WO2011004742A1

WO2011004742A1 - 移動体用空気ばね、および移動体用台車

Info

Publication number: WO2011004742A1
Application number: PCT/JP2010/061105
Authority: WO
Inventors: 隆之澤; 秀樹北田; 俊寿足立; 浩一原口
Original assignee: 住友電気工業株式会社
Priority date: 2009-07-07
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2011-01-13
Also published as: TW201107172A; US20110233832A1; CN102165213A; US8540220B2; CN102165213B; TWI538834B

Abstract

カーブ通過時においても乗り心地のよい移動体車両を得るための空気ばねを提供する。　外筒と下面板とダイヤフラムと、下面板と挟持板の間に設けられたストッパーゴムとを備えた移動体用の空気ばねであって、挟持板と下面板のいずれか一方に設けられた第１の制止部材と、他方に設けられた第２の制止部材により構成されるストッパーゴムの変位抑制機構を備えており、第１または第２の制止部材が前記移動体台車の台車軸を中心とした円弧を描くように変位した場合の第１の制止部材と前記第２の制止部材との相対的位置関係において、第１の制止部材と第２の制止部材の間隔が同一になるように制止壁面の形状が形成されている、或いは、第１の制止部材と第２の制止部材の間隔が前記円弧を描く変位の変位量が大きくなるに従って狭くなるように制止壁面の形状が形成されているようにした。

Description

移動体用空気ばね、および移動体用台車

　本発明は、移動体用の空気ばね、特に、鉄道車両の台車と車体の間に用いられる空気ばね、および当該空気ばねを備えた移動体用台車に関する。

　鉄道車両の台車に設けられるばね装置のひとつで、台車と車体の間に設けられる枕ばねとして空気ばねが用いられている。例えばボルスタレス台車においてはダイヤフラムとストッパーゴムとを組み合わせた構造の空気ばねが多用されており、車体の上下振動を空気ばねを用いて減衰させることが行われている。この構造の空気ばねは、上下方向にはばね定数の非線形特性を持ち優れた振動吸収能力を発揮するが、水平方向ばね定数は線形に近く、台車と車体の水平方向相対移動を止める力が弱い。このため、在来軌道をそのままにして車両の高速化を図ろうとすると、カーブ通過時にカント不足による超過遠心力が働いて台車と車両台枠間の水平（左右）方向相対移動量が大きくなり、車体の大きな横揺れ、左右動ストッパに対する台枠の衝突が生じて乗心地が悪化するとされている。

　このため、特に高速走行を意図した鉄道車両用途などでは、ストッパーゴムの車両左右方向の動きを制限することで非線形特性を持たせた空気ばねが用いられる。かかる空気ばねでは、直線走行時にはダイヤフラムとストッパーゴムの合成としてのばね定数をもった比較的柔らかいばねとして機能し、カーブ走行時等で一定以上の左右変位が生じた場合には、ストッパーゴムの変形が制限されてダイヤフラムのみがばねとして機能することで、大きなばね定数を得ることができる。このような空気ばねは例えば特許文献１に開示されている。

特許第３４００５５１号公報

　図１は特許文献１の空気ばねを表す図である。なお図面各部の名称は本明細書に合わせて読み替えている。外筒５と下面板７間に挟まれる形でダイヤフラム６が構成され、内部が空気で加圧されて１つのばねとして機能する。また下面板７と挟持板３間にはストッパーゴム１としての積層ゴムが設けられ、もう一つのばねとして機能する。積層ゴムは、上部プレート４と挟持板３の間に複数のゴム層２がプレートを介して積層された構造である。ここで、挟持板３に固定された突状部材１４と、下面板に固定されたストッパフランジ１３に設けられた長孔１３ａとが、図１（ｂ）のように突状部材１４が長孔１３ａにはめ込まれるように構成されている。したがって、ストッパーゴム１の変位は一方向には長孔の側壁部との接触、他方向には長孔端部との接触により制限されることになる。

　このような構造により、直線走行時の乗り心地を悪化させずに、つまり、空気ばねが左右方向変位が小さな時には空気ばね全体の左右方向ばね定数を高めずに、大変位時で好ましい非線形効果を生じさせることが可能であり、在来軌道での車両高速化に対する対応が容易になる。しかし、さらなる鉄道の高速化の要請の中、在来軌道での高速走行をも考慮するとさらに乗り心地の改善が望まれている。

　上記を解決するため、本発明者らは鋭意検討を重ね、現在のストッパ構造における問題点を以下のように見いだすことにより本発明に至った。すなわち本発明は以下の通りである。

