(57)【要約】 【課題】  防音材を取付けることなく、走行時に発生する騒音を抑制する。【解決手段】ボス部１２、板部１３及びリム部１４からなる鉄道車両用車輪１１である。板部１３の剛性を部分的に高める構造を備える。板部１３の剛性を部分的に高める構造は、板部１３の厚みを円周方向に連続して厚くするものである。【効果】  走行時、板部の振動に起因して発生する騒音を効果的に低減でき、周辺環境や車室内環境の改善を図ることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボス部、板部及びリム部からなる鉄道車両用車輪において、
前記板部に、剛性を部分的に高める構造を備えさせたことを特徴とする鉄道車両用車輪。
【請求項２】
前記板部の剛性を高める構造が、
前記板部の厚みを厚くすることにより行うものであることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用車輪。
【請求項３】
前記板部の厚みを厚くする部分が円周方向に連続していることを特徴とする請求項２に記載の鉄道車両用車輪。
【請求項４】
前記板部の剛性を高める構造が、
前記板部の半径方向或いは円周方向に波を打たせた構造であることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用車輪。
【請求項５】
前記板部の剛性を高める部分が、前記板部の車輪半径方向の長さをＬとした場合、前記ボス部からＬ／３より外周側に設けられていることを特徴する請求項１〜４の何れかに記載の鉄道車両用車輪。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両用車輪に関するものであり、特に車輪からの放射音を低減することが可能な鉄道車両用車輪に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両の走行時に発生する騒音は周辺環境にとって解決すべき最優先課題の一つであり、この騒音の一つに車輪の振動によって発生する騒音がある。
そして、この車輪の振動によって発生する騒音には、（ａ）直線区間走行時に発生するいわゆる転動音と、（ｂ）曲線区間の通過時、車輪に加わる力の時間的変化によって発生するいわゆるきしり音がある。
【０００３】
このような車輪の振動によって発生する騒音を低減するため、従来から、（１）車輪のリム部内周面から板部にわたって弾性体と付加質量を組み合わせた防音材を取付けた防音車輪や、（２）車輪をタイヤ部と輪心部に分割し、その間に弾性体を介在させた弾性車輪が提案されている。
【特許文献１】実開昭５７‐１４４７０３号公報
【特許文献２】特開昭６０‐８０９０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の防音車輪は、前記のきしり音を低減することはできるものの、転動音を低減することはできない。また、従来の弾性車輪は、前記の転動音やきしり音を低減することはできるものの、構造が複雑であり製造工数が増加する。
【０００５】
本発明が解決しようとする問題点は、従来技術では、防音材を取付けることなく鉄道車両が走行時に車輪から発生する転動音及びきしり音の両者を効果的に抑制可能な鉄道車両用車輪はないという点である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明者らは、鉄道車両の走行時、車輪に起因して発生する騒音について種々検討した結果、車輪の中で厚みの薄い板部が振動することによって発生する騒音が大きな割合を占めることを見出した。
【０００７】
本発明に係る鉄道車両用車輪は、前記知見に基づいてなされたものであり、
走行時に鉄道車両が車輪から発生する騒音を、防音材を取付けることなく効果的に抑制するために、
ボス部、板部及びリム部からなる鉄道車両用車輪において、
前記板部に、剛性を部分的に高める構造を備えさせたことを最も主要な特徴としている。
【０００８】
この本発明において、「部分的」には、車輪の円周方向及び半径方向の両方が含まれる。従って、半径方向に部分的であれば、円周方向には連続的であっても良く、反対に、円周方向に部分的であれば、半径方向には連続的であっても良い。
【０００９】
本発明において、前記板部の剛性を部分的に高める構造としては、前記板部の厚みを部分的に厚くすることが考えられる。そして、板部の厚みを厚くする場合には、その厚みを厚くする部分が円周方向に連続していることが望ましい。
【００１０】
このような構成を採用することで、剛性を高めた部分により走行時における車輪板部の振動を抑制することができ、板部の振動によって発生する騒音を効果的に抑制できるようになる。
