JP2009127682A - 空気ばね - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂製ピストンを用いた空気ばねにおいて、ダイヤフラム内部とピストン内に大きな容積を確保しつつ、軽量かつ低コストでありながら、万一のエア漏れ時にも破壊され難い樹脂製ピストンを有する空気ばねを提供する。
【解決手段】空気ばねは、上側部材に取り付けられる連結プレート１８と、下側部材に取り付けられるピストン２０と、これらにそれぞれ一端部が固定されるダイヤフラム２１とを有しており、ダイヤフラム２１内部に形成される膨張収縮室３６とピストン２０内部に形成される空気室３７とが連通している。ピストン２０は、樹脂製のピストン本体２３と蓋部材２４は接合される。ピストン本体２３内部には放射線状にリブ３１が設けられており、リブ３１の先端部は蓋部材２４の内面に嵌合され、リブ３１の座屈や転倒が防止されている。
【選択図】図２

Description

本発明は大型車両や建設機械等の懸架装置に用いられる空気ばねに関する。

トラック、バスおよび鉄道車両等の大型車両においては、走行車輪を備える車軸と車体との間には車軸側から車体側への振動や衝撃の伝搬を緩和するために懸架装置つまりサスペンションが取り付けられており、建設機械においては運転台と車体フレームとの間に懸架装置が取り付けられている。大型車両の懸架装置は、懸架ばねとこれに併設されるショックアブソーバとを有しており、懸架ばねとしては、重ね板ばねやコイルばね、空気ばね等が使用されている。

懸架装置に用いられる空気ばねは、内部の膨張収縮室内に外部から圧縮空気を給排して長さ寸法を調整するようにすると、貨物などの荷重が変化しても車両の高さを一定に保持することができるとともに、空気の弾性を利用しているので板ばねやコイルばねに比してばね定数を低く設定することができ乗り心地の向上を図ることができるという利点を有している。

空気ばねの種類としてはベローズ型とダイヤフラム型とがあり、ダイヤフラム型空気ばねは、内部に金属製の補強コードが内装されたゴム製のダイヤフラム（筒状弾性膜）と、ダイヤフラムの下端部に取り付けられる中空のピストンとを有しており、大型車両の車体側にダイヤフラムが取り付けられ、車軸側にピストンが取り付けられることになる。

空気ばねに用いられる中空のピストンは、近年、軽量化や低コスト化のために、合成樹脂等の樹脂材料により成形されるようになっている。樹脂製のピストンは円筒部とこれの一端部に一体に設けられる端壁部とを有しており、特許文献１には端壁部を上側としたピストンを有する空気ばねが記載され、特許文献２には円筒部を内外二重構造とした空気ばねが記載されている。
特開２００６−１１２５００号公報 特開２００４−３１６７８５号公報

円筒部の端壁部を上側に設けるようにした空気ばねは、ピストンの中空室が外部に開口し、ダイヤフラム内部の膨張収縮室がピストンの端壁部により仕切られることになるのに対し、ピストンの円筒部を内外二重構造として内外の空気室を膨張収縮室に連通させるようにすると、ピストンの中空部内の空気室を含めてダイヤフラム内部の膨張収縮室の容量を大きくすることができ、空気ばねの全長を長くすることなく、ばね定数を低下させることができる。

上述のように円筒部を内外二重構造としたピストンは、外側の本体筒部とこれに対して環状の上側壁部により一体となった内側の有底筒部とを有し、本体筒部内の空間は有底筒部内の空間に連通孔を介して連通されており、有底筒部の開口部を気密に閉塞するために蓋部材がピストンの下端にＯリングを介して取り付けられている。ピストンの下端部に蓋部材をＯリングを介して密着させて単一の連結ボルトにより相互を組み合わせるようにすると、空気ばねに対して衝撃的な大きな荷重が負荷されるような場合、例えば、空気ばねが大型トラックに用いられる場合であって、積載状態で大きな路面凸部を乗り越えた場合においては、内部の膨張収縮室や空気室の内部圧力が急激に上昇し、密着状態にある本体筒部と蓋部材との間から圧縮空気が外部に漏洩する虞がある。

このように、本体筒部の下端部に蓋部材を取り付けるようにすると、これらの接続部分が下側に配置されるので、接続部分は常時外部に露出されることになり、接続部分が風雨にさらされたり、接続部分に埃等が介在したりしてＯリングの早期劣化を招く虞がある。また、本体筒部と蓋部材とを長期に亘って繰り返して加えられる負荷に対して耐え得るように高強度に成形する必要があるため、ピストンの製造コストが嵩むことになる。さらに、ピストンを製造するには、本体筒部と有底筒部とを一体に樹脂成形し、型抜きを行った後に、後工程として有底筒部にドリル加工等により連通孔を加工する必要があり、製造工程が複雑であった。

