JP7189809B2 - 軸はり装置用防振ブッシュ - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両用として好適な軸はり装置用防振ブッシュに関するものである。

鉄道車両などの台車において、軸はり装置（軸梁式）がある。これは、軸箱と一体となった軸はり（スイングアーム）を、台車枠の側はりの近くの１か所でゴムブッシュ、即ち防振ブッシュを介して支持する構造のものである。軸はり装置用防振ブッシュは緩衝用であり、簡素な構造で部品点数が少なく、コストダウンが図れる利点を有している。

この種の軸はり装置用防振ブッシュは、車両進行方向に交差する軸心になり得る軸心を有する中心軸と、中心軸の径外側に配置される外側部と、中心軸と外側部材との間に設けられてこれら中心軸と外側部材とを連結する弾性部とを有して構成されている。防振ブッシュを備えた軸はり装置は、軸はりの中心軸回りの回転運動を許容しながら、軸はりと台車枠との連結部位の振動及び衝撃を吸収する防振機能を発揮することができる。このような技術としては、例えば、特許文献１において開示されたものが知られている。

上記防振ブッシュには種々の力が作用するが、車両の加減速、とりわけ制動による減速時には大なる荷重が作用する。急制動時には最も荷重条件が厳しくなり、弾性部には相等な負担が掛かる。即ち、弾性材においては、制動作用時に圧縮作用を受ける箇所が最もきつい条件となり、弾性変位が過剰に生じることがある。

そこで、その対策として、特許文献１（図４などを参照）において開示されるように、弾性部における制動時に圧縮作用を受ける箇所に、弾性変位量自体を少なくする弾性ストッパを設け、過剰な弾性変位が生じ難いようにされている。

特開２０１５－１６８３９７号公報

弾性ストッパの特性は、適用される車両の重量や特性などにより種々に変化設定されることがあるので、その場合は、必要とされる緒元に合せられた特性の弾性ストッパが装備された防振ブッシュが作成される。従って、車両の仕様が変わる毎に弾性ストッパ、つまりは防振ブッシュの仕様も変更されることが多いので、いきおい、防振ブッシュの種類が多くなってしまう問題がある。

本発明の目的は、構造工夫により、鉄道車両などの適用箇所の緒元の異なりに応じて弾性ストッパの特性を変化させることが可能となるように、改善された軸はり装置用防振ブッシュを提供する点にある。

本発明は、軸はり装置用防振ブッシュにおいて、
車両進行方向に交差する軸心になり得る軸心Ｐを有する中心軸２と、前記中心軸２の径外側に配置される弾性部３とを有し、
前記中心軸２の径外側に、前記弾性部３の径方向厚みより小さい径方向厚みの弾性ストッパ５が着脱可能に取付けられ、
前記弾性ストッパ５は、前記中心軸２の外周面２ａに円弧面で当接する内周を有する硬質材製のベース部６と、前記ベース部６の径外側に一体化される弾性材７とを備えて構成され、
前記弾性ストッパ５に、前記弾性ストッパ５を中心軸２に１つのボルト１７で取付けるための1箇所の取付孔１８が形成されていることを特徴とする。

この場合、前記取付孔１８は、前記ボルト１７の軸部分を通すために前記ベース部６に形成される小径孔部１８ａと、前記ベース部６に前記ボルト１７のボルト頭を当接可能とすべく前記ベース部６及び前記弾性材７の双方に亘って形成される大径孔部１８ｂと、からなっているとよい。
そして、前記弾性部３は、前記中心軸２の心棒部２Ａの径外側に配置される筒状部３ａと、前記心棒部２Ａの軸方向両端に形成される一対の鍔状部２Ｂ，２Ｂに対応して前記筒状部３ａの両端に続く一対の鍔状部分３ｂ，３ｂとを備え、
前記弾性ストッパ５は、前記筒状部３ａの軸心Ｐ方向の長さとほぼ同等の軸心Ｐ方向の長さを有していると好都合である。

