JP3492904B2 - 軌道用車輪 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軌道用車輪に係
り、より詳細には、弾性踏面を有する保守車両等の軌道
用車輪に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】軌道用車輪、例えば保守車両（保線作業
車，架線作業車等）の車輪は、一般に金属製車輪（所謂
鉄車輪）が採用されていた。この金属製車輪では、振動
が大きく、特に、レールの接目等を通過するときの振動
乃至騒音が激しく、夜間作業のときはその騒音が公害問
題となっていた。

【０００３】また、金属製車輪で走行する車両では、ブ
レーキをかけたとき車輪の踏面とレールとの摩擦係数が
小さいことから、車輪がロック状態（非回転状態）でレ
ール上を滑動して停止距離が長大になるという課題があ
った。ところで、軌道車両用車輪として、特開昭５５−
１１４６０２号公報で開示の技術がある。

【０００４】この従来の技術は、リムの外周にゴムある
いは合成物質のような弾性材料製タイヤを固着したもの
であり、リムの外周に突起を設け、この突起にタイヤ
（弾性輪体）を加硫接着したもの（当該公報第１図参
照）と、リムの外周にフランジを設け、このフランジ間
にクサビ空間を有して弾性輪体を加硫接着したものであ
った（当該公報第２図参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述公報で開示の軌道
用車輪は、弾性輪体のボリウーム（断面積）が大きく形
成されているため、重さが例えば３トンの車両でレール
上を走行するとき、弾性圧縮変形の割合が非常に高くな
り過ぎて、車両が振らつく（揺れる）という課題がある
とともに、時速１２０kmというように高速走行するには
不向であった。

【０００６】また、弾性輪体のボリウームが大きいこと
から走行時の発熱が蓄熱されて弾性輪体が早期破壊する
という課題があった。更に、荷重の変動により弾性輪
体、特に、弾性踏面のエッジからの剥離が発生し易いと
いう課題があった。そこで本発明は、弾性輪体の断面形
状を工夫することによって、弾性圧縮変形の割合を抑制
することで車両の揺れを防止し、高速走行を可能とする
とともに、弾性輪体の剥離、欠け等を防止できるように
した弾性踏面を有する軌道用車輪を提供することが目的
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、踏面１１の車
軸方向一端に脱輪防止用突条１２を形成した車輪６にお
いて、前述の目的を達成するために、次の技術手段を講
じている。すなわち、請求項１に係る軌道用車輪５は、
前記踏面１１の車軸方向両側に細幅支え面１３を有して
該細幅支え面１３間に凹部１４を形成しており、該凹部
１４に嵌着する弾性凸部１５と前記細幅支え面１３に被
着される弾性薄肉部１６とを有する弾性輪体７で前記踏
面１１の外周全面をほぼ覆っており、該弾性輪体７によ
り弾性踏面１７を構成していることを特徴とするもので
ある。

【０００８】このような構成を採用したことにより、レ
ール上を弾性踏面１７が回転するとき（車両が走行する
とき）、振動乃至騒音は該弾性踏面１７直下の弾性凸部
１５が弾性圧縮されることで緩和吸収されるとともに、
レールとの摩擦係数が大きいことから、ブレーキをかけ
たとき車輪ロックされることは少なく、これ故に、車両
２の停止距離が短くなるのである。

【０００９】また、弾性凸部１５の弾性圧縮変形は、凹
部１４に弾性凸部１５が嵌着されていることから、弾性
輪体７の振れ（揺れ）は少なく、これ故に、車両２は安
定走行が可能となるのである。更に、弾性薄肉部１６は
細溝支え面１３に被着されていることにより、この部分
からの剥離、欠け等は抑制されるのである。

【００１０】請求項２に係る軌道用車輪５は、請求項１
の構成に加えて、車輪６の踏面１１に形成した凹部１４
は、車輪全周に亘る周溝であり、該周溝に嵌着する弾性
輪体７の弾性凸部１５は該輪体７の内周全体に亘る周突
起であることを特徴とするものである。このような構成
を採用したことにより、請求項１において既述した作用
は、軌道用車輪５の全周に亘って均等に作用するし、車
輪６および弾性輪体７の製作は容易であるし、特に、弾
性輪体７は車輪６に対して加硫接着が確実となるのであ
る。

