(57)【要約】【課題】空気ばねが車体又は台車枠に対して変位を許容する構造をもつことで、空気ばね反力を減少させて横圧を低減でき、これによって、鉄道車両の曲線通過性能を向上させることができる空気ばねを提供する。【解決手段】鉄道車両の車体と対向する上面部と、台車枠と対向する下面部とを備え、前記車体と前記台車枠を連結する空気ばねにおいて、前記上面部又は前記下面部のいずれか一方に、前記空気ばねを前記鉄道車両の進行方向に沿って変位可能に取り付ける位置変位手段を備える。【選択図】図１
2016141263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両の車体と対向する上面部と、台車枠と対向する下面部とを備え、前記車体と前記台車枠を連結する空気ばねにおいて、
前記上面部又は前記下面部のいずれか一方に、前記空気ばねを前記鉄道車両の進行方向に沿って変位可能に取り付ける位置変位手段を備えることを特徴とする空気ばね。
【請求項２】
請求項１に記載の空気ばねにおいて、
前記位置変位手段は、前記空気ばねの変位を固定又は可動状態に切り替え可能な切替手段を備えることを特徴とする空気ばね。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の空気ばねにおいて、
前記位置変位手段は、前記空気ばねを前記進行方向に沿って押し動かす制御手段を備えることを特徴とする空気ばね。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の空気ばねにおいて、
前記切替手段及び前記制御手段は、圧縮空気又は不活性ガス及び油圧によって動作するシリンダを備えることを特徴とする空気ばね。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の空気ばねにおいて、
前記位置変位手段は、前記進行方向に沿って延びるガイドレールと、前記ガイドレールに沿って移動可能に組み付けられたガイドブロックとを備えるリニアガイドであることを特徴とする空気ばね。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の車体と台車枠を空気ばねで連結する所謂ボルスタレス台車に適用して好適な空気ばねに関するものであり、特に急曲線区間を走行する車両や新在直通車両に適用して好適な空気ばねに関する。
【背景技術】
【０００２】
ボルスタレス台車は、台車枠と車体とを空気ばねにより直結した方式であり、台車構造を簡素化した、現在広く使われている台車の構造である。空気ばねは、まくらばねとして軌道から伝わる振動を吸収し、乗り心地を向上させると共に、空気ばね自体がせん断変形することによって、台車の回転を許容する役割を果たしている。
【０００３】
しかし、軌道の曲線が急な曲線になるほど、この空気ばねがせん断変形することにより発生する力（以下、空気ばね反力という）が車輪とレール間の左右方向に作用する力（以下、横圧という）として働き、鉄道車両の曲線通過性能を低下させる要因となっている。そして、鉄道車両の曲線通過性能の低下は、脱線や横転などの事故を生じさせる可能性が高まる他、軌道の異常摩耗を発生させるという問題もあった。
【０００４】
そこで、この車体に対して台車枠が旋回するときの空気ばね反力を減少させて鉄道車両の曲線通過性能を向上させるために、従来より種々の構造が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２２２１９６号公報
【特許文献２】特開２００９−１３８８３０号公報
【０００６】
特許文献１に記載された空気ばねは、上面板および下面板と、これらのそれぞれの面板に、それぞれの端部分を、ビード部によって気密に連結した筒状可撓膜体とからなり、内部に加圧気体を封入した空気ばねにおいて、上面板に設けられて、筒状可撓膜体を下面板側に押圧する傾斜ゴムおよび、下面板に設けたビード受け座ゴムの少なくとも一方の、少なくとも表面層を自己潤滑材料に形成してなるという構造を有する。
【０００７】
このような構造を有することで、特許文献１に記載された空気ばねは、左右方向に比べて前後方向の剛性を小さくした異方向性空気ばねとすることで、筒状可撓膜体が左右方向に変位した際に、上面板の傾斜ゴムに接触する反力によって横剛性を大きく確保して空気ばね反力を減少させている。
【０００８】
また、特許文献２に記載された空気ばねは、車両側となる板状支持部と、車輪側となる被支持部と、これら両者に亘って気密接合されるダイヤフラムとを有してなる鉄道車両用空気ばねであって、ダイヤフラムが車両進行方向に対する左右方向に膨出するのを規制する側面ガイドを、前後方向移動可能な状態で設けてあり、板状支持部が上下方向視でダイヤフラムに沿う円形に形成されており、側面ガイドが板状支持部の外周端部に円弧移動可能に支持されている。
【０００９】
