(57)【要約】      （修正有）【課題】常時過酷な負荷を受けても寿命が長く、特に大都市圏の鉄道においては長期、安全に使用でき、定時運転、安全運転に寄与できる信頼度の高い絶縁継目におけるレール締結用ボルトに用いる絶縁用鍔体付チューブを提供する。【解決手段】エポキシ樹脂を含浸したガラス繊維クロスとビニロン繊維クロスとの積層体からなる鍔体１が、ガラス繊維クロスを外層、アラミド繊維クロスとガラス繊維クロスからなる中間層及びポリカーボネート樹脂層を内装とする積層体からなるチューブ部２の一端に螺合固着されたレール絶縁継目用鍔体付チューブ及び鍔体が長方形でチューブ部２が複数個螺合固着されたレール絶縁継目用鍔体付チューブ。【選択図】図１
2005163297.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂を含浸したガラス繊維クロスとビニロン繊維クロスとの積層体からなり、含浸したエポキシ樹脂を硬化してなる鍔体が、それぞれエポキシ樹脂を含浸したガラス繊維クロスを外層、アラミド繊維クロス及びガラス繊維クロスの積層体からなる中間層、及びポリカーボネート樹脂を内層とする積層体からなるチューブの端部に螺合固着されてなることを特徴とするレール絶縁継目用鍔体付チューブ。
【請求項２】
上記鍔体とチューブとの螺合固着部が接着剤によって硬化固定された請求項１記載のレール絶縁継目用鍔体付チューブ。
【請求項３】
上記鍔体が円板状である請求項１記載のレール絶縁継目用鍔体付チューブ。
【請求項４】
上記鍔体が長方形状であり、これに前記チューブが複数個螺合固定されてなる請求項１または請求項２記載のレール絶縁継目用鍔体付チューブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道レールの絶縁継目部分に用いる継目プレート締結用ボルトと、レールを絶縁するためにボルトに装着する鍔体付チューブに関する。
鉄道レールは、信号、指令その他、車両の安全運行に必要な各種の電流、電波等が流されている。このためレールには、通常の長さのレールを連結して、または、溶接して一定区間（閉塞区間）毎に電気的に絶縁が施され回路が形成される。絶縁は、絶縁区間と次の絶縁区間のレールの連結部分、連結部分のレール端部と端部を挟んだ金属製の継目プレートとレールの両側面（腹部）間及び金属製の継目プレート間を締結するためのボルトにも施される。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】実公平７−７３６２号公報
【０００３】
鉄道のレールは、季節の寒暖による伸縮、また、車両が通過する度に起きる輪重による上下振動の繰り返し負荷のため、かつ、連結車両数の増大、頻繁運転による負荷の増大に伴い、閉塞区間を形成するレール継目部分に要求される絶縁は、確実で長期に渉り安全性の高いものが要求される。
【０００４】
鉄道のレール絶縁継目部の絶縁は、レールとレールのつき合わせ部（遊間）に挿入するレール断面形状の絶縁板、継目部分の長さ方向の２本のレールを両側から挟んだ絶縁材料で構成される継目板、さらに絶縁継目部分の２本のレールを挟んだ絶縁材料からなる継目板の外側にはそれぞれ金属製の継目プレートが当てられ、間にあるレールを含め締結ボルト用穴が貫通して設けられている。これらを貫通している金属製の継目プレートのボルト穴、レールに設けたボルト穴を通して締結するボルトを絶縁するために電気絶縁材料からなるチューブを嵌装し、該チューブに締結用のボルトを挿入しナットで強く締めつけて絶縁継目部は形成されている。絶縁継目部分のレールは、枕木との間にも絶縁板が設置される。
【０００５】
レールの絶縁継目部に用いられるボルト絶縁用のチューブの一端には、絶縁材料からなる鍔体がチューブに固定一体化された鍔体のついたチューブが知られている（たとえば、特許文献１参照）。鍔体付チューブは、上記先行特許文献１の図１に示されているように、複合用強化繊維と樹脂からなる鍔体がチューブに一体に固定されてなるものである。
【０００６】
