JP2006298172A - 軸箱支持用弾性体 - Google Patents

Abstract

【課題】軸箱とその真上に配置されるコイルバネとの間に介装される弾性体を工夫することにより、設計変更の影響が極めて大きい軸箱並びにコイルバネを変えることなく、軸箱のベアリングの早期偏磨耗や耐久性低下の不都合を解消するとともに、弾性体自体の耐久性も向上させる。
【解決手段】軸箱１と、この軸箱１の上方に配置される懸架用のコイルバネ５との上下間に介装される板状ゴム製弾性部材１３を有して成る軸箱支持用弾性体６において、弾性部材１３の圧縮反力が、軸箱１の上面における車軸中心Ｚを跨いだ前後の端部に作用する状態に構成するとともに、弾性部材１３の中心側にテーパ溝を設け、軸荷重の増加とともにテーパ溝が順次密着して弾性部材１３の荷重支持面積を増大させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸箱支持用弾性体に係り、詳しくは、普通電車から新幹線まで現在最も採用例が多く、軸箱の懸架にコイルバネを用いて成る軸はり式台車等の軸箱を有する台車に好適な軸箱支持用弾性体に関するものである。

従来の軸箱支持用弾性体を有する台車、例えば軸はり式台車は、特許文献１において開示されたものが知られている。即ち、先端部に軸箱が連結され、かつ、基端部が台車枠に揺動可能に支持される軸はりと、台車枠における軸箱の上方に位置する部分と軸箱との上下間に介装されるコイルバネと、軸箱とコイルバネとの上下間に介装される軸箱支持用弾性体と、軸はり先端と台車枠先端との間に介装されるダンパとを有して軸はり式台車が構成されている。車軸に受けた振動は、台車枠に伝わる前にコイルバネとダンパとによって減衰されるとともに、軸箱とコイルバネとは、軸箱支持用弾性体によって互いに防振される状態で当接される公知の構造である。

前記の台車構造においては、コイルバネと軸箱との間に介装される軸箱支持用弾性体は、前記特許文献１の図３及び図４において開示されるように、上下幅が短く、平面視の形状が円形ドーナツ状を呈する扁平なゴムと、これの上下に一体的に装備される鋼板製の円板とによるサンドイッチ構造のものに構成されている。このような弾性体により、コイルバネと軸箱上面との間に作用する荷重は、広い面積で分担してゴムで緩衝しながら伝えられる構成とされている。

ところで、軸箱には、車軸を回転自在に支持するベアリング（軸受）が内装されているのが一般的であるが、軸箱の真上にコイルバネが配置される構造では、車軸やベアリングへの影響が大きくなって無視できない状況が生じてきており、何らかの改善が望まれている。扁平で平面視形状が円筒形の弾性体は、相手形状のコイルバネに一致させて均等に荷重負担させることを企図したものであるが、それによって軸箱上面にも均等に荷重が作用することになるためか、ベアリングが早期に偏磨耗したり、耐久性が落ちたりする不都合の生じることが知見されてきたのである。
特開２００４−１４８９４７号公報

本発明の目的は、軸箱とその真上に配置されるコイルバネとの間に介装される軸箱支持用弾性体に着目して、この弾性体を工夫することにより、設計変更の影響が極めて大きい軸箱並びにコイルバネを変えることなく、経済的に上述した不都合を解消する点にある。

請求項１に係る発明は、軸箱１の上方に配置される懸架用のコイルバネ５と前記軸箱１との上下間に介装される弾性部材１３を有して成る軸箱支持用弾性体において、
前記弾性部材１３の圧縮反力が、前記軸箱１の上面における車軸中心Ｚを跨いだ前後の端部に作用する状態に構成されていることを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の軸箱支持用弾性体において、平面視で矩形を呈する形状に形成されていることを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の軸箱支持用弾性体において、前記軸箱１の上面に載置される下硬質板部材２２と、この下硬質板部材２２と前記コイルバネ５との上下間に配される前記弾性部材２３とを有するとともに、前記下硬質板部材２２の下面側形状は、前記下硬質板部材２２と前記軸箱１の上面とが前記車軸中心Ｚを跨いだ前後の端部において当接するように形状設定されていることを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の軸箱支持用弾性体において、前記弾性部材２３は、車軸方向に延びる状態で前記車軸中心Ｚの前後に振分けて配置される一対の弾性部材２３Ａ，２３Ｂとして構成されていることを特徴とするものである。

