JP2011251684A - 車両用軸ばね - Google Patents

Abstract

【課題】更なる構造工夫により、部品点数の増加やコストアップが極力少なくなるようにしながら、専用の配置スペースが不要で簡易な減衰機構付の車両用軸ばねを提供する。
【解決手段】主軸１とこれと互いに同一又はほぼ同一の軸心Ｐを有する外筒２との間に、複数の弾性層４と硬質隔壁５を軸心Ｐ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３が介装されて成る車両用軸ばねにおいて、主軸１と外筒２との軸心Ｐ方向での相対移動によって膨縮され、かつ、減衰用の液体８が充填される容積可変室７と、この容積可変室７にオリフィス１２を介して連通され、かつ、容積可変室７の膨縮に伴って背反的に膨縮可能な液室１３と、を有して成る減衰機構ｂが装備される。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両、トラック、産業用車両等に用いられる軸ばね装置に係り、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車両用軸ばねに関するものである。

この種の軸ばねを用いた車両としては、特許文献１において開示された鉄道車両用のものが知られている。即ち、特許文献１の図２に示されるように、車軸を支える車軸箱２７を台車枠２８に懸架支持させる手段であって、上下向きの姿勢で車軸箱の前後に一つずつ配される状態で台車に組み込まれている。

この軸ばねでは、弾性部のゴムがクッションバネになっているとともに、そのゴムの持つ粘性により、若干ではあるが減衰機構（ダンパー）の機能も持ち合わせている。言い換えると鉄道用台車においては、高い減衰性能を必要としない場合等に軸ばねを用いた懸架構造が採られている。鉄道台車に用いられる軸ばねは、弾性部等の断面ハ字状を呈するもの、即ち、円錐積層ゴム構造を有する軸ばねである。

軸ばねを用いる構造の台車において、高い減衰性能を持たせたい場合には、まず弾性部の弾性層を構成するゴムを減衰性の高い材料のもの、所謂「高減衰ゴム」を用いることが考えられる。しかしながら、ゴムの減衰性を高くすると要求されるクリープ性能を満たすことができなくなり、クリープ性能を満たすようにすると減衰性は悪くなってしまうという具合に、減衰性能とクリープ性能とは相反する特性であるため、実現が困難である。

そこで、主軸を中空の筒軸状のもの（特許文献１の図３や図４を参照）に形成し、その中空部のスペースを利用して減衰機構を設ける手段が考えられる。例えば、中空部をシリンダに形成して作動油等の減衰用流体を入れるとともに、そのシリンダ内において軸心方向に摺動移動するオリフィス付ピストンを外筒側に支持させる、といった構成の減衰機構が考えられる。しかしながら、この手段では、構造の複雑化、部品点数の増加、重量増、コストアップが余儀なくされてしまう。

また、特許文献２（図１等を参照）や、特許文献３（図１，図３を参照）に示されるように、別体の減衰機構を軸ばねと併設させる手段も考えられる。この手段では、軸ばねのとしての「構造の複雑化」は回避されるが、まとまった配置スペースが別途必要になるとともに、重量増やコストアップの問題は依然として残る。従って、高い減衰性能を持つ車両用軸ばねの実現には、更なる改善の余地が残されているものであった。
特開２００２−２９５５８４号公報 特開２００１−０６３５６７号公報 特開２００６−２８１９６９号公報

本発明の目的は、更なる構造工夫により、部品点数の増加やコストアップが極力少なくなるようにしながら、専用の配置スペースが不要で簡易な減衰機構付の車両用軸ばねを実現して提供する点にある。

