KR101648849B1 - 철도 차량용 대차 - Google Patents

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히로카즈 하라구치
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카와사키 주코교 카부시키 카이샤
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Abstract

철도 차량용 대차는 철도 차량의 차체의 아래쪽에 위치하는 볼스터(20)(프레임체)와, 그 내부에 공기를 저장하는 공기 스프링 본체(60)를 가지며, 차체와 볼스터(20) 사이에 배치되는 공기 스프링(22)과, 공기 스프링(22)과 볼스터(20) 사이에 배치되어 차체 높이가 공기 스프링(22)에 관계없이 일정 높이로 유지되는 상태에 있어서, 공기 스프링(22)과 볼스터(20)를 그 복원력에 의해 이격시키는 코일 스프링(80)(탄성 부재)과, 코일 스프링(80)의 변위량을 규제함으로써 공기 스프링(22)과 볼스터(20)의 이격량을 규제하는 규제 부재(82)를 구비한다.

Description

철도 차량용 대차{BOGIE FOR RAILWAY VEHICLE}
본 발명은 공기 스프링을 구비한 철도 차량용 대차에 관한 것이다.
일반적으로, 철도 차량의 정지 바퀴 하중 조정에서는 프레임체와 공기 스프링 사이에 간극을 확보하고 해당 간극에 스페이서(라이너)를 삽입하거나 이미 삽입되어 있는 스페이서(라이너)를 빼내거나 함으로써 바퀴 하중을 조정하고 있다. 프레임체와 공기 스프링 사이에 간극을 확보하기 위해서는 공기 스프링을 밀어올려서 공기 스프링의 하면을 프레임체의 상면에서 이격시킬 필요가 있다. 그래서 종래부터 공기 스프링을 밀어올리기 위한 다양한 기술이 제안되어 있다(특허문헌1,2). 예를 들면, 특허문헌1에 기재된 선행 기술에서는 공기 스프링의 하부에 설치된 추축(하향 지지 돌기)이 프레임체에 설치된 받이부에 슬라이딩 가능하게 삽입되어 있으며, 프레임체와 공기 스프링 사이에 탄성 수단이 개재되어 있다. 이 선행 기술에 있어서, 프레임체와 공기 스프링 사이에 간극을 확보할 때에는 먼저, 유압 잭 등 지지 수단을 이용하여 차체를 아래로 이동할 수 없게 지지한 상태에서, 공기 스프링의 공기를 빼내어서 그 내압을 낮춘다. 그러면 탄성 수단의 탄성력에 의해 공기 스프링의 하부가 밀어올려져 프레임체와 공기 스프링 사이에 간극이 확보된다.
일본특허공개공보 제2010-76608호 일본특허공개공보 제2009-18758호
특허문헌 1에 기재된 선행 기술에 따르면, 프레임체와 공기 스프링 사이에 간극을 쉽게 확보하는 것이 가능하여 정지 바퀴 하중 조정 작업을 효율적으로 수행할 수 있다. 하지만, 추축의 외면과 받이부의 내면 사이에 마찰력이 발생하기 때문에, 탄성 수단이 공기 스프링을 밀어올릴 때의 밀어올림량이 안정되지 않아서 필요한 폭의 간극을 확실하게 확보하는 것이 어려웠다.
이 과제를 해결하기 위해, 본원의 발명자들은 탄성 수단의 탄성력을 크게 하는 것을 검토하였다. 그리고 예의 연구를 거듭한 결과, 단지 탄성력을 크게 하는 것만으로는 밀어올림량(탄성 수단의 변위량)이 커져 추축이 받이부에서 이탈할 가능성이 높아진다는 지견을 얻었다. 추축이 받이부에서 이탈하면, 받이부에 추축을 다시 삽입하기 위해 받이부에 대한 추축의 위치 맞춤이 필요해져 작업성이 나빠진다. 또한, 추축의 외주면에 O링(O ring)을 장착하고 있는 경우(특허문헌2 참조)에는 추축이 받이부에서 이탈할 때나 받이부에 추축을 삽입할 때에, O링에 과도한 힘이 가해져 O링이 손상되거나 받이부에서 이탈함으로써 공기 스프링의 기능이 손상될 우려가 있다.
본 발명은 상기 사정에 근거해서 이루어진 것으로, 원하는 공기 스프링의 밀어올림량을 얻을 수 있는 철도 차량용 대차를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 철도 차량용 대차는 철도 차량의 차체의 아래쪽에 위치하는 프레임체와, 상기 차체와 상기 프레임체 사이에 배치되는 공기 스프링과, 상기 공기 스프링과 상기 프레임체 사이에 배치되어 차체 높이가 상기 공기 스프링에 관계없이 일정 높이로 유지되는 상태에 있어서, 상기 공기 스프링과 상기 프레임체를 그 복원력에 의해 이격시키는 탄성 부재와, 상기 탄성 부재의 변위량을 규제함으로써 상기 공기 스프링과 상기 프레임체의 이격량을 규제하는 규제 부재를 구비한 것을 특징으로 한다.