請求項５に係る発明は、請求項１又は２に記載の軸箱支持用弾性体において、車軸方向に延びる状態で前記車軸中心Ｚの前後に振分けて配置される一対の前記弾性部材７３Ａ，７３Ｂと、これら一対の弾性部材７３Ａ，７３Ｂと前記コイルバネ５又はコイルバネの下方に配されるバネ座９との間に介装される単一の上硬質板部材７１とを有して構成されていることを特徴とするものである。

請求項６に係る発明は、請求項４又は５に記載の軸箱支持用弾性体において、前記一対の弾性部材２３Ａ，２３Ｂ（７３Ａ，７３Ｂ）における前記車軸中心Ｚ側となる内側部分の厚みを薄くして、所定の荷重が作用する迄は前記内側部分が前記軸箱１の上面とは実質的に当接しないように設定されていることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、軸箱とコイルバネとの上下間に介装される弾性部材を、これの圧縮反力が、軸箱の上面における車軸中心を跨いだ前後の端部に作用する状態に構成してあるから、軸箱の上面に作用する荷重は、上壁と前壁とが交わる部分やこれに近い部分、及び上壁と後壁とが交わる部分やこれに近い部分で受けるようになり、それらの部分に比べて強度・剛性の劣り易い軸箱上壁の前後中央部分には荷重が作用しないようになる。従って、大荷重が作用するような場合でも、その大荷重は強度・剛性に富む軸箱上壁の前端部と後端部とだけで支えるので、従来に比べて軸箱の変形や歪みを小さく抑えることができ、ベアリングが早期に偏磨耗したり、耐久性が落ちたりする不都合を解消又は抑制することが可能になる。

その結果、軸箱とその真上に配置されるコイルバネとの間に介装される弾性部材を工夫することにより、設計変更の影響が極めて大きい軸箱並びにコイルバネを変えることなく、経済的に上述した不都合が解消され、ベアリングの寿命が延び、軸箱としての耐久性が向上する軸箱支持用弾性体を提供することができる。

請求項２の発明によれば、弾性体の平面視形状を矩形としてあるので、従来の円柱状のものに比べて、車軸中心を跨いだ前後の端部に作用する接触面積を無理なく大きくすることができ、請求項１の発明による前記作用及び効果をより効率的に発揮させること、もしくは強化させることができる利点が得られる。

請求項３の発明によれば、軸箱支持用弾性体が、弾性部材とこれの下側で、かつ、軸箱の上面の上側に配置される下硬質板部材とで構成される手段であり、この構成では、下硬質板部材の下面側形状を、これと軸箱の上面とが車軸中心を跨いだ前後の端部において当接するように形状設定することにより、弾性部材の圧縮反力が、軸箱の上面における車軸中心を跨いだ前後の端部に作用する状態に構成され、請求項１の発明による前記作用及び効果を得ることができる。また、下硬質板部材の存在により、弾性部材は前後に分割のものでも、単一の弾性部材でも可能となり、弾性部材の形状に融通が効くとともに、軸箱との当接面積が荷重の大小に拘らずに一定であって所期された安定当接状態を維持できる利点もある。

請求項４の発明によれば、弾性部材も車軸中心の前後に振分けて配置される一対のものに設定されるので、下硬質板部材の前後中間部分を、強度や剛性が不足気味になるほどの薄いものに設定できるので、軽量化やそれによるコストダウンが可能となる軸箱支持用弾性体を提供することができる。

請求項５の発明によれば、軸箱支持用弾性体が、弾性部材とこれの上側で、かつ、コイルバネ又はバネ座の下側に配置される上硬質板部材とで構成される手段であり、この構成では、弾性部材を、車軸中心の前後に振分けて配置される一対の弾性部材とすることにより、弾性部材の圧縮反力が、軸箱の上面における車軸中心を跨いだ前後の端部に作用する状態に構成され、請求項１の発明による前記作用及び効果を得ることができる。また、上硬質板部材がコイルバネ又はバネ座に当接するので、コイルバネ又はバネ座に当接しない弾性部材の形状や硬度に融通が効き易い点で好都合である。

