JP5851171B2 - 鉄道用レールの連結構造 - Google Patents

Description

本発明は、レールの上下方向の寸法が異なる２つのレールをレール長手方向の端面同士を対面させるとともに、レール頭頂面同士をほぼ同一平面内に収まるように連結する鉄道用レールの連結構造に関する。

鉄道用レールは、使用しているうちに、レールの頭部が磨耗してくるため、頭部の磨耗が交換限度まで達したレールから新しいレールと交換される。
しかし、交換限度まで磨耗していないレールでも、頭部が、新しいレールに比べ磨耗しているため、新しいレールとは、レールの上下方向の寸法（底部下面（以下、「レール底面」と記す）から頭部上面（以下、「レール頭頂面」と記す）までの寸法が異なる。
このようなレールの上下方向の寸法が異なるレールをＪＩＳ Ｅ １１０２のレール用継目板（以下、「普通継目板」と記す）で接続すると、レール頭頂面に段差ができて、車輪から伝わる継目の衝撃が増加する要因となる。

したがって、通常、図７及び図８に示すように、新しい第１のレール（以下、「第１レール」と記す）１ａと、磨耗して上下方向の寸法が短い第２のレール（以下、「第２レール」と記す）１ｂとを連結する場合、上記普通継目板に代えて異形継目板（JIS E 1116）２００を用いて、第１レール１ａの頭頂面１２ａと第２レール１ｂの頭頂面１１ａとがほぼ同一平面内に収まるように連結するようにしている。

そして、上記のように連結することによって、第１レール１ａと第２レール１ｂの下端間に段差が生じるが、第２レール１ｂを受ける枕木７の上面の高さをバラストの厚みを調整して第１レール１ａを受ける枕木の上面より高くすることによって、列車が通過する際に継目板に大きな剪断荷重がかからないようにしている。
また、上記第１レール１ａ用の枕木７と第２レール１ｂ用の枕木７の上面高さを変える以外に、第１レール１ａと第２レール１ｂとの継目部の下に継目高さ調整板を敷いてレール高さを揃えるようにレールを下方から支持する方法も提案されている（特許文献１）。

特許第3955539号公報

しかし、上記異形継目板２００の場合、図７及び図８に示すように、継目板２００の上端縁が、両レール１ａ,１ｂの頭部１１,１２の下端（上首部）を受け、継目板下端縁が両レール１ａ,１ｂの底部１４の上端（下首部）に当接するように、レール１ａ,１ｂの継目部に当たる部分で両レール１ａ,１ｂの上下寸法差に合せた段差を設けた段付き構造となっているため、次のような問題がある。
すなわち、上記のように、枕木７の高さ調整や、継目高さ調整板を用いることによって列車が通過する際、継目板２００に大きな剪断荷重がかからないようにしているが、従来の異形継目板の場合、レール１ａ,１ｂの継目に臨む部分で長手方向に断面形状が変化して
段差が生じるため、普通継目板のような長手方向に段差がなく同一断面形状を有するものに比べ、この段差部分に局部応力の増大が著しく発生する。したがって、異形継目板２００の場合、段差部分での疲労破壊が著しく、普通継目板に比べて寿命が短くなるという欠点を有している。

また、異形継目板２００の場合、第１レール１ａと第２レール１ｂとの上下寸法差は一定ではないため、段差の異なる異形継目板２００を多数種用意しておく必要があり、コストがかかるという問題がある。
なお、図７，８中、２３はボルト挿通孔、４は締結ボルトである。

本発明は、上記事情に鑑みて、継目板の寿命を長くすることができるとともに、多数種の継目板を用いなくても段違いレール、異形レールの接続を行うことができる鉄道用レールの連結構造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に、本発明にかかる鉄道用レールの連結構造（以下、「本発明の連結構造」と記す）は、第１のレールと、レール頭頂部の摩耗によって前記第１のレールより上下方向の寸法の短くなった第２のレールを、両レールの長手方向の端面同士を対面させ、かつ、レールの頭頂面同士がほぼ同一平面内に収まるように、継目板および前記両レールの腹部に設けられたボルト挿通孔を貫通させた締結ボルトと、この締結ボルトに螺合させたナットとによって連結された鉄道用レールの連結構造であって、前記継目板は、上端縁と下端縁とが長手方向にそれぞれ一直線となる断面形状に形成されているとともに、継目板のすべてのボルト挿通孔が上下方向に長軸を有する長孔となっていて、前記第１のレール側に配置される第１スペーサーと、前記第２のレール側に配置される第２スペーサーを備え、前記第１スペーサーが、前記第１のレールの底部と前記継目板との間に介在し、前記継目板が前記第１のレールの頭頂部に直接接触するとともに、前記第２スペーサーが、前記第２のレールの頭頂部と前記継目板との間に介在し、前記継目板が、前記第２のレールの底部に直接接触して、両レールの頭頂面同士がほぼ同一平面内に収まるように位置決めされていることを特徴としている。

