WO2017187846A1 - 鉄道車両用台車の軸受温度検出装置 - Google Patents

Abstract

鉄道車両用台車の軸受温度検出装置は、車軸を支持する軸受が収容される軸箱の開口を通して前記軸受の外輪の温度を検出する温度センサユニットと、前記温度センサユニットを前記外輪に向けて付勢する弾性体と、前記弾性体を介して前記温度センサユニットが取り付けられる基板部を有し、前記軸箱に外側から着脱可能に固定される温度センサユニット支持座と、を備える。

Description

鉄道車両用台車の軸受温度検出装置

　本発明は、鉄道車両用台車の軸受温度検出装置に関する。

　鉄道車両の台車では、車軸を支持する軸受が収容される軸箱に温度センサを設け、その温度センサにより軸受の外輪の温度を検出して軸受の異常昇温を検知する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６－２３４１０２号公報

　しかし、軸箱に嵌合された軸受の外輪は、軸箱に対して近接又は離間する方向に僅かに変位し得るため、台車の振動等の影響によって、軸受の外輪に対する温度センサの接触が不安定となり、正確な温度検出が行えない可能性がある。

　そこで本発明は、鉄道車両用台車の軸箱に収容された軸受の外輪の温度を正確に検出できるようにすることを目的とする。

　本発明の一態様に係る鉄道車両用台車の軸受温度検出装置は、車軸を支持する軸受が収容される軸箱の開口を通して前記軸受の外輪の温度を検出する温度センサユニットと、前記温度センサユニットを前記外輪に向けて付勢する弾性体と、前記弾性体を介して前記温度センサユニットが取り付けられる基板部を有し、前記軸箱に外側から着脱可能に固定される温度センサユニット支持座と、を備える。

　前記構成によれば、温度センサユニットが軸受の外輪を押圧する向きに弾性体によって付勢されるので、台車に振動等が生じても、温度センサユニットは外輪の温度を安定して正確に検出できる。しかも、温度センサユニットと弾性体と温度センサユニット支持座とをセットで軸箱に対して着脱できるため、軸箱を分解することなく温度センサユニット等のメンテナンスを行え、作業性も良好に保つことができる。

　本発明によれば、鉄道車両用台車の軸箱に収容された軸受の外輪の温度を正確に検出でき、メンテナンス作業性も良好に保つことができる。

第１実施形態に係る鉄道車両の台車の側面図である。 図１に示す台車の要部を一部断面化した側面図である。 図２に示す温度センサユニットの側面図である。 図２に示す輪軸支えの斜め上方から見た斜視図である。 図２に示す温度センサユニット支持座の斜め上方から見た斜視図である。 図２に示す軸箱等の底面図である。 第２実施形態に係る台車の要部を一部断面化した側面図である。

　以下、図面を参照して実施形態を説明する。なお、以下の説明では、鉄道車両が走行する方向であって車体が延びる方向を車両長手方向とし、それに直交する横方向を車幅方向として定義する。車両長手方向は前後方向とも称し、車幅方向は左右方向とも称しえる。

　（第１実施形態）
　図１は、第１実施形態に係る鉄道車両の台車１の側面図である。図１に示すように、鉄道車両の台車１は、空気バネ２を介して車体５０を支持する台車枠３を備える。台車枠３は、車幅方向両側において車両長手方向に延びた一対の側梁４と、一対の側梁４を互いに連結して車幅方向に延びた横梁（図示せず）とを有し、平面視でＨ形状を呈する。台車枠３の車両長手方向の両側には、車幅方向に沿って延びた車軸６が配置されている。車軸６の車幅方向両側の部分には、車輪７が夫々固定されている。車軸６の車幅方向の両端部には、車輪７よりも車幅方向外側にて車軸６を回転自在に支持する軸受８が設けられている。軸受８は、内輪（図示せず）と、外輪８ａ（図２参照）と、内輪と外輪８ａとの間に挟まれた転動体（図示せず）とを有する。軸受８は、軸箱１１に収容されている。

