(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インナ軸部材がアウタ筒部材に対して挿通されて、それらインナ軸部材の外周面とアウタ筒部材の内周面との間に弾性連結体が介装されている筒形弾性連結装置において、
前記インナ軸部材の外周面には外周へ向けて開口する凹面が該インナ軸部材の全周に亘って連続して形成されていると共に、前記アウタ筒部材の内周面には内周へ向けて突出する凸面が形成されて、それら凹面と凸面が対向配置されており、更に
それら凹面と凸面の対向面間に前記弾性連結体が配されて、該弾性連結体がそれら凹面と凸面の何れか一方に固定されていると共に、それら凹面と凸面の何れか他方が該弾性連結体に対して摺動可能とされており、該凹面を備える該インナ軸部材と該凸面を備える該アウタ筒部材の周方向の相対回転が許容されている一方、
該凹面が軸方向に分割されており、分割された該凹面の各部を外周面に備える複数の分割内筒部材が内筒連結部材に外嵌されて軸方向で相互に連結された状態で該インナ軸部材がそれら分割内筒部材と内筒連結部材を含んで形成されていることを特徴とする筒形弾性連結装置。
【請求項２】
前記凹面の開口縁部における前記インナ軸部材の外径寸法が、前記凸面の突出先端における前記アウタ筒部材の内径寸法よりも大きくされている請求項１に記載の筒形弾性連結装置。
【請求項３】
前記インナ軸部材の前記凹面が凹曲面とされていると共に、前記アウタ筒部材の前記凸面が凸曲面とされている請求項１又は２に記載の筒形弾性連結装置。
【請求項４】
前記凹面が円弧断面を有していると共に、前記凸面が円弧断面を有している請求項３に記載の筒形弾性連結装置。
【請求項５】
前記弾性連結体が前記インナ軸部材の前記凹面に固定されている請求項１〜４の何れか一項に記載の筒形弾性連結装置。
【請求項６】
前記インナ軸部材が複数の前記凹面を備えていると共に、前記アウタ筒部材がそれら複数の凹面に対応する複数の前記凸面を備えており、更にそれら各複数の凹面と凸面の対向面間に前記弾性連結体が配されている請求項１〜５の何れか一項に記載の筒形弾性連結装置。
【請求項７】
前記インナ軸部材がそれぞれ前記凹面を備えて相互に独立した複数の並設インナ部を備えていると共に、前記アウタ筒部材がそれぞれ前記凸面を備えて相互に独立した複数の並設アウタ部を備えており、更に前記弾性連結体が該並設インナ部の該凹面と該並設アウタ部の該凸面との間にそれぞれ配されて相互に独立した並設弾性体を備えている請求項６に記載の筒形弾性連結装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道用の台車などに用いられる筒形弾性連結装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば鉄道用の非操舵形式台車において第三軌条から集電するための集電装置を設ける場合に、集電装置が集電梁によって支持された構造が知られている。即ち、特開２０１２−１３０１４２号公報（特許文献１）の図６に示されているように、鉄道用車両の前後方向に延びる集電梁の両端部が台車の前後に設けられた輪軸によって支持されると共に、集電梁の中央部分に集電装置が取り付けられる。
【０００３】
ところで、集電梁は、輪軸に対して筒形弾性連結装置を介して取り付けられる場合がある。筒形弾性連結装置は、集電梁に取り付けられるインナ軸部材が輪軸に取り付けられるアウタ筒部材に挿通されて、インナ軸部材の外周面とアウタ筒部材の内周面との対向面間に弾性連結体が配された構造を有している。そして、一般的には弾性連結体がインナ軸部材とアウタ筒部材の両方に接着されており、集電梁の輪軸に対する相対変位が弾性連結体のねじり変形によるインナ軸部材とアウタ筒部材の相対回転によって許容されるようになっている。
【０００４】
しかしながら、集電梁の輪軸に対する相対変位を弾性連結体の弾性変形によって有効に許容するためには、弾性連結体のねじり方向のばねを小さく設定する必要があって、弾性連結体の軸直角方向やこじり方向のばねを硬く設定し難く、目的とする特性や耐久性を得ることが困難な場合もある。また、集電梁と輪軸の相対変位可能な範囲が、弾性連結体のねじり変形の許容量によって制限されることから、例えば車輪の向きを操舵可能とされた操舵台車に上記の如き集電梁を用いた集電機構を設けると、操舵時に集電梁と輪軸の相対変位を十分に許容できないおそれがあった。
【０００５】
なお、例えばロボットアームのような一自由度の平面リンク機構において、リンクの接合部（ロボットアームでは関節部）を筒形弾性連結装置で構成する場合もある。このようなリンク機構への適用時にも、リンク間の相対傾動を十分に低いばねで許容しながら、筒形弾性連結装置に対する軸直角方向やこじり方向の入力時には弾性連結体の硬いばねが求められる場合があるが、従来の筒形弾性連結装置では要求特性に十分に対応することが難しかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１３０１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述の事情を背景に為されたものであって、その解決課題は、ねじり方向の入力に対するばね定数を小さく設定しつつ、軸直角方向やこじり方向の入力に対するばね定数を大きく設定することが可能とされた、新規な構造の筒形弾性連結装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、このような課題を解決するために為された本発明の態様を記載する。なお、以下に記載の各態様において採用される構成要素は、可能な限り任意の組み合わせで採用可能である。
