特開 2022-131210 レール破断検知装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022131210

(43)【公開日】2022-09-07

(54)【発明の名称】レール破断検知装置

(51)【国際特許分類】

   B61L 1/18 20060101AFI20220831BHJP

【ＦＩ】

B61L1/18 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021030035

(22)【出願日】2021-02-26

(71)【出願人】

【識別番号】000207470

【氏名又は名称】大同信号株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000221616

【氏名又は名称】東日本旅客鉄道株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106345

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 香

(72)【発明者】

【氏名】近松 直明

(72)【発明者】

【氏名】村永 祐介

(72)【発明者】

【氏名】布施 卓也

(72)【発明者】

【氏名】村上 徹

(72)【発明者】

【氏名】道下 一幸

【テーマコード（参考）】

5H161

【Ｆターム（参考）】

5H161AA01

5H161BB03

5H161DD04

5H161FF05

5H161FF07

(57)【要約】

【課題】無絶縁軌道回路では列車やレール破断の進行状況が隣の区間の検知信号のレベル変化に異なる影響を及ぼすことに基づいてレール破断の発生や存在を検出する。
【解決手段】両端無絶縁区間１３，１４，…について列車通過時の受信レベルＨのレベル低下状態に係る基準データＫ，Ｌ，Ｍを保持し、更に各区間１３，１４，…の受信レベルＨに係るＫ，Ｌ間の低下状態（ｔｂ）や、Ｍに係る上昇状態を検出し、それらの変化を基準データに照らして、当該の無絶縁区間や，隣の区間，三連続の無絶縁区間の中間の区間にレール破断が生じたと判定する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

並走レールの各区間に送信器と受信器とが交互に接続されて前記各区間について検知信号を送受する一連の無絶縁軌道回路を具備したレール破断検知装置において、
前記各区間のうち両区間端が何れも絶縁されていない両端無絶縁区間について列車通過時の受信信号のレベル低下状態に係る所定の基準データを保持するデータ保持手段と、前記両端無絶縁区間に係る受信信号のレベル低下状態を検出する検出手段とを備え、
前記両手段のレベル低下状態に係るデータのうち対応するもの同士を比較して前記検出手段側のレベル低下状態の方が前記データ保持手段側のレベル低下状態より急であるときに、当該無絶縁区間にレール破断が生じたと判定するようになっている、ことを特徴とするレール破断検知装置。

【請求項2】

並走レールの各区間に送信器と受信器とが交互に接続されて前記各区間について検知信号を送受する一連の無絶縁軌道回路を具備したレール破断検知装置において、
前記各区間のうち両区間端が何れも絶縁されていない両端無絶縁区間について列車通過時の受信信号のレベル上昇状態に係る所定の基準データを保持するデータ保持手段と、前記両端無絶縁区間に係る受信信号のレベル上昇状態を検出する検出手段とを備え、
前記両手段のレベル上昇状態に係るデータのうち対応するもの同士を比較して前記検出手段側のレベル値が前記データ保持手段側のレベル値を上回ったときに、当該両端無絶縁区間の隣の無絶縁区間にレール破断が生じたと判定するようになっている、ことを特徴とするレール破断検知装置。

【請求項3】

並走レールの各区間に送信器と受信器とが交互に接続されて前記各区間について検知信号を送受する一連の無絶縁軌道回路を具備したレール破断検知装置において、
前記各区間のうち両区間端が何れも絶縁されていない両端無絶縁区間について列車通過時の受信信号のレベル上昇状態に係る所定の基準データを保持するデータ保持手段と、前記両端無絶縁区間に係る受信信号のレベル上昇状態を検出する検出手段とを備え、
前記両手段のレベル上昇状態に係るデータのうち対応するもの同士を比較して前記検出手段側のレベル値が前記データ保持手段側のレベル値を上回っているときに、当該両端無絶縁区間の隣の無絶縁区間にレール破断が存在していると判定するようになっている、ことを特徴とするレール破断検知装置。

【請求項4】

並走レールの各区間に送信器と受信器とが交互に接続されて前記各区間について検知信号を送受する一連の無絶縁軌道回路を具備したレール破断検知装置において、
前記各区間のうち両区間端が何れも絶縁されていない両端無絶縁区間について列車通過時の受信信号のレベル上昇状態に係る所定の基準データを保持するデータ保持手段と、前記両端無絶縁区間に係る受信信号のレベル上昇状態を検出する検出手段とを備え、
前記両端無絶縁区間が三つ連なる連続区間における両端の区間いずれについても、前記両手段のレベル上昇状態に係るデータのうち対応するもの同士を比較して前記検出手段側のレベル値が前記データ保持手段側のレベル値を上回っているときに、前記連続区間における中間の区間にレール破断が存在していると判定するようになっている、ことを特徴とするレール破断検知装置。

