技術 レール保持装置

0001

本発明は、鉄道における急曲線軌道用のレール保持装置に関する。

0002

従来より、鉄道においては、急曲線における諸問題が指摘されている。
例えば、急曲線通過時の問題が、非特許文献１の鉄道車両と技術Ｎｏ．１７３「急曲線における諸問とその解決技術」に記載されている。この文献では、大きく分類して二つの問題が指摘されている。

0003

一つ目は、必要な内外軌輪径差が獲れないことから発生する縦クリープ力(後車軸ではより顕著になる)が反操舵方向のモーメントを生むため、前車軸は外軌側に押しつけられる。そして、前車軸はアタック角による横クリープ力が発生し、外軌側車輪が外軌側レールに押さえつけられる。この結果として、車輪がレールに乗り上がる方向に角度、つまりアタック角が付くことにより、乗り上がり脱線事故等の安全性に重要な影響を与える問題である。

0004

二つ目は、レールの波状摩耗や車輪の直立摩耗などの異常摩耗と、きしり音などの騒音問題である。

0005

これらの問題を解決するには、内外軌車輪回転半径差を獲得できるよう、内軌側レール傾斜機構と車輪踏面形状を工夫して接触位置をコントロールできるようにすることと、車輪・レール間のアタック角を０にする操舵台車とが必要となる。

0006

なお、車輪・レール間のアタック角を０にする操舵台車については本発明から除外することとする。

0007

必要な内外軌車輪回転半径差を獲得できる機構の一例が、特許文献１の特開平１０−１９５８０１号の「急曲線の軌道構造」に提案されている。

0008

すなわち、鉄道の急曲線軌道において、曲線の内側のレールには曲線の内側の枕木を、曲線の外側のレールには曲線の外側の枕木をそれぞれ持ち、曲線の内側の枕木と共に曲線の内側のレールを車輪の踏面勾配より大きい角度に傾斜させた設置とすることとし、また、要求される急曲線の曲線半径に応じて曲線の内側のレールは通常レールより頭部の幅の広のものとし、さらに必要に応じて、曲線の内側枕木と曲線の外側枕木の間を結ぶ連結棒を設ける発明が開示されている。

0009

特許文献１において提案されている発明を実施した場合、曲線の内側の枕木と曲線の外側の枕木とが分断されているため、それぞれのレール傾斜角度の設定値に対して精度を確保した据付けが困難である。また、レール傾斜角度の設置状態を示す表示機能が無いため、保線時のレール調整作業にレール傾斜角度の測定が必要となるなど作業も困難なると共に作業時間がかかる。それに伴いレール削正においても困難が伴う。

0010

そし上、横圧によるレール小返り方向の支持剛性を確保することも容易ではない。それに加えて、曲線の内軌側レールを通常レールより頭部の幅の広い特殊レールを使用して内軌側車輪転動直径を小さくする必要がある関係上、特殊レールの調達性、ロングレール化のための異型断面間のレール結合溶接等の問題が有る。

0011

より具体的には、図１６に示すように、曲線の内軌側レール１０５には曲線の内軌側枕木１０７を、曲線の外軌側レール１０４には曲線の外軌側枕木１０６を持ち、曲線を走行するときに生ずる遠心力と車両の重力の合力に釣り合うように曲線の外軌側レール１０４を持ち上げ、角度Ａを持つようにしている。一方、車輪については、車輪の外周でレールに接する踏面には角度Ｂの勾配を持っている。車輪のフランジとレールとの間には僅かな隙間を持っているが、曲線路においても車輪は転がることで直進しようとするので、曲線の外軌側レール１０４と外軌側車輪１０１のフランジの隙間はなくなり外軌側車輪１０１の内面側からＬ１１の位置で車輪とレールが接し、そこで転動する。したがって、その車輪の直径Ｄ１１が外軌車輪転動直径である。曲線の内軌側枕木１０７と共に曲線の内軌側レール１０５を内軌側車輪１０２の踏面勾配より大きい角度Ｄに傾斜させた設置としている。また、曲線の内軌側レール１０５は通常レールより頭部の幅の広のものとし、曲線の内軌側車輪１０２のレール１０５との接点位置Ｌ１３を得て、その車輪の直径Ｄ１３が内軌車輪転動直径になることにより急曲線への適用ができる鉄道急曲線軌道となっている。図中、符号１０８はレール締結具を示す。

