JP2018105453A - 空気ばね - Google Patents

Abstract

【課題】容易に２つのユニットに分離可能であるとともに、容易に組み立て可能な空気ばねを提供することを目的とする。
【解決手段】上面板２と、下面板３と、上面板２及び下面板３の間に介装される筒状の可撓部材４と、下面板３に取り付けられる弾性機構５とを備え、弾性機構５は、下面板３を受ける受け部１３を有しており、受け部１３と下面板３とがインロー嵌合してなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両等の車両に用いられる空気ばねに関するものである。

従来、鉄道車両等に用いられる空気ばねとしては、特許文献１の図５に示すように、車両の車体に取り付けられる上面板と、その下方に配置される下面板と、上面板及び下面板の間に介装される補強コードで補強されたゴム製可撓部材（ダイヤフラムやベローズ等）と、台車側の支持フレームと下面板との間に介装される弾性機構を備えたものが知られている。この弾性機構は、一般的にストッパーを呼ばれており、ゴム層と鋼板とを交互に積層したものが多用される。

上記構成の空気ばねは、弾性機構を台車側の支持フレームに取り付け、車体底面に設けられた吸排気口の凹部と上面板の中空軸（ボス）とが嵌合するように位置合わせしつつ、上面板の上に車体を載置することで車両に搭載される。これにより、車体と空気ばねの間の空気の吸排気が可能となる。車両メンテナンス時には、車体を台車から持ち上げることによって、車体と空気ばねの上面板とが分離する。

しかしながら、車体と上面板とを分離した後、車体を元の位置に戻す際に、車体底面に設けられた吸排気口の凹部と上面板のボスとが嵌合するように位置合わせしつつ、上面板の上に車体を載置する作業が必要となり、労力と時間がかかるという問題があった。

上記問題を解決するため、空気ばねとして、上面板を車体の底面にねじ止めするタイプのものや、車体の底面の一部を上面板として利用し、可撓部材を装着リングによって車体の底面に直接ねじ止めするタイプのものが使用されており、これにより、車両メンテナンス時においても車体の吸排気口と上面板のボスとの接続を維持するようにしている。

特開平１０−２８８２３６号公報

しかしながら、上面板を車体の底面にねじ止めするタイプや、車体の底面の一部を上面板として利用し、可撓部材を装着リングによって車体の底面に直接ねじ止めするタイプの空気ばねにおいては、車両メンテナンス時に、車体を台車から持ち上げる際には、車体にねじ止めした上面板を取り外す作業、あるいは、可撓部材を止着している装着リングを取り外す作業が必要となっていた。

そこで、本発明においては、上記問題に鑑み、容易に２つのユニットに分離可能であるとともに、容易に組み立て可能な空気ばねを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様としての空気ばねは、上面板と、下面板と、前記上面板及び下面板の間に介装される筒状の可撓部材と、前記下面板に取り付けられる弾性機構とを備え、前記弾性機構は、前記下面板を受ける受け部を有しており、前記受け部と前記下面板とが容易に着脱可能にインロー嵌合してなることを特徴とする。

上記態様によれば、下面板と弾性機構の受け部とが容易に着脱可能にインロー嵌合しているため、上面板、可撓部材及び下面板からなるユニットと、弾性機構からなるユニットの２つのユニットに容易に分離可能である。さらに、２つのユニットを組み立てる際に、下面板は可撓部材に接続されているため、下面板と弾性機構の両者の中心軸を厳密に合わせなくとも、容易に組立て可能となる。

さらに、上記態様に加えて、下面板と弾性機構との相対的な回転を規制する規制部材を設けることも可能である。ここで、相対的な回転とは、中心軸回りの相対的な回転を意味する。これにより、空気ばね組み立て時や、空気ばね使用による可撓部材のねじれ（中心軸周りのねじれ）を防止することが可能となる。

また、空気ばねの上面板、可撓部材及び下面板とで空気室を画成し、空気室は加圧空気を封入可能な構造とすることも可能である。すなわち、空気室を気密構造とすることで、空気ばね使用時に、空気室にかかる荷重の全てを、下面板を弾性機構に向って押し付ける力に利用することが可能となり、下面板をより強固に弾性機構に係止することができる。

