(57)【要約】【課題】積層弾性体の適正化を図ることにより、小型でありながらも、耐久性を向上させた空気ばね装置を提供する。【解決手段】空気ばね装置１は、上面板４、下面板５、及び上面板４と下面板５との間に配設され、その両端部分を上面板４と下面板５に気密に連結した筒状の可撓性膜体６からなる空気ばね２、空気ばね２の上面板４の車両側及び下面板５の路面側の少なくとも一方に取り付けられ、複数層の筒状の弾性部材８を、その層間に筒状の剛性部材９を挟み込んでかかる面板に直列に積層してなる筒状の積層弾性体３、並びに積層弾性体３の空気ばね２から離間する側の面に取り付けられている下端支持部材１１を具える。かかる積層弾性体３の弾性部材８のうち、空気ばね２に対し最も遠位にある弾性部材８である最遠位弾性部材１２の体積は、その他の弾性部材８の体積よりも大きく、最遠位弾性部材１２の内径は、その他の弾性部材８の内径よりも小さい。【選択図】図１
2010019402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面板、下面板、及び該上面板と下面板との間に配設され、その両端部分を該上面板と下面板に気密に連結した筒状の可撓性膜体からなる空気ばね、該空気ばねの該上面板の車両側及び該下面板の路面側の少なくとも一方に取り付けられ、複数層の筒状の弾性部材を、該弾性部材の層間に筒状の剛性部材を挟み込んで該面板に直列に積層してなる筒状の積層弾性体、並びに該積層弾性体の該空気ばねから離間する側の面に取り付けられている下端支持部材を具える空気ばね装置において、
前記積層弾性体の弾性部材のうち、前記空気ばねに対し最も遠位にある該弾性部材の体積が、その他の該弾性部材の体積よりも大きく、該空気ばねに対し最も遠位にある該弾性部材の内径が、その他の該弾性部材の内径よりも小さいことを特徴とする空気ばね装置。
【請求項２】
前記弾性部材の内径は、前記空気ばねに対し遠位側にある該弾性部材程小さい、請求項１に記載の空気ばね装置。
【請求項３】
前記積層弾性体の弾性部材の高さは、全て同一である、請求項１又は２に記載の空気ばね装置。
【請求項４】
前記弾性部材の外径は、全て同一である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の空気ばね装置。
【請求項５】
前記弾性部材のうち、前記空気ばねに対し最も遠位にある該弾性部材の内径は、該空気ばねに対し最も近位にある該弾性部材の内径の５０〜１００％の範囲内にある、請求項４に記載の空気ばね装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、上面板、下面板、及び上面板と下面板との間に配設され、その両端部分を上面板と下面板に気密に連結した筒状の可撓性膜体からなる空気ばね、空気ばねの上面板の車両側及び下面板の路面側の少なくとも一方に取り付けられ、複数層の筒状の弾性部材を、弾性部材の層間に筒状の剛性部材を挟み込んでかかる面板に直列に積層してなる筒状の積層弾性体、並びにかかる積層弾性体の空気ばねから離間する側の面に取り付けられている下端支持部材を具える空気ばね装置に関するものであり、かかる空気ばね装置の耐久性を向上させつつもその小型化を図る。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両に取り付けられる台車の一つとして、空気ばね装置を具えるボルスターレス台車があり、車両走行時にかかる空気ばね装置に要求される変形量は、鉄道車両の進行方向である前後方向に大きく、進行方向に直交する方向である左右方向に小さい。ボルスターレス台車用の空気ばね装置には、特許文献１及び２に開示されているような、空気ばねと積層弾性体とを具える空気ばね装置がしばしば使用される。かかる空気ばねは、上面板、下面板、及び上面板と下面板との間に取り付けられ、その両端部分を上面板と下面板に気密に連結した筒状の例えばゴムベローズなどの可撓性膜体から構成される。また、積層弾性体は、上面板及び下面板の少なくとも一方に、複数層の筒状の弾性部材を、その層間に筒状の剛性部材を挟み込んでかかる面板に直列に積層して構成される。この種の空気ばね装置をボルスターレス台車に取り付けて、鉄道車両に装着させると、空気ばねが、車両の振動を吸収し、車両からの荷重による垂直方向への変形を抑制しつつも、前後方向への入力に対し、その入力と同一の方向に撓み変形する。更に、積層弾性体も前後方向の入力により弾性変形するので、空気ばね装置全体として前後方向への変形量を大きく確保することが可能となる。それらのことから、空気ばねにより振動を吸収して乗車時の乗り心地性を向上させつつも、空気ばね装置を前後方向に充分に変形させることが可能となる。
