(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平又は略々水平に配置されるシリンダ内にピストンを介してピストンロッドが移動自在に挿入され、ピストンはシリンダ内にロッド側室と反ロッド側室とを区画し、シリンダの外側にアウターシェルを配設してシリンダとアウターシェルとの間にリザーバを設け、ピストンには反ロッド側室からロッド側室へのみ油の流れを許容するピストン側チェックバルブを設け、上記ロッド側室を伸圧共用のリリーフバルブを介してリザーバに連通させ且つ上記反ロッド側室をリザーバ側からのみ油の流れを許容するベース側チェックバルブを介してリザーバに連通させてピストンの伸縮作動に伴う作動油を上記リリーフバルブを介して一方向に流れるように構成させ、シリンダとアウターシェルとの間にインナーチューブを挿入して当該インナーチューブとシリンダとの間にリザーバと隔離された軸方向の油通路を形成し、この油通路の一端はシリンダの端部に形成した連通孔を介してロッド側室に開口し、ピストン中立位置に対応するシリンダ中間部の上側と下側とにそれぞれ一つ又は複数のオリフィスからなる第１，第２の絞りを形成し、第１の絞りは上記油通路の他端を、第２の絞りはリザーバを、それぞれオリフィスの一部又は全部を介してピストンの伸縮作動位置に対応して選択的にロッド側室又は反ロッド側室に開閉させることを特徴とする鉄道車両用ヨーダンパ。
【請求項２】
第１，第２の絞りを構成する単一のオリフィスがピストン中立位置に対応するシリンダの中間部に一つ又は軸方向に沿って並列に複数形成され、ピストンの伸縮作動時にストローク位置に対応して順次各オリフィスがピストンで開閉される請求項１の鉄道車両用ヨーダンパ。
【請求項３】
第１，第２の絞りを構成する単一のオリフィスと、円周方向に沿って形成した複数のオリフィスからなるオリフィス郡がピストン中立位置に対応するシリンダの中間部に軸方向に沿って複数並列に形成されている請求項１の鉄道車両用ヨーダンパ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両の懸架装置において、台車と車体との間に介装される鉄道車両用ヨーダンパに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に鉄道車両はレール上を走行する台車と台車に搭載した車体とを有し、台車と車体との間には縦向きに配置したヨーダンパを介装して車体を懸架すると共に高速直線走行時に台車が蛇行するのを防止している。
【０００３】
そして上記のヨーダンパとしては例えば図１０に示すものが使用され、このヨーダンパはピストンの中立位置付近と伸縮作動ストロークの全域とに亘って夫々所定の減衰力を発生する所謂位置依存型ダンパと言われるものである。
【０００４】
このヨーダンパＰはシリンダ１０１と、シリンダ１０１内にピストン１０２を介して移動自在に挿入したピストンロッド１０３と、シリンダ１０１の外側に配設したアウターシェル１０６とを備えている。又シリンダ１０１内にはピストン１０２でロッド側室１０７と反ロッド側室１０８とを区画し、シリンダ１０１とアウターシェル１０６の間には上方がエア室となるリザーバ１０９が区画されている。
【０００５】
二つの油室１０７，１０８はピストン１０２に設けた伸側減衰弁１０４と圧側減衰弁１０５とを介して開閉され、更に反ロッド側室１０８はベースバルブ１１０を介してリザーバ１０９に開閉されている。
【０００６】
シリンダ１０１は中央の肉厚部１０１Ａと、これを境に上下に形成した溝部１０１Ｂ，１０１Ｃとを有し、ピストン１０２の中立時にはその外周が肉厚部１０１Ａの内周に当接している。
【０００７】
