(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道線路のスラブと該スラブ上にタイプレートを用いて固定されたレールの底辺との間のはなれ寸法を測定する装置であって、レール上を走行する車輪を備えた台車に取り付けられレール上に設定された外側の基準位置までの寸法を測定する外レールセンサーと、台車上に取り付けられレールの外側においてスラブ上面までの寸法を測定する外スラブセンサーと、台車に取り付けられレール上に設定された内側の基準位置までの寸法を測定する内レールセンサーと、台車上に取り付けられレールの内側においてスラブ上面までの寸法を測定する内スラブセンサーとを備え、前記外スラブセンサー及び外レールセンサーの測定動作と、前記内スラブセンサー及び内レールセンサーの測定動作とは、タイプレートを挟んで台車進行方向の前後で実行されるように設定され、前記外スラブセンサーで得られた測定寸法及び前記外レールセンサーで得られた測定寸法から演算したタイプレートの後方におけるレール外側のはなれ寸法Ｈ１と、前記内スラブセンサーで得られた測定寸法及び前記内レールセンサーで得られた測定寸法から演算したタイプレートの前方におけるレール内側のはなれ寸法Ｈ２との相加平均、又は、前記外スラブセンサーで得られた測定寸法及び前記外レールセンサーで得られた測定寸法から演算したタイプレートの前方におけるレール外側のはなれ寸法Ｈ１と、前記内スラブセンサーで得られた測定寸法及び前記内レールセンサーで得られた測定寸法から演算したタイプレートの後方におけるレール内側のはなれ寸法Ｈ２との相加平均を算出して、タイプレートの中心部におけるはなれ寸法Ｈを求めるようにしたことを特徴とするスラブとレール間のはなれ測定装置。
【請求項２】
レールをタイプレートに締結している板バネを検知するセンサーを台車に設け、当該センサーによる板バネの検知に基づき、台車がタイプレート位置へ到達したこと及び台車がタイプレートを通過したことを検出したときに、前記外スラブセンサー及び外レールセンサーの測定動作と、前記内スラブセンサー及び内レールセンサーの測定動作とが、タイプレートの前後で実行されるように設定することにより、台車の進行に従って、各タイプレートごとにスラブとレールとの間のはなれ寸法を逐次自動的且つ連続的に測定する請求項１に記載のスラブとレール間のはなれ測定装置。
【請求項３】
測定された各タイプレートごとのスラブとレール間のはなれ寸法が演算部に記憶されるものである請求項１又は２に記載のスラブとレール間のはなれ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道線路のスラブとレールとの間のはなれ（以下は単に、はなれ寸法という）を測定するための装置に関し、より詳しくは、線路上を走行させながら、各タイプレート毎にその前後においてそのはなれ寸法を、自動的且つ連続的に測定するための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車輌の安全快適運行を期すために、線路の保守点検は欠くことのできない重要な業務であるが、その中でもはなれ寸法の測定は、レールの安定した支持と円滑な高低変化の状態の把握、列車速度変更計画等に対応する適切な両レール間の傾斜の設定保持のために極めて必要な調査項目となっており、特に高速走行の新幹線においては重要調査項目の１つとなっている。
【０００３】
このはなれ寸法の測定は、従来は図１に示すレール５０の底辺５５とその敷設の基盤であるスラブ７０との間隔、すなわち、はなれ寸法Ｈを、例えば図１１に示すような測定ゲージ９０を用いて、図２に示す位置に人為的に挿入充当して、その目盛を測定者が目視で読取って記録する方式であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この測定調査は、測定者が腰をかがめてスラブ７０とレール５０の間に測定ゲージ９０を挿入するという点、さらに目盛りを読取るという点で極めて苦痛を伴う厳しい作業であり、しかも新幹線においては夜間の列車運休時を利用して行うために困難さは倍加していた。