【請求項5】

並走レールの各区間に送信器と受信器とが交互に接続されて前記各区間について検知信号を送受する一連の無絶縁軌道回路を具備したレール破断検知装置において、
前記各区間のうち両区間端が何れも絶縁されていない両端無絶縁区間について列車通過時の受信信号のレベル上昇状態およびレベル低下状態に係る所定の基準データを保持するデータ保持手段と、前記両端無絶縁区間に係る受信信号のレベル上昇状態を検出する検出手段とを備え、
前記両端無絶縁区間が三つ連なる連続区間における両端の区間いずれについても、前記両手段のレベル上昇状態に係るデータのうち対応するもの同士を比較して、前記検出手段側のレベル値が前記データ保持手段側のレベル値を上回っており、且つ、前記連続区間における中間の区間について、前記両手段のレベル低下状態に係るデータのうち対応するもの同士を比較して、前記検出手段側のレベル値が前記データ保持手段側のレベル値を下回っているときに、前記連続区間における中間の区間にレール破断が存在していると判定するようになっている、ことを特徴とするレール破断検知装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、列車が走行するためのレールについてその破断状態を検知するレール破断検知装置に関する。
詳しくは、レール対からなる鉄道の軌道における無絶縁軌道回路の検知区間に係る通電状態に基づいてレール破断状態を示す情報を取得してレール破断の有無に係る判定を行うレール破断検知装置に関する。

【背景技術】

【0002】

軌道回路は（例えば非特許文献１参照）、並走レール即ち列車走行用に並んで敷設された二本のレールが列車の車輪と車軸とで電気的に短絡されることを利用して送電端（一端，始端）から送電した電力が受電端（他端，終端）に届くか否かに応じて列車の在線／非在線を検出する列車検知機能を発揮するものであるが（例えば特許文献１参照）、その機能だけでなく、次のレール破断検知機能も発揮することができる。
すなわち、列車の走行等による過大な応力を軌道が受けて亀裂・破断・折損といったレール破断の障害が発生したときも、そこの通電状態が悪化して、列車非在線状態であっても受電側の電圧や電流が低下したり更には途絶するといった状況に至るため、受電信号からレール破断状態の情報を得るというレール破断検知機能も発揮することができる。

【0003】

そのような軌道回路装置の機能のうち後者のレール破断検知機能を主要機能とするものがレール破断検知装置であり、軌道回路のレール対における送電端の電圧および電流に加えて受電端の電圧も測定して故障部位を高い確度で切り分けるようになった軌道回路故障部位特定装置や（例えば特許文献２参照）、並走するレール対について破断を検知できるレール破断検知装置などが（例えば特許文献３参照）、開発され実用に供されている。
また軌道回路には（例えば非特許文献１のＰ１０参照）、区間境界にレール絶縁を設ける有絶縁軌道回路と、レール絶縁を設けない無絶縁軌道回路とがある。

【0004】

両者のうち後者の無絶縁軌道回路用のレール破断検知装置が本願発明の基礎になっているので、ここで、その具体例を説明する（図９参照）。
無絶縁軌道回路では、並走レール１０が幾つかの区間１１，１２，１３，１４，…，１Ｎ，…に分割され、それぞれの区間境界に線路寄りのマッチングトランスＭＴが接続されている。無絶縁軌道回路なので、区間境界でも両区間のレールが繋がっている。また、それらのマッチングトランスＭＴそれぞれに一対一でレール破断検知装置２０側のマッチングトランスＭＴが接続されており、レール破断検知装置２０が並走レール１０の各区間１１，１２，…に対して検知信号を送受信しうるようになっている。

【0005】

レール破断検知装置２０は、大別すると送信部２１と受信部２２と処理部２３とを主体としたものである。
そのうち、送信部２１は、複数の送信器ＳＴ，ＳＴ，…や送信切換器などを具備しており、所定周波数の検知信号を生成してマッチングトランスＭＴ，ＭＴ経由で各区間１１，１２，…へ時分割で送信するようになっている。
また、受信部２２は、複数の受信器ＲＴ，ＲＴ，…や受信切換器などを具備しており、各区間１１，１２，…からマッチングトランスＭＴ，ＭＴ経由で到達した検知信号を時分割で受信するようになっている。

【0006】

そして、送信部２１と受信部２２とが処理部２３から受けた送信制御情報Ｃや受信制御情報Ｄに従って連携しながら時分割で送受信を行うことで、並走レール１０の区間１１，１２，１３，１４，…それぞれに流れた検知信号を検出するようになっている。なお、無絶縁軌道回路なので、検知信号送信先の区間から隣の区間や更にその先の区間への信号漏洩は避けられないが、区間を経る度に信号レベルが急減するので、検知信号送信先の区間に係る検知信号の受信が他区間からの信号漏洩によって困難になる訳ではない。

【0007】

処理部２３は、電子回路を主体としたものであり、レベル設定器２４と制御器２５と判定部２６とレベル検知器２７と入出力器２８とを具備している。
レベル設定器２４は、人手操作やデータ通信などで外部から列車検知レベルＡや送信設定レベルＢを取得して、列車検知レベルＡは判定部２６に通知し、送信設定レベルＢは制御器２５に通知するようになっている。
制御器２５は、送信設定レベルＢに基づいて送信制御情報Ｃや受信制御情報Ｄを作成して、それらの情報Ｃ，Ｄを判定部２６に通知するとともに、送信制御情報Ｃは送信部２１に通知し、受信制御情報Ｄは受信部２２に通知するようになっている。

【0008】

レベル検知器２７は、送信レベルＧを送信部２１から取得するとともに、受信レベルＨを受信部２２から取得して、各区間１１，１２，１３，１４…毎の対応付け等も行って、それらＧ，Ｈを判定部２６に通知するようになっている。
入出力器２８は、判定部２６が出した比較結果Ｉを、適宜な信号レベル変換やデータ形式変換なども施してから、列車検知情報・レール破断情報Ｊとして外部へ出力するようになっている。

