(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維補強した弾性ゴムがベローズ形に巻回され、かつ、小径側端部及び大径側端部にはそれぞれビードリングを埋設した環状隆起部が形成されてなるベローズ形空気ばね本体における小径側の環状隆起部及び大径側の環状隆起部を鉄道車両の台車側及び台車の上方部に配置の車体上部構造側に固定された小径及び大径のリング状止め金具にそれぞれ弾性密着状態に固定保持させることにより、空気ばね本体を台車と車体上部構造との間に介在させている鉄道車両用空気ばね装置において、
上記ベローズ形空気ばね本体のうち、少なくとも小径側の環状隆起部に近い箇所で小径リング状止め金具に対し摺動する弾性ゴム部分の外面に、リング状止め金具側が最も厚肉で止め金具から遠ざかるほど漸次薄肉となるような肉厚変化を持つ補強ゴムが加硫接着されており、この補強ゴムの硬度は空気ばね本体を構成する弾性ゴムの硬度に対して１５度以上の硬度差を有し、かつ、補強ゴム自体は９０度未満の硬度に設定され、
上記補強ゴムは、小径リング状止め金具に弾性密着状態に固定保持される小径側の環状隆起部に相当する弾性ゴム部分の外面にまで延在して加硫接着されており、その延在部分も小径側端部に至るほど漸次薄肉になるように設定されている鉄道車両用空気ばね装置。
【請求項２】
上記補強ゴムの硬度は、空気ばね本体を構成する弾性ゴムの硬度に対して２０度以上の硬度差を有し、かつ、補強ゴム自体は８０度未満の硬度に設定されている請求項１に記載の鉄道車両用空気ばね装置。
【請求項３】
上記補強ゴムは、小径リング状止め金具側に最も近い箇所の最大肉厚が２ｍｍ以上５ｍｍ未満で、かつ、空気ばね本体側の弾性ゴムとの界面となる最小肉厚が０．２〜１ｍｍに設定されている請求項１または２に記載の鉄道車両用空気ばね装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主としてボルスターレス台車に装着して使用される鉄道車両用空気ばね装置に関する。詳しくは、車両走行時に生じる垂直（上下）方向及び水平方向の変位を吸収するだけでなく、曲線走行時にレールの曲線部に追随する台車とその上方部に配置された車体上部構造との間の旋回作用に伴って生じるねじれを吸収する機能を持つベローズ形の空気ばね本体を鉄道車両の台車側と車体上部構造側との間に介在して構成される鉄道車両用空気ばね装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の鉄道車両用空気ばね装置は、一般的に、図５に示すように、繊維補強した弾性ゴム１０をベローズ形に巻回し、かつ、その小径側端部及び大径側端部にそれぞれビードリング１１，１２を埋設した環状隆起部１３，１４を形成してなるベローズ形の空気ばね本体１５が使用され、このベローズ形空気ばね本体１５における小径側の環状隆起部１３を台車１６上に固定の円筒型支持体２１の上端外周面に固定されたリング状止め金具１７に弾性密着状態に固定保持させる一方、大径側の環状隆起部１４を車体上部構造１８側に固定されたリング状止め金具１９に弾性密着状態に固定保持させることにより、車両走行時に生じる垂直、水平方向の変位及びねじれをベローズ形空気ばね本体１５の弾性変形作用によって吸収させるように構成されている。
【０００３】
ところで、上記のような構成及び変位吸収機能を有する一般的な鉄道車両用空気ばね装置において、車両の曲線走行時に空気ばね本体１５に加わるねじれは、１２０〜１５０ｍｍにも達し、そのねじれによって、空気ばね本体１５両端の環状隆起部１３，１４に近い箇所の弾性ゴム１０部分とそれらに対応するリング状止め金具１７，１９との間では相対的な摺動作用が発生する。この摺動作用は小径側ほど激しいものであり、このような激しい摺動作用に伴い空気ばね本体１５を構成する弾性ゴム１０の小径側の環状隆起部１３に近い部分が早期に摩滅し、さらに、弾性ゴム１０部分の摩滅の進行によって弾性ゴム１０を補強するためにその肉厚内に埋設されている補強繊維２０までが損傷あるいは破断することになり、このような局所的な摩滅や破損等によって空気ばね本体１５が早期に使用不能になるといったように、耐久性の面で難点がある。特に、近年のように、高速化、高荷重化（高内圧化）が進んだ鉄道車両用の空気ばね装置において、上記のような摺動作用に伴う早期摩滅や破損による耐久性の低下は深刻であり、その対策が必要不可欠である。
【０００４】
