JP2021089026A

JP2021089026A - 円筒積層ゴム及びそのばね特性の調整方法

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Publication number: JP2021089026A
Application number: JP2019219415A
Authority: JP
Inventors: 篠原　克行; Katsuyuki Shinohara; 克行篠原
Original assignee: Nitta Chemical Industrial Products Co Ltd
Current assignee: Nitta Chemical Industrial Products Co Ltd
Priority date: 2019-12-04
Filing date: 2019-12-04
Publication date: 2021-06-10

Abstract

【課題】様々な非線形ばね特性の要求に対応可能な軸箱支持装置の円筒積層ゴム及びそのばね特性の調整方法を提供することを目的とする。【解決手段】主軸１と、主軸１と同一の軸心Ｏを有する外筒２と、主軸１及び外筒２の間に介装される、積層ゴム構造を有する弾性部３とを備え、弾性部３が間隙部４，４を挟んで軸心Ｏを中心に対向配置された軸箱支持装置の円筒積層ゴムであって、間隙部４において、主軸１から半径方向外方へ延びる規制部９を有する規制部材７を備え、規制部材７は主軸１に着脱可能とされた構成とする。【選択図】図２

Description

本発明は、鉄道車両の軸箱支持装置に用いられる円筒積層ゴム及びそのばね特性の調整方法に関するものである。

鉄道車両の台車は、台車枠を輪軸に対して弾性支持する軸箱支持装置を備える。これにより、車体の上下振動を緩和するとともに、高速での走行安定性を良好に維持可能とされる。軸箱支持装置としては、ウイング式軸箱支持装置（特許文献１の図１及び図２参照）や、タンデム式軸箱支持装置（特許文献１の図７参照）が知られている。これら軸箱支持装置の軸ばねとして、コイルバネや円筒積層ゴムが用いられる。

円筒積層ゴムは、特許文献１の図１〜図３に示すように、主軸と、前記主軸と同一の軸心を有する外筒と、前記主軸及び外筒の間に介装される、積層ゴム構造を有する平面視で扇状に形成された弾性部とを備える。一対の弾性部が間隙部を挟んで前記軸心を中心に対向配置される。

したがって、円筒積層ゴムは、弾性部が設けられた方向（以下、弾性部方向という。）のばね定数は間隙部が設けられた方向（間隙部方向という。）のばね定数よりも大きくなるという異方性のばね特性を備える。たとえば、円筒積層ゴムを鉄道車両に組み入れる際に、弾性部の形成方向をレール方向に合せ、間隙部の形成方向をレールの左右方向に合せる場合、台車の前後方向のばね定数を大きくすることで輪軸を平行に維持し、左右方向のばね定数を小さくすることで車両横揺れ時の衝撃を緩和することが可能となる。

上記構成の円筒積層ゴムでは、弾性部方向も間隙部方向も線形のばね特性を備える。したがって、間隙部方向に外力が加わった場合に、変位が大きくなりすぎ、乗り心地性に影響を与えるという問題があった。上記問題を解決するため、特許文献２の図８には、内筒に突起部が形成された円筒積層ゴムが開示されている。これにより、間隙部方向のばね特性は非線形となり、間隙部方向への大変位を防止することが可能となる。

特開２０１４−１３１８９７号公報特開２００８−２４７２２９号公報

しかしながら、要求される非線形のばね特性は各車両メーカーによって異なる。上記構成の円筒積層ゴムでは、車両メーカーごとの要求に合わせた突起部を内筒に形成する必要があった。そして、円筒積層ゴムの作製後は、ばね特性を変更することが実質困難であるという問題があった。

そこで、本発明では、様々な非線形ばね特性の要求に対応可能な軸箱支持装置の円筒積層ゴム及びそのばね特性の調整方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様として、主軸と、外筒と、前記主軸及び外筒の間に介装される、積層ゴム構造を有する弾性部とを備え、前記弾性部が間隙部を挟んで軸心を中心に対向配置された軸箱支持装置の円筒積層ゴムであって、前記間隙部において、前記主軸から半径方向外方へ延びる規制部を有する規制部材を備え、前記規制部材は前記主軸に着脱可能とされた構成とする。

