(57)【要約】【課題】板厚を薄くした場合であっても、従来と同等の安全率を維持することが可能な鉄道用車輪を提供する。【解決手段】リム部１５がボス部１１に対して、外輪側に偏心しているＡ形車輪１Ａの場合、ボス部フィレット１２、板部１３及びリム部フィレット１４の径方向の断面形状を規定する２つの曲線ａｂ、ｃｄのうち、内輪側の曲線ａｂの接線Ｌと、軸心Ｚに対する法線ｈとのなす角αを計測し、その最大値αｍａｘをとる内輪側の曲線ａｂ上の点が、ボス側線分ａｂ及びリム側線分ｃｄから等距離の位置に形成される補助線分が内輪側の曲線ａｂと交差する点よりもボス１１側に位置するよう決定する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側から外側にかけてボス部、ボス部フィレット、板部、リム部フィレット、リム部、及び、フランジを有し、前記リム部が前記ボス部に対して外輪側に偏心している鉄道用車輪において、
前記ボス部フィレット、板部及びリム部フィレットの径方向の断面形状を規定する２つの曲線のうち、内輪側の曲線の接線と、前記ボス部に挿嵌される車軸の軸心に対する法線とのなす角の最大値をとる前記内輪側板部の曲線上の点が、
前記２つの曲線と前記ボス部との交点により規定されるボス側線分、及び、前記２つの曲線と前記リム部との交点により規定されるリム側線分から等距離の位置に形成される補助線分が前記内輪側の曲線と交差する点よりもボス側に位置する
ことを特徴とする鉄道用車輪。
【請求項２】
内側から外側にかけてボス部、ボス部フィレット、板部、リム部フィレット、リム部、及び、フランジを有し、前記リム部が前記ボス部に対して内輪側に偏心している鉄道用車輪において、
前記ボス部フィレット、板部及びリム部フィレットの径方向の断面形状を規定する２つの曲線のうち、外輪側の曲線の接線と、前記ボス部に挿嵌される車軸の軸心に対する法線とのなす角の最大値をとる前記外輪側板部の曲線上の点が、
前記２つの曲線と前記ボス部との交点により規定されるボス側線分、及び、前記２つの曲線と前記リム部との交点により規定されるリム側線分から等距離の位置に形成される補助線分が前記外輪側の曲線と交差する点よりもボス側に位置する
ことを特徴とする鉄道用車輪。
【請求項３】
内側から外側にかけてボス部、ボス部フィレット、板部、リム部フィレット、リム部、及び、フランジを有し、前記リム部が前記ボス部に対して外輪側に偏心している鉄道用車輪において、
前記ボス部フィレット、板部及びリム部フィレットの径方向の断面形状を規定する２つの曲線のうち、内輪側の曲線の接線と、前記ボス部に挿嵌される車軸の軸心に対する法線とのなす角の最大値をとる前記内輪側板部の曲線上の点が、
前記２つの曲線と前記ボス部との交点により規定されるボス側線分からと、前記２つの曲線と前記リム部との交点により規定されるリム側線分からとの距離比が０．５５対０．４５の位置に形成される補助線分が前記内輪側の曲線と交差する点よりもボス側に位置する
ことを特徴とする鉄道用車輪。
【請求項４】
内側から外側にかけてボス部、ボス部フィレット、板部、リム部フィレット、リム部、及び、フランジを有し、前記リム部が前記ボス部に対して内輪側に偏心している鉄道用車輪において、
前記ボス部フィレット、板部及びリム部フィレットの径方向の断面形状を規定する２つの曲線のうち、外輪側の曲線の接線と、前記ボス部に挿嵌される車軸の軸心に対する法線とのなす角の最大値をとる前記外輪側板部の曲線上の点が、
前記２つの曲線と前記ボス部との交点により規定されるボス側線分からと、前記２つの曲線と前記リム部との交点により規定されるリム側線分からとの距離比が０．５５対０．４５の位置に形成される補助線分が前記外輪側の曲線と交差する点よりもボス側に位置する
