(57)【要約】【課題】  応力がボルトの特定箇所に集中的に作用するのを回避でき、ボルトの折損を未然に防止することができるレール継目連結用締結具を提供する。【解決手段】  レール継目連結用締結具はボルト１４とナット１５とよりなり、レール１１の継目においてレール１１の両側部に設けられる継目板１３を、レール１１及び両継目板１３の貫通孔１７ａ,１７ｃにボルト１４を通してナット１５で締め付けることによりレール１１に固定するためのものである。ボルト１４の頭部１４ａ裏面には軸部１４ｂから連なるように断面円弧状をなす環状溝２０が凹設されている。ナット１５の内周面はボルト１４の頭部１４ａ側ほど拡径されるようにテーパ状に形成されている。ボルト１４の雄ねじ２１を形成する谷底の断面形状は、円弧の半径がＪＩＳ Ｂ ０２０５又はＪＩＳ Ｂ ０２０７に規定されている値より大きい円弧状に形成されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボルトとナットとよりなり、レールの継目においてレールの両側部に設けられる継目板を、レール及び両継目板の孔にボルトを通してナットで締め付けることによりレールに固定するためのレール継目連結用締結具であって、
軸部の端部に頭部が設けられたボルトの頭部裏面には軸部から連なるように断面円弧状に凹設された環状溝を設けると共に、ナットの内周面をボルトの頭部側ほど拡径されるようにテーパ状に形成することを特徴とするレール継目連結用締結具。
【請求項２】
ボルトとナットとよりなり、レールの継目においてレールの両側部に設けられる継目板を、レール及び両継目板の孔にボルトを通してナットで締め付けることによりレールに固定するためのレール継目連結用締結具であって、
軸部の端部に頭部が設けられたボルトの頭部裏面には軸部から連なるように断面円弧状に凹設された環状溝を設けると共に、ボルトの雄ねじを形成する谷底の断面形状を円弧の半径がＪＩＳ Ｂ ０２０５又はＪＩＳ Ｂ ０２０７に規定されている値より大きい円弧状に形成することを特徴とするレール継目連結用締結具。
【請求項３】
前記ボルトの雄ねじを形成する谷底の断面形状を円弧の半径がＪＩＳ Ｂ ０２０５又はＪＩＳ Ｂ ０２０７に規定されている値より大きい円弧状に形成することを特徴とする請求項１に記載のレール継目連結用締結具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば新幹線用のレールの継目を連結するために用いられるレール継目連結用締結具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、新幹線用のレールの継目における連結構造がＪＩＳに規定されている（非特許文献１を参照）。その規定によれば、連結される両レールの両側部に継目板が宛がわれる。両継目板は、それらに設けられた孔とレールに設けられた孔とが連通するように配置される。そして、レール及び両継目板の孔にボルトが通されてナットで締め付けることにより両継目板がレールに固定され、レール間が連結されるようになっている。
【非特許文献１】ＪＩＳ Ｅ １１２５（第１２頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、新幹線では車両の高速化により２７０km/hを越える速度で運転されるようになってきている。この場合、レールの継目がレールのカーブに位置している場合には、車両の荷重が車輪を通じて特に外側のレールに加わる。係る荷重は、レール及び継目板を介してボルト及びナットに加わることになる。このため、ボルトの軸部と頭部との境界部分やボルトの雄ねじのナットが螺合される内端部分に、集中的に上記荷重による応力が作用する。従って、ボルトのそれらの部分には亀裂が入りやすく、応力がそれらの部分に繰返し作用することによりボルトが折損するおそれがあるという問題があった。
【０００４】
本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、応力がボルトの特定箇所に集中的に作用するのを回避でき、ボルトの折損を未然に防止することができるレール継目連結用締結具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明のレール継目連結用締結具は、ボルトとナットとよりなり、レールの継目においてレールの両側部に設けられる継目板を、レール及び両継目板の孔にボルトを通してナットで締め付けることによりレールに固定するためのレール継目連結用締結具であって、軸部の端部に頭部が設けられたボルトの頭部裏面には軸部から連なるように断面円弧状に凹設された環状溝を設けると共に、ナットの内周面をボルトの頭部側ほど拡径されるようにテーパ状に形成することを特徴とするものである。