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Ｐを有する外筒２との間に、複数の弾性層４と硬質隔壁５を前記軸心Ｐ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３が介装されて成る車両用軸ばねにおいて、
前記主軸１と前記外筒２との前記軸心Ｐ方向での相対移動によって膨縮され、かつ、減衰用の液体８が充填される容積可変室７と、この容積可変室７にオリフィス１２を介して連通され、かつ、前記容積可変室７の膨縮に伴って背反的に膨縮可能な液室１３と、を有して成る減衰機構ｂが装備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に記載の車両用軸ばねにおいて、前記主軸１が内部空間１ｅを有する形状に形成されており、その内部空間１ｅに前記液室１３が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２に記載の車両用軸ばねにおいて、前記主軸１として筒状の部材を用いてその前記容積可変室側の端部に栓１０を装備するとともに、前記栓１０に前記オリフィス１２が形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３に記載の車両用軸ばねにおいて、前記液室１３は、前記オリフィス１２にのみ内部連通される状態で前記栓１０に片持ち支持される蛇腹状袋体１４で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１〜４の何れか一項に記載の車両用軸ばねにおいて、前記容積可変室７が、前記外筒２の軸心Ｐ方向における一端を閉塞する閉塞部６と、前記主軸１と、前記弾性部３とで囲まれる空間部で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１〜５の何れか一項に記載の車両用軸ばねにおいて、前記主軸１の外周面１ａ、前記弾性部３、及び前記外筒の内周面２ａそれぞれの前記軸心Ｐに沿う方向での断面視形状が互いに同じ向きに揃えられたハ字状に形成され、かつ、前記弾性部３が前記軸心Ｐに沿う方向においては前記主軸１に対してその小径側に寄せて配置され、かつ、前記外筒２が前記軸心Ｐに沿う方向においては前記弾性部３に対してその小径側に寄せて配置されることで成るすり鉢状凹部９を有する円錐積層ゴム構造に構成されるとともに、前記容積可変室７が前記すり鉢状凹部９に設けられていることを特徴とするものである。

請求項７に係る発明は、請求項１〜６の何れか一項に記載の車両用軸ばねにおいて、前記液体８が不凍液であ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、主軸と外筒との相対上下動に伴う容積可変室の膨縮により、容積可変室と別体のものとして設けられる液室とを連通するオリフィスを流体が通過し、それによって減衰力（減衰性能）を得ることができる。容積可変室は、元々備わっている構成要素である主軸と外筒との軸心方向の相対移動を利用したものであるから、容積可変室を膨縮させるのための特別な構造が不要である。その結果、更なる構造工夫により、部品点数の増加やコストアップが極力少なくなるようにしながら、簡易に減衰機構付の車両用軸ばねを提供することができる。尚、減衰用の液体としては、請求項７のように、市場に広く出回っていて購入し易く比較的廉価な不凍液を使用することができる。

請求項２の発明によれば、主軸の内部空間に液室が形成されているので、外部に液室を設ける必要がなくその分の必要スペースを削減することができる。その結果、請求項１の発明による前記効果の強化、即ち、更なる構造工夫により、部品点数の増加やコストアップが極力少なくなるようにしながら、専用の配置スペースが不要で簡易に減衰機構付の車両用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、筒状の主軸における容積可変室側の端部に装備された栓により、容積可変室と液室とを仕切る隔壁部材として機能するとともに、その機能部品である栓にオリフィスを設ける多機能化が図られている。従って、栓（部品）のオリフィス兼用化によってより合理的な車両用軸ばねが実現できている。この場合、請求項４のように、栓に片持ち支持される蛇腹状袋体を設ける比較的簡単で場所も取らない構造を採ることが可能であり、それによってさらなる合理化を図ることができる利点がある。

請求項５の発明によれば、外筒の軸心方向における一端を閉塞する閉塞部を設けることにより、その閉塞部と主軸と外筒と弾性部とで囲まれる空間部で容積可変室を構成する手段であるから、車両用軸ばねの構成要素で容積可変室をほぼ構成することが可能となり、合理的かつ経済的に減衰機構を備えることができる利点がある。

請求項６の発明によれば、断面ハ字状を呈する円錐積層ゴム構造の弾性部を有する構成によるすり鉢状凹部を利用して容積可変室が設けられており、必要スペースの追加無く或いは少なくしながら十分な容積を持つ合理的な容積可変室を実現可能である。

以下に、本発明による車両用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は実施例１による車両用軸ばねであり、図２は実施例２等による車両用軸ばねである。

〔実施例１〕
実施例１による車両用軸ばねＡは鉄道台車に使用されるものであって、図１に示すように、主軸１とこれと互いに同一（又はほぼ同一でも良い）の縦軸心Ｐを有する外筒２との間に、三層（複数の一例）の弾性層４と二層（複数の一例）の硬質隔壁５とを縦軸心Ｐと同心状態（又はほぼ同心状態でも良い）で径内外方向で交互に積層する積層ゴム構造の弾性部３が介装されて成る軸ばね部ａと、この軸ばね部ａの上部に一体的に形成される減衰機構（ダンパー機構）ｂとで構成されている。

