(57)【要約】【課題】外筒径を必要以上に大きくすることなくバランサ長さを短くすることで小型化すること。【解決手段】外筒４０の固定側の開口部とベローズ外筒５０の入力側の開口部を閉塞する中側板７０と、外筒４０に収容されるピストンシリンダ３２と、外筒４０とピストンシリンダ３２の開口部を閉塞するシール部側板６０と、シール部側板６０の開口孔に摺動自在に、かつ、その入力側端部がシール部側板６０に対し入力側、固定側端部がピストンシリンダ３２内部に配置されたロッド２０と、ピストンシリンダ３２内をシリンダ油室２７、低圧ガス室に分けるピストン２３と、ベローズ外筒５０内に収容され、ベローズ油室５４、ベローズ高圧ガス室とするベローズ５１と、シリンダ油室２７とベローズ油室５４との間において作動油を連通する作動油連通流路７４とを備えている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
引張力が入力される入力側と、固定側との間に配置される引張りガススプリング装置において、
入力側と固定側とを結ぶ軸線をその軸心線として配置された外筒と、
上記軸線をその軸心線とし、上記この外筒の固定側に配置されたベローズ外筒と、
上記外筒の固定側の開口部と上記ベローズ外筒の入力側の開口部を閉塞する中側板と、
上記外筒に収容されるとともに、上記軸線をその軸心線として配置され、その固定側の開口部が上記中側板に閉塞されるピストンシリンダと、
上記外筒と上記ピストンシリンダの入力側の開口部を閉塞するとともに中央部に開口孔を有するシール部側板と、
上記シール部側板の開口孔に摺動自在に、かつ、上記軸線をその軸心線として配置され、その入力側端部が上記シール部側板に対し入力側、固定側端部が上記ピストンシリンダ内部に配置されたロッドと、
上記ベローズ外筒の固定側を閉塞するベローズ側板と、
上記ロッドの固定側端部側に設けられ、上記ピストンシリンダ内の入力側をシリンダ油室、固定側を低圧ガス室に分けるピストンと、
上記ベローズ外筒内に収容されるとともに、入力側端部が上記中側板に固定され、固定側端部が仕切り部材により閉塞され、内部をベローズ油室、外部をベローズ高圧ガス室とするベローズと、
上記シリンダ油室と上記ベローズ油室との間において作動油を連通する作動油連通流路と、
上記外筒の内部側と上記ピストンシリンダの外部側との間に設けられた外筒内高圧ガス室と上記ベローズ高圧ガス室との間において高圧ガスを連通する高圧ガス連通流路とを備えていることを特徴とする引張りガススプリング装置。
【請求項２】
上記ベローズ内部には、固定側に底板が設けられた筒状のステーが設けられ、
上記ステーの底板には、ステー油流路が設けられ、
上記仕切り部材には、上記ベローズが縮んだ際に上記ステー油流路を閉塞するシール部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の引張りガススプリング装置。
【請求項３】
上記作動油連通流路は、外筒内高圧ガス室の内側に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の引張りガススプリング装置。
【請求項４】
上記ピストンシリンダと上記外筒との間に同軸的に内筒を設け、
上記作動油連通流路は、上記ピストンシリンダと上記内筒との空間とし、
上記外筒内高圧ガス室は、上記内筒と上記外筒との空間とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の引張りガススプリング装置。
【請求項５】
上記中側板部に上記低圧ガス室に低圧ガスを封入するための低圧ガス封入栓を設けたことを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の引張りガススプリング装置。
【請求項６】
上記ロッドの入力側端部は、鉄道架線に接続され、
