(57)【要約】【課題】防振ゴムに内蔵された圧電ゴム部によって車両の状態を正確に判定することができるとともに、防振ゴムに作用する荷重を簡単に検出することができる車両状態判定装置、車両状態判定プログラム及び荷重検出装置を提供する。【解決手段】荷重検出装置１３Ａ〜１３Ｄは、振動を抑える防振ゴム１０に作用する荷重を検出する。荷重検出装置１３Ａ〜１３Ｄは、車両の走行によって軸箱７が振動したときに発生する電力によって、軸箱７に作用する荷重を検出し、この軸箱７内の軸受の状態を監視する。防振ゴム１０は、圧電ゴム部を内蔵しておりこの防振ゴム１０に作用する荷重に応じて電気信号をこの圧電ゴムが出力する。車両状態判定装置１９は、圧電ゴム部が出力する荷重検出信号の大きさに基づいて軸箱７内の軸受の状態を監視し、この軸受の損傷のような異常状態の有無を判定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の軸箱の振動を抑える防振ゴムに作用する荷重を検出することによって、この車両の状態を判定する車両状態判定装置であって、
前記防振ゴムに内蔵された圧電ゴム部がこの防振ゴムに作用する荷重に応じて出力する電気信号に基づいて、前記車両の状態を判定する車両状態判定部を備えること、
を特徴とする車両状態判定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両状態判定装置において、
前記車両状態判定部は、前記圧電ゴム部が出力する電気信号に基づいて、前記車両の軸受の状態を判定すること、
を特徴とする車両状態判定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の車両状態判定装置において、
前記車両状態判定部は、前記圧電ゴム部が出力する電気信号の大きさが所定値を超えるときには前記軸受が異常状態であると判定し、前記圧電ゴム部が出力する電気信号の大きさが所定値以下であるときには前記軸受が正常状態であると判定すること、
を特徴とする車両状態判定装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の車両状態判定装置において、
前記車両状態判定部は、前記圧電ゴム部が出力する電気信号の卓越周波数が所定範囲内であるときには前記軸受が異常状態であると判定し、前記圧電ゴム部が出力する電気信号の卓越周波数が所定範囲外であるときには前記軸受が正常状態であると判定すること、
を特徴とする車両状態判定装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の車両状態判定装置において、
前記車両状態判定部は、前記圧電ゴム部が出力する電気信号に基づいて、前記車両の軸受が支持する車軸の状態を判定すること、
を特徴とする車両状態判定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の車両状態判定装置において、
前記車両状態判定部は、前記車軸の端部側及び車輪側の圧電ゴム部が出力する電気信号の差が所定範囲外であるときには前記車軸のたわみが異常状態であると判定し、前記車軸の端部側及び車輪側の圧電ゴム部が出力する電気信号の差が所定範囲内であるときには前記車軸のたわみが正常状態であると判定すること、
を特徴とする車両状態判定装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の車両状態判定装置において、
前記車両状態判定部は、前記圧電ゴム部が出力する電気信号に基づいて、前記車両の輪重変動の程度を判定すること、
を特徴とする車両状態判定装置。
【請求項８】
請求項７に記載の車両状態判定装置において、
前記車両状態判定部は、前記圧電ゴム部が出力する電気信号の大きさが所定値を下回るときには前記輪重変動の程度が異常状態であると判定し、前記圧電ゴム部が出力する電気信号の大きさが所定値以上であるときには前記輪重変動の程度が正常状態であると判定すること、
を特徴とする車両状態判定装置。
【請求項９】
車両の軸箱の振動を抑える防振ゴムに作用する荷重を検出することによって、この車両の状態を判定する車両状態判定プログラムであって、
前記防振ゴムに内蔵された圧電ゴム部がこの防振ゴムに作用する荷重に応じて出力する電気信号に基づいて、前記車両の状態を判定する車両状態判定手順をコンピュータに実行させること、
を特徴とする車両状態判定プログラム。
【請求項１０】
請求項９に記載の車両状態判定プログラムにおいて、
前記車両状態判定手順は、前記圧電ゴム部が出力する電気信号に基づいて、前記車両の軸受の状態を判定する手順を含むこと、
を特徴とする車両状態判定プログラム。
【請求項１１】
請求項９又は請求項１０に記載の車両状態判定プログラムにおいて、
前記車両状態判定手順は、前記圧電ゴム部が出力する電気信号の大きさが所定値を超えるときには前記軸受が異常状態であると判定し、前記圧電ゴム部が出力する電気信号の大きさが所定値以下であるときには前記軸受が正常状態であると判定する手順を含むこと、
を特徴とする車両状態判定プログラム。
【請求項１２】
請求項９又は請求項１０に記載の車両状態判定プログラムにおいて、
前記車両状態判定手順は、前記圧電ゴム部が出力する電気信号の卓越周波数が所定範囲内であるときには前記軸受が異常状態であると判定し、前記圧電ゴム部が出力する電気信号の卓越周波数が所定範囲外であるときには前記軸受が正常状態であると判定する手順を含むこと、
を特徴とする車両状態判定プログラム。
【請求項１３】
請求項９から請求項１２までのいずれか１項に記載の車両状態判定プログラムにおいて、
前記車両状態判定手順は、前記圧電ゴム部が出力する電気信号に基づいて、前記車両の軸受が支持する車軸の状態を判定する手順を含むこと、
を特徴とする車両状態判定プログラム。
【請求項１４】
請求項１３に記載の車両状態判定プログラムにおいて、
前記車両状態判定手順は、前記車軸の端部側及び車輪側の圧電ゴム部が出力する電気信号の差が所定範囲外であるときには前記車軸のたわみが異常状態であると判定し、前記車軸の端部側及び車輪側の圧電ゴム部が出力する電気信号の差が所定範囲内であるときには前記車軸のたわみが正常状態であると判定する手順を含むこと、
を特徴とする車両状態判定プログラム。
【請求項１５】
請求項９から請求項１４までのいずれか１項に記載の車両状態判定プログラムにおいて、
前記車両状態判定手順は、前記圧電ゴム部が出力する電気信号に基づいて、前記車両の輪重変動の程度を判定する手順を含むこと、
を特徴とする車両状態判定プログラム。
【請求項１６】
請求項７に記載の車両状態判定プログラムにおいて、
前記車両状態判定手順は、前記圧電ゴム部が出力する電気信号の大きさが所定値を下回るときには前記輪重変動の程度が異常状態であると判定し、前記圧電ゴム部が出力する電気信号の大きさが所定値以上であるときには前記輪重変動の程度が正常状態であると判定する手順を含むこと、
を特徴とする車両状態判定プログラム。
【請求項１７】
振動を抑える防振ゴムに作用する荷重を検出する荷重検出装置であって、
前記防振ゴムに内蔵された状態でこの防振ゴムに作用する荷重に応じて電気信号を出力する圧電ゴム部を備えること、
を特徴とする荷重検出装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の荷重検出装置において、
前記防振ゴムは、車両の軸箱の振動を抑えること、
を特徴とする荷重検出装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の荷重検出装置において、
前記防振ゴムは、前記軸箱の上面部の全面と密着する密着面を備えること、
を特徴とする荷重検出装置。
【請求項２０】
請求項１８に記載の荷重検出装置において、
前記防振ゴムは、前記軸箱の上面部の端部のみと密着する密着面を備えること、
を特徴とする荷重検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両の軸箱の振動を抑える防振ゴムに作用する荷重を検出することによって、この車両の状態を判定する車両状態判定装置、車両状態判定プログラム、及び振動を抑える防振ゴムに作用する荷重を検出する荷重検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の異常検出装置は、鉄道車両の軸箱内の軸受の転動動作時の物理量を検出する物理量検出素子と、この物理量検出素子の出力信号に所定の処理をする信号処理回路と、この信号処理回路の出力信号に基づいて軸箱内の軸受の異常を判定する制御装置などを備えている（例えば、特許文献１参照）。このような従来の異常検出装置は、軸箱内の軸受の振動や温度を物理量として物理量検出素子が検出し、この物理量検出素子の出力信号に基づいて軸受の異常を制御装置が判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2007-322441号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の異常検出装置では、軸受の振動を監視して軸受に異常な振動が発生したときに、軸受の損傷などを発見する構造である。その結果、従来の異常検出装置では、軸受の異常を検出したときには軸受が重大な損傷に至っている場合が多く、ほとんどの場合に車両の走行が困難な状態になっている。このため、従来の異常検出装置では、事前に軸受の損傷の兆候を確認するために、軸箱に加速度ピックアップなどを取り付けて軸箱の振動加速度を測定し、この振動加速度の出力信号の異常値などによって損傷を発見する検査を定期的に実施している。軸受の損傷を発見する検査を実施するときには、車両所内などで車両を低速で走行させて加速度を測定している。このため、従来の異常検出装置では、加速度ピックアップが落下しないように加速度ピックアップを軸箱の外部に取り付ける必要があり、加速度ピックアップの取り付けに細心の注意が必要になり、作業に手間がかかる問題点がある。また、従来の異常検出装置では、実際に営業線上を車両が走行するときの速度で検査することができず、損傷の発見が困難である問題点がある。
【０００５】
