JP3317773B2 - 油圧緩衝器 - Google Patents

油圧緩衝器

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JP3317773B2
JP3317773B2 JP00546794A JP546794A JP3317773B2 JP 3317773 B2 JP3317773 B2 JP 3317773B2 JP 00546794 A JP00546794 A JP 00546794A JP 546794 A JP546794 A JP 546794A JP 3317773 B2 JP3317773 B2 JP 3317773B2
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健 中村
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、台車蛇行を抑制するこ
とによって、鉄道車両の速度向上を期待できる鉄道車両
用高剛性ヨーダンパに係り、特に鉄道車両の高速走行時
の安全性の向上を図った油圧緩衝器に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来より、鉄道車両においては、線路上
を走行する台車と台車上に搭載された車両本体との間
に、台車が車両本体に対して上下軸(図1に符号Aで示
す軸)を中心として水平方向に蛇行(ヨーイング)する
ことを抑制するための鉄道車両用ヨーダンパが設けられ
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】そして、この種の鉄道
車両用ヨーダンパでは、組立時に内部の空気を抜く作業
を行っているが、このとき空気が充分に抜けきれず、該
空気が作動液中に残留してしまうという問題があった。
また、上記ヨーダンパでは、シリンダの上部位置に、外
部との隔絶を図るゴムシートを有する油溜室を設け、か
つ該油溜室内のゴムシートの内側箇所に作動油を貯留す
るようにしているが、ヨーダンパの使用中に該ゴムシー
トが破損する場合があり、これにより該ゴムシートの破
損箇所を通じて作動油中に空気が混入するという問題が
あった。そして、このようにヨーダンパ内に空気が混入
すると、振動に対する減衰特性が低下して、台車に蛇行
動が発生し、更にこのような台車の蛇行動により車両の
高速走行にも支障を来すという問題が生じていた。
【0004】この発明は、上記の事情に鑑みてなされた
ものであって、シリンダの作動液中に入った空気を有効
に除去して、振動に対する減衰特性の低下を防止し、こ
れによって台車の蛇行動を防止し、車両を安全に高速走
行させることができる油圧緩衝器の提供を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に第1の発明では、外筒及びこの外筒内に設けられた内
筒と、この内筒内に2つの油室を形成するように設けら
れたピストンと、一端が前記ピストンに設けられ、他端
が第1の油室を貫通して外部に突出したピストンロッド
と、前記ピストンロッドの縮小行程時に該第2の油室内
に溜まった空気を第1の油室に排出する第1の弁機構
と、前記ピストンロッドの伸長行程時に第1の油室に溜
まった空気を外筒と内筒との間の環状室に排出する第2
の弁機構とを具備するようにした。
【0006】第2の発明では、前記第1の弁機構は、第
2の油室と第1の油室とを接続するとともに、その入口
が第2の油室側に臨みかつピストンの周縁部上部に配置
された油路と、該油路の途中に設けられて、ピストンロ
ッドの縮小行程時に開弁して該第2の油室内に溜まった
空気を作動油とともに第1の油室に排出する弁とから構
成し、また、前記第2の弁機構は、第1の油室と環状室
とを接続するとともに、その入口が第1の油室側に臨み
かつ内筒の端部近傍の周縁部上部に配置された油路と、
ピストンロッドの伸長行程時に開弁して第1の油室に溜
まった空気を作動油とともに環状室に排出する弁とから
構成するようにした。
【0007】
【作用】第1の発明によれば、第1の弁機構によって、
