JP5007202B2 - Axle spring for vehicle - Google Patents
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Description
本発明は、鉄道車両、トラック、産業用車両等に用いられる軸ばね装置に係り、詳しくは、主軸とこれと互いに同一又はほぼ同一の軸心を有する外筒との間に、複数の弾性層と硬質隔壁とを前記軸心と同心又はほぼ同心状態で径内外方向で交互に積層する積層ゴム構造の弾性部が介装されて成る車両用軸ばねに関するものである。 The present invention relates to a shaft spring device used for railway vehicles, trucks, industrial vehicles, and the like, and more specifically, a plurality of elastic layers between a main shaft and an outer cylinder having the same or substantially the same axis. The present invention relates to a vehicular shaft spring in which an elastic portion of a laminated rubber structure is provided in which a hard rubber partition and a hard partition wall are alternately laminated concentrically or substantially concentrically with each other in the radial inner and outer directions.
この種の軸ばね装置は、例えば鉄道車両においては、その蛇行動や上下動時の衝撃を吸収緩和するために、台車枠と車軸側部材との間に介装されている。即ち、軸箱支持装置の一例としての軸ばね装置は、特許文献1の図5に示すように、主軸とその周囲に配置された外筒との間に、複数の中間硬質筒とゴム製で複数の弾性層とが同心状態で、かつ、半径方向に交互に積層されて軸ばね装置が構成されている。
For example, in a railway vehicle, this type of shaft spring device is interposed between the carriage frame and the axle side member in order to absorb and relieve the snake behavior and the impact during vertical movement. That is, as shown in FIG. 5 of
ここで、従来の一般的な軸ばねAは、図3に示すように、鉄道台車(装着対象の一例)29において車輪25の車軸26を支える車軸箱27を台車枠28に懸架支持させる手段であり、主軸30とその周囲に配置された外筒31との間に、複数の中間筒32,33と複数のゴム層34とが同心状態で、かつ、径方向に交互に積層されて軸ばね部35が構成されている。尚、37は主軸30に一体化されるストッパフランジである。
Here, as shown in FIG. 3, the conventional general shaft spring A is a means for suspending and supporting an
主軸30は、金属製のものであって、円錐筒状に形成され、その下端には車軸26の車箱27に固定するための筒状支軸部38が形成されている。この主軸30の周囲に配置される複数の中間筒32,33及び外筒31は、主軸30と同様に金属製のものであって、円錐筒状に形成されており、これらの筒は径方向で外側に向かうほど上方位置となるよう主軸30の軸心Qの方向にずれた状態で配置される。また、ゴム層34は、主軸30、中間筒32,33、及び外筒31の間に介在され、これらに加硫成形されて一体化されている。
The
ところで、この種の軸ばね装置の傾向としては、空車時等のような車体重量が小さいときの乗り心地や曲線走行時における輪重抜けのし難さをより強める等のために、軸ばね装置を構成する弾性層として柔らかいゴムを使用し、全体のばね定数を低く設定するケースが多い。しかしながら、全体のばね定数を低く設定すると、例えば、定員以上の大きな車体重量が負荷された場合、弾性層が大きく撓んで却って乗り心地が悪化したり、それら弾性層に亀裂やクリープの生じるおそれが強まる等、軸ばね装置耐久性や乗車感に悪影響が出易い傾向がある。 By the way, as a tendency of this type of shaft spring device, in order to increase the ride comfort when the weight of the vehicle body is small, such as when the vehicle is empty, and the difficulty of wheel load slipping during curving, etc. In many cases, soft rubber is used as the elastic layer constituting the, and the overall spring constant is set low. However, if the overall spring constant is set low, for example, when a large body weight exceeding the capacity is loaded, the elastic layer may be greatly bent and the ride comfort may deteriorate, or cracks and creep may occur in the elastic layer. There is a tendency that the durability of the shaft spring device and the feeling of riding tend to be adversely affected.
