【手続補正書】
【提出日】平成16年6月28日(2004.6.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  レールボンド端子の溶接方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レールの胴部表面にレールボンド端子を銅テルミット溶接によって溶接する工程と、前記工程によってレールに溶接されたレールボンド端子の溶接外縁部を、ハンマー打撃によらない静加圧手段によって加圧する工程とを含むことを特徴とするレールボンド端子の溶接方法
【請求項２】
請求項１に記載のレールボンド端子の溶接方法において、レールの胴部表面に銅テルミット溶接によって溶接した溶接外縁部に、静加圧手段によって加圧する工程によって凹状の塑性変形領域が形成されるようにしたことを特徴とするレールボンド端子の溶接方法
【請求項３】
請求項１乃至請求項２に記載のレールボンド端子の溶接方法において、銅テルミット溶接によってレールの胴部表面に溶接されたレールボンド端子の溶接外縁部を静加圧手段によって加圧する位置は、前記レールボンド端子を中心としてそれぞれ斜め４５°放射方向のライン上所定の４箇所であることを特徴とするレールボンド端子の溶接方法。
【請求項４】
請求項３に記載のレールボンド端子の溶接方法において、所定の４箇所は、静加圧手段によって同時に加圧するようにしたことを特徴とするレールボンド端子の溶接方法。
【請求項５】
レールの胴部表面にレールボンド端子を銅テルミット溶接によって溶接する工程と、前記工程によってレールの胴部表面に溶接されたレールボンド端子の溶接外縁部を、ハンマー打撃によらない静加圧手段によって、前記レールの胴部を挟んで両側からレールボンド端子を中心とするそれぞれ斜め４５°放射方向のライン上所定の４箇所に加圧する工程とを含むことを特徴とするレールボンド端子の溶接方法。
【請求項６】
レールの胴部表面にレールボンド端子を銅テルミット溶接によって溶接する工程と、前記工程によってレールの胴部表面に溶接されたレールボンド端子の溶接外縁部を、ハンマー打撃によらない静加圧手段によって、前記レールの胴部を挟んで両側からレールボンド端子を中心とする対角線上の所定の２箇所に同時に加圧する工程とを含むことを特徴とするレールボンド端子の溶接方法。
【請求項７】
レールの胴部表面にレールボンド端子を銅テルミット溶接によって溶接する工程と、前記工程によってレールの胴部表面に溶接されたレールボンド端子の溶接外縁部を、ハンマー打撃によらない静加圧手段によって、前記レールの胴部を挟んで両側からレールボンド端子を中心とする対角線上の所定の２箇所に同時に加圧する工程と、さらに前記レールボンド端子を中心とする対角線上の所定の２箇所からそれぞれ９０°ずらした対角線上の所定の２箇所に同時に加圧する工程とを含むことを特徴とするレールボンド端子の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レールの疲労強度の低下を軽減するようにしたレールボンド端子の溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、在来線のレール（普通レール、熱処理レール）におけるレールボンド端子などの取り付け方法としては、種々の方法が提案されているが、中でも特に溶接部の接合強度が高く、高度の機能を必要としない銅テルミット溶接工法が比較的多く使用されている。
この銅テルミット溶接工法は、熱化学反応（テルミット反応）を応用した溶接方法であり、原理は酸化銅とアルミニウムとの混合粉末（銅テルミット剤）を治具を構成するルツボ内で燃焼させ、それによって生じた熱を利用してレールボンド端子をレールのくびれた胴部に溶接するようにしたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような銅テルミット溶接工法は、簡便で、高強度を実現できる溶接方法であるが、溶接縁近傍に残留応力が残り、このためレールの疲労強度が低下するといわれている。例えば、三木他による「溶接止端部改良による疲労強度向上法」溶接学会論文集、第１７巻、第１号にも記載されているように、溶接継ぎ手部の疲労強度を向上させるためには、溶接止端部における応力集中を低減させることと、溶接により生じる引張残留応力を低減させることが効果的であることが知られている。