【０００５】
その上、このような調査は、測定ゲージ係、記録係、見張担当者と最低３名一組という編成で行う必要があり、この様な態勢で臨んでも１日約１００ｍ程度が限度であり、極めて非能率的であった。
加えてレールは２本平行に走っている訳でその測定を完遂するためには、所謂人海戦術に頼らざるを得ない状況であった。
しかも、記録したデータの処理が手作業によらざるを得ず、これがまた大変な負担であった。調査したデータも目視測定のためその誤差範囲も必然的に大きなものとなっていた。
【０００６】
要するに、前記従来の手作業且つ人海戦術による原始的な測定方式では、超スピード化の現況に対応することは極めて困難であり、しかも作業者の負担が大きいものであった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は従来の前記課題に鑑み、これを改良除去したものであって、スラブとレールとの間のはなれ寸法を連続的且つ自動的に測定することができ、しかも測定効率に優れ、更には安全で安価なスラブとレール間のはなれ寸法測定装置を提供せんとするものである。
【０００８】
而して、前記課題を解決するために本発明が採用した請求項１の手段は、鉄道線路のスラブと該スラブ上にタイプレートを用いて固定されたレールの底辺との間のはなれ寸法を測定する装置であって、レール上を走行する車輪を備えた台車に取り付けられレール上に設定された外側の基準位置までの寸法を測定する外レールセンサーと、台車上に取り付けられレールの外側においてスラブ上面までの寸法を測定する外スラブセンサーと、台車に取り付けられレール上に設定された内側の基準位置までの寸法を測定する内レールセンサーと、台車上に取り付けられレールの内側においてスラブ上面までの寸法を測定する内スラブセンサーとを備え、前記外スラブセンサーで得られた測定寸法及び前記外レールセンサーで得られた測定寸法から演算したタイプレートの後方におけるレール外側のはなれ寸法Ｈ１と、前記内スラブセンサーで得られた測定寸法及び前記内レールセンサーで得られた測定寸法から演算したタイプレートの前方におけるレール内側のはなれ寸法Ｈ２との相加平均、又は、前記外スラブセンサーで得られた測定寸法及び前記外レールセンサーで得られた測定寸法から演算したタイプレートの前方におけるレール外側のはなれ寸法Ｈ１と、前記内スラブセンサーで得られた測定寸法及び前記内レールセンサーで得られた測定寸法から演算したタイプレートの後方におけるレール内側のはなれ寸法Ｈ２との相加平均を算出して、タイプレートの中心部におけるはなれ寸法Ｈを求めるようにしたことを特徴とするものである。
【０００９】
また本発明が採用した請求項２の手段は、レールをタイプレートに締結している板バネを検知するセンサーを台車に設け、当該センサーによる板バネの検知に基づき、台車がタイプレート位置へ到達したこと及び台車がタイプレートを通過したことを検出したときに、前記外スラブセンサー及び外レールセンサーの測定動作と、前記内スラブセンサー及び内レールセンサーの測定動作とが、タイプレートの前後で実行されるように設定することにより、台車の進行に従って、各タイプレートごとにスラブとレールとの間のはなれ寸法を逐次自動的且つ連続的に測定する請求項１に記載のスラブとレール間のはなれ測定装置である。
【００１０】
本発明が採用した請求項３の手段は、測定された各タイプレートごとのスラブとレール間のはなれ寸法が演算部に記憶されるものである請求項１又は２に記載のスラブとレール間のはなれ測定装置である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のスラブとレール間のはなれ測定装置（以下単に本装置という）の好適な一実施例について図面を参照して説明すると次の通りである。
【００１４】
