(57)【要約】【課題】製造工程の簡単化及び機械的強度の十分な担保を実現できる鉄道車両用中心ピン、鉄道車両用台車、及び鉄道車両用中心ピンの製造方法を提供する。【解決手段】中心ピン１０は、鉄道車両の車体Ａと車体Ａの下方に配置される台車枠２とを連結する中心ピン１０であって、筒状の本体部３０と、本体部３０の下端部３０ｃにおいて本体部３０の外側面３０ｅよりも張り出すフランジ部３１と、本体部３０の外側面３０ｅに対して結合され、本体部３０の変位を規制するストッパ１８を受けるストッパ受け部３２と、本体部３０の外側面３０ｅに対して結合され、本体部３０の振動を緩和するダンパ１９を受けるダンパ受け部３３と、を備え、本体部３０及びフランジ部３１は、一体の鍛造体であり、ストッパ受け部３２及びダンパ受け部３３は、いずれも鍛造体であり、ストッパ受け部３２は、本体部３０の外側面３０ｅに対して溶接されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両の車体と前記車体の下方に配置される台車枠とを連結する鉄道車両用中心ピンであって、
筒状の本体部と、
前記本体部の一端部において前記本体部の外側面よりも張り出すフランジ部と、
前記本体部の前記外側面に対して結合され、前記本体部の変位を規制するストッパを受けるストッパ受け部と、
前記本体部の前記外側面に対して結合され、前記本体部の振動を緩和するダンパを受けるダンパ受け部と、を備え、
前記本体部及び前記フランジ部は、一体の鍛造体であり、
前記ストッパ受け部及び前記ダンパ受け部は、いずれも鍛造体であり、
前記ストッパ受け部は、前記本体部の前記外側面に対して溶接されている、鉄道車両用中心ピン。
【請求項２】
前記ストッパ受け部及び前記ダンパ受け部は、一体の鍛造体であり、
前記ダンパ受け部は、前記ストッパ受け部を介して前記本体部の前記外側面に対して結合されている、請求項１に記載の鉄道車両用中心ピン。
【請求項３】
前記フランジ部には、前記車体との結合に用いる締結部材を挿通させる複数の挿通穴が設けられ、
前記フランジ部の周縁部には、各前記挿通穴の間となる位置に前記フランジ部の中心側に向かって窪む凹部が設けられている、請求項１又は２に記載の鉄道車両用中心ピン。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の鉄道車両用中心ピンと、
前記台車枠と前記本体部の他端部との間を連結する牽引リンクを有する牽引装置と、
前記ストッパ受け部と対向するように配置された前記ストッパと、
前記ダンパ受け部と対向するように配置された前記ダンパと、
を備える、鉄道車両用台車。
【請求項５】
鉄道車両の車体と前記車体の下方に配置される台車枠とを連結する鉄道車両用中心ピンの製造方法であって、
筒状の本体部と、前記本体部の一端部において前記本体部の外側面よりも張り出すフランジ部とを鍛造によって一体に形成し、
前記本体部の変位を規制するストッパを受けるストッパ受け部と、前記本体部の振動を緩和するダンパを受けるダンパ受け部とを鍛造によってそれぞれ形成し、
前記ストッパ受け部を溶接によって前記本体部の前記外側面に対して溶接する、鉄道車両用中心ピンの製造方法。
【請求項６】
前記ストッパ受け部及び前記ダンパ受け部を鍛造によって一体に形成し、
前記ダンパ受け部を前記ストッパ受け部を介して前記本体部の前記外側面に対して結合する、請求項５に記載の鉄道車両用中心ピンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両用中心ピン、鉄道車両用台車、及び鉄道車両用中心ピンの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１及び特許文献２には、鉄道車両用台車が記載されている。鉄道車両用台車は、車輪が取付けられる台車枠と、鉄道車両の車体と台車枠とを連結して台車枠にかかる前後力を車体に伝える牽引装置とを備えている。牽引装置は、車体の底部から垂下する中心ピンの下端部と台車枠とを連結する牽引リンクとを有している。中心ピンは、例えば車体の底部から下方に延在する筒状の本体部と、本体部の上端部から張り出し、締結部材によって車体の底部に締結されるフランジ部と、本体部とフランジ部とを繋ぐように本体部の外側面に設けられる複数のリブ等を含んで構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２８５０７１号公報
