JP2019530840A - 線路車両用車軸 - Google Patents

Abstract

熱処理材料で作られた線路車両用車軸において、車軸１の表面の全長Ｌに沿った全ての円筒形部分２ａ及び移行部分２ｂにおいて、車軸１の表面が車軸１の表面から均等深さを有する強化高周波焼入れ層２によって形成され、前記高周波焼入れ層２が、徐々に減少する強化工場を持つ移行層３へ続く。移行層３の深さは、高周波焼入れ層２の深さの少なくとも１．５倍に等しい。【選択図】図１

Description

本発明は、全型の線路車両用の熱処理車軸に関するものであり、車軸は、熱処理に適する任意の鋼で作られる。

線路車両が載っているとき、車軸の周期的負荷は、動的効果によって生じる。通常約２０年の高速輸送用列車の耐用寿命の場合、ホイールセットのマイル数を考慮すると、これは、数億又は数十億の負荷サイクルを意味する。このように高サイクルの車軸負荷の場合、より高い安全係数でかつ焼入れによって熱処理されるより良い材料を用いた設計を使用しようと試みられてきた。しかし、車軸の寿命は、表面腐食によって、運行において塗装が損傷する、機械的欠陥がある及び車軸の非保護部分に損傷が生じるので、又圧力を受けるジョイント部での擦過腐食により、又摩耗部分を修理する際又は新しい部分と取り換える際圧力を受ける車軸の部分を解体するときに生じる損傷によって、短縮され、限定される。

これまで、車軸の寿命及び信頼性を増大するために様々な革新的方法が使用されてきた。基本的な革新は、機械的値及び材料構造に関する最終的特性を材料に与える熱処理を含めて、車軸材料自体即ち鋼及びその化学組成の開発及び最適化である。しかし、実際には、そのように最適化された車軸材料、その生産テクノロジー及び最終熱処理のテクノロジーは、数パーセント程度しか要求される特性の改良に寄与しない。

ある特許文献において開示されるように、車軸本体の非保護自由面の付加的保護として役立つ特殊な保護カバー、ホイル及び様々なラミネート材料を使用できるようにする解決法も、車軸本体の自由面の付加的保護として役立つ（例えば、特許文献１参照。）。

所望の車軸特性を改良する別の方法は、特殊な金属及び非金属層を使用することであり、金属及び非金属層は、様々なテクノロジーを使用して車軸の露出部分に付着される。この点に関して最古の方法は、車軸シートヘモリブデン層のホットスプレイであり、この方法は、例えばドイツ規格ＢＮ９１８２６０によって規定される。更に、この種の解決法の例は、Ｎｉ、ＮｉＣｒ、ＮｉＢｒ材料層の被覆を与える噴霧である。これらの層は、１０分の数ミリ、通常は０．５〜１ｍｍの厚みに堆積される。その後、０．１〜０．３ｍｍの範囲の最終厚みまで機械加工される。但し、最終機械加工を含めてこの種の噴霧の材料及びテクノロジーは高価な場合、この方法は、ホイールシート、ベアリングジャーナル又は駆動歯車を据え付けるためのシートなど選択された最も露出した車軸の部分のみに使用される。

車軸の寿命及び信頼性を改良する別の方法は、特に新幹線高速車軸から知られる高周波焼入れである。これは、ある特許文献から知られる解決法である（例えば、特許文献２及び３参照。）。但し、この解決法は、鋼を原料とする材料の特殊な化学組成にのみ使用され、この材料は、主に日本の鉄道に使用される。この解決法の不利点は、選択された材料にのみ使用されることであるが、主に、これらの解決法は車軸の最も応力を受ける部分即ち走行する車輪が押圧される車軸の車軸シートのみに適用される解決法である。

欧州特許第１６９０７０１号明細書 仏国特許発明第２０１８３７２号明細書 特許第３３２９２６３号公報

上述の欠陥は、熱処理材料で作られる線路車両の車軸の設計においては排除される。この設計の本髄は、車軸面の全長に沿った全ての円筒形部分及び移行部分において、車軸面が、車軸面から均等の深さを有する強化高周波焼入れ層によって形成されることであり、この高周波焼入れ層は、強化及び増大機械値が徐々に減少する勾配を持つ移行層へ続く。

好ましい実施形態において、移行層の深さは、高周波焼入れ層の深さの少なくとも１．５倍に等しい。

車軸のこの実施形態の利点は、例えば鉄道車軸の生産の規格において明示されるような基本的熱処理後に得られる値の１．５〜２．５倍の高い強さ限界及び硬度を持つ均等の厚みの材料が、車軸の全長に沿って生成されることである。

