KR20110036789A

KR20110036789A - 철도 차량용 축상 지지 장치의 축 스프링 고무 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20110036789A
Application number: KR1020100092467A
Authority: KR
Inventors: 히데아키 이와타
Original assignee: 도카이 고무 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2009-10-03
Filing date: 2010-09-20
Publication date: 2011-04-11
Also published as: KR101177337B1; JP5256162B2; CN102032303A; JP2011080493A; CN102032303B

Abstract

과제
축 스프링 고무 자체로 스프링 특성을 비선형화시킬 수 있는 철도 차량용 축상 지지 장치의 축 스프링 고무를 제공한다.
해결 수단
철도 차량용 축상 지지 장치의 축 스프링 고무 (14) 에 있어서, 고무 탄성체 (48) 의 노치부 (54) 에 있어서, 내부 금구 (46) 의 상부에 직경 방향 바깥쪽으로 연장되는 상측 고무 스토퍼부 (60) 를, 또 외통 금구 (44) 의 하부에 또한 상측 고무 스토퍼부 (60) 의 하측에 직경 방향 안쪽으로 연장되는 하측 고무 스토퍼부 (62) 를 각각 형성한다. 그들 고무 스토퍼부 (60, 62) 는, 각 선단부를 부분적으로 상하로 대향시키는 상태에서 형성하고, 외통 금구 (44) 에 대한 내부 금구 (46) 의 하향의 상대 변위시에 그들을 상하로 맞닿게 한다.

Description

철도 차량용 축상 지지 장치의 축 스프링 고무 및 그 제조 방법{AXIAL SPRING RUBBER OF AXIAL BOX SUPPORTING DEVICE FOR RAILWAY VEHICLE AND METHOD OF MANUFACTURING THEREFOR}

본 발명은 철도 차량용 축상 지지 장치의 축 스프링 고무 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

철도 차량의 차축을 회전할 수 있게 수용하는 베어링을 내부에 수납한 축상 (軸箱) 을 지지하는 축상 지지 장치로서, 종래 여러 가지 형식, 구조의 것이 사용되고 있는데, 그 하나로서 축 스프링 고무와 금속제의 코일 스프링을 조합한 (병용한) 형식의 것이 있다.

종래에 있어서, 이러한 종류의 형식의 축상 지지 장치에서는 축 스프링 고무로서 축 방향 즉, 철도 차량에 설치된 상태에서 상하 방향으로 선형 (직선형) 의 스프링 특성을 갖는 것이 사용되었다.

예를 들어, 하기 특허문헌 1 에 이러한 종류의 형식의 축상 지지 장치가 개시되어 있다.

도 7 은 그 구체예를 나타내고 있다.

도면에서 200 은 대차 (臺車) 프레임이고, 202 는 차축을 수용하는 베어링 (204) 을 내부에 수납한 축상이고, 206 은 베어링 (204) 의 전, 후 위치에서 대차 프레임 (200) 과 축상 (202) 사이에 끼움 장착된 축 스프링이다.

축 스프링 (206) 은 금속제의 코일 스프링 (208), 및 코일 스프링 (208) 과 병렬로 그 내측에 배치된 축 스프링 고무 (210) 의 조합으로 이루어져 있다.

이 형식의 축상 지지 장치 (211) 에 있어서, 상기와 같이 축 스프링 고무 (210) 는 상하 방향의 스프링 특성이 선형의 스프링 특성을 이루고 있는데, 축 스프링 (206) 에 있어서 금속제의 코일 스프링 (208) 도 마찬가지로 스프링 특성이 선형의 스프링 특성으로 되어 있으면, 큰 하중이 입력되었을 때에 축 스프링 (206) 이 크게 휘어 (변형되어), 축 스프링 고무 (210) 의 내구 수명이 짧아진다.

그 때문에 코일 스프링의 스프링 특성을 비선형의 스프링 특성으로 하는 것이 이루어진다.

도 7 에 나타내는 것에서는, 코일 스프링 (208) 을 역원뿔 형상으로 함으로써, 코일 스프링 (208) 의 스프링 특성의 비선형 특성화를 실현하고 있다.

그 밖에, 도 8 에 나타내는 바와 같이 코일 스프링 (208) 의 형상을 축 방향 (상하 방향) 으로 곧은 형상인 원통 형상으로 유지하면서, 축 방향 양단측의 코일 권선에 대해서는 선 직경을 좁게, 또 중앙측의 코일 권선에 대해서는 선 직경을 크게 함으로써, 코일 스프링 (208) 의 스프링 특성의 비선형 특성화를 실현한 것도 사용되고 있다.

도 8 에 나타내는 것에서는, 하중 입력에 대해 먼저 양단측의 선 직경이 작은 부분이 상하 방향으로 우선적으로 휘고, 그리고 선 직경이 작은 부분의 변형이 커져 저항이 있는 곳까지 증대되면, 그곳에서 선 직경이 두꺼운 부분이 휘어, 스프링 특성이 비선형의 스프링 특성이 된다. 상세하게는, 스프링 특성 곡선이 임의의 휨량이 되면, 그곳으로부터의 상승이 급격해지는 스프링 특성 곡선이 된다.

그런데, 축 스프링 (206) 의 스프링 특성을 비선형의 스프링 특성으로 유지하면서, 상세하게는 하중이 큰 경우의 스프링 특성을 충분히 높게 유지하면서, 하중이 작은 경우 즉, 변위가 작을 때의 스프링 특성이 한층 저스프링화될 것이 요망되는 경우가 있고, 이 경우, 그 요망을 코일 스프링 (208) 의 스프링 특성을 바꿈으로써 충족시킨다는 것은 곤란하다.

하중이 작은 경우 즉, 변위가 작을 때에 코일 스프링 (208) 의 스프링 특성을 저스프링화하기 위해서는, 코일 스프링 (208) 의 축 방향 길이를 길게 즉, 높이를 높게 하고, 또 코일의 권취 직경을 크게 할 필요가 있고, 이 경우 코일 스프링 (208) 이 대형화되어, 한정된 좁은 설치 공간에 코일 스프링 (208) 을 설치할 수 없게 된다.

