WO2015137460A1

WO2015137460A1 - 空気ばね

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Publication number: WO2015137460A1
Application number: PCT/JP2015/057355
Authority: WO
Inventors: 浩一原口; 武宏西村; 泰史奥村
Original assignee: 住友電気工業株式会社; 川崎重工業株式会社
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2015-03-12
Publication date: 2015-09-17
Also published as: CN106104064B; US20170015334A1; CN106104064A; KR20160134744A; JP6345450B2; US10086850B2; JP2015175421A

Abstract

第１支持部材（１０）と、第１支持部材（１０）から見て主荷重方向に間隔を空けて配置されている第２支持部材（２０，３０）と、第１支持部材（１０）と第２支持部材（２０，３０）とを接続することにより閉鎖空間を形成し、弾性変形可能なダイアフラム（５０）と、第１支持部材（１０）と第２支持部材（２０，３０）との相対的な距離の変位を検知して機械的出力を行う検知部と、検知部からの機械的出力に応じて、閉鎖空間Ｓ内の空気を閉鎖空間Ｓ外へ放出可能とする制御部材（７０）とを備える。これにより、ダイアフラム（５０）を劣化させることなく車両の高さの異常上昇を抑制する機構を備える空気ばねを提供することができる。

Description

空気ばね

　本発明は、空気ばねに関し、特に、鉄道車両において車体の異常上昇を抑制することができる空気ばねに関する。

　鉄道車両においては、車両の走行時に車体に負荷される衝撃や振動を軽減するため、車両本体と台車との間に空気ばねが配置される。空気ばねは、車両本体側に接続される上面板と、その下方に配置される下面板と、上面板と下面板とを接続するように配置されるゴム製のダイアフラムなどを主に備え、ダイアフラムの弾性変形により走行時の上下方向における衝撃や振動を軽減することができる。

　空気ばねは、空気ばねの内外に加圧空気を給排気するための給排気弁（レベリングバルブ）を有している。給排気弁は不感帯を有しており、通常（衝撃や振動が大きくない場合）は閉じた状態に制御されている。この場合、上述のようにダイアフラムの弾性変形により、空気ばねは車両に加わる衝撃や振動を低減している。一方、たとえば車両への積載荷重が増加することにより車高が低下した場合や、車両の旋回走行時の遠心力の作用により旋回の外側部分の車高が低下した場合などにおいて、上記給排気弁（レベリングバルブ）を開放して空気溜り内の加圧空気を空気ばね内に供給することにより、下面板に対する上面板の高さを高めることができる。このように、車両の高さは、空気ばね内への加圧空気の供給量を制御することにより、所定の高さに制御することができる。

　鉄道車両では、一般的に、給排気が正常に機能しない場合に備えてフェールセーフ機能が設けられている。

　たとえば車高の変位を検知するセンサ（電気的処理）と、該センサからの検知信号を受けて排気する排気用電磁弁とを用いてフェールセーフ機能を実現させた場合には、空気ばねの構造やシステムが複雑になる等の問題がある。

　特開平１１－７８８７７号公報には、上記問題を考慮し、空気ばね内への加圧空気の過剰供給を防止する機構として、過給気状態においてダイアフラムにアームが直接接触することにより空気ばね内の空気を排気可能に設けられている車体支持用空気バネ装置が記載されている。

特開平１１－７８８７７号公報

　しかしながら、特開平１１－７８８７７号公報に記載の車体支持用空気バネ装置では、車高の高さの変位を検知するための部材（アーム）がダイアフラムに直接接触するように設けられているため、このような接触によりダイアフラムが劣化する可能性があり、メンテナンスが煩雑になる懸念がある。

　本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の主たる目的は、ダイアフラムを劣化させることなく車両の高さの異常上昇を抑制する機構を備える空気ばねを提供することにある。

　第１支持部材と、第１支持部材から見て主荷重方向に間隔を空けて配置されている第２支持部材と、第１支持部材と第２支持部材とを接続することにより閉鎖空間を形成し、弾性変形可能なダイアフラムと、第１支持部材と第２支持部材との相対的な距離の変位を検知して機械的出力を行う検知部と、検知部からの機械的出力に応じて、閉鎖空間内の空気を閉鎖空間外へ放出可能とする制御部材とを備える。

　本発明によれば、ダイアフラムを劣化させることなく車両の高さの異常上昇を抑制する機構を備える空気ばねを提供することができる。

実施の形態１に係る空気ばねの断面図である。実施の形態１に係る開閉部材７２の断面図である。実施の形態１に係る空気ばねの動作を説明するための断面図である。実施の形態２に係る空気ばねの断面図である。実施の形態３に係る空気ばねの断面図である。実施の形態４に係る空気ばねの断面図である。図２に示す開閉部材７２の栓部材７３の変形例を示す断面図である。図２に示す開閉部材７２の栓部材７３の他の変形例を示す断面図である。

