JP3698744B2 - 車軸用キャップ - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、鉄道車両用の車軸の軸端に設けられる円筒環にその開口を閉塞するように装着される鉄道車両用の車軸用キャップに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来では、図6に示すような実開平1−80569号公報で開示されている鉄道車両用の車軸装置のように、車軸81の軸端に設けられる円筒環82の端部に、有底円筒状の車軸用キャップを嵌着して外部からのゴミが軸受部に侵入することを防止するとともに、車軸の検査をする際には、この車軸用キャップを外して容易に検査が行えるようにしている。円筒環82の端部外周には周溝83を設ける一方、車軸用キャップ84は、内周面に周溝83と係合する環状凸部89を有する円筒部86と、底部88と、円筒部86と底部88を連接する円錐部87とで構成されている。この車軸用キャップ84を円筒環82の端部外周に外嵌装着して、車軸用キャップ84の環状凸部89を円筒環の周溝に係合するようになっている。
【0003】
従来の車軸用キャップは、前述したように、車軸に対して装着するとき、その鍔を円筒環の端縁外周よりも拡径させてかぶせるようになっているため、装着時に弾性的に拡径して装着後に元の大きさに縮径する性質が必要になる。つまり、車軸用キャップの性質として着脱のために所要量の伸び縮みが必要であることおよび所要の強度が必要であることを考慮して、その素材として合成ゴムと合成樹脂との中間の性質を持つ例えばウレタン系エラストマーが採用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の車軸用キャップは、特に夏場など周辺環境温度が高い時期において、車軸の回転などに伴う伝導熱を受けて温度上昇すると、熱劣化して柔らかくなり、著しい強度低下を伴う。そのような状況において、例えば車軸用キャップの内部圧力が上昇したり、あるいは外部から衝撃を受けたりしたときに、車軸用キャップが円筒環から不意に脱落してしまうことがある。
【0005】
このような場合、円筒環の内部が外部に露呈してしまうため、外部の砂ぼこりや泥水などから円筒環の内周側に存在する車軸や車軸支持用軸受(複列円筒ころ軸受など)などを保護できなくなり、それらの寿命低下を余儀なくされる。
【0006】
また、熱劣化を抑制するために、素材をより硬いものに換えると車軸用キャップの剛性が高くなり、着脱が困難となる。
【0007】
したがって、本発明は、円筒環に対して容易に着脱できるようにしながら、温度上昇時において円筒環からの脱落を回避できるようにすることを課題としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、鉄道車両用の車軸の軸端に設けられる円筒環にその開口を閉塞するように装着され、有底筒状に形成されているとともに、前記円筒環の端部外周に外嵌される筒部の円筒形内周面に、前記円筒環の端部外周面に設けられる周段部に係合する環状凸部が設けられる鉄道車両用の車軸用キャップであって、前記キャップが、素材として、前記周段部に対する前記環状凸部の係合、離脱を許容するように前記筒部の開口側が拡径可能な1300〜4000〔kg/cm2〕の範囲の引張弾性率を有するとともに4.6〔kg/cm2〕の荷重を加えた状態での熱変形温度が100〔℃〕以上に設定された熱可塑性ポリエステル系エラストマーが選定されており、前記筒部と底部との連接部の少なくとも底部側部分を外方に膨らむ曲面部とし、前記キャップの開口側端面の外周面には径方向外向きの鍔が形成されているとともに前記キャップの開口側端面の内周面には前記環状凸部より径が大きい円筒面である案内部が形成され、前記径方向外向きの鍔及び前記案内部を含む前記キャップの開口側端面が前記円筒環に接しない。
【0009】
なお、前述の底部の中央部に、前記車軸の軸端側への凹部を形成してもよい。また、筒部の開口端縁の円筒形内周面の内径寸法は、円筒環の外周面の外径寸法よりも大きく設定され、両者間に所要の隙間が設けられるのが好ましい。また、前記筒部の前記環状凸部の内周円径寸法が、前記円筒環における前記環状凸部の係合する外径寸法よりも小さく設定されているのが好ましい。
【0010】
【作用】