　台車と車体から構成される移動体車両において台車と車体間に使用され、該車体に接続される外筒と下面板との間に設けられたダイヤフラムと、台車に接続される挟持板と前記下面板との間に設けられたストッパーゴムとを備えた移動体用の空気ばねであって、前記挟持板と前記下面板のいずれか一方に設けられた第１の制止部材と、他方に設けられた第２の制止部材により構成される変位抑制機構を備えており、該空気ばねを移動体車両に取り付けた状態における該移動体車両の直線走行時の進行方向を前後方向、水平面内で前後方向に直角な方向を左右方向とした場合に、前記第１の制止部材は該第１の制止部材の水平断面中心から左右方向にそれぞれ位置する左右外表面を具え、前記第２の制止部材は前記第１の制止部材を挟んだ左右両側にてそれぞれが前記左右外表面と対向する制止壁面を具え、前記第１または第２の制止部材が前記移動体台車の台車軸を中心として円弧を描くように変位した場合の前記第１の制止部材と前記第２の制止部材との相対的位置関係において、前記第１の制止部材の前記左右外表面と前記第２の制止部材の前記制止壁面とのそれぞれの間隔が同一になるように制止壁面の形状が形成されていることとした（請求項１）。

　この発明によれば、カーブ走行時であっても台車左右に設けられた一対の空気ばねが同じばね特性をもつように構成することができる。

　また、本発明の一側面は、台車と車体から構成される移動体車両において台車と車体間に使用され、該車体に接続される外筒と下面板との間に設けられたダイヤフラムと、台車に接続される挟持板と前記下面板との間に設けられたストッパーゴムとを備えた移動体用の空気ばねであって、前記挟持板と前記下面板のいずれか一方に設けられた第１の制止部材と、他方に設けられた第２の制止部材により構成される変位抑制機構を備えており、該空気ばねを移動体車両に取り付けた状態における該移動体車両の直線走行時の進行方向を前後方向、水平面内で前後方向に直角な方向を左右方向とした場合に、前記第１の制止部材は該第１の制止部材の水平断面中心から左右方向にそれぞれ位置する左右外表面を具え、前記第２の制止部材は前記第１の制止部材を挟んだ左右両側にてそれぞれが前記左右外表面と対向する制止壁面を具え、前記第１または第２の制止部材が前記移動体台車の台車軸を中心として円弧を描くように変位をした場合の前記第１の制止部材と前記第２の制止部材との相対的位置関係において、前記第１の制止部材の前記左右外表面と前記第２の制止部材の前記制止壁面とのそれぞれの間隔が前記円弧を描く変位の変位量が大きくなるに従って狭くなるように制止壁面の形状が形成されていることとした（請求項２）。

台車と車体の左右方向の変位（揺れ）において、制止部材の間隔が狭い方が広い場合よりも少ない変位でストッパーゴムに制止がかかり、空気ばねが全体として固いばねとなる。本発明の空気ばねは第１または第２の制止部材が移動体台車の台車軸を中心として円弧を描くように変位をした場合、すなわち移動体がカーブを走行する場合において、第１の制止部材の左右外表面と第２の制止部材の制止壁面とのそれぞれの間隔が前記円弧を描く変位の変位量が大きくなるに従って狭くなるように構成されているので、カーブの曲率が大きくなる程ばね定数が大きくなりやすく、高速走行においても乗り心地が改善される。

　また、前記第１の制止部材の前記左右外表面と前記第２の制止部材の前記制止壁面とのそれぞれの間隔が、前記円弧を描く変位の変位量が大きくなるに従って狭くなると共に、左右それぞれの間隔が同一になるように制止壁面の形状が形成されていると良い（請求項３）。

　左右の間隔が同一であれば、カーブ走行時であっても台車左右に設けられた一対の空気ばねが同じばね特性をもつように構成することができる。

　ここで、第１の制止部材は円柱状の外表面を持つ部材であることが好ましい（請求項４）。空気ばねの中心軸と同心に形成し易く設計の自由度があり、また高強度でかつ製造コストが抑制できるためである。

　また、第２の制止部材は独立した左右２つの部分で構成され、一方部分が第１の制止部材に対して左右のいずれか一方、他方部分が左右のいずれか他方側に位置するように固定されると良い。個々に壁面を設計製造できるので、設計の自由度があり、かつ製造コストが抑制できる。

　第２の制止部材の前記制止壁面は、水平断面において台車の回転軸である台車軸を中心とする円弧をなす曲面であることが好ましい（請求項５）。このように構成すれば、第１の制止部材と、第２の制止部材の制止壁面がいずれも台車軸を中心とした円弧上で相対変位することとなり、間隔が一定に保たれる。

