JP2023002044A - 軸ばね - Google Patents

Abstract

【課題】最内層の弾性体上部の亀裂や剥離の発生を防いで耐久性の向上を図ることができる軸ばねを提供する。【解決手段】上下方向に配された主軸２と、主軸２の径方向外方に該主軸２の軸心Ｐに対して同心状に配置されたテーパ筒状の外筒３と、主軸２と外筒３との間に介装された弾性部４とを備え、弾性部４は、同心状に配されたテーパ筒状の弾性体５～９と中間硬質筒１１～１４とを径方向に交互に積層した積層構造を有し、主軸２の外周面に固着された最内層の弾性体５の上部の厚さＷ１と中間部の厚さＷ２及び下部の厚さＷ３との間に、Ｗ１＞Ｗ３＞Ｗ２の大小関係が成立している。【選択図】図２

Description

本発明は、車両用、特に鉄道車両用として好適に用いられる軸ばねに関する。

例えば、鉄道車両においては、レール上を走行する車輪と台車との間に軸ばねが介装されている。この軸ばねにより台車が弾性的に懸架されることによって、当該台車が受ける衝撃が吸収緩和される。

軸ばねに関しては今までに種々の提案がなされ（例えば、特許文献１，２参照）、既に実用に供されている。ここで、従来の軸ばねの一例を図９に示す。

図９は従来の軸ばねの一例を示す縦断面図であり、図示の軸ばね１０１は、上下方向に配された主軸１０２と、主軸１０２の径方向外方に主軸１０２の軸心Ｐに対して同心状に配置されたテーパ円筒状（テーパ筒状）の外筒１０３と、主軸１０２と外筒１０３との間に介装された弾性部１０４とを含んで構成されている。弾性部１０４は、同心状に配された、複数（図示例では、５つ）のテーパ円筒状の弾性体１０５，１０６，１０７，１０８，１０９と、テーパ円筒状の複数（図示例では、４つ）の中間硬質筒１１１，１１２，１１３，１１４とを、径方向に交互に積層した積層構造として構成されている。

軸ばね１０１においては、主軸１０２と外筒１０３及び各中間硬質筒１１１～１１４は、金属で構成されている。各弾性体１０５～１０９はゴムによって構成されている。外筒１０３と各弾性体１０５～１０９及び各中間硬質筒１１１～１１４は、上方に向かって縮径するように主軸１０２の軸心Ｐに対して所定角度だけ内側（径方向内方）に傾斜したテーパ円筒（円錐台筒）として構成されている。このように傾斜した外筒１０３と弾性体１０５～１０９及び中間硬質筒１１１～１１４を備える傾斜型（円錐型）の軸ばね１０１は、外筒１０３の上端部が不図示の取付板を介して台車側に取り付けられており、主軸１０２の下端部が不図示の車軸箱に取り付けられる。なお、図示しないが、車軸箱は、車輪と車軸を回転可能に支持しており、該車軸箱と台車との間に軸ばね１０１が介設される。

特許第６７８９０９４号公報 特開２０２０－０６３７６１号公報

図９に示す従来の軸ばね１０１において、ゴムで構成された各弾性体１０５～１０９は、主軸１０２と中間硬質筒１１１との間、隣接する中間硬質筒１１１と１１２、１１２と１１３及び１１３と１１４との間、外筒１０３と中間硬質筒１１４との間に加硫接着などによってそれぞれ固着されているが、当該軸ばね１０１は、上下方向の静荷重が負荷された状態で、上下と左右及び前後の各方向の動的荷重を受ける。この場合、弾性体１０５～１０９と中間硬質筒１１１～１１４が傾斜する傾斜型の軸ばね１０１にあっては、上下方向に荷重を受けると各弾性体１０５～１０９には剪断力と圧縮力が作用するが、各弾性体１０５～１０９の各上面側には大きな剪断力がそれぞれ作用し、その状態で各弾性体１０５～１０９が前後及び左右方向の荷重を受けると、これらの弾性体１０５～１０９には引張と圧縮の負荷が加わる。

