用于铁道车辆转向架的板簧的制作方法
【专利摘要】本发明的用于铁道车辆转向架的板簧（10）具备：由以使增强纤维在长度方向上延伸的方式层叠的纤维增强塑料构成的上表面构件（12）；由以使增强纤维在长度方向上延伸的方式层叠的纤维增强塑料构成的下表面构件（14）；和配置于上表面构件（12）和下表面构件（14）之间的芯材构件（16）；芯材构件（16）由纤维增强塑料构成，该纤维增强塑料在作为相对于上表面构件（12）和下表面构件（14）的层叠方向正交的方向的宽度方向上被层叠，并且以使增强纤维在侧视芯材构件（16）时相对于弯曲中立轴倾斜且相互交叉的方式层叠。
【专利说明】用于铁道车辆转向架的板簧
【技术领域】
[0001]本发明涉及例如用于铁道车辆的轴梁式的转向架中的铁道车辆转向架用板簧，具体涉及以纤维增强塑料、尤其是以碳纤维增强塑料(CFRP ；carbon fiber reinforcedplastic)为主材料构成的用于铁道车辆转向架的板簧。
【背景技术】
[0002]以往以来，铁道车辆的转向架是影响行驶性能和乘坐心情的重要的装置，作为基本的功能和性能等，具有将载有乘客和货物等的车身从车身的下方支持的同时顺利地在轨道上行驶的重要的作用。
[0003]因此，转向架由作为驱动机构的电动机、制动器、车轮和车轴等、为了行驶稳定性的枕簧(空气弹簧)、轴簧以及支持它们的转向架构架构成。
[0004]又，最近，从在现有的车身和转向架构架之间配置枕梁(摇枕)的“枕梁式转向架”至开发出了在车身和转向架构架之间没有配置枕梁(摇枕)的“无摇枕转向架”，尤其是“轴梁式转向架”逐渐成为主流(专利文献I (参照日本特开平9-301163号公报等))。
[0005]该轴梁式转向架按照车身的横梁、枕梁、枕簧(空气弹簧)、转向架构架、轴簧、轴箱、车轴.车轮、轨道的顺序支承车辆的全载荷。图12是示出该轴梁式转向架的概略的部分放大上表面图，图13是图12的A方向的向视图。
[0006]转向架100具备与轨道平行地配置的一对侧梁102、104、和在这些侧梁102、104之间与轨道的枕木平行地配置的一对横梁106、108。
[0007]又，在侧梁102、104之间通过轴箱114可旋转地安装有车轴110和车轮112。而且，为了在转向架100和轴箱114之间传递牵引力、制动力，而以根据螺旋状的轴簧116的动作可在上下方向上移动的方式在侧梁102、104和轴箱114之间介设有由轴部118轴支持的轴箱支持装置120。车辆的总重量的50%是转向架，该转向架由钢结构大框架和钢制弹簧构成。
[0008]现有技术文献:
专利文献:
专利文献1:日本特开平9-301163号公报。
【发明内容】
[0009]发明要解决的问题:
然而，在这样的现有的轴梁式转向架100中，车辆的总重量的50%是转向架，并且由钢结构的侧梁102、104、横梁106、108、和钢制弹簧的轴簧116构成，因此重量无论如何都变重。
[0010]又，在这些侧梁102、104和横梁106、108之间进行复杂的焊接、组装作业，因此需要熟练的技巧和加工时间，从而需要成本和时间。
[0011]另外，作为轴簧116，以往使用钢制板簧，并且为了得到弹簧的特性，而使用重叠板簧，但是不断换代后变成螺旋弹簧直至现在。即，金属的钢制的一片式弹簧对于弹簧来说过重，且不能振动衰减，存在较难克服的问题，近年来不被使用。
[0012]又，如上所述，在一片式弹簧中存在问题而采用重叠弹簧的原因是难以同时实现充分的强度和较低的弹簧常数。然而，在重叠板簧中，因部件数量的增加而导致组装性变差，需要繁琐的作业且花费时间，而且成本也提高。