本発明の連結構造において、ほぼ同一平面内に収まるとは、完全に同一平面内に収まることが好ましいが、第１レールの頭頂面と第２レールの頭頂面との段差による車輪から伝わる衝撃が許容範囲内となる少しの段差を含むことを意味し、概ね０．５ｍｍ以内の段差が好ましい。

本発明の連結構造に用いられる継目板は、特に限定されないが、例えば、レールの腹部方向に向かって上下幅が縮小する横断面略楔形状をしている構成とすることが好ましい。

継目板の材質は、特に限定されないが、例えば、鋼鉄、繊維強化熱硬化性樹脂が挙げられる。
また、本発明の連結構造に用いられる継目板としては、特に限定されず、新たに製作しても構わないが、例えば、従来の普通継目板を用いても構わないし、普通継目板の一部切削したものあるいは切削後、切削部の耐候性や強度を高めるための表面加工を施したものでも構わない。

繊維強化樹脂製の継目板は、特に限定されないが、例えば、弾性率が３〜５ＧＰａ、引張最大伸び率が２〜５％程度の不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を、ガラス繊維などの補強繊維に含浸した繊維強化熱硬化性樹脂材料を継目板形状に成形し、硬化させて得られる。
また、かかる繊維強化樹脂製の継目板は、例えば、繊維強化熱硬化性樹脂引き抜き成形品を切断するとともに、ボルト挿通孔を穿設する工程を経て得ることができる。

本発明の連結構造に用いられるスペーサーは、特に限定されないが、例えば、スペーサーの位置ずれ防止や位置決めを容易にするために、レールの頭部または底部と継目板との間に介在する本体部と、レール腹部に対面するように配置され、締結ボルトのボルト挿通孔を有する位置決め部とを備えている構成としてもよい。
上記スペーサーの材質としては、本発明の目的を達成することができれば、特に限定されず、金属でも樹脂でも構わない。
スペーサーとして使用できる金属としては、鋼鉄や、応力により形状が追従しやすい銅やアルミニウムなどが挙げられる。
スペーサーとして使用できる樹脂としては、特に限定されず、例えば、ポリアミド樹脂（ナイロン）、ＡＢＳ樹脂、合成ゴムなどが挙げられ、耐久性を向上させるために、これら樹脂にアラミド繊維、カーボン繊維などの補強繊維を配合させたもの或いはこれら繊維単体でも構わない。又、継目板にＦＲＰをハンドレイアップして肉盛りにするような形態を取っても構わない。

本発明の連結構造は、以上のように、第１のレールと、レール頭頂部の摩耗によって前記第１のレールより上下方向の寸法の短くなった第２のレールを、両レールの長手方向の端面同士を対面させ、かつ、レールの頭頂面同士がほぼ同一平面内に収まるように、継目板および前記両レールの腹部に設けられたボルト挿通孔を貫通させた締結ボルトと、この締結ボルトに螺合させたナットとによって連結された鉄道用レールの連結構造であって、前記継目板は、上端縁と下端縁とが長手方向にそれぞれ一直線となる断面形状に形成されているとともに、継目板のすべてのボルト挿通孔が上下方向に長軸を有する長孔となっていて、前記第１のレール側に配置される第１スペーサーと、前記第２のレール側に配置される第２スペーサーを備え、前記第１スペーサーが、前記第１のレールの底部と前記継目板との間に介在し、前記継目板が前記第１のレールの頭頂部に直接接触するとともに、前記第２スペーサーが、前記第２のレールの頭頂部と前記継目板との間に介在し、前記継目板が、前記第２のレールの底部に直接接触して、両レールの頭頂面同士がほぼ同一平面内に収まるように位置決めされているので、継目板の寿命を長くすることができるとともに、多数種の継目板を用いなくても段違いレール、異形レールの接続を行うことができる。

