特開 2024-107525 車輪

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024107525

(43)【公開日】2024-08-09

(54)【発明の名称】車輪

(51)【国際特許分類】

   B60B 17/00 20060101AFI20240802BHJP

【ＦＩ】

B60B17/00 B

B60B17/00 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023011485

(22)【出願日】2023-01-30

(71)【出願人】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001553

【氏名又は名称】アセンド弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】上西 あゆみ

(72)【発明者】

【氏名】安部 慎吾

(72)【発明者】

【氏名】野口 淳

(57)【要約】

【課題】鉄道車両の走行時に発生する騒音を効果的に低減することができる車輪を提供する。
【解決手段】車輪（１００）は、ボス部（１０）と、リム部（２０）と、板部（３０）とを備える。板部（３０）は、ボス部（１０）の中心軸（Ａ）に対して対称の形状を有する。板部（３０）は、板部本体（３３）と、接続部（３１，３２）とを含む。板部本体（３３）は、湾曲形状を有する。接続部（３１，３２）は、それぞれ、板部本体（３３）をボス部（１０）及びリム部（２０）に接続する。板部本体（３３）は、増肉領域（３３３）において最大板厚（ｔ_ｍａｘ）を有するとともに、他の領域（３３４）において最小板厚（ｔ_ｍｉｎ）を有する。板部（３０）の内周端（Ｅ１）から外周端（Ｅ２）までの半径方向に沿う距離をＸとしたとき、増肉領域（３３３）は、内周端（Ｅ１）から半径方向の外側に０．４０Ｘ以上０．６８Ｘ以下の位置で最大板厚（ｔ_ｍａｘ）を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

鉄道車両用の車輪であって、
筒状のボス部と、
前記車輪の半径方向において前記ボス部の外側に配置されるリム部と、
前記ボス部と前記リム部との間に配置され、前記ボス部の中心軸に対して対称の形状を有する板部と、
を備え、
前記板部は、
前記中心軸を含む断面で見て湾曲形状を有する板部本体と、
前記ボス部と前記板部本体との間に配置され、前記板部本体を前記ボス部に接続する第１接続部と、
前記リム部と前記板部本体との間に配置され、前記板部本体を前記リム部に接続する第２接続部と、
を含み、
前記板部本体は、当該板部本体の他の領域と比較して板厚が大きい増肉領域を含み、前記増肉領域において最大板厚を有するとともに前記他の領域において最小板厚を有し、
前記第１接続部のうち前記最小板厚の２倍の板厚を有する部分を前記板部の内周端とし、前記第２接続部のうち前記最小板厚の２倍の板厚を有する部分を前記板部の外周端とし、前記内周端から前記外周端までの前記半径方向に沿う距離をＸとしたとき、前記増肉領域は、前記内周端から前記半径方向の外側に０．４０Ｘ以上０．６８Ｘ以下の位置で前記最大板厚を有する、車輪。

【請求項2】

請求項１に記載の車輪であって、
前記増肉領域の基部には、前記他の領域に連続するコーナーＲ部が設けられる、車輪。

【請求項3】

請求項１に記載の車輪であって、
前記板部本体の板厚は、前記半径方向に沿って連続的に変化する、車輪。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載の車輪であって、
前記増肉領域の前記半径方向に沿う長さは、０．４７Ｘ以上である、車輪。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、鉄道車両用の車輪に関する。

【背景技術】

【0002】

鉄道車両用の車輪は、ボス部と、リム部と、板部とを備える。ボス部には車軸が挿入される。リム部は、車輪の半径方向においてボス部の外側に配置されている。板部は、ボス部とリム部との間に配置され、ボス部をリム部に接続する。

【0003】

一般に、鉄道車両には走行時における静粛性が要求される。例えば新幹線のように高速で走行する鉄道車両の場合、走行時に車輪から発生する振動騒音が速度の上昇とともに増大する。そのため、振動騒音を極力低減し、沿線環境を保護する必要がある。比較的低速で走行する鉄道車両についても、振動騒音の低減が求められる。具体的に説明すると、環境騒音の評価には、通常、エネルギーの時間平均値である等価騒音レベルが用いられる。比較的低速で走行する鉄道車両であっても、例えば通勤時間帯等、著しく走行本数が多い時間帯がある場合には、等価騒音レベルが高くなって沿線環境が悪化する。したがって、沿線環境を保護するため、やはり振動騒音を低減する必要がある。