【特許文献２】特許第６０３４２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の鉄道車両用台車では、本体部やフランジ部等の中心ピンの各構成部品は、溶接によって互いに結合されている。しかし、各構成部品が溶接により結合される場合、構成部品の点数及び形状に応じて溶接個所の増加や溶接位置の複雑化が生じるため、製造工程が煩雑となるおそれがある。また、溶接歪みが生じた場合には、溶接歪みの影響による各構成部品の位置ずれを補正する作業も必要となる。更に、各構成部品の結合位置では、溶接部位に応力が集中し易いため、中心ピンの機械的強度の担保が課題となる。
【０００５】
中心ピンの各構成部品の形成手法としては、溶接の他に鋳造も挙げられる。しかしながら、鋳造で各構成部品を形成する場合、これらの構成部品の表面に、いわゆる巣穴と呼ばれる気泡痕が生じることがある。気泡痕が生じた場合には除去作業が必要となるが、気泡痕の発生の有無や発生位置を予め特定することは困難である。
【０００６】
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、製造工程の簡単化及び機械的強度の十分な担保を実現できる鉄道車両用中心ピン、鉄道車両用台車、及び鉄道車両用中心ピンの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面に係る鉄道車両用中心ピンは、鉄道車両の車体と車体の下方に配置される台車枠とを連結する鉄道車両用中心ピンであって、筒状の本体部と、本体部の一端部において本体部の外側面よりも張り出すフランジ部と、本体部の外側面に対して結合され、本体部の変位を規制するストッパを受けるストッパ受け部と、本体部の外側面に対して結合され、本体部の振動を緩和するダンパを受けるダンパ受け部と、を備え、本体部及びフランジ部は、一体の鍛造体であり、ストッパ受け部及びダンパ受け部は、いずれも鍛造体であり、ストッパ受け部は、本体部の外側面に対して溶接されている。
【０００８】
この鉄道車両用中心ピンでは、本体部及びフランジ部を一体の鍛造体とした上で、同じく鍛造体であるストッパ受け部及びダンパ受け部を本体部に対して溶接している。これにより、本体部及びフランジ部の形状を簡単化することが可能となり、形状が簡単化した本体部に対してストッパ受け部を溶接することで、溶接個所の増加や溶接位置の複雑化を回避できる。したがって、製造工程の簡単化が図られる。また、溶接部位への応力集中も緩和することができ、中心ピンの機械的強度を担保できる。更に、この鉄道車両用中心ピンでは、本体部、フランジ部、ストッパ受け部、及びダンパ受け部をいずれも鍛造体とすることで、これらを鋳造で形成する場合と異なり、気泡痕の問題も生じない。したがって、気泡痕の除去作業なども不要であり、製造工程の簡単化が確保される。
【０００９】
上述した鉄道車両用中心ピンでは、ストッパ受け部及びダンパ受け部は、一体の鍛造体であり、ダンパ受け部は、ストッパ受け部を介して本体部の外側面に対して結合されていてもよい。この場合、一体の鍛造体であるストッパ受け部及びダンパ受け部を本体部に溶接することで、溶接個所の増加や溶接位置の複雑化を一層確実に回避できる。
【００１０】
上述した鉄道車両用中心ピンでは、フランジ部には、車体との結合に用いる締結部材を挿通させる複数の挿通穴が設けられ、フランジ部の周縁部には、各挿通穴の間となる位置にフランジ部の中心側に向かって窪む凹部が設けられていてもよい。これにより、フランジ部において締結部材の締結に必要な領域を確保しつつ、フランジ部の面積を抑えることができる。したがって、鉄道車両用中心ピンの軽量化が図られる。
【００１１】
本発明の一側面に係る鉄道車両用台車は、鉄道車両用中心ピンと、台車枠と本体部の他端部との間を連結する牽引リンクを有する牽引装置と、ストッパ受け部と対向するように配置されたストッパと、ダンパ受け部と対向するように配置されたダンパと、を備える。
【００１２】
この鉄道車両用台車は、上述した鉄道車両用中心ピンにより、製造工程の簡単化及び機械的強度の十分な担保が図られる。したがって、鉄道車両用台車の信頼性を向上できる。
【００１３】
本発明の一側面に係る鉄道車両用中心ピンの製造方法は、鉄道車両の車体と車体の下方に配置される台車枠とを連結する鉄道車両用中心ピンの製造方法であって、筒状の本体部と、本体部の一端部において本体部の外側面よりも張り出すフランジ部とを鍛造によって一体に形成し、本体部の変位を規制するストッパを受けるストッパ受け部と、本体部の振動を緩和するダンパを受けるダンパ受け部とを鍛造によってそれぞれ形成し、ストッパ受け部を溶接によって本体部の外側面に対して溶接する。
