JP5352363B2 - 車両用懸架装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両、バス、トラック自動車等に用いられる車両用懸架装置に係り、詳しくは、空気ばねと弾性ばねとを有して成る車両用懸架装置に関するものである。

この種の車両用懸架装置、即ち、車体側の上支持部、その下方に配置される下支持部、及びそれら両者に亘って配備される弾性材製のダイヤフラムを設けて成る空気ばねと、下支持部と台車側の受部との間に、複数の弾性層と複数の硬質隔壁とを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弾性ばねとを有する車両用懸架装置としては、特許文献１や特許文献２において開示されたものが知られている。

特許文献１にて開示される車両用懸架装置は、その図１を参照して、車体側の平円板状で上支持部としての外筒（１）とその下方の下支持部としての平円板状の内筒（２）とに跨るダイヤフラム（３）を備えて成る空気ばねと、内筒（２）と台車側の支持部材（４）との上下間に複数のゴム層（１５ｂ）と複数の金属板（１６）とが上下交に積層されて成る積層ゴム構造の弾性ばね（５）と、を有する鉄道車両用のものに構成されている。

特許文献２にて開示される車両用懸架装置は、その図１を参照して、車体側の平円板状で上支持部としての外筒（１）とその下方の縦軸心（Ｐ）を有する下支持部としての内筒（２）とに跨るダイヤフラム（３）を備えて成る空気ばねと、内筒（２）と台車側で円錐台状の支持部材（４）との間に、複数のゴム層（５Ａ〜５Ｃ）と複数の硬質隔壁（５ａ，５ｂ）とが互いに同心状態で径内外方向で交互に積層されて断面視形状がハ字状を呈する軸ばね構造（積層ゴム構造）の弾性ばね（５）と、を有する鉄道車両用のものに構成されている。

これらいずれの構造による車両用懸架装置における下支持部は、その外周部にてダイヤフラム下側のビード部を支持する機能と、弾性部のゴム層を受止めて支持する機能とを有する部材として構成されている。金属部品である下支持部は防錆や耐久性等から表面処理としては廉価ながら耐久性に富む焼付塗装が望ましい。しかしながら、弾性部のゴム層が加硫接着によって下支持部に嵌着されている構造上、その焼付塗装が困難であり、一般的な塗装が行われるに止まっている。

つまり、ゴム材は高温に耐えられる材料ではないため、焼付塗装の温度条件には適さないのである。そのため、下支持部が比較的発錆され易い傾向にあり、ビード部が嵌着される部分が錆ることによってダイヤフラムを傷付ける可能性があるとか、錆が進行して早期に空気ばねを交換しなければならず、メンテナンス費用が多く掛かるといった不都合を招き易いものであった。

特開２００７−０４６７１８号公報 特開２００６−３２９２８０号公報

本発明の目的は、早期の錆によるダイヤフラムの損傷や弾性ばねの早期交換、或いはそれらによるメンテナンスの面倒さやコストアップの回避が可能となるように、ダイヤフラムの下部ビード部を嵌着し、かつ、弾性部における端のゴム層を支持する複数機能部材である下支持部の表面処理が強化改善される車両用懸架装置を提供する点にある。

