JP4153896B2 - 形状記憶合金を用いたレールの継目構造と接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、形状記憶合金の形状復元力によりレール同士を密着させる継目構造およびその継目構造に用いるレール締結用部材並びにレールの接合方法に関する。

従来の継目構造では、レール端部の突き合わせ部に間隙があるために、レール上を車輪が走行するときにガタンゴトンという衝撃を発生させ、レール継目部の軌道狂いやレール端部の損傷を引き起こす原因となっていた。そこで、これらを改善するものとして特開平７−３１７００２号公報（特許文献１）に開示のように、レール端部の頭頂部に直方体状の連結片を嵌め込んで、レールの継目部への車輪の落ち込みにより発生する騒音を抑制する構造、特開平１１−３６２０２号公報（特許文献２）に開示のようにレール端部を離間させて設置し、その離間部分に内辺接続子と外辺接続子とを組み合わせた接続子を嵌め込み、内辺接続子と外辺接続子とは、長穴を通したボルトとナットで締合わせてあり、レールの温度変化による伸縮に対応可能とした構造が知られている。また、実開平５−４９８０２号公報（特許文献３）に開示のようにレール端部の片側頭部を切り落とし、継目板の片側のみ背を高くしてレールの頭頂面に合わせて設置する構造で、レールは継目板に乗り移りレール同士のギャップ部に落ち込まないもの、あるいはレールの端部同士を溶接するエンクローズ溶接方法などが一般的に採用されている。更に、特公昭５９−６４２号公報（特許文献４）に開示のように、部分的形状記憶効果を有する鋼を素材とする継目板からなるレール継目用部材を用いる構造で、形状記憶効果のよる収縮力を利用してレール同士のギャップを無くすものがある。

前記のように、従来の溶接および部分的形状記憶効果を有する鋼を素材とする継目板からなるレール継目用部材を用いる構造以外の継目構造においては、いずれもレールの突き合わせ部は熱膨張によるレールの伸縮を吸収するためのギャップが設けられている。
特開平７−３１７００２号公報 特開平１１−３６２０２号公報 実開平５−４９８０２号公報 特公昭５９−６４２号公報

特許文献１乃至３に記載の継手は、いずれもレールの熱膨張による伸縮を吸収できるように設計されているものであるが、それ故に継目構造が複雑であるという欠点がある。また、エンクローズ溶接は高い溶接技術が必要であることや、レールの取替えを行うときに切断する必要があり交換に手間がかかること、施工後に少なくとも数時間冷却時間を要するなどの欠点をもつ。また特許文献４に記載の継手は、継目板全体が部分的形状記憶効果を有する鋼で構成されることから、数時間にわたる加熱と冷却時間が必要なため交換に手間がかかる欠点をもつ。

そこで本発明は、このような従来技術の問題点に着目してなされたもので、レールの継目に間隙をなくし、さらにレールの取替えが容易な継目構造およびその継目構造に用いるレール継目用部材とレールの接合方法を提供することを目的とするものである。

本発明は、環境温度の変化が小さく、レールの伸縮を無視できる工場建家内のレール等を対象とした継目構造およびその継目構造に用いるレール締結用部材並びにレールの接合方法に関し、以下の構成を特徴とする。

第１の発明は、レールを突き合わせて固定する継目構造であって、突き合わされた２本のレール端部のウェブ部を両側から挟んでボルトで固定される２個のレール継目用部材と、前記レール継目用部材とレールのウェブとの間に２個以上の突起部を有する平板状の形状記憶合金を備えたレール締結用部材の突起部分をレールのウェブに設けられた孔部に嵌め込ませて挟持させてなることを特徴とするレールの継目構造である。

第２の発明は、第１の発明のレールの継目構造において、平板状の形状記憶合金を備えたレールの締結用部材は、平板状のレール締結用部材の両端部近傍に２個以上の突起部を有し、少なくとも前記平板状の部分が形状記憶合金からなることを特徴とするレール締結用部材である。

第３の発明は、第１の発明または第２の発明のレール締結用部材の突起部をレールのウェブに設けられた孔部に嵌め込み、前記レール締結用部材を構成する形状記憶合金を形状が回復する温度以上に該レール締結用部材を加熱した後に、レール締結用部材の外側にレール継目用部材をボルト・ナットで固定することを特徴とするレールの接合方法である。

