JPH10252799A - 安全装置付きダンパー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピストンの固渋等によりロッドに異常な力が
加わった際に重大事態に到らないようなフェイルセーフ
機構を有するダンパーを提供する。 【解決手段】 ダンパー１は、油室を有するダンパー本
体１０と、ピストン２５と、ピストンロッド２１を備え
る。ピストンロッド２１に異常な力がかかった場合に、
ピストンロッド２１のダンパー本体１０に対する動きを
フリーにする安全装置３１を設けた。ロッド２１とピス
トン２５の間に異常な軸方向の力が働くと、バネ７５が
ボール６７に押されて縮む。すると、ボール６７がボー
ル穴７１内に沈んで、ボール溝６５から抜け出す（図１
（Ｃ））。このため、ピストン２５とロッド２１は、軸
方向に相対移動可能（フリー）となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二つの物体間に介
在して両物体間の動きを減衰するためのダンパーに関す
る。特には、ピストンの固渋（スティッキング）等によ
りピストンロッドに異常な力が加わった際に重大事態に
到らないようなフェイルセーフ機構を有する安全装置付
きダンパーに関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄道の編成列車（新幹線）における、前
後に連結された２両の車両間のヨーイングを抑制するた
めのダンパーを例として説明する。図２は、２台の車両
間の相対的ヨーイングを抑制するためのダンパーを有す
る列車を模式的に示す平面図である。（Ａ）は両車両が
ほぼ真直ぐな場合を示し、（Ｂ）は両車両間にヨーイン
グ角がある場合を示す。

【０００３】前後の車両３、７間は、基本的には、連結
器１０３で回動可能に連結されている。連結器１０３
は、オス・メスの連結具が垂直軸回りに摺動可能に噛み
合うように作られている。現在の日本における通常の車
両は、連結器１０３のみで前後の車両が連結されてい
る。ところが、新幹線では、特に後尾車のヨーイングが
大きく乗り心地が悪いとの指摘がなされ、その対策とし
て一部の新幹線については車体間の前後方向にダンパー
（車体間ヨーダンパー）が組み込まれることとなった。

【０００４】図２中において連結器１０３の左右に、前
後の車両３、７を連結するように設けられているのが車
体間ヨーダンパー１０１、１０１′である。これらの車
体間ヨーダンパーは、いわゆるオイルダンパーであり、
それらのピストンロッド１２１、１２１′の移動速度に
ほぼ比例する抵抗力を生じる。図２（Ａ）の状態では、
左右のダンパーのロッド１２１、１２１′の長さはほぼ
等しい。一方、図２（Ｂ）の状態では、右側のダンパー
１０１のロッド１２１は大きく伸び出ているが、左側の
ダンパー１０１′のロッド１２１′は縮んでいる。

【０００５】前後の車体にヨーイング角が生じる理由
は、曲線軌道によるものと、軌道上で車体がヨーイング
振動することによるものの２つである。新幹線が高速で
走行する通常軌道は、曲線部でもＲ２，５００ｍ以上
（ヨーイング角で０．６°、ほぼ真直ぐ）であり、上記
車体間ダンパー１０１のストローク量は、ほとんど振動
によるもので、±５mm以内である。一方、駅や車庫内を
低速で走行する際には、軌道のアールは最小でＲ２００
mmであり、このアールに対応するダンパー１０１のスト
ロークは±２００mmである。なお、ダンパー１０１の設
計上の最大ストロークは±２５０mmである。

【０００６】ダンパー１０１がその振動抑制効果を発揮
することが期待されるのは、列車がほぼ直線軌道を高速
走行中であり、低速で大きな曲線を走行する時ではな
い。したがって、車体間ダンパーでは、中立点（ロッド
がストロークのほぼ中央にいる点）の近傍のみで減衰抵
抗力が働き、その他では抵抗力が働かない（スカスカ）
ような工夫（シリンダ内面溝等）が施されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述の車体間ダンパー
は正常作動時には新幹線の乗り心地が良くなるという効
果がある。しかし、異常時に次のような事態が発生する
ことが懸念される。 ダンパーが固渋してロッドが作動不能となった時：
車体間に不自然なヨーイング角が加わったままとなるの
で、レールと車輪との間に大きな横圧がかかり、安全上
の支障となる場合がある。

