(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
独立に回転駆動する複数の駆動軸に円筒型の車輪、ならびに円筒型の試験輪をそれぞれ装着し、前記車輪と前記試験輪とを回転させながら相互に押圧することにより、前記試験輪に摩耗及び転がり疲労損傷を発生させる疲労試験装置であって、
試験機台と、該試験機台の上面に沿って回動可能に連結された角度変更プレートとを有し、
前記車輪が装着された第１の駆動軸を備え、その軸方向を中心に第１の駆動軸を回転させる第１の駆動発生手段が前記試験機台に設けられ、
前記試験輪が装着された第２の駆動軸を備え、その軸方向を中心に第２の駆動軸を回転させる第２の駆動発生手段が前記角度変更プレートに設けられ、
第１の駆動軸及び第２の駆動軸によって回転する前記車輪及び前記試験輪のうち、前記車輪の周面に前記試験輪の周面を接触させると共に、前記試験輪に荷重を負荷する荷重負荷手段が前記角度変更プレートに設けられ、
前記角度変更プレートを前記試験機台の上面に沿って回動させることによって第１の駆動軸の軸方向に対して第２の駆動軸の軸方向がなすアタック角を検出する角度センサ及び測距センサとを備えたアタック角検出手段と、
前記車輪に対する前記試験輪の負荷荷重を検出する負荷荷重検出手段と、
前記負荷荷重検出手段によって検出される負荷荷重が一定になるように、前記荷重負荷手段を制御する制御手段と、
第１の駆動軸及び第２の駆動軸のそれぞれの回転数、前記負荷荷重検出手段によって検出された負荷荷重、ならびに前記アタック角検出手段によって検出されたアタック角を経時的に関連づけて出力する出力手段とを有することを特徴とする疲労試験装置。
【請求項２】
前記車輪及び前記試験輪の少なくともいずれかに潤滑剤を供給する潤滑剤供給手段を有することを特徴とする請求項１に記載の疲労試験装置。
【請求項３】
前記車輪及び前記試験輪の直径が５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の疲労試験装置。
【請求項４】
前記アタック角が、０°超、±３°以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の疲労試験装置。
【請求項５】
前記試験輪が、レール鋼であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の疲労
試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道用などの軌条の直線区間ならびに曲線区間における軌条と車輪との接触時における摩耗及び転がり疲労損傷を模擬する疲労試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、鉄道輸送は、他の輸送機関と比較して輸送効率が高く、環境にも優しいことから、運行速度の高速化や貨車積載荷重の増大化、ダイヤの過密化などが積極的に進められている。
その結果、鋼製の軌条（レール）に対する負荷が過酷化しており、車輪の転動による軌条の耐摩耗性や耐疲労損傷性、又はダークスポット損傷性が重視されてきた。
【０００３】
近年では、摩耗によって軌条を交換する以前に、軌条における車輪との接触部であるゲージコーナー部（以下、ＧＣ部と呼ぶ。）にきしみ割れが発生し、軌条の交換頻度が増加している。そのため、ＧＣ部のきしみ割れが問題視されている。
特に、これまで曲線軌道区間に用いられる軌条には、耐摩耗性及び耐疲労損傷性を向上させる観点から、高強度の軌条が用いられてきたが、ＧＣ部の耐摩耗性を従来の軌条と同等以上の特性を有した上で、交換に至る原因となるきしみ割れの発生を抑制した軌条も求められるようになってきている。
【０００４】
そして、上述した軌条の耐摩耗性、耐疲労損傷性、ならびに耐きしみ割れ性を評価する場合、実際に軌条を敷設して評価することが最も望ましいが、以下のような問題点がある。
（１）軌条の特性評価が完了するまでに長時間を有する。
（２）軌条の敷設及び撤去に多大な費用がかかる。
そのため、近年では、軌条を実際に敷設することなく、耐摩耗性、耐疲労損傷性、ならびに耐きしみ割れ性を容易に評価し、再現できる疲労試験装置の開発が求められている。この求めに対しては、これまで、幾つかの疲労試験装置で実験が行われてきた。以下にこれらの疲労試験装置について簡単に説明する。
【０００５】
（西原式摩耗試験装置）
非特許文献１には、西原式摩耗試験装置が開示されている。西原式摩耗試験装置は、２つの円筒型の試験輪を異なる速度で回転させ、各試験輪の側面同士を押し当て、すべり摩耗状態における摩耗特性を測定する試験装置である。すなわち、軌条に限らず摩耗に対する材料の評価を行う２円筒接触型の小型試験装置である。
