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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-03-04
(54)【発明の名称】レールを接合及び補修するための方法
(51)【国際特許分類】
B23K 13/00 20060101AFI20240226BHJP
【ＦＩ】
B23K13/00 Z
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023553405
(86)(22)【出願日】2022-03-01
(85)【翻訳文提出日】2023-10-31
(86)【国際出願番号】 CA2022050286
(87)【国際公開番号】W WO2022183282
(87)【国際公開日】2022-09-09
(31)【優先権主張番号】63/155,360
(32)【優先日】2021-03-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】522369348
【氏名又は名称】チェン、ポール ポー
【氏名又は名称原語表記】ＣＨＥＮＧ，Ｐａｕｌ ＰＯ
(74)【代理人】
【識別番号】100105957
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
(74)【代理人】
【識別番号】100142907
【弁理士】
【氏名又は名称】本田 淳
(72)【発明者】
【氏名】チェン、ポール ポー
(57)【要約】
位置合わせされている第１のレール及び第２のレールの、第１の端面と第２の端面との間の間隙内に、１つ以上の加熱要素が配置される、融着レールアセンブリを形成する方法。これらの端面は、非酸化性雰囲気によって覆われ、加熱要素が通電されて、第１のレール及び第２のレールの一部分を、所定の熱間加工温度まで加熱する。第１の端面のうちの１つ以上が、レールの中心線に対して横向きに動いている間、かつ、被加熱部分が、所定の熱間加工温度にある間、第１の端面と第２の端面とが互いに係合して、一体に融着し、融着レールアセンブリを形成する。第１の端面と第２の端面との少なくとも一方の横向きの動きは、第１の端面と第２の端面とが係合される前、又は係合された後に開始することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
融着レールアセンブリを形成する方法であって、（ａ）第１のレール頭部を備える第１のレールであって、その第１のレール中心線を規定しており、その第１の端面で終端している、第１のレールを準備するステップと、
（ｂ）第２のレール頭部を備える第２のレールであって、その第２のレール中心線を規定しており、その第２の端面で終端している、第２のレールを準備するステップと、
（ｃ）前記第１の端面と前記第２の端面とが互いに対向して位置するよう、かつ、前記第１のレール中心線と前記第２のレール中心線とを位置合わせするように、前記第１のレール及び前記第２のレールを配置するステップであって、前記第１の端面及び前記第２の端面が、前記第１の端面と前記第２の端面との間に間隙を画定するように、所定の距離で互いに間隔を空けている、配置するステップと、
（ｄ）前記間隙内に配置される、少なくとも１つの加熱要素を準備するステップと、
（ｅ）前記第１の端面及び前記第２の端面を覆う、非酸化性雰囲気を準備するステップと、
（ｆ）前記少なくとも１つの加熱要素を通電して、前記第１の端面と、前記第１の端面から前記第１のレール内に延びている、前記第１のレールの第１の長さ部分とを、誘導加熱によって、前記第１の端面及び前記第１の長さ部分が塑性変形可能である所定の熱間加工温度まで加熱し、かつ、前記第２の端面と、前記第２の端面から前記第２のレール内に延びている、前記第２のレールの第２の長さ部分とを、誘導加熱によって、前記第２の端面及び前記第２の長さ部分が塑性変形可能である前記所定の熱間加工温度まで加熱するステップと、
（ｇ）前記第１のレール及び前記第２のレールのうちの少なくとも一方に、前記第１のレール中心線及び前記第２のレール中心線に対して少なくともある程度横向きである少なくとも１つの方向において、横向きの動きを与えるステップと、
（ｈ）前記第１のレール及び前記第２のレールのうちの前記少なくとも一方が、前記横向きの動きを受けている間、かつ、前記第１の端面及び前記第１の長さ部分、並びに前記第２の端面及び前記第２の長さ部分が、前記所定の熱間加工温度にある間、前記第１の端面と前記第２の端面とを互いに係合させて、前記第１の端面及び前記第１の長さ部分、並びに前記第２の端面及び前記第２の長さ部分を、少なくともある程度塑性変形させるステップと、を含み、
前記第１の端面及び前記第１の長さ部分、並びに前記第２の端面及び前記第２の長さ部分が、少なくともある程度一体に融着されて、前記融着レールアセンブリを形成する、
方法。
【請求項2】
（ｉ）前記融着レールアセンブリを周囲温度まで冷却するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記融着レールアセンブリの前記第１のレール頭部及び前記第２のレール頭部の、それぞれの頭部頂面上の、余分な頂部材料に、前記それぞれの頭部頂面を互いに位置合わせするための、少なくとも１つの仕上げプロセスが施され、前記融着レールアセンブリの前記第１のレール頭部及び前記第２のレール頭部の、それぞれのフィールド頭部側面及びゲージ頭部側面上の、余分な側部材料に、前記第１のレール頭部及び前記第２のレール頭部の、前記フィールド頭部側面を互いに位置合わせするための、及び、前記第１のレール頭部及び前記第２のレール頭部の、前記ゲージ頭部側面を互いに位置合わせするための、前記少なくとも１つの仕上げプロセスが施される、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
ステップ（ｆ）において、前記第１の長さ部分が、第１の中央頭部領域と整列している第１の中央領域と、前記第１の中央領域に隣接する第１の外側領域とを含み、前記第２の長さ部分が、第２の中央頭部領域と整列している第２の中央領域と、前記第２の中央領域に隣接する第２の外側領域とを含み、前記第１の中央領域及び前記第２の中央領域が、双方とも、前記少なくとも１つの加熱要素によって、経時的に前記第１の外側領域及び前記第２の外側領域よりも大きい程度に加熱される、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
融着レールアセンブリを形成する方法であって、（ａ）第１のレール頭部を備える第１のレールであって、その第１のレール中心線を規定しており、その第１の端面で終端している、第１のレールを準備するステップと、
（ｂ）第２のレール頭部を備える第２のレールであって、その第２のレール中心線を規定しており、その第２の端面で終端している、第２のレールを準備するステップと、
（ｃ）前記第１の端面と前記第２の端面とが互いに対向して位置するよう、かつ、前記第１のレール中心線と前記第２のレール中心線とを位置合わせするように、前記第１のレール及び前記第２のレールを配置するステップであって、前記第１の端面及び前記第２の端面が、前記第１の端面と前記第２の端面との間に隙間を画定するように、所定の距離で互いに間隔を空けている、配置するステップと、
（ｄ）第１の側面及び第２の側面を含む、中間要素を準備するステップと、
（ｅ）前記第１の端面と前記第１の側面との間に第１の間隙を画定し、前記第２の端面と前記第２の側面との間に第２の間隙を画定するように、前記第１の端面と前記第２の端面との間の前記隙間内に、前記中間要素を配置するステップであって、前記第１の側面及び前記第２の側面が、それぞれ、前記第１の端面及び前記第２の端面とそれぞれ係合するための、第１の接触面及び第２の接触面を含む、配置するステップと、
（ｆ）前記第１の間隙内に、少なくとも１つの第１の加熱要素を準備するステップと、
（ｇ）前記第２の間隙内に、少なくとも１つの第２の加熱要素を準備するステップと、
（ｈ）前記第１の端面及び前記第２の端面、並びに前記第１の接触面及び前記第２の接触面を覆う、非酸化性雰囲気を準備するステップと、
（ｉ）前記少なくとも１つの第１の加熱要素を通電して、前記第１の端面と、前記第１の端面から前記第１のレール内に延びている、前記第１のレールの第１の長さ部分とを、前記第１の端面及び前記第１の長さ部分が塑性変形可能である所定の熱間加工温度まで加熱し、かつ、前記第１の接触面と、前記第１の接触面から前記中間要素内に延びている、前記中間要素の第１の中間要素部分とを、前記第１の接触面及び前記第１の中間要素部分が塑性変形可能である前記所定の熱間加工温度まで加熱するステップと、
（ｊ）前記少なくとも１つの第２の加熱要素を通電して、前記第２の端面と、前記第２の端面から前記第２のレール内に延びている、前記第２のレールの第２の長さ部分とを、前記第２の端面及び前記第２の長さ部分が塑性変形可能である前記所定の熱間加工温度まで加熱し、かつ、前記第２の接触面と、前記第２の接触面から前記中間要素内に延びている、前記中間要素の第２の中間要素部分とを、前記第２の接触面及び前記第２の中間要素部分が塑性変形可能である前記所定の熱間加工温度まで加熱するステップと、
（ｋ）前記第１のレール及び前記第２のレールのうちの少なくとも一方に、前記第１のレール中心線及び前記第２のレール中心線に対して少なくともある程度横向きである少なくとも１つの方向において、横向きの動きを与えるステップと、
（ｌ）前記第１のレール及び前記第２のレールのうちの前記少なくとも一方が、前記横向きの動きを受けている間、かつ、前記第１の端面、前記第１の長さ部分、前記第１の接触面、前記第１の中間要素部分、前記第２の端面、前記第２の長さ部分、前記第２の接触面、及び前記第２の中間要素部分が、前記所定の熱間加工温度にある間、前記第１の端面及び前記第２の端面を、前記第１の接触面及び前記第２の接触面とそれぞれ係合させて、前記第１の端面、前記第１の長さ部分、前記第１の接触面、及び前記第１の中間要素部分を、少なくともある程度塑性変形させ、前記第２の端面、前記第２の長さ部分、前記第２の接触面、及び前記第２の中間要素部分を、少なくともある程度塑性変形させるステップと、を含み、
前記第１の端面、前記第１の長さ部分、前記第１の接触面、前記第１の中間要素部分が、一体に融着され、前記第２の端面、前記第２の長さ部分、前記第２の接触面、及び前記第２の中間要素部分が、一体に融着されて、前記融着レールアセンブリを形成する、
方法。
【請求項6】
ステップ（ｋ）において、前記中間要素に、その中間中心線に対して少なくともある程度横向きである少なくとも１つの中間要素方向において、横向きの動きを更に与えて、前記第１の端面及び前記第２の端面に対して前記中間要素を動かすステップを更に含む、請求項５に記載の方法。
【請求項7】
（ｍ）前記融着レールアセンブリを周囲温度まで冷却するステップを更に含む、請求項５に記載の方法。
【請求項8】
前記融着レールアセンブリの前記第１のレール頭部及び前記第２のレール頭部の、それぞれの頭部頂面上の、余分な頂部材料に、前記それぞれの頭部頂面を互いに位置合わせするように、前記余分な頂部材料を除去するための、少なくとも１つの仕上げプロセスが施され、前記融着レールアセンブリの前記第１のレール頭部及び前記第２のレール頭部の、それぞれのフィールド頭部側面及びゲージ頭部側面上の、余分な側部材料に、前記第１のレール頭部及び前記第２のレール頭部の、前記フィールド頭部側面を互いに位置合わせするように、及び、前記第１のレール頭部及び前記第２のレール頭部の、前記ゲージ頭部側面を互いに位置合わせするように、前記余分な側部材料を除去するための、前記少なくとも１つの仕上げプロセスが施される、請求項５に記載の方法。
【請求項9】
