(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的絶縁のためにレール継目にレール絶縁体を介在してなる軌道において、前記レール絶縁体の近傍のレールを電流減少手段が施されたレールとしたことを特徴とするレール絶縁方式。
【請求項２】
前記電流減少手段を抵抗体で構成したことを特徴とする請求項１記載のレール絶縁方式。
【請求項３】
前記抵抗体が粒状抵抗体であることを特徴とする請求項２記載のレール絶縁方式。
【請求項４】
前記抵抗体がレールの表面側にのみ設けられていることを特徴とする請求項２または３項記載のレール絶縁方式。
【請求項５】
前記抵抗体が前記レール絶縁体に向かって抵抗値が高くなるように設けたことを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項記載のレール絶縁方式。
【請求項６】
前記抵抗体を抵抗膜としたことを特徴とする請求項２，４，５のいずれか１項記載のレール絶縁方式。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気鉄道のレール継目にレール絶縁体を介在して構成する軌道において、車輪が前記レール絶縁体を通過するときに、電流路が切り換わることにより発生する火花を減少する手段に関する。
【０００２】
【従来技術】
電気鉄道の運転用の電力は変電所から電車線路にき電され、電気車を動かした後にレールなどの帰線を経て変電所にもどる。この電気鉄道き電回路は、直流と交流の２種類ある。直流の場合、運転電流が大きく、事故電流が大きい特徴を有する。
【０００３】
以下、直流の例について説明する。
【０００４】
直流き電方式では、一般に隣接変電所間で並列にき電されている。変電所の間隔はおよそ５〜１０ｋｍ程度であり、また、電流が大きいため、トロリ線と並列にき電線を設けるのが普通である。
【０００５】
直流き電回路の線路定数は、電車線路の構成、レールから大地への漏れ電流の大小などによって多少異なるが、ＪＲの直流き電回路の線路定数は表１に示すとおりである。大地漏れ電流は線路によって異なるが、一般には０％または１０％として計算される。
【０００６】
【表１】
0003808782.tif 000002
【０００７】
図５は軌道回路境界での電流の流れ方の説明図である。
【０００８】
インピーダンスボンド３０、３０’は、その１次巻線３１、３１’の両端が軌道回路境界の絶縁部材であるレール絶縁体４０を挟んだレール間に接続される。
【０００９】
図４は従来のレール絶縁方式における動作説明図である。
【００１０】
図４（ａ）は火花が発生する直前の状態を示す図である。図４（ｂ）は火花が発生した状態を示す図である。
【００１１】
図４（ａ）の場合、トロリ線１５から給電される直流電流は、以下の２つの経路▲１▼▲２▼を流れることになる
▲１▼トロリ線１５→パンタグラフ１６→車体１７内の図示しないモータや電力変換器等の制御器→車輪１１、１２（図示しない経路）、１３→レール４４→インピーダンスボンド３０、３０’の中性点３３で接続した両１次巻線３１、３１’→レール４３を介して変電所へ直流電流が流れる経路。
【００１２】
▲２▼トロリ線１５→パンタグラフ１６→車体内の図示しないモータや電力変換器等の制御器→車輪１４→レール４３を介して変電所へ直流電流が流れる経路。
【００１３】
この時、車両は矢印方向に走行中とする。走行につれて図４（ａ）の状態から図４（ｂ）の状態に切り替わる。この経過を車輪１４とレール４４および４３との関係に絞って見てみる。
【００１４】
図４（ｃ）の状態では、車輪１４はレール４３に接しているので、電流は車輪１４からレール４３へ流れる。
【００１５】