請求項１に係る発明は、車両用懸架装置において、車体側の上支持部１、その下方に配置される下支持部２、及びそれら両者１，２に亘って配備される弾性材製のダイヤフラム３を設けて成る空気ばねａと、
前記下支持部２と台車側の受部４との間に、複数の弾性層５Ａ〜５Ｃと複数の硬質隔壁５ａ，５ｂとを交互に積層する積層ゴム構造の弾性部５が介装されて成る弾性ばねｂとを有し、
前記下支持部２Ｂが、前記ダイヤフラム下支持部側のビード部３ｂが嵌着されるビード受座９と、前記弾性部５を支持するとともに前記ビード受座９に相対固定可能な本体部８と、相対固定される前記ビード受座９と前記本体部８との間を気密状態に維持可能なシール手段１４とを有して構成され、
前記ダイヤフラム３がエアレス状態になったときに前記上支持部１を受止めて支持する支え部２Ａが設けられており、
環状の前記ビード受座９と前記本体部８とがシール手段であるＯリング１４を介して嵌合されるとともに、固定手段１５を用いて前記本体部８に取付けられる前記支え部２Ａにより、前記ビード受座９の前記本体部８からの抜け出しを阻止する状態に構成され、
前記ビード受座９に形成される縦内周面２０ａに、前記本体部８に形成される縦外周面８ｂが内嵌することにより、前記ビード受座９と前記本体部８とが嵌合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に記載の車両用懸架装置において、前記弾性ばねｂが、前記台車側の受部４とこれと互いに同一又はほぼ同一の軸心Ｐを有する前記本体部８との間に、複数の弾性層５Ａ〜５Ｃと硬質隔壁５ａ，５ｂ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で、かつ、前記軸心Ｐに沿う方向での断面視形状がハ字状を呈する弾性部５が介装されて成る軸ばねに構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に記載の車両用懸架装置において、前記ビード受座９が鋳鉄製であり、前記本体部８が鍛鉄製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、詳しくは実施形態の項で述べるが、ダイヤフラムの下ビード部が嵌着されるビード受座と、弾性部を支持する本体部との合体で下支持部を構成する分割構造とする手段である。故に、ビード受座には摩擦係数が低く耐食性に優れる焼付塗装が採用でき、また、仮に錆が発生した場合には、本体部は残してビード受座のみの交換で済み、メンテナンス費用を抑制することができる。その結果、早期の錆によるダイヤフラムの損傷や弾性ばねの早期交換、或いはそれらによるメンテナンスの面倒さやコストアップの回避が可能となるように、ダイヤフラムの下部ビード部を嵌着し、かつ、弾性部における端のゴム層を支持する複数機能部材である下支持部の表面処理が強化改善される車両用懸架装置を提供することができる。

請求項１の発明によれば、上支持部を受止めて支持する支え部を設けてあるので、空気ばねが不測のエアレス状態になっても支え部で受止めて各部の損傷が回避可能になるとともに、そのための構成である支え部の取付構造により、ビード受座の本体部のからの抜け止め手段も兼ねることができる、という合理的なものになる利点がある。

請求項２の発明のように、弾性ばねが軸ばねであって、下支持部の形状が複雑化し易い場合により好適であるとともに、請求項３のように、強度や防錆が要求されるビード受座を鋳鉄製とし、形状の自由度や廉価化が要求される本体部を鍛鉄製として、より実用に適した下支持部を持つ車両用懸架装置を提供することができる。

鉄道車両用懸架装置の構造を示す断面図（実施例１） 図１における下支持部を示す要部の拡大断面図 エアレス状態の空気ばねが横摺動移動した状況を示す断面図

以下に、本発明による車両用懸架装置の実施の形態を、鉄道車両用のものについて図面を参照しながら説明する。

〔実施例１〕
実施例１による鉄道車両用懸架装置Ａは、上支持部１と下支持部２とダイヤフラム３とで成る空気ばねａと、その下方に直列配備される積層ゴム構造の軸ばねｂと、を有して構成されており、鉄道車両（図示省略）と台車（図示省略）との上下間に介装されている。この空気ばねａと軸ばね（後述）構造の弾性ばねｂとが上下直列に配備されて成るものは、通常、「コニカルストッパー型空気ばね」と呼ばれる。

空気ばねａは、客車等の被支持体（図示省略）に固定される縦軸心Ｐを中心とする略円板状の上支持部１と、フランジ付筒のような形状を呈する下支持部２Ｂと、これら両者１，２Ｂに亘って配備されるゴム（弾性材の一例）製で略横倒しドーナツ状を呈するダイヤフラム（ベローズ）３と、を有して構成されている。下支持部２Ｂには、略円盤状の上蓋部（支え部の一例）２Ａが載置されてボルト止めされており、これら両者２Ｂ，２Ａでもって内部構造体２が構成されている。

