(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レールの経年変化と該経年変化に伴う微小亀裂との関係を示す基準トレンドモデルを予め設定する基準データ設定工程と、
所定期間使用された後の被測定レール片にＸ線フーリエ解析を適用することにより得られた指標となるパラメータと、前記基準データ設定工程で予め設定した基準トレンドモデルとから、該被測定レール片の削正時期を判定する削正判定工程とを有し、
前記基準データ設定工程は、
転がり疲労試験機により基準レール試験片に転がり疲労を進展させて微小亀裂を発生させる疲労層形成工程と、
該疲労層形成工程を経た基準レール試験片に形成された転がり疲労層表面に対して、Ｘ線フーリエ解析を適用して、微小亀裂発生時期との関係性とともに、定量的な指標である転位密度と結晶子サイズとの相関性を示す基準トレンドモデルを決定する定量モデル決定工程と、を有し、
前記削正判定工程は、
現場からサンプリングした被測定レール片にＸ線フーリエ解析を適用することにより、指標となる転位密度と結晶子サイズとを測定するパラメータ測定工程と、
前記定量モデル決定工程で予め決定した基準トレンドモデルと、前記測定工程で測定した指標となるパラメータとから、該被測定レール片の削正時期を決定する削正要素決定工程と、を有することを特徴とする鉄道レールの削正管理方法。
【請求項２】
前記基準データ設定工程では、転位密度と累積通トン及び接触回数とに応じて最大削正時期を決定するための基準トレンドモデルが設定され、
前記削正判定工程では、所定期間使用された後の被測定レール片にＸ線フーリエ解析を適用することにより得られた転位密度及び結晶子サイズと、前記基準データ設定工程で予め設定した基準トレンドモデルとから、該被測定レール片の削正深さを判定することを特徴とする請求項１に記載の鉄道レールの削正管理方法。
【請求項３】
被測定レール片にＸ線フーリエ解析を適用することにより得られた転位密度と結晶子サイズとの各々の変化の組み合わせから、転がり疲労層の深さを推定することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の鉄道レールの削正管理方法。
【請求項４】
転位密度と結晶子サイズとがいずれも所定以上変化する第一の領域、転位密度がほぼ一定で結晶子サイズが所定値より小さくなる第二の領域、および、転位密度がほぼ一定で結晶子サイズが母材の結晶子サイズに近くなる第三の領域のいずれに属するかによって前記被測定レール片の削正深さを判定することを特徴とする請求項３に記載の鉄道レールの削正管理方法。
【請求項５】
前記疲労層形成工程にて、ロータとの接触面圧、すべり率、総回転数、回転速度を種々設定した上で転がり疲労試験を実施し、その試験後に走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて基準レール試験片の表面を観察することにより、前記定量モデル決定工程で示される微小亀裂発生時期を検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の鉄道レールの削正管理方法。
【請求項６】
前記基準データ設定工程では、転がり疲労試験を経た基準レール試験片の表面をＸ線フーリエ解析することにより、基準レール試験片の転位密度の平方根と結晶子サイズは反比例の関係にある基準トレンドモデルが示されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の鉄道レールの削正管理方法。
【請求項７】
前記基準データ設定工程では、転がり疲労試験を経た基準レール試験片の表面をＸ線フーリエ解析することにより転位密度１０１５１／Ｍ２（≒３.１６×１０７ １／Ｍ）付近で、転がり疲労層内に微小亀裂が発生することが示されることを特徴とする請求項６に記載の鉄道レールの削正管理方法。
【請求項８】
前記転がり疲労試験は２円筒転がり試験機のロータの接触面に前記基準レール試験片を設置することにより行われる請求項１〜７のいずれか１項に記載の鉄道レールの削正管理方法。
【請求項９】
試験片のＸ線フーリエ解析を行うＸ線装置と、Ｘ線フーリエ解析で得られた検出データに基づき作成された基準トレンドモデルを記憶するデータ処理装置とを有する鉄道レールの保守管理装置であって、
前記データ処理装置では、
レールの経年変化と該経年変化に伴う微小亀裂との関係を示す基準トレンドモデルを予め設定する基準データ設定処理と、
