特許 6784590 軸ばね

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6784590

(24)【登録日】2020年10月27日

(45)【発行日】2020年11月11日

(54)【発明の名称】軸ばね

(51)【国際特許分類】

   F16F 15/04 20060101AFI20201102BHJP

   F16F 1/41 20060101ALI20201102BHJP

   B61F 5/30 20060101ALN20201102BHJP

【ＦＩ】

   F16F15/04 P

   F16F1/41

   !B61F5/30 C

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2016-248404(P2016-248404)

(22)【出願日】2016年12月21日

(65)【公開番号】特開2018-100760(P2018-100760A)

(43)【公開日】2018年6月28日

【審査請求日】2019年6月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003148

【氏名又は名称】ＴＯＹＯ ＴＩＲＥ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087653

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴江 正二

(72)【発明者】

【氏名】篠原 克行

【審査官】 杉山 豊博

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１６９３１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３２９２８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０１７３９５５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−２６５０６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１９３０１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第０１４３９３１９（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 特開平１０−２５９８５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０７３７２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｆ １５／０４

Ｆ１６Ｆ １／４１

Ｂ６１Ｆ ５／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

主軸と、
前記主軸の軸心方向視で前記主軸を囲繞する状態で配備される外筒と、
複数の弾性材層と一又は複数の硬質材壁とを前記軸心に対する径内外方向へ交互に積層させた状態で、前記主軸と前記外筒との間に介装されている弾性部と、を有し、
前記主軸の外周面と前記外筒の内周面とが、前記軸心に対して互いに同じ方向に傾斜した円錐面に形成されるとともに、前記外周面の傾斜角度と前記内周面の傾斜角度とが互いに異なっており、
前記硬質材壁の前記軸心に対して傾斜する角度が、前記内周面の傾斜角度よりも小さい角度に設定されている軸ばね。

【請求項2】

前記外周面の傾斜角度が、前記内周面の傾斜角度よりも大きく設定されている請求項１に記載の軸ばね。

【請求項3】

前記外筒は前記主軸に対して、前記軸心の方向における前記外周面の先窄まり側に寄せて配置されている請求項１又は２に記載の軸ばね。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、大型建機、大型船舶、とりわけ鉄道車両用として好適な軸ばねに係り、詳しくは、主軸と、主軸の軸心方向視で主軸を囲繞する状態で配備される外筒と、複数の弾性材層と一又は複数の硬質材壁とを軸心に対する径内外方向へ交互に積層させた状態で、主軸と外筒との間に介装されている弾性部と、を有してなる軸ばねに関する。

【背景技術】

【0002】

この種の軸ばねは、例えば鉄道車両においては、その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介装されている。即ち、軸箱支持装置の一例としての軸ばねは、主軸とその周囲に配置された外筒との間に、二つの硬質材壁と三つのゴム層とが同心状態で、かつ、半径方向に交互に積層されてなる構成のものが多い。

【0003】

鉄道車両用軸ばねの傾向としては、乗り心地の良さを考慮すれば弾性層をばね定数の柔らかい方が望ましいが、定員以上の乗車時などの大きな重量が負荷された場合の耐荷重を考慮すればばね定数が硬い方が望ましい。このように相反する要求を満たすため、従来では、特許文献１（図３，６を参照）や特許文献２にて開示されるように、主軸の外周面、弾性層、及び外筒の内周面を同方向に傾けた傾斜型の軸ばねとされたものが多い。

【0004】

傾斜型とすることにより、クッションストロークが増すほどにばね定数も大きくなるという、いわゆるプログレッシブ特性が得られ、クッションストロークが少ないときにはソフトなばね定数による良好な乗車感を出せ、かつ、クッションストロークが大きいときにはハードなばね定数による大荷重にも踏ん張りの効く軸ばねが実現されていた。

【0005】

近年では、大荷重時の踏ん張りが効きながらより一層の乗り心地向上を図るとか、人気路線で常に乗車人員が多いことに対応できるように、耐最大荷重を上げずに懸架ストローク前半部分のばね定数を高めたいなど、種々の懸架特性が要求されるとともに、その要求レベルも高くなってきている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１４−０７３７２６号公報

【特許文献2】特開２０１５−１６９３１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の目的は、前述した種々の懸架特性で、かつ、高レベルな要求特性にも対応することが可能となるように、さらなる工夫が凝らされた高次元な軸ばねを開発して提供する点にある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

