JP2016172462A - 防振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】走行中の鉄道車両の振動を抑制でき、かつ、走行中の鉄道車両に作用する荷重を検出することができる防振装置を実現する。【解決手段】防振装置に荷重が作用すると、この荷重の作用方向にゴム部材１１Ａ及びゴム部材１１Ｂからなるゴム部１１が圧縮される。圧電センサ１３の電極部１４Ａと接触しているゴム部材１１Ａは発泡ゴムであり、荷重の作用方向に圧縮されても、荷重の作用方向と交差する方向に膨張しない。よって、防振装置に荷重が作用しても、圧電センサ１３と接触しているゴム部材１１Ａの当接領域１１ａが荷重の作用方向と交差する方向に移動することがなく、圧電センサ１３に引張力が作用しない。【選択図】図９

Description

本発明は、鉄道車両の走行振動を抑制する防振装置に関する。

従来、鉄道車両の走行振動を抑制する手段として、走行振動を吸収するゴム部材を備えた防振装置が知られている。一方、鉄道の分野では、鉄道車両の走行振動を抑制することのみでなく、走行中の鉄道車両に作用する荷重を検出することが求められている。鉄道車両の走行に伴う荷重を検出する技術として、例えば特許文献１に記載されている技術がある。この技術は、鉄道車両（列車）が走行するレールとこのレールを支持するまくらぎ等の支持体との間に、走行振動を圧電効果によって電気信号に変換する圧電ゴム部を挿入するものである。

特開２０１０−１３２１９３号公報

特許文献１に記載されている技術によれば、鉄道車両の走行に伴ってレールに作用する荷重を検出することはできる。しかし、鉄道車両自体に作用する荷重を直接的に検出することはできず、また、鉄道車両に発生する振動を抑制することもできない。

本発明の目的は、走行中の鉄道車両の振動を抑制でき、かつ、走行中の鉄道車両に作用する荷重を検出することができる防振装置を提供することである。

本発明の防振装置は、鉄道車両の走行振動を吸収するゴム部を有する防振装置である。本発明の一態様では、前記ゴム部は、一方側ゴム部材と他方側ゴム部材とを有する。また、前記一方側ゴム部材と前記他方側ゴム部材とが対向する面の間に挟み込まれた状態で、前記ゴム部に作用する荷重を検出する圧電センサが設けられる。

本発明によれば、走行中の鉄道車両の振動を抑制でき、かつ、走行中の鉄道車両に作用する荷重を検出することができる防振装置が実現される。

本発明の第１実施形態に係る防振装置を備える車両を模式的に示す平面図である。 本発明の第１実施形態に係る防振装置を備える車両を模式的に示す側面図である。 本発明の第１実施形態に係る防振装置を備える車両の台車を模式的に示す平面図である。 本発明の第１実施形態に係る防振装置を備える車両の台車を模式的に示す正面図である。 本発明の第１実施形態に係る防振装置の分解図である。 本発明の第１実施形態に係る防振装置の外観図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のVI-VIB線で切断した状態を示す断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のVI-VIC線で切断した状態を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る防振装置の一方側ゴム部材の外観図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のVII-VIIB線で切断した状態を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る防振装置の他方側ゴム部材の外観図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のVIII-VIIIB線で切断した状態を示す断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のVIII-VIIIC線で切断した状態を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る防振装置のゴム部の機能を模式的に示す断面図であり、（Ａ）は防振装置に荷重が作用していないときの状態を示す断面図であり、（Ｂ）は防振装置に荷重が作用しているときの状態を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る防振装置の分解図である。 本発明の第２実施形態に係る防振装置の外観図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のXI-XIB線で切断した状態を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る防振装置の一方側ゴム部材の外観図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のXII-XIIB線で切断した状態を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る防振装置の他方側ゴム部材の外観図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のXIII-XIIIB線で切断した状態を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る防振装置のゴム部の機能を模式的に示す断面図であり、(Ａ)は防振装置に荷重が作用していないときの状態を示す断面図であり、(Ｂ)は防振装置に荷重が作用しているときの状態を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る防振装置の分解図である。 本発明の第３実施形態に係る防振装置の外観図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のXVI-XVIB線で切断した状態を示す断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のXVI-XVIC線で切断した状態を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る防振装置の一方側ゴム部材の外観図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のXVII-XVIIB線で切断した状態を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る防振装置の他方側ゴム部材の外観図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のXVIII-XVIIIB線で切断した状態を示す断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のXVIII-XVIIIC線で切断した状態を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る防振装置のゴム部の機能を模式的に示す断面図であって、防振装置に荷重が作用しているときの状態を示す断面図である。

（第１実施形態）
以下、図面を参照して、本発明の第１実施形態について詳しく説明する。

図２〜図４に示す軌道１は、車両２が走行する通路（線路）である。軌道１は、車両２の車輪５ａを支持し案内してこの車両２を走行させるレール１ａなどを備えている。

図１，図２に示す車両２は、軌道１に沿って走行する鉄道車両である。車両２は、例えば、電車，気動車，機関車，客車又は貨車などである。車両２は、車体３と台車４などを備えている。車体３は、旅客又は貨物などの積載物を輸送するための構造物である。

図１、図２及び図４に示す台車４は、車体３を支持して走行する装置である。台車４は、図１、図３及び図４に示す輪軸５と、図４に示す軸受６と、図１〜図４に示す軸箱７と、図１、図２及び図４に示す台車枠８と、図２及び図４に示す軸ばね９と、図１〜図６に示す防振装置１０などを備えている。図１、図２及び図４に示す台車４は、図２に示すように、軸箱７と一体となったリンク部材（軸ばり）をゴムブシュ及びピンを介して台車枠８に連結する構造であり、在来線車両に使用される軸はり式台車である。

図１、図３及び図４に示す輪軸５は、車輪５ａと車軸５ｂとを組み立てた部材である。車輪５ａは、レール１ａと転がり接触する部材である。車軸５ｂは、車輪５ａと一体となって回転する部材であり、両端部側に左右一対の車輪５ａが圧入され取り付けられている。図４に示す軸受６は、車軸５ｂを支持する部材であり、車軸５ｂの両端部を回転自在に支持する転がり軸受である。