上記ベローズ側板は、地面につながる取付部に接続されていることを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の鉄道架線用引張りガススプリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道架線、産業機械及び建物部材等の張力調整に用いられる引張りガススプリング装置及び鉄道架線用引張りガススプリング装置に関し、特に小型化できるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道架線、産業機械及び建物部材等の引張調整等を行うのに、引張りガススプリング装置が用いられている。引張りガススプリング装置は、例えばベローズをガススプリング取り付け側側板に取り付け、ガス室をベローズ内に設ける構造により、引張力が得られるベローズ式ガススプリングが提案されている（例えば、特許文献１参照）。一般にガススプリング装置はコイルスプリングを用いたものに比較し、小型で初期荷重を高く、ばね定数を低くできる特徴を有している。また、ベローズ外を高圧ガス室、ベローズ内にシリンダを設ける構造も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２０９８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した引張りガススプリング装置では、次のような問題があった。すなわち、ベローズをガススプリング取り付け側側板に取り付け、ガス室をベローズ内に設ける構造では、シリンダとベローズが直列に配置されるため、要求されるばね定数に対応したガス室を確保するためにベローズが長くなり、その結果、ガススプリング全長が長くなるという問題があった。さらに、外部に低圧ガス封入部が無いため、低圧ガスをシリンダに封入後、シリンダを外筒に組み付けなければならず、製造工程が複雑になるという問題があった。
【０００４】
一方、ベローズ外を高圧ガス室に、ベローズ内にシリンダを設ける構造では、全長は短くなるが、シリンダの先端を固定することができないため、ロッドに対しての横方向振動入力に対する耐久信頼性が欠如するという問題があった。
【０００５】
そこで本発明は、全長を短くすることができるとともに、横方向振動入力に対する恒久信頼性を高められる引張りガススプリング装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の引張りガススプリング装置及び鉄道架線用引張りガススプリング装置は次のように構成されている。
【０００７】
引張力が入力される入力側と、固定側との間に配置される引張りガススプリング装置において、入力側と固定側とを結ぶ軸線をその軸心線として配置された外筒と、上記軸線をその軸心線とし、上記この外筒の固定側に配置されたベローズ外筒と、上記外筒の固定側の開口部と上記ベローズ外筒の入力側の開口部を閉塞する中側板と、上記外筒に収容されるとともに、上記軸線をその軸心線として配置され、その固定側の開口部が上記中側板に閉塞されるピストンシリンダと、上記外筒と上記ピストンシリンダの入力側の開口部を閉塞するとともに中央部に開口孔を有するシール部側板と、上記シール部側板の開口孔に摺動自在に、かつ、上記軸線をその軸心線として配置され、その入力側端部が上記シール部側板に対し入力側、固定側端部が上記ピストンシリンダ内部に配置されたロッドと、上記ベローズ外筒の固定側を閉塞するベローズ側板と、上記ロッドの固定側端部側に設けられ、上記ピストンシリンダ内の入力側をシリンダ油室、固定側を低圧ガス室に分けるピストンと、上記ベローズ外筒内に収容されるとともに、入力側端部が上記中側板に固定され、固定側端部が仕切り部材により閉塞され、内部をベローズ油室、外部をベローズ高圧ガス室とするベローズと、上記シリンダ油室と上記ベローズ油室との間において作動油を連通する作動油連通流路と、上記外筒の内部側と上記ピストンシリンダの外部側との間に設けられた外筒内高圧ガス室と上記ベローズ高圧ガス室との間において高圧ガスを連通する高圧ガス連通流路とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、外筒径を必要以上に大きくすることなくバランサ長さを短くすることで小型化と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】
【０００９】
図１は本発明の一実施の形態に係る引張りガススプリング装置１０の構造を示す断面図である。引張りガススプリング装置１０は、ベローズ５１の外側に高圧ガス室を設けた構造（外ガス構造）を有している。なお、図１中Ｄは電柱、Ｋは架線、Ｓは支え棒、Ｑは取付金具を示している。
【００１０】
引張りガススプリング装置１０は、ロッド２０と、このロッド２０に同軸的に配置された内筒３０、外筒４０、ベローズ外筒５０とを備えている。
【００１１】
