JP2016125539A - 空気ばね - Google Patents

Abstract

【課題】緊急用の内部ストッパを予圧縮させた状態に維持させることに関する構成の見直しを行い、係止手段の配置する構成のコンパクト化、或いは係止手段の組付けの簡略化が図れるように改善される空気ばねを提供する。【解決手段】車体側の上支持部１と、台車側の下支持部２と、ゴム製のダイヤフラム３とを備えて成る空気ばねにおいて、下支持部２にゴム製内部ストッパｃを設け、ダイヤフラム３のデフレート時には上支持部１と内部ストッパｃとが当接する構成とされ、内部ストッパｃの上側に押え具１８を配置し、下支持部２と押え具１８との上下間隔を、内部ストッパｃの弾性に抗して内部ストッパｃの上下幅よりも短い値に維持する係止手段２２を設ける。係止手段２２は、上下方向視における内部ストッパｃの外郭線ｙの内側に収まるように配備される。【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両などにおいて車両を台車に懸架する手段として好適に用いられる空気ばねに係り、詳しくは、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、上支持部と下支持部とに亘って設けられる弾性材製のダイヤフラムとを備えて成る空気ばねに関するものである。

懸架装置として空気ばねを用いた場合、ダイヤフラムのデフレート時の対応策を盛り込んでおく必要がある。例えば、鉄道車両用の空気ばねにおいては、何らかの原因によってダイヤフラムがデフレートした場合でも、その日ぐらいは何とか走り続けることや修理のために車庫までは走行できることが可能となるように、緊急用の内部ストッパが装備されている。この内部ストッパは、クッション性能も確保すべく、ゴム等による弾性材製のものとされているのが一般的である。

従来の空気ばねにおいては、特許文献１において開示されるように、上支持部の下面側に弾性材製の内部ストッパ（内部ストッパゴム：１０）を配置し、ダイヤフラム(ベローズ：３）のデフレート時にはその内部ストッパと下支持部（下面板：２）とが当接して支えるように構成されている。なお、内部ストッパの動作荷重を大きく取るため、内部ストッパの下側に配備される可動プレート（９）を複数のボルトで締め上げ固定する構造により、上下方向にある程度圧縮された予圧縮状態に維持する構成とされている。

また、特許文献２においては、弾性材製の内部ストッパ（弾性部：ａ）を下支持部に載置し、ダイヤフラム（３）のデフレート時には上支持部（１）と内部ストッパとが当接する構成とされている。この特許文献２においても、内部ストッパの上側に配置される押え蓋（５）を、内部ストッパの弾性に抗して下方に強制移動させて、押え蓋（５）と下部台受（４）との上下間隔を内部ストッパの上下幅よりも狭めた状態に維持する手段、即ち、内部ストッパを予圧縮状態に維持する係止手段が採られている。
その係止手段は、押え蓋（５）と下部台受（４）とに架け渡されるボルト（１３）及びナットを、押え蓋（５）の外周側に複数配置することで構成されていた。

特開２００９−２２２１９７号公報 特開２０１１−０２０５８５号公報

前述したいずれの従来の空気ばねでも、内部ストッパをある程度圧縮させた予圧縮状態に維持する係止手段は、大径の板部材を、その外周部を複数箇所ボルト止めすることによって内部ストッパを押え付けた状態に維持させる構成のものとされている。
この構成の係止手段では、ボルトの締め付けによって、内部ストッパの予圧縮を行うことと、その予圧縮状態に維持させての取付とが一挙に行える利点はあるが、複数のボルトは、点対称で対向するものどうしを対として組付けることを繰り返すなど、規則正しい順番で制御しながら締付け作業する必要があり、面倒な作業であった。また、部品点数も増加する傾向にある。

そして、内部ストッパより大径となる箇所にボルトを配置する構成上、係止手段に要するスペースが大きくなる傾向にあり、周辺の配置構造に少なからず影響が出る不利もあった。
また、大径となる板部材は強度の点からは厚みを厚くしたいが、それは軽量化の妨げとなることからあまり厚くもできず、従って、ボルト締め付けに伴って反り返りが出る強度不安の面もあった。

