JP6425171B2

JP6425171B2 - レール用締結具及びその製造方法

Info

Publication number: JP6425171B2
Application number: JP2014257388A
Authority: JP
Inventors: 勇一八城; 貴徳人見; 雅一倉重; 勝幸百目鬼
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 2014-12-19
Filing date: 2014-12-19
Publication date: 2018-11-21
Anticipated expiration: 2034-12-19
Also published as: JP2016118028A

Description

本発明は、合成枕木にレールを固定するためのレール用締結具及びレール用締結具の製造方法さらにレール用締結具を使用したレール締結装置に関する。

線路においては、複数配置された枕木の上に、二本のレールが平行に敷設され、枕木とレールとがレール締結装置によって固定されている。枕木には、木製やコンクリート製の他に、ウレタン樹脂をガラス繊維で強化した合成枕木がある。レール締結装置は、レールを支持し、ねじくぎ等のレール締結具によって、合成枕木に螺子留めされる。合成枕木には、ネジの谷よりも大きい径の下穴が空けられ、インパクトレンチ等を使用してレール締結具が捻じ込まれる。なお、特許文献１に示すように、部材の交換の際でも引き抜く必要のないねじくぎの発明も開示されている。

特開２００７−３０３５０９号公報

しかしながら、特許文献１に記載のねじくぎも、従来の形状や寸法に則ったものである。従来のねじくぎを使用した合成枕木では、電車等が通過する度に加わる振動によって、ねじくぎ周辺部の劣化が進み、ねじくぎが抜けてしまうケースが増えている。ただし、合成枕木に空ける下穴の径を小さくして、ねじくぎとの隙間を減らすことにより、振動に伴う劣化を抑えることはできるが、ねじくぎを捻じ込む際のトルクが大きくなり、作業効率が落ちてしまう。

そこで、本発明は、合成枕木にレールを敷設する際の作業効率を下げず、また敷設後に振動等があっても合成枕木が劣化しにくいレール用締結具を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明であるレール用締結具は、合成枕木に空けた下穴に挿すための先端部と、前記先端部に連設され、円柱状の周面にネジが形成されたストレート部と、前記ストレート部に連設され、円錐台状の周面に前記ストレート部から続く前記ネジが形成されたテーパ部と、前記テーパ部に連設された円柱状の軸部と、前記軸部に連設された鍔状のフランジ部と、前記フランジ部に連設され、回転用工具に固定するための頭部と、を有し、前記先端部をテーパ状に細くし、前記ネジの山の形状を二等辺状に形成し、前記ネジの谷と前記下穴との隙間を無くした、ことを特徴とする。

また、レール用締結具は、前記ストレート部及び前記テーパ部の表面から酸化物を研削した、ことを特徴とする。

また、レール用締結具は、前記ストレート部及び前記テーパ部の表面に潤滑剤を被覆した、ことを特徴とする。

また、レール用締結具は、前記先端部をテーパ状に細くした、ことを特徴とする。

また、レール用締結具は、前記ネジの内角を５５度以下にした、ことを特徴とする。

また、レール用締結具は、前記ネジの高さを、前記枕木と前記フランジ部の間に介されるタイプレートに空けられた孔を貫通できる範囲で高くした、ことを特徴とする。

また、レール用締結具は、前記ネジのピッチを１２ミリメートル以上にした、ことを特徴とする。

また、レール用締結具は、前記ネジの稜線を湾曲状に凹ませた、ことを特徴とする。

また、レール用締結具は、前記ネジの形状を二等辺状から外角が鋭角にならない範囲で傾斜させた、ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のレール用締結具。

本発明であるレール締結装置は、レール用締結具を使用した、ことを特徴とする。

本発明であるレール用締結具の製造方法は、合成枕木に空けた下穴に挿すための先端部をテーパ状に細くする先付加工工程と、前記先端部に連設された円柱状のストレート部及び前記ストレート部に連設された円錐台状のテーパ部を加熱し、３つの回転する円筒状の型の間に挿しこむことにより、周面にネジを形成する熱間転造工程と、前記ストレート部及び前記テーパ部の表面から酸化物を研削する表面研削工程と、前記ストレート部及び前記テーパ部の表面に潤滑剤を被覆する表面処理工程と、を有する、ことを特徴とする。

本発明であるレール用締結具は、合成枕木にレールを敷設する際に、従来よりも弱い力で捻じ込むことができ、作業効率を向上させることができる。また、敷設後に電車等が通過する際の振動等があっても、合成枕木との隙間が少ないので、合成枕木の劣化を抑制することができる。