前記中間要素のプレート部分に、前記第１のレール及び前記第２のレールの前記頭部頂面と位置合わせされる中間要素頭部頂面を提供するための、及び、それぞれのフィールド中間要素頭部側面及びゲージ中間要素頭部側面を提供するための、少なくとも１つの仕上げプロセスが施され、前記フィールド中間要素頭部側面が、前記第１のレール頭部及び前記第２のレール頭部の、前記フィールド頭部側面と位置合わせされ、前記ゲージ中間要素頭部側面が、前記第１のレール頭部及び前記第２のレール頭部の、前記ゲージ頭部側面と位置合わせされる、請求項５に記載の方法。
【請求項10】
ステップ（ｈ）及びステップ（ｉ）において、前記第１の長さ部分が、前記第１のレール頭部の第１の中央頭部領域と整列している第１の中央領域と、前記第１の中央領域に隣接する第１の外側領域とを含み、前記第２の長さ部分が、前記第２のレール頭部の第２の中央頭部領域と整列している第２の中央領域と、前記第２の中央領域に隣接する第２の外側領域とを含み、前記第１の中央領域及び前記第２の中央領域が、それぞれ、前記少なくとも１つの第１の加熱要素及び前記少なくとも１つの第２の加熱要素によって、経時的に前記第１の外側領域及び前記第２の外側領域よりも大きい程度に加熱される、請求項５に記載の方法。
【請求項11】
融着レールアセンブリを形成する方法であって、（ａ）第１のレール頭部を備える第１のレールであって、その第１のレール中心線を規定しており、その第１の端面で終端している、第１のレールを準備するステップと、
（ｂ）第２のレール頭部を備える第２のレールであって、その第２のレール中心線を規定しており、その第２の端面で終端している、第２のレールを準備するステップと、
（ｃ）前記第１の端面と前記第２の端面との間に隙間を画定するように、前記第１の端面と前記第２の端面とが互いに対向して、所定の距離で互いに間隔を空けて位置するように、前記第１のレール及び前記第２のレールを配置するステップと、
（ｄ）第１の側面及び第２の側面を含む、中間要素を準備するステップと、
（ｅ）前記第１の端面と前記中間要素の前記第１の側面との間に第１の間隙を画定し、前記第２の端面と前記中間要素の第２の側面との間に第２の間隙を画定するように、前記第１の端面と前記第２の端面との間の前記隙間内に、前記中間要素を配置するステップであって、前記第１の側面及び前記第２の側面が、それぞれ、前記第１の端面及び前記第２の端面とそれぞれ係合するための、第１の接触面及び第２の接触面を含む、配置するステップと、
（ｆ）前記第１の間隙内に、少なくとも１つの第１の加熱要素を準備するステップと、
（ｇ）前記第２の間隙内に、少なくとも１つの第２の加熱要素を準備するステップと、
（ｈ）前記第１の端面及び前記第２の端面、並びに前記第１の接触面及び前記第２の接触面を覆う、非酸化性雰囲気を準備するステップと、
（ｉ）前記少なくとも１つの第１の加熱要素を通電して、前記第１の端面と、前記第１の端面から前記第１のレール内に延びている、前記第１のレールの第１の長さ部分とを、前記第１の端面及び前記第１の長さ部分が塑性変形可能である所定の熱間加工温度まで加熱し、かつ、前記第１の接触面と、前記第１の接触面から前記中間要素内に延びている、前記中間要素の第１の中間要素部分とを、前記第１の接触面及び前記第１の中間要素部分が塑性変形可能である前記所定の熱間加工温度まで加熱するステップと、
（ｊ）前記少なくとも１つの第２の加熱要素を通電して、前記第２の端面と、前記第２の端面から前記第２のレール内に延びている、前記第２のレールの第２の長さ部分とを、前記第２の端面及び前記第２の長さ部分が塑性変形可能である前記所定の熱間加工温度まで加熱し、かつ、前記第２の接触面と、前記第２の接触面から前記中間要素内に延びている、前記中間要素の第２の中間要素部分とを、前記第２の接触面及び前記第２の中間要素部分が塑性変形可能である前記所定の熱間加工温度まで加熱するステップと、
（ｋ）前記中間要素に、前記第１のレール中心線及び前記第２のレール中心線に対して少なくともある程度横向きである少なくとも１つの方向において、横向きの動きを与えるステップと、
（ｌ）前記中間要素が、前記横向きの動きを受けている間、かつ、前記第１の端面、前記第１の長さ部分、前記第１の接触面、前記第１の中間要素部分、前記第２の端面、前記第２の長さ部分、前記第２の接触面、及び前記第２の中間要素部分が、前記所定の熱間加工温度にある間、前記第１の端面及び前記第２の端面を、前記第１の接触面及び前記第２の接触面とそれぞれ係合させて、前記第１の端面、前記第１の長さ部分、前記第１の接触面、及び前記第１の中間要素部分を、少なくともある程度塑性変形させ、前記第２の端面、前記第２の長さ部分、前記第２の接触面、及び前記第２の中間要素部分を、少なくともある程度塑性変形させるステップと、を含み、
前記第１の端面、前記第１の長さ部分、前記第１の接触面、前記第１の中間要素部分、前記第２の端面、前記第２の長さ部分、前記第２の接触面、及び前記第２の中間要素部分が、一体に融着されて、前記融着レールアセンブリを形成する、
方法。
【請求項12】
ステップ（ｋ）において、前記第１のレール及び前記第２のレールのうちの少なくとも一方が、前記第１のレール中心線及び前記第２のレール中心線に対して少なくともある程度横向きである少なくとも１つの方向において、横向きの動きを更に受ける、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
（ｍ）前記融着レールアセンブリを周囲温度まで冷却するステップを更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項14】
前記第１のレール頭部及び前記第２のレール頭部の、それぞれの頭部頂面上の、余分なレール材料に、前記それぞれの頭部頂面を互いに位置合わせするように、前記余分なレール材料を除去するための、少なくとも１つのレール仕上げプロセスが施され、前記第１のレール頭部及び前記第２のレール頭部の、それぞれのフィールド頭部側面及びゲージ頭部側面に、前記第１のレール頭部及び前記第２のレール頭部の前記フィールド頭部側面を互いに位置合わせするように、前記余分なレール材料を除去するための、及び、前記第１のレール頭部及び前記第２のレール頭部の前記ゲージ頭部側面を互いに位置合わせするように、前記余分なレール材料を除去するための、前記少なくとも１つの仕上げプロセスが更に施され、前記中間要素上の、余分な中間要素材料に、前記第１のレール及び前記第２のレールの、前記それぞれの頭部頂面と位置合わせされる、中間要素頭部頂面を提供するための、及び、それぞれのフィールド中間要素頭部側面及びゲージ中間要素頭部側面を提供するための、前記少なくとも１つの仕上げプロセスが施され、前記フィールド中間要素頭部側面が、前記第１のレール頭部及び前記第２のレール頭部の、前記フィールド頭部側面と位置合わせされ、前記ゲージ中間要素頭部側面が、前記第１のレール頭部及び前記第２のレール頭部の、前記ゲージ頭部側面と位置合わせされる、
請求項１１に記載の方法。
【請求項15】
融着レールアセンブリを形成する方法であって、（ａ）第１のレール頭部を備える第１のレールであって、その第１のレール中心線を規定しており、その第１の端面において延びている、第１のレールを準備するステップと、
（ｂ）第２のレール頭部を備える第２のレールであって、その第２のレール中心線を規定しており、その第２の端面で終端している、第２のレールを準備するステップと、
（ｃ）前記第１の端面と前記第２の端面との間に隙間を画定するように、前記第１の端面と前記第２の端面とが互いに対して、所定の距離で互いに間隔を空けて位置するように、前記第１のレール及び前記第２のレールを配置するステップと、
（ｄ）第１の側面及び第２の側面を有する本体を含む、中間要素であって、前記第１の側面及び前記第２の側面からそれぞれ反対方向に延びて、それぞれの第１の延出面及び第２の延出面を画定している、前記中間要素の第１の延出部分及び第２の延出部分を更に含む、中間要素を準備するステップと、
（ｅ）前記第１の端面と前記中間要素の前記第１の延出面との間に第１の間隙を画定し、前記第２の端面と前記中間要素の前記第２の延出面との間に第２の間隙を画定するように、前記第１の端面と前記第２の端面との間の前記隙間内に、前記中間要素を配置するステップと、
（ｆ）前記第１の間隙内に、少なくとも１つの第１の加熱要素を準備するステップと、
（ｇ）前記第２の間隙内に、少なくとも１つの第２の加熱要素を準備するステップと、
（ｈ）前記第１の端面及び前記第２の端面、並びに前記第１の延出面及び前記第２の延出面を覆う、非酸化性雰囲気を準備するステップと、
（ｉ）前記少なくとも１つの第１の加熱要素を通電して、前記第１の端面と、前記第１の端面から前記第１のレール内に延びている、前記第１のレールの第１の長さ部分とを、前記第１の端面及び前記第１の長さ部分が塑性変形可能である所定の熱間加工温度まで加熱し、かつ、前記第１の延出面と、前記第１の延出面から前記中間要素内に延びている、前記中間要素の第１の中間要素部分とを、前記第１の延出面及び前記第１の中間要素部分が塑性変形可能である前記所定の熱間加工温度まで加熱するステップと、
（ｊ）前記少なくとも１つの第２の加熱要素を通電して、前記第２の端面と、前記第２の端面から前記第２のレール内に延びている、前記第２のレールの第２の長さ部分とを、前記第２の端面及び前記第２の長さ部分が塑性変形可能である前記所定の熱間加工温度まで加熱し、かつ、前記第２の延出面と、前記第２の延出面から前記中間要素内に延びている、前記中間要素の第２の中間要素部分とを、前記第２の延出面及び前記第２の中間要素部分が塑性変形可能である前記所定の熱間加工温度まで加熱するステップと、
（ｋ）前記中間要素に、中間要素中心線に対して少なくともある程度横向きである少なくとも１つの方向において、横向きの動きを与えるステップと、
（ｌ）前記中間要素が、前記横向きの動きを受けている間、かつ、前記第１の端面、前記第１の長さ部分、前記第１の延出面、前記第１の中間要素部分、前記第２の端面、前記第２の長さ部分、前記第２の延出面、及び前記第２の中間要素部分が、前記所定の熱間加工温度にある間、前記第１の端面及び前記第２の端面を、前記第１の延出面及び前記第２の延出面とそれぞれ係合させて、前記第１の端面、前記第１の長さ部分、前記第１の延出面、前記第１の中間要素部分を、少なくともある程度塑性変形させ、前記第２の端面、前記第２の長さ部分、前記第２の延出面、及び前記第２の中間要素部分を、少なくともある程度塑性変形させるステップと、を含み、
前記第１の端面、前記第１の長さ部分、前記第１の延出面、前記第１の中間要素部分、前記第２の端面、前記第２の長さ部分、前記第２の延出面、及び前記第２の中間要素部分が、一体に融着されて、前記融着レールアセンブリを形成する、
方法。
【請求項16】
ステップ（ｋ）において、前記第１のレール及び前記第２のレールのうちの少なくとも一方が、前記第１のレール中心線及び前記第２のレール中心線に対して少なくともある程度横向きである少なくとも１つの方向において、横向きの動きを更に受ける、請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
レールの損傷した頭部部分を補修して、補修された頭部部分を提供する方法であって、前記レールが、そのレール中心線を規定しており、前記損傷した頭部部分が、少なくとも１つの空洞を含み、前記少なくとも１つの空洞が、前記少なくとも１つの空洞に隣接する少なくとも１つの基準面に対するものであり、かつ、少なくとも１つの空洞壁によって画定されており、前記方法は、（ａ）前記少なくとも１つの空洞壁の、少なくとも１つの表面を洗浄するステップと、
（ｂ）前記少なくとも１つの空洞を少なくとも部分的に充填するように形成されている、少なくとも１つの交換要素であって、
前記少なくとも１つの空洞壁の、前記少なくとも１つの表面と係合するように成形されている、前記少なくとも１つの交換要素の少なくとも１つの係合面と、
前記少なくとも１つの交換要素が前記少なくとも１つの空洞を充填する際に、前記少なくとも１つの基準面に対して所定の位置に位置するように形成されている、少なくとも１つの外面と、
を含む、少なくとも１つの交換要素を準備するステップと、