【００１４】
この鉄道車両用中心ピンの製造方法では、この鉄道車両用中心ピンでは、本体部及びフランジ部を鍛造によって一体に形成した上で、同じく鍛造によって形成したストッパ受け部及びダンパ受け部を本体部に対して溶接している。これにより、本体部及びフランジ部の形状を簡単化することが可能となり、形状が簡単化した本体部に対してストッパ受け部を溶接することで、溶接個所の増加や溶接位置の複雑化を回避できる。したがって、製造工程の簡単化が図られる。また、溶接部位への応力集中も緩和することができ、中心ピンの機械的強度を担保できる。更に、この鉄道車両用中心ピンでは、本体部、フランジ部、ストッパ受け部、及びダンパ受け部をいずれも鍛造によって形成することで、これらを鋳造で形成する場合と異なり、気泡痕の問題も生じない。したがって、気泡痕の除去作業なども不要であり、製造工程の簡単化が確保される。
【００１５】
上述した鉄道車両用中心ピンの製造方法では、ストッパ受け部及びダンパ受け部を鍛造によって一体に形成し、ダンパ受け部をストッパ受け部を介して本体部の外側面に対して結合する。この場合、鍛造によって一体に形成したストッパ受け部及びダンパ受け部を本体部に溶接することで、溶接個所の増加や溶接位置の複雑化を一層確実に回避できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、製造工程の簡単化及び機械的強度の十分な担保を実現できる鉄道車両用中心ピン、鉄道車両用台車、及び鉄道車両用中心ピンの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る鉄道車両用台車の側面図である。
【図２】図２は、図１に示す鉄道車両用台車の一部を拡大して示す側面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る鉄道車両用中心ピンの斜視図である。
【図４】図４は、鉄道車両用中心ピンの製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図５】図５（ａ）は、比較例に係る鉄道車両用中心ピンの斜視図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す鉄道車両用中心ピンを別の角度から見た斜視図である。
【図６】図６は、鉄道車両用中心ピンの応力分布を示す図である。
【図７】図７は、鉄道車両用中心ピンの応力分布を示す図である。
【図８】図８は、鉄道車両用中心ピンの応力分布を示す図である。
【図９】図９は、鉄道車両用中心ピンの応力解析結果を示す応力限界図である。
【図１０】図１０は、比較例に係る鉄道車両用中心ピンの応力解析結果を示す応力限界図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を適宜省略する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態に係る鉄道車両用台車１（以下、単に「台車１」と呼ぶ）の側面図である。図２は、図１に示す台車１の一部を拡大して示す側面図である。図２では、台車１の一部を断面図として示している。各図には、理解の容易のため、ＸＹＺ座標系を示している。以下の説明において、車体Ａ（図２参照）が進行する方向を進行方向（前後方向）Ｘとし、進行方向Ｘと交差しており車体Ａの左右を示す方向を左右方向Ｙとし、進行方向Ｘ及び左右方向Ｙと交差しており車体Ａの上下（高さ）を示す方向を上下方向Ｚとする。なお、図２では、車体の底部の一部を車体Ａとして示している。
【００２０】
台車１は、例えばボルスタレス台車であり、上下方向Ｚにおいて鉄道車両の車体Ａの下方に配置されている。台車１は、台車枠２と、車輪３が車軸４に取り付けられた輪軸５と、輪軸５の車軸４を回転自在に支持する軸受６を内蔵した軸箱７と、軸箱７と台車枠２との間に配置される軸バネ８と、台車枠２の上部に配置される空気バネ９と、車体Ａの下部に取り付けられた鉄道車両用中心ピン１０（以降、単に「中心ピン１０」と呼ぶ）と、中心ピン１０と台車枠２とを連結する牽引装置１３と、左右方向Ｙにおいて中心ピン１０の両側に設けられる一対のストッパ１８と、左右方向Ｙにおいて中心ピン１０の一方側に設けられるダンパ１９と、を備えている。
【００２１】
