WO2015056408A1 - 空気ばね及び鉄道車両 - Google Patents

Abstract

　空気ばねは、上面板（２１）と、上面板と対向配置された下面板（２２）と、上面板（２１）の周縁部と下面板（２２）の周縁部とを気密的に連結して内部に空気室を形成する弾性膜（２３）と、下面板（２２）と接続された空気室（２４）と、排気路（９５）が形成された排気路形成体（９）とを、備えている。そして、排気路（９５）は、上面板（２１）と下面板（２２）との上下方向の離間距離が所定の許容範囲内のときに空気室外部に開口し、且つ離間距離が所定の許容範囲の上限を超えたときに空気室内部に開口する排気路入口（９５１）と、大気に開放された排気路出口（９５２）とが連通することで空気が排出され、ばね高さが調節される。

Description

空気ばね及び鉄道車両

　本発明は、空気ばね及び空気ばねを備えた鉄道車両に関する。より詳細には、空気ばねへの過給気によりバネ高さが異常上昇することを防止するための技術に関する。

　鉄道車両の車体は、枕ばねを含む車体支持装置を介して台車に支持されている。枕ばねは、台車の台車枠と車体の間に設けられるバネであり、台車から車体に伝わる衝撃を緩和し、乗り心地を向上させる働きを有する。枕ばねとして、一般に、空気ばねが用いられている。空気ばねは、内部に形成された空気室への圧縮空気の給排気により、上下方向に伸縮することができる。鉄道車両では、この空気ばねの伸縮を利用して、車高を一定の範囲に保持する自動高さ調整制御や、曲線通過時に乗客に作用する超過遠心力を減じるように車体を傾斜させる車体傾斜制御などが行われる。

　空気ばねには、バネ高さが所定の許容範囲を超えて過大になることを防止するために、異常上昇止めが備えられる。空気ばねの異常上昇止めとして、台車側に設けられた第１の規制部材と車体側に設けられた第２の規制部材とが当接することにより、台車に対する車体の上昇変位を機械的に制限する、いわゆる、メカニカルストッパが知られている。また、メカニカルストッパの他にも、次に示すような空気ばねの異常上昇止めが提案されている。

　例えば、特許文献１に記載の鉄道車両では、空気ばねのバネ高さが許容範囲を超えたときに開放される緊急排気弁が空気ばねに設けられている。この緊急排気弁の開閉部は、空気ばねのバネ高さが許容範囲内では伸縮自在のリンクによって車体と連結されている。そして、バネ高さが許容上限を超えると、車体の上昇移動がリンクを介して緊急排気弁の開閉部へ伝達されて、緊急排気弁が開放される。

　また、例えば、特許文献２に記載の鉄道車両では、空気ばねに排気用バイパスが設けられ、排気用バイパスに空気ばねのバネ高さが許容範囲を超えたときに開放されるメカニカルバルブが設けられている。この空気ばねは、メカニカルバルブの操作アームを空気室内に備えている。そして、空気ばねが過給気状態になったときのダイヤフラムにより操作アームが操作されて、メカニカルバルブが開放される。

特開平７－２６７０８４号公報 特開平１１－７８８７７号公報

　空気ばねの異常上昇止めがメカニカルストッパである場合、台車と車体にそれぞれ設けられる規制部材は、空気ばねからの力に耐えうる剛性を備えるために、鋼製であって、空気ばねの周囲を囲う大形（一例として、一辺が１００mm以上）なものとなる。従来、車両の軽量化が望まれており、異常上昇止めの重量を削減できれば、車両の軽量化に寄与することができる。また、空気ばねの周辺の空間は台車と車体に跨る配管や配線のために利用されるが、空気ばねの周囲にメカニカルストッパがあるとこれを避けて配管及び配線せねばならず、配管及び配線の自由度が損なわれる。

　また、空気ばねの異常上昇止めが、特許文献１に記載された緊急排気弁の場合、空気ばねの緊急排気弁の開閉部と車体とがリンクにより連結されているので、車両のメンテナンスに際して車体又は開閉部とリンクとの脱着及び調整作業が必要となる。

　また、空気ばねの異常上昇止めが、特許文献２に記載されたメカニカルバルブの場合、車体のローリングや左右揺動によってダイヤフラムが捩れると、ダイヤフラムと操作アームとの接触状態が変動する。このため、メカニカルバルブが開放されるときの空気ばねのバネ高さにばらつきが生じる。

