回転体冷却治具及び氷結層生成装置
【課題】車輪やブレーキディスク等の回転体を所望の氷点下温度まで低コストで安全かつ容易に冷却することが可能な回転体冷却治具及び回転体への氷結層生成装置を提供する。
【解決手段】軸線Ｏ１を略水平方向に一致させて回転可能に支持された鉄道用車輪１００を冷却する回転体冷却治具１０であって、開口が鉄道用車輪１００の外周面１０１に臨むように支持されて、内部に冷却材が導入される冷却材収容部１７を設け、冷却材として、ビーズ状をなすドライアイスＣを使用し、該ドライアイスＣが外周面上１００に保持されるように、開口の開口縁部１７ａを前記外周面に沿った形状とする。
【解決手段】軸線Ｏ１を略水平方向に一致させて回転可能に支持された鉄道用車輪１００を冷却する回転体冷却治具１０であって、開口が鉄道用車輪１００の外周面１０１に臨むように支持されて、内部に冷却材が導入される冷却材収容部１７を設け、冷却材として、ビーズ状をなすドライアイスＣを使用し、該ドライアイスＣが外周面上１００に保持されるように、開口の開口縁部１７ａを前記外周面に沿った形状とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば鉄道車両における車輪やブレーキディスクのブレーキ試験の際に使用される、これら車輪やブレーキディスク等の回転体の冷却装置及び該回転体への氷結層生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両には、車輪がモータやエンジンで駆動される動力台車のみの動力車両と、この動力車両に推進又は牽引されて自身では駆動を有しない付随車両とがあり、これら車両のいずれにもブレーキ装置が装備されている。
この鉄道車両用のブレーキ装置としては、例えば、車輪の前後両側から踏面に制輪子を押し付ける方式の踏面ブレーキや、特殊鋳鉄製の円盤からなるブレーキディスクの両側を合成樹脂や焼結合金製の制輪子で挟んで制動するディスクブレーキが知られている。
【０００３】
ところで、従来、上記踏面ブレーキを装備した鉄道車両を寒冷地で走行させた場合、ブレーキ距離が延伸してしまうという問題があった。この延伸現象は、鉄道車両の走行中に車輪及び制輪子に氷結層が付着及び介在することにより、摩擦係数が著しく低下することに起因する。
【０００４】
これに対し、氷結層を除去可能として寒冷地に適したブレーキ装置が、例えば特許文献１に開示されている。
このブレーキ装置においては、車輪と制輪子とが氷結している場合に、電磁弁を作動させてブレーキシリンダ内の空気を急速に放出する。そして、この放出の際に生じる衝撃力により、車輪と制輪子が引き離し、これら車輪と制輪子との間に凝固した氷結が除去される。
【０００５】
ここで、上記のような氷結層に対応した踏面ブレーキあるいはディスクブレーキの研究開発に当たっては、実際の寒冷地における現車ブレーキ試験の前段階として、車輪、制輪子又はブレーキディスクのみを用いた室内でのブレーキ試験を行うことが通常である。そのため、従来は、擬似的な氷結層として、液体窒素、低温水及び圧縮空気を混合した人工雪を生成し、これを車輪、制輪子、ブレーキディスクに吹き付けることで寒冷地におけるブレーキ状態を作り出し、ブレーキ試験を行っていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２５５４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のような人工雪を吹き付けた状態でブレーキ試験を行った場合、人工雪では付着せず氷点下に達しないため、氷結層とではその性質が異なり、実際の現車において氷結層が付着した状態とは条件が異なってしまい、寒冷地におけるブレーキ状態を正確に再現することができない。
そこで、本発明者らが氷結層の生成メカニズムを究明してその生成方法を検討したところ、氷結層の付着対象である車輪、制輪子あるいはブレーキディスクを例えば−３０℃以下の氷点下温度まで十分に冷却し、その後これらの表面に水分を噴霧することで、寒冷地における現車と寸分違わぬ氷結層を生成可能であることがわかった。
【０００８】
ここで、上記車輪、制輪子あるいはブレーキディスクを冷却するに当たっては、繰り返し行われるブレーキ試験の性質上短時間で冷却可能であるとともに低コストで経済的な負担が少ないことが望まれる。ところが、特に鉄道用車輪及びブレーキディスクを冷却する場合には、それ自身のサイズが大きいことから、短時間かつ低コストでの冷却を実現することは難しい。
例えば、冷媒として液体窒素を用いた場合、熱容量が小さいため冷却効果が小さく、所望の氷点下温度まで冷却することは困難である。したがって、コスト高につながり、また、当該液体窒素は極低温冷媒のため安全性の面からも好ましくない。
一方、大型の冷凍機を用いて車輪及びブレーキディスク全体を冷却する方法も考えられるが、設備投資が必要な上、冷却毎のコストも高くなり、やはりブレーキ試験の際に使用するには不向きである。
【０００９】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、車輪やブレーキディスク等の回転体を所望の氷点下温度まで低コストで安全かつ容易に冷却することが可能な回転体冷却治具、並びに、回転体への氷結層生成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するため、本発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明に係る回転体冷却治具は、回転可能に支持された回転体を冷却する回転体冷却治具であって、開口が前記回転体の外周面に臨むように支持されて、該開口の上方に冷却材が導入される冷却材収容部を備え、前記冷却材として、ビーズ状をなす昇華性の固体冷却材が使用され、該固体冷却材が前記外周面上に保持されるように、前記開口の開口縁部を前記外周面に沿った形状としたことを特徴とする。
【００１１】
このような特徴の回転体冷却治具によれば、冷却材収容部の開口が回転体の外周面に臨むことから、該冷却材収容部に導入された固体冷却材を回転体の外周面の一部に直接的に接触させることができる。また、冷却材収容部の開口縁部は、固体冷却材が回転体の外周面上に保持されるように該外周面に沿った形状をしているため、固体冷却材が外周面から落下してしまうことはなく、さらに回転体が回転した際であっても固体冷却材を該回転体の外周面上に接触させた状態を維持することができる。したがって、回転体を回転させると、冷却材収容部内の固体冷却材が回転体の外周面に順次接触することになるため、小量の固体冷却材でもって外周面全体を効率的に冷却することができる。
また、該固体冷却材がビーズ上に形成されており曲面上をなす回転体の外周面との接触面積を大きく確保することができるため、回転体の外周面を効率的に冷却することができ、高い冷却効果を得ることが可能となる。さらに、昇華して直接的に気体となる固体冷却材を使用しているため、回転体自体を水分を含まないドライな状態で冷却することができ、このように冷却された回転体に水を供給することにより寒冷地における氷結層と同等のものを生成することができる。
なお、冷却材収容部の開口縁部は、回転体の外周面に接触して該回転体が回転した際に外周面に摺接する構成であってもよいし、回転体の外周面と僅かなクリアランスを介して対向した構成であってもよい。また、ビーズ状とは、粒径５〜１０ｍｍ程の粒形状をいう。
【００１２】
また、本発明に係る回転体冷却治具においては、前記回転体の外周面に向かって前記固体冷却材を押し付ける加圧手段が設けられたことを特徴としている。
【００１３】
このような特徴の回転体冷却治具によれば、固体冷却材を回転体の外周面に向かって押し付けることにより、該外周面と固体冷却材とを密着させてこれらの接触面積を増大させることができる。これによって、回転体をより効率的に冷却することができる。
また、固体冷却材は回転体の外周面のみならず外部の熱を吸収してしまい徐々に昇華してしまうが、上記のように回転体の外周面に向かって押圧すれば、該外周面に対する冷却への寄与を大きくすることができる。
【００１４】
さらに、本発明に係る回転体冷却治具は、前記加圧手段が、前記固体冷却材を上方から押圧する押圧部材であって、前記押圧部材に断熱材が備えられていることを特徴とする。
【００１５】
これにより、冷却材収容部内に収容される固体冷却材と外部との断熱性を向上させることができるため、回転体の外周面からの熱吸収の寄与を大きくして、より効果的に回転体を冷却することが可能となる。
【００１６】
また、本発明に係る回転体冷却治具においては、前記回転体が鉄道用車輪であって、前記冷却材収容部の前記開口縁部が、前記鉄道用車輪の外周面にあたる踏面及びフランジ部の形状に沿って形成されていることを特徴としている。
【００１７】
このような特徴の回転体冷却治具によれば、鉄道車輪を回転させると該鉄道車輪の踏面及びフランジ部が冷却材収容部内の固体冷却材に順次接触することになるため、小量の固体冷却材でもって踏面及びフランジ部全体を効率的に冷却することができる。そして、このように冷却された踏面及びフランジ部に水を噴霧すれば、寒冷地における氷結層と同様の氷結層を生成することができ、現車に即したブレーキ試験を行うことが可能となる。
【００１８】
さらに、本発明に係る回転体冷却治具においては、筒状をなして前記鉄道用車輪を上方から覆う筐体を備え、前記冷却材収容部が前記筐体の内側に設けられていることを特徴としている。
【００１９】
このような特徴の回転体冷却治具によれば、筐体の内側に冷却材収容部を設けることで、該冷却材収容部の開口縁部が回転体の外周面に望むように冷却材収容部を適切に配置することができる。また、冷却材収容部内に収容される固体冷却材と外部との断熱性を向上させることが可能となる。
【００２０】
また、本発明に係る回転体冷却治具においては、前記回転体が、その内部に径方向に沿って延びる放熱用のフィンを複数備えるとともにこれらフィン間に前記回転体の外周面と内周面とを連通する連通路が形成された鉄道用ブレーキディスクであって、前記回転体の外周面全域を覆う外周カバーと、前記回転体の内周面全域を覆う内周カバーとが設けられ、前記外周カバーは、回転不能に固定されて、前記回転体が回転する際に該回転体の外周面と摺接し、前記冷却材収容部の前記開口縁部が前記外周カバーに形成された切抜部に接続されていることを特徴とする。
【００２１】
このような特徴の回転体冷却治具によれば、冷却材収容部に導入された固体冷却材は、冷却材収容部の開口及び外周カバーの切抜部を介して鉄道用ブレーキディスクの外周面及び内部のフィン間の連通路に接触する。そして、この固体冷却材が、回転体の回転に伴って該回転体の外周面全域及び連通路内に漸次接触していくことになるので、小量の固体冷却材でもってブレーキディスクの外周面を効率的に冷却することができる。