本発明の目的は、上記実状に鑑みて、緊急用の内部ストッパを予圧縮させた状態に維持させることに関する構成の見直しを行い、係止手段の配置する構成のコンパクト化、或いは係止手段の組付けの簡略化が図れるように改善される空気ばねを提供する点にある。

請求項１に係る発明は、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、前記上支持部１と前記下支持部２とに亘って設けられる弾性材製のダイヤフラム３とを備えて成る空気ばねにおいて、
前記上支持部１と前記下支持部２とのいずれか一方の支持部２に弾性材製の内部ストッパｃを設け、前記上支持部１と前記下支持部２とが上下方向に所定量相対接近移動するに伴って、前記上支持部１と前記下支持部２とのいずれか他方の支持部１と前記内部ストッパｃとが当接する構成とされ、
前記内部ストッパｃにおける前記一方の支持部２の存在側と反対側に押え具１８を配置し、前記一方の支持部２と前記押え具１８との上下間隔Ｈを、前記内部ストッパｃの弾性に抗して前記内部ストッパｃの上下幅ｈよりも短い値に維持する係止手段２２を設けるとともに、前記係止手段２２は、上下方向視における前記内部ストッパｃの外郭線ｙの内側に収まるように配備されていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の空気ばねにおいて、
前記内部ストッパｃの上下幅ｈを、前記一方の支持部２と前記押え具１８との上下間隔Ｈに圧縮させる予圧縮機構ｄが装備されるとともに、前記予圧縮機構ｄは、上下方向視における前記外郭線ｙの内側に収まるように配備されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の空気ばねにおいて、
前記係止手段２２は、前記一方の支持部２と前記押え具１８とに跨って設けられるボルト１７とナット１９とにより構成されていることを特徴とする。

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空気ばねにおいて、
前記係止手段２２は、上下方向視において前記内部ストッパｃの中心部に一つ配備されていることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項３に記載の空気ばねにおいて、
前記押え具１８と前記内部ストッパｃとの相対的な回動移動を阻止する回止め機構ｅが装備されていることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１〜５の何れか一項に記載の空気ばねにおいて、
前記押え具１８に、前記内部ストッパｃの上端部に外嵌してインロー部２０を形成する外周部１８ａが設けられていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、内部ストッパを予圧縮状態に維持可能な係止手段が、上下方向視で内部ストッパの外郭線の内側に収められるから、径外側に複数のボルト・ナットによる係止手段を設ける従来手段に比べて、内部ストッパの平面視形状の大きさ（径）を無理なく大きくでき、内部ストッパのバネ定数を高くしたり低くしたりの設計自由度を無理なく増大させることが可能になる。
その結果、緊急用の内部ストッパを予圧縮させた状態に維持させることに関する構成を見直す工夫により、係止手段の配置する構成のコンパクト化が図れるとともに、配置スペースを変えることなく内部ストッパを大型化できるとか、内部ストッパのバネ定数の設定範囲の増大が可能となるなど、改善された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、内部ストッパを予備圧縮させる予備圧縮機構も装備されるので、空気ばね以外の専用の圧縮手段を用意する必要が無くなって便利で作業性に優れている。そして、その予備圧縮機構も上下方向視で内部ストッパの外郭線の内側に収められるから、請求項１の構成による前記作用効果が維持できる点も好ましい。

請求項３の発明によれば、係止手段が、ボルトとナットとにより構成されているから、ナットを回しての締付け操作により、内部ストッパの弾性に抗して一方の支持部と押え具との上下間隔を狭めること、即ち、内部ストッパを圧縮させる予圧縮機構も兼ねることが可能となる。その結果、ボルト・ナットによる廉価手段の設定工夫により、予圧縮機構も兼用できてより合理的な係止手段が備わる空気ばねを提供することができる。

