(57)【要約】【課題】二つのアルミ部材の接合により製造可能にする構造の軸箱支持装置用軸ばね座及びその製造方法を提供する。【解決手段】軸箱支持装置用軸ばね座は、台車枠を弾性支持するコイルばねを案内するパイプ形状からなる第１アルミ部材１と板状からなる第２アルミ部材２とを備え、第１アルミ部材１と第２アルミ部材２との嵌合面は摩擦撹拌接合により接合される。第１アルミ部材１の嵌合部７はパイプに対してフランジ状に形成されており、第２アルミ部材２には、嵌合部７が丁度嵌合可能な嵌合孔部９が形成されている。嵌合部７と嵌合孔部９とは、上側が大径で下側が小径となる階段状に形成されているので、第１アルミ部材１に作用する軸方向の荷重を受け止めることができる。また、撹拌部５の位置は、上下で径方向内外にずれているので、摩擦撹拌接合の影響を径方向にずらすことができ、接合強度を向上させることができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイプ状の第１アルミ部材と板状の第２アルミ部材とを備え、前記第１アルミ部材にはその外周にフランジ状の嵌合部を形成し、且つ前記第２アルミ部材には前記第１アルミ部材の前記嵌合部が嵌合する嵌合孔部を形成し、前記第１アルミ部材の前記嵌合部を前記第２アルミ部材の前記嵌合孔部に嵌合させたときに形成される接合部を摩擦撹拌接合により接合したことを特徴とする軸箱支持装置用軸ばね座。
【請求項２】
請求項１に記載の軸箱支持装置用軸ばね座において、
前記第１アルミ部材と前記第２アルミ部材の前記接合部を階段状とし、
上面からの前記摩擦撹拌接合と下面からの前記摩擦撹拌接合を径方向にずらして行うこと、
を特徴とする軸箱支持装置用軸ばね座。
【請求項３】
請求項２に記載の軸箱支持装置用軸ばね座において、
前記第１アルミ部材の前記嵌合部を上側の大径嵌合部分と下側の小径嵌合部分とし、
前記第１アルミ部材の前記大径嵌合部分と前記小径嵌合部分に対応して、前記第２アルミ部材の前記嵌合孔部を上側の大径嵌合孔部分と下側の小径嵌合孔部分とに形成したこと、
を特徴とする軸箱支持装置用軸ばね座。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の軸箱支持装置用軸ばね座において、
前記第２アルミ部材において前記摩擦撹拌接合用のツールの抜き差しを行うための余剰スペースが設けられていること、
を特徴とする軸箱支持装置用軸ばね座。
【請求項５】
パイプ状の第１アルミ部材にフランジ状の嵌合部を加工し、板状の第２アルミ部材に前記第１アルミ部材の前記嵌合部が嵌入可能な嵌合孔部を形成し、前記第１アルミ部材の前記嵌合部を前記第２アルミ部材の前記嵌合孔部に嵌入して形成された接合部を摩擦撹拌接合により接合することを特徴とする軸箱支持装置用軸ばね座の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の軸箱支持装置用軸ばね座の製造方法において、
前記第１アルミ部材と前記第２アルミ部材の前記接合部を階段状とし、
上面からの前記摩擦撹拌接合と下面からの前記摩擦撹拌接合を径方向にずらして行うこと、
を特徴とする軸箱支持装置用軸ばね座の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の軸箱支持装置用軸ばね座において、
前記第１アルミ部材の前記嵌合部を上側の大径嵌合部分と下側の小径嵌合部分とし、
前記第１アルミ部材の前記大径嵌合部分と前記小径嵌合部分に対応して、前記第２アルミ部材の前記嵌合孔部を上側の大径嵌合孔部分と下側の小径嵌合孔部分とに形成したこと、
を特徴とする軸箱支持装置用軸ばね座の製造方法。
【請求項８】
請求項５又は６に記載の軸ばね座の製造方法において、
前記摩擦撹拌接合用のツールの抜き差しを前記第２アルミ部材に設けられている余剰スペースおいて行うこと、