主軸１は、金属製のものであって、上窄まり状の円錐外周面１ａ、ストッパフランジ１ｂ、下端開口１ｃ、ネジ部１ｄ（車軸の車箱に固定するために主軸１の下端部に形成されるネジ部）、中空部（内部空間の一例）１ｅを有する筒状部材に形成されている。外筒２は、下拡がり状の円錐内周面２ａ、上端内側の嵌合内周面２ｂを有する断面がハ字状の円錐筒に形成されている。外筒２は、主軸１に対してその上側（円錐外周面１ａ側）よりも上方に寄せて（軸心Ｐに沿う方向においては主軸１に対してその小径側に寄せて）配置されている。

弾性部３は、縦軸心Ｐを中心とする内外三層のゴム層（弾性層の一例）４Ａ，４Ｂ，４Ｃと、同様に内外二層の硬質隔壁５Ａ，５Ｂとから成り、円錐外周面１ａと円錐内周面２ａとの間に介装される状態で主軸１と外筒２とに亘って装備されている。各硬質隔壁５は鋼板等の金属板や強化プラスチック等から形成される。各ゴム層４及び各硬質隔壁５は、いずれも縦軸心Ｐに沿う方向での断面視形状がハ字状を呈するテーパ円筒状のものに形成されている。

つまり、軸ばね部ａは、主軸１の外周面１ａ、弾性部３、及び外筒内周面２ａそれぞれの縦軸心Ｐに沿う方向での断面視形状が互いに同じ向きに揃えられたハ字状に形成され、かつ、弾性部３が縦軸心Ｐに沿う方向においては主軸１に対してその小径側に寄せて配置され、かつ、外筒２が縦軸心Ｐに沿う方向においては弾性部３に対してその小径側に寄せて配置される円錐積層ゴム構造に構成されている。

減衰機構（ダンパー機構）ｂは、主軸１と外筒２との縦軸心Ｐ方向での相対移動によって膨縮（「膨張と縮小」の略）され、かつ、減衰用の液体８が充填されている容積可変室７と、この容積可変室（ダンパ室）７にオリフィス１２を介して連通され、かつ、容積可変室７の膨縮に伴って背反的に膨縮可能な液室１３と、を有して構成されている。容積可変室７は、主軸１の上端部と外筒２の上端部と弾性部３とで囲まれるすり鉢状凹部９を用いるものであって、外筒２の縦軸心Ｐ方向における一端である上端を閉塞する閉塞部６を設けることで密閉された空間部として形成されている。閉塞部６は、Ｏリング１１を介して外筒２の上端に内嵌される円板蓋によって構成されている。主軸１の上端には、中空部１ｅに蓋をして閉塞させる栓１０が装備されており、その栓１０は主軸１の一部として容積可変室７の一構成要素になっているとともに、栓１０にはこれを縦軸心Ｐ方向に貫通する小径の孔１０ａが形成されている。

栓１０には、オリフィス１２にのみ内部連通される状態で栓１０の下面１０ａに片持ち支持される蛇腹状袋体１４を吊設して成る液室１３が装備されている。この液室１３は、その蛇腹部１４ａの伸縮により、最も容積が小となる収縮状態（図１に実線で描かれた状態）と、下方に伸張した膨張状態（図１に仮想線で描かれた状態）とに亘って膨縮可能に中空部１ｅに配置されている。つまり、蛇腹状袋体１４の側壁部分が蛇腹部１４ａに形成されているので、横方向への寸法変化は殆どなく、縦軸心Ｐ方向（上下方向）の寸法変化のみによって液室１３の内容積が増減変化できるようにされており、縦軸心Ｐ方向の寸法には余裕があるが横方向への余裕が殆どない中空部１ｅに内装されるものとして好適な液室１３が構成されている。尚、蛇腹状袋体の材料としては、ゴム膜（繊維入り）、合成樹脂、金属ベローズ等種々のものが可能である。