　以下、図面に基づいて実施の形態に係る空気ばねについて説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

　[本願発明の実施形態の説明]
　はじめに、本発明の実施の形態の概要を列挙する。

　（１）本実施の形態に係る空気ばねは、第１支持部材（上面板１０）と、第１支持部材（１０）から見て主荷重方向に間隔を空けて配置されている第２支持部材（下面板２０、ゴム下板３０）と、第１支持部材（１０）と第２支持部材（２０，３０）とを接続することにより閉鎖空間Ｓを形成し、弾性変形可能なダイアフラム５０と、第１支持部材（１０）と第２支持部材（２０，３０）との相対的な距離の変位を検知して機械的出力を行う検知部（ワイヤ６１等）と、検知部からの機械的出力に応じて、閉鎖空間Ｓ内の空気を閉鎖空間Ｓ外へ放出可能とする制御部材（排気部材７０）とを備える。

　このようにすれば、第１支持部材（１０）が第２支持部材（２０，３０）に対して異常に（所定の許容範囲を超えて）上昇した場合、第１支持部材（１０）と第２支持部材（２０，３０）との相対的な距離の変位が所定の許容範囲を超えることにより検知部（ワイヤ６１等）によって当該異常を検知することができる。このとき検知部から制御部材（７０）には閉鎖空間Ｓ内の空気を閉鎖空間Ｓ外へ放出するための機械的出力が伝えられて閉鎖空間Ｓ内から排気することができるため、第１支持部材（１０）と第２支持部材（２０，３０）との相対的な距離の変位を所定の許容範囲に戻すことができる。これにより、第１支持部材（１０）が第２支持部材（２０，３０）に対して異常に上昇することを抑制することができ、ひいては第１支持部材（１０）上に設けられる車両の高さの異常上昇を抑制することができる。

　また、検知部（ワイヤ６１等）は第１支持部材（１０）と第２支持部材（２０，３０）との相対的な距離の変位を検知するため、ダイアフラム５０と直接接触することがなく、ダイアフラム５０を劣化させるおそれが無い。さらに、検知部は、第１支持部材（１０）上に配置される車両の高さ異常を第１支持部材（１０）と第２支持部材（２０，３０）との相対的な距離の変位で検知する構造であるため、より直接的に車両の高さ異常を検知することができる。

　また、本実施の形態に係る空気ばねは、機械的出力に応じて閉鎖空間Ｓ内から排気することができるため、電気的処理による排気機構を備える従来の空気ばねよりも構造やシステムが簡単になる。

　（２）　本実施の形態に係る空気ばねにおいて、検知部は第１支持部材（１０）と第２支持部材（２０，３０）との間に引き回されたワイヤ６１を含み、上記機械的出力はワイヤ６１の一方端部の変位であってもよい。

　つまり、第１支持部材（１０）が第２支持部材（２０，３０）に対して異常に（所定の許容範囲を超えて）上昇した場合、第１支持部材（１０）と第２支持部材（２０，３０）との間に引き回されたワイヤ６１はその一方端部に所定の変位が生じるように設けられている。このときの該変位は、機械的出力として検知部（ワイヤ６１等）から制御部材（７０）に伝えられる。つまり、当該ワイヤ６１の変位は機械的出力として所定の機械的構造によって検知部と接続されている制御部材（７０）に伝えられる。制御部材（７０）は、機械的出力が一定以上の大きさのときに閉鎖空間Ｓ内の空気を閉鎖空間Ｓ外へ放出するように設けられている。これにより、上記異常によりワイヤ６１の一方端部に変位が生じると、該ワイヤ６１の変位は閉鎖空間Ｓ内の空気を閉鎖空間Ｓ外へ放出可能とする程度の機械的出力として制御部材（７０）に伝えられて閉鎖空間Ｓ内を排気することができる。なお、第１支持部材（１０）の第２支持部材（２０，３０）に対する上昇が許容範囲内である場合には、ワイヤ６１の一方端部に変位が生じないように設けられていてもよいし、あるいは該変位が制御部材（７０）の排気動作に必要な機械的出力を生じない程度となるように設けられていればよい。なお、ワイヤ６１の一方端部の変位は、たとえばワイヤ６１に所定の張力が加えられたときに生じるように設けられている。この場合、上記機械的出力はワイヤ６１の張力に応じて行われる。

　また、上記のような構成にすれば、第１支持部材（１０）が第２の支持部材（２０，３０）に対して上記主荷重方向および主荷重方向に垂直な方向（たとえば水平方向）に大きく移動する場合にも、ワイヤ６１の引き回し方を調整することにより、第１支持部材（１０）の異常上昇を検知してこれを機械的出力として制御部材（７０）に伝達することができる。