【0004】

特許文献１は、鉄道車両の走行時に車輪から発生する騒音を低減するための技術を開示する。特許文献１には、鉄道車両の走行時に車輪に起因して発生する騒音において、板部が振動することで発生する騒音が大きな割合を占めると記載されている。そのため、特許文献１では、板部の剛性を部分的に高めることが提案されている。より具体的には、特許文献１の車輪では、板部において他の箇所と比較して厚みが大きい剛性増加部が設けられている。車輪の半径方向に沿った板部の長さをＬとしたとき、剛性増加部は、ボス部から２Ｌ／３だけ外周側の位置において、板部の全周にわたり連続して設けられる。あるいは、ボス部からＬ／３だけ外周側の位置において、複数の剛性増加部が板部の円周方向に間隔を空けて設けられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００５－２６２９１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１の車輪は、鉄道車両の走行時、車輪の板部の振動に起因して発生する騒音を低減するためのものである。しかしながら、近年、鉄道車両に対する静粛性の要求はより高まっている。そのため、鉄道車両の走行時に車輪から発生する騒音は、より効果的に低減される必要がある。

【0007】

本開示は、鉄道車両の走行時に発生する騒音を効果的に低減することができる車輪を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示に係る鉄道車両用の車輪は、ボス部と、リム部と、板部とを備える。ボス部は、筒状を有する。リム部は、車輪の半径方向においてボス部の外側に配置される。板部は、ボス部とリム部との間に配置される。板部は、ボス部の中心軸に対して対称の形状を有する。板部は、板部本体と、第１接続部と、第２接続部とを含む。板部本体は、ボス部の中心軸を含む断面で見て湾曲形状を有する。第１接続部は、ボス部と板部本体との間に配置される。第１接続部は、板部本体をボス部に接続する。第２接続部は、リム部と板部本体との間に配置される。第２接続部は、板部本体をリム部に接続する。板部本体は、増肉領域を含む。増肉領域の板厚は、板部本体の他の領域と比較して大きい。板部本体は、増肉領域において最大板厚を有するとともに、他の領域において最小板厚を有する。第１接続部のうち最小板厚の２倍の板厚を有する部分を板部の内周端とし、第２接続部のうち最小板厚の２倍の板厚を有する部分を板部の外周端とし、内周端から外周端までの半径方向に沿う距離をＸとしたとき、増肉領域は、内周端から半径方向の外側に０．４０Ｘ以上０．６８Ｘ以下の位置で最大板厚を有する。

【発明の効果】

【0009】

本開示に係る車輪によれば、鉄道車両の走行時に発生する騒音を効果的に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、実施形態に係る鉄道車両用の車輪の縦断面図である。

【図2】図２は、図１に示す車輪の部分拡大図である。

【図3】図３は、比較例１に係る車輪の外形を示す図である。

【図4】図４は、比較例２に係る車輪の外形を示す図である。

【図5】図５は、比較例３に係る車輪の外形を示す図である。

【図6】図６は、実施例１に係る車輪の外形を示す図である。

【図7】図７は、実施例２に係る車輪の外形を示す図である。

【図8】図８は、実施例３に係る車輪の外形を示す図である。

【図9】図９は、実施例４に係る車輪の外形を示す図である。

【図10】図１０は、実施例５に係る車輪の外形を示す図である。

【図11】図１１は、実施例６に係る車輪の外形を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

実施形態に係る鉄道車両用の車輪は、ボス部と、リム部と、板部とを備える。ボス部は、筒状を有する。リム部は、車輪の半径方向においてボス部の外側に配置される。板部は、ボス部とリム部との間に配置される。板部は、ボス部の中心軸に対して対称の形状を有する。板部は、板部本体と、第１接続部と、第２接続部とを含む。板部本体は、ボス部の中心軸を含む断面で見て湾曲形状を有する。第１接続部は、ボス部と板部本体との間に配置される。第１接続部は、板部本体をボス部に接続する。第２接続部は、リム部と板部本体との間に配置される。第２接続部は、板部本体をリム部に接続する。板部本体は、増肉領域を含む。増肉領域の板厚は、板部本体の他の領域と比較して大きい。板部本体は、増肉領域において最大板厚を有するとともに、他の領域において最小板厚を有する。第１接続部のうち最小板厚の２倍の板厚を有する部分を板部の内周端とし、第２接続部のうち最小板厚の２倍の板厚を有する部分を板部の外周端とし、内周端から外周端までの半径方向に沿う距離をＸとしたとき、増肉領域は、内周端から半径方向の外側に０．４０Ｘ以上０．６８Ｘ以下の位置で最大板厚を有する（第１の構成）。

