JPS5938438Y2 - 車両用車輪の高周波焼入用加熱誘導子 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、車両用車輪、特に円周面を持つ胴部の一端側
に半径方向の外側に張り出す鍔部を備えた車輪に対して
、高周波焼入を行なうための改善された新しい加熱誘導
子の提供に関する。

車両用車輪はレールとの接触によってその踏面が摩耗限
度に達すれば、脱線事故等の防止のために予備車輪と取
替える必要がある。

しかし車輪取替えは人件費および外注製作費がきわめて
多額に失し、これが低減策として、車輪踏面に高周波焼
入処理を施してその耐摩耗性を向上させ；耐用性を延長
する手段がとられている。

この高周波焼入処理は回転移動焼入れ法として既知であ
る。

即ちその概要は第１．２図に例示する通りであって、第
１図示のように車輪１の外周面形状に応じた形状の加熱
誘導子４を、車輪外周面との間に所要のギャップを存し
て対置させ、車輪１を矢印のように円周方向に沿って回
転させ、加熱誘導子４側に具備される焼入用コアに高周
波電流を通じることにより、表皮効果と車輪１側に誘導
される高周波ジュール熱を利用して急速加熱し、冷却水
噴射装置５による冷却水により急冷することによって、
焼入処理を行なうのである。

このさい車輪１は第２図■に示すように胴部２と鍔部３
とから成り、かつ胴部２は外周面が円周面を呈すると共
に軸長さ方向に緩やかに曲面を呈した形状であり、この
胴部２の一端側に半径方向の外方に向って鍔部３が張り
出し状に形成された特殊な形状のもので、この胴部２と
鍔部３の一部とが踏面となるため、加熱誘導子４もこの
踏面に対応するように、胴部２の外周面と対面する第１
の部分６と、鍔部３の外周面と対面する第２の部分７と
が屈曲部８で連続された略への字形の断面形状を持つの
であり、従来は第２図■で示すように、このような加熱
誘導１１子４を車輪踏面に対し各部分６，７，８が倒れ
も均等な間隔で対面するようなギャップをおいて対置す
るのである。

このため胴部２と鍔部３との境界部９の曲率と誘導子４
の屈曲部８の曲率とが同一曲率であるように形成し、ま
た第１．２部分６９７もそれぞれ胴部２鍔部３の対応面
形状と相似形状のものとしている。

しかしこの従来型式の加熱誘導子４によって高周波焼入
処理を行なった場合、その踏面における焼入深さの断面
マクロパターンは符号１０で示すようなものとなり、こ
の種車輪においてスラスト力を受けて耐強性が特に要求
される境界部９の焼入効果は不充分となり、時には焼入
が全くできない場合もあることが欠点であり、またその
他の部分においても図示のように焼入深さにその深浅相
違が目立ち、境界部９の焼入を充分に確保するために車
輪１と誘導子４との相対回転速度を遅くして加熱時間の
延長や、入力増加等を行なうと、車輪１における図示の
隅角部分１ａ。

１ｂが過熱する等の悪影響が生じる等の問題点もある。

このような従来方式を改善するものとして第２図Ｈに示
すような方式が提案されている。

即ちこの方式は、加熱誘導子４として、車輪胴部２に対
面する第１の部分６と、車輪鍔部３に対面する第２の部
分７とが屈曲部８を介して連続される形状のものである
ことば、第２図■のものと略同−であるが、車輪１の略
同に対して誘導子４を所要のギャップをおいて対面させ
るに当り、境界部９と屈曲部８の対面間のギヤツブ量イ
が最少となり、第１の部分６と胴部２とのギャップ量口
及び第２の部分７と鍔部３とのギヤツブ量ハは、何れも
屈曲部８から遠去かるに従って漸次増加するように対置
されたものである。

このようなギャップ構造とするために、例えば屈曲部８
の曲率半径は境界部９の曲率半径よりも１／３〜１／６
程度となるように小さくシ、また鍔部３と第２の部分７
とのなす角θが５〜１０°程度開くようにし、さらに胴
部２と対面する第１の部分６は直線形態とするのである
。

このような加熱誘導子４を用いると、同図の符号１０ａ
に示したような焼入深さの断面マクロパターンが得られ
、車輪１の境界部９における充分な焼入深さの確保と、
各部分２，３．９における均等な深さが得られるように
改善されるのである。

しかしながらこの改善方式によっても更に解決すべき問
題点が新たに生じることが判明した。

つは最近のこの種加熱誘導子による高周波焼入処理にお
いて、車輪保全費低減の要求が一段と強くなり、高周波
焼入処理の見直し、即ち焼入深度を更に増加することが
要望されてきたものであり、この点について第２図Ｈに
示した改善方式のものでは焼入深度の増大について限界
点のあることである。