所定期間使用された後の被測定レール片にＸ線フーリエ解析を適用することにより得られた指標となるパラメータと、前記基準データ設定処理で予め設定した基準トレンドモデルとから、該被測定レール片の削正時期を判定する削正判定処理とを有し、
前記基準データ設定処理は、
転がり疲労試験機により基準レール試験片に転がり疲労を進展させて微小亀裂を発生させる疲労層形成処理と、
該疲労層形成処理を経た基準レール試験片に形成された転がり疲労層表面に対して、Ｘ線フーリエ解析を適用して、微小亀裂発生時期との関係性とともに、定量的な指標である転位密度と結晶子サイズとの相関性を示す基準トレンドモデルを決定する定量モデル決定処理と、を実施し、
前記削正判定処理は、
現場からサンプリングした被測定レール片にＸ線フーリエ解析を適用することにより、指標となる転位密度と結晶子サイズとを測定するパラメータ測定処理と、
前記定量モデル決定処理で予め決定した基準トレンドモデルと、前記測定処理で測定した指標となるパラメータとから、該被測定レール片の疲労層に形成された微小亀裂の深さを求めて該被測定レール片の削正時期を決定する削正要素決定処理と、を有することを特徴とする鉄道レールの削正管理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線を利用した経年レールの疲労解析から該経年レールの削正時期及び削正深さを判定する鉄道レールの削正管理方法及び該鉄道レールの削正管理方法が適用された削正管理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の鉄道レールの保守管理方法として、非特許文献１に示される「レールシェリング対策」が知られている。
この「レールシェリング対策」では、レールに発生する疲労損傷のうち、代表的な転がり接触疲労損傷の１つであるレールシェリングに関し、車輪の転動荷重により生じるレールの塑性変形の状態をミクロ単位で観察し、その観察結果から、該レールの表層に白色層と呼ばれる熱変態組織が形成されたか否かを判定する。そして、この判定結果に基づき、白色層を除去する削正作業を実施して、レールの亀裂発生を防止するための保守管理を行うものである。
また、室内試験で、新品レールを敷設した場合を想定して、一定の削正基準は提案されているが、すでに形成された転がり疲労層を有する経年レールに対する削正基準は提案されていない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】ＲＲＲ（Railway Research Review）  Ｖоｌ．７０  Ｎｏ．１１  ２０１３年１１月    第３０頁〜第３３頁
【非特許文献２】鉄道総研報告  Ｖｏｌ．９  Ｎｏ．１２  １９９５年１２月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記文献に示される「レールシェリング対策」では、車輪の転動荷重により生じるレールの塑性変形の状態をミクロ単位で観察し、その観察結果から、該レールの表層に白色層を除去する削正作業を行うものであるが、どのような状態のときに、どの程度の削正作業を行うかについて明確にされていない。また、すでに形成された転がり疲労層を有する経年レールの削正作業についても明確にされていない。すなわち、レール最表面での転動疲労状態を定量評価することはできず、該経年レールの亀裂発生予測を行うことができないという問題があった。
【０００５】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、車輪の転動荷重によりレール表面に生じる疲労層を定量的に評価することによって、レールの亀裂発生程度を正確に予測することができて保守の効率化が可能な、鉄道レールの削正管理方法及び該鉄道レールの削正管理方法が適用された削正管理装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明は、レールの経年変化と該経年変化に伴う微小亀裂との関係を示す基準トレンドモデルを予め設定する基準データ設定工程と、所定期間使用された後の被測定レール片にＸ線フーリエ解析を適用することにより得られた指標となるパラメータと、前記基準データ設定工程で予め設定した基準トレンドモデルとから、該被測定レール片の削正時期を判定する削正判定工程とを有し、前記基準データ設定工程では、転がり疲労試験機により基準レール試験片に転がり疲労を進展させて微小亀裂を発生させる