JP6150561B2 - レールボンドの端子部材及びレールボンドの溶接工法 - Google Patents

Description

本発明は、レールの継ぎ目を電気的に接続するレールボンドの端子部材及びレールボンドの溶接工法に関する。

従来から、鉄道のレール間の電気的接続を良好にするために、図１２に示すようにレール１０の継ぎ目１２に跨いで取り付けられるレールボンド５０が知られている。レール１０は、列車を走行させる軌道としての役割のみならず、運行表示の切り替えやポイントの切り換えを行うための各種の信号電流あるいは帰線電流を伝達する役割も担っている。
しかしながら、直射日光に起因したレール１０の熱膨張を吸収するために、レール同士の継ぎ目１２には隙間が設けられており、この隙間によって両者が電気的に分離される。前記継ぎ目１２には、図示するように継ぎ目板２がボルト締めされているが電気抵抗が大きい。そこで、この継ぎ目１２の部分に導電性のレールボンド５０を取り付けることで、レール同士の電気的な接続を確保している。

レール１０にレールボンド５０を取り付ける方法としては、特許文献１に開示されているように、レールの側部に貫通孔を設けておき、この貫通孔に固着部材（ボルトおよびロックナット）を挿通することによってレールボンドを固定する方法や、レールの側部にレールボンドを溶接によって固定する方法が知られている。

レール側部にレールボンド５０を溶接する場合、レールボンド５０の両端に設けられた金属の端子部材５０ａ、５０ｂがレールに対し溶接される。この端子部材５０ａ、５０ｂは、図１３に示すように（図１３には一方の端子部材５０ａのみを示す）、筒状内部に電線３を挿通し圧着する筒状部５１と、この筒状部５１の外周面に設けられ、レール１０に低温溶接にて固定される端子部５２とを有している。端子部５２には、陥没した内部空間が形成されており、この内部空間に低温ロウを貯留することにより溶接がなされる。
尚、レール１０におけるレールボンド５０（端子部材５０ａ、５０ｂ）の取り付け位置は、図１２に示すレール腹部Ａの他に、レール頭側部Ｂ、レール底部上面Ｃにも取り付け可能であるが、レール腹部Ａに取り付けた場合において（好ましくは腹部下部）、列車がレールのカーブ区間を走行する際に発生する横圧の影響がより少ないといわれている。

ここで、レールボンド１の端子部材５０ａをレール腹部に溶接する場合を例にして、従来の溶接手順を簡単に説明する。
先ず、レール１０とロウとの密着性を向上させるために図１４に示すレール腹部の溶接面１０ａを研磨して地肌を露出させ、ロウでメッキ処理を行う。そして、図１４に示すように端子部材５０ａを保持具であるロウパック２０により保持し、溶接面１０ａに対し端子部５２の下端とロウパック下部とを押し当て配置する。

次いで、図１５（ａ）に示すように端子部５２の上方からレール１０の溶接面１０ａに向けてバーナ３０の炎を当て加熱する。端子部５２の陥没した内部空間には、予め、ロウ１１が設けられており、これが加熱されると、図１５（ｂ）に示すように端子部５２の下部に溜まりはじめる。
レール１０が充分に加熱されると、溶融したロウ１１がレール１１になじみ、図１５（ｃ）に示すようにレール面に這い上がる状態となる。これにより端子部５２の下端がレール面に溶接され仮固定される。

次いで、図１５（ｄ）に示すように棒状のロウ１５をレール１０の溶接面１０ａに押し付けながら、ロウ１５から新たに溶かしたロウ１１を端子部５２の内部空間に流し込み、図１５（ｅ）に示すようにロウ１１が端子部５２の上端よりも盛り上がった状態とする。
端子部５２内のロウ１１を完全に溶かし、攪拌棒（図示せず）で攪拌すると、ロウ内の気泡などが除去され、図１５（ｆ）に示すように端子部５２の上端の高さまでロウ１１が貯留された状態となる。
そして、溶解されたロウ１１に直接的に冷却水がかからないように、ロウ１１の周囲に冷却水をかけて冷却を行い、その後、ロウパック２０を取り外すことによって端子部材５０ａの溶接作業が完了する。

