JP5291969B2

JP5291969B2 - ストッパ

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Publication number: JP5291969B2
Application number: JP2008085804A
Authority: JP
Inventors: 大輔石井
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2028-03-28
Also published as: JP2009234516A

Description

本発明は、鉄道車両の車体と台車との間に介装されて車体の台車に対する水平横方向の変位を規制するストッパの改良に関する。

この種の鉄道車両における車体と台車との間に介装されて車体の台車に対する水平横方向の変位を規制するストッパとしては、たとえば、車体に固定される中心ピンが挿通されるボルスタレス台車におけるピン挿通孔の側部に弾性体を設けたものが知られており、車体が台車に対して左右いずれかに大きく変位する場合に中心ピンに弾性体が衝合して中心ピンと台車との衝突による衝撃を緩和しつつ、車体の台車に対するそれ以上の変位を規制するようになっている（たとえば、特許文献１参照）。

このようなストッパは、車体の台車に対する振動を多少は減衰することができるものの、地震等による大きな外力が車体に作用して車体が左右方向に加振された場合において、効果的に台車に対する車体振動を減衰することを期待できない。

この問題を解決するものとして、箱型のホルダと、ホルダに対して移動可能に挿入される止板と、ホルダと止板との間に介装したアルミハニカムと、同じくホルダと止板との間に介装したコイルスプリングと、止板に対してホルダを固定するヒューズボルトとを備えて構成されたストッパが提案されている。

このストッパにあっては、車体が台車に対して著大な左右振動を呈して中心ピンがストッパに衝突した際に、ストッパに所定以上の力が加わると、ヒューズボルトが破断して、ホルダが止板に対して自由移動可能となって、車体の変位によってアルミハニカムが圧縮されて塑性変形するようになっている（たとえば、特許文献２参照）。

そして、このアルミハニカムの塑性変形によって車体の振動エネルギが吸収され、上記車体振動を減衰するようになっており、このストッパによれば、地震等の大入力によって車体が振動しても充分に振動を減衰することができる。
特開２００６−１５１０７８号公報特開２００６−１８２１１１号公報

しかしながら、上記提案のストッパは、アルミハニカムの塑性変形によって振動を減衰し、塑性変形後は減衰力を発揮できないため、車体が台車に対して著大な左右振動を繰り返す場合には、もはや減衰力を発揮できずに充分に車体振動を抑制することができない。

また、提案のストッパは、上述のようにアルミハニカムの塑性変形後は減衰力を発揮できないため、地震が発生したり車体の著大な左右動を検知したりした場合にはアルミハニカムの塑性変形の有無を確認しなければならず、ストッパのメンテナンスが頻繁するという不利があるとともに、部品の交換も必要であり、経済的に不利となる。

これに対して、鉄道車両には、車体の台車に対する左右振動を減衰するダンパを備えているため、当該ダンパに上記ストッパの機能を果させるようにすればよいとの提案もなしうるが、ストッパは車体の振動が著大となって、もはや上記ダンパでは振動を抑制しきれなくなって初めて車体に対する台車の変位を規制し、ダンパに比較しても非常に大きな減衰力を発揮するものであるため、このストッパの機能をダンパに組み込むには、ダンパの大型化および重量増加を免れず車両への搭載性が損なわれるほか、システム全体が極めて高価なものとなってしまう虞がある。

そこで、本発明は上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、何度でも減衰力を発揮可能で軽量、小型で経済性に優れるストッパを提供することである。

上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、鉄道車両の車体と台車との間に介装されて車体の台車に対する水平横方向の変位を規制するストッパにおいて、車体あるいは台車の一方に固定されるシリンダと、シリンダに摺動自在に挿入されてシリンダ内に液体が充填される圧力室を形成するとともに変位規制時に車体あるいは台車の他方に衝合するピストンと、圧力室にリリーフ流路と吸込流路を介して連通されるリザーバと、リリーフ流路の途中に設けられてリリーフ時に液体の流れに抵抗を与えるリリーフ弁と、吸込流路の途中に設けられてリザーバから圧力室へ向かう液体の流れのみを許容するチェック弁と、ピストンを車体あるいは台車の他方へ向けて附勢する附勢手段とを備え、ピストンは、有底筒状の本体と、本体の外周に設けられてシリンダ内に摺接する鍔部とを備えるとした。

