(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前ノーズレールと、これに連結する右後ノーズレール及び左後ノーズレールと、左右のウイングレールを備えたクロッシング構造であって、
右後ノーズレールと左後ノーズレールの前ノーズレール側の側面同士をアーク溶接で所定の長さのアーク溶接面を形成するように接続して後ノーズレールとし、
前記前ノーズレールと前記後ノーズレールとをフラッシュバット溶接で所定の長さのフラッシュバット接合面を形成するように接合してノーズレールとし、
前記ノーズレールで頭部幅３０ｍｍ以下となる範囲のレール底部の左右端にノーズレール側接合部をそれぞれ形成し、該ノーズレール側接合部に相対する右ウイングレール及び左ウイングレールのレール底部端にウイングレール側接合部をそれぞれ形成し、前記ノーズレール側接合部と前記ウイングレール側接合部とをそれぞれフラッシュバット溶接で接合し、
前記アーク溶接面の長さをフラッシュバット接合面の長さよりも長く設定すると共に、
前記ノーズレール側接合部とウイングレール側接合部との合計幅を、フラッシュバット溶接時の圧縮幅と余肉の逃げ場となる部分の余肉幅とから構成する
ことを特徴とするクロッシング構造。
【請求項２】
前記ノーズレール側接合部と前記ウイングレール側接合部との接合領域は、
前記ノーズレールの頭部幅３０ｍｍの位置からノーズレール先端側における１００〜６００ｍｍの範囲である請求項１に記載のクロッシング構造。
【請求項３】
前記ノーズレール側接合部とウイングレール側接合部の幅は、いずれも２５ｍｍである請求項１または請求項２に記載のクロッシング構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道線路の分岐器で使用されるクロッシングレールに関し、特に、クロッシングレールの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道線路の分岐器における基準線と分岐線との交差部分に使用されるクロッシングレール（特許文献１参照）には、安価で且つ耐久性に優れている点から、０．５〜１．０重量％の炭素等を含有するレール鋼を使用したレール鋼製クロッシングが多用されている。
このレール鋼製クロッシングは、図７に示すように、踏面を硬化熱処理したノーズレール１００と右ウイングレール１０１と左ウイングレール１０２を、間隔材１０３や接着材１０４を介して締結ボルト１０５とワッシャー１０６とナット１０７で締結することで構成されている。
右ウイングレール１０１と左ウイングレール１０２は、通常のレールを横曲げしてノーズレール１００の側面形状に合う様に曲げ加工した後、ノーズレール１００と相対する底部端を約３０ｍｍ切削し、右ウイングレール１０１と左ウイングレール１０２とノーズレール１００の頭部間隔を車輪が通過するのに最適な寸法である約４２ｍｍにしている。
【０００３】
ノーズレール１００は、前ノーズレール１０８と後ノーズレール１０９で構成されている。前ノーズレール１０８は、頭部及び底部が三角形で、その側面は通常のレールと同じ断面をしており、ガス圧接の接合面１１３となる頭部幅は約８０ｍｍである。
後ノーズレール１０９は、右後ノーズレール１１０と左後ノーズレール１１１が斜めに重なり合った箇所を機械切削し、その切削面同士を突き合わせた後、従来技術であるアーク溶接等で接合面１１２を接合して一体化したものである。なお、後ノーズレール１０９におけるガス圧接の接合面１１３の形状寸法は、前ノーズレール１０８と同じである。その後、ガス圧接で前ノーズレール１０８と後ノーズレール１０９を接合面１１３の位置で接合し、ノーズレール１００としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５６４６７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ノーズレール１００の製作時に、前ノーズレール１０８と後ノーズレール１０９とを接合面１１３でガス圧接する場合、使用するレール鋼の炭素含有量０．５〜１．０重量％のレールでは約３０ｍｍの加熱圧縮が行われる。
その後、レール頭部を約１０００℃まで加熱して圧縮空気で冷却する硬化熱処理を行い、レール鋼の金属組織であるパーライト組織を微細化して、車輪との接触面である踏面をショア硬さで５０〜５６ＨＳに硬化させるが、磨耗に対する耐久性を向上するために、踏面のショア硬さを５７〜６０ＨＳにすることが望まれていた。