【0012】

一般的には、構造物において最も剛性の低い部分を主音源として騒音が発生する。鉄道車両用の車輪では、板部の剛性が比較的低く、板部が主たる騒音源となる。そのため、第１の構成に係る車輪では、板部本体を部分的に増肉して板部の剛性を高めている。さらに、第１の構成に係る車輪では、ボス部に対する板部の接続部のうち板厚が最小板厚の２倍となる部分から、リム部に対する板部の接続部のうち板厚が最小板厚の２倍となる部分までの車輪の半径方向に沿う距離を板部の長さＸとし、板部の内周側の端から０．４０Ｘ以上０．６８Ｘ以下の位置で板部本体の増肉領域に最大板厚を持たせている。板部は軸対称の形状を有し、板部の全周にわたって断面形状が実質的に変化しない。これにより、鉄道車両の走行時における板部の振動が抑制されやすくなり、板部を音源とする振動騒音（転動音）が減少する。したがって、鉄道車両の走行時に車輪から発生する騒音を効果的に低減することができる。

【0013】

第１の構成では、特定の位置で板部本体に最大板厚を持たせることにより板部の剛性を効率よく高め、鉄道車両の走行時に車輪から発生する騒音を低減している。そのため、騒音の低減を目的として車輪に他の部品を付加する必要はない。第１の構成によれば、付加部品を使用することなく、鉄道車両の走行時に車輪から発生する騒音を効果的に低減することができる。

【0014】

第１の構成に係る車輪では、板部本体が湾曲形状を有している。この場合、車輪がレールの曲線区間を通過する際の板部の剛性を確保することができる。

【0015】

第１の構成において、増肉領域の基部には、他の領域に連続するコーナーＲ部が設けられていてもよい（第２の構成）。

【0016】

第２の構成では、板部本体において、増肉領域がコーナーＲ部を介して他の領域と接続されている。すなわち、増肉領域と他の領域との境界に鋭利な角が存在せず、増肉領域が他の領域と緩やかに接続される。そのため、増肉領域と他の領域との境界で空気流が乱されにくくなり、鉄道車両の走行時に発生する空力騒音を低減することができる。

【0017】

第１又は第２の構成において、板部本体の板厚は、半径方向に沿って連続的に変化してもよい（第３の構成）。

【0018】

第３の構成では、板部本体の板厚が車輪の半径方向に沿って連続的に変化し、板部本体の全体にわたって板厚が急変する箇所が存在しない。そのため、鉄道車両の走行時に板部の周囲において空気流が乱れにくくなり、空力騒音を低減することができる。

【0019】

第１から第３の構成のいずれかにおいて、増肉領域の半径方向に沿う長さは、０．４７Ｘ以上であってもよい（第４の構成）。

【0020】

第４の構成では、増肉領域の半径方向に沿う長さが０．４７Ｘ以上確保される。これにより、板部を音源とする振動騒音がさらに減少しやすくなり、鉄道車両の走行時に車輪から発生する騒音をより効果的に低減することができる。

【0021】

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。各図において同一又は相当の構成については同一符号を付し、同じ説明を繰り返さない。

【0022】

［車輪の構成］
図１は、本実施形態に係る鉄道車両用の車輪１００の縦断面図である。車輪１００の縦断面とは、中心軸Ａを含む車輪１００の断面をいう。車輪１００の縦断面は中心軸Ａに対して対称であるため、図１では、車輪１００の縦断面のうち中心軸Ａの片側のみを示す。本実施形態では、車輪１００の中心軸Ａが延びる方向を軸方向という。また、本実施形態では、車輪１００の半径方向を単に半径方向ということがある。

【0023】

図１を参照して、車輪１００は、ボス部１０と、リム部２０と、板部３０とを備える。

【0024】

ボス部１０は、車輪１００の内周部を構成している。ボス部１０は、中心軸Ａを軸心とする筒状を有する。ボス部１０には、鉄道車両の車軸（図示略）が挿入される。

【0025】

ボス部１０は、内周面１１と、端面１２１，１２２と、外周面１３とを含んでいる。車輪１００の縦断面で見て、内周面１１は、軸方向に延びている。外周面１３は、内周面１１に対して半径方向外側に配置されている。端面１２１，１２２は、内周面１１と外周面１３とを接続している。