上述のように各弾性体１０５～１０９に引張と圧縮の負荷が加わると、これらの弾性体１０５～１０９の上部、特に最内層の弾性体１０５の上部（図９のＹ部分）に大きな応力とひずみが発生し、この部分に亀裂や剥離が生じ、当該軸ばね１０１の耐久性が低下するという問題が発生する。

従って、本発明の第１の目的は、最内層の弾性体上部の亀裂や剥離を防いで耐久性の向上を図ることができる軸ばねを提供することにある。

上記問題を解決するためには、最内層の弾性体１０５の厚さを厚くしてひずみ率（弾性体の変位／厚さ）を下げる方法が考えられるが、弾性体１０５の厚さを厚くすると該弾性体１０５のばね定数が低下し、当該軸ばね１０１に要求されるばね特性を確保することができない。

また、ゴム製の弾性体１０５～１０９の硬さを硬くして軸ばね１０１のばね定数を調整する方法が考えられるが、この方法では、最内層の弾性体１０５単体のばね定数が低下し、最内層の弾性体１０５の荷重負荷による変位が大きくなり、結果的にひずみ率は同等か或いはさらに大きくなり、その結果、軸ばね１０１の耐久性が低下してしまう。

従って、本発明の第２の目的は、要求されるばね特性を維持しつつ、耐久性の向上を図ることができる軸ばねを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る軸ばねは、上下方向に配された主軸と、前記主軸の径方向外方に該主軸の軸心に対して同心状に配置されたテーパ筒状の外筒と、前記主軸と前記外筒との間に介装された弾性部と、を備え、前記弾性部は、同心状に配されたテーパ筒状の弾性体と中間硬質筒とを径方向に交互に積層した積層構造を有し、前記主軸の外周面に固着された最内層の前記弾性体の上部の厚さＷ_１と中間部の厚さＷ_２及び下部の厚さＷ_３との間に、
Ｗ_１＞Ｗ_３＞Ｗ_２
の大小関係が成立している。

また、本発明に係る軸ばねは、最内層の弾性体の上下方向の長さと縦断面積が同一であり最内層の弾性体の厚さが一定である他の軸ばねと、同一のばね特性を有し、かつ、前記他の軸ばねよりも高い耐久性を有する。

本発明によれば、主軸の外周面に固着された最内層の弾性体の上部の厚さＷ_１を最も厚くしたため、この部分に発生する応力とひずみを小さく抑えることができる。この結果、最も大きな応力とひずみが発生する最内層の弾性体上部における、亀裂や剥離の発生が防がれて軸ばねの耐久性が高められる。

また、最内層の弾性体の縦断面積を、厚さが上下方向に沿って一定である他の軸ばねの最内層の弾性体の縦断面積と同一にすることによって、当該軸ばねに要求されるばね特性（上下方向と水平方向のばね定数など）を満足することができる。したがって、軸ばねに要求されるばね特性を確保しつつ、当該軸ばねの耐久性を高めることができる。

本発明の実施の形態１に係る軸ばねの使用例を示す鉄道車両要部の側面図である。 本発明の実施の形態１に係る軸ばねの縦断面図である。 本発明の実施の形態１に係る軸ばねの平面図である。 本発明の実施の形態１に係る軸ばねの最内層の弾性体の上下方向に沿う厚さの変化を比較例との対比において示す図である。 有限要素法（ＦＥＭ）による弾性体の応力解析結果を示す図であって、（ａ）は本発明の実施の形態１に係る軸ばねの弾性部要部の断面斜視図、（ｂ）は比較例の軸ばねの弾性部要部の断面斜視図である。 （ａ）は本発明の実施の形態１に係る軸ばねの上下方向の変位と荷重との関係を示す図、（ｂ）は同軸ばねの水平方向の変位と荷重との関係を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る軸ばねの縦断面図である。 本発明の実施の形態２に係る軸ばねの最内層の弾性体の厚さの上下方向に沿う変化を比較例との対比において示す図である。 従来の軸ばねの一例を示す縦断面図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

