JP2010169178A - 鉄道車両用懸架装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エアレス状態になっても乗車に耐える懸架性能を確保でき、かつ、上下高も低く抑えられたものとしながらも、横方向の荷重に対しても踏ん張りが効くようにして、より改善される鉄道車両用懸架装置を提供する。
【解決手段】鉄道車両用懸架装置において、下側の弾性ばね機構ｂと、上側の空気ばねａと、弾性ばね機構ｂの内側に位置して所定以上に下降してくる上支持部１を受止め可能な弾性ストッパｃとを備え、中間支持部２における第２弾性体１０が載置される第２中心部分２ｃを、第１弾性体５に載置される第２外周部分２ｂに対して下方に落し込み、かつ、下支持部４における第１弾性体５が載置される第１外周部分４ｃを、台車側に載置される第１中心部分４ｂに対して上方に引き上げ形成して、弾性ばね機構ｂが規定以上に水平方向に弾性変形することを、下支持部４の上部と中間支持部２の下部との当接により阻止する横ストッパ機構ｄを構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両用懸架装置に係り、詳しくは、ダイヤフラムを設けて成る空気ばねと、その下方に配置される弾性ばね機構と、を有する鉄道車両用懸架装置に関するものである。

この種の鉄道車両用懸架装置としては、特許文献１において開示されたものが知られている。これは、上下方向視で円環状を為す積層ゴムで成る弾性ばね機構の上に空気ばねを設けた構造の鉄道車両用懸架装置を示している。空気ばねと積層ゴムとの協動による上下の非線形であり、かつ、踏ん張りの効くばね特性を得ながらも、曲線走行時などの水平方向荷重が作用する場合には積層ゴムがしなやかにせん断方向に弾性変形して対応できるという具合に、上下方向にも横方向にも良好な懸架性能が発揮可能である。

ダイヤフラムを用いた空気ばねを有する鉄道車両用懸架装置では、点検や整備で意図的に空気を抜く以外に、パンクや故障等の不測の事態によってダイヤフラムから空気が抜けたエアレス状態となることがある。その場合には、車両を交換するとか修理するとしても、そのエアレス状態で車庫まで走行しなければならない。また、多くの場合、その日位は営業終了時まで走り続けねばならいことも多く、従って、エアレス時の懸架性能も無視できなくなってきている。

そこで、特許文献２において開示されるように、縦軸心の径方向に重なるゴム層を複数持つせん断型の弾性ばね機構（コニカルストッパとも呼ばれる）を、エアレス状態になると動作する状態で圧縮型の弾性ばね機構の上に搭載して成る構造の鉄道車両用懸架装置も開発されている。前述の弾性ばね機構は圧縮型のものであり、上下方向には動き難く（ばね定数が高く）、水平方向には動き易い（ばね定数が低く）特性を持つに対して、せん断型弾性ばね機構は、水平方向には動き難い（ばね定数が高く）が、上下方向には動き易い（ばね定数が低く）という特性がある。

故に、エアレス状態になると、上側のせん断型弾性ばね機構によるソフトなクッション機能と、下側の圧縮型弾性ばね機構による踏ん張り効くクッション機能とが合体されたものとなり、乗車に耐える懸架性能を得ることができる。従って、せん断型弾性ばね機構の付設により、空気ばねが機能しなくなっても何とかその日ぐらいは営業走行できる程度に懸架性能が改善されている。
特開平８−２１４７５号公報 特願２００８−３０２８４５号公報

ところが、前記後者の従来技術では、その図（特許文献２の図１等）を見れば分かるように、懸架装置全体としての高さが明確に高くなって嵩高い装置になってしまい、現行機種に採用するのが困難になるとともに、特に近年の低床化が臨まれる車両には適用し難いという問題がある。また、小径曲線通過時等の水平方向に大なる荷重が作用する場合には、せん断型弾性ばね機構が大きく横変形し、鉄道車両が必要以上に傾く等、懸架性能としても芳しくない状況のあることが判ってきた。