【0026】

リム部２０は、半径方向においてボス部１０の外側に配置されている。リム部２０は、車輪１００の外周部を構成する。リム部２０は、外周面２１と、側面２２１，２２２と、内周面２３とを含んでいる。

【0027】

外周面２１は、踏面２１１と、フランジ２１２の表面とを含む。踏面２１１は、鉄道車両が走行するレールの頭頂面に接触する面である。フランジ２１２の表面は、車輪１００の軸方向において踏面２１１の一端に連続して設けられている。フランジ２１２は、踏面２１１から半径方向外側に突出している。フランジ２１２は、鉄道車両がレール上を走行するとき、軌道幅方向においてレールの内側に位置付けられる。以下、車輪１００の軸方向においてよりフランジ２１２に近い側をフランジ側といい、軸方向においてよりフランジ２１２から遠い側を反フランジ側という。

【0028】

本実施形態の例において、リム部２０は、ボス部１０に対し、軌道幅方向において外側に位置付けられている。より詳細には、リム幅中央Ｃｒがボス幅中央Ｃｂに対して反フランジ側に位置している。ただし、リム幅中央Ｃｒは、ボス幅中央Ｃｂに対してフランジ側に配置されていてもよい。あるいは、リム幅中央Ｃｒ及びボス幅中央Ｃｂの軸方向における位置が実質的に一致していてもよい。リム幅中央Ｃｒは、車輪１００の軸方向におけるリム部２０の中央である。ボス幅中央Ｃｂは、車輪１００の軸方向におけるボス部１０の中央である。

【0029】

内周面２３は、外周面２１に対して半径方向内側に配置されている。側面２２１は、フランジ側で外周面２１と内周面２３とを接続する。側面２２２は、反フランジ側で外周面２１と内周面２３とを接続する。

【0030】

板部３０は、ボス部１０とリム部２０との間に配置されている。板部３０は、ボス部１０とリム部２０とを接続する。板部３０は、ボス部１０及びリム部２０と一体的に形成されている。板部３０は、環状であり、中心軸Ａに対して対称（軸対称）の形状を有する。ボス部１０及びリム部２０も、中心軸Ａに対して対称（軸対称）の形状を有する。すなわち、ボス部１０、リム部２０、及び板部３０の半径方向に沿う断面の形状は、車輪１００の全周にわたって一定である。

【0031】

板部３０は、接続部３１，３２と、板部本体３３とを含む。

【0032】

接続部３１は、ボス部１０に隣接する。接続部３１は、ボス部１０と板部本体３３との間に配置されている。接続部３１は、板部本体３３をボス部１０に接続する。車輪１００の縦断面視で、接続部３１は、ボス部１０に向かって拡幅するように形成されている。言い換えると、接続部３１の両側面３１１，３１２の軸方向における距離は、ボス部１０側で大きく、板部本体３３側で小さい。側面３１１，３１２は、車輪１００の縦断面視で、例えば車輪１００の内側に凹の曲線状を有する。側面３１１，３１２は、互いに軸方向に離隔しながらボス部１０に向かって延在する。側面３１１，３１２は、ボス部１０の表面に対して滑らかに接続される。接続部３１は、板部３０をボス部１０に接続するフィレット部である。

【0033】

接続部３２は、リム部２０に隣接する。接続部３２は、リム部２０と板部本体３３との間に配置されている。接続部３２は、板部本体３３をリム部２０に接続する。車輪１００の縦断面視で、接続部３２は、リム部２０に向かって拡幅するように形成されている。言い換えると、接続部３２の両側面３２１，３２２の軸方向における距離は、リム部２０側で大きく、板部本体３３側で小さい。側面３２１，３２２は、車輪１００の縦断面視で、例えば車輪１００の内側に凹の曲線状を有する。側面３２１，３２２は、互いに軸方向に離隔しながらリム部２０に向かって延在する。側面３２１，３２２は、リム部２０の表面に対して滑らかに接続される。接続部３２は、板部３０をリム部２０に接続するフィレット部である。

【0034】

板部本体３３は、車輪１００の縦断面で見て湾曲形状を有する。本実施形態において、板部本体３３は、ボス部１０側ではフランジ側に凸に湾曲し、リム部２０側では反フランジ側に凸に湾曲している。ただし、板部本体３３の湾曲形状は、本実施形態で示す例に限定されるものではない。

