JP5042696B2

JP5042696B2 - 形状記憶合金製レール継目部材の加熱装置及び加熱方法

Info

Publication number: JP5042696B2
Application number: JP2007108090A
Authority: JP
Inventors: 照卓小崎; 友裕豊澤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2007-04-17
Filing date: 2007-04-17
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2027-04-17
Also published as: JP2008266901A

Description

本発明は、形状記憶合金製レール継目用部材を加熱するための加熱装置、及びこの加熱装置を使用したレール継目用部材の加熱方法に関し、特に、天井クレーン用レール等のように高所に敷設されたレールに使用された継目部材の加熱に好適なレール継目部材の加熱装置及び加熱方法に関する。

レールの継目に間隙をなくし、さらにレールの取替えが容易なレール継目用部材として、形状記憶合金を用いたレール継目部材が特許文献１に開示されており、形状記憶合金製レール継目用部材に所望の性能を発揮させるためには、予め当該形状記憶合金製レール継目用部材に引張変形を付与しておき、２つのレールの接続部に取り付けた後に、所定の温度域まで加熱する必要がある旨記載されている。

ところで、一般に、形状記憶合金を加熱する方法としては、誘導電流による加熱及びバーナーによる加熱等が適用されている。しかしながら、誘導電流による加熱は、加熱部分（継目用部材）毎に装置を取り付けなければならないため、レールに多数設けられている継目部材の加熱には不向きである。また、レール等の変形及び材質変化を防止するため、ボルト及びレールは高温にならないようにし、形状記憶合金製レール継目用部材のみを加熱する必要がある。そこで、従来、形状記憶合金製レール継目用部材を加熱する際は、作業者がバーナーを使用して個々に加熱している。

また、従来、レールを加熱する装置としては、例えば、案内部に沿って往復直線運動が可能となるように装着された平行スライダーと、モータにより回転運動を行う回転盤と、この回転運動を往復直線運動に変換する回転ロッドと、平行スライダーと連動ロッドとを連結する連結部とを具備し、連結ロッドの連結部に対する前端側に第１スプリングを装着すると共に、後端側に第２スプリングを装着した揺動機構を有し、案内部に対して連動ロッドと反対の案内部外側に加熱バーナーの噴射孔が位置するように、加熱バーナーが平行スライダーに装着されている加熱装置が提案されている（特許文献２参照）。この特許文献１に記載の加熱装置では、第１及び第２スプリングの反発力を調整することで、平行スライダーの往復直線運動における異動速度及び往復端での移動ストロークを調整し、平行スライダーに装着された加熱バーナーによりレール頭部の加熱を行う。

特開２００６−２５７７０７号公報特開平１１−２８０００５号公報

しかしながら、バーナーを使用した従来の形状記憶合金製レール継目用部材の過熱方法には、以下に示す問題点がある。図６（ａ）及び（ｂ）はバーナーを使用した従来のレール継目用部材の加熱方法を模式的に示す図である。図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、通常、天井クレーン用レール１０１は、床から１０〜３０ｍ程度の高所に敷設されており、クレーンが通行するための歩廊１０３の反対側には、床が設けられていない。このため、バーナー１０４によって形状記憶合金製レール継目部材１０２を加熱する場合は、作業者１０５が安全帯１０６を装着してクレーン側に身を乗り出して作業を行う必要があり、危険性が高いという問題点がある。

また、通常、継目用部材１０２は、レール１０１の両側に取り付けられているが、この方法ではいずれか一方しか加熱できないため、温度差により左右の継目用部材１０２のバランスが崩れないように、これらを交互に加熱して、温度を少しずつ上昇させなければならない。このため、接合部一箇所あたり２０分程度の作業時間を要し、作業効率が悪いという問題点もある。

一方、特許文献１に記載された加熱装置は、自動でレールを加熱することができるが、この加熱装置は、鉄道用レールの端頭部を焼き入れ処理するためのものであり、レールの側面に配置されるレール継目部材の加熱には適用できないという問題点がある。

本発明は、上述した問題点を鑑みてなされたものであって、レールの両側に取り付けられた継目部材を均等に加熱することができ、かつボルト及びレールの変形・材質変化を防止し、作業安全性も確保できる形状記憶合金製レール継目部材の加熱装置及び加熱方法を提供することを目的とする。