この鍔体付きチューブは、ガラス繊維クロスとビニロン繊維クロスを積層し、熱硬化性樹脂で一体に硬化した積層体からなるプレートを円板状に加工して鍔体とし、これにガラス繊維クロスとアラミド繊維クロスを筒状体に積層し、これに鍔体に用いたものと同質の熱硬化性樹脂を含浸、硬化してチューブとなし、これを上記鍔体に嵌合し、嵌合部を同質の熱硬化性樹脂で一体に固定したものである。
また、上記と同様にして作成した鍔体中央部を、チューブ部の太さに等しい径にくりぬき、これを金型に納め、金型を閉じ鍔体のくり抜き部に、チューブを形成するようにポリカーボネート樹脂などの熱硬化性樹脂を射出した後、加熱硬化し鍔体とチューブを一体に固定したものも用いられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、常時過酷な負荷を受けても曲がったり、破損したりしない寿命の長い、特に大都市圏の鉄道における、長編成、頻繁運転下でも長期にわたり、安全、確実に電車、列車等が、定時運転、安全運行できるための信号回路の維持に寄与できるレール絶縁継目用ボルトの絶縁用の鍔体付きチューブを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、エポキシ樹脂を含浸したガラス繊維クロスとビニロン繊維クロスとの積層体からなり含浸したエポキシ樹脂を硬化してなる鍔体が、それぞれエポキシ樹脂を含浸したガラス繊維クロスを外層、アラミド繊維クロス及びガラス繊維クロスの積層体からなる中間層、及びポリカーボネート樹脂を内層とする積層体からなるチューブの端部に螺合固着されてなることを特徴とするレール絶縁継目用鍔体付チューブにある。
【０００９】
また、本発明は鍔体に設けたねじ溝に、上記チューブの一端に設けたねじ山と螺合結合し、さらに、螺合部に接着剤を注入し、鍔体とチューブ部を強固に固着してなる上記絶縁継目用鍔体付チューブにある。
さらに本発明は、鍔体を長方形とし、これに複数のチューブを螺合結合固着した上記絶縁継目用鍔体付チューブにある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の鉄道のレール絶縁継目部に用いる鍔体付チューブは、適度の弾性と耐摩性を有し、その上、耐圧性が極めて高く、かつ、タフネスに優れ、従来品が、後記する如く２〜１０万回の振動付与試験で鍔体とチューブ部が離脱したり、鍔体に亀裂が発生したりして、絶縁力が低下し、交換を必要とするのに対し、本発明の鍔体付チューブは該振動付与試験において１００万回の振動付与でも鍔体及び／またはチューブの破損や、チューブ部と鍔体との離脱がなく、またチューブ部の変形が少なく、長期にわたり十分な絶縁を保ち、そのため複雑なレール絶縁継目部を分解して鍔体付チューブを交換する頻度を少なくすることができ、鉄道の保守、安全運転、運行の信頼性を高める効果に寄与すること極めて大である。
【００１１】
また、長方形の鍔体に複数、たとえば、２〜６個のチューブを一体に設けた鍔体付きチューブを用い、レール絶縁継目部を組み立て、または交換する場合、円形の鍔体付きチューブを用いる場合のように締めつけボルト穴に、個々に嵌挿する必要がなく、通常、短時間に作業を終わる必要が常に要求されるレール絶縁継目部の交換作業を一度に複数個のボルトを締結することができ、作業効率を著しく高めることができる。特に大都市近郊の頻繁運転区間では短時間に交換できる意義は極めて大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
レール絶縁継目用鍔体付チューブにかかる圧力、すなわち、レールを固定するのに要するボルトの締結力は、通常１０トン以上であるため、ボルトが正常に締結されている場合は、十分その圧力に耐えられるが、車両の通過時の輪重によるレールの繰り返し沈みに加え、鉄道敷設地盤の強弱によるレールの沈下度の変化、及び繰り返される振動、夏季冬期のレールの長さ方向への伸縮等により締結ボルトが押し曲げられる力により、組み立て当初鍔体は継目板に直角に固定されているにも拘らず、チューブ部はボルトの曲がりに沿って押し曲げられるため、チューブ部の破損及び鍔体がチューブ部から離脱してしまうことがあり、その結果絶縁力の低下を来すことがある。
