レール緊張ガス圧接工法
【課題】ロングレール不動区間に生じた不良箇所のレールを切断し、新しいレールに交換する工法において、作業時間と作業量を簡略化し、且つ、接合部の信頼を高めることができるレール緊張ガス圧接工法を提供する。
【解決手段】ガス圧接終了後の緊張器外側レールの計画軸力と同じ大きさの軸力が生じるように一定の圧力γをガス圧接機により与えるとともに、緊張器の外側に位置するレールに対しては、当接時の緊張力に加算して、ガス圧接圧力から既に前記内側に位置するレールに与えられた圧力γを引いたレール圧接力βを付加した一定の圧接緊張力をレール同士間に与えながら、レール同士間の当接部分を加熱してレール圧接を行うことで当接部のレール突き合わせ面の温度が十分な接合可能温度に達した時期に当接部を潰すことができ、接合品質の向上を図る。
【解決手段】ガス圧接終了後の緊張器外側レールの計画軸力と同じ大きさの軸力が生じるように一定の圧力γをガス圧接機により与えるとともに、緊張器の外側に位置するレールに対しては、当接時の緊張力に加算して、ガス圧接圧力から既に前記内側に位置するレールに与えられた圧力γを引いたレール圧接力βを付加した一定の圧接緊張力をレール同士間に与えながら、レール同士間の当接部分を加熱してレール圧接を行うことで当接部のレール突き合わせ面の温度が十分な接合可能温度に達した時期に当接部を潰すことができ、接合品質の向上を図る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロングレール不動区間に生じた不良箇所のレールを切断し、新しいレールに交換する工法に関し、更に詳しくは、中位温度で敷設したロングレールの一部を冬場に切断し、新しいレールに交換する必要が生じた時、ロングレールの切断箇所と交換レールとを接合させる工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロングレールを敷設する場合、気温の変化に伴うレールの膨張、縮みを考慮して夏と冬の中間の気候である中位温度のとき敷設する事によりレールの内部圧力である軸力を最小限にしている。
ロングレールには伸縮を行う両側の可動区間と、レールが伸びたり縮まろうとする力よりもコンクリート枕木等の締結装置による抵抗力の方が高く伸縮が行われない不動区間とがある。この不動区間では、冬は縮まろうとする内部圧力が、夏は伸びようとする内部圧力としてのレール軸力が生じる。
中位温度で敷設したロングレールの不動区間に亀裂等が生じたとき、冬場においてこの不良部分を切断するとレールの軸力は０になりレール切断箇所が大きく開く。従って新しいレールを接続する場合、もとのレール軸力になるよう新しいレールに圧力を加えて接続する必要があった。
【０００３】
従来、冬場においてレールを交換する場合、図１１（Ａ）（Ｂ）に示すように不良個所１を含むレール２を枕木間の中央位置Ａ，Ｂで切断して取り外す。
次に、切断部分の外側のレールＲ１とＲ２にレール同士を引張る機械であるレール緊張器により所定の圧力を加えた後、レール２より少し短いレール３をレール２のあった箇所に挿入して、切断位置Ａ、ＢとレールＲ１、Ｒ２との間隙に金属４を溶け込ませて繋ぐ置き継ぎ方法が従来より存在する。
【０００４】
また、特許文献１に示すように、レール2とほぼ同じ長さのレール3の一端をロングレールの切断箇所の一方に接合し、レール3の他端を所定のレール軸力（計画軸力）まで徐々に緊張させる（緊張力を与える）と共に、レール3の他端が前記ロングレールの切断箇所の他方に当接する以降に、緊張させる圧力にレール圧接圧力を付加した圧力を与え、前記レール3と前記ロングレールの切断部分を加熱してレール圧接を行い、緊張力が前記レール軸力（計画軸力）に達したとき接続部分の加熱を止めてレール圧接を行い、その後、枕木に締結装置でレール締結をする方法が提案されている。
【特許文献１】特公平２−３６３５５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の前者の方法であると、レール間にレールとは異なる溶接金属を溶け込ませて接合するため接合面では異なる金属が接しており、溶接性が悪く接合箇所の疲労強度が低いという問題点があった。
【０００６】
また、特許文献１に記載の方法は、緊張力が前記レール軸力に達したとき接続部分の加熱を止めてレール圧接を行う方法であるので、レールを圧接したあと緊張させている圧力からレール圧接圧力を取り除くため、緊張器内のレール３の軸力は０tonfになる。
このため、緊張器を解体してレールから外すと、レール３の軸力０tonf と緊張器の外側で緊張したレールＲ１、Ｒ２の軸力が相殺し合って、レール３付近の軸力は緊張器で設定した計画軸力より低くなるという現象が生じる。
【０００７】
具体的な例について、図１２のロングレールの軸力分布図を用いて説明する。
図１２の縦軸は軸力、横軸は長さで、下線が軸力０tonf、軸力面積は軸力×長さで表わす。なお、図の両側のレールは接続されていない。また、軸力１５０、可動区間１５１とした場合、可動区間１５１はレールが可動する区間で軸力１５０を抵抗力γ(道床縦抵抗力とも言う)で除した値となる。不動区間１５２は、レールが全く動かない区間である（図１２（ａ））。
【０００８】
ここで、不動区間１５２の中間部にレール傷Ａが発生し、レール傷Ａを含むレールをレール１５６に交換する場合、まず、レール傷Ａの近くを切断すると、不動区間１５２には軸力１５０があるのでその大きさに応じた分レールが開口し、切断端面の両側には可動区間１５１が生じる（図１２（ｂ））。
【０００９】
次にレール傷Ａを含むレールを撤去し、新レール１５６を挿入する。この時、接合部１５９ではガス圧接するため、ガス圧接機が取り付けられるようにレール１５８の範囲のレール締結を解体しておく、また、接合部１６２では緊張器を取り付けるためレール１５７の範囲のレール締結を解体しておく。これにより、レール１５７〜１５８の区間の軸力は０tonfになる。
そして、接合部１５９で通常のガス圧接を行い接合する（図１２（ｃ））。
【００１０】
次に、既設レール位置１６０と新レール１５６の位置１６１に緊張器を取り付け、その内側に圧接機を取り付ける。そして、緊張器で軸力を徐々に上げ、既設レール位置１６０側のレール端と新レール端１５６が当接して接触した時は、その軸力に圧接圧力(γ＋β)を加えてガス圧接機で接合部１６２を加熱し、接合部１６２のガス圧接を行い、緊張器の軸力が外気温から計算した所定の計画軸力１５０＋圧接圧力を加えた値になった時、加熱を止め接合部１６２のガス圧接を終了し、緊張器の軸力から圧接圧力(γ＋β)を抜き、計画軸力１５０だけ残すようにする。この時、緊張器内側のレール１６３の軸力は０tonfになる（図１２（ｅ））。
その後、ガス圧接に際して軸力が変化した緊張器の外側の区間Ｂ〜Ｄ、Ｅ〜Ｇのレール締結を一旦解体し、その間の軸力を木ハンマー等でレールを叩いて均等化した後、再締結する軸力均等化処理が行われる。その後、ガス圧接部１６２が３００℃に低下してから緊張器を解体する。
【００１１】
緊張器を解体すると緊張器端から不動区間長１５１に相当する区間C〜D、E〜Fのレールが、軸力のない緊張器内側レール１６３の影響を受ける。
すなわち、区間C〜F間では区間C〜D、E〜F間の計画軸力１５０と、区間D〜E間の０tonfの軸力が平均化され、結果的に 区間C〜F間で軸力不足１６８が残るという問題があった。
軸力が不足すると、夏期にレール温度が上昇した際のレール張り出し等の原因になりロングレールの保守上好ましくない。
なお、区間B〜C、F〜Gは可動区間長１５１より遠いのでその影響を受けない。
【００１２】
この軸力不足１６８を解消するため、ガス圧接終了後に緊張器に残す軸力を外気温から計算した所定の計画軸力１５０ではなく、図１２（ｂ）に示す、レール切断時のレール端面１５３と１５４同士が合致した時に生じる軸力を算出し、それを保持軸力とする方法が現在取られている。これについて具体的に図１３のロングレールの軸力分布図から説明する。
図１３（ａ）は、接合部１６２のガス圧接が終了した状態である。レール切断時のレール端面１５３と１５４同士が合致した時に生じる軸力を緊張器に保持しているので、緊張器内側のレール１６３を軸力１５０にするための軸力面積１６４は、区間Ｂ〜Ｄ、Ｅ〜Ｇの軸力面積１６８、１６９、１７０、１７１に相当する。
軸力面積１６８、１６９、１７０、１７１の軸力１７２の大きさは、緊張器内の長さ１６３に軸力１５０を乗じた値を、区間Ｂ〜ＤとＥ〜Ｇの合計長さで除して算出される。つまり、ガス圧接終了後の緊張器の軸力１７３は軸力１５０より軸力１７２だけ大きい（図１３（ａ））。
【００１３】
また、緊張器を解体したときに生じるレール可動区間１７５は、軸力１７３を抵抗力γ(道床縦抵抗力とも言う)で除した値なので、可動区間１５１より長くなっている（図１３の（ｂ））。
緊張器を解体すると緊張器端から不動区間長１７５に相当する区間Ｃ”〜Ｄ、Ｅ〜Ｆ”のレール軸力と、区間Ｄ〜Ｅ間の軸力０tonfとが平均化される。しかし、区間Ｂ〜Ｃ’とＦ’〜Ｇは不動区間長１７５より遠いのでその影響を受けないので軸力１７３が残る。
つまり、区間Ｄ〜Ｅでは軸力面積１８１が不足し、区間Ｂ〜Ｃ’とＦ’〜Ｇには所定の軸力１５０より高い軸力１７３が残る問題があった（図１３（ｃ））。ロングレールの一部分だけ軸力が不足すると、夏期にレール温度が上昇した際のレール張り出し等の原因になりロングレールの保守上好ましくない。また、ロングレールの一部分だけ軸力が大きくなると、万一その部分のレールが破断したときのレール開口量が保守基準値より大きくなり、これもロングレールの保守上好ましくない。
このため、緊張ガス圧接後に緊張器外のレールを所定の長さだけ軸力均等化処理を行い、その後、緊張器を解体する工法において、緊張器を解体した後に、緊張していたロングレールに軸力不足が生じないこと、また、軸力が大きくなる区間が生じる場合でも、最小の軸力増加になる方法が求められていた。
【００１４】
また、特許文献１に記載の工法においては、緊張器により所定の軸力及び計画軸力を与えるために、交換レールの他端がロングレールの切断箇所の他方に当接した時の緊張器圧力に圧接圧力を付加し、緊張器の圧力を上げながら当接部のバーナー加熱を行う時に、圧力の上げ具合によってレール当接部は、その温度が十分に上がらない状態で所定の圧接圧力より高い圧力を受ける場合があった。この様になると、当接部のレール突き合わせ面の温度が十分な接合可能温度に達しない時期に、当接部が潰されてしまうため接合不良が生じ易かった。
【００１５】
また、従来法及び特許文献１の工法においては、レール圧接後に緊張器内のレールの軸力が０tonfになる事を見越して、その分の圧力を緊張器で緊張器前後のレールに付加した場合、本来の軸力よりも大きな力が緊張器前後のレールに作用するため、緊張器を取り付ける前にはレールを締結している枕木が緊張器により引っ張られないように長めに解体する必要があった。
【００１６】
さらに圧接終了後には、レール締結解体箇所の両端から、設定軸力を道床縦抵抗値( 軌道構造にもよるが一般に０．６〜１．０tonf )で除した長さに対応するレール締結装置を一旦解体して、緊張器外側のレール軸力をそのレール全長に均等分散・再締結する軸力均等化処理が行われる。
この軸力均等化処理を行うレール長さは、緊張器で設定する軸力の大きさに比例して長くなるので、緊張器内のレールの軸力が０tonfになる事を見越して、その分の圧力を緊張器前後のレールR１、R２に付加すると、軸力均等化処理の作業時間や作業量が増大するという問題があった。
【００１７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、不良個所が生じたレールを中位温度以下において交換する際、交換するレール及びその前後のレールに所定の軸力を均一に与えると共に、その作業時間と作業量を簡略化し、夏場になってレールの膨張が働いてもレール設定替えをする必要がなく、しかも、接合部の信頼性を高めることができるレール緊張ガス圧接工法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するため請求項１のレール緊張ガス圧接工法は、ロングレール不動区間に生じた不良箇所のレールを切断し、新しいレールに交換する工法において、次の各工程を含むことを特徴としている。
先ず、前記切断されたレールのレール端面同士を合致させた場合に生じる軸力を保持軸力として算出しておく。
交換レールの一端をロングレールの切断箇所の一方に接合し、交換レールの他端とロングレールの切断箇所の他方の間にレール緊張器及びガス圧接機を架設し、レール同士間に徐々に増加する緊張力を与える第１の工程（図１のイ部分）。
前記レール同士間が当接する以降に前記ガス圧接機によりガス圧接を行うに際して、前記レール緊張器の内側に位置するレールに対しては、一定の圧力（γ）をガス圧接機により与えるとともに、緊張器の外側に位置するレールに対しては、当接時の緊張力に加算して、ガス圧接圧力から既に前記内側に位置するレールに与えられた圧力（γ）を引いたレール圧接力（β）を付加した一定の圧接緊張力をレール同士間に与えながら、レール同士間の当接部分を加熱してレール圧接を行う第２の工程（図１のロ部分）。
前記レール圧接によりレール同士の当接面が潰れた以降、緊張力を前記当接時の緊張力から除々に増加させた圧接緊張力で当接部分を加熱してレール圧接を行う第３の工程（図１のハ部分）。
前記圧接緊張力が前記保持軸力に所望の圧力を加えた圧力にレール圧接力（β）を付加した圧力に達したとき、当接部分の加熱を止めてレール圧接を完了し、前記圧接緊張力から当接時に加えた圧力（β）を取り除いて、緊張器外側に位置するレールに前記保持軸力に所望の圧力を加えた圧力のみを与えるとともに、前記レール緊張器の内側に位置するレールに対して前記圧力（γ）をガス圧接機により与え続けることにより、緊張器外側の所定の長さのレールに軸力均等化処理を行う第４の工程（図１のニ部分）。
前記レール圧接によるガス圧接部が３００℃以下になった後にレール間における緊張器とガス圧接機の架設を解体し、前記保持軸力がレールに生じるようにする第５の工程。
【００１９】
請求項２のレール緊張ガス圧接工法は、ロングレール不動区間に生じた不良箇所のレールを切断し、新しいレールに交換する工法において、次の各工程を含むことを特徴としている。
先ず、前記切断されたレールのレール端面同士を合致させた場合に生じる軸力を保持軸力として算出しておく。
交換レールの一端をロングレールの切断箇所の一方に接合し、交換レールの他端とロングレールの切断箇所の他方の間にレール緊張器及びガス圧接機を架設し、レール同士間に徐々に増加する緊張力を与える第１の工程（図６のイ部分）。
