JPS59642B2 - レ−ルの接合法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレールの接合法に係り、さらに詳しくは、特殊
な部分的形状記憶効果を有する鋼を利用した新規なレー
ル接合法に関するものである。

現在、レールの接合は溶接、ボルト・ナツトなどによる
方法が広く採用されている。

しかしながらこれらの方法はいずれもその作業が煩雑で
あり、その上、溶接による場合には接合部においてレー
ル自体を一度溶融点以上にまで加熱するので鋼材にとっ
て好ましい特性が失われることがあるとか、あるいはボ
ルト・ナツトによる接合の場合には、継目が特に激しく
摩耗することがあるなどの問題点が不可避的に存在する
。

これらの諸問題点を改善するためには基本的に、接合法
自体を変更せねばならない。

しかし、現在ではこれらの接合法と異なる方法は見出さ
れていない。

本発明者は、これらの実情にかんがみて、従来にない全
く新しい見地よりレールの接合法を検討したところ、成
る種の合金鋼に認められる部分的形状記憶効果を有効に
利用するなら、在来の接合法にみられない長所を有する
接合法が可能であることを見出して本発明をなしたもの
である。

即ち、本発明は部分的形状記憶効果を有する鋼を素材と
する継目板または、これにさらに挿入板を伴なったレー
ル接合用部材を、室温で予め加工して塑性変形歪を付与
しておき、次いで、該部材を接合部の所定位置に組み込
み通常のボルト・ナツトにより固定したのち前記鋼の変
態点以上に該接合部を加熱することを特徴とするレール
の接合法である。

以下に本発明の詳細な説明する。

まずここで云う部分的形状記憶効果とは次のようなもの
である。

第１図Ａは部分的形状記憶効果についてのびと温度の関
係を模式的に示したものであるが、同図に示すように成
る材料にＭｓ点以下の温度で圧縮の塑性歪を与えた後、
Ａｓ点又はＡｆ点以上に加熱すると温度とのびの関係で
温度上昇と共に、途中変態点を通り点Ｏから点Ａに達し
、次いで温度降下と供に、途中変態点を通り点Ｂに達す
る。

すなわち、加熱前後で、その材料の寸法が面だけ変化し
ているものである。

このように、圧縮塑性歪を予め与えたときには、加熱冷
却後には材料は膨張することになる。

予め与える塑性歪が引張の場合には、同じような加熱・
冷却後の材料は逆に収縮することになる。

一方策１図Ｂに示すのは加熱冷却前に何らの塑性歪も与
えない場合ののびと温度の関係を示すもので加熱冷却後
には材料の形状は加熱直前の点０にもどり寸法の変化は
認められない。

また、当然ながら、部分的形状記憶効果を起す性質を具
備しない材料では加熱・冷却前にどのような塑性歪を与
えて次いで加熱・冷却を行なっても、その材料の形状は
加熱前後で変化しないことは論をまたない。

さらに、部分的形状記憶効果を有する材料に予め与える
塑性歪として引張や圧縮のみでなく、ねじりや曲げなど
の塑性歪を与えても全く同様の効果が得られるものであ
る。

以上の如き特性を有する合金鋼として、Ｍｎ系、Ｍｎ
−Ｓ ｉ系、Ｍｎ −Ｃｒ系、Ｍｎ −Ｎ ｉ系、 Ｃ
−Ｍｎ系の種々の鋼があるがこれらはいづれも加工硬化
性がきわめて大きく、これはレールの性能上有効な特性
である。

次に、かかる材料を接合用部材として使用する場合の実
施態様について説明する。

まず、接合すべき任意の種類のレール１，１を第２図に
示すように突き合せる。

次に適当な組成をもつ部分的形状記憶効果を有する鋼を
素材として、予め室温で引張塑性歪をたとえば１５％〜
２０％程度与え、引張歪がその長手方向に残るように室
温で第３図に示すようなレール用継目板に成形加工する
。