[0013]本发明鉴于这样的现状，其目的是提供不需要如以往那样需要熟练的技巧的焊接、组装作业，且能够降低成本和时间，并且不需要钢制且重量重的侧梁，从而可以谋求转向架结构的精简化，并且可以谋求轻量化和成本的降低，此外高寿命且耐久性也改善的用于铁道车辆转向架的板簧。
[0014]解决问题的手段:
本发明的用于铁道车辆转向架的板簧具备:由以使增强纤维在长度方向上延伸的方式层叠的纤维增强塑料构成的上表面构件；由以使增强纤维在长度方向上延伸的方式层叠的纤维增强塑料构成的下表面构件；和配置于所述上表面构件和下表面构件之间的芯材构件；所述芯材构件由纤维增强塑料构成，该纤维增强塑料在作为相对于上表面构件和下表面构件的层叠方向正交的方向的宽度方向上被层叠，并且以使增强纤维在侧视所述芯材构件时相对于弯曲中立轴倾斜且相互交叉的方式层叠。
[0015]在对板簧施加弯曲载荷时，上表面主要被施加压缩载荷，下表面主要被施加拉伸载荷，中央部主要被施加剪切载荷。对此，本发明是将分担压缩载荷的上表面构件由以使增强纤维在长度方向上延伸的方式层叠的纤维增强塑料、尤其是碳纤维增强塑料(CFRP)构成，将分担拉伸的下表面构件由以使增强纤维在长度方向上延伸的方式层叠的纤维增强塑料构成。
[0016]而且，将分担剪切载荷的芯材构件由纤维增强塑料和粘接这些构件之间的层间部(粘接层)构成，该纤维增强塑料在作为相对于上表面构件和下表面构件的厚度方向(层叠方向)正交的方向的宽度方向上被层叠，并且以使增强纤维在侧视芯材构件时相对于弯曲中立轴倾斜且相互交叉的方式层叠。
[0017]因此，增强纤维相对于载荷以适当的方向取向，因此即使轻量也可以得到用于铁道车辆转向架的板簧所需的强度。又，通过适当地设定这些构件的强度，以此在超过最高限度载荷时，开始破坏的顺序按照层间部、上表面构件、下表面构件依次开始，因此不会一下子发生断裂。
[0018]又，纤维增强塑料、尤其是碳纤维增强塑料(CFRP)是压缩强度比拉伸强度小50%左右的材料，但是在本发明中，芯材构件由纤维增强塑料构成，该纤维增强塑料在作为相对于上表面构件和下表面构件的厚度方向(层叠方向)正交的方向的宽度方向上被层叠，并且在侧视芯材构件时相对于弯曲中立轴倾斜的方向上层叠。
[0019]通过像这样最佳地设计芯材构件、上表面构件、下表面构件的截面，以此对于压缩载荷、拉伸载荷、剪切载荷来说成为最佳，可以形成为在整体上最轻且具有任意的弹簧常数的板簧。
[0020]此外，在金属板簧中，一片式弹簧如上述那样存在问题而变得困难，因此采用重叠弹簧，相对于此，如本发明的用于铁道车辆转向架的板簧那样，作为复合材料板簧可以采用一片式弹簧的原因是，除了上述的形状设计自由度以外，在材料物理性质方面，纤维增强塑料、尤其是碳纤维增强塑料(CFRP)具有低弹性率高强度。
[0021]此外，金属制造的弹簧、转向架构架等存在金属疲劳的问题，但是根据本发明，通过如上述那样适当地设定安全率，以此使纤维增强塑料、尤其是碳纤维增强塑料(CFRP)相较于金属较少出现因疲劳而导致的强度下降，因此谋求长寿命化。
[0022]因此，根据本发明，可以提供不需要进行如以往那样要求熟练的技巧的焊接、组装作业，可以减少成本和时间，并且不需要钢制且重量较重的侧梁，可以谋求转向架结构的简洁化，可以谋求轻量化和成本的降低，而且具有高寿命且耐久性也改善的用于铁道车辆转向架的板簧。
[0023]又，用于铁道车辆转向架的板簧也可以使所述芯材构件的增强纤维在侧视所述芯材构件时相对于弯曲中立轴以45°倾斜。
