(57)【要約】  【課題】  実際のレール−鉄道車輪においてクリープ力を簡易に測定することができるクリープ力測定装置及び方法を提供する。  【解決手段】  クリープ力算出部８０は、次の手順でクリープ力を算出する。ステップ１：測定ローラー３０の半径ｒと、エンコーダ８１の検出値（測定ローラー３０の回転角速度ω）とから、測定ローラー３０の周速度ＶＷ＝ｒ・ωを算出する。ステップ２：測定ローラー３０の周速度ＶＷと、エンコーダ８２の検出値（ローラーブロック２０の駆動速度Ｖｔ）とから、測定ローラー３０のレールＲに対するすべり率ｓ＝（Ｖｔ−ＶＷ）／Ｖｔを算出する。ステップ３：ロードセル８３の検出値（モーメント付与機構７０に基づく測定ローラー３０のレールＲに対する接線力ｆ）、並びに、ロードセル８４の検出値（押付力設定機構４０で設定される測定ローラー３０のレールＲに対する法線力Ｎ）から、測定ローラー３０とレールＲ間の等価摩擦係数μｅ＝ｆ／Ｎを算出する。ステップ４：すべり率ｓ及び等価摩擦係数μｅに基づきクリープ力を算出する。【選択図】    図１
2005156505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道レールと鉄道車輪間に作用するクリープ力（転がり摩擦力）を測定するクリープ力測定装置であって、
レール上に固定され、レール長手方向に延びるフレームと、
該フレーム上でレール長手方向に沿って駆動されるローラーブロックと、
前記フレームに設けられた、前記ローラーブロックを低摩擦で案内する案内手段と、
前記ローラーブロックに回転自在に取り付けられ、レール上をレール長手方向に転動する測定ローラーと、
該測定ローラーの回転角速度を検出する回転角速度検出手段と、
前記測定ローラーに回転モーメントを付与するモーメント付与手段と、
該回転モーメントを検出するモーメント検出手段と、
前記測定ローラーのレールへの押付力を設定する押付力設定手段と、
該押付力を検出する押付力検出手段と、
前記ローラーブロックの駆動速度を検出する駆動速度検出手段と、
前記各検出手段の検出値に基づいて、前記クリープ力を算出する算出手段と、
を備えることを特徴とするクリープ力測定装置。
【請求項２】
前記算出手段が、前記測定ローラーのレールに対するすべり率ｓ、及び、前記測定ローラーとレール間の等価摩擦係数μｅをさらに算出することを特徴とする請求項１記載のクリープ力測定装置。
【請求項３】
前記算出手段が、
前記測定ローラーの半径ｒと、前記回転角速度検出手段の検出値ωとから、該測定ローラーの周速度ＶＷ（＝ｒ・ω）を算出する周速度算出部と、
この測定ローラーの周速度ＶＷと、前記駆動速度検出手段の検出値（前記ローラーブロックの駆動速度）Ｖｔとから、前記測定ローラーのレールに対するすべり率ｓ（＝（Ｖｔ−ＶＷ）／Ｖｔ）を算出するすべり率算出部と、
前記モーメント力検出手段の検出値から前記測定ローラーのレールに対する接線力ｆを換算する接線力換算部と、
この接線力ｆと前記押付力検出手段の検出値（前記測定ローラーのレールに対する法線力）Ｎとから、前記測定ローラーとレール間の等価摩擦係数μｅ（＝ｆ／Ｎ）を算出する摩擦係数算出部と、
これらすべり率ｓ及び等価摩擦係数μｅに基づき、前記クリープ力を算出するクリープ力算出部と、
を具備することを特徴とする請求項１又は２記載のクリープ力測定装置。
【請求項４】
前記ローラーブロックが、前記フレームに設けられた駆動機構により駆動され、
該駆動機構が、
前記ローラーブロックを一定速度で駆動するモータ付送り機構と、
前記ローラーブロックの前記フレームに対する移動限界点を検知する検知手段と、
を具備することを特徴とする請求項１、２又は３記載のクリープ力測定装置。
【請求項５】
前記モーメント付与手段が、
前記フレームに設けられたプーリーと、
該プーリーと前記測定ローラー間に架け渡された第１のワイヤと、
前記フレームに設けられたバネと、
該バネと前記プーリー間に架け渡された第２のワイヤと、
を具備することを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載のクリープ力測定装置。
【請求項６】
前記モーメント付与手段が、前記測定ローラーの転動に伴い引張される前記バネのバネ力により、前記測定ローラーにモーメントを付与することを特徴とする請求項５記載のクリープ力測定装置。
【請求項７】
鉄道レールと鉄道車輪間に作用するクリープ力（転がり摩擦力）を測定するクリープ力測定装置であって、
レール上をレール長手方向に転動する測定ローラーと、
該測定ローラーの転動に伴い引張されるバネを有し、該バネのバネ力により前記測定ローラーにモーメントを付与するモーメント付与手段と、
を備えることを特徴とするクリープ力測定装置。
【請求項８】
前記フレームに、該フレームをレールに着脱自在に固定する固定機構が設けられていることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項記載のクリープ力測定装置。
【請求項９】
レール長手方向に沿って駆動されるローラーブロックに回転自在に取り付けられた測定ローラーを用いて、鉄道レールと鉄道車輪間に作用するクリープ力（転がり摩擦力）を測定する方法であって、
レール上を転動する前記測定ローラーの半径ｒと、該測定ローラーの回転角速度ωとから、該測定ローラーの周速度ＶＷ（＝ｒ・ω）を算出し、