또한, 변위가 설정 변위에 정확히 도달했을 때, 스프링 특성이 고스프링화되도록 코일 스프링 (208) 의 형상을 설계하는 것 자체도 곤란이 따른다.

그 대책으로서, 축 스프링 고무 (210) 의 스프링 특성을 저스프링화하고, 그리고 도 9 의 (A) 의 비교예도에 나타내는 바와 같이, 축 스프링 고무 (210) 를 내측에 유지하는 홀더 (212) 의 내측에 제 2 코일 스프링 (214) 을 설치하여, 축 스프링 고무 (210) 가 일정량 변위되었을 때, 축 스프링 고무 (210) 의 내부 금구 (216) 를 뒷받침판 (218) 을 통해 맞닿게 하여 제 2 코일 스프링 (214) 을 휘게 하고, 그 시점에서 스프링 특성을 높게 변화시켜 스프링 특성 곡선을 상승시키도록 하는 것을 생각할 수 있다.

그러나 이 경우, 제 2 코일 스프링 (214) 이 별도의 부품으로서 추가로 필요함과 함께, 제 2 코일 스프링 (214) 의 설치 공정이 여분의 공정으로서 필요하며, 또한 내부 금구 (216) 가 제 2 코일 스프링 (214) 에 닿을 때에 닿는 위치가 올바르게 설정 위치가 되도록, 각 부재의 형상이나 설치 위치 등을 관리해야 한다.

그 밖에 이 도 9 의 (A) 에 나타내는 대책의 경우, 제 2 코일 스프링 (214) 이 홀더 (212) 의 내측에 숨어있어 외부에서 이것을 시인할 수 없으므로, 그의 유지보수 및 관리에 곤란이 따른다는 문제가 있다.

또한, 이 도 9 의 (A) 에 나타내는 대책의 경우, 내부 금구 (216) 가 뒷받침판 (218) 을 통해 제 2 코일 스프링 (214) 에 닿을 때에 소리가 발생한다는 문제도 있다.

다른 대책으로서, 도 9 의 (B) 의 비교예도에 나타내는 바와 같이, 제 2 코일 스프링 (214) 대신에, 고무 스토퍼 (220) 를 홀더 (212) 의 내측에 설치해 두어, 도 9 의 (A) 의 예와 마찬가지로 축 스프링 (210) 이 일정량 변위되었을 때, 내부 금구 (216) 를 마찬가지로 뒷받침판 (218) 을 통해 고무 스토퍼 (220) 에 닿게 하여 고무 스토퍼 (220) 를 변형시키도록 하는 것을 생각할 수 있다.

그러나, 이 경우에 있어서도 고무 스토퍼 (220) 가 홀더 (212) 의 내측에 숨어 있는 상태가 되어 이것을 외부에서 시인할 수 없고, 또 고무 스토퍼 (220) 가 별도의 부품으로서 필요함과 함께, 그것을 설치하기 위한 공수 (工數) 도 여분의 공수로서 필요하거나 하는 등, 도 9 의 (A) 에 나타내는 예와 동일한 문제를 발생시킨다.

일본 공개특허공보 2002－331930호

본 발명은 이상과 같은 사정을 배경으로 하여, 축 스프링 고무 자체로 스프링 특성을 비선형화시킬 수 있는 철도 차량용 축상 지지 장치의 축 스프링 고무 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하여 이루어진 것이다.

그리하여, 본 발명 1 은, 축 스프링 고무에 관한 것으로서, 외통 금구 및 중심부의 내부 금구와, 그들 외통 금구와 내부 금구 사이에 끼워져 그 외통 금구 및 내부 금구를 탄성 연결시킨 상태로 일체로 가황 접착된 고무 탄성체를 갖고, 축 방향을 상하 방향을 향해 철도 차량의 축상 지지 장치에 장착되는 철도 차량용 축상 지지 장치의 축 스프링 고무로서, 상기 고무 탄성체에는 둘레 방향의 소정 지점에 그 고무 탄성체를 축 방향으로 관통한 노치부가 형성되어 있음과 함께, 그 노치부에 있어서, 상기 내부 금구에 그 내부 금구의 외주면에서부터 직경 방향 바깥쪽으로 연장되는 내측 고무 스토퍼부가, 또 그 내측 고무 스토퍼부에 대해 상기 축 방향이 상이한 위치에서 상기 외통 금구에 그 외통 금구의 내주면에서부터 직경 방향 안쪽으로 연장되는 외측 고무 스토퍼부가 각각 형성되어 있고, 또한 그들 내측 고무 스토퍼부 및 외측 고무 스토퍼부는, 각각의 선단부가 상기 축 방향에 스토퍼 간극을 형성하는 상태에서, 직경 방향으로 부분적으로 중복되어 있어, 상기 외통 금구에 대한 상기 내부 금구의 상하 방향의 상대 변위시에, 그들 내측 고무 스토퍼부와 외측 고무 스토퍼부가 상하로 맞닿아 스토퍼 작용하여 변위를 규제하도록 되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명 2 는, 상기 1 에 있어서, 상기 내측 고무 스토퍼부는, 상기 외측 고무 스토퍼부를 향해 접근함에 따라 직경 방향의 치수를 점차 증대시키는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명 3 은, 상기 1 또는 2 에 있어서, 상기 외측 고무 스토퍼부는, 상기 내측 고무 스토퍼부를 향해 접근함에 따라 직경 방향의 치수를 점차 증대시키는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명 4 는 축 스프링 고무의 제조 방법에 관한 것으로서, 그 제조 방법은 상기 1 내지 3 중 어느 하나의 축 스프링 고무의 제조 방법으로서, 상기 고무 탄성체를 상기 외통 금구 및 내부 금구와 일체로 가황 성형할 때, 상기 내측 고무 스토퍼부 및 외측 고무 스토퍼부를, 각 선단이 직경 방향으로 중복되지 않는 형상으로 대응하는 상기 외통 금구 및 내부 금구에 대해 일체로 가황 성형해 두고, 그 후, 그 외통 금구를 드로잉 가공하여 축경 (縮徑) 시킴으로써, 상기 내측 고무 스토퍼부 및 외측 고무 스토퍼부의 각 선단부를 직경 방향으로 부분적으로 중복시키는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명은, 고무 탄성체의 둘레 방향의 소정 지점에 노치부를 형성하고, 그 노치부에 있어서 내부 금구에, 외통 금구측에 직경 방향 바깥쪽으로 연장되는 내측 고무 스토퍼부를, 또 내측 고무 스토퍼부에 대해 축 방향으로 상이한 위치에서 외통 금구에 내부 금구측을 향해 직경 방향 안쪽으로 연장되는 외측 고무 스토퍼부를 각각 형성하고, 그리고 그들 내측 고무 스토퍼부 및 외측 고무 스토퍼부 각각의 선단부를, 축 방향에 스토퍼 간극을 형성하는 상태에서 직경 방향으로 부분적으로 중복시켜, 외통 금구에 대한 내부 금구의 상하 방향의 상대 변위시에 그들 내측 고무 스토퍼부와 외측 고무 스토퍼부를 상하로 맞닿게 하여 스토퍼 작용시켜 변위를 규제하게 한 것이다.

