軌条
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「レール」はこの項目へ転送されています。その他の用法については「レール (曖昧さ回避)」をご覧ください。
鉄道線路。枕木を挟んで、左右に見える棒状のものが軌条(レール)である。レール(50Nレール)

軌条(きじょう)とは、鉄道線路軌道)を構成する要素の一つで、鉄道車両を直接支持し、車輪の転動のガイドとなる役割をもつ[1]。一般的にはレールと呼ばれる場合が多い[2]。素材は、一般的には、断面が逆Tの字型をした棒状の製品が用いられる。鉄鋼分野では、条鋼の一種に分類されている[3]

軌条は、所定の間隔(軌間)で2本平行に並べ、道床の上に並べられた枕木の上に締結装置(犬釘など)を用いて固定する。枕木と軌条は垂直である。この様にして敷かれた線路上を走る鉄道を普通鉄道という。普通鉄道のほか、桁状の1本の案内路を使うモノレールや、特殊な案内路を用いる案内軌条式鉄道もあり、これらの軌道の材質は鋼に限られずコンクリートなども用いられる。

ここでは、普通鉄道に使われる、鋼製の断面が逆T字型をした鉄道レールを中心に記述する。
概要

レールは、車両の重量を直接に支え車輪からの1点荷重を枕木と道床に分布させるほか、車両に安全で滑らかな走行面を与える役割を持つ。さらにレールは、車輪が脱線しないように車両を案内する役割を持っている[4]。そのためレールは、車輪の軸重による垂直荷重のほか、蛇行動や曲線での横圧荷重や水平荷重、曲線走行時、車両の遠心力から車輪を介して伝わる外力に十分に耐えられるものでなければならない[4]。また電気鉄道区間のレールは、動力車機関車電車)の電流の帰線路としての役割を持ち、さらに自動信号区間のレールは軌道回路が流れることで信号保安装置の一部の機能としての役割も持っている[5]

施行性が良好でかつ耐用年数が長いレールとしては4点(耐摩耗性、対接触疲労性、溶接性、耐食性)が特に重要な項目となってくる[6]
形状レールの断面形状による分類
1 橋型レール、2 双頭レール、3 牛頭レール
4 平底レール、5 溝付きレール

レールの断面の形状として望ましい条件としては次のことが挙げられる。

レール頭部の形状は車輪が脱線し難い

レールの磨耗前と磨耗後の形状の差が少ない

垂直荷重に対しては高い方が望ましい

上首・下首の半径の小さいものは傷が入りやすいので避ける

底部の形状は設置が安定し易いように幅を広くする

上下中間の幅はや腐食にも考慮する

レールの断面形状には、橋型レール、双頭レール、牛頭レール、平底レール、溝付きレールなどの種類がある。橋型レールは、底部から頭部にかけて同じ幅で垂直に上がっているのが特徴であり、最近では使用されていない。双頭レールは、「I」形断面で上下の両頭部が同形であり、転頭して上下を変えれば再利用ができる。牛頭レールは、双頭レールを改良したものである。両者はイギリスなどで使用されていたのを、日本の鉄道開業時にイギリスから購入して採用されていた。平底レールは、底部の形状が安定しやすいように幅を広げた形状となっており、列車走行の荷重に対する曲げ強度も高く、磨耗にも強い、横圧に対しても安定性があり、レールの基本形状として国内外共に使用されている。溝付きレールは路面電車で使用されている。
分類
普通レール

日本の営業用鉄道では、長さ1 mあたりの重量が80kg,60 kg, 50 kg, 40 kg, 37 kg, 30 kgの規格が使われており、普通レールと呼ばれる。重量の大きいものほど、乗り心地に優れ線路の狂いが生じにくく、重量のある列車が通る路線、列車が高速で走行する路線、運行頻度の高い路線に適している。また、その後の改良設計により、従来より高さを高くして、断面二次モーメントを大きくしたN型レールが在来線用として使用されている。

種類断面寸法 (mm)標準長さ
(m)摘要

高さ底部幅頭部幅
60kgレール1741456525 or 50現在の新幹線用、一部は在来線にも使用
50Tレール16013665初期の東海道新幹線用(若返り工事で交換)
ロッキード式モノレール
1 mあたりの重量53 kg
50kgNレール1531276525 or 50在来線用(主に幹線
50kgレール144.46127.0067.8725= 50kgPSレール = 100ポンドPSレール
40kgNレール1401226425在来線用(主にローカル線
37kgレール122.24122.2460.3325= 37kgASCEレール = 75ポンドASCEレール
30kgレール107.95107.9560.3310[7] or 20[8][9]= 30kgASCEレール = 60ポンドASCEレール

