JP4233049B2 - ろう付けレール及びレールへのろう付け方法 - Google Patents

Description

本発明は、列車通過頻度が少ない鉄道線路において、レール頭部上面に発生した錆による信号障害を防止するために、敷設されたレール（軌道）のレール踏面への黄銅ろう等のろう材によるろう付けを行うろう付けレールの構造、及び、この構造を得るためのレールへのろう付け方法に関する。

鉄道の側線等では列車の通過頻度が少ないため、レール頭部表面に錆が発生する。この錆は電気的に絶縁であるため、左右のレールを跨いだ車輪に対してその間に錆部分が介在するために左右のレール間で通電が阻害される場合がある。
鉄道線路においては、左右レールを跨いで車輪が乗ることにより左右のレールを電気的に短絡させ、列車の位置を信号所に知らせる信号回路が使用されており、車輪とレールが通電しない場合には信号障害が起こりえる。
これを防止するため、レール踏面の錆を定期的に機械で除去する方法や、特許文献１に開示されるように、レール踏面に溝を形成し通電性が良好な黄銅ろうをろう付けする方法が行われている。

特許文献１に記載されたレールに黄銅ろうをろう付けする方法は、次の手順で行われる。
先ず、図４に示すように、縦型グラインダー２０を使用してレール１０の踏面中央に幅３ｍｍ、深さ１．５ｍｍ程度の縦溝３０をレール踏面の長手方向に沿って加工する。

次に、図５に示すように、市販のグラインダー４０を使用して縦溝３０の上部にできた各鋭角部をなだらかに研磨して傾斜部３１，３１を形成し、上幅を６ｍｍ程度に加工する。更に、縦溝３０を中心として幅約３０ｍｍの範囲のレール表面に付着している錆をグラインダー４０で除去して金属肌を出す。新品レールの場合は約０．５ｍｍ程度の研磨が必要である。縦溝３０の底の角部については、この部分をグラインダー４０で研磨すると縦溝３０の深さが一定でなくなること、及び、縦溝３０の底の幅が大きくなる場合があることから行われていない。

縦溝３０の加工終了後、傾斜部３１の周囲を小型の酸素アセチレンバーナー５０の火炎で４００℃まで加熱した後、縦溝３０に黄銅ろう部６０のろう付けが行われる。黄銅ろう部６０に使用する黄銅ろう棒７０は長さ１ｍの棒状のものを使用している。

黄銅ろうの縦溝３０へのろう付け（黄銅ろう部６０の形成）は、図６に示すように、小型の酸素アセチレンバーナー５０の火炎で縦溝３０を９００℃まで加熱した後、直ちに黄銅ろう棒７０の先端を同じバーナー５０で加熱溶融させて縦溝３０内に流し込むことにより行われる。
そして、同様の動作を少しずつ縦溝３０の長手方向に移動しながら繰り返すことにより、縦溝３０の全体及びその外周を約１５ｍｍの幅で黄銅ろうによりろう付けすることができる。

その後、ろう付けされた黄銅ろう部６０の残留応力軽減等の目的で、ろう付部を４００℃まで加熱する。そして図７に示すように、黄銅ろう部６０の上面をレール踏面の高さまでグラインダー４０で研磨する。
最後に、黄銅ろう部６０の周囲にキズがないかの検査を実施して作業を終了する。
実公昭４９−１５０４２

上述したレールの溝部への黄銅ろうのろう付け方法であると、レール踏面に加工された縦溝３０の溝底には角部が存在しているので、その部分に黄銅ろうが流れにくく、角部まで黄銅ろうを確実にろう付けする作業には熟練を要し、且つ長い時間を必要としていた。
また、列車通過時に発生する振動や応力によって、縦溝３０の溝底の角部から亀裂が発生するような場合があった。

更に、ろう付けした黄銅ろう部６０をレール踏面とほぼ同じ高さまで研磨していたため、新品レールをろう付けした場合は、部分的にレールと接触しない黄銅ろう部が生じ、信号障害を引き起こすおそれがあった。これは、新品レールは、その使用当初において、レール踏面の一部にしか車輪が当らない場合があるからである。レールの製造時、レール踏面の形状には製造公差で許容されているバラツキがあるために上記のような現象が生じる。しばらく使用すると、車輪とレール踏面が馴染んで、車輪がレール踏面に均等に当るようになる。