図１及び図２は、測定すべきはなれ寸法Ｈを示すためのレール５０の敷設状況の一例を示すものである。同図に示す如く、レール５０の敷設は、スラブ７０上に絶縁板６９を介してタイプレート６０をアンカーボルト及びナット６１、６６で締結し、該タイプレート６０にレール調節パッキン６２、軌道パッド６３、鋼板６４を介してレール５０を置き、レール締結ボルト及びナット６５で、板バネ６８を介して、平行に敷設した線路の内側に一定の若干の傾斜角θを付与して固定している。前記レール調節パッキン６２は、はなれ寸法Ｈを調節するためのものである。また傾斜角θはタイプレート６０自体が規制している。
なお、図１において、６７は、板バネ６８を用いずにアンカーボルト６６でタイプレート６０をスラブ７０へ固定するときに使用する締結バネである。
【００１５】
前記はなれ寸法Ｈを測定するための本装置１は、図３に正面図、図４に側面図として示している。本装置１は、シャーシ５に車輪８を取り付けてなる台車２に、右側測定部１０用の右センサーボックス１５及び左側測定部２０用の左センサーボックス２５と、電源用バッテリー３７と、入力出力基板４１、アナログ・ディジタル変換器（右）４２、同じくアナログ・ディジタル変換器（左）４３、コンピューター基板４５を含む演算部４０を、左右に２分割して搭載している。
【００１６】
前記右側測定部１０は、図８に示す如く、センサーボックス（右）１５に集約される各データの測定センサーとして、外スラブセンサー１１、外レールセンサー１２、外入側センサー１６、外出側センサー１８と、内スラブセンサー１３、内レールセンサー１４、内入側センサー１７、内出側センサー１９とを備えている。
【００１７】
図５に示すように、内外のスラブセンサー１１及び１３は、それぞれレール底辺５５から所定寸法Ｚ１  ，Ｚ２  だけはなれた位置となるように台車２のシャーシ５に固定されている。また内外のレールセンサー１２及び１４は、レール５０のそれぞれの設定基準位置（レール５０の寸法が摩耗等によって変化することのない脚部上面の一点）から所定寸法Ｙ１  ，Ｙ２  だけはなれた位置となるように台車２のシャーシ５に固定されている。
【００１８】
なお、左側測定部２０も、前述した右側測定部１０と同様であり、図８に示すように、センサーボックス（右）２５に集約される各データの測定センサーとして、外スラブセンサー２１、外レールセンサー２２、外入側センサー２６、外出側センサー２８と、内スラブセンサー２３、内レールセンサー２４、内入側センサー２７、内出側センサー２９とを備えている。
【００１９】
更に、台車２を走行させるための走行機構として本実施例では、走行ハンドル６を設置して人力走行の手段とし、該走行ハンドル６の、運転者の見易い位置に操作盤３０（図８参照）を設置し、該操作盤３０に、本装置１の操作を行うに必要なスイッチ類、表示器類を取付けている。なお、操作盤３０については、後で詳述する。
【００２０】
台車２はシャーシー５に車輪８を４個取付けて、レール５０上を走行可能とし、走行ハンドル６で人力により手押し走行としているが、走行機構として電力による自動化、さらに保守用車輌等による牽引も可能であり、何れも本発明の範疇に入るものである。
【００２１】
前記電源用バッテリー３７は、シャーシー６の中央部に設置したが、実施例では２４Ｖ、３０ＡＨｒの充電可能なものを用意した。なお、図７及び図８において、３８は電源用バッテリー３７の充電器であり、３９はそのＡＣ電源ソケットである。走行用の動力源とする場合はもっと大容量のものを用意する必要がある。電源を保守用車輌等に求めるときはこの電源用バッテリー３７は不要である。また鉄道用の架線から電力供給を受けることも可能ではあるが、これは大規模の給電設備を要し不経済である。
【００２２】
演算部４０は、図８に示すように入力出力基板４１、アナログ・ディジタル変換器（右）４２、同じくアナログ・ディジタル変換器（左）４３、コンピューター基板４５を含んで構成し、何れも適合する市販のものを、そのまま、あるいは組合わせてその機能をもたせて設置した。
【００２３】