【0009】

判定部２６は、何れも上述した列車検知レベルＡと送信制御情報Ｃと受信制御情報Ｄとを参照して判定レベルの決定や調整を行うとともに、レベル検知器２７から受けた送信レベルＧや受信レベルＨを対象にしてレベル監視を行うことで、各区間１１，１２，１３，１４…について信号レベル（例えば受信レベルＨの値そのままでも良いが、軌道長やケーブル長の相違などの影響を排除や抑制する等のために受信レベルＨと送信レベルＧとの比Ｈ／Ｇなどが多用される）が列車検知レベルＡを超えているか否かを判別し、その比較結果Ｉを出力するようになっている。

【0010】

そのため、レール破断検知装置２０から出される列車検知情報・レール破断情報Ｊは、並走レール１０の区間毎に出され、各区間について検知信号が検出されれば明瞭な「列車非在線かつレール破断無し」に該当する値をとる一方、各区間について検知信号が検出されなければ、列車在線の状態なのかレール破断有りの状態なのかを明瞭に区別することができないので、混然とした「列車在線またはレール破断有り」に該当する値をとることになる。

【0011】

その具体例を示すと（図１０参照）、このようなレール破断検知装置２０にあっては、列車が来ておらず且つレール破断が無いときには（図１０（ａ）参照）、例えば区間１３，１４の境界に接続された送信器ＳＴ（１３，１４）から並走レール１０に対して検知信号が送出されると、その検知信号は（矢付き二点鎖線を参照）、区間１３の一方のレール１３ａと、区間１２，１３の境界に接続された受信器ＲＴ（１２，１３）と、区間１３の他方のレール１３ｂとを一巡するのに加え、区間１４の一方のレール１４ａと、区間１４，１５の境界に接続された受信器ＲＴ（１４，１５）と、区間１４の他方のレール１４ｂとをも一巡する。

【0012】

そのため、受信器ＲＴ（１２，１３）と受信器ＲＴ（１４，１５）とが検知信号を受信するように受信部２２の状態を切り換え、更に送信器ＳＴ（１３，１４）が検知信号を時分割で並走レール１０へ送出すると、受信器ＲＴ（１２，１３）によって検知信号が受信されるので、区間１３には列車が来ておらず且つレール破断も無いことが判明する。また、受信器ＲＴ（１４，１５）によって検知信号が受信されるので、区間１４にも列車が来ておらず且つレール破断も無いことが判明する。そのため、列車検知情報・レール破断情報Ｊの値が「列車非在線かつレール破断無し」にされる。

【0013】

そして、その状態から、区間１３に列車３０が進入すると（図１０（ｂ）参照）、列車３０の車輪と車軸とによって区間１３では並走レール１３ａ，１３ｂが短絡されるため、送信器ＳＴ（１３，１４）から受信器ＲＴ（１２，１３）に向けて送出された検知信号は、受信器ＲＴ（１２，１３）に到達しなくなる。
また、区間１３にレール破断４０が発生すると（図１０（ｃ）参照）、破断したレール１３ａだけでなく、対をなすレール１３ｂと、区間１３に接続された受信器ＲＴ（１２，１３）にも、検知信号は流れなくなる。

【0014】

このように列車在線時もレール破断時も検知信号の有無が同様になるため、列車検知情報・レール破断情報Ｊの値は、「列車在線またはレール破断有り」になる。
なお、上記の説明では割愛したが、並走レール１０の各区間１２，１３，１４，１５，…が無絶縁軌道回路なので、送信器ＳＴ（１３，１４）から受信器ＲＴ（１２，１３）へ送出された検知信号は一部が区間１２に漏洩し、送信器ＳＴ（１３，１４）から受信器ＲＴ（１４，１５）へ送出された検知信号は一部が区間１５に漏洩するが、伝送距離の増大等にて減衰するので、遠方のレベル判定には影響しない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0015】

【特許文献1】特開２００５－２６２８９５号公報

【特許文献2】特開２０１１－２０７４４９号公報

【特許文献3】特開２０２０－１５２１７２号公報

【特許文献4】特開２０１６－１５９７８４号公報

【非特許文献】

【0016】

【非特許文献1】鉄道技術者のための信号概論「軌道回路」 社団法人「日本鉄道電気技術協会」出版、平成１７年５月２０日 改訂版２刷発行、ｐ．３～５，１０

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0017】

このような軌道回路を利用した従来のレール破断検知装置は、列車検知装置と混然となっており、軌道回路を利用して列車追跡機能を発揮する管理システムの下でなければ列車在線状態とレール破断状態とを切り分けるのが難しかった。
これに対し、軌道回路を利用しなくても列車追跡機能を発揮しうる無線式鉄道制御システムが開発されており（例えば特許文献４参照）、そのような鉄道制御システムでは、軌道回路を利用した列車検知装置ばかりか軌道回路そのものまで不要になっている。とは言え、その代償として、レール破断の検知には別の装置を用いることが必要になる。

【0018】

しかしながら、安価で性能も良い実用的なレール破断検知装置が提供される状況には未だ至っていない。一方で、従来のレール破断検知装置は、使用実績が多くて、安定供給や維持管理などの観点からも、使い易い。しかも、無線式鉄道制御システムが導入された既存の線路でも、除去されず残存していたり、追加設置されたりして、レール破断の検知などに使用されていることもある。とはいえ、従来のレール破断検知装置は、軌道回路を利用しているため、軌道回路を利用しない無線式鉄道制御システムとは、検出の区間や手法等が異なるため、検出結果の突き合わせが遣りにくいといった不都合がある。

