以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図1,2には、本発明の第一の実施形態としての防振装置10を備える軸箱支持装置12が示されている。軸箱支持装置12は、軸方向と軸直角方向で相対変位せしめられる第一の連結部材としての台車枠14と第二の連結部材としての軸箱16が、防振装置10によって防振連結された構造を有している。なお、以下の説明において、特に説明がない限り、上下方向とは軸方向である図1中の上下方向を、前後方向とは鉄道用車両の前後となる軸直角方向であって図1中の左右方向を、左右方向とは鉄道用車両の左右となる軸直角方向であって図2中の上下方向を、それぞれ言う。
より詳細には、台車枠14は、図示しないモータや後述する輪軸36など台車に作用する各荷重を負担するフレームであって、たとえば鋳鋼や鋼板溶接材などで形成されている。また、台車枠14の端部には、防振装置10が取り付けられる筒状部18が設けられている。この筒状部18は、略円筒形状とされて収容空所20を備えていると共に、上端開口部には内フランジ状の規定部22が一体形成されている。
また、台車枠14の中間下部には、リンク24が取り付けられている。リンク24は、略水平方向で直線的に延びており、長手ロッド状のリンク本体26の端部にゴムブッシュ28aとゴムブッシュ28bが取り付けられた構造とされている。そして、リンク24の一方の端部がゴムブッシュ28aを介して台車枠14の中間下部に取り付けられていると共に、リンク24の他方の端部がゴムブッシュ28bを介して軸箱16に取り付けられている。
軸箱16は、中空箱状の軸箱体30に図示しない軸受を収容配置した構造とされており、車軸32が軸受に挿通されて回転可能に支持されている。また、車軸32の一端部には車輪34が固設されており、車軸32と車輪34で構成される輪軸36が軸箱16によって回転可能に支持されている。
台車枠14と軸箱16は、リンク24によって防振連結されていると共に、防振装置10によっても防振連結されている。防振装置10は、防振装置本体38とばね部材としてのコイルばね40を備えており、防振装置本体38は、第一のゴム防振体42と第二のゴム防振体44が軸方向に配置された構造を有している。
第一のゴム防振体42は、第一のインナ軸部材46と第一のアウタ筒部材48が、第一の本体ゴム弾性体50によって相互に弾性連結された構造を有している。第一のインナ軸部材46は、鉄やアルミニウム合金などの金属で形成された高剛性の部材とされており、小径の略円筒形状を有している。第一のアウタ筒部材48は、第一のインナ軸部材46と同様の材料で形成された高剛性の部材であって、薄肉大径の略円筒形状を有している。
そして、第一のインナ軸部材46が第一のアウタ筒部材48に略同一中心軸上で挿通されて、それら第一のインナ軸部材46と第一のアウタ筒部材48が、第一の本体ゴム弾性体50によって軸直角方向に弾性連結されている。第一の本体ゴム弾性体50は、略円筒形状とされており、軸方向の両端面が相互に上下対称形状とされて、上下に略同じばね特性とされている。この第一の本体ゴム弾性体50は、内周面が第一のインナ軸部材46の外周面に加硫接着されていると共に、外周面が第一のアウタ筒部材48の内周面に加硫接着されている。本実施形態の第一の本体ゴム弾性体50は、第一のインナ軸部材46と第一のアウタ筒部材48を備えた一体加硫成形品として形成されている。
さらに、第一のアウタ筒部材48は、第一のアウタブラケット52に圧入固定されている。第一のアウタブラケット52は、第一のインナ軸部材46と同様の材料で形成された高剛性の部材であって、大径の略円筒形状を有していると共に、上端部にはフランジ状の上ばね受座53が一体形成されている。そして、第一の本体ゴム弾性体50の外周面に加硫接着された第一のアウタ筒部材48が、第一のアウタブラケット52に圧入固定されている。
一方、第二のゴム防振体44は、上側ゴム防振体54aと下側ゴム防振体54bとを備えている。上側ゴム防振体54aは、第二のインナ軸部材56aと第二のアウタ筒部材58aが、第二の本体ゴム弾性体60aによって相互に弾性連結された構造を有している。第二のインナ軸部材56aは、第一のインナ軸部材46と同様の材料で形成された高剛性の部材であって、小径の略円筒形状を有している。第二のアウタ筒部材58aは、第二のインナ軸部材56aと同様の材料で形成された高剛性の部材であって、薄肉大径の略円筒形状を有している。
そして、第二のインナ軸部材56aが第二のアウタ筒部材58aに略同一中心軸上で挿通されて、それら第二のインナ軸部材56aと第二のアウタ筒部材58aが、第二の本体ゴム弾性体60aによって径方向に弾性連結されている。第二の本体ゴム弾性体60aは、略円筒形状とされており、軸方向上面が全周に亘って上方へ向かって開口する凹形断面を有していると共に、軸方向下面が略軸直角方向へ広がる円環平面上とされている。この第二の本体ゴム弾性体60aは、内周面が第二のインナ軸部材56aの外周面に加硫接着されていると共に、外周面が第二のアウタ筒部材58aの内周面に加硫接着されている。本実施形態の第二の本体ゴム弾性体60aは、第二のインナ軸部材56aと第二のアウタ筒部材58aを備えた一体加硫成形品として形成されている。
さらに、第二のアウタ筒部材58aは、第二のアウタブラケット62aに圧入固定されている。第二のアウタブラケット62aは、第一のアウタブラケット52と同様の材料で形成された高剛性の部材であって、大径の略円筒形状を有している。そして、第二の本体ゴム弾性体60aの外周面に加硫接着された第二のアウタ筒部材58aが、第二のアウタブラケット62aに圧入固定されている。
