JP5584141B2

JP5584141B2 - 空気ばね

Info

Publication number: JP5584141B2
Application number: JP2011001902A
Authority: JP
Inventors: 裕喜安永
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2011-01-07
Filing date: 2011-01-07
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2031-01-07
Also published as: JP2012145131A; CN102588489A; CN102588489B

Description

本発明は、鉄道車両等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、車両の車体に取り付けられる上面板と、その下方で台車側に配置される下面板と、上面板及び下面板にわたって配備されるゴム製の可撓部材（ベローズ）と、下面板と台車との間に介装される弾性ストッパとを備えたものが知られている。弾性ストッパは、一般的に、ゴム層と鋼板とを交互に積層してなる積層ゴム構造のものが用いられる。

可撓部材の内部には空気が供給されて加圧状態に維持される。空気ばねは、加圧空気で膨らんだ可撓部材及び弾性ストッパによって、上下方向の荷重や振動あるいは横揺れに対して緩衝機能を発揮するように構成される。

ところで、上記空気ばねは、構造的に水平方向のばね定数は線形に近くなるため、台車と車体との相対的な水平方向変位を抑える力が弱くなる。したがって、車両がカーブを高速で通過する場合には、左右方向に大きな遠心力が作用して横揺れが大きくなるため、走行安全性の確保が課題となっていた。

上記課題を解決するために、図６及び図７に示すように、弾性ストッパの左右方向の変位を所定範囲内に制限して左右方向のばね定数を非線形化し、車体の横揺れを抑制可能な空気ばねが知られている。

図６は、可撓部材３３内に空気が充填された状態を示す空気ばねの縦断面図であり、左半分は前後方向の断面を、右半分は左右方向の断面をそれぞれ示している。空気ばね３０は、上面板３１と、下面板３２と、上面板３１と下面板３２とに亘って配される可撓部材（ベローズ）３３と、下面板３２と台車との間に介装される弾性ストッパ３４とを備えている。

空気ばね３０の下面板３２には車両前後方向に延びる長孔３５が形成され、弾性ストッパ３４の底板３６に、先端が長孔３５に挿入された規制部材３７が立設されている。弾性ストッパ３４は、ゴム層と鋼板とを交互に積層してなる積層ゴム構造のものが一般的に用いられる。

規制部材３７は、図６及び図７に示すように、円筒形状に形成することができる。このような空気ばねとしては、たとえば、特許文献１に記載されたものが知られている。そのほかにも、規制部材３７の形状として、図８に示すように、円筒の左右方向両端部の曲面部分を削り取り、平面状に形成することも可能である。これにより、規制部材３７と長孔の内周面との接触面積を大きくすることができ、規制部材の変形を抑制することが可能となる。このような空気ばねとしては、例えば、特許文献２に記載されたものが知られている。

空気ばね３０においては、車両の左右方向に力が作用して台車と車体との相対的な水平方向変位が所定量を越えると、規制部材が長孔の内周面に接触して水平方向のばね定数が高くなる、すなわち、ばね定数が非線形化する。これにより、車両の高速での走行安定性（高速安定性）を確保することができる。

特開平８−２１４７５号公報特開２００８−２１５４５５号公報

上述のごとく、上記空気ばねにおいては、規制部材により高速安定性を確保することができる一方、さほど大きな遠心力が作用することがない程度の低速で車両がカーブを通過する場合でも、規制部材が長孔の内周面に接触してばね定数が高くなり、その結果、曲率半径の小さいカーブが存在する低速路線では乗り心地性が著しく低下するといった不都合が生じていた。

すなわち、規制部材を用いた空気ばねを搭載した車両は、高速路線にて好適に運用することができるものの、低速路線においては、逆に乗り心地性が著しく低下するため、そのまま運用することができない。従って、低速路線において車両を走行させるためには、上面板に載置されている車体を持ち上げた状態で車両に搭載している空気ばねを取り外し、規制部材を用いていないタイプのものに新たに搭載し直す必要があった。

そこで、本発明においては、上記問題に鑑み、高速路線及び低速路線のいずれの路線を走行する場合であっても簡単な調整作業により適用可能な空気ばねを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る空気ばねは、上面板と、下面板と、前記上面板と下面板とに亘って配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ストッパと、前記弾性ストッパの底板に取り付けられ、前記下面板と底板とが相対的に水平方向に所定量変位したときに前記下面板に接触して、前記下面板と底板との相対的な水平方向変位を所定範囲内に規制する規制部材とを備え、前記規制部材は、前記下面板と底板との相対的な水平方向変位を所定範囲内に規制する規制姿勢と、前記水平方向変位の規制を解除する解除姿勢とに切換え可能とされたことを特徴とする。