請求項１に係る発明は、軸ばねにおいて、
主軸１と、前記主軸１の軸心Ｐ方向視で前記主軸１を囲繞する状態で配備される外筒２と、複数の弾性材層４ａ，４ｂ，４ｃと一又は複数の硬質材壁５ａ，５ｂとを前記軸心Ｐに対する径内外方向へ交互に積層させた状態で、前記主軸１と前記外筒２との間に介装されている弾性部３と、を有し、
前記主軸１の外周面１ａと前記外筒２の内周面２ａとが、前記軸心Ｐに対して互いに同じ方向に傾斜した円錐面に形成されるとともに、前記外周面１ａの傾斜角度θ１と前記内周面２ａの傾斜角度θ２とが互いに異なっており、
前記硬質材壁５ａ，５ｂの前記軸心Ｐに対して傾斜する角度θ３が、前記内周面２ａの傾斜角度θ２よりも小さい角度に設定されていることを特徴とする。

【0009】

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の軸ばねにおいて、
前記外周面１ａの傾斜角度θ１が、前記内周面２ａの傾斜角度θ２よりも大きく設定されていることを特徴とする。

【0010】

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の軸ばねにおいて、
前記外筒２は前記主軸１に対して、前記軸心Ｐの方向における前記外周面１ａの先窄まり側に寄せて配置されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

請求項１の発明によれば、積層ゴム構造を採る弾性部において、主軸の外周面の傾斜角度と外筒の内周面の傾斜角度とを異ならせてあるので、弾性部における変位量と荷重との関係特性、即ちプログレッシブ特性を、主軸の外周面の傾斜角度と外筒の内周面の傾斜角度とが互いに等しい従来のものに比べて、緩くしたり急にしたり、或いは最大荷重を少なくしたり大きくしたりといった具合に変更設定することが可能になる。
その結果、大荷重時の踏ん張りと一層の乗り心地向上を図るとか、耐最大荷重を上げずに懸架ストローク前半部分のばね定数を高めたいなど、種々の懸架特性で、かつ、高レベルな要求特性に対応可能となる高次元な軸ばねを提供することができる。

【0012】

請求項１の発明のように、硬質材壁の軸心に対する傾斜角度を外筒の内周面の傾斜角度よりも小さく設定することにより、プログレッシブ特性の微減や微増など、よりきめ細かに軸ばねの設定変更が行える利点がある。

【0013】

請求項２の発明によれば、外周面の傾斜角度を内周面の傾斜角度よりも大きくして、弾性部としての体積を従来のものと変わらないようにしながら、プログレッシブ特性を強めることや最大荷重を増すことが可能となる軸ばねを提供することができる。

【0014】

請求項４の発明のように、外筒が主軸に対して軸心方向で主軸外周面の先窄まり側に寄せられた軸ばねであれば、請求項１又は２の発明による何れかの作用効果をより一層明確に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施形態１による軸ばねの平面図

【図2】図１の軸ばねを「前−軸心Ｐ−右」で切った断面図

【図3】荷重と変位量との関係グラフを示す図

【図4】実施形態２による軸ばねの図２に準じた縦断面図

【図5】実施形態３による軸ばねの図２に準じた縦断面図

【図6】実施形態４による軸ばねの図２に準じた縦断面図

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下に、本発明による軸ばねの実施の形態を、鉄道車両用軸ばねとして図面を参照しながら説明する。

【0017】

〔参考実施形態〕
鉄道車両用軸ばね（以下、軸ばねと略称する）Ａは、図１及び図２に示されるように、主軸１と、主軸１と互いに同一（又はほぼ同一でも良い）の縦向きの軸心Ｐを有する外筒２と、主軸１と外筒２との間に介装されている弾性部３とを有して構成されている。弾性部３は、三層の弾性層４と二層の中間硬質筒５とを軸心Ｐに対して同心状態（又はほぼ同心状態でも良い）で径内外方向へ交互に積層する積層ゴム構造として、主軸１と外筒２との間に構成されている。

【0018】

ここで、図１においては、弾性層４に形成されている抜き孔６，７と軸心Ｐとを結ぶ線分の方向を左右、主軸１の下端部に形成されている一対のネジ孔１ｇ，１ｇを結ぶ方向を前後と定義する。そして、図２（図４〜図６）においては、軸心Ｐを有する主軸１を基準として、主軸１の形状から先窄まり側を上、元拡がり側（反先窄まり側）を下と定義する。