このため、ろう付け作業の簡略化、効率化、より確実に車輪と接触する黄銅ろうのろう付け形状、溝底の角部から発生する亀裂を防止できる構造などの開発が望まれていた。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、レールに形成した溝部へのろう付け作業の簡略化、効率化を図りながら、より確実に車輪と接触が可能な黄銅ろう付けレールの構造、及びこの構造を得るためのレールへの黄銅ろう付け方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため請求項１の発明は、レール踏面に長手方向に沿ってＵ字溝３を形成し、該Ｕ字溝３にガス火炎で溶融させた黄銅ろう（ろう材）を充填（黄銅ろう部７を形成）するろう付けレールであって、次の構成を含むことを特徴としている。
前記黄銅ろう（ろう材）は、前記レール踏面より３ｍｍ高く盛り上げて充填した（盛り上げ部７ａの形成）後に潰すことで広い面積でレール踏面と接触させて成る。
また、請求項２の発明は、レール踏面に長手方向に沿ってＵ字溝を形成し、該Ｕ字溝にガス火炎で溶融させたろう材を充填するろう付けレールであって、次の構成を含むことを特徴としている。
前記Ｕ字溝の溝底のRを１．０〜２．０ｍｍとする。
前記ろう材は、前記レール踏面より高く盛り上げて充填した後に潰すことで広い面積でレール踏面と接触させて成る。

請求項３の発明は、レールへのろう付け方法であって、レール踏面に長手方向に沿ってＵ字溝３を形成する溝部形成工程と、該Ｕ字溝３にガス火炎で溶融させた黄銅ろう（ろう材）を前記レール踏面より３ｍｍ高く盛り上げて充填するろう付け工程と、前記黄銅ろうの盛り上げ部分（盛り上げ部７ａ）を列車通過時の車輪により潰すことで、黄銅ろう（ろう材）が広い面積でレール踏面と接触させる押潰工程とを具備することを特徴としている。
請求項４の発明は、レール踏面に長手方向に沿って溝底のRが１．０〜２．０ｍｍであるＵ字溝を形成する溝部形成工程と、該Ｕ字溝にガス火炎で溶融させたろう材を前記レール踏面より高く盛り上げて充填するろう付け工程と、前記ろう材の盛り上げ部分を列車通過時の車輪により潰すことで、ろう材を広い面積でレール踏面と接触させる押潰工程とを具備することを特徴としている。

本発明のレールへの黄銅ろう付け方法によれば、レール踏面に形成される溝をＵ字溝３とすることで溝底に角部がなくなるので、溝底における黄銅ろうのろう付けの接触性が向上し、列車通過時に発生する振動や応力によって、溝底の角部から亀裂が発生するのを防止できる。
また、溝の形状をＵ字とし、溝底のRを１．０〜２．０ｍｍとすることで、ガス火炎で溶融された黄銅ろうが溝内を流れ易くなるためにろう付け作業が容易になり、ろう付け速度を上げるとともに、３〜４ｍｍの「ろう付け部の高さ（盛り上げ部７ａ）」を確保することができる。

Ｕ字溝に黄銅ろうを充填するに際して、黄銅ろうをレール踏面より３ｍｍ高く盛り上げて充填し、黄銅ろうの盛り上げ部分を列車通過時の車輪により潰すようにしているので、黄銅ろうを広い面積でレール踏面と接触させることが可能になり、短絡感度を確実に向上させることができる。

本発明に係るレール（軌道）への黄銅ろうのろう付け方法の実施の形態の一例について、図１乃至図３を参照しながら説明する。本発明方法による黄銅ろうのろう付けは、敷設前のレール、若しくは敷設されたレールに対して行われるものである。

レール（軌道）への黄銅ろうのろう付け方法は、先ず、レール１の踏面に縦型グラインダー２０を使用して上幅６〜１０ｍｍ、深さ０．２〜２．０ｍｍ、下幅３〜４ｍｍ、溝底がアール（Ｒ）１〜２ｍｍのＵ字溝３を刻設加工する。Ｕ字溝３の底は円弧状に形成されることで角部にアール（Ｒ）を設けて直角部を無くし、滑らかな状態にすることができる。

縦型グラインダー２０には、レール頭部形状に合った簡易ローラーが付いており、レール１の頭部上面にセットしてレール１の縦（長手）方向に自由に移動することができるようになっており、市販の円盤状グラインダー砥石２１を使用することでレール１にＵ字溝３を形成する。Ｕ字溝３の形成後は、専用の溝底ゲージを用いてＵ字溝３の形状が設計と同じあるかどうかの寸法を計測して確認作業を行う。
次に、従来例で示した図５と同様に、市販のグラインダー４０を使用して、Ｕ字溝３の上部の各鋭角部をなだらかな形状に研磨してレール１の長手方向に沿った傾斜部４，４をそれぞれ形成し、その上幅Ｌが６〜８ｍｍになるようにする。