なお、本実施形態において上側ゴム防振体54aと下側ゴム防振体54bは、略上下対称形状とされていることから、下側ゴム防振体54bについては図中に上側ゴム防振体54aと同じ符号を付すことにより、説明を省略する。また、上側ゴム防振体54aの構成部材と下側ゴム防振体54bの構成部材を区別し易くするために、上側ゴム防振体54aの構成部材の符号に枝番aを、下側ゴム防振体54bの構成部材の符号に枝番bを付す。なお、上側ゴム防振体54aと下側ゴム防振体54bは、互いに異なる形状や大きさで形成されていても良く、それによって互いに異なるばね特性を与えられて、要求される防振性能をより高度に実現することなども可能となり得る。
また、上側ゴム防振体54aの第二のアウタブラケット62aと、下側ゴム防振体54bの第二のアウタブラケット62bが、軸方向で固定的に連結されることにより、それら上側ゴム防振体54aと下側ゴム防振体54bを備える第二のゴム防振体44が構成されている。この第二のゴム防振体44において、上側ゴム防振体54aの第二の本体ゴム弾性体60aの外周端部と、下側ゴム防振体54bの第二の本体ゴム弾性体60bの外周端部は、第二のアウタブラケット62a,62bによって相互に連結されている。一方、第二のゴム防振体44において、上側ゴム防振体54aの第二の本体ゴム弾性体60aと、下側ゴム防振体54bの第二の本体ゴム弾性体60bは、軸方向で相互に離れて配置されている。
これらにより、上側ゴム防振体54aの第二の本体ゴム弾性体60aと、下側ゴム防振体54bの第二の本体ゴム弾性体60bは、後述する軸方向荷重の伝達経路方向で直列的につながって配設されている。従って、第二の本体ゴム弾性体60aと第二の本体ゴム弾性体60bは、軸方向の荷重入力に対して直列接続された合成ばねとして作用するようにされており、それら第二の本体ゴム弾性体60a,60bの弾性変形量の総計(合算弾性変形量)が大きくされて、より低いばね特性が発揮されるようになっている。
そして、軸方向に配置された第一のゴム防振体42と第二のゴム防振体44によって、防振装置本体38が構成されている。すなわち、第一のゴム防振体42の下方に第二のゴム防振体44が所定の距離を隔てて配置されていると共に、第一のゴム防振体42の第一のインナ軸部材46と、第二のゴム防振体44における上側ゴム防振体54aの第二のインナ軸部材56aとが、略円筒形状を有するライナーとしての上ライナー64によって軸方向で相互に連結されている。なお、第二のゴム防振体44における下側ゴム防振体54bの第二のインナ軸部材56bの下方には、略円筒形状の下ライナー66が軸方向で直列に配されている。
また、第一のゴム防振体42が高ばね特性とされていると共に、第二のゴム防振体44が低ばね特性とされている。すなわち、本実施形態では、第一のゴム防振体42の第一の本体ゴム弾性体50と、第二のゴム防振体44の第二の本体ゴム弾性体60a,60bが、軸直角方向で略同じ長さとされていると共に、第一の本体ゴム弾性体50の軸方向寸法が、第二の本体ゴム弾性体60a,60bよりも大きくされている。これらにより、第一のゴム防振体42が第二のゴム防振体44よりも高ばね特性とされている。なお、同一形状の第一の本体ゴム弾性体50と第二の本体ゴム弾性体60a,60bであっても、たとえば形成材料を相互に異ならせることにより、第一のゴム防振体42と第二のゴム防振体44のばね特性を異ならせることができる。さらに、第一の本体ゴム弾性体50と第二の本体ゴム弾性体60a,60bの材質と形状が同一であっても、第二のゴム防振体44が第二の本体ゴム弾性体60aと第二の本体ゴム弾性体60bのような複数のゴム弾性体を直列接続した構造とされていれば、それら複数のゴム弾性体の直列合成ばねで設定される第二のゴム防振体44のばね特性は、第一の本体ゴム弾性体50のばねで設定される第一のゴム防振体42のばね特性よりも低ばね特性となる。
かくの如き構造とされた防振装置本体38は、台車枠14と軸箱16の間に介装されている。すなわち、軸方向に並んだ第一のゴム防振体42と第二のゴム防振体44が台車枠14の筒状部18の収容空所20に収容されていると共に、軸箱16から上方へ突出するインナ取付軸部68が、筒状部18に下方から差し入れられて、第一のゴム防振体42の第一のインナ軸部材46と第二のインナ軸部材56a,56bに挿通されている。
また、第一のゴム防振体42の第一のインナ軸部材46と上側ゴム防振体54aの第二のインナ軸部材56aは、インナ取付軸部68に対して、軸直角方向への相対変位が阻止されているとともに軸方向への相対変位が許容されている。本実施形態では、第一のインナ軸部材46および第二のインナ軸部材56aがインナ取付軸部68に外挿されると共に、第一のインナ軸部材46および第二のインナ軸部材56aとインナ取付軸部68の重ね合わせ面が潤滑油やグリースによって潤滑されるなどして、第一のインナ軸部材46および第二のインナ軸部材56aが、インナ取付軸部68に対して小さな摩擦抵抗で軸方向に摺動可能とされている。また、上ライナー64は、第一のインナ軸部材46および第二のインナ軸部材56aと同様に、インナ取付軸部68に対して軸方向へ摺動可能に取り付けられており、第一のインナ軸部材46と第二のインナ軸部材56aと上ライナー64が、インナ取付軸部68に対して軸方向で一体的に移動可能とされている。なお、第一のインナ軸部材46と第二のインナ軸部材56aは、インナ取付軸部68に対する軸直角方向への相対変位が完全に阻止された態様に限定されるものではなく、ある程度の相対変位が許容されるとともに相対変位量が制限されていても良い。
更にまた、インナ取付軸部68の上部には、略円環板形状の抜止めプレート70が外挿されており、インナ取付軸部68の上端部に螺着されるナット72によって、抜止めプレート70が軸方向に位置決めされた状態でインナ取付軸部68に取り付けられている。かかる抜止めプレート70への当接によって第一のインナ軸部材46の上端位置が規定されており、第一のインナ軸部材46のインナ取付軸部68からの抜けが防止されている。
