(57)【要約】【課題】上下方向の荷重に対する優れた強度を基本性能として有しながら、ねじり荷重に対しても高い強度を有する鉄道車両台車用板バネを提供する。また、ＦＲＰからなる上層及び下層の間に、コア層が配置された鉄道車両台車用板バネにおいて、コア層で発生したクラックによる板バネの性能低下及び寿命の短縮化を防止する。【解決手段】板バネは、少なくとも１つの長尺状のＦＲＰ構造を備え、ＦＲＰ構造は、板バネの長手方向を単一の配向方向として連続繊維が配向した複数の主ＵＤシートと、長手方向に対して前記板バネの幅方向に５°以上１０°以下の範囲の角度で傾斜する方向を単一の配向方向として連続繊維が配向した少なくとも１つの副ＵＤシートと、を有し、所定数の主ＵＤシートが上下方向に積層された主ＵＤシート積層体に対して、前記副ＵＤシートが前記板バネの板厚方向に積層されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの長尺状のＦＲＰ構造を備えた鉄道車両台車用板バネであって、
前記ＦＲＰ構造は、
前記板バネの長手方向を単一の配向方向として連続繊維が配向した複数の主ＵＤシートと、
前記長手方向に対して前記板バネの幅方向に５°以上１０°以下の範囲の角度で傾斜する方向を単一の配向方向として連続繊維が配向した少なくとも１つの副ＵＤシートと、を有し、
前記複数の主ＵＤシートのうち所定数の主ＵＤシートが上下方向に積層された主ＵＤシート積層体に対して、前記副ＵＤシートが前記板バネの板厚方向に積層されている、鉄道車両台車用板バネ。
【請求項２】
前記ＦＲＰ構造における前記複数の主ＵＤシートが配置された部分の合計厚み寸法が、前記ＦＲＰ構造における前記少なくとも１つの副ＵＤシートが配置された部分の合計厚み寸法よりも大きい、請求項１に記載の鉄道車両台車用板バネ。
【請求項３】
前記少なくとも１つの副ＵＤシートは、複数の前記副ＵＤシートを含み、
前記複数の副ＵＤシートのうち少なくとも一対の副ＵＤシートが、前記主ＵＤシート積層体を前記板厚方向に挟んでいる、請求項１又は２に記載の鉄道車両台車用板バネ。
【請求項４】
前記複数の副ＵＤシートは、前記長手方向に対して前記幅方向一方側に５°以上１０°以下の範囲の角度で傾斜する方向を単一の配向方向として連続繊維が配向した第１副ＵＤシートと、前記長手方向に対して前記幅方向他方側に５°以上１０°以下の範囲の角度で傾斜する方向を単一の配向方向として連続繊維が配向した第２副ＵＤシートとの両方を同数ずつ含む、請求項３に記載の鉄道車両台車用板バネ。
【請求項５】
前記主ＵＤシートの連続繊維の切断面が、前記主ＵＤシートの長手方向端面に位置し、前記副ＵＤシートの連続繊維の切断面が、前記副ＵＤシートの幅方向側面に位置している、請求項１〜４のいずれか１項に記載の鉄道車両台車用板バネ。
【請求項６】
コア層を更に備え、
前記少なくとも１つのＦＲＰ構造は、前記コア層の前記板厚方向一方側に積層された上層、及び、前記コア層の前記板厚方向他方側に積層された下層のうち少なくとも一方である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の鉄道車両台車用板バネ。
【請求項７】
前記上層及び前記下層のうち少なくとも一方は、最も前記コア層に近接する部分に配置された遮断層を有し、
前記遮断層は、前記長手方向に対して前記板バネの幅方向に４０°以上５０°以下の範囲の角度で傾斜する方向に配向した連続繊維を含む、請求項６に記載の鉄道車両台車用板バネ。
【請求項８】
一対の長尺状のＦＲＰ構造を備えた鉄道車両台車用板バネであって、
コア層と、
前記コア層の前記板バネの板厚方向一方側に積層され、前記一対のＦＲＰ構造のうち一方である上層と、
前記コア層の前記板厚方向他方側に積層され、前記一対のＦＲＰ構造のうち他方である下層と、を備え、
前記上層及び前記下層は、前記板バネの長手方向を単一の配向方向として連続繊維が配向したＵＤ層と、前記ＵＤ層よりも前記コア層側で前記ＵＤ層に前記板バネの前記板厚方向に積層された遮断層とを有し、
前記遮断層では、前記長手方向に対して前記板バネの幅方向一方側に４０°以上５０°以下の範囲の角度で傾斜する方向に第１連続繊維が配向すると共に、前記長手方向に対して前記板バネの幅方向他方側に４０°以上５０°以下の範囲の角度で傾斜する方向に第２連続繊維が配向している、鉄道車両台車用板バネ。
【請求項９】
前記コア層は、前記長手方向に延びる複数の層が前記幅方向に積層された積層構造を有する、請求項８に記載の鉄道車両台車用板バネ。
【請求項１０】
前記遮断層は、前記第１連続繊維と、前記第２連続繊維とによる織物構造を有する、請求項８又は９に記載の鉄道車両台車用板バネ。
【請求項１１】
前記上層及び前記下層のうち少なくとも一方における最も前記コア層に近接する部分に、前記遮断層が配置されている、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の鉄道車両台車用板バネ。
