(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
枕木方向に延びる車軸のジャーナル部を、軸受を介して回転可能に支持する軸箱と、前記軸箱の枕木方向の外側を覆う前蓋と、前記軸箱の枕木方向の内側を覆う後蓋を備え、
前記車軸の回転に伴って、前記前蓋と前記軸箱と前記後蓋の内部下側に油浴された潤滑油を前記車軸周りに循環させて前記軸受の転動体を潤滑する軸箱構造を有する鉄道車両用台車において、
前記前蓋、または前記軸箱の下面の少なくともいずれか一方に、複数のフィンを備えるヒートシンクが形成されていること、
前記軸箱の下面が水平面を備え、前記水平面にレール方向に並行に前記複数のフィンが形成されていること、
前記前蓋内の下側で潤滑油が油浴している前蓋油浴部分をレール方向に貫通する空気流し管が取付けられていて、
前記空気流し管の内部には、走行風が通過する貫通孔が形成されていることを特徴とする軸箱構造を有する鉄道車両用台車。
【請求項２】
請求項１に記載された軸箱構造を有する鉄道車両用台車において、
前記ヒートシンクが引抜加工または押出加工により製造されることを特徴とする軸箱構造を有する鉄道車両用台車。
【請求項３】
請求項１に記載された軸箱構造を有する鉄道車両用台車において、
前記ヒートシンクが機械加工により、所定の強度を有するように形成されることにより、前記軸箱を載置するときに、直接ヒートシンクを載置面に当てることを特徴とする軸箱構造を有する鉄道車両用台車。
【請求項４】
請求項１に記載された軸箱構造を有する鉄道車両用台車において、
前記空気流し管のレール方向の両端部は、前記前蓋から露出していて、前記貫通孔より大きくて両端に向かうに従って径が大きくなるテーパ状のテーパ孔を有することを特徴とする軸箱構造を有する鉄道車両用台車。
【請求項５】
枕木方向に延びる車軸のジャーナル部を、軸受を介して回転可能に支持する軸箱と、前記軸箱の枕木方向の外側を覆う前蓋と、前記軸箱の枕木方向の内側を覆う後蓋を備え、
前記車軸の回転に伴って、前記前蓋と前記軸箱と前記後蓋の内部下側に油浴された潤滑油を前記車軸周りに循環させて前記軸受の転動体を潤滑する軸箱構造を有する鉄道車両用台車において、
前記前蓋、または前記軸箱の下面の少なくともいずれか一方に、複数のフィンを備えるヒートシンクが形成されていること、
前記軸箱は、前記車軸を支持する中央部からレール方向の両側に向かって延びていて軸バネを支持するバネ受け部を有し、
前記軸箱の中央部に一端部が取付けられ前記バネ受け部に他端部が取付けられていて前記バネ受け部に向かって斜め上方に延びるヒートパイプが取付けられていることを特徴とする軸箱構造を有する鉄道車両用台車。
【請求項６】
枕木方向に延びる車軸のジャーナル部を、軸受を介して回転可能に支持する軸箱と、前記軸箱の枕木方向の外側を覆う前蓋と、前記軸箱の枕木方向の内側を覆う後蓋を備え、
前記車軸の回転に伴って、前記前蓋と前記軸箱と前記後蓋の内部下側に油浴された潤滑油を前記車軸周りに循環させて前記軸受の転動体を潤滑する軸箱構造を有する鉄道車両用台車において、
前記前蓋、または前記軸箱の下面の少なくともいずれか一方に、複数のフィンを備えるヒートシンクが形成されていること、
前記ヒートシンクの下側には、車輪の形状を修正する在姿車輪旋盤の治具で支持される受け座が取付けられていることを特徴とする軸箱構造を有する鉄道車両用台車。
【請求項７】
請求項６に記載された軸箱構造を有する鉄道車両用台車において、
前記受け座は、前記複数のフィンに直交して水平状に延びる平面部と、前記平面部のレール方向の両端から斜め下方に向かって延びる傾斜部とを有することを特徴とする軸箱構造を有する鉄道車両用台車。
【請求項８】
枕木方向に延びる車軸のジャーナル部を、軸受を介して回転可能に支持する軸箱と、前記軸箱の枕木方向の外側を覆う前蓋と、前記軸箱の枕木方向の内側を覆う後蓋を備え、
前記車軸の回転に伴って、前記前蓋と前記軸箱と前記後蓋の内部下側に油浴された潤滑油を前記車軸周りに循環させて前記軸受の転動体を潤滑する軸箱構造を有する鉄道車両用台車において、
前記前蓋、または前記軸箱の下面の少なくともいずれか一方に、複数のフィンを備えるヒートシンクが形成されていること、
前記ヒートシンクの下側には、レール上の障害物を排除する排障器が取付けられていることを特徴とする軸箱構造を有する鉄道車両用台車。
【請求項９】
枕木方向に延びる車軸のジャーナル部を、軸受を介して回転可能に支持する軸箱と、前記軸箱の枕木方向の外側を覆う前蓋と、前記軸箱の枕木方向の内側を覆う後蓋を備え、
前記車軸の回転に伴って、前記前蓋と前記軸箱と前記後蓋の内部下側に油浴された潤滑油を前記車軸周りに循環させて前記軸受の転動体を潤滑する軸箱構造を有する鉄道車両用台車において、
前記前蓋、または前記軸箱の下面の少なくともいずれか一方に、複数のフィンを備えるヒートシンクが形成されていること、
前記前蓋には、潤滑油が油浴している前蓋油浴部分より上側の空間と前記前蓋の外側の空間とを連通する空気配管が取付けられていて、
前記空気配管には、レール方向に延びて走行風を取り入れる吸引孔が形成されていることを特徴とする軸箱構造を有する鉄道車両用台車。
【請求項１０】
枕木方向に延びる車軸のジャーナル部を、軸受を介して回転可能に支持する軸箱と、前記軸箱の枕木方向の外側を覆う前蓋と、前記軸箱の枕木方向の内側を覆う後蓋を備え、
前記車軸の回転に伴って、前記前蓋と前記軸箱と前記後蓋の内部下側に油浴された潤滑油を前記車軸周りに循環させて前記軸受の転動体を潤滑する軸箱構造を有する鉄道車両用台車において、
前記前蓋、または前記軸箱の下面の少なくともいずれか一方に、複数のフィンを備えるヒートシンクが形成されていること、
前記前蓋は、速度発電機のギヤを収容しているものであることを特徴とする軸箱構造を有する鉄道車両用台車。
【請求項１１】
枕木方向に延びる車軸のジャーナル部を、軸受を介して回転可能に支持する軸箱と、前記軸箱の枕木方向の外側を覆う前蓋と、前記軸箱の枕木方向の内側を覆う後蓋を備え、
前記車軸の回転に伴って、前記前蓋と前記軸箱と前記後蓋の内部下側に油浴された潤滑油を前記車軸周りに循環させて前記軸受の転動体を潤滑する軸箱構造を有する鉄道車両用台車において、
前記前蓋、または前記軸箱の下面の少なくともいずれか一方に、複数のフィンを備えるヒートシンクが形成されていること、
前記後蓋の外周面に、下部放熱フィンが備えられていること、
回転する油切りのうち、前記下部放熱フィンと対向する部位にファンを取り付けたことを特徴とする軸箱構造を有する鉄道車両用台車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潤滑油で軸受の転動体を潤滑させる油浴潤滑式の軸箱構造を有する鉄道車両用台車に関し、特に、高速走行時に潤滑油の温度を低下させることができる軸箱構造を有する鉄道車両用台車に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両用台車は、枕木方向に延びる車軸の両端部に軸箱構造をそれぞれ有していて、軸箱構造で軸受を介して車軸を回転可能に支持している。この軸箱構造では、軸受の性能を維持するために、軸受の転動体をグリースで潤滑させるグリース潤滑式又は潤滑油で潤滑させる油浴潤滑式がある。
【０００３】
下記特許文献１に記載された油浴潤滑式の軸箱構造は、図２７に示すように、主に前蓋１２０と軸箱１１０と後蓋１３０とを備えて構成されている。前蓋１２０は、車軸１０２の軸端１０２ａを覆っている。軸箱１１０は、車軸１０２の軸端１０２ａより枕木方向内側であるジャーナル１０２ｂを複列円錐ころ軸受１５０を介して回転可能に支持している。後蓋１３０は、車軸１０２のジャーナル１０２ｂより枕木方向内側であるちりよけ座１０２ｃを覆っていて、オイルシール１３３で潤滑油を封止している。そして、前蓋１２０と軸箱１１０と後蓋１３０の内部の下側で潤滑油を油浴していて、車軸１０２の回転に伴って潤滑油を車軸１０２周りに循環させて、複列円錐ころ軸受１５０の転動体１５３を潤滑するようになっている。
【０００４】
ところで、新幹線（登録商標）等の高速鉄道車両に適用される油浴潤滑式の軸箱構造１０１Ｘでは、走行速度が大きくなるにつれて、車軸１０２が高速回転するため、複列円錐ころ軸受１５０からの転動による発熱が大きくなって、潤滑油の温度が高くなるという問題点がある。特に、３００ｋｍ／ｈ以上の走行速度になると、動的振動加速度が大きくなり、車軸１０２の径、複列円錐ころ軸受１５０の径、オイルシール１３３の径が拡大する傾向がある。これにより、摺動摩擦が増加して、潤滑油の温度が更に高くなるという悪循環が引き起こされることになる。
【０００５】
