JPS6345321A - レ−ルの高周波誘導加熱方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ａ、産業上の利用分野 本発明は、鉄道軌道等に使用されるレールを高周波誘導
加熱コイルにて加熱する方法に関し、さらに詳しくは、
断面が漸変するレール頭部を焼入れ等のために高周波誘
導加熱する方法に関するものである。

ｂ、従来の技術 鉄道軌道等に使用されるレールには、大別して、頭部断
面が一定な定尺レール１　（第４図参照）と、分岐器や
軌道伸縮継目等に使用されるトングレールやガードレー
ル等の如く頭部断面が長手方向及び上下方向に亘って漸
変するいわゆるＰレール（ポイント・レール）２　（第
５図参照）がある、この種のレール１．２の製造に際し
ては、多くの場合、頭部１ａ。

２ａの表面強化のために焼入処理を施こす必要がある。

定尺レールｌの頭部１ａを焼入処理するための加熱方法
としては、高周波誘導加熱コイルを用いた方法が従来よ
り確立されている。従来では、第４図に示すように、高
周波誘導加熱コイル３を定尺レールｌの頭部１ａから所
定の間隔を隔てた位置に配設し、これら両者を前記定尺
レール１の長手方向に沿って相対的に移動させることに
より、頭部１ａをその長手方向の全体に亘って高周波誘
導加熱するようにしている。ところで、従来より用いら
れている前記加熱コイル３は、直方体の所定の辺部に沿
って延びる一連の連続構成体から成り、互いに対向して
平行状に延びる一対のコイル辺部４ａ、４ｂと、コイル
辺部４ａ、４ｂに対して直交する方向に延びる一対のコ
イル辺部５ａ　＋５ｂと、これらのコイル辺部４ａ、４
ｂ及び５ａ、　５ｂの端部間に配設された４つのコイル
辺部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ　トカら構成されている。

そして、コイル辺部４ａ、４ｂばレール１の頭部１ａの
両側面１ｂに対応するようにレール１の長手方向に沿っ
て平行に配設される一方、コ・ｆル辺部５ａ、５ｂは、
前記頭部１ａの頂面１ｃに対応するようにレールｌの長
手方向と直交する方向に沿って配置されるようになって
いる。なお、加熱コイル３には、高周波電７ｆ！；ｔ７
から所定周波数の高周波誘導電流が供給されるようにな
っている しかして、定尺レール１の頭部１ａを加熱する場合には
、定尺レール１と加熱コイル３とを第４図に示す如き対
応関係をもって配置し、加熱コ−，イル３に電源７から
高周波誘導電流を供給すると共に、例えば定尺レール１
をその長手方向に沿って矢印入方向に移動させる。これ
により、定尺レールｌの頭部１ａは、加熱コイル３との
間に生じる近接効果にて、その長手方向の全体に亘って
高周波誘導加熱される。

定尺レールｌに関しては、その長手方向の全ての箇所で
の断面形状が一定であるため、定尺レール１が移動して
も加熱コイル３と定尺レール１の両側面１ｂ及び頭頂面
１ｃとの間の間隔は常に一定である。そのため、定尺レ
ールｌの頭部１ａを上述の加熱コイル３にて均一に高周
波誘導加熱することができる。

Ｃ１発明が解決しようとする問題点 しかしながら、Ｐレール２に関しては、その頭部２ａの
断面形状が第６図、第７図及び第８図に示すようにレー
ル２の長手方向の各々の箇所で漸変するため、定尺レー
ル１の場合のような従来の高周波誘導加熱方法では、均
一な加熱を行なうことができなかった・ すなわち、第９図に示すようにＰレール２の頭部２ａを
単に加熱コイル３内を通過させるだけでは、頭部２ａの
うち頭巾が狭い先端箇所（巾狭部９ａ）に対しては、頭
部２ａの片方の側面８（鉄道車両の車輪が当接する側の
面）と加熱コイル３のコイル辺部４ａ、６ａ、６ｂとの
間のギヤノブが過大となって両者間の電気的結合が非常
に悪くなり、ひいては加熱効率が大巾に低減されるため
、所定の温度（例えば、８００℃）以上の加熱に必要な
高周波電力を投入できないという問題点があった。なお
、あえて高周波電力を増加せしめると、加熱コイル３に
おけるＩ置火が大巾に増大して、加熱コイル３の損傷を
招いてしまうこととなる。

