軌条
軌条（きじょう）とは、鉄道の線路（軌道）を構成する要素のひとつで、鉄道車両の車輪がその上を転がり重量を支えるとともに進路を誘導する案内路のことである。一般的にはレールと呼ばれる場合が多い。
鉄鋼分野では、棒鋼の一種に分類されている。
一般的には、断面が逆Tの字型をした棒状の鋼製品が用いられる。これを所定の間隔で2本平行に並べ、道床の上に並べられたまくらぎの上に締結装置（犬くぎなど）を用いて固定する。まくらぎ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。
目次
分類
普通レール
日本の営業用鉄道では、長さ1mあたりの重量が60kg, 50kg, 40kg, 37kg, 30kg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。
| 高さ | 底部幅 | 頭部幅 | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 60kgレール | 174 | 145 | 65 | 25 or 50 | 現在の新幹線用、一部在来線にも使用 |
| 50Tレール | 160 | 136 | 65 | 初期の東海道新幹線用（若返り工事で交換） 1mあたりの重量53kg | |
| 50kgNレール | 153 | 127 | 65 | 25 or 50 | 在来線用（主に幹線） |
| 50kgレール | 144.46 | 127.00 | 67.87 | 25 | = 50kgPSレール = 100ポンドPSレール |
| 40kgNレール | 140 | 122 | 64 | 25 | 在来線用（主にローカル線） |
| 37kgレール | 122.24 | 122.24 | 60.33 | 25 | = 37kgASCEレール = 75ポンドASCEレール |
| 30kgレール | 107.95 | 107.95 | 60.33 | 10 | = 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、35kg/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。
| 高さ | 底部幅 | 頭部幅 | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 22kgレール | 93.66 | 93.66 | 50.80 | 10 | 1mあたりの重量22kg（以下同） = 45ポンドレール(ASCE) |
| 15kgレール | 79.37 | 79.37 | 42.86 | 10 | |
| 12kgレール | 69.85. | 69.85 | 38.10 | 10 | |
| 10kgレール | 66.67 | 66.67 | 34.13 | 5.5 | |
| 9kgレール | 63.50 | 63.50 | 32.10 | 5.5 | |
| 6kgレール | 50.80 | 50.80 | 25.40 | 5.5 |
熱処理レール
普通レールに熱処理を施して、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
ファイル:異形継目板.jpg 異形継目板（37kg-50Nレール） ファイル:50T-50N Transition Rail of Mashu-station.jpg 中継レール（50T-50Nレール） ファイル:Thermit welding.jpg ロングレールの溶接作業（テルミット法） ファイル:Zetuentugime, Ooyamazaki, Hankyuu, 20080803.jpg 斜め接着絶縁レールの継目部分 |
レールは端部同士の継ぎ目を繋いで用いる。この接続方法は左右のレールが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片方のレールがほぼ交互に接続する相互式継目方式の2種類がある。
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25mで、定尺レールと呼ぶ。線路では、これを継目板で繋いで連続させて用いる。列車の車輪が、レールの継ぎ目を通過するガタンゴトンという音はジョイント音と呼ばれる。
ロングレール
