JP6886326B2 - 鉄道車両用ゴムブッシュ - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両において、例えば台車枠と輪軸を支持する軸箱との間へ防振用に介在される鉄道車両用ゴムブッシュに関する。

鉄道車両用ゴムブッシュは、例えば特許文献１に開示されるように、台車側のヨーダンパー又は車体側のアームの何れか一方に取り付けられる外筒と、他方に取り付けられる軸棒との間にゴムを介在させると共に、液体を封入した２以上の液室を形成し、液室間を制限通路で連絡した構造が知られている。この構造によれば、振動が一方の液室に加わると、当該液室の圧力変化が制限通路を介して他方の液室に作用し、制限通路における通過抵抗及び液体共振によって振動が吸収される。また、特許文献２には、輪軸を支持する軸箱側と台車枠側との何れか一方に内筒を、他方に外筒を設けて両者間に弾性体を配設し、弾性体内に区画される複数の液室を絞り通路で連通させると共に、絞り通路に電磁弁等のばね定数変更手段を設けて、絞り通路の目詰まりの防止とばね定数の低減とを図る発明が開示されている。

特開平６−１３５３２９号公報 特許第３３９７３４０号公報

鉄道車両用ゴムブッシュについては、走行区間（例えば高速区間と低速区間）等の使用条件によって要求される振動特性（動バネ定数）が異なる。しかし、特許文献１のゴムブッシュは、振動特性が１つで固定されているため、複数の振動特性に対応するためには制限通路の断面積や長さが異なる軸棒を別途用意する必要があり、コストアップに繋がる。特許文献２のゴムブッシュは、ばね定数変更手段である電磁弁の開閉によってばね定数を高低二段階に変化させることができるが、電磁弁の採用によってやはりコストアップに繋がる。また、電磁弁の開閉に依存することで二段階の設定にとどまり、振動特性の設計自由度が低くなってしまう。

そこで、本発明は、必要最小限の変更で複数の振動特性に対応可能として、部品の共通化と設計自由度の向上が期待できる鉄道車両用ゴムブッシュを提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、軸心部材と、軸心部材の外側に同軸配置される外筒部材と、軸心部材と外筒部材とを弾性的に連結するゴム弾性体と、を含み、ゴム弾性体は、少なくとも軸心部材を中心とした点対称位置に、流体を封入した液室を有する鉄道車両用ゴムブッシュであって、
軸心部材は、液室同士を連通させる貫通孔を備えて軸心部材内に嵌合される芯部材を有し、芯部材の貫通孔内に、複数のプレート部材を積層してなる別体の流路部材が設けられていることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成において、流路部材は、片面に凹設される溝部と、溝部と連通して両面に開口するように貫通形成される透孔とを備えたプレート部材としての第１プレート部材が、複数積層されて形成されていることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項２の構成において、第１プレート部材は、溝部の長さ及び／又は深さが異なるものを混在させて用いられていることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３の構成において、流路部材は、複数の第１プレート部材と、両面に開口するように貫通形成される透孔を備えたプレート部材としての複数の第２プレート部材とを組み合わせて形成されていることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項４の構成において、第２プレート部材は、厚みが異なるものを混在させて用いられていることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項２乃至５の何れかの構成において、積層されるプレート部材の位相を決定する位相決め手段が設けられていることを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６の何れかの構成において、流路部材を貫通孔内で位置決めする位置決め手段が設けられていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、軸心部材に、液室同士を連通させる貫通孔を備えて軸心部材内に嵌合される芯部材を設け、芯部材の貫通孔内に、複数のプレート部材を積層してなる別体の流路部材を設けたことで、流路の形態が異なる流路部材の交換によって振動特性を変更可能となる。よって、必要最小限となる流路部材の変更で複数の振動特性に対応可能となり、部品の共通化と設計自由度の向上とが期待できる。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、プレート部材としての第１プレート部材の採用により、第１プレート部材の積み数の変更によって流路の形態が異なる流路部材を容易に得ることができる。
請求項３に記載の発明によれば、請求項２の効果に加えて、溝部の長さ及び／又は深さが異なる第１プレート部材を混在させて用いることで、流路部材に形成される流路の設計自由度を高めることができる。
請求項４に記載の発明によれば、請求項２又は３の効果に加えて、プレート部材としての第２プレート部材との組み合わせにより、流路部材に形成される流路の設計自由度をより高めることができる。
請求項５に記載の発明によれば、請求項４の効果に加えて、第２プレート部材も厚みが異なるものを複数混在させて使用することで、流路部材の流路のバリエーションを増やすことができる。
請求項６に記載の発明によれば、請求項２乃至５の何れかの効果に加えて、位相決め手段の採用により、流路部材に流路を精度よく形成することができる。
請求項７に記載の発明によれば、請求項１乃至６の何れかの効果に加えて、位置決め手段の採用により、貫通孔内で流路部材を正確に固定することができる。