【０００８】 ダンパーの底突き（ストロークオーバ
ー）が生じた時：通常はこのような底突きは生じない
が、万一極端な軌道不整時にダンパーのストロークが２
５０mmを越えると、ダンパー取付部が破損する等の支障
が生じる。

【０００９】本発明は、ピストンの固渋（スティッキン
グ）等によりピストンロッドに異常な力が加わった際に
重大事態に到らないようなフェイルセーフ機構を有する
安全装置付きダンパーを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の安全装置付きダンパーは、油室を有するダ
ンパー本体と、油室内で作動するピストンと、ピストン
に接続されておりダンパー本体から突き出したピストン
ロッドと、ピストンの前後に作動油を流す抵抗付きの油
通路と、を備えるダンパーであって； ピストンロッド
に異常な力がかかった場合に、ピストンロッドのダンパ
ー本体に対する動きをフリーにする安全装置が備えられ
ていることを特徴とする。

【００１１】上述の車体間ダンパーの場合には、ダンパ
ーの高速走行時の振動の減少を目的としており、もしダ
ンパーが故障（フェイル）した場合には、ダンパーが動
かなくなるよりもフリーとなる（ダンパーがないのと同
様になる）方が好ましい。つまり、ダンパーがフリーと
なる場合は、単に乗り心地が悪くなるだけで重大なる支
障はない。したがって、ピストンがシリンダ内でスティ
ックする等によりピストンロッドに異常な力がかかった
場合には、ピストンロッドの動きをフリーとすることが
フェイルセーフである。このような性格を有するダンパ
ーは上述の車体間ダンパーに限られない。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の１実施例に係る
安全装置付きダンパーの内部構造を模式的に示す断面図
である。（Ａ）は全体を、（Ｂ）、（Ｃ）は安全装置の
詳細を示す。ダンパー１は、前後の車体３、７間に配置
されている。ダンパー１のピストンロッド２１の先端
は、ボールスタッド（ボールジョイント）又はゴムブッ
シュ５を介して車体３に接続されている。ダンパー１の
本体１０（シリンダ）の後端部に突設されているボス４
１は、同じくボールスタッド９又はゴムブッシュを介し
て車体７に接続されている。

【００１３】ダンパー本体１０は、全体として２重円筒
状をしており、外壁１３と、内壁２３と、前後のフラン
ジ１１、２０とからなる。外壁１３と内壁２３間は、作
動油や空気の存在する室となっている。すなわち、上部
室１５の上部には空気１７が存在し、下部には作動油１
９が存在する。この空気１７は、ピストンロッド２１の
出入りに伴う内壁２３（シリンダ）内の作動油の量変化
を吸収する。なお、上部室１５と下部室６０とは、内壁
２３の外周でグルリとつながっている。

【００１４】内壁２３内には、ピストン２５及びピスト
ンロッド２１が、軸方向（車両前後方向）に摺動可能に
収められている。ピストン２５とロッド２１との間に
は、安全装置３１（詳細後述）が配置されており、異常
な力（軸方向の力）がロッド２１にかかった場合には、
ロッド２１とピストン２５との連結が解除されてロッド
２１がフリーとなる。ピストン２５には、油がピストン
を通って後から前（図の右の後室３０から左の前室２
４）へ流れる弁孔２９及び弁２７が設けられている。弁
２７は、一方向弁であり、上記と逆方向の油の流れは遮
断する。なお、ロッド２１と前フランジ１１との間には
作動油の漏れを防止するパッキン（図示されず）が設け
られている。