【００１１】請求項３に係る軌道用車輪５は、請求項１
又は２の構成に加えて、弾性輪体７の弾性踏面１７の幅
をＡとし、弾性輪体７の弾性凸部１５の幅をＢとしたと
き、Ｂ／Ａが６０〜９０％とされていることを特徴とす
るものである。このような構成を採用したことにより、
請求項１又は２において既述した作用に加えて、弾性薄
肉部１６からの弾性輪体７の剥離は抑制されるととも
に、振動乃至騒音は弾性凸部１５によって確実に低減さ
れるのである。

【００１２】請求項４に係る軌道車輪５は、請求項１〜
３の構成に加えて、弾性輪体７の弾性踏面１７の幅をＡ
とし、弾性輪体７の弾性凸部１５の高さをＣとしたとき
Ｃ／Ａが５％〜３０％とされていることを特徴とするも
のである。このような構成を採用したことにより、請求
項１〜３において既述した作用に加えて、弾性凸部１５
の発熱（蓄熱）を抑制しつつ該弾性凸部１５による弾性
圧縮によって振動乃至騒音は軽減されるのである。

【００１３】特に、前述のＣ／Ａは１０〜２５％とする
ことが実験の結果、最良であることを知見している。請
求項５に係る軌道用車輪５は、請求項１〜４の構成に加
えて、弾性輪体７の弾性踏面１７には、周方向細溝１８
又は横方向細溝１９が形成されていることを特徴とする
ものである。

【００１４】このような構成を採用したことにより、請
求項１〜４において既述した作用に加えて、レールが雨
水、積雪等で濡れていても、弾性輪体７における弾性踏
面１７の排水性、排雪性は良好となるし、凍結したレー
ルでも安定走行が可能となったのである。請求項６に係
る軌道用車輪５は、請求項１〜５の構成に加えて、弾性
輪体７の弾性踏面１７は踏面勾配θを有していることを
特徴とするものである。

【００１５】このような構成を採用したことにより、請
求項１〜５において既述した作用に加えて、カーブ路線
を脱輪することなく軽快かつ安定して走行可能となった
のである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明の実施
の形態について説明する。図１は、レール１上を走行す
る保守車両２を示しており、左右の前輪３および左右の
後輪４はいずれも駆動輪であって、この駆動輪として本
発明に係る軌道用車輪５が採用されていて、例えば重量
３トンで時速１２０kmまでの走行が可能である。

【００１７】なお、前輪３についてはこれがブレーキシ
ュを有する従動輪であっても良く、保守車両は保線作業
車、架線作業車等を意味し、さらに、車両は旅客車両
（電車）等であっても良い。図２〜４を参照すると、本
発明に係る軌道用車輪５の第１の実施形態が示してあ
る。

【００１８】図２〜４において、軌道用車輪５は、鋳
鋼、鋳鉄、炭素鋼等の金属製車輪６と該金属車輪６の踏
面の外周全面を覆って加硫成形、接着等によって固着さ
れているゴム、ウレタン等の弾性材料からなる弾性輪体
７とで構成されている。金属製車輪６は、その中心に車
軸挿通孔８Ａを有するボス８を備え、このボス８の周り
のディスク９を介して輪体１０が一体成形されていて、
該車軸挿通孔８Ａに車軸をシマリばめ等することにて車
輪６は車軸に取付け可能であり、符号９Ａはディスク９
に形成した孔を示している。

【００１９】車輪６の輪体１０の外周面が踏面１１とさ
れているとともに、該踏面１１の車軸方向一端に脱輪防
止用突条（フランジ）１２が突隆形成されている。な
お、踏面１１と突条１２を形成している車輪６の断面形
状は、図３（Ａ）（Ｂ）ではダブルウエブを示している
が、シングルウエブ、ストレートウエブであっても良
く、また、車輪６は金属製に限らず樹脂製（望ましく
は、強化繊維等を混入した強化硬質樹脂）であっても良
い。

