(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
台車枠と、
鉄道車輪、車軸、軸受け及び軸箱を含む輪軸組立体と、
該輪軸組立体と前記台車枠との間に介装された軸バネと、
を備える鉄道車両用台車であって、
前記軸バネが、主に上下方向荷重を負担するコイルバネ、及び、主に左右・前後方向荷重を負担するゴム製部材を併用したものであり、
前記軸バネが、上下方向を軸方向とする同心円状の内スリーブ及び外スリーブ、並びに、該内外スリーブ間の２本の中間スリーブを有し、両中間スリーブ間に前記コイルバネが配置されているとともに、各スリーブ間に前記ゴム製部材が充填されており、前記外スリーブ及び内スリーブの下端は下板に固定されているが、前記中間スリーブの下端は前記下板には繋がっておらず、若干の隙間が存在して、前記中間スリーブは前後・左右方向に可動となっていることを特徴とする鉄道車両用台車。
【請求項２】
鉄道車両用台車の台車枠と輪軸組立体との間に介装される軸バネであって、
主に上下方向荷重を負担するコイルバネ、及び、主に左右・前後方向荷重を負担するゴム製部材を併用したものであり、
上下方向を軸方向とする同心円状の内スリーブ及び外スリーブ、並びに、該内外スリーブ間の２本の中間スリーブを備え、
両中間スリーブ間に前記コイルバネが配置されているとともに、各スリーブ間に前記ゴム製部材が充填されており、
前記外スリーブ及び内スリーブの下端は下板に固定されているが、前記中間スリーブの下端は前記下板には繋がっておらず、若干の隙間が存在して、前記中間スリーブは前後・左右方向に可動となっていることを特徴とする軸バネ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、台車枠と輪軸組立体との間に介装された軸バネを有する鉄道車両用台車、及び、そのような台車用の軸バネに関する。特には、簡単な構造で軸バネのへたりを防止でき、組み立てやメンテナンスも容易な軸バネ等に関する。
なお、本明細書における軸バネの「へたり」とは、経年使用に伴って寸法変化（荷重方向の収縮）が生じ、バネ定数が変化する状態をいう。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
一般に、鉄道車両の台車は、台車枠と、輪軸組立体と、輪軸組立体と台車枠との間に介装された軸バネ等を備えている。台車の形式は、現在まで多種多様のものが知られている。例えば、在来線旅客車両では、比較的古くから、ペデスタル・ウィングバネ式の台車や板バネ式の台車等が使用されてきた。また、比較的古い新幹線（登録商標）車両（０系等）ではＩＳ式の台車が使用されてきた。さらに、近年の在来線新型車両では、軸はり式の台車が主流になりつつある。
【０００３】
台車に用いられる軸バネは、車体積載荷重を受け持つ、あるいは、輪軸の台車枠に対する前後・左右支持に適切な剛性を与える等の機能を備えている必要がある。そして、軸バネのこれらの機能をなるべく簡単に実現するために、ゴムバネを主バネとするもの（例えば円錐積層ゴム式のゴムバネ）が知られている。
【０００４】
ゴムバネを主バネとする軸バネは、車両に積載される累積荷重や最大荷重が、主として上下方向に負荷される等によって、ゴムのへたりが進行する。所見によれば、ゴムバネの高さ寸法２４３±２ｍｍの軸バネは、使用期間約３年で約６ｍｍ、使用期間約１０年で約１１ｍｍのへたり量が確認されている。ゴムにへたりが生じると、ライナーを挿入して高さを調整する必要が生じる。この作業は以下に述べるように非常に労力を有するものである。つまり、軸バネゴムの下部をジャッキ等により台車枠ごとリフトしてそのまま保持し、隙間にライナーを挿入する。軸バネゴムは非線形性を有するため、さらに以下の作業が必要となる。すなわち、軸バネゴムの変位−荷重関係は非線形であるため、軸バネゴムのバネ定数は一意ではない。このため、一位の軸にライナーを挿入することにより軸バネゴムのバネ定数が変化し、そのままの状態では左右の静止輪重のアンバランスが発生する。これに対して、挿入した軸と反対の軸位にもライナーを挿入する必要があるが、このとき適切な量のライナーを挿入しないと、左右の静止輪重のアンバランスは解消せず、場合によっては、最初の軸にライナーを入れなおさなければならないこともある。