【0019】

そこで、軌道回路利用のレール破断検知装置を改良して、レール破断を列車検知から区別して検知する機能を高めることが、技術的な基本課題となる。
とはいえ、上述したように軌道回路には有絶縁軌道回路と無絶縁軌道回路とがあり、有絶縁軌道回路の方が無絶縁軌道回路より軌道回路の区間毎の独立性を確保し易いのに対し無絶縁軌道回路の方が有絶縁軌道回路よりコストを抑えやすい、という差違がある。
そのため両タイプについて一律に対処するのには限界があるので、更なる検討対象を低廉な無絶縁軌道回路に絞れば、監視対象区間の状態判別に際して、当該区間の情報が利用できるだけでなく、隣の区間の影響や情報も有効利用できる可能性があると言える。

【0020】

そして、具体的には、無絶縁軌道回路では隣の区間における列車やレール破断の進行状況が当該区間における検知信号のレベル変化に異なる影響を及ぼすことに基づいてレール破断の発生を速やかに検出することが第１技術課題となる。
また、無絶縁軌道回路では隣の区間における列車やレール破断の存在が当該区間における検知信号のレベル状態に異なる影響を及ぼすことに基づいてレール破断の存在を高い確度で検出することが第２技術課題となる。

【課題を解決するための手段】

【0021】

本発明のレール破断検知装置は（解決手段１）、上述した第１技術課題を解決するために創案されたものであり、
並走レールの各区間に送信器と受信器とが交互に接続されて前記各区間について検知信号を送受する一連の無絶縁軌道回路を具備したレール破断検知装置において、
前記各区間のうち両区間端が何れも絶縁されていない両端無絶縁区間について列車通過時の受信信号のレベル低下状態に係る所定の基準データを保持するデータ保持手段と、前記両端無絶縁区間に係る受信信号のレベル低下状態を検出する検出手段とを備え、
前記両手段のレベル低下状態に係るデータのうち対応するもの同士を比較して前記検出手段側のレベル低下状態の方が前記データ保持手段側のレベル低下状態より急であるときに、当該無絶縁区間にレール破断が生じたと判定するようになっている、ことを特徴とする。

【0022】

また、本発明のレール破断検知装置は（解決手段２）、上述した第１技術課題を解決するために創案されたものであり、
並走レールの各区間に送信器と受信器とが交互に接続されて前記各区間について検知信号を送受する一連の無絶縁軌道回路を具備したレール破断検知装置において、
前記各区間のうち両区間端が何れも絶縁されていない両端無絶縁区間について列車通過時の受信信号のレベル上昇状態に係る所定の基準データを保持するデータ保持手段と、前記両端無絶縁区間に係る受信信号のレベル上昇状態を検出する検出手段とを備え、
前記両手段のレベル上昇状態に係るデータのうち対応するもの同士を比較して前記検出手段側のレベル値が前記データ保持手段側のレベル値を上回ったときに、当該両端無絶縁区間の隣の無絶縁区間にレール破断が生じたと判定するようになっている、ことを特徴とする。

【0023】

さらに、本発明のレール破断検知装置は（解決手段３）、上述した第２技術課題を解決するために創案されたものであり、
並走レールの各区間に送信器と受信器とが交互に接続されて前記各区間について検知信号を送受する一連の無絶縁軌道回路を具備したレール破断検知装置において、
前記各区間のうち両区間端が何れも絶縁されていない両端無絶縁区間について列車通過時の受信信号のレベル上昇状態に係る所定の基準データを保持するデータ保持手段と、前記両端無絶縁区間に係る受信信号のレベル上昇状態を検出する検出手段とを備え、
前記両手段のレベル上昇状態に係るデータのうち対応するもの同士を比較して前記検出手段側のレベル値が前記データ保持手段側のレベル値を上回っているときに、当該両端無絶縁区間の隣の無絶縁区間にレール破断が存在していると判定するようになっている、ことを特徴とする。

【0024】

また、本発明のレール破断検知装置は（解決手段４）、上述した第２技術課題を解決するために創案されたものであり、
並走レールの各区間に送信器と受信器とが交互に接続されて前記各区間について検知信号を送受する一連の無絶縁軌道回路を具備したレール破断検知装置において、
前記各区間のうち両区間端が何れも絶縁されていない両端無絶縁区間について列車通過時の受信信号のレベル上昇状態に係る所定の基準データを保持するデータ保持手段と、前記両端無絶縁区間に係る受信信号のレベル上昇状態を検出する検出手段とを備え、
前記両端無絶縁区間が三つ連なる連続区間における両端の区間いずれについても、前記両手段のレベル上昇状態に係るデータのうち対応するもの同士を比較して前記検出手段側のレベル値が前記データ保持手段側のレベル値を上回っているときに、前記連続区間における中間の区間にレール破断が存在していると判定するようになっている、ことを特徴とする。

【0025】

また、本発明のレール破断検知装置は（解決手段５）、上述した第２技術課題を解決するために創案されたものであり、
並走レールの各区間に送信器と受信器とが交互に接続されて前記各区間について検知信号を送受する一連の無絶縁軌道回路を具備したレール破断検知装置において、
前記各区間のうち両区間端が何れも絶縁されていない両端無絶縁区間について列車通過時の受信信号のレベル上昇状態およびレベル低下状態に係る所定の基準データを保持するデータ保持手段と、前記両端無絶縁区間に係る受信信号のレベル上昇状態を検出する検出手段とを備え、
前記両端無絶縁区間が三つ連なる連続区間における両端の区間いずれについても、前記両手段のレベル上昇状態に係るデータのうち対応するもの同士を比較して、前記検出手段側のレベル値が前記データ保持手段側のレベル値を上回っており、且つ、前記連続区間における中間の区間について、前記両手段のレベル低下状態に係るデータのうち対応するもの同士を比較して、前記検出手段側のレベル値が前記データ保持手段側のレベル値を下回っているときに、前記連続区間における中間の区間にレール破断が存在していると判定するようになっている、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0026】