すなわち、段違いレールや異形レールの継目部分に普通継目板等のように上端縁及び下端縁が長手方向に一直線状に形成された継目板を用いると、第１レール側では、継目板の下端縁とレール底部との間に隙間が生じ、第２レール側では、継目板の上端縁とレール頭部との間に隙間が生じてしまうため、レールにかかる荷重がボルト挿通孔で受けられることになり、締結ボルトの破損が発生しやすくなるが、上記隙間にスペーサーを介在させることによって、レール頭部にかかる荷重がスペーサー及び継目板を介してレール底部に受けられ、ボルト挿通孔を介して締結ボルトにかかることを緩和できる。
しかも、この隙間にスペーサーを設けて継目板を締め付けることで、継目板とスペーサーが一体となるとともに、継目板自身は長手方向での形状変化を有していないため、従来の異形継目板のような、車両通行時での局部応力の発生が起きにくい。

したがって、異形継目板を用いた連結構造に比べ、継目板の交換頻度を少なくすることができる。また、スペーサーを交換するだけでよいので、多種の継目板を用意する必要がなく、コストダウンを図ることができる。

本発明の連結構造の第１の実施の形態をあらわす連結部をレールの側面方向からみた図である。 図１のＸ−Ｘ線断面図である。 図１のＹ−Ｙ線断面図である。 図１の連結構造に用いられる継目板の斜視図である。 本発明の連結構造の第２の実施の形態であって、その第２のレール側の継目板部分の断面図である。 図５の連結構造の第１のレール側の継目板部分の断面図である。 従来の異形継目板によるレール連結部の斜視図である。 図７のレール連結部をレール側面側からみた図である。

以下に、本発明を、その実施の形態をあらわす図面を参照しつつ詳しく説明する。
図１〜図３は、本発明の連結構造の第１の実施の形態をあらわしている。

図１に示すように、この連結構造Ａは、第１レール（例えば、新品の５０Ｋレール）１ａと、第２レール（例えば、２ｍｍ磨耗している５０Ｋレールである）１ｂとが、２つの継目板２ａ、２つの第１スペーサー３ｂ、２つの第２スペーサー３ａ、締結ボルト４及び図２及び図３に示すナット６を用いて連結固定されている。
すなわち、第２レール１ｂの上下方向の寸法Ｈ₁は、第１レール１ａの上下方向の寸法Ｈ₂より２ｍｍ低くなっている。

一方、継目板２ａは、繊維強化熱硬化性樹脂の引抜成形品を切断して得た５０Ｎレール用普通継目板（積水化学工業株式会社製）の下端縁を２ｍｍの厚み分切削して得た上端縁及び下端縁が長手方向に直線状になっていて、厚み方向のレール腹部１３側に向かって上端及び下端がテーパ状に収束するような断面略楔形をしている。
また、継目板２ａは、図４に示すように、上下方向に長軸を有する４つ（図４では２つしかあらわれていない）のボルト挿通孔２３が第１レール１ａ及び第２レール１ｂと同じピッッチで設けられている。
ボルト挿通孔２３の短軸方向（水平方向）の寸法は、締結ボルト４の胴部外径とほぼ同じか少し大きくなっている。

第１スペーサー３ｂは、図１及び図３に示すように、スペーサー本体部３３と、位置決め部３４とを備えた断面略Ｌ字形の板状（またはシート状）をしたポリアミド樹脂の成形品（たとえば、厚み２ｍｍ）からなる。
スペーサー本体部３３は、継目板２ａと、第１レール１ａのレール底部１４との間で挟み込まれるようになっている。

位置決め部３４は、第１レール１ａのボルト挿通孔１３ａに対応する位置にボルト挿通孔３４ａが穿設されている。
ボルト挿通孔３４ａは、継目板２ａのボルト挿通孔２３とほぼ同じ長孔形状をしている。

第２スペーサー３ａは、図１及び図２に示すように、スペーサー本体部３１と、位置決め部３２とを備えた断面略Ｌ字形の板状（またはシート状）をしたポリアミド樹脂の成形品（たとえば、厚み２ｍｍ）からなる。
スペーサー本体部３１は、継目板２ａと、第２レール１ｂのレール頭部１１との間で挟み込まれるようになっている。

位置決め部３２は、第２レール１ｂのボルト挿通孔１３ａに対応する位置にボルト挿通孔３２ａが穿設されている。
ボルト挿通孔３２ａは、継目板２ａのボルト挿通孔２３とほぼ同じ長孔形状をしている。

そして、この連結構造Ａは、第１レール１ａと第２レール１ｂとが、その長手方向の端面が対面するとともに、第１レール１ａの頭頂面１２ａと、第２レール１ｂの頭頂面１１ａとがほぼ同一平面内に収まるように保持されている。
２つの継目板２ａは、以下のように、第１スペーサー３ｂ及び第２スペーサー３ａを、第１レール１ａと第２レール１ｂとの間に介在させた状態になっている。
すなわち、第１スペーサー３ｂは、スペーサー本体部３３が第１レール１ａのレール頭部１２と継目板２ａの下端部との間で挟み込まれ、位置決め部３４がそのボルト挿通孔３４ａを継目板２ａのボルト挿通孔２３とほぼ一致する位置になるように、第１レール１ａのレール腹部１３との間に配置されている。

