JP6556590B2

JP6556590B2 - 鉄道車両

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Publication number: JP6556590B2
Application number: JP2015209582A
Authority: JP
Inventors: 利樹國井; 英晃宮澤; 佑介玉川
Original assignee: Nippon Sharyo Ltd
Current assignee: Nippon Sharyo Ltd
Priority date: 2015-10-26
Filing date: 2015-10-26
Publication date: 2019-08-07
Anticipated expiration: 2035-10-26
Also published as: JP2017081278A

Description

本発明は、鉄道車両に関し、特に、鉄道車両の車体を支持する空気ばねがパンクした場合の乗り心地を向上させることができる鉄道車両に関する。

空気ばねがパンクした場合に備え、例えば、特許文献１又は特許文献２のように、空気ばねに主ダイヤフラム及び副ダイヤフラムを設け、通常時は主ダイヤフラムで車体を支持し、主ダイヤフラムがパンクした場合には副ダイヤフラムで車体を支持する技術が知られている。

特開平０８−０２８６１８号公報（例えば、図１）特開２００８−３０４０００号公報（例えば、図１）

しかしながら、上述した特許文献１又は２の空気ばねの副ダイヤフラムは、主ダイヤフラムの予備として設けられるものであり、主ダイヤフラムに比べて有効受圧面積や容積が小さく形成される。即ち、主ダイヤフラムに比べて副ダイヤフラムのばね定数は大きくなる。よって、車体を支持する空気ばねの主ダイヤフラムがパンクした場合に、パンク前に比べてパンク後の鉄道車両の乗り心地が悪化するという問題点があった。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、鉄道車両の車体を支持する空気ばねのパンク後の乗り心地を向上させることができる鉄道車両を提供することを目的とする。

この目的を達成するために請求項１記載の鉄道車両は、車輪を有する台車と、その台車に上下直列に重ねられる上空気ばね及び下空気ばねと、それら上空気ばね及び下空気ばねへ供給するための空気を貯留する空気だめと、その空気だめの空気の供給先を前記上空気ばね又は前記下空気ばねに切り替える切替手段と、前記上空気ばね及び下空気ばねを介して前記台車に支持される車体とを備えるものであり、前記上空気ばね又は前記下空気ばねの空気を排気する排気手段と、その排気手段を介して前記上空気ばね又は前記下空気ばねに接続される減圧手段とを備え、前記上空気ばね及び下空気ばねは、各個のばね定数が略同一に設定され、前記排気手段が、前記空気だめに接続されていない前記上空気ばね又は前記下空気ばねの空気を排気することにより、膨張した前記上空気ばね及び収縮した前記下空気ばねが上下直列に重ねられた状態と、収縮した前記上空気ばね及び膨張した前記下空気ばねが上下直列に重ねられた状態とを切り替え可能とされ、前記上空気ばねは、上第１部材と、その上第１部材に対向配置される上第２部材と、それら上第１部材および上第２部材を連結して上空気室を形成する上ダイヤフラムとを備え、前記下空気ばねは、下第１部材と、その下第１部材に対向配置される下第２部材と、それら下第１部材および下第２部材を連結して下空気室を形成する下ダイヤフラムとを備え、前記減圧手段は、前記上空気ばねの空気を前記排気手段により排気する際には、前記上空気室の圧力を、少なくとも大気圧よりも高い圧力であって、且つ、前記上第１部材と前記上第２部材とが離間する圧力よりも低い圧力に減圧させ、前記下空気ばねの空気を前記排気手段により排気する際には、前記下空気室の圧力を、少なくとも大気圧よりも高い圧力であって、且つ、前記下第１部材と前記下第２部材とが離間する圧力よりも低い圧力に減圧させる。

請求項２記載の鉄道車両は、請求項１記載の鉄道車両において、前記上空気ばね及び下空気ばねは、各個が同一の構成に形成される。

請求項３記載の鉄道車両は、請求項１又は２に記載の鉄道車両において、前記上空気ばね又は前記下空気ばねの圧力を検知する検知手段を備え、その検知手段は、前記空気だめと前記切替手段との間に接続される。

請求項４記載の鉄道車両は、請求項３記載の鉄道車両において、前記検知手段は、前記空気だめと前記切替手段との間に複数個が接続される。

請求項５記載の鉄道車両は、請求項１から４のいずれかに記載の鉄道車両において、前記切替手段は、前記空気だめと前記上空気ばね及び下空気ばねとの間に複数個が接続される。

請求項１記載の鉄道車両によれば、空気だめの空気の供給先を上空気ばね又は下空気ばねに切り替える切替手段を備えるので、膨張状態の上空気ばね又は下空気ばねがパンクした場合に、収縮状態の上空気ばね又は下空気ばねに空気を供給することができる。この場合、上空気ばね及び下空気ばねの各個のばね定数が略同一に設定されるので、上空気ばね又は下空気ばねのパンク後の鉄道車両の乗り心地をパンク前と略同一に維持することができる。よって、従来の空気ばねに比べ、パンク後の鉄道車両の乗り心地を向上させることができるという効果がある。
また、空気だめに接続されていない上空気ばね又は下空気ばねの空気を排気する排気手段を備えるので、切替手段によって空気だめの空気の供給先を上空気ばね又は下空気ばねに切り替えることで、上空気ばねが膨張し、下空気ばねが収縮した状態と、上空気ばねが収縮し、下空気ばねが膨張した状態とを交互に切り替えることができる。即ち、上空気ばね又は下空気ばねのいずれかが常に膨張もしくは収縮した状態が続くことを抑制でき、上空気ばね及び下空気ばねの劣化度合いが均等になるように使用することができる。よって、上空気ばね及び下空気ばねの耐久性が向上するという効果がある。
また、排気手段を介して上空気ばね又は下空気ばねに接続される減圧手段は、上空気ばねの空気を排気手段により排気する際には、上空気室の圧力を、少なくとも大気圧よりも高い圧力であって、且つ、上第１部材と上第２部材とが離間する圧力よりも低い圧力に減圧させ、下空気ばねの空気を排気手段により排気する際には、下空気室の圧力を、少なくとも大気圧よりも高い圧力であって、且つ、下第１部材と下第２部材とが離間する圧力よりも低い圧力に減圧させるので、上空気ばね又は下空気ばねは、膨張状態から排気をして収縮状態となっても、上空気室または下空気室には上記の圧力が保持される。これにより、上空気ばね又は下空気ばねが収縮状態となっても、上ダイヤフラム又は下ダイヤフラムにしわが寄ることを防止できる。よって、上ダイヤフラム及び下ダイヤフラムの劣化が抑制され、上空気ばね及び下空気ばねの耐久性が向上するという効果がある。

