JP5097439B2 - 鉄道車両用軸箱支持装置 - Google Patents

Description

本発明は、輪軸を挟んだ台車の前後方向の位置で、コイルバネと積層ゴムとの組み合わせによって輪軸を支持する鉄道車両用軸箱支持装置に関し、台車の前後方向変位に対して変位初期時に低剛性領域を有して非線形の剛性変化を生じる積層ゴムを備える鉄道車両用軸箱支持装置に関する。

鉄道車両を安定した状態で高速走行させるため、鉄道車両の台車には台車枠を輪軸に対して弾性支持する軸箱支持装置が設けられている。その鉄道車両用軸箱支持装置には、例えば、コイルバネと円筒積層ゴムとを構成部材とするものとして、特開２００２−３３１９３０号公報に開示したものを従来例として挙げることができる。ここで、図１１は、当該公報に開示された鉄道車両の台車を示した側面図であり、その鉄道車両用軸箱支持装置を示した断面図である。

軸箱体１０１には、その軸受部１０２の前後方向（図の左右方向）に、支持腕１０３が張り出している。この各支持腕１０３には、鉛直方向に貫通する取付孔１０４が設けられている。そして、取付孔１０４には下部軸バネ受１０５が上方から挿入され、その下部軸バネ受１０５に棒状のバネ軸１０６が差し込まれている。支持腕１０３の下面には当板１０７が当てられ、そこを貫通した固定ボルト１０８がバネ軸１０６に螺設され、下部軸バネ受１０５及びバネ軸１０６が支持腕１０３に固定されている。

一方、軸箱体１０１の上方には台車枠１１０があり、そこに上部軸バネ受１１１が固定されている。従って、この上部軸バネ受１１１と下部軸バネ受１０５との間に逆円錐状のコイルバネ１１２が装着され、台車枠１１０は、コイルバネ１１２によって軸箱体１０１に弾性的にフローティング支持されている。下部軸バネ受１０５とバネ軸１０６との間には、複数のゴムが金属板を介在して積層されてなる積層ゴム１１３が設けられている。この積層ゴム１１３は、逆円錐状のコイルバネ１１２における径の大きな上部寄りに大きなボリュームを持つように積層されている。

積層ゴム１１３は、例えば特開２００２−３３１９３０号公報に記載されている、図１２に示すような平面形状をしている。すなわち、金属内筒１２１と金属外筒１２２との間に円弧状のゴムプレート１２３と金属プレート１２４が半径方向に交互に積層され、扇形状をした一対の積層バネ部１２５，１２５が形成されている。積層バネ部１２５，１２５は、台車の前後方向に配置されるため、切欠き部分が台車の左右方向に位置することとなる。これは、台車の前後方向の剛性を高くし、台車の左右方向の剛性を低くするためである。
特開２００２−３３１９３０（第３頁、図１−図２）

こうした従来の鉄道車両用軸箱支持装置では、コイルバネと積層ゴムによって上下方向、前後及び左右方向の変位に対し、それぞれ荷重を受けて支持している。その際、特に前後左右方向の荷重を受ける積層ゴムが、前記積層ゴム１１３のように前後方向の剛性を高くした構造であるとすると、曲線部の通過に際してアタック角が大きくなってしまい走行の安定性がよくない。そこで前後方向の剛性を下げるようにすれば、輪軸の持つ自己操舵性によってアタック角が減少して横圧が下がり、走行安定性も高まる。

しかし、台車の前後方向が柔らかい積層ゴムであると、輪軸蛇行動などが発生し易く、逆効果となってしまう。そのため、例えば前後方向に柔らかいせん断ゴムを配置し、ストッパによって作用範囲を制限するようなことも行われているが、それでは装置が大掛かになりコストの高いものになってしまう。更に、積層ゴムの剛性を下げると、上下方向の変位によってへたりが発生し易い。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、台車の前後方向の剛性が非線形に変化するようにした積層ゴムを備える鉄道車両用軸箱支持装置を提供することを目的とする。

本発明に係る鉄道車両用軸箱支持装置は、台車枠と軸箱体との間に、軸箱体の軸受部を挟んで台車の前後方向に配置された一対の支持部を有し、その支持部が、台車枠と軸箱体との間の上下方向の荷重を受けるコイルバネと、台車枠と軸箱体との間の前後左右方向の荷重を受けるように、複数のゴムプレートと金属のインナープレートが積層されてなる積層ゴムとの組み合わせからなるものであって、前記積層ゴムは、台車の前後方向に分離され、その分離された部分に隙間が形成されたものであることを特徴とする。