伸縮作動時において、伸長時には伸側減衰弁１０４で、圧縮時には圧側減衰弁１０５とベースバルブ１１０とでそれぞれ伸側及び圧側減衰力を発生する。この場合、ピストン１０２が肉厚部１０１Ａに当接している時には微振幅により高減衰力が発生し、溝部１０１Ｂ，１０１Ｃの位置をストロークしている時はこれらの溝部１０１Ｂ，１０１Ｃを油が流れてソフトな減衰力を発揮する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような縦向きに配置されるヨーダンパであると、分力的に垂直方向の振動に対しては有効であっても、水平方向のヨー運動または旋回運動に対して振動吸収割合が小さくなる為、ヨーダンパとしての効果を上げるべく減衰力をより強く（高く）設定する必要がある。この為、鉄道車両の走行中、高い減衰力が発生されると、直線走行時には台車の蛇行が防止される反面、列車がレールのカーブ上を走行する曲線走行では車体の姿勢角度と台車の姿勢角度とが変化し、車体の姿勢が台車の姿勢に直ちに追従できない不具合がある。この為台車がスムースに旋回できず、車輪の輪重がレールへの押圧力として作用し、レールに対する横圧が増加し、レールと車輪との間の過大摩擦が生じてレールや車輪の摩耗が発生する。又左右輪の輪重バランスがくずれて車両の脱線が生じるおそれもある。更に上記のようなカーブ走行時にはヨーダンパが大きくストロークするため、ヨーダンパの減衰力が大きいと車体へ台車側からの外乱振動が伝達されて乗心地を悪化するおそれもある。
【０００９】
更に、上記のヨーダンパは台車と車体との間にリザーバのエア室を上方に位置させるべく縦向きに配置されているため、車体下方の取付スペースの制約を受け、車両によっては縦方向に取付けられず斜めに取付けたり、その他車体側スペースがとられ車体下の構造が複雑になる等の不具合がある。
【００１０】
又、上記ヨーダンパは伸側と圧側との減衰力を別々の減衰弁１０４，１０５、ベースバルブ１１０で発生させているため伸・圧同一の減衰力を発生させるための設計が困難である。
【００１１】
更に又、中立時以外のピストンストローク時にはピストン１０２が溝１０１Ｂ，１０１Ｃと離れているためピストン１０２とシリンダ１０１間にガタが発生し、所望の減衰力を得られない。しかもピストン１０２がシリンダの中間肉厚部１０１Ａの上下端エッジを通過する時ショックが発生し、ピストン外周のシールを損傷するおそれもある。
【００１２】
【００１３】
そこで、本発明の目的は、ピストンのストロークに依存した減衰力が得られ、又伸圧共用のリリーフバルブにより同一の減衰力が得られ、ピストンのガタの発生が無く所望の安定した減衰力を常に得られるヨーダンパを提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
【００１６】
上記の目的を達成するため、本発明のヨーダンパの手段は、水平又は略々水平に配置されるシリンダ内にピストンを介してピストンロッドが移動自在に挿入され、ピストンはシリンダ内にロッド側室と反ロッド側室とを区画し、シリンダの外側にアウターシェルを配設してシリンダとアウターシェルとの間にリザーバを設け、ピストンには反ロッド側室からロッド側室へのみ油の流れを許容するピストン側チェックバルブを設け、上記ロッド側室を伸圧共用のリリーフバルブを介してリザーバに連通させ且つ上記反ロッド側室をリザーバ側からのみ油の流れを許容するベース側チェックバルブを介してリザーバに連通させてピストンの伸縮作動に伴う作動油を上記リリーフバルブを介して一方向に流れるように構成させ、シリンダとアウターシェルとの間にインナーチューブを挿入して当該インナーチューブとシリンダとの間にリザーバと隔離された軸方向の油通路を形成し、この油通路の一端はシリンダの端部に形成した連通孔を介してロッド側室に開口し、ピストン中立位置に対応するシリンダ中間部の上側と下側とにそれぞれ一つ又は複数のオリフィスからなる第１，第２の絞りを形成し、第１の絞りは上記油通路の他端を、第２の絞りはリザーバを、それぞれオリフィスの一部又は全部を介してピストンの伸縮作動位置に対応して選択的にロッド側室又は反ロッド側室に開閉させることを特徴とするものである。
【００１７】