[0024]像这样，在上表面构件和下表面构件的中间设置芯材构件，以此使其分担剪切载荷，并且使芯材构件的增强纤维在侧视芯材构件时相对于弯曲中立轴以45°倾斜，以此对于剪切载荷来说成为最佳，可以形成为在整体上最轻且具有任意的高刚性(弹簧常数)的板簧。
[0025]又，用于铁道车辆转向架的板簧也可以是所述用于铁道车辆转向架的板簧的下表面由从两端部向中心方向向下倾斜地延伸的直线部、和形成于两个直线部之间的中央部分上的弧状部分构成。
[0026]在作为板簧的由碳纤维增强塑料(CFRP)构成的厚板上施加弯曲时，层间强度(层间剪切强度、层间粘接强度)变得不足。即，在侧视弯曲方向时，在以圆弧状弯曲的情况下，如朝着使圆弧变大的方向弯曲，则层间向着剥离的方向从而层间强度变得脆弱。
[0027]对此，通过由从两端部向中心方向向下倾斜地延伸的直线部、和形成于两个直线部之间的中央部分上的弧状部分构成，以此提高层间强度(层间剪切强度、层间粘接强度)。
[0028]又，用于铁道车辆转向架的板簧也可以是所述用于铁道车辆转向架的板簧形成为厚度从两端部向中心方向逐渐增大的结构。通过像这样形成为厚度从两端部向中心方向逐渐增大的结构，因此可以使上表面构件、下表面构件的弯曲应力最佳化。
[0029]又，用于铁道车辆转向架的板簧也可以在所述下表面构件的下方配备金属制的保护构件。通过像这样构成，可以通过设置于下表面构件的下方的金属制的保护构件保护用于铁道车辆转向架的板簧的主体部以免因线路上的飞散的石头而受到破损损伤。
[0030]又，用于铁道车辆转向架的板簧也可以在所述下表面构件和保护构件之间介设由弹性材料构成的弹性构件。通过像这样构成，由于介设在下表面构件和金属制的保护构件之间的弹性构件发挥缓冲功能，因此可以有效地保护用于铁道车辆转向架的板簧的主体部以免因线路上的飞散的石头而受到破损损伤。
[0031]又，用于铁道车辆转向架的板簧也可以在所述上表面构件的上方配备转向架载荷支承构件。通过像这样构成，以此转向架的载荷不会直接接触并作用在用于铁道车辆转向架的板簧的主体部上，因此可以保护用于铁道车辆转向架的板簧的主体部。
[0032]又，用于铁道车辆转向架的板簧也可以在所述上表面构件和转向架载荷支承构件之间介设由弹性材料构成的缓冲构件。通过像这样构成，由介设在上表面构件和转向架载荷支承构件之间的弹性材料构成的缓冲构件发挥缓冲功能，因此转向架的载荷不会直接接触并作用在用于铁道车辆转向架的板簧的主体部上，因此可以有效地保护用于铁道车辆转向架的板簧的主体部。
[0033]又，也可以是用于铁道车辆转向架的板簧的所述纤维增强塑料由碳纤维增强塑料(CFRP)构成。在考虑弯曲弹性、机械强度、相对于重复载荷的耐久性等时，像这样纤维增强塑料由碳纤维增强塑料(CFRP)构成是优选的。
[0034]发明效果:
根据本发明，可以提供不需要如以往那样要求熟练的技巧的焊接、组装作业，可以减少成本和时间，并且不需要钢制且重量较重的侧梁，可以谋求转向架结构的简洁化，可以谋求轻量化和成本的减少，而且具有高寿命且耐久性也改善的用于铁道车辆转向架的板簧。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1是根据实施形态的用于铁道车辆转向架的板簧的分解立体图；
图2是根据实施形态的用于铁道车辆的板簧的主视图；
图3是图2的用于铁道车辆转向架的板簧的上表面图；
图4是说明图1的用于铁道车辆转向架的板簧的芯材(core)构件的结构的立体图；
图5是在图2的A-A线上剖切的剖视图；
图6是示出将根据实施形态的用于铁道车辆转向架的板簧应用到轴梁式转向架中的概略的局部放大上表面图；
图7是图6的B方向的向视图；