この測定ローラーの周速度ＶＷと、前記ローラーブロックの駆動速度Ｖｔとから、前記測定ローラーのレールに対するすべり率ｓ（＝（Ｖｔ−ＶＷ）／Ｖｔ）を算出し、
前記測定ローラーのレールに対する接線力ｆ並びに法線力Ｎから、前記測定ローラーとレール間の等価摩擦係数μｅ（＝ｆ／Ｎ）を算出し、
これらすべり率ｓ及び等価摩擦係数μｅに基づき、前記クリープ力を算出することを特徴とするクリープ力測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道レールと鉄道車輪間に作用するクリープ力（転がり摩擦力）を測定する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道技術においては、レール・車輪の動摩擦係数や、これら両者間に作用するクリープ力（転がり摩擦力）の、脱線等に与える影響を解明することが重要である。従来より、レール・車輪の動摩擦係数を測定する装置としては、例えば鉄道総合技術研究所製の『トリボメータ』や『μテスター』等が知られている。一方、クリープ力については、２円筒の回転試験機を用いて、すべり率とクリープ力を測定する方法が知られている。
【０００３】
クリープ力は、レール上における車輪の転がり状態のすべり率に応じて発生する力であり、このすべり率をパラメータとして、法線力に摩擦係数を掛けた値に飽和するとされている。さらに、クリープ力は、左右両車輪のレールへの接触状態、車輪とレールの各々の表面状態、油や水等の介在物、あるいは、レール長手方向と幅方向とによって、飽和傾向に違いが生じることがわかっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述した『トリボメータ』や『μテスター』等の装置は、動摩擦係数を測定することは可能であるが、すべり率とクリープ力との関係（クリープ飽和特性）までは測定することができない。一方、２円筒の回転試験機は、すべり率とクリープ力を測定することは可能であるが、試験機が大掛かりであるとともに室内試験に限られるため、実際のレール上でのクリープ力飽和特性までは測定することができない。さらに、本発明者等が２円筒の回転試験機を用いてクリープ力測定試験を実施したが、クリープ力を決定する要因中での摩擦係数の影響を特定することは困難であることがわかっている。
【０００５】
このため、実際のレール−鉄道車輪の接触面の表面状態の変化に伴って、クリープ力飽和特性と摩擦係数がどのように変化し得るのかを、現状では充分に把握できていない。そこで、実際のレール−鉄道車輪においてクリープ力を測定することができ、ひいてはクリープ力が脱線等に与える影響を解明する一助となる装置又は方法が求められている。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、実際のレール−鉄道車輪においてクリープ力を簡易に測定することができるクリープ力測定装置及び方法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】
本発明のクリープ力測定装置は、鉄道レールと鉄道車輪間に作用するクリープ力（転がり摩擦力）を測定するクリープ力測定装置であって、  レール上に固定され、レール長手方向に延びるフレームと、  該フレーム上でレール長手方向に沿って駆動されるローラーブロックと、  前記フレームに設けられた、前記ローラーブロックを低摩擦で案内する案内手段と、  前記ローラーブロックに回転自在に取り付けられ、レール上をレール長手方向に転動する測定ローラーと、  該測定ローラーの回転角速度を検出する回転角速度検出手段と、  前記測定ローラーに回転モーメントを付与するモーメント付与手段と、  該回転モーメントを検出するモーメント検出手段と、  前記測定ローラーのレールへの押付力を設定する押付力設定手段と、  該押付力を検出する押付力検出手段と、  前記ローラーブロックの駆動速度を検出する駆動速度検出手段と、  前記各検出手段の検出値に基づいて、前記クリープ力を算出する算出手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、実際のレール−鉄道車輪においてクリープ力を簡易に測定することができる。そして、この装置によるクリープ力の測定結果と、従来より提供されている『トリボメータ』や『μテスター』等の装置による摩擦係数の測定結果を併せることで、クリープ力が脱線等に与える影響を解明できるようになることも期待できる。
【０００９】
本発明のクリープ力測定装置においては、前記算出手段が、前記測定ローラーのレールに対するすべり率ｓ、及び、前記測定ローラーとレール間の等価摩擦係数μｅをさらに算出することができる。
この場合、算出手段により、実際のレール−鉄道車輪におけるすべり率ｓ、等価摩擦係数μｅを簡易に算出できるので、すべり率とクリープ力との関係（クリープ飽和特性）や、クリープ力飽和特性と摩擦係数との関係を解明できるようになることも期待できる。
【００１０】