台車枠２は、車体Ａの上下方向Ｚからみて略Ｈ形を呈している。台車枠２は、進行方向Ｘに延在する一対の側梁１１と、左右方向Ｙに延在し一対の側梁１１の進行方向Ｘの中央部同士を連結する一対の横梁１２と、進行方向Ｘに延在し一対の横梁１２の左右方向Ｙの中央部同士を連結する一対の補助梁（不図示）とにより構成されている。台車枠２の進行方向Ｘの前後には、台車枠２を支持する輪軸５が一体ずつ軸受６を介して配置されている。
【００２２】
空気バネ９は、車体Ａの上下方向Ｚにおける振動を緩和することにより、鉄道車両の乗り心地を向上させる装置である。空気バネ９は、上下方向Ｚにおいて台車枠２と車体Ａとの間に設けられており、車体Ａを支持している。中心ピン１０は、上下方向Ｚにおける車体Ａの下部に取り付けられており、台車枠２の一対の横梁１２の間を通過するように車体Ａの下部から垂下している。中心ピン１０は、例えば炭素鋼又はアルミニウム合金といった金属材料によって構成される。中心ピン１０の詳細な構成については後述する。
【００２３】
牽引装置１３は、輪軸５を通じて台車枠２にかかる進行方向Ｘの前後力を車体Ａに伝える装置である。牽引装置１３は、台車枠２と中心ピン１０の下端部１０ａとの間を連結する牽引リンク１４を有している。牽引リンク１４は、進行方向Ｘに沿って延在する連結部材であり、進行方向Ｘに沿って延在する本体部１５と、本体部１５の進行方向Ｘの一端に位置する先端部１６と、進行方向Ｘの他端に位置する基端部１７とを含んで構成される。先端部１６は、一方の横梁１２に向かって張り出すように設けられている。基端部１７は、先端部１６が揺動可能となるように他方の横梁１２側の台車枠２に軸支されている。なお、このような構成を有する牽引リンク１４は、一本リンクとも呼ばれるものである。
【００２４】
一対のストッパ１８は、車体Ａの下部に取り付けられた中心ピン１０の左右方向Ｙへの変位が一定量を超えないように規制する部材であり、例えばゴム等の弾性体によって構成されている。一対のストッパ１８は、例えば、上述した一対の補助梁において左右方向Ｙの内側に位置する内側面からそれぞれ突出しており、左右方向Ｙにおいて所定の間隔を空けて互いに対向している。図２に示されるように、各ストッパ１８は、左右方向Ｙから見て、例えば矩形状を呈している。
【００２５】
ダンパ１９は、車体Ａに取り付けられた中心ピン１０の左右方向Ｙの振動を緩和することによって、鉄道車両の乗り心地を向上させる装置である。ダンパ１９は、台車枠２に対する中心ピン１０の左右方向Ｙの相対振動に応じて減衰力を発生させる。ダンパ１９は、例えば、上下方向Ｚにおいて台車枠２の一方の補助梁と車体Ａとの間に設けられている。ダンパ１９は、上下方向Ｚにおいて一方のストッパ１８の上方に配置されている。すなわち、ダンパ１９は、上下方向Ｚから見て一方のストッパ１８と重なる位置に配置される。ダンパ１９は、左右方向Ｙに延在する円柱状を呈する本体部１９ａと、本体部１９ａの先端に設けられると共に進行方向Ｘに延在する円柱状の心棒１９ｂとを有している。
【００２６】
続いて、図２及び図３を参照しながら、中心ピン１０の構成について更に詳細に説明する。中心ピン１０は、上下方向Ｚに延在する円筒状の本体部３０と、上下方向Ｚにおいて本体部３０の車体Ａ側の上端部３０ｄ（一端部）に設けられるフランジ部３１と、本体部３０の左右方向Ｙの両側にそれぞれ設けられる一対のストッパ受け部３２と、本体部３０の左右方向Ｙの一方側に設けられるダンパ受け部３３とを有している。
【００２７】
本体部３０は、フランジ部３１と一体の鍛造体となっている。本体部３０は、略一定の径である定径部３０ａと、定径部３０ａからフランジ部３１側に向かって徐々に拡径する拡径部３０ｂとを含んでいる。定径部３０ａは、上下方向Ｚにおける本体部３０の下端部３０ｃ（他端部）側に位置しており、拡径部３０ｂは、本体部３０の上端部３０ｄ側に位置している。定径部３０ａ及び拡径部３０ｂのいずれにもリブ等の補強部材は設けられておらず、定径部３０ａ及び拡径部３０ｂの周面は、滑らかに連続した形状となっている。
【００２８】
フランジ部３１は、進行方向Ｘ及び左右方向Ｙに延びる矩形板状を呈している。フランジ部３１は、上端部３０ｄにおいて本体部３０の外側面３０ｅから進行方向Ｘ及び左右方向Ｙに張り出すように形成され、外側面３０ｅの周方向に沿って連続的に設けられている。フランジ部３１の４つの角部は、他の部位に比べて肉厚となっており、これらの角部のそれぞれには、車体Ａとの結合に用いる締結ボルト４０（締結部材）を挿通させる挿通穴３１ａが設けられている。挿通穴３１ａは、フランジ部３１の各角部を上下方向Ｚに貫通しており、これらの挿通穴３１ａを通した各締結ボルト４０によって、中心ピン１０が車体Ａに締結されている。