本発明の目的は、樹脂製ピストンを用いた空気ばねにおいて、ダイヤフラム内部とピストン内に大きな容積を確保しつつ、軽量かつ低コストでありながら、万一のエア漏れ時にも破壊され難い樹脂製ピストンを有する空気ばねを提供することにある。

本発明の空気ばねは、上側部材と当該上側部材の下方に配置される下側部材との間に装着され、前記下側部材から前記上側部材に伝播される振動を緩和する空気ばねであって、前記上側部材と前記下側部材の一方に取り付けられるボス部が設けられた閉塞壁および当該閉塞壁から軸方向に延びる筒壁を有し、先端に開口端が設けられた樹脂製のピストン本体と、取付筒部を備え、前記ピストン本体の開口端に接合されて内部に空気室を備えたピストンを形成する樹脂製の蓋部材と、前記上側部材と前記下側部材の他方に取り付けられる連結プレートに一端部が固定される一方、前記筒壁の外側を覆う折返部を介して他端部が前記取付筒部に固定され、内部に前記空気室に連通する膨張収縮室を形成する筒状弾性膜とを有し、それぞれ前記閉塞壁から前記蓋部材に向けて軸方向に延びるとともに前記筒壁から前記ボス部に向けて径方向に延びる複数のリブを前記ピストン本体に放射線状に一体に形成し、前記蓋部材の内面に前記リブの端部に嵌合する嵌合部を形成することを特徴とする。

本発明の空気ばねは、前記リブに軸方向に延びる補強突起を設けることを特徴とし、前記補強突起を前記リブの径方向内方側に設けることを特徴とする。

本発明の空気ばねは、前記補強突起を前記取付筒部に対応させて設けることを特徴とし、前記補強突起の軸方向端部に接合される前記嵌合部を前記蓋部材に設けることを特徴とする。

本発明の空気ばねは、前記嵌合部を前記蓋部材の内面に前記ピストン本体内に突出させて設けることを特徴とし、前記嵌合部と前記リブの端部とを溶接により接合することを特徴とする。

本発明によれば、樹脂製のピストンを、取付筒部およびフランジ部を有する蓋部材と、閉塞壁および筒壁を有するピストン本体とにより形成するので、ピストンの軽量化を図ることができる。ピストン本体は閉塞壁と筒壁とが一体化しておりピストンの剛性を高めることができ、空気室から外部への圧縮空気の漏洩を確実に抑制することができる。また、ピストン成形工程において、ピストン本体の開口端側から型抜きを行うことでピストン本体内部に空気室が形成されるので、空気室を形成するための後工程が不要となり、ピストンの製造工程を簡素化することができる。

本発明によれば、ピストン本体と蓋部材との接合部は筒状弾性膜の折返部で被覆されるので、接合部が外部に露出することを防止することができる。したがって、接合部が筒状弾性膜の折返部によって保護されて、接合部における劣化を抑制することができる。

本発明によれば、ピストン本体内には放射状にリブが設けられており、リブは蓋部材の内面に設けられた嵌合部に嵌合されるので、ピストン本体の剛性が高くなるとともにピストン本体とこれに接合される蓋部材からなるピストンの剛性を高めることができる。

本発明によれば、ピストン本体と蓋部材とをそれぞれの突き当て部を溶着して一体化するので、ピストンと蓋部材との接合強度を向上させることができる。

本発明によれば、リブに補強突起を設けてリブの強度が高められるので、リブの座屈や転倒が防止できる。補強突起を取付筒部に対応する位置に設けることにより、取付筒部に過大な荷重がかかったとしても、直下に補強突起を有したリブがあるため、リブの座屈や転倒が防止でき、ピストンの強度を高めることができる。蓋部材の内面に嵌合部を突出させて設けることにより、蓋部材の強度を損なうことがない。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１はトラックに装着された空気ばね式サスペンションを示す概略図である。図１にはトラックの車体フレーム後端部のうち左右一方側が示されており、車体フレーム１０にはそれぞれ左右両端部に走行車輪１１が装着された２本の車軸１２が設けられている。それぞれの車軸１２と車体フレーム１０との間には、車軸１２から車体フレーム１０に伝播される路面からの振動や衝撃を緩和するために、空気ばね式サスペンション１３が装着されている。

空気ばね式サスペンション１３は、車体フレーム１０に固定されるブラケット１４ａとこのブラケット１４ａに基端部で回動自在に連結されるアーム部材１４ｂとを有するリンク機構１４を備えており、アーム部材１４ｂの先端部に連結された支持部材１５と車体フレーム１０との間には２つの空気ばね１６とショックアブソーバ１７が装着され、空気ばね１６とショックアブソーバ１７は、走行車輪１１の上下動に伴う支持部材１５の上下動に応じて伸縮動作するようになっている。

図２は本発明の一実施の形態である空気ばねの断面図であり、図３は空気ばねのピストン本体を示す斜視図であり、図４はピストン本体に固定される蓋部材の内面を示す斜視図である。

