(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
台車の長手方向に沿って延びている一対の側梁と、当該側梁間において前記台車の幅方向に延びていて当該側梁に接合されるパイプ鋼管から成る横梁とを備え、前記横梁を構成する前記パイプ鋼管に接合される端面が略矩形のブラケットを介して台車関連部品を支持する鉄道車両用台車枠において、
前記パイプ鋼管の一部を張出して、前記ブラケットの端面が嵌合する端面略矩形の張出し部を形成し、当該張出し部に前記ブラケットの端部が接合されていることを特徴とする鉄道車両用台車枠。
【請求項２】
請求項１記載の鉄道車両用台車枠において、
前記張出し部は、
前記パイプ鋼管に張出し成型された断面Ｄ字状であるとともに、
前記パイプ鋼管の断面円形状の本体から接線状に広がる平坦張出し部と、
当該平坦張出し部の両側において、前記パイプ鋼管の円筒面との間を接続するコーナー張出し部と、
を含んでいることを特徴とする鉄道車両用台車枠。
【請求項３】
請求項２記載の鉄道車両用台車枠において、
前記平坦張出し部には段部が形成されており、
前記段部が前記ブラケットの端部に嵌合状態で接合されていることを特徴とする鉄道車両用台車枠。
【請求項４】
請求項２記載の鉄道車両用台車枠において、
前記ブラケットは、前記平坦張出し部の先端角部に付き当てられた状態で、前記平坦張出し部に対して接合されていることを特徴とする鉄道車両用台車枠。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項記載の鉄道車両用台車枠を備え、
前記側梁は輪軸を回転自在に支持するとともに上に載置される車両構体を空気ばね等のばね手段を介して支持していることを特徴とする鉄道車両用台車。
【請求項６】
請求項５記載の鉄道車両用台車において、
前記横梁は、鉄道車両を駆動するための主電動機、主電動機の出力軸と輪軸との間で回転を伝達する歯車機構を内蔵した歯車箱、鉄道車両の制動時に制輪子に作用するブレーキ力を受ける台車関連部品を支持していることを特徴とする鉄道車両用台車。
【請求項７】
台車の長手方向に沿って延びている一対の側梁と、当該側梁間において前記台車の幅方向に延びていて当該側梁に溶接にて接合されるパイプ鋼管から成る横梁とを備え、前記横梁を構成する前記パイプ鋼管に接合される端面が略矩形のブラケットを介して台車関連部品を支持する鉄道車両用台車枠の製造方法において、
前記横梁を構成する前記パイプ鋼管の一部を張出して、前記ブラケットの端面が嵌合する端面略矩形の張出し部を形成した後、
当該張出し部に前記ブラケットの端部を接合すること、
を特徴とする鉄道車両用台車枠の製造方法。
【請求項８】
請求項７記載の鉄道車両用台車枠の製造方法おいて、
前記張出し部は、前記パイプ鋼管の内部に液圧を掛けて、前記パイプ鋼管の一部を外側に配置された金型の内面に対して圧接させることによって変形させる液圧プレス工法を用いて形成されることを特徴とする鉄道車両用台車枠の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両用台車枠及び製造方法、並びにその台車枠を備えた台車に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両用台車枠は、台車の長手方向に沿って延びていて輪軸を回転自在に支持するとともに上に載置される車両構体を空気ばね等のばね手段を介して支持する一対の側梁と、当該側梁間において台車の幅方向に延びていて当該側梁に交差して溶接にて接合される横梁と、を備えた溶接構造体である。かかる台車枠の横梁は、ＳＴＫＭ材（機械部品用としての機械構造用炭素鋼鋼管）等のパイプ鋼管を用いた構造が主流となっており、本パイプ鋼管には、鉄道車両を駆動するための主電動機、主電動機の出力軸と輪軸との間で回転を伝達する歯車機構を内蔵した歯車箱、鉄道車両の制動時に制輪子に作用するブレーキ力等を受ける台車関連部品が、溶接にて接合される。
