特開 2022-98907 軸ばね装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022098907

(43)【公開日】2022-07-04

(54)【発明の名称】軸ばね装置

(51)【国際特許分類】

   F16F 15/04 20060101AFI20220627BHJP

   F16F 15/02 20060101ALI20220627BHJP

   F16F 1/41 20060101ALI20220627BHJP

   B61F 5/30 20060101ALI20220627BHJP

【ＦＩ】

F16F15/04 P

F16F15/02 E

F16F1/41

B61F5/30 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020212568

(22)【出願日】2020-12-22

(71)【出願人】

【識別番号】517413605

【氏名又は名称】ニッタ化工品株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106024

【弁理士】

【氏名又は名称】稗苗 秀三

(74)【代理人】

【識別番号】100167841

【弁理士】

【氏名又は名称】小羽根 孝康

(74)【代理人】

【識別番号】100168376

【弁理士】

【氏名又は名称】藤原 清隆

(72)【発明者】

【氏名】小湊 健吾

【テーマコード（参考）】

3J048

3J059

【Ｆターム（参考）】

3J048AA01

3J048AA02

3J048AC01

3J048BA05

3J048BA08

3J048BA20

3J048BE12

3J048DA01

3J048EA15

3J048EA36

3J059AA10

3J059BA43

3J059BA55

3J059BC01

3J059BC04

3J059BC06

3J059BD01

3J059GA02

(57)【要約】

【課題】 上下方向のばね定数を変えることなく、前後・左右方向のばね定数のみ調整可能な軸ばね装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 軸芯２と、外筒３と、軸芯２及び外筒３の間に介在する弾性部４とを備えた軸ばね本体１と、軸芯２と外筒３の間に着脱可能に介装された筒状の補助弾性部材１２とを備え、補助弾性部材１２は、外筒３に内嵌固定され、軸芯２と外筒３との上下方向Ｚの相対変位に追従して軸芯２に対して相対的に上下動自在に構成され、又は、軸芯２に外嵌固定され、上下方向Ｚにおける軸芯２と外筒３の相対変位に追従して外筒３に対して相対的に上下動自在に構成された軸ばね装置とする。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸芯と、外筒と、前記軸芯及び外筒の間に介在する弾性部とを備えた軸ばね本体と、前記軸芯と前記外筒の間に着脱可能に介装された筒状の補助弾性部材とを備え、前記補助弾性部材は、前記外筒に内嵌固定され、前記軸芯と外筒との上下方向の相対変位に追従して前記軸芯に対して相対的に上下動自在に構成され、又は、前記軸芯に外嵌固定され、前記軸芯と外筒との上下方向の相対変位に追従して前記外筒に対して相対的に上下動自在に構成された軸ばね装置。

【請求項2】

前記補助弾性部材は、前記外筒に内嵌固定され、前記軸芯と外筒との上下方向の相対変位に追従して前記軸芯に対して相対的に摺動自在に構成され、又は、前記軸芯に外嵌固定され、前記軸芯と外筒との上下方向の相対変位に追従して前記外筒に対して相対的に摺動自在に構成された請求項１に記載の軸ばね装置。

【請求項3】

前記補助弾性部材と、前記軸芯又は前記外筒との摺動面に、摩擦低減処理が施された請求項２に記載の軸ばね装置。

【請求項4】

前記補助弾性部材は、前記外筒に内嵌固定された状態で前記軸芯に遊嵌され、又は、前記軸芯に外嵌固定された状態で前記外筒に遊挿された請求項１に記載の軸ばね装置。

【請求項5】

前記補助弾性部材は、内環部と、外環部と、前記内環部及び外環部の間に介在する補助弾性部とを備え、前記補助弾性部は弾性体層を有する請求項１～４のいずれか一項に記載の軸ばね装置。

【請求項6】

前記補助弾性部は、弾性体層と硬質筒とが同心円状に交互に積層された積層弾性体構造を有する請求項５に記載の軸ばね装置。

【請求項7】

前記補助弾性部材は、前記軸ばね装置が鉄道車両の台車枠と車軸側部材との間に介装された状態で、水平方向のばね定数が鉄道車両の前後方向と左右方向とで異なる請求項１～６のいずれか一項に記載の軸ばね装置。

【請求項8】

前記補助弾性部材は、内環部と、外環部と、前記内環部及び外環部の間に介在する補助弾性部とを備え、前記補助弾性部は弾性体層を有し、前記補助弾性部において、鉄道車両の前後方向又は左右方向のいずれかの方向に一部弾性体を除去した中空部が形成された請求項７に記載の軸ばね装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両用、特に鉄道車両用として好適に用いられる、軸ばね装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

