JP2010281437A - 車両用空気ばね - Google Patents

Abstract

【課題】ダイヤフラムがパンク等によるエアレス状態になっているときであっても、ダイヤフラムと台車枠等のダイヤフラム下方の構造物とが接触しての擦れおそれが抑制又は回避できるように改善され、実質的に耐久性が向上する車両用空気ばねを提供する。
【解決手段】車両用空気ばねＡにおいて、車体側の外筒１と、その下方に配置される台車側の内筒２と、これら両者１，２に亘って配備されるゴム製ダイヤフラム３とで成るエアクッション部ａｃを有し、ダイヤフラム３から空気が抜けたエアレス状態であるときのダイヤフラム３と台車枠１３との接触を防止すべくそれら両者３，１３の間に介装されるエアバッグ１６を設ける。エアバッグ１６の上面が、ダイヤフラム３の動きに追従動可能な状態でダイヤフラム３と接触する可動接触部１６ａとして機能し、ダイヤフラム３の擦れを発生させない。
【選択図】図２

Description

本発明は、鉄道車両等に適用される車両用空気ばねに係り、詳しくは、パンクや減圧等によってダイヤフラムがエアレス状態にあるときに、ダイヤフラムがその下部構造物と接触して摩耗する不都合を解消させる技術に関するものである。

この種の車両用空気ばねは、特許文献１（図１や図４を参照）において開示されるように、車体側の上支持部（１）と、その下方に配置される台車側の下支持部（４）と、これら両者に亘って配備される弾性材製のダイヤフラム（３）とで成るエアクッション部を有して構成される鉄道車両用空気ばねがよく知られている。

その鉄道車両用空気ばねは、例えば特許文献２（図１や図３を参照）において開示されるように、レール上を転動する台車と車体との上下間において台車当り左右一つずつ配備される構造のものが知られている。空気ばねは、台車に生じる走行振動やレール繋ぎ目転動振動等を車体に伝え難くすべく減衰させるサスペンション機能を有しており、通常の使用状態ではダイヤフラムに所定圧の空気が充填されている。

上記の使用状態においては、空気ばねには常に所定の空気圧が作用していて膨らんだ状態にあるが、車庫や基地、或いは工場に入る等の鉄道車両が営業外である場合には、寿命向上等の目的でダイヤフラムから空気を抜いたエアレス状態とされることが多く、必要ならばその状態で移動走行されることもある。また、鉄道車両としての営業走行中に何らかの原因（パンク等）によってダイヤフラムがエアレス状態になった場合には、車庫や車両工場に向うまでは最低限、その状態で走行しなくてはならない。

従って、エアレス状態での走行では、空気が無くなって垂れ下がるダイヤフラムが台車枠等の台車側の部材、即ちダイヤフラム下方の構造物に接触して擦れるおそれが生じる。特に、近年のバリアフリー化の要求により、車両の低床化促進のために台車と車体床下との上下間寸法の縮小が求められ、ダイヤフラム下方の上下空間が少なくなってエアレス状態時の前記擦れおそれが無視できない状況になってきている。

特開２００７−１２７１６８号公報 特開２００２−２３４４３７号公報

本発明の目的は、上記術上に鑑みての構造工夫により、ダイヤフラムがパンク等によるエアレス状態になっているときであっても、ダイヤフラムと台車枠等のダイヤフラム下方の構造物とが接触しての擦れおそれが抑制又は回避できるように改善され、実質的に耐久性が向上する車両用空気ばねを提供する点にある。

