(57)【要約】【課題】絶縁性および耐候性に優れるとともに、容易に製造することのできる絶縁車輪を提供する。【解決手段】この絶縁車輪１００は、金属製の内輪１１０と、内輪１１０の外周面に配設される絶縁層１２０と、絶縁層１２０の外周面に配設される金属製の外輪１３０と、を備え、内輪１１０と外輪１３０とは、絶縁層１２０によって電気的に絶縁されており、絶縁層１２０は、フッ素系樹脂である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の内輪と、
前記内輪の外周面に配設される絶縁層と、
前記絶縁層の外周面に配設される金属製の外輪と、
を備え、
前記内輪と前記外輪とは、前記絶縁層によって電気的に絶縁されており、
前記絶縁層は、フッ素系樹脂である、絶縁車輪。
【請求項２】
前記フッ素系樹脂は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、および、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体のいずれかである、請求項１に記載の絶縁車輪。
【請求項３】
前記内輪の外周面、および、前記外輪の内周面の少なくともいずれか一方には、当該絶縁車輪にスラスト方向への外力が加わった場合に、前記外力に対して対抗する手段が設けられている、請求項１または請求項２に記載の絶縁車輪。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の絶縁車輪の製造方法であって、
金属製の前記内輪を準備する工程と、
前記内輪の外周面にフッ素樹脂を用いた前記絶縁層を配設する工程と、
前記絶縁層の外周面に前記外輪を配設する工程と、
を備える、絶縁車輪の製造方法。
【請求項５】
前記内輪の外周面に前記絶縁層を配設する工程は、
前記内輪の外径よりも小さい内径を有する環状の絶縁層素材を準備する工程と、
前記絶縁層素材を加熱膨張させた後、前記絶縁層素材を前記内輪の外周面に配設し、その後、前記絶縁層素材を冷却させることにより前記絶縁層素材を前記内輪の外周面に装着する工程と、
前記内輪の外周面に装着された前記絶縁層素材の外周面の外径を、前記外輪の内径よりも大きい径に加工して前記絶縁層とする工程と、
を含み、
前記絶縁層の外周面に前記外輪を配設する工程は、
前記外輪を加熱膨張させた後、前記外輪を前記絶縁層の外周面に配設し、その後、前記外輪を冷却させることにより、前記外輪を前記絶縁層の外周面に装着する工程を含む、
請求項４に記載の絶縁車輪の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気鉄道の軌道を用いて走行する保守用車両に用いられる絶縁車輪に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気鉄道の軌道を用いて走行する保守用車両に用いられる絶縁車輪の構造が、特開２０１３−２３０７９９号公報（特許文献１）、特開２０００−１１０２号公報（特許文献２）、特開平０７−３１５００４号公報（特許文献３）、および、特開昭５９−１４５０１号公報（特許文献４）等に開示されている。
【０００３】
これらに開示される絶縁車輪においては、金属製の内輪と金属製の外輪とを備え、これら内輪と外輪との間に絶縁層を設けることで、絶縁車輪の絶縁性を確保している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２３０７９９号公報
【特許文献２】特開２０００−１１０２号公報
【特許文献３】特開平０７−３１５００４号公報
【特許文献４】特開昭５９−１４５０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、保守用車両に用いられる絶縁車輪としてより絶縁性および耐候性に優れるとともに、容易に製造することのできる絶縁車輪が求められるようになってきている。
【０００６】
この発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、絶縁性および耐候性に優れるとともに、容易に製造することのできる絶縁車輪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】
【０００７】
この絶縁車輪においては、金属製の内輪と、上記内輪の外周面に配設される絶縁層と、上記絶縁層の外周面に配設される金属製の外輪とを備え、上記内輪と上記外輪とは、上記絶縁層によって電気的に絶縁されており、上記絶縁層は、フッ素系樹脂である。
【０００８】
他の形態においては、上記フッ素系樹脂は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、および、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体のいずれかである。
