JP2014020487A

JP2014020487A - 軸はり装置用防振ブッシュ

Info

Publication number: JP2014020487A
Application number: JP2012160749A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Kashiwabara; 広樹柏原
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2012-07-19
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2014-02-03

Abstract

【課題】特定方向には弾性材の過大な変形が抑制される構造を踏襲しながらも、コスト増がなく、また生産工程や管理も単純化されるように改善される軸はり装置用防振ブッシュを提供する。
【解決手段】車両進行方向に対して交差する方向の軸心Ｐを有する中心軸７と、中心軸７の径外側に配置される外側部材１１と、中心軸７と外側部材１１との間に介装される弾性材１０とを有して成る軸はり装置用防振ブッシュにおいて、軸心Ｐに対する径方向で、かつ、前後方向に突出して弾性材１０に食い込む状態のストッパ部Ｓが、中心軸７又は外側部材１１に一体形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、鉄道車両用として好適な軸はり装置用防振ブッシュに係り、詳しくは、車両進行方向に対して交差する方向の軸心を有する中心軸と、前記中心軸の径外側に配置される外側部材と、前記中心軸と前記外側部材との間に介装される弾性材とを有して成る軸はり装置用防振ブッシュに関するものである。

この種の軸はり装置は、軸はりの一端部に設けられた筒状ハウジング部に車両進行方向に対して直角な中心軸と、この中心軸の外周に配置し固着された筒状ゴム弾性体と、この筒状ゴム弾性体の外周面を覆うように固着された外側部材としての外筒とを備えてなる防振ゴムブッシュを嵌合固定するとともに、防振ゴムブッシュの中心軸を台車フレームに回転不能に固定している。

上述の構造により、防振ゴムブッシュの筒状ゴム弾性体の弾性作用により、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という防振機能を発揮することができる。このような技術としては、例えば、特許文献１において開示されたものが知られている。

上記防振ブッシュには種々の力が作用するが、車両の加減速、とりわけ制動による減速時には大なる荷重が作用し易い。急制動時には最も荷重条件が厳しくなり、弾性材には相等な負担が掛かる。即ち、弾性材においては、制動作用時に圧縮作用を受ける箇所が最もきつい条件となり、弾性変位が過剰に生じることがある。
そこで、その対策として、弾性材における制動時に圧縮作用を受ける箇所では、外筒の内側にストッパーブロックを設けてその部分の弾性材の厚みを減じ、弾性変位量自体を少なくすることで過剰な弾性変位が生じ難いようにしたものが開発されている。このような技術としては、特許文献２において開示されたものが知られている。

上述のストッパーブロックは、特許文献２においては、その図面の図２や図７において符号（６６）で示されるストッパ金具のことである。そのストッパ金具（６６）の存在により、筒状の弾性材（ゴム弾性体：３８）における制動作用による圧縮作用を受ける箇所では、殆ど弾性変形しないようにされている。このように、鉄道車両の過大な変位、即ち、急制動時における防振ブッシュでの過剰な弾性変位が防止可能に構成されている。

特開２０００−２２５９４０号公報特開２００２−２１１３９５号公報

前記従来技術によれば、ストッパーブロックが外筒に当接している構成によるストッパー機能により、制動による強い圧縮力が弾性材に作用することによる弾性材の過剰な変位（変形）が抑制されるので、防振ブッシュにとっては長寿命化が図れる利点がある。
しかしながら、別部品であるストッパーブロックを特定箇所にのみ配置する構造上、作製時に配置箇所を間違いなく所定の箇所に設けるようにする工夫が必要になり、生産上の制限が増えるとともに、部品点数も増える。従って、部品点数増大によるコスト増や、生産工程や管理が複雑になることおいては改善の余地が残されているものであった。

本発明の目的は、さらなる構造工夫により、前後方向には弾性材の過剰な変位（過大な変形）が抑制されるという機能は維持しながらも、コスト増がなく、また生産工程や管理も単純化されるように改善される軸はり装置用防振ブッシュを提供する点にある。