본 발명의 축 스프링 고무에서는, 변위 초기에는 내측 고무 스토퍼부를 외측 고무 스토퍼부에 대해 접촉하지 않은 상태로 유지한 채, 내부 금구가 외통 금구에 대해 상대적으로 상하 방향으로 변위된다.

그리고 내측 고무 스토퍼부가 외측 고무 스토퍼부에 닿은 후에는, 그들 내측 고무 스토퍼부 및 외측 고무 스토퍼부의 탄성 변형을 수반하여 내부 금구가 외통 금구에 대해 더욱 상하 방향으로 상대 변위된다.

그 상대 변위시에, 내측 고무 스토퍼부가 외측 고무 스토퍼부에 닿은 후에는, 그들 고무 스토퍼부의 스토퍼 작용에 의해 내부 금구의 외통 금구에 대한 변위를 억제하여, 축 스프링 고무에 있어서의 고무 탄성체의 과도한 변위를 규제할 수 있다.

그리고 고무 탄성체의 과도한 변위에 의해 고무 탄성체, 즉 축 스프링 고무의 내구성이 저하되는 것을 방지하여 축 스프링 고무의 내구성을 높게 유지할 수 있다.

본 발명에서는 내측 고무 스토퍼부와 외측 고무 스토퍼부가, 각각의 선단부에서 부분적으로 직경 방향으로 중복되어 있는 것에 지나지 않고, 그 중복부에서만 내부 금구의 상대 변위에 수반되는 힘을 서로에게 미치는 것에 불과하기 때문에, 그들 내측 고무 스토퍼부 및 외측 고무 스토퍼부는, 맞닿음 후에 각각의 밑부분에서부터 선단에 걸쳐 넓은 범위에서 상하 방향 또한 서로 반대 방향으로 부드럽게 탄성 변형할 수 있고, 그 때문에 스토퍼 터치가 부드럽고, 또 그 후의 스토퍼 특성도 스프링 특성이 그만큼 급격하게는 상승하지 않아, 내부 금구의 상대 변위에 수반되어 완만하게 연속적으로 증대된다.

즉, 본 발명의 내측 고무 스토퍼부 및 외측 고무 스토퍼부는, 부드러운 스토퍼 닿음 및 그 후의 각 고무 스토퍼부의 큰 변형능에 기초하여, 축 스프링 고무의 스프링 특성을, 변위가 작은 경우에 있어서의 선형의 부드러운 스프링 특성에서, 각 고무 스토퍼부가 닿은 후 더욱 딱딱한 스프링 특성으로 변화시켜, 도중에서부터 스프링 특성 곡선이 상승하는 비선형의 스프링 특성으로 할 수 있다.

이러한 본 발명에 의하면, 축 스프링 고무를 코일 스프링과 병용하는 경우에 있어서, 코일 스프링의 스프링 특성을 특별히 비선형 특성으로 하지 않아도 되고, 또 축 스프링 고무의 고무 특성을 비선형 특성으로 할 때, 특히 축 스프링 고무가 대형화되지 않기 때문에, 종래 준비되어 있는 좁은 설치 공간에도 지장없이 축 스프링을 설치할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서는 고무 탄성체의 노치부의 공간을 유효하게 활용하여, 그곳에 내측 고무 스토퍼부, 외측 고무 스토퍼부를 형성하고 있기 때문에, 그들 내측 고무 스토퍼부, 외측 고무 스토퍼부를 형성하기 위한 특별한 공간을 확보할 필요도 없다.

또한, 본 발명에 의하면, 도 9 의 비교예의 축 스프링과 같이 축 스프링 고무 및 코일 스프링 이외의 별도의 부품을 필요로 하거나, 그 설치 공정이 여분으로 필요하지도 않아 소요 부품을 줄일 수 있고, 또 내측 고무 스토퍼부 및 외측 고무 스토퍼부를 포함한 축 스프링 고무를 외부에서 시인할 수 있기 때문에 유지보수도 용이하다.

청구항 2 는, 내측 고무 스토퍼부를 외측 고무 스토퍼부를 향해 접근시킴에 따라 직경 방향의 치수를 점차 증대시키는 형상으로 한 것으로서, 이와 같이 하면, 스토퍼 닿음을 더욱 부드럽게 할 수 있음과 함께, 스토퍼에 닿은 후의 초기의 스프링 특성을 그때까지의 스프링 특성에서부터 완만하게 증대 변화시킬 수 있다. 즉 스프링 특성의 상승을 완만하게 상승시킬 수 있어, 스프링 특성을 매끄럽게 변화시켜 비선형화시킬 수 있다.

한편, 청구항 3 은, 외측 고무 스토퍼부를 내측 고무 스토퍼부를 향해 접근시킴에 따라 직경 방향의 치수를 점차 증대시키는 형상으로 한 것으로서, 이 청구항 3 에서도 청구항 2 와 동일한 효과를 발휘한다.

특히 청구항 2 와 청구항 3 을 조합함으로써 상기 효과를 높일 수 있다.