さらに、下側ゴム防振体54bの第二のインナ軸部材56bと軸箱16との軸方向間には、略円筒形状の下ライナー66が介装されており、第二のインナ軸部材56bが軸箱16に対して下ライナー66を介して当接することにより、第二のインナ軸部材56bの軸箱16に対する下端位置が規定されて、第二のインナ軸部材56bが軸箱16に対して固定的に取り付けられている。なお、第二のインナ軸部材56bと下ライナー66は、上記の如く軸箱16に対して軸方向で位置決めされることから、インナ取付軸部68に対して固定的に取り付けられても良い。
また、防振装置本体38の外周には、コイルばね40が配設されている。コイルばね40は、第二のゴム防振体44よりも外周側を延びており、軸方向上端が第一のアウタ筒部材48の上ばね受座53によって支持されていると共に、軸方向下端が軸箱16の上面に固設された下ばね受座74によって支持されている。そして、コイルばね40の弾性力が上ばね受座53と下ばね受座74を軸方向で相互に離隔させる方向で及ぼされて、第一のアウタブラケット52が台車枠14の規定部22に弾性的に押し当てられるように軸方向で付勢されている。これにより、コイルばね40が台車枠14と軸箱16の間に介装されて、それら台車枠14と軸箱16がコイルばね40によって軸方向に弾性連結されていると共に、第一のゴム防振体42の第一のアウタ筒部材48が第一のアウタブラケット52を介して台車枠14に取り付けられており、第一のゴム防振体42が台車枠14と軸箱16の間に介装されている。なお、第一のアウタブラケット52と規定部22は、コイルばね40の弾性によって非固着で重ね合わされており、台車枠14と軸箱16が相互に離れるように軸方向へ相対変位する場合などには、第一のアウタブラケット52と規定部22が上下に離隔し得る。もっとも、第一のアウタブラケット52と規定部22は、ボルト締結や溶接などにより固定されていても良い。
さらに、コイルばね40は、第一のゴム防振体42および第二のゴム防振体44に対して並列的に配設されており、並列接続されたコイルばね40のばねと第一のゴム防振体42および第二のゴム防振体44のばねとの合成ばねが、防振装置10の軸方向ばねとされている。
さらに、第二のゴム防振体44の第二のアウタブラケット62a,62bは、台車枠14側には取り付けられず、第二のゴム防振体44は第二のインナ軸部材56a,56bによって軸箱16側へ取り付けられる。これにより、第二のゴム防振体44は、それ自体では台車枠14と軸箱16の間に跨ることなく配設されており、第一のゴム防振体42を介して台車枠14に取り付けられる。なお、第二のアウタブラケット62a,62bは、台車枠14に対して離れて配されていると共に、軸箱16に対しては第二の本体ゴム弾性体60a,60bを介して弾性的に連結されており、それら台車枠14と軸箱16の何れに対しても相対変位可能とされている。
このような構造とされた防振装置本体38とコイルばね40からなる防振装置10を備えた軸箱支持装置12では、台車枠14と軸箱16の間に軸方向および軸直角方向の荷重が入力されると、それら軸方向および軸直角方向の荷重がリンク24と防振装置10に分配される。
具体的には、台車枠14と軸箱16の間に軸直角方向の振動荷重が入力されると、リンク24のゴムブッシュ28a,28bによる防振効果が発揮されると共に、防振装置本体38による防振効果が発揮される。すなわち、防振装置本体38に軸直角方向の振動荷重が入力されると、第一のゴム防振体42において、第一の本体ゴム弾性体50が第一のインナ軸部材46と第一のアウタ筒部材48の間で軸直角方向に圧縮変形せしめられて、第一の本体ゴム弾性体50の減衰作用などに基づく防振効果が発揮される。
さらに、本実施形態において、第二のゴム防振体44の第二の本体ゴム弾性体60a,60bには、台車枠14と軸箱16の間に作用する軸直角方向荷重は実質的に入力されず、第二の本体ゴム弾性体60a,60bは軸直角方向の荷重入力時に弾性変形しない。すなわち、インナ取付軸部68に対して外挿装着された第二のインナ軸部材56a,56bが、インナ取付軸部68とともに軸直角方向へ移動すると、台車枠14側に拘束されない第二のアウタ筒部材58a,58bもインナ取付軸部68とともに同方向へ移動する。その結果、それら第二のインナ軸部材56a,56bと第二のアウタ筒部材58a,58bとの間に軸直角方向の荷重は実質的に入力されず、第二の本体ゴム弾性体60a,60bの弾性変形は生じない。
更にまた、コイルばね40は軸直角方向の入力に対してばね機能が小さいことから、本実施形態の防振装置10では、軸直角方向の振動入力に対して第一の本体ゴム弾性体50の防振作用が支配的に発揮される。従って、軸直角方向の入力に対する防振装置10のばね特性のチューニングが容易になると共に、第二の本体ゴム弾性体60a,60bの耐久性の向上も図られ得る。
なお、鉄道用車両の前後方向(図1中、左右方向)で軸直角方向の振動荷重が入力される場合と、鉄道用車両の左右方向(図2中、上下方向)で軸直角方向の振動荷重が入力される場合の両方において、リンク24のゴムブッシュ28a,28bによる防振効果と、防振装置10の第一の本体ゴム弾性体50による防振効果が発揮される。しかしながら、リンク24のゴムブッシュ28a,28bに対する入力方向が異なることから、車両前後方向の振動入力時と車両左右方向の振動入力時では防振特性が異なる。本実施形態では、防振装置本体38が略円筒形状とされていることから、前後入力に対する防振装置本体38の防振効果と、左右入力に対する防振装置本体38の防振効果は、略同じとされている。
また、台車枠14と軸箱16の間に軸方向(上下方向)の振動荷重が入力されると、リンク24のゴムブッシュ28a,28bに捻り方向の力が作用して、ゴムブッシュ28a,28bによる防振効果が発揮される。さらに、防振装置10に対して軸方向の振動荷重が作用することにより、防振装置本体38の軸方向ばねとコイルばね40の軸方向ばねとによる緩衝作用が発揮されると共に、防振装置本体38のエネルギー減衰作用によって入力振動が吸収される。