　軸箱１１の軸箱本体１６と、軸梁１２とは一体化されている。軸梁１２は、台車枠３に連結されている。軸梁１２の先端部は、ゴムブッシュ１３等を介して台車枠３に弾性的に連結されている。側梁４の車両長手方向の端部４ａと軸箱１１との間には、鉛直方向に伸縮するコイルバネ１４が介設されている。軸箱１１の下部には、温度センサユニット２０が取り付けられている。

　図２は、図１に示す台車１の要部を一部断面化した側面図である。図３は、図２に示す温度センサユニット２０の側面図である。図２に示すように、軸箱１１は、軸受８の外輪８ａの外周面の上領域を覆い、台車枠３からの荷重を支持する軸箱本体１６と、軸受８の外輪８ａの外周面の下領域を覆う輪軸支え１７とを有する。即ち、輪軸支え１７は、軸箱１１の一部を構成し、外輪８ａを下方から覆う軸箱下部に相当する。輪軸支え１７は、軸箱本体１６に対してボルトＢ１により着脱可能に固定されている。

　温度センサユニット２０は、弾性装置２１を介して温度センサユニット支持座２２に取り付けられている。温度センサユニット支持座２２は、輪軸支え１７にボルトＢ２（図６参照）により着脱可能に固定されている。輪軸支え１７は、軸受８と隙間をあけて下方から対向するカバー部１７ａと、カバー部１７ａに形成された開口１７ｂとを有する。温度センサユニット２０は、輪軸支え１７のカバー部１７ａに形成された開口１７ｂを下方から挿通している。

　図２及び３に示すように、温度センサユニット２０は、ハウジング３１と、熱伝導シート３２と、温度センサ３３と、センサ基板３４と、無線通信ボード３５と、電池３６と、断熱材３７とを備える。温度センサユニット２０は、温度検出機能と、無線通信機能と、電源機能とを有する。ハウジング３１は、熱伝導シート３２と、温度センサ３３と、センサ基板３４と、無線通信ボード３５と、電池３６と、断熱材３７とを収容するケースである。

　ハウジング３１は、接触部材３８と、熱伝導シート３９と、ベースプレート４０と、カバー４１とを有する。接触部材３８及びベースプレート４０は、熱伝導性を有する金属からなり、例えば、アルミニウム合金からなる。熱伝導シート３９は、弾性及び熱伝導性を有する材料からなり、例えば、熱伝導性シリコーンゴムからなる。カバー４１は、非導電性を有する樹脂からなり、例えば、ガラス繊維強化樹脂からなる。

　接触部材３８は、軸受８の外輪８ａの外周面に面接触する円弧状の受熱面３８ｃ（上面）が形成された受熱部３８ａと、受熱部３８ａから側方に突出した取付部３８ｂとを有する。熱伝導シート３９は、接触部材３８とベースプレート４０とによって圧縮状態で挟まれる。

　ベースプレート４０は、本体部４０ａと、本体部４０ａの周囲に設けられたカバー取付部４０ｂと、カバー取付部４０ｂから側方に突出した取付部４０ｃとを有する。本体部４０ａは、熱伝導シート３２と、温度センサ３３と、センサ基板３４と、無線通信ボード３５と、電池３６と、断熱材３７とを保持する。接触部材３８及びベースプレート４０の取付部３８ｂ，４０ｃは、弾性装置２１を介して輪軸支え１７に取り付けられる。

　カバー４１は、断面凹形状の収容部４１ａと、収容部４１ａから側方に突出するフランジ部４１ｂとを有する。収容部４１ａは、有底円筒状である。カバー４１は、ベースプレート４０のカバー取付部４０ｂにネジ（図示せず）で取り付けられる。カバー４１は、熱伝導シート３２と、温度センサ３３と、センサ基板３４と、無線通信ボード３５と、電池３６と、断熱材３７とを下方から覆う。

　熱伝導シート３２は、絶縁性を有し、ベースプレート４０と温度センサ３３とによって圧縮状態で挟まれる。即ち、温度センサ３３の検出部は、熱伝導シート３２に押し付けられる。熱伝導シート３２は、絶縁性、弾性及び熱伝導性を有する材料からなり、例えば、熱伝導性シリコーンゴムからなる。軸受８の外輪８ａの熱は、接触部材３８、熱伝導シート３９、ベースプレート４０、熱伝導シート３２、及び、温度センサ３３の順に伝達される。

