JP5504075B2 - ストッパ付空気ばね - Google Patents

Description

本発明はストッパ付空気ばねに係り、詳しくは、車体側の上支持部と、その下方に配置される台車側の下支持部と、これら両者に亘って配備される弾性材製のダイヤフラムとから成る空気ばね部を有するとともに、前記ダイヤフラムの上下方向での圧縮量が所定値になるに伴って、共に前記ダイヤフラム内に配置される前記上支持部がわの上ストップ部材と前記下支持部がわの下ストップ部材とが当接して前記上支持部の過剰な下降移動が規制される下降規制手段が装備されているストッパ付空気ばねに関するものである。

一般に空気ばねは懸架装置、防振装置として使用されるが、ダイヤフラムへの空気の出し入れにより車高調整装置として使用される場合もある。例えば、鉄道車両の台車に用いられる空気ばねにおいては、プラットホームでの乗降を容易にするために車両の高さ位置を増減調節するとか、パンタグラフから給電する地上軌道走行状態と車両側面の下方から給電する地下軌道走行状態とで車高を変更したりするといった具合である。また、摩耗した車輪の踏面を削り直して直径が小さくなると車高が下がるので、その下がった分をダイヤフラムを加圧することで車両の高さ位置を元に戻すことも行われる。

通常のストッパ付空気ばねにおける圧縮限界（ストローク限界）は、上支持部と下支持部との当接によって決定される構造となっている。そのため、車高調整の際に単にダイヤフラムの作用高さを変更しただけでは、その作用高さごとに圧縮変位量が異なることになり、空気ばねの防振装置としての機能を低下させるおそれがある。

このような車高調整に対して、従来では、車高調整後も空気ばねの圧縮ストロークを一定させる（ストローク変動による特性変化を無くす）ために、空気ばねと台車との間に取付面の位置を嵩上げするシムを介在して車高を元に戻す方法が一般的に採られている。しかしながら、シムを用いて空気ばねの全体を持ち上げる方法は、シム装着のために空気ばねを一旦台車から外す必要があり、作業が煩わしい。

また、特許文献１において開示されるストッパ付空気ばねは、ダイヤフラムのストロークを、上支持部側とした支持部側との２つのストッパ部材の相対回転によって増減調節設定させる構造のものであり、シムを予めダイヤフラム内に収容配備させてあるものと考えることができる。しかしながら、この特許文献１に示される空気ばねにおいても、その構造上、車体から一旦空気ばねを取外してストッパ部材の回転操作を行う必要があり、従って高さ調整が煩雑なものであった。

特開平９−８９０２９号公報

本発明の目的は、ダイヤフラムへの空気給排による高さ調節に伴うストッパの高さ調節が、従来に比べて簡便に行えるように改善されるストッパ付空気ばねを提供する点にある。

請求項１に係る発明は、車体側の上支持部１と、その下方に配置される台車側の下支持部２と、これら両者１，２に亘って配備される弾性材製のダイヤフラム３とから成る空気ばね部ａを有するとともに、前記ダイヤフラム３の上下方向での圧縮量が所定値になるに伴って、共に前記ダイヤフラム３内に配置される前記上支持部１がわの上ストップ部材５と前記下支持部２がわの下ストップ部材１５とが当接して前記上支持部１の過剰な下降移動が規制される下降規制手段Ｓが装備されているストッパ付空気ばねにおいて、
前記上ストップ部材５と前記下ストップ部材１５との何れか一方のストップ部材１５の高さ位置を無段階に変えることで前記圧縮量の調節設定を行う高さ調節装置１２と、前記一方のストップ部材１５の高さ位置を変更調節する操作を前記ダイヤフラム３の外側において可能とする操作機構１３が装備されていることを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のストッパ付空気ばねにおいて、前記高さ調節装置１２が、前記上支持部１と前記下支持部２のうちの前記一方のストップ部材１５を支持する一方の支持部２に対して水平方向移動可能に支持される駆動側部材１４と、
前記一方の支持部２に上下方向に移動可能に支持される前記一方のストップ部材１５と、
前記駆動側部材１４の水平方向移動に伴って前記一方のストップ部材１５が上下方向に移動するように、前記駆動側部材１４と前記一方のストップ部材１５とを水平方向と上下方向との中間方向に向く傾斜面１４ｋ，１５ｋどうしで摺動可能に当接させる傾斜分力機構１８と、
を有して構成されていることを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載のストッパ付空気ばねにおいて、前記駆動側部材１４が、互いに近づく近接移動又は互いに遠ざかる離間移動が可能に対向配備状態で前記一方の支持部１５である前記下支持部１５に支持される一対のスライド部材１４Ａ，１４Ｂであり、それらスライド部材どうし１４Ａ，１４Ｂの互いに向き合う状態に形成される一対の前記傾斜面１４ｋ，１４ｋに、前記一方のストップ部材１５である前記下ストップ部材１５の両端部に形成される傾斜面１５ｋ，１５ｋが跨って載せ付けられて前記傾斜分力機構１８が構成されていることを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載のストッパ付空気ばねにおいて、前記一対のスライド部材１４Ａ，１４Ｂが、皿状の前記下支持部２に回動可能に横臥架設されるネジ軸１６における正ネジ部１６ａと逆ネジ部１６ｂとに振り分けられて螺合嵌装されており、前記ネジ軸１６の前記下支持部２を貫通して外に出る貫通先端部１６ｃを回動操作するハンドル１９を設けて前記操作機構１３が構成されていることを特徴とするものである。

