KR20180014062A - 판스프링 유닛 및 철도 차량용 대차 - Google Patents

판스프링 유닛 및 철도 차량용 대차 Download PDF

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고 마츠바라
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카와사키 주코교 카부시키 카이샤
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Abstract

철도 차량용 대차에 적용되는 판스프링 유닛은, 그 길이 방향 양측의 단부가 축 상자에 하방으로부터 지지되는 섬유 강화 수지제의 하측 판스프링(31)과, 상기 하측 판스프링(31)에 대하여 간극을 두고서 상기 하측 판스프링(31)의 상방에 배치되고, 그 중앙부가 가로빔에 설치된 가압 부재(21)에 상방으로부터 프레스되는 섬유 강화 수지제의 상측 판스프링(32)과, 상기 하측 판스프링(31)의 중앙부와 상기 상측 판스프링(32)의 상기 중앙부 사이에 끼워진 중앙 스페이서(33)와, 상기 하측 판스프링(31)의 상기 단부와 상기 상측 판스프링(32)의 단부 사이에 끼워지고, 상기 하측 판스프링(31)의 상기 단부와 상기 상측 판스프링(32)의 상기 단부와의 상기 길이 방향의 상대 변위를 가능하게 하는 엔드 스페이서(34)를 구비한다.

Description

판스프링 유닛 및 철도 차량용 대차
본 발명은 철도 차량용 대차에 적용되는 판스프링 유닛 및 그것을 구비한 대차에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 대차 프레임으로부터 사이드 빔이 생략되고, 판스프링이 사이드 빔의 기능과 1차 서스펜션의 기능을 겸한 철도 차량용 대차가 개시되어 있다. 그 판스프링은 섬유 강화 수지제의 상면 부재와, 섬유 강화 수지제의 하면 부재와, 상면 부재와 하면 부재와의 사이에 배치된 코어 심재 부재를 구비하고, 그 부재들은 서로 접착되어 있다.
특허문헌 1: 국제출원공개공보 제2013/038673호
그러나, 전술한 판스프링에서는, 적층된 각 부재를 서로 접착시켜 일체화하는 공정이 필요하게 됨과 함께, 제조 후에 판스프링의 접착 부위의 건전성 체크를 행하지 않으면 안되어 수고와 시간이 걸린다. 또한, 상면 부재와 코어 심재 부재와 하면 부재가 일체화되어 있기 때문에, 만일, 판스프링의 일부만이 손상된 경우에도, 판스프링 전체를 교환하지 않으면 안되어, 메인터넌스 비용이 높아진다.
그래서 본 발명은 철도 차량용 대차에 이용하는 판스프링 유닛의 제조 효율을 향상시킴과 함께 메인터넌스 비용을 저감시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일양태에 관한 판스프링 유닛은, 길이 방향 양측의 단부에 있어서 축 상자에 하방으로부터 지지되고, 상기 길이 방향의 중앙부에 있어서 가로빔을 하방으로부터 지지하는, 철도 차량용 대차에 적용되는 판스프링 유닛으로서, 그 길이 방향 양측의 단부가 상기 축 상자에 하방으로부터 지지되는 섬유 강화 수지제의 하측 판스프링과, 상기 하측 판스프링에 대하여 간극을 두고서 상기 하측 판스프링의 상방에 배치되고, 그 중앙부가 상기 가로빔에 설치된 가압 부재에 상방으로부터 프레스되는 섬유 강화 수지제의 상측 판스프링과, 상기 하측 판스프링의 중앙부와 상기 상측 판스프링의 상기 중앙부 사이에 끼워진 중앙 스페이서와, 상기 하측 판스프링의 상기 단부와 상기 상측 판스프링의 단부 사이에 끼워지고, 상기 하측 판스프링의 상기 단부와 상기 상측 판스프링의 상기 단부와의 상기 길이 방향의 상대 변위를 가능하게 하는 엔드 스페이서를 구비한다.
상기 구성에 의하면, 섬유 강화 수지제의 하측 판스프링 및 상측 판스프링이 서로 분리되어 설치되므로, 하측 판스프링과 상측 판스프링을 접착하는 공정이 불필요하게 됨과 함께, 그에 의해 건전성 체크가 용이하게 되기 때문에, 제조 효율이 향상된다. 또한, 만일, 하측 판스프링 또는 상측 판스프링 중의 어느 한쪽이 손상되어도, 손상된 판스프링만을 교환하면 좋으므로, 메인터넌스 비용을 저감시킬 수 있다.