ことを特徴とする鉄道用車輪。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
内側から外側にかけてボス部、ボス部フィレット、板部、リム部フィレット、リム部及びフランジからなり、前記リム部が前記ボス部に対して、外輪側または内輪側に偏心しているＡ形またはＢ形の鉄道用車輪に関し、特にボス部フィレットとリム部フィレットとの間の板部の形状を最適化した鉄道用車輪に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両の高速化、省エネルギーの観点から鉄道用車輪（以下、車輪という）の軽量化が望まれている。車輪の軽量化は、板部の板厚を減少させることによって可能となるが、板厚の減少により耐割損性が低下する。従って、耐割損性を維持しつつ車輪の軽量化を図ることが必要となる。
【０００３】
従来の鉄道用車輪は、例えば日本工業規格ＪＩＳ　Ｅ５４０２−１９８９等に従い設計されている。かかる規格においては、鉄道用車輪はＡ形、Ｂ形、及びＣ形の３種が規定されている。図５はＡ形車輪の径方向の断面形状を示す断面図、図６はＢ形車輪の径方向の断面形状を示す断面図、図７はＣ形車輪の径方向の断面形状を示す断面図である。図示しない車軸が嵌挿されるボス部１１Ａから、順に外側へかけてボス部フィレット１２Ａ、板部１３Ａ、リム部フィレット１４Ａ、リム部１５Ａ、及び車輪内輪側に突設されるフランジ１６Ａから、Ａ形車輪１０Ａが形成される。Ａ形車輪１０Ａはリム部１５Ａがボス部１１Ａに対して外輪側に偏心している形状と定義され、また、ＪＩＳ規格５４０２−１９８９によれば、各部位の長さは下記の表１に示す如く規定されている。
【０００４】
【表１】
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【０００５】
図６に示すように、Ｂ形車輪１０Ｂも同様に、図示しない車軸が嵌挿されるボス部１１Ｂから、順に外側へかけてボス部フィレット１２Ｂ、板部１３Ｂ、リム部フィレット１４Ｂ、リム部１５Ｂ、及び車輪内輪側に突設されるフランジ１６Ｂから、Ｂ形車輪１０Ｂが形成される。Ｂ形車輪１０Ｂは、Ａ形車輪１０Ａとは逆に、リム部１５Ｂがボス部１１Ｂに対して内輪側に偏心している形状と定義され、また、ＪＩＳ規格５４０２−１９８９によれば、各部位の長さは下記の表２に示す如く規定されている。
【０００６】
【表２】
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【０００７】
新幹線等に用いられるＣ形車輪１０Ｃの径方向の断面形状も、図７に示すように他の車輪と同じく図示しない車軸が嵌挿されるボス部１１Ｃから、順に外側へかけてボス部フィレット１２Ｃ、板部１３Ｃ、リム部フィレット１４Ｃ、リム部１５Ｃ、及び車輪内輪側に突設されるフランジ１６Ｃから、Ｃ形車輪１０Ｃが形成される。Ｃ形車輪１０Ｃは、Ａ形車輪１０Ａ及びＢ形車輪１０Ｂとは異なり、リム部１５Ｃがボス部１１Ｃに対して内輪側及び外輪側いずれにも偏心していない形状と定義され、また、ＪＩＳ規格５４０２−１９８９によれば、各部位の長さは下記の表３に示す如く規定されている。
【０００８】
【表３】
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【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−２９４０１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば、表１に示すように従来の車輪は板部の板厚がリム側でｔ１＝１８ｍｍ、ボス側でｔ２＝２２ｍｍ〜２６ｍｍと厚いため、車輪の軽量化による鉄道の高速化及び省エネルギー化を達成することは困難であった。