請求項６の発明によれば、詳しくは実施例において説明するが、大荷重の作用時には、前後の弾性部材の受圧面積が自動的に増されて軸箱の上面全体で荷重を支えることになり、弾性部材の前後端部の過圧縮が防止されて軸箱支持用弾性体としての十分な耐久性を持ち、かつ、通常の荷重範囲では軸箱の前後端部のみで支えることによる作用及び効果、即ち請求項１の発明による前記作用及び効果が得られる利点がある。

以下に、本発明による軸箱支持用弾性体の実施の形態を、軸はり式台車の懸架構造に適用した場合について図面を参照しながら説明する。図１は軸はり式台車とその懸架構造を示す要部の側面図、図２，３は実施例１による軸箱支持用弾性体の構造を示す側面図と平面図、図４〜図９は実施例２〜７による軸箱支持用弾性体を示す要部の一部切欠きの側面図である。

〔実施例１〕
図１は、軸はり式台車の要部を示しており、先端部に軸箱１が一体的に連結され、かつ、基端部が台車枠２のステー２Ａに左右向きの支点Ｘで揺動可能に支持される軸はり３と、台車枠２における軸箱１の上方に位置する部分である受枠（「台車枠における軸箱の上方に位置する部分」の一例）４と軸箱１との上下間に介装されるコイルバネ（軸ばね）５と、軸箱１とコイルバネ５との上下間に介装される軸箱支持用弾性体（以下、単に「弾性体」と略称する）６と、台車枠２の先端部２ａと軸はり３の先端部３ａとに亘って介装される軸ダンパ７等を有して軸はり式台車Ａが構成されている。

軸箱１は、車軸８を車軸軸心Ｚの回りに回転自在に支持する軸受（ベアリング：図示省略）を内蔵する鋳鉄、アルミ合金等の金属製箱状体であり、車軸８を支えながら車輪（図示省略）及び車軸８を円滑に回転させる機能を有している。軸箱１の上端には、上面が水平で平面視の形状が矩形を呈する天井壁１Ｔが形成されるとともに、車軸中心Ｚを中心とする円柱状で起立した心棒１Ｓが一体形成されている。軸はり３は、軸箱１と先端部３ａとが一体形成された鋳鉄、アルミ合金等の金属製のものであり、支点Ｘで揺動する軸はり３をコイルバネ５と軸ダンパ７とで台車枠２が受け止めることにより、走行等によって車軸８に作用する振動を台車枠２に伝える前に減衰する懸架装置Ｂが構成されている。

次に、軸箱１の懸架構造（支持構造）について説明する。図１〜図３に示すように、軸箱１の上端に位置する天井壁１Ｔと、無底箱状の受枠４に上端が受け止められるコイルバネ５の下バネ座９との上下間に弾性体６が介装されている。平面視形状が円形の下バネ座９と弾性体６とは、共に心棒１Ｓに嵌合された状態で装着されている。心棒１Ｓは、車軸中心Ｚを通る垂直線Ｙを中心とする突起に形成されている。尚、９ｈは、心棒１Ｓを通すために下バネ座９に形成された孔である。

弾性体６は、図１〜図３に示すように、下バネ座９に面当接する厚さの厚い上金具１１と、軸箱１の天井壁１Ｔに面当接する厚さの薄い下金具（下硬質板部材の一例）１２と、これら上下の金具１１，１２の上下間に位置する弾性部材（上硬質板部材の一例）１３とから成るサンドイッチ構造のものに構成されており、これら三者１１，１２，１３は、例えば加硫接着によって一体化されている。そして、前記三者１１，１２，１３の平面視形状は、いずれも矩形を呈している。この場合の矩形とは、車軸中心Ｚに平行な二辺と、車軸中心Ｚに直交する二辺とを有する矩形である。尚、上金具１１及び下金具１２には、心棒１Ｓを通すための挿通孔１１ｈ，１２ｈが形成されている。