＜実施の形態１＞
図１は本実施の形態に係る軸ばねの使用例を示す鉄道車両要部の側面図である。図１に示すように、車輪５０と車軸５１とは軸受５２を介して車軸箱６０によって回転可能に支持されている。そして、車軸箱６０の車軸５１を挟んで該車軸５１の前後（図１の左右）と台車７０の台車枠７０Ａとの間には、本実施の形態に係る軸ばね１がそれぞれ介設されている。したがって、台車７０は、その荷重の一部が前後２つの軸ばね１によって支持されており、車輪５０と車軸５１に対して上下と左右及び前後方向に変位可能に懸架されている。なお、図１には幅方向（図１の紙面垂直方向）片側の支持構造のみを示しているが、実際には、車輪５０と車軸箱６０及び前後一対の軸ばね１は、幅方向両側にそれぞれ設けられており、台車７０は、計８つの軸ばね１によって弾性支持されている。

次に、本実施の形態に係る軸ばね１について図２～図６を参照しながら以下に説明する。なお、前後一対の軸ばね１の構成は同じであるため、以下、一方の軸ばね１についてのみ説明する。

図２及び図３に示すように、本実施の形態に係る軸ばね１は、傾斜型（円錐型）のものであって、上下方向に配された主軸２と、主軸２の径方向外方に該主軸２の軸心Ｐに対して同心状に配置されたテーパ円筒状（テーパ筒状）の外筒３と、主軸２と外筒３との間に介装された弾性部４とを含んで構成されている。

主軸２は、金属によって略筒状に形成されており、その軸中心部の上部と下部には中空部２ａとねじ孔２ｂがそれぞれ形成されている。また、主軸２の下端部外周にはフランジ部２Ａが形成されている。そして、この主軸２の下端部は、ねじ孔２ｂに螺着された不図示のボルトによって図１に示す車軸箱６０に取り付けられる。

外筒３は、主軸２と同様の金属によってテーパ円筒状に形成されている。詳細には、外筒３は、上方に向かって縮径するテーパ円筒状に成形されており、主軸２の軸心Ｐに対して所定角度だけ内側（径方向内方）に傾斜している。外筒３の上端部内周には、嵌合段部３ａが形成されており、嵌合段部３ａに外筒３を台車枠７０Ａ（図１参照)に取り付けるための円板状の取付板７１が嵌着されている。

弾性部４は、同心状に配された、複数（図示例では、５つ）のテーパ円筒状（テーパ筒状）の弾性体５，６，７，８，９と、テーパ円筒状（テーパ筒状）の複数（図示例では、４つ）の中間硬質筒１１，１２，１３，１４とを径方向に交互に積層した積層構造（５層構造）として構成されている。ここで、各弾性体５～９は、ゴムによって構成されている。各中間硬質筒１１～１４は、主軸２や外筒３と同様の金属によって構成されている。弾性体５～９と中間硬質筒１１～１４は、上方に向かって縮径するテーパ円筒状に形成されている。詳細には、各弾性体５～９と中間硬質筒１１～１４とは、主軸２の軸心Ｐに対して所定の角度（外筒３の傾斜角度と同じ角度）だけ内側（径方向内方）に傾斜している。なお、各弾性体５～９を構成するゴムとしては、天然ゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴムなどが使用される。

