JPH11271153A - レール応力測定用治具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レールへの取り付けや取り外しが容易で、し
かも再現性のよい測定結果が得られるレール応力測定用
治具を提供する。 【解決手段】 センサ３０を治具１のホルダ５内に挿入
すると、センサ３０はセンサ取付用バネ１６によってホ
ルダ５のレール５０側の開口から突出した状態となる。
次にレール挟み用バネ４、４の付勢力に抗して両アーム
２、３を開き、レール５０の上方から被せ、各当接部
８、９、１０をレールの所定面に当接させた状態で両ア
ーム２、３を閉じる。すると、両アーム２、３はレール
挟み用バネ４、４のバネ力によりレール５０に強く押し
付けられた状態となり、センサ３０のセンサ面３１はセ
ンサ押付け用バネ１６によりケース３２を介してレール
腹部５４に押し付けられた状態となる。このため、レー
ル腹部５４に対するセンサ面３１の姿勢は測定ごとに変
わることがなく、再現性のよい測定結果が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気異方性センサ
を用いてレール応力を測定する際に使用するレール応力
測定用治具に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄道軌道を構成するレールは両端が自由
に伸縮できないため、温度変化により伸縮力が生じた場
合、その伸縮力は圧縮力または引張力として内部に潜在
する。これが内部応力であり、この内部応力のうちレー
ルの長手方向の成分をレール応力と呼ぶ。なお、内部応
力には、レールの製造過程の外力の一部が残留する残留
応力もある。

【０００３】ところで、低温のためにレールにおいて大
きな引張力が発生すると、レール自身に切れ目が入るお
それがあり、逆に、高温のために大きな圧縮力が発生す
ると、いわゆる座屈現象がおきるおそれがある。このた
め、例えば所定の最適温度において軌道整備を行うこと
により、このような問題が発生するのを防止することが
ある。

【０００４】しかしながら、最適に調整された軌道にお
いても、温度のほか種々の要因の変化によりレールに異
常をきたすことが考えられる。このため、レール応力を
適宜測定して、上記のような問題が発生するのを未然に
防ぐことが必要とされる。このようなレール応力を適宜
測定するための測定器としては、磁気異方性センサを利
用したものが提案されている。図４（ａ）、（ｂ）は磁
気異方性センサの説明図であるが、この図を用いて、レ
ール応力の測定原理を簡単に説明する。一軸応力の作用
するレール上に磁気異方性センサが置かれている場合を
考える。この磁気異方性センサは二つのコの字形のコア
７１、７２が直交するように組み合わされ、それらの脚
には巻線Ｅ１、Ｅ２および巻線Ｄ１、Ｄ２が巻かれてい
る。そして、巻線Ｅ１、Ｅ２は直列に接続されて磁化コ
イルを構成し、巻線Ｄ１、Ｄ２は直列に接続されて検出
コイルを構成している。そして、磁気異方性センサとレ
ールとにより一種のトランスが形成され、磁化コイルの
両端子間に交流電圧Ｖｅをかけて巻線Ｅ１、Ｅ２に適当
な周波数の交流電流ｉｅを流すと、検出コイルである巻
線Ｄ１、Ｄ２には電圧Ｖｄが誘起される。

【０００５】磁束は巻線Ｅ１から巻線Ｅ２へ直接向かう
ものだけでなく、広がりをもっている。この広がった磁
束について考える。巻線Ｅ１から出た磁束は巻線Ｄ１ま
たは巻線Ｄ２に達すると、磁束の通りやすい（透磁率の
高い）検出用のコア７２中を経て巻線Ｅ２に入る。その
経路を図４（ａ）に実線と破線で示す。磁化コイルには
一定振幅の交流電流ｉｅが供給されているので、検出コ
イルには実線と破線で示した磁束の差に比例した電圧が
発生する。この差は応力の作用方向とそれに垂直な方向
の透磁率μ１およびμ２の差に比例する。上で述べたよ
うに、引張応力が作用する場合にはμ２が減少し、圧縮
応力が作用する場合にはμ１が減少する。引張と圧縮の
区別は、同期整流によって検出電圧が正および負になる
ことでわかる。検出電圧と作用電力の関係を予め求めて
おけば、このセンサで応力が測定できる。

