JP5186438B2 - 車両用空気ばね - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両等に適用される車両用空気ばねに係り、詳しくは、パンクや減圧等によってダイヤフラムがエアレス状態にあるときに、ダイヤフラムがその下部構造物と接触して摩耗する不都合を解消させる技術に関するものである。

この種の車両用空気ばねは、特許文献１（図１や図４を参照）において開示されるように、車体側の上支持部（１）と、その下方に配置される台車側の下支持部（４）と、これら両者に亘って配備される弾性材製のダイヤフラム（３）とで成るエアクッション部を有して構成される鉄道車両用空気ばねがよく知られている。

その鉄道車両用空気ばねは、例えば特許文献２（図１や図３を参照）において開示されるように、レール上を転動する台車と車体との上下間において台車当り左右一つずつ配備される構造のものが知られている。空気ばねは、台車に生じる走行振動やレール繋ぎ目転動振動等を車体に伝え難くすべく減衰させるサスペンション機能を有しており、通常の使用状態ではダイヤフラムに所定圧の空気が充填されている。

上記の使用状態においては、空気ばねには常に所定の空気圧が作用していて膨らんだ状態にあるが、車庫や基地、或いは工場に入る等の鉄道車両が営業外である場合には、寿命向上等の目的でダイヤフラムから空気を抜いたエアレス状態とされることが多く、必要ならばその状態で移動走行されることもある。また、鉄道車両としての営業走行中に何らかの原因（パンク等）によってダイヤフラムがエアレス状態になった場合には、車庫や車両工場に向うまでは最低限、その状態で走行しなくてはならない。

従って、エアレス状態での走行では、空気が無くなって垂れ下がるダイヤフラムが台車枠等の台車側の部材、即ちダイヤフラム下方の構造物に接触して擦れるおそれが生じる。特に、近年のバリアフリー化の要求により、車両の低床化促進のために台車と車体床下との上下間寸法の縮小が求められ、ダイヤフラム下方の上下空間が少なくなってエアレス状態時の前記擦れおそれが無視できない状況になってきている。

特開２００７−１２７１６８号公報 特開２００２−２３４４３７号公報

本発明の目的は、上記実情に鑑みての構造工夫により、ダイヤフラムがパンク等によるエアレス状態になっているときであっても、ダイヤフラムと台車枠等のダイヤフラム下方の構造物とが接触しての擦れおそれが抑制又は回避できるように改善され、実質的に耐久性が向上する車両用空気ばねを提供する点にある。

請求項１に係る発明は、車両用空気ばねにおいて、車体側の上支持部１と、その下方に配置される台車側の下支持部２と、これら両者１，２に亘って配備される弾性材製のダイヤフラム３とで成るエアクッション部ａｃを有するとともに、前記ダイヤフラム３から空気が抜けたエアレス状態であるときに前記ダイヤフラム３とその下方の構造物１３との接触を防止又は規制する接触防止手段Ｂが装備され、
前記接触防止手段Ｂが、前記ダイヤフラム３から空気が抜けるに従って前記ダイヤフラム３の下部３ｂを前記下支持部２に対して持上げるリフトアップ機構１６を有して構成されていることを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の車両用空気ばねにおいて、前記リフトアップ機構１６が、前記ダイヤフラム３内が所定の空気圧に維持される使用状態では圧縮されており、かつ、前記ダイヤフラム３内の空気が抜けるに従って前記下支持部２に嵌合されているダイヤフラム３の下ビード部３ｂを持上げて伸張するコイルバネ１７を、前記下支持部２に装備することによって構成されていることを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の車両用空気ばねにおいて、前記コイルバネ１７が、前記エアクッション部ａｃの軸心Ｐ回りの均等角度毎に配備される状態に複数設けられていることを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の車両用空気ばねにおいて、前記下支持部２に、これから前記下ビード部３ｂが上方移動して抜け出ることを規制可能なハンブ１８が形成されていることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、詳しくは実施形態の項にて述べるが、接触防止手段の機能により、エアレス状態によって垂れ下がるダイヤフラムと台車枠等のその下の構造物との上下間には明確な間隙が確保されるようになるから、エアレス状態で移動走行されることがあってもダイヤフラムと前記構造物との摩擦接触が回避されており、ダイヤフラムが早期に摩耗する不都合が生ぜず、所期通りの耐久性が発揮されるものとなる。その結果、ダイヤフラムがパンク等によるエアレス状態になっているときであっても、ダイヤフラムとその下方の構造物とが接触しての擦れおそれが抑制又は回避できるように改善され、実質的に耐久性が向上する車両用空気ばねを提供することができる。