本発明の目的は、上記実情に鑑みて、空気ばねとその下の弾性ばね機構とを備えたものにおいて、エアレス状態になっても乗車に耐える懸架性能を確保でき、かつ、上下高も低く抑えられたものとしながらも、横方向の荷重に対しても踏ん張りが効くようにして、より改善される鉄道車両用懸架装置を開発して提供する点にある。

請求項１に係る発明は、鉄道車両用懸架装置において、
台車側の下支持部４と、その上方に配置される中間支持部２とに亘って上下方向視で環状を為す第１弾性体５を介装して成る弾性ばね機構ｂと、
前記中間支持部２と、その上方に配置される車体側の上支持部１とに亘って弾性材製のダイヤフラム３を設けて成る空気ばねａと、
上下方向視で前記第１弾性体５の内側に位置する状態で前記中間支持部２に載置されて、所定以上に下降してくる前記上支持部１を受止め可能な第２弾性体１０を設けて成る弾性ストッパｃとを備え、
前記中間支持部２における前記第２弾性体１０が載置される第２中心部分２ｃを、前記第１弾性体５に載置される第２外周部分２ｂに対して下方に落し込み、かつ、前記下支持部４における前記第１弾性体５が載置される第１外周部分４ｃを、台車側に載置される第１中心部分４ｂに対して上方に引き上げ形成して、前記第１弾性体５が規定以上に水平方向に弾性変形することを前記下支持部４の上部と前記中間支持部２の下部との当接により阻止可能な横ストッパ機構ｄが構成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懸架装置において、
前記中間支持部２が、前記第２外周部分を為す第２円環外周壁２ｂと、前記第２中心部分を為す第２中心円壁２ｃと、これら第２円環外周壁２ｂと第２中心円壁２ｃとを繋ぐように配される上拡がり円筒状の第２側周壁２ｄと、を有する略御椀形状に形成され、
前記下支持部４が、前記第１外周部分を為す第１円環外周壁４ｃと、前記第１中心部分を為す第１中心円壁４ｂと、これら第１円環外周壁４ｃと第１中心円壁４ｂとを繋ぐように配される上拡がり円筒状の第１側周壁４ｄと、を有する略深皿形状に形成され、
前記横ストッパ機構ｄが、前記第２側周壁２ｄの下端部又は前記第２中心円壁２ｃと前記第１側周壁４ｄとの当接で機能する状態に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１又は２に記載の鉄道車両用懸架装置において、前記下支持部４の上部と前記中間支持部２の下部との何れか一方又は双方に、これら両者の当接ショックを緩和可能な弾性材が設けられている請求項１又は２に記載の鉄道車両用懸架装置。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の鉄道車両用懸架装置において、前記第１弾性体５が、複数のゴム層９と一以上の硬質板８とが上下に交互に積層されて成る積層ゴムに構成されていることを特徴とするものである。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載の鉄道車両用懸架装置において、前記第２弾性体１０が、複数のゴム層１４と一以上の硬質板１３とが上下に交互に積層されて成る積層ゴムに構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、横ストッパ機構により、パンク等によってダイヤフラムから空気が抜けるエアレス状態になっても、第１弾性体のせん断弾性変形に基づく鉄道車両の大きな横揺れが未然に防止されるようになる。つまり、弾性ばね機構と弾性ストッパとによってソフトながら踏ん張りの効く良好なクッション性能を発揮しながら大きな横揺れも防止され、その日ぐらいは何とか営業運転できるといった具合に、空気ばねが不能の状態でもある程度は使用続行が可能になる。その結果、空気ばねとその下の弾性ばね機構とを備えたものにおいて、エアレス状態になっても乗車に耐える懸架性能を確保でき、かつ、上下高も低く抑えられたものとしながらも、横方向の荷重に対しても踏ん張りが効くようにして、より改善される鉄道車両用懸架装置を提供することができる。

請求項２の発明によれば、横ストッパ機構を構成する要素である中間支持部が略御椀形状に、かつ、下支持部が略深皿形状にそれぞれ形成されて強度や剛性に優れるものとなっており、中間支持部や下支持部の軽量化、コストダウン、或いは耐久性向上等の付随効果を発揮しながら、請求項１の発明による前記効果が得られる利点がある。