こうして、潤滑油の温度が高くなり過ぎると、潤滑油の酸化やスラッジの生成が進み、スラッジがオイルシール１３３に噛み込まれて、オイルシール１３３の油漏れの原因になる。また、複列円錐ころ軸受１５０を圧入している部分のシメシロに影響がでたり、例えば鉄製の複列円錐ころ軸受１５０とアルミニウム製の軸箱１１０との線膨張係数の違いによって、隙間が大きくなることが懸念される。そこで、このような潤滑油の温度上昇に対して、下記特許文献１では、後蓋１３０で潤滑油が流れる流路部１３０ｂの容積を従来のものより大幅に拡張させている。これにより、後蓋１３０の流路部１３０ｂで流れる潤滑油が滞らなくなり、潤滑油の温度上昇を抑制している。その結果、スラッジの生成を抑制して、オイルシール１３３の油漏れを防止するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４０４７８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１の軸箱構造１０１Ｘのように、流路部１３０ｂの容積を拡張するだけでは、潤滑油の温度を目標とする温度まで低下させるために十分ではなかった。即ち、近年の高速鉄道車両の更なる高速化及び長時間に渡って継続する高速走行を実現するために、従来技術では対応できなくなっている。そこで、従来からの積極的な構造の変更によって潤滑油の温度を大幅に低下することが求められている。
【０００８】
しかし、軸箱１１０の周りでは、その他の部分で多くの電気配線を用いているため、新たな電気配線を用いることができない。このため、電気配線が必要な冷却機器を新たに設置して、潤滑油を冷やすことはできない。一方、潤滑油として、温度上昇に対応できるものが開発されているが、その潤滑油を用いるとコストが非常にかかる。ここで、本出願人は、現車走行試験の測定結果により、軸箱１１０及び前蓋１２０のうち車軸１０２の軸中心より下側で走行風が強く当たっていることを知得している。従って、この走行風を利用して潤滑油の温度を大幅に低下できるかどうかを鋭意研究していた。
【０００９】
そこで、本発明は上記した課題を解決するためになされたものであり、走行風を利用してコストを抑えつつ潤滑油の温度を大幅に低下させることができる軸箱構造を有する鉄道車両用台車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】
【００１０】
本発明に係る軸箱構造を有する鉄道車両用台車は、次のような構成を有し、次のように作用する。
（１）枕木方向に延びる車軸のジャーナル部を、軸受を介して回転可能に支持する軸箱と、前記軸箱の枕木方向の外側を覆う前蓋と、前記軸箱の枕木方向の内側を覆う後蓋を備え、前記車軸の回転に伴って、前記前蓋と前記軸箱と前記後蓋の内部下側に油浴された潤滑油を前記車軸周りに循環させて前記軸受の転動体を潤滑する軸箱構造を有する鉄道車両用台車において、
前記前蓋、または前記軸箱の下面の少なくともいずれか一方に、複数のフィンを備えるヒートシンクが形成されていること、前記軸箱の下面が水平面を備え、前記水平面にレール方向に並行に前記複数のフィンが形成されていること、前記前蓋内の下側で潤滑油が油浴している前蓋油浴部分をレール方向に貫通する空気流し管が取付けられていて、前記空気流し管の内部には、走行風が通過する貫通孔が形成されていること、を特徴とする。
【００１１】
（１）に記載の軸箱構造を有する鉄道車両用台車によれば、高速走行時に、車軸が高速回転するため、軸受からの転動による発熱が大きくなり、潤滑油の温度が上昇しようとする。このとき、台車周辺に発生する気流がヒートシンク作用して、ヒートシンクを冷却するため、潤滑油を効率的に冷却することができる。これにより、走行速度が大きくなるほど、走行風がフィンの間を通過する際にフィンの熱を効果的に奪うことができ、潤滑油の温度を大幅に低下させることができる。
また、高速走行時に、車軸が高速回転するため、軸受からの転動による発熱が大きくなり、潤滑油の温度が上昇しようとする。このとき、軸箱の最下端が広い水平面になっていて、肉抜き孔による凹状の面になっていないため、潤滑油の熱が水平面全体に伝わり易い。そして、水平面にはヒートシンクが取付けられているため、潤滑油の熱がヒートシンクのフィンに十分伝わる。
さらにまた、空気流し管が前蓋油浴部分を貫通した状態で貫通孔に走行風を流すため、潤滑油を直接的に冷却することができる。更に、空気流し管が前蓋の油浴部分を貫通することで、潤滑油が攪拌する際に生じる波を抑えることができ、潤滑油の攪拌熱を抑制することができる。
（２）（１）に記載された軸箱構造を有する鉄道車両用台車において、前記ヒートシンクが引抜加工または押出加工により製造されることを特徴とする。
（２）に記載の軸箱構造を有する鉄道車両用台車によれば、更に、ヒートシンクは、その他の冷却機器のような特注品ではなく市販品をそのまま用いることができ、コストを抑えることができて、走行風を利用して冷却する部材として最適である。
【００１２】
（３）（１）に記載された軸箱構造を有する鉄道車両用台車において、前記ヒートシンクが機械加工により、所定の強度を有するように形成されることにより、前記軸箱を載置するときに、直接ヒートシンクを載置面に当てることを特徴とする。
（３）に記載の軸箱構造を有する鉄道車両用台車によれば、メンテナンスの時に、外した軸箱を載置するときに、直接ヒートシンクを載置面に当てることができるため、利便性が高い。市販のヒートシンクでは、剛性が低いため、軸箱の重量に耐え得ない。そのため、メンテナンスの時には、ヒートシンクを取り外して載置しなければならず、取外し、取付の手間がかかる問題があるが、（３）のものならば、その問題を解決できる。
【００１３】
（４）また、本発明に係る軸箱構造を有する鉄道車両用台車において、前記空気流し管のレール方向の両端部は、前記前蓋から露出していて、前記貫通孔より大きくて両端に向かうに従って径が大きくなるテーパ状のテーパ孔を有すると良い。
この場合には、テーパ孔によって多くの走行風を取り込むことができ、空気流し管の貫通孔の中へより多くの走行風を通過させることができる。これにより、潤滑油の温度をより効果的に低下させることができる。
【００１４】
（５）枕木方向に延びる車軸のジャーナル部を、軸受を介して回転可能に支持する軸箱と、前記軸箱の枕木方向の外側を覆う前蓋と、前記軸箱の枕木方向の内側を覆う後蓋を備え、前記車軸の回転に伴って、前記前蓋と前記軸箱と前記後蓋の内部下側に油浴された潤滑油を前記車軸周りに循環させて前記軸受の転動体を潤滑する軸箱構造を有する鉄道車両用台車において、
前記前蓋、または前記軸箱の下面の少なくともいずれか一方に、複数のフィンを備えるヒートシンクが形成されていること、前記軸箱は、前記車軸を支持する中央部からレール方向の両側に向かって延びていて軸バネを支持するバネ受け部を有し、前記軸箱の中央部に一端部が取付けられ前記バネ受け部に他端部が取付けられていて前記バネ受け部に向かって斜め上方に延びるヒートパイプが取付けられていることを特徴とする。
この場合には、ヒートパイプの一端部は軸箱の中央部に取付けられているため、軸箱の中央部から潤滑油の熱を受けて加熱される。これにより、作動液が蒸発し、蒸気流となって低温であるヒートパイプの他端部の方へ移動する。そして、蒸気流はヒートパイプの他端部の内壁に接触すると、冷却して凝縮する。その後、凝縮した作動液は毛細管現象又は重力によって高温であるヒートパイプの一端部に戻る。こうして、作動液が蒸発と移動と凝縮を繰り返すことで、潤滑油の熱を連続的に奪い、潤滑油の温度を効果的に低下させることができる。
【００１５】
（６）枕木方向に延びる車軸のジャーナル部を、軸受を介して回転可能に支持する軸箱と、前記軸箱の枕木方向の外側を覆う前蓋と、前記軸箱の枕木方向の内側を覆う後蓋を備え、前記車軸の回転に伴って、前記前蓋と前記軸箱と前記後蓋の内部下側に油浴された潤滑油を前記車軸周りに循環させて前記軸受の転動体を潤滑する軸箱構造を有する鉄道車両用台車において、
前記前蓋、または前記軸箱の下面の少なくともいずれか一方に、複数のフィンを備えるヒートシンクが形成されていること、前記ヒートシンクの下側には、車輪の形状を修正する在姿車輪旋盤の治具で支持される受け座が取付けられていることを特徴とする。
この場合には、車輪の形状を修正する際に、在姿車輪旋盤の治具が受け座を支持する。すなわち、仮にヒートシンクの下側に何も取付けられていない場合には、軸箱を在姿車輪旋盤の治具の上に載せる際に、ヒートシンクを取り外さなければならない。従って、在姿車輪旋盤で車輪の形状を修正する際に、ヒートシンクを取り外す手間がなくなり、作業性を向上させることができる。更に、受け座によって、走行中に跳ね上がる飛石や雪の塊からヒートシンクを保護することができる。
【００１６】
（７）また、（６）に記載された軸箱構造を有する鉄道車両用台車において、前記受け座は、前記複数のフィンに直交して水平状に延びる平面部と、前記平面部のレール方向の両端から斜め下方に向かって延びる傾斜部とを有することが好ましい。