【０００６】ところで、このように磁気異方性センサを
利用してレール応力を測定する測定用治具としては、例
えば図５に示すように、磁気異方性センサをレールの底
面上部に取り付けるための取付具８０が知られていた
（特開昭５８−２１６９２４号参照）。この取付具８０
は、非磁性材料製であり、レールの底面に外方より挿入
し、蝶ネジ８２、８２で締め付けてレールに固定するも
のである。また、取付具８０の円筒部８１には、磁気異
方性センサが内蔵される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５の
取付具８０では、蝶ネジ８２、８２の締め具合によって
センサ面とレール面との距離が微妙に変化するおそれが
あり、これによって測定するたびに測定結果が変動する
おそれがあった。

【０００８】また、取付具８０をレールの底面に外方か
ら挿入する場合、その前処理としてレール底面周囲に存
在するバラスト（砕石）を取り除く必要があり、後処理
としてバラストをもとに戻す作業が必要なため、レール
への取り付けや取り外しが煩雑であった。

【０００９】更に、磁気異方性センサは軸回転可能に支
持されているため、磁気異方性センサを位置固定した状
態で測定しようとすると、測定するたびに測定結果が変
動するおそれがあった。これは、４つの接点すなわちコ
ア７１の両端７１ａ、７１ｂとコア７２の両端７２ａ、
７２ｂが四角形を形成するように配置されたセンサ面
（図５（ｂ）参照）が測定するたびに微妙に軸回転し
て、これら４つの接点７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂ
の対角線と水平線とのなす角度が変動し、これによって
測定するたびに測定結果が変動したものと考えられる。

【００１０】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、レールへの取り付けや取り外しが容易で、しかも再
現性のよい測定結果が得られるレール応力測定用治具を
提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段及び発明の効果】上記課題
を解決するため、本発明のレール応力測定用治具は、開
閉動作可能であり、レールを左右両側から挟み込むこと
が可能な一対のアームと、前記一対のアームに取り付け
られ、該一対のアームが閉じるように付勢する付勢部材
と、前記一対のアームの一方に設けられ、磁気異方性セ
ンサのセンサ面をレールの被測定面に向けた状態で前記
磁気異方性センサを支持可能なホルダとを備えたことを
特徴とする。

【００１２】本発明の測定用治具では、まず、ホルダに
磁気異方性センサを支持させ、その状態で付勢部材の付
勢力に抗して一対のアームを開く。そして、開いた状態
の測定用治具をレールの上方から被せ、付勢部材の付勢
力により両アームを閉じる。すると、測定用治具の一対
のアームは、付勢部材の付勢力によりレールを挟み込ん
だ状態で堅固に保持される。このように保持されたアー
ムのホルダには、センサ面をレール被測定面に向けた状
態で磁気異方性センサが支持されている。その後、磁気
異方性センサによりレール応力の測定を行う。

【００１３】本発明の測定用治具によれば、磁気異方性
センサはレールを挟み込んだ状態で堅固に保持された一
対のアームの一方に設けられたホルダに支持されている
ので、レールの被測定面に対するセンサ面の姿勢が測定
ごとに変化するのを抑えられる。このため、測定ごとに
レール応力の値が変動することが少なく、再現性のよい
測定結果が得られる。また、付勢部材の付勢力によりレ
ールを左右両側から一対のアームによって挟み込む構成
のため、レールへの取り付けや取り外しが容易である。

【００１４】本発明の測定用治具においては、一対のア
ームのうちホルダが設けられたアームには、レール頭頂
面に当接する頭頂面当接部およびレール側面（例えばレ
ール腹部やレール底部側面など）に当接する側面当接部
を有していることが好ましい。この場合、一対のアーム
は少なくとも頭頂面当接部と側面当接部の２点で位置決
めされるため、レールに対する一対のアームの姿勢がほ
ぼ一義的に決まる。このため、レールの被測定面に対す
るセンサ面の姿勢が測定ごとに変化するのを一層抑える
ことができ、より再現性のよい測定結果が得られる。

【００１５】このとき、ホルダ内には磁気異方性センサ
のセンサ面をレールの被測定面に向かって付勢する弾性
部材が設けられ、センサ面はレールの被測定面との間隔
を所定距離に保つ介在部材を介して弾性部材の付勢によ
りレールの被測定面に押し付けられるように構成しても
よい。この場合、前述のとおりレールに対する一対のア
ームの姿勢がほぼ一義的に決まるうえ、磁気異方性セン
サは弾性部材の付勢によりそのセンサ面が介在部材を介
してレールの被測定面に押し付けられるため、レールに
対するセンサ面の姿勢もほぼ一義的に決まる。この結
果、磁気異方性センサをホルダに支持する際のバラツキ
を解消でき、より再現性のよい測定結果が得られる。な
お、センサ面とレールの被測定面との間隔ｄは例えば０
＜ｄ＜１ｍｍとするのが好ましい。

