JP4205976B2 - 液体封入マウント及びそれを用いた鉄道車両用軸箱支持装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低周波数域から高周波数域にわたる広範囲の振動周波数域において高減衰特性を有すると共に、オイル漏れが発生することのない極めて信頼性の高い液体封入マウント、及び、減衰装置としてこの液体封入マウントを装備した鉄道車両用軸箱支持装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液体封入マウントには従来より種々のものが存在する。その内、中・高周波数域の振動に対して優れた防振性を有するものとして、液体封入ゴムマウントが提案されている（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２５７６３８号公報（第１頁、図３）
【０００４】
前記液体封入マウントは、図７に示すように、その下縁に沿ってストッパプレート６を設けたケース１と、このケース１の中心に挿入した案内棒２との間に、ゴムとプレートを積層した積層マウント３を設けると共に、高減衰液４が封入された液体封入室５を前記ケース１の下端に接合している。
【０００５】
そして、複数の小孔７ａを設けると共に、その外周縁にゴムストッパ９を取り付けて液体封入室５の内周との間に隙間１０を形成するダンパプレート７を、前記案内棒２の下端に嵌め、案内棒２の下端に形成したねじ軸２ａにナット８をねじ込むことにより取り付けている。
【０００６】
このような構成の液体封入マウントでは、ケース１と案内棒２が上下方向に相対変位した際には、ダンパプレート７が液体封入室５内の高減衰液４を撹拌することにより、大きな減衰力を得ることができる。しかしながら、この液体封入マウントが中・高周波数域で優れた防振性を発揮するには、上下方向振動に対する減衰係数Ｃ2 は、図５（ｂ）に示すように（２〜６）×９．８（Ｎ・ｓｅｃ／ｍｍ）で、また、動ばね定数Ｋ2 は、図６（ｂ）に示すように（２００〜４００）×９．８（Ｎ／ｍｍ）の条件を満たすことが必要である。
【０００７】
また、鉄道車両における上下方向の振動を減衰する手段としては、通常、軸ばねのばね系を利用して行われているが、高速車両では図８に示すように軸ばねに軸ダンパ１１を付設している。この図８に示した高速車両は、台車枠の側梁１２の端に設けた支持枠１３のばね座１４と軸箱１５の上に設けたばね座１６との間に軸ばね１７を装着し、側梁１２と軸箱１５の側面との間をリンク装置１８で接続したリンク式軸箱支持装置を示しており、側梁１２の先端と軸箱１５の側面との間に軸ダンパ１１を設けている。なお、図８中の１９は前記軸ばね７の内部空間に挿入された特殊ゴムを示す。
【０００８】
前記軸ダンパ１１を設置することにより、良好な乗り心地を維持するのに十分な振動減衰性能が発揮されるが、油漏れを防ぎ良好な減衰作用を維持するには軸ダンパ１１の定期的な分解補修が必要不可欠である。しかしながら、軸ダンパ１１は多数の部品を組み合せた複雑な構成であるため、オーバホールに時間がかかりメンテナンス性が悪い。
【０００９】
すなわち、前記特許文献１に記載の液体封入ゴムマウントは、中・高周波数域での振動に対し優れた減衰効果を発揮するものの、低周波数域を含めた全周波数域での優れた減衰性能は期待できない。また、密封式オイルダンパからなる軸ダンパは、前記のようにオーバホールに時間がかかりメンテナンス性が悪い。
【００１０】