（ｃ）前記少なくとも１つの係合面が、前記少なくとも１つの空洞壁の前記少なくとも１つの表面から間隔を空けて、それらの間に間隙を画定するように、前記少なくとも１つの交換要素を配置するステップと、
（ｄ）前記間隙内に、少なくとも１つの加熱要素を配置するステップと、
（ｅ）前記少なくとも１つの空洞壁の前記少なくとも１つの表面と、前記少なくとも１つの係合面とを覆う、非酸化性雰囲気を準備するステップと、
（ｆ）前記少なくとも１つの加熱要素を通電して、前記少なくとも１つの空洞壁の前記少なくとも１つの表面と、前記少なくとも１つの空洞壁の前記少なくとも１つの表面から前記損傷した頭部部分内に延びている、レール頭部部分と、前記少なくとも１つの係合面と、前記少なくとも１つの係合面から前記交換要素内に延びている、交換要素部分とを、前記少なくとも１つの空洞壁の前記少なくとも１つの表面、前記レール頭部部分、前記少なくとも１つの係合面、及び前記交換要素部分が少なくともある程度塑性変形可能である所定の熱間加工温度まで加熱するステップと、
（ｇ）前記少なくとも１つの交換要素を、前記レール中心線に対して少なくともある程度横向きに動かすステップと、
（ｈ）前記少なくとも１つの交換要素が、前記レール中心線に対して少なくともある程度横向きに動いている間、かつ、前記少なくとも１つの空洞壁の前記少なくとも１つの表面、前記レール頭部部分、前記少なくとも１つの係合面、及び前記交換要素部分が、前記熱間加工温度にある間、前記少なくとも１つの係合面を、前記少なくとも１つの空洞壁の前記少なくとも１つの表面と係合させて、前記少なくとも１つの空洞壁の前記少なくとも１つの表面、前記レール頭部部分、前記少なくとも１つの係合面、及び前記交換要素部分を、少なくともある程度塑性変形させるステップと、を含み、
前記少なくとも１つの空洞壁の前記少なくとも１つの表面、前記レール頭部部分、前記少なくとも１つの係合面、及び前記交換要素部分が、少なくともある程度一体に融着されて、前記補修された頭部部分を形成する、
方法。
【請求項18】
（ｉ）前記補修された頭部部分を周囲温度まで冷却するステップを更に含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
前記補修された頭部部分上の余分な材料に、前記少なくとも１つの外面を前記少なくとも１つの基準面と位置合わせするように、前記余分な材料を除去するための、少なくとも１つの頭部部分仕上げプロセスが施される、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、レールを接合及び補修する方法である。
【背景技術】
【0002】
先行技術では、レールは、製鋼業者によって標準的な長さで製造される。それらのレールは、最終的に、現場で一体に接合することが必要とされる。レールを一体に溶接する従来の方法としては、例えば、テルミット溶接及びフラッシュバット溶接が挙げられる。これらの従来の方法では、接合されたレール内に、熱影響部が生じる。熱影響部は、典型的には、溶融金属によって２つのレールが接合されている溶接界面又は接合部から、双方のレール内に外向きに延びている。
【0003】
熱影響部内の材料は、従来の溶接プロセスで使用される溶融金属からの熱によって、悪影響を受けている。典型的には、熱影響部内の材料は、熱影響部の外側の材料よりも、脆弱であるか又は軟質である。当該技術分野において周知であるように、熱影響部は、材料（例えば、鋼）の特性が大きく変化している領域をもたらすものであるため、それらのレールは、熱影響部内又は熱影響部付近で、場合によっては溶接界面において、破損が生じやすい。
【0004】
図１に見られるように、従来のレール１０は、頭部１２、足部１４、及び、頭部１２と足部１４とを繋ぎ合わせている腹部１６を含む。（残りの図面は、本発明を説明するものである。）従来のレールにおける様々な欠陥（例えば、内部欠陥、表面亀裂、及び頭部からのスポーリング）は、レールを一体に溶接する従来の方法に起因して生じるものと考えられる。
【発明の概要】
【0005】
上述の理由から、先行技術の欠陥及び不備を克服若しくは軽減する、レールを一体に接合するための方法及びシステムが必要とされている。
その広範な態様において、本発明は、位置合わせされている第１のレール及び第２のレールの、第１の端面と第２の端面との間の間隙内に、１つ以上の加熱要素が配置される、融着レールアセンブリを形成する方法を提供する。これらの端面は、非酸化性雰囲気によって覆われ、加熱要素が通電されて、第１のレール及び第２のレールの一部分を、所定の熱間加工温度まで加熱する。第１の端面のうちの１つ以上が、レールの中心線に対して横向きに動いている間、かつ、被加熱部分が、所定の熱間加工温度にある間、第１の端面と第２の端面とが互いに係合して、一体に融着し、融着レールアセンブリを形成する。横向きの動きは、第１の端部と第２の端部とが係合される前、又は係合された後に開始することができる。
その広範な態様において、本発明は、位置合わせされている第１のレール及び第２のレールの、第１の端面と第２の端面との間の間隙内に、１つ以上の加熱要素が配置される、融着レールアセンブリを形成する方法を提供する。これらの端面は、非酸化性雰囲気によって覆われ、加熱要素が通電されて、第１のレール及び第２のレールの一部分を、所定の熱間加工温度まで加熱する。第１の端面のうちの１つ以上が、レールの中心線に対して横向きに動いている間、かつ、被加熱部分が、所定の熱間加工温度にある間、第１の端面と第２の端面とが互いに係合して、一体に融着し、融着レールアセンブリを形成する。横向きの動きは、第１の端部と第２の端部とが係合される前、又は係合された後に開始することができる。
【0006】
本発明は、以下の添付図面を参照して、より良好に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】（前述の）従来のレールの端面図である。
【図2A】加熱要素が間に配置されている、第１のレール及び第２のレールの、より小さい縮尺で描かれた側面図である。
【図3A】本発明の中間要素の一実施形態が間に配置され、加熱要素が間に配置されている、第１のレール及び第２のレールの、より小さい縮尺で描かれた側面図である。
【図3G】本発明の融着レールアセンブリの代替的実施形態の側面図である。
【図3H】本発明の完成した融着レールアセンブリの側面図である。
【図4A】本発明の中間要素の代替的実施形態が間に配置され、加熱要素が間に配置されている、第１のレール及び第２のレールの側面図である。
【図4D】図４Ｂの第１のレール及び第２のレールの、それらの第１の端部及び第２の端部が中間要素の両側と係合されて、本発明の融着レールアセンブリの一実施形態を形成している、より小さい縮尺で描かれた側面図である。
【図4G】本発明の完成した融着レールアセンブリの側面図である。
【図5A】頭部上に損傷領域を有するレールの側面図である。
【図5B】頭部上に損傷領域を有するレールの、より大きい縮尺で描かれた端面図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
【0009】
一実施形態では、融着レールアセンブリ１２０を形成する方法は、好ましくは、第１のレール頭部１２３を有する第１のレール１２２を準備するステップを含む。第１のレール１２２は、その第１の端面１２６で終端している。第２のレール頭部１３０を有する第２のレール１２８が準備される。図２Ａ～図２Ｄに見られるように、第１のレール１２２は、その第１のレール中心線１２４を規定しており、第２のレール１２８は、その第２のレール中心線１３２を規定している。第２のレール１２８もまた、その第２の端面１３４で終端している。
【0010】
好ましくは、第１のレール１２２及び第２のレール１２８は、第１の端面１２６と第２の端面１３４とが互いに対向して位置するよう、かつ、第１のレール中心線１２４と第２のレール中心線１３２とを位置合わせするように配置される。（図２Ａ）。第１の端面１２６及び第２の端面１３４は、好ましくは、第１の端面１２６と第２の端面１３４との間に隙間１３８を画定するように、所定の距離１３６で互いに間隔を空けている（図２Ｂ、図２Ｃ）。
【0011】
また、１つ以上の加熱要素１４０が準備されることも好ましい。図２Ａに見られるように、加熱要素１４０は、好ましくは、隙間１３８内に置かれている。説明を簡略化するために、図２Ａでは、１つのみの加熱要素１４０が示されている。加熱要素１４０は、説明を明確にするために、図２Ｂ及び図２Ｃからは省略されている点が理解されるであろう。
【0012】
第１の端面１２６及び第２の端面１３４が加熱されている間、それらの端面を覆うために、非酸化性雰囲気又は不活性雰囲気が提供される。図２Ａでは、非酸化性雰囲気は、参照符号１４２によって識別される領域を覆っている。当業者には、加熱要素１４０が通電されている間、第１の端面１２６及び第２の端面１３４を非酸化性雰囲気が覆うように、カバー１４４（図２Ａでは破線によって概略的に表されているもの）が、好ましくは、領域１４２内に非酸化性雰囲気を封じ込めるために設けられている点が理解されるであろう。また、非酸化性雰囲気を封じ込めているカバー１４４は、後述されるように、加熱要素１４０が通電解除された後に取り外される点も理解されるであろう。当業者であれば、非酸化性雰囲気には精通しているため、更なる説明は不要である。
【0013】
非酸化性雰囲気の準備が整うと、加熱要素１４０が通電されて、第１の端面１２６と、第１の端面１２６から第１のレール１２２内に延びている、第１のレール１２２の第１の長さ部分１４６とを、誘導加熱によって、第１の端面１２６及び第１の長さ部分１４６が塑性変形可能である所定の熱間加工温度まで加熱する（図２Ｂ）。通電された加熱要素１４０はまた、第２の端面１３４と、第２の端面１３４から第２のレール１２８内に延びている、第２のレール１２８の第２の長さ部分１４８とを、誘導加熱によって、第２の端面１３４及び第２の長さ部分１４８が塑性変形可能である所定の熱間加工温度まで加熱する（図２Ｂ）。
【0014】
当業者であれば、金属の熱間加工温度は、その金属の溶融温度よりも低いことが理解されるであろう。金属（すなわち、金属又は合金）は、ある範囲の熱間加工温度を有し得る。所定の熱間加工温度とは、最適な熱間加工温度である点が理解されるであろう。例えば、比較的低い熱間加工温度が、比較的低いエネルギー入力に起因して最適であると見なされる場合がある。
【0015】
当業者であれば、加熱要素は、１つ以上の誘導コイルを含み得る点が理解されるであろう。
好ましくは、２つ以上の加熱要素１４０が利用される場合、全ての加熱要素１４０を、実質的に同時に通電することができ、実質的に同時に通電解除することができる。しかしながら、後述されるように、頭部１２３、１３０を予熱するために、特定の加熱要素を、他の加熱要素よりも先に通電することが有利な場合もある。
好ましくは、２つ以上の加熱要素１４０が利用される場合、全ての加熱要素１４０を、実質的に同時に通電することができ、実質的に同時に通電解除することができる。しかしながら、後述されるように、頭部１２３、１３０を予熱するために、特定の加熱要素を、他の加熱要素よりも先に通電することが有利な場合もある。
【0016】
当業者であれば、加熱要素１４０の全てが通電されると、第１の端面１２６及び第２の端面１３４、並びに第１の長さ部分１４６及び第２の長さ部分１４８の全てが、誘導加熱によって加熱される点が理解されるであろう。第１の長さ部分１４６とは、所定の熱間加工温度まで加熱される、第１の端面１２６に隣接する第１のレール１２２の一部分である。第２の長さ部分１４８とは、所定の熱間加工温度まで加熱される、第２の端面１３４に隣接する第２のレール１２８の一部分である。
【0017】
