(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-03-17
(45)【発行日】2023-03-28
(54)【発明の名称】鉄道車両台車の側受の擦り板及び側受
(51)【国際特許分類】
B61F 5/14 20060101AFI20230320BHJP
【FI】
B61F5/14
(21)【出願番号】P 2019067322
(22)【出願日】2019-03-29
【審査請求日】2022-02-07
(73)【特許権者】
【識別番号】521475989
【氏名又は名称】川崎車両株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】000107619
【氏名又は名称】スターライト工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000556
【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】奥村 泰史
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 與志
(72)【発明者】
【氏名】多田 桂司
(72)【発明者】
【氏名】紫尾田 典明
【審査官】諸星 圭祐
(56)【参考文献】
【文献】実開昭49-027805(JP,U)
【文献】実開昭57-091660(JP,U)
【文献】特開2010-070000(JP,A)
【文献】特開平02-200565(JP,A)
【文献】特開2016-094069(JP,A)
【文献】米国特許第04567833(US,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B61F 5/00- 5/52
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
上側又は下側に配置された摺動部材に対して摺動可能に接触するように台車に設けられる側受の擦り板であって、
前記摺動部材の摺動面と対向する対向面に凹凸が設けられて
おり、
前記擦り板の車両長手方向両端部における車幅方向外側の部分に切欠部が設けられ、前記擦り板の車幅方向外側の領域が車幅方向内側の領域よりも小さくなっている、鉄道車両台車の側受の擦り板。
【請求項2】
前記対向面には、溝を形成することで前記凹凸が形成されている、請求項1に記載の鉄道車両台車の側受の擦り板。
【請求項3】
前記溝は、前記摺動部材に対する前記側受の擦り板の摺動方向に沿って延びている、請求項2に記載の鉄道車両台車の側受の擦り板。
【請求項4】
平面視において、前記凹凸の凸部の上端面の合計面積は、前記
擦り板の上面の外形面積の30~70%である、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の鉄道車両台車の側受の擦り板。
【請求項5】
前記対向面のうち少なくとも前記凹凸の凸部には、潤滑コーティング層が設けられている、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の鉄道車両台車の側受の擦り板。
【請求項6】
前記凹凸のうち、前記擦り板の外周を形成する凸部の上端面と側面との間の角部は、鈍角に形成されている、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の鉄道車両台車の側受の擦り板。
【請求項7】
前記対向面には、穴を形成することで前記凹凸が形成されている、請求項1に記載の鉄道車両台車の側受の擦り板。
【請求項8】
前記擦り板は、平面視において十字形状を有する、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の鉄道車両台車の側受の擦り板。
【請求項9】
請求項1乃至
8のいずれか1項に記載の擦り板と、
台車に固定され、前記擦り板を直接的に収容する擦り板受と、を備える、鉄道車両台車の側受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、鉄道車両台車に設けられる側受の擦り板及び側受に関する。
【背景技術】
【0002】
ボルスタ付き台車では、ダイレクトマウント台車の場合には台車枠とボルスタとの間に側受が挟み込まれ、インダイレクトマウント台車の場合にはボルスタと車体との間に側受が挟み込まれ、側受の摩擦抵抗によって適度な旋回抵抗を付与しながら旋回を許容するように構成されている(例えば、特許文献1参照)。側受は、旋回時の摩擦抵抗が大きくなり過ぎないように、旋回中心の近傍に配置するのが通常である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、左右の側受の間隔を拡げて左右の空気バネの間隔に近づけることができれば、車体からボルスタ及び台車枠に順次負荷される下方荷重の荷重伝達経路が直線状に近づいてモーメントアームが小さくなる。それができれば、台車枠やボルスタに生じる応力が減少し、台車枠やボルスタを軽量化することが可能になる。