上述のように構成された弾性部４においては、ゴム製の複数の弾性体５～９は、その内外周面が主軸２の外周面或いは外筒３の内周面または隣接する中間硬質筒１１～１４の内外周面にそれぞれ加硫接着によって固着されている。具体的には、最内層の弾性体５は、その内周面が主軸２の外周面に固着され、その外周面が中間硬質筒１１の内周面に固着されている。また、中間層を構成する他の弾性体６～８は、隣接する２つの中間硬質筒１１と１２、１２と１３、１３と１４の各内外周面にそれぞれ固着されている。最外層の弾性体９は、中間硬質筒１４の外周面と外筒３の内周面に固着されている。なお、各弾性体５～９の上下端面は、応力集中を避けるために凹状の曲面とされている。

以上のように構成された軸ばね１は、図１に示すように、台車７０を車輪５０と車軸５１に対して弾性支持し、台車７０からの荷重が外筒３から入力され、この荷重は、積層構造を構成する弾性部４の複数の弾性体５～９によって受けられる。ここで、軸ばね１においては、外筒３と、弾性部４を構成する複数の弾性体５～９及び中間硬質筒１１～１４が前述のように主軸２の軸心Ｐに対して所定角度だけ傾斜しているため、各弾性体５～９は、これに上下方向の静荷重が負荷された状態で、上下と左右及び前後の各方向の動的荷重を受ける。この場合、各弾性体５～９には剪断力と圧縮力が作用するが、各弾性体５～９の上面側には大きな剪断力が作用し、その状態で各弾性体５～９が前後及び左右方向の荷重を受けると、これらの弾性体５～９には引張と圧縮の負荷が加わる。

上述のように各弾性体５～９に引張と圧縮の負荷が加わると、各弾性体５～９の上部、特に最内層の弾性体５の上部（図２のＹ部分）に大きな応力とひずみが発生し、この部分に亀裂や剥離が生じ、当該軸ばね１の耐久性が低下するという問題が発生する。

そこで、本実施の形態においては、図２に示すように、主軸２の外周面の、最内層の弾性体５が固着される部分の一部を球面２ｃの一部とし（図２の縦断面図では円弧の一部として示される）、最内層の弾性体５の厚さＷが上部から中間部（中間高さ位置）まで漸減し、中間部から下部まで漸増するようにした。そして、弾性体５の厚さＷが、上部の厚さをＷ_１、中間部の厚さをＷ_２、下部の厚さをＷ_３とした場合、以下の式（１）に示す大小関係が成立するようにした。
Ｗ_１＞Ｗ_３＞Ｗ_２ …（１）
弾性体５の厚さＷは、中間硬質筒１１のテーパ円筒状の面に垂直な方向における弾性体５の厚さを表す。上部の厚さＷ_１は、弾性体５の上部における最も厚さＷが大きい部分の厚さである。中間部の厚さＷ_２は、弾性体５の上部と下部の間の中間部における最も厚さＷが小さい部分の厚さである。下部の厚さＷ_３は、弾性体５の下部における最も厚さＷが大きい部分の厚さである。

以下に、本実施の形態に係る軸ばね１である実施例の軸ばねと、比較例の軸ばねの特性を評価した結果を示す。比較例の軸ばねは、後述する図４に示す最内層の弾性体の厚さを有する、図９に示す従来の軸ばね１０１を用いた。

図４に、実施例の軸ばね１と比較例の軸ばね１０１の、最内層の弾性体の上下方向に沿う厚さＷの変化を対比して示す。実施例の軸ばね１の弾性体５の厚さＷは、上部において最大値Ｗ_１を示し、上部から中間部に向かって漸減して中間部において最小値Ｗ_２を示す。そして、中間部における最小値Ｗ_２から下部に向かってＷ_３へと漸増する。Ｗ_１，Ｗ_２，Ｗ_３は上記の式（１）の大小関係を満たしている。比較例の軸ばね１０１の最内層の弾性体１０５の厚さＷ_０は、図４に破線にて示すように一定である。この厚さＷ_０は、実施例の軸ばね１の最内層の弾性体５の上端部の厚さＷ_１と下端部の厚さＷ_３よりも小さく、中間部の厚さＷ_２よりは大きく設定されており、これらの厚さＷ_０，Ｗ_１，Ｗ_２，Ｗ_３の間には、以下の式（２）に示す大小関係が成立している。
Ｗ_１＞Ｗ_３＞Ｗ_０＞Ｗ_２ …（２）