この場合には、走行風が受け座の傾斜部に沿ってヒートシンクのフィンに向かって流れ込む。これにより、フィンに対して多くの走行風を呼び込むことができ、ヒートシンクによる冷却性能を十分に発揮させることができる。
【００１７】
（８）枕木方向に延びる車軸のジャーナル部を、軸受を介して回転可能に支持する軸箱と、前記軸箱の枕木方向の外側を覆う前蓋と、前記軸箱の枕木方向の内側を覆う後蓋を備え、前記車軸の回転に伴って、前記前蓋と前記軸箱と前記後蓋の内部下側に油浴された潤滑油を前記車軸周りに循環させて前記軸受の転動体を潤滑する軸箱構造を有する鉄道車両用台車において、
前記前蓋、または前記軸箱の下面の少なくともいずれか一方に、複数のフィンを備えるヒートシンクが形成されていること、前記ヒートシンクの下側には、レール上の障害物を排除する排障器が取付けられていることを特徴とする。
この場合には、排障器によって、走行中に跳ね上がる飛石や雪の塊からヒートシンクを保護することができ、ヒートシンクがあっても排障器の機能が損なわれることがない。つまり、鉄道車両の先頭車両には通常排障器が設けられているため、先頭車両において排障器があっても軸箱の下側にヒートシンクを取付けることができ、排障器とヒートシンクが共に機能を発揮できる。こうして、全ての車両に対して軸箱の下側にヒートシンクを取付けることができる。
【００１８】
（９）枕木方向に延びる車軸のジャーナル部を、軸受を介して回転可能に支持する軸箱と、前記軸箱の枕木方向の外側を覆う前蓋と、前記軸箱の枕木方向の内側を覆う後蓋を備え、前記車軸の回転に伴って、前記前蓋と前記軸箱と前記後蓋の内部下側に油浴された潤滑油を前記車軸周りに循環させて前記軸受の転動体を潤滑する軸箱構造を有する鉄道車両用台車において、
前記前蓋、または前記軸箱の下面の少なくともいずれか一方に、複数のフィンを備えるヒートシンクが形成されていること、前記前蓋には、潤滑油が油浴している前蓋油浴部分より上側の空間と前記前蓋の外側の空間とを連通する空気配管が取付けられていて、前記空気配管には、レール方向に延びて走行風を取り入れる吸引孔が形成されていることを特徴とする。
この場合には、高速走行時に走行風が空気配管の吸引孔から取り入れられて、前蓋油浴部分より上側の空間に入り込む。これにより、前蓋油浴部分より上側で温まった空気が冷やされて、潤滑油の温度をより低下させることができる。
【００１９】
（１０）また、枕木方向に延びる車軸のジャーナル部を、軸受を介して回転可能に支持する軸箱と、前記軸箱の枕木方向の外側を覆う前蓋と、前記軸箱の枕木方向の内側を覆う後蓋を備え、前記車軸の回転に伴って、前記前蓋と前記軸箱と前記後蓋の内部下側に油浴された潤滑油を前記車軸周りに循環させて前記軸受の転動体を潤滑する軸箱構造を有する鉄道車両用台車において、
前記前蓋、または前記軸箱の下面の少なくともいずれか一方に、複数のフィンを備えるヒートシンクが形成されていること、前記前蓋は、速度発電機のギヤを収容しているものであることを特徴とする。
この場合には、速度発電機のギヤを収容している前蓋が、速度発電機のギヤを収容していない前蓋に比べて、走行風に当接する面積が大きい。これにより、前蓋自体が走行風によって冷やされて、潤滑油の温度をより低下させることができる。
【００２３】
（１１）枕木方向に延びる車軸のジャーナル部を、軸受を介して回転可能に支持する軸箱と、前記軸箱の枕木方向の外側を覆う前蓋と、前記軸箱の枕木方向の内側を覆う後蓋を備え、前記車軸の回転に伴って、前記前蓋と前記軸箱と前記後蓋の内部下側に油浴された潤滑油を前記車軸周りに循環させて前記軸受の転動体を潤滑する軸箱構造を有する鉄道車両用台車において、
前記前蓋、または前記軸箱の下面の少なくともいずれか一方に、複数のフィンを備えるヒートシンクが形成されていること、前記後蓋の外周面に、下部放熱フィンが備えられていること、回転する油切りのうち、前記下部放熱フィンと対向する部位にファンを取り付けたことを特徴とする。これにより、油切りと共に回転する放熱ファンと対向する位置に下部放熱フィンを備えるため、効率的に潤滑油を冷却することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の軸箱構造を有する鉄道車両用台車によれば、車軸の軸中心より下側で軸箱又は前蓋に強く当たる走行風を利用し、ヒートシンクを用いてコストを抑えつつ潤滑油の温度を大幅に低下させることができる。その結果、潤滑油の酸化及びスラッジの生成を抑制して、シール部材の油漏れを防止することができる。こうして、高速鉄道車両の更なる高速化及び長時間に渡って継続する高速走行に十分対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１実施形態の軸箱構造を有する鉄道車両用台車の模式的な側面図である。
【図２】図１に示した軸箱構造の平面図である。
【図３】図１に示した軸箱構造の側面図である。
【図４】図２に示した軸箱構造のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【図５】図４に示した前蓋と軸箱と後蓋を拡大した図である。
【図６】第１実施形態の軸箱と従来の軸箱とを比較した側面図である。
【図７】第１実施形態の軸箱と従来の軸箱とを比較した底面図である。
【図８】図３に示したヒートシンクの斜視図である。
【図９】（Ａ）図３に示した空気流し管の斜視図である。（Ｂ）図９（Ａ）のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。
【図１０】図３に示したヒートパイプを説明するための図である。
【図１１】第１実施形態の第１変形例の軸箱構造を示した側面図である。
【図１２】第１実施形態の第２変形例の軸箱構造を示した側面図である。
【図１３】第１実施形態の第３変形例の軸箱構造を示した側面図である。
【図１４】図１３に示した軸箱構造の部分的な断面図である。
【図１５】第２実施形態の軸箱構造を示した側面図である。
【図１６】図１５に示した軸箱構造の部分的な断面図である。
【図１７】第２実施形態の変形例の軸箱構造の部分的な断面図である。
【図１８】第３実施形態の軸箱構造を示した側面図である。
【図１９】図１８に示した上向きヒートシンクをレール方向から見たときの図である。
【図２０】第４実施形態の変形例の軸箱構造の部分的な断面図である。
【図２１】ヒートシンクのフィンの変形例を示した斜視図である。
【図２２】第５実施の形態の軸箱構造を示した側面図である。
【図２３】第５実施の形態の軸箱構造の部分的な断面図である。
【図２４】第６実施の形態の軸箱構造を示した側面図である。
【図２５】第６実施の形態の軸箱構造の部分的な断面図である。
【図２６】第６実施の形態の変形例を示す部分的な断面図である。
【図２７】従来の軸箱構造を説明するための部分的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
＜第１実施形態＞
本発明に係る軸箱構造を有する鉄道車両用台車の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態の軸箱構造１を有する鉄道車両用台車ＤＳの模式的な側面図である。図１に示すように、鉄道車両用台車ＤＳでは、枕木方向に延びる一つの車軸２に対して、レール３を転動する二つの車輪４が取付けられていて、二つの車軸２がレール方向に離れて配置されている。そして、各車軸２の両端部が軸箱構造１によって回転可能に支持されていて、軸箱構造１が軸バネ５を介して台車枠６を弾性的に支持している。
【００２７】
図２は、図１に示した軸箱構造１の平面図であり、図３は、図１に示した軸箱構造１の側面図である。また、図４は、図２に示した軸箱構造１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。図２〜図４に示すように、軸箱構造１は、主に軸箱１０と、前蓋２０と、後蓋３０と、油切り４０と、複列円錐ころ軸受５０とを備えて構成されている。そして、図４に示すように、車軸２は、枕木方向内側（図４の右側）に向かって順に太くなっていて、枕木方向内側に向かって軸端２ａ、ジャーナル２ｂ、ちりよけ座２ｃ、輪座２ｄが形成されている。また、車軸２は中空状になっていて、軸端２ａには軸端プラグ７が取付けられている。
【００２８】