第１の長さ部分１４６及び第２の長さ部分１４８は、図２Ｂでは概略的に表されている点が理解されるであろう。説明の目的上、第１の長さ部分１４６及び第２の長さ部分１４８は、図２Ｂでは、第１の端面１２６及び第２の端面１３４から、第１のレール１２２及び第２のレール１２８内に、それぞれ均一な距離で延びているものとして示されている。しかしながら、当業者であれば、第１のレール１２２及び第２のレール１２８内での、加熱要素１４０からの熱エネルギーの分布は、実際には、第１の端面１２６及び第２の端面１３４に対して均一ではない場合もある点が理解されるであろう。また、後述されるように、実質的に均一に加熱されている被加熱部分を提供するために、頭部１２３、１３０の予熱が必要とされる場合もある。
【0018】
第１のレール１２２及び第２のレール１２８のうちの１つ以上は、第１のレール中心線１２４及び第２のレール中心線１３２に対して少なくともある程度横向きである少なくとも１つの方向において、そのレールの横向きの動きを受けることが好ましい。図２Ｂ及び図２Ｃでは、例として、第１のレール中心線１２４に対して概ね横向きである、第１のレール１２２の動きの方向が、それぞれ、矢印「Ａ１」及び矢印「Ａ２」によって示されている。第２のレール中心線１３２対して概ね横向きである、第２のレール１２８の動きの方向が、それぞれ、矢印「Ｂ１」及び矢印「Ｂ２」によって示されている。
【0019】
また、矢印「Ａ１」、矢印「Ａ２」、矢印「Ｂ１」、及び矢印「Ｂ２」によって全般的に示されている横向きの方向は、例示的なものに過ぎない点も理解されるであろう。横向きの動きは、中心線１２４、１３２に対する任意の方向とすることができ、少なくともある程度非線形とすることができる点が理解されるであろう。横向きの動きは反復的とすることができ、横向きの動きは、任意の好適な周波数及び方向とすることができる点が理解されるであろう。
【0020】
第１の端面１２６及び第１の長さ部分１４６、並びに第２の端面１３４及び第２の長さ部分１４８が、所定の熱間加工温度になると直ちに、加熱要素１４０は、好ましくは隙間１３８から取り外される。カバー１４４もまた、加熱要素１４０が通電解除された時点で取り外すことができ、非酸化性雰囲気を周囲雰囲気中に拡散させることが可能となり得る点が理解されるであろう。加熱要素１４０は、それらの加熱要素を取り外した後に通電解除することもできる。
【0021】
第１のレール１２２及び第２のレール１２８のうちの１つ以上が、横向きの動きを受けている間、かつ、第１の端面１２６及び第１の長さ部分１４６、並びに第２の端面１３４及び第２の長さ部分１４８が、所定の熱間加工温度にある間、第１の端面１２６と第２の端面１３４とが、好ましくは、互いに係合されて、第１の端面１２６及び第２の端面１３４、並びに第１の長さ部分１４６及び第２の長さ部分１４８を、少なくともある程度塑性変形させる。その結果として、第１の端面１２６及び第２の端面１３４、並びに第１の長さ部分１４６及び第２の長さ部分１４８が、後述されるように、少なくともある程度一体に融着されて、融着レールアセンブリ１２０を形成する。第１の端面１２６、第１の長さ部分１４６、第２のレール面１３４、及び第２の長さ部分１４８は、本明細書では集合的に、又は個別的に、被加熱部分と称される場合がある。
【0022】
図２Ｄに見られるように、一実施形態では、第１のレール及び第２のレールを、好ましくは、互いに向けて（矢印「Ｊ」及び矢印「Ｋ」によって示される方向に）動かして、第１の端面１２６と第２の端面１３４とを互いに押し付ける。上述のように、一実施形態では、レール１２２、１２８の一方又は双方の横向きの動きは、好ましくは、第１の端面１２６と第２の端面１３４とが互いに係合する前に開始する。
【0023】
必要に応じて、第１のレール１２２及び第２のレール１２８の一方若しくは双方の横向きの動きは、代替的に、第１の端部１２６と第２の端部１３４とを互いに係合させた後に開始することもできる点が理解されるであろう。
【0024】
第１の端面１２６と第２の端面１３４とが互いに係合され、かつ所定の熱間加工温度にある間の、レール１２２、１２８の一方又は双方の横向きの動きは、その所定の熱間加工温度において、被加熱部分内に存在している材料の少なくとも一部の、剪断を生じさせる。実際には、加熱要素１４０を取り外した後、そのような材料の温度は急速に低下する。したがって、第１の端面１２６及び第２の端面１３４は、加熱要素１４０が通電解除されて取り外された直後に、互いに迅速に係合され、互いに押し付けられる。被加熱部分内の材料の温度が、熱間加工温度を下回った後の、更なる塑性変形は、もはや実現可能ではない。その時点で、レール１２２、１２８のうちの１つ以上の、それらの中心線１２４、１３２に対する横向きの動きが停止する。
【0025】
好ましくは、融着レールアセンブリは、周囲温度まで冷却される（又は、放冷される）。
融着レールアセンブリ１２０が形成された時点で、所定の熱間加工温度まで加熱されて剪断された、その被加熱部分内の材料は、概ね均一な細粒状の微細構造を有する。この微細構造は、融着レールアセンブリ１２０の、以前の被加熱部分の全体にわたって、すなわち、所定の熱間加工温度まで加熱されて剪断された部分の全体にわたって、実質的に一貫したものであり、それらの部分内には熱影響部が存在しないことにより、全体にわたって均一に強固な融着レールアセンブリ１２０をもたらしている。
融着レールアセンブリ１２０が形成された時点で、所定の熱間加工温度まで加熱されて剪断された、その被加熱部分内の材料は、概ね均一な細粒状の微細構造を有する。この微細構造は、融着レールアセンブリ１２０の、以前の被加熱部分の全体にわたって、すなわち、所定の熱間加工温度まで加熱されて剪断された部分の全体にわたって、実質的に一貫したものであり、それらの部分内には熱影響部が存在しないことにより、全体にわたって均一に強固な融着レールアセンブリ１２０をもたらしている。
【0026】
融着レールアセンブリ１２０は、被加熱部分内の材料が、所定の熱間加工温度までしか加熱されていないため、すなわち、そのような材料が、その溶融温度までは加熱されていないため、脆弱化又は軟質化した領域を有する熱影響部を含まない。
【0027】
本発明の方法で消費されるエネルギーの大部分、すなわち約９８パーセントは、加熱要素に供給される電気エネルギーであることが確定している。消費されるエネルギーの残りは、横向きの動きを発生させる際に、及び、第１のレールと第２のレールとを互いに係合させる際に利用される。
【0028】
一実施形態では、加熱要素が通電解除されて撤去された後、頭部１２３、１３０は、好ましくは、互いに軽く係合されるのみであり、そのような係合時に、レール１２２、１２８の一方又は双方は、更なる横向きの動きが実現可能でなくなるまで、それらの横向きの動きを受ける。
【0029】
また、第１の端部１２６と第２の端部１３４とを係合させるために、最小限の力のみが使用される点も理解されるであろう。このことは、驚くべきことに、強制的な係合よりも良好な結果をもたらすことが判明した。第１の端面１２６と第２の端面１３４とが係合される間、より低い係合（圧縮）力を加えることは、被加熱部分のより完全な剪断が行われることを可能にするものであるため、より少ない係合力又は鍛造力で、より良好な結果が達成されると考えられる。
【0030】
加熱要素の誘導コイルは、異なる時間及び異なる速度で通電させることができる。
後述されるように、レール頭部１２３、１３０が腹部及び足部よりも幅広である、レール１２２、１２８の断面形状に起因して、第１の端面１２６及び第２の端面１３４は、それぞれの頭部１２３、１３０において予熱されることが好ましい。
後述されるように、レール頭部１２３、１３０が腹部及び足部よりも幅広である、レール１２２、１２８の断面形状に起因して、第１の端面１２６及び第２の端面１３４は、それぞれの頭部１２３、１３０において予熱されることが好ましい。
【0031】
上述のように、被加熱部分内の材料が、所定の熱間加工温度にある間、第１の端面１２６と第２の端面１３４とが互いに押し付けられると、そのような材料は塑性変形する。当業者であれば、融着レールアセンブリ１２０が形成された時点で、既に加熱された被加熱部分の材料の一部が、例えば第１のレール頭部１２３及び第２のレール頭部１３０を越えて、外向きに延出し得る点が理解されるであろう。実際に、第１の端面１２６と第２の端面１３４とが互いに係合される際に、被加熱部分内の材料の一部が、外向きに圧搾される場合がある。一例として、余分な頂部材料１５０及び側部材料１５２が、図２Ｅ及び図２Ｆに示される。
【0032】
図２Ｄでは、余分な材料が上に一切存在していない、融着レールアセンブリ１２０が示されている点が理解されるであろう。図２Ｅ及び図２Ｆでは、余分な材料には、余分な頂部材料１５０及び余分な側部材料１５２が含まれることが分かる。また、図２Ｄに示されている融着レールアセンブリ１２０は、後述されるように、存在し得るそのような余分な頂部材料１５０及び側部材料１５２を除去することによって作り出された、完成した融着レールアセンブリ１２０である点も理解されるであろう。当業者であれば、この結果を達成するために利用することが可能な、好適な仕上げプロセスが認識されるであろう。
【0033】
本発明の方法は、接合部又は溶接界面を生じさせるものではないが、図２Ｄの破線「Ｘ」は、第１の端面１２６と第２の端面１３４とが互いに係合する場所を示している。
図２Ｆでは、設計プロファイル「Ｄ」の輪郭が、実線の輪郭として提供されており、余分な頂部材料１５０及び側部材料１５２は、ゴースト線又は破線の輪郭で示されている。当業者であれば、設計プロファイル「Ｄ」は、第１のレール頭部１２３及び第２のレール頭部１３０の双方に関して同じである点が理解されるであろう。余分な頂部材料１５０の範囲、及び余分な側部材料１５２の範囲は、説明の目的上、図２Ｆでは誇張されている点が理解されるであろう。腹部「Ｗ」及び足部「Ｚ」の付近にもまた、設計プロファイル「Ｄ」を越えて押し出された材料が存在し得るが、そのような材料は、説明を明確にするために、図２Ｆからは省略されている。当業者であれば、腹部「Ｗ」又は足部「Ｚ」の付近の、いずれの押し出された材料も、一般に、所定の場所に残存させることが可能であり得る点が理解されるであろう。しかしながら、必要に応じて、腹部「Ｗ」及び足部「Ｚ」の付近の、いずれの押し出された材料も、以下で言及される仕上げプロセスを使用して除去することができる。
図２Ｆでは、設計プロファイル「Ｄ」の輪郭が、実線の輪郭として提供されており、余分な頂部材料１５０及び側部材料１５２は、ゴースト線又は破線の輪郭で示されている。当業者であれば、設計プロファイル「Ｄ」は、第１のレール頭部１２３及び第２のレール頭部１３０の双方に関して同じである点が理解されるであろう。余分な頂部材料１５０の範囲、及び余分な側部材料１５２の範囲は、説明の目的上、図２Ｆでは誇張されている点が理解されるであろう。腹部「Ｗ」及び足部「Ｚ」の付近にもまた、設計プロファイル「Ｄ」を越えて押し出された材料が存在し得るが、そのような材料は、説明を明確にするために、図２Ｆからは省略されている。当業者であれば、腹部「Ｗ」又は足部「Ｚ」の付近の、いずれの押し出された材料も、一般に、所定の場所に残存させることが可能であり得る点が理解されるであろう。しかしながら、必要に応じて、腹部「Ｗ」及び足部「Ｚ」の付近の、いずれの押し出された材料も、以下で言及される仕上げプロセスを使用して除去することができる。
【0034】
好ましくは、余分な頂部材料１５０及び余分な側部材料１５２は、第１の端面１２６と第２の端面１３４とが一体に融着される箇所で、第１の頭部１２３と第２の頭部１３０とが水平に（又は、実質的に水平に）位置合わせされるように、除去されることになる（図２Ｄ）。設計プロファイル「Ｄ」は、頭頂面部分「Ｃ」と、その設計プロファイルの頭頂面部分「Ｃ」に隣接する、フィールドコーナ「ＦＣ」及びゲージコーナ「ＧＣ」とを含む（図２Ｆ）。図２Ｆに見られるように、余分な頂部部分１５０は、頭頂面部分「Ｃ」とフィールドコーナ「ＦＣ」及びゲージコーナ「ＧＣ」とに隣接して位置している。
【0035】