同図において５はボルト孔である。なお、継目板を一継
手毎に２枚準備することは云うまでもない。

これら継目板３を接合用部材として、レールの継目を組
み立てるには、第４図に示すように継目板３をレール継
手部の両側に配置し、通常のボルト・ナツト４で固定す
る。

この場合、レール１，１、ボルト・ナツト４は通常の材
料によるものである。

また、継目板３に通すボルト４の数は任意である。

このようにして組み立てを終えたら、簡単なバーナー又
はそれ相当の加熱治具を用いて、接合用部材である継目
板３を含むレール接合部を部分的形状記憶効果を有する
鋼の変態点以上に数分間加熱保持し任意の冷却速度で宿
温まで冷却させる。

以上の作業で、継目板３は長手方向に収縮しようとする
性質がレール１，１により支持された数本のボルト４に
より拘束されるため引張応力を有することになる。

従って、レール１，１自体の接合部は継目板３の収縮に
より圧縮応力を生ずることになり接合部として完全なも
のになる。

以上の手段により、レールの接合が強固に行なかれるの
で、普通の使用条件であれば、レールの接合部としては
充分に使用に耐えうるものであるが、特に使用条件が苛
酷な場合、たとえば、高速鉄道などのようにレールの継
目部の摩耗が激しく起りやすい場合でかつ、強固な接合
が望まれる場合には、レールとレールの間にさらに部分
的形状記憶効果を有する鋼で製作した挿入板を使用する
ことにより、この部分的形状記憶効果を有する鋼が有す
る大きな加工硬化能のために、より一層の強固でかつ有
効な接合部が得られる。

かかる挿入板を接合用部材の一つとして使用する場合の
実施態様について次に説明する。

まず、接合すべき任意の種類のレール１，１を第５図に
示すように継目間隔ｔをもって突き合せる。

次に適当な組成をもつ部分的形状記憶効果を有する鋼を
素材として、予め室温で圧延又は圧縮によりたとえば１
５〜２０％程度の塑性歪を与え塑性歪を残すと共に第６
図のようにレールの断面と同一の形状で厚みがｔになる
ように挿入板２に加工し一方、前記と同様に予め室温で
引張塑性歪をたとえば１５〜２０％程度与え、引張歪が
その長手方向に残るように室温で第３図に示すようなレ
ール用継目板に成形加工する。

これら挿入板２および継目板３を接合用部材として、レ
ールの継手を組み立てるには、第７図に示すようにレー
ル１間のギャップｔなるところに挿入板２を挿入し、次
いで、継目板３をレール継手部の両側に配置し通常のボ
ルト・ナツト４で固定する。

この場合、レール１，１、ボルト・ナツト４は前述の通
り通常の材料によるものである。

このようにして組み立てを終えたら、簡単なバーナー又
はそれ相当の加熱治具を用いて、接合用部材である挿入
板２と、継目板３を含むレール接合部を部分的形状記憶
効果を有する鋼の変態点以上に数分間加熱保持し任意の
冷却速度で室温まで冷却させる。

以上の作業で、挿入板２は部分的形状記憶効果により板
厚方向に膨張しようとする性質がレール１により抑えら
れ圧縮応力を有することになり、また、継目板３は長手
方向に収縮しようとする性質がレール１，１により支持
された数本のボルト４により拘束されるため引張応力を
有することになる。

従って、レール１，１自体の接合部は挿入板２と継目板
３の双方により圧縮応力を生ずることになり接合部とし
て一層完全なものになる。

しかも、挿入板２は用いられる素材の性質上加硬化性の
大なものであるから車輪と接する部分は車輛通行により
硬化するためこの接合部の特に挿入板２のところのみが
摩耗が優先することはなく健全な接合部を得ることが出
来る。

最後に、実施例により本発明の効果をさらに具体的に示
す。

〔実施例 １〕 通常の５０に９Ｎし一ル２本を間隙Ｏｍｍで突き合せす
るに際し、第１表に示す３種類（Ｍｎ系、Ｃ−Ｍｎ系、
Ｓ ｉ −Ｍｎ−ＡＩ系）の異なる部分的形状記憶効果
を有する鋼を予め室温で引張により１６．１％の塑性引
張歪を残しておき、これを素材としてＪＩＳＥＩ １０
２規格の寸法の５０に９Ｎレール用継目板を作成した。

なお、比較のため、規格品の５０ｋｇＮレール用継目板
を準備した。

継目板第１表に示す鋼材によるものを各２枚づつ計６枚
、規格品の継目板を２枚準備した。

これら、部分的形状記憶効果を有する鋼で作成した継目
板を利用して継手部を組み立てた後、第１表に示す各々
のＡｓ点より１００〜１５０℃高い温度に継手郡全体を
加熱して、約１０分保持徐冷した。