を特徴とする軸箱支持装置用軸ばね座の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両用台車に設置されており、輪軸に対して台車枠を支持する軸箱支持装置を構成する軸箱支持装置用軸ばね座とその製作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、台車の箱軸支持方式の一つとして、コイルばね併用の円筒積層ゴム方式がある。この方式では、ばね案内兼ゴム固定部品として軸ばね座を用いている。一般的に、ウイングばね式軸箱支持装置に使用されているアルミ合金製の軸ばね座は、近年、台車軽量化のため全体がアルミ鍛造品として製作されている。
【０００３】
アルミ鍛造では、金型の形状どおりに部品を仕上げることができるが、大量生産を行うと金型が磨耗し、仕上がり形状が変化することがある。また、鍛造により軸ばね座を製造すると、鍛造型の変更を伴う形状変更に対しては柔軟性に乏しく、迅速に対応できない。
【０００４】
また、試験品のような少数生産の場合、新設計により鍛造用の金型を新しく製作すると、生産コストと製作時間とが共に増大する。コストと時間の観点からすると、金型を新しく作り、その金型で試験品を製作することは難しい。従来品の金型で製作される軸ばね座を使用する場合には、軸箱支持装置の設計変更に限界が生じることになる。ところで、前記軸ばね座の例としては、特許文献１が挙げられる。
【特許文献１】特公平６−４５３４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、従来の金型による鍛造という製造方法を見直し、二つのアルミ部材の接合により製造可能にする構造の軸箱支持装置用軸ばね座及びその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る軸箱支持装置用軸ばね座は、パイプ形状をなした第１アルミ部材と板状をなした第２アルミ部材とを備え、前記第１アルミ部材と第２アルミ部材との嵌合面を摩擦撹拌接合により接合してなることを特徴としている。
【０００７】
また、本発明に係る軸箱支持装置用軸ばね座の製造方法は、パイプ形状からなる第１アルミ部材と板状からなる第２アルミ部材の嵌合面を摩擦撹拌接合により接合することを特徴している。
【０００８】
本発明においては、第１アルミ部材の嵌合部と第２アルミ部材嵌合孔部を階段状にすることが好ましい。こうした嵌合部と嵌合孔部とを階段状にする構造により、各部材の寸法のずれが小さくなる。また、階段状の加工を採用し、摩擦撹拌接合を上面、下面の２方向から接合することにより、接合時の寸法のずれ、接合不良を防ぐとともに、接合強度を確保することができる。フランジ部の上側及び下側からの摩擦撹拌接合の影響をパイプの径方向にずらすことができる。
階段状の嵌合面を持つ嵌合部及び嵌合孔部の構造は、上側を大径嵌合部分又は大径嵌合孔部分とし、下側を小径嵌合部分又は小径嵌合孔部分とすることで、第１アルミ部材に作用する軸方向荷重を階段状の嵌合面で第２アルミ部材が直接に支持することができ、軸方向荷重の摩擦撹拌接合部への影響を軽減することができる。
【０００９】
また、本発明において、パイプ状の第１アルミ部材のフランジ部には、板状の第２アルミ部材の平面と面一となる接合平面が形成されている。接合平面については、予め機械加工にて施しておくことができる。接合部分の平面によって、コイルばねの端部を支承する平面を確保することができる。
【００１０】
摩擦撹拌接合にて接合する際、接合の止端部には、摩擦撹拌用ツールの抜いた後に窪みが残る。本発明においては、第１アルミ部材と第２アルミ部材を摩擦撹拌接合にて接合する際に第２アルミ部材にツールを抜き差しすることを可能にする余分なスペースを設けることができる。この余分なスペースは、本加工が完了した際に切断又は切削することができる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明による軸箱支持装置用軸ばね座及びその製造方法によれば、少数生産の場合に、鍛造において使用する金型を新製する必要がなく、形状変更に対して柔軟な対応を取ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図面を参照して、本発明による軸箱支持装置用軸ばね座（以下、単に軸ばね座と言う）の好ましい実施形態について説明する。