特開平１１−１４４８３２号公報

しかしながら、前記した従来の溶接工法にあっては、端子部材５０ａ（端子部５２）を溶接するために図１５（ｆ）に示したように多量のロウ１１を端子部５２の内部空間に貯留する必要があり、ロウ１１の使用量が多く、コストが高くなる上、ロウの溶融と冷却に時間を要するという課題があった。

前記課題を解決するには、端子部５２を平板状に形成すれば、端子部５２とレール１０の溶接面との間に介在させるロウ１１の量を大幅に低減することができる。
しかしながら、レールボンド５０をレール腹部に取り付ける場合にあっては、図１４に示すように溶接面１０ａは高さ方向に所定の曲率で凹状に湾曲しており、そのまま平板状の端子部を溶接しようとすると、溶接面１０ａと端子部との間に十分にロウ１１を充填できず、隙間が生じる虞があった。
そのため、端子部を溶接する前の研磨工程において、溶接面１０ａが平らになるように研磨する必要があり、時間を要し作業効率が低下するという課題があった。

本発明は、前記した点に着目してなされたものであり、レールの継ぎ目を電気的に接続するレールボンドにおいて、レールボンドの端子部材の溶接に使用するロウの量を低減することができ、また、前記端子部材の溶接を短時間に効率よく行うことのできるレールボンドの端子部材及びレールボンドの溶接工法を提供することを目的とする。

前記した課題を解決するために、本発明に係るレールボンドの端子部材は、レールの継ぎ目に跨いで配置されたレールボンドの電線の端部に設けられ、レールに対し溶接されるレールボンドの端子部材であって、前記レールボンドの電線が挿通されると共に、前記挿通された電線を圧着する筒状部と、前記筒状部よりも先端側に設けられ、前記レール側部の溶接面に溶接される端子部とを備えたレールボンドの端子部材において、前記端子部は、前記電線の軸線方向に延びる帯板状に形成されると共に、一方の面が所定の曲率半径を有する断面円弧状の凸面とされ、前記端子部の凸面側が前記レールの溶接面に臨み、該凸面側の径方向の曲率半径は、前記溶接面の径方向の曲率半径よりも小さく、前記筒状部は、その径方向の断面外周が多角形状に形成され、前記多角形状により周面側に形成され軸方向に延びる一稜線部が、前記端子部の凸面側周面の幅方向の中心線上に位置することに特徴を有する。
このように構成することにより、端子部の凸面側を溶接面に当接させた際、当接位置の上下に隙間空間が形成され、その隙間空間に溶解したロウを流し込むことによって端子部材をレール腹部に溶接することができる。
即ち、端子部材の溶接に使用するロウの量は、前記隙間空間を充填するだけの量で十分であり、従来よりもロウの使用量を大幅に低減することができる。
また、溶接に使用するロウは少量であるため、溶融と冷却が容易であり、端子部材の溶接を短時間に効率よく行うことができる。

特に、前記筒状部は、その径方向の断面外周が多角形状に形成され、前記多角形状により周面側に形成され軸方向に延びる一稜線部が、前記端子部の凸面側の幅方向の中心線上に位置するため、筒状部の周面側に形成された軸方向に延びる一稜線部の上下にも隙間空間を形成することができ、そこにロウを充填することによって、より強固に端子部材を溶接面に接合することができる。

また、前記した課題を解決するために、本発明に係るレールボンドの溶接工法は、前記したレールボンドの端子部材をレールに溶接するレールボンドの溶接工法であって、前記端子部材の端子部の凸面側を前記レールの溶接面に当接させ、該当接位置の上下に、それぞれ隙間空間を形成し、前記レールの溶接面にバーナの炎を当て、前記レールの溶接面を加熱し、加熱された前記レールの溶接面上でロウを溶解して前記隙間空間にロウを充填し、前記端子部材を前記溶接面に溶接することに特徴を有する。
このような方法によれば、少量のロウにより端子部を溶接面に溶接することができ、端子部材の溶接を短時間に効率よく行うことができる。

