JP2010076608A - 鉄道車両用空気ばね及び鉄道車両の高さ調節方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車輪摩耗時における前述した高さ調節の作業の簡単化や効率化が可能となるように構造工夫された鉄道車両用空気ばねを提供する。また、その空気ばねを用いて、高さ調節作業の簡単化や効率化が可能となる鉄道車両の高さ調節方法も得る。
【解決手段】車体側の外筒１と、その下方に配置されて台車Ｄの枠体４に支持される内筒２と、これら外筒１と内筒２とに亘って配備される弾性材製のダイヤフラム３と、を有して成る鉄道車両用空気ばねにおいて、内筒２と枠体４との間に、内筒２及びダイヤフラム３の下部を含む空気ばねとしてのばね下質量側に相当する部分Ｃを枠体４に対して所定量浮上可能とする弾性手段７が介装されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、外筒と内筒とダイヤフラムとを有して成る鉄道車両用空気ばね及び鉄道車両の高さ調節方法に係り、詳しくは、車輪の摩耗に伴う車両の高さ調節作業の簡単化や効率化が可能となるように工夫された鉄道車両用空気ばね並びに鉄道車両の高さ調節方法に関するものである。

鉄道車両用空気ばねは、車体側の外筒と、その下方に配置されて台車の枠体に支持される内筒と、これら外筒と内筒とに亘って配備される弾性材製のダイヤフラムと、を有して構成されている。この種の鉄道車両用空気ばねは、特許文献１等において開示されるように、内筒に一体的に構成される積層ゴムを介して台車に枢支されるものも多い。

上記空気ばねの代表的な装着例としては、特許文献２の図５や特許文献３の図１及び２において開示されるように、内筒から下方突出する軸が台車の枠体に形成される穴に内嵌されて載置され、かつ、外筒から上方突出する支軸が車体の枠体に嵌め込まれる構造により、台車と車体との上下間に左右一対使いで装備される。

ところで、鉄道車両においては長年の使用によって車輪が摩耗するが、車体の位置が明確に下がってしまう程度に摩耗し、かつ、まだ車輪としての摩耗限度範囲内である場合には、メンテナンス時に暫定処理として空気ばねを摩耗分に見合った高さ分持上げる対策が行われる。即ち、具体的には、内筒と台車との間に板状のスペーサを介装させることにより、車輪摩耗による低下分を補い、車体を元の高さ位置に戻すという高さ調節である。

従来における上記高さ調節は、まず、ブレーキホースや電気配線等の車体と台車との接続部品を取外す前処理工程を行い、次いで車体をジャッキアップして空気ばねと車体との干渉を解くジャッキアップ工程を行い、それから空気ばねが搭載されている台車を移動させて車体から取出す台車取出し工程を行う。そして、空気ばねを台車に対して少し持上げる吊上げ工程を行ってから、板状スペーサを内筒と台車とに間に介装するスペーサ装着工程を行い、その後は以上の工程を逆順に行い、高さ調節の作業が完了となる。

つまり、図５に示すように、従来の高さ調節作業は、前処理工程→ジャッキアップ工程→台車取出し工程→吊上げ工程→スペーサ装着工程→吊下げ工程（吊上げ工程の逆）→台車戻し工程（台車取出し工程の逆）→ジャッキダウン工程（ジャッキアップ工程の逆）→後処理工程（前処理工程の逆）という具合である。この高さ調節作業は頻度は多くないが、従来では非常に多くの工程及び時間を要するものであり、改善の余地が残されているものであった。
特開２００７−０４６７１８号公報 特開２００５−２８９２８６号公報 特開２００２−２６４８０６号公報

本発明の目的は、車輪摩耗時における前述した高さ調節の作業の簡単化や効率化を可能となるように、構造工夫された鉄道車両用空気ばねを提供する点にある。また、その鉄道車両用空気ばねを用いることで、高さ調節作業の簡単化や効率化が可能となる鉄道車両の高さ調節方法を得ることも目的である。