すなわち、防振装置10に軸方向振動が入力されて、台車枠14と軸箱16が上下に接近せしめられると、コイルばね40が台車枠14と軸箱16の間で軸方向に圧縮されて、コイルばね40による緩衝作用が発揮される。
一方、防振装置本体38は、軸方向の振動入力に対して、低ばね特性が発揮されるようになっている。すなわち、防振装置本体38では、図4に示すように、軸方向の振動入力に対して、高ばね特性の第一のゴム防振体42における軸方向変形量の分配割合が小さくされると共に、低ばね特性の第二のゴム防振体44における軸方向変形量の分配割合が大きくされるようになっている。
より具体的には、図4(a)に示す初期状態の防振装置本体38に対して、台車枠14と軸箱16が接近する軸方向の荷重が入力されると、第一のゴム防振体42と第二のゴム防振体44のばね特性に応じて、図4(b),(c)に示すように、第一のゴム防振体42と第二のゴム防振体44が変形する。ここにおいて、低ばね特性の第二のゴム防振体44における軸方向変形量の分配割合が大きくされることにより、防振装置本体38のばね特性が柔らかくなっている。なお、軌条の上下凹凸等によって軸箱16が台車枠14に対して上下に移動する場合もあるが、図4では、分かり易さのために、軸箱16の上下位置が固定された状態で、台車枠14が下方へ変位するものとして図示されており、以下では図4に沿って説明する。
すなわち、台車枠14と軸箱16の間に入力された軸方向の荷重は、台車枠14と軸箱16に跨って配設される第一のゴム防振体42に及ぼされる。第一のゴム防振体42は、第一のインナ軸部材46がインナ取付軸部68に対して軸方向へ摺動可能に取り付けられており、第一のインナ軸部材46とインナ取付軸部68の間に作用する摩擦抵抗力は十分に小さい。また、第一のインナ軸部材46は、上ライナー64を介して第二のゴム防振体44の第二のインナ軸部材56aに連結されていることから、軸方向荷重の入力に対して第一のインナ軸部材46に作用する反力は、主として第二のゴム防振体44の弾性力となる。
図4(b)に示す軸方向荷重の入力が小さい状態では、第一のゴム防振体42と第二のゴム防振体44のばね特性に応じて変形量が分配される。
第二の本体ゴム弾性体60aと第二の本体ゴム弾性体60bは、荷重伝達経路上で相互に直列的に接続されており、それら第二の本体ゴム弾性体60aと第二の本体ゴム弾性体60bに変形量が分配される。本実施形態では、第二のゴム防振体44における第二の本体ゴム弾性体60aと第二の本体ゴム弾性体60bが略上下対称形状とされており、上下方向のばね定数が略同じとされていることから、第二の本体ゴム弾性体60aと第二の本体ゴム弾性体60bに変形量が略均等に分配される。換言すれば、本実施形態において、第二の本体ゴム弾性体60aと第二の本体ゴム弾性体60bは、軸方向荷重の入力に対する変形量が略同じとされている。
また、図4(c)に示すように、軸方向荷重が大きい状態であっても、第一のゴム防振体42と第二のゴム防振体44のばね特性に応じて変形量が分配される。
以上のように、防振装置本体38は、第一のインナ軸部材46と第二のインナ軸部材56aが軸方向へ一体的に移動可能とされていることにより、第一の本体ゴム弾性体50への軸方向変形量の分配割合が小さくなっていると共に、第二の本体ゴム弾性体60aへの軸方向変形量の分配割合が大きくなっている。これにより、防振装置本体38の軸方向ばね特性において、第一のゴム防振体42の高ばね特性が支配的となることなく、第二のゴム防振体44による低ばね特性が有効に発揮されて、良好な乗り心地などが実現される。
なお、本実施形態の防振装置10では、軸方向入力に対する第一のゴム防振体42と第二のゴム防振体44のばねが、第一の本体ゴム弾性体50と第二の本体ゴム弾性体60a,60bの剪断ばねとなる。それ故、それら第一のゴム防振体42と第二のゴム防振体44は、軸方向において何れも比較的に柔らかいばね特性とされており、軸方向荷重は主としてコイルばね40が弾性的に受けるようになっている。さらに、第一のゴム防振体42および第二のゴム防振体44が、振動減衰作用が殆どない金属製のコイルばね40と並列的に配設されていることにより、それら第一のゴム防振体42および第二のゴム防振体44の減衰作用によって、防振装置10に入力された振動エネルギーが低減されるようになっている。
図5には、本発明の第二の実施形態としての防振装置80が示されている。防振装置80は、防振装置本体82とコイルばね40を備えており、防振装置本体82が第一のゴム防振体84と第二のゴム防振体86を備えている。以下の説明において、第一の実施形態と実質的に同一の部材および部位については、図中に同一の符号を付すことで説明を省略する。また、輪軸36やリンク24などの図示しない部分については、第一の実施形態と同様の構造が採用され得る。
より詳細には、第一のゴム防振体84は、第一のインナ軸部材88と第一のアウタ筒部材48が、第一の本体ゴム弾性体50によって弾性連結された構造を有している。第一のインナ軸部材88は、薄肉の略円筒形状で第一の本体ゴム弾性体50の内周面に加硫接着された第一のインナスリーブ90が、無給油軸受としての第一の無給油軸受92に外嵌固定された構造を有している。
第一の無給油軸受92は、下端にフランジ状のスペーサ部94を備えた略円筒形状を有しており、潤滑油やグリースによる潤滑を要することなく表面の摩擦抵抗が小さく抑えられている。このような第一の無給油軸受92としては、含浸された油が作動時に自動的に染み出すなどして流体潤滑ないしは境界潤滑される含油軸受や、表面の摩擦係数が小さい材料(例えば、黒鉛、二硫化モリブデン、金属石鹸、高分子材料など)によって形成されることで固体潤滑されるドライベアリングなど、各種公知構造のものが採用され得る。