【００２０】前記踏面１１の車軸方向両側に細幅支え面
１３を有して（残して）該細幅支え面１３間に凹部１４
が形成されており、該凹部１４は第１の実施の形態で
は、車輪全周に亘る周溝として形成されている。弾性輪
体７には、前記凹部１４に嵌着される弾性突部１５がそ
の内周全体に亘る周突起として形成されているととも
に、前記細幅支え面１３に被着される弾性薄肉部１６を
有し、ここに、前記踏面１１の外周全面をほぼ覆ってお
り、該輪体７の外周面が弾性踏面１７とされている。

【００２１】ここで、弾性輪体７としては、ＪＩＳのＡ
形硬度計による硬度７５°のソリッドタイヤ用のゴムが
有効である。図４において、弾性輪体７の弾性踏面１７
の幅（軸方向長さ）をＡとし、弾性凸部１５の幅をＢと
したとき、Ｂ／Ａが６０％〜９０％とされており、これ
によって、弾性踏面１７がレール１上を転動するときの
振動乃至騒音は弾性凸部１５の弾性圧縮変形によって緩
和吸収されるのであり、Ｂ／Ａが６０％未満（以下）で
あると弾性凸部１５が占める割合が小さいことから、弾
性圧縮変形による振動乃至騒音の緩和吸収作用が低くな
り、一方、Ｂ／Ａが９０％以上であると、弾性薄肉部１
６が占める割合が小さくなって、細幅支え面１３を被着
したときの接着力（固着力）が低減して弾性薄肉部１６
の剥離等が発生し易くなって好ましくないのである。

【００２２】また、弾性凸部１５は金属製又は樹脂製車
輪６の凹部１４に嵌着されていることから、該弾性凸部
１５が弾性圧縮変形するとき、幅方向（軸方向）両側へ
の変形は凹部１４にて拘束される故に、弾性踏面１７の
振らつき（揺れ）は防止されるのである。すなわち、従
来例（特開昭５５−１１４６０２号公報）における車輪
では、タイヤ（ゴム等）が弾性圧縮変形されるとき、そ
の突出量が大き過ぎることから、振つき（揺れ）が起り
易くなるのを本発明ではＢ／Ａを６０％〜９０％とする
ことで解決しているのである。

【００２３】一方、車輪の踏面に凹部を形成せず、この
踏面に厚さが一様（一定）の弾性輪体を嵌着したもので
は、レール上で車輪は多少車軸方向に変位することに起
因する荷重変動によって端部（弾性輪体の両側縁）から
の剥離が発生し易くなるのを本発明ではＢ／Ａを６０％
〜９０％とすることで併せて解決しているのである。更
に、図４において弾性輪体７の弾性踏面１７の幅をＡと
し、弾性輪体７の弾性凸部１５の高さをＣとしたとき、
Ｃ／Ａが５％〜３０％とされている。

【００２４】これは、Ｃ／Ａが３０％以上となると弾性
凸部１５のボリウームが過大となって走行時の発熱（蓄
熱）が大となり、弾性凸部１５からの熱放散が凹部１４
にて抑制されることで弾性凸部１５の劣化を招き破壊に
至るおそれがあるし、一方、５％未満（以下）であると
弾性凸部１５の弾性圧縮変形が極度に低くなって振動乃
至騒音の緩和吸収作用が小さく、しかも、車輌２にブレ
ーキをかけたときのレールとの摩擦力が小さく停止距離
を短くできないのに加えて停止時の騒音が抑制できない
のである。

【００２５】このようなことから、Ｃ／Ａは１０〜２５
％が最も有効であることが幾多の実験結果によって明ら
かとなり、現実には、Ａは８８．２mm、Ｃは１５mmとさ
れており、Ｃ／Ａは約１７％である。レール（線路）１
における曲線路走行の円滑化等の観点から、踏面１１に
は踏面勾配を有することから、これに対応すべく図４で
示しているように弾性踏面１７には踏面勾配θを有して
おり、例えばθは１／40程度とされている。