軸箱１０は、車軸２のジャーナル２ｂを複列円錐ころ軸受５０を介して回転可能に支持するものである。この軸箱１０は、図３に示すように、車軸２周りに円筒状の中央部１１を有し、この中央部１１から翼を広げたようにレール方向の両側（図３の左右両側）に向かって延びるバネ受け部１２を有している。各バネ受け部１２は、軸バネ５の下端を支持している。ここで、図５は、図４に示した軸箱１０と前蓋２０と後蓋３０を拡大した図である。図５に示すように、軸箱１０の中央部１１は、内周面で複列円錐ころ軸受５０の外輪５１を組付けていて、下側に潤滑油を溜める軸箱油浴部分１０ａを有している。この中央部１１の枕木方向外側（図５の左側）に前蓋２０が嵌合していて、中央部１１の枕木方向内側（図５の右側）にボルト１４を介して後蓋３０のフランジ部３１が取付けられている。
【００２９】
前蓋２０は、車軸２の軸端２ａを覆っていて、枕木方向外側の外面部２１には、ゴムキャップ８が取付けられている。また、前蓋２０は、下側に潤滑油を溜める前蓋油浴部分２０ａを有していて、この前蓋油浴部分２０ａと軸箱油浴部分１０ａとが連通している。前蓋油浴部分２０ａの上側には、潤滑油が流れ込む前蓋環状流路部２０ｂが形成されている。そして、図３に示すように、前蓋２０の外面部２１の上側に、潤滑油を注入するための注入孔（図示省略）が形成されていて、この注入孔に給油栓２５が取付けられている。また、図５に示すように、前蓋２０の下面部２２に、潤滑油を排出するための排出孔２２ａが形成されていて、この排出孔２２ａに磁気栓２６が取付けられている。磁気栓２６は、磁石の吸引力によって潤滑油の中に浮遊する摩耗粉を吸着して、摩耗粉を捕捉又は除去するものである。この前蓋２０は、外面部２１の上側部分から枕木方向外側に延びるアーム２３で、ダンパー２７の下端を支持していて、外面部２１から上側に延びる連結部２４でボルト２８等を介して台車枠６に連結している。
【００３０】
後蓋３０は、車軸２のちりよけ座２ｃを覆っていて、油切り４０の外周に組付けられている。また、後蓋３０は、下側に潤滑油を溜める後蓋油浴部分３０ａを有していて、この後蓋油浴部分３０ａと軸箱油浴部分１０ａとが連通している。後蓋油浴部分３０ａの上側には、潤滑油が流れ込む後蓋環状流路部３０ｂが形成されている。そして、後蓋３０と油切り４０との間に、オイルシール３３が組付けられていて、このオイルシール３３によって、後蓋油浴部分３０ａから潤滑油が漏れることを防止している。また、後蓋３０には、枕木方向に延びる押さえ部３２が形成されていて、この押さえ部３２によって、複列円錐ころ軸受５０の外輪５１が枕木方向内側で位置決めされている。
【００３１】
油切り４０は、車軸２のちりよけ座２ｃに組付けられていて、オイルシール３３と共に潤滑油を封止（シール）している。この油切り４０は、枕木方向外側に向かう従って径が小さくなる筒状部材であり、枕木方向外側の小径部４１によって、複列円錐ころ軸受５０の内輪５２が枕木方向内側で位置決めされている。また、オイルシール３３より枕木方向内側で後蓋３０と油切り４０との間に、ラビリンスシール４２が組付けられている。このラビリンスシール４２によって、外部から粉塵や水が複列円錐ころ軸受５０に向かって侵入することを防止している。
【００３２】
複列円錐ころ軸受５０は、車軸２のジャーナル２ｂを回転可能に支持していて、外輪５１と内輪５２の間に、複列円錐ころである転動体５３を有し、この転動体５３を周方向に等間隔で保持する保持器５４を有している。外輪５１は、軸箱１０の中央部１１の上側から径内方向に突出する鍔部１１ａによって、枕木方向外側で位置決めされている。そして、この外輪５１の枕木方向中央には、潤滑油が通過できる通過孔５１ａが形成されている。内輪５２は、軸受押さえ５５によって、枕木方向外側で位置決めされている。軸受押さえ５５は、ボルト５６を介して回り止めリング５７に連結していて、回り止めリング５７によって回転不能になっている。複列の転動体５３は、小径側が互いに向き合うように配置されている。
【００３３】
次に、軸箱油浴部分１０ａの潤滑油の流れについて説明する。鉄道車両の走行時に、車軸２が回転すると、軸箱油浴部分１０ａの潤滑油は、複列円錐ころ軸受５０の回転に伴って、外輪５１の通過孔５１ａから上方へ運ばれ、転動体５３の小径側から大径側へ流れて、転動体５３を潤滑する。このとき、転動体５３はテーパ状になっているため、潤滑油が遠心力によって前蓋環状流路部２０ｂ及び後蓋環状流路部３０ｂに向かって勢い良く流れ込む。そして、前蓋環状流路部２０ｂと後蓋環状流路部３０ｂに流れ込んだ潤滑油は、前蓋油浴部分２０ａと後蓋油浴部分３０ａに流れ落ち、軸箱油浴部分１０ａに戻るようになっている。こうして、油浴潤滑式である軸箱構造１では、車軸２の回転に伴って潤滑油を車軸２回りに循環させて転動体５３を潤滑している。
【００３４】
この油浴潤滑式の軸箱構造１では、図３に示すように、前蓋２０の点検窓２９から潤滑油の有無及び潤滑油の劣化を目視で安全に保守点検できるというメリットがある。しかし、新幹線（登録商標）等の高速鉄道車両において、走行速度が大きくなるにつれて、車軸２が高速回転するため、複列円錐ころ軸受５０からの転動による発熱が大きくなって、潤滑油の温度が高くなる。特に、３００ｋｍ／ｈ以上の走行速度になると、動的振動加速度が大きくなり、車軸２の径、複列円錐ころ軸受５０の径、オイルシール３３の径が拡大する傾向がある。これにより、摺動摩擦が増加して、潤滑油の温度が更に高くなるという悪循環が引き起こされることになる。また、複列円錐ころ軸受５０は、複列円筒ころ軸受に比べて、転動体５３の枕木方向の隙間を小さくすることができて、高速時の走行安定性に優れているが、潤滑油を転動体５３の小径側から大径側へ勢い良く飛ばすため、攪拌熱が大きくて、潤滑油の温度が高くなり易い。
【００３５】
こうして、潤滑油の温度が約９０度まで高くなると、潤滑油の酸化やスラッジの生成が進み、スラッジがオイルシール３３に噛み込まれて、オイルシール３３の油漏れの原因になり易い。また、複列円錐ころ軸受５０を圧入している部分のシメシロに影響が出たり、鉄製の複列円錐ころ軸受５０とアルミニウム製の軸箱１０との線膨張係数の違いによって、隙間が大きくなることが懸念される。そこで、本実施形態の軸箱構造１は、このような潤滑油の温度上昇に対して、従来の軸箱構造から積極的な構造の変更によって、潤滑油の温度を大幅に低下できるように構成されている。本出願人は、現車走行試験の測定結果により、軸箱１０及び前蓋２０のうち車軸２の軸中心より下側で走行風が強く当たっていることを知得している。このため、軸箱構造１はこの走行風を利用して潤滑油の温度を大幅に低下させる点に特徴がある。以下、潤滑油の温度を低下させる構造について説明する。
【００３６】
図３〜図５に示すように、第１実施形態の軸箱構造１では、軸箱１０の中央部１１の下側（最下端）にヒートシンク６０を設けている。このヒートシンク６０を軸箱１０に取付けるために、軸箱１０が以下のように形成されている。図６は、第１実施形態の軸箱１０と従来の軸箱２１０とを比較した側面図であり、図７は、第１実施形態の軸箱１０と従来の軸箱２１０とを比較した底面図である。図６及び図７は、左側に従来の軸箱２１０が示され、右側に第１実施形態の軸箱１０が示されている。
【００３７】
従来の軸箱２１０は、図６及び図７の左側に示すように、中央部２１１及びバネ受け部２１２の下側に大きな肉抜き孔２１３を有している。この肉抜き孔２１３は、軸箱２１０として必要な強度を確保できる範囲で、できるだけ軽量化を図るために設けられている。これに対して、本実施形態の軸箱１０は、中央部１１及びバネ受け部１２の下側に大きな肉抜き孔を有しておらず、中央部１１の下側に水平状に延びる広い水平面１３が形成されている。この水平面１３は、ヒートシンク６０を取付ける部分であり、潤滑油で温められた軸箱１０の熱を伝達し易くするために広く水平状になっている。即ち、軸箱１０は、ヒートシンク６０の方へできるだけ多くの熱を伝達するために、下側が中身の詰まった厚板状になっていて、下端が水平状に切断されたようになっている。
【００３８】
本実施形態のバネ受け部１２の付け根部分１２ａの厚さｄ１は、従来のバネ受け部２１２の付け根部分２１２ａの厚さｄ２より大きくなっている。これにより、本実施形態の軸箱１０は、負荷が大きい付け根部分１２ａで強度的に問題が無く、下側が中身の詰まった厚板状であることによって従来の軸箱２１０より全体的に強度が大きくなっている。一方、本実施形態の軸箱１０は、肉抜き孔を有していないため、従来の軸箱２１０より重量が大きくなる。しかし、軸箱１０自体が軽いアルミニウムで構成されていて、肉抜き孔を形成しないことによる重量増加が僅かであるため、重量増加の点は特に問題にならない。こうして、本実施形態の軸箱構造１は、僅かな重量増加があっても、潤滑油の温度を大幅に低下させることを目的として、軸箱１０の形状を積極的に変更している。
【００３９】