그런데 상기 내측 고무 스토퍼부 및 외측 고무 스토퍼부를, 각각의 선단부가 직경 방향으로 부분적으로 중복되는 상태에서 고무 탄성체와 함께 가황 성형하는 것은 곤란하다.

그와 같이 하면 가황품을 성형틀에서 빼낼 수 없게 된다.

여기에서 청구항 4 의 제조 방법에서는, 고무 탄성체를 외통 금구 및 내부 금구와 일체로 가황 성형할 때, 내측 고무 스토퍼부 및 외측 고무 스토퍼부를 각 선단이 직경 방향으로 중복되지 않는 형상으로 가황 성형해 두고, 그 후, 외통 금구를 드로잉 가공하여 축경시킴으로써, 외측 고무 스토퍼부의 위치를 직경 방향 안쪽으로 전체적으로 이동시키고, 이렇게 하여 내측 고무 스토퍼부 및 외측 고무 스토퍼부의 각 선단부를 직경 방향으로 부분적으로 중복시키게 한 것으로서, 이 청구항 4 의 제조 방법에 의하면, 상기 축 스프링 고무를 용이하게 제조할 수 있고, 또한 종래의 공정에 특별한 공정을 부가하지 않고 축 스프링 고무를 제조할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시형태의 축 스프링 고무와 코일 스프링을 조합하여 이루어지는 축 스프링의 단면도이다.
도 2 는 동일 실시형태의 축 스프링 고무의 평면도이다.
도 3 은 동일 실시형태의 축 스프링 고무의 종단면도이다.
도 4 는 동일 실시형태의 축 스프링 고무의 제조 방법의 주요부의 설명도이다.
도 5 는 동일 실시형태의 축 스프링 고무 및 코일 스프링의 스프링 특성을 비교예와 함께 나타낸 도면이다.
도 6 은 동일 실시형태의 축 스프링의 스프링 특성을 나타낸 도면이다.
도 7 은 종래의 축 스프링 고무를 포함한 축 스프링을 철도 차량에 설치한 상태로 나타낸 도면이다.
도 8 은 종래의 축 스프링 이외의 예를 나타낸 도면이다.
도 9 는 비교예의 축 스프링을 나타낸 비교예도이다.

다음으로 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.

도 1 에 있어서, 10 은 대차 프레임과 축상 사이에 끼워넣어 장착되는 축상 지지 장치의 축 스프링이며, 금속제의 코일 스프링 (12) 과, 그 내측에 배치된 축 스프링 고무 (14) 의 조합으로 이루어져 있다.

여기에서 코일 스프링 (12) 은, 선 직경이 전체적으로 균등하고, 또 1 회 감길 때마다의 권취 직경도 균등하며, 따라서 그 스프링 특성은 선형의 스프링 특성으로 되어 있다.

16 은 축상측에 고정되는 금속제의 하부 홀더이며 원통부 (18) 를 갖고 있고, 이 원통부 (18) 의 내측 그리고 개구측의 상부에서 축 스프링 고무 (14) 가 유지되어 있다.

상세하게는, 원통부 (18) 의 내면에는 단차부 (20) 가 형성되어 있고, 이 단차부 (20) 와, 원통부 (18) 의 상단부에 장착된 탄성을 갖는 스냅 링 (22) 에 의해 축 스프링 고무 (14) 에 있어서의 후술하는 외통 금구 (44) 가 상하 양측에서 끼워지는 상태에서 축 스프링 고무 (14) 가 원통부 (18) 의 내측에 유지되어 있다.

하부 홀더 (16) 에는 플랜지 형상으로 직경 방향 바깥쪽으로 돌출된 스프링 시트 (24) 가 형성되어 있고, 그곳에 상기 코일 스프링 (12) 의 하단이 하향으로 맞닿아 있다.

하부 홀더 (16) 에는 또한, 스냅 링 (22) 을 떼어낸 후, 축 스프링 고무 (14) 를 상향으로 밀어올려 꺼내기 위한 밀어올림 핀을 삽입하기 위한 삽입 구멍 (26) 이 형성되어 있다.

또한, 하부의 중심부에는, 축 스프링 고무 (14) 의 후술하는 내부 금구 (46) 를 삽입시키는 공간 (28) 이 구비되어 있다.

30 은 대차 프레임측에 고정되는 금속제의 상부 홀더로서, 이 상부 홀더 (30) 에도 또한, 직경 방향 바깥쪽에 플랜지 형상으로 돌출된 스프링 시트 (32) 가 형성되어 있고, 이 스프링 시트 (32) 에 대해 코일 스프링 (12) 의 상단이 상향으로 맞닿아 있다.

상부 홀더 (30) 에는 그 중심부에서 하향으로 돌출된 원통 형상의 삽입부 (34) 가 형성되어 있고, 이 삽입부 (34) 가, 축 스프링 고무 (14) 의 내부 금구 (46) 의 내부에 삽입된 상태에서, 삽입부 (34) 내부에 삽입 통과된 체결 볼트 (36) 의 수나사부 (38) 가 내부 금구 (46) 의 암나사부 (40) 에 나사 체결됨으로써, 축 스프링 고무 (14) 의 내부 금구 (46) 가 링 (76) 을 통해 상부 홀더 (30) 에 체결되어 고정되어 있다.

또한, 내부 금구 (46) 에는 중심부에서부터 하향으로 돌출된 소직경부 (52) 가 형성되어 있고, 이 소직경부 (52) 가, 하부 홀더 (16) 의 상기 공간 (28) 내에 삽입될 수 있게 되어 있다.

도 2 및 도 3 에 축 스프링 고무 (14) 의 구성이 상세하게 나타나 있다.

도면에 나타내는 바와 같이 축 스프링 고무 (14) 는, 원통 형상을 이루는 외통 금구 (44) 와, 중심부에 배치된 내부 금구 (46) 와, 그들 외통 금구 (44) 와 내부 금구 (46) 사이에 끼워져, 외통 금구 (44) 및 내부 금구 (46) 를 탄성 연결하는 상태로 일체로 가황 접착된 고무 탄성체 (48) 를 갖고 있다.