本発明のクリープ力測定装置のより具体的な態様においては、前記算出手段が、  前記測定ローラーの半径ｒと、前記回転角速度検出手段の検出値ωとから、該測定ローラーの周速度ＶＷ（＝ｒ・ω）を算出する周速度算出部と、  この測定ローラーの周速度ＶＷと、前記駆動速度検出手段の検出値（前記ローラーブロックの駆動速度）Ｖｔとから、前記測定ローラーのレールに対するすべり率ｓ（＝（Ｖｔ−ＶＷ）／Ｖｔ）を算出するすべり率算出部と、  前記モーメント力検出手段の検出値から前記測定ローラーのレールに対する接線力ｆを換算する接線力換算部と、  この接線力ｆと前記押付力検出手段の検出値（前記測定ローラーのレールに対する法線力）Ｎとから、前記測定ローラーとレール間の等価摩擦係数μｅ（＝ｆ／Ｎ）を算出する摩擦係数算出部と、  これらすべり率ｓ及び等価摩擦係数μｅに基づき、前記クリープ力を算出するクリープ力算出部と、を具備することができる。
【００１１】
本発明のクリープ力測定装置においては、前記ローラーブロックが、前記フレームに設けられた駆動機構により駆動され、  該駆動機構が、  前記ローラーブロックを一定速度で駆動するモータ付送り機構と、  前記ローラーブロックの前記フレームに対する移動限界点を検知する検知手段と、を具備することができる。
この場合、ローラーブロックを一定速度で駆動できるので、より正確なクリープ力測定を実現することができる。そして、このローラーブロックは、検知手段で移動限界点が検知されるので、この検知に応じて自動停止させる等によって、ローラーブロックの過剰な移動を制限することができる。
【００１２】
本発明のクリープ力測定装置においては、前記モーメント付与手段が、  前記フレームに設けられたプーリーと、  該プーリーと前記測定ローラー間に架け渡された第１のワイヤと、  前記フレームに設けられたバネと、  該バネと前記プーリー間に架け渡された第２のワイヤと、を具備することができる。
さらに、前記モーメント付与手段が、前記測定ローラーの転動に伴い引張される前記バネのバネ力により、前記測定ローラーにモーメントを付与することができる。
レール上を測定ローラーが転動すると第１のワイヤを介してプーリーが回転し、プーリーが回転すると第２のワイヤを介してバネが引かれる。このようにして、ワイヤ・プーリーを介して、バネ力によるモーメントが測定ローラーに付与される。
【００１３】
本発明のクリープ力測定装置においては、前記フレームに、該フレームをレールに着脱自在に固定する固定機構が設けられているものとすることができる。
この場合、固定機構を用いることで、装置のレールへの固定及び別場所への設置時の固定解除を容易に行なうことができる。
【００１４】
本発明のクリープ力測定方法は、レール長手方向に沿って駆動されるローラーブロックに回転自在に取り付けられた測定ローラーを用いて、鉄道レールと鉄道車輪間に作用するクリープ力（転がり摩擦力）を測定する方法であって、  レール上を転動する前記測定ローラーの半径ｒと、該測定ローラーの回転角速度ωとから、該測定ローラーの周速度ＶＷ（＝ｒ・ω）を算出し、  この測定ローラーの周速度ＶＷと、前記ローラーブロックの駆動速度Ｖｔとから、前記測定ローラーのレールに対するすべり率ｓ（＝（Ｖｔ−ＶＷ）／Ｖｔ）を算出し、  前記測定ローラーのレールに対する接線力ｆ並びに法線力Ｎから、前記測定ローラーとレール間の等価摩擦係数μｅ（＝ｆ／Ｎ）を算出し、  これらすべり率ｓ及び等価摩擦係数μｅに基づき、前記クリープ力を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、実際のレール−鉄道車輪においてクリープ力を簡易に測定することができるクリープ力測定装置及び方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例に係るクリープ力測定装置を示す概念図である。
図１には、本実施例に係るクリープ力測定装置１がレールＲに固定された状態の概念的構成が示されている。このクリープ力測定装置１は、大きく分けて、以下の各部を備えている。
【００１７】
（１）フレーム１０。
（２）フレーム１０に組み付けられたローラーブロック２０、並びに、このローラーブロック２０に付設された測定ローラー３０、押付力設定機構４０、ブロック昇降機構５０を有するクリープ力測定部。
（３）ローラーブロック２０をレールＲ長手方向（図中矢印前後方向）に沿って駆動する駆動機構６０。
（４）測定ローラー３０に回転モーメントを付与するモーメント付与機構７０。
（５）フレーム１０をレールＲに着脱自在に固定する固定機構９０。
（６）ローラーブロック２０のフレーム１０に対する移動限界点を検知するリミットスイッチ部１００。
（７）測定ローラー３０の回転角速度を検出する回転角速度検出ロータリーエンコーダ８１、ローラーブロック２０の駆動速度を検出する駆動速度検出ロータリーエンコーダ８２、回転モーメントを検出するモーメント検出ロードセル８３、押付力を検出する押付力検出ロードセル８４の各検出値に基づいて、クリープ力を算出するクリープ力算出部（算出手段）８０。
【００１８】
以下、各部の詳細について、主に図２〜図８を参照しつつ説明する。
図２は、本実施例に係るクリープ力測定装置の左側面図である。
図３は、同クリープ力測定装置の右側面図である。
図４は、同クリープ力測定装置の上面図である。
図５は、図２又は図３のＩ−Ｉ線断面図である。
図６は、図２又は図３のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
図７は、同クリープ力測定装置のクリープ力測定部（ローラーブロック、測定ローラー、押付力設定機構、ブロック昇降機構）の詳細を示す左側面図である。
図８は、図７の測定部の下部の詳細を示す正面断面図である。
【００１９】