前記レール同士間が当接する以降に前記ガス圧接機によりガス圧接を行うに際して、緊張器の外側に位置するレールに対して、当接時の緊張力に加算して一定の圧力（γ）が付加されたガス圧接圧力（β＋γ）を一定の圧接緊張力としてレール同士間に与えながら、レール同士間の当接部分を加熱してレール圧接を行う第２の工程（図６のロ部分）。
前記レール圧接によりレール同士の当接面が潰れた以降、緊張力を前記当接時の緊張力から除々に増加させた圧接緊張力で当接部分を加熱してレール圧接を行う第３の工程（図６のハ部分）。
前記圧接緊張力が前記保持軸力に所望の圧力を加えた圧力にガス圧接圧力（β＋γ）を付加した圧力に達したとき、当接部分の加熱を止めてレール圧接を完了し、前記圧接緊張力から当接時に加えた圧力（β＋γ）を取り除いて、緊張器外側に位置するレールに前記保持軸力に所望の圧力を加えた圧力のみを与えるとともに、前記レール緊張器の内側に位置するレールに対して前記圧力（γ）に等しい圧力を圧力付加手段により与えることにより、緊張器外側の所定の長さのレールに軸力均等化処理を行う第４の工程（図６のニ部分）。
前記レール圧接によるガス圧接部が３００℃以下になった後にレール間における緊張器とガス圧接機の架設を解体し、前記保持軸力がレールに生じるようにすする第５の工程。
【００２０】
請求項３のレール緊張ガス圧接工法は、ロングレール不動区間に生じた不良箇所のレールを切断し、新しいレールに交換する工法において、次の各工程を含むことを特徴としている。
先ず、前記切断されたレールのレール端面同士を合致させた場合に生じる軸力を保持軸力として算出する一方、
交換レールの一端をロングレールの切断箇所の一方に接合し、交換レールの他端とロングレールの切断箇所の他方の間にレール緊張器及びガス圧接機を架設し、レール同士間に徐々に増加する緊張力を与える第１の工程（図７のイ部分）。
前記レール同士間が当接する以降に前記ガス圧接機によりガス圧接を行うに際して、緊張器の外側に位置するレールに対して、当接時の緊張力に加算して一定の圧力（γ）が付加されたガス圧接圧力（β＋γ）を一定の圧接緊張力としてレール同士間に与えながら、レール同士間の当接部分を加熱してレール圧接を行う第２の工程（図７のロ部分）。
前記レール圧接によりレール同士の当接面が潰れた以降、緊張力を前記当接時の緊張力から除々に増加させた圧接緊張力で当接部分を加熱してレール圧接を行う第３の工程（図７のハ部分）。
前記圧接緊張力が前記保持軸力に所望の圧力を加えた圧力にガス圧接圧力（β＋γ）を付加した圧力に達したとき、当接部分の加熱を止めてレール圧接を完了し、前記圧接緊張力から当接時に加えた圧力（β＋γ）を取り除いて、緊張器外側に位置するレールに前記保持軸力に所望の圧力が付加された圧力に新たに均衡軸力αを加えた圧力を与えることで、緊張器外側の所定の長さのレールに軸力均等化処理を行う第４の工程（図７のニ部分）。
前記レール圧接によるガス圧接部が３００℃以下になった後に、緊張器による均衡軸力αの付与を停止し、レール間における緊張器とガス圧接機の架設を解体し、前記保持軸力がレールに生じるようにする第５の工程。
【００２１】
請求項４は、請求項１乃至請求項３のレール緊張ガス圧接工法において、前記第３の工程においてレール当接部分を加熱してレール圧接を行うに際し、当接部分に常時一定の圧接圧力が生じるように、前記圧接緊張力が制御されたことを特徴としている。
【００２２】
請求項５は、請求項１乃至請求項３のレール緊張ガス圧接工法において、前記保持軸力について、レールの敷設状況を考慮し、前記切断されたレールのレール端面同士を合致させた場合に生じる軸力と異なる値として算出したことを特徴としている。
この値は、レール端面同士を合致させた場合に生じる軸力より大きい値の場合、小さい値の場合の両方がある。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１の工法によれば、前記レール同士間が当接する以降にガス圧接機によりガス圧接を行うに際し、前記レール緊張器の内側に位置するレールに対しては、一定の圧力（γ）をガス圧接機により与えるとともに、緊張器の外側に位置するレールに対しては、当接時の緊張力に加算して、ガス圧接圧力から既に前記内側に位置するレールに与えられた圧力（γ）を引いたレール圧接力（β）を付加した一定の圧接緊張力をレール同士間に与えながら、レール同士間の当接部分を加熱してレール圧接を行うので、当接部のレール突き合わせ面の温度が十分な接合可能温度に達した時期に当接部を潰すことができ、接合品質の向上を図ることができる。
また、ガス圧接終了後の緊張器外側レールに対して保持軸力（切断されたレールのレール端面同士を合致させた場合に生じる軸力）に所望の圧力を加えた圧力のみを与えるとともに、前記レール緊張器の内側に位置するレールに対して前記圧力（γ）をガス圧接機により与え続けることにより、緊張器外側の所定の長さのレールに軸力均等化処理を行うことで、ガス圧接部が３００℃以下になってから緊張器とガス圧接機を解体した場合でも、ガス圧接部を含めたロングレールに軸力不足が生じず、部分的に軸力が大きくなる区間が生じる場合でも、１０％以下の軸力増加にすることができる。
そのため、計画軸力よりも大きな力が緊張器前後のレールに作用することがなく、緊張器を取り付ける前において、レールを締結している枕木を解体する場合も必要以上に長くすることを防止できる。
【００２４】
請求項２の工法によれば、圧力（γ）とレール圧接力（β）を緊張器の緊張力に加えて圧接することで、レール同士間の当接部分を加熱してレール圧接を行うので、当接部のレール突き合わせ面の温度が十分な接合可能温度に達した時期に当接部を潰すことができ、接合品質の向上を図ることができる。
そして、圧接終了時において、前記レール緊張器の内側に位置するレールに対して前記圧力（γ）に等しい圧力を圧力付加手段により与えることで、請求項１の工法と同様に、ガス圧接部を含めたロングレールに軸力不足が生じることがない。
【００２５】
請求項３の工法によれば、請求項２の工法と同様に、圧力（γ）とレール圧接力（β）を緊張器の緊張力に加えて圧接することで、レール同士間の当接部分を加熱してレール圧接を行うので、当接部のレール突き合わせ面の温度が十分な接合可能温度に達した時期に当接部を潰すことができ、接合品質の向上を図ることができる。
そして、圧接終了時において、緊張器外側に位置するレールに前記保持軸力に所望の圧力が付加された圧力に新たに均衡軸力αを加えた圧力を与えることで、請求項１及び請求項２の工法と同様に、ガス圧接部を含めたロングレールに軸力不足が生じることがない。
【００２６】
請求項４の工法によれば、レール当接部分を加熱してレール圧接を行うに際し（第３の工程）、当接部分に常時一定の圧接圧力が生じさせて接合するので、圧接部の品質向上を図ることができる。
【００２７】
請求項５の工法によれば、レールを切断したときの開口量から計算した軸力が、保守上の管理軸力よりも低い場合や高い場合に、計算した保持軸力を増減して緊張ガス圧接を行い、軸力均等化処理、緊張器解体後、保守上の管理軸力にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の実施の形態の第一の例（請求項１に対応）としてのレール緊張ガス圧接工法（特殊断面レールの連続頭部硬化熱処理方法）について、図面を参照しながら説明する。
先ず、図１０に示すように、不良個所１を含むレールＲ３を切断箇所Ａ，Ｂで切断する。レールを切断すると軸圧が０tonfとなるのでレールが縮む。このときの縮小量が後述する圧接に必要な圧縮量に満たない場合には、レールＲ１，Ｒ２の前後の締結装置を緩解し、レールの収縮を図り、圧接に必要な圧縮量を確保する。
【００２９】
切断レールを撤去し、切断部分（ＡＢ間）より長い交換レールＲ４を切断部分に設置し、一端を切断箇所Bに接合する。切断箇所Bの接合は通常のガス圧接により行う。ガス圧接機による圧接方法は後述する。
【００３０】
次に、切断箇所Bを接合した交換レールＲ４の他端を敷設レールＲ１に沿わせ、夏場における膨張分を見込んで切断箇所Aとの間に隙間があくように切断する。
交換レールＲ４を切断後に端面処理をして、切断箇所Aと交換レールＲ４の端を対面させて、図２に示すようにレールＲ１と交換レールＲ４との間に、レール緊張器Cの取り付を行なう。
【００３１】
すなわち、レールＲ１の一方の側面腹部を図３に示すように第１固定具１１で固定する。この固定具１１は半円形であってその直径部には歯形の溝が設けられたレールＲ１への密着部１２が形成され、レールＲ１の固定を確実にする。第１固定具１１の彎曲面１３にはL字型の第１腕部１４が廻動自在に枢着される。この第１固定具１１と第１腕部１４の枢着は、彎曲面１３と同一曲率半径を有する彎曲溝１５を第１腕部１４の先端に形成すると共に、この彎曲溝１５に面接触するように第１固定具１１が設けられる。
また、第１固定具１１の上面には前記半径と同一中心のガイド溝１６が形成されると共に、このガイド溝１６に下端が挿入するように、ビス１７が第１腕部１４に螺着される。
【００３２】
同様に交換レールＲ４には一方の側面腹部に第２固定具１８と第２腕部１９が、レールＲ１の他側腹部には第３固定具２０と第３腕部２１が、交換レールＲ４の他側腹部には第４固定具２２と第４腕部２３が配設される。
第１腕部１４と第２腕部１９とは、油圧シリンダ２４で連結されている。同様に第３腕部２１と第４腕部２３とは油圧シリンダ２５で連結されている。
【００３３】
油圧シリンダ２４、２５内は、油圧シリンダ２４、２５端部から突出するピストンロッド２６、２７の一端に固着しシリンダ内を摺動するピストンにより2つの室に分かれ、各室に圧油を供給する油圧ホース２８の一端に切替レバー２９を介してモーターポンプ３０が接続されている。
L字型第１腕部１４とL字型第３腕部２１の突出部間は第１連結板３１で連結されている。
【００３４】
この第１連結板３１は第１腕部１４、第３腕部２１に対して連結ピン３２を介して廻動自在に設けられ、第１椀部１４、第３腕部２１上面及び下面の両側に設けられる。
同様に第２腕部１９と第４腕部２３間は第２連結板３３で連結されている。
油圧シリンダ２４、２５を伸ばした状態で第１固定具１１、第３固定具２０の密着部１２をレールＲ１の両側に当て、一方第２固定具１８、第４固定具２２を交換レールＲ４に同様に当接させてセットする。
【００３５】
次に、油圧シリンダ２４、２５を縮めると連結ピン３２が支点となって各腕部１４、１９、２１、２３が廻動すると共に、これに追従して各固定具１１、１８、２０、２２の彎曲面１３と各腕部１４、１９、２１、２３の彎曲溝１５がすり合わせの状態で各々レールＲ１，Ｒ４方向へ前進し、互いに押圧することによってレールＲ１，Ｒ４に確実に固定される。
【００３６】
次に、緊張器Cの中側に圧接機Dを装着する。圧接機Dは、接続すべき２本のレールＲ１，Ｒ４の一方をクランプする左クランプの支持ブロック５１と、他方をクランプする右クランプの支持ブロック５２と、加熱用のバーナーの支持ブロック５３と圧接用シリンダの支持ブロック５４から構成され、各ブロックは、上下左右の各隅部を４本の案内シャフト５５によって支持されている。
左クランプの支持ブロック５１は案内シャフト５５に定置しているが、右クランプの支持ブロック５２は前記支持ブロック５１に対設して案内シャフト５５に移動可能に支えられ、またバーナーの支持ブロック５３は支持ブロック５１と支持ブロック５２との間に位置して案内シャフト５５に移動可能に支持されている。
【００３７】
また、圧接用シリンダ５６の支持ブロック５４には圧接用シリンダ５６が対称位置に案内シャフト５５と平行に二個取付けされており、各々のラム５７が前記移動クランプの支持ブロック５２に連結され、該ラム５７の進退動によって移動クランプ支持ブロック５２を案内シャフト５５に沿って、これに対設した定置クランプの支持ブロック５１に向け移動し、各クランプの支持ブロック５１、５２にクランプされたレールＲ１，Ｒ４を互いに突き合せ圧接する構造となっている。
各支持ブロック５１、５２、５３、５４には図５に示すように各々同一位置に下方に向け開口したクランプ口５８、５９、バーナー吹出口６０及びレール嵌合口６１が形成されており、各開口５８、５９、６０、６１はレールの頭部Ｒ１方向からの嵌合を許容する大きさと形状を有しており、各支持ブロック５１、５２、５３、５４をレールＲ１，Ｒ４上方から、これに乗せるような状態で各開口５８、５９、６０、６１にレールＲ１，Ｒ４を嵌合させ、圧接機ＤをレールＲ１，Ｒ４に設置させる。
【００３８】
図５は上記定置クランプの支持ブロック５１及び移動クランプの支持ブロック５２の構造を詳細に示している。
両支持ブロック５１、５２とも同一の構造で、図に示すように、クランプ口５８、５９を構成する各支持ブロック５１、５２の頚部６２、６３内側面には固定クランプ爪６４、６５が、又該固定クランプ爪６４、６５と対向する頚部６６、６７内側面には移動クランプ爪６８、６９が夫々設けられると共に、上記移動クランプ爪６８、６９が設けられている頚部６６、６７には各々同一位置に側面から取付穴が設けられ、これにシリンダ７０、７１が夫々着脱自在に取付され、各シリンダ７０、７１のラム７２、７３には前記移動クランプ爪６８、６９が取り付けられており、各シリンダ７０、７１の動作により、ラム７２、７３は進退し、これに伴って移動クランプ爪６８、６９を固定クランプ爪６４、６５に向け移動し、レールＲ1、R4の腹部をクランプするように構成されている。
【００３９】
また、上記移動クランプの支持ブロック５２の前面には熱間押し抜き刃７６が装着されており、圧接終了後、シリンダ７０でレールＲ１を固定したまま、シリンダ７１の交換レールＲ４の固定を解いてから、圧接用シリンダ５６で支持ブロック５２を前進することにより、圧接で出来た当接部全周の余肉を熱間剪断して取り除くように構成されている。
【００４０】
油圧ポンプ等によってクランプ爪６８、６９用のシリンダ７０、７１を動かすと、レールＲ１，Ｒ４の腹部に該移動クランプ爪６８、６９が当接せしめられる。
更にシリンダ７０、７１が動作すると、その反作用で固定クランプ爪６４、６５が他側のレールＲ１，Ｒ４の腹部に当接する方向に機械本体が寄せられ、最終的にレールＲ１，Ｒ４の腹部両側を挟み付けるような状態でクランプする。
これによって自動的にレール車輪フランジの通り側首部は固定クランプ爪６４、６５の把持面に規制され、車輪フランジの通り側首部はクランプ口５８、５９の内奥面によって規制され、レールＲ１，Ｒ４は通り側を一致して突合された状態となり、レールは車輪通過上好ましい状態で、精度良く把持される。
尚、圧接機Ｄは上述の構造に限らず他の構造でレールＲ１，Ｒ４を把持するようにしてもよい。
【００４１】
