特開 2024-18716 レール締結構造に用いられるタイプレート及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024018716

(43)【公開日】2024-02-08

(54)【発明の名称】レール締結構造に用いられるタイプレート及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   E01B 9/38 20060101AFI20240201BHJP

【ＦＩ】

E01B9/38

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022122230

(22)【出願日】2022-07-29

(71)【出願人】

【識別番号】000173784

【氏名又は名称】公益財団法人鉄道総合技術研究所

(71)【出願人】

【識別番号】000003159

【氏名又は名称】東レ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000958

【氏名又は名称】弁理士法人インテクト国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100120237

【弁理士】

【氏名又は名称】石橋 良規

(72)【発明者】

【氏名】枡田 吉弘

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 実

(72)【発明者】

【氏名】弟子丸 将

(72)【発明者】

【氏名】宋 ▲いえ▼韜

(72)【発明者】

【氏名】田島 悠一郎

(57)【要約】

【課題】電気絶縁性及び耐食性に優れ、重量を軽量化することができる非金属材料を適用したタイプレートを提供する。
【解決手段】レールを締結バネによって締結するためのレール締結構造に用いられるタイプレートであって、前記タイプレートは、前記レールの敷設方向に沿って形成されると共に前記レールが組付けられる溝部と、前記溝部から前記タイプレートの幅方向端部に向かって延びる補強部を備え、前記溝部及び前記補強部は、熱可塑性プラスチックで形成される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レールを締結バネによって締結するためのレール締結構造に用いられるタイプレートであって、
前記タイプレートは、前記レールの敷設方向に沿って形成されると共に前記レールが組付けられる溝部と、前記溝部から前記タイプレートの幅方向端部に向かって延びる補強部を備え、
前記溝部及び前記補強部は、熱可塑性プラスチックで形成されることを特徴とするタイプレート。

【請求項2】

請求項１に記載のタイプレートにおいて、
前記補強部は、前記溝部を構成する両壁に対し、前記タイプレートの幅方向端部に向かって延びるリブ形状であり、
前記リブ形状が前記タイプレートの表面及び／又は裏面に形成され、
前記リブ形状の厚みは、２ｍｍ以上１０ｍｍ未満の範囲であることを特徴とするタイプレート。

【請求項3】

請求項１に記載のタイプレートにおいて、
前記補強部は、前記締結バネが前記敷設方向回りに回動自在に係止される係止部が形成され、
前記係止部は、前記補強部の前記幅方向端部から立設することを特徴とするレール締結構造。

【請求項4】

請求項１に記載のタイプレートにおいて、
前記熱可塑性プラスチックは、ガラス繊維等の強化材を含有し、引張破断応力が５０ＭＰａ以上であることを特徴とするタイプレート。

【請求項5】

請求項１に記載のタイプレートにおいて、
前記タイプレートは、補強部の対角線上に対向する角部に段部が形成されていることを特徴とするタイプレート。

【請求項6】

請求項５に記載のタイプレートにおいて、
前記段部の前記敷設方向端部には、保護板が形成されることを特徴とするタイプレート。

【請求項7】

請求項２に記載のタイプレートにおいて、
前記リブ形状は、互いに交差する複数のリブを含み、当該リブの間には肉抜き部が形成されていることを特徴とするタイプレート。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか１項に記載のタイプレートが、射出成形によって製造されることを特徴とするタイプレートの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、軌道スラブやまくらぎにレールを締結するレール締結構造に用いられるタイプレート及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

鉄道などのレールを軌道スラブやまくらぎに締結する場合に、レールを板バネなどの金属部材で保持するレール締結構造が用いられている。このようなレール締結構造は、種々の構造が知られており、例えば、特許文献１に記載されたレール締結装置が知られている。

【0003】

すなわち、特許文献１に記載されたレール締結装置は、路盤側にタイプレートを固定し、このタイプレート側に固定した板バネによって上から押圧しレールを保持している。この場合板バネはその端面がレール長手方向と平行に位置し、この端面をレール底部の上面に直接押圧している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１８－１２３４８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来のレール締結装置に用いられるタイプレートは、金属製であり、腐食の防止や電気絶縁性能を確保するために、絶縁板の挿入や板バネの表面処理等が施されている。また、レールとレール締結装置の間を絶縁する電気絶縁性に起因して生じる帰線電流の地絡等による輸送障害の発生を防止するために、上述した電気絶縁性能を向上させることが望まれている。

【0006】

しかし、従来のレール締結装置は、タイプレートが金属製であることから、板バネの表面処理が損傷するなど、板バネの減肉、折損又は脱落などにより短絡が生じ、上述した輸送障害の発生を完全に抑制することが難しいという問題があった。