이 구성에서는 탄성 부재가 복원할 때 변위량을 규제 부재로 규제함으로써 공기 스프링과 프레임체의 이격량을 규제하고 있으므로 원하는 공기 스프링의 밀어올림량을 얻을 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기한 구성에 의해, 원하는 공기 스프링의 밀어올림량을 얻을 수 있어 프레임체와 공기 스프링 사이에 원하는 간극을 확실히 얻을 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 철도 차량용 대차의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 2는 실시예에 따른 철도 차량용 대차의 구성을 나타내는 정면도이다.
도 3은 실시예에 따른 철도 차량용 대차의 구성을 나타내는 좌측면도이다.
도 4는 실시예에 따른 철도 차량용 대차의 주요부의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 5는 실시예에 따른 철도 차량용 대차의 주요부의 구성을 나타내는 도 4에 있어서의 V-V선 단면도이다.
도 6은 코일 스프링(탄성 부재) 및 규제 부재의 구성을 나타내는 부분 단면도이다.
도 7은 바퀴 하중 조정에 있어서, 볼스터(프레임체)와 차체 사이에 차체 지지부를 배치한 상태를 나타내는 정면도이다.
도 8은 바퀴 하중 조정에 있어서, 코일 스프링(탄성 부재)으로 공기 스프링을 밀어올린 상태를 나타내는 정면도이다.
도 9는 바퀴 하중 조정에 있어서, 코일 스프링(탄성 부재)으로 공기 스프링을 밀어올린 상태를 나타내는 부분 단면도이다.
도 10은 공기 스프링과 볼스터(프레임체) 사이의 간극에 스페이서를 삽입한 상태를 나타내는 평면도이다.
도 11은 탄성 부재 및 규제 부재의 설치 양태의 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 12는 다른 실시예에 따른 철도 차량용 대차의 주요부의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 13은 다른 실시예에 따른 철도 차량용 대차에 있어서, 코일 스프링(탄성 부재)로 공기 스프링을 밀어올린 상태를 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명에 따른 철도 차량용 대차의 바람직한 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 철도 차량용 대차(10)는 대차 프레임(16)과, 대차 프레임(16)에 설치된 "프레임체"로서의 볼스터(20)와, 2개의 공기 스프링(22)을 구비하고 있다.
도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 대차 프레임(16)은 차폭 방향으로 연장되는 크로스 빔(24)과, 크로스 빔(24)의 차폭 방향 양단부에서 전후 방향으로 연장되는 좌우 한 쌍의 사이드 빔(26)을 구비하고 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 크로스 빔(24)의 전방에 있어서 2개의 사이드 빔(26) 사이에는 전 차축(28)이 설치되어 있다. 크로스 빔(24)의 후방에 있어서 2개의 사이드 빔(26) 사이에는 후 차축(30)이 설치되어 있다. 그리고 전 차축(28) 및 후 차축(30) 각각의 차폭 방향 양쪽에는 바퀴(32)가 고정되어 있다. 또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 크로스 빔(24)의 차폭 방향 중앙부에는 중심 핀(38)을 지지하는 중심 핀 베어링(40)이 설치되어 있다.
도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 볼스터(20)는 대차 프레임(16)의 위쪽에 있어서 2개의 공기 스프링(22)을 개재하고 차체(14)(도 2, 도 3)의 하중을 받치는 부분이다. 볼스터(20)는 차폭 방향으로 연장되는 중공형의 프레임체 본체(42)와, 후술하는 스프링 장치(44)(도 6)가 설치되는 좌부(46)(도 1, 도 3)를 갖고 있다. 도 1 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 좌부(46)는 프레임체 본체(42)로부터 수평방향 또한 볼스터(20)의 길이 방향에 대해 수직 방향(전후 방향)으로 연장되며 형성되어 있다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 프레임체 본체(42)는 대략 사각형의 단면 형상을 가지고 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 프레임체 본체(42)의 차폭 방향 중앙부에는 중앙 핀(38)이 설치되어 있다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 프레임체 본체(42)의 차폭 방향 양단부(도 4는 좌단부를 나타내고 있다)의 상면에는 공기 스프링(22)의 하면을 받치는 대략 원반형의 공기 스프링 베어링(48)이 형성되어 있다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 프레임체 본체(42)에 있어서 차폭 방향 양단부의 내부에는 공기 스프링(22)으로부터 공급 받은 공기를 그 내부에 저장하는 보조 공기실(50)과, 공기 스프링(22)의 제2 연결부(70)가 상하 방향으로 슬라이딩 가능하게 감합되는 제1 연결부(52)가 형성되어 있다. 제1 연결부(52)는 상하 방향으로 연장되는 단면이 대략 원형인 통 모양으로 형성되어 있다. 제1 연결부(52)의 내부 공간이, 제1 연결부(52)의 주벽부에 형성된 개구(52a)를 통해 보조 공기실(50)에 연통되어 있으며, 공기가 해당 공간과 보조 공기실(50) 사이를 이동 가능하게 되어 있다. 즉, 본 실시예의 제1 연결부(52)는 보조 공기실(50)에 연통되는 통형의 연통부(53)로 구성되어 있다. 제2 연결부(70)를 받아들이는 연통부(53)의 입구(53a)는 공기 스프링 베어링(48)의 중심부에 있어서 개구되어 있다.