【００１５】ダンパー１の後フランジ２０の中心部に
は、弁孔３５及び弁３３が設けられている。弁孔３５は
油通路３９に連通している。油通路３９は、内壁２３内
のピストン２５の後ろ側の室３０と下部室６０とを結
ぶ。弁３３は、下部室６０から後室３０への油の流れは
通し、その逆方向の流れは阻止する。

【００１６】ダンパー１の前フランジ１１の下部には、
弁孔５３と弁５１が設けられている。弁孔５３は、内壁
２３内のピストン２５の前の室２４に開口しており、下
部室６０に通じる油通路５７に連通している。弁５１
は、前室２４から下部室６０への作動油の流れは通し、
その逆方向の流れは遮断する。油通路５７は、下部室６
０内に突出するパイプ５５内に設けられている。油通路
５７は、下部室６０のほぼ中央部に開口している。

【００１７】図１のダンパーの安全装置３１について図
１（Ｂ）及び（Ｃ）を参照しつつ説明する。ピストンロ
ッド２１の後端部には、軸直角方向に貫通するバネ孔７
３が開けられている。この孔７３の両端部は、やや径大
のボール穴７１となっている。ボール穴７１とバネ穴７
３の境界部はボール６７と同じ曲率のアール加工がなさ
れている。

【００１８】ボール穴７１にはボール６７の内側半分が
埋没しており、バネ穴７３内には両側のボール６７を外
側に付勢するバネ７５が組み込まれている。

【００１９】一方、ピストン２５とロッド２１側の内孔
には、両端部の鍔状のストッパー６１、６９と、中央部
の内凹部６３が形成されている。さらに、内凹部６３の
真中には、ボール６７と同じアールの断面形状を有する
ボール溝６５が、内周にぐるりと形成されている。図１
（Ｂ）の状態では、ボール６７の外側１／３くらいがボ
ール溝６５内に没している。この状態が通常の状態であ
り、ロッド２１とピストン２５とは軸方向に相対運動不
能に連結されている。

【００２０】しかし、ロッド２１とピストン２５の間に
異常な軸方向の力が働くと、ボール６７とボール溝６５
との間の圧力が高くなり、バネ７５がボール６７に押さ
れて縮む。すると、ボール６７がボール穴７１内に沈ん
で、ボール溝６５から抜け出す（図１（Ｃ））。このた
め、ピストン２５とロッド２１は、軸方向に相対移動可
能（フリー）となる。

【００２１】ただし、ボール６７は、ボール穴７１の肩
までしか沈むことができず、頭は少しロッド２１外面に
出ており、ピストン２５のストッパー６１、６９とは干
渉して、ボール６７がピストン２５外に出ることはな
い。したがって、次にロッド２１に逆方向の動きが加わ
った際には、ボール６７はピストン２５の中央部に戻
り、ボール溝６５に再びはまり込んで係合する。これに
より、ロッド２１とピストン２５とは再び連結される。

【００２２】図１のダンパー１の総合的な作動について
説明する。ヨーイングにより、ダンパー１の連結されて
いる部位の車体３と７間が開く場合には、ロッド２１及
びピストン２５が左方向に前進する。このとき、前室２
４の圧が高まり、ピストン２５の弁２７は閉じて前フラ
ンジ１１の弁５１が開く。また、後フランジ２０の弁３
３は開く。したがって前室２４内の油は、弁５１から出
て、油通路５７を通り、下部室６０内に回る。

【００２３】一方、後室３０へは、油通路３９から弁３
３を通って油が補給される。このとき、内壁２３内（シ
リンダ内）の油量は、ロッド２１が前フランジ１１から
出る分だけ増加するので、その分は上部室１５内の油１
９から補充される。この際は、上部室１５内の空気部分
１７の体積が増える。ピストン２５には、その前後の油
が流動することに伴う差圧がかかり、抵抗（ダンピング
力）が働く。

【００２４】逆に、ダンパー１が縮む場合には、ピスト
ン２５の弁２７が開き、後フランジ２０の弁３３が閉じ
る。後室３０内の油は、弁２７を通って前室２４内に流
れる。しかし、前室２４内は、ロッド２１が引っ込む体
積分の油が余分となり、同室２４も正圧となって、前フ
ランジ１１の弁５１が開いて、余分の油は下部室６０
（上部室１５と連通）に出る。