また、特許文献１及び特許文献２には、軌条の転がり疲労試験装置が開示されている。これらの文献によれば、軌条等長尺物の疲労試験に際して、負荷荷重や試験速度が調整自在な転がり疲労試験が開示されている。
【０００６】
また、特許文献３には、軌条及び車輪の疲労試験装置が開示されている。この文献では、回転自在に支承された試験輪と、横圧負荷機構と、試験輪装置部と、輪重負荷機構と、接触角付与機構と、アタック角付与機構と、車輪装置部とを具備する軌条及び車輪の疲労試験装置が開示されている。具体的には、前記横圧負荷機構は、前記試験輪を軸方向に移動させて後述する車輪に横圧を負荷する。また、前記試験輪装置部は、前記横圧負荷機構による軸方向移動の吸収部材及びフライホイールを介して直結された前記試験輪の回動源を備える。また、前記輪重負荷機構は、前記試験輪と相対する位置に回転自在に支承された車輪と、該車輪を前記試験輪側の半径方向に移動させる。また、前記接触角付与機構は、前記輪重負荷機構と同様に、前記車輪を試験輪との接触点を中心として同一平面内において所要角度回動せしめる。また、前記アタック角付与機構は、前記接触角付与機構と同様に、前記車輪を試験輪に対して軸と直交する方向に所定角度回動せしめる。また、前記車輪装置部は、前記接触角付与機構及び前記アタック角付与機構による前記車輪の変位を吸収する部材及びブレーキ機構を介して直結された車輪の回動源を備える。すなわち、特許文献３に開示された疲労試験装置は、前記試験輪及び車輪が実物と同一の断面形状を有した疲労試験装置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平０５−３５８１８号公報
【特許文献２】特公昭５８−１６４６４号公報
【特許文献３】特公平６−１２３２３号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】金属の潤滑摩耗とその対策，小川喜代一著，養賢堂，１９７７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、非特許文献１ならびに特許文献１及び特許文献２に開示された試験装置を用いて耐摩耗性、耐疲労損傷性、ならびに耐きしみ割れ性の試験を行う場合、以下に示す問題点がある。
非特許文献１の試験装置は、直径３０ｍｍの試験輪を使用するため、実際に製造した軌条から試験輪を採取することが可能である。しかしながら、アタック角の付与ができず、直線区間における軌条と車輪の接触を模擬することはできるが、厳しい使用環境である曲線区間での模擬ができない。そのため、直線区間での軌条の摩耗、疲労損傷に関して模擬できるが、曲線区間での軌条の摩耗、疲労損傷、きしみ割れは模擬できない。ここで、アタック角とは、曲率を有する軌条の接線方向と、車輪の周速ベクトルとのなす角度である。また、ばね方式で荷重負荷をかけるため、試験中に試験輪が振動し、荷重変動が常に発生する。さらに、長時間試験を実施すると試験輪に亀裂が入り、試験輪が破損する可能性があるため、正確な転動疲労特性を調査することができない。
アタック角の付与ができないのは、特許文献１及び特許文献２の試験装置についても同様であり、これらの試験装置は、実際の軌条を使用して直線区間における軌条と車輪の接触を模擬することにより耐疲労損傷性を評価できるものの、厳しい使用環境である曲線区間の模擬ができない。
【００１０】
一方、特許文献３の試験装置は、アタック角を付与することも可能であるため、直線区間ならびに厳しい使用環境である曲線区間における軌条と車輪の接触を模擬することが可能である。また、実物大の車輪を使用するため、実際に敷設された軌条に似た評価試験が可能である。しかしながら、下記（ａ）及び（ｂ）の問題点がある。
（ａ）車輪の形状が実物大であり、剛性を考慮して試験輪も車輪と同じ大きさにする必要があり、実際の軌条から試験輪を採取することができない。そのため、鍛造及び熱処理を実施して模擬的な試験輪や車輪を作製するため、実際の軌条と試験用の試験輪の組織及び特性が異なる。また、試験輪や車輪が大きいため、鍛造及び熱処理加工などに多大な費用や時間がかかるため、試験１回当りに多大な費用がかかる。
【００１１】
（ｂ）試験輪ならびに車輪が大きくなるため、荷重やアタック角を制御するために、油圧装置を導入する必要がある。油圧装置で制御することにより、試験装置の構造は簡略化できるが、配管などが必要になるため試験装置が大型化する。また油圧を使用する場合には下記（ｂ−１）〜（ｂ−３）の問題点が発生する。
（ｂ−１）油温の変動により、圧力や速度が変動する。すなわち、試験時に負荷荷重やアタック角の変動が起こり、また試験輪や車輪の回転速度、ならびに試験条件が試験中に変動する。
【００１２】
（ｂ−２）実際の軌条から試験輪を採取できるように試験輪ならびに車輪を小さくすると、取り付けるシャフトの径を小さくする必要がある。負荷装置には油圧を使用しているため、試験輪や取り付けたシャフトに大きな力がかかるため、破損する可能性がある。そのため、油圧装置を使用する場合には、試験輪や車輪、ならびに取り付けるシャフトの径を小さくすることができない。