도 4 및 도 5와 같이, 좌부(46)는 프레임체 본체(42)에서 수평 방향 또한 전후 방향으로 연장하여 형성된 대략 판형의 좌부 본체(54)를 가지고 있다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 좌부 본체(54)는 위에서 볼 때 대략 사각형으로 형성되어 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 좌부 본체(54)의 하면에는 보강 리브(56)가 용접 등으로 접합되어 있다. 보강 리브(56)는 측면에서 볼 때 대략 삼각형으로 형성되어 있다. 그리고 좌부 본체(54)의 일변 및 보강 리브(56)의 일변이 프레임체 본체(42)의 측면에 용접 등으로 접합되어 있다. 좌부(46)와 후술하는 돌출부(68) 사이에는 스프링 장치(44)가 배치되어 있다. 그 때문에, 좌부 본체(54)는 스프링 장치(44)를 배치하기 위한 공간을 확보하는 것을 고려하여 프레임체 본체(42)의 하부에 접합되어 있다. 또한, 좌부 본체(54)의 형상은 특별히 한정되는 것이 아니고, 위에서 볼 때 대략 원형 및 대략 반원형 등으로 형성되어도 좋다. 또한, 좌부(46)와 프레임체 본체(42)는 미리 일체로 형성되어도 좋다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 공기 스프링(22)은 그 내부에 공기를 저장하고 보조 공기실(50)과의 사이에서 공기의 이동을 허용하는 공기 스프링 본체(60)와, 공기 스프링 본체(60)를 지지하는 지지부(66)와, 공기 스프링(22)의 하면에 설치되어 제1 연결부(52)에 대해 위쪽에서 감합되는 제2 연결부(70)를 가지고 있다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 공기 스프링 본체(60)는 위에서 볼 때 대략 원형으로 고무 등 탄성 재료로 형성되어 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 공기 스프링 본체(60)에 있어서 상부의 중앙부에는 공기 스프링 본체(60)의 내부에 공기를 공급하거나 공기 스프링 본체(60)의 내부 공기를 배출하는 급배기구(62)가 형성되어 있다. 또한, 공기 스프링 본체(60)의 하부에는 탄성체(64a)와 금속판(64b)을 갖는 대략 원통형의 적층체(64)가 설치되어 있다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 지지부(66)는 대략 판형의 부재이며, 위에서 볼 때 대략 원형(도 4)으로 형성되어 있다. 지지부(66)는 적층체(64)의 하면에 설치되어 있고, 공기 스프링 본체(60)와 볼스터(20) 사이에 배치되어 있다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 지지부(66)는 위에서 볼 때 프레임체 본체(42)에서 전후 방향으로 돌출한 2개의 돌출부(68)를 가지고 있다. 돌출부(68)는 공기 스프링 본체(60)의 중심을 사이에 두고 직경 방향의 양쪽에 각각 설치되어 있다. 각 돌출부(68)의 하면이 대응하는 좌부 본체(54)의 상면에 대향하고 있다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 지지부(66)는 코일 스프링(80)의 탄성력을 받아서 볼스터(20)에서 이격하며 공기 스프링 본체(60)를 밀어올린다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 제2 연결부(70)는 지지부(66)의 중심부에서 아래쪽으로 돌출하며 설치되어 있다. 제2 연결부(70)는 상하 방향으로 연장되는 단면이 대략 원형인 통형으로 형성되어 있다. 제2 연결부(70)의 내부 공간이 공기 스프링 본체(60)의 내부에 연통되어 있고, 공기가 이것들의 사이를 이동 가능하게 되어 있다. 즉, 본 실시예의 제2 연결부(70)는 공기 스프링 본체(60)에 연통되는 연통관(74)으로 구성되어 있다. 제2 연결부(70)의 외주면에는 2개의 "밀폐 부재"로서의 O링(72)이 상하 방향으로 간격을 두고 장착되어 있다. 그리고 제2 연결부(70)가 제1 연결부(52)에 대해 상하 방향으로 슬라이딩 가능하게 감합되어 있다. 본 실시예에서는 제2 연결부(70)가 제1 연결부(52)의 내부에 위쪽으로부터 삽입되어 있다. 제2 연결부(70)가 제1 연결부(52)에 삽입됨으로써 보조 공기실(50)과 공기 스프링 본체(60)가 연통부(53)와 연통관(74)을 통해 연통되어 있다. 이로써 보조 공기실(50)과 공기 스프링 본체(60)의 사이에서 공기의 이동이 허용되고 있다. 2개의 O링(72) 각각은 공기 스프링(22)과 볼스터(20)가 이격하는 경우에, 서로 감합하는 제2 연결부(70)(연통관(74))와 제1 연결부(52)(연통부(53)) 사이에 개재되어 있다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 스프링 장치(44)는 상하 방향으로 신축하는 "탄성 부재"로서의 코일 스프링(80)과, 코일 스프링(80)의 변위량을 규제하는 규제 부재(82)와, 코일 스프링(80) 및 규제 부재(82)를 수용하는 수용부(84)를 가지고 있다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 수용부(84)는 대략 원통형의 주벽부(84a)와, 주벽부(84a)의 하부에 설치된 바닥부(84b)를 갖고 있다. 