JP6542552B2 - 防火カバー付き軸ばね - Google Patents
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Description
本発明は、大型建機や、大型船舶や、車両用、特に鉄道車両に好適に用いられる、難燃性に優れた軸ばねに関するものである。
従来、鉄道車両には、特許文献１に記載されるように、蛇行動や上下動時の衝撃を吸収緩和するために、台車枠と車軸側部材との間に軸ばねが介装されている。近年、欧州においては、様々な分野において防炎要件が厳しくなってきており、鉄道車両についても、新基準であるＥＮ４５５４５−２が制定されるに至っている。軸ばねは、ゴム状弾性体が使用されており、ゴム状弾性体について上記基準をクリアすることが要求される。上記基準では、ハロゲン含有ガスの発生量も厳しく制限される。ハロゲンを含まずに、上記基準を満たす樹脂として、たとえば、特許文献２に示すように、シリコーン系材料を使用することが知られている。
しかしながら、軸ばねのように荷重がかかる過酷な環境下で使用されるゴム状弾性体において、現行品の耐久性及び機械的特性を保持しつつ、上記基準をも満足するレベルのものは得られていないのが現状である。
そこで、本発明においては、現行品の耐久性及び機械的特性を保持しつつ、難燃性を向上させることが可能な軸ばねを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の一態様として、ゴム状弾性体を有する軸ばねと、前記軸ばねに対し、前記ゴム状弾性体を気密に囲むように取り付けられた筒状の防火カバーとを備え、前記防火カバーは難燃性を有し、前記防火カバー内が不活性ガスで充填されたことを特徴とする。
上記構成によれば、難燃性を有する防火カバーによってゴム状弾性体を囲むため、軸ばね全体としての難燃性を高めることができる。さらに、ゴム状弾性体として従来の材料を使用することができるため、耐久性及び機械的特性を保持することが可能となる。
さらに、上記態様では、防火カバー内を不活性ガスで充填したため、炎によって防火カバーの一部が破損した場合であっても、防火カバー内部に充填された不活性ガスにより、ゴム状弾性体の着火を遅らせることができる。不活性ガスは、ゴム状弾性体と、防火カバーとの間の空間に充填することができる。
また、防火カバーの上端部及び下端部は、締付バンドによって軸ばねに止着することもできる。これにより、気密性をより向上させることができ、長期間にわたって防火カバー内を不活性ガスで充填することができる。
また、防火カバー内に不活性ガスを供給するガス供給装置と、ガス供給装置からの不活性ガスの供給を制御する制御部とが設けられた構成を採用することも可能である。時間経過とともに、防火カバー内の不活性ガスが徐々に空気と置換されるため、制御部は、所定時間経過ごとに防火カバー内に不活性ガスを供給することで、常時、防火カバー内の不活性ガス濃度を一定以上に保つことができる。
さらに、防火カバー内のガスを排気する排気路を設け、排気路は、制御部によって開閉制御され、制御部は、防火カバー内に不活性ガスを供給するときに、排気路を開放し、不活性ガスの供給を停止するときに前記排気路を閉鎖する構成とすることができる。これにより、防火カバー内に侵入した空気を速やかに排気して、不活性ガスに再置換することが可能となる。
また、防火カバー内の異常を検知する異常検知センサを設け、制御部は、異常検知センサが異常を検知したときに、ガス供給装置から防火カバー内に不活性ガスを供給することも可能である。具体的には、防火カバーが炎によって一部破損したときに、ガス供給装置から連続して不活性ガスを供給することで、消火若しくは軸ばねの燃焼を遅延化することが可能となる。
本発明では、軸ばねのゴム状弾性体を気密に囲むように難燃性を有する防火カバーを取付けて、防火カバー内を不活性ガスで充填したため、耐久性及び機械的特性を保持しつつ、軸ばね全体としての難燃性を高めることができる。
［第１実施形態］
