JPH0355348B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は鉄道車両とくにボルスターレス台車
用の枕ばね装置に関するものである。 ボルスターレス台車用の枕ばね装置は、とくに
水平方向に±120mm程度の変位を許容する必要が
あることから、ゴム膜の長さが短い、またはゴム
膜の水平方向変位が外筒によつて著しく拘束され
る従来の空気ばね（最大水平変位約±40mm）をそ
のままこの用途に使用することは不可能である。 そこでこの種の装置として第１図に示すような
空気ばねが提案されている。この空気ばねでは、
水平方向変位に対する有効な復元力を得るため
に、その筒状ゴム膜１の一端部と上面板２との連
結部の直径D_pを空気ばねの標準高さにおける有
効直径D_eよりも大きくし、また水平方向の許容
変位を±120mm程度とするために筒状ゴム膜１の
長さを長くし、その有効直径D_eの円上から半径
Ｒ（≧100mm）の曲面をもたせて筒状ゴム膜１の他
端部を内筒に連結している。 しかしながら、この空気ばねもまた以下のよう
な問題点を有している。 筒状ゴム膜１と上面板２との連結部の直径
D_pが有効直径D_eよりも大きく、両者間におけ
るセルフシール特性を得ることができないの
で、これら両者の堅固な気密シール構造が必要
になり、このため組立、分解作業に多くの工数
を費すことになる。 ゴム膜全体の外径D_naxが大きくなるので
（D_nax≧D_e＋200mm）、殴米に比して狭幅の軌条
上を走行する我国の車両に適用することが実質
的に不可能であるとともに、コストの低下を実
現できない。 有効な空気減衰を得、かつ適正な上下方向ば
ね定数を得るためには、通常は空気ばね容積の
２倍以上の容積を有する補助空気室を、絞り穴
を介して空気ばねに接続する必要があるとこ
ろ、この空気ばねは長いゴム膜を有し、その容
積が大きいので、これに補助空気室を接続して
空気減衰を得る場合には、上下方向のばね定数
が極端に小さくなつてばねとしての機能を果さ
なくなるので、それに補助空気室を接続するこ
とができず、従つて十分な空気減衰を得ること
ができない。なお、この点に関してゴム膜内に
たとえば可撓性の詰め物を配置して空気ばねの
内容積を減少させる試みもなされているが、こ
の詰め物は空気ばねの構造を複雑にし、組立、
分解、保守、点検等を一層困難にする他の欠点
をもたらすことになる。 この発明はこれらの問題を有利に解決するもの
であり、 ±120mmの水平方向変位を十分に許容できる。 小型かつ安価である。 上下方向のばね定数を、従来のボルスター付
台車のものと実質的に同等にできる。 有効な空気減衰を確保できる。 組立、分解、保守点検が容易である。 枕ばね装置を提供するものである。 以下にこの発明を図示例に基いて説明する。 第２図はこの発明の実施例を示す縦断面図であ
る。 図中１０は空気ばね、１１は空気ばねの下方に
直列に積層した全ゴム質弾性体、図示例では５段
のゴム質弾性体、１２はゴム質弾性体を介して空
気ばねに連結した補助空気室を示す。 空気ばね１０は、保護ゴム１３で被覆した上面
板１４に筒状ゴム膜１５の上端部を連結するとと
もに、その下端部を内筒１６に連結してゴム膜１
５の上面板１４への連結部の直径D_pを、空気ば
ねの標準高さにおける有効直径D_eよりも小さく
することにより構成される。ここでゴム膜１５は
有効直径D_eの円上から、好ましくは半径Ｒ≦60
mmで直径方向外方へ突出する曲面を有する。 空気ばね１０の下方に連結した各段のゴム質弾
性体１１ａ〜１１ｅは、その中央部に、空気ばね
１０を補助空気室１２に連通させるための穴を設
けたゴム、プラスチツクその他の弾性体からな
り、またこれらの各ゴム質弾性体間には上下およ
び水平方向変位に対する所要のばね定数を得るた
めに、これも中央部に穴を有するたとえば金属製
の剛体リング１７ａ〜１７ｄを配置する。 ５段のゴム質弾性体１１のさらに下方に位置し
て空気ばね１０に連通する補助空気室１２内の空
気は、各ゴム質弾性体１１ａ〜１１ｅに設けた貫
通穴および内筒１６の中央部に設けた絞り１８を
経て空気ばね１０に流出入することができる。 なお、図中１３ａは、保護ゴム１３で構成さ
れ、上面板１４の周縁部分で筒状ゴム膜１５の外
表面に当接してとくにその水平方向の変位を拘束
する下向きの傾斜部を示し、１３ｂはこれも保護
ゴム１３で構成され、上面板１４の下方変位に対
して空気ばね１０内の空気室の流通を保証するス
トツパーを示す。また１９ａ，１９ｂはそれぞれ
全ゴム質弾性体１１の上下の端板を示し、上端板
１９ａは内筒１６に固定されて絞り１８を受け、
下端板１９ｂはここでは補助空気室１２に気密接