ヒートシンク６０は、上述したように形成された水平面１３にボルト６３を介して取付けられている。ここで、図８は、図３に示したヒートシンク６０の斜視図である。図８に示すように、ヒートシンク６０は、平板状である放熱板６１と、この放熱板６１から下側に向かって延びる多数のフィン６２とを有している。放熱板６１の上面は、軸箱１０の水平面１３から漏れなく熱を奪うために、水平面１３とほぼ同じ大きさなっている。そして、放熱板６１の上面と水平面１３との間には、放熱用シリコンが塗布されていて、発熱体である軸箱１０と冷却部材であるヒートシンク６０との密着性を向上させて、優れた熱伝達を発揮するようになっている。このヒートシンク６０（放熱板６１及びフィン６２）は、熱伝達率が高い素材としてアルミニウム又は銅で構成されている。
【００４０】
各フィン６２は、下側に向かって延びると共にレール方向に延びる薄板状になっていて、隣合うフィン６２の間には、枕木方向に所定の隙間が形成されている。これにより、走行風が各フィン６２の間の隙間を通ってレール方向に流れるようになっている。各フィン６２の間の隙間は、小さすぎると砂、埃、油等が詰まることになり、大き過ぎるとフィン６２の数が減って冷却性能を十分発揮できなくなる。従って、各フィン６２の間の隙間は、砂等の詰まり易さと冷却性能とのバランスを考慮して最適に設定されている。このヒートシンク６０の放熱板６１には、ボルト６３及びカラー６４を挿通する挿通孔（図示省略）が形成されている。これにより、ボルト６３が放熱板６１を貫通して、ボルト６３が軸箱１０の下側の挿通孔に螺着することで、ヒートシンク６０が軸箱１０の下側に取付けられている。
【００４１】
こうして、軸箱油浴部分１０ａ、前蓋油浴部分２０ａ、後蓋油浴部分３０ａの潤滑油の熱は、軸箱１０の下側を通って広い水平面１３に効率的に伝わり、水平面１３からヒートシンク６０に伝わる。そして、ヒートシンク６０に伝わった熱は、放熱板６１から各フィン６２の先端に隅々まで伝わることになる。このとき、軸箱１０のうち車軸２の軸中心より下側では走行風が強く当たるため、この走行風が各フィン６２の間をレール方向に通過して、各フィン６２及び放熱板６１の熱が奪われる。この結果、走行風を利用して潤滑油の熱をヒートシンク６０で冷却することができ、潤滑油の温度を低下させることができる。
【００４２】
また、第１実施形態の軸箱構造１では、潤滑油の温度を低下させるために、ヒートシンク６０以外に、空気流し管７０及び二つのヒートパイプ８０が設けられている。図９（Ａ）は、図３に示した空気流し管７０の斜視図であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。空気流し管７０は、内部に走行風を通過させて潤滑油の熱を奪うためのものであり、熱伝達率が高い素材としてアルミニウム又は銅で構成されている。そして、空気流し管７０は、図９（Ａ）に示すように、長手方向に延びる円筒部７１と、円筒部７１の両端部に筒状で円錐台形状になっているテーパ部７２とを有している。
【００４３】
円筒部７１は、図５に示すように、前蓋油浴部分２０ａをレール方向に貫通するように配置されていて、前蓋油浴部分２０ａの潤滑油の熱が直接伝わるようになっている。そして、図９（Ｂ）に示すように、円筒部７１は、内部に走行風が通過する貫通孔７１ａを有し、この貫通孔７１ａには、凹凸状の襞部７１ｂが形成されている。この襞部７１ｂによって、円筒部７１の中で走行風が当接する面積が大きくなり、円筒部７１の熱が効率的に奪われる。
【００４４】
テーパ部７２は、図３に示すように、前蓋２０から露出するように配置されていて、貫通孔７１ａより大きくてレール方向の両端に向かうに従って径が大きくなるテーパ状のテーパ孔７２ａを有している（図９（Ａ）参照）。このテーパ孔７２ａによって、多くの走行風を取り込むことができ、円筒部７１の貫通孔７１ａの中へより多くの走行風を通過させることができる。こうして、空気流し管７０の円筒部７１が、前蓋油浴部分２０ａを貫通した状態で貫通孔７１ａに走行風を流すため、前蓋油浴部分２０ａの潤滑油を直接的に冷却することができる。更に、円筒部７１が前蓋油浴部分２０ａを貫通することで、潤滑
油が攪拌する際に生じる波を抑えることができ、潤滑油の攪拌熱を抑制することができる。これにより、潤滑油の温度を効果的に低下させることができる。
【００４５】
図１０（Ａ）は、図３に示したヒートパイプ８０の斜視図であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）に示したＺ部分の断面図である。各ヒートパイプ８０は、図１０（Ａ）（Ｂ）に示すように、円筒状の金属パイプ８１と、金属パイプ８１の内周に形成された毛細管構造であるウィック８２と、金属パイプ８１の中に真空状態で封入された少量の作動液とを有して構成されている。そして、図３に示すように、ヒートパイプ８０の一端部８０ａは、軸箱１０の中央部１１にブラケット８３を用いて取付けられていて、軸箱油浴部分１０ａの潤滑油から熱が伝達されるようになっている。一方、ヒートパイプ８０の他端部８０ｂは、軸箱１０のバネ受け部１２にブラケット８４を用いて取付けられていて、比較的温度が低い部分に配置されている。こうして、各ヒートパイプ８０はバネ受け部１２に向かって斜め上方に延びていて、低い位置である一端部８０ａが入熱される部分であり、高い位置である他端部８０ｂが放熱する部分になっている。
【００４６】
これにより、ヒートパイプ８０の一端部８０ａは、軸箱油浴部分１０ａの潤滑油の熱を受けて加熱される。この結果、作動液が蒸発して、図１０（Ｂ）の矢印Ｓ１で示すように、蒸気流となって低温であるヒートパイプ８０の他端部８０ｂの方へ移動する。そして、蒸気流はヒートパイプ８０の他端部８０ｂの内壁に接触すると、冷却して凝縮する。その後、凝縮した作動液は、図１０（Ｂ）の矢印Ｓ２で示すように、毛細管現象又は重力によって高温であるヒートパイプ８０の一端部８０ａに戻る。こうして、作動液が蒸発と移動と凝縮を繰り返すことで、潤滑油の熱を連続的に奪い、潤滑油の温度を効果的に低下させることができる。
【００４７】
また、第１実施形態の軸箱構造１では、図３に示すように、ヒートシンク６０の下側に受け座９０が取付けられている。これは以下の理由に基づく。鉄道車両の制動時に強力なブレーキ力が車輪４に作用し、このブレーキ力が車輪４とレール３との間の摩擦力（粘着力）より大きい場合には、車輪４が回転を停止してレール３の上を滑走する。これにより、車輪４には、レール３と接触する面に摩耗した滑走痕が生じる場合がある。この滑走痕が生じていると、騒音が発生したり、亀裂が進展するおそれがある。このため、在姿車輪旋盤を用いて治具で軸箱を支持しながら、車輪４がレール３と接触する面を全周転削して、滑走痕を無くすことを行っている。
【００４８】
このように在姿車輪旋盤を用いる場合、仮にヒートシンク６０の下側に何も取付けられていない状態でヒートシンク６０を治具で支持すると、ヒートシンク６０のフィン６２が変形又は破損するおそれがある。これに対し、在姿車輪旋盤を使用する際にヒートシンク６０を軸箱１０から取り外し、在姿車輪旋盤を使用した後にヒートシンク６０を軸箱１０に取付ける作業は煩雑になる。従って、軸箱構造１では、ヒートシンク６０の下側に、在姿車輪旋盤の治具で支持される受け座９０が取付けられている。これにより、在姿車輪旋盤で車輪４の形状を修正する際に、ヒートシンク６０を取り外す手間がなくなり、作業性を向上させることができる。更に、この受け座９０によって、走行中に跳ね上がる飛石や雪の塊からヒートシンク６０を保護することができる。
【００４９】
受け座９０は、図３に示すように、フィン６２に直交して水平状に延びる平面部９１を有し、この平面部９１には、ボルト６３及びカラー６４を挿通可能な挿通孔（図示省略）が形成されている。これにより、ボルト６３及びカラー６４が、受け座９０の平面部９１の挿通孔及びヒートシンク６０の放熱板６１の挿通孔に挿通されて、ボルト６３が軸箱１０の下側の挿通孔に螺着することで、受け座９０がヒートシンク６０の下側に取付けられている。また、受け座９０は、平面部９１のレール方向の両端から斜め下方に向かって延びる傾斜部９２を有している。これにより、走行風が受け座９０の傾斜部９２に沿ってヒートシンク６０のフィン６２に向かって流れ込むようになる。この結果、フィン６２に対して多くの走行風を呼び込むことができ、ヒートシンク６０による冷却性能を十分に発揮させることができる。
【００５０】
また、第１実施形態の軸箱構造１では、図５に示すように、前蓋２０は、速度発電機のギヤ９を収容するものになっている。前蓋には、速度発電機のギヤ９を収容して枕木方向の寸法が大きいものと、速度発電機のギヤ９を収容しなくて枕木方向の寸法が小さいもの（以下、「一般用前蓋」と呼ぶ）がある。第１実施形態において、ギヤ９を収容する前蓋２０を用いたのは以下の理由に基づく。
【００５１】