また、レール頭部の加熱処理工程における所望加熱深さ
及び加熱温度に関しては、一般に、その表面より１５鶴
以上の範囲を８００℃以上の温度に加熱することが必須
不可欠の条件である。この条件を満足するためには、高
周波誘導電流のいわゆる「深透深さ」が約１５ｕ前後と
なる周波数（約ＩＫ）１２）の電源を選定するのが最適
である。しかしＰレール２の先端の巾狭部９ａの肉厚（
頭頂中）ｔは例えば最小で１ｍｍ＄ｇ度と小さいため、
上述のような周波数１Ｋｌ１２の電源では、第１Ｏ図に
示す如くロー界周波数以下となり８００℃以上の高周波
誘導加熱を施すことができない。このため、Ｐレール２
の全長に亘って例えばｌにｌｈの同一周波数の電源で８
００℃以上に均一加熱することが不可能であった。

本発明は上述の如き実状に濫みてなされ１こものであっ
て、その目的はＰレールの如（頭部断面形状が漸変する
ものであっても、常に均一加熱をすることが可能なレー
ルの高周波誘導加熱方法を提供することにある。

ｄ、　問題点を解決するための手段 上述の如き問題点を解決するために、本発明では、頭部
断面が漸変するレールと高周波誘導加熱コイルとを相対
移動させることによって前記レールの頭部を高周波誘導
加熱するに際し、前記レールの頂面及び片方の側面と前
記加熱コイルとの間のギャップを常に一定に保持するよ
うにしている。

以下、本発明の一実施例に付き第１図〜第３図を参照し
て説明する。

第１図は、本発明に係る加熱方法を実施する高周波誘導
加熱装置１０を示すものであって、本装置１０は、一連
の連続構成体から成る筒周＄Ｌ誘導加熱コイル１１と、
この加熱コイル１１にｌＫ１１□の周波数の高周波誘導
電流を供給する高周波電源１２と、加熱コイル１１をＰ
レール１３の巾方向（矢印Ｂ方向）に水平移動可能に支
持するローラ・アセンブリ１４とから構成されている。

上述の加熱コイル１１は、Ｐレール１３の頭部１３ａの
両側面１５．１６に対して平行に対応配置される直線状
のコイル辺部１１ａ、　ｌｌｂと、これらのコイル辺部
１１ａ。

１１ｂの各両端においてほぼ直角に上方へ向けて屈曲さ
れたコイル辺部１１ｃ、ｌｉｄ及びｌｌｅ、ｌｌｆと、
前記頭部１３ａの頂面１７に対応するようにこれらのコ
イル辺部１１ｃ〜ｌｌｆの上端において互いに近づく方
向にほぼ直角に屈曲された等長のコイル辺部１１ｇ、１
１ｈ及び１１ｉ、１１ｊ　と、Ｐレール１３の長手方向
に沿って前記頂面１７と対向するようにコイル辺部１１
ｇ、　１１ｊの他端において互いに近づく方向にほぼ直
角に屈曲されたコイル辺部１１に、１１　ｚと、コイル
辺部１１ｈ、ｌｌｉの他端においてほぼ直角に屈曲され
て前記頂面１７に対向して平行に延びる等長のコイル辺
部１１ｍ、　ｌｌｎと、これらのコイル辺部１１ｍ、　
ｌｌｎに連続しかつ前記コイル辺部１１ｍ、　ｌｌｎの
先端間を斜めに横切るコイル辺部ｌｉｐとから構成され
ている。そして、前記コイル辺部１１ｋ。

１１７の先端に高周波電源１２のリード線１２ａ、　１
２ｂが接続されており、この１ｊＸ１２から加熱コイル
１１にＩ　ＫＨ。

の周波数の高周波誘導電流が供給されるようになってい
る。

一方、上述のローラ・アセンプ１月４は、一対の回転ロ
ーラ１８．１９にて構成されており、これらの回転ロー
ラ１８．１９は圧縮空気又は油圧によって鉄道車両の車
輪のフランジが当接する側のＰレール１３の側面１５及
び頂部１７に附勢力ｆＩ、ｆｚにてそれぞれ転勤自在に
圧着されている。なお、ローラ・アセンブリ１４と加熱
コイル１１とは図外の連結部材にて一体的に連結されて
いる。　また、本実施例においては、高周波電源１２か
ら供給される高周波電力、及びＰレール１３の移動速度
を数段階に切換えるための制御機構（図示せず）が設け
られており、Ｐレール１３の形状及び材質等に応じてこ
れらを適宜選定できるようになっている。