【０００９】
すなわち、本発明の第一の態様は、インナ軸部材がアウタ筒部材に対して挿通されて、それらインナ軸部材の外周面とアウタ筒部材の内周面との間に弾性連結体が介装されている筒形弾性連結装置において、前記インナ軸部材の外周面には外周へ向けて開口する凹面が該インナ軸部材の全周に亘って連続して形成されていると共に、前記アウタ筒部材の内周面には内周へ向けて突出する凸面が形成されて、それら凹面と凸面が対向配置されており、更にそれら凹面と凸面の対向面間に前記弾性連結体が配されて、該弾性連結体がそれら凹面と凸面の何れか一方に固定されていると共に、それら凹面と凸面の何れか他方が該弾性連結体に対して摺動可能とされており、該凹面を備える該インナ軸部材と該凸面を備える該アウタ筒部材の周方向の相対回転が許容されている一方、該凹面が軸方向に分割されており、分割された該凹面の各部を外周面に備える複数の分割内筒部材が内筒連結部材に外嵌されて軸方向で相互に連結された状態で該インナ軸部材がそれら分割内筒部材と内筒連結部材を含んで形成されていることを、特徴とする。
【００１０】
本発明の第一の態様に従う構造とされた筒形弾性連結装置によれば、インナ軸部材の凹面とアウタ筒部材の凸面との何れか他方が弾性連結体に対して摺動可能とされていることにより、それらインナ軸部材とアウタ筒部材の周方向の相対回転が小さな抵抗（ばね定数）で許容される。しかも、弾性連結体が凹面と凸面の何れか一方に対して固定されていることにより、凹面と凸面の何れか他方の弾性連結体に対する摺動性能を精度よく得ることができる。
【００１１】
また、インナ軸部材とアウタ筒部材の周方向の相対回転が弾性連結体のねじり変形によって許容されるものではないことから、弾性連結体の周方向ばね定数を小さく設定する必要がなく、弾性連結体のばねを軸直角方向やこじり方向の入力に対して要求される特性に応じて設定することができる。しかも、軸直角方向やこじり方向の入力に対して、インナ軸部材の凹面とアウタ筒部材の凸面との間で弾性連結体が圧縮されることにより、弾性連結体が軸方向外側へ逃げ難くなって、圧縮ばね成分による硬いばね特性が効率的に発揮される。従って、軸直角方向やこじり方向の入力に対して大きなばね定数を設定することができて、硬いばね特性を得ることができる。更に、本態様によれば、例えば、分割内筒部材をアウタ筒部材の凸面に対して軸方向両側から組み付けることにより、凸面が凹面の開口部よりも内周へ入り込む構造を容易に実現することができる。更に、複数の分割内筒部材を内筒連結部材によって連結することにより、凹面と凸面が対向して配された状態に保持される。
【００１２】
本発明の第二の態様は、第一の態様に記載された筒形弾性連結装置において、前記凹面の開口縁部における前記インナ軸部材の外径寸法が、前記凸面の突出先端における前記アウタ筒部材の内径寸法よりも大きくされているものである。
【００１３】
第二の態様によれば、アウタ筒部材の凸面がインナ軸部材の凹面の開口部よりも内周側まで入り込んで配置されて、軸直角方向やこじり方向の入力時に弾性連結体が凹面と凸面の間で有効に圧縮されることから、硬いばね特性を得ることができる。
【００１４】
本発明の第三の態様は、第一又は第二の態様に記載された筒形弾性連結装置において、前記インナ軸部材の前記凹面が凹曲面とされていると共に、前記アウタ筒部材の前記凸面が凸曲面とされているものである。
【００１５】
第三の態様によれば、凹面と凸面がそれぞれ曲面とされていることにより、それら凹面と凸面の間に配される弾性連結体において応力の集中が軽減乃至は回避されて、耐久性の向上が図られる。
【００１６】
本発明の第四の態様は、第三の態様に記載された筒形弾性連結装置において、前記凹面が円弧断面を有していると共に、前記凸面が円弧断面を有しているものである。
【００１７】
第四の態様によれば、弾性連結体における応力の集中がより有利に軽減乃至は回避される。更に、例えば各一つの凹面と凸面を備える構造において、こじり方向の入力に対して弾性連結体において圧縮ばね成分がより支配的となり得て、硬いばね特性と優れた耐荷重性が実現され得る。
【００１８】
本発明の第五の態様は、第一〜第四の何れか１つの態様に記載された筒形弾性連結装置において、前記弾性連結体が前記インナ軸部材の前記凹面に固定されているものである。
【００１９】
第五の態様によれば、例えば硬いばね特性を実現し易い薄肉の弾性連結体を採用する場合に、接触面積を大きく確保し易い凹面に弾性連結体を固定することにより、弾性連結体を強固に位置決めすることができる。
【００２２】
本発明の第六の態様は、第一〜第五の何れか１つの態様に記載された筒形弾性連結装置において、前記インナ軸部材が複数の前記凹面を備えていると共に、前記アウタ筒部材がそれら複数の凹面に対応する複数の前記凸面を備えていると共に、それら各複数の凹面と凸面の対向面間に前記弾性連結体が配されているものである。