容積可変室７と液室１３には、減衰用の液体８の一例として不凍液（エチレングリコール）が充填（充填して封じ込められている）されており、その不凍液８が容積可変室７の容積増減変化に伴う液室１３への出入りがオリフィス１２を通ることによって減衰力が生じるように構成されている。つまり、図１に示す状態において、鉄道車両の乗員が満員になって重量増になるとか走行振動等により、弾性部３の弾性変形によって主軸１に対して外筒２及び閉塞部６が下降して容積可変室７の容積が減少すると、充填されている不凍液８がオリフィス１２を下降移動して液室１３に移動し、蛇腹状袋体１４が伸張変位してその容積が増大するように減衰機構ｂが作動する。反対に主軸１に対して外筒２及び閉塞部６が上昇する場合は液室１３内の不凍液１３がオリフィス１２を上昇移動して容積可変室７に移動するように減衰機構ｂが作動する。尚、図１に仮想線で示す液室１３の下端は、中空部１ｅ内において縦軸心Ｐ方向（下方）に伸びることを表したものであり、必ずしも最大伸張時の下端位置を示すものではない。

実施例１による車両用軸ばねＡによれば、次のような特徴を有している。主軸１と外筒２との相対上下動によって容積可変室７の容積が増減変化し、それに伴って内部に充填されている不凍液８がオリフィス１２を通って液室１３に出入りすることとなり、不凍液８のオリフィス１２の通過によって高い減衰力（減衰作用）を得ることができる。これはオリフィスに空気を通過させる空気式の減衰機構（エアダンパー）に比べて明確に大きな減衰性能を得ることが可能となる利点がある。

〔実施例２〕
実施例２による車両用軸ばねＡを、図２に示す。これは減衰機構ｂにおける液室１３が、主軸１の中空部１ｅを構成要素として利用した例である。即ち、主軸１の中空部１ｅを直円筒状（断面形状が楕円や矩形でも良い）として、その内周壁１ｈに液密に内嵌されて上下移動自在なフリーピストン１６を配した構造の液室１３を有する減衰機構ｂである。つまり、主軸１と外筒２との軸心Ｐ方向の相対移動による容積可変室７の容積変動を、フリーピストン１６の上下移動（軸心Ｐ方向移動）による液室１３の容積変化で吸収させるものであり、そのときにオリフィス１２を不凍液１３が通ることによる減衰力が発生する点は実施例１の場合と同様である。

〔別実施例〕
また、減衰機構ｂは、図２に仮想線で示すように、弾性部３のいずれかの弾性層（例えば内ゴム層４Ａ）を軸心Ｐ方向で貫通する細孔で成るオリフィス１２と、その下端に連通装備されるゴム袋等の膨縮可能袋状体１５とを設けて成る液室とを１３備えて構成されるものでも良い。この別実施例による減衰機構ｂにおいては、膨縮可能袋状体１５の膨張及び縮小により、容積可変室７の膨縮に対応するようになる。尚、当然ながらこの場合は栓１０の孔１０ａが省略される。

〔その他の別実施例〕
実施例１の車両用軸ばねＡにおける容積可変室７を、図示は省略するが、主軸１と外筒２と弾性部３とで囲まれるすり鉢状凹部９に、上端が閉塞部６の下面に接合され、かつ、下端がオリフィス１２付の栓１０の上面に接合されるスピーカーコーン紙形の弾性膜を設けて構成することも可能である。また、弾性部３が軸心Ｐに平行な筒状のものや、図１とは上下反転した姿勢で使用される車両用軸ばねも可能である。さらに、減衰用の液体としては、作動油（オイル）や粘流動体等種々のものが使用可能である。本発明による車両用軸ばねは、鉄道車両の他、トラック、建設・土木機械、産業用車両等の種々の車両に適用可能である。

実施例１による車両用軸ばねの構造を示す断面図 実施例２等による車両用軸ばねの構造を示す断面図

１ 主軸
１ａ 外周面
１ｅ 内部空間
２ 外筒
２ａ 内周面
３ 弾性部
６ 閉塞部
７ 容積可変室
８ 減衰用の液体（不凍液）
９ すり鉢状凹部
１０ 栓
１２ オリフィス
１３ 液室
１４ 蛇腹状袋体
Ｐ 軸心
ｂ 減衰機構

本発明は、鉄道車両、トラック、産業用車両等に用いられる軸ばね装置に係り、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車両用軸ばねに関するものである。

この種の軸ばねを用いた車両としては、特許文献１において開示された鉄道車両用のものが知られている。即ち、特許文献１の図２に示されるように、車軸を支える車軸箱２７を台車枠２８に懸架支持させる手段であって、上下向きの姿勢で車軸箱の前後に一つずつ配される状態で台車に組み込まれている。