　本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、異常上昇止めを備えた空気ばね又はこの空気ばねを備えた鉄道車両において、メンテナンスの簡易化と軽量化を実現できるものを提供することを目的とする。

　本発明に係る空気ばねは、上面板と、前記上面板と対向配置された下面板と、前記上面板の周縁部と前記下面板の周縁部とを気密的に連結して内部に空気室を形成する弾性膜と、前記下面板と接続された弾性支持部材と、排気路が形成された排気路形成部材とを、備えているものである。上記排気路は、前記上面板と前記下面板との上下方向の離間距離が所定の許容範囲内のときに前記空気室外部に開口し且つ前記離間距離が前記所定の許容範囲の上限を超えたときに前記空気室内部に開口する排気路入口と、大気に開放された排気路出口とを有している。

　また、本発明に係る鉄道車両は、台枠を有する車体と、台車枠を有する台車と、前記台車枠と前記台枠との間に設けられた前記空気ばねとを備えているものである。

　上記構成の空気ばねにおいて、上面板と下面板の上下方向の離間距離は、空気ばねの高さのうちの変動要素である。そこで、空気ばねの高さを、上面板と下面板の上下方向の離間距離に基づいて調整している。本発明に係る空気ばねでは、上面板と下面板の上下方向の離間距離が所定の許容範囲の上限値を超えると（即ち、空気ばねの高さがバネ高さ許容範囲の上限値を超えると）、排気路入口が空気室内部に開口した状態となり、排気路が空気室と接続される。排気路と空気室とが接続されると、空気室内の空気が排気路を通じて外部へ排出される。このような空気室の強制的な排気により、上面板と下面板の上下方向の離間距離が所定の許容範囲内となると（即ち、空気ばねのバネ高さが所定のバネ高さ許容範囲内となると）、排気路入口が空気室外部に開口した状態となり、排気路と空気室との接続が解除されて空気室の排気が終了する。このようにして、空気ばねの高さがバネ高さ許容範囲を超えて異常上昇することを防止できる。

　また、本発明に係る空気ばねでは、空気ばねの異常上昇止めとして機能する排気路形成部材に、従来のメカニカルストッパのように空気ばねの力が作用しない。よって、排気路形成部材を、従来のメカニカルストッパと比較して軽量且つ小形なものとすることができる。したがって、この空気ばねを備えた本発明に係る鉄道車両は、従来のメカニカルストッパと従来の空気ばねとを備えた鉄道車両と比較して、軽量化することができる。

　また、本発明に係る空気ばねは、上面板と下面板との上下方向の離間距離に基づいて空気ばねの高さを調整している。このため、空気ばねの異常上昇止めとして機能する排気路形成部材は、車体とリンク等で連結されていない。よって、本発明に係る空気ばねは、車体とリンクで連結された異常上昇止めを備えた従来の空気ばねと比較して、車両への組み付けやメンテナンス等を簡易化することができる。さらに、本発明に係る空気ばねは、排気弁を含む異常上昇止めを備えた空気ばねと比較して、排気弁やその開閉アクチュエータやセンサ等を備えていないので構成が単純となり、軽量化且つ小形化することができる。

　本発明によれば、空気ばねの上面板と下面板との上下方向の離間距離が許容範囲を超えると、排気路と空気室とが接続されて、空気室から排気路を通じて空気が排出される。これにより、空気ばねのバネ高さの異常上昇を防止することができる。この空気ばねは、車体とリンクで連結された異常上昇止めを備えた従来の空気ばねと比較して、メンテナンスを簡易化することができる。また、この空気ばねを備えた鉄道車両は、従来のメカニカルストッパと従来の空気ばねとを備えた鉄道車両と比較して、軽量化することができる。

図１は、台車と車体の間に設けられた本発明の第１実施形態に係る空気ばねを示す正面図である。 図２は、第１実施形態に係る空気ばねの高さがバネ高さ許容範囲内のときの空気ばねを示す断面図である。 図３は、第１実施形態に係る空気ばねの高さがバネ高さ許容範囲の上下を超えたときの空気ばねを示す断面図である。 図４は、第１実施形態に係る異常上昇止め機構の拡大図である。 図５は、第２実施形態に係る空気ばねの高さがバネ高さ許容範囲内のときの空気ばねを示す断面図である。 図６は、第２実施形態に係る空気ばねの高さがバネ高さ許容範囲の上下を超えたときの空気ばねを示す断面図である。 図７は、第２実施形態に係る異常上昇止め機構の拡大図である。

