(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レールを支持する鉄製の床板の内部に設けられた空間部内に設置されて床板を加熱する融雪装置であって、
表面が絶縁樹脂で覆われた平角マグネットワイヤを隣接ワイヤ同士で隙間を開けずに密に同心渦巻き状に巻回してなる空心複層巻構造の複数個の誘導コイルが直列に接続されて矩形状基板の上面に一列に並べられ、且つ各誘導コイル全体が絶縁体で被覆されて前記基板上に固定されてなる薄板状のヒータ本体を、
その上面に板状の高熱伝導部材を重ねて前記空間部内に配置し、ヒータ本体に商用周波数電源電圧を供給して前記床板を誘導加熱することを特徴とする誘導加熱式融雪装置。
【請求項２】
ヒータ本体下面に部分的に接触するバネ片などの押圧部材をヒータ本体とともに床板内部の空間部内に設け、ヒータ本体の上面に配した高熱伝導部材が床板に圧接するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱式融雪装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レールを支持する床板内部にヒータを装填して床板を加熱する融雪装置であって、ヒータに誘導コイルが組み込まれ、誘導磁界により床板を加熱する方式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道・軌道用のレールポイント部及びその周辺部（以下、ポイント部という）には、氷雪が付着・凍結して切り換え動作に支障が生じることを防止するため、ポイント部を加熱する融雪装置が取り付けられる。
その一つとして、レール下側に敷設する床板の内部に発熱体を装着し、発熱体が発する熱量で床板を加熱してポイント部を融雪する床板差込型融雪器が知られている（実公平１−１８６４３号公報等）。
また、発熱体を用いずに加熱する方式のものとして、レールに誘導コイルを取り付け、コイルで誘導した磁界でレールに渦電流を生じさせ、これに伴い発生するジュール熱によってレール自体を発熱させる誘導加熱式融雪器が知られている（実開平１−１５０６０１号公報等）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の内、前者においては、発熱体が床板内に収納されているので、発熱体から雰囲気中に直接放散する熱量は少ないものの、ポイント部の加熱は発熱体を介して二次的に行われ、発熱体から床板に熱量が伝導する際に損失を生じ、ポイント部に対する加熱効率は悪く、消費電力も多いという問題がある。
後者においては、レールが直に発熱し、誘導コイルの内部発熱以外に損失がないため、原理的には発熱体を用いる加熱方式のものと比較してポイント部に対する加熱効率を良好にできるものの、誘導コイルの巻き数が少ないため誘導結合率が悪く、レールが発熱するに十分な磁界を誘導するためには、商用電源よりも高周波の専用の電源装置を用いなければならないという問題がある。
【０００４】
一方、この種融雪装置以外の技術分野では、渦巻型の誘導コイルを用いて誘導加熱する装置が知られており（特開昭６０−８９号公報等）、これをポイント部の加熱に利用することも考えられる。しかし、前述の通り、誘導加熱式の融雪装置には、第１に耐震性及び耐候性を備えポイント部に安定的に設置できる構造であること、第２にポイント部が発熱するに十分な大きさの磁界を誘導できるとともに発生熱量の損失が少ないこと、第３に現場での取り付け作業が容易であることなどが必要とされ、公知の渦巻型の誘導コイルをそのまま融雪装置に適用できない。
【０００５】
