JP2016014441A - 球面継手および鉄道車両用空気ばね高さ調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】保持部材の保持部からシャフト部材のボールが抜けても保持部材からシャフト部材が完全に分離せず、高荷重下でも安全に使用可能な球面継手を提供する。
【解決手段】互いに平行な一対の平坦な端面２１ａ，２１ｂ間に球面２１ｃが形成されるとともに、端面２１ａ，２１ｂ間にシャフト挿通孔２２が貫通形成されたボール２１と、ボール２１を回転自在に保持するボール保持孔２６が形成されたレース２５と、を有する球面滑り軸受２０と、レース２５が固定される貫通孔１３を有するロッドエンドボディ（ハウジング）１０と、一端側に頭部３２を有し、他端側からボール２１のシャフト挿通孔２２に挿通されて貫通孔１３を貫通するシャフト３０とを備える球面継手１において、シャフト３０の一端側に、レース２５の端面におけるボール保持孔２６の断面よりも大きい断面のフランジ５１を有する第１のカラー（シャフト抜け止め部）５０を設けた。
【選択図】図３

Description

本発明は、球面継手および該球面継手を用いたリンク機構を備える鉄道車両用空気ばね高さ調整装置に関する。

空気ばねを有する鉄道車両には、走行中に車体の高さを一定範囲内に保つための空気ばね高さ調整装置が設けられている。空気ばね高さ調整装置は、左右上下方向の変位に追随可能な連結棒リンク機構を具備し、リンク機構を構成する連結棒の端部には球面継手(ボールジョイント)が用いられるものが知られている（特許文献１）。この種の球面継手としては、一端にボールを有するシャフト部材と、シャフト部材のボールを回転自在に保持するボール保持部を一端に有する保持部材とを具備する構成が一般的である（特許文献２，３等）。

特許第２７４３７６６号公報 実開昭５２−１１４１５６号公報 実開昭５４−１５２８６７号公報

従来の球面継手は、保持部材のボール保持部内にシャフト部材のボールを回転自在に組み込んでシャフト部材が全方向へ揺動可能とする構造となっており、これによって上記鉄道車両の空気ばね高さ調整装置にあっては連結棒に自己調心機能を持たせることができるものとしている。しかし、従来の球面継手構造では、仮に過大な荷重が掛かってボール保持部からボールが抜けた場合には、保持部材からシャフト部材が完全に分離してしまう構造であるため、特に安全性が重視される鉄道車両においては、不都合であった。また、上記特許文献３に記載されるようなボール保持部が袋穴になっているものでは、保持部材がダイキャスト品になるので高強度材料が使えないため、高荷重下では保持部材が変形しやすく使用し難いという問題がある。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、保持部材のボール保持部からシャフト部材のボールが抜けても保持部材からシャフト部材が完全に分離せず、高荷重下でも安全に使用することができる球面継手を提供することを目的とする。

本発明の球面継手は、一端側と他端側に位置する互いに平行な一対の平坦な端面間に球面が形成されるとともに、該一対の端面間にシャフト挿通孔が貫通形成されたボールと、該ボールを回転自在に保持するボール保持孔が形成されたレースと、を有する球面滑り軸受と、前記レースが固定される貫通孔を有するハウジングと、前記一端側に頭部を有し、前記ボールの前記シャフト挿通孔に挿通されて前記貫通孔を貫通するシャフトと、を備えた球面継手であって、前記シャフトの一端側に、前記レースの端面における前記ボール保持孔の断面よりも大きい断面を有するシャフト抜け止め部を設けたことを特徴とする（請求項１）。

本発明の球面継手によれば、シャフトに対し他端側に許容荷重以上の過大な荷重が掛かることによって仮にボールがレースから他端側に抜けたとしても、シャフト抜け止め部がレースの端面におけるボール保持孔の断面よりも大きい断面を有するためレースに当接し、それ以上の他端側への移動が規制される。ここで、シャフト抜け止め部の断面とは軸方向に直角な断面のことであって、それがレースの端面におけるボール保持孔の断面より大きいということは、ボール保持孔の断面の内側にシャフト抜け止め部の断面を完全に含めることができないということを意味する。このため、ハウジングからシャフトが完全に分離することが防止される。