図１〜図４に示す軸箱７は、軸受６を収容する部材であり、軸箱支持装置によって台車枠８の所定の位置に保持されている。軸箱７は、図６（Ｂ），（Ｃ）に示すように、上面部７ａと心棒７ｂなどを備えている。上面部７ａは、防振装置１０を支持する部分であり、軸箱７の上端に設けられた平坦面である。心棒７ｂは、軸箱７上の所定の位置に防振装置１０を位置決めする部材である。心棒７ｂは、防振装置１０の貫通孔１１ｄ，１１ｇ，１２ａ，１２ｂを貫通する円柱状の突起部である。図３に示すように、心棒７ｂの中心線は、車軸５ｂの中心線に対して直交しており、図６（Ｂ），（Ｃ）に示すように、上面部７ａから突出して上面部７ａと一体に形成されている。

図１、図２及び図４に示す台車枠８は、台車４の主要構成部である。台車枠８は、図１，図２に示すように、左右の側梁とこれらをつなぐ横梁などによって構成されている。台車枠８は、図示しないけん引装置によって車体３に連結されており、車体３との間で前後方向の力が伝達される。

図２及び図４に示す軸ばね９は、軸箱７と台車枠８との間の衝撃を緩和する部材である。軸ばね９は、図４に示すように、軸箱７と台車枠８との間で垂直方向の荷重を弾性的に支持しており、図６（Ｂ），（Ｃ）に示すように、ばね座９ａなどを備えている。ばね座９ａは、軸ばね９の下端を支持する部分である。ばね座９ａは、軸ばね９と防振装置１０との間に挟み込まれており、軸ばね９の下端が均一に防振装置１０と接触するように、防振装置１０の金属板１２Ａと接触する側が平坦面に形成されている。

図１〜図６に示す防振装置１０は、車両２の軸箱７の振動を抑える部材である。防振装置１０は、図２、図４及び図６に示すように、軸箱７と軸ばね９との間に挟み込まれた状態でこれらの間に装着されている。防振装置１０は、軸箱７の振動を抑え振動の伝達を防止するとともに、これらの間に発生する衝撃を緩和して騒音の発生を防止する。防振装置１０は、図６（Ａ）に示すように、平面形状が円形の板状部材である。防振装置１０は、図５に示すように、ゴム部１１と、金属板１２Ａ，１２Ｂと、圧電センサ１３などを備えている。換言すれば、防振装置１０は、圧電センサ１３を内蔵する圧電センサ内蔵型の軸ばねゴム（軸ばね防振ゴム）である。図７に示すように、ゴム部材１１Ａと金属板１２Ａとは一体に接合されており、図８に示すように、ゴム部材１１Ｂと金属板１２Ｂとは一体に接合されている。防振装置１０は、例えば、図１に示す鉄道車両用台車に適用する場合には、台車４の車軸５ｂの左右に１個ずつ配置され、台車１台当たり合計４個（１両当たり合計８個）配置される。

図５、図６及び図９に示すゴム部１１は、複数のゴム部材１１Ａ，１１Ｂに分割可能であり、車両２の走行振動を吸収する。ゴム部１１は、例えば、天然ゴム、スチレンゴムなどの一般加硫ゴム、ニトリルゴムなどの耐油性を有する加硫ゴム、クロロプレンゴムなどの耐候性及び耐熱性を有する加硫ゴム、ブチルゴムなどの振動緩衝性能を有する加硫ゴム、その他の合成ゴム又はこれら加硫ゴムのブレンドゴム、樹脂エラストマーなどの弾性材である。ゴム部１１は、図５〜図７及び図９に示すゴム部材１１Ａと、図５、図６、図８及び図９に示すゴム部材１１Ｂとを備えている。ゴム部１１においては、図５、図６（Ｂ）及び図９に示すように、一方のゴム部材１１Ａと他方のゴム部材１１Ｂとが対向する面の間に圧電センサ１３が挟み込まれている。ゴム部１１は、ゴム部材１１Ａとゴム部材１１Ｂとに分割可能なように、非接着で接合されている。また、ゴム部材１１Ａとゴム部材１１Ｂとに容易に分割できるように、ゴム部１１は、例えば、加硫成形済みのゴム部材１１Ａ，１１Ｂの接着面に未加硫の接着用ゴムを介在させて加圧加硫する加熱加硫接着法による接合、加硫成形済みのゴム部材１１Ａ，１１Ｂの接着面に塗布した加硫剤を含む接着剤を常温で硬化させ加硫する自然加硫接着法による接合、すなわち、加硫成形済みのゴム部材を接合する後加硫接合技術を用いて接合されている。これら後加硫接合は、未加硫ゴムによる接合に比べて接合力は劣るものの、接合物同士が加圧状態にある場合には、高い接着力を有しているが、引張力に対しては比較的弱いため、容易に分割可能である。

図５〜図９に示すゴム部材１１Ａ，１１Ｂは、防振装置１０の本体を構成する部分である。ゴム部材１１Ａ，１１Ｂは、図５、図７及び図８に示すように、円板状の部材である。
図６（Ｂ），（Ｃ）に示すように、ゴム部材１１Ａは、軸ばね９のばね座９ａ（車両２の車体フレーム側部材）に金属板１２Ａを介して配置されており、ゴム部材１１Ｂは、軸箱７の上面部７ａ（車両２の輪軸側部材）に金属板１２Ｂを介して配置されている。

図５〜図７及び図９に示すように、ゴム部材１１Ａは、当接領域１１ａを含むスキン層１１ｂ（図９）、嵌合部１１ｃ（図６，図７）、貫通孔１１ｄ（図５〜図７）などを備えている。ゴム部材１１Ｂは、嵌合部１１ｆ（図５，図６及び図８）、貫通孔１１ｇ（図５，図６及び図８）、収容部１１ｈ，１１ｉ（図５，図６，図８及び図９）などを備え、圧電センサ１３を収容する。