また、前記した課題を解決するために、本発明に係るレールボンドの溶接工法は、前記したレールボンドの端子部材をレールに溶接するレールボンドの溶接工法であって、前記端子部材の端子部の凸面側を前記レールの溶接面に当接させ、該当接位置の上下と、前記筒状部の周面側に形成され軸方向に延びる一稜線部の上下とに、それぞれ隙間空間を形成し、前記レールの溶接面にバーナの炎を当て、前記レールの溶接面を加熱し、加熱された前記レールの溶接面上でロウを溶解して前記隙間空間にロウを充填し、前記端子部材を前記溶接面に溶接することに特徴を有する。
このような方法によれば、端子部だけでなく筒状部も溶接面に溶接することができ、より強固に端子部材を取り付けることができる。

本発明によれば、レールの継ぎ目を電気的に接続するレールボンドにおいて、レールボンドの端子部材の溶接に使用するロウの量を低減することができ、また、前記端子部材の溶接を短時間に効率よく行うことのできるレールボンドの端子部材及びレールボンドの溶接工法を得ることができる。

図１は、本発明に係るレールボンドの端子部材の平面図である。 図２は、図１の端子部材の背面図である。 図３は、図１の端子部材を先端側から見た斜視図である。 図４は、本発明の端子部材をレール腹部下部に配置した状態を示す断面図である。 図５は、図４の一部拡大図であって、溶接面に向けて端子部の凸面が配置された端子部材を示す断面図である。 図６は、図４の端子部材の取り付け位置と異なる位置に端子部材が配置された状態を示す断面図である。 図７は、図２のＤ−Ｄ矢視断面図である。 図８は、図１の端子部材をレール腹部下部に溶接する際に、溶接面を研磨する工程を説明するための断面図である。 図９は、図１の端子部材をレール腹部下部に溶接する際に、溶接面にメッキ処理を施す工程を説明するための断面図である。 図１０は、図１の端子部材をレール腹部下部に溶接する際に、端子部材を仮溶接する工程を説明するための断面図である。 図１１は、図１の端子部材をレール腹部下部に本溶接する工程を説明するための断面図である。 図１２は、レール間に従来のレールボンドを溶接した状態を示す側面図である。 図１３は、従来のレールボンドの端子部材の平面図である。 図１４は、従来の端子部材を保持するロウパックをレール側面に配置した状態を示す断面図である。 図１５（ａ）〜図１５（ｆ）は、従来のレールボンドの溶接工法を説明するための端子部材及びそれを保持するロウパックの断面図である。

以下、本発明に係るレールボンドの端子部材及びレールボンドの溶接工法の実施の形態を図面に基づき説明する。尚、本実施形態においては、図１２に示したようにレール１０の継ぎ目１２を跨ぎ、レール腹部（腹部下部）にレールボンドを取り付ける場合について説明する。

図１は、本発明に係るレールボンドの端子部材の平面図、図２は背面図、図３は端子部材を先端側から見た斜視図である。また、図４は、本発明の端子部材をレール腹部下部に配置した状態を示す断面図である。尚、図１乃至図４において、先に図１２乃至図１５に示した部材と同一、若しくは相当する部材については同じ符号で示す。

図示する端子部材１は、図１２に示した従来の端子部材５０ａ，５０ｂに代えて用いることができる。この端子部材１は、筒状内部に電線３を挿通し圧着する筒状部２と、この筒状部２よりも先端側に設けられ、レール１０に低温溶接にて固定される端子部４とを有している。
前記端子部４は、電線３の軸線方向に延びる帯板状に形成されると共に、一方の面が所定の曲率半径Ｒ１を有する断面円弧状の凸面となされている。前記曲率半径Ｒ１は、図５（図４の一部拡大図）に示すレール溶接面１０ａの径方向の曲率半径をＲ２とすると、下記の式（１）を満たす値に規定される。

［数１］
Ｒ１＝０．７〜０．９×Ｒ２ ・・・（１）

一例を示すと、図４，図５の溶接面１０ａにおける曲率半径がＲ２＝２０ｍｍの場合、端子部４の断面の曲率半径がＲ１＝１４〜１８ｍｍの範囲内で形成されている。
即ち、端子部断面の曲率半径Ｒ１はレール腹部下部の曲率半径Ｒ２よりも小さく、端子部４の凸面側周面の幅方向の中心線４ａ（図２に破線で示す。以下、単に中心線４ａと称呼する）が図５に示すように溶接面１０ａに当接するように配置した際に、その上下に隙間空間１３，１４がそれぞれ形成されるようになっている。
これらの隙間空間１３，１４にロウ１１が充填されることによって、レール１０の溶接面１０ａに対し端子部材１の端子部４が接合される。