本発明に係る形状記憶合金製レール継目部材の加熱装置は、レールの両側に取り付けられ、形状記憶合金の形状復元力によりレール同士を密着させる形状記憶合金製レール継目用部材を加熱するための加熱装置であって、装置本体を前記レールに固定するためのガイド固定治具と、前記ガイド固定治具上に設けられ、前記レールの長手方向に伸びるリニアガイドと、前記リニアガイド上に摺動可能に配置され、前記レールの長手方向に移動する加熱器固定治具と、前記加熱器固定治具に取り付けられた１対の加熱器とを有し、前記１対の加熱器は、前記レールを挟んで左右対称に配置され、前記レールに沿って移動しながら、左右の前記形状記憶合金製レール継目用部材の整合する位置を同時に加熱し、その加熱位置が前後方向及び上下方向に移動可能であることを特徴とする。

この加熱装置は、前記ガイド固定治具の前記レールと接する部分に可動部が設けられ、前記ガイド固定治具が、前記レール上を移動可能となっていてもよい。

また、前記加熱器はハンドバーナーであり、その先端部分が、前記加熱器固定治具に固定されている点を通る前記レールの幅方向の軸回りに可動可能となっていてもよい。

更に、形状記憶合金製レール継目用部材の加熱温度を測定する温度計を有することもできる。

本発明に係る形状記憶合金製レール継目部材の加熱方法は、レールの両側に取り付けられ、形状記憶合金の形状復元力によりレール同士を密着させる形状記憶合金製レール継目用部材を加熱する方法であって、前述した加熱装置を使用し、左右の形状記憶合金製レール継目用部材の整合する位置を、同時に加熱し、加熱する際は形状記憶合金の部分は完全に形状回復する温度に加熱し、それ以外の部分は２００℃以下に保持することを特徴とする。

本発明によれば、レールの両側に加熱器を配置し、左右の形状記憶合金製レール継目部材の整合する位置を同時に加熱しているため、作業時間を半分以下にすることができると共に、片側（歩廊側）から両方の加熱器を操作することが可能となるため安全性が向上し、更に、ボルト及びレールを変形・材質変化させずに、２枚の形状記憶合金製レール継目部材を均等に加熱することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の加熱装置を示す平面図であり、図２はその側面図であり、図３（ａ）は図１に示すＡ−Ａ線による断面図であり、図３（ｂ）はＢ−Ｂ線による断面図である。図１〜図３に示すように、本発明の加熱装置１は、形状記憶合金製レール継目用部材を加熱するためのものであり、ガイド固定治具２上に設けられたリニアガイド３に、２本の加熱器５ａ，５ｂが左右対称に取り付けられた加熱器固定治具４が摺動可能に配置されている。

ガイド固定治具２は、装置本体をレール１１に固定するためのものであり、形状記憶合金製レール継目部材１２を加熱する際は、ボルト６によりレール１１に固定される。また、ガイド固定治具２のレール１１の上面と接する部分には、ベアリング等の可動部２ａが設けられており、加熱完了後に、次に加熱する形状記憶合金製レール継目部材１２まで移動できるようになっている。

また、リニアガイド３は、加熱器固定治具４及び加熱器５ａ，５ｂをレール１１に沿って移動させるためのものであり、ガイド固定治具２上にレール１１と平行に少なくとも１本設置されていればよい。また、その長さは、その上を摺動する加熱器固定治具４の可動範囲が、形状記憶合金製レール継目部材１２の長さと同等となる程度であればよい。また、その先端及び後端部には、夫々ストッパー３ａが設けられていてもよい。なお、図１〜図３では、リニアガイド３をガイド固定治具２の幅方向中央部に１本設けた場合を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、リニアがガイド３の設置数及び設置位置は、加熱器固定治具４及び加熱器５ａ，５ｂの大きさ等に応じて、適宜設定することができる。

更に、加熱器固定治具４は、加熱器５ａと加熱器５ｂとの対向状態を保ちつつ加熱器５ａ，５ｂをレール１１に沿って移動させるためのものである。また、この加熱器固定治具４では、レール１１に対する加熱器５ａ，５ｂの角度を調整できるようになっている。そして、加熱器５ａ，５ｂの先端部分は、加熱器固定治具４における保持部を中心点として、円周方向に可動可能となっている。