本発明のストッパは、単発的にしか減衰力を発揮できない従来のストッパと異なり、反復継続的に減衰力を発揮することができるので、ストッパのメンテナンスを頻繁に行わなくともよく、部品の交換も不要であるので、経済的に有利となる。

また、車体あるいは台車に衝合するピストンでシリンダ内に単一の圧力室を形成しているので、シリンダ内断面積の全体を減衰力の発生に寄与させて大きな減衰力を得ることができるため、ダンパにストッパ機能を組み込むことに比較しても、軽量小型で簡単な構成で車体の台車に対する著大な振動を抑制することができ、鉄道車両への搭載性を損なうことがなく、大きな減衰効果を得ることに比較してコスト安となり、費用対効果の高いストッパを実現することができる。

したがって、本発明のストッパは、何度でも減衰力を発揮可能で軽量、小型で経済性に優れるのである。

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図１は、一実施の形態におけるストッパの断面図である。図２は、他の実施の形態におけるストッパの断面図である。

一実施の形態におけるストッパＳは、図１に示すように、鉄道車両の台車Ｗに固定されるシリンダ１と、シリンダ１に摺動自在に挿入されてシリンダ１内に液体が充填される圧力室Ｒ１を形成するピストン２と、圧力室Ｒ１にリリーフ流路３と吸込流路４を介して連通されるリザーバＲ２と、リリーフ流路３の途中に設けられてリリーフ時に液体の流れに抵抗を与えるリリーフ弁５と、吸込流路４の途中に設けられてリザーバＲ２から圧力室Ｒ１へ向かう液体の流れのみを許容するチェック弁６と、ピストン２を車体Ｂへ向けて附勢する附勢手段たるコイルスプリング７とを備えて構成され、車体Ｂが台車Ｗに対して著大に水平横方向に振動する際にピストン２を車体Ｂに衝合させて、車体Ｂのそれ以上の変位を規制するとともに車体Ｂの台車に対する振動を減衰するものである。

以下、詳細に説明すると、シリンダ１は、筒状とされており、シリンダ１の図１中左端がピストン２を摺動自在に軸支する環状のガイド部材８によって閉塞されるとともに、図１中右端もボトム部材９によって閉塞されている。

そして、シリンダ１は、ボトム部材９とともに有底筒状の外筒１０内に収容されており、外筒１０とシリンダ１との間の環状隙間でリザーバＲ２が形成されている。また、外筒１０の開口端内周には、上記したガイド部材８が固定されて、当該開口端は閉塞されて、リザーバＲ２は密閉状体に維持され、当該リザーバＲ２内には気体と液体が充填されている。さらに、シリンダ１の図１中左端には、切欠１ａが形成されており、切欠１ａを介してシリンダ１内とリザーバＲ２とが連通されるようになっている。

ピストン２は、有底筒状の本体２ａと、本体２ａの外周に設けられてシリンダ１内に摺接する鍔部２ｂとを備えて構成され、ピストン２をシリンダ１内に挿入することで、ピストン２とシリンダ１との間に圧力室Ｒ１が形成されている。

なお、鍔部２ｂは、具体的には、外周に軸受としてのピストンリング２ｃを備えており、ピストンリング２ｃを介してシリンダ１に摺接している。また、本体２ａの外周は、ガイド部材８の内周に設けた筒状の軸受８ａに摺動自在に挿入されており、ピストン２はガイド部材８にガイドされてシリンダ１に対して図１中左右方向へ変位することが可能なようになっている。加えて、ガイド部材８は、ピストン２の本体２ａの外周に摺接する環状のシール部材８ｂを備えており、ピストン２の外周がシールされ、シリンダ１内が密閉状体に維持される。