【００２９】
フランジ部３１の周縁部３１ｂには、フランジ部３１の中心側に向かって窪む複数（本実施形態では４つ）の凹部３１ｃが形成されている。凹部３１ｃは、フランジ部３１の４つの角部にそれぞれ設けられた挿通穴３１ａの間となる位置に設けられている。具体的には、凹部３１ｃは、フランジ部３１の周縁部３１ｂにおいて、４つの角部を構成する４辺のそれぞれの中央部に設けられている。凹部３１ｃの形状に特に制限はないが、本実施形態の凹部３１ｃは、フランジ部３１の平面視においてフランジ部３１の中心側に向かう緩やかな湾曲形状をなしている。
【００３０】
一対のストッパ受け部３２は、左右方向Ｙにおいて一対のストッパ１８とそれぞれ対向しており、一対のストッパ１８をそれぞれ左右方向Ｙに受けるようになっている。各ストッパ受け部３２は、進行方向Ｘ及び上下方向Ｚに延びる矩形板状の鍛造体であり、本体部３０の定径部３０ａにおける外側面３０ｅに対して溶接によって結合されている。本実施形態において、各ストッパ受け部３２と外側面３０ｅとの間の結合部分である溶接部分Ｗには、グラインダ等による仕上げ加工（研磨）を施してもよい。この場合、溶接部分Ｗを他の部分に対して目立たなくすることが可能となる。
【００３１】
ダンパ受け部３３は、左右方向Ｙにおいてダンパ１９と対向しており、ダンパ１９を左右方向Ｙに受けるようになっている。ダンパ受け部３３は、一対のストッパ受け部３２のうち一方のストッパ受け部３２と一体の鍛造体となっている。すなわち、ダンパ受け部３３は、一方のストッパ受け部３２を介して、本体部３０の定径部３０ａにおける外側面３０ｅに対して溶接によって結合されている。したがって、ダンパ受け部３３は、本体部３０に結合された状態で、上下方向Ｚにおいて車体Ａと一方の補助梁との間に設けられている。ダンパ受け部３３は、一方のストッパ受け部３２の上下方向Ｚの上端部３２ａに設けられている。ダンパ受け部３３は、一方のストッパ受け部３２の上端部３２ａにおいて進行方向Ｘに沿った両端からそれぞれ突出する一対の凸部３３ａを有している。各凸部３３ａは、進行方向Ｘにおいて所定の間隔を空けて並んでいる。各凸部３３ａの上端部には、ダンパ１９の心棒１９ｂを受ける受け面３３ｂが設けられている。受け面３３ｂは、進行方向Ｘ及び上下方向Ｚに沿って延在する面であり、左右方向Ｙにおいて心棒１９ｂの側面と対向する。
【００３２】
以上の構成を備える中心ピン１０の製造方法について図４を参照しながら説明する。図４は、中心ピン１０の製造方法の一例を示すフローチャートである。図４に示されるように、本実施形態に係る中心ピン１０の製造方法は、第１の形成工程Ｓ１と第２の形成工程Ｓ２と溶接工程Ｓ３とを含んでいる。第１の形成工程Ｓ１では、本体部３０及びフランジ部３１を鍛造によって一体に形成する。また、第２の形成工程Ｓ２では、一方のストッパ受け部３２及びダンパ受け部３３を鍛造によって一体に形成すると共に、他方のストッパ受け部３２を鍛造によって形成する。第１の形成工程Ｓ１及び第２の形成工程Ｓ２は、工程の順序は問わない。
【００３３】
これらの形成工程Ｓ１及びＳ２に続く溶接工程Ｓ３では、鍛造によって形成した他方のストッパ受け部３２と、鍛造によって一体に形成した一方のストッパ受け部３２及びダンパ受け部３３とを、同じく鍛造によって一体に形成した本体部３０及びフランジ部３１に対して溶接によって結合する。溶接工程Ｓ３では、一体に形成した一方のストッパ受け部３２及びダンパ受け部３３を、本体部３０の定径部３０ａにおける外側面３０ｅに対して左右方向Ｙの一方側から溶接し、他方のストッパ受け部３２を本体部３０の定径部３０ａにおける外側面３０ｅに対して左右方向Ｙの他方側から溶接する。溶接手法には、特に制限はないが、例えばアーク溶接、或いはレーザ溶接を用いることができる。
【００３４】
以上に説明した、本実施形態に係る中心ピン１０、台車１、及び中心ピン１０の製造方法によって得られる効果を説明する。本実施形態では、本体部３０及びフランジ部３１を一体の鍛造体とした上で、同じく鍛造体である一対のストッパ受け部３２及びダンパ受け部３３を本体部３０に対して溶接している。これにより、本体部３０及びフランジ部３１の形状を簡単化することが可能となり、形状が簡単化した本体部３０に対してストッパ受け部３２を溶接することで、溶接個所の増加や溶接位置の複雑化を回避できる。したがって、製造工程の簡単化が図られる。また、溶接部位への応力集中も緩和することができ、中心ピン１０の機械的強度を担保できる。更に、中心ピン１０では、本体部３０、フランジ部３１、ストッパ受け部３２、及びダンパ受け部３３をいずれも鍛造体とすることで、これらを鋳造で形成する場合と異なり、気泡痕の問題も生じない。したがって、気泡痕の除去作業なども不要であり、製造工程の簡単化が確保される。