【００２５】以上が通常時のダンパー１の動作である。
しかし、ピストン２５と内壁２３とが固渋したような場
合、あるいはピストン２５が前フランジ１１や後フラン
ジ２０に当る（底突きする）と、ピストン２５とロッド
２１間に異常な力が働いて、上述の安全装置３１が作動
し、ロッド２１がフリーとなる。ロッド２１がフリーに
なると、ロッド２１が比較的軽い力で出入し（スカス
カ）、ダンピング作用が働かなくなる。これは、上述の
車体間ダンパーの場合、フェイルセーフな方向である。
一方、ロッド２１のボール６７が再びボール溝６５と係
合する位置に来ると、ロッド２１とピストン２５の連結
は回復する。

【００２６】安全装置３１のボール６７がピストン２５
内で可動な長さとしては、３０〜６０mm程度が妥当であ
る。安全装置３１が作動する力としては、通常の最大ダ
ンピング抵抗の１．５倍である３ｔ程度が妥当である。
なお、言うまでもなく、安全装置の具体的機構は、上述
の球形ボールを用いるものに限定されるものではなく、
他のボール形状やボールを使用しない任意の機構も採用
できる。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ピストンの固渋（スティッキング）等により
ピストンロッドに異常な力が加わった際に重大事態に到
らないようなフェイルセーフ機構を有する安全装置付き
ダンパーを提供することができる。さらに自動復帰機構
を有する場合は、安全装置の作動に伴う事態の悪化を防
止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例に係る安全装置付きダンパー
の内部構造を模式的に示す断面図である。（Ａ）は全体
を、（Ｂ）、（Ｃ）は安全装置の詳細を示す。

【図２】２台の車両間の相対的ヨーイングを抑制するた
めのダンパーを有する列車を模式的に示す平面図であ
る。（Ａ）は両車両がほぼ真直ぐな場合を示し、（Ｂ）
は両車両間にヨーイング角がある場合を示す。

【符号の説明】

１ ダンパー ３、７ 車両 ５、９ ボールスタッド １０ ダンパー本体 １１ 前フランジ １３ 外壁 １５ 上部室 １７ 空気 １９ 作動油 ２０ 後フランジ ２１ ピストンロッド ２３ 内壁 ２４ 前室 ２５ ピストン ２７ 弁 ２９ 弁孔 ３０ 後室 ３１ 安全装置 ３３ 弁 ３５ 弁孔 ３９ 油通路 ４１ ボス ５１ 弁 ５３ 弁孔 ５５ パイプ ５７ 油通路 ５９ 開口 ６０ 下部室 ６１、６９ ストッパー ６３ 内凹部 ６５ ボール溝 ６７ ボール ７１ ボール穴 ７３ バネ孔 ７５ バネ １０１ ダンパー １０３ 連結器 １２１ ピストンロッド

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 油室を有するダンパー本体と、油室内で
   作動するピストンと、ピストンに接続されておりダンパ
   ー本体から突き出したピストンロッドと、ピストンの前
   後に作動油を流す抵抗付きの油通路と、を備えるダンパ
   ーであって；ピストンロッドに異常な力がかかった場合
   に、ピストンロッドのダンパー本体に対する動きをフリ
   ーにする安全装置が備えられていることを特徴とする安
   全装置付きダンパー。
2. 【請求項２】 上記安全装置が自動復帰機構を有するこ
   とを特徴とする請求項１記載の安全装置付きダンパー。
3. 【請求項３】 上記安全装置が、その作動時に、ピスト
   ンロッドとピストン間の接続を解除するものである請求
   項１記載の安全装置付きダンパー。
4. 【請求項４】 上記ダンパーが鉄道車両間のヨーイング
   に抵抗を与えるものである請求項１〜３いずれか１項記
   載の安全装置付きダンパー。