JP2016223457A

JP2016223457A - 懸架装置用ストッパ

Info

Publication number: JP2016223457A
Application number: JP2015106969A
Authority: JP
Inventors: 永二郎本多; Eijiro Honda; 藤本　賢二; Kenji Fujimoto; 賢二藤本
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2015-05-27
Filing date: 2015-05-27
Publication date: 2016-12-28
Also published as: EP3098472A1; EP3098472B1; CN106184266A

Abstract

【課題】ソフトで良好な乗り心地の実現が可能でありながら、大荷重時には踏ん張りが効いて耐えることができるように、より改善された懸架装置用ストッパを提供する。【解決手段】ばね上側の上支持部２Ｂと、ばね下側の下支持部４と、上支持部２Ｂと下支持部４とを相互に連結する弾性体５とを備え、弾性体５における上支持部２Ｂと下支持部４との一方への連結面の中心域に、上支持部２Ｂと下支持部４との他方に向けて窪んだ凹み空所１２が形成されている懸架装置用ストッパにおいて、弾性体５の内部に、上支持部２Ｂと下支持部４とを結ぶ方向に延びる剛体Ｇが装備されている。剛体Ｇは、弾性体５の中心域における凹み空所１２に上下方向で直列となる中央箇所に円柱棒１３として配備される。【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両やトラック・バスなど走行車両に好適な懸架装置用ストッパに係り、詳しくは、ばね上側の上支持部と、ばね下側の下支持部と、上支持部と下支持部とを相互に連結する弾性体とを備え、弾性体における上支持部と下支持部との一方への連結面の中心域に、上支持部と前記下支持部との他方に向けて窪んだ凹み空所が形成されている懸架装置用ストッパに関するものである。

この種のストッパ（懸架装置用ストッパ）としては、特許文献１において開示された空気ばね装置用のものが知られている。この空気ばね装置は、ダイヤフラムを用いた空気ばねと、その下のゴム塊による弾性体とからなる構造のものであり、好適な使用例としては、鉄道車両と台車との上下間に設けられることが挙げられる。

空気ばね装置においては、通常は、主として空気ばねが懸架装置として機能し、弾性体は補助的なものとなっている。しかしながら、ダイヤフラムがパンクするなど、空気ばねの空気が抜けたデフレート状態になるときには、弾性体のみによる懸架装置となってしまう。そのため、弾性体のみでも大なる荷重に暫くは耐える特性を持たす必要がある。

例えば、前述した営業走行中の不測のパンク時には、とりあえずその日は走り続けなければならないという状況が考えられる。このような場合には、たとえ空気ばねが機能せず、弾性体のみによる懸架状態（故障状態）になっても、乗客には関係のないことであって、できる限り乗車感を損なわないようにする必要がある。また、営業走行終了後に駅から車庫入れする際には意図的にデフレート状態にすることもある。

特許文献１にて開示される従来の懸架装置用ストッパは、上下方向に軟らかいばね特性が付与されており、パンクなどによるデフレート時においても、良好な乗り心地が確保されるようになっている。しかしながら、満員時のカーブ走行など、大荷重が作用するときには踏ん張りが効かず、沈み込んで懸架にならないことが予測される。

特開２０１２−０７２８２５号公報

本発明の目的は、ソフトで良好な乗り心地の実現が可能でありながら、大荷重時には踏ん張りが効いて耐えることができるように、より改善された懸架装置用ストッパを提供する点にある。

請求項１に係る発明は、ばね上側の上支持部２Ｂと、ばね下側の下支持部４と、前記上支持部２Ｂと前記下支持部４とを相互に連結する弾性体５とを備え、
前記弾性体５における前記上支持部２Ｂと前記下支持部４との一方への連結面の中心域に、前記上支持部２Ｂと前記下支持部４との他方に向けて窪んだ凹み空所１２が形成されている懸架装置用ストッパにおいて、
前記弾性体５の内部に、前記上支持部２Ｂと前記下支持部４とを結ぶ方向に延びる剛体Ｇが装備されていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の懸架装置用ストッパにおいて、
前記剛体Ｇは、前記弾性体５の中心域における前記凹み空所１２に上下方向で直列となる中央箇所に配備されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の懸架装置用ストッパにおいて、
前記剛体Ｇは、前記中央箇所における前記凹み空所１２の反対側に寄せて配置されていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項２に記載の懸架装置用ストッパにおいて、
前記剛体Ｇは、前記中央箇所における前記凹み空所１２の側に寄せて配置されていることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１に記載の懸架装置用ストッパにおいて、
前記剛体Ｇは、前記凹み空所１２よりも大径となる環状のものとして設けられていることを特徴とするものである。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載の懸架装置用ストッパにおいて、
前記剛体Ｇは、前記凹み空所１２と同等の高さレベルにて配置されていることを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項１〜６の何れか一項に記載の懸架装置用ストッパにおいて、
前記弾性体５は、その高さ方向で中間部分の径が最大となる略樽形の外郭形状を呈する状態に形成されていることを特徴とする。