例えば、前記弾性ストッパ５は、硬質材製のベース部６と前記ベース部６の径外側の弾性材７とを備えて構成されていると好都合である。そして、前記ベース部６と、前記ベース部６の外周面６ａに固定される前記弾性材７とを有する前記弾性ストッパ５が、前記中心軸２の外周面２ａに前記ベース部６が当接する状態でボルト止めされているとさらに好都合である。

前記弾性ストッパ５は、前記弾性部３が部分的に欠如された箇所に設けられているとよい。そして、前記弾性部３の径方向厚みと前記弾性ストッパ５の径方向厚みとの差は、前記弾性部３の外径に対して２．５～６％となるように設定されていると好都合である。また、前記弾性ストッパ５が、車両進行方向Ｖの前又は後に配置されている鉄道車両用の防振ブッシュ１であってもよい。

本発明によれば、弾性ストッパが着脱可能に取付けられているから、弾性ストッパの付換えにより、弾性ストッパの弾性の度合い（弾性の強弱、ばね定数など）を可変設定することが可能であり、しかもその可変設定が簡単に行えるようになる。例えば、加速時や制動時（ブレーキ時）など、車両進行方向のストッパ特性を、適用される軸はり装置（鉄道車両）に応じて、事前に合せた仕様にすることが簡単で便利に行えるようになる。

その結果、構造工夫により、鉄道車両などの適用箇所の緒元の異なりに応じて弾性ストッパの特性を変化させることが可能となるように、改善された軸はり装置用防振ブッシュを提供することができる。

防振ブッシュの一部切欠き正面図 図１のＷ－Ｗ線の断面図 防振ブッシュの軸はりへの組付け方法を示す作用図 （Ａ)組付状態の防振ブッシュを示す横断断面図、（Ｂ）別実施形態による組付状態の防振ブッシュを示す要部の横断断面図 軸はり装置への適用例を示す要部の一部切欠き側面図 防振ブッシュのたわみに対する荷重のグラフを示す図

以下に、本発明による軸はり装置用防振ブッシュの実施の形態を、弾性部としてゴムを用いた鉄道車両用のもの（鉄道車両軸はり装置用防振ゴムブッシュ）として図面を参照しながら説明する。なお、図面において、左右軸心をＺ、上下軸心をｙ、前後軸心をＸとそれぞれ定義する。また、簡単のため、軸はり装置用防振ブッシュは、単に防振ブッシュと呼ぶことを基本とする。

〔実施形態１〕
図５に示される鉄道車両の軸はり装置において、１１は車軸、１２は軸箱部、１３は軸はり、１４はハウジング部、１５は車軸１１に取付けられる車輪、１は防振ブッシュ、１６は台車フレームである。軸はり１３は、車軸１１を支持する軸箱部１２から車両進行方向（矢印Ｖ方向）に向けて延設され、その軸はり１３の一端部に形成される筒状のハウジング部１４に防振ブッシュ１が嵌装されている。１６Ａは、防振ブッシュ１の中心軸２を支持する二股状の支持ブラケットであり、台車フレーム１６から突出形成されている。

図４（Ａ）及び図５に示されるように、ハウジング部１４の嵌合孔１４Ｈ内に防振ブッシュ１の弾性部３が嵌合固定され、防振ブッシュ１における中心軸２の両端部が、支持ブラケット１６Ａに回転不能に支持されている。このような構造により、軸はり１３が中心軸２の軸心Ｐ回りに揺動移動可能であるとともに、軸はり１３と台車フレーム１６との連結部位の振動及び衝撃を吸収できうるように構成されている。

ハウジング部１４は、図３及び図５に示されるように、車両進行方向Ｖ（防振ブッシュ１では前後軸心Ｘに相当）に２分割された半割形式の構造体である。先端側半割体１４Ｂは、軸はり１３と一体で基端側半割体１４Ａにボルト止めにより取付けられている。ボルトの締付によって先端側半割体１４Ｂを基端側半割体１４Ａに連結固定させる構造により、締付時において、防振ブッシュ１に所定の締め代による締め付け力を付与し、弾性部３に予備圧縮を加える構成が採用されているが、この限りではない。

