JPH0341528B2

JPH0341528B2 -

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Publication number: JPH0341528B2
Application number: JP18808086A
Authority: JP
Priority date: 1986-08-11
Filing date: 1986-08-11
Publication date: 1991-06-24
Also published as: JPS6345321A

Description

【発明の詳細な説明】ａ産業上の利用分野本発明は、鉄道軌道等に使用されるレールを高
周波誘導加熱コイルにて加熱する方法に関し、さ
らに詳しくは、断面が漸変するレール頭部を焼入
れ等のために高周波誘導加熱する方法に関するも
のである。

ｂ従来の技術鉄道軌道等に使用されるレールには、大別し
て、頭部断面が一定な定尺レール１（第４図参
照）と、分岐器や軌道伸縮継目等に使用されるト
ングレールやガードレール等の如く頭部断面が長
手方向及び上下方向に亘つて漸変するいわゆるＰ
レール（ポイント・レール）２（第５図参照）が
ある。この種のレール１，２の製造に際しては、
多くの場合、頭部１ａ，２ａの表面強化のために
焼入処理を施こす必要がある。

定尺レール１の頭部１ａを焼入処理するための
加熱方法としては、高周波誘導加熱コイルを用い
た方法が従来より確立されている。従来では、第
４図に示すように、高周波誘導加熱コイル３を定
尺レール１の頭部１ａから所定の間隔を隔てた位
置に配設し、これら両者を前記定尺レール１の長
手方向に沿つて相対的に移動させることにより、
頭部１ａをその長手方向の全体に亘つて高周波誘
導加熱するようにしている。ところで、従来より
用いられている前記加熱コイル３は、直方体の所
定の辺部に沿つて延びる一連の連続構成体から成
り、互いに対向して平行状に延びる一対のコイル
辺部４ａ，４ｂと、コイル辺部４ａ，４ｂに対し
て直交する方向に延びる一対のコイル辺部５ａ，
５ｂと、これらのコイル辺部４ａ，４ｂ及び５
ａ，５ｂの端部間に配設された４つのコイル辺部
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄとから構成されている。
そして、コイル辺部４ａ，４ｂはレール１の頭部
１ａの両側面１ｂに対応するようにレール１の長
手方向に沿つて平行に配設される一方、コイル辺
部５ａ，５ｂは、前記頭部１ａの頂面１ｃに対応
するようにレール１の長手方向と直交する方向に
沿つて配置されるようになつている。なお、加熱
コイル３には、高周波電源７から所定周波数の高
周波誘導電流が供給されるようになつている。

しかして、定尺レール１の頭部１ａを加熱する
場合には、定尺レール１と加熱コイル３とを第４
図に示す如き対応関係をもつて配置し、加熱コイ
ル３に電源７から高周波誘導電流を供給すると共
に、例えば定尺レール１をその長手方向に沿つて
矢印Ａ方向に移動させる。これにより、定尺レー
ル１の頭部１ａは、加熱コイル３との間に生じる
近接効果にて、その長手方向の全体に亘つて高周
波誘導加熱される。

定尺レール１に関しては、その長手方向の全て
の箇所での断面形状が一定であるため、定尺レー
ル１が移動しても加熱コイル３と定尺レール１の
両側面１ｂ及び頭頂面１ｃとの間の間隔は常に一
定である。そのため、定尺レール１の頭部１ａを
上述の加熱コイル３にて均一に高周波誘導加熱す
ることができる。

ｃ発明が解決しようとする問題点しかしながら、Ｐレール２に関しては、その頭
部２ａの断面形状が第６図、第７図及び第８図に
示すようにレール２の長手方向の各々の箇所で漸
変するため、定尺レール１の場合のような従来の
高周波誘導加熱方法では、均一な加熱を行なうこ
とができなかつた。

すなわち、第９図に示すようにＰレール２の頭
部２ａを単に加熱コイル３内を通過させるだけで
は、頭部２ａのうち頭巾が狭い先端箇所（巾狭部
９ａ）に対しては、頭部２ａの片方の側面８（鉄
道車両の車輪が当接する側の面）と加熱コイル３
のコイル辺部４ａ，６ａ，６ｂとの間のギヤツプ
が過大となつて両者間の電気的結合が非常に悪く
なり、ひいては加熱効率が大巾に低減されるた
め、所定の温度（例えば、800℃）以上の加熱に
必要な高周波電力を投入できないという問題点が
あつた。なお、あえて高周波電力を増加せしめる
と、加熱コイル３における損失が大巾に増大し
て、加熱コイル３の損傷を招いてしまうこととな
る。