【００２３】
第六の態様によれば、弾性連結体の軸方向の複数箇所が複数の凹面と複数の凸面との対向面間に配されていることにより、特にこじり方向の入力に対して硬いばね特性を得易くなる。
【００２４】
本発明の第七の態様は、第六の態様に記載された筒形弾性連結装置において、前記インナ軸部材がそれぞれ前記凹面を備えて相互に独立した複数の並設インナ部を備えていると共に、前記アウタ筒部材がそれぞれ前記凸面を備えて相互に独立した複数の並設アウタ部を備えており、更に前記弾性連結体が該並設インナ部の該凹面と該並設アウタ部の該凸面との間にそれぞれ配されて相互に独立した並設弾性体を備えているものである。
【００２５】
第七の態様によれば、複数の凸面が相互に独立した複数の並設アウタ部に形成されていることにより、複数の凸面を備えるアウタ筒部材を容易に形成することができる。しかも、各複数の並設インナ部と並設アウタ部をそれぞれ組み合わせることによって、複数組の凹面と凸面を各別に対向配置させることができて、複数の凹面を備えるインナ軸部材と複数の凸面を備えるアウタ筒部材とを容易に組み合わせて適切に配置することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、凹面と凸面の何れか一方に弾性連結体が固定されていると共に、何れか他方が弾性連結体に対して摺動可能とされていることから、インナ軸部材とアウタ筒部材の周方向の相対回転が小さな抵抗（ばね定数）で許容されると共に、凹面と凸面の何れか他方の弾性連結体に対する摺動性能を精度よく得ることができる。更に、軸直角方向やこじり方向の入力に対しては、弾性連結体のばね定数をねじり方向の特性に制限されることなく大きな自由度で設定可能であることから、硬いばね特性を得ることが可能となる。しかも、弾性連結体が凹面と凸面の間で圧縮されることにより、弾性連結体の軸方向外側への逃げが抑えられて、大きなばね定数を設定し易くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第一の実施形態としての筒形弾性連結装置を示す正面図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図。
【図３】図１の筒形弾性連結装置を装着した操舵台車の一部を示す正面図。
【図４】本発明の第二の実施形態としての筒形弾性連結装置を示す断面図。
【図５】本発明の第三の実施形態としての筒形弾性連結装置を示す断面図。
【図６】本発明の第四の実施形態としての筒形弾性連結装置を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２９】
図１，２には、本発明の第一の実施形態としての筒形弾性連結装置１０が示されている。筒形弾性連結装置１０は、インナ軸部材１２がアウタ筒部材１４に挿通されていると共に、インナ軸部材１２の外周面とアウタ筒部材１４の内周面との対向面間に弾性連結体１６が配設された構造を有している。以下の説明において、原則として、上下方向とは図１中の上下方向を、前後方向とは図１中の左右方向を、左右方向とは図２中の左右方向を、それぞれ言う。
【００３０】
より詳細には、インナ軸部材１２は、図１，２に示すように、全体として略円筒形状を有しており、鉄などの金属や硬質の合成樹脂などで形成された高剛性の部材とされている。更に、本実施形態のインナ軸部材１２は、軸方向で相互に突き合わされた分割内筒部材１８ａと分割内筒部材１８ｂが、内筒連結部材２０に外嵌された構造を有している。分割内筒部材１８ａと分割内筒部材１８ｂは、内周面が円筒面とされていると共に、外周面が相互に突き合わされる端部から他方の端部付近まで徐々に外周へ傾斜する傾斜面を備えている。本実施形態において、前記傾斜面は傾斜角度が軸方向で徐々に変化する湾曲傾斜面とされていると共に、分割内筒部材１８ａと分割内筒部材１８ｂの前記他方の端部における外周面が、略一定の直径で軸方向に広がる円筒面とされている。なお、本実施形態の分割内筒部材１８ａと分割内筒部材１８ｂは、軸直角方向に広がる面に関して相互に面対称形状とされている。
【００３１】
そして、分割内筒部材１８ａと分割内筒部材１８ｂは、軸方向端面を相互に突き合わせた状態で内筒連結部材２０によって相互に連結されている。内筒連結部材２０は、薄肉の略円筒形状を有しており、分割内筒部材１８ａと分割内筒部材１８ｂの軸方向長さの合計と略同じ軸方向長さで形成されている。この内筒連結部材２０が分割内筒部材１８ａと分割内筒部材１８ｂに圧入されることにより、分割内筒部材１８ａと分割内筒部材１８ｂが内筒連結部材２０に対する外嵌状態で相互に連結されており、インナ軸部材１２がそれら分割内筒部材１８ａと分割内筒部材１８ｂと内筒連結部材２０によって構成されている。
【００３２】
さらに、図２に示すように、インナ軸部材１２の外周面には、凹面２２が形成されている。凹面２２は、インナ軸部材１２の軸方向略中央部分において外周へ向けて開口しており、本実施形態では全周に亘って略一定の円弧断面で連続して延びる凹曲面とされている。なお、凹面２２は、分割内筒部材１８ａと分割内筒部材１８ｂが軸方向に突き合されて、それら分割内筒部材１８ａと分割内筒部材１８ｂの外周面にそれぞれ設けられた湾曲傾斜面が軸方向で連続することにより形成されている。換言すれば、凹面２２は、軸方向中央部分で二分割されており、分割された凹面２２の各部が分割内筒部材１８ａと分割内筒部材１８ｂの各一方に形成されている。なお、凹面２２の曲率中心は、凹面２２によってインナ軸部材１２の外周面に形成される凹所よりも外周側に位置しており、凹面２２が半周に満たない円弧状の湾曲断面で形成されている。