　温度センサ３３は、センサ基板３４の上面に搭載される。センサ基板３４は、温度センサ３３で検出された外輪８ａの温度情報をアナログ温度信号として後述する変換基板４２に出力するセンサ回路を有する。無線通信ボード３５は、変換基板４２と、無線通信モジュール４３（無線送信部）とを有する。変換基板４２は、温度センサ３３からのアナログ温度信号をデジタル温度信号に変換する変換回路を有する。変換基板４２とセンサ基板３４とは鉛直方向に延びるコネクタ４７を介して接続される。無線通信モジュール４３は、変換基板４２に搭載され、変換基板４２からのデジタル温度信号を無線信号として温度センサユニット２０の外部（例えば、鉄道車両の無線受信装置）に無線送信する。

　電池３６は、温度センサ３３、センサ基板３４及び無線通信ボード３５に供給する電力を蓄える。無線通信ボード３５の上面には、正極又は負極のいずれか一方である第１電極４４と、正極又は負極のいずれか他方である第２電極４５とが設けられている。第１電極４４は、電池３６の一方面の電極に接触し、第２電極４５は、電池３６の他方面の電極に接触する。第２電極４５は、無線通信ボード３５から突出する縦板部４５ａと、縦板部４５ａから電池３６の他方面に沿って突出する横板部４５ｂとを有する。電池３６は、第２電極４５の横板部４５ｂと第１電極４４とによって挟持される。

　電池３６からの電力は、第１電極４４及び第２電極４５を介して無線通信ボード３５に給電され、無線通信ボード３５からセンサ基板３４及び温度センサ３３に給電される。断熱材３７は、センサ基板３４と電池３６との間に介設され、電池３６よりも面積が大きい。温度センサユニット２０においては、接触部材３８、熱伝導シート３９、ベースプレート４０、熱伝導シート３２、温度センサ３３、センサ基板３４、断熱材３７、電池３６、及び、無線通信ボード３５が、この順に上から下に並んで配置される。

　図４は、図２に示す輪軸支え１７の斜め上方から見た斜視図である。図５は、図２に示す温度センサユニット支持座２２の斜め上方から見た斜視図である。図６は、図２に示す軸箱１１等の底面図である。図４に示すように、輪軸支え１７は、カバー部１７ａと、開口１７ｂと、一対の固定部１７ｃと、一対の外輪支持部１７ｄと、一対の側壁部１７ｅと、４つの脚部１７ｆとを有する。輪軸支え１７は、金属製である。カバー部１７ａは、軸受８に対して隙間をあけて下方から対向し、側面視で円弧状に形成されている。開口１７ｂは、カバー部１７ａの車幅方向中央かつ車両長手方向中央に形成され、車幅方向寸法よりも車両長手方向寸法が長い形状を有する。

　一対の固定部１７ｃは、カバー部１７ａの車両長手方向両端から鍔状に突出し、ボルト孔１７ｇが形成されている。一対の固定部１７ｃは、ボルト孔１７ｇを挿通するボルトＢ１により軸箱本体１６に着脱可能に固定される。一対の外輪支持部１７ｄは、カバー部１７ａの車両長手方向中央において開口１７ｂの車幅方向両側から上方に突出している。外輪支持部１７ｄは、通常時には外輪８ａとは接触しないが、車軸６，７を持ち上げる際に軸受８の外輪８ａを下方から支持する。一対の側壁部１７ｅは、カバー部１７ａの車幅方向両側の底面から下方に突出する。４つの脚部１７ｆは、一対の側壁部１７ｅの車両長手方向両側の底面からそれぞれ下方に突出する。即ち、脚部１７ｆの下端は、側壁部１７ｅの下端よりも下方に位置する。