【0007】

また、タイプレートの表面処理が損傷した場合などは、当該部品を起因とする腐食や電食によるレール折損が発生するため、当該レール折損の発生リスクを限りなくゼロにしたいという要求もある。

【0008】

さらに、金属製のタイプレートは、１０ｋｇ程度と非常に重量があることから、軌道の敷設や保線の際に容易にタイプレートを取り扱うことが難しいといった問題もあった。

【0009】

そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、電気絶縁性及び耐食性に優れ、重量を低減することができる非金属材料を適用したタイプレート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】

【0010】

本発明に係るタイプレートは、レールを締結バネによって締結するためのレール締結構造に用いられるタイプレートであって、前記タイプレートは、前記レールの敷設方向に沿って形成されると共に前記レールが組付けられる溝部と、前記溝部から前記タイプレートの幅方向端部に向かって延びる補強部を備え、前記溝部及び前記補強部は、熱可塑性プラスチックで形成されることを特徴とする。

【0011】

また、本発明に係るタイプレートにおいて、前記補強部は、前記溝部を構成する両壁に対し、前記タイプレートの幅方向端部に向かって延びるリブ形状であり、前記リブ形状が前記タイプレートの表面及び／又は裏面に形成され、前記リブ形状の厚みは、２ｍｍ以上１０ｍｍ未満の範囲であると好適である。

【0012】

また、本発明に係るタイプレートにおいて、前記補強部は、前記締結バネが前記敷設方向回りに回動自在に係止される係止部が形成され、前記係止部は、前記補強部の前記幅方向端部から立設すると好適である。

【0013】

また、本発明に係るタイプレートにおいて、前記熱可塑性プラスチックは、ガラス繊維等の強化材を含有し、引張破断応力が５０ＭＰａ以上であると好適である。

【0014】

また、本発明に係るタイプレートにおいて、前記タイプレートは、補強部の対角線上に対向する角部に段部が形成されていると好適である。

【0015】

また、本発明に係るタイプレートにおいて、前記段部の前記敷設方向端部には、保護板が形成されると好適である。

【0016】

また、本発明に係るタイプレートにおいて、前記リブ形状は、互いに交差する複数のリブを含み、当該リブの間には肉抜き部が形成されていると好適である。

【0017】

また、本発明に係るタイプレートの製造方法は、射出成形によって製造されることを特徴とする。

【0018】

上記発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。

【発明の効果】

【0019】

本発明に係るレール締結構造は、タイプレートを熱可塑性プラスチックで形成しているので、電気絶縁性及び耐食性に優れたレール締結構造を実現することができる。また、これらの部品を熱可塑性プラスチックで形成しているので、重量を低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施形態に係るレール締結構造の概要を示す斜視図。

【図2】本発明の実施形態に係るレール締結構造に用いられるタイプレートの六面図及び断面図。

【図3】本発明の実施形態に係るレール締結構造に用いられる締結バネの六面図及び断面図。

【図4】本発明の実施形態に係るレール締結構造をレール延設方向から示した図。

【図5】本実施形態に係るレール締結構造の締結バネ応力の測定結果。

【図6】本実施形態に係るレール締結構造のタイプレート応力の測定結果。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

【0022】

図１は、本発明の実施形態に係るレール締結構造の概要を示す斜視図であり、図２は、本発明の実施形態に係るレール締結構造に用いられるタイプレートの六面図及び断面図であり、図３は、本発明の実施形態に係るレール締結構造に用いられる締結バネの六面図及び断面図であり、図４は、本発明の実施形態に係るレール締結構造をレール延設方向から示した図であり、図５は、本実施形態に係るレール締結構造の締結バネ応力の測定結果であり、図６は、本実施形態に係るレール締結構造のタイプレート応力の測定結果である。

【0023】

図１に示すように、本実施形態に係るレール締結構造１は、図示しない路盤に位置決めされた軌道スラブやまくらぎに取り付けられている。本実施形態に係るレール締結構造１は、軌道スラブやまくらぎに取り付けられたタイプレート１０と、タイプレート１０にレール高さ調節パッド３及び軌道パッド４を介して載置されたレール２と、該レール２の下部を上方から保持する締結バネ２０と、締結バネ２０を固定する締結ボルト３３，締結ナット３２及び絶縁座金３１とを有している。

【0024】

図２に示すように、タイプレート１０は、非金属材料であるガラス短繊維強化熱可塑性プラスチック（ＦＲＴＰ）で構成されており、例えばポリアミドに繊維材として短繊維のガラス繊維が混合されている。ガラス短繊維強化熱可塑性プラスチックは、引張強さやヤング率が比較的高く金属材料と引張特性曲線の挙動が類似しているため、好適に用いられる。

