JP2013217460A - 空気ばね - Google Patents

Abstract

【課題】ストッパの弾性を有効に発現させることにより、デフレート時のクッション性を向上させることが可能な空気ばねを提供する。
【解決手段】空気ばね１は、外筒１１と、下面板１２と、ダイアフラム１３と、ゴム下板１５と、内臓ストッパ１６と、ストッパ金具１７とを備えている。下面板１２の外筒１１に対向する第２対向面１２ａ上には、主荷重方向に沿った方向に突出し、主荷重方向に垂直な方向においてストッパ金具１７に対向するガイド部１２ｂが形成されている。ストッパ金具１７のガイド部１２ｂに対向するストッパ外面１７ａおよびガイド部１２ｂのストッパ金具１７に対向するガイド内面１２ｃの少なくともいずれか一は、動摩擦係数が低減された面となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気ばねに関するものであり、より特定的には、ストッパの弾性を有効に発現させることにより、デフレート時のクッション性を向上させることが可能な空気ばねに関するものである。

鉄道車両などにおいては、車両走行時に車体に負荷される衝撃や振動を軽減するため、車体と台車との間に空気ばねが配置される。空気ばねとしては、図８および図９を参照して、外筒１１０と、その下方に配置される下面板１２０と、外筒１１０と下面板１２０とを接続するように配置されるゴム製のダイヤフラム１３０と、下面板１２０の下方に位置する積層ゴム１４０と、積層ゴム１４０の下方に位置する積層ゴム下板１５０とを主に備えるボルスタレス空気ばね１００がよく知られている。また、パンク状態などのデフレート状態において良好なクッション性を確保するなどの目的から、外筒と下面板との間にゴムなどからなるストッパが配置された空気ばねも提案されている（たとえば、特許文献１〜８参照）。

特開２００３−２５４３７８号公報 特開２００７−１２７２６４号公報 特開２００３−２９４０７３号公報 特開２００９−２２２１９７号公報 特開２００９−５２６０４号公報 特開２０１０−１６９１７８号公報 特開２００８−３０２９０２号公報 特開２００８−３０２８４５号公報

特許文献１〜８にて提案されている空気ばねでは、デフレート状態においてストッパの上部に接触して配置されるストッパ金具が主荷重方向に変位（下降）する際、ストッパ金具に対して主荷重方向に垂直な方向において対向する他の構成部材と当該ストッパ金具とが接触する場合がある。この場合、ストッパ金具が当該他の構成部材との接触に起因した摩擦抵抗を受け、当該摩擦抵抗の影響によりストッパ金具の主荷重方向における滑らかな変位が阻害される可能性がある。これにより、ストッパ金具の下部に接触して配置されるストッパが有するバネ定数（弾性）を十分に発現させることができず、結果としてデフレート状態における良好なクッション性を確保することが困難になるという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ストッパの弾性を有効に発現させることにより、デフレート時のクッション性を向上させることが可能な空気ばねを提供することである。

本発明の空気ばねは、第１支持部材と、第１支持部材から見て主荷重方向に間隔をおいて配置される第２支持部材と、第１支持部材と第２支持部材とを接続することにより閉鎖空間を形成し、弾性変形可能なダイアフラムと、第２支持部材から見て第１支持部材とは反対側に配置される第３支持部材と、第１支持部材の第２支持部材に対向する側の面である第１対向面、第２支持部材の第１支持部材に対向する側の面である第２対向面、または第３支持部材の第１支持部材に対向する側の面である第３対向面のいずれかの面であるストッパ支持面上に配置され、弾性変形可能なストッパと、ストッパから見て第２ストッパ支持面側とは反対側に配置される第４支持部材とを備えている。第１対向面または第２対向面上には、主荷重方向に沿った方向に突出し、主荷重方向に垂直な方向において第４支持部材に対向するガイド部が形成されている。第４支持部材のガイド部に対向する面およびガイド部の第４支持部材に対向する面の少なくともいずれか一は、動摩擦係数が低減された面となっている。

本発明の空気ばねにおいて、第４支持部材のガイド部に対向する面およびガイド部の第４支持部材に対向する面の少なくともいずれか一は、動摩擦係数が低減された面となっている。そのため、デフレート状態において第４支持部材がガイド部と接触しつつ主荷重方向に変位する場合、第４支持部材がガイド部との接触により受ける摩擦抵抗が抑制される。これにより、動摩擦係数が低減されていない場合に比べて、第４支持部材が主荷重方向により滑らかに変位することができる。その結果、第４支持部材が配置されるストッパが有する弾性を十分に発現させることができる。したがって、本発明の空気ばねによれば、ストッパの弾性を有効に発現させることにより、デフレート時のクッション性を向上させることが可能な空気ばねを提供することができる。