【0035】

板部本体３３は、接続部３１と接続部３２との間に配置されている。板部本体３３の側面３３１，３３２は、それぞれ、ボス部１０側の接続部３１の側面３１１，３１２に連続する。板部本体３３の側面３３１，３３２は、それぞれ、リム部２０側の接続部３２の側面３２１，３２２にも連続している。板部本体３３の側面３３１，３３２の少なくとも一方とボス部１０側の接続部３１の表面との間には変曲点が存在する。板部本体３３の側面３３１，３３２の少なくとも一方とリム部２０側の接続部３２の表面との間にも変曲点が存在する。

【0036】

板部本体３３は、増肉領域３３３を含む。増肉領域３３３は、板部本体３３のうち、他の領域３３４と比較して板厚が大きい領域である。他の領域３３４は、増肉領域３３３の両側に設けられていてもよい。すなわち、板部本体３３では、内周側及び外周側の領域の板厚よりも、これらの中間の領域の板厚が大きくなっていてもよい。他の領域３３４は、増肉領域３３３の内周側にのみ又は外周側にのみ設けられていてもよい。この場合、増肉領域３３３は、ボス部１０側の接続部３１及びリム部２０側の接続部３２のいずれかに隣接する。板部本体３３の板厚とは、側面３３１又は側面３３２の法線方向に沿った側面３３１，３３２間の距離である。

【0037】

図２は、図１に示す車輪１００の板部３０を拡大した図である。図２を参照して、増肉領域３３３では、側面３３１，３３２のいずれか一方が板部本体３３の外側に膨出している。言い換えると、車輪１００の縦断面において側面３３１，３３２のいずれか一方と実質的に平行な仮想線ＶＬを接続部３１，３２に連続するように引いたとき、増肉領域３３３では、側面３３１，３３２の他方が仮想線ＶＬよりも外側に配置される。仮想線ＶＬは、板部本体３３の板厚が実質一定であると仮定したときの、車輪１００の縦断面における板部本体３３の輪郭線である。図２では、板部本体３３の反フランジ側の側面３３２に対して実質的に平行であって、接続部３１，３２の側面３１１，３２１に連続する仮想線ＶＬを引いた例が示されている。図２において、増肉領域３３３では、板部本体３３のフランジ側の側面３３１が仮想線ＶＬよりも外側に配置されている。本実施形態の場合、増肉領域３３３において、フランジ側の側面３３１は、反フランジ側の側面３３２と線対称ではない。本実施形態の例では、増肉領域３３３において、板部本体３３の板厚方向外側に膨出する側面３３１が全体的に湾曲し、この側面３３１の曲率が他の側面３３２の曲率よりも大きい。これにより、増肉領域３３３では側面３３１，３３２が非線対称となり、且つ増肉領域３３３の板厚が他の領域３３４と比較して増加している。ただし、板部本体３３には、フランジ側の側面３３１及び反フランジ側の側面３３２が実質的に対称になるように増肉領域３３３が設けられていてもよい。

【0038】

板部本体３３は、増肉領域３３３において最大板厚ｔ_ｍａｘを有し、他の領域３３４において最小板厚ｔ_ｍｉｎを有する。最小板厚ｔ_ｍｉｎを有する領域３３４は、増肉領域３３３の片側又は両側に存在する。最小板厚ｔ_ｍｉｎを有する領域３３４が増肉領域３３３の外周側に存在する場合、板部本体３３は、リム部２０側の接続部３２との境界（変曲点）Ｂ２、又は境界Ｂ２よりもやや内周側で最小板厚ｔ_ｍｉｎを有することができる。最小板厚ｔ_ｍｉｎを有する領域３３４が増肉領域３３３の内周側に存在する場合、板部本体３３は、ボス部１０側の接続部３１との境界（変曲点）Ｂ１、又は境界Ｂ１よりもやや外周側で最小板厚ｔ_ｍｉｎを有することができる。最大板厚ｔ_ｍａｘと最小板厚ｔ_ｍｉｎとの差は、例えば３ｍｍ以上である。