このような本発明のレール破断検知装置にあっては（解決手段１）、レール破断の多くが引張応力下での脆性破壊によって発生することからレール破断発生時の当該区間の信号レベル低下が短時間で急に進行する傾向が強いのに対し、両端無絶縁区間では列車通過時の受信信号のレベル低下が隣の区間に係る列車通過時間に亘って緩やか進行する、という違いに基づいて、当該無絶縁区間の信号レベル低下が基準値より急ならば当該無絶縁区間にレール破断が生じたと判定するようにしたことにより、レール破断が発生した事および時を高い確度で而も間を置くことなく検出することが可能になる。
したがって、この発明によれば、レール破断の発生を速やかに検出することができ、上述した第１技術課題が解決される。

【0027】

また、本発明のレール破断検知装置にあっては（解決手段２）、両端無絶縁区間では、隣の区間への列車進入によって当該区間から隣の区間への信号漏洩が増加して当該区間の信号レベルが低下するのに対し、隣の区間のレールが破断したときには当該区間から隣の区間への信号漏洩が絶たれて当該区間の信号レベルが増加する、という違いに基づいて、当該区間の信号レベルが基準値を超えて増加したら当該無絶縁区間の隣の無絶縁区間にレール破断が生じたと判定するようにしたことにより、レール破断が発生した事および時を高い確度で而も間を置くことなく検出することが可能になる。
したがって、この発明によれば、レール破断の発生を速やかに検出することができ、上述した第１技術課題が解決される。

【0028】

さらに、本発明のレール破断検知装置にあっては（解決手段３）、両端無絶縁区間では、隣の区間への列車進入によって当該区間から隣の区間への信号漏洩が増加して当該区間の信号レベルが低下するのに対し、隣の区間のレールが破断したときには当該区間から隣の区間への信号漏洩が絶たれて当該区間の信号レベルが増加し而も更にレール破断が存続していれば信号レベル増加後の状態が維持され継続する、という違いに基づいて、当該区間の信号レベルが基準値を上回っていれば当該無絶縁区間の隣の無絶縁区間にレール破断が存在していると判定するようにしたことにより、隣の区間にレール破断が存在していることを高い確度で検出することが可能になる。
したがって、この発明によれば、レール破断の存在を検出することができ、上述した第２技術課題が解決される。

【0029】

また、本発明のレール破断検知装置にあっては（解決手段４）、上記解決手段３の検出手法を両隣の両端無絶縁区間に適用して、何れでも隣接区間のレール破断の存在が検出されたときに、中間の区間にレール破断が存在していると判定するようにしたことにより、レール破断の発生区間が絞り込まれることになる。
したがって、この発明によれば、レール破断の存在検出および区間特定を高い確度で行うことができ、上述した第２技術課題が解決される。

【0030】

また、本発明のレール破断検知装置にあっては（解決手段５）、上記解決手段４の検出手法に加えて、中間の区間に係るレベル低下の確認までも行うようにしたことにより、判定の確度が高まることなる。
したがって、この発明によれば、レール破断の存在検出および区間特定をより高い確度で行うことができ、上述した第２技術課題が解決される。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本発明の実施例１～４に係るレール破断検知装置の構成を示すブロック図である。

【図2】列車通過時のレール破断検知装置の動作状態を示し、（ａ）～（ｅ）が列車の進行状況を示す模式図、（ｆ）が受信信号の波形図である。

【図3】レール破断時のレール破断検知装置の動作状態を示し、（ａ）～（ｅ）がレール破断の発生状況を示す模式図、（ｆ）が受信信号の波形図である。

【図4】列車通過時のレール破断検知装置の動作状態を示し、（ａ）～（ｅ）が列車の進行状況を示す模式図、（ｆ）が受信信号の波形図である。

【図5】レール破断時のレール破断検知装置の動作状態を示し、（ａ）～（ｅ）がレール破断の発生状況を示す模式図、（ｆ）が受信信号の波形図である。

【図6】列車通過時のレール破断検知装置の動作状態を示し、（ａ）～（ｇ）が列車の進行状況を示す模式図、（ｈ）が受信信号の波形図である。

【図7】列車通過時にレール破断が発生したときのレール破断検知装置の動作状態を示し、（ａ）～（ｇ）がレール破断の発生状況を示す模式図、（ｈ）が受信信号の波形図である。

【図8】レール破断時のレール破断検知装置の動作状態を示し、（ａ）～（ｅ）がレール破断の発生状況を示す模式図、（ｆ）が受信信号の波形図である。

【図9】従来のレール破断検知装置の構成を示すブロック図である。

【図10】従来のレール破断検知装置の動作状態を示し、（ａ）がレール破断が無く而も列車が来ていないときの通電状態を示し、（ｂ）がレール破断の無いところに列車が来たときの通電状態を示し、（ｃ）がレール破断の発生時やその後の通電状態を示している。

