(57)【要約】【課題】 給電源のない場所でも、列車の通過する振動を電気エネルギーに変換して、警報手段への電源供給をこの電力エネルギーで行うことで、列車の接近を知らせることを可能とした警報機能付き枕木を提供する。【解決手段】  警報機能付き枕木1は、レール7を支持する枕木本体2と、枕木本体2に設けられて振動を電気エネルギーに変換する発電装置4と、発電装置4からの電力供給を受けて発光する警報手段としての発光素子5とを備えている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レールを支持する枕木本体と、枕木本体に設けられて振動を電気エネルギーに変換する発電装置と、発電装置からの電力供給を受けて音または光の少なくともいずれか一方を発する警報手段とを備えていることを特徴とする警報機能付き枕木。
【請求項２】
前記枕木本体が樹脂によって成形されることを特徴とする請求項１に記載の警報機能付き枕木。
【請求項３】
前記発電装置が、圧電素子からなることを特徴とする請求項１または２に記載の警報機能付き枕木。
【請求項４】
前記発電装置が、電場応答性高分子からなることを特徴とする請求項１または２に記載の警報機能付き枕木。
【請求項５】
前記警報手段が、少なくとも１つの発光素子からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の警報機能付き枕木。
【請求項６】
前記警報手段が、警報音を発生させるスピーカおよびスピーカを作動させる警報音発信装置からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の警報機能付き枕木。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道軌道に用いられる枕木に関し、特に、列車の接近を知らせることができる警報機能付き枕木に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
遮断機の無い踏切などでは、列車の接近は目視による確認しかないため、誤認などの危険がある。このような列車の接近を検知するものとして、特許文献１には、マイクロホン、加速度センサー、スピーカなどを使用した装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２９８６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１のものでは、構成部品が多く、コストが高くなってしまう上に、外部から電力を供給する必要があり、給電設備が整っていない場所では設置できないという問題があった。
【０００５】
そこで本発明は、給電源のない場所でも、列車の通過する振動を電気エネルギーに変換して、警報手段への電源供給をこの電力エネルギーで行うことで、列車の接近を知らせることを可能とした警報機能付き枕木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】
【０００６】
上記課題を解決するための請求項１の発明による警報機能付き枕木は、レールを支持する枕木本体と、枕木本体に設けられて振動を電気エネルギーに変換する発電装置と、発電装置からの電力供給を受けて音または光の少なくともいずれか一方を発する警報手段とを備えていることを特徴とするものである。  
この発明の警報機能付き枕木は、例えば踏切の手前に配置されている複数の枕木の一部または全部をこれに置き換えることによって、列車の接近を知らせる警報手段として使用することができる。また、野生の動物が軌道内に入ってくることを防止して、列車事故を防止する用途に使用することもできる。
【０００７】
枕木本体の形状および配置位置は、特に限定されるものではなく、例えば、一般的な横枕木と同じ形状および配置位置とされてもよく、各レールの下に枕木を敷く短枕木や縦方向に枕木を配置する縦枕木と同じ形状および配置位置とされてもよい。また、枕木本体の支持面がコンクリート構造でもよく、枕木本体をバラストに埋めて使用してもよい。また、鉄橋のような鋼桁上に枕木本体を設置してもよい。発電装置は、枕木本体の振動が大きい部分でかつ耐久性が確保しやすい適宜な位置に設置される。枕木本体は、一般に使用されている枕木をそのまま使用してももちろんよいが、例えば端部における振動エネルギーが大きくなるような形状とされて、この端部を発電装置設置部とするようにしてもよい。
【０００８】