たとえば、鉄道車両において、上下動時の衝撃を緩和するために、台車枠と車軸側部材との間に軸ばねを介装した構成が知られている（特許文献１の図５参照）。具体的な構成について説明すると、図１１に示すように、台車３１は、車体を支持する台車枠３２と、左右一対の車輪３３がはめ込まれた車軸３４と、車軸３４を回転自在に支持する軸受を収納する車軸箱３５と、台車枠３２と車軸箱３５との間に介装される軸ばね３６とを備える。

【0003】

図１２は、従来の軸ばね３６の縦断面図である。軸ばね３６は、軸芯（主軸）３７と、これと互いに同一の軸心Ｐを有する外筒３８と、軸芯３７及び外筒３８の間に介装される弾性部４１とを備える。軸芯３７は、弾性部４１が固着される軸部４２と、軸部４２の下方に形成されるフランジ部４３と、フランジ部４３に連設される軸基部４４とを有する。車軸箱３５の前後両端には軸ばね３６の軸基部４４を嵌合可能な凹状の受部４５が形成される。軸ばね３６の軸基部４４を受部４５に嵌入して固定し、外筒３８を台車枠３２側に取付けることで軸ばね３６が台車に組み入れられる。

【0004】

弾性部４１は、複数の弾性体層３９（３９ａ、３９ｂ及び３９ｃ）と、複数の硬質筒４０（４０ａ及び４０ｂ）とを、軸心Ｐを中心として同心円状に交互に積層された積層弾性体構造を有する。弾性体層３９ａ～３９ｃ及び硬質筒４０ａ～４０ｂは、縦断面視形状がハ字状の円錐筒状に形成される。弾性体層３９は、ゴム状弾性体によって構成される。さらに、弾性体層３９ａが接する軸部４２の外周面、及び、弾性体層３９ｃが接する外筒３８の内周面は円錐面状に形成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００３－４０１０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記構成の軸ばねは、車両ごとに、上下方向、前後方向及び左右方向の３方向における要求ばね特性（ばね定数）がそれぞれ設定される。これらの要求ばね特性に対して、軸ばねに用いるゴム状弾性体の硬さを変更して一方向のばね特性を調整しようとすると、３方向のばね特性が連動して変化することになり、各方向のばね特性を個別に調整することができないといった問題があった。

【0007】

そこで、本発明では、上下方向のばね定数を変えることなく、前後・左右方向のばね定数を個別で調整可能な軸ばね装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するため、本発明の一態様の軸ばね装置は、軸芯と、外筒と、前記軸芯及び外筒の間に介在する弾性部とを備えた軸ばね本体と、前記軸芯と前記外筒の間に着脱可能に介装された筒状の補助弾性部材とを備え、前記補助弾性部材は、前記外筒に内嵌固定され、前記軸芯と外筒との上下方向の相対変位に追従して前記軸芯に対して相対的に上下動自在に構成され、又は、前記軸芯に外嵌固定され、上下方向における前記軸芯と外筒の相対変位に追従して前記外筒に対して相対的に上下動自在に構成することができる。

【0009】

前記補助弾性部材は、前記外筒に内嵌固定され、前記軸芯と外筒との上下方向の相対変位に追従して前記軸芯に対して相対的に摺動自在に構成され、又は、前記軸芯に外嵌固定され、前記軸芯と外筒との上下方向の相対変位に追従して前記外筒に対して相対的に摺動自在に構成してもよい。

【0010】

この場合、前記補助弾性部材と、前記軸芯又は前記外筒との摺動面に、摩擦低減処理が施された構成としてもよい。

【0011】

前記補助弾性部材は、前記外筒に内嵌固定された状態で前記軸芯に遊嵌され、又は、前記軸芯に外嵌固定された状態で前記外筒に遊挿された構成としてもよい。

【0012】

前記補助弾性部材は、内環部と、外環部と、前記内環部及び外環部の間に介在する補助弾性部とを備え、前記補助弾性部は弾性体層を有する構成としてもよい。

【0013】

前記補助弾性部は、弾性体層と硬質筒とが同心円状に交互に積層された積層弾性体構造を有する構成としてもよい。

【0014】

前記補助弾性部材は、前記軸ばね装置が鉄道車両の台車枠と車軸側部材との間に介装された状態で、水平方向のばね定数が鉄道車両の前後方向と左右方向とで異なる構成としてもよい。

【0015】

この場合、前記補助弾性部材は、内環部と、外環部と、前記内環部及び外環部の間に介在する補助弾性部とを備え、前記補助弾性部は弾性体層を有し、前記補助弾性部において、鉄道車両の前後方向又は左右方向のいずれかの方向に一部弾性体を除去した中空部が形成された構成としてもよい。