0012

ここで、特許文献１の発明の不具合その１として、曲線の内軌側枕木１０７と曲線の外軌側枕木１０６とが分断されているため、それぞれのレール傾斜角度Ｃ，Ｄの設定値に対して精度を確保した据付けが困難である。

0013

不具合その２として、曲線の内軌側枕木１０７と曲線の外軌側枕木１０６とが分断されているため、それぞれのレール１０４，１０５に作用する横圧によりレール小返り方向の支持剛性を確保することが困難となる。よって、内外軌レール１０４，１０５に作用する横圧により内外軌レール１０４，１０５が傾斜し易くなるため、外軌車輪転動直径Ｄ１１と内軌車輪転動直径Ｄ１３が変動することにより走行が不安定になる。

0014

不具合その３として、レール傾斜角度Ｃ，Ｄの設置状態を示す表示機能を設けることができないため、保線レール調整作業時にレール傾斜角度Ｃ，Ｄの測定が必要となるなどレール調整作業も困難なると共に作業時間、費用もかかる。それに伴いレール削正も困難である。

0015

不具合その４として、曲線の内軌側レール１０５を通常レールより頭部の幅の広い特殊レールを使用して内軌側車輪転動直径を小さくする必要がある関係上、特殊レールの調達性、ロングレール化のための異型断面間のレール結合溶接等の問題が有る。
以上の通り特許文献１の提案に係る発明を実施する場合、それぞれの不具合を解決する必要がある。

0016

特開平１０−１９５８０１号公報

0017

鉄道車両と技術Ｎｏ．１７３「急曲線における諸問題とその解決技術」

0018

本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、急曲線走行時において、車輪のすべりを抑制して車輪を安定的に走行させることができるレール保持装置を提供することを主たる目的とし、さらにレールの傾斜角度表示、保守調整、レール削正が容易にできる鉄道急曲線軌道用のレール保持装置を提供することをも目的としている。

0019

本発明のレール保持装置は、内側レールの傾斜を調整する傾斜機構とレール締結具とを備えてなるレール保持装置であって、前記傾斜機構は、前記内側レールの長手方向に沿って円弧形状の凹面に形成されたベースプレートと、前記ベースプレートの凹面と嵌合する円弧形状の凸面とされたタイプレートと、前記タイプレートを所定傾斜位置で固定する固定具とを有することを特徴とする。

0020

本発明のレール保持装置においては、ベースプレートの円弧状の中心位置が、レール踏面より０ｍｍ−３００ｍｍの範囲とされ、スラックも設定可能なように構成されてなるのが好ましい。

0021

また、本発明のレール保持装置おいては、ベースプレートがタイプレートの傾斜位置を位置決めする突起を円弧面の長手方向に有し、タイプレートが前記突起と嵌合する複数の溝を円弧面の長手方向に有していたり、タイプレートが自己の傾斜位置を位置決めする突起を円弧面の長手方向に有し、ベースプレートが前記突起と嵌合する複数の溝を円弧面の長手方向に有していたり、タイプレートの傾斜を調整する傾斜調整ボルトを有し、前記傾斜調整ボルトの捩じ込み量を調整することにより、前記タイプレートの傾斜が調整されるようにされていたりするのが好ましい。