この発明の課題は、防振ゴムに内蔵された圧電ゴム部によって車両の状態を正確に判定することができるとともに、防振ゴムに作用する荷重を簡単に検出することができる車両状態判定装置、車両状態判定プログラム及び荷重検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、図１〜図４、図９〜図１２、図１６〜図１９及び図２２〜図２５に示すように、車両（２）の軸箱（７）の振動を抑える防振ゴム（１０）に作用する荷重を検出することによって、この車両の状態を判定する車両状態判定装置であって、前記防振ゴムに内蔵された圧電ゴム部（１４）がこの防振ゴムに作用する荷重に応じて出力する電気信号に基づいて、前記車両の状態を判定する車両状態判定部（２５）を備えることを特徴とする車両状態判定装置（１９）である。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の車両状態判定装置において、図４に示すように、前記車両状態判定部は、前記圧電ゴム部が出力する電気信号に基づいて、前記車両の軸受（６）の状態を判定することを特徴とする車両状態判定装置である。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の車両状態判定装置において、図７に示すように、前記車両状態判定部は、前記圧電ゴム部が出力する電気信号の大きさが所定値（Th1）を超えるときには前記軸受が異常状態であると判定し、前記圧電ゴム部が出力する電気信号の大きさが所定値（Th1）以下であるときには前記軸受が正常状態であると判定することを特徴とする車両状態判定装置である。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１又は請求項２に記載の車両状態判定装置において、図１４に示すように、前記車両状態判定部は、前記圧電ゴム部が出力する電気信号の卓越周波数が所定範囲（ｆth）内であるときには前記軸受が異常状態であると判定し、前記圧電ゴム部が出力する電気信号の卓越周波数が所定範囲（ｆth）外であるときには前記軸受が正常状態であると判定することを特徴とする車両状態判定装置である。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の車両状態判定装置において、図１６、図１８及び図１９に示すように、前記車両状態判定部は、前記圧電ゴム部が出力する電気信号に基づいて、前記車両の軸受が支持する車軸（５ｂ）の状態を判定することを特徴とする車両状態判定装置である。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項５に記載の車両状態判定装置において、図２０に示すように、前記車両状態判定部は、前記車軸の端部側及び車輪側の圧電ゴム部が出力する電気信号の差が所定範囲（Th3）外であるときには前記車軸のたわみが異常状態であると判定し、前記車軸の端部側及び車輪側の圧電ゴム部が出力する電気信号の差が所定範囲（Th3）内であるときには前記車軸のたわみが正常状態であると判定することを特徴とする車両状態判定装置である。
【００１２】
請求項７の発明は、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の車両状態判定装置において、図２２〜図２５に示すように、前記車両状態判定部は、前記圧電ゴム部が出力する電気信号に基づいて、前記車両の輪重変動の程度を判定することを特徴とする車両状態判定装置である。
【００１３】
請求項８の発明は、請求項７に記載の車両状態判定装置において、図２６に示すように、前記車両状態判定部は、前記圧電ゴム部が出力する電気信号の大きさが所定値（Th4）を下回るときには前記輪重変動の程度が異常状態であると判定し、前記圧電ゴム部が出力する電気信号の大きさが所定値（Th4）以上であるときには前記輪重変動の程度が正常状態であると判定することを特徴とする車両状態判定装置である。
【００１４】
請求項９の発明は、図１〜図４、図８〜図１２、図１５〜図１９及び図２１〜図２５及び図２７に示すように、車両（２）の軸箱（７）の振動を抑える防振ゴム（１０）に作用する荷重を検出することによって、この車両の状態を判定する車両状態判定プログラムであって、前記防振ゴムに内蔵された圧電ゴム部（１４）がこの防振ゴムに作用する荷重に応じて出力する電気信号に基づいて、前記車両の状態を判定する車両状態判定手順（Ｓ１３０；Ｓ２４０；Ｓ３４０；Ｓ４４０）をコンピュータに実行させることを特徴とする車両状態判定プログラムである。
【００１５】
請求項１０の発明は、請求項９に記載の車両状態判定プログラムにおいて、図４及び図８に示すように、前記車両状態判定手順（Ｓ１３０）は、前記圧電ゴム部が出力する電気信号に基づいて、前記車両の軸受（６）の状態を判定する手順を含むことを特徴とする車両状態判定プログラムである。
【００１６】
請求項１１の発明は、請求項９又は請求項１０に記載の車両状態判定プログラムにおいて、図７に示すように、前記車両状態判定手順は、前記圧電ゴム部が出力する電気信号の大きさが所定値を超えるときには前記軸受が異常状態であると判定し、前記圧電ゴム部が出力する電気信号の大きさが所定値以下であるときには前記軸受が正常状態であると判定する手順を含むことを特徴とする車両状態判定プログラムである。
【００１７】
請求項１２の発明は、請求項９又は請求項１０に記載の車両状態判定プログラムにおいて、図１４及び図１５に示すように、前記車両状態判定手順（Ｓ２４０）は、前記圧電ゴム部が出力する電気信号の卓越周波数が所定範囲（ｆth）内であるときには前記軸受が異常状態であると判定し、前記圧電ゴム部が出力する電気信号の卓越周波数が所定範囲（ｆth）外であるときには前記軸受が正常状態であると判定する手順を含むことを特徴とする車両状態判定プログラムである。
【００１８】
請求項１３の発明は、請求項９から請求項１２までのいずれか１項に記載の車両状態判定プログラムにおいて、図１６、図１８、図１９及び図２１に示すように、前記車両状態判定手順（Ｓ３４０）は、前記圧電ゴム部が出力する電気信号に基づいて、前記車両の軸受が支持する車軸（５ｂ）の状態を判定する手順を含むことを特徴とする車両状態判定プログラムである。
【００１９】
請求項１４の発明は、請求項１３に記載の車両状態判定プログラムにおいて、図２０及び図２１に示すように、前記車両状態判定手順は、前記車軸の端部側及び車輪側の圧電ゴム部が出力する電気信号の差が所定範囲（Th3）外であるときには前記車軸のたわみが異常状態であると判定し、前記車軸の端部側及び車輪側の圧電ゴム部が出力する電気信号の差が所定範囲（Th3）内であるときには前記車軸のたわみが正常状態であると判定する手順を含むことを特徴とする車両状態判定プログラムである。
【００２０】
請求項１５の発明は、請求項９から請求項１４までのいずれか１項に記載の車両状態判定プログラムにおいて、図２２〜図２５及び図２７に示すように、前記車両状態判定手順（Ｓ４４０）は、前記圧電ゴム部が出力する電気信号に基づいて、前記車両の輪重変動の程度を判定する手順を含むことを特徴とする車両状態判定プログラムである。
【００２１】
請求項１６の発明は、請求項７に記載の車両状態判定プログラムにおいて、図２６及び図２７に示すように、前記車両状態判定手順は、前記圧電ゴム部が出力する電気信号の大きさが所定値（Th4）を下回るときには前記輪重変動の程度が異常状態であると判定し、前記圧電ゴム部が出力する電気信号の大きさが所定値（Th4）以上であるときには前記輪重変動の程度が正常状態であると判定する手順を含むことを特徴とする車両状態判定プログラムである。
【００２２】
請求項１７の発明は、図５及び図２８に示すように、振動を抑える防振ゴム（１０）に作用する荷重を検出する荷重検出装置であって、前記防振ゴムに内蔵された状態でこの防振ゴムに作用する荷重に応じて電気信号を出力する圧電ゴム部（１４）を備えることを特徴とする荷重検出装置（１３Ａ〜１３Ｄ）である。
【００２３】
請求項１８の発明は、請求項１７に記載の荷重検出装置において、図１〜図５、図９〜図１２、図１６〜図１９、図２２〜図２５及び図２８に示すように、前記防振ゴムは、車両（２）の軸箱（７）の振動を抑えることを特徴とする荷重検出装置である。
【００２４】
請求項１９の発明は、請求項１８に記載の荷重検出装置において、図５に示すように、前記防振ゴムは、前記軸箱の上面部（７ａ）の全面と密着する密着面（１２ｃ）を備えることを特徴とする荷重検出装置である。
【００２５】
請求項２０の発明は、請求項１８に記載の荷重検出装置において、図２８に示すように、前記防振ゴムは、前記軸箱の上面部（７ａ）の端部（７ｄ，７ｅ）のみと密着する密着面（１１ｂ）を備えることを特徴とする荷重検出装置である。
【発明の効果】
【００２６】
この発明によると、防振ゴムに内蔵された圧電ゴム部によって車両の状態を正確に判定することができるとともに、防振ゴムに作用する荷重を簡単に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の第１実施形態に係る車両状態判定装置を備える車両を模式的に示す平面図である。
【図２】この発明の第１実施形態に係る車両状態判定装置を備える車両を模式的に示す側面図である。
【図３】この発明の第１実施形態に係る車両状態判定装置を備える車両の台車を模式的に示す平面図である。
【図４】この発明の第１実施形態に係る車両状態判定装置を備える車両の台車を模式的に示す正面図である。
【図５】この発明の第１実施形態に係る車両状態判定装置に使用される防振ゴムの全体図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のV-VB線で切断した状態を示す断面図であり、（Ｃ）は（Ｂ）のVC部分を拡大して示す断面図である。
【図６】軸受回転試験装置によって損傷軸受及び正常軸受を試験したときの測定結果を示すグラフであり、（Ａ）は車両速度が30km/hに相当する場合の圧電ゴム部の出力信号の電圧値の時間波形を一例として示すグラフであり、（Ｂ）は車両速度が150km/hに相当する圧電ゴム部の出力信号の電圧値の時間波形を一例として示すグラフである。
【図７】この発明の第１実施形態に係る車両状態判定装置の車両状態判定部による軸受の状態の判定動作を説明するための模式図である。
【図８】この発明の第１実施形態に係る車両状態判定装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】この発明の第２実施形態に係る車両状態判定装置を備える車両を模式的に示す平面図である。
【図１０】この発明の第２実施形態に係る車両状態判定装置を備える車両を模式的に示す側面図である。
【図１１】この発明の第２実施形態に係る車両状態判定装置を備える車両の台車を模式的に示す平面図である。
【図１２】この発明の第２実施形態に係る車両状態判定装置を備える車両の台車を模式的に示す正面図である。
【図１３】軸受回転試験装置において損傷軸受及び正常軸受を試験したときの測定結果を示すグラフであり、（Ａ）は車両速度が30km/hに相当する場合の圧電ゴム部の出力信号の周波数解析を一例として示すグラフであり、（Ｂ）は車両速度が150km/hに相当する圧電ゴム部の出力信号の周波数解析を一例として示すグラフである。
【図１４】この発明の第２実施形態に係る車両状態判定装置の車両状態判定部による軸受状態の判定動作を説明するための模式図であり、（Ａ）は軸受が異常状態であると判定するときの模式図であり、（Ｂ）は正常状態であるときの模式図である。
【図１５】この発明の第２実施形態に係る車両状態判定装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１６】この発明の第３実施形態に係る車両状態判定装置を備える車両を模式的に示す平面図である。
【図１７】この発明の第３実施形態に係る車両状態判定装置を備える車両を模式的に示す側面図である。
【図１８】この発明の第３実施形態に係る車両状態判定装置を備える車両の台車を模式的に示す平面図である。
【図１９】この発明の第３実施形態に係る車両状態判定装置を備える車両の台車を模式的に示す正面図である。
【図２０】この発明の第３実施形態に係る車両状態判定装置の車両状態判定部により車軸のたわみ状態の判定動作を説明するための模式図である。
【図２１】この発明の第３実施形態に係る車両状態判定装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図２２】この発明の第４実施形態に係る車両状態判定装置を備える車両を模式的に示す平面図である。
【図２３】この発明の第４実施形態に係る車両状態判定装置を備える車両を模式的に示す側面図である。
【図２４】この発明の第４実施形態に係る車両状態判定装置を備える車両の台車を模式的に示す平面図である。