【請求項１２】
車幅方向に延びて鉄道車両の車体を支持する横梁と、
前記横梁の車両長手方向両側に配置された車軸を回転自在に支持する軸受をそれぞれ収容する一対の軸箱と、
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の前記鉄道車両台車用板バネと、を備え、
前記鉄道車両台車用板バネが、車両長手方向に延びるように配置され、その車両長手方向の両端部が前記一対の軸箱に支持された状態で前記横梁を支持している、鉄道車両用台車。
【請求項１３】
前記鉄道車両台車用板バネの前記両端部が、前記一対の軸箱に固定されない状態で支持されている、請求項１２に記載の鉄道車両用台車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両台車用板バネ及び鉄道車両用台車に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示されるように、車両長手方向に延びる板バネを台車枠に設け、板バネの車両長手方向の両端部を軸箱で支持し、板バネの車両長手方向の中央部により台車枠の横梁を支持する鉄道車両用台車が知られている。
【０００３】
一例として、板バネは、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）からなる上層及び下層の間に、コア層が配置されて構成される。また一例として、上層及び下層は、車両長手方向を単一の配向方向として連続繊維が配向したＵＤ層を有する。このような板バネを用いることで、側梁を省略して台車枠を軽量化できると共に、台車の組立作業を簡素化できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０３８６７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
板バネには、その基本性能として、上下方向の荷重に対して優れた強度を有することが求められるが、台車をクレーンで釣り上げた際等においてねじり荷重が及ぶおそれがある。また板バネでは、コア層においてクラックが上下方向に延びるように発生した場合、クラックが上層又は下層にまで進展し、板バネの性能が低下して寿命が短縮するおそれがある。
【０００６】
そこで本発明は、上下方向の荷重に対する優れた強度を基本性能として有しながら、ねじり荷重に対しても高い強度を有する鉄道車両台車用板バネを提供することを第１の目的とする。
【０００７】
また本発明は、ＦＲＰからなる上層及び下層の間に、コア層が配置された鉄道車両台車用板バネにおいて、コア層で発生したクラックによる板バネの性能低下及び寿命の短縮化を防止することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る鉄道車両台車用板バネは、少なくとも１つの長尺状のＦＲＰ構造を備えた鉄道車両台車用板バネであって、前記ＦＲＰ構造は、前記板バネの長手方向を単一の配向方向として連続繊維が配向した複数の主ＵＤシートと、前記長手方向に対して前記板バネの幅方向に５°以上１０°以下の範囲の角度で傾斜する方向を単一の配向方向として連続繊維が配向した少なくとも１つの副ＵＤシートと、を有し、前記複数の主ＵＤシートのうち所定数の主ＵＤシートが上下方向に積層された主ＵＤシート積層体に対して、前記副ＵＤシートが前記板バネの板厚方向に積層されている。
【０００９】
上記構成によれば、板バネの長手方向を単一の配向方向として連続繊維が配向した所定数の長尺状の主ＵＤシートが上下方向に積層された主ＵＤシート積層体により、上下方向の荷重に対して優れた強度が基本性能として得られる。また、板バネの幅方向に５°以上１０°以下の範囲の角度で傾斜する方向を単一の配向方向として連続繊維が配向した副ＵＤシートを、主ＵＤシート積層体に対して板バネの板厚方向に積層したことにより、ねじり荷重に対しても高い強度が得られる。
【００１０】
また、本発明の別の態様に係る鉄道車両台車用板バネは、一対の長尺状のＦＲＰ構造を備えた鉄道車両台車用板バネであって、コア層と、前記コア層の前記板バネの板厚方向一方側に積層され、前記一対のＦＲＰ構造のうち一方である上層と、前記コア層の前記板厚方向他方側に積層され、前記一対のＦＲＰ構造のうち他方である下層と、を備え、前記上層及び前記下層は、前記板バネの長手方向を単一の配向方向として連続繊維が配向したＵＤ層と、前記ＵＤ層よりも前記コア層側で前記ＵＤ層に前記板バネの前記板厚方向に積層された遮断層とを有し、前記遮断層では、前記長手方向に対して前記板バネの幅方向一方側に４０°以上５０°以下の範囲の角度で傾斜する方向に第１連続繊維が配向すると共に、前記長手方向に対して前記板バネの幅方向他方側に４０°以上５０°以下の範囲の角度で傾斜する方向に第２連続繊維が配向している。