【００１３】
本発明は、エポキシ樹脂を含浸したガラス繊維クロスとビニロン繊維クロスとの積層材からなる鍔体が、ガラス繊維クロスを外層、アラミド繊維クロスとガラス繊維クロスとの交互積層体からなる中間層及びポリカーボネート樹脂層を内層とする積層体からなるチューブ部に鍔体が、螺合により固定されているレール絶縁継目用鍔体付チューブである。
さらに本発明は、上記螺合固着部に接着剤を含浸浸透させて鍔体とチューブを一層強固に固着結合させたレール絶縁継目用鍔体付チューブである。
【００１４】
添付の図面は、本発明の実施の態様を説明するためのもので、図１は、本発明の円形の鍔体１にチューブ部２が螺合固定されてなる鍔体付きチューブを示しており、図１（１）は縦断面図、図１（２）は、図１（１）におけるＡ−Ａの断面図、図２は螺合部の拡大断面を表わしている。
【００１５】
図１においてチューブ部２の最外層（イ）は、ガラス繊維クロスの積層体からなるねじ加工層である。ガラス繊維クロス積層体を強化繊維とする強化樹脂層は、ねじ切りがきれいに、かつ、容易に行える特徴がある。これが他のクロス、たとえば、アラミド繊維クロスなど他の複合用強化繊維からなる積層体では、ねじ切りがきれいにできず、その結果として鍔体１とチューブ部２との螺合部の結合力が弱くなり好ましくない。
【００１６】
チューブ部２を構成する中間層（ロ）は、アラミド繊維クロスとガラス繊維クロスを交互に積層した層で何れもエポキシ樹脂を含浸し、これをポリカーボネート樹脂からなる円筒体（ハ）に順次巻きつけて積層し、最後に数枚のエポキシ樹脂を含浸したガラスクロス（イ）を積層した後、樹脂を加熱硬化し、所要寸法にカットしチューブ部２が形成される。
【００１７】
鍔体１は、エポキシ樹脂を含浸したビニロン繊維クロス（ホ）と、エポキシ樹脂を含浸したガラス繊維クロス（ニ）を、平行または交互に角度を変えて数〜数１０枚積層し、加圧、加熱して硬化した積層体を円形にカットまたは長方形にカットとする。円形にカットした鍔体は円の中心より必要半径の円を切り抜き（チューブ部２の外径に相当）、その断面にねじ溝４を切る。
一方、前記チューブ部２の一方の端部に上記鍔体１の厚みに相当する幅に、チューブ部２のガラス繊維クロスの積層部（チューブ部の外層（イ））にねじ山３を切り、該ねじ山３に鍔体１に設けたねじ溝４に螺合し、鍔体１とチューブ部２を一体化する。チューブ部２に設けるねじ山は鍔体１の幅よりやや長めの方がよい。ねじは、ピッチ１．０〜１．５ｍｍ、高さ（ねじ溝の深さ）０．２５〜１．０ｍｍの範囲が好ましい。
【００１８】
本発明における螺合結合は、非常に強固で容易に鍔体１とチューブ２が外れたり、もしくは鍔体が一部外れ絶縁の低下を招くようなことはないが、さらに安全を計るために螺合した後、強力な液状瞬間接着剤、たとえば、シアノアクリレート系瞬間接着剤を螺合部に注入浸透、固化すると、鍔体１とチューブ２の結合が一層強固になり螺合部の緩みが防止され好ましい。
【００１９】
本発明において鍔体１は円形に限られることはなく、ビニロン繊維クロス（ホ）とガラス繊維クロス（ニ）の積層体に熱硬化性樹脂を含浸硬化した板を、レール継目部のレールの両側面（腹）を絶縁材料を介して挟持する鋼鉄製の継目板に当接できるよう、図３（２）に示したような長方形にカットし、これに複数個、たとえば、２〜６個のボルト挿通用穴をあけ、そこに円形の鍔体と同様にねじ溝を切り、図３（１）に示したように該ねじ溝に複数個のチューブ部２を螺合固定したものであってもよい。このものはレール絶縁継目部の組立て、ボルト交換等の作業効率が良く、頻繁運転される大都市圏、及びその近郊の鉄道に好適である。勿論この場合も接着剤を螺合部に浸透、固化し、鍔体である方形の板とチューブの固定を一層強固にするので本発明の効果をさらに向上させることができる。
【００２０】
次に、実施例を挙げて本発明をさらに説明する。実施例で得た本発明鍔体付チューブとの比較に用いた従来品は、前記段落番号０００６の後段に記載されたツバ付チューブを対照品とした。また、引き抜き強度の測定は、図４に概念図として示した装置によった。