以下、本発明の実施形態について図面を基に説明する。図１は、本発明の第１実施形態を示す鉄道車両用の防火カバー付き軸ばねの正面図であり、右半分は断面を示す。図示のように、本実施形態の防火カバー付き軸ばねは、コニカルストッパー型の軸ばねに防火カバーが取り付けられた構成とされている。
以下、本発明の実施形態について図面を基に説明する。図１は、本発明の第１実施形態を示す鉄道車両用の防火カバー付き軸ばねの正面図であり、右半分は断面を示す。図示のように、本実施形態の防火カバー付き軸ばねは、コニカルストッパー型の軸ばねに防火カバーが取り付けられた構成とされている。
軸ばねは、軸ばねの中心軸ＣＡ上に配置される中心材１と、中心材１と同心上に配置される外筒２と、中心材１と外筒２との間に介装される弾性部３と、中心材１から下方に突設された芯軸４とを備えている。弾性部３は、ゴム状弾性体からなる弾性層５と、中間筒６とが交互に積層された積層ゴム構造とされ、中心材１及び外筒２とともに一体的に加硫成形される。
具体的に、中心材１は円錐台形に形成され、その外周の全周にわたって弾性層５が環状に設けられ、断面ハ字状に形成される。弾性層５の外周側に外形が円錐台形状の金属等の硬質材料からなる中間筒６が配される。このように、弾性層５と中間筒６とが交互に配された積層ゴム構造をとることで弾性部３が形成される。軸ばねは、鉄道車両における車輪の中心の前後両側のそれぞれの位置において、中心軸ＣＡを上下垂直姿勢にした状態で台車枠（車体側部材の一例）と軸箱（車軸側部材の一例）との間に介装して用いられる。
上記構成の軸ばねに取り付けられる防火カバー７は、ＥＮ４５５４５−２をクリアする難燃性を備えた弾性体から構成される。なお、防火カバー自体には、外部から荷重がかからず、軸ばねの変位に追随可能な程度の可撓性を有していればよいため、弾性体組成物として使用可能な材料の選択範囲は、弾性部３を構成するゴム状弾性体の材料に比べて広く、適宜調製することが可能である。
具体的には、ゴム状弾性体組成物に、水酸化アルミニウム等の無機フィラーを配合することが可能である。また、リン酸化合物やアミン化合物等の難燃剤を併用することもできる。また、ポリマーとして、天然ゴムや合成ゴムのほかに、特許文献２に示すようなシリコーン系材料を使用することができる。また、難燃性基材（織布、不織布）を用い、これにゴム状弾性体組成物を含浸又は塗布したものを使用することも可能である。
防火カバー７は、上下開口を備えた円筒状に形成され、防火カバーの下側は下に行くほど、径が小さくなる漏斗状に形成される。このような形状とすることで、防火カバー７を一体的に成形することができる。防火カバー７は、下端部７ｂが弾性部３の下端部に締付バンド８によって止着され、上端部７ａが外筒２の外周面に締付バンド８によって止着される。
締付バンド８は、図２に示すように、金属製又は合成樹脂製の帯状材を円状に湾曲させてなり、両端部を半径方向外方に折曲して互いに相対する折曲部９，９を形成し、両方の折曲部９に貫通穴を形成してボルト及びナット等の締結部材１１を用いて締め込む構成とされる。
なお、締付バンド８は、防火カバー７の上端部及び下端部を全周にわたって均一に締め付け可能であれば、特に制限なく使用することができる。 上記構成以外の例として、ジュビリー（登録商標）バンドを用いることができる。ジュビリーバンドは、一端に筒状のハウジングが固定された金属製又は合成樹脂製のバンドから構成される。
ハウジングの内部には、表面にウォームネジ山が形成されたスクリューが回転自在に配置されている。スクリューは回転軸の方向がバンドの長さ方向に一致するように設けられる。一方、バンドの他端には、スクリューのウォームネジ山に噛合可能な複数の溝部が形成されている。そして、バンドの他端をハウジング内に導入してスクリューと溝部を噛合させつつ、スクリューを回転させることにより締付バンドを締め込むことが可能となる。
防火カバー７を軸ばねに取り付ける場合、先ず、防火カバー７の下端部７ｂ又は上端部７ａを所定位置に装着して、締付バンド８で締め付けて止着する。次いで、防火カバー７の他方端部を所定位置に装着する。このとき、他方端部の一部をずらして不活性ガスの供給ノズルを防火カバー７内に挿し入れ、ノズルから不活性ガスを供給する。防火カバー７内の空気がパージされ、不活性ガスで充填された後、ノズルを外してずらした防火カバーを元に戻して締付バンド８で締め付けて止着する。