請求項５に係る発明は、請求項４に記載のストッパ付空気ばねにおいて、前記貫通先端部１６ｃと前記ハンドル１９を有する操作軸１９ａとが交差軸歯車機構又は食違い歯車機構１７によって連動連結されていることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、詳しくは実施形態の項にて述べるが、下降規制手段及び高さ調節装置がダイヤフラム内部にコンパクトに装備されるものでありながら、下降規制手段の高さ調節装置をダイヤフラム外部にて操作することができるから、空気ばねを車両や台車から取り外すことなく装備状態のままで、かつ、空気ばねとしての機能に支障なくストッパー手段の高さ切換が行える便利で扱い易いものとなっている。そして、高さ調節装置は、一方のストップ部材の高さ位置を無段階に変えられるから、諸条件に因る車両高さ位置の増減調節や、パンタグラフ給電状態と車両側面下方給電状態との切換えによる車高変更、或いは車輪踏面の削り直しによる車高調整等、種々の調節に対応して任意に高さ調節が行える利点がある。その結果、ダイヤフラムへの空気給排による高さ調節に伴うストッパの高さ調節が、従来に比べて簡便で便利に行えるように改善されたストッパ付空気ばねを提供することができる。

請求項２の発明によれば、高さ調節装置は、駆動側部材と一方のストップ部材とを傾斜面どうしで摺動可能に当接させて成る傾斜分力機構を用いているので、一方のストップ部材の水平方向の位置を変えることなく上下移動させることが可能であり、一方のストップ部材の高さ調節如何に拘らずに他方のストップ部材との当接条件を一定のものにすることができる利点がある。

請求項３の発明によれば、駆動側部材が、互いに遠近移動する一対のスライド部材で構成され、それらスライド部材の傾斜面に、一方のストップ部材両端の傾斜面が跨って載せ付けられる構造とされている。故に、傾斜分力機構による横方向の荷重が互いに打ち消しあって相殺されるようになり、高さ調節に伴う無駄な横力が生ぜず、バランス良く一方のストップ部材の高さ位置変更を行うことが可能なストッパ付空気ばねを提供することができる。

請求項４の発明によれば、一対のスライド部材を、下支持部に横臥架設されるネジ軸の正逆ネジ部に振り分けて螺合嵌装し、ネジ軸の下支持部からの貫通先端部を回動操作するハンドルを設けて操作機構を構成してあるので、ダイヤフラム３の外側からの簡単で便利なハンドル操作により、一対のスライド部材を遠近移動させての一方のストップ部材の高さ位置変更調節を楽に行うことができる。

請求項５の発明によれば、貫通先端部とハンドルを有する操作軸とを交差軸歯車機構又は食違い歯車機構によって連動連結してあるから、ダイヤフラムの外側に配置されるハンドルを、水平方向に延びるネジ軸に対して上下方向や前後方向といった異なる方向に配設することができ、よりハンドル操作が行い易くて取扱い性に優れるストッパ付空気ばねを提供することができる利点がある。