図１、図２、図５に示されるように、防振ブッシュ１は、車両進行方向Ｖに交差する軸心Ｚ（左右軸心）になり得る軸心Ｐを有する中心軸２と、中心軸２の径外側に配置される弾性部３とを有して構成されている。
中心軸２は、車両進行方向Ｖ（前後軸心Ｘ）に対して直角な水平姿勢に配置された断面中実の心棒部２Ａと、心棒部２Ａの軸方向両端に一体形成される一対の鍔状部２Ｂ，２Ｂと、支持ブラケット１６Ａに支持される一対の被支持部２Ｃ、２Ｃとを有してなる金属製の軸体である。２ｃは、被支持部２Ｃに開けられた丸い孔である。

図１、図２、図４（Ａ）に示されるように、弾性部３は、中心軸２の外周（径外側）に配置され、かつ、心棒部２Ａを包み込むような筒状部３ａと、鍔状部２Ｂ，２Ｂに対応する状態で筒状部３ａに一体連設される一対の鍔状部分３ｂ，３ｂとを備える筒状ゴムにより形成されている。
自由状態（組付け前）の筒状部３ａは、図２に示されるように、軸心Ｐの回りにおいて対向配置される一対の大径部８，８と、これら大径部８，８の間の一方に形成される中径部９と、他方に形成される欠如部１０とを備え、側面視でＣ字形状を呈する状態で中心軸２に一体化されている。筒状部３ａと鍔状部分３ｂとは、大径部８及び中径部９のそれぞれに存在している。

図１、図２に示されるように、弾性部３は、上下の大径部８，８の外周面に一体化される一対の外側部４，４を有している。外側部４は、側面視で円弧状を呈する金属板製のものであって、筒状部３ａに外嵌される筒板部４ａと、左右の鍔状部分３ｂに内接される状態で筒板部４ａの左右に続く鍔板部４ｂ、４ｂとを備えて構成されている。軸はり１３に組み付けられる際には、図４（Ａ）に示されるように、これら一対の外側部４，４が嵌合孔１４Ｈに直接に内嵌される。

図１、図２、図４（Ａ）に示されるように、弾性部３の欠如部１０における中心軸２に、弾性部３の径方向厚みより小さい径方向厚みを有する弾性ストッパ５が着脱可能に取付けられている。弾性ストッパ５は、金属（硬質材の一例）製のベース部６と、ベース部６の径外側に一体化されている弾性材７とを備えて構成されている。ベース部６は、中心軸２の心棒部２Ａの外周と等しい径の内周を有し、側面視で円弧状かつ正面視で矩形を為して厚みを有する円弧状の部材である。弾性材７は、ベース部６の外周面６ａに一体化されるゴム製のものであり、ベース部６と同等に、側面視で円弧状かつ正面視で矩形を為して厚みを有する円弧状の部材である。

弾性ストッパ５の周方向中央かつ左右中央の１箇所に、弾性ストッパ５を中心軸２に１つのボルト１７で取付けるための取付孔１８が形成されている。取付孔１８は、ベース部６に形成される小径孔部１８ａと、ベース部６及び弾性材７の双方に亘って形成される大径孔部１８ｂとからなる。小径孔部１８ａは、ボルト１７の軸部分を通す孔部分であり、大径孔部１８ｂは、ボルト頭を回す工具が入る大きさの内径を有する孔部分である。
中心軸２の（心棒部２Ａの）外周面２ａとベース部６とは、互いに同径の円弧面で当接する構造であるから、１つのボルト１７のみで位置固定状態でしっかりと弾性ストッパ５を中心軸２に取付けることができる。

弾性ストッパ５は、軸はり１３への組付け状態では、車両進行方向Ｖの前又は後に配置されるように構成されている。そして、組付け状態における弾性ストッパ５の外径は弾性部３の外径よりも小さく、弾性部３の径方向厚みと弾性ストッパ５の径方向厚みとの差、即ち径差ｄは、弾性部３の外径に対して２．５～６％（２．５％≦ｄ≦６％）となるように設定されている。なお、弾性部３と中心軸２、筒状部３ａ及び鍔状部分３ｂと外側部４は、それぞれ加硫接着により一体化されているが、一体化の手段としてはこの限りではない。