【０００３】
また、昨今の鉄道車両の低床化の要求から、ボルスターレス台車用の空気ばね装置の小型化が希求されている。その対策として、空気ばねの可撓性膜体の膜長を小さくして、空気ばね装置の高さを小さくすることが有効であるとされてきた。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５３−００１７６５号公報
【特許文献２】特開平１１−３２１６４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した空気ばね装置は、その小型化に効果はあるものの、近年の車両の更なる高速化及び低床化の要求に伴い、小型でありながらも、耐久性の向上した空気ばね装置が希求されている。
【０００６】
したがって、この発明の目的は、積層弾性体の適正化を図ることにより、小型でありながらも耐久性を向上した空気ばね装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、この発明の空気ばね装置は、上面板、下面板、及び上面板と下面板との間に配設され、その両端部分を上面板と下面板に気密に連結した筒状の可撓性膜体からなる空気ばね、空気ばねの上面板の車両側及び下面板の路面側の少なくとも一方に取り付けられ、複数層の筒状の弾性部材を、弾性部材の層間に筒状の剛性部材を挟み込んでかかる面板に直列に積層してなる筒状の積層弾性体、並びにかかる積層弾性体の空気ばねから離間する側の面に取り付けられる下端支持部材を具え、かかる積層弾性体の弾性部材のうち、空気ばねに対し最も遠位にある弾性部材である最遠位弾性部材の体積が、その他の弾性部材の体積よりも大きく、最遠位弾性部材の内径が、その他の弾性部材の内径よりも小さいことを特徴とする。一般に、空気ばね装置が前後方向に変形して、積層弾性体の弾性部材が前後方向に弾性変形する際には、弾性部材は空気ばねに対し離間するほどに前後方向への入力が大きく負荷される。また、同時に、積層弾性体が入力の負荷される方向に変形する際には、最遠位弾性部材が下端支持部材により拘束されており、かつ積層弾性体が空気ばねにより引っ張られることから、弾性部材は垂直方向にも引っ張られることとなり、倒れ込むような形状で変形するので、空気ばねに対し遠位側にある弾性部材ほどにその垂直方向へと引っ張られる力が大きく負荷される。それらのことから、従来技術の空気ばね装置では、弾性部材のうち、最遠位弾性部材にて前後方向及び垂直方向への変形量が最も大きくなる。その結果、最遠位弾性部材が繰返し変形したときに、最遠位弾性部材に引っ張られて下端支持部材が変形したり、最遠位弾性部材がその他の弾性部材よりも早期に劣化して、最遠位弾性部材にクラックが発生したりして、空気ばね装置が故障してしまうことを発明者は見出した。その対策として、この発明の構成を採用し、最遠位弾性部材の体積をその他の弾性部材の体積よりも大きくし、そのばね定数を大きくすることで、最遠位弾性部材における変形量を小さくすることができるので、最遠位弾性部材における過剰な変形に起因した空気ばね装置の故障を防止して、空気ばね装置の耐久性を向上させることができる。最遠位弾性部材の外径を大きくすることで最遠位弾性部材の体積を確保し、空気ばね装置の耐久性を向上させることもできるが、そうすると最遠位弾性部材が外径側に大きくなった分だけ空気ばね装置が大型化してしまう。かかる大型化を防止し、空気ばね装置を小型とするために、この発明の空気ばね装置は、最遠位弾性部材の外径を大きくするのではなく、最遠位弾性部材の内径を小さくして、最遠位弾性部材の体積を確保している。それらのことから、この発明の空気ばね装置は、小型でありながらも、空気ばね装置の耐久性を向上させることが可能である。
【０００８】
また、弾性部材の内径は、空気ばねに対し遠位側にある弾性部材程小さいことが好ましい。
【０００９】
更に、積層弾性体の弾性部材の高さは、全て同一であることが好ましい。
【００１０】
