(57)【要約】【課題】バネ定数調整用溝付き軌道パッドに替わるバネ定数調整用孔付き軌道パッドの提供。【解決手段】このバネ定数調整用孔付き軌道パッド（１０）は、上面（１２）、下面（１４）及び周面（１６）を有するゴム製板状部材（２０）を備える。ゴム製板状部材は、上面及び下面の間をこれら上面及び下面に略平行に延びるバネ定数調整用孔（２２）を備える。 【選択図】図１
2014080831.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面、下面及び周面を有するゴム製板状部材を備える軌道パッドであって、
前記ゴム製板状部材は、前記上面及び下面の間をこれら上面及び下面に略平行に延びるバネ定数調整用孔を備える、バネ定数調整用孔付き軌道パッド。
【請求項２】
前記バネ定数調整用孔が相互に間隔をあけて複数設けられている請求項１に記載のバネ定数調整用孔付き軌道パッド。
【請求項３】
前記バネ定数調整用孔が、円形状若しくは長円形状の横断面を有している請求項１又は２に記載のバネ定数調整用孔付き軌道パッド。
【請求項４】
前記バネ定数調整用孔が、前記上下面を通る垂直方向よりも水平方向の長さが長い長円形状の横断面を有している請求項３に記載のバネ定数調整用孔付き軌道パッド。
【請求項５】
前記バネ定数調整用孔が、前記ゴム製板状部材を貫通するように設けられている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のバネ定数調整用孔付き軌道パッド。
【請求項６】
前記バネ定数調整用孔の少なくとも１つが、その長さ方向で先細りとされている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のバネ定数調整用孔付き軌道パッド。
【請求項７】
長さ方向で先細りとされている少なくとも１つのバネ定数調整用孔と、該バネ定数調整用孔とは逆向きに先細りとされている少なくとも１つのバネ定数調整用孔とを含む前記バネ定数調整用孔が相互に間隔を開けて複数設けられている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のバネ定数調整用孔付き軌道パッド。
【請求項８】
前記上面及び下面が相互に平行な平面とされている請求項１乃至７のいずれか一項に記載のバネ定数調整用孔付き軌道パッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道のまくらぎとレールの間、まくらぎ上に固定されるタイプレートとレールとの間、又は、タイプレートやまくらぎの下などに設定される軌道パッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
軌道パッドは主に緩衝を目的として使用されるゴム製の多くは矩形状をなす平板状のパッドである。鉄道の高速化に伴いレール軌道の振動及びそれに伴う騒音に対する対策は重要であり、レール軌道での振動の緩衝材として用いられる軌道パッドはその緩衝性能の改善が求められている。（特許文献１参照）
【０００３】
軌道パッドは、天然ゴム又は合成ゴムで作られる平板状のものであり、緩衝性能を向上するためには、その上下表面又はそのいずれか一方の表面に溝等の凹みをつけるのが標準化された仕様であり、この凹みの大きさ及び数を調整することによりばね定数を調整して所要の緩衝性能を得ている。
【０００４】
一方、この軌道パッドに対しては、なるべく長期間の使用に耐えるものであることが必要とされる。鉄道技術に関する我が国での最も重要な研究機関の１つである鉄道総合研究所（鉄道総研）では、このような視点での研究もなされており、同研究所の刊行物であるRRR（Railway Research Review）の２０１１年４月号では「メンテナンス技術」（非特許刊行物１）と題する論文において概ね次のような研究報告がなされている。
【０００５】
軌道パッドの劣化に関しては「破断やパッドの離脱に至るような軌道で問題を起こす程の劣化はないと考えられる（RRR第１６頁左欄下から８〜９行）」、一方、「軌道パッドの緩衝性能の低下は、軌道の振動を増大させたり、バラスト軌道での軌道の沈下を速めるなど、沿線環境の保全やメンテナンスの面では不利な変化と言えます。したがって、これらの面から長期間使用しても緩衝性能の劣化が小さい軌道パッドの開発が望まれることが分かりました（同第１６頁右欄下から２行目〜第１７頁左欄４行目）」として、軌道パッドにおける緩衝性能の低下すなわちバネ定数の経年的な増大（劣化）を防ぐことが必要であることを提示している。
