JP4648884B2

JP4648884B2 - 車輪と作用体との自動隙間調整装置

Info

Publication number: JP4648884B2
Application number: JP2006245191A
Authority: JP
Inventors: 保志中村
Original assignee: 近畿車輌株式会社
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2026-09-11
Also published as: JP2008064266A

Description

本発明は、走行中の車輪に作用体を押し当てて踏面清掃をしたり制動したりする作用装置の場合の車輪と作用体との自動隙間調整装置に関するものである。

このような自動隙間調整装置は、鉄道車両の車輪の踏面清掃装置（例えば、特許文献１参照。）、あるいはブレーキ装置（例えば、特許文献２参照。）などに利用される。踏面清掃用の研磨子、ブレーキ装置のシューといった作用体は、車輪への押し当てによって摩耗していく。このような摩耗によって車輪と作用体との非作用時の隙間が徐々に広がる。これを所定の範囲内に保つように自動隙間調整するのに、特許文献１に記載の踏面清掃装置や特許文献２に記載のブレーキ装置は、凡そ、シリンダと、このシリンダに伸縮できるように挿入され伸長力を受けてシリンダからの突出端に支持した作用体を車輪に押し当て作用させるピストンロッドと、このピストンロッドを作用体による作用位置から復帰させる戻しばねとを備えた作用装置に、所定の押圧力で互いに係合し合い車輪と作用体との隙間が所定の隙間範囲を超える都度ピストンロッドの伸長力にて係合に滑りを生じて係合位置を戻り側に変位させながらピストンロッドの復帰位置を規制するラッチ受およびラッチとを設けた自動隙間調整装置を採用している。

例えば、踏面清掃装置では、研磨子の作用時の移動量が１５〜２２ｍｍ程度の範囲に収まるように隙間を自動調整している。これにより、押し当て作用の応答性などが確保できる。
特開２００２−３３１９３３号公報特開２００２−１３９０８２号公報

しかし、上記のような踏面清掃装置やブレーキ装置などの作用装置が採用している従来の自動隙間調整装置では走行中に破損することがときとしてあって、不意な修理や取り替えを余儀なくされる。このような自動隙間調整装置の破損の多くは、図６に示すようなラッチ受ａとラッチｂなどの破損として生じる。従来、このようなことに対応するのに踏面清掃装置では、ラッチ受ａの側を樹脂製、ラッチｂの側を金属製として、ラッチ受の側がいち早く損傷し他に損傷が及ばないようにする設計が行われ、破損の範囲を抑え修理しやすくされている。しかし、かえって、耐久性の低下を招きかねないし、不意な対応を余儀なくされることが解消されない。

これにつき本発明者が種々に検討し、実験を繰り返しながら、車輪と作用体との間に雪の凍結塊などの異物が噛み込み異常な強い戻し力でその時々の規制間隔以上に押し広げられようとしてラッチ受が破損することがあるのを知見し、自動隙間調整機能を損なわずに、そのようなことに対応できる技術を見出した。

本発明の目的は、そのような新たな知見に基づき、間隔規制方式を改良して異常な戻し力は逃がして異常を解除し、その後の作用で自動復帰する自動隙間調整装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の車輪と作用体との自動隙間調整装置は、シリンダと、このシリンダに伸縮できるように挿入され伸長力を受けてシリンダからの突出端に支持した作用体を車輪に押し当て作用させるピストンロッドと、このピストンロッドを作用体による作用位置から復帰させる戻しばねとを備えた作用装置に、所定の押圧力で互いに係合し合い車輪と作用体との隙間が所定の隙間範囲を超える都度ピストンロッドの伸長力にて係合に滑りを生じて係合位置を戻り側に変位させながらピストンロッドの復帰位置を規制するラッチ受およびラッチとを設けた車輪と作用体との自動隙間調整装置において、ラッチ受とラッチとの一方の戻り規制側の係合面を、滑り側の係合面の傾斜よりも小さくかつ反対向きに５°〜２０°傾斜させたことを１つの特徴としている。

