JP2009018604A - 鉄道車両用氷雪付着防止装置と鉄道車両の氷雪付着防止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄道車両の車体への氷雪の付着を防止し、作業員による氷雪の剥離作業を省略でき、列車運行の遅れを防止できる鉄道車両用氷雪付着防止装置を提供すること。
【解決手段】鉄道車両の車輪は、その前後左右が車体のスカート部１４により覆われている。走行時に、車輪の前方および後方に臨むスカート部１４の内面１４Ａに多くの氷雪が付着するため、スカート部１４の内面１４Ａと反対に位置する外面１４Ｂに鉄道車両用氷雪付着防止装置１２が設けられている。鉄道車両用氷雪付着防止装置１２は、複数の超音波振動子１６を備えている。超音波振動子１６は、車輪の前方および後方に臨むスカート部１４の内面１４Ａとは反対の面であるスカート部１４の外面１４Ｂに互いに間隔をおいて取着されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、走行時に鉄道車両の車体への氷雪の付着を防止する鉄道車両用氷雪付着防止装置と鉄道車両の氷雪付着防止方法に関する。

降雪地帯において、例えば、盛岡から秋田に向けて新幹線が在来線を走行する場合などレール上に積もった雪が、車輪荷重により溶融し水滴となったものが繰り返してスカート部や床下構造部などに付着する。そして、外気温度の低下、高速走行時の冷却作用により氷結し、さらに、この部分に大気中の雪、車体通過時に舞い上がった路線上の雪が付着し、成長していく。
特に、車輪前後のスカート部の内面に付着した氷雪は、場合によっては車輪近傍まで成長することがある。
そして、在来線に乗り入れた新幹線が盛岡から東京に向かう途中の気温の上昇により車体に付着した氷雪が自然落下すると、大きな氷雪片である場合には線路上のバラスト（砕石）を跳ね上げ、床下構造部に損傷を与える。特に、対向車両に遭遇した際の風圧で氷雪が落下する確立が高く、対向車両に損傷を与えるなど極めて危険な状態が起きる。
このような氷雪の車体への付着を防止するため、ゴムなどの弾性材料を使用し弾性材料を拡縮する技術が提案されているが、重量の点で問題があり採用されるに至っていない。
実公昭６３−１０３７８

そのため、車体に付着した氷雪が成長し走行に支障を来たしたり、自然落下した際の危険が大きいなどと判断された場合、予め多数の作業員を確保しておき、最寄の駅の空きレーンに車体を引き込み、決められた時間内でへらなどを用いて車体を傷めないように人力で氷雪を削り落とす作業がなされているのが現状である。
そしてこの作業は、車両に通電された状態であるため危険な作業となり、予め多数の作業員を確保しておかなければならないことからコストがかさみ、列車運行に遅れを来たす不具合があった。
本発明者は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、鉄道車両の車体への氷雪の付着を防止し、作業員による氷雪の剥離作業を省略でき、列車運行の遅れを防止できる鉄道車両用氷雪付着防止装置と氷雪付着防止方法を提供することにある。

前記目的を達成するため本発明は、走行時に車体を構成する壁部への氷雪の付着を防止する鉄道車両用氷雪付着防止装置であって、前記車体を構成する壁部で前記氷雪が付着される面と反対に位置する面に、超音波を放射して前記壁部を超音波振動させる複数の超音波振動子が互いに間隔をおいて設けられていることを特徴とする。
また、本発明は、走行時に車体の壁部への氷雪の付着を防止する鉄道車両の氷雪付着防止方法であって、前記車体の壁部で前記氷雪が付着される面と反対に位置する面から前記壁部を超音波振動させるようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、車体の壁部を超音波振動させることにより、壁部に対する氷雪の付着を防止し、作業員による氷雪の剥離作業を省略でき、列車運行の遅れを防止できる。

以下、本発明の鉄道車両の氷雪付着防止方法を鉄道車両用氷雪付着防止装置と共に図面にしたがって説明する。
図１は鉄道車両の車輪部分の説明図、図２（Ａ）はスカート部の拡大斜視図、（Ｂ）はスカート部の側面図を示す。
鉄道車両用氷雪付着防止装置１２は、走行時、車体を構成する壁部（壁板）への氷雪の付着を防止するものである。
鉄道車両の車輪は、その前後左右が車体のスカート部１４により覆われており、走行時に、車輪の前方および後方に臨むスカート部１４の内面１４Ａに多くの氷雪が付着するため、本実施の形態では、スカート部１４の内面１４Ａと反対に位置する外面１４Ｂに鉄道車両用氷雪付着防止装置１２が設けられている。なお、鉄道車両用氷雪付着防止装置１２を設ける箇所は、スカート部１４に限定されず、車体に付着した氷雪を剥離したいその他の箇所に設けるなど任意である。

鉄道車両用氷雪付着防止装置１２は、超音波振動子１６を備えている。
超音波振動子１６は、車輪の前方および後方に臨むスカート部１４の内面１４Ａとは反対の面であるスカート部１４の外面１４Ｂに互いに間隔をおいて複数取着されている。
超音波振動子１６は、ケース１６０２と、超音波放射面１６０４とを有し、このような振動して、様々な市販品が使用可能であり、大きさは何れも指先程度であり、例えば、多賀電気株式会社や本多電子株式会社の市販品が使用可能である。
超音波振動子１６は、その超音波放射面１６０４を外面１４Ｂに当て付けて（密着させて）取着されている。
この取着には、外面１４Ｂに形成された雌ねじに、ケース１６０２の先端外周の雄ねじを螺合することで行ってもよく、あるいは、接着剤を用いた接着でもよい。
本実施の形態では、超音波振動子１６は、スカート部１４の外面１４Ｂに千鳥状に２００ｃｍ^２〜４００ｃｍ^２程度の範囲に１個の割合で設けられている。