鉄道車両用のストッパ付空気ばねの構造を示す正面視の断面図（実施例１） 図１のストッパ付空気ばねの下降規制高さの調節後を示す断面図

以下に、本発明によるストッパ付空気ばねの実施の形態を、鉄道車両用のものに適用した場合について図面を参照しながら説明する。

〔実施例１〕
実施例１による鉄道車両用のストッパ付空気ばねＡは、図１，図２に示すように、外筒（車体側の上支持部の一例）１と、その下方に配置される内筒（台車側の下支持部の一例）２と、これら両者１，２に亘って配備されるゴム（弾性材の一例）製ダイヤフラム（ベローズ）３とで成る空気ばね部ａを有するとともに、内筒２と台車側の台座４との上下間に弾性部としての積層ゴム部ｂが介装されて構成されている。

外筒１は、側周壁１ａを一体に有する略深皿形の円形鋼板から成る主体１Ａと、これの下面に固着される筒状のビード押えリング１ｂと、主体１Ａの中心に固定される支軸１ｃ等から構成されている。側周壁１ａの内面下部にはゴム製のリングガイド１ｄが装備されている。縦軸心（上下向きの軸心）Ｐを有する支軸１ｃは、客車等の車体（図示省略）に支持されるものであり、主体１Ａの中心孔に嵌入する状態で固定されてその下側には、主体１Ａの中心部の下面に亘る状態でゴム等の弾性材による扁平円柱状の上ストップ部材５が設けられている。主体１Ａの内面外周部から側周壁１ａの内面に架けてダイヤフラム３を案内外囲するとともに、ダイヤフラム３の上ビード部３ａが、ビード押えリング１ｂで内周規制される状態で主体１Ａの外周部に嵌合支持されている。

内筒２は、内フランジ２ａ、厚肉の外周部２ｂ、薄肉のリング内板２ｃを有する金属製の上円盤２Ａと、上円盤２Ａを載せ付けてボルト止め一体化する上フランジ板２Ｂとから成り、外周部２ｂの上面外周部にはゴム製の抜け止めリング６が取付けられている。外周部２ｂには、抜け止めリング６に覆い被さり、かつ、内フランジ２ａで内周規制される状態でダイヤフラム３の下ビード部３ｂが嵌合支持されている。

台座４は、支軸１ｃと互いに同じ縦軸心Ｐを有する筒軸７と、筒軸７の上部に嵌合一体化されるフランジ板８とで形成されており、筒軸７が台車枠（図示省略）に支持される。積層ゴム部ｂは、台座４のフランジ板８と内筒２の上フランジ板２Ｂとの上下間に、円筒状の弾性ゴム層９と金属板１０とを交互に複数ずつ重ねて一体化して成る中空で公知構造のものに構成されている。

ダイヤフラム３の上下方向での圧縮量が所定値Ｋになるに伴って、共にダイヤフラム内に配置される上支持部がわの上ストップ部材５と下支持部がわの下ストップ部材１５とが当接して外筒１の過剰な下降移動を規制する下降規制手段Ｓが装備されている。そして、上ストップ部材５と下ストップ部材１５との何れか一方である下ストップ部材１５の高さ位置を無段階に変えることで圧縮量の調節設定を行う高さ調節装置１２が設けられるとともに、下ストップ部材（一方の一例）１５の高さ位置を変更調節する操作をダイヤフラム３の外側において可能とする操作機構１３が装備されている。

高さ調節装置１２は、図１，図２に示すように、下支持部である上円盤２Ａに対して水平方向移動可能に支持される駆動側部材１４と、上円盤２Ａに上下方向に移動可能に支持される下ストップ部材１５と、駆動側部材１４の水平方向移動に伴って下ストップ部材１５が上下方向に移動するように、駆動側部材１４と下ストップ部材１５とを水平方向と上下方向との中間方向に向く傾斜面１４ｋ，１５ｋどうしで摺動可能に当接させる傾斜分力機構１８と、を有して構成されている。