請求項１に係る発明は、車体側の外筒１と、その下方に配置されて台車Ｄの枠体４に支持される内筒２と、これら外筒１と内筒２とに亘って配備される弾性材製のダイヤフラム３と、を有して成る鉄道車両用空気ばねにおいて、前記内筒２と前記枠体４との間に、前記内筒２及び前記ダイヤフラム３の下部を含む空気ばねとしてのばね下質量側に相当する部分Ｃを前記枠体４に対して所定量浮上可能とする弾性手段７が介装されてい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、前記内筒２には、前記枠体４に形成される下向きの支持穴１７に内嵌される下向き支持突起６が設けられており、前記下向き支持突起６に下面開放状態で形成される上向き穴６ａに装備されるコイルバネ１９によって前記弾性手段７が構成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２に記載の鉄道車両用空気ばねにおいて、前記支持穴１７が平面視で円形を為す円柱状の穴であり、前記下向き支持突起６が底面視で円形を為す中空円柱状の突起であることを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、鉄道車両の高さ調節方法において、車体Ｂと台車Ｄとの上下間に請求項１〜３の何れか一項に記載の鉄道車両用空気ばねＡが介装されている鉄道車両を用意し、空気ばねＡを介して台車Ｄで支持されている使用状態の車体Ｂを下方移動不能に支える車体支持工程ａと、前記車体支持工程ａの終了後に前記ダイヤフラム３内の空気を抜くエア抜き工程ｂと、前記エア抜き工程ｂの終了に伴って前記内筒２と前記枠体４との上下間に形成される間隙ｋにスペーサＳを介装するスペーサ装着工程ｃと、を有して成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、弾性手段によって空気ばねとしてのばね下質量側部分を枠体に対して所定量浮上させることが可能であるから、車体を下がらないように支え、かつ、ダイヤフラムの空気を抜くだけで内筒と台車との上下間に高さ調節用のスペーサを装着して高さ調節することが可能になる。これは、電線やホース類を外す作業、車体を持上げる作業、台車を車体下から取り出す作業、という従来では必要であった面倒で時間の掛る種々の作業が省略できることになる。その結果、車輪摩耗時における高さ調節の作業の簡単化や効率化が可能となるように、構造工夫された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、空気ばねを台車に支持させる構造として多用される軸支持構造に着目し、空気ばねに構成要素である下向き支持突起に穴を形成してコイルバネを装備して弾性手段とするものであり、空気ばねの構造を用ることで装置の大型化を招くことなく、またコストアップも殆ど生じない合理的な状態で弾性手段を装備できる利点がある。この場合、請求項３のように、下向き支持突起と上向き穴とが縦軸心を有する円柱状どうしの嵌合構造とすれば、作り易くてコイルバネの設置がし易く、かつ、空気ばねと台車との装脱も行い易いという利点が追加される。

請求項４の発明によれば、詳しくは実施形態の項にて説明するが、車体を下がらないように支え、かつ、ダイヤフラムの空気を抜くだけで内筒と台車との上下間に高さ調節用のスペーサを装着して高さ調節することが可能であって、電線やホース類を外す作業、車体を持上げる作業、台車を車体下から取り出す作業、という従来では必要であった面倒で時間の掛る種々の作業が省略できることになる。従って、請求項１の発明による効果と同等の効果（高さ調節作業の簡単化や効率化が可能）が発揮可能な鉄道車両の高さ調節方法を提供することができる。

以下に、本発明による鉄道車両用空気ばね及び鉄道車両の高さ調節方法の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は通常時（使用状態）の空気ばねを示す断面図、図２は高さ調節時の空気ばねを示す断面図、図３はスペーサの平面図と断面図、図４は本発明による高さ調節作業の工程図である。

〔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、車体Ｂ側の外筒１と、その下方に配置されて台車Ｄの枠体４に支持される内筒２と、これら外筒１と内筒２とに亘って配備されるゴム（弾性材の一例）製のダイヤフラム（ベローズ）３と、積層ゴム５を介して内筒２に固定される枢軸（下向き支持突起の一例）６と、を有して構成されている。そして、車輪が摩耗して外径が明確に小径化した際に行う高さ調節作業時に、その高さ調節作業の簡単化、省力化、効率化の各点で威力を発揮する弾性手段７が、枢軸６に装備されている。

外筒１は、上下二枚の鋼板から成る円形等の平面視形状を有する支持座１ａと、これの下面に固着される筒部１ｂと、筒部１ｂの下端部に固着される下端プレート１ｃ、支軸１ｄ等から構成されており、筒部１ｂの外径側で、かつ、支持座１ａの下面側にはゴム製でリング状の上受座１ｅが装備されている。軸心Ｐを有して車体Ｂの支持穴１８に内嵌される支軸１ｄは、下端プレート１ｃから支持座１ａを貫通して上方突出する状態で取付けられている。上受座１ｅは、ダイヤフラム３の上部３ａを広い面積でもって受け止める機能、及び筒部１ｂとの協働によってダイヤフラム３の上端ビード部３ｂを支持する機能を発揮可能に構成されている。下端プレート１ｃの下側には、ステンレス鋼板製の摺動板８が取付けられている。