尚、「略同一」とは、製造工程・材料・測定のばらつきを許容する主旨である。具体的には、「略同一」とは、±１５％の範囲と定義する。以下の説明においても同様である。

請求項２記載の鉄道車両によれば、請求項１記載の鉄道車両の奏する効果に加え、上空気ばね及び下空気ばねは、各個が同一の構成に形成される。即ち、各個の有効受圧面積および容積が略同一となり、ばね定数も略同一となるので、上空気ばね又は下空気ばねのパンク後の鉄道車両の乗り心地をパンク前と略同一に維持することができる。よって、従来の空気ばねに比べ、パンク後の鉄道車両の乗り心地をより向上させることができるという効果がある。

また、上空気ばね及び下空気ばねは、各個が同一の構成に形成されるので、部品点数を低減することができ、鉄道車両の製造コストを抑制できるという効果がある。

請求項３記載の鉄道車両によれば、請求項１又は２に記載の鉄道車両の奏する効果に加え、上空気ばね及び下空気ばねの圧力を検知する検知手段は、空気だめと切替手段との間に接続されるので、上空気ばね及び下空気ばねの双方の圧力変化を検知することができる。よって、上空気ばね及び下空気ばねのパンクを検知するために、上空気ばね及び下空気ばねそれぞれに検知手段を設ける必要が無く、部品点数が低減されるため、鉄道車両の製造コストを抑制できるという効果がある。

また、検知手段が空気だめと切替手段との間に接続されるので、空気だめの空気の供給先を上空気ばね又は下空気ばねに切り替えた場合、検知手段によって、一時的な圧力低下が検知される。この一時的な圧力低下が検知されない場合には、切替手段が動作していないことを検知できるという効果がある。

請求項４記載の鉄道車両によれば、請求項３記載の鉄道車両の奏する効果に加え、検知手段は、空気だめと切替手段との間に複数個が接続されるので、１の検知手段が圧力を検知できない状態となっても、その他の検知手段によって上空気ばね及び下空気ばねのパンクを検知することができるという効果がある。

請求項５記載の鉄道車両によれば、請求項１から４のいずれかに記載の鉄道車両の奏する効果に加え、切替手段は、空気だめと上空気ばね及び下空気ばねとの間に複数個が接続されるので、１の切替手段が動作しなくなっても、その他の切替手段によって空気だめの空気の供給先を上空気ばね又は下空気ばねに切り替えることができるという効果がある。

（ａ）は、本発明の一実施形態における鉄道車両の側面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における鉄道車両の断面模式図である。（ａ）は、上空気ばね（下空気ばね）の側面断面図であり、（ｂ）は、空気ばねユニットの分解側面図である。（ａ）は、空気ばねユニットに空気圧制御系を接続した状態を示す模式図であり、（ｂ）は、（ａ）の状態からレベリングバルブを切り替えた状態を示す空気ばねユニット及び空気圧制御系の模式図である。（ａ）は、図３（ｂ）の状態から電磁弁を切り替えた状態を示す空気ばねユニット及び空気圧制御系の模式図であり、（ｂ）は、（ａ）の状態から電磁弁を切り替えた状態を示す空気ばねユニット及び空気圧制御系の模式図である。（ａ）は、上空気ばねを使用している状態で上空気ばねがパンクした直後の状態を示す空気ばねユニット及び空気圧制御系の模式図であり、（ｂ）は、（ａ）の状態から電磁弁およびレベリングバルブを切り替えた状態を示す空気ばねユニット及び空気圧制御系の模式図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、添付図面を参照して説明する。まず、図１を参照し、鉄道車両１の全体構成について説明する。

図１（ａ）は、本発明の一実施形態における鉄道車両１の側面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における鉄道車両１の断面模式図である。尚、図１（ｂ）では、鉄道車両１の一部が模式的に図示されると共に、ハッチングは省略して図示される。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、鉄道車両１は、乗客を収容する車体１０と、その車体１０のレール方向（図１（ａ）の左右方向）の前後の２箇所に配置される台車２０と、それら車体１０及び台車２０の間に配設される空気ばねユニット（上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂ）とを主に備える。

台車２０は、道床１００に敷設されたレール１０１上を転動する車輪２１と、車輪２１を軸支する軸箱（図示せず）と、台車枠２２とを主に備える。

空気ばねユニットは、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂが上下直列に重ねられると共に、台車２０の枕木方向（図１（ｂ）左右方向）２箇所に配設され、車体１０は、空気ばねユニットを介して台車２０によって支持される。