次に、このような構成の高周波誘導加熱装置１０を用い
てＰレール１３を加熱する方法に付き説明する。

まず、加熱すべきＰレール１３を第１図に示すように本
装置ｌＯに対応配置する。すなわち、加熱コイル１１の
コイル辺部１１ａ、ｌｌｂ間にＰレール１３の頭部１３
ａを配ｒすると共に、第２図（ａｌ　（ｂｌに示すよう
に、回転ローラ１８及び１９を前記頭部１３ａの側面１
５及び頂面１７に圧着係合させた状態とする。これによ
って、Ｐレール１３に対する加熱コイル１１の相対位置
が規制されルタメ、第３図＋ａ）　ｔｂｌに示すように
、加熱コイル１１のコイル辺部１１ａはＰレール１３の
側面１５に対して所定のギャップＬｌ　（例えば５〜１
２龍）をもって対応配置され、加熱コイル１１のコイル
辺部１１ｍ、ｌｌｋ等は、Ｐレール１３の頂面１７に対
して高さ方向に所定のギャップＬ２（５〜２０１）をも
って対応配置される。しかして、高周波型ｔＡ１２から
加熱コイル１１に１に！１２の周波数の高周波誘導電流
を供給すると共に、Ｐレール１３をその長手方向（矢印
Ａ方向）に沿って移動させることにより、Ｐレール１３
の頂部１３ａを高周波誘４加熱する。

なお、この場合、高周波電力及びＰレール１３の移動速
度（送り速度）は図外の制？１１１機構の働きにより段
階的に切換えられる。すなわち、Ｐレール１３が１１】
広部２０から巾狭部２１にかけて加熱コイル１１を通過
する際の一例を挙げると、第１図において、Ｒ３で示す
区間（最も巾広の部分）では２８０に臀、　ｔｏ”／Ｓ
、区間Ｒ２では２５０ＫＷ、　８”／Ｓ、区間Ｒ３では
２２０に讐、　？−”／Ｓ、区間Ｒ４では１８０ＸＷ、
　６″１＠／Ｓ、区間ＲＳでは１５０ＫＷ、　５”／Ｓ
である。

この際、回転ローラ１８及び１９は所定の附勢力ｆ、、
ｆχにてＰレール１３の側面１５及び頂面１７に常時圧
着しているため、高周波誘導加熱装置１０がＰレール１
３の巾広部２０から巾狭部２１にかけて相対的に移動さ
れるのに伴ってローラ・アセンブ言月４及び加熱コイル
１１はＰレール１３の巾方向（矢印Ｂ方向）に水平に偏
倚される。その結果、加熱コイル１１のコイル辺部１１
ａ　カＰレール１３の側面１５に追従動作し、これらの
間のギャップＬ１は常に保たれることとなる。

本実施例によれば、Ｐレール１３の側面１５を１にＨｚ
の電源で８００℃以上の温度に加熱し得るように１５１
１以上の肉厚部分に対応する位置に加熱コイル１１のコ
イル辺部１１ａを配置し、かつ、Ｐレール１３と加熱コ
イル１１のコイル辺部１１ａとの間の電気的結合を改善
するためにローラ・アセンブリ１４を設けてＰレール１
３の側部１５との間のギャップＬ１を所望の一定間隔（
５〜１２龍）に保持するようにしたので、当該部分に必
要な高周波電力を投入し得てこの部分を８００℃以上の
所要温度に高周波誘導加熱することができる。

しかも、上述のように、コイル辺部１１ａに対応する部
分を８００℃以上に加熱できるので、当該部分からの熱
伝導と、加熱コイル１１のコイル辺部１１ｇ、　ｌｌｉ
、　ｌｌｋ。

１１ｎ等との間に生じる近接効果による加熱作用との相
乗効果によって、Ｐレール１３の頭部１３ａのうちｒｊ
＋が約１５ｍ以下の部分（従来では、Ｉ　ＫＨｚの電源
では５００℃程度しか加熱し得なかった部分）の表面付
近についても８００　”Ｃ以上の温度に加熱することが
できる。それに加えて、Ｐレール１３の頭部断面形状が
小さくなるのに従って高周波電力及びＰレール１３の移
動速度を適宜設定するようにしているので、Ｐレール１
３の断面漸変部の全長に亘って例えば９００〜１０５０
℃に均一加熱することができる。なお、断面漸変部に連
なる定尺レール部分の加熱も第３図（ｂｌに示すように
同一の加熱コイル１１にて均一加熱することができきる
。

以上、本発明の一実施例に付き述べたが、本発明は既述
の実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思
想に基いて各種の変形及び変更が可能である。