【図２５】この発明の第４実施形態に係る車両状態判定装置を備える車両の台車を模式的に示す正面図である。
【図２６】この発明の第４実施形態に係る車両状態判定装置の車両状態判定部による輪重変動の程度の判定動作を説明するための模式図である。
【図２７】この発明の第４実施形態に係る車両状態判定装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図２８】この発明の第５実施形態に係る荷重検出装置を備える防振ゴムを概略的に示す全体図であり、（Ａ）は底面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のXVIII-XVIIIB線で切断した状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図２及び図４に示す軌道１は、車両２が走行する通路（線路）である。軌道１は、車両２の車輪５ａを支持し案内してこの車両２を走行させるレール１ａなどを備えている。
【００２９】
図１、図２及び図４に示す車両２は、軌道１に沿って走行する鉄道車両である。車両２は、例えば、電車、気動車、機関車、客車又は貨車などである。車両２は、車体３と台車４などを備えている。車体３は、旅客又は貨物などの積載物を輸送するための構造物である。
【００３０】
図１、図２及び図４に示す台車４は、車体３を支持して走行する装置である。台車４は、図１、図３及び図４に示す輪軸５と、図４に示す軸受６と、図１〜図４に示す軸箱７と、図１、図２及び図４に示す台車枠８と、図２及び図４に示す軸ばね９と、図１〜図５に示す防振ゴム１０などを備えている。図１、図２及び図４に示す台車４は、図２に示すように、軸箱７と一体となったリンク部材（軸ばり）をゴムブシュ及びピンを介して台車枠８に連結する構造であり、在来線車両に使用される軸はり式台車である。
【００３１】
図１、図３及び図４に示す輪軸５は、車輪５ａと車軸５ｂとを組み立てた部材である。車輪５ａは、レール１ａと転がり接触する部材である。車軸５ｂは、車輪５ａと一体となって回転する部材であり、両端部側に左右一対の車輪５ａが圧入され取り付けられている。図４に示す軸受６は、車軸５ｂを支持する部材であり、車軸５ｂの両端部を回転自在に支持する転がり軸受である。
【００３２】
図１〜図４に示す軸箱７は、軸受６を収容する部材であり、軸箱支持装置によって台車枠８の所定の位置に保持されている。軸箱７は、図５に示すように、上面部７ａと心棒７ｂなどを備えている。上面部７ａは、防振ゴム１０を支持する部分であり、軸箱７の上面に平坦面に形成されている。心棒７ｂは、軸箱７上の所定の位置に防振ゴム１０を位置決めする部材である。心棒７ｂは、防振ゴム１０の貫通孔１１ａ，１２ａ，１２ｂを貫通する円柱状の突起部である。心棒７ｂは、図３に示すように、上面部７ａの車軸５ｂの中心線に対してこの心棒７ｂの中心線が直交しており、図５に示すように上面部７ａから突出して上面部７ａと一体に形成されている。
【００３３】
図１、図２及び図４に示す台車枠８は、台車４の主要構成部である。台車枠８は、図２に示すように、左右の側梁とこれらをつなぐ横梁などによって構成されている。台車枠８は、図示しないけん引装置によって車体３に連結されており、車体３との間で前後方向の力が伝達される。図２及び図４に示す軸ばね９は、軸箱７と台車枠８との間の衝撃を緩和する部材である。
【００３４】
軸ばね９は、図４に示すように、軸箱７と台車枠８との間で垂直方向の荷重を弾性的に支持しており、図５に示すようにばね座９ａなどを備えている。ばね座９ａは、軸ばね９の下端を支持する部分である。ばね座９ａは、軸ばね９と防振ゴム１０との間に挟み込まれており、軸ばね９の下端が均一に防振ゴム１０と接触するように、防振ゴム１０の金具部１２Ａと接触する側が平坦面に形成されている。
【００３５】
図１〜図５に示す防振ゴム１０は、車両２の軸箱７の振動を抑える部材である。防振ゴム１０は、図２、図４及び図５に示すように、軸箱７と軸ばね９との間に挟み込まれた状態でこれらの間に装着されている。防振ゴム１０は、軸箱７の振動を抑え振動の伝達を防止するとともに、これらの間に発生する衝撃を緩和して騒音の発生を防止する。防振ゴム１０は、図５（Ａ）に示すように、平面形状が円形の板状部材である。防振ゴム１０は、図５に示すように、ゴム部１１と、金具部１２Ａ，１２Ｂと、荷重検出装置１３Ａ〜１３Ｄなどを備えている。図５に示す防振ゴム１０は、圧電ゴム部１４を内蔵する圧電ゴム内蔵型の軸ばね防振ゴムであり、ゴム部１１、金具部１２Ａ，１２Ｂ及び荷重検出装置１３Ａ〜１３Ｄなどが一体となってゴム成形されている。防振ゴム１０は、例えば、図１に示すように、台車４の車軸５ｂの左右に１個ずつ配置されており、台車１台当たり合計４個（１両当たり合計８個）配置されている。
【００３６】
図５（Ｂ）に示すゴム部１１は、防振ゴム１０の本体を構成する部分である。ゴム部１１は、例えば、天然ゴム、スチレンゴムなどの一般加硫ゴム、ニトリルゴムなどの耐油性を有する加硫ゴム、クロロプレンゴムなどの耐候性及び耐有性を有する加硫ゴム、ブチルゴムなどの振動緩衝性能を有する加硫ゴム又は合成高分子から製造される合成ゴムなどの弾性材である。ゴム部１１は、図５（Ｂ）に示すように、貫通孔１１ａなどを備えている。貫通孔１１ａは、軸ばね９の心棒７ｂが貫通する部分であり、ゴム部１１の中心に形成されている。
【００３７】
図５（Ｂ）に示す金具部１２Ａ，１２Ｂは、防振ゴム１０の上面及び下面を構成する部分である。金具部１２Ａ，１２Ｂは、ゴム部１１を挟み込むようにゴム部１１の上面及び下面に積層されており、ゴム部１１の両面全域を被覆するようにこのゴム部１１に接合されている。金具部１２Ａ，１２Ｂは、例えば、一般圧延用鋼材(SS400)などであり、互いに平行になるようにゴム部１１の両面に加硫接着されている。金具部１２Ａは、防振ゴム１０の上面プレート部を構成し、金具部１２Ｂは防振ゴム１０の下面プレート部を構成する。金具部１２Ａは、貫通孔１２ａを備えており、金具部１２Ｂは貫通孔１２ｂと密着面１２ｃを備えている。貫通孔１２ａ，１２ｂは、軸ばね９の心棒７ｂが貫通する部分であり、金具部１２Ａ，１２Ｂの中心に形成されている。貫通孔１２ａは、貫通孔１２ｂよりも内径が小さく形成されている。密着面１２ｃは、軸箱７の上面部７ａの全面と密着する部分である。密着面１２ｃは、軸箱７の上面部７ａと接触する側の金具部１２Ｂの表面である。密着面１２ｃは、この密着面１２ｃと軸箱７の上面部７ａの全面との間で荷重が均等に作用するように、この軸箱７の上面部７ａと同じく平坦面に形成されている。
【００３８】
図５（Ａ）に示す荷重検出装置１３Ａ〜１３Ｄは、振動を抑える防振ゴム１０に作用する荷重を検出する装置である。荷重検出装置１３Ａ〜１３Ｄは、軌道１上を車両２が走行するときに発生する機械的な振動を電気信号に変換する機械電気変換部として機能する。荷重検出装置１３Ａ〜１３Ｄは、車両２の走行によって軸箱７が振動したときに発生する電力によって、軸箱７に作用する荷重を検出して軸受６の状態を監視する軸受監視センサとしても機能する。荷重検出装置１３Ａ〜１３Ｄは、図５（Ｃ）に示す圧電ゴム部１４と、電極部１５Ａ，１５Ｂと、保護部１６と、図５（Ａ）に示す導電部１７Ａ，１７Ｂなどを備えている。荷重検出装置１３Ａ〜１３Ｄは、防振ゴム１０の円周上に等間隔に４つ配置されており、防振ゴム１０に作用する荷重を検出する。図３に示すように、荷重検出装置１３Ａ，１３Ｂは車両２の長さ方向（車軸５ｂの長さ方向と直交する方向）に配置されており、荷重検出装置１３Ｃ，１３Ｄは車両２の幅方向（車軸５ｂの長さ方向）に配置されている。荷重検出装置１３Ｃは、車軸５ｂの端部側に配置されており、荷重検出装置１３Ｄは車輪５ａ側に配置されている。
【００３９】
図５に示す圧電ゴム部１４は、防振ゴム１０に内蔵された状態でこの防振ゴム１０に作用する荷重に応じて電気信号を出力する部分である。圧電ゴム部１４は、軌道１上を車両２が走行するときに発生する振動を圧電効果によって電気信号に変換する。圧電ゴム部１４は、防振ゴム１０と同様に軸箱７の振動を抑え振動の伝達を防止するとともに、これらの間に発生する衝撃を緩和して騒音の発生を防止する。圧電ゴム部１４は、ゴム中に圧電材料を分散させた部材であり、振動の大きさ（荷重の大きさ）に応じた電力を発生する弾性を有する圧電素子である。圧電ゴム部１４は、例えば、ニトリルゴムなどのゴム材とチタン酸ジルコン酸鉛(商品名PZT)などの圧電セラミック粉末とを混合する混合工程と、この混合工程後の混合物を加硫する加硫工程と、この加硫工程後の混合物の両端部に電圧を印加してこの混合物を分極させる分極工程とによって製造される。圧電ゴム部１４は、図１〜図４に示すように、防振ゴム１０に作用する荷重に応じた電気信号（荷重検出信号（荷重検出情報))を車両状態判定装置１９の制御部２８に出力する。
【００４０】
図６に示す縦軸は、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の電圧（mV）であり、横軸は時間（s)である。図６に示す実線は、軸受が損傷しているときに圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の時間変化を示す波形であり、破線は軸受が正常であるときに圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の時間変化を示す波形である。図６に示すグラフは、公益財団法人鉄道総合技術研究所の主電動機用軸受回転試験装置に同一形式の異常軸受と正常軸受とをそれぞれ装着して、この損傷軸受とこの正常軸受とに実際の鉄道車両と同様の荷重を加えた状態で、車軸を回転させたときの試験結果である。ここで、主電動機用軸受回転試験装置とは、実物の鉄道車両用主電動機の軸受によって回転試験を実施して、実際の電動機の軸受構造を評価する試験装置である。図６に示すように、軸受６が損傷している場合と軸受６が正常である場合とでは、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の電圧の大きさが異なり、車両速度が高くなるほど圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の電圧が大きくなる。
【００４１】
図５（Ｃ）に示す電極部１５Ａ，１５Ｂは、圧電ゴム部１４に電気的に接続された接点部分である。電極部１５Ａ，１５Ｂは、圧電ゴム部１４の両面にそれぞれ積層されており、圧電ゴム部１４の両面全域を被覆するように接合されている。電極部１５Ａ，１５Ｂは、例えば、互いに平行になるように各圧電ゴム部１４の両面に加硫接着して形成されたり、金属、金属酸化物又はカーボンなどの導電性材料を蒸着、シルクスクリーン印刷又はイオンスパッタリングなどの方法によって圧電ゴム部１４の両面に形成されたり、導電性材料を含有する樹脂又は導電性高分子などの導電性樹脂を圧電ゴム部１４の両面に多層化して形成されたりする。
【００４２】
図５（Ｃ）に示す保護部１６は、圧電ゴム部１４及び電極部１５Ａ，１５Ｂを保護する部分である。保護部１６は、例えば、耐熱性を有するフッ素樹脂製の被覆材などである。保護部１６は、圧電ゴム部１４及び電極部１５Ａ，１５Ｂの表面全域を被覆するように形成されている。保護部１６は、圧電ゴム部１４及び電極部１５Ａ，１５Ｂを被覆することによって、防振ゴム１０の製造時の熱から圧電ゴム部１４及び電極部１５Ａ，１５Ｂを保護している。
【００４３】