請求項３の発明によれば、下支持部の上部と中間支持部の下部との何れか一方又は双方に設けられる弾性材により、それら両者の当接ショックが緩和されるようになり、エアレス状態における大きな横揺れ時における横揺れ規制ショックがマイルド化又は回避可能となり、よりきめ細かに改良される鉄道車両用懸架装置を提供することができる。

請求項４や請求項５の発明のように、第１弾性体や第２弾性体を積層ゴムとすれば、上下には踏ん張りが利くものとしながら横方向には比較的ソフトな懸架性能が得られ、曲線通過等の横方向荷重の機会が多い鉄道車両用としてより好適なものとすることができる。

以下に、本発明による鉄道車両用懸架装置の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は実施例１による鉄道車両用懸架装置を示す断面図、図２は中間支持部単品の反転斜視図、図３は受止リングの別構造を示す要部断面図である。

〔実施例１〕
実施例１による鉄道車両用懸架装置Ａは、図１に示すように、上から下に空気ばねａ、弾性ストッパｃ、弾性ばね機構ｂをこの順で配備して構成されている。空気ばねａは、鉄道車両の車体（図示省略）に取付られることとなる上下方向視で円形の上支持部（外筒とも言う）１と、その下方に配置される中間支持部（内筒とも言う）２と、これら両者１，２に亘って設けられるゴム（弾性材の一例）製のダイヤフラム（ベローズ）３と、を有して構成されている。

上支持部１は、上下方向視で円形を呈する鋼板製の支持座１ａ、これの下面に固着される鋼板製の筒部１ｂ、これら両者１ａ，１ｂに亘って固定される上下軸心Ｐを有する支軸１ｃ、筒部１ｂの径外側において支持座１ａの下面側に一体化されるリング状でゴム製の上受座１ｄ、及び、筒部１ｂの下側に蓋するように固定される底壁部１ｅ等を有して構成されている。上受座１ｄは、有底筒部１ｂの外周面には薄膜状で支持座１ａの下面内側には厚肉状に形成され、かつ、径外側ほど下方に厚くなる形状（略鉢伏形状）に形成されている。底壁部１ｅの下面には、ステンレス材製で円形の板状摺動部材６が接着等によって一体化されている。

ダイヤフラム３は、支持座１ａと筒部１ｂとで形成される上隅角部に圧入的に嵌合される上ビード部３ａ、広い面積でもって上受座１ｄで受け止められる上部３ｂ、最も横方向に張り出す本体部３ｃ、及び、中間支持部２の上端外周壁２ａの外周面とフランジ部（第２外周部分の一例）２ｂの上面とで形成される下隅角部にアタッチメントリング７を介して圧入的に嵌合される下ビード部３ｄを有して形成されている。つまり、自動車のタイヤとホイールとの関係のように、上支持部１と中間支持部２との双方にダイアフラム３がボルト等の締結構造無しに嵌合装着さる構造、いわゆる「セルフシール型ダイアフラム」を持つ空気ばねａに構成されている。

弾性ばね機構ｂは、台車側の下支持部４と、その上方に配置される中間支持部２とに亘って上下方向視で環状を為す第１弾性体５を介装して構成されている。下支持部４は、軸心Ｐを有する中心筒軸部４ａと、台車に載せ付けられる部分である内径側部（第１中心部分の一例）４ｂと、第１弾性体５が搭載される外周フランジ部（第１外周部分の一例）４ｃと、内径側部４ｂとこれよりも設定高さの高い外周フランジ部４ｃとを繋ぐ傾斜周部（第１側周壁の一例）４ｄとを有し、上下方向視で円形を呈するものに形成されている。

