(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒ゴムとインナープレートを半径方向に交互に積層した円筒積層ゴムをコイルバネと組み合わせて軸箱を支持するようにした鉄道車両の軸箱支持装置において、上下方向の伸縮によって台車の前後方向に対する剛性が変化する特性を備えた円筒積層ゴムを、該コイルバネの圧縮に伴って円筒ゴムは伸び、かつ、空車時に台車の前後方向に対する支持剛性が最大になるように取付けたことを特徴とする鉄道車両の軸箱支持装置。
【請求項２】
該円筒積層ゴムはインナープレートの肉厚が上下方向にしだいに変化した楔状としたことを特徴とする請求項１記載の鉄道車両の軸箱支持装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒積層ゴムとコイルバネを組み合わせて軸箱を支持する鉄道車両の軸箱支持装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両の台車には台車枠を輪軸に対して弾性支持する軸箱支持装置が設けられている。
軸箱支持装置は車体の荷重を支えて上下方向の振動をやわらげるばかりでなく、台車の前後方向には、輪軸を平行に保つためしっかり保持し、左右方向には曲線通過時の衝撃が緩衝されるように余裕を持たせて支持する必要があり、ウイング式、軸梁式、モノリンク式等種々の形式のものがある。
【０００３】
近年は摺動部分をなくすため円筒積層ゴムとコイルバネを組み合わせて軸箱を支持するようにしたものが使用されている。
図４はウイング式の軸箱支持装置の構造を示すもので、軸箱体２の前後方向両側に下部軸ばね座６を設けるとともに台車枠１に上部軸バネ座５を設けて、この間にコイルバネ３を設け、かつ、コイルバネ３の中央部に円筒積層ゴム２１を設けている。
【０００４】
この軸箱支持装置に使用されている円筒積層ゴム２１は図６（ａ）に示すように、金属内筒２１ａと金属外筒２１ｂとの間に複数の円筒ゴム２１ｃと金属のインナープレート２１ｄを半径方向に交互に積層し、円筒ゴム２１ｃとインナープレート４ｄは外観が竹の子のように外側から内側に向かって軸方向の長さがしだいに長くなるように構成している。したがって、上下荷重たわみが大きいほど左右方向の剛性が高くなる特性を有している。
【０００５】
また、図５は別の円筒積層ゴム２４を取り付けたウイング式の軸箱支持装置の構造を示すもので、円筒積層ゴム２４以外の構成要素は上記図４と同じである。
円筒積層ゴム２４は図６（ｂ）に示すように、金属内筒２４ａと金属外筒２４ｂとの間に複数の円筒ゴム２４ｃとインナープレート２４ｄを半径方向に交互に積層し、円筒ゴム２４ｃとインナープレート４ｄは外側から内側に向かって軸方向の長さが上下対称の形で長くしたソロバン玉形の形状を有している。
【０００６】
なお、円筒積層ゴム２１および円筒積層ゴム２４は、台車の左右方向側には図７に示すように曲線通過時の衝撃を緩衝するため扇形状の間隙部２４ｅを設けている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
２台車４軸を備えた標準的鉄道車両では、一般に空車時に蛇行動安定性が最も低下し、満車時に最もレールを痛めやすく、曲線走行性能が低下する。
軸箱支持における前後方向（進行方向）の剛性は高い程蛇行動安定性が向上するが、逆に曲線通過性能が悪くなる。
【０００８】
上記従来の図４に示す竹の子形の円筒積層ゴム２１を使用した軸箱支持装置では、円筒積層ゴムの上下荷重たわみが大きいほど軸箱の前後方向の剛性が高くなる傾向にあるので、満車（定員×２．５）時に前後方向の剛性が最も高く空車時に最も小さくなる。
【０００９】
したがって、空車時には蛇行動安定性が不利な状態と軸箱の前後方向の支持剛性の小さい状態とが重なり、走行安定性が損なわれることになる。このため、ヨーダンパなどを別途付設して走行安定性を高めるといった手段が採られている。
また、満車時には曲線通過性能の不利な状態と軸箱の前後方向の支持剛性の大きい状態が重なり、輪軸は最もきしみ、横圧が高くなる。