請求項１に係る発明は、車両用空気ばねにおいて、車体側の上支持部１と、その下方に配置される台車側の下支持部２と、これら両者１，２に亘って配備される弾性材製のダイヤフラム３とで成るエアクッション部ａｃを有するとともに、前記ダイヤフラム３から空気が抜けたエアレス状態であるときの前記ダイヤフラム３とその下方の構造物１３との接触を防止すべくそれら両者３，１３の間に介装される干渉防止手段Ｂを設け、前記干渉防止手段Ｂが、前記ダイヤフラム３の動きに追従動可能な状態で前記ダイヤフラム３と接触する可動接触部１６ａを有して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に記載の車両用空気ばねにおいて、前記干渉防止手段Ｂが、所定圧の空気が充填されるエアバッグ１６を有して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に記載の車両用空気ばねにおいて、前記エアバッグ１６が、前記ダイヤフラム３に対応する大きさを有する単一のドーナツ状のものに形成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に記載の車両用空気ばねにおいて、前記エアバッグ１６が、前記ダイヤフラム３に対してその径内側に寄った箇所に配備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２〜４の何れか一項に記載の車両用空気ばねにおいて、前記ダイヤフラム３のエアレス状態を検出するエアレス検知手段１８と、前記エアバッグ３に空気を充填可能なエアポンプ１７とを備え、前記ダイヤフラム３がエアレス状態になるに従って前記エアバッグ１６に所定圧の空気を充填するように、前記エアレス検知手段１８と前記エアポンプ１７とを連係させる制御手段２０が装備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、干渉防止手段の機能により、エアレス状態によって垂れ下がるダイヤフラムと台車枠等のその下の構造物との接触が防止されるとともに、ダイヤフラムが接触する可動接触部はダイヤフラムの動きに追従動可能であるから、ダイヤフラムと可動接触部とが擦れ合うことも生じない。故に、エアレス状態で移動走行されることがあってもダイヤフラムと前記構造物及び可動接触部との摩擦接触が回避されており、ダイヤフラムが早期に摩耗する不都合が生ぜず、所期通りの耐久性が発揮されるものとなる。その結果、ダイヤフラムがパンク等によるエアレス状態になっているときであっても、ダイヤフラムとその下方の構造物とが接触しての擦れおそれが抑制又は回避できるように改善され、実質的に耐久性が向上する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、所定圧の空気が充填されるエアバッグを用いて干渉防止手段とされているので、ソフトであり、かつ、踏ん張りが利いて腰のある緩衝作用が期待できるものとなり、エアレス状態のダイヤフラムを傷めずに支持するにうってつけのものとなる利点がある。

請求項３の発明によれば、ダイヤフラムに対応する大きさを有する単一のドーナツ状にエアバッグ形成されているので、エアレス状態のダイヤフラムを局部的な変形を招くおそれなく均等に支持できる利点がある。

請求項４の発明によれば、エアレス状態になると使用状態よりも小径側によって垂れ下がるダイヤフラムに適した径を有するエアバッグにより、垂れ下がりダイヤフラムを有効で確実に受止支持できる車両用空気ばねを提供することができる。

請求項５の発明によれば、ダイヤフラムがエアレス状態以外の正常な使用状態時にはエアバッグを膨らまさない手段であるから、エアバッグ自体がパンク等のエアレス状態となる不都合が生じ難く、必要時（エアレス状態時）には確実に接触防止手段として機能し得る効果がある。

鉄道車両用空気ばねの構造を示す一部切欠きの側面図（実施例１） 図１の空気ばねのエアレス状態時を示す要部の断面図 従来の車両用空気ばねのエアレス状態を示す半断面図

以下に、本発明による車両用空気ばねの実施の形態を、鉄道車両に適用された場合について図面を参照しながら説明する。

〔実施例１〕
実施例１による鉄道車両用空気ばねＡは、図１に示すように、外筒（車体側の上支持部の一例）１と、その下方に配置される内筒（台車側の下支持部の一例）２と、これら両者１，２に亘って配備されるゴム等の弾性材製ダイヤフラム（ベローズ）３とで成るエアクッション部ａｃを有するとともに、内筒２と台車側の台座４との上下間にクッション用の積層ゴム部５が介装されて構成されている。また、詳しくは後述するが、空気ばねＡを載置支持する台車枠１３には干渉防止手段Ｂが装備されている。

外筒１は、円形鋼板から成る支持座１ａと、これの下面に固着される有底筒状の補強部１ｂと、支軸１ｃ等から構成されており、補強部１ｂの径外側で、かつ、支持座１ａの径外側及び下面側にはゴム製でリング状の上受座１ｄが装備されている。縦軸心（上下向きの軸心）Ｐを有する支軸１ｃは、補強部１ｂ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おり、客車等の車体（図示省略）に支持される。上受座１ｄは、ダイヤフラム３の上部３ａを広い面積でもって弾性的に受け止める機能を発揮するものに構成されている。また、補強部１ｂの下側には、ステンレス鋼板等の滑り性の良い材料製の上摺動板６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７に、ダイヤフラム３の下部である下ビード部３ｂ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。規制板２ｂの上側には、ステンレス鋼板等の滑り性の良い材料製の下摺動板８が取付けられている。下受座７は、鋼板製の補強部９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。

台座４は、支軸１ｃと互いに同じ縦軸心Ｐを有する筒軸１１と、筒軸１１の上部に嵌合一体化されるフランジ板１２とで形成されており、筒軸１１が台車枠１３に支持される。積層ゴム部５は、台座４のフランジ板１２と内筒２の基板２ａとの上下間に、円筒状の弾性ゴム層１４と金属板１５とを交互に複数ずつ重ねて一体化して成る中空で公知構造のものに構成されている。尚、筒軸１１は、台車枠１３に形成される軸穴（図示省略）に嵌合されることで前記台車枠１３に載置支持されている。また、圧力センサ１８は、ダイヤフラム３内部の空気圧を検出できる構成であれば良く、その配置場所は問わない。