ピストンロッドの縮小行程時に第2の油室内に溜まった
空気が第1の油室に排出され、更に第2の弁機構によっ
て、ピストンロッドの伸長行程時に第1の油室に溜まっ
た空気が外筒と内筒との間の環状室に排出されることか
ら、このようなピストンロッドの縮小行程、伸長行程を
繰り返し行うことによって、内筒の作動液中の空気を有
効に除去して、振動に対する減衰特性の低下を防止する
ことができる。
【0008】第2の発明によれば、第2の油室内に存在
する作動油内の空気は、第2の油室の上部であり、ピス
トンの近傍に位置するが、この位置には、第1の弁機構
の油路の入口が配置されているので、第2の油室内の空
気は、ピストンロッドの縮小行程時に第1の弁機構の油
路を通じて第1の油室内に移動される。そして、第2の
油室から第1の油室内に空気が移動したならば、この空
気は第1の油室の上部であり、シリンダの端部近傍の周
縁部に位置することになるが、この位置には、第2の弁
機構の油路の入口が配置されているので、第1の油室内
の空気は、ピストンロッドの伸長行程時に第2の弁機構
の油路を通じて環状室に移動される。すなわち、本発明
の油圧緩衝器では、油室内の空気が溜まる位置に設けら
れた第1、第2の弁機構の油路を通じて、第2の油室内
の空気を第1の油室に、更には第1の油室から環状室に
確実に送り込むことができる。
【0009】
【実施例】図1〜図8を参照して本発明の一実施例を説
明する。図1はヨーダンパ1の取付位置を示す図であっ
て、この図において2は線路上を走行する電車等の台車
を示し、この台車2上には、図示しない車両本体が載置
されるようになっている。そして、前記ヨーダンパ1は
図示の位置、すなわち一端部側に設けられた台車取付部
3により台車2側に、また、他端部側に設けられた車体
取付部4により車両本体側にそれぞれ取り付けられる。
【0010】また、台車2は車両本体に対して、上下軸
(図1に符号Aで示す軸)を中心として水平方向に相対
回転自在に設けられており、特に、該台車2がカーブを
走行する場合には、該台車2が車両本体2に対して上下
軸を中心として水平面内において大きく相対回転する。
また、前記ヨーダンパ1は、全体として水平に配置され
るとともに、台車取付部3側が若干上方に傾斜した状態
に、かつ空気抜弁20、比例弁18(いずれも後述す
る)が設けられている油路19、13の入口19B、1
3Bが上側になるように配置されている。
【0011】次に、図2〜図7を参照してヨーダンパ1
の具体的構成について説明する。これらの図において符
号5で示すものはシリンダの内筒であって、このシリン
ダ内筒5には、ロッド6を有するピストン7が摺動自在
に嵌合されている。なお、前記車体取付部4はシリンダ
内筒5に固定され、前記台車取付部3はロッド6に固定
されている。また、シリンダ内筒5はシリンダ外筒8内
に収納され、これらシリンダ内筒5とシリンダ外筒8と
の間には作動油が貯留される環状室9が形成されてい
る。この環状室9は、シリンダ外筒8の貫通孔8Aを介
して油溜め40に接続されたものであり、更に、この油
溜め40の内部には、外部との隔絶を図るゴムシート9
Aが上下に移動自在に設けられている。なお、これらゴ
ムシート9Aと油溜め40の内面との間には、シリンダ
外筒8の貫通孔8Aを通じて供給された作動油が貯留さ
れるようになっている。
【0012】また、図2、図3で示すように、シリンダ
内筒5の右側には端部材5Aが設けられ、この端部材5
Aには、環状室9と、ピストン7によって仕切られたシ
リンダ内筒5の一方の油室10とを接続する第1の油路
11が形成されている。また、シリンダ内筒5の左側に
は端部材5B・5Cが設けられ、この端部材5B・5C
には、環状室9と、ピストン7によって仕切られたシリ
ンダ内筒5の他方の油室12とを接続する第2の油路1
3が形成されている。なお、第2の油路13の作動油受
入口である入口13Bは、図4で示すように油室12に
開口し、かつシリンダ内筒5の端部近傍の周縁部に配置
されている。
【0013】また、図7に詳細に示すように、シリンダ
内筒5の端部材5Aの第1の油路11(11A、11