この空気ばね１６はダイヤフラム型空気ばねとなっており、図２に示すように、上側部材としての車体フレーム１０に取り付けられる金属製の連結プレート１８と、下側部材としての支持部材１５に取り付けられる合成樹脂製のピストン２０と、これらの間に設けられる筒状弾性膜としてのゴム製のダイヤフラム２１とを有している。

連結プレート１８は鋼板等の金属製の板材をプレス加工等によって略円板形状に打ち抜くことにより形成されており、外面の中央部にはブラケット２２がアーク溶接等の溶接手段によって取り付けられている。連結プレート１８のブラケット２２は図示しないボルト等の締結具を介して車体フレーム１０に取り付けられる。連結プレート１８の外周部には、図２において下方にピストン２０側に折り曲げることにより形成されたカール部１８ａが設けられている。このカール部１８ａはダイヤフラム２１の一端部にこれを挟み付けるように固定され、ダイヤフラム２１の内部の気密性が保持されるようになっており、ダイヤフラム２１の一端部には金属ワイヤ１９ａが埋め込まれている。

ピストン２０はピストン本体２３とこれに接合される蓋部材２４とを有し、それぞれ樹脂材料により成形されている。ピストン本体２３は、下側部材である支持部材１５を介して車軸１２に取り付けられるボス部２５が設けられた閉塞壁２６およびこの閉塞壁２６の外周部から蓋部材２４に向けて軸方向に延びる円筒形状の筒壁２７を有し、上端は開口端２８となっている。ボス部２５は、閉塞壁２６の径方向中心部からピストン本体２３の内部に突出しており、その突出長さはピストン本体２３の軸方向長さの約２分の１程度となっている。ボス部２５には、ねじ孔２９が形成された金属製のナット部材３０が設けられており、ナット部材３０はピストン本体２３の成形時にこれに一体に組み込まれる。このナット部材３０の外周には、ボス部２５とナット部材３０とが強固に固定されるように、複数の環状突起が設けられており、ナット部材３０にねじ止められる図示しないボルトによりピストン２０はピストン本体２３の部分で支持部材１５に取り付けられる。

ピストン本体２３には、図２および図３に示されるように、それぞれ閉塞壁２６から開口端２８に向けて軸方向に延びるとともに筒壁２７からボス部２５に向けて径方向に放射状に延びるリブ３１が円周方向に等間隔置きに１２個設けられており、これらのリブ３１によりピストン本体２３の強度が高められている。ピストン本体２３内はボス部２５と筒壁２７との間が放射状のリブ３１により小空間に仕切られ、それぞれの小空間はボス部２５の先端面と開口端２８との間のスペースを介して相互に連通している。

蓋部材２４は円形のフランジ部３３とこの内周部から軸方向外方に延びる取付筒部３４とを有している。フランジ部３３の外周にはフランジ部３３の底面よりも突出する環状の縁部が設けられており、縁部の端面はピストン本体２３の開口端２８側の突き当て面３２に接合される突き当て面３５となっている。取付筒部３４の内周面は、ピストン本体２３とダイヤフラム２１の内部とを連通させる連通口３４ａとなっており、取付筒部３４の外側にダイヤフラム２１の他端部が固定されている。ダイヤフラム２１の他端部内には金属ワイヤ１９ｂが埋め込まれ、ピストン２０とダイヤフラム２１との間の気密性が保持されるとともに端部が補強されている。

ピストン本体２３と蓋部材２４はそれぞれ別個に射出成形等により樹脂成形され、ピストン本体２３の突き当て面３２と蓋部材２４の突き当て面３５とを突き合わせてピストン本体２３と蓋部材２４とが接合される。これにより、有底狭口の容器形状のピストン２０の成形が容易になるとともにピストン２０の軽量化および低コスト化を図ることができる。ピストン本体２３と蓋部材２４をそれぞれの突き当て面３２，３５で接合するには、それぞれの突き当て面３２，３５を加熱装置により予め加熱溶融した状態のもとで突き合わせることにより、ピストン本体２３と蓋部材２４とを溶接することができる。図２においては、このような溶接手段により接合された接合部つまり溶着部が符号３８により示されている。

筒壁２７は、ピストン本体２３を射出成形し易いように、閉塞壁２６の外周部から開口端２８にかけて径方向外側に傾斜しており、筒壁２７の内周面の抜き勾配は0.5°〜1.5°の範囲に設定することが好ましく、外周面の抜き勾配は0.5°〜3.5°の範囲に設定することが好ましい。

