JP2009024734A - 軸ばね - Google Patents

Abstract

【課題】弾性部の弾性層に肉抜き部を設けることで所望の水平方向のバネ定数を得る手段を採るに当り、製作が容易で生産性に劣ることが無いようにしながら、精度の良い前後方向の遊間が確保できるように改善された軸ばねを提供する。
【解決手段】主軸１とこれと互いに同一の軸心Ｚを有する外筒２との間に、複数の弾性層３と硬質隔壁４とを軸心Ｚと同心状態で径内外方向で交互に積層する積層ゴム構造の弾性部５が介装されて成る軸ばねにおいて、弾性層３のうちの最も主軸側に位置する最内側弾性層３Ａの外側に隣接される最内側の硬質隔壁４Ａが筒状に形成されるとともに、最内側の硬質隔壁４Ａと主軸１との相対的な径方向移動が所定方向にはその他の方向に比べて行われ易くなるように、最内側弾性層３Ａに肉抜き部６，６が形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、主として鉄道車両に用いられる軸ばねに係り、詳しくは、主軸とこれと互いに同一又はほぼ同一の軸心を有する外筒との間に、複数の弾性層と硬質隔壁とを軸心と同心又はほぼ同心状態で径内外方向で交互に積層する積層ゴム構造の弾性部が介装されて成る軸ばねに関するものである。

鉄道台車、即ち鉄道車両用台車の軸箱は、左右一対の車輪を有する輪軸の両端を回転自在に支持する軸受を備えたものであって、前後方向（車両進行方向）の動きは抑え、左右方向には横圧を緩和すべく動きの余裕代を有し、上下方向には懸架作用が生じるように、という要求を満たすべく構成された軸箱支持装置で支持される。鉄道台車用の軸ばねは、主に前後左右を含む水平方向に対して輪軸を懸架支持するものとして軸箱支持装置に装備されている。

鉄道台車用の軸ばねは、例えば、特許文献１や２において開示されたものが知られている。特許文献１、及び特許文献２の図７において開示される軸ばねは、山形に傾斜した側面視形状を有するせん断型のもの（コニカルストッパー）であって、上下方向の懸架作用も有する構造のものである。また、特許文献２の図６にて開示される軸ばねは、共に円筒状の弾性層と硬質隔壁とが交互に積層されて成る一般的なせん断型のものに形成されている。

これらの軸ばねにおいては、システムとしてバネ定数の高いばね（硬いばね）と、バネ定数の低いばね（柔かいばね）とを適宜に配置することで前述の要求に答えるように構成する対策手段があるが、所望のバネ定数の異なりを得るには十分でないとともに、その割には構造が複雑化し易い点で難点があった。そこで、径内外で複数存在する弾性層における所定方向部位に肉抜き部を設けることにより、前後方向のバネ定数を左右方向のバネ定数よりも高くできるといった具合に、前記要求に答えんとする対策手段も試された。この手段では、前記要求に答える性能が出し易い点では好ましいが、作り難くて生産性が芳しくないとか、誤組付けのおそれ残る点で難しさがあった。

一方、鉄道車両の高速化の流れから曲線通過性を向上させるための手段として、自己操舵式の台車が有効であることが知られている。この自己操舵式台車を構築する上では、軸ばねへの前述の要求が一層求められるものとなるので、性能面からは前記後者の対策手段を採ることが望ましい。自己操舵式を実現すべく、軸ばねの弾性部における車両進行方向部位に遊び（遊間）を設けて前後方向動きの遊び代を極めて精度良く出す必要があるが、部分的に肉抜き部を設ける構造ではその製作がさらに難しくなるので、更なる改善の余地が残されている。
特開２００６−５７７４６号公報 特開平８−３１０３９３号公報

本発明の目的は、弾性部の弾性層に肉抜き部を設けることで所望の水平方向のバネ定数を得る手段を採るに当り、製作が容易で生産性に劣ることが無いようにしながら、精度の良い前後方向の遊間が確保できるように改善された軸ばねを提供する点にある。

