JP2010196462A - 鉄道用レールの温度上昇抑制方法 - Google Patents

Abstract

【課題】運転士の視認の悪化などの欠点を伴うことなしに鉄道用レールの温度上昇を効果的に解決する方法を提供する。
【解決手段】レールと、これを支持する支持面とを備えた軌道において、該レールの側面に、塗膜のＪＩＳ Ａ ５７５９に定義される日射反射率が１５％以上でかつＣＩＥ１９７６Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊色空間におけるＬ^＊値が５０〜８０である塗料を塗布することを特徴とする鉄道用レールの温度上昇抑制方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、夏季高温時における鉄道用レールの温度上昇を抑制する方法に関する。

従来、夏期高温時には、レールの温度上昇により当該レールが伸びるために、軌道の歪みや締結部分の損耗が問題となってきた。
そして、このような支障の有無確認のために、頻繁に点検作業を行う必要があった。
また、レールの伸縮によりバラスト部の砕石分布が不均一となるために、これを修正するための作業を行う必要があった。
さらに、レールを含む軌道の温度上昇による周辺環境への影響も問題となってきた。
これらの課題を解決するために、特許文献１に示すレール面塗装装置が提案された。

特開平９−１７３９２３号公報

しかし、この装置には以下の欠点がある。
すなわち、レール面のみに塗装する装置なので、レール伸縮の問題は解決できるが、周辺環境の問題を解決するには温度低減効果が不十分である。

また、実施例に記載のとおり、酸化チタン系の白色塗料を使用しているので、軌道全面に塗装した場合には、まぶしさのために運転士の視認が損なわれるおそれがある。
さらに、好ましい態様として、塗装前に下地処理が必要であり手間がかかる。

本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、運転士の視認の悪化などの欠点を伴うことなしに鉄道用レールの温度上昇を効果的に解決する方法を提供することにある。

本発明は、第１に、レールと、これを支持する支持面とを備えた軌道において、該レールの側面に、塗膜のＪＩＳ Ａ ５７５９に定義される日射反射率が１５％以上でかつＣＩＥ１９７６Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊色空間におけるＬ^＊値が５０〜８０である塗料を塗布することを特徴とする鉄道用レールの温度上昇抑制方法である。

本発明は、第２に、レールと、これを支持する支持面とを備えた軌道において、該支持面を構成する枕木および／またはバラストに、塗膜のＪＩＳ Ａ ５７５９に定義される日射反射率が１５％以上でかつＣＩＥ１９７６Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊色空間におけるＬ^＊値が５０〜８０である塗料を塗布することを特徴とする鉄道用レールの温度上昇抑制方法である。

本発明は、第３に、前記塗料が、中性化抑制剤、付着性向上剤、防錆剤、防腐剤、異物付着抑制剤または金属酸化物を含んでいることを特徴とする上記第１または第２に記載の方法である。
本発明は、第４に、前記防錆剤が、錆変性剤または錆付着防止剤であることを特徴とする上記第３に記載の方法である。

本発明は、第５に、前記異物付着抑制剤が、光触媒、フッ素樹脂またはシリコン樹脂であることを特徴とする上記第３または第４に記載の方法である。
本発明は、第６に、前記金属酸化物が、酸化錫、カオリン、酸化珪素、酸化アルミニウムまたは酸化チタンであることを特徴とする上記第３〜第５のいずれかに記載の方法である。

本発明は、第７に、前記レールの上面に養生部材を配置してから前記塗料を塗布することを特徴とする上記第１〜第６のいずれかに記載の方法である。
本発明は、第８に、さらに、前記支持面を構成する枕木および／またはバラストの上面にも前記塗料を塗布することを特徴とする上記第１〜第７のいずれかに記載の方法である。

本発明は、第９に、前記バラストが、蓄熱骨材からなることを特徴とする上記第８に記載の方法である。
本発明は、第１０に、前記塗料が、熱エネルギーを運動エネルギーに変換する熱交換塗料であることを特徴とする上記第１〜第９のいずれかに記載の方法である。

本発明は、第１１に、前記塗料の塗布前に、前記レールの側面に付着した酸化物や異物を取り除くことを特徴とする上記第１〜第１０のいずれかに記載の方法である。
本発明は、第１２に、上記第１〜第１１のいずれかに記載の方法を実施したあと、前記塗料を塗布した塗膜面に異物付着抑制剤を塗布することを特徴とする方法である。