【０００３】
部品の溶接にあたっては、パイプ鋼管と部品のブラケットとの溶接部においてフレア継手（溶接継手の一種で、円弧と円弧（例えば板曲げしたコーナー同士）と、又は円弧と直線とでできた開先形状の溶接をする）に類する溶接継手が施される。かかる溶接継手は、ＭＡＧ溶接（アーク溶接のうち、シールドガスに不活性ガスと炭酸ガスを混合して使うもの）等のアーク溶接法を用いて溶接している。
【０００４】
本溶接部には、接合される各部品の重量や反作用力等の各種の力が作用し、応力が集中するため、部品のブラケット端部に裾形状の溶接ビードの成形が必要となり、また、滑らかに各部材に接するよう、グラインダ等を用いたビード仕上げ作業が行われている。
【０００５】
鉄道車両用台車枠においてパイプ材から一体成形した側梁を使用した鉄道車両用台車枠の一例が、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されている鉄道車両用台車枠部材においては、側梁はパイプの内部より液圧によりプレスすることで塑性成形されている。詳細には、上下の金型の間にパイプを支持し、パイプの内部にプレス用の液圧を供給し、パイプをその外側の金型の内面にまで膨張・密着するまで変形させることにより、側梁がプレス成形される。例えば、側梁の横梁との接合部において、側梁を内面へ湾曲させることで、その表面に開先形状を加工して溶接継手ののど厚を大きくしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２１３３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の特許文献１に開示されているような溶接部においては、パイプ鋼管の接線まで溶接を行うため（図６、詳細は後述）、溶接ビード幅が広くなって溶接（入熱）量が多く、そのため必要とする仕上げ範囲が広くなると共に溶接歪により寸法精度を悪くしていた。このため、溶接、仕上げ、歪取りの各作業ステップにおいて多大な工数を要していた。また、応力集中部ということから溶接品質が厳しい部位でもあるが、継手形状も起因して欠陥をなくすことが困難であった。
【０００８】
そこで、パイプ鋼管液圧プレス工法を用いるなどにより、当該パイプ鋼管に対して、接合されるブラケットの形状又は端溶接形状に合わせた形状に液圧プレスによって張出すことで、溶接ビード幅を抑える等の改善を図る点で解決すべき課題がある。
この発明の目的は、溶接ビード幅が広くならないように抑制して、溶接量を少なくして良好な溶接品質を実現できる鉄道車両用台車枠及びその製造方法、並びにそうした台車枠を備えた鉄道車両用台車を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、液圧プレス工法等を用いて横梁を構成するパイプ鋼管において、従来、断面円形のパイプ鋼管に接合されていたブラケットの端部の形状に合う張出し部を形成することによって、溶接ビード幅を小さくすると共に、ブラケット端部の裾をビードにて成形することを廃止でき、溶接量の削減することが可能となる。これにより、必要となる仕上げ範囲も狭くでき、溶接歪の発生も抑制できるため、溶接、仕上げ、歪取りの各作業ステップの工数低減が図ることができる。
【００１０】
この発明である鉄道車両用台車枠は、台車の長手方向に沿って延びている一対の側梁と、当該側梁間において前記台車の幅方向に延びていて当該側梁に接合されるパイプ鋼管から成る横梁とを備え、前記横梁を構成する前記パイプ鋼管に接合される端面が略矩形のブラケットを介して台車関連部品を支持する鉄道車両用台車枠において、前記パイプ鋼管の一部を張出して形成された張出し部に、前記ブラケットの端部が接合されていることを特徴としている。
【００１１】
また、この発明による鉄道車両用台車は、上記の鉄道車両用台車枠を備え、前記側梁は輪軸を回転自在に支持するとともに上に載置される車両構体を空気ばね等のばね手段を介して支持していることを特徴としている。
【００１２】