なお、以下の説明では、特に断らない限り、レールの長手方向（車両の進行方向）を前後方向、軌道面におけるレール長手方向と直角の方向を左右方向、軌道面に垂直な方向を上下方向と呼ぶ。これらの方向は、各図中に矢印で示す。
【００２０】
（１）フレーム１０
図２〜図６に示すように、フレーム１０は、上板１１を備えている。この上板１１には、長穴１１ａが形成されている（図４参照）。上板１１の四隅からは、立板１３ａ〜１３ｄが垂下している。左右２つずつの立板１３ａと１３ｃ、１３ｂと１３ｄの下端は、それぞれ左側板１５ａ、右側板１５ｂで繋がれている。さらに、前後２つずつの立板１３ａと１３ｂ、１３ｃと１３ｄの下端は、それぞれ連結板１７、１８（図５及び図６参照）で連結されている。クリープ力測定装置１のレールＲへの設置状態において、各連結板１７、１８はレールＲ上を横断し、立板１３ａ・１３ｃ、左側板１５ａと、立板１３ｂ・１３ｄ、右側板１５ｂとでレールＲを跨ぐ状態となる。
【００２１】
（２）クリープ力測定部
フレーム１０の内側には、ローラーブロック２０、測定ローラー３０、押付力設定機構４０、ブロック昇降機構５０を有するクリープ力測定部が配置されている。
クリープ力測定部のローラーブロック２０は、直方体状の外形を有する。図６〜図８にわかり易く示すように、ローラーブロック２０は、左右の側板２１、２２と、これらの上端にボルト結合された天板２３を備えている。このローラーブロック２０の内側には、測定ローラー３０が回転可能に支持されている。
【００２２】
図８に示すように、ローラーブロック２０の両側板２１、２２のそれぞれには、ラジアルベアリング２１Ｂ、２２Ｂが組み込まれている。これらベアリング２１Ｂ、２２Ｂ間には、段付きシャフト２５が支持されている。この段付きシャフト２５の中央部には、前述の測定ローラー３０が外嵌している。段付きシャフト２５と測定ローラー３０とは、キー３０ａを介して固定されている。測定ローラー３０の両側面とベアリング２１Ｂ、２２Ｂとの間において、段付きシャフト２５にはブッシュ２１Ｃ、２２Ｃが外嵌している。そして、これらブッシュ２１Ｃ、２２Ｃには、それぞれ巻取プーリー２１Ｄ、２２Ｄが外嵌している。両巻取プーリー２１Ｄ、２２Ｄと測定ローラー３０とは、ビス３０ｂで結合されている。したがって、両巻取プーリー２１Ｄ、２２Ｄ、測定ローラー３０、段付きシャフト２５は、測定ローラー３０のレールＲ上での転動に伴い同期回転する。
【００２３】
図８に示すように、左側板２１の外面には、端板２６がビス固定されている。この端板２６には、ノブ付きネジ２７が捩じ込まれている。このノブ付きネジ２７の端部は、段付きシャフト２５の左端部２５Ｒに捩じ込まれている。端板２６及びノブ付きネジ２７により、ベアリング２１Ｂ・段付きシャフト２５が抜け止めされる。一方、右側板２２の外面には、回転角速度検出ロータリーエンコーダ８１のハウジング８１Ｈの接続端部８１Ｈ′が結合されている。ハウジング８１Ｈの接続端部８１Ｈ′内側において、段付きシャフト２５の右端部２５Ｌと回転角速度検出ロータリーエンコーダ８１の回転軸８１ａとは、ボス２８を介して接続されている。回転角速度検出ロータリーエンコーダ８１は、測定ローラー３０の回転角速度を検出し、図１のクリープ力算出部８０においてデータ格納する（詳しくは後述する）。
【００２４】
図４〜図７にわかり易く示すように、ローラーブロック２０には、押圧力設定機構４０及びブロック昇降機構５０が付設されている。
図７に最もよく示すように、ローラーブロック２０の前面には、２個のブラケット３２を介してスライドフレーム３１が固定されている。このスライドフレーム３１は、上下方向に延びる断面コ字状の部材であって、前述したフレーム１０の上板１１の長穴１１ａ内を上下に貫通して配置されている（図４参照）。スライドフレーム３１の上端側にはネジガイド３３Ａが固定されており、このネジガイド３３Ａにはノブ付きネジ３３Ｂが螺合している。ネジガイド３３Ａの下側には、立プレート３５が設けられている。これらスライドフレーム３１、ネジガイド３３Ａ及びノブ付きネジ３３Ｂ等により、立プレート３５に対してローラーブロック２０を上下に昇降させるブロック昇降機構５０が構成される。
【００２５】
ネジガイド３３Ａの下側に設けられた立プレート３５は、後述するようにフレーム１０の上板１１下面側に取り付けられている。ガイドフレーム３１及びローラーブロック２０は、この立プレート３５に対して上下にスライド昇降する。すなわち、ノブ付きネジ３３Ｂを締め付ける方向に回すと、これに外嵌しているネジガイド３３Ａが立プレート３５に対して上側へ移動しようとする。このとき、ガイドフレーム３１内に収容されているコロ（図示されず）によって、ネジガイド３３Ａとともにガイドフレーム３１が上方へ移動する。逆に、ノブ付きネジ３３Ｂを緩める方向に回すと、ネジガイド３３Ａが立プレート３５に対して下側へ移動し、ネジガイド３３Ａとともにガイドフレーム３１が下方へ移動する。このようなブロック昇降機構５０は、レールＲ上でクリープ力測定装置１全体を移動させる際に、一時的にローラーブロック２０全体を上方に退避させる際に用いる。
【００２６】