この場合、第１，第２の絞りを構成する単一のオリフィスがピストン中立位置に対応するシリンダの中間部に一つ又は軸方向に沿って並列に複数形成され、ピストンの伸縮作動時にストローク位置に対応して順次各オリフィスがピストンで開閉されるようにするのが好ましい。
【００１８】
同じく、第１，第２の絞りを構成する単一のオリフィスと、円周方向に沿って形成した複数のオリフィスからなるオリフィス郡がピストン中立位置に対応するシリンダの中間部に軸方向に沿って複数並列に形成されているようにしても良い。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図にもとづいて説明する。
【００２０】
図１に示すように本発明に係る懸架装置は、台車Ｂと車体（図示せず）との間にヨーダンパを介装している鉄道車両の懸架装置であって、ピストンのストローク位置に依存して減衰力を発生するヨーダンパＡを水平又は略々水平状態に配設し、当該ヨーダンパＡの一端を台車Ｂ側に結合し、他端を上方に起立するブラケットＤを介して車体側に結合したものである。
【００２１】
ヨーダンパＡは前後方向のヨーダンパＡ１と、横方向のヨーダンパＡ２とを有している。即ち、台車ＢのシャシーフレームＥの両側にブラケットを介して前後方向に向けて水平又は略々水平な左右ヨーダンパＡ１，Ａ１を一対設け、同じくシャシーフレームＥの中央に横方向に向けて水平な中央ヨーダンパＡ２，Ａ２を相対向して一対設けている。但しどちらか一方のヨーダンパＡ１又はＡ２を取付けるだけでも使用可能である。
【００２２】
前後方向のヨーダンパＡ１、横方向のヨーダンパＡ２は水平又は略々水平に配設されているので車体下方の取付スペースにそれ程制約を受けずに取付けられる。
【００２３】
各ヨーダンパＡは台車Ｂと車体とを結合すると共に車体を懸架し、直線走行時には台車Ｂと車体との姿勢を同一方向に保持して台車Ｂの蛇行を防止している。又、カーブ上を走行する曲線走行時には、台車Ｂに追従して車体の姿勢を制御する。
【００２４】
そして、これらのヨーダンパＡは、本発明においてはピストンとピストンロッドとの伸縮作動ストロークの位置に応じてハード，ソフトの減衰力を発生するようにしている。即ち、直線走行時の場合は上記のようにピストンが微振動するのみでハードな減衰力を発生し、他方、レールのカーブ上を車両が走行する曲線走行時にはピストンとピストンロッドとが大きくストロークしてストローク位置に依存したソフトな減衰力を発生し、台車の姿勢変化に対して車体の姿勢をスムースに追従できるようにしている。
【００２５】
上記のヨーダンパＡの基本構造は、図２，図３に示すように、シリンダ１内にピストン２を介してピストンロッド３が移動自在に挿入され、ピストン２はシリンダ１内にロッド側室４と反ロッド側室５とを区画し、シリンダ１の外側にアウターシェル６を配設してシリンダ１とアウターシェル６との間にリザーバＲを設けている。ピストン２には反ロッド側室５からロッド側室４へのみ油の流れを許容するピストン側チェックバルブ７を設けている。
【００２６】
上記ロッド側室４は伸圧共用のリリーフバルブ８を介してリザーバＲに連通し、上記反ロッド側室５はリザーバＲ側からのみ油の流れを許容するベース側チェックバルブ９を介してリザーバＲに連通している。これによりピストン２の伸縮作動に伴う作動油が上記リリーフバルブ８を介してシリンダ１内のロッド側室４からリザーバＲに向け常に一方向に流れるワンウェイフローを構成している。更にシリンダ１とアウターシェル６との間にインナーチューブ１０を挿入して当該インナーチューブ１０とシリンダ１との間にリザーバＲと隔離された軸方向の油通路１１を形成し、この油通路１１の一端はシリンダ１の端部に形成した連通孔１２を介してロッド側室４に開口している。更にピストン中立位置に対応するシリンダ１の中間部の上側と下側とにそれぞれ一つ又は複数のオリフィスａ，ｂ，ｃ，…，ｎからなる第１の絞りＰ１と第２の絞りＰ２とを形成している。第１の絞りＰ１は上記油通路１１の他端を、第２の絞りＰ２はリザーバを、それぞれオリフィスａ，ｂ，ｃの一部又は全部を介してピストン２の伸縮作動位置に対応して選択的にロッド側室４又は反ロッド側室５に開閉されるようになっている。この場合、ヨーダンパＡは略々水平又は水平状態に配置されているのでその下側に位置する第２の絞りＰ２は常にリザーバＲの作動油中にあってダイヤフラム等を設けなくてもエアレーションを起すことがなく、従って減衰力の乱れもない。また各オリフィスａ，ｂ，ｃの組合せとしては、図６，図７，図８，図９に示すパターンがある。