発電装置は、枕木本体のレールに接しない上面、側面、及び直接路盤に接しない底面の少なくともいずれか一部に設けられる。枕木本体は、一般に使用されている横枕木をそのまま使用して、その端部を発電装置設置部とすればよい。枕木本体は、両端よりも内側で下から橋桁に支持され、上面にレールが支持されることで、両端が自由端の片持ちになっており、端部での振動が大きいものとなっている。枕木本体は、例えば、切欠き部を入れるなどして、発電装置設置部における振動エネルギーが大きくなるような形状とすることもできる。
【０００９】
発電装置において、振動を電気エネルギーに変換する変換素子としては、圧電素子、電場応答性高分子などが使用される。変換素子は、枕木本体の各端部に少なくとも１つずつ配置されることが好ましい。発電装置を構成する圧電素子又は電場応答性高分子の設置位置は、枕木本体の上面であってもよく、下面であってもよく、側面であってもよい。
【００１０】
警報手段は、音で知らせるものであってもよく、光で知らせるものであってもよく、音と光とを併用することもできる。警報手段は、発電装置が設けられている枕木本体に設けてもよく、発電装置が設けられている枕木本体とは別の位置に設けてもよい。例えば、発電装置を踏切から離れた枕木本体に設けて、警報手段は、発電装置にリード線を介して接続されて、踏切にある枕木本体に設けられるようにすることができる。
【００１１】
請求項１の発明によると、列車がレール上を通行するのに伴って枕木本体に生じる振動が発電装置によって電気エネルギーに変換され、この電気エネルギーを使用して、給電源のない場所でも、警報手段への電源供給をこの電力エネルギーで行うことで、列車の接近を知らせることが可能となる。
【００１２】
請求項２の発明は、前記枕木本体が樹脂によって成形されることを特徴とする請求項１に記載の警報機能付き枕木である。
【００１３】
枕木本体は、繊維強化硬質樹脂発泡体を素材とする合成木材で成されるのがより好ましい。
【００１４】
発泡樹脂の種類としては、例えば、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化樹脂であって硬質のものや、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂等の熱可塑性樹脂等が好適に使用される。なお、樹脂には固体の充填材が混合されていてもよいし、補強繊維で補強されていても構わない。即ち、発泡樹脂中に、圧縮強度の向上や低コスト化を図るために、炭酸カルシウム、石膏、タルク、水酸化アルミニウム、クレーなどの無機充填材や、シラスバルーン、パーライト、ガラスバルーン等の軽量骨材が添加されても良い。板材の硬質樹脂発泡材を補強する繊維としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、セラミック繊維などの無機質繊維や、芳香族ポリアミド繊維等の合成繊維や天然繊維等の有機質繊維の何れかであればよいが、強度や経済性の面からガラス繊維が適している。繊維の形態は、ヤーン、クロス、ロービング、ロービングクロス、クロスマット等の長繊維形態のものが好適であり、必要に応じてチップ、ミドルファイバー等の短繊維やシラスバルーン等の中空充填材を併用しても良い。ガラス繊維としては、ガラスロービング、ガラスロービングクロス、ガラスマット、コンティニュアスストランドマット等の形態のものが挙げられる。この繊維は単独で使用しても良いし、２層以上積層して使用しても良く、また、長繊維と短繊維を混ぜて使用しても良い。最も好適な材料としては硬質ウレタン樹脂を長手方向へ引き揃えられたガラス長繊維で補強した発泡体である。
【００１５】
本発明の警報機能付き枕木では、枕木本体が樹脂によって成形されるため、木製の枕木を用いる場合より耐用年数を長くすることができる。また、コンクリート製の枕木に比べて弾性率が小さいため振動エネルギーへの変換が容易で、発電効率も高い。枕木本体を樹脂製とすると、端部での振動を大きくするための形状に成形することが容易となるので、切欠き部を入れるなどして、発電効果を高めることもできる。
【００１６】
請求項３の発明は、前記発電装置が、圧電素子からなることを特徴とする請求項１または２に記載の警報機能付き枕木である。
【００１７】
圧電素子には、水晶・ロシェル塩・チタン酸バリウム等の任意の結晶が使用される。
【００１８】
本発明の警報機能付き枕木では、発電装置に圧電素子を使用することにより無駄であった枕木振動を活用して発電する事ができると共に、外部に伝わる振動も減少させることが出来る。本発明の警報機能付き枕木では、振動を効率良く圧電素子に作用させることができるため、発電効率が良い。
【００１９】
請求項４の発明は、前記発電装置が、電場応答性高分子からなることを特徴とする請求項１または２に記載の警報機能付き枕木である。
