(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道用レール又は継ぎ目板の研磨面に耐食性金属箔をスポット溶接してなり、かつ、該研磨面と該耐食性金属箔の表面を耐錆性油膜層で覆ってなることを特徴とする鉄道用レールの帰線電流橋絡回路通電部。
【請求項２】
鉄道用レール研磨面に耐食性金属箔をスポット溶接してなり、かつ、該レール研磨面と該耐食性金属箔の表面を耐錆性油膜層で覆ってなるレール側帰線電流橋絡回路通電部と、継ぎ目板研磨面に耐食性金属箔をスポット溶接してなる継ぎ目板側帰線電流橋絡回路通電部とを相互に密着・固定してなる鉄道用レールの継ぎ目部帰線電流の橋絡回路。
【請求項３】
鉄道用レールと継ぎ目板との取り付け部を研磨する段階と、
上記段階により得られた研磨面に耐錆性油膜層を形成する段階と、
上記耐錆性油膜層の上に耐食性金属箔を載置してスポット溶接する段階と、
上記によりスポット溶接された前記耐食性金属箔上に耐錆油油膜層を形成する段階と、からなることを特徴とする鉄道用レール帰線電流橋絡回路通電部の形成方法。
【請求項４】
鉄道用レールの継ぎ目板との取り付け部を研磨する段階と、
上記段階により得られた研磨面に耐錆性油膜層を形成する段階と、
上記耐錆性油膜層の上に耐食性金属箔を載置してスポット溶接により固着せしめてレール側帰線電流橋絡回路通電部を形成する段階と、
上記段階により得られたレール側帰線電流橋絡回路通電部に、予め帰線電流橋絡回路通電部を形成させた鉄道用レールの継ぎ目板を固定する段階とからなることを特徴とする鉄道用レール橋絡回路形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道用レール継ぎ目部における帰線電流の橋絡手段に係り、特にレールを接続する際に用いられる継ぎ目板を利用して帰線電流の橋絡を可能にする鉄道用レールの帰線電流橋絡回路通電部、鉄道用レールの継ぎ目部帰線電流の橋絡回路およびこれらの形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
交流あるいは直流電源によって走行する車両用の鉄道用レールは、帰線電流の回路を構成しているので、その敷設に当たってはレール継ぎ目部において、通常、レールボンドと称する電気導体を取り付け、帰線電流の橋絡のほか、列車を検知する信号電流の橋絡を可能にしている。このレールボンドの取付は、通常レールの頭部部側面などに低温溶接することによって行われるが、その施工条件は鉄道現場において、主として列車通過後から次の列車が通過する前の限られた短時間に行われる作業であり、かつ、溶接という高度の技能を必要とし、コストもかかる上、必ずしも信頼性が十分ではないという問題があった。さらに、帰線電流の確保を確実にするため、レールボンドは二重又は三重に取り付けるようになっており、そのため上記工事上の問題はますます大きくなっている。
【０００３】
この問題を解決するために、特開平7-18605号公報には、レール端部継ぎ目を相互に噛み合う組継ぎ手とし、これをボルトなどで強固に結合せしめて列車の走行に伴う走行衝撃の防止を図るとともに通電体の施工を不要とする提案がなされている。しかしながら、上記提案によるときは、レール端部に対し極めて複雑な加工を施さねばならず、また、施工も相当困難であることが予見され、いまだ実現の運びに至っていない。
【０００４】
このような状況に鑑み、本発明者等は通称「ペシ」と呼ばれる継ぎ目板を利用して帰線電流を橋絡することが極めて合理的であることを発見し、特開平11-350403号に公報開示されているように、帰線電流の橋絡を鉄道用レール継ぎ目板および該継ぎ目板とレールとの間に設けた耐食性を有する通電層を介して行うこととする提案をなした。さらにこの提案に係る通電層を短時間に形成するために特願平11-119224号において、上記通電層を耐食性金属箔を介在させた層とするという提案をなした。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記提案によれば、継ぎ目板の施工と同時に橋絡回路を形成することができ、施工工数が減少するばかりか、脱落などの事故もなくなり、帰線回路の信頼性が向上するという効果を挙げうることが確認されている。特に、特願平11-119224号において提案されている手段を採用することにより、橋絡回路形成用の継ぎ目板の施工を極めて迅速に行うことができるようになった。
