(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面板と、下面板と、前記上面板と下面板とに亘って配される筒状の可撓部材と、前記下面板に取り付けられる弾性ストッパと、前記下面板に形成された貫通穴と、前記貫通穴に挿通した状態で弾性ストッパの底板に取り付けられ、前記下面板と底板とが相対的に水平方向に所定量変位したときに前記貫通穴の内周面に接触して、前記下面板と底板との相対的な水平方向変位を所定範囲内に規制する規制部材とを備え、前記規制部材は、前記貫通穴の内周面との接触部位を変更可能に設けられ、前記接触部位を変更することにより前記水平方向変位の最大変位量を変更可能としたことを特徴とする空気ばね。
【請求項２】
前記上面板に通気孔が設けられ、前記底板において、前記通気孔の中心軸上に前記規制部材を保持する保持部が形成されたことを特徴とする請求項１記載の空気ばね。
【請求項３】
前記規制部材は前記下面板と接触する部分の水平方向断面が非円形の異形断面形状に設けられ、かつ前記規制部材が前記底板に対して中心軸まわりに向きを変更可能に設けられ、前記規制部材の向きを変更することにより、前記水平方向変位の最大変位量を変更するようにしたことを特徴とする請求項２記載の空気ばね。
【請求項４】
前記規制部材は、前記底板に対して回転可能に設けられたことを特徴とする請求項３記載の空気ばね。
【請求項５】
前記規制部材は、前記下面板と底板との相対的な水平方向変位を所定範囲内に規制する規制姿勢と、前記水平方向変位の規制を解除する解除姿勢とに切換え可能とされたことを特徴とする請求項３記載の空気ばね。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両等に用いられる空気ばねに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道車両等に用いられる空気ばねとしては、車両の車体に取り付けられる上面板と、その下方で台車側に配置される下面板と、上面板及び下面板にわたって配備されるゴム製の可撓部材と、下面板と台車との間に介装される弾性ストッパとを備えたものが知られている。
【０００３】
可撓部材の内部には空気が供給されて加圧状態に維持される。空気ばねは、加圧空気で膨らんだ可撓部材及び弾性ストッパによって、上下方向の荷重や振動あるいは横揺れに対して緩衝機能を発揮するように構成される。
【０００４】
ところで、上記空気ばねは、構造的に水平方向のばね定数は線形に近くなるため、台車と車体との相対的な水平方向変位を抑える力が弱くなる。したがって、車両がカーブを高速で通過する場合には、左右方向に大きな遠心力が作用して横揺れが大きくなるため、走行安全性の確保が課題となっていた。
【０００５】
上記課題を解決するために、図６及び図７に示すように、弾性ストッパの左右方向の変位を所定範囲内に制限して左右方向のばね定数を非線形化し、車体の横揺れを抑制可能な空気ばねが知られている。
【０００６】
図６は、可撓部材３３内に空気が充填された状態を示す空気ばねの縦断面図であり、左半分は前後方向の断面を、右半分は左右方向の断面をそれぞれ示している。空気ばね３０は、上面板３１と、下面板３２と、上面板３１と下面板３２とに亘って配される可撓部材（ベローズ）３３と、下面板３２と台車との間に介装される弾性ストッパ３４とを備えている。
【０００７】
空気ばね３０の下面板３２には車両前後方向に延びる長孔３５が形成され、弾性ストッパ３４の底板３６に、先端が長孔３５に挿入された規制部材３７が立設されている。弾性ストッパ３４は、ゴム層と鋼板とを交互に積層してなる積層ゴム構造のものが一般的に用いられる。
【０００８】
規制部材３７は、図６及び図７に示すように、円筒形状に形成することができる。このような空気ばねとしては、たとえば、特許文献１に記載されたものが知られている。そのほかにも、規制部材３７の形状として、図８に示すように、円筒の左右方向両端部の曲面部分を削り取り、平面状に形成することも可能である。これにより、規制部材３７と長孔の内周面との接触面積を大きくすることができ、規制部材の変形を抑制することが可能となる。このような空気ばねとしては、例えば、特許文献２に記載されたものが知られている。
【０００９】