【０００６】
しかしながら、炭素含有量０．５〜１．０重量％のレールを圧縮空気で冷却しても、レール鋼の微細パーライト組織の限界硬さはショア硬さで５６ＨＳ程度までで、これ以上の硬さを得ようとすると微細パーライト組織の中に小さなマルテンサイト組織が発生して靱性を損なうため、５６ＨＳ以上の硬さを得ることができなかった。
【０００７】
この対応策として、同じ熱処理でより高い硬さが得られる０．０５〜１．０重量％クロムなどが添加されたレールを使用すればよいが、レールにクロムを０．０５％以上添加するとガス圧接性が低下し、良好なガス圧接部を得るためには３０ｍｍ以上の加熱圧縮が必要となってしまう。その結果、ガス圧接時の作業時間が長くなると共に、圧縮量のロスを補うために前ノーズレール１０８又は後ノーズレール１０９をより長く準備する必要があり経済的な面で課題が存在した。
【０００８】
また、ノーズレール１００における頭部幅３０ｍｍ以下の先端部付近では、列車車輪がウイングレール１０１またはウイングレール１０２からノーズレール１００に乗り移る際に強い衝撃荷重が繰り返し負荷される。従来のレール鋼製クロッシングの構造では、ノーズレール１００と、左右のウイングレール１０１，１０２は、間隔材１０３や接着材１０４を介して締結ボルト１０５とワッシャー１０６とナット１０７で締結されており、溶接で一体化されていない。
そのため、強い衝撃荷重が繰り返し負荷される頭部幅３０ｍｍ以下の先端部付近では、列車通過時の衝撃に起因してボルトの緩みが発生する場合があり、定期的なメンテナンスが必要となり作業負担がかかるという課題が存在した。
【０００９】
本考案は上記実情に鑑みて提案されたもので、クロッシングを構成するレール同士の接合部をフラッシュバット溶接により接合することで、安価で強靭なクロッシング構造及びノーズレール、更にはクロッシング構造に使用するノーズレールの製造方法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】
【００１０】
上記の目的を達成するため本発明（請求項１）は、前ノーズレール（１２）と、これに連結する右後ノーズレール（１３）及び左後ノーズレール（１４）と、左右のウイングレール（３１，４１）を備えたクロッシング構造であって、
右後ノーズレール（１３）と左後ノーズレール（１４）の前ノーズレール側の側面同士をアーク溶接で所定の長さのアーク溶接面を形成するように接続して後ノーズレール（１５）とし、
前記前ノーズレール（１２）と前記後ノーズレール（１５）とをフラッシュバット溶接で所定の長さのフラッシュバット接合面を形成するように接合してノーズレール（１１）とし、
前記ノーズレール（１１）で頭部幅３０ｍｍ以下となる範囲のレール底部の左右端にノーズレール側接合部（２０）をそれぞれ形成し、該ノーズレール側接合部（２０）に相対する右ウイングレール（３１）及び左ウイングレール（４１）のレール底部端にウイングレール側接合部（３０，４０）をそれぞれ形成し、前記ノーズレール側接合部（２０）と前記ウイングレール側接合部（３０，４０）とをそれぞれフラッシュバット溶接で接合し、
前記アーク溶接面（１８）の長さをフラッシュバット接合面（１６）の長さよりも長く設定すると共に、
前記ノーズレール側接合部（２０）とウイングレール側接合部（３０）との合計幅を、フラッシュバット溶接時の圧縮幅と余肉の逃げ場となる部分の余肉幅とから構成する
ことを特徴としている。
【００１１】
請求項２は、請求項１のクロッシング構造において、
前記ノーズレール側接合部（２０）と前記ウイングレール側接合部（３０，４０）との接合領域は、前記ノーズレールの頭部幅３０ｍｍの位置からノーズレール先端側における１００〜６００ｍｍの範囲であることを特徴としている。
【００１２】
請求項３は、請求項１または請求項２のクロッシング構造において、
前記ノーズレール側接合部（２０）とウイングレール側接合部（３０）の幅は、いずれも２５ｍｍであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の請求項１のクロッシング構造によれば、前ノーズレール（１２）と後ノーズレール（１５）をフラッシュバット溶接で接合するとともに、前ノーズレールと左右のウイングレールをレール底部端においてフラッシュバット溶接で接合して溶接一体構造のクロッシングとすることで、クロッシング構造を強靭化し、耐久性を向上させることができる。
【００１６】