また、レール頭部の加熱処理工程における所望
加熱深さ及び加熱温度に関しては、一般に、その
表面より15mm以上の範囲を800℃以上の温度に加
熱することが必須不可欠の条件である。この条件
を満足するためには、高周波誘導電流のいわゆる
「深透深さ」が約15mm前後となる周波数（約1K
Hz）の電源を選定するのが最適である。しかしＰ
レール２の先端の巾狭部９ａの肉厚（頭頂巾）ｔ
は例えば最小で１mm程度と小さいため、上述のよ
うな周波数1KHzの電源では、第１０図に示す如
く臨界周波数以下となり800℃以上の高周波誘導
加熱を施すことができない。このため、Ｐレール
２の全長に亘つて例えば1KHzの同一周波数の電
源で800℃以上に均一加熱することが不可能であ
つた。

本発明は上述の如き実状に鑑みてなされたもの
であつて、その目的はＰレールの如く頭部断面形
状が漸変するものであつても、常に均一加熱をす
ることが可能なレールの高周波誘導加熱方法を提
供することにある。

ｄ問題点を解決するための手段上述の如き問題点を解決するために、本発明で
は、頭部断面が漸変するレールと高周波誘導加熱
コイルとを相対移動させることによつて前記レー
ルの頭部を高周波誘導加熱するに際し、前記レー
ルの頂面及び片方の側面と前記加熱コイルとの間
のギヤツプを常に一定に保持するようにしてい
る。

以下、本発明の一実施例に付き第１図〜第３図
を参照して説明する。

第１図は、本発明に係る加熱方法を実施する高
周波誘導加熱装置１０を示すものであつて、本装
置１０は、一連の連続構成体から成る高周波誘導
加熱コイル１１と、この加熱コイル１１に1KHz
の周波数の高周波誘導電流を供給する高周波電源
１２と、加熱コイル１１をＰレール１３の巾方向
（矢印Ｂ方向）に水平移動可能に支持するロー
ラ・アセンブリ１４とから構成されている。

上述の加熱コイル１１は、Ｐレール１３の頭部
１３ａの両側面１５，１６に対して平行に対応配
置される直線状のコイル辺部１１ａ，１１ｂと、
これらのコイル辺部１１ａ，１１ｂの各両端にお
いてほぼ直角に上方へ向けて屈曲されたコイル辺
部１１ｃ，１１ｄ及び１１ｅ，１１ｆと、前記頭
部１３ａの頂面１７に対応するようにこれらのコ
イル辺部１１ｃ〜１１ｆの上端において互いに近
づく方向にほぼ直角に屈曲された等長のコイル辺
部１１ｇ，１１ｈ及び１１ｉ，１１ｊと、Ｐレー
ル１３の長手方向に沿つて前記頂面１７と対向す
るようにコイル辺部１１ｇ，１１ｊの他端におい
て互いに近づく方向にほぼ直角に屈曲されたコイ
ル辺部１１ｋ，１１ｌと、コイル辺部１１ｈ，１
１ｉの他端においてほぼ直角に屈曲されて前記頂
面１７に対向して平行に延びる等長のコイル辺部
１１ｍ，１１ｎと、これらのコイル辺部１１ｍ，
１１ｎに連続しかつ前記コイル辺部１１ｍ，１１
ｎの先端間を斜めに横切るコイル辺部１１ｐとか
ら構成されている。そして、前記コイル辺部１１
ｋ，１１ｌの先端に高周波電源１２のリード線１
２ａ，１２ｂが接続されており、この電源１２か
ら加熱コイル１１に1KHzの周波数の高周波誘導
電流が供給されるようになつている。

一方、上述のローラ・アセンブリ１４は、一対
の回転ローラ１８，１９にて構成されており、こ
れらの回転ローラ１８，１９は圧縮空気又は油圧
によつて鉄道車両の車輪のフランジが当接する側
のＰレール１３の側面１５及び頂面１７に附勢力
f₁，f₂にてそれぞれ転動自在に圧着されている。
なお、ローラ・アセンブリ１４と加熱コイル１１
とは図外の連結部材にて一体的に連結されてい
る。また、本実施例においては、高周波電源１２
から供給される高周波電力、及びＰレール１３の
移動速度を数段階に切換えるための制御機構（図
示せず）が設けられており、Ｐレール１３の形状
及び材質等に応じてこれらを適宜選定できるよう
になつている。