請求項１〜７の発明によれば、弾性体に剛体を内装したことにより、上下方向の変位を規制することができ、変位が増すに連れてばね定数が大きくなる非線形特性を無理なく実現させることが可能である。即ち、懸架ストロークが少ない範囲では比較的小さいバネ定数によりソフトな乗り心地が得られながらも、大荷重が作用した場合には大きいバネ定数により、踏ん張りが効いた腰のある懸架装置が実現可能になる。
その結果、ソフトで良好な乗り心地の実現が可能でありながら、大荷重時には踏ん張りが効いて耐えることができるように、より改善された懸架装置用ストッパを提供することができる。
なお、弾性体がゴムからなる場合には、剛体の内装により、弾性体を形成するゴムの加硫時間を短くでき、生産性の点でも好ましい。

請求項２の発明のように、弾性体の中心域における凹み空所に上下方向で直列となる中央箇所に剛体を配備してもよく、その剛体を、請求項３の発明のように、凹み空所の反対側に寄せて配置するとか、請求項４の発明のように、凹み空所の側に寄せて配置する手段も可能である。

請求項５の発明のように、凹み空所よりも大径となる環状のものとして剛体を設けるとか、その環状の剛体を、請求項６の発明のように、凹み空所と同等の高さレベルにて配置する手段も可能である。また、請求項７の発明のように、高さ方向で中間部分の径が最大となる略樽形の外郭形状を呈する弾性体を持つストッパも好都合である。

懸架装置用ストッパを示す縦断面図（実施形態１）図１のストッパに荷重が作用して変形した状態を示す縦断面図実施形態１のストッパと従来のストッパとの性能曲線を示す図表実施形態２によるストッパの縦断面図であって、（ａ)は自由状態、（ｂ）は荷重作用状態実施形態３によるストッパの縦断面図であって、（ａ)は自由状態、（ｂ）は荷重作用状態実施形態４によるストッパの縦断面図であって、（ａ)は自由状態、（ｂ）は荷重作用状態参考従来例によるストッパの縦断面図であって、（ａ)は自由状態、（ｂ）は荷重作用状態実施形態２〜４、及び参考従来例の各ストッパの性能曲線を示す図表鉄道車両用の懸架装置の例を示す縦断面図従来のストッパの縦断面図であって、（ａ)は自由状態、（ｂ）は荷重作用状態

以下に、本発明による懸架装置用ストッパの実施の形態を、鉄道車両に好適な空気ばねを有する懸架装置用ストッパについて、図面を参照しながら説明する。実施形態２〜４、参考従来例、実施形態１と同じ部分には同じ符号を付け、その説明は割愛する。

図９に鉄道車両用の懸架装置（以下、単に「懸架装置」と略称する）Ｋが示されている。この懸架装置Ｋは、車体側の上支持板１と、その下方に配置される中間支持部２とに亘ってゴム製のダイヤフラム３を設けて成る空気ばね部ａと、中間支持部２とこれの下方に配置される台車側の下支持部４との上下間に弾性体５を介装して成る弾性機構ｂであるストッパＡとを備えて構成されている。
上支持板１は、その中心であって縦向きの軸心Ｐを有する筒ボス部１ｅを介して鉄道車体（図示省略）に支持され、下支持部４は、その中心であって軸心Ｐを有する筒軸４Ｃを介して台車（図示省略）に支持される。

上支持板１は、上円板１ａ、下円板１ｂ、有底筒部１ｃ、上受座１ｄ、筒ボス部１ｅ等を有して成る円盤状のものに構成されている。上円板１ａ及び下円板１ｂは、共に上下方向視で円形を呈する鋼板であって、上下に重ねられてその中心部に筒ボス部１ｅが通されている。有底筒部１ｃは、下円板１ｂの下面に固着される深皿状の鋼板であり、上受座１ｄは、有底筒部１ｃの径外側において下円板１ｂの下面側に一体化されるリング状でゴム製のものである。