（ｂ−３）車輪の形状を実物大にして、かつ負荷荷重を小さくして試験する場合、荷重の制御が困難になり、試験中に負荷荷重の変動や振動が大きくなる。
従って、本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、大型化させることなく、実際に敷設されている軌条の直線区間ならびに曲線区間における耐摩耗性、耐疲労損傷性を簡易に評価することができる疲労試験装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するため、本発明者が鋭意検討を重ねた結果、実際に敷設されている軌条と同じ組成及び機械的特性で直線区間ならびに曲線区間における軌条と車輪との接触による摩耗、疲労損傷、きしみ割れを再現し、軌条と車輪との接触時におけるヘルツの接触応力を、実際の軌条と車輪との接触時に適用することで軌条の耐摩耗性及び耐疲労損傷性を評価することができることを知見した。すなわち、実際の軌条の頭部（評価部位）から採取できる大きさとした試験輪を、その回転軸が車輪の回転軸に対して回動可能となるように配設し、容易にアタック角を付与するようにした。このようにすることで、負荷荷重を小さくし、軌条（試験輪）と車輪との接触時におけるヘルツの接触応力が再現できるようにした。
【００１４】
本発明は、本発明者による前記知見に基づくものであり、上記課題を解決するための本発明の請求項１に係る疲労試験装置は、独立に回転駆動する複数の駆動軸に円筒型の車輪、ならびに円筒型の試験輪をそれぞれ装着し、前記車輪と前記試験輪とを回転させながら相互に押圧することにより、前記試験輪に摩耗及び転がり疲労損傷を発生させる疲労試験装置であって、
試験機台と、該試験機台の上面に沿って回動可能に連結された角度変更プレートとを有し、
前記車輪が装着された第１の駆動軸を備え、その軸方向を中心に第１の駆動軸を回転させる第１の駆動発生手段が前記試験機台に設けられ、
前記試験輪が装着された第２の駆動軸を備え、その軸方向を中心に第２の駆動軸を回転させる第２の駆動発生手段が前記角度変更プレートに設けられ、
第１の駆動軸及び第２の駆動軸によって回転する前記車輪及び前記試験輪のうち、前記車輪の周面に前記試験輪の周面を接触させると共に、前記試験輪に荷重を負荷する荷重負荷手段が前記角度変更プレートに設けられ、
前記角度変更プレートを前記試験機台の上面に沿って回動させることによって第１の駆動軸の軸方向に対して第２の駆動軸の軸方向がなすアタック角を検出する角度センサ及び測距センサとを備えたアタック角検出手段と、
前記車輪に対する前記試験輪の負荷荷重を検出する負荷荷重検出手段と、
前記負荷荷重検出手段によって検出される負荷荷重が一定になるように、前記荷重負荷手段を制御する制御手段と、
第１の駆動軸及び第２の駆動軸のそれぞれの回転数、前記負荷荷重検出手段によって検出された負荷荷重、ならびに前記アタック角検出手段によって検出されたアタック角を経時的に関連づけて出力する出力手段とを有することを特徴としている。
【００１５】
請求項１に係る発明によれば、第１の駆動発生手段１２から得られた第１の駆動軸１１の経時的な回転数、第２の駆動発生手段２２から得られた第２の駆動軸２１の経時的な回転数、負荷荷重検出手段７０によって検出された経時的な負荷荷重、ならびにアタック角検出手段６０によって検出されたアタック角θが得られ、これらの情報を経時的に関連づけることにより、曲線区間における軌条の耐摩耗性及び耐疲労損傷性を評価することができる。
【００１６】
また、本発明の請求項２に係る疲労試験装置は、請求項１に記載の疲労試験装置において、前記車輪及び前記試験輪の少なくともいずれかに潤滑剤を供給する潤滑剤供給手段を有することを特徴としている。
また、本発明の請求項３に係る疲労試験装置は、請求項１又は２に記載の疲労試験装置において、前記車輪及び前記試験輪の直径が５０ｍｍ以下であることを特徴としている。
【００１７】
また、本発明の請求項４に係る疲労試験装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の疲労試験装置において、前記アタック角が、０°超、±３°以下であることを特徴としている。
また、本発明の請求項５に係る疲労試験装置は、請求項１〜４のいずれかに記載の疲労試験装置において、前記試験輪が、レール鋼であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る疲労試験装置によれば、試験輪を実際の軌条から採取しているので、大型化させることなく、敷設する軌条そのものの特性を評価することができ、軌条を実際に敷設したときの軌条と車輪との接触時の状態を再現することで、直線区間ならびに曲線区間に敷設した軌条の耐摩耗性、耐疲労損傷性を簡易に評価することができる疲労試験装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る疲労試験装置の一実施形態における構成を示す平面図である。
