(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
千鳥に配置したローラー中を通す鉄道用レールの矯正方法において、後段から数えて少なくとも３つ以上のローラーの偏芯を測定しておき、偏芯に起因するローラー変位のうち、レール長手方向に対して垂直な方向成分を同一時刻で同一方向に変位させることを特徴とする真直度の高いレールを得るローラー矯正方法。
【請求項２】
千鳥に配置したローラー中を通す鉄道用レールの矯正方法において、後段から数えて少なくとも３つ以上のローラーの偏芯を測定しておき、偏芯に起因するローラー変位のうち同一時刻におけるレール長手方向に対して垂直な方向成分を、同一方向における位相差の平均を±６０°以内とするように変位を制御することを特徴とする真直度の高いレールを得るローラー矯正方法。
【請求項３】
千鳥に配置したローラー中を通す鉄道用レールの矯正方法において、後段から数えて少なくとも３つ以上のローラーの偏芯を測定しておき、これらのローラーの偏芯量を０．３ｍｍ以下に抑えた場合は、偏芯に起因するローラー変位のうち同一時刻におけるレール長手方向に対して垂直な方向成分を、同一方向の位相差の平均を±９０°以内とするように変位を制御することを特徴とする真直度の高いレールを得るローラー矯正方法。
【請求項４】
千鳥に配置したローラー中を通す鉄道用レールの矯正機において、その後段から数えて少なくとも３つのローラーについて偏芯量の近いローラーを選んで組み立て、そのローラーがレールに垂直な方向に対して同一時刻および同一方向に、偏芯によって変位するようにしたことを特徴とするレール用ローラー矯正機。
【請求項５】
千鳥に配置したローラー中を通す鉄道用レールの矯正機において、その後段から数えて少なくとも３つのローラーについて偏芯量の近いローラーを選んで組み立て、その偏芯量の差が０．１ｍｍ以内であるとき、そのローラーの同一時刻におけるレールに垂直な方向に対して偏芯によって生じる同一方向の変位の位相差を６０°以内としたことを特徴とするレール用ローラー矯正機。
【請求項６】
千鳥に配置したローラー中を通す鉄道用レールの矯正機において、その後段から数えて少なくとも３つのローラーについて偏芯量の近いローラーを選んで組み立て、その偏芯量の差が０．０５ｍｍ以内であるとき、そのローラーの同一時刻におけるレールに垂直な方向に対して偏芯によって生じる同一方向の変位の位相差を９０°以内としたことを特徴とするレール用ローラー矯正機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鉄道用レールを高精度に矯正する方法および矯正機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱間成形を終えたレールはその後の大気中での冷却においてその形状に起因して均等に冷却されないことから一般に反りが生じている。この反りは主に上下方向で特に下に凸の方向に生じていることが多い。
【０００３】
レールはこの上下方向の形状を矯正する目的で、千鳥に配置した水平ローラーを用いて、垂直方向のローラー矯正を行っている。この矯正においてローラーに偏芯があると形状が波打つことがある。この波打ちは波状変形と呼ばれ、かつては問題になっていた時期があったが、ローラーの偏芯量が０．５ｍｍ以下程度に抑えられたことによって、あまり問題とされていなかった。
【０００４】
しかし、最近、鉄道の高速化が進み、輪重抜けや振動の原因の１つにレール頭頂の凹凸が考えられるようになった。ここでの輪重抜けとは、列車走行中に車輪が浮いて輪重が０になってしまう現象のことを意味し、列車の脱線の危険をはらみ、回避しなければならないことである。そこで、フランスの高速鉄道用レールの基準である「頭部のうねりは３ｍ当たり０．３ｍｍ以下」という基準が国内の鉄道会社より提案された。この基準は非常に厳しく、従来の矯正機を通ったレールの何割かがこれを満たせなくなった。