　なお、ストッパーゴムの左右方向の変位は抑制するように第２の制止部材を設けるが、前後方向の変位は抑制しなくてもよい。すなわち、第１の制止部材の前記前後方向の変位に対して、変位を抑制する壁面等で構成された機構を備えない構成とすれば良い（請求項６）。前後方向をフリーにすることで、前後の振れには柔らかい特性を一層活かすことができ、乗り心地の向上のみならずカーブ走行時の車輪の横圧増加を抑制することにより安全性向上にも寄与できる。

　また本願は上記移動体用空気ばねを複数備えたことを特徴とする移動体用台車を提供する（請求項７）。本発明にかかる空気ばねを台車の枕ばねとして用いることにより、カーブ走行時においても安定して良好な制振特性を実現でき、乗り心地が改善された車両を得ることができる。より具体的には、２つの車軸により４輪が設けられた台車であって、台車前後方向には車軸と車軸の間の位置に、台車の回転軸から左右対称に２つの空気ばねが設けられた移動体用台車である。当該台車がボルスタレス台車であると本発明の空気ばねがより好ましく適用できる。

　以下、本発明の作用について説明する。まず、鉄道車両の動きを説明することで空気ばねに生じる課題を説明する。図２（ａ）は代表的な鉄道車両を上から見下ろした構成を模式的に表したものである。車両は車体１０１と車体下部に設けられた２つの台車１１１，１１２とから構成される。台車には２軸４輪の車輪（図示せず）が設けられ、軌道上を走行する。図では軌道の中心線を１２０で示す。車体１０１は左右各２つの空気ばね１３１，１３２，１３３，１３４により台車１１１，１１２とそれぞれ接続されると共に、台車が台車軸を中心として水平方向に回転変位できるように固定されている。この回転変位により、軌道がカーブしている場合でも２つの台車がそれぞれに車体との角度を変えることができ、結果として車輪が軌道を倣って移動することができる。図２では軌道中心線１２０がある曲率でカーブしている状態を表しており、車体と台車のなす角度θはボギー角と呼ばれる。

　図２（ｂ）は（ａ）の台車１１２における台車の回転と空気ばねの変位状態を説明する図である。台車の元の位置とカーブで回転変位した位置がそれぞれ四角形１１２ａ、１１２ｂで示されている。図１の空気ばねは外筒が車体に、挟持板が台車にそれぞれ固定されて、車体と台車間の振動や変位を吸収するものとする。よって、カーブ走行時のように台車と車体が相対的に変位すると、外筒と挟持板は水平方向に相対的に変位することになる。かかる変位は、台車軸を中心としてボギー角θとなる。図の（ｂ）では１３３、１３４が元々の空気ばねの位置、すなわち、車体に固定された外筒の位置であり、１３３ａ、１３４ａは変位した台車の空気ばねの位置、すなわち挟持板の位置である。このように外筒と挟持板は台車軸を中心にボギー角θの変位を生じる。

　図３は、図２のように変位した状態での、挟持板に固定された円筒状の突状部材１４と下面板に固定された長孔１３ａの両側壁（直線状の側壁）１３ｂ、１３ｃとの関係を模式的に説明する図である。前述の通り外筒と挟持板はボギー角θだけ変位するが、ダイヤフラムとストッパーゴムによって中間に支持された下面板は、それらの中間位置までの変位となる。ここではボギー角θより小さい角αだけ変位している。図中に点線で示した両側壁と突状部材１４ａは、それぞれが直線走行時の中立位置を示している。すなわちストッパーゴムが全く変形せず、下面板と挟持板のオリジナル位置のままであるとした場合の位置である。よって、側壁と突状部材との間隙は突状部材の右側も左側も同じくＬ１である。車両の左右の振れに対して、空気ばねの外筒と下面板、下面板と挟持板はそれぞれがダイヤフラムとストッパーゴムを介して左右に振れることで振動を吸収する。ここで、振れが大きくなると、ストッパーゴムがＬ１だけ変形することにより、突状部材が側壁に接触することでストッパーゴム側の変位を止め、ダイヤフラムのみが機能するようにできる。この際、車両の右側と左側に設けられた一対の空気ばねＡ，Ｂは、台車の回転軸対象に設けられているため、車体と台車の相対的な左右の振れに対しては逆方向に動く。つまり、図３での左方向に台車が相対的に動いたとすれば、空気ばねＡでは突状部材は側壁１３ｃに近づき、空気ばねＢでは突状部材は側壁１３ｂに近づく。突状部材と側壁の間隔は左右同じＬ１であるため、理想的には左右の突状部材が同時に機能することになる。