疲労層形成工程と、該疲労層形成工程を経た基準レール試験片に形成された転がり疲労層表面に対して、Ｘ線フーリエ解析を適用して、微小亀裂発生時期との関係性とともに、定量的な指標である転位密度と結晶子サイズとの相関性を示す基準トレンドモデルを決定する定量モデル決定工程と、を有し、また、前記削正判定工程では、現場からサンプリングした被測定レール片にＸ線フーリエ解析を適用することにより、指標となる転位密度と結晶子サイズとを測定するパラメータ測定工程と、前記定量モデル決定工程で予め決定した基準トレンドモデルと、前記測定工程で測定した指標となるパラメータとから、該被測定レールの削正時期を決定する削正要素決定工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、基準データ設定工程にて、レールの経年変化に伴う微小亀裂発生時期との関係性とともに、定量的な指標である転位密度と結晶子サイズとの相関性を示す基準トレンドモデルを予め設定しておく。その後、削正判定工程にて、所定期間使用された後の被測定レール片にＸ線フーリエ解析を適用することにより得られた指標となるパラメータ（転位密度及び結晶子サイズ）と、基準データ設定工程で予め設定した基準トレンドモデルとから、所定期間使用された後の被測定レール片の削正時期を求めることができる。
すなわち、本発明では、削正判定工程にて、所定期間使用された後の被測定レール片に関し、車輪の転動荷重によりレール表面に生じる疲労層を定量的に評価することができ、これによってレールの亀裂発生予測を正確に行ない軌道保守の効率化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る鉄道レールの削正管理方法を構成する工程を示す図である。
【図２】２円筒転がり試験を示す図であって、（ａ）正面図、（ｂ）側面図、（ｃ）は試料となるレールが取り付けられたロータを示す図である。
【図３】転がり疲労を受けた時の金属組織の変化を模式的に示すであって、段階的に組織が導入された塑性ひずみにより細分化する様子を示している。
【図４】接触面圧を変化させたときの転位密度の総回転数に対する変化を示すグラフである。
【図５】レール試験片に形成された転がり疲労層最表面でのＸ線フーリエ解析結果（転位密度と結晶子サイズ）とＳＥＭ観察で確認された微小亀裂発生との関係性を示すグラフである。
【図６】Ｘ線フーリエ解析結果で示された転位密度及び結晶子サイズと、ＳＥＭ観察で確認された微小亀裂発生との関係を示す基準トレンドモデルである。
【図７】Ｘ線フーリエ解析結果で示された転位密度と、現場でのデータ収集により得られた累積通トン及び接触回数との関係を示す基準トレンドモデルである。
【図８】本発明の鉄道レールの削正管理方法が適用された削正管理装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明に係る鉄道レールの削正管理方法について、図１〜図８を参照して説明する。
図１は、本発明に係る鉄道レールの削正管理方法を構成する工程を示す図であって、レールの経年変化と該経年変化に伴う損傷深さとの関係を示す基準トレンドモデルを予め設定する「基準データ設定工程」と、所定期間使用された後の被測定レール片にＸ線フーリエ解析を適用することにより得られた指標となるパラメータと、前記基準データ設定工程で予め設定した基準トレンドモデルとから、該被測定レール片の削正時期及び削正量（削正深さ）を判定する「削正判定工程」とからなる。
具体的には、「基準データ設定工程」は、図１の工程図に示されるように、転がり疲労試験機にて（新品の）基準レール試験片の表面に、接線力を作用させずに転がり疲労のみを蓄積させる疲労形成工程（ステップ１）と、接線力を作用させることにより、該基準レール試験片に転がり疲労を進展させて微小亀裂を発生させる疲労層形成工程（ステップ２）と、該疲労層形成工程を経た基準レール試験片に形成された転がり疲労層表面に対して、Ｘ線フーリエ解析を適用して、微小亀裂発生時期との関係性を検討することにより、定量的な指標である転位密度と結晶子サイズとの相関性を示す基準トレンドモデルを決定する定量モデル決定工程（ステップ３）と、からなる。
【００１０】