〔第１実施形態〕
　以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は台車と車体の間に設けられた本発明の第１実施形態に係る空気ばねを示す正面図、図２は第１実施形態に係る空気ばねの高さがバネ高さ許容範囲内のときの空気ばねを示す断面図、図３は第１実施形態に係る空気ばねの高さがバネ高さ許容範囲の上下を超えたときの空気ばねを示す断面図、図４は第１実施形態に係る異常上昇止め機構の拡大図である。

　図１に示されるように、本発明の第１実施形態に係る鉄道車両は、台車１と、空気ばね３を含む車体支持構造と、当該車体支持構造を介して台車１に支持された車体２とで構成されている。台車１には、台車１の基礎となる台車枠１１が備えられている。車体２には、車両構体の基礎となる台枠１２が備えられている。空気ばね３は、台車枠１１と台枠１２との間において、車両の左右及び前後にバランスよく振り分け配置されている。この空気ばね３によって、車体２は台車１に対して車幅方向に傾動可能に支持されている。

　各空気ばね３には、車体２に設けられたリザーバ７１から、空気供給配管７２を通じて圧縮空気が供給される。リザーバ７１には、エアコンプレッサ７０で生成された圧縮空気が貯められている。空気供給配管７２には、自動高さ調整弁６が各空気ばね３につき設けられている。自動高さ調整弁６には、供給弁と排出弁（いずれも図示せず）が設けられている。供給弁が開放されることにより、空気ばね３へ圧縮空気が供給され、空気ばね３の高さが伸長する。排出弁が開放されることにより、空気ばね３から大気へ空気が排出され、空気ばね３の高さが縮小する。

　自動高さ調整弁６の筐体は、台枠１２に取り付けられている。自動高さ調整弁６の弁操作機構６０は、自動高さ調整弁６から突出した作動軸６２、操作リンク６３、連結リンク６４、水平リンク６６などで構成されている。操作リンク６３の基端は作動軸６２と連結されており、操作リンク６３の先端は連結リンク６４の上端と連結されている。連結リンク６４の下端は、台車枠１１と揺動可能に連結されている。自動高さ調整弁６の筐体と連結リンク６４とは、水平リンク６６で連結されている。

　上記構成の自動高さ調整弁６とその弁操作機構６０において、操作リンク６３が水平位置のときは、空気ばね３へ給排気が行われない。そして、台枠１２の高さが変動して操作リンク６３の先端が水平位置より下方へ回転すると、自動高さ調整弁６が空気ばね３へ圧縮空気を供給する状態に切り替わる。また、台枠１２の高さが変動して操作リンク６３の先端が水平位置より上方へ回転すると、自動高さ調整弁６は、空気ばね３内の空気を排出する状態に切り換わる。このようにして、自動高さ調整弁６では、車体２の車高を一定に保持するように、空気ばね３への給排気が調整される。

　次に、空気ばね３の構造について詳細に説明する。図２に示されるように、空気ばね３は、上面板２１、上面板２１と対向配置された下面板２２、上面板２１の周端部と下面板２２の周端部とを気密的に連結して内部に空気室２４を形成する弾性膜２３、及び、下面板２２と接続された弾性支持体２５（弾性支持部材）などで構成されている。弾性支持体２５は、交互に積層された円形又は円環形のゴムと金属板とで構成されている。

　空気ばね３の上面板２１には、中央部において上方へ突出する円錐状のボス２８が形成されている。ボス２８の中央部には、ボス２８を上下方向に貫く給排気口２６が設けられている。台枠１２の空気ばね３と上下方向に対向する位置に、空気ばね受け１５が設けられている。空気ばね受け１５には、空気ばね３のボス２８と相補的に対応する円錐形状の嵌入部１５ａが形成されている。嵌入部１５ａには、空気供給配管７２と接続された空気供給口１５ｂが開口している。

　台車枠１１と台枠１２とを連結する際には、まず、台車枠１１に空気ばね３が載置され、次に、空気ばね３に台枠１２が載置される。空気ばね３に台枠１２が載置されるときに、空気ばね３のボス２８が台枠１２の嵌入部１５ａに案内されながら嵌め入れられる。ボス２８と嵌入部１５ａが嵌合することにより、空気ばね３の給排気口２６と、空気ばね受け１５の空気供給口１５ｂとが接続される。これにより、空気ばね３の空気室２４と空気供給配管７２とが接続され、空気室２４へリザーバ７１から圧縮空気が供給可能となる。