【０００６】
請求項２に記載の発明のレール継目連結用締結具は、ボルトとナットとよりなり、レールの継目においてレールの両側部に設けられる継目板を、レール及び両継目板の孔にボルトを通してナットで締め付けることによりレールに固定するためのレール継目連結用締結具であって、軸部の端部に頭部が設けられたボルトの頭部裏面には軸部から連なるように断面円弧状に凹設された環状溝を設けると共に、ボルトの雄ねじを形成する谷底の断面形状を円弧の半径がＪＩＳ Ｂ ０２０５又はＪＩＳ Ｂ ０２０７に規定されている値より大きい円弧状に形成することを特徴とするものである。
【０００７】
請求項３に記載の発明のレール継目連結用締結具は、請求項１に記載の発明において、前記ボルトの雄ねじを形成する谷底の断面形状を円弧の半径がＪＩＳ Ｂ ０２０５又はＪＩＳ Ｂ ０２０７に規定されている値より大きい円弧状に形成することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、次のような効果を発揮することができる。
請求項１及び請求項２に記載の発明のレール継目連結用締結具によれば、応力がボルトの頭部やナットとの螺合部等の特定箇所に集中的に作用するのを回避でき、ボルトの折損を未然に防止することができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明のレール継目連結用締結具によれば、請求項１に係る発明の効果を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態につき、図面を用いて詳細に説明する。
新幹線等の鉄道用の線路は、多数本の単位となるレール１１がその両端の継目で連結されて構成されている。レール１１の重量は、新幹線又は在来線の場合１ｍ当り約６０kg（６０Ｋレール）、在来線の場合１ｍ当り約５０kg（５０Ｎレール）である。図６（ａ），（ｂ）に示すように、レール１１の継目にはレール１１の断面形状と同じ形状を有する絶縁材１２が挟着された状態で連結される。レール１１継目の両側面には継目板１３が宛がわれた状態で、レール継目連結用締結具としての６組のボルト１４及びナット１５によって継目板１３がレール１１に固定される。すなわち、図５に示すように、断面Ｉ字状をなすレール１１のくびれ部分の両側には接着層１６を介して断面Ｃ字状（又は逆Ｃ字状）をなす一対の継目板１３が配置される。
【００１１】
接着層１６はガラス繊維を基材として熱硬化性エポキシ樹脂接着剤を含浸したものにより形成される。この接着層１６を設ける場合には、予めレール１１の側面にエポキシ化フェノール樹脂等を含むプライマー（下地処理剤）を塗布しておくことが接着性を高めるために望ましい。そして、熱硬化性エポキシ樹脂接着剤は例えば１７０℃で６０分間の加熱により硬化される。これらレール１１、接着層１６及び継目板１３に穿設される各貫通孔１７ａ,１７ｂ,１７ｃにボルト１４を挿通し、座金１８を挟んでナット１５で締付けられる。ボルト１４としては、軸部の直径が２０〜２４ｍｍのＭ２０〜Ｍ２４と称されるボルトが使用される。なお、ボルト１４の軸部１４ｂには高分子量のポリカーボネート樹脂等で形成されたチューブ１９が被嵌され、貫通孔１７ａ,１７ｂ,１７ｃの隙間を埋めている。
【００１２】
図２（ａ），（ｂ）に示すように、ボルト１４の軸部１４ｂの端部には四角板状の頭部１４ａが設けられている。ボルト１４の頭部１４ａ裏面には軸部１４ｂから連なるように断面円弧状をなす環状溝２０が凹設されている。ボルト１４に応力が加わると、ボルト１４の軸部１４ｂと頭部１４ａとの境界部分に応力集中が生じやすく、その部分に亀裂（クラック）が入ったりして損傷を受けやすいため、応力を分散させるべくこの部分に環状溝２０が設けられる。具体的には、環状溝２０を形成する円弧の半径Ｒは３．０〜８．０ｍｍの範囲であることが好ましい。この半径Ｒが３．０ｍｍ未満の場合には、ボルト１４の軸部１４ｂと頭部１４ａとの境界部分に応力集中が生じやすい。一方、半径Ｒが８．０ｍｍを越える場合には、ボルト１４の頭部１４ａ裏面の凹設部分が大きくなってボルト１４の頭部１４ａの厚みが薄くなり、強度が低下して好ましくない。係る環状溝２０の深さは１．０〜３．０ｍｍの範囲であることが望ましい。深さが１．０ｍｍ未満のときにはボルト１４の軸部１４ｂと頭部１４ａとの境界部分への応力集中を避けることが十分にできず、３．０ｍｍを越えるときにはボルト１４の頭部１４ａの厚みが薄くなって頭部１４ａの強度が低下する。このような環状溝２０を設けることにより、ボルト１４の頭部１４ａ裏面における平坦部分の面積が小さくなって継目板１３の外面に対する面当り性を向上させることもできる。
