説明

ストッパ

【課題】何度でも減衰力を発揮可能で軽量、小型で経済性に優れるストッパを提供することである。
【解決手段】上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、鉄道車両の車体Bと台車Wとの間に介装されて車体Bの台車Wに対する水平横方向の変位を規制するストッパSにおいて、車体Bあるいは台車Wの一方に固定されるシリンダ1と、シリンダ1に摺動自在に挿入されてシリンダ1内に液体が充填される圧力室R1を形成するとともに変位規制時に車体Bあるいは台車Wの他方に衝合するピストン2と、圧力室R1にリリーフ流路3と吸込流路4を介して連通されるリザーバR2と、リリーフ流路3の途中に設けられてリリーフ時に液体の流れに抵抗を与えるリリーフ弁5と、吸込流路4の途中に設けられてリザーバR2から圧力室R1へ向かう液体の流れのみを許容するチェック弁6と、ピストン2を車体あるいは台車の他方へ向けて附勢する附勢手段7とを備えた。

【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との間に介装されて車体の台車に対する水平横方向の変位を規制するストッパの改良に関する。
【背景技術】
【0002】
この種の鉄道車両における車体と台車との間に介装されて車体の台車に対する水平横方向の変位を規制するストッパとしては、たとえば、車体に固定される中心ピンが挿通されるボルスタレス台車におけるピン挿通孔の側部に弾性体を設けたものが知られており、車体が台車に対して左右いずれかに大きく変位する場合に中心ピンに弾性体が衝合して中心ピンと台車との衝突による衝撃を緩和しつつ、車体の台車に対するそれ以上の変位を規制するようになっている(たとえば、特許文献1参照)。
【0003】
このようなストッパは、車体の台車に対する振動を多少は減衰することができるものの、地震等による大きな外力が車体に作用して車体が左右方向に加振された場合において、効果的に台車に対する車体振動を減衰することを期待できない。
【0004】
この問題を解決するものとして、箱型のホルダと、ホルダに対して移動可能に挿入される止板と、ホルダと止板との間に介装したアルミハニカムと、同じくホルダと止板との間に介装したコイルスプリングと、止板に対してホルダを固定するヒューズボルトとを備えて構成されたストッパが提案されている。
【0005】
このストッパにあっては、車体が台車に対して著大な左右振動を呈して中心ピンがストッパに衝突した際に、ストッパに所定以上の力が加わると、ヒューズボルトが破断して、ホルダが止板に対して自由移動可能となって、車体の変位によってアルミハニカムが圧縮されて塑性変形するようになっている(たとえば、特許文献2参照)。
【0006】
そして、このアルミハニカムの塑性変形によって車体の振動エネルギが吸収され、上記車体振動を減衰するようになっており、このストッパによれば、地震等の大入力によって車体が振動しても充分に振動を減衰することができる。
【特許文献1】特開2006−151078号公報
【特許文献2】特開2006−182111号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、上記提案のストッパは、アルミハニカムの塑性変形によって振動を減衰し、塑性変形後は減衰力を発揮できないため、車体が台車に対して著大な左右振動を繰り返す場合には、もはや減衰力を発揮できずに充分に車体振動を抑制することができない。
【0008】
また、提案のストッパは、上述のようにアルミハニカムの塑性変形後は減衰力を発揮できないため、地震が発生したり車体の著大な左右動を検知したりした場合にはアルミハニカムの塑性変形の有無を確認しなければならず、ストッパのメンテナンスが頻繁するという不利があるとともに、部品の交換も必要であり、経済的に不利となる。
【0009】
