JP2000088030A - 空気ばね及びその高さ調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 空圧設備の無い車両にも適用できる空気ばね
を提供すること。 【解決手段】 上部取付部材１１と下部取付部材１２を
ゴム膜１３で気密に連結した空気ばねである。ゴム膜１
３の外周部を、外側ゴム部材１５を接着した筒状部材１
４で拘束する。この筒状部材１４を、上部取付部材１１
及び下部取付部材１２に対して上下方向への移動が可能
なようになし、この筒状部材１４の上下動に伴って空気
ばねの有効径が変化するように構成する。 【効果】 空圧設備の無い車両にも設置できるので、車
両の乗り心地を向上することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内圧調整によるこ
となく高さを一定に保つことができる空気ばね、及び、
この空気ばねの高さ調整装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鉄道車両用枕ばね装置における従来の空
気ばねは、図４に示すように、上部取付部材１と下部取
付部材２をゴム膜３で気密に連結した構成で、空気ばね
の高さと内圧が一定ならば有効径Ｒｅは一定値となる。
このような空気ばねでは、有効径がほぼ一定であるか
ら、空気ばね上の荷重変動に対しては、内圧の増減によ
って対応することになる。なお、図４中の４は外側ゴム
部材、５は内側ゴム部材、６はストッパゴム部材であ
る。

【０００３】上記したような空気ばねでは、その内圧調
整は、一般には、レベリングバルブが用いられ、圧縮空
気を空気ばねに給気又は排気することで高さを一定に保
っている。したがって、鉄道車両には、空気ばねの他、
エアーブレーキ装置や戸締め装置等と共用した圧縮空気
源を備えている。

【０００４】ところで、近年、高性能化、省力化の観点
から、作動機構を空圧から油圧又は電気制御に置き換え
ることが検討され、圧縮空気源設備を不要とした枕ばね
装置が、例えば特開平５- ２８６４３８号で提案されて
いる。この装置は、油圧等によって車体を支持するガス
スプリングの内圧を調整するもので、空圧設備を不要と
している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
空圧設備を有する鉄道車両から空圧設備の無い車両に置
き換える場合でも、乗り心地の低下は避けなければなら
ない。そのためには、台車枕ばね装置には、従来の空気
ばねと同等か、それ以上の性能のばね装置が必要とな
る。

【０００６】空圧設備が不要な枕ばねとしては、コイル
ばね、液圧ばね、ガスばね、及び、圧縮空気封じ込めて
使用する空気ばね（以下、「封じ込め式空気ばね」とい
う。）が考えられる。しかしながら、コイルばねや液圧
ばねは、比較的高い振動の絶縁性能が空気ばねよりも劣
るために、枕ばねとしては適していない。また、ガスば
ねや封じ込め式空気ばねは、振動絶縁性能は良いもの
の、荷重変動に対する車高調整手段が必要になる。

【０００７】この車高調整手段は、特開平５- ２８６４
３８号で提案されている装置では、車体支持ばねと配管
で接続されたリザーバの内容積を油圧等の駆動力によっ
て可変とし、ばねの内圧を調整するものであるが、構造
上やや複雑となるので、いかに簡素な機構とするのかが
課題である。

【０００８】本発明は、上記した従来の問題点に鑑みて
なされたものであり、空圧設備の無い車両に適用できる
空気ばね、及び、その空気ばねの簡素な機構の高さ調整
装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明は、ゴム膜の外周部を、ゴムを接着した
筒状部材で拘束すると共に、この筒状部材を、上部取付
部材及び下部取付部材に対して上下方向への移動が可能
なようになしている。そして、このようにすることで、
制御手段によって上下動手段を駆動制御すれば、筒状部
材の上下動に伴って空気ばねの有効径が変化し、高さ調
整が行える。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の空気ばねは、上部取付部
材と下部取付部材をゴム膜で気密に連結した空気ばねに
おいて、ゴム膜の外周部を、ゴムを接着した筒状部材で
拘束すると共に、この筒状部材を、上部取付部材及び下
部取付部材に対して上下方向への移動が可能なようにな
し、この筒状部材の上下動に伴って空気ばねの有効径が
変化するように構成したものである。

【００１１】また、本発明に係る空気ばねの高さ調整装
置は、本発明の空気ばねの筒状部材を上下動させる手段
と、空気ばね上の荷重変動に対して常に空気ばねの高さ
を一定に保つように、前記筒状部材の上下動を制御する
手段を備えたものである。

