JP2009241771A - Axle spring seat for axle box support device and method of manufacturing therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鉄道車両用台車に設置されており、輪軸に対して台車枠を支持する軸箱支持装置を構成する軸箱支持装置用軸ばね座とその製作方法に関する。 The present invention relates to a shaft spring seat for a shaft box support device that is installed in a railcar bogie and constitutes a shaft box support device that supports a bogie frame with respect to a wheel shaft, and a method for manufacturing the same.
従来、台車の箱軸支持方式の一つとして、コイルばね併用の円筒積層ゴム方式がある。この方式では、ばね案内兼ゴム固定部品として軸ばね座を用いている。一般的に、ウイングばね式軸箱支持装置に使用されているアルミ合金製の軸ばね座は、近年、台車軽量化のため全体がアルミ鍛造品として製作されている。 Conventionally, there is a cylindrical laminated rubber system using a coil spring as one of the cart shaft support systems of a cart. In this system, a shaft spring seat is used as a spring guide and rubber fixing part. In general, a shaft spring seat made of an aluminum alloy used in a wing spring type shaft box support device has recently been manufactured as a forged aluminum product in order to reduce the weight of the carriage.
アルミ鍛造では、金型の形状どおりに部品を仕上げることができるが、大量生産を行うと金型が磨耗し、仕上がり形状が変化することがある。また、鍛造により軸ばね座を製造すると、鍛造型の変更を伴う形状変更に対しては柔軟性に乏しく、迅速に対応できない。 In aluminum forging, parts can be finished according to the shape of the mold, but when mass production is performed, the mold may be worn and the finished shape may change. In addition, if the shaft spring seat is manufactured by forging, it is not flexible enough to change the shape accompanying the change of the forging die, and cannot be handled quickly.
また、試験品のような少数生産の場合、新設計により鍛造用の金型を新しく製作すると、生産コストと製作時間とが共に増大する。コストと時間の観点からすると、金型を新しく作り、その金型で試験品を製作することは難しい。従来品の金型で製作される軸ばね座を使用する場合には、軸箱支持装置の設計変更に限界が生じることになる。ところで、前記軸ばね座の例としては、特許文献1が挙げられる。
本発明は、従来の金型による鍛造という製造方法を見直し、二つのアルミ部材の接合により製造可能にする構造の軸箱支持装置用軸ばね座及びその製造方法を提供するものである。 The present invention provides a shaft spring seat for a shaft box support device having a structure that enables manufacturing by joining two aluminum members by reviewing a conventional manufacturing method called forging by a metal mold, and a manufacturing method thereof.
本発明に係る軸箱支持装置用軸ばね座は、パイプ形状をなした第1アルミ部材と板状をなした第2アルミ部材とを備え、前記第1アルミ部材と第2アルミ部材との嵌合面を摩擦撹拌接合により接合してなることを特徴としている。 A shaft spring seat for a shaft box supporting device according to the present invention includes a first aluminum member having a pipe shape and a second aluminum member having a plate shape, and the fitting of the first aluminum member and the second aluminum member. The mating surfaces are joined by friction stir welding.
また、本発明に係る軸箱支持装置用軸ばね座の製造方法は、パイプ形状からなる第1アルミ部材と板状からなる第2アルミ部材の嵌合面を摩擦撹拌接合により接合することを特徴している。 In the method for manufacturing a shaft spring seat for a shaft box supporting device according to the present invention, the fitting surfaces of the pipe-shaped first aluminum member and the plate-shaped second aluminum member are joined by friction stir welding. is doing.
本発明においては、第1アルミ部材の嵌合部と第2アルミ部材嵌合孔部を階段状にすることが好ましい。こうした嵌合部と嵌合孔部とを階段状にする構造により、各部材の寸法のずれが小さくなる。また、階段状の加工を採用し、摩擦撹拌接合を上面、下面の2方向から接合することにより、接合時の寸法のずれ、接合不良を防ぐとともに、接合強度を確保することができる。フランジ部の上側及び下側からの摩擦撹拌接合の影響をパイプの径方向にずらすことができる。
階段状の嵌合面を持つ嵌合部及び嵌合孔部の構造は、上側を大径嵌合部分又は大径嵌合孔部分とし、下側を小径嵌合部分又は小径嵌合孔部分とすることで、第1アルミ部材に作用する軸方向荷重を階段状の嵌合面で第2アルミ部材が直接に支持することができ、軸方向荷重の摩擦撹拌接合部への影響を軽減することができる。
In the present invention, it is preferable that the fitting portion of the first aluminum member and the second aluminum member fitting hole are stepped. Due to such a structure in which the fitting portion and the fitting hole portion are stepped, the deviation of the dimension of each member is reduced. Further, by adopting step-like processing and joining the friction stir welding from the two directions of the upper surface and the lower surface, it is possible to prevent the dimensional deviation and the bonding failure at the time of bonding and to secure the bonding strength. The influence of friction stir welding from the upper side and the lower side of the flange portion can be shifted in the radial direction of the pipe.