图8是说明在将根据实施形态的用于铁道车辆转向架的板簧应用到轴梁式转向架中的情况下的载荷的状态的概略图；
图9是图7的局部放大图；
图10是在图9的C-C线上剖切的剖视图；
图11是在图9的D-D线上剖切的剖视图；
图12是示出现有的轴梁式转向架的概略的局部放大上表面图；
图13是图12的A方向的向视图。
【具体实施方式】
[0036]以下，基于附图详细说明实施形态(实施例)。图1是根据实施形态的用于铁道车辆转向架的板簧的分解立体图，图2是根据实施形态的用于铁道车辆转向架的板簧的主视图，图3是图2的用于铁道车辆转向架的板簧的上表面图，图4是说明图1的用于铁道车辆转向架的板簧的芯材构件的结构的立体图，图5是在图2的A-A线上剖切的剖视图，图6是示出将根据实施形态的用于铁道车辆转向架的板簧应用于轴梁式转向架的概略的局部放大上表面图，图7是图6的B方向的向视图，图8是说明在将根据实施形态的用于铁道车辆转向架的板簧应用到轴梁式转向架中的情况下的载荷的状态的概略图，图9是图7的局部放大图，图10是在图9的C-C线上剖切的剖视图，图11是在图9的D-D线上剖切的剖视图。
[0037]在图1?图3中，符号10在整体上表示根据实施形态的用于铁道车辆转向架的板簧。如图1?图3所示，用于铁道车辆转向架的板簧10具备上表面构件12、下表面构件14、和配置在这些上表面构件12和下表面构件14之间的芯材构件16。
[0038]上表面构件12如图1所示形成为弧状的板簧形状，是如图8所示分担压缩载荷的部分。又，上表面构件12如在图5的剖视图中所示由以使增强纤维在长度方向上延伸的方式层叠的纤维增强塑料构成。
[0039]同样的，下表面构件14如图1所示形成为弧状的板簧形状，是如图8所示分担拉伸载荷的部分。又，下表面构件14如图5的剖视图所示由以使增强纤维在长度方向上延伸的方式层叠的纤维增强塑料构成。
[0040]另一方面，芯材构件16是如图8所示分担剪切载荷的部分，形成为大致弧状的板簧形状。又，芯材构件16如图4所示，其下表面由从两端部向中心方向向下倾斜地延伸的直线部16a、和形成于这两个直线部16a之间的中央部分上的弧状部分16b构成。另外，芯材构件16如图4所示，其上表面形成为坡度小的弧状。
[0041]此外，芯材构件16如图4、图5所示由纤维增强塑料构成，该纤维增强塑料在作为相对于上表面构件12和下表面构件14的厚度方向(层叠方向)正交的方向的宽度方向上层叠，并且在侧视芯材构件16时，在相对于弯曲中立轴(水平轴)倾斜的方向(倾斜角α )上层叠。
[0042]另外，在该情况下，相对于弯曲中立轴(水平轴)倾斜的方向(倾斜角α )是指如图4所示，纤维以相对于水平方向倾斜的角度α相互交叉的情况。
[0043]然而，对于相对于水平方向以角度α倾斜的纤维，并不限于如图4所示其他纤维与其正交的情况，也包含例如以30°、60°等的任意的角度β相互交叉的情况。
[0044]在该情况下，在侧视下，优选的是以使增强纤维在以倾斜角α为45°的交叉角度交叉的方向上延伸的方式层叠的纤维取向。然而，该倾斜角α也可以在考虑芯材构件16所承受的剪切载荷的基础上适当变更。
[0045]如果考虑芯材构件16所承受的剪切载荷，则该相对于水平方向的倾斜角α优选的是相对于弯曲中立轴(水平轴)形成为45°。通过像这样最佳地设计芯材构件16、上表面构件12、下表面构件14的截面，以此对于压缩载荷、拉伸载荷、剪切载荷来说成为最佳，可以形成为在整体上最轻且具有任意的弹簧常数的板簧。