【００３３】
また、インナ軸部材１２の凹面２２には、弾性連結体１６が固定されている。弾性連結体１６は、凹面２２の全体を略一定の厚さで覆うように設けられて、凹面２２に固着されている。本実施形態では、凹面２２が分割内筒部材１８ａと分割内筒部材１８ｂに分割されて設けられていることから、凹面２２に固着される弾性連結体１６が、分割内筒部材１８ａが備える凹面２２の一部に固着される分割弾性体２４ａと、分割内筒部材１８ｂが備える凹面２２の一部に固着される分割弾性体２４ｂとに、分割されている。なお、本実施形態では、分割弾性体２４ａが分割内筒部材１８ａを備える一体加硫成形品として形成されていると共に、分割弾性体２４ｂが分割内筒部材１８ｂを備える一体加硫成形品として形成されており、弾性連結体１６が凹面２２に加硫接着されることで固定されている。本実施形態の弾性連結体１６は、大きなばね定数を設定し易くするために薄肉とされており、凹面２２に対する重ね合わせ面積が後述する凸面２６に対する重ね合わせ面積よりも大きくなっていることから、凹面２２への固着によって弾性連結体１６が強固に固定されている。
【００３４】
本実施形態の弾性連結体１６は、後述するアウタ筒部材１４との摺動摩擦抵抗を小さくするために、表面の摩擦抵抗が小さいゴム弾性体とされており、好適には自己潤滑ゴムによって形成されている。尤も、弾性連結体１６の自己潤滑性は必須ではなく、例えば、筒形弾性連結装置１０が高温環境下で使用される場合などには、弾性連結体１６を耐熱ゴムで形成するとともに後述するアウタ筒部材１４の凸面２６にフッ素コーティングなどの潤滑処理を施すことによって、弾性連結体１６とアウタ筒部材１４の間の摺動摩擦抵抗を小さくすることもできる。
【００３５】
さらに、弾性連結体１６の形成材料としては、ゴム状弾性を有する高分子エラストマを採用することも可能であり、ウレタン系やスチレン系、オレフィン系、エステル系、フッ素系、ジエン系のもの等が何れも好適に採用される。なお、弾性連結体１６の形成材料としては、上記の如きエラストマが単独で或いは２種以上を組み合わされて採用され得る。更に、上記の如きエラストマに、カーボンブラック等を添加して、特性を調節することも可能である。
【００３６】
このような弾性連結体１６を固着された凹面２２を備えるインナ軸部材１２は、アウタ筒部材１４に挿通されている。アウタ筒部材１４は、インナ軸部材１２と同様に高剛性の部材とされており、全体として略円筒形状を有している。更に、アウタ筒部材１４の内周面は、軸方向中央に向けて次第に内径寸法が小さくなる凸面２６とされている。凸面２６は、凹面２２に対応する略円弧断面で全周に亘って連続する凸曲面とされている。
【００３７】
そして、アウタ筒部材１４は、インナ軸部材１２に外挿されており、凸面２６がインナ軸部材１２の凹面２２に対して外周側に対向配置されていると共に、それら凹面２２と凸面２６の対向面間に弾性連結体１６が配設されている。凸面２６は、弾性連結体１６の外周面に対して、固定されることなく当接状態で重ね合わされており、アウタ筒部材１４の凸面２６が弾性連結体１６に対して周方向に摺動可能とされている。これにより、凹面２２を備えるインナ軸部材１２と凸面２６を備えるアウタ筒部材１４は、アウタ筒部材１４の弾性連結体１６に対する摺動によって、周方向で相対的に回転可能とされている。
【００３８】
凹面２２の開口縁部（最外周端）におけるインナ軸部材１２の外径寸法Ｒ1 は、凸面２６の突出先端（最内周端）におけるアウタ筒部材１４の内径寸法Ｒ2 よりも大きく（Ｒ1 ＞Ｒ2 ）されており、凹面２２と凸面２６が軸方向投影において重なり合っている。なお、本実施形態では、インナ軸部材１２の凹面２２が軸方向中央で分割されており、凹面２２の各部を備える分割内筒部材１８ａ，１８ｂとそれらに固着された分割弾性体２４ａ，２４ｂが、アウタ筒部材１４に対して軸方向両側から組み付けられることにより、アウタ筒部材１４の凸面２６が凹面２２の開口部よりも内周へ入り込んで配されている。
【００３９】
かくの如き構造とされた筒形弾性連結装置１０は、図３に示すように、第三軌条集電方式の鉄道用車両を構成する操舵台車２７に装着される。即ち、図１〜３に示すように、インナ軸部材１２が集電梁２８の端部に取り付けられると共に、アウタ筒部材１４が輪軸３０に一端を取り付けられた輪軸連結部材３２の他端に取り付けられることにより、集電梁２８と輪軸３０および輪軸連結部材３２とが筒形弾性連結装置１０によって相互に連結されている。なお、図示は省略したが、本実施形態の操舵台車２７は二軸操舵台車であって、集電梁２８の他端にも同様の筒形弾性連結装置が取り付けられており、集電梁２８の他端が後部の輪軸に筒形弾性連結装置を介して取り付けられている。
【００４０】