本実施形態におけるゴム部材１１Ａ及びゴム部材１１Ｂは、同一のゴム材により構成された発泡ゴムである。発泡ゴムは、例えば、天然ゴム又は合成ゴムなどの原料ゴムに、有機発泡剤，架橋剤，軟化剤及び補強剤を練り込み、密閉された型内で加硫しながら発泡剤を分解させて内部に気泡を形成したゴムである。このような発泡ゴムとしては、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、ニトリルゴム(NBR)、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、塩素化−エチレン−プロピレン−ジエンゴム(Cl-EPDM)又はエピクロルヒドリンゴムなどを発泡させたゴムがある。もっとも、ゴム部材１１Ａを剛性が高い高剛性ゴム部材とし、ゴム部材１１Ｂはゴム部材１１Ａよりも剛性の低い低剛性ゴム部材としてもよい。ここで、ゴム部材の剛性は、ゴム素材の硬度、発泡ゴムの場合は、発泡率により調整することができる。

図９に示されるように、当接領域１１ａは、ゴム部材１１Ａが備えるスキン層１１ｂの一部であって、圧電センサ１３の上面と対向し、該上面に接触している領域である。上記のとおり、本実施形態におけるゴム部材１１Ａは気泡を含む発泡ゴムである。よって、ゴム部１１（ゴム部材１１Ａ，１１Ｂ）に荷重が作用すると、ゴム部材１１Ａは、荷重の作用方向（垂直方向（上下方向））に弾性変形する一方、荷重の作用方向と交差する方向（水平方向（左右方向））にはほとんど弾性変形しない。すなわち、ゴム部１１に荷重が作用すると、ゴム部材１１Ａは、垂直方向に圧縮されるが、かかる圧縮に伴って水平方向に膨張することはない。換言すれば、ゴム部１１に荷重が作用してもゴム部材１１Ａが水平方向にボリューム移動することはない。従って、圧電センサ１３の上面とこれに圧接されている当接領域１１ａとの間における摩擦に起因して引張力が生じることがなく、圧電センサ１３が引裂き破壊される虞がない。尚、ゴム部材１１Ａの垂直方向における弾性変形によって振動が吸収されることはもちろんである。

特に、スキン層１１ｂ及びその近傍は、他の部分に比べて水平方向のボリューム移動が最も発生し難い部位である。よって、かかるスキン層１１ｂに当接領域１１ａが設けられている本実施形態では上記効果がより一層顕著に得られる。

図９に示されるように、本実施形態では、ゴム部材１１Ｂと接合されるゴム部材１１Ａの表面（下面）にのみスキン層１１ｂが形成されており、このスキン層１１ｂの一部に当接領域１１ａが設けられている。しかし、発泡ゴムであるゴム部材１１Ａが水を溜めこむことを防ぐ観点からは、ゴム部材１１Ａの下面のみでなく、側面や上面にもスキン層を形成することが好ましい。

図５〜図７に示す嵌合部１１ｃ，１１ｆは、ゴム部材１１Ａとゴム部材１１Ｂとが嵌合する部分である。嵌合部１１ｃ，１１ｆは、ゴム部材１１Ａとゴム部材１１Ｂとを接合させるときに、これらを位置決めする位置決め部として機能するとともに、ゴム部１１に荷重が作用したときに、ゴム部材１１Ａとゴム部材１１Ｂとが位置ずれするのを防止する位置ずれ防止部としても機能する。図６，図７に示す嵌合部１１ｃは、ゴム部材１１Ａの表面に形成された凹部であり、ゴム部材１１Ａの中心に対して点対称にスキン層１１ｂ（図９）の表面に２つ形成されている。図５、図６及び図８に示す嵌合部１１ｆは、ゴム部材１１Ｂの表面に形成された凸部であり、ゴム部材１１Ａの嵌合部１１ｃと嵌合可能なように、ゴム部材１１Ａの中心に対して点対称に２つ形成されている。嵌合部１１ｃは、ゴム部材１１Ａを成形するときにゴム部材１１Ａと一体に成形され、嵌合部１１ｆはゴム部材１１Ｂを成形するときにゴム部材１１Ｂと一体に成形される。嵌合部１１ｆは、ゴム部１１の中心軸を中心として圧電センサ１３に対して９０度ずらして配置されている。嵌合部１１ｃ，１１ｆは、例えば、図３に示すように、車両２の長さ方向（車軸５ｂの長さ方向と直交する方向）に配置されている。図５〜図７に示す貫通孔１１ｄは、軸ばね９の心棒７ｂが貫通する部分であり、ゴム部材１１Ａの中心に形成されている。

図９に示すように、当接領域１１ａ以外のスキン層１１ｂの表面は、ゴム部材１１Ｂの表面（上面）と密着する。ゴム部材１１Ｂは、ゴム部材１１Ａとは異なり、内部に気泡が存在しないソリッドゴム（硬質ゴム）である。このようなソリッドゴムとしては、ニトリルゴム(NBR)又はエチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)などがある。図５、図６及び図８に示す貫通孔１１ｇは、軸ばね９の心棒７ｂが貫通する部分であり、貫通孔１１ｄと接続するようにゴム部材１１Ｂの中心に形成されている。

図５、図６、図８及び図９に示す収容部１１ｈは、圧電センサ１３を収容する部分である。収容部１１ｈは、ゴム部材１１Ｂの表面に形成された凹部であり、ゴム部材１１Ｂの表面を切り欠くように形成されている。収容部１１ｈの深さは、ゴム部材１１Ａの当接領域１１ａが圧電センサ１３の電極部１４Ａと密着するように、圧電センサ１３の厚みよりも僅かに浅く形成されている。収容部１１ｈは、図５に示すように、圧電センサ１３が嵌合可能なように圧電センサ１３の外形と略同一形状に形成されている。

