(57)【要約】【課題】  軽量化が可能であり、品質が向上する台車枠構造を提供する。【解決手段】  横梁２０を削り出しにより構成し、側梁１０との接合部にフランジ２１，２１を形成する。前記横梁２０にアルミ製の側梁１０を摩擦攪拌接合方法により接合する。本構造とすることにより、高応力の発生する受の根元を母材とすることが可能となり、台車枠素材をアルミ化することが可能となることから、台車枠を軽量化できる。また溶接量が減少することから、台車枠品質が向上する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レール方向に配置される側梁と、枕木方向に配置されて側梁を貫通する横梁を備えたアルミ製の鉄道車両用台車枠であって、
前記側梁は、中空状の部材であって、円筒状の横梁が貫通する円形状の開口部を有し、
前記横梁は、前記側梁の内側板の前記開口部と、外側板の開口部と対応する位置に形成された円盤状に突出する２つのフランジを有し、前記側梁の前記開口部と各フランジの間を摩擦攪拌接合により接合すること、
を特徴とする鉄道車両用台車枠の製作方法。
【請求項２】
請求項１記載の鉄道車両用台車枠の製作方法において、
前記横梁の外側の前記フランジと前記側梁の前記外側板との間の開口部との間には、前記横梁の内側の前記フランジと前記側梁の前記内側板との間を摩擦攪拌接合するための環状の間隙を有し、
前記横梁の内側の前記フランジと前記側梁の前記内側板とを摩擦攪拌接合し、
次に、前記横梁の外側の前記フランジと前記側梁の前記外側板との間の環状の間隙に塞ぎ蓋部材をあてがい、前記塞ぎ蓋部材と前記側梁の前記外側板とを摩擦攪拌接合し、また前記塞ぎ蓋部材と前記横梁の外側の前記フランジとを摩擦攪拌接合すること、
を特徴とする鉄道車両用台車枠製作方法。
【請求項３】
請求項１記載の鉄道車両用台車枠の製作方法において、
前記横梁と前記側梁との円形の摩擦攪拌接合の終点部は該円形の中央側又は外側に寄った位置で終了すること、
を特徴とする鉄道車両用台車枠の製作方法。
【請求項４】
請求項２記載の鉄道車両用台車枠の製作方法において、
前記塞ぎ蓋部材は、前記側梁の前記外側板との摩擦攪拌接合部は前記内側板側に向けて突出しており、この突出端は前記側梁の内側板に接触しており、
この接触した状態で摩擦攪拌接合を行うこと、
を特徴とする鉄道車両台車枠の製作方法。
【請求項５】
請求項４の鉄道車両台車枠の製作方法において、前記内側板側に向けて突出した個所には凹部があり、この凹部に前記側梁の前記外側板の端部を重ねて摩擦攪拌接合すること、
を特徴とする鉄道車両台車枠の製作方法。
【請求項６】
レール方向に配置される側梁と、枕木方向に配置されて側梁を貫通する横梁を備えたアルミ製の鉄道車両用台車枠であって、
前記側梁は、中空状の部材であって、円筒状の横梁が貫通する円形状の開口部を有し、
前記横梁は、前記側梁の前記内側板の前記開口部と、前記外側板の開口部と対応する位置に形成された円盤状に突出する２つのフランジを有し、前記側梁の前記開口部と前記各フランジとの間を摩擦攪拌接合により接合していること、
を特徴とする鉄道車両用台車枠。
【請求項７】
請求項６記載の鉄道車両用台車枠において、
前記横梁の外側の前記フランジと前記側梁の前記外側板との間の開口部との間には、前記横梁の内側の前記フランジと前記側梁の前記内側板との間を摩擦攪拌接合するための環状の間隙を有し、
前記横梁の内側の前記フランジと前記側梁の前記内側板とを摩擦攪拌接合されており、
前記横梁の外側の前記フランジと前記側梁の前記外側板との間の環状の間隙に塞ぎ蓋部材をあてがって、摩擦攪拌接合していること、
を特徴とする鉄道車両用台車枠。
【請求項８】
請求項７記載の鉄道車両用台車枠において、
前記塞ぎ蓋部材は、前記側梁の前記外側板との摩擦攪拌接合部は前記内側板側に向けて突出しており、この突出端は前記側梁の内側板に接触していること、
を特徴とする鉄道車両台車枠。
【請求項９】
請求項６記載の鉄道車両用台車枠において、
前記横梁と前記側梁との円形の摩擦攪拌接合の終点部は該円形の中央側又は外側に寄った位置で終了していること、
を特徴とする鉄道車両用台車枠。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両用アルミ製台車枠に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
主に使用されている鉄道車両用の台車枠は、レール方向に配置された側梁と枕木方向に配置された横梁で構成されたＨ型構造が一般的となっている。
前記側梁と前記横梁の溶接部は強度上、重要な部位であり、前記側梁内部に裏当て金を用いて、当該溶接部の完全溶け込みを図っている。
前記側梁と前記横梁は鋼板を溶接で組み合わせた構造が主流となっている。