このような構造を有することで、特許文献２に記載された空気ばねは、鉄道車両の曲線走行時の空気ばねが捩り変形される場合に、側面ガイドがその捩り変形に沿った移動が行えることによって、側面ガイドとダイヤフラムとの摩擦条件をより改善しながら、早期摩耗などの不都合が解消されるようになるとともに、ボルスタレス台車を採用する場合などにおける前後の捩り変形のし易さも改善して空気ばね反力を減少させている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献１に記載された空気ばねによると、筒状可撓膜体の左右方向は、曲線通過時の左右変位が増大することがないよう、適度な左右剛性が求められるため、この左右剛性確保のために筒状可撓膜体自体の剛性を極端に小さくすることができないという問題があった。また、特許文献２に記載された空気ばねによると、実際に鉄道車両が曲線を通過する場合、車体に対して台車が旋回するため、通常、まくらぎ方向に２個配置された空気ばねは主に前後に大きく変位し、空気ばね単体での回転だけでは、せん断変位を許容することができないという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、空気ばねが車体又は台車枠に対して変位を許容する構造をもつことで、空気ばね反力を減少させて横圧を低減でき、これによって、鉄道車両の曲線通過性能を向上させることができる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】
【００１２】
本発明に係る空気ばねは、鉄道車両の車体と対向する上面部と、台車枠と対向する下面部とを備え、前記車体と前記台車枠を連結する空気ばねにおいて、前記上面部又は前記下面部のいずれか一方に、前記空気ばねを前記鉄道車両の進行方向に沿って変位可能に取り付ける位置変位手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る空気ばねにおいて、前記位置変位手段は、前記空気ばねの変位を固定又は可動状態に切り替え可能な切替手段を備えることができる。
【００１４】
また、本発明に係る空気ばねにおいて、前記位置変位手段は、前記空気ばねを前記進行方向に沿って押し動かす制御手段を備えると好適である。
【００１５】
また、本発明に係る空気ばねにおいて、前記切替手段及び前記制御手段は、圧縮空気又は不活性ガス及び油圧によって動作するシリンダを備えると好適である。
【００１６】
また、本発明に係る空気ばねにおいて、前記位置変位手段は、前記進行方向に沿って延びるガイドレールと、前記ガイドレールに沿って移動可能に組み付けられたガイドブロックとを備えるリニアガイドであると好適である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る空気ばねは、鉄道車両の車体と対向する上面部と、台車枠と対向する下面部とを備え、前記車体と前記台車枠を連結する空気ばねにおいて、前記上面部又は前記下面部のいずれか一方に、前記空気ばねを前記鉄道車両の進行方向に沿って変位可能に取り付ける位置変位手段を備えるので、空気ばねの反力によって空気ばねが変位可能に取り付けられる位置変位手段を備えているので、曲線走行時の横圧を低減し、曲線通過性能を向上させることができる。
【００１８】
また、本発明に係る空気ばねにおいて、空気ばねの変位を固定又は可動状態に切り替える切替手段を備えているので、新幹線区間を走行する際に求められる高速走行性能と従来線区間を走行する際の曲線通過性能を高いレベルで両立させることが可能となる。
【００１９】
また、本発明に係る空気ばねにおいて、位置変位手段は、空気ばねを進行方向に沿って押し動かす制御手段を備えるので、空気ばねの位置変位を所望の変位量に制御することが可能となり、曲線通過性能をより向上させることが可能となる。
【００２０】
また、本発明に係る空気ばねにおいて、切替手段及び制御手段は、圧縮空気等によって動作するシリンダを備えるので、簡単な構造で切替手段及び制御手段を構成することが可能となる。
【００２１】
また、本発明に係る空気ばねにおいて、位置変位手段は、進行方向に沿って延びるガイドレールと、ガイドレールに沿って移動可能に組み付けられたガイドブロックとを備えるリニアガイドで構成されているので、簡単な構造で位置変位手段を構成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態に係る空気ばねの取り付け状態を説明するための正面図。
【図２】本実施形態に係る空気ばねの取り付け状態を説明するための上面図。
【図３】本実施形態に係る空気ばねの切替手段を説明するための側面図。
【図４】本実施形態に係る空気ばねの切替手段の動作を説明するための側面図。
【図５】本実施形態に係る空気ばねの制御手段の動作を説明するための側面図。