図５、図６、図８に示す収容部１１ｉは、電線（リード線）１５を収容する部分である。収容部１１ｉは、収容部１１ｈと同様に、ゴム部材１１Ｂの表面に形成された凹部であり、ゴム部材１１Ｂの表面を切り欠くように形成されている。収容部１１ｉは、図５、図６及び図８に示すように、リード線１５の余長部を撓ませた状態で収容可能なように幅広に形成されている。また、ゴム部材１１Ｂには、一端が収容部１１ｉの内面に連通し、他端がゴム部材１１Ｂの外周面に連通する配線溝が形成されている。配線溝の幅はリード線１５の幅と略同じ幅に形成されており、この配線溝を通してリード線１５をゴム部１１の外に引き出せるようになっている。

図５〜図８に示す金属板１２Ａ，１２Ｂは、防振装置１０の上面及び下面を構成する部分である。金属板１２Ａ，１２Ｂは、ゴム部１１を挟み込むようにゴム部１１の上面及び下面に積層されている金具部であり、ゴム部１１の上面及び下面の全域を被覆するようにこのゴム部１１に接合されている。金属板１２Ａは、ゴム部材１１Ａの背面側に固着されており、金属板１２Ｂはゴム部材１１Ｂの背面側に固着されている。金属板１２Ａ，１２Ｂは、例えば、一般圧延用鋼材(SS400)などであり、互いに平行になるようにゴム部１１の両面に加硫接着又は接着剤によって接着されている。金属板１２Ａは、防振装置１０の上面プレート部を構成し、金属板１２Ｂは防振装置１０の下面プレート部を構成する。金属板１２Ａは、貫通孔１２ａを備えており、金属板１２Ｂは貫通孔１２ｂと密着面１２ｃを備えている。貫通孔１２ａ，１２ｂは、軸ばね９の心棒７ｂが貫通する部分であり、金属板１２Ａ，１２Ｂの中心に形成されている。貫通孔１２ａは、貫通孔１２ｂよりも内径が小さく形成されている。密着面１２ｃは、図６（Ｂ），（Ｃ）に示すように、軸箱７の上面部７ａの全面と密着する部分である。密着面１２ｃは、軸箱７の上面部７ａと接触する側の金属板１２Ｂの表面である。密着面１２ｃは、この密着面１２ｃと軸箱７の上面部７ａの全面との間で荷重が均等に作用するように、軸箱７の上面部７ａと同じく平坦面に形成されている。

図５、図６及び図９に示す圧電センサ１３は、ゴム部１１に作用する荷重を検出する部分である。圧電センサ１３は、軌道１上を車両２が走行するときに発生する機械的な振動を電気信号に変換する機械電気変換部として機能する荷重検出装置である。圧電センサ１３は、例えば、車両２の走行によって軸箱７が振動したときに発生する電力によって、軸箱７に作用する荷重を検出して軸受６の状態を監視する軸受監視センサとしても機能する。圧電センサ１３は、図５に示す電極部１４Ａ，１４Ｂと、圧電ゴム部１４Ｃと、リード線１５とを備えている。圧電センサ１３の表面（電極部１４Ａの表面）は、ゴム部材１１Ａの当接領域１１ａと密着する（図９）。圧電センサ１３は、図５及び図６（Ａ）に示すように、ゴム部材１１Ｂの中心に対して点対称に配置されており、ゴム部材１１Ｂの円周方向に等間隔で２つ配置されている。圧電センサ１３は、例えば、図３に示すように、車両２の幅方向（車軸５ｂの長さ方向）に配置されている。

圧電センサ１３は、ゴム部１１に内蔵された状態（ゴム部材１１Ａとゴム部材１１Ｂとに挟まれた状態）でゴム部１１に作用する荷重に応じて電気信号を出力する。圧電センサ１３は、軌道１上を車両２が走行するときに発生する振動を圧電効果によって電気信号に変換する。圧電センサ１３は、ゴム部材１１Ａ，１１Ｂに挟み込まれた状態で、このゴム部材１１Ａ，１１Ｂに作用する荷重を検出する。圧電センサ１３を構成する圧電ゴム部１４Ｃは、ゴム中に圧電材料を分散させた部材であり、振動の大きさ（荷重の大きさ）に応じた電力を発生する弾性を有する圧電素子である。圧電ゴム部１４Ｃは、例えば、ニトリルゴムなどのゴム材とチタン酸ジルコン酸鉛(商品名PZT)などの圧電セラミック粉末とを混合する混合工程と、この混合工程後の混合物を加硫する加硫工程と、この加硫工程後の混合物の両端部に電圧を印加してこの混合物を分極させる分極工程とによって製造される。

図５に示す電極部１４Ａ，１４Ｂは、圧電ゴム部１４Ｃに電気的に接続された接点部分である。電極部１４Ａ，１４Ｂは、圧電ゴム部１４Ｃの上面及び下面に積層されており、圧電ゴム部１４Ｃの上面及び下面の全域を被覆するように接合されている。電極部１４Ａは、ゴム部材１１Ａのスキン層１１ｂ（当接領域１１ａ）に密着し、電極部１４Ｂはゴム部材１１Ｂの収容部１１ｈの底面と密着する。電極部１４Ａ，１４Ｂは、例えば、互いに平行になるように圧電ゴム部１４Ｃの両面に加硫接着して形成したり、金属、金属酸化物又はカーボンなどの導電性材料を蒸着、シルクスクリーン印刷又はイオンスパッタリングなどの方法によって圧電ゴム部１４Ｃの両面に形成したり、導電性材料を含有する樹脂又は導電性高分子などの導電性樹脂を圧電ゴム部１４Ｃの両面に多層化して形成したりする。

図５及び図６（Ａ）に示すリード線１５は、圧電ゴム部１４Ｃが発生する電流が流れる部分である。リード線１５は、導電材の表面が絶縁材によって被覆された導電部であって、電極部１４Ａ，１４Ｂに接続された、圧電ゴム部１４Ｃから出力された電気信号（荷重検出信号）を取り出すための信号線である。リード線１５は、ゴム部１１に荷重が作用してリード線１５に摩擦力が作用したときに、電極部１４Ａ，１４Ｂとの接続部から切断しないように、図５及び図６（Ａ）に示すように収容部１１ｉ内に弛んだ状態で収容されている。

