(57)【要約】【課題】  簡易にかつ精度良く実際のレールに生じる硬化層を模擬することのできる試験片におけるレール硬化層の作成方法及びその装置を提供する。【解決手段】  レール試験片におけるレール硬化層の作成方法において、実際のレール試験片からなる円筒体１を支持し、この円筒体１を一定速度で回転させ、この回転する円筒体１の周囲にレーザー光５を照射し、前記円筒体１の周囲にレール硬化層６を作成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）実際のレール試験片からなる円筒体を支持し、該円筒体を一定速度で回転させ、
（ｂ）前記回転する円筒体の周囲にレーザー光を照射し、
（ｃ）前記円筒体の周囲にレール硬化層を作成することを特徴とするレール試験片におけるレール硬化層の作成方法。
【請求項２】
（ａ）実際のレール試験片からなる長尺体を支持し、該長尺体を一定速度で直線状に移動させ、
（ｂ）前記直線状に移動する長尺体の上面にレーザー光を照射し、
（ｃ）前記長尺体の上面にレール硬化層を作成することを特徴とするレール試験片におけるレール硬化層の作成方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載のレール試験片におけるレール硬化層の作成方法において、前記円筒体又は長尺体に照射されるレーザー光の強度を制御することにより、前記レール硬化層の厚さを制御可能にすることを特徴とするレール試験片におけるレール硬化層の作成方法。
【請求項４】
請求項１又は２記載のレール試験片におけるレール硬化層の作成方法において、前記円筒体又は長尺体が回転又は直線状に移動する一定速度の速さを制御することにより、前記レール硬化層の厚さを制御可能にすることを特徴とするレール試験片におけるレール硬化層の作成方法。
【請求項５】
請求項１又は２記載のレール試験片におけるレール硬化層の作成方法において、前記円筒体又は長尺体に照射されるレーザー光の強度と前記円筒体又は長尺体が回転又は直線状に移動する一定速度の速さを制御することにより、前記レール硬化層の厚さを制御可能にすることを特徴とするレール試験片におけるレール硬化層の作成方法。
【請求項６】
（ａ）実際のレール試験片からなる円筒体と、
（ｂ）該円筒体を支持する支持手段と、
（ｃ）前記円筒体が支持された状態で、該円筒体を一定速度で回転させる回転駆動装置と、
（ｄ）前記回転する円筒体の周囲にレーザー光を照射する半導体レーザー装置とを具備することを特徴とするレール試験片におけるレール硬化層の作成装置。
【請求項７】
（ａ）実際のレール試験片からなる長尺体と、
（ｂ）該長尺体を支持する支持装置と、
（ｃ）前記長尺体が支持された状態で、該長尺体を一定速度で直線状に移動させる直線駆動装置と、
（ｄ）前記直線状に移動する長尺体の上面にレーザー光を照射する半導体レーザー装置とを具備することを特徴とするレール試験片におけるレール硬化層の作成装置。
【請求項８】
請求項６又は７記載のレール試験片におけるレール硬化層の作成装置において、前記半導体レーザー装置から照射されるレーザー光の強度を制御するレーザー光の強度制御装置を具備することを特徴とするレール試験片におけるレール硬化層の作成装置。
【請求項９】
請求項６又は７記載のレール試験片におけるレール硬化層の作成装置において、前記円筒体又は長尺体が回転又は直線状に移動する一定速度の速さを制御する速度制御装置を具備することを特徴とするレール試験片におけるレール硬化層の作成装置。
【請求項１０】
請求項６又は７記載のレール試験片におけるレール硬化層の作成装置において、前記半導体レーザー装置から照射されるレーザー光の強度を制御するレーザー光の強度制御装置と、前記円筒体又は長尺体が回転又は直線状に移動する一定速度の速さを制御する速度制御装置とを具備することを特徴とするレール試験片におけるレール硬化層の作成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試験片におけるレール硬化層の模擬方法に係り、特に、円筒転がり実験における試験片に付加する硬化層の作成方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、実際のレールに生じる硬化層の膜厚を精度良く模擬した円筒試験片の作成方法は提案されていなかった。
【０００３】