【００２７】
例えば、図６に示すように、単一のオリフィスのａ，ｂ，ｃ，…，ｎがピストン中立位置に対応するシリンダ１の中間部に一つ又は軸方向に沿って並列に複数形成され、ピストンの伸縮作動時にストローク位置に対応して順次各オリフィスａ，ｂ，ｃ，…，ｎがピストン２で開閉されるようになっている。
【００２８】
又、図７，図８に示すように、単一のオリフィスａ，ｂと、円周方向に沿って形成した複数のオリフィスＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎからなるオリフィス郡がピストン中立位置に対応するシリンダ１の中間部に軸方向に沿って複数並列に形成されている。
【００２９】
更に、図９に示すように、円周方向に沿って一列に複数のオリフィスＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ…，Ｃｎからなるオリフィス郡をＣｎと同様にシリンダ１の中間部に設けても良い。
【００３０】
ヨーダンパＡについて、更に詳しく説明する。
【００３１】
シリンダ１の内周は軸方向に沿って平滑な面を有し、ピストン２の外周が全ストロークに亘ってガタなくスムースに摺接している。
【００３２】
シリンダ１とインナーチューブ１０とアウターシェル６の一端にはロッドガイド３１が結合され、ピストンロッド３がロッドガイド３１の中央をシールを介して摺動している。
【００３３】
ピストンロッド３の外端にはアイ１４が取付けられ、このアイ１４には車体側ブラケットＤ（図１参照）の下部ブラケット１６が結合する支持桿１５ａが設けられている。他方シリンダ１とアウターシェル６の他端にはボトム１８が設けられていると共に密封部材１７を介してアイ１３が結合され、このアイ１３には台車Ｂ側のブラケットＣが結合する支持桿１５が設けられている（図１参照）。インナーチューブ１０の一端はロッドガイド３１に結合されると共にシリンダ１の外周に張出した環状の取付部１９に結合されている。
【００３４】
ピストン２には複数のポート２０を形成し、このポート２０の出口端、即ち、ロッド側室４側にリーフバルブからなるピストン側チェックバルブ７が開閉自在に設けられている、ロッドガイド３１にはロッド側室４とリザーバＲとを連通する油路２１が形成され、この油路２１の途中にポペット弁からなる伸圧共用のリリーフバルブ８が開閉自在に設けられている。
【００３５】
反ロッド側室５はボトム１８に形成した油路２２を介してリザーバＲに連通し、この油路２２の途中にスプリングで閉じ方向に付勢されているベース側チェックバルブ９が開閉自在に設けられている。
【００３６】
更にインナーチューブ１０の端部とシリンダ１の中間部における環状の取付部１９にはリザーバＲと油通路１１とを隔離する為の栓部材２４が取付けられ、この栓部材２４には油孔２３が形成されている。この油孔２３はリザーバＲに常時開口しているがピストン中立時にはピストン２の外周で閉じられている。更に、この油孔２３はピストン２の圧縮作動時、即ち、図２においてピストン中立位置を越えて右方向にストロークした時、ロッド側室４に開口してロッド側室４とリザーバＲを連通し、逆に左方向にストロークする伸長作動時には反ロッド側室５に開口して反ロッド側室５とリザーバＲとを連通させる。
【００３７】
次にヨーダンパＡの作動について説明する。
【００３８】