比較のための継手は継目板をボルトで締めつけるところ
までは、部分的形状記憶効果を有する鋼を使用する場合
と同一であるが、加熱は行なわずそのままにしておいた
。

その結果、比較の継手はレール間の密着性は不十分で接
合状態は部分的形状記憶効果を有する鋼を使用した継手
よりも不良であった。

しかるに、部分的形状記憶効果を有する鋼の継目板を使
用したときには、加熱後、冷却した後室温においては、
継目板自体が収縮する傾向を有するために、レール間に
は圧縮応力が働き充分に強固な接合状態が生じ、レール
間の間隙はなくなり極めて良好な密着性が認められた。

〔実施例 ２〕 通常の５０ｋｇＮレール２本を間隙ｔ＝１０ｍｍで突き
合せするに際し、第１表に示す３種類（Ｍｎ系、Ｃ−Ｍ
ｎ系、Ｓ ｉ −Ｍｎ −ＡＩ系）の異なる部分的形状
記憶効果を有する鋼を予め室温で引張により１７．５％
の塑性引張歪を残すことにより得られた素材および、同
じく室温で圧延により１６．８％の圧縮歪を残すことに
より得られた素材からＪＩＳＥＩ １０２規格の寸法の
５０に９Ｎレール用継目板および本発明独特の挿入板を
各々作成した。

この場合、挿入板はその形状は５０ｋｇＮレールの断面
と同じで、厚みは１０ｍｒＬである。

なお、比較のため、規格品の５０に９Ｎレール用継目板
および、同成分の鋼材で前記挿入板と同一形状のものを
準備した。

部分的形状記憶効果を有する鋼で製作した継目板および
挿入板を利用して継手部を組み立てた後、第１表に示す
各々のＡｓ点より１００〜１５０°Ｃ高い温度に継手郡
全体を加熱して、約１０分保持後冷却した。

比較の継手は挿入板をレール間隙に挿入し、継目板をボ
ルト締めするところまでは部分的形状記憶効果を有する
鋼を使用する場合と同一であるが、ボルト締め終了後加
熱は行なわずそのままにしておいた。

その結果、比較の継手では、レール間に挿入した挿入板
はどのようなボルト締めを強くしても密着性が不良で、
レール間で動かせる状態で、レール間の接合状態はゆる
いものとなっており、レール間の密着性の点で十分とは
云えなかった。

しかるに、部分的形状記憶効果を有する鋼を接合部材と
した継手は、加熱終了後室温まで冷却されたときには、
継目板自体の収縮する傾向及び挿入板の膨張しようとす
る傾向が重畳効果を及ぼし合い、挿入板はガタが全くな
い状態で、レール間の密着度合はきわめて大きいもので
あった。

【図面の簡単な説明】

第１図は温度とのびの関係図で、Ａは部分的形状効果を
有する鋼に予め圧縮塑性歪を与えた場合、Ｂは同じ鋼に
予歪を与えない場合の図、第２図、第５図はレール接合
部の正面図、第３図は継目板の正面図および側面図、第
４図、第７図はレール接合部の全体構成図、第６図は挿
入板の正面図および側面図である。 １・・・・・・レール本体、２・・・・・・挿入板、３
・・・・・・継目板、４・・・・・・締付ボルト、５・
・・・・・ボルト孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 部分的形状記憶効果を有する鋼を素材とする継目板
   からなるレール接合用部材を、室温で予め加工して塑性
   変形歪を付与しておき、次いで該部材を接合部の所定位
   置に組み込み通常のボルト・ナツトにより固定したのち
   前記鋼の変態点以上に該接合部を加熱することを特徴と
   するレールの接合法。 ２ 部分的形状記憶効果を有する鋼を素材とする継目板
   および挿入板からなるレール接合用部材を、室温で予め
   加工して塑性変形歪を付与しておき、次いで該部材を接
   合部の所定位置に組み込み通常のボルト・ナツトにより
   固定したのち、前記鋼の変態点以上に該接合部を加熱す
   ることを特徴とするレールの接合法。