【0025】

上述した熱可塑性プラスチックは、タイプレート１０を形成した際の強度を損なわない範囲で公知のプラスチック材料から任意に選択することが可能であるが、強度や剛性、耐熱性の面からエンプラ樹脂を使用することが好適であり、ＩＳＯ５２７－１、－２に準拠して測定した引張破断応力が５０ＭＰａ以上であることが好適である。また熱可塑性プラスチックには、必要に応じて強化材、顔料や染料、耐熱剤、耐候剤、滑剤、離型剤、酸化防止剤等で例示される慣用の添加剤を含有していてもよい。熱可塑性プラスチックに強化材を含有する場合、その繊維長は１０μｍ～１０ｍｍの範囲内であることが好ましい。本実施形態においては、剛性及び靭性のバランスと低吸水性、寸法安定性を考慮し、ポリアミド６１０樹脂４０重量％と、ガラス短繊維６０重量％から成る熱可塑性プラスチック（ポリアミド６１０樹脂とガラス短繊維との合計量を１００重量％とする）を射出成形することによりタイプレート１０を形成している。当該熱可塑性プラスチックに含有されるガラス短繊維の重量平均繊維長は２３９μｍであった。また熱可塑性プラスチックはＩＳＯ５２７－１、－２に準拠して測定した絶乾時の引張破断応力が２０４ＭＰａ、圧縮破断応力が２５２ＭＰａであり、２３℃５０％ＲＨ環境下における大気平衡吸水時の引張破断応力が１６９ＭＰａ、圧縮破断応力が２２２ＭＰａであった。また射出成形は成形サイクルが短く量産性に優れること、成形品の寸法等品質が安定していることから、熱可塑性プラスチックを成形する手段として好適に用いられる。

【0026】

タイプレート１０は、幅方向中央部にレールの延設方向に沿った溝部１５が形成され、当該溝部１５にレール２が組付けられる。また、溝部１５は、溝部１５からタイプレート１０の幅方向端部に向かって延びる補強部１１が形成されている。補強部１１は、溝部１５の両端部からそれぞれ延設している。補強部１１は、タイプレート１０の幅方向端部から立設する係止部１２と、一対の補強部１１の対角線上に対向する角部に段部１９が形成されている。また、段部１９と異なる対角線上には、締結ボルト孔１４が形成されている。

【0027】

補強部１１は、上面が平坦に形成されており、係止部１２と重なり合う部分は、断面円弧状に形成されている。また、締結ボルト孔１４は、タイプレート１０の裏面まで貫通した貫通孔として形成されており、裏面側は、締結ボルト３３の頭部が嵌合可能な凹部が形成されている。

【0028】

また、タイプレート１０の裏面は、互いに交差する複数のリブ１７が形成されており、当該リブ１７の間には肉抜き部が形成されている。このリブ１７及び肉抜き部によって、タイプレート１０の軽量化、剛性の確保及び射出成形時に材料が冷却されることによるタイプレート１０の変形等を防止することが可能となる。このリブの厚みは２ｍｍ～１０ｍｍの範囲内であることが好ましく、２ｍｍ～６ｍｍの範囲内であることが、タイプレートに発生する応力に対して十分な補強効果が得られ、かつ射出成形した際のボイドや反り、ヒケなどの発生も抑制されるため、より好適である。なお、本実施形態におけるリブの平均厚みは４．５ｍｍである。

【0029】

段部１９は、軌道スラブやまくらぎに形成された図示しない固定ボルトが挿通可能な固定ボルト孔１３が形成されており、当該固定ボルト孔１３は、タイプレート１０の位置が調整可能とするために幅方向に長い長孔に形成されている。また、段部１９の上面は固定ボルトに螺合する固定ボルトの座面を確保するために平坦に形成されている。さらに、段部１９のレールの延設方向端部には、保護板１６が形成されている。保護板１６は、溝部１５の幅方向の変形を抑える補強リブとして作用する他、レール２と固定ボルトとの離隔距離を保持し、絶縁性を確保している。

【0030】

図３に示すように、締結バネ２０は、幅方向に沿って上側に凸となるように湾曲した部材であり、本実施形態においては、非金属材料である炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）によって構成されており、例えば、エポキシ樹脂にカーボンが混合されている。炭素繊維強化プラスチックは、ヤング率が特に高いことに加え、耐食性を有し、腐食による減肉、折損及び脱落による短絡を予防することができる。

【0031】

締結バネ２０の中央部には、鉛直方向に延びる貫通孔２１が形成されている。貫通孔２１は、幅方向に長い長孔に形成されており、上方から下方に向かって径が縮径するように形成されている。

【0032】

また、締結バネ２０の幅方向端部は、円弧状に形成された円弧端を有している。締結バネ２０は、ガラス繊維強化プラスチック又は、炭素繊維強化プラスチックのシートを幅方向に巻き回すことで、断面に補強繊維が積層されて構成されており、ガラス繊維強化プラスチック又は、炭素繊維強化プラスチックのシートを幅方向に巻き回すことで、円弧端を形成することが可能となっている。