尚、図６に示すように、レール腹部において端子部材１を、図４の位置よりも高い位置に配置する場合には、レール腹部（溶接面１０ａ）の曲率半径Ｒ２は変化するが、前記式（１）を満たすように端子部４断面の曲率半径Ｒ１を予め設定し、その曲率半径Ｒ１に基づき端子部４を形成すればよい。一例を示すと、図６の溶接面１０ａにおける曲率半径がＲ２＝５００ｍｍの場合、端子部４の断面の曲率半径がＲ１＝３５０〜４５０ｍｍの範囲内となるように形成すればよい。

また、図７は、図２のＤ−Ｄ矢視断面図である。図７に示すように筒状部２の断面は、電線３の圧着の際に略六角形状となされる。そして、その六角形状により形成された軸方向に延びる一つの稜線部２ａが、図２に示すように端子部４の軸方向に延びる中心線４ａ上に位置している。
したがって、端子部４の中心線４ａが溶接面１０ａに接するように配置した際に、筒状部２の一稜線部２ａもまた溶接面１０ａに当接する（或いは、筒状部２の外周面において前記一稜線部２ａが溶接面１０ａに最も近接する）。その場合、筒状部２の稜線部２ａの上下には、隙間空間１６，１７がそれぞれ形成され、そこにロウ１１が充填されることによって筒状部２も溶接面１０ａに接合され、より強固に溶接することが可能となっている。

このように構成されたレールボンドの端子部材１をレール１０の腹部に溶接する場合、先ず図８に示すように、レール１０の溶接面１０ａ及びその周辺を砥石で研磨し、レール地肌を露出させる。これは、レール１０とロウとの密着性を向上させるために行う。
次いで、図９に示すようにレール１０の溶接面１０ａにバーナ３０の炎を当てる。溶接面１０ａの温度が所定温度（例えば２００℃以上）になると、棒状のロウ１５を溶接面１０ａに当て、溶解したロウ１１を薄く塗ってメッキ処理を行う。この事前メッキ処理により、溶接面１０ａの下地が形成される。

溶接面１０ａの下地が形成されると、図５に示したように端子部材１の端子部４の中心線４ａが溶接面１０ａに当接するように配置する。尚、この端子部材１の位置を一時的に固定するために、レール両側を挟み込むクランプ治具（図示せず）を用い、端子部材１を溶接面１０ａに押し付けて固定することが望ましい。
ここで、図５に示すように端子部４の中心線４ａの上下には、それぞれ隙間空間１３，１４が形成される。また、図７に示すように筒状部２の一稜線部２ａの上下にも隙間空間１６，１７が形成される。
そして、図１０に示すように溶接面１０ａにバーナ３０の炎を当て、溶接面１０ａに形成されたロウ１１を溶解することによって、端子部４を仮溶接する。

続けて図１１に示すようにレール１０の溶接面１０ａをバーナ３０により加熱し、溶接面１０ａの温度を所定温度（例えば２００℃）以上に維持した状態で、棒状のロウ１５の先端を溶接面１０ａに押し当てて溶解する。そして、図示するように溶解したロウ１１を端子部４と溶接面１０ａとの間の隙間空間１３，１４（図５参照）に流し込み、本溶接を行う。尚、このとき溶接面１０ａに形成された下地のロウ１１が溶解しているため、上方の隙間空間１３に流し込んだロウ１１は、溶接面１０ａで溶解したロウ１１を伝って下方の隙間空間１４にも流れ込む。即ち、上方の隙間空間１３にロウ１１を流し込むことによって、上方と下方の隙間空間１３，１４に容易にロウ１１を充填することができる。
尚、このように、隙間空間１３，１４に流し込まれたロウ１１によって端子部４が十分に溶接されるため、ここで使用されるロウ１１の消費量は少量である。