　上記構成の空気ばね３において、エアコンプレッサ７０の故障、車体２のローリング、自動高さ調整弁６又はその弁操作機構６０の故障などが生じると、空気ばね３が過給気状態となり、空気ばね３の高さが異常に上昇するおそれがある。そこで、空気ばね３の高さを所定の許容範囲（以下、「バネ高さ許容範囲」という）内に保持するために、空気ばね３に異常上昇止め機構８が備えられている。なお、バネ高さ許容範囲は、空気ばね３ごとに又は鉄道車両ごとに予め定められている。

　ここで、異常上昇止め機構８について詳細に説明する。図４に示されるように、異常上昇止め機構８は、排気路９５が形成された排気路形成体９（排気路形成部材）と、排気路形成体９を支持する筒状体８２（筒状部材）と、排気路形成体９を付勢するバネ８１（付勢部材）とで構成されている。

　筒状体８２は、空気ばね３の上面板２１に設けられ、上面板２１を上下に貫いている。筒状体８２は、上面板２１に伴って、下面板２２と相対的に上下方向へ移動する。筒状体８２の上端は空気室２４外部（大気）に開口しており、筒状体８２の下端は空気室２４内部に開口している。筒状体８２の内周面には環状の溝であるシール部材保持部８２ａが形成されている。

　排気路形成体９は、上面板２１に上下方向に貫設されている。排気路形成体９は、全体として円柱状を成しており、周面に排気路入口９５１が開口し、一方の端面に排気路出口９５２が開口している。排気路形成体９は、上下方向に延びる円柱状の主部材９１と、主部材９１の下端に設けられた基端部材９２と、主部材９１の上端に設けられた先端部材９３とで構成されている。排気路形成体９の主部材９１に筒状体８２が外嵌されており、筒状体８２は上面板２１の移動に伴って排気路形成体９の周面上を上下方向に摺動する。筒状体８２の内周面と排気路形成体９の外周面との間は、筒状体８２のシール部材保持部８２ａに配置されたＯ－リングなどのシール部材８３で封止されている。このシール部材８３により、空気室２４内部と空気室２４外部（大気）とが隔離されている。

　基端部材９２は、主部材９１よりも大径の円盤形状を成している。基端部材９２の上面は主部材９１の下面と接合されている。基端部材９２の下面は、滑らかな球面状に形成されており、空気ばね３の下面板２２と当接している。基端部材９２の下面には、下面板２２との間の摩擦を軽減させるための表面処理が施されていてもよい。

　空気ばね３に捩れや横ずれが生じると、下面板２２と相対的に上面板２１が回転したり横方向へ移動したりして水平方向に変位する。このように上面板２１と下面板２２が水平方向に相対変位したときに、球面状の基端部材９２の下面が下面板２２の上面上を摺動したり転がったりすることにより、筒状体８２の軸方向と排気路形成体９の軸方向との平行が保たれる。そして、排気路形成体９に軸方向以外から負荷が作用しないので、排気路形成体９の周面上を筒状体８２が摺動するときにカジリが生じず、異常上昇止め機構８の動作が安定し、また、排気路形成体９の損傷が防止される。

　基端部材９２の上面であって主部材９１よりも外周側は、バネ座９２ａとしての機能を有している。このバネ座９２ａと上面板２１との間に、バネ８１が配置されている。バネ８１は、空気ばね３の高さがバネ高さ許容範囲内のときに圧縮された状態にあり、空気ばね３の高さがバネ高さ許容範囲の上限またはそれ以上で自由長となる。このバネ８１により、基端部材９２の下面が下面板２２と当接するように、排気路形成体９が下面板２２へ向けて付勢されている。

　先端部材９３は、主部材９１の外径及び筒状体８２の内径よりも大径の円盤形を成す頭部９３ａと、頭部９３ａの下面から突出形成されたネジ部９３ｂとを、一体的に有している。ネジ部９３ｂの外周には、雄ねじが切られている。この先端部材９３のネジ部９３ｂと対応する径の螺子穴９１ａが、主部材９１の上端面に形成されている。そして、先端部材９３のネジ部９３ｂが、柱部材の螺子穴９１ａに螺入されることによって、先端部材９３と主部材９１とが結合されている。

　先端部材９３の頭部９３ａは、空気ばね３の上面板２１から上方へ突出している排気路形成体９の先端を形成している。このように空気ばね３から上方へ突出する排気路形成体９と干渉しないように、台枠１２の排気路形成体９と対応する位置には開口部１６が設けられている。先端部材９３の頭部９３ａは、上面板２１の上面と当接可能であって、排気路形成体９が筒状体８２から抜け落ちないようにするためのストッパとしての機能を有している。

