JP4583341B2 - 鉄道車輌用鋳鉄制輪子の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、鉄道車輌の制動装置に使用される鉄道車輌用鋳鉄制輪子の製造方法に関するものである。

従来から、鉄道車輌用のブレーキ機構には踏面方式とディスク方式があり、在来線には踏面方式が多く採用されている。この踏面方式は、車輪の踏面に制輪子を押付け、ブレーキ力を得るものである。踏面方式の鉄道車輌用鋳鉄制輪子はブレーキ性能を向上させるために、制輪子を構成する鋳鉄合金の成分を変更したものがある他に、無数の連通気孔が形成されている発泡体状のセラミックスブロック（制動ブロック）を制輪子に鋳込んだものがある。

このセラミックスブロックを鋳込んだ制輪子の製造方法は、まず、制輪子を形成するためのキャビティ内の下鋳型に軟鋼板からなる裏板を配置し、その裏板にセラミックスブロックを配置する。そして、下鋳型に制動摩擦面を形成する上鋳型を載置し、その後キャビティ内に溶湯を供給する。すると、セラミックスブロックが溶湯との比重差によって上鋳型の制動摩擦面を形成する面まで浮上し、セラミックスブロックの一側面を制動摩擦面に露出させた状態で制輪子本体が形成される（例えば、特許文献１参照）。
また、この他の制輪子の製造方法としては、予め下鋳型に配置された裏板に一定間隔、且つ制動摩擦面に露出するようにしてセラミックスブロックを固定し、その後、キャビティ内に溶湯を供給することでセラミックスブロックを鋳込んだ制輪子本体を形成する方法もある（例えば、特許文献２参照）。
特許第３２６１４７８号公報 特開２００１−２４６４５５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、キャビティ内でのセラミックスブロックの固定が困難であるため、溶湯をキャビティ内に供給している途中でセラミックスブロックが浮遊する虞があり、冷却時のセラミックスブロックの鋳ぐるみ状態によっては制輪子の制動摩擦面の適正な位置にセラミックスブロックを配置できず、製品の品質にバラツキが生じるという課題がある。
また、特許文献２に開示された技術では、予め裏板にセラミックスブロックを固定する必要があるため、裏板にブロック止めを溶接等で設ける必要がある。このため制輪子の製造コストがかかるという課題がある。

そこで、この発明は、制輪子に鋳込まれるセラミックスブロックを制動摩擦面に対して適正な位置に配置することで製品品質のバラツキをなくすことができ、制輪子のブレーキ性能を安定させると共に、向上させることができる鉄道車輌用制輪子の製造方法を提供するものである。また、セラミックスブロックを固定するためのブロック止め等を必要とせず、製造コストを低減させることができる鉄道車輌用鋳鉄制輪子の製造方法を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、上鋳型と下鋳型とで形成されるキャビティ内の前記下鋳型側に裏板を配置し、前記下鋳型にガイド棒の基部を前記裏板を貫通して差込み固定し、前記ガイド棒の先端を前記キャビティ側への突出量として確保し、前記ガイド棒に制動ブロックをスライド自在に刺設し、型締め後に前記キャビティ内に溶湯を供給し、この溶湯によって前記制動ブロックを比重差により前記制動摩擦面形成面までガイド棒に沿って浮上させて前記制動ブロックの一側面を前記制動摩擦面形成面に当接させ、前記制動ブロックを鋳ぐるんだ状態で制輪子本体を製造する鉄道車輌用鋳鉄制輪子の製造方法であって、前記ガイド棒を前記下鋳型に差込む際に、前記ガイド棒の前記突出量を保持代として前記ガイド棒の前記先端を受け入れる治具が前記ガイド棒に対して着脱自在に用いることを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、前記制動ブロックには、前記ガイド棒を遊挿するための孔が設けられていることを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、前記制動ブロックは、無数の連通気孔が形成されている発泡体状の炭化ケイ素セラミックスにより形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、キャビティの下鋳型内に裏板を配置し、下鋳型にガイド棒の基部を裏板の貫通孔に差込み、ガイド棒の先端をキャビティ側への突出量として確保し、そして、ガイド棒に制動ブロックをスライド自在に刺設し、下鋳型に制動摩擦面を形成する上鋳型を載置して型締めした後、溶湯をキャビティに供給するため、制動ブロックが比重差により上鋳型の制動摩擦面形成面までガイド棒に沿って浮上し、その一側面を制動摩擦面形成面に当接させると共に、制動ブロックを鋳ぐるんだ状態で制輪子本体を形成することができる。よって、製造工数を増加することなく制動ブロックを制動摩擦面に対して適正な位置に配置することでき、製品品質のバラツキをなくして制輪子のブレーキ性能を安定させると共に、向上させることが可能となる。