また、前記論文の中には、これらの応力緩和方法として、ＴＩＧ処理、グラインダー処理と併せてハンマーピーニング処理がある程度の効果があることも記載されている。
【０００４】
前記ハンマーピーニング処理とは、溶接止端部をハンマーで打撃してレールを塑性変形させ、その変形に伴って生じる押圧側の残留応力によって溶接時の引張残留応力を緩和し、結果的に溶接による疲労強度の低下を縮小させるものである。
また、前記同論文の中にも記載されているように、前記ハンマーピーニング処理は、残留する引張応力が最も高いとされる溶接外縁部にハンマー打撃を加えることによって、疲労強度はある程度向上するが、その反面レールに傷が発生し、この傷を基点として疲労亀裂が発生することが知られている。
【０００５】
また、溶接による溶融部を取り囲む熱影響部の四方縁部に引張応力が残留しており、この引張応力が疲労強度の低下と亀裂の発生とに関係していることが知られている。
さらにまた、残留引張応力が最も高いとされる熱影響部の溶接外縁部ではなく、レールボンド端子の周縁部近傍を先端がドーム状のハンマー打撃によって凹状の塑性変形を生じさせ、溶接による疲労強度の低下を防止することができることも知られている。
【０００６】
特に、前記溶接を銅テルミット溶接工法によって行った場合、レールの溶接部と熱影響部はレールボンド端子の下に隠れているので、熱影響部の周縁部を直接押圧あるいはピーニングすることができないが、レールボンド端子を取り巻くレールの表面をハンマーで打撃することができ、これにより、凹状の塑性変形を形成することができることは、例えば特開２００２−３４６７７１号に示すように公知である。
しかしながら、このようにレールの表面をハンマーで打撃することは、騒音が出ることとなり、作業量増加、作業が厄介となり、また作業品質も悪く、均一とならず、圧痕の位置決めも不揃いとなるという問題点があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明のレールボンド端子の溶接方法は、前記課題を解決することを目的とし、レールの胴部表面にレールボンド端子を銅テルミット溶接によって溶接する工程と、前記工程によってレールに溶接されたレールボンド端子の溶接外縁部を、ハンマー打撃によらない静加圧手段によって加圧する工程とを含むことを特徴とする。
【０００８】
また、この発明のレールボンド端子の溶接方法において、レールの胴部表面に銅テルミット溶接によって溶接したレールボンド端子の溶接外縁部に、静加圧手段によって加圧する工程にて凹状の塑性変形領域が形成されるようにしたことを特徴とする。
【０００９】
また、この発明のレールボンド端子の溶接方法おいて、銅テルミット溶接によってレールの胴部表面に溶接されたした溶接外縁部を静加圧手段によって加圧する位置は、前記レールボンド端子を中心としてそれぞれ斜め４５°放射方向のライン上所定の４箇所であることを特徴とする。
【００１０】
また、この発明のレールボンド端子の溶接方法は、所定の４箇所は、静加圧手段によって同時に加圧するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
また、この発明のレールボンド端子の溶接方法は、レールの胴部表面にレールボンド端子を銅テルミット溶接によって溶接する工程と、前記工程によってレールの胴部表面に溶接されたレールボンド端子の溶接外縁部を、ハンマー打撃によらない静加圧手段によって、前記レールの胴部を挟んで両側からレールボンド端子を中心とするそれぞれ斜め４５°放射方向のライン上所定の４箇所に加圧する工程とを含むことを特徴とする。
【００１２】
さらにまた、この発明のレールボンド端子の溶接方法は、レールの胴部表面にレールボンド端子を銅テルミット溶接によって溶接する工程と、前記工程によってレールの胴部表面に溶接されたレールボンド端子の溶接外縁部を、ハンマー打撃によらない静加圧手段によって、前記レールの胴部を挟んで両側からレールボンド端子を中心とする対角線上の所定の２箇所に同時に加圧する工程とを含むことを特徴とする。
【００１３】
