レールの溶接方法及び焼きならし治具
【課題】良好な乗り心地を得ることができ、かつ、保守性を向上させたレールの溶接方法及び焼きならし治具を提供する。
【解決手段】レール遊間を有するように前後に敷設され、レール継目部ｊ近傍の頭頂部ｒ４に焼き入れ処理が施されたレールＲ（Ｒ１，Ｒ２）を対象として、レール継目部ｊを溶接するレールの溶接方法において、焼き入れ処理が施されたレール継目部ｊ近傍の頭頂部ｒ４を焼きならしする熱処理工程を含むことを特徴とする。
【解決手段】レール遊間を有するように前後に敷設され、レール継目部ｊ近傍の頭頂部ｒ４に焼き入れ処理が施されたレールＲ（Ｒ１，Ｒ２）を対象として、レール継目部ｊを溶接するレールの溶接方法において、焼き入れ処理が施されたレール継目部ｊ近傍の頭頂部ｒ４を焼きならしする熱処理工程を含むことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、良好な乗り心地を得ることができるレールの溶接方法及び焼きならし治具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、鉄道分野において、レール遊間を有するように複数の定尺レールを連続して敷設して列車の軌道を構成したものが知られている。近年、このように敷設された定尺レールの継目部をテルミット溶接法やエンクローズドアーク溶接法により溶接してロングレール化し、列車の乗り心地の改善やスピードアップ、レール保守効率の改善等が図られている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、レール継目部を囲繞する鋳型の内側凹部の形状として、レール底部及びレール柱部のレール表面に接する部分の曲率半径を３〜１５ｍｍの円弧状に構成し、この鋳型を用いてレールをテルミット溶接法により溶接する方法が開示されている。
【特許文献１】特許第２７０８２５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、レール遊間を有するように敷設された定尺レールは、継目部を列車が通過したときの衝撃に耐え得るように、継目部近傍の頭頂部に焼き入れ処理がなされている。
しかしながら、上記のように定尺レールを溶接してロングレール化すると、継目部を列車が通過しても衝撃が加わらなくなるため、焼き入れ処理がなされた部位が他の部位よりも磨耗せず、レールの平滑度が損なわれて、列車の乗り心地が悪くなってしまうという問題があった。
また、磨耗によって局所的に変形したレールを使用し続けると予期せぬタイミングで列車の走行が困難な状況に陥るので、溶接箇所の点検を頻繁にしなければならないという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、良好な乗り心地を得ることができ、かつ、保守性を向上させたレールの溶接方法及び焼きならし治具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
レールの溶接方法に係る第一の解決手段として、レール遊間を有するように前後に敷設され、レール継目部近傍の頭頂部に焼き入れ処理が施されたレールを対象として、前記レール継目部を溶接するレールの溶接方法において、前記焼き入れ処理が施されたレール継目部近傍の頭頂部を焼きならしする熱処理工程を含む、という手段を採用する。
これにより、焼き入れによって改質されたレール継目部近傍の頭頂部の硬度が、焼きならし処理で標準化されて、レール継目部近傍における頭頂部の硬度と他の部分における頭頂部の硬度とがほぼ均一となる。
【０００７】
また、レールの溶接方法に係る第二の解決手段として、上記レールの溶接方法に係る第一の解決手段において、前記熱処理工程は、前記レール継目部に溶解金属を注入する前、又は、前記レール継目部を溶融させる前に行う、という手段を採用する。
これにより、レール継目部近傍の頭頂部の硬度が標準化された後に、レール継目部が溶接される。
【０００８】
また、焼きならし治具の解決手段として、フレーム部と、該フレーム部にレールに対して転動自在に設けられた車輪部と、前記フレーム部に固定され、前記レールに向けて火炎を放射する火炎放射部とを備える、という手段を採用する。
これにより、火炎放射部をレール長手方向に移動しても、レール高さ方向におけるレール頭頂部と火炎放射部との位置関係が一定のものとなる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るレールの溶接方法によれば、焼き入れによって改質されたレール継目部近傍の頭頂部の硬度が、焼きならし処理で標準化されてレール継目部近傍における頭頂部の硬度と他の部分における頭頂部の硬度とがほぼ均一となるので、列車通過による頭頂部の磨耗量を全ての部分においてほぼ均一にすることができる。従って、レールを溶接してもレールの平滑度が損なわれることなく良好な乗り心地を得ることができる。また、溶接後のレールの磨耗が局所的に発生せず、溶接箇所の定期的な点検の間隔を長いものとすることができるので、溶接後のレールの保守性を向上させることができる。
【００１０】