ロッド２０は、図１中左側の端部２１が架線Ｋに取り付けられるとともに、図１中右側の端部２２が内筒３０の後述するピストンシリンダ３２内に配置されている。また、端部２２の外周部にはピストンシリンダ３２の内周面を往復動自在に摺動するピストン２３が取り付けられている。ピストン２３の外周には、動作油及び低圧ガスをシールするピストン部シール２４と、ピストン２３をガイドするピストンベアリング２５が設けられている。これにより、ピストン２３の図１中右側の空間は低圧ガス室２６、左側の空間にはシリンダ油室２７が形成される。なお、図１中２８は低圧ガス室の一部を構成する中空部、２９はロッドカバーを示している。
【００１２】
内筒３０は、円筒状の筒本体３１と、この筒本体３１の内側に隙間を形成して同軸的に配置されたピストンシリンダ３２とを備えている。筒本体３１の内周とピストンシリンダ３２の外周との隙間には動作油が流通する流路３３が形成されており、ピストンシリンダ３２の図１中左端であってピストン２３の作動範囲外の位置にはピストンシリンダ３２の内部と流路３３とを連通する連通孔３４が形成されている。シリンダ油室２７と後述するベローズ油室５４とは、流路３３を通り連通することとなる。ピストンシリンダ３２の図１中右側の開口部は後述する中側板７０によって閉塞されている。
【００１３】
外筒４０の図１中左側の開口部はシール部側板６０で閉塞され、図１中右側の開口部は中側板７０で閉塞されている。内筒３０の外側と外筒４０の内側との間には、外筒内高圧ガス室４１が形成されている。図１中４２は支え棒ジョイントを示している。
【００１４】
ベローズ外筒５０の図１中左側の開口部は中側板７０で閉塞され、図１中右側の開口部はベローズ側側板８０で閉塞されている。ベローズ外筒５０内部には薄い金属材製のベローズ５１が配置され、図１中左端は中側板７０で閉塞され、右端は仕切り部材５２で閉塞され、仕切り部材５２の外周にはガイドベローズ５３が取り付けられている。ベローズ５１内部には、動作油が収容されるベローズ油室５４が形成されている。ガイドベローズ５３はベローズ外筒５０の内周面を往復動自在に摺動するように構成されている。ベローズ油室５４は後述する貫通路７４を介して流路３３と連通している。ベローズ外筒５０の内側とベローズ５１の外側は高圧ガス室５５が形成されている。
【００１５】
シール部側板６０は、ロッド２０を往復動自在に通すための開口孔６１と、この開口孔６１の内周に面して設けられた動作油をシールするダストシール６２、動作油をシールするロッド部シール６３、ロッド２０をガイドするロッドベアリング６４とを備えている。
【００１６】
中側板７０は、円板状の板本体７１と、この板本体７１に設けられ、ピストンシリンダ３２内に低圧ガスを封入するための低圧ガス封入孔７２と、この低圧ガス封入孔７２を閉塞する低圧ガス封入栓７３と、動作油を通流させるための貫通路７４と、この貫通路７４に接続された油注入孔７５と、この油注入孔７５を閉塞する油注入栓７６と、外筒内高圧ガス室４１と高圧ガス室５５内との間で高圧ガスを通流させる高圧ガス連通孔７７とを備えている。
【００１７】
ベローズ側側板８０は、円板状の板本体８１と、この板本体８１を貫通して設けられた高圧ガス封入孔８２と、この高圧ガス封入孔８２を閉塞する高圧ガス封入栓８３と、図１中右側に設けられ、取付金具Ｑに対して揺動自在に支持されるジョイント８４とを備えている。
【００１８】
このように構成された引張りガススプリング装置１０に中側板の低圧ガス封入孔７２から低圧ガスを注入し、低圧ガス封入栓７３で密封する。または、大気を封入、あるいは、大気と連通させてもよい。低圧ガス室２６のガス圧力は大気圧程度の低い圧力がよく、ロッド２０内に低圧ガス室２６の一部を構成する中空部２８を設けることにより、低圧ガス室体積を大きくでき、ロッド伸縮に伴う低圧ガス圧力の上昇を低く抑えることができる。
【００１９】
また、高圧ガス封入孔８２から高圧ガスを注入し、高圧ガス封入栓８３で密封する。高圧ガスは要求荷重、要求ばね定数になる圧力にて窒素ガス等の乾燥不活性ガスを封入する。外筒内高圧ガス室４１と高圧ガス室５５には、ばね定数調整用に油を一部注入してもよい。
【００２０】
なお、シリンダ油室２７及びベローズ油室５４に注入する作動油は低温流動性に優れる鉱物油が望ましい。
【００２１】
引張りガススプリング装置１０は取付金具Ｑにて電柱Ｄに取り付け、重量は支え棒Ｓで受けるように電柱Ｄに取り付ける。
【００２２】