これに対して、鉄道車両には、車体の台車に対する左右振動を減衰するダンパを備えているため、当該ダンパに上記ストッパの機能を果させるようにすればよいとの提案もなしうるが、ストッパは車体の振動が著大となって、もはや上記ダンパでは振動を抑制しきれなくなって初めて車体に対する台車の変位を規制し、ダンパに比較しても非常に大きな減衰力を発揮するものであるため、このストッパの機能をダンパに組み込むには、ダンパの大型化および重量増加を免れず車両への搭載性が損なわれるほか、システム全体が極めて高価なものとなってしまう虞がある。
【0010】
そこで、本発明は上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、何度でも減衰力を発揮可能で軽量、小型で経済性に優れるストッパを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、鉄道車両の車体と台車との間に介装されて車体の台車に対する水平横方向の変位を規制するストッパにおいて、車体あるいは台車の一方に固定されるシリンダと、シリンダに摺動自在に挿入されてシリンダ内に液体が充填される圧力室を形成するとともに変位規制時に車体あるいは台車の他方に衝合するピストンと、圧力室にリリーフ流路と吸込流路を介して連通されるリザーバと、リリーフ流路の途中に設けられてリリーフ時に液体の流れに抵抗を与えるリリーフ弁と、吸込流路の途中に設けられてリザーバから圧力室へ向かう液体の流れのみを許容するチェック弁と、ピストンを車体あるいは台車の他方へ向けて附勢する附勢手段とを備えた。
【発明の効果】
【0012】
本発明のストッパは、単発的にしか減衰力を発揮できない従来のストッパと異なり、反復継続的に減衰力を発揮することができるので、ストッパのメンテナンスを頻繁に行わなくともよく、部品の交換も不要であるので、経済的に有利となる。
【0013】
また、車体あるいは台車に衝合するピストンでシリンダ内に単一の圧力室を形成しているので、シリンダ内断面積の全体を減衰力の発生に寄与させて大きな減衰力を得ることができるため、ダンパにストッパ機能を組み込むことに比較しても、軽量小型で簡単な構成で車体の台車に対する著大な振動を抑制することができ、鉄道車両への搭載性を損なうことがなく、大きな減衰効果を得ることに比較してコスト安となり、費用対効果の高いストッパを実現することができる。
【0014】
したがって、本発明のストッパは、何度でも減衰力を発揮可能で軽量、小型で経済性に優れるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図1は、一実施の形態におけるストッパの断面図である。図2は、他の実施の形態におけるストッパの断面図である。
【0016】
一実施の形態におけるストッパSは、図1に示すように、鉄道車両の台車Wに固定されるシリンダ1と、シリンダ1に摺動自在に挿入されてシリンダ1内に液体が充填される圧力室R1を形成するピストン2と、圧力室R1にリリーフ流路3と吸込流路4を介して連通されるリザーバR2と、リリーフ流路3の途中に設けられてリリーフ時に液体の流れに抵抗を与えるリリーフ弁5と、吸込流路4の途中に設けられてリザーバR2から圧力室R1へ向かう液体の流れのみを許容するチェック弁6と、ピストン2を車体Bへ向けて附勢する附勢手段たるコイルスプリング7とを備えて構成され、車体Bが台車Wに対して著大に水平横方向に振動する際にピストン2を車体Bに衝合させて、車体Bのそれ以上の変位を規制するとともに車体Bの台車に対する振動を減衰するものである。
【0017】
以下、詳細に説明すると、シリンダ1は、筒状とされており、シリンダ1の図1中左端がピストン2を摺動自在に軸支する環状のガイド部材8によって閉塞されるとともに、図1中右端もボトム部材9によって閉塞されている。
【0018】
そして、シリンダ1は、ボトム部材9とともに有底筒状の外筒10内に収容されており、外筒10とシリンダ1との間の環状隙間でリザーバR2が形成されている。また、外筒10の開口端内周には、上記したガイド部材8が固定されて、当該開口端は閉塞されて、リザーバR2は密閉状体に維持され、当該リザーバR2内には気体と液体が充填されている。さらに、シリンダ1の図1中左端には、切欠1aが形成されており、切欠1aを介してシリンダ1内とリザーバR2とが連通されるようになっている。