また、熱処理工程がレール継目部に溶解金属を注入する前、又は、レール継目部を溶融させる前に行うものでは、レール継目部近傍の頭頂部の硬度が標準化された後にレール継目部が溶接されるので、溶接された継目部の改質を防止する必要がなくなり、作業工程の短縮化を図ることができる。
【００１１】
また、本発明に係る焼きならし治具によれば、レール高さ方向におけるレール頭頂部と火炎放射部との位置関係が一定のものとなるので、頭頂部に対して均一に焼きならし処理をすることができ、作業工程の短縮化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。
本実施形態は、図１に示すように、敷設された後に相当期間使用されている既存の定尺レール（レール）Ｒをロングレール化するために隣接する定尺レールＲ（Ｒ１，Ｒ２）のレール継目部ｊをテルミット溶接法により溶接するものである。この定尺レールＲは、レール継目部ｊを列車が通過したときの衝撃に耐え得るように、レール継目部ｊ近傍の頭頂部ｒ４に焼き入れ処理がなされた焼き入れ部位Ｔを有している。
なお、本明細書において、図１（ｂ）に示すように、レールの頭部をｒ１、レールの腹部をｒ２、レールの底部をｒ３とし、頭部ｒ１のうち列車の車輪と接する表面側の部位を頭頂部ｒ４とする。また、「レールの継目部」とはレールとレールとの接続部を意味しており、「レール遊間」とはレール継目部の前後のレールの隙間を意味している。
【００１３】
本実施の形態におけるレールの溶接方法は、図１に示す坩堝２０、鋳型３０の他、図２に示す焼きならし治具１、図３に示す遮蔽具１０を用いて行う。
焼きならし治具１は、図２に示すように、フレーム部２と、車輪部３と、バーナー（火炎放射部）４とを備えている。
【００１４】
フレーム部２は、全体として共通の二次元平面内に含まれる枠状をなしており、頭部ｒ１の頭部幅ｈ（図１（ｂ）参照）よりもやや大きい距離を開けて平行に固定された一組の基台フレーム２ａと、各基台フレーム２ａの一端から該基台フレーム２ａと鋭角をもって交差する方向へ延在し、基台フレーム２ａ間の距離と略同一の距離を空けて平行となった一組の動力伝達フレーム２ｂと、各基台フレーム２ａの他端と各動力伝達フレーム２ｂとに連結されて各動力伝達フレーム２ｂの姿勢を保持する一組の支持フレーム２ｃと、一組の動力伝達フレーム２ｂの端部の間に配された把持棒２ｄと、各基台フレーム２ａの一端及び他端のそれぞれから各基台フレーム２ａと鈍角をもって交差する方向に基台フレーム２ａ間の距離と略同一の距離を空けて平行に延在した後に、次第に近接してそれぞれの先端に円環状のノズル取付部２ｅ及び本体取付部２ｆが形成されたノズル支持部２ｇ及び本体支持部２ｈとを備えている。なお、ノズル取付部２ｅ及び本体取付部２ｆは、それぞれの軸線を互いに重ねている。
【００１５】
車輪部３は、前記二次元平面と直交するシャフト３ａと、シャフト３ａの中央部（シャフト３ａ軸線方向）に固定された内輪３ｂと、シャフト３ａの両端部近傍に固定された外輪３ｃとを備えている。
シャフト３ａは、基台フレーム２ａ間の距離よりもやや大きい長さを有しており、各端部が平行する二つの基台フレーム２ａのうち一方に回転自在に取り付けられている。
内輪３ｂは、頭部幅ｈよりもやや大きい高さ（径方向に直交する方向の長さ）を有する略円筒形状の部材であり、シャフト３ａの両端部及び両端部近傍を露出させて固定されている。
外輪３ｃは、内輪３ｂよりも大きい径を有する円盤形状の部材であり、シャフト３ａの両端部近傍に一つずつ固定されて、それぞれ内輪３ｂの端部に当接している。
このように構成された車輪部３は、二つの基台フレーム２ａの一端の間及び他端の間に配されている。
【００１６】
バーナー４は、ノズル４ａと、バーナー本体４ｂとを備えている。
ノズル４ａは、フレーム部２と同一の二次元平面内に配置されており、二つの定尺レールＲの焼き入れ箇所の長さＬ（レール長手方向、図１（ａ）参照）を二倍した長さよりも長く真直に形成された真直部４ｃと、真直部４ｃの一端で真直部４ｃの延在方向と直交する方向に屈曲する屈曲部４ｄと、この屈曲部４ｄから真直に形成されてシャフト３ａからノズル取付部２ｅまでの長さよりもやや短く形成された噴射部４ｅを備えている。このノズル４ａは、噴射部４ｅ側の一端が火炎噴射口４ｆとなっており、他端がバーナー本体４ｂに接続されている。
バーナー本体４ｂは、略円錐形状のものであって、軸線方向の断面が台形となる頭頂部切離円錐形状のものであり、外部から供給された酸素とプロパンガスとを混合し、この混合気をノズル４ａに供給する。バーナー本体４ｂは、その軸線を真直部４ｃの延在方向に重ねてノズル４ａに接続されている。
【００１７】
このようなバーナー４は、図２（ｂ）に示すように、二つの車輪部３を同一平面上に投影したときに火炎噴射口４ｆが車輪部３側に向くように、ノズル４ａの真直部４ｃがノズル取付部２ｅに嵌挿すると共にバーナー本体４ｂが本体取付部２ｆに嵌挿されている。
【００１８】
このような構成の焼きならし治具１は、内輪３ｂと頭頂部ｒ４とが接するように焼きならし治具１を定尺レールＲ上に載置すると、外輪３ｃによって内輪３ｂが頭部ｒ１から脱輪することなく直立して、火炎噴射口４ｆが頭頂部ｒ４と対向するようになっている。
【００１９】