上記構成によれば、走行する路線によっていちいち空気ばねを積み換えることなく、同一の空気ばねで規制部材の姿勢を切換えるのみで高速路線及び低速路線のいずれの路線に対しても適用可能な空気ばねを提供することができる。

規制部材は、たとえば、前記底板に対して着脱可能に設けられ、前記底板に取り付けられた状態のときに前記規制姿勢とされ、前記底板から取り外された状態のときに前記解除姿勢とされるような構成とすることができる。

この場合、空気ばねの構成としては、上面板に、可撓部材内部の空気圧を調節するための通気孔を設け、底板において、通気孔の中心軸上に規制部材を係止する係止部を形成すればよい。一方、下面板には貫通穴を形成する。貫通穴は、規制部材を係止部に係止した状態で規制部材が貫通穴に挿通されるように形成する。

規制部材を規制姿勢とするには、可撓部材内の空気を排出させ、上面板を下面板に着座させる。そして、車体が空気ばねに載置された状態のまま、車体の内部から上面板の通気孔に接続された配管を外し、通気孔を露出させる。その後、通気孔から規制部材を可撓部材内に挿入し、通気孔の真下に位置する係止部に規制部材を係止すればよい。規制部材を解除姿勢とするには、規制部材を係止部から取り外した後、通気孔から外部に取り出せばよい。実際に規制部材を係止部に装着するには、適当な治具を使用し、上面板の通気孔から係止部に対して規制部材を着脱操作すればよい。

また、規制部材として、底板に係合した状態で移動可能に設けられ、底板に対する規制部材の係合位置により、規制姿勢と解除姿勢とに切換え可能な構成とすることも可能である。この場合、空気ばねの構成としては、上面板に、可撓部材内部の空気圧を調節するための通気孔を設け、底板において、通気孔の中心軸上を規制部材が移動可能な係合部を設ければよい。

一方、下面板には貫通穴を形成する。貫通穴は、規制部材を規制姿勢とした状態で規制部材が貫通穴に挿通されるように形成する。規制部材を規制姿勢とするには、規制部材を係合部に係合させた状態のまま上面板に向かって上昇させ、規制部材を解除姿勢とするには、規制部材を係合部に係合させた状態のまま底板に向かって下降させればよい。

本発明に係る空気ばねは、弾性ストッパの底板に取り付けられ、下面板と底板とが相対的に水平方向に所定量変位したときに下面板に接触して、下面板と底板との相対的な水平方向変位を所定範囲内に規制する規制部材を備え、規制部材は、下面板と底板との相対的な水平方向変位を所定範囲内に規制する規制姿勢と、前記水平方向変位の規制を解除する解除姿勢とに切換え可能としたため、高速路線及び低速路線のいずれの路線を走行する場合であっても簡単な調整作業により適用可能となる。

本発明の空気ばねの実施形態を示す図であり、規制部材が規制姿勢をとった状態を示す縦断面図図１の空気ばねの上面板及び可撓部材を取り去った状態の平面図図１において規制部材が解除姿勢をとった状態を示す図図１とは別の規制部材の態様を示す図であり、規制部材が規制姿勢をとった状態を示す空気ばねの縦断面図図４において規制部材が解除姿勢をとった状態を示す図従来の空気ばねを示す縦断面図図６の規制部材及び下面板の一部を示す要部拡大平面図図７とは別の規制部材の態様を示す図

以下、本発明の実施形態について図面を基に説明する。図１〜図３は、本発明に係る鉄道車両用空気ばねの実施形態を示す図である。図１は規制部材が規制姿勢をとった状態の空気ばねの縦断面図であり、図２は図１において上面板及び可撓部材を取り去った状態の平面図であり、図３は規制部材が解除姿勢をとった状態の空気ばねの縦断面図である。なお、図１及び図３〜図５では、図２におけるＡ−Ａ断面を、すなわち、空気ばねの左半分は前後方向の断面を、右半分は左右方向の断面をそれぞれ示している。

空気ばねは、車両の車体に取り付けられる上面板１と、その下方で台車側に配置される下面板２と、上面板１と下面板２とに亘って配される筒状の可撓部材３と、下面板２と台車との間に介装される弾性ストッパ４とを備えている。なお、図１及び図３〜図５では、可撓部材３内の空気が抜けた状態を示している。