【００１６】ところで、一般にセンサ面は通常４つの接
点が四角形を形成するように配置されているが、これら
４つの接点の対角線と水平線とのなす角度が測定ごとに
変動するとすれば、レール応力の測定値も変動する。こ
の点に鑑み、本発明の測定用治具においては、断面略多
角形状または断面略楕円状の磁気異方性センサを用い、
ホルダをこの磁気異方性センサと略同形状の孔として形
成するのが好ましい。この場合、ホルダ内に支持された
磁気異方性センサは軸回転不能であるため、上記４つの
接点の対角線と水平線とのなす角度が測定ごとに変化す
ることがない。このため、より再現性のよい測定結果が
得られる。なお、上記角度は４５°前後であることが好
ましい。

【００１７】また、本発明の測定用治具においては、レ
ールの被測定面はレール腹部であることが好ましい。こ
の場合、レール腹部はレールの他の箇所に比べて広範囲
に平面を有するため、センサ面を設置しやすい。更に、
本発明の測定用治具においては、一対のアームのうち少
なくとも一方は、レールの外観形状に沿って形成されて
いることが好ましい。この場合、アームがレールの外観
形状に沿って形成されているため、測定用治具をレール
上に位置決めする際に、位置決めしやすい。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
を図面に基づいて説明する。図１は本実施形態の正面
図、図２は同じく右側面図である。本実施形態のレール
応力測定用治具（以下、単に治具という）１は、主とし
て、一対のアームすなわち第１アーム２及び第２アーム
３、両アーム２、３間に掛け渡された一対のレール挟み
用バネ（本発明の付勢部材に相当）４、４、第２アーム
３に設けられたホルダ５などから構成されている。

【００１９】第１アーム２と第２アーム３は、非磁性の
プラスチック製であり、互いに蝶番６を介して連結され
ている。この第１アーム２と第２アーム３は、蝶番６を
軸として開閉可能であり、レール５０の左右両側から挟
み込むことが可能である。第１アーム２は図１に示され
るように略コの字状に形成され、先端面に設けられたＶ
溝２ａにアルミ丸棒７が固着されている。このアルミ丸
棒７はレール５０の腹部（被測定面と反対側の面）と直
接接触する部材である。

【００２０】第２アーム３は、レール５０に面する側
に、頭頂面当接部８、頭側面当接部９、底側面当接部１
０（後二者が本発明の側面当接部に相当）を有してい
る。頭頂面当接部８は、レール頭頂面５１に当接する板
部材であり、第２アーム３の上部下面から下向きに延び
出した支持部材１１の端面に設けられている。頭側面当
接部９は、レール頭側面５２に当接する板部材であり、
第２アーム３の内側面の上方から水平に延び出した支持
部材１２の端面に設けられている。底側面当接部１０
は、レール底側面５３に当接する板部材であり、第２ア
ーム３の内側面の下方から水平に延び出した支持部材１
３の端面に設けられている。これらの当接部８、９、１
０は、測定しようとするレール５０の規格に応じてその
位置関係が決められている。また、第２アーム３の表側
および裏側には、レール頭側面５２からレール底側面５
３にかけての曲線形状に沿って形成された板状部材１４
がそれぞれ設けられている。

【００２１】各レール挟み用バネ４は、第１アーム２の
バネ挿通孔２ｂに一端が固定され、支持部材１１のバネ
挿通孔１１ｂを通って、第２アーム３のバネ挿通孔３ｂ
に他端が固定されており、第１アーム２と第２アーム３
とが蝶番６を軸として閉じるように付勢している。

【００２２】ホルダ５は、第２アーム３のうち頭側面当
接部９と底側面当接部１０の中間に、直方体形状（断面
略四角形）の磁気異方性センサ３０と同形状の内部空間
として形成されている。この内部空間のうちレール５０
側の開口は開放されているが、レール５０と反対側の開
口は閉塞板１５によって閉じられている。このホルダ５
は、センサ面３１をレール５０に向けた状態で磁気異方
性センサ３０を支持するものである。また、ホルダ５内
にはセンサ押付け用バネ１６（本発明の弾性部材に相
当）が配設され、このセンサ押付け用バネ１６はその付
勢力により磁気異方性センサ３０をホルダ５のレール５
０側の開口から外方に突出するように作用している。