本発明の加熱装置１における加熱器５ａ，５ｂとしては、例えば、工事現場等で一般に使用されているハンドガスバーナーを使用することができる。これら加熱器５ａ，５ｂは、先端部がレール１１を挟んで対向するように配置されており、レール１１の両側に取り付けられた形状記憶合金製レール継目部材１２の整合する位置を、両側から同時に加熱することができるようになっている。その際、バーナーの火力が強いと、形状記憶合金製レール継目部材１２以外の部材、特にボルト１６が高温に加熱され、変形・材質変化が発生する。一方、火力が弱いと、形状記憶合金製レール継目部材１２の温度上昇が少なく、形状記憶合金製レール継目部材１２が十分に形状回復しないため、レール１１の端部を接合することができない。このように、形状記憶合金製レール継目部材１２を加熱する際は、形状記憶合金の部分は完全に形状回復する温度（例えば３５０℃以上）に加熱し、それ以外の部分は２００℃以下に保持する必要がある。しかしながら、形状記憶合金製レール継目部材１２は、ボルト１６により固定されており、固定式のガスバーナーでは、このボルト１６部分を避けて局所的な加熱することは難しい。よって、本発明においては、加熱器５ａ，５ｂとしてハンドガスバーナーを使用し、更に、その加熱位置を前後方向及び上下方向に移動可能としている。

また、本発明の加熱装置１においては、加熱部の温度を測定する放射温度センサーとして当該加熱部を撮像するための撮像装置を加熱器５ａ、５ｂの近傍に取り付けて、その撮像画像から加熱部の温度を導出する画像処理部、及び導出された温度を表示する温度表示器を取り付けてもよい（図示せず）。そして、加熱部の温度に応じて加熱器５ａ，５ｂの出力を調整することにより、形状記憶合金製レール継目部材１２の加熱精度を向上させることができる。

次に、本発明の加熱装置１を使用した形状記憶合金製レール継目部材１２の加熱方法について説明する。図４（ａ）及び（ｂ）は本発明の加熱装置の動作を示す側面図である。また、図５（ａ）は加熱前のレール継目部分を示す平面図であり、（ｂ）は加熱後のレール継目部分を示す平面図である。加熱装置１により、形状記憶合金製レール継目部材１２を加熱する場合は、先ず、加熱器固定治具４をリニアガイド３の後端に配置した状態で、加熱器５ａ，５ｂの先端部が加熱対象の形状記憶合金製レール継目部材１２の後端部に位置するように、ガイド固定治具２を配置してボルト６によりレール１１に固定する。次に、図４（ａ）に示すように、加熱器５ａ，５ｂの先端から炎を出した後、ガイド固定治具２により、加熱器５ａ，５ｂの先端位置を上下方向に調整して継目部材の中央部分に設定して、レール１１の両側に取り付けられている形状記憶合金製レール継目部材１２を同時に加熱する。このとき、リニアガイド３により、ガイド固定治具２を一定速度で前方に移動させつつ、ボルト１６を避けて形状記憶合金部分のみを重点的に加熱するようにする。なお、加熱器５ａ，５ｂ用の可燃性ガスとしては、例えば、プロパンと酸素との混合ガス等を使用することができる。そして、ガイド固定治具２がリニアガイド３の先端までの移動と先端から後端までの移動を繰返しつつ、形状記憶合金製レール継目部材１２の温度が所定の温度まで上昇したことを確認した後は、図４（ｂ）に示すように、ガスを止め、ボルト６を緩めて、ガイド固定治具２を可動部２ａにより次の加熱部（形状記憶合金製レール継目部材１２）まで移動させる。

これにより、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、レール１１の両側に取り付けられている形状記憶合金製レール継目部材１２の形状が回復し、その長さ方向に収縮するため、隣り合うレール１１間の隙間１４がなくなって相互に当接する。また、本発明の加熱装置１では、左右の形状記憶合金製レール継目部材１２の整合する位置を同時に加熱しているため、２枚の形状記憶合金製レール継目部材１２を均等に収縮させることができ、ボルト１６及びレール１１に負荷をかけることなく、レール１１を接合することができる。