また、本発明に係る鉄道車両用軸箱支持装置は、前記積層ゴムが、円弧状に湾曲した複数のゴムプレートを、インナープレートと交互に重ね合わせ、上下方向からみた場合に、扇形状をした一対の積層バネ部が台車の前後方向に配置されたものであり、各々の積層バネ部には、所定のゴムプレートとインナープレートが非接着状態で、中央部分が最も大きく開き、台車の左右方向にかけて徐々に狭くなって接するようにして前記隙間が形成されたものであることが好ましい。
また、本発明に係る鉄道車両用軸箱支持装置は、前記積層ゴムが、円弧状に湾曲した複数のゴムプレートを、インナープレートと交互に重ね合わせ、上下方向からみた場合に、台車の前後方向には幅の広い扇形状をした一対の前後積層バネ部が配置され、台車の左右方向には幅の狭い扇形状をした一対の左右積層バネ部が配置され、一対の前後積層バネ部には、所定のゴムプレートとインナープレートを非接触にして前記隙間が形成されたものであることが好ましい。

また、本発明に係る鉄道車両用軸箱支持装置は、前記積層ゴムが、複数のゴムプレートをインナープレートと交互に重ね合わせ、上下方向からみた場合に、台車の前後左右方向に一定幅の積層バネ部を配置し、前後方向の積層バネ部には、それぞれ所定のゴムプレートが前後方向に２分割された薄肉のゴムプレートからなり、当該薄肉のゴムプレート同士を非接触にして前記隙間が形成されたものであることが好ましい。
また、本発明に係る鉄道車両用軸箱支持装置は、前記積層ゴムが、径方向に分離され、その分離された部分に前記隙間が形成されたものであることが好ましい。

また、本発明に係る鉄道車両用軸箱支持装置は、前記積層ゴムが、インナープレートに低摺動摩擦材からなる摺動プレートを貼設して前記隙間を形成するようにしたものであることが好ましい。
また、本発明に係る鉄道車両用軸箱支持装置は、前記隙間を形成するゴムプレートの表面に低摺動摩擦材の層が形成されたものであることが好ましい。
また、本発明に係る鉄道車両用軸箱支持装置は、前記コイルバネや積層ゴムを支持する上下のバネ受にベローズが連結され、バネ受内に設けられた積層ゴムを上下のバネ受とベローズとによって内包するようにしたものであることが好ましい。
また、本発明に係る鉄道車両用軸箱支持装置は、前記コイルバネが、全体をゴム製のカバーで覆い水平剛性を低くしたエリゴバネであることが好ましい。

よって、本発明によれば、積層ゴムには台車の前後方向に隙間があり、台車の前後方向の変位に対して低剛性領域を有するので、輪軸の水平回転方向への変位が容易になって曲線通過の際の自己操舵性能が良く、その輪軸の持つ自己操舵性によってアタック角を減少することができ、曲線走行時の横圧を低くすることにより走行安定性が高められる。そして、前後方向剛性が小さくなるのを変位当初だけに制限し、更に左右方向については変位当初から高剛性になるようにしているため、輪軸蛇行動などの発生は防止できる。
また、本発明によれば、積層ゴムが径方向に分離して形成されているため、例えばメンテナンスの際、積層ゴムの取り外し作業を行わなくても、台車枠側を引き上げれば軸箱体側との分解を行うことができ、取り扱いが極めて容易なものになる。
更に、本発明によれば、隙間によって上下方向に擦れる部分に耐摩耗性に優れた低摺動摩擦材からなる摺動プレートなどを設けることで、摩耗による損傷を防ぐことができる。

次に、本発明に係る鉄道車両用軸箱支持装置の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。図１は、鉄道車両用軸箱支持装置の第１実施形態を示した断面図である。
台車の左右には台車枠１があってその前後に輪軸が設けられるが、そこには輪軸に対して台車枠１を弾性支持する鉄道車両用軸箱支持装置（以下、単に「軸箱支持装置」という）が設けられている。軸箱支持装置は、図示するように台車枠１の下に設けられており、輪軸を支持する軸受部２を有する軸箱体３との間に、軸受部２を挟んだ台車の前後方向（図面左右方向）に一対の支持部５，５が構成されている。

