(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両用の車軸の軸端に設けられる円筒環にその開口を閉塞するように装着され、有底筒状に形成されているとともに、前記円筒環の端部外周に外嵌される筒部の円筒形内周面に、前記円筒環の端部外周面に設けられる周段部に係合する環状凸部が設けられる鉄道車両用の車軸用キャップであって、
前記キャップが、素材として、前記周段部に対する前記環状凸部の係合、離脱を許容するように前記筒部の開口側が拡径可能な１３００〜４０００〔ｋｇ／ｃｍ２〕の範囲の引張弾性率を有するとともに４．６〔ｋｇ／ｃｍ２〕の荷重を加えた状態での熱変形温度が１００〔℃〕以上に設定された熱可塑性ポリエステル系エラストマーが選定されており、前記筒部と底部との連接部の少なくとも底部側部分を外方に膨らむ曲面部とし、前記キャップの開口側端面の外周面には径方向外向きの鍔が形成されているとともに前記キャップの開口側端面の内周面には前記環状凸部より径が大きい円筒面である案内部が形成され、前記径方向外向きの鍔及び前記案内部を含む前記キャップの開口側端面が前記円筒環に接しない、ことを特徴とする鉄道車両用の車軸用キャップ。
【請求項２】
前記底部の中央部に、前記車軸の軸端側への凹部が形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用の車軸用キャップ。
【請求項３】
前記筒部の開口端縁の円筒形内周面の内径寸法が円筒環の外周面の外径寸法よりも大きく設定され、両者間に所要の隙間が設けられている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の鉄道車両用の車軸用キャップ。
【請求項４】
前記筒部の前記環状凸部の内周円径寸法が、前記円筒環における前記環状凸部の係合する外径寸法よりも小さく設定されている、ことを特徴とする請求項３に記載の鉄道車両用の車軸用キャップ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、鉄道車両用の車軸の軸端に設けられる円筒環にその開口を閉塞するように装着される鉄道車両用の車軸用キャップに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来では、図６に示すような実開平１−８０５６９号公報で開示されている鉄道車両用の車軸装置のように、車軸８１の軸端に設けられる円筒環８２の端部に、有底円筒状の車軸用キャップを嵌着して外部からのゴミが軸受部に侵入することを防止するとともに、車軸の検査をする際には、この車軸用キャップを外して容易に検査が行えるようにしている。円筒環８２の端部外周には周溝８３を設ける一方、車軸用キャップ８４は、内周面に周溝８３と係合する環状凸部８９を有する円筒部８６と、底部８８と、円筒部８６と底部８８を連接する円錐部８７とで構成されている。この車軸用キャップ８４を円筒環８２の端部外周に外嵌装着して、車軸用キャップ８４の環状凸部８９を円筒環の周溝に係合するようになっている。
【０００３】
従来の車軸用キャップは、前述したように、車軸に対して装着するとき、その鍔を円筒環の端縁外周よりも拡径させてかぶせるようになっているため、装着時に弾性的に拡径して装着後に元の大きさに縮径する性質が必要になる。つまり、車軸用キャップの性質として着脱のために所要量の伸び縮みが必要であることおよび所要の強度が必要であることを考慮して、その素材として合成ゴムと合成樹脂との中間の性質を持つ例えばウレタン系エラストマーが採用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の車軸用キャップは、特に夏場など周辺環境温度が高い時期において、車軸の回転などに伴う伝導熱を受けて温度上昇すると、熱劣化して柔らかくなり、著しい強度低下を伴う。そのような状況において、例えば車軸用キャップの内部圧力が上昇したり、あるいは外部から衝撃を受けたりしたときに、車軸用キャップが円筒環から不意に脱落してしまうことがある。
【０００５】
このような場合、円筒環の内部が外部に露呈してしまうため、外部の砂ぼこりや泥水などから円筒環の内周側に存在する車軸や車軸支持用軸受（複列円筒ころ軸受など）などを保護できなくなり、それらの寿命低下を余儀なくされる。
【０００６】
また、熱劣化を抑制するために、素材をより硬いものに換えると車軸用キャップの剛性が高くなり、着脱が困難となる。
【０００７】
