JP2001517177A

JP2001517177A - 鉄道車両用車輪の特性改善方法及び鉄道車両用車輪

Info

Publication number: JP2001517177A
Application number: JP54156398A
Authority: JP
Inventors: レナートオロフソン，ヨハン
Original assignee: デュロクアクティボラゲット
Priority date: 1997-04-01
Filing date: 1998-03-30
Publication date: 2001-10-02
Also published as: AU6861398A; SE511411C2; EP0971825A1; SE9701173D0; BR9808634A; WO1998043834A1; SE9701173L

Abstract

(57)【要約】本発明は、鉄道車両用車輪、及び鉄道車両用車輪（１）の特性改善方法に関する。この方法発明によると、車輪（１）の母材（２）の一部を除去し、その部分に特にレーザー照射による熱照射によって溶融物を形成し、溶融物に付加物を供給して、母材（２）と異なる特性を有する表面被覆層（１６、１７）を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】鉄道車両用車輪の特性改善方法及び鉄道車両用車輪本発明は鉄道車両用車輪の特性を改善する方法に関する。また本発明は鉄道車両用車輪に関する。鉄道車両が高速化して車両用車輪の回転が速くなると、車輪にかかる負荷が増加し、また大気及び雨水の汚染が車輪の腐食を増大させることから、鉄道車両用車輪に対する要求が過酷となっている。本発明の目的は、鉄道車両用車輪の特性改善方法、特に、高速運転、高荷重による表面疲労に対する特性改善方法、及び、汚染された大気及び雨水による腐食に対する特性改善方法に関する。この目的は、請求項１の特徴部分に記載の各ステップによって達成することができる。上記各ステップに従って鉄道車両用車輪を製造することにより、実績のある材料の特性を生かして、表面疲労と亀裂発生を防止し、同時に、真円からのずれ及び腐食を防止する、母材に比べて良好な特性を得ることができる。また本発明の鉄道車両用車輪に対する課題は、請求項２０に記載の特徴事項によって解決される。以下、添付図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。図１は、鉄道車両用車輪の部分斜視図であり、亀裂または亀裂発生の可能性のある部分の母材を切削除去した状態を示す。図２は、図１と同様の部分斜視図であり、母材除去部に表面被覆層を形成した状態を示す。図３は、図１と同様の部分斜視図であり、図２と異なる場所に表面被覆層を形成した状態を示す。図４は、図１と同様の部分斜視図であり、図２、図３と異なる場所に表面被覆層を形成した状態を示す。図５は、図１に示した鉄道車両用車輪の断面図であり、表面被覆層の形成過程を示す。各図は、表面被覆層を形成する鉄道車両用車輪１の一部を示す。図示された車輪１は鋼鉄等の母材２で製造され、トレッド面３とフランジ部４を有している。図１の符号５及び６は、トレッド面３において、車輪１がレール上を走行するときの大きな負荷がかかる部分である。トレッド面３の部分５及び６は、車輪１を高速走行車両用に使用した場合に、母材２の疲労によって亀裂が発生しやすい部分である。鉄道車両用車輪１の特性を改善するため、上記部分５及び６において母材２の表面層７及び８を除去する。表面層７及び８の除去は切削、研磨その他によって行う。表面層の除去は、車輪１を回転台（図示省略）に載せて切削工具に対して回転させる装置、又は旋盤等の装置（図示省略）によって行われる。母材２の表面層７、８を除去することによって車輪１の周囲に環状の凹部９、１０が形成される。次に車輪１を、被覆装置１１を有する別の回転機械（図示省略）に載せる。被覆装置１１は、凹部９、１０に、特にレーザー照射１２等の高エネルギーの熱照射をして凹部９、１０の底面で母材２を溶融させる。被覆装置１１は、母材２を溶融させると同時に、溶融物１３に１種類又は複数種類の付加物１４、１５を供給して、冷却後に母材２とは異なる性質を有する表面被覆層１６、１７を形成する。上記の溶融と付加物質の供給は、溶融物１３が固化してできる細長い線状体１８によって表面被覆層１６、１７が形成されるように行う。線状体１８の一部が互いに重なるか（図２及び図４）、線状体１８の間に母材２の外面２０が露出する狭い間隔１９を残すよう、各線状体１８は極めて狭い間隔で形成される。一例として、一方の表面被覆層１６が車輪のトレッド面３の内側寄りに設けられ、他方の表面被覆層１７がフランジ４に接近して形成される。さらに、表面被覆層１６の幅Ａをトレッドの全幅Ｂの約３分の１とし、表面被覆層１７の幅Ｃを幅Ａより狭くしている。表面被覆層１６、１７間の母材２の外面２０が残る部分２１の幅Ｄを、幅Ａより若干狭くしている。