車軸用キャップの素材として、熱可塑性ポリエステル系エラストマーの中でも熱劣化しにくい性質のものを選定することにより、温度上昇時における万一の脱落を回避できるようにしながら、車軸用キャップの筒部と底部の間に環状曲面部を形成して車軸用キャップの剛性を小さくし、着脱を容易にすると共に、車軸用キャップの破損を防止できるようにしている。
【0011】
また、車軸用キャップの底部中央に凹部を設けることにより、断面係数を大きくして取付後、筒部を拡径しにくくすることにより、車軸用キャップが円筒環から脱落することを防止できるようにしている。
【0012】
さらに、前述のように車軸用キャップの開口端縁と円筒環との間に径方向隙間を設ければ、そこを、車軸用キャップを意図的に取り外すときの取り外し治具の係止部として利用できるようになる。
【0013】
【実施例】
以下、本発明の詳細を図1ないし図5に示す実施例に基づいて説明する。図1は、本発明の車軸用キャップを装着した鉄道車両の車軸周辺の一部の縦断面図、図2は、車軸端部と車軸用キャップとの装着部位の拡大図、図3は、車軸用キャップの装着部位の拡大図である。図中、1は車軸、2は円筒環、3は複列円筒ころ軸受などの車軸支持用軸受、4は車軸用キャップ、5はシールである。
【0014】
車軸1は、軸端に向けて複数段階に縮径しており、途中に車軸支持用軸受3が外嵌装着されている。円筒環2は、車軸支持用軸受3の内輪31に取り付けられていて、車軸1の軸端外周に所要間隙を介して同軸状に配設されている。車軸用キャップ4は、有底円筒形に形成されており、車軸1を外部から隠蔽するように、円筒環2に外嵌装着されている。シール5は、車軸支持用軸受3の外輪32の軸方向両端に取り付けられたシール保持環6に取り付けられて、円筒環2の外周面との間に接触または非接触密封部を形成するものであり、車軸支持用軸受3の内外を遮断するようになっている。
【0015】
円筒環2の外周面20の端部には、径方向外向きの凸部22が周方向に連続して形成されている。また、この凸部22の基端部と外周面20との角には、車軸用キャップ4が確実に外周面20に嵌着するよう帯状の周溝21が設けられている。車軸用キャップ4は、円筒環2の端部外周に外嵌される円筒部41と、この円筒部41の軸方向一端側に連接されて円筒環2の開口端を閉塞する底部42とを有している。円筒部41と底部42とは、円錐環状の連接部46で連接され、連接部46と底部42は外方に膨らんだ曲面46aでつながれている。また、底部42の中央部には車軸1の軸端側への凹部42aが形成されている。さらに、底部42の内側(車軸1側)には、補強用の放射状に配設されたリブ4b、同心円状に配設されたリブ4cが形成されている。この車軸用キャップ4の円筒部41の軸方向他端側外周面には、径方向外向きの鍔43が、また、円筒部41の円筒形内周面には、周方向に連続する径方向内向きの凸部44が、それぞれ連接されている。この凸部44は、軸方向内側の端面が対向する凸部22の軸方向端面と係合し、車軸用キャップ4が円筒環2から軸方向外方へ抜けることを防止している。また、凸部44の軸方向開口側には、車軸用キャップ4を円筒環2に取り付ける際に径方向の位置決めを容易にするための案内部45が形成されている。
【0016】
そして、図2に示すように円筒部41において上述の案内部45と凸部44の軸方向底部側の内周面の内径寸法R1は、円筒環2の外周面20の外径寸法R2及び凸部22の外径寸法R4よりも大きく設定されており、両者間に所要の隙間が設けられている。尚、凸部22と円筒部41の凸部44の軸方向底部側内周面の間に隙間を設けたのは、取付時に車軸用キャップ4の開口側が縮径し易くするためである。また、図3に示すように凸部44の内周円径寸法R3は円筒環2の外径寸法R2よりも小さく設定されている。このR2とR3との差(R2−R3)が、円筒環2の外周面20に対する車軸用キャップ4の凸部44の締め代である。この締め代は、例えば最大外径寸法が190mmの車軸用キャップ4の場合、3.5mmつまり180度対向位置の二カ所で片側1.75mmずつに設定される。
【0017】
このような構成の車軸用キャップ4を円筒環2に取り付ける際には、まず、円筒環2の凸部22に、車軸用キャップ4の案内部45を係合させて車軸用キャップ4が円筒環2に対して径方向にずれないようにした後、車軸用キャップ4に軸方向円筒環2側への力を加え、車軸用キャップ4を円筒環2に押し付けると、車軸用キャップ4の開口側が拡径し、車軸用キャップ4の凸部44が円筒環2の凸部22を乗りこえ、車軸用キャップ4自身の弾性力により、開口側が縮径し、凸部44が円筒環2の外周面に外嵌固定することができる。