次に、このような構成の高周波誘導加熱装置１
０を用いてＰレール１３を加熱する方法に付き説
明する。

まず、加熱すべきＰレール１３を第１図に示す
ように本装置１０に対応配置する。すなわち、加
熱コイル１１のコイル辺部１１ａ，１１ｂ間にＰ
レール１３の頭部１３ａを配置すると共に、第２
図ａ，ｂに示すように、回転ローラ１８及び１９
を前記頭部１３ａの側面１５及び頂面１７に圧着
係合させた状態とする。これによつて、Ｐレール
１３に対する加熱コイル１１の相対位置が規制さ
れるため、第３図ａ，ｂに示すように、加熱コイ
ル１１のコイル辺部１１ａはＰレール１３の側面
１５に対して所定のギヤツプL₁（例えば５〜12
mm）をもつて対応配置され、加熱コイル１１のコ
イル辺部１１ｍ，１１ｋ等は、Ｐレール１３の頂
面１７に対して高さ方向に所定のギヤツプL₂（５
〜20mm）をもつて対応配置される。しかして、高
周波電源１２から加熱コイル１１に1KHzの周波
数の高周波誘導電流を供給すると共に、Ｐレール
１３をその長手方向（矢印Ａ方向）に沿つて移動
させることにより、Ｐレール１３の頂部１３ａを
高周波誘導加熱する。

なお、この場合、高周波電力及びＰレール１３
の移動速度（送り速度）は図外の制御機構の働き
により段階的に切換えられる。すなわち、Ｐレー
ル１３が巾広部２０から巾狭部２１にかけて加熱
コイル１１を通過する際の一例を挙げると、第１
図において、R₁で示す区間（最も巾広の部分）
では280KW，10mm／Ｓ、区間R₂では250KW，８
mm／Ｓ、区間R₃では220KW，７mm／Ｓ、区間R₄
では180KW，６mm／Ｓ、区間R₅では150KW，５
mm／Ｓである。

この際、回転ローラ１８及び１９は所定の附勢
力f₁，f₂にてＰレール１３の側面１５及び頂面１
７に常時圧着しているため、高周波誘導加熱装置
１０がＰレール１３の巾広部２０から巾狭部２１
にかけて相対的に移動されるのに伴つてローラ・
アセンブリ１４及び加熱コイル１１はＰレール１
３の巾方向（矢印Ｂ方向）に水平に偏倚される。
その結果、加熱コイル１１のコイル辺部１１ａが
Ｐレール１３の側面１５に追従動作し、これらの
間のギヤツプL₁は常に保たれることとなる。

本実施例によれば、Ｐレール１３の側面１５を
1KHzの電源で800℃以上の温度に加熱し得るよう
に15mm以上の肉厚部分に対応する位置に加熱コイ
ル１１のコイル辺部１１ａを配置し、かつ、Ｐレ
ール１３と加熱コイル１１のコイル辺部１１ａと
の間の電気的結合を改善するためにローラ・アセ
ンブリ１４を設けてＰレール１３の側部１５との
間のギヤツプL₁を所望の一定間隔（５〜12mm）
に保持するようにしたので、当該部分に必要な高
周波電力を投入し得てこの部分を800℃以上の所
要温度に高周波誘導加熱することができる。しか
も、上述のように、コイル辺部１１ａに対応する
部分を800℃以上に加熱できるので、当該部分か
らの熱伝導と、加熱コイル１１のコイル辺部１１
ｇ，１１ｉ，１１ｋ，１１ｎ等との間に生じる近
接効果による加熱作用との相乗効果によつて、Ｐ
レール１３の頭部１３ａのうち巾が約15mm以下の
部分（従来では、1KHzの電源では500℃程度しか
加熱し得なかつた部分）の表面付近についても
800℃以上の温度に加熱することができる。それ
に加えて、Ｐレール１３の頭部断面形状が小さく
なるのに従つて高周波電力及びＰレール１３の移
動速度を適宜設定するようにしているので、Ｐレ
ール１３の断面漸変部の全長に亘つて例えば900
〜1050℃に均一加熱することができる。なお、断
面漸変部に連なる定尺レール部分の加熱も第３図
ｂに示すように同一の加熱コイル１１にて均一加
熱することができきる。

