JP2013510753A - トーションバーアセンブリおよびその組立方法、特に鉄道車両アンチロールバー用のトーションバーアセンブリおよび組立方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本来の位置での組立が必要な重荷重アプリケーションでの使用により適した、特に鉄道車両ＡＲＢアセンブリとしての使用に適した分解可能なトーションバーアセンブリを提供する。
【解決手段】本発明は、頑丈なトーションバーアセンブリ、特に鉄道車両用のアンチロールバーアセンブリに係り、油注入テーパ嵌合の手段によってバーに取り付けられるレバーと、排出溝及び好ましくはＩＳＯ公差等級ＩＴ７かそれ以上の公差に形成された協働面を有し、最終組立位置は二つの部品の手動結合により規定される初期位置からのレバーの所定の軸方向変位によって決定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、分解可能なトーションバーアセンブリに係り、特に鉄道車両やその他高負荷アプリケーションで使用するためのアンチロールバーアセンブリに関する。

アンチロールバー（以下「ＡＲＢ」）のようなトーションバーは、通常、一組のトルク伝達要素（以下「レバー」という）間で小さな角度範囲で回転してトルクを伝達するように取り付けられるバーである。当該バーは、その両端から半径方向外側に延びた典型的には短いアームを有するが、必ずしもそうではないことがある。そのようなアセンブリは、典型的には、頻繁かつ急速に逆転する負荷を受け、乗客搬送鉄道車両用ＡＲＢでは、典型的には約６５ｍｍの径のバーで、約２０ｋＮｍのオーダーでトルクを生じさせることもある。

トーションバーは、台車の構造部品を通過する必要があるので、台車にバーを取り付けた後、レバーの少なくとも一つを本来の位置で組み立てる必要がある。ＡＲＢアセンブリはバーの軸方向長さが軌道ゲージによって制約されているので、限られた空間範囲内に収めなければならない。台車における本来の位置でＡＲＢにレバーを結合したり取り外したりすることができ、しかもアセンブリの大きさとコストを受容限度以上に増大することなく、大きな荷重を信頼性よく伝達することができる、レバーをバーに結合するための手段を開発するために多くの努力が費やされてきた。

例えば国際公開第ＷＯ２００４／０９１，９９２号公報で示されているように、この問題に対する一般的な解決策は、円筒形のスプラインジョイントで構成される。このスプラインによってバーの上にアームを押圧嵌合して組み立てることができる。しかし、ジョイントが可逆的負荷でバックラッシュを生じやすいという欠点がある。また、スプラインに応力が集中するため、バーの端部領域で疲労破壊を避けるために直径を増大させる必要があるが、そうするとバーのコストが大幅に増加するので望ましくない。

これらの問題を低減するために、円錐形のスプライン継手が開発されているが、製造コストがかなり高くなる。さらに、そのスプラインは使用中に摩耗するので、台車の寿命中にＡＲＢアセンブリを数回交換する必要があることが分かった。

また、縮小または圧縮された円筒状の締り嵌め手段で頑丈なＡＲＢにレバーを組み付けることが知られており、この方法は部品間でトルクを伝達するために互いに嵌合した乾燥鋼表面間の圧力と摩擦係数によって発生する摩擦力に頼っているのでバックラッシュがなく有利である。そのようなＡＲＢアセンブリは有利にコンパクトで低コストであり、応力集中の心配がない。しかし、当該ジョイントを組み立てるには、レバーを高温に加熱するか、非常に大きな圧縮力を使用する必要があるが、高温に加熱することはレール整備基地では危険で不適切であり、また非常に大きな圧縮力を使用すると台車における本来の位置のＡＲＢに反動が出るので現実的ではない。

英国特許（ＧＢ）１３８１６９９号公報は、レバーが、ＡＲＢの端部に係合するスプラインクランプを形成するために分割されている、鉄道車両台車のためのＡＲＢアセンブリを開示している。スプラインが形成され固定されたこの一般的なタイプの円筒状のジョイントは、より軽い地下鉄鉄道車両で成功裏に使用されており、スプラインが使用により摩耗しても、バックラッシュを低減又は除去するために本来の位置で有利に締め付けることができる。

