JP2003327119A

JP2003327119A - 鉄道車両用台車及び台車用軸バネ

Info

Publication number: JP2003327119A
Application number: JP2002137055A
Authority: JP
Inventors: Yukinori Hansaka; 征則半坂; Minoru Suzuki; 実鈴木; Mikiya Ito; 幹彌伊藤; Shingo Nakanishi; 臣悟中西
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2002-05-13
Filing date: 2002-05-13
Publication date: 2003-11-19
Anticipated expiration: 2022-05-13
Also published as: JP4104378B2

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構造で軸バネのへたりを防止でき、組
み立てやメンテナンスも容易な軸バネ等を提供する。【解決手段】軸バネ２０の内外スリーブ２１、２２
は、適度な剛性及び強度・耐久性を有する材料で形成さ
れている。両スリーブ２１、２２間には、コイルバネ２
３が配置されている。両スリーブ２１、２２間における
下板２９上のスペースには、ゴム製部材２５が充填され
ている。ゴム製部材２５は、適度な弾性及び減衰性を有
し、耐疲労性や耐オゾン性等の耐久性に優れる材料であ
る。軸バネ２０は、台車に搭載される部品として一体化
されているため、部品点数の減少や軽量化を実現し、組
み立てやメンテナンスの手間もあまりかからない。さら
に、コイルバネ２３が主に上下方向の荷重を負担するの
で、ゴム製部材２５には上下方向の荷重があまりかから
ず、軸バネ２０のへたりを防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、台車枠と輪軸組立
体との間に介装された軸バネを有する鉄道車両用台車、
及び、そのような台車用の軸バネに関する。特には、簡
単な構造で軸バネのへたりを防止でき、組み立てやメン
テナンスも容易な軸バネ等に関する。なお、本明細書に
おける軸バネの「へたり」とは、経年使用に伴って寸法
変化（荷重方向の収縮）が生じ、バネ定数が変化する状
態をいう。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】一般
に、鉄道車両の台車は、台車枠と、輪軸組立体と、輪軸
組立体と台車枠との間に介装された軸バネ等を備えてい
る。台車の形式は、現在まで多種多様のものが知られて
いる。例えば、在来線旅客車両では、比較的古くから、
ペデスタル・ウィングバネ式の台車や板バネ式の台車等
が使用されてきた。また、比較的古い新幹線車両（０系
等）ではＩＳ式の台車が使用されてきた。さらに、近年
の在来線新型車両では、軸はり式の台車が主流になりつ
つある。

【０００３】台車に用いられる軸バネは、車体積載荷重
を受け持つ、あるいは、輪軸の台車枠に対する前後・左
右支持に適切な剛性を与える等の機能を備えている必要
がある。そして、軸バネのこれらの機能をなるべく簡単
に実現するために、ゴムバネを主バネとするもの（例え
ば円錐積層ゴム式のゴムバネ）が知られている。

【０００４】ゴムバネを主バネとする軸バネは、車両に
積載される累積荷重や最大荷重が、主として上下方向に
負荷される等によって、ゴムのへたりが進行する。所見
によれば、ゴムバネの高さ寸法２４３±２ｍｍの軸バネ
は、使用期間約３年で約６ｍｍ、使用期間約１０年で約
１１ｍｍのへたり量が確認されている。ゴムにへたりが
生じると、ライナーを挿入して高さを調整する必要が生
じる。この作業は以下に述べるように非常に労力を有す
るものである。つまり、軸バネゴムの下部をジャッキ等
により台車枠ごとリフトしてそのまま保持し、隙間にラ
イナーを挿入する。軸バネゴムは非線形性を有するた
め、さらに以下の作業が必要となる。すなわち、軸バネ
ゴムの変位−荷重関係は非線形であるため、軸バネゴム
のバネ定数は一意ではない。このため、一位の軸にライ
ナーを挿入することにより軸バネゴムのバネ定数が変化
し、そのままの状態では左右の静止輪重のアンバランス
が発生する。これに対して、挿入した軸と反対の軸位に
もライナーを挿入する必要があるが、このとき適切な量
のライナーを挿入しないと、左右の静止輪重のアンバラ
ンスは解消せず、場合によっては、最初の軸にライナー
を入れなおさなければならないこともある。

【０００５】ところで、上記の静止軸重のアンバランス
は車両の走行時の脱線の要因となり得ることが解明され
つつある。そこで、鉄道事業者は、この静止輪重アンバ
ランスを基準内に収めて安全運行に心掛けるよう、鉄道
事故調査検討会によって答申され、行政的に指導されて
いる。