請求項１の発明によれば、次のような効果がある。即ち、何らかの手段を用いてダイヤフラムを持上げるには、上支持部に支持されるダイヤフラム上部を上昇させる手段と下支持部に支持されるダイヤフラム下部を上昇させる手段とが考えられる。通常、上支持部に装着されるダイヤフラム上部は、上支持部の下側に嵌合装備されるから、さらに上昇移動させることは構造上困難である。これに対して、下方に落とし込んで内筒に嵌合装備されるダイヤフラム下は、構造上元々上方に空間が存在しているから、さらに上昇移動させることが可能である。従って、リフトアップ機構は、下方構造物との接触自体を無くす又は軽減させる手段として、エアレス状態のダイヤフラムの下部を持上げるものであり、ダイヤフラムのリフトアップ量を効率良く得ることができるという利点がある。

請求項２の発明によれば、リフトアップ機構が、下支持部に装備されるコイルバネで構成されており、廉価で構造簡単な接触防止手段となる利点がある。この場合、請求項３のように、コイルバネがエアクッション部の軸心回りの均等角度毎に複数配備されておれば、ダイヤフラムが傾くこと無く均一に持上げられるようになって好都合である。

請求項４の発明によれば、詳しくは実施形態の項にて説明するが、リフトアップ機構が作用しても、ダイヤフラム下部が内筒から上方に抜け出ないように規制されるから、次のエア充填時にはダイヤフラム下部が円滑・確実に元の状態、即ち、内筒への嵌合装着状態に復帰する利点が得られる。

鉄道車両用空気ばねの構造を示す一部切欠きの側面図（実施例１） 接触防止手段の構造を示す要部の拡大断面図 図１の車両用空気ばねのエアレス状態を示す半断面図 リフトアップ機構の別構造を示す要部の拡大断面図 従来の車両用空気ばねのエアレス状態を示す半断面図

以下に、本発明による車両用空気ばねの実施の形態を、鉄道車両に適用された場合について図面を参照しながら説明する。

〔実施例１〕
実施例１による鉄道車両用空気ばねＡは、図１，図２に示すように、外筒（車体側の上支持部の一例）１と、その下方に配置される内筒（台車側の下支持部の一例）２と、これら両者１，２に亘って配備されるゴム等の弾性材製ダイヤフラム（ベローズ）３とで成るエアクッション部ａｃを有するとともに、内筒２と台車側の台座４との上下間にクッション用の積層ゴム部５が介装されて構成されている。

外筒１は、円形鋼板から成る支持座１ａと、これの下面に固着される有底筒状の補強部１ｂと、支軸１ｃ等から構成されており、補強部１ｂの径外側で、かつ、支持座１ａの径外側及び下面側にはゴム製でリング状の上受座１ｄが装備されている。縦軸心（上下向きの軸心）Ｐを有する支軸１ｃは、補強部１ｂから支持座１ａを貫通して上方突出する状態で取付けられており、客車等の車体（図示省略）に支持される。上受座１ｄは、ダイヤフラム３の上部３ａを広い面積でもって弾性的に受け止める機能を発揮するものに構成されている。また、補強部１ｂの下側には、ステンレス鋼板等の滑り性の良い材料製の上摺動板６が取付けられている。

内筒２は、リング状の基板２ａと、これの上面側にボルト止めされる規制板２ｂとから構成されており、基板２ａの外周部に固定される下受座７に、ダイヤフラム３の下部である下ビード部３ｂを載せ付けて受け止め支持されるように構成されている。規制板２ｂの上側には、ステンレス鋼板等の滑り性の良い材料製の下摺動板８が取付けられている。下受座７は、鋼板製の補強部９と、これの上に積層されるゴム製の受部材１０とから構成されている。規制板２ｂの外周部上端には、内筒２から下ビード部３ｂが上方移動して抜け出ることを規制するハンブ１８が形成されている。そして、詳しくは後述するが、下受座７には接触防止手段Ｂが装備されている。

台座４は、支軸１ｃと互いに同じ縦軸心Ｐを有する筒軸１１と、筒軸１１の上部に嵌合一体化されるフランジ板１２とで形成されており、筒軸１１が台車枠１３に支持される。積層ゴム部５は、台座４のフランジ板１２と内筒２の基板２ａとの上下間に、円筒状の弾性ゴム層１４と金属板１５とを交互に複数ずつ重ねて一体化して成る中空で公知構造のものに構成されている。尚、仮想線で描かれて符号１３が付されるものは台車枠である。