軸箱体３には、その軸受部２の前後方向（図の左右方向）の両側に、支持腕１１が張り出すように形成されている。この支持腕１１には、その先端部分に鉛直方向に貫通した取付孔１２が形成され、その取付孔１２には下部バネ受１３が取付けられている。下部バネ受１３は、取付孔１２に挿入される円筒状の嵌合部１３ａと、支持腕１１上方に位置する拡径のゴム受部１３ｂと、そのゴム受部１３ｂから外側に広がったフランジ形状のバネ座１３ｃが形成されている。

下部バネ受１３は、支持腕１１との間にライナを挟み込んで取り付けられる。嵌合部１３ａは有底円筒であって、取付孔１２に挿入され、支持腕１１の下からは取付金１４が当てられ、その取付金１４を貫通した固定ボルト１５が嵌合部１３ａに螺設される。これにより、下部バネ受１３が支持腕１１に固定される。一方、上方の台車枠１には、下部バネ受１３に対向する位置に上部バネ受１６が固定されている。この上部バネ受１６は、外周部にバネ座１６ａが形成され、中心部には貫通孔１６ｂが形成されたものであり、台車枠１に対してねじ止めなどして固定されている。

そして、この軸箱支持装置は、各支持部５，５に台車枠１と軸箱体３との間にコイルバネ１８と積層ゴム２０の組み合わせからなるバネ部が構成され、上下方向および台車の前後左右方向の荷重を負担する構造となっている。そこで、下部バネ受１３のバネ座１３ｃと上部バネ受１６のバネ座１６ａとの間にコイルバネ１８が装着されている。そして、このコイルバネ１８内に積層ゴム２０が設けられている。

ここで、図２は積層ゴム２０を示した図１のＡ−Ａ断面図である。積層ゴム２０は、円弧状に湾曲した複数のゴムプレート２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）と、円弧状に湾曲した複数の金属プレート２２（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）が重ね合わされた積層バネ部２３，２３が対称的に形成されている。そして、両積層バネ部２３，２３は、金属の内周管２５ａと外周管２５ｂによって一体に構成されている。なお、図１及び図２は、無負荷状態を示している。

本実施形態の積層ゴム２０は、扇形状の積層バネ部２３，２３が台車の前後方向（図２の左右方向）に配置され、台車の左右方向（図２の上下方向）が切り欠かれて分離した形状をしている。そして、積層バネ部２３，２３は、積層されたゴムプレート２１と金属プレート２２とが接着されるが、ゴムプレート２１ｃと金属プレート２２ｂとの間で分離され、台車前後方向に隙間２６が形成されている。積層バネ部２３，２３に形成された隙間２６は、ゴムプレート２１ｃの中央部分が最も広く開き、台車の左右方向には徐々に狭くなって接し、三日月形のように形成されている。なお、図１に示す積層ゴム２０は、隙間２６の最も大きい図２のＢ−Ｂ断面を示した図である。

積層ゴム２０は、上下方向からみた場合には、図２に示すように積層バネ部２３，２３が扇形状に形成され、横側は図１に示すように軸方向の長さが中心部から外周方向に徐々に短く形成されている。こうした積層ゴム２０は、内周管２５ａと外周管２５ｂが、下部バネ受１３のゴム受部１３ｂや上部バネ受１６に固定された保持軸１９に固定される。それには内周管２５ａが保持軸１９に、外周管２５ｂがゴム受部１３ｂにそれぞれ嵌め込まれ、内周管２５ａは、取付金２７が下から当てられ、貫通した固定ボルトによって保持軸１９に取り付けられ、外周管２５ｂは、リング状の止めネジ２８が上方から締め付けられて取り付けられる。

よって、この軸箱支持装置は、台車枠１がコイルバネ１８によって弾性的にフローティング支持されている。そのため、車体が満車状態のときはコイルバネ１８が縮んで台車枠１が下降し、車体が空車のときはコイルバネ１８が伸びて台車枠１が上昇する。一方、走行時に車両が曲線部に差しかかった場合、遠心力により曲線外側に輪軸が移動し、また踏面形状にしたがって内外輪の半径差を生じる。そのため、相対的に外側輪は前方へ進むことによりレールとの間の大きなすべりを発生させることなく曲線部を円滑に走行できる。その際、軸箱支持装置は、車体の前後方向に対する変位をコイルバネ１８の水平剛性と積層ゴム２０の圧縮剛性にてそれぞれ支持する。