【0018】
そして、車軸用キャップ4は、凸部22に対する凸部44の係合、離脱を許容しうる程度に円筒部41の開口側が拡径する引張弾性率を有するとともに熱劣化しにくい性質の熱可塑性ポリエステル系エラストマーが選定されている。
【0019】
このような熱可塑性ポリエステル系エラストマーの具体例としては、例えば東レ・デュポン株式会社が開発した熱可塑性ポリエーテルエステル系エラストマー(PEEE)の商品名ハイトレルのうちの5557(引張弾性率1400kg/cm2、熱変形温度109℃)および6347(引張弾性率2800kg/cm2、熱変形温度136℃)や、東洋紡績株式会社製の商品名ペルプレンのうちのP−150B(引張弾性率3040kg/cm2、熱変形温度117℃)の計三種類が挙げられる。なお、前記熱変形温度とは、試験片に4.6〔kgf/cm2〕の荷重を加えた状態にて変形するときの温度を言う(試験方法ASTM−D648)。
【0020】
この三種類の素材を選定した理由を説明する。前記三種類の素材と、本発明の対象外の二種類の素材との計五種類の素材で上記車軸用キャップ4を製作して、それぞれ脱落試験をしたので、その結果を表1ないし表3に示す。この試験は、各素材で作った車軸用キャップ4を実物と同様の円筒環2に取り付け、各環境温度において、車軸用キャップ4内の圧力を徐々に上げて行き、車軸用キャップ4が円筒環2から脱落した時点の圧力を測定したものである。なお、実施例1は5557、実施例2は6347、実施例3はP−150B、比較例1は東洋紡績株式会社製の商品名ペルプレンのうちのP−70B(引張弾性率1100kg/cm2、熱変形温度74℃)、比較例2は東洋紡績株式会社製の商品名ペルプレンのうちのS−1002(引張弾性率1100kg/cm2、熱変形温度68℃)である。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】
【表3】
【0024】
これらの表から明らかなように、実施例1〜3のものが比較例1、2のものよりも低温域から高温域にわたって脱落しにくくなっている。
【0025】
このことから、車軸用キャップ4の素材とする熱可塑性ポリエステル系エラストマーとしては、前記具体的な三種類の素材の引張弾性率および熱変形温度の数値に若干の余裕を持たせて、引張弾性率が1300〜4000〔kg/cm2〕に、4.6〔kgf/cm2〕の荷重を加えた状態での熱変形温度が100〔℃〕以上にそれぞれ設定されたものであればよいと言える。したがって、本発明の車軸用キャップ4の素材としては前述の具体的な三種類のみに限定されない。
【0026】
ところで、前記引張弾性率の特定範囲の上限側の素材では車軸用キャップ4の取り外しが行いにくくなると言えるが、本実施例の車軸用キャップ4は、上述したように、円筒部41と底部42を円錐環状の連接部46でつなぐとともに、連接部46と底部42とを曲面部46aで連接しているので、従来の車軸用キャップのように円筒部と底部を円錐部で連接した場合に比べて剛性が低くなり、図1の矢印X方向に曲げて取り外す場合にも、容易に取り外すことができる。また、従来技術の車軸用キャップのように円筒部と底部が直線で構成されていると、取り外し時に曲げられると角部に応力が集中し、この部分から破損するおそれがあるが、本実施例のように曲線で構成されていると、応力が集中せず破損を防止できる。また、底部42の中央部に凹部42aを形成することにより、車軸用キャップの断面係数を大きくすることができるので、円筒環に取付後の円筒部41の拡径を抑制して、凸部44が凸部22から外れて円筒環から車軸用キャップが脱落することを防止できる。
【0027】