また、軽量化を図るべく、板厚を薄くした場合、耐割損性が増加し安全率が低下するという問題があった。レールからの反力により発生する応力（機械的応力）が増加した場合、耐割損性が増加し、安全率が低下する。本願出願人は安全率を維持または向上させつつ、板部の板厚を薄くし、軽量化を図ることが可能な車輪を開発すべく鋭意研究を重ねた結果、Ａ形車輪の場合、板部の径方向の断面形状を規定する２つの曲線のうち、内輪側の曲線形状を特定の形状とすることにより、板部の板厚を薄くしつつも、安全率を向上することが可能であることを知見した。
【００１１】
一方、Ｂ形車輪の場合、板部の径方向の断面形状を規定する２つの曲線のうち、外輪側の曲線形状を特定の形状とすることにより、Ａ形車輪と同様に板部の板厚を薄くしつつも、安全率を向上することが可能であることをも知見した。
【００１２】
本発明は斯かる知見に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、板部の径方向の断面形状を規定する２つの曲線のうち、Ａ形車輪の場合は、内輪側の曲線形状を特定の形状とすることにより、またＢ形車輪の場合は、外輪側の曲線形状を特定の形状とすることにより、板厚を薄くした場合であっても、従来と同等の安全率を維持することが可能な鉄道用車輪を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る鉄道用車輪は、内側から外側にかけてボス部、ボス部フィレット、板部、リム部フィレット、リム部、及び、フランジを有し、前記リム部が前記ボス部に対して外輪側に偏心している鉄道用車輪において、前記ボス部フィレット、板部及びリム部フィレットの径方向の断面形状を規定する２つの曲線のうち、内輪側の曲線の接線と、前記ボス部に挿嵌される車軸の軸心に対する法線とのなす角の最大値をとる前記内輪側板部の曲線上の点が、前記２つの曲線と前記ボス部との交点により規定されるボス側線分、及び、前記２つの曲線と前記リム部との交点により規定されるリム側線分から等距離の位置に形成される補助線分が前記内輪側の曲線と交差する点よりもボス側に位置することを特徴とする。
【００１４】
第２発明に係る鉄道用車輪は、内側から外側にかけてボス部、ボス部フィレット、板部、リム部フィレット、リム部、及び、フランジを有し、前記リム部が前記ボス部に対して内輪側に偏心している鉄道用車輪において、前記ボス部フィレット、板部及びリム部フィレットの径方向の断面形状を規定する２つの曲線のうち、外輪側の曲線の接線と、前記ボス部に挿嵌される車軸の軸心に対する法線とのなす角の最大値をとる前記外輪側板部の曲線上の点が、前記２つの曲線と前記ボス部との交点により規定されるボス側線分、及び、前記２つの曲線と前記リム部との交点により規定されるリム側線分から等距離の位置に形成される補助線分が前記外輪側の曲線と交差する点よりもボス側に位置することを特徴とする。
【００１５】
第３発明に係る鉄道用車輪は、内側から外側にかけてボス部、ボス部フィレット、板部、リム部フィレット、リム部、及び、フランジを有し、前記リム部が前記ボス部に対して外輪側に偏心している鉄道用車輪において、前記ボス部フィレット、板部及びリム部フィレットの径方向の断面形状を規定する２つの曲線のうち、内輪側の曲線の接線と、前記ボス部に挿嵌される車軸の軸心に対する法線とのなす角の最大値をとる前記内輪側板部の曲線上の点が、前記２つの曲線と前記ボス部との交点により規定されるボス側線分からと、前記２つの曲線と前記リム部との交点により規定されるリム側線分からとの距離比が０．５５対０．４５の位置に形成される補助線分が前記内輪側の曲線と交差する点よりもボス側に位置することを特徴とする。
【００１６】