【００１０】
また、図５に示すソロバン玉形の円筒積層ゴム２４を使用した軸箱支持装置では、上記の竹の子形に比べ上下たわみに伴う前後方向の支持剛性の変化は小さいが、定員乗車時に円筒積層ゴム２４のたわみがゼロになるように取り付けられているので、空車時に前後方向の支持剛性が小さくなり、蛇行動安定性が低下する。
【００１１】
発明者等は、曲率半径４００ｍｍ，走行速度８５Ｋｍ／ｈにおける満車時と空車時における定常横圧と臨界速度の変化を調べたところ、定常横圧で１．２倍、臨界速度で１．３倍の差があることが解った。
そこで、本発明は、空車での直線走行時における安定性が高く、しかも満車での曲線走行時における横圧が低い軸箱支持装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では次の手段を採った。即ち、
円筒ゴムとインナープレートを半径方向に交互に積層した円筒積層ゴムをコイルバネと組み合わせて軸箱を支持するようにした鉄道車両の軸箱支持装置において、上下方向の伸縮によって台車の前後方向に対する剛性が変化する特性を備えた円筒積層ゴムを、該コイルバネの圧縮に伴って円筒ゴムは伸び、かつ、空車時に台車の前後方向に対する支持剛性が最大になるように取付けたことを特徴としている。
【００１３】
本発明は、円筒積層ゴムとコイルバネを組み合わせて軸箱を支持するようにした軸箱支持装置に適用されるもので、ウイング式、軸梁式、モノリンク式など種々の形式のものに使用できる。
また、円筒積層ゴムは上下方向のたわみによって水平方向の支持剛性が変化するものであれば、竹の子形、ソロバン玉形などその形式は問わない。
【００１４】
なお、円筒積層ゴムは請求項２に記載のように、インナープレートの上下方向の肉厚をしだいに変化させて楔状にすれば、上下方向のたわみに対して水平方向の剛性を所望の値に変化させることができる。
円筒積層ゴムはコイルバネが圧縮された時にはゴム部は伸び、コイルバネが伸びた時にはゴム部は縮む方向に取り付ける。例えばウイング式で竹の子形の円筒積層ゴムを使用する場合は、円筒ゴムとインナープレートを外径側から内側へ順次下方に長くなるようにして、その外周を下部軸バネ座に取り付ける。また、軸梁式の場合は円筒積層ゴムをウイング式の場合とは上下逆にして、その外周を上部軸バネ座に取り付ける。
【００１５】
本発明は、蛇行動安定性上不利な空車時には軸箱支持前後剛性が最も高くなるようにして取り付けるので、空車時にも走行安定性を維持することが可能となる。この際、曲線通過性能は若千低下することになるが、空車時は横圧が小さいため問題とはならない。また、曲線通過性能上不利な満車時には軸箱支持剛性が最も低いので、横圧を低く抑えることが可能となる。この際、直線走行性能は若千低下することになるが、空車時よりも条件が有利であるため、問題とはならない。
【００１６】
なお、本発明は台車の左右方向に対する支持剛性については、特に問うものではない。円筒積層ゴムは一般的に台車の左右方向に扇形状の間隙部を設けているが、例えばブレーキ装置や動力伝達装置が台車の左右方向に対しての移動を僅かしか許容しない場合には、満車時にも台車の左右方向の軸箱支持剛性を大きくする必要がある。この場合は円筒積層ゴムの台車の左右方向側にも円筒ゴムとインナープレートを設け、満車時に支持剛性が大きくなるように取り付けるとよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。
なお、この図において従来（図４）と同一構成要素については同一符号を付してある。
【００１８】
図１は、本発明をウイング式の軸箱支持装置に適用した実施の形態を示す側面図であり、１は台車枠、２は輪軸の両端を支持する軸箱体、３はコイルバネである。軸箱体２の下部は台車の前後側を張り出し、コイルバネ３の下端を受けるつば６ａとコイルバネ３の内側に入る筒状部６ｂとを備えた下部軸ばね座６が設けられている。そして、これに対向して台車枠１の下面にはコイルバネ３の上端を受けるつば５ａと下方に伸びて下部軸ばね座６の筒状部の内部に入る棒状部５ｂとを備えた上部軸バネ座５が取り付けられている。