弾性ばねｂは、台車（図示省略）に支持される主軸（受部の一例）４と、これと互いに同一（又はほぼ同一）の縦軸心Ｐを有する下支持部２Ｂとの間に、複数の弾性層５Ａ〜５Ｃと硬質隔壁５ａ，５ｂとを縦軸心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５が介装されることで構成されている。即ち、下支持部２を為す外筒２Ｂと受部を為す主軸４との間に、三層の弾性層５Ａ〜５Ｃと二層の金属筒製の硬質隔壁５ａ，５ｂとが互いに同心状態で径内外方向で交互に積層されて断面視形状がハ字状を呈する弾性部５が介装されて成る軸ばねｂに構成されている。軸ばねｂは「コニカルストッパー」とも呼ばれる。

上蓋部２Ａは、皿を伏せたような形状の金属材等で形成されており、その上面側には厚みの薄い円板状で扁平な滑り板７が接着その他の手段によって載置固定されている。この滑り板７は、メンテナンスのために空気を抜くとかパンクする等のダイヤフラムがエアレス状態になった場合に、上支持部１を受止めて支持する支え部として機能すべく、上支持部１の下面１ｃに形成される摺動面１０との当接に備えたものとして配備されており、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂で形成されている。

下支持部２Ｂは、下方ほど径が若干大きくなるように傾斜が付けられたテーパ内周面８ａを有するリング部８と、ダイヤフラム３を抜け止め状に嵌装すべくリング部（本体部の一例）８に外嵌装備される環状のビード受座９とで構成されている。上蓋部２Ａと下支持部２Ｂとは、互いに嵌合するインロー段差構造によって互いに共有の縦軸心Ｐを有する状態でボルト１５を用いて一体的に連結され、それによって内部構造体２として構成されている。

上支持部１は、その外径側端で成る取付外周部１ａと、その下面側にボルト止めされる断面形状が略鉤状の装着リング１ｂとにより、ダイヤフラム３の上ビード部(大径側周端部）３ａを気密状に挟持保持するように構成されている。また、ダイヤフラム３の下ビード部（下側周端部）３ｂは、ビード受座９の外周に沿う状態でその上部において気密状に外嵌装着されている。また、後述する主軸４に装備される栓６の存在により、ダイヤフラム３の内部空間Ｓは外部と気密状に遮断されており、空気の圧縮による緩衝作用（エアクッション）が生じるように構成されている。

主軸４は、上下に貫通する経路孔ｒを設けて軽量化された円錐台軸部４Ａと、これを載せ付ける支持板４Ｂと、経路孔ｒを蓋すべく円錐台軸部４Ａの下端部に装備される栓６とを有して構成されている。円錐台軸部４Ａの外周は、最内側の弾性層５Ａ（後述）を支持する円錐外周面４ａに形成されている。支持板４Ｂの外周端部には回り止めや位置決め等に利用可能なピン４Ｃが下方突出状態で取り付けられている。

弾性部５は、ゴム材による内外三重の第１〜第３弾性層５Ａ，５Ｂ，５Ｃと、これらの間に介在される金属板製で内外二重の第１及び第２硬質隔壁５ａ，５ｂとから成る積層ゴム構造のものに構成されている。これら各弾性層５Ａ，５Ｂ，５Ｃ及び各硬質隔壁５ａ，５ｂはいずれも環状のものであり、第１弾性層５Ａの内周面が支持部材４の外周面４ａに加硫接着等の手段によって固着されるとともに、第３弾性層５Ｃの外周面がリング部８のテーパ内周面８ａに加硫接着等の手段によって固着されている。つまり、主軸４と下支持２とが弾性部５を介して連結一体化されており、それによって軸ばねｂが構成されている。

この鉄道車両用懸架装置Ａは、図１に示すように、通常はダイヤフラム３の内部空間Ｓに所定圧の空気が充填されており、空気ばねａと軸ばねｂとの双方によって懸架されているが、ダイヤフラム３から空気が抜かれたエアレス状態となることがある。即ち、営業終了に伴う養生、点検整備、或いはパンク等によってエアレス状態になると、図３に示すように、ダイヤフラム３が萎んで上支持部１が下がり、摺動面１０と滑り板７とが当接して支える状態になる。