一方、定尺レール（工場出荷時の標準で25m）を溶接して繋いだレールもある。このうち、全長200m以上のレールをロングレールという。継ぎ目を減らすことで安定走行、騒音の低減、乗り心地の改善が図れる。2014年には、新日鐵住金八幡製鉄所が150mの長さのレールを出荷する体制を整えており溶接する労力の低減やロングレール化した際の精度の向上を目指す動きも見られる[1]。
ロングレールの中央部（不動区間）はマクラギに固く締結し、マクラギの周囲にバラストを十分に敷き詰めることで気温変化によるレール方向の伸縮は抑え込まれており、常にレール内部には応力（軸力という）が発生している。しかし、端部（可動区間）は、温度変化により定尺レールよりも大きく伸縮するため、通常の継ぎ目ではなく、伸縮継目が用いられる。 マクラギへの締結力やマクラギの周囲に敷き詰められたバラストの量、レール温度の管理などが十分でないと、夏の猛暑の時期にレールがぐにゃりと曲がる事故（張り出し、座屈ともいう）、逆に冬の極寒の時期には、収縮によりレールが破断する事故が発生することもある。これらは前述のロングレールの不動区間が温度変化によりレール方向に伸縮する軸力に耐えきれなくなった時に発生する。
ロングレール区間では、レールの間に樹脂製の絶縁物を挟んで接着した接着絶縁レールを用いて軌道回路のための絶縁を確保している（これを用いない方法も開発されている）。
ロングレールは、新幹線で本格的に採用され、その後在来線や私鉄の幹線にも導入が進んでいる。
なお、溶接後の処理が甘いか長期間使用していると、もともと継ぎ目だった部分からジョイント音が聞えてくる。また、ロングレールの長さには限度があるため、継ぎ目を全くなくすことは出来ない。半径300m未満のカーブ区間では、レール自身の反発が強くなるため使用には適さず定尺レールが使用される。ロングレールを積載した貨車はこの程度のカーブを苦もなく通過するが、このことと安定した軌道を構成できることは全く別の問題である。
区分
| 種類 | 摘要 |
|---|---|
| ロングレール | 200m以上 |
| 長尺レール | 25m以上 200m未満 |
| 定尺レール | 25m（30kgレールは20m） （一部では、24mなどの寸詰まりなレールも存在する） |
| 短尺レール | 5m～25m（調整用レールに使われているほか、 ごく一部の地方のローカル線の古い規格のレールがそれである） |
軽レールの長さは数メートルのものが多い。
製造
製造方法
高温で熱した鋼塊（オレンジ～黄くらいの色温度）を、ローラーを組み合わせて作られた圧延機に通して、圧延（熱延）する。圧延機は段階に合わせて数台あり、そこを複数回往復させる複雑な行程を経て製造される。不純物は両端にたまりやすいので、日本では長く作ってから両端を切断する方法がとられている。
材質と性質
材料としては高炭素鋼が用いられる。 腐蝕に対しては無塗装でも比較的良好な状態を保つ。海岸部では、錆の進行を抑える酸化皮膜が塩化物イオンにより破れるので、錆の進行が早くなる。地下水で湿潤なトンネルの中での錆の進行は意外に遅いが、廃線または線路の使用中止により、列車が上を通過しなくなった軌条は、錆の進行が進みやすくなる。これは列車の通過により巻き起こされる風の効果であることが判明している。十分な酸素の供給により不動態化するという説がある。また、車両からのオイルなどが表面を覆って、結果的に腐食を防いでいることもある。
歴史
轍
車輪またはソリが発明されて、重量のある物体の輸送が行われるようになると、地面が柔らかい場所では次第に深い轍（わだち）が刻み込まれて、それに沿って輸送されるようになった。轍は、雨が降って泥沼化した場合に輸送の障害となり、また轍と異なる方向へ向きを変える時にも大きな障害となるため、これに対処するために地面側での工夫を必要とした。路面全体に石を敷き詰めて舗装した場合は道路へと発展するが、車輪の間隔が一定のものに統一されている場合には、車輪の下に当たる部分にだけ板や石を敷き詰めるという対処も行われた。これは軌条（レール）の原始的なものと見ることができる。
軌条の登場
原始的なレール（軌条）を使って動物や人に荷車をひかせる方法は紀元前から行われていたとされ、ドイツ・フライブルクにあるフライブルク大聖堂のステンドグラス（1350年製作）にもその光景は残されている。16世紀のイギリスには無数の馬車軌道（ワゴンウェイ、Wagonway）があったとされている[2]。
