JP7842002B2 - 軸箱支持装置用防振ブッシュ - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両用として好適に用いられる軸箱支持装置用防振ブッシュに関する。

従来から、鉄道車両では、車軸を保持する軸箱部から軸はりを車両前後方向へ延設させ、軸はりの先端部と台車フレームとの連結部に軸箱支持装置が設けられている。軸箱支持装置は、軸はりの先端部に設けられたハウジング部に防振ブッシュ（ゴムブッシュとも称する。）が嵌装されている。防振ブッシュは、車両前後方向と交差するように配置された中心軸と、中心軸に設けられた弾性部と、弾性部に設けられた外側部とを有している。防振ブッシュの弾性部により、軸はりの中心軸回りの回転運動を許容しながら、軸はりと台車フレームとの連結部位の振動及び衝撃を吸収する。

防振ブッシュは、鉄道車両の加減速時に車両前後方向の大きい荷重が作用することで、中心軸と外側部とが相対的に変位し、中心軸と外側部との間の弾性部が圧縮される。特に制動による減速時には大荷重が作用し易い。防振ブッシュは、大荷重が繰り返し作用することにより、弾性部に亀裂が発生することがある。このため、中心軸と外側部との相対的な変位を抑制するためにストッパー部を設ける場合がある（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、中心軸から車両前後方向に突出して弾性部に食い込むように形成されたストッパー部を有する防振ブッシュが開示されている。

特開２０１４－２０４８７号公報

しかしながら、特許文献１に開示された防振ブッシュは、中心軸から突出したストッパー部によって弾性部の厚みが減少しており、弾性部に作用する応力およびひずみを低減できないので、耐久性を高めることが難しい。

そこで、本発明は、耐久性に優れる軸箱支持装置用防振ブッシュを提供することを目的とする。

本発明に係る軸箱支持装置用防振ブッシュは、車両前後方向と交差する軸心を有する中心軸と、前記中心軸に設けられた弾性部と、互いに間隔をあけた状態で前記弾性部に設けられた一対の外側部と、一対の前記外側部の間で前記弾性部に設けられたストッパー部とを備え、前記中心軸は、前記弾性部を介して前記ストッパー部と対向する位置にえぐり部を有する。

本発明によれば、中心軸のうちのストッパー部と対向する位置にえぐり部を設け、えぐり部での弾性部の厚みを増大させることで、弾性部に作用する応力及びひずみを低減させることができる。本発明に係る軸箱支持装置用防振ブッシュは、弾性部での亀裂の発生を抑制することができるので、耐久性に優れる。

本実施形態に係る防振ブッシュを適用した軸箱支持装置の一部を切り欠いて示す側面図である。 防振ブッシュの斜視図である。 防振ブッシュを別の角度から視た斜視図である。 防振ブッシュの一部を切り欠いて示す正面図である。 図４のV－V線に沿って切断した断面図である。 防振ブッシュの軸はりへの組み付け方法を説明するための説明図である。 組付状態の防振ブッシュの断面図である。 図４のVIII－VIII線に沿って切断した断面図である。 凹部を有する防振ブッシュと凹部を有しない従来の防振ブッシュの前後方向でのたわみに対する荷重のグラフである。

１．実施形態
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１に示すように、鉄道車両に用いられる軸箱支持装置は、車軸１を回転自在に保持する軸箱部２が軸ばね３を介して台車フレーム４を上下方向に支持するとともに、軸箱部２から車両前後方向へ延設された軸はり５を介して台車フレーム４を車両前後方向に支持する構造を有している。軸はり５の車両前後方向の先端部に設けられたハウジング部６には軸箱支持装置用防振ブッシュ１０が嵌装されている。簡単のため、軸箱支持装置用防振ブッシュは、単に防振ブッシュと称する。防振ブッシュ１０は、台車フレーム４に設けられたブラケット７に回転不能に支持されている。なお、図面において、Ｘ軸方向を前後方向（車両前後方向）、Ｙ軸方向を上下方向、Ｚ軸方向を左右方向とそれぞれ定義する。