【００１２】本発明では、制御手段によって上下動手段
を最適に駆動制御すれば、上部取付部材及び下部取付部
材に対して筒状部材が上下移動して有効径が変化し、空
気ばね上の荷重変動に対して封じ込め式空気ばねの高さ
を常に一定に保つことができるようになる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の空気ばね及びその高さ調整装
置を図１〜図３に示す一実施例に基づいて説明する。図
１は本発明の空気ばねの一実施例を示す縦断面図、図２
は本発明の空気ばねの有効径の変化を説明する図、図３
は本発明に係る空気ばねの高さ調整装置の一実施例を示
す概略構成図である。

【００１４】図１において、１１は車体の荷重を受ける
ために、頂上の凸部１１ａが車体の下面に嵌まり込む、
例えば円筒状の上部取付部材であり、下側外周部にゴム
膜１３の一端が気密に嵌め込まれている。そして、この
上部取付部材１１の下面側外周には、ゴム膜１３の変形
時、ゴム膜１３が上部取付部材１１と接触して摩耗する
のを防止するために、ゴム材１７が接着されている。１
２は下面の凸部１２ａが台車に嵌まり込む、例えば円筒
状の下部取付部材であり、上側外周部にゴム膜１３の他
端が気密に嵌め込まれている。

【００１５】１４はゴム膜１３の外周部に配置された筒
状部材であり、上部取付部材１１及び下部取付部材１２
に対して上下方向への移動が可能なようになされてい
る。そして、この筒状部材１４の内周には、ゴム膜１３
の外周面に接触すると共に、ゴム膜１３の外周面に形成
した凸部１３ａに嵌合する凹部１５ａを内周面に形成し
た外側ゴム部材１５が接着され、この筒状部材１４（外
側ゴム部材１５）でゴム膜１３の外周部が拘束されてい
る。このような構成により、筒状部材１４が上下方向へ
移動すれば、外側ゴム部材１５を介してゴム膜１３の外
周部も上下方向に変位することになる。

【００１６】したがって、上部取付部材１１と下部取付
部材１２の間を気密に連結するゴム膜１３は、上記した
変位を許容できると共に、上記した変位と空気ばねの上
下変位及び水平変位を十分許容できる自由長を、上部取
付部材１１と下部取付部材１２の間に有し、かつ、例え
ば上下方向に７０ｍｍ伸び、４０ｍｍ縮むといった可撓
性を有している。また、本発明の空気ばねでは、内部の
圧縮空気が大気中に徐々に透過して内圧が低下しないよ
うに、ゴム膜１３は通常の空気ばねのゴム膜３よりも気
密性の良い材質が用いられている。

【００１７】１６は下部取付部材１２の上部側外周面に
取付けられた内側ゴム部材であり、この内側ゴム部材１
６の外周部形状と、前記した外側ゴム部材１５の内周部
形状によって、筒状部材１４が上部取付部材１１及び下
部取付部材１２に対して上下方向へ移動した際の、ゴム
膜１３の変形形状が決定される。なお、１８は下部取付
部材１２の上面に取付けられたストッパゴム部材であ
る。

【００１８】本発明の空気ばねは上記した構成であり、
次に、本発明の空気ばねの有効径が可変となる機構を図
２を用いて説明する。図２中の二点鎖線は筒状部材１４
が上方へ移動した時、及び、下方へ移動した時のゴム膜
１３の変形状態を表したもので、この図２より判るよう
に、空気ばねの有効径はゴム膜１３の内外周接触点（内
側ゴム部材１６と外側ゴム部材１５との接触点）の半径
と、内外周部の垂直面に対する傾斜角によって決まる。

【００１９】したがって、前記した内側ゴム部材１６及
び外側ゴム部材１５の形状を、例えば内側ゴム部材１６
については下向きに外径が減少する截頭円錐形に、ま
た、外側ゴム部材１５については下部で下向きに内径が
増加する形状にすれば、図２に実線で示す筒状部材１４
の中立位置における有効径をＲ0 とした場合、筒状部材
１４が上方へ移動すると、ゴム膜１３の内外周接触点の
半径は両方とも増加するので、有効径はＲ2 に増加す
る。逆に、筒状部材１４が下方へ移動すると、ゴム膜１
３の内外周接触点の半径は両方とも減少するので、有効
径はＲ1 に減少する。このように、筒状部材１４の上下
動だけで、有効径を変化できることになる。

【００２０】なお、本発明の空気ばねは、下部取付部材
を積層ゴムとした１２０ｍｍ程度の水平変位が可能なボ
ルスタレス台車用の空気ばねにも適用できることは言う
までもない。