集電梁２８の前後中央部分には集電靴を含む集電装置３４が取り付けられており、集電装置３４が集電梁２８を介して前後の輪軸３０によって支持されている。また、台車枠３６に対して軸ばね３８を介して取り付けられた軸ハリ４０には、輪軸３０が回転可能に取り付けられており、輪軸３０と一体的に設けられた車輪４２の回転が許容されている。更に、軸ハリ４０には、操舵リンク４４が軸ハリブッシュ４６を介して取り付けられており、操舵リンク４４を前後（図３中の左右）に変位させることで軸ハリ４０を介して輪軸３０を前後に移動させて、車輪４２の向きを操作できるようになっている。
【００４１】
このように筒形弾性連結装置１０を装着した操舵台車２７が軌条上を走行する際に、筒形弾性連結装置１０のインナ軸部材１２とアウタ筒部材１４の間には、主として、ねじり方向（周方向）の入力と、軸直角方向の入力と、こじり方向の入力が、作用する。
【００４２】
筒形弾性連結装置１０は、アウタ筒部材１４が弾性連結体１６に対して非固着で重ね合わされており、アウタ筒部材１４が弾性連結体１６に対して摺動することにより、インナ軸部材１２とアウタ筒部材１４の相対回転が許容されている。それ故、集電梁２８と輪軸連結部材３２の相対傾動に起因するねじり方向の入力に対して、アウタ筒部材１４の弾性連結体１６に対する摺動による低ばね特性が発揮されて、集電梁２８と輪軸連結部材３２の相対傾動が容易に許容される。
【００４３】
特に、インナ軸部材１２とアウタ筒部材１４が回転量を制限されることなく相対回転可能とされることから、例えば操舵時に生じる集電梁２８と輪軸連結部材３２の大きな相対傾動も許容される。加えて、インナ軸部材１２とアウタ筒部材１４の相対回転によって弾性連結体１６の周方向ばね定数が大きくなることがなく、集電梁２８と輪軸連結部材３２の相対傾動を、傾動変位量に拘わらず略一定の低いばね定数で許容することができる。
【００４４】
さらに、硬質のインナ軸部材１２と硬質のアウタ筒部材１４の間に弾性連結体１６が介装されて、アウタ筒部材１４が弾性連結体１６に対して摺動することから、摺動時の異音や摺動による摩耗が低減乃至は回避される。更にまた、弾性連結体１６が表面の摩擦抵抗が小さい自己潤滑ゴムで形成されていることによって、アウタ筒部材１４と弾性連結体１６の間に作用する摺動摩擦抵抗が小さくされており、潤滑油を定期的に補給するなどの作業を要することなく、アウタ筒部材１４と弾性連結体１６の低摩擦摺動が安定して実現される。
【００４５】
さらに、凹面２２と凸面２６がそれぞれ角のない曲面とされていると共に、弾性連結体１６の外周面における凸面２６に重ね合わされる部分が、凸面２６に対応する曲面とされている。それ故、アウタ筒部材１４の凸面２６が弾性連結体１６に対して繰り返し摺動しても、局所的な摩耗や亀裂の発生などが防止される。
【００４６】
一方、軸直角方向の入力に対しては、インナ軸部材１２とアウタ筒部材１４の間で弾性連結体１６が圧縮されることにより、圧縮ばね成分による高ばね特性が発揮される。筒形弾性連結装置１０では、アウタ筒部材１４が弾性連結体１６に対して摺動可能とされていることから、弾性連結体１６が形成材料や形状（ボリューム）によってばね定数を大きく設定されていても、インナ軸部材１２とアウタ筒部材１４の相対回転を十分に許容することができる。従って、弾性連結体１６を薄肉にしたり、弾性連結体１６を硬度の大きな形成材料で形成したりすることができて、弾性連結体１６の軸直角方向のばね定数を大きく設定し易い。加えて、インナ軸部材１２の凹面２２とアウタ筒部材１４の凸面２６との間に弾性連結体１６が配されていることから、弾性連結体１６において軸直角方向入力によって圧縮される部分が、それら凹面２２と凸面２６の対向面間から外側へ逃げ難くされていることによっても、硬いばね特性が発揮される。
【００４７】
また、こじり方向の入力に対しても、インナ軸部材１２とアウタ筒部材１４の間で弾性連結体１６が圧縮されることにより、圧縮ばね成分による高ばね特性が発揮される。更に、インナ軸部材１２の凹面２２とアウタ筒部材１４の凸面２６との間に弾性連結体１６が配されていることから、こじり方向の入力に対して弾性連結体１６の圧縮ばね成分がより広い範囲で支配的に作用する。しかも、弾性連結体１６においてこじり方向の入力によって圧縮される部分が、それら凹面２２と凸面２６の対向面間から外側へ逃げ難くされていることによっても、硬いばね特性が発揮される。
【００４８】
特に本実施形態では、凹面２２の開口縁部におけるインナ軸部材１２の外径寸法が、凸面２６の突出先端におけるアウタ筒部材１４の内径寸法よりも大きくされて、インナ軸部材１２の凹面２２とアウタ筒部材１４の凸面２６が軸方向投影において重なっている。これにより、弾性連結体１６が凹面２２と凸面２６の間で軸方向外側へ逃げることなく圧縮され易くなっており、硬いばね特性を得ることができる。
【００４９】
なお、凹面２２と凸面２６がそれぞれ角のない円弧状断面を有していると共に、弾性連結体１６の外周面における凸面２６に重ね合わされる部分が、凸面２６に対応する円弧状断面を有している。それ故、軸直角方向やこじり方向の荷重が繰り返し入力されても、応力集中による局所的な摩耗や亀裂の発生などが防止される。また、凹面２２と凸面２６が円弧状断面を有していることにより、インナ軸部材１２とアウタ筒部材１４のこじり変位に対して弾性連結体１６が有効に圧縮されて、硬いばね特性が発揮される。
【００５０】
