(57)【要約】【課題】側受を工夫することにより台車の軽量化を図る。【解決手段】、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、前記摺動部材の下摺動面と対向する対向面に凹凸が設けられている。【選択図】図４
2020164060.tif 000002
【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】
請求項１乃至７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】
【特許文献１】特開２０１０−７００００号公報
【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３】図２に示す側受の平面図である。
【図４】図３に示す側受の擦り板の斜視図である。
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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