JP2013177097A - 板バネユニット及びそれを用いた鉄道車両用台車 - Google Patents

Abstract

【課題】板バネの厚さ方向の占有スペースを低減しつつ、板バネに万が一の損傷等が生じても板バネの機能を担保できるようにすることを目的とする。
【解決手段】鉄道車両用台車１は、鉄道車両の車体１１を支持するための横ばり４と、横ばり４を挟んで車両長手方向の前方及び後方において車幅方向に沿って配置された前後一対の車軸５と、車軸５の車幅方向両側に設けられて、車軸５を回転自在に支持する軸受７と、軸受７を収容する軸箱８と、横ばり４の車幅方向両端部４ａを支持した状態で車両長手方向に延びて、その長手方向両端部３０ｃが軸箱８に支持されている板バネユニット３０と、を備え、板バネユニット３０は、上下方向となる厚さ方向に弾性変形する複数の板バネ４１，４２を備え、複数の板バネ４１，４２は、互いにその長手方向及び厚さ方向に直交する幅方向に並んで配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、板バネユニット及びそれを用いて側ばりを省いた鉄道車両用台車に関する。

鉄道車両の車体の床下には、車体を支持してレール上を走行するための台車が設けられており、この台車では、輪軸を支持する軸受が収容された軸箱が台車枠に対して上下方向に変位可能となるように軸箱支持装置により支持されている。例えば、特許文献１では、台車枠が、横方向に延びる横ばりと、その横ばりの両端部から前後方向に延びた左右一対の側ばりとを備え、軸箱支持装置が、軸箱とその上方にある側ばりとの間に介装されたコイルバネからなる軸バネを備えている。また、特許文献２には、台車枠のうち側ばりの部分を省いた台車が提案されている。

特許第２７９９０７８号公報 特開昭５５−４７９５０号公報

ところで、特許文献１のような台車では、横ばり及び側ばりからなる台車枠が大重量の鋼材を互いに溶接するなどして製作されているため、台車枠の重量が大きくなると共に、鋼材コストや組立コストが高くなるという問題がある。これに対して、特許文献２の台車では、一次サスペンションを板バネとし、その板バネの前後方向中央部を横ばりの車幅方向両端部に固定し、板バネの前後方向両端部を軸箱に設けたバネ受け内に挿入した構成としている。これによれば、台車枠のうち側ばりの部分が省かれるので、台車枠が軽量化されるとともに組立作業も簡素化される。

しかし、特許文献２の台車の場合、万が一にも左右いずれか一方の板バネが折れるなどして損傷すると、その板バネが設計通りの支持機能を発揮せず、横ばりの横方向の一端部が想定以上に下方に移動してしまうこととなる。板バネを上下に多数積層して、一部の板バネが損傷しても残りの板バネで十分な支持機能を担保するようにしてもよいが、その場合には、板バネが占有する上下方向（板バネ厚さ方向）のスペースが大きくなり、車体の低床化等の要求に対応しにくくなる。

そこで本発明は、板バネの厚さ方向の占有スペースを低減しつつ、板バネに万が一の損傷等が生じても板バネの機能を担保できるようにすることを目的とする。

本発明に係る板バネユニットは、鉄道車両の車体を支持するための横ばりと、前記横ばりを挟んで車両長手方向の前方及び後方において車幅方向に沿って配置された前後一対の車軸と、前記車軸の車幅方向両側に設けられて、前記車軸を回転自在に支持する軸受と、前記軸受を収容する軸箱とを備えた鉄道車両用台車に適用可能な板バネユニットであって、前記横ばりの車幅方向両端部を支持した状態で車両長手方向に延びて、その長手方向両端部が前記軸箱に支持され、上下方向となる厚さ方向に弾性変形する複数の板バネを備え、前記複数の板バネは、互いにその長手方向及び厚さ方向に直交する幅方向に並んで配置されている。