또한, 축 상자에 하방으로부터 지지되는 하측 판스프링의 단부의 바로위에, 엔드 스페이서와 상측 판스프링의 단부가 배치되어 있으므로, 만일 상측 판스프링이 손상되어도 축 상자는 하측 판스프링을 통해서 가로빔을 탄성 지지할 수 있고, 만일 하측 판스프링이 손상되어도 축 상자는 상측 판스프링을 통해서 가로빔을 탄성 지지할 수 있다. 따라서, 만일, 하측 판스프링 또는 상측 판스프링 중의 어느 한쪽이 손상되어도, 판스프링 유닛의 탄성 지지 기능이 유지되어, 신뢰성이 향상된다. 또한, 하측 판스프링의 단부와 상측 판스프링의 단부는, 엔드 스페이서를 개재하여 길이 방향으로 상대 변위 가능하므로, 판스프링 유닛이 탄성 변형할 때에 하측 판스프링 및 상측 판스프링에 발생하는 길이 방향의 인장 하중 또는 압축 하중을 저감시킬 수 있어, 판스프링의 장수명화를 도모할 수 있다.
본 발명에 의하면, 철도 차량용 대차에 이용하는 판스프링 유닛의 제조 효율이 향상됨과 함께 메인터넌스 비용을 저감시킬 수 있다. 또한, 판스프링 유닛의 신뢰성이 향상됨과 함께, 판스프링의 장수명화를 도모할 수 있다.
도 1은 제1실시 형태에 관한 철도 차량용 대차의 평면도다.
도 2는 도 1에 나타내는 대차의 측면도다.
도 3은 도 1에 나타내는 판스프링 유닛 및 그 근방을 확대한 평면도다.
도 4는 도 2에 나타내는 판스프링 유닛 및 그 근방을 확대한 측면도다.
도 5는 도 4의 V-V선 단면도다.
도 6은 도 4의 VI-VI선 단면도다.
도 7은 제2실시 형태에 관한 대차의 판스프링 유닛의 주요부를 확대한 측면도다.
도 8은 제3실시 형태에 관한 대차의 판스프링 유닛의 주요부를 확대한 측면도다.
도 9는 제4실시 형태에 관한 대차의 평면도다.
이하, 도면을 참조하며 각 실시 형태를 설명한다. 한편, 이하의 설명에서는, 대차가 주행하는 방향으로서 철도 차량의 차체가 연장되는 방향을 차량 길이 방향으로 하고, 그것에 직교하는 가로 방향을 차폭 방향으로서 정의한다. 차량 길이 방향은 전후 방향이라고도 칭하고, 차폭 방향은 좌우 방향이라고도 칭할 수 있다.
(제1 실시 형태)
도 1은 제1실시 형태에 관한 철도 차량용 대차(1)의 평면도다. 도 2는 도 1에 나타내는 대차(1)의 측면도다. 도 1 및 2에 나타내는 바와 같이, 대차(1)는 2차 서스펜션이 되는 공기 스프링(2)을 통해서 차체(50)를 지지하는 대차 프레임(3)을 구비한다. 대차 프레임(3)은 대차(1)의 길이 방향 중앙에 있어서 차폭 방향으로 연장되는 가로빔(4)을 구비하지만, 사이드 빔을 구비하지 않는다. 가로빔(4)의 차량 길이 방향 양측에는, 차폭 방향을 따라 연장되는 차축(5)이 배치되고, 차축(5)의 차폭 방향 양측의 부분에는 차륜(6)이 고정된다. 차축(5)에는 차륜(6)보다도 차폭 방향 외측에서 차축(5)을 회전 가능하게 지지하는 베어링(7)이 설치되고, 베어링(7)은 축 상자(8)에 수용된다. 축 상자(8)는 축 상자 지지 장치(10)에 의해 가로빔(4)의 차폭 방향 양측의 부분(4a)에 연결된다. 축 상자 지지 장치(10)는 축 상자(8)로부터 차량 길이 방향의 가로빔(4)측을 향해서 연장된 축 빔(11)을 구비한다. 즉, 대차(1)는 소위 축 빔 타입의 대차다. 가로빔(4)에는 축 빔(11)을 향해서 돌출되고 또한 차폭 방향으로 서로 간격을 둔 한쌍의 리시빙 시트(seat)(12)가 고정되고, 축 빔(11)의 선단부는 리시빙 시트(12)에 고무 부시(도시하지 않음)를 개재하여 연결된다.