【図２】本発明に係る疲労試験装置の一実施形態における構成を示す正面図である。
【図３】本発明に係る疲労試験装置の一実施形態における構成を示す右側面図である。
【図４】図３のＡの向きの矢視図である。
【図５】本発明に係る疲労試験装置の一実施形態における車輪及び試験輪の構成を示す図である。
【図６】本発明に係る疲労試験装置の一実施形態における構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る疲労試験装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る疲労試験装置の一実施形態における構成を示す平面図である。また、図２は、本発明に係る疲労試験装置の一実施形態における構成を示す正面図である。また、図３は、本発明に係る疲労試験装置の一実施形態における構成を示す側面図である。また、図４は、図３のＡの向きの矢視図である。また、図５は、本発明に係る疲労試験装置の一実施形態における車輪及び試験輪の構成を示す正面図及び側面図であり、（ａ）は車輪の構成を示す正面図及び側面図であり、（ｂ）は試験輪（評価面がＲ１５の円弧形状）の構成を示す正面図及び側面図である。また、図６は、本発明に係る疲労試験装置の一実施形態における構成を示すブロック図である。なお、図１においては、後述するアタック角を付与したときの角度変更プレート２０及び角度変更プレート２０に設けられる各部材を破線で示している。また、図３においては、荷重負荷発生手段２３を駆動させて除荷したときのアーム部２５を破線で示している。
図１〜図６に示すように、本発明に係る疲労試験装置１は、試験機台１０と、角度変更プレート２０と、荷重負荷発生手段２３と、アタック角検出手段６０と、負荷荷重検出手段７０と、制御手段８０と、出力手段９０とを有する。
【００２１】
＜試験機台＞
図１〜図４に示すように、試験機台１０には、回転駆動可能な第１の駆動軸１１と、該第１の駆動軸１１を回転駆動させる第１の駆動発生手段１２と、アタック角検出手段６０（６１，６２）が設けられる。
第１の駆動発生手段１２は、例えば、ステータ及びロータを有する電動モータであり、第１の駆動軸１１は、前記ロータと一体形成されてもよく、カップリングを介して連結されてもよい。なお、図１〜４では、第１の駆動発生手段１２の電源の図示を省略している。
【００２２】
試験機台１０は、平板形状をなし、該試験機台１０の上面には第１の駆動発生手段１２が固定されている。第１の駆動発生手段１２は、第１の駆動軸１１の軸方向と試験機台１０の上面とが平行になるように試験機台１０に設置される。そして、第１の駆動軸１１の端部には、円筒型をなす車輪４０が第１の駆動軸１１の軸方向と車輪４０の厚さ方向とを平行にして取り付けられる。したがって、第１の駆動発生手段１２によって、第１の駆動軸１１が、その軸方向を中心に回転することに伴って、車輪４０は、その厚さ方向を軸として回転する。
【００２３】
［車輪］
図５（ａ）に示すように、車輪４０の形状は円筒形状であり、車輪４０の内周面に第１の駆動軸１１の端部が嵌着されることによって第１の駆動軸１１に車輪４０が取り付けられる。車輪４０の円環状の平面部の直径は５０ｍｍ以下とされる。車輪４０の具体的な寸法としては、直径３０ｍｍ、厚さ８ｍｍ、内径１６ｍｍ（第１の駆動軸１１の直径と同じ）である。
【００２４】
＜角度変更プレート＞
角度変更プレート２０は、試験機台１０と同様に平板形状をなし、試験機台１０よりも小さく形成される。
ここで、角度変更プレート２０は、その下面が試験機台１０の上面と対向させて該上面に沿って回動するように、支軸３０を介して試験機台１０の上面に設置される。すなわち、角度変更プレート２０の下面に設けられた支軸３０が、試験機台１０の上面に形成された支持穴１３に軸受を介して回動可能に嵌挿されている。このように、支軸３０が支持穴１３に対して回動可能とされているので、角度変更プレート２０は、試験機台１０に対して回動可能に設置される。試験機台１０に対する角度変更プレート２０の回動中心（試験機台１０における支持穴１３の設置位置）は、後述する車輪４０と試験輪５０との接触位置の下方に形成されることが好ましい。
したがって、角度変更プレート２０の大きさは、試験機台１０の上面に沿って角度変更プレート２０を回動させたとき、該角度変更プレート２０が、試験機台１０の上面に固定された第１の駆動発生手段１２に干渉しない大きさとされる。
【００２５】