第１の発明による効果
夏期高温時のレール温度が低減され、軌道の歪みや締結部分の損耗を抑制できる。
レール点検作業の頻度が少なくなり、他作業に労力を振り分けられる。
（鉄道会社では、レール温度が４５℃以上になるとレールの点検を行う。）
保線作業員の熱中症対策として有効である。
レールどうしの隙間を狭くして、列車の振動を抑制し乗り心地を改善できる。
Ｌ^＊値が５０〜８０の遮熱性塗料を用いることにより、日射反射によるまぶしさで運転士の視認が損なわれるおそれが少ない。

第２の発明による効果
レールを除く枕木および／またはバラストに塗布するので、レールのみに塗布する場合と比べて養生の手間がかからない。
第３の発明による効果
中性化抑制剤の作用により、枕木コンクリートの中性化による破壊を抑制できる。
付着性向上剤の作用により、塗料とレールやバラストとの付着性が向上する。
防錆剤または防腐剤の作用により、レールや枕木の発錆や腐食を抑制できる。
異物付着抑制剤の作用により、油や金属粉などの異物付着を抑制できる。
金属酸化物の作用により、金属であるレールの温度上昇抑制効果が向上する。

第４の発明による効果
錆変性剤の作用により、レールの錆がこれ以上錆の進行しない物質に変化する。
錆付着防止剤の作用により、塗膜表面への錆の付着を抑制できる。
第５の発明による効果
光触媒、フッ素樹脂またはシリコン樹脂の作用により、異物付着を抑制できる。
第６の発明による効果
酸化錫、カオリン、酸化珪素、酸化アルミニウムまたは酸化チタンの作用により、レールの温度上昇抑制効果が向上する。

第７の発明による効果
レール上面への塗料付着を確実に回避できるので、塗布した塗料が列車走行により剥がれるというムダを防ぐことができる。
第８の発明による効果
レール温度の低減のみならず、周辺環境の温度低減効果も大きくなる。
第９の発明による効果
バラストに熱が吸収されるので、周辺温度の上昇を抑制できる。

第１０の発明による効果
熱を反射せずに運動エネルギーに変換するので、照り返しによる温度上昇がない。
第１１の発明による効果
塗布前に、レール側面に付着した酸化物や異物を取り除くことにより、レールへの塗料の付着性が向上する。
第１２の発明による効果
上記方法の実施後に、塗膜面に異物付着抑制剤を塗布することにより、塗膜面への酸化物や異物の付着を抑制できる。

実施例の試験施工１での工区を示す説明図。 実施例の試験施工２での工区を示す説明図。 実施例の試験施工３での工区を示す説明図。

本発明の鉄道用レールの温度上昇抑制方法についてさらに具体的に説明する。
本発明ではレールの車輪が接する以外の外表面に、ＪＩＳ Ａ ５７５９に定義される日射反射率が１５％以上、好ましくは３０％以上、より好ましくは５０％以上でかつＣＩＥ１９７６Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊色空間におけるＬ^＊値が５０〜８０である塗料を塗布するが、この塗料は既存の顔料を組合せて塗料化して塗膜の日射反射率とＬ^＊値を測定することによって簡単に調製することができる。
本発明に用いられる顔料の例としては、一般式：

（但し、ＸはＮ＝Ｎ又はＣＯＮＨであり、ｎは１又は２であり、Ｒ_１は水素原子又はニトロ基であり、Ｒ_２はハロゲン原子又はメトキシ基であり、Ａ環はベンゼン環又はナフタレン環であり、ｎ＝１のときのＲ_３はハロゲン原子、メチル基、ニトロ基又はメトキシ基を有してもよいフェニル基又は置換基を有していないナフチル基であり、ｎ＝２のときのＲ_３はメトキシ基を有してもよいビフェニレン基である。）で示され、結晶の大きさが０．３〜１０μｍであるアゾ系顔料をあげることができる。

本発明の鉄道用レールの温度上昇抑制方法は、好ましくは、以下の処理工程に従って実施される。
（１）下地処理工程
レール側面に付着している赤錆、車輪摩耗抑止用油、汚れなどの酸化物や異物をワイヤーブラシによる研磨、溶剤（シンナー）による拭き取り、二酸化炭素粒子によるブラスト処理などの除去手段により処理する。
遮熱性塗料に防錆剤を添加する場合には、下地処理を省略できる。