【０００５】
これに対して、矯正機の偏芯量の基準を厳しくしようとしたが、偏芯量を現在以上に小さくすることは非常に困難である。
【０００６】
Ｍｅｔａｌｌｕｇｉｃａｌ  Ｐｌａｎｔ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ２／１９９４に示されているように、欧州ミルではローラーを取り付けてから研削して偏芯を抑える技術が導入されている。この技術において、精度の高い研削機をローラーの研削できる場所に移動させることは、コストもかかるし、調整も難しい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
よって、本発明の目的は、現実的な偏芯をもつローラー矯正機を用いて、偏芯を抑えたローラーを用いて製造したのと同様な、真直度の高いレールを得ることができるローラー矯正方法および矯正機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、レールのローラー矯正実験を数多く行ない、以下の知見を得た。ｌ）ローラーの偏芯量が小さければ波状変形の波高も低い。
２）偏芯したローラーのレール長手方向に対して垂直な方向の変位の成分がそろっている場合、それほど偏芯量が小さくなくても、発生する波状変形の波高が低くなる。この場合、偏芯の位相がそろっている、と言うことにする。
３）後段から数えて３つ目までの偏芯が波状変形に寄与する影響が大きい。
【０００９】
これらの知見のうち、特に２）の知見を更に調べると、次のことがわかった。４）平均で０．５ｍｍ程度の偏芯があっても偏芯の位相の誤差が±６０°以内であれば波状変形の波高が０．３ｍｍ以下におさまる。
５）平均で０．３ｍｍ程度の偏芯があっても偏芯の位相の誤差が±９０°以内であれば波状変形の波高が０．３ｍｍ以下におさまる。
【００１０】
本発明は上記の知見に基づいて完成した高精度なレールを得るローラー矯正方法および矯正機である。
【００１１】
その要旨は以下の通りである。
【００１３】
（１）  千鳥に配置したローラー中を通す鉄道用レールの矯正方法において、後段から数えて少なくとも３つ以上のローラーの偏芯を測定しておき、偏芯に起因するローラー変位のうち、レール長手方向に対して垂直な方向成分を同一時刻で同一方向に変位させることを特徴とする真直度の高いレールを得るローラー矯正方法。
【００１４】
（２）  千鳥に配置したローラー中を通す鉄道用レールの矯正方法において、後段から数えて少なくとも３つ以上のローラーの偏芯を測定しておき、偏芯に起因するローラー変位のうち同一時刻におけるレール長手方向に対して垂直な方向成分を、同一方向における位相差の平均を±６０°以内とするように変位を制御することを特徴とする真直度の高いレールを得るローラー矯正方法。
【００１５】
（３）  千鳥に配置したローラー中を通す鉄道用レールの矯正方法において、後段から数えて少なくとも３つ以上のローラーの偏芯を測定しておき、これらのローラーの偏芯量を０．３ｍｍ以下に抑えた場合は、偏芯に起因するローラー変位のうち同一時刻におけるレール長手方向に対して垂直な方向成分を、同一方向の位相差の平均を±９０°以内とするように変位を制御することを特徴とする真直度の高いレールを得るローラー矯正方法。
【００１６】
（４）  千鳥に配置したローラー中を通す鉄道用レールの矯正機において、その後段から数えて少なくとも３つのローラーについて偏芯量の近いローラーを選んで組み立て、そのローラーがレールに垂直な方向に対して同一時刻および同一方向に、偏芯によって変位するようにしたことを特徴とするレール用ローラー矯正機。
【００１７】