請求項４の発明によれば、係止手段は内部ストッパの中心部に一つ装備されているので、その１箇所の作業のみによって簡単で便利に係止手段を動作させることができる。加えて、係止手段は内部ストッパの中心に作用するものであるから、係止手段が最小数の一つでありながら、内部ストッパの圧縮量が部分的に異なることが少なく、均等な圧縮状態に維持できる優れものである。

請求項５の発明によれば、係止手段を構成するボルトとナットにより、ナットを締付け方向に回動すると、そのトルクにより押え具と内部ストッパとがスリップし、締付け不可になるおそれがある。しかしながら、回止め機構の装備により、押え具と内部ストッパとの相対回動移動は阻止され、確実なナット掛けが可能となる利点がある。

請求項６の発明によれば、インロー部を設けて押え具と内部ストッパ上端部とが外嵌する構成としてあるので、ダイヤフラムのデフレート時に上支持部と内部ストッパとが当接した状態で横方向に力が生じた場合には、上支持部と押え具とが擦れることとなり、押え具と内部ストッパとが擦れてしまう不都合が防止される利点がある。

空気ばねの構造を示す断面図 図１の空気ばねにおける内部ストッパ部分を示す一部切欠きの斜視図 内部ストッパ部分の配置構造を示す要部の平面図 内部ストッパ要部の断面図を示し、（ａ）は自由状態、（ｂ）は圧縮後の状態 （ａ）別構造の内部ストッパを示す空気ばね要部の断面図、（ｂ）別構造の係止手段を示す要部の断面図 別構造の係止手段を示す要部の断面図

以下に、本発明による空気ばねの実施の形態を、鉄道車両に好適なものとして図面を参照しながら説明する。

図１に鉄道車両用の空気ばねＡが示されている。この空気ばねＡは、上から下に空気ばね部ａ、内部ストッパｃ、外部ストッパ（弾性ばね機構）ｂをこの順で配備して構成されている。空気ばね部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１と、その下方に配置されるベース部（下支持部の一例）２と、これら両者１，２に亘って設けられるＣＲやＮＲ等のゴム（弾性材の一例）製のダイヤフラム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で上下２枚の第１及び第２支持座１ａ，１ｂ、これの下面に固着される鋼板製で有底無蓋状の筒部１ｃ、これら三者１ａ，１ｂ，１ｃに亘って固定される上下の軸心Ｐを有する支軸１ｄ、筒部１ｃの径外側において第１及び第２支持座１ａ，１ｂの下面側に一体化されるリング状でゴム製の上受座１ｅ等を有して構成されている。支軸１ｄには、上下に貫く中心孔１ｆが形成されている。
上受座１ｅは、筒部１ｃの外周面には薄膜状で第１，２支持座１ａ，１ｂ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。筒部１ｃの下面には、ステンレス材製で円形の板状摺動部材４が接着等によって一体化されている。

ベース部２は、図１，２に示されるように、リング状で径外側のフランジ板２Ａと、段付円板状で径内側の中心円板２Ｂとから成る。フランジ板２Ａの内周部の上に中心円板２Ｂ外周部を乗せてのボルト・ナット３３により、フランジ板２Ａと中心円板２Ｂとを螺着一体化してベース部２が構成されている。
中心円板２Ｂは、内部ストッパｃを載せ付ける底板部１０と、底板部１０よりも一段高い位置でフランジ板２Ａの内周部に内嵌状態で載せ付けられる外周部１１と、外周部１１の最外周から立上る外周壁部１２とを備える略深皿状の部品である。
底板部１０と外周部１１とをつなぐ側壁部１３には、弾性体５の内部空間とダイヤフラム３の内部空間とを連通させる通孔１４が１箇所又は複数箇所に形成されている。

ダイヤフラム３は、第２支持座１ｂと筒部１ｃ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１ｅで受け止められる円板上部３ｂ、最も横方向に張り出す本体部３ｃ、及び、ベース部２に嵌合される下ビード部３ｄを有して形成されている。このようにダイヤフラム３は、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とベース部２との双方に、ボルト等の締結構造無しに嵌合装着される構造、いわゆる「セルフシール型ダイヤフラム」を持つ空気ばね部ａに構成されている。