上記態様の空気ばねは鉄道車両に搭載することができる。具体的に、車体と、台車と、前記車体と前記台車との間に設置された、上記態様の空気ばねとを備えた鉄道車両であって、前記空気ばねは、車体側に接続された上面板、可撓部材及び下面板と、台車側に接続された弾性機構とに分離可能とされたことを特徴とする。上記態様の鉄道車両によれば、メンテナンス時に、車体を持ち上げて台車から切り離す作業、及び、持ち上げた車体を台車に戻す作業を容易に行なうことが可能となる。

特に、上面板が車体底面の一部により形成されている場合には、可撓部材の上端部を上面板である車体底面から取り外すのに手間がかかる。したがって、空気ばねを分離可能とすることにより、作業性を大幅に向上させることが可能となる。

上記本発明の一態様に係る空気ばねによれば、下面板と弾性機構とがインロー嵌合しているため、上面板、可撓部材及び下面板からなるユニットと、弾性機構からなるユニットの２つのユニットに容易に分離可能であるとともに、容易に組立て可能となる。

本発明の空気ばねの第１実施形態を示す縦断面図 図１の空気ばねを分離した状態を示す縦端面図 図１の空気ばねを搭載した鉄道車両を示す概略図 本発明の空気ばねの第２実施形態を示す縦断面図 図４の空気ばねを分離した状態を示す縦断面図 本発明の空気ばねの第３実施形態を示す縦断面図 図６の空気ばねを分離した状態を示す縦断面図 第１実施形態の空気ばねの変形例を示す部分拡大断面図

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について図面を基に説明する。図１〜２は、本発明に係る鉄道車両用空気ばねとしての第１実施形態を示す縦断面図である。図１は弾性機構の受け部と下面板とがインロー嵌合した状態を示し、図２は弾性機構の受け部と下面板とが離間した状態を示す。

本実施形態では、車体の底面の一部が上面板として利用される。すなわち、空気ばね１は、車両の車体の底面の一部から構成される上面板２と、その下方に配置される下面板３と、上面板２及び下面板３の間に介装される筒状の可撓部材４と、下面板３と台車の支持フレームとの間に介装される弾性機構５とを備えている。

本実施形態においては、可撓部材４として、マン型のゴム製ベローズを使用している。可撓部材４は、補強コードが埋設された補強ゴム層を中間層とする筒状積層ゴムから構成されており、可撓部材４の上端部及び下端部にはビードコアに補強ゴム層を巻き付けた肉厚のビード部４ａ，４ｂが形成されている。

下面板３は、金属材料によって円盤状に形成される。下面板３には、上面板２に向かって突出する円筒形状のビード受部３ａが形成される。可撓部材４の上端側ビード部４ａは、装着リング６と上面板（車体の底面）２との間に挟み込むようにしてビス止め固定される。下端側ビード部４ｂは、ビード受部３ａに嵌め込んで下面板３に固定される。

これにより、上面板２、可撓部材４及び下面板３とで気密状に空気室７が画成される。上面板２には図示しない空気の吸排気口が形成されており、空気室７は加圧空気を封入可能に形成される。本実施形態では、下面板３は空気室７と弾性機構５との間の空気の流通を遮断する構造とされているが、これに限らず、下面板３に貫通孔を形成して、弾性機構５を通じて空気室への吸排気が可能な構造とすることもできる。

弾性機構５は、弾性層８と、中間筒９とが交互に積層された積層ゴム構造とされ、中心材１１及び外筒１２とともに一体的に加硫成形される。具体的に、中心材１１は上部がテーパ筒状に形成された円筒状に形成され、その外周の全周にわたってゴム材により弾性層８が設けられ、断面ハ字状に形成される。弾性層８の外周側に外形が円錐台形状の金属等の硬質材料からなるテーパ筒状の中間筒９が配される。このように、弾性層８と中間筒９とが交互に配された積層ゴム構造をとり、最外層としてテーパ筒状に形成された外筒１２が配置される。これにより、いわゆるコニカルストッパーが形成される。

外筒１２の外周面の上部には、径方向外向きにフランジ部１２ａが設けられる。このフランジ部１２ａと、フランジ部１２ａよりも上方に位置する外筒上端部とで、下面板を受ける受け部（以下、嵌合凸部という）１３が形成される。一方、下面板の底面に、嵌合凸部１３がインロー嵌合可能な嵌合凹部１４が形成される。ここで、インロー嵌合とは、嵌合凸部１３の外径と嵌合凹部１４の内径とがほぼ等しい嵌合を意味する。