　排気路形成体９に形成された排気路９５は、排気路形成体９の上部において排気路形成体９を半径方向に貫く第１通路９５ａと、排気路形成体９の軸方向に延びる第２通路９５ｂとにより、Ｔ字状を成している。

　第１通路９５ａの一端は、排気路形成体９の主部材９１の周面に開口して、排気路入口９５１を形成している。第１通路９５ａの他端は、主部材９１に形成された螺子穴９１ａに開口している。第２通路９５ｂは、主部材９１に形成された螺子穴９１ａと先端部材９３を上下に貫く孔９３ｃとの協働により形成されている。第２通路９５ｂの上端は、先端部材９３の上面、即ち、排気路形成体９の上端面に開口して、排気路出口９５２を形成している。

　排気路形成体９における排気路入口９５１の位置は、上面板２１と下面板２２との上下方向の離間距離Ｄ（以下、単に「離間距離Ｄ」という）が所定の許容範囲内のときに空気室２４外部（大気中）に排気路入口９５１が開口し、離間距離Ｄが所定の許容範囲の上限値を超えると空気室２４内部に排気路入口９５１が開口するように、決定されている。空気ばね３において、離間距離Ｄは、空気ばね３の高さのうちの変動要素である。そこで、本実施形態に係る異常上昇止め機構８では、離間距離Ｄに基づいて空気ばね３の高さが調整されている。離間距離Ｄの許容範囲は空気ばね３のバネ高さ許容範囲に基づいて定められており、バネ高さ許容範囲と離間距離Ｄの許容範囲とは対応関係を有する。なお、図２に示されるように、本実施形態では、上面板２１の上面と下面板２２の上面との上下方向の距離を離間距離Ｄとしている。但し、離間距離Ｄは適宜設定することが可能である。

　本実施の形態に係る排気路形成体９においては、離間距離Ｄが許容範囲内のときに筒状体８２のシール部材保持部８２ａよりも排気路入口９５１が上方に位置し、且つ、離間距離Ｄが許容範囲の上限を超えると筒状体８２のシール部材保持部８２ａよりも排気路入口９５１が下方に位置するように、排気路入口９５１の位置が決められている。

　ここで、上記構成の異常上昇止め機構８の動作を説明する。空気ばね３の高さは、空気ばね３にかかる負荷の変動により、また、車高を一定に保持するための自動高さ調整弁６の動作により、変化する。排気路形成体９の基端部材９２はバネ８１の付勢により下面板２２と当接した状態に保持されているので、空気ばね３の高さの変化に応じて離間距離Ｄが変化すると、上面板２１に固定された筒状体８２が排気路形成体９の周面上を上下方向に摺動する。

　図２に示されるように、離間距離Ｄが許容範囲内のとき（即ち、空気ばね３の高さがバネ高さ許容範囲内のとき）は、排気路形成体９の排気路入口９５１は空気室２４外部に位置する。本実施形態では、排気路形成体９の排気路入口９５１は、筒状体８２のシール部材保持部８２ａより上方に位置する。排気路入口９５１が空気室２４外部にあるときは、排気路９５と空気室２４とは非接続状態であって、空気室２４の空気は排気路９５を通じて排気されない。

　そして、図３に示されるように、空気ばね３が過給気状態となって、離間距離Ｄが許容範囲の上限を超えると（即ち、空気ばね３の高さがバネ高さ許容範囲の上限を超えると）、排気路形成体９の排気路入口９５１は空気室２４内部に位置する。本実施形態においては、排気路形成体９の排気路入口９５１は、筒状体８２のシール部材保持部８２ａより下方に位置する。排気路入口９５１が空気室２４内部にあるときは、排気路９５と空気室２４とが接続されており、空気室２４の空気は排気路９５を通じて外部へ排気される。このようにして空気室２４内の過剰空気分が外部へ排出されることにより離間距離Ｄが許容範囲内に回復すると、排気路入口９５１は再び空気室２４外部に位置し、排気路９５と空気ばね３とが非接続となる。