また、同様に筒状部２の一稜線部２ａを境に上方に形成された隙間空間１６にロウ１１を流し込むことによって、隙間空間１６とその下方に形成された隙間空間１７にロウ１１が充填される。これにより、端子部４だけでなく筒状部２も溶接面１０ａに溶接されるため、端子部材１を強固に溶接面１０ａに取り付けることができる。
そして、溶解されたロウ１１に直接的に冷却水がかからないように、ロウ１１の周囲に冷却水をかけて冷却した後、端子部材１を固定していた前記クランプ部材を取り外すことによって端子部材１の溶接作業が完了する。

以上のように本発明に係る実施の形態によれば、レール腹部に溶接される端子部４が帯板状に形成され、その一面が所定の曲率半径Ｒ１を有する断面円弧状の凸面とされる。また、前記端子部４の凸面側の曲率半径Ｒ１が、溶接面１０ａの径方向の曲率半径Ｒ２よりも小さく形成されている。
これにより、端子部４の凸面側の中心線４ａを溶接面１０ａに当接させた際、中心線４ａの上下に隙間空間１３，１４が形成され、その隙間空間１３，１４に溶解したロウ１１を流し込むことによって端子部材１をレール腹部に溶接することができる。
即ち、端子部材１の溶接に使用するロウ１１の量は、隙間空間１３，１４を充填するだけの量で十分であり、従来よりもロウ１１の使用量を大幅に低減することができる。
また、溶接に使用するロウ１１は少量であるため、溶融と冷却が容易であり、端子部材１の溶接を短時間に効率よく行うことができる。

尚、本実施の形態においては、帯板状の端子部４は、両面ともに所定の曲率半径を有する断面円弧状としたが、本発明にあっては、それに限定されるものではない。即ち、溶接面１０ａに臨む一面側が、所定の曲率半径を有する断面円弧状の凸面であればよく、他面側の面形状は特に限定しなくてもよい。

１ 端子部材
２ 筒状部
２ａ 稜線部
３ 電線
４ 端子部
４ａ 中心線
１０ レール
１０ａ 溶接面
１１ ロウ
１２ 継ぎ目
１３ 隙間空間
１４ 隙間空間
１５ ロウ
１６ 隙間空間
１７ 隙間空間
３０ バーナ

Claims (3)

1. レールの継ぎ目に跨いで配置されたレールボンドの電線の端部に設けられ、レールに対し溶接されるレールボンドの端子部材であって、
   前記レールボンドの電線が挿通されると共に、前記挿通された電線を圧着する筒状部と、
   前記筒状部よりも先端側に設けられ、前記レール側部の溶接面に溶接される端子部とを備えたレールボンドの端子部材において、
   前記端子部は、前記電線の軸線方向に延びる帯板状に形成されると共に、一方の面が所定の曲率半径を有する断面円弧状の凸面とされ、前記端子部の凸面側が前記レールの溶接面に臨み、該凸面側の径方向の曲率半径は、前記溶接面の径方向の曲率半径よりも小さく、
   前記筒状部は、その径方向の断面外周が多角形状に形成され、前記多角形状により周面側に形成され軸方向に延びる一稜線部が、前記端子部の凸面側周面の幅方向の中心線上に位置することを特徴とするレールボンドの端子部材。
2. 請求項１に記載のレールボンドの端子部材をレールに溶接するレールボンドの溶接工法であって、
   前記端子部材の端子部の凸面側を前記レールの溶接面に当接させ、該当接位置の上下に、それぞれ隙間空間を形成し、
   前記レールの溶接面にバーナの炎を当て、前記レールの溶接面を加熱し、
   加熱された前記レールの溶接面上でロウを溶解して前記隙間空間にロウを充填し、前記端子部材を前記溶接面に溶接することを特徴とするレールボンドの溶接工法。
3. 請求項１に記載のレールボンドの端子部材をレールに溶接するレールボンドの溶接工法であって、
   前記端子部材の端子部の凸面側を前記レールの溶接面に当接させ、該当接位置の上下と、前記筒状部の周面側に形成され軸方向に延びる一稜線部の上下とに、それぞれ隙間空間を形成し、
   前記レールの溶接面にバーナの炎を当て、前記レールの溶接面を加熱し、
   加熱された前記レールの溶接面上でロウを溶解して前記隙間空間にロウを充填し、前記端子部材を前記溶接面に溶接することを特徴とするレールボンドの溶接工法。

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