より詳しくは、駆動側部材１４が、互いに近づく近接移動又は互いに遠ざかる離間移動が可能に対向配備状態で上円盤２Ａに支持される一対のスライド部材１４Ａ，１４Ｂであり、それらスライド部材１４Ａ，１４Ｂどうしの互いに向き合う状態に形成される一対の傾斜上面（傾斜面）１４ｋ，１４ｋに、下ストップ部材１５の両端部に形成される傾斜側面（傾斜面）１５ｋ，１５ｋが跨って載せ付けられて傾斜分力機構１８が構成されている。つまり、下ストップ部材１５は一対のスライド部材１４Ａ，１４Ｂを介して下支持部２に水平方向移動可能に支持されている。

一対のスライド部材１４Ａ，１４Ｂが、皿状の上円盤２Ａに回動可能に横臥架設されるネジ軸１６における正ネジ部１６ａと逆ネジ部１６ｂとに振り分けられて螺合嵌装されており、ネジ軸１６の上円盤２Ａ（下支持部２）を貫通して外に出る貫通先端部１６ｃを回動操作するハンドル１９を設けて操作機構１３が構成されている。ハンドル１９は上下向きの軸心Ｙを持つ軸部１９ａを有しており、この軸部１９ａと貫通先端部１６ｃ（ネジ軸１６）とはベベルギヤ、ウォームギヤ、ハイポイドギヤといった交差軸歯車や食い違い軸歯車等によるギヤ連動機構１７によって連動連結されている。ギヤ連動機構（交差軸歯車機構、食違い歯車機構）１７は、上円盤２Ａの切欠き部１１に配備されている。従って、ハンドル１９を回してネジ軸１６を正逆方向に回動させ、下ストップ部材１５を図１に示す下降位置と、図２に示す上昇位置との間の任意の高さ位置において無段階調節が可能である。

即ち、図１に示すように、ハンドル１９を軸心Ｙ回りで矢印イ方向に回すと、左スライド部材１４Ａは矢印ハ方向（右方向）に、かつ、右スライド部材１４Ｂは矢印ニ方向（左方向）にそれぞれ移動し、傾斜分力機構１８の機能によって下ストップ部材１５は矢印ホ方向（上方向）に移動する。つまり、上下のストップ部座５，１５の上下間隔を狭める方向に可変調節することができる。そして、図２に示すように、ハンドル１９を軸心Ｙ回りで矢印ロ方向に回すと、左スライド部材１４Ａは矢印ニ方向（右方向）に、かつ、右スライド部材１４Ｂは矢印ハ方向（左方向）にそれぞれ移動し、傾斜分力機構１８の機能によって下ストップ部材１５は矢印ヘ方向（下方向）に移動する。つまり、上下のストップ部座５，１５の上下間隔を広める方向に可変調節することができる。

さて、通常は図１に示すように、一対のスライド部材１４Ａ，１４Ｂがこれら両者が軸心Ｘ方向で最も遠ざかっていて、下ストップ部材１５が最も下方に位置している。この通常状態であるときの下ストップ部材１５と上ストップ部材５との上下間隔はＫ（所定値）であり、主体１Ａとリング内板２ｃとの上下間隔はＨである。この通常状態において、過大な荷重が掛かる等によって空気ばね部ａが、即ちダイヤフラム３が強烈に圧縮されると、上ストップ部材５と下ストップ部材１５とが当接することにより、ダイヤフラム３の過剰な圧縮が規制されるのであり、これが下降規制手段Ｓによるストッパー作用である。

そして、車輪踏面の研削等の原因によって下がる車高を元に戻すべくダイヤフラム３に空気を供給して加圧し、図２に示すように、主体１Ａとリング内板２ｃとの上下間隔が通常状態の間隔Ｈよりγだけ大きいＨｈ（＝Ｈ＋γ）となるように高さ調節を行った場合には、操作レバー１９を矢印イ方向に回して一対のスライド部材１４Ａ，１４Ｂを互いに近付く方向に移動させ、下ストップ部材１５が持ち上げられる。その持ち上げ量はγに相当するように操作することにより、図２に示すように、上昇状態における下ストップ部材１５と上ストップ部材５との上下間隔はやはりＫに設定されることになる。つまり、ハンドル１９の回し操作で高さ調整を行っても、空気ばね部ａとしての有効最大ストローク（懸架ストローク）は、図１に示す通常状態のときと同じ値（＝Ｋ）に維持されるのである。