【発明を実施するための形態】

【0032】

このような本発明のレール破断検知装置について、これを実施するための具体的な形態を、以下の実施例１～４により説明する。
図１～３に示した実施例１は、上述した解決手段１（出願当初の請求項１）を具現化したものであり、図４，５に示した実施例２は、上述した解決手段２，３（出願当初の請求項２，３）を具現化したものであり、図６，７に示した実施例３は、上述した解決手段３～５（出願当初の請求項３～５）を具現化したものであり、図８に示した実施例４は、上述した解決手段１～５（出願当初の請求項１～５）を具現化したものである。
なお、それらの図示に際し従来と同様の構成要素には同一の符号を付して示したので、また、それらについて背景技術の欄で述べたことは以下の各実施例についても共通するので、重複する再度の説明は割愛し、以下、従来との相違点を中心に説明する。

【実施例0033】

本発明のレール破断検知装置の実施例１について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図１は、レール破断検知装置６０の構成を示すブロック図である。

【0034】

このレール破断検知装置６０が、既述したレール破断検知装置２０と相違するのは、処理部２３が処理部６３になった点である。送信部２１及び受信部２２や、それらと並走レール１０との接続に関しては、既述した図９の従来構成をそのまま引き継いでいるので、繰り返しとなる説明は割愛する。
処理部６３が既述の処理部２３と相違するのは、レベル設定器２４がレベル設定器６４になった点と、判定部２６が判定部６６になった点と、入出力器２８が入出力器６８になった点と、タイマ６９が追加された点である。

【0035】

レベル設定器６４が既述のレベル設定器２４と相違するのは、判定部６６に通知する設定事項が、一つだけだった列車検知レベルＡから、複数の計時開始レベルＫ及び計時終了レベルＬ（何れもレベル低下状態に係る基準データ）に、変更拡張されている点である。計時開始レベルＫは、送信レベルＧで正規化した受信レベルＨが低下し始めてノイズ等では揺らがないレベルに達したと言えるレベル値として設定され、計時終了レベルＬは、送信レベルＧで正規化した受信レベルＨが更に低下して最低値に十分に近づいたと言えるレベル値として設定され、大小関係（高低関係）が計時開始レベルＫ＞計時終了レベルＬになる。計時終了レベルＬは、既述の列車検知レベルＡより少し高めの値か同程度の値に設定される。

【0036】

なお、図１の処理部６３には、レベル上昇検知レベルＭ（レベル上昇状態に係る基準データ）もレベル設定器６４で設定され判定部６６に通知されるようになっていることが図示されているが、これは、後述の実施例２で使用されるものなので、その役割など具体的な事項は、そこで説明する。

【0037】

タイマ６９は、判定部６６から計時開始の計時指示Ｕを受けると時間計測を開始し、計測開始から所定のタイマ動作時間ｔａ（レベル低下状態に係る基準データ）だけ経過したときには自律的にその旨の計時報告Ｖを判定部６６に通知するとともに、計測開始後に経過報告を求める計時指示Ｕを受けると、それに応じて、それまでのタイマ動作時間ｔｂ（レベル低下状態に係る検出値）を計時報告Ｖとして判定部６６に通知するようになっている。

【0038】

判定部６６は（図１参照）、既述した制御情報Ｃ，Ｄや信号レベルＧ，Ｈに基づくレベル監視を行うが、それに加えて時間監視も行うようになっている。区間１４を具体例にして詳述すると（図２，図３参照）、計時開始レベルＫを上回っていた受信レベルＨが計時開始レベルＫを下回ったときに計時指示Ｕにてタイマ６９に計時を開始させ、更に受信レベルＨが下がって計時終了レベルＬをも下回ったときに計時指示Ｕにてタイマ６９からタイマ動作時間を得て、それをレベル変化時間ｔｂとして次に述べる比較判定に用いるようになっている。

【0039】

その比較判定の比較相手になるタイマ動作時間ｔａは、並走レール１０の該当区間を列車が通過するのに要する最短時間より短い時間に設定されている。
例えば、検知対象の区間の長さをＬｒとし、列車の最高速度をＶｒとすると、タイマ動作時間ｔａは、算出値［Ｌｒ／Ｖｒ］が理論的な設定値といえるが、実用化の際には、誤差やバラツキの考慮分を減じた値に設定される。なお、上述した計時開始レベルＫと計時終了レベルＬとを設定するときに両レベル値を近づけておくことでも、誤判定防止効果の向上が望めるが、両値Ｋ，Ｌの接近しすぎは精度の低下を招くので好ましくない。

【0040】

さらに、その比較判定では、上述したタイマ動作時間ｔａとレベル変化時間ｔｂとを比べて、タイマ動作時間ｔａ≦レベル変化時間ｔｂであれば、現状を検出して得たレベル低下状態の方が、予め算出して設定した状態変化値より急ではないので、当該無絶縁区間にレール破断が生じたという比較結果Ｐ（判定）は出さないようになっている。これに対し、タイマ動作時間ｔａ＞レベル変化時間ｔｂであれば、現状を検出して得たレベル低下状態の方が、予め算出して設定した状態変化値より急なので、当該無絶縁区間についてレール破断が生じたという比較結果Ｐ（判定）を出すようになっている。

【0041】

入出力器６８は、判定部６６が出した比較結果Ｐを、適宜な信号レベル変換やデータ形式変換なども施してから、レール破断情報Ｑとして外部へ出力するようになっている。レール破断情報Ｑは、急なレベル低下を検出したことに応じて出されるものなので、基本的には一時的・短期的なものであるが、受信レベルＨが計時終了レベルＬを下回っている状態が継続しているときなどには継続的に出力されるようになっていても良い。