第二のゴム防振体86は、上側ゴム防振体96aと下側ゴム防振体96bを備えている。上側ゴム防振体96aは、第二のインナ軸部材98aと第二のアウタ筒部材58aが、第二の本体ゴム弾性体60aによって相互に弾性連結された構造を有している。上側ゴム防振体96aの第二のインナ軸部材98aは、略円筒形状で第二の本体ゴム弾性体60aの内周面に加硫接着された第二のインナスリーブ100aが第二の無給油軸受102に外嵌固定された構造を有している。第二の無給油軸受102は、上端にフランジ状のスペーサ部104を備えた略円筒形状を有しており、第一の無給油軸受92と同様に、潤滑油やグリースによる潤滑を要することなく表面の摩擦抵抗が小さく抑えられる各種公知構造のものが採用され得る。
なお、本実施形態において、下側ゴム防振体96bの第二のインナ軸部材98bは、第二のインナスリーブ100bだけで構成されて、第二の無給油軸受102が設けられていない。
そして、かくの如き構造とされた防振装置本体82は、第一のゴム防振体84の第一のインナ軸部材88がインナ取付軸部68に外挿されて取り付けられると共に、第二のゴム防振体86の第二のインナ軸部材98aと第二のインナ軸部材98bが、インナ取付軸部68に外挿されて取り付けられる。
ここにおいて、第一のインナ軸部材88と第二のインナ軸部材98aは、第一,第二の無給油軸受92,102がインナ取付軸部68に外挿装着されることにより、インナ取付軸部68に対する軸直角方向への移動を阻止されながら、軸方向への移動を許容されている。換言すれば、第一のインナ軸部材88と第二のインナ軸部材98aは、第一,第二の無給油軸受92,102によって、インナ取付軸部68に対して小さな摩擦抵抗で軸方向へ摺動可能に取り付けられている。本実施形態では、第一の無給油軸受92の下端のスペーサ部94と第二の無給油軸受102の上端のスペーサ部104が、第一のインナスリーブ90と第二のインナスリーブ100aとの軸方向間に配置されており、ライナーとしても機能している。
また、第二のインナ軸部材98bには、大径とされたインナ取付軸部68の基端部が圧入固定されており、第二のインナ軸部材98bがインナ取付軸部68に対して固定的に取り付けられている。
このような本実施形態に係る防振装置80においても、第一の実施形態と同様の効果が有効に発揮され得る。しかも、第一のインナ軸部材88と第二のインナ軸部材98aが、インナ取付軸部68に対して無給油軸受92,102によって摺動可能に取り付けられることから、保守管理が容易になると共に、潤滑油による汚れなども回避できる。
図6には、本発明の第三の実施形態としての防振装置110が示されている。防振装置110は、防振装置本体112とコイルばね40を備えており、防振装置本体112が第一のゴム防振体42と第二のゴム防振体114を備えている。
より詳細には、前記第一の実施形態の第二のゴム防振体44が上側ゴム防振体54aと下側ゴム防振体54bで構成されて、2つのゴム弾性体を有しているのに対して、本実施形態の第二のゴム防振体114は、上側ゴム防振体54aに対応する1つのゴム弾性体によって構成されている。すなわち、第二のゴム防振体114は、第二のインナ軸部材56aと第二のアウタ筒部材58aが、第二の本体ゴム弾性体60aによって相互に弾性連結された構造を有している。
そして、第二のゴム防振体114は、第二のインナ軸部材56aがインナ取付軸部68に対して外挿状態で軸方向へ摺動可能に取り付けられており、上ライナー64を介して第一のインナ軸部材46と軸方向に連結されている。これにより、第二のインナ軸部材56aが軸箱16側に取り付けられている。
また、第二のアウタ筒部材58aは、第二のアウタブラケット62aに圧入されている。この第二のアウタブラケット62aは、軸箱16に固設された下ばね受座74に溶接や接着などの手段で固定されており、それによって第二のアウタ筒部材58aが軸箱16側に取り付けられている。なお、第二のアウタブラケット62aと下ばね受座74を非固定として、軸方向の引張入力時に相互に離れ得るようにしても良い。
このような本実施形態に従う構造とされた防振装置110においても、第一の実施形態と同様な効果が発揮され得る。しかも、本実施形態の構造では、第二のゴム防振体114の構造が簡略なものとされており、製造が容易であると共に、コストの低減も図られる。加えて、第二のゴム防振体114において複数のゴム弾性体を軸方向に配するスペースが必要とされないことで、防振装置本体112の軸方向寸法を小さくすることもできる。
図7には、本発明の第四の実施形態としての防振装置120が示されている。防振装置120は、防振装置本体122とコイルばね40を備えており、防振装置本体122が第一のゴム防振体42と第二のゴム防振体124を備えている。
より詳細には、第二のゴム防振体124は、第二のインナ軸部材56bと第二のアウタ筒部材58bが、第二の本体ゴム弾性体60bによって弾性連結された構造を有している。なお、第二のゴム防振体124は、第一の実施形態における下側ゴム防振体54bと実質的に同一の構造であることから、詳細な説明は省略する。
また、第二のアウタ筒部材58bには、第二のアウタブラケット126が取り付けられている。第二のアウタブラケット126は、略円筒形状を有する取付部128と、取付部128の上端部に一体形成された内フランジ状の連結部129とを備えている。そして、第二のアウタブラケット126の取付部128の下端部には、第二のアウタ筒部材58bが圧入固定されており、もって第二のアウタブラケット126が第二のアウタ筒部材58bに取り付けられている。なお、第二のアウタブラケット126の連結部129は、第二のインナ軸部材56bと第二のアウタ筒部材58bと第二の本体ゴム弾性体60bに対して、上方へ離れて配置されている。
そして、第二のゴム防振体124は、第二のインナ軸部材56bがインナ取付軸部68に外挿状態で固定されていると共に、第二のアウタブラケット126の連結部129がインナ取付軸部68に外挿状態で軸方向へ摺動可能に取り付けられている。さらに、第二のアウタブラケット126の連結部129は、内周端部が上ライナー64によって第一のインナ軸部材46と上下に連結されており、第一のインナ軸部材46と一体的に軸方向へ移動可能とされている。なお、第二のインナ軸部材56bは、下方に配される下ライナー66によって、軸箱16に対して軸方向で位置決めされている。