（５）  千鳥に配置したローラー中を通す鉄道用レールの矯正機において、その後段から数えて少なくとも３つのローラーについて偏芯量の近いローラーを選んで組み立て、その偏芯量の差が０．１ｍｍ以内であるとき、そのローラーの同一時刻におけるレールに垂直な方向に対して偏芯によって生じる同一方向の変位の位相差を６０°以内としたことを特徴とするレール用ローラー矯正機。
【００１８】
（６）  千鳥に配置したローラー中を通す鉄道用レールの矯正機において、その後段から数えて少なくとも３つのローラーについて偏芯量の近いローラーを選んで組み立て、その偏芯量の差が０．０５ｍｍ以内であるとき、そのローラーの同一時刻におけるレールに垂直な方向に対して偏芯によって生じる同一方向の変位の位相差を９０°以内としたことを特徴とするレール用ローラー矯正機。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明について、図を参酌して詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の矯正機および矯正方法の概要を示す図である。
【００２１】
図１において、１は矯正されるレールである。２〜８は矯正ローラーである。これらのローラーのうち上ローラーである２〜５は駆動ローラー、下ローラーである６から８は従動ローラーである。１０は入側ピンチロール、１１は出側ピンチロール、そして、１２はベルトである。
【００２２】
まず、各ローラーの偏芯量とその位相は、レール側を固定点とした相対的なものとなるから、偏芯量とその位相をレールの反対側からローラーの変位の変化として測定した。９はこの変位を図るダイャルゲージである。これによって偏芯している方向とその量を得る。
【００２３】
次に、或る１本以外のローラーを無負荷で回転させ、所定の偏芯の位相を得る。つまり、偏芯の位相差は相対的なものであるから、どれか１つのロールに合わせて所定の偏芯の位相を得ることができる。
【００２４】
所定の位相を得た後、各従動ローラーが各駆動ローラーと連動するようにベルト１２をかける。
【００２５】
駆動ローラーの回転のスタートは一斉同時とする。噛み込み時にはレールとローラーの滑りによって位相が変化することのないよう留意する。例えば、歯形のついたベルト等を用いることにより位相の変化を防止することができる。
【００２６】
波状変形の波高はフランス高速鉄道のスペックである０．３ｍｍ以下になれば合格とする。なお、本発明での波状変形の波高の値は、前記スペックと同様に３ｍ当りの頭部のうねりの値を意味する。
【００２７】
図１および図２において、ローラーの形状の中心は●、回転の中心は×で示してある。この●と×とのずれが偏芯量である。●と×はできるだけ近づけてあるはずであるが、実際にはなかなかぴったりとは−致せず、０．２ｍｍから０．５ｍｍ程度平均でずれている。したがって、矯正中、ローラーとレールとの接点は●と×とのずれの２倍を全振幅として上下に往復する。
【００２８】
矯正で発生する波状変形の主原因はこの全てのローラーの上下運動が隣のローラーの上下運動と同期しないことに起因する。逆に言えば全ローラーが同時に同方向に同じ偏芯量で上下運動していれば波状変形が生じないことになる。
【００２９】
図１のような図を描いた場合、×に対して●の方向にローラーが変位していることを意味している。特に図１の場合は×に対して●が垂直上方にあり、全ローラーが上方へ変位した瞬間を示している。図１の瞬間の前も後も全ローラーは、垂直方向成分において移動方向がそろっているので、同一方向へ変位する。ここで、このようにローラーの変位する状態を「位相がそろった状態」と定義する。もしも、ここで、ローラーの偏芯量が全ローラーで等しいのならばローラーは相対的な変位を変化させないので、波状変形が生じない。
【００３０】