【0042】

この実施例１のレール破断検知装置６０について、その使用態様及び動作を、図面を引用して説明する。

【0043】

図２は、列車通過時の動作状態を示し、（ａ）～（ｅ）が列車３０の進行状況を示す模式図であり、（ｆ）が区間１４の検知信号に係る受信レベルＨの波形図（一点鎖線を参照）である。
また、図３は、レール破断時の動作状態を示し、（ａ）～（ｅ）がレール破断４０の発生状況を示す模式図であり、（ｆ）が区間１４の検知信号に係る受信レベルＨの波形図（一点鎖線を参照）である。

【0044】

本例では、レール破断検知装置６０の接続先の並走レール１０において（図１参照）、一連の区間１２，１３，１４が何れも両端無絶縁区間になっており（図２（ａ）～（ｅ）参照）、そのうちの区間１４にレール破断が発生するものとし（図３（ａ）～（ｅ）参照）、そのような状況下におけるレール破断検知装置６０の動作状態（具体的には受信レベルに応じた判定状況）を時系列的に説明する（図２（ｆ），図３（ｆ）参照）。

【0045】

先ず、正常な並走レール１０を区間１２，１３，１４の順に列車３０が走行した場合を説明する（図２（ａ），（ｆ）参照）。
列車３０が区間１４の手前の手前の区間１２を走行している間は（図２（ａ）参照）、区間１４に係る受信レベルＨ（１４）が計時開始レベルＫを超える値で安定している（図２（ｆ）ｔ１参照）。そして、列車３０が区間１４の手前の区間１３に移ってそこを走行すると（図２（ｂ）参照）、区間１４に係る受信レベルＨ（１４）が徐々に低下する（図２（ｆ）ｔ２参照）。

【0046】

それから、列車３０が手前の区間１３を通過して区間１４の端に至ると（図２（ｃ）参照）、区間１４に係る受信レベルＨ（１４）が計時開始レベルＫばかりか計時終了レベルＬをも下回る値まで低下する（図２（ｆ）ｔ３参照）。そして、列車３０が区間１４を走行している間は（図２（ｄ），（ｅ）参照）、区間１４に係る受信レベルＨ（１４）が計時終了レベルＬを下回り続ける（図２（ｆ）ｔ４，ｔ５参照）。
この場合、区間１４に係る受信レベルＨ（１４）が計時開始レベルＫから計時終了レベルＬにまで低下するのに要したレベル変化時間ｔｂが上述のタイマ動作時間ｔａより大きいので（図２（ｆ）ｔ２～ｔ３参照）、判定部６６によって破断が発生したと判定されることが無く、処理部６３からレール破断情報Ｑが発出されることも無い。

【0047】

次に、何れも正常だった区間１２，１３，１４のうち区間１４にレール破断が突然発生した場合を説明する（図３参照）。
列車通過等が無くても、暑いときは膨張による圧縮応力によってレールが曲り易いのに対し、寒いときは引張応力によってレールが脆性破壊し易い。レールの多くは、鉄製で、列車通過等による疲労破壊のゆっくりした進行の後、断裂が一気に進むことが多い。そのため、鉄道におけるレール破断は、大抵、短時間のうちに完全破断に至る。

【0048】

この場合、レール破断の発生前は（図３（ａ），（ｂ）参照）、区間１４に係る受信レベルＨ（１４）が計時開始レベルＫを超える値で安定している（図３（ｆ）ｔ１～ｔ３参照）。
そして、区間１４にレール破断４０が発生しそれが短時間で完了すると（図３（ｃ）～（ｅ）参照）、区間１４に係る受信レベルＨ（１４）が急速に低下して計時開始レベルＫを下回り更に計時終了レベルＬをも下回る（図３（ｆ）ｔ３直後を参照）。

【0049】

この場合、区間１４に係る受信レベルＨ（１４）が計時開始レベルＫから計時終了レベルＬにまで低下するのに要したレベル変化時間ｔｂが上述のタイマ動作時間ｔａより小さいので（図３（ｆ）ｔ３～ｔ４参照）、判定部６６によって破断が発生したと判定され、処理部６３からレール破断情報Ｑが発出される。

【0050】

このように、受信レベルＨが計時開始レベルＫから計時終了レベルＬまで低下するのに掛かったレベル変化時間ｔｂと、列車３０の区間通過に係る最短時間より短いタイマ動作時間ｔａとが比較されて、レベル変化が急なときだけレール破断４０が発生したと判定されるので、列車通過がレール破断と誤判定されることがほとんどなく、しかも、脆性破壊によるレール破断の発生後はその発生が速やかに検出される。

【実施例0051】

本発明のレール破断検知装置の実施例２について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。

【0052】

図４は、列車通過時の動作状態を示し、（ａ）～（ｅ）が列車３０の進行状況を示す模式図であり、（ｆ）が、区間１３の検知信号に係る受信レベルＨ（１３）の波形図（二点鎖線を参照）と、区間１４の検知信号とに係る受信レベルＨ（１４）の波形図（一点鎖線を参照）である。
また、図５は、レール破断時の動作状態を示し、（ａ）～（ｅ）がレール破断４０の発生状況を示す模式図であり、（ｆ）が、二点鎖線で示した区間１３の検知信号に係る受信レベルＨ（１３）の波形図（二点鎖線を参照）と、区間１４の検知信号とに係る受信レベルＨ（１４）の波形図（一点鎖線を参照）である。