가로빔(4)과 축 상자(8) 사이에는 차량 길이 방향으로 연장된 판스프링 유닛(20)이 가교되어 있다. 판스프링 유닛(20)의 길이 방향의 중앙부(20a)는 가로빔(4)의 차폭 방향 양측의 부분(4a)을 하방으로부터 지지하고, 판스프링 유닛(20)의 길이 방향 양측의 단부(20b)는 축 상자(8)에 하방으로부터 지지된다. 즉, 판스프링 유닛(20)이 1차 서스펜션의 기능과 종래의 사이드 빔의 기능을 겸하고 있다. 판스프링 유닛(20)의 중앙부(20a)는 가로빔(4)의 하방에 배치된다. 가로빔(4)의 차폭 방향 양측의 부분(4a)의 하부에는 하방으로 볼록한 원호 형상의 하면을 갖는 가압 부재(21)가 설치된다. 가압 부재(21)는 판스프링 유닛(20)의 길이 방향의 중앙부(20a)에 상방으로부터 이격 가능하게 얹혀져 판스프링 유닛(20)을 상방으로부터 프레스한다. 즉, 가압 부재(21)는 판스프링 유닛(20)에 대하여 상하 방향으로 고정되지 않는 상태로, 가로빔(4)으로부터의 중력에 의한 하방 하중에 의해 판스프링 유닛(20)의 중앙부(20a)에 이격 가능하게 접촉한다. 그 때문에, 궤도 부정(不整) 등에 의해 전후의 차륜(6)에 고저 차가 발생한 경우에도, 판스프링 유닛(20)이 가압 부재(21)의 원호 형상의 하면을 따라 요동할 수 있다. 따라서, 궤도에 대한 추종성이 향상됨과 함께, 가로빔(4)의 요동이 억제되어 승차감의 악화가 방지된다.
축 상자(8)의 상부에는 판스프링 유닛(20)의 단부(20b)를 하방으로부터 지지하는 지지 부재(22)가 설치된다. 즉, 판스프링 유닛(20)의 단부(20b)는 지지 부재(22)의 상면에 이격 가능하게 얹혀져 있다. 지지 부재(22)는 축 상자(8) 위에 설치된 시트(seat) 부재(23)(예컨대, 고무 부재)와, 시트 부재(23) 위에 설치된 리시빙 부재(24)를 갖는다. 판스프링 유닛(20) 중의 중앙부(20a)와 단부(20b) 사이의 중간부(20c)의 일부는 한쌍의 리시빙 시트(12) 사이에 위치된 공간을 통과한다. 판스프링 유닛(20)의 중간부(20c)는 측면으로부터 보았을 때 중앙부(20a)를 향해서 하방으로 경사져 있고, 판스프링 유닛(20)의 중앙부(20a)는 판스프링 유닛(20)의 단부(20b)보다도 낮게 배치된다. 즉, 판스프링 유닛(20)은 측면으로부터 보았을 때 하방으로 볼록한 형상을 갖는다.
도 3은 도 1에 나타내는 판스프링 유닛(20) 및 그 근방을 확대한 평면도다. 도 4는 도 2에 나타내는 판스프링 유닛(20) 및 그 근방을 확대한 측면도다. 도 3 및 4에 나타내는 바와 같이, 판스프링 유닛(20)은 하측 판스프링(31)과, 상측 판스프링(32)과, 중앙 스페이서(33)와, 한쌍의 엔드 스페이서(34)를 구비한다. 하측 판스프링(31)은 섬유 강화 수지제(예컨대, CFRP)이며, 그 길이 방향 양측의 단부(31b)가 지지 부재(22)를 통해서 축 상자(8)에 하방으로부터 지지되어 있다. 상측 판스프링(32)은 섬유 강화 수지제(예컨대, CFRP)이며, 하측 판스프링(31)과 간극을 두고서 하측 판스프링(31)의 상방에 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 하측 판스프링(31) 및 상측 판스프링(32)은 길이 방향으로 일정한 판 두께이며, 하측 판스프링(31)의 판 두께와 상측 판스프링(32)의 판 두께는 서로 동일하다.
하측 판스프링(31) 및 상측 판스프링(32)은 섬유 강화 수지제이지만, 반드시 동일한 재질일 필요는 없다. 예컨대, 상측 판스프링(32)을 CFRP로 하고, 하측 판스프링(31)의 일부 혹은 모두를 내충격성이 우수한 AFRP으로 하면, 밸러스트 등의 충돌에 대하여 유리하다.
중앙 스페이서(33)는 하측 판스프링(31)의 중앙부(31a)와 상측 판스프링(32)의 중앙부(32a) 사이에 끼워져 있다. 엔드 스페이서(34)는 하측 판스프링(31)의 길이 방향 양측의 단부(31b)와 상측 판스프링(32)의 길이 방향 양측의 단부(32b) 사이에 끼워져 있다. 중앙 스페이서(33)와 엔드 스페이서(34) 사이에는 간극(G)이 형성되어 있다. 즉, 하측 판스프링(31) 중의 중앙부(31a)와 단부(31b) 사이의 중간부(31c)는 상측 판스프링(32) 중의 중앙부(32a)와 단부(32b) 사이의 중간부(32c)에 대하여 간극(G)을 두고서 비접촉이다.