【００１１】
上記構成によれば、上層及び下層において、ＵＤ層の連続繊維と、遮断層の第１連続繊維及び第２連続繊維とを、４０°以上５０°以下の範囲の十分な角度で交差させることができる。このため、コア層において上下方向にクラックが発生した場合、クラックがＵＤ層の連続繊維の間隙を通って上下方向に進展するのを、ＵＤ層よりもコア層側でＵＤ層に板バネの板厚方向に積層された遮断層において未然に遮断できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、上下方向の荷重に対する優れた強度を基本性能として有しながら、ねじり荷重に対しても高い強度を有する鉄道車両台車用板バネを提供できる。
【００１３】
また本発明によれば、ＦＲＰからなる上層及び下層の間に、コア層が配置された鉄道車両台車用板バネにおいて、コア層で発生したクラックによる板バネの性能低下及び寿命の短縮化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態に係る鉄道車両台車の側面図である。
【図２】図１の板バネの斜視図である。
【図３】図１の板バネの分解図である。
【図４】図１の板バネの長手方向から見た鉛直断面図である。
【図５】図２の上層の製造時の様子を示す図である。
【図６】減圧下で加圧・加熱されるプリプレグ積層体を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、実施形態に係る鉄道車両台車１の側面図である。図１に示すように、鉄道車両台車１は、二次サスペンションとなる空気バネ２を介して鉄道車両の車体５０を支持する台車枠３を備える。台車枠３は、車幅方向に延びて車体５０を支持する横梁４を備えているが、横梁４の車幅方向両端部から前後方向である車両長手方向に延びる側梁を備えていない。
【００１７】
空気バネ２は、横梁４の上面に設置されている。横梁４の車両長手方向両側には、一対の車軸５が配置されている。車軸５の車幅方向両側には、車輪６が固定されている。また車軸５の車幅方向両側には、車軸５を回転自在に支持する軸受７と、各軸受７をそれぞれ収容する一対の軸箱８が設けられている。横梁４の車幅方向両端部は、軸梁式の連結機構９によって、一対の軸箱８に連結されている。
【００１８】
横梁４と軸箱８との間には、板バネ１０が架け渡されている。板バネ１０は、車両長手方向に延びるように配置され、その車両長手方向の両端部１０ｃが一対の軸箱８に支持された状態で横梁４を支持している。板バネ１０は、長手方向中央部１０ａにおいて、横梁４の車幅方向両端部を下方から弾性的に支持している。これにより、板バネ１０は、一次サスペンションの機能と従来の側梁の機能とを兼ねている。
【００１９】
本実施形態では、横梁４の車幅方向両端部の下部に、車幅方向から見て円弧状の下面１１ａを有する当接部材１１が設けられ、当接部材１１が板バネ１０の長手方向中央部１０ａに上方から載せられて中央部１０ａに自由接触している。即ち、当接部材１１は、板バネ１０を上下方向に固定しない状態で、横梁４からの重力による下方荷重によって、板バネ１０の上面に接触している。
【００２０】
軸箱８の上端部には、支持部材１２が取り付けられている。板バネ１０の長手方向両端部１０ｃは、支持部材１２を介して軸箱８に下方から支持されている。板バネ１０の長手方向両端部１０ｃは、支持部材１２に上方から載せられて、板バネ１０からの下方荷重によって支持部材１２の上面に自由接触している。これにより板バネ１０の長手方向両端部１０ｃが、一対の軸箱８に固定されない状態で、一対の軸箱８に支持されている。
【００２１】
図２は、図１の板バネ１０の斜視図である。図１及び２に示すように、板バネ１０のうち、長手（Ｘ）方向中央部１０ａと長手方向両端部１０ｃとの間に位置する延在部１０ｂは、側面視で長手方向中央部１０ａに向けて下方に傾斜し、板バネ１０の長手方向中央部１０ａは、板バネ１０の長手方向両端部１０ｃよりも下方に位置している。即ち、板バネ１０は、側面視で全体として板バネ１０の板厚（Ｚ）方向下方に凸となる弓形状に形成されている。また板バネ１０は、長手方向両端部１０ｃから長手方向中央部に向けて徐々に肉厚が大きくなるように形成されている。
【００２２】
図３は、図１の板バネ１０の分解図である。板バネ１０は、少なくとも１つ（本実施形態では一対）の長尺状のＦＲＰ構造を備える。図３に示すように、具体的に板バネ１０は、コア層１７と、一対のＦＲＰ構造のうち一方である上層１５と、一対のＦＲＰ構造のうち他方である下層１６とを備える。
【００２３】
コア層１７は、板バネ１０の長手方向に延びている。一例としてコア層１７は、側面視において、その少なくとも一部が板バネ１０の中立軸と重なる位置に配置されている。コア層１７は、板バネ１０の長手方向に延びる複数の層２４（ここではＧＦＲＰ層）が、板バネ１０の幅（Ｙ）方向に積層された積層構造を有する（図４参照）。