前記規制部材は、前記主軸に外嵌可能な環状部と、前記環状部に接続された前記規制部とを備えた構成としてもよい。

前記主軸の上端部に、前記環状部が嵌合可能な小径部が形成された構成としてもよい。

前記規制部は、金属材料、樹脂材料及びゴム弾性体のいずれか１種又は２種以上を組み合わせて構成してもよい。

主軸と、外筒と、前記主軸及び外筒の間に介装される、積層ゴム構造を有する弾性部とを備え、前記弾性部が間隙部を挟んで軸心を中心に対向配置された軸箱支持装置の円筒積層ゴムのばね特性の調整方法として、前記間隙部において、前記主軸から半径方向外方へ延びる規制部を備えた規制部材を前記主軸に取付けるにあたり、前記規制部の構成材料及び半径方向長さを調整することで円筒積層ゴムのばね特性を調整するようにしてもよい。

本発明の一態様に係る円筒積層ゴムによれば、規制部を備えた規制部材を円筒積層ゴムとは別体に設け、これを主軸に後付けするようにしたため、様々な非線形ばね特性の要求に対応することが可能となる。また、規制部材を取り換えることで円筒積層ゴムのばね特性を変更することも可能となる。

本発明に係る円筒積層ゴムの実施形態を示す平面図図１のＡ−Ｏ−Ｂ断面図図１における規制部材を示す斜視図規制部材の位置決め手段の一例を示す模式図本発明に係る円筒積層ゴムのばね特性を示すグラフ規制部材の変形例を示す平面図

以下、本発明の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円筒積層ゴムは、鉄道車両の軸箱支持装置の軸ばねとして用いられる。図１は、本発明に係る円筒積層ゴムの実施形態を示す平面図であり、図２は、図１のＡ−Ｏ−Ｂ線断面図であり、図３は図１で用いられる規制部材を示す斜視図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態にかかる円筒積層ゴムは、主軸１と、主軸１と同一の軸心Ｏを有する外筒２と、主軸１及び外筒２の間に介装される、積層ゴム構造を有する弾性部３とを備える。弾性部３は間隙部４を挟んで軸心Ｏを中心に対向配置される。図１において、弾性部３、３の中央及び軸心Ｏを通過する線方向が弾性部方向Ｘ、間隙部４、４の中央及び軸心Ｏを通過する線方向が間隙部方向Ｙとされる。

弾性部３は、ゴム層５と、金属製の硬質板６とが径方向に交互に積層されてなる。硬質板６は平面視で円弧状に湾曲した板で、半径の異なる複数枚が使用される。弾性部３及び間隙部４は、主軸１と、外筒２との間で、平面視で略扇状に形成される。ゴム層５及び硬質板６は、半径方向外側に位置するものほど、軸心方向Ｏの高さが段階的に低くなるように形成される。

図２及び図３に示すように、円筒積層ゴムは主軸１に着脱可能な規制部材７を備える。規制部材７は、主軸１に外嵌される環状部８と、環状部８に接続された規制部９とを備える。規制部９は主軸１の表面に沿って面で当接するように湾曲板状に形成された基部１１と、基部１１から半径方向外方へ突出する突出部１２とを備える。突出部１２は、環状部８において対向する位置に一対形成される。突出部１２は、略直方体形状とされ、突出部１２の半径方向外面は、当接する外筒２の内周面に対応した凸曲面とされる。

規制部９は、基部１１上端において環状部８の下面に接続される。環状部８と基部１１の半径方向外面（以下、外面と略する。）は面一になるように形成され、半径方向の厚みは基部１１よりも環状部８が肉厚に形成される。すなわち、環状部８の半径方向内面（以下、内面と略する。）が基部１１の内面よりも内方へ突出した形状とされる。

主軸１は筒状に形成され、その上端部は他の部分よりも外径が小さい小径部１３とされる。小径部１３は、環状部８が嵌合可能な大きさに形成される。円筒積層ゴムは、主軸１、外筒２及び弾性部３が一体的に加硫成形された後に、主軸１の小径部１３に規制部材７の環状部８が嵌装される。環状部８は、小径部１３の下端に形成される段差部１５によって主軸１に係止される。なお、規制部材７は、突出部１２の突出方向が間隙部方向Ｙに平行になるようにして主軸１に装着される。