例として、図４（Ａ）に示されるように、弾性部３の外径９１．２ｍｍに対して、径差が３．２ｍｍ（３．２÷９１．２＝約３．２％）に設定されている。そして、弾性ストッパ５の径方向厚みに対する弾性材７の径方向厚みの割合は約４５％に設定されているが、この限りではない。また、自由状態における弾性部３（大径部８）の厚みに対する弾性材７の厚みの割合が２０～３５％（例：３０％）に設定されているが、この限りではない。

防振ブッシュ１の軸はり１３への組付けは、図３に示されるように、先端側半割体１４Ｂと基端側半割体１４Ａとの間に、一対の大径部８，８が上下に向き、かつ、中径部９が基端側半割体１４Ａに向く姿勢で防振ブッシュ１を置く。そして、ボルト（図示省略）の締め込みにより、先端側半割体１４Ｂと基端側半割体１４Ａとを前後方向（車両進行方向）に相対接近させて締付け固定する。すると、図１及び図４（Ａ）に示されるように、防振ブッシュ１は、一対の外側部４，４の内側の大径部８，８が圧縮された状態で嵌合孔１４Ｈに圧入状態で内嵌された組付け状態が齎される。

外側部４，４は、金属製の基端側及び先端側の各半割体１４Ａ，１４Ｂとゴム製の筒状部３ａ（及び鍔状部分３ｂ）とが強く擦れることによる不都合を防止しながら、基端側半割体１４Ａと先端側半割体１４Ｂとの円滑な相対接近移動及び弾性部３の圧縮を行わせる潤滑材的な作用を発揮する。

軸はり装置（図５を参照）に組み付けられた状態における防振ブッシュ１の車両進行方向（矢印Ｖ）でのたわみに対する荷重のグラフを図６に実線で示す。弾性部３のたわみ（撓み）量が３．２ｍｍまでは比較的緩やかに荷重が増加し、３．２ｍｍを越えると、嵌合孔１４Ｈが、即ちハウジング部１４が弾性ストッパ５に接触し始めるので、荷重の増加率が増大するようになる。

弾性部３の欠如部１０は、軸心Ｐの周りの角度が約９０度の範囲に亘って形成されており、弾性ストッパ５は、軸心Ｐの周りの角度が約６５度の範囲に亘る大きさに設定されている。また、弾性ストッパ５の弾性材７を、高硬度のゴムに置き換えると、図６に示されるように、３．２ｍｍ以降はより立上った曲線（一点破線）になる。

〔実施形態２〕
実施形態２の防振ブッシュ１は、図４（Ｂ）に示されるように、弾性材７の厚みが、実施形態１による弾性材７の厚みよりも少とされたものである。それ以外は実施形態１による防振ブッシュ１と同じである。例えば、弾性ストッパ５の外径は、嵌合孔１４Ｈ（組付状態の弾性部３）の外径よりも４．５ｍｍ小さいもの、即ち径差ｄが４．５ｍｍに設定されている。

実施形態２の防振ブッシュ１のたわみに対する荷重のグラフを図６に実線及び破線で示す。弾性部３のたわみ（撓み）量が４．５ｍｍまでは比較的緩やかに荷重が増加し、４．５ｍｍを越えると、嵌合孔１４Ｈが、即ちハウジング部１４が弾性ストッパ５に接触し始めるので、荷重の増加率が増大するようになる。

〔別実施形態〕
（１）弾性ストッパ５の大きさや形状は種々に変更設定が可能である。ベース部６と弾性材７との割合を０：１０～８：２の間に任意に定めることが可能である。
（２）弾性部３の弾性硬度（ゴム硬度）が十分に高い（硬い）場合など、外側部４を省略することが可能である。
（３）外側部４を周方向に延長するなどして、外側部４の径内側に弾性ストッパ５が着脱可能に取付けられる構成とすることも可能である。この場合、弾性ストッパ５にベース部６を設けるには、その径内側に弾性材７を配置する構成がよい。

