(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レールの締結具の脱落を検知する装置において、
レール上を走行する台車の下面側に取付けられ、レールをスラブ軌道を包含する枕木等に締結する締結具の形状を検知するため、締結具の形状信号を出力する締結具センサであって枕木等毎に各レールの両側の前記締結具を同時に検知する４つの締結具センサと、
前記締結具センサのそれぞれからの締結具の形状信号を処理して締結具のレール上での脱落を判定する処理装置と
を設けたことを特徴とするレール締結具の脱落の検知装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレール締結具の脱落の検知装置を用いて、レール上の締結具を走行しながら枕木等毎に順次検知し、
各枕木等について４個の締結具の形状を検知し、各枕木等毎に締結具の脱落を判定する
ことを特徴とするレール締結具の脱落の検知方法。
【請求項３】
レールの特定位置の検知方法において、
前記特定位置の枕木等には、他の位置の枕木等の締結具とは異なる形状の識別締結具を用いてレールを締結し、
請求項１に記載のレール締結具の脱落の検知装置を用いて、前記識別締結具を検知して前記特定位置を検知する、
ことを特徴とするレールの特定位置の検知方法。
【請求項４】
請求項３に記載のレールの特定位置の検知方法において、
前記識別締結具と通常の締結具が、前記特定位置にある複数の隣接する枕木等に、特定のパターンをもって配置されており、
該特定のパターンを認識及び判定することにより、レールの特定位置を検知する
ことを特徴とするレールの特定位置の検知方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、レールを、スラブ軌道を包含する枕木等に締結するボルト等の締結具の脱落を、レール上を高速で走行しながら連続的に検知することのできるレール締結具の脱落の検知装置に関し、この検知装置を用いて、枕木上のどの締結具の脱落かを判定する方法に関し、更に、前記検知装置を用いて、レール上を高速で走行しながら、レール上の特定位置を検知する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道のレールの締結装置としては、図１に示すように、２枚の重ね板ばね１と締結具としてのボルト２を用いて行うのが一般的である。板ばね１はボルト２によって枕木３に押圧され、板ばね２の先端５によって、レール６の基部７を枕木に押圧して、レール６を枕木３に固定している。レール締結装置は、２本のレールの内側と外側とにそれぞれ設けられるので、１つの枕木には４つのレール締結装置が設けられ、締結具としてのボルトも４本設けられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、締結具の脱落（ヌケ）は、列車の脱線等の重大事故を招くおそれがあるので、あってはならない。そこで、定期的に、締結具の脱落を検査することが行われている。この締結具の脱落の検査は、保守作業員が線路巡回時に、レール沿いに歩行しながら目視及び打音によって行っている。この保守作業員による検査は、夜間が中心となるため、締結具の脱落を見落とすおそれがある。また、この検査は、保守作業員がレール沿いに歩行しながら行うので、歩行距離範囲内でしか検査できず、検査の範囲が短く制限されていつ。そこで、レールの締結具の脱落の検査を、レール上で車両を高速走行させながら自動的に広い範囲に行えるのが望ましい。
【０００４】
前記の締結具の脱落の検査とは別に、検査用車両がレール上を走行しているときに、レール上での位置を自動的に計測することは既に行われている。従来の方法では、走行車両に速度発電機を搭載し、この速度発電機からの信号を積算してレール上での位置を算出している。また、前記した積算の誤差を修正するため、軌道上の特定位置に特定の識別手段を設けることも行われている。このレール上での位置の検知は、レールの締結具の脱落を保守作業員がレール沿いに歩行しながら行う場合には保守作業員によって知ることができるので必要ないが、レールの締結具の脱落を自動的に検知する場合には必要となる。そこで、レールの締結具の脱落の検査において、レール上で車両を高速走行させながら、脱落位置を追加の装置なく検知できるのが望ましい。
【０００５】
従って、本発明の目的は、レールの締結具の脱落の検査をレール上で車両を高速走行させながら行えるレール締結具の脱落の検知装置を提供することにあり、この検知装置を用いて、枕木等（スラブ軌道を含む）上のどの締結具の脱落かを判定する方法を提供することにあり、前記の検知装置を用いて、レール上を高速で走行しながら、レール上の特定位置を検知する方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決する手段】