B)途中には、油室10から第1の油路11への作動油
の移動を許容する比例弁14及びリリーフ弁15と、第
1の油路11から油室10への作動油の移動を許容する
吸込弁16とがそれぞれ設けられている。また、図4に
詳細に示すように、第2の油路13の途中には、第2の
油路13から油室12への作動油の移動を許容する吸込
弁17と、油室12から第2の油路13への作動油の移
動を許容する比例弁18とがそれぞれ設けられている。
前記比例弁18には、図4に示すように弁体と一体化さ
れ、かつ弁体の移動時において、油室12側に位置する
油路13をガイドとして移動する案内部材18Aが設け
られている。また、この案内部材18Aには、比例弁1
8の開弁時に油室12からの作動油の移動を許容するた
めに、長さ方向に沿う斜めの切欠き18Bが形成されて
いる。
【0014】一方、前記比例弁14には、図7で示すよ
うに第1の油路11Aをガイドとして移動する案内部材
14Aが弁体と一体に設けられ、この案内部材14A
は、後述するリリーフ弁22の案内部材22A(図6
(b)参照)と同様、比例弁14の開弁時に油室10か
ら環状室9への作動油の移動を許容するために、油路1
1Aの一部のみを閉鎖するように設けられている。ま
た、この比例弁14の弁体には、案内部材14Aととも
に案内部材14Bも一体に設けられている。一方、前記
リリーフ弁15には、油室10側の第1の油路11Bを
ガイドとして移動する案内部材15Aが弁体と一体に設
けられ、この案内部材15Aは、後述するリリーフ弁2
2の案内部材22A(図6(b)参照)と同様、リリー
フ弁15の開弁時に油室10から環状室9への作動油の
移動を許容するために、油路11Bの一部のみを閉鎖す
るように設けられている。また、このリリーフ弁15の
弁体には、案内部材15Aとともに案内部材15Bも一
体に設けられている。
【0015】また、図5に詳細に示すように、ピストン
7の上部位置に設けられて、油室10と油室12とを接
続する第1の油路19には、油室10から油室12への
作動油の移動を許容する空気抜弁20が設けられ、ま
た、ピストン7の下部位置に設けられて、油室12と油
室10とを接続する第2の油路21には、油室12から
油室10への作動油の移動を許容するリリーフ弁22が
設けられている。
【0016】前記リリーフ弁22には、油室12側の第
2の油路21をガイドとして移動する案内部材22Aが
弁体と一体に設けられ、この案内部材22Aは、図6
(b)に示すように、リリーフ弁22の開弁時に油室1
2から油室10への作動油の移動を許容するために、油
室12側の第2の油路21の一部のみを閉鎖するように
設けられている。また、前記リリーフ弁22が配置され
る第2の油路21と、油室10との間には、リリーフ弁
22の開弁時に油室12から油室10への作動油を供給
するための油路21A(図5、図6(a)参照)が設け
られている。また、このリリーフ弁22の弁体には、案
内部材22Aとともに案内部材22Bも一体に設けられ
ている。
【0017】一方、前記空気抜弁20には、油室10側
の第1の油路19をガイドとして移動する案内部材20
Aが弁体と一体に設けられ、この案内部材20Aは、リ
リーフ弁22の案内部材22Aと同様、空気抜弁20の
開弁時に油室10から油室12への作動油の移動を許容
するために、油室10側の第1の油路19の一部のみを
閉鎖するように設けられている。また、前記空気抜弁2
0が配置される第1の油路19と、油室12との間に
は、空気抜弁20の開弁時に油室10から油室12への
作動油を供給するための油路19C(図5参照)が設け
られている。また、この空気抜弁20の弁体には、案内
部材20Aとともに案内部材20Bも一体に設けられて
いる。また、第1の油路19の作動油受入口である入口
19Bは、油室10に臨み、かつピストン7の周縁部に
配置されている。
【0018】なお、上述したようにヨーダンパ1は、台
車取付部3側(図2、図3では左側)が若干上方に傾斜
して略水平状態に配置され、かつ油室10と油室12と
を接続する第1の油路19の入口19Bと、環状室9と
油室12とを接続する第2の油路13の入口が上側に位