ゴム製のダイヤフラム２１には、ダイヤフラム２１の変形や破損の防止のため斜交配置されたポリアミド系樹脂等よりなる補強コード（図示せず）が内装されている。ダイヤフラム２１のカール部１８ａに固定される一端部と取付筒部３４の外周面に固定される他端部との中間部には、筒壁２７の外側を覆う折返部２１ａが形成されており、この折返部２１ａがピストン本体２３と蓋部材２４との接合部３８を覆っており、接合部３８の劣化がダイヤフラム２１により抑制される。

ダイヤフラム２１内部には膨張収縮室３６が形成され、車体フレーム１０に対して車軸１２が上下動するとピストン２０の上下動により膨張収縮室３６が膨張収縮する。この膨張収縮室３６はピストン２０の内部に形成された空気室３７に連通口３４ａを介して相互間の空気流れに流動抵抗が生じないように連通されており、膨張収縮室３６と空気室３７とにより全体的に膨張収縮する空気室となっている。このように空気室３７を含めた空気容量を大きくすることにより空気ばね１６のばね定数を低く設定することができ、空気ばね１６の特性を向上させることができる。

空気ばね１６のばね定数を決定する空気容量は、空気室３７の空気室容量Ｓ１と膨張収縮室３６の膨張収縮室容量Ｓ２の和により決定される。空気室３７の空気室容量Ｓ１は、ピストン２０の外形容積、つまりピストン２０を形作る樹脂材料部分を含む全体容積に対して、４０％以上となるように設定されており十分な空気室容量Ｓ１が確保されている。これにより、ピストン２０の強度を十分なものとしつつ、より多くの空気を空気ばね１６の媒体として使用でき、空気ばね１６のばね定数を低く設定することができ、良好な乗り心地（振動絶縁性）を得ることができる。また、空気ばね１６の繰り返し圧縮による発熱についても、圧縮される空気容量を多くとれるので、温度上昇を抑制することができる。

図５（Ａ）はピストンの平面図であり、図５（Ｂ）はピストンの底面図であり、図６は図５のＡ−Ａ線断面図であり、図７は図６のＢ−Ｂ線断面図である。

ピストン本体２３内には上述のようにリブ３１が放射線状に一体に形成されており、リブ３１はピストン本体２３の開口端２８側の先端面がフランジ部３３の内面に当接する外側部３１ａと、この外側部３１ａよりも径方向内側であってボス部２５に向けて段差部を介して傾斜した先端面を備えた内側部３１ｂとを有し、内側部３１ｂおよびボス部２５の先端面は連通口３４ａに対向しており、リブ３１の肉厚寸法は約３ｍｍに設定されている。図４および図７に示されるように、リブ３１は円周方向に３０°間隔で１２枚設けられているが、リブ３１の数や肉厚はピストン２０として要求される強度等によって種々変更可能である。

このように、ピストン本体２３の内部に軸方向および径方向に延びるリブ３１を一体に成形することで、ピストン２０を膨張収縮室３６が圧縮状態の高圧下のもとでも耐え得る強度とすることができる。また、内側部３１ｂおよびボス部２５の上方を連通口３４ａに向けて開口した形状とすることで、空気室３７がリブ３１によって完全に仕切られることなく、隣接するリブ３１の間に形成されたそれぞれの空間が連通されるようになっている。なお、図５（Ｂ）に示すように、ピストン本体２３の内部と同様に、閉塞壁２６の外面にも放射線状にリブ４１が形成されている。

図３および図７に示すように、それぞれのリブ３１の外側部３１ａには円柱形状の補強突起４２が一体に形成されており、これら１２個の補強突起４２は、閉塞壁２６から軸方向に延びて取付筒部３４の下方に対応する位置のフランジ部３３内面に当接する。補強突起４２は、リブ３１の円周方向両面から円弧状に突出して円柱形状となっており、この補強突起４２によりリブ３１が部分的に厚肉化されてピストン２０の強度が高められる。

一方、蓋部材２４のフランジ部３３の内面には、図４および図７に示すように、それぞれの補強突起４２に対応して１２個の嵌合凸部４３がリブ３１の先端部を部分的に取り囲むとともに補強突起４２を囲むように一体に形成されている。嵌合凸部４３はフランジ部３３の内面からピストン本体２３内に向けて突出しており、嵌合凸部４３にはリブ３１の外側部３１ａと補強突起４２の先端部が嵌合する嵌合凹部４４が形成され、嵌合凹部４４の底面はフランジ部３３の内面とほぼ同一面となっている。補強突起４２とリブ３１の外側部３１ａの先端部は嵌合凹部４４に、ピストン本体２３と蓋部材２４とを接合する際に予め嵌合され、ピストン本体２３と蓋部材２４との位置決めが行われる。