内筒２は、リング状の基板２ａと、これの上面側にボルト止めされる規制板２ｂとから構成されており、基板２ａの外周部に固定される下受座９に、ダイヤフラム３の下端ビード部３ｃを載せ付けて受け止め支持されるように構成されている。下受座９は、鋼板製の補強部９Ａと、これの上に積層されるゴム製の受部材１０とから構成されている。そして、規制板２ｂにはストッパーゴム１１が載置固定され、その上には摺動板１２が装備されている。

積層ゴム５は、基板２ａで成る上フランジと、枢軸６を有する下フランジ１３との上下間に配備されるゴム層１４、及びゴム層１４の外周側にて上下二枚で介装されるリング鋼板１５，１５を設けて構成されている。支軸１ｄと互いに同じ軸心Ｐを持つ枢軸６は、下向き開放状の上向き穴６ａを有して底面視で円環形を為す中空円柱状の突起に形成されており、枠体４に一体装備されている有底筒状の受部１６の下向き支持穴１７に内嵌されている。

枢軸６に下面開放状態で形成される上向き穴６ａにはコイルバネ１９が内装されており、このコイルバネ１９によって前述の弾性手段７が構成されている。コイルバネ１９は、内筒２、積層ゴム５、及びダイヤフラム３の下部を含む空気ばねＡとしてのばね下質量側に相当する部分Ｃを枠体４に対して所定量浮上可能とするばね定数並びに圧縮量が設定されている。空気ばねＡのばね下質量は、簡単には空気ばねＡの全質量から、外筒１の質量とダイヤフラム３の質量の約半分とを引いた重さと考えて良いが、現実には余裕を見て、空気ばねＡの全質量から外筒１の質量を引いた重さとして計算すれば無難である。

コイルバネ１９による弾性手段７を設けたことにより、図２に示すように、車体Ｂを下降移動しないように支えた状態でダイヤフラム３から空気を抜くと、圧縮状態で上向き穴６ａに装備されて常時作用しているコイルバネ１９の伸張方向への弾性復元力、即ち、空気ばねＡとしてのばね下部分Ｃを矢印イで示す上向きの力により、台車Ｄに対してばね下部分Ｃが所定量Ｌ持上げられて浮上し、間隙ｋが形成される状態がもたらされる。つまり、弾性手段５の機能により、ダイヤフラム３のエア抜きに伴って自動的に枠体４と下フランジ１３との上下間に隙間が生じるようになっている。

以上のような構成の空気ばねＡを有する鉄道車両における高さ調節作業について説明する。先に、高さ調節に用いるスペーサＳについて説明すれば、図３（ａ），（ｂ）に示すように、切欠き２１を有する厚さｍの円形鋼板２０で構成されている。切欠き２１は、円形鋼板２０の中心Ｘを中心とする半径ｒの孔部２２と、その孔部２２の径の幅でもって外周まで直線状に延長されて成る直線空隙部２３とで成り、孔部２２の半径ｒは、枢軸６の直径より僅かに大きい。円形鋼板２０の径は、下フランジ１３の径より少し小さいものに設定されているが、これにはこだわらない。

さて、車輪（図示省略）が摩耗して車体Ｂの高さが明確（例：１〜２ｃｍ）に低下すると車両メンテナンスの際に高さ調節が行われる。その鉄道車両の高さ調節方法は、図４に示すように、車体支持工程ａ→エア抜き工程ｂ→スペーサ装着工程ｃ（図２参照）→エア充填工程（エア抜き工程の逆工程）ｄ→車体支持解除工程（車体支持工程の逆工程）ｅ、という具合になる。尚、車体Ｂの重量が空気ばねＡに作用する通常の状態では、コイルバネ１９は伸張できず、下フランジ１３が枠体４に当接しているのは言うまでもない。

車体支持工程ａは、例えば、油圧ジャッキ等の支持手段を用いて車体Ｂを支えるという具合に、空気ばねＡを介して台車Ｄで支持されている使用状態の車体Ｂを下方移動不能に支える工程である。エア抜き工程ｂは、車体支持工程ａの終了後にダイヤフラム３内の空気を抜く工程である。スペーサ装着工程ｃは、図３に示すスペーサＳを、その切欠き２１に枢軸６が入り込む状態で枠体４と下フランジ板１３との上下間に差し込む工程である。エア充填工程ｄはダイヤフラム３にエアを入れる工程であり、車体支持解除工程ｅは、車体Ｂを支えている油圧ジャッキ等の支持手段を取り除く工程である。