操作盤３０は、図３、図４及び図８に示すように、操作の容易性を考慮して、走行ハンドル６に取付けており、電源スイッチ３１、測定スタートスイッチ３２（右側用）および同じく測定スタートスイッチ３３（左側用）、スラブ７０およびタイプレート６０の番号を、ディジタル表示器３４′に表示させながら設定することができるようにしている。
【００２４】
また操作盤３０には、スタートさせるタイプレートＮｏ設定表示器ディジタルスイッチ３４等のスイッチ類と、右側のレールのはなれ寸法Ｈをディジタル表示させるディジタル表示器３２′、同じく左側のレールのはなれ寸法Ｈを表示させるディジタル表示器３３′、さらに前記したタイプレートＮｏ表示器３４′等の表示器類、加えて操作回路電源の閉回路を示すパイロットランプ３５を設けている。
この操作盤３０は、ペンダントスイッチ方式とすることも可能であり、走行駆動型式その他のことを考慮して選択すればよい。
【００２５】
本装置の測定、演算、制御、操作の回路図を、その概略配置として図７に示し、詳細回路図を図８に示したが、この説明については、各セクション毎に述べているのでここでは省略する。
【００２６】
次に、上述の如く構成された本装置１の動作態様を、図３、図５、図６並びに図８を参照して説明する。
先ず、レール５０上に配置された本装置１は、走行ハンドル６に取付けてある操作盤３０の電源スイッチ３１をオンにし、タイプレートＮｏ設定表示付ディジタルスイッチ３４をオンにすると共にタイプレートＮｏをセットし、左右の測定スタートスイッチ３２、３３をオンにして右側測定部１０及び左側測定部２０の作動を開始し、台車２を矢印Ｆ（図６参照）の方向へ押しながら、はなれ寸法Ｈを各タイプレート毎に測定する。
【００２７】
この実施例におけるタイプレート６０によるレール５０締結方式では、レール締結用の板バネ６８はレール５０の内側、外側で対角状に配置されている（図２参照）ので、まず前記外入側センサー１６が外側の板バネ６８を検知して外側のはなれ寸法Ｈ1 の一連の測定を開始する。このとき、内入側センサー１７は作動しない。
外側のはなれ寸法Ｈ1 の測定が完了し、タイプレート６０の寸法に相当する一定距離だけ台車２が前進して、内出側センサー１９が板バネ６８を検知することにより、板バネ６８を通過したことを検出した時、内スラブセンサー１３、内レールセンサー１４が作動してレール５０の内側のはなれ寸法Ｈ2 を測定するようになっている。
【００２８】
レール５０の底辺５５とスラブ７０の上面７５との実際のはなれ寸法Ｈを直接測定することはできない。そこで、図５に示すように、レール５０の外側については、外側スラブセンサー１１によってこのセンサー１１からスラブ上面７５までの寸法Ｘ1 を測定し、レール５０の内側については、内側スラブセンサー１３によってこのセンサー１３からスラブ上面７５までの寸法Ｘ2 を測定する。
また外側レールセンサー１２、内側レールセンサー１４によって、各センサー１２及び１４から、レール５０上の内外それぞれに設定した基準位置までの寸法Ｙ1 及びＹ2 を測定する。
【００２９】
これらの測定した値は、右センサーボックス１５、アナログ・ディジタル変換器（右）４２を経てコンピューター基板４５に送られ、所定のデータ処理され、レール５０の内外のはなれ寸法Ｈ１及びＨ２が求められる。
【００３０】
これを図６について述べるならば、例えば右側測定部１０系列で見てみると、外入側センサー１６がタイプレート６０のレール締付ボルト・ナット６５によって締付けられている板バネ６８（図２参照）を検知すると外スラブセンサー１１、外レールセンサー１２によって外側のはなれ寸法Ｈ１が測定され、右センサーボックス１５、アナログ・ディジタル変換器（右）４２を経てコンピューター基板４５で所定の演算処理がなされ、記憶される。
【００３１】
外側のはなれ寸法Ｈ１は、図５に示すように、外スラブセンサー１１とスラブ上面７５との間の寸法をＸ１とし、外スラブセンサー１１とレール底辺５５との間の寸法をＺ１とし、レール５０の外側のはなれ寸法をＨ１とすると、
Ｈ１＝Ｘ１−Ｚ１……（１）
式で求めることが可能である。