本発明では、前記シャフト抜け止め部は、前記シャフトと別体または一体であって、該シャフトの前記頭部と前記ボールとの間に配設されている形態を含む（請求項２）。

また、本発明は、前記シャフト抜け止め部は、前記シャフトと一体に形成されている形態を含む（請求項３）。

本発明は、前記ハウジングの前記貫通孔における前記他端側の内周部には、前記レースが当接する突き当て部が設けられていることを特徴とする（請求項４）。この形態では、レースが突き当て部に当接することにより、レースが他端側への荷重を受けてもハウジングの貫通孔から抜けることが防止される。

本発明は、前記シャフト抜け止め部の前記断面が、前記ハウジングの前記貫通孔よりも大きいことを特徴とする（請求項５）。この形態では、例えレースが変形したり破壊したりしても、シャフト抜け止め部がハウジングの貫通孔に入らずハウジングに当接し、ハウジングからシャフトが完全に分離することが防止される。

本発明では、前記シャフト抜け止め部の前記断面が円形状であること（請求項６）、または、非円形状であることのいずれかの形態を含む（請求項７）。

本発明は、前記レースと前記ボールの前記球面との間に、自己潤滑性を有するライナーが介装されていることを特徴とする（請求項８）。この形態を採用することにより、給油することなく円滑な動作が実現され、メンテナンスフリーが可能となる。

本発明は、前記ボールにおける前記シャフト挿通孔の前記他端側に、前記シャフトの外周を囲繞する環状部材を設けたことを特徴とする（請求項９）。

本発明は、前記シャフト抜け止め部および前記環状部材の少なくとも一方の内周部に、前記シャフトの外周面に密着するシール部材が設けられていることを特徴とする（請求項１０）。この形態では、シール部材によって球面滑り軸受に対する防水および防汚の効果を得ることができる。

本発明は、前記球面滑り軸受を覆うカバー部材を有することを特徴とする（請求項１１）。この形態では、カバー部材によって球面滑り軸受に対する防水および防汚の効果を得ることができる。

次に、本発明の鉄道車両用空気ばね高さ調整装置は、請求項１〜１１のいずれかに記載の球面継手を用いたリンク機構を備えることを特徴とする（請求項１２）。

本発明によれば、シャフトに設けたシャフト抜け止め部がレースの端面におけるボール保持孔の断面よりも大きいためレースに当接し、このためハウジングからシャフトが完全に分離することが防止され、高荷重下でも安全に使用することができるといった効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る球面継手の縦断面図である。 図１の一部（球面滑り軸受の部分）拡大図である。 一実施形態の作用を示す縦断面図である。 本発明の他の実施形態を示す縦断面図である。 本発明のさらに他の実施形態を示す縦断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
［１］一実施形態
［１−１］一実施形態の構造
図１は、一実施形態に係る球面継手１の縦断面を示している。この球面継手１は、図１において上下方向に延びるロッドエンドボディ（ハウジング）１０と、ロッドエンドボディ１０の上側の先端に組み込まれたボール２１を有する球面滑り軸受２０と、図１においてボール２１を左右方向に貫通して延びるシャフト３０とを備えている。なお、以下では、左右、上下といった方向については、図１および図２におけるそれらの方向として説明を進める。

ロッドエンドボディ１０は、下方に開口するねじ穴１１が形成された円筒部１５を有し、この円筒部１５の上方にはリング部１２が形成され、リング部１２の中央部には左右方向に開口する断面円形状の貫通孔１３が形成されている。貫通孔１３の内周部には円環状のレース２５が嵌合されて固定されている。

図２に示すように、リング部１２の貫通孔１３における右側の内周部の開口縁には、開口内径を小さくする円環状の突き当て部１４が形成されている。レース２５はこの突き当て部１４に当接して係合し、これによりレース２５は貫通孔１３から右側への抜けが阻止されるようになっている。レース２５は、左側から、右側の端面が突き当て部１４に当接するまで貫通孔１３に挿入されて固定される。レース２５を貫通孔１３の内周部に固定する方法は限定されず、例えば圧入、接着、カシメ等の手段で固定することができる。レース２５内には、ボール２１を保持するボール保持孔２６が形成されている。ボール保持孔２６の内周面はボール２１の球面の直径よりもわずかに大きな直径を有する球面状に形成されており、レース２５内に、ボール２１が保持されている。