また、本発明の鉄道車両用台車は、鉄道車両の車体を支持するための横ばりと、前記横ばりを挟んで車両長手方向の前方及び後方において車幅方向に沿って配置された前後一対の車軸と、前記車軸の車幅方向両側に設けられて、前記車軸を回転自在に支持する軸受と、前記軸受を収容する軸箱と、前記横ばりの車幅方向両端部を支持した状態で車両長手方向に延びて、その長手方向両端部が前記軸箱に支持されている板バネユニットと、を備え、前記板バネユニットは、上下方向となる厚さ方向に弾性変形する複数の板バネを備え、前記複数の板バネは、互いにその長手方向及び厚さ方向に直交する幅方向に並んで配置されている。

前記の各構成によれば、板バネユニットを構成する複数の板バネは、板バネユニットの上下方向となる厚さ方向に並ぶのではなく幅方向に並んでいるため、板バネユニットの上下方向の占有スペースが増加するのを抑制することができる。そして、板バネユニットは長手方向に沿って複数の板バネに分割されているため、１つの板バネに万が一の損傷等が生じても残りの板バネによってその機能を担保することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、板バネユニットの上下方向の占有スペースを低減しながら、板バネに万が一の損傷等が生じても板バネの機能を担保することができる。

本発明の第１実施形態に係る鉄道車両用台車を示す斜視図である。 図１に示す台車の平面図である。 図１に示す台車の側面図である。 図１に示す板バネユニットの側面図である。 図４に示す板バネユニットの平面図である。 図４に示す板バネユニットの分解斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る板バネユニットの要部平面図である。 図７のVIII−VIII線断面図である。

以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る鉄道車両用台車１を表した斜視図である。図２は、図１に示す台車１の平面図である。図３は、図１に示す台車１の側面図である。図１乃至３に示すように、鉄道車両用台車１は、二次サスペンションとなる空気バネ２を介して車体１１を支持するための台車枠３を備えている。台車枠３は、左右方向である車幅方向（単に、幅方向ともいう）に延びる横ばり４を備えているが、横ばり４の車幅方向両端部から車両長手方向（以下、前後方向ともいう）に延びる側ばりを備えていない。横ばり４の前方及び後方には、車幅方向に沿って前後一対の車軸５が配置されており、車軸５の車幅方向両側には車輪６が固定されている。車軸５の車幅方向両端部には、車輪６よりも車幅方向外側にて車軸５を回転自在に支持する軸受７が設けられ、その軸受７は軸箱８に収容されている。横ばり４には、電動機９が取り付けられており、その電動機９の出力軸には、車軸５に動力を伝達する減速ギヤが収容されたギヤボックス１０が接続されている。

横ばり４は、車幅方向に延びる一対の角パイプ１２と、それら角パイプ１２を接続する接続板１３，１４とを有し、接続板１３，１４は、角パイプ１２に対してボルト結合等により固定されている。横ばり４の車幅方向両端部４ａには、筒状の接続板１４が間隔をあけて一対設けられており、それらの上面に空気バネ台座１５が設置されている。横ばり４の車幅方向両端部４ａは、連結機構１６によって軸箱８に連結されている。連結機構１６は、軸箱８から一体的に前後方向に沿って延びた軸ばり１７を備えている。軸ばり１７の端部には、内周面が円筒形状で車幅方向両側が開口する筒状部１８が設けられている。

筒状部１８の内部空間には、ゴムブッシュ（図示せず）を介して心棒２０が挿通されている。横ばり４の車幅方向両端部４ａには、連結機構１６を構成する一対の受け座２１，２２が前後方向に突出して設けられている。受け座２１，２２には、下方に向けて開口する嵌入溝２５が形成されている。嵌入溝２５には、心棒２０の横方向両端部が下方から嵌入されている。その状態で、嵌入溝２５の下側開口を閉鎖するように蓋部材２６がボルト（図示せず）により下方から受け座２１，２２に固定され、心棒２０が蓋部材２６によって下方から支持されている。