軸心Ｐを有する筒ボス部１ｅは、上下円板１ａ，１ｂ及び有底筒部１ｃを貫通する状態で固着されている。上受座１ｄは、有底筒部１ｃの外周面には薄膜状で、かつ、下円板１ｂの下面内側には厚肉状に形成されるとともに径外側ほど下方に厚くなる形状（略鉢伏形状）に形成されている。有底筒部１ｃの下面には、ステンレス材製で円環状を呈する被滑り板６が接着等によって一体化されている。

ダイヤフラム３は、下円板１ｂと有底筒部１ｃと上受座１ｄとで形成される上隅角部（軸心Ｐに関してリング状を呈する）に圧入的に嵌合される上ビード部３ａ、広い面積でもって上受座１ｄで受け止められる円板上部３ｂ、最も横方向に張り出す本体部３ｃ、及び、中間支持部２に嵌合される下ビード部３ｄを有して形成されている。

下ビード部３ｄは、本体円板２Ａの外周面２ａと、フランジ部２Ｆの外周部に嵌合装着されるアタッチメントリング７とによって形成される下隅角部（軸心Ｐに関してリング状を呈する）に圧入的に嵌合される。つまり、自動車のタイヤとホイールとの関係のように、上支持板１と中間支持部２との双方にダイヤフラム３がボルト等の締結構造無しに嵌合装着される構造、いわゆる「セルフシール型ダイヤフラム」を持つ構造に構成されている。

中間支持部２は、外周面２ａ及びフランジ部２Ｆを有する金属製の本体円板２Ａと、本体円板２Ａの下面にボルト止めされる金属製の内周板２Ｂとを有して構成されている。フランジ部２Ｆの外周部に一体的に装備されるアタッチメントリング７は、内部に補強リング８を備えたゴム製のリング状部材である。本体円板２Ａの上面には、フッ素樹脂等の低摩擦材で成り円環状を呈する滑り板１１が一体装備されている。

下支持部４は、弾性体５が一体的に載置される載せ円板４Ａと、この載せ円板４Ａを内嵌状態で受止める略浅底皿状の支持円板４Ｂと、支持円板４Ｂに固着される前述の筒軸４Ｃとから成り、載せ円板４Ａはビス９とピン１０とを用いて支持円板４Ｂに固定されている。この下支持部４は軸心Ｐに関して円形を呈する部材である。
筒軸４Ｃには上下貫通する挿通孔４ｃが形成され、ゴム塊５における筒軸４Ｃ及び支持円板４Ｂの中心部分の上方には、挿通孔４ｃに連通する空間部である凹み空所１２が形成されている。

弾性体５は、下支持部（ばね下側の一例）４と、詳しくは載せ円板４Ａ及び支持円板４Ｂと、内周板（ばね上側の一例）２Ｂとのそれぞれに加硫接着される状態で、下支持部４と内周板２Ｂを相互に連結する状態で上下間に介装されるゴム塊で構成されている。
このゴム塊５は、下に行くに従って凸レンズ状に径が大きくなるが、下端近傍からほぼ下端に掛けては径が小さくなり、下端は再び拡がる下拡がり状を呈するとともに、上端も上拡がり状に形成されている。

つまり、弾性体５は、その高さ方向で中間部分、上下中間のやや下寄りの位置において径が最大となる略樽形、或いは半砂時計形の外郭形状を呈する状態に形成されている。
また、弾性体５には、内周板２Ｂの下面と載せ円板４Ａの上面とのそれぞれを覆う上下の環状薄膜部５ａ，５ｂが形成されている。

ストッパＡは、図１及び図９に示すように、弾性体５における下支持部４（「上支持部２Ｂと下支持部４との一方」の一例）への連結面の中心域に、上支持部２Ｂ（「上支持部２Ｂと前記下支持部４との他方」の一例）に向けて窪んだ凹み空所１２が形成される構成とされている。
そして、弾性体５の内部には、軸心Ｐに関する中央箇所（中心位置）で、かつ、上支持部２Ｂに接するまで近接させた状態で、金属等の硬質部材製の円柱棒１３（剛体Ｇの一例）が装備されている。円柱棒１３は中実断面を持つ丸棒であって、その底面１３ａは、凹み空所１２の上端から少し上に離れた位置となるように設定されている。