하측 판스프링(31) 및 상측 판스프링(32)의 단부(31b, 32b)는, 대차(1)에 차체(50)를 얹지 않은 상태에 있어서, 측면으로부터 보았을 때 차량 길이 방향 바깥쪽을 향해서 비스듬히 하방으로 경사져 있다. 즉, 하측 판스프링(31) 및 상측 판스프링(32)의 단부(31b, 32b)의 하면에 수직하는 하향의 법선(NL)은 대차(1)에 차체(50)를 얹지 않은 상태에 있어서, 측면으로부터 보았을 때 연직선(VL)보다도 차량 길이 방향 중앙측으로 경사(각도 θ)져 있다. 그리고, 대차(1)에 차체(50)(빈 차)를 얹으면, 하측 판스프링(31) 및 상측 판스프링(32)이 휘는 것에 의해, 법선(NL)이 연직선(VL)과 대략 일치하게 된다. 하측 판스프링(31) 및 상측 판스프링(32)의 단부(31b, 32b)는 측면으로부터 보았을 때 직선형으로 형성되어 있고, 그 직선 부분의 차량 길이 방향의 길이는 지지 부재(22)의 차량 길이 방향의 길이보다도 길다.
하측 판스프링(31)의 단부(31b)와, 엔드 스페이서(34)와, 상측 판스프링(32)의 단부(32b)는 서로 겹쳐져 있다. 판스프링 유닛(20)이 대차(1)에 탑재된 상태에서는, 하측 판스프링(31)의 단부(31b)와, 엔드 스페이서(34)와, 상측 판스프링(32)의 단부(32b)와, 지지 부재(22)와, 축 상자(8)는 연직 방향으로부터 보았을 때 서로 겹쳐지는 위치에 배치되어 있다. 리시빙 부재(24)의 상면은 하측 판스프링(31)의 단부(31b)의 하면을 지지한다. 하측 판스프링(31)의 단부(31b)의 하면과, 그것에 대응하는 리시빙 부재(24)의 상면은 평탄면을 갖는다.
리시빙 부재(24)는 시트 부재(23) 위에 얹혀진 저벽부(24a)와, 저벽부(24a)의 차량 길이 방향 외측으로부터 상방으로 돌출하는 단(端)벽부(24b)와, 저벽부(24a)의 차폭 방향 양측으로부터 상방으로 돌출하는 한쌍의 측벽부(24c)를 갖는다. 즉, 하측 판스프링(31)의 단부(31b)와, 엔드 스페이서(34)와, 상측 판스프링(32)의 단부(32b)는 리시빙 부재(24)에 대하여 차량 길이 방향 바깥쪽으로 소정량을 초과하여 이동하는 것이 단벽부(24b)에 의해 규제되고, 또한, 리시빙 부재(24)에 대하여 차폭 방향 양측으로 소정량을 초과하여 이동하는 것이 측벽부(24c)에 의해 규제된다. 저벽부(24a), 단벽부(24b) 및 측벽부(24c)의 각각과 판스프링 유닛(20)의 단부(20b)와의 사이에는 끼움부재(25)가 삽입되어 있다. 끼움부재(25)는 하측 판스프링(31) 및 상측 판스프링(32)보다도 저경도의 재료로 이루어지고, 예컨대, 고무 등의 탄성재료로 이루어진다.
엔드 스페이서(34) 중의 적어도 하측 판스프링(31) 또는 상측 판스프링(32)과 접하는 면은 하측 판스프링(31) 및 상측 판스프링(32)보다도 저경도의 재료로 이루어지고, 예컨대, 고무 등의 탄성재료로 이루어진다. 엔드 스페이서(34)는 하측 판스프링(31) 및 상측 판스프링(32)에 대하여 접촉하여 있을 뿐이며 접착되어 있지 않다. 즉, 판스프링 유닛(20)이 크게 탄성 변형함으로써 상측 판스프링(32)의 단부(32b)가 하측 판스프링(31)의 단부(31b)에 대하여 길이 방향 중앙측으로 상대 이동하는 경우, 엔드 스페이서(34)와 판스프링(31, 32)과의 사이에 정마찰(靜摩擦)이 작용하고 있는 상태에서는 엔드 스페이서(34)가 전단(剪斷) 형상으로 탄성 변형하고, 정마찰로부터 동마찰(動摩擦)로 천이된 상태에서는 하측 판스프링(31)의 단부(31b)가 엔드 스페이서(34)에 대하여 슬라이드한다.
리시빙 부재(24)에는 엔드 스페이서(34)가 축 상자(8)에 대하여 차량 길이 방향 중앙측으로 소정량을 초과하여 이동하는 것을 규제하는 규제 부재(26)가 설치되어 있다. 규제 부재(26)는 하측 판스프링(31)과 상측 판스프링(32)과의 사이에 있어서 엔드 스페이서(34)의 차량 길이 방향 중앙측에 위치하고 있다. 규제 부재(26)는 리시빙 부재(24)의 측벽부(24c)에 부착되고, 평면으로 보았을 때 판스프링(31, 32)과 겹쳐지도록 측벽부(24c)로부터 차폭 방향으로 돌출하여 있다. 본 실시 형태에서는, 규제 부재(26)는 리시빙 부재(24)의 측벽부(24c)에 부착된 봉 형상 부재다. 규제 부재(26)는 판스프링 유닛(20)을 리시빙 부재(24)에 대하여 용이하게 부착 또는 이탈시킬 수 있도록, 리시빙 부재(24)에 대하여 착탈 가능하게 되어 있다.