外筒４０、中側板７０、またはベローズ外筒５０の下部に支え棒ジョイント４２を組み付け、支え棒ジョイント４２に架線Ｋとロッド２０が平行になるように電柱Ｄからの支え棒Ｓを取り付け、引張りガススプリング装置１０の重量を支え棒Ｓで受ける。
【００２３】
このように構成された引張りガススプリング装置１０では、ベローズ５１の板厚は薄く、それ自体では耐圧性がなく伸縮自在であるため、ベローズ油室５４内の圧力は高圧ガス室５５に封入された圧力と同等になる。したがって、架線Ｋにはロッド２０を介しピストン２３により常時張力を加えられることになる。
【００２４】
温度が低下し架線Ｋが縮むと、ロッド２０が図１中左方向に移動し、ピストン２３では、低圧ガスを膨張させる。このとき、動作油はシリンダ油室２７からベローズ油室５４内に移動し、仕切り部材５２が図１中右方向に移動する。
【００２５】
温度が上昇し架線Ｋが伸びると、低圧ガスの作用によりピストン２３には図１中右方向への力がかかり、動作油はベローズ油室５４からシリンダ油室２７内に移動し、仕切り部材５２が図１中左方向に移動し、元の位置に戻り、一定の張力を架線Ｋに加える。
【００２６】
高圧ガス室５５に封入された高圧ガスは、圧力をＰ、体積をＶ、絶対温度をＴとしたとき、ガスの状態式により
｛（Ｐ×Ｖ）／Ｔ｝＝一定                                            …（１）
の関係となる。これにより、温度の変化によって圧力Ｐまたは体積Ｖが変化することから、温度変化による高圧ガス室５５の体積変化から得られるロッド２０の伸縮量と、温度変化による架線Ｋの伸縮量を同じに設定すれば、温度変化にかかわらず架線Ｋの張力を一定にできる。
【００２７】
温度変化によらず張力を一定にする条件は、高圧ガス室５５に封入するガスの体積Ｖを、（ピストン断面積−ロッド断面積）をＡ、架線長をＬ、架線Ｋの線膨張係数をα及び絶対温度をＴとすると、
Ｖ＝Ａ×Ｌ×α×Ｔ                                                  …（２）
で求まる値とする。ただし、概略設計として低圧ガスの圧力による荷重、油の膨張を無視できるとする。
【００２８】
一方、ベローズ５１の山部、谷部には伸縮により応力を発生する。この応力と伸縮の繰返し可能な回数は耐久試験により求められている。発生する応力はベローズ形状とベローズ山数により決まる。したがって、使用耐久回数から必要ベローズ山数が決められる。
【００２９】
上述したように、本実施の形態に係る引張りガススプリング装置１０によれば、高圧ガス室５５をベローズ５１の外側に構成することにより、高圧ガス室５５に封入するガスの体積Ｖを満足するガス室体積はベローズ山数によらず確保できる。また、内筒３０と外筒４０との空間、あるいは、外筒４０とピストンシリンダ３２との間の空間を高圧ガス室５５とすることにより、外筒径を必要以上に大きくすることなく構成できる。
【００３０】
なお、ベローズ内に高圧ガス室を設けた構造（内ガス構造）を用いた引張りガススプリングでは、上述した使用耐久回数から必要なベローズ山数を定めて求まるベローズ内ガス室体積において、高圧ガス室に封入するガスの体積Ｖの式で求まる張力一定とする必要ガス室体積が確保できない。このため、耐久条件から求まるベローズ山数以上にベローズ山数を確保しなければならず、バランサ長さが長くなる。
【００３１】
具体的には、架線張力を３５００ｋｇｆ、架線長を８００ｍ、架線温度伸び係数を０．００００１４２／℃、ロッド径をφ５０ｍｍ、ピストン径をφ７５ｍｍ、ベローズ有効径をφ７４．５ｍｍ、１万回に対するベローズ許容変位を２．５３ｍｍ／山、ベローズ最小ピッチを２．４５ｍｍ／山、及び、ベローズ端部長を４．５ｍｍとした場合の内ガス構造、外ガス構造での必要ベローズ長を示す。
【００３２】
張力一定とするガス体積（１５℃時）ＶはＶ＝８０２５ｃｍ３と求まる。内ガス構造ではガス体積からベローズ長さを求めると、ベローズ長さが１８４２ｍｍとなる。本実施の形態に係る引張りガススプリング装置１０のように外ガス構造では耐久力からベローズ長さを求めると、ベローズ長さは３８７ｍｍとなり、これにより、内ガス構造との差は１４５４ｍｍとなる。温度変化３０℃に対する架線長変化は３０４．８ｍｍであり、この値に比較しても外ガス構造の方が大幅に短くできることが分かる。
【００３３】