このように、下面板３はインロー嵌合により、弾性機構５に係止される。嵌合凸部１３と嵌合凹部１４の段差面は垂直面としてもよいが、本実施形態ではテーパ面としている。これにより、下面板３と弾性機構５とをスムーズに隙間なく嵌合することが可能となる。また、下面板３の底面に嵌合凸部を形成し、弾性機構側に嵌合凹部を形成することも可能である。

下面板３と弾性機構５とは、インロー嵌合のみによって係止されており、ボルト・ナットのような締結手段等は用いられていない。しかしながら、空気ばね１を鉄道車両に搭載して使用する際には、下面板３には空気ばね１を介して車体の荷重がかかるため、常時、下面板３を下向きに押し付ける力が作用することから、通常の使用状態において下面板３が弾性機構５から外れるおそれはない。

特に、本実施形態では、上面板２、可撓部材４および下面板３とで画成される空気室７は、加圧空気を封入可能に形成される。これにより、空気ばね１の使用時に、空気室７にかかる荷重の全てを、下面板３を弾性機構５に向って押し付ける力に利用することが可能となる。したがって、下面板３を、より強固に弾性機構５に係止することができる。上述のごとく、本実施形態では、下面板３と弾性機構５とは、インロー嵌合のみによって係止されているが、ボルト・ナットのような締結手段を併用することも可能である。

図３は、本実施形態に係る空気ばねを搭載した鉄道車両を示す概略図である。鉄道車両１５は、車体１６と、車輪１７を有する台車１８と、車体１６と台車１８との間に設けられる空気ばね１とを備える。台車１８はボルスタレス台車であり、レール上を転がる左右一対の車輪１７を有する前後一対の車軸１９を回転自在に支持する支持フレーム２１と、支持フレーム２１を車体１６に対して上下軸心Ｐ周りに回動自在に保持するための回転軸２２とを備える。車体１６の底面と支持フレーム２１との間に左右一対の空気ばね１，１が介装される。

上記構成の鉄道車両１５をメンテナンスする場合、可撓部材４が固定された状態のまま車体１６を持ち上げることで、車体１６を回転軸２２から外すとともに、図２に示すように、上面板２、可撓部材４および下面板３からなるユニット２３（以下、空気室ユニットという）と、弾性機構５からなるユニットとに簡単に分離することができる。

これによって車体１６と台車１８とを切り離すことが可能となり、容易にメンテナンス作業をおこなうことができる。また、空気ばね１は、空気室ユニットと、弾性機構からなるユニットに分離しても、空気室ユニット２３の気密性は保たれるため、空気ばね１の組み立て作業を容易におこなうことができる。

具体的に、メンテナンス終了時には、車体１６を回転軸２２に挿入し、まだ、車体１６が台車１８から浮いた状態で下面板３と弾性機構５とをインロー嵌合する。その後、車体１６を完全に台車１８上に降ろすことで空気ばね１の組み立てが完了する。上述のごとく、上面板が車体底面の一部により形成されている場合には、可撓部材４の上端ビード部４ａを固定している装着リング６を取り外すのに手間がかかる。したがって、空気ばねを分離可能とすることにより、作業性を大幅に向上させることが可能となる。

［第２実施形態］
図４〜図５は、空気ばねの第２実施形態を示す縦断面図である。図４は、弾性機構の受け部と下面板とがインロー嵌合した状態を示し、図５は弾性機構の受け部と下面板とが離間した状態を示す。本実施形態と第１実施形態との相違点は、本実施形態では車体の底面の一部を上面板として利用するのではなく、車体の底面とは別体の上面板を用いている点及び弾性機構（ストッパー）の種類が異なる点とされており、その他の構成は第１実施形態と同様とされる。なお、便宜上、第１実施形態で説明した部材と同じ機能を有する部材には、同じ符号を付している。

図４に示すように、本実施形態では、上面板２として円板状のものが使用されている。可撓部材４の上端側ビード部４ａは、装着リング６と上面板２との間に挟み込むようにしてビス止め固定される。そして、下端側ビード部４ｂはビード受部３ａに嵌め込んで下面板３に固定される。

弾性機構５は、金属製で環状の硬質板２４と、ゴム製で環状の弾性材層２５とが垂直方向に交互に積層された積層ゴム構造を有しており、最上層には硬質板である頂板２６が取り付けられる。本実施形態では、頂板２６が、下面板３を受ける受け部１３として機能する。すなわち、頂板２６が嵌合凸部１３とされ、下面板３の底面に、嵌合凸部１３がインロー嵌合可能な嵌合凹部１４が形成される。下面板３と弾性機構５とを、インロー嵌合することで、空気ばね１が組み立てられる。