このような構成の車輪と作用体との自動隙間調整装置は、車輪と作用体との間に異物が噛み込むなどして、作用体にラッチ受とラッチとが係合により戻り規制している規制位置以上に戻そうとする強い戻し力が働いたとき、ラッチ受とラッチとの戻り規制側の係合面が滑り側の係合面と反対向きに傾斜していることにより、戻り規制側の係合面でも滑りが生じてラッチ受がラッチを押し上げて戻り側に移動し異常な戻し力を逃がすのに併せ車輪と作用体との間の異物を拘束状態から解放して落下させ異常状態を自動的に解除でき、次に作用体を車輪に作用させる際にラッチのラッチ受に対する係合位置の戻り側への通常の変位を伴い作用体が車輪に押し当てられるので通常の作用状態に自動的に復帰する。また、ラッチ受とラッチとの一方の戻り規制側の係合面の傾斜が滑り側の係合面の傾斜よりも小さいために、その小ささに応じて既知な通常の戻し力によっては係合が外れずピストンロッドに対する戻り位置の規制機能を損なうことはない。特に、ラッチ受とラッチとの一方の戻り規制側の係合面の傾斜が５°〜２０°と、滑り側の係合面の傾斜が例えば４０°程度であるのに対し、１／２〜１／８程度に小さいために、通常の戻し力によっては係合が外れないことによるピストンロッドに対する戻し位置の規制機能を保証しながら、ラッチ受やラッチが破損するような異常な戻し力に対する係合面での滑りによる対応機能も保証する。

戻り規制側の係合面の傾斜角を７°〜１５°とした、さらなる構成の自動隙間調整装置では、
戻り位置の規制機能、異常な戻し力に対する対応機能が共に、高まる。

戻り規制側の係合面の傾斜角を９°〜１１°とした、さらなる構成の自動隙間調整装置では、
戻り位置の規制機能、異常な戻し力に対する対応機能が共に、さらに高まる。

作用体にラッチ受とラッチとの係合位置で規制している戻り位置以上に戻そうとする強い戻し力が働いても、ラッチ受がラッチを傾斜した戻り規制側の係合面での滑りを伴い異常な戻し力を逃がして破損を防止するのに併せ、異物を解放し異常状態を解除して通常の作用状態に自動的に復帰させるので人手なしに対応できる。しかも、前記傾斜の度合いにより通常の戻し力でのピストンロッドに対する戻し位置の規制機能を損なうことはない。特に、ラッチ受とラッチとの一方の戻り規制側の係合面の傾斜が５°〜２０°と、滑り側の係合面の傾斜が例えば４０°程度であるのに対し、１／２〜１／８程度に小さいために、通常の戻し力によっては係合が外れないことによるピストンロッドに対する戻し位置の規制機能を保証しながら、ラッチ受やラッチが破損するような異常な戻し力に対する係合面での滑りによる対応機能も保証する。

以下、本発明に係る実施の形態につき、図を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。なお、以下に示す各実施例のそれぞれは本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

本実施の形態は図３に示すような鉄道車両の車輪踏面の清掃装置の場合の一例であり、シリンダ１と、このシリンダ１に伸縮できるよう一端側が挿入されエア圧などによる伸長力を受けてシリンダ１からの突出端に支持している作用体３を車輪４に押し当て作用させるピストンロッド５と、エア圧などの伸長力解除の際に作用体３による作用位置から戻す戻しばね２とを備えた作用装置としての車輪踏面清掃装置において、作用体３は作用する都度摩耗して車輪４との隙間が徐々に大きくなっていくことに対し、ばね６による所定の押圧力で互いに係合し合い車輪４と作用体３との隙間Ｂが所定の隙間範囲、例えば１２〜２２ｍｍを超える都度伸長力にて係合位置を戻り側に乗り越え変位しながらピストンロッド５の戻り位置を規制するラッチ受７およびラッチ８を設けた車輪４と作用体３との自動隙間調整装置１１を装備している。

ここで、自動隙間調整装置１１の作用につき従来形態で示す図５を参照して説明する。１つの例としてラッチ受７はウレタンゴムよりなる回転自由な筒状で、Ｓ４０Ｃで先端を焼入れしたラッチ８と係合して、図３に示すピストンロッド５の戻り位置を規制する複数のラッチ歯７ａを有し、ピストンロッド５とは１５ｍｍ程度の軸方向の摺動間隔Ｓを持っている。ラッチ歯７ａは７ｍｍ程度の配列ピッチＰを持って形成され、ピストンロッド５の伸長側にラッチ受７をラッチ８に対して滑らせる４０°程度に傾斜した滑り側の傾斜面７ａ１を有しているのに対し、ピストンロッド５の戻り側にはラッチ８と滑らせない軸直角なつまり垂直な戻り位置規制側の係合面７ａ２を有している。これにより、ピストンロッド５を図５（ａ）に示す初期の戻り規制位置から伸長させて作用体３を車輪４に押し当てるときの伸長量が、図５（ｂ）に示す摺動間隔Ｓ相当分に達するまではラッチ受７とラッチ８との係合位置は図５（ａ）に示す初期係合位置のままである。従って、この場合のピストンロッド５の戻り規制位置は図５（ａ）に示す初期の戻り規制位置となる。実際には、ピストンロッド５の図５（ｂ）に示す伸長位置で作用体３が車輪４に押し当てられて初期作用するようになっている。