【0019】

主軸１は、図１，２に示されるように、金属製のものであって、上窄まり状の円錐面でなる傾斜外周面１ａを備える円錐上部１Ａと、最大径の大外周面１ｂを有して円錐上部１Ａの下側に続くフランジ部１Ｂと、径の細い小外周面１ｃを有してフランジ部１Ｂの下側に続く下部直胴部１Ｃとを備える筒状軸に形成されている。傾斜外周面１ａは、軸心Ｐに対して第１角度θ１で傾斜されている。

【0020】

円錐上部１Ａには、軸心Ｐを中心として上端開口している中空部１ｄが形成されており、この中空部１ｄは下部直胴部１Ｃの上下中間位置まで延設されている。下部直胴部１Ｃには、軸心Ｐを有して下端開口している細径縦孔１ｆ、及び細径縦孔１ｆの両脇それぞれに配置される状態でネジ孔１ｇ，１ｇが形成されている。これら細径縦孔１ｆ及びネジ孔１ｇ、１ｇは、中空部１ｄの漏斗状底面１ｅに開口されている。

【0021】

外筒２は、図１，２に示されるように、金属製のものであって、下拡がり状の円錐面でなる傾斜内周面２ａ、傾斜内周面２ａの上側に続く嵌合内周面２ｂ、円環状の上端面２ｃを有し、縦断面形状がハ字状を呈する筒部材に形成されている。軸心Ｐを備える外筒２は、主軸１に対して上側（先窄まり側）に寄せて配置されている。即ち、主軸１の上端部の高さレベルと、外筒２の下端部の高さレベルがほぼ同じとなるように、外筒２が上側に寄せられている。

【0022】

傾斜内周面２ａの軸心Ｐに対する傾斜角度である第２角度θ２は、主軸１の傾斜外周面１ａの第１角度θ１より小さい角度に設定されている。つまり、第１角度θ１＞第２角度θ２（θ１＞θ２）である。例えば、第１角度θ１は１２．５度（又は１２．５度±５度）に設定され、第２角度θ２は１０度（又は１０度±５度）に設定されているが、それ以外の角度でも良い。
図２においては、第１角度θ１である傾斜外周面１ａの補助線ａと、第２角度θ２である傾斜内周面２ａの補助線ｂとは、当然ながら互いに異なる角度である。

【0023】

弾性部３は、図１，２に示されるように、環状で三つのゴム層（弾性材層の一例）４ａ，４ｂ，４ｃからなる弾性層４と、金属製又は板金製で二つの環状輪（硬質材壁の一例）５ａ，５ｂとかなる中間硬質筒５とを、軸心Ｐに対する径内外方向へ交互に積層させた状態で、主軸１と外筒２との間に介装することで構成されている。弾性層４は、径方向で内から内ゴム層４ａ、中ゴム層４ｂ、外ゴム層４ｃを有している。内ゴム層４ａは、主軸１の上面（符記省略）の径外側部分を覆う薄膜部４ｈを有している。中間硬質筒５は、径方向で内から内環状輪５ａ、外環状輪５ｂを有している。

【0024】

弾性層４及び中間硬質筒５は、軸心Ｐに対して主軸１の傾斜外周面１ａや外筒２の傾斜内周面２ａと同じ方向に傾けられている。そして、内及び外の各環状輪５ａ，５ｂの軸心Ｐに対して傾斜する第３角度θ３は、第２角度θ２と同じ角度に設定されている。
図２においては、傾斜内周面２ａの補助線ｂと、内環状輪５ａの補助線ｃと、外環状輪５ｂの補助線ｄとを、矢印マークを付して互いに平行であることを表している。

【0025】

内ゴム層４ａ、中ゴム層４ｂ、及び外ゴム層４ｃは、それらのいずれも下端部の厚み（径方向の厚み）が互いに同じ（又はほぼ同じ）であるが、これには限られない。図２において、各ゴム層４ａ〜４ｃの下端面における最も上方に凹入した箇所を結んだ線分を補助線ｅとすると、各ゴム層４ａ〜４ｃの補助線ｅ上での幅が同じ又はほぼ同じとなるように構成されている。
また、内環状輪５ａは主軸１に対して上側（先窄まり側）に寄せられ、外環状輪５ｂは内環状輪５ａに対して上側（先窄まり側）に寄せられ、外筒２は外環状輪５ｂに対して上側（先窄まり側）に寄せられている。