図２は、防振ブッシュ１０を車両前後方向（図１参照）の前方側から視た斜視図である。図３は、防振ブッシュ１０を車両前後方向の後方側から視た斜視図である。図４は、防振ブッシュ１０の一部を切り欠いて示す正面図である。

図４において、防振ブッシュ１０は、車両前後方向（Ｘ軸方向）と交差する軸心Ｐを有する中心軸１２と、中心軸１２に設けられた弾性部１３と、互いに間隔をあけた状態で弾性部１３に設けられた一対の外側部１４と、一対の外側部１４の間で、弾性部１３に設けられたストッパー部１５とを備える。図４では、中心軸１２の軸心Ｐを基準とする下半分を正面図、上半分を部分断面図として示している。

中心軸１２は、例えば金属製である。中心軸１２の軸心Ｐは、Ｚ軸方向と平行である。防振ブッシュ１０を軸はり５に組み付ける際は、中心軸１２は、その軸心Ｐが車両前後方向と交差するように配置される。

中心軸１２は、心棒部１２Ａと、心棒部１２Ａの軸心Ｐ方向の両端に設けられた一対のインナー鍔状部１２Ｂと、各インナー鍔状部１２Ｂから軸心Ｐ方向の両側へ向けて突出した一対の取付部１２Ｃとを有する。心棒部１２Ａは、円柱状に形成されている。インナー鍔状部１２Ｂは、中心軸１２の径方向の外側へ広がり、かつ、径方向の外側へ向かうほど薄肉となるフランジ状に形成されている。インナー鍔状部１２Ｂは、軸心Ｐに対し直角に設けられた外側面１７と、軸心Ｐに対し傾斜して設けられた内側面１８とを有する。取付部１２Ｃは、多角柱状に形成されている（図２及び図３参照）。取付部１２Ｃは、Ｙ軸方向に延びる貫通孔１９を有し、例えばボルトが貫通孔１９に挿入されることで、台車フレーム４のブラケット７に取り付けられる。この例では、心棒部１２Ａ、インナー鍔状部１２Ｂ、及び取付部１２Ｃは、一体に形成されている。

弾性部１３は、筒状のゴムにより形成されている。弾性部１３は、中心軸１２と外側部１４との間に配置され、中心軸１２及び外側部１４と加硫接着されている。弾性部１３は、心棒部１２Ａの外周面２１に設けられた筒状部１３ａと、一対のインナー鍔状部１２Ｂの内側面１８に設けられた一対のゴム鍔状部１３ｂとを有する。ゴム鍔状部１３ｂは、軸心Ｐに対し傾斜して設けられた外側面２２及び内側面２３を有する。この例では、筒状部１３ａ及び一対のゴム鍔状部１３ｂは、一体に形成されている。

図５は、図４のV－V線に沿って切断した断面図である。図５に示すように、弾性部１３の筒状部１３ａは、軸心Ｐを中心として上下対称に形成された一対の大径部２５と、一対の大径部２５の間の一方に形成された中径部２６と、一対の大径部２５の間の他方に形成された小径部２７とを有する。防振ブッシュ１０を軸はり５に組み付けていない状態で、大径部２５、中径部２６、小径部２７の順に外径が小さくなるように設定されている。

一対の外側部１４は、例えば金属製である。外側部１４は、弾性部１３の筒状部１３ａの外周面３１に設けられた筒板部１４ａと、一対のゴム鍔状部１３ｂの内側面２３に設けられた一対の鍔板部１４ｂとを有する。詳細には、筒板部１４ａは、筒状部１３ａのうちの大径部２５に設けられている。一対の鍔板部１４ｂは、筒板部１４ａに連接するように設けられている。筒板部１４ａと一対の鍔板部１４ｂとは、一体に形成されている。