そして、外周面が冷却されたブレーキディスクは自身の熱伝導によって、該ブレーキディスクの軸方向両端面であるディスク面も冷却される。このように冷却されたディスク面に水を噴霧すれば、寒冷地における氷結層と同様の氷結層を生成することができ、現車に即したブレーキ試験を行うことが可能となる。
なお、当該鉄道用ブレーキディスクには外周面と内周面とを連通する連通孔が形成されていることから、当該連通孔に固体冷却材が入り込むが、外周面を覆う外周カバー及び内周面を覆う内周カバーによって該固体冷却材が鉄道用ブレーキディスク外に落下してしまうことはないため、固体冷却材を有効に活用してブレーキディスクを効率的に冷却することが可能となる。
【００２２】
また、本発明に係る回転体冷却治具においては、前記固体冷却材がドライアイスであることを特徴としている。
【００２３】
固体冷却材として、安全で安価かつ容易に入手可能なドライアイスを使用することで、冷却コストをさらに低減させることができる。また、ドライアイスは、液体窒素等の他の冷却材に比べて冷却効果が高いため、効率よく回転体の冷却を行うことが可能となる。
【００２４】
本発明に係る氷結層生成装置は、前記回転体の表面に氷結層を生成する氷結層生成装置であって、上記いずれかの回転体冷却治具と、前記冷却材により冷却された前記回転体の表面に水を噴霧する水分供給手段が設けられたことを特徴としている。
【００２５】
このような特徴の氷結層生成装置によれば、上記回転冷却治具を用いて回転体を氷点下温度まで冷却して、回転体の表面に水を噴霧することによって、短時間かつ容易に回転体表面に寒冷地の氷結層を生成することが可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の回転体冷却治具及び氷結層生成装置によれば、ビーズ状の固体冷却材を回転体の外周面に接触させて、この接触状態が該回転体を回転させた場合であっても保持されるように構成したことで、鉄道用車輪やブレーキディスク等の回転体を所望の氷点下温度まで容易かつ低コストに冷却することができる。言い換えれば、ビーズ状をなす固体冷却材を使用すること、回転体の外周面に固体冷却材を接触可能であること、固体冷却材を回転体の外周面に保持した状態で該回転体を回転可能であることの３つの条件が満たされることによって初めて、回転体の外周面を容易かつ低コストに、寒冷地の氷結層を生成可能な状態まで冷却することができるのである。
そして、このように冷却された回転体に水を噴霧することで、寒冷地で発生する氷結層と変わらない氷結層を容易に生成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１実施形態に係る回転体冷却治具及び氷結層生成装置の模式縦断面図である。
【図２】鉄道用車輪の（ａ）正面図及び（ｂ）側面図である。
【図３】第１実施形態の回転体冷却治具の透過斜視図である。
【図４】回転体冷却治具を鉄道用車輪上に配設した状態における、筐体本体の上方からの筐体本体内部の矢視図である。
【図５】第２実施形態に係る回転体冷却治具の側面図である。
【図６】第２実施形態に係る回転体冷却治具の模式縦断面図である。
【図７】鉄道用ブレーキディスクの（ａ）斜視図及び（ｂ）一部の透過側面図である。
【図８】第２実施形態の回転体冷却治具の分解斜視図である。
【図９】第１実施形態の変形例に係る回転体冷却治具及び氷結層生成装置の模式縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明に係る回転体冷却治具及び氷結層生成装置の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は実施形態に係る回転体冷却治具及び氷結層生成装置の模式縦断面図である。本実施形態の氷結層生成装置１は、回転体冷却治具１０によって氷点下温度まで冷却した鉄道用車輪１００に水分供給手段３０により水を噴霧することで鉄道用車輪１００表面に氷結層を生成する装置である。このように氷結層が生成された鉄道用車輪１００は、寒冷地を想定したブレーキ試験に供される。
【００２９】
鉄道用車輪１００は、図２に示すように、軸線Ｏ１回りに回転する略円盤状をなしており、鉄道用レールと回転接触して該レール上を転動する鉄道用部材である。この鉄道用車輪１００の外周面１０１は、レールの頭頂面と接触して摩擦抵抗を受ける踏面１０２と、該踏面１０２よりも径が大きく形成されたフランジ部１０３とから構成されている。上記、踏面１０２は、鉄道用車輪１００の一方側の端面に向かうにしたがって僅かに縮径するテーパ状をなしており、フランジ部１０３は、この踏面１０２に連続するように湾曲して他方側の端面に至るように形成されている。
【００３０】
そして、鉄道車両が直線部を通過する際には外周面１０１のうち踏面１０２がレールの頭頂面に接触して摩擦抵抗を受け、また、曲線部を通過する際にはフランジ部１０３及び該フランジ部１０３と踏面１０２との遷移領域が外軌側のレールの頭側面と接触して摩擦抵抗を受けるようになっている。
なお、踏面ブレーキの場合には、上記踏面１０２に図示しない制輪子を当接させて制動を行なう。したがって、ブレーキ試験を行うに当たっては、鉄道用車輪１００の外周面のうち主に踏面１０２に氷結層を生成して試験を行うことになる。また、鉄道用車輪１００に氷結層が生成された場合のレールとの粘着性を確認する試験に当たっては、鉄道用車輪１００の外周面１０１全体に氷結層を生成して試験を行う。
【００３１】
氷結層生成装置１により氷結層を生成する際には、図１に示すように、鉄道用車輪１００をその軸線Ｏ１が略水平方向に一致するように回転可能に支持する。なお、図１においては、鉄道用車輪１００の支持構成について図示を省略しているが、例えば、鉄道用車輪１００を軸線Ｏ１に沿って延びる輪軸に固定し、該輪軸の両端を軸受装置で支持すればよい。
【００３２】
回転体冷却治具１０は、上記鉄道用車輪１００を例えば−３０度以下の氷点下温度まで冷却するために用いられ、詳しくは図３に示すように、筐体１１と、該筐体１１内に設置された一対の傾斜板１５，１５及び湾曲板１６とから構成されており、筐体１１の内部に冷却材が収容される冷却材収容部１７が設けられている。
【００３３】
筐体１１は、上記のように回転可能に支持された鉄道用車輪１００の上部を覆うためのものであり、筐体本体１２と、一対の支持バー１３と、蓋部材１４とから構成されている。
【００３４】
筐体本体１２は、４つの側壁２０から形成された上端及び下端が開口する矩形筒状をなしている。これら４つの側壁２０のうち水平断面視長方形の長辺を構成する一対の側壁２０ａ，２０ｂの水平方向の長さは、鉄道用車輪１００の最大直径（フランジ部１０３の最大外径）よりも僅かに短い程度とされており、短辺を構成する一対の側壁２０ｃ，２０ｄの水平方向の長さは、図４に示すように、鉄道用車輪１００の軸線Ｏ１方向の厚みよりも長く形成されている。
なお、以下、該筐体本体１２の水平断面視における長方形の長辺が延びる方向を長手方向、短辺が延びる方向を短手方向と称する。
【００３５】
筐体支持バー１３は、上記筐体本体１２の下部において短手方向に沿った側壁２０ｃ，２０ｄにそれぞれ固定されたバー状の部材であって、筐体本体１２を支持するために設けられている。即ち、この筐体支持バー１３は、その両端側が図示しない台座等に載置され、これにより、筐体本体１２が、回転可能に支持された鉄道用車輪１００の上部を覆うように配置されることとなる。
【００３６】
蓋部材１４は、上記筐体本体１２の上端側の開口を覆う部材であって、その上面には、冷却材を筐体１１内、即ち冷却材収容部１７内に導入するための導入部１４ａが設けられている。
【００３７】
傾斜板１５，１５は、図３及び図４に示すように、筐体本体１２内側の長手方向両端側において、該長手方向に沿った一対の側壁２０ａ，２０ｂに亙って配置された略矩形板状をなす部材であって、それぞれ短手方向に沿った側板２０ｃ，２０ｄから長手方向に沿って互いに近接するに従って漸次下方に傾斜するように延びている。
また、これら傾斜板１５，１５の傾斜の下端側に位置して、長手方向に沿った一対の側板２０ａ、２０ｂ間に亙る先端縁部２１は、それぞれ上記鉄道用車輪１００の外周面１０１に沿った形状をなしている。即ち、この先端縁部２１は、踏面１０２に沿って直線的に延びる直線部２１ａと、該直線部２１ａに連続してフランジ部１０３に沿って湾曲した曲線部２１ｂとから構成されている。なお、上記直線部２１ａは、長手方向に沿った一対の側壁２０ａ，２０ｂのうち一方側の側壁２０ａ側に位置し、上記曲線部２１ｂは、他方側の側壁２０ｂ側に位置している。
【００３８】
湾曲板１６は、図３及び図４に示すように、一定幅で円弧状に湾曲して延びる板状の部材であって、板面が上下方向を向くようにして、長手方向に沿った一対の側壁２０ａ，２０ｂのうち上記一方側の側壁２０ａに固定されており、この湾曲板１６の両端部は、上記一対の傾斜板１５，１５における先端縁部２１の直線部２１ａに接続されている。
また、この湾曲板１６の曲率は、鉄道用車輪１００の踏面１０２の曲率と等しくされており、さらに、湾曲板１６と長手方向に沿った他方側の側壁２０ｂとの間隔、即ち湾曲板１６の湾曲縁部１６ａと側壁２０ｂとの水平方向距離は、鉄道用車輪１００の軸線Ｏ１方向の厚みと略同一か僅かに小さい程度となるように設定されている。
【００３９】
このような一対の傾斜板１５，１５と湾曲板１６及び筐体本体１２の内壁面とによって、筐体本体１２内の上部に冷却材収容部１７が区画形成されている。即ち、筐体本体１２内における一対の傾斜板１５，１５及び湾曲板１６を境界とした上側の部分が、冷却材が収容される冷却材収容部１７とされているのである。
【００４０】
そして、一対の傾斜板１５，１５の先端縁部２１，２１と湾曲板１６の湾曲縁部１６ａとを開口縁部１７ａとして、冷却材収容部１７の下端側に開口が形成されている。よって、この下端側の開口は下方を向くことになり、即ち、鉄道用車輪１００の外周面１０１を臨むことになる。
【００４１】
このような冷却材収容部１７に収容される冷却材としては、ビーズ状をなし昇華性のある固体冷却材が用いられ、本実施形態ではこの条件を満たす固体冷却材として粒径５〜１０ｍｍのドライアイスＣが用いられている。なお、この固体冷却材としては、低温かつ昇華性を有するビーズ状の形状をなすものであれば、例えば固体ネオン等の他のものであっても採用することが可能である。
【００４２】
ここで、筐体１１によって鉄道用車輪１００を上方から覆う際には、図４に示すように、筐体本体１２の短手方向を鉄道用車輪１００の軸線Ｏ１方向に一致させ、該筐体本体１２の長手方向が鉄道用車輪１００の直径方向となるように、かつ、鉄道用車輪１００のフランジ部１０３側の端面が筐体本体１２の長手方向に沿った他方側の側壁２０ｂに当接するように、筐体１１を鉄道用車輪１００に被せる。