鉄道車両１は、空気ばねユニットの高さを調整することによって車体１０の水平状態を保つことが可能とされる。また、プラットホーム到着時に鉄道車両１の乗降口とプラットホームとの段差を無くすことで乗客の乗降を安全に行うことができ、更に、走行中に枕木方向２箇所に配設される空気ばねユニットをそれぞれ別の高さに調整することで車体１０を傾けて、曲線通過時の乗り心地や通過速度の向上が可能とされる。

次いで、図２（ａ）を参照し、下空気ばね３０Ｂ（上空気ばね３０Ａ）の詳細構成について説明する。図２（ａ）は、下空気ばね３０Ｂ（上空気ばね３０Ａ）の側面断面図である。尚、以下の説明において、下空気ばね３０Ｂの軸を軸Ｏと記載する。また、図２（ａ）の下空気ばね３０Ｂは、下空気ばね３０Ｂの軸Ｏを含む平面により切断した断面が図示され、図２（ｂ）、図３、図４及び図５においても同様に図示される。

また、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂは、説明の便宜上、配置される位置で区別して異なる名称が付与されるが、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂは同じ空気ばねとして形成される。よって、上空気ばね３０Ａには下空気ばね３０Ｂと同一の符号を付してその説明は省略する。また、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂが同一の構成に形成され、各個の有効受圧面積および容積は略同一となるため、各個のばね定数も製造時の公差の範囲で略同一とされる。

図２（ａ）に示すように、下空気ばね３０Ｂ（上空気ばね３０Ａ）は、鉄道車両１の走行時の振動を吸収するための空気ばねであり、第１部材３１と、その第１部材３１に対向配置される第２部材３２と、それら第１部材３１および第２部材３２を連結するダイヤフラム３３と、そのダイヤフラム３３によって形成される空気室３４とを主に備える。

第１部材３１は、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂを車体１０と台車２０との間に配設する際に上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂ同士が当接する部位であり、第１部材３１の空気室３４側の面に形成されるストッパゴム３１ａと、そのストッパゴム３１ａが形成される面とは反対側の面である平面部３１ｂと、その平面部３１ｂの略中央部分に形成される凹部３１ｃとを主に備える。

ストッパゴム３１ａは、第１部材３１及び第２部材３２同士の軸Ｏ方向（図２（ａ）の上下方向）における相対的な変位を規制するためのストッパゴムであり、第１部材３１の空気室３４側の面に形成される。

平面部３１ｂは、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂを上下直列に重ねる際に、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂ同士が当接する面であり、ストッパゴム３１ａが形成される面とは軸Ｏ方向の反対側の面を形成する。また、平面部３１ｂの略中央部分には凹部３１ｃが形成される。

凹部３１ｃは、後述する固定部材３５と嵌合可能に形成される窪みであり、平面部３１ｂに軸Ｏ方向視円形状に形成され、その開口部分から下空気ばね３０Ｂの軸Ｏ方向の空気室３４側に向けて縮径する断面台形状に形成される。

第２部材３２は、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂを車体１０と台車２０との間に配設する際に車体１０又は台車２０と当接する部位であり、第１部材３１と軸Ｏ方向に対向して配置される。第２部材３２は、当接部３２ａと、その当接部３２ａの略中央部分から突設される給排気口３２ｂとを主に備える。

当接部３２ａは、空気室３４側の面がストッパゴム３１ａと当接可能に形成されると共に、その空気室３４側の面と軸Ｏ方向反対側の面が車体１０及び台車２０と当接可能に形成される。当接部３２ａの空気室３４側の面とストッパゴム３１ａとが当接することにより、第１部材３１及び第２部材３２同士の軸Ｏ方向における相対的な変位を規制することができる。これにより、下空気ばね３０Ｂの最小高さが規定される。

また、下空気ばね３０Ｂが収縮状態で使用される際に第１部材３１と第２部材３２とがストッパゴム３１ａを介して当接することで、第１部材３１又は第２部材３２の水平方向（軸Ｏと垂直な方向）への変位をストッパゴム３１ａの摩擦力および撓みによって規制できると共に、当接部３２ａの当接面での摩耗も抑制できる。

給排気口３２ｂは、後述する空気室３４の空気を給排気するための筒状部材であり、当接部３２ａの略中央部分に空気室３４と外部とを接続するように形成される。

ダイヤフラム３３は、下空気ばね３０Ｂが空気を給排気することで膨張、収縮するゴム膜であり、第１部材３１と第２部材３２とを接続するように形成される。これにより、第１部材３１と第２部材３２との間には空気室３４が形成される。

空気室３４は、下空気ばね３０Ｂに供給される空気を保持するための空間であり、給排気口３２ｂを介して空気を給排気することにより、ダイヤフラム３３が膨張、収縮する。

尚、ストッパゴム３１ａ、平面部３１ｂ、凹部３１ｃ、当接部３２ａ、給排気口３２ｂ及びダイヤフラム３３は、軸Ｏに対して軸対称の円盤状に形成されるが、その説明図は省略する。また、本実施形態では、ダイヤフラム３３が軸Ｏに対して軸対称の円盤状に図２（ａ）の形状で一定に形成されるので、下空気ばね３０Ｂの水平方向のばね定数は水平方向の全方向で一定とされる。

次いで、図２（ｂ）を参照し、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂが上下直列に重ねられる空気ばねユニットについて説明する。図２（ｂ）は、空気ばねユニットの分解側面図である。

図２（ｂ）に示すように、本実施形態では、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂを反転させ、平面部３１ｂ同士を対向させて上下直列に重ねられる。上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂの平面部３１ｂ同士が当接することにより、上下に対向する凹部３１ｃによって空間が形成される。