【実施例】
【００２１】
［チューブ部の作成］
内径１９．５ｍｍ、外径１９．７５ｍｍ（厚さ０．２５ｍｍ）のポリカーボネート樹脂製チューブ（帝人（株）製）を用意し、これに、縦、横とも１，５００ｄ×１７本のアラミド繊維（帝人（株）製、商品名：帝人テクノーラ、打込数：縦、横各１７本／２５ｍｍと、２２．５ｄｔｅｘのガラス繊維打込数：縦、横６０本／２５ｍｍの平織りクロスを積層し、これにエポキシ樹脂（大日本色材（株）製）を塗布含浸した後、上記ポリカーボネート樹脂製チューブに巻きつけ、耐圧、耐摩耗層を形成した、さらに、ネジ形成層を得るために、縦、横とも２２．５ｄｔｅｘのガラス繊維、打込数：縦、横６０本／２５ｍｍの高密度平織りクロスに上記と同じエポキシ樹脂を含浸し、硬化後に該層の厚さ０．５ｍｍになるように３〜４枚巻きつけ、これを回転する３点ロールにより外径を整えた後、常法により、含浸されているエポキシ樹脂を加熱、硬化し、外径２５ｍｍ、内径１９．５ｍｍのチューブを作成した。
これを長さ３７ｍｍに切断し、一方の端部より４ｍｍ（鍔体１の厚さに相当）の位置までチューブ部２の外層のガラス繊維からなる層に、「ＪＩＳ  Ｂ  ０２０５」に規定するメートル並目ねじの「ピッチ１」のねじ切り加工を施した。
【００２２】
［鍔体の作成］
縦、横とも２２．５ｄｔｅｘのガラス繊維打込み数：縦、横６０本／２５ｍｍの平織りクロスに上記と同じエポキシ樹脂を塗布含浸し、これを複数枚積層した。その上に１２００ｄ／２００Ｆのビニロン糸を打込数、縦３４本／５０ｍｍ、横３３．５本／５０ｍｍのビニロン平織クロス（紺藤織物（株）製）に、同じエポキシ樹脂を塗布含浸したものを、交互に硬化後の厚さが４ｍｍになるように重ね合わせ常法により加圧、加熱し、厚さ４ｍｍの板状積層体を作成した。得られた板状積層体を直径４２．５ｍｍの円盤に切削加工し、次いでその中心より半径１２ｍｍ（チューブ部の外径に相当）に切抜いた後、切抜き部の内面に、上記チューブのガラス繊維層（イ）の一端に設けたねじ切加工部３に対応するねじ溝４を加工した。
【００２３】
［鍔体付きチューブの作製］
上記のようにして得られたチューブ部２の外表面の端部に設けたねじ山部３と、鍔体の内面に設けた螺子溝部４を図２に示した様に螺合し、本発明の鍔体付きチューブを作成した。
さらに、かくして得られた鍔体付きチューブの螺合部に、液状瞬間接着剤としてシアノアクリレート系接着剤（東亜合成（株）製商品名：アロンアルファー）を注入浸透させ接着固定しレール絶縁継目用鍔体付チューブを得た。
【００２４】
［対照例］
段落番号０００６の後段に記載した従来例で製造した鍔体付きチューブを比較対照品とした。対照品の鍔体付きチューブの寸法は本例のものと同様である。
【００２５】
［実施例２］
鍔体は、実施例と同様にして得た板状積層体を図３（２）のように円盤状でなく縦５０ｍｍ、横３３６ｍｍの長方形にカットし、両端部より３８ｍｍの位置にそれぞれ１個、その中間に１個の直径２６ｍｍの穴を穿ち、各穴の断面に実施例１と同様にしてチューブ螺合用のねじ溝を切り、これに実施例１と同様にして作成した長さ４４ｍｍのチューブ部を螺合し、液状瞬間接着剤を注入浸透固着して図３（１）及び図３（２）に示したような複数のチューブ部２と一体になった長方形鍔体１のついた鍔体付きチューブを得た。
【００２６】
［作用］
本発明の鍔体付チューブは、チューブ部２の内層ポリカーボネート樹脂層（ハ）は、締結用ボルトの接面を保護し、中間層である（ロ）のアラミド繊維クロスとガラス繊維クロスの積層体層は、鍔体付チューブの耐圧、耐摩耗層の役割を果す。チューブ部２の表層の高密度ガラス繊維クロス積層体層（イ）に、ねじ切り加工層を形成する。ねじ加工切り加工層はアラミドクロスとガラス繊維クロスからなる層も考慮されるが、ねじ切り加工が整然とできず、そのため、鍔体とチューブとの螺合部は強固な固着が得られにくい。
【００２７】
上記実施例１で得た（イ）、（ロ）、（ハ）の３層からなるチューブ部２の鍔体１からの引抜強度は４．５１ｋＮにも達する。
【００２８】
［引抜試験］