上記空気ばねにおいて、第４支持部材は、主荷重方向に垂直な方向においてガイド部に対して間隔をおいて配置されていてもよい。

これにより、第４支持部材が主荷重方向に変位する場合に、第４支持部材とガイド部との接触を抑制することができる。その結果、第４支持部材を主荷重方向においてさらに滑らかに変位させることができる。

上記空気ばねにおいて、第４支持部材のガイド部に対向する面およびガイド部の第４支持部材に対向する面の少なくともいずれか一には、滑り部材が配置されていてもよい。

これにより、第４支持部材がガイド部と接触しつつ主荷重方向に変位する場合に、第４支持部材がガイド部との接触により受ける摩擦抵抗をより効果的に抑制することができる。その結果、第４支持部材を主荷重方向において一層滑らかに変位させることができる。

上記空気ばねにおいて、ガイド部は、第４支持部材の外周面に対向するように第１対向面または第２対向面上に形成されていてもよい。また、ガイド部は、第４支持部材の内周面に対向するように第１対向面または第２対向面上に形成されていてもよい。このように、上記空気ばねにおいては、デフレート時のクッション性を向上させるためにより簡易な構造を採用することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明の空気ばねによれば、ストッパの弾性を有効に発現させることにより、デフレート時のクッション性を向上させることが可能な空気ばねを提供することができる。

空気ばねの構造を示す概略断面図である。 空気ばねの動作を説明するための概略断面図である。 空気ばねの構造を示す概略断面図である。 空気ばねの構造を示す概略断面図である。 実施の形態２の空気ばねの構造を示す概略断面図である。 空気ばねの構造を示す概略断面図である。 空気ばねの構造を示す概略断面図である。 従来の空気ばねの構造を示す概略断面図である。 従来の空気ばねの構造を示す概略断面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

（実施の形態１）
はじめに、本発明の一実施の形態である実施の形態１について説明する。まず、本実施の形態の空気ばね１の構造について説明する。図１を参照して、空気ばね１は、第１支持部材としての外筒１１と、第２支持部材としての下面板１２と、ダイアフラム１３と、外部ストッパ１４と、第３支持部材としてのゴム下板１５と、内蔵ストッパ１６と、第４支持部材としてのストッパ部材１７とを主に備えている。

外筒１１の軸線（中心軸）Ｐを含む領域には、軸線Ｐに沿って下面板１２側とは反対側に突出する車体側スピゴット１１ａが形成されている。車体側スピゴット１１ａの外周部には、Ｏリング１１ｂが取り付けられている。外筒１１は、車体側スピゴット１１ａを介して車体側（図示しない）に接続される。

下面板１２は、外筒１１と共に軸線Ｐを共有するように、外筒１１から見て主荷重方向に間隔をおいて配置されている。下面板１２の外筒１１に対向する第２対向面１２ａ上には、主荷重方向に沿った方向に突出し、主荷重方向に垂直な方向においてストッパ部材１７に対向するガイド部１２ｂが形成されている。また図１に示すように、本実施の形態では、ガイド部１２ｂは、ストッパ部材１７の外周面に対向するように第２対向面１２ａ上に形成されている。

ダイアフラム１３は、外筒１１と下面板１２とを接続することにより閉鎖空間を形成する。具体的には、ダイアフラム１３の両端は、外筒１１および下面板１２によりそれぞれ支持される。これにより、ダイアフラム１３、外筒１１および下面板１２は、閉鎖空間Ｓを形成する。また、ダイアフラム１３は、たとえばゴムなどからなり、弾性変形可能となっている。

外部ストッパ１４は、下面板１２から見て外筒１１側とは反対側に配置されている。外部ストッパ１４は、金属などからなる硬質層１４ａおよびゴムなどからなる弾性層１４ｂを複数有し、たとえば硬質層１４ａと弾性層１４ｂとが主荷重方向において交互に積層された構造を有している。外部ストッパ１４は、複数の弾性層１４ｂを有することにより、弾性変形が可能となっている。また、外部ストッパ１４の軸線Ｐを含む領域には中空部が形成されている。

ゴム下板１５は、外筒１１および下面板１２と共に軸線Ｐを共有するように、下面板１２から見て外筒１１とは反対側に、具体的には外部ストッパ１４の下方に配置されている。ゴム下板１５の軸線Ｐの付近には、軸線Ｐに沿って外部ストッパ１４側とは反対側に突出する台車側スピゴット１５ａが形成されている。すなわち、ゴム下板１５には、軸線Ｐを中心軸として突出する小径部としての台車側スピゴット１５ａが取り付けられている。台車側スピゴット１５ａの外周部には、Ｏリング１５ｂが取り付けられている。ゴム下板１５は、台車側スピゴット１５ａを介して、台車（図示しない）側に接続される。そして、空気ばね１は、ゴム下板１５の支持面１５ｃにおいて、車体（図示しない）を台車（図示しない）に対して支持する。