なお、加熱器５ａ，５ｂの角度調整（先端部の上下）及びガイド固定治具２の移動は、作業者が手動で行っても、コンピューター等により制御して自動で行ってもどちらでもよい。

上述の如く、本発明の加熱装置１においては、レール１１の両側に加熱器５ａ，５ｂを配置し、左右の形状記憶合金製レール継目部材１２の整合する位置を同時に加熱しているため、作業時間を半分以下にすることができる。また、レールが高所に設置されていても、片側（歩廊側）から両方の加熱器を操作することが可能であるため、作業者がクレーン側に身を乗り出して作業を行う必要もなくなる。更に、２枚の形状記憶合金製レール継目部材１２を均等に収縮させることができるため、ボルト１６及びレール１１に負荷をかけることなく、レール１１を接合することができる。

更にまた、形状記憶合金製レール継目部材を重点的に加熱することができるため、形状記憶合金部分を形状回復に必要な温度に加熱しつつ、形状記憶合金以外の部分が２００℃以上に加熱されることを抑制することができる。その結果、ボルト１６及びレール１１を変形・材質変化させずに、形状記憶合金製レール継目部材１２の形状回復性能を十分に発揮させることができる。

本発明の加熱装置を示す平面図である。本発明の加熱装置を示す側面図である。（ａ）は図１に示すＡ−Ａ線による断面図であり、（ｂ）は図１に示すＢ−Ｂ線による断面図である。（ａ）及び（ｂ）は本発明の加熱装置の動作を示す側面図である。（ａ）は加熱前のレール継目部分を示す平面図であり、（ｂ）は加熱後のレール継目部分を示す平面図である。バーナーを使用した従来のレール継目用部材の加熱方法を模式的に示す図である。

符号の説明

１加熱装置
２ガイド固定治具
２ａ可動部
３リニアガイド
３ａストッパー
４加熱器固定治具
５ａ，５ｂ加熱器（バーナー）
６、１６ボルト
１１，１０１レール
１２，１０２形状記憶合金製レール継目部材
１４隙間
１０３歩廊
１０４バーナー
１０５作業者
１０６安全帯

Claims

レールの両側に取り付けられ、形状記憶合金の形状復元力によりレール同士を密着させる形状記憶合金製レール継目用部材を加熱するための加熱装置であって、
装置本体を前記レールに固定するためのガイド固定治具と、
前記ガイド固定治具上に設けられ、前記レールの長手方向に伸びるリニアガイドと、
前記リニアガイド上に摺動可能に配置され、前記レールの長手方向に移動する加熱器固定治具と、
前記加熱器固定治具に取り付けられた１対の加熱器とを有し、
前記１対の加熱器は、前記レールを挟んで左右対称に配置され、前記レールに沿って移動しながら、左右の前記形状記憶合金製レール継目用部材の整合する位置を同時に加熱し、その加熱位置が前後方向及び上下方向に移動可能であることを特徴とする形状記憶合金製レール継目部材の加熱装置。
前記ガイド固定治具の前記レールと接する部分には可動部が設けられており、前記ガイド固定治具は、前記レール上を移動可能となっていることを特徴とする請求項１に記載の形状記憶合金製レール継目部材の加熱装置。
前記加熱器はハンドバーナーであり、その先端部分は、前記加熱器固定治具に固定されている点を通る前記レールの幅方向の軸回りに可動可能となっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の形状記憶合金製レール継目部材の加熱装置。
更に、形状記憶合金製レール継目用部材の加熱温度を測定する温度計を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の形状記憶合金製レール継目部材の加熱装置。
レールの両側に取り付けられ、形状記憶合金の形状復元力によりレール同士を密着させる形状記憶合金製レール継目用部材を加熱する方法であって、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の加熱装置を使用し、左右の形状記憶合金製レール継目用部材の整合する位置を、同時に加熱し、加熱する際は形状記憶合金の部分は完全に形状回復する温度に加熱し、それ以外の部分は２００℃以下に保持することを特徴とする形状記憶合金製レール継目部材の加熱方法。