空気ばね３０においては、車両の左右方向に力が作用して台車と車体との相対的な水平方向変位が所定量を越えると、規制部材が長孔の内周面に接触して水平方向のばね定数が高くなる、すなわち、ばね定数が非線形化する。これにより、車両の高速での走行安定性（高速安定性）を確保することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平８−２１４７５号公報
【特許文献２】特開２００８−２１５４５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記空気ばねにおいては、いったん規制部材を設置すると、下面板と底板との相対的な水平方向変位の最大変位量は固定されることになる。したがって、車両が走行する路線の状況に応じて下面板と底板との相対的な水平方向変位の最大変位量を変更したい場合は、上面板に載置されている車体を持ち上げた状態で空気ばねを分解して規制部材を交換するか、空気ばねごと交換する必要があった。
【００１２】
そこで、本発明においては、上記問題に鑑み、空気ばねを分解したり積みかえたりすることなく、簡単な作業により、車両が走行する路線に応じて下面板と底板との相対的な水平方向変位の最大変位量、すなわち、ばね特性を変更することが可能な空気ばねを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明に係る空気ばねは、上面板と、下面板と、前記上面板と下面板とに亘って配される筒状の可撓部材と、前記下面板に取り付けられる弾性ストッパと、前記下面板に形成された貫通穴と、前記貫通穴に挿通した状態で弾性ストッパの底板に取り付けられ、前記下面板と底板とが相対的に水平方向に所定量変位したときに前記貫通穴の内周面に接触して、前記下面板と底板との相対的な水平方向変位（以下、「水平方向変位」と略する場合がある）を所定範囲内に規制する規制部材とを備え、前記規制部材は、前記貫通穴の内周面との接触部位を変更可能に設けられ、前記接触部位を変更することにより水平方向変位の最大変位量を変更可能としたことを特徴とする。
【００１４】
上記構成によれば、走行する路線に応じていちいち空気ばねを分解したり、積み換えることなく、規制部材において貫通穴の内周面との接触部位を変更するのみで、路線に応じて下面板と底板との相対的な水平方向変位の最大変位量を変更することができる。
【００１５】
規制部材において貫通穴の内周面との接触部位を変更するには、空気ばねとして、上面板に通気孔が設けられ、前記底板において、前記通気孔の中心軸上に前記規制部材を保持する保持部が形成された構成とすればよい。規制部材の接触部位を変更する際には、空気ばね内部の空気を排出し、上面板を下面板に着座させた状態で、車体の内部から通気孔に接続された配管を外し、通気孔を露出させる。保持部は通気孔の真下に位置するため、適当な治具を通気孔内部に挿し入れて規制部材を操作すればよい。
【００１６】
具体的に、規制部材として、例えば、下面板と接触する部分の水平方向断面が非円形の異形断面形状に設けられ、かつ前記規制部材が前記底板に対して中心軸まわりに向きを変更可能に設けられ、前記規制部材の向きを変更することにより、水平方向変位の最大変位量を変更することができる。
【００１７】
この場合、規制部材を底板に対して回転可能に設ければ、通気孔から挿し入れた治具を規制部材に係合させた状態で回転させることによって規制部材の向きを変更することが可能となる。なお、規制部材は底板に対して回転可能に設けなくとも、たとえば、規制部材の基部を断面正四角形とし、保持部に規制部材の基部を係合可能な凹部を形成することも可能である。この場合、治具によって規制部材を保持部から抜き出し、規制部材を中心軸周りに回転させて規制部材の向きを変更した状態で再度規制部材の基部を凹部に係合させればよい。
【００１８】
また、規制部材は、水平方向変位を所定範囲内に規制する規制姿勢と、水平方向変位の規制を解除する解除姿勢とに切換え可能とすることもできる。この場合、規制部材を解除姿勢とすることで、ばね定数を線形化し、低速路線における乗り心地性を良好に維持することが可能となる。すなわち、低速路線から高速路線まで各路線に応じたばね特性の空気ばねを提供することが可能となる。
【００１９】
なお、規制部材を規制姿勢と解除姿勢に切り換えるには、たとえば、規制部材を底板に対して着脱可能に設け、底板に取り付けられた状態のときに規制姿勢とされ、底板から取り外された状態のときに解除姿勢とされるような構成とすることができる。