하측 판스프링(31)의 중간부(31c) 및 상측 판스프링(32)의 중간부(32c)는 측면으로부터 보았을 때에 있어서 수평 방향에 대하여 경사진 영역을 가지며, 그 영역은 단부(31b, 32b)측으로부터 중앙부(31a, 32a)측을 향함에 따라서 하방을 향하도록 경사져 있다. 즉, 하측 판스프링(31) 및 상측 판스프링(32)은 측면으로부터 보았을 때에 하방으로 볼록한 활 형상을 갖는다.
가압 부재(21)는 금속 또는 수지 또는 FRP 등으로 이루어지는 강체(剛體)이고 또한 하방으로 볼록한 원호 형상의 하면을 갖는 본체부(21a)와, 본체부(21a)의 하면에 접착된 시트부(21b)를 갖는다. 시트부(21b)는 가압 부재(21)의 본체부(21a) 및 상측 판스프링(32)보다도 저경도의 재료로 이루어지고, 예컨대, 고무 시트로 이루어진다. 대차(1)에 지지된 차체(50)(도 2 참조)가 빈 차인 상태에 있어서, 가압 부재(21)의 하면의 곡률은 상측 판스프링(32)의 중앙부(32a)의 상면의 곡률보다도 크다. 그 때문에, 차체(50)로부터의 하방 하중이 증가하여 가압 부재(21)에 의해 하방으로 밀린 판스프링 유닛(20)이 탄성 변형하면, 상측 판스프링(32)의 가압 부재(21)로부터 프레스되는 면적이 증가하고, 상측 판스프링(32)의 가압 부재(21)에 프레스되는 영역으로부터 상측 판스프링(32)의 지지 부재(22)에 지지되는 영역까지의 최단 거리가 짧아진다. 따라서, 차체(50)에 대한 승차율이 증가함에 따라서, 판스프링 유닛(20)의 스프링 상수가 증가하여, 변형량을 억제할 수 있다.
하측 판스프링(31)의 중앙부(31a)와 상측 판스프링(32)의 중앙부(32a) 사이에는 서로 길이 방향으로 상대 변위 가능하도록 중앙 스페이서(33)가 끼워져 있다. 하측 판스프링(31)의 중앙부(31a)와, 중앙 스페이서(33)와, 상측 판스프링(32)의 중앙부(32a)와, 가압 부재(21)는 연직 방향으로부터 보았을 때 서로 겹쳐지는 위치에 배치되어 있다. 중앙 스페이서(33)는 가압 부재(21)보다도 차량 길이 방향의 길이가 짧다. 중앙 스페이서(33)의 차량 길이 방향 양측의 단부는 가압 부재(21)의 차량 길이 방향 양측의 단부보다도 차량 길이 방향 중앙측에 위치한다.
도 5는 도 4의 V-V선 단면도다. 도 6은 도 4의 VI-VI선 단면도다. 도 4∼6에 나타내는 바와 같이, 중앙 스페이서(33) 중의 적어도 하측 판스프링(31) 또는 상측 판스프링(32)과 접하는 면은, 하측 판스프링(31) 및 상측 판스프링(32)보다도 저경도의 재료로 이루어지고, 예컨대 고무로 이루어진다. 본 실시 형태에서는, 중앙 스페이서(33)는 하측 판스프링(31)의 중앙부(31a)의 상면에 접촉하는 하측 탄성 부재(35)와, 상측 판스프링(32)의 중앙부(32a)의 하면에 접촉하는 상측 탄성 부재(36)와, 하측 탄성 부재(35)와 상측 탄성 부재(36) 사이에 끼워진 위치 결정 부재(37)를 구비한다. 중앙 스페이서(33)는 하측 판스프링(31) 및 상측 판스프링(32)에 대하여 접촉하고 있을 뿐이며 접착되어 있지 않다.
위치 결정 부재(37)는 차량 길이 방향으로 연장되어 하방으로 개방된 하측 홈부(37a)와, 차량 길이 방향으로 연장되어 상방으로 개방된 상측 홈부(37b)를 갖는다. 위치 결정 부재(37)는 차량 길이 방향으로부터 보았을 때 H형상의 단면을 갖는다. 상측 홈부(37b)에는 하측 탄성 부재(35) 및 하측 판스프링(31)이 하방으로부터 끼워(fit)지고, 상측 홈부(37b)에는 상측 탄성 부재(36) 및 상측 판스프링(32)이 상방으로부터 끼워진다. 하측 홈부(37a)의 저면은 하측 판스프링(31)의 상면을 따른 원호 형상이며, 상측 홈부(37b)의 저면은 상측 판스프링(32)의 하면을 따른 원호 형상이다. 하측 홈부(37a)의 내측면과 하측 판스프링(31)과의 사이, 및 상측 홈부(37b)의 내측면과 상측 판스프링(32)과의 사이에는, 각각 끼움부재(38, 39)가 삽입되어 있다. 하측 탄성 부재(35), 상측 탄성 부재(36) 및 끼움부재(38, 39)는 하측 판스프링(31) 및 상측 판스프링(32)보다도 저경도의 재료로 이루어지고, 예컨대 고무 시트로 이루어진다.