【００４３】
この状態で筐体１１を降下させていくと、一対の傾斜板１５がそれぞれ外周面１０１に沿った形状、即ち、踏面１０２に沿った直線部２１ａとフランジ部１０３に沿った曲線部２１ｂとから構成されているため、図４に示すように、傾斜板１５の先端縁部２１は鉄道用車輪１００の外周面１０１に沿って配置されることになる。なお、この際、傾斜板１５，１５の先端縁部２１と鉄道用車輪１００とが接触する構成であってもよいし、これらが僅かなクリアランスを介して対向する構成であってもよい。
そして、これと同時に、湾曲板１６は鉄道用車輪１００の踏面１０２と同様の曲率にて円弧状に屈曲しているため、当該湾曲板１６が鉄道用車輪１００の踏面１０２の端面側の縁部に沿って配置される。この場合においても、湾曲板１６と鉄道用車輪１００の踏面１０２が接触してもよいし、僅かなクリアランスを介して対向してもよい。
【００４４】
このようにして、上記傾斜板１５，１５の先端縁部２１と湾曲板１６の湾曲縁部１６ａとからなる冷却材収容部１７の開口縁部１７ａは、鉄道用車輪１００の外周面１０１に沿って配置されている。したがって、冷却材収容部１７にドライアイスＣが収容された際には、該ドライアイスＣが鉄道用車輪１００の外周面１０１上に保持されることになる。
【００４５】
水分供給手段３０は、本実施形態においては、図１に示すように、回転体冷却治具１０の下部において鉄道用車輪１００の外周面１０１に水分をノズルによって噴霧する構成とされている。なお、この水分供給手段３０は、回転体冷却治具１０から見て鉄道用車輪１００の回転方向前方側に配置されていることが好ましい。
さらに、水分供給手段３０としては、外周面１０１のみならず、鉄道用車輪１００の端面等の外周面１０１以外の部分にも水分を供給できる構成であってもよい。
【００４６】
次に、以上のような構成の氷結層生成装置１によって回転体としての鉄道用車輪１００を冷却して氷結層を生成する方法について図１を用いて説明する。
まず、上述したように、鉄道用車輪１００をその軸線Ｏ１を水平方向に略一致させて回転可能に支持した後に、該鉄道用車輪１００の上方から筐体１１を被せるようにして回転体冷却治具１０を設置する。そして、筐体１１の蓋部材１４における導入部１４ａからドライアイスＣを筐体本体１２内部に導入する。
【００４７】
筐体本体１２内部に導入されたドライアイスＣは、冷却材収容部１７に収容される。この際、冷却材収容部１７の開口縁部１７ａが鉄道用車輪１００の外周面１０１に沿った形状をなしており、該下端開口を鉄道用車輪１００の外周面１０１が閉塞した状態とされていることから、ドライアイスＣが冷却材収容部１７から落下することはない。したがって、冷却材収容部１７内に収容されたドライアイスＣは鉄道用車輪１００の外周面１０１上、即ち、踏面１０２及びフランジ部１０３上に保持される。
【００４８】
この状態においては、鉄道用車輪１００の外周面１０１における冷却材収容部１７内に臨む部分がビーズ状のドライアイスＣに接触して冷却される。また、このドライアイスＣは昇華し、液体になることはないため、外周面１０１を水分を含むことなくドライな状態で冷却することができる。なお、ドライアイスＣによる冷却の際には、例えば、筐体１１の導入部１４ａから棒状の部材を挿入して、ドライアイスＣを攪拌することが好ましい。これによって、ドライアイスＣによる上記外周面１０１の冷却が促され、効率的な冷却を行うことができる。また、上記棒状の部材でドライアイスＣを外周面１０１に向かって押圧してもよく、これにより一層効率的に冷却を行うことができる。
【００４９】
このような鉄道用車輪１００の外周面１０１の冷却は、鉄道用車輪１００を例えば３ｒｐｍ程度の回転速度で回転させながら行なわれる。これにより、鉄道用車輪１００の外周面１０１全体が順次冷却される。また、冷却材収容部１７の開口縁部１７ａが鉄道用車輪１００の外周面１０１に沿った形状をなしているため、該鉄道用車輪１００を回転させようとも開口縁部１７ａに当該回転が妨げられることはない。
【００５０】
そして、鉄道用車輪１００の外周面１０１がドライアイスＣによって冷却された後、水分供給手段３０によって外周面１０１に水が噴霧される。これにより、鉄道用車輪１００の外周面１０１表面にて水が冷却されて凝固し、該外周面１０１に氷結層が生成される。このように氷結層が生成された鉄道用車輪１００が、寒冷地を想定したブレーキ試験又はその他の試験に供される。
【００５１】
ここで、本実施形態の氷結層生成装置１の回転体冷却治具１０においては、冷却材収容部１７の開口が鉄道用車輪１００の外周面１０１に臨むように配置されることから、該冷却材収容部１７に導入されたドライアイスＣを鉄道用車輪１００の外周面１０１に直接的に接触させることができ、冷却効果を高く確保することが可能となる。
【００５２】
また、冷却材収容部１７の開口縁部１７ａは、ドライアイスＣが外周面１０１上に保持されるように該外周面１０１に沿った形状をしているため、ドライアイスＣが外周面１０１から落下してしまうことはない。さらに、鉄道用車輪１００が回転した際であってもドライアイスＣを該鉄道用車輪１００の外周面１０１上に接触させた状態を維持することができる。したがって、鉄道用車輪１００を回転させると、冷却材収容部１７内のドライアイスＣを鉄道用車輪１００の外周面１０１に順次接触させることができるため、小量のドライアイスＣでもって外周面１０１全体を効率的に冷却することができる。
【００５３】
また、冷却材として液体・気体に比べて冷却効果の高いドライアイスＣが用いられ、さらに、該ドライアイスＣがビーズ状に形成されており曲面上をなす鉄道用車輪１００の外周面１０１との接触面積を大きく確保することができるため、高い冷却効果を得ることが可能となる。さらに、ドライアイスＣは、溶融して液体になるのではなく、昇華して直接的に気体となるため、鉄道用車輪１００自体を水分を含まないドライな状態で冷却することができる。また、ドライアイスＣは安全で安価で容易に入手することができるため、鉄道用車輪１００を−３０℃以下の氷点下まで低コストで確実に冷却することができる。
【００５４】
なお、本実施形態においては、傾斜板１５，１５が傾斜していることから、冷却材収容部１７内に収容された多数のドライアイスＣの自重は鉄道用車輪１００の外周面１０１に集中し易くなる。これによっても、ドライアイスＣによる冷却効果を向上させることができる。
【００５５】
そして、このように冷却された鉄道用車輪１００に水分供給手段３０により水を噴霧することで、鉄道用車輪１００の表面、特に外周面１０１に、寒冷地におけるのと同様の氷結層を生成することができる。
【００５６】
以上のように、本実施形態の氷結層生成装置１及び回転体冷却治具１０によれば、ビーズ状のドライアイスＣを鉄道用車輪１００の外周面１０１の一部に直接的に接触させて、この接触状態が鉄道用車輪１００を回転させた場合であっても外周面１０１上に保持されるように構成されているため、鉄道用車輪１００の外周面全体を所望の氷点下温度まで容易かつ低コストに冷却することができる。また、寒冷地で発生する氷結層と変わらない氷結層を確実に生成することができため、寒冷地における現車に即したブレーキ試験を行うことが可能となる。
【００５７】
また、特に本実施形態においては、筐体本体１２の内側に冷却材収容部１７が設けられているため、該冷却材収容部１７の開口縁部１７ａを鉄道用車輪１００の外周面１０１に臨むように冷却材収容部１７を適切に配置することができる。また、冷却材収容部１７内に収容されるドライアイスＣと外部との断熱性を向上させることができるため、ドライアイスＣによる冷却効果をより一層高めることができる。
【００５８】
次に第２実施形態の回転体冷却治具４０について、図面を参照して説明する。
図５は第２実施形態に係る回転体冷却治具の模式側面図、図６は第２実施形態に係る回転体冷却治具の模式縦断面図である。本実施形態の回転体冷却治具４０は、寒冷地を想定したブレーキ試験に供される鉄道用ブレーキディスク１１０を冷却するために使用される。
【００５９】
鉄道用ブレーキディスク１１０は、図７に示すように、軸線Ｏ２回りに回転する略円盤状をなしており、鉄道用車輪１００が取り付けられた輪軸に固定され、両側端面がディスク面１１１，１１１とされている。
この鉄道用ブレーキディスク１１０は、両ディスク面１１１，１１１に軸線Ｏ２を中心とした環状凹部１１２が形成されており、該環状凹部１１２の径方向内側を向く内周面１１３と鉄道用ブレーキディスク１１０の外周面１１４とが連通状態となるように、放射状に複数の連通路１１５が形成されている。これにより、鉄道用ブレーキディスク１１０の内部には、放熱用のフィン１１６が複数放射状に配置されることになる。
換言すれば、この鉄道用ブレーキディスク１１０は、その内部に径方向に沿って延びるフィン１１６を複数備え、これらフィン１１６間に外周面１１４と内周面１１３とを連通する連通路１１５が形成されているのである。
【００６０】
このような鉄道用ブレーキディスク１１０は、ブレーキの際にディスク面１１１，１１１を制輪子で挟むことにより制動が行われる。したがって、ブレーキ試験を行うに当たっては、鉄道用ブレーキディスク１１０の外周面１１４のうち主にディスク面１１１，１１１に氷結層を生成して試験を行うことになる。よって、本実施形態の回転体冷却治具４０により、特に両ディスク面１１１，１１１を冷却する必要がある。
【００６１】
本実施形態の回転体冷却治具４０は、軸線Ｏ２を略水平方向に一致させて回転可能に支持された鉄道用ブレーキディスク１１０を例えば−３０度以下の氷点下温度まで冷却するために用いられ、詳しくは図８に示すように、外周カバー５０と、一対の内周カバー６０と、開口を備えた冷却材収容部７０とから構成されている。
【００６２】
外周カバー５０は、鉄道用ブレーキディスク１１０の外周面１１４の全域を覆う部材であって、該鉄道用ブレーキディスク１１０の外周面１１４の軸線Ｏ２方向の厚みと略同一幅の帯状をなして、外周面１１４に沿って湾曲して該外周面１１４の上半分を覆う上部カバー５１と、同じく外周面１１４に沿って湾曲して該外周面１１４の下半分を覆う下部カバー５２との２つの部材から構成されている。
【００６３】
上記上部カバー５１は、その頂部に冷却材収容部７０の開口が接続される切抜部５３が形成されており、また、側部には外周側に向かって延びる固定用取っ手５４が設けられている。
【００６４】
また、上部カバー５１及び下部カバー５２のそれぞれには、幅方向両端側から湾曲の内側に向かって、即ち、鉄道用ブレーキディスク１１０の径方向内側に向かって延びる固定リブ５５が複数設けられている。これら固定リブ５５が鉄道用ブレーキディスク１１０の両ディスク面１１１，１１１に当接して軸線Ｏ２方向から支持することにより、これら上部カバー５１及び下部カバー５２と鉄道用ブレーキディスク１１０とが固定一体化される。