【0019】
ピストン2は、有底筒状の本体2aと、本体2aの外周に設けられてシリンダ1内に摺接する鍔部2bとを備えて構成され、ピストン2をシリンダ1内に挿入することで、ピストン2とシリンダ1との間に圧力室R1が形成されている。
【0020】
なお、鍔部2bは、具体的には、外周に軸受としてのピストンリング2cを備えており、ピストンリング2cを介してシリンダ1に摺接している。また、本体2aの外周は、ガイド部材8の内周に設けた筒状の軸受8aに摺動自在に挿入されており、ピストン2はガイド部材8にガイドされてシリンダ1に対して図1中左右方向へ変位することが可能なようになっている。加えて、ガイド部材8は、ピストン2の本体2aの外周に摺接する環状のシール部材8bを備えており、ピストン2の外周がシールされ、シリンダ1内が密閉状体に維持される。
【0021】
また、このピストン2は、シリンダ1との間に介装されるコイルスプリング7によって、シリンダ1から突出して車体Bへ向かう方向となる図1中左方へ向けて常に附勢され、何らピストン2にシリンダ1内へ押し込む方向への力が作用しないと、鍔部2bのガイド部材8への衝合によってピストン2がシリンダ1に対してそれ以上の突出が規制される最伸長状態に維持される。
【0022】
なお、鍔部2bの図1中左端には、面取2dが施されており、ピストン2がシリンダ1に対して鍔部2bの図1中左端がガイド部材8の図1中右端に当接しても当該面取2dによってシリンダ1の側部に設けた切欠1aが閉塞されないようになっている。
【0023】
そして、ピストン2の図1中左端には、ゴムや合成樹脂等の弾性体11が固定されており、当該弾性体11は、車体Bが台車Wに対して大きく変位すると、ピストン2に先んじて車体Bに衝合して車体Bと台車Wとの衝突による衝撃を緩和するようになっている。
【0024】
つづいて、ボトム部材9には、圧力室R1とリザーバR2とを連通するリリーフ流路3と、同じく圧力室R1とリザーバR2とを連通する吸込流路4が設けられるとともに、リリーフ流路3の途中に配されるリリーフ弁5および吸込流路4の途中に配されるチェック弁6も同様にボトム部材9に設けられる。
【0025】
リリーフ弁5は、リザーバR2から圧力室R1へ向かう液体の流れは許容せず、圧力室R1内の圧力が所定のリリーフ圧に達するとリリーフ流路3を開放し、開放時にはリリーフ流路3を通過する液体の流れに抵抗を与える減衰弁としても機能するようになっている。他方のチェック弁6は、リリーフ弁5とは反対に、圧力室R1からリザーバR2へ向かう液体の流れを阻止し、リザーバR2から圧力室R1へ向かう液体の流れのみを許容するようになっている。
【0026】
さて、このように構成されたストッパSは、この実施の形態の場合、外筒10を介してシリンダ1を台車Wに固定するようになっており、具体的にはたとえば、台車Wの中心ピン挿通孔の内周側に取付けられる。他方、ピストン2は、具体的にはたとえば、車体Bに延設される車体Bの一部としての中心ピンに所定間隔Lを空けて対向させており、車体Bが台車Wに対して中立位置から所定間隔L以上変位すると、中心ピンが弾性体11を介してピストン2に衝合するようになっている。なお、ストッパSは、図示したところでは、中心ピンの右側のみに配置されているが、実際には、中心として台車Wにおける中心ピン挿通孔の左側内周にも設置されており、車体Bが中立位置から台車Wに対して左側へ所定間隔L以上変位しても図示しない左側のストッパSによって変位が規制されるようになっている。
【0027】
また、反対に、シリンダ1を車体Bに固定するようにして、ピストン2を台車Wに対向させるようにしてもよい。さらに、車体Bと台車Wの一方にシリンダ1を固定するには、車体B(台車W)に直接に固定する場合のほか車体B(台車W)に一体化される付属物を介して間接的に固定することも含まれ、車体Bと台車Wの他方にピストン2を衝合させるには、同様に、車体B(台車W)に直接にピストン2を衝合させる場合のほか車体B(台車W)に一体化される付属物を介して間接的に衝合させることも含まれる。