第４発明にかかる鉄道用車輪は、内側から外側にかけてボス部、ボス部フィレット、板部、リム部フィレット、リム部、及び、フランジを有し、前記リム部が前記ボス部に対して内輪側に偏心している鉄道用車輪において、前記ボス部フィレット、板部及びリム部フィレットの径方向の断面形状を規定する２つの曲線のうち、外輪側の曲線の接線と、前記ボス部に挿嵌される車軸の軸心に対する法線とのなす角の最大値をとる前記外輪側板部の曲線上の点が、前記２つの曲線と前記ボス部との交点により規定されるボス側線分からと、前記２つの曲線と前記リム部との交点により規定されるリム側線分からとの距離比が０．５５対０．４５の位置に形成される補助線分が前記外輪側の曲線と交差する点よりもボス側に位置することを特徴とする。
【００１７】
第１及び第３発明にあっては、リム部がボス部に対して、外輪側に偏心しているＡ形車輪の場合、ボス部フィレット、板部及びリム部フィレットの径方向の断面形状を規定する２つの曲線のうち、内輪側の曲線について着目する。曲線は、２つの曲線とボス部との交点により規定されるボス側線分から、２つの曲線とリム部との交点により規定されるリム側線分に至る。内輪側の曲線の接線と、ボス部に挿嵌される車軸の軸心に対する法線とのなす角を計測し、その最大値をとる内輪側板部の曲線上の点が、ボス側線分及びリム側線分から等距離の位置に形成される補助線分が内輪側の曲線と交差する点よりもボス側に位置するよう決定する。また、安全率を従来の車輪以上とするためには、後述する実験により、内輪側の曲線の接線と、ボス側線分の法線とのなす角の最大値をとる内輪側板部の曲線上の点が、ボス側線分からと、リム側線分からとの距離比が０．５５対０．４５の位置に形成される補助線分が内輪側の曲線と交差する点よりもボス側に位置するようにすれば良い。鉄道用車輪の板部形状をかかる構成とすることで、安全率のさらなる向上、ひいては板部の板厚を薄くし、軽量化を図りつつも従来と同様またはそれ以上の安全率を確保することが可能となる。
【００１８】
第２及び第４発明にあっては、リム部がボス部に対して、内輪側に偏心しているＢ形車輪の場合、ボス部フィレット、板部及びリム部フィレットの径方向の断面形状を規定する２つの曲線のうち、外輪側の曲線について着目する。同様に、外輪側の曲線の接線と、ボス部に挿嵌される車軸の軸心に対する法線とのなす角を計測し、その最大値をとる外輪側の曲線上の点が、ボス側線分及びリム側線分から等距離の位置に形成される補助線分が外輪側の曲線と交差する点よりもボス側に位置するよう決定する。または、安全率を従来の車輪以上とするためには、後述する実験により、外輪側の曲線の接線と、ボス側線分の法線とのなす角の最大値をとる外輪側板部の曲線上の点が、ボス側線分からと、リム側線分からとの距離比が０．５５対０．４５の位置に形成される補助線分が外輪側の曲線と交差する点よりもボス側に位置すれば良い。このように、リム部の偏心方向と逆方向の板部曲線の形状をかかる形状とすることで、板部の板厚を薄くし、軽量化を図りつつも従来と同様またはそれ以上の安全率を確保でき、さらに鉄道車両の高速化及び省エネルギー化を図ることが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
実施の形態１
図１はＡ形車輪１Ａ（場合により、車輪１で代表する）の径方向の断面形状を示す断面図である。Ａ形車輪１Ａは、内側から外側にかけてボス部１１，ボス部フィレット１２，板部１３，リム部フィレット１４，リム部１５，及びフランジ１６からなり、リム部１５がボス部１１に対して外輪側に偏心している。図示しない車軸が径方向に対して垂直に嵌挿されるボス部１１には、板部１３に至るボス部フィレット１２が形成されており、車輪厚はボス部フィレット１２を経由して、ボス部１１のボス高さＨから板部１３の板厚ｔ２（ボス側）にまで変化する。なお、各部位の長さは表１に示すとおりである。