【0005】
しかし、側受の摩擦抵抗を小さくするために側受を小さくしてしまうと、側受の下面に固定された部材(台車枠又はボルスタ)に対して側受から負荷される下方荷重が局所集中し、当該部材に局部応力が発生する問題がある。また、側受に潤滑油を塗布して摩擦係数を小さくするようにすると、定期的な再塗布作業が必要となり、メンテナンスに手間が掛かる問題がある。それゆえ、側受の摩擦抵抗を小さくするには限界があり、台車の軽量化を妨げているのが現状である。
【0006】
そこで本発明は、側受を工夫することにより台車の軽量化を促進することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一態様に係る鉄道車両台車の側受の擦り板は、上側又は下側に配置された摺動部材に対して摺動可能に接触するように台車に設けられる側受の擦り板であって、前記摺動部材の摺動面と対向する対向面に凹凸が設けられている。
【0008】
前記構成によれば、摺動部材の摺動面は、前記擦り板の対向面の凹凸の凹部には接触せずに凸部に接触するため、車体側からの荷重により摺動部材から擦り板に付与される面圧が大きくなる。そして、面圧が大きくなると擦り板の摩擦係数が小さくなるため、側受を台車の旋回中心から車幅方向に離して配置しても円滑な旋回を保つことができる。それゆえ、側受を空気バネに近づけてモーメントアームを小さくし、台車枠やボルスタに生じる応力を減らすことができ、台車枠やボルスタの軽量化による台車の軽量化を図ることができる。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、左右の側受の工夫により台車の軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【
図1】実施形態に係る側受を備えるボルスタ付き台車を正面から見た模式図である。
【
図2】
図1に示す台車のボルスタを外した状態における平面図である。
【
図5】実施例1,2及び比較例の摩擦係数の経時的変化を示すグラフである。
【
図6】実施例2,3及び比較例の摩擦係数の経時的変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照して実施形態を説明する。なお、以下の説明では、車両が走行する方向を車両長手方向(前後方向)とし、それに直交する横方向を車幅方向(左右方向)として定義する。
【0012】
図1は、実施形態に係る側受を備えるボルスタ付き台車1を正面から見た模式図である。
図2は、
図1に示す台車1のボルスタ4を外した状態における平面図である。
図1に示すように、鉄道車両のボルスタ付き台車1は、ダイレクトマウント方式の台車である。台車1は、空気バネ3を介して車体2に支持するボルスタ4と、ボルスタ4の下方に設けられた台車枠5と、ボルスタ4と台車枠5との間に介設された左右一対の側受6と、車輪7a及び車軸7bを有する輪軸7と、軸受を介して輪軸7を支持する軸箱8と、軸箱8と台車枠5との間に介設された軸バネ9とを備える。
【0013】
ボルスタ4の下面には、その車幅方向中心部から下方に突出した中心ピン10と、中心ピン10の車幅方向両側に配置された一対の摺動部材11とが設けられている。中心ピン10の下部は、台車枠5の車幅方向中央部に鉛直軸線周りに回動自在に嵌合している。摺動部材11は、側受6に上方から接触し、ボルスタ4と台車枠5とが相対的に回動する際に側受6に対して摺動する。摺動部材11は、例えばステンレス等の金属板である。側受6は、ボルスタ4に固定された摺動部材11の下面(摺動面)と摺動する際の摩擦力で台車1に旋回抵抗を付与し、台車1の蛇行動を抑制する。なお、摺動部材11と側受6とを入れ替えて配置する構成としてもよい。つまり、ボルスタ4の下面に側受6を配置し、台車枠5の上面に摺動部材11を配置するようにしてもよい。
【0014】
図2に示すように、台車枠5は、車幅方向に延びる横梁5aと、横梁5aの両端から車両長手方向両側に延びる一対の側梁5bとを有する。横梁5aの中央には、中心ピン10の下部が回動自在に嵌合される嵌合部5cが設けられている。即ち、台車枠5は、中心ピン10及び嵌合部5cの中心を旋回中心Oとしてボルスタ4に対して旋回可能となる。周一対の側受6は、旋回中心Oから車幅方向に離れるように車輪7aよりも車幅方向外側に配置されている。
【0015】
図1及び2に示すように、側受6は、平面視において空気バネ3と重なる位置に配置されている。側受6の車幅方向位置は、軸箱8の車幅方向位置と重なるように設定されている。車体2からの下方荷重は、空気バネ3、ボルスタ4、摺動部材11、側受6及び台車枠5の順に下方に向けて伝達される。