【００２６】なお、踏面形状については、円錐踏面形
状、円弧踏面形状、円弧踏面等任意であるし、踏面勾配
θについても任意に設定できる。更に、図４で示してい
るように、凹部１４の両側部（コーナー部）および細幅
支え面１３のコーナー部はいずれも丸味形状に面取りさ
れていることによって、弾性輪体７における嵌着部の応
力集中が分散され耐久性が向上されている。

【００２７】図５〜図９に示している車輪５は、本発明
の他の有用な実施の形態を示しており、基本構成は図２
〜４を参照して既述した構成および作用と共通するの
で、共通部分は共通符号で示し、以下、相違する構成と
作用について説明する。図５〜図８はいずれも雨天又は
積雪（氷結を含む）に有利な車輪５を示しており、図５
及び図６（１）（２）は、弾性輪体７の弾性踏面１７に
周方向細溝１８を形成したものであり、図７は横方向細
溝１９を形成したものであり、図８は横方向細溝１９を
やや傾斜して形成したものである。

【００２８】いずれの細溝１８，１９においてもその溝
幅Ｄは２mm前後に細かく形成されており、溝深さＥはゴ
ムゲージ（弾性凸部１５の深さＣに相当する）に対し５
％〜２０％とされている。これは５％以下では排水作用
乃至排雪作用が余り期待できないし、２０％以上である
と溝底の割れ等の不具合が生じることが幾多の実験結果
により明らかにされ、現実には、Ｃは１５mm、Ｅは２mm
とされている。

【００２９】図５および図６（１）で示している周方向
細溝１８は弾性踏面１７に軸方向等間隔で３本を直線溝
として形成されていて、図７および図８で示している横
方向細溝１９よりも排水性、排雪性の点では有利であ
る。一方、図７および図８で示している横方向細溝１９
にあっては、細溝１９のエッジで水膜、氷結膜を破って
の走行が可能であるとともに、当該エッジでのブレーキ
作用も奏することができる。

【００３０】このような観点から、図６（２）で示すよ
うに、細溝１８，１９の開口端エッジおよび溝底エッジ
は鋭角とすることもできるが、偏摩耗防止及び溝底割れ
防止等の観点からは図６（３）で示すように丸味形状の
面取り又はテーパー平面による面取りを施すことが有利
である。また、図８においては、車輪６に形成した凹部
１４は、周方向に間隔をおいた独立凹部１４に形成され
ていて、この独立凹部１４に弾性輪体７に形成した弾性
凸部１５を独立した状態で嵌着しているものである。

【００３１】このように、凹凸部１４，１５をそれぞれ
独立させることによって、車輪６と弾性輪体７との周方
向における機械的結合力が増大させることができる。こ
のようなことから、凹凸部１４，１５の形状は図示した
円形の他、楕円形、角形等であっても良いのである。図
９に示した車輪５は、弾性輪体７を周方向で分割（符号
７Ａが分割線）したもので、当該分割弾性輪体７を嵌着
することで周方向に連続した弾性踏面１７を形成したも
のであり、これによれば、分割弾性輪体７の部分的な補
修ができる等では有利となる。

【００３２】図１０はボス８が碗形で連結孔８Ｂを有す
るものを示しており、車軸はそのフランジをボス８に押
当てて連結孔８Ｂにボルト・ナット等で取着されるもの
であり、その他は、既述の構成と同じであることから、
共通部分は共通符号で示している。以上、本発明に係る
軌道用車輪５のいくつかの実施形態を例示したが、凹部
１４及び細幅支え面１３の表面に梨地加工（微少凹凸）
を施し、これに弾性輪体７を加硫成形、接着剤による固
着をしたとき、車輪６と弾性輪体７との固着力を向上さ
せることもできる。

【００３３】

【実施例】車重が３トンの車両を時速１１０kmでレール
上を走行させて車輪にブレーキを掛けたとき、所謂鉄車
輪を採用している車両にあっては約５００ｍで車両が停
止したのに対し、本発明に係る軌道用車輪にあっては約
１８０ｍで車両が停止できた。