図４（ｄ）の状態になると、車輪１４はレール４３と非接触となりレール絶縁体４０に乗り上げる。直流電車線路の供給電圧は１例を示せば１５００Ｖとなっている。電圧は低いが大電流が流れている。この時、車輪１４とレール４３の間に火花が飛ぶ。
【００１６】
この現象を以下の２つの場合について説明することができる。
（１）車輪１４がレール絶縁体４０に乗り上げたとき、
他の車輪も他のレール絶縁体に乗り上げている場合、上記供給電圧が車輪とレール間にかかり、絶縁が破壊し火花が飛ぶ。
（２）車輪１４がレール絶縁体４０に乗り上げたとき、
（電流路▲１▼）他の車輪１１、１２、１３→レール４４→インピーダンスボンド３０、３０’の中性点３３で接続した両１次巻線３１、３１’→レール４３の電流路、
が形成される。
【００１７】
上記（電流路▲１▼）はインピーダンスボンド３０、３０’の中性点３３で接続した両１次巻線３１、３１’を流れる。上記巻線の充電電流は短時間に急激に変化できないので、車輪１４とレール４３との間の電流は継続して流れようとして火花を発生する。
【００１８】
図４（ｅ）の状態になると、車輪１４はレール４４に接するので、電流は車輪１４からレール４４へ安定に流れるようになる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
前記のようにレール端に火花が発生すると、レール端が火花のエネルギによって欠損する。この欠損箇所に走行中車輪が落ち込むと、衝撃音および振動を発生することになる。この衝撃音は騒音として問題になり、振動は安全性の問題となっている。
【００２０】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、火花によるレールの欠損を減少するようにしたレール絶縁方式を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を達成するために以下の解決手段を採用する。
（１）レール絶縁方式において、電気的絶縁のためにレール継目にレール絶縁体を介在してなる軌道において、前記レール絶縁体の近傍のレールを電流減少手段が施されたレールとしたことを特徴とする。
（２）上記（１）記載のレール絶縁方式において、前記電流減少手段を抵抗体で構成したことを特徴とする。
（３）上記（２）記載のレール絶縁方式において、前記抵抗体が粒状抵抗体であることを特徴とする。
（４）上記（２）または（３）記載のレール絶縁方式において、前記抵抗体がレールの表面側にのみ設けられていることを特徴とする。
（５）上記（２）ないし（４）のいずれか１項記載のレール絶縁方式において、前記抵抗体が前記レール絶縁体に向かって抵抗値が高くなるように設けたことを特徴とする。
（６）上記（２）、（４）、（５）のいずれか１項記載のレール絶縁方式において、前記抵抗体を抵抗膜としたことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図を参照して詳細に説明する。
【００２３】
本発明は、電気的絶縁のためにレール継目にレール絶縁体を介在してなる軌道において、前記レール絶縁体の近傍のレールを電流減少手段が施されたレールとしたレール絶縁方式に特徴を有する。
【００２４】
前記電流減少手段は流れる電流を減少させる手段一般を意味し、以下詳細に述べる実施例を含む。
【００２５】
本発明は、レール絶縁体の近傍のレールを電流減少手段が施されたレールとしたことにより、レールの欠損を防止することができる。
【００２６】
（本発明の第１実施例）
図１は本発明の第１実施例である単位体積当たりの抵抗値が等しいレールの場合のレール絶縁方式を示す図である。
図１（ａ）〜（ｄ）は複線の場合のレール絶縁方式を示し、図１（ｅ）〜（ｈ）は単線の場合のレール絶縁方式を示す。