　（３）　本実施の形態に係る空気ばねにおいて、制御部材（７０）は、閉鎖空間Ｓの内と外とを接続する貫通孔７１と、貫通孔７１を開閉可能な開閉部材７２とを含んでもよい。

　このようにすれば、検知部から機械的出力を受けた制御部材（７０）は、開閉部材７２により閉じられていた貫通孔７１を開くことにより、閉鎖空間Ｓ内の空気を閉鎖空間Ｓ外に放出することができる。

　（４）　本実施の形態に係る空気ばねにおいて、開閉部材７２は、機械的出力により貫通孔７１に対して相対的に移動可能に設けられている栓部材７３を有していてもよい。

　このようにすれば、開閉部材７２において、栓部材７３は機械的出力により相対的に移動可能に設けられているため、貫通孔７１の開閉動作を機械的出力に応じて行うことができる。また、機械的出力に応じて閉鎖空間Ｓ内を排気することができるため、電気的処理による排気機構を備える従来の空気ばねよりも本実施の形態に係る空気ばねは構造やシステムが簡単になる。

　（５）　本実施の形態に係る空気ばねにおいて、栓部材７３はテーパ状に設けられている第１テーパ部（外周面部７３ａ）を有し、貫通孔７１の内周面は、開閉部材７２が閉じている状態において栓部材７３の第１テーパ部（７３ａ）と面接触する第２テーパ部（内周面部７１ａ）を有していてもよい。

　このようにすれば、貫通孔７１の孔軸方向において、栓部材７３のわずかな動きで貫通孔７１を開閉することができるため、開閉動作をすばやく実施することができる。また、開閉動作時において、貫通孔７１と栓部材７３とを容易に同芯状態とすることができる。

　（６）　本実施の形態に係る空気ばねにおいて、第２支持部材（２０，３０）は弾性部材（積層ゴム４０）を含み、制御部材（７０）は、弾性部材（４０）に埋設されていてもよい。

　制御部材（７０）は閉鎖空間Ｓ内外を仕切る境界領域に設置される必要があるため、既存の空気ばねと同様の構造を有する空気ばねにおいては制御部材（７０）が設置可能な領域は限られている。つまり、制御部材（７０）を第２支持部材（２０，３０）に含まれる領域に設置させることにより、既存の空気ばねと基本的には同様の構造を有する空気ばねを前提として、大きな設計変更を要することなく本実施の形態に係る空気ばねを構成することができる。

　[本願発明の実施形態の詳細]
　次に、本発明の実施の形態の詳細について説明する。

　まず、図１を参照して、本実施の形態に係る空気ばねについて説明する。本実施の形態の空気ばね１は、第１支持部材（１０）としての上面板１０と、第２支持部材（２０，３０）としての下面板２０と、ゴム下板３０と、積層ゴム４０と、ダイアフラム５０とを主に備えている。上面板１０、下面板２０およびダイアフラム５０は、空間Ｓ１を形成している。

　上面板１０は、第１支持体としての支持板１１と、第２支持体としての摺動部材１２とを主に有している。支持板１１は、上面１１ａの上方から見て軸線（中心軸）Ｐを中心とした、たとえば円形状を有している。支持板１１は、軸線Ｐを含む中央部において下面板２０と対向するように設けられており、外周部（径方向の外側）においてダイアフラム５０の少なくとも一部を覆うように設けられている。

　摺動部材１２は、支持板１１から下面板２０側に向かって突出する円形台状の突出部として形成されている。摺動部材１２の下面板２０に対向する主面１２ａは、摩擦係数が低減された面となっている。摺動部材１２は、後述する下面板２０の主面２０ａ上に設けられている摺動部材２１と対向する位置に設けられている。摺動部材１２を構成する材料は、たとえばステンレス鋼（ＳＵＳ）である。

　上面板１０の軸線Ｐを含む領域には、軸線Ｐに沿って下面板２０側とは反対側に突出する車体側スピゴット１３が取り付けられている。車体側スピゴット１３の外周部には、Ｏリング１４が取り付けられている。上面板１０は、車体側スピゴット１３を介して車体側（図示しない）に接続される。

　支持板１１の上面１１ａの上方から見た形状は円形状に限定されるものではなく、たとえば矩形状、花びら状あるいは外周部の一部が径方向に突出した形状を有していてもよい。

　下面板２０は、上面板１０と共に軸線Ｐを共有するように、上面板１０から見て主荷重方向の下側に間隔をおいて配置されている。下面板２０の上面板１０に対向する主面２０ａには、たとえばＰＴＦＥ（フッ素系樹脂）からなる摺動部材２１が配置されている。下面板２０には、上面板１０の円周面１１ｂと同様に、軸線Ｐに沿った円周面２１ａが形成されている。