そのため、模擬硬化層の作成方法として、試験片同士を滑らせた時のすべり摩擦による発熱を利用した方法（下記非特許文献１参照）が用いられているが、実際のレール硬化層の厚さを精度良く再現することできる方法ではなかった。
【非特許文献１】Ｒ．Ｉ．Ｃａｒｒｏｌｌ  ａｎｄ  Ｊ．Ｈ．Ｂｅｙｎｏｎ“Ｒｏｌｌｉｎｇ  ｃｏｎｔａｃｔ  ｆａｔｉｇｕｅ  ｏｆ  ｗｈｉｔｅ  ｅｔｃｈｉｎｇ  ｌａｙｅｒ：Ｐａｒｔ  １  Ｃｒａｃｋ  ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ”，Ｗｅａｒ，Ｖｏｌｕｍｅ  ２６２，Ｉｓｓｕｅｓ  ９−１０，２００７年４月１０日，ｐｐ．１２５３−１２６６
【非特許文献２】辻江  正裕，中村  崇，金  鷹，名村  明，「レール白層周辺傷のパーライト部への影響」、第１４回鉄道技術連合シンポジウム、（２００７）、ｐｐ．７１−７２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記したように、これまで発表されている研究の実験では、車輪の接触により生じるレール表面硬化層の厚さ〔おおよそ１００μｍ以下で分布（上記非特許文献２参照）〕を精度良く模擬する方法はなかった。上記非特許文献１で作製された模擬硬化層の厚さはおおよそ３０〜４０μｍに限定されていた。しかし、多くの実験データを収集するためには、実際のレール硬化層の厚さを精度良く再現することができ、さらに作成されるレール硬化層の膜厚は既存手法のものより多様である必要がある。
【０００５】
本発明では、試験材を一定速度で移動させる駆動装置を備え、半導体レーザー装置を用いて試験材に熱加工を行うことで、目標とする膜厚で、かつ試験材の周りに一定な膜厚の硬化層が模擬された硬化層付加試験片を作製できる。この方法により簡易にかつ精度良く実際のレールに生じる硬化層を模擬することができる試験片の作成が可能であり、また、付加する硬化層の膜厚も実験条件に合わせて制御することが可能である。
【０００６】
本発明は、上記状況に鑑みて、簡易にかつ精度良く、実際のレールに生じる硬化層を模擬することができる試験片におけるレール硬化層の作成方法及びその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕レール試験片におけるレール硬化層の作成方法において、実際のレール試験片からなる円筒体を支持し、この円筒体を一定速度で回転させ、前記回転する円筒体の周囲にレーザー光を照射し、前記円筒体の周囲にレール硬化層を作成することを特徴とする。
【０００８】
〔２〕レール試験片におけるレール硬化層の作成方法において、実際のレール試験片からなる長尺体を支持し、この長尺体を一定速度で直線状に移動させ、前記直線状に移動する長尺体の上面にレーザー光を照射し、前記長尺体の上面にレール硬化層を作成することを特徴とする。
【０００９】
〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載のレール試験片におけるレール硬化層の作成方法において、前記円筒体又は長尺体に照射されるレーザー光の強度を制御することにより、前記レール硬化層の厚さを制御可能にすることを特徴とする。
【００１０】
〔４〕上記〔１〕又は〔２〕記載のレール試験片におけるレール硬化層の作成方法において、前記円筒体又は長尺体が回転又は直線状に移動する一定速度の速さを制御することにより、前記レール硬化層の厚さを制御可能にすることを特徴とする。
【００１１】
〔５〕上記〔１〕又は〔２〕記載のレール試験片におけるレール硬化層の作成方法において、前記円筒体又は長尺体に照射されるレーザー光の強度と前記円筒体又は長尺体が回転又は直線状に移動する一定速度の速さを制御することにより、前記レール硬化層の厚さを制御可能にすることを特徴とする。
【００１２】
〔６〕レール試験片におけるレール硬化層の作成装置において、実際のレール試験片からなる円筒体と、この円筒体を支持する支持手段と、前記円筒体が支持された状態で、この円筒体を一定速度で回転させる回転駆動装置と、前記回転する円筒体の周囲にレーザー光を照射する半導体レーザー装置とを具備することを特徴とする。
【００１３】