請求項１に係る発明は、車両進行方向に対して交差する方向の軸心Ｐを有する中心軸７と、前記中心軸７の径外側に配置される外側部材１１と、前記中心軸７と前記外側部材１１との間に介装される弾性材１０とを有して成る軸はり装置用防振ブッシュにおいて、
前記軸心Ｐに対する径方向で、かつ、前後方向に突出して前記弾性材１０に食い込む状態のストッパ部Ｓが、前記中心軸７又は前記外側部材１１に一体形成されていることを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の軸はり装置用防振ブッシュにおいて、前記ストッパ部Ｓは、制動作用が生じたときに前記弾性材１０が圧縮される方向となる箇所に形成されていることを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の軸はり装置用防振ブッシュにおいて、前記ストッパ部Ｓは、前記中心軸７を前記軸心Ｐに対して部分的に径外側に膨出させることで形成されていることを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の軸はり装置用防振ブッシュにおいて、前記中心軸７は台車フレーム８に取付けられるとともに、前記外側部材１１は、軸箱部２から車両進行方向に向けて延設される軸はり３の嵌合穴４Ｈに嵌装される鉄道車両用のものであることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、軸心に対する径方向で、かつ、前後方向に突出して弾性材に食い込む状態のストッパ部が、中心軸又は外側部材に一体形成されているから、ストッパ部が形成されている箇所に圧縮力が作用する場合には、ストッパ部が無い場合に比べて弾性材の厚みが小となっていることによって弾性材の過剰な変位（過大な変形）が抑制され、従って、防振ブッシュの寿命（耐久性）を向上させることができる。
そして、そのための手段が、中心軸又は外側部材にストッパ部を一体形成させるものであるから、別体の専用部品であるストッパーを設ける従来手段に比べて、部品点数の減少及び生産性の改善を図ることが可能になる。
その結果、前後方向には弾性材の過剰な変位（過大な変形）が抑制される機能は維持しながらも、コスト増がなく、また生産工程や管理も単純化されるように改善される軸はり装置用防振ブッシュを提供することができる。

請求項２の発明によれば、荷重条件が最も厳しくなることの多い制動作用時の過大変位が防止できるものとなり、実情に適したより好ましい軸はり装置用防振ブッシュを提供することができる。

請求項３の発明によれば、外側部材に比べて小なる部品であり、また、径内側に突出させる構造に比べて、径外側に突出させる構造が採り易い中心軸にストッパ部を設ける手段を採用するものであるから、請求項１や２の効果をより強化することが可能となる利点がある。

請求項４の発明によれば、走行車両のなかでも比較的荷重の絶対値が大であって条件のより厳しくなる鉄道車両に好適な軸はり装置用防振ブッシュを提供することができる。

鉄道車両軸はり装置を示す一部切欠き側面図図１における防振ブッシュ部分を拡大した縦断側面図（実施形態１）図１における防振ブッシュ部分を拡大した横断平面図実施形態２による防振ブッシュの縦断側面図図４に示す防振ブッシュの横断平面図防振ブッシュの荷重に対するたわみ（変位）の変化を示すグラフ

以下に、本発明による軸はり装置用防振ブッシュの実施の形態を、弾性材としてゴムを用いた鉄道車両用のもの（鉄道車両軸はり装置用防振ゴムブッシュ）として図面を参照しながら説明する。

〔実施形態１〕
図１に示す鉄道車両の軸はり装置において、１は車軸、２は軸箱部、３は軸はり、４はハウジング部、５は車軸１に取付けられる車輪、６は防振ブッシュ、８は台車フレームである。軸はり３は、車軸１を支持する軸箱部２から車両進行方向（矢印Ｙ方向）に向けて延設され、その軸はり３の一端部に形成される筒状のハウジング部４に防振ブッシュ６が嵌装されている。８Ａは、防振ブッシュ６の中心軸７を支持する二股状の支持ブラケットであり、台車フレーム８から突出形成されている。

図１〜図３に示すように、ハウジング部４の嵌合孔（嵌合穴の一例）４Ｈ内に防振ブッシュ６の外側部材１１が嵌合固定され、防振ブッシュ６における中心軸７の両端部が、支持ブラケット８Ａに回転不能に支持されている。このような構造により、軸はり３が中心軸７の軸心Ｐ回りに揺動移動可能であるとともに、軸はり３と台車フレーム８との連結部位の振動及び衝撃を吸収できうるように構成されている。なお、図３においては、弾性材１０及び外側部材１１は断面図として、そして中心軸７は平面図として描いてある。

ハウジング部４は、図２に示すように、車両進行方向Ｙに２分割された半割形式の構造体である。先端側半割体４Ａは、軸はり３と一体で基端側半割体４Ｂにボルト９を用いて取付けられている。このボルトの締付によって連結固定させる構造により、締付時において、防振ブッシュ６に所定の締め代の締め付け力を付与し、弾性材１０に予備圧縮を加えることが可能とする構成を採用しても良い。