なお、これら上部カバー５１及び下部カバー５２における鉄道用ブレーキディスク１１０の外周面１１４との接触面は、該外周面１１４との摺接し易くなるように平滑な湾曲面とされていることが好ましい。
【００６５】
内周カバー６０は、鉄道用ブレーキディスク１１０の両ディスク面１１１，１１１に形成された環状凹部１１２の内周面１１３の全域をそれぞれ覆う部材であって、環状凹部１１２の深さと略同一寸法の幅を有する２つの帯状部材６１，６１が連結部材６２にて連結されることにより構成されている。
【００６６】
そして、これら外周カバー５０及び一対の内周カバー６０を鉄道用ブレーキディスク１１０に取り付けることによって、該鉄道用ブレーキディスク１１０の外周面１１４及び内周面１１３が覆われ、これら外周面１１４と内周面１１３とを連通する連通路１１５の両端が閉塞される。
【００６７】
冷却材収容部７０は、本実施形態においては、上下方向が貫通する筒型状をなしており、より詳細には、下方に向かって外形寸法が小さくなる略ホッパー形状をなしている。そして、その開口の開口縁部７１は鉄道用ブレーキディスク１１０の外周面１１４に沿った形状をなしており、該開口縁部７１が上記外周カバー５０における上部カバー５１の切抜部５３に接続されるようにして、冷却材収容部７０が外周カバー５０に固定されている。また、これによって、冷却材収容部７０の開口縁部７１が鉄道用ブレーキディスク１１０の外周面に臨むことになる。
さらに、このような冷却材収容部７０に導入される冷却材としては、第１実施形態と同様に昇華性を備えたビーズ状の例えばドライアイスＣが用いられる。また、第１実施形態と同様に、固体ネオン等の他の固体冷却材を用いてもよい。
【００６８】
以上のような構成の第２実施形態の回転体冷却治具４０において鉄道用ブレーキディスク１１０を冷却するには、図１に示すように、冷却材収容部７０にドライアイスＣを導入する。これにより、該ドライアイスＣが鉄道用ブレーキディスク１１０の外周面１１４に接触する。この際、冷却材収容部７０の開口縁部７１が上記外周面１１４に沿った形状をなしているため、ドライアイスＣは外周面１１４上に保持される。また、このドライアイスＣの一部は外周面１１４と内周面とを連通する連通路１１５内に入り込む。
【００６９】
次に、外周カバー５０に設けられた固定用取っ手５４を把持した状態で鉄道用ブレーキディスク１１０を回転させる。すると、外周カバー５０と鉄道用ブレーキディスク１１０とが摺接しながら該鉄道用ブレーキディスク１１０と内周カバー６０とが一体的に回転する。この際、上記冷却材収容部７０の開口の開口縁部７１が外周面１１４に沿った形状をなしているため、当該鉄道用ブレーキディスク１１０の回転が冷却材収容部７０によって妨げられることはない。したがって、この鉄道用ブレーキディスク１１０の回転によって、鉄道用ブレーキディスク１１０の外周面１１４全体がドライアイスＣによって順次氷点下温度まで冷却される。さらに、連通路１１５内に入りこんだドライアイスＣにより、鉄道用ブレーキディスク１１０はその内部からも冷却される。
【００７０】
また、このように外周面１１４が氷点下温度まで冷却されることにより、鉄道用ブレーキディスク１１０の自身の熱伝導によってそのディスク面１１１，１１１も氷点下温度まで冷却される。そして、このディスク面１１１，１１１に例えば第１実施形態と同様の水分供給手段３０により水を噴霧することにより、ディスク面１１１，１１１上に氷結層が生成され、寒冷地を想定したブレーキ試験に供することができる。
【００７１】
ここで、本実施形態の回転体冷却治具４０においては、冷却材収容部７０の開口縁部７１が鉄道用ブレーキディスク１１０の外周面１１４に臨むように配置されることから、該冷却材収容部７０に導入されたドライアイスＣを上記外周面１１４に直接的に接触させて冷却効果を高く確保することができる。また、このドライアイスＣを外周面１１４に保持しながら回転させることができるため、外周面１１４全域を効率よく冷却することができる。さらにまた、ビーズ状をなす昇華性のドライアイスＣを用いたことにより、ドライな状態を維持しながらディスク面１１１，１１１所望の氷点下温度まで冷却することができ、このようなディスク面１１１，１１１に水を噴霧することにより、寒冷地におけるのと同様の氷結層を生成することができる。
【００７２】
また、連通路１１５内に入り込んだドライアイスＣは、外周面１１４を覆う外周カバー５０及び内周面１１３を覆う内周カバー６０によって連通路１１５内に保持されるため、該ドライアイスＣが落下してしまうことはない。よって、ドライアイスＣを有効に活用して鉄道用ブレーキディスク１１０の内部から効率的に冷却することが可能となる。
【００７３】
また、冷却材収容部７０が上記ホッパー形状をなしているため、冷却材収容部７０内に収容された多数のドライアイスＣの自重が鉄道用ブレーキディスク１１０の外周面１１４に集中し易くなり、ドライアイスＣによる冷却効果を向上させることができる。
【００７４】
さらに、第２実施形態の回転体冷却治具４０においても、第１実施形態と同様に、冷却材収容部７０内のドライアイスＣを攪拌することが好ましい。これによって、ドライアイスＣによる上記外周面１１４の冷却が促され、より効率的な冷却を行うことができる。
【００７５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００７６】
例えば、第１実施形態の変形例として、図９に示すように、冷却材収容部１７内に収容された多数のドライアイスＣを鉄道用車輪１００の外周面１０１に向かって押し付ける重石部材（加圧手段）８０が設けられていてもよい。
この重石部材８０によってドライアイスＣを押圧することにより、鉄道用車輪１００の外周面１０１とドライアイスＣとを密着させて、これらの接触面積を増大されることができるこれによって、ドライアイスＣによる冷却効果を向上させてより効率的に冷却することができる。これにより、短時間で確実に所望の氷点下温度まで冷却することが可能となる。
【００７７】
また、この重石部材８０には、特にドライアイスＣと接触する部分に断熱材８１が備えられていることが好ましい。これにより、冷却材収容部１７内に収容されるドライアイスＣと外部との断熱性を向上させることができるため、鉄道用車輪１００の外周面１０１からの熱吸収の寄与を大きくして、より効果的に鉄道用車輪１００を冷却することが可能となる。
【００７８】
また、ドライアイスＣを鉄道用車輪１００の外周面１０１に向かって押圧する加圧手段としては上記重石部材８０に限られず、他の構成であってもよく、例えば、所望の荷重を加えることができるプレス装置を用いてもよい。
また、このような加圧手段を第２実施形態の回転体冷却治具４０に適用してもよい。これによって、鉄道用ブレーキディスク１１０をより効率的に冷却することができる。
【００７９】
さらに、第１実施形態及び第２実施形態においては、それぞれ鉄道用車輪１００及び鉄道用ブレーキディスク１１０を冷却する構成としたが、冷却対象としてはこれらに限定されず、他の円盤状をなす回転体であってもよい。例として、寒冷地で用いられる風力発電機や自動車のブレーキローター等の回転体が挙げられる。
【符号の説明】
【００８０】
１ 氷結層生成装置
１０ 回転体冷却治具
１１ 筐体
１２ 筐体本体
１３ 支持バー
１４ 蓋部材
１４ａ 導入部
１５ 傾斜板
１６ 湾曲板
１６ａ 湾曲縁部
１７ 冷却材収容部
１７ａ 開口縁部
２０ 側壁
２０ａ 側壁
２０ｂ 側壁
２０ｃ 側壁
２０ｄ 側壁
２１ 先端縁部
２１ａ 直線部
２１ｂ 曲線部
３０ 水分供給手段
４０ 回転体冷却治具
５０ 外周カバー
５１ 上部カバー
５２ 下部カバー
５３ 切抜部
５４ 固定用取っ手
５５ 固定リブ
６０ 内周カバー
６１ 帯状部材
６２ 連結部材
７０ 冷却材収容部
７１ 開口縁部
８０ 重石部材（加圧手段）
８１ 断熱材
１００ 鉄道用車輪
１０１ 外周面
１０２ 踏面
１０３ フランジ部
１１０ 鉄道用ブレーキディスク
１１１ ディスク面
１１２ 環状凹部
１１３ 内周面
１１４ 外周面
１１５ 連通路
１１６ フィン
Ｃ ドライアイス
Ｏ１ 軸線
Ｏ２ 軸線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば鉄道車両における車輪やブレーキディスクのブレーキ試験の際に使用される、これら車輪やブレーキディスク等の回転体の冷却装置及び該回転体への氷結層生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両には、車輪がモータやエンジンで駆動される動力台車のみの動力車両と、この動力車両に推進又は牽引されて自身では駆動を有しない付随車両とがあり、これら車両のいずれにもブレーキ装置が装備されている。
この鉄道車両用のブレーキ装置としては、例えば、車輪の前後両側から踏面に制輪子を押し付ける方式の踏面ブレーキや、特殊鋳鉄製の円盤からなるブレーキディスクの両側を合成樹脂や焼結合金製の制輪子で挟んで制動するディスクブレーキが知られている。
【０００３】
ところで、従来、上記踏面ブレーキを装備した鉄道車両を寒冷地で走行させた場合、ブレーキ距離が延伸してしまうという問題があった。この延伸現象は、鉄道車両の走行中に車輪及び制輪子に氷結層が付着及び介在することにより、摩擦係数が著しく低下することに起因する。
【０００４】
これに対し、氷結層を除去可能として寒冷地に適したブレーキ装置が、例えば特許文献１に開示されている。
このブレーキ装置においては、車輪と制輪子とが氷結している場合に、電磁弁を作動させてブレーキシリンダ内の空気を急速に放出する。そして、この放出の際に生じる衝撃力により、車輪と制輪子が引き離し、これら車輪と制輪子との間に凝固した氷結が除去される。
【０００５】
ここで、上記のような氷結層に対応した踏面ブレーキあるいはディスクブレーキの研究開発に当たっては、実際の寒冷地における現車ブレーキ試験の前段階として、車輪、制輪子又はブレーキディスクのみを用いた室内でのブレーキ試験を行うことが通常である。そのため、従来は、擬似的な氷結層として、液体窒素、低温水及び圧縮空気を混合した人工雪を生成し、これを車輪、制輪子、ブレーキディスクに吹き付けることで寒冷地におけるブレーキ状態を作り出し、ブレーキ試験を行っていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２５５４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のような人工雪を吹き付けた状態でブレーキ試験を行った場合、人工雪では付着せず氷点下に達しないため、氷結層とではその性質が異なり、実際の現車において氷結層が付着した状態とは条件が異なってしまい、寒冷地におけるブレーキ状態を正確に再現することができない。