そこで、定員等の大荷重時の乗り心地向上、弾性層の亀裂やクリープを回避するためにばね定数を高く設定すると、今度は空車時等のような車体重量が小さいときの曲線走行時の追従性や乗り心地が悪化する。また、最近の輪重管理の点で各荷重時のばね定数が一定では輪重抜けし易いことや輪重調整に手間が掛る等の観点から、新車への採用が困難になる場合もあった。 Therefore, if the spring constant is set high in order to improve ride comfort under heavy loads, such as capacity, and avoid cracks and creep in the elastic layer, it will now follow the curve when the vehicle weight is small, such as when the vehicle is empty. Sexuality and ride comfort deteriorate. In addition, from the viewpoint of recent wheel load management, it may be difficult to adopt the new vehicle from the viewpoint of easy removal of the wheel load if the spring constant at each load is constant and troublesome adjustment of the wheel load. .
上記問題を解決するために、前記特許文献1の図1に示すように、主軸の上部に補助ばねを設け、低荷重域(空車時)では補助ばねが作用せず、定員又は定員付近の大なる車体重量になった高荷重域では、補助ばねが複数の弾性層と協働してばね作用を発揮する非線形ばね特性を有する構成の軸のばね装置も開示されている。また、特許文献2の図2に示されるように、主軸のフランジを大径化し、かつ、最内側の硬質隔壁(中間筒)を下方に延長させて、ある程度弾性部が撓むとフランジと最内側の硬質隔壁とが当接する構造(所謂メタルタッチ構造)として、非線形特性を出す工夫も試されている。
しかしながら、特許文献1の図1に示される手段では、弾性層とは別に補助ばねを必要とするため、部品点数の増加を伴うことになるとともに、補助ばねを主軸の上部に固定するためには、脱落しない適切な固定手段を用いなければならず、その固定作業も困難を要することが予想される。特許文献2に示される構成要素どうしを干渉させる手段では、干渉時の騒音の問題が残るとともに、摩耗や疲労を伴うものであって長期に安定した特性を得ることが困難であると思われる。
However, since the means shown in FIG. 1 of
本発明の目的は、上記実情に鑑みて、種々に変化するばね上重量の変化に拘らずに良好な乗り心地や揺れ軽減作用が発揮可能となる非線形特を、部品点数の増加を招くことが極力なく、また騒音や早期摩耗のおそれがなく耐久性にも優れる状態としながら得ることができる改善された車両用軸ばねを提供する点にある。 In view of the above circumstances, the object of the present invention may be to increase the number of parts, such as non-linear characteristics that can exhibit good riding comfort and vibration reduction action regardless of various changes in sprung weight. An object of the present invention is to provide an improved shaft spring for a vehicle that can be obtained as much as possible without causing a noise or premature wear and having excellent durability.
請求項1に係る発明は、主軸1とこれと互いに同一又はほぼ同一の軸心Pを有する外筒2との間に、複数の弾性層4と硬質隔壁5とを前記軸心Pと同心又はほぼ同心状態で径内外方向で交互に積層する積層ゴム構造の弾性部3が介装されて成る車両用軸ばねにおいて、
前記主軸1と前記外筒2との前記軸心P方向での相対移動によって膨縮され、かつ、懸架用の流体8で満たされる密閉室7を有して成る流体懸架機構bが装備され、
前記流体懸架機構bを有しない標準懸架状態と、前記流体懸架機構bを装備する複合懸架状態とが選択設定可能に構成され、
前記密閉室7が、前記外筒2の軸心P方向における一端を閉塞可能な閉塞部6と、前記主軸1と、前記弾性部3とで囲まれる空間部9で構成されるとともに、前記標準懸架状態においては前記閉塞部6が前記外筒2から取外されており、前記複合懸架状態では前記閉塞部6が前記外筒2に密封状態で装着され、
前記閉塞部6が、前記外筒2の上端部にOリング11を介して抜け止め状態で内嵌される板状部材に形成されていることを特徴とするものである。
In the invention according to
A fluid suspension mechanism b having a sealed
A standard suspension state without the fluid suspension mechanism b and a composite suspension state equipped with the fluid suspension mechanism b can be selected and set.