実施例１で得た鍔体付きチューブと、従来品のとの引抜き試験結果を表１示す。引抜き試験は、ＪＩＳ  Ｅ３０２３「レール絶縁材料試験方法」に準じて行った。
図４に示したように鍔体付きチューブを、チューブ側から治具５に鍔体１が当接するまで挿入し、チューブ加圧治具６にて該治具６が、チューブ部の厚さの略１／２の位置に当椄するように、荷重Ｐを加え、鍔体１がチューブ部２より離脱するまで荷重（装置は島津製作所製オートグラフ機１Ｓ−５００を使用、温度２０℃、湿度７０％で測定）をかけ、鍔体１とチューブ部２の固定状態（接合強度）を測定する。単位はキロニュートン（ｋＮ）。
引抜き試験は、後記する振動試験の振動を被試験体にそれぞれ１００万回与えたものについて行った。
【００２９】
【表１】
2005163297.tif 000003
【００３０】
［振動試験］
固定用治具に、実施例１で得た引き抜き試験を終了した鍔体付チューブを４個セットし、振動発生側にセットしたボルトを該チューブ内に挿通し、周波数：１０Ｈｚ、振幅：１０ｍｍの振動を、上下方向に加え１００万回までの振動を付与する方法で振動試験を行った。表２に記載の振動付与回数の時点で、鍔体１とチューブ部２との固定部の状態及び外観を目視で評価した。なお、ボルトのチューブ内入り込みは、固定用治具先端より２５ｍｍに設定して行った。
【００３１】
【表２】
2005163297.tif 000004
表２において、「抜け」とは、鍔体が平行に移動するのではなく、一部はチューブに固定されており、一部がチューブより移動し鍔体がチューブに対し斜めになっている状態を指す。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
図５に本発明の鍔体付きチューブの使用状態の１例を示す。
鍔体付きチューブのチューブ部２を締結ボルト１０に挿通し、ワッシャー１１に鍔部１を当接し、チューブ部２をボルトに挿通したボルト１０を金属製継目板８、その絶縁板９及びレールに設けたボルト挿通用穴を通して、反対側の絶縁板９、金属製継目板８を経て他端に突出し、その突出部に鍔体付きチューブをチューブ部２から挿通し、ボルト突出部にワッシャー１１を鍔部１に当接し、ボルト１０をワッシャー１１を介して２個のナット１２で強く締めつけて絶縁継ぎ目部を形成する。このときナット締結時の力は１０トンを超えていた。図６において符号１３はレールと枕木との絶縁板である。
本発明の鍔体付きチューブは、以上の様に使用され、表１及び表２に示したように、引抜強度において従来品比べ１．６倍の強度を示し、しかも、各製品のばらつきが従来品に比べ極めて少なく、また、振動試験結果においても、鍔体とチューブの固定部の離脱は非常に少ないものであり、鉄道レールの絶縁継目の締結用ボルトに使用し、電車、列車、貸車等鉄道の運行安全度が高まり、また、長期使用を可能とし、鉄道の安全運転に対する信頼度、寄与度は甚だ高いものがある。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１（１）は本発明レール絶縁継目用鍔体付チューブの従断面図、図１（２）はチューブ部の横断面下である。
【図２】鍔体とチューブ部の螺合部の拡大断面図である。
【図３】鍔体を方形とした鍔体付チューブの平面図、側面図である。
【図４】引抜強度試験装置の概念図である。
【図５】本発明レール絶縁継目用鍔体付チューブの使用状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  鍔体
２  チューブ部
３  螺合部
４  ねじ山
５  治具
６  押込み治具
７  レール
８  金属製レール継ぎ目板
９  １３  絶縁板
１０  締結様ボルト
１１  ワッシャー
１２  ナット
【図１】
2005163297.tif 000005
【図２】
2005163297.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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