さらに、実施例の軸ばね１の縦断面図における弾性体５の面積と、比較例の軸ばね１０１の縦断面図における弾性体１０５の面積を等しく設定した。詳細には、図４において、実施例の軸ばね１の最内層の弾性体５の厚さＷを上下方向（図４の左右方向）に積分した値ΣＷは、弾性体５の縦断面積Ｓの１／２（＝Ｓ／２）であって、図４において実線のハッチングを付した部分の面積で表わされる。比較例の軸ばね１０１においては、最内層の弾性体１０５の厚さＷ_０は一定であるため、弾性体１０５の縦断面積Ｓ_０の１／２（＝Ｓ_０／２）は、図４において破線のハッチングを付した部分（長方形の部分）の面積で表わされる。弾性体５の縦断面積Ｓと、弾性体１０５の縦断面積Ｓ_０が等しくなるように設定した（Ｓ＝Ｓ_０）。ここで、両弾性体５，１０５の上下方向の長さは等しいものとした。また、両弾性体５，１０５は同一のゴム材料により形成されている。

実施例の軸ばね１と比較例の軸ばね１０１に対して、同じ変位２ｍｍを生じる荷重を加えた場合の最内層の弾性体５，１０５のひずみ率をそれぞれ求めた結果を表１に示す。

表１に示すように、比較例の軸ばね１０１の最内層の弾性体１０５の厚さＷ_０は、上部と中間部において共に１７．９ｍｍであるに対して、実施例の軸ばね１の最内層の弾性体５の上部と中間部の厚さＷ_１，Ｗ_２は、それぞれ２４．２ｍｍ、１３．６ｍｍである。このような２つの軸ばね１０１，１の各最内層の弾性体１０５，５の上部と中間部におけるひずみ率を求めた結果、比較例の軸ばね１０１における最内層の弾性体１０５の上部と中間部のひずみ率は、共に１１％であった。

これに対して、実施例の軸ばね１における最内層の弾性体５の上部と中間部のひずみ率は、それぞれ８％、１５％となり、弾性体５の亀裂や剥離が発生し易い上部のひずみ率（引張応力とひずみ）を低く抑えることができ、当該軸ばね１の耐久性が高められることが確認された。

ここで、実施例の軸ばね１の最内層の弾性体５の中間部における厚さＷ_２の比較例の軸ばね１０１の最内層の弾性体１０５の厚さＷ_０に対する比率は、
Ｗ_２／Ｗ_０＝１３．６／１７．９＝０．７６
である。本実施の形態に係る軸ばね１において、最内層の弾性体５の中間部の厚さＷ_２の、最内層の弾性体の上下方向の長さと縦断面積が同一であり最内層の弾性体の厚さが一定である他の軸ばねの最内層の弾性体の厚さに対する比率、すなわち比率Ｗ_２／Ｗ_０は、７０％以上とすることが好ましく、７０％～８０％の範囲とするのがより好ましい。

次に、実施例の軸ばね１と比較例の軸ばね１０１に対して上下方向と水平方向の２方向から同時に荷重を掛けた場合の有限要素法（ＦＥＭ(Finite Element Method））による応力解析を行った結果を図５（ａ），（ｂ）にそれぞれ示す。

図５において、ハッチングの色が濃いほど応力が大きいことが示されている。図５（ｂ）に示されているように、比較例の軸ばね１０１では、最内層の弾性体１０５の主軸に固着された領域近傍の上部の端部において、最も応力が集中しており（黒塗りハッチング部分）、１．２７ＭＰａの高い応力が発生している。これに対して、図５（ａ）に示す実施例の軸ばね１)では、比較例の軸ばね１０１と同様に、最内層の弾性体５の主軸に固着された領域近傍の上部の端部に応力集中領域は見られるものの、最大応力は０．７２ＭＰａと低く抑えられている。この解析結果からも明らかなように、本実施の形態に係る軸ばね１によれば、亀裂や剥離が発生し易い最内層の弾性体５の上部の応力とひずみを低く抑えて耐久性を高めることができる。