作用体３の摩耗が進行して車輪４と作用体３との隙間Ｂが摺動間隔Ｓを超えると、ピストンロッド５は作用体３を車輪４に押し当てるのに摺動間隔Ｓを超えた図５（ｃ）に例示する寸法Ａ相当量だけラッチ受７を滑り側の傾斜面７ａ１での滑りを伴いラッチ８を押し上げながら伸長量が増大する。しかし、ラッチ８がラッチ受７の初期の係合位置から外れていないので、ピストンロッド５の戻り位置はラッチ受７が図５（ａ）で示すラッチ８との初期係合位置に戻って規制することになる。作用体３の摩耗がさらに進んで作用体３と車輪４との図３に示す隙間Ｂがラッチ歯７ａの配列ピッチＰに達したとき、ピストンロッド５は作用体３を車輪４に押し当てるのに図５（ｄ）に示すようにラッチ受７を滑り側の係合面７ａ１での滑りを伴いラッチ８との初期係合位置での係合を外して次の係合位置、つまり戻り側に１つ寄った２次係合位置へ移る係合位置の変位を伴い伸長量が増大する。これ以降、ピストンロッド５はラッチ受７をラッチ８との係合が２次係合位置からさらに次の３次係合位置に変位するまでは図５（ｅ）に示す２次係合位置にてピストンロッド５の戻り位置を規制する。この結果、作用体３がどのように摩耗が進んでも車輪４との隙間Ｂが摺動間隔Ｓに等しい１５ｍｍから摺動間隔Ｓにラッチ歯７ａの配列ピッチＰである７ｍｍを加算した２２ｍｍの範囲に保てる。もっとも、作用体３は使用限界まで磨耗したときは取り替えられる。因みに、作用体３の車輪４への押し当て力は６０ｋｇ程度、ラッチ８のラッチ受７への係合力は１０〜２０ｋｇ程度とされている。

このような設定において、図３に示す走行中の車輪４と作用体３との間に異物を噛み込むと、ときには異常な押し戻し力が作用体３に及ぶ。しかし、作用体３およびピストンロッド５は従来ラッチ受７とラッチ８との図５に示すような垂直な戻り規制側の係合面７ａ２での係合により戻り位置が規制されているため、それ以上戻れずその時の係合部で前記の異常な戻り力を受け止めるためウレタンゴムよりなるラッチ受７の場合１３０ｋｇ程度で破損することがある。このようなことは、同様な隙間調節装置を採用しているブレーキ装置の車輪とシューとの間でも生じ得る。

これに対応するのに、本実施の形態では、ラッチ受７とラッチ８との戻り規制側の係合面７ａ２を、滑り側の係合面７ａ１の傾斜よりも図１、図２に示す例のように小さくかつ反対側に傾斜させている。これにより、車輪４と作用体３との間に異物が噛み込むなどして、図３に示すように作用体３にラッチ受７とラッチ８との戻り規制側の係合面７ａ２での係合位置で規制している戻り位置以上に戻そうとする強い異常な戻し力Ｆが働いたとき、ラッチ受７とラッチ８との戻り規制側の係合面７ａ２が滑り側の傾斜面７ａ１と反対向きに傾斜していることにより、ラッチ受７が戻規制側の係合面７ａ２での滑りを伴いラッチ８を押し上げて戻り側に移動し異常な戻し力Ｆを逃がすし、車輪４と作用体３との間の異物を拘束状態から解放して落下させ異常状態を自動的に解除できる。しかも、次に作用体３を車輪４に作用させる際にはラッチ８のラッチ受７に対する滑り側の傾斜面７ａ１での滑りを伴なう戻り側への係合位置の通常の変位を伴い作用体３が車輪４に押し当てられるので通常の作用状態に自動的に復帰する。また、ラッチ受７とラッチ８との戻り規制側の係合面７ａ２の傾斜が滑り側の傾斜面７ａ１の傾斜よりも小さいために、その小ささに応じて通常の戻し力Ｆによっては係合が外れずピストンロッド５に対する戻し位置の規制機能を損なうことはない。従って、作用体３にラッチ受７とラッチ８との戻り規制側の係合面７ａ２での係合位置で規制している戻り位置以上に戻そうとする強い戻し力Ｆが働いても、ラッチ受７がラッチ８を傾斜した戻り規制側の係合面７ａ２での滑りを伴い異常な戻し力Ｆを逃がして破損を防止するのに併せ、異物を解放し異常状態を解除して通常の作用状態に自動的に復帰させて人手なしに対応できる。ここに、ラッチ受７はラッチ８と共に金属製としても問題ないことになる。