例えば、既述の実施例においては、Ｐレール１３を送り
移動するように構成したが、Ｐレール１３を固定し、加
熱コイル１１及びローラ・アセンブリ１４をＰレール１
３の長手方向に沿って移動させるようにしてもよい。ま
た、既述の実施例においては、高周波誘導電流の「浸透
深さ」が約１５１１前後の周波数すなわちｌ　ＫＨｚの
電ａ１２を用いたが実験の結果、その周波数は約６００
Ｈｚ〜１０ＫＨｚの範囲内であれば適宜変更しても既述
の如き均一加熱が可能であることが確かめられている。

なお、電源の周波数を１０Ｘｌｌｚ以上とした場合には
、Ｐレール１３を所望の深さまで加熱しようとするとレ
ール表面のオーバーヒートがさけられず、またＰレール
１３と加熱コイル１１との間のギャップを小さくしてや
らなければ充分な近接効果が働かないので、前記ギヤツ
ブの管理をより厳密に行なわなければならない不都合を
生じる。一方、電源の周波数を６００Ｈｚ以下とした場
合には、いわゆるズブ加熱にはよいが、Ｐレール１３の
巾狭部２１の表面加熱を効果的に行なうことができない
。

ｅ０発明の効果 以上の如く、本発明は、断面が漸変するレール頭部の頂
面及び片方の側面と高周波誘導加熱コイルとの間のギャ
ップを常に一定に保持して、高周波誘導加熱を行なうよ
うにしたものであるから、前記レール頭部の頂面及び片
方の側面と加熱コイルとの間の電気的結合が常に良好に
保たれることとなり、頭頂部中が狭い部分から広い部分
の全体に亘って均一に加熱することができる。従って、
本発明に係る高周波誘導加熱方法により、例えばＰレー
ルの頭部の加熱処理を効果的に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の一実施例を示すものであって
、第１図は本発明に係る方法を実施するために用いられ
る高周波誘導加熱装置の概略斜視図、第２図（ａ）はＰ
レールの頭部の巾狭部とローラ・アセンブリとの位置関
係を示す断面図、第２図（ｂｌはＰレールの頭部の巾広
部とローラ・アセンブリとの位置関係を示す断面図、第
３図ｆａｌはＰレールの頭部の巾狭部と加熱コイルとの
位置関係を示す断面図、第３図ｆｂｌはＰレールの頭部
の巾広部と加熱コイルとの位置関係を示す断面図、第４
図は定尺レールの斜視図、第５図はＰレールの斜視図、
第６図は第５図におけるＶｌ−Ｖｌ線断面図、第７図は
第５図における■−■線断面図、第８図は第５図におけ
る■−■線断面図、第９図は従来の方法でＰレールの頭
部を高周波誘導加熱する場合を示す斜視図、第１Ｏ図は
鋼材の肉厚と、臨界周波数と、加熱温度との関係を示す
グラフである。 １０・・・高周波誘導加熱装置、 １１・・・高周波誘導加熱コイル、 １１ａ　＝１１ｐ・・・コイル辺部、 １２・・・高周波電源、 １３・・・Ｐレール（ポイント・レール）、１３ａ・・
・頭部、 １４・・・ローラ・アセンブリ、 １５、１６・・・側面、 １８、１９・・・回転ローラ、 ２０・・・中広部、 ２１・・・ｒｌ狭部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）頭部断面が漸変するレールと高周波誘導加熱コイ
   ルとを相対移動させることによって前記レールの頭部を
   高周波誘導加熱するに際し、前記レールの頂面及び片方
   の側面と前記加熱コイルとの間のギャップを常に一定に
   保持するようにしたことを特徴とするレールの高周波誘
   導加熱方法。
2. （２）前記加熱コイルに対応するレール部分の断面形状
   に応じて、前記加熱コイルに供給する高周波電力と、前
   記相対移動の速度とをそれぞれ変化させるようにしたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のレールの
   高周波誘導加熱方法。
3. （３）前記レールの片方の側面を加熱する前記加熱コイ
   ルのコイル辺部を、前記コイル辺部に供給される高周波
   誘導電流にて所望の温度に加熱し得るような肉厚のレー
   ル部分に対応する位置に配置するようにしたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項又は第２項に記載のレール
   の高周波誘導加熱方法。
4. （４）前記レールの頂面に対応するように前記レールの
   長手方向に沿って延びる複数のコイル辺部を有する高周
   波誘導加熱コイルを用い、前記加熱コイルが前記レール
   の巾方向に偏倚したときにも前記レールの頂面を前記複
   数のコイル辺部にて加熱するようにしたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項〜第３項のうち何れか１項に記
   載のレールの高周波誘導加熱方法。
5. （５）前記加熱コイルに供給する電源の周波数を６００
   Ｈｚ〜１０ＫＨｚとしたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項〜第４項のうち何れか１項に記載のレールの高
   周波誘導加熱方法。