次に、本実施形態に係る防振装置１０の作用を説明する。図２に示される軌道１上を車両２が走行すると軸箱７が振動し、防振装置１０に荷重が作用する。すると、図９（Ｂ）に示されるように、荷重の作用方向と交差する方向（垂直方向（上下方向））にゴム部１１が圧縮される。しかし、ゴム部材１１Ａは発泡ゴムなので、上下方向に圧縮された分のボリュームが水平方向（左右方向）に移動することはない。従って、圧電センサ１３の電極部１４Ａと密着しているゴム部材１１Ａの当接領域１１ａが左右に移動することはなく、従って、電極部１４Ａと当接領域１１ａとの間における摩擦に起因して圧電センサ１３に引張力が作用することがなく、圧電センサ１３が引裂き破壊される虞がない。尚、ゴム部１１の垂直方向における弾性変形（特に、ゴム部材１１Ａの弾性変形）によって振動が吸収されることはもちろんである。

本実施形態に係る防振装置１０には、少なくとも以下に記載するような効果がある。
（１）本実施形態に係る防振装置１０は、ゴム部１１が一方側のゴム部材１１Ａと他方側のゴム部材１１Ｂとを有し、これらゴム部材１１Ａ，１１Ｂの対向面間に挟み込まれた圧電センサ１３によってゴム部１１に作用する荷重が検出される。このため、防振装置１０を廃棄するときにゴム部材１１Ａとゴム部材１１Ｂとを分離して、ゴム部１１から圧電センサ１３を簡単に取り出して回収することができる。また、ゴム部１１が経年劣化したときに劣化後のゴム部１１から圧電センサ１３を取り出して、新品のゴム部１１にこの圧電センサ１３を取り付けて再使用することができる。さらに、ゴム部材１１Ａとゴム部材１１Ｂとの間に圧電センサ１３を挟み込むことによって、ゴム部材１１Ａ，１１Ｂによって圧電センサ１３を保護し、圧電センサ１３の損傷を防ぐことができるとともに、圧電センサ１３の防水性を確保することができる。
（２）本実施形態に係る防振装置１０が備えるゴム部１１は、車両２の軸ばね９上に配置される一方側のゴム部材１１Ａと、車両２の軸箱７上に配置される他方側のゴム部材１１Ｂとからなる軸ばねゴムである。このため、例えば、軸ばねゴムとともに弾性変形する圧電センサ１３（圧電ゴム部１４Ｃ）からの出力信号を解析することによって、車両２の状態を監視することができる。
（３）本実施形態におけるゴム部材１１Ａは発泡ゴムである。このため、ゴム部１１に荷重が作用してもゴム部材１１Ａが水平方向（左右方向）にボリューム移動することがない。すなわち、ゴム部材１１Ａの当接領域１１ａが水平方向に移動するのを規制する移動規制手段として機能する。このため、圧電センサ１３に引張力が作用し、圧電センサ１３が破損することがない。同様の理由より、電極部１４Ａ，１４Ｂを厚くして圧電センサ１３の強度を高める必要がなく、圧電センサ１３のコンパクト化（薄型化）が可能である。
（４）本実施形態では、水平方向（左右方向）のボリューム移動が最も発生し難いスキン層１１ｂに当接領域１１ａが設けられているので、上記（３）の効果がより一層顕著に得られる。

（第２実施形態）
以下では、図１〜図９に示す部分と同一の部分については、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。

図１０〜図１４に示すゴム部１１は、図５〜図９に示すゴム部１１とは異なる移動規制手段などを備えている。図１０，図１１，図１３及び図１４に示すゴム部材１１Ｂは、圧電センサ１３を収容する剛性が高い高剛性ゴム部材（ソリッドゴム）である。図１０〜図１２及び図１４に示すゴム部材１１Ａは、ゴム部材１１Ｂよりも剛性の低い低剛性ゴム部材（ソリッドゴム）である。このような低硬度剛性ソリッドゴムとしては、ポリノルボーネンゴム，シリコーンゴム，スチレン−ブタジエンゴム(SBR)又はエピクロルヒドリンゴムなどがある。なお、ゴム部材１１Ａ、ゴム部材１１Ｂともに、同種ゴムを使用し、ゴム部材１１Ｂよりも低剛性、すなわち、ゴム硬度の低いゴムをゴム部材Ａとして使用してもよい。

上記移動規制手段は、ゴム部１１に荷重が作用したときに、ゴム部材１１Ａの当接領域１１ａが水平方向に移動するのを規制する手段である。本実施形態における当接領域１１ａは、圧電センサ１３に接触しているゴム部材１１Ａの表面（下面）の一部である点で第１実施形態における当接領域１１ａと共通する。しかし、ゴム部材１１Ａが発泡ゴムである第１実施形態における当接領域１１ａがスキン層１１ｂの一部であったのに対し、ゴム部材１１Ａがソリッドゴムである本実施形態における当接領域１１ａは、スキン層の一部ではない。

上記移動規制手段は、ゴム部１１に荷重が作用したときに、当接領域１１ａが水平方向に移動することを回避すべく、ゴム部材１１Ａの同方向への膨張を部分的に抑制する膨張抑制部としても機能する。また、移動規制手段は、ゴム部１１に荷重が作用したときに、圧電センサ１３の電極部１４Ａと接触している当接領域１１ａが電極部１４Ａに沿って移動することを規制する。図１０，図１１，図１３及び図１４に示されるように、本実施形態における移動規制手段は、圧電センサ１３の外周に沿って立設する壁状に形成されたゴム部材１１Ｂの一部（壁状部１６ａ）によって構成されている。ゴム部材１１Ｂは、ゴム部材１１Ａよりも剛性が高いので、ゴム部材１１Ｂの一部である壁状部１６ａは、ゴム部１１に荷重が作用したときに、壁状部１６ａによって囲まれている当接領域１１ａを含むゴム部材１１Ａの一部が水平方向に膨張することを規制する。