【０００６】
ところで、上記特願平11-119224号において提案されている手段では、レールあるいは継ぎ目板と耐食性金属箔とは、スポット溶接等によって一体化されている。そのため、上記提案による帰線回路を長期間に亘って利用するためには、スポット溶接が確実に行われることおよび形成されたスポット溶接部が長期的に健全であることが求められる。しかしながら、本発明者等が実験したところによれば、上記提案にかかる帰線回路の長期的信頼性は必ずしも高くない。
【０００７】
本発明は、本発明者等が先に提案した特願平11-119224号記載の発明の有する上記問題点を解決することを目的とし、上記提案の利点を享受して短時間で帰線電流橋絡回路機能としてのを有する継ぎ目部を形成しながら、スポット溶接部の長期にわたる健全性を高め、長期間に亘って使用することのできる鉄道用レールの継ぎ目部帰線電流の橋絡回路及びその形成手段を提案するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決するために種々の検討を行い、その結果、耐食性金属箔を研磨された金属新生面上にスポット溶接する際に、該金属新生面を、予め薄い防錆油で覆っておくことが健全なスポット溶接部を形成するのに効果的であること、また、その防錆油によりスポット溶接部が大気から遮断されて長期間に亘って健全に、すなわち腐食等を起こさずに維持されること、さらには、耐食性金属箔の表面が薄い防錆油で覆われている場合であっても、防錆油を通して通電が可能であることを知り、本発明を完成した。
【０００９】
本発明は、まず、鉄道用レールの帰線電流橋絡回路通電部を、鉄道用レール又は継ぎ目板の研磨面に金属箔をスポット溶接してなり、かつ、該研磨面と該耐食性金属箔の表面を油膜層で覆ってなるものとする。これによって、スポット溶接により形成されたナゲットを長期間に亘って健全に保つ。
【００１０】
また、本発明は、上記帰線電流橋絡回路通電部を利用して鉄道用レールの継ぎ目部帰線電流の橋絡回路とするものであって、鉄道用レール研磨面に耐食性金属箔をスポット溶接してなり、かつ、該レール研磨面と該耐食性金属箔の表面を油膜層で覆ってなるレール側帰線電流橋絡回路通電部と、レール継ぎ手研磨面に耐食性金属箔をスポット溶接してなり、かつ、該レール研磨面と該耐食性金属箔の表面を油膜層で覆ってなる継ぎ手側帰線電流橋絡回路通電部とを相互に密着・固定して鉄道用レールの継ぎ目部帰線電流の橋絡回路を形成する。
【００１１】
上記帰線電流橋絡回路通電部を形成するには、鉄道用レールと継ぎ目板との取り付け部を研磨する段階と、上記段階により得られた研磨面に耐錆性油膜層を形成する段階と、上記耐錆性油膜層の上に耐食性金属箔を載置してスポット溶接する段階と、上記によりスポット溶接された前記耐食性金属箔上に防錆油塗膜を施す段階とを順次行うのが好適であり、また、このようにしてレール側に形成された帰線電流橋絡回路通電部に予め通電部を形成させた鉄道用レールの継ぎ目板を固定するのが好適である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る帰線電流橋絡回路通電部（以下単に通電部という）のレール側における通電部の形成状況を示す斜視図（ａ）およびそのＡ−Ａ断面図（ｂ）である。ここに示すように本発明に係る通電部11は、鉄道用レール側にあっては、継ぎ目板との接続部に設けられている。
【００１３】