横ばり４と軸箱８との間には、前後方向に延びた板バネユニット３０が架け渡されており、板バネユニット３０の長手方向中央部３０ａが横ばり４の車幅方向両端部４ａを支持し、板バネユニット３０の長手方向両端部３０ｃが軸箱８に支持されている。即ち、板バネユニット３０が、一次サスペンションの機能と従来の側ばりの機能とを兼ねている。 板バネユニット３０の長手方向中央部３０ａは、横ばり４の下方に潜り込むように配置されている。横ばり４の車幅方向両端部４ａの下部には、円弧状の下面３３ａを有する当接部材３３が設けられ、その当接部材３３が板バネユニット３０の長手方向中央部３０ａに上方から載せられて自由接触している。即ち、当接部材３３は、板バネユニット３０を上下方向に固定しない状態で、横ばり４からの重力による下方荷重によって板バネ３０の上面に接触している。

また、軸箱８の上端部には支持部材３１が取り付けられており、板バネユニット３０の長手方向両端部３０ｃは支持部材３１によって下方から支持されている。板バネユニット３０の長手方向両端部３０ｃも、支持部材３１に上方から載せられて、板バネ３０からの下方荷重によって支持部材３１の上面に自由接触している。

板バネユニット３０のうち長手方向中央部３０ａと長手方向両端部３０ｃとの間の延在部３０ｂは、側面視で長手方向中央部３０ａに向けて下方に傾斜しており、板バネユニット３０の長手方向中央部３０ａは、板バネユニット３０の長手方向両端部３０ｃよりも下方に位置している。即ち、板バネユニット３０は、側面視で全体として下方に凸となる弓形状に形成されている。板バネ３０の延在部３０ｂの一部は、一対の受け座２１，２２で挟まれた空間２７を通過し、連結板２３の下方を通過して横ばり４の下方位置に至っている。即ち、板バネユニット３０の延在部３０ｂの一部は、側面視で連結機構１６と重なる位置に配置されている。

図４は、図１に示す板バネユニット３０の側面図である。図５は、図４に示す板バネユニット３０の平面図である。図６は、図４に示す板バネユニット３０の分解斜視図である。なお、図４乃至６では後述する外皮４４（図１参照）の図示を省略している。図４乃至６に示すように、板バネユニット３０は、その厚さ方向（上下方向）に弾性変形する一対の板バネ４１，４２を備え、これら板バネ４１，４２は、互いにその長手方向（前後方向）及び厚さ方向に直交する幅方向（左右方向）に並んで配置されている。一対の板バネ４１，４２は、互いに同一のものであり、材料、構成、外形及び寸法が同じである。なお、本実施の形態において、板バネの数は２つとしたが、これに限られない。幅方向に並べる板バネの数を変化させることにより、板バネユニットのバネ定数を調整することができる。例えば、１つの板バネのバネ定数が５０ｋｇ／ｍｍの場合、板バネを２つ用いた板バネユニットのバネ定数は１００ｋｇ／ｍｍとなり、板バネを３つ用いた板バネユニットのバネ定数は１５０ｋｇ／ｍｍとなる。

一対の板バネ４１，４２の間には、板バネ４１，４２よりも硬度の低い介装材４３が介装されている。介装材４３は、ゴムシートであり、介装材４３の車幅方向の幅Ｗ３（シート厚さ）は、板バネ４１，４２の幅Ｗ１よりもかなり小さい。この介装材４３は、その両面が一対の板バネ４１，４２の対向する側面によって挟持されている。介装材４３は、板バネ４１，４２の側面（対向面）の輪郭に沿うような形状に形成されている。本実施形態では、介装材４３の形状は、板バネ４１，４２の側面（対向面）の形状と略同一である。なお、介装在４３は、板バネ４１，４２の硬度よりも低い材料であればよく、ゴムシートに限られるものではない。