〔７〕レール試験片におけるレール硬化層の作成装置において、実際のレール試験片からなる長尺体と、この長尺体を支持する支持装置と、前記長尺体が支持された状態で、この長尺体を一定速度で直線状に移動させる直線駆動装置と、前記直線状に移動する長尺体の上面にレーザー光を照射する半導体レーザー装置とを具備することを特徴とする。
【００１４】
〔８〕上記〔６〕又は〔７〕記載のレール試験片におけるレール硬化層の作成装置において、前記半導体レーザー装置から照射されるレーザー光の強度を制御するレーザー光の強度制御装置を具備することを特徴とする。
【００１５】
〔９〕上記〔６〕又は〔７〕記載のレール試験片におけるレール硬化層の作成装置において、前記円筒体又は長尺体が回転又は直線状に移動する一定速度の速さを制御する速度制御装置を具備することを特徴とする。
【００１６】
〔１０〕上記〔６〕又は〔７〕記載のレール試験片におけるレール硬化層の作成装置において、前記半導体レーザー装置から照射されるレーザー光の強度を制御するレーザー光の強度制御装置と、前記円筒体又は長尺体が回転又は直線状に移動する一定速度の速さを制御する速度制御装置とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、簡易にかつ精度良く実際のレールに生じる硬化層を模擬したレール試験片の作成を行い、レール試験片の評価を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明のレール試験片におけるレール硬化層の作成方法は、実際のレール試験片からなる円筒体を支持し、この円筒体を一定速度で回転させ、前記回転する円筒体の周囲にレーザー光を照射し、前記円筒体の周囲にレール硬化層を作成する。
【実施例】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２０】
図１は本発明の第１実施例を示すレール硬化層の作成装置を示す模式図、図２はそのレール硬化層の作成装置の作動状態を示す図である。
【００２１】
これらの図において、１はレールの試験片となる円筒体、１Ａはこの円筒体１を固定し、かつ、レーザーの熱を上手に逃がす（吸収する）金属の治具としての支持部材、２はこの円筒体１及び支持部材１Ａを支持するベアリング装置２Ａを有する支持装置であり、支持部材１Ａとベアリング装置２Ａを有する支持装置２が円筒体１の支持手段となる。３はこの支持装置２によって支持された円筒体１を回転させる出力軸３Ａを有する回転駆動装置（モータＭ）、４はこの回転する円筒体１の周囲にレーザー光を照射する半導体レーザー装置、５はこの半導体レーザー装置４から照射されるレーザー光、６はレーザー光照射によって作成された円筒体１の周囲に作成されたレール硬化層、７は半導体レーザー装置４のレーザー光の強度制御装置、８は回転駆動装置３の回転速度制御装置である。
【００２２】
図２に示すように、回転速度制御装置８で、一定速度に制御された回転駆動装置３の駆動によって回転している円筒体１に、レーザー光の強度制御装置７で強度を調整された半導体レーザー装置４からのレーザー光５を照射する。このように、レール硬化層の作成装置を作動させ、半導体レーザー装置４を用いて試験片となる円筒体１を熱加工することにより、円筒体１の周囲にレール硬化層６が作成される。
【００２３】
図３は本発明の第２実施例を示すレール硬化層の作成装置の作動状態を示す図、図４は図３のレール硬化層の作成装置によって作成されたレールの試験片となる長尺体の上面のレール硬化層を示す図である。
【００２４】
これらの図において、１１はレールの試験片となる長尺体、１２はこの長尺体１１を支持する支持装置、１３はこの支持装置１２によって支持された長尺体１１を直線状に移動させる直線駆動装置、１４はこの直線駆動装置１３によって移動する長尺体１の上面にレーザー光を照射する半導体レーザー装置、１５はこの半導体レーザー装置１４から照射されるレーザー光、１６はレール硬化層である。図示していないが、半導体レーザー装置１４にはレーザー光の強度制御装置が接続され、直線駆動装置１３には移動速度制御装置が接続される。
【００２５】
図３に示すように、移動速度制御装置（図示なし）で一定速度に制御された直線駆動装置１３の駆動によって直線状に移動している長尺体１１を、レーザー光の強度制御装置（図示なし）で強度を調整した半導体レーザー装置１４からのレーザー光１５で照射する。このように、レール硬化層の作成装置を作動させ、半導体レーザー装置１４を用いて試験片となる長尺体１１を熱加工することにより、長尺体１１の上面にレール硬化層１６が作成される。