下ビード部３ｄは、フランジ板２Ａの外周部に載せ付け支持されるアタッチメントリング２３と、フランジ状の外周壁部１２とで形成される周溝状の箇所に嵌合装備される。アタッチメントリング２３は、図１に示すように、下側のプレス鋼板製でリング状の支持円板２４と、その上側に加硫接着等によって一体化される環状ゴム２５とで形成されている。支持円板２４の内周部は、中心円板２Ｂの外周壁部１２の下側に潜り込むように入る部分に形成されている。

外部ストッパｂは、台車側の下受台部６と、その上方に配置されるベース部２とに亘って上下方向視で環状を為す弾性体５を介装して構成されている。下受台部６は、軸心Ｐを有する中心筒軸部６ａと、台車に載せ付けられる部分である円板部６ｂ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。
弾性体５は、金属製で三枚の硬質板８と上下四層のゴム層７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、円板部６ｂとフランジ板２Ａとの上下間に介装されている。各硬質板８、円板部６ｂ、及びフランジ板２Ａと各ゴム層７とは加硫接着により一体化されている。

内部ストッパｃは、図１，２に示されるように、鋼板などでなる上下の取付板１５，１６と、これらの上下間に介装される筒状ゴム９とを有して構成され、中心円板２Ｂに載置されている。そして、この内部ストッパｃをある程度上下間に圧縮した状態として中心円板２Ｂに載せ付け支持させる予圧縮機構ｄが設けられている。
互いに同一でなくても良い上下の取付板１５，１６の外径は筒状ゴム９の外径より僅かに大きく、上下の取付板１５，１６の内径より筒状ゴム９の内径は僅かに大きい。

内部ストッパｃは、パンクや長期保管など、ダイヤフラム３の空気を抜いたデフレート時に、ダイヤフラム３に代わる弾性機能を発揮させる臨時のものであり、ダイヤフラム３が正規にバネ作用する通常時は使用されない。
デフレート時には、上支持部１が下がって来て、板状摺動部材４と滑りシート２１とが当接して内部ストッパｃに荷重が作用する状態となる。その状態では、内部ストッパｃと弾性ばね機構ｂとの双方により、懸架作用が発揮される。通常時は、空気ばね部ａと弾性ばね機構ｂとの双方によって懸架作用が発揮される。

予圧縮機構ｄは、板状の押え具１８の中心に取付けられている軸状ボルト１７と、中心円板２Ｂの中心を貫いて下方突出する軸状ボルト１７に螺着可能なナット１９とでなる係止手段２２を有して構成されている。この係止手段２２は、上下方向視において内部ストッパｃの中心部に一つ配備されている。押え具１８の上には、フッ素樹脂などの底摩擦材料でなる滑りシート２１が接着などによって装備されている。つまり、図１に示す空気ばねＡにおいては、「係止手段２２＝予圧縮機構ｄ」に構成されている。

押え具１８は、上取付板１５に外嵌してインロー部２０を形成する外周部１８ａを有するとともに、軸状ボルト１７を嵌合しての溶接により一体化させてある。軸状ボルト１７の上端部には、吊下げフックを螺装するための内ねじ部１７ａが形成されている。
つまり、内部ストッパｃ及び中心円板２Ｂを上から下に貫いた状態の軸状ボルト１７にナット１９掛けして締付けることにより、押え具１８と中心円板２Ｂとの上下間にて内部ストッパｃを圧縮できる構成の予圧縮機構ｄである。

つまり、上支持部１とベース部２とのいずれか一方の支持部であるベース部２に弾性材製の内部ストッパｃを設け、上支持部１とベース部２とが上下方向に所定量相対接近移動するに伴って、上支持部１とベース部２とのいずれか他方の支持部である上支持部１と内部ストッパｃとが、板状摺動部材４と滑りシート２１と押え具１８とを介して当接する構成とされている。