ここにおいて、外スラブセンサー１１では、レール底辺５５までの寸法Ｚ１を実際に測定することは不可能である。そのため、本実施例では、Ｚ１を外レールセンサー１２で得られた測定寸法Ｙ１から次のようにして求めている。
【００３２】
外スラブセンサー１１及び外レールセンサー１２は台車２へ固定されるから、外スラブセンサー１１からレール底辺５５までの距離Ｚ１  と、外レールセンサー１２からレール５０の脚部上に設定した基準位置までの距離Ｙ1 との差分は、常に一定の値を有している。例えば、或るレール５０に対し、レール底辺５５から１００mm離れた位置へ外スラブセンサー１１を設置することにより外スラブセンサー１１の取付寸法Ｚ１  を１００mmに設定し、レール脚部の設定基準位置から１１５mm離れた位置へ外レールセンサー１２を設置して外レールセンサー１２の取付寸法Ｙ１  を１１５mmに設定した場合、Ｙ１  の値とＺ１  の値とは常に一定の１５mmだけの差を有することになる。
【００３３】
従って、Ｚ１の値が実際には測定できない場合であっても、Ｙ１の値がわかれば、Ｙ１の値からＹ１とＺ１との差分（Ｙ１−Ｚ１＝１１５−１００＝１５ｍｍ）だけを引き算すれば、Ｚ１の値を容易に求めることが可能である。すなわち、
Ｚ１＝Ｙ１−１５  ……（２）
式で求めることが可能である。ここにおいて、上記センサー１１及び１２の取り付け時の設定寸法差を定数Ｄ１とすると、前記（２）式は、
Ｚ１＝Ｙ１−Ｄ１  ……（３）
式となる。
【００３４】
なお、外レールセンサー１２によって測定された前記寸法Ｙ１は、取付時の設定寸法Ｙからレール摩耗寸法ｄを引いた値であり、Ｙ１＝Ｙ−ｄである。また上述のようにして求められたＺ１も、取付時の設定寸法Ｚからレール摩耗寸法ｄを引いた値であり、これを式で表すとＺ１＝Ｚ−ｄとなる。
【００３５】
従って、レール５０の外側のはなれ寸法Ｈ１は、前記（３）式を（１）式に代入して求めることが可能であり、
Ｈ１＝Ｘ１＝Ｚ１＝Ｘ１−（Ｙ１−Ｄ１）……（４）
式となる。レール５０の内側のはなれ寸法Ｈ２も同様にして求めることが可能である。
【００３６】
本発明では、レール５０のはなれ寸法Ｈを、Ｈ１  とＨ２  との相加平均、
Ｈ＝（Ｈ1 ＋Ｈ2 ）／２  ……（５）
式で求めることとした。上記はなれ寸法Ｈは、１つのタイプレートにおける中心位置でのはなれ寸法となる。
【００３７】
このようにして、右側のはなれ寸法Ｈが演算算出される訳であるが、左側のはなれ寸法Ｈも右側はなれ寸法Ｈと同様にして測定演算算出されるものである。
ここで、タイプレート６０のレール締結ボルト及びナット６５の位置が逆配列のときは、外入側センサー１６より先に内入側センサー１７が板バネ６８を検出することになるので、前述のレール外側はなれ寸法Ｈ１より先に内側はなれ寸法Ｈ２が測定されることになるだけである。
また、本装置１を逆方向に走行させたときも同様である。
【００３８】
本装置１によってタイプレートＮｏ毎にそのはなれ寸法Ｈがコンピューター基板４５に記憶されるので、後刻図９に示すようにパソコン４７にデータを送りデータ処理を行うとか、図１０に示すようにさらにプリンター４６で測定データＨの値をプリントアウトすることもできるものである。このことは、従来の目視測定記録の爾後処理の困難さ、わずらわしさを一掃するものであって、極めて有効なはなれ寸法Ｈ測定の手段として作用するものである。
【００３９】
さて本装置１によるはなれ寸法Ｈの測定作業が終了すれば、電源スイッチ３１を切って本装置１をレール５０から取りはずして保守車輌等に移載して帰投するとか、あるいは一時休止として平地に置く訳であるが、本装置１は据置きのために、支脚９を設けており、各センサー類、制御機器類、コンピューター基板等の損傷を防止するための構成がなされており、問題はない。