本発明であるレール用締結装置の全体図である。本発明であるレール用締結具の平面図及び正面図である。本発明であるレール用締結具のネジ（ｂ）と、従来のレール用締結具のネジ（ａ）とを比較した図である。本発明であるレール用締結具の捻じ込み（ｂ）と、従来のレール用締結具の捻じ込み（ａ）とを比較した図である。本発明であるレール用締結具の製造方法を示すフローチャートである。本発明であるレール用締結具の製造方法における熱間転造を説明する図である。本発明であるレール用締結具の試験方法を示すフローチャートである。本発明であるレール用締結具の従来との比較試験の結果を示す図である。本発明であるレール用締結具のネジ山の形状（ａ〜ｆ）を示す図である。本発明であるレール用締結具の形状の比較試験の結果を示す図である。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

まず、本発明であるレール用締結装置の全体図について説明する。図１は、レール用締結装置の全体図である。レール用締結装置１００は、レール６００を合成枕木４００に固定するためのものである。レール用締結装置１００は、タイプレート３００、及びクリップ５００等を有する。

レール６００は、鉄道の線路である。レール６００には、例えば、断面が逆Ｔの字型をした鋼など金属製の棒材が使用される。所定の長さのレール６００を端部で連結して延設する。平行な二本のレール６００が、鉄道の進行方向に沿って直線状又は湾曲状に敷設される。

合成枕木４００は、鉄道の線路を支える枕木である。合成枕木４００には、例えば、ガラス繊維で強化されたウレタン樹脂の板材が使用される。合成枕木４００は、鉄道の進行方向に沿って所定の間隔で地中に埋め込まれる。そのため、合成枕木４００は、レール６００に対して垂直に配置される。

タイプレート３００は、レール６００と合成枕木４００の間に介される木製、金属製又は樹脂製などの板材である。タイプレート３００には、四隅に貫通孔が空けられ、各貫通孔にねじくぎ２００が通される。ねじくぎ２００は、本発明であるレール締結具であり、タイプレート３００を貫通して合成枕木４００に捻じ込まれる。

クリップ５００は、レール６００を支持する木製、金属製又は樹脂製などの部材である。クリップ５００は、タイプレート３００の上に設置される。クリップ５００には、両端に孔が空けられ、両孔に留具５１０が通される。留具５１０は、クリップ５００を貫通してタイプレート３００又は合成枕木４００に固定される。

レール用締結装置１００には、本発明であるレール締結具が使用される。そのため、レール６００の敷設後に、電車等の通過に伴って繰り返し振動を受けても、又はその他の要因によっても、合成枕木４００は劣化しにくく、その結果、レール締結具も抜けにくい。

次に、本発明であるレール締結具の構成について説明する。図２は、レール用締結具の平面図及び正面図である。レール用締結具は、レール用締結装置１００において、タイプレート３００を合成枕木４００に締結するためのねじくぎ２００である。

ねじくぎ２００は、螺旋状にネジ２７０が形成された鋼など金属製の釘材である。ねじくぎ２００は、頭部２１０、フランジ部２２０、軸部２３０、テーパ部２４０、ストレート部２５０、及び先端部２６０などを有する。ねじくぎ２００は、各部分が列挙した順で一体的に成形される。

頭部２１０は、ねじくぎ２００の一端側である。頭部２１０の下側にはフランジ部２２０が連設される。頭部２１０は、レンチ等の回転用工具で締め付けられる部分であり、図２の平面図で示すように、四角柱や六角柱など挟持しやすい形状である。頭部２１０をレンチ等で挟持し、回転させることにより、ねじくぎ２００を合成枕木４００に捻じ込む。

フランジ部２２０は、ねじくぎ２００における押さえである。フランジ部２２０の上側には頭部２１０が連設され、下側には軸部２３０が連設される。フランジ部２２０は、軸部２３０にあるものが抜けないように押さえる部分であり、図２の平面図で示すように、円板が鍔状に拡がり突出した形状である。

軸部２３０は、ねじくぎ２００のうちタイプレート３００を貫通する部分である。軸部２３０の上側にはフランジ部２２０が連設され、下側にはテーパ部２４０が連設される。軸部２３０は、タイプレート３００に空けた貫通孔を通るように円柱状の形状である。なお、タイプレート３００とフランジ部２２０の間にワッシャー３１０を介在させても良い。

ワッシャー３１０は、孔の空いた金属製又は樹脂製等の板材である。タイプレート３００を押さえるために、フランジ部２２０との間にワッシャー３１０を介す。ねじくぎ２００が抜けてくる等、タイプレート３００とフランジ部２２０の間の緩みを防止するために、ロックナットワッシャーやコイルバネを用いても良い。

