線路に継ぎ目がある理由

Question

明治時代の薬剤師国家試験問題を見る機会があったのですが，

ある年の「理学」という試験科目に
　「鉄道の線路に継ぎ目(空隙)があるのはなぜか．
　　無いとどうなるのか？」
　という趣旨の設問がありました．

正解はなんでしょうか？

（温度で伸縮するのか．あるいは経済技術の問題か？
　　　それとも昔の鉄鋼の素材・設置方法なのか？
　　　当時の車両に要因があるのか？）

meitoku · Accepted Answer

「温度で伸縮する」です。
また高度な溶接技術が無かった為でしょうね。

littledough · Answer

まず、ご質問の前提である明治の昔の試験問題で、しかもわざわさ～継ぎ目(空隙)～と問うているのですから、これはもう温度による膨張・収縮、特に夏場の直射日光などによる熱でレールが膨張して歪みが生じたり冬場の収縮でレールが破損するのを防ぐため、という答えしか無いと思います。
蛇足ですが、例えばパイプライン等はところどころΩ型のトラップを入れて温度による伸縮で破損する事を防いでいます。

尤も近年では鉄道のレールも継ぎ目を溶接した「ロングレール」というものがあり、新幹線ではほぼ全線で、在来線や私鉄でも列車が高速運転を行う区間を中心で採用されていますが、やはり膨張・収縮対策のためほぼ２～３kmおきに「伸縮継目器」という装置を設置しています。

但しロングレールを採用している線区でも大抵の場合、在来線などでは数百メートルから１kmくらいの間に一か所、継ぎ目があります。
それは自動信号を動作させるための信号電流を区切るための継目で、ここには別の信号機を動作させる信号電流が入り込まないようにするため樹脂製の絶縁材がはさんであります。
皆さんおなじみの駅の案内表示板では列車の接近状態が表示されていますが、あれも自動信号と連動して列車の位置を検出しているのです。
列車内で走行音を注意深く聞いていれば、ガタンゴトンという「ジョイント音」がしないロングレール区間を走っている時でも時々カタンという継目を通る音が聞こえるのが分かる筈です。
この音は列車が信号機の横を通った時に聞こえるわけです。

なお、ロングレールは急曲線では使えません。これはカーブによってレールの伸縮による動きが妨げられるからです。また伸縮継目器は直線区間にしか設置できません。
そのため鉄道全線をロングレール化する事は今のところ技術的に不可能なのです。
あの東海道新幹線でも都心部は山手線などと並走し、在来線なみの急曲線もありますのでロングレールになっていない箇所があります。そこではあの超未来的フォルムを持ったN700系でもガタンゴトンという懐かしい音をたてながらゆっくり走っていますｗ

sugasugax · Answer

レールが温度で伸縮する、といった回答は
すでに他の回答者さんから出ていますが、
ちょっと違った観点で考えて見ます。

たとえば東北本線で、上野から青森まで届く長さの
１本のレールを作ることは現実的でしょうか？
あるいはシベリア鉄道でウラジオストックから
モスクワまで届く長さの１本のレールとか。
仮に技術的に可能だとしても現実的とは思えません。

継ぎ目がある「普通の」レールなら、
損傷してもその部分だけ交換すれば済みます。

ultraCS · Answer

隙間が空いている理由は既に出ていますが、何故、隙間を空けてしか設置できなかったというと、今から5-60年前のレールと枕木の締結は、犬釘という、頭のでかい釘を枕木に打ち込み、その頭部の顎の部分にレールの底面を引っ掛けるというもので、強い締結力が持続するのは無理で、暫くすると、枕木が割れたり、釘と枕木の間に水が入って錆びたりして釘が緩み、レールが外れないだけ程度の締結力になってしまいます。
http://www.takigamiseiki.jp/CCP.html

この程度の締結力では温度によるレールの延びや車輪がレールを蹴る力の反動でレールが前後する匐進(ふくしん)という運動を押さえ込むことは難しかったのです。その為の遊びとしてレールの隙間(遊間)があるのです。もちろん、この程度の締結力でロングレールを採用したら、定尺であれだけ伸び縮みするのだから、ロングにしたらどれだけ伸びるかわからないと言うことで溶接技術以前の問題でロングレール採用など考えられませんでした。