更にまた、弾性部材の外径は、全て同一であることが好ましい。このとき、最遠位弾性部材の内径は、空気ばねに対し最も近位にある弾性部材である最近位弾性部材の内径の５０〜１００％の範囲内にあることが好ましく、より好ましくは、７５〜１００％の範囲内にある。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、積層弾性体の適正化を図ることにより、小型でありながらも耐久性を向上させた空気ばね装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつこの発明の実施の形態を説明する。図１はこの発明に従う代表的な空気ばね装置の上面図である。図２は、図１に示す空気ばね装置のＥＯＥ’断面図であり、その右方側には車両の進行方向である前後方向の断面を、そして、その左方側には前後方向に直交する方向である左右方向の断面を示す。図３は従来技術の空気ばね装置の断面図であり、図４は図３に示す空気ばね装置が前後方向に変形したときの断面図である。図５は、図１に示す空気ばね装置が前後方向に変形したときの断面図である。
【００１３】
この発明に従う空気ばね装置１は、図１及び２に示すように、空気ばね２及び積層弾性体３を具える。かかる空気ばね２は、上面板４、下面板５、及び上面板４と下面板５との間に配設され、その両端部分を上面板４と下面板５に気密に連結した筒状の可撓性膜体６からなる。上面板４には、鉄道車両に取り付けて固定するための上ボス７が配設されている。かかる空気ばね２の内圧を確保するためには、空気や不活性化ガス等の気体が充填される。
【００１４】
また、積層弾性体３は、７層の筒状ゴムから構成される弾性部材８を、その層間に６層の筒状の剛性部材９を挟み込んで下面板５に直列に積層して構成されている。積層弾性体３の空気ばね２から離間する側の面には、ボルスターレス台車に取り付けて固定するための下ボス１０を有する下端支持部材１１が取り付けられている。かかる積層弾性体３の弾性部材８のうち、空気ばね２に対し最も遠位にある弾性部材８である最遠位弾性部材１２の体積は、その他の弾性部材８の体積よりも大きく、最遠位弾性部材１２の内径は、その他の弾性部材８の内径よりも小さい。一般に、図３に示すような従来技術の空気ばね装置１が前後方向に変形する際には、積層弾性体３の弾性部材８は、空気ばね１に対し離間するほどにその前後方向への入力が大きく負荷される。また、同時に、積層弾性体３が入力の負荷される方向に変形する際には、最遠位弾性部材１２が下端支持部材１１により拘束されており、かつ積層弾性体３が空気ばね２により引っ張られることから、弾性部材８は垂直方向にも引っ張られることとなり、空気ばね２に対し遠位側にある弾性部材８ほどにその垂直方向へと引っ張られる力が大きく負荷される。それらのことから、従来技術の空気ばね装置１が前後方向に変形すると、図４に示すように、積層弾性体３がそのまま倒れ込むような形状に変形して、最遠位弾性部材１２にて前後方向及び垂直方向に変形する量が最も大きくなる。その結果、最遠位弾性部材１２が繰返し変形したときに、下端支持部材１１が最遠位弾性部材１２に引っ張られて変形したり、最遠位弾性部材１２がその他の弾性部材８よりも早期に劣化して、最遠位弾性部材１２にクラックが発生したりして、空気ばね装置１が故障してしまうことを発明者は見出した。その対策として、この発明の空気ばね装置１では、最遠位弾性部材１２の体積をその他の弾性部材８の体積よりも大きくすることで、最遠位弾性部材１２のばね定数をその他の弾性部材８のばね定数よりも大きくして、最遠位弾性部材１２の変形量（ひずみ）が小さくなり、空気ばね装置１が前後方向に変形しても、図５に示すように、最遠位弾性部材１２の変形量が小さくなる。そうすることで、最遠位弾性部材１２における過剰な変形に起因した空気ばね装置１の故障を防止して、空気ばね装置１の耐久性を向上させることが可能となる。最遠位弾性部材１２の外径を大きくすることで最遠位弾性部材１２の体積を確保し、空気ばね装置１の耐久性を向上させることもできるが、そうすると最遠位弾性部材１２が外径側に大きくなった分だけ空気ばね装置１が大型化してしまう。かかる大型化を防止し、空気ばね装置１を小型とするために、この発明の空気ばね装置１は、最遠位弾性部材１２の外径を大きくするのではなく、反対側の最遠位弾性部材１２の内径を小さくして、最遠位弾性部材１２の体積を確保している。それらのことから、この発明の空気ばね装置１は、小型でありながらも、その耐久性を向上させることが可能である。なお、ここでいう「空気ばね装置の前後方向への変形量」とは、具体的には、上ボス７の軸線をＸとし、下ボス１０の軸線をＹとしたときの上ボス７の軸線Ｘと下ボス１０の軸線Ｙとのずれ幅ＳＬをいうものとする。