設計プロファイル「Ｄ」はまた、フィールドコーナ「ＦＣ」から下向きに延びているフィールド面「ＦＦ」と、ゲージコーナ「ＧＣ」から下向きに延びているゲージ面「ＧＦ」とを含む。設計プロファイル「Ｄ」はまた、フィールド面「ＦＦ」及びゲージ面「ＧＦ」に隣接して位置している、上部フィッシング面「ＵＦ」も含む。図２Ｆに見られるように、余分な側部材料１５２は、フィールド面「ＦＦ」及びゲージ面「ＧＦ」と上部フィッシング面「ＵＦ」とに隣接して位置している。
【0036】
好ましくは、融着レールアセンブリ１２０の第１のレール頭部１２３及び第２のレール頭部１３０の、それぞれの頭部頂面１５４Ａ、１５４Ｂ（図２Ｅ）上の、余分な頂部材料１５０（図２Ｅ、図２Ｆ）には、それぞれの頭部頂面１５４Ａ、１５４Ｂを互いに位置合わせするように余分な頂部材料１５０を除去するための、１つ以上の仕上げプロセスが施される。また、融着レールアセンブリ１２０の第１のレール頭部１２３及び第２のレール頭部１３０の、それぞれのフィールド頭部側面１５６Ａ、１５６Ｂ及びゲージ頭部側面１５８Ａ、１５８Ｂ（図２Ｃ）上の、余分な側部材料１５２（図２Ｅ、図２Ｆ）にも、第１のレール頭部１２３及び第２のレール頭部１３０の、フィールド頭部側面１５６Ａ、１５６Ｂを互いに位置合わせするように、及び、第１のレール頭部１２３及び第２のレール頭部１３０の、ゲージ頭部側面１５８Ａ、１５８Ｂを互いに位置合わせするように、余分な側部材料１５２を除去するための、１つ以上の仕上げプロセスを施すことが好ましい。
【0037】
図２Ｆに見られるように、それぞれの頭部頂面１５４Ａ、１５４Ｂは、頭頂面部分「Ｃ」と、フィールドコーナ「ＦＣ」及びゲージコーナ「ＧＣ」とを含む点が理解されるであろう。また、仕上げプロセスは、余分な頂部材料１５０を除去するために使用することができる点も理解されるであろう。したがって、余分な頂部材料１５０の除去により、それぞれの頭部頂面１５４Ａ、１５４Ｂの、それぞれの頭頂面部分「Ｃ」とフィールドコーナ「ＦＣ」及びゲージコーナ「ＧＣ」とが露出される。
【0038】
同様に、フィールド頭部側面１５６Ａ、１５６Ｂ（図２Ｃ）はそれぞれ、フィールド面「ＦＦ」と、そのフィールド面に隣接する上部フィッシング面「ＵＦ」とを含む。したがって、第１のレール頭部１２３及び第２のレール頭部１３０の、フィールド側「Ｆ」の余分な側部材料１５２の除去により、フィールド頭部側面１５６Ａ、１５６Ｂのそれぞれの、フィールド面「ＦＦ」と、隣接する上部フィッシング面「ＵＦ」とが露出される。ゲージ頭部側面１５８Ａ、１５８Ｂ（図２Ｃ）はそれぞれ、ゲージ面「ＧＦ」と、そのゲージ面に隣接する上部フィッシング面「ＵＦ」とを含む。したがって、第１のレール頭部１２３及び第２のレール頭部１３０の、ゲージ側「Ｇ」の余分な側部材料１５２の除去により、ゲージ頭部側面１５８Ａ、１５８Ｂのそれぞれの、ゲージ面「ＧＦ」と、隣接する上部フィッシング面「ＵＦ」とが露出される。
【0039】
図２Ｅ及び図２Ｆに見られるように、余分な頂部材料１５０を除去して、第１のレール頭部１２３及び第２のレール頭部１３０の、それぞれの頭部頂面１５４Ａ、１５４Ｂを露出させることができる。更には、余分な側部材料１５２を除去して、第１のレール頭部１２３及び第２のレール頭部１３０の、それぞれのフィールド頭部側面１５６Ａ、１５６Ｂとゲージ頭部側面１５８Ａ、１５８Ｂとを露出させることができる。
【0040】
上記から、本発明のプロセスでは、レール１２２、１２８の被加熱部分は、第１のレール１２２及び第２のレール１２８内に実質的に均一な距離で延びていることが好ましい点が分かる。第１のレール１２２及び第２のレール１２８の、第１の頭部１２３及び第２の頭部１３０（図２Ｃ）は、そのそれぞれの腹部１１６Ａ、１１６Ｂ及び足部１１４Ａ、１１４Ｂ（図２Ｅ）の断面積と比較して、相対的に幅広の断面積を有する。当業者であれば、頭部１２３、１３０の断面積がより大きいことに起因して、第１の長さ部分１４６及び第２の長さ部分１４８が、それぞれ、第１の端面１２６及び第２の端面１３４から、同じ距離（又は、ほぼ同じ距離）で第１のレール１２２及び第２のレール１２８内に延び得るような、十分な熱を供給するために、第１の端面１２６及び第２の端面１３６において、頭部１２３、１３０に向けて追加的な熱を経時的に向けることができる点が理解されるであろう。
【0041】
上述のように、加熱要素は、被加熱部分を所定の熱間加工温度まで加熱することが理解されるであろう。本発明の方法では、被加熱部分は、熱間加工温度よりも高い温度、すなわち、溶融温度までは加熱されない。したがって、概ね均一に加熱された被加熱部分を提供するためには、頭部を予熱して、経時的に頭部部分により大きい程度の熱を供給することが好ましい。
【0042】
一実施形態では、第１の長さ部分１４６は、好ましくは、第１の端面１２６の第１の中央頭部領域１６２Ａと整列している、第１の中央領域１６０Ａと、第１の中央領域１６０Ａに隣接する第１の外側領域１６４Ａとを含む（図２Ｂ）。また、第２の長さ部分１４８も、第２の端面１３４の第２の中央頭部領域１６２Ｂと整列している、第２の中央領域１６０Ｂと、第２の中央領域１６２Ｂに隣接する第２の外側領域１６４Ｂとを含むことが好ましい。好ましくは、第１の中央領域１６０Ａ及び第２の中央領域１６０Ｂは、双方とも、加熱要素１４０によって、経時的に第１の外側領域１６４Ａ及び第２の外側領域１６４Ｂよりも大きい程度に加熱される。
【0043】
当業者であれば、任意の好適なデバイス及び方法を利用することによって、第１の中央領域１６０Ａ及び第２の中央領域１６０Ｂを、経時的に第１の外側領域１６４Ａ及び第２の外側領域１６４Ｂよりも大きい程度まで、熱に晒すことができる点が理解されるであろう。上述のように、このことは、好ましくは、第１の中央領域１６０Ａ及び第２の中央領域１６０Ｂを予熱することによって達成される。例えば、第１の中央頭部領域１６２Ａ及び第２の中央頭部領域１６２Ｂの近位に配置されている加熱要素１４０は、第１の外側領域１６４Ａ及び第２の外側領域１６４Ｂを加熱するように配置されている加熱要素１４０が通電される前に、所定の予熱期間にわたって、第１の中央領域１６０Ａ及び第２の中央領域１６０Ｂに熱を供給するように構成することができる。また、第１の中央頭部領域１６２Ａ及び第２の中央頭部領域１６２Ｂの近位にある加熱要素１４０は、第１の外側領域１６４Ａ及び第２の外側領域１６４Ｂを加熱するように配置されている加熱要素１４０よりも速い速度で、熱を供給するように構成することもできる。
【0044】
本発明の方法の別の実施形態が、図３Ａ～図３Ｈに示される。この実施形態では、中間要素２６６が準備され、本発明のこの方法は、例えば、第１のレール２２２及び第２のレール２２８の一方若しくは双方の、横向きの運動が不都合であるか、又は実現可能ではない場合に利用することができる。好ましくは、第１のレール２２２及び第２のレール２２８は、第１の端面２２６と第２の端面２３４とが互いに対向して位置するよう、かつ、第１のレール中心線２２４と第２のレール中心線２３２とを位置合わせするように配置される（図３Ａ）。第１の端面２２６及び第２の端面２３４は、第１の端面２２６と第２の端面２３４との間に隙間を画定するように、所定の距離２６８で互いに間隔を空けていることが好ましい（図３Ｂ）。図３Ａ及び図３Ｂに見られるように、中間要素２６６は、好ましくは、その第１の側面２７０及び第２の側面２７２を含む。
【0045】
好ましくは、中間要素２６６は、第１の端面２２６と第１の側面２７０との間に第１の間隙２７４を画定し、第２の端面２３４と第２の側面２７２との間に第２の間隙２７６を画定するように、第１の端面２２６と第２の端面２３４との間の隙間内に配置される（図３Ｂ）。第１の側面２７０及び第２の側面２７２は、それぞれ、第１の端面２２６及び第２の端面２３４とそれぞれ係合するための、第１の接触面２７８及び第２の接触面２８０を含む。好ましくは、１つ以上の第１の加熱要素２４０Ａが、第１の間隙２７４内に配置され、１つ以上の第２の加熱要素２４０Ｂが、第２の間隙２７６内に配置される（図３Ａ）。加熱要素２４０Ａ、２４０Ｂは、説明を明確にするために、図３Ｂからは省略されている点が理解されるであろう。
【0046】
中間要素は、その中間要素中心線２６７を規定している（図３Ｃ）。中間要素中心線２６７は、第１のレール中心線２２４及び第２のレール中心線２３２と位置合わせされることが好ましい。
【0047】
また、第１の端面２２６及び第２の端面２３４、並びに第１の接触面２７８及び第２の接触面２８０を覆う、非酸化性雰囲気が提供される点も理解されるであろう。非酸化性雰囲気によって覆われる領域は、図３Ａの参照番号２４２によって識別される。非酸化性雰囲気を封じ込めるためのカバー２４４が、図３Ａで概略的に表されている。
【0048】
次に、第１の加熱要素２４０Ａが好ましくは通電されて、第１の端面２２６と、第１の端面２２６から第１のレール２２２内に延びている、第１のレール２２２の第１の長さ部分２４６とを、第１の端面２２６及び第１の長さ部分２４６が塑性変形可能である所定の熱間加工温度まで加熱する。第１の加熱要素２４０Ａが通電されると、第１の接触面２７８と、第１の接触面２７８から中間要素２６６内に延びている、中間要素２６６の第１の中間要素部分２８２とが、第１の接触面２７８及び第１の中間要素部分２８２が塑性変形可能である所定の熱間加工温度まで加熱される。
【0049】
第２の加熱要素２４０Ｂもまた好ましくは通電されて、第２の端面２３４と、第２の端面２３４から第２のレール２２８内に延びている、第２のレール２８８の第２の長さ部分２４８とを、第２の端面２３４及び第２の長さ部分２４８が塑性変形可能である所定の熱間加工温度まで加熱する。第２の加熱要素２４０Ｂが通電されると、第２の接触面２８０と、第２の接触面２８０から中間要素２６６内に延びている、中間要素２６６の第２の中間要素部分２８４とが、第２の接触面２８０及び第２の中間要素部分２８４が塑性変形可能である所定の熱間加工温度まで加熱される。
【0050】
中間要素２６６は、一体に直接接合することが困難であり得る、異なる材料で作製されている２つのレール２２２、２２８を、接合するために利用することができる。これらの状況では、例えば、第１のレール２２２を、好ましくは、第１の所定の熱間加工温度まで加熱することができ、第２のレール２２８を、好ましくは、異なる第２の所定の熱間加工温度まで加熱することができる。中間要素２６６は、第１の所定の熱間加工温度と第２の所定の熱間加工温度とに適合している。第１の加熱要素２４０Ａは、第１の端面２２６、第１の長さ部分２４６、第１の接触面２７８、及び第１の中間要素部分２８２を、第１の所定の熱間加工温度まで加熱することができる。第２の加熱要素２４０Ｂは、第２の端面２３４、第２の長さ部分２４８、第２の接触面２８０、及び第２の中間要素部分２８４を、第２の所定の熱間加工温度まで加熱することができる。
【0051】
様々な技術を利用して、２つのレール２２２、２２８を、異なる温度まで加熱することができる。例えば、間隙２７４、２７６を、異なる幅にすることができる。あるいは、又は更に、加熱要素２４０Ａ、２４０Ｂは、第１のレール２２２及び第２のレール２２８に対して、異なる方式で配置することもできる。加熱要素２４０Ａ、２４０Ｂは、異なる量の熱エネルギーを供給するように構成することができ、また、それらの加熱要素は、異なる期間にわたって熱エネルギーを供給することもできる。例えば、加熱要素２４０Ａ、２４０Ｂは、異なる予熱期間にわたって加熱することができる。
【0052】
第１の長さ部分２４６及び第２の長さ部分２４８、並びに第１の中間要素部分２８２及び第２の中間要素部分２８４の全ては、図３Ａでは概略的に表されている点が理解されるであろう。説明の目的上、第１の長さ部分２４６及び第２の長さ部分２４８は、図３Ａでは、第１の端面２２６及び第２の端面２３４から、第１のレール２２２及び第２のレール２２８内に、均一な距離で延びているものとして示されている。しかしながら、当業者であれば、第１のレール２２２及び第２のレール２２８内での、加熱要素２４０Ａ、２４０Ｂからの熱エネルギーの分布は、実際には、第１の端面２２６及び第２の端面２３４に対して均一ではない場合もある点が理解されるであろう。
【0053】