ストッパー部１５は、例えば金属製である。ストッパー部１５は、弾性部１３の筒状部１３ａの外周面３１に設けられている。詳細には、ストッパー部１５は、筒状部１３ａのうちの小径部２７に設けられている。ストッパー部１５は、小径部２７に対し加硫接着されている。ストッパー部１５は、正面視で長辺と短辺とを有する矩形状に形成されており、４つの角部３０を有している（図２及び図４参照）。ストッパー部１５の外周のうち、互いに対向する長辺は心棒部１２Ａの軸心Ｐ方向に沿って延びており、互いに対向する短辺は心棒部１２Ａの周方向に沿って延びている。ここで、矩形状には、角部が直角である場合に限定されず、角部がＲ形状（丸みを帯びた形状）である場合が含まれる。ストッパー部１５は、側面視で円弧状に形成された板状部材である。

図６に示すように、防振ブッシュ１０は、ハウジング部６の嵌合孔３２に嵌装された状態で、軸はり５に組み付けられる。ハウジング部６は、例えば金属製である。ハウジング部６は、車両前後方向（Ｘ軸方向）に二分割された構成を有している。ハウジング部６は、軸はり５の先端部に固定される基端側半割体６Ａと、基端側半割体６Ａに固定される先端側半割体６Ｂとを有する。基端側半割体６Ａと先端側半割体６Ｂとは、図示しないボルト等の締結部材を用いて連結される。基端側半割体６Ａ及び先端側半割体６Ｂの内面により嵌合孔３２が形成される。ハウジング部６は、防振ブッシュ１０の一対の外側部１４を挟むように基端側半割体６Ａと先端側半割体６Ｂとを連結させることで、筒状に組み立てられる。ハウジング部６は、防振ブッシュ１０に対し締め付け力を付与し、弾性部１３に予備圧縮を加える。

防振ブッシュ１０の軸はり５への組み付けは、基端側半割体６Ａと先端側半割体６Ｂとの間に防振ブッシュ１０を配置し、一対の大径部２５を上下に向け、中径部２６を基端側半割体６Ａに対向させ、小径部２７を先端側半割体６Ｂに対向させる。そして、基端側半割体６Ａと先端側半割体６ＢとをＸ軸方向に接近させ、図示しない締結部材により連結する。これにより、防振ブッシュ１０は、弾性部１３の大径部２５が圧縮された状態でハウジング部６の嵌合孔３２に嵌装される。嵌合孔３２内に嵌装された防振ブッシュ１０は、中心軸１２の軸心Ｐ方向の両側に設けられた一対の取付部１２Ｃが、ブラケット７に回転不能に支持される。このような構造により、軸はり５が中心軸１２の軸心Ｐ回りに揺動移動可能であるとともに、軸はり５と台車フレーム４との連結部位の振動及び衝撃を吸収する。

図７は、組付状態の防振ブッシュ１０の断面図である。図７に示すように、組付状態でのストッパー部１５の外径は、外側部１４の外径よりも小さい。外側部１４の外径は、嵌合孔３２の内径と等しい。このため、ストッパー部１５とハウジング部６（嵌合孔３２の内面）との間には隙間Ｄが設けられている。この隙間Ｄの距離、すなわちストッパー部１５の外径と嵌合孔３２の内径との径差は、この例では３ｍｍに設定されているが、特に限定されない。本実施形態では、組付状態でのストッパー部１５の外径が弾性部１３の中径部２６の外径と等しくなるように構成されている。このため、中径部２６と嵌合孔３２の内面との間にも３ｍｍの隙間Ｄが設けられている。

ここで、防振ブッシュには、車両の上下方向、前後方向及び左右方向の３方向でそれぞれ異なるばね特性（ばね定数）が要求される。特に、車両前後方向のばね特性に関しては、通常走行時のように防振ブッシュが受ける荷重が小さい場合は小さいばね定数（柔らかいばね特性）であって、急制動時のように防振ブッシュが受ける荷重が大きい場合は大きいばね定数（硬いばね特性）であるような非線形のばね特性が要求される。防振ブッシュ１０は、ストッパー部１５と嵌合孔３２の内面との間に隙間Ｄが設けられており、ストッパー部１５が嵌合孔３２の内面に接触する前の小荷重時は小さいばね定数となり、ストッパー部１５が嵌合孔３２の内面に接触した後の大荷重時は大きいばね定数となるように設計されている。なお、ストッパー部１５と嵌合孔３２の内面との間に隙間Ｄが設けられていない場合は、要求される非線形のばね特性が得られない。