【００２４】
本実施形態では、コア層１７の厚み（Ｚ）方向寸法は、その長手方向中央から両端に向かって減少している。一例として、コア層１７の最小厚み方向寸法は、下層１６の厚み方向寸法よりも大きく且つ上層１５の厚み方向寸法よりも小さい。また、コア層１７の最大厚み方向寸法は、上層１５の厚み方向寸法よりも大きく、ここでは上層１５の厚み方向寸法の３倍よりも大きい。
【００２５】
上層１５は、コア層１７の板バネ１０の板厚方向一方側（ここでは上方側）に積層されている。下層１６は、コア層１７の板厚方向他方側（ここでは下方側）に積層されている。上層１５及び下層１６は、板バネ１０の長手方向に延びている。本実施形態では、上層１５、下層１６、及びコア層１７は、板バネ１０の長手方向一端から他端まで連続的に延在している。
【００２６】
上層１５及び下層１６の厚み方向寸法は、一例として一定である。上層１５の厚み方向寸法は、下層１６の厚み方向寸法よりも大きい。一例として本実施形態では、上層１５の厚み方向寸法は、下層１６の厚み方向寸法の２倍よりも大きい。また、上層１５及び下層１６の厚み方向寸法は、板バネ１０の幅方向寸法よりも小さい。
【００２７】
上層１５は、接着層１８によりコア層１７の上面に接着され、下層１６は、接着層１８によりコア層１７の下面に接着されている。接着層１８は、接着剤からなる。接着層１８は、公知の接着剤を含む。接着層１８が含む接着剤は、エポキシ系接着剤の他、アクリル系接着剤、ポリウレタン系接着剤、或いは、シリコン樹脂系接着剤等の反応硬化系樹脂接着剤でもよい。
【００２８】
板バネ１０が備えるＦＲＰ構造は、本実施形態では炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）により構成されているが、これに限定されない。板バネ１０が備えるＦＲＰ構造は、その他、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）、ガラス長繊維強化プラスチック（ＧＭＴ）、アラミド繊維強化プラスチック（ＡＦＲＰ）、ボロン繊維強化プラスチック（ＢＦＲＰ）、ポリエチレン繊維強化プラスチック（ＤＦＲＰ）、ザイロン（登録商標）強化プラスチック（ＺＦＲＰ）等の少なくともいずれかにより構成されてもよい。また、ＣＦＲＰが用いられる場合、連続繊維（強化繊維）としての炭素繊維は、ＰＡＮ系又はピッチ系のいずれのものでもよい。
【００２９】
また、上層１５及び下層１６がＦＲＰ構造により構成される場合、上層１５と下層１６とが含む各連続繊維の材質は、同一でもよいし、異なっていてもよい。
【００３０】
図４は、板バネ１０の長手方向から見た鉛直断面図である。図４では、上層１５，接着層１８、及びコア層１７の各一部断面を示している。コア層１７における複数の層２４は、接着剤により接着されている。図４に示すように、隣接する層２４の間には、接着層１９が形成されている。接着層１９は、板バネ１０の長手方向と上下方向とに延びている。
【００３１】
なおコア層１７は、接着剤を用いることなく一体的に成形してもよい。この場合、コア層１７は、接着層１９を有さない構成となる。
【００３２】
上層１５及び下層１６は、複数の主ＵＤシート２０と、少なくとも１つの副ＵＤシート２１とを有する。ここで言うＵＤシートとは、ＦＲＰ構造において強化繊維として機能する連続繊維が、実質的に所定方向を単一の配向方向として配向した繊維シートを指す。
【００３３】
主ＵＤシート２０は、板バネ１０の長手方向を単一の配向方向として連続繊維が配向している。副ＵＤシート２１は、板バネ１０の長手方向に対して板バネ１０の幅方向に５°以上１０°以下の範囲の角度で傾斜する方向を単一の配向方向として連続繊維が配向している。本実施形態では、上記した少なくとも１つの副ＵＤシート２１は、複数の副ＵＤシート２１を含んでいる。
【００３４】
主ＵＤシート２０の連続繊維の切断面Ｆ１は、主ＵＤシート２０の長手方向端面に位置し、副ＵＤシート２１の連続繊維の切断面Ｆ２は、副ＵＤシート２１の幅方向側面に位置している（図５参照）。
【００３５】
なお、各ＵＤシート２０，２１の内部では、複数の連続繊維が、補助繊維によって束ねられていてもよい。この場合、ＦＲＰ構造における連続繊維に対する補助繊維の質量割合は、一例として２０％未満である。
【００３６】
図４に示すように、上層１５及び下層１６は、少なくとも１つ（本実施形態では複数）の主ＵＤシート積層体２２を有する。主ＵＤシート積層体２２は、複数の主ＵＤシート２０のうち所定数の主ＵＤシート２０が上下方向に積層されて構成されている。ここで言う所定数とは、一例として数枚乃至数十枚の範囲の値に設定されるが、これに限定されない。
【００３７】