また、このピストン２は、シリンダ１との間に介装されるコイルスプリング７によって、シリンダ１から突出して車体Ｂへ向かう方向となる図１中左方へ向けて常に附勢され、何らピストン２にシリンダ１内へ押し込む方向への力が作用しないと、鍔部２ｂのガイド部材８への衝合によってピストン２がシリンダ１に対してそれ以上の突出が規制される最伸長状態に維持される。

なお、鍔部２ｂの図１中左端には、面取２ｄが施されており、ピストン２がシリンダ１に対して鍔部２ｂの図１中左端がガイド部材８の図１中右端に当接しても当該面取２ｄによってシリンダ１の側部に設けた切欠１ａが閉塞されないようになっている。

そして、ピストン２の図１中左端には、ゴムや合成樹脂等の弾性体１１が固定されており、当該弾性体１１は、車体Ｂが台車Ｗに対して大きく変位すると、ピストン２に先んじて車体Ｂに衝合して車体Ｂと台車Ｗとの衝突による衝撃を緩和するようになっている。

つづいて、ボトム部材９には、圧力室Ｒ１とリザーバＲ２とを連通するリリーフ流路３と、同じく圧力室Ｒ１とリザーバＲ２とを連通する吸込流路４が設けられるとともに、リリーフ流路３の途中に配されるリリーフ弁５および吸込流路４の途中に配されるチェック弁６も同様にボトム部材９に設けられる。

リリーフ弁５は、リザーバＲ２から圧力室Ｒ１へ向かう液体の流れは許容せず、圧力室Ｒ１内の圧力が所定のリリーフ圧に達するとリリーフ流路３を開放し、開放時にはリリーフ流路３を通過する液体の流れに抵抗を与える減衰弁としても機能するようになっている。他方のチェック弁６は、リリーフ弁５とは反対に、圧力室Ｒ１からリザーバＲ２へ向かう液体の流れを阻止し、リザーバＲ２から圧力室Ｒ１へ向かう液体の流れのみを許容するようになっている。

さて、このように構成されたストッパＳは、この実施の形態の場合、外筒１０を介してシリンダ１を台車Ｗに固定するようになっており、具体的にはたとえば、台車Ｗの中心ピン挿通孔の内周側に取付けられる。他方、ピストン２は、具体的にはたとえば、車体Ｂに延設される車体Ｂの一部としての中心ピンに所定間隔Ｌを空けて対向させており、車体Ｂが台車Ｗに対して中立位置から所定間隔Ｌ以上変位すると、中心ピンが弾性体１１を介してピストン２に衝合するようになっている。なお、ストッパＳは、図示したところでは、中心ピンの右側のみに配置されているが、実際には、中心として台車Ｗにおける中心ピン挿通孔の左側内周にも設置されており、車体Ｂが中立位置から台車Ｗに対して左側へ所定間隔Ｌ以上変位しても図示しない左側のストッパＳによって変位が規制されるようになっている。

また、反対に、シリンダ１を車体Ｂに固定するようにして、ピストン２を台車Ｗに対向させるようにしてもよい。さらに、車体Ｂと台車Ｗの一方にシリンダ１を固定するには、車体Ｂ（台車Ｗ）に直接に固定する場合のほか車体Ｂ（台車Ｗ）に一体化される付属物を介して間接的に固定することも含まれ、車体Ｂと台車Ｗの他方にピストン２を衝合させるには、同様に、車体Ｂ（台車Ｗ）に直接にピストン２を衝合させる場合のほか車体Ｂ（台車Ｗ）に一体化される付属物を介して間接的に衝合させることも含まれる。

加えて、ストッパＳの設置箇所は、上記の車体Ｂの一部である中心ピンと台車Ｗの中心ピン挿通孔との間のほか、車体Ｂの台車Ｗの変位を規制可能な部位に設定するようにしてもよい。