ボール２１は、図２に示すように、外形が、互いに平行な左右一対の平坦な端面２１ａ，２１ｂと、端面２１ａ，２１ｂ間に形成された球面２１ｃとで構成される。そしてボール２１の端面２１ａ，２１ｂ間には、軸心がボール２１の中心を通って、端面２１ａ，２１ｂに対して直角に左右方向に延びる断面円形状のシャフト挿通孔２２が貫通形成されている。以下、左側（本発明での一端側）の端面２１ａを第１の端面２１ａ、右側（本発明での他端側）の端面２１ｂを第２の端面２１ｂと言う。

ボール２１の球面２１ｃはレース２５に形成されたボール保持孔２６の球面状の内周面に嵌合し、レース２５でボール２１の球面２１ｃが保持され、ボール２１はレース２５を介してリング部１２に回転自在に保持されている。ボール２１とレース２５とにより、球面滑り軸受２０が構成される。図２に示すように、ボール２１とレース２５の間には自己潤滑性を有するライナー４０が介装されており、ボール２１はライナー４０を介してレース２５に回転自在に支持されている。ライナー４０は、例えば自己潤滑性を有する樹脂組成物を固めたもの、繊維状に編んだ樹脂にポリテトラフルオロエチレンを含侵させたもの、ＭｏＳ_２などの固体潤滑剤による潤滑層を形成したもの等の、従来知られている材料からなるものを適宜に用いることができる。

シャフト３０は、円柱状の軸部３１を主体とし、軸部３１の左側の端部には頭部３２が同軸状に形成され、右側にはねじ部３３が形成されている。例えば頭部３２の端面に六角穴を形成し、シャフト３０にボルトの機能を持たせることができる。軸部３１はボール２１のシャフト挿通孔２２に摺動して挿通される寸法（すきま嵌め寸法）を有する。シャフト３０は、ねじ部３３側がボール２１のシャフト挿通孔２２に第１の端面２１ａ側から挿入され、軸部３１がロッドエンドボディ１０の貫通孔１３を貫通している。

ボール２１の両側のシャフト３０の軸部３１には、軸部３１の外周を囲繞する円環状の第１のカラー（シャフト抜け止め部）５０および第２のカラー（環状部材）６０がそれぞれ配設されている。左側の第１のカラー５０はシャフト３０がボール２１のシャフト挿通孔２２に挿通される前に予め軸部３１に嵌められ、右側の第２のカラー６０はシャフト３０がボール２１のシャフト挿通孔２２に挿通された後に軸部３１に嵌められる。第１のカラー５０はシャフト３０の頭部３２とボール２１の第１の端面２１ａに当接しており、頭部３２と第１の端面２１ａの間に挟持された状態となっている。第２のカラー６０はボール２１の第２の端面２１ｂに当接している。各カラー５０，６０には、シャフト３０の軸部３１が摺動して挿入される。

第２のカラー６０の内周部には周溝６１が形成されており、この周溝６１に合成ゴム等からなるＯリング（シール部材）７０が嵌合して装着されている。第２のカラー６０が軸部３１に嵌められた状態で、Ｏリング７０は軸部３１の外周面に弾性的に密着する。

第１のカラー５０の左側の端部には、断面が円形状のフランジ５１が同心状に形成されている。フランジ５１の外径は、レース２５の左側の開口縁の内径よりも大きく、さらにリング部１２の貫通孔１３の内径よりも大きい。すなわち、フランジ５１の軸方向（左右方向）に直角な断面の大きさは、レース２５の左側の端面におけるボール保持孔２６の断面よりも大きく、かつリング部１２の左側の端面における貫通孔１３の断面よりも大きい。

上記球面滑り軸受２０は、合成ゴム等からなるゴムブーツ（カバー部材）７５でカバーされている。ゴムブーツ７５は上方から球面滑り軸受２０に被せられて装着される袋状のもので、ボール２１の両側の各カラー５０，６０が挿通される孔７５ａ，７５ｂと、ロッドエンドボディ１０が挿通される円筒状の孔７５ｃを有している。ゴムブーツ７５は弾性を利用して孔７５ａ，７５ｂにそれぞれ第１のカラー５０および第２のカラー６０を通し、孔７５ｃにロッドエンドボディ１０を通して装着される。