【０００５】
ところで、上記の静止軸重のアンバランスは車両の走行時の脱線の要因となり得ることが解明されつつある。そこで、鉄道事業者は、この静止輪重アンバランスを基準内に収めて安全運行に心掛けるよう、鉄道事故調査検討会によって答申され、行政的に指導されている。
【０００６】
以上の理由から、近年では、フラットな（高さ狂い等のない）地上設備により静止輪重を計測しながらライナー調整を行うなど、要求精度を満たすために、一層煩雑なライナー調整作業が必要となっている。
【０００７】
また、軸バネゴムが顕著にへたり、バネ定数が一定以上大きくなると、走行走行安全性の低下（軌道狂い等への追随性の低下）や、乗り心地低下を引き起こす要因となる。
【０００８】
特に、大量の荷重を支える通勤電車等では、最大積載荷重が大きいので、ゴムのへたりが一層引き起こされ易い。一方、荷重変動等の条件に適合させて、軸バネのバネ定数を維持することも困難である。
【０００９】
ところで、鋼製のコイルバネは、荷重差があってもバネ定数がそれほど変化しない。一方、円錐ゴムバネ等のゴムバネは、負荷される荷重条件によって異なったバネ定数に変化する。このような円錐ゴムバネにへたりが起こると軸バネが硬くなり、前述の車両メンテナンス増大や走行安定性の低下等の様々な問題が引き起こされるおそれがある。そのため、円錐ゴムバネ等は、頻繁に交換を行なう必要があり、手間を要するとともにコストがかかっている。
【００１０】
現在、新幹線（登録商標）の３００系車両や一部の在来線車両では、コイルバネとゴムバネを併用した軸バネが使用されている。このような軸バネは、車両が一定の乗員状態ではゴムバネが中立となり、一定外の乗員状態ではゴムバネに荷重が負荷される。しかしながら、大きな荷重領域では、ゴムバネ自体も変形し始めるため、結局ゴムバネの劣化が引き起こされてしまう。一方、新幹線（登録商標）の３００系車両では、コイルバネとゴムバネとが別体の部品として台車に搭載されているため、組み立てやメンテナンスの手間がかかる。
【００１１】
本発明は、前記の課題に鑑みてなされたものであって、簡単な構造で軸バネのへたりを防止でき、組み立てやメンテナンスも容易な軸バネ等を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
前記課題を解決するため、本発明の鉄道車両用台車は、台車枠と、鉄道車輪、車軸、軸受け及び軸箱を含む輪軸組立体と、該輪軸組立体と前記台車枠との間に介装された軸バネと、を備える鉄道車両用台車であって、前記軸バネが、主に上下方向荷重を負担するコイルバネ、及び、主に左右・前後方向荷重を負担するゴム製部材を併用したものであり、前記軸バネが、上下方向を軸方向とする同心円状の内スリーブ及び外スリーブ、並びに、該内外スリーブ間の２本の中間スリーブを有し、両中間スリーブ間に前記コイルバネが配置されているとともに、各スリーブ間に前記ゴム製部材が充填されており、前記外スリーブ及び内スリーブの下端は下板に固定されているが、前記中間スリーブの下端は前記下板には繋がっておらず、若干の隙間が存在して、前記中間スリーブは前後・左右方向に可動となっていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の軸バネは、鉄道車両用台車の台車枠と輪軸組立体との間に介装される軸バネであって、主に上下方向荷重を負担するコイルバネ、及び、主に左右・前後方向荷重を負担するゴム製部材を併用したものであり、上下方向を軸方向とする同心円状の内スリーブ及び外スリーブ、並びに、該内外スリーブ間の２本の中間スリーブを備え、両中間スリーブ間に前記コイルバネが配置されているとともに、各スリーブ間に前記ゴム製部材が充填されており、前記外スリーブ及び内スリーブの下端は下板に固定されているが、前記中間スリーブの下端は前記下板には繋がっておらず、若干の隙間が存在して、前記中間スリーブは前後・左右方向に可動となっていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の軸バネによれば、上下方向の主な荷重をコイルバネで負担するので、ゴム製部材には上下方向の荷重があまりかからない。