【００３４】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、振
動乃至騒音が抑制され、また、ブレーキング時の停止距
離も短くできかつ停止時のキシミ音が静かでありなが
ら、車両のふらつきが少なく、耐久性を向上した軌道用
車輪を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る車輪を装着した車両一例の全体図
である。

【図２】本発明に係る車輪の第１の実施形態を示す左半
分を省略した正面図である。

【図３】（Ａ）は図２の断面図であり、（Ｂ）は部分拡
大図である。

【図４】図３の部分拡大図である。

【図５】本発明に係る車輪の第２の実施形態を示す部分
平面図である。

【図６】図５の一部を示しており、（１）は断面図、
（２）（３）は（１）の部分拡大図である。

【図７】本発明に係る車輪の第３の実施形態を示す部分
平面図である。

【図８】本発明に係る車輪の第４の実施形態を示す部分
平面図である。

【図９】本発明に係る車輪の第５の実施形態を示す左半
分を省略した正面図である。

【図１０】本発明に係る車輪の第６の実施形態を示す断
面図である。

【符号の説明】

５ 軌道用車輪 ６ 車輪 ７ 弾性輪体 １１ 踏面 １２ 脱輪防止突条 １３ 細幅支え軸 １４ 凹部 １５ 弾性凸部 １６ 弾性薄肉部 １７ 弾性踏面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 公之 大阪府大阪市北区芝田二丁目４番24号 西日本旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 塩見 環 大阪府大阪市北区芝田二丁目４番24号 西日本旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 大道 環 大阪府大阪市北区芝田二丁目４番24号 西日本旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 有村 景行 大阪府和泉市和気町２丁目８番８号 (56)参考文献 特開 昭54−15451（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−114602（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−213434（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−124303（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−120603（ＪＰ，Ｕ) 実開 平５−28703（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭16−3168（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60B 17/00

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 踏面（１１）の車軸方向一端に脱輪防止
   用突条（１２）を形成した車輪（６）において、 前記踏面（１１）の車軸方向両側に細幅支え面（１３）
   を有して該細幅支え面（１３）間に凹部（１４）を形成
   しており、該凹部（１４）に嵌着する弾性凸部（１５）
   と前記細幅支え面（１３）に被着される弾性薄肉部（１
   ６）とを有する弾性輪体（７）で前記踏面（１１）の外
   周全面をほぼ覆っており、該弾性輪体（７）により弾性
   踏面（１７）を構成していることを特徴とする軌道用車
   輪。
2. 【請求項２】 車輪（６）の踏面（１１）に形成した凹
   部（１４）は、車輪全周に亘る周溝であり、該周溝に嵌
   着する弾性輪体（７）の弾性凸部（１５）は該輪体
   （７）の内周全体に亘る周突起であることを特徴とする
   請求１記載の軌道用車輪。
3. 【請求項３】 弾性輪体（７）の弾性踏面（１７）の幅
   をＡとし、弾性輪体（７）の弾性凸部（１５）の幅をＢ
   としたとき、Ｂ／Ａが６０〜９０％とされていることを
   特徴とする請求項１又は２に記載の軌道用車輪。
4. 【請求項４】 弾性輪体（７）の弾性踏面（１７）の幅
   をＡとし、弾性輪体（７）の弾性凸部（１５）の高さを
   ＣとしたときＣ／Ａが５％〜３０％とされていることを
   特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の軌道用車
   輪。
5. 【請求項５】 弾性輪体（７）の弾性踏面（１７）に
   は、周方向細溝（１８）又は横方向細溝（１９）が形成
   されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに
   記載の軌道用車輪。
6. 【請求項６】 弾性輪体（７）の弾性踏面（１７）は踏
   面勾配（θ）を有していることを特徴とする請求項１〜
   ５のいずれかに記載の軌道用車輪。
7. 【請求項７】 踏面（１１）と脱輪防止用突条（１２）
   を形成した車輪（６）は、金属製又は樹脂製であること
   を特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の軌道用車
   輪。
8. 【請求項８】 請求項１〜７に記載の軌道用車輪（５）
   は、保守車両（２）の駆動輪および／または従動輪
   （３）（４）であることを特徴とする軌道用車輪。