The sealed
The
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の車両用軸ばねにおいて、前記主軸1が中空部1eを有する筒状に形成されるとともに、前記主軸1の前記密閉室側端に前記中空部1eを閉塞させる栓10が装備されていることを特徴とするものである。
The invention according to
請求項3に係る発明は、請求項1又は2に記載の車両用軸ばねにおいて、前記主軸1の外周面1a、前記弾性部3、及び前記外筒2の内周面2aそれぞれの前記軸心Pに沿う方向での断面視形状が互いに同じ向きに揃えられたハ字状に形成され、かつ、前記弾性部3が前記軸心Pに沿う方向においては前記主軸1に対してその小径側に寄せて配置され、かつ、前記外筒2が前記軸心Pに沿う方向においては前記弾性部3に対してその小径側に寄せて配置されることで成るすり鉢状凹部9Aを有する円錐積層ゴム構造に構成されるとともに、前記密閉室7が前記すり鉢状凹部9Aに設けられていることを特徴とするものである。
According to a third aspect of the present invention, in the shaft spring for a vehicle according to the first or second aspect , the axial centers of the outer
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車両用軸ばねにおいて、前記流体が不凍液であることを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the vehicle axial spring according to any one of the first to third aspects, the fluid is an antifreeze liquid .
請求項1の発明によれば、主軸と外筒との軸心方向での相対移動によって動作する流体封入式の流体懸架機構が装備されているから、それによる明確な非線形特性が得られるようになるから、単にバネ定数を大きくする場合よりも乗り心地を改善しながら大荷重に耐えることができる優れた懸架性能を出すことが可能になる。その結果、種々に変化するばね上重量の変化に拘らずに良好な乗り心地や揺れ軽減作用が発揮可能となる非線形特を、部品点数の増加を招くことが極力なく、また騒音や早期摩耗のおそれがなく耐久性にも優れる状態としながら得ることができる改善された車両用軸ばねを提供することができる。尚、懸架用の流体としては、請求項4のように、市場に広く出回っていて購入し易く比較的廉価な不凍液を使用することができる。
According to the first aspect of the present invention, since the fluid-filled fluid suspension mechanism that operates by the relative movement of the main shaft and the outer cylinder in the axial direction is provided, a clear nonlinear characteristic can be obtained. As a result, it is possible to achieve superior suspension performance that can withstand a large load while improving the riding comfort as compared with simply increasing the spring constant. As a result, the non-linear characteristics that can provide good riding comfort and vibration reduction regardless of various changes in the sprung weight, without causing an increase in the number of parts, as well as noise and early wear. It is possible to provide an improved vehicle shaft spring that can be obtained while having no fear and excellent durability. As the fluid for suspension, as claimed in
請求項1の発明によれば、軸ばね部のみによる従来通りの標準懸架状態に設定して、比較的低荷重条件に適した仕様にできるとともに、軸ばね部と流体懸架機構との双方によって懸架する複合懸架状態に設定して、大荷重時にも良好な乗車感と踏ん張りが効く特性が出せて比較的大荷重条件に適した仕様にもできる使い勝手の良い車両用軸ばねを提供することができる。そして、請求項1のように、標準懸架状態の車両用軸ばねに、閉塞部と懸架用の流体とを加えるだけの簡単な構造によって複合懸架状態に設定できる手段が可能であり、それによって経済的に両仕様の使い分けが行える利点がある。この場合、請求項1のように、閉塞部を、円板部材とOリングという簡単で廉価な構成要素によって経済的に構築することが可能である。