　ダイアフラム５０は、上面板１０と下面板２０とを接続することにより閉鎖空間Ｓを形成する。ダイアフラム５０は、たとえばゴムからなり、弾性変形が可能となっている。ダイアフラム５０は、内周側に開口部が形成され、軸線Ｐを中心とする円環状の筒形状を有している。ダイアフラム５０は、一方の開口部を規定する上面板接触部５１において上面板１０に接続されている。ダイアフラム５０は、他方の開口部を規定する下面板接触部５２において下面板２０に接続されている。これにより、上面板１０、下面板２０およびダイアフラム５０は、空間Ｓ１を形成している。また、ダイアフラム５０において、主荷重方向の下向きにダイアフラム５０の外形に沿って屈曲した形状を有している支持板１１の当該屈曲部と隣接する領域には、ダイアフラム５０と支持板１１との接触を防止するための緩衝部５３が設けられている。

　積層ゴム４０は、下面板２０から見て上面板１０とは反対側に配置されている。積層ゴム４０は、金属などからなる硬質層４１およびゴムなどからなる弾性層４２を複数有し、たとえば硬質層４１と弾性層４２とが主荷重方向において交互に積層された構造を有している。積層ゴム４０は、複数の弾性層４２を有することにより、弾性変形可能となっている。

　ゴム下板３０は、上面板１０および下面板２０と共に軸線Ｐを共有するように、積層ゴム４０の下方に配置されている。つまり、ゴム下板３０は、積層ゴム４０を介して下面板２０に接続されている。ゴム下板３０の軸線Ｐの付近には、軸線Ｐに沿って積層ゴム４０とは反対側に突出する台車側スピゴット３１が形成されている。すなわち、ゴム下板３０には、軸線Ｐを中心軸として突出する小径部としての台車側スピゴット３１が取り付けられている。ゴム下板３０は、台車側スピゴット３１を介して、台車（図示しない）側に接続される。下面板２０、ゴム下板３０および積層ゴム４０は空間Ｓ２を形成している。上述した空間Ｓ１と空間Ｓ２とは、下面板２０に設けられている下面板貫通部６４で接続されており、空気ばねの内部に１つの閉鎖空間Ｓを形成している。また、空気ばね１には、車体側スピゴット１３或いは台車側スピゴット３１より加圧空気が供給される。

　上面板１０とゴム下板３０との間には、ワイヤ６１が引き回されている。このとき、ワイヤ６１は、空間Ｓ１において上面板１０と下面板２０（またはゴム下板３０）との間に挟まれた空間のみを通過するように設けられているのが好ましい。具体的には、ワイヤ６１の一方の端部は、車体側スピゴット１３の内周側に設けられている固定部品６２に固定されている。ワイヤ６１の他方の端部は、ゴム下板３０上に配置され、かつ積層ゴム４０に埋設されている制御部材（７０）としての排気部材７０へ固定金具６３により固定されている。ワイヤ６１は、固定部品６２から、下面板２０に設けられている下面板貫通部６４と、台車側スピゴット３１に設けられているワイヤ引き回し部材６５とを通って固定金具６３まで敷設されている。異なる観点から言えば、ワイヤ６１は、空間Ｓ１および空間Ｓ２を通ってダイアフラム５０に接触しない状態を確保されて、上面板１０とゴム下板３０との間に施設されている。ワイヤ６１の長さは、上面板１０とゴム下板３０との相対的な距離がある値以下の範囲（通常の空気ばねの機能範囲）にある場合おいて、ワイヤ６１は張力が発生しないように調整されている。

　下面板貫通部６４は、上面板１０が下面板２０に対して径方向に相対的に移動していない状態において下面板２０の軸線Ｐを含む中央部に設けられている。ワイヤ引き回し部材６５は、台車側スピゴット３１において空間Ｓ２と接する面上に設けられている。固定部品６２、下面板貫通部６４と、およびワイヤ引き回し部材６５はいずれも軸線Ｐを含む中央部あるいはその近傍に配置されており、固定部品６２から見て主荷重方向に沿うように配置されている。

　図２を参照して、排気部材７０について説明する。この排気部材７０は、ダイアフラム５０の内と外とを接続する貫通孔７１と、貫通孔７１を開閉可能に設けられている開閉部材７２とを含んでいる。開閉部材７２は、栓部材７３と、中心軸７４と、保持部材７５と、ばね部材７６とを含んでいる。

　貫通孔７１は、所定の孔径を有している。貫通孔７１の内部には、たとえば栓部材７３と面接触可能に設けられている領域と、ばね部材７６を収容し、かつ一方端部を固定可能に設けられている領域が形成されている。