【発明の効果】

【0016】

本発明の一態様に係る軸ばね装置によれば、軸芯又は外筒に固定された筒状の補助弾性部材が、外筒又は軸芯に対して相対的に上下動自在に構成されたため、上下方向のばね定数を変えることなく、前後・左右方向のばね定数を個別で調整可能な軸ばね装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】第１実施形態の軸ばね装置に用いられる軸ばね本体の平面図

【図2】図１のＡ－Ｏ－Ｂ断面図

【図3】第１実施形態の軸ばね装置に用いられる補助弾性部材の平面図

【図4】図３のＣ－Ｃ断面図

【図5】第１実施形態の軸ばね装置の無負荷状態におけるＡ－Ｏ－Ｂ断面図

【図6】第１実施形態の軸ばね装置の満車状態におけるＡ－Ｏ－Ｂ断面図

【図7】図５の軸ばね装置にかかる上下方向の荷重と変位量の関係を示す線図

【図8】図６の軸ばね装置にかかる水平方向の荷重と変位量の関係を示す線図

【図9】第２実施形態を示す補助弾性部材の平面図

【図10】図９のＥ－Ｏ－Ｆ断面図

【図11】鉄道車両用台車に装着された従来の軸ばねを示す側面図

【図12】従来の軸ばねを示す縦断面図

【発明を実施するための形態】

【0018】

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について図面を基に説明する。本実施形態における軸ばね装置は、鉄道車両用として用いられるものであり、その使用形態については、図１１で説明した従来の軸ばねと同様とされる。すなわち、図１１中、軸ばね３６に代えて本発明に係る軸ばね装置を使用することができる。本発明の軸ばね装置は、軸ばね本体と、軸ばね本体に取り付けられる補助弾性部材から構成される。

【0019】

図１は、軸ばね本体の平面図を、図２は、図１のＡ－Ｏ－Ｂ断面図を、図３は、補助弾性部材の平面図を、図４は、図３のＣ－Ｃ断面図をそれぞれ示す。また、図５は、無負荷状態の軸ばね装置のＡ－Ｏ－Ｂ断面図を、図６は、図５において満車相当の負荷がかかった状態の軸ばね装置のＡ－Ｏ－Ｂ断面図をそれぞれ示す。

【0020】

図１及び図２に示すように、本実施形態の軸ばね本体は、基本的に従来の軸ばねと同様の構成とされる。すなわち、軸ばね本体１は、軸芯２と、外筒３と、軸芯２及び外筒３の間に介装される弾性部４とを備える。弾性部４は、弾性体層５と、硬質筒６とが交互に積層された積層弾性体構造とされる。弾性体層５はゴム状弾性体から構成される。硬質筒６は、金属や強化プラスチックなどの硬質材料からなる。軸芯２、弾性体層５、硬質筒６及び外筒３はいずれも同一の軸心Ｏを有する。軸心Ｏの方向は、上下方向Ｚと一致する。

【0021】

軸芯２は金属製であり、弾性部４が固着される軸部７と、軸部７の下端に形成されるフランジ部８と、フランジ部８下側に連設される軸基部９とを備える。弾性部４は、複数の弾性体層５ａ～５ｃ（以下、弾性体層全般に関して記載する場合は、「弾性体層５」として記載する。）と、複数の硬質筒６ａ～６ｂ（以下、硬質筒全般に関して記載する場合は、「硬質筒６」として記載する。）とを、軸心Ｏを中心として同心円状に交互に積層された積層弾性体構造を有する。弾性体層５ａ～５ｃ及び硬質筒６ａ～６ｂは、縦断面視形状がハ字状の円錐筒状に形成される。弾性体層５ａが接する軸部７の外周面、及び、弾性体層５ｃが接する外筒３の内周面は円錐面状に形成される。

【0022】

軸部７には、弾性体層５ａが固着された円錐面部の上側に円筒状のガイド部１１が連設される。ガイド部１１は、補助弾性部材１２に挿通され、補助弾性部材１２の上下動を案内する。また、外筒３において、弾性体層５ｃが固着された円錐面部の上側に、補助弾性部材１２を内嵌可能な円筒状の嵌合部１０が連設される。嵌合部１０は、その下端部に縮径部が形成されており、これにより、外筒３の内周面に段差部１０ａが形成される。