According to the first aspect of the present invention, it is possible to set the standard suspension state as usual with only the shaft spring portion so that the specification is suitable for relatively low load conditions, and the suspension is performed by both the shaft spring portion and the fluid suspension mechanism. It is possible to provide an easy-to-use shaft spring for a vehicle that can be set to a complex suspension state, can provide a good ride feeling and a strutable characteristic even under heavy loads, and can have specifications suitable for relatively heavy load conditions. . Further, as in
請求項2の発明によれば、栓を加えることにより、外部連通する中空部を有する主軸、即ち、既に市場に出回っている現行品の主軸を設計変更無くそのまま用いることができ、生産性に優れるとか、ユーザーが有する現行品を用いて本発明品に改造できるといった利点が追加される。
According to the invention of
請求項3の発明によれば、断面ハ字状を呈する円錐積層ゴム構造の弾性部を有する構成によるすり鉢状凹部を利用して密閉室が設けられており、必要スペースの追加無く或いは少なくしながら十分な容積の密閉室を持つ合理的な複合懸架状態の車両用軸ばねが実現可能になる。
According to the invention of
以下に、本発明による車両用軸ばねの実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図1,2はそれぞれ実施例1,2による車両用軸ばねの断面図、図3は従来の軸ばね及びその鉄道台車への装着構造例を示す一部切欠きの側面図である。 Embodiments of a shaft spring for a vehicle according to the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 are cross-sectional views of the vehicle shaft springs according to the first and second embodiments, respectively, and FIG. 3 is a partially cutaway side view showing a conventional shaft spring and an example of a structure for mounting the shaft spring on a railcar.
実施例1による車両用軸ばねAは、図1に示すように、主軸1とこれと互いに同一(又はほぼ同一でも良い)の縦軸心Pを有する外筒2との間に、三層(複数の一例)の弾性層4と二層(複数の一例)の硬質隔壁5とを縦軸心Pと同心状態(又はほぼ同心状態でも良い)で径内外方向で交互に積層する積層ゴム構造の弾性部3が介装されて成る軸ばね部aと、この軸ばね部aの上部に一体的に装備される流体懸架機構bとで構成されている。
As illustrated in FIG. 1, the vehicle shaft spring A according to the first embodiment includes three layers (a
主軸1は、金属製のものであって、上窄まり状の円錐外周面1a、ストッパフランジ1b、下端開口1c、ネジ部1d(車軸の車箱に固定するために下端開口部1cに形成されるネジ部)、中空部1eを有する筒状部材に形成されている。外筒2は、下拡がり状の円錐内周面2a、上端内側の嵌合内周面2bを有する断面がハ字状の円錐筒に形成されている。外筒2は、主軸1に対してその上側(円錐外周面1a側)よりも上方に寄せて(軸心Pに沿う方向においては主軸1に対してその小径側に寄せて)配置されている。
The
弾性部3は、縦軸心Pを中心とする内外三層のゴム層(弾性層の一例)4A,4B,4Cと、同様に内外二層の硬質隔壁5A,5Bとから成り、円錐外周面1aと円錐内周面2aとの間に介装される状態で主軸1と外筒2とに亘って装備されている。各硬質隔壁5は鋼板等の金属板や強化プラスチック等から形成される。各ゴム層4及び各硬質隔壁5は、いずれも縦軸心Pに沿う方向での断面視形状がハ字状を呈するテーパ円筒状のものに形成されている。
The
つまり、軸ばね部aは、主軸1の外周面1a、弾性部3、及び外筒内周面2aそれぞれの縦軸心Pに沿う方向での断面視形状が互いに同じ向きに揃えられたハ字状に形成され、かつ、弾性部3が縦軸心Pに沿う方向においては主軸1に対してその小径側に寄せて配置され、かつ、外筒2が縦軸心Pに沿う方向においては弾性部3に対してその小径側に寄せて配置される円錐積層ゴム構造に構成されている。