【0028】
加えて、ストッパSの設置箇所は、上記の車体Bの一部である中心ピンと台車Wの中心ピン挿通孔との間のほか、車体Bの台車Wの変位を規制可能な部位に設定するようにしてもよい。
【0029】
つづいて、ストッパSの作動について説明する。車体Bに左右振動が作用して台車Wに対して所定間隔L以上変位して、車体Bがピストン2に衝合する際、車体Bとシリンダ1との接近でピストン2をシリンダ1内へ押し込む力により圧縮される圧力室R1内の圧力がリリーフ弁5のリリーフ圧に達しない状態では、ストッパSは収縮せず弾性体11の圧縮のみで車体Bの振動を減衰させるともに、車体Bと台車Wの衝突の衝撃を緩和する。
【0030】
これに対して、車体Bがピストン2をシリンダ1内へ押し込む力により圧縮される圧力室R1内の圧力がリリーフ弁5のリリーフ圧に達すると、リリーフ弁5がリリーフ流路3を開放して、圧力室R1内の液体をリザーバR2へ抵抗を与えながら逃がし、ピストン2はシリンダ1内に押し込まれつつ、車体Bに振動方向とは逆方向の減衰力を作用させる。したがって、ストッパSは、この状態では圧縮作動しつつ減衰力を発揮して、車体Bの台車Wに対する振動を抑制することになる。また、ピストン2は、圧力室R1側からのみ圧力を受けるようになっているので、ストッパSの発生減衰力は、圧力室R1の圧力にシリンダ内断面積を乗じたものとなって、シリンダ内断面積の全体を活用して大きな減衰力を発揮することができる。なお、リリーフ弁5の開弁後の減衰特性(ピストン2のシリンダ1に対する速度と発生減衰力の特性)は、任意に設定することが可能である。
【0031】
この際、ピストン2の鍔部2bがガイド部材8から離間することによって生じる環状隙間には、シリンダ1の切欠1aおよび鍔部2bの面取2dを介してリザーバR2から液体が供給されるため、当該環状隙間に負圧が生じずピストン2の移動を妨げることはない。なお、環状隙間に負圧を生じさせないようにするためには、面取2dを設けるほか、鍔部2bの肩の少なくとも切欠1aに対向する部位に切欠や段部を施すようにしてもよい。さらに、シリンダ1やピストン2に切欠1aや面取2dを設けるのではなく、ガイド部材8に上記環状隙間とリザーバR2とを連通する通路や切欠を設けるようにしてもよい。
【0032】
その後、車体Bの台車Wに対する振動方向が逆転して、車体Bがピストン2から離間すると、ピストン2はコイルスプリング7の附勢力でシリンダ1から最突出する位置にまで復帰する。この際には、圧力室R1が容積拡大によって減圧されるため、チェック弁6が開いて吸込流路4を介してリザーバR2から液体が圧力室R1へ供給されて、ピストン2は速やかに元の位置まで復帰することができる。なお、ピストン2の鍔部2bとガイド部材8との間の環状隙間からは、液体が切欠1aおよび面取2dを介してリザーバR2へ逃げるので、このピストン2の復帰動作を妨げない。
【0033】
そして、ピストン2が元の位置まで復帰すると、再度の車体Bの衝突に対してストッパSが圧縮作動を呈して減衰力を発揮することになり、反復継続される車体振動を効果的に抑制することができる。
【0034】
すなわち、このストッパSは、単発的にしか減衰力を発揮できない従来のストッパと異なり、反復継続的に減衰力を発揮することができるので、ストッパSのメンテナンスを頻繁に行わなくともよく、部品の交換も不要であるので、経済的に有利となる。
【0035】
また、ピストン2でシリンダ1内に単一の圧力室R1を形成しているので、シリンダ内断面積の全体を減衰力の発生に寄与させて大きな減衰力を得ることができるため、ダンパにストッパ機能を組み込むことに比較しても、軽量小型で簡単な構成で車体Bの台車Wに対する著大な振動を抑制することができ、鉄道車両への搭載性を損なうことがなく、大きな減衰効果を得ることに比較してコスト安となり、費用対効果の高いストッパSを実現することができる。
