JP2009138830A - 鉄道車両用空気ばね - Google Patents

Abstract

【課題】ガイドの設け方や構造をさらに工夫することにより、ガイドとダイヤフラムとの擦れによる摩耗が生じ難く、それによる早期摩耗等の不都合が解消されるようになるとともに、ボルスタレス型台車を採用する場合等における前後の捩り変形のし易さも改善される鉄道車両用空気ばねを実現して提供する。
【解決手段】車両側となる板状支持部１と、車輪側となる被支持部３と、これら両者１，３に亘って気密接合されるダイヤフラム４とを有して成る鉄道車両用空気ばねにおいて、
前記ダイヤフラム４が車両進行方向に対する左右方向に膨出するのを規制する側面ガイド５を、前後方向移動可能な状態で設けてある。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両側となる板状支持部と、車輪側となる被支持部と、これら両者に亘って気密接合されるダイヤフラムとを有して成る鉄道車両用空気ばねに関するものである。

この種の鉄道車両用空気ばねにおいては、弾性材製のダイヤフラムの過変形を規制するために、ダイヤフラムの外側に配置されるカバーガイドを設けたものがある。例えば、特許文献１に示される空気ばねでは、上面板（板状支持部）の外周部を斜め下方に延長して円周状のガイド（鍔状当たり部分）を設けている。また、特許文献２に示される車両用空気ばねでは、やはり上面板（板状支持部）の外周部を延長してゴムを設けることにより、その延長された外周部をダイヤフラム上面に当接させて安定支持させるように構成されている。

鉄道車両においては、車両の曲線走行や振動等によって空気ばねに作用する荷重が変化し、ダイヤフラムが標準状態から圧縮されたり伸張されたり或いは捩られたりするが、前述の各特許文献に示されるガイドにより、ダイヤフラムの過剰な動きや変形が規制可能となっている。

即ち、鉄道車両のなかでもボルスタレス台車を採用するものにおいては、上下向きの軸心回りに相対回動可能に連結される車両（車体）と台車との上下間における左右それぞれに一つずつ配置されるのが一般的な構成であり、曲線通過時には左右の空気ばねにおけるダイヤフラムが捩れ変形することにより、車両と台車との相対角度を吸収するようになる。また、直線走行から曲線走行へ或いはその逆に変化する際や、走行振動等によって台車と車両とが相対横移動することもあるが、そのときにもダイヤフラムの捩れ変形によって吸収されるようになる。

上記ダイヤフラムの捩れ変形時の横方向への過剰な動きや膨出が、前述のガイドで規制可能になるのではあるが、ダイヤフラムの動き易さを考慮してほぼ上面だけを支えような構成であったため、ダイヤフラムが比較的大きく変形するボルスタレス型のものでは十分な規制作用が得られ難いものであった。そして、ダイヤフラムとガイドとが強く当接した状態で捩られるとそれら両者が強く擦れて摩耗し易い不都合もあった。ガイドとダイヤフラムとが頻繁に摩擦すると、その摩擦熱によってその多くがゴム製のダイヤフラムが損傷し易いとともに、摩耗して孔が空く等の早期に不都合がで易い懸念もある。

また、前述したようにボルスタレス型台車を用いる鉄道車両では、曲線走行の度にダイヤフラムが前後方向に大きく捩られるようになるが、特許文献１，２等で示されるように、ガイドが全周に亘って設けられる構造では、却ってガイドがダイヤフラムの捩り変形の妨げとなる場合もあり、上述の不都合と相俟ってガイド付の空気ばねとしては改善の余地があるように思える。
特開２００２−２７６７１８号公報 特開２００７−１２０５５０号公報

本発明の目的は、ガイドの設け方や構造をさらに工夫することにより、ガイドとダイヤフラムとの擦れによる摩耗が生じ難く、それによる早期摩耗等の不都合が解消されるようになるとともに、ボルスタレス型台車を採用する場合等における前後の捩り変形のし易さも改善される鉄道車両用空気ばねを実現して提供する点にある。