【００１１】
図４は本発明者らが行った実験の一例を示したもので、前記板部の振動に起因して発生する周波数に近い１５００Ｈｚ（図４（ａ））と２５００Ｈｚ（図４（ｂ））近傍の固有振動数における、車輪外径が８６０ｍｍの鉄道車両用車輪の面外方向の振動モードを示したものである。
【００１２】
この図４では、紙面表側が車輪のフランジ面を示している。また、図４中に矢印で示した部分が各固有振動モードでの振動の節である。実験では、ボス部内周側では振動加速度を測定していないため、ボス外周側の位置から外側のみを図示している。
この図４より、車輪のリム部やボス部は面外方向に振動せず、前記リム部とボス部間に存在する板部のみが面外方向に振動していることが明らかである。図４中に丸印で示す様に特に板部の半径方向長さをＬとした場合に、板部のボス部からＬ／３より外周側（リム部側）の位置における振動が大きく、この部分が振動の腹になっていることが判る。
【００１３】
従って、前記の本発明に係る鉄道車両用車輪において、剛性を高める部分は特に制限されるものではないが、振動を効果的に抑制するためには、前記板部の剛性を部分的に高める部分が、前記振動モードの腹の部分、すなわち、前記板部の車輪半径方向の長さをＬとした場合、前記ボス部からＬ／３より外周側に設けられていることが望ましいことが判る。
【００１４】
なお、上記図４の振動モードは以下のようにして求めたものである。
構造物の振動特性を評価する場合、加速度などの時間データを高速フーリエ変換（以下、「ＦＦＴ」と略す。）分析することによりその周波数特性を把握する。構造物は、固有振動数（共振周波数ともいう。）で大きく振動するため、ＦＦＴ分析すれば固有振動数の周波数でピークが見られる。
【００１５】
しかしながら、加振力自身も周波数特性を有しているため、加振力の周波数特性が変化すると振動の振幅が変化する。そこで、伝達関数と呼ばれる振動応答を加振力で除算することにより得られる一定加振力に対する振動応答を用いて振動特性を評価する。さらに、振動特性を評価する際に固有振動数だけでなく、その振動数でどの部分が振動しているかという振動の形態（以下「固有振動モード」）が問題となる。
【００１６】
そこで、本発明者らは、図５に示したように車輪１を治具２に吊るし、踏面１ｂの上側をインパクトハンマ３で垂直方向に加振して対象構造物である車輪１の各部の振動加速度を加速度計４（図５（ｂ）に黒塗りで示した円周方向に４８点、半径方向に１０点の合計４８０点）で測定し、加振点との間の伝達関数を夫々求め、この伝達関数を重ね合わせることにより固有振動モードを求める実験モーダル解析により上記の振動モードを実験的に求めた。なお、図５（ａ）中の１ａはフランジを示す。
【００１７】
本発明に係る鉄道車両用車輪において、板部の剛性を高めるための構造は、板部の板厚を部分的に厚くするだけでなく、板部の半径方向或いは円周方向に波を打たせた構造にしても良い。
【００１８】
発明者等の実験では、この波打ち部は、他の板部と同じ厚みでも良いが、他の板部に比べて１０〜２０％程度厚みを厚くすることがより望ましいことが判明している。この波打ち構造を採用した場合には、仮に波打ち部の厚みを厚くした場合であっても、部分的に板部の厚みを厚くする場合よりも厚くする割合が小さくて済むので軽量化が図れる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、走行時、板部の振動に起因して発生する騒音を効果的に低減することができるので、周辺環境や車室内環境の改善を図ることができる。そして、本発明において、半径方向或いは円周方向に波を打たせた構造にすれば、車輪の軽量化も図れるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図３を用いて説明する。
図１及び図２は本発明の鉄道車両用車輪の第１の例を示す説明図である。
【００２１】
図１及び図２において、１１は例えば外径が８６０ｍｍの本発明の鉄道車両用車輪であり、その中心側から外周側に向けてボス部１２、板部１３、リム部１４で構成されている。そして、図１に示した本発明では、車輪１１における板部１３の、例えば前記リム部１４に形成されたフランジ１４ａと反対側に、板部１３の厚みを厚くした剛性増加部１５を部分的に設けている。
【００２２】
この剛性増加部１５は、板部１３の剛性を部分的に高めることができるものであればどのような位置に設けても良い。例えば図２（ａ）は、板部１３の車輪半径方向の長さをＬとした場合に、ボス部１２から２Ｌ／３だけ外周側の位置に、車輪半径方向の長さｗが３０ｍｍで、厚みが板部１３の厚みと同じものを環状に設けたものである。
【００２３】