【0036】
したがって、本発明のストッパSは、何度でも減衰力を発揮可能で軽量、小型で経済性に優れるのである。
【0037】
さらに、ピストン2が、有底筒状の本体2aと、本体2aの外周に設けられてシリンダ1内に摺接する鍔部2bとを備える構成とされているので、ピストン2が軽量となるため、この場合には一層軽量化に寄与することができる。
【0038】
なお、上記したところでは、ピストン2の鍔部2bとガイド部材8との環状隙間も密閉状態とされるため、切欠1aおよび面取2dを設けてリザーバR2に連通するようにしているが、当該環状隙間を大気開放してもよく、また、ピストン2のガイドをシリンダ1と鍔部2bとで実現することが可能であれば、環状隙間の形成を避けるべくガイド部材8でピストン2の本体2aの外周をガイドせず、ガイド部材8を単にピストン2の鍔部2bと衝合する抜け止めとしてのみ機能させるようにしてもよい。
【0039】
また、附勢手段は、ピストン2をストッパSが圧縮される前の位置に復帰させる機能を発揮するために設けられているので、この機能を発揮可能であれば附勢手段はコイルスプリング7に限定されず、気体バネとして作用するリザーバR2を附勢手段とし、リザーバR2内に封入した気体の圧力でピストン2をストッパSが圧縮される前の位置に復帰させることができる場合にはコイルスプリング7を省略することもできる。
【0040】
つづいて、図2に示した他の実施の形態におけるストッパS’について説明する。この他の実施の形態におけるストッパS’が一実施の形態におけるストッパSと異なる点は、ピストン13内にリザーバR2を設けるとともに、リリーフ流路3と吸込流路4をピストン13に設けている点である。
【0041】
他の実施の形態におけるストッパS’の説明にあたり、一実施の形態のストッパSと同様の部分については説明が重複するので、同じ符号を付するのみとしてその詳しい説明を省略することとする。
【0042】
以下、上記した異なる点について詳細に説明すると、ピストン13は、有底筒状のシリンダ12の内周に摺接する円盤状の基部13aと、基部13aから立ち上がる中空部13cを有する軸部13bとを備えて構成され、基部13aとシリンダ12との間には圧力室R1が形成されている。
【0043】
軸部13bは、シリンダ12の開口端を閉塞する環状のガイド部材8によって摺動自在に軸支され、中空部13c内には摺動自在にフリーピストン14が挿入され、当該フリーピストン14によって中空部13c内は液体が充填される液室Lと気体が充填される気室Gとに区画されている。
【0044】
そして、液室Lは、基部13aに設けたリリーフ流路3と吸込流路4によって圧力室R1に連通され、リリーフ流路3の途中には、液室Lから圧力室R1へ向かう液体の流れは許容せず、圧力室R1内の圧力が所定のリリーフ圧に達するとリリーフ流路3を開放して圧力室R1から液室Lへ向かう液体の流れに抵抗を与えるリリーフ弁5が設けられ、他方の吸込流路4には、液室Lから圧力室R1へ向かう液体の流れのみを許容するチェック弁6が設けられている。
【0045】
すなわち、この他の実施の形態のストッパS’にあっては、ピストン13の基部13aにリリーフ流路3、吸込流路4、リリーフ弁5およびチェック弁6の全てが設けられているのでボトム部材9が不要となり、また、ピストン13のシリンダ12に対する進退によって変動する圧力室R1の容積を気室Gの容積変化によって補償するようになっており、この実施の形態の場合、リザーバR2は上記した液室Lと気室Gとで構成されてピストン13内に設置されるため、外筒10が不要となる。
【0046】
なお、図示はしないが、ピストン13の基部13aとガイド部材8との間の環状隙間を液室Lに連通しておき、シリンダ12に対してピストン13が突出する方向に変位しても当該環状隙間に負圧を生じさせようにしておくとよく、また、当該環状隙間を大気開放するようにしてもよい。
【0047】