　しかし、カーブ走行時には、図３のように突状部材１４ｂが挟持板と共にボギー角θ変位した状態、側壁１３ｂと１３ｃは下面板と共に角度αだけ変位した状態の位置にある。この状態では突状部材が側壁よりも台車軸を中心にさらに角θ－αだけ余分に変位しているため、側壁との間隔が変化している。すなわち、空気ばねＡも空気ばねＢでも同様に、突状部材より車両の外側に位置する側壁との間隔が大きくＬ３になり、逆に車両の内側に位置する側壁との間隔がＬ２と小さくなっている。この状態で、車体が台車に対して上記と同様に振れたと想定した場合、空気ばねＡでは間隔はＬ２と小さく、空気ばねＢでは間隔Ｌ３と大きい方向に動くことになる。よって、空気ばねＡが先にストッパーゴムの変位が制止された状態で、未だ空気ばねＢは制止されていない状態となり、左右空気ばねのばね定数がアンバランスな状態が生じ乗り心地の悪化に繋がる。

以上のように本発明の空気ばねを移動体車両に用いることにより、また、本発明の空気ばねを搭載した台車を用いることにより安定した制振機能を発揮することが可能となり、乗り心地の向上が図られる。

従来技術としての空気ばねの一例を示す断面図である。鉄道車両に取り付けられた空気ばねとカーブ走行時の変位を模式的に説明する図であり、（ａ）は車両を上からみた場合の車体と台車の位置、（ｂ）は台車と空気ばねの変位を説明する図である。従来技術の空気ばねにおける制止部材の変位状態を説明する図である。本発明にかかる空気ばねの一例を示す断面図である。本発明にかかる空気ばねの制止部材の機能を模式的に示す図であり、（ａ）は左右方向の動きを説明する図、（ｂ）は前後方向の動きを説明する図、（ｃ）は突状部材と側壁の関係を説明する図である。本発明にかかる空気ばねにおける制止部材の変位状態を説明する図である。本発明の一側面にかかる制止部材の構成例を模式的に示す図である。本発明の一側面にかかる空気ばねにおける制止部材の変位状態を説明する図である。本発明の一側面にかかる空気ばねにおける制止部材の変位状態をさらに詳しく説明する図である。本発明にかかる移動体用台車の一例を示す図であり、（ａ）は上から見た図（ｂ）は側面から見た図である。

　以下、本発明の空気ばねの構造と機能を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお以下の説明において台車と車体の相対位置変化を示す場合、直線走行とカーブ走行に起因する平面幾何学的な位置関係のみを示すことで本発明の作用効果を示す。よって、現実に他の要因により加わる相対位置変動（遠心力や他の横振れ等）による影響が理想的な相対位置からの誤差要因として働くことが別途実設計上において考慮されることを排除するものではない。

　図４は本発明の構造を備えた空気ばねの一例を断面で示す図である。図の中心から右側半分は、全体が上下から見て略円形の空気ばねが移動体台車に取り付けられた場合の、左右方向の断面を表す。また図の中心から左半分は前後方向の断面を表す。ダイヤフラム２１は、空気孔付きの接続軸を中心に有する傘型の外筒１０と、下面板３０に気密に取付けることで内部に空気圧をかけて膨らませる構造である。下面板３０の下部にはストッパーゴム５０が取り付けられている。ストッパーゴムは単層あるいは複数層のゴム層で構成されるものであり、本例ではゴム層５１とプレート５２を交互に重ねて上部プレート２０と挟持板４０で挟み込み固定された構造である。挟持板４０および下面板３０は空気孔を備えており、ダイヤフラムへの空気加圧を可能としている。これらの空気孔については種々の構造が適用できる。一般的な鉄道車両に用いられる空気ばねでは、外筒直径が約０．５ｍ～約１．５ｍ、挟持板の直径が約０．２ｍ～約０．７ｍ程度である。

　なお本例では示さないが、ダイヤフラムを１８０度反対位置で同心的に覆う平面視円弧状のカバーを外筒に取付けることで、空気ばねの水平変位が一定量に達するとダイヤフラムがこのカバーに接してダイヤフラムの空気反力が増大するようにしてもよい。これにより衝撃を伴わずに水平変位量を小さくすることができる。