固定部材３５は、上下に対向する凹部３１ｃによって形成される空間と同一の形状で形成される。これにより、凹部３１ｃに固定部材３５を嵌合させることで、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂの水平方向（軸Ｏと垂直な方向）の変位を規制することができる。よって、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂを上下直列に重ねる際に、平面部３１ｂ同士をねじ止めや溶接によって固定する必要が無いため、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂを重ねる工程を簡略化することができる。よって、鉄道車両１の製造コストを抑制できる。

ここで、空気ばねを上下直列に重ねるために、例えば、上空気ばねの平面部に凹部を形成し、下空気ばねにその凹部と嵌合可能な凸部を形成した場合、上空気ばねと下空気ばねとが異なる構成で形成されることになり、部品点数が増加する。一方、上空気ばね及び下空気ばねの各個の平面部に凹部と凸部とを両方設けるのでは、平面部の２箇所に加工しなければならないため、平面部（凹部および凸部）を形成するための工数が増加する。また、平面部同士を溶接で固定すると、上空気ばね又は下空気ばねのいずれかの取り換えが必要となった場合に、片方の空気ばねのみを取り換えることが困難となる。

これに対して、本実施形態では、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂの平面部３１ｂに凹部３１ｃが形成されているため、平面部３１ｂ同士を対向させ、凹部３１ｃに固定部材３５を嵌合させることで上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂを上下直列に重ねることができる。よって、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂの平面部３１ｂ（凹部３１ｃ）を同一の形状で形成することが可能となり、部品点数が低減する。また、平面部３１ｂの１箇所に凹部３１ｃを形成するだけで良いので、平面部３１ｂ（凹部３１ｃ）を加工する工数も最小限に抑えることができる。よって、鉄道車両１の製造コストを抑制できる。

また、凹部３１ｃに固定部材３５が嵌合されているだけであるため、上空気ばね３０Ａ、下空気ばね３０Ｂ又は固定部材３５の取り外しが容易である。よって、上空気ばね３０Ａ又は下空気ばね３０Ｂのいずれかの取り換えが必要となった場合に、上空気ばね３０Ａ又は下空気ばね３０Ｂの片方のみを容易に取り換えることができる。

更に、固定部材３５の軸Ｏ方向の上下の面（図２（ｂ）の上側の面および下側の面）の直径が、凹部３１ｃの開口部分の直径よりも小さく形成されるため、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂを重ねる際の位置決めが容易となる。よって、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂを重ねて車体１０と台車２０との間に配設する工程が簡略化され、鉄道車両１の製造コストを抑制できる。

尚、空気ばねユニットは、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂのそれぞれの当接部３２ａが車体１０又は台車２０と当接すると共に、車体１０及び台車２０に挟み込まれることにより、車体１０の重量によって固定される。

次いで、図３（ａ）を参照し、空気ばねユニットに供給する空気の圧力を制御する空気圧制御系４０について説明する。図３（ａ）は、空気ばねユニットに空気圧制御系４０を接続した状態を示す模式図である。尚、図３（ａ）では、空気ばねユニットは車体１０と台車２０との間に配設された直後の使用前の状態が図示される。

また、図３（ａ）では、空気圧制御系４０の下流側管４１、上流側管４３、空気だめ４５及びコントローラ４８は模式的に図示されると共に、電磁弁４２、レベリングバルブ４４、減圧弁４６、及び圧力スイッチ４７は回路記号で図示され、図３（ｂ）、図４及び図５においても同様に図示される。

尚、空気圧制御系４０においては、空気だめ４５側を上流側、空気ばねユニット側を下流側と定義する。

図３（ａ）に示すように、空気圧制御系４０は、空気ばねユニット及び電磁弁４２の下流側（図３（ａ）の下側）を接続する下流側管４１と、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂの給排気を切り替える電磁弁４２と、電磁弁４２の上流側（図３（ａ）の上側）に接続される上流側管４３と、その上流側管４３を介して電磁弁４２に接続されるレベリングバルブ４４と、そのレベリングバルブ４４の上流側に接続される空気だめ４５と、上流側管４３を介して電磁弁４２に接続される減圧弁４６と、上流側管４３に接続されて上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂの圧力を検知する圧力スイッチ４７と、その圧力スイッチ４７の検知の結果から電磁弁４２を制御するコントローラ４８とを主に備える。

下流側管４１は、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂと電磁弁４２とを接続する空気の流路であり、上空気ばね３０Ａの給排気口３２ｂ及び電磁弁４２の下流側の一方のポートを接続する第１下流側管４１ａと、下空気ばね３０Ｂの給排気口３２ｂ及び電磁弁４２の下流側の他方のポートを接続する第２下流側管４１ｂとを主に備える。

電磁弁４２は、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂの給排気を切り替えるための切替弁である。電磁弁４２は、その上流側の一方のポート及び下流側の一方のポートを接続し、上流側の他方のポート及び下流側の他方のポートを接続する第１流路４２ａと、上流側の一方のポート及び下流側の他方のポートを接続し、上流側の他方のポート及び下流側の一方のポートを接続する第２流路４２ｂとを備える４ポート２位置の電磁弁で構成される。また、電磁弁４２は、上流側のポートと下流側のポートとを両方向流れで接続する。

尚、以下の説明において、第１流路４２ａが電磁弁４２の上流側のポートと下流側のポートとを接続する状態を第１位置と記載し、第２流路４２ｂが電磁弁４２の上流側のポートと下流側のポートとを接続する状態を第２位置と記載する。