また、角度変更プレート２０には、回転駆動可能な第２の駆動軸２１と、該第２の駆動軸２１を回転駆動させる第２の駆動発生手段２２と、荷重負荷発生手段２３とが設けられる。
角度変更プレート２０の上面には、直方体形状の支持ブロック２４が前記上面に垂直に立設されている。支持ブロック２４の上端部には、角度変更プレート２０の上面に垂直な面上を回動可能なアーム部２５が支持されている。アーム部２５の一端には、該アーム部２５の回動方向に直交する方向に延びる第２の駆動発生手段２２が接続され、アーム部２５の他端には荷重負荷発生手段２３が接続されている。
【００２６】
第２の駆動発生手段２２は、第１の駆動発生手段１２と同様、例えば、ステータ及びロータを有する電動モータであり、第２の駆動軸２１は、前記ロータと一体形成されてもよく、カップリングを介して連結されてもよい。なお、第２の駆動発生手段２２は、第１の駆動発生手段１２から突出させた第１の駆動軸１１に対向させるように第２の駆動軸２１を突出させている。また、第２の駆動発生手段２２が回転駆動させる第２の駆動軸２１の回転方向は、対向する第１の駆動軸１１の回転の向きと逆向きとされる。また、図１〜４では、第２の駆動発生手段２２の電源の図示を省略している。
第２の駆動発生手段２２は、第２の駆動軸２１の軸方向と角度変更プレート２０の上面とが平行になるように設置される。そして、第２の駆動軸２１の端部には、円筒型をなす試験輪５０が取り付けられる。
【００２７】
［試験輪］
図５（ｂ）に示すように、試験輪５０の形状は、円筒形状であり、試験輪５０の内周面に第２の駆動軸２１の端部が嵌着されることによって第２の駆動軸２１に試験輪５０が取り付けられる。試験輪５０の材質はレール鋼であることが好ましく、実際の軌条から採取される。試験輪５０の円環状の平面部の直径は５０ｍｍ以下とされる。試験輪５０の具体的な寸法としては、直径３０ｍｍ、厚さ８ｍｍ、内径１６ｍｍ（第２の駆動軸２１の直径と同じ）である。疲労試験装置１で使用する試験輪５０の形状としては、接触面（摩擦試験において車輪４０の周面３１に接触させる試験輪５０の周面）４１にＲ１５の曲面をつけた形状を接触面に有してもよい。
【００２８】
第２の駆動発生手段２２は、角度変更プレート２０の上面に垂直に立設された支持ブロック２４に対して回動可能に接続されたアーム部２５の一端に設置されているため、アーム部２５の回動（角度変更プレート２０の上面に対する傾斜）によって角度変更プレート２０の上面からの高さを変化させることができるが、アーム部２５が角度変更プレート２０の上面に平行とされた基準状態では、第２の駆動発生手段２２に直結された第２の駆動軸２１が、試験機台１０上に設けられた第１の駆動発生手段１２の第１の駆動軸１１よりも高い位置となるように、支持ブロック２４に対するアーム部２５の接続位置が決定されている。そして、アーム部２５が基準状態のとき、該第２の駆動発生手段２２に直結された第２の駆動軸２１の端部に取り付けられた試験輪５０が、第１の駆動軸１１の端部に取り付けられた車輪４０の上方で接触するように設定される。アーム部２５は、支持ブロック２４に対して前記基準状態から、例えば、約１５°を限度として回動可能に設置される（図３参照）。
【００２９】
このように設けられた疲労試験装置１の試験機台１０及び角度変更プレート２０は、第１の駆動軸１１と第２の駆動軸２１とが、車輪４０と試験輪５０とが上下方向に位置するように配置されている。すなわち、独立に回転駆動する複数の第１の駆動軸１１、第２の駆動軸２１のそれぞれに装着された車輪４０及び試験輪５０が、上下方向に位置するように配置されている。すなわち、前記基準状態では、車輪４０の周面と試験輪５０の周面とを接触させた状態で、第１の駆動軸１１と第２の駆動軸２１とが平行（後述するアタック角θ＝０°）とされる。
【００３０】
この基準状態で試験輪５０に荷重負荷発生手段２３による負荷荷重をかけながら第１の駆動軸１１、第２の駆動軸２１を回転させると、直線区間を模擬した試験を行うことができる。また、前記基準状態から試験機台１０に対して角度変更プレート２０を作業者が所定の角度で回動させることによって、車輪４０及び試験輪５０にアタック角θを付与することができ、その状態で試験輪５０に荷重負荷発生手段２３による負荷荷重をかけながら、第１の駆動軸１１，第２の駆動軸２１を回転させると、曲線区間を模擬した試験を行うことができる。アタック角θとは、車輪４０を基準として、試験輪５０と車輪４０のなす角度である。アタック角θは、０°を超え、±３°以下であることが好ましい。
【００３１】
なお、角度変更プレート２０には、試験機台１０に対して角度変更プレート２０を押圧させて固定するハンドレバー２７が設けられてもよい（図１参照）。このハンドレバー２７は、緩めることによって、角度変更プレート２０が試験機台１０に対して回動可能となり、締め付けることにより、車輪４０及び試験輪５０にアタック角θを付与する前後において角度変更プレートを試験機台１０に固定することができるように構成される。これにより試験中にアタック角θが変動することがないので、良好な評価結果を得ることができる。