　本実施例では下面板の下部の第２の制止部材である側壁部材７０は独立した２個の部品で構成されており、空気ばねの中心軸を挟んで１８０度対向する位置にそれぞれボルト固定されている。また、第１の制止部材としての突状部材６０が挟持板と一体に中心軸を軸とする円筒形状に形成されている。この突状部材６０の外周面が側壁部材７０の側壁７１に接触することで、ストッパーゴム５０の変形による変位に制限を設けることができる。なお、本図では下面板に側壁部材を、挟持板に突状部材を設けた構成としたが、逆に、下面板に突状部材、挟持板に側壁部材を設けてもよい。さらに、本図では側壁部材は下面板とは別部材として取り付けているが、下面板と一体に形成されていても良い。また下面板から下に突出した構造に限らず、下面板に同様の壁材を設けた構造としても良い。同様に、本図では突状部材は挟持板と一体の部品として構成された例としているが、別部品の組み合わせとしても良い。いずれの場合も、これらの具体的な構成は、本発明の制止部材の特徴を備える限りにおいて、設計と製造の容易さおよび材料と製造コストを考慮して適宜設計可能な事項である。ここで本例では突状部材の側壁部材と対向する部分の外径を３０ｍｍ～７０ｍｍ、側壁部材の左右の側壁間隔を３４ｍｍ～１２０ｍｍとする。

　図５を用いて第２の制止部材である側壁部材と第１の制止部材である突状部材の機能を説明する。本図は動作説明の簡単のために、下面板３０の一部として側壁部材７０が溝として一体形成されており、また挟持板４０に突状部材６０が円柱凸状体として一体形成されている構成としている。またストッパーゴムは単層のもので示しており、他の細部構造は省略している。空気ばねに外力が加わらないオリジナルの位置では、図４に示されたとおり、外筒１０と下面板３０、挟持板４０が同心状に上下に配置されている。図５（ａ）は空気ばねを左右方向で切った断面図を示し、同図（ｂ）は前後方向に切った断面を示す。空気ばねが移動体車両に取り付けられた場合に、直線走行状態で車両の進行方向となる方向が前後方向、それと直角な車両の幅方向が左右方向である。また同図（ｃ）は突状部材６０と側壁部材７０で構成される部分を上から見た拡大模式図であり、突状部材６０が側壁部材としての下面板に設けられた孔の中で相対的に変位している状態を示している。同図（ｃ）での突状部材６１は変位前のオリジナルの位置を示す。

　図のそれぞれは、車体（図示せず）に固定された外筒１０と台車（図示せず）に固定された挟持板４０が、車体と台車の相対的な変位によって変位した状態である。すなわち、外筒１０と挟持板４０の相対的変位に追随してダイヤフラム２１とストッパーゴム５０が変形している。図（ａ）では突状部材６０が側壁部材７０に接触しており、これ以上変位出来ない状態である。したがって、車体と台車、すなわち外筒１０と挟持板４０のこれ以上の相対変位はダイヤフラムの変形でのみ吸収する状態となっている。一方、図（ｂ）では突状部材６０と側壁部材７０間には未だ間隔に余裕があり、接触していない。よって、車体と台車、すなわち外筒１０と挟持板４０の相対変位はダイヤフラムの変形とストッパーゴムの変形の双方がそのばね定数に応じた比率で分担して吸収する状態である。一般的にはダイヤフラムとストッパーゴムの変位の分担比率は、ストッパーゴムが相対変位全体の５％から５０％程度となるように設計されており、多くても６０％程度が通常の範囲である。ダイヤフラムのばね定数が同じである場合、ストッパーゴムの変位分担比率を上げることは、ストッパーゴムを柔らかくする、すなわちばね定数を小さくすることになる。これにより、全体として直線走行時の乗り心地が向上する方向である。しかし、カーブ走行時には柔らかすぎて逆に乗り心地が損なわれるため、より硬い特性が左右方向には求められる。このため、ある左右変位を超えると突状部材によりストッパーゴムの変形を制限することで、ストッパーゴムを限りなく硬い（ばね定数が大きい）状態としている。

　ここで、本発明の制止部材、すなわち突状部材と側壁部材の好ましい特徴は、図５（ｃ）がその一例であるように、突状部材表面である曲面と、左右側壁部材表面である曲面で構成されている点にある。それぞれが曲面であるためにカーブ走行時においても左右の両面間の間隔を同一にする設計が可能となる。一方、突状部材と接触する前後の壁は無くても良い。すなわち、図５のような構造ではなく前後方向には壁が無い左右方向のみの側壁部材であれば本発明の効果は奏される。この場合、前後方向にはより柔らかいばね特性が確保でき、良好な乗り心地が維持できる。具体的な動きを図６で説明する。