本発明によれば、レールの締結具の脱落を検知する装置であって、レール上を走行する台車の下面側に取付けられ、レールを、スラブ軌道を含む枕木等に締結する締結具の形状を検知するため、締結具の形状信号を出力する締結具センサであって枕木等毎に各レールの両側の前記締結具を同時に検知する４つの締結具センサと、該締結具センサのそれぞれからの締結具の形状信号を処理して締結具のレール上での脱落を判定する処理装置とを設けたことを特徴とするレール締結具の脱落の検知装置が提供される。
【０００７】
【作用】
上記検知装置によって、台車をレール上で高速走行させながら、締結具センサからの締結具の形状信号を処理して締結具のレール上での脱落を判定することができ、これによって、保守作業員を、レール締結具の脱落の検査作業から解放することができ、人手に頼っていた検査作業を効率化し、人為的ミスも減少させることができる。
【０００８】
また、本発明によれば、上記のレール締結具の脱落の検知装置を用いて、レール上の締結具を走行しながら枕木等毎に順次検知し、各枕木等について４個の締結具の形状を検知し、各枕木毎に締結具の脱落を判定することを特徴とするレール締結具の脱落の検知方法が提供される。このように、高速走行しながら各枕木等毎に４個の締結具の検知信号を用いて締結具の脱落を判定しているので、締結具の脱落の検知を正確にできる。
【０００９】
更に、本発明によれば、レールの特定位置の検知方法であって、前記特定位置の枕木等には、他の位置の枕木等の締結具とは異なる形状の識別締結具を用いてレールを締結し、請求項１に記載のレール締結具の脱落の検知装置を用いて、前記識別締結具を検知して前記特定位置を検知する、ことを特徴とするレールの特定位置の検知方法が提供される。これにより、締結具の脱落位置の検知が、締結具の脱落の検知装置によって行うことができ、装置の追加なく、締結具の脱落の検知とその脱落した締結具の位置の検知が一緒に行われる。このレールの特定位置の検知方法において、前記識別締結具と通常の締結具が、前記特定位置にある複数の隣接の枕木等に、特定のパターンをもって配置し、該特定のパターンを認識及び判定することにより、レールの特定位置を検知することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照しながら、本発明の実施例を説明する。図２には、本発明に係るレールの締結具の脱落の検知装置１０が示されている。検知装置１０は、レール６の締結具すなわちボルト２を検知するボルトセンサユニット１１と、このボルトセンサユニット１１からの出力信号を受けて処理する処理装置１３とを備えている。ボルトセンサユニット１１は、検査用車両（図示せず）の台車（図示せず）の下面側に固定した取付基台（図示せず）に取付けられる。ボルトセンサユニット１１には、２本のレール６の４本のボルト２（左レール軌内及び軌外並びに右レール軌内及び軌外にあるボルト）を検知する位置に、４個のボルトセンサ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが、設けられている。ボルトセンサとしては、レーザ式変位計を利用した距離センサが使用される。このレーザ式変位計を利用した距離センサは、レーザビームを対象物（ボルト）に当て、その反射ビームを受けてセンサと対象物との間の距離に対応する信号を出力するもので、公知のものである。
【００１１】
処理装置１３は、通常、検査用車両の中に設けられており、ボルトセンサユニット１１の出力信号を受けて処理する。処理装置１３は、必ずしも検査用車両になくてもよく、ボルトセンサユニット１１からの信号を無線又は有線で遠隔地に送るようにすることによって、処理装置１３を検査用車両とは別の場所に設けることができる。処理装置１３には、ボルトセンサ１１ａ〜１１ｄの信号を受けて増幅する増幅器１４と、増幅器１４からのアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１５と、得られたディジタル信号を一旦記憶して保存する記憶部１７と、記憶部１７からのデータを演算処理する演算部１８と、演算したデータからボルトの脱落を検知する脱落検知部１９と、ボルトの脱落の検知データを出力する出力部２１とを備えており、これらの部分に電力を供給する電源２２が設けられている。また、演算部１８と出力部２１との間には、レールの特定位置の検知を行う位置検知部２３が設けられている。出力部２１は、例えば、プリンタやモニターディスプレイ等の出力装置に接続されて、検知結果を印刷したり、表示したりする。
【００１２】