以上のようにレールＲ１，Ｒ４に緊張器Ｃおよび圧接機Ｄを取り付けた後、緊張器Ｃのモータポンプ３０に通じる切替レバー２９を、ピストンロッド２６及び２７が伸びる方向に圧油が供給されるように切替え、レールを切断した時のレールの縮小量または作業時のレール温度から算出した計画レール軸圧を与えるように徐々に引張力を与え、レールＲ１，Ｒ４を伸ばす（図１のイ部分）。引張力はコントロールボックス３４に設けた圧力計を監視しながら圧力調整ツマミを動かし、平均に加圧する。
そして、レール間Ｒ１，Ｒ４の隙間がなくなり当接した状態（図１のＴ1）で、当接面をバーナー支持ブロック５３に設けたバーナー（図示せず）にて加熱する（図１のロ部分）。バーナー支持ブロック５３は、左右クランプ爪によってクランプ圧接されたレールＲ１，Ｒ４の当接部全外周面に向かってバーナー吹出口が開口し、バーナーの火炎をレール当接部全域に向け集中的に加熱し、レールの接合面を接合するようになっている。
【００４２】
バーナー吹出口がレールＲ１，Ｒ４の当接部の中心に正しく位置していない時はバーナー支持ブロック５３を案内シャフト５５に沿って移動せしめ、正しい加熱位置となるよう位置調整をする。
バーナーに送るガスは、酸素とアセチレンとを平衡器７４を通して混合した混合ガス圧として調整し、バーナー支持ブロック５３に設けた供給口７５より供給する。バーナーにて加熱を行う際には、圧接圧力を必要とする。
この圧接圧力は、圧接機Dの圧接用シリンダ５６の圧力、及び、緊張器Cのシリンダ２４，２５の圧力を増加させることにより対処する。
【００４３】
すなわち、圧接機Ｄでは緊張器Ｃの第１固定具１１と第２固定具１８間のレールに一定の圧力（図１の圧力γ）を与える。なお、圧接用シリンダ５６の圧力調整は油圧操作盤７７で行う。
また、緊張器Ｃには、圧接圧力（レールの大きさにより異なるが一般に１６〜２０tonf）から、既に圧接機Ｄで与えた圧力γを減じた圧力（図１の圧力β）を与える。この圧力βは、コントロールボックス３４で油圧シリンダ２４、２５の圧力を監視する人間が、レールＲ１，Ｒ４が当接したことを確認して（図１のＴ1）、緊張圧力に加える。
【００４４】
当接後、緊張器CによるレールＲ１，Ｒ４の当接圧力（圧力β）に、圧接機Ｄによる圧接圧力（圧力γ）を付加した一定の圧力状態でレールＲ１，Ｒ４の当接部中心へのバーナー加熱を続ける（図１のロ部分）。
【００４５】
バーナー加熱を続けると当接部の温度が上がり当接部が圧接圧力を支えられない高温になると、当接面が潰れて緊張器Cの油圧シリンダ２４，２５が動作する。この時、油圧シリンダ２４，２５内の圧力低下が一時的に起きる。この圧力低下をモーターポンプ３０内の圧力スイッチで検知して、自動的にモーターポンプ３０が駆動し、油圧油を油圧シリンダ２４，２５内に供給する（図１のＴ2部分）。
【００４６】
このモーターポンプ３０の駆動により、コントロールボックス３４を制御するシーケンサー３５が作動する。シーケンサー３５は緊張器Cの油圧シリンダ２４，２５の圧力を一定時間毎に一定の圧力を上げるようにプログラムにより制御されている。
例えば、モーターポンプ３０の駆動開始から1分間までは６秒間隔で、１分以降から２分までは３秒間隔で、２分以降から３分までは２秒間隔で、3分以降は1秒間隔で０．５tonfずつ圧力を増加させる（図１のハ部分）。
【００４７】
この増加させる圧力は、レールを切断した時のレールの縮小量または作業時のレール温度から算出した計画軸力から当接時の圧力軸力を引いた値を６０〜１２０で割った値が用いられる。
【００４８】
通常のガス圧接を行う場合、当接面を一定の圧接圧力で押しつけながら当接部をバーナーで加熱する、バーナー加熱後、当接面の温度が上昇して圧接圧力を当接面が支えきれなくなると当接面が潰れて圧接圧力が低下する。
本例の工法では、圧接圧力を制御する油圧コントロールボックス７７には圧力スイッチが付いており、約１割の圧力低下が起きたとき、油圧ポンプが作動して圧接用シリンダ５６に油を供給し、当接面に一定の圧接圧力が保たれるようにしている。
以後、バーナー加熱により当接面の温度が上がるほど油圧ポンプの作動頻度が高くなり、当接部の潰れる速度も速くなる。そして所定の圧縮量に達したとき圧接終了になる。
【００４９】
この油圧ポンプの作動頻度は、圧縮量の大小(レール鋼種により圧縮量は２４〜３０mmがある)や、レールの大きさ(１ｍ当たり４０〜６０kgfがある)により異なるが通常３０〜６０回行われる。この作動頻度が多いほど一定の圧接圧力で加圧していることになり、圧接部の品質も良くなる。
【００５０】
本発明のレール緊張ガス圧接工法の場合においても、バーナー加熱中は常に一定の圧接圧力を当接部に与える事が重要である。
このため緊張器Cのモーターポンプ３０には精度の高い圧力スイッチが設置されており、圧力低下が僅かに起きたとき（図１のＴ2）にモーターポンプ３０が作動する以後の、モーターポンプ３０の作動回数は、シーケンサー３５により制御され、通常の圧接の場合よりも２倍程度の作動回数にすることにより、圧接部の品質が向上する。
【００５１】
この様に、当接部には、バーナー加熱初期で当接部の温度が低い時まで一定の圧接圧力β＋γで加圧をし、当接部が高温になり圧接圧力β＋γを支えきれなくなった時からは圧接圧力β＋γを保つために比較的長い時間間隔で緊張器Cの圧力を徐々に増加し、当接部の温度が十分に上がった時は比較的速い時間間隔で緊張器Cの圧力を増加する事により一定の圧接圧力β＋γを保ち、良好な接合部を得ることができる。
【００５２】
また、シーケンサー３５には、あらかじめ保持軸力（図１における計画レールの軸力）に所望の圧力を加えた圧力（図１における緊張器外レールの保持軸力）に更にレール圧接力βを加えた圧力になったときブザー３６が鳴るように、また、その時は緊張器Cの圧力増加を止め、保持するようにプログラムされている（図１のＴ3）。保持軸力は、切断されたレールのレール端面同士を合致させた場合に生じる軸力のことで、予め算出しておく値である。
ブザー３６が鳴った時、バーナーを操作する人間がバーナーを消火し、直ちに、圧接機Ｄの熱間押抜き剪断機７６により、圧接部の余肉を熱間剪断除去し、再度レールＲ１，Ｒ４を保持して圧力γを付加する。圧力γの値の具体的な算出方法は後述する。尚、上述のブザーが鳴る構造に限らず、他の構造で設定圧力になった時期を知らせるようにしても良い。
【００５３】
圧接機Ｄの熱間剪断と再保持が終了してから、シーケンサー３５のプログラムを解き、コントロールボックス３４を操作して緊張器Cに付加した圧力βを抜き、保持軸圧に一定圧（後述する過多軸力ｘ）を加えた圧力のみを緊張器Cの外側のレールに与えるようにする。
これにより、緊張器Cの油圧シリンダ２４、２５内の圧力は徐々に低下し、緊張器Ｃの外側のレールに必要なレール軸力を与え続ける（図１のニ部分）。
また、緊張器Ｃの内側のレールには、レールに一定の圧力γが圧接機Ｄにより与え続けられる（図１のニ部分）。
【００５４】
そして、レール圧接部に緊張器Cの外側のレール軸圧をかけてもよい温度（３００℃）に冷却するまでこの圧力を保持した後、緊張器Ｃを撤去する。
圧接器Ｄで与えていた圧力γも軸力をかけて良い温度（３００℃）に冷却するまでこの圧力を保持（軸力均等化処理）した後に撤去することにより、レールに保持軸力のみが生じるようになる。
【００５５】
軸力均等化処理は、緊張器Cにより、その外側のレールに必要以上の軸圧が付加されていないため、最低限の作業時間と作業量で済む。
また、レールに必要以上の軸圧を付加しないため、緊張器Cを取り付ける前に行うレール締結解体を長めにする必要はない。
【００５６】
以上は切断箇所Ａについての圧接方法であるが、切断箇所Ｂについては前述したように緊張器Ｃを用いず圧接機Ｄのみによって接合する。従って圧接圧力は圧接機Ｄに設けた圧接用シリンダ５６の動作によって与えられる。
【００５７】
図６は、レール緊張ガス圧接工法の第二の例（請求項２に対応）を示すもので、この例では、圧接機Dの圧力γは、レールＲ１，Ｒ４の当接時（図６のＴ1）に与えずに、バーナー加熱終了後（図６のＴ3）に与えるようにしている。その場合は、レールＲ１，Ｒ４が当接したあと緊張器Cには圧接圧力として圧力γに圧力βを付加させた圧接圧力（β＋γ）を緊張圧接力として与え、バーナー加熱終了後（図６のＴ3）に圧接圧力（β＋γ）を抜くようにする。
また、圧力γを与えるのは圧接機に限らず、他の油圧ポンプ等の圧縮装置であっても良い。
【００５８】
すなわち、レール同士間が当接する以降にガス圧接機によりガス圧接を行うに際して、緊張器Ｃにより、当接時の緊張力に加算して圧力（γ）が付加されたガス圧接圧力（β＋γ）を一定の圧接緊張力としてレール同士間に与えながら、レール同士間の当接部分を加熱してレール圧接を行う（図６のロ部分）。
【００５９】
そして、レール圧接によりレール同士の当接面が潰れた以降、緊張力を前記当接時の緊張力から除々に増加させた圧接緊張力で当接部分を加熱してレール圧接を行う（図６のハ部分）。
【００６０】
前記圧接緊張力が所定のレール軸圧にレール圧接力を付加した圧力に達したとき、当接部分の加熱を止めてレール圧接を完了し、前記圧接緊張力から当接時に加えた圧力（β＋γ）を取り除いて、緊張器外側に位置するレールにも計画軸力を与えるとともに、一定の圧力（γ）を緊張器内のレールに対してガス圧接機により付加することで、緊張器外側及び内側に位置するレールにそれぞれ軸力が与えられるようにする（図６のニ部分）。
【００６１】
図７は、レール緊張ガス圧接工法の第三の例（請求項３に対応）を示すもので、この例では、圧接機Dの圧力γは、図６の例と同様に、レールＲ１，Ｒ４の当接時（図７のＴ1）に与えずに、バーナー加熱終了後（図７のＴ3）に与えるようにしている。
図６の例との相違は、前記圧接緊張力が前記保持軸力に所望の圧力を加えた圧力にガス圧接圧力（β＋γ）を付加した圧力に達したとき、当接部分の加熱を止めてレール圧接を完了し、前記圧接緊張力から当接時に加えた圧力（β＋γ）を取り除いて、緊張器外側に位置するレールに前記保持軸力に所望の圧力が付加された圧力に新たに均衡軸力αを加えた圧力を与えることで、緊張器外側の所定の長さのレールに軸力均等化処理を行う部分である（図７のニ部分）。そして、上記のレール圧接によるガス圧接部が３００℃以下になった後に、緊張器による均衡軸力αの付与を停止し、レール間における緊張器とガス圧接機の架設を解体し、保持軸力がレールに生じるようにする。均衡軸力αの値の具体的な算出方法は後述する。
【００６２】
次に、図１に示したレールガス圧接工法におけるレール軸圧と圧接圧力との関係について、具体的な数値を示して説明する。
気温３０℃(中位温度)で敷設したロングレールの一部を０℃(冬場)に切断して新しいレールに交換する場合を例に説明する。
気温３０℃で敷設したロングレール(一般に２００ｍ以上)のＪＩＳ６０ｋｇレールの中間部が０℃になった時には、下記の式1により５５．６tonfの軸力が発生している。
【００６３】
（式1）
軸力P1＝ヤング率・６０kgレールの断面積・温度差・線膨張係数
＝2.1×103×77.4×30×1.14×10-5 ≒ 55.6
【００６４】
従って、レールの中間部を切断すると５５．６tonfの力が解放される。ここで、抵抗値ｒ(道床縦抵抗値)が０．９tonf／mとすると、両側のレールとも５５．６／０．９≒６１．８ｍに対応する部分のレールが縮むことになる。
この現象について図８を参照しながら説明する。
図８はレールにおける軸力分布図で、縦軸は軸力、横軸は長さで、下線が軸力0tonf、軸力面積は軸力×長さで表わす。なお、図の両側のレールは接続されていない。また、１５０は軸力で５５．６tonfである。１５１は可動区間で６１．８ｍである。１５５は開口量で、下記の式2により、２１ｍｍ開口している。
【００６５】
（式２）
開口量Ｋ＝ヤング率・60kgレールの断面積・温度差・線膨張係数・(温度差・線膨張係数 ) ／ｒ
＝P1×(30×1.14×10-5 ) / 0.9 ≒ 21
【００６６】
端面１５３と端面１５４は切断したそれぞれのレール面である。
ここで、図８（ｂ）の様に、傷Aのあるレールを取り除いて１０ｍのレール１５６を挿入し、緊張器や圧接機を取り付けるためレール１５６の両側レールの締結装置を１０ｍずつ緩めると全長約３０ｍの軸力０tonfの区間が生じる。可動区間１５１は軸力１５０に応じたものなので締結装置を緩めた端から生じる。つまり、図８（ｂ）では締結装置を緩めた区間３０ｍと可動区間１５１の２倍の長さで、合計１５３．６ｍのレールが軸力低下を起こしている。
軸力低下区間長＝30＋61.8×2 ≒ 153.6
【００６７】
この状態で図８（ｃ）のように、箇所１５９に通常のガス圧接を行う。
次に、レール１５７の箇所１６０とレール１５６の箇所１６１に緊張器をセットし、箇所１６２にガス圧接機をセットし、所定の緊張ガス圧接を行う。
【００６８】
図８（ｄ）は緊張ガス圧接が終わったときの軸力分布図である。
ここで、軸力面積１８２と１８３の合計値は、軸力面積１７７、１７８、１７９、１８０合計値と同じになる。
また、緊張器内側のレール長を４ｍとすると（通常はロッド３７を１本と油圧シリンダー２４、２５を１台連結して使用するので４ｍである)、軸力１７２と１７３は次のようになる。
【００６９】
軸力１７２＝（軸力１５０×緊張器内側のレール長）／（軸力低下区間長−緊張器内側のレール長 ）
＝（55.6×4）／（153.6-4）
＝1.49 ≒1.5 tonf
この軸力１７２を緊張器外側に生じた過多軸力ｘ（請求項１の所望の圧力に対応する軸力）と定義する。
軸力１７３＝軸力１５０＋軸力１７２
＝55.6＋1.5 ≒ 57.1 tonf
また、軸力１７３に対応する可動区間１７５は、軸力／道床抵抗値なので、軸力１７３に対応する可動区間１７５は、57.1 / 0.9＝ 63.4mになる。
【００７０】
つまり緊張器を解放すると緊張器外側のレールは緊張器端から63.4mずつ、軸力の変化を受ける。しかし、その外側の軸力面積１７７と１８０は影響を受けない。そして、このまま緊張器を解放すると、軸力面積１７７と１８０の分の軸力低下が緊張ガス圧接部付近に起きる。
【００７１】
軸力面積１７７と１８０の合計値
＝( 軸力低下区間長−緊張器内側のレール長―軸力１７３に対応する可動区間１７５長の２倍)・軸力１７２
＝(153.6―4―63.4×2)×1.5＝ 34.2m・tonf
【００７２】
軸力低下が緊張器のあった箇所だけレール長さ４ｍだけで考えると軸力低下値は、8.6tonf( 34.2m・tonf / 4m)と大きな値になる。また、可動区間長(63.4×2m)と緊張器内のレール長4mの合計値153.6mで割ると0.26tonfになる。
いずれの場合も緊張器を解放すると、可動区間の軸力は上記のように低下する。