【0016】
図3は、
図2に示す側受6の平面図である。
図3に示すように、側受6は、台車枠5の上面に固定される擦り板受20と、擦り板受20に上方から直接的に収容される擦り板21とを備える。即ち、擦り板受20と擦り板21との間に従来のベース板を介在させないので、部品点数や組立作業が削減される。また、擦り板21は、固定具により擦り板受20に固定されるのではなく、擦り板受20に収容されるだけで位置決めされている。擦り板21は、擦り板受20の最上端よりも上方に突出している。
【0017】
擦り板受20は、上面20aと、上面20aから上方に突出した突出壁部20bと、上面20a及び突出壁部20bにより画定される凹空間である収容凹部20cとを有する。突出壁部20bには、鉛直方向に延びたボルト穴Hが形成されている。即ち、ボルト穴Hに挿通されるボルト(図示せず)により擦り板受20が台車枠5に固定される。本実施形態においては、平面視矩形状の擦り板受20の上面の少なくとも四隅から突出壁部20bが上方に夫々突出することで、上面20a及び突出壁部20bにより平面視において略十字形状の収容凹部20cが形成されている。そして、収容凹部20cに収容される擦り板21も全体として略十字形状に形成されている。
【0018】
台車1の曲線通過時に台車枠5がボルスタ4に対して旋回する際に、摺動部材11に対する擦り板21の接触領域の中心点の移動軌跡Xは、車幅方向外側に向けて凸な円弧状になる。それゆえ、擦り板21の車両長手方向両端部は、その車幅方向外側の領域よりも車幅方向内側の領域の方が荷重負担の寄与度が大きくなる。そのため、擦り板21には、その車両長手方向両端部における車幅方向外側の部分に切欠部21aが設けられ、擦り板21の車幅方向外側の領域が車幅方向内側の領域よりも小さくなっている。なお、摺動部材11は、側受6よりも大面積であり車両長手方向に長い。
【0019】
本実施形態では、擦り板21は、製造性等の観点から車両長手方向に半分に分割された2枚の擦り板22,23からなる。なお、擦り板21は、分割されずに1枚で形成されていてもよい。擦り板22と擦り板23とは、互いに同一材料で対称な形状であるので、以下では一方の擦り板22について代表して説明し、擦り板23の詳細な説明を省略する。
【0020】
図4は、
図3に示す側受6の擦り板22の斜視図である。
図3及び4に示すように、擦り板22は、摺動部材11の下面と対向する上面22aにおいて複数の平行な溝31,32が形成されている。即ち、擦り板22の上面22aには、複数の溝31,32を形成することにより凹凸30が設けられている。そのため、摺動部材11の下面は、擦り板22の上面22aの凹凸30のうち溝31,32(凹部)には接触せずに凸部33に接触し、摺動部材11に対する擦り板22の接触面積が小さくなる。
【0021】
これにより、擦り板22の上面22aを一様に平坦にする場合に比べ、車体2側からの荷重により摺動部材11から擦り板22に付与される面圧が大きくなる。そして、面圧が大きくなると擦り板22の摩擦係数が小さくなるため、側受6を台車1の旋回中心Oから車幅方向に離して配置しても円滑な旋回を保つことができる。それゆえ、側受6を空気バネ3に近づけてモーメントアームを小さくし、ボルスタ4に生じる応力を減らすことができ、ボルスタ4の軽量化を図ることができる。
【0022】
溝31,32は、摺動部材11に対する側受6の摺動方向に沿って延びている。具体的には、本実施形態の溝31,32は、車両長手方向に直線状に延びている。これにより、摺動部材11と擦り板22との間の摺動に際して凸部33の角部が抵抗になり難く、摺動時の摩擦抵抗をより低減できる。また、溝31,32は直線状であるので、溝の形成も容易である。更に、凸部33のうち、擦り板22の外周を形成する凸部33の上端面33aと凸部33の側面33bとの間の角部は、鈍角に形成されている。これにより凸部33の角部が摺動抵抗になることを更に抑制できる。なお、溝31,32は、摺動部材11に対する擦り板21の接触領域の中心点の移動軌跡Xに平行な円弧状に形成してもよく、そうすれば摩擦抵抗低減の面で更に好適である。
【0023】
凹凸30は、擦り板22の上面22aの全体に均一に設けられている。平面視において、凹凸30の凸部33の上端面33aの合計面積は、擦り板22の上面22aの外形面積の30~70%である。本実施形態では、凹凸30の凸部33の上端面33aの合計面積は、擦り板22の上面22aの外形面積の40~60%の範囲内の値に設定されている。これにより、擦り板22の凸部33に負荷される荷重が過大になるのを防止しながらも、擦り板22に付与される面圧を大きくすることができる。また、凸部33の幅寸法と溝31の幅寸法を同じ寸法とし、凹凸30の配置を均一にした上で、所望の摩擦係数が得られるようにしているので、擦り板22の偏摩耗を防ぐことができる。