図３は、ボルトセンサユニット１１のボルトセンサ１１ａ〜１１ｄの出力信号の波形を示している。図３の円Ａで囲んだ部分において見られる波形について、図４を参照して説明する。ボルトセンサ１１ａ〜１１ｄは、車両の台車から対象物までの距離を常時計測して距離信号として出力している。また、各ボルトセンサは、台車の取付基台に、締結具としてのボルトを検知する位置に固定されているので、図４において、先ず枕木３に相当する第１のレベルの枕木信号２５が現れ、次に板ばね１に相当する第２のレベルの板ばね信号２６が現れ、そしてボルト２に相当する第３のレベルのボルト信号２７が現れ、その後、ボルト信号２７が無くなる（ボルト２を過ぎる）と再び板ばね信号２６が現れ、板ばね１を過ぎると枕木信号２５が現れ、枕木３を過ぎるその枕木信号２５が終了する。図３において、各ボルトセンサ１１ａ〜１１ｄの出力信号は、レールを締結するボルト２から得られるボルト信号２７が、レール横断方向毎に４個ずつ、示されており、この図３の信号からは、ボルト２の脱落（ヌケ）は認められない。
【００１３】
図３及び図４から理解されるように、ボルトセンサの出力信号は、枕木３や板ばね１やボルト２の高さや直径等のボルトの形状を反映した波形信号である。そこで、レールの特定位置において使用するボルトの形状を、通常のものとは違う特定形状のものに代えて、このボルトを識別ボルトして用いることができる。図５は、レール６の左側に、通常のボルト２より頭部の高い形状の識別ボルト２９を用いた例を示している。なお、図５のレール６の右側のボルト２は通常のボルトである。図６は、隣接する７本の枕木３０〜３６を利用して、これらの枕木に、通常のボルト２と識別ボルト２９とを、特定のパターンをもって配置した例を示している。
【００１４】
図６において、白丸（枕木３５に見られる）は通常のボルト２を表しており、黒丸（枕木３０、３１、３６に見られる）は識別ボルト２９を表しているものとする。また、丸の中に十をつけたマーク３８（枕木３２〜３４に見られる）は、通常のボルト２と識別ボルト２９とを枕木毎に選択的に配置することを表している。図５の例では、１つのボルト締結装置に通常のボルト２と識別ボルト２９を混在させている。しかしながら、本実施例においては、図６に示すように、１つの枕木には、通常のボルト２だけ、あるいは、識別ボルト２９だけが使用され、通常のボルト２と識別ボルト２９とを混在させることはない。これは、１つの枕木毎にボルトの脱落を検知するのが、ボルトの脱落の検知を正確にするので、１つの枕木には、通常のボルト２だけ、あるいは、識別ボルト２９だけが使用される。通常のボルト２と識別ボルト２９を混在させると、ボルトセンサからの出力信号が変化して、１つの枕木でのボルトの脱落を検知を行うことが困難になるからである。
【００１５】
図６の例において、枕木３０〜３６のうち、両側の隣接する２つの枕木３０、３１、及び、枕木３５、３６においては、通常のボルト２を用いた枕木と識別ボルト２９を用いた枕木とで、２つの固定のパターンが作られる。これらの固定パターンが、例えば、レール位置の検知の開始点及び終了点として利用できる。また、これらの固定パターンを、ボルトセンサからの出力信号の校正に使用することもできる。そして、中間の３本の枕木３２〜３４のパターンについては、通常のボルト２と識別ボルト２９とを枕木毎に選択的に配置して、場所情報あるいは距離情報を示す情報パターンとして形成する。検知装置１０において、ボルトセンサ１１が、枕木３０〜３６を通過するとき、枕木３０及び３１（又は、枕木３５及び３６）の固定パターンを認識した後、枕木３２〜３４のパターンからレールの位置情報を得て、枕木３５及び３６（又は、枕木３１及び３２）の固定パターンを認識してその位置情報の識別を終了する。なお、図６の例のように、情報パターンを示す枕木の数を３本にした場合、８通りの情報を表現することができる。勿論、情報パターンを示す枕木の数は、３本に限ることなく、任意の数にすることができる。
【００１６】
レールの保守点検作業において、レールの締結具（すなわちボルト）の脱落を検知する場合、先ず、検知装置１が設けられた車両を、軌道へ導入し、ボルトセンサユニット１１及び処理装置１３を動作させる。車両が走行すると、レール上の台車の下面側に取付けられたボルトセンサ１１ａ〜１１ｄが動作して、レーザビームを各レール２の両側に連続的に発し、ボルトセンサ１１ａ〜１１ｄは、地面や枕木及び締結装置から反射したビームを受光して、図３に示す距離信号を、それぞれ出力し始める。これらの信号は、処理装置１３の増幅器１４を経由してＡ／Ｄ変換器１５に送られ、記憶部１８に格納される。記憶部１８のデータは、演算部１８によって演算処理される。演算処理は、各枕木毎に４つの信号について行われる。この場合、１つの枕木の４つの信号のうち、いずれか３つの信号のボルト信号２７の一致を確認することによって、ボルト信号の存在を確認して、信号のノイズ等による誤りや見逃しを防止でき、ボルトの脱落の判定を正確にできる。確認したボルト信号が、ボルトの脱落の判定に利用される。
【００１７】