鉄道車両用ゴムブッシュの説明図で、（Ａ）が横断面、（Ｂ）が縦断面をそれぞれ示す。 図１（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 第１プレート部材の説明図で、（Ａ）が表面、（Ｂ）がＢ−Ｂ線断面、（Ｃ）が裏面をそれぞれ示す。 第１プレート部材の変更例の説明図で、（Ａ）が表面、（Ｂ）がＣ−Ｃ線断面、（Ｃ）が裏面をそれぞれ示す。 図４の第１プレート部材を用いた図２に相当する断面図である。 第１プレート部材の変更例の説明図で、（Ａ）が表面、（Ｂ）がＤ−Ｄ線断面、（Ｃ）が裏面をそれぞれ示す。 第２プレート部材の説明図で、（Ａ）が表面、（Ｂ）がＥ−Ｅ線断面、（Ｃ）が裏面をそれぞれ示す。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、鉄道車両用ゴムブッシュ（以下単に「ゴムブッシュ」という。）の一例を示す説明図、図２は図１（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。このゴムブッシュ１は、軸心部材２と、軸心部材２の外側で同軸配置される外筒部材３と、軸心部材２と外筒部材３とを弾性的に連結するゴム弾性体４とを含んでなり、軸心部材２が例えば鉄道車両の台車枠に、外筒部材３が輪軸を支持する軸箱にそれぞれ連結される。その場合、図１（Ａ）の下側が前方となる。
軸心部材２は、内筒５の内側に、円柱状の芯部材６を嵌合して一体化したもので、芯部材６には、台車枠側の板バネに取り付けるための一対の取付孔７，７が穿設されている。外筒部材３は、軸心部材２よりも軸方向に短い筒となっている。

ゴム弾性体４は、軸心部材２の内筒５の外周面と外筒部材３の内周面とに接着されている。８，８は左右に設けた中空部である。また、ゴム弾性体４の内部には、流体である不凍液（例えばエチレングリコール）を封入する横断面円形の液室９，９が、軸心部材２の軸心を中心とした点対称位置（ここでは前後位置）に形成されている。
そして、軸心部材２の内筒５には、各液室９の位置に対応して同径で開口する連通孔１０，１０が形成されると共に、芯部材６の前後方向の直径上には、連通孔１０，１０と同軸で連通する貫通孔１１が、連通孔１０と同径で形成されている。

そして、貫通孔１１内には、複数の第１プレート部材１３，１３・・を積層してなる流路部材１２が差込収容されている。
この第１プレート部材１３は、図３に示すように、貫通孔１１に嵌合する外径を有する金属製又は樹脂製の円盤状で、表面には、一カ所が分断されて全周で繋がらないＣ字状の溝部１４が、周方向に沿って凹設されて、溝部１４の一端には、表裏両面に開口する透孔１５が貫通形成されている。
また、表面の中心には、溝部１４の内側に位置する円形の凹部１６が形成され、裏面の中心には、凹部１６に嵌合可能な円形の凸部１７が形成されている。

この第１プレート部材１３を複数枚、表裏の向きを同じにして、隣接する第１プレート部材１３，１３同士の凹部１６と凸部１７とが嵌合するように、且つ位相を所定角度（例えば６０度）ずつずらせて透孔１５同士が同じ位相とならないように重ね合わせる。すると、各第１プレート部材１３の溝部１４が、表側で隣接する第１プレート部材１３の裏面に閉塞されると共に、各溝部１４が透孔１５を介して互いに連通して、流路部材１２内に、一端側に位置する最外の第１プレート部材１３の透孔１５から、他端側に位置する最外の第１プレート部材１３の透孔１５まで螺旋状に連続するオリフィス（流路）１８が形成される。よって、液室９，９に封入される不凍液は、オリフィス１８とその両端の連通孔１０，１０を介して軸心部材２内で互いに移動可能となる。

なお、積層される第１プレート部材１３を位相決めする位相決め手段としては、第１プレート部材１３の外側面に所定の角度毎に異なる目印（線や凹部等）を設けておき、この目印を所定の間隔でずらしながら重ね合わせることで、位相を合わせることができる。この場合、隣接する第１プレート部材１３，１３同士の凹部１６と凸部１７との圧入によるものとしたり、スポット溶接や溶着等の接合によるものとしたりすることで、第１プレート部材１３，１３同士を相互に位相決めすることができる。また、各第１プレート部材１３の中心に透孔を設けて、位置決め用の棒体に挿入させることによって各第１プレート部材１３を位相決めすることも可能である。この場合、棒体の外面に凸部又は凹部を設ける一方、第１プレート部材の透孔には所定の角度毎に棒体の凸部又は凹部に対応する凹部又は凸部を設けておき、所定の間隔で第１プレート部材の凹部又は凸部の位置をずらしながら挿入させることによって位相を合わせることができる。なお、棒体は第１プレート部材に接合して透孔内に残してもよく、また、棒体を抜き取った後、透孔の両端部を蓋部材で密閉するように接合してもよい。
このように位相決め手段を設けることで、流路部材１２にオリフィス１８を精度よく形成することができる。