【０００３】
台車枠の軽量化を達成するために、台車枠全体をアルミ合金で製作することが考えられる。
下記の特許文献は、台車枠の側梁をアルミ合金のハニカム材で構成することを開示している。
【特許文献１】特公平７−５７６０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
鋼材製の台車枠にあっては、側梁と横梁は溶接にて接合されており、当該接合部において台車枠全体のねじれや、横梁搭載機器の振動により、応力が高くなることから、側梁と横梁との溶接部は重要継手となり強度が必要となる。
そのため従来の側梁や横梁は構造用鋼を使用しており、溶接部はグラインダなどによって仕上げを実施し、高応力に耐えられる構造としている。
【０００５】
しかし本構造の場合、台車枠素材は鋼製であることから、台車枠質量が大きくなり、軽量化が困難となっている。
また溶接部の仕上げを実施していることから、製作に多大な時間がかかることや、溶接部が多いことにより溶接欠陥が増えることから、台車枠品質の向上が困難である、という問題がある。
そこで本発明の目的は、アルミ合金材で構成される台車枠を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的は、
アルミ製台車枠のレール方向に配置された側梁と枕木方向に配置された横梁で構成された横梁の溶接接合部おいて、前記横梁に側梁の台車枠内側板部、外側板部に接合する部位にフランジを有しており、台車側面側より摩擦攪拌溶接を行なうこと、
により達成される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、軽量化が可能であり、品質の向上する台車枠を提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、本発明の実施例に係る台車枠の平面図、図２は、台車枠の側面図である。
全体を符号１で示す台車枠は、レール方向に配置される１対の側梁１０と、枕木方向に配置される２本の横梁２０を主要部材として構成される。
【０００９】
側梁１０の中央部には、車体との間に配置される空気バネの下面を支持するフランジ１２を含めて、各機器の取付用のフランジ等が設けられる。
側梁１０は、中空状であり、例えば、角柱状のチャンネル部材であって、閉断面構造を有する。その長さ方向の中央部には高さ寸法を大きくした横梁２０との連結部１４が形成される。
【００１０】
円筒形状の横梁２０は、この側梁１０の連結部を貫通し、摩擦攪拌接合手段による接合部Ｗで接合される。
平行して配置される２本の横梁２０の間には、補強用の部材３０や電動機等の機器取付受部材４０等が装備される。
【００１１】
図３（第１の実施例）は、本発明のアルミ製の台車枠における側梁１０と横梁２０の接合部Ｗの接合構造を示す説明図である。
説明上、側梁１０を構成する閉断面構造のうち、台車枠の内側（中心側とも言う。）の側板を符号１１で、外側の側板を符号１２で示す。前記内側（中心側）の内側板１１とは台車１の中心側（長さ方向の中心側）にあることを言う。前記外側板１２は、内側板よりも外側にあることを言う。
この内側板１１と外側板１２には、円形の開口部が形成される。内側の円形開口部の径寸法に対して、外側の円形開口部の径寸法は大きく形成される。そして、各開口部の端縁部には、それぞれ受け部１１ａ，１２ａが形成される。
【００１２】
次に、横梁２０は、例えば、アルミの丸棒等を削り出し加工により製造される。横梁２０は中空状でも中実状でも良い。
横梁２０の側梁１０の貫通部には、円形の２枚のフランジ２１，２２が形成される。
側梁１０の内側板１１に対応する第１のフランジ２１の外径寸法は、側梁１０の内側板１１の開口縁部１１ａに対応する寸法を有し、側梁１０の外側板１２に対応する第２のフランジ２２の外径寸法は、第１のフランジ２１の外径寸法より小さく形成される。
【００１３】
次に、摩擦攪拌接合手段を用いて、本発明の接合部を接合する工程を説明する。
まず、側梁１０の外側板１２の第２のフランジ２２の外周部の間隙Ｇ１から摩擦攪拌接合用の工具Ｔ１を挿入して、横梁２０の第１のフランジ２１と内側板１１の縁部１１ａを円周状に摩擦攪拌接合Ｗ１を行う。
摩擦攪拌接合は、溶接よりも欠陥の発生が少ないという特性を有し、強度の高い接合部を形成することができる。
受け部１１ａ、は内側板１１に設けないで、フランジ２１に設けても良い。
【００１４】
次に、間隙Ｇ１を覆うリング状の塞ぎ蓋部材５０を間隙Ｇ１にあてがい、第２のフランジ２２の外周部と塞ぎ蓋部材５０の内周部の間を円周状に摩擦攪拌接合Ｗ２を行う。
最後に塞ぎ蓋部材５０の外周部と外側板１２の端縁部１２ａの間を円周状に摩擦攪拌接合Ｗ３を行う。