例えば、一般的なボルスタレス台車を有する鉄道車両がそのエアレス状態で車庫に戻るまでは走行させる状況において曲線走行すると、図３に示すように、摺動面１０と滑り板７とが相対摺動移動して上支持部１と下支持部２Ｂとが大きく車両進行方向にずれ動く挙動を示す。つまり、図１に示す通常時は同一であった縦軸心Ｐと上支持部１の中心Ｘとが、図３に示すように互いに横にずれるのである。そこで、上下の支持部１，２Ｂの相対摺動移動をし易くするための工夫がなされている。

それは図２に示すように、摺動面１０が、燐酸亜鉛処理されてからフッ素又は二硫化モリブデン塗装されて成る塗膜に形成されていることである。塗膜１０の厚さｔは１０μｍ以上で１５μｍ以下となる範囲（１０μｍ≦ｔ≦１５μｍ）に設定されている。この厚み範囲は、一例としては、摺動面としての強度や摩耗の点等から下限値（１０μｍ）が求められ、コストの点等から上限値（１５μｍ）が求められている。

図１〜図３に示すように、この鉄道車両用懸架装置では、前述したように下支持部２Ｂが、ダイヤフラム３の下ビード部３ｂが嵌着される環状のビード受座９と、最外側の弾性層５Ｃを支持するとともにビード受座９にＯリング（シール手段の一例）１４を介して内嵌可能なリング部８と、前記Ｏリング１４との３部品でもって構成されている。

ビード受座９は、下ビード部３ｂの内周面１６に嵌合可能な縦外周面１７、下ビード部３ｂの下側載面１８を載付けて支持するとともに案内する湾曲ガイド周面１９、リング部８との嵌合内周壁２０、上向きに突出するリブ周壁２１等を有して鍛造材（Ｓ４５Ｃ等）によって形成されている。嵌合内周壁２０は、嵌合用の縦内周面２０ａ及び被載付け用の内底周面２０ｂを有している。また、リブ周壁２１は、載せ付け用の頂周面２１ａを有している。

リング部８は、縦内周面２０ａに内嵌する縦外周面８ｂ、内底周面２０ｂを載せ付けるフランジ周面８ｃ、上蓋部２Ａを載せ付ける上周面８ｄ、及び前述のテーパ内周面８ａを有する傾斜筒状の部材である。縦外周面８ｂの上下中間位置には軸心Ｐに関する径外側に開放される周溝２２が形成されており、その周溝２２にＯリング１４が装着される。このリング部８は鋳鉄（ＦＣＤ等）で形成されている。

上蓋部２Ａは、滑り板７が載置される円盤台２３と、リング部８に載せ付けるための周座部２４と、円盤台２３と周座部２４とを繋ぐ周脚部２５とから成り、周座部２４を貫通するボルト（固定手段の一例）１５を用いてリング部８にインロー嵌合状態で載置固定される。周座部２４は、外周フランジ部２４Ａを有しており、上蓋部２Ａがリング部８に固定された状態では外周フランジ部２４Ａの底面２４ａがリブ周壁２１の頂周面２１ａに当接する構成とされている。

つまり、周溝２２にＯリング１４が装着されている状態のリング部８に、上から落とし込むようにしてビード受座９を外嵌させる。それから上蓋部２Ａをリング部８に嵌合状態で被せてボルト１５で組み付けることにより、内部構造体２が形成される。フランジ周面８ｃの存在によって下方への抜け止め状態でリング部８に外嵌されるビード受座９は、リング部８に固定される上蓋部２Ａの外周フランジ部２４Ａの存在によって上方への抜け止めがされる。それによってリング部８とビード受座９とが気密状態で一体化されて下支持部２Ｂを構成するとともに、リング部８に固定される上蓋部２Ａを加えることで内部構造体２となる仕組みである。