ところで、本実施形態の軸箱支持装置では、前後左右方向の荷重を受ける積層ゴム２０が図１０に示すようなバネ特性を示している。すなわち、積層ゴム２０は、台車の前後方向に最大幅で２ｍｍ程度の隙間２６が形成されている。従って、台車の前後方向の変位に対しては、グラフＥに示すように、ゴムプレート２１ｃが金属プレート２２ｂに完全に密着するｐ点までは剛性が低いが、その後は変位に対する荷重が大きくなって剛性が高くなる。一方、台車の左右方向にみた場合には、切欠き部があるもののゴムプレート２１と金属プレート２２は同方向には隙間無く接触している。そのため、グラフＦに示すように、変位開始から剛性は高い。

本実施形態の軸箱支持装置によれば、積層ゴム２０の前後方向剛性が、グラフＥに示すように非線形で、前後方向の変位当初には剛性が低い低剛性領域ができたため、輪軸の水平回転方向への変位が容易になって曲線通過の際の自己操舵性能が良くなった。そして、その輪軸の持つ自己操舵性によってアタック角を減少することができ、曲線走行時の横圧を低くすることにより走行安定性が高められるようになった。その一方で、積層ゴム２０は、前後方向剛性が小さくなるのは変位当初だけであり、左右方向の変位に対しては変位当初から高剛性になるようにしているため、輪軸蛇行動などの発生を防止している。

そして、本実施形態では、方向によって異なる剛性を生じさせる積層ゴム２０を一つの構成で達成したため、コンパクトな軸箱支持装置にすることができ、コストを抑えることにもなった。また、コイルバネ１８の剛性を低くするとゴムの変形が大きく、へたり易くなってしまうが、本実施形態では径方向に分離されているため、上下方向の変位は小さく抑えられ、軸箱支持の上下剛性を低く抑えることが可能になった。
更に、本実施形態では、積層ゴム２０がゴムプレート２１ｃと金属プレート２２ｂとの間で分離し、コイルバネ１８は下部バネ受１３と上部バネ受１６とに挟み込まれているだけであるため、台車枠１側を引き上げれば軸箱体３側との分解を行うことができ、図１１に示す従来例のように固定ボルト１０８を外す必要がなく、取り扱いが極めて容易なものである。

次に、積層ゴムの変形例について説明する。図３乃至図７は、積層ゴムの他の実施形態を示した断面図である。こうした積層ゴムは、図２に示すものと同様に図１に示す軸箱支持装置を構成するものである。そして、いずれも無負荷状態を示している。
先ず、図３に示す積層ゴム３０は、図２に示すものと同様に、円弧状の複数のゴムプレート３１（３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ）が重ねられ、一対の積層バネ部３３，３３が形成されている。ただし、本実施形態では、全てのゴムプレート３１が金属の円筒管３２（３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ）の間に挟み込まれて構成されている。そして、本実施形態の積層ゴム３０は、積層バネ部３３，３３が台車の前後方向（図３の左右方向）に配置される。

また、本実施形態の積層ゴム３０でも、全てのゴムプレート３１と金属管３２とが密着しているわけではなく、ゴムプレート３１ｃと金属管３２ｃとの間に、台車の前後方向に隙間３５が形成されている。隙間３５は、ゴムプレート３１ｃの中央部分が最も広く開き、台車の左右方向には徐々に狭くなって接し、三日月形のように形成されている。こうした積層ゴム３０は、図１に示す積層ゴム２０と同様に、軸方向には中心部から外周方向に徐々に短くなっている。そして、下部バネ受１３のゴム受部１３ｂや上部バネ受１６に固定された保持軸１９に取り付けられる。

次に、図４に示す積層ゴム４０は、台車の前後方向と左右方向に、それぞれ積層バネ部が形成されている。積層ゴム４０は、台車前後方向には、円弧状に湾曲した複数のゴムプレート４１（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ）と、円弧状に湾曲した複数の金属プレート４２（４２ａ，４２ｂ，４２ｃ）が重ね合わされ、扇形の前後積層バネ部４５，４５が対称的に形成されている。そして、台車左右方向には、円弧状に湾曲した複数のゴムプレート４３（４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ）と、円弧状に湾曲した複数の金属プレート４４（４４ａ，４４ｂ，４４ｃ）が重ね合わされ、幅の狭い扇形の左右積層バネ部４６，４６が対称的に形成されている。そして、これら積層バネ部４５，４６は、金属の内周管４７ａと外周管４７ｂによって一体に構成されている。