また、「削正判定工程」は、「基準データ設定工程」（ステップ１、２、３）の後で行われるものであって、現場からサンプリングした被測定レール片にＸ線フーリエ解析を適用することにより、指標となる転位密度と結晶子サイズとを測定するパラメータ測定工程（ステップ４）と、該パラメータ測定工程（ステップ４）で得たパラメータ及び前述した定量モデル決定工程（ステップ３）で予め決定した基準トレンドモデルから、該被測定レール片の転がり疲労状態を定量評価し、微小亀裂発生時期及び転がり疲労層深さを求める削正要素決定工程（ステップ５）と、からなる。
【００１１】
次に、「基準データ設定工程」を構成する疲労層形成工程（ステップ１、２）及び定量モデル決定工程（ステップ３）、「削正判定工程」を構成するパラメータ測定工程（ステップ４）及び削正要素決定工程（ステップ５）について詳細に説明する。
【００１２】
《「基準データ設定工程」における疲労層形成工程（ステップ１、２）》
まず、レールは車輪との繰り返し接触による転がり疲労の影響を受ける。この転がり疲労による材料劣化が進むと、シェリング、きしみ割れ、ゲージコーナ亀裂やはく離等の損傷を引き起こし、場合によってはレール折損に発展する。
レール折損の危険性を減らすことは車両の安定的な運用だけでなく、効率的なレール使用にも貢献すると考えられる。そのため、レール削正車が導入され、レール表層に形成された転がり疲労層を人工的に除去し、レール損傷の抑制に大きな寄与を果たしてきた。しかし、レール削正作業を効率的に実施するためには、削正間隔、削正量及び削正時期、削正延長や運用可能なレール削正車の数等を考慮する必要がある。特に、すでに敷設されている未削正のレールを削正する場合、すでに内在する転がり疲労層の状態を考慮しなければ、実用的にレール損傷を抑制することは困難になる。
【００１３】
ここで使用する２円筒転がり試験は、図２（ａ）及び（ｂ）に示されるように、２つのロータ１，２が接触回転する構成であって、一方のロータ１に接触する他方のロータ２との接触箇所の凹部３に、試料となる未使用の基準レール試験片を嵌め込むことで、該レールの転がり疲労試験を行うものである。
なお、この２円筒転がり試験機では、ロータとの接触面圧、すべり率、総回転数、回転速度等を種々設定した上で、基準レール試験片表面に接線力を作用させることにより、該レール表面に転がり疲労を大きく進展させて、微小亀裂を発生させる疲労層形成工程を実施する。
また、この転がり疲労試験機では、（新品の）基準レール試験片の表面に、接線力を作用させずに転がり疲労のみを蓄積させる第１の疲労形成工程（前述のステップ１に相当）と、接線力を作用させることにより、該基準レール試験片に転がり疲労を進展させて微小亀裂を発生させる第２の疲労層形成工程（前述のステップ２に相当）を実施する。
また、本例では、以下の表１に示される２円筒転がり試験条件で、未使用の基準レール試験片に対して転がり疲労を実施した。
【表１】
0006458303.tif 000002
【００１４】
図３に転がり疲労を受けた時の金属組織の変化を模式的に示す。
初期のレール鋼の金属組織は主にパーライト組織を有する結晶粒の集合体として構成されている。これが転がり疲労を受けると初期の結晶粒中や結晶粒界（図３（ａ）の実線部）に塑性ひずみ（転位）が蓄積される（図３（ｂ）の点線部）。
これが継続されると蓄積した転位は新たな結晶粒界（図３（ｃ）の実線部）を形成し、金属組織が微細化しながら変化していく。最終的に転がり疲労を受けた金属組織には、転がり疲労の履歴に対応した微細化、金属組織フロー等が形成される（図３（ｄ））。
【００１５】
《「基準データ設定工程」における定量モデル決定工程（ステップ３）》
次に、疲労発生処理（ステップ１）を経て基準レール試験片に形成された転がり疲労層表面に対して、Ｘ線フーリエ解析を適用して、微小亀裂発生時期及び転がり疲労深さ（削正するための深さ）との関係性を検討する。
【００１６】
Ｘ線フーリエ解析とは、Ｘ線回折測定で得られる各結晶格子面での回折情報を利用することで、金属組織が転がり疲労による塑性変形を起こした時の金属組織変化を定量評価するものである。この波形情報を定量評価する解析手法はこれまでいろいろと提案されてきたが、レール鋼に含まれるＦｅ等には結晶軸方向に依存した弾性異方性が存在する。この弾性異方性がＸ線回折による詳細な解析を困難にしてきた。しかし、この弾性異方性を考慮したＸ線フーリエ解析をT.Ungarらが１９９０年代に提唱し、Ｆｅ等の変形異方性を有する構造材料に適用され始めた）。
Ｘ線フーリエ解析による定量評価は、Ｘ線回折測定から得られた回折情報をもとに以下のように行った。まず、数式（１）に示す理論式から結晶子サイズの初期値α０を得る。
【数１】
0006458303.tif 000003