【0026】

図１、図２に示されるように、外ゴム層４ｃと中ゴム層４ｂとには、左右方向に配置された各一対の抜き孔６，７が上下に貫通状態で形成されている。図１に示されるように、外及び中の各抜き孔６，７の幅方向端（軸心Ｐに対する周方向端）を結んで軸心Ｐを通る補助線ｆ、ｇを引くと、各抜き孔６，７の幅角度は互いに等しい第６角度θ６に揃えられている。一方の補助線ｇは、外筒２の一対の取付用ネジ部８，８の中心も通る状態になっている。第６角度θ６は、前後に等しい角度ずつ振り分けられている。各抜き孔６，７は、外筒２及び各中間硬質筒５，５の防錆のため、径方向にはゴム膜４ｇを残してほぼゴム層４ｃ，４ｂの径方向幅に近い幅を有している。

【0027】

さて、外筒２に荷重が掛ると、外筒２が主軸１に対して下がる方向に弾性部３が弾性変形して懸架する。傾斜外周面１ａと傾斜内周面２ａとで挟まれている弾性部３には、せん断荷重に加えて圧縮荷重も掛る構造上、軸心Ｐ方向の変位量が増すに連れて弾性部３のばね定数が増す非線形特性、いわゆるプログレッシブ特性が得られる。

【0028】

傾斜外周面１ａの第１角度θ１を傾斜内周面２ａの第２角度θ２よりも大きくした（寝かせた）角度としてあるので、外筒２と主軸１とが軸心Ｐ方向で近付く方向の荷重が作用したとき、従来構造の弾性部（傾斜外周面１ａの角度と傾斜内周面２ａの角度とが共に第２角度θ２）に比べて、変位量の全体に亘ってばね定数が大きくなる特性が得られる。とりわけ、最大荷重時などの荷重が大きくなった場合のばね定数の増加が顕著である。

【0029】

弾性層４は、軸心Ｐ方向の荷重に対して耐せん断力と耐圧縮力との双方により弾性変位し、第１角度θ１を第２角度θ２より大きくして（寝かせて）あるので、従来構造の弾性部に比べて耐圧縮力の割合が増し、変位量が増すに連れてばね定数が増加する程度、即ちプログレッシブ特性をきつく（激しく）することができる。実施形態１の軸ばねＡでは、従来構造のものとは内ゴム層４ｃのみ異なるので、ばね定数の増加程度は、変位量（ストローク）の後半部や最大変位量近くでより顕著化されている。そして、弾性部３としての最大変位量における最大荷重を、従来構造のものより大きくすることができる。

【0030】

参考実施形態の軸ばねＡの荷重と変位量との関係を表した荷重−変位量グラフの一例を図３に示す。ライン（ａ）は、傾斜外周面１ａの第１角度θ１と傾斜内周面２ａの第２角度θ２とが互いに等しい従来の軸ばねのものを示し、ライン（ｂ）は実施形態１の軸ばねＡのものを示す。図３のグラフから、従来の軸ばねと実施形態１の軸ばねとでは、前述した特性、即ち、ばね定数及び最大荷重のいずれも実施形態１の軸ばねＡの方が大きく、かつ、ばね定数の増加度合いは変位量が大きくなるに連れて大きくなることが読み取れる。

【0031】

二つの環状輪５ａ，５ｂを傾斜外周面１ａ及び傾斜内周面２ａより立たせた角度にしてあるので、外筒２と主軸１とが軸心Ｐ方向で近付く方向の荷重が作用したときに、従来構造の弾性部（二つの環状輪５ａ，５ｂと傾斜外周面１ａ及び傾斜内周面２ａとが全て互いに同じ角度）に比べて、弾性部３としての最大荷重条件は変わらないようにしながら、弾性部３の全体としてのばね定数の増加具合を緩やかなものにすることができる。

【0032】

〔実施形態１〕
図４に示されるように、実施形態１の軸ばねＡは、弾性部３が、詳しくは、内外の環状輪５ａ，５ｂの傾斜角度が異なる以外、図１，２で示される参考実施形態の軸ばねＡと同じである。従って、対応する箇所には同じ符号を付し、説明は割愛する。

【0033】

弾性層４及び中間硬質筒５は、軸心Ｐに対して主軸１の傾斜外周面１ａや外筒２の傾斜内周面２ａと同じ方向に傾けられている。そして、内及び外の各環状輪５ａ，５ｂの軸心Ｐに対して傾斜する第３角度θ３は、第２角度θ２より小さい角度（立った角度）に設定されている。
第３角度θ３は、例えば第２角度θ２が１０度のときに７．５度に設定されている。その他、（θ２−１．５度）≧θ３≧（θ２−７．５度）、好ましくは（θ２−２．５度）≧θ３≧（θ２−４．５度）、或いは、それら以外の角度（θ２＞θ３）でも良い。
図４においては、内環状輪５ａの補助線ｃと外環状輪５ｂの補助線ｄとを矢印マークで互いに平行であることを表している。