また、防振ブッシュには、車両の加減速時、とりわけ制動による減速時に、車両前後方向の大荷重が作用する。大荷重が繰り返し作用することにより、中心軸とストッパー部との間の弾性部が圧縮され、弾性部に亀裂が発生するといった問題がある。特にストッパー部の角部付近では応力がより高くなるので、ストッパー部の角部付近の弾性部に亀裂が発生し易い。亀裂の発生を防ぐためには、例えば、弾性部を硬くしたり中心軸を太くしたりすることで、中心軸とハウジング部との相対的な変位を小さくする方法が有効と考えられる。しかしながら、このような方法では、制動による減速時のように大荷重が作用する場合も、通常走行時のように小さい荷重が作用する場合も、大きいばね定数となるため、乗り心地が損なわれてしまう。ストッパー部の厚み（車両前後方向の長さ）を増大させる方法では、小荷重時の影響を抑えつつ大荷重時の変位も抑えられるが、ストッパー部の厚みが増大する分だけ弾性部の厚みが減少するため、弾性部に作用する応力及びひずみを低減できない。これに対し、防振ブッシュ１０は、弾性部１３に作用する応力及びひずみを低減させる構成を有していることにより、弾性部１３での亀裂の発生が抑制されている。以下に、応力及びひずみを低減させる構成について、詳細に説明する。

図８は、図４のVIII－VIII線に沿って切断した断面図である。図８に示すように、防振ブッシュ１０の中心軸１２は、弾性部１３を介してストッパー部１５と対向する位置にえぐり部３３を有する。具体的には、えぐり部３３は、正面視で矩形状に形成されたストッパー部１５の角部３０と対向する位置に設けられている。えぐり部３３は、心棒部１２Ａの外周面２１を所定の深さまで抉る（削り取る）ことにより形成される。中心軸１２の心棒部１２Ａは、えぐり部３３の部分の直径よりも、えぐり部３３以外の部分の直径の方が大きい。中心軸１２のえぐり部３３以外の部分の直径は、えぐり部を有しない従来の防振ブッシュの中心軸の直径と同等に設計されている。

えぐり部３３は、ストッパー部１５の外周に沿って連続する溝状に設けられている。本実施形態では、えぐり部３３は、ストッパー部１５の外周のうち、互いに対向する短辺に沿って溝状に設けられている。より具体的には、えぐり部３３は、心棒部１２Ａの周方向に一周する環状の凹溝として構成されている。防振ブッシュ１０は、心棒部１２Ａの軸心Ｐ方向の２箇所に一対のえぐり部３３が設けられているが、図８では、一対のえぐり部３３のうちの一方のみを示している。えぐり部３３の深さ（心棒部１２Ａの外周面２１からえぐり部３３の底面までの寸法）は、この例では４ｍｍ程度に設定されているが、これに限定されない。

弾性部１３の筒状部１３ａは、心棒部１２Ａのうちのえぐり部３３に設けられた厚肉部３４と、心棒部１２Ａのうちのえぐり部３３以外の部分に設けられ、且つ、厚肉部３４より厚みが小さい薄肉部３５とを有する。図８では、厚肉部３４の厚みをＴ１、薄肉部３５の厚みをＴ２として示している。厚肉部３４は、ストッパー部１５の角部３０と心棒部１２Ａのえぐり部３３との間に設けられている。このように、弾性部１３は、ストッパー部１５の角部３０付近の厚みが部分的に増大した構成となっている。