図１０，図１１，図１３及び図１４に示されるように、ゴム部材１１Ｂの壁状部１６ａは、収容部１１ｈ，１１ｉの内壁である。すなわち、本実施形態では、圧電センサ１３及びリード線１５が収容される収容部１１ｈ，１１ｉが第１実施形態のそれらに比べて深く形成されており、圧電センサ１３は収容部１１ｈ内に埋設される。これに対応して、図１１，図１２及び図１４に示されるように、ゴム部材１１Ａには、圧電センサ１３の上から収容部１１ｈ，１１ｉ内に嵌め込まれる凸状の嵌合部１６ｂが設けられている。

図１１及び図１４に示されるように、嵌合部１６ｂは圧電センサ１３が収容された収容部１１ｈに、圧電センサ１３の上から嵌合され、収容部１１ｈとの間で圧電センサ１３を挟み込む。すなわち、本実施形態では、嵌合部１６ｂの表面（下面）が圧電センサ１３に当接する当接領域１１ａである。

図１０，図１３に示されるように、収容部１１ｈ，１１ｉは、ゴム部材１１Ｂの表面を切り欠くように形成されている。一方、図１１，１２に示されるように、嵌合部１６ｂは、収容部１１ｈ，１１ｉと同一形状に成形されており、嵌合部１６ｂの高さは収容部１１ｈ，１１ｉの深さよりも低く形成されている。ゴム部１１に荷重が作用すると、嵌合部１６ｂの表面（当接領域１１ａ）は圧電センサ１３の上面に押し付けられ、この上面に密着する。

次に、本実施形態に係る防振装置１０の作用を説明する。図２に示されている軌道１上を車両２が走行すると軸箱７が振動し、防振装置１０に荷重が作用する。すると、図１４（Ｂ）に示されるように、荷重の作用方向と交差する方向（垂直方向（上下方向））にゴム部１１が圧縮される。具体的には、ゴム部材１１Ａ及びゴム部材１１Ｂが上下方向に圧縮され、圧縮された分のボリュームが水平方向（左右方向）に移動する。すなわち、ゴム部材１１Ａ及びゴム部材１１Ｂは、全体として上下方向に圧縮され、左右方向に膨張する。ここで、ゴム部材１１Ａは低硬度ソリッドゴムである一方、ゴム部材１１Ｂは高硬度ソリッドゴムであるので、ゴム部１１に荷重が作用した際、ゴム部材１１Ａの変形量は、ゴム部材１１Ｂの変形量に比べて大きい。しかし、当接領域１１ａを含むゴム部材１１Ａの一部（嵌合部１６ｂ）は、ゴム部材１１Ｂの一部である収容部１１ｈ，１１ｉの内面（壁状部１６ａ）によって包囲されている。よって、ゴム部材１１Ａの嵌合部１６ｂは、水平方向へのボリューム移動が規制され、当接領域１１ａは同方向にほとんど移動しない。すなわち、圧電センサ１３の電極部１４Ａと密着しているゴム部材１１Ａの当接領域１１ａが左右に移動することはなく、従って、電極部１４Ａと当接領域１１ａとの間における摩擦に起因して圧電センサ１３に引張力が生じることがなく、圧電センサ１３が引裂き破壊される虞がない。このように、収容部１１ｈ，１１ｉの内壁（壁状部１６ａ）は、ゴム部１１に荷重が作用したときに、当接領域１１ａが水平方向に移動することを規制する移動規制手段として機能する。尚、ゴム部１１の垂直方向における弾性変形によって振動が吸収されることはもちろんである。

本実施形態に係る防振装置１０は、第１実施形態に係る防振装置１０の効果に加えて、少なくとも以下に記載するような効果がある。
（１）本実施形態では、ゴム部１１に荷重が作用したときに、圧電センサ１３と当接している当接領域１１ａの移動が移動規制手段である壁状部１６ａによって規制される。よって、ゴム部１１と圧電センサ１３との間における摩擦に起因して圧電センサ１３に引張力が作用することがなく、圧電センサ１３が引裂き破壊される虞がなく、また、リード線１５が破断される虞もない。さらに、圧電センサ１３の強度を高めるために電極部１４Ａ，１４Ｂを厚くする必要がなく、圧電センサ１３のコンパクト化（薄型化）が可能である。
（２）本実施形態では、移動規制手段である壁状部１６ａが、圧電センサ１３及び嵌合部１６ｂが収容される収容部１１ｈ，１１ｉの内面によって構成されており、この壁状部１６ａは、少なくとも当接領域１１ａを含むゴム部材１１Ａの嵌合部１６ｂよりも剛性が高い。このため、ゴム部１１に荷重が作用したときに、当接領域１１ａを含む嵌合部１６ｂの水平方向へのボリューム移動が規制される。また、ゴム部材１１Ａとゴム部材１１Ｂとの位置ずれも防止される。

（第３実施形態）
図１５、図１６及び図１８に示すゴム部材１１Ｂは、対向する相手側のゴム部材１１Ａに対して、厚みが薄く形成されている。また、図１５〜図１７に示すゴム部材１１Ａは、第１実施形態におけるゴム部材１１Ａと同様の発泡ゴムであり、図１５，図１６及び図１８に示すゴム部材１１Ｂはソリッドゴムである。ゴム部材１１Ｂに設けられている収容部１１ｈ，１１ｉは、これまでに説明した収容部１１ｈ，１１ｉとは異なり、図１６（Ｂ）に示すように、金属板１２Ｂの表面に薄いゴム膜１７を残して、ゴム部材１１Ｂをほぼ貫通して形成されている。図１６（Ｂ）に示すように、金属板１２Ｂの上面に貼り付けられたゴム膜１７が収容部１１ｈ，１１ｉの底面である。尚、収容部１１ｈ，１１ｉの底部にゴム膜１７を残さず、ゴム部材１１Ｂを貫通する収容部１１ｈ，１１ｉを形成することもできるが、その場合、金属板１２Ｂの露出面について、図示せぬ絶縁処理や防錆処理を行うことが好ましい。