【００７３】
このため、軸力面積１７７と１８０の合計値に相当する軸力面積１８２をあらかじめ緊張器内のレールに負荷しておけばよい。具体的には、軸力面積１７７と１８０の合計値34.2m・tonfを緊張器内のレールにガス圧接機で加えておけばよい。つまり、34.2m・tonf / 緊張器内のレール長4m≒8.6tonfの軸力をγとするば良い。
【００７４】
このように、ガス圧接後、緊張器で緊張器の外側のレールには57.1tonfの軸力を、緊張器内のレールにはガス圧接機で8.6tonfの軸力を与えておけば、ガス圧接後、軸力均等化処理を行い、ガス圧接部が３００℃になって緊張器とガス圧接機を解体したときには図８（ｅ）に示す軸力分布になり、ロングレール中間部の軸力低下は発生しない。また、軸力が１．５tonf高い箇所が区間１７４と１７６に残るが、軸力１５０の５５．６tonfに対して２．７％と非常に小さいので、ロングレールの保守上問題になることはない。
【００７５】
区間１７４または１７６の長さ。
合計長さは、軸力低下区間長−緊張器内側のレール長−軸力１７３に対応する可動区間１７５長の２倍なので、153.6−4−63.4×2＝22.8mとなる。１０ｍのレールを挿入した分だけ区間１７６は長くなるので（22.8−10）／２＝6.4ｍが区間１７４の長さである。また区間１７６は10ｍ＋6.4ｍ＝16.4ｍとなる。
【００７６】
続いて、図７に示したレールガス圧接工法（請求項３に対応）におけるレール軸圧と圧接圧力との関係について、図９を参照しながら具体的な数値を示して説明する。
前述と同じ条件で説明する。図９（ａ）はガス圧接が終わった時の軸力分布図である。
【００７７】
軸力１９６はガス圧接が終わり、緊張力から(β＋γ)を取って、新たに均衡軸力αを保持軸力に加えて緊張した状態である。
ここで、軸力面積１８３の合計値は、軸力面積１８７，１８８，１８９，１９０，１９１，１９２，１９３，１９４の合計値と同じになる。
軸力１７２は上記と同様に下記のように算出される。
【００７８】
軸力１７２＝(軸力１５０×緊張器内側のレール長さ)／(軸力低下区間長−緊張器内側のレール長)
＝(55.6×4)／(153.6−4)
＝1.49≒1.5 tonf
また、軸力１９６は次のようになる。
軸力１９６＝軸力１５０＋軸力１７２＋軸力１９５
＝55.6＋1.5＋α≒57.1＋α
ここで、均衡軸力αを0.26tonfとすると、軸力１９６≒57.36tonfになる。
【００７９】
均衡軸力αは下記の式で求まる。
緊張器内の軸力面積(４ｍ×軸力)
＝{(過多軸力x＋α)・(軸力＋過多軸力x＋α)に対する可動区間長}の2倍
＝{(過多軸力x＋α)・(軸力＋過多軸力x＋α)／道床縦抵抗力}・２
これを数式にすると、
４×Ｐ1＝｛(x＋α)×(P1＋x＋α)／ｒ}×2
となる。
このうち、軸力面積は、１８８，１９２，１８９，１９３は次の式で表される。
｛（Ｐ1+x+α）/ｒ｝×（ｘ＋α）×２ （１）
また、１８３の軸力面積は次の式で表される。
Ｐ1×４ （２）
（１）と（２）が釣り合えば軸力低下は起きない。
ここで、
P1＝ヤング率・60kgレールの断面積・温度差・線膨張係数(tonf)
ｘ＝４・Ｐ1/{(２・Ｐ1/ｒ)＋(Ｑ−４)}(tonf)
Ｑ＝圧接前の締結解体時に軸力が０tonfになった区間長(ｍ)
であり、Ｐ1とｘとＱの値が前述で算出されているので、それぞれの値を代入すれば均衡軸力αの値が求まる。
【００８０】
4×55.6＝{(1.49＋α)(55.6＋1.49＋α) /
0.9}×2
＝{(1.49＋α)(57.09＋α) /
0.9}×2
100.08 ＝{(1.49＋α)(57.09＋α)
0 ≒α2＋58.58α−15.02
≒(α＋58.32)(α−0.26)
したがって、αの値は、−58.32または＋0.26になる。−の値は適当でないので、均衡軸力α≒0.26である。
【００８１】
軸力１９６に対応する可動区間１８５は、軸力／道床抵抗値なので、57.36／0.9＝63.7ｍになる。
つまり緊張器を解放すると緊張器外側のレールは63.7ｍずつ、軸力の変化を受ける。
これより、軸力面積１８８，１９２，１８９，１９３の合計値は、（軸力低下区間長・２）・（軸力１７２＋軸力１９５）なので、(63.7×2)×(1.5＋0.26)≒224.2m・tonfとなる。
この値は、緊張器内のレール軸力面積４ｍ×55.6＝222.4とほぼ等しいので緊張器を解体したとき、緊張器内レールの軸力が補償される。
【００８２】
これにより、ガス圧接後、緊張器で緊張器の外側のレールに保持軸力＋過多軸力ｘ＋均等軸力αを合わせた軸力を与えておけばガス圧接後、軸力均等化処理を行い、ガス圧接部が３００℃になって緊張器とガス圧接機を解体したときには図９（ｂ）に示す軸力分布になり、ロングレール中間部の軸力低下は発生しない。また、軸力が1.76tonf高い箇所が区間１８４と１８６に残る。この値は前記した方法（請求項１に対応）より大きいが、軸力１５０の55.6tonfに対して約３％と非常に小さいので、ロングレールの保守上問題になることはない。
【００８３】
区間１８４または１８６の長さ。
合計長さは、軸力低下区間長−緊張器内側のレール長―軸力１９６に対応する可動区間１８５の２倍なので、153.6−4−63.6×2＝22.4ｍとなる。
１０ｍレールを挿入した分だけ区間１８６は長くなるので、(22.4−10)／2＝6.2mが区間１８４の長さである。また区間１８６は10ｍ＋6.2ｍ＝16.2ｍとなる。
【００８４】
上述したレール緊張ガス圧接工法においては、保持軸力について、「切断されたレールのレール端面同士を合致させた場合に生じる軸力」として算出するが、レールの敷設後の使用状況により、軸力が部分的に変化する現象が生じる。
これは、ロングレールの不動区間はどの箇所でも同じ軸力になるように敷設されるが、使用後にこの軸力が、道床の劣化、締結装置の劣化、列車通過によるレールのふく進、直射日光に当たる箇所と当たらない箇所、等の原因により変化する場合があるからである。
そのような場合は、上述したレール緊張ガス圧接工法において、レールの敷設状況を考慮し、前記切断されたレールのレール端面同士を合致させた場合に生じる軸力と異なる値として算出するようにしてもよい。
【００８５】
すなわち、レールを切断したときの開口量から計算した軸力が、例えば保守上の管理軸力よりも１０tonf低い場合は、開口量から計算した軸力に１０tonfを加えた値を保持軸力として上述した各工法で緊張ガス圧接を行い、軸力均等化処理、緊張器解体を行えば良い。
また逆に、レールを切断したときの開口量から計算した軸力が、例えば保守上の管理軸力よりも１０tonf高い場合は、開口量から計算した軸力に１０tonfを引いた値を保持軸力として上述した各工法で緊張ガス圧接を行い、軸力均等化処理、緊張器解体を行えば良い。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明工法は、不良個所が生じたレールを中位温度以下において交換する場合のレール同士の圧接に際して、交換するレール及びその前後のレールに所定の軸力を均一に与えることで、その作業時間と作業量を簡略化するとともに、圧接における接合部の信頼を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明工法によるレールの接合面にかかる圧力を示すグラフ図である。
【図２】本発明工法の実施状況を示す平面説明図である。
【図３】本発明工法で用いる緊張器部分の断面説明図である。
【図４】本発明工法で用いる圧接機部分の正面説明図である。
【図５】本発明工法で用いる圧接機部分の断面説明図である。
【図６】本発明工法の他の例によるレールの接合面にかかる圧力を示すグラフ図である。
【図７】本発明工法の他の例によるレールの接合面にかかる圧力を示すグラフ図である。
【図８】（ａ）乃至（ｅ）はレールを切断した場合のレールにおける軸力分布図を示す模式図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）はレールを切断した場合のレールにおける軸力分布図を示す模式図である。
【図１０】（Ａ）（Ｂ）は本発明のレール交換の接合方法を説明するための平面説明図である。
【図１１】（Ａ）（Ｂ）は従来のレール交換の接合方法を説明するための平面説明図である。
【図１２】（ａ）乃至（ｅ）はレールを切断した場合のレールにおける軸力分布図を示す模式図である。
【図１３】（ａ）乃至（ｃ）はレールを切断した場合のレールにおける軸力分布図を示す模式図である。
【符号の説明】
【００８８】
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ レール
Ｒ４ 交換レール
Ｃ 緊張器
Ｄ 圧接機
２４，２５ 油圧シリンダ
２６，２７ ピストンロッド
３０ モーターポンプ３０
３４ コントロールボックス
３５ シーケンサー
５６ 圧接シリンダ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロングレール不動区間に生じた不良箇所のレールを切断し、新しいレールに交換する工法に関し、更に詳しくは、中位温度で敷設したロングレールの一部を冬場に切断し、新しいレールに交換する必要が生じた時、ロングレールの切断箇所と交換レールとを接合させる工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロングレールを敷設する場合、気温の変化に伴うレールの膨張、縮みを考慮して夏と冬の中間の気候である中位温度のとき敷設する事によりレールの内部圧力である軸力を最小限にしている。
ロングレールには伸縮を行う両側の可動区間と、レールが伸びたり縮まろうとする力よりもコンクリート枕木等の締結装置による抵抗力の方が高く伸縮が行われない不動区間とがある。この不動区間では、冬は縮まろうとする内部圧力が、夏は伸びようとする内部圧力としてのレール軸力が生じる。
中位温度で敷設したロングレールの不動区間に亀裂等が生じたとき、冬場においてこの不良部分を切断するとレールの軸力は０になりレール切断箇所が大きく開く。従って新しいレールを接続する場合、もとのレール軸力になるよう新しいレールに圧力を加えて接続する必要があった。
【０００３】
従来、冬場においてレールを交換する場合、図１１（Ａ）（Ｂ）に示すように不良個所１を含むレール２を枕木間の中央位置Ａ，Ｂで切断して取り外す。
次に、切断部分の外側のレールＲ１とＲ２にレール同士を引張る機械であるレール緊張器により所定の圧力を加えた後、レール２より少し短いレール３をレール２のあった箇所に挿入して、切断位置Ａ、ＢとレールＲ１、Ｒ２との間隙に金属４を溶け込ませて繋ぐ置き継ぎ方法が従来より存在する。
【０００４】
また、特許文献１に示すように、レール2とほぼ同じ長さのレール3の一端をロングレールの切断箇所の一方に接合し、レール3の他端を所定のレール軸力（計画軸力）まで徐々に緊張させる（緊張力を与える）と共に、レール3の他端が前記ロングレールの切断箇所の他方に当接する以降に、緊張させる圧力にレール圧接圧力を付加した圧力を与え、前記レール3と前記ロングレールの切断部分を加熱してレール圧接を行い、緊張力が前記レール軸力（計画軸力）に達したとき接続部分の加熱を止めてレール圧接を行い、その後、枕木に締結装置でレール締結をする方法が提案されている。
【特許文献１】特公平２−３６３５５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の前者の方法であると、レール間にレールとは異なる溶接金属を溶け込ませて接合するため接合面では異なる金属が接しており、溶接性が悪く接合箇所の疲労強度が低いという問題点があった。
【０００６】
また、特許文献１に記載の方法は、緊張力が前記レール軸力に達したとき接続部分の加熱を止めてレール圧接を行う方法であるので、レールを圧接したあと緊張させている圧力からレール圧接圧力を取り除くため、緊張器内のレール３の軸力は０tonfになる。
このため、緊張器を解体してレールから外すと、レール３の軸力０tonf と緊張器の外側で緊張したレールＲ１、Ｒ２の軸力が相殺し合って、レール３付近の軸力は緊張器で設定した計画軸力より低くなるという現象が生じる。
【０００７】
具体的な例について、図１２のロングレールの軸力分布図を用いて説明する。
図１２の縦軸は軸力、横軸は長さで、下線が軸力０tonf、軸力面積は軸力×長さで表わす。なお、図の両側のレールは接続されていない。また、軸力１５０、可動区間１５１とした場合、可動区間１５１はレールが可動する区間で軸力１５０を抵抗力γ(道床縦抵抗力とも言う)で除した値となる。不動区間１５２は、レールが全く動かない区間である（図１２（ａ））。
【０００８】
ここで、不動区間１５２の中間部にレール傷Ａが発生し、レール傷Ａを含むレールをレール１５６に交換する場合、まず、レール傷Ａの近くを切断すると、不動区間１５２には軸力１５０があるのでその大きさに応じた分レールが開口し、切断端面の両側には可動区間１５１が生じる（図１２（ｂ））。
【０００９】
次にレール傷Ａを含むレールを撤去し、新レール１５６を挿入する。この時、接合部１５９ではガス圧接するため、ガス圧接機が取り付けられるようにレール１５８の範囲のレール締結を解体しておく、また、接合部１６２では緊張器を取り付けるためレール１５７の範囲のレール締結を解体しておく。これにより、レール１５７〜１５８の区間の軸力は０tonfになる。
そして、接合部１５９で通常のガス圧接を行い接合する（図１２（ｃ））。
【００１０】
次に、既設レール位置１６０と新レール１５６の位置１６１に緊張器を取り付け、その内側に圧接機を取り付ける。そして、緊張器で軸力を徐々に上げ、既設レール位置１６０側のレール端と新レール端１５６が当接して接触した時は、その軸力に圧接圧力(γ＋β)を加えてガス圧接機で接合部１６２を加熱し、接合部１６２のガス圧接を行い、緊張器の軸力が外気温から計算した所定の計画軸力１５０＋圧接圧力を加えた値になった時、加熱を止め接合部１６２のガス圧接を終了し、緊張器の軸力から圧接圧力(γ＋β)を抜き、計画軸力１５０だけ残すようにする。この時、緊張器内側のレール１６３の軸力は０tonfになる（図１２（ｅ））。
その後、ガス圧接に際して軸力が変化した緊張器の外側の区間Ｂ〜Ｄ、Ｅ〜Ｇのレール締結を一旦解体し、その間の軸力を木ハンマー等でレールを叩いて均等化した後、再締結する軸力均等化処理が行われる。その後、ガス圧接部１６２が３００℃に低下してから緊張器を解体する。
【００１１】
緊張器を解体すると緊張器端から不動区間長１５１に相当する区間C〜D、E〜Fのレールが、軸力のない緊張器内側レール１６３の影響を受ける。