車軸用キャップ4を取り外すにあたって、図4および図5に示すような取り外し治具7を用いれば、取り外しをより容易に行える。図4は、取り外し治具の正面図、図5は、取り外し治具の縦断面図である。図例の取り外し治具7は、扇形のフレーム71とT字形の操作棒72とからなる。フレーム71の一端辺には、前後に対向する二つ一対の側壁73、74が設けられており、外側の側壁74の下端には、ほぼ90度屈曲する係止片75が設けられている。この取り外し治具7の使用方法を説明する。つまり、取り外し治具7の操作棒72を上にして、フレーム71の一対の側壁73、74を図1の空間Xに入れてから、取り外し治具7の一対の側壁73、74の間の離間隙間に車軸用キャップ4の径方向外向きの鍔43を差し込むとともに、車軸用キャップ4の円筒部41の開口端縁内周面と円筒環2の外周面との間に存在する径方向隙間に、取り外し治具7の係止片75を差し込む。この状態にて、取り外し治具7の操作棒72を図5の矢印Y方向に引く。これにより、梃子の原理で車軸用キャップ4の円筒部41が所要量拡径させられながら、この円筒部41の凸部44が円筒環2の凸部22を乗り越えて、車軸用キャップ4の全体が円筒環2から外れる。このように取り外し治具7を用いれば車軸用キャップ4の取り外しがさらに容易となる。
【0028】
尚、上記実施例では、車軸用キャップの連接部46と底部42のみを曲面部46aでつなげるようにしたが、連接部46全体を外方に膨らむ曲面で構成してもよい。
【0029】
【発明の効果】
本発明の車軸用キャップは、特定の性質を有する熱可塑性ポリエステル系エラストマー素材で形成しているから、温度上昇時における万一の脱落を回避できるようになる。しかも、有底円筒状に形成され、筒部と底部との連接部の少なくとも底部側部分を外方に膨らむ曲面部としているので、車軸用キャップの剛性が低くなり、引張弾性率の高い素材を用いても、着脱が容易に行える。さらに、底部中央に凹部を設け、車軸用キャップの断面係数を高めたので、キャップ取付後は、筒部が拡がりにくくなり、車軸用キャップが円筒環から脱落しにくくすることができる。
【0030】
したがって、円筒環の内部に存在する車軸や車軸支持用軸受(複列円筒ころ軸受など)などを、外部の砂ぼこりや泥水などから確実に保護できるようになり、それらの所期の寿命を安定的に達成させることができるようになる。しかも、車軸の検査時などには、車軸用キャップを容易に取り外すことができ、検査の時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の車軸用キャップを装着した鉄道車両の車軸周辺の一部の縦断面図。
【図2】車軸端部と車軸用キャップとの装着部位の拡大図。
【図3】車軸用キャップの装着部位の拡大図。
【図4】取り外し治具の正面図。
【図5】取り外し治具の縦断面図。
【図6】従来技術による車軸端部と車軸用キャップとの装着部位の拡大図。
【符号の説明】
1 車軸
2 円筒環
22 円筒環の凸部
3 車軸支持用軸受
4 車軸用キャップ
41 車軸用キャップの円筒部
42 車軸用キャップの底部
42a 凹部
44 車軸用キャップの凸部
Claims (4)
- 鉄道車両用の車軸の軸端に設けられる円筒環にその開口を閉塞するように装着され、有底筒状に形成されているとともに、前記円筒環の端部外周に外嵌される筒部の円筒形内周面に、前記円筒環の端部外周面に設けられる周段部に係合する環状凸部が設けられる鉄道車両用の車軸用キャップであって、
前記キャップが、素材として、前記周段部に対する前記環状凸部の係合、離脱を許容するように前記筒部の開口側が拡径可能な1300〜4000〔kg/cm2〕の範囲の引張弾性率を有するとともに4.6〔kg/cm2〕の荷重を加えた状態での熱変形温度が100〔℃〕以上に設定された熱可塑性ポリエステル系エラストマーが選定されており、前記筒部と底部との連接部の少なくとも底部側部分を外方に膨らむ曲面部とし、前記キャップの開口側端面の外周面には径方向外向きの鍔が形成されているとともに前記キャップの開口側端面の内周面には前記環状凸部より径が大きい円筒面である案内部が形成され、前記径方向外向きの鍔及び前記案内部を含む前記キャップの開口側端面が前記円筒環に接しない、ことを特徴とする鉄道車両用の車軸用キャップ。 - 前記底部の中央部に、前記車軸の軸端側への凹部が形成されている、ことを特徴とする請求項1に記載の鉄道車両用の車軸用キャップ。
- 前記筒部の開口端縁の円筒形内周面の内径寸法が円筒環の外周面の外径寸法よりも大きく設定され、両者間に所要の隙間が設けられている、ことを特徴とする請求項1または2に記載の鉄道車両用の車軸用キャップ。
- 前記筒部の前記環状凸部の内周円径寸法が、前記円筒環における前記環状凸部の係合する外径寸法よりも小さく設定されている、ことを特徴とする請求項3に記載の鉄道車両用の車軸用キャップ。
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