図６及び図７に示すように、立プレート３５の後面側上部には支持プレート４１がビス固定されている。そして、支持プレート４１の下方において、前述の立プレート３５が横板３７にビス固定されている。図５及び図６に示すように、この横板３７は、左右方向に延びる帯状の部材であって、フレーム１０の上板１１下面側にリニアガイド（案内手段）３９を介して取り付けられている。このリニアガイド３９は、フレーム１０の上板１１下面に固定された固定部３９ａと、この固定部３９ａの下側にスライド可能に組み付けられたスライド部３９ｂとからなり、左右両側にそれぞれ設けられている。横板３７は、フレーム１０に対して、リニアガイド３９のスライド部３９ｂとともに前後方向に移動する。立プレート３５は、横板３７及びリニアガイド３９のスライド部３９ｂとともに、フレーム１０の上板１１の長穴１１ａ内を前後方向に移動する。リニアガイド３９は、ローラーブロック２０を低摩擦で案内する役割を果たす。
【００２７】
図６及び図７にわかり易く示すように、支持プレート４１と横板３７間には、３点配置された３本の連結シャフト４３がボルト固定されている。これら連結シャフト４３の３点中央部において、支持プレート４１にはネジシャフト４５が捩じ込まれている。図６に最もよく示すように、このネジシャフト４５の上端には六角穴付き頭部４５ａが設けられており、下端には下方に開口したスリーブ４６が固定されている。このスリーブ４６内には、接点バー４７が収容されている。この接点バー４７の下端側にはフランジ部４７ａが設けられており、このフランジ部４７ａとスリーブ４６上板との間には押付バネ４９が介装されている。接点バー４７の下端は、押付バネ４９の付勢力を受けて、ローラーブロック２０の天板２３上に固定された押付力検出ロードセル８４に当接可能となっている。これらネジシャフト４５、スリーブ４６、接点バー４７、押付バネ４９等により、測定ローラー３０のレールＲへの押付力を設定する押付力設定機構４０が構成される。
【００２８】
ここで、押付力設定機構４０の作用について説明する。
ネジシャフト４５の六角穴付き頭部４５ａに図示せぬレンチ等を係合して回すと、ネジシャフト４５は支持プレート４１に螺合しつつ下方に進む。すると、ネジシャフト４５の下端に当たっているスリーブ４６が、押付バネ４９を縮めつつ下方に移動する。この場合は、接点バー４７が、押付力検出ロードセル８４を介して、ローラーブロック２０をレールＲ踏面に向けて押し付ける力が強く設定される。一方、ネジシャフト４５を前述とは逆側に回すと、ネジシャフト４５が上方に進み、スリーブ４６と接点バー４７間で押付バネ４９が伸びようとする。すると、このバネ力でスリーブ４６が上方に押されるとともに、接点バー４７が押付力検出ロードセル８４を介してローラーブロック２０を押し付ける力が弱まる。押圧力検出ロードセル８４は、このような押し付け力を検出し、その検出値を図１のクリープ力算出部８０においてデータ格納する（詳しくは後述する）。
【００２９】
（３）駆動機構６０
図３に示すように、ローラーブロック２０の右方において、横板３７の下面にはＬ字ブラケット６１が固定されている。このＬ字ブラケット６１の後方において、フレーム１０の上板１１下面には、シャフトホルダ６３が固定されている。このシャフトホルダ６３内には、２個のベアリング６３ａを介して、回転シャフト６５が保持されている。この回転シャフト６５の後端側には、カップリング６７を介して、ステッピングモーター６９が連結されている。このステッピングモーター６９は、モーターホルダ６９Ａを介して、フレーム１０の上板１１下面に固定されている。ステッピングモーター６９の後端には、クリーンダンパ６９Ｂが取り付けられている。
【００３０】
一方、回転シャフト６５の前端側には、ネジシャフト６８が連結されている。このネジシャフト６８には、送りナット６２が外嵌している。この送りナット６２は、前述のＬ字ブラケット６１に固定されている。ネジシャフト６８の前端側は、フレーム１０の上板１１下面に固定された支持フレーム６４に支持されている。ネジシャフト６８と支持フレーム６４の間には、図示せぬベアリングが介装されている。さらに、ネジシャフト６８の前端には、カップリング６６を介して、駆動速度検出ロータリーエンコーダ８２が連結されている。
【００３１】
前述の通り、フレーム１０の上板１１下面には、リニアガイド３９を介して横板３７が取り付けられている（図５等参照）。さらに、横板３９には立プレート３５が固定されており、立プレート３５にはスライドフレーム３１を介してローラーブロック２０が取り付けられている（図７等参照）。したがって、横板３７の下面にＬ字ブラケット６１を介して固定された送りナット６２が、ネジシャフト６８に外嵌しつつ前後方向に螺進すると、同時に横板３７も前後方向に移動する。そして、横板３７の移動に伴って、立プレート３５・スライドフレーム３１・ローラーブロック２０（クリープ力測定部）が一体でリニアガイド３９に案内されつつ前後方向に移動する。
【００３２】
駆動機構６０自体は、次のように作動する。すなわち、ステッピングモーター６９の正逆回転駆動に伴い、カップリング６７を介して接続されている回転シャフト６５及びネジシャフト６８が正逆回転する。すると、ネジシャフト６８に外嵌している送りナット６２が螺進し、前述の通りにローラーブロック２０が前後方向に移動する。ネジシャフト６８の回転は、駆動速度検出ロータリーエンコーダ８２で検出される。駆動速度検出ロータリーエンコーダ８２は、ネジシャフト６８の回転からローラーブロック２０の駆動速度を検出し、その検出値を図１のクリープ力算出部８０においてデータ格納する（詳しくは後述する）。
【００３３】
（４）モーメント付与機構７０