そこで、本発明者らが氷結層の生成メカニズムを究明してその生成方法を検討したところ、氷結層の付着対象である車輪、制輪子あるいはブレーキディスクを例えば−３０℃以下の氷点下温度まで十分に冷却し、その後これらの表面に水分を噴霧することで、寒冷地における現車と寸分違わぬ氷結層を生成可能であることがわかった。
【０００８】
ここで、上記車輪、制輪子あるいはブレーキディスクを冷却するに当たっては、繰り返し行われるブレーキ試験の性質上短時間で冷却可能であるとともに低コストで経済的な負担が少ないことが望まれる。ところが、特に鉄道用車輪及びブレーキディスクを冷却する場合には、それ自身のサイズが大きいことから、短時間かつ低コストでの冷却を実現することは難しい。
例えば、冷媒として液体窒素を用いた場合、熱容量が小さいため冷却効果が小さく、所望の氷点下温度まで冷却することは困難である。したがって、コスト高につながり、また、当該液体窒素は極低温冷媒のため安全性の面からも好ましくない。
一方、大型の冷凍機を用いて車輪及びブレーキディスク全体を冷却する方法も考えられるが、設備投資が必要な上、冷却毎のコストも高くなり、やはりブレーキ試験の際に使用するには不向きである。
【０００９】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、車輪やブレーキディスク等の回転体を所望の氷点下温度まで低コストで安全かつ容易に冷却することが可能な回転体冷却治具、並びに、回転体への氷結層生成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するため、本発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明に係る回転体冷却治具は、回転可能に支持された回転体を冷却する回転体冷却治具であって、開口が前記回転体の外周面に臨むように支持されて、該開口の上方に冷却材が導入される冷却材収容部を備え、前記冷却材として、ビーズ状をなす昇華性の固体冷却材が使用され、該固体冷却材が前記外周面上に保持されるように、前記開口の開口縁部を前記外周面に沿った形状としたことを特徴とする。
【００１１】
このような特徴の回転体冷却治具によれば、冷却材収容部の開口が回転体の外周面に臨むことから、該冷却材収容部に導入された固体冷却材を回転体の外周面の一部に直接的に接触させることができる。また、冷却材収容部の開口縁部は、固体冷却材が回転体の外周面上に保持されるように該外周面に沿った形状をしているため、固体冷却材が外周面から落下してしまうことはなく、さらに回転体が回転した際であっても固体冷却材を該回転体の外周面上に接触させた状態を維持することができる。したがって、回転体を回転させると、冷却材収容部内の固体冷却材が回転体の外周面に順次接触することになるため、小量の固体冷却材でもって外周面全体を効率的に冷却することができる。
また、該固体冷却材がビーズ上に形成されており曲面上をなす回転体の外周面との接触面積を大きく確保することができるため、回転体の外周面を効率的に冷却することができ、高い冷却効果を得ることが可能となる。さらに、昇華して直接的に気体となる固体冷却材を使用しているため、回転体自体を水分を含まないドライな状態で冷却することができ、このように冷却された回転体に水を供給することにより寒冷地における氷結層と同等のものを生成することができる。
なお、冷却材収容部の開口縁部は、回転体の外周面に接触して該回転体が回転した際に外周面に摺接する構成であってもよいし、回転体の外周面と僅かなクリアランスを介して対向した構成であってもよい。また、ビーズ状とは、粒径５〜１０ｍｍ程の粒形状をいう。
【００１２】
また、本発明に係る回転体冷却治具においては、前記回転体の外周面に向かって前記固体冷却材を押し付ける加圧手段が設けられたことを特徴としている。
【００１３】
このような特徴の回転体冷却治具によれば、固体冷却材を回転体の外周面に向かって押し付けることにより、該外周面と固体冷却材とを密着させてこれらの接触面積を増大させることができる。これによって、回転体をより効率的に冷却することができる。
また、固体冷却材は回転体の外周面のみならず外部の熱を吸収してしまい徐々に昇華してしまうが、上記のように回転体の外周面に向かって押圧すれば、該外周面に対する冷却への寄与を大きくすることができる。
【００１４】
さらに、本発明に係る回転体冷却治具は、前記加圧手段が、前記固体冷却材を上方から押圧する押圧部材であって、前記押圧部材に断熱材が備えられていることを特徴とする。
【００１５】
これにより、冷却材収容部内に収容される固体冷却材と外部との断熱性を向上させることができるため、回転体の外周面からの熱吸収の寄与を大きくして、より効果的に回転体を冷却することが可能となる。
【００１６】
また、本発明に係る回転体冷却治具においては、前記回転体が鉄道用車輪であって、前記冷却材収容部の前記開口縁部が、前記鉄道用車輪の外周面にあたる踏面及びフランジ部の形状に沿って形成されていることを特徴としている。
【００１７】
このような特徴の回転体冷却治具によれば、鉄道車輪を回転させると該鉄道車輪の踏面及びフランジ部が冷却材収容部内の固体冷却材に順次接触することになるため、小量の固体冷却材でもって踏面及びフランジ部全体を効率的に冷却することができる。そして、このように冷却された踏面及びフランジ部に水を噴霧すれば、寒冷地における氷結層と同様の氷結層を生成することができ、現車に即したブレーキ試験を行うことが可能となる。
【００１８】
さらに、本発明に係る回転体冷却治具においては、筒状をなして前記鉄道用車輪を上方から覆う筐体を備え、前記冷却材収容部が前記筐体の内側に設けられていることを特徴としている。
【００１９】
このような特徴の回転体冷却治具によれば、筐体の内側に冷却材収容部を設けることで、該冷却材収容部の開口縁部が回転体の外周面に望むように冷却材収容部を適切に配置することができる。また、冷却材収容部内に収容される固体冷却材と外部との断熱性を向上させることが可能となる。
【００２０】
また、本発明に係る回転体冷却治具においては、前記回転体が、その内部に径方向に沿って延びる放熱用のフィンを複数備えるとともにこれらフィン間に前記回転体の外周面と内周面とを連通する連通路が形成された鉄道用ブレーキディスクであって、前記回転体の外周面全域を覆う外周カバーと、前記回転体の内周面全域を覆う内周カバーとが設けられ、前記外周カバーは、回転不能に固定されて、前記回転体が回転する際に該回転体の外周面と摺接し、前記冷却材収容部の前記開口縁部が前記外周カバーに形成された切抜部に接続されていることを特徴とする。
【００２１】
このような特徴の回転体冷却治具によれば、冷却材収容部に導入された固体冷却材は、冷却材収容部の開口及び外周カバーの切抜部を介して鉄道用ブレーキディスクの外周面及び内部のフィン間の連通路に接触する。そして、この固体冷却材が、回転体の回転に伴って該回転体の外周面全域及び連通路内に漸次接触していくことになるので、小量の固体冷却材でもってブレーキディスクの外周面を効率的に冷却することができる。
そして、外周面が冷却されたブレーキディスクは自身の熱伝導によって、該ブレーキディスクの軸方向両端面であるディスク面も冷却される。このように冷却されたディスク面に水を噴霧すれば、寒冷地における氷結層と同様の氷結層を生成することができ、現車に即したブレーキ試験を行うことが可能となる。
なお、当該鉄道用ブレーキディスクには外周面と内周面とを連通する連通孔が形成されていることから、当該連通孔に固体冷却材が入り込むが、外周面を覆う外周カバー及び内周面を覆う内周カバーによって該固体冷却材が鉄道用ブレーキディスク外に落下してしまうことはないため、固体冷却材を有効に活用してブレーキディスクを効率的に冷却することが可能となる。
【００２２】
また、本発明に係る回転体冷却治具においては、前記固体冷却材がドライアイスであることを特徴としている。
【００２３】
固体冷却材として、安全で安価かつ容易に入手可能なドライアイスを使用することで、冷却コストをさらに低減させることができる。また、ドライアイスは、液体窒素等の他の冷却材に比べて冷却効果が高いため、効率よく回転体の冷却を行うことが可能となる。
【００２４】
本発明に係る氷結層生成装置は、前記回転体の表面に氷結層を生成する氷結層生成装置であって、上記いずれかの回転体冷却治具と、前記冷却材により冷却された前記回転体の表面に水を噴霧する水分供給手段が設けられたことを特徴としている。
【００２５】
このような特徴の氷結層生成装置によれば、上記回転冷却治具を用いて回転体を氷点下温度まで冷却して、回転体の表面に水を噴霧することによって、短時間かつ容易に回転体表面に寒冷地の氷結層を生成することが可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の回転体冷却治具及び氷結層生成装置によれば、ビーズ状の固体冷却材を回転体の外周面に接触させて、この接触状態が該回転体を回転させた場合であっても保持されるように構成したことで、鉄道用車輪やブレーキディスク等の回転体を所望の氷点下温度まで容易かつ低コストに冷却することができる。言い換えれば、ビーズ状をなす固体冷却材を使用すること、回転体の外周面に固体冷却材を接触可能であること、固体冷却材を回転体の外周面に保持した状態で該回転体を回転可能であることの３つの条件が満たされることによって初めて、回転体の外周面を容易かつ低コストに、寒冷地の氷結層を生成可能な状態まで冷却することができるのである。
そして、このように冷却された回転体に水を噴霧することで、寒冷地で発生する氷結層と変わらない氷結層を容易に生成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１実施形態に係る回転体冷却治具及び氷結層生成装置の模式縦断面図である。
【図２】鉄道用車輪の（ａ）正面図及び（ｂ）側面図である。
【図３】第１実施形態の回転体冷却治具の透過斜視図である。
【図４】回転体冷却治具を鉄道用車輪上に配設した状態における、筐体本体の上方からの筐体本体内部の矢視図である。
【図５】第２実施形態に係る回転体冷却治具の側面図である。
【図６】第２実施形態に係る回転体冷却治具の模式縦断面図である。
【図７】鉄道用ブレーキディスクの（ａ）斜視図及び（ｂ）一部の透過側面図である。
【図８】第２実施形態の回転体冷却治具の分解斜視図である。