図４には、本発明の第二の実施形態としての筒形弾性連結装置５０が示されている。筒形弾性連結装置５０は、インナ軸部材５２がアウタ筒部材５４に挿通されて、インナ軸部材５２の外周面とアウタ筒部材５４の内周面の間に弾性連結体１６が配設されている。以下の説明において、第一の実施形態と実質的に同じ構成として把握できる部材および部位については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００５１】
より詳細には、インナ軸部材５２は、分割内筒部材５６ａと分割内筒部材５６ｂが内筒連結部材２０によって軸方向に突き合わされた状態で連結された構造を有している。分割内筒部材５６ａと分割内筒部材５６ｂは、全体として略円筒形状を有しており、内周面が略一定の断面形状で軸方向に広がる円筒面とされている。分割内筒部材５６ａと分割内筒部材５６ｂの外周面は、軸方向両端部分が略一定の外径で軸方向に延びる円筒面とされていると共に、軸方向中間部分には相互に突き合わされる端部側から他方の端部側へ行くに従って外周へ傾斜する傾斜面を備えている。本実施形態では、前記傾斜面の傾斜角度が軸方向で略一定とされている。
【００５２】
そして、分割内筒部材５６ａと分割内筒部材５６ｂが軸方向端面を突き合わされた状態で内筒連結部材２０によって相互に連結されることにより、インナ軸部材５２が形成されている。このインナ軸部材５２の外周面には、凹面５８が形成されている。凹面５８は、インナ軸部材５２の軸方向略中央部分において外周へ向けて開口して、全周に亘って略一定の断面形状で連続して延びている。図４に示す本実施形態の凹面５８は、軸方向中央部分が軸方向直線的に延びると共に、軸方向両端部分が軸方向外側へ行くに従って外周へ直線的に傾斜して延びる断面形状を有している。なお、凹面５８の軸方向中央部分と軸方向両端部分は、曲面によって滑らかに連続している。
【００５３】
また、インナ軸部材５２の凹面５８には、弾性連結体１６が固着されており、弾性連結体１６の外周面にアウタ筒部材５４が非固定で重ね合わされている。アウタ筒部材５４は、全体として円筒形状とされており、外周面が円筒面とされていると共に、内周面に凸面６０を備えている。凸面６０は、インナ軸部材５２の凹面５８と対応する形状を有しており、軸方向中央部分が略一定の内径で軸方向に広がる円筒面とされていると共に、軸方向両端部分が軸方向外側へ行くに従って略一定の傾斜角度で拡径するテーパ面とされている。なお、弾性連結体１６は、内周面が凹面５８に対応する形状を有していると共に、外周面が凸面６０に対応する形状を有している。
【００５４】
このような本実施形態に従う構造とされた筒形弾性連結装置５０においても、第一の実施形態と同様に、ねじり方向の入力に対して小さな抵抗でインナ軸部材５２とアウタ筒部材５４の回転が許容されると共に、軸直角方向およびこじり方向の入力に対して弾性連結体１６のばね定数を大きく設定して硬いばね特性を得ることができる。本実施形態から理解されるように、凹面および凸面は、必ずしも円弧状断面で広がる面に限定されるものではなく、略多角形状断面で広がる面とされ得る。
【００５５】
また、図５に示す本発明の第三の実施形態としての筒形弾性連結装置７０に示すように、長円弧状断面の凹面および凸面も採用可能である。筒形弾性連結装置７０は、インナ軸部材７２がアウタ筒部材７４に挿通されて、インナ軸部材７２の外周面とアウタ筒部材７４の内周面の間に弾性連結体１６が配設されている。
【００５６】
より詳細には、インナ軸部材７２は、分割内筒部材７６ａと分割内筒部材７６ｂが内筒連結部材２０によって軸方向に突き合わされた状態で連結された構造を有している。分割内筒部材７６ａと分割内筒部材７６ｂは、全体として略円筒形状を有しており、内周面が略一定の断面形状で軸方向に広がる円筒面とされている。分割内筒部材７６ａと分割内筒部材７６ｂの外周面は、軸方向両端部が略軸方向に広がる円筒面とされていると共に、軸方向中間部分には、相互に突き合わされる端部側から他方の端部側へ行くに従って外周へ傾斜する傾斜面が設けられている。本実施形態の前記傾斜面は、傾斜角度が軸方向で徐々に変化する湾曲傾斜面とされている。
【００５７】
そして、分割内筒部材７６ａと分割内筒部材７６ｂが軸方向端面を突き合わされた状態で内筒連結部材２０によって相互に連結されることにより、インナ軸部材７２が形成されている。このインナ軸部材７２の外周面には、凹面７８が形成されている。凹面７８は、インナ軸部材７２の軸方向略中央部分において外周へ向けて開口して、全周に亘って略一定の断面形状で連続して延びている。図５に示す本実施形態の凹面７８の断面形状は、軸方向中央部分が軸方向直線的に延びると共に、軸方向両端部分が軸方向外側へ行くに従って外周へ湾曲傾斜して延びる長円弧形状とされている。なお、凹面７８の軸方向両端部分は、軸方向外側へ行くに従って次第に軸方向に対する傾斜角度が大きくなっている。
【００５８】
また、インナ軸部材７２の凹面７８には、弾性連結体１６が固着されており、弾性連結体１６の外周面にアウタ筒部材７４が非固定で重ね合わされている。アウタ筒部材７４は、全体として円筒形状とされており、外周面が円筒面とされていると共に、内周面に凸面８０を備えている。凸面８０は、インナ軸部材７２の凹面７８と対応する形状を有しており、軸方向中央部分が略一定の内径で軸方向に広がる円筒面とされていると共に、軸方向両端部分が軸方向外側へ行くに従って傾斜角度が大きくなるように湾曲して拡径するテーパ面とされている。これにより、凸面８０の断面形状は、凹面７８に対応する長円弧形状とされている。なお、弾性連結体１６は、内周面が凹面７８に対応する凸形状を有していると共に、外周面が凸面８０に対応する凹形状を有している。