【００２０】
また、規制部材として、底板に係合した状態で移動可能に設け、底板に対する規制部材の係合位置により、規制姿勢と解除姿勢とに切換え可能な構成とすることも可能である。具体的に、規制部材を規制姿勢とするには、規制部材を保持部に係合させた状態のまま上面板に向かって上昇させ、規制部材を解除姿勢とするには、規制部材を保持部に係合させた状態のまま底板に向かって下降させればよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る空気ばねは、弾性ストッパの底板に取り付けられ、下面板と底板とが相対的に水平方向に所定量変位したときに、下面板に形成された貫通穴の内周面に接触して、下面板と底板との相対的な水平方向変位を所定範囲内に規制する規制部材を備え、規制部材において貫通穴の内周面との接触部位を変更可能に設け、前記接触部位を変更することにより水平方向変位の最大変位量を変更可能としたため、空気ばねを分解したり積みかえたりすることなく、簡単な作業により、車両が走行する路線に応じてばね特性を変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の空気ばねの実施形態を示す図であり、規制部材が規制姿勢をとった状態を示す縦断面図
【図２】図１の空気ばねの上面板及び可撓部材を取り去った状態の平面図
【図３】図２において規制部材を中心軸回りに９０°回転させた状態を示す平面図
【図４】図１において規制部材が解除姿勢をとった状態を示す図
【図５】本発明の空気ばねにおける左右方向の変位と、加重との関係を示すグラフ
【図６】従来の空気ばねを示す縦断面図
【図７】図６の規制部材及び下面板の一部を示す要部拡大平面図
【図８】図７とは別の規制部材の態様を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について図面を基に説明する。図１〜図４は、本発明に係る鉄道車両用空気ばねの実施形態を示す図である。図１は規制部材が規制姿勢をとった状態の空気ばねの縦断面図であり、図２は図１において上面板及び可撓部材を取り去った状態の平面図であり、図３は図２において規制部材を中心軸回りに９０°回転させた状態の平面図であり、図４は図１において規制部材が解除姿勢をとった状態の空気ばねの縦断面図である。なお、図１及び図４では、図２におけるＡ−Ａ断面を、すなわち、空気ばねの左半分は前後方向の断面を、右半分は左右方向の断面をそれぞれ示している。
【００２４】
空気ばねは、車両の車体に取り付けられる上面板１と、その下方で台車側に配置される下面板２と、上面板１と下面板２とに亘って配される筒状の可撓部材３と、下面板２と台車との間に介装される弾性ストッパ４とを備えている。なお、図１及び図４では、可撓部材３内の空気が抜けた状態を示している。
【００２５】
本実施形態においては、可撓部材３として、ゴム製ベローズを使用している。可撓部材３は、補強コードが埋設された補強ゴム層を中間層とする積層ゴムから構成されており、可撓部材３の上端部及び下端部にはビードコアに補強ゴム層を巻き付けた肉厚のビード部３ａ，３ｂが形成されている。すなわち、可撓部材３は、上下両端部に形成されるビード部３ａ，３ｂと、ビード部３ａ，３ｂ間に形成される積層ゴムからなる肉薄で筒状の可撓部３ｃとを備えている。
【００２６】
図１に示すように、上面板１は、金属製で円盤状の支持プレート５と、支持プレート５の中央部において下面板に向かって突出する円筒形状のビード受部６と、支持プレート５の下面においてビード受部６よりも半径方向外側の部分に設けられた保護ゴム層７とを備えており、ビード受部６にビード部３ａが嵌め込まれる。上面板１の中央には可撓部材３の内部の空気圧を調節するための通気孔１０が形成されている。
【００２７】
図１及び図２に示すように、弾性ストッパ４は、加硫ゴムからなるゴム層１１と、鋼板からなる補強層１２とが交互に積層された積層ゴム部１５を備えており、その上端及び下端には金属製の頂板１３及び底板１４が積層ゴム部１５に接着されている。積層ゴム部５は、肉厚の円筒状に形成されている。
【００２８】
下面板２は、金属材料によって円盤状に形成されており、弾性ストッパ４の頂板１３にボルト、ナット等の締結部材によって固定される。頂板１３は円環状に形成されている。下面板２はビード受部としての機能も備えており、下面板２にビード部３ｂが嵌め込まれる。