上記のごとき耐久性の面での改善対策として、従来、空気ばね本体のリング状止め金具に近い部分に集中荷重がかかることを避けるべく止め金具自体を大型化したり、摺動部分の摺動作用を円滑化したり、止め金具と弾性ゴム部分を直接に加硫接着させて摺動作用そのものが起きないようにしたり、さらには、ベローズ形空気ばね本体自体を大型化して摺動荷重を低減したりする等の各種手段が講じられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したような従来の改善対策は、いずれも製品（空気ばね装置）自体の製作加工が非常に複雑になって、装置全体のコストアップが避けられないばかりでなく、この空気ばね装置を装着使用する鉄道車両側にも改造を施す必要性が生じて鉄道車両自体が構造的に複雑かつ大型化しやすい。特に、摺動作用そのものが起こらないように止め金具と弾性ゴム部分とを加硫接着する手段の場合、ねじれに伴い生じる摺動荷重が空気ばね本体のいずれかの箇所に集中的に働くことになるために、空気ばね本体を構成する弾性ゴムや補強繊維の他の部分で剥離や破断が起きやすくなるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、従来から使用されていた構造を大幅に改造する必要がなく、全体をコンパクトかつ低コストに、しかも、本来の空気ばね特性をほとんど損なうことなく構成しながら、摺動作用に伴う局部的な摩滅、破損等を抑制し耐久性の著しい増進を図ることができる鉄道車両用空気ばね装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る鉄道車両用空気ばね装置は、繊維補強した弾性ゴムがベローズ形に巻回され、かつ、小径側端部及び大径側端部にはそれぞれビードリングを埋設した環状隆起部が形成されてなるベローズ形空気ばね本体における小径側の環状隆起部及び大径側の環状隆起部を鉄道車両の台車側及び台車の上方部に配置の車体上部構造側に固定された小径及び大径のリング状止め金具にそれぞれ弾性密着状態に固定保持させることにより、空気ばね本体を台車と車体上部構造との間に介在させている鉄道車両用空気ばね装置において、
上記ベローズ形空気ばね本体のうち、少なくとも小径側の環状隆起部に近い箇所で小径リング状止め金具に対し摺動する弾性ゴム部分の外面に、リング状止め金具側が最も厚肉で止め金具から遠ざかるほど漸次薄肉となるような肉厚変化を持つ補強ゴムが加硫接着されており、この補強ゴムの硬度は空気ばね本体を構成する弾性ゴムの硬度に対して１５度以上の硬度差を有し、かつ、補強ゴム自体は９０度未満の硬度に設定され、上記補強ゴムは、小径リング状止め金具に弾性密着状態に固定保持される小径側の環状隆起部に相当する弾性ゴム部分の外面にまで延在して加硫接着されており、その延在部分も小径側端部に至るほど漸次薄肉になるように設定されていることを特徴とするものである。
【０００８】
上記のような特徴構成を有する本発明によれば、ベローズ形空気ばね本体のうち、少なくとも小径側の環状隆起部に近い箇所で小径リング状止め金具に対し摺動する弾性ゴム部分の外面にのみ補強ゴムを加硫接着するといった部分的な改善を施すのみでよく、リング状止め金具や空気ばね本体等は形状的にも構造的にも従来から使用されていたものをそのまま活用して空気ばね本体の製造設備等の改造や新作を必要としないばかりでなく鉄道車両側も改造する必要がなく、装置全体を小型コンパクトかつ低コストに構成することが可能である。また、補強ゴムとして、曲線走行時に摺動作用を生じるリング状止め金具側が最も厚肉で止め金具から遠ざかるほど漸次薄肉となるような肉厚変化を持つ形状のものを用いることによって、摺動作用に伴って最も摩滅しやすい部分は十分に補強してその部分の摩滅を減少しつつ、摺動摩滅の少ない部分の補強程度を漸減させて摺動部分と非摺動部分とが急激に剛性変化することに起因する層間界面の発生をなくし、歪みの集中による弾性ゴムや補強繊維の剥離や破断、さらには補強ゴム自体の弾性ゴムからの離反や歪みの集中を防ぎ、空気ばね本体全体としての耐久性を著しく増進することが可能である。
【０００９】
そのうえ、補強ゴムとして、その硬度が空気ばね本体を構成する弾性ゴムの硬度に対して１５度以上の硬度差を有し、かつ、それ自体は９０度未満の硬度に設定された硬さのものを用いることによって、摺動作用に伴いリング状止め金具に擦りつけられる補強ゴム部分のこすれ荷重を広く分散させて摺動部分の摩滅減少という補強ゴム本来の機能を確保しながら、空気ばね本体における非摺動部分の剛性が急激に上昇することに起因して空気ばね本体の変位吸収特性が阻害されることを抑制することが可能である。