この状況が変わったのは、東海道新幹線の建設です。高速運転する新幹線で振動や保守の改善のためにロングレールを実用化するため、鴨宮の実験線に先行して1957年に東海道線の藤沢～辻堂間に試験的にロングレールと伸縮継ぎ目が設置されました。ここで、わかったのは、日本の(世界に比べて)脆弱な路盤でも板バネを介した弾性締結によって両端100mの伸縮区間以外は不動区間として伸縮や匐進を押さえ込めることがわかりました。この成果を受けて東海道新幹線ではロングレールが広く採用され。これ以後、在来線でもロングレールが使われるようになっていきます。
ただ、初期の弾性締結はPC枕木でしか使えない技術で、ロングレールを使うには枕木ごと軌道を近代化する必要があり、なかなか普及しませんでした。

現在では弾性締結には、板バネを介したタイプから、より施工の容易なパンドロールが広く使われるようになり、最近の新設路線では、急曲線や駅などのポイント区間以外ではロングレールを広範囲に採用されています。パンドロールは木製枕木や鉄枕木、ラダー枕木(縦枕木)など適用範囲が広く、軌道改良が容易であるというのも長所です。

パンドロール(輸入元の住友商事のページ)
http://www.sumitomocorp.co.jp/railway_products/product/pandrol/index.htm

現在の国内の高速鉄道路線のインフラは、路盤は省力化軌道や直結軌道にパンドロールで固定したロングレール、架線はフィーダーメッセンジャー方式(饋電線を使わない架線、JREのインテグレート架線やJRWのハイパー架線)がトレンド(死語?)になっています。

このブログに細かい説明がありました(ちょっと細かすぎて鉄以外は引いちゃうと思うけど)
http://ed-75.cocolog-nifty.com/blog/2007/06/index.html

kuma-gorou · Answer

現場で、簡単にロングレールの敷設が行えるようになったのは、テルミット溶接の技術が寄与している事は申すまでもありません。
明治～大正時代の橋梁などリベット止めですよね。それだけ溶接の技術が未熟だったのですよ。

まぁ、当方も含め、直接の回答ではなく、人様の回答に横槍（しかも間違えている）を入れるのは如何なものかと・・・

TT414 · Answer

meitokuさん
>また高度な溶接技術が無かった為でしょうね。
とありますが溶接技術と関係ありません。ロングレールを作るのに高度な溶接技術は必要ありません、レールを作れる技術があればロングレールは作れます。

azukaiji · Answer

教科書的な正解は、物質の温度変化による収縮の調整のためでしょうけど、
他の方の回答のように、現実的には一つだけの解などありません。
色んな要因が複雑に絡み合った結果発生したのがレールの継ぎ目だからです。

ま、試験問題の模範回答というのは往々にしてつまらない答えが多いです。
模範回答から外れた答えの中にも問題の本質を突いているものもあります。
そういうものを一切評価してこなかったのがこれまでの学問なのでしょうね。

noname#136473 · Answer

それは、温度の変化に対する、事故対策の一つです。

nerimaok · Answer

温度でレールが延びるからです。
今は斜めにカットして繋ぐ事によって延びても大丈夫なようにするか、ガッチリと固定してしまって延びても動かないようにしてしまうという方法を使ってつなぎ目の振動を無くしています。

しかし薬剤師? 妙な質問出すんですね。

noname#142850 · Answer

温度による伸縮を吸収するためですが、間隔は長くても構いません。
最近はロングレールと言って、200m以上継ぎ目がないレールも多くなってきました。このようなレールでは、継ぎ目は「伸縮継ぎ目」といって、少しだけ特殊な継ぎ目になっています。通常のレールより伸縮率が高いので。
通常の25mの定尺レールは、主に運搬や保管等の要請からあの長さになったようです。

線路に継ぎ目がある理由

「温度で伸縮する」です。

レールが温度で伸縮する、といった回答は

現場で、簡単にロングレールの敷設が行えるようになったのは、テルミット溶接の技術が寄与している事は申すまでもありません。

meitokuさん

教科書的な正解は、物質の温度変化による収縮の調整のためでしょうけど、

それは、温度の変化に対する、事故対策の一つです。

温度でレールが延びるからです。

温度による伸縮を吸収するためですが、間隔は長くても構いません。

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