【００２０】
板部１３の一端は上述したボス部フィレット１２と接合しており、一方板部１３の他端はリム部フィレット１４と接合している。板部１３の径方向の断面形状は曲線ｓｔ、及び曲線ｕｗ、並びに曲線ｓｔ・曲線ｕｗとボス部フィレット１２とのそれぞれの交点ｓ、ｕにより規定される線分ｓｕ、及び、曲線ｓｔ・曲線ｕｗとリム部フィレット１４とのそれぞれの交点ｔ、ｗにより規定される線分ｔｗにより構成される。また、ボス部フィレット、板部及びリム部フィレットの径方向の断面形状を規定する２つの曲線は図１に示すように曲線ａｂ及び曲線ｃｄからなる。点ａは内輪側の曲線ａｂとボス部１１との交点であり、点ｃは外輪側の曲線ｃｄとボス部１１との交点である。以下では、線分ａｃをボス側線分という。同様に、点ｂは内輪側の曲線ａｂとリム部１５との交点であり、点ｄは外輪側の曲線ｃｄとリム部１５との交点である。以下では、線分ｂｄをリム側線分という。板部１３はリム部フィレット１４を介してリム部１５に接合されており、車輪厚はリム部フィレット１４を経由している間に板部１３の板厚ｔ１（リム側）からリム幅Ｂにまで拡大する。また、リム部１５の内輪側先端にはフランジが突設されている。
【００２１】
Ａ形車輪１Ａにおいては、ボス部フィレット１２，板部１３及びリム部フィレット１４の断面形状を規定する２つの曲線ａｂ及び曲線ｃｄのうち、内輪側の曲線ａｂ、特に曲線ｓｔについて着目する。曲線ａｂ上の任意の点における接線Ｌと、ボス部に挿嵌される図示しない車軸の軸心Ｚに対する法線ｈとのなす角をαと定義する。本発明に係る車輪は、好ましくはαの最大角αｍａｘをとる内輪側板部の曲線ｓｔ上の点が、ボス側線分ａｃ及びリム側線分ｂｄから等距離の位置に形成され、ボス側線分ａｃ及びリム側線分ｂｄに平行な補助線分が、内輪側の曲線ａｂと交差する点ｅよりもボス側に位置するようにすれば良い。つまり、点ｓから補助線分と曲線ａｂとの交点である点ｅとの間のいずれかの位置に、最大角αｍａｘが形成されるよう板部１３の形状を設計する。若しくは、αの最大角αｍａｘをとる内輪側板部の曲線ｓｔ上の点が、ボス側線分ａｃからと、リム側線分ｂｄからとの距離比が０．５５対０．４５となる位置に形成され、ボス側線分ａｃ及びリム側線分ｂｄに平行な補助線分が、内輪側の曲線ａｂと交差する点ｅ’よりもボス側に位置するようにすれば良い。つまり、点ｓから補助線分と曲線ａｂとの交点である点ｅ’との間のいずれかの位置に、最大角αｍａｘが形成されるよう板部１３の形状を設計する。すなわち、外輪側に偏心しているＡ形車輪１Ａにおいては、対向する内輪側の曲線ｓｔのうち、ボス部１１側の接線Ｌと法線ｈとのなす角度αが最大となるよう、板部１３を設計することで、安全率を向上させることが可能となる。
【００２２】
図２はＢ形車輪１Ｂの径方向の断面形状を示す断面図である。Ｂ形車輪１Ｂも同様に、内側から外側にかけてボス部１１，ボス部フィレット１２，板部１３，リム部フィレット１４，リム部１５，及びフランジ１６からなり、リム部１５がボス部１１に対して内輪側に偏心している。
【００２３】
Ｂ形車輪１Ｂにおいては、ボス部フィレット１２，板部１３、及びリム部フィレット１４の断面形状を規定する２つの曲線ａｂ及び曲線ｃｄのうち、外輪側の曲線ｃｄ、特に曲線ｕｗについて着目する。曲線ｃｄ上の任意の点における接線Ｌと、軸心Ｚに対する法線ｈとのなす角をαと定義する。本発明に係る車輪は、好ましくはαの最大角αｍａｘをとる外輪側板部の曲線ｕｗ上の点が、ボス側線分ａｃ及びリム側線分ｂｄから等距離の位置に形成され、ボス側線分ａｃ及びリム側線分ｂｄに平行な補助線分が、外輪側の曲線ｃｄと交差する点ｆよりもボス側に位置するようにすれば良い。つまり、点ｕから補助線分と曲線ｃｄとの交点である点ｆとの間のいずれかの位置に、最大角αｍａｘが形成されるよう板部１３の形状を設計する。