第２スペーサー３ａは、スペーサー本体部３１が第２レール１ｂのレール頭部１１と継目板２ａの上端部との間で挟み込まれ、位置決め部３２がそのボルト挿通孔３２ａを継目板２ａのボルト挿通孔２３とほぼ一致する位置になるように、第２レール１ｂのレール腹部１３との間に配置されている。
締結ボルト４は、ボルト挿通孔２３、ボルト挿通孔３２ａ（または３４ａ）、ボルト挿通孔１３ａ、ボルト挿通孔３２ａ（または３４ａ）、ボルト挿通孔２３の順で一方の継目板２ａから他方の継目板２ａに向かって挿通し、他方の継目板２ａから突出したボルト先端部にワッシャ５，５を介してナット６，６を捻じ込まれている。
すなわち、この状態で、第２スペーサー３ａのスペーサー本体部３１が継目板２ａの上端縁とレール頭部１１との間で挟み込まれ、第１スペーサー３ｂのスペーサー本体部３３が継目板２ａの下端縁とレール底部１４との間で挟み込まれ、第１レール１ａの頭頂面１２ａと第２レール１ｂの頭頂面１１ａがほぼ同一平面内に収まるように固定されている。

この連結構造Ａは、上記のように、継目板２ａが、上端縁及び下端縁が長手方向に直線状になっているので、すなわち、継目板２ａの第１レール１ａと第２レール１ｂとの継目位置に異形継目板のような段差がないので、継目板２ａの第１レール１ａと第２レール１ｂとの継目位置にあたる部分で、大きな局部応力が発生することがなく、継目板２ａの寿命が異形継目板に比べ長く保たれる。
継目板２ａのボルト挿通孔２３が上下方向に長軸を有する長孔になっているので、レール腹部１３のボルト挿通孔１３ａと容易に一致させることができるとともに、継目板２ａの上下方向の取り付け位置の微調整を容易に行うことができる。

継目板２ａが、繊維強化熱硬化性樹脂の引抜成形品を切断したものから形成されているので、鋼鉄製の継目板に比べて軽量で施工性に優れている。しかも、引抜成形品は、強化繊維をマトリックス樹脂中に緻密に入れることができるので、バッチ式の成形品に比べ強度的にも優れている。
また、継目板２ａ、第１スペーサー３ｂ及び第２スペーサー３ａが、樹脂材料で形成されていて、絶縁性を備えているので、第１レール１ａと第２レール１ｂとの間に電気的絶縁が必要な場合においても、絶縁材を第１レール１ａと第２レール１ｂとの間に介在させる必要がない。

さらに、第１スペーサー３ｂが位置決め部３２を備え、この位置決め部３２にボルト挿通孔３２ａが設けられ，第２スペーサー３ａが位置決め部３４を備え、この位置決め部３４にボルト挿通孔３４ａが設けられているので、締結ボルト４にナット６をねじ込む際に第１スペーサー３ｂ及び第２スペーサー３ａがずれ動かず、スペーサー本体部３１が第２レール１ａのレール頭部１１と継目板２ａとの間に、スペーサー本体部３３が第１レール１ａのレール底部１４と継目板２ａとの間に、それぞれ正確に挟み込まれる。

図５及び図６は、本発明の連結構造の第２の実施の形態をあらわしている。
図５及び図６に示すように、この連結構造Ｂは、以下に詳述する部分以外は、上記連結構造Ａと同様になっている。したがって、上記連結構造Ａと共通する部分は同じ符号を付している。

すなわち、この連結構造Ｂは、継目板２ｂの断面形状が、レール腹部１３に対面する部分が長手方向に溝状に連続する凹部を備え、図５に示すように、上部スペーサー３ｃが、継目板２ｂと第２レール１ｂのレール頭部１１との間にのみ介在し、図６に示すように、下部スペーサー３ｄが継目板２ｂと第１レール１ａのレール底部１４との間にのみ介在している。

この連結構造Ｂは、上記のように、上部スペーサー３ｃが、継目板２ｂと第２レール１ｂのレール頭部１１との間にのみ介在し、図６に示すように、下部スペーサー３ｄが継目板２ｂと第１レール１ａのレール底部１４との間にのみ介在するようになっているので、上部スペーサー３ｃの、第２レール１ｂのレール頭部１１と継目板２ｂとの挟み込み位置を変更する、あるいは、下部スペーサー３ｄの、第１レール１ａのレール底部１４と継目板２ｂとの挟み込み位置を変更するだけで、第１レール１ａと第２レール１ｂの上下方向の寸法差（Ｈ₂−Ｈ₁）が異なるレール間の連結に対応することができる。すなわち、厚みの異なる上部スペーサー３ｃ及び下部スペーサー３ｄを多数用意しなくても微調整が容易に行える。