　図５に示すように、温度センサユニット支持座２２は、基板部２２ａと、一対の側板部２２ｂと、一対の固定部２２ｃとを有する。温度センサユニット支持座２２は、金属製である。基板部２２ａは、輪軸支え１７のカバー部１７ａに隙間をあけて下方から対向する。基板部２２ａには、温度センサユニット２０を挿通させる挿通孔２２ｄが形成されている。基板部２２ａには、挿通孔２２ｄの車両長手方向両側に一対の取付孔２２ｅが形成されている。当該取付孔２２ｅには、後述する弾性装置２１を介して温度センサユニット２０が取り付けられる。一対の側板部２２ｂは、基板部２２ａの車両長手方向両側から軸箱１１側に向けて突出して、温度センサユニット２０を車両長手方向から覆う。

　図２に示すように、一対の弾性装置２１は、受熱面３８ｃを基準として外輪８ａの周方向両側に配置されている。弾性装置２１は、弾性体２１ａと、弾性体２１ａの上面に設けた金属製の上取付具２１ｂと、弾性体２１ａの下面に設けた金属製の下取付具２１ｃとを有する。上取付具２１ｂと下取付具２１ｃとは、弾性体２１ａの弾性変形によって互いに鉛直方向及び水平方向に相対変位可能である。

　上取付具２１ｂは、温度センサユニット２０に固定されている。具体的には、上取付具２１ｂは、接触部材３８及びベースプレート４０の取付部３８ｂ，４０ｃ（図３参照）に固定されている。上取付具２１ｂは、上方に突出する上スタッドボルト２１ｄを有し、接触部材３８及びベースプレート４０の取付部３８ｂ，４０ｃが、上スタッドボルト２１ｄにナットで固定されている。下取付具２１ｃは、温度センサユニット支持座２２の基板部２２ａに固定されている。下取付具２１ｃは、下方に突出する下スタッドボルト２１ｅを有し、温度センサユニット支持座２２が、下スタッドボルト２１ｅにナットで固定されている。弾性装置２１は、弾性体２１ａが鉛直方向に圧縮された状態で設置され、温度センサユニット２０が外輪８ａに押し付けられるように温度センサユニット２０を上方に付勢する。

　図２及び６に示すように、温度センサユニット２０の接触部材３８は、輪軸支え１７の開口１７ｂを通って軸受８の外輪８ａに接触している。温度センサユニット支持座２２の一対の側板部２２ｂは、車両長手方向の外側から温度センサユニット２０に隙間をあけて対向する。輪軸支え１７の一対の側壁部１７ｅは、車幅方向の外側から温度センサユニット２０に隙間をあけて対向する。即ち、温度センサユニット２０は、温度センサユニット支持座２２の一対の側板部２２ｂと輪軸支え１７の一対の側壁部１７ｅとによって囲まれている。温度センサユニット支持座２２の固定部２２ｃは、輪軸支え１７の側壁部１７ｅにボルトＢ２により着脱可能に固定されている。なお、温度センサユニット支持座２２を輪軸支え１７に固定するボルトＢ２は、輪軸支え１７を軸箱本体１６に固定するボルトＢ１よりも小さい。

　温度センサユニット２０は、温度センサユニット支持座２２の挿通孔２２ｄを通って温度センサユニット支持座２２よりも下方に突出し、温度センサユニット支持座２２の外側に露出している。これにより、温度センサユニット２０の無線通信モジュール４３は、温度センサユニット支持座２２の挿通孔２２ｄを挿通することになる。温度センサユニット２０の下端は、輪軸支え１７の側壁部１７ｅの下端よりも下方に位置するが、輪軸支え１７の脚部１７ｆの下端よりも上方に位置する。温度センサユニット２０は、弾性体２１ａが弾性変形することによって、軸受８の回転軸線周りの所定範囲で軸箱１１に対して変位可能である。温度センサユニット２０が外輪８ａに沿って変位したとき、温度センサユニット支持座２２の側板部２２ｂが、接触部材３８の取付部３８ｂに干渉して当該変位を所定範囲に規制する。以上のようにして、温度センサユニット２０、弾性装置２１、温度センサユニット支持座２２及び輪軸支え１７により、軸受温度検出装置１０が構成される。