つまり、車高調整を行っても、ハンドル１９を回しての高さ調節装置１２の機能により、空気ばね部ａとしての有効最大ストローク（懸架ストローク）は、通常状態のときと同じ値（＝Ｋ）に維持されるのである。そして、ストッパーとして機能する下ストップ部材１５に作用する荷重は、（１）スライド部材１４Ａ，１４Ｂが上円盤２Ａには載置されずネジ軸１６にのみ螺装支持される構成を採る場合にはネジ軸１６のみが負担し、（２）スライド部材１４Ａ，１４Ｂが上円盤２Ａに載置され、かつ、ネジ軸１６には遊螺合する構成を採る場合には上円盤２Ａのみが負担し、（３）ネジ軸１６に螺合され、かつ、上円盤２Ａに載置されるという構成を採る場合にはネジ軸１６と上円盤２Ａとの双方で負担する、という三通りが可能である。（２）の構成を採る場合には、下ストップ部材１５に作用する荷重は、傾斜面どうし１５ｋ，１４ｋで当接する一対のスライド部材１４Ａ，１４Ｂを介して上円盤２Ａ（つまりは内筒２）が受持ち、支軸１６はスライド部材１４Ａ，１４Ｂを移動させる機能のみあれば良い、という機能分担の合理的な設計となる。尚、スライド部材１４Ａ，１４Ｂの上面にボルト止めされる板片２０は、下ストップ部材１５の外れ止めである。

このように、下降規制手段Ｓ及び高さ調節装置１２がダイヤフラム３の内部にコンパクトに装備されながら、その操作部であるハンドル１９はダイヤフラム３の外側で積層ゴム部ｂの横傍に配備されているから、空気ばねＡを車両や台車から取り外すことなく装備状態のままで、かつ、空気ばねＡとしての機能に支障なく下降規制手段Ｓの高さ切換が無段階で行える便利で扱い易いものとなっている。そして、下ストップ部材１５の高さ位置を如何様に可変設定しても、その前後左右位置は変わらず、上ストップ部材５と広い面積でもって面当接する構造になっており、バランス良く機能する下降規制手段Ｓが実現されている。

高さ調節装置１２は、下ストップ部材１５の高さ位置を無段階に変えることができるものであるから、前述したように、車両の高さ位置の増減調節や、パンタグラフ給電状態と車両側面下方給電状態との切換えによる車高変更、或いは車輪踏面の削り直しによる車高調整、その他の種々の高さ調節に対応して任意に高さ調節が行える利点がある。高さ調節装置１２は、駆動側部材１４と下ストップ部材１５とを傾斜面どうし１４ｋ，１５ｋで摺動可能に当接させて成る傾斜分力機構１８を用いているので、下ストップ部材１５の水平方向の位置を変えることなく上下移動させることが可能であり、下ストップ部材１５の高さ調節如何に拘らずに上ストップ部材５との当接条件を一定のものにすることができる利点もある。

また、駆動側部材１４が、互いに遠近移動する一対のスライド部材１４Ａ，１４Ｂで構成され、それらスライド部材１４Ａ，１４Ｂの傾斜面１４ｋ，１４ｋに、下ストップ部材１５両端の傾斜面１５ｋ，１５ｋが跨って載せ付けられる構造とされているので、傾斜分力機構１８による横方向の荷重が互いに打ち消しあって相殺されるようになる。故に、高さ調節に伴う無駄な横力が生ぜず、バランス良く下ストップ部材１５の高さ位置変更を行うことができる。一対のスライド部材１４Ａ，１４Ｂを、上円盤２Ａに横臥架設されるネジ軸１６の正逆ネジ部１６ａ，１６ｂに振り分けて螺合嵌装し、ネジ軸１６の貫通先端部１６ｃを回動操作するハンドル１９を設けて前記操作機構１３を構成してあるので、ダイヤフラム３の外側からの簡単で便利なハンドル１９操作により、一対のスライド部材１４Ａ，１４Ｂを遠近移動させての下ストップ部材１５の高さ位置変更設定を楽に行うことができる。