【００５９】
このような本実施形態に従う構造とされた筒形弾性連結装置７０においても、第一, 第二の実施形態と同様のばね特性を得ることができることから、凹面および凸面としては長円弧状断面で広がる面も採用され得る。凹面は、インナ軸部材の外周面に開口して全周に亘って連続して延びていれば、具体的な断面形状は特に限定されるものではなく、例示した円弧状断面や多角形状断面、長円弧状断面の他、楕円弧状断面や二次曲線状断面なども採用可能である。同様に、凸面は、アウタ筒部材の内周面において内周へ突出するように形成されていれば、具体的な断面形状は特に限定されるものではなく、例示した円弧状断面や多角形状断面、長円弧状断面の他、楕円弧状断面や二次曲線状断面なども採用可能である。
【００６０】
図６には、本発明の第四の実施形態としての筒形弾性連結装置９０が示されている。筒形弾性連結装置９０は、インナ軸部材９２がアウタ筒部材９４に挿通されて、インナ軸部材９２の外周面とアウタ筒部材９４の内周面の間に弾性連結体９６が配設された構造を有している。
【００６１】
より詳細には、インナ軸部材９２は、相互に独立して形成された二つの並設インナ部９８，９８を、軸方向に当接状態で並べて配設した構造を有している。並設インナ部９８は、第一の実施形態に示すインナ軸部材１２と略同じ構造とされており、分割内筒部材１８ａと分割内筒部材１８ｂが内筒連結部材２０によって軸方向に突き合わされた状態で連結された構造を有している。また、インナ軸部材９２は、二つの並設インナ部９８，９８を備えていることにより、軸方向で相互に離れて配された二つの凹面２２，２２を備えている。なお、凹面２２の曲率半径が第一の実施形態に比して小さくされていることにより、並設インナ部９８の軸方向長さがインナ軸部材１２の軸方向長さよりも小さくされている。
【００６２】
また、各並設インナ部９８の凹面２２には、それぞれ並設弾性体１００が固着されている。並設弾性体１００は、第一の実施形態の弾性連結体１６と略同じ構造とされており、分割内筒部材１８ａに固着される分割弾性体２４ａと、分割内筒部材１８ｂに固着される分割弾性体２４ｂとによって構成されている。本実施形態では、二つの並設弾性体１００，１００が相互に独立して設けられて、並設インナ部９８，９８の各一方に固着されている。
【００６３】
また、インナ軸部材９２には、アウタ筒部材９４が外挿されている。アウタ筒部材９４は、二つの相互に独立した並設アウタ部１０２，１０２を備えている。並設アウタ部１０２は、第一の実施形態のアウタ筒部材１４と略同じ構造とされており、内周面に凹面２２と対応する略円弧断面の凸面２６を備えている。なお、凸面２６の曲率半径が第一の実施形態に比して小さくされていることにより、並設アウタ部１０２の軸方向長さがアウタ筒部材１４の軸方向長さよりも小さくされている。また、二つの並設アウタ部１０２，１０２は、軸方向で相互に所定の距離を隔てて離れて配置されており、アウタ筒部材９４がそれら二つの並設アウタ部１０２，１０２によって構成されている。更に、二つの並設アウタ部１０２，１０２にそれぞれ凸面２６が設けられていることによって、アウタ筒部材９４は軸方向で相互に離れて配された二つの凸面２６，２６を備えている。
【００６４】
そして、二つの凹面２２，２２を備えるインナ軸部材９２が、二つの凸面２６，２６を備えるアウタ筒部材９４に挿通されて、それら凹面２２，２２と凸面２６，２６の間に弾性連結体９６（並設弾性体１００，１００）が配されている。要するに、本実施形態の筒形弾性連結装置９０は、第一の実施形態の筒形弾性連結装置１０を軸方向に二つ並べて配設したような構造とされている。
【００６５】
そして、インナ軸部材９２が集電梁２８に取り付けられると共に、アウタ筒部材９４が輪軸連結部材３２に取り付けられることにより、鉄道用の操舵台車２７に装着される。本実施形態では、二つの並設インナ部９８，９８が集電梁２８に装着されることによって相互に位置決めされるようになっているが、例えば、二つの並設インナ部９８，９８に筒状の連結部材を圧入することにより、それら二つの並設インナ部９８，９８を集電梁２８への装着前に予め相互に位置決めすることもできる。更に、内筒連結部材２０，２０を軸方向に連続した一体のスリーブとすることにより、四つの分割内筒部材１８ａ，１８ｂ，１８ａ，１８ｂが一つの内筒連結部材によって相互に位置決めされるようにしても良い。同様に、本実施形態では、二つの並設アウタ部１０２，１０２が輪軸連結部材３２に装着されることによって相互に位置決めされるようになっているが、例えば、二つの並設アウタ部１０２，１０２を筒状の連結部材に圧入することにより、それら二つの並設アウタ部１０２，１０２を輪軸連結部材３２への装着前に予め相互に位置決めしても良い。なお、並設アウタ部１０２，１０２を輪軸連結部材３２の孔に対して各一方の側から圧入したり、並設アウタ部１０２，１０２の間にスペーサを介在させたりすることにより、独立した並設アウタ部１０２，１０２が輪軸連結部材３２に対してそれぞれ適切な位置に圧入固定されるようにすることもできる。