図２，図３に示すように、ピストン２が中立位置にある時は第１，第２の絞りＰ１，Ｐ２を構成する各オリフィスａ，ｂ，ｃ，…，ｎはピストン２の外周で閉じられている。又、車両の直線走行時のように、オリフィスａ，ｂ，ｃ，…，ｎが閉じられている範囲でピストン２が伸縮作動又は微振幅にした場合にはロッド側室４と反ロッド側室５の油がリリーフバルブ８よりリザーバＲに流出し、この時リリーフバルブ８によりハードな高減衰力を発揮し、車体の共振を押え、走行安定性を保つことができる。
【００３９】
車両の曲線走行時のように、大きく左方向にストロークするピストン２の伸長作動時にはピストン側チェックバルブ７が閉じ、ロッド側室４の油が油路２１から伸圧共用のリリーフバルブ８を介してリザーバＲに流れて減衰力を発生する。この時作動油の一部は連通孔１２より油通路１１内に流出し、更に油通路１１内の油は第１の絞りＰ１におけるオリフィスａ，ｂ，…，ｎを介して反ロッド側室５に流出し、この時開口しているオリフィスａ，ｂ，…，ｎの数に応じたソフトな伸側減衰力を発揮する（図４Ａ，Ｂ参照）。ピストンロッド３の退出体積分の油はリザーバＲよりベース側チェックバルブ９を介して導入される。他方、図４（Ａ）（Ｂ）のように、中立位置より左方向にストロークしている状態で圧縮作動すると、反ロッド側室５の油の一部はピストン側チェックバルブ７を介してロッド側室４に置換され、ピストンロッド侵入体積分の油は一部がリリーフバルブ８を介してリザーバＲに流出すると共に第２の絞りＰ２におけるオリフィスａ，ｂ，…，ｎを介してリザーバＲに流出して減衰力を発生すると共に、作動油の一部は第２の絞りＰ２によりソフトな圧側減衰力を発生する。
【００４０】
次に図５に示すように、中立位置より右方向に大きくストロークする圧縮作動時には反ロッド側室５の油がピストン側チェックバルブ７を介してロッド側室４に流出すると共にピストンロッド３の侵入体積分の油が伸圧共用のリリーフバルブ８を介してリザーバＲに流出しつつ圧側減衰力を発生する一方、ロッド側室４内の作動油の一部が第２の絞りＰ２におけるオリフィスａ，ｂ，…，ｎの一部又は全部を介してリザーバＲに流出し、オリフィスａ，ｂ，…，ｎの開口面積に応じたソフトな圧側減衰力を発生する。
【００４１】
又、中立位置より右方向にストロークしている状態で伸長作動するとピストン側チェックバルブ７が閉じ、ロッド側室４の油が第２の絞りＰ２におけるオリフィスａ，ｂ，…，ｎを介してリザーバＲに流出し、オリフィスａ，ｂ，…，ｎの開口面積に応じたソフトな伸側減衰力を発生する。この時ピストンロッド３の退出体積分の油がベース側チェックバルブ９を介してリザーバＲより反ロッド側室５に導入される。この時、ロッド側室４と油通路１１とは同圧なので第１の絞りＰ１のオリフィスａ，ｂ，・・・，ｎを作動油が流通することはない。
【００４２】
ところで、第１，第２の絞りＰ１，Ｐ２におけるオリフィスａ，ｂ，ｃ，…，ｎのパターンは図６乃至図９に示すようにいろいろなパターンがあり、それぞれのパターンに応じたソフトな減衰力特性が得られる。
【００４３】
例えば、図６（Ａ）に示すように、単一のオリフィスａ，ｂ，…，ｎを並列に軸方向に沿って形成した場合、全オリフィスａ，ｂ，…，ｎが閉じている時の伸・圧減衰力特性は一番ハードな特性Ｆ１となり、中立位置より伸側又は圧側ｌ１だけストロークして一つのオリフィスａ又はｂが開口した時は若干ソフトな特性Ｆ２となり、ｌ２以上ストロークして全オリフィスａ，ｂ，…，ｎが全開した時は一番ソフトな特性Ｆ５が得られる。即ち、ピストン２が順次ｌ１，ｌ２，…ｌｎとストロークしてオリフィスａ，ｂ，…，ｎを開いていくに従って減衰力をオリフィスの開口面積に応じてハード，ミディアム，ソフトと変更する。いいかえれば、ピストン２の中立位置からストロークに応じてピストンの位置に依存する減衰力特性を得ることができる。
【００４４】
同様に図７（Ａ）は、単一のオリフィスａ，ｂと中央のオリフィスＣ１，Ｃ２，Ｃ３のオリフィス郡を組合せたものであり、中央のオリフィスＣ１，Ｃ２，Ｃ３が開口した時は、図６（Ａ）の単一のオリフィスｃより特性がソフトとなり、全体の特性は図７（Ｂ）のグラフＦ１〜Ｆ４に示す通りとなる。