【0023】

図３及び図４に示すように、補助弾性部材１２は、内環部１３と、外環部１４と、内環部１３及び外環部１４の間に介在する補助弾性部１５とを備える。補助弾性部１５は、弾性体層（補助弾性体層）１６と硬質筒（補助硬質筒）１７とが同心円状に交互に積層された積層弾性体構造を有する。弾性体層１６及び硬質筒１７は円筒状に形成される。なお、外環部１４は、軸心０方向の高さが内環部１３及び補助弾性部１５よりも高くなるように形成されている。内環部１３、外環部１４及び硬質筒１７は、金属や強化プラスチックなどの硬質材料からなる。弾性体層１６は、ゴム状弾性体からなる。ゴム状弾性体としては弾性体層５を構成する材料と同種でもよいし、別種でもよい。

【0024】

本実施形態では、弾性体層１６は、２つの弾性体層１６ａ及び１６ｂから構成され、硬質筒１７は１つとされる。補助弾性部１５は上記構成に限定されず、たとえば、硬質筒１７をｎ層（ｎ＝２以上の整数）とし、弾性体層１６をｎ＋１層とすることができる。また、弾性体層１６の１層のみで構成することも可能である。補助弾性部１５の構成は、軸ばね本体１が有する水平方向のばね定数をどの程度補強するかによって適宜決めればよい。

【0025】

図５に示すように、本実施形態の軸ばね装置は、軸ばね本体１と、軸ばね本体１の軸芯２と外筒３の間に着脱可能に介装された補助弾性部材１２とを備える。本図は、補助弾性部材１２を軸ばね本体１に組み入れた無負荷時の軸ばね装置の状態を示す。無負荷時の外筒３と軸芯２との上下方向Ｚの距離はＤ１とされる。補助弾性部材１２を軸ばね本体１に組み入れる際には、補助弾性部材１２の外環部１４が外筒３の段差部１０ａに当接するまで補助弾性部材１２を軸ばね本体１に挿入する。補助弾性部材１２は、内環部１３にガイド部１１が挿通された状態で外筒３に内嵌される。

【0026】

台車枠３２の下面には、外筒３が嵌合可能な円板状の凸部３２ａが形成されており、軸ばね装置は、外筒３を凸部３２ａに嵌合した状態で台車枠３２に固定される。これによって、補助弾性部材１２は、外環部１４が凸部３２ａに当接した状態で外筒３に内嵌固定される。内環部１３はガイド部１１に固定されておらず、軸芯２と外筒３との上下方向Ｚの相対変位に追従して軸芯２に対して相対的に上下動自在とされる。

【0027】

具体的には、ガイド部１１の外周面と、内環部１３の内周面は、両面が当接した状態で、ガイド部１１に対して補助弾性部材１２を摺動自在とした構成とすることができる。この場合、ガイド部１１の外周面と内環部１３の内周面に、摩擦低減処理を施すのが好ましい。摩擦低減処理としては、両面の間に潤滑剤を注入したり、少なくとも一方の表面をフッ素樹脂等の低摩擦材で構成したり、いずれか一方の面を粗面化することで接触面積を小さくすることができる。また、ガイド部１１の外周面と、内環部１４の内周面との間に隙間を形成し、補助弾性部材１２の内環部１３を軸芯２のガイド部に遊嵌することも可能である。

【0028】

図６は、満車相当の負荷がかかった状態の軸ばね装置のＡ－Ｏ－Ｂ断面図である。図示のごとく、この状態での外筒３と軸芯２との上下方向の距離はＤ２とされる。すなわち、無負荷時を基準として満車時における外筒３と軸芯２との上下方向の相対変位量はＤ１－Ｄ２となる。

【0029】

図７および図８は、本実施形態の軸ばね装置にかかる荷重と変位量の関係を示す図であり、図７は、上下方向Ｚにおける荷重と変位量の関係を、図８は満車相当の負荷がかかった状態での水平方向における荷重と変位量の関係をそれぞれ示す。補助弾性部材１２は、軸芯２と外筒３との上下方向Ｚの相対変位に追従して前記軸芯２に対して相対的に上下動するため、補助弾性部材１２の存在は、軸ばね装置としての上下方向Ｚのばね定数に影響を与えない。したがって、図７に示すように、軸ばね本体１に補助弾性部材１２を組み入れた軸ばね装置の場合も、軸ばね装置から補助弾性部材１２を外した場合も、上下方向Ｚにおける荷重と変位量の関係は同じ線図となる。