請求項２のクロッシング構造によれば、ノーズレール（１１）で頭部幅３０ｍｍから先端側までのレール底部において、ノーズレールと左右のウイングレールの底部端とがフラッシュバット溶接で一体化して強化されるので、列車の車輪が乗り移る際に生じる強い衝撃荷重に耐える構造を得ることができる。
【００１７】
請求項３のクロッシング構造によれば、フラッシュバット溶接により５０ｍｍの接合領域が３０ｍｍに圧縮された場合に、２０ｍｍを余肉幅とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係るノーズレールの斜視説明図である。
【図２】アーク溶接前における左後ノーズレールの斜視説明図である。
【図３】フラッシュバット溶接機を使用して前ノーズレールと後ノーズレールを接合する場合の接合状況モデル図である。
【図４】本発明に係るクロッシング構造の実施形態を示す斜視説明図である。
【図５】ノーズレールと左右ウングレールとのフラッシュバット溶接で構成されるクロッシング構造の組立斜視説明図である。
【図６】フラッシュバット溶接機を使用してノーズレールとウイングレールを接合する場合の接合状況モデル図である。
【図７】従来のレール鋼製クロッシングレールの組立斜視説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明のノーズレールの実施形態の一例について、図１を参照して説明する。
ノーズレール１１は、前ノーズレール１２と、右後ノーズレール１３，左後ノーズレール１４のレール鋼の重なり合う面を長手方向に切削してからアーク溶接で接合した後ノーズレール１５から構成されている。前ノーズレール１２は、レール鋼又はその鋼片から成り、レール底面に平行な平面方向において、一端に尖頭部を有し、他端に６５〜１００ｍｍの頭部幅を有する三角レール形状で形成されている。
具体的には、前ノーズレール１２は、鋼片もしくは大形のクレーンレールなどから切削して作られ、その片端は、後ノーズレール１５のフラッシュバット接合面１６と同じ断面形状になるように加工されている。また、フラッシュバット溶接時の底部幅や形状は、先端からフラッシュバット接合面１６まで全長同じである。また、全長はフラッシュバット溶接による圧縮減少量を見越して３０ｍｍ以上長いものが用いられる。
【００２２】
後ノーズレール１５は、右後ノーズレール１３と左後ノーズレール１４の切削面をアーク溶接で接合することで、前ノーズレール１２と同様の断面を一端に有するとともに、右後ノーズレール１３及び左後ノーズレール１４の先端部分の側辺を延長した交点で形成される三角形の頂角が前ノーズレール１２と同じ三角形の角度を有するように形成されている。
すなわち、右後ノーズレール１３，左後ノーズレール１４は、１ｍ当たりの単重量５０ｋｇ、６０ｋｇ、７０ｋｇ、１００ｋｇなどのＪＩＳ規格で規定されたレールを台形状になるように配置して、図１に示す長手方向に重なった個所１７を機械加工により切削除去し、図２のアーク溶接面１８同士をアーク溶接により接合する。
【００２３】
そして、前ノーズレール１２と後ノーズレール１５とを、頭部幅が６５〜１００ｍｍのフラッシュバット接合面１６の位置でフラッシュバット溶接により接合することで、頭部形状を三角形としたノーズレール１１が構成される。
ノーズレール１１における三角形状となるクロッシング角θは、表１に示すように、使用用途によりＪＩＳ規定のクロッシング番数（４番〜２０番）で決められ、クロッシング角θに応じて前ノーズレール１２と後ノーズレール１５とのフラッシュバット接合面１６となる「フラッシュバット接合面の頭部幅」、及び、右後ノーズレール１３，左後ノーズレール１４のアーク溶接面１８となる「アーク溶接部の長さ」がそれぞれ決められている。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
一般にアーク溶接面１８の靱性は、フラッシュバット溶接面１６よりも低いためフラッシュバット溶接面１６よりも長くする必要があり、クロッシング角の一番大きいクロッシング番数４番の場合、アーク溶接面１８の長さを１００ｍｍ以上の１１０ｍｍとしている。
また、右後ノーズレール１３及び左後ノーズレール１４に使用するレールの頭部幅は約６５ｍｍであり、腹部厚は約１６〜１７ｍｍとしている。頭部幅が６５ｍｍよりも小さいと腹部厚が１ｍ当たりの単重量５０ｋｇまたは６０ｋｇレールの素材レールよりも薄くなる場合があり、レールよりも縦剛性が低下して強度上問題となる。このため、最少の頭部幅を６５ｍｍ以上としている。