突出部１２の突出方向を間隙部方向Ｙに合せるために、位置決め手段を設けることも可能である。一例として、図４に示すように、位置決め手段は、本体部８の下面には下方に突出する凸部１４と、段差部１５に形成される凹部１６とで構成することができる。この場合、凹部１６は凸部１４が嵌合可能な大きさとされる。また、規制部材７は締結部材によって主軸１に固定することもできる。たとえば、環状部８及び／又は基部１１の下端部に貫通孔を形成し、対応する主軸１部分にネジ孔を形成して締結部材を締結することができる。

図５は、上記構成の円筒積層ゴムのばね特性を示すグラフである。グラフは、円筒積層ゴムのたわみに対する荷重の関係（ばね特性）を示しており、線ａは弾性部方向Ｘのばね特性を、線ｂは間隙部方向Ｙのばね特性を、線ｃは上下方向のばね特性をそれぞれ示す。図示のごとく、線ｂは非線形ばね特性を示しており、ばね定数（傾斜）の変わる点αの位置は突出部１２の長さに依存する。

突出部１２の長さが短いと点αはグラフ右側にシフトし、突出部１２の長さが長くなると点αはグラフ左側にシフトする。なお、突出部１２が外筒２に当接する長さの場合は、点αは原点にシフトし、結果的に最初からばね定数の大きい線形ばね特性を示す。本実施形態では突出部１２として金属材料を使用しているが、ゴム弾性体から構成することも可能である。この場合、線ｂにおいて、点αより右側の線の傾斜が緩やかになる。

突出部１２を、金属材料、樹脂材料及びゴム弾性体を１種又は２種以上を組み合わせて形成することも可能である。たとえば、一例として、図６に示すように、突出部１２を半径方向で二分し、半径方向外側１２ａをゴム弾性体で構成し、半径方向内側１２ｂを金属材料で構成することができる。上述のごとく、規制部材７の突出部１２の半径方向長さ及び突出部１２の構成材料を調整することで円筒積層ゴムのばね特性を調整することが可能となる。また、規制部材７を取り換えることにより、円筒積層ゴムのばね特性を変更することもできる。

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、本実施形態においては、主軸１の上端部に小径部１３を設け、これに環状部８を嵌合しているが、規制部材７を主軸１に取り付ける方法はこれに限らず、たとえば、主軸１に小径部１３を設けることなく、環状部８の内面に上下方向に複数の凸条部を形成し、主軸１の外周面に凸条部に対応する位置に凹溝部を形成して嵌合するようにしてもよい。

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。

１主軸
２外筒
３弾性部
４間隙部
５ゴム層
６硬質板
７規制部材
８環状部
９規制部
１１基部
１２突出部
１３小径部
１４凸部
１５段差部
１６凹部

Claims

主軸と、外筒と、前記主軸及び外筒の間に介装される、積層ゴム構造を有する弾性部とを備え、前記弾性部が間隙部を挟んで軸心を中心に対向配置された軸箱支持装置の円筒積層ゴムであって、前記間隙部において、前記主軸から半径方向外方へ延びる規制部を有する規制部材を備え、前記規制部材は前記主軸に着脱可能とされた円筒積層ゴム。
前記規制部材は、前記主軸に外嵌可能な環状部と、前記環状部に接続された前記規制部とを備えた請求項１に記載の円筒積層ゴム。
前記主軸の上端部に、前記環状部が嵌合可能な小径部が形成された請求項１又は２に記載の円筒積層ゴム。
前記規制部が、金属材料、樹脂材料及びゴム弾性体のいずれか１種又は２種以上を組み合わせてなる請求項１〜３のいずれか一項に記載の円筒積層ゴム。
主軸と、前記主軸と同一の軸心を有する外筒と、前記主軸及び外筒の間に介装される、積層ゴム構造を有する弾性部とを備え、前記弾性部が間隙部を挟んで前記軸心を中心に対向配置された軸箱支持装置の円筒積層ゴムのばね特性の調整方法であって、前記間隙部において、前記主軸から半径方向外方へ延びる規制部を備えた規制部材を前記主軸に取付けるにあたり、前記規制部の構成材料及び半径方向長さを調整することで円筒積層ゴムのばね特性を調整する方法。