(57)【要約】【課題】  レール頭頂面に塗布する摩擦調整材の延びを良くする。【解決手段】  少なくとも曲線内軌側のレール頭頂面に塗布している摩擦調整材の延びを良くするために、レール横断面のレール頭頂面の少なくともレール軸心Ｘから両側に20ｍｍまでの範囲を、半径ｒ1が 600ｍｍを超え1000ｍｍ以下の凸円弧状に削正する。【効果】  レール頭頂面に塗布する摩擦調整材の延びがよくなり、波状摩耗等が抑制できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦調整材を塗布する少なくとも曲線内軌側のレールの、レール横断面の頭頂面の少なくともレール軸心Ｘから両側に20ｍｍまでの範囲を、半径ｒ1 が 600ｍｍを超え1000ｍｍ以下の凸円弧状に削正することを特徴とするレール頭頂面の削正方法。
【請求項２】
前記塗布する摩擦調整材の摩擦係数は0.17〜0.6 であることを特徴とする請求項１記載のレール頭頂面の削正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道のレール頭頂面の削正方法に関し、特に、摩擦調整材を塗布しているレール頭頂面の削正方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１は、新しいレール１の横断面形状を示したものであり、１１は頭部、１２は腹部、１３は底部を示し、頭部１１の上面がレール頭頂面１１ａとなり、前記レール頭頂面１１ａは、その中央部がレール軸心Ｘ上に中心をもつ大きな半径ｒ1 （以下、単に半径ｒ1 とする。）の円弧と、その大きな半径ｒ1 から両端部にかけて順次小さな半径ｒ2 、ｒ3 の異なる３種の凸円弧で形成されている。そして、半径ｒ1 は大きくても600 ｍｍまでで600 ｍｍを超えることはない。
頭部１１の幅はレール１の種類にかかわらず略一定であり、レール頭頂面１１ａの大きな半径ｒ1 の部分は頭部１１の幅の５０％近くとなり、頭部１１、腹部１２、底部１３の各高さ寸法をレールの種類によって少しづつ変えている。
【０００３】
一方、車輪の形状は図２に示す通り、車輪踏面２１の幅寸法は略一定であって、車両が曲線部で軌道に沿うて安定走行できるように、車輪２のフランジ２２側の内側を径大に車輪２の外側を径小にして車輪踏面２１に勾配を付け、外軌側の車輪２と内軌側の車輪２のレール接触部位での径差による車輪２の走行距離に差が生じるようにしている。
この車輪踏面２１のフランジ２２側と外側での勾配は、大きくすると曲線部では曲がり易くなる反面、直線部では蛇行し易くなって、車両の横揺れが大きくなる。一般的に車輪踏面２１内側のフランジ２２側より外側が２〜３ｍｍの径小の勾配を付与した車輪踏面２１形状にしている。
【０００４】
また、曲線部では、前記外軌側の車輪と内軌側の車輪のレール接触部位での径差を一層大きくするためにレール間隔を直線部に比べ大きく（スラックと称する。）したり、遠心力を緩和するために外軌側に対して内軌側を低くして軌道に傾斜（カントと称する。）を付け、車両が曲線部を走行しやすいようにしている。
【０００５】
そして、主に使用されているレールには５０kgレールや６０kgレール等の種類があり、各種レールは車両の運行条件等に合せて使い分けられているが、摩耗の発生状況はレールの種類に関係なく略同じであり、レール頭頂面が平坦状に摩耗したり、波状に摩耗したりすることが避けられず、微少疵も併発する。なお、５０kgレールとは、５０T 型、５０N 型、５０PS型の各レールをいう。
摩耗が許容量以上に進むと、車両に横揺れや振動が生じたり、曲線部での車両の走行に無理が生じたりするため、レール削正車によりレール頭頂面を削正している。レール頭頂面の削正形状は、従来からの経験にしたがって直線部と曲線部を区別することなく新しいレールのレール頭頂面形状と同形状に削正するか、またはこのレール頭頂面形状より一層凸状に削正していた。
【０００６】
しかし、軌道が車輪径差による車輪走行距離差以上の急曲線になると、車軸の軸線が曲線部の曲線中心に向くことが難しくなるので、内軌側のレールに波状摩耗の発生が激しくなったり、車輪とレール間のきしり音が高くなる。これは内軌側で車輪とレール間でスティック−スリップ振動しているためである。