【００２０】
本発明の警報機能付き枕木では、発電装置に電場応答性高分子を用いるため、無駄であった枕木振動を活用して発電する事ができると共に、外部に伝わる振動も減少させることが出来る。本発明の警報機能付き枕木では、振動を効率的に電場応答性高分子に作用させて、効率の高い発電を行う事が出来る。
【００２１】
電場応答性高分子は、人工筋肉とも称せられており、通常は、誘電性エラストマーに電圧を印加して、これを伸縮させる形態で使用されるが、この発明では、電極間に挟まれた誘電性エラストマーに電極間方向に圧縮歪みを発生させる事により電圧が生じる形態で使用される。電場応答性高分子は、ゴム状の薄い高分子膜を伸び縮み可能な電極で挟んだ構造で、電極間に電位差を与えると、両方の電極が引き合い、その結果、高分子膜が厚さ方向に収縮し、面方向に伸縮する。これを発電用として使用する形態は、圧電素子と類似しているが、誘電性エラストマーの方が大きな歪みにより発電する特徴を有している。誘電性エラストマーとしては、シリコンやアクリル、ウレタンのエラストマーなどが使用される。
【００２２】
請求項５の発明は、前記警報手段が、少なくとも１つの発光素子からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の警報機能付き枕木である。
【００２３】
本発明の警報機能付き枕木では、光によって、列車の接近を知らせることができ、列車事故を防止することができる。
【００２４】
発光素子としては、例えばＬＥＤが使用される。一般にＬＥＤを初めとする発光素子は、電圧が低い間は電圧を上げていってもほとんど電流が増えず、発光もしない。ある電圧を越えると電圧上昇に対する電流の増え方が急になり、電流量に応じて光を発するようになる。したがって、所望の電圧を得るために、例えば圧電素子を使用する発電装置では、圧電素子を複数使用して、振動により得られた電圧が直列になるように配置することが好ましい。出力電流自体は、発電装置からのエネルギーにより決まる。
【００２５】
請求項６の発明は、前記警報手段が、警報音を発生させるスピーカおよびスピーカを作動させる警報音発信装置からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の警報機能付き枕木である。
【００２６】
スピーカおよび警報音発信装置は、複数の枕木本体のそれぞれに１つずつ設けられて、各枕木本体の発電装置によってそれぞれ電源を供給されるものとしてもよく、複数の枕木本体の１つだけに設けられて、複数の枕木本体の発電装置によって電源を供給されるものとしてもよい。
【００２７】
本発明の警報機能付き枕木では、電力を発信装置に供給し、スピーカーから警報音を発生させる。この警報音によって、列車の接近を知らせることができ、列車事故を防止することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の警報機能付き枕木は、レールを支持する枕木本体と、枕木本体に設けられて振動を電気エネルギーに変換する発電装置と、発電装置からの電力供給を受けて音または光を発する警報手段とを備えているので、列車がレール上を通行するのに伴って枕木本体に生じる振動が発電装置によって電気エネルギーに変換され、この電気エネルギーを使用して、給電源のない場所でも、警報手段への電源供給をこの電力エネルギーで行うことで、外部から電力を供給することなく、列車の接近を知らせることが可能となる。これにより、列車事故の防止に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明の警報機能付き枕木の第１実施形態の斜視図である。
【図２】図２は、本発明の警報機能付き枕木の第２実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。
【００３１】
図１は、本発明による第１実施形態の警報機能付き枕木(1)を示しており、警報機能付き枕木(1)は、レールを支持する枕木本体(2)と、枕木本体(2)のレール支持部外側の発電装置設置部(3)に設けられて振動を電気エネルギーに変換する発電装置(4)と、発電装置(4)からの電力供給を受けて発光する警報手段としての複数の発光素子(5)とを備えている。
【００３２】
枕木本体(2)は、繊維強化硬質樹脂発泡体を素材とする合成木材で形成されており、その形状は、通常使用されているものと同じ形状で、必要に応じて、発電装置(4)設置のための凹所などが設けられたものとされる。繊維強化硬質樹脂発泡体としては、例えば、商品名「エスロンネオランバー  ＦＦＵ」積水化学工業株式会社製が適している。
【００３３】