更に、この発明による鉄道車両用台車枠の製造方法は、台車の長手方向に沿って延びている一対の側梁と、当該側梁間において前記台車の幅方向に延びていて当該側梁に溶接にて接合されるパイプ鋼管から成る横梁とを備え、前記横梁を構成する前記パイプ鋼管に接合される端面が略矩形のブラケットを介して台車関連部品を支持する鉄道車両用台車枠の製造方法において、前記横梁を構成する前記パイプ鋼管の一部を張出して、前記ブラケットの端面が嵌合する端面略矩形の張出し部を形成した後、当該張出し部に前記ブラケットの端部を接合することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、パイプ鋼管に張り出し部を設けることによって溶接量を削減すること、削減された溶接量によって溶接歪を小さくして、寸法精度等の品質を向上させるとともに歪取り作業工数を小さくすること、また、溶接量を削減することで、グラインダ等によるビード仕上げ範囲が狭くなり、仕上げ作業工数の軽減が図ること、更に、パイプ鋼管の張出しによって、フレア継手となる溶接継手を突合せ継手等の溶接が容易な継手とすることで、溶接品質を向上させることができ、更にまた、溶接、仕上げ、歪取りの各作業ステップの作業軽減による工数低減が図れるとともに、溶接品質の向上が図れ、補修作業工数の低減も図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による鉄道車両用台車枠が適用される鉄道車両用台車の概略図である。
【図２】図１に示す鉄道車両用台車に用いられる台車枠構造の概略図である。
【図３】図２に示す台車枠構造に用いられる横梁の組立前の概略図である。
【図４】図３に示す横梁の組立・溶接後の概略図である。
【図５】従来のブラケット継手構造を含む横梁構造の一例を示す平面図である。
【図６】図５に示す横梁構造のＡ−Ａ断面図である。
【図７】本発明による横梁構造の一実施例を示す平面図である。
【図８】図７に示す横梁構造のＢ−Ｂ断面図である。
【図９】本発明による横梁構造の別の実施例を示す平面図である。
【図１０】図９に示す横梁構造のＣ−Ｃ断面図である。
【図１１】図９に示す横梁構造のブラケット取付け前の状態を示す斜視図である。
【図１２】図９に示す横梁構造のブラケット取付け後の状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付した図面を参照して、この発明による鉄道車両用台車枠及びその製造方法、並びにその台車枠を備えた鉄道車両用台車の実施例を説明する。鉄道車両用台車は、鉄道車両用台車の概略図である図１に示すように、台車枠１とこれに取り付けられた車輪２等の機器から構成されており、上部に配置される車両構体（図示しない）を例えば空気ばねを介して支えるとともに、車輪２が軌道（図示しない）に沿って転動することによって、車両を走行可能にしている。
【００１６】
図２は、図１に示す台車に用いられている台車枠構造を取り出してその概略を示す斜視図である。台車枠１は、図２に示すように、台車枠１の幅方向両側において台車枠１の長手方向に延びる一対の側梁３，３と、側梁３，３間において台車枠１の幅方向に延びていて且つ側梁３，３を連結する横梁４，４とを備えており、これら側梁３，３及び横梁４，４と称される構造体が結合されて成る構造物である。
【００１７】
図３は、図２に示す台車枠に用いられている横梁４を取り出して、且つ横梁の組立前の概略を示す斜視図である。横梁４は、図３に示すように、台車枠１の幅方向に延びる一対の横梁パイプ鋼管５，５と、横梁パイプ鋼管５，５間に掛け渡されてこれらパイプ鋼管５，５を繋いでいる一対のツナギ梁６ａ，６ａとを備えている。各横梁パイプ鋼管５，５には、内側において上記ツナギ梁６ａ，６ａが取り付けられているとともに、その外側において、複数のブレーキ受６ｂ、主電動機受６ｃ、歯車箱吊受６ｄ等の部品が取り付けられている。
【００１８】