주벽부(84a)의 상단부에는 개구부(84c)가 형성되어 있다. 수용부(84)의 내경은 코일 스프링(80)의 외경보다 크게 되어 있다. 수용부(84)의 상하 방향 길이는 공기 스프링(22)의 하면이 볼스터(20)의 상면에 접촉한 상태에 있어서, 좌부 본체(54)와 돌출부(68)의 간격보다 짧게 되어 있다. 그리고 바닥부(84b)가 좌부 본체(54)에 대해 용접 등으로 접합되어 있다. 또한, 수용부(84)의 좌부 본체(54)에 대한 접합 방법은 특별히 한정되는 것이 아니고 볼트 및 너트 등 접합 부재가 이용되어도 좋다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 코일 스프링(80)은 공기 스프링(22)을 개재하고 차체(14)(도 5)의 하중을 받아서 탄성 변형(본 실시예에서는 압축)한다. 그리고 그 해당 하중이 경감되었을 때, 코일 스프링(80)은 그 탄성력 (즉 복원력)에 의해 공기 스프링(22)을 밀어올린다. 코일 스프링(80)은 그 축이 상하 방향으로 연장되게 형성되어 있다. 코일 스프링(80)은 수용부(84)의 내부에 수용되며, 공기 스프링(22)과 볼스터(20) 사이에 배치되어 있다. 코일 스프링(80)의 한쪽 단부(즉 하단부)는 후술하는 규제 부재(82)의 고정 부재(87)와 수용부(84)의 바닥부(84b)를 개재하고 좌부 본체(54)에 설치되어 있다. 코일 스프링(80)의 다른쪽 단부(즉 상단부)는 후술하는 규제 부재(82)의 가동 부재(88)를 개재하고 지지부(66)의 돌출부(68)에 설치되어 있다. 즉, 코일 스프링(80)의 한쪽 단부는 좌부(46)의 좌부 본체(54)에 설치되어 있고, 코일 스프링(80)의 다른쪽 단부는 지지부(66)의 돌출부(68)에 설치되어 있다. 또한, 본 발명을 특정하기 위해 사용하는 "설치됨"은 다른 부재를 개재하고 간접적으로 설치되는 상태를 포함한 개념이다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 차체(14)를 차체 지지부(86)로 지지한 상태에서는 차체(14)의 높이가 일정 높이로 유지된다. 이 상태에서는 코일 스프링(80)에 작용하는 차체(14)의 하중이 경감되므로 코일 스프링(80)은 그 탄성력(즉 복원력)에 의해 공기 스프링(22)을 밀어올린다. 즉, 코일 스프링(80)은 차체(14)의 높이가 공기 스프링(22)에 관계없이 일정 높이로 유지되는 상태, 즉 차체(14)가 공기 스프링(22)에 관계없이 일정 높이로 지지되는 상태에 있어서, 공기 스프링(22)과 볼스터(20)를 이격시킨다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 규제 부재(82)는 코일 스프링(80)의 변위 방향에 있어서 한쪽 단부 및 다른쪽 단부에 설치되어 코일 스프링(80)이 복원할 때의 변위량을 규제한다. 그리고 그것에 의해 공기 스프링(22)과 볼스터(20)의 이격량을 규제한다. 규제 부재(82)는 "제1 제한 부재"로서의 고정 부재(87)와, "제2 제한 부재"로서의 가동 부재(88)와, 코일 스프링(80)의 변위 방향으로 연장되는 스토퍼 부재(90)를 가지고 있다. 고정 부재(87)는 수용부(84)의 바닥부(84b)에 재치되며, 코일 스프링(80)의 하단부에 설치되어 있다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 가동 부재(88)는 코일 스프링(80)의 상단부에 설치되어 코일 스프링(80)의 탄성 변형에 의해 축 방향으로 이동하는 부재이다. 가동 부재(88)는 코일 스프링(80)의 상단부에 계합되는 제1 계합부(88a)와, 제1 계합부(88a)보다 아래쪽에 배치되며, 후술하는 스토퍼 부재(90)의 계합부(90a)에 아래쪽에서 계합하는 제2 계합부(88b)와, 제1 계합부(88a)와 제2 계합부(88b)를 연결하는 연결부(88c)를 갖고 있다. 제2 계합부(88b)에는 개구(89)가 형성되어 있다. 스토퍼 부재(90)는 그 하단부(즉 한쪽 단부)가 "제1 제한 부재"로서의 고정 부재(87)에 고정된 봉형의 다리부(90c)와, 다리부(90c)의 상단부(즉, 다른쪽 단부)에 형성된 계합부(90a)를 갖고 있다. 다리부(90c)는 제2 계합부(88b)의 개구(89)에 삽입 통과되어 있다. 계합부(90a)는 제2 계합부(88b)에 위쪽에서 계합함으로써 "제2 제한 부재"로서의 가동 부재(88)를 지지한다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 규제 부재(82)는 공기 스프링(22)과 볼스터(20)가 이격하는 경우, 공기 스프링(22)과 볼스터(20)의 이격량을, 제1 연결부(52)와 제2 연결부(70)가 감합을 유지하는 범위로 규제한다. 가동 부재(88)의 연결부(88c) 및 스토퍼 부재(90)의 다리부(90c)의 길이를 변경함으로써 이 이격량을 변경할 수 있다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 차체(14)에는 공기 탱크(도시 생략)가 설치되어 있고, 공기 탱크와 공기 스프링(22)의 급배기구(62)가, 공기 공급관(94)을 통해 연통되어 있다. 그리고 공기 공급관(94)에는 공기 탱크에서 공기 스프링(22)으로 공기를 공급하는 급기 상태와, 공기 스프링(22)의 내부 공기를 배기하는 배기 상태를 전환 가능한 급배기 밸브(96)가 설치되어 있다. 배기 상태인 때, 공기 탱크에서 공기 스프링(22)으로의 공기 흐름이 차단된다.