이상에 설명한 구성에 의하면, 판스프링 유닛(20)에서는, 섬유 강화 수지제의 하측 판스프링(31) 및 상측 판스프링(32)이 서로 분리되어 설치되므로, 하측 판스프링(31)과 상측 판스프링(32)을 접착시키는 공정이 불필요하게 됨과 함께, 그에 의해 건전성 체크가 용이하게 되기 때문에, 제조 효율이 향상된다. 또한, 만일, 하측 판스프링(31) 또는 상측 판스프링(32) 중의 어느 한쪽이 손상되어도, 손상된 판스프링만을 교환하면 좋으므로, 메인터넌스 비용을 저감시킬 수 있다.
또한, 축 상자(8)에 지지 부재(22)를 통해서 하방으로부터 지지되는 하측 판스프링(31)의 단부(31b)의 바로위에, 엔드 스페이서(34)와 상측 판스프링(31)의 단부(32b)가 배치되어 있으므로, 만일 상측 판스프링(32)이 손상되어도 축 상자(8)는 하측 판스프링(31)을 통해서 가로빔(4)을 탄성 지지할 수 있고, 만일 하측 판스프링(31)이 손상되어도 축 상자(8)는 상측 판스프링(32)을 통해서 가로빔(4)을 탄성 지지할 수 있다. 따라서, 만일, 하측 판스프링(31) 또는 상측 판스프링(32) 중의 어느 한쪽이 손상되어도, 판스프링 유닛(20)의 탄성 지지 기능이 유지되어, 신뢰성이 향상된다. 또한, 하측 판스프링(31)의 단부(31b)와 상측 판스프링(32)의 단부(32b)는 엔드 스페이서(34)를 개재하여 길이 방향으로 상대 변위 가능하므로, 판스프링 유닛(20)이 탄성 변형할 때에 하측 판스프링(31) 및 상측 판스프링(32)에 발생하는 길이 방향의 인장 하중 또는 압축 하중을 저감시킬 수 있어, 판스프링(31, 32)의 장수명화를 도모할 수 있다.
또한, 하측 판스프링(31)의 단부(31b)의 하면과 리시빙 부재(24)의 저벽부(24a)의 상면이 평탄면을 가지므로, 가로빔(4)으로부터 판스프링 유닛(20)에 전달되는 하중이 변동되었을 때에, 하측 판스프링(31)의 단부(31b)는 리시빙 부재(24)에 대하여 측면으로부터 보았을 때 각(角) 변위하기 어려워, 하측 판스프링(31)의 단부(31b) 근방에는 연직 방향의 전단력이 발생한다. 그러나, 상측 판스프링(32)의 단부(32b)와 하측 판스프링(31)의 단부(31b)가 서로 연직 방향으로부터 보았을 때 겹쳐지므로, 판스프링 유닛(20)의 단부 근방에 있어서 하측 판스프링(31) 또는 상측 판스프링(32) 중의 어느 한쪽에 응력이 집중하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 하측 판스프링(31)과 상측 판스프링(32) 사이에는, 중앙 스페이서(33)와 엔드 스페이서(34) 사이의 영역에 의해 간극(G)이 설치되어 있으므로, 판스프링 유닛(20)의 탄성 변형시에 있어서 하측 판스프링(31)과 상측 판스프링(32)간의 간섭이 방지되어, 각각의 판스프링(31, 32)에 발생하는 응력이 억제된다. 또한, 하측 판스프링(31)의 중앙부(31a)와 상측 판스프링(32)의 중앙부(32a)간의 상대 위치가 차량 길이 방향으로 고정되어 있지 않으므로, 판스프링 유닛(20)의 길이 방향 일측의 단부(20b)와 길이 방향 타측의 단부(20b)가 서로 비대칭인 동작을 했을 때에도(예컨대, 휠 하중 감소시), 하측 판스프링(31) 또는 상측 판스프링(32)에 발생하는 응력을 저감시킬 수 있다.