The structure of the fitting portion and the fitting hole portion having a stepped fitting surface has a large diameter fitting portion or a large diameter fitting hole portion on the upper side and a small diameter fitting portion or a small diameter fitting hole portion on the lower side. By doing so, the second aluminum member can directly support the axial load acting on the first aluminum member with the stepped fitting surface, and the influence of the axial load on the friction stir joint can be reduced. Can do.
また、本発明において、パイプ状の第1アルミ部材のフランジ部には、板状の第2アルミ部材の平面と面一となる接合平面が形成されている。接合平面については、予め機械加工にて施しておくことができる。接合部分の平面によって、コイルばねの端部を支承する平面を確保することができる。 In the present invention, a joining plane that is flush with the plane of the plate-like second aluminum member is formed on the flange portion of the pipe-like first aluminum member. The joining plane can be previously machined. A plane for supporting the end of the coil spring can be secured by the plane of the joining portion.
摩擦撹拌接合にて接合する際、接合の止端部には、摩擦撹拌用ツールの抜いた後に窪みが残る。本発明においては、第1アルミ部材と第2アルミ部材を摩擦撹拌接合にて接合する際に第2アルミ部材にツールを抜き差しすることを可能にする余分なスペースを設けることができる。この余分なスペースは、本加工が完了した際に切断又は切削することができる。 When joining by friction stir welding, a recess remains in the toe of the joint after the friction stir tool is pulled out. In this invention, when joining a 1st aluminum member and a 2nd aluminum member by friction stir welding, the extra space which makes it possible to insert / extract a tool to a 2nd aluminum member can be provided. This extra space can be cut or cut when the main process is completed.
この発明による軸箱支持装置用軸ばね座及びその製造方法によれば、少数生産の場合に、鍛造において使用する金型を新製する必要がなく、形状変更に対して柔軟な対応を取ることができる。 According to the shaft spring seat for a shaft box support device and the manufacturing method thereof according to the present invention, in the case of a small number of production, it is not necessary to newly manufacture a mold used for forging, and a flexible response to a shape change can be taken. Can do.
図面を参照して、本発明による軸箱支持装置用軸ばね座(以下、単に軸ばね座と言う)の好ましい実施形態について説明する。図1には、本発明によるアルミ合金製の軸ばね座の一実施例の全体図が斜視図として示されている。軸ばね座は、軸箱体の前後に配置されており台車枠を弾性支持するコイルばねを案内支持する各軸箱支持装置を構成する部品であり、第1アルミ部材1と第2アルミ部材2とを接合して組み立てられている。接合される一方の第1アルミ部材1はパイプ形状を有する部材であり、他方の部材は、平板状の第2アルミ部材2である。第1アルミ部材1と第2アルミ部材2とは、第1アルミ部材1に形成される嵌合部7と、この嵌合部7が入り込む第2アルミ部材の嵌合孔部9との間で施される摩擦撹拌接合によって接合される。接合された部分は、面一となっている平坦な接合部3で示されている。第1アルミ部材1には、その外周面において、台車枠を弾性支持するコイルばねが嵌挿され、コイルばねの下側端部が接合部3上で支持される。なお、図示しないが、コイルばねは上部軸ばね座と下部軸ばね座との間に配置されており、上部軸ばね座から垂下する棒状部の外面と下部軸ばね座(第1アルミ部材)の内面との間には、例えば金属板と弾性ゴムとを積層した積層ゴムのような支持ゴムが設けられており、当該支持ゴムによって台車枠との間で荷重の一部を支えている。
With reference to the drawings, a preferred embodiment of a shaft spring seat for a shaft box support device (hereinafter simply referred to as a shaft spring seat) according to the present invention will be described. FIG. 1 is a perspective view showing an overall view of an embodiment of a shaft spring seat made of an aluminum alloy according to the present invention. The shaft spring seat is a component that constitutes each shaft box support device that guides and supports a coil spring that elastically supports the carriage frame, which is disposed before and after the shaft box body, and includes a