国際公開ＷＯ第２００４／０９１，９９２号公報 英国特許第１３８１６９９号公報

しかし、このようなジョイントは、標準的な地上の乗客搬送鉄道車両のように、より重いアプリケーションでの使用が可能かどうか証明されておらず、負荷容量に疑問があった。別の対策は、レバーとＡＲＢとの間に結合される、別部材としてのロック環を提供することである。このタイプの既知のジョイントは、本来の位置での分解・組立に適していることが分かったが、不利に複雑になったり大型になったりする傾向がある。

本発明の目的は、本来の位置での組立が必要な重荷重アプリケーションでの使用により適した、特に鉄道車両ＡＲＢアセンブリとしての使用に適した分解可能なトーションバーアセンブリを提供することにある。また、本発明の他の目的は、対応する組立方法を提供することにある。

本発明に対応して、請求の範囲に記載の、分解可能なト−ションバーアセンブリとその組立方法が提供される。

車両の台車枠における本来の位置で示すアセンブリである。 アセンブリの一端部の縦断面である。 図２の組立位置におけるトーションバーの外周面である。 組み立てにおける初期位置のレバーとバーを示す図である。 組み立てにおける最終（組立）位置のレバーとバーを示す図である。

以下、鉄道車両用のＡＲＢアセンブリで構成される例示的な実施形態を、特許請求の範囲に限定されることなく、純粋に例として添付図面を参照して説明する。
図面中、同一部分には同一符号を付す。

図１に示すように、頑丈で分解可能なトーションバーアセンブリは、直径が少なくとも約５０ｍｍ、典型的には約５０〜約８０ｍｍである高張力鋼のトーションバー１０と、当該バーの両端部１１から半径方向外側に延在する一対のレバー２０を有する。使用時には、トーションバーは、最初に、鉄道車両の台車のフレーム１の複数の開口部を通して挿入され、トーションバーの両端部１１はフレームの両側面から短い距離だけ突出するようにして公知の軸受２に支持されている。その後、左右のレバー２０が、以下にさらに説明するようにバーに取り付けられ、それぞれリンク３を介して鉄道車両本体（図示せず）に結合される。バー１０は、ベアリングによって、鉄道車両本体のローリングに対応したトルクを２つのレバー２０の間で伝達するのに十分な小さい角度範囲で、その長手軸Ｙの回りに回転することができる。

図２から図５を参照すると、トーションバー１０の両端部１１に、滑らかでテーパ付けされた切頭円錐形の外周面１２が、当該トーションバー１０の長手軸の回りに形成されている。各レバー２０に、前記外周面１２と対応するテーパが付けられた内周面２２を有するソケット２１が設けられている。

ＡＲＢアセンブリの全体の長さは、軌道ゲージの範囲内に収めなければならないので、バーに、組み立てを容易にするために、レバーのソケットを通して外側に延びるネジ付きのボス又は類似する部分を設けることは、現実的ではない。それ故、バー１０の両端部１１に、以下に述べるように、バーの軸方向端面１４で開口し、バーに対する張力がジャッキ力で反応しやすいようにネジ付きの穴１５が配設されている。

内部にネジが切られた圧力注入口２３がレバーに形成され、この圧力注入口２３はその内端が、内周面２２に形成されてソケットの周方向に延在した環状部２４と、環状部２４より浅い２つの螺旋状部分１３とを有する流体排出溝に連通している。左右の螺旋状部分１３は、環状溝２４に連通すると共に左右方向に延在し、この延在長さは、図１、２、３と５に示すように、最終（組立）位置の協働面１２、２２の間に規定される摩擦界面１２’の全体の軸方向長さＬの、望ましくは少なくとも６５％、さらに望ましくは７５％の長さで延びている。

台車枠１にトーションバー１０を取り付けた後、各接触面１２、２２は、非腐食性圧力流体、好適にはオランダ国ニューウェハインのＳＫＦ（ＲＴＭ）メンテナンスプロダクト社から市販されている３００ｍｍ²／Ｓ・２０°Ｃの粘度を有するＬＨＭＦ３００のような防食油性取り付け流体で軽く被覆されている。レバーは、アライメント・ツールを使用して正しい角度位置に配置された後、バーの端部１１が摩擦テーパ嵌合関係でソケット２１に結合するように、ヘッドが柔らかい木槌を使用して、できるだけ手動力でバーに打ち込まれることで、図４に示すレバーの初期位置を規定する。