そこで、本出願人らは、低周波数域を含めた全周波数域で高減衰特性を発揮し得るように、図９に示したように、筒体の上部にフランジ２１ａを設けたケース２１の軸芯に支軸２２を配置し、支軸２２の上部とケース２１の上部との間を可撓性密封蓋２３で、また、ケース２１の下部と支軸２２の下部との間を複数の円筒状ゴム２４ａと円筒状プレート２４ｂを積層した積層マウント２４で夫々水密に保持し、可撓性密封蓋２３と積層マウント２４によりケース２１内に形成された水密室内の、ケース内周面との間に隙間２５ａを有する減衰板２５を支軸２２の上部に取り付けると共に、支軸２２との間に隙間２６ａを有する減衰板２６をケース内周面に形成し、水密室に高粘性液２７を封入した液体封入マウント２８と、従来の軸ダンパに比べ安価な前記液体封入マウント２８を使用し、故障した際は液体封入マウント２８のみを取り換えることにより減衰装置のメンテナンス性を改善した鉄道車両用軸箱支持装置２９（図１０参照）を提案した（特許文献２参照）。
【００１１】
【特許文献２】
特開平１０−１４８２３３号公報（第３〜４及び７，８頁、図２，３）
【００１２】
本出願人らが提案した前記特許文献２に記載の液体封入マウント及びこの液体封入マウントを備えた鉄道車両用軸箱支持装置は、特許文献１に記載の液体封入ゴムマウントや、密封式オイルダンパからなる軸ダンパを設けた鉄道車両用軸箱支持装置にあった問題を解決できるものであった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、本出願人らが先に提案した前記特許文献２に記載の液体封入マウント及びこの液体封入マウントを備えた鉄道車両用軸箱支持装置を更に改善し、仮に振動により積層マウントに繰り返し剪断力が加わって積層マウントに亀裂が入る等の万一の事態が生じた場合であっても、オイル漏れの発生することがない、極めて信頼性の高い液体封入マウント、及び、減衰装置としてこの液体封入マウントを装備した鉄道車両用軸箱支持装置を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係る液体封入マウントは、筒状のケースと、このケースの軸芯等に配置された支軸間に形成された環状空間に封入する高粘性液を、この環状空間の一方の側に配置した可撓性密閉蓋と、他方の側に配置した積層マウントで、夫々水密に密封した液体封入マウントにおいて、前記支軸には前記ケースとの間に隙間を有する第１の減衰板を、また、前記ケースの内面には前記支軸との間に隙間を有する第２の減衰板を、夫々形成或いは取り付けると共に、前記積層マウントに近接する減衰板に減衰力を調整するための孔を設け、前記環状空間内の、前記積層マウントと前記積層マウントに近接する減衰板との間に、内外周部を前記の支軸とケースに夫々取り付けられ、前記可撓性密閉蓋との間で水密室を形成するシールラバーを、前記積層マウントに近接する減衰板の隙間及び孔と傾斜角を有して対向させるように配置している。
【００１５】
そして、このようにすることで、低周波数域を含む広範囲の振動周波数域にわたって高減衰特性を得ることができるようになると共に、積層マウントに亀裂が入る等の事態が生じても、この亀裂からの高粘性液の漏れが皆無になる。また、シールラバーの破壊を起こしにくくなる。従って、この液体封入マウントを、減衰装置として軸ばねの内部空間に挿入配置した鉄道車両用軸箱支持装置では、減衰装置のメンテナンス性が更に向上する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る液体封入マウントと、この液体封入マウントを装備した鉄道車両用軸箱支持装置を図１〜図４を参照しつつ詳細に説明する。
本発明に係る液体封入マウント３１は、例えば図１に例示したような構成である。３２は円筒状のケースであり、このケース３２の例えば軸芯に支軸３３を配置している。そして、この支軸３３と前記ケース３２との間に形成された環状空間３４に封入する高粘性液３５を、この環状空間３４の一方の側（図１では紙面上部）に配置した例えば合成ゴム製の可撓性密閉蓋３６と、他方の側（図１では紙面下部）に配置した複数の筒状弾性体３７ａ（例えば筒状ゴム）と筒状プレート３７ｂを積層した積層マウント３７で、夫々水密に密封するようにしている。
【００１７】