내부 금구 (46) 는 상부의 대직경부 (50) 와 하부의 소직경부 (52) 를 갖는 단차 형상의 원통 형상을 이루고 있다.

이들 외통 금구 (44) 와 내부 금구 (46) 사이에 개재되는 고무 탄성체 (48) 는 전체적으로 원통 형상을 이루고 있음과 함께, 도 2 에 나타내는 바와 같이 둘레 방향으로 180°떨어진 2 지점에서, 고무 탄성체 (48) 를 축 방향 즉 상하 방향으로 관통하는 형태로 한 쌍의 노치부 (54) 가 형성되어 있다.

이 예의 축 스프링 고무 (14) 는 도 2 중 상하 방향의 스프링 상수가 높고, 또 좌우 방향의 스프링 상수가 낮아, 통상적으로는 도면 중 상하 방향이 차량의 전후 방향을 향해 차량에 설치된다.

단 경우에 따라 도 2 중 좌우 방향이 전후 방향을 향해 차량에 설치되는 경우도 있다.

고무 탄성체 (48) 의 내부에는, 원호 형상을 이루는 복수의 (여기에서는 4 개의) 강판으로 이루어지는 중간판 (56) 이 동심 형상으로 배치된 상태에서 매립되어 있다.

이들 복수의 중간판 (56) 은 고무 탄성체 (48) 에 대해 가황 접착에 의해 일체로 고착되어 있다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 각 중간판 (56) 은 일방의 노치부 (54) 로부터 타방의 노치부 (54) 에 도달할 때까지 둘레 방향으로 연장되어 있고, 또 도 3 에 나타내는 바와 같이 도면 중 상단부와 하단부가 고무 탄성체 (48) 로부터 돌출되어 있고, 그들 돌출된 상단부와 하단부가, 고무 탄성체 (48) 에 연속적으로 형성된 피복 고무로 피복되어 있다.

따라서, 이 예의 축 스프링 고무 (14) 는 중간판 (56 과 56) 사이의 고무층 (58) 과, 중간판 (56) 이 직경 방향으로 교대로 적층된 형태를 이루고 있다.

본 실시형태에 있어서, 외통 금구 (44) 의 내주면과 외주면, 내부 금구 (46) 의 외주면, 각 중간판 (56) 이 모두 축 방향 즉, 상하 방향으로 곧은 형상을 이루고 있고, 따라서 고무 탄성체 (48), 상세하게는 각 고무층 (58) 도 또한 상하 방향으로 곧은 형상을 이루고 있어, 축 스프링 고무 (14) 에 있어서의 고무 탄성체 (48) 는 상하 방향으로 선형의 스프링 특성을 갖고 있다.

상기 한 쌍의 노치부 (54) 각각에 있어서, 내부 금구 (46) 의 상부에는, 그 외주면으로부터 외통 금구 (44) 측을 향해 직경 방향 바깥쪽으로 연장되는 형태로 상측 고무 스토퍼부 (60 ; 내측 고무 스토퍼부) 가 형성되어 있다.

여기에서 상측 고무 스토퍼부 (60) 는, 내부 금구 (46) 의 외주면에 일체로 가황 접착되어 있다.

한편 외통 금구 (44) 의 하부에는, 한 쌍의 노치부 (54) 각각에 있어서 또한 상측 고무 스토퍼부 (60) 의 하측에 있어서, 한 쌍의 하측 고무 스토퍼부 (62 ; 외측 고무 스토퍼부) 가, 외통 금구 (44) 의 내주면으로부터 내부 금구 (46) 측을 향해 직경 방향 안쪽으로 연장되는 형태로 형성되어 있다.

이들 한 쌍의 하측 고무 스토퍼부 (62) 도 또한, 외통 금구 (44) 의 내주면에 일체로 가황 접착되어 있다.

여기에서 하측 고무 스토퍼부 (62) 는, 상측 고무 스토퍼부 (60) 와의 사이에 스토퍼 간극 (S) 을 형성하는 상태에서 상측 고무 스토퍼부 (60) 의 하측에 형성되어 있다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 한 쌍의 상측 고무 스토퍼부 (60) 는, 평면 형상이 도면 중 좌우 방향 즉, 직경 방향으로 긴 사각형 형상을 이루고 있고, 또 도 3 에 나타내는 바와 같이, 종단면 형상이, 도면 중 좌우 방향에 대해 상하 방향으로 긴 사각형 형상을 이루고 있다.

또한, 그 상면과 하면이 축의 직각 방향에 평탄한 면으로 되어 있다.

한편, 외통 금구 (44) 측의 외측면 (64) 은, 도면 중 하방을 향함에 따라 외통 금구 (44) 측에 접근하는 경사면으로 되어 있다.

즉, 상측 고무 스토퍼부 (60) 는, 하측 고무 스토퍼부 (62) 를 향해 접근함에 따라 직경 방향의 치수를 점차 증대시키는 형상을 이루고 있다.

이 실시형태에 있어서, 외측면 (64) 의 축 방향 즉, 상하 방향으로 이루는 각도 θ₁=3°로 되어 있다.

한편 하측 고무 스토퍼부 (62) 는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 평면에서 보았을 때 형상이 도면 중 상하 방향으로 치수가 큰 사각형 형상을 이루고 있고, 또 도 3 에 나타내는 바와 같이, 그 종단면 형상이 도면 중 좌우 방향에 대해 상하 방향으로 긴 사각형 형상을 이루고 있다.

또한, 내부 금구 (46) 측의 내측면 (66) 은, 도면 중 상향으로 내부 금구 (46) 측에 접근하여 이행하는 형상의 경사면으로 되어 있다.

즉, 하측 고무 스토퍼부 (62) 도 또한, 상측 고무 스토퍼부 (60) 를 향해 접근함에 따라 직경 방향의 치수를 점차 증대시키는 형상으로 되어 있다.

이 하측 고무 스토퍼부 (62) 의 내측면 (66) 의 축 방향 즉, 상하 방향에 대한 경사 각도 θ₂=3°로 되어 있다.