また、下鋳型に差込んだガイド棒に制動ブロックを刺設するため、例えば、裏板に制動ブロックを固定するためのブロック止めを溶接する等の作業が必要がなくなる。このため、製造コストを低減させることができる。

次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図３に示すように、鉄道車輌用鋳鉄制輪子１は、円弧状に湾曲形成された裏板２に鋳鉄ブロック３が設けられたものである。
鋳鉄ブロック３は、耐熱性、耐摩耗性等を考慮してニッケル、クロム等の合金元素を添加した合金鋳鉄により形成されたものである。鋳鉄ブロック３の長手方向略中央には、断面Ｖ字状の凹部９が鋳鉄ブロック３の幅方向に沿って形成され、鋳鉄ブロック３はこの凹部９を挟んで二つの部分３ａ，３ｂに振り分け配置された構造になっている。
鋳鉄ブロック３の車輪１１と対向する制動摩擦面６は、車輪１１の踏面１２に対応するように凹状に湾曲して形成されている。また、鋳鉄ブロック３の裏板２側の背面７は、裏板２に沿うように凸状に湾曲して形成されている。

さらに、鋳鉄ブロック３には一対のセラミックスブロック８，８が鋳込まれている。セラミックスブロック８，８は鋳鉄ブロック３ａ，３ｂに各々配置されている。セラミックスブロック８は炭化ケイ素粉体を焼結して円柱状に形成された発泡体であって、全体に無数の連通気孔が形成され、その開口率は８５〜９４％である。このセラミックスブロック８は、一側面を鋳鉄ブロック３の制動摩擦面６に露出させた状態で、その全体が鋳鉄ブロック３の鋳造時に鋳ぐるまれており、無数の連通気孔内にも鋳鉄が充填した状態になっている。

また、セラミックスブロック８の略中心には、ガイド棒１０を挿入するための孔１３が形成され、この孔１３にはガイド棒１０が挿入されている。
ガイド棒１０は円柱状や円筒状に形成されたもので、裏板２を貫通して鋳鉄ブロック３内に挿入された状態になっている。

裏板２は、弾性を有する板状の鋼が鉄道用の車輪１１に沿うように湾曲形成されたものである。裏板２のガイド棒１０と対応する部分には一対の孔１４が形成されている。また、裏板２における長手方向の略中央の外面２ａには略口型の連結環４が設けられている。この連結環４は、鉄道車輌用鋳鉄制輪子１のコッタ部５を形成している。コッタ部５は、断面略台形状であって、裏板２の外面２ｂにコッタ部５が裏板２の幅方向に沿うようにして設けられている。

次に、本発明に係る鉄道車輌用鋳鉄制輪子１の製造方法を図４〜図７に基づいて説明する。
図４に示すように、まず、鉄道車輌用鋳鉄制輪子１を形成する鋳型１５の下鋳型１６に裏板２を、この外面２ａが下側になるようにして配置する。尚、下鋳型１６には、裏板２の円弧形状に沿うように凹部１７が形成されている。また、下鋳型１６における裏板２の連結環４に対応する部分には、コッタ部５を形成するための溝１８が形成されている。