すなわち、区間C〜F間では区間C〜D、E〜F間の計画軸力１５０と、区間D〜E間の０tonfの軸力が平均化され、結果的に 区間C〜F間で軸力不足１６８が残るという問題があった。
軸力が不足すると、夏期にレール温度が上昇した際のレール張り出し等の原因になりロングレールの保守上好ましくない。
なお、区間B〜C、F〜Gは可動区間長１５１より遠いのでその影響を受けない。
【００１２】
この軸力不足１６８を解消するため、ガス圧接終了後に緊張器に残す軸力を外気温から計算した所定の計画軸力１５０ではなく、図１２（ｂ）に示す、レール切断時のレール端面１５３と１５４同士が合致した時に生じる軸力を算出し、それを保持軸力とする方法が現在取られている。これについて具体的に図１３のロングレールの軸力分布図から説明する。
図１３（ａ）は、接合部１６２のガス圧接が終了した状態である。レール切断時のレール端面１５３と１５４同士が合致した時に生じる軸力を緊張器に保持しているので、緊張器内側のレール１６３を軸力１５０にするための軸力面積１６４は、区間Ｂ〜Ｄ、Ｅ〜Ｇの軸力面積１６８、１６９、１７０、１７１に相当する。
軸力面積１６８、１６９、１７０、１７１の軸力１７２の大きさは、緊張器内の長さ１６３に軸力１５０を乗じた値を、区間Ｂ〜ＤとＥ〜Ｇの合計長さで除して算出される。つまり、ガス圧接終了後の緊張器の軸力１７３は軸力１５０より軸力１７２だけ大きい（図１３（ａ））。
【００１３】
また、緊張器を解体したときに生じるレール可動区間１７５は、軸力１７３を抵抗力γ(道床縦抵抗力とも言う)で除した値なので、可動区間１５１より長くなっている（図１３の（ｂ））。
緊張器を解体すると緊張器端から不動区間長１７５に相当する区間Ｃ”〜Ｄ、Ｅ〜Ｆ”のレール軸力と、区間Ｄ〜Ｅ間の軸力０tonfとが平均化される。しかし、区間Ｂ〜Ｃ’とＦ’〜Ｇは不動区間長１７５より遠いのでその影響を受けないので軸力１７３が残る。
つまり、区間Ｄ〜Ｅでは軸力面積１８１が不足し、区間Ｂ〜Ｃ’とＦ’〜Ｇには所定の軸力１５０より高い軸力１７３が残る問題があった（図１３（ｃ））。ロングレールの一部分だけ軸力が不足すると、夏期にレール温度が上昇した際のレール張り出し等の原因になりロングレールの保守上好ましくない。また、ロングレールの一部分だけ軸力が大きくなると、万一その部分のレールが破断したときのレール開口量が保守基準値より大きくなり、これもロングレールの保守上好ましくない。
このため、緊張ガス圧接後に緊張器外のレールを所定の長さだけ軸力均等化処理を行い、その後、緊張器を解体する工法において、緊張器を解体した後に、緊張していたロングレールに軸力不足が生じないこと、また、軸力が大きくなる区間が生じる場合でも、最小の軸力増加になる方法が求められていた。
【００１４】
また、特許文献１に記載の工法においては、緊張器により所定の軸力及び計画軸力を与えるために、交換レールの他端がロングレールの切断箇所の他方に当接した時の緊張器圧力に圧接圧力を付加し、緊張器の圧力を上げながら当接部のバーナー加熱を行う時に、圧力の上げ具合によってレール当接部は、その温度が十分に上がらない状態で所定の圧接圧力より高い圧力を受ける場合があった。この様になると、当接部のレール突き合わせ面の温度が十分な接合可能温度に達しない時期に、当接部が潰されてしまうため接合不良が生じ易かった。
【００１５】
また、従来法及び特許文献１の工法においては、レール圧接後に緊張器内のレールの軸力が０tonfになる事を見越して、その分の圧力を緊張器で緊張器前後のレールに付加した場合、本来の軸力よりも大きな力が緊張器前後のレールに作用するため、緊張器を取り付ける前にはレールを締結している枕木が緊張器により引っ張られないように長めに解体する必要があった。
【００１６】
さらに圧接終了後には、レール締結解体箇所の両端から、設定軸力を道床縦抵抗値( 軌道構造にもよるが一般に０．６〜１．０tonf )で除した長さに対応するレール締結装置を一旦解体して、緊張器外側のレール軸力をそのレール全長に均等分散・再締結する軸力均等化処理が行われる。
この軸力均等化処理を行うレール長さは、緊張器で設定する軸力の大きさに比例して長くなるので、緊張器内のレールの軸力が０tonfになる事を見越して、その分の圧力を緊張器前後のレールR１、R２に付加すると、軸力均等化処理の作業時間や作業量が増大するという問題があった。
【００１７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、不良個所が生じたレールを中位温度以下において交換する際、交換するレール及びその前後のレールに所定の軸力を均一に与えると共に、その作業時間と作業量を簡略化し、夏場になってレールの膨張が働いてもレール設定替えをする必要がなく、しかも、接合部の信頼性を高めることができるレール緊張ガス圧接工法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するため請求項１のレール緊張ガス圧接工法は、ロングレール不動区間に生じた不良箇所のレールを切断し、新しいレールに交換する工法において、次の各工程を含むことを特徴としている。
先ず、前記切断されたレールのレール端面同士を合致させた場合に生じる軸力を保持軸力として算出しておく。
交換レールの一端をロングレールの切断箇所の一方に接合し、交換レールの他端とロングレールの切断箇所の他方の間にレール緊張器及びガス圧接機を架設し、レール同士間に徐々に増加する緊張力を与える第１の工程（図１のイ部分）。
前記レール同士間が当接する以降に前記ガス圧接機によりガス圧接を行うに際して、前記レール緊張器の内側に位置するレールに対しては、一定の圧力（γ）をガス圧接機により与えるとともに、緊張器の外側に位置するレールに対しては、当接時の緊張力に加算して、ガス圧接圧力から既に前記内側に位置するレールに与えられた圧力（γ）を引いたレール圧接力（β）を付加した一定の圧接緊張力をレール同士間に与えながら、レール同士間の当接部分を加熱してレール圧接を行う第２の工程（図１のロ部分）。
前記レール圧接によりレール同士の当接面が潰れた以降、緊張力を前記当接時の緊張力から除々に増加させた圧接緊張力で当接部分を加熱してレール圧接を行う第３の工程（図１のハ部分）。
前記圧接緊張力が前記保持軸力に所望の圧力を加えた圧力にレール圧接力（β）を付加した圧力に達したとき、当接部分の加熱を止めてレール圧接を完了し、前記圧接緊張力から当接時に加えた圧力（β）を取り除いて、緊張器外側に位置するレールに前記保持軸力に所望の圧力を加えた圧力のみを与えるとともに、前記レール緊張器の内側に位置するレールに対して前記圧力（γ）をガス圧接機により与え続けることにより、緊張器外側の所定の長さのレールに軸力均等化処理を行う第４の工程（図１のニ部分）。
前記レール圧接によるガス圧接部が３００℃以下になった後にレール間における緊張器とガス圧接機の架設を解体し、前記保持軸力がレールに生じるようにする第５の工程。
【００１９】
請求項２のレール緊張ガス圧接工法は、ロングレール不動区間に生じた不良箇所のレールを切断し、新しいレールに交換する工法において、次の各工程を含むことを特徴としている。
先ず、前記切断されたレールのレール端面同士を合致させた場合に生じる軸力を保持軸力として算出しておく。
交換レールの一端をロングレールの切断箇所の一方に接合し、交換レールの他端とロングレールの切断箇所の他方の間にレール緊張器及びガス圧接機を架設し、レール同士間に徐々に増加する緊張力を与える第１の工程（図６のイ部分）。
前記レール同士間が当接する以降に前記ガス圧接機によりガス圧接を行うに際して、緊張器の外側に位置するレールに対して、当接時の緊張力に加算して一定の圧力（γ）が付加されたガス圧接圧力（β＋γ）を一定の圧接緊張力としてレール同士間に与えながら、レール同士間の当接部分を加熱してレール圧接を行う第２の工程（図６のロ部分）。
前記レール圧接によりレール同士の当接面が潰れた以降、緊張力を前記当接時の緊張力から除々に増加させた圧接緊張力で当接部分を加熱してレール圧接を行う第３の工程（図６のハ部分）。
前記圧接緊張力が前記保持軸力に所望の圧力を加えた圧力にガス圧接圧力（β＋γ）を付加した圧力に達したとき、当接部分の加熱を止めてレール圧接を完了し、前記圧接緊張力から当接時に加えた圧力（β＋γ）を取り除いて、緊張器外側に位置するレールに前記保持軸力に所望の圧力を加えた圧力のみを与えるとともに、前記レール緊張器の内側に位置するレールに対して前記圧力（γ）に等しい圧力を圧力付加手段により与えることにより、緊張器外側の所定の長さのレールに軸力均等化処理を行う第４の工程（図６のニ部分）。
前記レール圧接によるガス圧接部が３００℃以下になった後にレール間における緊張器とガス圧接機の架設を解体し、前記保持軸力がレールに生じるようにすする第５の工程。
【００２０】
請求項３のレール緊張ガス圧接工法は、ロングレール不動区間に生じた不良箇所のレールを切断し、新しいレールに交換する工法において、次の各工程を含むことを特徴としている。
先ず、前記切断されたレールのレール端面同士を合致させた場合に生じる軸力を保持軸力として算出する一方、
交換レールの一端をロングレールの切断箇所の一方に接合し、交換レールの他端とロングレールの切断箇所の他方の間にレール緊張器及びガス圧接機を架設し、レール同士間に徐々に増加する緊張力を与える第１の工程（図７のイ部分）。
前記レール同士間が当接する以降に前記ガス圧接機によりガス圧接を行うに際して、緊張器の外側に位置するレールに対して、当接時の緊張力に加算して一定の圧力（γ）が付加されたガス圧接圧力（β＋γ）を一定の圧接緊張力としてレール同士間に与えながら、レール同士間の当接部分を加熱してレール圧接を行う第２の工程（図７のロ部分）。
前記レール圧接によりレール同士の当接面が潰れた以降、緊張力を前記当接時の緊張力から除々に増加させた圧接緊張力で当接部分を加熱してレール圧接を行う第３の工程（図７のハ部分）。
前記圧接緊張力が前記保持軸力に所望の圧力を加えた圧力にガス圧接圧力（β＋γ）を付加した圧力に達したとき、当接部分の加熱を止めてレール圧接を完了し、前記圧接緊張力から当接時に加えた圧力（β＋γ）を取り除いて、緊張器外側に位置するレールに前記保持軸力に所望の圧力が付加された圧力に新たに均衡軸力αを加えた圧力を与えることで、緊張器外側の所定の長さのレールに軸力均等化処理を行う第４の工程（図７のニ部分）。
前記レール圧接によるガス圧接部が３００℃以下になった後に、緊張器による均衡軸力αの付与を停止し、レール間における緊張器とガス圧接機の架設を解体し、前記保持軸力がレールに生じるようにする第５の工程。
【００２１】
請求項４は、請求項１乃至請求項３のレール緊張ガス圧接工法において、前記第３の工程においてレール当接部分を加熱してレール圧接を行うに際し、当接部分に常時一定の圧接圧力が生じるように、前記圧接緊張力が制御されたことを特徴としている。
【００２２】
請求項５は、請求項１乃至請求項３のレール緊張ガス圧接工法において、前記保持軸力について、レールの敷設状況を考慮し、前記切断されたレールのレール端面同士を合致させた場合に生じる軸力と異なる値として算出したことを特徴としている。
この値は、レール端面同士を合致させた場合に生じる軸力より大きい値の場合、小さい値の場合の両方がある。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１の工法によれば、前記レール同士間が当接する以降にガス圧接機によりガス圧接を行うに際し、前記レール緊張器の内側に位置するレールに対しては、一定の圧力（γ）をガス圧接機により与えるとともに、緊張器の外側に位置するレールに対しては、当接時の緊張力に加算して、ガス圧接圧力から既に前記内側に位置するレールに与えられた圧力（γ）を引いたレール圧接力（β）を付加した一定の圧接緊張力をレール同士間に与えながら、レール同士間の当接部分を加熱してレール圧接を行うので、当接部のレール突き合わせ面の温度が十分な接合可能温度に達した時期に当接部を潰すことができ、接合品質の向上を図ることができる。
また、ガス圧接終了後の緊張器外側レールに対して保持軸力（切断されたレールのレール端面同士を合致させた場合に生じる軸力）に所望の圧力を加えた圧力のみを与えるとともに、前記レール緊張器の内側に位置するレールに対して前記圧力（γ）をガス圧接機により与え続けることにより、緊張器外側の所定の長さのレールに軸力均等化処理を行うことで、ガス圧接部が３００℃以下になってから緊張器とガス圧接機を解体した場合でも、ガス圧接部を含めたロングレールに軸力不足が生じず、部分的に軸力が大きくなる区間が生じる場合でも、１０％以下の軸力増加にすることができる。
そのため、計画軸力よりも大きな力が緊張器前後のレールに作用することがなく、緊張器を取り付ける前において、レールを締結している枕木を解体する場合も必要以上に長くすることを防止できる。
【００２４】
請求項２の工法によれば、圧力（γ）とレール圧接力（β）を緊張器の緊張力に加えて圧接することで、レール同士間の当接部分を加熱してレール圧接を行うので、当接部のレール突き合わせ面の温度が十分な接合可能温度に達した時期に当接部を潰すことができ、接合品質の向上を図ることができる。
そして、圧接終了時において、前記レール緊張器の内側に位置するレールに対して前記圧力（γ）に等しい圧力を圧力付加手段により与えることで、請求項１の工法と同様に、ガス圧接部を含めたロングレールに軸力不足が生じることがない。
【００２５】
請求項３の工法によれば、請求項２の工法と同様に、圧力（γ）とレール圧接力（β）を緊張器の緊張力に加えて圧接することで、レール同士間の当接部分を加熱してレール圧接を行うので、当接部のレール突き合わせ面の温度が十分な接合可能温度に達した時期に当接部を潰すことができ、接合品質の向上を図ることができる。
そして、圧接終了時において、緊張器外側に位置するレールに前記保持軸力に所望の圧力が付加された圧力に新たに均衡軸力αを加えた圧力を与えることで、請求項１及び請求項２の工法と同様に、ガス圧接部を含めたロングレールに軸力不足が生じることがない。
【００２６】
請求項４の工法によれば、レール当接部分を加熱してレール圧接を行うに際し（第３の工程）、当接部分に常時一定の圧接圧力が生じさせて接合するので、圧接部の品質向上を図ることができる。
【００２７】
請求項５の工法によれば、レールを切断したときの開口量から計算した軸力が、保守上の管理軸力よりも低い場合や高い場合に、計算した保持軸力を増減して緊張ガス圧接を行い、軸力均等化処理、緊張器解体後、保守上の管理軸力にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の実施の形態の第一の例（請求項１に対応）としてのレール緊張ガス圧接工法（特殊断面レールの連続頭部硬化熱処理方法）について、図面を参照しながら説明する。