In other words, the shaft spring portion a has a letter C in which the cross-sectional shapes in the direction along the longitudinal axis P of each of the outer
流体懸架機構bは、外筒2の縦軸心P方向における一端を閉塞してその閉塞部6と主軸1との間に密閉室7を形成し、かつ、その密閉室7に懸架用の流体8を封入することで構成されている。つまり、車両用軸ばねAには、主軸1と外筒2との縦軸心P方向での相対移動によって膨縮され、かつ、懸架用の流体8で満たされる密閉室7を有して成る流体懸架機構bが装備されているのである。
The fluid suspension mechanism b closes one end in the direction of the longitudinal axis P of the
詳述すると、主軸1の上端には、中空部1eを閉塞させるための栓10が装備されるとともに、外筒2の上端には、Oリング11を介することで外筒上端を密封閉塞するための円板蓋(板状部材の一例)6が閉塞部として内嵌装備されている。従って、外筒2と円板蓋6と弾性部3と栓10(主軸1)とで囲まれる空間部9によって密閉室7が形成されており、その密閉室7に不凍液(流体の一例)8を空隙なく封入させて満たすことにより、液体封入式の流体懸架機構bが構成されている。
More specifically, the upper end of the
主軸1の外周面1a、弾性部3、及び外筒2の内周面2aそれぞれの軸心Pに沿う方向での断面視形状が互いに同じ向きに揃えられたハ字状に形成され、かつ、弾性部3が軸心Pに沿う方向においては主軸1に対してその小径側に寄せて配置され、かつ、外筒2が軸心Pに沿う方向においては弾性部3に対してその小径側に寄せて配置されることで成るすり鉢状凹部9Aが形成されている。即ち、すり鉢状凹部9Aは空間部9の一部である。
The outer
車両用軸ばねAは、図2に示す実施例2のように、流体懸架機構bを有しない標準懸架状態のものと、流体懸架機構bを装備する複合懸架状態(図1参照)のものとが選択設定可能に構成された車両用軸ばねAでも良い。即ち、密閉室7が、外筒2の軸心P方向における一端を閉塞可能な閉塞部6と、主軸1と、弾性部3とで囲まれる空間部9で構成されるとともに、標準懸架状態においては閉塞部6が外筒2から取外されており(図2参照)、複合懸架状態では閉塞部6が外筒2に密封状態で装着されている(図1参照)のである。
As in the second embodiment shown in FIG. 2, the vehicle shaft spring A includes a standard suspension state without the fluid suspension mechanism b and a composite suspension state (see FIG. 1) equipped with the fluid suspension mechanism b. May be a vehicle shaft spring A configured to be selectively set. That is, the sealed
円板蓋6は、Oリング11を介して外筒2に内嵌されており、図1に示すように外筒2に内嵌装備される装着状態と、図2に示すようにOリング11と共に外筒2から取外された取外し状態とを選択設定可能に構成されている。円板蓋6が外筒2に内嵌装備される複合懸架状態では、図1に示すように、台車枠28の受止め支持部28Aが外筒2及び円板蓋6の上側に位置しており、密閉室7の圧力が上昇しても円板蓋6の外筒2からの上方への(軸心Pに沿って主軸1から離れる方向への)抜け出しを阻止する構成となっている。そして、標準懸架状態で良い場合には、図2に示すように、円板蓋6及びOリング11が装着されない状態の外筒2を用いて車両用軸ばねAとする。
The
この車両用軸ばねAは、荷重条件が比較的緩い場合(荷重が軽い場合)には、軸ばね部a(弾性部3)のみによって弾性懸架される標準懸架状態(図2参照)に設定し、荷重条件が厳しい場合(荷重が重い場合)には、軸ばね部a(弾性部3)と流体懸架機構bとの双方によって弾性懸架される複合懸架状態(図1参照)に設定することができる。 The vehicle shaft spring A is set to a standard suspension state (see FIG. 2) in which the vehicle is elastically suspended only by the shaft spring portion a (elastic portion 3) when the load condition is relatively loose (when the load is light). When the load condition is severe (when the load is heavy), a composite suspension state (see FIG. 1) in which the suspension is elastically suspended by both the shaft spring portion a (elastic portion 3) and the fluid suspension mechanism b can be set. it can.