バー１０に対するレバー２０の相対的な位置を感知するためにダイヤルゲージ３５が任意の便利な位置に配置され、当該ダイヤルゲージ３５は、バーの軸方向端面１４と、これに隣接するレバーの軸方向端面２５との間の最初の距離が、図４のｄ₁で表される初期位置においてゼロに設定される。その後、ネジ付きの引張要素、好適には直径２０ｍｍのボルト３０が穴１５に結合され、中空油圧ジャッキ３１が、ボルトの頭部の軸受表面に結合した外板３３と、レバー２０に当接した内板３４との間に配設される。

ジャッキを伸長するようにジャッキの油圧ポンプ３２が作動され、これによってレバーをその初期位置から第１軸方向距離だけ、好適には２．５ｍｍだけ移動することでバーに押圧し、これにより当接面１２、２２間に十分な干渉圧を発生させ、そして十分な端部圧によりシールを形成することで当該当接面間に加圧潤滑膜を差し挟むようにする。

高圧手動式油圧ポンプ３６、好適には前記ＳＫＦ（ＲＴＭ）から入手可能な型式ＴＭＪＥ−４００ｋのポンプが注入口２３に接続されて駆動され、ジャッキ内の圧力を維持したまま、表面１２、２２間の界面に約７０Ｎ／ｍｍの典型的な初期圧力で圧力流体３７を強制注入する。その後、ジャッキとポンプ３６が同時に駆動され、レバーがその最終組立位置に到達するまで、典型的には約３００Ｎ／ｍｍまで徐々に増大する流体３７の圧力で、レバーをさらにバーに押圧する。レバーの最終組立位置は、初期位置からの所定の軸方向移動距離（例えば１０ｍｍ）によって規定され、この位置はダイヤルゲージで示され、また図において距離ｄ₁（図４）と対応する距離ｄ₂（図３）の差によって表される。所定の軸方向移動距離は、２つの部品間に必要な干渉圧力を生成するための計算と試験によって決定される。実際には、二つの部品の相対的な軸方向変位を決定するためのダイヤルゲージの代わりに、既知の厚さのシムが好都合に使用可能である。

その後ポンプ３６が減圧され、これにより約１０分間の間に圧力流体が排出溝１３、２４と注入口２３を経由して内外周面間から流出するのを可能にする。その後ジャッキ３１が取り外され、安全対策として好ましくは類似のボルト３０’が保持板３８に再装着される。上述した油注入によるテーパ面嵌合組立方法は、車軸上の列車車輪及び軸受のような回転部品を組み立てるために一般的に使用される従来の油注入によるテーパ面嵌合組立方法と似ている。

滑らかなテーパ付けされた接触面間に潤滑圧力流体が存在することで、この種のジョイントは、トーションバーアセンブリ、特にはＡＲＢアセンブリに生ずる、より重荷重で急速に変動及び反転するトルクを伝達することができない。しかし、本願出願人は、協働するテーパ付き表面を非常に狭い公差で形成することでそれら表面間にできるだけ均一な干渉圧力を生じさせ、嵌合面間に圧力流体排出溝を設け、そして、最終位置が、テーパ付けされた接触面の初期位置からの所定の移動距離により規定される組立手順を採用することにより、２つの部品間に、特にＡＲＢアセンブリで生じる重いトルク（７５ｍｍ径の軸に対し最大約２０〜２５ｋＮｍ）を伝達するのに十分な接触面積にわたり十分な摩擦力が生成されるという、驚くべきことを発見した。

好ましくは、排水溝は、界面１２’の軸方向の長さの少なくとも６５％、より好ましくは約７５％延在し、溝の軸方向の範囲にわたる界面上のすべての位置に近接した状態となるように界面にわたって分配された複数の離間した部分として配置されている。これは、当該溝を複数の間隔を明けた螺旋の巻回を形成するようにソケットの周方向に螺旋状に形成することで有利的に達成される。あるいは、例えば、平行な複数の軸方向溝を互いに接続すると共にソケットの周方向に間隔を明けて配置したり、平行な複数の環状溝をソケットの軸長方向に沿って間隔を明けて配置したりして形成することができる。本願出願人は、このことが、圧力流体を、有利的に急速に、そして２つの接触面１２，２２の間に十分な摩擦力が発生し、注入ポンプの減圧後わずか１０分でバーからレバーが飛び出す危険性を生じることなくジャッキを安全に取り外すことが可能になるのに十分なだけ、完全に排出することができることを見出した。その後ジョイントは使用可能にはなるが、実際には界面に十分な摩擦力が生じるのを確実にするため、慎重を期して使用を３時間以内で遅らせる。