本発明はこのような問題点に鑑み、誘導コイルを用いてポイント部の融雪を行う装置において、安定的且つ簡易に設置でき、ポイント部に大きな磁界を誘導して加熱できるようにすることを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明は、レールを支持する鉄製の床板の内部に設けられた空間部内に設置されて床板を加熱する融雪装置であって、誘導磁界により渦電流を発生させてポイント部を直接発熱させる誘導加熱方式のものであり、表面が絶縁樹脂で覆われた平角マグネットワイヤを隣接ワイヤ同士で隙間を開けずに密に同心渦巻き状に巻回してなる空心複層巻構造の複数個の誘導コイルが直列に接続されて矩形状基板の上面に一列に並べられ、且つ各誘導コイル全体が絶縁体で被覆されて前記基板上に固定されてなる薄板状のヒータ本体を、その上面に板状の高熱伝導部材を重ねて前記空間部内に配置し、ヒータ本体に商用周波数電源電圧を供給して前記床板を誘導加熱することを特徴としている。
【０００７】
これによれば、誘導コイルを具備したヒータ本体を床板内部に配置することにより、床板に磁界を漏れなく誘導させることができ、ヒータ本体と床板とのギャップ（距離）も小さいので、床板に効率的に渦電流を発生させて発熱させることができる。
また、平角マグネットワイヤを用いることで誘導コイルの巻き数を多くすることができるので、床板に大きな磁束密度で磁界を誘導できて被加熱体の渦電流が大きくなり、商用周波数電源を用いてもポイント部を融雪するに十分な発熱量を得ることができる。
ヒータ本体は、誘導コイル全体を絶縁体で被覆して形成されているので、雨水や埃塵に対する耐久性に優れ、衝撃や振動を受けても接続配線が外れたりせず、床板内に安定的に設置しておくことができる。また、本装置は床板差込型なので、設置や取り外し作業も容易である。
【０００８】
ヒータ本体は、床板内部の空間部の広さや必要とされる発熱量などの設置条件に応じ、適宜な数の誘導コイルを用いて構成することができる。
詳しくは、例えば絶縁材からなる薄板を基板としてその上に誘導コイルを載せ、誘導コイルを複数個用いる場合は隣接させて並置し、短絡を起こさないようにコイルの両端部を基板の上下両面にそれぞれ取り回して配線し、その上でシリコンなどの絶縁樹脂やゴムなどの絶縁材で誘導コイルと基板を一体にモールドし、さらにテフロンなどの絶縁樹脂フィルムで全体を包被して形成される。誘導コイルと基板に絶縁樹脂フィルムを巻きつける方法で絶縁封止できる場合は、絶縁体によるモールド工程を省いても一体化することができる。
【０００９】
前記構成において、ヒータ本体は、一本のマグネットワイヤで複数個の誘導コイルを連続一体化して構成し、電源供給端子との接続部以外に導線の接続部がない構造とすることができる。
【００１０】
また、前記構成において、ヒータ本体下面に部分的に接触するバネ片などの押圧部材をヒータ本体とともに床板内部の空間部内に設け、ヒータ本体上面側が床板に圧接するように設けることが好ましい。
ヒータ本体上面側が床板に圧接していれば、誘導コイルと被加熱体である床板との接近状態を維持できるので、レールを支持する床板上面部に渦電流を効率的且つ無駄なく発生させて発熱量を増加させることができる。
また、ヒータ本体の下側に押圧部材が設けてあれば、ヒータ本体と床板が密着してヒータ本体が安定的に固定されるとともに、床板空間部の下側部分とヒータ本体との間にギャップが形成され、且つ押圧部材がヒータ本体下面に部分的に接触する構造のものであれば、ヒータ本体下面が他の部材と接触する面積が小さくなって下面方向への熱絶縁性が高くなり、被加熱体方面以外、すなわちヒータ本体上面方向以外への放熱を減じて床板に対する加熱効率を良好にすることができる。ヒータ本体の絶縁体の部分の温度も比較的低く保つことができる。
なお、押圧部材としては、バネ片やスプリングコイル、ゴムなどの弾性体、その他ヒータ本体を上方に押圧する作用をなす適宜な部材を用いることができる。
【００１１】
さらに上記構成において、ヒータ本体上面に銅板などの高熱伝導部材を配して床板全体が均一に加熱されるように設けることが好ましい。
誘導コイルを介して床板を発熱させた場合、誘導磁界が強い部分と弱い部分では発熱量が異なり、床板内で発熱の偏りが生じるが、発熱領域であるヒータ本体との接触部分に高熱伝導部材を設けておけば、この熱伝導部材を通じて床板上面部全体を均一にムラ無く温度上昇させることができる。