【0053】

この実施例２が上述した実施例１と相違するのは（図４（ａ）～（ｅ），図５（ａ）～（ｅ）参照）、並走レールの区間１２と区間１３との境界が絶縁されており、区間１２，１３が両端無絶縁区間ではないものになっている点である。但し、区間１４は、両区間端が何れも絶縁されていない両端無絶縁区間のままである。
また、このレール破断検知装置が上述した実施例１のレール破断検知装置６０と相違するのは、両端無絶縁区間について列車通過時の受信信号のレベル上昇状態に係る所定の基準データとしてレベル上昇検知レベルＭが処理部６３にデータ保持されており、それが判定部６６によって使用されるようにもなっている点である。

【0054】

レベル上昇検知レベルＭは、上述した他のレベル値Ｋ，Ｌと同じくレベル設定器６４を利用して判定部６６にデータ設定されるものであり、レール破断が無い状態で検出される受信レベルＨの最高値と、レール破断が発生したときに当該区間の隣の区間に係る受信レベルＨが上昇して到達する受信レベルＨの最高値との中間値に初期設定されている。
このようなレベル上昇検知レベルＭは、両端無絶縁区間１４について列車通過時の受信信号のレベル上昇状態に係る基準データになっている。

【0055】

さらに、判定部６６は、検知対象の区間のうち何れかの両端無絶縁区間についてレベル検知器２７の受信レベルＨが上昇して判定部６６のレベル上昇検知レベルＭを上回ったときには（この場合、受信レベルＨが、レベル上昇状態に係る検出値に該当し、レベル上昇検知レベルＭが、レベル上昇状態に係る基準データに該当するので）、該当する両端無絶縁区間の隣の無絶縁区間にレール破断が生じたと判定するようになっている。
また、検知対象の区間のうち何れかの両端無絶縁区間についてレベル検知器２７の受信レベルＨが判定部６６のレベル上昇検知レベルＭを上回っているには、該当する両端無絶縁区間の隣の無絶縁区間にレール破断が存在していると判定するようにもなっている。

【0056】

このような状況では、正常な並走レール１０を区間１２，１３，１４の順に列車３０が走行した場合（図４参照）、列車３０が区間１４の手前の手前の区間１２を走行している間は（図４（ａ）参照）、区間１３に係る受信レベルＨ（１３）も、区間１４に係る受信レベルＨ（１４）も、計時開始レベルＫを超える値で安定している（図４（ｆ）ｔ１参照）。そして、列車３０が区間１４の手前の区間１３に至ると、区間１３に係る受信レベルＨ（１３）が急速に低下して計時開始レベルＫを下回り更に計時終了レベルＬをも下回りレベル変化時間ｔｂ（１３）がタイマ動作時間ｔａ（１３）より短くなるが（図４（ｆ）ｔ１直後を参照）、区間１３は両端無絶縁区間でないので、判定部６６による破断発生の判定はなく、処理部６３からレール破断情報Ｑが発出されることもない。

【0057】

一方、区間１４に係る受信レベルＨ（１４）は、列車３０が区間１３を走行しているときに（図４（ａ），（ｂ）参照）、その進み具合に伴って徐々に低下するため（図４（ｆ）ｔ１～ｔ３参照）、レベル変化時間ｔｂ（１３）がタイマ動作時間ｔａ（１３）より長くなるので（図４（ｆ）ｔ１～ｔ３を参照）、区間１４が両端無絶縁区間であっても、判定部６６による破断発生の判定はなく、処理部６３からレール破断情報Ｑが発出されることもない。こうして、絶縁区間と無絶縁区間との境界に係る区間１３について不所望な誤判定の発出が的確に回避される。

【0058】

次に、何れも正常だった区間１２，１３，１４のうち区間１３にレール破断が突然発生した場合を説明する（図５参照）。ここでも、レール破断は短時間の脆性破壊である。

【0059】

この場合、レール破断の発生前は（図５（ａ）参照）、区間１３に係る受信レベルＨ（１３）も、区間１４に係る受信レベルＨ（１４）も、計時開始レベルＫを超える値で安定している（図５（ｆ）ｔ１参照）。そして、区間１３にレール破断４０が発生しそれが短時間で完了すると（図５（ｂ）～（ｅ）参照）、区間１３に係る受信レベルＨ（１３）が急速に低下して計時開始レベルＫを下回り更に計時終了レベルＬをも下回るが（図５（ｆ）ｔ２直後を参照）、上述したように区間１３が両端無絶縁区間では無いので、そのことによる判定部６６の破断発生判定も処理部６３のレール破断情報Ｑの発出も無い。

【0060】

これに対し、区間１４に係る受信レベルＨ（１４）は、区間１３にレール破断４０が発生すると（図５（ｂ）参照）、そのときから上昇して速やかにレベル上昇検知レベルＭを上回る（図５（ｆ）ｔ２直後を参照）。そのため、判定部６６によって、左隣の区間１３と右隣の区間１５とのうち何れか一方または双方にレール破断が発生したと判定され、処理部６３からレール破断情報Ｑが発出される。また、受信レベルＨ（１４）は、以後も、レール破断４０が存続していると、レベル上昇検知レベルＭより上に高止まりし続けるため、処理部６３からレール破断情報Ｑが継続して出される。