その基本的な構造は、すでに特願平11-119224号において提案されているように、鉄道用レール１の継ぎ目板２の取り付け部に耐食性金属箔12を多数のスポット溶接部13によって固定したものである。しかし、本発明においては、上記通電部11は図２、図３に示すように、スポット溶接部13のうちナゲット15の形成された領域を除き、耐食性金属箔12および耐食性金属箔11が載置・溶接されるレールの新生面14が耐錆性油膜層16により覆われている。なお、図４には、継ぎ目板2側に帰線電流橋絡回路通電部が形成された状態が示されている。
【００１４】
耐食性金属箔12を継ぎ目板2との接続部に取り付けるに当たっては、例えばグラインダーによって、予め、レール１の黒皮を削って金属新生面14を露出させる。耐食性金属箔12は、かかる新生面14上にスポット溶接される。しかし、金属の新生面14は容易に酸化されて錆びやすく、かつ、例えば湿潤環境下ではさびが急速に進行し、ついにはスポット溶接により形成されたナゲット15をレール側から分離してしまい、帰線電流回路としての機能を果たさなくなる。耐錆性油膜層16はこのようなさびの発生と進行を防止する。
【００１５】
かかる機能を有する耐錆性油膜層16は、レール１の黒皮を削ってできた金属の新生面14上に耐食性金属箔12をスポット溶接し、その後新生面14と耐食性金属箔12との間隙に防錆油等をしみこませて形成することもできるが、後に示すように、金属の新生面14上に防錆油を薄く塗り、その上に耐食性金属箔12を載置してスポット溶接することにより形成するのが効率的であり、かつ、確実である。なお、防錆油としては、例えば、日本工業規格NP-1に相当する錆の防止効果を有するもので、好ましくは、塗布後薄い皮膜を形成するものがよいが、油性のものでもよい。また、耐錆性油膜層16の厚さは、0.5〜15μm程度で十分であるが、金属の新生面14と耐食性金属箔12の間の間隙に充満した状態となっていても良い。なお、耐食性金属箔12上にも防錆油を薄く塗り耐錆性油膜層16を形成しておくのが好ましい。
【００１６】
本発明の特徴は、上記耐錆性油膜層16の形成にあり、その他の点についてはすでに特願平11-119224号において提案されている手段を利用しうる。即ち、耐食性金属箔12としては、ステンレス鋼あるいはハステロイ等のニッケル基合金を用いることができる。また、耐食性金属箔12を金属の新生面14に固定するには抵抗溶接によるのがよく、中でもスポット溶接によるのが効率的である。
【００１７】
上記の通電部11を利用して鉄道用レールの継ぎ目に部帰線電流橋絡回路を作ることができる。すなわち、鉄道用レール側および継ぎ目板側に上記通電部を形成し、双方の通電部を密着・固定すればレール継ぎ目部において継ぎ目板を通って帰線電流を橋絡する回路が形成される。なお、この場合において、鉄道用レール1側と継ぎ目板2側の双方に前記本発明の帰線電流橋絡回路通電部を形成することは必ずしも必要ではなく、どちらか一方に形成することによってもよい。その方が現地工事施工の迅速化に寄与する。例えばこれをレール1側のみに本発明にかかる通電部を形成し、継ぎ目板2側の通電部は、例えば耐食性金属の肉盛り層とすることもできる。
【００１８】
上記の構造を有する鉄道用レール帰線電流橋絡回路通電部は、いかなる手段によって作っても良いが、以下に示す手順によるのが確実であり、かつ効率的である。
【００１９】
鉄道用レール１側に通電部を設ける場合を例にとって説明すると、以下のようになる。まず、鉄道用レール１の継ぎ目板2との取り付け部を研磨する。この研磨は、通常のベルトサンダーにより#100〜#150程度の粗さに行えばよく、これによって金属の新生面14を露出させる。
【００２０】
ついで、得られた新生面14に防錆油を塗布し、耐錆性油膜層16を形成する。防錆油としては、例えば、日本クエーカーケミカル社製のフェロコート 673-J等を使用することが好ましく、その塗布厚さは0.5〜15μm程度とするのが良い。あまり厚すぎると続くスポット溶接の際、健全なナゲットを形成することができなくなるからである。一方、塗布厚さが薄すぎるときには、研磨により得られた新生面に錆が生じ、やはり健全なナゲットを得られない場合がある。これに対し、前記範囲内の厚さの耐錆性油膜層16を形成した場合には、該油膜層16がスポット溶接の障害になることもなく、また研磨により得られた新生面14が錆びることもない。