図１７に示す金属板１２Ａは、ゴム部材１１Ａの背面側に固着されており、図１８に示す金属板１２Ｂは、ゴム部材１１Ｂの背面側に固着されている。図１５及び図１６に示す圧電センサ１３は、図９及び図１４に示す圧電センサ１３とは異なり、ゴム部１１の厚み方向に関して金属板１２Ｂの近傍に配置されている（図１９参照）。圧電センサ１３及びリード線１５に対する防水性や絶縁性を高めるべく、これらは薄いゴム膜１７を介して金属板１２Ｂの上に載置されており、圧電センサ１３の電極部１４Ｂはゴム膜１７に密着している。もっとも、圧電センサ１３は、金属板１２Ｂの上に直接載置してもよいことは既述のとおりであり、この場合、電極部１４Ｂは金属板１２Ｂに密着する。なお、上記構成に加え、絶縁性確保、防水性向上、電極部１４Ａ，１４Ｂと当接領域１１ａとの固着防止、摩擦低減を目的に、圧電センサ１３をフッ素樹脂などのシート材で包んでもよい。

図１９に示されるように、リード線１５は、その余長部が収容部１１ｉ内に収容されているとともに、他の部分が金属板１２Ｂに沿って配線されて、ゴム部材１１Ｂの外周面から外部に引き出されている。

次に、本実施形態に係る防振装置１０の作用を説明する。

図２に示される軌道１上を車両２が走行すると軸箱７が振動し、防振装置１０に荷重が作用する。すると、図１６（Ｂ），（Ｃ）に示されているゴム部１１は、荷重の作用方向（垂直方向（上下方向））と交差する方向に圧縮され、圧縮された分のボリュームが水平方向（左右方向）に移動する。すなわち、ゴム部１１は、上下方向に圧縮され、左右方向に膨張する。このとき、ゴム部１１の厚み方向中央部の膨張量が最も多く、金属板１２Ａ，１２Ｂに拘束されているゴム部１１の厚み方向両端部ほど膨張量が少ない。従って、図１９に示すように、膨張量が少ない金属板１２Ｂの近傍にリード線１５を配置すると、ゴム部１１に垂直方向の荷重が作用しても、リード線１５に作用する引張力が小さくなり、リード線１５の破断が防止される。尚、図１９中の複数本の矢印の長短は、膨張量の多少を模式的に示している。

本実施形態に係る防振装置１０には、第１実施形態及び第２実施形態に係る防振装置１０の効果に加えて、少なくとも以下に記載するような効果がある。
（１）本第実施形態では、一方側のゴム部材１１Ａの背面側及び他方側のゴム部材１１Ｂの背面側に金属板１２Ａ，１２Ｂがそれぞれ固着されており、圧電センサ１３が埋め込まれる他方側のゴム部材１１Ｂは、対向する相手側のゴム部材１１Ａに対して、厚みが薄く形成されている。ここで、金属板１２Ｂに固定されているゴム部材１１Ｂは、金属板１２Ｂに近いほど変形が拘束される。このため、ゴム部１１に荷重が作用したときに、厚みが薄いゴム部材１１Ｂの水平方向の膨張量は、厚みが厚いゴム部材１１Ａの水平方向の膨張量に比べて少ない。
（２）本実施形態では、圧電センサ１３に接続されているリード線１５が金属板１２Ｂに沿って配線されている。換言すれば、ゴム部１１のうちで膨張が最も小さい金属板１２Ｂの近傍にリード線１５が配線されている。よって、ゴム部１１に荷重が作用し、ゴム部１１が膨張しても、リード線１５に引張力が作用しないか、作用する引張り力は極めて小さく、リード線１５の破断が防止される。