　以上説明した異常上昇止め機構８によれば、空気ばね３の捩れや横ずれの有無にかかわらず、離間距離Ｄが許容範囲の上限を超えると（即ち、空気ばね３の高さがバネ高さ許容範囲の上限を超えると）、空気ばね３から自動的に空気が排出される。そして、空気ばね３から過剰分の空気が排出されて、離間距離Ｄが許容範囲内に回復すると（即ち、空気ばね３の高さがバネ高さ許容範囲内となると）、空気ばね３からの排気は自動的に停止する。このようにして、異常上昇止め機構８の機械的な動作により、空気ばね３の高さがバネ高さ許容範囲を超えて異常上昇することを防止できる。

　本実施形態に係る異常上昇止め機構８は、機械的に動作するので、空気ばね３の高さを検出するセンサ、空気ばね３と大気との間を開閉する電磁弁及びそれを動作させる電気系統などが不要である。このように、異常上昇止め機構８は、電気的に動作する従来の異常上昇止めと比較して、構造を簡略化すること、車両への組み付け作業を簡略化すること、及び製造コストを削減することができる。

　また、本実施形態に係る異常上昇止め機構８の排気路形成体９には、従来のメカニカルストッパのように空気ばね３の力が作用しない。よって、排気路形成体９を、従来のメカニカルストッパと比較して、軽量化且つ小形化することができる。したがって、本実施形態に係る空気ばね３を備えた鉄道車両は、従来のメカニカルストッパと従来の空気ばねとを備えた鉄道車両と比較して、軽量化と製造コストの削減をすることができる。さらに、異常上昇止め機構８は、その大部分が空気ばね３内部に位置し、空気ばね３の周囲の空間に干渉しないので、空気ばね３の周囲の空間を配線や配管のための空間として利用することが可能となり、配線や配管のレイアウトや敷設作業を容易とすることができる。

　さらに、本実施形態に係る異常上昇止め機構８では、離間距離Ｄの変動に応じて、排気路入口９５１が空気室２４の内部と外部のいずれに開口するかが決まる。したがって、排気路形成体９と車体２とがリンク等で連結されない。よって、本実施形態に係る空気ばね３は、車体とリンクで連結された異常上昇止めを備えた従来の空気ばねと比較して、車両への組み付けやメンテナンス等を簡易化することができる。さらに、本実施形態に係る空気ばね３は、排気弁を含む異常上昇止めを備えた空気ばねと比較して、排気弁やその開閉アクチュエータやセンサ等を備えていないので構成が単純となり、軽量化且つ小形化することができる。

 〔第２実施形態〕
　次に、第２実施形態を説明する。図５は第２実施形態に係る空気ばねの高さがバネ高さ許容範囲内のときの空気ばねを示す断面図、図６は第２実施形態に係る空気ばねの高さがバネ高さ許容範囲の上下を超えたときの空気ばねを示す断面図、図７は第２実施形態に係る異常上昇止め機構の拡大図である。図５及び図７に示されるように、本発明の第２実施形態に係る鉄道車両は、上記第１実施形態に係る鉄道車両と比較して、空気ばね３に設けられた異常上昇止め機構８の構成が異なり、余の構成は同じである。よって、異常上昇止め機構８についてのみ詳細に説明し、前述の第１実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。

　本実施形態に係る異常上昇止め機構８は、空気ばね３の空気室２４内部と空気室２４外部（大気）とを接続する排気路９５が形成された排気路形成体９と、排気路形成体９を支持する筒状体８２と、排気路形成体９を付勢するバネ８１とで構成されている。

　筒状体８２は、空気ばね３の下面板２２の周縁部であって弾性支持体２５と上下方向に重複しない位置に設けられ、下面板２２を上下方向に貫いている。筒状体８２の上端は空気室２４内に開口しており、筒状体８２の下端は大気に開口している。筒状体８２の内周面には環状の溝であるシール部材保持部８２ａが形成されている。

　排気路形成体９は上下方向に延びる円柱状の主部材９１と、主部材９１の上端に設けられた基端部材９２と、主部材９１の下端に設けられた先端部材９３とで構成されている。排気路形成体９は空気ばね３の下面板２２を上下方向に貫いており、主部材９１に筒状体８２が上下方向に摺動可能に外嵌されている。筒状体８２の内周面と排気路形成体９の外周面との間は、筒状体８２のシール部材保持部８２ａに配置されたＯ－リングなどのシール部材８３で封止されている。このシール部材８３により筒状体８２の内周面と排気路形成体９の外周面とが封止され、空気室２４側の空間と大気側の空間とが隔離されている。

　基端部材９２は、主部材９１よりも大径の円盤形状を成している。基端部材９２の下面は主部材９１の上面と接合されている。基端部材９２の上面は、滑らかな球面状に形成されており、空気ばね３の上面板２１と当接している。基端部材９２の下面には、上面板２１との間の摩擦を軽減させるための表面処理が施されていてもよい。