【0030】

一方、軸芯２と外筒３が水平方向に相対変位したときには、軸ばね本体１の弾性部４が弾性変形するとともに補助弾性部材１２の補助弾性部１５も弾性変形する。したがって、水平方向における荷重と変位量の関係を示す線図の傾きは、図８に示すように、軸ばね装置から補助弾性部材１２を外した状態では、軸ばね本体１が有するばね定数の値となり（破線部）、軸ばね装置としての水平方向のばね定数は、軸ばね本体１の水平方向のばね定数に補助弾性部材１２の水平方向のばね定数を足した値となる（実線部）。以上説明したように本発明の軸ばね装置は、軸ばね本体１の上下方向Ｚのばね定数を維持しつつ、軸ばね本体１の水平方向のばね定数を補助弾性部材１５によって補強する（高める）ことが可能となる。

【0031】

［第２実施形態］
図９は、本発明の第２実施形態を示す補助弾性部材の平面図を、図１０は、図９のＥ－Ｏ－Ｆ断面図をそれぞれ示す。本実施形態では、第１実施形態の軸ばね装置のうち、補助弾性部材を変更した点を除き、第１実施形態と同様の構成とされる。

【0032】

本実施形態で用いられる補助弾性部材１８は、第１実施形態で用いられる補助弾性部材１２と比べて、円筒状の弾性体層１６ａ、１６ｂのうち一部弾性体を除去した中空部１６ａ２及び１６ｂ２と、平面視で扇状の弾性体層１６ａ１及び１６ｂ１が形成された点が相違する。

【0033】

補助弾性部材１８を軸ばね本体１に装着した軸ばね装置を、台車枠３２と、車軸箱３５の間に介装した状態での鉄道車両の前後方向をＸ方向、鉄道車両の左右方向をＹ方向とすると、中空部１６ａ２及び１６ｂ２は、図９に示すように、軸心Ｏを中心として前後方向Ｘから左右方向Ｙに角度θずつ傾斜した範囲で形成される。これにより、補助弾性部材１８の水平方向のばね定数は、（前後方向Ｘのばね定数）＜（左右方向Ｙのばね定数）となり、水平方向のばね定数が鉄道車両の前後方向Ｘと左右方向Ｙとで異なる補助弾性部材１８を得ることができる。

【0034】

本実施形態の補助弾性部材１８を軸ばね本体１に装着する場合、補助弾性部材１８の向きを正しい方向で固定するために、外環部１４の下端面又は段差部１０ａのいずれか一方に図示しない位置決め用凸部を形成し、他方に位置決め用凸部を嵌合可能な図示しない凹部を形成するのが好ましい。これにより、軸ばね本体１に対して補助弾性部材１８が正しい向きに装着されたときのみ、位置決め用凸部と凹部とが嵌合し、軸ばね装置を台車枠３２に固定することが可能となる。位置決め用凸部及び凹部は一組形成してもよいし、複数組形成することも可能である。

【0035】

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、上記実施形態においては、補助弾性部材１２、１８を外筒３に内嵌固定し、軸芯２と外筒３との上下方向Ｚの相対変位に追従して補助弾性部材１２、１８が軸芯２に対して相対的に上下動自在とした態様について説明した。

【0036】

これに限らず、補助弾性部材をガイド部１１に外嵌固定し、軸芯２と外筒３との上下方向Ｚの相対変位に追従して補助弾性部材が外筒３に対して相対的に上下動自在な態様とすることもできる。この場合、補助弾性部材の外環部１４の高さを低く形成し、補助弾性部材の外環部１４の外周面と嵌合部１０の内周面とが当接した状態で、嵌合部１０に対して補助弾性部材が摺動する構成としてもよいし、補助弾性部材の外環部１４の外周面と嵌合部１０の内周面の間に隙間を形成し、補助弾性部材の外環部１４を嵌合部１０に遊挿することも可能である。

【0037】

ただ、補助弾性部材の外環部１４の外周面と嵌合部１０の内周面とが当接した状態で、嵌合部１０に対して補助弾性部材が摺動する構成の場合には、両者の接触面積が大きくなる。したがって、補助弾性部材をスムーズに摺動させる観点からいえば、補助弾性部材を外筒３に内嵌固定し、軸芯２に対して補助弾性部材を相対的に上下動自在とするのが好ましい。

【0038】

本実施形態及び上記変形例に開示されている構成要件は互いに組合せ可能であり、組合せることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

【符号の説明】

【0039】

１ 軸ばね本体
２ 軸芯
３ 外筒
４ 弾性部
５ 弾性体層
６ 硬質筒
７ 軸部
８ フランジ部
９ 軸基部
１０ 嵌合部
１１ ガイド部
１２ 補助弾性部材
１３ 内環部
１４ 外環部
１５ 補助弾性部
１６ 弾性体層
１７ 硬質筒
１８ 補助弾性部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】