テーパ部２４０は、ねじくぎ２００のうち合成枕木４００に捻じ込まれる部分の上半分である。テーパ部２４０の上側には軸部２３０が連設され、下側にはストレート部２５０が連設される。テーパ部２４０は、細いストレート部２５０と太い軸部２３０を繋ぐために円錐台の形状であり、周面には螺旋状に突出するネジ２７０が形成される。

ストレート部２５０は、ねじくぎ２００のうち合成枕木４００に捻じ込まれる部分の下半分である。ストレート部２５０の上側にはテーパ部２４０が連設され、下側には先端部２６０が連設される。ストレート部２５０は、円柱状の形状であり、周面には螺旋状に突出するネジ２７０が形成される。

ネジ２７０は、ねじくぎ２００において、合成枕木４００に埋め込まれる部分、即ちストレート部２５０とテーパ部２４０に形成される螺旋状の突起である。ネジ２７０は、ストレート部２５０の下端からテーパ部２４０の上端まで連続して形成される。なお、ストレート部２５０とテーパ部２４０において、突起の高さは同じとなるように形成される。

先端部２６０は、ねじくぎ２００の他端側である。先端部２６０の上側にはストレート部２５０が連設される。先端部２６０は、ストレート部２５０から下方向にテーパ状に細くなる円錐台の形状である。先端部２６０は、合成枕木４００に空けた穴に最初に捻じ込まれる側であり、合成枕木４００に空けた穴に挿したときに倒れないように先端を細くする。

さらに、ネジ２７０について説明する。図３は、レール用締結具のネジと、従来のレール用締結具のネジとを比較した図である。図３（ａ）に示すように、従来のストレート部２５０ａに形成されたネジ２７０ａの形状は、直角三角形状である。それに対し、図３（ｂ）に示すように、本発明のストレート部２５０に形成されたネジ２７０の形状は、二等辺三角形状である。

図３（ａ）に示す従来のネジ２７０ａにおいては、ネジ山２８０ａの高さ（Ｈ）２７１ａは３．５ミリメートルである。ネジ山２８０ａの先端である内角（θ１）２７２ａの角度は５９．７度、上側の外角（θ２）２７３ａの角度は９０度、下側の外角（θ３）２７４ａの角度は１４９．７度である。ネジ山２８０ａの上側の稜線（Ｌ１）２７５ａは３．５ミリメートル、下側の稜線（Ｌ２）２７６ａは６．９ミリメートル、合計１０．４ミリメートルである。ネジ山２８０ａのピッチ（Ｐ）２７７ａは１２ミリメートルである。ネジ山２８０ａの断面の面積（Ｓ１）２８１ａは１０．５平方ミリメートルであり、ネジ谷２９０ａの断面の面積（Ｓ２）２９１ａは３１．５平方ミリメートルである。

図３（ｂ）に示す本発明のネジ２７０においては、ネジ山２８０の高さ（Ｈ）２７１は４．０ミリメートルである。ネジ山２８０の先端である内角（θ１）２７２の角度は５５度、上側の外角（θ２）２７３の角度は１１７．５度、下側の外角（θ３）２７４の角度は１１７．５度である。ネジ山２８０の上側の稜線（Ｌ１）２７５は４．５ミリメートル、下側の稜線（Ｌ２）２７６は４．５ミリメートル、合計９．０ミリメートルである。ネジ山２８０のピッチ（Ｐ）２７７は１２ミリメートルである。ネジ山２８０の断面の面積（Ｓ１）２８１は８．３平方ミリメートルであり、ネジ谷２９０の断面の面積（Ｓ２）２９１は３９．７平方ミリメートルである。

本発明のネジ２７０においては、従来と比較して、ネジ山２８０の高さ２７１が高くなり、ネジ山２８０の面積２８１が小さくなり、ネジ谷２９０の面積２９１が大きくなる。また、上側の稜線２７５は長くなるが、下側の稜線２７６は短くなる。すなわち、ネジ谷２９０の面積２９１が大きいので、ネジ山２８０同士に挟み込まれる合成枕木４００の量が多くなり、本発明の方がネジ２７０は抜けにくい。