上流側管４３は、電磁弁４２とレベリングバルブ４４及び減圧弁４６とを接続する空気の流路であり、電磁弁４２の上流側の一方のポート及びレベリングバルブ４４の下流側のポートを接続する供給管４３ａと、電磁弁４２の上流側の他方のポート及び減圧弁４６を接続する減圧管４３ｂとを主に備える。

レベリングバルブ４４は、後述する空気だめ４５から供給される空気の圧力を調整する調整弁であり、供給管４３ａを介して電磁弁４２の上流側の一方のポートに接続されると共に、レベリングバルブ４４の上流側のポート及び下流側のポートを逆止弁で接続する供給部４４ａと、レベリングバルブ４４の上流側のポート及び下流側のポートを共に閉弁状態にする閉弁部４４ｂと、レベリングバルブ４４の下流側のポートから上流側のポートへ空気を排気する排気部４４ｃとを主に備える。

空気だめ４５は、圧縮された空気を貯留するための空気タンクであり、レベリングバルブ４４の上流側のポートに接続される。空気だめ４５は、図示しないコンプレッサによって空気が供給されることで、タンク内は一定の空気圧が保たれる。

これにより、下流側管４１、電磁弁４２及び供給管４３ａを介してレベリングバルブ４４に接続される上空気ばね３０Ａ又は下空気ばね３０Ｂは、供給部４４ａに接続される場合は空気だめ４５から空気室３４に所定の圧力の空気が供給され、閉弁部４４ｂに接続される場合は閉弁状態となり空気室３４の空気が保持され、排気部４４ｃに接続される場合は空気室３４の空気が排気される。

よって、レベリングバルブ４４は、レベリングバルブ４４の上流側のポートと下流側のポートとを供給部４４ａ、閉弁部４４ｂ又は排気部４４ｃで接続する状態にそれぞれ切り替えることで、空気だめ４５から上空気ばね３０Ａ又は下空気ばね３０Ｂに供給される空気の圧力を調整し、上空気ばね３０Ａ又は下空気ばね３０Ｂの高さが所定の高さとなるように制御することが可能とされる。

減圧弁４６は、上空気ばね３０Ａ又は下空気ばね３０Ｂの空気室３４の空気を減圧するための弁であり、減圧管４３ｂを介して電磁弁４２の上流側の他方のポートに接続される。これにより、下流側管４１、電磁弁４２及び減圧管４３ｂを介して減圧弁４６に接続される上空気ばね３０Ａ又は下空気ばね３０Ｂは、空気室３４の空気が排気されると共に、空気室３４の圧力が減圧弁４６によって所定の圧力まで減圧される。

圧力スイッチ４７は、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂのパンクを検知するためのセンサであり、供給管４３ａに接続される。圧力スイッチ４７が電磁弁４２とレベリングバルブ４４との間に接続されることにより、１個の圧力スイッチ４７によって、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂの双方の圧力変化（パンク）を検知することができる。よって、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂのパンクを検知するための部品点数が低減され、鉄道車両１の製造コストを抑制できる。

コントローラ４８は、圧力スイッチ４７での検知の結果に応じて電磁弁４２の切り替えを制御するものであり、圧力スイッチ４７で検知される圧力低下が所定の閾値を超えた場合に、上空気ばね３０Ａ又は下空気ばね３０Ｂがパンクしたと判断し、電磁弁４２を切り替える制御を行う。

次いで、図３（ｂ）及び図４（ａ）を参照し、空気ばねユニットを使用可能状態にする方法について説明する。図３（ｂ）は、図３（ａ）の状態からレベリングバルブ４４を切り替えた状態を示す空気ばねユニット及び空気圧制御系４０の模式図である。図４（ａ）は、図３（ｂ）の状態から電磁弁４２を切り替えた状態を示す空気ばねユニット及び空気圧制御系４０の模式図である。

図３（ｂ）に示すように、図３（ａ）の状態からレベリングバルブ４４の上流側のポートと下流側のポートとを供給部４４ａで接続する状態に切り替えた場合、第１下流側管４１ａ、電磁弁４２の第１流路４２ａ及び供給管４３ａを介して供給部４４ａに接続される上空気ばね３０Ａは、空気だめ４５から空気室３４に空気が供給されることで膨張状態となる。

これに対して、第２下流側管４１ｂ、電磁弁４２の第１流路４２ａ及び減圧管４３ｂを介して減圧弁４６に接続される下空気ばね３０Ｂは、収縮状態となる。

図４（ａ）に示すように、図３（ｂ）の状態からコントローラ４８によって電磁弁４２を第２位置に切り替えた場合、第１下流側管４１ａ、電磁弁４２の第２流路４２ｂ及び減圧管４３ｂを介して減圧弁４６に接続される膨張状態の上空気ばね３０Ａは、空気室３４の空気が排気されると共に、空気室３４の圧力が減圧弁４６によって所定の圧力まで減圧されつつ収縮状態となる。

これに対して、第２下流側管４１ｂ、電磁弁４２の第２流路４２ｂ及び供給管４３ａを介して供給部４４ａに接続される収縮状態の下空気ばね３０Ｂは、空気だめ４５から空気室３４に空気が供給されることで膨張状態となる。

ここで、図３（ａ）の上空気ばね３０Ａは使用前の状態であるため、上空気ばね３０Ａの空気室３４の圧力は大気圧と略同一となる。この場合、図３（ａ）に示す通り、収縮状態の上空気ばね３０Ａのダイヤフラム３３はその自重によって撓むことでしわが寄り、この状態が長く続くと、ダイヤフラム３３の劣化が早まってしまう。