合される。 このように構成してなる装置の各部のばね定
数、変形量、空気減衰について以下に説明する。 この種枕ばね装置の上下方向のばね定数は、車
両の乗心地の観点からは従来のボルスター付台車
のものにできるだけ近いことが望ましく、又実用
上は、車両重量を支持するに際して、荷重変動
（たとえば積車重量と空車重量との差）に基く上
下方向変位量の小さいものが要求される。 この点に関し、空気ばねは高さ自動調節弁の装
着により、上下方向変位のある程度の補正は可能
であるが、この補正にも限度があることを考慮す
ると、全ゴム質弾性体１１の上下方向のばね定数
は大きい程都合がよく、具体的には空気ばね１０
の上下方向ばね定数の約５倍以上であることが好
ましい。 また枕ばね装置の水平方向のばね定数に関し
て、前述したように比較的小型に構成した空気ば
ね１０は一般に±40mm程度の水平方向変位を許容
するので、この場合には空気ばね１０に直列に積
層した全ゴム質弾性体１１が±80mmの水平方向変
位を許容すれば、ボルスターレス台車用の枕ばね
装置としての要求を満たすことができる。従つ
て、全ゴム質弾性体１１のばね定数は、空気ばね
１０のそれよりも小さくすることが必要になり、
その好適値は空気ばねの1/2以下である。 このような上下および水平方向の両ばね定数の
要求を十分に満たすためには、たとえば、硬度40
〜45度のNR−SBR系ゴムの直径300mm、穴径50
mm、厚さが少くとも15mm以上好ましくは40mmの板
材で各ゴム質弾性体１１ａ〜１１ｅ構成し、また
剛体リング１７ａ〜１７ｄおよび上下端板１９
ａ，１９ｂの厚さをそれぞれ６mmおよび７mmとし
た場合において、ゴム質弾性体の積層数を少なく
とも４段とすることが必要である。 加えて、上下方向の振動に対して車両の乗心地
を確保するためには、従来のボルスター付台車用
の空気ばねと同様の振動減衰をもたらすことが必
要であり、このためには、たとえば台車枠に、空
気ばね１０の内圧封入時における内容積の１〜４
倍、好ましくは２倍以上の補助空気室１２を設
け、また空気ばね１０と補助空気室１２との間に
絞り１８を設ける。 ところで、この発明の枕ばね装置によれば、ゴ
ム質弾性体１１ａ〜１１ｅに設けた貫通穴もま
た、減衰力の発生に有効に寄与することができ
る。 ちなみに、第１図に示す空気ばねは、同一の有
効直径の下でこの発明に係る空気ばねの３倍の内
容積を有しており、これがため、前述したように
補助空気室を接続することができず、ひいては十
分な振動減衰力を発揮することができない。 さらに、このような枕ばね装置の車両への装着
スペースを考慮すると、有効直径550mmの空気ば
ねを用いる場合には、標準高さ時のゴム膜の最大
径を670mm（550（mm）＋60×２（mm））以下にするこ
とが望ましく、また取付高さは350mm以下である
ことが望ましい。 以上述べた実施例における10ton負荷時の寸法
諸元は次表の通りである。

【表】 第３図はこの発明の変形例を示す断面図であり
上面板１４の周縁から下方へ向けて截頭円錐状に
拡開して突出する外筒２０を設け、この外筒２０
を筒状ゴム膜１５の外表面に接触させるととも
に、４段のゴム質弾性体２１ａ〜２１ｄを空気ば
ね１０の上下にそれぞれ２段ずつ積層したもので
ある。 ここに示す実施例の上下および水平方向の各部
のばね定数もまた第２図に示したものと同様にし
て決定されることはもちろんであり、図示はしな
いが補助空気室を各空気ばね１０に接続すること
により、第２図の例と同様の振動減衰力を得るこ
とができる。 以上述べたところから明らかなように、この発
明によればボルスターレス台車に用いるに必要な
上下および水平方向のばね定数および減衰特性を
有する十分小型の枕ばね装置を得ることができ、
しかも、筒状ゴム膜と、上面板または外筒との連
結部の直径を、空気ばねの標準高さにおける有効
直径よりも小さくしてセルフシール特性をもたら
すことにより、組立、分解、保守点検を極めて容
易ならしめることができる。 またここでは、空気ばねと補助空気室とを、ゴ
ム質弾性体に設けた貫通穴を介して連通させるこ
とにより、絞りに加え、その貫通穴によつてもま
た振動減衰力を発生させることができ、しかも、
空気ばねと補助空気室とを、ゴム質弾性体を経ず
に連通させる場合に比し、装置を一層小型ならし
め、かつ、装置構造を簡単ならしめることができ
る。加えて、ゴム質弾性体の貫通穴は、その穴径
の選択に基づき、ゴム質弾性体の上下方向および
水平方向のはね定数ならびに振動減衰力を調整す
ることができる。 ところで、ここにおいて、空気ばねに連通させ
て設けた補助空気室は、その空気ばねおよびゴム
質弾性体との三位一体をなす適正なる組合わせに