図２〜図４に示すように、モーメント付与機構７０は、第１ワイヤ７１を備えている。第１ワイヤ７１の一端側（後端側）は２本であり、前述の各巻取プーリー２１Ｄ、２２Ｄにそれぞれ固定されているとともに、所定長さ分が巻き取られている。第１ワイヤ７１の途中には、モーメント検出ロードセル８３が組み込まれている。このモーメント検出ロードセル８３を境として、第１ワイヤ７１の他端側（前端側）は１本となっている。この第１ワイヤ７１の他端は、フレーム１０の後方に配置された大プーリー７３に固定されている。この大プーリー７３の中心は、シャフト７５に外嵌固定されている。図４にわかり易く示すように、大プーリー７３の両側において、シャフト７５には２個の小プーリー７４が固定されている。これらの小プーリー７４には、それぞれ第２ワイヤ７２の一端が固定されている。
【００３４】
図４にわかり易く示すように、フレーム１０の上板１１上面には、各小プーリー７４・第２ワイヤ７２のそれぞれに対応した一対のモーメント付与バネ７６が配置されている。各モーメント付与バネ７６は、円筒状のバネホルダ７８内に収容されて、互いに並行に横たわった状態で配置されている。各モーメント付与バネ７６は、後端側がホルダブロック７８Ａに固定された固定端部７６ｂとなっており、前端側が自由端部７６ａとなっている。各第２ワイヤ７２の他端側は、各モーメント付与バネ７６の内側を通って延びており、端部がモーメント付与バネ７６の自由端部７６ａに固定されている。
【００３５】
大小プーリー７３、７４が外嵌固定されたシャフト７５の両端は、ボス７７Ａを介して、横支持棒７７Ｂ及び縦支持棒７７Ｃに支持されている。図４に示すように、横支持棒７７Ｂはフレーム１０の立板１３ｃ、１３ｄに繋がっている。図２及び図３に示すように、縦支持棒７７Ｃは左右側板１５ａ、１５ｂに繋がっている。これら横支持棒７７Ｂ、縦支持棒７７Ｃは、フレーム１０上で大小プーリー７３、７４及びシャフト７５を回転可能に支持する。
【００３６】
このようなモーメント付与機構７０は、ローラーブロック２０の駆動時において、測定ローラー３０にモーメントを付与する。詳しくは、駆動機構６０の駆動によってローラーブロック２０が前側に移動すると、レールＲ踏面に摺接しつつ測定ローラー３０が図２中の矢印Ｘ方向に転動する。これに伴い、測定ローラー３０と同軸固定されている巻取プーリー２１Ｄ、２２Ｄが回転し、第１ワイヤ７１を徐々に巻き取っていく。そして、第１ワイヤ７１がある程度張った状態となると、大プーリー７３が図２中の矢印Ｘ′方向に回転するとともに、両小プーリー７４も同Ｘ′方向に回転し、第２ワイヤ７２が後側に引かれてモーメント付与バネ７６が縮められる。
【００３７】
このような作動において、レールＲと測定ローラー３０間の摩擦力がモーメント付与バネ７６のバネ力よりも大きい間は、測定ローラー３０はレールＲ上を転動し続け、第１ワイヤ７１が巻取プーリー２１Ｄ、２２Ｄに巻き取られるとともに、第２ワイヤ７２が引かれてモーメント付与バネ７６は縮められていく。このときのモーメント付与バネ７６のバネ力により、測定ローラー３０にはモーメントが付与される。その後、縮められているモーメント付与バネ７６のバネ力がレールＲと測定ローラー３０間の摩擦力よりも大きくなると、モーメント付与バネ７６が伸びて第２ワイヤ７２を前側に引き、大小プーリー７３、７４を図２中の矢印Ｙ′方向に回転させる。この大小プーリー７３、７４の回転とともに、第１ワイヤ７１が後側に引かれて巻取プーリー２１Ｄ、２２Ｄが回転し、この巻取プーリー２１Ｄ、２２Ｄと同軸固定されている測定ローラー３０も回転する。このモーメント（測定ローラー３０が引かれて回転し始めた時点での第１ワイヤ７１の引張力）は、モーメント検出ロードセル８３で検出される。モーメント検出ロードセル８３は、このモーメント（引張力）を検出して図１のクリープ力算出部８０においてデータ格納する（詳しくは後述する）。
【００３８】
（５）固定機構９０
図５に最もよく示すように、固定機構９０は、フレーム１０下部の四隅に設けられている。左側の２つの固定機構９０Ｌと、右側の２つの固定機構９０Ｒとは、構成が若干異なる。
左側の固定機構９０Ｌは、くの字型をした一対の揺動プレート９１Ｌを備えている。両揺動プレート９１Ｌは、中央屈曲部においてシャフト９２Ｌで揺動可能に支持されている。両揺動プレート９１Ｌ間の下端には、ローラー９３Ｌが保持されている。両揺動プレート９１Ｌの上端には、ノブ付きネジ９５が取り付けられている。一方、右側の固定機構９０Ｒは、同様に揺動プレート９１Ｒ、シャフト９２Ｒ、ローラー９３Ｒを備えているが、左側の固定機構９０Ｌにおけるノブ付きネジ９５の代わりに、六角穴付きボルト９６が設けられている。
【００３９】
クリープ力測定装置１のフレーム１０をレールＲに固定する際、右固定機構９０Ｒは固定状態としておき、左固定機構９０Ｌのノブ付きネジ９５は締め付けた状態としておく。そして、右固定機構９０Ｒのローラー９３ＲをレールＲ側部に当て込んでフレーム１０をレールＲ上に載置し、左固定機構９０Ｌのノブ付きネジ９５を徐々に緩めると、シャフト９２Ｌを支点として揺動プレート９１Ｌが揺動し、ローラー９３ＬがレールＲ側部に近づいていく。さらにノブ付きネジ９５を徐々に緩めると、左右固定機構９０Ｌ、９０Ｒのローラー９３Ｌ、９３Ｒ間でレールＲを挟み込んだ状態となり、クリープ力測定装置１がレールＲに固定される。逆に、クリープ力測定装置１をレールＲから取り外す際には、ノブ付きネジ９５を緩め、レールＲ側部からローラー９３Ｌを離すようにする。