積層ゴム４０の前後積層バネ部４５，４５は、全てのゴムプレート４１と金属プレート４２とが密着しているわけではなく、ゴムプレート４１ｃと金属プレート４２ｃとの間にほぼ均等な隙間４８が設けられている。一方、左右積層バネ部４６，４６は、全てのゴムプレート４３が金属プレート４４と接着されている。こうした積層ゴム４０は、図１に示す積層ゴム２０と同様に、軸方向には中心部から外周部にかけて短くなっている。そして、下部バネ受１３のゴム受部１３ｂや上部バネ受１６に固定された保持軸１９に取り付けられる。

次に、図５に示す積層ゴム５０は、台車の前後方向と左右方向に、それぞれ積層バネ部が形成されている。積層ゴム５０は、台車前後方向には、円弧状に湾曲した複数のゴムプレート５１（５１ａ，５１ｂ，５１ｃ）が重ねられ、台車左右方向には、円弧状に湾曲した複数のゴムプレート５３（５３ａ，５３ｂ，５３ｃ）が重ねられている。そのゴムプレート５１，５３が、円弧状に湾曲した複数の金属プレート５２ａ，５２ｂや金属管５４ａ，５４ｂなどによって一体に構成されている。

そして、特に本実施形態では、金属管５４ａ，５４ｂの間に円弧状の隙間５６を形成した環状のゴム管５５が挟み込まれている。そのゴム管５５は、台車前後方向に位置する前後積層バネ部５７，５７に対応して隙間５６が形成され、台車左右方向に位置する左右積層バネ部５８，５８に対応して肉厚に形成されている。そして、積層ゴム５０は、図１に示す積層ゴム２０と同様に、軸方向には中心部から外周部にかけて短くなっている。そして、下部バネ受１３のゴム受部１３ｂや上部バネ受１６に固定された保持軸１９に取り付けられる。

次に、図６に示す積層ゴム６０は、台車前後方向と左右方向に同じサイズの積層バネ部が形成されている。積層ゴム６０は、台車前後方向には、平らな複数のゴムプレート６１（６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ）と、同じく平らな複数の金属プレート６２（６２ａ，６２ｂ，６２ｃ）が重ね合わされ、前後積層バネ部６５，６５が対称的に形成されている。そして、台車左右方向には、平らな複数のゴムプレート６３（６３ａ，６３ｂ，６３ｃ）と、同じく平らな複数の金属プレート６４（６４ａ，６４ｂ，６４ｃ）が重ね合わされ、左右積層バネ部６６，６６が対称的に形成されている。

そして、積層ゴム６０の前後積層バネ部６５は、中間にある薄肉のゴムプレート６１ｂ，６１ｃの間に隙間６８が形成され、左右積層バネ部６６は、全てのゴムプレート６３が同じ厚さのものであって、金属プレート６４と接着されている。これら積層バネ部６５，６６は、金属の内周管６７ａと外周管６７ｂによって一体に構成されている。そして、積層ゴム６０は、図１に示す積層ゴム２０と同様に、軸方向には中心部から外周部にかけて短く、下部バネ受１３のゴム受部１３ｂや上部バネ受１６に固定された保持軸１９に固定される。そのため、金属の内周管６７ａと外周管６７ｂは、その外周面又は内周面が積層バネ部６５，６６を接着できるように四面で形成され、逆に内周面又は外周面が上部バネ受１６や保持軸１９に合わせて円形になっている。

よって、積層ゴム３０，４０，５０，６０を使用した軸箱支持装置では、積層ゴム３０などが前後左右方向の変位に対して図１０に示すようなバネ特性を示す。すなわち、台車の前後方向の変位に対してはグラフＥに示すように、隙間３５などが無くなるｐ点までは剛性が低いが、その後は変位に対して剛性が高くなる。一方で、台車の左右方向にみた場合、積層ゴム３０は、切欠き部があるもののゴムプレート３１と金属プレート３２は同方向に隙間無く接触しているため、グラフＦに示すように、変位開始から変位に対して剛性が高くなっている。また、積層ゴム４０，５０，６０では、台車の左右方向変位に対して、左右積層バネ部４６などがグラフＦに示すように、変位開始から変位に対して剛性が高くなっている。