次に、実施例の軸ばね１と比較例の軸ばね１０１について実測された上下方向のばね特性を図６（ａ）に示し、水平方向のばね特性を図６（ｂ）に示す。

図６（ａ），（ｂ）の横軸は変位量ｘ、縦軸は荷重Ｆを示す。図６（ａ）において、実線カーブＡ，Ｂは、実施例の軸ばね１の荷重負荷時と除荷時の特性をそれぞれ示し、破線カーブＡ’，Ｂ’は比較例の軸ばね１０１の荷重負荷時と除荷時の特性をそれぞれ示す。図６（ａ）に示されているように、実施例の軸ばね１と比較例の軸ばね１０１の上下方向の荷重Ｆと変位量ｘとの関係はほぼ重なっており、上下方向のばね特性はほぼ一致していることが分かる。

図６（ｂ）において実線カーブＣ，Ｄは、実施例の軸ばね１の荷重負荷時と除荷時の特性をそれぞれ示し、破線カーブＣ’，Ｄ’は比較例の軸ばね１０１の荷重負荷時と除荷時の特性をそれぞれ示す。図６（ｂ）に示されているように、実施例の軸ばね１と比較例の軸ばね１０１の水平方向の荷重Ｆと変位量ｘとの関係はほぼ重なっており、水平方向のばね特性はほぼ一致していることが分かる。

軸ばねの荷重に対する変位量、すなわちばね特性は、弾性体の各層の上下方向に沿った平均の厚さと上下方向の長さ（高さ）とで決まるものであると考えられる。実施例の軸ばね１と、比較例の軸ばね１０１とは、弾性体５と弾性体１０５の上下方向の長さが等しく、弾性体５の縦断面積Ｓと弾性体１０５の縦断面積Ｓ_０とが等しいため、同等のばね特性が得られたと考えられる。

したがって、最内層の弾性体５の厚さＷを、上部の厚さＷ_１、中間部の厚さＷ_２、下部の厚さＷ_３が式（１）に示す大小関係を満たすようにした本実施の形態に係る軸ばね１は、最内層の弾性体の上下方向の長さと縦断面積が同一であり最内層の弾性体の厚さが一定である他の軸ばねと同一のばね特性を有し、かつ、最内層の弾性体の上下方向の長さと縦断面積が同一であり最内層の弾性体の厚さが一定である他の軸ばねに対し、最内層の弾性体５の上部に発生する応力とひずみを低く抑えることができる。

以上のように、本実施の形態に係る軸ばね１は、最内層の弾性体の上下方向の長さと縦断面積が同一であり最内層の弾性体の厚さが一定である他の軸ばねと同一のばね特性を有し、かつ、前記他の軸ばねよりも高い耐久性を有する。

言いかえると、最内層の弾性体５の縦断面積Ｓを、厚さが上下方向に沿って一定である従来の軸ばね１０１の最内層の弾性体１０５の縦断面積Ｓ_０と同一に設定することによって（Ｓ＝Ｓ_０）、当該軸ばね１に要求されるばね特性（上下方向と水平方向のばね定数など）を満足することができる。したがって、軸ばね１に要求されるばね特性を確保しつつ、当該軸ばね１の耐久性を高めることができるという効果が得られる。

なお、本実施の形態に係る軸ばね１の最内層の弾性体５の縦断面積Ｓと比較例の軸ばね１０１の最内層の弾性体１０５の縦断面積Ｓ_０とが同一である（Ｓ＝Ｓ_０）とは、完全同一を意味するものではなく、両縦断面積Ｓ，Ｓ_０との間に若干の誤差（±５％程度）が存在する場合も含まれる。