【００４５】
又、図８（Ａ）は左側のオリフィス郡をオリフィスＣ１，Ｃ２，Ｃ３で構成して他の単一のオリフィスａ，ｂと組合せたものであり、その時の特性は図８（Ｂ）のグラフＦ１〜Ｆ４で示される。
【００４６】
又、図９（Ａ）は単一のオリフィスＣ１，Ｃ２，Ｃ３，…，Ｃｎを円周方向に一ケ所設けたものであり、オリフィスＣ１Ｃｎが全開した時図９（Ｂ）のソフトな特性Ｆ２が得られる。
【００４７】
第１，第２の絞りＰ１，Ｐ２におけるオリフィスａ，ｂ，…，ｎの組合せパターンは図示に限られるものでは無く、同一思想にもとづいていろいろなパターンが出来る。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、次の効果がある。
【００４９】
【００５０】
【００５１】
(１) 請求項１，２，３の発明によれば、ピストンの中立位置又は中立位置近傍では第１，第２の絞りを全閉することにより高減衰力を発生でき、中立位置を越した伸縮ストローク位置では第１，第２の絞りの開口面積に応じたソフトな減衰力が得られる。即ち、ピストンのストローク位置に応じた位置依存の減衰力を発揮できる。
【００５２】
（２） 同じく、ダンパの伸縮作動に伴う作動油の流れをワンウェイフローとしたので伸側，圧側の減衰力を同一の伸圧共用リリーフバルブと同一の第１，第２の絞りで発生させるので両者同一の減衰力を得ることができ、減衰力発生機構の設計が容易であると共に、シリンダを水平又は略々水平状態に配置した為、リザーバ用ダイヤフラムやベロー等を使用することなく横置きダンパを構成することができ、従来の横置きダンパと比べても簡単な構造で安価に製作できる。
【００５３】
（３）同じく、シリンダの内周に溝加工することなく同一の減衰力発生機構で全ストロークに亘って減衰力を発生できるので、ピストンはシリンダ内に全ストロークに亘って段差なくスムースにストロークでき、ガタの発生防止ができ、ピストン外周のシール等の損傷を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る鉄道車両の懸架装置の分解斜視図である。
【図２】本発明に係るヨーダンパの縦断正面図である。
【図３】図２の一部拡大断面図である。
【図４】（Ａ）（Ｂ）ピストンが伸長ストロークした状態の図２の一部拡大断面図である。
【図５】ピストンが圧縮ストロークした状態の図２の一部拡大断面図である。
【図６】（Ａ）（Ｂ）一実施の形態に係るオリフィスの組合せパターンの展開図とその減衰力特性のグラフである。
【図７】（Ａ）（Ｂ）他の実施の形態に係るオリフィスの組合せパターンの展開図とその減衰力特性のグラフである。
【図８】（Ａ）（Ｂ）他の実施の形態に係るオリフィスの組合せパターンの展開図とその減衰力特性のグラフである。
【図９】（Ａ）（Ｂ）他の実施の形態に係るオリフィスの組合せパターンの展開図とその減衰力特性のグラフである。
【図１０】従来のヨーダンパの縦断正面図である。
【符号の説明】
１ シリンダ
２ ピストン
３ ピストンロッド
４ ロッド側室
５ 反ロッド側室
６ アウターシェル
７ チェックバルブ
８ リリーフバルブ
９ ベース側チェックバルブ
１０ インナーチューブ
１１ 油通路
１２ 連通孔
Ａ ヨーダンパ
Ｂ 台車
Ｄ ブラケット
Ｅ シャシーフレーム
Ｒ リザーバ
Ｐ１，Ｐ２ 絞り
ａ，ｂ，ｃ，…，ｎ オリフィス
【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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【図９】
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【図１０】
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