本実施形態においては、可撓部材３として、ゴム製ベローズを使用している。可撓部材３は、補強コードが埋設された補強ゴム層を中間層とする積層ゴムから構成されており、可撓部材３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３ａ，３ｂが形成されている。すなわち、可撓部材３は、上下両端部に形成されるビード部３ａ，３ｂと、ビード部３ａ，３ｂ間に形成される積層ゴムからなる肉薄で筒状の可撓部３ｃとを備えている。

図１に示すように、上面板１は、金属製で円盤状の支持プレート５と、支持プレート５の中央部において下面板に向かって突出する円筒形状のビード受部６と、支持プレート５の下面においてビード受部６よりも半径方向外側の部分に設けられた保護ゴム層７とを備えており、ビード受部６にビード部３ａが嵌め込まれる。上面板１の中央には可撓部材３の内部の空気圧を調節するための通気孔１０が形成されている。

図１及び図２に示すように、弾性ストッパ４は、加硫ゴムからなるゴム層１１と、鋼板からなる補強層１２とが交互に積層された積層ゴム部１５を備えており、その上端及び下端には金属製の頂板１３及び底板１４が積層ゴム部１５に接着されている。積層ゴム部５は、肉厚の円筒状に形成されている。

下面板２は、金属材料によって円盤状に形成されており、弾性ストッパ４の頂板１３にボルト、ナット等の締結部材によって固定される。頂板１３は円環状に形成されている。下面板２はビード受部としての機能も備えており、下面板２にビード部３ｂが嵌め込まれる。

ビード部３ｂの下側には、ビード部３ｂの形状に沿ってゴム座８が装着される。ゴム座８は、ゴムと補強金具とによって環状に形成されている。これにより、可撓部材３の耐久性を良好に維持することができる。

ビード受部６及び下面板２は、可撓部材３の内部の空気が抜けた場合（デフレートした場合）に、ビード受部６が下面板２に着座し、車両の安全走行を確保する機能を兼ね備えている。デフレート時にビード受部６及び下面板２が接触する接触面には、それぞれ摺動シート９が固着されている。

摺動シート９は薄く強靭なシートに成形可能な熱可塑性あるいは熱硬化性合成樹脂からなり、摩擦係数が小さいものが使用される。具体的には、フッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等を挙げることができる。本実施形態においてはフッ素樹脂シートを使用している。

弾性ストッパ４の底板１４は、円板状に形成されており、その中央部には規制部材１６を係止する係止部１７が上方に突出するように形成されている。係止部１７は、円錐形の先端を切り取った円錐台形状に形成され、積層ゴム部１５内に挿入された状態で固定される。規制部材１６は、六角穴付きボルトからなり、一方の係止部１７の頂部には規制部材１６を螺合可能なねじ孔が形成される。そして、規制部材１６が係止部１７に係止されたときに規制姿勢とされ、規制部材１６が係止部１７から取り外されたときに解除姿勢とされる。

図２に示すように、下面板２の中央部には、貫通穴１８が形成されており、規制部材１６が規制姿勢をとるときに、規制部材１６が貫通穴１８に挿通した状態に保持される。このとき、空気ばねに水平方向の力が作用していない状態では、規制部材１６は図示のように、貫通穴１８の内周面に接触することなく、貫通穴１８の中心に位置する。

上記構成の空気ばねにおいて、規制部材１６を係止部１７に係止する場合は、可撓部材３内の空気を排出させ、図３に示すように、上面板１を下面板２に着座させた状態で、通気孔１０に接続された配管を外し、通気孔１０を露出させる。そして、適当な治具を使用し、上面板１の通気孔１０から係止部１７に対して規制部材１６を着脱操作すればよい。

治具の具体例としては、図３に示すように、マグネット式の六角レンチ１９を用い、この先端に規制部材１６を磁力により吸着させた状態で、通気孔１０から六角レンチ１９を挿入して規制部材１６を係止部１７に螺合することができる。規制部材１６は、係止部１７から上方に突出し、貫通穴１８に挿通した状態で係止される。反対に、規制部材１６を解除姿勢とするには、六角レンチ１９を用いて規制部材１６を係止部１７から取り外した後、規制部材１６を六角レンチ１９に吸着させたまま通気孔１０から外部に取り出せばよい。

貫通穴１８は、車両の左右方向Ｂに比べて車両の前後方向Ｃに長い矩形状の長孔とされる。従って、規制部材１６が規制姿勢をとる場合、車両の発進時や停止時のように空気ばねの前後方向に力が作用しても、規制部材１６は貫通穴１８に接触せず、下面板２と底板１４との相対的な前後方向変位は規制されることはない。これにより、車両の前後方向の揺れに対しては良好な乗り心地性を維持することができる。