[0046]又，芯材构件16形成为厚度从两端部向中心方向逐渐增大的结构。在该情况下，如图4所示，为了使因弯曲载荷而在上表面构件12上产生的压缩应力、因弯曲载荷而在下表面构件14上产生的拉伸应力变得均一以实现最佳化，优选的是形成为接近抛物线分布的状态。
[0047]此外，上表面构件12、和下表面构件14的厚度并不特别限定，但是优选的是形成为与芯材16的两端部的厚度Tl相同程度的厚度。在该情况下，上表面构件12、下表面构件14、和芯材构件16例如可以使用将由环氧树脂、聚酰亚胺树脂等的热硬化性树脂所组成的塑料等的高分子材料、与碳纤维、芳纶纤维等的增强纤维材料复合化而成型的纤维增强塑料(FRP ;fiber reinforced plastic)；例如，碳纤维增强塑料(CFRP ；carbon fiber reinforced plastic)、玻璃纤维增强塑料(GFRP ；glass fiber reinforcedplastic)、玻璃长纤维增强塑料(GMT ;glass mat reinforced thermoplastic)、芳绝纤维增强塑料(AFRP ;aramid fiber reinforced plastic)、硼纤维增强塑料(BFRP ;boronfiber reinforced plastic)、聚乙烯纤维增强塑料(DFRP ;dyneema fiber reinforcedplastic)、柴隆纤维增强塑料(ZFRP ;zylon fiber reinforced plastic)等的纤维增强塑料。[0048]又，上表面构件12、下表面构件14和芯材构件16当然可以选择一种以上的这些纤维增强塑料，进行组合并层叠。尤其是，如果考虑弯曲弹性、机械强度、对于重复载荷的耐久性等，则优选的是将上表面构件12、下表面构件14、芯材构件16由碳纤维增强塑料(CFRP)构成。
[0049]又，上表面构件12、下表面构件14、芯材构件16优选的是使用将上述增强纤维材料浸溃在树脂中的树脂浸溃材料(预浸材料)进行层叠。在该情况下，优选的是使用使增强纤维向一方向、精密且均匀地对齐的预浸材料而形成层叠结构。即，优选的是在层叠增强纤维时，通过施加张力，以此尽可能使增强纤维排列为直线状地层叠。
[0050]又，在该情况下，如果考虑机械强度等，则优选的是在使增强纤维和树脂硬化而形成复合材料时，均匀地加压、加热。对于将像这样的纤维增强塑料成型的方法，并不特别限于像上述那样使用预浸材料形成层叠结构的方法，只要例如通过树脂传递模塑法(RTM ；resin transfer molding)、真空辅助树脂传递模塑法(VARTM ;vaccum assist resintransfer molding)等的树脂注射成型法(RI ；resin injection molding)成型即可。
[0051]此外，这些上表面构件12、下表面构件14、芯材构件16之间,尽管未图不,但是优选的是通过粘接剂层相互粘接。在该情况下，对于粘接剂层，并不特别限定，可以使用公知的粘接剂，如果考虑施工性，则优选的是弹性粘接剂。
[0052]作为像这样的弹性粘接剂，可以使用聚氨酯系?硅树脂系、丙烯酸树脂系等的弹性结构粘接剂等。
[0053]此外，如图5的剖视图所示，优选的是将上表面构件12、下表面构件14、芯材构件16用覆盖外周的外周保护层11覆盖。对于像这样的外周保护层，考虑到耐磨损性，而例如可以由芳纶纤维增强塑料构成。
[0054]又，如图1、图5所示，优选的是在下表面构件14的下方具备金属制的保护构件
18。通过像这样构成，可以通过设置在下表面构件14的下方的金属制的保护构件18保护用于铁道车辆转向架的板簧10的主体部(上表面构件12、下表面构件14和芯材构件16)以免因线路上的飞散的石头而受到破损损伤。