【００１９】
上部軸バネ座５の棒状部５ｂと下部軸バネ座６の筒状部６ｂの間には円筒積層ゴム４が設けられている。すなわち、棒状部５ｂが円筒積層ゴム４の金属内筒４ａに嵌挿されてボルト１０で取り付けられ、円筒積層ゴム４の金属外筒４ｂが筒状部６ｂに嵌合して固定されている。円筒積層ゴム４の金属内筒４ａの上端は棒状部５ｂに設けた間座７に当接し、下端は押さえ金８によって固定され、円筒積層ゴム４の金属外筒４ｂの下端は筒状部６ｂの段部６ｃに係止し、上端は止め輪９で固定されている。
【００２０】
円筒積層ゴム４は図２（ａ）に示すように、金属内筒４ａと金属外筒４ｂとの間に円筒ゴム４ｃとインナープレート４ｄを半径方向に交互に積層して構成されており、インナープレート４ｄは上端が厚く下端が薄い楔状になっている。また、金属外筒４ｂとインナープレート４ｄは軸方向の長さが一定であり、外側から内側に向かって軸方向の長さが階段状に形成されている。また、図２（ｂ）に示すように、台車の左右方向の剛性を低くするため円筒積層ゴム４の２方向には扇形状に切り欠いた間隙部４ｅを形成している。
【００２１】
そして、円筒積層ゴム４は空車時に円筒ゴム４ｃが最も圧縮された状態となり、満車時に最も伸びた状態になるように、また、間隙部４ｅが台車の左右方向に位置するように組み付けられている。
上記のように構成されているので、車体が満車状態となったときは、コイルバネ３が縮んで上部軸バネ座５の棒状部５ｂが下降し、円筒ゴム４ｃが下方に伸び、したがって、円筒積層ゴム４の前後方向の剛性は小さくなる。
【００２２】
逆に、空車状態のときはコイルバネ３が伸びて上部軸バネ座５の棒状部５ｂが上昇するので、円筒ゴム４ｃが縮み、したがって、円筒積層ゴム４の前後方向の剛性は大きくなる。
次に、本発明を軸梁式の軸箱支持装置に適用した実施の形態を図３に基づいて説明する。
【００２３】
図において１１は台車枠、１２は輪軸の両端を支持する軸箱体、１３はコイルバネである。軸箱体１２は台車枠１１と梁１２ａによって連結されており、軸箱体１２の上面には、コイルバネ１３の下端を受けるつば１６ａとコイルバネ１３の内側に入る支軸部１６ｂとを備えた下部軸ばね座１６が設けられている。そして、これに対向して台車枠１１にはコイルバネ１３の上端を受けるつば１５ａと下方に伸びる筒状部１５ｂとを備えた上部軸バネ座１５が取り付けられている。
【００２４】
上部軸バネ座１５の筒状部１５ｂと下部軸バネ座６の支軸部１６ｂの間には円筒積層ゴム１４が設けられている。すなわち、支軸部１５ｂが円筒積層ゴム１４の金属内筒１４ａに嵌挿されてボルト２０で取り付けられ、円筒積層ゴム１４の金属外筒１４ｂが筒状部１５ｂに嵌合して固定されている。円筒積層ゴム１４の金属内筒１４ａの下端は支軸部１６ｂに固設した間座１７に当接し、上端は押さえ金１８によって固定され、円筒積層ゴム１４の金属外筒１４ｂの上端は筒状部１５ｂの段部１６ｃに係止し、下端は止め輪１９で固定されている。
【００２５】
この円筒積層ゴム４は上記の図２で示すものと同じものであり、取付状態が上下逆になっている。すなわち、円筒積層ゴム４は空車時に円筒ゴム４ｃが最も圧縮された状態となり、満車時に最も伸びた状態になるように組みつけられている。
【００２６】
このように構成されているので、車体が満車状態のときは、コイルバネ１３が縮んで上部軸バネ座１５の筒状部１５ｂが下降し、円筒ゴム４ｃが下方に伸び、したがって、前後方向の剛性は小さくなる。
逆に、車体が空車のときはコイルバネ１３が伸び、上部軸バネ座１５の筒状部１５ｂが上昇するので円筒ゴム１４ｃが縮み、したがって、円筒積層ゴム４の前後方向の剛性は大きくなる。
【００２７】
なお、上記の実施の形態では、円筒積層ゴムの台車の左右方向は、扇形状の間隙部を設けたもので説明したが、特にこれに限定するものではない。