【０００６】
更に、この論文では、「長寿命品の開発に対する方針」と題して、「（１）高温で使用しても劣化しにくい材料を用いる。（２）繰り返し使用しても劣化しにくい材料を用いる。」との軌道パッドの緩衝性能の長期間にわたる維持のための指針を示しながら、「（１）については既に材料の開発が進められていますが、（２）については、現在のところ（１）と両立させながら大幅に改善できる目処は得られていません。（第１７頁左欄下から３〜５行）」とし、これに対しては、「軌道パッドに対する力の条件をそのままにするのではなく、力自体を小さくすることが考えられます（同欄下から１〜２行）」とし、（溝を付けた場合、角部に応力集中が発生して劣化の原因となることを考慮し（同頁右欄６〜９行））て「溝などを付けるよりは、---（省略）---発泡ゴムを用いて平板のまま低バネ定数化する方が軌道パッドの耐久性に関しては有利と考えられます（同頁右欄３〜６行）」とした上で、
「これらを考慮し、軌道パッドの長寿命化に対するより具体的な方針として、（２）の代わりに
（２）’発泡ゴムを用いて平板形状による低バネ化を進める。
ことが挙げられます。（同欄１０〜１３行）」
として、この方針に沿って、長寿命軌道パッドの開発を進めていることが報告されている（同欄１３〜１６行）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】鉄道総研発行２０１１年４月号「ＲＲＲ」第１４頁〜１７頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本願出願人は、独立行政法人鉄道建設・運輸施設整備支援機構と共に２０１１年６月２２日付けで発明の名称を「発泡ゴム製軌道パッドの製造方法」とする特許出願（特願２０１１−１３８０２９号）を行った。これは上述のような鉄道総研の研究報告にあるような技術的流れに沿うものである。本願発明者は、このような従来の規格化された上下面にバネ定数調整用溝を設けた軌道パッドに替わる別の形式での新たな軌道パッドを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、本発明は、
上面、下面及び周面を有するゴム製板状部材を備える軌道パッドであって、
前記ゴム製板状部材は、前記上面及び下面の間をこれら上面及び下面に略平行に延びるバネ定数調整用孔を備える、バネ定数調整用孔付き軌道パッドを提供する。
【００１０】
具体的には、前記バネ定数調整用孔が相互に間隔をあけて複数設けられるようにすることができる。
【００１１】
更に具体的には、前記バネ定数調整用孔が、円形状若しくは長円形状の横断面を有するようにすることができる。この場合、バネ定数調整用孔が、前記上下面を通る垂直方向よりも水平方向の長さが長い長円形状の横断面を有するようにすることができる。
【００１２】
前記バネ定数調整用孔は、前記ゴム製板状部材を貫通するように設けられるようにすることができる。但し、必ずしも貫通孔とする必要は無い。
【００１３】
また、バネ定数調整用孔の少なくとも１つを、その長さ方向で先細りとすることができる。先細りのバネ定数調整用孔を複数も受ける場合には、長さ方向で先細りとされている少なくとも１つのバネ定数調整用孔と、該少なくとも１つのバネ定数調整用孔とは逆向きに先細りとされている少なくとも１つのバネ定数調整用孔とを含む前記バネ定数調整用孔が相互に間隔を開けて設けるようにすることができる。
【００１４】
また、上記軌道パッドにおけるゴム製板状部材の上面及び下面は、相互に平行な平面とすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る軌道パッドでは、従来、軌道パッドの上面や下面に設けられていたバネ定数調整用溝に換えて上面及び下面に略平行に延びるバネ定数調整用孔を設けることにより、当該軌道パッドのバネ定数を調整することができる。上述の鉄道総研の研究報告では、溝付き軌道パッドの緩衝特性低下の原因として、（１）炎天下にさらされるレール軌道下における高熱環境、及び、（２）溝を形成することによる応力集中をあげている。