つまり、下支持部４は、第１外周部分を為す第１円環外周壁である外周フランジ部４ｃと、第１中心部分を為す第１中心円壁である内径側部４ｂと、これら外周フランジ部４ｃと内径側部４ｂとを繋ぐように配される上拡がり円筒状の傾斜周部４ｄと、を有する略深皿形状に形成されている。尚、４ｅは台車（図示省略）との位置決め用のピンであり、傾斜周部４ｄにまで延長されている内径側部４ｂの一箇所に植設されている。

中間支持部２は、外周フランジ部４ｃの上に位置する前述のフランジ部２ｂ、内径側部４ｂの上方に位置する載置内周壁（第２中心部分の一例）２ｃ、傾斜周部４ｄの上方に位置するテーパ周壁（「上拡がり円筒状の第２側周壁」の一例）２ｄ、及び前述の上端外周壁２ａを有し、上下方向視で円形を呈するものに形成されている。つまり、第２外周部分を為す第２円環外周壁であるフランジ部２ｂと、第２中心部分を為す第２中心円壁である載置内周壁２ｃと、これらフランジ部２ｂと載置内周壁２ｃとを繋ぐように配される上拡がり円筒状のテーパ周壁２ｄと、を有する略御椀形状に形成されている。尚、載置内周壁２ｃの下面側には、図２にも示すように、軸心Ｐを中心とした放射線状の８箇所に補強リブ１８が一体形成されており、中心孔２ｆの周囲部分は載置内周壁２ｃよりも肉厚に形成されている。

第１弾性体５は、金属製で三枚の硬質板８と上下三層のゴム層９とが上下に交互に積層されて成る積層ゴム構造に構成されて、外周フランジ部４ｃとフランジ部２ｂとの上下間に介装されている。最下層のゴム層９は外周フランジ部４ｃに加硫接着によって一体化されており、最上部の硬質板８はフランジ部２ｂにＯリング（符記省略）を介して気密状にボルト止めされている。

弾性ストッパｃは、上下方向視で第１弾性体５の内側に位置する状態で中間支持部２に載置されて、所定以上に下降してくる上支持部１を受止め可能な第２弾性体１０と、この第２弾性体１０を上下に予圧縮した状態で組付けるため当接部材１１と、当接部材１１をその上昇移動を規制しながら中間支持部２に係止するための受止リング１２とを有して構成されている。略御椀形状の中間支持部材２は、図１に示す組付時において、載置内周壁２ｃと外周フランジ部４ｃとが上下方向で極僅かに干渉する相対高さ関係にある。従って、ダイヤフラム３がエアレス状態となり、鉄道車両の荷重が直接的に弾性ストッパｃに作用した場合には、載置内周壁２ｃと外周フランジ部４ｃとは上下方向で明確に干渉する相対高さ関係になる。

第２弾性体１０は、金属製で四枚の硬質板１３と上下三層のゴム層１４とが上下に交互に積層されて成る積層ゴム構造に構成されている。上下の硬質板１３，１３はほぼゴム層１４と等しい内径であるが、上下中間２枚の硬質板１３，１３はゴム層１４の内径より大きな内径とゴム層１４の外径より小さい外径とを有する埋設状態で装備されている。円環板状の受止リング１２は、テーパ周壁２ｄの平坦頂面２ｅに取り外し可能に複数のボルト１５を用いて固定されている。当接部材１１は、第２弾性体１０の上面に被さる中心壁１１ａと、受止リング１２に干渉する径を持つ係止フランジ１１ｂと、これら中心壁１１ａと係止フランジ１１ｂとを繋ぐ側周壁１１ｃとを有する深皿状のものに形成されている。

弾性ストッパｃを組付けるには、第２弾性体１０を載置内周壁２ｃに載置してその上に当接部材１１を蓋をするように被せる。そして、受止リング１２を当接部材１１を通過させて落し込んで係止フランジ１１ｂ上に位置させ、その状態で複数のボルト１５を中間支持部材２に螺着させて絞め込んでゆくことにより、第２弾性体１０を所定量上下に圧縮させた状態で中間支持部材２に装備させることができる。その組付状態では、第１弾性体５と第２弾性体１０とが上下方向でほぼ第１弾性体５の高さ分重なるように設定されており、上下にコンパクトな状態で弾性ばね機構ｂと弾性ストッパｃとが配置構成されている。