例えば、ブレーキ装置や動力伝達装置が台車の左右方向に対しての移動を僅かしか許容しないものである場合には満車時にも台車の左右方向の軸箱支持剛性を大きくする必要がある。この場合は円筒積層ゴム４は図８（ａ）に示すように、台車の左右方向側にも円筒ゴム４ｃとインナープレート４ｄを設け、台車の前後方向の縦断面（ＸＸ断面）は図８（ｂ）に示すように、金属外筒４ｂとインナープレート４ｄは軸方向の長さが一定で、外側から内側に向かって軸方向の長さが階段状に形成された上記図２（ａ）と同じ形状とし、台車の左右方向の縦断面（ＹＹ断面）は図８（ｃ）に示すように、円筒ゴム４ｃとインナープレート４ｄは外観が竹の子のように外側から内側に向かって軸方向の長さがしだいに長くなるように形成された上記従来の図６（ａ）と同様のものとする。そして、円筒積層ゴムはコイルバネが圧縮された時にはＸＸ方向のゴム部は伸びてＹＹ方向のゴム部は縮み、コイルバネが伸びた時にはＸＸ方向のゴム部は縮んでＹＹ方向のゴム部は伸びる方向に取り付ければよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の軸箱支持装置は、上下方向の伸縮によって台車の前後方向に対する剛性が変化する特性を備えた円筒積層ゴムを、該コイルバネの圧縮に伴って円筒ゴムは伸び、かつ、空車時に台車の前後方向に対する支持剛性が最大になるように取付けたので、蛇行動安定性上不利な空車時には軸箱支持前後剛性が最も高くなり、したがって、走行安定性を高く維持することができる。また、曲線通過性能上不利な満車時には台車の前後方向に対する剛性が最も低くなるので、横圧を低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をウイング式の軸箱支持装置に適用した実施形態の側面図である。
【図２】同  図１の円筒積層ゴム４の詳細を示すもので、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は平断面図である。
【図３】本発明を軸梁式の軸箱支持装置に適用した実施形態の側面図である。
【図４】従来の竹の子形の円筒積層ゴムを使用したウイング式の軸箱支持装置を示す側面図である。
【図５】従来のソロバン玉形の円筒積層ゴムを使用したウイング式の軸箱支持装置を示す側面図である。
【図６】（ａ）は図４の竹の子形の円筒積層ゴム２１の縦断面図、（ｂ）は図５のソロバン玉形の円筒積層ゴム２４の縦断面図である。
【図７】図６（ａ）および図６（ｂ）の円筒積層ゴム２１、２４の平断面図である。
【図８】円筒積層ゴム４の別の例の詳細を示すもので、（ａ）は平断面図、（ｂ）ＸＸ断面図で（ｃ）はＹＹ断面図である。
【符号の説明】
１…台車枠          ２…軸箱体
３…コイルバネ      ４…円筒積層ゴム
４ａ…金属内筒      ４ｂ…金属外筒
４ｃ…円筒ゴム      ４ｄ…インナープレート
４ｅ…間隙部
５…上部軸バネ座    ５ａ…つば
５ｂ…棒状部        ６…下部軸バネ座
６ａ…つば          ６ｂ…筒状部
６ｃ…段部
７…間座            ８…押え金
９…止め輪        １０…ボルト
１１…台車枠        １２…軸箱体
１２ａ…梁
１３…コイルバネ    １４…円筒積層ゴム
１４ａ…金属内筒    １４ｂ…金属外筒
１４ｃ…円筒ゴム    １４ｄ…インナープレート
１４ｅ…間隙部
１５…上部軸バネ座  １５ａ…つば
１５ｂ…筒状部      １５ｃ…段部
１６…下部軸バネ座  １６ａ…つば
１６ｂ…支軸部      １７…間座
１８…押え金        １９…止め輪
２０…ボルト        ２４…円筒積層ゴム
２４ｅ…間隙部
【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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【図７】
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【図８】
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