遮蔽具１０は、図３に示すように、二つの遮蔽板部１１と、これら二つの遮蔽板部１１を連結する支持渡し部１２からなる。
二つの遮蔽板部１１は、矩形板状に形成された部材であって、それぞれ定尺レールＲの頭部幅よりもやや大きい短辺と焼き入れ部位Ｔよりもやや大きい長辺とを有する部材である。
支持渡し部１２は、コ字形状に形成された部材であり、各端部が二つの遮蔽板部１１のうちの一方の長辺縁に接合されている。すなわち、この支持渡し部１２は、各遮蔽板部１１の板面に直交する方向に遮蔽板部１１の長辺縁から平行に延出した後に、各遮蔽板の板面に沿った方向かつ相互の方向に向けてそれぞれ屈曲し、二つの遮蔽板部１１の各長辺縁を頭部幅ｈを開けて連結している。この支持渡し部１２は、三つ設けられて二つの遮蔽板部１１を連結しており、その一つが各遮蔽板部１１の長手方向における中央を連結し、他の二つが中央に連結された箇所から長さＬだけ離間した部位をそれぞれ連結している。
【００２０】
このような構成の遮蔽具１０は、支持渡し部１２に定尺レールＲの頭頂部ｒ４を当接させて頭部ｒ１を支持渡し部１２内方に位置させるように、定尺レールＲに装着することが可能である。すなわち、図３（ａ）に示すように、上面視において中央の支持渡し部１２がレール継目部ｊを遮蔽するように装着すると遮蔽板部１１が定尺レールＲの接続具Ｃを遮蔽すると共に頭頂部ｒ４にされた焼入れ部位Ｔを露出させるようになっている。
【００２１】
次に、上述した焼きならし治具１及び遮蔽具１０を用いて定尺レールＲのレール継目部ｊを溶接する方法について、主に図４に示すフローチャート及び図５に示す動作図を用いて説明する。
まず、図５に示すように、遮蔽具１０を定尺レールＲ１、Ｒ２に跨るように装着する（ステップＳ１）。この際、図３に示すように、上面視において中央の支持渡し部１２がレール継目部ｊを遮蔽するように遮蔽具１０を定尺レールＲ１，Ｒ２に装着する。
【００２２】
次に、図５に示すように、内輪３ｂの周面が定尺レールＲ１の頭頂部ｒ４に接し、かつ、ノズル４ａが焼き入れ部位Ｔの方向に向くように焼きならし治具１を定尺レールＲ１上に配置する（ステップＳ２）。
【００２３】
そして、作業員がバーナー４のスイッチ（不図示）をオンにして火炎噴射口４ｆから噴射される混合気に着火し、火炎噴射口４ｆから火炎を連続的に噴射させ、把持棒２ｄを把持して焼きならし治具１をレール長手方向に移動させながら、定尺レールＲ１，Ｒ２におけるそれぞれの頭頂部ｒ４を、所定の時間焼きならし処理をする（ステップＳ３）。この際、外輪３ｃが定尺レールＲ１の頭部ｒ１から車輪部３が離脱することを阻止し、頭頂部ｒ４に対するバーナー４の火炎噴射口４ｆの頭部幅方向及びレール高さ方向における相対的位置が変化せずに、車輪部３が定尺レールＲ１上を転動する。すなわち、定尺レールＲ１，Ｒ２の頭頂部ｒ４にされた焼入れ部位Ｔに均等に火炎を放射する。なお、真直部４ｃは、焼き入れ部位Ｔの長さＬの２倍の長さよりも大きい長さを有しており、遮蔽具１０に車輪部３を干渉させることなく、全ての焼き入れ部位Ｔに火炎を放射する。
【００２４】
また、頭頂部ｒ４の周囲に放射される火炎は、遮蔽板部１１に遮蔽されて定尺レールＲ１，Ｒ２を接続する接続具Ｃや枕木（不図示）に放射されることがない。さらに、遮蔽板部１１を中央で連結する支持渡し部１２により、レール継目部ｊに火炎が噴射されることもない。
【００２５】
焼きならし処理の終了後、焼きならし治具１及び遮蔽具１０を定尺レールＲ１，Ｒ２から除去し、定尺レールＲ１，Ｒ２を接続していた接続具Ｃを取り外す（ステップＳ４）。
【００２６】
次に、鋳型３０の凹部３０ａが定尺レールＲ１，Ｒ２のレール継目部ｊを囲繞するように（図１（ａ）参照）、鋳型３０を定尺レールＲ１，Ｒ２に跨って装着する（ステップＳ５）。鋳型３０装着後、鋳型３０を乾燥させるため、予熱バーナー４０により鋳型３０に予熱を加える（ステップＳ６）。
【００２７】
次に、坩堝２０内でテルミット反応させたアルミニウムと酸化金属との高温の溶解金属を鋳型３０の凹部３０ａに流し込む（ステップＳ７）。そして、溶解金属及び溶解金属の顕熱により溶解した定尺レールＲ１，Ｒ２のレール継目部ｊが固化した後に鋳型３０を除去する（ステップＳ８）。
そして、比較的に高温のうちに溶接部の余盛りを削除し、さらに、放熱後に溶接箇所を研磨して溶接を終了する（ステップＳ９）。
【００２８】
溶接後、ロングレール化された定尺レールＲ１，Ｒ２上を列車が通過するとその摩耗量は全ての頭頂部ｒ４で略均一なものとなり、ロングレール化による列車の乗り心地が長期間継続する。
【００２９】
以上、説明したように、本実施形態のレールの溶接方法によれば、焼き入れによって改質されたレール継目部ｊ近傍の頭頂部ｒ４の硬度が、焼きならし処理で標準化されて、レール継目部ｊ近傍における頭頂部ｒ４の硬度と他の部分における頭頂部ｒ４の硬度とが均一となるので、列車通過による頭頂部ｒ４の磨耗量を全ての部分において略均一にすることができる。
【００３０】
図６は、レール継目部ｊからレール長手方向に位置を変えて頭頂部ｒ４のショア硬度を計測した結果を示した図であり、図６（ａ）は、本溶接方法実施後の定尺レールＲ１，Ｒ２の頭頂部ｒ４の硬度を示しており、図６（ｂ）は、定尺レールＲ１，Ｒ２と同等の定尺レールを焼きならし処理をしないで溶接した場合における頭頂部の硬度を示している。