【００６６】
このような本実施形態に従う構造とされた筒形弾性連結装置９０によれば、ねじり方向の入力に対するインナ軸部材９２とアウタ筒部材９４の相対回転を小さな抵抗でスムーズに許容することができる一方、軸直角方向およびこじり方向の入力に対して弾性連結体９６のばね定数が大きくされており、硬いばね特性が発揮される。特に、弾性連結体９６を構成する二つの並設弾性体１００，１００が、筒形弾性連結装置９０の軸方向中央に対して軸方向両側へ外れた位置に配されていることから、こじり方向の入力に対する硬いばね特性をより設定し易くなり得る。
【００６７】
なお、本実施形態では、並設インナ部９８と並設アウタ部１０２と並設弾性体１００とで構成される部分の二組によって、第一の実施形態の筒形弾性連結装置１０に相当する構造が二つ設けられた例を示したが、並設インナ部９８と並設アウタ部１０２と並設弾性体１００とで構成される部分の三組以上によって、第一の実施形態の筒形弾性連結装置１０に相当する構造が三つ以上設けられていても良い。また、筒形弾性連結装置１０に相当する構造に代えて或いは加えて、第二，第三の実施形態の筒形弾性連結装置５０，７０に相当する構造を複数備える筒形弾性連結装置も採用され得る。並設される複数の並設インナ部は必ずしも同じ構造を採用する必要はなく、複数が並設される並設アウタ部についても異なる構造を組み合わせて採用することが可能であり、特性や構造が異なる複数種類の並設弾性体を組み合わせて採用することもできる。
【００６８】
また、本実施形態では、複数の凹面２２が互いに独立して形成される部材（並設インナ部９８）に一つずつ独立して形成された構造を例示したが、複数の凹面２２が一つの部材に形成される構造も採用され得る。同様に、複数の凸面２６は、必ずしも相互に独立して形成される部材（並設アウタ部１０２）に一つずつ形成される構造には限定されず、一つの部材に複数の凸面２６を形成することもできる。加えて、複数の凹面２２と複数の凸面２６の対向面間に配される弾性連結体は、本実施形態で例示したような各対向面間ごとに独立した複数の並設弾性体１００を備える構造の他、各対向面間に一体で連続して配される構造も採用され得る。
【００６９】
以上、本発明の実施形態について詳述してきたが、本発明はその具体的な記載によって限定されない。例えば、弾性連結体１６は、必ずしも凹面２２に加硫接着されていなくても良く、例えば、凹面２２に対して非接着で嵌合されるなどして機械的に固定されていても良い。また、弾性連結体１６がアウタ筒部材１４の凸面２６に固定されると共に、インナ軸部材１２の凹面２２が弾性連結体１６に対して摺動可能とされた構造も採用され得る。
【００７０】
また、第一の実施形態では、インナ軸部材１２に弾性連結体１６が加硫接着された状態で、インナ軸部材１２がアウタ筒部材１４に挿通配置される例を示したが、インナ軸部材１２をアウタ筒部材１４に挿通配置した状態で、それらインナ軸部材１２とアウタ筒部材１４の間に弾性連結体１６を後形成しても良い。これによれば、例えば、弾性連結体１６の成形後収縮によって、弾性連結体１６をインナ軸部材１２の凹面２２に嵌着させると共に、弾性連結体１６をアウタ筒部材１４の凸面２６に対して摺動可能とすることもできる。
【００７１】
また、第一の実施形態では、凹面２２が軸方向に分割されていたが、例えば、凸面２６の突出先端におけるアウタ筒部材１４の内径寸法をインナ軸部材１２の最大外径寸法よりも大きくして、インナ軸部材１２をアウタ筒部材１４に挿通し、インナ軸部材１２に外挿配置されたアウタ筒部材１４を縮径加工することにより、凸面２６を凹面２２の開口より内周へ差し入れることも可能である。なお、凹面２２が軸方向に分割されていない構造では、内筒連結部材２０を省略して、インナ軸部材１２の全体を一つの部材で構成することができる。
【００７２】
また、前記実施形態において内筒連結部材を設けることなく、複数の分割内筒部材を筒形弾性連結装置が装着される輪軸やロッドなどに直接に外嵌固定しても良い。
【００７３】
また、前記実施形態では、本発明に係る筒形弾性連結装置を鉄道用の操舵台車に適用した例を示したが、本発明に係る筒形弾性連結装置は、鉄道用の非操舵台車におけるリンク機構や、ロボットアームの関節部などにも適用され得る。なお、本発明に係る筒形弾性連結装置は、二つのリンクを一軸回りで傾動可能に接続する各種公知の一自由度平面リンクのリンク連結部分に適用することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１０，５０，７０，９０：筒形弾性連結装置、１２，５２，７２，９２：インナ軸部材、１４，５４，７４，９４：アウタ筒部材、１６，９６：弾性連結体、１８，５６，７６：分割内筒部材、２０：内筒連結部材、２２，５８，７８：凹面、２６，６０，８０：凸面、２８：集電梁、３０：輪軸、３２：輪軸連結部材、９８：並設インナ部、１００：並設弾性体、１０２：並設アウタ部
【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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