図４は、図３に示す横梁を溶接にて接合した状態を示す斜視図である。図４に太線で示すように、横梁パイプ鋼管５には、上記のように各部品を溶接にて取り付けた結果、その長手方向或いは周方向に沿って多くの溶接線７が存在している。これらの多くの溶接線７に伴って生じる、溶接、仕上げ、歪取り作業工数は多大なものである。
【００１９】
図５は、従来のブラケット継手構造を含む横梁構造の一例を示す平面図であり、図６は図５に示す横梁構造のＡ−Ａ断面図である。図５、図６に示す横梁構造において、歯車箱吊受６ｄについてブラケット８を繋ぐブラケット継手構造を例に見ると、横梁パイプ鋼管５の長手方向に延びる直線溶接１０においては、特に図６に示すように、ブラケット８の端部から横梁パイプ鋼管５の接線位置（ブラケット８の端部の延長線が横梁パイプ鋼管５に接線として接する位置）までビードが必要となり、強度の問題からブラケット８裏面にも裏隅肉溶接１１を施工することが必要である。ブラケット８についは、断面円形の横梁パイプ鋼管５に溶接するため、ブラケット８の拡大された断面略矩形の端部においては、その上下の部分が横梁パイプ鋼管５に接線状に繋がる平坦部８ｂ，８ｂに形成されており、各平坦部８ｂの両サイド側においては、横梁パイプ鋼管５との間の隙間に対応して、平坦部８ｂと横梁パイプ鋼管５とに対して３次元的に接続するコーナー部８ｃ，８ｃが形成されている。直線溶接１０は、横梁パイプ鋼管５と各平坦部８ｂとが接する長手方向（横梁パイプ鋼管５の軸線に平行な方向）に延びる部位において施されている。また、横梁パイプ鋼管５と各コーナー部８ｃとの接合位置には、横梁パイプ鋼管周溶接１２が施されている。
【００２０】
また、応力緩和の観点から、ブラケット８の各平坦部８ｂについて、横梁パイプ鋼管５の長手方向に沿った両端には、コーナー部８ｃ，８ｃに対応して裾溶接９，９が必要であり、各裾溶接９は直線溶接１０や各部材に滑らかに接するようにグラインダ等によるビード仕上げが必要な部位である。本裾溶接９は３次元的な形状をしているため、溶接及び仕上げによるビード形成が困難な部位である。溶接の品質は、応力が集中する部位であることから、ブラケット８の板厚の完全溶込み溶接を要求されているが、品質の面からも慎重な作業が要求されている。以上の通り、作業性や品質の両面から、本構造は課題を抱えている。
【００２１】
図７〜図１２に、本発明による鉄道車両用台車枠及びその製造方法が適用されたブラケット継手構造の例を示す。
横梁パイプ鋼管５には、図１１に示すような横梁パイプ鋼管５に接合されるブラケット８の端部８ａ（図１２参照）と相補的な端部形状とするため、横梁パイプ鋼管５の断面円形状の本体から接線状に広がる平坦張出し部１５（一方のみ示す）と、平坦張出し部１５の両側において、横梁パイプ鋼管５の円筒面との間を接続するコーナー張出し部１６，１６とを含むように、断面としては略Ｄ字状に張出して形成される。平坦張出し部１５の端面１５ａと、各コーナー張出し部１６の端面１６ａとは繋がっていて、ブラケット８の端部８ａの略矩形の端面に対応している。
【００２２】
平坦張出し部１５及びコーナー張出し部１６，１６の張出しは、特許文献１に開示されているような金型と供給される液圧源とを備えた液圧プレス工法によって、形成される。平坦張出し部１５は、図５及び図６に示す従来のブラケット８に形成されていた端部８ｂであったものを横梁パイプ鋼管５の側において張出し形成したものであり、コーナー張出し部１６は、同じくブラケット８に形成されていたコーナー部８ｃであったものを横梁パイプ鋼管５側において張出し形成したものである。
【００２３】
平坦張出し部１５及びコーナー張出し部１６は、鋼管本体から張出す加工が施される。液圧プレス工法は、特許文献１に示されているような液圧プレス工法であって、横梁パイプ鋼管５を上下金型で挟み込み、横梁パイプ鋼管５内に液体を注入・加圧して横梁パイプ鋼管５を部分的に変形させ、変形した横梁パイプ鋼管５の部分を上下金型にそれらの内面から押し当てることで、横梁パイプ鋼管５を所定の形状に成形する工法である。当該工法を用いることにより、部品が取り付けられる部位へ横梁パイプ鋼管５を部分的に張出し、横梁パイプ鋼管５から平坦張出し部１５及びコーナー張出し部１６を形成することによって、継手構造を変形させている。