図６に示すように、焼きならし処理を行わない場合と比較して、焼きならし処理を行った定尺レールＲ１，Ｒ２の頭頂部ｒ４のショア硬度が全ての部位において略均一のものとなっている。
【００３１】
図６からも明らかなように、本実施形態のレール溶接方法によれば、定尺レールＲ１，Ｒ２の頭頂部ｒ４の硬度が全ての部位において均一のものとなっているので、列車通過による頭頂部ｒ４の磨耗量を全ての部位において略均一にすることができる。
従って、定尺レールＲ１，Ｒ２を溶接してもレールの平滑度が損なわれることなく良好な乗り心地を得ることができる。また、溶接後の定尺レールＲ１，Ｒ２の磨耗が局所的に発生せず、溶接箇所の定期的な点検の間隔を長いものとすることができるので、溶接後のレールの保守性を向上させることができる。
【００３２】
また、焼きならし処理がレール継目部ｊに鋳型３０を装着する前に行われるので、レール継目部ｊ近傍の頭頂部ｒ４の硬度が標準化された後に、定尺レールＲ１，Ｒ２のレール継目部ｊが溶接される。これにより、溶接されたレール継目部ｊが焼きならし処理に伴ってバーナー４から放射される火炎で改質されることを防止する必要がなくなり、作業工程の短縮化を図ることができる。
さらに、遮蔽具１０がレール継目部ｊに火炎が放射されることを防止するので、頭頂部ｒ４の焼きならし処理に伴ってレール継目部ｊが不必要に改質されることを防ぐことができる。
【００３３】
また、本発明に係る焼きならし治具１によれば、レール高さ方向及び頭部幅方向における頭頂部ｒ４と火炎噴射口４ｆとの位置関係が一定のものとなるので、頭頂部ｒ４に対して均一に焼きならし処理をすることができ、作業工程の短縮化を図ることができる。
【００３４】
なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３５】
また、上述した実施の形態では、遮蔽具１０を用いて接続具Ｃや枕木、レール継目部ｊを遮蔽したが、例えば、濡れた布等でこれらを遮蔽してもよい。
上述した実施の形態では、焼きならし処理は、レール継目部ｊを溶接する前に行ったが、溶接後におこなっても構わない。この際、遮蔽具１０を用いれば中央の支持渡し部１２がレール継目部ｊを遮蔽するので、溶接後のレール継目部ｊの不必要な改質を防止することができる。
【００３６】
また、上述した実施の形態では、テルミット溶接法によってレール継目部ｊを溶接したが、エンクローズドアーク溶接法により、レール継目部ｊを溶接してもよい。この際、レール継目部ｊを溶融させる前に焼き入れ部位Ｔに焼きならし処理を行うと、上述した実施の形態と同様に、溶接されたレール継目部ｊがバーナー４から放射される火炎で改質されることを防止する必要がなくなり、作業工程の短縮化を図ることができる。
【００３７】
また、上述した実施の形態では、焼きならし治具１を定尺レールＲ１に配置して焼きならし処理をしたが、定尺レールＲ２に配置して焼きならし処理をしてもよいのは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態において、定尺レールＲを示す図であって、図１（ａ）は、定尺レールＲの斜視図であり、図１（ｂ）は、レール継目部ｊ側から定尺レールＲを視た図である。
【図２】本発明の実施形態において、焼きなまし治具１を示す図であって、図２（ａ）は、側面図であり、図２（ｂ）は、正面図であり、図２（ｃ）は、後面図である。
【図３】本発明の第一実施形態において、遮蔽具１０を示す図であって、図３（ａ）は、上面図であり、図３（ｂ）は、正面図である。
【図４】本発明の実施形態におけるレールの溶接方法のフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態におけるレールの溶接方法の動作図である。
【図６】レール長手方向におけるレール継目部ｊからの各位置と頭頂部ｒ４のショア硬度との関係を示した図であり、図６（ａ）は、本発明の実施の形態における定尺レールＲ１，Ｒ２の頭頂部ｒ４のショア硬度を示しており、図６（ｂ）は、定尺レールＲ１，Ｒ２と同等の定尺レールを焼きならし処理をしないで溶接した場合における頭頂部のショア硬度を示している。
【符号の説明】
【００３９】
１…焼きならし治具
２…フレーム部
３…車輪部
４…バーナー（火炎放射部）
３０…鋳型
Ｒ（Ｒ１，Ｒ２）…定尺レール（レール）
ｒ４…頭頂部
ｊ…レール継目部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、良好な乗り心地を得ることができるレールの溶接方法及び焼きならし治具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、鉄道分野において、レール遊間を有するように複数の定尺レールを連続して敷設して列車の軌道を構成したものが知られている。近年、このように敷設された定尺レールの継目部をテルミット溶接法やエンクローズドアーク溶接法により溶接してロングレール化し、列車の乗り心地の改善やスピードアップ、レール保守効率の改善等が図られている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、レール継目部を囲繞する鋳型の内側凹部の形状として、レール底部及びレール柱部のレール表面に接する部分の曲率半径を３〜１５ｍｍの円弧状に構成し、この鋳型を用いてレールをテルミット溶接法により溶接する方法が開示されている。