正しくテクノロジーを選択し高周波焼入れパラメータを最適化することによって、更に設備自体の設計によって、特に円筒形部分と移行部分との間に著しい差異がない、車軸の全長に亘って均等の厚みの充分に熱処理された層が得られた。これは、いわゆる材料ノッチの生成面積を制限する。材料ノッチは、危険であり、この場所において、寿命及び／又は疲労強さは、増大されないままであるか、又は減少さえする。このように、上述の解決法によって、車軸の全長において表面における及び表面より下約６ｍｍの深さにおける疲労の値を含めて、完ぺきな高い機械的材料値を確実に得られ、更に１０ｍｍの深さにおいて前記特性の漸次的勾配があり、基本材料又は基本的熱処理後の初期状態の材料のパラメータ及び特性のレベルまで徐々に移行する。基本材料又は初期状態の材料は、特に欧州規格ＥＮ１３２６１又は米国規格ＡＡＲ Ｍ１０１などの車軸製造の関連規格（これらの規格においてその化学組成を含めて鋼(steel)の様々な等級が規定される）において明示される機械的特性を持つ。

車軸の全長にわたって高周波焼入れ均等層を持つ前記解決法の更なる利点は、車軸の組立ための状態までの最終機械加工後でも表面に最高９００ＭＰａのレベルの残留圧縮応力の非常に均質の領域が存在することである。高周波焼入れ後の材料の高い強度と共に、車軸の任意の点のどのような欠陥又は初期化クラック（initialization cracks）の発現も不可能になる。

別の利点は、上記のＥＮ１３２６１規格によって規定されるように２００ｋｍ／時を超える高速度の場合、上記のように製造された車軸は、車軸の非保護自由表面のエリアにおいて線路からのバラストの衝撃を防止するために車軸本体に数ミリメートルの厚みの塗装層を使用する必要がなく、又、このような解決法は、車軸本体の非保護自由表面の付加的保護として役立つ特殊な保護シールド、ホイル及び各種のラミネート材料を使用する必要をなくす。

線路車両用の車軸の表面長さ全体に高周波焼入れ層を持つ車軸の実施形態を示す。 線路車両用の車軸の表面長さ全体に高周波焼入れ層を持つ車軸の実施形態を示す。

例１
図１に従った線路車両用の車軸の車軸表面の全長に亘って高周波焼入れ層を持つ従来の車軸の代表的実施形態は、車軸１の表面と、高周波焼入れ層２と、移行層３とを備え、これら全ては、車軸１の表面の全長Ｌに沿っている。全ての円筒形部分２ａにおいて、シート、車軸本体、ジャーナル及びシールリング用シートの領域において、及び移行部分２ｂにおいて、及びこれに隣接する移行層３において、高周波焼入れ層２は、徐々に減少する強化勾配から成る。高周波焼入れ層２は、車軸１の保護面の全長Ｌに沿って均等の深さを有する。移行層３は、高周波焼入れ層２の深さの少なくとも１．５倍に等しい深さを有する。

例２
図２に従った線路車両用車軸の車軸表面の全長に沿って高周波焼入れ層を持つ従来の車軸の代表的実施形態は、車軸１の表面と、高周波焼入れ層２と、移行層３と、から成り、これらの全てが、車軸１の表面の全長Ｌに沿って延びる。高周波焼入れ層２は、全ての円筒形部分２ａ、シート、車軸本体、ジャーナル及びシールリング用シートの領域において、移行部分２ｂにおいて、及び駆動ギアボックスを取り付けるための完全ゾーンにおいて、及び隣接する移行層３において、徐々に減少する強化勾配から構成される。高周波焼入れ層２は、車軸１保護面の全長Ｌに沿って均等の深さを有する。移行層３は、高周波焼入れ層２の深さのすくなくとも１．５倍の深さを有する。

全長に亘る及び部分の高周波焼入れ層の上述の解決法は、あらゆる型の線路車両に、特に応力の大きい線路車両及び数百万回の負荷サイクルに相当する高い年間マイル数を持つ高速線路車両に、使用するためのものである。

Claims (2)

1. 線路車両用の車軸、好ましくは鉄道車両用の車軸であって、前記車軸が熱処理材料で作られた、線路車両用の車軸において、
   前記車軸（１）の表面の全長（Ｌ）に沿った全ての円筒形部分（２ａ）及び移行部分（２ｂ）において、前記車軸（１）の表面が、前記車軸（１）の表面から均等深さを有する強化高周波焼入れ層（２）によって形成され、前記強化高周波焼入れ層（２）が、徐々に減少する強化勾配を持つ移行層（３）へ続くことを特徴とする、線路車両用車軸。
2. 前記移行層（３）の深さが、前記強化高周波焼入れ層（２）の前記深さの少なくとも１．５倍に等しいことを特徴とする、請求項１に記載の線路車両用車軸。

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