図１には、本発明によるアルミ合金製の軸ばね座の一実施例の全体図が斜視図として示されている。軸ばね座は、軸箱体の前後に配置されており台車枠を弾性支持するコイルばねを案内支持する各軸箱支持装置を構成する部品であり、第１アルミ部材１と第２アルミ部材２とを接合して組み立てられている。接合される一方の第１アルミ部材１はパイプ形状を有する部材であり、他方の部材は、平板状の第２アルミ部材２である。第１アルミ部材１と第２アルミ部材２とは、第１アルミ部材１に形成される嵌合部７と、この嵌合部７が入り込む第２アルミ部材の嵌合孔部９との間で施される摩擦撹拌接合によって接合される。接合された部分は、面一となっている平坦な接合部３で示されている。第１アルミ部材１には、その外周面において、台車枠を弾性支持するコイルばねが嵌挿され、コイルばねの下側端部が接合部３上で支持される。なお、図示しないが、コイルばねは上部軸ばね座と下部軸ばね座との間に配置されており、上部軸ばね座から垂下する棒状部の外面と下部軸ばね座（第１アルミ部材）の内面との間には、例えば金属板と弾性ゴムとを積層した積層ゴムのような支持ゴムが設けられており、当該支持ゴムによって台車枠との間で荷重の一部を支えている。
【００１３】
図２は、第１アルミ部材１と第２アルミ部材２を摩擦撹拌接合にて接合する際のツールの移動の様子を示す一部拡大斜視図である。図１及び図２に示すように、第１アルミ部材１と第２アルミ部材２を摩擦撹拌接合にて接合する際に、摩擦撹拌接合用ツールは矢印６１で示す移動方向に移動する。このとき、第２アルミ部材２には、接合止端部としてツールの抜き差し部６２が生じ、この部分には窪みが生じる。これに対応するため、第２アルミ部材２には、摩擦撹拌接合用ツールを抜き差しすることを可能にする余剰スペース２１が設けられている。この余剰スペース２１は、本加工が完了し軸ばね座の仕上げ加工の際に切断線２２によって切り落とす又は切削することができる。
【００１４】
図４は、図１に示すアルミ製軸箱支持装置を得る前の、第１アルミ部材１と第２アルミ部材２とが分離された状態を示す斜視図である。第１アルミ部材１には、第２アルミ部材２へ嵌合させるためのフランジ状の嵌合部７が形成されている。嵌合部７は、パイプ形状の第１アルミ部材１において、機械加工、例えば削出しによって形成されている。第２アルミ部材２には、第１アルミ部材１の嵌合部７に対応して同一寸法の嵌合孔部９が形成されている。
【００１５】
図５は第１アルミ部材と第２アルミ部材の嵌合前の状態を示す部分概略断面図である。図６は図５から両アルミ部材を嵌合させた後の状態を示す部分概略断面図である。図５、図６に示すように、第１アルミ部材１のフランジ状の嵌合部７は、上下方向に階段状に形成されている。即ち、嵌合部７は、上側の大径嵌合部分７ａと下側の小径嵌合部分７ｂとの階段状に区分けされた嵌合部分から成っている。大径嵌合部分７ａの大径外周面８ａ、小径嵌合部分７ｂの小径外周面８ｂ、及び大径外周面８ａと小径外周面８ｂとをつなぐ環状下面８ｃが、嵌合部７の連続した階段状の嵌合面８を形成している。
【００１６】
嵌合部７の嵌合面８に対応して、第２アルミ部材２においても、嵌合孔部９は、上下方向に階段状に形成されている。即ち、嵌合孔部９は、上側の大径嵌合孔部分９ａと下側の小径嵌合孔部分９ｂとの階段状に区分けされている。大径嵌合孔部分９ａに対応した上側の大径内周面１０ａ、小径嵌合孔部分９ｂに対応した下側の小径内周面１０ｂ、及び大径内周面１０ａと小径内周面１０ｂとをつなぐ環状上面１０ｃが、嵌合孔部９の連続した階段状の嵌合面１０を形成している。
【００１７】