[0055]在该情况下，对于构成保护构件18的金属材料，并不特别限定，如果考虑到耐久性、腐蚀性等，则例如可以使用SUS304、SMA400等。
[0056]又，作为保护构件18的厚度,可以是1.6mm~6.0mm、优选的是4.5mm的厚度，以防阻碍用于铁道车辆转向架的板簧10的主体部的弹簧性等并且以防阻碍轻量化。
[0057]又，优选的是在下表面构件14和保护构件18之间介设由弹性材料构成的弹性构件20。通过像这样构成，介于下表面构件14和金属制的保护构件18之间的弹性构件20发挥缓冲功能，因此可以有效地保护用于铁道车辆转向架的板簧10的主体部以免因线路上的飞散的石头而受到破损损伤。
[0058]在该情况下，对于构成弹性构件20的弹性构件并不特别限定，例如可以使用橡胶(天然橡胶系、合成橡胶系、聚氨酯系、硅橡胶系、弹性体树脂等的高分子物质)、弹性粘接剂、硅树脂系、聚氨酯系、丙烯酸系等的具有橡胶状弹性的高分子物质，其作为工业用原材料的橡胶弹性力在振动、冲击吸收性和冲击强度方面有效果。在该弹性构件中，如果考虑施工性，则优选的是弹性粘接剂。
[0059]作为像这样的弹性粘接剂，可以使用聚氨酯系?硅树脂系、丙烯酸树脂系等的弹性结构粘接剂等。
[0060]此外，如图1、图5所示，优选的是在上表面构件12的上方具备转向架载荷支承构件22。通过像这样具备转向架载荷支承构件22，以此转向架的载荷不会直接接触并作用在用于铁道车辆转向架的板簧10的主体部上，因此可以保护用于铁道车辆转向架的板簧的主体部。
[0061]在该情况下，对于转向架载荷支承构件22，并不特别限定，但是考虑到轻量性、强度等，而优选的是由玻璃纤维增强塑料(GFRP)构成。又，该转向架载荷支承构件22的上表面平坦且形成为支承载荷的平坦面22a，下表面22b形成为弧状形状。
[0062]又，优选的是在上表面构件12和转向架载荷支承构件22之间介设由弹性材料构成的缓冲构件24。通过这样构成，介设在上表面构件12和转向架载荷支承构件22之间的由弹性材料构成的缓冲构件24发挥缓冲功能，因此转向架的载荷不会直接接触并作用在用于铁道车辆转向架的板簧的主体部上，因此可以有效地保护用于铁道车辆转向架的板簧的主体部。
[0063]另外，该缓冲构件24可以由与上述弹性构件20相同的弹性构件构成。像这样构成的用于铁道车辆转向架的板簧10如图6、图7所示可以应用于轴梁式转向架中。
[0064]另外，在图6、图7中，对于与图12、图13的现有的轴梁式转向架100相同的构成构件标以相同的参考符号并省略其详细说明。在该情况下，省略现有的侧梁102、104，并且将用于铁道车辆转向架的板簧10以如下方式配置:其中央部分IOa配置在横梁106、108的下方，并且其两端部IOb与轴箱114的上方抵接。
[0065]另外，在用于铁道车辆转向架的板簧10的两端部上，如图7、图9、图10所示设置有例如SM400等的金属制的截面大致U字形状的端部载荷支承构件26，该端部载荷支承构件26通过焊接固定在轴箱114的上方。
[0066]又，如图11所示，在用于铁道车辆转向架的板簧10的中央部分的转向架载荷支承构件22上，形成有支承以架设在横梁106、108的下方的方式配设的固定用梁122的凹部22c，借助于此，固定于固定用梁122上。
[0067]另外，如图10、图11所示，在用于铁道车辆转向架的板簧10的上表面构件12和转向架载荷支承构件22之间，也可以以增强为目的介设金属制的钢板构件28。