当接部材１１の中心壁１１ａの上面には、フッ素樹脂等の低摩擦材から成る円形平板状の滑り部材１６が接着等の手段によって一体化されており、この滑り部材１６と板状摺動部材６とによって滑り機構ｅが構成されている。つまり、滑り機構ｅは、当接部材１１の上面と上支持部１における上下方向で上壁部４ａに対向する部分である底壁部１ｅの下面との何れか一方に低摩擦材から成る滑り部材１６を、かつ、何れか他方に滑り部材側の面が平らな板状摺動部材６をそれぞれ配備して構成されている。

次に、横ストッパ機構ｄについて説明する。載置内周壁２ｃを、第１弾性体５に載置されるフランジ部２ｂに対して下方に落し込み、かつ、下支持部４における第１弾性体５が載置される外周フランジ部４ｃを、台車側に載置される内径側部４ｂに対して上方に引き上げることにより、第１弾性体５が規定以上に水平方向（横方向）に、即ちせん断弾性変形する場合には、下支持部１の上部１Ａと中間支持部２の下部２Ｕとが当接してそれ以上のせん断弾性変形が阻止される横ストッパ機構ｄが構成されている。詳しくは、図１に仮想線で示すように、横ストッパ機構ｄは、テーパ周壁２ｄ又は載置内周壁２ｃと傾斜周部４ｄとの当接で機能する状態に構成されている。

即ち、空気ばねａが正常である通常時では、図１に示すように、荷重方向で直列的に連結されている空気ばねａと弾性ばね機構ｂとで懸架されるが、パンク等によってダイヤフラム３から空気が抜けるエアレス状態になると、図示は省略するが、滑り部材１６に板状摺動部材６が当接するまで上支持部１が下降し、それによって弾性ストッパｃと弾性ばね機構ｂとが直列的に連結されて懸架する状態に切換る。例えばボルスタレス台車を有する鉄道車両が曲線走行するとダイヤフラム３が捩れるが、エアレス状態では滑り部材１６と板状摺動部材６とが相対横滑り移動する滑り機構ｅが機能して吸収する。

その場合、満員等で大荷重状態であるとか、高速又は小曲率カーブであるなどによって大なる横荷重が作用すると、積層ゴム構造の第１弾性体５が（弾性ばね機構ｂが）大きくせん断弾性変形するおそれがある。その大なるせん断弾性変形が生じると、横ストッパ機構ｄが機能して、テーパ周壁２ｄ又は載置内周壁２ｃと傾斜周部４ｄとが当接してそれ以上の変形が阻止される。つまり、横ストッパ機構ｄにより、エアレス状態における鉄道車両の大きな横揺れが未然に防止されるようになる。従って、パンク等によってエアレス状態になってしまっても、弾性ばね機構ｂと弾性ストッパｃとによってソフトながら踏ん張りの効く良好なクッション性能を発揮しながら大きな横揺れも防止され、その日ぐらいは何とか営業運転が可能となっている。

また、横ストッパ機構ｄの構成要素である下支持部材４は略深皿形状とされていて、単なる平板状のものに比べて強度や剛性が格段に向上する。また、略御椀形状に形成されている中間支持部２もその形状によって強度や剛性に富むものとなっている。故に、厚みを減らしてのコストダウンや軽量化、或いは耐久性向上等の利点を得ることも可能となっており、より経済的で合理的となるように改善された鉄道車両用懸架装置Ａの実現に成功している。

ところで、図３に示すように、受止リング１２の内周面に環状ゴム１７を加硫接着等によって一体的に装備して衝撃緩和機構ｆであって、エアレス状態において当接部材１１と受止リング１２との相対横ズレ移動した場合の、金属材どうしである当接部材１１と受止リング１２との当接を回避し、ショック吸収効果や騒音防止効果が得られる構成とすれば好都合である。つまり、第２弾性体１０を予圧縮するための当接部材１１と、この当接部材１１の第２弾性体１０の予圧縮の反力による軸心Ｐ方向への移動を阻止する阻止部材（受止リング）１２との何れか一方、又は双方にゴム等の弾性材を介装させて衝撃緩和機構ｆが構成されている。