演算部１８で演算処理されたデータは脱落検知部１９へ送られ、前記の確認したボルト信号を用いて、枕木毎に、ボルトの脱落の判定が行われて、ボルト脱落の検知を行い、そのデータを出力部２１へ送る。演算部１８からは、位置検知部２３にもデータが送られ、検査中のレールの位置を検知する。この検知には、通常のボルト２と識別ボルト２９とを用いて、図６に示すように、レール上の特定位置（枕木３０〜３６）に、通常のボルト２と識別ボルト２９を特定のパターンに配置したものを利用する。このパターンの認識は、検知装置１０によって行われる。検知装置１０は、先ず、レール上の図６のような特定のパターンを検知してその特定位置を検知する。次に、その検知後、枕木の本数や車両の走行時間及び走行速度等から、特定位置からの車両の距離を算出する等して、当該枕木のボルトの脱落位置を算出することができる。
【００１８】
この通常のボルト２と識別ボルト２９とによるパターンは、レールの特定位置の検知に有効に利用できるが、それ以外にも、ボルトの脱落の検知の校正に利用できる。枕木３０、３１、及び、枕木３０、３１には、それぞれ、固定のパターンが形成されている。このことを利用して、線路方向において、これらの固定パターン部分で一致することを確認することによって、正しいデータが得られていることを確認できる。また、枕木方向においても、固定パターンの部分において１つの枕木の４つの信号の一致を確認することによって、正しいデータが得られていることを確認できる。このように、レールの特定位置の複数の枕木の締結具すなわちボルトの形状を変えて、特定のパターンに配置することによって、レールの特定位置の検知ができ、また、検知装置１０の校正もできる。更に、このパターンによって、検査や測定の開始点や終了点、検査や測定の中断ポイントの表示、中断した検査や測定の再開ポイントの表示、更には、検査対象であるボルトのキロ程の情報の表示等を行うことができる。
【００１９】
このようにして、ボルトすなわち締結具の脱落を検知した後は、測定されたキロ程とともに、測定された枕木の本数等ともに、プリンタに出力されて、保守作業員に手渡される。保守作業員はそのデータをもとに脱落した締結具の改修作業を行うことになる。また、車両上では、モニターディスプレイ等に表示してそのデータをモニターすることができる。なお、実験において、レーザ式変位計を利用した距離センサを用いて、検査車両を、２００ｋｍ／ｈの高速で走行させて連続検知することができた。なお、実施例ではレールが枕木に締結されるものして説明したが、スラブ軌道も含まれる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、台車をレール上で高速走行させながら、締結具センサからの締結具の形状信号を処理して締結具のレール上での脱落を判定することができ、これにより、保守作業員を、レール締結具の脱落の検査作業から解放することができ、人手に頼っていた検査作業を効率化し、人為的ミスも減少することができる。レールの特定位置の枕木には他の位置の枕木の締結具とは異なる形状の識別締結具を用いてレールを枕木に締結して、レール締結具の脱落の検知装置を用いて、その識別締結具を検知して、締結具の脱落位置の検知が、１つの検知装置によって行われ、装置の追加なく行われる。この場合、識別締結具と通常の締結具とを、隣接する複数の枕木に、特定のパターンをもって配置し、該特定のパターンを認識することにより、レールの特定位置を検知することができ、そのパターンを利用して、レール締結具の脱落の検知装置の校正もできる。また、本発明の検知装置は変位計を利用した距離センサが締結具センサとして用いることができるので、保守点検作業用の車両以外にも、新幹線や在来線の営業車両に搭載することができ、保守作業員がレールに沿って巡回作業を行う場合に比較して極めて効率的な検査が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】通常のレールの締結装置を示す正面図である。
【図２】本発明に係るレール締結具の脱落の検知装置のブロック図である。
【図３】ボルトセンサ１１ａ〜１１ｄの出力信号の波形図である。
【図４】図３の円Ａで囲んだ部分の波形を説明する図である。
【図５】識別ボルトを用いたレールの締結装置の正面図である。
【図６】特定の複数の枕木に、識別ボルトと通常のボルトとで特定のパターンをもってレールを締結した例を示す平面図である。
【符号の説明】
１  板ばね
２  ボルト（締結具）
３  枕木
５  板ばねの先端
６  レール
１０  レールの締結具の脱落の検知装置
１１  ボルトセンサユニット
１１ａ〜１１ｄ  ボルトセンサ
１３  処理装置
１４  増幅器
１５  Ａ／Ｄ変換器
１７  記憶部
１８  演算部
１９  脱落検知部
２１  出力部
２２  電源
２３  位置検知部
２５  枕木信号
２６  板ばね信号
２７  ボルト信号
２９  識別ボルト
３０〜３６  枕木
【図１】
0004008082.tif 000002
【図２】
0004008082.tif 000003
【図３】
0004008082.tif 000004
【図４】
0004008082.tif 000005
【図５】
0004008082.tif 000006
【図６】
0004008082.tif 000007