このように、右後ノーズレール１３及び左後ノーズレール１４同士の長手方向のアーク溶接面１８の長さをフラッシュバット溶接面１６よりも長くすること、また、腹部の厚みを素材レールよりも厚くすることを目的として、前ノーズレール１２（後ノーズレール１５の溶接面１６側）の頭部幅を６５〜１００ｍｍとすることが好適である。
【００２６】
なお、溶接個所の外側の側面形状は、使用したレールの形状のままである。
また、フラッシュバット溶接面１６は接合後に全周を研磨するが、その表面には多少の凹凸が生じ、ここに間隔材や接着材を当てると不密着部が生じて密着強度が低下する。このため、実際にフラッシュバット溶接により接合する具体的な頭部幅は、間隔材を当てる位置がフラッシュバット溶接面１６と重ならないように、クロッシング番数に応じて６５〜１００ｍｍの間で決められている。
【００２７】
次に、フラッシュバット溶接の手順について、図３を参照しながら説明する。
フラッシュバット溶接の際は、先ず、前ノーズレール１２と後ノーズレール１５の接合断面をグラインダー等により研磨して金属面を出したのち、フラッシュバット溶接機１の左右可動式クランプ２，２により各レールをセットして接合面１６同士を突き当てる。
【００２８】
フラッシュバット溶接機１の電源３から各レールに接触配置された電極４を介して端面間に通電し、通電時に生じる抵抗熱で端面を３００℃以上に予熱する。フラッシュバット溶接に使用する電流電圧は、普通レールの溶接条件と同様で、普通レール断面積を基準とし、レール断面積の増加割合に比例した値としている。
予熱後、端面同士を離したり密着させたりするフラッシュ間隔は０．１から３ｍｍ／ｓとし、ここで、両端面合計で１５ｍｍの溶融を行い、その後に一気に１５ｍｍ圧縮して接合は終了する。合計の圧縮量は３０ｍｍとなる。
このように、フラッシュバット溶接では、接合面１６を１５ｍｍ溶融させた後、更に１５ｍｍの圧縮を一気に行うため、接合面１６の溶融を伴わない固相溶接であるガス圧接に較べてレールに添加されている合金元素の影響を受けずに接合することができる。
【００２９】
フラッシュバット溶接終了後、接合面１６の周囲にできた余肉を機械除去し、次に、頭部が所定のクロッシング角になるように切削する。 
その後、０．０５〜１重量％クロムなどが添加されたレールを使用している場合は、頭部を加熱し、圧縮空気で冷却する硬化熱処理が行なわれ、踏面のショア硬さを５７〜６０ＨＳにする。
また、クロムが添加されていないレールを使用している場合は、頭部を加熱し、圧縮空気で冷却する硬化熱処理が行なわれ、踏面のショア硬さを５０〜５６ＨＳにする。
【００３０】
次に、上述の手順で製作したノーズレール１１を使用したクロッシング構造について、図４及び図５を参照して説明する。
クロッシング構造は、ノーズレール１１と、ノーズレール１１に対して両側に配置される右ウイングレール３１及び左ウイングレール４１とにより構成される。
ノーズレール１１には、そのレール底部１９の左右端にノーズレール側接合部２０がそれぞれ形成されている。右ウイングレール３１及び左ウイングレール４１には、ノーズレール側接合部２０に相対する右ウイングレール３１のレール底部端３２にウイングレール側接合部３０が、左ウイングレール４１のレール底部端４２にウイングレール側接合部４０がそれぞれ形成されている。そして、ノーズレール側接合部２０，２０とウイングレール側接合部３０，４０とは、それぞれフラッシュバット溶接で接合されている。
【００３１】
続いて、上述したクロッシング構造の製作手順について、図５及び図６を参照して説明する。
ノーズレール１１における頭部幅３０ｍｍの位置２１からノーズレール先端２２までの間（ノーズレール先端側における１００〜６００ｍｍの範囲）のノーズレール左底部端及び右底部端に幅２５ｍｍずつの接合領域となるノーズレール側接合部２０，２０を加工する。
従来のクロッシング構造では、右ウイングレール３１の左底部端３３と、左ウイングレール４１の右底部端４３で、ノーズレール１１の底部端に相対する部位に対して、全長を幅約３０ｍｍ分だけ切削して、ウイングレール３１，４１とノーズレール１１との頭部間隔を車輪が通過するのに最適な寸法である約４２ｍｍにしていたが、上述の例では、ノーズレール１１の接合領域に相対する範囲だけに幅２５ｍｍずつの接合領域を残す（点線で表示した底部端から斜線で表示した底部端を残す）加工をすることでノーズレール側接合部２０を形成する。