【０００６】以上の理由から、近年では、フラットな
（高さ狂い等のない）地上設備により静止輪重を計測し
ながらライナー調整を行うなど、要求精度を満たすため
に、一層煩雑なライナー調整作業が必要となっている。

【０００７】また、軸バネゴムが顕著にへたり、バネ定
数が一定以上大きくなると、走行走行安全性の低下（軌
道狂い等への追随性の低下）や、乗り心地低下を引き起
こす要因となる。

【０００８】特に、大量の荷重を支える通勤電車等で
は、最大積載荷重が大きいので、ゴムのへたりが一層引
き起こされ易い。一方、荷重変動等の条件に適合させ
て、軸バネのバネ定数を維持することも困難である。

【０００９】ところで、鋼製のコイルバネは、荷重差が
あってもバネ定数がそれほど変化しない。一方、円錐ゴ
ムバネ等のゴムバネは、負荷される荷重条件によって異
なったバネ定数に変化する。このような円錐ゴムバネに
へたりが起こると軸バネが硬くなり、前述の車両メンテ
ナンス増大や走行安定性の低下等の様々な問題が引き起
こされるおそれがある。そのため、円錐ゴムバネ等は、
頻繁に交換を行なう必要があり、手間を要するとともに
コストがかかっている。

【００１０】現在、新幹線の３００系車両や一部の在来
線車両では、コイルバネとゴムバネを併用した軸バネが
使用されている。このような軸バネは、車両が一定の乗
員状態ではゴムバネが中立となり、一定外の乗員状態で
はゴムバネに荷重が負荷される。しかしながら、大きな
荷重領域では、ゴムバネ自体も変形し始めるため、結局
ゴムバネの劣化が引き起こされてしまう。一方、新幹線
の３００系車両では、コイルバネとゴムバネとが別体の
部品として台車に搭載されているため、組み立てやメン
テナンスの手間がかかる。

【００１１】本発明は、前記の課題に鑑みてなされたも
のであって、簡単な構造で軸バネのへたりを防止でき、
組み立てやメンテナンスも容易な軸バネ等を提供するこ
とを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】前
記課題を解決するため、本発明の鉄道車両用台車は、台
車枠と、鉄道車輪、車軸、軸受け及び軸箱を含む輪軸
組立体と、該輪軸組立体と前記台車枠との間に介装さ
れた軸バネと、を備える鉄道車両用台車であって、前
記軸バネが、主に上下方向荷重を負担するコイルバネ、
及び、主に左右・前後方向荷重を負担するゴム製部材を
併用したものであり、前記コイルバネと前記ゴム製部
材とが、前記台車に搭載される部品として一体化されて
いることを特徴とする。

【００１３】本発明の軸バネは、鉄道車両用台車の台車
枠と輪軸組立体との間に介装される軸バネであって、
主に上下方向荷重を負担するコイルバネ、及び、主に左
右・前後方向荷重を負担するゴム製部材を併用したもの
であり、前記コイルバネと前記ゴム製部材とが、前記
台車に搭載される部品として一体化されていることを特
徴とする。

【００１４】本発明の軸バネによれば、上下方向の主な
荷重をコイルバネで負担するので、ゴム製部材には上下
方向の荷重があまりかからない。そのため、ゴム製部材
の劣化を抑制でき、軸バネのへたりを防止できる。これ
によって、走行安全性や乗り心地の低下など、車両安全
面を含めた様々な悪影響を回避できる。また、コイルバ
ネとゴム製部材とは台車に搭載される部品として一体化
されているため、一つの部品で前後・上下・左右の荷重
を負担でき、部品点数の減少や軽量化を実現するととも
に、組み立てやメンテナンスの手間もあまりかからない
ようにできる。

【００１５】なお、ゴム製部材の材料は、適度な弾性
（一例でヤング率が室温において１〜５０ＭＰａ程度）
及び減衰性（一例で損失係数が０．０５〜０．２程度）
を有し、耐疲労性や耐オゾン性等の耐久性に優れるもの
が好ましい。材料の種類としては、天然ゴムやスチレン
ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ウレタン、クロロプ
レンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、ゴム
の発泡体、粘性体、ゲル等を挙げることができるし、そ
れらをブレンドすることもできる。これらのうち、天然
ゴムが最も好ましいが、前述の弾性や減衰性、耐久性を
発揮するものであれば、それを用いることもできる。そ
のようなものも、本明細書でいう“ゴム”に含まれる。