【００２７】
図１（ａ）は高抵抗短小レールまたは高抵抗レールの場合の平面図、
図１（ｂ）は図１（ａ）が高抵抗短小レールの場合のＡ−Ａ’断面図、
図１（ｃ）は図１（ａ）が高抵抗レールの場合のＡ−Ａ’断面図である。
【００２８】
図１（ｄ）は粒体埋め込み型レールの場合の平面図である。
【００２９】
図１（ｅ）は図１（ａ）を単線に適用した場合の平面図、
図１（ｆ）は図１（ｅ）が高抵抗短小レールの場合のＡ−Ａ’断面図、
図１（ｇ）は図１（ｅ）が高抵抗レールの場合のＡ−Ａ’断面図である。
【００３０】
図１（ｈ）は図１（ｄ）を単線に適用した場合の平面図である。
【００３１】
図１（ｂ）の例では、レール４４の一端部にレール絶縁体４０を配置し、レール絶縁体４０に接してレール４３を配置する。レール４３のレール絶縁体４０に接する端部には、通常の組成のレール４３と同じ組成の分割レール部４２と、組成が高抵抗材料からなる高抵抗短小レール４１が配置される。高抵抗短小レール４１は車輪と接するように分割レール部４２上に強固に載置される。
【００３２】
一直線に配置されたレール４４、レール絶縁体４０、高抵抗短小レール４１およびレール４３は、それら側面に配置したシート状絶縁物４７および４８並びに絶縁継目板４５および４６を介して図示しないボルトとナットによって固定される。
【００３３】
高抵抗短小レール４１の長さおよび厚さは、車輪がこの高抵抗短小レール４１上を通過するまでに、前記車輪を流れるき電回路の電流が所定の電流値まで下げることができるように設定する。
【００３４】
レール絶縁体４０と高抵抗短小レール４１との配置関係は車輪が先に高抵抗短小レール４１を通過し、その後でレール絶縁体４０を通過するように設ける。
【００３５】
高抵抗材料は、材質として、炭素、カーボン、炭素レジン、カーボンレジン、半導体酸化物、グレーズ抵抗（メタルグレーズ抵抗、金属ならびに半導体微粒子（酸化物）をガラス質結合剤中に分散させたもの。Ｐｄ−Ａｇ系とＲｕＯ系が主流である。塗布、焼成工程で製造する。）、金属と絶縁物（主に金属酸化物）の混合材、等がある。
【００３６】
図１（ｃ）の例では、図１（ｂ）の前記分割レール部４２および高抵抗短小レール４１の代わりに、前記両者を高抵抗材料で形成した高抵抗レール４９とする。
【００３７】
図１（ｄ）の例では、高抵抗短小レール４１または高抵抗レール４９の代わりに、粉体を含めた粒状抵抗体５０を、単位体積当たりの抵抗値が同じに成るように、レール材中に埋め込みまたは混合して構成した粒状抵抗体レール５１とする。前記粒状抵抗体５０を構成する高抵抗材料は、形状として、抵抗材を固めたものまたは抵抗材を他の金属材料等に混合または充填したもの、等の粒状体がある。
【００３８】
図１（ｅ）〜（ｈ）は単線、即ち、レールに対する車輪の進行方向が決まっていない場合のレールを示す。但し、図１（ａ）〜（ｄ）のレール４４の代わりに電流減少手段を備えたレール４３または粒状抵抗体レール５１を用いる。
【００３９】
図１（ｆ）の例は、前記図１（ｂ）の例の高抵抗短小レール４１をレール絶縁体４０を中心にして両側に配置した構成となっている。
【００４０】
図１（ｇ）の例は、前記図１（ｂ）の例の高抵抗レール４９をレール絶縁体４０を中心にして両側に配置した構成となっている。
【００４１】
図１（ｈ）は、図１（ｄ）の粒状抵抗体レール５１をレール絶縁体４０を中心にして両側に配置した構成となっている。
【００４２】
以下、図１のレールを用いるレール絶縁方式における動作を図３に基づいて説明する。
【００４３】
図３は本発明のレール絶縁方式における動作説明図である。図１（ｂ）の高抵抗短小レール４１を用いた例を説明する。
【００４４】
図３（ａ）は火花が発生する直前の状態を示す図である。図３（ｂ）は火花が発生した状態を示す図である。