【００１３】
図３（ａ），（ｂ）及び（ｃ）に示すように、ナット１５の内周面はボルト１４に螺合したときボルト１４の頭部１４ａ側に位置する端部ほど拡径されるようにテーパ状に形成されている（図３（ｃ）の二点鎖線）。図１に示すように、ナット１５をボルト１４の雄ねじ２１に螺合して締付けたとき、ボルト１４の頭部１４ａ側に位置するナット１５の端部に対向するボルト１４の軸部１４ｂに最も大きな応力が加わり、その部分に亀裂が入りやすい。従って、ナット１５の内周面をテーパ状に形成することによって、ナット１５の内周面に対向するボルト１４の軸部１４ｂへの応力集中を軽減することができる。このテーパは、１／１００〜８／１００の範囲であることが好ましい。テーパが１／１００未満のときにはテーパ状に形成した効果を十分に発揮できず、８／１００を越えるときにはボルト１４の軸部１４ｂに対するナット１５の螺合が緩くなり、螺合の安定性が低下する。
【００１４】
図４に示すように、ボルト１４の軸部１４ｂ先端に設けられた雄ねじ２１の谷底の断面形状は、通常のボルト１４の雄ねじ２１の谷底２２の断面形状より半径の大きい円弧状に形成されている。通常のボルト１４の前記円弧の半径はＪＩＳ Ｂ ０２０５又はＪＩＳ Ｂ ０２０７に規定されているが、０．１mm以下である。このように谷底２２の円弧を大きくすることにより、ボルト１４が応力を受けたときに雄ねじ２１の谷底２２に応力が集中してそこから亀裂が入るのを抑えることができる。具体的には雄ねじ２１の完全ねじ部２５における谷底２２の円弧の半径ｒは、雄ねじ２１のねじ山２３のピッチ（ｐ）に対して０．１２ｐ〜０．３０ｐの範囲であることが好ましい。この半径ｒが０．１２ｐ未満の場合には、雄ねじ２１の谷底２２に応力が集中しやすく、その部分に損傷を受けるおそれがある。一方、半径ｒが０．３０ｐを越える場合には、当該雄ねじ２１とナット１５の雌ねじ２４との螺合が不十分になるおそれがある。
【００１５】
ボルト１４の雄ねじ２１の最も頭部１４ａ側の不完全ねじ部２６における谷底２２は、完全ねじ部における谷底２２の円弧より更に半径の大きな円弧になっている。この不完全ねじ部は雄ねじ２１のうち最も応力を受けやすい部分であることから、この部分への応力集中を避けることが望ましい。具体的には、谷底２２の円弧の半径ｒ１は前記半径ｒの１．５〜３．０倍の範囲であることが好ましい。半径ｒ１が１．５倍未満の場合には、雄ねじ２１の不完全ねじ部２６に応力集中が起きやすく、その部分に損傷を受けるおそれがある。一方、半径ｒ１が３．０倍を越える場合には、当該雄ねじ２１とナット１５の雌ねじ２４との螺合が不十分になるおそれがある。
【００１６】
さて、レール１１が線路の枕木上に敷設され、敷設されたレール１１の継目には絶縁材１２が挟着された状態で突き合される。図５及び図６（ａ），（ｂ）に示すように、レール１１の継目における両レール１１の両側面には継目板１３が宛がわれ、その状態で６本のボルト１４がレール１１、接着層１６及び継目板１３の各貫通孔１７ａ,１７ｂ,１７ｃに交互に方向を変えて挿通され、各ボルト１４の軸部１４ｂの雄ねじ２１にナット１５が螺合されて締付けられる。
【００１７】
このとき、ボルト１４の頭部１４ａ裏面には軸部１４ｂから連なる断面円弧状の環状溝２０が設けられると共に、ナット１５の内周面はボルト１４の頭部１４ａ側ほど拡径されるようにテーパ状に形成されている。このため、車両の高速走行時における荷重に基づく応力がボルト１４の頭部１４ａと軸部１４ｂとの境界部分に集中することなく、環状溝２０に沿ってその周囲へと分散される。従って、ボルト１４の頭部１４ａと軸部１４ｂとの境界部分に亀裂が入ることを抑制でき、その部分での折損を回避することができる。一方、ボルト１４の軸部１４ｂのナット１５が螺合された部分においては、ナット１５がボルト１４に螺合されたときボルト１４の頭部１４ａ側に位置する端部ほど拡径されるようにテーパ状に形成され、この部分に応力が作用したときその応力がボルト１４の雄ねじ２１に略均等に働くようになっている。このため、この部分に亀裂が入ることを抑えることができ、その部分での折損も回避することができる。
【００１８】