【００１６】本発明においては、前記コイルバネのバネ
線の周りに前記ゴム製部材が充填されているものとする
ことができる。この場合、コイルバネの前後・左右方向
の変位をゴム製部材の弾性で拘束し、前後・左右方向の
防振機能を実現することができる。なお、ゴム製部材の
充填は、コイルバネの全部であってもよいし、上半分又
は下半分だけであってもよい。ゴム製部材の充填量は、
ゴム製部材の弾性率と要求される軸バネのバネ定数とに
基づき設定することができる。

【００１７】本発明においては、上下方向を軸方向とす
る２本の筒（内外スリーブ）間に前記コイルバネが配置
されており、該スリーブ間に前記ゴム製部材が充填され
ているものとすることができる。この場合、コイルバネ
の前後・左右方向の変位を内外スリーブの剛性及びゴム
製部材の弾性で拘束し、前後・左右方向の防振機能を実
現することができる。このような軸バネは、ゴム製部材
の充填量を少なくでき、コストを低減することができ
る。なお、このような筒（内外スリーブ）の材料は、適
度な剛性（一例でヤング率が１０⁹Ｐａ以上）及び強度
・耐久性を有するものが好ましく、材料の種類は鋼やア
ルミニウム、プラスチック、ＦＲＰ等を挙げることがで
きる。

【００１８】本発明においては、前記ゴム製部材及び／
又は前記筒の左右方向と前後方向の寸法（バネ定数）が
異なるものとすることができる。この場合、ゴム製部材
又は筒を、例えば平面形状が楕円形や長方形、菱形とな
るように形成するのが好ましい。

【００１９】本発明においては、前記ゴム製部材及び／
又は前記筒の所定箇所に孔が開けられているものとする
ことができる。このような孔を開けることで、軸バネの
所定箇所のバネ定数を小さくできる。そのような箇所
（孔を開ける箇所）は、必要に応じて適宜選択できる。

【００２０】以下、図面を参照しつつ説明する。図１
は、本発明の一実施の形態に係る鉄道車両用の台車付近
を示す側面図である。図１に示す鉄道車両は、車体１０
を備えている。この車体１０は、枕バネ１２を介して台
車１１上に搭載されている。台車１１は、台車枠１３を
備えている。台車枠１３の下部の前後には、車輪１５と
車軸１６からなる輪軸１７が一組ずつ組み込まれてい
る。車輪１５は、車軸１６の両側に圧入されて固定され
ている。両車輪１５の外側において、車軸１６の両端部
には軸箱１８が外嵌されている。台車枠１３と各軸箱１
８のアーム１８ａ間には、軸バネ２０が取り付けられて
いる。

【００２１】以下、この軸バネ２０の構造について説明
する。図２（Ａ）は本発明の一実施の形態に係る鉄道車
両用台車の軸バネの断面側面図であり、図２（Ｂ）は同
軸バネの平面図である。この図に示す軸バネ２０は、上
下方向を軸方向とする２本の同心円状の内スリーブ２１
及び外スリーブ２２を備えている。これら内外スリーブ
２１、２２は、適度な剛性（一例でヤング率が１０⁹Ｐ
ａ以上）及び強度・耐久性を有する材料（鋼やアルミニ
ウム、プラスチック、ＦＲＰ等）で形成されている。両
スリーブ２１、２２間には、コイルバネ２３が配置され
ている。このコイルバネ２３の上端には、上板２７が連
結されている。一方、コイルバネ２３及び内外スリーブ
２１、２２の下端には、下板２９が連結されている。両
スリーブ２１、２２の高さは、コイルバネ２３の高さよ
りも充分に低くなっており、軸バネとしての上下方向の
変形自由度が拘束されないようになっている。なお、外
スリーブ２２は下板２９に溶接固定されており、内スリ
ーブ２１は下板２９には固定されていない。

【００２２】さらに、両スリーブ２１、２２間における
下板２９上のスペースには、ゴム製部材２５が充填され
ている。このゴム製部材２５は、適度な弾性（一例でヤ
ング率が室温において１〜５０ＭＰａ程度）及び減衰性
（一例で損失係数が０．０５〜０．２程度）を有し、耐
疲労性や耐オゾン性等の耐久性に優れる材料（例えば天
然ゴムやスチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ウ
レタン、クロロプレンゴム、ブチルゴム、エチレンプロ
ピレンゴム等）が用いられている。