【００４５】
（動作）
複線用レールの場合（図１（ａ）〜（ｄ））：
車輪の移動（▲１▼レール４３→▲２▼高抵抗短小レール４１→▲３▼レール絶縁体４０→▲４▼レール４４）に伴って電流路は以下のように変化する。
▲１▼車輪１４からレール４３への電流路が形成される。通常の予定されているき電電流が流れる。
▲２▼車輪１４から高抵抗短小レール４１を介してレール４３への電流路が形成される。高抵抗短小レール４１の高抵抗により小さい値の電流値に減少される。相対的にレール絶縁体４０または高抵抗短小レール４１の介在しない他の電流路の電流が増加する。
▲３▼車輪１４がレール絶縁体４０上にきて電流路が切れる。この▲３▼の前段階で電流路の電流値が小さい値になっているので、この▲３▼段階で電流路が切れても、従来のような大きなエネルギの火花は発生せず、発生しても極めて小さいエネルギの火花の発生か、もしくは火花が発生しないことになる。
▲４▼車輪１４からレール４４、インピーダンスボンド３０、３０’の中性点３３で接続した両１次巻線３１、３１’を介してレール４３を流れる電流路が形成される。通常の予定されているき電電流が流れる。
【００４６】
単線用レールの場合（図１（ｅ）〜（ｈ））：
車輪の移動（▲１▼レール４３（進行方向後方）→▲２▼高抵抗短小レール４１→▲３▼レール絶縁体４０→▲４▼高抵抗短小レール４１→▲５▼レール４３（進行方向前方））に伴って電流路は以下のように変化する。
▲１▼車輪１４からレール４３（進行方向後方）への電流路が形成される。通常の予定されているき電電流が流れる。
▲２▼車輪１４から高抵抗短小レール４１を介してレール４３（進行方向後方）への電流路が形成される。高抵抗短小レール４１の高抵抗により小さい値の電流値に減少される。相対的にレール絶縁体４０または高抵抗短小レール４１の介在しない他の電流路の電流が増加する。
▲３▼車輪１４がレール絶縁体４０上にきて電流路が切れる。この▲３▼の前段階で電流路の電流値が小さい値になっているので、この▲３▼段階で電流路が切れても、従来のような大きなエネルギの火花は発生せず、発生しても極めて小さいエネルギの火花の発生か、もしくは火花が発生しないことになる。
▲４▼車輪１４から高抵抗短小レール４１、レール４３（進行方向前方）、インピーダンスボンド３０、３０’の中性点３３で接続した両１次巻線３１、３１’を介してレール４３（進行方向後方）への電流路が形成される。高抵抗短小レール４１の高抵抗により小さい値の電流値に減少される。相対的にレール絶縁体４０または高抵抗短小レール４１の介在しない他の電流路の電流が増加する。
▲５▼車輪１４からレール４３（進行方向前方）、インピーダンスボンド３０、３０’の中性点３３で接続した両１次巻線３１、３１’を介してレール４３（進行方向後方）への電流路が形成される。通常の予定されているき電電流が流れる。
【００４７】
以上は、図１（ｂ）の高抵抗短小レール４１を用いた場合のレール絶縁方式における動作説明であるが、図１（ｃ）〜（ｈ）の例に示す電流減少手段を施したレール、即ち、高抵抗レール４９、粒状抵抗体レール５１を用いる場合も同様に動作する。
（本発明の図１の電流減少手段を施したレールを用いたレール絶縁方式の効果）車輪がレール絶縁体４０を通過するときに発生する火花を減少することができるので、レールの欠損を防止できる。
【００４８】
（本発明の第２実施例）
図２は本発明の第２実施例である単位体積当たりの抵抗値が車輪の進行方向に向かって漸次増加するレールの場合のレール絶縁方式を示す図である。
【００４９】
図２（ａ）〜（ｄ）は複線の場合のレール絶縁方式を示し、図２（ｅ）〜（ｈ）は単線の場合のレール絶縁方式を示す。
【００５０】