0022

さらに、本発明のレール保持装置おいては、タイプレートの傾斜を表示する傾斜表示手段を有するのが好ましい。

0023

さらに、本発明のレール保持装置おいては、ベースプレートとタイプレートとがボルト・ナットにて締結されるのが好ましい。

0024

しかして、本発明のレール保持装置は、鉄道軌道に備えられる。

0025

本発明はかかる構成とされているところから、急曲線の内軌側のレールを所望位置に傾斜させることができるという優れた効果を奏する。

0026

また、本発明の好ましい形態は、スラックも設定できたり、傾斜位置の表示もなし得たりするという優れた効果を奏する。

0027

その結果、急曲線軌道を容易に敷設・管理・保守ができるという優れた効果も得られる。

0028

本発明の実施形態１において、急曲線軌道構造の縦断面図であって軌道上における輪軸を示す。
本発明の実施形態１において、内軌側レール締結部でレールを傾斜させた状態を示す断面図である。
本発明の実施形態１において、内軌側レール締結部でレールの傾きを戻した状態を示す断面図である。
本発明の実施形態１において、図１の平面図である。
本発明の実施形態１において、急曲線軌道走行時の内軌側レールと車輪との接触状態を示す図である。
本発明の実施形態１において、急曲線軌道走行時の外軌側レールと車輪との接触状態を示す図である。
本発明の実施形態２において、内軌側レール締結部でレールを傾斜させた状態を示す断面図である。
本発明の実施形態２において、図７の平面図である。
本発明の実施形態３において、内軌側レール締結部でレールを傾斜させた状態を示す断面図である。
本発明の実施形態３において、内軌側レール締結部でレールの傾きを戻した状態を示す断面図である。
本発明の実施形態３において、図９の平面図である。
本発明の実施形態３において、目盛板の平面図である。
本発明の実施形態３の変形例であって、内軌側レール締結部でレールを傾斜させた状態を示す断面図である。
本発明の実施形態３の他の変形例であって、内軌側レール締結部でレールを傾斜させた状態を示す断面図である。
本発明の実施形態４であって、スラブ軌道に適用した場合の内軌側レール締結部でレールを傾斜させた状態を示す断面図である。
特許文献１の提案に係るものであって、曲線軌道構造の縦断面図で軌道上に輪軸を示す。

0029

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。

0030

実施形態１
本発明の実施形態１のレール保持装置Ｓ１を図１から図４に示す。図１に示すように、急曲線の内軌側レール（内側レール）５と外軌側レール（外側レール）４は一本の枕木８上に設置され、急曲線を走行するときに生ずる遠心力と車両の重力の合力に釣り合うように急曲線の外軌側レール４を持ち上げ、角度Ａを持つようにしている。一方車輪については、車輪の外周でレールに接する踏面には基準線Ｋ（図５参照）付近の角度Ｂの勾配を持っている。車輪のフランジとレールとの間には僅かな隙間を持っているが、曲線軌道においても車輪は転がることで直進しようとするので、急曲線の外軌側レール４と外軌側車輪１のフランジの隙間はなくなり、外軌側車輪１の内面側からＬ１の位置で車輪とレールが接してそこで転動する。

0031

したがって、その車輪１の直径Ｄ１が外軌車輪転動直径である(図６参照)。急曲線の内軌側レール５は、内軌側レールの傾斜機構９により内軌側車輪２の基準線Ｋ付近の踏面勾配より大きい角度Ｄに傾斜させた設置としている。

0032

図２に示すように、内軌側レール５の傾斜機構９のベースプレート１４およびタイプレート１３の円弧状取り付け部の円弧形状の中心位置をレール踏面より０ｍｍ−３００ｍｍの位置に設置することにより、内軌側レール５を傾斜させることで傾斜量に応じてスラックも同時に設けることができる。よって、通常レールを使用してもスラック量Ｅにより急曲線の内軌側車輪２のレール５との接点位置Ｌ３を得て、その車輪の直径Ｄ３が内軌車輪転動直径になることにより急曲線への適用ができる鉄道急曲線軌道となっている(図５参照)。