一実施形態では、第１のレール２２２及び第２のレール２２８の一方若しくは双方は、好ましくは、第１のレール中心線２２４及び第２のレール中心線２３２に対して少なくともある程度横向きである少なくとも１つの方向において、横向きの動きを受ける。上述のように、レール２２２、２２８の横向きの動きは、それらの中心線に対して横向きである任意の方向とすることができる。
【0054】
第１のレール２２２及び第２のレール２２８の一方若しくは双方が、横向きの動きを受けている間、かつ、第１の端面２２６、第１の長さ部分２４６、第１の接触面２７８、第１の中間要素部分２８２、第２の端面２３４、第２の長さ部分２４８、第２の接触面２８０、及び第２の中間要素部分２８４が、所定の熱間加工温度にある間、第１の端面２２６及び第２の端面２３４は、第１の接触面２７８及び第２の接触面２８０とそれぞれ係合して、第１の端面２２６、第１の長さ部分２４６、第１の接触面２７８、及び第１の中間要素部分２８２を、少なくともある程度塑性変形させ、第２の端面２３４、第２の長さ部分２４８、第２の接触面２８０、及び第２の中間要素部分２８４を、少なくともある程度塑性変形させる。そのような塑性変形により、後述されるように、第１の端面２２６、第１の長さ部分２４６、第１の接触面２７８、及び第１の中間要素部分２８２が、一体に融着される。更には、また、そのような塑性変形により、第２の端面２３４、第２の長さ部分２４８、第２の接触面２８０、及び第２の中間要素部分２８４も一体に融着されて、融着レールアセンブリ２２０を形成する（図３Ｃ）。第１の端面２２６、第１の長さ部分２４６、第１の接触面２７８、第１の中間要素部分２８２、第２のレール面２３４、第２の長さ部分２４８、第２の接触面２８０、及び第２の中間要素部分２８４は、本明細書では集合的に、又は個別的に、被加熱部分と称される場合がある。
【0055】
第１のレール２２２を、好ましくは、図３Ｃの矢印「２Ｊ」によって示される方向に動かして、第１の端面２２６を第１の接触面２７８に押し付ける。ほぼ同時に、第２のレール２２８を、好ましくは、図３Ｃの矢印「２Ｋ」によって示される方向に動かして、第２の端面２３４を第２の接触面２８０に押し付ける。上述のように、この係合は、最小限の圧縮力で達成されることが好ましい。
【0056】
一実施形態では、中間要素２６６は、中間要素中心線２６７に対して少なくともある程度横向きである１つ以上の中間要素方向の、横向きの動きを受けることができる。そのような横向きの動きは、第１の端面２２６及び第２の端面２３４に対して、中間要素２６６を動かす。レール２２２、２２８の、それらの中心線に対する横向きの動きと同様に、中間要素２６６の横向きの動きは、中間要素中心線２６７に対して横向きである任意の方向とすることができる。
【0057】
一実施形態では、レール２２２、２２８、及び中間要素２６６は全て、被加熱部分が所定の熱間加工温度にある間、かつ、第１の端面２２６及び第２の端面２３４が、第１の接触面２７８及び第２の接触面２８０と係合している間、それらのそれぞれの横向きの動きを受けることができる。この横向きの動きは、そのような係合の前又は後に開始することができる。
【0058】
別の実施形態では、第１の端面２２６及び第２の端面２３４と、第１の接触面２７８及び第２の接触面２８０との係合が行われている間、レール２２２、２２８のみが、それらの横向きの動きを受けることができる。この横向きの動きは、そのような係合の前又は後に開始することができる。
【0059】
更に別の代替的実施形態では、第１の端面２２６及び第２の端面２３４と、第１の接触面２７８及び第２の接触面２８０との係合が行われている間、中間要素２６６のみが、中間要素中心線２６７に対する横向きの動きを受ける。この横向きの動きは、そのような係合の前又は後に開始することができる。
【0060】
一実施形態では、融着レールアセンブリ２２０が形成された後、融着レールアセンブリ２２０は、好ましくは、周囲温度まで冷却されるか又は放冷される。
融着レールアセンブリ２２０が形成された時点で、既に加熱された被加熱部分の材料の一部が、例えば第１のレール頭部２２３及び第２のレール頭部２３０を越えて、外向きに延出し得る点が理解されるであろう。図３Ｅ及び図３Ｆに見られるように、一例として、余分な頂部材料２５０及び余分な側部材料２５２が、中間要素２６６の第１の側面２７０及び第２の側面２７２に隣接して位置している場合がある。当業者であれば、修正された融着レールアセンブリ２２０’を提供するために、余分な頂部材料２５０及び余分な側部材料２５２の一部若しくは全てを、除去することが必要とされる場合がある点が理解されるであろう。そのような除去は、融着レールアセンブリ２２０の第１のレール頭部２２３及び第２のレール頭部２３０の、それぞれの頭部頂面２５４Ａ、２５４Ｂが位置合わせされることを確実にし、かつまた、融着レールアセンブリ２２０’のレール頭部２２３、２３０の、それぞれのフィールド頭部側面２５６Ａ、２５６Ｂ及びゲージ頭部側面２５８Ａ、２５８Ｂが位置合わせされることも確実にして、融着レールアセンブリ２２０’の上を鉄道車両の車輪が妨げられることなく転がることを可能にするために、必要とされる場合がある。当業者であれば、余分な頂部材料２５０及び余分な側部材料の除去のために利用することが可能な、好適な仕上げプロセスもまた認識されるであろう。図３Ｃに示されるような融着レールアセンブリ２２０は、余分な頂部材料２５０及び余分な側部材料が除去された後の、融着レールアセンブリを示していることが理解されるであろう。後述されるように、更なる仕上げプロセスが適用された後に作り出されている、完全な又は修正された融着レールアセンブリ２２０’が、図３Ｈに示される。
融着レールアセンブリ２２０が形成された時点で、既に加熱された被加熱部分の材料の一部が、例えば第１のレール頭部２２３及び第２のレール頭部２３０を越えて、外向きに延出し得る点が理解されるであろう。図３Ｅ及び図３Ｆに見られるように、一例として、余分な頂部材料２５０及び余分な側部材料２５２が、中間要素２６６の第１の側面２７０及び第２の側面２７２に隣接して位置している場合がある。当業者であれば、修正された融着レールアセンブリ２２０’を提供するために、余分な頂部材料２５０及び余分な側部材料２５２の一部若しくは全てを、除去することが必要とされる場合がある点が理解されるであろう。そのような除去は、融着レールアセンブリ２２０の第１のレール頭部２２３及び第２のレール頭部２３０の、それぞれの頭部頂面２５４Ａ、２５４Ｂが位置合わせされることを確実にし、かつまた、融着レールアセンブリ２２０’のレール頭部２２３、２３０の、それぞれのフィールド頭部側面２５６Ａ、２５６Ｂ及びゲージ頭部側面２５８Ａ、２５８Ｂが位置合わせされることも確実にして、融着レールアセンブリ２２０’の上を鉄道車両の車輪が妨げられることなく転がることを可能にするために、必要とされる場合がある。当業者であれば、余分な頂部材料２５０及び余分な側部材料の除去のために利用することが可能な、好適な仕上げプロセスもまた認識されるであろう。図３Ｃに示されるような融着レールアセンブリ２２０は、余分な頂部材料２５０及び余分な側部材料が除去された後の、融着レールアセンブリを示していることが理解されるであろう。後述されるように、更なる仕上げプロセスが適用された後に作り出されている、完全な又は修正された融着レールアセンブリ２２０’が、図３Ｈに示される。
【0061】
好ましくは、融着レールアセンブリ２２０の第１のレール頭部２２３及び第２のレール頭部２３０の、それぞれの頭部頂面２５４Ａ、２５４Ｂ上の、余分な頂部材料２５０には、それぞれの頭部頂面２５４Ａ、２５４Ｂを互いに位置合わせするように余分な頂部材料２５０を除去するための、１つ以上の仕上げプロセスが施される。また、融着レールアセンブリ２２０の第１のレール頭部２２３及び第２のレール頭部２３０の、それぞれのフィールド頭部側面２５６Ａ、２５６Ｂ及びゲージ頭部側面２５８Ａ、２５８Ｂ上の、余分な側部材料２５２にも、第１のレール頭部２２３及び第２のレール頭部２３０の、フィールド頭部側面２５６Ａ、２５６Ｂを互いに位置合わせするように、及び、第１のレール頭部２２３及び第２のレール頭部２３０の、ゲージ頭部側面２５８Ａ、２５８Ｂを互いに位置合わせするように、余分な側部材料２５２を除去するための、仕上げプロセスを施すことが好ましい。
【0062】
図３Ｄは、図３ＣのＱ－Ｑ’で取られた、融着レールアセンブリの断面であることが理解されるであろう。説明を明確にするために、余分な頂部材料２５０及び余分な側部材料２５２は、図３Ｃ及び図３Ｄからは省略されている。第１のレール２２２は、設計プロファイル「２Ｄ」を有する（図３Ｄ）。第２のレール２２８は、第１のレール２２２のプロファイルと同じであるプロファイルを有し、第１のレール２２２と第２のレール２２８とは、好ましくは水平に位置合わせされることが理解されるであろう。図３Ｄに見られるように、一実施形態では、中間要素２６６は、好ましくは、融着レールアセンブリ２２０が形成された時点でレール２２２、２２８に対して外向きに延出している、プレート部分２８６を含む。図３Ｄに示されているようなプレート部分２８６のサイズは、説明を明確にするために誇張されている。
【0063】
中間要素２６６には、そのプレート部分が設けられていない場合もある点が理解されるであろう。プレート部分２８６は、例えば、第１のレール２２２及び第２のレール２２８に対する中間要素の配置を容易にするために、中間要素２６６内に含めることができる。また、プレート部分２８６は、中間要素２６６の横向きの運動を容易にするために使用することもできる。例えば、中間要素２６６を所定の位置に保持するための、及び／又は、中間要素２６６に横向きの動きを与えるための、１つ以上のデバイス（図示せず）を、プレート部分２８６に係合させることができる。
【0064】
また、中間要素２６６は、プレート部分２８６よりも小さいプレート部分を含み得る点も理解されるであろう。例えば、図３Ｇでは、第１のレール２２２及び第２のレール２２８の頭部頂面２５４Ａ、２５４Ｂを越えて上向きに、又は足部２１４Ａ、２１４Ｂよりも下方には延出しない、短縮されたプレート部分２８７を含む、中間要素２６６Ａが示されている。プレート部分２８７は、融着レールアセンブリ２２０が形成された時点で、第１のレール２２２及び第２のレール２２８の側面から水平に延出している点が理解されるであろう（図３Ｇ）。この実施形態では、プレート部分２８７は、要求に応じて中間要素２６６を配置及び／又は動かすためのデバイス（図示せず）によって係合可能な表面を提供することによって、融着レールアセンブリ２２０が形成されている間、中間要素２６６を所定の位置に保持し、（必要に応じて）中間要素２６６に横向きの動きを与えることを容易にする。
【0065】
図３Ｇに見られるように、中間要素２６６並びに第１のレール２２２及び第２のレール２２８のうちの１つ以上の、横向きの動きの間に、第１のレール２２２と第２のレール２２８とが係合されると、余分な頂部材料２５０及び余分な側部材料２５２が、外向きに押し出される場合がある。図３Ｇに示されるように、余分な頂部材料２５０及び余分な側部材料２５２の量は、説明を明確にするために誇張されている。
【0066】
好ましくは、融着レールアセンブリの中間要素２６６のプレート部分２８６には、第１のレール２２２及び第２のレール２２８の頭部頂面２５４Ａ、２５４Ｂと位置合わせされる中間要素頭部頂面２８８を含む、修正された中間要素２６６’（図３Ｈ）を提供するために、１つ以上の仕上げプロセスが施される。また、プレート部分２８６には、修正された中間要素２６６’が、それぞれのフィールド中間要素頭部側面及びゲージ中間要素頭部側面を含むように、更に仕上げプロセスが施されることも好ましい。フィールド中間要素頭部側面（図３Ｈには示さず）は、好ましくは、第１のレール頭部２２３及び第２のレール頭部２３０の、フィールド頭部側面２５６Ａ、２５６Ｂと位置合わせされ、ゲージ中間要素頭部側面２８９Ｂ（図３Ｈ）は、好ましくは、第１のレール頭部２２３及び第２のレール頭部２３０の、ゲージ頭部側面２５８Ａ、２５８Ｂと位置合わせされる。当業者であれば、好適な仕上げプロセスが認識されるであろう。