高速鉄道車両の走行時の実測データから、ギヤ９を収容する前蓋２０では、一般用前蓋に比べて、温度が低くなることが判明している。これは、前蓋２０では潤滑油の油量が多く、一般用前蓋では潤滑油の油量が少ないため、油量の違いによって生じた結果とも考えられる。しかし、走行を行わない台上回転試験の結果では、前蓋２０と一般用前蓋とでは、温度差が生じる結果が得られなかった。このため、油量の違いが原因ではないと解釈できる。従って、前蓋２０は、一般用前蓋に比べて走行風に当接する面積が大きくて、この走行風によって、前蓋２０自体が冷やされた結果だと解釈できる。
【００５２】
こうして、速度発電機のギヤ９を収容する前蓋２０を用いることで、前蓋２０の温度を一般用前蓋の温度に比べて約２〜３度低下させることができ、前蓋油浴部分２０ａの潤滑油の温度をより低下させることができる。また、速度発電機のギヤ９を収容する前蓋２０の有効性が確認されたため、一般用前蓋を用いないようにすれば、前蓋の種類が一種類になる。これにより、前蓋の誤取付けを防止できるというメリットもある。
【００５３】
第１実施形態の作用効果について説明する。
第１実施形態の軸箱構造１を有する鉄道車両用台車ＤＳによれば、高速走行時に、車軸２が高速回転するため、複列円錐ころ軸受５０からの転動による発熱が大きくなり、潤滑油の温度が上昇しようとする。このとき、軸箱１０の最下端が広い水平面１３になっていて、肉抜き孔による凹状の面になっていないため、潤滑油の熱が水平面１３全体に伝わり易い。そして、水平面１３にはヒートシンク６０が取付けられているため、潤滑油の熱がヒートシンク６０のフィン６２に十分伝わる。これにより、走行速度が大きくなるほど、走行風がフィンの６２間を通過する際にフィン６２の熱を効果的に奪うことができ、潤滑油の温度を大幅に低下させることができる。更に、ヒートシンク６０は、その他の冷却機器のような特注品ではなく市販品をそのまま用いることができ、コストを抑えることができて、走行風を利用して冷却する部材として最適である。
【００５４】
こうして、車軸２の軸中心より下側で軸箱１０に強く当たる走行風を利用し、ヒートシンク６０、空気流し管７０、ヒートパイプ８０によって潤滑油の温度を約１０〜１５度低下させることができる。その結果、従来の軸箱構造に比べて、潤滑油の酸化及びスラッジの生成を抑制して、オイルシール３３の油漏れを確実に防止することができる。よって、第１実施形態の軸箱構造１は、従来の軸箱構造から積極的な構造の変更よって、高速鉄道車両の更なる高速化及び長時間に渡って継続する高速走行に十分対応することができるものである。
【００５５】
＜第１実施形態の第１変形例＞
第１実施形態の第１変形例について説明する。第１変形例では、上述した第１実施形態と異なる部分を中心に説明し、第１実施形態と同様である部分については説明を省略する。図１１は、第１変形例の軸箱構造１Ａを示した側面図である。この軸箱構造１Ａでは、図１１に示すように、ヒートシンク６０の下側に、レール３上の障害物を排除する排障器９０Ａが取付けられている。このため、この排障器９０Ａによって、走行中に跳ね上がる飛石や雪の塊からヒートシンク６０を保護することができ、ヒートシンク６０があっても排障器９０Ａの機能が損なわれることがない。つまり、鉄道車両の先頭車両には通常、排
障器９０Ａが設けられているため、先頭車両において排障器９０Ａがあっても軸箱１０の下側にヒートシンク６０を取付けることができ、排障器９０Ａとヒートシンク６０が共に機能を発揮できる。こうして、全ての車両に対して軸箱の下側にヒートシンクを取付けることができる。
【００５６】
＜第１実施形態の第２変形例＞
第１実施形態の第２変形例について説明する。第２変形例では、上述した第１実施形態と異なる部分を中心に説明し、第１実施形態と同様である部分については説明を省略する。図１２は、第２変形例の軸箱構造１Ｂを示した側面図である。この軸箱構造１Ｂでは、図１２に示すように、ヒートシンク６０Ｂがボルト６３Ｂを介して軸箱１０の下側に直接取付けられていて、ヒートシンク６０Ｂの下側には何も取付けられていない。即ち、ヒートシンク６０Ｂの下側には、上述した第１実施形態のような受け座９０、又は上述した第１変形例のような排障器９０Ａが取付けられていない。このため、ヒートシンク６０Ｂのフィン６２Ｂの高さ寸法を、第１実施形態及び第１変形例に比べて大きくすることができる。この結果、ヒートシンク６０Ｂの冷却性能を向上させることができ、潤滑油の温度をより低下させることができる。
【００５７】
＜第１実施形態の第３変形例＞
第１実施形態の第３変形例について説明する。第３変形例では、上述した第１実施形態と異なる部分を中心に説明し、第１実施形態と同様である部分については説明を省略する。図１３は、第３変形例の軸箱構造１Ｃを示した側面図であり、図１４は、第３変形例の軸箱構造１Ｃの部分的な断面図である。この軸箱構造１Ｃでは、図１３及び図１４に示すように、前蓋２０の外面部２１に、空気配管１００が取付けられていることに特徴がある。なお、前蓋油浴部分２０ａでは、第１実施形態の空気流し管７０に換えて、２本のヒートパイプ８０Ｃが貫通するように配置されている。
【００５８】
空気配管１００は、上側にＬ字部分１０１を有し、下側にレール方向の延びる直線部分１０３を有している。Ｌ字部分１０１の内部には連通孔１０１ａが形成されていて、直線部分１０３の内部にはレール方向に延びる吸引孔１０３ａが形成されている。これにより、空気配管１００の連通孔１０１ａと吸引孔１０３ａによって、前蓋油浴部分２０ａより上側の空間と前蓋２０の外側の空間とが連通するようになっている。
【００５９】
従来では高速走行時に、前蓋油浴部分２０ａより上側の空間と前蓋２０の外側の空間との間で、温度差が約５０度あった。これに対して、第３変形例ではこれらの空間を連通させることで、前蓋油浴部分２０ａより上側で温まった空気を冷やすことができる。特に、高速走行時に走行風が空気配管１００の吸引孔１０３ａから取り入れられ、前蓋油浴部分２０ａより上側の空間に入り込む。これにより、前蓋油浴部分２０ａより上側で温まった空気が冷やされて、潤滑油の温度をより低下させることができる。
【００６０】
また、吸引孔１０３ａが連通孔１０１ａより低い位置にあるため、雨水等が前蓋油浴部分２０ａより上側の空間に侵入することを防止している。そして、吸引孔１０３ａには、多孔質膜であるフィルタ（図示省略）が取付けられている。このフィルタは、微細孔によって防水性及び防塵性を有し且つ通気性を有していて、雨水等が侵入することを防止している。こうして、空気配管１００は、走行風を取り入れつつ、潤滑油が水分によって乳化することを防止している。
【００６１】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態では、上述した第１実施形態と異なる部分を中心に説明し、第１実施形態と同様である部分については説明を省略する。図１５は、第２実施形態の軸箱構造１Ｄを示した側面図であり、図１６は、第２実施形態の軸箱構造１Ｄの部分的な断面図である。この軸箱構造１Ｄでは、図１５及び図１６に示すように、前蓋２０Ｄの最下端にヒートシンク６０Ｄ１が取付けられていることに特徴がある。
【００６２】
第２実施形態では、前蓋２０Ｄの下面部２２に水平面２０Ｄ１が形成されている。この水平面２０Ｄ１は、ヒートシンク６０Ｄ１を取付ける部分であり、潤滑油で温められた前蓋２０Ｄの熱を伝達し易くするために水平状になっている。ヒートシンク６０Ｄ１は、図１５及び図１６に示すように、平板状である放熱板６５と、この放熱板６５から下側に向かって延びる多数のフィン６６とを有している。放熱板６５の上面は、前蓋２０Ｄの水平面２０Ｄ１とほぼ同じ大きさになっていて、各ボルト９３によって前蓋２０Ｄに取付けられている。各フィン６６は、下側に向かって延びると共にレール方向に延びる薄板状になっていて、隣合うフィン６６の間には、枕木方向に所定の隙間が形成されている。これにより、走行風が各フィン６６の間の隙間を通ってレール方向に流れるようになっている。
【００６３】
この軸箱構造１Ｄでは、前蓋２０Ｄの最下端にヒートシンク６０Ｄが取付けられているため、図１６に示すように、軸箱１０の中央部１１の下側に潤滑油を排出するための排出孔１１ｂが形成されていて、この排出孔１１ｂに磁気栓１５が取付けられている。これにより、第１実施形態の軸箱構造１と異なり、軸箱１０の下側にヒートシンクが取付けられていない。
【００６４】
また、第２実施形態の軸箱構造１Ｄでは、図１５及び図１６に示すように、前蓋２０の側面に、第２ヒートシンク６０Ｄ２が取付けられている。即ち、前蓋２０Ｄの外面部２１のうち潤滑油を油浴している部分に、鉛直方向に延びる鉛直面２０Ｄ２が形成されている。この鉛直面２０Ｄ２は、第２ヒートシンク６０Ｄ２を取付ける部分であり、潤滑油で温められた前蓋２０Ｄの熱を伝達し易くするために鉛直方向及びレール方向に延びている。
【００６５】