0033

ところで、社会的な要求として、都市鉄道における郊外線の高速運転のため高速走行安定性を確保させると共に、市街への地下鉄等への乗り入れのため急曲線通過が必要不可欠になっており、そのために曲線通過性能を高めることが強く求められている。また、フル規格新幹線と在来線の直通運転が出来るミニ新幹線においても高速走行安定性と曲線通過性能を高めることが強く求められている。

0034

そこで、図５に示すように、本発明に最適な下記の車輪踏面形状を組み合わせることでより効果が発揮される。最適な車輪踏面形状として、直線路での高速走行安定性を確保するため、直線路走行においてレールと接触する部分である基準線Ｋ付近の角度Ｂの勾配を１／３０〜１／１５の小さな傾きとする。そして、曲線路、急曲線路での曲線通過性能を確保させるため、基準線Ｋより内側で車輪フランジ部までの車輪踏面形状(車輪内面から約６５ｍｍ)を踏面より外側方向に中心位置がある数本の円弧(半径Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３)を接続させた踏面形状とし、基準線Ｋより車輪外面までの車輪踏面形状(車輪外面から約６０ｍｍ)を踏面より内側方向に中心位置がある数本の円弧(半径Ｒ４，Ｒ５)を接続させた踏面形状とすることで内外軌車輪回転半径差を獲得できる。このような車輪踏面形状と内軌側レール５の傾斜機構９によるレール傾斜、スラック設定を組み合わせることで相反する高速走行安定性、曲線通過性能を満足させることができる。

0035

これらに、図２に示すように、内軌側レール５を従来から鉄道用に使用されている軌道パッド１２ａ、締結ボルト１２ｂ、ナット１２ｃ、座金１２ｄ、主ばね１２ｅからなるレール締結具１２によりタイプレート１３の上面へ設置でき、タイプレート１３下面には円弧形状の凸形の取り付け面として、枕木８のベースプレート１４を該円弧形状と嵌合する凹形溝の取付面とした。よって、枕木８に対してタイプレート１３を傾斜させることができ、タイプレート１３は埋込栓１５にセットした取付ボルト１６、ナット１７、座金１８で枕木８にボルト結合で据付けできる構造となっている。これら、内軌側レール５の傾斜機構９には枕木８のベースプレート１４の円弧形状の凹形溝に角型の凸部突起１４ａをレール長手方向に設け、それに嵌合するラック状の溝をタイプレート１３取付面に凹部溝１３ｃを数本設けると共に、取付部１３ａに長孔部１３ｂを設けたことにより、内軌側レール５の傾斜を設定できると共に、タイプレート１３の凹部溝１３ｃの側面にレールの傾斜角度表示を勾配表示(例えば１／４０の勾配であれば１と表示)した刻印部１３ｄ(刻印又はラベル)で内軌側レール５の傾斜状態を表示することが特徴の鉄道急曲線軌道用のレール締結機構９である。

0036

前記説明から、刻印部１３ｄが傾斜表示手段を構成することが理解される。

0037

なお、凸部突起をタイプレート１３に設け、凹部溝をベースプレート１４に設けてもよい。

0038

しかして、レールは列車走行時に車輪の転がり接触を受ける。車輪の転がり接触を受ける回数が多くなると、レール頭頂面の表面が金属疲労する。また、車両の駆動・制動時に車輪が空転・滑走すると、摩擦熱によってレール頭頂面の表層部が硬くて脆い金属組織(白色層)に熱変態する。この金属疲労や白色層を起点としてき裂が発生する。このき裂を除去するためにレール削正が必要となる。

0039

図３に示すように、その時に傾斜機構９をレール持上げボルト１９を利用してホイストなどにより枕木８より浮かせ、直線軌道のレール傾斜(タイプレート角１／４０)に戻すことによりレール削正作業が容易に実施できる。これに対し、特許文献１に係る発明では、緩和曲線軌道部のレール傾斜を戻すことが困難であるので、レール削正作業が容易ではない。