【００２３】このような構成の軸バネ２０は、図１に示
す台車１１に搭載される部品として一体化されている。
具体的には、内外スリーブ２１、２２、コイルバネ２３
及び下板２９を組んだ後にゴム製部材２５を流し込み、
その後、加硫接着して図のような形に一体化する。その
ため、部品点数の減少や軽量化を実現するとともに、組
み立てやメンテナンスの手間もあまりかからない。

【００２４】軸バネ２０は、設置状態において、コイル
バネ２３が主に上下方向（図１の台車枠１３―軸箱１８
のアーム１８ａ間）の荷重を負担するので、ゴム製部材
２５には上下方向の荷重があまりかからない。そのた
め、ゴム製部材２５の劣化を抑制でき、軸バネ２０のへ
たりを防止できる。さらに、コイルバネ２３の左右（車
両幅方向）・前後（車両進行・後退方向）の変位は、内
外スリーブ２１、２２の剛性、及び、ゴム製部材２５の
弾性で拘束されるので、軸バネ２０の前後・左右方向の
防振機能を実現することができる。このような軸バネ２
０は、内外スリーブ２１、２２を用いることでゴム製部
材２５の充填量を少なくでき、コストを低減できる利点
もある。

【００２５】次に、軸バネの他の例について説明する。
図３は、本発明の他の実施の形態に係る鉄道車両用台車
の軸バネの断面側面図である。この図に示す軸バネ３０
は、上下方向を軸方向とする２本の同心円状の内スリー
ブ２１及び外スリーブ２２間に、さらに２本の中間スリ
ーブ３１、３２を備えている。各スリーブ２１、２２、
３１、３２は、前述と同様に適度な剛性及び強度・耐久
性を有する材料で形成されている。両中間スリーブ３
１、３２間には、コイルバネ２３が配置されている。各
スリーブ２１、２２、３１、３２の高さは、コイルバネ
２３の高さよりも充分に低くなっており、軸バネとして
の上下方向の変形自由度が拘束されないようになってい
る。

【００２６】このコイルバネ２３の上端には、上板２７
が連結されている。一方、コイルバネ２３と内スリーブ
２１の下端には、下板２９が連結されている。外スリー
ブ２２及び内スリーブ２１の下端は、下板２９に溶接固
定されている。中間スリーブ３１、３２の下端は下板２
９には繋がっておらず、若干の隙間が存在する。このよ
うな隙間を設けることにより、中間スリーブ３１、３２
は前後・左右方向に可動となり、同方向に適切な弾性を
付与できる。

【００２７】各スリーブ２１、３１、３２、２２間のス
ペースには、ゴム製部材２５が充填されている。このゴ
ム製部材２５は、前述と同様に適度な弾性及び減衰性を
有し、耐疲労性や耐オゾン性等の耐久性に優れる材料で
ある。

【００２８】このような軸バネ３０も、前述の軸バネ２
０と同様に、台車１１に搭載される部品として一体化さ
れているので、部品点数の減少や軽量化を実現するとと
もに、組み立てやメンテナンスの手間もあまりかからな
い。さらに、ゴム製部材２５の劣化を抑制して軸バネ３
０のへたりを防止できるとともに、コイルバネ２３が前
後・左右方向に拘束されるので防振機能も実現できる。
なお、中間スリーブ３１、３２は、１本あるいは３本以
上であってもよいし、それぞれの高さや厚さを変えても
よい。このような場合（スリーブ積層型）も、各スリー
ブ間にゴム製部材を充填する。

【００２９】図４（Ａ）は本発明の他の実施の形態に係
る鉄道車両用台車の軸バネの側面図であり、図４（Ｂ）
は同軸バネの平面図である。図４（Ａ）に示すように、
軸バネ４０は、コイルバネ２３の上下に上板２７、下板
２９が備えており、これら上下板２７、２９間にコイル
バネ２３全体を覆うゴム製部材４５が設けられている。
このゴム製部材４５は、前述と同様に適度な弾性及び減
衰性を有し、耐疲労性や耐オゾン性等の耐久性に優れる
材料である。