　栓部材７３は、機械的出力により貫通孔７１に対して相対的に移動可能に設けられており、貫通孔７１において閉鎖空間Ｓの内側に位置する端部において貫通孔７１を開閉可能に設けられている。具体的には、栓部材７３は、貫通孔７１の孔軸方向に延びる中心軸７４に固定されており、孔軸方向に沿って移動可能に設けられている。栓部材７３を構成する材料は、たとえばＳＵＳである。栓部材７３において貫通孔７１の内周面と面接触する領域は、貫通孔７１の孔軸方向に沿って設けられていてもよい。この場合、貫通孔７１の内周面も貫通孔７１の孔軸方向に沿って設けられていればよい。栓部材７３において貫通孔７１の内周面と接触する領域には溝が形成され、当該溝の内部にＯリング７７が設けられている。Ｏリング７７は、貫通孔７１と嵌合するように設けられている。

　中心軸７４は、貫通孔７１の孔軸に沿って貫通孔７１の内部に配置されている。中心軸７４の一方端部は固定金具６３に固定されているとともに、栓部材７３に固定されている。中心軸７４の他方端部はばね部材７６の保持部材７５と固定されている。中心軸７４を構成する材料は、たとえばＳＵＳである。

　ばね部材７６の保持部材７５は、中心軸７４と任意の方法で固定されていればよいが、たとえば固定ナット７８により固定されていてもよい。保持部材７５は、貫通孔７１の孔径よりも小さい径を有するように設けられているとともに、後述するばね部材７６の孔径よりも大きい径を有するように設けられている。保持部材７５を構成する材料は、たとえばＳＵＳである。なお、保持部材７５は花びら状などにすると、圧縮空気の排出量を大きくすることができる。また、その形状より排出時に笛吹き音を出させる等の効果を持たせることも可能である。

　ばね部材７６は、貫通孔７１の内部に配置されている。ばね部材７６は、円筒状に設けられており、貫通孔７１の内部において中心軸７４を囲うように設けられている。ばね部材７６は、栓部材７３側に位置する一方端部が貫通孔７１の内部において固定されており、他方端部が貫通孔７１の内部において保持部材７５よりも栓部材７３側に位置して保持部材７５と接触している。ばね部材７６は、たとえば金属材料が螺旋状に巻き回されて形成されており、貫通孔７１の孔軸に垂直な方向においてばね部材７６の外径は貫通孔７１の孔径よりも小さく設けられている。また、ばね部材７６の内径は、保持部材７５の径よりも小さく、かつ中心軸７４の径よりも大きく設けられている。ばね部材７６は、栓部材７３を十分強固に固定できるように設けられているとともに、ワイヤ６１の張力を受けて圧縮可能に設けられている。

　貫通孔７１の内部には、中心軸７４と接続してこれをガイドするためのガイド部材７９が設けられている。ガイド部材７９は、貫通孔７１の孔軸に沿った方向への中心軸７４の移動を妨げないように設けられていると同時に、貫通孔７１の孔軸からずれた方向への中心軸７４の移動を妨げるように設けられている。ガイド部材７９は、一箇所に設けられていてもよいし、複数箇所に設けられていてもよい。また、ガイド部材７９を保持部材７５と同様に花びら状に設けることにより、圧縮空気の排出量を大きくすることができる。また、その形状により排気時に笛吹き音を出させるなどの効果を持たせることも可能である。なお、排気部材７０の排気量は、閉鎖空間Ｓへの給気部材による加圧空気の供給量よりも多くなるように設けられている。

　次に、図１～図３を参照して、実施の形態１に係る空気ばね１の動作について説明する。まず、空気ばね１は、たとえば走行中において車両に主荷重方向への揺れや衝撃が生じた場合には、ダイアフラム５０が弾性変形することにより、揺れや衝撃を軽減することができる。

　車両の異常上昇が発生し、上面板１０とゴム下板３０との相対的な距離がある値以上となると、ワイヤ６１、固定部品６２が上方に引っ張られることによりワイヤ６１には張力が生じることになる。さらに、加圧空気が過剰に供給されて上面板１０とゴム下板３０との相対的な距離が許容範囲を超えると、固定金具６３を介してワイヤ６１に接続されている開閉部材７２は、ワイヤ６１の張力を受けて貫通孔７１の孔軸方向に空間Ｓ２の内部側に引っ張られる。このとき、ワイヤ６１は、ワイヤ引き回し部材６５によって屈曲されているため、上面板１０が上昇することにより固定部品６２とワイヤ引き回し部材６５との間に位置するワイヤ６１に生じる軸線Ｐに沿った方向に生じた張力が、当該方向と交差する方向に向いている貫通孔７１の孔軸方向に加えられる。これにより、栓部材７３が孔軸方向において閉鎖空間Ｓの内部側に移動し、排気部材７０は開状態となる。