また、本実施の形態に係る軸ばね１において主軸２の外周面に形成された球面２ｃの一部を構成する球の中心は、主軸２の軸心Ｐ上にある必要はない。また、この主軸２の外周面の少なくとも最内層の弾性体５が固着される部分は、凸曲面であれば良く、例えば、楕円曲面などであっても良い。

さらに、本実施の形態に係る軸ばね１は、５つの弾性体５～９と４つの中間硬質筒１１～１４を径方向に交互に積層した５層構造の弾性部４を備えているが、弾性部４の層構造は任意であって、５層未満或いは６層以上の層構造を構成するものであっても良い。

＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２を図７及び図８に基づいて以下に説明する。

図７は本発明の実施の形態２に係る軸ばねの縦断面図である。なお、図７においては、図２に示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。

本実施の形態に係る軸ばね１Ａにおいては、図７に示すように、主軸２の外周面の最内層の弾性体５が固着される部分の一部を傾斜角度が異なる複数（図示例では、３つ）のテーパ面２ｄ，２ｅ，２ｆとし、最内層の弾性体５の厚さＷが上部から中間部まで漸減し、中間部から下部まで漸増するようにしている。弾性体５の厚さＷは、上部において最大値Ｗ_１を示し、上部から中間部に向かって漸減して中間部において最小値Ｗ_２を示す。そして、この弾性体５の厚さＷは、中間部における最小値Ｗ_２から下部に向かってＷ_３へと漸増する。上部の厚さＷ_１と下部の厚さＷ_３は、中間部の厚さＷ_２よりも大きく、上部の厚さＷ_１は、下部の厚さＷ_３よりも大きい。実施の形態１に係る軸ばね１と同様に、式（１）の大小関係を満たしている。

３つのテーパ面２ｄ，２ｅ，２ｆのうち、上部のテーパ面２ｄと下部のテーパ面２ｆとは傾斜角度が逆方向であり、テーパ面２ｄは上方に向かって縮径するように内側に向かって傾斜し、テーパ面２ｆは上方に向かって拡径するように外側に向かって傾斜している。例えば、上部のテーパ面２ｄの主軸２の軸心Ｐに対する傾斜角度αの方が下部のテーパ面２ｆの主軸２の軸心Ｐに対する傾斜角度βよりも大きく設定されている（α＞β）。また、中間部のテーパ面２ｅは、上方に向かって縮径するように中間硬質筒１１と同じ角度で内側（径方向内方）に傾斜しており、このテーパ面２ｅと中間硬質筒１１との間の間隔（弾性体５の中間部の厚さＷ_２）は一定に保たれている。

ここで、図８に、最内層の弾性体５の上下方向に沿う厚さＷの変化を比較例と対比して示す。実施の形態に係る軸ばね１Ａの弾性体５の厚さＷは、上部において最大値Ｗ_１を示し、上部から中間部に向かって漸減して中間部において最小値Ｗ_２を示し、中間部における最小値Ｗ_２から下部に向かってＷ_３へと漸増する。この場合、上部の厚さＷ_１と下部の厚さＷ_３は、中間部の厚さＷ_２よりも大きく、上部の厚さＷ_１は、下部の厚さＷ_３よりも大きい。

また、比較例の軸ばね１０１の最内層の弾性体１０５の厚さＷ_０は、図８に破線にて示すように一定であり、この厚さＷ_０は、本実施の形態に係る軸ばね１Ａの最内層の弾性体５の上部の厚さＷ_１と下部の厚さＷ_３よりも小さく、中間部の厚さＷ_２よりは大きく設定されている。