即ち車輪１の前記胴部２および鍔部３に亘る踏面におい
て、その高周波焼入処理による全硬化層の深さ３〜５
ｍｍ、有効深さ２〜４ｒ／Ｌ１１Ｌの通常の焼入深度範
囲では、第２図■に示した方式によって、均一な深さの
焼入が可能であるが、それ以上の高深度では前記方式は
欠点が生じる。

例えば第３図示の１例で見られるように、車輪１におけ
る胴部２、鍔部３に亘る踏面において、全硬化層の深さ
を９關、有効深さ６關の焼入処理を第２図■による加熱
誘導子４によって行なうと、その鍔部３における付根部
である境界部、図示のａ部ではその全硬化層の深さは６
ｍｍ１有効深さ４關と、約３０優も深さが浅くなり、
不均一を生じると共にその他の各部ａ、ｂ、ｃ、ｄに亘
る焼入深さは図示符号１１で示す断面マクロパターンに
なり、例えば荷重のかからない踏面外縁部、図のｄ部で
の焼入深さが不必要に深くなるようなアンバランスな結
果を生じるように、焼入深度を従来より増大するという
目的を達成することが不可能である。

尚図例でｂ部は加熱誘導子４における変曲点位置であり
０部は鍔部３の頂点位置を示している。

本考案はこれら加熱誘導子４における従来方式また改善
方式における問題点を解決し、より深い焼入深度が各部
均等な厚さのもとに容易に得られるようにし、との種加
熱誘導子による高周波加熱焼入深度の向上を可能とした
ものであり、その特徴とする処は、車輪の胴部に対応す
る第１の部分と、車輪の鍔部に対面してその天頂を覆う
曲面を呈する第２の部分と、前記画部分を連続し車輪の
胴部と鍔部との連続部に対面するコブ状の突起を呈する
第３の部分とから戊り、前記コブ状突起が第１，２の部
分の厚さよりも小さい厚さとなるように反車輪側よりス
リットを設けた点にある。

以下図示の実施例に基いて本考案を詳述すると第４図は
本考案に係る加熱誘導子実施例の側面図、第５図は第４
図Ａ矢印方向からの平面図を示しているが、胴部２鍔部
３から戊る車輪１に対し、本考案の加熱誘導子ＩＣｄ：
、図示のように、車輪１の胴部２の踏面と平行に対面す
る第１の部分１２と、車輪１の鍔部３の外周面に対面し
かつ鍔部３の天頂３ａを覆う曲面を呈する第２の部分１
３と、これら第１，２の部分１２，１３とを連続しかつ
車輪１の前記胴部２および鍔部３の連続部１５に向って
対面するコブ状の突起形態を持つ第３の部分１６とから
成ると共に、このコブ状の突起形状の反車輪側から同第
３の部分１６の厚さが前記第１．２の部分１２，１３よ
りも小さい厚さとなるようにスリンＮ６ａを凹設したも
のであり、第５図において１７は高周波焼入用のコイル
コアであるが、本考案ではこのコア１７を胴部踏面にお
ける変曲点位置す部分より内側に止まるものとして、従
来のように踏面全長に亘るコアとは相違させているが、
これは前記第３の部分１６におけるコブ状突起にフシッ
クスが集中し易くするためのものであり、１８はリード
である。

またこのさいコブ状突起の設計数値の１例としては、直
径１５〜２０田程度で、連続部１５に約１０ｍ１１Ｌの
範囲を沿わせるようにし、スリット１６ａの切込み深さ
は約８・罐程度である。

またこの加熱誘導子１４を車輪１の踏面、鍔部に対面さ
せるに当り、必要なギャップ量としては、第１の部分１
２と胴部２の踏面との間は約５ｒ／１７１Ｌ程度のギャ
ップ量αとしかつ互いに平行する直線形態のギャップと
し、これに対し第２の部分１３と鍔部３との間のギャッ
プ量はα＋１ｒ／Ｌｒｆｔ以上、即ち６間以上のように
大きくとるのであり、コブ状突起と踏面との移行部分は
可及的凹形になるようにするのである。

本考案の加熱誘導子１４を用い、第４図のように対置セ
ットして、第１図示のような使用状態で踏面の高周波焼
入処理を行なった場合、第２図■および第３図に示した
改善方式による加熱誘導子４を用いる場合と同一条件下
で焼入処理を行なった処、本考案のものではその全硬化
層深さ８〜９間有効深さ６〜７關で、第４図における断
面マクロパターン１９に示すように均一な焼入深さが得
られたのである。

尚普通深晩と本考案の目的とする高深度との焼入れ条件
の１例や下表に示す（但し、８６０ψ車輪に対するもの
）。

更に本考案による加熱誘導子１４と、第２図■に例示し
た従来の加熱誘導子４および第２図Ｈに示した改善方式
による加熱誘導子４による台車用車輪に対する各高周波
焼入の目標深度別の実績比較表ｊｄ下記に示す通りであ
って、註記に示すように本考案加熱誘導子１４によるも
のが、高深度および連続部１５の焼入深さにおいて、第
１図■。