板バネ１０では、主ＵＤシート積層体２２に対して、副ＵＤシート２１が板バネ１０の板厚方向に積層されている。複数の副ＵＤシート２１のうち少なくとも一対の副ＵＤシート２１は、主ＵＤシート積層体２２を板バネ１０の板厚方向に挟んで配置されている。本実施形態の上層１５及び下層１６では、複数の主ＵＤシート積層体２２と、複数の副ＵＤシート２１とが、板バネ１０の板厚方向に交互に配置されている。
【００３８】
上層１５と下層１６とが含む主ＵＤシート積層体２２の数は、適宜設定可能であるが、例えば数個以上数十個以内の範囲の値に設定できる。本実施形態では、上層１５は十数個の主ＵＤシート積層体２２を含み、下層１６は数個の主ＵＤシート積層体２２を含む。即ち、上層が含む主ＵＤシート積層体２２の数は、下層１６が含む主ＵＤシート積層体２２の数より多い。
【００３９】
なお板バネ１０では、一対の副ＵＤシート２１が、主ＵＤシート積層体２２を板バネ１０の板厚方向に挟んで配置されていなくてもよい。例えば、板バネ１０の板厚方向にコア層１７から最も遠位に位置する主ＵＤシート積層体２２のコア層１７側とは反対側に、少なくとも１つの副ＵＤシート２１が積層されていてもよい。また、主ＵＤシート積層体２２に対して、複数の副ＵＤシート２１を連続して板バネ１０の板厚方向に積層してもよい。
【００４０】
上層１５及び下層１６の各々において、複数の主ＵＤシート２０が配置された部分の合計厚み方向寸法は、上層１５及び下層１６における少なくとも１つの副ＵＤシート２１が配置された部分の合計厚み方向寸法よりも大きく設定されている。
【００４１】
本実施形態の複数の副ＵＤシート２１は、第１副ＵＤシート２１ａと第２副ＵＤシート２１ｂとを含んでいる。第１副ＵＤシート２１ａは、板バネ１０の長手方向に対して板バネ１０の幅方向一方側に５°以上１０°以下の範囲の角度で傾斜する方向を単一の配向方向として連続繊維が配向している。第２副ＵＤシート２１ｂは、板バネ１０の長手方向に対して板バネ１０の幅方向他方側に５°以上１０°以下の範囲の角度で傾斜する方向を単一の配向方向として連続繊維が配向している。
【００４２】
言い換えると、第１副ＵＤシート２１ａの連続繊維は、第１副ＵＤシート２１ａの法線方向から見て、板バネ１０の長手方向一端側から他端側に向けて、反時計回りに板バネ１０の長手方向に対して５°以上１０°以下の範囲の角度で傾斜する方向に配向している。
【００４３】
また第２副ＵＤシート２１ｂの連続繊維は、第２副ＵＤシート２１ｂの法線方向から見て、板バネ１０の長手方向一端側から他端側に向けて、時計回りに板バネ１０の長手方向に対して５°以上１０°以下の範囲の角度で傾斜する方向に配向している。本実施形態では、複数の副ＵＤシート２１は、第１副ＵＤシート２１ａと第２副ＵＤシート２１ｂとを同数ずつ含んでいる。
【００４４】
また上層１５及び下層１６の各々は、主ＵＤ層２６、副ＵＤ層２７、及び遮断層２８を有する。主ＵＤ層２６は、上層１５及び下層１６を構成する主な層である。主ＵＤ層２６は、板バネ１０の長手方向を単一の配向方向として連続繊維が配向したＦＲＰ層であり、本実施形態では、主ＵＤシート積層体２２が樹脂中に配置されて構成されている。
【００４５】
副ＵＤ層２７は、板バネ１０の板厚方向に主ＵＤ層２６に積層される層である。副ＵＤ層２７は、板バネ１０の長手方向に対して板バネ１０の幅方向に５°以上１０°以下の範囲の角度で傾斜する方向を単一の配向方向として連続繊維が配向したＦＲＰ層であり、本実施形態では、副ＵＤシート２１が樹脂中に配置されて構成されている。
【００４６】
上層１５及び下層１６は、複数の主ＵＤ層２６の合計部分を主構造として有すると共に、複数の副ＵＤ層２７の合計部分を副構造として有する。これにより板バネ１０は、上下方向の荷重に対する強度を基本性能として有すると共に、ねじり荷重に対しても高い強度を有する。
【００４７】
遮断層２８は、コア層１７の内部で板バネ１０の板厚方向にクラックが発生した場合において、クラックが上層１５又は下層１６にまで進展するのを未然に遮断する。遮断層２８は、主ＵＤ層２６よりもコア層１７側で、主ＵＤ層２６に板バネ１０の板厚方向に積層される。
【００４８】
遮断層２８はＦＲＰ層であり、第１連続繊維及び第２連続繊維を含む。遮断層２８では、板バネ１０の長手方向に対して板バネ１０の幅方向一方側に４０°以上５０°以下の範囲の角度で傾斜する方向に第１連続繊維が配向すると共に、板バネ１０の長手方向に対して板バネ１０の幅方向他方側に４０°以上５０°以下の範囲の角度で傾斜する方向に第２連続繊維が配向している。第１連続繊維及び第２連続繊維は、強化繊維として機能する。
【００４９】
言い換えると、第１連続繊維は、遮断層２８の法線方向から見て、板バネ１０の長手方向一端側から他端側に向けて、反時計回りに４０°以上５０°以下の範囲の第１角度に傾斜する方向に配向している。第１角度は、一例として４５°である。
【００５０】