本発明は、以上説明したような突起を有するレール継目用部材を用いた継目構造であり、レール上を走行する車輪に衝撃を与えず、レール寿命の延長が可能な上、レールの取替えを実施する時には容易に取替えることができる効果がある。

本発明の一実施形態を図により説明する。

まず、本発明のレールの継目に用いるレール継目用部材について、図１，２，３を参照して説明すると、レール１，２は複数のレール締結装置３，４，５，６，７，８，９，１０を介してボルト２２により枕木（図示せず）により固定されている。レール継目部材は、レール継目用部材１５，１６と、突起を有するレール締結用部材１７，１８から構成され、レール１，２のウェブ側面に突起を有する前記レール締結用部材１７，１８がレールのウェブの孔部２３に嵌合接合され、該レール締結用部材１７，１８を覆うように設けられたレール継目用部材１５，１６は、レール１，２のウェブに設けられた別のボルト孔にボルトを挿通して接合される。

すなわち前記レール継目用部材１５，１６は、通常の継目用部材と同じ断面および素材でよく、必要に応じてレール締結用部材１７，１８を収納できる窪みを設けてよく、レール１，２のウェブのボルト孔部２４に挿入するボルト・ナット１１，１２，１３，１４によって固定されるための孔部を有している。

前記突起を有するレール締結用部材１７，１８は、図４を参照して説明すると、平板部１９と突起部２０，２１から構成され、平板部１９は部分的または全体が形状記憶効果を有する鋼を素材とし、突起部２０，２１はレール１，２のウェブに設けられた孔部２３に嵌め込ませることができる大きさとし平板部１９に溶接などにより結合されている。

形状記憶合金は、ある臨界温度以下で加工を加えた後に必要な温度に加熱することによって元の形状に戻るという特性を持っている。従って、この合金を予め臨界温度以下で一定量の圧延加工をしてレール締結用部材１７，１８を作り、所定の位置に嵌め込んで加熱するだけでレールを締結することが出来る訳である。

また、本発明で用いる形状記憶合金としては、引張強さ６８０〜１０００MPa、形状が完全に回復する変態温度３００〜３５０℃、形状回復応力１８０MPa程度の性能を有する１６%Mn−５%Si−１２%Cr−５%Ni−Feや２０%Mn−５%Si−８%Cr−５%Ni−Feなどの鉄系形状記憶合金が好ましい。

また、突起部を有するレール締結用部材１７，１８の平板部の形状は、レールの種類によっても異なるが、設計上必要な締付力が５０ｋＮの場合、板厚１２ｍｍ、板幅３６mm程度でよい。

本発明のレール継目構造を示す側面図である。 図１の平面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の突起を有するレール締結用部材を示す鳥瞰図である。

符号の説明

１，２・・・レール
３，４，５，６，７，８，９，１０・・・締結装置
１１，１２，１３，１４・・・レール継目用部材の固定用ボルト・ナット
１５，１６・・・レール継目用部材
１７，１８・・・突起を有するレール締結用部材
１９・・・平板部
２０，２１・・・突起部
２２・・・ボルト
２３・・・ウエブの孔部
２４・・・ボルト孔部

Claims (3)

1. レールを突き合わせて固定する継目構造であって、突き合わされた２本のレール端部のウェブ部を両側から挟んでボルトで固定される２個のレール継目用部材と、前記レール継目用部材とレールのウェブとの間に２個以上の突起部を有する平板状の形状記憶合金を備えたレール締結用部材の突起部分をレールのウェブに設けられた孔部に嵌め込ませて挟持させてなることを特徴とするレールの継目構造。
2. 平板状の形状記憶合金を備えたレール締結用部材は、平板状のレール締結用部材の両端部近傍に２個以上の突起部を有し、少なくとも前記平板状の部分が形状記憶合金からなることを特徴とする請求項１に記載のレールの継目構造。
3. 請求項１または請求項２に記載のレール締結用部材の突起部をレールのウェブに設けられた孔部に嵌め込ませたのち、前記レール締結用部材を構成する形状記憶合金を形状が回復する温度以上に該レール締結用部材を加熱した後、レール締結用部材の外側にレール継目用部材をボルト・ナットで固定することを特徴とするレールの接合方法。

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