　基端部材９２の下面であって主部材９１よりも外周側は、バネ座９２ａとしての機能を有している。このバネ座９２ａと下面板２２との間に、バネ８１が配置されている。バネ８１は、空気ばね３のバネ高さがバネ高さ許容範囲内のときに圧縮された状態にあり、空気ばね３の高さがバネ高さ許容範囲の上限またはそれ以上で自由長となる。このバネ８１により、基端部材９２の上面が上面板２１と当接するように、排気路形成体９が付勢されている。

　先端部材９３は、主部材９１の外径及び筒状体８２の内径よりも大径の円盤形を成す頭部９３ａと、頭部９３ａの上面から突出形成されたネジ部９３ｂとを、一体的に有している。ネジ部９３ｂの外周には、雄ねじが切られている。先端部材９３のネジ部９３ｂと対応する径の螺子穴９１ａが、主部材９１の下端面に形成されている。そして、先端部材９３のネジ部９３ｂが、主部材９１の螺子穴９１ａに螺入されることによって、先端部材９３と主部材９１とが結合されている。

　先端部材９３の頭部９３ａは、空気ばね３の下面板２２から下方へ突出して、排気路形成体９の先端を形成している。先端部材９３の頭部９３ａは、下面板２２の下面と当接可能であって、排気路形成体９が筒状体８２から抜け出さないようにするためのストッパとしての機能を有している。

　排気路形成体９に形成された排気路９５は、排気路形成体９を半径方向に貫く第１通路９５ａと、排気路形成体９の軸方向に延びる第２通路９５ｂとにより、Ｔ字状に形成されている。第１通路９５ａの一端は、排気路形成体９の主部材９１の周面に開口して、排気路入口９５１を形成している。第１通路９５ａの他端は、主部材９１に形成された螺子穴９１ａに開口している。第２通路９５ｂは、主部材９１に形成された螺子穴９１ａと先端部材９３を上下方向に貫く孔９３ｃとの協働により形成されている。第２通路９５ｂの下端は、先端部材９３の下面、即ち、排気路形成体９の下端面に開口して、排気路出口９５２を形成している。

　排気路形成体９における排気路入口９５１の位置は、上面板２１と下面板２２との上下方向の離間距離Ｄ（以下、単に「離間距離Ｄ」という）が所定の許容範囲内のときに空気室２４外部（大気中）に開口し、離間距離Ｄが所定の許容範囲の上限値を超えると空気室２４内部に開口するように、決定されている。本実施形態では、空気ばね３のバネ高さ許容範囲に基づいて離間距離Ｄの許容範囲が定められており、バネ高さ許容範囲と離間距離Ｄの許容範囲とは対応している。なお、図５に示されるように、本実施形態では、上面板２１の下面と下面板２２の下面との上下方向の距離を離間距離Ｄとしている。但し、離間距離Ｄは適宜設定することが可能である。

　本実施の形態に係る排気路形成体９においては、離間距離Ｄが許容範囲内のときに筒状体８２のシール部材保持部８２ａよりも排気路入口９５１が下方に位置し、且つ、離間距離Ｄが許容範囲の上限を超えると筒状体８２のシール部材保持部８２ａよりも排気路入口９５１が上方に位置するように、排気路入口９５１の位置が決められている。

　次に、上記構成の異常上昇止め機構８の動作を説明する。排気路形成体９の基端部材９２はバネ８１の付勢により上面板２１と当接した状態に保持されているので、空気ばね３の高さの変化に応じて離間距離Ｄが変化すると、排気路形成体９の周面上を下面板２２に固定された筒状体８２が上下方向に摺動する。図５に示されるように、離間距離Ｄが許容範囲内のときには、排気路形成体９の排気路入口９５１は空気室２３外部に位置する。即ち、排気路形成体９の排気路入口９５１は、筒状体８２のシール部材保持部８２ａより下方に位置する。排気路入口９５１が空気室２３外部にあるときは、排気路９５と空気室２４とは非接続状態であって、空気室２４の空気は排気路９５を通じて排気されない。