置するように配置されたものであるので、油室10内に
ある空気は油室10の左上部に溜まって空気溜り19A
を形成し、また、油室12内にある空気は油室12の左
上部に溜まって空気溜り13Aを形成する。
【0019】次に、ピストン受圧面積A(シリンダ内筒
5の中空部面積A1とロッド6の断面積A2との比(A
1/A2))について、式(1)(2)を参照して説明
する。なお、以下の式において、βは圧縮率(1/β:
体積弾性率)、vは体積、pは圧力、Aはピストン受圧
面積、Fは力、sはストロークとする。従来では、ピス
トン受圧面積Aは台車構成および強度面を重視していた
こともあり小さいものであった。従って、作動油圧縮剛
性も小さなものとなっていたため、台車蛇行動を充分に
抑制することができなかった。このことについて、流体
の圧縮率の式(1)を次のように変形することで明らか
にする。 −(1/v)(dv/dp)=β……(1) ここで、v=As、F=Apとおき、この式の両辺を微
分し、(1)式に代入すると(2)式を得る。 dF=−(A/β)/s・ds ……(2)
【0020】(2)式の−(A/β)/sの項はまさに
剛性を表しており、この剛性はピストン受圧面積Aに比
例し、ストロークに反比例することがわかる。すなわ
ち、上記実施例のヨーダンパ1では、ピストン受圧面積
Aを考慮して、従来のものと比較して相対的にシリンダ
内筒5の中空部面積A1を大きくし、かつロッド6の断
面積A2を小さくしたものであり、ストロークsに相当
するシリンダ内筒5の長さも従来のものと比較して相対
的小さく設定されている。その結果、本実施例のヨーダ
ンパ1では、従来のヨーダンパ1と比較して作動油圧縮
剛性が向上した構成となっている。
【0021】以下、図2、図3及び図8を参照してヨー
ダンパ1の縮小時(a)と伸長時(b)の作動油の流れ
について説明する。 (a)縮小時 ピストン7が縮小(図2、図3にて右方向へ移動)する
と油室10の圧力が高くなり、まず初めに比例弁14が
開弁し、次に空気抜弁20、次にリリーフ弁15が開弁
し、これにより該油室10内の作動油の大部分が第1の
油路11を通じて環状室9、油溜め40に移動し、かつ
該油室10内の作動油の一部分が第1の油路19及び油
路19Cを経由して油室12に移動する。
【0022】このとき、油室10の空気溜り19Aに滞
留した空気(ヨーダンパ1は台車取付部3側が水平より
若干上方に傾けて取付けられているので、油室10内の
空気は油室10の左上部に空気溜り19Aを形成する)
は、作動油の一部分が第1の油路19を経由して油室1
2に移動することに伴って、該空気溜り19Aから第1
の油路19を経由して油室12へ移動する。なお、これ
ら比例弁14、空気抜弁20、リリーフ弁15のそれぞ
れには圧縮ばねが組付けてあり、これら圧縮ばねによ
り、ピストン7の圧縮方向の速度に応じて比例弁14、
空気抜弁20、リリーフ弁15の順に開弁し、これによ
って所定の減衰力を得るように設定されている。すなわ
ち、図8に示すように、比例弁14はピストン7が符号
a以上の速度で移動した場合に減衰力を発生させ、空気
抜弁20は符号b1 以上の速度で移動した場合に減衰力
を発生させ、また、リリーフ弁15は符号b2 以上の速
度で移動した場合に減衰力を発生させるようになってい
る。一方、ピストン7が縮小(右方向へ移動)する縮小
時には吸込弁17も開弁し、これにより、油溜め40、
環状室9内の作動油が第2の油路13を経由して油室1
2へと流れる。
【0023】(b)伸長時 ピストン7が伸長(図2、図3にて左方向へ移動)して
油室12の圧力が高くなると、まず初めに比例弁18が
開弁し、次にリリーフ弁22が開弁し、これによって油
室12内の作動油の大部分は比例弁18及び第2の油路
13を通って環状室9、油溜め40へと流れ、一方、油
室12内の作動油の一部は、リリーフ弁22及び第2の
油路21、油路21Aを通り、反対側の油室10へと流
れる。このとき、縮小時と同様に、油室12の空気溜り
13Aに滞留した空気(ヨーダンパ1は台車取付部3側
が水平より若干上方に傾けて取付けられているので、油