そのため、ゴム製部材の劣化を抑制でき、軸バネのへたりを防止できる。これによって、走行安全性や乗り心地の低下など、車両安全面を含めた様々な悪影響を回避できる。
また、コイルバネとゴム製部材とは台車に搭載される部品として一体化されているため、一つの部品で前後・上下・左右の荷重を負担でき、部品点数の減少や軽量化を実現するとともに、組み立てやメンテナンスの手間もあまりかからないようにできる。
【００１５】
なお、ゴム製部材の材料は、適度な弾性（一例でヤング率が室温において１〜５０ＭＰａ程度）及び減衰性（一例で損失係数が０．０５〜０．２程度）を有し、耐疲労性や耐オゾン性等の耐久性に優れるものが好ましい。材料の種類としては、天然ゴムやスチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ウレタン、クロロプレンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、ゴムの発泡体、粘性体、ゲル等を挙げることができるし、それらをブレンドすることもできる。これらのうち、天然ゴムが最も好ましいが、前述の弾性や減衰性、耐久性を発揮するものであれば、それを用いることもできる。そのようなものも、本明細書でいう“ゴム”に含まれる。
【００１６】
本発明においては、前記コイルバネのバネ線の周りに前記ゴム製部材が充填されているものとすることができる。
この場合、コイルバネの前後・左右方向の変位をゴム製部材の弾性で拘束し、前後・左右方向の防振機能を実現することができる。なお、ゴム製部材の充填は、コイルバネの全部であってもよいし、上半分又は下半分だけであってもよい。ゴム製部材の充填量は、ゴム製部材の弾性率と要求される軸バネのバネ定数とに基づき設定することができる。
【００１７】
本発明においては、上下方向を軸方向とする２本の筒（内外スリーブ）間に前記コイルバネが配置されており、該スリーブ間に前記ゴム製部材が充填されているものとすることができる。
この場合、コイルバネの前後・左右方向の変位を内外スリーブの剛性及びゴム製部材の弾性で拘束し、前後・左右方向の防振機能を実現することができる。このような軸バネは、ゴム製部材の充填量を少なくでき、コストを低減することができる。
なお、このような筒（内外スリーブ）の材料は、適度な剛性（一例でヤング率が１０9Ｐａ以上）及び強度・耐久性を有するものが好ましく、材料の種類は鋼やアルミニウム、プラスチック、ＦＲＰ等を挙げることができる。
【００１８】
本発明においては、前記ゴム製部材及び／又は前記筒の左右方向と前後方向の寸法（バネ定数）が異なるものとすることができる。
この場合、ゴム製部材又は筒を、例えば平面形状が楕円形や長方形、菱形となるように形成するのが好ましい。
【００１９】
本発明においては、前記ゴム製部材及び／又は前記筒の所定箇所に孔が開けられているものとすることができる。
このような孔を開けることで、軸バネの所定箇所のバネ定数を小さくできる。そのような箇所（孔を開ける箇所）は、必要に応じて適宜選択できる。
【００２０】
以下、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る鉄道車両用の台車付近を示す側面図である。
図１に示す鉄道車両は、車体１０を備えている。この車体１０は、枕バネ１２を介して台車１１上に搭載されている。台車１１は、台車枠１３を備えている。台車枠１３の下部の前後には、車輪１５と車軸１６からなる輪軸１７が一組ずつ組み込まれている。車輪１５は、車軸１６の両側に圧入されて固定されている。両車輪１５の外側において、車軸１６の両端部には軸箱１８が外嵌されている。台車枠１３と各軸箱１８のアーム１８ａ間には、軸バネ２０が取り付けられている。