なお、高熱伝導部材としては、銅などの高い熱伝導性を有する部材を用いることができ、また、ヒータ本体上面全体又は空間部内の上面部全体に接合する大きさのものを用いることが好ましい。
【００１２】
また、上記構成において、平角マグネットワイヤを空心複層巻構造とした誘導コイルを用いることにより誘導磁界をより大きくして発熱量の増加が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の融雪装置は、床板を内部から加熱してポイント部の融雪を行う方式の融雪装置であって、加熱方式として渦電流を生じさせて床板自体を直接発熱させるとともに、励磁コイル損に伴う発熱エネルギーも被加熱体である床板に、より効率的に伝達させる方式のものである。以下、本発明の好適な実施例を図面を参照して説明する。
【００１４】
図１及び図２は本発明の融雪装置が設置されたポイント部を示している。図中、符号１は柱木、２は柱木の上面に固定された鉄製の床板、３は床板の上面で支持されたレール、４は融雪装置、５は融雪装置の位置を固定する脱落防止金具である。床板２は、その内部に少なくとも後述のヒータ本体を配置可能な大きさを有する空間部２１が設けられ、この空間部と通ずる挿入口２２が側面に形成されている（図７参照）。
【００１５】
本例の融雪装置４は、図３に示されているように、ヒータ本体４１、ヒータ本体を支持する枠板４２、枠板の端部に取り付けられたコネクターボックス４３及び配電ケーブル４４により構成されている。
【００１６】
ヒータ本体４１は、図４に示されているように、導線を偏平な渦巻状に密に巻回してなる四つの誘導コイル４１１を備え、これらを絶縁材からなる基板４１２の上に一列に並べて直列に接続し、各コイル及び基板の表面を絶縁体により被覆して薄板状に形成されている。
【００１７】
詳しくは、四つの誘導コイル４１１は、表面が絶縁樹脂４１１ｂでコーティングされた一本の平角マグネットワイヤ４１１ａで連続一体化され、且つマグネットワイヤを空心単層で密に巻きつけて構成されており、それぞれ基板４１２の上面に並置されている。
また、基板４１２は、図５に示されているように、短手方向を誘導コイル４１１の直径よりも若干大きな寸法とした矩形状を呈しており、その一方の側部に所定の間隔を開けて切り欠き４１２ａを設け、誘導コイル４１１を載せたときに各コイルの中心部と重なる位置には開口４１２ｂを設け、他方の側部には縁端部から各開口４１２ｂまで連ねたスリット４１２ｃをそれぞれ設けて形成されている。
【００１８】
各コイルは、同心状に巻かれたコイル外周から隣接するコイルの中心に延びるワイヤ部分を、基板４１２の側部に設けた切り欠き４１２ａに挿通させて基板裏面側に取り回し、さらに他側部に設けたスリット４１２ｃに挿通させて当該スリット内を開口４１２ｂまでずらし、開口４１２ｂから基板表面側に取り回して再び同心状にコイルが巻かれて、交差し合うコイルのワイヤ部分が基板４１２を挟んで短絡せず、且つ一本のワイヤ４１１ａで一体化して設けてある。
【００１９】
基板４１２上に並置された各誘導コイル４１１は、シリコンなどの絶縁樹脂４１３やゴムなどの絶縁材で基板と一体にモールドされて薄板状に固化され、さらにテフロンなどの絶縁樹脂フィルム４１４で全体が包被されてヒータ本体４１を構成する。
なお、基板４１２上に並べた誘導コイル４１１を薄肉のシリコンゴムで薄く被覆し、これをプレス成形して各コイルが基板上に固定されるようにしてもよく、また、誘導コイル４１１を絶縁状態で基板４１２上に固定可能であれば、前記モールド工程を省き、例えばテフロン製の粘着テープを誘導コイル４１１と基板４１２に巻きつけて一体化してもよい。
【００２０】
薄板状にモールドされたヒータ本体４１は、側部にコネクターボックス４３が連結した皿状の枠板４２の上面に固着され、コネクターボックス４３内で配電ケーブル４４と誘導コイル４１１群の両端のワイヤとが接続される。なお、ヒータ本体４１と枠板４２及びコネクターボックス４３の境界部分、コネクターボックス４３内の配線部分には、それぞれシリコン樹脂が注入され一体に固化される。