【００２１】
このようにして適当な厚さの耐錆性油膜層16が形成された金属の新生面14上に耐食性金属箔12を載置してスポット溶接する。耐食性金属箔12の材質は、ステンレス鋼や、例えばハステロイなどニッケル基合金等がよい。これらは、湿潤環境下においても容易に腐食せず、かつ車両通過時の載荷荷重により変形しがたい。また、そのサイズは、幅10〜20mm程度、厚さ100〜250μm程度とし、長さは、図４に示すように継ぎ目板とレールが接触している全長とするか、あるいは、、継ぎ目板の締め付けボルトによって締め付けられる部位に相当する長さのの20mm前後とするのが良い。スポット溶接とするのは、これにより通電部として十分な導電性を得ることができ、かつ、例えば、連続シーム溶接に比べて作業効率が極めて高い（約5倍）からである。
【００２２】
このようにしてレール側に通電部を形成することができるが、形成された通電部の表面にはさらに、前記と同様に、防錆油を塗布し、耐錆性油膜層16を形成するのがよい。これにより、通電部の耐食性がより向上する。同様の方法により、継ぎ目板２側にも通電部を形成することができる。
【００２３】
このようにして通電部が形成されたレールは、継ぎ目板を介して接続され、それによって鉄道用レールの帰線電流橋絡回路が完成する。この際、鉄道用レール側には上記本発明に係る帰線電流橋絡回路通電部が形成されていることが必要であるが、継ぎ目板側の帰線電流橋絡回路通電部は必ずしも本発明によるものでなくても良いことはすでに述べたとおりである。
【００２４】
本発明にしたがい、通電部が形成されたレールを継ぎ目板を介して接続するに当たり、通電部が長期に亘って機能するようにようにするために、図５に示すようにレール腹部であって耐食性金属箔による通電部の直上部分（図５において網目斜線部として示してある）をグリース塗布部21としてグリース等のペースト状防錆剤を塗布しておくのがよい。これによりレールと継ぎ目板との間にある隙間に堆積する埃が通電部の耐食性金属箔上に入り込んで帰線電流回路として機能しなくなることが防止できる。
【００２５】
また、レールを継ぎ目板によって接続して帰線電流回路を形成した後に、継ぎ目板の端面からレール腹部にかけて、例えば、シリコーン等のコーキング剤を厚塗りしてレール腹部と継ぎ目板との間にできる隙間（図１(b)における22を塞いでおくのがよい。これにより、レールと継ぎ目板との隙間から塵埃が侵入して通電部の耐食性金属箔上に入り込むのを防止できる。
【００２６】
本発明に係る鉄道用レール橋絡回路は、帰線電流橋絡回路通電部を相互に接触させ、これ等を密着・固定することにより完成されるものであるが、この通電部は表面に油膜層を有する。それにもかかわらず、本発明に係る鉄道用レール橋絡回路は良好な導電性を有する。その理由は必ずしも明らかではないが、耐食性金属箔12とレール側金属新生面14間、さらにレール側通電部と継ぎ目板側通電部間に存在する油膜層16が、レールに継ぎ目板を取り付けるときの強力な締結力により極めて薄くなり、導電性を阻害しなくなるためではないかと推定される。事実、本発明を利用して鉄道用レール橋絡回路を形成する際には、継ぎ目板締結ボルトの締め付けトルクは20kN・mで施工されており、この程度の充分な締め付け力で施工すれば導電性に問題のないことが確認されている。
【００２７】
【実施例】
図６に示すように、実際に敷設されている50Nレールを対象として本発明を適用した。まず、継ぎ目板2を締め付けている4本のボルト3を緩めて外し、継ぎ目部両側の継ぎ目板2を取り外した。レール1側には、現地施工で通電部11を形成することとし、一方、継ぎ目板2側には、別途工場で通電部11を形成することとした。
【００２８】