従来のネジ２７０ａ及び本発明のネジ２７０が合成枕木４００に埋め込まれていた場合に、それらを引抜方向（上方向）２５１に引き抜くとする。従来のネジ２７０ａに掛かる力方向２５２ａは、引抜方向２５１と同じである。それに対し、本発明のネジ２７０に掛かる力方向２５２は、上側の稜線２７５に対し垂直であることから、引抜方向２５１に対して斜め方向になる。すなわち、本発明では、力方向２５２に力が分散されるので、ネジ２７０が引き抜きにくくなる。

なお、従来のネジ２７０ａのように、上側の外角２７３ａが直角又は鋭角であると、引抜方向２５１に引いたときに、ネジ２７０ａの付け根に大きく力が掛かり疲労破壊の可能性が高くなる。また、上側の外角２７３ａが鋭角になるほどネジ２７０ａの先端が上側に向かって鋭く尖ることから、合成枕木４００を抉ってボロボロに破壊してしまう可能性も高くなる。それに対し、本発明のネジ２７０のように、上側の外角２７３が鈍角であれば、引抜方向２５１に引いたときに、ネジ２７０の付け根に掛かる力も小さく、疲労破壊の可能性は低い。また、ネジ２７０の先端も上側又は下側に尖らないので、合成枕木４００を傷付ける可能性も小さい。

続いて、合成枕木４００に捻じ込んだ状態のねじくぎ２００について説明する。図４は、レール用締結具の捻じ込みと、従来のレール用締結具の捻じ込みとを比較した図である。図４（ａ）に示すように、従来においては、合成枕木４００に空けた下穴４１０ａとねじくぎ２００ａとの間に隙間が大きい。それに対し、図４（ｂ）に示すように、本発明においては、合成枕木４００の下穴４１０とねじくぎ２００との間に隙間がほとんどない。

図４（ａ）に示す従来のねじくぎ２００ａの場合、まず合成枕木４００に内径（φ１）４１１ａが１８ミリメートルの下穴４１０ａが空けられる。そして、外径（φ２）２９２ａが１６ミリメートルのねじくぎ２００ａが捻じ込まれる。なお、ねじくぎ２００ａのネジ２７０ａの高さが３．５ミリメートルであることから、ネジ２７０ａの外径（φ３）２８２ａは２３ミリメートルである。下穴４１０ａの中心にねじくぎ２００ａを捻じ込めば、下穴４１０ａと、ねじくぎ２００ａとの間に１ミリメートルの隙間が存在するので、下穴４１０ａの内周面には、螺旋状の溝が２．５ミリメートルの深さで掘られる。

図４（ｂ）に示す本発明のねじくぎ２００の場合、まず合成枕木４００に内径（φ１）４１１が１６．５ミリメートルの下穴４１０が空けられる。そして、外径（φ２）２９２が１６ミリメートルのねじくぎ２００が捻じ込まれる。なお、ねじくぎ２００のネジ２７０の高さが４．０ミリメートルであることから、ネジ２７０の外径（φ３）２８２は２４ミリメートルである。下穴４１０と、ねじくぎ２００との間にはほとんど隙間が存在しないので、下穴４１０の内周面には、螺旋状の溝が約４．０ミリメートルの深さで掘られる。

従来のねじくぎ２００ａにおいては、合成枕木４００へのネジ２７０ａの食い込みが浅い。それに対して、本発明のねじくぎ２００においては、ネジ２７０が合成枕木４００に深く食い込んでおり、抜けにくい。これについて行った引抜力試験の結果を以下に示す。なお、先端部２６０から軸部２３０まで１４０ミリメートルのねじくぎ２００を使用し、先端部２６０からテーパ部２４０までの１１０ミリメートルを、合成枕木４００に空けた内径４１１が約１６ミリメートルの下穴４１０捻じ込んだときの引抜力を測定する。

二つのねじくぎ２００について行ったときの結果は、一つ目の引抜力が８６．５キロニュートンであり、二つ目の引抜力が７８．０キロニュートンである。その他のデータを含め平均すると、本発明のねじくぎ２００の引抜力は、約８２．０キロニュートンである。なお、従来のねじくぎ２００ａの引抜力は、約６９．０キロニュートンであり、本発明のねじくぎ２００の方が抜けにくい。

また、従来のねじくぎ２００ａと本発明のねじくぎ２００とが合成枕木４００に埋め込まれていた場合に、電車等の通過により繰り返し振動が加わったと仮定する。例えば、横振動が加わった場合、従来のねじくぎ２００は、下穴４１０ａとの間にある隙間の範囲で横に揺れ、その結果、下穴４１０ａの内周面をボロボロに劣化させてしまう可能性がある。本発明のねじくぎ２００では、下穴４１０との間に隙間がないので、その可能性は低い。