第２ヒートシンク６０Ｄ２は、平板状である放熱板６７と、この放熱板６７から枕木方向外側に向かって延びる多数の第２フィン６８とを有している。放熱板６７の側面（図１６の右側面）は、前蓋２０Ｄの鉛直面２０Ｄ２とほぼ同じ大きさになっていて、各ボルト９４によって前蓋２０Ｄに取付けられている。各第２フィン６８は、枕木方向外側に向かって延びると共にレール方向に延びる薄板状になっていて、隣合う第２フィン６８の間には、上下方向に所定の隙間が形成されている。これにより、走行風が各第２フィン６８の間の隙間を通ってレール方向に流れるようになっている。
【００６６】
第２実施形態の作用効果について説明する。
第２実施形態の軸箱構造１Ｄを有する鉄道車両用台車によれば、高速走行時に、車軸２が高速回転するため、複列円錐ころ軸受５０からの転動による発熱が大きくなり、潤滑油の温度が上昇しようとする。このとき、前蓋２０Ｄの最下端が水平面２０Ｄ１になっていて、潤滑油の熱が水平面２０Ｄ１全体に伝わり易い。そして、水平面２０Ｄ１にはヒートシンク６０Ｄ１が取付けられているため、潤滑油の熱がヒートシンク６０Ｄ１のフィン６６に十分伝わる。これにより、走行速度が大きくなるほど、走行風がフィン６６の間を通過する際にフィン６６の熱を効果的に奪うことができ、潤滑油の温度を大幅に低下させる
ことができる。更に、ヒートシンク６０Ｄ１は、その他の冷却機器のような特注品ではなく市販品をそのまま用いることができ、コストを抑えることができて、走行風を利用して冷却する部材として最適である。
【００６７】
更に、第２実施形態の軸箱構造１Ｄでは、潤滑油の熱が、前蓋２０Ｄの外面部２１を介して第２ヒートシンク６０Ｄ２の第２フィン６８に伝わる。これにより、走行風が第２フィン６８の間を通過する際に第２フィン６８の熱を効果的に奪うことができ、潤滑油の温度を更に低下させることができる。第２実施形態のその他の作用効果は、上述した第１実施形態の作用効果と同様であるため、その説明を省略する。
【００６８】
なお、図１６に示すように、第２実施形態の軸箱構造１Ｄでは、前蓋油浴部分２０ａの潤滑油の熱を、下面部２２を介してヒートシンク６０Ｄ１に伝えると共に、外面部２１を介して第２ヒートシンク６０Ｄ２に伝えた。しかしながら、図１７に示す変形例の軸箱構造１Ｅのように、下面部２２に開口２２ｂを形成すると共に、外面部２１に開口２１ａを形成して、前蓋油浴部分２０ａの潤滑油の熱を、ヒートシンク６０Ｄ１及び第２ヒートシンク６０Ｄ２に直接伝えるようにしても良い。
【００６９】
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態について説明する。図１８は、第３実施形態の軸箱構造１Ｆを示した側面図である。この軸箱構造１Ｆでは、図１８に示すように、軸箱１０のレール方向の両端の側面に、上向きヒートシンク６０Ｆが取付けられていることに特徴がある。また、空気流し管７０Ｆは、車軸２の下側で略Ｕ字状に湾曲していて、前蓋２０をレール方向に貫通している。なお、軸箱構造１Ｆでは、軸箱１０の下側に第１実施形態と同様のヒートシンク６０が取付けられていて、前蓋２０の側面に第２実施形態と同様の第２ヒートシンク６０Ｄ２が取付けられている。図１９は、上向きヒートシンク６０をレール方向から見たときの図である。
【００７０】
図１９に示すように、上向きヒートシンク６０Ｆは、上側に向かって延びる多数の上向きフィン６９を有していて、図示しないボルトを介して軸箱１０に取付けられている。各上向きフィン６９は、上側に向かって延びると共にレール方向に向かって延びる薄板状になっていて、隣合う上向きフィン６９の間には、枕木方向に所定の隙間が形成されている。これにより、走行風が各上向きフィン６９の間の隙間を通ってレール方向に流れるようになっている。第３実施形態の軸箱構造１Ｆのその他の構成は、上述した第１実施形態の軸箱構造１の構成とほぼ同様であるため、その説明を省略する。
【００７１】
第３実施形態の作用効果について説明する。
第３実施形態の軸箱構造１Ｆを有する鉄道車両用台車によれば、潤滑油の熱が、軸箱１０のレール方向の両端の側面を介して上向きヒートシンク６０Ｆの各上向きフィン６９に伝わる。これにより、走行風が上向きフィン６９の間を通過する際に上向きフィン６９の熱を効果的に奪うことができ、潤滑油の温度を更に低下させることができる。第３実施形態のその他の作用効果は、上述した第１実施形態の作用効果とほぼ同様であるため、その説明を省略する。
【００７２】
＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態について説明する。図２０は、第４実施形態の軸箱構造１Ｇの部分的な断面図である。図２０に示すように、この軸箱構造１Ｇは、第１実施形態の軸箱構造１と前蓋の構成が異なるだけであるため、前蓋以外の構成については説明を省略する。第４実施形態の前蓋２０Ｇは、第１実施形態の前蓋２０に比べて、枕木方向の寸法を図２０に示す寸法Ｋ１だけ拡張して構成されている。これにより、第４実施形態の前蓋２０Ｇでは、第１実施形態の前蓋２０より走行風が当接する面積が大きくなる。この結果、前蓋２０Ｇ自体が走行風でより冷やされて、潤滑油の温度をより低下させることができる。なお、前蓋２０の枕木方向の寸法が大きくなると重量が増加するため、潤滑油の温度を低下させるメリットと重量増加によるデメリットとを考慮して、枕木方向に拡張される寸法Ｋ１が最適に設定される。
【００７３】
<第５実施形態>
次に、第５実施形態について説明する。第５実施形態では、上述した第１実施形態と異なる部分を中心に説明し、第１実施形態と同様である部分については説明を省略する。図２２は、第５実施形態の軸箱構造１Ｈを示した側面図であり、図２３は、第５実施形態の軸箱構造１Ｈの部分的な断面図である。
前蓋２０の外面部２１には、図２２に示すように、レール方向に並行に複数のフィン２０１が形成されている。フィン２０１は、前蓋２０の外面部２１全体にわたって形成されている。前蓋２０は、車軸の最外側に位置しているため、車両の側面を通過する空気が直接フィン２０１に当たる。そのため、フィン２０１付近での空気の流速は速くなり、フィン２０１を効率的に冷却できる。
図２３に示すように、複列円錐ころ軸受５０の転動体５３の回転により、巻き上げられた潤滑油は、遠心力により外側に飛ばされる。ここで、図２３では、従来取り付けられていた仕切り板２０２（破線で示す。）を廃止している。そのため、外側に飛ばされた潤滑油は、直接前蓋２０の内壁面２０３に当たる。これにより、熱せられた潤滑油が直接前蓋２０の内壁面に当たると共に、前蓋２０がフィン２０１により効率的に冷却されているため、潤滑油を外部空気の流れにより効率よく冷却することができる。特に、レール方向に並列に複数のフィン２０１を形成すれば、フィンがフレッシュで冷たい空気と接触する機会が増加するため、前蓋２０を冷却する冷却効率を高めることができる。
【００７４】
以上説明したように、第５の実施の形態によれば、前蓋２０に、レール方向に並行に複数のフィン２０１が形成されていることを特徴とするので、車両が走行するときに、台車の一番外側に位置して、外周に最も早い空気の流れを受ける前蓋２０が、外の空気と接して早い空気の流れを受けるため、前蓋２０にヒートシンクであるフィン２０１を取り付ければ、最も効果的に冷却を行うことができるのである。特に、レール方向に並列に複数のフィン２０１を形成すれば、フィンがフレッシュで冷たい空気と接触する機会が増加するため、前蓋２０を冷却する冷却効率を高めることができる。
【００７５】
<第６実施形態>
次に、第６実施形態について説明する。第６実施形態では、上述した第１実施形態と異なる部分を中心に説明し、第１実施形態と同様である部分については説明を省略する。図２４は、第６実施形態の軸箱構造１Ｉを示した側面図であり、図２５は、第６実施形態の軸箱構造１Ｉの部分的な断面図である。
前蓋２０の外面部２１には、図２４に示すように、前蓋２０の中心から放射線状に複数のフィン２３１が形成されている。フィン２３１は、前蓋２０の外面部２１全体にわたって形成されている。前蓋２０は、車軸の最外側に位置しているため、車両の側面を通過する空気が直接フィン２０１に当たる。そのため、フィン２０１付近での空気の流速は速くなり、フィン２０１を効率的に冷却できる。
【００７６】
図２５に示すように、複列円錐ころ軸受５０の転動体５３の回転により、巻き上げられた潤滑油は、遠心力により外側に飛ばされる。ここで、図２５では、従来取り付けられていた仕切り板２０２（破線で示す。）を廃止している。そのため、外側に飛ばされた潤滑油は、直接前蓋２０の内壁面２０３に当たる。これにより、熱せられた潤滑油が直接前蓋２０の内壁面に当たると共に、前蓋２０がフィン２１１により効率的に冷却されているため、潤滑油を外部空気の流れにより効率よく冷却することができる。特に、フィン２３１を放射線状に形成しているため、空気の流れを前蓋２０の外周面の全ての部位に万遍なく流すことができるため、効率的に前蓋２０を冷却することができる。