【図９】第１実施形態の変形例に係る回転体冷却治具及び氷結層生成装置の模式縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明に係る回転体冷却治具及び氷結層生成装置の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は実施形態に係る回転体冷却治具及び氷結層生成装置の模式縦断面図である。本実施形態の氷結層生成装置１は、回転体冷却治具１０によって氷点下温度まで冷却した鉄道用車輪１００に水分供給手段３０により水を噴霧することで鉄道用車輪１００表面に氷結層を生成する装置である。このように氷結層が生成された鉄道用車輪１００は、寒冷地を想定したブレーキ試験に供される。
【００２９】
鉄道用車輪１００は、図２に示すように、軸線Ｏ１回りに回転する略円盤状をなしており、鉄道用レールと回転接触して該レール上を転動する鉄道用部材である。この鉄道用車輪１００の外周面１０１は、レールの頭頂面と接触して摩擦抵抗を受ける踏面１０２と、該踏面１０２よりも径が大きく形成されたフランジ部１０３とから構成されている。上記、踏面１０２は、鉄道用車輪１００の一方側の端面に向かうにしたがって僅かに縮径するテーパ状をなしており、フランジ部１０３は、この踏面１０２に連続するように湾曲して他方側の端面に至るように形成されている。
【００３０】
そして、鉄道車両が直線部を通過する際には外周面１０１のうち踏面１０２がレールの頭頂面に接触して摩擦抵抗を受け、また、曲線部を通過する際にはフランジ部１０３及び該フランジ部１０３と踏面１０２との遷移領域が外軌側のレールの頭側面と接触して摩擦抵抗を受けるようになっている。
なお、踏面ブレーキの場合には、上記踏面１０２に図示しない制輪子を当接させて制動を行なう。したがって、ブレーキ試験を行うに当たっては、鉄道用車輪１００の外周面のうち主に踏面１０２に氷結層を生成して試験を行うことになる。また、鉄道用車輪１００に氷結層が生成された場合のレールとの粘着性を確認する試験に当たっては、鉄道用車輪１００の外周面１０１全体に氷結層を生成して試験を行う。
【００３１】
氷結層生成装置１により氷結層を生成する際には、図１に示すように、鉄道用車輪１００をその軸線Ｏ１が略水平方向に一致するように回転可能に支持する。なお、図１においては、鉄道用車輪１００の支持構成について図示を省略しているが、例えば、鉄道用車輪１００を軸線Ｏ１に沿って延びる輪軸に固定し、該輪軸の両端を軸受装置で支持すればよい。
【００３２】
回転体冷却治具１０は、上記鉄道用車輪１００を例えば−３０度以下の氷点下温度まで冷却するために用いられ、詳しくは図３に示すように、筐体１１と、該筐体１１内に設置された一対の傾斜板１５，１５及び湾曲板１６とから構成されており、筐体１１の内部に冷却材が収容される冷却材収容部１７が設けられている。
【００３３】
筐体１１は、上記のように回転可能に支持された鉄道用車輪１００の上部を覆うためのものであり、筐体本体１２と、一対の支持バー１３と、蓋部材１４とから構成されている。
【００３４】
筐体本体１２は、４つの側壁２０から形成された上端及び下端が開口する矩形筒状をなしている。これら４つの側壁２０のうち水平断面視長方形の長辺を構成する一対の側壁２０ａ，２０ｂの水平方向の長さは、鉄道用車輪１００の最大直径（フランジ部１０３の最大外径）よりも僅かに短い程度とされており、短辺を構成する一対の側壁２０ｃ，２０ｄの水平方向の長さは、図４に示すように、鉄道用車輪１００の軸線Ｏ１方向の厚みよりも長く形成されている。
なお、以下、該筐体本体１２の水平断面視における長方形の長辺が延びる方向を長手方向、短辺が延びる方向を短手方向と称する。
【００３５】
筐体支持バー１３は、上記筐体本体１２の下部において短手方向に沿った側壁２０ｃ，２０ｄにそれぞれ固定されたバー状の部材であって、筐体本体１２を支持するために設けられている。即ち、この筐体支持バー１３は、その両端側が図示しない台座等に載置され、これにより、筐体本体１２が、回転可能に支持された鉄道用車輪１００の上部を覆うように配置されることとなる。
【００３６】
蓋部材１４は、上記筐体本体１２の上端側の開口を覆う部材であって、その上面には、冷却材を筐体１１内、即ち冷却材収容部１７内に導入するための導入部１４ａが設けられている。
【００３７】
傾斜板１５，１５は、図３及び図４に示すように、筐体本体１２内側の長手方向両端側において、該長手方向に沿った一対の側壁２０ａ，２０ｂに亙って配置された略矩形板状をなす部材であって、それぞれ短手方向に沿った側板２０ｃ，２０ｄから長手方向に沿って互いに近接するに従って漸次下方に傾斜するように延びている。
また、これら傾斜板１５，１５の傾斜の下端側に位置して、長手方向に沿った一対の側板２０ａ、２０ｂ間に亙る先端縁部２１は、それぞれ上記鉄道用車輪１００の外周面１０１に沿った形状をなしている。即ち、この先端縁部２１は、踏面１０２に沿って直線的に延びる直線部２１ａと、該直線部２１ａに連続してフランジ部１０３に沿って湾曲した曲線部２１ｂとから構成されている。なお、上記直線部２１ａは、長手方向に沿った一対の側壁２０ａ，２０ｂのうち一方側の側壁２０ａ側に位置し、上記曲線部２１ｂは、他方側の側壁２０ｂ側に位置している。
【００３８】
湾曲板１６は、図３及び図４に示すように、一定幅で円弧状に湾曲して延びる板状の部材であって、板面が上下方向を向くようにして、長手方向に沿った一対の側壁２０ａ，２０ｂのうち上記一方側の側壁２０ａに固定されており、この湾曲板１６の両端部は、上記一対の傾斜板１５，１５における先端縁部２１の直線部２１ａに接続されている。
また、この湾曲板１６の曲率は、鉄道用車輪１００の踏面１０２の曲率と等しくされており、さらに、湾曲板１６と長手方向に沿った他方側の側壁２０ｂとの間隔、即ち湾曲板１６の湾曲縁部１６ａと側壁２０ｂとの水平方向距離は、鉄道用車輪１００の軸線Ｏ１方向の厚みと略同一か僅かに小さい程度となるように設定されている。
【００３９】
このような一対の傾斜板１５，１５と湾曲板１６及び筐体本体１２の内壁面とによって、筐体本体１２内の上部に冷却材収容部１７が区画形成されている。即ち、筐体本体１２内における一対の傾斜板１５，１５及び湾曲板１６を境界とした上側の部分が、冷却材が収容される冷却材収容部１７とされているのである。
【００４０】
そして、一対の傾斜板１５，１５の先端縁部２１，２１と湾曲板１６の湾曲縁部１６ａとを開口縁部１７ａとして、冷却材収容部１７の下端側に開口が形成されている。よって、この下端側の開口は下方を向くことになり、即ち、鉄道用車輪１００の外周面１０１を臨むことになる。
【００４１】
このような冷却材収容部１７に収容される冷却材としては、ビーズ状をなし昇華性のある固体冷却材が用いられ、本実施形態ではこの条件を満たす固体冷却材として粒径５〜１０ｍｍのドライアイスＣが用いられている。なお、この固体冷却材としては、低温かつ昇華性を有するビーズ状の形状をなすものであれば、例えば固体ネオン等の他のものであっても採用することが可能である。
【００４２】
ここで、筐体１１によって鉄道用車輪１００を上方から覆う際には、図４に示すように、筐体本体１２の短手方向を鉄道用車輪１００の軸線Ｏ１方向に一致させ、該筐体本体１２の長手方向が鉄道用車輪１００の直径方向となるように、かつ、鉄道用車輪１００のフランジ部１０３側の端面が筐体本体１２の長手方向に沿った他方側の側壁２０ｂに当接するように、筐体１１を鉄道用車輪１００に被せる。
【００４３】
この状態で筐体１１を降下させていくと、一対の傾斜板１５がそれぞれ外周面１０１に沿った形状、即ち、踏面１０２に沿った直線部２１ａとフランジ部１０３に沿った曲線部２１ｂとから構成されているため、図４に示すように、傾斜板１５の先端縁部２１は鉄道用車輪１００の外周面１０１に沿って配置されることになる。なお、この際、傾斜板１５，１５の先端縁部２１と鉄道用車輪１００とが接触する構成であってもよいし、これらが僅かなクリアランスを介して対向する構成であってもよい。
そして、これと同時に、湾曲板１６は鉄道用車輪１００の踏面１０２と同様の曲率にて円弧状に屈曲しているため、当該湾曲板１６が鉄道用車輪１００の踏面１０２の端面側の縁部に沿って配置される。この場合においても、湾曲板１６と鉄道用車輪１００の踏面１０２が接触してもよいし、僅かなクリアランスを介して対向してもよい。
【００４４】
このようにして、上記傾斜板１５，１５の先端縁部２１と湾曲板１６の湾曲縁部１６ａとからなる冷却材収容部１７の開口縁部１７ａは、鉄道用車輪１００の外周面１０１に沿って配置されている。したがって、冷却材収容部１７にドライアイスＣが収容された際には、該ドライアイスＣが鉄道用車輪１００の外周面１０１上に保持されることになる。
【００４５】
水分供給手段３０は、本実施形態においては、図１に示すように、回転体冷却治具１０の下部において鉄道用車輪１００の外周面１０１に水分をノズルによって噴霧する構成とされている。なお、この水分供給手段３０は、回転体冷却治具１０から見て鉄道用車輪１００の回転方向前方側に配置されていることが好ましい。
さらに、水分供給手段３０としては、外周面１０１のみならず、鉄道用車輪１００の端面等の外周面１０１以外の部分にも水分を供給できる構成であってもよい。
【００４６】
次に、以上のような構成の氷結層生成装置１によって回転体としての鉄道用車輪１００を冷却して氷結層を生成する方法について図１を用いて説明する。
まず、上述したように、鉄道用車輪１００をその軸線Ｏ１を水平方向に略一致させて回転可能に支持した後に、該鉄道用車輪１００の上方から筐体１１を被せるようにして回転体冷却治具１０を設置する。そして、筐体１１の蓋部材１４における導入部１４ａからドライアイスＣを筐体本体１２内部に導入する。
【００４７】
筐体本体１２内部に導入されたドライアイスＣは、冷却材収容部１７に収容される。この際、冷却材収容部１７の開口縁部１７ａが鉄道用車輪１００の外周面１０１に沿った形状をなしており、該下端開口を鉄道用車輪１００の外周面１０１が閉塞した状態とされていることから、ドライアイスＣが冷却材収容部１７から落下することはない。したがって、冷却材収容部１７内に収容されたドライアイスＣは鉄道用車輪１００の外周面１０１上、即ち、踏面１０２及びフランジ部１０３上に保持される。
【００４８】
この状態においては、鉄道用車輪１００の外周面１０１における冷却材収容部１７内に臨む部分がビーズ状のドライアイスＣに接触して冷却される。また、このドライアイスＣは昇華し、液体になることはないため、外周面１０１を水分を含むことなくドライな状態で冷却することができる。なお、ドライアイスＣによる冷却の際には、例えば、筐体１１の導入部１４ａから棒状の部材を挿入して、ドライアイスＣを攪拌することが好ましい。これによって、ドライアイスＣによる上記外周面１０１の冷却が促され、効率的な冷却を行うことができる。また、上記棒状の部材でドライアイスＣを外周面１０１に向かって押圧してもよく、これにより一層効率的に冷却を行うことができる。