【００３０】図４（Ｂ）に示すように、ゴム製部材４５
は平面形状が菱形をしており、前後方向と左右方向とで
寸法が異なっている。そのため、この軸バネ４０は、前
後方向が左右方向よりもバネ定数が大きくなっている。
なお、この例ではゴム製部材４５がコイルバネ２３全体
を覆うように設けられているが、ゴム製部材はコイルバ
ネ２３の上半分又は下半分だけに設けてもよい。ゴム製
部材の量は、ゴム製部材の弾性率と要求される軸バネの
バネ定数とに基づき設定できる。

【００３１】このような軸バネ４０も、前述の軸バネ２
０、３０と同様に、台車１１に搭載される部品として一
体化されているので、部品点数の減少や軽量化を実現す
るとともに、組み立てやメンテナンスの手間もあまりか
からない。さらに、ゴム製部材４５の劣化を抑制して軸
バネ４０のへたりを防止できるとともに、コイルバネ２
３が前後・左右方向に拘束されるので防振機能も実現で
きる。

【００３２】図５は、本発明の他の実施の形態に係る鉄
道車両用台車の軸バネの平面図である。この図に示す例
は、図２を用いて説明した軸バネ２０において、ゴム製
部材２５に上下方向に沿う孔２５ａが開けられているも
のである。この場合、孔２５ａを開けた箇所において、
軸バネ２０の前後または左右方向のバネ定数を小さくで
きる。なお、図５に示す以外にも、バネ定数を小さくし
たい箇所に、必要に応じて適宜選択して孔を開けること
ができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の鉄道車両
用台車によれば、簡単な構造で軸バネのへたりを防止で
きる。したがって、走行安全性や乗り心地を向上でき
る。あるいは、組み立てやメンテナンスも容易に行なう
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る鉄道車両用の台車
付近を示す側面図である。

【図２】図２（Ａ）は本発明の一実施の形態に係る鉄道
車両用台車の軸バネの断面側面図であり、図２（Ｂ）は
同軸バネの平面図である。

【図３】本発明の他の実施の形態に係る鉄道車両用台車
の軸バネの断面側面図である。

【図４】図４（Ａ）は本発明の他の実施の形態に係る鉄
道車両用台車の軸バネの側面図であり、図４（Ｂ）は同
軸バネの平面図である。

【図５】本発明の他の実施の形態に係る鉄道車両用台車
の軸バネの平面図である。

【符号の説明】

１０車体１１台車１２枕バネ１３台車枠１５車輪１６車軸１７輪軸１８軸箱１８ａアーム２０、３０、４
０軸バネ２１内スリーブ２２外スリー
ブ２３コイルバネ２５、４５ゴ
ム製部材２５ａ孔２７上板２９下板３１、３２中
間スリーブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊藤幹彌東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者中西臣悟東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団法人鉄道総合技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】台車枠と、鉄道車輪、車軸、軸受け及び軸箱を含む輪軸組立体と、該輪軸組立体と前記台車枠との間に介装された軸バネ
と、を備える鉄道車両用台車であって、前記軸バネが、主に上下方向荷重を負担するコイルバ
ネ、及び、主に左右・前後方向荷重を負担するゴム製部
材を併用したものであり、前記コイルバネと前記ゴム製部材とが、前記台車に搭載
される部品として一体化されていることを特徴とする鉄
道車両用台車。
【請求項２】鉄道車両用台車の台車枠と輪軸組立体と
の間に介装される軸バネであって、主に上下方向荷重を負担するコイルバネ、及び、主に左
右・前後方向荷重を負担するゴム製部材を併用したもの
であり、前記コイルバネと前記ゴム製部材とが、前記台車に搭載
される部品として一体化されていることを特徴とする軸
バネ。
【請求項３】前記コイルバネのバネ線の周りに前記ゴ
ム製部材が充填されていることを特徴とする請求項１記
載の鉄道車両用台車又は請求項２記載の軸バネ。
【請求項４】上下方向を軸方向とする２本の筒（内外
スリーブ）間に前記コイルバネが配置されており、該ス
リーブ間に前記ゴム製部材が充填されていることを特徴
とする請求項３記載の鉄道車両用台車又は軸バネ。
【請求項５】前記ゴム製部材及び／又は前記筒の左右
方向と前後方向の寸法（バネ定数）が異なることを特徴
とする請求項３又は４項記載の鉄道車両用台車又は軸バ
ネ。
【請求項６】前記ゴム製部材及び／又は前記筒の所定
箇所に孔が開けられていることを特徴とする請求項項３
又は４記載の鉄道車両用台車又は軸バネ。