【００１０】
因みに、補強ゴムとして、それ自体の硬度が９０度を超える大きさに設定された硬いものを用いる場合は、小径側の環状隆起部をリング状止め金具に弾性密着状態に固定保持させる上で必要な力（空気ばね本体の内圧）が大きくなり過ぎ、それが原因で空気ばね本体の損傷が早まるという別の問題を発生する。また、その硬度が空気ばね本体側の弾性ゴムの硬度に対して１５度未満の硬度差に設定された柔らかい補強ゴムを用いる場合は、上述したとおり、摺動部分の摩滅減少という補強ゴム本来の機能を確保することができない。
【００１１】
以上のことを総合的に考慮して、本発明では、補強ゴムとして、その硬度が空気ばね本体を構成する弾性ゴムの硬度に対して１５度以上の硬度差を有し、かつ、それ自体は９０度未満の硬度に設定されたもの、特に、請求項２に記載したように、２０度以上の硬度差を有し、かつ、それ自体は８０度未満の硬度に設定されたものを使用することが好ましい。また、補強ゴムの形状としては、リング状止め金具の構造、形状の変更を要しないようにすること及び空気ばね本体の変位吸収特性を損なわないようにするために、摺動部分が最も厚肉で非摺動部分に至るほど漸次薄肉となる略流線形状のもの、特に、請求項３に記載のように、小径リング状止め金具側に最も近い箇所の最大肉厚が２ｍｍ以上５ｍｍ未満で、かつ、空気ばね本体側の弾性ゴムとの界面となる最小肉厚が０．２〜１ｍｍに設定されたものを使用することが好ましい。
【００１２】
また、上記構成の鉄道車両用空気ばね装置において、請求項１に記載のように、上記補強ゴムを、小径リング状止め金具に弾性密着状態に固定保持される小径側の環状隆起部に相当する弾性ゴム部分の外面にまで延在して加硫接着する構成を採用することによって、通常の車両走行時に垂直、水平及びねじれ荷重を最も大きく負担することになる弾性ゴム部分を、空気ばね本体の特性をなんら損なうことなく補強することが可能で、耐久性の一層の増進を図ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説明する。
図１は本発明に係る鉄道車両用空気ばね装置の半縦断面構造を示す。同図に示されている鉄道車両用空気ばね装置Ａの基本構成は、図５に示す一般的な空気ばね装置の構成と同一であるため、該当する構成部材及び部位に同一の符号を付して、それらの詳しい説明を省略し、図５に示すものと相違する構成部分を中心にして詳細に説明する。
【００１４】
図２に明示するように、ベローズ形空気ばね本体１５のうち、小径側の環状隆起部１３に近い箇所で鉄道車両が曲線走行する時に生じる矢印ｘ−ｙ方向のねじりによって小径リング状止め金具１７に対し摺動する弾性ゴム１０部分の外面、詳しくは、内面ゴム１０Ａと外面ゴム１０Ｂの間にビードリング１１，１２を包み込んだ補強繊維２０を埋設してなる弾性ゴム１０の外面ゴム１０Ｂ部分に補強ゴム１が加硫接着され一体化されている。
【００１５】
上記補強ゴム１は、小径リング状止め金具１７に近い部分１Ａが最も厚肉でリング状止め金具１７から遠ざかる側ほど漸次薄肉となるような肉厚変化を持つ略流線形状に形成されている。詳しくは、厚肉部分１Ａの最大肉厚ｔmax.が２ｍｍ以上５ｍｍ未満であり、かつ、空気ばね本体１５の弾性ゴム１０のうち外面ゴム１０Ｂとの界面となる薄肉部分１Ｂの最小肉厚ｔmin.が０．２〜１ｍｍに設定されているとともに、上記厚肉部分１Ａから小径側の環状隆起部１３に相当する弾性ゴム１０の小径側端部の外面にまで一体に延在されており、その延在部分１Ｃも小径側端部に至るほど漸次薄肉になるように設定されている。
【００１６】
さらに、上記補強ゴム１の硬度（ＪＩＳ  Ａ）は、空気ばね本体１５側の弾性ゴム１０の硬度（通常４２〜６０度）に対して１５度以上の硬度差を有し、かつ、それ自体は９０度未満の硬度、好ましくは、空気ばね本体１５側の弾性ゴム１０の硬度（通常４２〜６０度）に対して２０度以上の硬度差を有し、かつ、それ自体は８０度未満の硬度に設定されている。
【００１７】
上記のごとく構成された鉄道車両用空気ばね装置Ａにおいては、ベローズ形空気ばね本体１５の小径側の環状隆起部１３に近い箇所で車両の曲線走行時に生じるねじりによって小径リング状止め金具１７に対して摺動する弾性ゴム１０部分の外面にのみ補強ゴム１を加硫接着するのみであって、リング状止め金具１７や空気ばね本体１５等は形状的にも構造的にも従来と同様であればよいので、空気ばね本体１５の製造設備等を改造あるいは新作する必要がないばかりでなく鉄道車両側もなんら改造する必要がなく、装置Ａ全体を小型コンパクトかつ低コストに構成することが可能である。