若しくは、αの最大角αｍａｘをとる外部側板部の曲線ｃｄ上の点が、ボス側線分ａｃからと、リム側線分ｂｄからとの距離比が０．５５対０．４５となる位置に形成され、ボス側線分ａｃ及びリム側線分ｂｄに平行な補助線分が、外輪側の曲線ｃｄと交差する点ｆ’よりもボス側に位置するようにすれば良い。つまり、点ｓから補助線分と曲線ｃｄとの交点である点ｆ’との間のいずれかの位置に、最大角αｍａｘが形成されるよう板部１３の形状を設計する。すなわち、内輪側に偏心しているＢ形車輪１Ｂにおいては、対向する外輪側の曲線ｕｗのうち、ボス部１１側の接線Ｌと法線ｈとのなす角度αが最大となるよう、板部１３を設計することで、安全率を向上させることが可能となる。
【００２４】
続いて、最大角αｍａｘをとる曲線上の位置を変化させて安全率がどのように変化するか実験を行った。なお、実験に当たってはＡ形車輪１Ａのうち表１に示すＡ８６Ｅを用い、板部１３の形状をそれぞれ変化させた車輪１を対象にＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ　Ｅｌｅｍｅｎｔ　Ｍｅｔｈｏｄ）解析を実施し、垂直圧及び横圧が負荷された場合の板部１３の発生応力と、垂直圧及び背圧が負荷された場合の発生応力を求め、各板部形状の耐割損性（安全率）について評価した。
【００２５】
なお以下に、垂直圧、横圧、及び背圧について説明しておく。図３は機械的応力の概念を説明する模式図である。機械的応力には図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、垂直圧Ｐ１、横圧Ｐ２、及び背圧Ｐ３が存在する。直線通過時においては、輪重により、リム部１５とレールＲとの接合面である車輪踏面ＱにはレールＲから垂直圧Ｐ１が負荷される。曲線通過時においては、レールＲからフランジ１６に軌道内側から横圧Ｐ２が負荷される。さらに、脱線防止用のガイドレールＰ又は図示しないポイントにより、フランジ１６に軌道外側から背圧Ｐ３が負荷される。
【００２６】
図４は最大角αｍａｘをとる点の位置を変化させた場合の、当該車輪の安全率の推移を示す特性図ある。縦軸は安全率を示し、従来の車輪の安全率を１．０として評価している。横軸は補助線分の位置を示し、０をボス側線分ａｃと同じ位置、０．５をボス側線分及びリム側線分ｂｄから等距離の位置、１をリム側線分ｂｄと同じ位置としている。ここで、曲線ａｂ上の内曲線ｓｔ上の点における接線Ｌと法線ｈとがなす角αが最大値αｍａｘとなるとなる点を、位置を変えつつその各車輪における最小の安全率を車輪板部全体のＦＥＭ解析により求めた。解析にあっては試料１乃至５を用意した。試料１は従来の車輪であり、試料１及び２を除く試料３乃至５は本発明に係るＡ形車輪１Ａである。なお、各試料の最大角αｍａｘは、αｍａｘ１＝３９．９°（試料１）、αｍａｘ２＝４０．７°（試料２）、αｍａｘ３＝３３．４°（試料３）、αｍａｘ４＝３５．５°（試料４）、αｍａｘ５＝３６．０°（試料５）とした。
【００２７】
解析した結果、試料３乃至５に示すように０から０．５５までの間で、最大値αｍａｘをとる場合、安全率が高いことが理解できる。特に０．５５から０．５にかけて安全率の増加傾向が強まり、また０．５以下ではボスの内径、輪重等の諸条件が変わった場合でも高い安全率を確保できることが確認できた。一方で、試料２の如く０．５５を超える場合、従来の試料１に係る車輪と安全率はそれほど相違しないことが理解できる。このように最大値αｍａｘをとる点を特定の位置（点ｓ〜点ｅまたは点ｅ’）に決定することで、安全率の向上を図ることが可能となる。なお、Ｂ形車輪についても同様の結果が得られたので詳細な説明は省略する。