【特許文献１】特許第２７０８２５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、レール遊間を有するように敷設された定尺レールは、継目部を列車が通過したときの衝撃に耐え得るように、継目部近傍の頭頂部に焼き入れ処理がなされている。
しかしながら、上記のように定尺レールを溶接してロングレール化すると、継目部を列車が通過しても衝撃が加わらなくなるため、焼き入れ処理がなされた部位が他の部位よりも磨耗せず、レールの平滑度が損なわれて、列車の乗り心地が悪くなってしまうという問題があった。
また、磨耗によって局所的に変形したレールを使用し続けると予期せぬタイミングで列車の走行が困難な状況に陥るので、溶接箇所の点検を頻繁にしなければならないという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、良好な乗り心地を得ることができ、かつ、保守性を向上させたレールの溶接方法及び焼きならし治具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
レールの溶接方法に係る第一の解決手段として、レール遊間を有するように前後に敷設され、レール継目部近傍の頭頂部に焼き入れ処理が施されたレールを対象として、前記レール継目部を溶接するレールの溶接方法において、前記焼き入れ処理が施されたレール継目部近傍の頭頂部を焼きならしする熱処理工程を含む、という手段を採用する。
これにより、焼き入れによって改質されたレール継目部近傍の頭頂部の硬度が、焼きならし処理で標準化されて、レール継目部近傍における頭頂部の硬度と他の部分における頭頂部の硬度とがほぼ均一となる。
【０００７】
また、レールの溶接方法に係る第二の解決手段として、上記レールの溶接方法に係る第一の解決手段において、前記熱処理工程は、前記レール継目部に溶解金属を注入する前、又は、前記レール継目部を溶融させる前に行う、という手段を採用する。
これにより、レール継目部近傍の頭頂部の硬度が標準化された後に、レール継目部が溶接される。
【０００８】
また、焼きならし治具の解決手段として、フレーム部と、該フレーム部にレールに対して転動自在に設けられた車輪部と、前記フレーム部に固定され、前記レールに向けて火炎を放射する火炎放射部とを備える、という手段を採用する。
これにより、火炎放射部をレール長手方向に移動しても、レール高さ方向におけるレール頭頂部と火炎放射部との位置関係が一定のものとなる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るレールの溶接方法によれば、焼き入れによって改質されたレール継目部近傍の頭頂部の硬度が、焼きならし処理で標準化されてレール継目部近傍における頭頂部の硬度と他の部分における頭頂部の硬度とがほぼ均一となるので、列車通過による頭頂部の磨耗量を全ての部分においてほぼ均一にすることができる。従って、レールを溶接してもレールの平滑度が損なわれることなく良好な乗り心地を得ることができる。また、溶接後のレールの磨耗が局所的に発生せず、溶接箇所の定期的な点検の間隔を長いものとすることができるので、溶接後のレールの保守性を向上させることができる。
【００１０】
また、熱処理工程がレール継目部に溶解金属を注入する前、又は、レール継目部を溶融させる前に行うものでは、レール継目部近傍の頭頂部の硬度が標準化された後にレール継目部が溶接されるので、溶接された継目部の改質を防止する必要がなくなり、作業工程の短縮化を図ることができる。
【００１１】
また、本発明に係る焼きならし治具によれば、レール高さ方向におけるレール頭頂部と火炎放射部との位置関係が一定のものとなるので、頭頂部に対して均一に焼きならし処理をすることができ、作業工程の短縮化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。
本実施形態は、図１に示すように、敷設された後に相当期間使用されている既存の定尺レール（レール）Ｒをロングレール化するために隣接する定尺レールＲ（Ｒ１，Ｒ２）のレール継目部ｊをテルミット溶接法により溶接するものである。この定尺レールＲは、レール継目部ｊを列車が通過したときの衝撃に耐え得るように、レール継目部ｊ近傍の頭頂部ｒ４に焼き入れ処理がなされた焼き入れ部位Ｔを有している。
なお、本明細書において、図１（ｂ）に示すように、レールの頭部をｒ１、レールの腹部をｒ２、レールの底部をｒ３とし、頭部ｒ１のうち列車の車輪と接する表面側の部位を頭頂部ｒ４とする。また、「レールの継目部」とはレールとレールとの接続部を意味しており、「レール遊間」とはレール継目部の前後のレールの隙間を意味している。
【００１３】
本実施の形態におけるレールの溶接方法は、図１に示す坩堝２０、鋳型３０の他、図２に示す焼きならし治具１、図３に示す遮蔽具１０を用いて行う。
焼きならし治具１は、図２に示すように、フレーム部２と、車輪部３と、バーナー（火炎放射部）４とを備えている。