従って、積層ゴム３０などを使用した軸箱支持装置によれば、変位当初の前後方向剛性が小さいため、輪軸の水平回転方向への変位が容易になって曲線通過の際の自己操舵性能が良い。そして、その輪軸の持つ自己操舵性によってアタック角を減少することができ、曲線走行時の横圧が低くすることにより走行安定性が高められる。その一方で、前後方向剛性を小さくしたのは変位当初だけに制限し、更に左右方向については変位当初から高剛性になるようにしているため、輪軸蛇行動などの発生は防止している。そして、こうした方向によって異なる剛性を生じさせる積層ゴム３０などを一つの構成で達成したため、コンパクトな軸箱支持装置にすることができ、コストを抑えることにもなった。また、コイルバネ１８の剛性を低くするとゴムの変形が大きく、へたり易くなってしまうが、本実施形態では径方向に分離されているため、上下方向の変位は小さく抑えられ、軸箱支持の上下剛性を低く抑えることが可能になった。

ところで、図５に示した積層ゴム５０の場合、隙間５６によって前後左右方向の変位に対して図１０に示すようなバネ特性を示す。しかし、ゴム管５５は、前後方向の荷重を受けて隙間５６が詰まると、接触面同士がレール継ぎ目などによる軌道上下外乱によって擦れて摩耗する。そのため、積層ゴム５０の寿命が短くなって頻繁にメンテナンスする必要が生じる。図７に示す積層ゴム７０は、摩耗による損傷を防止したものである。この積層ゴム７０は、台車前後方向には、円弧状に湾曲した複数のゴムプレート７１（７１ａ，７１ｂ，７１ｃ）が重ねられ、台車左右方向には、円弧状に湾曲した複数のゴムプレート７３（７３ａ，７３ｂ，７３ｃ）が重ねられている。

ゴムプレート７１，７３は、円弧状に湾曲した複数の金属プレート７２ａ，７２ｂや金属管７４ａ，７４ｂなどによって一体に構成されている。金属管７４ａは、前後方向に平行に平面部が形成されたものであり、前後方向の曲面部分には摺動プレート７６が貼設されている。一方、外側の金属管７４ｂには、摺動プレート７６に対向した前後方向の摺動プレート部７５ａと、金属管７４ａの平面部が摺動するように肉厚に形成された摺接部７５ｂとからなる樹脂管７５が貼設されている。樹脂管７５や摺動プレート７６は、低摺動摩擦材としてナイロンやテフロン（登録商標）樹脂によって形成されている。

よって、この積層ゴム７０を使用した軸箱支持装置では、台車の前後方向の変位に対しては、グラフＥに示すように変位当初は隙間７９の分だけ自由に移動し、摺動プレート部７５ａに摺動プレート７６が当接した後は、ゴムプレート７１の弾性力が機能して変位に対する剛性が高くなる。一方、台車の左右方向の変位に対しては、摺接部７５ｂが金属管７４ａ，７４ｂに当たっているため、当初からゴムプレート７３の弾性力が機能して変位に対する剛性が高くなっている。

従って、積層ゴム７０を使用した軸箱支持装置によれば、前後方向の変位に対して抵抗が小さいため、輪軸の水平回転方向への変位が容易になって曲線通過の際の自己操舵性能が良い。そして、その輪軸の持つ自己操舵性によってアタック角を減少することができ、曲線走行時の横圧が低くすることにより走行安定性が高められる。また、必要な範囲でゴムプレート７１，７３が機能して高剛性になるようにしているため、輪軸蛇行動などの発生を防止できる。更に、積層ゴム７０では、摺動プレート部７５ａと摺動プレート７６が耐摩耗性に優れた低摺動摩擦材であるため、寿命を延ばすことができ、メンテナンスの手間が大幅に削減される。また、摺動プレート部７５ａと摺動プレート７６は、左右方向の摺動がないため、偏摩耗が起きないので隙間が安定的に保たれる。

本実施形態では、積層ゴム７０などに、台車の前後方向剛性を非線形の低剛性化するための隙間７９が形成され、これによって前述したような本実施形態の効果を奏する。一方、その周りはコイルバネ１８が配置されているだけであるため、積層ゴム７０などは鉄道車両に対してほぼむき出し状態で取り付けられている。従って、本実施形態の効果を有効に発揮させるためには、隙間への異物の入り込みに注意する必要がある。そこで、図８に示すように、下部バネ受１３と上部バネ受１６に対してベローズ８を連結し、内部に配置された積層ゴム７０を下部バネ受１３と上部バネ受１６とベローズ８によって外部と遮断するようにする。これによって、積層ゴム７０の隙間７９などに対して異物の混入を防止することができる。