このように、本発明による車両用懸架装置Ａにおいては、従来では一体品であった下支持部２Ｂを、弾性部５、詳しくは最外側のゴム層５Ｃが加硫接着されるリング部８と、ダイヤフラム３の下ビード部３ｂが嵌着されるビード受座９との合体で構成させる構造であるから、リング部８とビード受座９との互いの規制関係が解消することが可能になる。故に、特に防錆対策が必要なダイヤフラム３の装着部であるビード受座９の表面処理として、塗膜が強く、かつ、耐久性もある焼付塗装を施すことができる。そして、経済上から鋳鉄製とされるリング部８が小型化されるので、鋳巣が生じ難くなって品質向上が可能になる。

そして、ビード受座９とリング部８とを別部品とし、境界部にはＯリング１４を設置して空気ばねａとしての気密性を保持している。ビード受座９及びリング部８とは形状が単純化され、それらを一体化する場合に比べて加工費を抑制することが可能になる。ビード受座９は単品の金具となり、摩擦係数が低く耐食性に優れる焼付塗装が採用できる。また、仮に酷い錆が発生した場合には、リング部８は残してビード受座９のみの交換で済み、メンテナンス費用を抑制することができる。

それにより、下支持部材が一体品に形成されている従来の車両用懸架装置の問題点ａ〜ｄを解消することが可能になる。ａ．空気ばねの有効径が大きくなれば弾性ばねとダイヤフラムの下ビード部との径方向の距離が大きくなり、下支持部の形状が複雑になるとか鋳巣ができ易いといった問題。ｂ．前記問題ａ．に対処すべく切削加工や鍛造とすると大幅にコストアップするという問題。ｃ．コニカルストッパー（最外側ゴム層５Ｃ）を加硫接着することによる焼付塗装の不採用に起因して発錆し易い問題。ｄ．前記ｃ．によってコニカルストッパー（軸ばねｂ）を早期交換せねばならずメンテナンス費用が嵩む問題。

〔別実施例〕
ビード受座９とリング部８との固定手段としては、実施例１に示される内外嵌合のほか、上下嵌合、螺着等、種々の変更が可能である。また、ビード受座９やリング部８の材質も種々の変更が可能である。

１ 上支持部
２ 下支持部
２Ａ 支え部
３ ダイヤフラム
３ｂ 下支持部側のビード部
４ 受部
５ 弾性部
５Ａ〜５Ｃ 弾性層
５ａ，５ｂ 硬質隔壁
８ 本体部
８ｂ 縦外周面
９ ビード受座
１０ 摺動面
１４ シール手段
１５ 固定手段
２０ａ 縦内周面
ａ 空気ばね
ｂ 弾性ばね（軸ばね）

Claims (3)

1. 車体側の上支持部、その下方に配置される下支持部、及びそれら両者に亘って配備される弾性材製のダイヤフラムを設けて成る空気ばねと、
   前記下支持部と台車側の受部との間に、複数の弾性層と複数の硬質隔壁とを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弾性ばねとを有し、
   前記下支持部が、前記ダイヤフラムの下側のビード部が嵌着されるビード受座と、前記弾性部を支持するとともに前記ビード受座に相対固定可能な本体部と、相対固定される前記ビード受座と前記本体部との間を気密状態に維持可能なシール手段とを有して構成され、
   前記ダイヤフラムがエアレス状態になったときに前記上支持部を受止めて支持する支え部が設けられており、
   環状の前記ビード受座と前記本体部とがシール手段であるＯリングを介して嵌合されるとともに、固定手段を用いて前記本体部に取付けられる前記支え部により、前記ビード受座の前記本体部からの抜け出しを阻止する状態に構成され、
   前記ビード受座に形成される縦内周面に、前記本体部に形成される縦外周面が内嵌することにより、前記ビード受座と前記本体部とが嵌合されている車両用懸架装置。
2. 前記弾性ばねが、前記台車側の受部とこれと互いに同一又はほぼ同一の軸心を有する前記本体部との間に、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で、かつ、前記軸心に沿う方向での断面視形状がハ字状を呈する弾性部が介装されて成る軸ばねに構成されている請求項１に記載の車両用懸架装置。
3. 前記ビード受座が鋳鉄製であり、前記本体部が鍛鉄製である請求項１又は２に記載の車両用懸架装置。

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