また、疲労試験装置１には、車輪４０及び試験輪５０のそれぞれに駆動発生装置１２，２２が連結されているため、それぞれ回転数を変化させることによってすべりを発生させ、試験を行うことも可能である。
【００３２】
＜潤滑剤供給手段＞
ここで、疲労試験装置１には、試験輪５０に潤滑剤として水を供給する第１の潤滑剤供給手段１４、及び試験輪５０に潤滑剤として油を供給する第２の潤滑剤供給手段２６が設けられることが好ましい。
潤滑剤供給手段１４は、水を貯留するタンクと、水を試験輪５０に噴射するノズルと、タンクからノズルに水を送る送水管とを有し、ノズルから回転中の試験輪５０に噴射される。この噴射の制御は、第１の潤滑剤供給手段１４が制御装置８０に接続されることによって、制御装置８０が行ってもよい。
【００３３】
また、第２の潤滑剤供給手段２６は、油を貯留するタンクと、油を試験輪５０に噴射するノズルと、タンクからノズルに油を送る送油管とを有し、ノズルから回転中の試験輪５０に噴射される。この噴射の制御は、第２の潤滑剤供給手段２６が制御装置８０に接続されることによって、制御装置８０が行ってもよい。
なお、図２では、第１の潤滑剤供給手段１４が試験機台１０に設けられ、第２の潤滑剤供給手段２６が角度変更プレート２０に設けられるように示されているが、これらの潤滑剤供給手段の設置は逆でもよく、第１の潤滑剤供給手段１４及び第２の潤滑剤供給手段２６が共に、試験機１０又は角度変更プレート２０のいずれか一方に設置されてもよい。
【００３４】
また、上記説明では、第１の潤滑剤供給手段１４及び第２の潤滑剤供給手段２６が水又は油を供給する対象を、試験輪５０としているが、これは、試験輪５０が車輪４０よりも上方に位置されているからであり、試験輪５０に供給された水又は油は、試験輪５０の下方に位置する車輪４０にも供給される。よって、試験輪５０よりも車輪４０のほうが上方に位置するような構成の疲労試験装置１においては、第１の潤滑剤供給手段１４及び第２の潤滑剤供給手段２６が水又は油を供給する対象は、上方に位置する車輪４０となる。
【００３５】
＜荷重負荷発生手段＞
荷重負荷発生手段２３は、第２の駆動軸２１に取り付けられた試験輪５０、及び第１の駆動軸１１に取り付けられた車輪４０を、車輪４０に対して試験輪５０を押圧させて試験輪５０に摩耗及び転がり疲労損傷を発生させる手段である。具体的には、荷重負荷発生手段２３は、角度変更プレート２０に固定された支持部２３ａと、アーム部２５の端部に回動可能に連結されたヒンジ部２３ｂと、ボールねじ２３ｃと、ボールねじ２３ｃのねじ軸２３ｄを回転駆動させるモータ２３ｅとを有する。ボールねじ２３ｃは、ねじ軸２３ｄと、ナット部２３ｆと、ねじ軸２３ｄの外周面及びナット部２３ｆの内周面のそれぞれに螺旋状に形成された転動溝に介装された多数の転動体（図示せず）とを有する。ナット部２３ｆの外周面は、角度変更プレート２０の下面に固定された２本の支持部２３ａに挟まれるようにして固定されている。ねじ軸２３ｄの一方の端部は、支持部２３ａと同様に角度変更プレート２０の下面に固定されたモータ２３ｅがプーリー２３ｇを介して連結されている。また、ねじ軸２３ｄの他方の端部は、負荷荷重７０を介してヒンジ部２３ｂの下面に接続されている。
【００３６】
このような構成によって、モータ２３ｅの回転駆動により、ねじ軸２３ｄに対してナット部２３ｆが相対移動し、角度変更プレート２０に対するアーム部２５の端部の高さを変化させることができ、結果として、車輪４０に対する試験輪５０の押圧力を変化させることができる。
ここで、モータ２３ｅは、制御手段８０に接続され、該制御手段８０から送信された、負荷荷重に基づいて回転駆動する。
【００３７】
＜アタック角検出手段＞
アタック角検出手段６０は、試験機台１０に対して角度変更プレート２０を回動させた角度を検出する手段である。角度センサ６１は、試験機台１０に設置され、試験機台１０に対する支軸３０の回動の機械的変位量を電気信号に変換し、この信号を処理して回転を検出することができるセンサであり、例えばロータリーエンコーダが用いられる。
試験機台１０に対して角度変更プレート２０を回動させるアタック角θは、０．１°刻みと小さいので、角度センサ６１がそれに対応する精度で回動角度を検出できなければ、アタック角検出手段６０として、角度センサ６１と測距センサ６２とを用いてもよい。
【００３８】
測距センサ６２は、例えば、試験機台１０上面縁部に設けられ、測距センサ６２自身と角度変更プレート２０の側面との距離を測定するレーザー方式のセンサであり、角度変更プレート２０が回動することによって変化した角度変更プレート２０との距離を測定し、予め測定された基準状態の距離とを演算し、その結果を制御手段８０に出力する。