【００２３】磁気異方性センサ３０は、図示しない測定
器本体に接続されている。その測定器本体は、図示しな
いスイッチを押すと磁気異方性センサ３０が作動してレ
ール応力の測定が行われ、その測定結果がプリントアウ
トされるものである。磁気異方性センサ３０は、［従来
の技術］の欄で説明したとおり、図４（ａ）に示すよう
な二つのコの字形のコア７１、７２が直交するように組
み合わされ、図２に示すように、そのコア７１、７２の
両端である４つの接点７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂ
がセンサ面３１上に四角形を形成するように露出してい
る。そして、ホルダ５内にこの磁気異方性センサ３０を
挿入したとき、これら４つの接点７１ａ、７１ｂ、７２
ａ、７２ｂの対角線ＣＬと水平線ＨＬとのなす角度が、
約４５°に固定されるように設計されている。また、セ
ンサ面３１は磁気異方性センサ３０の外郭をなすケース
３２（本発明の介在部材に相当）を介してレール腹部５
４（本発明のレール被測定面に相当）に接触するように
構成されている。つまり、センサ面３１はケース３２を
介してレール腹部５４と所定間隔（コンマ数ｍｍ）をも
って配置される。

【００２４】次に、本実施形態の治具１の使用方法につ
いて説明する。まず、直方体状の磁気異方性センサ３０
を治具１のホルダ５内に挿入する。このとき、磁気異方
性センサ３０のセンサ面３１側は、センサ押付け用バネ
１６の付勢によってホルダ５のレール５０側の開口から
外方向に突出した状態となる。

【００２５】続いて、レール挟み用バネ４、４の付勢力
に抗して、第１アーム２と第２アーム３を蝶番６を軸と
して開いた状態とし、測定しようとするレール５０の上
方から被せる。そして、頭頂面当接部８をレール頭頂面
５１に当接させ、頭側面当接部９をレール頭側面５２に
当接させ、底側面当接部１０をレール底側面５３に当接
させた状態すなわち位置決めした状態で、レール挟み用
バネ４、４の付勢力により両アーム２、３を閉じる。す
ると、レール５０は治具１の第１アーム２と第２アーム
３によって挟み込まれた状態となる。

【００２６】このとき、レール挟み用バネ４、４のバネ
力により、第１アーム２のアルミ丸棒７及び第２アーム
３の各当接部８、９、１０はレール５０に押し付けられ
た状態となり、堅固に保持される。第２アーム３は３点
で位置決めされるため、レール５０に対する第１及び第
２アーム２、３の姿勢がほぼ一義的に決まる。また、磁
気異方性センサ３０のセンサ面３１は、センサ押付け用
バネ１６のバネ力により、ケース３２を介してレール腹
部５４に押し付けられた状態となる。このため、レール
５０に対するセンサ面３１の姿勢は、レール腹部５４か
ら所定距離だけ隔てた位置にて、ほぼ一義的に決まる。
なお、レール挟み用バネ４のバネ力は、センサ押付け用
バネのバネ力よりも大きい。

【００２７】この状態で、磁気異方性センサ３０に接続
された図示しない測定器本体のスイッチをオンしてレー
ル応力の測定を行う。測定結果はこの測定器本体からプ
リントアウトされる。次に、実際に、本実施形態の治具
１を用いて磁気異方性センサ３０を実験用レール（長さ
を短く切断したレール）に取り付け、この実験用レール
の腹部の応力を測定し、その後この治具を取り外すとい
う測定作業を複数回繰り返した。一方、比較対照とし
て、ゴムバンドで周りを巻くようにして磁気異方性セン
サ３０を実験用レールに取り付け、この実験用レールの
腹部の出力電圧を測定し、その後磁気異方性センサ３０
を取り外すという測定作業を複数回繰り返した。

【００２８】その結果を下記表１に示す。この表１から
明らかなように、本実施形態の治具１を用いた場合に
は、測定ごとの出力電圧値にばらつきが少なく、再現性
が極めて高かった。これに対して比較対照ではばらつき
が大きく、再現性が乏しかった。

【００２９】なお、本発明の測定器出力電圧は実際の応
力値と比例関係にあり、応力値の明確なレールを用意す
ること、あるいは、レールに応力をかけて測定すること
により、簡単に電圧値−応力値の更正ができる。

【００３０】

【表１】

【００３１】以上詳述した本実施形態の治具１によれ
ば、以下の効果が得られる。 第２アーム３は頭頂面当接部８、頭側面当接部９、底
側面当接部１０の３点で位置決めされているため、レー
ル５０に対する第１及び第２アーム２、３の姿勢がほぼ
一義的に決まる。このため、レール腹部５４に対するセ
ンサ面３１の姿勢が測定ごとに変化するのを抑えること
ができ、再現性のよい測定結果が得られる。