【００１４】
フレーム部２は、全体として共通の二次元平面内に含まれる枠状をなしており、頭部ｒ１の頭部幅ｈ（図１（ｂ）参照）よりもやや大きい距離を開けて平行に固定された一組の基台フレーム２ａと、各基台フレーム２ａの一端から該基台フレーム２ａと鋭角をもって交差する方向へ延在し、基台フレーム２ａ間の距離と略同一の距離を空けて平行となった一組の動力伝達フレーム２ｂと、各基台フレーム２ａの他端と各動力伝達フレーム２ｂとに連結されて各動力伝達フレーム２ｂの姿勢を保持する一組の支持フレーム２ｃと、一組の動力伝達フレーム２ｂの端部の間に配された把持棒２ｄと、各基台フレーム２ａの一端及び他端のそれぞれから各基台フレーム２ａと鈍角をもって交差する方向に基台フレーム２ａ間の距離と略同一の距離を空けて平行に延在した後に、次第に近接してそれぞれの先端に円環状のノズル取付部２ｅ及び本体取付部２ｆが形成されたノズル支持部２ｇ及び本体支持部２ｈとを備えている。なお、ノズル取付部２ｅ及び本体取付部２ｆは、それぞれの軸線を互いに重ねている。
【００１５】
車輪部３は、前記二次元平面と直交するシャフト３ａと、シャフト３ａの中央部（シャフト３ａ軸線方向）に固定された内輪３ｂと、シャフト３ａの両端部近傍に固定された外輪３ｃとを備えている。
シャフト３ａは、基台フレーム２ａ間の距離よりもやや大きい長さを有しており、各端部が平行する二つの基台フレーム２ａのうち一方に回転自在に取り付けられている。
内輪３ｂは、頭部幅ｈよりもやや大きい高さ（径方向に直交する方向の長さ）を有する略円筒形状の部材であり、シャフト３ａの両端部及び両端部近傍を露出させて固定されている。
外輪３ｃは、内輪３ｂよりも大きい径を有する円盤形状の部材であり、シャフト３ａの両端部近傍に一つずつ固定されて、それぞれ内輪３ｂの端部に当接している。
このように構成された車輪部３は、二つの基台フレーム２ａの一端の間及び他端の間に配されている。
【００１６】
バーナー４は、ノズル４ａと、バーナー本体４ｂとを備えている。
ノズル４ａは、フレーム部２と同一の二次元平面内に配置されており、二つの定尺レールＲの焼き入れ箇所の長さＬ（レール長手方向、図１（ａ）参照）を二倍した長さよりも長く真直に形成された真直部４ｃと、真直部４ｃの一端で真直部４ｃの延在方向と直交する方向に屈曲する屈曲部４ｄと、この屈曲部４ｄから真直に形成されてシャフト３ａからノズル取付部２ｅまでの長さよりもやや短く形成された噴射部４ｅを備えている。このノズル４ａは、噴射部４ｅ側の一端が火炎噴射口４ｆとなっており、他端がバーナー本体４ｂに接続されている。
バーナー本体４ｂは、略円錐形状のものであって、軸線方向の断面が台形となる頭頂部切離円錐形状のものであり、外部から供給された酸素とプロパンガスとを混合し、この混合気をノズル４ａに供給する。バーナー本体４ｂは、その軸線を真直部４ｃの延在方向に重ねてノズル４ａに接続されている。
【００１７】
このようなバーナー４は、図２（ｂ）に示すように、二つの車輪部３を同一平面上に投影したときに火炎噴射口４ｆが車輪部３側に向くように、ノズル４ａの真直部４ｃがノズル取付部２ｅに嵌挿すると共にバーナー本体４ｂが本体取付部２ｆに嵌挿されている。
【００１８】
このような構成の焼きならし治具１は、内輪３ｂと頭頂部ｒ４とが接するように焼きならし治具１を定尺レールＲ上に載置すると、外輪３ｃによって内輪３ｂが頭部ｒ１から脱輪することなく直立して、火炎噴射口４ｆが頭頂部ｒ４と対向するようになっている。
【００１９】
遮蔽具１０は、図３に示すように、二つの遮蔽板部１１と、これら二つの遮蔽板部１１を連結する支持渡し部１２からなる。
二つの遮蔽板部１１は、矩形板状に形成された部材であって、それぞれ定尺レールＲの頭部幅よりもやや大きい短辺と焼き入れ部位Ｔよりもやや大きい長辺とを有する部材である。
支持渡し部１２は、コ字形状に形成された部材であり、各端部が二つの遮蔽板部１１のうちの一方の長辺縁に接合されている。すなわち、この支持渡し部１２は、各遮蔽板部１１の板面に直交する方向に遮蔽板部１１の長辺縁から平行に延出した後に、各遮蔽板の板面に沿った方向かつ相互の方向に向けてそれぞれ屈曲し、二つの遮蔽板部１１の各長辺縁を頭部幅ｈを開けて連結している。この支持渡し部１２は、三つ設けられて二つの遮蔽板部１１を連結しており、その一つが各遮蔽板部１１の長手方向における中央を連結し、他の二つが中央に連結された箇所から長さＬだけ離間した部位をそれぞれ連結している。
【００２０】
このような構成の遮蔽具１０は、支持渡し部１２に定尺レールＲの頭頂部ｒ４を当接させて頭部ｒ１を支持渡し部１２内方に位置させるように、定尺レールＲに装着することが可能である。すなわち、図３（ａ）に示すように、上面視において中央の支持渡し部１２がレール継目部ｊを遮蔽するように装着すると遮蔽板部１１が定尺レールＲの接続具Ｃを遮蔽すると共に頭頂部ｒ４にされた焼入れ部位Ｔを露出させるようになっている。
【００２１】
次に、上述した焼きならし治具１及び遮蔽具１０を用いて定尺レールＲのレール継目部ｊを溶接する方法について、主に図４に示すフローチャート及び図５に示す動作図を用いて説明する。