第１アルミ部材１の嵌合部７と第２アルミ部材２の嵌合孔部９は、大径嵌合部分７ａと小径嵌合部分７ｂとがそれぞれ大径嵌合孔部分９ａと小径嵌合孔部分９ｂとに嵌まり、嵌合状態では、嵌合部７の環状下面８ｃが嵌合孔部９の環状上面１０ｃに当接した状態に嵌合される。嵌合面８と嵌合面１０との間には、隙間が実質的に形成されない。軸箱支持装置として台車枠の荷重を支持する場合、当該荷重はコイルばね、及び環状下面８ｃと環状上面１０ｃとの当接構造を介して支持される。このとき、この当接構造を介しての荷重の伝達・支持は、環状下面８ｃから環状上面１０ｃへと安全側に行われる。即ち、環状下面８ｃと環状上面１０ｃとの間の荷重は、互いに分離する方向の引っ張り荷重ではなく、互いに押し合う状態での伝達であるので、荷重の伝達の観点では安全側である。
【００１８】
第１アルミ部材１のフランジ状の嵌合部７の上面には、接合平面１２が形成されている。接合平面１２は、平板状の第２アルミ部材２の上側平面１３と面一になるように形成されている。接合平面１２及び上側平面１３は、各軸箱支持装置のコイルばねの下端と当接しており、軸ばねの荷重を支持可能である。接合平面１２については、予め機械加工にて施しておくことができる。第１アルミ部材１と第２アルミ部材２との接合部分上面の平面化によって、コイルばねの端部を支承する平面を確保することができる。
【００１９】
図６に示されているように、第１アルミ部材１と第２アルミ部材２を嵌合させた上で、上下両側から摩擦撹拌ツール６，６によって嵌合部７と嵌合孔部９との接合部３に対して摩擦撹拌接合を施すことで、軸ばね座が構成される。図３は、嵌合された第１アルミ部材と第２アルミ部材との摩擦撹拌接合を施した状態を示す部分断面図である。図３に示すように、接合面３を階段状にすることで、撹拌部５の位置は上下で径方向内外にずれているので、フランジ部の上側及び下側からの摩擦撹拌接合の影響を径方向にずらすことができ、接合強度を向上させることができる。また、第１アルミ部材１と第２アルミ部材２の嵌合における寸法のずれ、接合を行う際の製作性を向上させることができる。
【００２０】
摩擦撹拌接合は、通常溶接と比較して接合強度が高い。また、形状変更に対しても柔軟に対応が可能である。更に、金型を必要としていないので、金型の製作が不要である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による軸箱支持装置用軸ばね座の一実施例にかかる全体斜視図である。
【図２】図１に示す軸箱支持装置用軸ばね座に係る第１アルミ部材と第２アルミ部材の接合をする際の、ツールの移動の様子を示す一部拡大斜視図である。
【図３】図１に示す軸箱支持装置用軸ばね座における第１アルミ部材と第２アルミ部材との摩擦撹拌接合を施した状態を示す部分断面図である。
【図４】図１に示す軸箱支持装置用軸ばね座を得る前の、第１アルミ部材１と第２アルミ部材２とが分離された状態を示す斜視図である。
【図５】図１に示す軸箱支持装置用軸ばね座の第１アルミ部材と第２アルミ部材の嵌合前の状態を示す部分概略断面図である。
【図６】図５に示す両アルミ部材の嵌合後の状態を示す部分概略断面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  第１アルミ部材                    ２  第２アルミ部材
３  接合部
５  撹拌部                          ６  ツール
７  嵌合部      ７ａ  大径嵌合部分      ７ｂ  小径嵌合部分
８  嵌合面      ８ａ  大径外周面        ８ｂ  小径外周面      ８ｃ  環状下面
９  嵌合孔部    ９ａ  大径嵌合孔部分    ９ｂ  小径嵌合孔部分
１０  嵌合面    １０ａ  大径内周面      １０ｂ  小径内周面    １０ｃ  環状上面
１２  接合平面                      １３  上側平面
２１  切断部                        ２２  切断線
６１  ツール移動方向                ６２  ツール抜き差し部
【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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