このように、ピストン本体２３に設けられたリブ３１の先端部を蓋部材２４の嵌合凹部４４内に凹凸嵌合させるようにしたので、万一、ダイヤフラム２１が破損して取付筒部３４に連結プレート１８が当接したとしても、取付筒部３４が受けた荷重は、直下であるリブ３１にかかることになるが、リブ３１は嵌合状態で固定されているため、リブ３１が転倒ないし屈曲せず、蓋部材２４全体が破損することを防止することができ、ピストン２０の強度を高めることができる。特に、それぞれのリブ３１の表面に外方に突出する補強突起４２を設け、補強突起４２の先端部も嵌合凹部４４に嵌合させるようにしたので、ピストン２０の強度をより高めることができる。嵌合凹部４４とこの中に入り込む補強突起４２およびリブ３１の先端部とを、接合部３８と同様に溶接するようにしても良く、溶接に代えて接着剤により接着するようにしても良い。このように補強突起４２の部分でもピストン本体２３を蓋部材２４に溶接や接着剤により接合することによってピストン２０の強度をさらに高めることができる。

図８（Ａ）は図２におけるＣ−Ｃ線拡大断面図であり、図８（Ｂ）〜（Ｄ）は補強突起４２の変形例における図８（Ａ）と同様の部分を示す断面図である。補強突起４２の形状としては、上述したようにリブ３１の表面から円弧状に突出させた円柱形状のみならず、リブ３１から周方向に突出する形状であればどのような形状でも良い。図８（Ｂ）は角柱形状の補強突起４２を示し、図８（Ｃ）はＵ字形状の補強突起４２を示し、図８（Ｄ）はＴ字形状の補強突起４２を示す。補強突起４２が図８（Ｂ）から図８（Ｄ）の形状に形成される場合には、蓋部材２４の内面に形成される嵌合凹部４４はそれぞれの補強突起４２の断面形状に対応した形状に形成される。

空気ばね１６の膨張収縮室３６と空気室３７には外部から圧縮空気が供給され、空気ばね式サスペンション１３に組み込まれた状態のもとでは、図２に実線で示すようにダイヤフラム２１の折返部２１ａのうち長さＣ0の部分が筒壁２７の外周に重なった状態となっている。車両走行時には、膨張収縮室３６の収縮により内部の空気が圧縮されて、空気ばね１６は緩衝作用を生ずることになる。膨張収縮室３６には外部から圧縮空気を給排可能となっており、積載する貨物等の荷重に応じて膨張収縮室３６に圧縮空気を給排して車両姿勢を一定に保持することができる。積載荷重にかかわらず一定のサスペンションストロークを確保することにより、コイルばね等に比して、軽量でありながらばね定数を低く設定することができ、貨物の破損防止や乗り心地の向上などが可能となる。

図９（Ａ）〜（Ｄ）はピストン本体と蓋部材とを接合するための接合工程を示す概略図であり、図９を参照してピストン本体２３と蓋部材２４との接合方法について説明する。

ピストン本体２３と蓋部材２４はそれぞれ別個に射出成形等により樹脂材料を用いて予め成形される（準備工程）。準備工程において製造されたピストン本体２３は、図９（Ａ）に示すように、固定治具５１にセットされ、蓋部材２４は固定治具５２にセットされる（セット工程）。ここで、それぞれの固定治具５１，５２は図示しない把持機構等によってピストン本体２３と蓋部材２４とをそれぞれの中心軸がずれないように把持されるようになっている。

この状態のもとで、図９（Ａ）に示すように、対向するピストン本体２３と蓋部材２４との間に環状の加熱治具５３を配置する。ここで、この加熱治具５３には、例えば、電気抵抗加熱器等の加熱手段（図示せず）が内装されており、この加熱手段によって、加熱治具５３は、所定温度（合成樹脂材料の溶融温度）に設定されるようになっている。

次いで、図９（Ａ）に示す状態から図９（Ｂ）に示すように、図示しない駆動機構によって固定治具５１，５２を相互に近接するように駆動させる。この固定治具５１，５２の近接駆動によって、ピストン本体２３の環状の突き当て面３２と蓋部材２４の端面外周部の突き当て面３５が、加熱治具５３の加熱面にそれぞれ当接して、突き当て面３２，３５がそれぞれ溶融（軟化）する（接続部溶融工程）。

その後、図９（Ｃ）に矢印で示すように、駆動機構を駆動することによって、固定治具５１，５２を相互に離間させる。そして、ピストン本体２３と蓋部材２４とを離間させた後、図示しない駆動機構によって加熱治具５３を速やかに水平方向へ移動させ、引き続き図９（Ｄ）に矢印で示すように駆動機構を駆動することによって、固定治具５１，５２を再び相互に近接させる。そして、溶融または軟化された突き当て面３２と突き当て面３５を所定の押圧力で突合せ、ピストン本体２３と蓋部材２４とを接合する（溶融接合工程）。