室12内の空気は油室12の左上部に空気溜り13Aを
形成する)は、該空気溜り13Aより比例弁18及び第
2の油路13を通り環状室9、油溜め40へと移動す
る。
【0024】なお、これら比例弁18、リリーフ弁22
のそれぞれには圧縮ばねが組付けてあり、この圧縮ばね
により、ピストン7の伸長方向の速度に応じて比例弁1
8、リリーフ弁22の順に開弁し、これによって所定の
減衰力を得るように設定されている。すなわち、図8に
示すように、比例弁18はピストン7が符号c以上の速
度で移動した場合に減衰力を発生させ、リリーフ弁22
は符号d以上の速度で移動した場合に減衰力を発生させ
るようになっている。一方、伸長時には吸込弁16も開
弁し、油溜め40、環状室9より第1の油路11を経由
して油室10へ作動油が流れる。
【0025】なお、上記ヨーダンパ1の伸長時には、油
室12の空気溜り13Aに滞留した空気は、油室12内
の作動油が第2の油路13を通り環状室9へ押し出され
ることに伴って搬送されるものであるので、作動油の移
動に伴って、まずはじめに空気溜り13A内の空気が第
2の油路13を通じて環状室9へ押し出されることにな
り、これによって該空気が第2の油路13の経路途中に
滞留することはない。また、環状室9へ押し出された空
気は、作動油との比重の差から作動油内を上部に移動す
ることになるので、該空気は第1の油路11及び第2の
油路13を通じて、油室10及び油室12内に戻される
ことは無い。
【0026】以上説明したように本実施例に示す鉄道車
両用のヨーダンパ1によれば、空気抜弁20、比例弁1
8が設けられている油路19、13の入口19B、13
Bを上側に位置するように、かつ、油室12側を油室1
0側より高くなるように若干傾斜させてヨーダンパ1を
配置し、この状態下で、ピストン7を作動させると、ピ
ストン7の作動に伴って、油室10内の作動油が油路1
9及び空気抜弁20を通じて油室12に移動し、更に油
室12内の作動油が油路13及び比例弁18を通じて環
状室9に移動する。このとき油室10内に存在する作動
油内の空気は、油室10の上部であり、ピストン19の
近傍に位置するが、この位置には、油路19の入口19
Bが配置されているので、油室10内の空気は油路19
を通じて油室12内に移動する。そして、油室10から
油室12内に空気が移動したならば、この空気は油室1
2の上部であり、シリンダ内筒5の端部近傍の周縁部に
位置することになるが、この位置には、油路13の入口
13Bが配置されているので、油室12内の空気は油路
13を通じて環状室9に移動する。
【0027】すなわち、上記ヨーダンパ1では、ピスト
ン7の作動に伴って、作動油とともに油室10内の空気
を、油室10から油室12に、更には油室12から環状
室9に移動させることができ、これによって作動液中に
入った空気を有効に除去して、振動に対する減衰特性の
低下を防止し、これによって台車2の蛇行動を防止し、
車両を安全に高速走行させることができる効果が得られ
る。
【0028】なお、図4において符号30で示すもの
は、端部材5B・5Cをシリンダ内筒5に固定するため
に、シリンダ外筒8にねじ込まれるように設けられた固
定リングである。なお、この固定リング30は周縁部近
傍に設けられた孔31に治具を差し込み操作することに
より、シリンダ外筒8にねじ込まれるようになってい
る。また、端部材5Bと端部材5Cとの間にはOリング
32が介在されており、このOリング32により第2の
油路13が形成されるようになっている。また、符号3
3で示すものは蓋であって、端部材5B・5Cの組付後
に取外して通路34に棒状部材を挿入し、この棒状部材
により吸込弁17を操作することにより、油室12の作
動油内に存在する空気を外部に逃がすようにしている。
【0029】以上詳細に説明したように第1の発明の油
圧緩衝器では、第1の弁機構によって、ピストンロッド
の縮小行程時に第2の油室内に溜まった空気が第1の油
室に排出され、更に第2の弁機構によって、ピストンロ
ッドの伸長行程時に第1の油室に溜まった空気が外筒と
内筒との間の環状室に排出されることから、このような