　図６は図３と同じく、車両がカーブ走行する場合の、当該車両に用いられた本発明の例としての空気ばねにおける制止部材の相対的位置関係を模式的に説明する図である。図３との対比を容易にするため、突状部材６０および側壁部材７０以外の符号を同一としている。側壁部材７０は、台車中心から遠い側で突状部材と向き合う側壁７１ａと、台車中心に近い側で突状部材と向き合う側壁７１ｂをもつ。突状部材６０は側壁７１ａと向き合う側の面６０ａと、側壁７１ｂと向き合う側の面６０ｂをもつ。本実施例では突状部材は円柱部材として記載するが、６０ａを具える部分と６０ｂを具える部分に分割された部材であってもよい。

　前述の通りカーブ走行時の空気ばねにおいて、外筒と挟持板はボギー角θだけ変位するが、ダイヤフラムとストッパーゴムによって中間に支持された下面板は、それらの中間位置までの変位となる。ここではボギー角θより小さい角αだけ変位している。図３の場合と同じく、直線走行時の中立位置では突状部材と両側壁との面間隔はＬ１とする（図示せず）。車両の左右の振れに対して、空気ばねの外筒と下面板、下面板と挟持板はそれぞれがダイヤフラムとストッパーゴムを介して左右に振れることで振動を吸収する。ここで、振れが大きくなると、ストッパーゴムがＬ１だけ変形することにより、突状部材が側壁に接触することでストッパーゴム側の変位を止め、ダイヤフラムのみが機能するようにできる。この際、車両の右側と左側に設けられた一対の空気ばねＡ，Ｂは、台車の回転軸対象に設けられているため、車体と台車の相対的な左右の振れに対しては逆方向に動く。つまり、図での左方向に台車が相対的に動いたとすれば、空気ばねＡでは突状部材は側壁７１ｂに近づき、空気ばねＢでは突状部材は側壁７１ａに近づく。突状部材と側壁の間隔は左右同じＬ１であるため、左右の突状部材が同時に機能することになる。

　カーブ走行時には、図６のように突状部材６０と側壁部材７０は台車軸Ｏを中心に角θ－αだけ相対変位している。この状態において、本発明の空気ばねにおける制止部材の構造では、突状部材面６０ａと側壁７１ａとの間隔Ｌ３と、突状部材面６０ｂと側壁７１ｂとの間隔Ｌ２が等しくなるように側壁形状が設計される。本例では、側壁７１ａと側壁７１ｂは、空気ばねが備え付けられる台車の台車軸Ｏを中心とした半径ＲａとＲｂの円弧形状に形成されている。このため、同じく台車軸を中心として円弧上を変位する突状部材６０に対して、ボギー角に起因する角度変位の量にかかわらず同じ間隔を保つことが可能となる。すなわち、Ｌ２とＬ３は等しく、かつ突状部材６０の台車軸を中心とした変位量にかかわらず一定である。このため、車両の右側と左側に設けられた一対の空気ばねＡ，Ｂでは、図での左方向に台車が相対的に動いたとすれば、空気ばねＡでは突状部材面６０ｂが側壁７１ｂに近づき、空気ばねＢでは突状部材面６０ａは側壁７１ａに近づく。間隔Ｌ２とＬ３が等しいことから、左右の突状部材が同時に機能し、左右の空気ばねＡとＢは同じばね特性を発揮することが可能となる。一般的な鉄道用車両に用いる台車を考慮すると、左右空気ばねの取付間隔は１．５ｍ～３．５ｍであり、台車軸から突状部材の中心までの距離は０．７５ｍ～１．７５ｍである。突状部材と側壁の間隔は２ｍｍ～２５ｍｍが好ましい。よって、突状部材の外表面直径を３０ｍｍ～７０ｍｍとすると、側壁の円弧半径Ｒａは６９０ｍｍ～１７３４ｍｍ、Ｒｂは７６７ｍｍ～１８１０ｍｍとなる。　

　この例のように、側壁を同心の円弧形状とすれば、間隔が一定にできる点で設計製造が容易であるが、本発明の空気ばねでは、突状部材６０の円弧変位に対して左右の間隔が同じとなる構造であれば形状は問わない。例えば、側壁７１ａを上述の同心よりも曲率の大きな円弧として、側壁７１ｂを曲率の小さな円弧とすることで徐々に間隔Ｌ２とＬ３が変化しつつもＬ２＝Ｌ３を実現することもできる。もちろん側壁形状は一定曲率の円弧に限るものではなく、曲率の変化する曲面であってもよい。厳密に等間隔では無い形状、たとえば円弧を近似した直線の組み合わせ等で側壁部材を形成することもでき、カーブ走行時の左右の間隔が、側壁が図３の動作説明の如く直線である場合に比べてより均等に改善される形状である限りにおいて本発明の範囲と考えられるべきである。