【００３５】
本実施形態では、一方のストッパ受け部３２及びダンパ受け部３３は、一体の鍛造体であり、ダンパ受け部３３は、一方のストッパ受け部３２を介して本体部３０の定径部３０ａにおける外側面３０ｅに対して結合されている。この場合、一体の鍛造体である一方のストッパ受け部３２及びダンパ受け部３３を本体部３０に溶接することで、溶接個所の増加や溶接位置の複雑化を一層確実に回避できる。
【００３６】
本実施形態では、フランジ部３１には、車体Ａとの結合に用いる締結ボルト４０を挿通させる複数の挿通穴３１ａが設けられ、フランジ部３１の周縁部３１ｂには、各挿通穴３１ａの間となる位置にフランジ部３１の中心側に向かって窪む凹部３１ｃが設けられている。これにより、フランジ部３１において締結ボルト４０の締結に必要な領域を確保しつつ、フランジ部３１の面積を抑えることができる。したがって、中心ピン１０の軽量化が図られる。
【００３７】
本実施形態に係る台車１は、上述したように、中心ピン１０と、台車枠２と本体部３０の下端部３０ｃとの間を連結する牽引リンク１４を有する牽引装置１３と、ストッパ受け部３２と対向するように配置されたストッパ１８と、ダンパ受け部３３と対向するように配置されたダンパ１９と、を備える。台車１は、中心ピン１０により、製造工程の簡単化及び機械的強度の十分な担保が図られる。したがって、台車１の信頼性を向上できる。
【００３８】
続いて、本発明の効果確認試験について説明する。
【００３９】
当該効果確認試験は、実施例及び比較例について、一定の荷重を中心ピンに付加した場合の中心ピンの応力分布を解析したものである。実施例に係る中心ピン１０は、本体部３０とフランジ部３１とが鍛造によって一体に形成されたモデルであり（図２及び図３参照）、比較例に係る中心ピン１００は、本体部１３０とフランジ部１３１とが溶接によって結合されたモデルである（図５（ａ）及び図５（ｂ）参照）。
【００４０】
中心ピン１００では、本体部１３０は、実施例に係る本体部３０と異なり、拡径部３０ｂを有しておらず、略一定の径となっている。フランジ部１３１は、実施例に係るフランジ部３１と異なり、凹部３１ｃを有していない。また、中心ピン１００では、本体部１３０とフランジ部１３１とを補強する複数のリブ１４０が溶接によって本体部１３０及びフランジ部１３１に結合されている。各リブ１４０は、本体部１３０の周方向に沿って並んで配置されている。
【００４１】
中心ピン１００では、実施例に係る中心ピン１０と異なり、ダンパ受け部１３３が一方のストッパ受け部１３２から分離している。ダンパ受け部１３３は、一方のストッパ受け部１３２の上方において、溶接によって本体部１３０に直接結合されている。図５（ａ）及び図５（ｂ）において、中心ピン１００を構成する各部品の溶接部分Ｗを示している。
【００４２】
当該試験では、実施例に係る中心ピン１０、及び比較例に係る中心ピン１００のそれぞれについて、ＦＥＭ（有限要素法）による応力解析を行った。試験方法は、「ＪＩＳ  Ｅ４２０７」に規定された荷重試験方法に準じた。具体的には、フランジ部３１，１３１を上下方向Ｚに拘束した状態で、中心ピン１０，１００に対して牽引力、左右動ダンパ力、及び左右動ストッパ力をそれぞれ付与した。牽引力とは、台車枠２及び牽引装置１３によって中心ピン１０，１００の下端部１０ａに付与される荷重である。牽引力の荷重方向について、進行方向Ｘに沿った牽引方向を引き方向と呼び、引き方向とは反対方向を押し方向と呼ぶ。
【００４３】
左右動ダンパ力とは、ダンパ１９によってダンパ受け部３３，１３３の受け面３３ｂに付与される荷重である。左右動ダンパ力について、左右方向Ｙの一方側から他方側への荷重方向を押し方向と呼び、押し方向の反対方向を引き方向と呼ぶ。左右動ストッパ力とは、一対のストッパ１８によって一対のストッパ受け部３２，１３２のそれぞれに付与される荷重である。一方のストッパ受け部３２，１３２に付与される左右動ストッパ力について左右方向Ｙの一方側から他方側への荷重方向を左押し方向と呼び、他方のストッパ受け部３２，１３２に付与されるストッパ力について左右方向Ｙの他方側から一方側への荷重方向を右押し方向と呼ぶ。
【００４４】