　排気部材７０が開状態となると、閉鎖空間Ｓ内において上面板１０を押し上げていた加圧空気を貫通孔７１から排気することができる。このとき、閉鎖空間Ｓ内には上述した給気部材により加圧空気が供給され続けているが、この給気部材による加圧空気の供給量と比べて排気部材７０による排気量は多い。これにより、閉鎖空間Ｓ内の圧力を減少させることができるため、上面板１０とゴム下板３０との相対的な距離が許容範囲内となるまで上面板１０を下降させることができる。上面板１０と下面板２０との相対的な距離が減少するとワイヤ６１に生じていた張力が減少するが、これがばね部材７６の反発力よりも小さくなると栓部材７３が貫通孔７１の孔軸方向において閉鎖空間Ｓの外側に移動する。これにより、貫通孔７１が栓部材７３によって閉じられて、排気部材７０が閉状態となる。また、排気部材７０が開状態となると、栓部材７３に連動して保持部材７５が孔軸方向において閉鎖空間Ｓの内部側に移動し、ばね部材７６を圧縮する。

　以上のように、実施の形態１に係る空気ばね１は、上面板１０とゴム下板３０との相対的な距離の変位を、車体側スピゴット１３に設けられている固定部品６２とゴム下板３０上に設けられている排気部材７０の開閉部材７２との間に引き回されているワイヤ６１の変位として検知することができる。そのため、より直接的に車両の高さ異常を検知することができる。また、検知部を構成するワイヤ６１等は、いずれもダイアフラム５０と機械的に接続されていないため、ダイアフラム５０を劣化させるおそれが無い。そのため、空気ばね１のメンテナンスが煩雑化する懸念も無い。

　また、車両の高さ異常が発生した場合には、排気部材７０と接続されているワイヤ６１の一方端部に所定の変位が生じて、当該変位が排気部材７０に対して機械的出力として伝えられるように設けられている。これにより、実施の形態１に係る空気ばね１は機械的出力に応じて閉鎖空間Ｓ内を排気することができるため、電気的処理による排気機構を備える従来の空気ばねよりも構造やシステムが簡単である。

　さらに、排気部材７０は、ゴム下板３０上において積層ゴム４０内に配置されている。これにより、既存の空気ばねと基本的には同様の構造を有する空気ばね１に検知部と排気部材７０とを設けることで、大きな設計変更を要することなく本実施の形態に係る空気ばね１を構成することができる。なお、排気部材７０を積層ゴム４０内に配置する場合には、積層ゴム４０の寿命を考慮して、積層ゴム４０がより動かない方向（この方向は車両の型式によって異なる）に設置することが好ましい。

　（実施の形態２）
　次に、図４を参照して、実施の形態２に係る空気ばね２について説明する。空気ばね２は、基本的には実施の形態１に係る空気ばね１と同様の構成を備えるが、ワイヤ６１の一方の端部が固定部品６２ではなく上面板１０上に設けられている吊棒６６に輪状部材６７を介して接続されている点で異なる。

　吊棒６６は、閉鎖空間Ｓの内部において（たとえば軸線Ｐを含むように）、主荷重方向に垂直な方向における所定の方向に（たとえば軸線Ｐから伸びるように）形成されている。吊棒６６は、支持板１１から下面板２０側に突出するように設けられている。

　輪状部材６７には、ワイヤ６１の一方の端部が固定されている。輪状部材６７は内径が吊棒６６の径よりも大きいリング状に形成されており、内周側を吊棒６６が通っている。これにより、輪状部材６７は吊棒６６の伸びる方向に沿って移動可能に設けられている。つまり、ワイヤ６１は、輪状部材６７から、下面板２０に設けられている下面板貫通部６４と、台車側スピゴット３１に設けられているワイヤ引き回し部材６５とを通って固定金具６３まで敷設されている。

　このようにすれば、上面板１０が下面板２０に対し相対的に上記主荷重方向に垂直な方向に移動した場合であって、上面板１０と下面板２０との相対的な距離が許容範囲内ではあるもののその上限付近である場合には、ワイヤ６１に張力が生じることにより輪状部材６７を軸線Ｐの近傍に移動させることができる。つまり、輪状部材６７をセンタリングすることができる。このため、上記のように上面板１０と下面板２０とが主荷重方向に垂直な方向に相対的に移動する場合であっても、当該移動における相対的な移動距離が、車両の異常上昇を検知するための検知部におけるワイヤ６１の一方端部の変位として含まれる割合を低く抑えることができる。その結果、空気ばね２は、実施の形態１に係る空気ばね１と同様の効果を奏することができるとともに、主荷重方向に垂直な方向における相対的な移動が発生した場合にも車両の異常上昇に対してより的確に対処することができる。

　なお、図４を参照して、制限部材６８について説明する。上面板１０上において下面板２０側に突出するように設けられており、かつ軸線Ｐを含む中央部に開口部を有する制限部材６８が設けられていてもよい。このようにすれば、下面板２０よりも上面板１０側において主荷重方向に垂直な方向におけるワイヤ６１の変動幅が制限部材６８により制限される。このため、空気ばね２は、車両の異常上昇に対してより的確に対処することができる。