【0067】
図３Ｈに見られるように、プレート部分２８６は、好ましくは除去され、残されている中間要素２６６の残部が、修正された中間要素２６６’である。修正された中間要素２６６’は、好ましくは、第１のレール２２２及び第２のレール２２８のプロファイルと揃えられている、その中間要素のプロファイルを有することにより、第１のレール２２２及び第２のレール２２８、並びに中間要素２６６の残部の上を、鉄道車輪が転がることを可能にする。上述のように、仕上げプロセスが施された、図示の完成した融着レールアセンブリが、図３Ｈに示されており、参照符号２２０’によって識別される。
【0068】
当業者であれば、図３Ｇに示されている中間要素２６６にもまた、そのプレート部分２８７を除去し、余分な頂部材料２５０及び余分な側部材料２５２を除去するための、仕上げプロセスを施すことにより、図３Ｈに示されている修正された中間要素２６６’を提供することができる点が理解されるであろう。
【0069】
一実施形態では、第１の長さ部分２４６は、第１のレール頭部２２３の第１の中央頭部領域２６２Ａと整列している、第１の中央領域２６０Ａと、第１の中央領域２６０Ａに隣接する第１の外側領域２６４Ａとを含む。好ましくは、第２の長さ部分２４８は、第２のレール頭部２３０の第２の中央頭部領域２６２Ｂと整列している、第２の中央領域２６０Ａと、第２の中央領域２６０Ｂに隣接する第２の外側領域２６４Ｂとを含む。また、第１の中央領域２６０Ａ及び第２の中央領域２６０Ｂは、それぞれ、第１の加熱要素２４０Ａ及び第２の加熱要素２４０Ｂによって、経時的に第１の外側領域２６４Ａ及び第２の外側領域２６４Ｂよりも大きい程度に加熱されることも好ましい。
【0070】
上述のように、被加熱部分内での概ね均一な熱分布を達成するために、より多くの熱を頭部部分２２３、２３０に経時的に供給することが有利である。このことは、頭部部分２２３、２３０を予熱することによって達成することができる。
【0071】
当業者であれば、任意の好適なデバイス及び方法を利用することによって、第１の中央領域２６０Ａ及び第２の中央領域２６０Ｂを、第１の外側領域２６４Ａ及び第２の外側領域２６４Ｂよりも経時的に大きい熱に晒すことができる点が理解されるであろう。例えば、第１の中央頭部領域２６２Ａ及び第２の中央頭部領域２６２Ｂの近位にそれぞれ配置されている、加熱要素２４０Ａ、２４０Ｂは、第１の外側領域２６４Ａ及び第２の外側領域２６４Ｂを加熱するように配置されている加熱要素２４０Ａ、２４０Ｂよりも多くの熱を、第１の中央領域２６０Ａ及び第２の中央領域２６０Ｂに経時的に供給するように構成することができる。
【0072】
本発明の融着レールアセンブリ３２０を形成する代替的方法が、図４Ａ～図４Ｇに示される。好ましくは、第１のレール３２２及び第２のレール３２８が準備され、第１の端面３２６と第２の端面３３４との間に隙間を画定するように、それらの第１の端面３２６と第２の端面３３４とが、互いに対向して、所定の距離３６８で互いに間隔を空けて位置するように配置される（図４Ｂ）。
【0073】
図４Ｂに見られるように、第１の側面３７０及び第２の側面３７２を有する本体３０１を含む、中間要素３６６が好ましくは準備される。また、中間要素３６６は、第１の側面３７０及び第２の側面３７２から反対方向に延びて、それらのそれぞれの第１の延出面３０７及び第２の延出面３０９を画定する、その中間要素の第１の延出部分３０３及び第２の延出部分３０５を更に含むことも好ましい。好ましくは、中間要素３６６は、第１の端面３２６と中間要素３６６の第１の延出面３０７との間に第１の間隙３７４を画定し、第２の端面３３４と中間要素３６６の第２の延出面３０９との間に第２の間隙３７６を画定するように、第１の端面３２６と第２の端面３３４との間の隙間内に配置される。
【0074】
上述のように、中間要素は、異種材料のレールを（中間要素を介して）接合するために使用することができる。
中間要素３６６は、中間要素３６６が第１のレール３２２と第２のレール３２８との間に配置される際に、第１のレール３２２及び第２のレール３２８の、それぞれの中心線３２４、３３２と好ましくは位置合わせされる、その中間要素中心線３６７を規定している。
中間要素３６６は、中間要素３６６が第１のレール３２２と第２のレール３２８との間に配置される際に、第１のレール３２２及び第２のレール３２８の、それぞれの中心線３２４、３３２と好ましくは位置合わせされる、その中間要素中心線３６７を規定している。
【0075】
１つ以上の第１の加熱要素３４０Ａが、好ましくは、第１の間隙３７４内に配置され、１つ以上の第２の加熱要素３４０Ｂが、第２の間隙３７６内に配置される。
また、第１の端面３２６及び第２の端面３３４、並びに第１の延出面３０７及び第２の延出面３０９を覆う、非酸化性雰囲気が好ましくは提供される点も理解されるであろう。非酸化性雰囲気によって覆われる領域は、図４Ａの参照番号３４２によって識別される。非酸化性雰囲気を封じ込めるためのカバー３４４が、図４Ａで概略的に表されている。
また、第１の端面３２６及び第２の端面３３４、並びに第１の延出面３０７及び第２の延出面３０９を覆う、非酸化性雰囲気が好ましくは提供される点も理解されるであろう。非酸化性雰囲気によって覆われる領域は、図４Ａの参照番号３４２によって識別される。非酸化性雰囲気を封じ込めるためのカバー３４４が、図４Ａで概略的に表されている。
【0076】
次に、第１の加熱要素３４０Ａが通電されて、第１の端面３２６と、第１の端面３２６から第１のレール３２２内に延びている、第１のレール３２２の第１の長さ部分３４６とを、第１の端面３２６及び第１の長さ部分３４６が塑性変形可能である所定の熱間加工温度まで加熱する（図４Ａ）。第１の加熱要素３４０Ａはまた、第１の延出面３０７と、第１の延出面３０７から中間要素３６６内に延びている、中間要素３６６の第１の中間要素部分３１１とを、第１の延出面３０７及び第１の中間要素部分３１１が塑性変形可能である所定の熱間加工温度まで加熱する。
【0077】
好ましくは、第２の加熱要素３４０Ｂもまた通電されて、第２の端面３３４と、第２の端面３３４から第２のレール３２８内に延びている、第２のレール３２８の第２の長さ部分３４８とを、第２の端面３３４及び第２の長さ部分３４８が塑性変形可能である所定の熱間加工温度まで加熱する（図４Ａ）。第２の加熱要素３４０Ｂはまた、第２の延出面３０９と、第２の延出面３０９から中間要素３６６内に延びている、中間要素３６６の第２の中間要素部分３１３とを、第２の延出面３０９及び第２の中間要素部分３１３が塑性変形可能である所定の熱間加工温度まで加熱する。
【0078】
一実施形態では、中間要素３６６は、好ましくは、中間要素中心線３６７に対して少なくともある程度横向きである１つ以上の方向において、横向きの動きを受ける。
好ましくは、中間要素３６６が、その横向きの動きを受けている間、かつまた、第１の端面３２６、第１の長さ部分３４６、第１の延出面３０７、第１の中間要素部分３１１、第２の端面３３４、第２の長さ部分３４８、第２の延出面３０９、及び第２の中間要素部分３１３が、所定の熱間加工温度にある間、第１の端面３２６及び第２の端面３３４は、第１の延出面３０７及び第２の延出面３０９とそれぞれ係合して、第１の端面３２６、第１の長さ部分３４７、第１の延出面３０７、第１の中間要素部分３１１を、少なくともある程度塑性変形させ、また第２の端面３３４、第２の長さ部分３４８、第２の延出面３０９、及び第２の中間要素部分３１３も、少なくともある程度塑性変形させる。
好ましくは、中間要素３６６が、その横向きの動きを受けている間、かつまた、第１の端面３２６、第１の長さ部分３４６、第１の延出面３０７、第１の中間要素部分３１１、第２の端面３３４、第２の長さ部分３４８、第２の延出面３０９、及び第２の中間要素部分３１３が、所定の熱間加工温度にある間、第１の端面３２６及び第２の端面３３４は、第１の延出面３０７及び第２の延出面３０９とそれぞれ係合して、第１の端面３２６、第１の長さ部分３４７、第１の延出面３０７、第１の中間要素部分３１１を、少なくともある程度塑性変形させ、また第２の端面３３４、第２の長さ部分３４８、第２の延出面３０９、及び第２の中間要素部分３１３も、少なくともある程度塑性変形させる。
【0079】
そのような塑性変形により、第１の端面３２６、第１の長さ部分３４６、第１の延出面３０７、及び第１の中間要素部分３１１が、一体に融着される。更には、また、そのような塑性変形により、第２の端面３３４、第２の長さ部分３４８、第２の延出面３０９、及び第２の中間要素部分３１３も一体に融着されて、融着レールアセンブリ３２０を形成する。第１の端面３２６、第１の長さ部分３４６、第１の延出面３０７、第１の中間要素部分３１１、第２のレール面３３４、第２の長さ部分３４８、第２の延出面３０９、及び第２の中間要素部分３１３は、本明細書では集合的に、又は個別的に、被加熱部分と称される場合がある。
【0080】
好ましくは、第１のレール３２２を、図４Ｄの矢印「３Ｊ」によって示される方向に動かして、第１の端面３２６を第１の延出面３０７に押し付ける。ほぼ同時に、第２のレール３２８を、好ましくは、図４Ｃの矢印「３Ｋ」によって示される方向に動かして、第２の端面３３４を第２の延出面３０９に押し付ける。
【0081】
一実施形態では、レール３２２、３２８及び中間要素３６６は全て、被加熱部分が所定の熱間加工温度にある間、かつ、第１の端面２２６及び第２の端面２３４が、第１の接触面２７８及び第２の接触面２８０と係合している間、それらのそれぞれの横向きの動きを受けることができる。第１のレール３２２及び第２のレール３２８は、それらのそれぞれの中心線３２４、３３２に対する、それらの横向きの動きを受けることができる。あるいは、レール３２２、３２８のみが、それらのそれぞれの中心線３２４、３３２に対する横向きの動きを受ける場合もあり、すなわち、その間、中間要素３６６は静止している。これらの要素のうちのいずれかの横向きの動きは、レール３２２、３２８と中間要素３６６との係合の前又は後に開始することができる。
【0082】
図４Ｃに見られるように、第１の延出部分３０３の第１の延出面３０７は、好ましくは、その延出面が融着されることになる第１のレール３２２の設計プロファイルと同じである、設計プロファイル「ＤＥ」を有するように成形されている。第２の延出面３０９もまた、第２のレール３２８の設計プロファイルと同じである、設計プロファイル（図示せず）を有する点が理解されるであろう。当業者であれば、第１のレール３２２及び第２のレール３２８の設計プロファイル、並びに第１の延出面３０７及び第２の延出面３０９の設計プロファイルは、好ましくは、全て同じである点が理解されるであろう。中間要素３６６は、プレート部分３８６を含み得る。
【0083】
中間要素３６６には、そのプレート部分が設けられていない場合もある点が理解されるであろう。プレート部分３８６は、例えば、第１のレール３２２及び第２のレール３２８に対する中間要素の配置を容易にするために、中間要素２６６内に含めることができる。また、プレート部分３８６は、中間要素３６６の横向きの運動を容易にするために使用することもできる。中間要素３６６がプレート部分３６６を含む場合には、プレート部分３８６は、後述されるような仕上げプロセスを利用することによって、少なくとも部分的に除去される。
【0084】
融着レールアセンブリ３２０に仕上げプロセスが施されて、修正又は完成した融着レールアセンブリ３２０’（図４Ｇ）が提供された時点で、第１のレール３２２及び第２のレール３２８、並びに第１の延出部分３０３及び第２の延出部分３０５の全てが、好ましくは、水平に（又は、実質的に水平に）位置合わせされて、修正又は完成した融着レールアセンブリ３２０’の上を鉄道車両の車輪が転がることが可能となる。
【0085】