内周面と外周面は、好ましくは１：３０と１：８０の間のテーパ、最も好ましくは約１：５０のテーパが形成され、当該テーパにより、容易に入手可能な手動操作中空ジャッキで２つの部品間を高圧強制潤滑すると、当該部品が実用的範囲内で軸方向に相対的に変位して必要な干渉圧力を有利的に発生させることができる。これは、台車における本来の位置にトーションバーを置いた状態で、レール整備基地で使用するのに適した非常に便利な組立方法を提供する。

内周面と外周面は０．０３０ｍｍ以下（ＩＳＯ公差等級ＩＴ７）の直径公差で製造されている。実際には、０．０１９ｍｍ未満（ＩＳＯ公差等級ＩＴ６）の直径公差でこれらの面を形成することは極めて困難であることが判明した。出願人は、従来の油注入によるテーパ面嵌合組立方法で２つの部品を組み立てると、その組立位置は２つの部品の（例えば位置合わせによって規定される、すなわち車軸上の対応する二つの基準面間、二つの車輪間又は二つの軸受間の、所定の間隔によって決定される）相対位置によって規定されるので、異なるアセンブリの各部品間の干渉圧力が公差範囲内で変化すると、それによって重いトルクが掛かった場合に、レバーが滑るかもしれないという信頼できない組立が得られるということを見出した。

新規な方法によると、レバーとバーの最終的な（組立状態の）相対位置が前述したように初期位置に関連して決定され、この初期位置は、二つの部品を手動結合で相対位置（この相対位置は各アセンブリで当該部品の二つの当接面によって実現される実際の直径、テーバ角度、及び車軸位置で変わる）に結合することで規定され、従って、異なるアセンブリで変化する。好ましいテーパ範囲と公差範囲で、バーの長手軸Ｙにおけるレバーの位置がアセンブリ間で変化することが分かった。この変化は、初期位置における距離ｄ₁の変化または組立位置における距離ｄ₂として便利に測定され、距離ｄ₁で少なくとも＋／−２．０ｍｍの変化であり、（所定の軸方向移動量の公差を含む）距離ｄ₂で少なくとも＋／−２．５ｍｍの変化である。実際には、一方の面がＩＳＯ公差等級ＩＴ７に形成され他方の面がＩＳＯ公差等級ＩＴ６に形成された場合、距離ｄ₂で＋／−４ｍｍの公差が生じ、一対のレバーを有するＡＲＢアセンブリの軸方向の全体長さでは典型的に＋／−８ｍｍの公差となり、この公差はＡＲＢアセンブリと協働するリンク３及び他の従来のコンポーネントによって吸収される。

アセンブリは、前述のようにジャッキ３１とポンプ３６をまず再設置して分解することができる。その後、圧力流体を注入するためにポンプが駆動される。この圧力流体は、必要に応じて（前記）ＳＫＦ（ＲＴＭ）から入手可能なＬＨＤＦ９００のようなより粘度が高い取り外し用流体である。このような流体を当接面の間に注入することで発生するレバーの内部の円周応力で２つの構成部品が弾性反発し、この動きはジャッキによって安全に制御される。

本願出願人はまた、穴１５の延在長が界面１２’の軸方向長さＬ（図３）よりかなり短い場合、二つの構成部品を分離することが驚くほど困難であることを発見した。これは、バーの端部１１の中空部分と中実部分の弾性の差によるものと考えられ、従って嵌合面間の界面１２’で生じる干渉圧力の差であると考えられ、この干渉圧力はバーの中空部に比べると穴の端部を越えたバーの中実部分で不釣り合いに高いと考えられる。従って、穴１５（全長がネジ付けされている必要はない）は、好ましくは図示するように少なくとも界面１２’の軸方向長さＬで延在し（すなわち、穴１５は好ましくは界面を規定する表面が形成されているバーの部分の全体に延在している）、これによって嵌合面１２、２２間の界面全体にわたって可能な限り均一な干渉圧力が生じると考えられ、容易に分解することができることが有利的に見出された。

要約すると、好ましい頑丈なトーションバーアセンブリ、特に鉄道車両用のアンチロールバーアセンブリは、油注入テーパ嵌合の手段によってバーに取り付けられるレバーと、排出溝及び好ましくはＩＳＯ公差等級ＩＴ７かそれ以上の公差に形成された協働面を有し、最終組立位置は二つの部品の手動結合により規定される初期位置からのレバーの所定の軸方向変位によって決定される。