アタック角検出手段６０は、角度センサ６１、又は角度センサ６１及び測距センサ６２によって得られた角度の変位及び距離の変位に基づいて高精度化されたアタック角θを演算し、制御手段８０に出力する。
【００３９】
＜負荷荷重検出手段＞
負荷荷重検出手段７０は、車輪４０に対する試験輪５０の負荷荷重を検出する手段である。負荷荷重検出手段７０は、荷重負荷発生手段２３に設けられる。負荷荷重検出手段７０は、ヒンジ部２３ｂと、ボールねじ２３ｃとの間に介装される。負荷荷重検出手段７０は、例えば、本体部７２及びロードボタン７３を有する圧縮型荷重計（ロードセル）であり、具体的なものとしては、「圧縮型荷重計  ＴＣＬＮ−５００ＮＡ（株式会社東京測器研究所製）」が挙げられる。このような負荷荷重検出手段７０は、ボールねじ２３ｃのねじ軸２３ｄの上端部に下台座７１が設置され、この下台座７１の上面に本体部７２を固定し、本体部７２の上面に摺動可能に設けられたロードボタン７３がヒンジ部２３ｂの下面に設置された上台座７４に接触してなる。下台座７１及び上台座７４は、本体部７２よりも平面の面積が大とされた平板形状をなす。このように負荷荷重検出手段７０を設置することで、アーム部２５を介して車輪４０に対する試験輪５０の負荷荷重を検出することができる。
【００４０】
＜制御手段＞
制御手段８０は、負荷荷重検出手段７０によって検出される負荷荷重が一定になるように、荷重負荷手段２３を制御する手段である。具体的には、所定の負荷荷重で接触している車輪４０及び試験輪５０は、それぞれに生じる摩耗により、負荷荷重が低下することがあるため、車輪４０と試験輪５０とが接触している間は所定の負荷荷重を保つように、負荷荷重検出手段７０によって検出される負荷荷重に応じて、荷重負荷手段２３のモータ２３ｅを制御手段８０が制御する。
また、制御手段８０は、第１の駆動発生手段１２及び第２の駆動発生手段２２に対して、第１の駆動軸１１及び第２の駆動軸２１の回転数を制御してもよい。
【００４１】
＜出力手段＞
出力手段９０は、第１の駆動発生手段１２、第２の駆動発生手段２２、アタック角検出手段６０，及び負荷荷重検出手段７０に接続され、それぞれの手段において得られた情報を得ることができるようにされている。そして、出力手段９０は、第１の駆動発生手段１２から得られた第１の駆動軸１１の経時的な回転数、第２の駆動発生手段２２から得られた第２の駆動軸２１の経時的な回転数、アタック角検出手段６０によって検出されたアタック角θ、ならびに負荷荷重検出手段７０によって検出された経時的な負荷荷重を経時的に関連づけて出力する。出力先は、例えば、試験機の制御操作盤や、評価情報の蓄積機能や、解析機能を有する端末である。上記情報の取得や出力は、制御手段８０によって行ってもよい。
このように出力手段９０によって、第１の駆動軸１１、第２の駆動軸２１、アタック角θ、及び負荷荷重の経時的な関係を、試験輪５０の表面検査と共に検証することで、直線区間ならびに曲線区間における軌条の耐摩耗性及び耐疲労損傷性を同時に、あるいはどちらか一方の特性を評価することができる。
【００４２】
＜疲労試験方法＞
次に、このように構成された疲労試験装置１を用いて、直線区間ならびに曲線区間における軌条の耐摩耗性及び耐疲労損傷性試験を行う方法について図面を参照して以下に説明する。
まず、第１の駆動軸１１の端部に車輪４０を取り付け、第２の駆動軸２１の端部に、試験対象である試験輪５０を取り付ける。このとき、第１の駆動軸１１の軸方向と、第２の駆動軸２１の軸方向とは、同じ方向とされる（アタック角θ（＝０）の基準状態）。また、荷重負荷発生手段２３は、「基準状態」として、第１の駆動軸１１の端部、及び第２の駆動軸２１の端部それぞれに車輪４０及び試験輪５０を取り付けた状態でも、車輪４０の周面に対して試験輪５０の周面が間隙を有する程度にアーム部２５を支持ブロック２４に対して傾斜させる位置に調整されている。これにより、車輪４０及び試験輪５０は第１の駆動軸１１の端部、及び第２の駆動軸２１の端部それぞれに取り付けやすくなっている。なお、荷重負荷発生手段２３が「基準状態」とされたとき、負荷荷重検出手段７０は、回転駆動時の車輪４０に対して試験輪５０を接触させたときの負荷荷重よりも小さな値を示している。
【００４３】