図２（ａ）は高抵抗短小レールまたは高抵抗レールの場合の平面図、
図２（ｂ）は図２（ａ）が高抵抗短小レールの場合のＡ−Ａ’断面図、
図２（ｃ）は図２（ａ）が高抵抗レールの場合のＡ−Ａ’断面図である。
【００５１】
図２（ｄ）は粒体埋め込み型レールの場合の平面図である。
【００５２】
図２（ｅ）は図２（ａ）を単線に適用した場合の平面図、
図２（ｆ）は図２（ｅ）が高抵抗短小レールの場合のＡ−Ａ’断面図、
図２（ｇ）は図２（ｅ）が高抵抗レールの場合のＡ−Ａ’断面図である。
【００５３】
図２（ｈ）は図２（ｄ）を単線に適用した場合の平面図である。
【００５４】
図２の（ａ）〜（ｈ）の各図は、図１の（ａ）〜（ｈ）の各図に対応する。
【００５５】
図１の例と図２の例で相互に異なる点は、図１におけるレールの抵抗値が車輪の進行方向に対し一定であるのに対し、図２におけるレールの抵抗値が車輪の進行方向に対し漸次増加する点にある。
【００５６】
この抵抗値の漸次増加する点について説明する。その他の構成は図１のものと同じなので省略する。
【００５７】
高抵抗材料は、その抵抗特性を、複線の場合、レール絶縁体４０に向かって単位体積当たりの抵抗値が漸増するように設定し、単線の場合、レール絶縁体４０を中心にして両方向に向かって単位体積当たりの抵抗値が漸減するように設定する。
【００５８】
このように単位体積当たりの抵抗値を漸増する手段として、単位体積当たりの抵抗材の量または粒状体の数を漸増させる手段がある。
【００５９】
レール絶縁体４０と電流減少手段を備えたレール４３、高抵抗レール４９および粒状抵抗体レール５１との配置関係は車輪が先に前記レール４３または高抵抗レール４９または粒状抵抗体レール５１を通過し後でレール絶縁体４０を通過するように設ける。
【００６０】
以下、図２のレールを用いるレール絶縁方式における動作を図３に基づいて説明する。
【００６１】
図３は本発明のレール絶縁方式における動作説明図である。図２（ｂ）の高抵抗短小レール４１を用いた例を説明する。
【００６２】
図３（ａ）は火花が発生する直前の状態を示す図である。図３（ｂ）は火花が発生した状態を示す図である。
【００６３】
（動作）
複線用レールの場合（図２（ａ）〜（ｄ））：
車輪の移動（▲１▼レール４３→▲２▼高抵抗短小レール４１→▲３▼レール絶縁体４０→▲４▼レール４４）に伴って電流路は以下のように変化する。
▲１▼車輪１４からレール４３への電流路が形成される。通常の予定されているき電電流が流れる。
▲２▼車輪１４から高抵抗短小レール４１を介してレール４３への電流路が形成される。車輪の進行に応じて高抵抗短小レール４１の抵抗値が漸増しそれに応じて電流値が減少する。相対的にレール絶縁体４０または高抵抗短小レール４１の介在しない他の電流路の電流が漸増する。
▲３▼車輪１４がレール絶縁体４０上にきて電流路が切れる。この▲３▼の前段階で電流路の電流値が小さい値になっているので、この▲３▼段階で電流路が切れても、従来のような大きなエネルギの火花は発生せず、発生しても極めて小さいエネルギの火花の発生か、もしくは火花が発生しないことになる。
▲４▼車輪１４からレール４４、インピーダンスボンド３０、３０’の中性点３３で接続した両１次巻線３１、３１’を介してレール４３を流れる電流路が形成される。通常の予定されているき電電流が流れる。
【００６４】
単線用レールの場合（図２（ｅ）〜（ｈ））：
車輪の移動（▲１▼レール４３（進行方向後方）→▲２▼高抵抗短小レール４１→▲３▼レール絶縁体４０→▲４▼高抵抗短小レール４１→▲５▼レール４３（進行方向前方））に伴って電流路は以下のように変化する。
▲１▼車輪１４からレール４３（進行方向後方）への電流路が形成される。通常の予定されているき電電流が流れる。