【００２６】
表１は本発明のレール硬化層の作成装置による半導体レーザー加工条件を示す例（レールの試験片の送り速度は３ｍ／ｍｉｎ）である。
【００２７】
【表１】
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表１に示したように、レールの試験片である円筒体又は長尺体の送り速度を３ｍ／ｍｉｎとした時、（１）半導体レーザー出力が９００Ｗの場合、レール硬化層の膜厚はおおよそ５μｍ、（２）９５０Ｗの場合、レール硬化層の膜厚はおおよそ１５μｍ、（３）１０００Ｗの場合、レール硬化層の膜厚はおおよそ３０μｍ、（４）１１００Ｗの場合、レール硬化層の膜厚はおおよそ６０μｍ、（５）１２００Ｗの場合、レール硬化層の膜厚はおおよそ９０μｍ、（６）１３００Ｗの場合、レール硬化層の膜厚はおおよそ１２０μｍとなった。
【００２８】
表２は本発明のレール硬化層の作成装置による半導体レーザー加工条件を示す例（レールの試験片の送り速度は２ｍ／ｍｉｎ）である。
【００２９】
【表２】
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表２に示したように、レールの試験片である円筒体又は長尺体の送り速度を２ｍ／ｍｉｎとした時、（１）半導体レーザー出力が１０００Ｗの場合、レール硬化層の膜厚はおおよそ１３０μｍ、（２）１２００Ｗの場合、レール硬化層の膜厚はおおよそ２００μｍとなり、（３）１５００Ｗの場合、円筒体の周囲又は長尺体の上面が溶融した。
【００３０】
表１及び表２から明らかなように、半導体レーザー装置からレーザー光を制御し、レーザー光の強度を変化させて円筒体又は長尺体のレール試験片に照射することにより、レール硬化層の膜厚が変化することがわかる。また、レール試験片の送り速度を制御して変化させることにより、レール硬化層の膜厚が変化することがわかる。
【００３１】
このように、本発明によれば、レールの試験片にレーザー光を照射し、熱加工することにより、レール硬化層を作成することができる。その作成されるレール硬化層の膜厚は、レーザー光の強度の制御、またはレール試験片の送り速度の制御によって、所望の膜厚に変化させることができる。
【００３２】
よって、従来の円筒転がり実験に用いるレール試験片への硬化層の作成を、簡単な装置で、しかも自在に実施し、容易にレール試験片の評価を行うことができる。例えば、レールの試験片にレール硬化層の膜が容易に生成されるものよりは、容易に生成されないものの方がレールとしては良質であると言える。
【００３３】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明のレール試験片におけるレール硬化層の作成方法及び装置は、簡易にかつ精度良く実際のレールに生成する硬化層を模擬することができる試験片におけるレール硬化層の作成ツールとして利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施例を示すレール硬化層の作成装置を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施例を示すレール硬化層の作成装置の作動状態を示す図である。
【図３】本発明の第２実施例を示すレール硬化層の作成装置の作動状態を示す図である。
【図４】本発明の第２実施例を示すレール硬化層の作成装置によって作成されたレールの試験片となる長尺体の上面のレール硬化層を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    レールの試験片となる円筒体
１Ａ    支持部材
２，１２    支持装置
２Ａ    ベアリング装置
３    回転駆動装置
３Ａ    出力軸
４，１４    半導体レーザー装置
５，１５    レーザー光
６，１６    レール硬化層
７    レーザー光の強度制御装置
８    回転速度制御装置
１１    レールの試験片となる長尺体
１３    直線駆動装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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