このとき、リブ３１および補強突起４２の先端部は、嵌合凸部４３に嵌合しているので、ピストン本体２３は蓋部材２４に対して所定位置に自動的に位置決め（センタリング）されるようになっている。なお、ピストン本体２３と蓋部材２４は、接合部３８のみにより接続されており、リブ３１と蓋部材２４は接合されていない。これは、空気ばね１６が車体フレーム１０と支持部材１５との間で軸方向の荷重を受けて圧縮状態で使用されるので、必ずしもリブ３１と蓋部材２４とを接合させる必要がないためである。このため、例えば、空気ばね１６の取り外し後における分解を容易に行うことができ、樹脂材料のリサイクル性等に優れたものとなっている。ただし、上述したように、リブ３１の先端部と蓋部材２４とを同様の加熱手段によって溶融加熱するようにしても良い。

このとき、突き当て面３５を蓋部材２４の内面方向に突出させて設けている場合には、蓋部材２４の内面に設ける嵌合凹部４４の突き出し量を前記突き当て面３５の突き出し量よりも同等以下にすることで、加熱治具５２やピストン本体２３の嵌合時の移動を阻害し難いため好ましい。

次に、上述した空気ばね１６の動作について図２を参照しつつ説明する。図２においてはトラックへの積載荷重が適正積載量の範囲のもとでトラックが平坦路を走行しているときの折返部２１ａの位置が実線で示されている。このとき、折返部２１ａは接触範囲Ｃ0が筒壁２７の外周面に接触している。このような空気ばね１６の伸長状態のもとで、トラックが路面の凹凸部を通過すると、空気ばね１６は圧縮状態（バンプ）および伸長状態（リバウンド）となる。

大型トラックが路面の凸部を乗り上げる等して、空気ばね１６が圧縮されると、膨張収縮室３６および空気室３７内の空気が圧縮されて、膨張収縮室３６の容積が小さくなる。すると、ダイヤフラム２１の折返部２１ａが、ピストン２０の筒壁２７の外面を転動しつつ、例えば接触範囲Ｃ1で接触する。このとき、ピストン本体２３と蓋部材２４との接合部３８は、ダイヤフラム２１の折返部２１ａによって被覆された状態にあり、接合部３８は接触範囲Ｃ1の中にある。

ここで、例えば、大型トラックが凹凸の激しい未舗装路等の悪路を走行する等して空気ばね１６がさらに大きく圧縮され、膨張収縮室３６および空気室３７内の圧力が衝撃的に上昇するような場合においても、接合部３８は折返部２１ａによって被覆されて押さえつけられ、接合部３８を分離する方向に作用する高圧からピストン２０を保護できるようになっている。

一方、大型トラックが路面の凹部を通過する等して、空気ばね１６が伸長されると、膨張収縮室３６および空気室３７内の空気が膨張されて、その容積が大きくなる。すると、ダイヤフラム２１の折返部２１ａが、ピストン２０のピストン本体２３の筒壁２７の外面を転動しつつ、例えば接触範囲Ｃ2で接触するようになる。このとき、接合部３８は、上述と同様にダイヤフラム２１の折返部２１ａによって被覆された状態にあり、接合部３８は接触範囲Ｃ2の中にある。このように、空気ばね１６が路面の凹凸に応じて圧縮または伸長動作されるとともに、これに伴って図１に示すショックアブソーバ１７が伸縮することにより、走行車輪１１から車体フレーム１０への振動の伝播を緩和することができる。

以上のように、上述した空気ばね１６においては、樹脂製のピストン２０が有底筒状のピストン本体２３と、これに接合される蓋部材２４とにより形成されているので、ピストン２０の軽量化を図ることができる。ピストン本体２３と蓋部材２４は接合部３８により一体化されるとともに、ピストン本体２３に設けられたリブ３１の先端部が蓋部材２４の底面に当接するとともに嵌合凹部４４に嵌合するので、ピストン２０の剛性を高めることができる。これにより、膨張収縮室３６および空気室３７から外部への圧縮空気の漏洩を確実に抑制することができる。

また、ピストン本体２３の成形時にピストン本体２３の開口端２８側から型抜きを行うことにより、ピストン本体２３内に閉塞壁２６と筒壁２７とにより区画される大きな容積の空気室３７が形成されるので、空気室３７を形成するための後工程が不要となる。これにより、ピストン２０の製造工程を簡素化することができる。

また、上述した空気ばね１６は、ピストン本体２３と蓋部材２４との接合部３８がダイヤフラム２１の折返部２１ａで被覆されるので、接合部３８が外部に常時露出することを防止することができる。したがって、接合部３８が折返部２１ａによって保護されることになり、接合部３８の劣化を抑制することができる。さらに、筒壁２７の内面とボス部２５との間に放射状に延びる複数のリブ３１が設けられるとともに、リブ３１の先端が蓋部材２４の嵌合凹部４４に嵌合するので、ピストン本体２３の剛性が高くなり、ひいては、ピストン２０全体の剛性を高めることができる。