図４Ｅ及び図４Ｆに見られるように、一実施形態では、余分な頂部材料３５０及び余分な側部材料３５２が、第１のレール３２２及び第２のレール３２８のレール頭部３２３、３３０を越えて、外向きに押し出される場合がある。この材料は、第１のレール３２２及び第２のレール３２８が中間要素３６６に押し付けられる際に、被加熱部分から、外向きに圧搾される。そのような材料は、好ましくは、好適な仕上げプロセスを利用することによって除去される。当業者であれば、そのような仕上げプロセスが認識されるであろう。
【0086】
頭部３２３、３３０の頭部頂面３５４Ａ、３５４Ｂが、材料３５０によって妨げられずに位置合わせされるように、余分な頂部材料３５０が、好ましくは除去される（図４Ｅ）。頭部３２３、３３０のフィールド頭部側面３５６Ａ、３５６Ｂが、材料３４２によって妨げられずに位置合わせされるように、余分な側部材料３５２が除去される（図４Ｆ）。また、図４Ｆに見られるように、頭部３２３、３３０のゲージ頭部側面３５８Ａ、３５８Ｂが、材料３５２によって妨げられずに位置合わせされるように、余分な側部材料３５２が、好ましくは除去される。
【0087】
図４Ｃに見られるように、中間要素３６６の本体３０１は、融着レールアセンブリ３２０が形成された時点でレール３２２、３２８に対して外向きに延出している、プレート部分３８６を含み得る。好ましくは、融着レールアセンブリ３２０内の中間要素３６６のプレート部分３８６には、第１のレール３２２及び第２のレール３２８の頭部頂面３５４Ａ、３５４Ｂと位置合わせされる中間要素頂面３８８を含む、修正された中間要素３６６’を提供するために、１つ以上の追加的な仕上げプロセスが施される（図４Ｇ）。また、プレート部分３８６には、頭部３２３、３３０のフィールド頭部側面３５６Ａ、３５６Ｂ、及び頭部３２３、３３０のゲージ頭部側面３５８Ａ、３５８Ｂとそれぞれ位置合わせされる、修正された中間要素３６６’のフィールド中間要素頭部側面及びゲージ中間要素頭部側面を提供するために、追加的な仕上げプロセスを更に施すことも好ましい。ゲージ中間頭部側面３８９Ｂが、図４Ｇに示されている。当業者であれば、プレート部分３８６の少なくとも一部を除去するための、好適な仕上げプロセスが認識されるであろう。
【0088】
図４Ｇに見られるように、修正された中間要素３６６’を提供するためにプレート部分３８６が除去された時点で、残されている本体３０１の残部は、延出部分３０３、３０５の設計プロファイル「ＤＥ」と、第１のレール３２２及び第２のレール３２８のプロファイルとに揃えられている、プロファイルを有することにより、第１のレール３２２及び第２のレール３２８、並びに修正された中間要素３６６’の上を、鉄道車輪（図示せず）が転がることを可能にする。図４Ｇに示されている、完成又は修正された融着レールアセンブリは、参照符号３２０’によって識別される。
【0089】
延出部分３０３、３０５のそれぞれは、中間要素３６６の本体３０１から軸方向に延びている。延出部分３０３、３０５の深さにより、加熱要素３４０Ａ、３４０Ｂが通電されると、それらの延出部分は、その中に比較的均一な熱分布をもたらすと考えられる。延出部分３０３、３０５は、好ましくは、熱分布を制御して、その中に熱を閉じ込める役割を果たす。
【0090】
上述のように、加熱要素３４０Ａ、３４０Ｂは、加熱要素３４０Ａ、３４０Ｂの通電時に、レール３２２、３２８の頭部３２３、３３０に追加的な熱エネルギーを伝達するように構成することができる。より均一な熱分布のために、頭部３２３、３３０に対応する、延出部分３０３、３０５の一部に関して、予熱を利用することができる。
【0091】
図５Ａ及び図５Ｂに見られるように、レール４１０の頭部４１７は、「スポーリング」と称されるものに起因して損傷するか、又は他の方式で損傷する場合がある。頭部４１７への損傷は、少なくとも部分的に、従来の溶接方法から生じる熱影響部に起因し得る。図５Ａでは、図示のような頭部４１７は、便宜的に参照符号４２１Ａ及び４２１Ｂによって識別される、損傷している２つの領域を有する。頭部４１７の別の図が、図５Ｂに示されており、この図では、損傷領域は参照符号４２１Ｃによって識別される。レール４１０は、好ましくは、その中心線４１９を規定している。
【0092】
図５Ａ及び図５Ｂに見られるように、損傷部分４２５Ａ、４２５Ｂ、４２５Ｃを、頭部４１７から除去して、隣接する基準面に対して、頭部４１７内に空洞４２７Ａ、４２７Ｂ、４２７Ｃを設けることが好ましい。図５Ａ～図５Ｄに見られるように、基準面は、頭部４１７の頭頂面又は頂面４２９、並びに頭部の側面４３１である。
【0093】
図５Ａ～図５Ｇに見られるように、本発明は、好ましくは、レール４１０の損傷した頭部部分４１７を補修して、補修された頭部部分４３３を提供する方法を含む。当業者であれば、空洞４２７Ａ、４２７Ｂ、４２７Ｃが形成されると、空洞４２７Ａ、４２７Ｂ、４２７Ｃをそれぞれ画定している、壁４３５Ａ、４３５Ｂ、４３５Ｃの表面が、好ましくは洗浄され、あるいは以下で説明される補修プロセスに関して他の方式で準備される点が理解されるであろう。
【0094】
交換要素４３７Ａ、４３７Ｂ、４３７Ｃが、対応する空洞４２７Ａ、４２７Ｂ、４２７Ｃを少なくとも部分的に充填するように形成されており、交換要素のそれぞれは、特定の空洞内に適合するように形成されている点が理解されるであろう。好ましくは、交換要素４３７Ａ、４３７Ｂ、４３７Ｃのそれぞれは、その交換要素により充填されることが意図されている空洞の、空洞壁と係合するように成形されている、１つ以上の係合面４３９Ａ、４３９Ｂ、４３９Ｃを含む。交換要素４３７Ａ、４３７Ｂ、４３７Ｃのそれぞれは、好ましくはまた、それぞれ、１つ以上の外面４４１Ａ、４４１Ｂ、４４１Ｃも含む。後述されるように、外面４４１Ａ、４４１Ｂ、４４１Ｃのそれぞれは、好ましくは、交換要素４３７Ａ、４３７Ｂ、４３７Ｃが対応する空洞４２７Ａ、４２７Ｂ、４２７Ｃを充填する際に、基準面４２９、４３１に対して所定の位置に位置するように形成されている。
【0095】
好ましくは、交換要素４３７Ａ、４３７Ｂ、４３７Ｃのそれぞれは、その係合面４３９Ａ、４３９Ｂ、４３９Ｃが、対応する空洞壁の表面から間隔を空けて位置して、それらの間にそれぞれの間隙４４３Ａ、４４３Ｂ、４４３Ｃを画定するように配置される（図５Ｃ、図５Ｄ）。１つ以上の加熱要素が、好ましくは、間隙のそれぞれの中に配置される。説明を明確にするために、加熱要素は、図５Ｃ及び図５Ｄでは、参照符号４４０Ａ、４４０Ｂ、４４０Ｃによって識別される。加熱要素が通電されている間、それぞれの係合面４３９Ａ、４３９Ｂ、４３９Ｃを覆い、かつまた、空洞壁４３５Ａ、４３５Ｂ、４３５Ｃも覆う、非酸化性雰囲気が提供される点が理解されるであろう。説明を明確にするために、非酸化性雰囲気によって覆われる領域と、そのためのカバーとは、図５Ａ～図５Ｆからは省略されている。
【0096】
非酸化性雰囲気の準備が整うと、加熱要素が通電される。図５Ｃ及び図５Ｄに示されている実施例のそれぞれでは、加熱要素は、空洞壁の表面、表面から頭部４１７内に延びているレール頭部部分、空洞用の交換要素の係合面、及び、係合面から交換要素内に延びている交換要素部分を、所定の熱間加工温度まで加熱する。空洞壁の表面、レール頭部部分、係合面、及び交換要素部分は、本明細書では集合的に、又は個別的に、被加熱部分と称される場合がある。被加熱部分が、所定の熱間加工温度にある場合、それらは塑性変形可能である。
【0097】
一例として図５Ｄ及び図５Ｆを参照すると、通電された加熱要素４４０Ｃは、空洞壁４３５Ａの表面、表面から頭部４１７内に延びているレール頭部部分４４７Ｃ、係合面４３９Ｃ、及び係合面４３９Ｃから交換要素４３７Ｃ内に延びている交換要素部分４４９Ｃを加熱する。空洞壁４３５Ａ、４３５Ｂ、及び交換要素４３７Ａ、４３７Ｂは、それぞれの加熱要素４４０Ａ、４４０Ｂによって同じ程度まで加熱されることが理解されるであろう。図５Ｃ及び図５Ｅでは、それぞれの加熱要素によって加熱される、レール頭部部分及び交換要素部分は、説明を明確にするために省略されている。
【0098】
好ましくは、交換要素４３７Ａ、４３７Ｂ、４３７Ｃは、レール中心線４１９に対して少なくともある程度横向きに動かされ、次いで、交換要素が横向きに動いている間、かつ、被加熱部分が所定の熱間加工温度にある間、交換要素の係合面が空洞壁と係合される。例えば、図５Ｅ及び図５Ｆでは、交換要素４３７Ａ、４３７Ｂ、及び４３７Ｃのそれぞれが、その係合面と、対応する空洞壁との係合のために動かされる方向は、それぞれ、矢印４５１Ａ、４５１Ｂ、４５１Ｃによって概略的に示されている。
【0099】
それぞれの場合に係合面が空洞壁に係合する際の、交換要素の横向きの動きにより、それぞれの対応する交換要素の係合面と、その係合面が係合するように形成されている空洞壁とが、一体に融着されて、補修された頭部部分４３３を形成する（図５Ｅ、図５Ｆ）。
【0100】
補修された頭部部分４３３は、好ましくは、周囲温度まで冷却されるか又は放冷される。
係合面が空洞壁と係合される際に、被加熱部分の一部が外向きに圧搾されて、頭頂面４２９又は側面４３１上に位置する場合がある。この状況は、図５Ｇに示されており、この図では、余分な頂部材料４５０及び余分な側部材料４５２が示されている。図５Ｇに示されている実施例では、余分な頂部材料４５０が、頭頂面部分４２９上に少なくとも部分的に位置しており、余分な側部材料４５２が、側部部分４３１上に少なくとも部分的に位置している。好ましくは、補修された頭部部分４３３には、外面を関連の基準面と位置合わせするために、１つ以上の頭部部分仕上げプロセスが施される。
係合面が空洞壁と係合される際に、被加熱部分の一部が外向きに圧搾されて、頭頂面４２９又は側面４３１上に位置する場合がある。この状況は、図５Ｇに示されており、この図では、余分な頂部材料４５０及び余分な側部材料４５２が示されている。図５Ｇに示されている実施例では、余分な頂部材料４５０が、頭頂面部分４２９上に少なくとも部分的に位置しており、余分な側部材料４５２が、側部部分４３１上に少なくとも部分的に位置している。好ましくは、補修された頭部部分４３３には、外面を関連の基準面と位置合わせするために、１つ以上の頭部部分仕上げプロセスが施される。
【0101】
図５Ｇに見られるように、外面４４１Ｃは、交換要素４３７Ｃが空洞４２７Ｃ内に配置される際に、頭頂面４２９と位置合わせされるように形成されている、頂部外面４５３を含む。外面４４１Ｃはまた、交換要素４３７Ｃが空洞４２７Ｃ内に配置される際に、側面４３１と位置合わせされるように形成されている、側面４５５も含む。
【0102】
当業者であれば、余分な頂部材料４５０及び余分な側部材料４５２は、任意の好適な仕上げプロセスによって除去することができる点が理解されるであろう。外面４４１Ｃが、関連の基準面と、他の方式で十分に位置合わせされていない場合には、好適な仕上げプロセスを適用して、あらゆる位置合わせ不良を補正することができる。
【0103】
本発明の方法の実施形態の特定のステップが実行される順序は、そのような実施形態によってもたらされる結果に実質的に影響を及ぼすことなく、変更することができる点が理解されるであろう。
【0104】
また、本発明は、多くの形態を取ることができ、そのような形態は、特許請求の範囲に記載されている本発明の範囲内である点も、当業者には理解されるであろう。特許請求の範囲は、実施例に記載されている好ましい実施形態によって限定されるべきではなく、明細書本文全体と一致する、最も広義の解釈が与えられるべきである。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図2F】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図3E】
【図3F】
【図3G】
【図3H】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図4E】
【図4F】
【図4G】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図5E】
【図5F】
【図5G】
【国際調査報告】