先ず、図１０に示すように、不良個所１を含むレールＲ３を切断箇所Ａ，Ｂで切断する。レールを切断すると軸圧が０tonfとなるのでレールが縮む。このときの縮小量が後述する圧接に必要な圧縮量に満たない場合には、レールＲ１，Ｒ２の前後の締結装置を緩解し、レールの収縮を図り、圧接に必要な圧縮量を確保する。
【００２９】
切断レールを撤去し、切断部分（ＡＢ間）より長い交換レールＲ４を切断部分に設置し、一端を切断箇所Bに接合する。切断箇所Bの接合は通常のガス圧接により行う。ガス圧接機による圧接方法は後述する。
【００３０】
次に、切断箇所Bを接合した交換レールＲ４の他端を敷設レールＲ１に沿わせ、夏場における膨張分を見込んで切断箇所Aとの間に隙間があくように切断する。
交換レールＲ４を切断後に端面処理をして、切断箇所Aと交換レールＲ４の端を対面させて、図２に示すようにレールＲ１と交換レールＲ４との間に、レール緊張器Cの取り付を行なう。
【００３１】
すなわち、レールＲ１の一方の側面腹部を図３に示すように第１固定具１１で固定する。この固定具１１は半円形であってその直径部には歯形の溝が設けられたレールＲ１への密着部１２が形成され、レールＲ１の固定を確実にする。第１固定具１１の彎曲面１３にはL字型の第１腕部１４が廻動自在に枢着される。この第１固定具１１と第１腕部１４の枢着は、彎曲面１３と同一曲率半径を有する彎曲溝１５を第１腕部１４の先端に形成すると共に、この彎曲溝１５に面接触するように第１固定具１１が設けられる。
また、第１固定具１１の上面には前記半径と同一中心のガイド溝１６が形成されると共に、このガイド溝１６に下端が挿入するように、ビス１７が第１腕部１４に螺着される。
【００３２】
同様に交換レールＲ４には一方の側面腹部に第２固定具１８と第２腕部１９が、レールＲ１の他側腹部には第３固定具２０と第３腕部２１が、交換レールＲ４の他側腹部には第４固定具２２と第４腕部２３が配設される。
第１腕部１４と第２腕部１９とは、油圧シリンダ２４で連結されている。同様に第３腕部２１と第４腕部２３とは油圧シリンダ２５で連結されている。
【００３３】
油圧シリンダ２４、２５内は、油圧シリンダ２４、２５端部から突出するピストンロッド２６、２７の一端に固着しシリンダ内を摺動するピストンにより2つの室に分かれ、各室に圧油を供給する油圧ホース２８の一端に切替レバー２９を介してモーターポンプ３０が接続されている。
L字型第１腕部１４とL字型第３腕部２１の突出部間は第１連結板３１で連結されている。
【００３４】
この第１連結板３１は第１腕部１４、第３腕部２１に対して連結ピン３２を介して廻動自在に設けられ、第１椀部１４、第３腕部２１上面及び下面の両側に設けられる。
同様に第２腕部１９と第４腕部２３間は第２連結板３３で連結されている。
油圧シリンダ２４、２５を伸ばした状態で第１固定具１１、第３固定具２０の密着部１２をレールＲ１の両側に当て、一方第２固定具１８、第４固定具２２を交換レールＲ４に同様に当接させてセットする。
【００３５】
次に、油圧シリンダ２４、２５を縮めると連結ピン３２が支点となって各腕部１４、１９、２１、２３が廻動すると共に、これに追従して各固定具１１、１８、２０、２２の彎曲面１３と各腕部１４、１９、２１、２３の彎曲溝１５がすり合わせの状態で各々レールＲ１，Ｒ４方向へ前進し、互いに押圧することによってレールＲ１，Ｒ４に確実に固定される。
【００３６】
次に、緊張器Cの中側に圧接機Dを装着する。圧接機Dは、接続すべき２本のレールＲ１，Ｒ４の一方をクランプする左クランプの支持ブロック５１と、他方をクランプする右クランプの支持ブロック５２と、加熱用のバーナーの支持ブロック５３と圧接用シリンダの支持ブロック５４から構成され、各ブロックは、上下左右の各隅部を４本の案内シャフト５５によって支持されている。
左クランプの支持ブロック５１は案内シャフト５５に定置しているが、右クランプの支持ブロック５２は前記支持ブロック５１に対設して案内シャフト５５に移動可能に支えられ、またバーナーの支持ブロック５３は支持ブロック５１と支持ブロック５２との間に位置して案内シャフト５５に移動可能に支持されている。
【００３７】
また、圧接用シリンダ５６の支持ブロック５４には圧接用シリンダ５６が対称位置に案内シャフト５５と平行に二個取付けされており、各々のラム５７が前記移動クランプの支持ブロック５２に連結され、該ラム５７の進退動によって移動クランプ支持ブロック５２を案内シャフト５５に沿って、これに対設した定置クランプの支持ブロック５１に向け移動し、各クランプの支持ブロック５１、５２にクランプされたレールＲ１，Ｒ４を互いに突き合せ圧接する構造となっている。
各支持ブロック５１、５２、５３、５４には図５に示すように各々同一位置に下方に向け開口したクランプ口５８、５９、バーナー吹出口６０及びレール嵌合口６１が形成されており、各開口５８、５９、６０、６１はレールの頭部Ｒ１方向からの嵌合を許容する大きさと形状を有しており、各支持ブロック５１、５２、５３、５４をレールＲ１，Ｒ４上方から、これに乗せるような状態で各開口５８、５９、６０、６１にレールＲ１，Ｒ４を嵌合させ、圧接機ＤをレールＲ１，Ｒ４に設置させる。
【００３８】
図５は上記定置クランプの支持ブロック５１及び移動クランプの支持ブロック５２の構造を詳細に示している。
両支持ブロック５１、５２とも同一の構造で、図に示すように、クランプ口５８、５９を構成する各支持ブロック５１、５２の頚部６２、６３内側面には固定クランプ爪６４、６５が、又該固定クランプ爪６４、６５と対向する頚部６６、６７内側面には移動クランプ爪６８、６９が夫々設けられると共に、上記移動クランプ爪６８、６９が設けられている頚部６６、６７には各々同一位置に側面から取付穴が設けられ、これにシリンダ７０、７１が夫々着脱自在に取付され、各シリンダ７０、７１のラム７２、７３には前記移動クランプ爪６８、６９が取り付けられており、各シリンダ７０、７１の動作により、ラム７２、７３は進退し、これに伴って移動クランプ爪６８、６９を固定クランプ爪６４、６５に向け移動し、レールＲ1、R4の腹部をクランプするように構成されている。
【００３９】
また、上記移動クランプの支持ブロック５２の前面には熱間押し抜き刃７６が装着されており、圧接終了後、シリンダ７０でレールＲ１を固定したまま、シリンダ７１の交換レールＲ４の固定を解いてから、圧接用シリンダ５６で支持ブロック５２を前進することにより、圧接で出来た当接部全周の余肉を熱間剪断して取り除くように構成されている。
【００４０】
油圧ポンプ等によってクランプ爪６８、６９用のシリンダ７０、７１を動かすと、レールＲ１，Ｒ４の腹部に該移動クランプ爪６８、６９が当接せしめられる。
更にシリンダ７０、７１が動作すると、その反作用で固定クランプ爪６４、６５が他側のレールＲ１，Ｒ４の腹部に当接する方向に機械本体が寄せられ、最終的にレールＲ１，Ｒ４の腹部両側を挟み付けるような状態でクランプする。
これによって自動的にレール車輪フランジの通り側首部は固定クランプ爪６４、６５の把持面に規制され、車輪フランジの通り側首部はクランプ口５８、５９の内奥面によって規制され、レールＲ１，Ｒ４は通り側を一致して突合された状態となり、レールは車輪通過上好ましい状態で、精度良く把持される。
尚、圧接機Ｄは上述の構造に限らず他の構造でレールＲ１，Ｒ４を把持するようにしてもよい。
【００４１】
以上のようにレールＲ１，Ｒ４に緊張器Ｃおよび圧接機Ｄを取り付けた後、緊張器Ｃのモータポンプ３０に通じる切替レバー２９を、ピストンロッド２６及び２７が伸びる方向に圧油が供給されるように切替え、レールを切断した時のレールの縮小量または作業時のレール温度から算出した計画レール軸圧を与えるように徐々に引張力を与え、レールＲ１，Ｒ４を伸ばす（図１のイ部分）。引張力はコントロールボックス３４に設けた圧力計を監視しながら圧力調整ツマミを動かし、平均に加圧する。
そして、レール間Ｒ１，Ｒ４の隙間がなくなり当接した状態（図１のＴ1）で、当接面をバーナー支持ブロック５３に設けたバーナー（図示せず）にて加熱する（図１のロ部分）。バーナー支持ブロック５３は、左右クランプ爪によってクランプ圧接されたレールＲ１，Ｒ４の当接部全外周面に向かってバーナー吹出口が開口し、バーナーの火炎をレール当接部全域に向け集中的に加熱し、レールの接合面を接合するようになっている。
【００４２】
バーナー吹出口がレールＲ１，Ｒ４の当接部の中心に正しく位置していない時はバーナー支持ブロック５３を案内シャフト５５に沿って移動せしめ、正しい加熱位置となるよう位置調整をする。
バーナーに送るガスは、酸素とアセチレンとを平衡器７４を通して混合した混合ガス圧として調整し、バーナー支持ブロック５３に設けた供給口７５より供給する。バーナーにて加熱を行う際には、圧接圧力を必要とする。
この圧接圧力は、圧接機Dの圧接用シリンダ５６の圧力、及び、緊張器Cのシリンダ２４，２５の圧力を増加させることにより対処する。
【００４３】
すなわち、圧接機Ｄでは緊張器Ｃの第１固定具１１と第２固定具１８間のレールに一定の圧力（図１の圧力γ）を与える。なお、圧接用シリンダ５６の圧力調整は油圧操作盤７７で行う。
また、緊張器Ｃには、圧接圧力（レールの大きさにより異なるが一般に１６〜２０tonf）から、既に圧接機Ｄで与えた圧力γを減じた圧力（図１の圧力β）を与える。この圧力βは、コントロールボックス３４で油圧シリンダ２４、２５の圧力を監視する人間が、レールＲ１，Ｒ４が当接したことを確認して（図１のＴ1）、緊張圧力に加える。
【００４４】
当接後、緊張器CによるレールＲ１，Ｒ４の当接圧力（圧力β）に、圧接機Ｄによる圧接圧力（圧力γ）を付加した一定の圧力状態でレールＲ１，Ｒ４の当接部中心へのバーナー加熱を続ける（図１のロ部分）。
【００４５】
バーナー加熱を続けると当接部の温度が上がり当接部が圧接圧力を支えられない高温になると、当接面が潰れて緊張器Cの油圧シリンダ２４，２５が動作する。この時、油圧シリンダ２４，２５内の圧力低下が一時的に起きる。この圧力低下をモーターポンプ３０内の圧力スイッチで検知して、自動的にモーターポンプ３０が駆動し、油圧油を油圧シリンダ２４，２５内に供給する（図１のＴ2部分）。
【００４６】
このモーターポンプ３０の駆動により、コントロールボックス３４を制御するシーケンサー３５が作動する。シーケンサー３５は緊張器Cの油圧シリンダ２４，２５の圧力を一定時間毎に一定の圧力を上げるようにプログラムにより制御されている。
例えば、モーターポンプ３０の駆動開始から1分間までは６秒間隔で、１分以降から２分までは３秒間隔で、２分以降から３分までは２秒間隔で、3分以降は1秒間隔で０．５tonfずつ圧力を増加させる（図１のハ部分）。
【００４７】
この増加させる圧力は、レールを切断した時のレールの縮小量または作業時のレール温度から算出した計画軸力から当接時の圧力軸力を引いた値を６０〜１２０で割った値が用いられる。
【００４８】
通常のガス圧接を行う場合、当接面を一定の圧接圧力で押しつけながら当接部をバーナーで加熱する、バーナー加熱後、当接面の温度が上昇して圧接圧力を当接面が支えきれなくなると当接面が潰れて圧接圧力が低下する。
本例の工法では、圧接圧力を制御する油圧コントロールボックス７７には圧力スイッチが付いており、約１割の圧力低下が起きたとき、油圧ポンプが作動して圧接用シリンダ５６に油を供給し、当接面に一定の圧接圧力が保たれるようにしている。
以後、バーナー加熱により当接面の温度が上がるほど油圧ポンプの作動頻度が高くなり、当接部の潰れる速度も速くなる。そして所定の圧縮量に達したとき圧接終了になる。
【００４９】
この油圧ポンプの作動頻度は、圧縮量の大小(レール鋼種により圧縮量は２４〜３０mmがある)や、レールの大きさ(１ｍ当たり４０〜６０kgfがある)により異なるが通常３０〜６０回行われる。この作動頻度が多いほど一定の圧接圧力で加圧していることになり、圧接部の品質も良くなる。
【００５０】
本発明のレール緊張ガス圧接工法の場合においても、バーナー加熱中は常に一定の圧接圧力を当接部に与える事が重要である。
このため緊張器Cのモーターポンプ３０には精度の高い圧力スイッチが設置されており、圧力低下が僅かに起きたとき（図１のＴ2）にモーターポンプ３０が作動する以後の、モーターポンプ３０の作動回数は、シーケンサー３５により制御され、通常の圧接の場合よりも２倍程度の作動回数にすることにより、圧接部の品質が向上する。
【００５１】
この様に、当接部には、バーナー加熱初期で当接部の温度が低い時まで一定の圧接圧力β＋γで加圧をし、当接部が高温になり圧接圧力β＋γを支えきれなくなった時からは圧接圧力β＋γを保つために比較的長い時間間隔で緊張器Cの圧力を徐々に増加し、当接部の温度が十分に上がった時は比較的速い時間間隔で緊張器Cの圧力を増加する事により一定の圧接圧力β＋γを保ち、良好な接合部を得ることができる。
【００５２】
また、シーケンサー３５には、あらかじめ保持軸力（図１における計画レールの軸力）に所望の圧力を加えた圧力（図１における緊張器外レールの保持軸力）に更にレール圧接力βを加えた圧力になったときブザー３６が鳴るように、また、その時は緊張器Cの圧力増加を止め、保持するようにプログラムされている（図１のＴ3）。保持軸力は、切断されたレールのレール端面同士を合致させた場合に生じる軸力のことで、予め算出しておく値である。
ブザー３６が鳴った時、バーナーを操作する人間がバーナーを消火し、直ちに、圧接機Ｄの熱間押抜き剪断機７６により、圧接部の余肉を熱間剪断除去し、再度レールＲ１，Ｒ４を保持して圧力γを付加する。圧力γの値の具体的な算出方法は後述する。尚、上述のブザーが鳴る構造に限らず、他の構造で設定圧力になった時期を知らせるようにしても良い。
【００５３】
圧接機Ｄの熱間剪断と再保持が終了してから、シーケンサー３５のプログラムを解き、コントロールボックス３４を操作して緊張器Cに付加した圧力βを抜き、保持軸圧に一定圧（後述する過多軸力ｘ）を加えた圧力のみを緊張器Cの外側のレールに与えるようにする。
これにより、緊張器Cの油圧シリンダ２４、２５内の圧力は徐々に低下し、緊張器Ｃの外側のレールに必要なレール軸力を与え続ける（図１のニ部分）。
また、緊張器Ｃの内側のレールには、レールに一定の圧力γが圧接機Ｄにより与え続けられる（図１のニ部分）。
【００５４】
そして、レール圧接部に緊張器Cの外側のレール軸圧をかけてもよい温度（３００℃）に冷却するまでこの圧力を保持した後、緊張器Ｃを撤去する。
圧接器Ｄで与えていた圧力γも軸力をかけて良い温度（３００℃）に冷却するまでこの圧力を保持（軸力均等化処理）した後に撤去することにより、レールに保持軸力のみが生じるようになる。