次に、小型の酸素アセチレンバーナー５を使用してのレール１への黄銅ろうのろう付け作業について説明する。
酸素アセチレンバーナー５の火炎でＵ字溝３の周囲を熱し、４００〜５００℃になるように予熱を行う。予熱温度の確認は測温チョークなどによって行う。
予熱温度の確認終了後、Ｕ字溝３へ黄銅ろうのろう付け作業を開始する。ろう付けに使用する黄銅ろうは、市販のトービンブロンズ芯線にフラックス被覆をつけたガス溶接棒から構成される黄銅ろう棒６で、直径３．０ｍｍ、長さ１，０００ｍｍの棒状となっている。

黄銅ろうのＵ字溝３へのろう付け（黄銅ろう部７の形成）は、図２に示すように、酸素アセチレンバーナー５の火炎でＵ字溝を９００℃まで加熱した後、直ちに黄銅ろう棒６の先端を同じ酸素アセチレンバーナーの火炎で加熱して溶解させてＵ字溝３の内部に流し込んで充填するに際して、レール１の頭頂面より３ｍｍ以上高い位置まで盛り上げて盛上げ部７ａを形成してろう付けする。同様の動作をＵ字溝３の縦（長手）方向に移動しながら繰り返すことにより、Ｕ字溝３全体をろう付けしていく。

ろう付けが終了すると、黄銅ろう部７を４００℃まで再加熱して黄銅ろう部７の残留応力を軽減させる。再加熱終了後、図３（ａ）に示すように、黄銅ろう部７をグラインダー８でレール頭頂面よりも３ｍｍ高い位置まで研磨して高さを揃えておく。グラインダー８による研磨終了後、ろう付け部の周囲にキズ等が無いことを確認してろう付け作業を終了する。

次に、黄銅ろう部７の盛り上げ部７ａを列車通過時の車輪により潰すこと（押潰工程）で、黄銅ろうが押し潰されて押潰部７ｂが形成され、広い面積でレール踏面と接触させることができる（図３（ｂ））。

上述の方法によれば、Ｕ字溝３の溝底に直角の角部を無くすことにより、溝底部への黄銅ろうの溶着が容易になるので、熟練を要することなくろう付け作業を行うことができる。
また、黄銅ろうのろう付け溶着速度は、溝底のＲの大きさ（溝底形状）によって決まる。すなわち、溝底角部のＲの大きさは、小さすぎると角部における溶着速度が遅くなって溶着が難しくなり、大きすぎると黄銅ろうがガス火炎によってＵ字溝３の外に流れてしまう。
溝底角部のＲを０（従来例で示した直角）、０．５（比較例）、１．０（本発明例）、２．０（本発明例）、３．０（比較例）に変化させた場合の「溶着不良」「亀裂の発生」「ろう付け速度」「ろう付け部の高さ」についてそれぞれ測定したところ、表１のような結果を得た。

表１から以下のようなことが確認できた。
溝底のＲを１．０以上にして角部を無くせば、溶着不良を防止することができる。
溝底のＲを１．０以上にして角部を無くせば、列車通過時に発生する振動や応力による亀裂の発生を防止することができる。
溝底のＲを１．０、２．０にすれば、１１０ｍｍ／ｍｉｎの比較的に速いろう付け速度を得ることができる。
溝底のＲを１．０以上にすれば、３〜４ｍｍの高さのろう付け高さを確保することができる。

したがって、表１から溝底のＲを１．０若しくは２．０にすれば、「溶着不良」「亀裂の発生」が無く、速い「ろう付け速度」を確保するとともに、３〜４ｍｍ高の十分な「ろう付け部の高さ（盛り上げ部７ａ）」が得られる。
これは、溝底のＲを大きくすれば、角部の溶着不良の恐れがないため、ろう材を多めに溶融しながら作業ができることに起因する。

黄銅ろう部７の高さは、酸素アセチレンバーナー５の火炎を若干弱めることで容易に高くすることが可能である。火炎を若干弱めると、溝内での溶融したろう材の広がり（溶融池の大きさ）が狭くなり、狭くなった分だけろう付け部は高くなる。なお、ろう付けビードの幅も１〜２ｍｍ狭くなる。また、ろう付け時にろう付け範囲外に飛び出すろう材が無くなり、結果的にろう材の歩留まりが向上する。
したがってこの場合、黄銅ろうの溶着量が多くなるため、ろう付け速度は遅くなるが、溝底の角部が無くなったことによる「ろう付け速度」の上昇分と相殺され、表１に示すように、「従来の方法」に比較して４０％の速度向上となった。