更に、ボルト１４の軸部１４ｂ先端に設けられた雄ねじ２１の完全ねじ部２５における谷底２２の断面形状は、通常のボルト１４の雄ねじ２１における谷底２２の断面形状より半径の大きい円弧状に形成されている。このため、ボルト１４の軸部１４ｂに応力が作用したときに雄ねじ２１の谷底２２に応力が集中してそこに亀裂が入るのを抑えることができる。更に、当該雄ねじ２１の不完全ねじ部２６における谷底２２が、完全ねじ部２５における谷底２２の円弧より半径の大きな円弧になっている。そのため、不完全ねじ部２６への応力集中を避けることができ、そこに亀裂が入るのを抑えることができる。
【００１９】
以上の実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
・  本実施形態のレール継目連結用締結具としてのボルト１４及びナット１５によれば、ボルト１４の頭部１４ａ裏面には軸部１４ｂから連なるように断面円弧状の環状溝２０が凹設されると共に、ナット１５の内周面がボルト１４の頭部１４ａ側ほど拡径されるようにテーパ状に形成されている。このため、高速時における車両の荷重による応力がボルト１４の頭部１４ａと軸部１４ｂとの境界部分やボルト１４の雄ねじ２１のうちナット１５との螺合部分に集中的に作用するのを回避することができる。従って、ボルト１４の折損を未然に防止することができる。
【００２０】
・  加えて、ボルト１４の雄ねじ２１の完全ねじ部２５における谷底２２の断面形状が通常のボルト１４の雄ねじ２１の谷底２２の断面形状より半径の大きい円弧状に形成されると共に、不完全ねじ部２６における谷底２２が、完全ねじ部２５における谷底２２の円弧より更に半径の大きな円弧に形成されている。このため、高速時における車両の荷重による応力がボルト１４の雄ねじ２１の完全ねじ部２５と不完全ねじ部２６との各谷底２２に集中的に作用するのを回避することができる。従って、ボルト１４の折損を未然に防止することができる。
【００２１】
尚、本実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・  前記実施形態において、ボルト１４の軸部１４ｂに設けられた雄ねじ２１の完全ねじ部２５と不完全ねじ部２６の谷底２２の形状を、通常の雄ねじ２１の谷底２２の形状にすることもできる。或は、実施形態において、ナット１５の内周面のテーパ形状を省略することもできる。
【００２２】
・  ボルト１４の頭部１４ａの形状を、円板状、六角板状等にすることもできる。
・  ボルト１４とナット１５との組数を６組より少なくしたり、多くしたり、或はボルト１４とナット１５との向きを全て同じにしたりすることも可能である。
【００２３】
更に、前記実施形態より把握できる技術的思想について以下に記載する。
・  ボルトの雄ねじの谷底の断面形状は、ねじ山間のピッチの０．１２〜０．３０倍の長さの半径による円弧状である請求項２又は請求項３に記載のレール継目連結用締結具。このように構成した場合、雄ねじとナットの雌ねじとの螺合を維持した状態で、雄ねじの谷底への応力集中を抑え、その部分が損傷を受けることを回避することができる。
【００２４】
・  前記環状溝の深さは、１〜３ｍｍである請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレール継目連結用締結具。このように構成した場合、ボルトの頭部と軸部との境界部分に応力が集中的に作用するのを回避することができると同時に、頭部の強度を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態においてレールの両側に継目板を取付けてボルトとナットで締付けた状態を示す拡大断面図。
【図２】（ａ）はボルトを示す半断面図、（ｂ）は（ａ）の左側面図。
【図３】（ａ）はナットを示す正面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図、（ｃ）はナットを示す断面図。
【図４】ボルトの軸部の雄ねじを示す部分拡大断面図。
【図５】レールの両側に継目板を取付けてボルトとナットで締付けた状態を示す部分破断正面図。
【図６】（ａ）はレールの両側に継目板を取付けてボルトとナットで締付けた状態を示す正面図、（ｂ）は（ａ）の平面図。
【符号の説明】
【００２６】
１１…レール、１３…継目板、１４…レール継目連結用締結具を構成するボルト、１４ａ…頭部、１４ｂ…軸部、１５…レール継目連結用締結具を構成するナット、１７ａ,１７ｂ,１７ｃ…貫通孔、２０…環状溝、２１…雄ねじ、２２…谷底、Ｒ、ｒ、ｒ１…半径。
【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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