また第２連続繊維は、遮断層２８の法線方向から見て、板バネ１０の長手方向一端側から他端側に向けて、時計回りに４０°以上５０°以下の範囲の第２角度で傾斜する方向に配向している。第２角度は、一例として４５°である。
【００５１】
遮断層２８の第１連続繊維及び第２連続繊維は、このような角度で傾斜する方向に配向しているため、主ＵＤ層２６の連続繊維に対して４０°以上５０°以下の範囲の十分な角度で交差している。
【００５２】
本実施形態の遮断層２８は、第１連続繊維と第２連続繊維とによる織物構造を有する。本実施形態の遮断層２８は、前記織物構造からなる少なくとも１つ（ここでは２つ）の織物繊維シート２３が樹脂中に配置されて構成されている。ここで言う織物とは、平織物、綾織物、或いは朱子織物等の公知の織物組織を有するものである。
【００５３】
なお遮断層２８は、織物繊維シート２３を有していなくてもよい。この場合、遮断層２８は、第１連続繊維を含む第１遮断ＵＤシートと、第２連続繊維を含む第２遮断ＵＤシートとを有していてもよい。
【００５４】
即ち遮断層２８は、遮断層２８の法線方向から見て、板バネ１０の長手方向一端側から他端側に向けて、板バネ１０の長手方向に対して、第１連続繊維が反時計回りに第１角度で傾斜した方向を単一の配向方向として配向する第１遮断ＵＤシートと、遮断層２８の法線方向から見て、板バネ１０の長手方向一端側から他端側に向けて、板バネ１０の長手方向に対して、第２連続繊維が時計回りに第２角度で傾斜した方向を単一の配向方向として配向する第２遮断ＵＤシートとを有していてもよい。
【００５５】
ここで、第１角度及び第２角度は、同一でもよいし、互いに異なっていてもよい。第１角度及び第２角度が同一である場合、第１角度及び第２角度は、例えば、４０°，４５°，又は５０°のいずれでもよい。また、第１角度及び第２角度が互いに異なる場合、例えば、第１角度が４０°，４５°，又は５０°のいずれかであり、且つ、第２角度が、４０°，４５°，又は５０°のうち第１角度と異なる角度であってもよい。
【００５６】
また、本実施形態の遮断層２８は、上層１５及び下層１６における最もコア層１７に近接する部分に配置されている。遮断層２８は、上層１５及び下層１６のうち少なくとも一方が有していればよい。
【００５７】
上層１５及び下層１６の製造時には、板バネ１０の板厚方向に複数のプリプレグ（ＦＲＰシート）を積層し、所定数のプリプレグが積層される毎に、このプリプレグ積層体１５０（図６参照）を減圧下で加圧・加熱する。一例として、図５は、図２の上層１５の製造時の様子を示す図である。図５に示すように、上層１５は、板バネ１０の板厚方向に積層された複数のプリプレグにより構成される。複数のプリプレグは、複数の主プリプレグ３０と、少なくとも１つ（本実施形態では複数）の副プリプレグ３１と、少なくとも１つの遮断プリプレグ３２を含む。
【００５８】
主プリプレグ３０は、主ＵＤシート２０に樹脂が含浸されて構成される。副プリプレグ３１は、副ＵＤシート２１に樹脂が含浸されて構成される。副プリプレグ３１は、第１副ＵＤシート２１ａを含む第１副プリプレグ３１ａと、第２副ＵＤシート２１ｂを含む第２副プリプレグ３１ｂとを有する。遮断プリプレグ３２は、織物繊維シート２３に樹脂が含浸されて構成されている。シート２０，２１，及び２３に含浸される樹脂は、エポキシ樹脂であるが、その他の樹脂であってもよく、例えば、ポリイミド、フェノール、ビスマレイミド、ポリイミド、或いはビニルエステル等の熱硬化性樹脂でもよい。
【００５９】
一対の第１副プリプレグ３１ａ及び第２副プリプレグ３１ｂは、所定数の主プリプレグ３０を板バネ１０の板厚方向に積層した主プリプレグ積層体を板バネ１０の板厚方向に挟んで配置されている。本実施形態では、第１副プリプレグ３１ａ及び第２副プリプレグ３１ｂは、各主プリプレグ積層体を板バネ１０の板厚方向に挟んで交互に配置されている。なお、第１副プリプレグ３１ａ及び第２副プリプレグ３１ｂの少なくとも一方は、板バネ１０の板厚方向に連続して配置されていてもよい。
【００６０】
上層１５及び下層１６の製造時には、遮断プリプレグ３２が、上層１５及び下層１６の最もコア層１７側に配置された状態で、主プリプレグ３０と副プリプレグ３１とが遮断プリプレグ３２に積層される。複数のプリプレグ３０〜３２は、減圧下で加圧・加熱されることにより一体化される。
【００６１】
なお下層１６は、上層１５と同様の方法により製造されるが、主プリプレグ３０と副プリプレグ３１との数が、上層１５よりも少ない。また、複数のプリプレグを減圧下で加圧・加熱する方法としては、例えば真空バック法を例示できるが、これに限定されず、例えばオートクレーブ法でもよい。
【００６２】