　（実施の形態３）
　次に、図５を参照して、実施の形態３に係る空気ばね３について説明する。実施の形態３に係る空気ばね３は、基本的には実施の形態１に係る空気ばね１と同様の構成を備えるが、空間Ｓ２内にワイヤ６１を巻き取るリール６９を備える点で異なる。

　リール６９は、たとえばスプリング式リールである。リール６９は、固定部品６２から伸びるワイヤ６１を軸線Ｐ上に引き回すことができるように配置されている。このとき、通常状態（車両の高さが許容範囲内にある状態）においてもリール６９のスプリングは蓄勢された状態に置かれているため、ワイヤ６１には常に張力が加えられている。つまり、上記通常状態においては、上面板１０が上昇してもリール６９のスプリングが蓄勢することによりワイヤ６１に生じる張力は一定に維持される。

　一方で、車両の高さが許容範囲を超えて異常上昇をしたときには、上面板１０と下面板２０との相対的な距離が伸びることによりリール６９のスプリングに蓄勢され得る以上の張力がワイヤ６１に生じる。このとき、当該張力はワイヤ６１の他方の端部に固定されている排気部材７０においてばね部材７６を蓄勢することにより緩和され、これにより排気部材７０は開状態となる。空気ばね３の閉鎖空間Ｓ内に蓄えられた加圧空気は排気部材７０の貫通孔７１を通って外部に排気されるが、十分に排気されると上面板１０とゴム下板３０との相対的な距離は縮まり、ワイヤ６１に加えられる張力が低下してばね部材７６が放勢することにより排気部材７０が閉状態となる。

　このとき、上述のように、固定部品６２とリール６９との間においてワイヤ６１は軸線Ｐに沿って伸びているため、特に上面板１０が軸線Ｐに沿って上昇するときに、より正確かつすばやく排気部材７０に機械的出力を伝えてこれを開閉させることができる。

　このように、実施の形態３に係る空気ばね３は、実施の形態１に係る空気ばね１と同様の効果を奏することができるとともに、車両の異常上昇に対してより的確に対処することができる。

　（実施の形態４）
　次に、図６を参照して、実施の形態４に係る空気ばね４について説明する。実施の形態４に係る空気ばね４は、基本的には実施の形態１に係る空気ばね１と同様の構成を備えるが、排気部材７０に替えて下面板２０上に配置されている機械式開閉弁８０と、下面板２０において閉鎖空間Ｓの内外を接続する貫通孔８１とを備え、ワイヤ６１が空間Ｓ１内にのみ引き回されている点で異なる。

　本実施の形態において、下面板２０は、さらに積層ゴム４０と接続されている下側部材２２と上側部材２３とで構成されている。下側部材２２は、上側部材２３と当接する当接部２２ａと上側部材２３との間に空間を形成する離間部２２ｂとを有している。該空間は空気ばね４の外部となる。

　機械式開閉弁８０は、下面板２０上において貫通孔８１が開閉可能に設けられている。貫通孔８１は、下面板２０上において閉鎖空間Ｓの内と外とを接続可能に設けられている。図６を参照して、貫通孔８１のゴム下板３０側の端部は、下側部材２２と上側部材２３との間において離間部２２ｂにより形成されている空間に接続されており、当該空間を介して空気ばね４の外部と接続されている。

　上面板１０上には吊棒６６が設けられており、ワイヤ６１の一方の端部が固定されている輪状部材６７が当該吊棒６６上を移動可能に形成されている。下面板２０上には、ワイヤ６１を巻き取るリール６９が設けられている。リール６９は、たとえばスプリング式リールである。ワイヤ６１の他方の端部は機械式開閉弁８０と接続されている。機械式開閉弁８０は、ワイヤ６１の張力が一定値未満の場合には閉状態にあり、一定値以上の場合には開状態となるように設けられている。

　この場合、実施の形態３に係る空気ばね３と同様に、通常状態（機械式開閉弁８０は閉状態）においてもワイヤ６１には張力が生じている。さらに車両の高さが許容範囲を超えて異常上昇をしたときには、上面板１０と下面板２０との相対的な距離が伸びることによりリール６９のスプリングに蓄勢され得る以上の張力がワイヤ６１に生じる。このとき、当該張力を緩和するためにワイヤ６１の他方の端部がリール６９側に移動し、これにより機械式開閉弁８０が開状態となる。この結果、閉鎖空間Ｓ内に供給された加圧空気は貫通孔８１から下側部材２２と上側部材２３とで形成されている上記空間を通って排気されることにより、実施の形態１に係る空気ばね１と同様の効果を奏することができる。なお、機械式開閉弁８０を介した排気により車両が異常上昇から復位すると、ワイヤ６１の張力が低下することにより機械式開閉弁８０は閉状態となる。