３８は前記支軸３３の例えば段部に取り付けた第１の減衰板であり、前記ケース３２との間に隙間３８ａを有している。３９は前記ケース３２の内面に形成した第２の減衰板であり、前記支軸３３との間に隙間３９ａを有している。なお、これら第１の減衰板３８及び第２の減衰板３９は、図１に示したように、ケース３２と支軸３３とを同一軸芯に配置し、隙間３８ａ，３９ａを周方向で同一となすことが望ましいが、必ずしもケース３２と支軸３３とは同一軸芯に配置しなくても良い。
【００１８】
４０は前記可撓性密閉蓋３６との間で水密室を形成すべく配置されたシールラバーであり、前記環状空間３４内の、積層マウント３７とこの積層マウント３７に近接する減衰板（図１の例では第２の減衰板３９）との間に、その内外周部を前記の支軸３３とケース３２に夫々取り付けられている。このシールラバー４０の取り付け手段は、可撓性密閉蓋３６との間で水密室が形成できるものであればどのような手段でも良いが、例えば加硫接着により接着すれば容易に水密室を形成することができる。シールラバー４０は支軸３３の左右動を許容可能とするため、その断面形状をＳ字状とすることが望ましい。
【００１９】
上記の本発明に係る液体封入マウント３１では、図１における紙面上下方向の振動が作用した場合には、可撓性密閉蓋３６とシールラバー４０で密封した環状空間３４内の高粘性液体３５中に配置した第１の減衰板３８の動きにより第１の減衰板３８とケース３２との隙間３８ａ、及び、第２の減衰板３９と支軸３３との隙間３９ａを通して高粘性液体３５が撹拌される。
【００２０】
そしてその際、上下方向の減衰係数Ｃ1 は、図５（ａ）に示すように（０．５〜３）×９．８（Ｎ・ｓｅｃ／ｍｍ）、動ばね定数Ｋ1 は、図６（ａ）に示すように（４０〜８０）×９．８（Ｎ／ｍｍ）の条件を満足させることにより、本発明に係る液体封入マウント３１では、低周波数域を含めた全周波数域で高い減衰性能が得られることになる。
【００２１】
加えて、本発明に係る液体封入マウント３１は、積層マウント３７側にシールラバー４０を配置した二重の密封構造を採用することで、仮に積層マウント３７に亀裂が入った場合にも高粘性液体３５の漏れが皆無になり、更に信頼性が向上する。ちなみに、図１に記載の本発明に係る液体封入マウント３１に荷重をかけ、紙面上下方向に±１０ｍｍ、紙面左右方向に±４ｍｍの変位を２Ｈｚの周波数で５００万回繰り返す耐久性試験を行った結果、シールラバー４０の亀裂は皆無であった。
【００２２】
第１と第２の減衰板３８，３９の設置枚数は、図１に示した例では各１枚ずつ設置した例を示しているが、設置枚数を多くしたほうが減衰効果が大きくなることは言うまでもない。この場合、第１の減衰板３８と第２の減衰板３９をケース３２の軸方向に交互に配置するほうが高い減衰性能を得ることができる。また、図１に示した例では、第２の減衰板３９の同一円周位置に複数の孔３９ｂを設けたものを示しているが、このように減衰板に孔を設けた場合には、減衰力の調整が容易に行えるようになる。なお、この孔は第２の減衰板３９に限らず、第１の減衰板３８に設けても良く、また、同一円周位置に限らないことは言うまでもない。
【００２３】
上記の本発明に係る液体封入マウント３１では、シールラバー４０と積層マウント３７やシールラバー４０に近接する例えば第２の減衰板３９との間隔ａ，ｂは、振動による上下変位を阻害しないように、前記上下変位以上有するようにすれば良い。
【００２４】
図１に示した液体封入マウント３１の場合、振動すると第２の減衰板３９の隙間３９ａ及び孔３９ｂを高粘性液体３５が流動し、この隙間３９ａ及び孔３９ｂに対向するシールラバー４０の部位に高粘性液体３５が強くあたることになる。従って、第２の減衰板３９の隙間３９ａ及び孔３９ｂに対向するシールラバー４０の部位は、図１に示したように、隙間３９ａ及び孔３９ｂと傾斜角を有して対向させるようにする。こうすることにより、シールラバー４０の破壊を起こしにくくすることができる。
【００２５】