線状体１８は車輪１の周囲に形成され(図２、図３)、また線状体１８の底面の車輪１の軸(図４の線Ａの方向)に対する角度αが２０〜９０°となっている。付加物質１４及び／又は１５を溶融物１３に供給して、ａ）母材２に比べて高い亀裂発生防止特性ｂ）母材２に比べて高い表面疲労防止特性ｃ）母材２に比べてトレッド面２の真円度が保持しやすい特性ｄ）母材２のみで製造された車輪１に比べて高い腐食防止特性のいずれかの特性を備えた表面被覆層１６、１７が形成される。溶融物１３に付加物１４、１５を供給して形成される表面被覆層１６、１７は、母材２で得られるほどの電気的接触が得られなくても、少なくとも車輪１のレールとの接触部において電気的接触が得られる導電性を有する。表面被覆層１６、１７は、母材２がレールに接し、母材２とレールとの間に電気的接触が得られる位置に形成される。さらに、レール上を走行する車両の少なくとも１つの車輪１の母材２の表面２０がレールと電気的接触する位置に形成されている。また付加物質１４、１５は、車輪１の母材２の種類、及び／又は改良すべき特性の程度に応じて選定されることが望ましい。従って、付加物１４、１５として、金属、合金、又は金属混合物、及び／又は少なくとも１つのセラミックが使用できる。金属材料１４としては、鉄、コバルト又はニッケルが使用でき、セラミック材料１５としては、タングステンカーバイド、チタニウムカーバイド、バナジウム、ニオビウムカーバイド、又はタンタルカーバイドが使用できる。本発明の方法、及び発明の対象物は、上記の説明及び図示された範囲に限定されず、請求の範囲内で変わり得る。変形例について詳細に述べていないが、表面被覆層１６、１７をフランジ部４に形成することもでき、凹部９、１０を完全に表面被覆層１６、１７で被覆して、その外面２２を母材２の外面と同一面となるよう、研磨等により平滑に仕上げることもでき、また車輪１の表面被覆層１６、１７を形成する部分を予熱しておくこともできる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．鉄道車両用車輪の特性を改善する方法であって、ａ）鉄道車両用車輪（１）の、亀裂が存在するか、高速走行時の高速回転によって亀裂が発生するおそれのある個所（５及び／又は６）における母材の少なくとも表層を除去し、ｂ）母材の除去によって形成された凹部の母材を、特にレーザー照射による熱照射によって溶融し、ｃ）車輪に母材以外の特性を付与するために、凹部内の母材の溶融物に付加物を供給し、ｄ）付加物により線状体（１８）を凹部内に平行に形成して、凹部を線状体（１８）で被覆し、そして、ｅ）線状体（１８）によって凹部に形成された表面被覆層（１６及び／又は１７）の表面を、隣接する母材（２）の外面（２０）と同一面に仕上げ処理することを特徴とする鉄道車両用車輪の特性改善方法。２．車輪（１）を表面加工装置上で回転させ、母材（２）の表層（７及び／又は８）を切削又は研磨によって除去して、車輪（１）に１つ又は複数の凹部（９及び／又は１０）を形成し、母材（２）の表層（７及び／又は８）を除去してできた凹部（９及び／又は１０）内で、少なくとも１つの表面被覆層（１６及び／又は１７）の位置決めをし、特にレーザー照射（１２）による熱照射によって母材を溶融すると共に溶融物（１３）に付加物（１４及び／又は１５）を供給する被覆装置（１１）に対して車輪（１）を回転して表面被覆層（１６及び／又は１７）を形成する請求項１記載の方法。３．母材（２）の溶融が凹部（９及び／又は１０）の底部で行われる請求項１又は２に記載の方法。４．表面被覆層（１６及び／又は１７）が、車輪（１）の全周にわたって伸びており、前記溶融物（１３）及びその固化物によって形成される線状体（１８）で形成される請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。５．表面被覆層（１６及び／又は１７）の線状体（１８）底面の、車輪（１）の軸(Ａ)に対する角度αを２０〜９０°とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。６．隣り合う線状体（１８）が互いに重なる程度に接近して表面被覆層（１６及び／又は１７）を形成する請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。７．隣り合う線状体（１８）間の間隔（１９）に母材（２）の外面（２０）を残して表面被覆層（１６及び／又は１７）を形成する請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。８．車輪（１）のトレッド面（３）に１又は複数の表面被覆層（１６及び／又は１７）を形成する請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。９．車輪（１）のトレッド面（３）に少なくとも２つの表面被覆層（１６、１７）を形成し、その一方の表面被覆層（１６）を車輪の内側寄りに形成し、他方の表面被覆層（１７）を車輪（１）のフランジ（４）に接近した位置に形成する請求項８記載の方法。