この新規なアセンブリは、大きさが変動する重荷重をトーションバーからレバーに転送したり、バーの両端に配置された一対のレバーの間で転送したりする必要がある他の適用にも好適であると考えられる。

別の実施形態では、レバーは短く真っ直ぐなアームである必要はなく、バーにトルクを伝達する任意の要素でよい。圧力流体排出溝は、内周面と外周面の両方に配設可能であり、レバーの初期位置と組立位置の間のすべての位置で連通するように配設することが可能であるので、組立後に流体圧力を排出するのに役立つ上に、組み立ておよび分解時に流体圧力を（図示する実施形態の溝のように）分配するに役立つ。他の実施形態では、圧力流体注入口はバーではなくレバーに配設可能である。

当業者にとって特許請求の範囲内で他の多くの変形が可能であることが理解される。

Claims (9)

1. トーションバーと、少なくとも１つのレバーを有する分解可能なトーションバーアセンブリであって、前記トーションバーはその端部にテーパ付き外周面を有し、
   前記レバーはテーパ付き内周面を有するソケットを有し、
   前記ソケットは組立状態で前記バーの端部を受け入れ可能とされ、前記内周面と外周面はテーパ嵌合関係にて協働して内外周面間に界面を形成し、
   前記バーの端部はその軸方向端面に開口したネジ付き穴を有し、
   前記アセンブリは組立状態において前記界面に圧力流体を供給する圧力流体注入口を有し、
   前記内周面と外周面の少なくとも１つの面は組立状態において前記注入口に連通した圧力流体排出溝を有する、トーションバーアセンブリ。
2. 排出溝が組立状態で前記界面の軸方向長さの少なくとも６５％の長さで延び、当該界面にわたって間隔をあけた複数の部分として配設されている請求項１の分解可能なトーションバーアセンブリ。
3. ネジ付き穴が前記界面の少なくとも軸方向に延びている請求項１の分解可能なトーションバーアセンブリ。
4. 前記内周面と外周面が１：３０と１：８０の間のテーパを有し、前記内周面と外周面が０．０１９ｍｍ以上０．０３０ｍｍ以下の直径公差を有し、バーの長手軸方向におけるレバーの組立位置の公差が少なくとも＋／−２．５ｍｍである請求項１の分解可能なトーションバーアセンブリ。
5. 前記アセンブリが鉄道車両のアンチロールバーアセンブリとして組み立てられた請求項１から４のいずれか１の分解可能なトーションバーアセンブリ。
6. トーションバーアセンブリを組み立てる組立方法であって、
   ａ）トーションバーと、少なくとも１つのレバーを提供する工程、
   ｂ）バーの端部にテーバ付き外周面を形成する工程、
   ｃ）内周面を規定するソケットをレバーに設ける工程と、
   ｄ）バーの端部の軸方向端面に開口するネジ付き穴を形成する工程、
   ｅ）前記内周面又は外周面に連通した圧力流体注入口を設ける工程、
   ｆ）前記内周面又は外周面の少なくとも１つに、アセンブリの組立状態で前記注入口と連通する排出溝を設ける工程、
   ｇ）バーの端部が摩擦テーパ嵌合関係でソケットに係合してバーに対するレバーの初期位置を規定するようにバーの端部にレバーを装着する工程、
   ｈ）ネジ付き穴の中にテンション要素を係合し、前記テンション要素とレバーとの間にジャッキを配置する工程、
   ｉ）ジャッキを伸長してレバーをバーに対して第１軸方向移動距離で押圧移動する工程、
   ｊ）前記内周面と外周面の間に注入口を介して圧力流体を圧入する工程、
   ｋ）ジャッキを伸長してレバーをバーに対して押圧することで当該レバーを初期位置から所定の軸線距離にある組立位置に第２軸方向移動距離で移動する工程、
   １）前記内周面と外周面の間から圧力流体を排出溝と注入口を介して排出する工程、
   ｍ）ジャッキを取り外す工程、
   を有する組立方法。
7. トーションバーアセンブリが鉄道車両にアンチロールバーアセンブリとして配置され、レバーがバーに装着される前に前記トーションバーが台車の開口部を通して挿入される請求項６に記載の組立方法。
8. 添付図面を参照して以上実質的に説明された分解可能なトーションバーアセンブリ。
9. 添付図面を参照して以上実質的に説明された組立方法。

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