【００２１】次に、上記した空気ばねの高さ調整装置を
図３を用いて説明する。２１，２２は前記した筒状部材
１４に一端を枢支された平行なリンクであり、これらの
リンク２１，２２の他端は車体２３に枢支されている。
したがって、これらのリンク２１，２２によって、筒状
部材１４は、ほぼ上下方向のみに移動が許容されること
になる。

【００２２】２４は例えば電動モータ２５と減速装置２
６で伸縮駆動されるアクチュエータで、その他端側を車
体２３に固定し、一端をリンク２１に枢支することで、
リンク２１を介して筒状部材１４を上下動させる。な
お、筒状部材１４には、常時、空気ばねの内圧による上
向きの空気反力が作用するので、アクチュエータ２４に
は上下動の駆動力の他にこの空気反力が作用する。

【００２３】２７は前記したアクチュエータ２４の制御
器であり、台車２８と車体２３間に設置した変位計２９
によって空気ばねの高さを測定し、この高さ信号を受け
て電動モータ２５の回転を制御し、筒状部材１４の上下
移動量を調整する。

【００２４】例えば車体荷重が増加し、車体高さが低く
なった場合には、空気ばねの高さが低くなるので、これ
を変位計２９で検知すると、アクチュエータ２４を縮め
るように電動モータ２５を作動させる。この結果、筒状
部材１４は上方へ移動して有効径が増加するため、車体
２３は元の高さの方向へ上昇する。そして、車体２３の
高さが中立位置まで戻ると、電動モータ２５を停止し、
筒状部材１４の上下動を固定する。反対に、車体荷重が
減少し、車体高さが高くなった場合には、車体２３の高
さが中立位置に戻るまで、アクチュエータ２４を伸ばす
ように電動モータ２５を作動させる。

【００２５】なお、走行中の軌道の高低狂いによる車両
の上下動によって変位計２９の出力値が変動し、筒状部
材１４が過度に上下動して車体支持が不安定になること
を防止するために、電動モータ２５の作動に時間遅れ
や、空気ばね高さの制御不感帯を設けるなどの設計変更
は任意である。

【００２６】本実施例では、電動式のアクチュエータ２
４の例を示したが、車両に油圧源装置が搭載されている
場合には、油圧式のアクチュエータを採用しても良い。
また、本実施例では、筒状部材１４の上下動の案内とし
て、平行リンク機構を採用しているが、リニアガイド等
を使用し、アクチュエータを筒状部材に直接取付けるこ
ともできる。

【００２７】更に、本実施例では、筒状部材１４に作用
する定常的な空気反力をアクチュエータ２４で負担して
いるが、別に付加した金属ばねや液圧ばね等のばね装置
で負担し、アクチュエータ２４は筒状部材１４の上下動
のみを行わせるようにすれば、低出力のアクチュエータ
を使用できるので、アクチュエータの駆動系を小型化で
きる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の空気ばね
は、空圧設備の無い車両にも設置できるので、車両の乗
り心地を向上することができる。また、本発明に係る空
気ばねの高さ調整装置は、比較的簡素な機構であるか
ら、車両の軽量化が図れ、また、車両の保守作業も軽減
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空気ばねの一実施例を示す縦断面図で
ある。

【図２】本発明の空気ばねの有効径の変化を説明する図
である。

【図３】本発明に係る空気ばねの高さ調整装置の一実施
例を示す概略構成図である。

【図４】従来の空気ばねの一例を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１１ 上部取付部材 １２ 下部取付部材 １３ ゴム膜 １４ 筒状部材 １５ 外側ゴム部材 ２１ リンク ２２ リンク ２４ アクチュエータ ２５ 電動モータ ２７ 制御器 ２９ 変位計

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上部取付部材と下部取付部材をゴム膜で
   気密に連結した空気ばねにおいて、ゴム膜の外周部を、
   ゴムを接着した筒状部材で拘束すると共に、この筒状部
   材を、上部取付部材及び下部取付部材に対して上下方向
   への移動が可能なようになし、この筒状部材の上下動に
   伴って空気ばねの有効径が変化するように構成したこと
   を特徴とする空気ばね。
2. 【請求項２】 請求項１記載の空気ばねの高さを調整す
   る装置であって、筒状部材を上下動させる手段と、空気
   ばね上の荷重変動に対して常に空気ばねの高さを一定に
   保つように、前記筒状部材の上下動を制御する手段を備
   えたことを特徴とする空気ばねの高さ調整装置。