【００２９】
ビード部３ｂの下側には、ビード部３ｂの形状に沿ってゴム座８が装着される。ゴム座８は、ゴムと補強金具とによって環状に形成されている。これにより、可撓部材３の耐久性を良好に維持することができる。
【００３０】
ビード受部６及び下面板２は、可撓部材３の内部の空気が抜けた場合（デフレートした場合）に、ビード受部６が下面板２に着座し、車両の安全走行を確保する機能を兼ね備えている。デフレート時にビード受部６及び下面板２が接触する接触面には、それぞれ摺動シート９が固着されている。
【００３１】
摺動シート９は薄く強靭なシートに成形可能な熱可塑性あるいは熱硬化性合成樹脂からなり、摩擦係数が小さいものが使用される。具体的には、フッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等を挙げることができる。本実施形態においてはフッ素樹脂シートを使用している。
【００３２】
弾性ストッパ４の底板１４は、円板状に形成されており、その中央部には規制部材１６を係止する保持部１７が上方に突出するように形成されている。保持部１７は、円錐形の先端を切り取った円錐台形状に形成され、積層ゴム部１５内に挿入された状態で固定される。なお、保持部１７は、空気ばねが静止した状態で通気孔１０の中心軸ＣＡ上に形成される。
【００３３】
図２に示すように、下面板２の中央部には、貫通穴１８が形成されており、規制部材１６が保持部１７に係止された状態で、規制部材１６が貫通穴１８に挿通した状態（規制姿勢）に保持される。空気ばねに水平方向の力が作用していない状態では、規制部材１６は図示のように、貫通穴１８の内周面に接触することなく、貫通穴１８の中心に位置する。そして、規制部材１６が保持部１７から取り外されたときに解除姿勢とされる。
【００３４】
貫通穴１８は、車両の左右方向Ｂに比べて車両の前後方向Ｃに長い矩形状の長孔とされる。従って、規制部材１６が規制姿勢をとる場合、車両の発進時や停止時のように空気ばねの前後方向に力が作用しても、規制部材１６は貫通穴１８に接触せず、下面板２と底板１４との相対的な前後方向変位は規制されることはない。これにより、車両の前後方向の揺れに対しては良好な乗り心地性を維持することができる。
【００３５】
一方、車両が高速でカーブを通過するときのように、空気ばねの左右方向に強い力が作用する場合には、下面板２と底板１４との相対的な左右方向の変位量が所定量（図２中、長さＸ）に達したときに、規制部材１６は貫通穴１８の内周面に接触し、それ以上の変位が規制され、ばね定数を非線形化することができる。これにより、高速路線において高速安定性を確保することが可能となる。
【００３６】
規制部材１６は、六角穴付きボルトからなり、保持部１７の頂部には規制部材１６を螺合可能なねじ孔が形成される。規制部材１６は、下面板２と接触する部分の水平方向断面が略矩形に形成されている。したがって、規制部材１６の矩形断面の長辺又は短辺を、貫通穴１８の左右内面に相対させることにより、規制部材１６と貫通穴１８との間の距離、すなわち、水平方向（左右方向）変位の最大変位量を変更することができる。
【００３７】
具体的には、図２に示すように、規制部材１６の短辺を貫通穴１８の左右内面に相対させることにより、規制部材１６と貫通穴１８との間の距離（左右方向変位の最大変位量）はＸとなる。一方、図３に示すように、規制部材１６の向きを規制部材の中心軸まわりに９０°回転させて規制部材１６の長辺を貫通穴１８の左右内面に相対させると、規制部材１６と貫通穴１８との間の距離は（左右方向変位の最大変位量）Ｙとなる。
【００３８】
高速路線においては左右方向変位の最大変位量をＸとし、中速路線においては左右方向変位の最大変位量をＹとなるようにする（ただし、Ｘ＜Ｙ）。これにより、車両が走行する路線に応じて空気ばねのばね特性を変更することができる。
【００３９】
なお、車両を低速路線において運用する場合には、規制部材１６を解除姿勢とする。これにより、空気ばねの前後方向に力が作用する場合のみならず、空気ばねの左右方向に力が作用する場合であっても下面板２と底板１４との相対的な水平方向変位は規制されることはない。よって、空気ばねの左右方向のばね定数を線形化することができ、車両が低速でカーブを通過するときの揺れを効果的に緩和することが可能となり、前後左右方向の揺れに対して良好な乗り心地性を維持することができる。
【００４０】