孔７５ａ，７５ｂの内周面が各カラー５０，６０にそれぞれ密着し、孔７５ｃの内周面がロッドエンドボディ１０の外周面に密着することで、球面滑り軸受２０はゴムブーツ７５で覆われる。第１のカラー５０側の孔７５ａの開口縁はフランジ５１の内側に密着し、また、第２のカラー６０側の孔７５ｂの開口縁は、第２のカラー６０の外側端部に形成された環状突起６２の内側に密着し、これによりゴムブーツ７５の抜け止めがなされている。

なお、材料に関して述べると、上記ロッドエンドボディ１０、ボール２１、レース２５、シャフト３０、第１および第２のカラー５０，６０は金属からなり、例えばクロムモリブデン鋼、ステンレス鋼等の高い強度を有する鋼で構成されるのが望ましい。また、自己潤滑性を有するライナー４０は、量産性の面から前述の自己潤滑性を有する樹脂組成物を固めたものが望ましい。また、ゴムブーツ７５は、上記の通り合成ゴム等から構成される。

［１−２］一実施形態の作用
以上が一実施形態の球面継手１であり、この球面継手１は、例えばロッドエンドボディ１０が固定側とされ、シャフト３０のねじ部３３に変位側の部材が固定されて用いられる。その場合には、変位側の部材が変位するとボール２１を支点にシャフト３０が揺動し、その変位を吸収する。ボール２１はレース２５内で回転し、シャフト３０の全方向への揺動を可能とする。

ところで、図３に示すように、ボール２１を支点にシャフト３０が揺動した際に、さらにシャフト３０に対し変位に伴って矢印Ｇで示す右方向に設計された許容荷重以上の過大な荷重が掛かると、ボール２１がレース２５から右側に抜ける可能性がある。しかし、このようにボール２１がレース２５から抜けたとしても、第１のカラー５０のフランジ５１がレース２５の左側の開口縁の内径よりも大きいため、このフランジ５１がボール保持孔２６に入らずレース２５の少なくとも一部に当接する。したがってシャフト３０のそれ以上の右側への移動が規制され、ロッドエンドボディ１０からシャフト３０が完全に分離することが防止される。よって高荷重下でも安全に使用することができる。

また、ロッドエンドボディ１０の貫通孔１３における右側の内周部にレース２５の抜けを阻止する突き当て部１４が設けられているため、レース２５が右側への荷重を受けてもレース２５が貫通孔１３から抜けることが防止される。

さらに本実施形態では、第１のカラー５０のフランジ５１がリング部１２の貫通孔１３よりも大きいため、例え突き当て部１４が変形したり破壊したりしてレース２５がボール２１と共に抜けてしまっても、フランジ５１が貫通孔１３に入らずリング部１２の側面に当接する。このため、ロッドエンドボディ１０からシャフト３０が完全に分離することが防止され、二重の安全性が図られる。

また、球面滑り軸受２０においては、レース２５とボール２１の球面との間に自己潤滑性のライナー４０が介装されているため、給油することなく円滑な動作が実現され、メンテナンスフリーが可能となる。

また、第２のカラー６０側に設けたＯリング７０によって球面滑り軸受２０に対する防水および防汚の効果を得ることができる。さらに球面滑り軸受２０を覆うゴムブーツ７５によっても、球面滑り軸受２０に対する防水および防汚の効果を得ることができる。したがって、例えば、車体の下部に配置されて泥水がかかるなどして汚染される環境下にある鉄道車両用空気ばね高さ調整装置のリンク機構に球面継手１を適用することは、汚染や錆が防がれ、汚染の影響によって動作不良を起こすといったことが回避されるので好適である。また、Ｏリング７０をシャフト３０と第２のカラー６０の間に介在させることで、シャフト３０が第２のカラー６０から抜けにくくなり、シャフト３０の頭部３２を下側にした際にシャフト３０が第２のカラー６０から抜けて落下してしまうことが防止されるという利点を得ることができる。

また、ロッドエンドボディ１０、ボール２１、レース２５、シャフト３０、第１および第２のカラー５０，６０を、上記のようにクロムモリブデン鋼、ステンレス鋼等の高強度な鋼を材料から構成すると、これらを切削加工で製造することができ、その場合には従来よりも高強度な球面継手を提供することが可能となる。