したがって、本発明は、円筒環に対して容易に着脱できるようにしながら、温度上昇時において円筒環からの脱落を回避できるようにすることを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、鉄道車両用の車軸の軸端に設けられる円筒環にその開口を閉塞するように装着され、有底筒状に形成されているとともに、前記円筒環の端部外周に外嵌される筒部の円筒形内周面に、前記円筒環の端部外周面に設けられる周段部に係合する環状凸部が設けられる鉄道車両用の車軸用キャップであって、前記キャップが、素材として、前記周段部に対する前記環状凸部の係合、離脱を許容するように前記筒部の開口側が拡径可能な１３００〜４０００〔ｋｇ／ｃｍ２〕の範囲の引張弾性率を有するとともに４．６〔ｋｇ／ｃｍ２〕の荷重を加えた状態での熱変形温度が１００〔℃〕以上に設定された熱可塑性ポリエステル系エラストマーが選定されており、前記筒部と底部との連接部の少なくとも底部側部分を外方に膨らむ曲面部とし、前記キャップの開口側端面の外周面には径方向外向きの鍔が形成されているとともに前記キャップの開口側端面の内周面には前記環状凸部より径が大きい円筒面である案内部が形成され、前記径方向外向きの鍔及び前記案内部を含む前記キャップの開口側端面が前記円筒環に接しない。
【０００９】
なお、前述の底部の中央部に、前記車軸の軸端側への凹部を形成してもよい。また、筒部の開口端縁の円筒形内周面の内径寸法は、円筒環の外周面の外径寸法よりも大きく設定され、両者間に所要の隙間が設けられるのが好ましい。また、前記筒部の前記環状凸部の内周円径寸法が、前記円筒環における前記環状凸部の係合する外径寸法よりも小さく設定されているのが好ましい。
【００１０】
【作用】
車軸用キャップの素材として、熱可塑性ポリエステル系エラストマーの中でも熱劣化しにくい性質のものを選定することにより、温度上昇時における万一の脱落を回避できるようにしながら、車軸用キャップの筒部と底部の間に環状曲面部を形成して車軸用キャップの剛性を小さくし、着脱を容易にすると共に、車軸用キャップの破損を防止できるようにしている。
【００１１】
また、車軸用キャップの底部中央に凹部を設けることにより、断面係数を大きくして取付後、筒部を拡径しにくくすることにより、車軸用キャップが円筒環から脱落することを防止できるようにしている。
【００１２】
さらに、前述のように車軸用キャップの開口端縁と円筒環との間に径方向隙間を設ければ、そこを、車軸用キャップを意図的に取り外すときの取り外し治具の係止部として利用できるようになる。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の詳細を図１ないし図５に示す実施例に基づいて説明する。図１は、本発明の車軸用キャップを装着した鉄道車両の車軸周辺の一部の縦断面図、図２は、車軸端部と車軸用キャップとの装着部位の拡大図、図３は、車軸用キャップの装着部位の拡大図である。図中、１は車軸、２は円筒環、３は複列円筒ころ軸受などの車軸支持用軸受、４は車軸用キャップ、５はシールである。
【００１４】
車軸１は、軸端に向けて複数段階に縮径しており、途中に車軸支持用軸受３が外嵌装着されている。円筒環２は、車軸支持用軸受３の内輪３１に取り付けられていて、車軸１の軸端外周に所要間隙を介して同軸状に配設されている。車軸用キャップ４は、有底円筒形に形成されており、車軸１を外部から隠蔽するように、円筒環２に外嵌装着されている。シール５は、車軸支持用軸受３の外輪３２の軸方向両端に取り付けられたシール保持環６に取り付けられて、円筒環２の外周面との間に接触または非接触密封部を形成するものであり、車軸支持用軸受３の内外を遮断するようになっている。
【００１５】
円筒環２の外周面２０の端部には、径方向外向きの凸部２２が周方向に連続して形成されている。また、この凸部２２の基端部と外周面２０との角には、車軸用キャップ４が確実に外周面２０に嵌着するよう帯状の周溝２１が設けられている。車軸用キャップ４は、円筒環２の端部外周に外嵌される円筒部４１と、この円筒部４１の軸方向一端側に連接されて円筒環２の開口端を閉塞する底部４２とを有している。円筒部４１と底部４２とは、円錐環状の連接部４６で連接され、連接部４６と底部４２は外方に膨らんだ曲面４６ａでつながれている。また、底部４２の中央部には車軸１の軸端側への凹部４２ａが形成されている。さらに、底部４２の内側（車軸１側）には、補強用の放射状に配設されたリブ４ｂ、同心円状に配設されたリブ４ｃが形成されている。この車軸用キャップ４の円筒部４１の軸方向他端側外周面には、径方向外向きの鍔４３が、また、円筒部４１の円筒形内周面には、周方向に連続する径方向内向きの凸部４４が、それぞれ連接されている。この凸部４４は、軸方向内側の端面が対向する凸部２２の軸方向端面と係合し、車軸用キャップ４が円筒環２から軸方向外方へ抜けることを防止している。また、凸部４４の軸方向開口側には、車軸用キャップ４を円筒環２に取り付ける際に径方向の位置決めを容易にするための案内部４５が形成されている。