【０００９】
他の形態においては、上記内輪の外周面、および、上記外輪の内周面の少なくともいずれか一方には、当該絶縁車輪にスラスト方向への外力が加わった場合に、上記外力に対して対抗する手段が設けられている。
【００１０】
この発明にもとづいた絶縁車輪の製造方法においては、上述のいずれかに記載の絶縁車輪の製造方法であって、金属製の上記内輪を準備する工程と、上記内輪の外周面にフッ素樹脂を用いた上記絶縁層を配設する工程と、上記絶縁層の外周面に上記外輪を配設する工程と、を備える。
【００１１】
他の形態においては、上記内輪の外周面に上記絶縁層を配設する工程は、上記内輪の外径よりも小さい内径を有する環状の絶縁層素材を準備する工程と、上記絶縁層素材を加熱膨張させた後、上記絶縁層素材を上記内輪の外周面に配設し、その後、上記絶縁層素材を冷却させることにより上記絶縁層素材を上記内輪の外周面に装着する工程と、上記内輪の外周面に装着された上記絶縁層素材の外周面の外径を、上記外輪の内径よりも大きい径に加工して上記絶縁層とする工程とを含み、上記絶縁層の外周面に上記外輪を配設する工程は、上記外輪を加熱膨張させた後、上記外輪を上記絶縁層の外周面に配設し、その後、上記外輪を冷却させることにより、上記外輪を上記絶縁層の外周面に装着する工程とを含む。
【発明の効果】
【００１２】
この絶縁車輪によれば、絶縁性および耐候性に優れるとともに、容易に製造することのできる絶縁車輪を提供することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１における絶縁車輪の全体構造を示す正面図である。
【図２】図１中のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。
【図３】実施の形態１における絶縁車輪の内輪構造を示す正面図である。
【図４】図３中のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。
【図５】図４中のＶで囲まれた領域の部分拡大断面図である。
【図６】実施の形態１における絶縁車輪の外輪構造を示す正面図である。
【図７】図６中のＶＩＩ−ＶＩＩ線矢視断面図である。
【図８】図７中のＶＩＩＩで囲まれた領域の部分拡大断面図である。
【図９】実施の形態２における絶縁車輪の製造工程を示す第１断面図である。
【図１０】実施の形態２における絶縁車輪の製造工程を示す第２断面図である。
【図１１】実施の形態２における絶縁車輪の製造工程を示す第３断面図である。
【図１２】実施の形態２における絶縁車輪の製造工程を示す第４断面図である。
【図１３】実施の形態２における絶縁車輪の製造工程を示す第５断面図である。
【図１４】実施の形態２における絶縁車輪の製造工程をまとめた図である。
【図１５】実施の形態３における絶縁車輪の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に基づいた一例における実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。実施の形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されていることである。
【００１５】
また、以下に説明する絶縁車輪は、車軸の両端に一対設けられるものであり、図面中の「外側」および「内側」の標記は、車軸に取り付けられた状態での位置を示すものである。
【００１６】
（実施の形態１：絶縁車輪１００）
図１から図８を参照して、本実施の形態における絶縁車輪１００の構造についてその一例を説明する。図１は、絶縁車輪１００の全体構造を示す正面図、図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図、図３は、絶縁車輪１００の内輪構造を示す正面図、図４は、図３中のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図、図５は、図４中のＶで囲まれた領域の部分拡大断面図、図６は、絶縁車輪１００の外輪構造を示す正面図、図７は、図６中のＶＩＩ−ＶＩＩ線矢視断面図、図８は、図７中のＶＩＩＩで囲まれた領域の部分拡大断面図である。
【００１７】
図１および図２を参照して、本実施の形態における絶縁車輪１００は、金属製の内輪１１０と、内輪１１０の外周面に配設される絶縁層１２０と、絶縁層１２０の外周面に配設される金属製の外輪１３０とを備えている。内輪１１０と外輪１３０とは、絶縁層１２０によって電気的に絶縁されており、絶縁層１２０には、フッ素系樹脂が用いられている。内輪１１０の中心には、開口１１０ａが設けられ、保守用車両側の車軸（図示省略）が挿通される。
【００１８】