또한, 하측 고무 스토퍼부 (62) 의 도면 중 상면과 하면은 축의 직각 방향에 평탄한 면으로 되어 있다.

또한, 상측 고무 스토퍼부 (60) 와 하측 고무 스토퍼부 (62) 사이의 스토퍼 간극 (S) 은, 여기에서는 8 ㎜ 로 되어 있다.

도 2 및 도 3 에 나타내는 바와 같이, 상측 고무 스토퍼부 (60) 와 하측 고무 스토퍼부 (62) 는, 직경 방향으로 선단부가 부분적으로 서로 중복되는 위치까지 내부 금구 (46) 로부터 직경 방향 바깥쪽을 향해, 혹은 외통 금구 (44) 로부터 직경 방향 안쪽을 향해 연장되어 있다.

이 실시형태에서 그 중복 치수 (K) (도 2 참조) 는, 외통 금구 (44) 의 외경 (D₂) 을 φ170 ㎜ (드로잉 가공 후의 치수), 내부 금구 (46) 에 있어서의 대직경부 (50) 의 외경 (D₁) 을 φ62 ㎜ 로 하여 5 ㎜ 의 치수로 되어 있다.

또한, 상측 고무 스토퍼부 (60) 의 치수 T₁=31.8 ㎜, T₂=20.5 ㎜, T₃=40 ㎜ 이다.

또한, 하측 고무 스토퍼부 (62) 의 치수 T₄=18.8 ㎜, T₅=45 ㎜, T₆=28 ㎜ 이다.

또한, 상측 고무 스토퍼부 (60), 하측 고무 스토퍼부 (62) 는 모두 고무 탄성체 (48) 와 동일한 재료로 형성되어 있다.

도 4 는 축 스프링 고무 (14) 에 있어서의 고무 탄성체 (48) 와 함께 상측 고무 스토퍼부 (60), 하측 고무 스토퍼부 (62) 를 가황 성형할 때의 방법을 모식적으로 나타내고 있다.

도 4 에 나타내는 바와 같이, 여기에서는 성형 프레임 (68 과 70) 에 의해 형성되는 캐비티 (72, 74) 에 고무 재료를 주입하고 가황함으로써, 상측 고무 스토퍼부 (60) 와 하측 고무 스토퍼부 (62) 를 성형한다.

도 4 로부터 알 수 있듯이, 이 가황 성형 단계에서, 상측 고무 스토퍼부 (60) 와 하측 고무 스토퍼부 (62) 를 직경 방향으로 중복시키는 형상으로 성형하는 것은 곤란하다.

적어도 대량 생산을 실시할 때, 그러한 성형을 실시할 수는 없다.

그래서 이 실시형태에서는 축 스프링 고무 (14) 를 가황 성형한 후에 있어서, 외통 금구 (44) 를 드로잉 가공하여 축경시킴으로써, 성형된 하측 고무 스토퍼부 (62) 를 대직경부 (50) 를 향해 직경 방향으로 전체적으로 위치 이동시키고, 그에 따라 상측 고무 스토퍼부 (60) 와 하측 고무 스토퍼부 (62) 를 각각의 선단부에서 직경 방향으로 부분적으로 중복시킨다.

즉, 상측 고무 스토퍼부 (60) 의 선단부와 하측 고무 스토퍼부 (62) 의 선단부를 부분적으로 상하로 대향시켜, 그들 스토퍼부끼리를 맞닿게 한다.

외통 금구 (44) 를 드로잉 가공할 때의 드로잉률은 10 ∼ 12 ％ 정도이며, 상기 중복 치수 (K) 는, 외통 금구 (44) 의 드로잉률에 따라 정해지는 수치이다.

또한, 외통 금구 (44) 의 드로잉률은, 외통 금구 (44) 의 드로잉 전후의 치수 변화를, 당초의 외통 금구 (44) 의 외경으로 나눈 값에 100 을 곱한 수치이다.

도 4 로부터 명확한 바와 같이, 상측 고무 스토퍼부 (60) 의 외측면 (64) 및 하측 고무 스토퍼부 (62) 의 내측면 (66) 의 경사 각도는, 성형 후에 가황품을 프레임에서 빼낼 때의 드래프트각(角)으로서의 의미도 갖고 있다.

본 실시형태에 있어서는, 내부 금구 (46) 가 외통 금구 (44) 에 대해 상대적으로 하향으로 변위될 때, 상측 고무 스토퍼부 (60) 가 하측 고무 스토퍼부 (62) 에 닿을 때까지는 스프링 특성은 선형 스프링 특성이 된다.

한편, 상측 고무 스토퍼부 (60) 가 하측 고무 스토퍼부 (62) 에 닿음으로써, 그곳에서부터의 하향의 변위에서는 스프링 특성이 고스프링화된다.

따라서 본 실시형태의 축 스프링 고무 (14) 는, 스프링 특성선이 도 5 의 (B) 중 A 로 나타내는 바와 같이 비선형의 스프링 특성 곡선이 된다.

또한, 도 5 의 (B) 에 있어서, B 는 도 9 에 나타내는 종래의 축 스프링 고무의 스프링 특성선을 나타내고 있다.

도면에 나타내는 바와 같이, 종래의 축 스프링 고무의 스프링 특성선 B 는, 변위의 증대와 함께 하중이 비례하여 증대되는 선형 스프링 특성을 이루고 있다.

또한, 도 5 의 (B) 에 있어서, 가로축은 도 1 의 높이 (H) 의 변화를, 또 세로축은 하중의 변화를 나타내고 있다.

단, 본 실시형태의 경우, 도 1 에서의 높이 H=213 ㎜ 아래에서 축 스프링 고무 (14) 에 가해지는 하중이 0 이 되는 상태에서 축 스프링 고무 (14) 가 설치되어 있다. 이 때, 도 1 의 코일 스프링 (12) 은 일정량 압축 탄성 변형되어 있다.

도 5 의 (A) 는 본 실시형태에 있어서의 코일 스프링 (12) 의 스프링 특성선을, 도 9 에 나타내는 종래의 스프링에 사용되는 코일 스프링의 스프링 특성선과 비교하여 나타내고 있다.