上面板２の外周面には１８０°方向に２か所ねじ止め部２ａが半径方向外向きに突設されている。上面板２の中央に形成されたボス部２ｂを、車体に形成された凹状の吸排気口（図示せず）に嵌合した状態でねじ止め部２ａをビスで底面にねじ止めすることで上面板２が車体底面に取り付けられる。

空気ばね１を搭載した鉄道車両をメンテナンスする場合には、上面板２が固定された状態のまま車体を持ち上げることで、図５に示すように、空気室ユニット２３と、弾性機構５からなるユニットとに簡単に分離することができる。したがって、上面板２を取り外す手間を省略することができると共に、いったん、上面板２を車体から取り外した場合に、ボス部２ｂと吸排気口周辺の気密性を確保するためのメンテナンスが不要となり、作業性を向上させることが可能となる。

［第３実施形態］
図６〜図７は、空気ばねの第３実施形態を示す縦断面図である。図６は、弾性機構の受け部と下面板とがインロー嵌合した状態を示し、図７は弾性機構の受け部と下面板とが離間した状態を示す。本実施形態と第２実施形態との相違点は、本実施形態では、可撓部材として、ゴム製ダイアフラムが使用されており、それに合わせて、上面板の形状及び下面板の形状が変更された点とされており、その他の構成は第２実施形態と同様とされる。

図６に示すように、本実施形態では、上面板２にゴム部２７が形成されており、可撓部材４であるダイアフラムの水平方向の変位を抑制するようにしている。なお、第２実施形態と同様に、上面板２の外周面には１８０°方向に２か所ねじ止め部２ａが突設されている。また、弾性機構５は、積層ゴム構造とされており、最上層の頂板２６が、下面板２を受ける受け部１３として機能する。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。たとえば、第１〜第３実施形態においては、下面板と弾性機構とは、インロー嵌合のみによって係止されていると説明したが、下面板と弾性機構との相対的な回転を規制する規制部材を設けることも可能である。

具体的に、第１実施形態における空気ばねに規制部材を設けた変形例を図８に示す。図示のごとく、本変形例では、インロー嵌合した下面板３と、弾性機構５とを貫通するテーパ孔２９が設けられ、このテーパ孔２９に規制部材２８として楔型のピンが挿入されている。これにより、空気ばね組み立て時や、空気ばね使用による可撓部材のねじれ（中心軸周りのねじれ）を防止することが可能となる。

第１実施形態〜第３実施形態及び上記変形例に開示されている構成要件は互いに組合せ可能であり、組合せることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１ 空気ばね
２ 上面板
２ａ ねじ止め部
２ｂ ボス部
３ 下面板
３ａ ビード受部
４ 可撓部材
４ａ，４ｂ ビード部
５ 弾性機構
６ 装着リング
７ 空気室
８ 弾性層
９ 中間筒
１１ 中心材
１２ 外筒
１２ａ フランジ部
１３ 受け部（嵌合凸部）
１４ 嵌合凹部
１５ 鉄道車両
１６ 車体
１７ 車輪
１８ 台車
１９ 車軸
２１ 支持フレーム
２２ 回転軸
２３ 空気室ユニット
２４ 硬質板
２５ 弾性材層
２６ 頂板
２７ ゴム部
２８ 規制部材
２９ テーパ孔

Claims (5)

1. 上面板と、下面板と、前記上面板及び下面板の間に介装される筒状の可撓部材と、前記下面板に取り付けられる弾性機構とを備え、前記弾性機構は、前記下面板を受ける受け部を有しており、前記受け部と前記下面板とが着脱可能にインロー嵌合してなることを特徴とする空気ばね。
2. 前記下面板と弾性機構との相対的な回転を規制する規制部材が設けられたことを特徴とする請求項１記載の空気ばね。
3. 前記上面板、可撓部材及び下面板とで空気室が画成され、前記空気室は加圧空気を封入可能に形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の空気ばね。
4. 車体と、台車と、前記車体と前記台車との間に設置された、請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気ばねとを備えた鉄道車両であって、前記空気ばねは、車体側に接続された上面板、可撓部材及び下面板と、台車側に接続された弾性機構とに分離可能とされたことを特徴とする鉄道車両。
5. 前記上面板は、前記車体の一部によって形成されたことを特徴とする請求項４に記載の鉄道車両。

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