また、上述した試料１乃至５は全て板部１３の板厚ｔ１（リム側）を１８ｍｍ、板厚ｔ２（ボス側）を２２ｍｍとして、安全率の変化を検討したが、安全率が１．０以上となるように板厚を適宜変化させるようにしても良い。この場合、リム外径Ｄに対して、板部１３の板厚が１．２％〜２．４％の範囲内にある場合、安全率１．０以上となることが確認できた。例えば、リム外径Ｄが８６０ｍｍの車輪の場合、板厚は１０．３２ｍｍ〜２０．６４ｍｍの範囲内であれば、安全率１．０以上を確保できる。これにより、安全率を確保しつつも、板部１３の薄型化を図ることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳述した如く、第１及び第３発明にあっては、リム部がボス部に対して、外輪側に偏心しているＡ形車輪の場合、ボス部フィレット、板部及びリム部フィレットの径方向の断面形状を規定する２つの曲線のうち、内輪側の曲線の接線と、ボス側線分の法線とのなす角を計測し、その最大値をとる内輪側板部の曲線上の点が、ボス側線分及びリム側線分から等距離の位置に形成される補助線分が内輪側の曲線と交差する点よりもボス側に位置するように設計する。または、ボス側線分からと、リム側線分からとの距離比が０．５５対０．４５の位置に形成される補助線分が内輪側の曲線と交差する点よりもボス側に位置するよう設計する。このように鉄道用車輪の板部形状をかかる構成とすることで、安全率のさらなる向上、ひいては板部の板厚を薄くし、軽量化を図りつつも従来と同様またはそれ以上の安全率を確保することが可能となる。
【００２９】
第２及び第４発明にあっては、リム部がボス部に対して、内輪側に偏心しているＢ形車輪の場合、ボス部フィレット、板部及びリム部フィレットの径方向の断面形状を規定する２つの曲線のうち、外輪側の曲線の接線と、ボス側線分の法線とのなす角を計測し、その最大値をとる外輪側の曲線上の点が、ボス側線分及びリム側線分から等距離の位置に形成される補助線分が外輪側の曲線と交差する点よりもボス側に位置するよう設計する。または、ボス側線分からと、リム側線分からとの距離比が０．５５対０．４５の位置に形成される補助線分が内輪側の曲線と交差する点よりもボス側に位置するよう設計する。このように、リム部の偏心方向と逆方向の板部曲線の形状をかかる形状とすることで、板部の板厚を薄くし、軽量化を図りつつも従来と同様またはそれ以上の安全率を確保でき、さらに鉄道車両の高速化及び省エネルギー化を図ることが可能となる等、本発明は優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ形車輪の径方向の断面形状を示す断面図である。
【図２】Ｂ形車輪の径方向の断面形状を示す断面図である。
【図３】機械的応力の概念を説明する模式図である。
【図４】最大角αｍａｘをとる点の位置を変化させた場合の、当該車輪の安全率の推移を示す特性図ある。
【図５】Ａ形車輪の径方向の断面形状を示す断面図である。
【図６】Ｂ形車輪の径方向の断面形状を示す断面図である。
【図７】Ｃ形車輪の径方向の断面形状を示す断面図である。
【符号の説明】
１　　　車輪
１Ａ　　Ａ形車輪
１Ｂ　　Ｂ形車輪
１１　　ボス部
１２　　ボス部フィレット
１３　　板部
１４　　リム部フィレット
１５　　リム部
１６　　フランジ
ａｂ　　曲線
ｃｄ　　曲線
ａｃ　　ボス側線分
ｂｄ　　リム側線分
【図１】
2004131002.tif 000006
【図２】
2004131002.tif 000007
【図３】
2004131002.tif 000008
【図４】
2004131002.tif 000009
【図５】
2004131002.tif 000010
【図６】
2004131002.tif 000011
【図７】
2004131002.tif 000012