弾性部材１３は、車軸中心Ｚを挟んで配置される平面視形状が横長矩形で前後一対の板状ゴム１３Ａ，１３Ｂで構成されている。つまり、弾性部材１３は、車軸方向に延びる状態で車軸中心Ｚの前後に振分けて配置される一対の弾性部材（板状ゴム１３Ａ，１３Ｂ）として構成されている。これら前後の板状ゴム１３Ａ，１３Ｂは車軸中心Ｚに関する線対称形状であって、部品としては互いに同一のものであり、その形状等について後板状ゴム１３Ｂで説明する。後板状ゴム１３Ｂは、その厚み方向の中央位置において左右に貫通する割溝１４が形成されている。

割溝１４は、内奥端の円形溝部１４ａと、この円形溝部１４ａに続いて先拡がり状のテーパ溝部１４ｂとから成る後端開放状の溝であり、後板状ゴム１３Ｂの全長のうちのおよそ半分強を占める前後幅を有している。従って、後板状ゴム１３Ｂにおいて前端から続く厚み方向で連なる連続部分１３ｒは、後板状ゴム１３Ｂの全長のうちのおよそ半分弱程度に設定されている。これにより、一対の弾性部材である前後の板状ゴム１３Ａ，１３Ｂにおける車軸中心Ｚ側となる内側部分の厚みを薄くして、所定の荷重が作用する迄は内側部分が実質的に軸箱１の上面とは当接しないように設定されている。

前後の連続部分１３ｒは、軸箱１に対してはその前端及び前端部並びに後端及び後端部に寄って位置しており、その結果、弾性部材１３の、即ち弾性体６としての圧縮反力は、軸箱１の上面における車軸中心Ｚを跨いだ前後の端部に作用する状態に構成されている。弾性体６における下金具１２の厚さは十分に薄く、剛性は低いものに設定されているとともに、箱状体である軸箱１は、その前端部及び後端部は縦横の壁が集結していて強度・剛性に富む箇所である。従って、走行振動等によってコイルバネ５を縮ませる方向の荷重が作用した場合、軸箱１の天井壁１Ｔに掛かる荷重（弾性部材１３の圧縮反力）は、前後の連続部分１３ｒ，１３ｒの存在箇所、即ち前端部と後端部とに振り分けられて作用することになり、前後の連続部分１３ｒ，１３ｒの間に位置する天井壁１Ｔの前後中央部分には荷重が殆ど作用しない。

従来の軸箱支持用弾性体では、弾性部材１３が円柱等の前後に連続した形状であるから，軸箱１の上面に作用する荷重状態は、前後方向で均等に作用する「等分布荷重」状態であって、軸箱１の上面における強度・剛性の点で不利となる前後中間部分にも均等的に荷重が作用する。その結果、軸箱１はその形状面から比較的強度や剛性に富むものであるにも拘らずに、大きな荷重が作用した場合等には変形し易くなっており、それによって内蔵されるベアリングの偏磨耗や耐久性の劣化といった不都合が生じる原因になっていたように思われる。

それに対して本発明による軸箱支持用弾性体では、前述のように、コイルバネ５の圧縮反力による荷重は、弾性部材１３の圧縮反力として軸箱１の前後端部、即ち、強度・合成に富む箇所にだけ作用するようなるので、あたかも前後２箇所による「両端支持構造」に近い荷重状態になり、たとえ大荷重が作用しても軸箱１の変形は軽減又は解消されることになる。その結果、内蔵されるベアリングの早期磨耗、偏磨耗、耐久性劣化といった不都合が軽減又は解消され、良好な軸受け機能と優れた耐久性とを得ることが可能になる。

さて、実施例１による弾性体６の構成では、弾性部材１３に互いに内向き開放状の割溝１４が形成されているので、所定の荷重までは連続部分１３ｒのみが圧縮変形し、前述した優れた作用効果が得られるとともに、所定荷重を超える大きな荷重が作用した場合には、割溝１４が内奥側から徐々に消滅して、前後の板状ゴム１３Ａ，１３Ｂにおいては次第に荷重を受ける面積が大きくなるように機能する。従って、大荷重の作用時には、前後の板状ゴム１３Ａ，１３Ｂの受圧面積が自動的に増されて軸箱１の天井壁１Ｔ全体で荷重を支えるような状態になり、連続部分１３ｒの過圧縮が防止されることで弾性体６としての十分な耐久性を持ち、かつ、通常の荷重範囲では軸箱１の前後端部で支えることによる上述の利点が得られる、という優れた懸架構造が実現できている。