次に、干渉防止手段Ｂについて説明する。干渉防止手段Ｂは、図１，図２に示すように、ダイヤフラム３から空気が抜けたエアレス状態であるときのダイヤフラム３と台車枠（「その下方の構造物」の一例）１３との接触を防止すべくそれら両者３，１３の上下間に介装されている。即ち、干渉防止手段Ｂは、台車枠１３に載置支持される軸心Ｐを中心とするドーナツ形のエアバッグ（風船）１６と、エアバッグ１６にエア供給可能なエアポンプ１７と、ダイヤフラム３の内圧が所定値以下になったことを検出する圧力センサ（エアレス検知手段の一例）１８と、エアポンプ１７や圧力センサ１８に接続されて制御を司る制御装置１９とを設けて構成されている。

制御装置１９には、ダイヤフラム３がエアレス状態になるに従ってエアバッグ１６に所定圧の空気を充填するように、圧力センサ１８とエアポンプ１７とを連係させる防接制御手段が２０が含まれている。つまり、何らかの原因でダイヤフラム３内のエアが抜けてしまうことが生じると、そのことの圧力センサ１８の検出情報によってエアポンプ１７が駆動され、エアバッグ１６にエア供給して膨張させて作用状態に切換えるように防接制御手段２０が機能するのである。

尚、ダイヤフラム３内の空気圧が正常な範囲内に復帰すれば、そのことの圧力センサ１８の圧力検知により、エアポンプ１７の逆駆動又は開閉弁（図示省略）の開き操作させてエアバッグ１６から空気を抜いて元の扁平な非作用状態（図１の状態）に自動復帰する復帰制御手段（図示省略）が制御装置１９に装備される干渉防止手段Ｂとしておけば好都合である。

さて、図１に示すように、ダイヤフラム３内に所定の空気圧が維持されている使用状態では、圧力センサ１８は検知作動せず、エアポンプ１７は停止している。従って、エアバッグ１６への空気供給はされず、エアバッグ１６は萎んだ非作用状態のままに維持されている。この使用状態（干渉防止手段Ｂの非作用状態）においてはダイヤフラム３と台車枠１３との上下間には十分なスペースがあり、ダイヤフラムの接触問題は生じない。

そして、非営業時や点検等によるエア抜き、或いはパンク等によってダイヤフラム３内の空気が抜けてしまうエアレス状態になると圧力センサ１８が検知作動し、その検知情報によって防接制御手段２０が作動してエアポンプ１７を駆動し、エアバッグ１６にエア供給して膨張させる干渉防止手段Ｂの作用状態になる。その結果、図２に示すように、エアレス状態となって垂れ下がるダイヤフラム３は膨張して作用状態にある円環ドーナツ状のエアバッグ１６に載せ付けられるようになり、台車枠１３との接触が阻止されるようになる。

ゴム等の弾性材料で形成されているエアバッグ１６は、その作用状態において載せ付けられるエアレス状態のダイヤフラム３が、営業路線から車両基地への戻り走行や車両工場内での移動走行等によって揺れ動くことがあっても、内部が所定圧の空気で満たされているエアバッグ１６自体の揺れ動きによってそのダイヤフラム３の動きに追従できるから、ダイヤフラムとエアバッグとが擦れることが先ず生じないようになっている。つまり、エアバッグ１６の外皮部分１６ａは、ダイヤフラム３の動きに追従動可能な状態でダイヤフラム３と接触する可動接触部として機能するのである。

また、図１に示すように、エアバッグ１６の径Ｒは、ダイヤフラム３の径Ｄに対してその径内側に寄った箇所に配備されている。より詳しくは、使用状態のダイヤフラム３の実質径Ｄ（ダイヤフラム膨張部３Ｂの略中心径）よりも非作用状態のエアバッグ１６の算術的中心径Ｒがやや小さい値に設定されている。これは、エアレス状態になった場合にはダイヤフラム膨張部３Ｂが下方内方（矢印イ方向）に寄るように垂れ下がることに対処させるものであり、実質径Ｄと同径のエアバッグ（図示省略）を配備する場合に比べて、垂れ下がりダイヤフラム３をより有効で確実に受止支持できる構成とされている。