또한, 하측 판스프링(31)이 위치 결정 부재(37)의 하측 홈부(37a)에 끼워지고, 상측 판스프링(32)이 위치 결정 부재(37)의 상측 홈부(37b)에 끼워지므로, 하측 판스프링(31)과 상측 판스프링(32)이 서로 차폭 방향으로 위치 어긋나게 되는 것을 위치 결정 부재(37)에 의해 규제할 수 있다. 또한, 하측 홈부(37a)가 하방으로 개방되고 또한 상측 홈부(37b)가 상방으로 개방되어 있으므로, 하측 판스프링(31), 하측 탄성 부재(35), 위치 결정 부재(37), 상측 탄성 부재(36) 및 상측 판스프링(32)은 단순히 적층함으로써 조립되어, 판스프링 유닛(20)의 조립 및 분해를 용이하게 행할 수 있다.
또한, 지지 부재(22)에는 엔드 스페이서(34)가 축 상자(8)에 대하여 차량 길이 방향 중앙측으로 소정량을 초과하여 이동하는 것을 규제하는 규제 부재(26)가 설치되어 있으므로, 엔드 스페이서(34)를 하측 판스프링(31) 및 상측 판스프링(32)에 접착 등에 의해 고정하지 않아도, 엔드 스페이서(34)의 탈락을 방지할 수 있다. 또한, 중앙 스페이서(33) 및 엔드 스페이서(34)는 고무 등의 탄성재료를 가지므로, 판스프링 유닛(20)에 적절한 감쇠 성능을 부여할 수 있다.
(제2 실시 형태)
도 7은 제2 실시 형태에 관한 대차의 판스프링 유닛(120)의 주요부를 확대한 측면도다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 제2 실시 형태의 판스프링 유닛(120)에서는, 하측 판스프링(31)의 단부(31b)와 상측 판스프링(32)의 단부(32b) 사이에 끼워진 엔드 스페이서(134)가 하측판(141), 중간판(142) 및 상측판(143)으로 이루어지는 3층 구조를 갖는다. 하측판(141) 및 상측판(143)은 하측 판스프링(31) 및 상측 판스프링(32)보다도 저경도의 재료로 이루어지고, 예컨대, 고무 등의 탄성재료로 이루어진다. 중간판(142)은 하측판(141) 및 상측판(143)보다도 고경도의 금속 또는 수지 또는 FRP 등으로 이루어진다.
하측판(141) 및 상측판(143)은 중간판(142)에 대하여 수평 방향으로 위치 결정되어 있다. 구체적으로는, 하측판(141) 및 중간판(142)은 서로의 수평 방향의 상대 변위를 저지하는 요철 피팅 구조(도시하지 않음)를 가지며, 상측판(143) 및 중간판(142)도 서로의 수평 방향의 상대 변위를 저지하는 요철 피팅 구조(도시하지 않음)를 갖는다. 중간판(142)은 하측판(141) 및 상측판(143)보다도 길이 방향 중앙측으로 돌출하여 있다. 리시빙 부재(24)에 설치된 규제 부재(26)는 중간판(142)과 수평 방향으로 대향하는 높이에 배치되어 있다. 즉, 규제 부재(26)는 중간판(142)이 축 상자(8)에 대하여 차량 길이 방향 중앙측으로 소정량을 초과하여 이동하는 것을 규제하여, 하측판(141) 및 상측판(143)에는 접촉하지 않는다. 한편, 다른 구성은 전술한 제1 실시 형태와 동일하기 때문에 설명을 생략한다.
(제3 실시 형태)
도 8은 제3 실시 형태에 관한 대차의 판스프링 유닛(220)의 주요부를 확대한 측면도다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 제3 실시 형태의 판스프링 유닛(220)에서는, 하측 판스프링(31)의 판 두께와 상측 판스프링(132)의 판 두께가 서로 다르다. 구체적으로는, 하측 판스프링(31) 및 상측 판스프링(132)은 길이 방향으로 일정한 판 두께이며, 하측 판스프링(31)의 판 두께(T1)는 상측 판스프링(132)의 판 두께(T2)보다도 크다. 이와 같이, 각각의 판스프링(31, 132)의 판 두께를 변경하는 것만으로, 판스프링 유닛(220) 전체의 스프링 상수를 용이하게 변경할 수 있다. 또한, 판스프링(31, 132)의 재료의 배향 각도를 변경하는 것만으로, 판스프링 유닛(220) 전체의 스프링 상수를 용이하게 변경할 수 있다. 또한, 판스프링(31, 132)의 재료를 변경함으로써, 판스프링 유닛(220) 전체의 스프링 상수를 용이하게 변경할 수 있다. 게다가, 하측 판스프링(31) 및 상측 판스프링(132)은 중앙 스페이서(33)(도 4) 및 엔드 스페이서(34)에 대하여 이격 가능하게 적층되어 비접착이므로, 일부의 판스프링만(예컨대, 상측 판스프링(132)만)을 교환함으로써 용이하게 판스프링 유닛(220)의 스프링 상수를 조정할 수 있다.