これに対して、本実施形態では、上述の通り、減圧弁４６は、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂの空気を排気する際に、空気室３４の圧力を所定の圧力に減圧する。詳細には、例えば、上空気ばね３０Ａの空気を排気する際には、上空気ばね３０Ａの空気室３４の圧力を、少なくとも大気圧よりも高い圧力であって、且つ、上空気ばね３０Ａの第１部材３１（ストッパゴム３１ａ）と上空気ばね３０Ａの第２部材３２（当接部３２ａ）とが離間する圧力よりも低い圧力に減圧させる。また、下空気ばね３０Ｂの空気を排気する際も下空気ばね３０Ｂの空気室３４を同様の圧力まで減圧させる。

この場合、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂは、膨張状態から排気をして収縮状態となっても、空気室３４には上記の圧力が保持される。これにより、上空気ばね３０Ａ又は下空気ばね３０Ｂが収縮状態となっても、ダイヤフラム３３にしわが寄ることを防止できる。よって、ダイヤフラム３３の劣化が抑制され、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂの耐久性が向上する。

よって、図４（ａ）の状態、即ち、上空気ばね３０Ａ又は下空気ばね３０Ｂのいずれかが膨張状態であり、且つ、収縮状態の上空気ばね３０Ａ又は下空気ばね３０Ｂがダイヤフラム３３にしわが寄らない程度の圧力を保持している状態を空気ばねユニットの使用可能状態とし、鉄道車両１の運行が開始される。

次いで、図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照し、空気ばねユニットの使用方法について説明する。図４（ｂ）は、図４（ａ）の状態から電磁弁４２を切り替えた状態を示す空気ばねユニット及び空気圧制御系４０の模式図である。

図４（ｂ）に示すように、図４（ａ）の状態からコントローラ４８によって電磁弁４２を第１位置に切り替えた場合、第１下流側管４１ａ、電磁弁４２の第１流路４２ａ及び供給管４３ａを介して供給部４４ａに接続される収縮状態の上空気ばね３０Ａは、空気だめ４５から空気室３４に空気が供給されることで膨張状態となる。

これに対して、第２下流側管４１ｂ、電磁弁４２の第１流路４２ａ及び減圧管４３ｂを介して減圧弁４６に接続される膨張状態の下空気ばね３０Ｂは、空気室３４から空気が排気されると共に、空気室３４の圧力が減圧弁４６によって所定の圧力まで減圧されつつ収縮状態となる。

このように電磁弁４２を第１位置および第２位置に交互に切り替え、図４（ａ）及び図４（ｂ）の状態を交互に遷移させることで、上空気ばね３０Ａが膨張し、下空気ばね３０Ｂが収縮した状態と、上空気ばね３０Ａが収縮し、下空気ばね３０Ｂが膨張した状態とを交互に切り替えることができる。即ち、上空気ばね３０Ａ又は下空気ばね３０Ｂのいずれかが常に膨張もしくは収縮した状態が続くことを抑制でき、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂの劣化度合いが均等になるように使用することができる。よって、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂの耐久性が向上する。

ここで、本実施形態では、コントローラ４８は、図示しない鉄道車両１の進行方向を検知するスイッチと連動することで、電磁弁４２を切り替える制御を行う。これにより、例えば、鉄道車両１の往路で上空気ばね３０Ａを使用し、復路で下空気ばね３０Ｂを使用することが可能となり、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂの劣化度合いを均等に近づけることができる。

また、鉄道車両１の進行方向を検知するスイッチは、鉄道車両１の進行方向が切り替わる際に、運転台を先頭側の運転台に切り替えることや、車内の案内放送の切り替えを行うために従来から設置されているものである。よって、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂの使用頻度を検知するセンサを新たに設ける必要がなく、鉄道車両１の製造コストを抑制できる。

更に、上述の通り、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂは、各個が同一の構成に形成され、各個のばね定数が略同一であると共に、電磁弁４２は、上空気ばね３０Ａ又は下空気ばね３０Ｂを空気だめ４５又は減圧弁４６に接続する。これにより、上空気ばね３０Ａの膨張状態から収縮状態への遷移と、下空気ばね３０Ｂの収縮状態から膨張状態への遷移とを同時に行うことができる。

即ち、鉄道車両１の高さ及び乗り心地を一定に保った状態で使用する空気ばねを上空気ばね３０Ａ又は下空気ばね３０Ｂに切り替えることができる。よって、鉄道車両１の走行中や乗客の乗降中であっても、使用する空気ばねを上空気ばね３０Ａ又は下空気ばね３０Ｂに切り替えることが可能となる。

特に、本実施形態のように鉄道車両１の往路と復路とで使用する空気ばねを上空気ばね３０Ａ又は下空気ばね３０Ｂに切り替える場合、鉄道車両１が往路と復路との折り返しの駅に到着し、乗客が乗降している際に使用する空気ばねを切り替えることで、乗客の乗降が終わり次第速やかに復路での運行が可能となる。よって、使用する空気ばねを切り替えることによる鉄道車両１の発車時刻の遅延を抑制できる。

また、電磁弁４２を切り替え、使用する空気ばねを上空気ばね３０Ａ又は下空気ばね３０Ｂに切り替えた場合、電磁弁４２を切り替えた直後に一時的な圧力低下が圧力スイッチ４７で検知される。よって、電磁弁４２を切り替えてもその一時的な圧力低下が検知されない場合には、コントローラ４８によって電磁弁４２が動作していないことを判断することができる。

次いで、図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照し、膨張状態の上空気ばね３０Ａがパンクした場合について説明する。