２．作用及び効果
防振ブッシュ１０は、中心軸１２の心棒部１２Ａのうち、ストッパー部１５と対向する位置に、えぐり部３３が設けられている。弾性部１３は、えぐり部３３に設けられた厚肉部３４の厚みＴ１が、えぐり部３３以外の部分に設けられた薄肉部３５の厚みＴ２よりも大きい。このように、防振ブッシュ１０は、えぐり部３３での弾性部１３の厚みを増大させることで、弾性部１３に作用する応力及びひずみを低減させることができる。防振ブッシュ１０は、弾性部１３での亀裂の発生を抑制することができるので、耐久性に優れる。

えぐり部３３は、ストッパー部１５の外周に沿って連続する溝状に設けられているので、ストッパー部１５の外周付近の弾性部１３に作用する応力及びひずみを低減させる。特に、ストッパー部１５の角部３０と対向する位置にえぐり部３３が設けられているので、角部３０付近の弾性部１３に作用する応力及びひずみを低減させることができる。ストッパー部１５の角部３０は応力が高くなり易いが、防振ブッシュ１０では、角部３０付近の弾性部１３の厚みを増大させることで、角部３０付近での亀裂の発生を抑制するとともに、亀裂の進展を抑制することができる。

防振ブッシュ１０は、心棒部１２Ａの直径のうち、えぐり部３３以外の部分の直径が従来のえぐり部を有しない中心軸の直径と同等となるように設計されているので、従来と同等のばね特性が維持されている。なお、中心軸の心棒部の直径を全体的に小さくした場合は、ばね特性が低下する。

３．実施例
図９は、えぐり部を有する実施例の防振ブッシュとえぐり部を有しない比較例の防振ブッシュの車両前後方向でのたわみに対する荷重のグラフである。実施例の防振ブッシュは、実施形態の防振ブッシュ１０と同様の構成を有するものを用いた。比較例の防振ブッシュは、えぐり部を有しないこと以外は、防振ブッシュ１０と同様の構成を有するものを用いた。

図９より、実施例と比較例は、いずれもストッパー部１５とハウジング部６（嵌合孔３２の内面）との間に隙間Ｄ（３ｍｍ）を有しているので、弾性部１３の車両前後方向でのたわみ量が３ｍｍまでは比較的緩やかに荷重が増加し、弾性部１３の３ｍｍを越えると、ストッパー部１５が嵌合孔３２の内面に接触し、荷重の増加率が増大した。ストッパー部１５が嵌合孔３２の内面に接触する前の小荷重時は小さいばね定数となり、ストッパー部１５が嵌合孔３２の内面に接触した後の大荷重時は大きいばね定数となる傾向が確認できた。実施例と比較例とのばね定数の差異は微差であり、えぐり部の有無によるばね特性への大きな影響はないことがわかる。よって、えぐり部３３を有する実施例の防振ブッシュは、えぐり部を有しない従来の防振ブッシュと同等のばね特性を有している。

以上、実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することが可能である。

上記実施形態では、ストッパー部１５の角部３０と対向する位置にえぐり部３３を設け、角部３０付近の弾性部１３の厚みを増大させているが、中心軸１２とストッパー部１５との間の弾性部１３の厚みを部分的に増大させる構成であれば、えぐり部３３の位置は限定されない。えぐり部３３は、弾性部１３を介してストッパー部１５の角部３０と異なる部分（例えば、中央部）と対向する位置に設けても良い。ストッパー部１５と少なくとも対向する位置にえぐり部３３を設けることで、弾性部１３の厚みを部分的に増大させることができ、弾性部１３に作用する応力及びひずみを緩和できる。えぐり部３３を設ける位置は、上記実施形態のように、ストッパー部１５の角部３０と対向する位置であることが好ましい。亀裂が発生し易い角部３０付近に作用する応力及びひずみをより緩和でき、耐久性がより向上し、長寿命化を図れるからである。