[0068]通过像这样构成，如图8所示，用上表面构件12分担压缩载荷，并且用下表面构件14分担拉伸载荷，此外，用芯材构件16分担剪切载荷。
[0069]因此，在根据实施形态的用于铁道车辆转向架的板簧10中，使分担压缩载荷的上表面构件12由以使增强纤维在长度方向上延伸的方式层叠的纤维增强塑料、尤其是碳纤维增强塑料(CFRP)构成，并且使分担拉伸载荷的下表面构件14由以使增强纤维在长度方向上延伸的方式层叠的纤维增强塑料构成。
[0070]而且，使分担剪切载荷的芯材构件16由纤维增强塑料和粘接这些构件之间的层间部(粘接层)构成，该纤维增强塑料以从上表面侧看使增强纤维在长度方向上延伸、从截面侧看使增强纤维在厚度方向上延伸、从侧面侧看使增强纤维在交叉的方向上延伸的方式层置。
[0071]因此，通过适当地设定这些构件的强度，以此在超过最高限载荷时，开始破坏的顺序按照层间部、上表面构件12、下表面构件14依次开始，因此不会一下子发生断裂。[0072]又，碳纤维是在形成为厚板时压缩强度比拉伸强度小50%程度的材料，但是如本实施形态所示，在上表面构件12和下表面构件14的中间设置芯材构件16，以此使其分担剪切载荷，并且使芯材构件16形成为以在上表面上使增强纤维在长度方向上延伸、在截面上使增强纤维在厚度方向上延伸、在侧面上使增强纤维在交叉的方向上延伸的方式层叠的纤维取向，以此对于剪切载荷来说成为最佳，并且可以形成为整体上最轻且具有任意的高刚性(弹簧常数)的板簧。
[0073]此外，金属制的弹簧、转向架构架等存在金属疲劳的问题，但是通过如上所述适当地设定安全系数，以此不会使纤维增强塑料、尤其是碳纤维增强塑料(CFRP)引起疲劳，因此可以谋求长寿命化。
[0074]因此，可以提供不需要如以往那样要求熟练的技巧的焊接、组装作业，可以减少成本和时间，并且不需要钢制且重量较重的侧梁，可以谋求转向架结构的简洁化，可以谋求轻量化和成本的减少，而且具有高寿命且耐久性也改善的用于铁道车辆转向架的板簧。
[0075]实施例1
使用将碳纤维浸溃在热硬化环氧树脂中的预浸料，如图4所示，以使碳纤维在长度方向上延伸的方式层叠，并且在成型模具内以预浸料被指定的温度、压力、时间成型，以此成型为上表面构件12。
[0076]同样地，使用将碳纤维浸溃在热硬化环氧树脂中的预浸料，如图4所示，以使碳纤维在长度方向上延伸的方式层叠，并且以预浸料被指定的温度、压力、时间成型，以此成型为下表面构件14。
[0077]又，使用将碳纤维浸溃在热硬化环氧树脂中的预浸料，如图4所示，以预浸料指定的温度、压力、时间成型，以此通过如下那样形成的纤维增强塑料成型为芯材构件16，该纤维增强塑料在相对于上表面构件12和下表面构件14的厚度方向(层叠方向)正交的方向的宽度方向上被层叠，并且在侧视芯材构件16时在相对于弯曲中立轴(水平轴)倾斜的方向(斜角α )上层叠。
[0078]在这些上表面构件12和下表面构件14的中间配置芯材构件16，并且使用薄膜粘接剂相互粘接，从而制作出根据实施形态的用于铁道车辆转向架的板簧10 (全长2400mm、宽度180mm、中央部的厚度100mm、端部的厚度40mm)。
[0079]使用如图8所示的结构的试验装置重复地对其进行了载荷试验。其结果是在315kN的力下发生了破坏。其结果是，证实了用于通常的铁道车辆时具有充分的强度。
[0080]由上述实施例1的结果可知，在为了证实而试制作的跨距为2100mm的复合材料板簧中，能够确认作为用于铁道车辆的板簧的足够的基本性能，即2800N/_ (每个板簧)左右的弹黃常数、315kN (每个板黃)左右的破坏载荷。