図2は、第1アルミ部材1と第2アルミ部材2を摩擦撹拌接合にて接合する際のツールの移動の様子を示す一部拡大斜視図である。図1及び図2に示すように、第1アルミ部材1と第2アルミ部材2を摩擦撹拌接合にて接合する際に、摩擦撹拌接合用ツールは矢印61で示す移動方向に移動する。このとき、第2アルミ部材2には、接合止端部としてツールの抜き差し部62が生じ、この部分には窪みが生じる。これに対応するため、第2アルミ部材2には、摩擦撹拌接合用ツールを抜き差しすることを可能にする余剰スペース21が設けられている。この余剰スペース21は、本加工が完了し軸ばね座の仕上げ加工の際に切断線22によって切り落とす又は切削することができる。
FIG. 2 is a partially enlarged perspective view showing the movement of the tool when the
図4は、図1に示すアルミ製軸箱支持装置を得る前の、第1アルミ部材1と第2アルミ部材2とが分離された状態を示す斜視図である。第1アルミ部材1には、第2アルミ部材2へ嵌合させるためのフランジ状の嵌合部7が形成されている。嵌合部7は、パイプ形状の第1アルミ部材1において、機械加工、例えば削出しによって形成されている。第2アルミ部材2には、第1アルミ部材1の嵌合部7に対応して同一寸法の嵌合孔部9が形成されている。
FIG. 4 is a perspective view showing a state in which the
図5は第1アルミ部材と第2アルミ部材の嵌合前の状態を示す部分概略断面図である。図6は図5から両アルミ部材を嵌合させた後の状態を示す部分概略断面図である。図5、図6に示すように、第1アルミ部材1のフランジ状の嵌合部7は、上下方向に階段状に形成されている。即ち、嵌合部7は、上側の大径嵌合部分7aと下側の小径嵌合部分7bとの階段状に区分けされた嵌合部分から成っている。大径嵌合部分7aの大径外周面8a、小径嵌合部分7bの小径外周面8b、及び大径外周面8aと小径外周面8bとをつなぐ環状下面8cが、嵌合部7の連続した階段状の嵌合面8を形成している。
FIG. 5 is a partial schematic cross-sectional view showing a state before the first aluminum member and the second aluminum member are fitted together. 6 is a partial schematic cross-sectional view showing a state after fitting both aluminum members from FIG. As shown in FIGS. 5 and 6, the flange-
嵌合部7の嵌合面8に対応して、第2アルミ部材2においても、嵌合孔部9は、上下方向に階段状に形成されている。即ち、嵌合孔部9は、上側の大径嵌合孔部分9aと下側の小径嵌合孔部分9bとの階段状に区分けされている。大径嵌合孔部分9aに対応した上側の大径内周面10a、小径嵌合孔部分9bに対応した下側の小径内周面10b、及び大径内周面10aと小径内周面10bとをつなぐ環状上面10cが、嵌合孔部9の連続した階段状の嵌合面10を形成している。
Corresponding to the
第1アルミ部材1の嵌合部7と第2アルミ部材2の嵌合孔部9は、大径嵌合部分7aと小径嵌合部分7bとがそれぞれ大径嵌合孔部分9aと小径嵌合孔部分9bとに嵌まり、嵌合状態では、嵌合部7の環状下面8cが嵌合孔部9の環状上面10cに当接した状態に嵌合される。嵌合面8と嵌合面10との間には、隙間が実質的に形成されない。軸箱支持装置として台車枠の荷重を支持する場合、当該荷重はコイルばね、及び環状下面8cと環状上面10cとの当接構造を介して支持される。このとき、この当接構造を介しての荷重の伝達・支持は、環状下面8cから環状上面10cへと安全側に行われる。即ち、環状下面8cと環状上面10cとの間の荷重は、互いに分離する方向の引っ張り荷重ではなく、互いに押し合う状態での伝達であるので、荷重の伝達の観点では安全側である。
The
第1アルミ部材1のフランジ状の嵌合部7の上面には、接合平面12が形成されている。接合平面12は、平板状の第2アルミ部材2の上側平面13と面一になるように形成されている。接合平面12及び上側平面13は、各軸箱支持装置のコイルばねの下端と当接しており、軸ばねの荷重を支持可能である。接合平面12については、予め機械加工にて施しておくことができる。第1アルミ部材1と第2アルミ部材2との接合部分上面の平面化によって、コイルばねの端部を支承する平面を確保することができる。
A joining
図6に示されているように、第1アルミ部材1と第2アルミ部材2を嵌合させた上で、上下両側から摩擦撹拌ツール6,6によって嵌合部7と嵌合孔部9との接合部3に対して摩擦撹拌接合を施すことで、軸ばね座が構成される。図3は、嵌合された第1アルミ部材と第2アルミ部材との摩擦撹拌接合を施した状態を示す部分断面図である。図3に示すように、接合面3を階段状にすることで、撹拌部5の位置は上下で径方向内外にずれているので、フランジ部の上側及び下側からの摩擦撹拌接合の影響を径方向にずらすことができ、接合強度を向上させることができる。また、第1アルミ部材1と第2アルミ部材2の嵌合における寸法のずれ、接合を行う際の製作性を向上させることができる。
As shown in FIG. 6, after fitting the
摩擦撹拌接合は、通常溶接と比較して接合強度が高い。また、形状変更に対しても柔軟に対応が可能である。更に、金型を必要としていないので、金型の製作が不要である。 Friction stir welding has higher joint strength than normal welding. Further, it is possible to flexibly cope with a shape change. Furthermore, since no mold is required, it is not necessary to manufacture a mold.