【００３２】ホルダ５内には磁気異方性センサ３０の
センサ面３１をレール腹部５４に向かって付勢するセン
サ押付けバネ１６が設けられ、センサ面３１はレール腹
部５４との間隔を所定距離に保つケース３２を介してセ
ンサ押付けバネ１６の付勢によりレール腹部５４に押し
付けられているため、レール５０に対するセンサ面３１
の姿勢はほぼ一義的に決まる。この結果、磁気異方性セ
ンサ３０をホルダ５に支持する際のバラツキを解消で
き、より再現性のよい測定結果が得られる。

【００３３】磁気異方性センサ３０の断面を略四角形
状とし、ホルダ５もこの形状に合わせて形成したため、
ホルダ５内で磁気異方性センサ３０が軸回転してしまう
ことがなく絶えず一定の姿勢で保持される。このため、
レール応力の測定値の変動が抑えられ、再現性のよい測
定結果が得られる。

【００３４】治具１は第１アーム２と第２アーム３を
開閉してレール５０を挟み込むタイプのため、取り付け
や取り外しの作業が簡便で済み、しかも持ち運び易い。 比較的広い平面を有するレール腹部５４に磁気異方性
センサ３０を押し付けて測定するため、誤差が少ない。

【００３５】第２アーム３の表裏を囲む板状部材１
４、１４をレール５０に沿った形状に形成したため、治
具１をレール５０に対して位置決めしやすい。 尚、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定さ
れるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種
々の形態を採り得ることはいうまでもない。

【００３６】例えば、図３に示すように、ホルダ５内に
センサ押付けバネ１６を設ける代わりに、磁気異方性セ
ンサ３０を台部材３５を介して閉塞板１５にネジ等で固
定するようにし、治具１をレール５０に装着したときの
センサ面３１とレール腹部５４との間隔が所定間隔（コ
ンマ数ｍｍ）となるように設計されていてもよい。この
場合も、上記、〜の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施形態のレール応力測定用治具の正面図
である。

【図２】 本実施形態のレール応力測定用治具の右側面
図である。

【図３】 別の実施形態のレール応力測定治具の部分説
明図である。

【図４】 磁気異方性センサの説明図である。

【図５】 従来の磁気異方性センサの取付用治具の説明
図である。

【符号の説明】

１・・・レール応力測定用治具、２・・・第１アーム、
３・・・第２アーム、４・・・レール挟み用バネ、５・
・・ホルダ、８・・・頭頂面当接部、９・・・頭側面当
接部、１０・・・底側面当接部、１６・・・センサ押付
け用バネ、３０・・・磁気異方性センサ、３１・・・セ
ンサ面、３２・・・ケース、５０・・・レール、５１・
・・レール頭頂面、５２・・・レール頭側面、５３・・
・レール底側面、５４・・・レール腹部、７１、７２・
・・コア、７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂ・・・接
点。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩田 英敏 愛知県半田市花園町６丁目23番地８ (72)発明者 上平 国雄 愛知県名古屋市天白区横町201

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 開閉動作可能であり、レールを左右両側
   から挟み込むことが可能な一対のアームと、 前記一対のアームに取り付けられ、該一対のアームが閉
   じるように付勢する付勢部材と、 前記一対のアームの一方に設けられ、磁気異方性センサ
   のセンサ面をレールの被測定面に向けた状態で前記磁気
   異方性センサを支持可能なホルダとを備えたことを特徴
   とするレール応力測定用治具。
2. 【請求項２】 前記一対のアームのうち前記ホルダが設
   けられたアームは、レール頭頂面に当接する頭頂面当接
   部およびレール側面に当接する側面当接部を有している
   ことを特徴とする請求項１記載のレール応力測定用治
   具。
3. 【請求項３】 前記ホルダ内には前記磁気異方性センサ
   のセンサ面をレールの被測定面に向かって付勢する弾性
   部材が設けられ、前記センサ面はレールの被測定面との
   間隔を所定距離に保つ介在部材を介して前記弾性部材の
   付勢により前記レール被測定面に押し付けられることを
   特徴とする請求項２記載のレール応力測定用治具。
4. 【請求項４】 前記磁気異方性センサは断面略多角形状
   または断面略楕円状に形成され、前記ホルダは前記磁気
   異方性センサと略同形状の孔として形成されていること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレール応
   力測定用治具。
5. 【請求項５】 前記レールの被測定面はレール腹部であ
   ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のレ
   ール応力測定用治具。
6. 【請求項６】 前記一対のアームのうち少なくとも一方
   は、レールの外観形状に沿って形成されていることを特
   徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のレール応力測
   定用治具。