図２に「位相がそろっていない状態」を示す。このような状態の場合、×に対して●の方向が同一ではない。この状態では偏芯量が等しくなってもローラーの相対的な変位が変化するので、大きく波状変形が生じる可能性が出る。
【００３１】
図３に位相のそろったローラーの動きを示す。図３（ａ）は、ローラーが上方向に変位する場合で、図３（ｂ）は、下方向に変位する場合である。変位の方向１３に示すように、位相がそろうとローラーが上下方向で同一方向へ変位するので、発生する波状変形が小さい。
【００３２】
図４に位相が逆になったローラーの動きを示す。図４（ａ）は、逆方向に変位する場合で、図４（ｂ）は、同方向に変位する場合である。変位の方向１３に示すように、位相が逆になると、曲げ量の大きいときと小さいときとの差が大きくなる。これにより同じ偏芯量でも位相を逆にすることで最大の波状変形を生じさせることとなる。逆に図３の位相のそろった状態では同じ偏芯量でも最小の偏芯量となる。
【００３３】
ところで、波状変形の発生への寄与は後段ほど大きく、特に後段３ローラーの影響が大である。
【００３４】
図５に実験から得られた偏芯量の波高への寄与率を示す。ここで、♯３とは上ローラーで最後から２番目のローラー、♯４とは上ローラーで最後のローラー、♯７とは下ローラーで最後のローラーである。この図の実験条件は各ローラーを一つづつ大きく偏芯させ、他のローラーの偏芯量を０．３ｍｍ以下としたときに、発生した波状変形波高を偏芯量で割った値を寄与率とした。ただし、全ロールの偏芯量を０．３ｍｍ以下としたときの波高を差し引いている。このことから、後段の３ローラー（＃３、＃４、＃７）の影響が大きいことがわかる。したがって、少なくとも後段３ローラーについて位相がそろっていれば、位相制御した効果が出る。
【００３５】
ところで、偏芯量は小さいほど波状変形の波高が低くなる。０mmであればそれに越したことはない。現状では矯正ローラーの偏芯量は全ローラーの平均で０．５ｍｍ以内におさまっている。また、高精度な研削を施すと０．３ｍｍ以内におさめることができる。
【００３６】
そこで、現状レベルの偏芯量のあるローラーを用いて偏芯の位相差がどの範囲にあればよいのか検討し、実験で＃３−＃７の位相差と＃４−＃７の位相差の平均が６０°以内であれば、波高変形の波高が０．３ｍｍを超えないことがわかった。また、同様に０．３ｍｍの偏芯量であれば＃３−＃７の位相差と＃４−＃７の位相差の平均が９０°以内におさまっていれば、波高変形の波高が０．３ｍｍを超えないことがわかった。
【００３７】
ただし、矯正ローラー径が異なると一旦あった位相がずれることがあるので、好ましくは、ローラー径の径差は滑りで修正が効く１％以内であることが望ましい。
【００３８】
なお、全くの同一の位相でも発生する波形変形が最小となるとは限らない。なぜならば、偏芯量が各ローラーで異なるからである。
【００３９】
次に、本発明の矯正機について説明する。
【００４０】
図６は、本発明の矯正機の例の模式図を示す。
【００４１】
図６において、それぞれ、●はローラー形状の中心、×はローラーの回転中心である。即ち、それぞれ、ａ、ｂおよびｃは偏芯量である。この図ではレール１が左から右へ移動することを想定しているので、＃３ローラー４と＃４ローラー５は左回りに回転し、＃７ローラー８は右回りに回転する。したがって、α、βおよびγは位相角であり、αとβは左回りを正、γは右回りを正とする。
【００４２】
本発明は、図６中のａ、ｂおよびｃの距離を近い値とし、かつ、α、βおよびγの角度を近い値に設定したローラー矯正機である。
ａ、ｂおよびｃの値は、相対的に近い値であれば、０にならなくてもよい。これが本発明のメリットである。逆にａ、ｂおよびｃでどれか１つまたは２つが０であっても、残った他の値が大きければ、波状変形を生じさせる恐れがある。
【００４３】
ただし、相対的に近い値でさえあればよいわけではなく、その偏芯量の位相がそろっている必要がある。