図５（Ａ）に示す導電部１７Ａ，１７Ｂは、圧電ゴム部１４が発生する電流が流れる部分である。導電部１７Ａ，１７Ｂは、導電材の表面が絶縁材によって被覆された電線であり、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号を取り出すための端子に接続されている。導電部１７Ａ，１７Ｂは、一方の端部が電極部１５Ａ，１５Ｂにそれぞれ接続されており、他方の端部が車両状態判定装置１９の荷重検出信号入力部２０に接続されている。
【００４４】
図１〜図４に示す速度検出装置１８は、車両２の速度を検出する装置である。速度検出装置１８は、例えば、車両２の車輪５ａの回転によって発生するパルス信号に基づいて車両２の走行速度を検出する速度発電機などである。速度検出装置１８は、例えば、車輪５ａの１回転毎に所定数のパルス信号を発生して車両２の速度を検出し、この検出結果を速度検出信号（速度検出情報）として車両状態判定装置１９の速度検出信号入力部２２に出力する。
【００４５】
図１〜図４に示す車両状態判定装置１９は、防振ゴム１０に作用する荷重を検出することによって、車両２の状態を判定する装置である。車両状態判定装置１９は、防振ゴム１０に内蔵された圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の大きさに基づいて軸箱７内の軸受６の状態を監視し、この軸受６の損傷のような異常状態の有無を判定する。車両状態判定装置１９は、荷重検出信号入力部２０と、信号処理部２１と、速度検出信号入力部２２と、判定基準情報記憶部２３と、判定条件設定部２４と、車両状態判定部２５と、判定結果告知部２６と、プログラム記憶部２７と、制御部２８などを備えている。
【００４６】
荷重検出信号入力部２０は、荷重検出装置１３Ａ〜１３Ｄが出力する荷重検出信号を入力させる手段である。荷重検出信号入力部２０は、図３及び図５に示す荷重検出装置１３Ａ〜１３Ｄの圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号を信号処理部２１に出力する。荷重検出信号入力部２０は、例えば、荷重検出装置１３Ａ〜１３Ｄから信号処理部２１に荷重検出信号を入力させるインタフェース(I/F)回路などである。
【００４７】
図１〜図４に示す信号処理部２１は、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号を所定の処理をする手段である。信号処理部２１は、例えば、図５（Ｃ）に示す圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号をアナログ信号からディジタル信号に変換するA/D変換回路と、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号からノイズ成分を除去するフィルタ回路などを備えている。信号処理部２１は、信号処理後の荷重検出信号を制御部２８に出力する。
【００４８】
図１〜図４に示す速度検出信号入力部２２は、速度検出装置１８が出力する速度検出信号を入力させる手段である。速度検出信号入力部２２は、速度検出装置１８が出力する速度検出信号を制御部２８に出力する。速度検出信号入力部２２は、例えば、速度検出装置１８から制御部２８に速度検出信号を入力させるインタフェース(I/F)回路などである。
【００４９】
判定基準情報記憶部２３は、車両２の軸受６の状態を判定するときに基準となる判定基準を記憶する手段である。判定基準情報記憶部２３は、軸受６の異常状態の有無を判定するときの判定基準となるしきい値（所定値）Th1を判定基準情報として記憶するメモリなどである。判定基準情報記憶部２３は、車両２が低速で走行しているときの判定基準となる低速走行時のしきい値Th1と、車両２が高速で走行しているときの判定基準となる高速走行時のしきい値Th1とを判定基準情報として記憶する。また、判定基準情報記憶部２３は、車両２の走行速度に応じて軸受６の異常状態の有無を判定するときの判定基準となるしきい値Th1が異なるときには、車両２の走行速度とこの走行速度に対応するしきい値Th1とを判定基準情報として記憶する。判定基準情報記憶部２３は、例えば、実際の鉄道車両又は軸受回転試験装置に異常軸受を取り付けて種々の速度で試験したときに、圧電ゴム部１４が速度毎に出力する荷重検出信号の電圧値からしきい値Th1を設定しこのしきい値Th1を判定基準情報として記憶している。
【００５０】
判定条件設定部２４は、軸受６の状態を判定するときの判定条件を設定する手段である。判定条件設定部２４は、車両２が低速で走行するときに軸受６の状態を判定する低速走行判定モードと、車両２が高速で走行するときに軸受６の状態を判定する高速走行判定モードと、車両２が任意の速度で走行するときに軸受６の状態を速度毎に判定する現在走行判定モードとに判定条件を設定する。判定条件設定部２４は、車両２の乗務員などが判定条件を手動操作によって切り替える切替スイッチなどであり、乗務員などによって車両２の運転を開始するときに操作される。判定条件設定部２４は、設定後の判定条件を判定条件信号（判定条件情報）として制御部２８に出力する。
【００５１】
図１〜図４に示す車両状態判定部２５は、防振ゴム１０に内蔵された圧電ゴム部１４がこの防振ゴム１０に作用する荷重に応じて出力する荷重検出信号に基づいて、車両２の状態を判定する手段である。車両状態判定部２５は、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号に基づいて、車両２の軸受６の状態を判定する。車両状態判定部２５は、例えば、１つの防振ゴム１０内の４つの圧電ゴム部１４が出力する４つの荷重検出信号をそれぞれ解析して、車両２の軸受６の状態を判定する。車両状態判定部２５は、例えば、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号に基づいて軸受６の損傷のような異常状態の有無を判定する。
【００５２】
車両状態判定部２５は、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の大きさがしきい値Th1を超えるときには、軸受６が異常状態であると判定する。一方、車両状態判定部２５は、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の大きさがしきい値Th1以下であるときには、軸受６が正常状態であると判定する。ここで、図７に示すグラフは、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の時間変化を模式的に示す波形である。図７に示すように、軸受６が損傷すると荷重検出信号のレベルが徐々に高くなって、時間ｔ11において荷重検出信号のレベルがしきい値Th1を超えている。時間ｔ11以降において軸受６の損傷が徐々に大きくなって荷重検出信号のレベルも高くなって、荷重検出信号のレベルがしきい値Th1を超えている状態が継続している。車両状態判定部２５は、図７に示すように、信号処理部２１が出力する荷重検出信号の電圧値としきい値Th1とを比較し、この電圧値がしきい値Th1を超えるときには軸受６が異常状態であると判定し、この電圧値がしきい値Th1以下であるときには軸受６が正常状態であると判定する。車両状態判定部２５は、例えば、時間ｔ11まで荷重検出信号のレベルがしきい値Th1以下であるため、軸受６が正常状態であると判定する。一方、車両状態判定部２５は、時間ｔ11において荷重検出信号のレベルがしきい値Th1を超えてからの経過時間を計測し、荷重検出信号のレベルが所定時間Ｔ1以上継続してしきい値Th1を超えているときには、軸受６が異常状態であると判定する。ここで、所定時間Ｔ1は、例えば、荷重検出信号のノイズなどによって荷重検出信号のレベルが一時的にしきい値Th1を超えたようなときに、軸受６が正常状態であるにもかかわらず異常状態であると誤って判定されないように比較的長い時間に設定される。
【００５３】
車両状態判定部２５は、車両２の走行速度に応じて、軸受６の状態を判定するための判定基準となるしきい値Th1を変化させて、この軸受６の状態を判定する。車両状態判定部２５は、例えば、図６（Ａ）に示すように、車両２が30km/h程度の低速で走行しているときに、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の電圧値が低速走行時のしきい値Th1を超えているか否かを判定する。車両状態判定部２５は、例えば、図６（Ｂ）に示すように、車両２が150km/h程度の高速で走行しているときに、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の電圧値が高速走行時のしきい値Th1を超えているか否かを判定する。
【００５４】
車両状態判定部２５は、判定条件設定部２４によって低速走行判定モードが設定されているときには、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の電圧値が低速走行時のしきい値Th1を超えているか否かを判定する。車両状態判定部２５は、判定条件設定部２４によって高速走行判定モードが設定されているときには、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の電圧値が高速走行時のしきい値Th1を超えているか否かを判定する。車両状態判定部２５は、判定条件設定部２４によって現在走行判定モードが設定されているときには、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の電圧値が現在走行時のしきい値Th1を超えているか否かを判定する。車両状態判定部２５は、軸受６の異常状態の有無の判定結果を判定結果信号（判定結果情報）として制御部２８に出力する。
【００５５】
図１〜図４に判定結果告知部２６は、車両状態判定部２５の判定結果を告知する手段である。判定結果告知部２６は、例えば、軸受６が異常状態であると車両状態判定部２５が判定したときに、この車両状態判定部２５の判定結果を乗務員などに警告する。判定結果告知部２６は、例えば、乗務員が運転士であるときには、この運転士が乗務する乗務員室内の運転台に設置されている。判定結果告知部２６は、例えば、軸受６の異常状態を表示画面上に文字、図形、記号又はこれらの組み合わせによって表示する表示装置又は音声で告知する音声発生装置などである。
【００５６】
プログラム記憶部２７は、防振ゴム１０に作用する荷重を検出することによって、この車両２の状態を判定する車両状態判定プログラムを記憶する手段である。プログラム記憶部２７は、情報記録媒体から読み取った情報提供プログラム又は電気通信回線を通じて取り込まれた情報提供プログラムなどを記憶するメモリなどである。
【００５７】
制御部２８は、車両状態判定装置１９の種々の動作を制御する中央処理部（CPU）である。制御部２８は、例えば、プログラム記憶部２７から車両状態判定プログラムを読み出してこの車両状態判定プログラムに従って所定の処理を実行する。制御部２８は、例えば、信号処理部２１が出力する荷重検出信号を車両状態判定部２５に出力したり、速度検出信号入力部２２が出力する速度検出信号を車両状態判定部２５に出力したり、車両状態判定部２５に軸受６の状態の判定を指令したり、判定基準情報記憶部２３から判定基準情報を読み出してこの判定基準情報を車両状態判定部２５に出力したり、判定条件設定部２４が出力する判定条件情報を車両状態判定部２５に出力したり、車両状態判定部２５が出力する車両状態判定信号を判定結果告知部２６に出力したりする。制御部２８には、荷重検出信号入力部２０、信号処理部２１、速度検出信号入力部２２、判定基準情報記憶部２３、判定条件設定部２４、車両状態判定部２５、判定結果告知部２６及びプログラム記憶部２７などが相互に通信可能なように接続されている。