また、本発明に係る液体封入マウント３１に使用する高粘性液体３５は、粘度が高く温度依存性の低い液体であれば、その種類は特に問わないが、主にシリコン油、ポリイソブチレン油、ポリプロピレン油等が適している。同様に、シールラバー４０の材質は、封入される高粘性液体３５により物性変化が起こり難いもので、振動による変位に耐えられる強度を備えたものであれば、その種類は特に問わないが、例えば高粘性液体３５としてシリコン油を使用する場合には、ゴム硬さＨｓが６０程度（ＪＩＳ Ｋ ６２５３ スプリング式タイプＡデュロメータ）の天然ゴム（厚さ１３ｍｍ程度）を採用すればよい。
【００２６】
本発明に係る鉄道車両用軸箱支持装置５１は、図２に例示したように、上記の本発明に係る液体封入マウント３１を、減衰装置として軸ばね１７の内部空間に挿入配置したものである。
【００２７】
本発明に係る鉄道車両用軸箱支持装置５１は、図２に示したような軸ばね１７を軸箱１５の上部に装備した構成のものに限らず、▲１▼図３に示したように、軸ばね１７を例えば軸箱１５の下部から前後方向に突出させたウイング１５ａと側梁１２との間に設けた軸箱支持装置や、▲２▼図示省略したが、軸ばねを軸箱の上面に装備し、かつ軸箱から張り出した腕を台車枠に固定する軸はり式軸箱支持装置にも適用が可能である。
【００２８】
この場合、図１に示したような液体封入マウント３１では、例えば図２に示したように、例えばケース３２の上部に形成したフランジ３２ａをボルトを用いて支持枠１３に取り付け、支軸３３の下部に設けた案内孔３３ａに、軸箱１５の上面に取り付けた支柱５２を挿入させて取り付ければ良い。
【００２９】
また、図１に示したように支軸３３の下部に案内孔３３ａを設けた液体封入マウント３１に代えて、図４に示したように、軸箱１５側の部材５３にボルト５４で取り付けるようにしても良い。
【００３０】
上記の本発明に係る軸箱支持装置５１における液体封入マウント３１の取り付けは上記の例に限定されるものではない。例えば可撓性密閉蓋３６側では、前記フランジ３２ａを用いて取り付けるものに代えて、支軸３３の可撓性密閉蓋３６側にボルト挿入穴を設け、このボルト挿入穴に挿入したボルトを介して取り付けても良い。
【００３１】
このような本発明に係る鉄道車両用軸箱支持装置５１では、積層マウント３７の剛性を車両の前後・左右に、例えば（２００〜１５００）×９．８（Ｎ／ｍｍ／軸箱）となる範囲に選定することで、軸ばね１７のばね性と相俟って鉄道車両の軸ばね支持装置として優れた支持特性が得られると共に、上下方向の振動は減衰装置の第１、第２の減衰板３８，３９が高粘性液体３５を撹拌することに加え積層マウント３７の剪断抵抗が作用することにより、優れた減衰性能が得られ、車両の乗り心地が向上する。
【００３２】
また、軸ばね１７の中に液体封入マウント３１を取り付けた後、軸ばね１７に予圧縮を与えた場合でも、液体封入マウント３１の可撓性密封蓋３６の存在により簡単に予圧縮を与えることができる。
【００３３】
上記の本発明に係る液体封入マウント３１における第１の減衰板３８とケース３２の内周面との隙間３８ａ及び第２の減衰板３９と支軸３３との隙間３９ａは特に限定されるものではないが、本発明者が実験により減衰性能を調べた結果、２〜９ｍｍの範囲内の場合に望ましい結果が得られた。
【００３４】
また、上記の本発明に係る液体封入マウント３１では、ケース３２の形状は円筒状に限るものではなく、角筒状等でも良いが、製造の容易さや円周方向における隙間の均一化等から円筒状のものを使用することが望ましい。
【００３５】
また、上記の本発明に係る液体封入マウント３１は、図１や図４に示したものと上下逆向きに設置しても良い。
また、第１の減衰板３８は支軸３３と一体に形成したものでも、また、第２の減衰板３９は例えばケース３２に設けた段部に係止して取り付けても良い。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る液体封入マウントによれば、低周波数域から高周波数域までの全周波数域で優れた減衰性能を発揮することができ、各種の振動源に対し防振装置として利用できる。加えて、仮に振動による繰り返し剪断力で積層マウントに亀裂が入る等の万一の事態が生じた場合であっても、オイル漏れが発生せず、また、シールラバーの破壊も起こりにくく、極めて高い信頼性を確保できる。