【００２１】
以下、この軸バネ２０の構造について説明する。図２（Ａ）は本発明に関連する鉄道車両用台車の軸バネの断面側面図であり、図２（Ｂ）は同軸バネの平面図である。この図に示す軸バネ２０は、上下方向を軸方向とする２本の同心円状の内スリーブ２１及び外スリーブ２２を備えている。これら内外スリーブ２１、２２は、適度な剛性（一例でヤング率が１０9Ｐａ以上）及び強度・耐久性を有する材料（鋼やアルミニウム、プラスチック、ＦＲＰ等）で形成されている。両スリーブ２１、２２間には、コイルバネ２３が配置されている。このコイルバネ２３の上端には、上板２７が連結されている。一方、コイルバネ２３及び内外スリーブ２１、２２の下端には、下板２９が連結されている。両スリーブ２１、２２の高さは、コイルバネ２３の高さよりも充分に低くなっており、軸バネとしての上下方向の変形自由度が拘束されないようになっている。なお、外スリーブ２２は下板２９に溶接固定されており、内スリーブ２１は下板２９には固定されていない。
【００２２】
さらに、両スリーブ２１、２２間における下板２９上のスペースには、ゴム製部材２５が充填されている。このゴム製部材２５は、適度な弾性（一例でヤング率が室温において１〜５０ＭＰａ程度）及び減衰性（一例で損失係数が０．０５〜０．２程度）を有し、耐疲労性や耐オゾン性等の耐久性に優れる材料（例えば天然ゴムやスチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ウレタン、クロロプレンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム等）が用いられている。
【００２３】
このような構成の軸バネ２０は、図１に示す台車１１に搭載される部品として一体化されている。具体的には、内外スリーブ２１、２２、コイルバネ２３及び下板２９を組んだ後にゴム製部材２５を流し込み、その後、加硫接着して図のような形に一体化する。そのため、部品点数の減少や軽量化を実現するとともに、組み立てやメンテナンスの手間もあまりかからない。
【００２４】
軸バネ２０は、設置状態において、コイルバネ２３が主に上下方向（図１の台車枠１３―軸箱１８のアーム１８ａ間）の荷重を負担するので、ゴム製部材２５には上下方向の荷重があまりかからない。そのため、ゴム製部材２５の劣化を抑制でき、軸バネ２０のへたりを防止できる。さらに、コイルバネ２３の左右（車両幅方向）・前後（車両進行・後退方向）の変位は、内外スリーブ２１、２２の剛性、及び、ゴム製部材２５の弾性で拘束されるので、軸バネ２０の前後・左右方向の防振機能を実現することができる。このような軸バネ２０は、内外スリーブ２１、２２を用いることでゴム製部材２５の充填量を少なくでき、コストを低減できる利点もある。
【００２５】
次に、軸バネの他の例について説明する。図３は、本発明の実施の形態に係る鉄道車両用台車の軸バネの断面側面図である。この図に示す軸バネ３０は、上下方向を軸方向とする２本の同心円状の内スリーブ２１及び外スリーブ２２間に、さらに２本の中間スリーブ３１、３２を備えている。各スリーブ２１、２２、３１、３２は、前述と同様に適度な剛性及び強度・耐久性を有する材料で形成されている。両中間スリーブ３１、３２間には、コイルバネ２３が配置されている。各スリーブ２１、２２、３１、３２の高さは、コイルバネ２３の高さよりも充分に低くなっており、軸バネとしての上下方向の変形自由度が拘束されないようになっている。
【００２６】
このコイルバネ２３の上端には、上板２７が連結されている。一方、コイルバネ２３と内スリーブ２１の下端には、下板２９が連結されている。外スリーブ２２及び内スリーブ２１の下端は、下板２９に溶接固定されている。中間スリーブ３１、３２の下端は下板２９には繋がっておらず、若干の隙間が存在する。このような隙間を設けることにより、中間スリーブ３１、３２は前後・左右方向に可動となり、同方向に適切な弾性を付与できる。