〔別実施例〕
図示は省略するが、横ストッパ機構ｄにおけるテーパ周壁２ｄ又は載置内周壁２ｃと傾斜周部４ｄとの何れか一方又は双方に、当接時のショックを緩和する弾性材を設ける構成を追加すれば好都合である。弾性材の一例としては、加硫接着されるゴムが挙げられる。これにより、横ストッパ機構ｄが作動するときの金属材どうしの当接によるショックや音が軽減又は抑制できる利点が得られる。

実施例１による鉄道車両用懸架装置を示す断面図 上下反転された状態の中間支持部材を示す斜視図 受止リング部分の別構造を示す要部の断面図

１ 上支持部
２ 中間支持部
２ｂ 第２外周部分、第２円環外周壁
２ｃ 第２中心部分、第２中心円壁
２ｄ 第２側周壁
３ ダイヤフラム
４ 下支持部
４ｂ 第１中心部分、第１中心円壁
４ｃ 第１外周部分、第１円環外周壁
４ｄ 第１側周壁
５ 第１弾性体
８ 硬質板
９ ゴム層
１０ 第２弾性体
１３ 硬質板
１４ ゴム層
ａ 空気ばね
ｂ 弾性ばね機構
ｃ 弾性ストッパ
ｄ 横ストッパ機構

Claims (5)

1. 台車側の下支持部と、その上方に配置される中間支持部とに亘って上下方向視で環状を為す第１弾性体を介装して成る弾性ばね機構と、
   前記中間支持部と、その上方に配置される車体側の上支持部とに亘って弾性材製のダイヤフラムを設けて成る空気ばねと、
   上下方向視で前記第１弾性体の内側に位置する状態で前記中間支持部に載置されて、所定以上に下降してくる前記上支持部を受止め可能な第２弾性体を設けて成る弾性ストッパとを備え、
   前記中間支持部における前記第２弾性体が載置される第２中心部分を、前記第１弾性体に載置される第２外周部分に対して下方に落し込み、かつ、前記下支持部における前記第１弾性体が載置される第１外周部分を、台車側に載置される第１中心部分に対して上方に引き上げ形成して、前記第１弾性体が規定以上に水平方向に弾性変形することを前記下支持部の上部と前記中間支持部の下部との当接により阻止する横ストッパ機構が構成されている鉄道車両用懸架装置。
2. 前記中間支持部が、前記第２外周部分を為す第２円環外周壁と、前記第２中心部分を為す第２中心円壁と、これら第２円環外周壁と第２中心円壁とを繋ぐように配される上拡がり円筒状の第２側周壁と、を有する略御椀形状に形成され、
   前記下支持部が、前記第１外周部分を為す第１円環外周壁と、前記第１中心部分を為す第１中心円壁と、これら第１円環外周壁と第１中心円壁とを繋ぐように配される上拡がり円筒状の第１側周壁と、を有する略深皿形状に形成され、
   前記横ストッパ機構が、前記第２側周壁の下端部又は前記第２中心円壁と前記第１側周壁との当接で機能する状態に構成されている請求項１に記載の鉄道車両用懸架装置。
3. 前記下支持部の上部と前記中間支持部の下部との何れか一方又は双方に、これら両者の当接ショックを緩和可能な弾性材が設けられている請求項１又は２に記載の鉄道車両用懸架装置。
4. 前記第１弾性体が、複数のゴム層と一以上の硬質板とが上下に交互に積層されて成る積層ゴムに構成されている請求項１〜３の何れか一項に記載の鉄道車両用懸架装置。
5. 前記第２弾性体が、複数のゴム層と一以上の硬質板とが上下に交互に積層されて成る積層ゴムに構成されている請求項１〜４の何れか一項に記載の鉄道車両用懸架装置。

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