本発明においては、ゴム製板状部材の上下面に溝を設けるのではなく、パッド上下面の間で、これら上下面に平行に延びるバネ定数調整用孔を設けることによりバネ定数の調整を図るものであり、このバネ定数調整用孔は従来のゴム製板状部材の表面に設けられるバネ定数調整用の溝とは異なり、夏場などに極めて高熱となるレールに直接さらされることがない。また、軌道パッド内にバネ定数調整用孔を通し空気の出入りが可能となるので、その分、高熱となる環境は緩和され、当該ゴム製板状部材（軌道パッド）の熱による緩衝性能の劣化低減が期待できる。このことは、特に、「高さ調整用パッド」を当該軌道パッドの下に設ける場合に言える。すなわち、軌道パッドの敷設に当たっては、タイプレートと軌道パッドの間に挿入した袋に樹脂を注入してレールの高さを調整する「高さ調整用パッド」が使用される場合があるが、軌道パッドとして従来のバネ定数調整用溝付き軌道パッドを用いると、樹脂が硬化する前で半固形状の状態にあるときの「高さ調整用パッド」すなわち袋が軌道パッドの溝付き下面に倣って変形し、当該溝を塞ぐようになるからである。
【００１６】
また、従来のバネ定数調整用溝付き軌道パッドではレール底面と接する上面の面積がバネ定数調節用溝のために小さくなるために受圧面積が小さくなり、応力集中が生じやすいのに対して、本願発明に係る軌道パッドでは上面前面を平面としてレールを受けることになるので受圧面が大きく応力集中が生じにくいものとなり、この点でも緩衝性能の劣化低減が可能となる。後述するが、実際に行った疲労試験、すなわち、従来形式のバネ定数調整用溝付き軌道パッド及びそれと同等のバネ定数を有する本発明に係るバネ定数調整用孔付きの軌道パッドの疲労試験を行った結果、本発明に係るバネ定数調整用孔付き軌道パッドが従来のものと比較し、優れた数値を示すことが検証された。この試験では実際の製品であるバネ定数調整用孔付き軌道パッドと、別仕様の軌道パッド向け用に制作した本発明に係る軌道パッドとを試験対象としたために、試験条件が完全に一致しているとは言えず、試験結果の差異が有意なものであるとまでは言えないとしても、少なくとも、本発明に係るバネ定数調整用孔付きパッドが、所定の規格を満たすものであることは検証された。
【００１７】
上述のように、軌道パッドとして従来のバネ定数調整用溝付き軌道パッドを用いると、高さ調整用パッドが軌道パッドの溝を塞ぐ形で入り込んで硬化するために、軌道パッドのばね定数が設定値より高くなる不具合があった。本発明に係る軌道パッドでは、上下面を平坦な面とすることができるので、そのような不具合を回避することが可能となる。
【００１８】
更に、高さ調整用パッドを使用する場合は、緩衝性能の劣化した軌道パッドのみを交換して高さ調整用パッドをそのまま残して再利用する場合があるが、この場合、高さ調整用パッドには軌道パッドのバネ定数調整用溝に対応した出っ張りが残されるため、新たに敷設される軌道パッドのバネ定数調整用溝がその出っ張りに合わず、適正な敷設ができないことが生じることある。本発明に係る軌道パッドでは下面を平坦とすることができるために、高さ調整用パッドを上述のように再利用する場合でも、バネ定数調整用孔付き軌道パッドが取り除かれて残された高さ調整用パッドには上記のような出っ張りはなく、従って、新たなバネ定数調整用孔付き軌道パッドを適正にしかも容易に敷設することが可能となる。これはバネ定数調整用孔付き軌道パッドの交換のための作業時間を大幅に短縮することを可能とする。  
【００１９】
バネ定数調整用孔の断面を円形ではなく長円形とすることには次のような利点がある。すなわち、軌道パッドの孔を形成する場合には、軌道パッドの強度を維持するために孔の上下に一定の厚みを残す必要があるが、同程度の横断面積の孔を形成する場合には、長円形断面にした方がその上下に残される軌道パッドの厚みは円形断面にした場合よりも大きくなる。言い換えれば、孔を円形断面にし、その上下に残される軌道パッド部分の厚みを長円形断面の孔を形成した場合と同じにしようとすると、当該円形断面の断面積は、長円形断面の断面積よりも小さいものとなり、同等のばね定数にするには、本数を増やす必要がありその成形が難しくなる。すなわち、以下に述べるように、本発明の一実施形態としては軌道パッド成形の金型に、孔形成用ロッドを通してバネ定数調整用孔付き軌道パッドの成形を行うが、孔の断面を長円形とすることにより、孔形成用ロッドの横断面を大きくすることができ、従って、成形を行う際のロッドの曲がりや偏りを少なくすることができ、且つ、成形した軌道パッドからロッドを引き抜くのが容易となり、当該軌道パッドの成形が容易となる。