【００１５】
また、上記構成を採用したこの発明に従う空気ばね装置を製造する際には、寸法の異なる弾性部材８及び剛性部材９を新たに準備する以外は、各種部品を従来技術の空気ばね装置１から流用して製造することができるので、弾性部材８及び剛性部材９以外の部品を設計段階から作り直す必要がなくなり、製造コストを削減することが可能となる。
【００１６】
更に、弾性部材８の内径は、空気ばね２に対し遠位側にある弾性部材８程小さいことが好ましい。すなわち、上記したように、空気ばね装置１の前後方向への変形時に、弾性部材８に負荷される前後方向及び垂直方向へと引っ張られる入力が、空気ばね２に対し近位側から遠位側に向かって徐々に大きくなるが、それに対応させて弾性部材８の内径を大きくし、その体積を空気ばね２に対し近位側から遠位側に向かって徐々に大きくすることが好ましい。そうすることで、空気ばね２に対し遠位側にある弾性部材８程大きく変形しようとしても、その変形しようとする力に比例するように弾性部材８の体積、すなわち弾性部材８のばね定数が大きくなるので、弾性部材８間の変形量の差を全体に小さくすることができる。その結果、最遠位弾性部材１２の過剰な変形を抑制して、上記したような最遠位弾性部材１２におけるクラックの発生や下端支持部材１１の変形を有効に防止できるだけでなく、更には、その他の弾性部材８における過剰な変形をも抑制して、その他の弾性部材８におけるクラックの発生を防止することができるので、空気ばね装置１の耐久性をより向上させることが可能となる。
【００１７】
更にまた、弾性部材８の高さは、全て同一であることが好ましい。なぜなら、所定の高さを有するゴム板から切り出して弾性部材８を製造するに当たり、弾性部材８の高さが同一であると、異なる高さのゴム板を準備する必要がなくなり、製造コスト削減することができるとともに、高さを調整するように弾性部材８を切り出す必要がないため、製造が容易となるからである。
【００１８】
加えて、弾性部材８の外径は、全て同一であることが好ましい。なぜなら、弾性部材８の外径が一つでも異なっていると、その他の弾性部材８の外径が装置の小型化に有効な大きさまで小さくなっていても、一部の弾性部材８が突出した形状となるので、その突出している分だけ、空気ばね装置１が大型化することとなり、空気ばね得装置１の小型化ができなくなるから可能性がある。なお、このとき、最遠位弾性部材１２の内径は、空気ばね２に対し最も近位にある弾性部材８である最近位弾性部材１３の内径の５０〜１００％の範囲内にあることが好ましく、より好ましくは、７５〜１００％の範囲内にある。最遠位弾性部材１２の内径が最近位弾性部材１３の内径の５０％未満の場合には、最近位弾性部材１３が前後方向及び垂直方向に有効に変形するよう、最近位弾性部材１３の体積を確保したとしても、最遠位弾性部材１２の体積が充分に大きくならない。そうすると、空気ばね装置１が前後方向に変形したときに、最遠位弾性部材１２におけるばね定数が不足して、最遠位弾性部材１２が過剰に変形することとなる。その結果、最遠位弾性部材１２にクラックが発生したり、最遠位弾性部材１２の変形に追従して下端支持部材１１が変形したりして、空気ばね装置１が故障するので、空気ばね装置１の耐久性が低下する可能性がある。一方、最遠位弾性部材１２の体積が、最近位弾性部材１３の体積の１００％を超える場合には、最近位弾性部材１３が前後方向及び垂直に有効に変形するよう、最近位弾性部材１３の体積を確保したとしても、最遠位弾性部材１２の体積が大きくなり過ぎる。そうすると、最遠位弾性部材１２におけるばね定数が大きくなり過ぎて、その変形量が小さくなり過ぎるため、空気ばね装置１の前後方向への変形量を充分に確保できなくなる。その結果、空気ばね装置１に要求される前後方向への変形量を充分に確保することができずに、ボルスターレス台車用の空気ばね装置１として使用することができなくなる可能性がある。
【００１９】