本発明者がアムスラー試験装置（オリエンテック製ＲＴＣ１３１０Ａ）を用いてした実験によれば、戻規制側の係合面７ａ２を図２（ｃ）に示す２０°傾斜させた実施例３でのラッチ受７がラッチ８に対して滑りが生じ始める戻り荷重は１０１ｋｇであり、ウレタンゴム製のラッチ受７を採用しても破損に対する安全度は格段に高い。しかし、振動試験台にて振動数３０Ｈｚ、全振幅２ｍｍ、加速度全振幅７．２ｇの振動条件を負荷してラッチ受７とラッチ８との係合が外れてラッチ受７が戻り側に変位しないか実験したところ、係合状態がやや不安定であるものの実用できる範囲に入る。そこで、２０°を超えた傾斜角は採用しない方が望ましいといえる。

また、図２（ｂ）の傾斜角１５°での戻り荷重は１１４．２ｋｇとやや大きくなるが、ウレタンゴム製のラッチ受７を採用しても破損に対する安全度はまだ高い。振動試験での係合の安定度は十分な範囲に入っている。

図２（ｃ）の傾斜角１０°での戻り荷重は１３０．０ｋｇと大きくなるが、ウレタンゴム製のラッチ受７を採用しても破損に対する安全度は十分である。振動試験での係合の安定度は高くなり万一にも係合が外れることのない安全性が確保できる。

これらの関係をグラフにすると図４に示すような傾斜角と戻り荷重との相関線２１が得られ、傾斜角が５°での戻り荷重は１４６ｋｇ程度であることを示している。ウレタンゴム製のラッチ受７では破損に対する安全度にやや不安はあるものの、実用範囲内であるといえる。また、既述のようにラッチ受７を金属製としてもよいことを考えれば、破損に対する安全度はまだ格段に高い。振動に対する係合の安定度は図２（ａ）の場合よりもさらに高いのは明らかである。

以上から、戻規制側の係合面７ａ２の傾斜は５°〜２０°の範囲として実用でき、７°〜１５°の範囲とすると戻し位置の規制機能、異常な戻し力Ｆに対する対応機能が高まる。また、９〜１１°の範囲とすると戻し位置の規制機能、異常な戻し力Ｆに対する対応機能がさらに高まる。

なお、以上は、戻り規制側の係合面の傾斜を、ラッチ受７のラッチ歯７ａの側の戻り規制側の係合面７ａ２に対してのみ設ける例を示したが、ラッチ８の側の戻り規制側の係合面８ａにも同様な傾斜を設けてもよいし、基本的にはラッチ歯７ａの側に傾斜を設けずラッチ８の側の戻り規制側の係合面８ａにだけ傾斜を設けるようにしても同様な作用、効果が得られる。

本発明は、車輪と車輪に押し当てて働く作用体との自動隙間調整に実用して、異物などによる異常な戻し力を自動で解消し復帰させられる。

本実施の形態に係る自動隙間調整装置の要部を示す断面図である。ラッチ歯の傾斜角による形状の違いを（ａ）〜（ｃ）に示す実施例図である。図１の自動隙間調整装置の全体構成を車輪との関係で示す側面図である。図２に示す傾斜角と戻り荷重との相関性を示すグラフである。自動隙間調整装置の動作を説明する説明図である。従来の自動隙間調整装置の要部を示す断面図である。

符号の説明

１シリンダ
３作用体
４車輪
５ピストンロッド
６戻しばね
７ラッチ受
８ラッチ
１１自動隙間調整装置
７ａラッチ歯
７ａ１滑り側の傾斜面
７ａ２戻り規制側の係合面
Ｂ車輪と作用体との隙間
Ｓ摺動間隔
Ｐ配列ピッチ

Claims

シリンダと、このシリンダに伸縮できるように挿入され伸長力を受けてシリンダからの突出端に支持した作用体を車輪に押し当て作用させるピストンロッドと、このピストンロッドを作用体による作用位置から復帰させる戻しばねとを備えた作用装置に、所定の押圧力で互いに係合し合い車輪と作用体との隙間が所定の隙間範囲を超える都度ピストンロッドの伸長力にて係合に滑りを生じて係合位置を戻り側に変位させながらピストンロッドの復帰位置を規制するラッチ受およびラッチとを設けた車輪と作用体との自動隙間調整装置において、
ラッチ受とラッチとの一方の戻り規制側の係合面を、滑り側の係合面の傾斜よりも小さくかつ反対向きに５°〜２０°傾斜させたことを特徴とする車輪と作用体との自動隙間調整装置。
戻り規制側の係合面の傾斜角を７°〜１５°とした請求項１に記載の車輪と作用体との自動隙間調整装置。
戻り規制側の係合面の傾斜角を９°〜１１°とした請求項１に記載の車輪と作用体との自動隙間調整装置。