超音波振動子１６には、配線１６１０を介して超音波振動子１６に超音波発生用の駆動電流の供給遮断を行なう超音波発振機が接続され、スイッチを操作員が操作することにより超音波発振機から超音波振動子１６への駆動電流の供給遮断が行われる。
また、前記超音波発振機に動作用の電源を供給する電源装置が設けられ、前記電源装置は車両走行用の電力から前記電源を生成している。
本実施の形態では、超音波振動子１６によって発生される超音波の周波数は、２０ＫＨｚ〜５０ＫＨｚ程度となり、かつ、超音波の出力は２００Ｗ〜１５００Ｗ程度となるように超音波振動子１６に供給される駆動電流が調整されている。
超音波の周波数が、２０ＫＨｚ〜５０ＫＨｚ程度だとスカート部１４の内面１４Ａへの氷雪の付着を防止する上で有利となり、超音波の周波数が２０ＫＨｚ未満だと、可聴周波数帯域となり、騒音発生の面で不利があり、５０ＫＨｚを超えると振動による機材、音波発生装置（振動子）の耐久性の面で不利がある。
また、超音波の出力が２００Ｗ〜１５００Ｗ程度だと、スカート部１４の内面１４Ａへの氷雪の付着を防止する上で有利となり、２００Ｗ未満だと、エネルギーが弱く、氷雪付着防止の面で不利があり、１５００Ｗを超えると、音波発生装置（振動子）そのものが大きくなり過ぎ、氷雪付着防止に必要とされる以上の過大電力を消費し、装置のサイズの面で不利がある。
また、超音波発振機による超音波振動子１６への駆動電流の供給に際して、各超音波振動子１６に供給する駆動電流の位相を揃えることで、複数の超音波振動子１６の超音波の波形（信号）を同期させ大きく振動させる（波打たせる）などするようにしてもよい。

また、本実施の形態では、超音波振動子１６が取り付けられるスカート部１４の部分は、吸音性を高めるための小孔が多数形成された複数のアルミ合金製板（パンチングメタル）２４で構成されている。
各アルミ合金製板２４の一方の面がスカート部１４の内面１４Ａを構成し、他方の面がスカート部１４の外面１４Ｂを構成し、各アルミ合金製板の他方の面に複数の超音波振動子１６が取り付けられることで１つのユニットが形成される。
そして、このユニット化されたものをボルトにより車体のフレームに取り付け、このようにしてスカート部１４と共に鉄道車両用氷雪付着防止装置１２が車体に組みつけられることになる。

なお、鉄道車両用氷雪付着防止装置１２が取着され面と反対の面、すなわち、氷雪が付着される壁部の面（スカート部１４の内面１４Ａ）に、摩擦係数の小さいフッ素樹脂などによりコーティングを施したり、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）による皮膜を形成するなど、自己潤滑性を高めるための表面処理を施すと、除氷雪効能が高まり、氷雪の付着を防止する上で有利となる。

本実施の形態では、降雪地帯の気温や降雪の状況に応じ氷雪の付着が想定される場合に、超音波振動子１６を駆動すると、超音波振動子１６から超音波が放射されスカート部１４が超音波振動される。
そして、スカート部１４が超音波振動されていることから、スカート部１４の内面１４Ａに向けて飛散された氷雪は内面１４Ａに付着して成長しにくく、内面１４Ａから剥落され、スカート部１４の内面１４Ａへの氷雪の付着が防止される。
したがって、本実施の形態によれば、超音波振動を利用して車両の壁部への氷雪の付着を防止でき、作業員による氷雪の剥離作業を省略してコストダウンを図り、また、列車運行の遅れを防止する上で極めて有利となる。

鉄道車両の車輪部分の説明図である。 （Ａ）はスカート部１４の拡大斜視図、（Ｂ）はスカート部１４の側面図である。

符号の説明

１２……鉄道車両用氷雪付着防止装置、１４……スカート部、１６……超音波振動子。

Claims (7)

1. 走行時に車体を構成する壁部への氷雪の付着を防止する鉄道車両用氷雪付着防止装置であって、
   前記車体を構成する壁部で前記氷雪が付着される面と反対に位置する面に、超音波を放射して前記壁部を超音波振動させる複数の超音波振動子が互いに間隔をおいて設けられている、
   ことを特徴とする鉄道車両用氷雪付着防止装置。
2. 車輪の周囲を囲むように前記車体にスカート部が設けられ、
   前記スカート部は前記車輪の前方および後方に臨む内面を有し、
   前記超音波振動子は前記内面と反対に位置する前記スカート部の外面に取着されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の鉄道車両用氷雪付着防止装置。
3. 前記超音波の周波数は２０ＫＨｚ〜５０ＫＨｚである、
   ことを特徴とする請求項１記載の鉄道車両用氷雪付着防止装置。
4. 前記超音波の出力は２００Ｗ〜１５００Ｗである、
   ことを特徴とする請求項１記載の鉄道車両用氷雪付着防止装置。
5. 前記超音波振動子は、前記反対に位置する面に、千鳥状に２００ｃｍ^２〜４００ｃｍ^２の範囲に１個の割合で設けられている、
   ことを特徴とする請求項１記載の鉄道車両用氷雪付着防止装置。
6. 前記氷雪が付着される面に、自己潤滑性を高めるための表面処理が施されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の鉄道車両用氷雪付着防止装置。
7. 走行時に車体の壁部への氷雪の付着を防止する鉄道車両の氷雪付着防止方法であって、
   前記車体の壁部で前記氷雪が付着される面と反対に位置する面から前記壁部を超音波振動させるようにした、
   ことを特徴とする鉄道車両の氷雪付着防止方法。

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