また、ピストン本体２３に蓋部材２４を接合する際には、リブ３１を蓋部材２４の嵌合凹部４４に嵌合させることによって、蓋部材２４をピストン本体２３に対して径方向所定位置に位置決めすることができるので、蓋部材２４をピストン本体２３に対して自動的にセンタリングさせることができ、組立て作業の効率化を図ることができる。さらに、ピストン本体２３と蓋部材２４をそれぞれの突き当て面３２，３５で突き当てた状態で融着して一体化するので、蓋部材２４とピストン本体２３との接合強度を向上させることができる。また、ピストン本体２３を、ピストン２０の外形容積に対する空気室容量が４０％以上となるように成形することができるので、十分な空気室容量を得て空気ばね１６のばね定数を低下させることができる。

図１０〜図１２はそれぞれ本発明の空気ばねにおけるピストン２０の変形例を示し、これらの図においては上述したピストンと同様の部材については同一の符号が付されており、重複した説明は省略する。

図１０（Ａ）は蓋部材２４の変形例の内面を示す斜視図であり、図１０（Ｂ）はピストン本体２３の変形例を示す斜視図である。図１０に示すように、リブ３１の外側部３１ａの先端には蓋部材２４に向けて突き当て面３２よりも部分的に突出する突出部３１ｃが設けられている。蓋部材２４の内面には突出部３１ｃが嵌合する嵌合凹部４４が形成されており、嵌合凹部４４は蓋部材２４の内面から取付筒部３４に向けて延びている。このように、リブ３１の突出部３１ｃを蓋部材２４の嵌合凹部４４に嵌合させることにより、ピストン２０の強度が高められる。このタイプのピストン２０においても、リブ３１の突出部３１ｃを蓋部材２４に対して溶接や接着剤により接合するようにすると、ピストン２０の強度をより高めることができる。図１０に示すピストン２０においても、リブ３１に補強突起４２を設けるようにしても良く、その場合には嵌合凹部４４は補強突起４２が嵌合する形状に形成される。なお、嵌合凸部４３を図４に示す場合と同様に蓋部材２４に設けるようにしても良い。

図１１（Ａ）は蓋部材２４の他の変形例を示す断面図であり、図１１（Ｂ）はピストン本体２３の他の変形例を示す断面図である。

蓋部材２４の外周部にはピストン本体２３に向けて突出する筒部３９が一体に設けられ、この筒部３９の端面がピストン本体２３の突き当て面３２に突き当てられる突き当て面３５となっている。このように、図１１に示すピストン２０の蓋部材２４は、フランジ部３３の内周部に図において上方に突出する取付筒部３４が設けられ、外周部に下方に突出する筒部３９が設けられている。

一方、ピストン本体２３に設けられたリブ３１はそれぞれ筒壁２７の突き当て面３２よりも蓋部材２４に向けて突出しており、それぞれのリブ３１の先端部が嵌合する嵌合凹部４４が蓋部材２４の内面に設けられた嵌合凸部４３により形成されている。さらに、ボス部２５内に組み込まれるナット部材３０はその外径が外方に向かうに従って小径となるように円錐台形状となっている。これにより、ナット部材３０のボス部２５に対する固定強度が高められ、ナット部材３０のボス部２５からの抜け（脱落）防止が高められている。図１１に示すピストン２０においても、突き当て面３２，３５相互の接合部３８は図２に示すダイヤフラム２１の折返部２１ａによって被覆可能になっており、接合部３８の劣化が抑制される。

図１１に示すピストン２０においても、上述したものと同様の作用効果を奏することができる。これに加え、蓋部材２４の外周部にはピストン本体２３に向けて延びる筒部３９を有するので、この筒部３９内に複数のリブ３１が入り込むとともにそれぞれの先端部が嵌合凹部４４に嵌合するので、蓋部材２４のピストン本体２３に対する径方向への剛性を高めることができる。

図１２（Ａ）は蓋部材２４のさらに他の変形例を示す断面図であり、図１２（Ｂ）はピストン本体２３のさらに他の変形例を示す断面図である。

図１２（Ａ）に示す蓋部材２４の内面外周部は蓋部材２４の底面と同一面となっており、外周部が突き当て面３５となっている。リブ３１の先端部のうち連通口３４ａに対応する部分は連通口３４ａに入り込むように突き当て面３２よりも突出しており、突出部３１ｃは蓋部材２４をピストン本体２３に接合すると、突出部３１ｃが取付筒部３４の内部に入り込み、接合時に蓋部材２４のピストン本体２３に対するセンタリングを容易に行うことができる。リブ３１の先端部のうち突出部３１ｃよりも径方向外方の部分は蓋部材２４に設けられた嵌合凹部４４に嵌合するようになっている。この場合には取付筒部３４の内周面に軸方向に延びる嵌合凹部を形成して突出部３１ｃの径方向端部を嵌合凹部に嵌合させるようにすると、ピストン２０の強度をより高めることができる。