以下に、軸箱支持用弾性体の別実施例を、図４〜図９を用いて実施例２〜実施例７として順に説明する。尚、これら図４〜図９においては、実施例１による弾性体６に対応する部分には一の位が同じになる番号を付けることにより、説明がなされたものとする。

〔実施例２〕
実施例２による軸箱支持用弾性体６は、図４に示すように、上金具２１及び下金具２２が剛性に富むよう共に厚さの厚いものとされ、これらの間に加硫接着等によって介装される弾性部材２３は、垂直線Ｙから離れて存在する前後一対の板状ゴム２３Ａ，２３Ｂで構成されている。各板状ゴム２３Ａ，２３Ｂは、垂直線Ｙ側で下側の部分に形成した切欠き（前述の割溝１４の上半分のような形状）２４により、下金具２２との接触面積を内側部分において減少させてある。尚、この場合の弾性部材２３の平面視形状は、矩形でも円形でも楕円でも多角形でも単一のものでも可能である。

下金具２２は、その前端部と後端部とに肉厚を下方に厚くした厚肉部２２ａ，２２ｂが形成されており、それら前後端の厚肉部２２ａ，２２ｂのみが軸箱１の天井壁１Ｔの上面に面当接する構成としてある。つまり、下硬質板部材である下金具２２の下面側形状は、下金具２２と軸箱１の上面とが車軸中心Ｚを跨いだ前後の端部において当接するように形状設定されている。

この実施例２の軸箱支持用弾性体６においても、弾性部材２３の圧縮反力が、軸箱１の上面における車軸中心Ｚを跨いだ前後の端部に作用する状態に構成されている。本構造では、圧縮反力の大小に拘らず、下金具２２と天井面１Ｔとの当接面積は不変である。尚、弾性部材２３は、大荷重領域では切欠き部２４の部分においても下金具２２と接触して面圧が下がるので、耐久性向上が図れるように構成されている。

〔実施例３〕
実施例３による軸箱支持用弾性体６を図５に示す。この弾性体６の詳細構造は、前述の実施例２の弾性体６とほぼ同じであり、違うのは、弾性部材３３の切欠き部３４の形状だけである。従って、作用効果についても実施例２の弾性体６の有する作用効果と同じである。

〔実施例４〕
実施例４による軸箱支持用弾性体６は、図６に示すように、弾性部材４３のみで弾性体６を構成する手段である。即ち、軸箱１の天井壁１Ｔの上面が水平な面に形成されており、かつ、下バネ座９の下面も水平な面に形成されているような場合には、天井壁１Ｔの前端部及び後端部にのみ当接する形状の弾性部材４３Ａ（４３）を用いることが可能である。この場合でも、弾性部材４３の圧縮反力が、軸箱１の上面における車軸中心Ｚを跨いだ前後の端部に作用する状態に構成されている。

〔実施例５〕
実施例５による軸箱支持用弾性体６は、図７に示すように、弾性部材５３と下金具５２とで弾性体６が構成される手段である。弾性部材５３は直接に下バネ座９に面当接する。この場合、下金具５２は、その内側部分の肉厚を薄くして、前後端においてのみ軸箱１の天井壁１Ｔと当接するようにしてある。つまり、下金具５２の下面側形状は、下金具５２と軸箱１の上面とが車軸中心Ｚを跨いだ前後の端部において当接するように形状設定されている。

〔実施例６〕
実施例６による軸箱支持用弾性体６は、図８に示すように、下バネ座を兼ねる上金具６１と、弾性部材６３とによって弾性体６を構成する手段である。弾性部材６３は前後の板状ゴム６３Ａ，６３Ｂから成り、前板状ゴム６３Ａの内側部分には切欠き６４が形成されている。この構造においても、弾性体６の圧縮反力が、軸箱１の上面における車軸中心Ｚを跨いだ前後の端部に作用する状態に構成されている。