一方、車両が高速でカーブを通過するときのように、空気ばねの左右方向に強い力が作用する場合には、下面板２と底板１４との相対的な左右方向の変位量が所定量（図２中、長さＸ）に達したときに、規制部材１６は貫通穴１８の内周面に接触し、それ以上の変位が規制され、ばね定数を非線形化することができる。これにより、高速路線において高速安定性を確保することが可能となる。

車両を低速路線において運用する場合には、規制部材１６を解除姿勢とする。これにより、空気ばねの前後方向に力が作用する場合のみならず、空気ばねの左右方向に力が作用する場合であっても下面板２と底板１４との相対的な水平方向変位は規制されることはない。よって、車両が低速でカーブを通過するときの揺れを効果的に緩和することが可能となり、前後左右方向の揺れに対して良好な乗り心地性を維持することができる。

以上説明したように、本発明に係る空気ばねを車両に用いることにより、走行する路線によっていちいち空気ばねを積み換えることなく、規制部材の姿勢を切換えるのみで高速路線及び低速路線のいずれの路線に対しても車両を適用することができる。

本実施形態においては、規制部材１６が係止部１７に対して着脱自在に設けられた態様について説明したが、これに限らず、例えば、規制部材が通気孔１０の中心軸ＣＡ上を移動可能な係合部を設け、係合部２１に対する規制部材の位置で規制姿勢と解除姿勢に切換えることも可能である。

具体的には、図４及び図５に示すように、規制部材２０としては上記と同様、六角穴付きボルトを用いつつ、底板１４において通気孔１０の中心軸ＣＡ上を規制部材２０が移動可能なねじ孔を備えた係合部２１を設ければよい。本態様における規制部材２０及び係合部２１の組み合せと、前述の規制部材１６及び係止部１７の組み合せとを比較すると、前者の方が規制部材２０のボルト長さが長く、かつ係合部２１のねじ孔の深さが深く形成されている。

これにより、規制部材２０を六角レンチ１９で回転させることで、係合部２１に対して規制部材２０を昇降させることが可能となる。具体的に、規制部材２０を規制姿勢とするには、規制部材２０が貫通穴１８に挿通されるまで、規制部材２０を上面板１に向かって上昇させればよく、規制部材２０を解除姿勢とするには、規制部材２０を底板１４に向かって下降させればよい。本態様では、規制部材２０を通気孔１０から外部に取り出す必要がなく、より簡単に規制姿勢と解除姿勢の切換えを行うことができる。

１上面板
２下面板
３可撓部材
４弾性ストッパ
５支持プレート
６ビード受部
７保護ゴム層
８ゴム座
９摺動シート
１０通気孔
１１ゴム層
１２補強層
１３頂板
１４底板
１５積層ゴム部
１６，２０規制部材
１７係止部
１８貫通穴
１９六角レンチ
２１係合部

Claims

上面板と、下面板と、前記上面板と下面板とに亘って配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ストッパと、前記弾性ストッパの底板に取り付けられ、前記下面板と底板とが相対的に水平方向に所定量変位したときに前記下面板に接触して、前記下面板と底板との相対的な水平方向変位を所定範囲内に規制する規制部材とを備え、前記規制部材は、前記下面板と底板との相対的な水平方向変位を所定範囲内に規制する規制姿勢と、前記水平方向変位の規制を解除する解除姿勢とに切換え可能とされたことを特徴とする空気ばね。
前記規制部材は、前記底板に対して着脱可能に設けられ、前記底板に取り付けられた状態のときに前記規制姿勢とされ、前記底板から取り外された状態のときに前記解除姿勢とされることを特徴とする請求項１記載の空気ばね。
前記上面板に通気孔が設けられ、前記底板において、前記通気孔の中心軸上に前記規制部材を係止する係止部が形成されたことを特徴とする請求項２記載の空気ばね。
前記規制部材は、前記底板に係合した状態で移動可能に設けられ、前記底板に対する前記規制部材の係合位置により、前記規制姿勢と解除姿勢とに切換え可能とされたことを特徴とする請求項１記載の空気ばね。
前記上面板に通気孔が設けられ、前記底板において、前記通気孔の中心軸上を前記規制部材が移動可能な係合部が形成されたことを特徴とする請求項４記載の空気ばね。
前記下面板に貫通穴が形成され、前記規制姿勢のときに、前記規制部材が前記貫通穴に挿通した状態に保持されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の空気ばね。