さらに、貫通先端部１６ｃとハンドル１９を有する操作軸１９ａとを交差軸歯車機構又は食違い歯車機構１７によって連動連結してあるから、ダイヤフラム３の外側で、かつ、積層ゴム部ｂの横傍に配置されるハンドル１９を、水平方向に延びるネジ軸１６に対して上下方向や前後方向といった異なる方向に配設することができ、よりハンドル１９の操作が行い易い状態に構成することができる利点もある。加えて、下ストップ部材１５の高さ位置を可変させるものであるから、特別な支持構造物を設けることなく、下ストップ部材１５及び重力によって傾斜面１５ｋ、１４ｋどうしが摺動する構造を配置することができる。これは、省スペースでかつ廉価に構成できる合理性がある。

〔別実施例〕
高さ調節装置１２、操作機構１３、傾斜分力機構１８等の各機構装置類は、種々の構造が考えられ、上記の構成に限定されるものではない。

１ 上支持部
２ 下支持部
３ ダイヤフラム
４ 台座
５ 上ストップ部材
１２ 高さ調節装置
１３ 操作機構
１４ 駆動側部材
１４Ａ，１４Ｂ スライド部材
１４ｋ 傾斜面
１５ 下ストップ部材
１５ｋ 傾斜面
１６ ネジ軸
１６ａ 正ネジ部
１６ｂ 逆ネジ部
１６ｃ 貫通先端部
１８ 傾斜分力機構
１９ ハンドル
１９ａ 操作軸
Ｓ 下降規制手段
ａ 空気ばね部

Claims (5)

1. 車体側の上支持部と、その下方に配置される台車側の下支持部と、これら両者に亘って配備される弾性材製のダイヤフラムとから成る空気ばね部を有するとともに、前記ダイヤフラムの上下方向での圧縮量が所定値になるに伴って、共に前記ダイヤフラム内に配置される前記上支持部がわの上ストップ部材と前記下支持部がわの下ストップ部材とが当接して前記上支持部の過剰な下降移動が規制される下降規制手段が装備されているストッパ付空気ばねであって、
   前記上ストップ部材と前記下ストップ部材との何れか一方のストップ部材の高さ位置を無段階に変えることで前記圧縮量の調節設定を行う高さ調節装置と、前記一方のストップ部材の高さ位置を変更調節する操作を前記ダイヤフラムの外側において可能とする操作機構が装備されているストッパ付空気ばね。
2. 前記高さ調節装置が、前記上支持部と前記下支持部のうちの前記一方のストップ部材を支持する一方の支持部に対して水平方向移動可能に支持される駆動側部材と、
   前記一方の支持部に上下方向に移動可能に支持される前記一方のストップ部材と、
   前記駆動側部材の水平方向移動に伴って前記一方のストップ部材が上下方向に移動するように、前記駆動側部材と前記一方のストップ部材とを水平方向と上下方向との中間方向に向く傾斜面どうしで摺動可能に当接させる傾斜分力機構と、
   を有して構成されている請求項１に記載のストッパ付空気ばね。
3. 前記駆動側部材が、互いに近づく近接移動又は互いに遠ざかる離間移動が可能に対向配備状態で前記一方の支持部である前記下支持部に支持される一対のスライド部材であり、それらスライド部材どうしの互いに向き合う状態に形成される一対の前記傾斜上面に、前記一方のストップ部材である前記下ストップ部材の両端部に形成される傾斜側面が跨って載せ付けられて前記傾斜分力機構が構成されている請求項２に記載のストッパ付空気ばね。
4. 前記一対のスライド部材が、皿状の前記下支持部に回動可能に横臥架設されるネジ軸における正ネジ部と逆ネジ部とに振り分けられて螺合嵌装されており、前記ネジ軸の前記下支持部を貫通して外に出る貫通先端部を回動操作するハンドルを設けて前記操作機構が構成されている請求項３に記載のストッパ付空気ばね。
5. 前記貫通先端部と前記ハンドルを有する操作軸とが交差軸歯車機構又は食違い歯車機構によって連動連結されている請求項４に記載のストッパ付空気ばね。

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