【００１６】
そして、図２に示すように円筒部４１において上述の案内部４５と凸部４４の軸方向底部側の内周面の内径寸法Ｒ１は、円筒環２の外周面２０の外径寸法Ｒ２及び凸部２２の外径寸法Ｒ４よりも大きく設定されており、両者間に所要の隙間が設けられている。尚、凸部２２と円筒部４１の凸部４４の軸方向底部側内周面の間に隙間を設けたのは、取付時に車軸用キャップ４の開口側が縮径し易くするためである。また、図３に示すように凸部４４の内周円径寸法Ｒ３は円筒環２の外径寸法Ｒ２よりも小さく設定されている。このＲ２とＲ３との差（Ｒ２−Ｒ３）が、円筒環２の外周面２０に対する車軸用キャップ４の凸部４４の締め代である。この締め代は、例えば最大外径寸法が１９０ｍｍの車軸用キャップ４の場合、３．５ｍｍつまり１８０度対向位置の二カ所で片側１．７５ｍｍずつに設定される。
【００１７】
このような構成の車軸用キャップ４を円筒環２に取り付ける際には、まず、円筒環２の凸部２２に、車軸用キャップ４の案内部４５を係合させて車軸用キャップ４が円筒環２に対して径方向にずれないようにした後、車軸用キャップ４に軸方向円筒環２側への力を加え、車軸用キャップ４を円筒環２に押し付けると、車軸用キャップ４の開口側が拡径し、車軸用キャップ４の凸部４４が円筒環２の凸部２２を乗りこえ、車軸用キャップ４自身の弾性力により、開口側が縮径し、凸部４４が円筒環２の外周面に外嵌固定することができる。
【００１８】
そして、車軸用キャップ４は、凸部２２に対する凸部４４の係合、離脱を許容しうる程度に円筒部４１の開口側が拡径する引張弾性率を有するとともに熱劣化しにくい性質の熱可塑性ポリエステル系エラストマーが選定されている。
【００１９】
このような熱可塑性ポリエステル系エラストマーの具体例としては、例えば東レ・デュポン株式会社が開発した熱可塑性ポリエーテルエステル系エラストマー（ＰＥＥＥ）の商品名ハイトレルのうちの５５５７（引張弾性率１４００ｋｇ／ｃｍ2、熱変形温度１０９℃）および６３４７（引張弾性率２８００ｋｇ／ｃｍ2、熱変形温度１３６℃）や、東洋紡績株式会社製の商品名ペルプレンのうちのＰ−１５０Ｂ（引張弾性率３０４０ｋｇ／ｃｍ2、熱変形温度１１７℃）の計三種類が挙げられる。なお、前記熱変形温度とは、試験片に４．６〔ｋｇｆ／ｃｍ2〕の荷重を加えた状態にて変形するときの温度を言う（試験方法ＡＳＴＭ−Ｄ６４８）。
【００２０】
この三種類の素材を選定した理由を説明する。前記三種類の素材と、本発明の対象外の二種類の素材との計五種類の素材で上記車軸用キャップ４を製作して、それぞれ脱落試験をしたので、その結果を表１ないし表３に示す。この試験は、各素材で作った車軸用キャップ４を実物と同様の円筒環２に取り付け、各環境温度において、車軸用キャップ４内の圧力を徐々に上げて行き、車軸用キャップ４が円筒環２から脱落した時点の圧力を測定したものである。なお、実施例１は５５５７、実施例２は６３４７、実施例３はＰ−１５０Ｂ、比較例１は東洋紡績株式会社製の商品名ペルプレンのうちのＰ−７０Ｂ（引張弾性率１１００ｋｇ／ｃｍ2、熱変形温度７４℃）、比較例２は東洋紡績株式会社製の商品名ペルプレンのうちのＳ−１００２（引張弾性率１１００ｋｇ／ｃｍ2、熱変形温度６８℃）である。
【００２１】
【表１】
0003698744.tif 000002
【００２２】
【表２】
0003698744.tif 000003
【００２３】
【表３】
0003698744.tif 000004
【００２４】
これらの表から明らかなように、実施例１〜３のものが比較例１、２のものよりも低温域から高温域にわたって脱落しにくくなっている。
【００２５】
このことから、車軸用キャップ４の素材とする熱可塑性ポリエステル系エラストマーとしては、前記具体的な三種類の素材の引張弾性率および熱変形温度の数値に若干の余裕を持たせて、引張弾性率が１３００〜４０００〔ｋｇ／ｃｍ2〕に、４．６〔ｋｇｆ／ｃｍ2〕の荷重を加えた状態での熱変形温度が１００〔℃〕以上にそれぞれ設定されたものであればよいと言える。したがって、本発明の車軸用キャップ４の素材としては前述の具体的な三種類のみに限定されない。
【００２６】