【0039】

板部本体３３に隣接する接続部３１，３２には、最小板厚ｔ_ｍｉｎの２倍の板厚ｔ０を有する部分が存在する。接続部３１の板厚は、側面３１１，３１２間の軸方向に沿う距離であり、接続部３２の板厚は、側面３２１，３２２間の軸方向に沿う距離である。板部３０について、接続部３１のうち板部本体３３の最小板厚ｔ_ｍｉｎの２倍の板厚ｔ０を有する部分を内周端Ｅ１とし、接続部３２のうち板部本体３３の最小板厚ｔ_ｍｉｎの２倍の板厚ｔ０を有する部分を外周端Ｅ２とする。そして、内周端Ｅ１から外周端Ｅ２までの半径方向に沿う距離を板部３０の長さＸと定義する。

【0040】

増肉領域３３３は、板部３０の内周端Ｅ１から半径方向の外側に０．４０Ｘ以上０．６８Ｘ以下の位置で最大板厚ｔ_ｍａｘを有する。例えば、板部本体３３の側面３３１又は側面３３２が他の領域３３４と比較して増肉領域３３３において縦断面視で略円弧状に膨出している場合、この膨出部の頂点の位置での側面３３１，３３２間の法線方向距離が最大板厚ｔ_ｍａｘとなり、膨出部の頂点が板部３０の内周端Ｅ１から半径方向外側に０．４０Ｘ以上０．６８Ｘ以下の範囲に位置づけられる。例えば、車輪１００の縦断面視において最大板厚ｔ_ｍａｘを有する部分が板部本体３３に沿って延在する区間である場合、当該区間の延在方向の中央が板部３０の内周端Ｅ１から半径方向外側に０．４０Ｘ以上０．６８Ｘ以下の範囲に位置づけられる。増肉領域３３３は、板部３０の内周端Ｅ１から半径方向の外側に０．５０Ｘ以上の位置で最大板厚ｔ_ｍａｘを有することが好ましく、０．６０Ｘ以上の位置で最大板厚ｔ_ｍａｘを有することがより好ましい。

【0041】

増肉領域３３３の半径方向に沿う長さＹは、０．４７Ｘ以上であることが好ましい。増肉領域３３３の長さＹは、例えば０．９０Ｘ以下である。増肉領域３３３の長さＹは、板部本体３３のうち、側面３３１又は側面３３２が仮想線ＶＬよりも外側に位置している部分の半径方向に沿う長さである。板部本体３３において、増肉領域３３３の基部には、他の領域３３４に連続するコーナーＲ部３３５が設けられることが好ましい。図２に示す例では、板部本体３３の一方の側面３３１において、仮想線ＶＬから膨出している部分の根元にコーナーＲ部３３５が設けられている。コーナーＲ部３３５は、増肉領域３３３の両側の基部に設けられていてもよいし、片側の基部に設けられていてもよい。

【0042】

上述した通り、板部本体３３には増肉領域３３３が設けられている。そのため、板部本体３３の板厚は全体にわたって一定ではない。板部本体３３の板厚は、車輪１００の半径方向に沿って変化する。板部本体３３の板厚は、車輪１００の半径方向に沿って連続的に変化することが好ましい。板部本体３３の板厚を連続的に変化させるため、板部本体３３の側面３３１，３３２を実質的に角が視認されない、滑らかな形状とすることができる。より具体的には、例えば、側面３３１，３３２がそれぞれ複数種類の曲線を含む場合、隣り合う曲線間の曲率半径の変化率を１５００％以下とすることができる。これにより、側面３３１，３３２が滑らかな形状となり、板部本体３３の板厚を連続的に変化させることができる。側面３３１，３３２が直線を含む場合は、その直線が隣接する曲線の接線となっていることが好ましい。

【0043】

［効果］
本実施形態に係る車輪１００では、板部本体３３が部分的に増肉されることにより、主たる騒音源である板部３０の剛性が従来の車輪よりも高められている。より詳細には、板部本体３３に増肉領域３３３を設けるとともに、板部３０の半径方向に沿う長さをＸとし、板部３０のボス部１０側の端（内周端）Ｅ１を０、板部３０のリム部２０側の端（外周端）Ｅ２を１として、０．４０Ｘ以上０．６８Ｘ以下の位置で板部本体３３が最大板厚ｔ_ｍａｘを有する。これにより、鉄道車両の走行時における板部３０の振動が抑制されやすくなり、板部３０を音源とする振動騒音（転動音）が減少する。したがって、鉄道車両の走行時に車輪１００から発生する騒音を効果的に低減することができる。

【0044】

本実施形態において、増肉領域３３３の半径方向に沿う長さＹは、０．４７Ｘ以上であることが好ましい。これにより、板部３０を音源とする振動騒音がさらに減少し、鉄道車両の走行時に車輪１００から発生する騒音をより効果的に低減することができる。