さらにまた、この発明のレールボンド端子の溶接方法は、レールの胴部表面にレールボンド端子を銅テルミット溶接によって溶接する工程と、前記工程によってレールの胴部表面に溶接されたレールボンド端子の溶接外縁部を、ハンマー打撃によらない静加圧手段によって、前記レールの胴部を挟んで両側からレールボンド端子を中心とする対角線上の所定の２箇所に同時に加圧する工程と、さらに前記レールボンド端子を中心とする対角線上の所定の２箇所からそれぞれ９０°ずらした対角線上の所定の２箇所に同時に加圧する工程とを含むことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明に係るレールボンド端子の溶接方法の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、銅テルミット溶接工法を適用する一般的な治具を構成するルツボの一例を示す一部切欠斜視図である。図２は、レールボンド端子の実施例を示す斜視図である。図３は、この発明に係るレールボンド端子の溶接方法を説明するための装置の正面図である。図４は、この発明の要部を説明する図である。図５は、レールボンド端子をレールの胴部面に溶接した状態を示す斜視図である。図６は、圧痕形成用突起部の正面図である。図７は、同側面図である。
【００１５】
図１において、１は、従来から使用されている銅テルミット溶接工法を適用する治具である。
この治具１は、凹部２ａを形成したルツボ本体２と、湯道３と、この湯道３に連接する半円形の切り口４ａを形成した銅溶着部４とから構成されている。
前記ルツボ本体２の凹部２ａには、テルミット剤５とそれを覆うように点火剤６が投入されている。
初期の段階では、凹部２ａの底口はスチールディスク７で塞がれている。
【００１６】
このような治具１を使用して、銅テルミット溶接工法により前記半円形の切り口４ａとほぼ同形の筒状のレールボンド端子８（図２に示す）を、レール１０の胴部１０ａの面に溶接（１５）する。
この筒状のレールボンド端子８には、レールボンド（電線）８ａがカシメなどにより固着されている。８ｂは、前記銅溶着部４に位置して溶接される固着部である。
【００１７】
さらに詳細に説明すると、まずこの筒状のレールボンド端子８をルツボ本体２の半円形の切り口４ａに、レール１０（例えば普通レール、熱処理レール）の長手方向（例えばレールの胴部１０ａの面）に沿って挿入し、このルツボ本体２によりレールボンド端子８をレール１０の胴部１０ａに溶接する際には、図示しないガスバーナによりこのルツボ本体２の内部を中心に加熱する。
【００１８】
次にレール１０を必要に応じて予熱する。予熱しない場合もある。
次いで、ガスバーナによりレール１０の胴部１０ａにおけるレールボンド端子８を溶接する部分を加熱する。その際、ガスバーナの火炎を溶接面に直角に当て吹管を円状に動かしながら均等に加熱する。
【００１９】
次いで、前記治具１をレール１０に、図示しないハンドルを開いてレール頭部１０ｂに図示しないボンド取付金具を乗せ仮取付を行う。
次にレールボンド端子８をルツボ本体２の半円形の切り口４ａに、レール１０の胴部１０ａの面に沿って挿入すると、レールボンド端子８に設けた固着部８ｂは、銅溶着部４の適正な位置に止まる。
【００２０】
ここで図示しないハンドルを閉いてレール１０にしっかりと固定し、レール１０とルツボ本体２の間に隙間やガタが生じないよう確実に取り付ける。
この状態で、前記ルツボ本体２の上方からスチールディスク７をルツボ本体２内の中間、すなわち、前記湯道３の上方部に上向きにセットし、銅テルミット剤５を投入する。
【００２１】
更に点火剤６を投入して柄の長いライターなどで点火させると、点火とほぼ同時に反応し、数秒間銅テルミット剤５が燃焼した後、スチールディスク７も溶融して溶融銅が湯道３を通って銅溶着部４に流れ、この銅溶着部４において溶着すべきレールボンド端子８とレール１０とを密着させておけば、この銅溶着部４の適正な位置に止まっているレールボンド端子８の固着部８ｂは、溶融銅によってレール１０の胴部１０ａに確実に溶接（１５）される。
【００２２】
このように、この発明においては、図５に示すようにレール１０の胴部１０ａにレールボンド端子８を溶接させる際には、上述のような銅テルミット溶接工法を適用させるのである。
まず、前記ルツボ本体２の半円形の切り口４ａに、銅溶着部４の適正な位置に止まるように形成した筒状のレールボンド端子８をレール１０の胴部１０ａの面に沿って挿入させ、ルツボ本体２の上方で銅テルミット剤５を点火させると、銅が湯道３を通って銅溶着部４においてレールボンド端子８の固着部８ｂがレール１０の胴部１０ａに確実に溶接（１５）される。