【００３７】
また、鉄道車両の軸箱支持装置において、軸ダンパに比べ安価な本発明に係る液体封入マウントを減衰装置として使用すれば、軸ダンパを使用した場合に比べメンテナンス性が大幅に改善される。また、軸ばね内の空間に装着するので、設置空間の節減も可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明に係る液体封入マウントの一例を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）の下面図である。
【図２】本発明に係る液体封入マウントを減衰装置として装着した、軸ばねを軸箱の上部に装備した構成の本発明に係る鉄道車両用箱支持装置を一部破断して示す説明図である。
【図３】本発明に係る液体封入マウントを減衰装置として装着する、軸ばねを軸箱の下部から前後方向に突出させたウイングと側梁との間に設けた構成の鉄道車両用箱支持装置の説明図である。
【図４】本発明に係る液体封入マウントの他の例を示す縦断面図である。
【図５】液体封入マウントに要求される上下方向の減衰係数Ｃと周波数との関係を示すグラフで、（ａ）は本発明の場合、（ｂ）は比較例としての従来品の場合である。
【図６】液体封入マウントに要求される動ばね定数Ｋと周波数との関係を示すグラフで、（ａ）は本発明の場合、（ｂ）は比較例としての従来品の場合である。
【図７】従来の液体封入マウントの一例を示す縦断面図である。
【図８】従来の減衰装置として軸ダンパを付設したリンク方式軸箱支持装置を一部破断して示す説明図である。
【図９】本出願人らが先に提案した液体封入マウントの断面図である。
【図１０】減衰装置として本出願人らが先に提案した液体封入マウント装着した鉄道車両のリンク方式軸箱支持装置を一部破断して示す説明図である。
【符号の説明】
３１ 液体封入マウント
３２ ケース
３３ 支軸
３４ 環状空間
３５ 高粘性液体
３６ 可撓性密封蓋
３７ 積層マウント
３７ａ 筒状弾性体
３７ｂ 筒状プレート
３８ 第１の減衰板
３８ａ 隙間
３９ 第２の減衰板
３９ａ 隙間
４０ シールラバー
５１ 鉄道車両用軸箱支持装置

Claims (3)

1. 筒状のケースと、このケースの軸芯或いは軸芯の近傍に配置された支軸を備え、この支軸と前記ケース間に形成された環状空間に封入した高粘性液を、この環状空間の一方の側に配置した可撓性密閉蓋と、他方の側に配置した複数の筒状弾性体と筒状プレートを積層した積層マウントで、夫々水密に密封した液体封入マウントにおいて、
   前記支軸には前記ケースとの間に隙間を有する第１の減衰板を、また、前記ケースの内面には前記支軸との間に隙間を有する第２の減衰板を、夫々形成或いは取り付けると共に、
   前記積層マウントに近接する減衰板に減衰力を調整するための孔を設け、
   前記水密に密封した環状空間内の、前記積層マウントと前記積層マウントに近接する減衰板との間に、内外周部を前記の支軸とケースに夫々取り付けられ、前記可撓性密閉蓋との間で水密室を形成するシールラバーを、前記積層マウントに近接する減衰板の隙間及び孔と傾斜角を有して対向させるように配置したことを特徴とする液体封入マウント。
2. 前記第１の減衰板と第２の減衰板が、ケースの軸方向に交互に配置されていることを特徴とする請求項１記載の液体封入マウント。
3. 請求項１又は２に記載の液体封入マウントを、減衰装置として軸ばねの内部空間に挿入配置したことを特徴とする鉄道車両用軸箱支持装置。

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