（２）塗布工程
（２−１）遮熱性塗料の塗布
レールの側面に遮熱性塗料を、ローラ刷毛などで塗布するかスプレーノズルなどで噴霧する。
速乾性の遮熱性塗料を用いるとよい。
遮熱性塗料として塗膜のＬ^＊値が５０〜８０の塗料を用いると、日射反射によるまぶしさで運転士の視認が損なわれるおそれが少ない。

（２−２）遮熱性塗料の具体例
〔日射反射率が１５％以上の塗膜〕
次のＡ，Ｂの顔料を組み合わせて調合した塗料からなる塗膜
Ａ：赤外線波長域の日射を反射する顔料
クロモファインブラックＡ−１１０３
タイピロキサイドブラウン９２９０
Ｂ：着色顔料
モノアゾ系エローなどの黄色系顔料
酸化鉄、キナクリドンレッドなどの赤色系顔料
フタロシヤニンブルーなどの青色系顔料
フタロシヤニングリーンなどの緑色系顔料
〔Ｌ^＊値が５０〜８０の塗膜〕
前記Ａ，Ｂの顔料に次の顔料を組み合わせて調合した塗料からなる塗膜
酸化チタン、亜鉛華などの白色系顔料

尚、塗料を構成する液体成分としては樹脂塗膜を与える適宜の液体成分を用いることができるが、即乾性のものが好ましく、また安全性から、アクリル樹脂エマルションなどの水性樹脂エマルションが特に好ましい。

（２−３）遮熱性塗料の添加剤
（ａ）遮熱性塗料に、ポリウレタン樹脂、亜硝酸リチウム、ケイ酸塩、亜硝酸塩などの中性化抑制剤を添加する。その添加量は塗料全体に対する重量比で０．５〜５％が好ましい。これにより、枕木が鉄筋コンクリート製の場合、コンクリートの中性化による破壊を防ぐことができる。

（ｂ）遮熱性塗料に、界面活性剤、シランカップリング剤、シラノール、ポリエチレングリコールなどの付着性向上剤を添加する。これにより、レールに対しては、遮熱性塗料がレール錆の隙間に浸透して付着力が増す。また、バラストに対しては、遮熱性塗料が骨材の表面から浸透して付着力が増す。その添加量は、塗料全体に対する重量比で０．０５〜５％が好ましい。

（ｃ）遮熱性塗料に、リン酸塩、脂肪酸、脂肪族アミン、有機リン酸エステルなどの防錆剤を添加する。これにより、レールの錆を抑制する。その添加量は塗料全体に対する重量比で１〜５０％が好ましい。
（ｄ）遮熱性塗料に、アルキルアンモニウム化合物、ナフテン酸亜鉛、クレオソート油などの防腐剤を添加する。これにより木製枕木の腐食を抑制する。その添加量は塗料全体に対する重量比で５〜５０％が好ましい。

（ｅ）遮熱性塗料に、タンニン酸、没食子酸、エラグ酸、柿渋などの錆変性剤を添加する。これにより、レールの赤錆（水酸化鉄）を黒錆（酸化鉄）に変性する。その添加量は、塗料全体に対する重量比で０．５〜５％が好ましい。
（ｆ）遮熱性塗料に、酸化チタンなどの光触媒、４フッ化フッ素樹脂などのフッ素樹脂、シリコン樹脂、シリケート化合物などの異物付着抑制剤を添加する。これにより油や金属粉の付着を抑制する。その添加量は塗料全体に対する重量比で０．５〜５％が好ましい。
異物付着抑制剤とは、塗膜に当該成分を配合することにより、塗膜への汚れ付着を抑制したり、付着した汚れを除去しやすくしたりする成分をいう。

（ｇ）遮熱性塗料に、酸化錫、カオリン、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化チタンなどの金属酸化物を添加する。これによりレールの温度上昇抑制効果が向上する。その添加量は塗料全体に対する重量比で４〜４０％が好ましい。
（ｈ）遮熱性塗料として、遮熱塗料に４０℃程度の融点をもつ物質を配合した組成物などの熱交換塗料を用いる。これにより反射による照り返しを抑制する。