次に、接触防止手段Ｂについて説明する。接触防止手段Ｂは、図２，図３に示すように、ダイヤフラム３から空気が抜けたエアレス状態（図３の状態）であるときにダイヤフラム３とその下方の構造物、即ち台車枠１３の上面との接触を防止（又は規制）するものであり、ダイヤフラム３から空気が抜けるに従ってダイヤフラム３の下部を台車枠１３に対して持上げるリフトアップ機構１６を有して構成されている。

リフトアップ機構１６は、ダイヤフラム３内が所定の空気圧に維持される使用状態（図１の状態）では圧縮されており、かつ、ダイヤフラム３内の空気が抜けるに従って下受座（下支持部）７に嵌合されているダイヤフラム３の下ビード部３ｂを持上げて伸張するコイルバネ１７を、下受座７に埋設装備することによって構成されている。

具体的には、補強部９と受部材１０との双方を上下に貫通する平面視で円形の収容穴１９が、縦軸心Ｐ回りの均等角度（４５度）毎に計８箇所形成されており、下ビード部３ｂが下受座７に強制嵌合されてダイヤフラム３内に所定圧の空気が充填されることで圧縮されるコイルバネが各収容穴１９に収容配備されることでリフトアップ機構１６が構成されている。この複数配備されるコイルバネ１７は、エアクッション部ａｃの縦軸心Ｐ回りで点対称配備されることも可能であり、また、縦軸心Ｐを通るダイヤフラム３の径方向の線に関して線対称になることも可能に設けられており、ダイヤフラム３の下部を傾くことなく水平な姿勢で持上げ可能なリフトアップ機構１６となっている。

さて、図１，図２に示すように、ダイヤフラム３内に所定の空気圧が維持されている使用状態では、下ビード部３ｂが８個のコイルバネ１７の伸張状態へ復帰する弾性力に打ち勝って内筒２に嵌合される状態が維持されている。つまり、各コイルバネ１７は圧縮状態（図１の状態）に維持されている。そして、非営業時や点検等によるエア抜き、或いはパンク等によってダイヤフラム３内の空気が抜けてしまうエアレス状態になると、下ビード部３ｂの内筒２への嵌合力に８個のコイルバネ１７の伸張方向の弾性力が勝り、図３に示すように、下ビード部３ｂをハンブ１８に引っ掛かるまで上方に押し上げてダイヤフラム３を持上げる。

従来では、図５に示すように、車両用空気ばねＡのエアクッション部ａｃがエアレス状態になると、垂れ下がったダイヤフラム３が台車枠１３の上面に接触することがあり、その状態で移動走行されたりして台車枠１３と擦れ合うことにより、ダイヤフラム３が明確に摩耗する不都合があった。つまり従来では、垂れ下がったダイヤフラム３と台車枠１３とが上下寸法ｄで重なるに相当する分接触するものであった。

しかしながら、本発明（実施例１）による車両用空気ばねＡにおいては、図３に示すように、エアレス状態でも垂れ下がったダイヤフラム３と台車枠１３の上面との上下間には距離Ｄの間隙が確保されており、そのエアレス状態で移動走行されることがあっても台車枠１３等の下部構造物と接触することが回避されており、ダイヤフラム３が早期に摩耗する不都合が生ぜず、従って、所期通りの耐久性が発揮される効果がある。

前述したバリアフリー化に伴う低床化のための台車自体の高さ軽減もさることながら、台車と車体床との上下間寸法の低減も要求されることから、例えば、積層ゴム部５のゴム層の積層段数が４段から３段に減らす等、空気ばねの台車に対する設定高さ位置も限界近くまで低く設定されてきている。そのため、エアレス状態における台車枠等のダイヤフラムの下の構造物（側バリ部）とダイヤフラムとの接触が従来に比べて起き易くなっており、ダイヤフラムの摩耗問題が無視できなくなってきたのであるが、本発明による接触防止手段Ｂ付の車両用空気ばねＡにおいては、前記接触問題自体が生じないようになっており、非常に有効な対策が施されていると言える。

しかも、そのための接触防止手段Ｂは、下受座７に形成される複数の収容穴１９とそこに収容されるコイルバネ１７とで成るものでって、空気ばねのみで完結し得る構成であるから、部分的な改造（設計変更）は必要にはなるが、車両用空気ばねＡ全体として寸法には何らの変更も無くて済む。故に、装着のための新たなスペースが必要になるとか、車体や台車に何らかの変更を加えるといったことが一切不要となる利点、及び、現行機種にそのまま置き換えることができるという後付け装着が可能となる利点がある。また、各種の車両用空気ばねに適用可能であって汎用性に富む利点もある。