防振ブッシュ６は、図１〜図３に示すように、車両進行方向Ｙに対して交差する方向の軸心Ｐを有する中心軸７と、中心軸７の径外側に配置される一対の円弧板（外側部材１１の一例）１１Ａ，１１Ｂと、円弧板１１Ａ，１１Ｂと中心軸７との間に介装されるゴム製の弾性材１０とを有して構成されている。
中心軸７は、車両進行方向Ｙに対して直角な水平姿勢に配置された断面中実の心棒部７ａと、心棒部７ａの軸方向両端に一体形成される一対の鍔状部７ｂ，７ｂと、支持ブラケット８Ａに支持される一対の被支持部７ｃ、７ｃと、心棒部７ａに一体形成されるストッパ部Ｓとを有して成る軸体である。
ストッパ部Ｓは、その軸心Ｐ方向長さは心棒部７ａの長さより少し短く、かつ、心棒部７ａの径寸法よりも少し短い上下幅を有して径方向に突出されている。そして、ストッパ部Ｓの外周面１７は、軸心Ｐを中心とする円弧に形成されているが、これに限られるものではない。

弾性材１０は、中心軸７の外周に配置され、かつ、心棒部７ａを包み込むような筒状部１０ａと、鍔状部７ｂ，７ｂに対応する状態で筒状部１０ａに一体連設される一対の鍔状部分１０ｂ，１０ｂとを備える筒状ゴムにより形成されている。筒状部１０ａは、図２に示すように、防振ブッシュ６が嵌合孔４Ｈに嵌合固定（嵌入固定）された状態での前後方向部分は径方向厚みが厚く、かつ、上下方向部分は外径寸法を減ずることで径方向厚みが前後方向部分より薄くされた段付円形形状とされている。また、前後の厚みの厚い部分の大外周面１８と、上下の厚みの薄い部分の小外周面１９との境界には、応力集中を避けるべくより径方向厚みを薄くした切欠き部１６が形成されている。

そして、筒状部１０ａの前後方向部分には、ストッパ部Ｓに対応して凹み形成されることにより、径方向厚みが前後方向部分における他の部分より薄い薄肉外周部１２が形成されている。なお、弾性材１０の材料はゴム以外のものでも良く、エラストマーであれば適用可能である。
外側部材１１は、筒状部１０ａの前後一対の大外周面１８を覆う板状で円弧状の金属材であって、前側の円弧板１１Ａと後側の円弧板１１Ｂとで構成されている。前後の円弧板１１Ａ，１１Ｂは、共に円弧状の外周面１３と内周面１４とを持ち、嵌合孔４Ｈ内に圧入などにより嵌合固定される。

防振ブッシュ６は、例えば、弾性材１０の加硫接着により、中心軸７と弾性材１０とが、及び弾性材１０と円弧板１１Ａ，１１Ｂとが一体化されて単一の部品として構成される。実施形態１においては、軸心Ｐに対する径方向に突出しているストッパ部Ｓは、中心軸７における車輪５の存在側と反対の側（先端側半割体４Ａ側）に、詳しくは、軸心Ｐに対する径方向で、かつ、前後方向に突出して弾性材１０に食い込む状態に配置されている。従って、ストッパ部Ｓが配置される部分では、弾性材１０の軸心Ｐに対する径方向寸法が径方向厚みの厚い前後方向部分におけるその他の部分に比べて薄い薄肉外周部１２に形成されている。

図３に示すように、各円弧板１１Ａ，１１Ｂは、筒状部１０ａの大外周面１８，１８お呼びそれに続く鍔状部分１０ｂに外嵌されるが、小外周面１９には外嵌されてはいない構成を採っている。
また、筒状部１０ａにおける上下の小外周面１９と嵌合孔４Ｈとの間のそれぞれには円弧状隙間１５が形成されており、各円弧状隙間１５の周方向両端の計４箇所に前述の切欠き部１６が形成されている。

このように、防振ブッシュ６においては、ストッパ部Ｓの形成によって中心軸７及び弾性材１０は前後で非対称な形状とされ、かつ、円弧板１１Ａ，１１Ｂは前後対称となる円弧形状とされ、車両進行方向（矢印Ｙ方向）の上手側（前側）に位置する薄肉外周部１２の径方向厚みは、弾性材１０の前後方向部分におけるその他の部分より薄くなるように構成されている。
従って、外側部材１１に対して中心軸７が先端側半割体４Ａ側に移動しようとする制動時には薄肉外周部１２が圧縮されることになるから、弾性材１０における後側の前後方向部分に比べて、厚みの少ない薄肉外周部１２の圧縮変形量は小さくなり、過剰な弾性変位（過大な変形）が生じないように機能する。