まず、図５に示すように、遮蔽具１０を定尺レールＲ１、Ｒ２に跨るように装着する（ステップＳ１）。この際、図３に示すように、上面視において中央の支持渡し部１２がレール継目部ｊを遮蔽するように遮蔽具１０を定尺レールＲ１，Ｒ２に装着する。
【００２２】
次に、図５に示すように、内輪３ｂの周面が定尺レールＲ１の頭頂部ｒ４に接し、かつ、ノズル４ａが焼き入れ部位Ｔの方向に向くように焼きならし治具１を定尺レールＲ１上に配置する（ステップＳ２）。
【００２３】
そして、作業員がバーナー４のスイッチ（不図示）をオンにして火炎噴射口４ｆから噴射される混合気に着火し、火炎噴射口４ｆから火炎を連続的に噴射させ、把持棒２ｄを把持して焼きならし治具１をレール長手方向に移動させながら、定尺レールＲ１，Ｒ２におけるそれぞれの頭頂部ｒ４を、所定の時間焼きならし処理をする（ステップＳ３）。この際、外輪３ｃが定尺レールＲ１の頭部ｒ１から車輪部３が離脱することを阻止し、頭頂部ｒ４に対するバーナー４の火炎噴射口４ｆの頭部幅方向及びレール高さ方向における相対的位置が変化せずに、車輪部３が定尺レールＲ１上を転動する。すなわち、定尺レールＲ１，Ｒ２の頭頂部ｒ４にされた焼入れ部位Ｔに均等に火炎を放射する。なお、真直部４ｃは、焼き入れ部位Ｔの長さＬの２倍の長さよりも大きい長さを有しており、遮蔽具１０に車輪部３を干渉させることなく、全ての焼き入れ部位Ｔに火炎を放射する。
【００２４】
また、頭頂部ｒ４の周囲に放射される火炎は、遮蔽板部１１に遮蔽されて定尺レールＲ１，Ｒ２を接続する接続具Ｃや枕木（不図示）に放射されることがない。さらに、遮蔽板部１１を中央で連結する支持渡し部１２により、レール継目部ｊに火炎が噴射されることもない。
【００２５】
焼きならし処理の終了後、焼きならし治具１及び遮蔽具１０を定尺レールＲ１，Ｒ２から除去し、定尺レールＲ１，Ｒ２を接続していた接続具Ｃを取り外す（ステップＳ４）。
【００２６】
次に、鋳型３０の凹部３０ａが定尺レールＲ１，Ｒ２のレール継目部ｊを囲繞するように（図１（ａ）参照）、鋳型３０を定尺レールＲ１，Ｒ２に跨って装着する（ステップＳ５）。鋳型３０装着後、鋳型３０を乾燥させるため、予熱バーナー４０により鋳型３０に予熱を加える（ステップＳ６）。
【００２７】
次に、坩堝２０内でテルミット反応させたアルミニウムと酸化金属との高温の溶解金属を鋳型３０の凹部３０ａに流し込む（ステップＳ７）。そして、溶解金属及び溶解金属の顕熱により溶解した定尺レールＲ１，Ｒ２のレール継目部ｊが固化した後に鋳型３０を除去する（ステップＳ８）。
そして、比較的に高温のうちに溶接部の余盛りを削除し、さらに、放熱後に溶接箇所を研磨して溶接を終了する（ステップＳ９）。
【００２８】
溶接後、ロングレール化された定尺レールＲ１，Ｒ２上を列車が通過するとその摩耗量は全ての頭頂部ｒ４で略均一なものとなり、ロングレール化による列車の乗り心地が長期間継続する。
【００２９】
以上、説明したように、本実施形態のレールの溶接方法によれば、焼き入れによって改質されたレール継目部ｊ近傍の頭頂部ｒ４の硬度が、焼きならし処理で標準化されて、レール継目部ｊ近傍における頭頂部ｒ４の硬度と他の部分における頭頂部ｒ４の硬度とが均一となるので、列車通過による頭頂部ｒ４の磨耗量を全ての部分において略均一にすることができる。
【００３０】
図６は、レール継目部ｊからレール長手方向に位置を変えて頭頂部ｒ４のショア硬度を計測した結果を示した図であり、図６（ａ）は、本溶接方法実施後の定尺レールＲ１，Ｒ２の頭頂部ｒ４の硬度を示しており、図６（ｂ）は、定尺レールＲ１，Ｒ２と同等の定尺レールを焼きならし処理をしないで溶接した場合における頭頂部の硬度を示している。
図６に示すように、焼きならし処理を行わない場合と比較して、焼きならし処理を行った定尺レールＲ１，Ｒ２の頭頂部ｒ４のショア硬度が全ての部位において略均一のものとなっている。
【００３１】
図６からも明らかなように、本実施形態のレール溶接方法によれば、定尺レールＲ１，Ｒ２の頭頂部ｒ４の硬度が全ての部位において均一のものとなっているので、列車通過による頭頂部ｒ４の磨耗量を全ての部位において略均一にすることができる。
従って、定尺レールＲ１，Ｒ２を溶接してもレールの平滑度が損なわれることなく良好な乗り心地を得ることができる。また、溶接後の定尺レールＲ１，Ｒ２の磨耗が局所的に発生せず、溶接箇所の定期的な点検の間隔を長いものとすることができるので、溶接後のレールの保守性を向上させることができる。
【００３２】
また、焼きならし処理がレール継目部ｊに鋳型３０を装着する前に行われるので、レール継目部ｊ近傍の頭頂部ｒ４の硬度が標準化された後に、定尺レールＲ１，Ｒ２のレール継目部ｊが溶接される。これにより、溶接されたレール継目部ｊが焼きならし処理に伴ってバーナー４から放射される火炎で改質されることを防止する必要がなくなり、作業工程の短縮化を図ることができる。
さらに、遮蔽具１０がレール継目部ｊに火炎が放射されることを防止するので、頭頂部ｒ４の焼きならし処理に伴ってレール継目部ｊが不必要に改質されることを防ぐことができる。
【００３３】
また、本発明に係る焼きならし治具１によれば、レール高さ方向及び頭部幅方向における頭頂部ｒ４と火炎噴射口４ｆとの位置関係が一定のものとなるので、頭頂部ｒ４に対して均一に焼きならし処理をすることができ、作業工程の短縮化を図ることができる。