その後レールは鉱山地帯における輸送に広く用いられ、次第に改良が進められていった。当初は鉄が貴重品であったため樫の木が用いられていたが、磨耗が激しく保守担当者の悩みの種となっていた。1738年、カンバーランドにおいて初めて鋳鉄を利用したレールが登場したが、これは木材の基盤の上に薄い帯状の鉄を貼り付けただけのもので[3]、しかもカーブなど磨耗しやすい場所にだけ用いられていた。1750年代頃になると、カーブだけではなく全ての区間で鋳鉄の板を取り付けることが一般化した。しかし鋳鉄は曲げに弱く、脱線事故も多発し続けた。 1767年、コールブルックデールの製鉄所技師、リチャード・レイノルズは、生産量が増加して余剰気味になってきた鋳鉄の使い道として、トロッコに使う目的のレールの生産を開始し、この時にレールにフランジが取り付けられた。レールの両側につばが取り付けられて、車輪の脱落を防ぐ仕組みとなっていた。しかしレールと車輪がきしみあってうまく走れず、また雨水や落ち葉などが溝に溜まるという問題があった。
1776年、ベンジャミン・カーがこの欠点を解消するために片方のつばを取り除いた、L字形のレールを発明した。これにより車両の走行は大幅に容易になった。
フランジ付きの車輪
1789年、土木技師のウィリアム・ジェソップは、車輪側にフランジを取り付けて、レールの上面は平らにする方式を発明した。魚腹形と呼ばれる下側が膨れたレールを使用している。これにより大幅に脱線の確率が減少し、安定的に鉄道輸送を行うことが可能になった。このためジェソップは「鉄道軌道の父」と呼ばれている。
依然として鋳鉄によって製造されていたレールの折損が問題となっており、1803年にニクソンが錬鉄のレールを発明したが、技術面、コスト面の問題から使用されなかった。
蒸気機関車の登場
それまでは鉱山における資材輸送用のトロッコに用いられていただけであったレールは、蒸気機関車が登場することによって近代的な交通機関の一翼を担うことになった。初期には、平らなレールの上を鉄製の車輪を持った機関車で牽引しようとすると車輪が空転すると考えられて、1812年にジョン・ブレンキンソップによってラックレールが考案されたが、実験の結果、よほどの急勾配でない限りラックは不要であることが判明した。
初めての実用的な蒸気機関車を利用した鉄道である、リバプール・アンド・マンチェスター鉄道は、1830年に鋳鉄製のレールを使用して開業した。このため磨耗によりレールは頻繁に交換する必要があった。
様々なレールの発明
1831年、アメリカのロバート・スティーブンスが平底の現在用いられているのと同じようなレールを発明した。これは犬釘を用いることで簡単に枕木に固定することができるという長所があり、世界中に普及して現在のレールの原形となった。
1837年、イギリスのジョセフ・ロックが双頭レールを発明した。これは上下が同じ形をしていて、ひっくり返すことでどちらも走行用に使用することができるというものであったが、軌道に固定する方法に難があり、実際にひっくり返して再利用した例は少なかった。このため、イギリスの技術的影響を受けた国で一時期使用されただけで、あまり普及しなかった。
鋼鉄製レール
1856年、イギリスのヘンリー・ベッセマーが転炉に空気を吹き込むことで鉄から炭素分を除去して鋼鉄を生産する方法を発明した。同年シーメンス兄弟が平炉を発明し、さらに1864年、フランスのピエール・マルタンが改良して工業化に成功し、シーメンス・マルタン法による鋼鉄の生産が可能となった。1877年、イギリスのシドニー・トーマスがベッセマー製鋼法を改良してリンを取り除くことができるようになった。これらの鋼鉄の生産に関する技術進歩を受けて、鋼鉄製のレールが一般に普及していった。
最初に鋼鉄製のレールが使用されたのは、イギリスのミッドランド鉄道のダービー地方で、ベッセマー製鋼法が発明されたすぐ翌年の1857年のことであった。それまで3ヶ月ごとに交換を必要としていた区間で、16年間交換なしに使用することができたとの記録がある。
現在のレールは、基本的にはスティーブンスの平底レールを鋼鉄を用いて作っているもので、材質や重量の増大などの点での進歩はあるが、基本的に19世紀に完成された技術となっている。
日本での歴史
輸入
日本初の営業用鉄道の開業は1872年のことであるが、最初に使われたのは、イギリス DARLINGTON IRON 社の1870年製の双頭レールである。双頭レールとは、レール底部の平らな部分がなく、上下とも走行用に使用可能なI字形の形状をしていた。