【００４４】
ある波状変形の波高の基準を決めた場合、偏芯量と位相角には相対的関係が生じる。即ち、偏芯量の差が小さい場合、位相角の差の許容範囲が広くなり、偏芯量の差が大きい場合、位相角の許容範囲は狭くなる。
【００４５】
即ち、各ロールの偏芯量は、それぞれａ、ｂ、ｃであるから、偏芯量の最大はｍａｘ（ａ，ｂ，ｃ）である。そして、偏芯量の差は、｜ａ−ｃ｜と｜ｂ−ｃ｜であるから、偏芯量の差の最大はｍａｘ｛｜ａ−ｃ｜，｜ｂ−ｃ｜｝である。
【００４６】
そこで、多くの実験を行ない、その偏芯量と位相角の関係を調べた。この結果、波状変形の波高が０．３ｍｍ以下規定した場合で、後段３ロールの偏芯量の差が最大０．１ｍｍあったとすると、そのときの位相角の許容範囲は６０°以内となる。また、同じ波高の基準の場合、後段３ロールの偏芯の差が最大０．０５ｍｍあったとすると、そのときの位相角の許容範囲は９０°以内でなければならないことがわかった。即ち、ＴＧＶスペックが３ｍ当たり０．３ｍｍ以下の凹凸と規定しているので、これを満たすためには、偏芯量と位相角との間で上記の関係を満たしていなければならない。
【００４７】
即ち、一本のロールには偏芯量がなく（０．０ｍｍ）、これ以外のロールが０．３ｍｍ偏芯し、全てのロールの偏芯の位相が合っていた場合、偏芯量のないロールの偏芯量を０．３ｍｍまで増やしていくと波状変形の波高が低くなっていった。
【００４８】
ただし、矯正ローラー径が異なると一旦あった位相がずれることがあるので、好ましくは、ローラー径の径差は滑りで修正が効く１％以内であることが望ましい。
【００４９】
矯正ローラーの偏芯による変位の方向を合わせる目的で、後段の３ローラーは連動していることが必要である。そこで、好ましくは少なくとも後段の３ローラーはベルトまたはギアで連動して動くことが望ましい。
【００５０】
【実施例】
以下本発明の実施例を比較例と対比して説明する。
【００５１】
（実施例１）
本発明の矯正方法で矯正した条件と結果を表１に示す。
【００５２】
実施例１では偏芯が元々小さく、非常に位相角がよくそろっているので、波状変形の波高が非常に低かった。
【００５３】
実施例２では偏芯量が現状並みであるが、位相角がよくそろっているので波状変形の波高が低かった。
【００５４】
実施例３では偏芯量が現状並みであるが、個々の偏芯量に差がついているので実施例２ほど波高が低くならなかった。ただし、これでも充分に０．３ｍｍ以下の波状変形の波高は満足する。
【００５５】
実施例４では、偏芯量、位相角がともに実施例並みであるが、矯正前にできたうねりが高かったため実施例２ほど波状変形の波高は低くならなかった。
【００５６】
実施例５は現状の偏芯量で下ローラーの位相角をそろった状態から３０°進めたものである。この場合でも波状変形の波高はまだ充分に０．３ｍｍ以下である。
【００５７】
実施例６は現状の偏芯量で下ローラーの位相角をそろった状態から６０°進めたものである。この場合でも波状変形の波高は０．３ｍｍ以下であるが、ぎりぎりである。
【００５８】
比較例１は現状の偏芯量で下ローラーの位相角をそろった状態から９０°進めたものである。この場合では０．３ｍｍを超えた波高の波状変形が発生した。
【００５９】
実施例７は後段の偏芯量を０．３ｍｍ以下に抑えて、下ローラーの位相角をそろった状態から９０°進めた場合である。この場合でも波状変形の波高は０．３ｍｍ以下におさまった。
【００６０】
比較例２は後段の偏芯量を０．３ｍｍ以下に抑えて、下ローラーの位相角をそろった状態から１２０°進めた場合である。この場合は０．３ｍｍ以上の波高の波状変形が生じた。
【００６１】
比較例３は現状の偏芯量で位相角を＃７〜＃４間で９０°、＃７〜＃３間で４５°としたものである。＃７〜＃４間では規定内の位相差になっているが、＃７〜＃３間の位相差が大きいため、わずかに０．３ｍｍ以上の波高の波状変形が生じた。