１０．車輪（１）の内側寄りの表面被覆層（１６）の幅（Ａ）を車輪のトレッド部（３）の幅（Ｂ）の約３分の１とし、フランジ（４）に接近した表面被覆層（１７）の幅（Ｃ）を、それより内側の表面被覆層（１６）の幅（Ａ）より狭くする請求項９記載の方法。１１．表面被覆層（１６、１７）を、その間に母材（２）の外面（２０）を残す間隔（２１）をあけて形成し、間隔（２１）の幅（Ｄ）を、表面被覆層（１６又は１７）の広い方の幅より若干狭くする請求項９又は１０に記載の方法。１２．前記溶融物に付加物質（１４及び／又は１５）を供給して、車輪（１）の表面被覆層（１６及び／又は１７）に、ａ）母材（２）に比べて高い亀裂防止特性ｂ）母材（２）に比べて高い表面疲労防止特性ｃ）母材（２）のみの車輪と比べてトレッド面（３）の真円度が維持しやすい特性ｄ）高い腐食防止特性のいずれかの特性を付与する請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。１３．溶融物（１３）に付加物（１４及び／又は１５）を供給して、表面被覆層（１６及び／又は１７）を形成し、少なくとも車輪（１）とレールとの接触部分において良好な電気伝導特性が得られるようにする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。１４．車輪（１）の表面被覆層（１６及び／又は１７）を、車輪（１）の母材（２）の外面（２０）がレールと接触できる位置に形成する請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。１５．レール上を走行する車両の少なくとも１つの車輪（１）がレールと電気的に接触するよう、レール上を走行する車両の少なくとも１つの車輪（１）の母材（２）の外面（２０）がレールと接触する位置に表面被覆層（１６及び／又は１７）を形成する請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。１６．溶融物（１３）に、少なくとも１つの金属、金属合金、及び金属（１４）及び／又は少なくとも１つのセラミック（１５）の混合物である付加物質（１４及び／又は１５）を供給する請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。１７．溶融物（１３）に供給される金属が鉄、コバルト、またはニッケルである請求項１６記載の方法。１８．溶融物（１３）に供給されるセラミック（１５）が、タングステンカーバイド、チタニウムカーバイド、バナジウム、ニオビウムカーバイド、又はタンタルカーバイドである請求項１６又は１７記載の方法。１９．母材（２）の一部（５及び／又は６）に亀裂が発生する可能性のある鉄道車両用車輪において、亀裂発生のおそれのある部分（５及び／又は６）に少なくとも１つの凹部（９及び／又は１０）が形成され、その凹部（９及び／又は１０）に少なくとも１つの表面被覆層（１６及び／又は１７）が形成され、表面被覆層（１６及び／又は１７）が、母材（２）と付加物質（１４及び／又は１５）とからなり、母材（２）が、特にレーザー照射による熱照射によって溶融され、同時に溶融物（１３）に付加物（１４及び／又は１５）を供給して、車輪（１）に母材（２）とは異なる特性が付与されており、表面被覆層（１６及び／又は１７）が凹部（９及び／又は１０）内で、互いに隣接して凹部を埋める多数の線状体（１８）として形成され、かつ、表面被覆層（１６及び／又は１７）の外面が、隣接する母材（２）の外面(２０)と一致する高さに仕上げられていることを特徴とする鉄道車両用車輪。２０．溶融物（１３）に付加物質（１４及び／又は１５）を供給することにより、表面被覆層（１６及び／又は１７）が車輪（１）にａ）母材（２）に比べて高い亀裂防止特性ｂ）母材（２）に比べて高い表面疲労防止特性ｃ）母材（２）に比べてトレッド面（３）の真円度が維持しやすい特性ｄ）高い腐食防止特性のいずれかの特性が付与されている請求項１９記載の車輪。２１．表面被覆層（１６及び／又は１７）が、特に高速走行車両の車輪（１）の走行中に受ける負荷によって亀裂が発生するおそれのある個所（５及び／又は６）に設けられ、表面被覆層（１６及び／又は１７）が母材（２）に比べて亀裂防止効果の高い特性を有する請求項１９記載の車輪。２２．表面被覆層（１６及び／又は１７）が、亀裂が存在するか亀裂が発生するおそれのある部分に形成された、車輪（１）の少なくとも１つの凹部（９及び／又は１０）に形成されている請求項２１記載の車輪。２３．車輪（１）に設けられ、レール上を走行する車両の少なくとも１つの車輪（１）の母材（２）がレールと接触するよう、少なくとも１つの表面被覆層（１６及び／又は１７）が、レール上を走行する車両の少なくとも１つの車輪（１）の母材（２）が常にレールと電気的接触する請求項１９〜２２のいずれか１項に記載の車輪。