【００４０】
（６）リミットスイッチ部１００。
図２〜図４にわかり易く示すように、フレーム１０の上板１１の両側面には、長検知プレート１０１、短検知プレート１０２が取り付けられている。一方、図２、図３、図５、図６に示すように、横板３７の両端面には、リミットスイッチ部１００が取り付けられている。これらのリミットスイッチ部１００はほぼ同一の構成である。左側の長検知プレート１０１・リミットスイッチ部１００はローラーブロック２０の長距離移動限界点を検知し、右側の短検知プレート１０２・リミットスイッチ部１００はローラーブロック２０の短距離移動限界点を検知するが、これら両者を組み合わせて用いることで、ローラーブロック２０の移動始点と移動終点とを判別することができる。各リミットスイッチ部１００は、前述した駆動機構６０のステッピングモーター６９に接続されている。ステッピングモーター６９は、リミットスイッチ部１００の限界点検出に伴い自動停止するようになっている。
【００４１】
（７）クリープ力算出部８０
図１に概念的に示すように、クリープ力算出部８０は、回転角速度検出ロータリーエンコーダ８１、駆動速度検出ロータリーエンコーダ８２、モーメント検出ロードセル８３、押付力検出ロードセル８４の各検出値をデータ格納し、これらの検出値に基づいて、次のステップ１〜ステップ４の手順でクリープ力を算出する。
【００４２】
ステップ１：前記測定ローラー３０の半径ｒと、回転角速度検出ロータリーエンコーダ８１の検出値（測定ローラー３０がレールＲ上を転動する際の回転角速度ω）とから、測定ローラー３０の周速度ＶＷ＝ｒ・ωを算出する。
ステップ２：ステップ１において算出した測定ローラー３０の周速度ＶＷと、駆動速度検出ロータリーエンコーダ８２の検出値（前記ローラーブロック２０の駆動速度Ｖｔ）とから、測定ローラー３０のレールＲに対するすべり率ｓ＝（Ｖｔ−ＶＷ）／Ｖｔを算出する。
ステップ３：モーメント検出ロードセル８３の検出値（前記モーメント付与機構７０に基づく測定ローラー３０のレールＲに対する接線力ｆ）、並びに、押付力検出ロードセル８４の検出値（前記押付力設定機構４０で設定される測定ローラー３０のレールＲに対する法線力Ｎ）から、測定ローラー３０とレールＲ間の等価摩擦係数μｅ＝ｆ／Ｎを算出する。
ステップ４：ステップ２で算出したすべり率ｓ、及び、ステップ３で算出した等価摩擦係数μｅに基づき、クリープ力を算出する。
【００４３】
クリープ力算出部８０は、より具体的には次のようにしてクリープ力を算出する。
（Ａ）設定パラメータは、次の通りである。
・駆動機構６０により駆動するローラーブロック２０の設定速度：Ｖ（単位ｃｍ／ｓ）
・測定ローラー３０のレールＲに対する接触円直径：Ｄｗ（単位ｍ）
・モーメント付与機構７０により引かれる測定ローラー３０の引張直径：Ｄｓ（単位ｍ）
・回転角速度検出ロータリーエンコーダ８１のパルス数：Ｐｗ
・駆動機構６０のステッピングモーター６９の駆動パルス幅：Ｗｔ（単位ｍ／ｒｏｔ）
・サンプリング周波数：ｆｓ（単位Ｈｚ）
・速度演算基準クロック：ＳＢ（単位Ｈｚ）
【００４４】
（Ｂ）測定パラメータは、次の通りである。
・測定ローラー３０の速度カウント数：ｎｗ
・ローラーブロック２０の速度カウント数：ｎｔ
・押付力検出ロードセル８４における押付荷重電圧：ｘｔ（単位Ｖ）
・モーメント検出ロードセル８３におけるバネ引張荷重電圧：ｘｓ（単位Ｖ）
・測定ローラー３０の位置カウント数：ｎｄＷ
・ローラーブロック２０の位置カウント数：ｎｄｔ
・測定ローラーの引張力：ＦＳ（単位Ｎ）
【００４５】
（Ｃ）モニタ出力は３画面を用意し、それぞれ次のグラフを表示する。
・第１画面は、横軸：すべり率ｓ、縦軸：等価摩擦係数μｅ
・第２画面は、横軸：時間ｔ、縦軸：ローラーブロック２０の速度Ｖｔ、及び、測定ローラー３０の速度ＶＷ
・第３画面は、横軸：時間ｔ、縦軸：測定ローラー３０の押付力Ｎｔ、及び、接線力Ｔ
【００４６】
（Ｄ）演算式は、以下（ａ）〜（ｇ）の通りである。
（ａ）ローラーブロック走行距離ｄｔ＝ｎｄｔ・Ｗｔ（単位ｍ）
（ｂ）測定ローラー走行距離ｄＷ＝ｎｄＷ・π・ＤＷ／ＰＷ（単位ｍ）
（ｃ）測定ローラー速度ＶＷ＝（π・ＤＷ・ＳＢ）／（ｎＷ・ＰＷ）（単位ｍ／ｓ）
（ｄ）ローラーブロック速度Ｖｔ＝Ｗｔ・（ＳＢ／ｎＷ）（単位ｍ／ｓ）
（ｅ）すべり率ｓ＝（Ｖｔ−ＶＷ）／Ｖｔ
（ｆ）接線力Ｔ＝ＦＳ・（Ｄｓ／ＤＷ）（単位Ｎ）
（ｇ）等価摩擦係数μｅ＝Ｔ／Ｎｔ
【００４７】
ここで、クリープ力測定装置１の総合的な作用について述べる。
まず、クリープ力測定装置１のフレーム１０をレールＲ上の所定位置に載置し、固定機構９０を用いてフレーム１０をレールＲに固定する。次いで、ローラーブロック２０に付設されたブロック昇降機構５０を操作して、測定ローラー３０がレールＲ上面に接するまで下げてから、押圧力設定機構４０を操作して測定ローラー３０のレールＲに対する法線力Ｎを設定する。
【００４８】
次いで、駆動機構６０を駆動して、ローラーブロック２０をレールＲ長手方向（前側）に沿って一定速度で移動させる。この際、測定ローラー３０がレールＲ上面に摺接しつつ図２中の矢印Ｘ方向に転動するとともに、巻取プーリー２１Ｄ、２２Ｄに第１ワイヤ７１が徐々に巻き取られていく。そして、第１ワイヤ７１がある程度張った状態となると、大プーリー７３及び小プーリー７４が図２中の矢印Ｘ′方向に回転するとともに、第２ワイヤ７２が後側に引かれてモーメント付与バネ７６が縮められ、このモーメント付与バネ７６のバネ力により測定ローラー３０にはモーメントが付与される。その後、縮められているモーメント付与バネ７６のバネ力がレールＲと測定ローラー３０間の摩擦力よりも大きくなると、モーメント付与バネ７６が伸びて第２ワイヤ７２を前側に引き、大小プーリー７３、７４を図２中の矢印Ｙ′方向に回転させ、測定ローラー３０が第１ワイヤ７１に引かれて回転する。