請求項１に係る発明は、主軸１とこれと互いに同一又はほぼ同一の軸心Ｚを有する外筒２との間に、複数の弾性層３と硬質隔壁４とを前記軸心Ｚと同心又はほぼ同心状態で径内外方向で交互に積層する積層ゴム構造の弾性部５が介装されて成る軸ばねにおいて、
前記弾性層３のうちの最も主軸側に位置する最内側弾性層３Ａの外側に隣接される最内側の前記硬質隔壁４Ａが筒状に形成されるとともに、前記最内側の硬質隔壁４Ａと前記主軸１との相対的な径方向移動が所定方向にはその他の方向に比べて行われ易くなるように、前記最内側弾性層３Ａに肉抜き部６，６が形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に記載の軸ばねにおいて、前記肉抜き部６が車体進行方向に沿う前後方向部位に配置され、かつ、前記弾性層３のうちの最も外筒側に位置する最外側弾性層３Ｃにおける車体進行方向に対する左右方向部位にも肉抜き部８，８が形成されている鉄道台車用のものであ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２に記載の軸ばねにおいて、前記弾性部５は複数の前記硬質隔壁４Ａ，４Ｂを有するとともに、前記最内側の硬質隔壁４Ａ以外の硬質隔壁４Ｂを前記軸心Ｚに対する周方向で不連続な形状に形成することにより、前記最外側弾性層３Ｃの肉抜き部８，８が前記最内側の硬質隔壁４Ａにまで達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４に係る発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の軸ばねにおいて、前記最内側の硬質隔壁４Ａが、前記最内側弾性層３Ａを介して前記主軸１を一体的に備える内側筒部材９と、内側から二番目の前記弾性層３Ｂを外側に備える外側筒部材１０との嵌合による一体化によっ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４に記載の軸ばねにおいて、前記内側筒部材９と前記外側筒部材１０との一体化状態を維持可能とする抜け止め手段Ｎが設けら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、最内側の硬質隔壁が筒状に形成し、かつ、最内側弾性層に肉抜き部が形成して、最内側の硬質隔壁と主軸との相対的な径方向移動が所定方向にはその他の方向に比べて行われ易くなるように構成されているから、例えば、鉄道台車において肉抜き部が進行方向に向く姿勢で組み込むことにより、軸ばねの弾性部における車両進行方向部位に遊び（遊間）を設けて前後方向動きの遊び代を極めて精度良く出すことが可能になるとともに、主軸と肉抜き部との位置関係が予め決まっていて、軸ばねとしての組付け時には主軸の位置関係さえ定めれば良く、組み付け易く生産性にも優れるものとすることも可能になる。その結果、弾性部の弾性層に肉抜き部を設けることで所望の水平方向のバネ定数を得る手段を採るに当り、製作が容易で生産性に劣ることが無いようにしながら、精度の良い前後方向の遊間が確保できるという具合に、方向によってバネ定数を異ならせる使い方をするに好適となるように、改善された軸ばねを提供することができる。

請求項２の発明によれば、前後方向のバネ定数の非線形化、又は遊間を精度良く形成することが可能になり、曲線通過性が向上するとともに自己操舵式台車にも好適なものとなる鉄道台車用の軸ばねを提供することができる。

請求項３の発明によれば、弾性部がいわゆる積層ゴム構造のものとなり、必要なバネ定数を得ながらも安定的に軸箱の支持が行えるとともに、最内側弾性層以外の弾性層に径方向で硬質隔壁に到達する状態で形成される大きな肉抜き部により、請求項１や２の効果を容易に強化することができる利点がある。