【０００７】
これらの対策として、１）例えば左側に曲がる急曲線の場合、左右各レール頭頂面を前記レール軸心Ｘに対し右側の削正量を多くして左側を凸にした横断面の左右非対称削正を行い、レール接触部位での車輪の径差をより大きくして左側への転向性を促進させたり、２）また内軌側では、車輪とレール間でスティック−スリップ振動が生じないように摩耗係数の比較的小さい摩擦調整材をレール頭頂面に塗布し、レール頭頂面の波状磨耗の防止や車輪とレール間のきしり音の低減、車輪のフランジとレール内側との接触音の低減に努めている。
【非特許文献１】エリック  メイゲル、ジョー  カルーゼック（訳：石田  誠）、”車輪／レール接触面の最適化”、新線路、平成１２・５月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら，急曲線部でレール頭頂面のレール軸心Ｘに対し左右非対称削正を施す方法は、あくまでも車輪の限られた径差を大きく導き出そうとするもので、その効果には自ずと限界があって十分でなく、また、摩擦調整材をレール頭頂面に塗布する方法は、塗布による波状摩耗抑制効果やきしり音の発生抑制効果があるものの、レール横断面のレール頭頂面形状がきつい凸円弧であるため、摩擦調整材が液状の場合にはレール側方に流れ落ちやすく、塗布直後のレール頭頂面への付着量が少なくなると共にレール頭頂面と車輪踏面とが接触するレール幅方向部分（以下、当り面と称する。）が小さくなって摩擦調整材の車両走行方向への塗布広がり（以下、延びと称する。）が悪く摩擦調整材の使用量が多くなるという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記したような問題を解決せんとしてなされたものであり、特にレールに粘性の低い水溶液状の摩擦調整材を塗布した際に摩擦調整材のレール側方への流れ落ち量を少なくし、大きくなった当り面で車両走行方向への摩擦調整材の延びをよくするレール頭頂面の削正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】
上記した目的を達成するために、本発明に係るレール頭頂面の削正方法は、摩擦調整材を塗布する少なくとも曲線内軌側のレールの、レール横断面のレール頭頂面のレール軸心Ｘから両側に少なくとも20ｍｍまでの範囲を、半径ｒ1 が 600ｍｍを超え1000ｍｍ以下の凸円弧状に削正することとしている。
【発明の効果】
【００１１】
このように、本発明では摩擦調整材を塗布するレール頭頂面を幅方向に緩やかな凸円弧に削正して、摩擦調整材の塗布時のレール側方への流れ落ち量を少なくしてレール頭頂面に付着した摩擦調整材の車両走行方向への延びを向上させるので、
１）曲線内軌側の波状摩耗の発生が大きく抑制されたり、レール頭頂面の微少疵が減少される、
２）摩耗の抑制によりレール頭頂面の削正周期が延長される、
３）レール頭頂面の削正量が少なくてすみレール寿命が延長する、
４）また、削正に要する工数も少なくてすむ、
５）摩擦調整材の使用量が低減する、
等多くの効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明に係るレール頭頂面の削正方法は、摩擦調整材を塗布する少なくとも曲線内軌側のレールの、レール横断面のレール頭頂面のレール軸心Ｘから両側に少なくとも20ｍｍまでの範囲を、半径ｒ1 が 600ｍｍを超え1000ｍｍ以下の凸円弧状に削正するものであり、特に、塗布する摩擦調整材の摩擦係数が0.17〜0.6 である。
【００１３】
本発明において、削正するレールを少なくとも曲線内軌側のレールとしたのは、前述の通り内軌側のレールに波状摩耗の発生が激しく、車輪とレール間でスティック−スリップ振動を起こしやすく摩擦調整材を広範囲に使用する場所であるからである。
【００１４】
レールの横断面のレール頭頂面を、 600ｍｍを超え1000ｍｍ以下の半径ｒ1 で少なくともレール軸心Ｘから両側に20ｍｍまでの範囲とするのは、レールの横断面の凸円弧半径ｒ1 が 600ｍｍ以下に小さくなると、塗布直後の摩擦調整材がレール側方へ流れ落ちやすく、かつ摩擦調整材を車輪で押圧した際にもレール側方へ流れ落ちやすくなり、レール頭頂面への付着量が少なくなるからである。また、半径ｒ1 が1000ｍｍを超えるとレール頭頂面が平坦状に近づきすぎて当り面が大きくなりすぎ、返って車両の蛇行走行を引き起こす原因となり、しかも摩擦調整材の延びも限界に達するからである。