さらに、貫通孔１１内で流路部材１２を位置決めする位置決め手段としては、第１プレート部材１３，１３同士の凹部１６と凸部１７との圧入によるものとしたり、スポット溶接や溶着等の接合によるものとしたりする他、貫通孔１１内で流路部材１２の軸方向の両端をスポット溶接や溶着等で接合したり、貫通孔１１の内面に、流路部材１２の一端が係合する段部を形成し、他端側を接合手段等で接合したりすることが考えられる。
このように位置決め手段を設けることで、貫通孔１１内で流路部材１２を正確に固定することができる。

以上の如く構成されたゴムブッシュ１においては、前述のように軸心部材２が台車枠に、外筒部材３が軸箱にそれぞれ連結されて使用され、台車枠と軸箱とに発生する振動をゴム弾性体４によって減衰させる。特に、ゴム弾性体４では、オリフィス１８によって決定される共振周波数で動バネ定数を変えることができるので、鉄道車両の走行区間等の使用条件によって要求される異なる周波数特性の境界となる共振周波数を設定すれば、異なる使用条件それぞれにおいて、所望の動バネ定数による防振効果を発揮することができる。
そして、走行区間の相違等によって要求される周波数が異なる場合は、当該周波数に合わせて第１プレート部材１３の積み数を変えてオリフィス１８の全長を変更して、振動特性が異なる流路部材１２に交換すればよい。この場合、流路部材１２以外の芯部材６や内筒５、外筒部材３、ゴム弾性体４はそのまま共用できる。

このように、上記形態のゴムブッシュ１によれば、軸心部材２に、液室９，９同士を連通させる貫通孔１１を備えて軸心部材２内に嵌合される芯部材６を設け、芯部材６の貫通孔１１内に、オリフィス１８を有する別体の流路部材１２を設けたことで、第１プレート部材１３の積み数によりオリフィス１８の形態が異なる流路部材１２の交換によって振動特性を変更可能となる。よって、必要最小限となる流路部材１２の変更で複数の振動特性に対応可能となり、部品の共通化と設計自由度の向上とが期待できる。

特にここでは、流路部材１２を、片面に凹設される溝部１４と、溝部１４と連通して両面に開口するように貫通形成される透孔１５とを備えた第１プレート部材１３を、複数積層して形成しているので、第１プレート部材１３の積み数の変更によってオリフィス１８の形態が異なる流路部材１２を容易に得ることができる。また、第１プレート部材１３の一枚の増減によっても振動特性は変更可能であるため、必要最小限の変更で流路部材１２を共通化できる。

なお、第１プレート部材の位相決め手段は、上記形態に限らず、例えば図４に示すように、第１プレート部材１３Ａの外周面に、放射方向へ突出する嵌合突起１９を設ける一方、貫通孔１１内に、図５に示すように、嵌合突起１９が嵌合可能な軸方向の嵌合溝２０，２０・・を、例えば６０°間隔で複数形成してなるものとしてもよい。
これにより、第１プレート部材１３Ａを貫通孔１１に挿入する際に、嵌合突起１９を嵌合させる嵌合溝２０を一枚ずつ順番に周方向へずらすことで、第１プレート部材１３Ａごとの位相を６０°ずつ異ならせることができる。全ての第１プレート部材１３Ａの収容後は嵌合溝２０，２０・・の両端は閉塞すればよい。

また、図６に示す第１プレート部材１３Ｂのように、第１プレート部材１３Ｂの裏面で溝部１４の裏側位置に係合突起２１を設け、表面で溝部１４の透孔１５のない端部に、隣接する第１プレート部材１３Ｂの係合突起２１が係合する係合凹部２２を設けて、第１プレート部材１３Ｂ，１３Ｂ同士を重ねる際、上側の第１プレート部材１３Ｂの係合突起２１を、下側の第１プレート部材１３Ｂの係合凹部２２に係合する位相まで回転させるようにすれば、第１プレート部材１３Ｂの位相が上側へ行くにつれて徐々にずれた格好で積層されることになる。なお、係合突起２１の形成位置は、図６に示した第１プレート部材１３Ｂの裏面で溝部１４の裏側位置に限らず、溝部１４の透孔１５のない位置であればよく、任意の位置に設定することで、流路長さを調整することができる。