請求項４の発明によれば、詳しくは実施形態の項にて説明するが、前後方向に非線形バネ定数又は遊間を出すための肉抜き部を備えた最内側弾性層と、主軸と、内側筒部材とで成る部分（内軸ばね部）と、それ以外の部分（外軸ばね部）との嵌合で軸ばねが構成されるので、より生産性に優れるものとすることができる。この場合、請求項５のように、内側筒部材と外側筒部材との一体化状態を維持可能とする抜け止め手段を設ければさらに使い勝手に良いものとなる。

以下に、本発明による軸ばねの実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１，２は実施例１による軸ばねの断面図と平面図、図３は実施例１の軸ばねの作り方を示す作用図、図４，５は実施例２による軸ばねの断面図と鉄道台車に組付けた状態の断面図、図６は第１肉抜き部による前後方向の非線形バネ定数のグラフを示す図である。

〔実施例１〕
実施例１による軸ばねＡは、図１，図２に示すように、主軸１と、これと互いに同一の縦軸心Ｚを有する外筒２と、三層の弾性層３Ａ〜３Ｃと二層の硬質隔壁４Ａ，４Ｂとを縦軸心Ｚと同心状態で径内外方向で交互に積層する積層ゴム構造の状態で主軸１と外筒２との間に介装される弾性部５とを有して構成されている。主軸１は、金属製で筒状のものに形成されており、金属製の外筒２のＺ軸方向長さは主軸１のそれよりも短い。主軸１の下端における左右の二箇所には、周り止め用の切欠き１ａ，１ａが形成されている。

弾性部５において、弾性層３Ａ〜３Ｃはゴム製であり、内側硬質隔壁（最内側弾性層の一例）４Ａは筒状の金属材で形成されるが、外側硬質隔壁４Ｂは縦軸心Ｚを中心とする金属製で一対の円弧板４ｂ，４ｂで形成されている。主軸１と内側硬質隔壁４Ａとの間に介装される内側弾性層３Ａは基本的には筒状のものに形成されており、縦軸心Ｚを前後方向に通る第１横軸心Ｘをを中心とする左右対称の形状で、かつ、縦軸心Ｚに関して軸対称となる一対の略円弧状の第１肉抜き孔（肉抜き部の一例）６，６が形成されている。弾性層３Ａ〜３Ｃは、径外側のものほど上下寸法が短くなるように形成されており、それに伴って内側硬質隔壁４Ａよりも外側硬質隔壁４Ｂの方が上下寸法のが短くなっている。

各第１肉抜き孔６は、内側弾性層３Ａの厚み内におけるやや径外側の位置から内側硬質隔壁４Ａに達する径方向幅を有し、かつ、縦軸心Ｚに関して凡そ９０度の範囲に亘る扁平な円弧形状で縦軸心Ｚ方向に貫通する形状に形成されている。そして、第１肉抜き孔６の両端（周方向端）には、内側（径内側）に膨出する円弧状で径方向幅を増した膨らみ部６ａを有するエンド処理（応力集中の緩和処理）が為されている。肉抜き部６，６の存在により、内側硬質隔壁４Ａと主軸１との縦軸心Ｚに対する前後方向（所定方向の一例）にはその他の方向に比べて主軸１と外筒２とが相対遠近移動され易くなるように構成されている（つまり、最内側の硬質隔壁４Ａと主軸１との相対的な径方向移動が、所定方向にはその他の方向に比べて行われ易くなるように構成されている）。

中間弾性層３Ｂと外側弾性層３Ｃとには、縦軸心Ｚを左右に通る第２横軸心Ｙを中心とし、かつ、第１横軸心Ｘに関して対称な一対の第２及び第３肉抜き孔７，８が形成されている。これら第２，３肉抜き孔７，８は、外側硬質隔壁４Ｂにおける円弧板４ｂ，４ｂの間の切れ目部分を介して繋がっており、平面視で瓢箪型を呈する状態で縦軸心Ｚ方向に貫通形成されている。