そして、図３、図４（ａ），（ｂ）に示すように、ベース部２と押え具１８との上下間隔Ｈを、自由状態における内部ストッパｃの上下幅ｈよりも短い値に設定することで内部ストッパｃを所定量圧縮させる予圧縮機構ｄを設けてある。この予圧縮機構ｄは、内部ストッパｃの弾性に抗してベース部２と押え具１８とが上下方向に離れるのを規制する前記係止手段２２を、上下方向視における内部ストッパｃの外郭線ｙの内側に収まるように配備することで構成されている。

ベース部２と押え具１８との上下間隔Ｈを内部ストッパｃの上下幅ｈより短い値に維持させる係止手段２２を、内部ストッパｃの外郭線ｙの内側に配置してあるから、筒状ゴム９を（内部ストッパｃを）側壁部１３の内径に近い径として、従来よりも無理なく面積を大きくでき、内部ストッパｃのバネ定数の設定範囲をより広くすることが可能である。
また、中心の一つのナット１９の回し操作のみの簡単で工数の少ない作業により、内部ストッパｃを予圧縮状態に維持できる係止手段２２を機能させることができて便利であるばかりでなく、内部ストッパｃを予圧縮させる予圧縮機構ｄも同時に機能させることができる、という非常に合理的な手段が実現できている。

ダイヤフラムのデフレート時には、下がってくる上支持部１と内部ストッパｃとは、板状摺動部材４と滑りシート２１とが当接するとともに相対横滑りにも対処でき、インロー部２０の存在により、押え具１８と上取付板１５とは相対横ズレしない。つまり、相対移動しては好ましくない箇所は相対横移動しないように設定されており、相対横ズレすることを前提とした箇所は横ズレする、という所期どおりの動きをして性能や耐久性に優れるものとされている。

また、図４（ａ）に示すように、押え具１８と内部ストッパｃとの相対的な回動移動を阻止する回止め機構ｅが装備されている。一例として、回止め機構ｅは、上取付板１５に上方突出状態に植設されるピン２６と、このピン２６が嵌入可能に押え具１８に形成される孔２７とにより構成される。
予圧縮機構ｄを作動させるために、軸状ボルト１７下部にナット１９を螺着させて締付け方向に回動すると、そのトルクにより押え具１８と上取付板１５とがスリップし、締付け不可になるおそれがある。しかしながら、回止め機構ｅの装備により、押え具１８と上取付板１５（内部ストッパｃ）との相対回動移動は阻止され、確実なナット１９掛けが可能となる利点がある。

〔別実施形態〕
（１）予圧縮機構ｄは（係止手段２２は）、図５（ａ）に示すように、ねじ部を有する先端部１７Ｂより軸部１７Ａが若干大径となる段付き状の軸状ボルト１７を有する構成とすれば好都合である。即ち、軸部１７Ａにおける押え具１８より下の部分の長さである軸部長さｆを、圧縮後の内部ストッパｃの上下幅Ｈに等しく設定する。

このような構成とすれば、リング状の段付面１７ｂが中心円板２Ｂに当接する締切り状態になるまでナット１９を締め付け方向に回し操作するだけで、内部ストッパｃを所定量圧縮し、かつ、その状態に係止維持できる予圧縮機構ｄ並びに係止手段２２を提供することができる。

（２）空気ばねＡは、図５（ｂ）に示すように、積層ゴム構造の内部ストッパｃを有する構造のものでも良い。即ち、内部ストッパｃは、上下の取付板１５，１６間に、２段の筒状ゴム９，９と、鋼板などでなる中間硬質板２８とを交互に介装することで構成されている。その他は、実施形態１による空気ばねＡと同じである。
なお、筒状ゴム９が３層以上（中間硬質板２８は２つ以上）ある積層ゴム構造の内部ストッパｃとしても良い。