ところで、リフトアップ機構１６の仕様設定如何によっては、その作用によって持上げられる下ビード部３ｂが、規制板２ｂから上方に抜け出てしまうまでリフトアップされることが考えられる。そのような場合には、上方に抜け出た下ビード部３ｂの位置が定まり難いので、ダイヤフラムへのエア充填に伴う下ビード部３ｂの内筒２への再嵌合装着がうまく行われない不都合の生じる可能性がある。

そこで、実施例１による車両用空気ばねＡにおいては、図１，図２に示すように、規制板２ｂの外周上端部に径外側に突出する周状突起のようなハンブ１８が形成されていることにより、下ビード部３ｂがリフトアップ機構１６が作用しても、図３に示すように、リフトアップされる下ビード部３ｂがハンブ１８に引っ掛かり、規制板２ｂから上方に抜け出ないように規制される構成となっている。故に、次のエア充填時には下ビード部３ｂが円滑・確実に元の状態、即ち、規制板２ｂ下端部に嵌合し、かつ、下受座７に載置される内筒２への嵌合装着状態に復帰する利点もある。

〔別実施例〕
接触防止手段Ｂとしては、図４に示すように、基板２ａ外周端の上方膨出部２０（図２等を参照）を無くして厚さ一定の平らな基板２ａとして、その上に載置される下受座７の上下寸法を厚くして収容穴１９の高さを大きくし、コイルバネ１７の設計が楽に、或いは、十分な弾性力が発揮できるようにされた構造の車両用空気ばねＡでも良い。

また、図４に示すように、ダイヤフラム３におけるコイルバネ１７に押圧接触される箇所が摩耗され易くなる新たな不都合を解消又は抑制すべく、コイルバネ１７とダイヤフラム３との間に介装される合成樹脂製等の滑り板２１を設けると好都合である。さらに、コイルバネ１７の下側に干渉板２２を設けて、基板２ａ等のコイルバネ１７下側の受部がコイルバネ１７との押圧接触による摩耗のし易さを改善させるようにしても良い。

尚、接触防止手段Ｂは、リフトアップ機構１６による持上げ量の設定により、リフトアップ作用時におけるダイヤフラム３と台車枠１３との上下方向の重なり寸法、即ち接触量が従来よりも小さくなり、ダイヤフラム３の摩耗が軽減（抑制）される程度の構造のものであっても可である。また、コイルバネ１７が、エアクッション部ａｃの軸心Ｐ回りに点対称又は軸心Ｐを通ってエアクッション部ａｃの径方向に延びる線（ダイヤフラム３の直径線）に関して線対称で配備される状態で複数設けられている構成でも良い。

１ 上支持部
２ 下支持部
３ ダイヤフラム
３ｂ 下部（下ビード部）
１３ ダイヤフラム下方の構造物
１６ リフトアップ機構
１７ コイルバネ
１８ ハンブ
Ｂ 接触防止手段
Ｐ 軸心
ａｃ エアクッション部

Claims (4)

1. 車体側の上支持部と、その下方に配置される台車側の下支持部と、これら両者に亘って配備される弾性材製のダイヤフラムとで成るエアクッション部を有するとともに、前記ダイヤフラムから空気が抜けたエアレス状態であるときに前記ダイヤフラムとその下方の構造物との接触を防止又は規制する接触防止手段が装備され、
   前記接触防止手段が、前記ダイヤフラムから空気が抜けるに従って前記ダイヤフラムの下部を前記下支持部に対して持上げるリフトアップ機構を有して構成されている車両用空気ばね。
2. 前記リフトアップ機構が、前記ダイヤフラム内が所定の空気圧に維持される使用状態では圧縮されており、かつ、前記ダイヤフラム内の空気が抜けるに従って前記下支持部に嵌合されているダイヤフラムの下ビード部を持上げて伸張するコイルバネを、前記下支持部に装備することによって構成されている請求項１に記載の車両用空気ばね。
3. 前記コイルバネが、前記エアクッション部の軸心回りの均等角度毎に配備される状態で複数設けられている請求項２に記載の車両用空気ばね。
4. 前記下支持部に、これから前記下ビード部が上方移動して抜け出ることを規制可能なハンブが形成されている請求項１〜３の何れか一項に記載の車両用空気ばね。

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