【００２７】
各スリーブ２１、３１、３２、２２間のスペースには、ゴム製部材２５が充填されている。このゴム製部材２５は、前述と同様に適度な弾性及び減衰性を有し、耐疲労性や耐オゾン性等の耐久性に優れる材料である。
【００２８】
このような軸バネ３０も、前述の軸バネ２０と同様に、台車１１に搭載される部品として一体化されているので、部品点数の減少や軽量化を実現するとともに、組み立てやメンテナンスの手間もあまりかからない。さらに、ゴム製部材２５の劣化を抑制して軸バネ３０のへたりを防止できるとともに、コイルバネ２３が前後・左右方向に拘束されるので防振機能も実現できる。なお、中間スリーブ３１、３２は、１本あるいは３本以上であってもよいし、それぞれの高さや厚さを変えてもよい。このような場合（スリーブ積層型）も、各スリーブ間にゴム製部材を充填する。
【００２９】
図４（Ａ）は本発明に関連する鉄道車両用台車の軸バネの側面図であり、図４（Ｂ）は同軸バネの平面図である。図４（Ａ）に示すように、軸バネ４０は、コイルバネ２３の上下に上板２７、下板２９が備えており、これら上下板２７、２９間にコイルバネ２３全体を覆うゴム製部材４５が設けられている。このゴム製部材４５は、前述と同様に適度な弾性及び減衰性を有し、耐疲労性や耐オゾン性等の耐久性に優れる材料である。
【００３０】
図４（Ｂ）に示すように、ゴム製部材４５は平面形状が菱形をしており、前後方向と左右方向とで寸法が異なっている。そのため、この軸バネ４０は、前後方向が左右方向よりもバネ定数が大きくなっている。なお、この例ではゴム製部材４５がコイルバネ２３全体を覆うように設けられているが、ゴム製部材はコイルバネ２３の上半分又は下半分だけに設けてもよい。ゴム製部材の量は、ゴム製部材の弾性率と要求される軸バネのバネ定数とに基づき設定できる。
【００３１】
このような軸バネ４０も、前述の軸バネ２０、３０と同様に、台車１１に搭載される部品として一体化されているので、部品点数の減少や軽量化を実現するとともに、組み立てやメンテナンスの手間もあまりかからない。さらに、ゴム製部材４５の劣化を抑制して軸バネ４０のへたりを防止できるとともに、コイルバネ２３が前後・左右方向に拘束されるので防振機能も実現できる。
【００３２】
図５は、本発明に関連する鉄道車両用台車の軸バネの平面図である。この図に示す例は、図２を用いて説明した軸バネ２０において、ゴム製部材２５に上下方向に沿う孔２５ａが開けられているものである。この場合、孔２５ａを開けた箇所において、軸バネ２０の前後または左右方向のバネ定数を小さくできる。なお、図５に示す以外にも、バネ定数を小さくしたい箇所に、必要に応じて適宜選択して孔を開けることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の鉄道車両用台車によれば、簡単な構造で軸バネのへたりを防止できる。したがって、走行安全性や乗り心地を向上できる。あるいは、組み立てやメンテナンスも容易に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態に係る鉄道車両用の台車付近を示す側面図である。
【図２】  図２（Ａ）は本発明に関連する鉄道車両用台車の軸バネの断面側面図であり、図２（Ｂ）は同軸バネの平面図である。
【図３】  本発明の実施の形態に係る鉄道車両用台車の軸バネの断面側面図である。
【図４】  図４（Ａ）は本発明に関連する鉄道車両用台車の軸バネの側面図であり、図４（Ｂ）は同軸バネの平面図である。
【図５】  本発明に関連する鉄道車両用台車の軸バネの平面図である。
【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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