　また、リール６９は下面板２０上において任意の場所に設けられていればよい。たとえば、上面板１０と下面板２０との相対的な移動方向が一方方向に偏りがある場合などには、図６に示すように、下面板２０上において軸線Ｐから離れた位置に設けられていてもよい。この場合、上面板１０と下面板２０とが主荷重方向に垂直な方向に相対的に移動していない状態において、輪状部材６７は、たとえば軸線Ｐからみて吊棒６６の最外周部に位置している。このようにしても、上面板１０が下面板２０に対して主荷重方向に垂直な方向に相対的に移動する場合、ワイヤ６１に張力が生じることにより輪状部材６７をリール６９の近傍に移動させることができる。このため、上記のように上面板１０と下面板２０とが主荷重方向に垂直な方向に相対的に移動する場合であっても、当該における相対的な移動距離が、車両の異常上昇を検知するための検知部におけるワイヤ６１の一方端部の変位として含まれる割合を低く抑えることができ、車両の異常上昇に対してより的確に対処することができる。

　実施の形態１～実施の形態３において、排気部材７０における貫通孔７１と栓部材７３とが面接触する領域は、それぞれ貫通孔７１の孔軸方向に沿って設けられているが、これに限られるものではない。

　図７を参照して、栓部材７３において貫通孔７１と接触する外周面部７３ａは、第１テーパ部としてテーパ状に設けられているのが好ましい。さらに、貫通孔７１において栓部材７３と接触する内周面部７１ａは、第２テーパ部としてテーパ状に設けられているのが好ましい。

　このようにすれば、貫通孔７１の孔軸方向において、栓部材７３のわずかな動きで貫通孔７１を開閉することができるため、開閉動作をすばやく実施することができる。また、開閉動作時において、貫通孔７１と栓部材７３とを容易に同芯状態にすることができる。

　また、図８を参照して、栓部材７３において貫通孔７１と接触する外周面部７３ａは、テーパ状に設けられているとともに、Ｏリング７７が設けられていてもよい。このようにすれば、さらに空気ばね１，２，３内部に形成される閉鎖空間Ｓの気密性を高めることができる。

　以上のように本発明の実施の形態について説明を行ったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、請求の範囲によって示され、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を含むことが意図される。

　本発明は、鉄道車両用の空気ばねに特に有利に適用される。

１，２，３，４　空気ばね、１０　上面板、１１　支持板、１１ａ　上面、１１ｂ，２１ａ　円周面、１２，２１　摺動部材、１２ａ，２０ａ　主面、１３　車体側スピゴット、１４　Ｏリング、２０　下面板、３０　ゴム下板、３０ａ　支持面、３１　台車側スピゴット、４０　積層ゴム、４１　硬質層、４２　弾性層、５０　ダイアフラム、５１　上面板接触部、５２　下面板接触部、５３　緩衝部、６１　ワイヤ、６２　固定部品、６３　固定金具、６４　下面板貫通部、６５　ワイヤ引き回し部材、６６　吊棒、６７　輪状部材、６８　制限部材、６９　リール、７０　排気部材、７１，８１　貫通孔、７１ａ　内周面部、７２　開閉部材、７３　栓部材、７３ａ　外周面部、７４　中心軸、７５　保持部材、７６　ばね部材、７７　Ｏリング、７８　固定ナット、７９　ガイド部材、８０　機械式開閉弁、Ｐ　軸線、Ｓ　閉鎖空間、Ｓ１，Ｓ２　空間。

Claims

　第１支持部材と、
　前記第１支持部材から見て主荷重方向に間隔を空けて配置されている第２支持部材と、
　前記第１支持部材と前記第２支持部材とを接続することにより閉鎖空間を形成し、弾性変形可能なダイアフラムと、
　前記第１支持部材と前記第２支持部材との相対的な距離の変位を検知して機械的出力を行う検知部と、
　前記検知部からの前記機械的出力に応じて、前記閉鎖空間内の空気を前記閉鎖空間外へ放出可能とする制御部材とを備える、空気ばね。
　前記検知部は、前記第１支持部材と前記第２支持部材との間に引き回されたワイヤを含み、
　前記機械的出力は前記ワイヤの一方端部の変位である、請求項１に記載の空気ばね。
　前記制御部材は、前記閉鎖空間の内と外とを接続する貫通孔と、前記貫通孔を開閉可能な開閉部材とを含む、請求項１または請求項２に記載の空気ばね。
　前記開閉部材は、前記機械的出力により前記貫通孔に対して相対的に移動可能に設けられている栓部材を有する、請求項３に記載の空気ばね。
　前記栓部材はテーパ状に設けられている第１テーパ部を有し、
　前記貫通孔の内周面は、前記開閉部材が前記貫通孔を閉じている状態において前記栓部材の前記第１テーパ部と面接触する第２テーパ部を有する、請求項４に記載の空気ばね。
　前記第２支持部材は弾性部材を含み、
　前記制御部材は、前記弾性部材に設置されている、請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の空気ばね。