ところで、積層ゴム７０は、隙間７９を形成したことによって摺動する部分の耐摩耗性を向上させるため、樹脂管７５や摺動プレート７６を低摺動摩擦材で形成した。しかし、問題となる摺動は上下方向のずれによる摺動であるため、上下方向にずれないようにすればゴムでも損傷が抑えられる。そこで、図８に示すように、保持軸１９側の金属管７４ｂに突起７８を上下に設け、外側の金属管７４ａを上下から挟み込むようにする。これにより、金属管７４ａ，７４ｂの位置関係が一定になって上下方向の摺動がなくなり、摩耗による損傷を防止することができる。

前記第１実施形態の軸箱支持装置では、図１に示すように、各支持部５，５に台車枠１と軸箱体３との間にコイルバネ１８が配置され、その中に各形態の積層ゴム２０（或いは積層ゴム３０，４０…。以下同じ）が配置され、前述した効果を奏している。ただし、コイルバネ１８の剛性が高いものであると、隙間を設けた積層ゴム２０の効果が有効に発揮できない可能性がある。そこで、より積層ゴム２０の効果を発揮し易い軸箱支持装置を提案する。図９は、軸箱支持装置の第２実施形態を示した断面図である。なお、図１に示す第１実施形態の軸箱支持装置と同様の構成には同じ符号を付して説明する。

この軸箱支持装置は、台車枠１の下に設けられ、軸受部２を有する軸箱体３との間に、軸受部２を挟んで一対の支持部７，７が構成されている。軸箱体３の支持腕１１には下部バネ受１３が挿入され、固定ボルト１５によって支持腕１１に固定されている。上方の台車枠１には、下部バネ受１３に対向する位置に上部バネ受１６が固定され、その中心には保持軸１９が一体に設けられている。そして、本実施形態の軸箱支持装置では、各支持部７，７に、台車枠１と軸箱体３との間にエリゴバネ８０と積層ゴム２０との組み合わせからなるバネ部が構成され、上下方向および台車の前後左右方向の荷重を負担する構造となっている。

積層ゴム２０は、第１実施形態と同様に、バネ受１３のゴム受部１３ｂと保持軸１９との間に取り付けられる。エリゴバネ８０は、こうした積層ゴム２０を囲むように配置され、下部バネ受１３のバネ座１３ｃと上部バネ受１６のバネ座１６ａとの間に装着される。エリゴバネ８０は、バネ座１３ｃ，１６ａの間に入るコイルバネ８１に対し、その全体を覆うようにゴム製のカバー８２が設けられている。そして、特にこのエリゴバネ８０は、コイルばね８１の水平剛性が低く、水平方向に柔らかいものが使用されている。

そのため、エリゴバネ８０と積層ゴム２０との組み合わせた本実施形態では、図１０のグラフＥに示す前後方向の変位に対して低剛性領域を発揮する積層ゴム２０の機能が損なわれず、輪軸の水平回転方向への変位が容易になって曲線通過の際の自己操舵性能が良くなった。そして、輪軸の持つ自己操舵性によってアタック角を減少することができ、曲線走行時の横圧を低くすることにより走行安定性が高められるようになった。その他、積層ゴム２０などは左右方向の変位に対して高剛性であるため、輪軸蛇行動の発生は防止するなど、第１実施形態の軸箱支持装置と同様の効果を奏する。

以上、本発明に係る鉄道車両用軸箱支持装置について実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、積層ゴムに形成された隙間の位置は径方向にみて中間にある必要はなく、内側或いは外側に偏っていてもよい。
また、図７に示した積層ゴム７０は、隙間を形成する部分に低摺動摩擦材で形成した摺動プレートなどを使用したが、これは図２の積層ゴム２０などに関しても同様の変更が可能であり、ゴムプレート２１ｃなどに代えて低摺動摩擦材からなる摺動プレートにしたり、或いはゴムプレート２１ｃなどの表面に低摺動摩擦材の層を形成するようにしてもよい。
また、図８に示すように、上下方向の摺動を防止する突起７８を図２に示す積層ゴム２０などに設けるようにしてもよい。