【図６】本実施形態に係る空気ばねの直線走行時の動作を説明するための概略図。
【図７】本実施形態に係る空気ばねの曲線走行時の動作を説明するための概略図。
【図８】図７におけるＡ部拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００２４】
図１は、本実施形態に係る空気ばねの取り付け状態を説明するための正面図であり、図２は、本実施形態に係る空気ばねの取り付け状態を説明するための上面図であり、図３は、本実施形態に係る空気ばねの切替手段を説明するための側面図であり、図４は、本実施形態に係る空気ばねの切替手段の動作を説明するための側面図であり、図５は、本実施形態に係る空気ばねの制御手段の動作を説明するための側面図であり、図６は、本実施形態に係る空気ばねの直線走行時の動作を説明するための概略図であり、図７は、本実施形態に係る空気ばねの曲線走行時の動作を説明するための概略図であり、図８は、図７におけるＡ部拡大図である。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態に係る空気ばね１０は、鉄道車両の車体１と対向する上面部１１と、台車枠２と対向する下面部１２とを備え、車体１と台車枠２とを連結している。また、上面部１１と下面部１２の間には、内部に空間を有する筒状可撓体１３が介在されており、該空間に空気や不活性ガスなどの気体または油圧を供給する気体供給通路１４を経て所定の圧力の気体が空気ばね１０の内部に充填封入されている。このように空気ばね１０内に気体を充填封することで、空気ばね１０に所要のばね機能を発揮させることができ、気体供給通路１４を介して空気ばね１０の内部圧力を調整することで空気ばね１０に所要の減衰機能を持たせることもできる。
【００２６】
上面部１１は、車体１との対向面に位置変位手段２０が取り付けられると共に、裏面側が筒状可撓体１３の上端部に取付けられる所定の肉厚を有する円盤状の部材で形成されている。上面部１１は、鋼材やアルミニウム合金などで構成すると好適である。
【００２７】
下面部１２は、下側に支軸１２ａを備えるとともに、上部に筒状可撓体１３の下端部が取り付けらえる柱状部材であり、例えば複数のゴム層と金属などの硬質板とを軸方向に交互に積層した積層ゴムで構成されると好適である。支軸１２ａは、台車枠２に挿入されて下面部１２を回動可能に支持している。さらに、筒状可撓体１３は、所定の剛性を有するゴムやその他の弾性材からなる公知の部材である。
【００２８】
気体供給通路１４は、後述する位置変位手段２０による上面部１１の相対変位に追従することができるように、フレキシブルホースや剛性の低いゴムベローズを用いると好適である。
【００２９】
図２に示すように、位置変位手段２０は、進行方向Ｌに沿って延びると共に車体１に取り付けられるガイドレール２１と、該ガイドレール２１の延設方向に沿って移動可能に組み付けられると共に、空気ばね１０の上面部１１に取り付けられるガイドブロック２２とを備えたリニアガイドで構成されている。ガイドブロック２２は、進行方向Ｌに沿って前後に一対配置されると好適であり、また位置変位手段２０は、車体１の幅方向に沿って一対配置されると好適である。
【００３０】
このように、本実施形態に係る空気ばね１０は、上面版１１の車体１と対向する面に位置変位手段２０を取り付けているので、曲線区間を走行することによって発生した軌道からの反力によって台車が旋回した場合、ガイドブロック２２がガイドレール２１に沿って移動することで空気ばね１０に前後変位として作用せず、空気ばね反力を抑えることが可能となる。
【００３１】
また、図３に示すように、空気ばね１０の進行方向Ｌに沿った前後方向には、切替手段３０がそれぞれ取り付けられている。切替手段３０は、空気ばね１０の上面部１１に対して出没自在に取り付けられたピストン３１と、内部にシリンダ室３３ａを有し、該シリンダ室３３ａと外部を連通する空気口３２を備えるシリンダ３３と、シリンダ室３３ａに収納されると共に、ピストン３１を空気ばね１０に対して付勢する弾性体３４とを備えている。
【００３２】
空気口３２には、図示しない接続ホースが取り付けられて、シリンダ室３３ａに空気や不活性ガスなどの気体または油圧を導入してシリンダ室３３ａの内部を所定の圧力となるように調整可能に構成されている。
【００３３】
このように構成することで、シリンダ室３３ａ内の圧力が低下すると、シリンダ室３３ａ内の弾性体３４の付勢力によってピストン３１は、上面部１１に向かって押し出され、上面部１１と当接する。図３に示すように、前後の切替手段３０のピストン３１がそれぞれ上面部１１と当接することで、切替手段３０によって上面部１１の前後方向への移動が固定される。この状態では、空気ばね１０の前後剛性を確保することができるので、図６に示すように、軌道４が直線状に配置された直線区間を走行する場合における直線走行性能を向上させることができる。このとき、空気ばね１０は、車輪３の車輪軸と略平行に一対配置されている。