1 第1アルミ部材 2 第2アルミ部材
3 接合部
5 撹拌部 6 ツール
7 嵌合部 7a 大径嵌合部分 7b 小径嵌合部分
8 嵌合面 8a 大径外周面 8b 小径外周面 8c 環状下面
9 嵌合孔部 9a 大径嵌合孔部分 9b 小径嵌合孔部分
10 嵌合面 10a 大径内周面 10b 小径内周面 10c 環状上面
12 接合平面 13 上側平面
21 切断部 22 切断線
61 ツール移動方向 62 ツール抜き差し部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記第1アルミ部材と前記第2アルミ部材の前記接合部を階段状とし、
上面からの前記摩擦撹拌接合と下面からの前記摩擦撹拌接合を径方向にずらして行うこと、
を特徴とする軸箱支持装置用軸ばね座。 In the axial spring seat for the axle box support device according to claim 1,
The joint portion between the first aluminum member and the second aluminum member is stepped,
Performing the friction stir welding from the upper surface and the friction stir welding from the lower surface in a radial direction,
A shaft spring seat for a shaft box support device.
前記第1アルミ部材の前記嵌合部を上側の大径嵌合部分と下側の小径嵌合部分とし、
前記第1アルミ部材の前記大径嵌合部分と前記小径嵌合部分に対応して、前記第2アルミ部材の前記嵌合孔部を上側の大径嵌合孔部分と下側の小径嵌合孔部分とに形成したこと、
を特徴とする軸箱支持装置用軸ばね座。 In the axial spring seat for the axle box support device according to claim 2,
The fitting portion of the first aluminum member is an upper large-diameter fitting portion and a lower small-diameter fitting portion,
Corresponding to the large diameter fitting portion and the small diameter fitting portion of the first aluminum member, the fitting hole portion of the second aluminum member is fitted to the upper large diameter fitting hole portion and the lower small diameter fitting portion. Formed in the hole part,
A shaft spring seat for a shaft box support device.
前記第2アルミ部材において前記摩擦撹拌接合用のツールの抜き差しを行うための余剰スペースが設けられていること、
を特徴とする軸箱支持装置用軸ばね座。 In the axle spring seat for axle box support devices according to any one of claims 1 to 3,
An extra space is provided for inserting and removing the friction stir welding tool in the second aluminum member;
A shaft spring seat for a shaft box support device.
前記第1アルミ部材と前記第2アルミ部材の前記接合部を階段状とし、
上面からの前記摩擦撹拌接合と下面からの前記摩擦撹拌接合を径方向にずらして行うこと、
を特徴とする軸箱支持装置用軸ばね座の製造方法。 In the manufacturing method of the axial-spring seat for axial-box support apparatuses of Claim 5,
The joint portion between the first aluminum member and the second aluminum member is stepped,
Performing the friction stir welding from the upper surface and the friction stir welding from the lower surface in a radial direction,
A method of manufacturing a shaft spring seat for a shaft box support device.
前記第1アルミ部材の前記嵌合部を上側の大径嵌合部分と下側の小径嵌合部分とし、
前記第1アルミ部材の前記大径嵌合部分と前記小径嵌合部分に対応して、前記第2アルミ部材の前記嵌合孔部を上側の大径嵌合孔部分と下側の小径嵌合孔部分とに形成したこと、
を特徴とする軸箱支持装置用軸ばね座の製造方法。 In the axial spring seat for the axle box support device according to claim 6,
The fitting portion of the first aluminum member is an upper large-diameter fitting portion and a lower small-diameter fitting portion,
Corresponding to the large diameter fitting portion and the small diameter fitting portion of the first aluminum member, the fitting hole portion of the second aluminum member is fitted to the upper large diameter fitting hole portion and the lower small diameter fitting portion. Formed in the hole part,
A method of manufacturing a shaft spring seat for a shaft box support device.
前記摩擦撹拌接合用のツールの抜き差しを前記第2アルミ部材に設けられている余剰スペースおいて行うこと、
を特徴とする軸箱支持装置用軸ばね座の製造方法。 In the manufacturing method of the axial spring seat of Claim 5 or 6,
Performing insertion and removal of the friction stir welding tool in an extra space provided in the second aluminum member,
A method of manufacturing a shaft spring seat for a shaft box support device.
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