【００５８】
次に、この発明の第１実施形態に係る車両状態判定装置の動作を説明する。
以下では、図１〜図４に示す制御部２８の動作を中心として説明する。
図８に示すステップ（以下、Ｓという）１００において、プログラム記憶部２７から車両状態判定プログラムを制御部２８が読み込む。図示しない電源が使用者にON操作されると図１〜図４に示す車両状態判定装置１９に電力が供給されて、プログラム記憶部２７から車両状態判定プログラムを制御部２８が読み込み、一連の車両状態判定処理を制御部２８が実行する。
【００５９】
Ｓ１１０において、判定条件設定信号が判定条件設定部２４から入力しているか否かを制御部２８が判断する。判定条件設定部２４を乗務員が操作すると、判定条件設定部２４から判定条件設定信号が制御部２８に出力する。判定条件設定信号が入力したと制御部２８が判断したときにはＳ１２０に進み、判定条件設定信号が入力していないと制御部２８が判断したときには一連の車両状態判定処理を終了する。
【００６０】
Ｓ１２０において、判定基準情報を判定基準情報記憶部２３から制御部２８が読み出す。例えば、車両所内で車両２を30km/h程度の低速で走行させた状態で軸受６の状態を判定するときには、乗務員が判定条件設定部２４を操作して低速走行判定モードが設定される。この場合には、低速走行時のしきい値Th1に対応する判定基準情報を判定基準情報記憶部２３から制御部２８が読み出して、この低速走行時の判定基準情報を制御部２８が車両状態判定部２５に出力する。
【００６１】
一方、営業線で車両２を150km/h程度の高速で走行させた状態で軸受６の状態を判定するときには、乗務員が判定条件設定部２４を操作して高速走行判定モードが設定される。この場合には、高速走行時のしきい値Th1に対応する判定基準情報を判定基準情報記憶部２３から制御部２８が読み出して、この高速走行時の判定基準情報を制御部２８が車両状態判定部２５に出力する。
【００６２】
また、営業線で車両２を任意の速度で走行させた状態で軸受６の状態を判定するときには、乗務員が判定条件設定部２４を操作して現在走行判定モードが設定される。この場合には、速度検出信号入力部２２から入力する速度検出信号に基づいて、車両２の現在の走行速度に対応する現在走行時のしきい値Th1に対応する判定基準情報を判定基準情報記憶部２３から制御部２８が読み出して、この現在走行時の判定基準情報を制御部２８が車両状態判定部２５に出力する。
【００６３】
Ｓ１３０において、軸受６の状態の判定を車両状態判定部２５に制御部２８が指令する。荷重検出信号入力部２０が出力する荷重検出信号と制御部２８が出力する判定基準情報とに基づいて、図７に示すように荷重検出信号の電圧値がしきい値Th1を超えるか否かを車両状態判定部２５が判定する。荷重検出信号の電圧値が所定時間Ｔ1以上継続してしきい値Th1を超えているときには、軸受６が異常状態であると車両状態判定部２５が判定する。一方、荷重検出信号の電圧値がしきい値Th1以下であるときには、軸受６が正常状態であると車両状態判定部２５が判定する。
【００６４】
Ｓ１４０において、判定結果の告知を判定結果告知部２６に制御部２８が指令する。車両状態判定部２５から判定結果信号が制御部２８に入力すると、この判定結果信号を制御部２８が判定結果告知部２６に出力する。その結果、判定結果告知部２６が車両２内の乗務員に軸受６が異常状態であることを告知する。
【００６５】
Ｓ１５０において、軸受６の状態の判定を終了するか否かを制御部２８が判断する。車両２が運行を終了したと制御部２８が判断したときには、一連の車両状態判定処理を制御部２８が終了する。一方、車両２が運行を継続していると制御部２８が判断したときにはＳ１１０に戻り、Ｓ１１０以降の車両状態判定処理を制御部２８が繰り返す。
【００６６】
この発明の第１実施形態に係る車両状態判定装置には、以下に記載するような効果がある。
(1) この第１実施形態では、防振ゴム１０に内蔵された圧電ゴム部１４がこの防振ゴム１０に作用する荷重に応じて荷重検出信号を出力する。このため、防振ゴム１０とともに弾性変形する圧電ゴム部１４からの出力信号を解析することによって、車両２の状態を正確に監視してこの車両２の状態を正確に判定することができる。
【００６７】
(2) この第１実施形態では、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号に基づいて、車両２の軸受６の状態を車両状態判定部２５が判定する。このため、軸受６の状態を監視することによって、軸受６の損傷などの異常状態を判定することができる。また、例えば、従来の異常検出装置のような加速度ピックアップを使用して軸受６の状態を監視する場合には、加速度ピックアップの出力信号である電荷信号を電圧信号に変換するチャージアンプが必要であり、このチャージアンプによって増幅する必要がある。この第１実施形態では、圧電ゴム部１４から出力される比較的高電圧の荷重検出信号をそのまま使用して軸受６の状態を監視することができる。このため、従来の異常検出装置のようなチャージアンプを軸箱７に取り付ける必要がなくなって、車両状態判定装置１９を低コストで製造することができる。また、この第１実施形態では、従来の異常検出装置のようなチャージアンプに電力を供給する電源が不要になるため、車両状態判定装置１９の電力消費を抑えることができる。
【００６８】
(3) この第１実施形態では、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の大きさがしきい値Th1を超えるときには軸受６が異常状態であると車両状態判定部２５が判定し、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の大きさがしきい値Th1以下であるときには軸受６が正常状態であると車両状態判定部２５が判定する。このため、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の大きさとしきい値Th1とを比較することによって、軸受６が異常状態であるか否かを簡単に判定することができる。
【００６９】
この発明の第１実施形態に係る荷重検出装置には、以下に記載するような効果がある。
(1) この第１実施形態では、防振ゴム１０に内蔵された状態でこの防振ゴム１０に作用する荷重に応じて圧電ゴム部１４が荷重検出信号を出力する。このため、防振ゴム１０に作用する荷重をこの防振ゴム１０と一体の圧電ゴム部１４によって簡単に検出することができる。また、防振ゴム１０の内部に圧電ゴム部１４が埋設されているため、圧電ゴム部１４を防振ゴム１０によって保護することができる。
【００７０】
(2) この第１実施形態では、防振ゴム１０が車両２の軸箱７の振動を抑える。このため、軸箱７の振動状態を圧電ゴム部１４によって簡単に検出して、この軸箱７の振動状態を解析することができる。
【００７１】
(3) この第１実施形態では、軸箱７の上面部７ａの全面と密着する密着面１２ｃを防振ゴム１０が備えている。このため、防振ゴム１０の密着面１２ｃと軸箱７の上面部７ａの全面との間で広範囲に荷重を均等に作用させて、防振ゴム１０によって振動を緩和させることができる。
【００７２】
（第２実施形態）
以下では、図１〜図５に示す部分と同一の部分については、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
図９〜図１２に示す車両状態判定装置１９は、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の卓越周波数に基づいて軸箱７内の軸受６の状態を監視し、この軸受６の損傷のような異常状態の有無を判定する。ここで、卓越周波数とは、軸箱７の振動波形（荷重検出信号の波形）を周波数分析したときに振幅スペクトルが極大となる周波数である。車両状態判定装置１９は、図１〜図４に示す車両状態判定装置１９とは異なり、図９〜図１２に示す卓越周波数演算部２９などを備えている。
【００７３】
図１３に示す縦軸は、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の周波数解析後のスペクトル波形の電圧（mV）であり、横軸は周波数（Hz)である。図１３に示す実線は、軸受６が損傷しているときに圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号のフーリエスペクトルを示す波形であり、破線は軸受６が正常であるときに圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号のフーリエスペクトルを示す波形である。図１３に示すグラフは、図６に示すグラフと同様に、主電動機用軸受回転試験装置に同一形式の異常軸受と正常軸受とをそれぞれ装着して試験を実施したときの試験結果である。
【００７４】
図１３に示すように、軸受６が損傷している場合と軸受６が正常である場合とでは、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号のスペクトル波形のピークが現れる周波数帯域が異なり、速度が変化すると圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号のスペクトル波形のピークが現れる周波数も変化している。このように、軸受６が異常状態になると軸受６が正常状態であるときとは異なる周波数帯域に、荷重検出信号のスペクトル波形のピークが現れる。このため、軸受６が正常な場合の荷重検出信号のスペクトル波形と軸受６が異常な場合の荷重検出信号のスペクトル波形とを車両速度毎に比較することによって、軸受６の異常状態を判定することができる。例えば、図１３（Ａ）に示すように、車両速度30km/hに相当する場合には、軸受６が損傷状態であると70Hz又は150Hz付近の周波数帯域内に荷重検出信号のスペクトル波形のピークが現れることが確認されている。また、図１３（Ｂ）に示すように、車両速度150km/hに相当する場合には、軸受６が損傷状態であると230Hz付近の周波数帯域内に荷重検出信号のスペクトル波形のピークが現れることが確認されている。このため、図１３（Ａ）に示すように、車両速度30km/hに相当する場合には、荷重検出信号のスペクトル波形のピークが70Hz又は150Hz付近の周波数帯域内に存在するか否かによって軸受６が異常状態であるか否かを判定可能である。また、図１３（Ｂ）に示すように、車両速度150km/hに相当する場合には、荷重検出信号のスペクトル波形のピークが230Hz付近の周波数帯域内に存在するか否かによって軸受６が異常状態であるか否かを判定可能である。
【００７５】