よつてはじめて、所要のばね定数ならびに減衰特
性を有する小型の枕ばね装置の実現を可能ならし
める。 また、装置の小型化の観点からは、ゴム質端整
体の総厚さをできるだけ薄くすることが好ましい
にもかかわらず、ここでは、その総厚さを60mm以
上とすることにより、装置の耐久性を極めて有効
に向上させることができる。 すなわち、枕ばね装置の一般的な配設位置にお
いては、車体とボルスターレス台車との間に、通
常は±90〜±120mm程度の前後方向の水平変位が
生じることになるところ、空気ばねの水平変位量
は、一般的には±30〜±40mmの範囲内に抑えたい
との要請が強いことから、ゴム質弾性体は、±60
〜±80mmの水平変位を行うことが必要になる。こ
の一方において、鉄道車両用枕ばね装置では、水
平変位に対し、少なくとも10⁵回、好ましくは10⁶
回以上の耐久性が要求される。 そこで、大きな水平変位が要求される一般的な
ゴム質弾性体、いいかえれば、それらに用いられ
るNR−SBR系ゴムの、剪断歪と耐久性との関係
についてみると、第４図に示すように、ゴム質弾
性体によつて、10⁵回以上の耐久性を得るために
は、約100％以下の歪領域内にてそれを使用する
ことが必要になる。 これがため、ここでは、ゴム質弾性体の、±60
mm以上の変位が、100％以下の剪断歪によつても
たらされるような、ゴム質弾性体の総厚さ、つま
り60mm以上の厚さを選択することによつて、枕ば
ね装置に必要とされる耐久性を担保することとし
ている。 そしてさらに、この枕ばね装置では、ゴム質弾
性体を４段以上に積層することにより、各ゴム質
弾性体の上下方向の変形量を適正ならしめて、積
載重量の大小にかかわらず、空気ばねの緩衝、減
衰機能を常に十分に発揮させることができる。 いいかえれば、ゴム質弾性体の総厚さを一定と
した場合において、３段以下の積層段数では、各
ゴム質弾性体の上下方向の変形量が大きくなりす
ぎて、装置の車両への取付け、および交換時の取
扱いが甚だ不便である他、車両定員乗車時（通常
は10tで計算する）に対する空車時（10^t−3^t＝7^t）
および積車時（２倍定員乗車時、10^t＋3^t＝13^t）
のゴム質弾性体の上下方向の変形量が大きくなり
すぎることにより、たとえば振動によつて車体が
上下にストローク（±20mm程度）するに際し、空
気ばねの上下面板の接触または、空気ばねの伸長
ストローク量の不足などにより、空気ばねが、そ
れ本来の機能を有効に発揮し得なくなるところ、
ゴム質弾性体の積層段数を４段以上としたときに
は、このようなおそれが、十分に除去されること
になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の枕ばね装置としての空気ばねを
示す断面図、第２図はこの発明の実施例を示す断
面図、第３図はこの発明の変形例を示す断面図、
第４図は剪断歪と耐久性との関係を示すグラフで
ある。 １０……空気ばね、１１……全ゴム質弾性体、
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，２１
ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ……ゴム質弾性体、
１２……補助空気室、１３……保護ゴム、１３ａ
……傾斜部、１３ｂ……ストツパー、１４……上
面板、１５……筒状ゴム膜、１６……内筒、１７
ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ……剛体リング、１
８……絞り、１９ａ，１９ｂ……端板、２０……
外筒、D_p……連結部の直径、D_e……有効直径。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 空気ばねと、この空気ばねに連通する補助空
   気室と、空気ばねの上下方向に直列に積層した４
   段以上のゴム質弾性体とを具えてなり、前記空気
   ばねの筒状ゴム膜と、上面板または外筒との連結
   部の直径を、空気ばねの標準高さにおける有効直
   径よりも小さくし、また少なくともこの有効直径
   の外側で、上面板または外筒を筒状ゴム膜の外表
   面に接触させ、さらに、前記ゴム質弾性体の総厚
   さを60mm以上にするとともに、空気ばねと補助空
   気室とを、ゴム質弾性体に設けた貫通穴を介して
   連通せしめてなることを特徴とする鉄道車両用枕
   ばね装置。 ２ 前記補助空気室の容積を空気ばね内容積の１
   〜４倍にしてなることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の鉄道車両用枕ばね装置。