【００１５】
さらに、その範囲がレール軸心Ｘの両側に20ｍｍ未満では、すなわち半径ｒ1 の範囲が40ｍｍ未満では前記当り面が少なくなって、塗布直後の摩擦調整材がレール側方へ流れ落ちやすく、塗布直後の液状の摩擦調整材を車輪で押圧した際にもレール側方へ流れ落ち、走行方向への摩擦調整材の延びが少なくなるからである。
【００１６】
特に、使用する摩擦調整材の摩擦係数は、0.6 を超えると摩擦抵抗が大きくなり過ぎて摩擦調整材としての意味がなくなり、0.17未満になると摩擦抵抗が小さくなり過ぎて返って車両に制動力が働らかず危険をもたらすことになるから、摩擦係数が0.17〜0.6 の摩擦調整材とし曲線部の状況に応じて摩擦係数をコントロールした使い分けとする。
【００１７】
以下、本発明について詳細に述べる。
本発明において、レール頭頂面に塗布する摩擦調整材はレールと車輪間の摩擦係数をコントロールするものであり、摩擦調整材をレール頭頂面の広範囲にわたり付着させる必要がある。
軌道には種々の条件があり、前述の通り曲線部や直線部、しかも曲線部は急曲線であったり、坂になっていたり、曲線部内に駅があることもある。このような曲線軌道で波状摩耗や微少疵の発生を抑制したり、車両の制動力を適性に保つためには摩擦調整材を選択して使用することは重要なことである。単にレール頭頂面の摩耗防止のためにグリスを適度に塗布するということだけでは十分ではない。
【００１８】
例えば、このような摩擦調整材の一例として、特許第2876551 号公報にはポリマー媒質、固体潤滑剤と摩擦調節剤を含む潤滑剤組成物（摩擦調整材）が開示され、その第７欄４〜16行には、「ポリマー媒質はこの組成物の約４０質量％を構成して良い。好ましくは固体潤滑剤はこの組成物の約３０質量％を構成し、摩擦調節剤はこの組成物の約３０質量％を構成する。」と、また、「摩擦調節剤は約0.4 〜0.8 の範囲の、好ましくは約0.45〜0.5 の範囲の鋼同士の間の摩擦係数を有して良い。この組成物は、好ましくは、相対滑り速度が約2.5 〜3.0 ％増加するとき、約0.17〜0.32の範囲の鋼同士の間の摩擦係数を有する。」と開示されている。この組成物のポリマー媒質、固体潤滑剤、摩擦調節剤の各配合割合を調整して水分に分散させて水溶液化することで所望の摩擦係数が得られる。
【００１９】
調整された摩擦係数の摩擦調整材をレール頭頂面の広範囲にわたり付着させるためには、レール頭頂面に摩擦調整材の塗布直後や車輪踏面で押圧される際にレール幅方向に流れ落ちずに車両の走行方向に押し出されるようにし、そのためにはレール横断面のレール頭頂面の形状を適度な円弧状にする必要がある。
【００２０】
適度な円弧状のレール頭頂面に塗布された液状の摩擦調整材は、転動する車輪踏面により前方に突き出る放物線状にレール頭頂面上を延び、摩擦調整材の液が切れるまで延ばされてレール頭頂面と車輪踏面の両方に被膜が形成される。
【００２１】
このような現象を効果的にするには、レール頭頂面の半径ｒ1 とその範囲が重要であり、従って、本発明のレール頭頂面の削正方法では、レール頭頂面の半径ｒ1 を大きくその範囲を広くとることにより、図１に示す新レールにおける半径ｒ2 が無くなるかあるいは極端に少なくなるが、摩擦調整材の延び作用が大きく発現される。
【００２２】
更に、車輪踏面に付着した被膜は被膜の付着していないレール頭頂面にスタンプされ、また、レール頭頂面に付着した被膜は後続の被膜の付着していない車輪踏面にスタンプされて順次摩擦調整材の被膜がレール頭頂面上を延ばされことになる。
なお、従来の急曲線部を除くレール頭頂面の削正形状は、レール頭頂面の半径ｒ1 が小さく600 ｍｍを超えることのない大きな凸形状とした削正形状であって、摩擦調整材の塗布直後の付着量が少なくその延びが優れなかった。また、削正前のレール頭頂面の形状は平面状に摩耗して半径ｒ1 は無限大と言っても言い過ぎではなかった。
【００２３】