レール1側には、図７に示すように、通電部11を接続されるレールの端部外側と内側の合計4箇所に形成することとし、この通電部11の形成箇所を幅20mm、長さ280mmにわたって研磨した。研磨は#100〜#150のベルトサンダーを用いて行った。得られた研磨面に防錆油として日本クエーカーケミカル（株）製のフェロコート673-Jを1〜2μmの厚みに塗布し、耐錆性油膜層を形成した。
【００２９】
このようにして準備された通電部形成箇所に耐食性金属箔を載せ、これをスポット溶接によって固着した。耐食性金属箔の仕様は材質がNi基合金のハステロイで硬質材であり、寸法は厚み0.15mm、幅20mm、長さ280mmであった。また、スポット溶接点数は合計で150点であった。さらに、上記のようにして通電部形成箇所にスポット溶接された耐食性金属箔の表面には、防錆油（日本クエーカーケミカル（株）製のフェロコート673-J）を1〜2μmの厚みに塗布し、耐錆性油膜層を形成し、レール側の通電部の施工作業を完了した。
【００３０】
上記のようにして、継ぎ目部に通電部の形成されたレールに、工場で予め通電部の形成されている継ぎ目板を組み込んで、ボルトによる締結を行った。ボルトの締め付けトルクは20kN・mとした。これにより、本発明の帰線電流橋絡回路が完成した。なお、継ぎ目板側の通電部の形成は、前記レールに対する通電部形成位置に対応する部分に、レール側と同一の施工条件で金属箔をスポット溶接により直接固着して行った。
【００３１】
得られた継ぎ手について使用期間5年間に相当する促進暴露試験を行ない、継ぎ手部の電気抵抗値を測定した。その際、比較対象（従来法）として、耐食性金属箔のスポット溶接箇所に耐錆性油膜層を形成しなかったものを作製し、上記と同様の促進暴露試験を行った。結果を表1に示す。
【００３２】
【表１】
0003655163.tif 000002
【００３３】
表１から明らかなように、本発明によって得たレール継ぎ手の継ぎ手部電気抵抗値は、促進暴露試験で5年間相当する期間に亘って50〜53μΩと安定し、かつ直流区間の鉄道構造規則の規定を158μΩを大きく下回っていた。これに対し、従来法では促進暴露試験の3年間に相当する期間の経過後、継ぎ手部電気抵抗値が急増していた。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は上記のように帰線電流の橋絡を継ぎ目板とレール間に設けた金属箔通電層を介して行う鉄道用レール継ぎ目部における帰線電流の橋絡回路において、前記通電層を耐食性金属箔を介在させた層とし、さらに通電層を形成する金属研磨面（新生面）や金属箔表面層を耐錆性油膜層で覆うようにしたから、長期間に亘って錆の発生を防止することができ、長期間に亘って帰線電流や信号電流の電流安定性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る通電部のレール側における形成状況を示す斜視図（ａ）およびそのＡ−Ａ断面図（ｂ）である。
【図２】  図１におけるＡ部の部分拡大図である。
【図３】  図２におけるＢ部の部分拡大図である。
【図４】  本発明に係る通電部の継ぎ目板側における形成状況を示す斜視図である。
【図５】  レール側通電部にグリース塗油部を形成する状況を示す斜視図である。
【図６】  本発明を適用した50Nレールの継ぎ目部の斜視図である。
【図７】  本発明を適用した50Nレールへの通電部形成状況を示す斜視図である。
【符号の説明】
1：レール
2：継ぎ目板
3：ボルト
11：通電部
12：金属箔
13：スポット溶接部
14：新生面
15：ナゲット
16：耐食性油膜層
21：グリース塗油部
【図１】
0003655163.tif 000003
【図２】
0003655163.tif 000004
【図３】
0003655163.tif 000005
【図４】
0003655163.tif 000006
【図５】
0003655163.tif 000007
【図６】
0003655163.tif 000008
【図７】
0003655163.tif 000009