図５（ａ）は、上空気ばね３０Ａを使用している状態で上空気ばね３０Ａがパンクした直後の状態を示す空気ばねユニット及び空気圧制御系４０の模式図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の状態から電磁弁４２及びレベリングバルブ４４を切り替えた状態を示す空気ばねユニット及び空気圧制御系４０の模式図である。

図５（ａ）に示すように、膨張状態の上空気ばね３０Ａがパンクした場合、供給管４３ａに接続される圧力スイッチ４７によって圧力低下が検知される。この圧力低下が所定の閾値を超えた場合に、コントローラ４８は、上空気ばね３０Ａがパンクしたと判断して電磁弁４２を第１位置から第２位置に切り替える。

よって、図５（ｂ）に示すように、上空気ばね３０Ａがパンクした場合であっても、コントローラ４８が電磁弁４２を第１位置から第２位置に切り替えることで、収縮状態の下空気ばね３０Ｂに空気を供給することができる。

この場合、上述の通り、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂは、各個が同一の構成に形成され、各個のばね定数が略同一であるので、上空気ばね３０Ａのパンク後の鉄道車両１の乗り心地をパンク前と略同一に維持することができる。よって、従来の空気ばねに比べ、パンク後の鉄道車両１の乗り心地を向上させることができる。

また、各個のばね定数が略同一であるので、上空気ばね３０Ａのパンク後に、パンク前に上空気ばね３０Ａに供給されていた空気の圧力と同一の圧力の空気を収縮状態の下空気ばね３０Ｂに供給することで、パンクの前後で鉄道車両１の高さを一定に保つことができる。

以上、上記実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変形改良が可能であることは容易に推察できるものである。

上記実施形態では、鉄道車両１が先頭車両である場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、中間車両であっても良い。

また、上記実施形態では、同一の構成で形成される上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂを上下直列に重ねる場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、同一の構成で形成されない空気ばねを重ねる場合は、少なくとも、ばね定数が略同一に設定される空気ばねを重ねれば良い。

また、上記実施形態では、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂの平面部３１ｂ同士を当接させて上下直列に重ねる場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、給排気口３２ｂを当接部３２ａから突設させずに形成させるか、若しくは、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂの水平方向（軸Ｏと垂直な方向）側に給排気口３２ｂを設け、第１部材３１及び第２部材３２の双方に平面部を設けて重ねても良い。この場合、空気ばねを３個以上重ねることが可能となる。

また、上記実施形態では、第１部材３１又は第２部材３２の水平方向への変位をストッパゴム３１ａの摩擦力および撓みによって規制する場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、第１部材３１及び第２部材３２の空気室３４側にそれぞれ嵌合可能な凹凸を設け、それら凹凸を嵌合させることで第１部材３１又は第２部材３２の水平方向の変位を規制する構成でも良い。この場合は、第１部材３１又は第２部材３２の水平方向の変位を確実に規制できると共に、ストッパゴム３１ａの耐久性が向上する。また、凸の幅に比べて凹の幅を大きく形成する構成や、凹凸をそれぞれ円錐形状で形成する構成でも良く、この場合は、第１部材３１又は第２部材３２が水平方向に相対的に変位した状態で上空気ばね３０Ａ（下空気ばね３０Ｂ）がパンクした場合であっても、凹凸を嵌合させることができる。特に、軸Ｏを頂点とした円錐形状で凹凸を形成すれば、軸Ｏを中心として第１部材３１及び第２部材３２を確実に嵌合させることができる。

また、上記実施形態では、凹部３１ｃに固定部材３５を嵌合させて上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂを上下直列に重ねる場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂのいずれか一方の平面部３１ｂに凹部３１ｃを形成し、他方の平面部３１ｂに凹部３１ｃと嵌合可能な凸部を形成し、凹部３１ｃと凸部とを嵌合させて重ねても良い。また、平面部３１ｂ同士をねじ止めや溶接によって固定しても良い。

また、上記実施形態では、凹部３１ｃ及び固定部材３５が軸Ｏ方向視円形状に形成される場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、凹部３１ｃ及び固定部材３５を軸Ｏ方向視多角形の形状に形成しても良い。この場合、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂが回転して位置がずれることを確実に防止することができる。

また、上記実施形態では、電磁弁４２の上流側の他方のポートに減圧弁４６が接続される場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、減圧管４３ｂ及び減圧弁４６を備えない構成でも良く、この場合には、第２流路４２ｂは、少なくとも電磁弁４２の上流側の一方のポートと下流側の他方のポートとを両方向流れで接続可能な構成であれば良く、この構成では、上空気ばね３０Ａがパンクするまで使用し、パンクした場合に下空気ばね３０Ｂに切り替えれば良い。

また、減圧管４３ｂ及び減圧弁４６を備えない場合、第１流路４２ａは、電磁弁４２の上流側の他方のポート又は下流側の他方のポートを閉弁する構成や大気開放する構成であっても良い。また、減圧弁４６だけを備えない構成でも良い。

また、上記実施形態では、コントローラ４８を鉄道車両１の進行方向を検知するスイッチと連動させて電磁弁４２を制御し、鉄道車両１の往路で上空気ばね３０Ａを使用し、復路で下空気ばね３０Ｂを使用することで、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂの劣化度合いを均等に近づける場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂの使用時間や、鉄道車両１の走行距離が所定の閾値を超えた場合に電磁弁４２を切り替えても良い。

また、鉄道車両１の運行区間によっては、上空気ばね３０Ａと下空気ばね３０Ｂとで加わる負荷に相違が生じる場合が考えられる。この場合は、加速度計を設置して上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂに加えられた振動の総量を集計することや、圧力スイッチ４７での内圧の変化の総量を集計することで、その集計結果が所定の閾値を超えた場合に使用する空気ばねを上空気ばね３０Ａ又は下空気ばね３０Ｂに切り替えても良い。これにより、上空気ばね３０Ａと下空気ばね３０Ｂとで加わる負荷に相違がある場合であっても、劣化度合いを均等に近づけることができる。