また、図２（ｂ）は、ボス部１２からＬ／３だけ外周側の位置に、車輪半径方向の長さｗがＬ／３で、厚みが板部１３の厚みと同じ剛性増加部１５を、円周方向に９０°の角度（θ2）を隔てて例えば３箇所（各３０°：θ1）設けたものである。
【００２４】
また、図２（ｃ）は、図２（ｂ）と同じ車輪半径方向長さで同じ厚みの剛性増加部１５を、円周方向に６０°の角度（θ2）を隔てて４箇所（各３０°：θ1）設けたものである。
【００２５】
図３は本発明の鉄道車両用車輪の第２の例を示す説明図である。
この図３に示した第２の例では、前記剛性増加部１５に代えて、板部１３の、例えばボス部１２からＬ／３だけ外周側の位置に、半径方向に車輪半径方向の長さがＬ／３だけ、板部１３の厚みと同じ厚みの波打ち部１３ａを環状に形成したものを示している。
なお、図１及び図３中の１４ｂは踏面を示す。
【００２６】
前記図２に示した鉄道車両用車輪１１を、図５に示した治具２に吊るし、踏面をインパクトハンマ３で打撃したときの、板部の振動加速度の伝達関数を図６に示す。
図６は板部１３に剛性増加部１５や波打ち部１３ａを設けていない通常の車輪の場合の加速度応答比を１とした時の比で表している。
【００２７】
図６（ａ）は板部の振動に起因して発生する周波数に近い１５００Ｈｚ近傍の固有振動数での車輪の面外方向の加速度応答、図６（ｂ）は同じく２５００Ｈｚ近傍の固有振動数での車輪の面外方向の加速度応答を示したものである。
【００２８】
この図６に示すように，本発明の構造を有する鉄道車両用車輪１１は、通常の車輪よりも板部の振動加速度応答が小さく、振動を効果的に抑制できていることが明らかである。
【００２９】
この図６より明らかなように、上記した構成の本発明の鉄道車両用車輪１１では、走行時、厚みの薄い板部１３の振動を効果的に抑制できるので、板部１３の振動によって発生する騒音を効果的に抑制できるようになる。
【００３０】
上記の例は単なる一例であり、本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範囲内で、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。
例えば、板部１３の振動を抑制する剛性増加部１５は、第１の例のように車輪１１の半径方向に１箇所に限らず、２箇所或いはそれ以上設けても良い。
【００３１】
また、上記の第１の例では車輪１１における板部１３のフランジ１４ａと反対側にのみ剛性増加部１５を設けたものであるが、板部１３のフランジ１４ａ側、さらには、両側に剛性増加部１５を設けても良い。
【００３２】
また、第２の例では、波打ち部１３ａを図２（ａ）のように環状に形成したものについて説明したが、図２（ｂ）（ｃ）のように波打ち部１３ａを部分的に形成したものでも良い。また、波打ち部１３ａの厚みを他の板部１３の厚みよりも厚くしたものでも良い。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上の本発明は、騒音の低減対策に限らず、板部の剛性向上に伴う車輪全体の軽量化にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の鉄道車両用車輪の第１の例を示す上半分を示す縦断面図である。
【図２】本発明の鉄道車両用車輪の第１の例を示すフランジと反対側から見た正面図で、（ａ）は環状の剛性増加部を設けたもの、（ｂ）は円周方向に３箇所、部分的に剛性増加部を設けたもの、（ｃ）は円周方向に４箇所、部分的に剛性増加部を設けたものである。
【図３】本発明の鉄道車両用車輪の第２の例を示す図で、（ａ）は上半分を示す縦断面図、（ｂ）はフランジと反対側から見た正面図である。
【図４】車輪外径が８６０ｍｍの鉄道車両用車輪の振動モードの一例を示したもので、（ａ）は１５００Ｈｚ近傍の固有振動数での振動モード、（ｂ）は２５００Ｈｚ近傍の固有振動数での振動モードである。
【図５】実験モーダル解析の概要を説明する図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は加速度測定点を示す図である。
【図６】（ａ）は１５００Ｈｚ近傍の固有振動数での車輪の面外方向の加速度応答、（ｂ）は２５００Ｈｚ近傍の固有振動数での車輪の面外方向の加速度応答を示した図である。
【符号の説明】
【００３５】
１１    車輪
１２    ボス部
１３    板部
１３ａ    波打ち部
１４    リム部
１５    剛性増加部
【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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