図６は、減圧下で加圧・加熱されるプリプレグ積層体１５０を示す斜視図である。一般にプリプレグ積層体では、隣接するプリプレグの間に若干の空気が混入する場合がある。この空気の少なくとも一部は、各プリプレグが減圧下で加圧・加熱される際に連続繊維の配向方向に沿って排出される。ここで、プリプレグ積層体の長手方向両端内に混入した空気は、排出経路が比較的短いために排出され易いが、プリプレグ積層体の長手方向中央内に混入した空気は、排出経路が比較的長いために排出されにくい。
【００６３】
図６に示すように、これに対して本実施形態では、主ＵＤシート２０の連続繊維の切断面Ｆ１が主ＵＤシート２０の長手方向端面に位置し、副ＵＤシート２１の連続繊維の切断面Ｆ２が副ＵＤシート２１の幅方向側面に位置している。従って、プリプレグ積層体１５０の長手方向両端面と幅方向両端面に、ＵＤシート２０，２１の繊維断面が配置されている。
【００６４】
これにより、プリプレグ積層体１５０の長手方向中央内に混入した空気は、副ＵＤシート２１の連続繊維の配向方向に沿って排出経路を移動し、副ＵＤシート２１の幅方向側面から排出され易くなる。なお、プリプレグ積層体１５０から排出される空気は、隣接するプリプレグの間に混入した空気だけでなく、各プリプレグ内に混入した空気も含む。
【００６５】
このように、プリプレグ積層体１５０を減圧下で加圧・加熱する際、各ＵＤシート２０，２１の連続繊維の配向方向に沿って、プリプレグ積層体１５０の内部から空気が効率よく排出される。従って、板バネ１０のＦＲＰ構造において、空気の混入による内部欠陥が発生するのを抑制でき、板バネ１０の製造時における歩留まりの低下を抑え、生産コストの上昇を抑制できる。
【００６６】
また、プリプレグ積層体１５０内に複数の主ＵＤシート２０と複数の副ＵＤシート２１とを配置することで、複数の異なる方向に沿った空気の排出経路を設けることができ、プリプレグ積層体１５０の内部からの空気の排出効果を一層高めることができる。
【００６７】
プリプレグ積層体１５０において、上記のように各ＵＤシート２０，２１によるプリプレグ積層体１５０の内部からの空気の排出効果を良好に得るためには、プリプレグ積層体１５０に各シート２０，２１が少なくとも１つずつ含まれる状態で、プリプレグ積層体１５０を減圧下で加圧・加熱することが望ましい。以上のように、予め設定された数のプリプレグ３０〜３２を積層し、これを減圧下で加圧・加熱することにより、上層１５及び下層１６が製造される。
【００６８】
なお、本実施形態では、複数のプリプレグ３０〜３２を用いて上層１５及び下層１６を製造する例を示したが、上層１５及び下層１６の製造方法はこれに限定されない。上層１５及び下層１６のその他の製造方法としては、例えばレジントランスファ成形法（ＲＴＭ）や、真空アシストレジントランスファ成形法（ＶＡＲＴＭ）等のレジンインジェクション成形方法（ＲＩＭ）が挙げられる。また、上層１５及び下層１６の製造方法は、互いに異なっていてもよい。
【００６９】
ここで、ＦＲＰ構造を備える板バネを製造する場合、板バネにおいて上下方向の荷重に対する強度を効率よく得るためには、板バネの長手方向を単一の配向方向とする連続繊維のみを強化繊維として含むＦＲＰ構造を製造することが考えられるが、板バネにねじり荷重が及んだ場合、板バネにクラック等の損傷が発生するおそれがある。
【００７０】
この対策として、板バネのねじり荷重に対する強度を向上させるため、多方向に配向させた連続繊維を強化繊維として含むＦＲＰ構造を製造することが考えられるが、この場合、板バネの上下方向の荷重に対する強度が低下し、効率的に板バネを設計することが困難になると共に、板バネの重量増加及び生産コストの上昇を招くおそれがある。
【００７１】
これに対して本実施形態の板バネ１０によれば、板バネ１０の長手方向を単一の配向方向として連続繊維が配向した所定数の長尺状の主ＵＤシート２０が上下方向に積層された主ＵＤシート積層体２２により、上下方向の荷重に対して優れた強度が基本性能として得られる。
【００７２】
また、板バネ１０の幅方向に５°以上１０°以下の範囲の角度で傾斜する方向を単一の配向方向として連続繊維が配向した副ＵＤシート２１を、主ＵＤシート積層体２２に対して板バネ１０の板厚方向に積層したことにより、ねじり荷重に対しても高い強度が得られる。具体的には、副ＵＤシート２１により板バネ１０の幅方向の強度が補強され、板バネ１０に幅方向にクラックが発生・進展するのが抑制される。
【００７３】
また、上層１５及び下層１６の各々において、複数の主ＵＤシート２０が配置された部分の合計厚み方向寸法が、上層１５及び下層１６における少なくとも１つの副ＵＤシート２１が配置された部分の合計厚み方向寸法よりも大きいので、板バネ１０において、上下方向の荷重に対する高い強度を基本性能として確保しながら、ねじり荷重に対する強度を確保し易くすることができる。
【００７４】
また、複数の副ＵＤシート２１のうち少なくとも一対の副ＵＤシート２１が、主ＵＤシート積層体２２を板厚方向に挟んでいるので、板バネ１０において、主ＵＤシート２０と副ＵＤシート２１との上下方向の積層順を調整することで、上下方向の荷重と、ねじり荷重とに対する強度のバランスを調整し易くできる。