【００１７】
ここで、KはK=2sinθ/λであり、Ｘ線測定において回折ベクトルと呼ばれている。θとλは回折角および入射Ｘ線の波長となる。これは、Williamson−Hallの式と呼ばれ、最小二乗による直線近似により、結晶子サイズと塑性ひずみεを得る。しかし、前述したようにFeに存在する弾性異方性が、数式（１）のみによる詳細な解析を困難にしてきた。そこで、T.Ungarらは弾性異方性を考慮して次式を含めたＸ線フーリエ解析を提案した。
【数２】
0006458303.tif 000004
【００１８】
ここで、βとOは転位密度に関係する定数である。Ｃ（オーバーライン）は転位コントラスト因子と呼ばれるもので、弾性異方性を考慮するために導入された。このＣ因子はＸ線回折の回析情報から実験的に求める場合と理論値から見積もる場合とがあり、塑性変形状態に依存する。実験的に求める場合には、数式（２）を変形して、高次項を省略することで数式（３）を得る。
【数３】
0006458303.tif 000005
【数４】
0006458303.tif 000006
【数５】
0006458303.tif 000007
ここで、数式（４）と（５）において、Ｃ（オーバーライン）h00は（ｈ００）回折面の転位コントラスト因子であり、ｈ,ｋ,ｌはＸ線回折測定で得られる回折面の指数である。数式（１）で得られたα０を変化させて、最小二乗によるフィッティングを繰り返しながら、数式（２）と（３）を満たすような、Ｃ因子、α、βおよびOを決定する。次に、実験的に転位密度を見積ることが可能な数式（６）を利用し、決定したＣ因子を代入することで転位密度を算出する。
【数６】
0006458303.tif 000008
ここで、Ａ（Ｌ）はレール鋼のＦｅ結晶から得られた各結晶面でのＸ線回折情報を擬フォークト関数（ガウス関数とローレンツ関数の組合せ関数）で近似した時の実部フーリエ係数である。Ｌはフーリエ長さで整数をとる。ｂはバーガースベクトルと呼ばれる材料固有値でＦｅの場合、０.２４８ｎｍとなる。ＲｅとＰは転位密度に関係する定数であり、γは実験的に求められる定数である。
数式（６）において、フーリエ長さを変化させて最小二乗によるフィッティングを行い、右辺第二項を求め、第二項中のlｎ（Ｌ）に対する傾きを求めることで、実験的に転位密度ρを見積もることが可能となる。
そして、本研究では数式（２）および（６）のＸ線結晶粒径となる結晶子サイズαと転位密度ρを求めることが可能となるものである。
【００１９】
そして、以上のような数式（１）〜（６）を用いたＸ線フーリエ解析を行った基準レール試験片に関して、接触面圧を変化させた場合の２円筒転がり試験での総回転数と、転位密度との関係を図４に示す。
そして、図４を参照して分かるように、２円筒転がり試験での総回転数が多いほど、レール試験片は転がり疲労を受け、該レール試験片の金属組織に転がり疲労の履歴に対応した微細化が生じることが確認された。また、この微細化は、３段階で示した接触面圧後のグラフを見て分かるように、接触面圧が大きいほどその傾向が顕著であることが確認された。
【００２０】
さらに、Ｘ線フーリエ解析を行った基準レール試験片に関して、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による亀裂観察を行った。
図５に種々の２円筒転がり試験条件で試験されたレール試験片に形成された転がり疲労層最表面でのＸ線フーリエ解析結果（転位密度と結晶子サイズ）とＳＥＭ観察で確認された微小亀裂発生との関係性を示す。
転がり疲労による材料劣化が進むと塑性ひずみの影響で転位密度が増加し、結晶子サイズが減少する。図３に示すようにＸ軸に転位密度の平方根をプロットした場合、結晶子サイズとはほぼ反比例の関係にあることがわかった。また、図中で中実のシンボル（図５に■、●、▲で示される記号）はＳＥＭ観察で微小亀裂が確認されなかったことを示し、中抜きのシンボル（図５に□、◇、▽で示される記号）はＳＥＭ観察で微小亀裂が確認されたことを示している。
図に示すように、転がり疲労が進むと転がり疲労層内に微小亀裂が発生していた。今後、敷設レールの評価等を通して、詳細を検討する必要はあるが、今回試験した範囲において、転位密度１０１５ １／Ｍ２（≒３.１６×１０７ １／Ｍ）付近で、転がり疲労層内に微小亀裂が発生する可能性があることがわかった。
このようにＸ線フーリエ解析を適用することで、微小亀裂発生に至る転がり疲労の状態を定量的に把握できるものである。なお、図５において、微小亀裂発生時期を符号ｍで表現する。