■の従来方式、改善方式のものに比し、顕著に優れたも
のを得られることが確認されたのである。

本考案の加熱誘導子１４によって得られる前述の効果は
、以下の理由によって得られるものである。

即ち第６図についてこれを説明すれば、本考案では車輪
１の胴部２と鍔部３の連続部１５に向って突出するコブ
状突起による第３の部分１６を形成したこと、即ち該連
続部１５における図のＯＯ−［Ｆ］に亘る曲面の両車（
図では１４Ｒ）より小さい曲率（図では７Ｒ）のコブ状
突起を持つことにより、該曲率部に誘起する渦電流密度
分布を曲率部全面に亘り平均に分布させることができ、
このさい車輪１（強磁性または常磁性加工物）における
図示の踏面および鍔部側における［Ｆ］、■からの磁速
吸引の影響を考慮して、その曲率を小さくすることによ
り、コブ状突起における図示０部分が車輪１側の連続部
１５との相対的形状で尖頭的効果を発揮して、磁速密度
を０部により密にすることができ、これらによって連続
部１５における誘導加熱深さを他の踏面および鍔部側と
略−化させることができるのである。

更に本考案ではこのコブ状突起の反車輪側より、第３の
部分１６の厚さを他の第１の部分１２第２の部分１３の
厚さよりも小さい厚さとなるようにスリット１６ａを形
成したので第３の部分１６の平均電流密度が他の部分よ
り大きくなる。

仮りにこのスリットが全くないコブ状突起を考えれば、
Ｗｆ−ｈ ＞Ｄ ｏ （但し符号は第６図に記載のもの
に従うでこの部分の平均電流密度（断面積で割る）が他
部分より小さくなる。

高周波の場合コブ状突起の０部分における磁束集中のた
めに１、むしろｈ＜Ｄ。

（即ち電流密度が高い）の方が好ましいので、耐電圧の
ある限りこのｈを小さくする方が有利であり、また突起
部ループが可及的均一な厚さになるようにこのスリンＮ
６ａを形成することによって、確実かつ効果的な誘導加
熱が得られるのである。

また本考案では鍔部３と対面する第２の部分１３におい
て、鍔部３の天頂３ａの部分をも覆う曲面形状としたが
、これは従来のこの種加熱誘導子４が図示点線のように
、第２の部分がＰ方向に向うに対し、前記コブ状突起に
よる第３の部分１５を持つため、形状上、この部分はＱ
方向に向うことを余儀なくされるが、これでは鍔部３に
おける図示■、■部分３における図示■、■部分間との
ギャップが大きくなるので、この■、■部分全面への熱
供給を助けるため、天頂３ａ部分をも覆う凹曲面形状と
し、磁束密嵌が■、■間に収斂するようにし、誘導加熱
効果が他部分１２．１５とアンバランスを生じないので
あり、これによって第１、第２、第３の部分１２，１３
，１５における高周波誘導加熱効果の均一性を確保し、
第４図の、断面マクロパターン１９に示されるようなよ
り高深度のかつ均等な焼入深さを得られるのである。

以上のように本考案によれば、従来のこの種高周波焼入
処理によって鍔付車輪の踏面硬化を行なうものにおいて
、その加熱誘導子構造の改善によって、従来型式の加熱
誘導子の持つ欠陥や問題点を一掃し、現在までの処、略
満足すべき結果が得られるのであり、従来より高深度の
かつ踏面全体に亘って均等な焼入深さを具備した硬化層
の実現という目的を実現したものとして優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は車輪高周波焼入装置例の斜面図、第２図と第３
図は従来型式の加熱誘導子例の各側面図、第４図は本考
案による加熱誘導子実施例の側面図、第５図は同第４図
Ａ矢視平面図、第６図は同加熱誘導子の作用説明図であ
る。 １・・・車輪、２・・・胴部、３・・・鍔部、１４・・
・加熱誘導子、１２・・・第１の部分、１３・・・第２
の部分、１５・・・連続部、１６・・・第３の部分、１
６ａ・・・スリット。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 車両用車輪を高周波焼入するための加熱誘導子であって
   、車輪の胴部に対面する第１の部分と、車輪の鍔部に対
   面しその天頂を覆う曲面を呈する第２の部分と、前記画
   部分を連続し車輪の胴部と鍔部との連続部に対面するコ
   ブ状の突起を呈する第３の部分とから成り、前記コブ状
   突起が第１．２の部分の厚さよりも小さい厚さとなるよ
   うに反車輪側よりスリットを設けたことを特徴とする車
   両用車輪の高周波焼入用加熱誘導子。