このような本実施形態に係る防振装置120においても、前記実施形態と同様の効果が発揮され得る。このように、第一のゴム防振体42において軸箱16に軸方向移動可能に取り付けられる部材には、必ずしも第二のゴム防振体124の第二のインナ軸部材56bが連結されるものではなく、第二のアウタ筒部材58bが連結されるようにしても良い。要するに、第一のゴム防振体42において台車枠14または軸箱16に軸方向移動可能に取り付けられる側の部材には、第二のゴム防振体124において台車枠14または軸箱16に対して軸方向移動可能に取り付けられる側の部材が連結される。
また、前記各実施形態では、第一のゴム防振体の第一のインナ軸部材が軸箱に対して軸方向へ変位可能に取り付けられた構造が例示されているが、例えば、第一のアウタ筒部材が、軸箱に取り付けられて、軸箱に対して軸方向へ変位可能とされた、以下の如き構造も採用され得る。
すなわち、図8には、本発明の第五の実施形態としての防振装置130が示されている。防振装置130は、防振装置本体132とコイルばね40を備えており、防振装置本体132が第一のゴム防振体134と第二のゴム防振体136を備えている。
第一のゴム防振体134は、第一のインナ軸部材46と第一のアウタ筒部材48が、第一の本体ゴム弾性体50によって弾性連結された構造を有している。本実施形態では、第一のインナ軸部材46が小径の略円筒形状とされていると共に、第一のアウタ筒部材48が大径の略円筒形状とされており、第一のインナ軸部材46が第一のアウタ筒部材48に挿通されて、それら第一のインナ軸部材46と第一のアウタ筒部材48が、径方向間に配された略円筒形状の第一の本体ゴム弾性体50によって相互に弾性連結されている。また、第一のアウタ筒部材48には、略円筒形状の第一のアウタスリーブ144が外嵌装着されている。
さらに、第一のインナ軸部材46には、インナブラケット146が取り付けられている。インナブラケット146は、第一のインナ軸部材46が外嵌固定される略円柱形状の取付軸部148と、取付軸部148に対して外周に離れた位置で周方向に延びる略円筒形状の上ばね受座150とを、一体で備えている。このインナブラケット146は、図1のような台車枠14と一体形成されていても良いし、台車枠14とは別体で形成されて、ボルト固定や溶接などの手段で台車枠14に取り付けられるようになっていても良い。
第二のゴム防振体136は、上側ゴム防振体152aと下側ゴム防振体152bを備えており、上側ゴム防振体152aは、第二のインナ軸部材56aと第二のアウタ筒部材58aが、第二の本体ゴム弾性体60aによって弾性連結された構造を有している。更に、第二のアウタ筒部材58aには、略円筒形状の第二のアウタスリーブ160aが外嵌装着されている。なお、下側ゴム防振体152bは、上側ゴム防振体152aに対して上下対称形状とされていることから、図中に同じ符号を枝番をbに変えて付すことで、説明を省略する。
さらに、上側ゴム防振体152aと下側ゴム防振体152bは、略円柱形状の連結軸部材162によって相互に連結されている。すなわち、上側ゴム防振体152aの第二のインナ軸部材56aが連結軸部材162の上端部に設けられた小径部分に外嵌固定されていると共に、下側ゴム防振体152bの第二のインナ軸部材56bが連結軸部材162の下端部に設けられた小径部分に外嵌固定されている。これにより、上側ゴム防振体152aの第二のインナ軸部材56aと、下側ゴム防振体152bの第二のインナ軸部材56bが、連結軸部材162によって固定的に連結されている。
また、第一のゴム防振体134の第一のアウタ筒部材48と、第二のゴム防振体136の第二のアウタ筒部材58a,58bは、第一のアウタスリーブ144と第二のアウタスリーブ160a,160bを介して、何れもアウタブラケット164に取り付けられる。アウタブラケット164は、高剛性の部材であって、略円筒形状の取付筒部166と、取付筒部166の下端から外周へ広がるフランジ状の下ばね受座168とを、一体で備えている。そして、第一のアウタ筒部材48に外嵌装着された第一のアウタスリーブ144と、第二のアウタ筒部材58a,58bに外嵌装着された第二のアウタスリーブ160a,160bが、アウタブラケット164の取付筒部166に挿入されて取り付けられている。
また、第一のアウタスリーブ144と第二のアウタスリーブ160aは、取付筒部166に対して軸直角方向への移動を阻止されつつ軸方向への移動を許容されている。さらに、第一のアウタスリーブ144と第二のアウタスリーブ160aの軸方向間には、略円筒形状の上ライナー170が介装されており、それら第一のアウタスリーブ144と第二のアウタスリーブ160aが上ライナー170によって軸方向に連結されている。
更にまた、第二のアウタスリーブ160bの下方には、略円筒形状の下ライナー172が配されており、取付筒部166の内周面に設けられた段差174と下ライナー172が軸方向で当接することにより、第二のアウタスリーブ160bが取付筒部166に対して軸方向で位置決めされている。
また、コイルばね40は、インナブラケット146の上ばね受座150とアウタブラケット164の下ばね受座168との間に配設されており、台車枠14と軸箱176の軸方向間に介装されている。このコイルばね40の弾性によって、インナブラケット146が台車枠14に軸方向で押し当てられると共に、アウタブラケット164が軸箱176に軸方向で押し当てられて、第一のインナ軸部材46がインナブラケット146を介して台車枠14に取り付けられると共に、第一のアウタ筒部材48がアウタブラケット164を介して軸箱176に取り付けられる。