【００３４】
なお、シリンダ室３３ａ内の圧力が低下した場合にピストン３１が押し出される構成とすることで、何らかのトラブルによって空気口３２への空気や不活性ガス及び油圧などの供給が遮断された場合であっても常時上面部１１を固定するように作用するため、通常の空気ばねと同様の作用を奏することができるので、フェールセーフ性を有することとなり好適である。
【００３５】
これに対し、曲線区間の通過時など、空気ばね反力を生じさせない場合には、シリンダ室３３ａ内に空気や不活性ガス及び油圧を注入することで、弾性体３４の付勢力に抗してピストン３１を上面部１１から離間させるように、ピストン３１を押し縮める。
【００３６】
このように構成することで、図７に示すような軌道４´が湾曲した曲線区間の走行時には、空気ばね反力が空気ばね１０に作用しないように、図８に示すように、内輪側の空気ばね１０Ｌは、進行方向Ｌに沿って初期位置Ｎから変位量Δｘだけ前方に移動し、外輪側の空気ばね１０Ｒは、逆方向にΔｘだけ移動する。
【００３７】
曲線区間の走行中は、軌道４´からの反力によって台車枠２が旋回するが、空気ばね１０Ｒ，１０Ｌは当該反力によって位置変位手段２０によって進行方向Ｌの前後方向へそれぞれ移動するので、空気ばね１０Ｒ，１０Ｌに作用する空気ばね反力を減少させて横圧を低減でき、これによって、鉄道車両の曲線通過性能を向上させることができる。
【００３８】
なお、直線区間、曲線区間の検知には、車体に固定された入力軸と、ボルスタレス台車に回転可能に取り付けられた出力軸と、車体及びボルスタレス台車の間のボギー角を伝達する伸縮可能な等速ジョイント機構によって機械的に曲線区間の曲線方向を検知して切替手段３０を動作させるように制御すると好適である。さらに、機械式に限らず、例えば、ヨーレートセンサやＧＰＳなどのセンサを用いて電気的に曲線区間の検知を行うように構成しても構わない。
【００３９】
また、切替手段３０は、前後の切替手段３０の動作を同期させて同時に出没自在に操作しても構わないが、意図した方向とは逆方向にガイドブロックが移動しないように、図５に示すように逆方向側の切替手段３０ｂのピストン３１ｂのみを突出させ、進行方向側の切替手段３０ａ側に空間を確保して所望の方向のみに移動可能に操作することも可能である。
【００４０】
さらに、切替手段３０は、上面部１１の固定・可動を切り替えるのみならず、上面部１１を所望の位置に操作する制御手段として構成しても構わない。この場合、曲線区間の曲線に応じて積極的に上面部１１をピストン３１によって押し出して上面部１１を押し動かし、空気ばね１０を介して台車枠２を操舵するように構成しても構わない。
【００４１】
このように、台車枠２をアクティブ操舵することで、より一層の曲線走行性能の向上を図ることが可能となる。
【００４２】
なお、本実施形態に係る空気ばね１０では、位置変位手段２０を直線状のガイドレール２１を備えるリニアガイドを用いて構成した場合について説明を行ったが、ガイドレールを進行方向に沿って湾曲させた所謂Ｒガイドを用いて構成しても構わない。また、制御手段や切替手段を動作させるシリンダは、空気や不活性ガス又は油圧などによって駆動される場合について説明を行ったが、例えばリードスクリューやリニアアクチュエータなどの要素部品を用いて同様の動作を可能とする構成しても構わない。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれうることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００４３】
１  車体，    ２  台車枠，    ３  車輪，    ４，４´  軌道，    １０，１０Ｒ，１０Ｌ  空気ばね，    １１  上面部，    １２  下面部，    １３  筒状可撓体，    １４  気体供給通路，    ２０  位置変位手段，    ２１  ガイドレール，  ２２  ガイドブロック，    ３０，３０ａ，３０ｂ  切替手段，    ３１，３１ａ，３１ｂ  ピストン，    ３２  空気口，    ３３  シリンダ，    ３３ａ  シリンダ室，    ３４  弾性体，    Ｌ  進行方向，    Δｘ  変位量。
【図１】
2016141263.tif 000003
【図２】
2016141263.tif 000004
【図３】
2016141263.tif 000005
【図４】
2016141263.tif 000006
【図５】
2016141263.tif 000007
【図６】
2016141263.tif 000008
【図７】
2016141263.tif 000009
【図８】
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