この軸ばねでは、弾性部のゴムがクッションバネになっているとともに、そのゴムの持つ粘性により、若干ではあるが減衰機構（ダンパー）の機能も持ち合わせている。言い換えると鉄道用台車においては、高い減衰性能を必要としない場合等に軸ばねを用いた懸架構造が採られている。鉄道台車に用いられる軸ばねは、弾性部等の断面ハ字状を呈するもの、即ち、円錐積層ゴム構造を有する軸ばねである。

軸ばねを用いる構造の台車において、高い減衰性能を持たせたい場合には、まず弾性部の弾性層を構成するゴムを減衰性の高い材料のもの、所謂「高減衰ゴム」を用いることが考えられる。しかしながら、ゴムの減衰性を高くすると要求されるクリープ性能を満たすことができなくなり、クリープ性能を満たすようにすると減衰性は悪くなってしまうという具合に、減衰性能とクリープ性能とは相反する特性であるため、実現が困難である。

そこで、主軸を中空の筒軸状のもの（特許文献１の図３や図４を参照）に形成し、その中空部のスペースを利用して減衰機構を設ける手段が考えられる。例えば、中空部をシリンダに形成して作動油等の減衰用流体を入れるとともに、そのシリンダ内において軸心方向に摺動移動するオリフィス付ピストンを外筒側に支持させる、といった構成の減衰機構が考えられる。しかしながら、この手段では、構造の複雑化、部品点数の増加、重量増、コストアップが余儀なくされてしまう。

また、特許文献２（図１等を参照）や、特許文献３（図１，図３を参照）に示されるように、別体の減衰機構を軸ばねと併設させる手段も考えられる。この手段では、軸ばねのとしての「構造の複雑化」は回避されるが、まとまった配置スペースが別途必要になるとともに、重量増やコストアップの問題は依然として残る。従って、高い減衰性能を持つ車両用軸ばねの実現には、更なる改善の余地が残されているものであった。

特開２００２−２９５５８４号公報 特開２００１−０６３５６７号公報 特開２００６−２８１９６９号公報

本発明の目的は、更なる構造工夫により、部品点数の増加やコストアップが極力少なくなるようにしながら、専用の配置スペースが不要で簡易な減衰機構付の車両用軸ばねを実現して提供する点にある。

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Ｐを有する外筒２との間に、複数の弾性層４と硬質隔壁５を前記軸心Ｐ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３が介装されて成る車両用軸ばねにおいて、
前記主軸１と前記外筒２との前記軸心Ｐ方向での相対移動によって膨縮され、かつ、減衰用の液体８が充填される容積可変室７と、この容積可変室７にオリフィス１２を介して連通され、かつ、前記容積可変室７の膨縮に伴って背反的に膨縮可能な液室１３と、を有して成る減衰機構ｂが装備され、
前記主軸１が内部空間１ｅを有する形状に形成されており、その内部空間１ｅに前記液室１３が形成され、
前記主軸１として筒状の部材を用いてその前記容積可変室側の端部に栓１０を装備するとともに、前記栓１０に前記オリフィス１２が形成され、
前記液室１３は、前記オリフィス１２にのみ内部連通される状態で前記栓１０に片持ち支持される蛇腹状袋体１４で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に記載の車両用軸ばねにおいて、前記容積可変室７が、前記外筒２の軸心Ｐ方向における一端を閉塞する閉塞部６と、前記主軸１と、前記弾性部３とで囲まれる空間部で構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に記載の車両用軸ばねにおいて、前記主軸１の外周面１ａ、前記弾性部３、及び前記外筒の内周面２ａそれぞれの前記軸心Ｐに沿う方向での断面視形状が互いに同じ向きに揃えられたハ字状に形成され、かつ、前記弾性部３が前記軸心Ｐに沿う方向においては前記主軸１に対してその小径側に寄せて配置され、かつ、前記外筒２が前記軸心Ｐに沿う方向においては前記弾性部３に対してその小径側に寄せて配置されることで成るすり鉢状凹部９を有する円錐積層ゴム構造に構成されるとともに、前記容積可変室７が前記すり鉢状凹部９に設けら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車両用軸ばねにおいて、前記液体８が不凍液であ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、主軸と外筒との相対上下動に伴う容積可変室の膨縮により、容積可変室と別体のものとして設けられる液室とを連通するオリフィスを流体が通過し、それによって減衰力（減衰性能）を得ることができる。容積可変室は、元々備わっている構成要素である主軸と外筒との軸心方向の相対移動を利用したものであるから、容積可変室を膨縮させるのための特別な構造が不要である。その結果、更なる構造工夫により、部品点数の増加やコストアップが極力少なくなるようにしながら、簡易に減衰機構付の車両用軸ばねを提供することができる。尚、減衰用の液体としては、請求項４のように、市場に広く出回っていて購入し易く比較的廉価な不凍液を使用することができる。