（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらも本発明の範囲に含まれる。
（１）上記実施形態では、軸箱７の振動を抑える防振装置１０に作用する荷重を圧電センサ１３によって検出する場合を例に挙げて説明したが、軸箱７以外の物体の振動を抑える防振装置についても、本発明を適用することができる。また、上記実施形態では、圧電センサ１３を車両２の幅方向（車軸５ｂの長さ方向）に配置する場合を例に挙げて説明したが、車両２の幅方向に代えて又は車両２の幅方向とともに車両２の長さ方向（車軸５ｂの長さ方向と直交する方向）に配置することもできる。さらに、上記実施形態では、ゴム部材１１Ａが発泡ゴム又は低硬度ソリッドゴムである場合を例に挙げて説明したがこのようなゴムに限定するものではない。例えば、ゴム部１１に荷重が作用したときに、このゴム部１１のボリューム移動をゴム部材１１Ａ内の隙間によって吸収可能な溝付きゴムをゴム部材１１Ａとして使用することもできる。
（２）上記実施形態では、ゴム部材１１Ａが剛性の低い低剛性ゴム部材であり、ゴム部材１１Ｂが剛性の高い高剛性ゴム部材である場合を例に挙げて説明したが、ゴム部材１１Ａ，１１Ｂの双方に剛性が同じゴム部材を使用することもできる。また、上記実施形態では、凹状の嵌合部１１ｃをゴム部材１１Ａに形成し、凸状の嵌合部１１ｆをゴム部材１１Ｂに形成する場合を例に挙げて説明したが、凹状の嵌合部１１ｃをゴム部材１１Ｂに形成し、凸状の嵌合部１１ｆをゴム部材１１Ａに形成することもできる。さらに、上記実施形態では、ゴム部材１１Ａが金属板１２Ａに固定され，ゴム部材１１Ｂが金属板１２Ｂに固定される場合を例に挙げて説明したが、これら金属板１２Ａ，１２Ｂの一方を省略することもできる。
（３）上記実施形態では、防振装置１０の円周方向に沿って等間隔で２つの圧電センサ１３を配置する場合を例に挙げて説明したが、３つ以上の圧電センサ１３を等間隔で配置することもできる。また、上記実施形態では、電極部１４Ａ，１４Ｂを露出させた状態で圧電センサ１３をゴム部１１に内蔵させる場合を例に挙げて説明したが、電極部１４Ａ，１４Ｂを被覆した状態で圧電センサ１３をゴム部１１に内蔵させることもできる。例えば、耐熱性を有するフッ素樹脂製などの被覆材である保護部によって、圧電ゴム部１４Ｃ及び電極部１４Ａ，１４Ｂを被覆し、圧電ゴム部１４Ｃ及び電極部１４Ａ，１４Ｂを保護することもできる。
（４）上記実施形態では、リード線１５が可撓性を有する導電部である場合を例に挙げて説明したが、剛性を有する金属端子のような導電部を使用することもできる。また、第１実施形態では、ゴム部材１１Ａが発泡ゴムであり、ゴム部材１１Ｂがソリッドゴムである場合を例に挙げて説明したが、このような組み合わせに限定するものではない。例えば、ゴム部材１１Ａ，１１Ｂの双方が発泡ゴムである場合や、ゴム部材１１Ａがソリッドゴムであり、ゴム部材１１Ｂが発泡ゴムである実施形態も本発明に含まれる。さらに、第２実施形態では、ゴム部材１１Ａが低硬度ソリッドゴムであり、ゴム部材１１Ｂが高硬度ソリッドゴムである場合を例に挙げて説明したが、このような組み合わせに限定するものではない。例えば、ゴム部材１１Ａが高硬度ソリッドゴムであり、ゴム部材１１Ｂが低硬度ソリッドゴムである実施形態も本発明に含まれる。かかる実施形態では、図１４に示されている収容部１１ｈや移動規制手段である壁状部１６ａがゴム部材１１Ａに設けられ、当接領域１１ａを含む嵌合部１６ｂがゴム部材１１Ｂに設けられる。すなわち、図１４に示されている配置と上下が逆転した配置となる。かかる実施形態には、収容部１１ｈ，１１ｉへの雨水等の侵入をより効果的に防止できる利点がある。また、図１４に示されているゴム部材１１Ａが発泡ゴム又は溝付きゴムである実施形態も本発明に含まれる。
（５）上記第１実施形態及び第３実施形態では、嵌合部１１ｃ，１１ｆを２つ配置する場合を例に挙げて説明したが、嵌合部１１ｃ，１１ｆを３つ以上配置することもできる。また、第１実施形態及び第３実施形態では、嵌合部１１ｃ，１１ｆを車両２の長さ方向（車軸５ｂの長さ方向と直交する方向）に配置する場合を例に挙げて説明したが、車両２の長さ方向に代えて又は車両２の長さ向とともに車両２の幅方向（車軸５ｂの長さ方向）に配置することもできる。

１ 軌道
１ａ レール
２ 車両
３ 車体
４ 台車
５ 輪軸
５ａ 車輪
５ｂ 車軸
６ 軸受
７ 軸箱
７ａ 上面部
７ｂ 心棒
８ 台車枠
９ 軸ばね
１０ 防振装置
１１ ゴム部
１１Ａ，１１Ｂ ゴム部材
１１ａ 当接領域
１１ｂ スキン層
１１ｃ 嵌合部
１１ｄ 貫通孔
１１ｆ 嵌合部
１１ｇ 貫通孔
１１ｈ，１１ｉ 収容部
１２Ａ，１２Ｂ 金属板
１２ａ，１２ｂ 貫通孔
１３ 圧電センサ
１４Ａ，１４Ｂ 電極部
１４Ｃ 圧電ゴム部
１５ リード線
１６ａ 壁状部（移動規制手段）
１６ｂ 嵌合部
１７ ゴム膜

Claims (8)

1. 鉄道車両の走行振動を吸収するゴム部を有する防振装置であって、
   前記ゴム部は、一方側ゴム部材と他方側ゴム部材とを有し、前記一方側ゴム部材と前記他方側ゴム部材とが対向する面の間に挟み込まれた状態で、このゴム部に作用する荷重を検出する圧電センサを備えること、
   を特徴とする防振装置。
2. 請求項１に記載の防振装置であって、
   前記ゴム部は、前記鉄道車両の車体フレーム側部材に当接可能に配置される前記一方側ゴム部材と、前記鉄道車両の輪軸側部材に当接可能に配置される前記他方側ゴム部材と、を有する軸ばねゴムであること、
   を特徴とする防振装置。
3. 請求項１又は２に記載の防振装置において、
   前記ゴム部に荷重が作用したときに、前記一方側ゴム部材及び／又は前記他方側ゴム部材の前記圧電センサと接触している当接領域が前記荷重の作用方向と交差する方向へ移動することを規制する移動規制手段を備えること、
   を特徴とする防振装置。
4. 請求項３に記載の防振装置において、
   前記移動規制手段は、前記圧電センサの外周に沿って立設された壁状部により構成され、少なくとも前記当接領域よりも剛性が高いこと、
   を特徴とする防振装置。
5. 請求項３又は４に記載の防振装置において、
   前記一方側ゴム部材及び／又は前記他方側ゴム部材は、発泡ゴムよりなること、
   を特徴とする防振装置。
6. 請求項５に記載の防振装置において、
   前記当接領域は、前記発泡ゴムのスキン層の一部であること、
   を特徴とする防振装置。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の防振装置において、
   前記一方側ゴム部材の背面側及び／又は前記他方側ゴム部材の背面側には、金属板が固着され、
   前記一方側ゴム部材又は前記他方側ゴム部材は、対向する相手側ゴム部材よりも厚みが薄く形成されていること、
   を特徴とする防振装置。
8. 請求項７に記載の防振装置において、
   前記圧電センサから出力される電気信号を取り出すための電線が前記金属板に沿って配線されていること、
   を特徴とする防振装置。
   

Images