　以上に説明した構成によれば、温度センサユニット２０が軸受８の外輪８ａを押圧する向きに弾性体２１ａによって付勢されるので、台車１に振動等が生じても、温度センサユニット２０は外輪８ａの温度を安定して正確に検出できる。しかも、温度センサユニット２０と弾性体２１ａと温度センサユニット支持座２２とをセットで軸箱１１に対して着脱できるため、軸箱１１を分解することなく温度センサユニット２０等のメンテナンスを行え、作業性も良好に保つことができる。

　また、温度センサユニット支持座２２の基板部２２ａには、温度センサユニット２０の無線通信モジュール４３を挿通させる挿通孔２２ｄが形成されているので、無線通信モジュール４３の電波が温度センサユニット支持座２２に阻害されず、通信安定性に優れている。また、温度センサユニット支持座２２の側板部２２ｂが、温度センサユニット２０のハウジング３１（接触部材３８の取付部３８ｂ）に車両長手方向の外側から隙間をあけて対向するので、温度センサユニット２０の車両長手方向の変位を側板部２２ｂにより規制できる。また、温度センサユニット２０に走行風が当たるのを側板部２２ｂが阻止することができ、温度センサユニット２０の温度検出精度の低下を防止できる。

　また、温度センサユニット２０が挿通する開口１７ｂは輪軸支え１７に形成されているので、軸箱１１のうち軸箱本体１６は、軸受温度検出装置の搭載されていない台車のものと同じでよく、台車部品を共通化できるとともに、既存台車への軸受温度検出装置の追加搭載も容易に行うことができる。

　また、輪軸支え１７には、開口１７ｂの車幅方向両側に一対の外輪支持部１７ｄが設けられているので、輪軸支え１７の車両長手方向中央に開口１７ｂを形成しながらも、車軸６，７を持ち上げる際に適切に軸受８を支持することができる。また、輪軸支え１７は、温度センサユニット２０に隙間をあけて車幅方向両側から対向する一対の側壁部１７ｅを有し、側壁部１７ｅに温度センサユニット支持座２２が固定されるので、温度センサユニット２０に走行風が当たることが抑制され、温度センサユニット２０の温度検出精度の低下を更に防止できる。また、車輪削正作業のために、持ち上げ装置（図示せず）により脚部１７ｆの下端を押し上げて軸箱１１と共に車輪７を持ち上げる際、輪軸支え１７の脚部１７ｆの下端が、温度センサユニット２０の下端よりも下方に位置するので、温度センサユニット２０を取り外す必要もなく、また、持ち上げ装置による温度センサユニット２０の損傷も防止できる。

　（第２実施形態）
　図７は、第２実施形態に係る台車の要部を一部断面化した側面図である。なお、第１実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。第１実施形態では、輪軸支え１７と軸箱本体１６とは、それぞれ別部材としたが、第２実施形態では、それらを一体構造としている。図７に示すように、第２実施形態の軸箱１１１は、一体に成形された筒状体であり、軸梁１２も軸箱１１１に一体化されている。軸受温度検出装置１１０は、温度センサユニット２０、弾性装置２１、温度センサユニット支持座２２及び軸箱１１１を備える。軸箱１１１は、軸受８の外輪８ａの外周面の上領域を覆う軸箱上部１１６と、軸受８の外輪８ａの外周面の下領域を覆う軸箱下部１１７とを有する。

　軸箱下部１１７は、開口１７ｂと、一対の外輪支持部（図４の符号１７ｄ参照）と、一対の側壁部１７ｅと、４つの脚部１７ｆとを有する。開口１７ｂは、軸箱下部１１７の車幅方向中央かつ車両長手方向中央に形成されている。一対の外輪支持部（図４の符号１７ｄ参照）は、軸箱下部１１７の車両長手方向中央において開口１７ｂの車幅方向両側から上方に突出している。一対の側壁部１７ｅは、軸箱下部１１７の車幅方向両側の底面から下方に突出する。４つの脚部１７ｆは、一対の側壁部１７ｅの車両長手方向両側の底面からそれぞれ下方に突出する。温度センサユニット２０の接触部材３８は、軸箱下部１１７の開口１７ｂを通って軸受８の外輪８ａに接触している。なお、他の構成は前述した第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

　なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、その構成を変更、追加、又は削除することができる。台車１は、側梁４及びコイルバネ１４の代わりに、板バネを用いた構成としてもよい。即ち、前後一対の軸箱が板バネの長手方向両側の端部を夫々支持し、板バネの長手方向の中央部が横梁を支持する構成としてもよい。また、温度センサユニット２０の車幅方向両側に側壁部１７ｅを設け、温度センサユニット２０の車両長手方向両側に温度センサユニット支持座２２の側板部２２ｂを設ける構成の代わりに、温度センサユニット２０の車両長手方向両側に側壁部を設け、温度センサユニット２０の車幅方向両側に温度センサユニット支持座の側板部を設ける構成としてもよい。温度センサユニット２０は、軸受８の真下に配置せずに斜め下方に配置してもよい。また、実施形態において、軸箱支持装置は軸梁式を一例として示したが、この形式に限られるものではなく、種々の軸箱支持装置に適用可能である。

　１　台車
　６　車軸
　８　軸受
　８ａ　外輪
　１０，１１０　軸受温度検出装置
　１１，１１１　軸箱
　１７　輪軸支え（軸箱下部）
　１１７　軸箱下部
　１７ａ　カバー部
　１７ｂ　開口
　１７ｄ　外輪支持部
　１７ｅ　側壁部
　１７ｆ　脚部
　２０　温度センサユニット
　２１ａ　弾性体
　２２　温度センサユニット支持座
　２２ａ　基板部
　２２ｂ　側板部
　２２ｄ　挿通孔
　４３　無線通信モジュール（無線送信部）
 

Claims (8)

1. 　車軸を支持する軸受が収容される軸箱の開口を通して前記軸受の外輪の温度を検出する温度センサユニットと、
   　前記温度センサユニットを前記外輪に向けて付勢する弾性体と、
   　前記弾性体を介して前記温度センサユニットが取り付けられる基板部を有し、前記軸箱に外側から着脱可能に固定される温度センサユニット支持座と、を備える、鉄道車両用台車の軸受温度検出装置。
2. 　前記温度センサユニットは、検出した温度情報を無線信号により送信する無線送信部を有し、
   　前記基板部には、挿通孔が形成され、
   　前記温度センサユニットは、前記挿通孔を挿通し、前記温度センサユニット支持座の外側に露出している、請求項１に記載の鉄道車両用台車の軸受温度検出装置。
3. 　前記温度センサユニット支持座は、前記基板部から前記軸箱側に向けて突出して、前記温度センサユニットと隙間をあけた状態で前記温度センサユニットを覆う側板部を有する、請求項１又は２に記載の鉄道車両用台車の軸受温度検出装置。
4. 　前記軸箱の一部を構成し、前記外輪を下方から覆う軸箱下部を更に備え、
   　前記軸箱下部のうち前記軸受と隙間をあけて対向する部分に、前記開口が形成されている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の鉄道車両用台車の軸受温度検出装置。
5. 　前記軸箱下部は、前記開口の車幅方向両側から上方に突出し、前記外輪を支持する外輪支持部を更に有する、請求項４に記載の鉄道車両用台車の軸受温度検出装置。
6. 　前記軸箱下部は、下方に突出して、前記温度センサユニットと隙間をあけた状態で前記温度センサユニットに対向する側壁部を更に有し、
   　前記温度センサユニット支持座は、前記側壁部に着脱可能に固定されている、請求項４又は５に記載の鉄道車両用台車の軸受温度検出装置。
7. 　前記軸箱下部は、下方に突出した脚部を更に有し、
   　前記温度センサユニットは、前記温度センサユニット支持座よりも下方に突出し、
   　前記脚部の下端は、前記温度センサユニットの下端よりも下方に位置する、請求項４乃至６のいずれか１項に記載の鉄道車両用台車の軸受温度検出装置。
8. 　前記軸箱下部は、前記外輪を上方から覆う軸箱本体に対して着脱可能に固定される輪軸支えである、請求項４乃至７のいずれか１項に記載の鉄道車両用台車の軸受温度検出装置。

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