なお、側梁１０の内側板１１を先に摩擦攪拌接合Ｗ１し、次に側梁１０の外側板１２を摩擦攪拌接合Ｗ２、Ｗ３しているが、いずれが先であっても良い。これは、２本の側梁１０，１０の間が小さく、摩擦攪拌接合工具が挿入しずらい時、考慮して決定すればよい。すなわち、台車枠１の外側から摩擦攪拌接合するように行えば、良い。
【００１５】
ここで、側梁１０は台車１の長手方向に内側板１１と外側板１２の２枚からなっているが、
上下に２枚の板からなっていても良い。
【００１６】
図４は、本発明の他の実施例（第３の実施例）であり、先の第２の実施例の図３と同様の詳細図である。
本第３実施例にあっては、塞ぎ蓋部材６０の形状を先の実施例に対して変更したものである。
塞ぎ蓋部材６０は、アルミ材を削り出し加工して製作するもので、円筒形状の支持部６１を有する。
側梁１０と横梁２０の形状は、先の実施例とほぼ同様である。そして摩擦攪拌接合の手順もＷ１，Ｗ２，Ｗ３の順で行うことも同様である。Ｗ１を先の行った後、Ｗ２，Ｗ３を行う。Ｗ２，Ｗ３いずれが先でも良い。第２実施例も同様である。
【００１７】
図５及び図６に示す実施例を説明する。この実施例は、図４の第３の実施例を改良したものである。塞ぎ蓋部材６０は、摩擦攪拌接合部Ｗ３の部分に、摩擦攪拌接合荷重を受けるための支持用の凹部６３を設け、凹部６３に側梁１０の外側板１２の端部を重ねている。そして、外側板１２の端部と凹部６３の塞ぎ蓋部材６０の平坦部との突き合わせ部を摩擦攪拌接合Ｗしている。この際の摩擦攪拌接合荷重は摩擦攪拌接合部Ｗ３から、支持部６１を経由して、内側板１１に伝達される。内側板１１の外面には支持台（図示せず。）が接触しており、最終的にはこの支持台で摩擦攪拌接合荷重を支える。
【００１８】
また、塞ぎ蓋部材６０の他端の摩擦攪拌接合部Ｗ２はその凹部６４の幅が、摩擦攪拌接合部Ｗ３の凹部６３の幅よりも大きい。これによって、蓋塞ぎ部材６０を横に移動させれば、図５のように配置できる。
【００１９】
上記横の移動によって、摩擦攪拌接合部Ｗ２には、凹部が生じるので、該部に肉盛り溶接を行った後、摩擦攪拌接合Ｗ３する。
【００２０】
これによれば、塞ぎ蓋６０に凹部６３を設け、この凹部６３に外側板１２の端部が載り、ここで摩擦攪拌接合Ｗ３すれば、確実に、摩擦攪拌接合荷重を支持部６１で支えることができる。凹部６３の塞ぎ蓋部材６０側の端面は支持部６１の板厚の中心の延長線上にあるとよい。これを中心に摩擦攪拌接合する。
【００２１】
本実施例にあっては、塞ぎ蓋部材６０の外周部と側梁１０の外側板１２との摩擦攪拌接合Ｗ３の反力を支持部６１を介して内側板１１で受けることができる。
したがって、摩擦攪拌接合時の工具の押圧力を確実に受けて、接合性を向上することができる。
【００２２】
本構造とすることにより、台車枠素材にアルミを適用することが可能となり、台車枠の質量を大幅に低減することが可能となる。台車枠は従来、溶接鋼板構造としていたが、アルミ鍛造化することによって、受の質量が大幅に低減し、さらに溶接箇所が減少することから製作時間が大幅に減少し、台車枠品質が向上する。また溶接に摩擦攪拌接合方法を採用することにより、溶接による熱影響が小さくなることから、台車枠品質の向上が見込める。
【００２３】
摩擦攪拌接合方法により接合した場合、終点部に約５ｍｍΦの穴があくことから、図６に示すように、台車中央側の若干下方側を始点Ｗｓとして横梁１２の１週を摩擦攪拌接合Ｗし、終点Ｗｅの摩擦攪拌接合線を始点Ｗｓに重ね、次に、終点Ｗｅを当該接合部から台車１の中心側（２つの側梁１０，１０の中間が台車１の幅方向の中心側といえる。）に離れた位置まで回転工具を移動させる。これによって、終点部Ｗｅの穴による応力集中を発生させない構造とすることができる。反対に、横梁２０の下方に始点部Ｗｓを設けるのは、横梁２０と側梁１０との間隔が少なく、好ましくない。終点部Ｗｅに残った穴は溶接で埋めても良い。この摩擦攪拌接合のやり方は、前記第１の実施例、第２の実施例何れにも利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施例の平面図。
【図２】本発明の一実施例の側面図。
【図３】図１のＡ部の詳細図。
【図４】本発明の他の実施例であり、図３相当図。
【図５】本発明の他の実施例であり、図３相当図。
【図６】本発明の他の実施例であり、図５の正面図。
【符号の説明】
【００２５】
１  台車枠
１０  側梁
１１  内側板
１２  外側版
２０  横梁
２１  第１のフランジ
２２  第２のフランジ
５０、６０  塞ぎ蓋部材
６３  凹部
【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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