上記構成の空気ばねにおいて、ばね特性を変更する方法について説明する。規制部材１６を保持部１７に係止する場合は、可撓部材３内の空気を排出させ、上面板１を下面板２に着座させた状態で、通気孔１０に接続された配管を外し、通気孔１０を露出させる。そして、図４に示すように、棒状の適当な治具を使用し、上面板１の通気孔１０から保持部１７に対して規制部材１６を着脱操作すればよい。
【００４１】
具体例として、図４に示すように、マグネット式の六角レンチ１９の先端に規制部材１６を磁力により吸着させた状態で、通気孔１０から六角レンチ１９を挿入して規制部材１６を保持部１７に螺合することができる。
【００４２】
さらに、規制姿勢において、規制部材１６を図２に示す向きと、図３に示す向きとに切換えるには、ワッシャー等の適当な厚みのスペーサを用いて調整すればよい。なお、好ましくは、規制部材１６を操作する治具に、規制部材１６の向きを示すマークを入れておくことで、規制部材１６の向きを正確に合わせることができる。
【００４３】
規制部材１６を解除姿勢とするには、六角レンチ１９を用いて規制部材１６を保持部１７から取り外した後、規制部材１６を六角レンチ１９に吸着させたまま通気孔１０から外部に取り出せばよい。
【００４４】
以上説明したように、本発明に係る空気ばねを車両に用いることにより、規制部材１６を規制姿勢とすることで、ばね定数を非線形化しつつさらに規制部材の向きを変えることでばね特性を変更することが可能である。さらに、規制部材１６を解除姿勢とすることでばね定数を線形化することも可能となる。
【００４５】
図５に空気ばねの左右方向の変位と、荷重との関係をグラフに示す。図中、Ｎｏ．１は規制姿勢において規制部材が図２の向きの場合を、Ｎｏ．２は規制姿勢において規制部材が図３の向きの場合を、Ｎｏ．３は解除姿勢の場合を示す。図示のように、規制部材の向きを変えることによって左右方向変位の最大変位量を変更し、空気ばねのばね特性を変更することができる。
【００４６】
本実施形態においては、規制部材１６が保持部１７に対して着脱自在に設けられた態様について説明したが、これに限らず、例えば、規制部材１６が保持部１７から取り外し不可とされ、保持部１７に対して回転のみ可能とすることも可能である。これにより、空気ばねの特性を線形化することはできないが、規制姿勢において規制部材の向きを変えることでばね特性を変更することができる。この場合、適当なクリック機構を設けることにより規制部材１６の向きを固定したり変更したりすることができる。
【００４７】
また、本実施形態では、規制部材１６の向きを変えることで左右方向変位の最大変位量を変更する態様について説明したが、これに限らず、たとえば、保持部を通気孔１０の中心軸ＣＡ上を移動可能に設け、下面板２に対する規制部材の位置（高さ）によって左右方向変位の最大変位量を変更することも可能である。
【００４８】
具体的には、規制部材として、規制部材の中心軸方向に径が変化するように形成されたものを使用すればよい。たとえば、規制部材の先端側ほど径が小さくなるような態様とすることができる。そして、規制部材を底板に係合した状態で中心軸方向に移動させることにより、左右方向変位の最大変位量を変更することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１              上面板
２              下面板
３              可撓部材
４              弾性ストッパ
５              支持プレート
６              ビード受部
７              保護ゴム層
８              ゴム座
９              摺動シート
１０            通気孔
１１            ゴム層
１２            補強層
１３            頂板
１４            底板
１５            積層ゴム部
１６            規制部材
１７            保持部
１８            貫通穴
１９            六角レンチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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