加えて、上記形態では第１プレート部材１３（１３Ａ，１３Ｂ）をそれぞれ同一形状としているが、溝部１４の長さ及び／又は深さが異なる複数種の第１プレート部材１３（１３Ａ，１３Ｂ）を用意してこれらを組み合わせることでオリフィス１８を形成することも可能である。
このように溝部１４の長さ及び／又は深さが異なる第１プレート部材１３（１３Ａ，１３Ｂ）を混在させて用いれば、オリフィス１８の設計自由度を高めることができる。
また、第１プレート部材１３（１３Ａ，１３Ｂ）は、一部品からなるものに限らず、例えば軸方向に二分割して、透孔の半分と溝部となる円弧状孔とを貫通形成した部分と、透孔の半分のみを貫通形成した部分とを重ね合わせて形成することも可能である。

一方、図７に示すように、表面に溝部がなく、偏心位置に両面に貫通する透孔２４のみを有する第２プレート部材２３を用いることもできる。この第２プレート部材２３を、第１プレート部材１３（１３Ａ，１３Ｂ）と交互に一枚ずつ又は複数枚ずつ重ねて積層することで、オリフィス１８の形態を変えることができる。第２プレート部材２３も厚みが異なる複数種を用意して使用してもよいし、第１プレート部材１３（１３Ａ，１３Ｂ）のような凹凸部や突起を用いた位相決め手段を採用してもよい。
このように流路部材１２を、複数の第１プレート部材１３（１３Ａ，１３Ｂ）と、両面に開口するように貫通形成される透孔２４を備えた複数の第２プレート部材２３とを組み合わせて形成すれば、オリフィス１８の設計自由度をより高めることができる。また、第２プレート部材２３も厚みが異なるものを混在させて使用すれば、オリフィス１８のバリエーションを増やすことができる。

そして、第１、第２プレート部材は円盤状に限らない。例えば両プレート部材の外形を、三角形や四角形、さらには六角形等の多角形とし、芯部材側の貫通孔の横断面もこれと嵌合する同形状とすることもできる。このようにすれば、例えば六角形であれば、貫通孔に嵌合させるプレート部材の位相を６０°ごとに容易に変更することが可能となる。
その他、液室は前後２つに限らず、３つ以上あってもよい。この場合、流路部材の流路の構成は、各液室に対して連通するように適宜設計変更される。例えば、貫通孔を液室ごとに分岐させ、各分岐孔に軸体の流路部材を差込収容することが考えられる。
また、流路部材以外のゴムブッシュの形態も適宜変更可能である。

１・・鉄道車両用ゴムブッシュ、２・・軸心部材、３・・外筒部材、４・・ゴム弾性体、５・・内筒、６・・芯部材、９・・液室、１０・・連通孔、１１・・貫通孔、１２・・流路部材、１３，１３Ａ，１３Ｂ・・第１プレート部材、１４・・溝部，１５，２４・・透孔、１６・・凹部、１７・・凸部，１８・・オリフィス、１９・・嵌合突起、２０・・嵌合溝、２１・・係合突起、２２・・係合凹部、２３・・第２プレート部材。

Claims (7)

1. 軸心部材と、前記軸心部材の外側に同軸配置される外筒部材と、前記軸心部材と前記外筒部材とを弾性的に連結するゴム弾性体と、を含み、前記ゴム弾性体は、少なくとも前記軸心部材を中心とした点対称位置に、流体を封入した液室を有する鉄道車両用ゴムブッシュであって、
   前記軸心部材は、前記液室同士を連通させる貫通孔を備えて前記軸心部材内に嵌合される芯部材を有し、
   前記芯部材の前記貫通孔内に、複数のプレート部材を積層してなる別体の流路部材が設けられていることを特徴とする鉄道車両用ゴムブッシュ。
2. 前記流路部材は、片面に凹設される溝部と、前記溝部と連通して両面に開口するように貫通形成される透孔とを備えた前記プレート部材としての第１プレート部材が、複数積層されて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用ゴムブッシュ。
3. 前記第１プレート部材は、前記溝部の長さ及び／又は深さが異なるものを混在させて用いられていることを特徴とする請求項２に記載の鉄道車両用ゴムブッシュ。
4. 前記流路部材は、複数の前記第１プレート部材と、両面に開口するように貫通形成される透孔を備えた前記プレート部材としての複数の第２プレート部材とを組み合わせて形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の鉄道車両用ゴムブッシュ。
5. 前記第２プレート部材は、厚みが異なるものを混在させて用いられていることを特徴とする請求項４に記載の鉄道車両用ゴムブッシュ。
6. 積層される前記プレート部材の位相を決定する位相決め手段が設けられていることを特徴とする請求項２乃至５の何れかに記載の鉄道車両用ゴムブッシュ。
7. 前記流路部材を前記貫通孔内で位置決めする位置決め手段が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の鉄道車両用ゴムブッシュ。

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