以上、本発明の一実施例に付き述べたが、本発
明は既述の実施例に限定されるものではなく、本
発明の技術的思想に基いて各種の変形及び変更が
可能である。

例えば、既述の実施例においては、Ｐレール１
３を送り移動するように構成したが、Ｐレール１
３を固定し、加熱コイル１１及びローラ・アセン
ブリ１４をＰレール１３の長手方向に沿つて移動
させるようにしてもよい。また、既述の実施例に
おいては、高周波誘導電流の「浸透深さ」が約15
mm前後の周波数すなわち1KHzの電源１２を用い
たが実験の結果、その周波数は約600Hz〜10KHz
の範囲内であれば適宜変更しても既述の如き均一
加熱が可能であることが確かめられている。な
お、電源の周波数を10KHz以上とした場合には、
Ｐレール１３を所望の深さまで加熱しようとする
とレール表面のオーバーヒートがさけられず、ま
たＰレール１３と加熱コイル１１との間のギヤツ
プを小さくしてやらなければ充分な近接効果が働
かないので、前記ギヤツプの管理をより厳密に行
なわなければならない不都合を生じる。一方、電
源の周波数を600Hz以下とした場合には、いわゆ
るズブ加熱にはよいが、Ｐレール１３の巾狭部２
１の表面加熱を効果的に行なうことができない。

ｅ発明の効果以上の如く、本発明は、断面が漸変するレール
頭部の頂面及び片方の側面と高周波誘導加熱コイ
ルとの間のギヤツプを常に一定に保持して、高周
波誘導加熱を行なうようにしたものであるから、
前記レール頭部の頂面及び片方の側面と加熱コイ
ルとの間の電気的結合が常に良好に保たれること
となり、頭頂部巾が狭い部分から広い部分の全体
に亘つて均一に加熱することができる。従つて、
本発明に係る高周波誘導加熱方法により、例えば
Ｐレールの頭部の加熱処理を効果的に行なうこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の一実施例を示すもの
であつて、第１図は本発明に係る方法を実施する
ために用いられる高周波誘導加熱装置の概略斜視
図、第２図ａはＰレールの頭部の巾狭部とロー
ラ・アセンブリとの位置関係を示す断面図、第２
図ｂはＰレールの頭部の巾広部とローラ・アセン
ブリとの位置関係を示す断面図、第３図ａはＰレ
ールの頭部の巾狭部と加熱コイルとの位置関係を
示す断面図、第３図ｂはＰレールの頭部の巾広部
と加熱コイルとの位置関係を示す断面図、第４図
は定尺レールの斜視図、第５図はＰレールの斜視
図、第６図は第５図における−線断面図、第
７図は第５図における−線断面図、第８図は
第５図における−線断面図、第９図は従来の
方法でＰレールの頭部を高周波誘導加熱する場合
を示す斜視図、第１０図は鋼材の肉厚と、臨界周
波数と、加熱温度との関係を示すグラフである。１０……高周波誘導加熱装置、１１……高周波
誘導加熱コイル、１１ａ〜１１ｐ……コイル辺
部、１２……高周波電源、１３……Ｐレール（ポ
イント・レール）、１３ａ……頭部、１４……ロ
ーラ・アセンブリ、１５，１６……側面、１８，
１９……回転ローラ、２０……巾広部、２１……
巾狭部。

Claims

【特許請求の範囲】１頭部断面が漸変するレールと高周波誘導加熱
コイルとを相対移動させることによつて前記レー
ルの頭部を高周波誘導加熱するに際し、前記レー
ルの頂面及び片方の側面と前記加熱コイルとの間
のギヤツプを常に一定に保持するようにしたこと
を特徴とするレールの高周波誘導加熱方法。２前記加熱コイルに対応するレール部分の断面
形状に応じて、前記加熱コイルに供給する高周波
電力と、前記相対移動の速度とをそれぞれ変化さ
せるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
第１項に記載のレールの高周波誘導加熱方法。３前記レールの片方の側面を加熱する前記加熱
コイルのコイル辺部を、前記コイル辺部に供給さ
れる高周波誘導電流にて所望の温度に加熱し得る
ような肉厚のレール部分に対応する位置に配置す
るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
１項又は第２項に記載のレールの高周波誘導加熱
方法。４前記レールの頂面に対応するように前記レー
ルの長手方向に沿つて延びる複数のコイル辺部を
有する高周波誘導加熱コイルを用い、前記加熱コ
イルが前記レールの巾方向に偏倚したときにも前
記レールの頂面を前記複数のコイル辺部にて加熱
するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
第１項〜第３項のうち何れか１項に記載のレール
の高周波誘導加熱方法。５前記加熱コイルに供給する電源の周波数を
600Hz〜10KHzとしたことを特徴とする特許請求
の範囲第１項〜第４項のうち何れか１項に記載の
レールの高周波誘導加熱方法。