板バネ４１，４２で介装材４３を挟んだ状態において、板バネ４１，４２及び介装材４３は、保持部材としての外皮４４（図１参照）によりまとめて包まれている。即ち、外皮４４は、介装材４３を挟んだ板バネ４１，４２からなるアッセンブリの表面を全体的に覆っている。外皮４４によって板バネ４１，４２とともに包まれた介装材４３は、板バネ４１，４２に対して接着されずに当接しているだけである。外皮４４は、可撓性を有し、板バネ４１，４２及び介装材４３を保持できるものであればよく、例えば、不燃性の布や熱収縮チューブ等を用いるとよい。

板バネ４１，４２は、側面視で全体として下方に凸となる弓形状に形成されている。そのため、板バネ４１，４２の上面４１ａ，４２ａと下面４１ｂ，４２ｂとは互いに異なる形状である。板バネ４１，４２は、上層５１、中間層５２及び下層５３を有し、異なる種類の繊維強化樹脂を複合して形成されている。中間層５２の体積は、上層５１及び下層５３の全体の体積よりも大きい。上層５１及び下層５３はＣＦＲＰによって形成され、中間層５２はＧＦＲＰによって形成されている。ＣＦＲＰは、ＧＦＲＰよりも引張又は圧縮に対する強度が高く、ＧＦＲＰは、ＣＦＲＰよりも安価である。

板バネ４１，４２の肉厚Ｔ４は、その長手方向中央部が最も厚く、その長手方向両端部に向けて徐々に薄くなるよう形成されている。具体的には、中間層５２の肉厚Ｔ２は、その長手方向中央部から長手方向両端部に向けて徐々に薄くなるよう形成されており、上層５１及び下層５３の肉厚Ｔ１，Ｔ３は一定である。板バネ４１，４２が横ばり４からの下方荷重により弾性変形する際には、板バネ４１，４２の長手方向において、上層５１に圧縮荷重が掛かるとともに下層５３に引張荷重が掛かるが、ＦＲＰは圧縮に対する強度よりも引張に対する強度の方が高いとの知見から、下層５３の肉厚Ｔ３を上層５１の肉厚Ｔ１よりも薄くしている。

板バネ４１，４２の幅Ｗ１は、板バネ４１，４２の最薄部（長手方向両端部）の肉厚Ｔ４の値よりも大きい。介装材４３の肉厚Ｔ５は、板バネ４１，４２の幅Ｗ１の２％以上２０％以下である。これにより、板バネユニット３０全体の肉厚Ｔ４が過大になるのを防ぎながら、板バネユニット３０全体の幅Ｗ２が過大になることも防がれている。なお、板バネ４１，４２の表面には、紫外線等から守るための塗装（図示せず）が施されている。

以上に説明した構成によれば、板バネユニット３０を構成する長手方向に沿って分割された板バネ４１，４２は、板バネユニット３０の厚さ方向に並ぶのではなく幅方向に並んでいるため、板バネユニット３０の厚さ方向（即ち、台車１の高さ方向）の占有スペースが増加するのを抑制することができる。よって、車体１１の低床化等に貢献することができる。そして、板バネユニット３０は一対の板バネ４１，４２に分割されているため、１つの板バネ４１に万が一の損傷等が生じても残りの板バネ４２によってその機能を担保することができる。

また、板バネ４１，４２の上面４１ａ，４２ａと下面４１ｂ，４２ｂとが互いに異なる形状（例えば、湾曲状やテーパ状）の場合には、板バネ４１，４２同士を上下に積層することはできないが、各板バネ４１，４２は上下方向（厚さ方向）に並ぶのではなく幅方向に並んでいるため、各板バネ４１，４２を同一のものとすることが可能となる。よって、個々の位置や挙動に合うような複数種類の板バネを設計及び生産する必要がなくなり、設計及び生産の効率を向上させることができる。

さらに、一対の板バネ４１，４２の間には、板バネ４１，４２よりも硬度の低い介装材４３としてゴムシートを介装しているので、板バネ４１，４２同士が擦れ合うのを防止して、板バネ４１，４２を保護することができる。また、介装材４３はシート状であり、その厚さＴ５方向が板バネ４１，４２の幅Ｗ１方向に一致するように配置したため、板バネユニット３０全体の肉厚Ｔ４も幅Ｗ２も過大になることを防止することができる。