本試験では、引き方向及又は押し方向の牽引力の絶対値、引き方向又は押し方向のダンパ力の絶対値、並びに、左押し方向又は右押し方向のストッパ力の絶対値をそれぞれ所定の値に設定した。図６〜図８は、以上の条件の下で、実施例に係る中心ピン１０に生じるフォン・ミーゼス（Von-Mises）応力分布を解析した結果を示す図である。
【００４５】
図６は、引き方向の牽引力Ｆ１を中心ピン１０の下端部１０ａに付与した場合における中心ピン１０の応力分布を示している。図７は、押し方向の左右動ダンパ力Ｆ２をダンパ受け部３３に付与した場合における中心ピン１０の応力分布を示している。図８は、右押し方向の左右動ストッパ力Ｆ３を他方のストッパ受け部３２に付与した場合における中心ピン１０の応力分布を示している。各図において、中心ピン１０の各位置に生じる応力の絶対値がグレースケールで表されており、グレースケールの色が濃い部分ほど応力の絶対値が大きく、グレースケールの色が濃い部分ほど応力の絶対値が小さいことを示している。図６〜図８において、中心ピン１０の各部分Ｐ１〜Ｐ８は、応力の絶対値が比較的大きく算出された部分である。図６〜図８に示されるように、中心ピン１０の各部分Ｐ１〜Ｐ８にかかる応力は、他の部分にかかる応力と比べて極端に高くなっていないことが確認できる。
【００４６】
図９は、本試験の解析結果を示す応力限界図である。図９は、中心ピン１０の各部分Ｐ１〜Ｐ８にかかる平均応力及び変動応力と、各部分Ｐ１〜Ｐ８における疲労限度との関係を示している。図９において、横軸は平均応力（ＭＰａ）を示しており、縦軸は変動応力（ＭＰａ）を示している。平均応力及び変動応力のそれぞれは、牽引力、左右動ダンパ力、及び左右動ストッパ力の各荷重による応力を合成したものとなっている。また、図９において、各プロットＤ１〜Ｄ８は、各部分Ｐ１〜部分Ｐ８に対応しており、グラフＧ１１は、中心ピン１０の材料の降伏限界（許容応力）を示している。図９において、縦軸とグラフＧ１１との交点、及び横軸とグラフＧ１１との２つの交点の３つの交点を結んだ三角形のエリア内に各プロットＤ１〜Ｄ８が位置している。これは、中心ピン１０の各部分Ｐ１〜Ｐ８において材料が降伏しないことを表している。
【００４７】
グラフＧ１２〜Ｇ１４は、中心ピン１０の材料の疲労限度を示している。各プロットＤ１〜Ｄ８が疲労限度以下の位置にあれば、中心ピン１０に疲労破壊が生じないと判断することができる。この疲労限度は、中心ピン１０に対する仕上げ区分の違いに応じて変動する。グラフＧ１２は、中心ピン１０において仕上げ区分が「母材」である部分の疲労限度を示している。仕上げ区分が「母材」である部分とは、中心ピン１０において溶接部分Ｗ以外の部分であって仕上げ加工がされていない部分を示しており、本実施例に係る中心ピン１０の部分Ｐ１，Ｐ２，Ｐ７，Ｐ８に相当する。グラフＧ１４は、中心ピン１０において仕上げ区分が「溶接非仕上げ」である部分の疲労限度を示している。仕上げ区分が「溶接非仕上げ」である部分とは、中心ピン１０の溶接部分Ｗであって仕上げ加工がされていない部分を示しており、本実施例に係る中心ピン１０の部分Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６に相当する。
【００４８】
したがって、図９において、グラフＧ１２は、丸で示される各プロットＤ１，Ｄ２，Ｄ７，Ｄ８に対応し、グラフＧ１４は、四角で示される各プロットＤ３、Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６に対応する。なお、グラフＧ１３は、中心ピン１０において仕上げ区分が「溶接Ｇ仕上げ」である部分の疲労限度を示している。仕上げ区分が「溶接Ｇ仕上げ」である部分とは、中心ピン１０の溶接部分Ｗであってグラインダによる仕上げ加工がされた部分を示している。しかし、本実施例に係る中心ピン１０の各部分Ｐ１〜Ｐ８において「溶接Ｇ仕上げ」に相当する部分は無いため、「溶接非仕上げ」に対応するプロットは示していない。
【００４９】
図９では、原点及びいずれかのプロットを結ぶ直線と当該プロットに対応する疲労限度線（グラフＧ１２〜Ｇ１４のいずれか）との交点から原点までの距離に対する、当該プロットから原点までの距離の割合を、疲労限度に対する平均応力及び変動応力の割合として示している。つまり、プロットが、当該プロットに対応する疲労限度線から離れるほど、疲労限度に対する平均応力及び変動応力の割合が小さくなる。この割合が小さいことは、疲労限度線に対して平均応力及び変動応力に余裕があることを意味している。
【００５０】