【００２３】
しかして、レール１０の胴部１０ａに溶接されたレールボンド端子８の溶接部（１５）近傍は、残留応力が残り、疲労強度の低下することが知られており、またこの残留応力の解消方法として、レールボンド端子の周縁部近傍をハンマー打撃によって凹状の塑性変形を生じさせることによって溶接による疲労強度の低下を防止させることができることも公知技術である。
【００２４】
この発明においては、レール１０の胴部１０ａの表面に銅テルミット溶接工法によって溶接された図２に示すレールボンド端子の溶接外縁部を、ハンマー打撃によらない第１の静加圧手段１１、第２の静加圧手段１２で、前記レールの胴部を挟んで両側からレールボンド端子を中心としてそれぞれ斜め４５°放射方向のライン上所定の４箇所に加圧して、前記レール１０の胴部１０ａに圧痕部１４を形成している。この圧痕によって溶接による疲労強度の低下を防止させることができるものである。
【００２５】
１３は、第１の静加圧手段１１の可動部の先端に、図４に示す位置関係をもって取り付けられている４個の圧痕形成用突起部である。この圧痕形成用突起部１３には、取付孔１３ａａを設けた取付部１３ａが形成されており、この取付孔１３ａａに挿通する１３ｂによって前記第１の静加圧手段１１の可動部の先端に、前記圧痕形成用突起部１３の取付部１３ａが取り付けられる。
【００２６】
なお、この発明の実施例においては、圧痕部１４を前記圧痕形成用突起部１３によって前記レール１０の胴部１０ａに４箇所形成する方法について説明したが、これに限らず、レールボンド端子を中心とする対角線上の所定の２箇所形成する方法であっても、この発明を逸脱しない範囲内において同様であること勿論である。
【００２７】
また、この発明の実施例における、第１、第２の静加圧手段は油圧シリンダに限定されるものでなく、空圧シリンダ、ネジ式シリンダなど、静加圧によって押圧できるものであれば如何なる手段でもよいことは勿論である。
【００２８】
【発明の効果】
この発明に係るレールボンド端子の溶接方法は、レールの胴部表面にレールボンド端子を銅テルミット溶接によって溶接する工程と、前記工程によってレールに溶接されたレールボンド端子の溶接外縁部をハンマー打撃によらない静加圧手段によって加圧する工程とを含むものであるから、レールの表面をハンマーなどにより打撃しないので、レールに傷や亀裂が発生せず、作業が静かであり、品質も安定、均一となり、作業量も軽減し、作業が簡単となり、楽な姿勢で作業ができ、また、圧痕形成に際しては、予め圧痕形成条件に対応して、圧痕の強さ、長さ、深さ、形状などを、その都度選択的に調整決定して作業を適正に行うことができるとともに圧痕の位置決めおよび形状が不揃いとならず、正確な位置に均一な効果を発揮し得る圧痕を確実に施すことができるなどの優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】
銅テルミット溶接工法を適用する一般的な治具を構成するルツボの一例を示す一部切欠斜視図である。
【図２】
レールボンド端子の実施例を示す斜視図である。
【図３】
この発明に係るレールボンド端子の溶接方法を説明するための装置の正面図である。
【図４】
この発明の要部を説明する図である。
【図５】
レールボンド端子をレールの胴部面に溶接した状態を示す斜視図である。
【図６】
圧痕形成用突起部の正面図である。
【図７】
同側面図である。
【符号の説明】
１        治具
２        ルツボ本体
２ａ      凹部
３        湯道
４        銅溶着部
４ａ      半円形の切り口
５        テルミット剤
６        点火剤
７        スチールディスク
８        筒状のレールボンド端子
８ａ      レールボンド（電線）
８ｂ、    固着部
１０      レール
１０ａ    胴部
１０ｂ、  レール頭部
１１      第１の静加圧手段
１２      第２の静加圧手段
１３      圧痕形成用突起部
１３ａ    取付部
１３ａａ  取付孔
１３ｂ    ボルト
１４      圧痕部
１５      溶接部