以上説明したように、弾性ストッパ５を着脱可能に取付けられる構成の防振ブッシュ１としてあるので、弾性ストッパ５の弾性材７の弾性の度合い（ゴム硬度、ばね定数）を可変設定することが可能である。加速時や制動時（ブレーキ時）など、車両進行方向のストッパ特性を、適用される軸はり装置（鉄道車両）に応じて、事前に合せた仕様にすることが、弾性ストッパ５以外の部分は同じとしながら、簡単で便利に行えるようになる。

弾性ストッパ５が、金属製のベース部６と弾性材７との積層構造としてあるので、弾性材７の特性（硬度、厚みなど）を可変としながら、中心軸２にしっかりと固定することができる。また。弾性ストッパ５の嵌合孔１４Ｈ（ハウジング部１４）との当接後における特性（図６のグラフの立ち上がり特性、プログレッシブ特性など）を可変設定することも可能となる利点がある。

１ 防振ブッシュ
２ 中心軸
２Ａ 心棒部
２Ｂ 鍔状部
２ａ 外周面
３ 弾性部
３ａ 筒状部
３ｂ 鍔状部分
４ 外側部
５ 弾性ストッパ
６ ベース部
６ａ 外周面
７ 弾性材
１７ ボルト
１８ 取付孔
１８ａ 小径孔部
１８ｂ 大径孔部
Ｐ 軸心

Claims (9)

1. 車両進行方向に交差する軸心になり得る軸心を有する中心軸と、前記中心軸の径外側に配置される弾性部とを有し、
   前記中心軸の径外側に、前記弾性部の径方向厚みより小さい径方向厚みの弾性ストッパが着脱可能に取付けられ、
   前記弾性ストッパは、前記中心軸の外周面に円弧面で当接する内周を有する硬質材製のベース部と、前記ベース部の径外側に一体化される弾性材とを備えて構成され、
   前記弾性ストッパに、前記弾性ストッパを中心軸に１つのボルトで取付けるための1箇所の取付孔が形成されている軸はり装置用防振ブッシュ。
2. 前記取付孔は、前記ボルトの軸部分を通すために前記ベース部に形成される小径孔部と、前記ベース部に前記ボルトのボルト頭を当接可能とすべく前記ベース部及び前記弾性材の双方に亘って形成される大径孔部と、からなる請求項１に記載の軸はり装置用防振ブッシュ。
3. 前記弾性部は、前記中心軸の心棒部の径外側に配置される筒状部と、前記心棒部の軸方向両端に形成される一対の鍔状部に対応して前記筒状部の両端に続く一対の鍔状部分とを備え、
   前記弾性ストッパは、前記筒状部の軸心方向の長さとほぼ同等の軸心方向の長さを有している請求項１に記載の軸はり装置用防振ブッシュ。
4. 前記弾性部は、前記中心軸の心棒部の径外側に配置される筒状部と、前記心棒部の軸方向両端に形成される一対の鍔状部に対応して前記筒状部の両端に続く一対の鍔状部分とを備え、
   前記弾性ストッパは、前記筒状部の軸心方向の長さとほぼ同等の軸心方向の長さを有している請求項２に記載の軸はり装置用防振ブッシュ。
5. 前記ベース部と、前記ベース部の外周面に固定される前記弾性材とを有する前記弾性ストッパが、前記中心軸の外周面に前記ベース部が当接する状態でボルト止めされている請求項１～４の何れか一項に記載の軸はり装置用防振ブッシュ。
6. 前記弾性ストッパは、前記弾性部が部分的に欠如された箇所に設けられている請求項５に記載の軸はり装置用防振ブッシュ。
7. 前記弾性部は、その外周面に一体化される硬質板材製の外側部を有している請求項１～６の何れか一項に記載の軸はり装置用防振ブッシュ。
8. 前記弾性部の径方向厚みと前記弾性ストッパの径方向厚みとの差は、前記弾性部の外径に対して２．５～６％となるように設定されている請求項１～７の何れか一項に記載の軸はり装置用防振ブッシュ。
9. 前記弾性ストッパが、車体進行方向の前又は後に配置されている鉄道車両用のものである請求項１～８の何れか一項に記載の軸はり装置用防振ブッシュ。

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