次に、作業者が制御手段８０に接続された入力端末などを用いて、第１の駆動軸１１の回転数、第２の駆動軸２１の回転数、回転駆動時の車輪４０に対して試験輪５０を接触させたときに一定とする負荷荷重を入力することにより、制御手段８０が、その入力された情報を基に、荷重負荷発生手段２３を駆動させ、車輪４０と試験輪５０を所定の負荷荷重で接触させる。その後、第１の駆動発生手段１２、第２の駆動発生手段２２を駆動させる。これにより、回転する車輪４０の周面に、該車輪４０と逆方向に回転する試験輪５０の周面が所定の負荷荷重及び回転数で接触され、疲労試験が開始される。この状態で、第１の駆動発生手段１２から得られた第１の駆動軸１１の経時的な回転数、第２の駆動発生手段２２から得られた第２の駆動軸２１の経時的な回転数、ならびに負荷荷重検出手段７０によって検出された経時的な負荷荷重は、制御手段８０によって出力手段９０で経時的に関連づけられ、該出力手段９０に接続された試験機の制御操作盤や、評価情報の蓄積機能や解析機能等を有する端末に出力されることにより、直線区間における軌条の耐摩耗性及び耐疲労損傷性を評価することができる。
【００４４】
次に、ハンドレバー２７が解除され、角度変更プレート２０が試験機台１０に対して回動可能となっている状態において、作業者が角度変更プレート２０を試験機台１０に対して所定の角度（例えば０．１°単位）で回動させて、アタック角θを付与する。
制御手段８０は、作業者が角度変更プレート２０を試験機台１０に対して回動させることによって付与されたアタック角θの情報を、アタック角検出手段６０から受信している。
【００４５】
次に、作業者が制御手段８０に接続された入力端末などを用いて、第１の駆動軸１１の回転数、第２の駆動軸２１の回転数、回転駆動時の車輪４０に対して試験輪５０を接触させたときに一定とする負荷荷重を入力することにより、制御手段８０が、その入力された情報を基に、荷重負荷発生手段２３を駆動させ、車輪４０と試験輪５０を所定の負荷荷重で接触させる。その後、第１の駆動発生手段１２、第２の駆動発生手段２２を駆動させる。これにより、回転する車輪４０の周面に、該車輪４０と逆方向に回転する試験輪５０の周面が所定の負荷荷重及び回転数で接触され、疲労試験が開始される。
【００４６】
この状態で、第１の駆動発生手段１２から得られた第１の駆動軸１１の経時的な回転数、第２の駆動発生手段２２から得られた第２の駆動軸２１の経時的な回転数、負荷荷重検出手段７０によって検出された経時的な負荷荷重、ならびにアタック角検出手段６０によって検出されたアタック角θは、制御手段８０によって出力手段９０で関連づけられ、該出力手段９０に接続された評価情報の蓄積機能や解析機能等を有する端末に出力されることにより、曲線区間における軌条の耐摩耗性及び耐疲労損傷性を評価することができる。
【００４７】
負荷荷重検出手段７０から、予め規定された負荷荷重の値と異なる負荷荷重の値を示す情報を得た制御手段８０は、その情報に基づいて、荷重負荷発生手段２３に対して車輪４０に対する試験輪５０の負荷荷重を調整させる命令を送信する。具体的には、車輪４０に対する試験輪５０の負荷荷重を調整させる命令を受信した荷重負荷発生手段２３は、制御手段８０が負荷荷重検出手段７０から得た負荷荷重に関する情報に基づいてボールねじ２３ｃを変位させるモータ２３ｅを駆動させる。そして、制御手段８０は、負荷荷重検出手段７０から得られる負荷荷重に関する情報に基づき荷重負荷発生手段２３をフィードバック制御している。具体的には、制御手段８０が、負荷荷重検出手段７０から現実の負荷荷重の値を随時受信しながら、その負荷荷重の値が、予め規定された負荷荷重の値に一致するまで、荷重負荷手段２３に負荷荷重を調整させる命令を出し続ける。
【００４８】
以上説明したように本発明は、直線区間ならびに曲線区間における軌条の耐摩耗性及び耐疲労損傷性試験が、実際に敷設された軌条と同じ特性を持った試験輪を使用してなされているので、疲労試験装置を大型化することなく提供することができる。
また、本発明は、軌条を実際に敷設したときの軌条と車輪との接触時の状態をアタック角の付与により再現することで得られた情報を基に、直線区間ならびに曲線区間に敷設した軌条の耐摩耗性、耐疲労損傷性を簡易に評価することができる。
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに、種々の変更、改良を行うことができる。
【符号の説明】
【００４９】
１  疲労試験装置
１０  試験機台
１１  第１の駆動軸（車輪用）
１２  第１の駆動発生手段（車輪用）
１３  支持穴
１４  第１の潤滑剤供給手段
２０  角度変更プレート
２１  第２の駆動軸（試験輪用）
２２  第２の駆動発生手段（試験輪用）
２３  荷重負荷発生手段
２４  支持ブロック
２５  アーム部
２６  第２の潤滑剤供給手段
３０  支軸
４０  車輪
５０  試験輪
６０  アタック角検出手段
６１  角度センサ
６２  測距センサ
７０  負荷荷重検出手段
８０  制御手段
【図１】
0005576167.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0005576167.tif 000006
【図６】
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