【００３４】
なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３５】
また、上述した実施の形態では、遮蔽具１０を用いて接続具Ｃや枕木、レール継目部ｊを遮蔽したが、例えば、濡れた布等でこれらを遮蔽してもよい。
上述した実施の形態では、焼きならし処理は、レール継目部ｊを溶接する前に行ったが、溶接後におこなっても構わない。この際、遮蔽具１０を用いれば中央の支持渡し部１２がレール継目部ｊを遮蔽するので、溶接後のレール継目部ｊの不必要な改質を防止することができる。
【００３６】
また、上述した実施の形態では、テルミット溶接法によってレール継目部ｊを溶接したが、エンクローズドアーク溶接法により、レール継目部ｊを溶接してもよい。この際、レール継目部ｊを溶融させる前に焼き入れ部位Ｔに焼きならし処理を行うと、上述した実施の形態と同様に、溶接されたレール継目部ｊがバーナー４から放射される火炎で改質されることを防止する必要がなくなり、作業工程の短縮化を図ることができる。
【００３７】
また、上述した実施の形態では、焼きならし治具１を定尺レールＲ１に配置して焼きならし処理をしたが、定尺レールＲ２に配置して焼きならし処理をしてもよいのは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態において、定尺レールＲを示す図であって、図１（ａ）は、定尺レールＲの斜視図であり、図１（ｂ）は、レール継目部ｊ側から定尺レールＲを視た図である。
【図２】本発明の実施形態において、焼きなまし治具１を示す図であって、図２（ａ）は、側面図であり、図２（ｂ）は、正面図であり、図２（ｃ）は、後面図である。
【図３】本発明の第一実施形態において、遮蔽具１０を示す図であって、図３（ａ）は、上面図であり、図３（ｂ）は、正面図である。
【図４】本発明の実施形態におけるレールの溶接方法のフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態におけるレールの溶接方法の動作図である。
【図６】レール長手方向におけるレール継目部ｊからの各位置と頭頂部ｒ４のショア硬度との関係を示した図であり、図６（ａ）は、本発明の実施の形態における定尺レールＲ１，Ｒ２の頭頂部ｒ４のショア硬度を示しており、図６（ｂ）は、定尺レールＲ１，Ｒ２と同等の定尺レールを焼きならし処理をしないで溶接した場合における頭頂部のショア硬度を示している。
【符号の説明】
【００３９】
１…焼きならし治具
２…フレーム部
３…車輪部
４…バーナー（火炎放射部）
３０…鋳型
Ｒ（Ｒ１，Ｒ２）…定尺レール（レール）
ｒ４…頭頂部
ｊ…レール継目部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レール遊間を有するように前後に敷設され、レール継目部近傍の頭頂部に焼き入れ処理が施されたレールを対象として、前記レール継目部を溶接するレールの溶接方法において、
前記焼き入れ処理が施されたレール継目部近傍の頭頂部を焼きならしする熱処理工程を含むことを特徴とするレールの溶接方法。
【請求項２】
前記熱処理工程は、前記レール継目部に溶解金属を注入する前、又は、前記レール継目部を溶融させる前に行うことを特徴とする請求項１に記載のレールの溶接方法。
【請求項３】
フレーム部と、
該フレーム部にレールに対して転動自在に設けられた車輪部と、
前記フレーム部に固定され、前記レールに向けて火炎を放射する火炎放射部と
を備えることを特徴とする焼きならし治具。
【請求項１】
レール遊間を有するように前後に敷設され、レール継目部近傍の頭頂部に焼き入れ処理が施されたレールを対象として、前記レール継目部を溶接するレールの溶接方法において、
前記焼き入れ処理が施されたレール継目部近傍の頭頂部を焼きならしする熱処理工程を含むことを特徴とするレールの溶接方法。
【請求項２】
前記熱処理工程は、前記レール継目部に溶解金属を注入する前、又は、前記レール継目部を溶融させる前に行うことを特徴とする請求項１に記載のレールの溶接方法。
【請求項３】
フレーム部と、
該フレーム部にレールに対して転動自在に設けられた車輪部と、
前記フレーム部に固定され、前記レールに向けて火炎を放射する火炎放射部と
を備えることを特徴とする焼きならし治具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２９１７９５（Ｐ２００９−２９１７９５Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４５５０３（Ｐ２００８−１４５５０３）
【出願日】平成２０年６月３日（２００８．６．３）
【出願人】（０００２２１６１６）東日本旅客鉄道株式会社 (833)
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月３日（２００８．６．３）
【出願人】（０００２２１６１６）東日本旅客鉄道株式会社 (833)
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