【００１８】
その上、摺動部分における補強ゴム１として、リング状止め金具１７側が最も厚肉で止め金具１７から遠ざかるほど漸次薄肉となるような肉厚変化を持つ形状のもので、かつ、空気ばね本体１５を構成する弾性ゴム１０の硬度に対して１５度以上の硬度差を有する硬さに設定されたものを用いることによって、摺動作用に伴って最も摩滅しやすい部分の摩滅を十分に減少しつつ、その摺動部分と非摺動部分との急激な剛性変化による層間界面の発生をなくして、歪みの集中による弾性ゴム１０や補強繊維２０の剥離や破断、さらには補強ゴム１自体の弾性ゴム１０からの離反や歪みの集中を防ぎ、空気ばね本体１５の耐久性の著しい増進を図ることが可能であるとともに、非摺動部分の剛性が急激に上昇することもないので、空気ばね本体１５本来の変位吸収特性を良好に発揮させることが可能である。
【００１９】
因みに、本発明者らは、以下に述べるような仕様及び条件で耐久性に関する繰り返し試験を行った。
（１）供試体の仕様について
図３に示すような断面形状のベローズ形空気ばね本体１５を用いる。この空気ばね本体１５は、中心長Ｌ：７００ｍｍ、内径Ｄ：５７５ｍｍ、膜径ｄ：２５０ｍｍ、高さＨ：３００ｍｍで、図２における内面ゴム１０Ａ及び外面ゴム１０Ｂが硬さ４５度の天然ゴムで厚さ２．５ｍｍ、補強繊維２０はナイロン簾コードを２プライ（１プライはゴムをフリクショントッピングして厚さ１．０ｍｍ）使用する。以上の仕様をもつものが従来の供試体（従来品）であり、本発明品は、それに加えて、図４に示すように、全長Ｌ１：３０ｍｍ、最大肉厚ｔmax.：３ｍｍ、最小肉厚ｔmin.：０．５ｍｍで、硬度８０度の補強ゴム１を図３の空気ばね本体１５の外面ゴム１０Ｂに加硫接着したものを使用する。
（２）試験条件について
上記した従来品及び本発明品の各空気ばね本体１５内に、内圧０．６ＭＰａと０．９ＭＰａを封入し、かつ、所定高さにセットした上で捻り（変位）量１２０ｍｍで、捻り（変位）速度を５０ｍｍ／ｓｅｃ．と７０ｍｍ／ｓｅｃ．の二段階に変化させて繰り返し捻り試験を行い、損傷に至る回数を測定した。
（３）試験結果について
表１に示すとおりの結果が得られた。この表１からも明らかなように、本発明品は従来品との比較において、同条件での捻りの繰り返しに対して、損傷に至る回数が少なくとも３倍以上で、多くのものは６倍以上であり、耐久性に著しい増進が見られる。特に、内圧が高い場合や変位速度が高い場合の耐久性向上に有効であることが分かった。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ベローズ形空気ばね本体の小径側の環状隆起部に近い箇所で小径リング状止め金具に対し摺動する弾性ゴム部分の外面に補強ゴムを加硫接着するといった部分的な改善を施すのみで、リング状止め金具や空気ばね本体等は形状的にも構造的にも現有するものをそのまま活用し空気ばね本体の製造設備等の改造や新作、さらには、鉄道車両側もなんら改造する必要がなく、装置全体を小型コンパクトかつ低コストに構成することができ、しかも、空気ばね本体の変位吸収特性を阻害せず、本来の特性を十分に維持しながら、曲線走行時の摺動作用に伴って最も摩滅しやすい部分の早期摩滅や損傷を確実に減少して空気ばね本体全体としての耐久性を著しく増進することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る鉄道車両用空気ばね装置の半縦断面図である。
【図２】同上空気ばね装置の要部の拡大縦断面図である。
【図３】耐久性試験に用いた供試体（従来品）の基本的な仕様を説明するための縦断面図である。
【図４】同上供試体に付加する本発明品特有の補強ゴムの仕様を説明するための縦断面図である。
【図５】従来一般の鉄道車両用空気ばね装置の半縦断面図である。
【符号の説明】
１ 補強ゴム
１Ａ 厚肉部分
１Ｂ 薄肉部分
１Ｃ 延在部分
１０ 弾性ゴム
１１，１２ ビートリング
１３，１４ 環状隆起部
１５ ベローズ形空気ばね本体
１６ 台車
１７，１９ リング状止め金具
１８ 車体上部構造
【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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