〔実施例７〕
実施例７による軸箱支持用弾性体６は、図９に示すように、車軸方向に延びる状態で車軸中心Ｚの前後に振分けて配置される一対の弾性部材７３Ａ，７３Ｂと、これら一対の弾性部材７３Ａ，７３Ｂとコイルバネ５の下方に配される下バネ座９との間に介装される単一の上金具（上硬質板部材の一例）７１とを有して構成される手段である。この構造においても、弾性部材７３Ａ，７３Ｂの圧縮反力が、軸箱１の上面における車軸中心Ｚを跨いだ前後の端部に作用する状態に構成されている。

本明細書においては、所定の荷重が作用すると、弾性部材１３の内側部分どうしが当接する構造（図２参照）、所定の荷重が作用すると、弾性部材２３の内側部分と下金具２２とが当接する構造（図４参照）、所定の荷重が作用すると、弾性部材３３の内側部分と軸箱１の上面とが当接する構造（図６参照）を総称して「所定の荷重が作用する迄は前記内側部分が前記軸箱の上面とは実質的に当接しないように設定されている」ものであると定義する。また、内側部分に厚みが薄くされた段付形状の下金具２２，３２，５２を有する弾性体６の場合には、弾性部材２３，３３，５３を、車軸中心Ｚを跨いで連続する単一の部品に構成することが可能である。さらに、「平面視で矩形を呈する形状に形成される弾性体６」（請求項２）とは、軸箱１の上面に当接する部材（弾性部材又は下硬質部材）の平面視形状が矩形であることを最低限の必要条件とするものである。

軸はり式台車と軸箱の懸架構造を示す要部の側面図 図１の弾性体の構造を示す一部切欠きの側面図（実施例１） 図２の部分平面図（実施例１） 実施例２による弾性体の構造を示す一部切欠きの側面図 実施例３による弾性体の構造を示す一部切欠きの側面図 実施例４による弾性体の構造を示す要部の一部切欠きの側面図 実施例５による弾性体の構造を示す要部の一部切欠きの側面図 実施例６による弾性体の構造を示す要部の一部切欠きの側面図 実施例７による弾性体の構造を示す要部の一部切欠きの側面図

符号の説明

１ 軸箱
２ 台車枠
３ 軸はり
４ 台車枠における軸箱の上方に位置する部分
５ コイルバネ
６ 軸箱支持用弾性体
９ バネ座
２２ 下硬質板部材
２３ 弾性部材
２３Ａ，２３Ｂ 弾性部材
７１ 上硬質板部材
７３Ａ，７３Ｂ 弾性部材
Ａ 軸はり式台車
Ｚ 車軸中心

Claims (6)

1. 軸箱の上方に配置される懸架用のコイルバネと前記軸箱との上下間に介装される弾性部材を有して成る軸箱支持用弾性体であって、
   前記弾性部材の圧縮反力が、前記軸箱の上面における車軸中心を跨いだ前後の端部に作用する状態に構成されている軸箱支持用弾性体。
2. 平面視で矩形を呈する形状に形成されている請求項１に記載の軸箱支持用弾性体。
3. 前記軸箱の上面に載置される下硬質板部材と、この下硬質板部材と前記コイルバネとの上下間に配される前記弾性部材とを有するとともに、前記下硬質板部材の下面側形状は、前記下硬質板部材と前記軸箱の上面とが前記車軸中心を跨いだ前後の端部において当接するように形状設定されている請求項１又は２に記載の軸箱支持用弾性体。
4. 前記弾性部材は、車軸方向に延びる状態で前記車軸中心の前後に振分けて配置される一対の弾性部材として構成されている請求項３に記載の軸箱支持用弾性体。
5. 車軸方向に延びる状態で前記車軸中心の前後に振分けて配置される一対の前記弾性部材と、これら一対の弾性部材と前記コイルバネ又はコイルバネの下方に配されるバネ座との間に介装される単一の上硬質板部材とを有して構成されている請求項１又は２に記載の軸箱支持用弾性体。
6. 前記一対の弾性部材における前記車軸中心側となる内側部分の厚みを薄くして、所定の荷重が作用する迄は前記内側部分が前記軸箱の上面とは実質的に当接しないように設定されている請求項４又は５に記載の軸箱支持用弾性体。
   

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