このレール頭頂面上の薄被膜が走行中の車輪の摩擦係数を適度に保ち車輪のクリープ蓄積の解除に寄与することになる。しかもこの薄被膜がきしり音の発生やレール頭頂面の摩耗発生も抑制される。このように、摩擦調整材の摩擦係数を調整して塗布しているので、場所によっては車輪に適性なクリープを与えながら車両の制動力をも保っている。
【００２４】
本発明の削正方法によれば、車両から走行中にレール頭頂面や車輪踏面に摩擦調整材を塗布する方法、あるいは、レール側方に車両検知器を設けこの検知器からの信号を受けて、車両が到達前にレール側方の塗布装置からレール頭頂面に摩擦調整材を塗布する方法等いずれの方法で摩擦調整材を塗布しても同様の効果を有する。
また、本発明に係るレール頭頂面の削正方法は、摩擦調整材を塗布した場合にその延びをよくするためのレール頭頂面の削正方法であるから、前述の削正方法で削正した内軌側を含むレールに間欠的に摩擦調整材を塗布する場合も含まれる。
【実施例１】
【００２５】
上記本発明を構内実験線で実験した。
１）  実験条件
実験軌道      ：曲線半径が１６０ｍの曲線、
使用車両      ：レール削正車
摩擦調整材の特性：水溶液状でその付着残存量により摩擦係数が 0.2〜 0.4に変化、
塗布位置と塗布方法：実験軌道の始端側に人手により塗布、
塗布量        ：片側レール当たり４ｃｃ、
車両の平均速度：時速２０ｋｍ。
２）  実験結果
十分な作用効果が発現される摩擦係数０．３以下をもって摩擦調整材の延び量とした。
【００２６】
表１には測定結果として、レール頭頂面の半径ｒ1 と摩擦調整材の延び量の関係を示している。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１において、比較例１はレール頭頂面のレール軸心からの距離が15ｍｍと短いために、レール削正半径ｒ1 を大きくしても直ぐに半径ｒ2 に移行し、摩擦調整材の塗布時のレール側方へ流れ落ち量が増し、摩擦調整材の延び量がそれほど大きくなっていない。比較例２の場合はレール頭頂面のレール軸心からの距離を22ｍｍと長くしているにもかかわらずレール削正半径ｒ1 が小さいために、比較例１同様に摩擦調整材の塗布時のレール側方へ流れ落ち量が多く、その延び量がそれほど大きくなっていない。比較例３の場合はレール削正半径ｒ1 が大き過ぎて摩擦調整材の延び量が飽和に達し、かつ、表１には表示していないが当り面が大きくなり過ぎて車両の横揺れが発生することになる。これに対し本発明例の場合は、レール削正半径ｒ1 と削正範囲を適性にしているために、比較例１、２に比べ摩擦調整材の延び量が大幅に向上し、比較例３に対しては走行車両の安定性に優れている。
【００２９】
この実験例では、曲線半径が１６０ｍの曲線軌道を削正した例であるが、曲線半径の大きさに関係なく、このようにレール頭頂面の削正を適性にして摩擦調整材を塗布すれば同様の効果を得ることができる。また、摩擦調整材の塗布位置は１箇所の例であったが、摩擦調整材の塗布位置が２箇所の現場の場合には、摩擦調整材の延び向上で塗布位置を１箇所に削減することも可能となり、摩擦調整材の使用量の節約にもなる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
摩擦調整材の塗布しているレールであれば、レール頭頂面の削正時にレール横断面の削正範囲と凸円弧半径を決めることによって、全てのレールに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】レールの形状を示す図である。
【図２】車輪の形状を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１    レール                        １１    頭部
１１ａ  レール頭頂面                  １２    腹部
１３    底部
２    車輪                          ２１    車輪踏面
２２    フランジ
Ｘ    レール軸心
【図１】
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【図２】
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