철도 차량의 정지 바퀴 하중 조정에서는 도 8에 나타낸 바와 같이, 볼스터(20)와 공기 스프링(22) 사이에 간극(98)이 확보되어 해당 간극(98)에 스페이서(100)를 삽입하거나 이미 삽입되어 있는 스페이서(100)를 빼내거나 함으로써 바퀴 하중이 조정된다. 또한, 도 8에서는 스페이서(100)를 삽입하는 방향을 화살표로 나타내고 있다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 철도 차량의 정지 바퀴 하중 조정에서는 먼저, 볼스터(20)와 차체(14) 사이에 차체 지지부(86)를 배치한다. 차체 지지부(86)는 차체(14)의 하중을 지지하는 부재이며, 본 실시예에서는 블록 모양으로 형성되어 있다. 차체 지지부(86)의 상하 방향 길이(즉 높이)는 공기 스프링(22)과 볼스터(20)가 이격되어 있지 않고, 또한 공기 스프링(22)의 내부 공기가 배기되어 있지 않는 상태에 있어서, 볼스터(20)와 차체(14)의 간격보다 짧게 되어 있다. 또한, 차체 지지부(86)는 차체(14)의 하중을 지지 가능한 것이면 좋고, 그 구조는 특별히 한정되지 않는다. 블록 모양의 차체 지지부(86) 대신에 예를 들어, 기계식 잭 및 유압 잭 등이 이용되어도 좋다. 또한, 차체 지지부(86)의 배치 위치도 볼스터(20)와 차체(14) 사이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 지면 및 차체(14) 사이 등에 차체 지지부(86)가 배치되어도 좋다.
차체 지지부(86)의 배치가 완료되면, 도 8에 나타낸 바와 같이, 급배기 밸브(96)에 의해 공기 스프링(22)의 내부 공기가 배출되어 공기 스프링(22)의 용적이 축소된다. 그러면 공기 스프링(22)으로 지지된 차체(14)가 차체 지지부(86)의 상면에 접촉하는 높이까지 하강하고, 그 후에 차체(14)의 높이가 일정하게 유지된다. 이 상태에서는 차체(14)가 차체 지지부(86)로 지지되어 있으므로 코일 스프링(80)에 작용하는 차체(14)의 하중이 경감된다. 따라서 코일 스프링(80)은 그 탄성력 (즉, 복원력)으로 공기 스프링(22)을 밀어올리면서 복원된다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 코일 스프링(80)이 복원될 때, 코일 스프링(80)의 상단부가 상승한다. 이에 따라 코일 스프링(80)의 상단부에 계합된 가동 부재(88)가 상승한다. 그리고 가동 부재(88)가 소정 높이에 도달하면, 스토퍼 부재(90)의 계합부(90a)가 가동 부재(88)의 제2 계합부(88b)를 지지한다. 그 때문에, 코일 스프링(80)의 상단부의 상승이 규제된다. 즉, 코일 스프링(80)의 변위량이 규제된다. 이로써 공기 스프링(22)과 볼스터(20) 사이에 스페이서(100)(도 8)를 삽입하기 위해 적정한 폭(상하 방향 폭)의 간극(98)이 확보된다. 따라서 이 간극(98)에 스페이서(100)를 삽입한다. 간극(98)의 폭은 제1 연결부(52)와 제2 연결부(70)가 감합을 유지하는 범위로 정해져 있다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 스페이서(100)는 금속 등으로 형성된 소정의 두께를 가진 부재이며, 스페이서(100)의 중심부에는 제2 연결부(70)(도 5)가 삽입 통과되는 관통부(100a)가 형성되어 있다. 스페이서(100)의 중심부에서 주연부의 일부에 걸친 영역에는 스페이서(100)의 주연부에서 중심부를 향해 제2 연결부(70)(도 5)를 통과시키기 위한 통로(100b)가 형성되어 있다. 스페이서(100)의 직경은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 본 실시예에서는 지지부(66)(도 5)의 하면 직경과 같든지 그보다 작게 되어 있다. 스페이서(100)의 전체 형상은 위에서 볼 때 대략 U자 모양으로 되어 있다.