次に、裏板２の孔１４にガイド棒１０の基部１９を貫通させると共に、下鋳型１６にガイド棒１０の基部１９を差込む。
尚、ガイド棒１０を下鋳型１６に差込む際には、図５に示すように略Ｔ字状の治具２１を用いる。この治具２１は、把持部２２と、この把持部２２に直交するように設けられたホルダー２３とで構成されている。ホルダー２３には、ガイド棒１０を受け入れる穴２４が形成されている。この穴２４の長さはホルダー２３の長さＬ２と略一致するように設定されている。

具体的に治具２１を用いてガイド棒１０を下鋳型１６に差込むには、まず、治具２１のホルダー２３の穴２４にガイド棒１０の先端２０を装着する。そして、ガイド棒１０の基部１９を裏板２の孔１４に向かって差込み、さらに、裏板２を貫通して下鋳型１６に差込み固定する。このとき、ガイド棒１０を治具２１のホルダー２３の下端２８が裏板２に当接するまで差込む。このようにすることで、裏板２からのガイド棒１０の突出量Ｌ１が常にホルダー２３の長さＬ２と一致するように設定することができる。つまり、治具２１は、ガイド棒１０を下鋳型１６に差込むためだけのものではなく、ガイド棒１０の先端２０の裏板２からの突出量を設定するためのものでもある。尚、この治具２１は、ガイド棒１０を下鋳型１６に差込んだ後、ガイド棒１０から外す。

次に、図６に示すように、セラミックスブロック８に形成された孔１３をガイド棒１０に沿わせながらガイド棒１０にセラミックスブロック８を刺設する。尚、セラミックスブロック８の孔１３は、セラミックスブロック８がガイド棒１０に対してスライド可能な大きさを有している。その後、下鋳型１６に上鋳型２５を載置して型締めする。上鋳型２５には鉄道車輌用鋳鉄制輪子１の制動摩擦面６を形成するための制動摩擦面形成面２６が形成されている。

そして、下鋳型１６と上鋳型２５と型締めしてキャビティＫに溶湯２７を供給する。すると、図７に示すように、セラミックスブロック８は、供給される溶湯２７との比重差によってガイド棒１０に沿うようにして浮上し、セラミックスブロック８の一側面を上鋳型２５の制動摩擦面形成面２６に当接した状態になる。
この状態において、セラミックスブロック８の連通気孔内に溶湯２７が流れ込み、溶湯２７はセラミックスブロック８と一体化する。そして、溶湯２７が冷却することにより、裏板２及びセラミックスブロック８を鋳ぐるんだ状態で鋳鉄ブロック３が固化形成された鉄道車輌用鋳鉄制輪子１が製造される。尚、鋳型１５から取り出した鉄道車輌用鋳鉄制輪子１はガイド棒１０が裏板２の外面２ａ側に突出した状態になっているが、この突出した部分のガイド棒１０は鏨等を用いて外面２ａに沿って切断すればよい。

したがって上述の実施形態によれば、ガイド棒１０を裏板２の孔１４に沿わせつつ貫通させ、そして、下鋳型１６に差込むため、ガイド棒１０を鋳型１５に対して適正な位置に設けることができる。
また、このガイド棒１０にセラミックスブロック８を刺設することによって、鋳型１５内に溶湯２７を供給するだけで自動的にセラミックスブロック８がガイド棒１０に沿って浮上し、上鋳型２５の制動摩擦面形成面２６の適正な位置に当接する。このため、セラミックスブロック８を鉄道車輌用鋳鉄制輪子１に対して適正な位置に鋳込むことができる。よって、容易に製品品質のバラツキがなく、ブレーキ性能を安定の安定した鉄道車輌用鋳鉄制輪子１を製造することができる。