つまり、車体Ｂと台車Ｄとの上下間に空気ばねＡが介装されている鉄道車両を用意し、空気ばねＡを介して台車Ｄで支持されている使用状態の車体Ｂを下方移動不能に支える車体支持工程ａと、車体支持工程ａの終了後にダイヤフラム３内の空気を抜くエア抜き工程ｂと、エア抜き工程ｂの終了に伴って内筒２と枠体４との上下間に形成される間隙ｋにスペーサＳを介装するスペーサ装着工程ｃと、を有して成る高さ調節方法である。尚、間隙ｋの高さＬと、スペーサＳの厚みｍとには、Ｌ＞ｍの関係が設定されている。

本発明による空気ばねＡを装備する鉄道車両において高さ調節する場合、車体Ｂが下がらないように支持してからダイヤフラム３のエア抜きを行うのみでスペーサＳの装着が行えるので、従来の高さ調節（図５参照）では必要であった、前処理工程、ジャッキアップ工程、台車取出し工程、吊上げ工程の各工程が不要になり、工程数削減による大幅な時間短縮、作業の簡単化、作業の効率化が図れるものとなっている。

〔別実施例〕
弾性手段７としては、図示は省略するが、１．軸心Ｐ回りの均等角度ごとに厚板製下フランジ１３に上向き穴を形成して、その上向き穴にコイルバネを入れ込んでおく、という構成も可能である。また、２．枠体４に形成される下向き穴にコイルバネを入れ込んでおく、という構成も可能である。また、３．下フランジ１３と枠体４との双方に穴を設けてそれら上下の穴に跨ってコイルバネを入れる構成や、４．下フランジ１３の下面側に形成される長溝に板ばねを入れておく、という構成も可能である。尚、３．や４．の構成は、台車Ｄも構成要件として成立するものである。

鉄道車両用空気ばねの構造を示す断面図（実施例１） ダイヤフラムがエア抜きされた空気ばねの断面図 スペーサを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図 本発明の空気ばねを用いた場合の高さ調節作業に要する工程の一覧図 従来の空気ばねを用いた場合の高さ調節作業に要する工程の一覧図

符号の説明

１ 外筒
２ 内筒
３ ダイヤフラム
４ 枠体
６ 下向き支持突起
６ａ 上向き穴
７ 弾性手段
１７ 支持穴
１９ コイルバネ
Ａ 空気ばね
Ｂ 車体
Ｃ 空気ばねとしてのばね下質量側に相当する部分
Ｄ 台車
Ｓ スペーサ
ａ 車体支持工程
ｂ エア抜き工程
ｃ スペーサ装着工程
ｋ 間隙

Claims (4)

1. 車体側の外筒と、その下方に配置されて台車の枠体に支持される内筒と、これら外筒と内筒とに亘って配備される弾性材製のダイヤフラムと、を有して成る鉄道車両用空気ばねであって、
   前記内筒と前記枠体との間に、前記内筒及び前記ダイヤフラムの下部を含む空気ばねとしてのばね下質量側に相当する部分を前記枠体に対して所定量浮上可能とする弾性手段が介装されている鉄道車両用空気ばね。
2. 前記内筒には、前記枠体に形成される下向きの支持穴に内嵌される下向き支持突起が設けられており、前記下向き支持突起に下面開放状態で形成される上向き穴に装備されるコイルバネによって前記弾性手段が構成されている請求項１に記載の鉄道車両用空気ばね。
3. 前記支持穴が平面視で円形を為す円柱状の穴であり、前記下向き支持突起が底面視で円形を為す中空円柱状の突起である請求項２に記載の鉄道車両用空気ばね。
4. 車体と台車との上下間に請求項１〜３の何れか一項に記載の鉄道車両用空気ばねが介装されている鉄道車両を用意し、空気ばねを介して台車で支持されている使用状態の車体を下方移動不能に支える車体支持工程と、前記車体支持工程の終了後に前記ダイヤフラム内の空気を抜くエア抜き工程と、前記エア抜き工程の終了に伴って前記内筒と前記枠体との上下間に形成される間隙にスペーサを介装するスペーサ装着工程と、を有して成る鉄道車両の高さ調節方法。

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