스페이서(100)(도 10)의 장착이 완료되면, 급배기 밸브(96)(도 7)에 의해 공기 스프링(22)의 내부에 공기가 공급되어 공기 스프링(22)의 용적이 팽창한다. 그러면 차체(14)가 공기 스프링(22)으로 밀어올려져 차체(14)가 차체 지지부(86)(도 7)에서 이격한다. 따라서 차체 지지부(86)를 분리한다. 공기 스프링(22)의 용적이 팽창하여 코일 스프링(80)에 작용하는 차체(14)의 하중이 증가함으로써 코일 스프링(80)은 압축된다.
본 실시예에 따르면, 상기 구성에 의해 이하의 효과를 나타낼 수 있다. 즉, 도 9에 나타낸 바와 같이, 코일 스프링(80)이 공기 스프링(22)을 밀어올릴 때, 규제 부재(82)는 탄성 변형된 코일 스프링(80)이 복원할 때의 변위량을 규제함으로써 공기 스프링(22)과 볼스터(20)의 이격량을 제1 연결부(52)와 제2 연결부(70)가 감합을 유지하는 범위로 규제한다. 따라서 코일 스프링(80)의 탄성력을 크게 해도 제1 연결부(52)로부터 제2 연결부(70)가 이탈하지 않고 공기 스프링(22)을 밀어올리는 밀어올림력을 충분히 확보하여 원하는 밀어올림량을 얻을 수 있다. 또한, 제1 연결부(52)와 제2 연결부(70)의 감합을 유지할 수 있으므로 볼스터(20)에 대한 공기 스프링(22)의 상하 방향에 직교하는 방향(즉 수평 방향)의 위치 어긋남을 방지할 수 있다.
도 9에 나타낸 바와 같이, O링(72)은 공기 스프링(22)과 볼스터(20)가 이격하는 경우에, 서로 감합하는 제2 연결부(70)(연통관(74))와 제1 연결부(52)(연통 부(53)) 사이에 개재되어 있다. 따라서 이것들 사이에서 공기가 누출되는 것을 방지할 수 있다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 좌부(46)는 프레임체 본체(42)에서 수평 방향으로 연장하며 형성되어 있으므로 좌부(46)를 프레임체 본체(42)의 측면에 간단하게 설치할 수 있고, 스프링 장치(44)를 좌부(46)에 간단하게 설치할 수 있다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 상술한 실시예에서는 "프레임체"로서의 볼스터(20)가 좌부(46)를 가지고 있지만, 볼스터리스(bolsterless) 대차의 경우에는 "프레임체"로서의 대차 프레임이 좌부(도시 생략)를 갖고 있어도 좋다. 또한, 상술한 실시예에서는 공기 스프링(22)에 있어서 공기 스프링 본체(60)와 지지부(66)가 일체적으로 형성되어 있지만, 이것들은 별체로 형성되어도 좋다. 또한, 돌출부(68) 및 좌부(46)의 수는 2개로 한정되는 것이 아니고, 이것들은 1개 또는 3개 이상 형성되어도 좋다. 그리고 "탄성 부재"로는 코일 스프링(80) 대신에 판 스프링 등이 사용되어도 좋다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 상술한 실시예에서는 규제 부재(82)의 스토퍼 부재(90)에 있어서, 다리부(90c)의 하단부가 고정 부재(87)에 고정되어 있지만, 다리부(90c)의 하단부는 좌부(46)에 고정되어도 좋다. 이 경우, 고정 부재(87)가 생략되고, 좌부(46)가 규제 부재(82)의 "제1 제한 부재"가 되어도 좋다.
도 11은 코일 스프링(80)(탄성 부재) 및 규제 부재(82)의 설치 양태의 변형예를 나타내는 평면도이다. 도 10에 나타낸 상술한 실시예에서는 코일 스프링(80) 및 규제 부재(82)가 좌부(46)에 설치되어 있지만, 도 11에 나타낸 변형예에서는 코일 스프링(80) 및 규제 부재(82)가 볼스터(20)(프레임체)의 내부에 설치되어 있다. 이 변형예에 있어서, 볼스터(20)는 지지부(66)(도 5)의 아래에 있어서, 그 상면에 개구된 2개의 비관통 구멍(102)을 가지고 있으며, 코일 스프링(80) 및 규제 부재(82)는 각 비관통 구멍(102)의 내부에 배치되어 있다. 2개의 비관통 구멍(102)은 차폭 방향에 있어서 제1 연결부(52)의 양쪽에 배치되어 있다. 즉, 2개의 비관통 구멍(102)과 제1 연결부(52)는 위에서 볼 때 차폭 방향으로 늘어서며 배치되어 있다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 바퀴 하중 조정 때에는 제2 연결부(70)(도 5)와 2개의 코일 스프링(80)을 통과시키기 위한 1개의 통로(104a)를 갖는 스페이서(104)가, 볼스터(20)와 공기 스프링(22) 사이의 간극(98)에 차폭 방향에서 삽입된다. 이 변형예에서는 지지부(66)(도 5)를 볼스터(20)의 상면에서 돌출시킬 필요가 없으므로 공기 스프링(22)을 볼스터(20)의 상면에 임의의 위치 관계로 배치할 수 있다. 또한, 이 변형예는 지지부(66)(도 5)의 직경이 볼스터(20)의 전후 방향 길이(폭)보다 작은 경우에도 사용할 수 있다.