その結果、弾性材１０を持つ防振ブッシュ６によって良好な防振作用を得ながらも、制動時の負の加速度によって鉄道車両即ち台車フレーム８が車輪５に対して過大に変位することが抑制されるものとなる。
しかも、そのための手段が、中心軸７を部分的に突出させるという構造工夫であるから、別体の専用部品であるストッパーを設けるという従来手段に比べて、部品点数の減少及び生産性の改善が図れるという利点がある。また、部品点数が減るので、製品が簡素化され、欠陥や不良の低減につながるとか、部品管理や生産管理を減らすことができるといった効果も得られる。

参考として、ストッパ部Ｓの有る無しそれぞれの防振ブッシュ６を用いた場合の荷重に対するたわみを測定したグラフである「荷重−たわみ線図」の一例を図６に示す。ストッパ部Ｓが無い場合は、図６に破線で示されるように、およそ５．５ｍｍたわんでいる。これに対して、ストッパ部Ｓが有る場合は、図６に実線で示されるように、およそ３．２ｍｍのたわみ量で済んでおり、実に２．３ｍｍも減少していることが分る。
なお、図６において各線は、ヒステリシスにより荷重増時の上側ラインと荷重減時の下側ラインとの双方が描かれている。

〔実施形態２〕
実施形態２による防振ブッシュ６を図４，５に示す。これは、実施形態１のものと中心軸７が異なる以外は同じであり、対応する箇所には対応する符号を付す。中心軸７は、そのストッパ部Ｓが左右の鍔状部７ｂ，７ｂに亘り、かつ、ストッパ部Ｓが無い場合の円形の中心軸７の径と同等の上下幅を備えたものとして中心軸７に一体形成されている。ストッパ部Ｓは、実施形態１による防振ブッシュ６のストッパ部Ｓよりも大きいので、より顕著な過大変位抑制効果を期待することができる。なお、図５における仮想線は、比較のために描いた心棒部７ａのストッパ部Ｓのない円形の場合の外郭ラインである。

〔別実施形態〕
例えば、進行方向が前後入れ替わることある場合には、ストッパ部Ｓを前後それぞれの箇所に設ける構成も可能である。
また、図示は省略するが、外側部材１１に径内側に突出するストッパ部Ｓを一体に設けることにより、軸心Ｐに対する径方向で、かつ、前後方向に突出して弾性材１０に食い込む状態のストッパ部Ｓを有する防振ブッシュ６を構成することも可能である。

なお、外側部材１１は、半割円弧状のものが２個でなる構造や、単一の筒状体でなる外筒でなる構造のものなど、種々の変更設定が可能である。
また、実施形態１，２の防振ブッシュ６は、中心軸７が台車フレーム８に取付けられるとともに、外側部材１１が、軸箱部２から車両進行方向に向けて延設される軸はり３に嵌装される鉄道車両用のものであるが、例えば、自動車、バス、産業用車両、建設機械、農機などの鉄道以外の走行車両に適用することも可能である。

２軸箱部
３軸はり
４Ｈ嵌合穴
７中心軸
８台車フレーム
１０弾性材
１１外側部材
Ｐ軸心
Ｓストッパ部

Claims

車両進行方向に対して交差する方向の軸心を有する中心軸と、前記中心軸の径外側に配置されて外側部材と、前記中心軸と前記外側部材との間に介装される弾性材とを有してなる軸はり装置用防振ブッシュであって、
前記軸心に対する径方向で、かつ、前後方向に突出して前記弾性材に食い込む状態のストッパ部が、前記中心軸又は前記外側部材に一体形成されている軸はり装置用防振ブッシュ。
前記ストッパ部は、制動作用が生じたときに前記弾性材が圧縮される方向となる箇所に形成されている請求項１に記載の軸はり装置用防振ブッシュ。
前記ストッパ部は、前記中心軸を前記軸心に対して部分的に径外側に膨出させることで形成されている請求項１又は２に記載の軸はり装置用防振ブッシュ。
前記中心軸は台車フレームに取付けられるとともに、前記外側部材は、軸箱部から車両進行方向に向けて延設される軸はりの嵌合穴に嵌装される鉄道車両用のものである請求項１〜３の何れか一項に記載の軸はり装置用防振ブッシュ。