従来では、図３に示すように、車両用空気ばねＡのエアクッション部ａｃがエアレス状態になると、垂れ下がったダイヤフラム３が台車枠１３の上面に接触することがあり、その状態で移動走行されたりして台車枠１３と擦れ合うことにより、ダイヤフラム３が明確に摩耗する不都合があった。つまり従来では、垂れ下がったダイヤフラム３と台車枠１３とが上下寸法ｄで重なるに相当する分接触するものであった。

しかしながら、本発明（実施例１）による車両用空気ばねＡにおいては、図２に示すように、エアレス状態において垂れ下がったダイヤフラム３が膨張したエアバッグ１６の上に載っていて台車枠１３には接触しないようになっている。故に、そのエアレス状態で移動走行されることがあっても、ダイヤフラム３が台車枠１３等の下部構造物と接触することが回避されており、かつ、ダイヤフラムを載置支持するエアバッグ１６との間の摩擦も生じない干渉防止手段Ｂとされていてダイヤフラム３が早期に摩耗する不都合が生ぜず、従って、所期通りの耐久性が発揮される効果がある。

前述したバリアフリー化に伴う低床化のための台車自体の高さ軽減もさることながら、台車と車体床との上下間寸法の低減も要求されることから、例えば、積層ゴム部５のゴム層の積層段数が４段から３段に減らす等、空気ばねの台車に対する設定高さ位置も限界近くまで低く設定されてきている。そのため、エアレス状態における台車枠等のダイヤフラムの下の構造物（側バリ部）とダイヤフラムとの接触が従来に比べて起き易くなっており、ダイヤフラムの摩耗問題が無視できなくなってきたのであるが、本発明による干渉防止手段Ｂ付の車両用空気ばねＡにおいては、前記摩擦の問題が生じないようになっており、非常に有効な対策が施されていると言える。

しかも、そのための接触防止手段Ｂは、圧力センサ１８とエアポンプ１７と防接制御手段２０（制御装置１９）とを設けて構成されており、設置のための改造は必要になるが、そのための新たな設置スペースを設ける必要はないという利点がある。また、不必要時（ダイヤフラム３の使用状態時）にはエアバッグ１６の膨張を解除させる手段であるから、エアバッグ１６がパンク等のエアレス状態となる不都合が生じ難く、必要時には確実に接触防止手段Ｂを機能させられるという利点もある。

〔別実施例〕
図示は省略するが、常時膨張されている風船状のエアバッグ１６を台車枠１３に単に載置させておく構成による接触防止手段Ｂでも良く、この場合には、構造簡単で廉価であるとともに、現行機種に簡単に後付け装着できる利点もある。

また、これも図示は省略するが、コイルバネを介して台車枠１３に載置されるゴム等の弾性材製の接触片を設けておき、コイルバネの上下並びに前後左右への弾性変形により、エアレス時に垂れ下がるダイヤフラム３を摩擦無く支える構成の接触防止手段Ｂも可能である。この場合は、コイルバネが可動接触部１６ａとして機能する。

１ 上支持部
２ 下支持部
３ ダイヤフラム
１３ ダイヤフラム下方の構造物
１６ エアバッグ
１６ａ 可動接触部
１７ エアポンプ
１８ エアレス検知手段
２０ 制御手段
Ｂ 干渉防止手段
ａｃ エアクッション部

Claims (5)

1. 車体側の上支持部と、その下方に配置される台車側の下支持部と、これら両者に亘って配備される弾性材製のダイヤフラムとで成るエアクッション部を有するとともに、前記ダイヤフラムから空気が抜けたエアレス状態であるときの前記ダイヤフラムとその下方の構造物との接触を防止すべくそれら両者の間に介装される干渉防止手段を設け、前記干渉防止手段が、前記ダイヤフラムの動きに追従動可能な状態で前記ダイヤフラムと接触する可動接触部を有して構成されている車両用空気ばね。
2. 前記干渉防止手段が、所定圧の空気が充填されるエアバッグを有して構成されている請求項１に記載の車両用空気ばね。
3. 前記エアバッグが、前記ダイヤフラムに対応する大きさを有する単一のドーナツ状のものに形成されている請求項２に記載の車両用空気ばね。
4. 前記エアバッグが、前記ダイヤフラムに対してその径内側に寄った箇所に配備されている請求項２又は３に記載の車両用空気ばね。
5. 前記ダイヤフラムのエアレス状態を検出するエアレス検知手段と、前記エアバッグに空気を充填可能なエアポンプとを備え、前記ダイヤフラムがエアレス状態になるに従って前記エアバッグに所定圧の空気を充填するように、前記エアレス検知手段と前記エアポンプとを連係させる制御手段が装備されている請求項２〜４の何れか一項に記載の車両用空気ばね。

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