또한, 상술한 변형예에서는 "프레임체"로서의 볼스터(20)가 비관통 구멍(102)을 가지고 있지만, 볼스터리스 대차의 경우에는 "프레임체"로서의 대차 프레임이 비관통 구멍(102)을 가지고 있어도 좋다. 또한, 비관통 구멍의 수는 2개로 한정되는 것이 아니고, 1개 또는 3개 이상이어도 좋다.
게다가, 2개의 비관통 구멍(102)은 전후 방향에 있어서 제1 연결부(52)의 양쪽에 배치되어 있어도 좋다. 이 경우, 스페이서(도시 생략)는 차폭 방향에서 삽입할 수 있도록 제2 연결부(70)(도 5)를 통과시키기 위한 차폭 방향으로 연장되는 1개의 통로와, 2개의 코일 스프링(80)(도 5) 각각을 통과시키기 위한 차폭 방향으로 연장되는 2개의 통로를 갖고 있어도 좋다.
그리고 규제 부재(82)의 스토퍼 부재(90)에 있어서는 다리부(90c)의 하단부가 "프레임체"로서의 볼스터(20)에 고정되어도 좋다. 이 경우, 볼스터(20)가 규제 부재(82)의 "제1 제한 부재"가 되어도 좋다. 또한, 철도 차량용 대차(10)가 볼스터리스 대차인 경우에는 다리부(90c)의 하단부가 "프레임체"로서의 대차 프레임에 고정되어도 좋다. 이 경우, 대차 프레임이 규제 부재(82)의 "제1 제한 부재"가 되어도 좋다.
도 12에 나타낸 바와 같이, 다른 실시예에서는 공기 스프링(112)을 구성하는 지지부(116)에 상하 방향으로 연장되는 관통 구멍(116a)이 형성되어 있으며, 지지부(116)의 상면에 있어서 관통 구멍(116a)의 주위에 대략 통형의 수용부(118)가 설치되어 있다. 수용부(118)의 하단부는 관통 구멍(116a)을 통해 공기 스프링(112)의 아래쪽으로 향해 개방되어 있으며, 수용부(118)의 상단부는 바닥부(118a)에 의해 막혀 있다. 그리고 상하 방향으로 연장되는 축을 갖는 코일 스프링(110)이, 수용부(118)에 수용되고, 또한 공기 스프링(112)과 볼스터(120) 사이에 배치되어 있다. 코일 스프링(110)의 상단부는 바닥부(118a)에 설치되어 있고, 코일 스프링(110)의 하단부는 볼스터(120)에 설치되어 있다. 코일 스프링(110)은 공기 스프링(112)을 개재하고 차체(도시 생략)의 하중을 받아서 탄성 변형한다. 차체의 높이가 일정 높이로 유지된 상태(도시 생략)에서는 코일 스프링(110)에 작용하는 차체의 하중이 경감된다. 따라서 도 13에 나타낸 바와 같이, 코일 스프링(110)은 그 탄성력(즉 복원력)에 의해 공기 스프링(112)을 밀어올린다.
또한, 도 12에 나타낸 바와 같이, 다른 실시예에서는 규제 부재(114)가, 공기 스프링(112)과 "프레임체"로서의 볼스터(120)에 걸쳐서 설치되어 있다. 즉, 규제 부재(114)는 지지부(116)의 외주부에서 아래쪽으로 연장되는 다리부(114a)와, 다리부(114a)의 하단부에서 볼스터(120) 쪽으로 연장되는 제1 지지부(114b)와, 볼스터(120)의 상단부에서 수평 방향으로 연장하며 형성된 제2 지지부(114c)를 갖고 있다. 제1 지지부(114b)는 제2 지지부(114c)와 상하 방향에 있어서 대향하도록, 제2 지지부(114c)의 아래쪽에 배치되어 있다. 코일 스프링(110)이 차체(도시 생략)의 하중을 받아서 탄성 변형된 상태(도 12)에서는 제1 지지부(114b) 및 제2 지지부(114c)는 서로 이격되어 있다. 차체의 높이가 일정 높이로 유지된 상태(도시 생략)에서는 도 13에 나타낸 바와 같이, 코일 스프링(110)이 공기 스프링(112)을 밀어올리므로 공기 스프링(112)과 볼스터(120)가 이격하여 제1 지지부(114b)가 제2 지지부(114c)에 지지된다. 이때, 공기 스프링(112)과 볼스터(120)의 이격량은 규제 부재(114)에 의해 제1 연결부(52)와 제2 연결부(70)가 감합을 유지하는 범위로 규제된다.