なお、本装置１は比較的軽量に構成されているので、操作員２名で用意に持運びが可能である。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明にあっては、鉄道線路の保守、とりわけ新幹線等高速列車の快適な乗心地を保持するためのレールレベル（レールの高低）維持あるいはカント修正に必要な、はなれ寸法の把握を、極めて容易に、効率的に、かつ適確に行うことができると共に、その測定結果の集約処理と対応策樹立がコンピューター活用による迅速確実な形で達成され、高速化の現況にマッチした道が開かれ、優れた測定装置として活躍が期待されると共に鉄道保守業務の改善に大きく貢献するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】現状のレール敷設態様を示す正面断面図である。
【図２】現状のレール敷設態様を示す部分平面図であり、併せて従来のはなれ寸法測定ゲージの測定位置を仮想線で示す説明図である。
【図３】本装置の正面図である。
【図４】本装置の側面図である。
【図５】本装置によるはなれ寸法測定の態様を示す説明図である。
【図６】右側並びに左側各測定部のセンサー配列を示す平面図である。
【図７】測定、演算、制御、操作各回路の概要配置図である。
【図８】本装置の回路図である。
【図９】本装置によるはなれ寸法測定後の爾後処理例を示す態様図である。
【図１０】本装置によるはなれ寸法測定後の他の爾後処理例を示す態様図である。
【図１１】従来例によるはなれ寸法の測定ゲージを示す説明図である。
【符号の説明】
１  本装置              ２  台車                ５  シャーシ
６  走行ハンドル        ８  車輪                ９  支脚
10  右側測定部          11  外スラブセンサー    12  外レールセンサー
13  内スラブセンサー    14  内レールセンサー    15  右センサーボックス  16  外入側センサー      17  内入側センサー      18  外出側センサー
19  内出側センサー      20  左側測定部          21  外スラブセンサー
22  外レールセンサー    23  内スラブセンサー    24  内レールセンサー
25  左センサーボックス  26  外入側センサー      27  内入側センサー
28  外出側センサー      29  内出側センサー      30  操作盤
31  電源スイッチ        32  測定スタートスイッチ（右）
32’ディジタル表示器（右）
33  測定スタートスイッチ（左）
33’ディジタル表示器（左）
34  タイプレートＮｏ設定表示付ディジタルスイッチ
34’タイプレートＮｏ表示器          35  パイロットランプ
37  電源用バッテリー    38  充電器
39  ＡＣ電源ソケット    40  演算部              41  入力出力基板
42  アナログ・ディジタル変換器（右）
43  アナログ・ディジタル変換器（左）
45  コンピューター基板  46  プリンター          47  パソコン
50  レール              55  レール底辺          60  タイプレート
61  ナット              62  レール調節パッキン  63  軌道パッド
64  鋼板                65  レール締結ボルト・ナット
66 アンカーボルト
67  締結バネ            68  板バネ              69  絶縁板
70  スラブ              90  測定ゲージ          Ｈ  はなれ寸法
【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６】
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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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