（２−４）レール上面への養生部材配置
レール上面を覆うように、コ字型のマスキング板を配置する。
レール上面にマスキングテープを貼る。
これにより、施工時に、レール上面への塗料の付着を防ぐ。
（２−５）枕木・バラストへの遮熱性塗料の塗布
バラスト用の骨材として、蓄熱骨材を使用する。
バラスト表面に樹脂を塗布する。
これにより、バラストの締固めが少なくて済み空隙が残るので、騒音低減効果が期待できる。

（２−６）塗布後の処置
上記方法の実施後に、塗膜面に光触媒、フッ素樹脂、シリコン樹脂などの異物付着抑制剤を塗布することにより、塗膜面への酸化物や異物の付着を抑制する。
（２−７）その他
ローラ刷毛などで塗布する場合には、２つのローラ刷毛でレール側面を挟むようにして塗装すると効率的である。
スプレーノズルで塗装する場合には、レール両側の斜め上方から噴霧する。
遮熱性塗料を２層塗りで塗布する場合には、１層目と２層目とで施工方向を逆向きとすることで、バラスト部の塗布ムラを抑制することができる。

（３）機械施工
本発明の施工は人力で行うこともできるが、施工延長が長い場合には機械施工で行い効率化を図ることが望ましい。
機械施工の場合には、下地処理工程と塗布工程を同時に行うとよい。
機械施工の場合には、複数のノズルを備えるスプレーバーを軌道全幅にわたり配設して散布すると効率的である。スプレーバーの周囲には飛散防止カバーを設ける。
機械施工の場合には、機械の走行速度とスプレーバーのポンプ吐出量とを連動させて制御することにより、安定した散布量で散布することができる。

（４）その他のアイデア
遮熱性塗料を塗布する場合には、レール側面にゴム板を押し当てながら上から塗料を垂らして塗装してもよい。
バラスト表面は落下した錆などが付着して黒色をしているので、バラスト表面部の砕石を裏返してから遮熱性塗料を塗布すると、温度低減効果を高められる。
本発明の遮熱性塗料を駅ホームの床や駅舎の屋根に塗布すると、さらに周辺環境の温度低減効果が向上する。
レール側面に遮熱性塗料を塗布することにより、レール側面を鉄道車両の走行による摩耗から保護するという効果も得られる。
旅客の体感温度を低減する効果もあり、サービス向上に寄与することができる。

〔実施例〕
次に本発明の実施例を示す。
市販の着色顔料１３％、体質顔料３９％、アクリル樹脂エマルション３４％、添加剤７％及び水７％を配合して、ＪＩＳ Ａ ５７５９に定義される日射反射率が６０％以上でかつＣＩＥ１９７６Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊色空間におけるＬ^＊値が６６である塗膜を与える塗料（サンドベージュ色）を調整した。

〔試験施工１〕
ある私鉄の軌道現場で、軌道の一つの工区Ａ（枕木間隔１．５ｍ、枕木の両端各０．３ｍの直線工区）を長さ方向に６ｍ間隔で区割りして、それぞれを一定面積のテスト区分として、上記塗料の塗布量をかえて塗布し、その遮熱効果を、夏期の晴天日に同時に検証した。結果を表１に示す。

遮熱性塗料の塗布量を０．３８ｋｇ／ｍ^２（塗布量小）、０．７７ｋｇ／ｍ^２（塗布量中）、１．１５ｋｇ／ｍ^２（塗布量大）として比較した。
その結果、「塗布量小」よりは「塗布量中」または「塗布量大」の方が温度低減効果は大きかったが、「塗布量中」と「塗布量大」とでは、ほとんど差がなかった。

これらの結果より、遮熱性塗料の塗布量は０．１ｋｇ／ｍ^２〜２．０ｋｇ／ｍ^２程度が好ましく、より好ましくは０．５ｋｇ／ｍ^２〜１．０ｋｇ／ｍ^２程度と考えられる。
塗布量が０．５ｋｇ／ｍ^２以下では十分な温度低減効果が得られず、塗布量が１．０ｋｇ／ｍ^２以上では温度低減効果に向上がみられず経済的ではない。

レール温度が５℃低減されることにより、レールの点検頻度が従来１５回／月程度であったものが５回／月程度に減らすことができると予想され、点検作業に要していた労力を他作業に振り分けることができる。
レール温度の低減という観点ではレール側面に遮熱性塗料を塗布すれば十分だが、周辺環境の温度低減という観点ではレールの側面に加えて枕木やバラストにも塗装する必要がある。
〔試験施工２〕
図２に示すＢ工区を区割りして、下地処理方法の違いによる効果を検証した。