　次に本発明の一側面による制止部材、すなわち突状部材と側壁部材の特徴は、突状部材と側壁部材の間隔が、台車軸を中心とした変位が大きくなるほど狭くなるように形成されていることにある。図７にその構成例を示すことで説明する。図７は突状部材６０と側壁部材７０の水平断面を模式的に表している。台車軸Ｏを中心に突状部材６０が円弧を描くように変位した場合に、側壁部材７０との左右間隔が狭くなるような構成の例である。図７（ａ）は内側に位置する側壁が直線、外側側壁が折れ曲がった直線、同図（ｂ）は双方が折れ曲がった直線、同図（ｃ）は双方が曲線で構成されている。本発明の効果を奏するためにはいずれの形状であっても形成が可能であるが、変位量に応じてなめらかな特性変化が得られる点で、（ｃ）の曲線が好ましい。特に好ましい構成は次の通りである。同図（ｃ）において、中立位置での台車軸から左右方向の距離を内側側壁までがＲａ，突状部材中心までがＲ，外側側壁までがＲｂとする。ここで内側側壁７１ｂの曲率半径をＲａより大きな半径に、外側側壁７１ａの曲率半径をＲｂより小さな半径とし、突状部材が半径Ｒの円弧状に変位した際に、突状部材表面と両側側壁７１ａ，７１ｂとの間隔が同一になるような曲線とすることで、本発明の効果を得ると共に、特性の変化がなめらかで、かつ左右の振れに対して均等な制振性能を得ることができる。

　図８は図３と同じく、車両がカーブ走行する場合の、当該車両に用いられた本発明の一側面の例としての空気ばねにおける制止部材の相対的位置関係を模式的に説明する図である。図３との対比を容易にするため、突状部材６０および側壁部材７０以外の符号を同一としている。側壁部材７０は、台車軸から遠い側で突状部材と向き合う側壁７１ａと、台車中心に近い側で突状部材と向き合う側壁７１ｂをもつ。突状部材６０は側壁７１ａと向き合う側の面６０ａと、側壁７１ｂと向き合う側の面６０ｂをもつ。本実施例では突状部材は円柱部材として記載するが、６０ａを具える部分と６０ｂを具える部分に分割された部材であってもよい。

　カーブ走行時には、図８のように突状部材６０と側壁部材７０は台車軸Ｏを中心に角θ－αだけ相対変位している。この状態において、本発明の空気ばねにおける制止部材の構造では、突状部材面６０ａと側壁７１ａとの間隔Ｌ３は、相対変位の量θ－αが大きくなる程狭くなるように、側壁７１ａが形成されている。同様に、突状部材面６０ｂと側壁７１ｂとの間隔Ｌ２も、相対変位の量θ－αが大きくなる程狭くなるように、側壁７１ｂが形成されている。これにより、曲率が大きなカーブを走行する程、間隔が狭くなることでより早くストッパーゴムの変形を制止して空気ばね全体の剛性を大きくすることができるため、カーブ走行時の乗り心地の向上が図れる。

　この状態をさらに詳しく図９にて説明する。図９は側壁部材７０が左右方向から角度αだけ変位した状態において、突状部材がθ２変位した状態と、同じくθ３変位した状態を重ねて示した図である。なお、実際にはθ２とθ３の変位に伴う側壁部材の変位角αも若干変化するが、ここでは相対的変位の違いの観点で説明を容易にするためにαは同じとして説明する。

　θ２だけ変位した突状部材６２では左右側壁７１ａ，７１ｂとの間隔はそれぞれＬ３（θ２）とＬ２（θ２）、θ３だけ変位した突状部材６３では左右側壁との間隔はそれぞれＬ３（θ３）とＬ２（θ３）であり、Ｌ２＞Ｌ３となるように側壁が形成されている。より具体的には、側壁７１ａは、台車軸Ｏを中心とした半径Ｒａの曲線よりも曲率の大きな曲線で構成され、側壁７１ｂは、台車軸Ｏを中心とした半径Ｒｂの曲線よりも曲率の小さな曲線で構成されることで、左右間隔を徐々に狭くかつ同一にすることを実現している。左右の間隔が等しいことから、台車軸を対象に設けられた２つの空気ばねの制止部材が同時に機能し、左右の空気ばねＡとＢは同じばね特性を発揮することが可能となる。ここで、一般的な鉄道用車両に用いる台車を考慮すると、左右空気ばねの取り付け間隔は１．５ｍ～３．５ｍであり、台車軸から突状部材の中心までの距離は０．７５ｍ～１．７５ｍである。突状部材と側壁の間隔は２ｍｍ～２５ｍｍが好ましい。