つづいて、ストッパＳの作動について説明する。車体Ｂに左右振動が作用して台車Ｗに対して所定間隔Ｌ以上変位して、車体Ｂがピストン２に衝合する際、車体Ｂとシリンダ１との接近でピストン２をシリンダ１内へ押し込む力により圧縮される圧力室Ｒ１内の圧力がリリーフ弁５のリリーフ圧に達しない状態では、ストッパＳは収縮せず弾性体１１の圧縮のみで車体Ｂの振動を減衰させるともに、車体Ｂと台車Ｗの衝突の衝撃を緩和する。

これに対して、車体Ｂがピストン２をシリンダ１内へ押し込む力により圧縮される圧力室Ｒ１内の圧力がリリーフ弁５のリリーフ圧に達すると、リリーフ弁５がリリーフ流路３を開放して、圧力室Ｒ１内の液体をリザーバＲ２へ抵抗を与えながら逃がし、ピストン２はシリンダ１内に押し込まれつつ、車体Ｂに振動方向とは逆方向の減衰力を作用させる。したがって、ストッパＳは、この状態では圧縮作動しつつ減衰力を発揮して、車体Ｂの台車Ｗに対する振動を抑制することになる。また、ピストン２は、圧力室Ｒ１側からのみ圧力を受けるようになっているので、ストッパＳの発生減衰力は、圧力室Ｒ１の圧力にシリンダ内断面積を乗じたものとなって、シリンダ内断面積の全体を活用して大きな減衰力を発揮することができる。なお、リリーフ弁５の開弁後の減衰特性（ピストン２のシリンダ１に対する速度と発生減衰力の特性）は、任意に設定することが可能である。

この際、ピストン２の鍔部２ｂがガイド部材８から離間することによって生じる環状隙間には、シリンダ１の切欠１ａおよび鍔部２ｂの面取２ｄを介してリザーバＲ２から液体が供給されるため、当該環状隙間に負圧が生じずピストン２の移動を妨げることはない。なお、環状隙間に負圧を生じさせないようにするためには、面取２ｄを設けるほか、鍔部２ｂの肩の少なくとも切欠１ａに対向する部位に切欠や段部を施すようにしてもよい。さらに、シリンダ１やピストン２に切欠１ａや面取２ｄを設けるのではなく、ガイド部材８に上記環状隙間とリザーバＲ２とを連通する通路や切欠を設けるようにしてもよい。

その後、車体Ｂの台車Ｗに対する振動方向が逆転して、車体Ｂがピストン２から離間すると、ピストン２はコイルスプリング７の附勢力でシリンダ１から最突出する位置にまで復帰する。この際には、圧力室Ｒ１が容積拡大によって減圧されるため、チェック弁６が開いて吸込流路４を介してリザーバＲ２から液体が圧力室Ｒ１へ供給されて、ピストン２は速やかに元の位置まで復帰することができる。なお、ピストン２の鍔部２ｂとガイド部材８との間の環状隙間からは、液体が切欠１ａおよび面取２ｄを介してリザーバＲ２へ逃げるので、このピストン２の復帰動作を妨げない。

そして、ピストン２が元の位置まで復帰すると、再度の車体Ｂの衝突に対してストッパＳが圧縮作動を呈して減衰力を発揮することになり、反復継続される車体振動を効果的に抑制することができる。

すなわち、このストッパＳは、単発的にしか減衰力を発揮できない従来のストッパと異なり、反復継続的に減衰力を発揮することができるので、ストッパＳのメンテナンスを頻繁に行わなくともよく、部品の交換も不要であるので、経済的に有利となる。

また、ピストン２でシリンダ１内に単一の圧力室Ｒ１を形成しているので、シリンダ内断面積の全体を減衰力の発生に寄与させて大きな減衰力を得ることができるため、ダンパにストッパ機能を組み込むことに比較しても、軽量小型で簡単な構成で車体Ｂの台車Ｗに対する著大な振動を抑制することができ、鉄道車両への搭載性を損なうことがなく、大きな減衰効果を得ることに比較してコスト安となり、費用対効果の高いストッパＳを実現することができる。