鉄道車両用軸箱支持装置の第１実施形態を示した断面図である。 積層ゴムを示した図１のＡ−Ａ断面図である。 積層ゴムの他の実施形態を示した径方向の断面図である。 積層ゴムの他の実施形態を示した径方向の断面図である。 積層ゴムの他の実施形態を示した径方向の断面図である。 積層ゴムの他の実施形態を示した径方向の断面図である。 積層ゴムの他の実施形態を示した径方向の断面図である。 鉄道車両用軸箱支持装置の実施形態を示した断面図である。 鉄道車両用軸箱支持装置の第２実施形態を示した断面図である。 実施形態の積層ゴムについて、その前後左右方向の剛性に関するバネ特性を示した図である。 従来の鉄道車両用軸箱支持装置を示した断面図である。 従来の積層ゴムを示した径方向の断面図である。

符号の説明

１ 台車枠
２ 軸受部
３ 軸箱体
５ 支持部
１３ 下部バネ受
１６ 上部バネ受
１８ コイルバネ
２０ 積層ゴム
２１ ゴムプレート
２２ 金属プレート
２３ 積層バネ部
２６ 隙間

Claims (8)

1. 台車枠と軸箱体との間に、軸箱体の軸受部を挟んで台車の前後方向に配置された一対の支持部を有し、その支持部が、台車枠と軸箱体との間の上下方向の荷重を受けるコイルバネと、台車枠と軸箱体との間の前後左右方向の荷重を受けるように、複数のゴムプレートと金属のインナープレートが積層されてなる積層ゴムとの組み合わせからなる鉄道車両用軸箱支持装置において、
   前記積層ゴムは、台車の前後方向に分離され、その分離された部分に隙間が形成されたものであることを特徴とする鉄道車両用軸箱支持装置。
2. 請求項１に記載する鉄道車両用軸箱支持装置において、
   前記積層ゴムは、円弧状に湾曲した複数のゴムプレートを、インナープレートと交互に重ね合わせ、上下方向からみた場合に、扇形状をした一対の積層バネ部が台車の前後方向に配置されたものであり、各々の積層バネ部には、所定のゴムプレートとインナープレートが非接着状態で、中央部分が最も大きく開き、台車の左右方向にかけて徐々に狭くなって接するようにして前記隙間が形成されたものであることを特徴とする鉄道車両用軸箱支持装置。
3. 請求項１に記載する鉄道車両用軸箱支持装置において、
   前記積層ゴムは、円弧状に湾曲した複数のゴムプレートを、インナープレートと交互に重ね合わせ、上下方向からみた場合に、台車の前後方向には幅の広い扇形状をした一対の前後積層バネ部が配置され、台車の左右方向には幅の狭い扇形状をした一対の左右積層バネ部が配置され、一対の前後積層バネ部には、所定のゴムプレートとインナープレートを非接触にして前記隙間が形成されたものであることを特徴とする鉄道車両用軸箱支持装置。
4. 請求項１に記載する鉄道車両用軸箱支持装置において、
   前記積層ゴムは、複数のゴムプレートをインナープレートと交互に重ね合わせ、上下方向からみた場合に、台車の前後左右方向に一定幅の積層バネ部を配置し、前後方向の積層バネ部には、それぞれ所定のゴムプレートが前後方向に２分割された薄肉のゴムプレートからなり、当該薄肉のゴムプレート同士を非接触にして前記隙間が形成されたものであることを特徴とする鉄道車両用軸箱支持装置。
5. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載する鉄道車両用軸箱支持装置において、
   前記積層ゴムは、インナープレートに低摺動摩擦材からなる摺動プレートを貼設して前記隙間を形成するようにしたものであることを特徴とする鉄道車両用軸箱支持装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載する鉄道車両用軸箱支持装置において、
   前記隙間を形成するゴムプレートの表面に低摺動摩擦材の層が形成されたものであることを特徴とする鉄道車両用軸箱支持装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載する鉄道車両用軸箱支持装置において、
   前記コイルバネや積層ゴムを支持する上下のバネ受にベローズが連結され、バネ受内に設けられた積層ゴムを上下のバネ受とベローズとによって内包するようにしたものであることを特徴とする鉄道車両用軸箱支持装置。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載する鉄道車両用軸箱支持装置において、
   前記コイルバネは、全体をゴム製のカバーで覆い水平剛性を低くしたエリゴバネであることを特徴とする鉄道車両用軸箱支持装置。

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