また、黄銅ろう部７の盛り上げ部（ろう付け高さ）７ａをレール面の高さより３ｍｍ上げることで、車輪通過により黄銅ろうは潰され、レール頭部のＲ部（側端部）からレール頭部の中央まで引き伸ばされて押潰部７ｂが形成され、車輪との接触を確実なものにすることができる。
この場合、盛り上げ部（ろう付け高さ）７ａが３ｍｍを超えて高くなると、レール１のＲ部よりも更に外側に黄銅ろうの押潰部７ｂの押潰面が広がり、その一部が剥離してカミソリ状になるので好ましくない。また、盛り上げ部（ろう付け高さ）が１ｍｍ以下であると、押潰部７ｂの面積が小さくなり、磨耗による耐用寿命が短いものになるので好ましくない。また、ろう付け部の高さをレール踏面と同じ高さにすると、部分的に車輪と接触しない箇所が生じるので短絡不良になるので好ましくない。

上述したレールへの黄銅ろうのろう付け方法によれば、レール踏面にＵ字溝３を加工し、そこに耐食性及び通電性に優れた黄銅ろうをレール１の頭頂面よりも３ｍｍ高い位置までろう付けすることで、ろう付け作業の簡略化、ろう付け作業の効率化が図れるとともに、押潰部７ｂが形成されることで車輪と接触する黄銅ろうの形状を確実に得ることができる。
また、上述したろう付け方法では、Ｕ字溝３に黄銅ろう材を充填して行ったが、黄銅ろう以外のろう材、例えば、銀ろう材、ハイトービン材等を使用してもよいことは勿論である。

本発明によるレールへの黄銅ろうのろう付け方法における溝部形成工程を示す断面説明図である。 本発明によるレールへの黄銅ろうのろう付け方法における黄銅ろう付け工程を示す側面説明図である。 本発明によるレールへの黄銅ろうのろう付け方法における黄銅ろう付け工程を行った後の仕上げ工程（押潰工程の前）（ａ）と、押潰工程後（ｂ）をそれぞれ示す断面説明図である。 従来の方法による黄銅ろうのろう付けを行う場合の溝部形成工程を示す断面説明図である。 従来の方法による黄銅ろうのろう付けを行う場合の溝部上部の仕上工程を示す断面説明図である。 従来の方法による黄銅ろうのろう付けを行う場合の黄銅ろう付け工程を示す側面説明図である。 従来の方法による黄銅ろうのろう付け工程を行った後の仕上げ工程を示す断面説明図である。

符号の説明

１ レール
３ Ｕ字溝
４ 傾斜部
５ 酸素アセチレンバーナー
６ 黄銅ろう棒
７ 黄銅ろう部
７ａ 盛り上げ部
７ｂ 押潰部
８ グラインダー
１０ レール
２０ 縦型グラインダー
３０ 縦溝
３１ 傾斜部
４０ グラインダー
５０ 酸素アセチレンバーナー
６０ 黄銅ろう
７０ 黄銅ろう棒

Claims (4)

1. レール踏面に長手方向に沿ってＵ字溝を形成し、該Ｕ字溝にガス火炎で溶融させたろう材を充填するろう付けレールであって、
   前記ろう材は、前記レール踏面より３ｍｍ高く盛り上げて充填した後に潰すことで広い面積でレール踏面と接触させて成ることを特徴とするろう付けレール。
2. レール踏面に長手方向に沿ってＵ字溝を形成し、該Ｕ字溝にガス火炎で溶融させたろう材を充填するろう付けレールであって、
   前記Ｕ字溝の溝底のRを１．０〜２．０ｍｍとする一方、
   前記ろう材は、前記レール踏面より高く盛り上げて充填した後に潰すことで広い面積でレール踏面と接触させて成ることを特徴とするろう付けレール。
3. レール踏面に長手方向に沿ってＵ字溝を形成する溝部形成工程と、
   該Ｕ字溝にガス火炎で溶融させたろう材を前記レール踏面より３ｍｍ高く盛り上げて充填するろう付け工程と、
   前記ろう材の盛り上げ部分を列車通過時の車輪により潰すことで、ろう材を広い面積でレール踏面と接触させる押潰工程と
   を具備することを特徴とするレールへのろう付け方法。
4. レール踏面に長手方向に沿って溝底のRが１．０〜２．０ｍｍであるＵ字溝を形成する溝部形成工程と、
   該Ｕ字溝にガス火炎で溶融させたろう材を前記レール踏面より高く盛り上げて充填するろう付け工程と、
   前記ろう材の盛り上げ部分を列車通過時の車輪により潰すことで、ろう材を広い面積でレール踏面と接触させる押潰工程と
   を具備することを特徴とするレールへのろう付け方法。

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