（３）予圧縮機構ｄは、前述した２タイプの軸状ボルト１７及びナット１９を２セット以上備える構成のものでも良い。例えば、軸心Ｐの周囲１８０度間隔で２セット設ける構造や、１２０度間隔で３セット設ける構造が可能である。
また、やはり図示は省略するが、例えば、押え具１８の厚み範囲内に収まるボルト頭部（皿ねじなど）を有するボルト及びナットの一セット又は複数セットを、内部ストッパｃの外郭線ｙの内側に収まるように上下貫通状態で配備する構成の係止手段２２や予圧縮機構ｄも可能である。

（４）図６に示すような、前述した軸状ボルト１７の先端部を、ねじ部ではなく、引っ掛けフック２９を１又は２以上備える仕掛け軸部１７Ｃとした係止軸１７を備える係止手段２２としても良い。引っ掛けフック２９は、径外側に突出した張出し位置に揺動復帰及び軸径内に退入移動可能に係止軸１７に装備されている。係止軸１７に支持される先端軸３０で揺動する引っ掛けフック２９は、軸１７の孔への挿入に伴って軸１７の径内に退入移動し、孔を通過したら張出し位置に揺動復帰する。

この場合、内部ストッパｃを所定量で圧縮させる手段は、油圧プレスなどの機械や工具等を用いて行えば良く、圧縮させるに伴い、中心円板２Ｂの下方に出た途端に引っ掛けフック２９が張出し位置に揺動復帰し、内部ストッパｃを所定量圧縮した状態を係止維持する。なお、図６の符号３１は、引っ掛けフック２９の張出し位置を定める止め具であり、符号３２は、引っ掛けフック２９を突出付勢させる弾性手段（コイルばね）である。

（５）図示は省略するが、軸心Ｐの中心に一つの予圧縮機構（ボルト１７、ナット１９など）を設け、その周囲に係止手段２２（図６参照）を一つ又は複数設ける、という構成の内部ストッパｃを備える空気ばねＡも可能である。

１ 上支持部
２ 下支持部
３ ダイヤフラム
１７ ボルト
１８ 押え具
１８ａ 外周部
１９ ナット
２０ インロー部
２２ 係止手段
Ｈ 一方の支持部と押え具との上下間隔
ｃ 内部ストッパ
ｄ 予圧縮機構
ｅ 回止め機構
ｈ 内部ストッパの上下幅
ｙ 内部ストッパの外郭線

Claims (6)

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、前記上支持部と前記下支持部とに亘って設けられる弾性材製のダイヤフラムとを備えて成る空気ばねであって、
   前記上支持部と前記下支持部とのいずれか一方の支持部に弾性材製の内部ストッパを設け、前記上支持部と前記下支持部とが上下方向に所定量相対接近移動するに伴って、前記上支持部と前記下支持部とのいずれか他方の支持部と前記内部ストッパとが当接する構成とされ、
   前記内部ストッパにおける前記一方の支持部の存在側と反対側に押え具を配置し、前記一方の支持部と前記押え具との上下間隔を、前記内部ストッパの弾性に抗して前記内部ストッパの上下幅よりも短い値に維持する係止手段を設けるとともに、前記係止手段は、上下方向視における前記内部ストッパの外郭線の内側に収まるように配備されている空気ばね。
2. 前記内部ストッパの上下幅を、前記一方の支持部と前記押え具との上下間隔に圧縮させる予備圧縮機構が装備されるとともに、前記予備圧縮機構は、上下方向視における前記外郭線の内側に収まるように配備されている請求項１に記載の空気ばね。
3. 前記係止手段は、前記一方の支持部と前記押え具とに跨って設けられるボルトとナットとにより構成されている請求項１又は２に記載の空気ばね。
4. 前記係止手段は、上下方向視において前記内部ストッパの中心部に一つ配備されている請求項１〜３の何れか一項に記載の空気ばね。
5. 前記押え具と前記内部ストッパとの相対的な回動移動を阻止する回止め機構が装備されている請求項３に記載の空気ばね。
6. 前記押え具に、前記内部ストッパの上端部に外嵌してインロー部を形成する外周部が設けられている請求項１〜５の何れか一項に記載の空気ばね。

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