【0045】

本実施形態では、板部本体３３に特定の位置で最大板厚ｔ_ｍａｘを持たせることにより板部３０の剛性を効率よく高め、鉄道車両の走行時に車輪１００から発生する騒音を低減している。そのため、騒音の低減を目的として車輪１００に他の部品を付加する必要はない。すなわち、本実施形態に係る車輪１００によれば、付加部品を使用することなく、鉄道車両の走行時に騒音を効果的に低減することができる。このような車輪１００は、例えば、鍛造、鋳造、又は鍛造品若しくは鋳造品の機械加工（削り出し）等によって製造することができる。車輪１００の材質は、炭素鋼であることが好ましい。

【0046】

本実施形態において、板部本体３３は車輪１００の縦断面視で湾曲形状を有している。この場合、車輪１００がレールの曲線区間を通過する際の板部３０の剛性を確保することができる。

【0047】

本実施形態では、板部本体３３の増肉領域３３３がコーナーＲ部３３５を介して他の領域３３４と接続されている。すなわち、増肉領域３３３と他の領域３３４との境界に鋭利な角が存在せず、増肉領域３３３が他の領域３３４と緩やかに接続される。そのため、増肉領域３３３の周囲において空気流が乱されにくくなり、鉄道車両の走行時に発生する空力騒音を低減することができる。

【0048】

本実施形態において、板部本体３３の板厚は、車輪１００の半径方向に沿って連続的に変化することが好ましい。すなわち、板部本体３３の全体にわたり、板厚が急変する箇所が存在しないことが好ましい。これにより、鉄道車両の走行時に板部３０の周囲において空気流が乱れにくくなり、空力騒音を低減することができる。

【0049】

例えば、増肉領域３３３を車輪１００の縦断面視で矩形状とする場合、板部本体３３に機械加工を施して増肉領域３３３を形成する必要がある。しかしながら、板部本体３３の板厚を車輪１００の半径方向に沿って連続的に変化させ、増肉領域３３３を緩やかな形状とする場合、例えば鍛造により、板部本体３３に増肉領域３３３を含む車輪１００を製造することができる。この場合、増肉領域３３３のための機械加工が不要となるため、車輪１００の製造コストを低減することができる。

【0050】

以上、本開示に係る実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

【実施例0051】

以下、実施例によって本開示をさらに詳しく説明する。ただし、本開示は、以下の実施例に限定されるものではない。

【0052】

本開示による効果を確認するため、汎用の構造解析ソフトウェアを用いて有限要素法による解析を実施し、車輪の静粛性を評価した。本解析では、３６０°車輪モデルの踏面にレール反力を想定した力を負荷し、その際の振動に対する応答性を静粛性として評価した。静粛性の評価には、以下の式で求められる等価放射パワー（ＥＲＰ）を使用した。

【0053】

【数1】

【0054】

上記式において、ΔＳ_ｉは車輪表面の要素面積であり、Ｖ_ｎｉはその面の法線方向の振動速度である。ｃは、大気の条件等によって決定される係数である。ＥＲＰが大きいほど、音を放射する能力が高いことを示す。

【0055】

図３、図４、及び図５は、それぞれ、比較例１、比較例２、及び比較例３に係る車輪の外形を示す図である。図３に示す比較例１では、板部本体３３の板厚が全体にわたって略一定となっている。比較例１の板部本体３３には、増肉領域３３３（図１及び図２）は存在しない。比較例１においては、車輪の縦断面視で、板部本体３３の全体にわたって側面３３１，３３２が実質的に線対称となっている。

【0056】

図４に示す比較例２は、特許文献１の図２（ａ）に示される車輪に対応する。図４に示すように、特許文献１では、ボス部１０の反フランジ側の端面１２２における直線部の板部３０側の端から、リム部２０の反フランジ側の側面２２２における直線部の板部３０側の端までの半径方向に沿う長さを板部３０の長さＬとし、このＬを基準に増肉領域（剛性増加部）３３３の位置を決定している。比較例２では、特許文献１の図２（ａ）と同様に、増肉領域３３３を板部３０の周方向に連続させて環状とし、増肉領域３３３の内周縁をボス部１０から外周側に２Ｌ／３（０．６７Ｌ）の位置に配置した。増肉領域３３３の外周縁は、内周縁から外周側に３０．０ｍｍの位置に配置した。