［２］他の実施形態
上記一実施形態は本発明の一例であり、本発明内であれば他の実施形態を採用することができる。

例えば、上記第１のカラー５０のフランジ５１を、断面が多角形等の非円形状のものとすることができる。また、図４に示すように、第１のカラー５０全体を、外径がリング部の貫通孔１３の内径よりも大きく、かつ一定径の円筒形状とすることができる。

また、上記第１のカラー５０はシャフト３０と別体のものであるが、図５に示すように、第１のカラー５０に替えて、シャフト３０の頭部３２に一体に形成した円形状もしくは多角形状等の非円形状のフランジ５２を、本発明のシャフト抜け止め部とすることができる。フランジ５２は、少なくともレース２５のボール保持孔２６よりも大きいものとし、図３に示したようにボール２１がレース２５から抜けた際にはフランジ５２がレース２５あるいはリング部１２に当接することで、ロッドエンドボディ１０からシャフト３０が完全に分離することが防止される。なお、シャフト３０と一体にフランジ５２を形成する場合には、頭部３２の他に、頭部３２とボール２１の間の軸部３１に一体に形成してもよい。

なお、本発明は上記球面継手１のような球面継手とともに、当該球面継手を用いたリンク機構を備える鉄道車両用空気ばね高さ調整装置を本発明とする。例えば、上記特許文献１に記載されるボールジョイントに本発明の球面継手を適用することで、本発明の鉄道車両用空気ばね高さ調整装置を構成することができる。

１…球面継手
１０…ロッドエンドボディ（ハウジング）
１３…貫通孔
１４…突き当て部
２０…球面滑り軸受
２１…ボール
２１ａ…第１の端面
２１ｂ…第２の端面
２１ｃ…球面
２２…シャフト挿通孔
２５…レース
２６…ボール保持孔
３０…シャフト
３２…頭部
４０…ライナー
５０…第１のカラー（シャフト抜け止め部）
５２…フランジ（シャフト抜け止め部）
６０…第２のカラー（環状部材）
７０…Ｏリング（シール部材）
７５…ゴムブーツ（カバー部材）

Claims (12)

1. 一端側と他端側に位置する互いに平行な一対の平坦な端面間に球面が形成されるとともに、該一対の端面間にシャフト挿通孔が貫通形成されたボールと、該ボールを回転自在に保持するボール保持孔が形成されたレースと、を有する球面滑り軸受と、
   前記レースが固定される貫通孔を有するハウジングと、
   前記一端側に頭部を有し、前記ボールの前記シャフト挿通孔に挿通されて前記貫通孔を貫通するシャフトと、
   を備えた球面継手であって、
   前記シャフトの一端側に、前記レースの端面における前記ボール保持孔の断面よりも大きい断面を有するシャフト抜け止め部を設けたこと
   を特徴とする球面継手。
2. 前記シャフト抜け止め部は、前記シャフトと別体または一体であって、該シャフトの前記頭部と前記ボールとの間に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の球面継手。
3. 前記シャフト抜け止め部は、前記シャフトと一体に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の球面継手。
4. 前記ハウジングの前記貫通孔における前記他端側の内周部には、前記レースが当接する突き当て部が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の球面継手。
5. 前記シャフト抜け止め部の前記断面が、前記ハウジングの前記貫通孔よりも大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の球面継手。
6. 前記シャフト抜け止め部の前記断面が円形状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の球面継手。
7. 前記シャフト抜け止め部の前記断面が非円形状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の球面継手。
8. 前記レースと前記ボールの前記球面との間に、自己潤滑性を有するライナーが介装されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の球面継手。
9. 前記ボールにおける前記シャフト挿通孔の前記他端側に、前記シャフトの外周を囲繞する環状部材を設けたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の球面継手。
10. 前記シャフト抜け止め部および前記環状部材の少なくとも一方の内周部に、前記シャフトの外周面に密着するシール部材が設けられていることを特徴とする請求項９に記載の球面継手。
11. 前記球面滑り軸受を覆うカバー部材を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の球面継手。
12. 請求項１〜１１のいずれかに記載の球面継手を用いたリンク機構を備えることを特徴とする鉄道車両用空気ばね高さ調整装置。

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