これにより、弾性部３は防火カバー７によって気密に囲まれ、防火カバー７内に不活性ガスが充填された状態を長期間保持することができる。なお、不活性ガスとしては、窒素やヘリウム等を使用することができる。
［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態を示す鉄道車両用の防火カバー付き軸ばねの正面図であり、右半分は断面を示す。本実施形態では、防火カバー内に不活性ガスを供給するガス供給装置と、防火カバー内のガスを排気する排気路と、ガス供給装置からの不活性ガスの供給及び排気路の開閉を制御する制御部が設けられた点が特徴とされており、その他の構成は第１実施形態と同様とされる。
図３は、本発明の第２実施形態を示す鉄道車両用の防火カバー付き軸ばねの正面図であり、右半分は断面を示す。本実施形態では、防火カバー内に不活性ガスを供給するガス供給装置と、防火カバー内のガスを排気する排気路と、ガス供給装置からの不活性ガスの供給及び排気路の開閉を制御する制御部が設けられた点が特徴とされており、その他の構成は第１実施形態と同様とされる。
図示のごとく、本実施形態では、ガス供給装置１２と、排気路１３と、ガス供給装置１２からの不活性ガスの供給および排気路１３の開閉を制御する制御部１４が設けられている。ガス供給装置１２としては不活性ガスボンベが用いられ、制御部１４はマイコンから構成される。
第１実施形態では、防火カバー７を軸ばねに装着する前に、防火カバー７内の空気を不活性ガスに置換していたが、本実施形態では、防火カバー７を軸ばねに装着した後に、ガス供給装置１２からガスを供給する。その際に、制御部１４は、排気路１３を開放する。これにより、防火カバー７内の空気を速やかに不活性ガスに置換することが可能となる。
防火カバー７におけるガス供給装置１２の接続位置と、排気路１３の形成位置とは、中心軸ＣＡを挟んで対称位置に配するのが好ましい。このような配置とすることで、防火カバー７内の空気を効率よく不活性ガスに置換することができる。
防火カバー７内の不活性ガスは、時間経過と共に徐々に空気と置換される。そこで、本実施形態では、制御部１４は、所定時間経過ごとに防火カバー７内に不活性ガスを供給するようにした。これにより、常時、防火カバー７内の不活性ガス濃度を一定以上に保つことができる。なお、制御部１４は、所定時間ごとに不活性ガスを供給するときは、排気路１３も開放する。これにより、効率よく不活性ガスを再充填することができる。
不活性ガスの供給方法については、上記方法のほかに、微量の不活性ガスを供給し続けることも可能である。この場合、排気路１３を閉鎖したままとすることができる。防火カバー７内が一定圧以上になると、防火カバー７の上端部又は可端部の隙間から不活性ガスが排気される。防火カバー７内の不活性ガスを排気するベント弁のような圧力調整装置を設けることもできる。これにより、防火カバー７内が過剰圧力となることを防止することができる。
［第３実施形態］
図４は、本発明の第３実施形態を示す鉄道車両用の防火カバー付き軸ばねの正面図であり、右半分は断面を示す。本実施形態では、防火カバー内の異常を検知する異常検知センサが設けられ、制御部が異常検知センサからの信号によって異常を検知したときに、ガス供給装置からの不活性ガスの供給及び排気路の開閉を制御する点が特徴とされ、その他の構成は第２実施形態と同様とされる。
図４は、本発明の第３実施形態を示す鉄道車両用の防火カバー付き軸ばねの正面図であり、右半分は断面を示す。本実施形態では、防火カバー内の異常を検知する異常検知センサが設けられ、制御部が異常検知センサからの信号によって異常を検知したときに、ガス供給装置からの不活性ガスの供給及び排気路の開閉を制御する点が特徴とされ、その他の構成は第２実施形態と同様とされる。
本実施形態では、弾性部３と、防火カバー７との間の空間に、異常検知センサ１５として温度センサが配置されており、制御部１４は、異常検知センサ１５で検知された温度が異常に高いと判断した場合、火災発生により防火カバー７が破損して高温ガスが防火カバー内に流入したと判断して不活性ガスを供給する。なお、この場合には、制御部１４は、排気路１３を開放せず閉鎖した状態のままとする。