【００７５】
また、複数の副ＵＤシート２１は、第１副ＵＤシート２１ａと第２副ＵＤシート２１ｂとの両方を同数ずつ含むので、板バネ１０の長手方向に垂直な周方向に板バネ１０がねじれるのを防止し易くできる。
【００７６】
また、主ＵＤシート２０の連続繊維の切断面Ｆ１が、主ＵＤシート２０の長手方向端面に位置し、副ＵＤシート２１の連続繊維の切断面Ｆ２が、副ＵＤシート２１の幅方向側面に位置しているので、板バネ１０の製造時に、各ＵＤシート２０，２１の積層構造内部から連続繊維の配向方向に沿って空気を効率よく排出でき、空気が残留することでＦＲＰ構造に内部欠陥が発生するのを低減できる。
【００７７】
また、板バネ１０における少なくとも１つのＦＲＰ構造は、コア層１７の板厚方向一方側に積層された上層１５、及び、コア層１７の板厚方向他方側に積層された下層１６のうち少なくとも一方であるので、上層１５、下層１６、及びコア層１７を備える板バネ１０において、上下方向の荷重に対する高い強度を基本性能として有しながら、ねじり荷重に対しても高い強度を得ることができる。
【００７８】
また、本実施形態のコア層１７では、複数の層２４のうち、層２４の層内、及び、隣接する層２４の間の接着層１９において、層間剥離等のクラックが上下方向（板バネ１０の板厚方向）に延びるように発生する場合が考えられる。また例えば、複数の層２４を積層して加圧・加熱することにより一体的に成形されたコア層１７等、接着層１９を有しないコア層１７においても、層２４の層内からクラックが上下方向に延びるように発生する場合が考えられる。
【００７９】
ここで、本実施形態の板バネ１０によれば、上層１５及び下層１６において、主ＵＤ層２６の連続繊維と、遮断層２８の第１連続繊維及び第２連続繊維とを、４０°以上５０°以下の範囲の十分な角度で交差させることができる。
【００８０】
このため、コア層１７において上下方向にクラックが発生した場合、クラックが主ＵＤ層２６の連続繊維の間隙を通って上下方向に進展するのを、主ＵＤ層２６よりもコア層１７側で主ＵＤ層２６に板バネ１０の板厚方向に積層された遮断層２８において未然に遮断できる。よって、コア層１７で発生したクラックが上層１５又は下層１６にまで進展することで、板バネ１０の性能が低下して板バネ１０の寿命が短縮されるのが防止される。
【００８１】
また、コア層１７の構造に関わらず、コア層１７と遮断層２８との間において、クラックが上下方向に発生する場合が考えられる。この場合も、コア層１７と遮断層２８との間で発生したクラックが上層１５又は下層１６にまで進展するのが、遮断層２８により防止される。
【００８２】
なお、上層１５及び下層１６の少なくともいずれかは、主ＵＤシート積層体２２を第１主ＵＤシート積層体として有すると共に、この第１主ＵＤシート積層体とは別の複数の第２主ＵＤシート積層体を有していてもよい。第２主ＵＤシート積層体は、複数の主ＵＤシート２０を板バネ１０の板厚方向に積層して構成される。各第２主ＵＤシート積層体に含まれる主ＵＤシート２０の数は異なっている。
【００８３】
板バネ１０の板厚方向において、各第２主ＵＤシート積層体は、少なくとも１つの副ＵＤシート２１を挟んで配置される。板バネ１０に複数の第２主ＵＤシート積層体を配置する場合、例えば、複数の第２主ＵＤシート積層体を、板バネ１０の板厚方向にコア層１７から遠ざかるにつれて、第２主ＵＤシート積層体に含まれる主ＵＤシート２０の数が少なくなるように配置できる。
【００８４】
このような複数の第２主ＵＤシート積層体を、第１主ＵＤシート積層体（主ＵＤシート積層体２２）と副ＵＤシート２１とに対して組み合わせて用いることで、上下方向の荷重とねじり荷重とに対する板バネ１０の強度バランスを細かく調整できる。
【００８５】
本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、その構成を変更、追加、又は削除することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１    鉄道車両台車
４    横梁
５  車軸
７  軸受
８  軸箱
１０    板バネ
１０ｃ    板バネの車両長手方向端部
１５    上層
１６    下層
１７    コア層
２０    主ＵＤシート
２１    副ＵＤシート
２１ａ    第１副ＵＤシート
２１ｂ    第２副ＵＤシート
２２    主ＵＤシート積層体
２６    主ＵＤ層（ＵＤ層）
２８    遮断層
５０  車体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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