内蔵ストッパ１６は、下面板１２の外筒１１に対向する第２対向面１２ａ上に配置されている。内蔵ストッパ１６は、たとえば軸線Ｐを中心とした円筒形状を有している。また、内蔵ストッパ１６の軸線Ｐを含む領域には、中空部が形成されている。内蔵ストッパ１６は、たとえば塊状のゴムなどからなり、弾性変形が可能となっている。内蔵ストッパ１６のバネ定数は特に限定されるものではなく、外部ストッパ１４のバネ定数より大きくてもよく、また小さくてもよく、また同じであってもよい。

ストッパ部材１７は、軸線Ｐを中心とした円筒形状を有し、内蔵ストッパ１６から見て第２対向面１２ａ側とは反対側に配置されている。ストッパ部材１７の軸線Ｐを含む領域には、ストッパ部材１７の厚み方向に貫通する中空部が形成されている。ストッパ部材１７は、たとえば金属からなっていてもよいし、また樹脂からなっていてもよい。

また、ストッパ部材１７は、主荷重方向に垂直な方向において、第２対向面１２ａ上に形成されたガイド部１２ｂと対向するように、すなわち当該方向においてオーバーラップするように配置されている。より具体的には、ストッパ部材１７のガイド部１２ｂに対向する外周面であるストッパ外面１７ａと、ガイド部１２ｂのストッパ部材１７に対向する内周面であるガイド内面１２ｃとが主荷重方向に垂直な方向において対向し、かつこれらの面は主荷重方向において互いに沿うように形成されている。また、ストッパ外面１７ａおよびガイド内面１２ｃの少なくとも一の面、すなわちストッパ外面１７ａおよびガイド内面１２ｃのうち両面または一方の面は、たとえば表面コートなどが施されて動摩擦係数が低減された面となっている。ここで、動摩擦係数が低減された面とは、たとえば他の領域に比べて表面粗さがより低減された領域などを意味する。

次に、本実施の形態の空気ばね１の動作について説明する。図１を参照して、ダイアフラム１３の内側に形成される閉鎖空間Ｓ内において所定の圧力が保持されたインフレート状態では、車両走行時に台車（図示しない）側より加えられる衝撃や振動は、ダイアフラム１３の弾性変形により緩和される。一方、図２を参照して、閉鎖空間Ｓ内の圧力が低下した状態、たとえばパンク状態であるデフレート状態においては、外筒１１が下面板１２側へ下降し、外筒１１とストッパ部材１７とが当接した状態となる。そして、外筒１１がさらに下降し、外筒１１と当接したストッパ部材１７は、水平方向からの荷重（衝撃や振動）を受けることにより、ガイド部１２ｂと接触しつつ下降する。これにより、ストッパ部材１７の下方に配置された内蔵ストッパ１６が、そのバネ定数に対応する量だけ圧縮される。ここで、空気ばね１では、ストッパ外面１７ａおよびガイド内面１２ｃのうち両面または一方の面が、動摩擦係数が低減された面となっている。そのため、上述のようにストッパ部材１７がガイド部１２ｂと接触しつつ下降する際、ストッパ部材１７がガイド部１２ｂとの接触により受ける摩擦抵抗が抑制される。

このように、本実施の形態の空気ばね１において、ストッパ外面１７ａおよびガイド内面１２ｃの少なくともいずれか一は、表面コートなどが施されて動摩擦係数が低減された面となっている。そのため、たとえば車体がローリングした場合のように、空気ばねに対して不均一な荷重（主荷重方向とは異なる方向からの荷重）が負荷されて、ストッパ部材１７がガイド部１２ｂと接触しつつ主荷重方向に変位（下降）する場合、ストッパ部材１７がガイド部１２ｂとの接触により受ける摩擦抵抗が抑制される。これにより、ストッパ外面１７ａやガイド内面１２ｃの動摩擦係数が低減されていない場合に比べて、ストッパ部材１７が主荷重方向により滑らかに変位することができる。その結果、ストッパ部材１７に接触して配置される内蔵ストッパ１６が有する弾性（バネ定数）を十分に発現させることができる。したがって、本実施の形態の空気ばね１によれば、ストッパの弾性を有効に発現させることにより、デフレート時のクッション性を向上させることができる。