これにより、炎により破損した防火カバー７部分から、不活性ガスが炎の方向に供給され、消火若しくは軸ばねの燃焼を遅延化することが可能となる。本実施形態では、異常検知センサ１５として温度センサを用いたが、この温度センサのほか、圧力センサ、不活性ガスや空気などの濃度を検出するガス濃度センサの中から１種又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。たとえば、第１〜第３実施形態においては、コニカルストッパー型の弾性部を用いた軸ばねについて説明したが、これに限らず、水平方向（上下方向）に弾性体と金属板とを積層した積層ゴムストッパー型であってもよく、ゴム状弾性体のみからなる弾性部であってもよく、その他の構造のゴム状弾性体を用いた弾性部であってもよい。
また、第１〜第３実施形態では防火カバーは漏斗状とされていたが、これに限らず、一部に蛇腹部を形成することも可能である。これにより、軸ばねの変位にいっそう追随しやすくすることができる。また、第２及び第３実施形態において、排気路が形成されているが、形成しなくてもよい。この場合、ガス供給装置から不活性ガスを少量ずつ供給する。不活性ガスが供給されると、防火カバー内は加圧され、防火カバーの上端部又は下端部から徐々にガスが排気されることになる。なお、防火カバーに圧力調整装置を設けておくことにより、防火カバー内が不活性ガスで過剰圧力になったときに不活性ガスを外部に排気することも可能である。
１ 中心材
２ 外筒
３ 弾性部
４ 芯軸
５ 弾性層
６ 中間筒
７ 防火カバー
７ａ 防火カバー上端部
７ｂ 防火カバー下端部
８ 締付バンド
９ 折曲部
１１ 締結部材
１２ ガス供給装置
１３ 排気路
１４ 制御部
１５ 異常検知センサ
ＣＡ 中心軸
２ 外筒
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５ 弾性層
６ 中間筒
７ 防火カバー
７ａ 防火カバー上端部
７ｂ 防火カバー下端部
８ 締付バンド
９ 折曲部
１１ 締結部材
１２ ガス供給装置
１３ 排気路
１４ 制御部
１５ 異常検知センサ
ＣＡ 中心軸
Claims (6)
- ゴム状弾性体を有する軸ばねと、前記軸ばねに対し、前記ゴム状弾性体を気密に囲むように取り付けられた筒状の防火カバーと、前記防火カバー内に不活性ガスを供給するガス供給装置と、前記ガス供給装置からの不活性ガスの供給を制御する制御部とを備え、前記防火カバーは難燃性を有し、前記防火カバー内が不活性ガスで充填されたことを特徴とする防火カバー付き軸ばね。
- 前記不活性ガスは、前記ゴム状弾性体と、前記防火カバーとの間の空間に充填されたことを特徴とする請求項１に記載の防火カバー付き軸ばね。
- 前記防火カバーの上端部及び下端部は、締付バンドによって前記軸ばねに止着されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の防火カバー付き軸ばね。
- 前記制御部は、所定時間経過ごとに前記防火カバー内に不活性ガスを供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の防火カバー付き軸ばね。
- 前記防火カバー内のガスを排気する排気路が設けられ、前記排気路は、前記制御部によって開閉制御され、前記制御部は、前記防火カバー内に不活性ガスを供給するときに前記排気路を開放し、不活性ガスの供給を停止するときに前記排気路を閉鎖することを特徴とする請求項４に記載の防火カバー付き軸ばね。
- 前記防火カバー内の異常を検知する異常検知センサが設けられ、前記制御部は、前記異常検知センサが異常を検知したときに、前記ガス供給装置から前記防火カバー内に不活性ガスを供給することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の防火カバー付き軸ばね。
Priority Applications (4)
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