レール(7)は、従来周知のレール締結用タイプレートや板バネ式締結装置等のレール支持部材(8)によって、枕木本体(2)の適宜の位置に固定される。
【００３４】
発電装置設置部(3)としては、振動が大きい枕木本体(2)の各端部が使用されている。
【００３５】
発電装置(4)は、振動エネルギーを電力エネルギーに変換するもので、枕木本体(2)の上面に設けられている。発電装置(4)は、圧力又は振動を加えることによってこれに応じた電力を取り出すことのできる性質を持つ１又は複数の変換素子を有している。変換素子としては、圧電素子、電場応答性高分子などが使用される。
【００３６】
発光素子(5)としては、ＬＥＤなどが使用される。ＬＥＤからなる発光素子(5)は、固有の閾値を越えた電圧がかかると発光するので、変換素子の仕様、配置位置および数などは、予め必要な電圧となるように設定される。
【００３７】
上記警報機能付き枕木(1)によると、列車の通行などにより、レール(7)から枕木本体(2)に振動が伝わった際に、発電装置設置部(3)が上下方向に振幅の大きな振動を行う。そのことにより、発電装置(4)に大きな振動が伝わり、同じ振動で発電量の大きな効率のよい発電を行うことができる。そして、列車がレール(7)上を通行することで生じる枕木本体(2)の振動が電気エネルギーに変換され、この電気エネルギーが発光素子(5)の発光に使用される。この発光は、列車が接近していることの警報手段として使用することができ、列車事故の防止に寄与することができる。
【００３８】
図２は、本発明による第２実施形態の警報機能付き枕木(1)を示しており、警報機能付き枕木(1)は、レールを支持する枕木本体(2)と、枕木本体(2)のレール支持部外側の発電装置設置部(3)に設けられて振動を電気エネルギーに変換する発電装置(4)と、発電装置(4)からの電力供給を受けて警報音を発生する警報手段(11)とを備えている。
【００３９】
警報手段(11)以外の構成は、第１実施形態のものと同じであり、第１実施形態と同じ構成には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００４０】
この実施形態の警報手段(11)は、警報音を発生させる音源としてのスピーカ(21)と、スピーカ(21)を作動させる回路としての警報音発信装置(22)とからなる。
【００４１】
警報音発信装置(22)は、音響信号を発生し、これを増幅してスピーカ(21)から発生させる。
【００４２】
第２実施形態の警報機能付き枕木(1)によると、列車の通行などにより、レール(7)から枕木本体(2)に振動が伝わった際に、発電装置設置部(3)が上下方向に振幅の大きな振動を行う。そのことにより、発電装置(4)に大きな振動が伝わり、同じ振動で発電量の大きな効率のよい発電を行うことができる。そして、列車がレール(7)上を通行することで生じる枕木本体(2)の振動が電気エネルギーに変換され、この電気エネルギーがスピーカ(21)から音を発生させるのに使用される。この音は、列車が接近していることの警報手段として使用することができ、列車事故の防止に寄与することができる。
【００４３】
警報音を発生する警報手段(11)と警報手段としての複数の発光素子(5)とは、併用することができる。また、警報手段(5)(11)は、発電装置(4)が設けられた枕木本体(2)から離れた位置に設置してもよく、例えば、発光素子(5)やスピーカ(21)を踏切に、発電装置(4)が設けられた枕木本体(2)を踏切手前に設けることで、給電設備も設置されていない箇所でも、列車接近を知らせることができる。
【００４４】
なお、発電装置設置部(3)は、切欠き部を設けるなどして、振動が大きくなる形状としてもよい。発電装置(4)は、雨や雪等による発電装置(4)の劣化を軽減するという点からは、枕木本体(2)の下面に設けられることが好ましいが、枕木本体(2)の上面または側面に設けてもよく、枕木本体(2)の端部に限定されるものでもない。要は、枕木本体(2)の振動が発電装置(4)に伝達されればよい。また、発電装置(4)は、任意に取り付け、または取り外し可能であり、変換素子は、複数取り付けてもよく、その配置位置や数は、発電量等に応じて任意に変更してよい。
【符号の説明】
【００４５】
(1)     警報機能付き枕木
(2)     枕木本体
(3)     発電装置設置部
(4)     発電装置
(5)     発光素子（警報手段）
(7)     レール
(11)    警報手段
(21)    スピーカ
(22)    発信装置
【図１】
2011084989.tif 000003
【図２】
2011084989.tif 000004