かくの如き構造とされた防振装置130は、インナブラケット146が台車枠14に固定的に取り付けられると共に、アウタブラケット164が軸箱176に固定的に取り付けられることにより、それら台車枠14と軸箱176の間に介装されて、それら台車枠14と軸箱176が防振装置130によって防振連結される。なお、本実施形態の軸箱176は、第一の実施形態の軸箱16に設けられていたインナ取付軸部68がない構造とされている。
このような本実施形態に係る防振装置130において、台車枠14と軸箱176の間に軸直角方向の振動荷重が入力されると、第一のインナ軸部材46と第一のアウタ筒部材48の間で第一の本体ゴム弾性体50が軸直角方向に弾性変形せしめられて、高ばね特性の第一のゴム防振体134による防振効果が発揮される。また、低ばね特性の第二のゴム防振体136では、第二の本体ゴム弾性体60a,60bに軸直角方向の荷重が入力されないようになっており、第二のゴム防振体136の耐久性の向上や、軸直角方向において防振特性のチューニングの容易化などが図られている。
また、台車枠14と軸箱176の間に軸方向の振動荷重が入力されて、台車枠14と軸箱176が軸方向上下に接近変位せしめられると、台車枠14に取り付けられたインナブラケット146の上ばね受座150と、軸箱176に取り付けられたアウタブラケット164の下ばね受座168との軸方向間で、コイルばね40が軸方向に圧縮される。これにより、コイルばね40による緩衝作用が発揮されて、良好な乗り心地などが実現される。
さらに、防振装置本体132の軸方向変形量は、第一のゴム防振体134の第一のアウタスリーブ144と第二のアウタスリーブ160aがアウタブラケット164に対して軸方向へ摺動することにより、第二のゴム防振体136による分担割合が大きくされる。これにより、軸方向の荷重入力に対しては、第二のゴム防振体136の低ばね特性が有効に発揮されて、優れた乗り心地を得ることができる。
図9には、本発明の第六の実施形態としての防振装置180が示されている。防振装置180は、防振装置本体182とコイルばね40を備えており、防振装置本体182が、高ばね特性の第一のゴム防振体134と、低ばね特性の第二のゴム防振体184とを、備えている。
より詳細には、本実施形態の第二のゴム防振体184は、1つのゴム弾性体からなっている。すなわち、第二のゴム防振体184は、第五の実施形態における上側ゴム防振体152aと略同じ構造とされており、第二のインナ軸部材56aと第二のアウタ筒部材58aが、第二の本体ゴム弾性体60aによって相互に弾性連結された構造を有していると共に、第二のアウタ筒部材58aには、第二のアウタスリーブ160aが取り付けられている。
さらに、第二のゴム防振体184は、連結軸部材186に取り付けられている。連結軸部材186は、略円柱形状であって、下端が軸箱176と一体とされていると共に、上端部に設けられた小径部分に対して、第二のゴム防振体184の第二のインナ軸部材56aが外嵌固定されている。
このような本実施形態に従う構造とされた防振装置180においても、第五の実施形態と同様の効果が発揮され得る。しかも、本実施形態の構造では、第二のゴム防振体184の構造の簡略化が図られており、製造が容易であると共に、コストの低減も図られる。加えて、第二のゴム防振体184において複数のゴム弾性体を軸方向に配する必要がなく、防振装置本体182の軸方向寸法を小さくできる。
図10には、本発明の第七の実施形態としての防振装置190が示されている。防振装置190は、防振装置本体192とコイルばね40を備えており、防振装置本体192が高ばね特性の第一のゴム防振体134と低ばね特性の第二のゴム防振体194を備えている。
より詳細には、本実施形態の第二のゴム防振体194は、第二のインナ軸部材56aと第二のアウタ筒部材58aが、第二の本体ゴム弾性体60aによって相互に弾性連結された構造を有している。
そして、第一のゴム防振体134は、第一のインナ軸部材46が軸箱16側であるインナ取付軸部68に固定的に取り付けられると共に、第一のアウタスリーブ144が台車枠14側であるアウタブラケット202に対して内挿状態で軸方向へ摺動可能に取り付けられる。本実施形態のアウタブラケット202は、第一の実施形態の第一のアウタブラケット52と同様に、コイルばね40によって台車枠14に弾性的に取り付けられていると共に、第一のアウタブラケット144よりも下方へ大きく延び出している。
また、第二のゴム防振体194は、第二のインナ軸部材56aがインナ取付軸部68に固定的に取り付けられると共に、第二のアウタ筒部材58aがアウタブラケット202の下部に圧入されて固定的に取り付けられる。要するに、本実施形態において、第一のゴム防振体134と第二のゴム防振体194は、何れも、台車枠14と軸箱16に跨ってそれら台車枠14と軸箱16を径方向に連結するように配設されている。なお、インナ取付軸部68に固定的に取り付けられる第一のインナ軸部材46と第二のインナ軸部材56aは、軸方向に配設される上ライナー64によって軸方向に連結されている。
このように台車枠14と軸箱16の間に介装された防振装置190に対して、軸直角方向の荷重が入力されると、第一のゴム防振体134と第二のゴム防振体194の両方に荷重が入力されて、それら第一のゴム防振体134と第二のゴム防振体194による緩衝作用と振動減衰作用が発揮される。本実施形態では、第二のゴム防振体194が第一のゴム防振体134を介することなく台車枠14と軸箱16に取り付けられることから、軸直角方向の荷重が第二のゴム防振体194にも及ぼされて、第二のゴム防振体194による防振効果も発揮される。要するに、本実施形態では、防振装置本体192の軸直角方向のばねが、第一のゴム防振体134の軸直角方向のばねと、第二のゴム防振体194の軸直角方向のばねとの並列合成ばねとされており、軸直角方向の荷重入力に対してより硬いばね特性を設定し易く、走行性能の向上などがより有利に図られ得る。