図９〜図１２に示す判定基準情報記憶部２３は、軸受６の異常状態の有無を判定するときの判定基準となる基準周波数帯域（所定範囲）ｆthを判定基準情報として記憶するメモリなどである。判定基準情報記憶部２３は、車両２が低速で走行しているときの判定基準となる低速走行時の基準周波数帯域ｆthと、車両２が高速で走行しているときの判定基準となる高速走行時の基準周波数帯域ｆthとを判定基準情報として記憶する。また、判定基準情報記憶部２３は、軸受６の異常状態の有無を判定するときの判定基準となる基準周波数帯域ｆthが車両２の走行速度に応じて異なるときには、車両２の走行速度とこの走行速度に対応する基準周波数帯域ｆthとを判定基準情報として記憶する。判定基準情報記憶部２３は、例えば、実際の鉄道車両又は軸受回転試験装置に同一形式の正常軸受と異常軸受とを取り付けて種々の速度で試験したときに、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の卓越周波数から基準周波数帯域ｆthを特定し、この基準周波数帯域ｆthを判定基準情報として記憶している。
【００７６】
車両状態判定部２５は、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の卓越周波数が基準周波数帯域ｆth内であるときには、軸受６が異常状態であると判定する。一方、車両状態判定部２５は、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の卓越周波数が基準周波数帯域ｆth外であるときには、軸受６が正常状態であると判定する。ここで、図１４に示すグラフは、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号のフーリエスペクトルを模式的に示す波形である。車両状態判定部２５は、卓越周波数演算部２９が演算した卓越周波数と基準周波数帯域ｆthとを比較し、図１４（Ａ）に示すようにこの卓越周波数が基準周波数帯域ｆth内であるときには軸受６が異常状態であると判定し、図１４（Ｂ）に示すようにこの卓越周波数が基準周波数帯域ｆth外であるときには軸受６が正常状態であると判定する。
【００７７】
車両状態判定部２５は、軸受６の状態を判定するための判定基準となる基準周波数帯域ｆthを車両２の走行速度に応じて変化させて、この軸受６の状態を判定する。車両状態判定部２５は、例えば、図１３（Ａ）に示すように、車両２が30km/h程度の低速で走行しているときに、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の卓越周波数が低速走行時の基準周波数帯域ｆth内であるか否かを判定する。車両状態判定部２５は、例えば、図１３（Ｂ）に示すように、車両２が150km/h程度の高速で走行しているときに、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の卓越周波数が高速走行時の基準周波数帯域ｆth内であるか否かを判定する。
【００７８】
車両状態判定部２５は、判定条件設定部２４によって低速走行判定モードが設定されているときには、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の卓越周波数が低速走行時の基準周波数帯域ｆth内であるか否かを判定する。車両状態判定部２５は、判定条件設定部２４によって高速走行判定モードが設定されているときには、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の卓越周波数が高速走行時の基準周波数帯域ｆthを超えているか否かを判定する。車両状態判定部２５は、判定条件設定部２４によって現在走行判定モードが設定されているときには、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の卓越周波数が現在走行時の基準周波数帯域ｆthを超えているか否かを判定する。
【００７９】
図９〜図１２に示す卓越周波数演算部２９は、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の卓越周波数を演算する手段である。卓越周波数演算部２９は、信号処理部２１が出力する荷重検出信号を高速フーリエ変換(Fast Fourier Transformation(以下、FFTという))処理して、この荷重検出信号の卓越周波数を演算する演算回路などを備えている。卓越周波数演算部２９は、演算後の卓越周波数を卓越周波数信号（卓越周波数情報）として制御部２８に出力する。
【００８０】
次に、この発明の第２実施形態に係る車両状態判定装置の動作を説明する。
Ｓ２１０において、判定条件設定信号が判定条件設定部２４から入力しているか否かを制御部２８が判断し、Ｓ２２０において判定基準情報を判定基準情報記憶部２３から制御部２８が読み出す。例えば、車両所内で車両２を30km/h程度の低速で走行させた状態で軸受６の状態を判定するときには、乗務員が判定条件設定部２４を操作して低速走行判定モードが設定される。この場合には、低速走行時の基準周波数帯域fthに対応する判定基準情報を判定基準情報記憶部２３から制御部２８が読み出して、この低速走行時の判定基準情報を制御部２８が車両状態判定部２５に出力する。一方、営業線で車両２を150km/h程度の高速で走行させた状態で軸受６の状態を判定するときには、乗務員が判定条件設定部２４を操作して高速走行判定モードが設定される。この場合には、高速走行時の基準周波数帯域fthに対応する判定基準情報を判定基準情報記憶部２３から制御部２８が読み出して、この高速走行時の判定基準情報を制御部２８が車両状態判定部２５に出力する。また、営業線で車両２を任意の速度で走行させた状態で軸受６の状態を判定するときには、乗務員が判定条件設定部２４を操作して現在走行判定モードが設定される。この場合には、速度検出信号入力部２２から入力する速度検出信号に基づいて、車両２の現在の走行速度に対応する現在走行時の基準周波数帯域fthを判定基準情報記憶部２３から制御部２８が読み出して、この現在走行時の判定基準情報を制御部２８が車両状態判定部２５に出力する。
【００８１】
Ｓ２３０において、卓越周波数の演算を卓越周波数演算部２９に制御部２８が指令する。荷重検出信号入力部２０が出力する荷重検出信号を卓越周波数演算部２９に制御部２８が出力すると、この荷重検出信号の卓越周波数を卓越周波数演算部２９が演算する。例えば、図１３に示すようなスペクトル波形のピークに相当する卓越周波数を卓越周波数演算部２９が演算し、この卓越周波数信号を卓越周波数信号として制御部２８に出力し、この卓越周波数信号を車両状態判定部２５に制御部２８が出力する。
【００８２】
Ｓ２４０において、軸受６の状態の判定を車両状態判定部２５に制御部２８が指令する。卓越周波数演算部２９が出力する卓越周波数信号と制御部２８が出力する判定基準情報とに基づいて、図１４に示すように荷重検出信号の卓越周波数が基準周波数帯域fth内であるか否かを車両状態判定部２５が判定する。図１４（Ａ）に示すように、荷重検出信号の卓越周波数が基準周波数帯域fth内であるときには、軸受６が異常状態であると車両状態判定部２５が判定する。一方、図１４（Ｂ）に示すように、荷重検出信号の卓越周波数が基準周波数帯域fth外であるときには、軸受６が正常状態であると車両状態判定部２５が判定する。
【００８３】
Ｓ２５０において、判定結果の告知を判定結果告知部２６に制御部２８が指令し、Ｓ２６０において軸受６の状態の判定を終了するか否かを制御部２８が判断する。車両２が運行を継続していると制御部２８が判断したときにはＳ２１０に戻り、Ｓ２１０以降の車両状態判定処理を制御部２８が繰り返す。
【００８４】
この発明の第２実施形態に係る車両状態判定装置には、第１実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
この第２実施形態では、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の卓越周波数が基準周波数帯域ｆth内であるときには、軸受６が異常状態であると車両状態判定部２５が判定し、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の卓越周波数が基準周波数帯域ｆth外であるときには、軸受６が正常状態であると車両状態判定部２５が判定する。このため、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の卓越周波数と基準周波数帯域ｆthとを比較することによって、軸受６が異常状態であるか否かを簡単に判定することができる。
【００８５】
（第３実施形態）
図１６〜図１９に示す車両状態判定装置１９は、図１〜図４及び図９〜図１２に示す車両状態判定装置１９とは異なり、図１８に示すように荷重検出装置１３Ｃ，１３Ｄ及び判定条件設定部２４を備えていない。図１６〜図１９に示す車両状態判定装置１９は、図１８に示すように、荷重検出装置１３Ｃ側の圧電ゴム部１４と荷重検出装置１３Ｄ側の圧電ゴム部１４とがそれぞれ出力する荷重検出信号の差に基づいて車軸５ｂの状態を監視し、図１９に二点鎖線で示すような車軸５ｂのたわみに起因する車軸５ｂの変形のような異常状態の有無を判定する。車両状態判定装置１９は、図１９に示すように、車軸５ｂにたわみが発生すると車軸５ｂの端部側と車輪５ａ側とで防振ゴム１０に作用する荷重が異なるため、車軸５ｂの端部側及び車輪５ａ側の圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の差に基づいて、車軸５ｂの状態を判定する。車両状態判定装置１９は、図１６〜図１９に示すように、車軸たわみ量演算部３０などを備えている。
【００８６】
図１６〜図１９に示す判定基準情報記憶部２３は、車軸５ｂの状態を判定するときに基準となる判定基準を記憶する手段である。判定基準情報記憶部２３は、車軸５ｂのたわみによる異常状態の有無を判定するときの判定基準となる基準範囲（所定範囲）Th3を判定基準情報として記憶するメモリなどである。判定基準情報記憶部２３は、例えば、実際に鉄道車両の車軸５ｂのたわみを測定し、この車軸５ｂのたわみが異常状態になったときの荷重検出信号の電圧値から基準範囲Th3を特定し、この基準範囲Th3を判定基準情報として記憶している。
【００８７】
車両状態判定部２５は、車軸５ｂの端部側及び車輪５ａ側の圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号に基づいて、車両２の車軸５ｂの状態を判定する。車両状態判定部２５は、例えば、図１８に示すように、１つの防振ゴム１０内の２つの圧電ゴム部１４が出力する２つの荷重検出信号の差分を解析して、車両２の車軸５ｂの状態を判定する。車両状態判定部２５は、車軸５ｂの端部側及び車輪５ａ側の圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号に基づいて、図１９に示す車軸５ｂのたわみに起因する車軸５ｂの変形のような異常状態の有無を判定する。
【００８８】
車両状態判定部２５は、車軸５ｂの端部側及び車輪５ａ側の圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の差が基準範囲Th3外であるときには、車軸５ｂのたわみが異常状態であると判定する。一方、車両状態判定部２５は、車軸５ｂの端部側及び車輪５ａ側の圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の差が基準範囲Th3内であるときには、車軸５ｂのたわみが正常状態であると判定する。ここで、図２０に示すグラフは、車軸たわみ量演算部３０が出力する車軸たわみ量信号の時間変化を模式的に示す波形である。図２０に示すように、時間ｔ31〜ｔ32において車軸５ｂに異常なたわみが発生して車軸５ｂが上側に凸状態にたわみ、車軸たわみ量信号が基準範囲Th3を上回り、車軸たわみ量信号に異常値が出力されている。また、図２０に示すように、時間ｔ33〜ｔ34において車軸５ｂに異常なたわみが発生して車軸５ｂが下側に凸状態にたわみ、車軸たわみ量信号が基準範囲Th3を下回り、車軸たわみ量信号に異常値が出力されている。車両状態判定部２５は、図２０に示すように、車軸たわみ量演算部３０が出力する車軸たわみ量信号の電圧値と基準範囲Th3とを比較し、この電圧値が基準範囲Th3外であるときには車軸５ｂが異常状態であると判定し、この電圧値が基準範囲Th3内であるときには車軸５ｂが正常状態であると判定する。