【００２４】
図７、図８に示す構造例では、液圧成型品１３の長手方向に垂直な断面の高さ寸法（略Ｄ字状高さ寸法）Ｈ１とブラケット８の端部８ａ，８ａの高さ寸法Ｈ２とをほぼ同じ寸法にするとともに、液圧成型品１３の平坦張出部１５（図１２参照）の高さ方向の両端部に備えられる段差部１３ａ，１３ａの段差寸法とブラケット８の端部８ａ，８ａの各板厚寸法とをほぼ同じ寸法としている。この構成によって、液圧成形品１３の平坦張出し部１５の段部１３ａ，１３ａに、ブラケット８の端部８ａ，８ａを嵌め合わせる態様で嵌合させた後、両者を溶接によって接合できる。
ブラケット８の端部８ａ，８ａと段部１３ａ，１３ａとの突合せ継手を直線溶接１０とすることができ、直線溶接１０の溶接ビード幅を狭くできると共に、品質の向上も見込める。付帯効果として、液圧成型品１３にブラケット８を位置決めする際に、液圧成型品１３の張出部がガイドとなるので、溶接位置を容易に決めることができる。また、嵌め合わせる態様で嵌合させているので、溶接歪を低減できる。また、液圧成型品１３の上面（下面）と、ブラケット８の上面（下面）とがほぼ同一面になるので、直線溶接１０を容易に施工することができる。更には、ブラケット端裾溶接９と裏隅肉溶接１１とが不要となり、その結果、溶接、仕上げ，歪取りの各作業ステップの工数低減が図れる。
【００２５】
図９、図１０に示す構造例では、液圧成形品１４の高さ方向の両端部に段部の無い断面Ｄ字状にプレス形成されている。液圧成型品１４の長手方向の垂直な断面高さ寸法（略Ｄ字状高さ寸法）Ｈ１とブラケット８の端部８ａ，８ａの高さ寸法Ｈ２とを、ほぼ同一寸法にしているので、断面Ｄ字のパイプ鋼管（液圧成型品１４）の側面に、ブラケット８の端部８ａを突き合わせた後、これら突き合わせ部を直線溶接１０と横梁パイプ鋼管周溶接１２（本例では、周溶接も直線状の溶接となる）とで溶接している。図７、図８に示す構造例と比較して、直線溶接１０のビード幅をより狭くすることができ、工数低減に繋げることが可能となる。ただし、強度計算結果によっては、必要により裏隅肉溶接１１の施工が必要と考えられる。図１２に示す構造例では、図９に示す構造例より具体的なイメージを示しているが、このように構造が単純なものとなり、作業性及び品質の両面から有効な手段である。
【００２６】
上記の各例では、特に、本発明を鉄道車両用台車枠及びその製造方法として説明したが、上述したように台車枠をなす横梁構造に限らず、ツナギ梁、および、側梁等の接合部にも適用できる。また、このような構造を備えた台車枠（図２に示すような台車枠）、或いは更にそのような台車枠を備えた台車（図１に示すような台車）としても認識可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１：台車枠
２：車輪
３：側梁
４：横梁
５：横梁パイプ鋼管
６ａ：ツナギ梁
６ｂ：ブレーキ受
６ｃ：主電動機受
６ｄ：歯車箱吊受
７：溶接線
８：歯車箱吊受のブラケット
９：ブラケット端裾溶接
１０：直線溶接
１１：裏隅肉溶接
１２：横梁パイプ鋼管周溶接
１３，１４：液圧成形品
１５：平坦張出し部
１６：コーナー張出し部
【図１】
0005899913.tif 000002
【図２】
0005899913.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005899913.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0005899913.tif 000008
【図８】
0005899913.tif 000009
【図９】
0005899913.tif 000010
【図１０】
0005899913.tif 000011
【図１１】
0005899913.tif 000012
【図１２】
0005899913.tif 000013