[0081]又，上述试制作复合材料板簧的重量约为45kg，相较于钢铁制造的重叠板簧能够实现大幅度的轻量化。另外，上述试制作复合材料板簧是单一的板簧，相较于钢铁制造的重叠板簧可以实现大幅度的部件数量的减少和组装性的改善。
[0082]另外，在单独的复合材料板簧上粘接钢板的保护件时，重量变成80kg左右，但是即便这样，也能够比现有的钢铁制造的板簧大幅度轻量化。以上说明了实施形态，但是本发明并不限于此，例如在上述实施例中，将用于铁道车辆转向架的板簧的主体部形成为在上表面构件12和下表面构件14的中间具有芯材构件16的三层结构，但是也可以设置多层上表面构件12和下表面构件14，从而形成为四层以上的结构，此外也可以在这些上表面构件12和下表面构件14的中间，在芯材构件16之间介设金属制造的薄板构件而进行复合化等，在不脱离本发明的目的的范围内可以进行各种变更。
[0083]工业应用性:
本发明涉及例如使用于铁道车辆的轴梁式的转向架中的用于铁道车辆转向架的板簧，可以应用于以纤维增强塑料、尤其是碳纤维增强塑料(CFRP)为主材料构成的用于铁道车辆转向架的板簧，以及使用该板簧的铁道车辆转向架中。
[0084]符号说明:
【权利要求】
1.一种用于铁道车辆转向架的板簧，其特征在于，具备: 由以使增强纤维在长度方向上延伸的方式层叠的纤维增强塑料构成的上表面构件； 由以使增强纤维在长度方向上延伸的方式层叠的纤维增强塑料构成的下表面构件；和 配置于所述上表面构件和下表面构件之间的芯材构件； 所述芯材构件由纤维增强塑料构成，该纤维增强塑料在作为相对于上表面构件和下表面构件的层叠方向正交的方向的宽度方向上被层叠，并且以使增强纤维在侧视所述芯材构件时相对于弯曲中立轴倾斜且相互交叉的方式层叠。
2.根据权利要求1所述的用于铁道车辆转向架的板簧，其特征在于，所述芯材构件的增强纤维在侧视所述芯材构件时相对于弯曲中立轴以45°倾斜。
3.根据权利要求1至2中任意一项所述的用于铁道车辆转向架的板簧，其特征在于，所述用于铁道车辆转向架的板簧的下表面由从两端部向中心方向向下倾斜地延伸的直线部、和形成于两个直线部之间的中央部分上的弧状部分构成。
4.根据权利要求3所述的用于铁道车辆转向架的板簧，其特征在于，用于铁道车辆转向架的板簧形成为厚度从两端部向中心方向逐渐增大的结构。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的用于铁道车辆转向架的板簧，其特征在于，在所述下表面构件的下方配备金属制的保护构件。
6.根据权利要求5所述的用于铁道车辆转向架的板簧，其特征在于，在所述下表面构件和保护构件之间介设由弹性材料构成的弹性构件。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的用于铁道车辆转向架的板簧，其特征在于，在所述上表面构件的上方配备转向架载荷支承构件。
8.根据权利要求7所述的用于铁道车辆转向架的板簧，其特征在于，在所述上表面构件和转向架载荷支承构件之间介设由弹性材料构成的缓冲构件。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的用于铁道车辆转向架的板簧，其特征在于，所述纤维增强塑料由碳纤维增强塑料构成。
【文档编号】B61F5/30GK103796899SQ201280044504
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年9月13日 优先权日:2011年9月15日
【发明者】木村学, 古屋光启, 中尾俊一, 西村武宏 申请人:株式会社Gh工艺, 川崎重工业株式会社