このように構成された他の実施の形態におけるストッパS’にあっても、ピストン13をシリンダ12内へ押し込む力により圧縮される圧力室R1内の圧力がリリーフ弁5のリリーフ圧に達すると、リリーフ弁5がリリーフ流路3を開放して、圧力室R1内の液体をリザーバR2の液室Lへ抵抗を与えながら逃がし、ピストン13はシリンダ12内に押し込まれつつ、振動方向とは逆方向の減衰力を作用させる。すなわち、ストッパS’にあっても、圧縮作動しつつ減衰力を発揮して、車体Bの台車Wに対する振動を抑制することができ、また、ピストン13は、圧力室R1側からのみ圧力を受けるようになっているので、ストッパSの発生減衰力は、圧力室R1の圧力にシリンダ内断面積を乗じたものとなって、シリンダ内断面積の全体を活用して大きな減衰力を発揮することができる。なお、このストッパS’では、気室Lにおける気体圧力で圧力室R1および液室Lを加圧しており、ピストン13には常にシリンダ12から突出する方向の附勢力が作用し、これを附勢手段として圧縮されてもピストン13がシリンダ12から最突出する元の位置に復帰できるようになっている。
【0048】
したがって、このストッパS’にあっても、単発的にしか減衰力を発揮できない従来のストッパと異なり、反復継続的に減衰力を発揮することができるので、ストッパSのメンテナンスを頻繁に行わなくともよく、部品の交換も不要であるので、経済的に有利となるのである。
【0049】
以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【0050】
【図1】一実施の形態におけるストッパの断面図である。
【図2】他の実施の形態におけるストッパの断面図である。
【符号の説明】
【0051】
1,12 シリンダ
1a シリンダにおける切欠
2,13 ピストン
2a ピストンにおける本体
2b ピストンにおける鍔部
2c ピストンにおけるピストンリング
2d ピストンにおける面取
3 リリーフ流路
4 吸込流路
5 リリーフ弁
6 チェック弁
7 附勢手段たるコイルスプリング
8 ガイド部材
8a ガイド部材における軸受
8b ガイド部材におけるシール部材
9 ボトム部材
10 外筒
11 弾性体
13a ピストンにおける基部
13b ピストンにおける軸部
13c ピストンにおける中空部
14 フリーピストン
B 車体
G 気室
L 液室
R1 圧力室
R2 リザーバ
S,S’ ストッパ
W 台車

【特許請求の範囲】
【請求項1】
鉄道車両の車体と台車との間に介装されて車体の台車に対する水平横方向の変位を規制するストッパにおいて、車体あるいは台車の一方に固定されるシリンダと、シリンダに摺動自在に挿入されてシリンダ内に液体が充填される圧力室を形成するとともに変位規制時に車体あるいは台車の他方に衝合するピストンと、圧力室にリリーフ流路と吸込流路を介して連通されるリザーバと、リリーフ流路の途中に設けられてリリーフ時に液体の流れに抵抗を与えるリリーフ弁と、吸込流路の途中に設けられてリザーバから圧力室へ向かう液体の流れのみを許容するチェック弁と、ピストンを車体あるいは台車の他方へ向けて附勢する附勢手段とを備えたことを特徴とするストッパ。
【請求項2】
ピストンの先端に車体あるいは台車の他方に対向する弾性体を設けたことを特徴する請求項1に記載のストッパ。
【請求項3】
ピストンは、有底筒状の本体と、本体の外周に設けられてシリンダ内に摺接する鍔部とを備えていることを特徴とする請求項1または2に記載のストッパ。

【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2009−234516(P2009−234516A)
【公開日】平成21年10月15日(2009.10.15)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−85804(P2008−85804)
【出願日】平成20年3月28日(2008.3.28)
【出願人】(000000929)カヤバ工業株式会社 (2,151)
【Fターム(参考)】