研究開発された技術紹介

開業35周年を迎えた東北新幹線は、老朽化したレールの一斉交換工事を施工する。新幹線のレールには継ぎ目が溶接されたロングレールが採用されている。レールの溶接作業には、溶接時の余盛を除去し、継ぎ目を平滑化する削正作業が付随する。現状において削正作業は、ハンドグラインダーによる人力で行われており、本作業の効率化が課題となっている。そこで、効率的に溶接余盛を除去可能な余盛除去装置の開発を行う。

・レール研削面の残留応力測定手法の構築
‐残留応力を測定するための手法を構築した。
・レール断面全周の削正が可能な機構
‐レール断面形状の輪郭を全周加工するために、砥石を各位置へ位置決め可能な装置を開発した。
・耐候性
‐装置は屋外で使用されるため、温度の変化や降雨や降雪に耐えうるか環境テストを実施した
・作業安全性
‐レール研削中時に大量の火花、切りくずが発生する。安全性確保のため、砥石周囲には砥石カバーを配置した。また、非常停止ボタンを配置した。
・可搬性
‐装置は新幹線の場合の保守用階段を用いて高架軌道へ運搬する場合もある。そのため、少ない人数での運搬を可能とする小型・軽量な装置が必要である。運搬時に複数のユニットへ分割可能な構造を採用し、可搬性を確保した。

・模擬試験結果(粗加工機 Ver.2 と仕上げ加工機Ver.3)
‐ 粗加工機 Ver.2 は、軽量化と操作性や視認性が大幅に向上した。
仕上げ加工機 Ver.3 は、熟練作業者より初心者でも高精度な仕上げが可能と高い評価を得た。
・レール研削面の残留応力測定手法の構築
‐「ポータブル型X線残留応力測定装置」を使用し、加工面における残留応力値を測定する手法を構築した。導入した「電解研磨装置」を用い、加工面から深さ方向における残留応力の分布を測定する手法を確立した。
・レール断面全周の削正が可能な機構
‐底面以外の大部分の余盛を除去する粗加工機と、頭頂面と頭側面のみを精密に仕上げる仕上げ加工機により、レール断面全周削正を実現した。
・耐候性
‐粗加工機、仕上げ加工機共に、電気駆動部品について、散水試験（10L/minで1分間、2セット）と温度サイクル試験（-15～40℃、3サイクル）を実施し、故障なく作動することを確認した。
・作業安全性
‐両加工機共にリスクマアセスメント表を活用して問題点の抽出と対策案の検討を行い、安全性の設計を行った。
・可搬性
‐粗加工機は 135kg で 4 人で搬送可能。3 ユニットへの分割が可能とした。
仕上げ加工機は総重量73㎏であり、2名での運搬可能とした。

特願 2020-024898で出願し、早期審査請求を経て、令和２年１０月６日付けで、特許6774077号　レール研削装置が登録された。

開発した装置により、レール溶接部の余盛除去作業を人による手作業から機械による作業とし、負担軽減と作業効率化をすることができる。また、高度熟練および重労働作業から解放することができる。

仕上げ加工機は補完研究で装置レベルの向上を図り、溶接業者での実機加工結果を経て、早期の販売につなげる。
粗加工機は、鉄道レール以外の業界へも範囲を広げて活用を調査して行く。

従来、鉄道レール溶接部の余盛を除去する作業は人による手作業で行われてきた。
熟練の作業者にしかできない要求精度であり、適切な人材確保が必要であった。
また、作業者は悪環境での作業となり、夜間の非運行時間に作業を終了させる必要があり効率化も求められていた。
本装置を適用することで、熟練作業者と同等以上の除去精度を確保することができ、人材確保の問題を解決でき、作業効率化も実現できる。

・事業化予定
令和２年度：仕上げ加工機のデモ機を完成し、溶接業者に貸出評価検証
令和３年度：数社に絞って仕上げ加工機販売開始 令和４年度：仕上げ加工機本格販売開始
・売上予定
令和３年度年度： 12,000 千円/年
令和４年度年度： 36,000 千円/年
令和５年度年度以降： 60,000 千円/年

主に研究開発の課題として以下がある。
■粗加工機
・軸移動やクランプ等の段取りに要する非加工時間の割合が多く効率的な削正が難しいことと、運搬に4人以上を要する装置重量の問題が作業者に敬遠されている。
■仕上げ加工機
・取扱い性や労力軽減の面で、細かな改善点がある。

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