도 6의 실시예에서는 규제 부재(82)가, "탄성 부재"로서의 코일 스프링(80)과 "프레임체"로서의 볼스터(20)에 설치되어 있고, 도 12의 실시예에서는 규제 부재(114)가, 공기 스프링(112)과 "프레임체"로서의 볼스터(120)에 걸쳐서 설치되어 있다. 하지만, 규제 부재의 양태는 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어, 규제 부재(82)(도 6)와 규제 부재(114)(도 12)가 병용되어도 좋다.
또한, 본 발명은 상기 각 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 상술한 각 실시예의 구성을 변경, 추가 또는 삭제할 수 있다. 상술한 각 실시예를 서로 임의로 조합하여도 좋고, 예를 들어 하나의 실시예 중에서 일부의 구성을 다른 실시예에 적용해도 좋다.
10: 철도 차량용 대차 14: 차체
20: 볼스터(프레임체) 22: 공기 스프링
42: 프레임체 본체 44: 스프링 장치
46: 좌부 60: 공기 스프링 본체
66: 지지부 68: 돌출부
80: 코일 스프링(탄성 부재) 82: 규제 부재

Claims (8)

  1. 철도 차량의 차체의 아래쪽에 위치하는 프레임체와,
    그 내부에 공기를 저장하는 공기 스프링 본체를 가지며, 상기 차체와 상기 프레임체 사이에 배치되는 공기 스프링과,
    상기 공기 스프링과 상기 프레임체 사이에 배치되어 차체 높이가 상기 공기 스프링에 관계없이 일정 높이로 유지되는 상태에 있어서, 상기 공기 스프링과 상기 프레임체를 그 복원력에 의해 이격시키는 탄성 부재와,
    상기 탄성 부재의 변위량을 규제함으로써 상기 공기 스프링과 상기 프레임체의 이격량을 규제하는 규제 부재를 구비하고,
    상기 탄성 부재는 상기 규제 부재에 규제되는 위치에 도달할 때까지 변위 가능한 복원력을 갖는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 대차.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 규제 부재는 상기 탄성 부재의 변위 방향에 있어서 상기 탄성 부재의 양단에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 대차.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 프레임체에 설치된 제1 연결부와,
    상기 공기 스프링의 하면에 설치되어 상기 제1 연결부에 대해 위쪽에서 감합하는 제2 연결부를 더 구비하며,
    상기 규제 부재는 상기 이격량을 상기 제1 연결부와 상기 제2 연결부가 감합을 유지하는 범위로 규제하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 대차.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 프레임체는 그 내부에 공기를 저장하는 보조 공기실과, 상기 보조 공기실에 연통되어 상기 제1 연결부를 구성하는 통형의 연통부를 가지고 있으며,
    상기 공기 스프링은 상기 공기 스프링 본체에 연통되며 상기 연통부에 감합되어 상기 제2 연결부를 구성하는 연통관과, 상기 연통관의 외주면에 장착된 밀폐 부재를 더 가지고 있으며,
    상기 제2 연결부가 상기 제1 연결부에 삽입됨으로써 상기 보조 공기실과 상기 공기 스프링 본체가 상기 연통부와 상기 연통관을 통해 연통되고,
    상기 밀폐 부재는 상기 공기 스프링과 상기 프레임체가 이격하는 경우, 서로 감합하는 상기 연통관과 상기 연통부 사이에 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 대차.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 공기 스프링은 상기 탄성 부재의 탄성력을 받고 상기 프레임체에서 이격하여 상기 공기 스프링 본체를 밀어올리는 지지부를 더 가지며,
    상기 프레임체는 프레임체 본체와, 상기 프레임체 본체에서 수평 방향으로 연장되어 상기 탄성 부재의 한쪽 단부가 설치되는 좌부를 갖고,
    상기 지지부는 위에서 볼 때 상기 프레임체 본체에서 돌출하여 있고, 상기 탄성 부재의 다른쪽 단부가 설치되어 상기 탄성 부재의 탄성력을 받는 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 대차.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 공기 스프링은 상기 탄성 부재의 탄성력을 받고 상기 프레임체에서 이격하여 상기 공기 스프링 본체를 밀어올리는 지지부를 더 가지며,
    상기 프레임체는 상기 지지부의 아래쪽에 있어서, 그 상면에 개구된 비관통 구멍을 가지고 있고,
    상기 탄성 부재는 상기 비관통 구멍의 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 대차.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 탄성 부재는 코일 스프링이며,
    상기 규제 부재는
    상기 코일 스프링의 변위 방향에 있어서 상기 코일 스프링의 한쪽 단부에 설치되는 제1 제한 부재와,
    상기 코일 스프링의 변위 방향에 있어서 상기 코일 스프링의 다른쪽 단부에 설치되어 상기 코일 스프링의 탄성 변형에 의해 상기 코일 스프링의 변위 방향으로 이동하는 제2 제한 부재와,
    한쪽 단부가 상기 제1 제한 부재에 고정되며 상기 코일 스프링의 변위 방향으로 연장되고, 다른쪽 단부로 상기 제2 제한 부재를 지지하는 스토퍼 부재를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 대차.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 규제 부재는 상기 프레임체와 상기 공기 스프링에 걸쳐서 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 대차.
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