さらに、ガイド棒１０が治具２１によって下鋳型１６に差込まれるため、製造時間を短縮できると共に、裏板２からのガイド棒１０の突出量をバラツキなく適正な長さに設定して製品の品質を向上させることができる。このため、例えば、ガイド棒１０の突出量が小さく、セラミックスブロック８をガイド棒１０に刺設できなかったり、ガイド棒１０の突出量が大きく、ガイド棒１０の先端２０が上鋳型２５の制動摩擦面形成面２６に当接してしまったりすることがなくなる。

そして、セラミックスブロック８を裏板２にセットする場合には、ガイド棒１０を下鋳型１６に差込めばよく、例えば、セラミックスブロック８を固定するためのブロック止め等を裏板２に溶接する作業が必要ない。このため、鉄道車輌用鋳鉄制輪子１製造コストを低減させることができる。

尚、本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、例えば、ガイド棒１０を裏板２の孔１４を貫通させて下鋳型１６に差込み、このガイド棒１０にセラミックスブロック８をスライド自在に刺設した場合について説明したが、セラミックスブロック８をキャビティＫに対してスライド自在に設置できればこれらの形状に限られるものではない。
また、上述の実施形態では、例えば、セラミックスブロック８は円柱状に形成されたものである場合について説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、円柱形状に限られるものではない。
そして、上述の実施形態では、例えば、セラミックスブロック８は全体に無数の連通気孔が形成されたもので、その開口率は８５〜９４％である場合について説明したが、開口率はこれに限るものではなく、全体に無数の連通気孔が形成されたものであればよい。

本発明の実施形態における鉄道用車輌制輪子の側面図である。 本発明の実施形態における鉄道用車輌制輪子の平面図である。 本発明の実施形態におけるセラミックスブロックの斜視図である。 本発明の実施形態における鉄道用車輌制輪子の製造工程（ガイド棒差込み固定）を示す断面図である。 本発明の実施形態における治具の断面図である。 本発明の実施形態における鉄道用車輌制輪子の製造工程（型締め）を示す断面図である。 本発明の実施形態における鉄道用車輌制輪子の製造工程（溶湯供給）を示す断面図である。

符号の説明

１ 鉄道車輌用鋳鉄制輪子
２ 裏板
３ 鋳鉄ブロック（制輪子本体）
８ セラミックスブロック（制動ブロック）
１０ ガイド棒
１３ 孔
１４ 孔
１６ 下鋳型
１９ 基部
２０ 先端
２１ 治具
２３ ホルダー
２５ 上鋳型
２６ 制動摩擦面形成面
２７ 溶湯
Ｋ キャビティ

Claims (3)

1. 上鋳型と下鋳型とで形成されるキャビティ内の前記下鋳型側に裏板を配置し、前記下鋳型にガイド棒の基部を前記裏板を貫通して差込み固定し、前記ガイド棒の先端を前記キャビティ側への突出量として確保し、前記ガイド棒に制動ブロックをスライド自在に刺設し、型締め後に前記キャビティ内に溶湯を供給し、この溶湯によって前記制動ブロックを比重差により前記制動摩擦面形成面までガイド棒に沿って浮上させて前記制動ブロックの一側面を前記制動摩擦面形成面に当接させ、前記制動ブロックを鋳ぐるんだ状態で制輪子本体を製造する鉄道車輌用鋳鉄制輪子の製造方法であって、
   前記ガイド棒を前記下鋳型に差込む際に、前記ガイド棒の前記突出量を保持代として前記ガイド棒の前記先端を受け入れる治具が前記ガイド棒に対して着脱自在に用いることを特徴とする鉄道車輌用鋳鉄制輪子の製造方法。
2. 前記制動ブロックには、前記ガイド棒を遊挿するための孔が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車輌用鋳鉄制輪子の製造方法。
3. 前記制動ブロックは、無数の連通気孔が形成されている発泡体状の炭化ケイ素セラミックスにより形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鉄道車輌用鋳鉄制輪子の製造方法。

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