なお、右ウイングレール３１及び左ウイングレール４１には、予め硬化熱処理したクロムが添加されたレール、又は、予め硬化熱処理したクロムが添加されていないレールが使用される。
【００３２】
先ず、それぞれの接合領域の接合面（ノーズレール側接合部２０及びウイングレール側接合部３０，４０）を、グラインダーで研磨して金属面にする。フラッシュバット溶接機１の左右可動式クランプ２，２によりノーズレール１１とウイングレール３１，４１（図６の例では右ウイングレール３１）をセットして接合面（ノーズレール側接合部２０とウイングレール側接合部３０）同士を突き当てる。
次に、フラッシュバット溶接機１の電源３から各レールの頭部に接触配置された電極４を介して端面間に通電し、通電時に生じる抵抗熱で接合面同士に通電して３００℃以上に予熱する。
フラッシュバット溶接に使用する電流電圧は普通レールの溶接条件と同様で、普通レールの場合のレール接合面積を基準とし、レール接合面積の割合に比例した値とし、フラッシュ間隔は０．１から３ｍｍ／ｓとし、溶融長は両端面合計で１５ｍｍ、圧縮工程で１５ｍｍの圧縮としている。
これにより、ウイングレール３１，４１とノーズレール１１との頭部間隔を車輪が通過するのに最適な寸法である約４２ｍｍを確保する。
【００３３】
また、接合領域の幅は２５ｍｍずつなので、突き合わせると５０ｍｍの幅になるが、フラッシュバット溶接により３０ｍｍ圧縮されるので２０ｍｍの間隔が残ることになる。この間隔には接合時に発生する余肉の逃げ場となる。
【００３４】
次に、反対側の左ウイングレール４１とノーズレール１１とを同様に接合する。
底部端同士のフラッシュバット溶接終了後、接合部の周囲にできた余肉を全て機械加工で除去し、表面を滑らかに仕上げる。
最後に、従来のレール鋼製クロッシングの場合と同様に、所定の位置に間隔材や接着材を介して、締結ボルトとワッシャーとナットで締結してレール鋼製一体クロッシングとする。
【００３５】
上述したノーズレール１１によれば、レール鋼製クロッシングの構成要素であるノーズレールに関して、前ノーズレール１２と後ノーズレール１５の接合にフラッシュバット溶接を用いてノーズレール１１を製作することで、レールの化学組成に影響なく均一な強度を持つ接合面１６を得ることができる。
また、熱処理硬度を上げるためにクロムなどの合金元素が添加されたレールを使用した場合でも同様のレール鋼製クロッシングを製作することができ、且つ、踏面ショア硬さを５６〜６０ＨＳにすることで、車輪との接触による磨耗量を減少させて耐久性を向上させることができる。
【００３６】
更に、上述したノーズレール１１を使用し、ノーズレール１１の頭部幅３０ｍｍの位置２１（図６）から先端の底部端（ノーズレール側接合部２０とウイングレール側接合部３０，４０）同士をウイングレール３１，４１とフラッシュバット溶接で一体化するクロッシング構造とすることで、列車車輪が乗り移る際に生じる強い衝撃荷重に十分耐えるクロッシングを安価に製作することができるとともに、レール鋼製クロッシングの信頼を高めることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１…フラッシュバット溶接機、  ２…左右可動式クランプ、  ３…電源、  ４…電極、  １０…クロッシングレール（クロッシング構造）、  １１…ノーズレール、  １２…前ノーズレール、  １３…右後ノーズレール、  １４…左後ノーズレール、  １５…後ノーズレール、  １６…フラッシュバット接合面、  １８…アーク溶接面、  １９…ノーズレール底部端、  ２０…ノーズレール側接合部、  ２１…頭部幅３０ｍｍの位置、  ２２…ノーズレール先端、  ３０…ウイングレール側接合部、  ３１…右ウイングレール、  ３２…レール底部、  ３３…右ウイングレール左底部端、  ４０…ウイングレール側接合部、  ４１…左ウイングレール、  ４２…レール底部、  ４３…左ウイングレール右底部端、  １００…ノーズレール、  １０１…右ウイングレール、  １０２…左ウイングレール、  １０３…間隔材、  １０４…接着材、  １０５…締結ボルト、  １０６…ワッシャー、  １０７…ナット、  １０８…前ノーズレール、  １０９…後ノーズレール、  １１０…右後ノーズレール、  １１１…左後ノーズレール、  １１２…アーク溶接面、  １１３…ガス圧接接合面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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