このピストン２０においても、それぞれの突き当て面３２，３５からなる接合部３８が図２に示すダイヤフラム２１の折返部２１ａによって被覆されるので、接合部３８の劣化が抑制される。なお、図１２に示すナット部材３０は、図１１に示したナット部材３０と同一の構造となっている。

図１２に示すピストン２０においても、上述したものと同様の作用効果を奏することができる。これに加え、突出部３１ｃを取付筒部３４の内部に入り込ませるようにしたので、ピストン２０の強度をより高めることができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなくその要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、実施の形態においては空気ばねはトラックの懸架ばねとして適用されているが、バスや鉄道車両および建設機械の懸架装置としてもこの空気ばねを適用するようにしても良い。また、補強突起４２をリブ３１に対して取付筒部３４に対応する位置に設けることなく、それよりも径方向外方の位置に設けるようにしても良い。また、空気ばね１６を上下逆転させて車体フレーム１０にピストン２０を取り付けて連結プレート１８を支持部材１５に取り付けるようにしても良い。

トラックに装着された空気ばね式サスペンションを示す概略図である。 本発明の一実施の形態である空気ばねの断面図である。 空気ばねのピストン本体を示す斜視図である。 ピストン本体に固定される蓋部材の内面を示す斜視図である。 （Ａ）はピストンの平面図であり、（Ｂ）はピストンの底面図である。 図５のＡ−Ａ線断面図である。 図６のＢ−Ｂ線断面図である。 （Ａ）は図２におけるＣ−Ｃ線拡大断面図であり、（Ｂ）〜（Ｄ）は補強突起の変形例における（Ａ）と同様の部分を示す断面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）はピストン本体と蓋部材との接合工程を示す概略図である。 （Ａ）は蓋部材の変形例の内面を示す斜視図であり、（Ｂ）はピストン本体の変形例を示す斜視図である。 （Ａ）は蓋部材の他の変形例を示す断面図であり、（Ｂ）はピストン本体の他の変形例を示す断面図である。 （Ａ）は蓋部材のさらに他の変形例を示す断面図であり、（Ｂ）はピストン本体のさらに他の変形例を示す断面図である。

符号の説明

１０ 車体フレーム（上側部材）
１２ 車軸
１３ 空気ばね式サスペンション
１５ 支持部材（下側部材）
１８ 連結プレート
２０ ピストン
２１ ダイヤフラム（筒状弾性体）
２１ａ 折返部
２３ ピストン本体
２４ 蓋部材
２５ ボス部
２６ 閉塞壁
２７ 筒壁
２８ 開口端
３１ リブ
３３ フランジ部
３４ 取付筒部
３４ａ 連通口
３６ 膨張収縮室
３７ 空気室
４２ 補強突起
４３ 嵌合凸部（嵌合部）
４４ 嵌合凹部（嵌合部）

Claims (7)

1. 上側部材と当該上側部材の下方に配置される下側部材との間に装着され、前記下側部材から前記上側部材に伝播される振動を緩和する空気ばねであって、
   前記上側部材と前記下側部材の一方に取り付けられるボス部が設けられた閉塞壁および当該閉塞壁から軸方向に延びる筒壁を有し、先端に開口端が設けられた樹脂製のピストン本体と、
   取付筒部を備え、前記ピストン本体の開口端に接合されて内部に空気室を備えたピストンを形成する樹脂製の蓋部材と、
   前記上側部材と前記下側部材の他方に取り付けられる連結プレートに一端部が固定される一方、前記筒壁の外側を覆う折返部を介して他端部が前記取付筒部に固定され、内部に前記空気室に連通する膨張収縮室を形成する筒状弾性膜とを有し、
   それぞれ前記閉塞壁から前記蓋部材に向けて軸方向に延びるとともに前記筒壁から前記ボス部に向けて径方向に延びる複数のリブを前記ピストン本体に放射線状に一体に形成し、前記蓋部材の内面に前記リブの端部に嵌合する嵌合部を形成することを特徴とする空気ばね。
2. 請求項１記載の空気ばねにおいて、前記リブに軸方向に延びる補強突起を設けることを特徴とする空気ばね。
3. 請求項２記載の空気ばねにおいて、前記補強突起を前記リブの径方向内方側に設けることを特徴とする空気ばね。
4. 請求項２または３記載の空気ばねにおいて、前記補強突起を前記取付筒部に対応させて設けることを特徴とする空気ばね。
5. 請求項２〜４のいずれか１項に記載の空気ばねにおいて、前記補強突起の軸方向端部に接合される前記嵌合部を前記蓋部材に設けることを特徴とする空気ばね。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の空気ばねにおいて、前記嵌合部を前記蓋部材の内面に前記ピストン本体内に突出させて設けることを特徴とする空気ばね。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の空気ばねにおいて、前記嵌合部と前記リブの端部とを溶接により接合することを特徴とする空気ばね。

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