したがって、本発明のストッパＳは、何度でも減衰力を発揮可能で軽量、小型で経済性に優れるのである。

さらに、ピストン２が、有底筒状の本体２ａと、本体２ａの外周に設けられてシリンダ１内に摺接する鍔部２ｂとを備える構成とされているので、ピストン２が軽量となるため、この場合には一層軽量化に寄与することができる。

なお、上記したところでは、ピストン２の鍔部２ｂとガイド部材８との環状隙間も密閉状態とされるため、切欠１ａおよび面取２ｄを設けてリザーバＲ２に連通するようにしているが、当該環状隙間を大気開放してもよく、また、ピストン２のガイドをシリンダ１と鍔部２ｂとで実現することが可能であれば、環状隙間の形成を避けるべくガイド部材８でピストン２の本体２ａの外周をガイドせず、ガイド部材８を単にピストン２の鍔部２ｂと衝合する抜け止めとしてのみ機能させるようにしてもよい。

また、附勢手段は、ピストン２をストッパＳが圧縮される前の位置に復帰させる機能を発揮するために設けられているので、この機能を発揮可能であれば附勢手段はコイルスプリング７に限定されず、気体バネとして作用するリザーバＲ２を附勢手段とし、リザーバＲ２内に封入した気体の圧力でピストン２をストッパＳが圧縮される前の位置に復帰させることができる場合にはコイルスプリング７を省略することもできる。

つづいて、図２に示した他の実施の形態におけるストッパＳ’について説明する。この他の実施の形態におけるストッパＳ’が一実施の形態におけるストッパＳと異なる点は、ピストン１３内にリザーバＲ２を設けるとともに、リリーフ流路３と吸込流路４をピストン１３に設けている点である。

他の実施の形態におけるストッパＳ’の説明にあたり、一実施の形態のストッパＳと同様の部分については説明が重複するので、同じ符号を付するのみとしてその詳しい説明を省略することとする。

以下、上記した異なる点について詳細に説明すると、ピストン１３は、有底筒状のシリンダ１２の内周に摺接する円盤状の鍔部たる基部１３ａと、基部１３ａから立ち上がる中空部１３ｃを有する軸部１３ｂとを備えて構成され、基部１３ａとシリンダ１２との間には圧力室Ｒ１が形成されている。

軸部１３ｂは、シリンダ１２の開口端を閉塞する環状のガイド部材８によって摺動自在に軸支され、中空部１３ｃ内には摺動自在にフリーピストン１４が挿入され、当該フリーピストン１４によって中空部１３ｃ内は液体が充填される液室Ｒ３と気体が充填される気室Ｇとに区画されている。

そして、液室Ｒ３は、基部１３ａに設けたリリーフ流路３と吸込流路４によって圧力室Ｒ１に連通され、リリーフ流路３の途中には、液室Ｒ３から圧力室Ｒ１へ向かう液体の流れは許容せず、圧力室Ｒ１内の圧力が所定のリリーフ圧に達するとリリーフ流路３を開放して圧力室Ｒ１から液室Ｒ３へ向かう液体の流れに抵抗を与えるリリーフ弁５が設けられ、他方の吸込流路４には、液室Ｒ３から圧力室Ｒ１へ向かう液体の流れのみを許容するチェック弁６が設けられている。

すなわち、この他の実施の形態のストッパＳ’にあっては、ピストン１３の基部１３ａにリリーフ流路３、吸込流路４、リリーフ弁５およびチェック弁６の全てが設けられているのでボトム部材９が不要となり、また、ピストン１３のシリンダ１２に対する進退によって変動する圧力室Ｒ１の容積を気室Ｇの容積変化によって補償するようになっており、この実施の形態の場合、リザーバＲ２は上記した液室Ｒ３と気室Ｇとで構成されてピストン１３内に設置されるため、外筒１０が不要となる。

なお、図示はしないが、ピストン１３の基部１３ａとガイド部材８との間の環状隙間を液室Ｒ３に連通しておき、シリンダ１２に対してピストン１３が突出する方向に変位しても当該環状隙間に負圧を生じさせようにしておくとよく、また、当該環状隙間を大気開放するようにしてもよい。