本発明は、上記の実施の形態に限定されない。例えば、上記の実施の形態では、継目板の４つのボルト挿通孔がすべて長孔になっていたが、第２レール側に配置されるボルト挿通孔を長孔にし、第１レール側に配置されるボルト挿通孔を締結ボルトのボルト径とほぼ同じか少し大きい内径の円形孔にしても構わない。
上記の実施の形態では、新しい第１レールと、同一規格の磨耗した第２レールとを連結するようにしていたが、レールの上下方向の寸法が異なり規格の異なるレール（例えば、５０Ｋレールと３７Ｋレール）を連結することができる。
上記の実施の形態では、継目板を既製の継目板の下端を切削加工するようにしていたが、普通継目板をそのまま用いるようにしても構わない。

Ａ，Ｂ 連結構造
１ａ 第１レール
１ｂ 第２レール
１１ 第２レール１ｂのレール頭部
１１ａ 第２レール１ｂの頭頂面
１２ 第１レール１ａのレール頭部
１２ａ 第１レール１ａの頭頂面
１３ レール腹部
１３ａ ボルト挿通孔
１４ レール底部
２ａ，２ｂ 継目板
２３ 継目板のボルト挿通孔
３ａ 第２スペーサー
３ｂ 第１スペーサー
３ｃ 上部スペーサー
３ｄ 下部スペーサー
３１ 第２スペーサー３ａのスペーサー本体部
３２ 第２スペーサー３ａの位置決め部
３２ａ ボルト挿通孔
３３ 第１スペーサー３ｂのスペーサー本体部
３４ 第１スペーサー３ｂの位置決め部
３４ａ ボルト挿通孔
４ 締結ボルト
６ ナット
Ｈ₁ 第２レール１ｂの上下方向の寸法
Ｈ₂ 第１レール１ａの上下方向の寸法

Claims (7)

1. 第１のレールと、レール頭頂部の摩耗によって前記第１のレールより上下方向の寸法の短くなった第２のレールを、両レールの長手方向の端面同士を対面させ、かつ、レールの頭頂面同士がほぼ同一平面内に収まるように、継目板および前記両レールの腹部に設けられたボルト挿通孔を貫通させた締結ボルトと、この締結ボルトに螺合させたナットとによって連結された鉄道用レールの連結構造であって、
   前記継目板は、上端縁と下端縁とが長手方向にそれぞれ一直線となる断面形状に形成されているとともに、継目板のすべてのボルト挿通孔が上下方向に長軸を有する長孔となっていて、
   前記第１のレール側に配置される第１スペーサーと、前記第２のレール側に配置される第２スペーサーを備え、
   前記第１スペーサーが、前記第１のレールの底部と前記継目板との間に介在し、前記継目板が前記第１のレールの頭頂部に直接接触するとともに、
   前記第２スペーサーが、前記第２のレールの頭頂部と前記継目板との間に介在し、前記継目板が、前記第２のレールの底部に直接接触して、両レールの頭頂面同士がほぼ同一平面内に収まるように位置決めされていることを特徴とする鉄道用レールの連結構造。
   
2. 継目板が、レールの腹部方向に向かって上下幅が縮小する横断面略楔形状をしている請求項１に記載の鉄道用レールの連結構造。
3. スペーサーが、レールの頭部または底部と継目板との間に介在する本体部と、レール腹部に対面するように配置され、締結ボルトのボルト挿通孔を有する位置決め部とを備えている請求項１または請求項２記載の鉄道用レールの連結構造。
4. 継目板が、繊維強化熱硬化性樹脂で形成されている請求項１〜請求項３のいずれかに記載の鉄道用レールの連結構造。
5. 継目板が、繊維強化熱硬化性樹脂引き抜き成形品を切断するとともに、ボルト挿通孔を穿設する工程を経て得られる請求項４に記載の鉄道用レールの連結構造。
6. 継目板が、ＪＩＳ Ｅ １１０２のレール用継目板である請求項１〜請求項３のいずれかに記載の鉄道用レールの連結構造。
7. スペーサーが、両レールの段差が０．５ｍｍ以下になる厚みである請求項１〜請求項６のいずれかに記載の鉄道用レールの連結構造。

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