請求項１に係る発明は、車両側となる板状支持部１と、車輪側となる被支持部３と、これら両者１，３に亘って気密接合されるダイヤフラム４とを有して成る鉄道車両用空気ばねにおいて、
前記ダイヤフラム４が車両進行方向に対する左右方向に膨出するのを規制する側面ガイド５を、前後方向移動可能な状態で設けてあることを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の鉄道車両用空気ばねにおいて、前記板状支持部１が上下方向視で前記ダイヤフラム４に沿う円形に形成されており、前記側面ガイド５が前記板状支持部１の外周端部に円弧移動可能に支持されていることを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の鉄道車両用空気ばねにおいて、前記側面ガイド５がベアリング１１を介して移動可能に支持されていることを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項２又は３に記載の鉄道車両用空気ばねにおいて、前記側面ガイド５のダイヤフラムがわの側面５ａが、前記ダイヤフラム４の外郭形状に沿う又はほぼ沿う湾曲面に形成されていることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、詳しくは実施形態の項にて説明するが、側面ガイドによってダイヤフラムの左右への過剰膨出変形（膨張変形）が規制されるようになる。その際、側面ガイドが前後方向移動可能であるから、空気ばねが捩れ変形するような場合であっても、側面ガイドが前後方向のうちの摩擦を軽減する方向に動くようになり、従来に比べて側面ガイドとダイヤフラムの摩擦条件が改善されるようになる。その結果、ガイドの設け方や構造のさらなる工夫により、ガイドとダイヤフラムとの擦れによる摩耗が生じ難く、それによる早期摩耗等の不都合が解消されるようになるとともに、ボルスタレス型台車を採用する場合等における前後の捩り変形のし易さも改善される鉄道車両用空気ばねを提供することができる。

請求項２の発明によれば、鉄道車両の曲線走行時等の空気ばねが捩り変形される場合に、側面ガイドがその捩り変形に沿った移動が行えるものとなる。従って、側面ガイドとダイヤフラムと摩擦条件をより改善しながら上記効果を奏することができる利点がある。

請求項３の発明によれば、ベアリングによって側面ガイドの前後方向移動のし易さが改善され、より追従性に優れる鉄道車両用空気ばねになる。また、請求項４の発明によれば、側面ガイドの形状工夫によってダイヤフラムと摩擦条件が改善され、より追従性に優れる鉄道車両用空気ばねを提供できる。

以下に、本発明による鉄道車両用空気ばねの実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は実施例１による鉄道車両用空気ばねの側面図、図２は図１の平面図、図３は可動機構部分の断面図、図４，５はそれぞれ曲線走行時、横移動時のダイヤフラムの変化挙動を示す原理図である。

〔実施例１〕
実施例１による鉄道車両用空気ばねＡは、図１，図２に示すように、鉄道車両Ｂに取付けられる上面板（「車両側となる板状支持部」の一例）１と、台車Ｄに取付けられる支軸２と、支軸２に載置支持される弾性体（「車輪側となる被支持部」の一例）３と、上面板１と弾性体３とに亘って気密接合されるダイヤフラム（ベローズ）４と、上面板１に支持される左右の側面ガイド５，５とを有して構成されている。上面板１、ダイヤフラム４、弾性体３、及び支軸２は、それらのいずれもが縦軸心Ｐを有する平面視で円形を為すものに形成されている。

上面板１は、鉄道車両Ｂに縦軸心Ｐで相対回動可能に支持するための凸軸部１ａ、及びダイヤフラム４の上端部を係止固定するためのフランジ部（図示省略）を有する厚肉で板状の部材（鋼材、アルミ合金等）で形成されている。そして、上面板１の左右の各外周部には、外周端に沿ってほぼ前後に亘る円弧状レール６が形成されている。円弧状レール６は、ベアリング（後述）９が転動する部分である断面四角状のレール部６Ａと、ベアリング９を支持する軸体８を挿通させるべく上面板１の側周面１Ａに開口する開口部６Ｂとから成る奥拡がり状の円弧溝のようなものに形成されている。尚、７は止壁である。