【0024】
溝31,32のうち延長線上に擦り板22のコーナー部22bが存在しない溝31は、擦り板22の端縁まで延びており、その延在方向両側に開放されている。溝31,32のうち延長線上にコーナー部22bが存在する溝32は、そのコーナー部22bに対向する端部が擦り板22の端縁の手前で終端している。これにより、擦り板22のコーナー部22bの肉厚が確保され、コーナー部22bの強度が保たれている。
【0025】
擦り板22は、樹脂又は金属により形成されている。本実施形態では、擦り板22は、スーパーエンジニアリングプラスチック等により形成されている。擦り板22の上面の凹凸30は、擦り板22が樹脂の場合は金型成形により形成され、擦り板22が金属の場合には機械加工により形成される。但し、擦り板22の凹凸30は、機械加工以外の方法で形成されてもよい。
【0026】
擦り板22の上面22aのうち少なくとも凸部33には、潤滑コーティング層34が設けられている。潤滑コーティング層34は、少なくとも凸部33の表面を潤滑剤でコーティングしてなる。潤滑コーティング層34は、例えば、シリコーン系樹脂又はフッ素系樹脂である。本実施形態では、擦り板22の上面22aの全体にシリコーン系樹脂又はフッ素系樹脂をスプレーにより噴き付けることで潤滑コーティング層34を成膜している。
【0027】
擦り板22の摩擦係数は、擦り板22が新品の状態では大きくなる傾向にあり、擦り板22が使い込まれてくると摩擦係数が低下して安定する傾向がある。そのため、潤滑コーティング層34を設けることで、擦り板22が新品の状態において摩擦係数を小さくすることができ、かつ、擦り板22が使い込まれてくると潤滑コーティング層34が剥がれるが、擦り板22自体の摩擦係数が低下していることになる。よって、潤滑コーティングを定期的に再塗布するメンテナンスを不要としながらも、擦り板22の使用期間の全体にわたって安定的に摩擦係数を抑制できる。
【0028】
図5は、実施例1,2及び比較例の摩擦係数の経時的変化を示すグラフである。
図6は、実施例3,2及び比較例の摩擦係数の経時的変化を示すグラフである。実施例1は、溝31,32が有り且つシリコーン樹脂系の潤滑コーティング層34が有る擦り板について往復摺動試験を行ったものである。実施例2は、溝31,32が有り且つ潤滑コーティング層34が無い擦り板について往復摺動試験を行ったものである。実施例3は、溝31,32が有り且つフッ素樹脂系の潤滑コーティング層34が有る擦り板について往復摺動試験を行ったものである。比較例は、溝31,32が無く且つ潤滑コーティング層34が無い擦り板について摺動試験を行ったものである。
【0029】
図5及び6に示すように、実施例1~3の摩擦係数は、比較例の摩擦係数よりも全体的に小さい。即ち、溝31,32が無い擦り板に比べ、溝31,32が有る擦り板の方が摩擦係数を小さくできることが確認された。また、擦り板の摩擦係数は、摺動試験の初期段階では大きくなる傾向にあり、往復回数が増えると摩擦係数が低下して安定する傾向があることが分かる。その点、実施例1及び3では、潤滑コーティング層34が有るため、潤滑コーティング層34の無い実施例2に比べて、摺動試験の初期段階での摩擦係数が低減されることが確認された。そして、摺動試験の往復回数が増加していくと潤滑コーティング層34が剥がれるが、擦り板自体の摩擦係数が低下することで低い摩擦係数で安定することが確認された。
【0030】
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、その構成を変更、追加、又は削除することができる。前記実施形態では、台車1がダイレクトマウント方式であったが、インダイレクトマウント方式の台車としてもよい。その場合、側受6は、ボルスタと車体との間に介設されることになる。また、前記実施形態では、横梁5aが側梁5b及び軸バネ9を介して軸箱8により下方から支持される構成の台車であったが、例えば、台車枠から側梁を無くし、横梁が板バネを介して軸箱により下方から支持される構成の台車としてもよい。前記実施形態では、擦り板を擦り板受に直接収容したが、擦り板と擦り板受との間にベース板を介在させてもよい。
【0031】
また、凹凸30に代えて貫通穴、又は窪んだ穴としてもよい。この場合、穴は等間隔で平行に並ぶように配置してもよいし、千鳥になるように配置してもよい。この場合においても、擦り板22の外形面積に対して、その外形面積から全ての穴の面積を除いた面積の割合が30%~70%とすればよい。
【符号の説明】
【0032】
1 台車
11 摺動部材
20 擦り板受
21~23 擦り板
22a 上面(対向面)
30 凹凸
31 溝
33 凸部
34 潤滑コーティング層