【００２１】
以上のように図４に示される接触面圧を変化させたときの転位密度の総回転数に対する変化、図５に示される、レール試験片に形成された転がり疲労層最表面でのＸ線フーリエ解析結果（転位密度と結晶子サイズ）とＳＥＭ観察で確認された微小亀裂発生との関係性をまとめたものが、図６の基準トレンドモデルに示される。
図６は、Ｘ線フーリエ解析結果で示された転位密度及び結晶子サイズと、ＳＥＭ観察で確認された微小亀裂発生との関係を１つのグラフにしたものである。
【００２２】
レールが転がり疲労を受けると、塑性ひずみが導入されるため、材料的に転位密度が上昇するとともに、結晶粒径が減少する。ここで、転位密度と結晶子サイズの程度に応じて分類をすると、図６に示されるように、転位密度と結晶子サイズとがともに大きく変化する領域（Ｉ）、転位密度がほぼ一定で結晶子サイズが小さい領域（ＩＩ）、転位密度がほぼ一定で結晶子サイズが母材へと近づいていく領域（ＩＩＩ）となり、それぞれの領域に対応した転がり疲労層の深さが示されている。
そして、後述する「削正判定工程」において、所定期間使用された後の被測定レール片にＸ線フーリエ解析を適用することにより得られた指標（転位密度と結晶子サイズ）から、該被測定レールの転がり疲労層の大きさ（表面からの深さ）を求め、その大きさから該転がり疲労層の大きさが属する領域（Ｉ〜ＩＩＩ）が決定される。そして、これら領域のいずれかに属するかにより、該被測定レールの削正処理を行うか否かが判別される。
【００２３】
また、図６と同様にして、図７（ａ）（ｂ）に示されるような最大削正時期（基準トレンドモデル）を見積もることができる。
すなわち、表１のレール試験条件から導き出せる累積通トン及び接触回数と、Ｘ線フーリエ解析結果で示された転位密度と、ＳＥＭ観察で確認された微小亀裂発生との関係を、図７に示すような最大削正時期（基準トレンドモデル）を示すグラフにしておく。
そして、図７のグラフを利用して、所定期間使用された後の被測定レール片にＸ線フーリエ解析を適用することにより得られた指標（転位密度）から、微小亀裂が生じる予測点Ｐ１、Ｐ２を求め、その予測点Ｐ１、Ｐ２から、使用に供することができる最大削正時期（符号Ｙ１、Ｙ２）を求めることが可能となる（以下の「削正判定工程」参照）。
なお、図７において、図７（ａ）はこれから使用に供する新品レール、図７（ｂ）は所定期間使用して疲労層を有している損傷レールである。
【００２４】
次に、「削正判定工程」を構成するパラメータ測定工程（ステップ４）及び削正要素決定工程（ステップ５）について説明する。
【００２５】
《「削正判定工程」におけるパラメータ測定工程（ステップ４）》
ステップ１〜３で示される「基準データ設定工程」で、転位密度及び結晶子サイズと、ＳＥＭ観察で確認された微小亀裂発生との関係を示す基準トレンドモデル（図６参照）、最大削正時期を示す基準トレンドモデル（図７参照）を決定したならば、以下のステップ４〜５にて、先の基準トレンドモデルを利用した被測定レールの削正深さ及び最大削正時期を求める処理を行う。
【００２６】
まず、メンテナンス時期に到達したであろうレールを現場から切り出し、被測定レール片のサンプルとする。その後、該被測定レール片にＸ線フーリエ解析を適用することにより、指標となる転位密度と結晶子サイズとを測定する。
なお、これら転位密度と結晶子サイズは、上述した数式（１）〜（６）に基づき算出されるものである。
【００２７】
《「削正判定工程」における削正要素決定工程（ステップ５）》
上記パラメータ測定工程（ステップ４）で求めた転位密度及び結晶子サイズと、基準トレンドモデル（図６、図７）とから、所定期間使用された被測定レール片の疲労層に形成された削正時期及び削正深さを求める（ステップ５）。
【００２８】
すなわち、ステップ４で示される、所定期間使用された後の被測定レール片にＸ線フーリエ解析を適用することにより得られた転位密度と結晶子サイズを、図６に示される基準トレンドモデルと比較することにより、該被測定レールの転がり疲労層の大きさ（表面からの深さ）を求め、その大きさから該転がり疲労層の大きさが属する領域（Ｉ〜ＩＩＩ）を決定する。
そして、これら領域のいずれに属するかにより、領域（Ｉ〜ＩＩＩ）に応じた被測定レールの削正処理を行うか否かを判別する。
【００２９】