（内輪１１０）
図３および図４を参照して、内輪１１０について説明する。内輪１１０には、金属材料の一例として鉄が用いられている。
【００１９】
図５を参照して、内輪１１０の外周面１１０ｐには、周方向に延びる複数の溝１１０ｇが設けられている。この複数の溝１１０ｇは、図５に示す断面においては、複数の断面であるが、外周面１１０ｐにスパイラル状に設けてもよい。この場合には、連続する１本の溝となる。溝１１０ｇの断面形状は、三角形上である。また、ブラスト処理により表面を粗面化してもよい。図示していないが、内輪１１０の軽量化を図るための開口を適宜設けてもよい。また、溝の断面形状は三角形状に限定されず、半円形状、Ｕ字形状、その他の断面形状の採用が可能である。
【００２０】
（外輪１３０）
図６および図７を参照して、外輪１３０について説明する。外輪には、金属材料の一例として鉄が用いられている。外輪１３０の外周面の一方の側面（内側）には半径方向の外方に張り出す膨出部１３０ｐが設けられている。
【００２１】
図８を参照して、外輪１３０の内周面１３０ｒには、周方向に延びる複数の溝１３０ｇが設けられている。この複数の溝１３０ｇは、図８に示す断面においては、複数の断面であるが、内周面１３０ｒにスパイラル状に設けてもよい。この場合には、連続する１本の溝となる。溝１３０ｇの断面形状は、三角形上である。また、ブラスト処理により表面を粗面化してもよい。図示していないが、外輪１３０の軽量化を図るための開口を適宜設けてもよい。また、溝の断面形状は三角形状に限定されず、半円形状、Ｕ字形状、その他の断面形状の採用が可能である。
【００２２】
このように、内輪１１０の外周面１１０ｐ、および、外輪１３０の内周面１３０ｒに溝を設けたりブラスト処理を施して粗面化することで、内輪１１０の外周面１１０ｐ、および、外輪１３０の内周面１３０ｒの表面が絶縁層１２０に食い込むことになる。これにより、絶縁車輪１００にスラスト方向（保守用車両側の車軸が延びる方向）への外力が加わった場合に、上記外力に対する対抗力を高めることができる。また、接着剤を併用することで、対抗力をより高めることができる。
【００２３】
（実施の形態２：絶縁車輪１００の製造方法）
次に、図９から図１４を参照して、上記構成を備える絶縁車輪１００の製造方法の一例について説明する。図９から図１３は、絶縁車輪の製造工程を示す第１から第５断面図であり、図１４は、絶縁車輪の製造工程をまとめた図である。
【００２４】
図９を参照して、後に絶縁層１２０を構成する環状の絶縁層ブロック１２０Ｂを準備する。本実施の形態では、絶縁層ブロック１２０Ｂにフッ素系樹脂として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を用いる。ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）は絶縁特性、加工性、耐熱性に富んでいる。次に、図１０を参照して、絶縁層ブロック１２０Ｂに加工を施し、絶縁層素材１２０Ａを形成する。
【００２５】
次に、図１１を参照して、絶縁層素材１２０Ａを内輪１１０の外周面に焼嵌める。具体的には、電気炉内において絶縁層素材１２０Ａを加熱し、絶縁層素材１２０Ａを加熱膨張させた後、絶縁層素材１２０Ａを内輪１１０の外周面に配設し、その後、絶縁層素材１２０Ａを冷却させることにより、絶縁層素材１２０Ａを内輪１１０の外周面に装着する。内輪１１０の外周面１１０ｐには、周方向に延びる複数の溝１１０ｇが設けられていることから、絶縁層素材１２０Ａの収縮時には、絶縁層素材１２０Ａが溝１１０ｇに食い込む。
【００２６】
次に、図１２を参照して、内輪１１０の開口１１０ａの内径寸法基準にして、絶縁層素材１２０Ａの外径加工および両側面の加工を行なう。この際、内輪１１０の外周面に装着された絶縁層素材１２０Ａの外周面の外径を、外輪１３０の内径よりも大きい径に加工して絶縁層１２０とする。
【００２７】
次に、具体的には、電気炉内において外輪１３０を加熱膨張させた後、外輪１３０を絶縁層１２０の外周面に配設し、その後、外輪１３０を冷却させることにより、外輪１３０を絶縁層１２０の外周面に装着する。以上により、絶縁車輪１００が完成する。上記図９から図１３に示す工程をまとめたものを図１４に示す。
【００２８】
なお、上記の製造工程においては、金属製の内輪１１０を準備する工程と、内輪の外周面にフッ素樹脂を用いた絶縁層１２０を配設する工程と、絶縁層１２０の外周面に外輪１３０を配設する工程とを備える、絶縁車輪の製造方法の一例を示すものであり、他の製造方法としては、内輪１１０の外周面１１０ｐ、および、外輪１３０の内周面１３０ｒをブスト処理を施して粗面化することで、内輪１１０の外周面１１０ｐ、および、外輪１３０の内周面１３０ｒの表面が絶縁層１２０に食い込ませることができる。接着剤を用いた製造工程を併用することも可能である。たとえば内輪１１０の表面にエポキシ系の接着剤を塗布した後所定の形状に成型された絶縁層１２０を接着する。その後、絶縁層１２０の表面にエポキシ系の接着剤を塗布した後に外輪１３０を接着する。