本実施の形態においても、最内層の弾性体５の縦断面積を、比較例の軸ばね１０１の最内層の弾性体１０５の縦断面積に等しく設定することができる。

図８において、最内層の弾性体５の厚さＷを上下方向（図８の左右方向）に積分した値ΣＷは、弾性体５の縦断面積Ｓの１／２（＝Ｓ／２）であって、図８において実線のハッチングを付した部分の面積で表わされる。これに対して、比較例の軸ばね１０１においては、最内層の弾性体１０５の厚さＷ_０は一定であるため、弾性体１０５の縦断面積Ｓ_０の１／２（＝Ｓ_０／２）は、図８において破線のハッチングを付した部分（長方形の部分）の面積で表わされる。

本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、軸ばね１の最内層の弾性体５の縦断面積Ｓを比較例の軸ばね１０１の最内層の弾性体１０５の縦断面積Ｓ_０に等しく設定している（Ｓ＝Ｓ_０）。この場合、両弾性体５，１０５の上下方向の長さは等しいものとした。また、両弾性体５，１０５は同一のゴム材料により形成されている。

したがって、本実施の形態に係る軸ばね１Ａのように最内層の弾性体５の厚さＷを図８に示すように高さ方向に変化させた場合であっても、弾性体５の縦断面積Ｓを、厚さが上下方向に沿って一定である従来の軸ばね１０１の最内層の弾性体１０５の縦断面積Ｓ_０と同一に設定することによって（Ｓ＝Ｓ_０）、本実施の形態に係る軸ばね１Ａに要求されるばね特性（上下方向と水平方向のばね定数など）を満足しつつ、該軸ばね１Ａの最内層の弾性体５の上部に発生する応力とひずみを低く抑えて当該軸ばね１Ａの耐久性を高めることができる。

なお、本実施の形態に係る軸ばね１Ａにおいては、主軸２の少なくとも最内層の弾性体５が固着される外周面に、互いに傾斜角度が異なる３つのテーパ面２ｄ，２ｅ，２ｆを形成したが、テーパ面の数は任意である。

その他、本発明は、以上説明した実施の形態に適用が限定されるものではなく、特許請求の範囲及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。

１，１Ａ 軸ばね
２ 主軸
２ｃ 球面（凸曲面）
２ｄ～２ｆ テーパ面
３ 外筒
４ 弾性部
５～９ 弾性体
１１～１４ 中間硬質筒
Ｗ_０ 比較例の軸ばねの最内層の弾性体の中間部の厚さ
Ｗ_１ 最内層の弾性体の上部の厚さ
Ｗ_２ 最内層の弾性体の中間部の厚さ
Ｗ_３ 最内層の弾性体の下部の厚さ
Ｓ 最内層の弾性体の縦断面積
Ｓ_０ 比較例の軸ばねの弾性体の縦断面積
α，β テーパ面の傾斜角度

Claims (4)

1. 上下方向に配された主軸と、
   前記主軸の径方向外方に該主軸の軸心に対して同心状に配置されたテーパ筒状の外筒と、
   前記主軸と前記外筒との間に介装された弾性部と、を備え、
   前記弾性部は、同心状に配されたテーパ筒状の弾性体と中間硬質筒とを径方向に交互に積層した積層構造を有し、
   前記主軸の外周面に固着された最内層の前記弾性体の上部の厚さＷ_１と中間部の厚さＷ_２及び下部の厚さＷ_３との間に、
   Ｗ_１＞Ｗ_３＞Ｗ_２
   の大小関係が成立している軸ばね。
2. 最内層の弾性体の上下方向の長さと縦断面積が同一であり最内層の弾性体の厚さが一定である他の軸ばねと、同一のばね特性を有し、かつ、前記他の軸ばねよりも高い耐久性を有する請求項１に記載の軸ばね。
3. 前記主軸の外周面の少なくとも前記最内層の前記弾性体が固着される部分が、球面の一部である請求項１または２に記載の軸ばね。
4. 前記主軸の外周面の少なくとも前記最内層の前記弾性体が固着される部分が、傾斜角度が異なる複数のテーパ面である請求項１または２に記載の軸ばね。

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