(제4 실시 형태)
도 9는 제4 실시 형태에 관한 대차(301)의 평면도다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 대차(301)에서는, 차축(5)에는 차륜(6)보다도 차폭 방향 내측에서 차축(5)을 회전 가능하게 지지하는 베어링(도시하지 않음)이 설치되고, 상기 축 상자와 가로빔(4) 사이에 차량 길이 방향으로 연장된 판스프링 유닛(20)이 가교되어 있다. 판스프링 유닛(20)의 길이 방향의 중앙부가 가로빔(4)의 차폭 방향 양측의 부분을 하방으로부터 지지하고, 판스프링 유닛(20)의 길이 방향 양측의 단부가 지지 부재(22)를 통해서 축 상자에 하방으로부터 지지된다. 즉, 판스프링 유닛(20)이 서스펜션 뿐만 아니라 사이드 빔(프레임)으로서도 기능하는 것에 착안한 경우, 대차(301)는 인너 프레임 타입 대차라고 칭할 수 있다. 한편, 다른 구성은 전술한 제1 실시 형태와 동일하기 때문에 설명을 생략한다.
한편, 본 발명은 전술한 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 그 구성을 변경, 추가, 또는 삭제할 수 있다. 상기 각 실시 형태는 서로 임의로 조합하여도 좋고, 예컨대 1개의 실시 형태 중의 일부의 구성을 다른 실시 형태에 적용해도 좋다.
1, 301 철도 차량용 대차 4 가로빔
5 차축 7 베어링
8 축 상자 20, 120, 220 판스프링 유닛
20a 중앙부 20b 단부
20c 중간부 21 가압 부재
26 규제 부재 31 하측 판스프링
31a 중앙부 31b 단부
32, 132 상측 판스프링 32a 중앙부
32b 단부 33 중앙 스페이서
34, 134 엔드 스페이서 37 위치 결정 부재
37a 하측 홈부 37b 상측 홈부
50 차체

Claims (6)

  1. 길이 방향 양측의 단부에서 축 상자에 하방으로부터 지지되고, 상기 길이 방향의 중앙부에서 가로빔을 하방으로부터 지지하는, 철도 차량용 대차에 적용되는 판스프링 유닛으로서,
    길이 방향 양측의 단부가 상기 축 상자에 하방으로부터 지지되는 섬유 강화 수지제의 하측 판스프링과,
    상기 하측 판스프링에 대하여 간극을 두고 상기 하측 판스프링의 상방에 배치되고, 중앙부가 상기 가로빔에 설치된 가압 부재에 상방으로부터 가압되는 섬유 강화 수지제의 상측 판스프링과,
    상기 하측 판스프링의 중앙부와 상기 상측 판스프링의 중앙부 사이에 끼워진 중앙 스페이서와,
    상기 하측 판스프링의 단부와 상기 상측 판스프링의 단부 사이에 끼워지고, 상기 하측 판스프링의 단부와 상기 상측 판스프링의 단부의 상기 길이 방향의 상대 변위를 가능하게 하는 엔드 스페이서를 구비하는 것을 특징으로 하는 판스프링 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하측 판스프링의 중앙부와 상기 상측 판스프링의 중앙부는 상기 길이 방향으로 상대 변위 가능하도록 상기 중앙 스페이서가 끼워져 있는 것을 특징으로 하는 판스프링 유닛.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 중앙 스페이서는, 상기 길이 방향으로 연장되어 하방으로 개방된 하측 홈부와, 상기 길이 방향으로 연장되어 상방으로 개방된 상측 홈부를 갖고,
    상기 하측 판스프링이 상기 하측 홈부에 하방으로부터 끼워지고, 상기 상측 판스프링이 상기 상측 홈부에 상방으로부터 끼워지는 것을 특징으로 하는 판스프링 유닛.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 판스프링 유닛과,
    철도 차량의 차체를 지지하기 위한 상기 가로빔과,
    상기 가로빔의 차량 길이 방향 양측에 각각 배치되고, 차축을 지지하는 베어링을 수용하는 상기 축 상자를 구비하고,
    상기 축 상자, 상기 하측 판스프링의 단부, 상기 엔드 스페이서, 상기 상측 판스프링의 단부는, 연직 방향으로부터 보았을 때 서로 겹쳐지는 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 대차.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 축 상자의 상부에는, 상기 하측 판스프링의 단부의 하면을 지지하는 상면이 형성된 지지 부재가 설치되고,
    상기 하측 판스프링의 단부의 하면 및 상기 지지 부재의 상면은 평탄면을 갖는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 대차.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 하측 판스프링과 상기 상측 판스프링 사이에서 상기 엔드 스페이서의 차량 길이 방향 중앙측에 위치하고, 상기 엔드 스페이서가 상기 축 상자에 대하여 차량 길이 방향 중앙측으로 소정량을 초과하여 이동하는 것을 규제하는 규제 부재를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 대차.
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