【００２１】
このように構成される融雪装置４は、図７に示されているように、矩形鋼板を短手方向に湾曲させてなるバネ片６がヒータ本体４１の下側に当てがわれ、ヒータ本体４１がバネ片６とともに前記挿入口２２から床板２の空間部２１内へ装填され、床板２の側面に当接したコネクターボックス４３に脱落防止金具５を係合させて柱木１上に固定される。
【００２２】
床板２の空間部２１内に装填されたヒータ本体４１は、図８に示されているように、その下面の略々中央部分にバネ片６の湾曲頂部が接して上方に押圧され、誘導コイル４１１を並置させた上面が床板２の上面部に密着状態で圧接する。
そして、この状態で配電ケーブル４４に通電すれば、各誘導コイル４１１が誘導する磁界で床板２に渦電流を生じさせ、これに伴い発生するジュール熱によって床板２の上面部を発熱させ、ポイント部を融雪することができる。
【００２３】
この場合、誘導磁界は床板２に密着して接する各誘導コイル４１１の配置位置によって強弱が有り、そのため床板２の位置によって発熱量が異なり、床板２には温度ムラが生じるが、図９に示されているように、空間部２１の上面部の略全体に接合する大きさを有する銅板などの高熱伝導部材７をヒータ本体４１の上面に設置すれば、高熱伝導部材７を通じて床板２の上面部全体を均一にムラ無く温度上昇させることができる。
【００２４】
なお、実施例のヒータ本体４１は四つの誘導コイル４１１を一列に並べて構成したが、誘導コイルの使用数やその配置は適宜変更可能である。誘導コイル４１１は平角マグネットワイヤを空心単層巻構造としたものを用いたが、より大きな誘導磁界を得るため、複層巻構造としたものを用いてもよい。ヒータ本体４１とともに空間部２１内に設置する押圧部材は、ヒータ本体４１の下面に部分的に接してヒータ本体４１を上方に押圧するものであれば、バネ片６以外の形態のものを用いることができる。
【００２５】
また、本発明の装置は誘導コイルを内蔵したヒータ本体を床板に差し込む構造のものであるが、従来から利用されているレール腹部側面に取り付ける構造の融雪装置に同構成のヒータ本体を内蔵させることにより、直接レール腹部に渦電流を発生させる融雪器として利用することを制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の融雪装置がポイント部に設置された状態を上方から見た図である。
【図２】本発明の一実施例の融雪装置がポイント部に設置された状態を側方から見た図である。
【図３】図１の融雪装置の平面図である。
【図４】融雪装置を構成するヒータ本体の上面側と下面側を示した図である。
【図５】ヒータ本体を構成する基板の平面図である。
【図６】ヒータ本体の部分拡大断面を示した図である。
【図７】図１の融雪装置を取り付ける手順を説明するための図である。
【図８】ヒータ本体が装填された床板の断面を示す図である。
【図９】高熱伝導部材とともにヒータ本体が装填された床板の断面を示す図である。
【符号の説明】
１  柱木
２  床板
２１  空間部
２２  挿入口
３  レール
４  融雪装置
４１  ヒータ本体
４１１  誘導コイル
４１２  基板
４２  枠板
４３  コネクターボックス
４４  配電ケーブル
５  脱落防止金具
６  バネ片
７  高熱伝導部材
【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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【図８】
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【図９】
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