0040

実施形態２
本発明の実施形態２に係る急曲線軌道用のレール保持装置Ｓ２を、図７および図８に示す。実施形態１との相違点は、図２，図３の埋込栓１５でタイプレート１３を枕木８に固定する方法ではなく、より強固な結合と緩み止め効果とをより発揮させるため、ピッチの細かい取付ボルト２０、ナット１７、座金１８、座金２１で据付けできる構成としている。

0041

実施形態３
本発明の実施形態３に係る急曲線軌道用のレール保持装置Ｓ３を、図９から図１２に示す。実施形態１，２との相違点は、タイプレート２３側面にブラケット部２３ｃを設けてベースプレート２４のボルト掛金部２４ａに、先端がフック状とされた傾斜調整ボルト２２ａの先端を引掛けて球面座付ナット２２ｂで内軌側レール５を傾斜・調整・位置決めできる構成となっている。図１１中、符号２３ａは取付部を示し、符号２３ｂは長孔部を示す。

0042

また、内軌側レール傾斜表示としてタイプレート２３側面に矢印ポインター２５ａを、ベースプレート２４に勾配表示(例えば１／４０の勾配であれば１と表示)した目盛板２５ｂを取り付けたことを特徴とした鉄道急曲線軌道用のレール保持装置Ｓ３である。
前記説明から、矢印ポインター２５ａと目盛板２５ｂとにより傾斜表示手段が構成されることが理解される。

0043

また、実施形態３の変形例その１（Ｓ３−１）として、図１３に示すように、レール締結具１２を一般的に使用されている他事例を内軌側レールの傾斜機構１１に組み合わせた構造である。

0044

実施形態３の変形例その２（Ｓ３−２）として、図１４に示すように、ベースプレート２８に起立形成されたボルト掛金部２８ａに球面座付傾斜調整ボルト２２ｃ、球面座金２２ｄと球面座付ナット２２ｂで内軌側レール５を傾斜・調整・位置決めできる構成となっている。

0045

実施形態４
本発明の実施形態４に係る急曲線軌道用のレール保持装置Ｓ４を、図１５に示す。実施形態１−３との相違点は、枕木方式の軌道でなくスラブ方式の軌道に適用できるよう内軌側レール５の傾斜機構９の下側部分をスラブ盤２６に箱抜きし、その部分にコンクリート等の充填材２７で軌道を構成した鉄道急曲線軌道用のレール保持装置Ｓ４である。

0046

本発明は、鉄道に適用できる。

0047

１外軌側車輪
２ 内軌側車輪
３車軸
４ 外軌側レール
５ 内軌側レール
６ 外軌側の枕木
７ 内軌側の枕木
８ 枕木
９，１０，１１傾斜機構
１２レール締結具
１２ａ軌道パッド
１２ｂ，１２ｆ締結ボルト
１２ｃナット
１２ｄ座金
１２ｅ，１２ｇ主ばね
１２ｈばね受台
１３タイプレート
１３ ａ取付部
１３ ｂ長孔部
１３ ｃ凹部溝
１３ ｄ刻印部
１４ベースプレート
１４ａ 凸部突起
１５埋込栓
１６、２０取付ボルト
１７ ナット
１８、２１ 座金
１９ レール持ち上げボルト
２２ａ傾斜調整ボルト
２２ ｂ球面座付ナット
２２ｃ 球面座付傾斜調整ボルト
２２ ｄ球面座金
２３ タイプレート
２３ａ 取付部
２３ｂ長穴部
２３ｃブラケット部
２４，２８ ベースプレート
２４ａ，２８ａ ボルト掛金部
２５ 内軌側レール傾斜表示
２５ａ矢印ポインター
２５ｂ目盛板
２６スラブ盤
２７充填材
Ａ軌道の傾斜
Ｂ 車輪の踏面の傾斜
Ｃ 外軌側レールの傾斜(タイプレート角)
Ｄ 内軌側レールの傾斜
Ｅ 内軌側レールのスラック量
Ｋ基準線
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３半径
Ｓ レール保持装置