【００２０】
バネ定数調整用孔をその長さ方向で先細りとした場合、金型から取り出した成形後の成形ゴムからバネ定数調整用孔を成形するためのロッドを引き抜くのがより容易にすることを可能とする。
【００２１】
以下、本発明に係るバネ定数調整用孔付き軌道パッドの実施形態を添付図面に基づき説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は本発明に係るバネ定数調整用孔付き軌道パッドの斜視図である、
【図２】図１の軌道パッドを成形するための金型の平面図である
【図３】図２の金型の端面図である。
【図４】金型から取り出した成形後のゴム材の平面図である。
【図５】金型から抜き出した成形後のゴム材からバネ定数調整孔成型用のロッドを引き抜くための装置の概略斜視図である。
【図６】図１のバネ定数調整用孔付き軌道パッドの変形例を示す平面図である。
【図７】疲労試験を行うために作成した本発明に係る軌道パッドに設けたバネ定数調整用孔の横断面形状及びサイズを示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１に示す本発明に係るバネ定数調整用孔付き軌道パッド１０は、相互に平行な平面とされている上面１２及び下面１４、並びに、これら上面１２及び下面１４の周縁間に延びる周面１６を有するゴム製板状部材２０を備える。このゴム製板状部材２０の上面１２には汎用の鉄板や超硬質ゴムの表面部材を設けることも可能であるが、図示の例では、そのような表面部材が無いものを示している。
【００２４】
図示のように、ゴム製板状部材２０は、上面１２及び下面１４の間をこれら上面１２及び下面１４に略平行に延び、当該ゴム製板状部材２０を貫通するバネ定数調整用孔２２を備える。図示の例では、複数のバネ定数調整用孔２２が相互に間隔をあけて複数設けられている。このバネ定数調整用孔２２は、相互に平行とされているが、必ずしも平行とする必要はなく、当該ゴム製板状部材全体として必要とされるバネ定数を考慮して、その数、サイズ等と共に適宜決定される。
【００２５】
バネ定数調整用孔２２は、円形状若しくは長円形状の横断面を有するものとされるが、図示の例では長円形状の横断面を有するものが示されている。ここで「長円形状」とは、上下面を通る垂直方向よりも水平方向に長くされて両端部が円弧状にされているものを意味し、楕円形状や平たい矩形状で左右両端が丸められている形状のものをも含める意味とする。
【００２６】
横断面を円形状若しくは長円形状とするのは、バネ定数調整用孔２２の内周面に応力集中が生じる角部分が生じないようにするためである。また、円形断面とするよりは長円形状とすることが好ましく、これは、同じ横断面面積の孔でも、長円形状とした方が、孔から上面１２及び下面１４までの長さ（厚み）を大きくして、軌道パッドとしての必要強度を維持するためである。
【００２７】
図２及び図３には、上述のゴム製板状部材２０を成形する場合の金型の概念図を示している。すなわち、この金型３０は、相互に衝き合わされて金型空間３２を形成する金型上部３４及び金型下部３６を備える金型本体３８と、金型上部３４及び金型下部３６の間に設定されて、金型空間３２を縦断するように設定される複数のロッド４０とを有する。ロッド４０は、形成しようとするバネ定数調整用孔２２の横断面と同じ長円形の横断面を有し、一端で細長い連結部材４２によって連結されており、金型３０に設定する際に、全てのロッドを一体的に取り扱うことが出来るようになっている。
【００２８】
上述のゴム製板状部材２０を成型する場合は、金型下部３６にゴム材を装填し、該ゴム材の上を横断するようにロッド４０を設定し、その上に追加のゴム材を載せ、その状態で金型上部３４を金型下部３６に重ね合わせて、内部のゴム材を加圧加熱して当該ゴム材の加硫成型を行う。成型後、成型ゴム材をロッド４０及びその連結部材４２と共に取り出し、当該成型ゴム材４４（図４）からロッド４０を引き抜く。ロッドが抜かれた成型ゴム材には、最終製品としての軌道パッドのサイズに合わせて周縁部分に所要の裁断を施す。
【００２９】