【００７７】
第６実施の形態によれば、前蓋２０に、中心より放射線状に複数のフィン２３１が形成されていることを特徴とするので、空気の流れを前蓋２０の外周面の全ての部位に万遍なく流すことができるため、効率的に前蓋２０を冷却することができる。また、複列円錐頃軸受５０の転動体５３を潤滑した潤滑油を前蓋２０の内壁面２０３に当てることにより、複数のフィン２３１を備えるヒートシンクにより、潤滑油が冷却されることを特徴とするので、高熱となった潤滑油を前蓋２０の内壁面２０３に直接当接させることにより、冷却された前蓋２０により潤滑油を効率よく冷却することができる。
【００７８】
図２５に示すように、軸箱の下面に設けたヒートシンクであるフィン２０５を機械加工により所定の強度を有するように形成している。すなわち、市販のヒートシンクと比較して、フィン２０５の厚みを厚くしている。メンテナンスの時には、軸箱１０と車軸２を外して、車輪を再加工する。そのとき、フィン２０５の剛性が高いため、フィン２０５を取り外す必要がなく、利便性に優れている。
すなわち、第５実施の形態によれば、フィン２０５が機械加工により、所定の強度を有するように形成されることにより、軸箱１０を載置するときに、直接フィン２０５を載置面に当てることを特徴とするので、メンテナンスの時に、外した軸箱１０を載置するときに、直接ヒートシンクを載置面に当てることが    できるため、利便性が高い。市販のヒートシンクでは、剛性が低いため、軸箱の重量に耐え得ない。そのため、メンテナンスの時には、ヒートシンクを取り外して載置しなければならず、取外し、取付の手間がかかる問題があるが、第５実施の形態のものならば、その問題を解決できる。
【００７９】
また、図２５に示すように、前蓋油浴部分２０ａ（第２油槽に相当する。）と軸箱油浴部分１０ａ（第１油槽に相当する。）の間に、仕切り板２１２を設けている。仕切り板２１２には、図示しない孔が形成されており、第１油槽１０ａと第２油槽２０ａとは、連通されている。しかし、連通孔は小さく、かつ巻き上げられ落下してくる潤滑油量が多いため、第２油槽２０ａの油面は第１油槽１０ａの油面より高くなる。これにより、前蓋２０の内壁面２０３と潤滑油が直接接触状態である第２油槽２０ａに貯えられる潤滑油量を多くできるため、潤滑油の冷却効率を高めることができる。なお、本実施の形態では、連通孔を設けたが、連通孔を設けずに、仕切り板２１２の上端を乗り越えて潤滑油が移動するようにしても良い。
すなわち、複列円錐ころ軸受５０の直下に設けられ潤滑油を貯える第１油槽１０ａと、第１油槽１０ａと連通して前蓋２０の内壁面２０３に沿って設けられた第２油槽２０ａを備え、第１油槽１０ａと第２油槽２０ａの間に、潤滑油の流れを妨げる仕切り板２１２が備えられていることを特徴とするので、前蓋２０の内壁面２０３と潤滑油が直接接触状態である第２油槽２０ａに貯えられる潤滑油量を多くできるため、潤滑油の冷却効率を高めることができる。
なお、第１油槽１０ａの底面を深くして、よりフィン２１２に近づけることにより、フィン２１２による冷却効率を高めることができる。
【００８０】
また、図２５に示すように、後蓋３０の外周の下面側に下部放熱フィン２１４が形成されている。そして、回転する油切り４０の外周の下部放熱フィン２１４に対向する部位に、空気の流れを発生するためのファン２２３が取り付けられている。後蓋３０の外周の上面側にフィンを取り付けていないのは、軸２を引き抜くときに邪魔となるからである。
すなわち、後蓋３０の外周面（本実施の形態では、下面側）に、下部放熱フィン２１４が備えられていること、回転する油切り４０のうち、下部放熱フィン２１４と対向する部位にファン２２３を取り付けたことを特徴とするので、油切り４０と共に回転する放熱ファン２２３と対向する位置に下部放熱フィン２１４を備えるため、効率的に潤滑油を冷却することができる。
【００８１】
図２６に、第６実施の形態の変形例を示す。図２４は同じなので、説明を省略し、図２６に図２５の変形例を示す。変更した部分のみを説明する。
第１油槽２２０は、図２４の第１油槽１０ａと比較して、深く形成され、容量も大きくなっている。また、第２油槽深部２２２は、図２４の第２油槽２０ａの下部に形成され、その分容量も大きくなっている。第１油槽２２０と第２油槽深部２２２とは、連通部２２１により、連通されている。第１油槽２２０、第２油槽深部２２２、及び連通部２２１がフィン２０５の近くまで形成されており、かつフィン２０５と対向する面積が増加しているため、冷却効率をさらに良くすることができる。
【００８２】
以上、本発明に係る軸箱構造を有する鉄道車両用台車の各実施形態及び各変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
各実施形態及び各変形例において、ヒートシンクの各フィンがレール方向に延びる薄板状であるが、図２１に示すように、ヒートシンク６０Ｘの各フィン６２Ｘが針状であっても良い。また、ヒートシンクのフィンは蛇行するように延びていても良く、フィンの形状は適宜変更可能である。
また、各実施形態及び各変形例において、複列円錐ころ軸受５０を備えた軸箱構造について説明したが、複列円筒ころ軸受を備えた軸箱構造について本発明を実施することも可能である。
【符号の説明】
【００８３】
ＤＳ                            鉄道車両用台車
１，１Ａ〜１Ｉ                  軸箱構造
２                              車軸
２ａ，２ｂ，２ｃ                軸端，ジャーナル，ちりよけ座
４                              車輪
１０                            軸箱
１１                            中央部
１２                            バネ受け部
１３                            水平面
２０                            前蓋
２０Ｄ１，２０Ｄ２              水平面，鉛直面
２０ａ                          前蓋油浴部分
２１                            外面部
２２                            下面部
３０                            後蓋
３０ａ                          後蓋油浴部分
３３                            オイルシール
４０                            油切り
５０                            複列円錐ころ軸受
５３                            転動体
６０，６０Ｂ，６０Ｄ１          ヒートシンク
６０Ｄ２                        第２ヒートシンク
６０Ｅ                          上向きヒートシンク
６１，６５，６７                放熱板
６２，６６                      フィン
６８                            第２フィン
６９                            上向きフィン
７０                            空気流し管
７２ｂ                          テーパ孔
８０，８０Ｃ                    ヒートパイプ
８０ａ，８０ｂ                  一端部，他端部
９０                            受け座
９２                            傾斜部
９０Ａ                          排障器
１００                          空気配管
１０３ａ                        吸引孔
２０１                          フィン（並列配置）
２１１                          フィン（放射線状配置）
２１２                          仕切り板
２１３                          ファン
２１４                          下部放熱フィン
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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