えぐり部３３は、上記実施形態では、ストッパー部１５の外周のうちの対向する短辺に沿って溝状に形成されているが、これに限定されず、ストッパー部１５の外周のうちの対向する長辺に沿って溝状に形成されても良い。また、えぐり部３３をストッパー部１５の外周に沿って連続する溝状に設ける場合に限定されず、例えば、ストッパー部１５の４つの角部３０と対向するように、４つのえぐり部３３を互いに間隔を開けて設けても良い。

ストッパー部１５は、上記実施形態では車両前後方向の前方側に配置されているが、これに限定されず、車両前後方向の後方側に配置されるようにしても良い。また、車両前後方向の前方側及び後方側に一対のストッパー部１５を配置しても良い。一対のストッパー部１５を車両前後方向の前方側及び後方側に配置する場合は、弾性部１３の筒状部１３ａは、軸心Ｐを中心として上下対称に形成された一対の大径部２５と、軸心Ｐを中心として左右対称に形成された一対の小径部２７とを有するものとする。そして、各々の小径部２７にストッパー部１５を設ける。

弾性部１３は、えぐり部を有しない従来の防振ブッシュに用いられる弾性部よりも硬いゴムを使用しても良い。従来の弾性部よりも硬いゴムを使用することにより、ばね定数の低下が抑制され、従来と同等のばね特性をより確実に維持できる。

上記実施形態では、ハウジング部６により防振ブッシュ１０に対し締め付け力を付与し、弾性部１３に予備圧縮を加える構成が採用されているが、これに限定されない。

えぐり部３３は、中心軸１２に設けられる場合に限られず、ストッパー部１５に設けられても良い。ストッパー部１５の内面（弾性部１３を介して中心軸１２と対向する面）を所定の深さまで抉る（削り取る）ことにより、ストッパー部１５にえぐり部３３を形成することができる。えぐり部３３での弾性部１３の厚みを増大させることで、弾性部１３に作用する応力及びひずみを低減させることができる。この結果、弾性部１３での亀裂の発生が抑制され、耐久性が向上する。えぐり部３３は、ストッパー部１５の角部３０に設けることが好ましい。角部３０付近の弾性部１３の厚みを増大させることで、応力が高くなり易い角部３０付近での亀裂の発生を抑制するとともに、亀裂の進展を抑制することができるからである。

１０ 防振ブッシュ
１２ 中心軸
１２Ａ 心棒部
１２Ｂ インナー鍔状部
１２Ｃ 取付部
１３ 弾性部
１３ａ 筒状部
１３ｂ ゴム鍔状部
１４ 外側部
１４ａ 筒板部
１４ｂ 鍔板部
２５ 大径部
２６ 中径部
２７ 小径部
１５ ストッパー部
３０ 角部
３３ えぐり部
Ｐ 軸心

Claims (4)

1. 車両前後方向と交差する軸心を有する中心軸と、
   前記中心軸に設けられた弾性部と、
   互いに間隔をあけた状態で前記弾性部に設けられた一対の外側部と、
   一対の前記外側部の間で、前記弾性部に設けられたストッパー部とを備え、
   前記中心軸は、前記弾性部を介して前記ストッパー部と対向する位置にえぐり部を有する軸箱支持装置用防振ブッシュ。
2. 前記えぐり部は、前記ストッパー部の外周に沿って連続する溝状に設けられている請求項１に記載の軸箱支持装置用防振ブッシュ。
3. 前記ストッパー部は、正面視で矩形状に形成されており、
   前記えぐり部は、前記ストッパー部の角部と対向する位置に設けられている請求項１に記載の軸箱支持装置用防振ブッシュ。
4. 前記中心軸は、心棒部を有し、前記心棒部に前記えぐり部が設けられており、
   前記弾性部は、前記心棒部に設けられた筒状部を有し、
   前記筒状部は、前記心棒部のうちの前記えぐり部に設けられた厚肉部と、前記心棒部のうちの前記えぐり部以外の部分に設けられ、且つ、前記厚肉部より厚みが小さい薄肉部とを有する請求項１に記載の軸箱支持装置用防振ブッシュ。