図５には、成型ゴム材４４からロッドを引き抜くための装置の概要図を示す。図示のように、この装置は、（図示しない水平な）基台上に固定したエアピストンシリンダ５０を有しており、シリンダ５２から延出したピストンロッド５４の先端に上述の連結部材４２に係合される細長い係合部材５６が設けられている。更に基台には、金型から抜き出した成型ゴム材４４のロッド４０が延出している端縁面と係合して、成型ゴム材４４を係止するための係止部材５８が設けられている。この装置を用いて成型ゴム材４４からロッド４０を引き抜くには、ピストンロッド５４をシリンダ５２から延出して、基台上で係止部材５８によって係止された成型ゴム材４４から延出するロッド４０の連結部材４２に、該ピストンロッド５４の先端の係合部材５６を係合する。この状態で、ピストンロッド５４をシリンダ５２に引き込むようエアピストンシリンダ５０を駆動し、これにより、ロッド４０を成形ゴム材４４から引き抜く。ロッド４０が引き抜かれた成型ゴム材４４は、その周縁を適宜裁断されて所要の軌道パッドとされる。
【００３０】
以上のようにして形成したバネ定数調整用孔付き軌道パッドと従来のバネ定数調整用溝付き軌道パッドとの「ヘタリ」及び「バネ定数」のそれぞれに関する疲労試験を行った。
Ａ. 疲労試験１（ヘタリ試験）
（ａ）試験片（用意した試験片は次の2つのタイプである）
１. 孔付きタイプ（10.5×50×50mm）
図7に示すように、2.5mm半径の両端半円部分及び該半円部分を結ぶ長さ4mmの直線部分を有する長孔形横断面を有する貫通孔を、上述の本願発明に従い複数設けてJISE1117「緩衝用軌道パッド」の仕様とした軌道パッド（10.5×140×178mm：バネ定数３０MN/m）から切り出したもの。
２. 溝付きタイプ（12×50×50mm）
鉄道建設・運輸施設整備支援機構規格「低ばね軌道パッド」に従う、上下面に溝を設けた従来の軌道パッド（12×140×180mm：バネ定数２８MN/m）から切り出したもの。
（ｂ）荷重条件：  
周波数：5Hｚ
繰返し荷重：9ｋN±6ｋN（正弦）
回数：100万回
（ｃ）疲労試験タイプ別試験結果
【表１】
2014080831.tif 000003
【００３１】
Ｂ. 疲労試験２（バネ定数試験）：
(a)試験片：
上記疲労試験１と同じ。
（ｂ）荷重条件  
周波数：5Hｚ
繰返し荷重：9ｋN±6ｋN（正弦）
回数：300万回  
（ｃ）疲労試験前後のバネ定数の比較
【表２】
2014080831.tif 000004
【００３２】
Ｃ.  試験結果の評価
本試験の試験対象である上記軌道パッドは、緩衝を目的とした軌道パッドである。この種の軌道パッドの上記ヘタリ試験では、上記試験条件におけるヘタリ量が１０％以内を適格とする。従って、本願発明に係るバネ定数調整用孔付き軌道パッドが、この点で十分に適格性があることが分かる。また、従来の溝付きタイプのものと比較した場合でも、「へたり」及び「バネ定数」の変化率において優れた数値を示している。
【００３３】
図６に示すように、バネ定数調整用孔２２は、その長さ方向に沿ってテーパ（先細り）とすることができ出来る。このようなテーパをつけることにより、ロッド４０の引抜が容易となり、当該軌道パッドの製作が容易となる。図示の軌道パッド１０では、隣接するバネ定数調整用孔２２毎にテーパの向きを交番的に逆向きにしたものを示す。この場合、バネ定数調整用孔２２を成形するための上述のロッド４０は、成形するバネ定数調整用孔２２に対応するテーパが付けられ、金型から引き出した成形ゴムからロッドを引き抜く場合は、同じ方向でのテーパを有する一つ置きのロッド同士を当該ロッドの径が大きくなる方向で引き抜くことになる。
【００３４】
以上、本発明に係る軌道パッドの実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、バネ定数調整用孔は軌道パッドを貫通しないものとすることが可能である。
【符号の説明】
【００３５】
軌道パッド１０；上面１２；下面１４；周面１６；ゴム製板状部材２０；バネ定数調整用孔２２；金型３０；金型空間３２；金型上部３４；金型下部３６；金型本体３８；ロッド４０；連結部材４２；成型ゴム材４４；エアピストンシリンダ５０；シリンダ５２；ピストンロッド５４；係合部材５６；係止部材５８
【図１】
2014080831.tif 000005
【図２】
2014080831.tif 000006
【図３】
2014080831.tif 000007
【図４】
2014080831.tif 000008
【図５】
2014080831.tif 000009
【図６】
2014080831.tif 000010
【図７】
2014080831.tif 000011