도 5 의 (A) 중의 a 는 본 실시형태의 코일 스프링 (12) 의 스프링 특성을, 또 b 는 종래예의 코일 스프링의 특성을 나타내고 있고, 도면에 나타내는 바와 같이 본 실시형태의 코일 스프링 (12) 은, 변위의 증대와 함께 하중이 비례하여 증대되는 선형의 스프링 특성을 이루고 있고, 한편 종래예의 스프링 특성선 b 는 비선형의 스프링 특성 곡선을 이루고 있다.

도 6 은 축 스프링 고무 (14) 와 코일 스프링 (12) 을 조합하여 이루어지는 축 스프링 (10) 의 스프링 특성을, 축 스프링 고무 (14), 코일 스프링 (12) 각각의 단독의 스프링 특성과 함께 나타낸 것이다.

도 6 에서 A 는 축 스프링 고무 (14) 의 스프링 특성선을, a 는 코일 스프링 (12) 의 스프링 특성선을, 또 C 는 그것들을 합성한 축 스프링 (10) 전체의 스프링 특성선을 나타내고 있다.

이상과 같이 본 실시형태의 축 스프링 고무 (14) 에서는, 변위 초기에는 상측 고무 스토퍼부 (60) 를 하측 고무 스토퍼부 (62) 에 대해 접촉하지 않은 상태로 유지한 채, 내부 금구 (46) 가 외통 금구 (44) 에 대해 상대적으로 하향으로 변위된다.

그리고 상측 고무 스토퍼부 (60) 가 하측 고무 스토퍼부 (62) 에 닿은 후에는, 그들 상측 고무 스토퍼부 (60) 및 하측 고무 스토퍼부 (62) 의 탄성 변형을 수반하여 내부 금구 (46) 가 외통 금구 (44) 에 대해 더욱 하향으로 상대 변위된다.

그 변위시에 상측 고무 스토퍼부 (60) 가 하측 고무 스토퍼부 (62) 에 닿은 후에는, 그들 고무 스토퍼부 (60, 62) 의 스토퍼 작용에 의해 내부 금구 (46) 의 외통 금구 (44) 에 대한 변위를 억제하여, 축 스프링 고무 (14) 에 있어서의 고무 탄성체 (48) 의 과도한 변위를 규제할 수 있다.

그리고 고무 탄성체 (48) 의 과도한 변위에 따라 고무 탄성체 (48), 즉 축 스프링 고무 (14) 의 내구성이 저하되는 것을 방지하여, 축 스프링 고무 (14) 의 내구성을 높게 유지할 수 있다.

본 실시형태에서는 상측 고무 스토퍼부 (60) 와 하측 고무 스토퍼부 (62) 가, 각각의 선단부에서 부분적으로 직경 방향으로 중복되어 있는 것에 지나지 않고, 그 중복부에서만 내부 금구 (46) 의 상대 변위에 수반되는 힘을 서로에게 미치는 것에 불과하기 때문에, 그들 상측 고무 스토퍼부 (60) 및 하측 고무 스토퍼부 (62) 는, 맞닿은 후에 있어서 각각의 밑부분에서부터 선단에 걸쳐 넓은 범위에 걸쳐 상향으로 또는 하향으로 부드럽게 탄성 변형할 수 있고, 그 때문에 스토퍼 터치가 부드럽고, 또 그 후의 스토퍼 특성도 스프링 특성이 그만큼 급격하게는 상승하지 않아, 내부 금구 (46) 의 하향의 상대 변위에 수반되어 완만하게 연속적으로 증대된다.

즉, 본 실시형태의 상측 고무 스토퍼부 (60) 및 하측 고무 스토퍼부 (62) 는, 부드러운 스토퍼 닿음 및 그 후의 각 고무 스토퍼부 (60, 62) 의 큰 변형능에 기초하여, 축 스프링 고무 (14) 의 스프링 특성을, 변위가 작은 경우에 있어서의 선형의 부드러운 스프링 특성에서, 각 고무 스토퍼부 (60, 62) 가 닿은 후 더욱 딱딱한 스프링 특성으로 변화시켜, 도중에서 스프링 특성 곡선이 상승되는 비선형의 스프링 특성으로 할 수 있다.

이러한 본 실시형태에 의하면, 축 스프링 고무 (14) 를 코일 스프링 (12) 과 병용하는 경우에 있어서, 코일 스프링 (12) 의 스프링 특성을 특히 비선형 특성으로 하지 않아도 되고, 또 축 스프링 고무 (14) 의 고무 특성을 비선형 특성으로 할 때, 특히 축 스프링 고무 (14) 가 대형화되지 않기 때문에, 종래 준비되어 있는 좁은 설치 공간으로도 지장없이 축 스프링 (10) 을 설치할 수 있게 된다.

또한, 본 실시형태에서는 고무 탄성체 (48) 의 노치부 (54) 의 공간을 유효하게 활용하여, 그곳에 상측 고무 스토퍼부 (60) 및 하측 고무 스토퍼부 (62) 를 형성하고 있기 때문에, 그들 상측 고무 스토퍼부 (60) 및 하측 고무 스토퍼부 (62) 를 형성하기 위한 특별한 공간을 확보할 필요도 없다.

또한, 본 실시형태에 의하면, 스프링 특성의 비선형화를 위해 축 스프링 고무 (14) 및 코일 스프링 (12) 이외의 별도의 부품을 필요로 하거나, 그 설치 공정이 여분으로 필요해지는 경우도 없어 소요 부품을 적게 할 수 있고, 또 상측 고무 스토퍼부 (60) 및 하측 고무 스토퍼부 (62) 를 포함한 축 스프링 고무 (14) 를 외부에서 시인할 수 있기 때문에 유지보수도 용이하다.