密閉室7に満たされる液体(不凍液)8は非圧縮性であり、車両用軸ばねAに作用する荷重が変動しても密閉室7の体積(容積)は一定に保つようになるため、複合懸架状態では、荷重が増すと弾性部3が通常の弾性変形をするだけでなく、下方への膨らみ変形も加味されるモード(変形モード)となる。そして、車両用軸ばねAとしての挙動は、鉄道車両の荷重によるゴム層4A,4B,4C本来の弾性変形と、不凍液8が容積一定を保つために密閉室7が弾性層4を押出す変形とが合成された挙動(複合挙動)となり、非線形特性が明確化されるようになる。
The liquid (antifreeze) 8 filled in the sealed
つまり、標準懸架状態では、弾性部3の弾性変形では僅かに非線形特性(弾性変形量が増すに連れてバネ定数も大きくなる特性)が生じる程度であって殆ど線形特性を呈するが、流体懸架機構bが加味される複合懸架状態では、明確な非線形特性が得られる。しかも、標準懸架状態の車両用軸ばねAに、円板蓋6とOリング11と流体(不凍液)8とを加えるだけの簡単な構造によって複合懸架状態に設定(切換)できるので、干渉を伴う非線形ゴムばねと比較して経年変化が小さく、初期性能が維持され易い利点がある。
In other words, in the standard suspension state, the elastic deformation of the
〔別実施例〕
主軸1、外筒2、弾性部3が軸心Pに沿う平行な円筒形を呈する軸ばねや、密閉室7が主軸1の下方に配置される形状の軸ばねでも良い。複合懸架状態における密閉室7に満たされる流体は、砂等の粉体、作動油(オイル)等の不凍液以外の液体や、空気、窒素等の気体(ガス)を用いても良い。また、車両用軸ばねは、エンジンを車体に防振支持するエンジンマウントとして使うことも可能である。
[Another Example]
The
1 主軸
1a 外周面
1e 中空部
2 外筒
2a 内周面
3 弾性部
4 弾性層
5 硬質隔壁
6 閉塞部
7 密閉室
8 懸架用の流体
9 空間部
9A すり鉢状凹部
10 栓
11 Oリング
A 車両用軸ばね
P 軸心
b 流体懸架
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記主軸と前記外筒との前記軸心方向での相対移動によって膨縮され、かつ、懸架用の流体で満たされる密閉室を有して成る流体懸架機構が装備され、
前記流体懸架機構を有しない標準懸架状態と、前記流体懸架機構を装備する複合懸架状態とが選択設定可能に構成され、
前記密閉室が、前記外筒の軸心方向における一端を閉塞可能な閉塞部と、前記主軸と、前記弾性部とで囲まれる空間部で構成されるとともに、前記標準懸架状態においては前記閉塞部が前記外筒から取外されており、前記複合懸架状態では前記閉塞部が前記外筒に密封状態で装着され、
前記閉塞部が、前記外筒の上端部にOリングを介して抜け止め状態で内嵌される板状部材に形成されている車両用軸ばね。 Laminated rubber in which a plurality of elastic layers and hard partition walls are alternately laminated in the inner and outer directions concentrically or substantially concentrically with the shaft center between the main shaft and the outer cylinder having the same or substantially the same shaft center. A vehicle shaft formed by interposing an elastic portion of the structure,
A fluid suspension mechanism is provided that has a sealed chamber that is inflated and contracted by relative movement of the main shaft and the outer cylinder in the axial direction and is filled with a suspension fluid ;
A standard suspension state without the fluid suspension mechanism and a composite suspension state equipped with the fluid suspension mechanism are configured to be selectable and settable,
The sealed chamber includes a closed portion that can close one end in the axial direction of the outer cylinder, a space portion surrounded by the main shaft, and the elastic portion, and the closed portion in the standard suspension state. Is removed from the outer cylinder, and in the combined suspension state, the closing portion is attached to the outer cylinder in a sealed state,
A vehicle shaft spring in which the closing portion is formed in a plate-like member that is fitted in an upper end portion of the outer cylinder via an O-ring in a retaining state .
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