【0057】

図５に示す比較例３は、特許文献１の図２（ｂ）に示される車輪に対応する。比較例３では、特許文献１の図２（ｂ）と同様に、増肉領域３３３の内周縁をボス部１０から外周側にＬ／３（０．３３Ｌ）の位置に配置し、増肉領域３３３の外周縁をボス部１０から外周側に２Ｌ／３（０．６７Ｌ）の位置に配置した。比較例３では、特許文献１の図２（ｂ）と同様、車輪の円周方向に沿って３つの増肉領域３３３を等間隔で配置した。

【0058】

図６～図１１は、それぞれ、実施例１～実施例６に係る車輪の外形を示す図である。実施例１～実施例６の車輪の重量は同一とした。実施例１～実施例３では、増肉領域３３３の長さＹが共通であるが、板部本体３３の最大板厚ｔ_ｍａｘの位置が互いに異なる。実施例４～実施例６では、板部本体３３の最大板厚ｔ_ｍａｘの位置が共通であるが、増肉領域３３３の長さＹが互いに異なる。実施例１～実施例６のそれぞれにおいて、板部本体３３の最大板厚ｔ_ｍａｘの位置は、板部本体３３の一方の側面３３１に設けられた膨出部の頂点の位置であり、最大板厚ｔ_ｍａｘは、この頂点から他方の側面３３２までの当該頂点の接線に対して垂直な方向（法線方向）に沿った長さである。

【0059】

各車輪の条件を表１に示す。

【0060】

【表1】

【0061】

表１では、各比較例及び各実施例について、板部３０の全周波数のエネルギー量の総和（Ｏ．Ａ．ＥＲＰレベル）を比較例１に対する差分で示している。Ｏ．Ａ．ＥＲＰレベルの値が正であれば、板部３０の静粛性が比較例１よりも向上したことを意味し、Ｏ．Ａ．ＥＲＰレベルの値が負であれば、板部３０の静粛性が比較例１よりも低下したことを意味する。比較例２及び比較例３の増肉領域３３３の長さＹについては、実施例１～６と同様にしてＸの値を求め、これを用いて算出した。

【0062】

表１に示すように、実施例１～実施例６では、板部３０の半径方向に沿う長さＸに対し、板部３０の内周端Ｅ１から外周側に０．４０倍以上０．６８倍以下の位置で板部本体３３が最大板厚ｔ_ｍａｘを有する。実施例１～実施例６のいずれにおいても、板部３０の静粛性は比較例１に対して向上した。比較例２も板部３０の静粛性が比較例１に対して向上したが、静粛性向上の効果の程度は実施例１～実施例６よりも小さかった。比較例３については、板部３０の静粛性が比較例１よりも低下した。

【0063】

したがって、板部本体３３の全周にわたって増肉領域３３３を設けた場合であって、増肉領域３３３の最大板厚ｔ_ｍａｘが板部３０の内周端Ｅ１から外周側に０．４０Ｘ以上０．６８Ｘ以下の位置にあるときは、鉄道車両の走行時において板部３０を音源とする騒音が効果的に低減され、従来よりも良好な静粛性を実現できるといえる。

【0064】

実施例４～実施例６は、板部本体３３の最大板厚ｔ_ｍａｘの位置において実施例２と同一であり、増肉領域３３３の長さＹにおいて実施例２と異なる。増肉領域３３３の長さＹに基づく効果を検証するため、実施例２と実施例４～実施例６とを比較した。

【0065】

実施例２及び実施例４～実施例６における車輪の重量は同一であり、実施例２における増肉領域３３３の長さＹは実施例４～実施例６における増肉領域３３３の長さＹよりも広い。そのため、実施例２では、半径方向に沿った板部本体３３の板厚の変化が実施例４～６と比べて緩やかである。表１に示すように、実施例２では、実施例４～実施例６よりも板部３０の静粛性が向上した。

【0066】

したがって、増肉領域３３３の長さＹを広く確保することにより、板部３０を音源とする騒音が低減されやすくなり、車輪の静粛性がより向上するといえる。実施例２の結果より、増肉領域３３３の長さＹは０．４７Ｘ以上であることが好ましい。

【符号の説明】

【0067】

１００：車輪
１０：ボス部
２０：リム部
３０：板部
３１，３２：接続部
３３：板部本体
３３３：増肉領域
３３４：他の領域
３３５：コーナーＲ部
Ｅ１：内周端
Ｅ２：外周端

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】