【0034】

内ゴム層４ａ、中ゴム層４ｂ、及び外ゴム層４ｃは、それらのいずれも下端部の厚み（径方向の厚み）が互いに同じ（又はほぼ同じ）である。図４において、各ゴム層４ａ〜４ｃの下端面における最も上方に凹入した箇所を結んだ線分を補助線ｅとすると、各ゴム層４ａ〜４ｃの補助線ｅ上での幅が同じ又はほぼ同じとなるように構成されている。
二つの環状輪５ａ，５ｂが傾斜外周面１ａ及び傾斜内周面２ａに対して立った角度に傾いていることにより、外ゴム層４ｃ上端部の厚み＜中ゴム層４ｂ上端部の厚み＜内ゴム層４ａ上端部の厚み、になっている。

【0035】

二つの環状輪５ａ，５ｂを傾斜外周面１ａ及び傾斜内周面２ａより立たせた角度にしてあるので、外筒２と主軸１とが軸心Ｐ方向で近付く方向の荷重が作用したときに、参考実施形態の軸ばねＡに比べて、弾性部３としての最大荷重条件は変わらないようにしながら、弾性部３の全体としてのばね定数の増加具合を緩やかなものにすることができる。即ち、プログレッシブ特性は、最大変位量付近では参考実施形態のものより急になるが、それ以前の変位量領域においては緩やかになる〔図３のライン（ｃ）を参照〕。

【0036】

〔実施形態２〕
図５に示されるように、実施形態２の軸ばねＡは、傾斜外周面１ａの第１角度θ１と傾斜内周面２ａの第２角度θ２とが入れ替った以外は、図１，２で示される参考実施形態の軸ばねＡと同じである。従って、対応する箇所には同じ符号を付し、説明は割愛する。実施形態２の軸ばねＡにおいては、傾斜外周面１ａの第１角度θ１と、各環状輪５ａ，５ｂの第３角度θ３とは互いに等しい（θ１＝θ３）。

【0037】

実施形態２の軸ばねＡでは、傾斜外周面１ａの傾斜角度である第１角度θ１が、傾斜内周面２ａの傾斜角度である第２角度θ２よりも小さく設定されている。つまり、第１角度θ１＜第２角度θ２（θ１＜θ２）である。例えば、第１角度θ１は１０度（又は１０度±５度）に設定され、第２角度θ２は１２．５度（又は１２．５度±５度）に設定されているが、それ以外の角度でも良い。
図５においては、第１角度θ１である傾斜外周面１ａの補助線ａと、第２角度θ２である傾斜内周面２ａの補助線ｂとは、当然ながら互いに異なる角度である。

【0038】

〔実施形態３〕
図６に示されるように、実施形態３の軸ばねＡは、傾斜外周面１ａの第１角度θ１と傾斜内周面２ａの第２角度θ２とが入れ替った以外は、図４で示される実施形態１の軸ばねＡと同じである。従って、対応する箇所には同じ符号を付し、説明は割愛する。実施形態３の軸ばねＡにおいては、傾斜外周面１ａの第１角度θ１は、各環状輪５ａ，５ｂの第３角度θ３よりも大きい（θ１＞θ３）。

【0039】

実施形態３の軸ばねＡでは、傾斜外周面１ａの傾斜角度である第１角度θ１が、傾斜内周面２ａの傾斜角度である第２角度θ２よりも小さく設定されている。つまり、第１角度θ１＜第２角度θ２（θ１＜θ２）である。例えば、第１角度θ１は１０度（又は１０度±５度）に設定され、第２角度θ２は１２．５度（又は１２．５度±５度）に設定されているが、それ以外の角度でも良い。
図６においては、第１角度θ１である傾斜外周面１ａの補助線ａと、第２角度θ２である傾斜内周面２ａの補助線ｂとは、当然ながら互いに異なる角度である。

【符号の説明】

【0040】

１ 主軸
１ａ 外周面
２ 外筒
２ａ 内周面
３ 弾性部
４ａ〜４ｃ 弾性材層
５ａ，５ｂ 硬質材壁
Ｐ 軸心
θ１ 外周面の傾斜角度（第１角度）
θ２ 内周面の傾斜角度（第２角度）
θ３ 硬質材壁の傾斜角度（第３角度）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】