【００８９】
車両状態判定部２５は、例えば、時間ｔ31まで車軸たわみ量信号のレベルが基準範囲Th3内であり、時間ｔ32〜ｔ33では車軸たわみ量信号のレベルが基準範囲Th3内であり、時間ｔ34以降では車軸たわみ量信号のレベルが基準範囲Th3内であるため、軸受６が正常状態であると判定する。一方、車両状態判定部２５は、時間ｔ31，ｔ33において車軸たわみ量信号のレベルが基準範囲Th3外になってから時間ｔ32，ｔ34において車軸たわみ量信号のレベルが基準範囲Th3内になるまでの経過時間を計測し、この経過時間が所定時間Ｔ3以下（Ｔ3≧ｔ32−ｔ31又はＴ3≧ｔ34−ｔ33）であるときには、車軸５ｂが異常状態であると判定する。車両状態判定部２５は、車軸５ｂの異常状態の有無の判定結果を判定結果信号（判定結果情報）として制御部２８に出力する。ここで、所定時間Ｔ3は、例えば、車軸５ｂが異常状態になるときには車軸たわみ量信号のレベルの異常値が瞬間的に発生するため、車軸５ｂの異常状態が正確に判定されるように比較的短い時間に設定される。
【００９０】
判定結果告知部２６は、例えば、車軸５ｂが異常状態であると車両状態判定部２５が判定したときに、この車両状態判定部２５の判定結果を乗務員などに警告する。制御部２８は、例えば、信号処理部２１が出力する荷重検出信号を車軸たわみ量演算部３０に出力したり、車両状態判定部２５に軸受６の状態の判定を指令したり、車軸たわみ量演算部３０に車軸５ｂのたわみ量の演算を指令したりする。制御部２８には、荷重検出信号入力部２０、信号処理部２１、判定基準情報記憶部２３、車両状態判定部２５、判定結果告知部２６、プログラム記憶部２７、車軸たわみ量演算部３０などが相互に通信可能なように接続されている。
【００９１】
車軸たわみ量演算部３０は、車軸５ｂの端部側及び車輪５ａ側の圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号に基づいて、車軸５ｂのたわみ量を演算する手段である。車軸たわみ量演算部３０は、図１９に示すように、車軸５ｂにたわみが発生したときに、図１８に示す車軸５ｂの端部側の荷重検出装置１３Ｃの圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号と、車輪５ａ側の荷重検出装置１３Ｄの圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号との差に基づいて、車軸５ｂのたわみ量を演算する。車軸たわみ量演算部３０は、防振ゴム１０に作用する荷重に応じて圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の差分に基づいて車軸５ｂのたわみ量を演算し、この演算結果を車軸たわみ量信号（車軸たわみ量情報）として制御部２８に出力する。
【００９２】
次に、この発明の第３実施形態に係る車両状態判定装置の動作を説明する。
図２１に示すＳ４００において、プログラム記憶部２７から車両状態判定プログラムを制御部２８が読み込み、Ｓ４１０において、判定基準情報を判定基準情報記憶部２３から制御部２８が読み出す。基準範囲Th3に対応する判定基準情報を判定基準情報記憶部２３から制御部２８が読み出して、この判定基準情報を制御部２８が車両状態判定部２５に出力する。
【００９３】
Ｓ３３０において、車軸たわみ量の演算を車軸たわみ量演算部３０に制御部２８が指令する。荷重検出信号入力部２０が出力する荷重検出信号を車軸たわみ量演算部３０に制御部２８が出力すると、この荷重検出信号に基づいて車軸５ｂのたわみ量を車軸たわみ量演算部３０が演算する。例えば、図１９に二点鎖線で示すような車軸５ｂのたわみ量を車軸たわみ量演算部３０が演算し、この車軸５ｂのたわみ量に応じた車軸たわみ量信号を車軸たわみ量演算部３０が制御部２８に出力し、この車軸たわみ量信号を車両状態判定部２５に制御部２８が出力する。
【００９４】
Ｓ３４０において、車軸５ｂの状態の判定を車両状態判定部２５に制御部２８が指令する。車軸たわみ量演算部３０が出力する車軸たわみ量信号と制御部２８が出力する判定基準情報とに基づいて、図２０に示すように車軸たわみ量信号の電圧値が基準範囲Th3の範囲内であるか否かを車両状態判定部２５が判定する。車軸たわみ量信号の電圧値が基準範囲Th3外であるときには、軸受６が異常状態であると車両状態判定部２５が判定し、車軸たわみ量信号の電圧値が基準範囲Th3内であるときには、車軸５ｂが正常状態であると車両状態判定部２５が判定する。これらの判定結果を判定結果信号として車両状態判定部２５が制御部２８に出力する。
【００９５】
Ｓ３５０において、判定結果の告知を判定結果告知部２６に制御部２８が指令する。その結果、判定結果告知部２６が車両２内の乗務員に車軸５ｂが異常状態であることを告知する。Ｓ３６０において、車軸５ｂの状態の判定を終了するか否かを制御部２８が判断する。車両２が運行を継続していると制御部２８が判断したときにはＳ３１０に戻り、Ｓ３１０以降の車両状態判定処理を制御部２８が繰り返す。
【００９６】
この発明の第３実施形態に係る車両状態判定装置には、第１実施形態及び第２実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
(1) この第３実施形態では、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号に基づいて、車両２の軸受６が支持する車軸５ｂの状態を車両状態判定部２５が判定する。このため、車軸５ｂの状態を監視することによって、車軸５ｂのたわみに起因する車軸５ｂの変形などの異常状態を判定することができる。
【００９７】
(2) この第３実施形態では、車軸５ｂの端部側及び車輪５ａ側の圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の差が基準範囲Th3外であるときには車軸５ｂのたわみが異常状態であると車両状態判定部２５が判定し、車軸５ｂの端部側及び車輪５ａ側の圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の差が基準範囲Th3内であるときには車軸５ｂのたわみが正常状態であると車両状態判定部２５が判定する。このため、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の差と基準範囲Th3とを比較することによって、車軸５ｂが異常状態であるか否かを簡単に判定することができる。
【００９８】
（第４実施形態）
図２２〜図２５に示す車両状態判定装置１９は、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号に基づいて車両２の輪重変動の程度を監視し、この車両２の輪重減少に起因する走行安全性に関する異常状態の有無を判定する。ここで、輪重とは、車両２の車輪５ａとレール１ａとの接触点に作用する垂直方向の力であり、車輪５ａとレール１ａとの間に作用する力のうちレール１ａの長さ方向に対して垂直な面内にある上下方向成分の分力である。輪重変動とは、軌道１上を車両２が走行状態であるときに測定した左右の車輪５ａの輪重である動的輪重から、平坦な軌道１上で車両２が停止状態又は低速走行状態であるときに測定した左右の車輪５ａの輪重である静止輪重を差し引いた変動分の荷重である。輪重減少（輪重抜け）とは、静止輪重よりも動的輪重が小さい状態である。車両状態判定装置１９は、図２２〜図２５に示すように、輪重変動量演算部３１などを備えている。
【００９９】
図２２〜図２５に示す判定基準情報記憶部２３は、車両２の輪重変動の程度を判定するときに基準となる判定基準を記憶する手段である。判定基準情報記憶部２３は、車両２の輪重変動の程度を判定するときの判定基準となるしきい値（所定値）Th4を判定基準情報として記憶するメモリなどである。判定基準情報記憶部２３は、例えば、実際に鉄道車両の輪重を測定し、輪重減少の程度が異常状態になったときの荷重検出信号の電圧値からしきい値Th4を特定し、このしきい値Th4を判定基準情報として記憶している。
【０１００】
車両状態判定部２５は、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号に基づいて、車両２の輪重変動の程度を判定する。車両状態判定部２５は、例えば、図２４に示すように、１つの防振ゴム１０内の４つの圧電ゴム部１４が出力する４つの荷重検出信号をそれぞれ解析して、車両２の輪重変動の程度を判定する。車両状態判定部２５は、例えば、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号に基づいて、輪重減少による走行安全性の有無を判定する。
【０１０１】
車両状態判定部２５は、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の大きさがしきい値Th4を下回るときには、輪重変動の程度が異常状態であると判定する。一方、車両状態判定部２５は、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の大きさがしきい値Th4以上であるときには、輪重変動の程度が正常状態であると判定する。ここで、図２６に示すグラフは、輪重変動量演算部３１が出力する輪重変動量信号の時間変化を模式的に示す波形である。図２６に示すように、時間ｔ41〜ｔ42において輪重変動量信号に異常値が出力されており輪重減少が発生している。車両状態判定部２５は、信号処理部２１が出力する荷重検出信号の電圧値としきい値Th4とを比較し、この電圧値がしきい値Th4を下回るときには輪重変動の程度が異常状態であると判定し、この電圧値がしきい値Th4以上であるときには輪重変動の程度が正常状態であると判定する。
【０１０２】
車両状態判定部２５は、例えば、時間ｔ41まで輪重変動量信号のレベルがしきい値Th4以上であり、時間ｔ42以降でも輪重変動量信号のレベルがしきい値Th4以上であるため、輪重変動の程度が正常状態であると判定する。一方、車両状態判定部２５は、時間ｔ41において輪重変動量信号のレベルがしきい値Th4を下回ってから時間ｔ42において輪重変動量信号のレベルがしきい値Th4以上になるまでの経過時間を計測し、この経過時間が所定時間Ｔ4以下（Ｔ4≧ｔ42−ｔ41）であるときには、輪重変動の程度が異常状態であると判定する。ここで、所定時間Ｔ4は、例えば、輪重減少のような異常状態になるときには輪重変動量信号のレベルの異常値が瞬間的に発生するため、輪重変動の程度が正確に判定されるように比較的短い時間に設定される。車両状態判定部２５は、輪重変動による異常状態の有無の判定結果を判定結果信号（判定結果情報）として制御部２８に出力する。
【０１０３】