（移動体用台車）
　本発明の空気ばねは、特に鉄道車両として広く用いられている２軸４輪のボギー台車に用いられることが適している。図７に当該台車の代表的な構造図を模式的に示す。２軸４輪の車輪１４０が設けられた台車枠１１０の左右中間位置に台車軸１５０を挟んで２つの空気ばね１３０が設けられている。空気ばねは本発明にかかる構造を備えた空気ばねであり、図４の構造が例示される。このように本発明の空気ばねを用い、当該台車上に車体をおくことによって、先に説明した通り本発明の機能を活かすことができる。よって、このように構成された台車と車体による鉄道車両では、より良い乗り心地を得ることができる。

　なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

５，１０　外筒
７，３０　下面板
６，２１　ダイヤフラム
４，２０　上部プレート
３，４０　挟持板
２，５１　ゴム層
１，５０　ストッパーゴム
１４，６０，６１，６２，６３　突状部材
１３　ストッパフランジ
１３ａ　長孔
５２　プレート
７０　側壁部材
１３ｂ，１３ｃ，７１，７１ａ，７１ｂ　側壁
６０ｂ，６０ａ　突状部材面
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３　間隔
１０１　車体
１１０　台車枠
１１１，１１２　台車
１２０　軌道中心線
１３０，１３１，１３２，１３３，１３４，Ａ，Ｂ　空気ばね
１４０　車輪
１５０　台車軸

Claims

　台車と車体から構成される移動体車両において台車と車体間に使用され、該車体に接続される外筒と下面板との間に設けられたダイヤフラムと、台車に接続される挟持板と前記下面板との間に設けられたストッパーゴムとを備えた移動体用の空気ばねであって、
前記挟持板と前記下面板のいずれか一方に設けられた第１の制止部材と、他方に設けられた第２の制止部材により構成される変位抑制機構を備えており、
該空気ばねを移動体車両に取り付けた状態における該移動体車両の直線走行時の進行方向を前後方向、水平面内で前後方向に直角な方向を左右方向とした場合に、
前記第１の制止部材は該第１の制止部材の水平断面中心から左右方向にそれぞれ位置する左右外表面を具え、
前記第２の制止部材は前記第１の制止部材を挟んだ左右両側にてそれぞれが前記左右外表面と対向する制止壁面を具え、
前記第１または第２の制止部材が前記移動体台車の台車軸を中心として円弧を描くように変位した場合の前記第１の制止部材と前記第２の制止部材との相対的位置関係において、前記第１の制止部材の前記左右外表面と前記第２の制止部材の前記制止壁面とのそれぞれの間隔が同一になるように制止壁面の形状が形成されていること、
を特徴とする移動体用空気ばね。
　台車と車体から構成される移動体車両において台車と車体間に使用され、該車体に接続される外筒と下面板との間に設けられたダイヤフラムと、台車に接続される挟持板と前記下面板との間に設けられたストッパーゴムとを備えた移動体用の空気ばねであって、
前記挟持板と前記下面板のいずれか一方に設けられた第１の制止部材と、他方に設けられた第２の制止部材により構成される変位抑制機構を備えており、
該空気ばねを移動体車両に取り付けた状態における該移動体車両の直線走行時の進行方向を前後方向、水平面内で前後方向に直角な方向を左右方向とした場合に、
前記第１の制止部材は該第１の制止部材の水平断面中心から左右方向にそれぞれ位置する左右外表面を具え、
前記第２の制止部材は前記第１の制止部材を挟んだ左右両側にてそれぞれが前記左右外表面と対向する制止壁面を具え、
前記第１または第２の制止部材が前記移動体台車の台車軸を中心として円弧を描くように変位した場合の前記第１の制止部材と前記第２の制止部材との相対的位置関係において、前記第１の制止部材の前記左右外表面と前記第２の制止部材の前記制止壁面との間隔が、前記円弧を描く変位の変位量が大きくなるに従って狭くなるように制止壁面の形状が形成されていること、
を特徴とする移動体用空気ばね。
　前記第１の制止部材の前記左右外表面と前記第２の制止部材の前記制止壁面とのそれぞれの間隔が、前記円弧を描く変位の変位量が大きくなるに従って狭くなると共に、左右それぞれの間隔が同一になるように制止壁面の形状が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の移動体用空気ばね。
　前記第１の制止部材は円柱状の外表面を持つ部材であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の移動体用空気ばね。
　前記第２の制止部材の前記制止壁面は、水平断面において台車軸を中心とする円弧をなす曲面であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の移動体用空気ばね。
　前記第１の制止部材の前記前後方向の変位に対して、該変位を抑制する機構を備えないことを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の移動体用空気ばね。
　請求項１乃至６の移動体用空気ばねを複数備えたことを特徴とする移動体用台車。