【００４９】
このような鉄道用車輪１００の外周面１０１の冷却は、鉄道用車輪１００を例えば３ｒｐｍ程度の回転速度で回転させながら行なわれる。これにより、鉄道用車輪１００の外周面１０１全体が順次冷却される。また、冷却材収容部１７の開口縁部１７ａが鉄道用車輪１００の外周面１０１に沿った形状をなしているため、該鉄道用車輪１００を回転させようとも開口縁部１７ａに当該回転が妨げられることはない。
【００５０】
そして、鉄道用車輪１００の外周面１０１がドライアイスＣによって冷却された後、水分供給手段３０によって外周面１０１に水が噴霧される。これにより、鉄道用車輪１００の外周面１０１表面にて水が冷却されて凝固し、該外周面１０１に氷結層が生成される。このように氷結層が生成された鉄道用車輪１００が、寒冷地を想定したブレーキ試験又はその他の試験に供される。
【００５１】
ここで、本実施形態の氷結層生成装置１の回転体冷却治具１０においては、冷却材収容部１７の開口が鉄道用車輪１００の外周面１０１に臨むように配置されることから、該冷却材収容部１７に導入されたドライアイスＣを鉄道用車輪１００の外周面１０１に直接的に接触させることができ、冷却効果を高く確保することが可能となる。
【００５２】
また、冷却材収容部１７の開口縁部１７ａは、ドライアイスＣが外周面１０１上に保持されるように該外周面１０１に沿った形状をしているため、ドライアイスＣが外周面１０１から落下してしまうことはない。さらに、鉄道用車輪１００が回転した際であってもドライアイスＣを該鉄道用車輪１００の外周面１０１上に接触させた状態を維持することができる。したがって、鉄道用車輪１００を回転させると、冷却材収容部１７内のドライアイスＣを鉄道用車輪１００の外周面１０１に順次接触させることができるため、小量のドライアイスＣでもって外周面１０１全体を効率的に冷却することができる。
【００５３】
また、冷却材として液体・気体に比べて冷却効果の高いドライアイスＣが用いられ、さらに、該ドライアイスＣがビーズ状に形成されており曲面上をなす鉄道用車輪１００の外周面１０１との接触面積を大きく確保することができるため、高い冷却効果を得ることが可能となる。さらに、ドライアイスＣは、溶融して液体になるのではなく、昇華して直接的に気体となるため、鉄道用車輪１００自体を水分を含まないドライな状態で冷却することができる。また、ドライアイスＣは安全で安価で容易に入手することができるため、鉄道用車輪１００を−３０℃以下の氷点下まで低コストで確実に冷却することができる。
【００５４】
なお、本実施形態においては、傾斜板１５，１５が傾斜していることから、冷却材収容部１７内に収容された多数のドライアイスＣの自重は鉄道用車輪１００の外周面１０１に集中し易くなる。これによっても、ドライアイスＣによる冷却効果を向上させることができる。
【００５５】
そして、このように冷却された鉄道用車輪１００に水分供給手段３０により水を噴霧することで、鉄道用車輪１００の表面、特に外周面１０１に、寒冷地におけるのと同様の氷結層を生成することができる。
【００５６】
以上のように、本実施形態の氷結層生成装置１及び回転体冷却治具１０によれば、ビーズ状のドライアイスＣを鉄道用車輪１００の外周面１０１の一部に直接的に接触させて、この接触状態が鉄道用車輪１００を回転させた場合であっても外周面１０１上に保持されるように構成されているため、鉄道用車輪１００の外周面全体を所望の氷点下温度まで容易かつ低コストに冷却することができる。また、寒冷地で発生する氷結層と変わらない氷結層を確実に生成することができため、寒冷地における現車に即したブレーキ試験を行うことが可能となる。
【００５７】
また、特に本実施形態においては、筐体本体１２の内側に冷却材収容部１７が設けられているため、該冷却材収容部１７の開口縁部１７ａを鉄道用車輪１００の外周面１０１に臨むように冷却材収容部１７を適切に配置することができる。また、冷却材収容部１７内に収容されるドライアイスＣと外部との断熱性を向上させることができるため、ドライアイスＣによる冷却効果をより一層高めることができる。
【００５８】
次に第２実施形態の回転体冷却治具４０について、図面を参照して説明する。
図５は第２実施形態に係る回転体冷却治具の模式側面図、図６は第２実施形態に係る回転体冷却治具の模式縦断面図である。本実施形態の回転体冷却治具４０は、寒冷地を想定したブレーキ試験に供される鉄道用ブレーキディスク１１０を冷却するために使用される。
【００５９】
鉄道用ブレーキディスク１１０は、図７に示すように、軸線Ｏ２回りに回転する略円盤状をなしており、鉄道用車輪１００が取り付けられた輪軸に固定され、両側端面がディスク面１１１，１１１とされている。
この鉄道用ブレーキディスク１１０は、両ディスク面１１１，１１１に軸線Ｏ２を中心とした環状凹部１１２が形成されており、該環状凹部１１２の径方向内側を向く内周面１１３と鉄道用ブレーキディスク１１０の外周面１１４とが連通状態となるように、放射状に複数の連通路１１５が形成されている。これにより、鉄道用ブレーキディスク１１０の内部には、放熱用のフィン１１６が複数放射状に配置されることになる。
換言すれば、この鉄道用ブレーキディスク１１０は、その内部に径方向に沿って延びるフィン１１６を複数備え、これらフィン１１６間に外周面１１４と内周面１１３とを連通する連通路１１５が形成されているのである。
【００６０】
このような鉄道用ブレーキディスク１１０は、ブレーキの際にディスク面１１１，１１１を制輪子で挟むことにより制動が行われる。したがって、ブレーキ試験を行うに当たっては、鉄道用ブレーキディスク１１０の外周面１１４のうち主にディスク面１１１，１１１に氷結層を生成して試験を行うことになる。よって、本実施形態の回転体冷却治具４０により、特に両ディスク面１１１，１１１を冷却する必要がある。
【００６１】
本実施形態の回転体冷却治具４０は、軸線Ｏ２を略水平方向に一致させて回転可能に支持された鉄道用ブレーキディスク１１０を例えば−３０度以下の氷点下温度まで冷却するために用いられ、詳しくは図８に示すように、外周カバー５０と、一対の内周カバー６０と、開口を備えた冷却材収容部７０とから構成されている。
【００６２】
外周カバー５０は、鉄道用ブレーキディスク１１０の外周面１１４の全域を覆う部材であって、該鉄道用ブレーキディスク１１０の外周面１１４の軸線Ｏ２方向の厚みと略同一幅の帯状をなして、外周面１１４に沿って湾曲して該外周面１１４の上半分を覆う上部カバー５１と、同じく外周面１１４に沿って湾曲して該外周面１１４の下半分を覆う下部カバー５２との２つの部材から構成されている。
【００６３】
上記上部カバー５１は、その頂部に冷却材収容部７０の開口が接続される切抜部５３が形成されており、また、側部には外周側に向かって延びる固定用取っ手５４が設けられている。
【００６４】
また、上部カバー５１及び下部カバー５２のそれぞれには、幅方向両端側から湾曲の内側に向かって、即ち、鉄道用ブレーキディスク１１０の径方向内側に向かって延びる固定リブ５５が複数設けられている。これら固定リブ５５が鉄道用ブレーキディスク１１０の両ディスク面１１１，１１１に当接して軸線Ｏ２方向から支持することにより、これら上部カバー５１及び下部カバー５２と鉄道用ブレーキディスク１１０とが固定一体化される。
なお、これら上部カバー５１及び下部カバー５２における鉄道用ブレーキディスク１１０の外周面１１４との接触面は、該外周面１１４との摺接し易くなるように平滑な湾曲面とされていることが好ましい。
【００６５】
内周カバー６０は、鉄道用ブレーキディスク１１０の両ディスク面１１１，１１１に形成された環状凹部１１２の内周面１１３の全域をそれぞれ覆う部材であって、環状凹部１１２の深さと略同一寸法の幅を有する２つの帯状部材６１，６１が連結部材６２にて連結されることにより構成されている。
【００６６】
そして、これら外周カバー５０及び一対の内周カバー６０を鉄道用ブレーキディスク１１０に取り付けることによって、該鉄道用ブレーキディスク１１０の外周面１１４及び内周面１１３が覆われ、これら外周面１１４と内周面１１３とを連通する連通路１１５の両端が閉塞される。
【００６７】
冷却材収容部７０は、本実施形態においては、上下方向が貫通する筒型状をなしており、より詳細には、下方に向かって外形寸法が小さくなる略ホッパー形状をなしている。そして、その開口の開口縁部７１は鉄道用ブレーキディスク１１０の外周面１１４に沿った形状をなしており、該開口縁部７１が上記外周カバー５０における上部カバー５１の切抜部５３に接続されるようにして、冷却材収容部７０が外周カバー５０に固定されている。また、これによって、冷却材収容部７０の開口縁部７１が鉄道用ブレーキディスク１１０の外周面に臨むことになる。
さらに、このような冷却材収容部７０に導入される冷却材としては、第１実施形態と同様に昇華性を備えたビーズ状の例えばドライアイスＣが用いられる。また、第１実施形態と同様に、固体ネオン等の他の固体冷却材を用いてもよい。
【００６８】
以上のような構成の第２実施形態の回転体冷却治具４０において鉄道用ブレーキディスク１１０を冷却するには、図１に示すように、冷却材収容部７０にドライアイスＣを導入する。これにより、該ドライアイスＣが鉄道用ブレーキディスク１１０の外周面１１４に接触する。この際、冷却材収容部７０の開口縁部７１が上記外周面１１４に沿った形状をなしているため、ドライアイスＣは外周面１１４上に保持される。また、このドライアイスＣの一部は外周面１１４と内周面とを連通する連通路１１５内に入り込む。
【００６９】
次に、外周カバー５０に設けられた固定用取っ手５４を把持した状態で鉄道用ブレーキディスク１１０を回転させる。すると、外周カバー５０と鉄道用ブレーキディスク１１０とが摺接しながら該鉄道用ブレーキディスク１１０と内周カバー６０とが一体的に回転する。この際、上記冷却材収容部７０の開口の開口縁部７１が外周面１１４に沿った形状をなしているため、当該鉄道用ブレーキディスク１１０の回転が冷却材収容部７０によって妨げられることはない。したがって、この鉄道用ブレーキディスク１１０の回転によって、鉄道用ブレーキディスク１１０の外周面１１４全体がドライアイスＣによって順次氷点下温度まで冷却される。さらに、連通路１１５内に入りこんだドライアイスＣにより、鉄道用ブレーキディスク１１０はその内部からも冷却される。
【００７０】
また、このように外周面１１４が氷点下温度まで冷却されることにより、鉄道用ブレーキディスク１１０の自身の熱伝導によってそのディスク面１１１，１１１も氷点下温度まで冷却される。そして、このディスク面１１１，１１１に例えば第１実施形態と同様の水分供給手段３０により水を噴霧することにより、ディスク面１１１，１１１上に氷結層が生成され、寒冷地を想定したブレーキ試験に供することができる。