さらに、縦振動が加わった場合、従来のねじくぎ２００ａは、ネジ２７０ａの形状が直角三角形であるので、ネジ２７０ａの付け根が疲労破壊する可能性もあるし、先端の尖りが下穴４１０ａの内周面をボロボロに劣化させてしまう可能性もある。本発明のねじくぎ２００では、ネジ２７０の形状が二等辺三角形であるので、ネジ２７０の付け根に力は集中しにくいし、先端も上側又は下側に尖っていないため、その可能性は低い。

次に、本発明であるレール締結具の製造方法について説明する。図５は、レール用締結具の製造方法を示すフローチャートである。レール締結具の製造方法７００は、先付加工７１０、熱間転造７２０、表面研削７３０、及び表面処理７４０の工程を有する。レール締結具であるねじくぎ２００を製造する準備として、棒状の素材２０１を用意する。

素材２０１は、頭部２１０、フランジ部２２０、軸部２３０、ネジ２７０のないテーパ部２４０、ネジ２７０のないストレート部２５０、及び先端が細くなっていない先端部２６０を有する。素材２０１には、一般構造用圧延鋼材（ＳＳ材）などの金属が使用される。素材２０１は、溶融させた金属を金型に流し込んで成形する鋳造、又は棒状の金属から余計な部分を削り取る切削若しくは研削などの方法により加工される。

先付加工７１０の工程では、素材２０１の先端部２６０がテーパ状に細くなるように加工する。素材２０１において、先端部２６０は、ネジ２７０のないストレート部２５０と同じ径であるため、切削等の方法により先端を細くする。ねじくぎ２００を合成枕木４００に空けた下穴４１０に捻じ込むに際し、細い先端部２６０を下穴４１０に挿すことにより垂立させ、回転用工具がねじくぎ２００を掴みやすくする。

熱間転造７２０の工程では、先付加工７１０がされた素材２０１のテーパ部２４０及びストレート部２５０にネジ２７０を形成する。図６は、レール用締結具の製造方法における熱間転造を説明する図である。熱間転造７２０は、図６（ａ）に示すように、転造機７２１を使用する。転造機７２１は、図６（ｂ）に示すように、上側の転造ダイス７２２、左側の転造ダイス７２３、及び右側の転造ダイス７２４を有し、それらが三角形状に隣接して配置される。

図６（ｂ）に示すように、上側の転造ダイス７２２、左側の転造ダイス７２３、及び右側の転造ダイス７２４の中心の隙間に素材２０１の先端部２６０からストレート部２５０までを挿し込む。各転造ダイス７２２、７２３、７２４は、円柱状の型であり、図６（ｃ）に示すように、側周面には、凹凸７２５が形成されている。素材２０１を加熱して、各転造ダイス７２２、７２３、７２４で圧力を加えることにより、図６（ｃ）に示すように、素材２０１に凹凸７２５の形状に合わせて螺旋状のネジ２７０が形成される。なお、各転造ダイス７２２、７２３、７２４の入口側は、素材２０１を入れやすいように若干広くなっており、それによってテーパ部２４０が形成される。

表面研削７３０の工程では、ネジ２７０が形成された素材２０１の表面に付着した不要物を削り取る。熱間転造７２０における加熱により、素材２０１の表面が酸化スケールの被膜で覆われる。投射材を衝突させて表面を研削するショットブラストなどの方法により、素材２０１の表面から酸化スケールの被膜を除去して、ねじくぎ２００を合成枕木４００に捻じ込む際の摩擦力を軽減する。

表面処理７４０の工程では、ネジ２７０が形成された素材２０１の表面を潤滑材などで被覆する。表面研削７３０とは逆に、ねじくぎ２００を合成枕木４００に捻じ込む際の摩擦力を軽減するために、表面にコーティングを施す。例えば、ワックスを塗布することにより、表面の滑りを良くする。その他に、表面の酸化を防止するために、酸化しにくい金属の薄膜でめっき加工しても良い。

本発明であるレール用締結具の製造方法７００によりねじくぎ２００を製造すれば、先付加工７１０により、ねじくぎ２００の先端部２６０が細くなっているので、作業者が容易にねじくぎ２００を垂立させることができ、回転用工具でねじくぎ２００を掴む際に、ねじくぎ２００が倒れてしまうことを防止することができる。

また、表面研削７３０により、ねじくぎ２００の表面に被覆された酸化スケールを除去するので、ねじくぎ２００を合成枕木４００に捻じ込む際に余計な摩擦力が掛からず、作業効率を向上させることができる。さらに、表面処理７４０により、ねじくぎ２００の表面にワックスを塗布するので、ねじくぎ２００を合成枕木４００に捻じ込む際の摩擦力を軽減し、より作業効率を向上させることができる。