【００４９】
ローラーブロック２０の移動は、リミットスイッチ部１００で検知される。リミットスイッチ部１００が移動限界点を検知し、駆動機構６０のステッピングモーター６９が停止すると、ローラーブロック２０も停止する。そして、このようなローラーブロック２０の移動中、各ロータリーエンコーダ８１、８２、各ロードセル８３、８４のそれぞれにおいて検出された検出値に基づき、クリープ力算出部８０が前記ステップ１〜ステップ４に従ってクリープ力を算出する。
【００５０】
以下、具体的な数値例について述べる。
本実施例では、想定される実際の鉄道車輪条件を考慮し、測定ローラーの半径ｒを３０ｍｍとし、押付荷重Ｎを３０ｋｇｆとした。この場合、接触円半径は０．３８８ｍｍであり、ヘルツ圧は９３２ＭＮ／ｍ２である。この条件は、例えば半径４３０ｍｍの車輪がレール頭部半径８０ｍｍの部分で接触し、輪重が６５００ｋｇｆのときにヘルツ圧が１．７９ＧＮ／ｍ２であるものに相当する。なお、前述の半径ｒ＝３０ｍｍの測定ローラーにおけるヘルツ圧は、実際の輪重が約３．４ｔの車両の接触力に相当するものである。
【００５１】
モーメント付与機構７０のモーメント付与バネ７６については、押付力設定機構４０で設定可能なある一定の押付力Ｎに対し、測定ローラー３０のレールＲに対する摩擦係数μＥが０．３、０．５、０．７の各値をとるものと想定した。そして、これら想定された各摩擦係数μＥ＝０．３、０．５、０．７のそれぞれについて、次式に基づき各バネ定数ｋを計算した：
ｋ＝μＥ・Ｎ／Ｌ。
但し、Ｌはローラーブロック２０の移動距離である。
【００５２】
そして、このバネ定数ｋを有するバネ力Ｆのモーメント付与バネ７６を用い、測定ローラー３０とレールＲ間の摩擦係数μを次式に基づき計算した：
μ＝（Ｄｓ／ＤＷ）・（Ｆ／Ｎ）。
但し、Ｄｓは、前述の（Ａ）設定パラメータにおける、モーメント付与機構７０により引かれる測定ローラー３０の引張直径（単位ｍ）であり、ＤＷは、測定ローラー３０のレールＲに対する接触円直径（単位ｍ）である。引張直径Ｄｓは、一例で４０ｍｍに設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施例に係るクリープ力測定装置を示す概念図である。
【図２】本実施例に係るクリープ力測定装置の左側面図である。
【図３】同クリープ力測定装置の右側面図である。
【図４】同クリープ力測定装置の上面図である。
【図５】図２又は図３のＩ−Ｉ線断面図である。
【図６】図２又は図３のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図７】同クリープ力測定装置のクリープ力測定部（ローラーブロック、測定ローラー、押付力設定機構、ブロック昇降機構）の詳細を示す左側面図である。
【図８】図７の測定部の下部の詳細を示す正面断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
Ｒ  レール                              １  クリープ力測定装置
１０  フレーム                          ２０  ローラーブロック
３０  測定ローラー                      ３９  リニアガイド
４０  押付力設定機構
４５  ネジシャフト                      ４６  スリーブ
４７  接点バー                          ４９  押付バネ
５０  ブロック昇降機構                  ６０  駆動機構
６２  送りナット                        ６８  ネジシャフト
６９  ステッピングモーター              ７０  モーメント付与機構
７１  第１ワイヤ                        ７２  第２ワイヤ
７３  大プーリー                        ７４  小プーリー
７５  シャフト                          ７６  モーメント付与バネ
８０  クリープ力算出部
８１  回転角速度検出ロータリーエンコーダ
８２  駆動速度検出ロータリーエンコーダ
８３  モーメント検出ロードセル          ８４  押付力検出ロードセル
９０Ｒ、９０Ｌ  固定機構                １００  リミットスイッチ部
１０１  長検知プレート                  １０２  短検知プレート
【図１】
2005156505.tif 000003
【図２】
2005156505.tif 000004
【図３】
2005156505.tif 000005
【図４】
2005156505.tif 000006
【図５】
2005156505.tif 000007
【図６】
2005156505.tif 000008
【図７】
2005156505.tif 000009
【図８】
2005156505.tif 000010