【0033】

このように構成された本実施形態に係るレール締結構造１は、図４に示すように、図示しない路盤上にタイプレート１０を固定し、締結ボルト３３及び締結ナット３２によって締結バネ２０によって上から押圧しレール２を保持している。このとき、締結バネ２０の基端側の円弧端２２が係止部１２にレール２の敷設方向回りに回動自在に係止することで、他端側の円弧端が高さ調整自在に取り付けられる。

【0034】

また、締結バネ２０の貫通孔２１は、上方から下方に向かって径が縮径するように形成されているので、上述し他端側の円弧端が回動することによる締結ボルト３３と貫通孔２１の干渉を防止して締結バネ２０の弾性力を確実にレール２に付与することが可能となる。

【0035】

なお、本実施形態に係るレール締結構造１は、タイプレート１０が非金属材料で構成されているので、従来のレール締結構造に用いられていた、タイプレートと路盤の間に介在される絶縁プレートを削減することが可能である。

【0036】

次に、図５及び６を参照して、本実施形態に係るレール締結構造１の性能試験結果について説明を行う。性能試験は、「鉄道構造物等設計標準・同解説 軌道構造」（以下、軌道標準）という）に則り静的・動的二方向載荷試験を行った。載荷試験は、ＪＩＳ６０ｋｇレール、在来線（締結間隔６２５ｍｍ）、曲線半径６００ｍ以上の軌道への適用を想定したものとし、設計軸重１５０ｋＮのもとで設計作用Ａ荷重及びＢ荷重を決定した。測定点は、図２におけるＩ～ＩＶの位置で測定を行った。

【0037】

図５及び６に示すように、載荷中に本実施形態に係るレール締結構造１の締結バネ２０に発生する最大応力は、５７．１ＭＰａであり、炭素繊維強化プラスチックの引張強さ６３８ＭＰａに対して十分に小さいことが確認できた。

【0038】

また、タイプレート応力については、Ａ荷重作用時に測点IIIで最大引張応力３８．６ＭＰａ、測点Ｉで最大圧縮応力７．４ＭＰａであり、ガラス短繊維強化熱可塑性プラスチックの大気平衡吸水時引張破断応力１６９ＭＰａ、圧縮破断応力２２２ＭＰａに対して十分に小さいことが確認できた。

【0039】

また、動的載荷試験は、静的載荷試験と同様の条件で実施し、目標繰り返し回数は１０^６回とした。１０^６回載荷後、締結ボルト・締結ナットの緩みは生じず、外観上の異状は認められなかった。

【0040】

このように、静的載荷試験及び動的載荷試験の結果から、本実施形態に係るレール締結構造１は、疲労破壊に関する安全性を有することが確認できた。

【0041】

次に、本実施形態に係るレール締結構造１について、軌道標準に準拠して電気絶縁抵抗試験を実施した。電気絶縁抵抗試験は、乾燥状態として散布なし、降雨状態として水道水を散布、汚損状態として濃度０．１％の食塩水を散布した状態の３パターンについて電気絶縁抵抗値を測定した。電気絶縁抵抗試験の結果、電気絶縁抵抗値は、いずれの状態においても軌道標準に示される設計基準値１．６ｋΩを上回り、試験条件のうち汚損状態であっても従来のレール締結構造と比較して２０倍以上となった。これにより、本実施形態に係るレール締結構造１は、従来のレール締結構造と比較して十分に高い電気絶縁性を有することが確認できた。

【0042】

このように、本実施形態に係るレール締結構造１は、タイプレート１０が熱可塑性プラスチックで構成されているので、レールと支承体の間を絶縁する電気絶縁性能を向上させることができ、当該電気絶縁性に起因して生じる帰線電流の地絡などの輸送障害の発生リスクを低減することが可能となる。

【0043】

また、本実施形態に係るレール締結構造１は、タイプレート１０を熱可塑性プラスチックで構成しているので、従来のタイプレートと比較して重量を低減することが可能となる。なお、本実施形態において得られたタイプレート１０の重量は約２ｋｇであり、従来の金属製タイプレートの重量約１０ｋｇに対し大幅に軽量化することが確認できた。

【符号の説明】

【0044】

１ レール締結構造， ２ レール， ３ レール高さ調整パッド， ４ 軌道パッド， １０ タイプレート， １１ 補強部， １２ 係止部， １３ 固定ボルト孔， １４ 締結ボルト孔， １５ 溝部， １６ 保護板， １７ リブ， １８ 凹部, １９ 段差， ２０ 締結バネ， ２１ 貫通孔， ２２ 円弧端， ３１ 絶縁座金， ３２ 締結ナット， ３３ 締結ボルト。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】