【００５５】
軸力均等化処理は、緊張器Cにより、その外側のレールに必要以上の軸圧が付加されていないため、最低限の作業時間と作業量で済む。
また、レールに必要以上の軸圧を付加しないため、緊張器Cを取り付ける前に行うレール締結解体を長めにする必要はない。
【００５６】
以上は切断箇所Ａについての圧接方法であるが、切断箇所Ｂについては前述したように緊張器Ｃを用いず圧接機Ｄのみによって接合する。従って圧接圧力は圧接機Ｄに設けた圧接用シリンダ５６の動作によって与えられる。
【００５７】
図６は、レール緊張ガス圧接工法の第二の例（請求項２に対応）を示すもので、この例では、圧接機Dの圧力γは、レールＲ１，Ｒ４の当接時（図６のＴ1）に与えずに、バーナー加熱終了後（図６のＴ3）に与えるようにしている。その場合は、レールＲ１，Ｒ４が当接したあと緊張器Cには圧接圧力として圧力γに圧力βを付加させた圧接圧力（β＋γ）を緊張圧接力として与え、バーナー加熱終了後（図６のＴ3）に圧接圧力（β＋γ）を抜くようにする。
また、圧力γを与えるのは圧接機に限らず、他の油圧ポンプ等の圧縮装置であっても良い。
【００５８】
すなわち、レール同士間が当接する以降にガス圧接機によりガス圧接を行うに際して、緊張器Ｃにより、当接時の緊張力に加算して圧力（γ）が付加されたガス圧接圧力（β＋γ）を一定の圧接緊張力としてレール同士間に与えながら、レール同士間の当接部分を加熱してレール圧接を行う（図６のロ部分）。
【００５９】
そして、レール圧接によりレール同士の当接面が潰れた以降、緊張力を前記当接時の緊張力から除々に増加させた圧接緊張力で当接部分を加熱してレール圧接を行う（図６のハ部分）。
【００６０】
前記圧接緊張力が所定のレール軸圧にレール圧接力を付加した圧力に達したとき、当接部分の加熱を止めてレール圧接を完了し、前記圧接緊張力から当接時に加えた圧力（β＋γ）を取り除いて、緊張器外側に位置するレールにも計画軸力を与えるとともに、一定の圧力（γ）を緊張器内のレールに対してガス圧接機により付加することで、緊張器外側及び内側に位置するレールにそれぞれ軸力が与えられるようにする（図６のニ部分）。
【００６１】
図７は、レール緊張ガス圧接工法の第三の例（請求項３に対応）を示すもので、この例では、圧接機Dの圧力γは、図６の例と同様に、レールＲ１，Ｒ４の当接時（図７のＴ1）に与えずに、バーナー加熱終了後（図７のＴ3）に与えるようにしている。
図６の例との相違は、前記圧接緊張力が前記保持軸力に所望の圧力を加えた圧力にガス圧接圧力（β＋γ）を付加した圧力に達したとき、当接部分の加熱を止めてレール圧接を完了し、前記圧接緊張力から当接時に加えた圧力（β＋γ）を取り除いて、緊張器外側に位置するレールに前記保持軸力に所望の圧力が付加された圧力に新たに均衡軸力αを加えた圧力を与えることで、緊張器外側の所定の長さのレールに軸力均等化処理を行う部分である（図７のニ部分）。そして、上記のレール圧接によるガス圧接部が３００℃以下になった後に、緊張器による均衡軸力αの付与を停止し、レール間における緊張器とガス圧接機の架設を解体し、保持軸力がレールに生じるようにする。均衡軸力αの値の具体的な算出方法は後述する。
【００６２】
次に、図１に示したレールガス圧接工法におけるレール軸圧と圧接圧力との関係について、具体的な数値を示して説明する。
気温３０℃(中位温度)で敷設したロングレールの一部を０℃(冬場)に切断して新しいレールに交換する場合を例に説明する。
気温３０℃で敷設したロングレール(一般に２００ｍ以上)のＪＩＳ６０ｋｇレールの中間部が０℃になった時には、下記の式1により５５．６tonfの軸力が発生している。
【００６３】
（式1）
軸力P1＝ヤング率・６０kgレールの断面積・温度差・線膨張係数
＝2.1×103×77.4×30×1.14×10-5 ≒ 55.6
【００６４】
従って、レールの中間部を切断すると５５．６tonfの力が解放される。ここで、抵抗値ｒ(道床縦抵抗値)が０．９tonf／mとすると、両側のレールとも５５．６／０．９≒６１．８ｍに対応する部分のレールが縮むことになる。
この現象について図８を参照しながら説明する。
図８はレールにおける軸力分布図で、縦軸は軸力、横軸は長さで、下線が軸力0tonf、軸力面積は軸力×長さで表わす。なお、図の両側のレールは接続されていない。また、１５０は軸力で５５．６tonfである。１５１は可動区間で６１．８ｍである。１５５は開口量で、下記の式2により、２１ｍｍ開口している。
【００６５】
（式２）
開口量Ｋ＝ヤング率・60kgレールの断面積・温度差・線膨張係数・(温度差・線膨張係数 ) ／ｒ
＝P1×(30×1.14×10-5 ) / 0.9 ≒ 21
【００６６】
端面１５３と端面１５４は切断したそれぞれのレール面である。
ここで、図８（ｂ）の様に、傷Aのあるレールを取り除いて１０ｍのレール１５６を挿入し、緊張器や圧接機を取り付けるためレール１５６の両側レールの締結装置を１０ｍずつ緩めると全長約３０ｍの軸力０tonfの区間が生じる。可動区間１５１は軸力１５０に応じたものなので締結装置を緩めた端から生じる。つまり、図８（ｂ）では締結装置を緩めた区間３０ｍと可動区間１５１の２倍の長さで、合計１５３．６ｍのレールが軸力低下を起こしている。
軸力低下区間長＝30＋61.8×2 ≒ 153.6
【００６７】
この状態で図８（ｃ）のように、箇所１５９に通常のガス圧接を行う。
次に、レール１５７の箇所１６０とレール１５６の箇所１６１に緊張器をセットし、箇所１６２にガス圧接機をセットし、所定の緊張ガス圧接を行う。
【００６８】
図８（ｄ）は緊張ガス圧接が終わったときの軸力分布図である。
ここで、軸力面積１８２と１８３の合計値は、軸力面積１７７、１７８、１７９、１８０合計値と同じになる。
また、緊張器内側のレール長を４ｍとすると（通常はロッド３７を１本と油圧シリンダー２４、２５を１台連結して使用するので４ｍである)、軸力１７２と１７３は次のようになる。
【００６９】
軸力１７２＝（軸力１５０×緊張器内側のレール長）／（軸力低下区間長−緊張器内側のレール長 ）
＝（55.6×4）／（153.6-4）
＝1.49 ≒1.5 tonf
この軸力１７２を緊張器外側に生じた過多軸力ｘ（請求項１の所望の圧力に対応する軸力）と定義する。
軸力１７３＝軸力１５０＋軸力１７２
＝55.6＋1.5 ≒ 57.1 tonf
また、軸力１７３に対応する可動区間１７５は、軸力／道床抵抗値なので、軸力１７３に対応する可動区間１７５は、57.1 / 0.9＝ 63.4mになる。
【００７０】
つまり緊張器を解放すると緊張器外側のレールは緊張器端から63.4mずつ、軸力の変化を受ける。しかし、その外側の軸力面積１７７と１８０は影響を受けない。そして、このまま緊張器を解放すると、軸力面積１７７と１８０の分の軸力低下が緊張ガス圧接部付近に起きる。
【００７１】
軸力面積１７７と１８０の合計値
＝( 軸力低下区間長−緊張器内側のレール長―軸力１７３に対応する可動区間１７５長の２倍)・軸力１７２
＝(153.6―4―63.4×2)×1.5＝ 34.2m・tonf
【００７２】
軸力低下が緊張器のあった箇所だけレール長さ４ｍだけで考えると軸力低下値は、8.6tonf( 34.2m・tonf / 4m)と大きな値になる。また、可動区間長(63.4×2m)と緊張器内のレール長4mの合計値153.6mで割ると0.26tonfになる。
いずれの場合も緊張器を解放すると、可動区間の軸力は上記のように低下する。
【００７３】
このため、軸力面積１７７と１８０の合計値に相当する軸力面積１８２をあらかじめ緊張器内のレールに負荷しておけばよい。具体的には、軸力面積１７７と１８０の合計値34.2m・tonfを緊張器内のレールにガス圧接機で加えておけばよい。つまり、34.2m・tonf / 緊張器内のレール長4m≒8.6tonfの軸力をγとするば良い。
【００７４】
このように、ガス圧接後、緊張器で緊張器の外側のレールには57.1tonfの軸力を、緊張器内のレールにはガス圧接機で8.6tonfの軸力を与えておけば、ガス圧接後、軸力均等化処理を行い、ガス圧接部が３００℃になって緊張器とガス圧接機を解体したときには図８（ｅ）に示す軸力分布になり、ロングレール中間部の軸力低下は発生しない。また、軸力が１．５tonf高い箇所が区間１７４と１７６に残るが、軸力１５０の５５．６tonfに対して２．７％と非常に小さいので、ロングレールの保守上問題になることはない。
【００７５】
区間１７４または１７６の長さ。
合計長さは、軸力低下区間長−緊張器内側のレール長−軸力１７３に対応する可動区間１７５長の２倍なので、153.6−4−63.4×2＝22.8mとなる。１０ｍのレールを挿入した分だけ区間１７６は長くなるので（22.8−10）／２＝6.4ｍが区間１７４の長さである。また区間１７６は10ｍ＋6.4ｍ＝16.4ｍとなる。
【００７６】
続いて、図７に示したレールガス圧接工法（請求項３に対応）におけるレール軸圧と圧接圧力との関係について、図９を参照しながら具体的な数値を示して説明する。
前述と同じ条件で説明する。図９（ａ）はガス圧接が終わった時の軸力分布図である。
【００７７】
軸力１９６はガス圧接が終わり、緊張力から(β＋γ)を取って、新たに均衡軸力αを保持軸力に加えて緊張した状態である。
ここで、軸力面積１８３の合計値は、軸力面積１８７，１８８，１８９，１９０，１９１，１９２，１９３，１９４の合計値と同じになる。
軸力１７２は上記と同様に下記のように算出される。
【００７８】
軸力１７２＝(軸力１５０×緊張器内側のレール長さ)／(軸力低下区間長−緊張器内側のレール長)
＝(55.6×4)／(153.6−4)
＝1.49≒1.5 tonf
また、軸力１９６は次のようになる。
軸力１９６＝軸力１５０＋軸力１７２＋軸力１９５
＝55.6＋1.5＋α≒57.1＋α
ここで、均衡軸力αを0.26tonfとすると、軸力１９６≒57.36tonfになる。
【００７９】
均衡軸力αは下記の式で求まる。
緊張器内の軸力面積(４ｍ×軸力)
＝{(過多軸力x＋α)・(軸力＋過多軸力x＋α)に対する可動区間長}の2倍
＝{(過多軸力x＋α)・(軸力＋過多軸力x＋α)／道床縦抵抗力}・２
これを数式にすると、
４×Ｐ1＝｛(x＋α)×(P1＋x＋α)／ｒ}×2
となる。
このうち、軸力面積は、１８８，１９２，１８９，１９３は次の式で表される。
｛（Ｐ1+x+α）/ｒ｝×（ｘ＋α）×２ （１）
また、１８３の軸力面積は次の式で表される。
Ｐ1×４ （２）
（１）と（２）が釣り合えば軸力低下は起きない。
ここで、
P1＝ヤング率・60kgレールの断面積・温度差・線膨張係数(tonf)
ｘ＝４・Ｐ1/{(２・Ｐ1/ｒ)＋(Ｑ−４)}(tonf)
Ｑ＝圧接前の締結解体時に軸力が０tonfになった区間長(ｍ)
であり、Ｐ1とｘとＱの値が前述で算出されているので、それぞれの値を代入すれば均衡軸力αの値が求まる。
【００８０】
4×55.6＝{(1.49＋α)(55.6＋1.49＋α) /
0.9}×2
＝{(1.49＋α)(57.09＋α) /
0.9}×2
100.08 ＝{(1.49＋α)(57.09＋α)
0 ≒α2＋58.58α−15.02
≒(α＋58.32)(α−0.26)
したがって、αの値は、−58.32または＋0.26になる。−の値は適当でないので、均衡軸力α≒0.26である。
【００８１】
軸力１９６に対応する可動区間１８５は、軸力／道床抵抗値なので、57.36／0.9＝63.7ｍになる。
つまり緊張器を解放すると緊張器外側のレールは63.7ｍずつ、軸力の変化を受ける。
これより、軸力面積１８８，１９２，１８９，１９３の合計値は、（軸力低下区間長・２）・（軸力１７２＋軸力１９５）なので、(63.7×2)×(1.5＋0.26)≒224.2m・tonfとなる。
この値は、緊張器内のレール軸力面積４ｍ×55.6＝222.4とほぼ等しいので緊張器を解体したとき、緊張器内レールの軸力が補償される。
【００８２】
これにより、ガス圧接後、緊張器で緊張器の外側のレールに保持軸力＋過多軸力ｘ＋均等軸力αを合わせた軸力を与えておけばガス圧接後、軸力均等化処理を行い、ガス圧接部が３００℃になって緊張器とガス圧接機を解体したときには図９（ｂ）に示す軸力分布になり、ロングレール中間部の軸力低下は発生しない。また、軸力が1.76tonf高い箇所が区間１８４と１８６に残る。この値は前記した方法（請求項１に対応）より大きいが、軸力１５０の55.6tonfに対して約３％と非常に小さいので、ロングレールの保守上問題になることはない。
【００８３】
区間１８４または１８６の長さ。
合計長さは、軸力低下区間長−緊張器内側のレール長―軸力１９６に対応する可動区間１８５の２倍なので、153.6−4−63.6×2＝22.4ｍとなる。
１０ｍレールを挿入した分だけ区間１８６は長くなるので、(22.4−10)／2＝6.2mが区間１８４の長さである。また区間１８６は10ｍ＋6.2ｍ＝16.2ｍとなる。
【００８４】
上述したレール緊張ガス圧接工法においては、保持軸力について、「切断されたレールのレール端面同士を合致させた場合に生じる軸力」として算出するが、レールの敷設後の使用状況により、軸力が部分的に変化する現象が生じる。
これは、ロングレールの不動区間はどの箇所でも同じ軸力になるように敷設されるが、使用後にこの軸力が、道床の劣化、締結装置の劣化、列車通過によるレールのふく進、直射日光に当たる箇所と当たらない箇所、等の原因により変化する場合があるからである。
そのような場合は、上述したレール緊張ガス圧接工法において、レールの敷設状況を考慮し、前記切断されたレールのレール端面同士を合致させた場合に生じる軸力と異なる値として算出するようにしてもよい。
【００８５】
すなわち、レールを切断したときの開口量から計算した軸力が、例えば保守上の管理軸力よりも１０tonf低い場合は、開口量から計算した軸力に１０tonfを加えた値を保持軸力として上述した各工法で緊張ガス圧接を行い、軸力均等化処理、緊張器解体を行えば良い。
また逆に、レールを切断したときの開口量から計算した軸力が、例えば保守上の管理軸力よりも１０tonf高い場合は、開口量から計算した軸力に１０tonfを引いた値を保持軸力として上述した各工法で緊張ガス圧接を行い、軸力均等化処理、緊張器解体を行えば良い。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明工法は、不良個所が生じたレールを中位温度以下において交換する場合のレール同士の圧接に際して、交換するレール及びその前後のレールに所定の軸力を均一に与えることで、その作業時間と作業量を簡略化するとともに、圧接における接合部の信頼を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明工法によるレールの接合面にかかる圧力を示すグラフ図である。