また、台車枠14と軸箱16が軸方向に接近変位せしめられて、防振装置190に軸方向の荷重が入力されると、コイルばね40が軸方向に圧縮されて、コイルばね40による緩衝作用が発揮される。
一方、防振装置190では、第一のゴム防振体134の第一のアウタブラケット144がアウタブラケット202に対して軸方向で移動することにより、第一のゴム防振体134に対する荷重の入力が低減乃至は回避される。さらに、第二のゴム防振体194は、軸箱16側に固定される第二のインナ軸部材56aと、台車枠14側に固定される第二のアウタ筒部材58aとが軸方向へ相対変位することで、第二の本体ゴム弾性体60aが剪断変形せしめられて、第二の本体ゴム弾性体60aによる緩衝作用と振動減衰作用が発揮される。第二のゴム防振体194は、第一のゴム防振体134に比して低ばね特性とされていることから、防振装置本体192が軸方向の入力に対して低ばね特性とされて、良好な乗り心地などを実現し易い。
このように、本実施形態の防振装置190によれば、軸直角方向の荷重入力に対して更なる高ばね特性が得られると共に、軸方向の荷重入力に対して低ばね特性が得られることから、軸直角方向で要求されるばね特性と、軸方向で要求されるばね特性とを、より高度に実現することができる。
以上、本発明の実施形態について詳述してきたが、本発明はその具体的な記載によって限定されない。例えば、本発明に係る防振装置は、コイルばねを必須の構成要件とするものではなく、前記実施形態の防振装置本体のみによっても構成され得る。
また、第一のゴム防振体および第二のゴム防振体の具体的な構造は、前記実施形態のものに限定されない。例えば、第一の本体ゴム弾性体および第二の本体ゴム弾性体は、周方向へ連続する筒状に限定されず、径方向へ放射状に延びる複数の腕状であっても良いし、例えば第一の本体ゴム弾性体や第二の本体ゴム弾性体において、ばね特性を調節するためのすぐり部や中間拘束板などを必要に応じて設けることも可能である。また、例えば、第一のゴム防振体および第二のゴム防振体において、インナ軸部材とアウタ筒部材の少なくとも一方がない構造も採用され得る。この場合には、第一の本体ゴム弾性体と第二の本体ゴム弾性体が、台車枠と軸箱の少なくとも一方に対して、摺動可能に直接取り付けられ得る。更に、第一のゴム防振体において、第一の本体ゴム弾性体と第一のインナ軸部材や第一のアウタ筒部材は、かしめや嵌合などによって非接着で連結されていても良い。なお、第二のゴム防振体においても同様であり、第二のインナ軸部材や第二のアウタ筒部材は、第二の本体ゴム弾性体に非接着で取り付けられ得る。
また、第二のゴム防振体は、軸方向荷重の伝達経路上で相互に直列的に繋がって配置される3つ以上のゴム弾性体が設けられた構造であっても良く、それによれば、複数のゴム弾性体全体での入力に対する変形量が大きくなることによる一層の低ばね化などの特性の調節が可能となる。なお、複数のゴム弾性体を軸方向荷重の伝達経路上で直列的につないだ第二のゴム防振体では、モデル的にそれら複数のゴム弾性体の軸方向ばねが直列的に接続されて、第一のゴム防振体を介してまたは介することなく第一の連結部材と第二の連結部材との軸方向間に介装された構造とされる。第二のゴム防振体を構成する複数のゴム弾性体についてこのような直列的な配置態様を採用することで、軸方向荷重がそれら複数のゴム弾性体に等しく及ぼされることによって発生する変形量が全体として大きくなり、例えばばね定数kaのゴム弾性体のn個を直列的に配置することで全体としてkn(kn=ka/n)のばね定数を実現することが可能になる。尤も、第二のゴム防振体を構成する複数のゴム弾性体は軸方向荷重に対して直列接続されていれば良く、機械的な配置態様が限定されることなく例えば同心的に内外周に複数のゴム弾性体を位置せしめる配置態様なども採用可能である。
また、第一のゴム防振体と第二のゴム防振体に加えて、第一のゴム防振体よりも低ばね特性かつ第二のゴム防振体よりも高ばね特性のゴム防振体を設けることもできる。要するに、本発明に係る防振装置は、高ばね特性の第一のゴム防振体と低ばね特性の第二のゴム防振体だけで構成される必要はなく、それら第一のゴム防振体と第二のゴム防振体に加えて中間のばね特性を有する1つ乃至は複数のゴム防振体を、第一のゴム防振体と第二のゴム防振体と直列的または並列的に備えていても良い。
また、第一のゴム防振体は、第一のインナ軸部材が軸箱に対して軸方向へ移動可能に取り付けられると共に、第一のアウタ筒部材が台車枠に対して軸方向へ移動可能に取り付けられていても良い。要するに、第一のゴム防振体は、第一の連結部材である台車枠と第二の連結部材である軸箱の両方に対して、軸直角方向の移動を阻止されつつ、軸方向の移動を許容されるようにしても良い。
第一の実施形態において、第一のインナ軸部材46と第二のインナ軸部材56aは、上ライナー64を介することなく、軸方向で直接的に当接して連結されていても良い。同様に、第二のインナ軸部材56bは、軸箱16の上面に対して下ライナー66を介することなく直接に当接していても良い。要するに、第一のゴム防振体と第二のゴム防振体を軸方向で相対的に位置決めする手段、或いは第一のゴム防振体又は第二のゴム防振体を第一の連結部材又は第二の連結部材に対して軸方向で位置決めする手段は、ライナーを用いた構造に限定されない。
また、前記各実施形態では、第一の連結部材と第二の連結部材が鉄道用台車の台車枠と軸箱の各一方とされている例を示したが、本発明は、鉄道車両における車体と台車枠の間、車体と揺れ枕の間、揺れ枕と台車枠の間など、他の連結部材間を防振連結する防振装置にも適用することができる。
また、本発明の適用範囲は、鉄道用車両に用いられる防振装置に限定されず、産業用車両、建設機械、工作機械などに用いられる防振装置も含む。さらに、本発明に係る防振装置が鉄道用車両の台車に用いられる場合には、前記実施形態に示したモノリンク式軸箱支持装置に限定されることなく、例えば軸ハリ式軸箱支持装置にも適用可能である。