上述したように本実施の形態に係る引張りガススプリング装置１０によれば、全長を短くすることができるとともに、横方向振動入力に対する恒久信頼性を高めることが可能である。また、外筒径を必要以上に大きくすることなくバランサ長さを短くすることで小型化が可能となる。
【００３４】
なお、引張りガススプリング装置１０については、上述した構成の一部を変更してもよい。例えば、高圧ガス封入栓は中側板、外筒、シール部側板に設けてもよい。油注入栓はシール部側板に設けてもよい。また、油注入栓に油圧検出器を取り付け、引張り力をモニタできるようにしてもよい。また、支え棒ではなく吊り棒を用いてもよい（図２参照）。
【００３５】
図２は本発明の第２の実施の形態に係る引張りガススプリング装置１０Ａの構成を示す断面図である。なお、図２において図１と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。なお、図２中Ｒは吊り棒を示している。
【００３６】
本実施の形態に係る引張りガススプリング装置１０Ａでは、ベローズ油室５４の内部であって中側板７０の図２中右面に有底筒状のステー９０が設けられ、ステー９０のステー底板９１の中央にステー油流路９２が形成されている。ステー９０の内部にはステー油室９３が形成されている。ステー油流路９２を介してベローズ油室５４とが連通している。
【００３７】
また、筒本体３１の代わりにシリンダ油室と中側板油流路間とを接続する油配管１００とが設けられ、シリンダ油室２７とベローズ油室５４間を連通させる。
【００３８】
仕切り部材５２のステー９０側の面にはゴム材製の自己シール部材５６が取り付けられている。この自己シール部材５６は、ベローズ内油室５４内の作動油が規定量に減少すると、ステー底板９１に接触し、ベローズ５１及びステー９０と自己シール部材５６との間に作動油を閉じ込める機能を有している。
【００３９】
外筒４０、中側板７０、又はベローズ外筒５０の上部には、吊り棒ジョイント４３が取り付けられ、吊り棒ジョイント４３に架線Ｋとロッド２０が平行になるように電柱Ｄからの吊り棒Ｒを取り付け、引張りガススプリング１０Ａの重量を吊り棒吊り棒Ｒで受ける。
【００４０】
このように構成された引張りガススプリング装置１０Ａにおいても、上述した引張りガススプリング装置１０と同様に動作する。なお、ベローズ５１はステー９０により規定以下の長さにはならず、また、ベローズ５１に差圧が加わらないことから、作動油が漏れたりすることで、作動油が規定量に不足する場合でもベローズ５１の破損を防止できる。また、ガス封入時にベローズ５１の長さはステー９０の長さで規定でき、高圧ガス封入体積を正確に高圧ガスを封入できる。
【００４１】
吊り棒にて引張りガススプリングの重量を受けることにより、架線振れ、及び、引張りガススプリング重量からのロッド２０への横荷重が低減できることによりロッド２０の摺動抵抗を低減できスムースな作動が得られる。さらに、シールからの油漏れを防止でき高耐久性が確保できる。
【００４２】
上述したように、本実施の形態に係る引張りガススプリング装置１０Ａによれば、上述した引張りガススプリング装置１０と同様の効果が得られるとともに、高耐久、かつ、小型軽量となる。
【００４３】
なお、引張りガススプリング装置１０Ａについては、上述した構成の一部を変更してもよい。例えば、引張りガススプリングの外筒４０、ベローズ外筒５０、シール部側板６０及びベローズ側側板８０の外部を強度のある外筒カバーで包み込み、この外筒カバー筒部外面に支え棒ジョイント、又は吊り棒ジョイントを組み付け、ベローズ側側板側の外筒カバー側面の外面に取り付け金具用ジョイント組み付け、引張りガススプリングを保護する構造としても良い。また、吊り棒ではなく支え棒を用いてもよい（図１参照）。
【００４４】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る引張りガススプリング装置を示す縦断面図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る引張りガススプリング装置を示す縦断面図。
【符号の説明】
【００４６】
１０，１０Ａ…引張りガススプリング装置、２０…ロッド、２３…ピストン、３０…内筒、３２…ピストンンシリンダ、４０…外筒、５０…ベローズ外筒、５１…ベローズ、６０…シール部側板、７０…中側板、８０…ベローズ側側板、９０…ステー。
【図１】
2008075818.tif 000003
【図２】
2008075818.tif 000004