つまり、弾性層３Ａ〜３Ｃのうちの最も主軸側に位置する内側弾性層３Ａの外側に隣接される内側硬質隔壁４Ａが筒状に形成されるとともに、内側硬質隔壁４Ａと主軸１との軸心Ｚに対する所定方向（第１横軸心Ｘ方向）にはその他の方向に比べて相対遠近移動され易くなるように、内側弾性層３Ａに肉抜き部６，６が形成されている。そして、弾性部５は複数の硬質隔壁４Ａ，４Ｂを有するとともに、最内側の硬質隔壁である内側硬質隔壁４Ａ以外の硬質隔壁４Ｂを縦軸心Ｚに対する周方向で不連続な形状（一対のＣ型形状）に形成することにより、最外側弾性層３Ｃの肉抜き部である第３肉抜き部８が第２肉抜き部７を介して最内側の硬質隔壁４Ａにまで達する状態に構成されている。

また、内側硬質隔壁４Ａが、内側弾性層３Ｃを介して主軸１を一体的に備える内側筒部材９と、内側から二番目の弾性層である中間弾性層３Ｂを外側に備える外側筒部材１０との圧入嵌合による一体化によって構成されている。この構造により、軸ばねＡは、主軸１と、内側筒部材９と、これら両者１，９の間に介装される内側弾性層３Ａとで成る内軸ばね部ＡＩ、及び外側筒部材１０と、中間弾性層３Ｂと、外側硬質隔壁４Ｂと、外側弾性層３Ｃと、外筒２とから成る外軸ばね部ＡＯとで構成されているとも言える。

従って、軸ばねＡは、図３に示すように、内軸ばね部ＡＩと外軸ばね部ＡＯとを互いに縦軸心Ｚ方向において接近移動させての圧入嵌合により、内側筒部材９と外側筒部材１０とで成る筒状の内側硬質隔壁４Ａを有する状態に一体化することで構成することができる。図３においては、便宜上、内軸ばね部ＡＩを下降移動させて外側筒部材１０に圧入嵌合させるように描いてあるとともに、外軸ばね部ＡＯの右側半分は第２横軸心Ｙでの断面としてある。

この軸ばねＡを鉄道台車に用いる場合には、縦軸心Ｚが上下向きで、第１横軸心Ｘが前後方向（車体進行方向又はレール長手方向）に向く状態（当然、第２横軸心Ｙは左右向き）に配置する。これにより、第１肉抜き部６，６が車体進行方向に沿う前後方向部位に配置され、かつ、三つの弾性層３のうちの最も外筒側に位置する外側弾性層（最外側弾性層）３Ｃにおける車体進行方向に対する左右方向部位に第２及び第３肉抜き部７，７，８，８が形成されている状態に設定される。

尚、第１横軸心Ｘが前後方向に向く姿勢で鉄道台車に装備される場合には、前後一対の第１肉抜き部６，６による径方向間隔ｄの遊間により、軸ばねＡとしての前後方向における荷重とたわみ（撓み）との関係は、図６に示すように、たわみがある領域以上になると荷重の増え方が急激になるバネ定数の非線形特性が得られている。

〔実施例２〕
実施例２による軸ばねＡは、図４，図５に示すように、実施例１のものを鉄道台車用としてより好適な構成（図４）として台車に組み込まれた状態（図５）を示すものである。この実施例２の軸ばねＡは、基本的には図１，２に示実施例１のものと同じであり、違いは、内側筒部材９の上端部に径外側に張り出た外周フランジ（抜け止め手段Ｎの一例）９ａが形成されている点のみである。つまり、内軸ばね部ＡＩの外軸ばね部ＡＯに対する一方向への（図４，５においては下方への）抜け止め用（下方移動防止用）の機能を備えさせた軸ばねＡである。

尚、外周フランジ９ａの縦軸心Ｚ方向の長さ分だけ、実施例１の軸ばねＡに比べて僅かに内軸ばね部ＡＩの外軸ばね部ＡＯに対する高さ位置が高くなっているが、内側筒部材９の縦軸心Ｚ方向長さをその分（外周フランジ９ａ分）長くして、内軸ばね部ＡＩと外軸ばね部ＡＯとの相対高さ位置も実施例１によるものと同じにしても良い。