つまり、円柱棒１３は、弾性体５の中心域における凹み空所１２に上下方向で直列となる中央箇所に配備されているとともに、中央箇所における凹み空所１２の反対側（上側）に寄せて配置されている。図１では円柱棒１３は上支持部２Ｂに接触又は一体化されており、円柱棒１３と凹み空所１２との上下間には、上下に有る程度の長さのある弾性介装部５ｃが形成されている。
円柱棒１３の径と弾性体５の最大径との比率は、図面上からは１：７．５になっているが、この限りではない。また、円柱棒１３の上下長さと自由状態における弾性体５の上下幅との比率は、１：１．７になっているが、この限りではない。
凹み空所１２は、図１に示す半球体形状のものや、図４などに示されるように、半球体形状より深く抉られたような形状、或いはその他でも良い。

図２に、下向きに大なる荷重（例：１００ｋＮ負荷）が掛かって大きく弾性変形して圧縮されたストッパＡを示す。この変形後では、凹み空所１２が実質的に無くなっているが、その直上にある円柱棒１３が支えとなり、弾性体５としての過剰な圧縮変形が規制された好ましい状態が得られている。
比較として、図１０（ａ）に、剛体Ｇを持たない従来構造のストッパＡ’と、その圧縮変更後の状態を図１０（ｂ）にそれぞれ示す。図１０に示すストッパＡ’においては、図１に示すストッパＡと同じ部分には同じ符号を付け、その説明は割愛する。

図１，２に示す本発明によるストッパＡと、図１０（ａ），（ｂ）に示す従来のストッパＡ’との荷重と変位との関係グラフを図３に示す。いずれのストッパＡ，Ａ’でも、変位が６０ｍｍまでは互いに同じ変化を呈している。ところが、変位が６０ｍｍを超えると、従来品のストッパＡ’は引き続き穏やかに荷重が増加するのに対して、発明品のストッパＡは、荷重の増加勾配がきつくなって急激に立上る変化を見せており、明らかに異なる。
この図３に示す関係グラフから分かるように、図１に示す発明品のストッパＡにおいては、変位が増すほどバネ定数が大きくなる非線形特性（プログレッシブ特性とも言う）であるとともに、所定の変位量（図３では６０ｍｍ）において急激に傾きが大きくなってより非線形特性が強くなる変極点の存在する特性が得られている。

故に、弾性体５によるストッパＡのみであっても、懸架ストロークが少ない範囲では比較的小さいバネ定数によりソフトな乗り心地が得られながらも、大荷重が作用した場合には大きいバネ定数により、踏ん張りが効いた腰のある懸架装置が実現できている。
また、ゴム塊による弾性体５を持つストッパＡは、積層ゴム構造のストッパに比べて、中間プレートが無く高さもやや大きいものが多く、水平方向変位が大きくなって水平方向のばね定数が小さい（柔らかい）傾向がある。

弾性体５に剛体Ｇを内装してあることにより、次の１．〜４．の作用効果を奏することができる。
１．弾性体５に内装された剛体Ｇの存在により、外観は従来と変わらないものとしながら、変位が増すほどばね定数が大きくなる非線形特性が得られる。
２．剛体Ｇが金属製の場合、弾性体５に収容されているので防錆の必要が無い。
３．弾性体５を構成するゴムの容積が、剛体Ｇの容積分は低減されるので、加硫に要する時間の短縮が可能になる。
４．剛体Ｇを上支持部２Ｂや載せ円板４Ａに接触（又は一体化）させる構造（図１、図４、図６を参照）とした場合、加硫時に上支持部２Ｂや載せ円板４Ａから効率良く熱を受けるので、加硫に要する時間の短縮が可能になる。

ゴム塊でなる弾性体５を有するストッパＡ‘（図１０参照）では、その塊の構造故に加硫時間が長く掛かることがネックになっていた。剛体Ｇを弾性体５に収容する本発明のストッパＡでは、前述の作用効果３．と４．とにより、加硫時間を短縮できて生産性が向上するという利点も得られている。

〔実施形態２〕
実施形態２によるストッパＡは、図４に示すように、図１に示す円柱棒１３より大径の大径円柱棒１４が、上支持部２Ｂに寄せられた状態で内装されたものである。図４（ａ）は自由状態のストッパＡを、図４（ｂ）は圧縮時のストッパＡをそれぞれ示す。なお、大径円柱棒１４は、四角柱でも良い。

