲを算出する。そして、第２記憶手段５２から上記変換係数αおよび補正値βを読み出し、（ＡＣＲ−β）／αなる計算式により、ＡＣＲをＤＣＲに変換する。
【００２７】
次に、演算制御手段３０は、このＤＣＲについて良否判定を行なう。すなわち、第１記憶手段５１から第１閾値（施工時上限値）ＲＬと第２閾値（メンテナンス時上限値）ＲＨ（ＲＬ＜ＲＨ）を読み出し、ＤＣＲと比較し、
▲１▼ＤＣＲ＜第１閾値の場合は良判定、
▲２▼第１閾値≦ＤＣＲ＜第２閾値の場合は注意判定、
▲３▼第２閾値≦ＤＣＲの場合には不良判定として、
ＤＣＲとともに、これらの比較判定結果を表示手段６０に表示する。参考までに、図４に本発明の動作フローチャートを示し、また、図５に５０ｋｇレールを選択したときの表示手段６０の表示例を示す。
【００２８】
上記実施例では、比較基準値として２つの閾値を設定しているが、比較基準値を一つとしてもよい。その場合には、普通鉄道構造規則に規定されている上限値を採用すればよい。比較判定時の「＝」（等号）設定は上記実施例に限定されない。等号を上記実施例と反対に付けても均等手段として本発明に含まれる。また、演算制御手段３０に、実効抵抗の算出機能と判定機能の双方を持たせているが、演算制御手段３０を演算専用のプロセッサと判定専用のコンパレータに分けてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の測定方法によれば、交流四端子法を採用したことにより、軌道電流及び帰線電流が流れているときでも、その影響をほとんど受けることなく、レールボンドと同等の機能を持った継ぎ目板にて接続されているレール継ぎ目間の抵抗を正確に測定することができるとともに、そのＡＣＲが自動的にＤＣＲに変換されるため、普通鉄道構造規則に規定されている抵抗値との比較を行なううえで便利である。
【００３０】
また、本発明の測定装置によれば、被測定レールの種別を選択するだけで、ＡＣＲからＤＣＲへの変換および比較基準値との比較判定が自動的に行なわれるため、レール施工後の抵抗管理を簡単かつ迅速に行なうことができる。また、装置が小型化可能であるため携帯に便利であり、屋外での作業性が大幅に向上される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明において、レールボンドと同等の機能を持った継ぎ目板で接続されたレール継ぎ目間の抵抗を交流四端子法により検出する状態を示した説明図。
【図２】本発明の各構成要素を示したブロック図。
【図３】５０ｋｇレールのＤＣＲとＡＣＲの相関をとったデータプロット参考図。
【図４】本発明の概略的な動作フローチャート。
【図５】本発明による測定結果の表示例を示した表示画面図。
【符号の説明】
１０  抵抗検出手段
１１  交流電流発生器
１２  交流電圧測定器
２０  Ａ／Ｄ変換器
３０  演算制御手段
４０  レール選択手段
５１，５２  記憶手段
６０  表示手段
Ｒ１，Ｒ２  レール
Ｊ  レールボンドと同等の機能を持った継ぎ目板
【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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