日本では1927年頃まで、イギリス、ドイツ、アメリカ合衆国などから輸入したレールを使用していたが、国内生産品でまかなえるようになったことから、レールの輸入は原則として終焉を迎えた。
ただし路面電車用の特殊形状のレール（みぞレール、護輪みぞレールなど）は、わずかではあるが後年まで輸入品が使用された。近年になって、保守の軽減性から溝レール類が再輸入され、富山ライトレール、土佐電気鉄道、熊本市交通局の路面電車などで使用されている。
国産化
1901年の官営八幡製鐵所の開所に伴い、日本国内でもレールの圧延が開始された。1926年頃までは生産が追い付かず輸入品と併用されたが、この頃より生産体制が整い、レールの国産化が完了した。八幡製鐵所では、富士製鐵との合併により新日本製鐵（新日鉄）となりさらに住友金属工業（住金）との合併により新日鐵住金となった現在でも、八幡地区でレール生産が行なわれている。
1952年からは、富士製鐵釜石製鐵所でもレールの生産が開始された。1970年の八幡製鐵と富士製鐵の合併の際、日本国内のレール生産が合併後の新日本製鐵1社のみとなり、独占禁止法に抵触する可能性が高くなったため、この釜石の設備を日本鋼管福山製鉄所に売却/移設を行った。日本鋼管は2003年、川崎製鉄と合併しJFEスチールと名前を変えたが、現在もレールの生産を行っている。
以後、現在にいたるまで、レールのほとんどが国産品でまかなわれている。また、日本で製造されたレールは海外にも輸出され、高い評価を得ている。
再利用
使用後のレールは、駅のプラットホームの屋根などの骨組み部材として、よく再利用され、鉄道黎明期の輸入レールの製造所銘も残っていることから、鉄道ファンなどの研究対象になっている（白金桟道橋など）。現在は、建築基準法などの改正や、よりレールに特化した素材組成の変化のため、建築資材には使われなくなった。また、古いレールを再利用したホームの屋根なども、高架化や地下化、バリアフリー対応などに伴う駅の改築で、徐々に姿を消しつつある。
現状は、鉄道関連イベントなどで、1cm程度に薄くスライスしてメッキ等を施したものが、文鎮などの記念品として販売されることがあるほかは、屑鉄として回収され、製鋼原料として使用されている。屑鉄としては高品位であるため、廃線跡に残されたレールが盗難に遭う事件も発生している。
規格
日本で使用するレール類は日本工業規格により、規格が定められている。レールに関する規格と継目板に関する規格は以下の通り。
| 番号 | 名称 |
|---|---|
| JIS E 1001 | 鉄道-線路用語 |
| JIS E 1101 | 普通レール及び分岐器用特殊レール |
| JIS E 1102 | レール用継目板 |
| JIS E 1103 | 軽レール |
| JIS E 1104 | 軽レール用継目板 |
| JIS E 1105 | 路面電車用HTレール（廃止） |
| JIS E 1105 | 路面電車用HTレール継目板（廃止） |
| JIS E 1116 | レール用異形継目板 |
| JIS E 1120 | 熱処理レール |
| JIS E 1122 | 中継レール |
| JIS E 1123 | 端部熱処理レール |
| JIS E 1124 | スラッククエンチ式熱処理レール（JIS E 1120 に統合） |
| JIS E 1125 | 接着絶縁レール |
| JIS E 1126 | 伸縮継目 |
製造メーカー
日本での普通レールの製造メーカー
日本での軽レールの製造メーカー
ほか
脚注
- ↑ 世界最長となる鉄道用-150mレールの製造・出荷体制を整備（新日鐵住金株式会社プレスリリース）2014/04/16（2014/04/20閲覧）
- ↑ クリスティアン・ウォルマー著 安原和見・須川綾子訳『世界鉄道史』河出書房新社、2012年、p.28-29
- ↑ 日本においても茅沼炭鉱軌道、木道社、藤枝焼津間軌道で木道が使用された
参考文献
- 江崎 昭「輸送の安全から見た鉄道史」グランプリ出版 1998年
関連項目
軌条に関連する項目
軌条を含む用語
外部リンク
- 現役の鉄道用レールを見る（古レールのページ）
- テンプレート:Cite news- JR博多駅構内在来線のロングレール交換作業。レールの温度を真夏と同じにするために灯油や軽油を染み込ませた荒縄をレールの上に置いて燃やし、レールの温度を40℃前後まで上げてから、枕木にレールを固定する。