さらに、ステップ４で示される、所定期間使用された後の被測定レール片にＸ線フーリエ解析を適用することにより得られた転位密度と、現場でのデータ収集により得られた累積通トン及び接触回数を、図７に示される基準トレンドモデルと比較することにより、使用に供することができる被測定レールの最大削正時期（符号Ｙ１、Ｙ２）を求めることができる。
【００３０】
以上詳細に説明したように本発明の実施形態に示される鉄道レールの削正管理方法によれば、基準データ設定工程（ステップ１〜３）にて、レールの経年変化に伴う微小亀裂発生時期との関係性とともに、定量的な指標である転位密度と結晶子サイズとの相関性を示す基準トレンドモデルを予め設定しておく。その後、削正判定工程（ステップ４、５）にて、所定期間使用された後の被測定レール片にＸ線フーリエ解析を適用することにより得られた指標となるパラメータ（転位密度及び結晶子サイズ）と、基準データ設定工程で予め設定した基準トレンドモデルとから、所定期間使用された後の被測定レール片の削正時期を求めることができる。
すなわち、実施形態に示される経年鉄道レールの削正管理方法では、削正判定工程にて、所定期間使用された後の被測定レール片に関し、車輪の転動荷重によりレール表面に生じる疲労層を定量的に評価することができ、これによってレールの亀裂発生予測を正確に行なうことができ保守の効率化が可能となる。
【００３１】
なお、上述した鉄道レールの削正管理方法を以下に示す削正管理装置１００に適用しても良い。
この削正管理装置１００は、図８に示されるようにレール試験片のＸ線フーリエ解析を行うことが可能なＸ線装置１０と、Ｘ線フーリエ解析で得られた検出データに基づき基準トレンドモデルを作成しかつ該基準トレンドモデルを記憶するデータ処理装置１１と、該データ処理装置１１で得た処理結果を表示する表示装置１２と、を有している。
【００３２】
データ処理装置１１では、レールの経年変化と該経年変化に伴う損傷深さとの関係を示す基準トレンドモデルを予め設定する基準データ設定処理（図１のステップ１〜３に基づく処理）と、所定期間使用された後の被測定レール片にＸ線フーリエ解析を適用することにより得られた指標となるパラメータと、前記基準データ設定処理で予め設定した基準トレンドモデルとから、所定期間使用された後の被測定レール片の削正時期を判定する削正判定処理（図１のステップ４〜５に基づく処理）と、を順次実施する。
【００３３】
そして、データ処理装置１１における基準データ設定処理では、転がり疲労試験機で基準レール試験片の表面に接線力を作用させずに転がり疲労を蓄積させた疲労層形成処理（ステップ１に基づく処理）と、接線力を作用させることにより、該基準レール試験片に転がり疲労を進展させて微小亀裂を発生させる疲労層形成処理（ステップ２に基づく処理）と、該疲労層形成処理を経た基準レール試験片に形成された転がり疲労層表面に対して、Ｘ線フーリエ解析を適用して、微小亀裂発生時期との関係性を検討することにより、定量的な指標である転位密度と結晶子サイズとの相関性を示す基準トレンドモデルを決定する定量モデル決定処理（ステップ３に基づく処理）と、を順次実施する。
【００３４】
また、データ処理装置１１における削正判定処理では、現場からサンプリングした被測定レール片にＸ線フーリエ解析を適用することにより、指標となる転位密度と結晶子サイズとを測定するパラメータ測定処理（ステップ４に基づく処理）と、定量モデル決定処理で予め決定した基準トレンドモデルと、前記測定処理で測定した指標となるパラメータとから、該被測定レール片の疲労層に形成された微小亀裂発生時期と転がり疲労層深さを求める削正要素決定処理（ステップ５に基づく処理）と、を順次実施する。
【００３５】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、Ｘ線を利用した経年レールの疲労解析から該経年レールの削正深さ及び削正時期を判定する鉄道レールの削正管理方法及び該鉄道レールの削正管理方法が適用された削正管理装置に関する。
【符号の説明】
【００３７】
１０  Ｘ線装置
１１  データ処理装置
１２  表示装置
１００  削正管理装置
【図１】
0006458303.tif 000009
【図２】
0006458303.tif 000010
【図３】
0006458303.tif 000011
【図４】
0006458303.tif 000012
【図５】
0006458303.tif 000013
【図６】
0006458303.tif 000014
【図７】
0006458303.tif 000015
【図８】
0006458303.tif 000016