請求項１の発明によれば、主軸の内部空間に液室が形成されているので、外部に液室を設ける必要がなくその分の必要スペースを削減することができる。その結果、請求項１の発明による前記効果の強化、即ち、更なる構造工夫により、部品点数の増加やコストアップが極力少なくなるようにしながら、専用の配置スペースが不要で簡易に減衰機構付の車両用軸ばねを提供することができる。

請求項１の発明によれば、筒状の主軸における容積可変室側の端部に装備された栓により、容積可変室と液室とを仕切る隔壁部材として機能するとともに、その機能部品である栓にオリフィスを設ける多機能化が図られている。従って、栓（部品）のオリフィス兼用化によってより合理的な車両用軸ばねが実現できている。この場合、請求項１のように、栓に片持ち支持される蛇腹状袋体を設ける比較的簡単で場所も取らない構造を採ることが可能であり、それによってさらなる合理化を図ることができる利点がある。

請求項２の発明によれば、外筒の軸心方向における一端を閉塞する閉塞部を設けることにより、その閉塞部と主軸と外筒と弾性部とで囲まれる空間部で容積可変室を構成する手段であるから、車両用軸ばねの構成要素で容積可変室をほぼ構成することが可能となり、合理的かつ経済的に減衰機構を備えることができる利点がある。

請求項３の発明によれば、断面ハ字状を呈する円錐積層ゴム構造の弾性部を有する構成によるすり鉢状凹部を利用して容積可変室が設けられており、必要スペースの追加無く或いは少なくしながら十分な容積を持つ合理的な容積可変室を実現可能である。

実施例１による車両用軸ばねの構造を示す断面図 参考実施例１等による車両用軸ばねの構造を示す断面図

以下に、本発明による車両用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は実施例１による車両用軸ばねであり、図２は参考実施例１等による車両用軸ばねである。

〔実施例１〕
実施例１による車両用軸ばねＡは鉄道台車に使用されるものであって、図１に示すように、主軸１とこれと互いに同一（又はほぼ同一でも良い）の縦軸心Ｐを有する外筒２との間に、三層（複数の一例）の弾性層４と二層（複数の一例）の硬質隔壁５とを縦軸心Ｐと同心状態（又はほぼ同心状態でも良い）で径内外方向で交互に積層する積層ゴム構造の弾性部３が介装されて成る軸ばね部ａと、この軸ばね部ａの上部に一体的に形成される減衰機構（ダンパー機構）ｂとで構成されている。

主軸１は、金属製のものであって、上窄まり状の円錐外周面１ａ、ストッパフランジ１ｂ、下端開口１ｃ、ネジ部１ｄ（車軸の車箱に固定するために主軸１の下端部に形成されるネジ部）、中空部（内部空間の一例）１ｅを有する筒状部材に形成されている。外筒２は、下拡がり状の円錐内周面２ａ、上端内側の嵌合内周面２ｂを有する断面がハ字状の円錐筒に形成されている。外筒２は、主軸１に対してその上側（円錐外周面１ａ側）よりも上方に寄せて（軸心Ｐに沿う方向においては主軸１に対してその小径側に寄せて）配置されている。

弾性部３は、縦軸心Ｐを中心とする内外三層のゴム層（弾性層の一例）４Ａ，４Ｂ，４Ｃと、同様に内外二層の硬質隔壁５Ａ，５Ｂとから成り、円錐外周面１ａと円錐内周面２ａとの間に介装される状態で主軸１と外筒２とに亘って装備されている。各硬質隔壁５は鋼板等の金属板や強化プラスチック等から形成される。各ゴム層４及び各硬質隔壁５は、いずれも縦軸心Ｐに沿う方向での断面視形状がハ字状を呈するテーパ円筒状のものに形成されている。