次に、本発明であるレール用締結具を使用したときの捻じ込み易さを検証する。図７は、レール用締結具の試験方法を示すフローチャートである。図８は、レール用締結具の従来との比較試験の結果を示す図である。図７に示すように、レール用締結具の試験方法８００は、実際の使用方法に沿って、下穴掘削８１０、手締め８２０、トルク測定８３０、及び評価８４０の工程で行う。

下穴掘削８１０の工程は、合成枕木４００に下穴４１０を掘削する。試験においては、地面に埋めていない枕木４００をボール盤に設置し、ドリル等の切削工具を回転させて、穴あけ加工する。なお、本発明においては下穴４１０の内径４１１は１６ミリメートルで検証し、従来においては内径４１１ａを１８ミリメートルで掘削していたので、内径４１１ａが１８ミリメートルの場合と１６ミリメートルの場合とで検証する。

手締め８２０の工程は、合成枕木４００に空けた下穴４１０にねじくぎ２００の先端部２６０を挿入する。先端部２６０が細くない場合、下穴４１０に垂立するまで作業者が手で締めることが困難であり、挿し込みが浅く倒れてしまう場合もある。本発明のように、先端部２６０を細くすることにより、ねじくぎ２００は下穴４１０に容易に食い付く。

トルク測定８３０の工程は、ねじくぎ２００の捻じ込み易さを検証する。試験においては、ねじ込みトルクを測定するためにトルクレンチを使用する。なお、実際の合成枕木４００に捻じ込む場合は、インパクトレンチ等を使用する。合成枕木４００の下穴４１０に先端部２６０が挿されたねじくぎ２００を、テーパ部２４０が埋まって軸部２３０より上が出ている状態になるまで捻じ込む。

評価８４０の工程は、トルク測定８３０の結果を比較する。図８（ａ）は、本発明として、表面研削７３０せずに表面処理７４０を行って製造したねじくぎ２００で検証している。また、図８（ｂ）は、本発明として、表面研削７３０をした上で表面処理７４０も行って製造したねじくぎ２００で検証している。なお、図８（ａ）及び（ｂ）において、黒い四角及び黒い丸は、従来のねじくぎ２００ａの場合である。

黒い四角は、内径４１１ａが１６ミリメートルの下穴４１０ａに、ネジ山２８０ａの外径２８２ａが２３ミリメートルのねじくぎ２００ａを捻じ込んだときの、捻じ込みの深さに応じた捻じ込みトルクを示す。このとき、捻じ込み深さが１１０ミリメートルのトルク平均値は、４１００重量キログラム・センチメートルである。

また、黒い丸は、内径４１１ａが１８ミリメートルの下穴４１０ａに、ネジ山２８０ａの外径２８２ａが２３ミリメートルのねじくぎ２００ａを捻じ込んだときの、捻じ込みの深さに応じた捻じ込みトルクを示す。このとき、捻じ込み深さが１１０ミリメートルのトルク平均値は、３０００重量キログラム・センチメートルである。下穴４１０ａを広くすることで、捻じ込み易くなる。

そして、白い丸は、内径４１１が１６ミリメートルの下穴４１０に、ネジ山２８０の外径２８２が２４ミリメートルのねじくぎ２００を捻じ込んだときの、捻じ込みの深さに応じた捻じ込みトルクを示す。図８（ａ）に示すように、表面研削７３０無しにおけるトルク平均値は、３０００重量キログラム・センチメートルである。また、図８（ｂ）に示すように、表面研削７３０有りにおけるトルク平均値は、２５００重量キログラム・センチメートルである。

図８（ａ）の表面研削７３０無しの場合でも、下穴４１０が狭くし、ネジ山２８０の外径２８２が広くしたにも関わらず、黒い丸の場合とトルクは同等であり、捻じ込み易さは変わらない。さらに、図８（ｂ）に示すように、表面研削７３０有りの場合であれば、どの深さにおいても黒い丸の場合よりもトルクが下回っており、非常に捻じ込み易くなっている。これにより、合成枕木４００に対してレールを敷設等する作業者の作業効率も向上する。

次に、本発明であるレール用締結具の変形例として、ネジ形状のバリエーションとその比較結果について説明する。図９は、レール用締結具のネジ山の形状を示す図である。図１０は、レール用締結具の形状の比較試験の結果を示す図である。本発明は、従来の鋸歯のような直角三角形状のネジ２７０ａを改良して、二等辺三角形状のネジ２７０を採用しているが、それに若干の変更を加えた形状でも同様の効果を有すれば、本発明に含まれるものである。