そして、板バネ４１，４２及び介装材４３は、外皮４４によってまとめて包むことで保持されているため、板バネユニット３０を容易にハンドリングすることができる。しかも、外皮４４を設けることで、介装材４３が板バネ４１，４２に接着しなくても位置保持されるので、接着作業及び接着剤の使用を削減することができる。なお、外皮４４を廃止して、介装材４３を隣接する板バネ４１，４２に接着し、介装材４３の板バネ４１，４２に対する位置保持を可能とするようにしてもよい。

（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態に係る板バネユニット１３０の要部平面図である。図８は、図７のVIII−VIII線断面図である。図７及び８に示すように、本実施形態の板バネユニット１３０では、幅方向に並んだ板バネ１４１，１４２が、その長手方向両端部１４１ａ，１４２ａにおいて幅方向に貫通する挿通穴１４１ｂ，１４２ｂを有している。そして、それら挿通穴１４１ｂ，１４２ｂに保持部材としてのピン６３が挿通されることで、板バネ１４１，１４２が互いに連結保持されている。

具体的には、板バネ１４１，１４２は、上層１５１、中間層１５２及び下層１５３を有し、さらに、上層１５１と下層１５３とを長手方向両端部１４１ａ，１４２ａで互いに繋げる端縁部１５４を有している。端縁部１５４は、板バネ１４１，１４２の長手方向外方に向けて膨らむように湾曲した円弧形状を呈している。そして、この円弧形状の端縁部１５４の内周面と中間層１５２の長手方向端縁とにより、断面円形状の挿通穴１４１ｂ、１４２ｂが形成されている。上層１５１、下層１５３及び端縁部１５４はＣＦＲＰによって形成され、中間層１５２はＧＦＲＰによって形成されている。

挿通穴１４１ｂ、１４２ｂには、金属製の円筒状のカラー６１，６２がそれぞれ挿通されている。本例では、カラー６１，６２は、インサート成形により板バネ１４１，１４２と一体化されている。カラー６１，６２は、板バネ１４１，１４２の挿通穴１４１ｂ，１４２ｂから幅方向の両側に突出している。そして、一方の板バネ１４１のカラー６１と他方の板バネ１４２のカラー６２とが突き当たることで、板バネ１４１と板バネ１４２との間に隙間が形成され、その隙間にゴムシート等からなる介装材１４３が配置されている。なお、介装材１４３の長手方向両端部には、カラー６１，６２及びピン６３が挿通される挿通穴１４３ａが形成されている。

ピン６３は、カラー６１，６２を介して挿通穴１４１ｂ，１４２ｂに通される軸部６３ａと、軸部６３ａの一端に設けられて軸部６３ａよりも大径である頭部６３ｂと、軸部６３ａの他端部の外周面に形成された環状の溝部６３ｃとを備えている。そして、溝部６３ｃにはストッパ部材６５（例えば、Ｃリング）が嵌め込まれており、そのストッパ部材６５と頭部６３ｂとによりピン６３の抜け止めが図られている。

前記構成によれば、板バネ１４１，１４２及び介装材１４３を簡単に保持することができ、外皮を用いない分だけ板バネユニット１３０の肉厚を薄くすることもできる。しかも、板バネ１４１，１４２は、ピン６３の軸線周りに互いに相対回動可能であるため、板バネ１４１，１４２間における相互の荷重伝達が低減され、各板バネ１４１，１４２の独立性を高めることができる。また、隣接する板バネ１４１，１４２間に所定の隙間を確保するカラー６１，６２が設けられているため、介装材１４３に対して所定以上に幅方向の負荷が掛かることを防止することができる。なお、他の構成は前述した第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