ピストンロッドの縮小行程、伸長行程を繰り返し行うこ
とによって、内筒の作動液中の空気を有効に除去して、
振動に対する減衰特性の低下を防止することができ、こ
れによって台車の蛇行動を防止し、車両を安全に高速走
行させることができる効果が得られる。
【0030】第2の発明の油圧緩衝器では、油室内の空
気が溜まる位置に設けられた第1、第2の弁機構の油路
を通じて、第2の油室内の空気を第1の油室に、更には
第1の油室から環状室に確実に送り込むことができて、
内筒の作動液中の空気を確実に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わるヨーダンパ1(油圧緩衝器)の
台車2に対する取付位置を示す斜視図。
【図2】ヨーダンパ1の全体構成を示す断面図。
【図3】図2のヨーダンパ1の特徴部分を示す断面図。
【図4】図2、図3に示す油圧緩衝器の左側端部を詳細
に示す断面図。
【図5】図2、図3に示す油圧緩衝器のピストン付近を
詳細に示す断面図。
【図6】(a)は図5を矢印VI(a)から見た図、
(b)は図5を矢印VI(b)から見た図である。
【図7】図2、図3に示す油圧緩衝器の右側端部を詳細
に示す断面図。
【図8】ピストン7の速度と減衰力との関係を示すグラ
フ。
【符号の説明】
1 ヨーダンパ 5 シリンダ内筒 7 ピストン 8 シリンダ外筒 9 環状室 10 油室(第2の油室) 12 油室(第1の油室) 13 第2の油路 13B 油路の入口 14 比例弁(第1の弁機構) 15 リリーフ弁(第1の弁機構) 16 吸込弁(第2の弁機構) 17 吸込弁(第1の弁機構) 19 第1の油路 19B 油路の入口 18 比例弁(第2の弁機構) 20 空気抜弁(第1の弁機構) 22 リリーフ弁(第2の弁機構) 40 油溜め
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 下村 隆行 東京都国分寺市光町二丁目8番地38 財 団法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 中村 健 神奈川県川崎市川崎区富士見1丁目6番 3号 トキコ株式会社内 (72)発明者 江川 博 神奈川県川崎市川崎区富士見1丁目6番 3号 トキコ株式会社内 (56)参考文献 実開 昭56−45642(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F16F 9/00 - 9/58

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外筒及びこの外筒内に設けられた内筒
    と、 この内筒内に2つの油室を形成するように設けられたピ
    ストンと、 一端が前記ピストンに設けられ、他端が第1の油室を貫
    通して外部に突出したピストンロッドと、 前記ピストンロッドの縮小行程時に該第2の油室内に溜
    まった空気を第1の油室に排出する第1の弁機構と、 前記ピストンロッドの伸長行程時に第1の油室に溜まっ
    た空気を外筒と内筒との間の環状室に排出する第2の弁
    機構とからなることを特徴とする油圧緩衝器。
  2. 【請求項2】 前記第1の弁機構は、第2の油室と第1
    の油室とを接続するとともに、その入口が第2の油室側
    に臨みかつピストンの周縁部上部に配置された油路と、
    該油路の途中に設けられて、ピストンロッドの縮小行程
    時に開弁して該第2の油室内に溜まった空気を作動油と
    ともに第1の油室に排出する弁とから構成され、前記第
    2の弁機構は、第1の油室と環状室とを接続するととも
    に、その入口が第1の油室側に臨みかつ内筒の端部近傍
    の周縁部上部に配置された油路と、ピストンロッドの伸
    長行程時に開弁して第1の油室に溜まった空気を作動油
    とともに環状室に排出する弁とから構成されていること
    を特徴とする請求項1記載の油圧緩衝器。
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