▲２▼車輪１４から高抵抗短小レール４１を介してレール４３（進行方向後方）への電流路が形成される。車輪の進行に応じて高抵抗短小レール４１の抵抗値が漸増しそれに応じて電流値が減少する。相対的にレール絶縁体４０または高抵抗短小レール４１の介在しない他の電流路の電流が漸増する。
▲３▼車輪１４がレール絶縁体４０上にきて電流路が切れる。この▲３▼の前段階で電流路の電流値が小さい値になっているので、この▲３▼段階で電流路が切れても、従来のような大きなエネルギの火花は発生せず、発生しても極めて小さいエネルギの火花の発生か、もしくは火花が発生しないことになる。
▲４▼車輪１４から高抵抗短小レール４１、レール４３（進行方向前方）、インピーダンスボンド３０、３０’の中性点３３で接続した両１次巻線３１、３１’を介してレール４３（進行方向後方）への電流路が形成される。車輪の進行に応じて高抵抗短小レール４１の抵抗値が漸減し電流値が漸増する。相対的にレール絶縁体４０または高抵抗短小レール４１の介在しない他の電流路の電流が漸減する。▲５▼車輪１４からレール４３（進行方向前方）、インピーダンスボンド３０、３０’の中性点３３で接続した両１次巻線３１、３１’を介してレール４３（進行方向後方）への電流路が形成される。通常の予定されているき電電流が流れる。
【００６５】
以上は、図２（ｂ）の高抵抗短小レール４１を用いた場合のレール絶縁方式における動作説明であるが、図２（ｃ）〜（ｈ）の例に示す電流減少手段を施したレール、即ち、高抵抗レール４９、粒状抵抗体レール５１を用いる場合も同様に動作する。
（本発明の図２の電流減少手段を施したレールを用いたレール絶縁方式の効果）車輪がレール絶縁体４０を通過するときに発生する火花を減少することができるので、レールの欠損を防止できる。
【００６６】
（他の実施の形態）
前記レール絶縁体の近傍のレールを電流減少手段が施されたレールとするレール絶縁方式において、前記した電流減少手段の他に以下の電流減少手段がある。
【００６７】
レール表面に抵抗材を塗布またはコーティングして皮膜とし、熱加工して強固な膜を形成する手段とすることも可能である。これによれば、正確な抵抗値を設定することが可能となる。
【００６８】
【発明の効果】
本発明は、車輪がレール絶縁体を通過するときに発生する火花を減少することができるので、レールの欠損を防止することができる。また、その結果、騒音および振動の発生も減少することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例である単位体積当たりの抵抗値が等しいレールの場合のレール絶縁方式を示す図である。
【図２】本発明の第２実施例である単位体積当たりの抵抗値が車輪の進行方向に向かって漸次増加するレールの場合のレール絶縁方式を示す図である。
【図３】本発明のレール絶縁方式における動作説明図である。
【図４】従来のレール絶縁方式における動作説明図である。
【図５】軌道回路境界での電流の流れ方の説明図である。
【符号の説明】
１１、１２、１３、１４  車輪
１５  トロリ線
１６  パンタグラフ
１７  車体
３０、３０’  インピーダンスボンド
３１、３１’  １次巻線
３２  ２次巻線
３３  中性点
４０  レール絶縁体
４１  高抵抗短小レール
４２  分割レール
４３、４４、レール
４５、４６  絶縁継目板
４７、４８  シート状絶縁物
４９  高抵抗レール
５０  粒状抵抗体
５１  粒状抵抗体レール
【図１】
0003808782.tif 000003
【図２】
0003808782.tif 000004
【図３】
0003808782.tif 000005
【図４】
0003808782.tif 000006
【図５】
0003808782.tif 000007