下地処理の有無による塗膜耐久性の差異を確認するために、研磨＋溶剤清掃、研磨のみ、無処理として比較した。
施工から約２週間後に確認したところ、レール側面上部から錆のたれ落ちがあるものの、Ｂ工区すべてにおいて塗料の剥がれや内部からの錆浮きは確認されず良好な状態が保たれており、下地処理の有無による差異は短期的にはみられなかった。
〔試験施工３〕
図３に示すＣ工区において、ブレーキダストによる温度低減効果への影響を検証した。

ブレーキダスト（カーボン製ブレーキパッドと車輪の摩擦によるダスト）による温度低減効果への影響は、みられなかった。

（２）本発明による塗膜の防汚効果を確認するために、以下の試験を行った。
（２−１）構内に枕木およびレール（軌間１，３７２ｍｍ×５０ｋｇ、軌間１，０６７ｍｍ×６０ｋｇ）を延長３０ｍにわたり設置し、これを５ｍずつの６工区に分けて試験を行った。

（２−２）下表に示すとおり、遮熱性塗料に添加剤を配合した塗料を塗布したものを実施例１〜３、遮熱性塗料を塗布した上にコーティング剤を塗布したものを実施例４、熱交換塗料を塗布したものを実施例５とした。
（２−３）比較のため、遮熱性塗料のみを塗布したものを比較例１、塗料を塗布しないものを比較例２とした。

（２−４）実際の鉄道レールの主な汚れ成分はレールと車輪の摩耗抑制のための油と錆なので、潤滑油と鉄錆粉との混合物を汚れ成分に見立てて、これを２回／日の頻度で３０日間噴霧した。
（２−５）試験期間中は降雨を想定して、１０日に１回の頻度でレールに散水した。
（２−６）３０日経過後、目視観察、レール表面温度の測定および洗浄試験（高圧水による洗浄）を行った。結果を下表に示す。

（２−７）以上の試験結果より、以下のことが分かった。
実施例１〜４は汚れが付着しにくく、温度低減性能を維持する効果がある。
実施例５は汚れが付着しやすいが、温度低減性能を維持する効果がある。
比較例１は汚れが付着しやすく、温度低減性能を維持する効果がない。

本発明により、運転時の視認の低下等の安全性を阻害することなしに、夏期高温時のレール温度が低減され、軌道の歪みや締結部分の損耗を抑制できる。

Claims (12)

1. レールと、これを支持する支持面とを備えた軌道において、該レールの側面に、塗膜のＪＩＳ Ａ ５７５９に定義される日射反射率が１５％以上でかつＣＩＥ１９７６Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊色空間におけるＬ^＊値が５０〜８０である塗料を塗布することを特徴とする鉄道用レールの温度上昇抑制方法。
2. レールと、これを支持する支持面とを備えた軌道において、該支持面を構成する枕木および／またはバラストに、塗膜のＪＩＳ Ａ ５７５９に定義される日射反射率が１５％以上でかつＣＩＥ１９７６Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊色空間におけるＬ^＊値が５０〜８０である塗料を塗布することを特徴とする鉄道用レールの温度上昇抑制方法。
3. 前記塗料が、中性化抑制剤、付着性向上剤、防錆剤、防腐剤、異物付着抑制剤または金属酸化物を含んでいることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記防錆剤が、錆変性剤または錆付着防止剤であることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記異物付着抑制剤が、光触媒、フッ素樹脂またはシリコン樹脂であることを特徴とする請求項３または４に記載の方法。
6. 前記金属酸化物が、酸化錫、カオリン、酸化珪素、酸化アルミニウムまたは酸化チタンであることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記レールの上面に養生部材を配置してから前記塗料を塗布することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. さらに、前記支持面を構成する枕木および／またはバラストの上面にも前記塗料を塗布することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記バラストが、蓄熱骨材からなることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記塗料が、熱エネルギーを運動エネルギーに変換する熱交換塗料であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記塗料の塗布前に、前記レールの側面に付着した酸化物や異物を取り除くことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法を実施したあと、前記塗料を塗布した塗膜面に異物付着抑制剤を塗布することを特徴とする方法。