なお、上述したところはこの発明の実施形態の一部を示したに過ぎず、この発明の趣旨を逸脱しない限り、これらの構成を交互に組み合わせたり、種々の変更を加えたりすることができる。例えば、図示の例では、積層弾性体３は、下面板５のみに取り付けられているが、反対側の上面板４のみに取り付けたり、あるいは、上面板４と下面板５の双方に取り付けたりすることも可能である。また、これまで図示して説明してきた空気ばね装置１の弾性部材８は、積層弾性体３の外径側にて、一定の曲率で内に凹む形状となっているが、図示は省略するが、積層弾性体３の外径側にて、２種類の曲率で内に凹む形状とすることも可能である。更に、同様に図示は省略するが、弾性部材８の高さを夫々に異ならせるような構成とすることも可能である。
【実施例】
【００２０】
次に、空気ばね及び全て同一の弾性部材により構成された積層弾性体を具える従来技術の空気ばね装置（従来例）、並びに空気ばね及び弾性部材の内径が、空気ばねに対し遠位側にある弾性部材程小さい弾性部材構成された積層弾性体を具えるこの発明に従う空気ばね装置（実施例）を夫々試作し、耐久性の評価に供したので、以下に説明する。
【００２１】
実施例の空気ばね装置は、図２に示すように、空気ばねと、ゴムにより構成される７層の弾性部材を、その層間に剛性部材を挟み込んで積層してなる積層弾性体とを具える。空気ばね装置の高さは２７０ｍｍであり、幅は６８０ｍｍである。また、空気ばね装置の弾性部材は、外径が全て同一であり、高さが全て１６．７ｍｍであり、その内外径差が、最近位弾性部材から最遠位弾性部材に向かって順番に、１層目：１５０ｍｍ（最近位弾性部材）、２層目：１５５ｍｍ、３層目：１６０ｍｍ、４層目：１６５ｍｍ、５層目：１７０ｍｍ、６層目：１７５ｍｍ、７層目：１８０ｍｍ（最遠位弾性部材）である。従来例の空気ばね装置は、図３に示すように、積層弾性体の弾性部材は、外径が全て同一であり、高さが全て１６．７ｍｍであり、その内外径差が全て１６５ｍｍであること以外は、従来例の空気ばね装置と同一の構成を有する。
【００２２】
空気ばね装置の耐久性は、空気ばねの内圧（相対圧）を４９０〜５８８ｋＰａとし、空気ばね装置に９８ｋＮの垂直荷重を負荷し、上ボスの軸線と下ボスの軸線とのずれ幅が前後方向に１４０ｍｍとなるようにして、２４℃にて、前後方向に変形を繰り返し３０万〜５０万回付与した後に、目視にて故障が発生しているかを調べることで評価した。その結果、実施例の空気ばね装置では、何ら故障が発生していなかったのに対し、従来例の空気ばね装置では、下端支持部材が空気ばね側に変形しており、更には最遠位弾性部材に隣接し、最遠位弾性部材よりも空気ばね側にある弾性部材にクラックが発生していた。このことは、かかる従来例の空気ばね装置の構成では、空気ばね装置の前後方向への変形時に、最遠位弾性部材に隣接し、最遠位弾性部材よりも空気ばね側にある弾性部材が、最も大きく変形したことに起因しているものと思われる。
【００２３】
また、実施例の空気ばね装置の弾性部材のゴム体積を大きくしても、従来例の空気ばね装置と実施例の空気ばね装置は、装置の外寸が同一であることから、実施例の空気ばね装置における大型化が防止されている。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
以上のことから明らかなように、この発明によれば、積層弾性体の適正化を図ることにより、小型でありながらも、耐久性を向上させた空気ばね装置を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明に従う代表的な空気ばね装置の上面図である。
【図２】図１に示す空気ばね装置のＥＯＥ’断面図である。
【図３】従来技術の空気ばね装置の断面図である。
【図４】図３に示す空気ばね装置が前後方向に変形したときの断面図である。
【図５】図１に示す空気ばね装置が前後方向に変形したときの断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  空気ばね装置
２  空気ばね
３  積層弾性体
４  上面板
５  下面板
６  可撓性膜体
７  上ボス
８  弾性部材
９  剛性部材
１０  下ボス
１１  下端支持部材
１２  最遠位弾性部材
１３  最近位弾性部材
Ｘ  上ボスの軸線
Ｙ  下ボスの軸線
ＳＬ  上ボスの軸線と下ボスの軸線とのずれ幅
【図１】
2010019402.tif 000003
【図２】
2010019402.tif 000004
【図３】
2010019402.tif 000005
【図４】
2010019402.tif 000006
【図５】
2010019402.tif 000007