　そして、図６に示されるように、空気ばね３が過給気状態となって離間距離Ｄが許容範囲の上限を超えると、排気路形成体９の排気路入口９５１は空気室２４内部に位置する。即ち、排気路形成体９の排気路入口９５１は、筒状体８２のシール部材保持部８２ａより上方に位置する。排気路入口９５１が空気室２４内部にあるときは、排気路９５と空気室２４とが接続されており、空気室２４の空気は排気路９５を通じて外部へ排気される。このようにして空気室２４内の過剰空気分が外部へ排出されることにより離間距離Ｄが許容範囲内に回復すると、排気路入口９５１は再び空気室２４外部に位置し、排気路９５と空気ばね３とが非接続となる。

　以上に本発明の好適な実施の形態（第１及び第２の実施形態）を説明したが、上記の構成は以下のように変更することができる。

　例えば、第１及び第２の実施形態において、異常上昇止め機構８は、排気路形成体９、筒状体８２及びバネ８１から成るユニットを１つ備えているが、このユニットが複数備えられていてもよい。

　また、例えば、第１及び第２の実施形態において、曲線区間における車体傾斜を軽減したり、乗客の増減などによる負荷の変動に対して車高を一定に保持したりするために、鉄道車両は自動高さ調整弁６を備えているが、自動高さ調整弁６を備えない鉄道車両にも異常上昇止め機構８を備えることができる。

　また、例えば、第１及び第２の実施形態において、台車１はボルスタレス台車であるが、台車１がボルスタを備えた台車であってもよい。この場合、車体とボルスタとの間に空気ばねが配置される。

　１　台車
　２　車体
　３　空気ばね
　１１　台車枠
　１２　台枠
　２１　上面板
　２２　下面板
　２３　弾性膜
　２４　空気室
　２５　弾性支持体（弾性支持部材）
　９　排気路形成体（排気路形成部材）
　　９１　主部材
　　９２　基端部材
　　９３　先端部材
　９５　排気路
　　９５１　排気路入口
　　９５２　排気路出口
　８１　バネ（付勢部材）
　８２　筒状体（筒状部材）
　８３　シール部材

Claims (11)

1. 　上面板と、
   　前記上面板と対向配置された下面板と、
   　前記上面板の周縁部と前記下面板の周縁部とを気密的に連結して内部に空気室を形成する弾性膜と、
   　前記下面板と接続された弾性支持部材と、
   　前記上面板と前記下面板との上下方向の離間距離が所定の許容範囲内のときに前記空気室外部に開口し且つ前記離間距離が前記所定の許容範囲の上限を超えたときに前記空気室内部に開口する排気路入口と、大気に開放された排気路出口とを有する排気路とが形成された排気路形成部材とを、
   　備えている、空気ばね。
2. 　前記排気路形成部材が、周面に前記排気路入口が設けられ、端面に前記排気路出口が設けられた、円柱状を成している、請求項１に記載の空気ばね。
3. 　前記空気室内部に開口する端部と前記空気室外部に開口する端部とを有し、前記排気路形成部材に外嵌されて、前記離間距離の変動に伴って前記排気路形成部材の周面上を上下方向に摺動する筒状部材を更に備えている、請求項２に記載の空気ばね。
4. 　前記筒状部材と前記排気路形成部材との間を封止するシール部材を更に備え、
   　前記シール部材により前記空気室内部と前記空気室外部とが隔離されている、請求項３に記載の空気ばね。
5. 　前記排気路形成部材が、前記上面板より上方へ突出している先端部と、前記空気室内で前記下面板と当接している基端部とを有し、前記上面板に上下方向に貫設されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の空気ばね。
6. 　前記排気路形成部材の前記下面板と当接している基端部が、球面形状を有する、請求項５に記載の空気ばね。
7. 　前記排気路形成部材の基端部が前記下面板と当接するように、前記排気路形成部材を前記下面板へ向けて付勢する付勢部材を更に備えている、請求項５又は６に記載の空気ばね。
8. 　前記排気路形成部材が、前記下面板より下方へ突出している先端部と、前記空気室内で前記上面板と当接している基端部とを有し、前記下面板に上下方向に貫設されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の空気ばね。
9. 　前記排気路形成部材の前記上面板と当接している基端部が、球面形状を有する、請求項８に記載の空気ばね。
10. 　前記排気路形成部材の基端部が前記上面板と当接するように、前記排気路形成部材を前記上面板へ向けて付勢する付勢部材を更に備えている、請求項８又は９に記載の空気ばね。
11. 　台枠を有する車体と、
    　台車枠を有する台車と、
    　前記台車枠と前記台枠との間に設けられた、請求項１～１０のいずれか一項に記載の空気ばねとを備えている、鉄道車両。

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