本発明は前述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でその構成を変更、追加、又は削除することができる。前記各実施形態は互いに任意に組み合わせてもよく、例えば１つの実施形態中の一部の構成又は方法を他の実施形態に適用してもよい。介装材は、隣接する板バネのうち一方に接着するようにしてもよい。また、隣接する板バネ同士が所定以上に離れないように保持する保持部材は、外皮やピンや接着材等に限られず、例えば、板バネ及び介装材をその長手方向の一部においてまとめて保持するクランプ部材を用いてもよい。また、外皮を用いた状態で介装材を隣接する板バネに接着してもよい。

以上のように、本発明に係る板バネユニット及びそれを用いた鉄道車両用台車は、板バネの厚さ方向の占有スペースを低減しながら、板バネに万が一の損傷等が生じても板バネの機能を担保することができる優れた効果を有し、この効果の意義を発揮できる鉄道車両用台車に広く適用すると有益である。

１ 鉄道車両用台車
４ 横ばり
４ａ 車幅方向両端部
５ 車軸
７ 軸受
８ 軸箱
１１ 車体
３０，１３０ 板バネ
３０ａ 長手方向中央部
３０ｃ 長手方向両端部
４１，４２，１４１，１４２ 板バネ
４３，１４３ 介装材
４４ 外皮（保持部材）
５１，１５１ 上層
５２，１５２ 中間層
５３，１５３ 下層

Claims (9)

1. 鉄道車両の車体を支持するための横ばりと、前記横ばりを挟んで車両長手方向の前方及び後方において車幅方向に沿って配置された前後一対の車軸と、前記車軸の車幅方向両側に設けられて、前記車軸を回転自在に支持する軸受と、前記軸受を収容する軸箱とを備えた鉄道車両用台車に適用可能な板バネユニットであって、
   前記横ばりの車幅方向両端部を支持した状態で車両長手方向に延びて、その長手方向両端部が前記軸箱に支持され、上下方向となる厚さ方向に弾性変形する複数の板バネを備え、
   前記複数の板バネは、互いにその長手方向及び厚さ方向に直交する幅方向に並んで配置されている、板バネユニット。
2. 前記板バネの上面と下面とは、互いに異なる形状であり、
   前記複数の板バネは、互いの外形及び寸法が略同一である、請求項１に記載の板バネユニット。
3. 前記複数の板バネの間に介装され、前記板バネよりも硬度の低い介装材をさらに備えている、請求項１又は２に記載の板バネユニット。
4. 前記介装材は、シート状であり、その両面が前記複数の板バネの対向する側面により挟まれている、請求項３に記載の板バネユニット。
5. 前記介装材はゴム製である、請求項３又は４に記載の板バネユニット。
6. 前記複数の板バネをまとめて保持する保持部材をさらに備え、
   前記保持部材によって前記板バネとともに保持された前記介装材は、前記板バネに対して接着されずに当接している、請求項３乃至５のいずれかに記載の板バネユニット。
7. 前記介装材は、前記複数の板バネのうち前記介装材に隣接する少なくとも一方の板バネに接着されている、請求項３乃至５のいずれかに記載の板バネユニット。
8. 前記板バネは、少なくとも上層、中間層及び下層を有し、
   前記上層及び前記下層は第１のＦＲＰによって形成され、前記中間層は第２のＦＲＰによって形成され、前記第１のＦＲＰは前記第２のＦＲＰよりも前記長手方向の荷重に対する強度が高い、請求項１乃至７のいずれかに記載の板バネユニット。
9. 鉄道車両の車体を支持するための横ばりと、
   前記横ばりを挟んで車両長手方向の前方及び後方において車幅方向に沿って配置された前後一対の車軸と、
   前記車軸の車幅方向両側に設けられて、前記車軸を回転自在に支持する軸受と、
   前記軸受を収容する軸箱と、
   前記横ばりの車幅方向両端部を支持した状態で車両長手方向に延びて、その長手方向両端部が前記軸箱に支持されている板バネユニットと、を備え、
   前記板バネユニットは、上下方向となる厚さ方向に弾性変形する複数の板バネを有し、前記複数の板バネは、互いにその長手方向及び厚さ方向に直交する幅方向に並んで配置されている、鉄道車両用台車。

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