図５において、外筒２は、軸箱（図示省略）の一部である略筒状の端部受１１に内嵌装着され、主軸１は、台車枠（図示省略）の一部である垂下軸部１２の貫通内嵌によって支持されている。端部受１１には外筒２の下方への抜け止め機能を有する周状の段差部１３が形成されるとともに、上端面に螺着されるリング状の押え部材１４により外筒２の上方への抜け止め機能も装備されている。

主軸１は、その上端部がワッシャ１５を介して垂下軸部１２の段差周壁１２ａに当接する構成によって上方への位置決めがされているとともに、その下端部が垂下軸部１２の底面１２ｂに螺着される抜止め部材１６の上面１６ａと当接することによって下方への位置決めがされている。

〔別実施例〕
抜け止め手段Ｎは、例えば、内側筒部材９と外側筒部材１０との嵌合後にねじ止めされる部材を装備する構造を付加する等により、縦軸心Ｚの両方向に抜け止めされる構成としても良い。各肉抜き部６，７，８は、縦軸心Ｚ方向に非貫通であるとか、一つの弾性層に３箇所以上設けるといった構造も可能である。また、弾性層３は内外２層以上あれば良く、硬質隔壁４は１つ以上あれば良い。

実施例１による軸ばね装置の構造を示す断面図 図１に示す軸ばね装置の平面図 図１の軸ばね装置の作り方を示す作用図 実施例２による軸ばね装置の構造を示す断面図 実機への装着構造例を示す断面図 荷重と撓みとの関係グラフを示す図

符号の説明

１ 主軸
２ 外筒
３ 弾性層
３Ａ 最内側弾性層
３Ｃ 最外側弾性層
４ 硬質隔壁
４Ａ 最内側の硬質隔壁
４Ｂ 硬質隔壁
５ 弾性部
６ 肉抜き部
８ 肉抜き部
９ 内側筒部材
１０ 外側筒部材
Ａ 軸ばね
Ｎ 抜け止め手段
Ｚ 軸心

Claims (5)

1. 主軸とこれと互いに同一又はほぼ同一の軸心を有する外筒との間に、複数の弾性層と硬質隔壁とを前記軸心と同心又はほぼ同心状態で径内外方向で交互に積層する積層ゴム構
   造の弾性部が介装されて成る軸ばねであって、
   前記弾性層のうちの最も主軸側に位置する最内側弾性層の外側に隣接される最内側の前記硬質隔壁が筒状に形成されるとともに、前記最内側の硬質隔壁と前記主軸との相対的な径方向移動が所定方向にはその他の方向に比べて行われ易くなるように、前記最内側弾性層に肉抜き部が形成されている軸ばね。
2. 前記肉抜き部が車体進行方向に沿う前後方向部位に配置され、かつ、前記弾性層のうちの最も外筒側に位置する最外側弾性層における車体進行方向に対する左右方向部位にも肉抜き部が形成されている鉄道台車用のものである請求項１に記載の軸ばね。
3. 前記弾性部は複数の前記硬質隔壁を有するとともに、前記最内側の硬質隔壁以外の硬質隔壁を前記軸心に対する周方向で不連続な形状に形成することにより、前記最外側弾性層の肉抜き部が前記最内側の硬質隔壁にまで達する状態に構成されている請求項２に記載の軸ばね。
4. 前記最内側の硬質隔壁が、前記最内側弾性層を介して前記主軸を一体的に備える内側筒部材と、内側から二番目の前記弾性層を外側に備える外側筒部材との嵌合による一体化によって構成されている請求項１〜３の何れか一項に記載の軸ばね。
5. 前記内側筒部材と前記外側筒部材との一体化状態を維持可能とする抜け止め手段が設けられている請求項４に記載の軸ばね。

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