【００７１】
ここで、本実施形態の回転体冷却治具４０においては、冷却材収容部７０の開口縁部７１が鉄道用ブレーキディスク１１０の外周面１１４に臨むように配置されることから、該冷却材収容部７０に導入されたドライアイスＣを上記外周面１１４に直接的に接触させて冷却効果を高く確保することができる。また、このドライアイスＣを外周面１１４に保持しながら回転させることができるため、外周面１１４全域を効率よく冷却することができる。さらにまた、ビーズ状をなす昇華性のドライアイスＣを用いたことにより、ドライな状態を維持しながらディスク面１１１，１１１所望の氷点下温度まで冷却することができ、このようなディスク面１１１，１１１に水を噴霧することにより、寒冷地におけるのと同様の氷結層を生成することができる。
【００７２】
また、連通路１１５内に入り込んだドライアイスＣは、外周面１１４を覆う外周カバー５０及び内周面１１３を覆う内周カバー６０によって連通路１１５内に保持されるため、該ドライアイスＣが落下してしまうことはない。よって、ドライアイスＣを有効に活用して鉄道用ブレーキディスク１１０の内部から効率的に冷却することが可能となる。
【００７３】
また、冷却材収容部７０が上記ホッパー形状をなしているため、冷却材収容部７０内に収容された多数のドライアイスＣの自重が鉄道用ブレーキディスク１１０の外周面１１４に集中し易くなり、ドライアイスＣによる冷却効果を向上させることができる。
【００７４】
さらに、第２実施形態の回転体冷却治具４０においても、第１実施形態と同様に、冷却材収容部７０内のドライアイスＣを攪拌することが好ましい。これによって、ドライアイスＣによる上記外周面１１４の冷却が促され、より効率的な冷却を行うことができる。
【００７５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００７６】
例えば、第１実施形態の変形例として、図９に示すように、冷却材収容部１７内に収容された多数のドライアイスＣを鉄道用車輪１００の外周面１０１に向かって押し付ける重石部材（加圧手段）８０が設けられていてもよい。
この重石部材８０によってドライアイスＣを押圧することにより、鉄道用車輪１００の外周面１０１とドライアイスＣとを密着させて、これらの接触面積を増大されることができるこれによって、ドライアイスＣによる冷却効果を向上させてより効率的に冷却することができる。これにより、短時間で確実に所望の氷点下温度まで冷却することが可能となる。
【００７７】
また、この重石部材８０には、特にドライアイスＣと接触する部分に断熱材８１が備えられていることが好ましい。これにより、冷却材収容部１７内に収容されるドライアイスＣと外部との断熱性を向上させることができるため、鉄道用車輪１００の外周面１０１からの熱吸収の寄与を大きくして、より効果的に鉄道用車輪１００を冷却することが可能となる。
【００７８】
また、ドライアイスＣを鉄道用車輪１００の外周面１０１に向かって押圧する加圧手段としては上記重石部材８０に限られず、他の構成であってもよく、例えば、所望の荷重を加えることができるプレス装置を用いてもよい。
また、このような加圧手段を第２実施形態の回転体冷却治具４０に適用してもよい。これによって、鉄道用ブレーキディスク１１０をより効率的に冷却することができる。
【００７９】
さらに、第１実施形態及び第２実施形態においては、それぞれ鉄道用車輪１００及び鉄道用ブレーキディスク１１０を冷却する構成としたが、冷却対象としてはこれらに限定されず、他の円盤状をなす回転体であってもよい。例として、寒冷地で用いられる風力発電機や自動車のブレーキローター等の回転体が挙げられる。
【符号の説明】
【００８０】
１ 氷結層生成装置
１０ 回転体冷却治具
１１ 筐体
１２ 筐体本体
１３ 支持バー
１４ 蓋部材
１４ａ 導入部
１５ 傾斜板
１６ 湾曲板
１６ａ 湾曲縁部
１７ 冷却材収容部
１７ａ 開口縁部
２０ 側壁
２０ａ 側壁
２０ｂ 側壁
２０ｃ 側壁
２０ｄ 側壁
２１ 先端縁部
２１ａ 直線部
２１ｂ 曲線部
３０ 水分供給手段
４０ 回転体冷却治具
５０ 外周カバー
５１ 上部カバー
５２ 下部カバー
５３ 切抜部
５４ 固定用取っ手
５５ 固定リブ
６０ 内周カバー
６１ 帯状部材
６２ 連結部材
７０ 冷却材収容部
７１ 開口縁部
８０ 重石部材（加圧手段）
８１ 断熱材
１００ 鉄道用車輪
１０１ 外周面
１０２ 踏面
１０３ フランジ部
１１０ 鉄道用ブレーキディスク
１１１ ディスク面
１１２ 環状凹部
１１３ 内周面
１１４ 外周面
１１５ 連通路
１１６ フィン
Ｃ ドライアイス
Ｏ１ 軸線
Ｏ２ 軸線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能に支持された回転体を冷却する回転体冷却治具であって、
開口が前記回転体の外周面に臨むように支持されて、該開口の上方に冷却材が導入される冷却材収容部を備え、
前記冷却材として、ビーズ状をなす昇華性の固体冷却材が使用され、
該固体冷却材が前記外周面上に保持されるように、前記開口の開口縁部を前記外周面に沿った形状としたことを特徴とする回転体冷却治具。
【請求項２】
前記回転体の外周面に向かって前記固体冷却材を押し付ける加圧手段が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の回転体冷却治具。
【請求項３】
前記加圧手段が、前記固体冷却材を上方から押圧する押圧部材であって、
前記押圧部材に断熱材が備えられていることを特徴とする請求項２に記載の回転体冷却治具。
【請求項４】
前記回転体が鉄道用車輪であって、
前記冷却材収容部の前記開口縁部が、前記鉄道用車輪の外周面にあたる踏面及びフランジ部の形状に沿って形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の回転体冷却治具。
【請求項５】
筒状をなして前記鉄道用車輪を上方から覆う筐体を備え、
前記冷却材収容部が前記筐体の内側に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の回転体冷却治具。
【請求項６】
前記回転体が、その内部に径方向に沿って延びる放熱用のフィンを複数備えるとともにこれらフィン間に前記回転体の外周面と内周面とを連通する連通路が形成された鉄道用ブレーキディスクであって、
前記回転体の外周面全域を覆う外周カバーと、
前記回転体の内周面全域を覆う内周カバーとが設けられ、
前記外周カバーは、回転不能に固定されて、前記回転体が回転する際に該回転体の外周面と摺接し、
前記冷却材収容部の前記開口縁部が前記外周カバーに形成された切抜部に接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の回転体冷却治具。
【請求項７】
前記固体冷却材が、ドライアイスであることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の回転体冷却治具。
【請求項８】
前記回転体の表面に氷結層を生成する氷結層生成装置であって、
請求項１から７のいずれか一項に記載の回転体冷却治具と、
前記冷却材により冷却された前記回転体の表面に水を噴霧する水分供給手段が設けられたことを特徴とする氷結層生成装置。
【請求項１】
回転可能に支持された回転体を冷却する回転体冷却治具であって、
開口が前記回転体の外周面に臨むように支持されて、該開口の上方に冷却材が導入される冷却材収容部を備え、
前記冷却材として、ビーズ状をなす昇華性の固体冷却材が使用され、
該固体冷却材が前記外周面上に保持されるように、前記開口の開口縁部を前記外周面に沿った形状としたことを特徴とする回転体冷却治具。
【請求項２】
前記回転体の外周面に向かって前記固体冷却材を押し付ける加圧手段が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の回転体冷却治具。
【請求項３】
前記加圧手段が、前記固体冷却材を上方から押圧する押圧部材であって、
前記押圧部材に断熱材が備えられていることを特徴とする請求項２に記載の回転体冷却治具。
【請求項４】
前記回転体が鉄道用車輪であって、
前記冷却材収容部の前記開口縁部が、前記鉄道用車輪の外周面にあたる踏面及びフランジ部の形状に沿って形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の回転体冷却治具。
【請求項５】
筒状をなして前記鉄道用車輪を上方から覆う筐体を備え、
前記冷却材収容部が前記筐体の内側に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の回転体冷却治具。
【請求項６】
前記回転体が、その内部に径方向に沿って延びる放熱用のフィンを複数備えるとともにこれらフィン間に前記回転体の外周面と内周面とを連通する連通路が形成された鉄道用ブレーキディスクであって、
前記回転体の外周面全域を覆う外周カバーと、
前記回転体の内周面全域を覆う内周カバーとが設けられ、
前記外周カバーは、回転不能に固定されて、前記回転体が回転する際に該回転体の外周面と摺接し、
前記冷却材収容部の前記開口縁部が前記外周カバーに形成された切抜部に接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の回転体冷却治具。
【請求項７】
前記固体冷却材が、ドライアイスであることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の回転体冷却治具。
【請求項８】
前記回転体の表面に氷結層を生成する氷結層生成装置であって、
請求項１から７のいずれか一項に記載の回転体冷却治具と、
前記冷却材により冷却された前記回転体の表面に水を噴霧する水分供給手段が設けられたことを特徴とする氷結層生成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−７５２７（Ｐ２０１１−７５２７Ａ）
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４９１０２（Ｐ２００９−１４９１０２）
【出願日】平成２１年６月２３日（２００９．６．２３）
【出願人】（０００１７３７８４）財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２３日（２００９．６．２３）
【出願人】（０００１７３７８４）財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
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