つまり、軸ばね部ａは、主軸１の外周面１ａ、弾性部３、及び外筒内周面２ａそれぞれの縦軸心Ｐに沿う方向での断面視形状が互いに同じ向きに揃えられたハ字状に形成され、かつ、弾性部３が縦軸心Ｐに沿う方向においては主軸１に対してその小径側に寄せて配置され、かつ、外筒２が縦軸心Ｐに沿う方向においては弾性部３に対してその小径側に寄せて配置される円錐積層ゴム構造に構成されている。

減衰機構（ダンパー機構）ｂは、主軸１と外筒２との縦軸心Ｐ方向での相対移動によって膨縮（「膨張と縮小」の略）され、かつ、減衰用の液体８が充填されている容積可変室７と、この容積可変室（ダンパ室）７にオリフィス１２を介して連通され、かつ、容積可変室７の膨縮に伴って背反的に膨縮可能な液室１３と、を有して構成されている。容積可変室７は、主軸１の上端部と外筒２の上端部と弾性部３とで囲まれるすり鉢状凹部９を用いるものであって、外筒２の縦軸心Ｐ方向における一端である上端を閉塞する閉塞部６を設けることで密閉された空間部として形成されている。閉塞部６は、Ｏリング１１を介して外筒２の上端に内嵌される円板蓋によって構成されている。主軸１の上端には、中空部１ｅに蓋をして閉塞させる栓１０が装備されており、その栓１０は主軸１の一部として容積可変室７の一構成要素になっているとともに、栓１０にはこれを縦軸心Ｐ方向に貫通する小径の孔１０ａが形成されている。

栓１０には、オリフィス１２にのみ内部連通される状態で栓１０の下面１０ａに片持ち支持される蛇腹状袋体１４を吊設して成る液室１３が装備されている。この液室１３は、その蛇腹部１４ａの伸縮により、最も容積が小となる収縮状態（図１に実線で描かれた状態）と、下方に伸張した膨張状態（図１に仮想線で描かれた状態）とに亘って膨縮可能に中空部１ｅに配置されている。つまり、蛇腹状袋体１４の側壁部分が蛇腹部１４ａに形成されているので、横方向への寸法変化は殆どなく、縦軸心Ｐ方向（上下方向）の寸法変化のみによって液室１３の内容積が増減変化できるようにされており、縦軸心Ｐ方向の寸法には余裕があるが横方向への余裕が殆どない中空部１ｅに内装されるものとして好適な液室１３が構成されている。尚、蛇腹状袋体の材料としては、ゴム膜（繊維入り）、合成樹脂、金属ベローズ等種々のものが可能である。

容積可変室７と液室１３には、減衰用の液体８の一例として不凍液（エチレングリコール）が充填（充填して封じ込められている）されており、その不凍液８が容積可変室７の容積増減変化に伴う液室１３への出入りがオリフィス１２を通ることによって減衰力が生じるように構成されている。つまり、図１に示す状態において、鉄道車両の乗員が満員になって重量増になるとか走行振動等により、弾性部３の弾性変形によって主軸１に対して外筒２及び閉塞部６が下降して容積可変室７の容積が減少すると、充填されている不凍液８がオリフィス１２を下降移動して液室１３に移動し、蛇腹状袋体１４が伸張変位してその容積が増大するように減衰機構ｂが作動する。反対に主軸１に対して外筒２及び閉塞部６が上昇する場合は液室１３内の不凍液１３がオリフィス１２を上昇移動して容積可変室７に移動するように減衰機構ｂが作動する。尚、図１に仮想線で示す液室１３の下端は、中空部１ｅ内において縦軸心Ｐ方向（下方）に伸びることを表したものであり、必ずしも最大伸張時の下端位置を示すものではない。

実施例１による車両用軸ばねＡによれば、次のような特徴を有している。主軸１と外筒２との相対上下動によって容積可変室７の容積が増減変化し、それに伴って内部に充填されている不凍液８がオリフィス１２を通って液室１３に出入りすることとなり、不凍液８のオリフィス１２の通過によって高い減衰力（減衰作用）を得ることができる。これはオリフィスに空気を通過させる空気式の減衰機構（エアダンパー）に比べて明確に大きな減衰性能を得ることが可能となる利点がある。