図２２〜図２５に示す判定結果告知部２６は、例えば、輪重変動の程度が異常状態であると車両状態判定部２５が判定したときに、この車両状態判定部２５の判定結果を乗務員などに警告する。制御部２８は、例えば、信号処理部２１が出力する荷重検出信号を輪重変動量演算部３１に出力したり、車両状態判定部２５に輪重変動の程度の判定を指令したり、輪重変動量演算部３１に輪重変動量の演算を指令したりする。制御部２８には、荷重検出信号入力部２０、信号処理部２１、判定基準情報記憶部２３、車両状態判定部２５、判定結果告知部２６、プログラム記憶部２７、輪重変動量演算部３１などが相互に通信可能なように接続されている。
【０１０４】
輪重変動量演算部３１は、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号に基づいて、輪重変動量を演算する手段である。輪重変動量演算部３１は、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号に基づいて動的輪重を演算し、静止輪重からこの動的輪重を減算して輪重変動量を演算する。輪重変動量演算部３１は、防振ゴム１０に作用する荷重に応じて圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号に基づいて輪重変動量を演算し、この演算結果を輪重変動量演算信号（輪重変動量演算情報）として制御部２８に出力する。
【０１０５】
次に、この発明の第４実施形態に係る車両状態判定装置の動作を説明する。
図２７に示すＳ４００において、プログラム記憶部２７から車両状態判定プログラムを制御部２８が読み込み、Ｓ４１０において判定基準情報を判定基準情報記憶部２３から制御部２８が読み出す。しきい値Th4に対応する判定基準情報を判定基準情報記憶部２３から制御部２８が読み出して、この判定基準情報を制御部２８が車両状態判定部２５に出力する。
【０１０６】
Ｓ４３０において、輪重変動量の演算を輪重変動量演算部３１に制御部２８が指令する。荷重検出信号入力部２０が出力する荷重検出信号を輪重変動量演算部３１に制御部２８が出力すると、この荷重検出信号に基づいて輪重変動量を輪重変動量演算部３１が演算する。輪重変動量演算部３１が輪重変動量に応じた輪重変動量信号を制御部２８に出力し、この輪重変動量信号を車両状態判定部２５に制御部２８が出力する。
【０１０７】
Ｓ４４０において、輪重変動の程度の判定を車両状態判定部２５に制御部２８が指令する。輪重変動量演算部３１が出力する輪重変動量信号と制御部２８が出力する判定基準情報とに基づいて、図２６に示すように輪重変動量信号の電圧値がしきい値Th4を下回るか否かを車両状態判定部２５が判定する。輪重変動量演算信号の電圧値がしきい値Th4を下回るときには、輪重変動の程度が異常状態であると車両状態判定部２５が判定する。一方、輪重変動量演算信号の電圧値がしきい値Th4以上であるときには、輪重変動の程度が正常状態であると車両状態判定部２５が判定する。これらの判定結果を判定結果信号として車両状態判定部２５が制御部２８に出力する。
【０１０８】
Ｓ４５０において、判定結果の告知を判定結果告知部２６に制御部２８が指令する。その結果、判定結果告知部２６が車両２内の乗務員に輪重変動の程度が異常状態であることを告知する。Ｓ４４０において、輪重変動の程度の判定を終了するか否かを制御部２８が判断する。車両２が運行を継続していると制御部２８が判断したときにはＳ４１０に戻り、Ｓ４１０以降の車両状態判定処理を制御部２８が繰り返す。
【０１０９】
この発明の第４実施形態に係る車両状態判定装置には、第１実施形態〜第３実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
(1) この第４実施形態では、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号に基づいて、車両２の輪重変動の程度を車両状態判定部２５が判定する。このため、輪重変動の程度を監視することによって、輪重減少に起因する走行安全性の低下などの異常状態を判定することができる。
【０１１０】
(2) この第４実施形態では、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の大きさがしきい値Th4を下回るときには輪重変動の程度が異常状態であると車両状態判定部２５が判定し、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号の大きさがしきい値Th4以上であるときには輪重変動の程度が正常状態であると車両状態判定部２５が判定する。このため、圧電ゴム部１４が出力する荷重検出信号としきい値Th4とを比較することによって、輪重変動の程度が異常状態であるか否かを簡単に判定することができる。
【０１１１】
（第５実施形態）
図２８に示す防振ゴム１０は、図５に示す防振ゴム１０とは異なり金具部１２Ｂを備えておらず、図２８（Ａ）に示すように平面形状が略四角形の板状部材であり、新幹線車両の台車などに使用される。図２８に示す軸箱７は、図５に示す上面部７ａとは異なり、上面部７ａが凸状面に形成されている。上面部７ａは、図２８（Ａ）に示すように、平坦面７ｃ，７ｄと傾斜面７ｅなどを備えている。平坦面７ｃは、上面部７ａの凸部であり、車軸５ｂの長さ方向に沿って上面部７ａの中央部にこの上面部７ａよりも高く形成されている。平坦面７ｄは、上面部７ａの凹部であり、車軸５ｂの長さ方向に沿ってこの上面部７ａの端部に形成されている。傾斜面７ｅは、上面部７ａの段部であり、平坦面７ｃと平坦面７ｄとを繋ぐようにこれらの平坦面７ｃ，７ｄと連続して形成されている。
【０１１２】
図２８に示すゴム部１１は、図５に示すゴム部１１とは異なり、密着面１１ｂなどを備えており、この密着面１１ｂは軸箱７の上面部７ａの端部のみと密着する部分である。ゴム部１１は、図２８（Ｂ）に示すように、上面部７ａの平坦面７ｄ及び傾斜面７ｅと密着面１１ｂとが密着しており、これらの間で荷重を均等に作用させる。ゴム部１１は、上面部７ａの平坦面７ｃと金具部１２Ａとの間に隙間を形成するようにこの平坦面７ｃとは密着しておらず、この密着面１１ｂと平坦面７ｃとの間で荷重を作用させない。
【０１１３】
図２８に示す荷重検出装置１３Ａ〜１３Ｄは、図５に示す荷重検出装置１３Ａ〜１３Ｄとは異なり、図２８（Ａ）に示すように防振ゴム１０の中心線に対して等間隔に左右に２つずつ配置されている。荷重検出装置１３Ａ，１３Ｃは、車軸５ｂの端部側に配置されており、荷重検出装置１３Ｂ，１３Ｄは車輪５ａ側に配置されている。
【０１１４】
この発明の第５実施形態に係る荷重検出装置には、以下に記載するような効果がある。
この第５実施形態では、軸箱７の上面部７ａの端部のみと密着する密着面１１ｂを防振ゴム１０が備えている。このため、軸箱７の上面部７ａのうち比較的剛性の低い上面部７ａの中央部と防振ゴム１０の密着面１１ｂとを接触させず、軸箱７の上面部７ａのうち比較的剛性の高い上面部７ａの端部と防振ゴム１０の密着面１１ｂとを接触させることができる。その結果、軸箱７の上面部７ａの端部と防振ゴム１０の密着面１１ｂとの間でのみ荷重を作用させて、軸箱７の中央部に過大な荷重が作用するのを防ぐことができる。
【０１１５】
（他の実施形態）
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、台車４が軸はり式台車である場合を例に挙げて説明したが、２枚の板ばねによって軸箱７と台車枠８とを連結する板ばね式台車、又は平行リンク機構を構成する段違いの２つのリンク部材によって軸箱７と台車枠８とを連結するリンク式台車などについても、この発明を適用することができる。また、この実施形態では、軸箱７の振動を抑える防振ゴム１０に作用する荷重を荷重検出装置１３Ａ〜１３Ｄによって検出する場合を例に挙げて説明したが、軸箱７以外の物体の振動を抑える防振ゴムについても、この発明を適用することができる。さらに、この実施形態では、防振ゴム１０内に圧電ゴム部１４を４つ配置する構造を例に挙げて説明したが、このような構造に限定するものではない。例えば、円環状の一つの圧電ゴムに電極部を複数貼り付けた構造にすることもできる。
【０１１６】
(2) この第１実施形態では、車両２の速度に応じてしきい値Th1を設定して、このしきい値Th1によって車両２の軸受６の状態を判定する場合を例に挙げて説明したが、このような判定方法に限定するものではない。同様に、この第２実施形態では、車両２の速度に応じて基準周波数帯域ｆthを設定して、この基準周波数帯域ｆthによって車両２の軸受６の状態を判定する場合を例に挙げて説明したが、このような判定方法に限定するものではない。例えば、低速走行時又は高速走行時のいずれか一方のしきい値Th1又は基準周波数帯域ｆthのみを設定し、所定の低速度又は高速度になったときのしきい値Th1又は基準周波数帯域ｆthによって自動的に車両２の軸箱７の状態を判定することができる。また、この第１実施形態、第２実施形態及び第４実施形態では、荷重検出装置１３Ａ〜１３Ｄの各圧電ゴム部１４が出力する４つの荷重検出信号についてそれぞれ解析しているが、圧電ゴム部１４が出力する４つの荷重検出信号を平均化して解析することもできる。
【０１１７】
(3) この第１実施形態、第２実施形態及び第４実施形態では、荷重検出装置１３Ａ〜１３Ｄを防振ゴム１０内に４つ配置する場合を例に挙げて説明したが、設置個数を４つ限定するものではなく任意の個数を配置することもできる。例えば、荷重検出装置１３Ａ，１３Ｂを省略して荷重検出装置１３Ｃ，１３Ｄのみを防振ゴム１０内に配置することもできる。同様に、この第３実施形態では、荷重検出装置１３Ｃ，１３Ｄを防振ゴム１０内に２つ配置する場合を例に挙げて説明したが、設置個数を２つに限定するものではなく３つ以上配置することもできる。また、この第５実施形態では、荷重検出装置１３Ａ〜１３Ｄを左右のゴム部１１に２つずつ配置する場合を例に挙げて説明したが、左右のゴム部１１に１つずつ配置することもできる。
【符号の説明】
【０１１８】
１  軌道
１ａ  レール
２  車両
３  車体
４  台車
５  輪軸
５ａ  車輪
５ｂ  車軸
６  軸受
７  軸箱
７ａ  上面部
７ｂ  心棒
７ｃ  平坦面（中央部）
７ｄ  平坦面（端部）
７ｅ  傾斜面（端部）
８  台車枠
９  軸ばね
１０  防振ゴム
１１  ゴム部
１１ａ  貫通孔
１１ｂ  密着面
１２Ａ，１２Ｂ  金具部
１２ａ，１２ｂ  貫通孔
１２ｃ  密着面
１３Ａ〜１３Ｄ  荷重検出装置
１４  圧電ゴム部
１５Ａ，１５Ｂ  電極部
１６  保護部
１７Ａ，１７Ｂ  導電部
１８  速度検出装置
１９  車両状態判定装置
２０  荷重検出信号入力部
２１  信号処理部
２２  速度検出信号入力部
２３  判定基準情報記憶部
２４  判定条件設定部
２５  車両状態判定部
２６  判定結果告知部
２７  プログラム記憶部
２８  制御部
２９  卓越周波数演算部
３０  車軸たわみ量演算部
３１  輪重変動量演算部
Th1  しきい値（所定値）
ｆth  基準周波数帯域（所定範囲）
Th3  基準範囲（所定範囲）
Th4  しきい値（所定値）
Ｔ1，Ｔ3，Ｔ4  所定時間
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図６】
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【図１３】
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