図９に示されるように、各プロットＤ１，Ｄ２，Ｄ７，Ｄ８は、グラフＧ１２よりも低く且つグラフＧ１２から大きく離れた位置にあることが分かる。同様に、各プロットＤ３、Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６は、グラフＧ１４よりも低く且つグラフＧ１４から大きく離れた位置にあることが分かる。各プロットＤ１，Ｄ２，Ｄ７，Ｄ８は、原点からグラフＧ１２までの距離の中央付近に位置しており、疲労限度に対する平均応力及び変動応力の割合が半分程度となっている。このように、実施例に係る中心ピン１０によれば、疲労限度に対して平均応力及び変動応力に十分な余裕があることが確認できる。
【００５１】
一方、図１０は、比較例に係る中心ピン１００の解析結果を示す応力限界図であり、図９に示す応力限界図に対応している。中心ピン１００の各部分ＰＰ１〜ＰＰ８は、先に示した図５（ａ）及び図５（ｂ）において、中心ピン１００における応力の絶対値が比較的大きく算出された部分である。図１０において、各プロットＤＤ１〜ＤＤ８は、各部分ＰＰ１〜ＰＰ８に対応している。中心ピン１００の各部分ＰＰ１〜ＰＰ４は、仕上げ区分が「溶接Ｇ仕上げ」である部分に相当し、各部分ＰＰ５〜ＰＰ８は、仕上げ区分が「溶接非仕上げ」である部分に相当する。また、図１０において、四角で示された各プロットＤＤ１〜ＤＤ４はグラフＧ１３に対応し、三角で示された各プロットＤＤ５〜ＤＤ８はグラフＧ１４に対応する。
【００５２】
図１０に示されるように、各プロットＤＤ１〜ＤＤ４はいずれも、グラフＧ１３に極めて近い位置にあり、疲労限度に対する平均応力及び変動応力の割合が極めて大きいことが分かる。これは、各プロットＤＤ１〜ＤＤ４について、疲労限度に対する平均応力及び変動応力の割合が１００％に近く、疲労限度まで余裕がほとんどないことを意味している。各プロットＤＤ５〜ＤＤ８は、図９に示す各プロットＤ３、Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６と比べて、グラフＧ１４に更に近い位置にあり、疲労限度に対する平均応力及び変動応力の割合が大きくなっていることが分かる。比較例に係る中心ピン１００では、部分ＰＰ３（プロットＤＤ３）における当該割合が最大値をとり、この最大値は１００％に近い値となった。これに対し、実施例に係る中心ピン１０では、部分Ｐ４（プロットＤ４）における当該割合が最大値をとり、この最大値は、比較例に係る中心ピン１００の部分ＰＰ３における当該割合の最大値と比べて、１５％程度低い値となった。
【００５３】
このように、比較例に係る中心ピン１００では、各部分ＰＰ１〜ＰＰ８の平均応力及び変動応力は、疲労限度まで余裕がほとんどないのに対し、本実施例に係る中心ピン１０では、各部分Ｐ１〜Ｐ８の平均応力及び変動応力は、疲労限度まで十分に余裕があることが分かった。したがって、本試験の解析結果から、本実施例に係る中心ピン１０によれば、中心ピン１０にかかる平均応力及び変動応力を低く抑えることができ、より丈夫な構造にできることが確認された。
【００５４】
本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば、上述した実施形態では、本体部３０の左右方向Ｙの両側にそれぞれストッパ受け部３２が設けられている。しかし、ストッパ受け部３２は、本体部３０の左右方向Ｙの片側のみに設けられていてもよい。上述した実施形態では、ダンパ受け部３３は、一方のストッパ受け部３２と一体に構成されている。しかし、ダンパ受け部３３は、一方のストッパ受け部３２と別体で構成されていてもよい。また、上述した実施形態において、本体部３０は拡径部３０ｂを有していなくてもよく、フランジ部３１に凹部３１ｃが設けられていなくてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１…鉄道車両用台車、２…台車枠、３…車輪、４…車軸、５…輪軸、６…軸受、７…軸箱、８…軸バネ、９…空気バネ、１０…中心ピン、１０ａ…下端部、１１…側梁、１２…横梁、１３…牽引装置、１４…牽引リンク、１８…ストッパ、１９…ダンパ、３０…本体部、３０ａ…定径部、３０ｂ…拡径部、３０ｃ…下端部、３０ｄ…上端部、３０ｅ…外側面、３１…フランジ部、３１ａ…挿通穴、３１ｂ…周縁部、３１ｃ…凹部、３２…ストッパ受け部、３２ａ…上端部、３３…ダンパ受け部、４０…締結ボルト。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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