【図２】本発明工法の実施状況を示す平面説明図である。
【図３】本発明工法で用いる緊張器部分の断面説明図である。
【図４】本発明工法で用いる圧接機部分の正面説明図である。
【図５】本発明工法で用いる圧接機部分の断面説明図である。
【図６】本発明工法の他の例によるレールの接合面にかかる圧力を示すグラフ図である。
【図７】本発明工法の他の例によるレールの接合面にかかる圧力を示すグラフ図である。
【図８】（ａ）乃至（ｅ）はレールを切断した場合のレールにおける軸力分布図を示す模式図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）はレールを切断した場合のレールにおける軸力分布図を示す模式図である。
【図１０】（Ａ）（Ｂ）は本発明のレール交換の接合方法を説明するための平面説明図である。
【図１１】（Ａ）（Ｂ）は従来のレール交換の接合方法を説明するための平面説明図である。
【図１２】（ａ）乃至（ｅ）はレールを切断した場合のレールにおける軸力分布図を示す模式図である。
【図１３】（ａ）乃至（ｃ）はレールを切断した場合のレールにおける軸力分布図を示す模式図である。
【符号の説明】
【００８８】
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ レール
Ｒ４ 交換レール
Ｃ 緊張器
Ｄ 圧接機
２４，２５ 油圧シリンダ
２６，２７ ピストンロッド
３０ モーターポンプ３０
３４ コントロールボックス
３５ シーケンサー
５６ 圧接シリンダ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロングレール不動区間に生じた不良箇所のレールを切断し、新しいレールに交換する工法において、
前記切断されたレールのレール端面同士を合致させた場合に生じる軸力を保持軸力として算出する一方、
交換レールの一端をロングレールの切断箇所の一方に接合し、交換レールの他端とロングレールの切断箇所の他方の間にレール緊張器及びガス圧接機を架設し、レール同士間に徐々に増加する緊張力を与える第１の工程と、
前記レール同士間が当接する以降に前記ガス圧接機によりガス圧接を行うに際して、前記レール緊張器の内側に位置するレールに対しては、一定の圧力（γ）をガス圧接機により与えるとともに、緊張器の外側に位置するレールに対しては、当接時の緊張力に加算して、ガス圧接圧力から既に前記内側に位置するレールに与えられた圧力（γ）を引いたレール圧接力（β）を付加した一定の圧接緊張力をレール同士間に与えながら、レール同士間の当接部分を加熱してレール圧接を行う第２の工程と、
前記レール圧接によりレール同士の当接面が潰れた以降、緊張力を前記当接時の緊張力から除々に増加させた圧接緊張力で当接部分を加熱してレール圧接を行う第３の工程と、
前記圧接緊張力が前記保持軸力に所望の圧力を加えた圧力にレール圧接力（β）を付加した圧力に達したとき、当接部分の加熱を止めてレール圧接を完了し、前記圧接緊張力から当接時に加えた圧力（β）を取り除いて、緊張器外側に位置するレールに前記保持軸力に所望の圧力を加えた圧力のみを与えるとともに、前記レール緊張器の内側に位置するレールに対して前記圧力（γ）をガス圧接機により与え続けることにより、緊張器外側の所定の長さのレールに軸力均等化処理を行う第４の工程と、
前記レール圧接によるガス圧接部が３００℃以下になった後にレール間における緊張器とガス圧接機の架設を解体し、前記保持軸力がレールに生じるようにする第５の工程と、
を具備するレール緊張ガス圧接工法。
【請求項２】
ロングレール不動区間に生じた不良箇所のレールを切断し、新しいレールに交換する工法において、
前記切断されたレールのレール端面同士を合致させた場合に生じる軸力を保持軸力として算出する一方、
交換レールの一端をロングレールの切断箇所の一方に接合し、交換レールの他端とロングレールの切断箇所の他方の間にレール緊張器及びガス圧接機を架設し、レール同士間に徐々に増加する緊張力を与える第１の工程と、
前記レール同士間が当接する以降に前記ガス圧接機によりガス圧接を行うに際して、緊張器の外側に位置するレールに対して、当接時の緊張力に加算して一定の圧力（γ）が付加されたガス圧接圧力（β＋γ）を一定の圧接緊張力としてレール同士間に与えながら、レール同士間の当接部分を加熱してレール圧接を行う第２の工程と、
前記レール圧接によりレール同士の当接面が潰れた以降、緊張力を前記当接時の緊張力から除々に増加させた圧接緊張力で当接部分を加熱してレール圧接を行う第３の工程と、
前記圧接緊張力が前記保持軸力に所望の圧力を加えた圧力にガス圧接圧力（β＋γ）を付加した圧力に達したとき、当接部分の加熱を止めてレール圧接を完了し、前記圧接緊張力から当接時に加えた圧力（β＋γ）を取り除いて、緊張器外側に位置するレールに前記保持軸力に所望の圧力を加えた圧力のみを与えるとともに、前記レール緊張器の内側に位置するレールに対して前記圧力（γ）に等しい圧力を圧力付加手段により与えることにより、緊張器外側の所定の長さのレールに軸力均等化処理を行う第４の工程と、
前記レール圧接によるガス圧接部が３００℃以下になった後にレール間における緊張器とガス圧接機の架設を解体し、前記保持軸力がレールに生じるようにすする第５の工程と、
を具備するレール緊張ガス圧接工法。
【請求項３】
ロングレール不動区間に生じた不良箇所のレールを切断し、新しいレールに交換する工法において、
前記切断されたレールのレール端面同士を合致させた場合に生じる軸力を保持軸力として算出する一方、
交換レールの一端をロングレールの切断箇所の一方に接合し、交換レールの他端とロングレールの切断箇所の他方の間にレール緊張器及びガス圧接機を架設し、レール同士間に徐々に増加する緊張力を与える第１の工程と、
前記レール同士間が当接する以降に前記ガス圧接機によりガス圧接を行うに際して、緊張器の外側に位置するレールに対して、当接時の緊張力に加算して一定の圧力（γ）が付加されたガス圧接圧力（β＋γ）を一定の圧接緊張力としてレール同士間に与えながら、レール同士間の当接部分を加熱してレール圧接を行う第２の工程と、
前記レール圧接によりレール同士の当接面が潰れた以降、緊張力を前記当接時の緊張力から除々に増加させた圧接緊張力で当接部分を加熱してレール圧接を行う第３の工程と、
前記圧接緊張力が前記保持軸力に所望の圧力を加えた圧力にガス圧接圧力（β＋γ）を付加した圧力に達したとき、当接部分の加熱を止めてレール圧接を完了し、前記圧接緊張力から当接時に加えた圧力（β＋γ）を取り除いて、緊張器外側に位置するレールに前記保持軸力に所望の圧力が付加された圧力に新たに均衡軸力αを加えた圧力を与えることで、緊張器外側の所定の長さのレールに軸力均等化処理を行う第４の工程と、
前記レール圧接によるガス圧接部が３００℃以下になった後に、緊張器による均衡軸力αの付与を停止し、レール間における緊張器とガス圧接機の架設を解体し、前記保持軸力がレールに生じるようにする第５の工程と、
を具備するレール緊張ガス圧接工法。
【請求項４】
前記第３の工程においてレール当接部分を加熱してレール圧接を行うに際し、当接部分に常時一定の圧接圧力が生じるように、前記圧接緊張力が制御された請求項１乃至請求項３に記載のレール緊張ガス圧接工法。
【請求項５】
前記保持軸力について、レールの敷設状況を考慮し、前記切断されたレールのレール端面同士を合致させた場合に生じる軸力と異なる値として算出した請求項１乃至請求項３に記載のレール緊張ガス圧接工法。
【請求項１】
ロングレール不動区間に生じた不良箇所のレールを切断し、新しいレールに交換する工法において、
前記切断されたレールのレール端面同士を合致させた場合に生じる軸力を保持軸力として算出する一方、
交換レールの一端をロングレールの切断箇所の一方に接合し、交換レールの他端とロングレールの切断箇所の他方の間にレール緊張器及びガス圧接機を架設し、レール同士間に徐々に増加する緊張力を与える第１の工程と、
前記レール同士間が当接する以降に前記ガス圧接機によりガス圧接を行うに際して、前記レール緊張器の内側に位置するレールに対しては、一定の圧力（γ）をガス圧接機により与えるとともに、緊張器の外側に位置するレールに対しては、当接時の緊張力に加算して、ガス圧接圧力から既に前記内側に位置するレールに与えられた圧力（γ）を引いたレール圧接力（β）を付加した一定の圧接緊張力をレール同士間に与えながら、レール同士間の当接部分を加熱してレール圧接を行う第２の工程と、
前記レール圧接によりレール同士の当接面が潰れた以降、緊張力を前記当接時の緊張力から除々に増加させた圧接緊張力で当接部分を加熱してレール圧接を行う第３の工程と、
前記圧接緊張力が前記保持軸力に所望の圧力を加えた圧力にレール圧接力（β）を付加した圧力に達したとき、当接部分の加熱を止めてレール圧接を完了し、前記圧接緊張力から当接時に加えた圧力（β）を取り除いて、緊張器外側に位置するレールに前記保持軸力に所望の圧力を加えた圧力のみを与えるとともに、前記レール緊張器の内側に位置するレールに対して前記圧力（γ）をガス圧接機により与え続けることにより、緊張器外側の所定の長さのレールに軸力均等化処理を行う第４の工程と、
前記レール圧接によるガス圧接部が３００℃以下になった後にレール間における緊張器とガス圧接機の架設を解体し、前記保持軸力がレールに生じるようにする第５の工程と、
を具備するレール緊張ガス圧接工法。
【請求項２】
ロングレール不動区間に生じた不良箇所のレールを切断し、新しいレールに交換する工法において、
前記切断されたレールのレール端面同士を合致させた場合に生じる軸力を保持軸力として算出する一方、
交換レールの一端をロングレールの切断箇所の一方に接合し、交換レールの他端とロングレールの切断箇所の他方の間にレール緊張器及びガス圧接機を架設し、レール同士間に徐々に増加する緊張力を与える第１の工程と、
前記レール同士間が当接する以降に前記ガス圧接機によりガス圧接を行うに際して、緊張器の外側に位置するレールに対して、当接時の緊張力に加算して一定の圧力（γ）が付加されたガス圧接圧力（β＋γ）を一定の圧接緊張力としてレール同士間に与えながら、レール同士間の当接部分を加熱してレール圧接を行う第２の工程と、
前記レール圧接によりレール同士の当接面が潰れた以降、緊張力を前記当接時の緊張力から除々に増加させた圧接緊張力で当接部分を加熱してレール圧接を行う第３の工程と、
前記圧接緊張力が前記保持軸力に所望の圧力を加えた圧力にガス圧接圧力（β＋γ）を付加した圧力に達したとき、当接部分の加熱を止めてレール圧接を完了し、前記圧接緊張力から当接時に加えた圧力（β＋γ）を取り除いて、緊張器外側に位置するレールに前記保持軸力に所望の圧力を加えた圧力のみを与えるとともに、前記レール緊張器の内側に位置するレールに対して前記圧力（γ）に等しい圧力を圧力付加手段により与えることにより、緊張器外側の所定の長さのレールに軸力均等化処理を行う第４の工程と、
前記レール圧接によるガス圧接部が３００℃以下になった後にレール間における緊張器とガス圧接機の架設を解体し、前記保持軸力がレールに生じるようにすする第５の工程と、
を具備するレール緊張ガス圧接工法。
【請求項３】
ロングレール不動区間に生じた不良箇所のレールを切断し、新しいレールに交換する工法において、
前記切断されたレールのレール端面同士を合致させた場合に生じる軸力を保持軸力として算出する一方、
交換レールの一端をロングレールの切断箇所の一方に接合し、交換レールの他端とロングレールの切断箇所の他方の間にレール緊張器及びガス圧接機を架設し、レール同士間に徐々に増加する緊張力を与える第１の工程と、
前記レール同士間が当接する以降に前記ガス圧接機によりガス圧接を行うに際して、緊張器の外側に位置するレールに対して、当接時の緊張力に加算して一定の圧力（γ）が付加されたガス圧接圧力（β＋γ）を一定の圧接緊張力としてレール同士間に与えながら、レール同士間の当接部分を加熱してレール圧接を行う第２の工程と、
前記レール圧接によりレール同士の当接面が潰れた以降、緊張力を前記当接時の緊張力から除々に増加させた圧接緊張力で当接部分を加熱してレール圧接を行う第３の工程と、
前記圧接緊張力が前記保持軸力に所望の圧力を加えた圧力にガス圧接圧力（β＋γ）を付加した圧力に達したとき、当接部分の加熱を止めてレール圧接を完了し、前記圧接緊張力から当接時に加えた圧力（β＋γ）を取り除いて、緊張器外側に位置するレールに前記保持軸力に所望の圧力が付加された圧力に新たに均衡軸力αを加えた圧力を与えることで、緊張器外側の所定の長さのレールに軸力均等化処理を行う第４の工程と、
前記レール圧接によるガス圧接部が３００℃以下になった後に、緊張器による均衡軸力αの付与を停止し、レール間における緊張器とガス圧接機の架設を解体し、前記保持軸力がレールに生じるようにする第５の工程と、
を具備するレール緊張ガス圧接工法。
【請求項４】
前記第３の工程においてレール当接部分を加熱してレール圧接を行うに際し、当接部分に常時一定の圧接圧力が生じるように、前記圧接緊張力が制御された請求項１乃至請求項３に記載のレール緊張ガス圧接工法。
【請求項５】
前記保持軸力について、レールの敷設状況を考慮し、前記切断されたレールのレール端面同士を合致させた場合に生じる軸力と異なる値として算出した請求項１乃至請求項３に記載のレール緊張ガス圧接工法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−２４６５１０（Ｐ２００８−２４６５１０Ａ）
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８９１１５（Ｐ２００７−８９１１５）
【出願日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【出願人】（０００１７３７８４）財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【出願人】（３９１０２３７２５）株式会社峰製作所 (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【出願人】（０００１７３７８４）財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【出願人】（３９１０２３７２５）株式会社峰製作所 (10)
【Ｆターム（参考）】
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