ところで、前記引張弾性率の特定範囲の上限側の素材では車軸用キャップ４の取り外しが行いにくくなると言えるが、本実施例の車軸用キャップ４は、上述したように、円筒部４１と底部４２を円錐環状の連接部４６でつなぐとともに、連接部４６と底部４２とを曲面部４６ａで連接しているので、従来の車軸用キャップのように円筒部と底部を円錐部で連接した場合に比べて剛性が低くなり、図１の矢印Ｘ方向に曲げて取り外す場合にも、容易に取り外すことができる。また、従来技術の車軸用キャップのように円筒部と底部が直線で構成されていると、取り外し時に曲げられると角部に応力が集中し、この部分から破損するおそれがあるが、本実施例のように曲線で構成されていると、応力が集中せず破損を防止できる。また、底部４２の中央部に凹部４２ａを形成することにより、車軸用キャップの断面係数を大きくすることができるので、円筒環に取付後の円筒部４１の拡径を抑制して、凸部４４が凸部２２から外れて円筒環から車軸用キャップが脱落することを防止できる。
【００２７】
車軸用キャップ４を取り外すにあたって、図４および図５に示すような取り外し治具７を用いれば、取り外しをより容易に行える。図４は、取り外し治具の正面図、図５は、取り外し治具の縦断面図である。図例の取り外し治具７は、扇形のフレーム７１とＴ字形の操作棒７２とからなる。フレーム７１の一端辺には、前後に対向する二つ一対の側壁７３、７４が設けられており、外側の側壁７４の下端には、ほぼ９０度屈曲する係止片７５が設けられている。この取り外し治具７の使用方法を説明する。つまり、取り外し治具７の操作棒７２を上にして、フレーム７１の一対の側壁７３、７４を図１の空間Ｘに入れてから、取り外し治具７の一対の側壁７３、７４の間の離間隙間に車軸用キャップ４の径方向外向きの鍔４３を差し込むとともに、車軸用キャップ４の円筒部４１の開口端縁内周面と円筒環２の外周面との間に存在する径方向隙間に、取り外し治具７の係止片７５を差し込む。この状態にて、取り外し治具７の操作棒７２を図５の矢印Ｙ方向に引く。これにより、梃子の原理で車軸用キャップ４の円筒部４１が所要量拡径させられながら、この円筒部４１の凸部４４が円筒環２の凸部２２を乗り越えて、車軸用キャップ４の全体が円筒環２から外れる。このように取り外し治具７を用いれば車軸用キャップ４の取り外しがさらに容易となる。
【００２８】
尚、上記実施例では、車軸用キャップの連接部４６と底部４２のみを曲面部４６ａでつなげるようにしたが、連接部４６全体を外方に膨らむ曲面で構成してもよい。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の車軸用キャップは、特定の性質を有する熱可塑性ポリエステル系エラストマー素材で形成しているから、温度上昇時における万一の脱落を回避できるようになる。しかも、有底円筒状に形成され、筒部と底部との連接部の少なくとも底部側部分を外方に膨らむ曲面部としているので、車軸用キャップの剛性が低くなり、引張弾性率の高い素材を用いても、着脱が容易に行える。さらに、底部中央に凹部を設け、車軸用キャップの断面係数を高めたので、キャップ取付後は、筒部が拡がりにくくなり、車軸用キャップが円筒環から脱落しにくくすることができる。
【００３０】
したがって、円筒環の内部に存在する車軸や車軸支持用軸受（複列円筒ころ軸受など）などを、外部の砂ぼこりや泥水などから確実に保護できるようになり、それらの所期の寿命を安定的に達成させることができるようになる。しかも、車軸の検査時などには、車軸用キャップを容易に取り外すことができ、検査の時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車軸用キャップを装着した鉄道車両の車軸周辺の一部の縦断面図。
【図２】車軸端部と車軸用キャップとの装着部位の拡大図。
【図３】車軸用キャップの装着部位の拡大図。
【図４】取り外し治具の正面図。
【図５】取り外し治具の縦断面図。
【図６】従来技術による車軸端部と車軸用キャップとの装着部位の拡大図。
【符号の説明】
１    車軸
２    円筒環
２２    円筒環の凸部
３    車軸支持用軸受
４    車軸用キャップ
４１    車軸用キャップの円筒部
４２    車軸用キャップの底部
４２ａ  凹部
４４    車軸用キャップの凸部
【図１】
0003698744.tif 000005
【図２】
0003698744.tif 000006
【図３】
0003698744.tif 000007
【図４】
0003698744.tif 000008
【図５】
0003698744.tif 000009
【図６】
0003698744.tif 000010