ねじくぎ２００のネジ２７０の内角２７２の角度は５５度にしたが、図９（ａ）に示すように、ネジ２７０の内角２７２の角度を４５度、４０度又は３５度と更に狭くしても良い。ネジ２７０の幅が狭くなることで、ねじくぎ２００の捻じ込みトルクが減少する。ただし、ネジ２７０の幅が狭くなることで、ネジ２７０の耐久度が下がる可能性がある。

ここで、ねじくぎ２００に対し、二等辺三角形状のネジ２７０を形成したときの捻じ込みトルクを、内角２７２の角度が４５度の場合と、３５度の場合とで比較する。なお、合成枕木４００に空ける下穴４１０内径４１１は１６ミリメートルである。ねじくぎ２００については、外径２９２は１６ミリメートルで、先端部２６０からテーパ部２４０までの長さは１１５ミリメートルである。ネジ２７０については、ピッチ２７７は６ミリメートルで、高さ２７１は３．５ミリメートルであり、熱間転造７２０ではなく切削により形成したものである。

図１０（ａ）に示すように、ネジ２７０の内角２７２の角度が４５度の場合、捻じ込み深さが１１５ミリメートルのトルク平均値である最大トルクは、２４８０重量キログラム・センチメートルである。また、図１０（ｂ）に示すように、ネジ２７０の内角２７２の角度が３５度の場合、捻じ込み深さが１１５ミリメートルのトルク平均値である最大トルクは、１９７０重量キログラム・センチメートルである。

図１０（ａ）及び（ｂ）を比較すると、ネジ２７０の内角２７２の角度を狭くすることにより、捻じ込みトルクが減少し、合成枕木４００に対し、ねじくぎ２００を捻じ込みやすくなっていることが分かる。また、ネジ２７０の内角２７２の角度が狭くなると、ネジ谷２９０の面積２９１が増えることから、ねじくぎ２００が合成枕木２００から抜けにくい。

また、ねじくぎ２００のネジ２７０の高さ２７１は４．０ミリメートルにしたが、図９（ｂ）に示すように、ネジ２７０の高さ２７１を４．５ミリメートルにするなど更に高くしても良い。ただし、合成枕木４００との間に介在させるタイプレート３００の貫通孔の内径が２５ミリメートルであることから、ねじくぎ２００を通すことができる範囲までとなる。

また、ねじくぎ２００のネジ２７０のピッチ２７７は１２ミリメートルにしたが、図９（ｃ）に示すように、ネジ２７０のピッチ２７７を１３ミリメートルにするなど更に拡げても良い。ネジ２７０のピッチ２７７を拡げると、ネジ谷２９０の面積２９１が増えることから、ねじくぎ２００が合成枕木２００から抜けにくくなる。

また、ねじくぎ２００のネジ２７０の上側の稜線２７５及び下側の稜線２７６は直線状にしたが、図９（ｄ）に示すように、ネジ２７０の稜線２７５、２７６を湾曲状に凹ましても良い。ネジ２７０の稜線２７５、２７６を凹ませると、ネジ谷２９０の面積２９１が増えることから、ねじくぎ２００が合成枕木２００から抜けにくくなる。ただし、図９（ａ）におけるネジ２７０の内角２７２と同様に狭くしすぎると、ネジ２７０の耐久力が落ちる可能性がある。また逆に、ネジ谷２９０の面積２９１は減るが、ネジ２７０の稜線２７５、２７６を湾曲状に膨らませても良い。

また、ねじくぎ２００のネジ２７０の形状は二等辺三角形にしたが、図９（ｅ）に示すように、上側又は下側に傾けても良い。なお、ネジ２７０の上側の外角２７３及び下側の外角２７４が共に鈍角となる範囲である。一方が直角又は鋭角になってしまうと、捻じ込み又は引き抜き時にネジ２７０の付け根に強い力が掛かり、破壊される可能性が大きくなる。また、一方が鋭角になると、ネジ２７０の先端が尖ってくるので、合成枕木４００を傷付けやすくなる。共に鈍角であれば、その可能性は低減し、特に二等辺三角形に近い形状であれば、捻じ込み及び引き抜きにおける特性のバランスが良い。