〔参考実施例１〕
参考実施例１による車両用軸ばねＡを、図２に示す。これは減衰機構ｂにおける液室１３が、主軸１の中空部１ｅを構成要素として利用した例である。即ち、主軸１の中空部１ｅを直円筒状（断面形状が楕円や矩形でも良い）として、その内周壁１ｈに液密に内嵌されて上下移動自在なフリーピストン１６を配した構造の液室１３を有する減衰機構ｂである。つまり、主軸１と外筒２との軸心Ｐ方向の相対移動による容積可変室７の容積変動を、フリーピストン１６の上下移動（軸心Ｐ方向移動）による液室１３の容積変化で吸収させるものであり、そのときにオリフィス１２を不凍液１３が通ることによる減衰力が発生する点は実施例１の場合と同様である。

〔参考実施例２〕
また、減衰機構ｂは、図２に仮想線で示すように、弾性部３のいずれかの弾性層（例えば内ゴム層４Ａ）を軸心Ｐ方向で貫通する細孔で成るオリフィス１２と、その下端に連通装備されるゴム袋等の膨縮可能袋状体１５とを設けて成る液室とを１３備えて構成されるものでも良い。この参考実施例２による減衰機構ｂにおいては、膨縮可能袋状体１５の膨張及び縮小により、容積可変室７の膨縮に対応するようになる。尚、当然ながらこの場合は栓１０の孔１０ａが省略される。

〔別実施例〕
実施例１の車両用軸ばねＡにおける容積可変室７を、図示は省略するが、主軸１と外筒２と弾性部３とで囲まれるすり鉢状凹部９に、上端が閉塞部６の下面に接合され、かつ、下端がオリフィス１２付の栓１０の上面に接合されるスピーカーコーン紙形の弾性膜を設けて構成することも可能である。また、弾性部３が軸心Ｐに平行な筒状のものや、図１とは上下反転した姿勢で使用される車両用軸ばねも可能である。さらに、減衰用の液体としては、作動油（オイル）や粘流動体等種々のものが使用可能である。本発明による車両用軸ばねは、鉄道車両の他、トラック、建設・土木機械、産業用車両等の種々の車両に適用可能である。

１ 主軸
１ａ 外周面
１ｅ 内部空間
２ 外筒
２ａ 内周面
３ 弾性部
６ 閉塞部
７ 容積可変室
８ 減衰用の液体（不凍液）
９ すり鉢状凹部
１０ 栓
１２ オリフィス
１３ 液室
１４ 蛇腹状袋体
Ｐ 軸心
ｂ 減衰機構

Claims (4)

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車両用軸ばねであって、
   前記主軸と前記外筒との前記軸心方向での相対移動によって膨縮され、かつ、減衰用の液体が充填される容積可変室と、この容積可変室にオリフィスを介して連通され、かつ、前記容積可変室の膨縮に伴って背反的に膨縮可能な液室と、を有して成る減衰機構が装備され、
   前記主軸が内部空間を有する形状に形成されており、その内部空間に前記液室が形成され、
   前記主軸として筒状の部材を用いてその前記容積可変室側の端部に栓を装備するとともに、前記栓に前記オリフィスが形成され、
   前記液室は、前記オリフィスにのみ内部連通される状態で前記栓に片持ち支持される蛇腹状袋体で構成されている車両用軸ばね。
2. 前記容積可変室が、前記外筒の軸心方向における一端を閉塞する閉塞部と、前記主軸と、前記弾性部とで囲まれる空間部で構成されている請求項１に記載の車両用軸ばね。
3. 前記主軸の外周面、前記弾性部、及び前記外筒の内周面それぞれの前記軸心に沿う方向での断面視形状が互いに同じ向きに揃えられたハ字状に形成され、かつ、前記弾性部が前記軸心に沿う方向においては前記主軸に対してその小径側に寄せて配置され、かつ、前記外筒が前記軸心に沿う方向においては前記弾性部に対してその小径側に寄せて配置されることで成るすり鉢状凹部を有する円錐積層ゴム構造に構成されるとともに、前記容積可変室が前記すり鉢状凹部に設けられている請求項１又は２に記載の車両用軸ばね。
4. 前記液体が不凍液である請求項１〜３の何れか一項に記載の車両用軸ばね。

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