또한, 이 실시형태에서는 상측 고무 스토퍼부 (60) 및 하측 고무 스토퍼부 (62) 각각을 서로 상하 방향으로 접근함에 따라 직경 방향의 치수를 점차 증대시키는 형상을 이루고 있기 때문에, 스토퍼 닿음을 한층 더 부드럽게 할 수 있음과 함께, 스토퍼 닿음 후의 초기 스프링 특성을 지금까지의 스프링 특성으로부터 완만하게 증대 변화시킬 수 있어, 축 스프링 고무 (14) 의 스프링 특성을 비선형화할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 제조 방법에 의하면, 상측 고무 스토퍼부 (60) 및 하측 고무 스토퍼부 (62) 의 각 선단부를 직경 방향으로 부분적으로 중복시키는 상태에서 축 스프링 고무 (14) 를 용이하게 제조할 수 있고, 또한 종래의 공정에 특별한 공정을 부가하지 않고 축 스프링 고무 (14) 를 제조할 수 있다.

이상 본 발명의 실시형태를 상세히 서술하였는데 이것은 어디까지나 하나의 예시이다.

예를 들어, 상기 실시형태는 외통 금구 (44) 가 축상측에 고정되고, 내부 금구 (46) 가 대차 프레임측에 고정되고, 내부 금구 (46) 가 외통 금구 (44) 에 대해 하향으로 상대 변위되는 경우의 예인데, 외통 금구 (44) 가 대차 프레임측에 고정되고, 내부 금구 (46) 가 축상측에 고정되도록 축 스프링 고무 (14) 가 설치되는 경우에 있어서는, 외통 금구 (44) 측의 외측 고무 스토퍼부를 상측 고무 스토퍼부로서 또한, 내부 금구 (46) 측의 내측 고무 스토퍼부를 하측 고무 스토퍼부로서, 각각 형성하여, 외통 금구 (44) 의 하향의 상대 변위에 의해 그들 고무 스토퍼부를 서로 맞닿게 하는 것도 가능하다.

또한, 상기 실시형태에서는 내측 고무 스토퍼부로서의 상측 고무 스토퍼부 (60), 외측 고무 스토퍼부로서의 하측 고무 스토퍼부 (62) 모두 고무 단체 (單體) 로 구성되어 있는데, 경우에 따라 그 내부에 금속 이외의 재질인 경질 (硬質) 의 부재를 매립하여 스토퍼 특성을 적절히 변화시키킬 수도 있고, 또 내측 고무 스토퍼부 및 외측 고무 스토퍼부의 형상을 여러 가지로 변경시킬 수도 있거나 하는 등, 본 발명은 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변경시킨 형태로 구성할 수 있다.

10 : 축 스프링
14 : 축 스프링 고무
44 : 외통 금구
46 : 내부 금구
48 : 고무 탄성체
54 : 노치부
60 : 상측 고무 스토퍼부
62 : 하측 고무 스토퍼부
S : 스토퍼 간극

Claims

외통 금구 및 중심부의 내부 금구와, 그들 외통 금구와 내부 금구 사이에 끼워져 그 외통 금구 및 내부 금구를 탄성 연결시키는 상태로 일체 가황 접착된 고무 탄성체를 갖고, 축 방향을 상하 방향을 향해 철도 차량의 축상 지지 장치에 장착되는 철도 차량용 축상 지지 장치의 축 스프링 고무로서,
상기 고무 탄성체에는 둘레 방향의 소정 지점에 그 고무 탄성체를 축 방향으로 관통한 노치부가 형성되어 있음과 함께,
그 노치부에 있어서, 상기 내부 금구에 그 내부 금구의 외주면에서부터 직경 방향 바깥쪽으로 연장되는 내측 고무 스토퍼부가, 또 그 내측 고무 스토퍼부에 대해 상기 축 방향이 상이한 위치에서 상기 외통 금구에 그 외통 금구의 내주면에서부터 직경 방향 안쪽으로 연장되는 외측 고무 스토퍼부가 각각 형성되어 있고,
또한, 그들 내측 고무 스토퍼부 및 외측 고무 스토퍼부는, 각각의 선단부가 상기 축 방향에 스토퍼 간극을 형성하는 상태에서, 직경 방향으로 부분적으로 중복되어 있어, 상기 외통 금구에 대한 상기 내부 금구의 상하 방향의 상대 변위시에, 그들 내측 고무 스토퍼부와 외측 고무 스토퍼부가 상하로 맞닿아 스토퍼 작용하여 변위를 규제하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 축상 지지 장치의 축 스프링 고무.
제 1 항에 있어서,
상기 내측 고무 스토퍼부는, 상기 외측 고무 스토퍼부를 향해 접근함에 따라 직경 방향의 치수를 점차 증대시키는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 축상 지지 장치의 축 스프링 고무.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 외측 고무 스토퍼부는, 상기 내측 고무 스토퍼부를 향해 접근함에 따라 직경 방향의 치수를 점차 증대시키는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 축상 지지 장치의 축 스프링 고무.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 축 스프링 고무의 제조 방법에 있어서,
상기 고무 탄성체를 상기 외통 금구 및 내부 금구와 일체로 가황 성형할 때, 상기 내측 고무 스토퍼부 및 외측 고무 스토퍼부를, 각 선단이 직경 방향으로 중복되지 않는 형상으로 대응하는 상기 외통 금구 및 내부 금구에 대해 일체로 가황 성형해 두고,
그 후, 그 외통 금구를 드로잉 가공하여 축경시킴으로써, 상기 내측 고무 스토퍼부 및 외측 고무 스토퍼부의 각 선단부를 직경 방향으로 부분적으로 중복시키는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 축상 지지 장치의 축 스프링 고무의 제조 방법.
제 3 항에 기재된 축 스프링 고무의 제조 방법에 있어서,
상기 고무 탄성체를 상기 외통 금구 및 내부 금구와 일체로 가황 성형할 때, 상기 내측 고무 스토퍼부 및 외측 고무 스토퍼부를, 각 선단이 직경 방향으로 중복되지 않는 형상으로 대응하는 상기 외통 금구 및 내부 금구에 대해 일체로 가황 성형해 두고,
그 후, 그 외통 금구를 드로잉 가공하여 축경시킴으로써, 상기 내측 고무 스토퍼부 및 외측 고무 스토퍼부의 각 선단부를 직경 방향으로 부분적으로 중복시키는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 축상 지지 장치의 축 스프링 고무의 제조 방법.