また、合成枕木４００に空ける下穴４１０の内径４１１は１６ミリメートルに狭めたが、図９（ｆ）に示すように、従来に合わせて１８ミリメートルの下穴４１０を空ける場合、ねじくぎ２００の外径２９２を１８ミリメートルと太くしても良い。下穴４１０とねじくぎ２００の隙間を小さくすることにより、下穴４１０内でねじくぎ２００がぐらつくことも無くなり、合成枕木４００を傷付ける可能性も低くなる。

レール６００を敷設する場所に応じて、図９（ａ）〜（ｆ）に示すような変形又はそれ以外の変形を加えても良い。それにより、本発明のレール用締結具と同様の効果を得ることができる。すなわち、従来よりも弱い力で捻じ込むことができ、作業効率を向上させることができ、また、敷設後に電車等が通過する際の振動等があっても、合成枕木４００との隙間が少ないので、合成枕木４００の劣化を抑制することができる。

以上、本発明の実施例を述べたが、これらに限定されるものではない。例えば、レール締結具の製造方法７００において、ねじくぎ２００のネジ２７０は、熱間転造７２０によって形成しているが、素材２０１を切削することによって形成しても良い。また、表面研削７３０をした後で、表面処理７４０を行っているが、いずれかの工程を省いても良い。

１００：レール用締結装置
２００，２００ａ：ねじくぎ
２０１：素材
２１０：頭部
２２０：フランジ部
２３０：軸部
２４０：テーパ部
２５０，２５０ａ：ストレート部
２５１：引抜方向
２５２，２５２ａ：力方向
２６０：先端部
２７０，２７０ａ：ネジ
２７１，２７１ａ：高さ
２７２，２７２ａ：内角
２７３，２７３ａ：外角
２７４，２７４ａ：外角
２７５，２７５ａ：稜線
２７６，２７６ａ：稜線
２７７，２７７ａ：ピッチ
２８０，２８０ａ：ネジ山
２８１，２８１ａ：面積
２８２，２８２ａ：外径
２９０，２９０ａ：ネジ谷
２９１，２９１ａ：面積
２９２，２９２ａ：外径
３００：タイプレート
３１０：ワッシャー
４００：合成枕木
４１０，４１０ａ：下穴
４１１，４１１ａ：内径
５００：クリップ
５１０：留具
６００：レール
７００：製造方法
７１０：先付加工
７２０：熱間転造
７２１：転造機
７２２：転造ダイス
７２３：転造ダイス
７２４：転造ダイス
７２５：凹凸
７３０：表面研削
７４０：表面処理
８００：試験方法
８１０：下穴掘削
８２０：手締め
８３０：トルク測定
８４０：評価

Claims

合成枕木に空けた下穴に挿すための先端部と、
前記先端部に連設され、円柱状の周面にネジが形成されたストレート部と、
前記ストレート部に連設され、円錐台状の周面に前記ストレート部から続く前記ネジが形成されたテーパ部と、
前記テーパ部に連設された円柱状の軸部と、
前記軸部に連設された鍔状のフランジ部と、
前記フランジ部に連設され、回転用工具に固定するための頭部と、を有し、
前記先端部をテーパ状に細くし、
前記ネジの山の形状を二等辺状に形成し、
前記ネジの谷と前記下穴との隙間を無くした、
ことを特徴とするレール用締結具。
前記ストレート部及び前記テーパ部の表面から酸化物を研削した、
ことを特徴とする請求項１に記載のレール用締結具。
前記ストレート部及び前記テーパ部の表面に潤滑剤を被覆した、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のレール用締結具。
前記ネジの内角を５５度以下にした、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレール用締結具。
前記ネジの高さを、前記枕木と前記フランジ部の間に介されるタイプレートに空けられた孔を貫通できる範囲で高くした、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレール用締結具。
前記ネジのピッチを１２ミリメートル以上にした、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレール用締結具。
前記ネジの稜線を湾曲状に凹ませた、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のレール用締結具。
前記ネジの形状を二等辺状から外角が鋭角にならない範囲で傾斜させた、
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のレール用締結具。
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のレール用締結具を使用した、
ことを特徴とするレール締結装置。
合成枕木に空けた下穴に挿すための先端部をテーパ状に細くする先付加工工程と、
前記先端部に連設された円柱状のストレート部及び前記ストレート部に連設された円錐台状のテーパ部を加熱し、３つの回転する円筒状の型の間に挿しこむことにより、周面にネジを形成する熱間転造工程と、
前記ストレート部及び前記テーパ部の表面から酸化物を研削する表面研削工程と、
前記ストレート部及び前記テーパ部の表面に潤滑剤を被覆する表面処理工程と、を有する、
ことを特徴とするレール用締結具の製造方法。