ASCEは米国土木学会が定めた規格。PSはペンシルバニア鉄道規格 (Pennsylvania standard) の略。レールのポンド表示は長さ1ヤードあたりの重量ポンド。なお国際規格では、35 kg/m以上のレールを普通レールとしている(ISO 5003)。

異なる重量のレールの境界部には、中継レールや異形継目板を用いる。
分岐器用特殊レール

分岐器用特殊レールには、以下の規格がある。

NE70Sレール

80Sレール

70Sレール

50Sレール

軽レール

通常の鉄道用の普通レール以外に、工事用や鉱山用のトロッコなどで使う細いレールもあり、軽レールと呼称される。

種類断面寸法 (mm)標準
長さ
(m)摘要

高さ底部幅頭部幅
22kgレール93.6693.6650.80101 mあたりの重量22 kg(以下同)
= 45ポンドASCEレール
15kgレール79.3779.3742.8610
12kgレール69.8569.8538.1010
10kgレール66.6766.6734.135.5
9kgレール63.5063.5032.105.5
6kgレール50.8050.8025.405.5

熱処理レール

普通レールに磨耗の進行を抑えるために、焼き入れと呼ばれる熱処理を施して、強度硬さを増した熱処理レールと呼ばれるレールがある。これには、HH340レールとHH370レールがある。頭部全断面熱処理レールは、曲線部の外側レールなどに用いられる。端頭部熱処理レールは、レールに大きな負荷がかかるがロングレールが使用できず、継ぎ目を設けねばならないような箇所に用いるとされる。
継ぎ目

異形継目板(37kg-50Nレール)中継レール(50T-50Nレール)伸縮継目ロングレールの溶接作業(テルミット法斜め接着絶縁レールの継目部分

レールは端部同士を繋いで用いる。この接続方法は左右のレールを対に接続する相対式継目方式と、左右のレールが対ではなく、それぞれをほぼ交互に接続する相互式継目方式の2種類がある。前者は、レールの下に設置された枕木の補強や信号回路の分断がやり易いが、継ぎ目の沈下が発生し易い。後者は、継ぎ目の沈下や走行中の列車の揺れは減るが、逆に列車のローリングが走行中に起こり易くなる。このため、21世紀における世界各国の鉄道では相互式継目を採用している事例は少なくなっている。

継ぎ目の観点から、レールの長さによる区分を以下に述べる。
定尺レール

レールの標準の長さは、日本の場合、1本25 m[2]で、定尺レールと呼ぶ。線路では、これを、継ぎ目ではレール同士を突合せて突合せ継目とし継目板で繋いで連続させて用いている。レールの継ぎ目を繋ぐ継目板には、断面形状により短冊型・L型・I型が用いられており、I型はN型レールで使用されている。また、レールの継ぎ目の間では、適当な隙間を継目板の中間で設定している。これは、レールが気温日射の変化に応じて伸縮するためであり、レール自身の温度は、気温の他に直射日光が当たる所では相当高くなり、その温度差は60 - 80 ℃となる。そのため、定尺レールでは、40 ℃において1 mm、0 ℃において13 mm程度としている。車輪がレールの継ぎ目を通過する際に発生するガタンゴトンという音はジョイント音と呼ばれる。

継ぎ目構造の望ましい条件としては次のことが上げられる。

垂直及び横の荷重に対してレールと同等の強度を有する

温度変化での伸縮に対して、最高温度でレールが座屈せず、最低温度において継目ボルトに過大な力がかからない

取り付け取り外しが容易である

継目板とレールを締結しているボルト・ナットには、レールの温度による伸縮に対して支障が起きない条件が要求される緊締力で締結されており、ナットの緩みを防止するため、ナットと継目板の間にロックナットワッシャーを挿入している。また、レールは、電気車による電気運転において使用された動力電流を変電所に戻す帰線や、軌道回路により使用される電流を流すための電流回路としても利用されるため、継目板とレールとの間の接触面ではなどで電気抵抗が大きくなることを防ぐため、レールの継ぎ目の間にレールボンドや信号ボンドを繋いでおり、ハンダ合金によりレールに溶着されている。


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