また、上記実施形態では、電磁弁４２が上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂとレベリングバルブ４４との間に１個接続される場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、下流側管４１と上流側管４３との間に直列に複数個の電磁弁４２を接続しても良い。この場合は、いずれか１個の電磁弁４２をコントローラ４８によって切り替える制御を行い、その切り替えの制御を行っても圧力スイッチ４７で一時的な圧力の変化が検知されない場合に、その電磁弁４２が動作していないと判断し、その他のいずれか１個の電磁弁４２を切り替えるように制御すれば良い。これにより、１個の電磁弁４２が動作しなくなっても、その他の電磁弁４２によって空気だめ４５の空気の供給先を上空気ばね３０Ａ又は下空気ばね３０Ｂに切り替えることができる。

また、上記実施形態では、圧力スイッチ４７によって上空気ばね３０Ａ又は下空気ばね３０Ｂの圧力を検知する場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、上空気ばね３０Ａ又は下空気ばね３０Ｂの圧力から鉄道車両１のブレーキ力を制御するブレーキ制御用圧力計を流用しても良い。この場合、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂの圧力を検知する部品を別途設ける必要が無いため、鉄道車両１の製造コストを抑制できる。

また、上記実施形態では、圧力スイッチ４７が供給管４３ａに１個接続される場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、供給管４３ａに複数個の圧力スイッチ４７が接続される構成でも良い。この場合、複数の圧力スイッチ４７のいずれか１個の圧力スイッチ４７において所定の圧力低下が検知された場合にパンクしたと判断し、電磁弁４２を切り替えるように制御すれば良い。これにより、１個の圧力スイッチが圧力を検知できない状態となっても、その他の圧力スイッチ４７で上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂのパンクを検知し、使用する空気ばねを切り替えることができる。

また、上記実施形態では、空気ばねユニットと空気供給系４０とを接続する構成を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、特許第４７６４１１７号（以下、「特許文献３」と称す）の構成と本願の空気ばねユニットとを組み合わせることが可能である。この場合、本願の供給管４３ａの上流側に分岐点を設け、それぞれの分岐と特許文献３の第１電磁弁１０及び第２電磁弁１５の下流側とを接続することで、上空気ばね３０Ａ及び下空気ばね３０Ｂのいずれかがパンクした場合であっても、特許文献３の車高制御機構の機能を維持することができる。

１鉄道車両
１０車体
２０台車
２１車輪
３０Ａ上空気ばね
３０Ｂ下空気ばね
３１第１部材（上第１部材、下第１部材）
３２第２部材（上第２部材、下第２部材）
３３ダイヤフラム（上ダイヤフラム、下ダイヤフラム）
３４空気室（上空気室、下空気室）
４２電磁弁（切替手段）
４５空気だめ
４６減圧弁（排気手段、減圧手段）
４７圧力スイッチ（検知手段）

Claims

車輪を有する台車と、その台車に上下直列に重ねられる上空気ばね及び下空気ばねと、それら上空気ばね及び下空気ばねへ供給するための空気を貯留する空気だめと、その空気だめの空気の供給先を前記上空気ばね又は前記下空気ばねに切り替える切替手段と、前記上空気ばね及び下空気ばねを介して前記台車に支持される車体とを備える鉄道車両において、
前記上空気ばね又は前記下空気ばねの空気を排気する排気手段と、その排気手段を介して前記上空気ばね又は前記下空気ばねに接続される減圧手段とを備え、
前記上空気ばね及び下空気ばねは、各個のばね定数が略同一に設定され、
前記排気手段が、前記空気だめに接続されていない前記上空気ばね又は前記下空気ばねの空気を排気することにより、膨張した前記上空気ばね及び収縮した前記下空気ばねが上下直列に重ねられた状態と、収縮した前記上空気ばね及び膨張した前記下空気ばねが上下直列に重ねられた状態とを切り替え可能とされ、
前記上空気ばねは、上第１部材と、その上第１部材に対向配置される上第２部材と、それら上第１部材および上第２部材を連結して上空気室を形成する上ダイヤフラムとを備え、
前記下空気ばねは、下第１部材と、その下第１部材に対向配置される下第２部材と、それら下第１部材および下第２部材を連結して下空気室を形成する下ダイヤフラムとを備え、
前記減圧手段は、
前記上空気ばねの空気を前記排気手段により排気する際には、前記上空気室の圧力を、少なくとも大気圧よりも高い圧力であって、且つ、前記上第１部材と前記上第２部材とが離間する圧力よりも低い圧力に減圧させ、
前記下空気ばねの空気を前記排気手段により排気する際には、前記下空気室の圧力を、少なくとも大気圧よりも高い圧力であって、且つ、前記下第１部材と前記下第２部材とが離間する圧力よりも低い圧力に減圧させることを特徴とする鉄道車両。
前記上空気ばね及び下空気ばねは、各個が同一の構成に形成されることを特徴とする請求項１記載の鉄道車両。
前記上空気ばね又は前記下空気ばねの圧力を検知する検知手段を備え、
その検知手段は、前記空気だめと前記切替手段との間に接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載の鉄道車両。
前記検知手段は、前記空気だめと前記切替手段との間に複数個が接続されることを特徴とする請求項３記載の鉄道車両。
前記切替手段は、前記空気だめと前記上空気ばね及び下空気ばねとの間に複数個が接続されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の鉄道車両。