弾性体３は、下側に支軸２を備え、かつ、上部にダイヤフラム４の下端部を係止固定するためのフランジ部（図示省略）を備える弾性材製のものであり、例えば、図示は省略すが、複数のゴム層と金属等の硬質板とを上下に交互に積層して成る積層ゴムで構成されている。支軸２は、弾性体３を台車Ｄに対して縦軸心Ｐ回りに回動可能に支持させるものに構成されている。ダイヤフラム４は、ゴムやその他の弾性材から成る公知のものである。

側面ガイド５は、ダイヤフラム４が前後方向、つまりは車両進行方向（矢印イ方向）に対する左右方向（矢印ロ方向）に膨出するのを規制する鋼板などの硬質材製のものであって、前後方向移動可能な状態で上面板１に設けられている。即ち、図１〜図３に示すように、側面ガイド５は、側面視で下窄まり状の略台形で、かつ、ダイヤフラム４の外形に沿うように平面視で縦軸心Ｐを中心とする円弧状の板材（鋼板、アルミ合金、ステンレス、ＦＲＰ等）で成り、上部には４個のベアリング９が回転自在に軸支されている。これにより、側面ガイド５の内面（ダイヤフラムがわの側面）５ａが、ダイヤフラム４の外郭形状に沿う又はほぼ沿う湾曲面である円弧面に形成されているのである。

側面ガイド５の上端部には、縦軸心Ｐを通る横軸心Ｘ（図２参照）を有する支軸１０が前後４箇所で互いに同じ高さレベルで円弧状に配置されており、各支軸１０にはベアリング（ボールベアリング、ニードルベアリング等）９が外嵌装備されている。ベアリング９は、丁度上面板１のレール部６Ａ内に収容されてその円弧状の底面６ａを転がり移動可能であるとともに、側面ガイド５の内面上端部が上面板１の側周面１Ａに沿うように支軸１が開口部を通る状態に配置設定されている。つまり、上面板１の円弧状レール６とベアリング９等によって側面ガイド５を上面板１に前後移動可能に支持する可動機構Ｃが構成されている。

各ベアリング９の回転軸心である横軸心Ｘが全て縦軸心Ｐを通るように設定されており、左側面ガイド５及び右側面ガイド５は円弧状レール６に沿って移動可能、即ち、円弧移動可能に支持されている。つまり、上面板１が上下方向視でダイヤフラム４に沿う円形に形成されており、側面ガイド５が上面板１の外周端部に円弧移動可能に支持される構成である。但し、図示しない摩擦部材を側周面１Ａと側面ガイド５との間に介装する等の手段により、所定以上の外力が作用しないと円弧移動し始めない機能を可動機構Ｃに持たせておけば好都合である。

次に、側面ガイド５による作用（機能）について説明する。まず、曲線通過時の挙動については、図４に示すように、直進走行時は空気ばねＡの、即ちダイヤフラム４の捩れは生じておらず、弾性体３に支持されるダイヤフラム下端部分（実線の円で示される部分）１３と上面板１に支持されるダイヤフラム上端部分１２とが相対的に同じ位置にある（図４に実線の円で描かれる部分）。当然ながら側面ガイド５も動かず相対的に同じ位置にある。尚、図４，５におけるＹは台車Ｄと車両Ｂとの回動軸心であり、図４の矢印イは直進走行時の前後方向を示している。また、黒丸１１は側面ガイド５の前後中心である。

そして、カーブ上を走る曲線走行時（図４では左カーブを想定）になると、台車Ｄと車両Ｂとが、即ち、上面板１に支持されるダイヤフラム上端部分１２（図４に破線の円で示される部分）とダイヤフラム下端部分１３とが回動軸心Ｙ回りに角度αでもって回動移動する。つまり、ダイヤフラム下端部分１３に対してダイヤフラム上端部分１２が前方右方に移動するようにダイヤフラム４が捩り変形されるのである。尚、図４の円弧移動状況は、原理を理解し易くするために誇張して描いてある。