【００６２】
実施例８は現状の偏芯量で位相角を＃７〜＃４間で１５°、＃７〜＃３間で７５°としたものである。＃７〜＃３間では規定外の位相差になっているが、＃７〜＃４間で位相差が小さいので波状変形は０．３ｍｍ以下におさまった。
【００６３】
比較例４は後段の偏芯量を０．３ｍｍ以下に抑えて、位相角を＃７〜＃４間で７５°、＃７〜＃３間で１８０°とした。この場合、＃７〜＃３間での位相差が大きいので波状変形の波高は０．３ｍｍを超えた。
【００６４】
実施例９は後段の偏芯量を０．３ｍｍ以下に抑えて、位相角を＃７〜＃４間で３０°、＃７〜＃３間で１２０°とした。この場合、波状変形の波高は０．３ｍｍ以内におさまった。
【００６５】
【表１】
0004074416.tif 000002
【００６６】
（実施例２）
本発明の矯正機を用いて矯正したレールの波状変形の発生状況を表２に示す。
【００６７】
実施例１１は偏芯量の差を０．０５ｍｍ以内、位相角の差を６０°以内に調整しているので、非常に小さい波状変形しか生じない。
【００６８】
実施例１２は偏芯量の差を０．０５ｍｍ以内、位相角の差を９０°以内に調整しているので、波状変形の波高は０．３ｍｍ以下におさまった。
【００６９】
実施例１３は偏芯量の差を０．１ｍｍ以内、位相角の差を６０°以内に調整しているので波状変形の波高は０．３ｍｍ以下におさまった。
【００７２】
比較例１１では偏芯量の差を０．０５ｍｍ以下に調整してあるが、位相角の差が９０°以内に調整していないので、波状変形の波高が０．３ｍｍ以内にならなかった。
【００７３】
【表２】
0004074416.tif 000003
【００７４】
【発明の効果】
本発明によって、偏芯のあるローラーを用いても、偏芯を高精度に抑えたローラーで製造したのと同様な波状変形の波高の小さい真直なレールを製造することができた。
【００７５】
更に、偏芯のあるローラーを用いたローラー矯正機に簡単な調整を施すことで、高精度なローラー矯正機とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ローラーの偏芯の位相を制御したレールの矯正機を示す図である。
【図２】ローラーの偏芯の位相を制御したレールの矯正機を示す図である。
【図３】位相のそろった場合のレールとローラーの変位を示す図である。
【図４】位相が逆になったときのレールとローラーの変位を示す図である。
【図５】各ローラーの波状変形への寄与率を示す図である。
【図６】本発明の矯正機の主要部を示す図である。
【符号の説明】
１  レール
２  ＃１ロール上ローラーのうち最初の矯正ローラー
３  ＃２ロール上ローラーのうち２番目の矯正ローラー
４  ＃３ロール上ローラーのうち３番目の矯正ローラー
５  ＃４ロール上ローラーのうち４番目（最後）の矯正ローラー
６  ＃５ロール下ローラーのうち最初の矯正ローラー
７  ＃６ロール上ローラーのうち２番目の矯正ローラー
８  ＃７ロール上ローラーのうち３番目（最後）のローラー
９  ローラー変位を測定するダイャルゲージ
１０  入側ピンチロール
１１  出側ピンチロール
１２  連動ベルト
１３  変位の方向
●  ローラーの形状の中心
×  ローラーの回転中心
ａ  ＃３ローラーの偏芯量
ｂ  ＃４ローラーの偏芯量
ｃ  ＃７ローラーの偏芯量
α  ＃３ローラーの位相角
β  ＃４ローラーの位相角
γ  ＃７ローラーの位相角
【図１】
0004074416.tif 000004
【図２】
0004074416.tif 000005
【図３】
0004074416.tif 000006
【図４】
0004074416.tif 000007
【図５】
0004074416.tif 000008
【図６】
0004074416.tif 000009