【００２９】
以上、本実施の形態における絶縁車輪１００によれば、絶縁層１２０としてフッ素系樹脂のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を用いて、内輪１１０と外輪１３０とが一体化され、かつ、内輪１１０と外輪１３０とが電気的に絶縁されている。このように、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）は、耐熱性、加工性、絶縁特性、撥水性に富んでいる。
【００３０】
たとえば、ポリテトラフルオロエチレンを、ポリウレタンおよびＭＣナイロンと比較した場合には、熱的特性に関しては、ポリテトラフルオロエチレンは−１００℃から＋２６０℃であるのに対して、ポリウレタンは−２０℃から＋７０℃、ＭＣナイロンは−４０℃から＋１２０℃である。よって、ポリテトラフルオロエチレンの方がポリウレタンおよびＭＣナイロンよりも耐熱性に優れている。
【００３１】
機械的特性に関しては、引張強度は、ポリテトラフルオロエチレンは２０ＭＰａ〜３５ＭＰａ、ポリウレタンは４１ＭＰａ、ＭＣナイロンは９６ＭＰａである。圧縮強度は、ポリテトラフルオロエチレンは１０ＭＰａ〜１５ＭＰａ、ポリウレタンは６ＭＰａ、ＭＣナイロンは９５ＭＰａである。伸びは、ポリテトラフルオロエチレンは２００％〜４００％、ポリウレタンは５８０％、ＭＣナイロンは３０％である。以上の特性から、ポリテトラフルオロエチレンの方がポリウレタンおよびＭＣナイロンよりも加工性に優れている。
【００３２】
電気的特性に関しては、体積抵抗率が、ポリテトラフルオロエチレンは１０１８Ω・ｃｍ以上であり、ポリウレタンは１０９Ω・ｃｍ〜１０１２Ω・ｃｍ、ＭＣナイロンは１０１５Ω・ｃｍである。よって、ポリテトラフルオロエチレンの方がポリウレタンおよびＭＣナイロンよりも絶縁特性に優れている。
【００３３】
化学的特性に関しては、吸水性が、ポリテトラフルオロエチレンは０．０１％未満、ポリウレタンは０．０２％から１．５％、ＭＣナイロンは０．８％である。よって、ポリテトラフルオロエチレンの方がポリウレタンおよびＭＣナイロンよりも撥水性に優れている。
【００３４】
なお、絶縁層１２０として、フッ素系樹脂のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を用いたが、この材料には限定されない。たとえば、他のフッ素系樹脂として、絶縁性、撥水性、耐温度変化を考慮して、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、および、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）等を用いてもよい。
【００３５】
（実施の形態３：絶縁車輪１００Ａ）
次に、図１５を参照して、他の一例として本実施の形態における絶縁車輪１００Ａについて説明する。この絶縁車輪１００Ａの基本的構成は、実施の形態１における絶縁車輪１００と同じであり、相違点は、内輪１１０の内側端部に、絶縁層１２０の内側の端部に当接する段部１１０ｈが環状に設けられており、同様に、外輪１３０の外側端部に、絶縁層１２０の外側の端部に当接する段部１３０ｈが環状に設けられている点にある。
【００３６】
絶縁車輪１００Ａの使用状態においては、外輪１３０には外側から内側に向かう方向（スラスト方向：保守用車両側の車軸が延びる方向）のスラスト力が加わり、内輪１１０には内側から外側に向かう方向（スラスト方向）の力が加わる。その場合に、本実施の形態における絶縁車輪１００Ａでは、段部１１０ｈおよび段部１３０ｈにより絶縁層１２０を両端部から挟み込む状態となり、スラスト方向における耐性を高めることが可能となる。なお、段部１１０ｈおよび段部１３０ｈは必ずしも環状である必要はなく、島状に所定のピッチで配置するようにしてもよい。
【００３７】
以上、各実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３８】
１００  絶縁車輪、１１０  内輪、１１０ａ  開口、１１０ｆ  外周フランジ部、１１０ｇ  溝、１１０ｈ，１３０ｈ  段部、１１０ｐ  外周面、１２０  絶縁層、１２０Ａ  絶縁層素材、１２０Ｂ  絶縁層ブロック、１３０  外輪、１３０ｐ  膨出部、１３０ｒ  内周面。
【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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