〔実施形態３〕
実施形態３によるストッパＡは、図５に示すように、図４に示す大径円柱棒１４を、凹み空所１２側にぎりぎりまで寄せて配置した構造のものである。図５（ａ）は自由状態のストッパＡを、図５（ｂ）は圧縮時のストッパＡをそれぞれ示す。この場合、弾性介装部５ｃは、大径円柱棒１４と上支持部２Ｂとの上下間に形成されている。

〔実施形態４
実施形態４よるストッパＡは、図６に示すように、剛体Ｇは、凹み空所１２よりも大径となる環状のもの、即ち、リング体１５として凹み空所１２を取り囲むように、軸心Ｐを中心とする状態で弾性体５の下部に内装されている。リング体１５は、縦断面形状が上下に矩形を呈しており、載せ円板４Ａに載せ付けられて凹み空所１２と同等の高さレベルに配置されている。図６（ａ）は自由状態のストッパＡを、図６（ｂ）は圧縮時のストッパＡをそれぞれ示す。

〔参考従来例〕
剛体Ｇを持たない従来のストッパＡ’を、参考従来例として図７に示す。図１０に示す従来例と基本同じであるが、高さ寸法が大きいものとなっている。図７（ａ）は自由状態のストッパＡ’を、図７（ｂ）は圧縮時のストッパＡ’をそれぞれ示す。なお、図７のストッパＡ’に作用する圧縮荷重は、図７のものより高さ寸法の小さい図１０に示す場合の圧縮荷重よりも大きい。

図８に、実施形態２〜４、及び参考従来例それぞれの変位と荷重との関係グラフを示す。この図８のグラフから、非線形特性に優れている順としては、実施形態３（図５）、実施形態２（図４）、実施形態４(図６）、参考従来例(図７）である。また、非線形特性については、実施形態３，２の構成によるもの（剛体Ｇを中心域に配備）が、実施形態４の構成によるもの（リング状の剛体Ｇを凹み空所１２の周りに配備）よりも効果的であることが見て取れる。

以上説明したように、本発明による懸架装置用ストッパＡにおいては、弾性体５に剛体Ｇを内装したことにより、とりわけ上下方向の変位を規制することができ、変位が増すに連れてばね定数が大きくなる非線形特性を、無理なく実現させることが可能である。また、剛体Ｇの内装により、弾性体５を形成するゴムの加硫時間を短くでき、生産性の点でも好ましい。
弾性体５内に剛体Ｇを設ける場所としては、上部、下部、それらの両方、がある。また、剛体Ｇと弾性体５とを接着するか非接着とするかは自由に選択できる。加硫接着も可能である。

剛体Ｇとしては、金属製、アルミ合金などの非鉄金属製、プラスチックなど種々の硬質部材の選択設定が可能である。

２Ｂ上支持部（内周板）
４下支持部
５弾性体（ゴム塊）
１２凹み空所
Ｇ剛体
Ａストッパ

Claims

ばね上側の上支持部と、ばね下側の下支持部と、前記上支持部と前記下支持部とを相互に連結する弾性体とを備え、
前記弾性体における前記上支持部と前記下支持部との一方への連結面の中心域に、前記上支持部と前記下支持部との他方に向けて窪んだ凹み空所が形成されている懸架装置用ストッパであって、
前記弾性体の内部に、前記上支持部と前記下支持部とを結ぶ方向に延びる剛体が装備されている懸架装置用ストッパ。
前記剛体は、前記弾性体の中心域における前記凹み空所に上下方向で直列となる中央箇所に配備されている請求項１に記載の懸架装置用ストッパ。
前記剛体は、前記中央箇所における前記凹み空所の反対側に寄せて配置されている請求項２に記載の懸架装置用ストッパ。
前記剛体は、前記中央箇所における前記凹み空所の側に寄せて配置されている請求項２に記載の懸架装置用ストッパ。
前記剛体は、前記凹み空所よりも大径となる環状のものとして設けられている請求項１に記載の懸架装置用ストッパ。
前記剛体は、前記凹み空所と同等の高さレベルにて配置されている請求項５に記載の懸架装置用ストッパ。
前記弾性体は、その高さ方向で中間部分の径が最大となる略樽形の外郭形状を呈する状態に形成されている請求項１〜６の何れか一項に記載の懸架装置用ストッパ。