このように構成された他の実施の形態におけるストッパＳ’にあっても、ピストン１３をシリンダ１２内へ押し込む力により圧縮される圧力室Ｒ１内の圧力がリリーフ弁５のリリーフ圧に達すると、リリーフ弁５がリリーフ流路３を開放して、圧力室Ｒ１内の液体をリザーバＲ２の液室Ｒ３へ抵抗を与えながら逃がし、ピストン１３はシリンダ１２内に押し込まれつつ、振動方向とは逆方向の減衰力を作用させる。すなわち、ストッパＳ’にあっても、圧縮作動しつつ減衰力を発揮して、車体Ｂの台車Ｗに対する振動を抑制することができ、また、ピストン１３は、圧力室Ｒ１側からのみ圧力を受けるようになっているので、ストッパＳ’の発生減衰力は、圧力室Ｒ１の圧力にシリンダ内断面積を乗じたものとなって、シリンダ内断面積の全体を活用して大きな減衰力を発揮することができる。なお、このストッパＳ’では、気室Ｇにおける気体圧力で圧力室Ｒ１および液室Ｒ３を加圧しており、ピストン１３には常にシリンダ１２から突出する方向の附勢力が作用し、これを附勢手段として圧縮されてもピストン１３がシリンダ１２から最突出する元の位置に復帰できるようになっている。

したがって、このストッパＳ’にあっても、単発的にしか減衰力を発揮できない従来のストッパと異なり、反復継続的に減衰力を発揮することができるので、ストッパＳ’のメンテナンスを頻繁に行わなくともよく、部品の交換も不要であるので、経済的に有利となるのである。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

一実施の形態におけるストッパの断面図である。他の実施の形態におけるストッパの断面図である。

符号の説明

１，１２シリンダ
１ａシリンダにおける切欠
２，１３ピストン
２ａピストンにおける本体
２ｂピストンにおける鍔部
２ｃピストンにおけるピストンリング
２ｄピストンにおける面取
３リリーフ流路
４吸込流路
５リリーフ弁
６チェック弁
７附勢手段たるコイルスプリング
８ガイド部材
８ａガイド部材における軸受
８ｂガイド部材におけるシール部材
９ボトム部材
１０外筒
１１弾性体
１３ａピストンにおける基部
１３ｂピストンにおける軸部
１３ｃピストンにおける中空部
１４フリーピストン
Ｂ車体
Ｇ気室
Ｌ所定間隔
Ｒ１圧力室
Ｒ２リザーバ
Ｒ３液室
Ｓ，Ｓ’ ストッパ
Ｗ台車

Claims

鉄道車両の車体と台車との間に介装されて車体の台車に対する水平横方向の変位を規制するストッパにおいて、車体あるいは台車の一方に固定されるシリンダと、シリンダに摺動自在に挿入されてシリンダ内に液体が充填される圧力室を形成するとともに変位規制時に車体あるいは台車の他方に衝合するピストンと、圧力室にリリーフ流路と吸込流路を介して連通されるリザーバと、リリーフ流路の途中に設けられてリリーフ時に液体の流れに抵抗を与えるリリーフ弁と、吸込流路の途中に設けられてリザーバから圧力室へ向かう液体の流れのみを許容するチェック弁と、ピストンを車体あるいは台車の他方へ向けて附勢する附勢手段とを備え、ピストンは、有底筒状の本体と、本体の外周に設けられてシリンダ内に摺接する鍔部とを備えていることを特徴とするストッパ。
ピストンの先端に車体あるいは台車の他方に対向する弾性体を設けたことを特徴とする請求項１に記載のストッパ。
圧力室内の圧力がリリーフ弁のリリーフ圧に達しない状態では、圧力室からリザーバへ向かう液体の流れを阻止し、圧力室内の圧力がリリーフ弁のリリーフ圧に達する状態では、圧力室からリザーバへ向かう液体の流れを許容する請求項１又は２に記載のストッパ。