この場合、上面板１に円弧移動可能に支持されていて比較的ダイヤフラム４の上部の高さレベルに配置されている側面ガイド５は、ダイヤフラム４の外側面４ａとの摩擦によって前方（弾性体３に対しての前方）に連れ動きするようになり、上面板１に対しては若干後方に移動するような状況になる。つまり、可動機構Ｃの機能により、台車Ｄを基準として見た場合、左側面ガイド５は、ダイヤフラム下端部分１３の位置から右斜め前方に移動することになり、上面板１を基準として見た場合は、側面ガイド５が縦軸心Ｐ回りに角度θ分後方に円弧移動することとなる。

その結果、直進時はダイヤフラム４に対して左側面ガイド５は動かない状態でダイヤフラム４の左右への過剰な膨出変形を規制するとともに、曲線走行時にはダイヤフラム４の捩れ量に見合った分だけ、換言すればダイヤフラム４と側面ガイド５との擦れ摩擦が最も軽く済むように側面ガイド５が上面板１に対して前又は後に自動的に円弧移動しながら、ダイヤフラム４の左右への過剰な膨出変形を規制するように機能するのである。尚、以上の原理を理解する上でのボルスタレス型台車を備える鉄道車両の概略構造、及び空気ばねの変化挙動については、前述の特許文献２において開示されており、それを参照されたい。

次に、車両Ｂと台車Ｄとが相対的に横移動した場合は、図５に示すように、ダイヤフラム下端部分１３に対してダイヤフラム上端部分１２が単純に横（左横）に移動する「横ズレ」が生じるだけとなり、左側面ガイド５は前後に動かない（上面板１に対して前後に動かない）状態で、ダイヤフラム４の左右への過剰な膨出変形を規制するように機能する。図５において、Ｙ’は台車Ｄの回動軸心Ｙに対して横移動した上面板１の（車両Ｂの）中心を示している。

以上のように、車両（車体）が左右方向に動くとき（図５を参照）は、ダイヤフラム４から側面ガイド５に直方向（矢印ロ方向）の力が作用するので、側面ガイド５は上面板１に対して動かず、ダイヤフラム４に対する左右方向制限の役割を果たす状態になる。そして、車両が前後方向に動くとき（図４を参照）は、ダイヤフラム４と側面ガイド５との間に摩擦力が働き、その摩擦力は上面板１と側面ガイド５とを位置保持しようとする摩擦力よりも大きくなると、その摩擦力の差に見合った分、上面板１に対して側面ガイド５が前又は後に円弧移動する。

従って、単に側面ガイド５を設ける場合、即ち、側面ガイド５を相対前後移不能に上面板１に固定する場合に比べて、実施例１による鉄道車両用空気ばねＡにおいて、ダイヤフラム４と側面ガイド５との摺動移動量を軽減させることができ、従ってそれに起因するダイヤフラムの早期摩耗を防止することができるのである。

鉄道車両用空気ばねの側面図（実施例１） 図１の鉄道車両用空気ばねの平面図 側面ガイドの支持構造を示す要部の断面図 ガイドとダイヤフラムとの前後移動による相対位置関係を示す原理図 ガイドとダイヤフラムとの左右移動による相対位置関係を示す原理図

符号の説明

１ 板状支持部
３ 被支持部
４ ダイヤフラム
５ 側面ガイド
５ａ ダイヤフラムがわの側面
９ ベアリング

Claims (4)

1. 車両側となる板状支持部と、車輪側となる被支持部と、これら両者に亘って気密接合されるダイヤフラムとを有して成る鉄道車両用空気ばねであって、
   前記ダイヤフラムが車両進行方向に対する左右方向に膨出するのを規制する側面ガイドを、前後方向移動可能な状態で設けてある鉄道車両用空気ばね。
2. 前記板状支持部が上下方向視で前記ダイヤフラムに沿う円形に形成されており、前記側面ガイドが前記板状支持部の外周端部に円弧移動可能に支持されている請求項１に記載の鉄道車両用空気ばね。
3. 前記側面ガイドがベアリングを介して移動可能に支持されている請求項１又は２に記載の鉄道車両用空気ばね。
4. 前記側面ガイドのダイヤフラムがわの側面が、前記ダイヤフラムの外郭形状に沿う又はほぼ沿う湾曲面に形成されている請求項２又は３に記載の鉄道車両用空気ばね。

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