また、空気ばね１のように、ストッパ部材１７は、主荷重方向に垂直な方向においてガイド部１２ｂに対して間隔を置いて配置されていてもよいが、本発明の空気ばねはこれに限られるものではない。すなわち、ストッパ部材１７は、ストッパ外面１７ａにおいてガイド部１２ｂのガイド内面１２ｃと接触するように配置されていてもよい。なお、空気ばね１のように、ストッパ部材１７をガイド部１２ｂに対して間隔を置いて配置することにより、ストッパ部材１７が主荷重方向に変位する場合において、ストッパ部材１７とガイド部１２ｂとの接触を抑制することができる。その結果、ストッパ部材１７を主荷重方向においてさらに滑らかに変位させることができる。

また、図３を参照して、空気ばね１において、ストッパ部材１７の外周部を含む領域には、内蔵ストッパ１６が配置された第２対向面１２ａ側に接近するように突出した屈曲部１７ｂが形成されていてもよい。この場合、ストッパ部材１７は、屈曲部１７ｂにおいてガイド部１２ｂに対して主荷重方向に垂直な方向に対向していてもよい。また、屈曲部１７ｂは、ガイド部１２ｂに沿って突出するように形成されていてもよい。

また、図４を参照して、空気ばね１において、ストッパ部材１７のガイド部１２ｂに対向する面であるストッパ外面１７ａおよびガイド部１２ｂのストッパ部材１７に対向する面であるガイド内面１２ｃの少なくともいずれか一には、すなわちストッパ外面１７ａおよびガイド内面１２ｃの両方または一方には、低摩擦材からなる滑り部材１７ｃ，１２ｄが配置されていてもよい。より具体的には、ストッパ部材１７およびガイド部１２ｂの少なくともいずれか一の上には滑り部材１７ｃ，１２ｄが配置されており、当該滑り部材１７ｃ，１２ｄの表面上が動摩擦係数が低減された面となっていてもよい。これにより、ストッパ部材１７がガイド部１２ｂと接触しつつ主荷重方向に変位する場合に、ストッパ部材１７がガイド部１２ｂとの接触により受ける摩擦抵抗をより効果的に抑制することができる。その結果、ストッパ部材１７を主荷重方向において一層滑らかに変位させることができる。

また、外部ストッパ１４は、本発明の空気ばねにおいて必須の構成ではないが、これを備えることによりデフレート時のクッション性をさらに向上させることができる。また、外部ストッパ１４は、複数の硬質層１４ａおよび弾性層１４ｂが主荷重方向において交互に積層された構造を有していてもよいが、これに限られるものではない。すなわち、外部ストッパ１４は弾性変形可能であればよく、たとえば軸線Ｐを含む領域に中空部を有するストッパ支持部材（図示しない）の外周部に軸線Ｐを中心とした円錐面を有する塊状のゴムからなる弾性層（図示しない）が配置された構造を有していもよい。また、たとえば当該ストッパ支持部材の外周部に複数の硬質層および弾性層が軸線Ｐを中心とした円錐面を形成するように交互に積層された構造を有していてもよい。また、たとえば塊状のゴムなどからなっていてもよい。

また、空気ばね１において、内蔵ストッパ１６は、塊状のゴムからなっていてもよいが、これに限られるものではない。すなわち、内蔵ストッパ１６は、弾性変形可能であればよく、たとえば金属などからなる硬質層およびゴムなどからなる弾性層を複数有し、硬質層と弾性層とが主荷重方向において交互に積層された構造を有していてもよい。また、たとえば軸線Ｐを含む領域に中空部を有する支持部材（図示しない）の外周部に軸線Ｐを中心とした円錐面を有する塊状のゴムからなる弾性層（図示しない）が配置された構造を有していもよい。また、たとえば当該支持部材の外周部に複数の硬質層および弾性層が軸線Ｐを中心とした円錐面を形成するように交互に積層された構造を有していてもよい。

また、空気ばね１において、ストッパ部材１７は、内蔵ストッパ１６が主荷重方向において予め圧縮された状態が維持されるように配置されていてもよい。

（実施の形態２）
次に、本発明の他の実施の形態である実施の形態２について説明する。本実施の形態の空気ばね２は、基本的には上記実施の形態１の空気ばね１と同様の構成を有し、かつ同様の効果を奏する。しかし、本実施の形態の空気ばね２は、ストッパ部材およびガイド部の構造において、上記実施の形態１の空気ばね１とは異なっている。

図５を参照して、空気ばね２では、空気ばね１と同様に、下面板２２の外筒２１に対向する第２対向面２２ａ上には、主荷重方向に沿った方向に突出し、主荷重方向に垂直な方向においてストッパ部材２７に対向するガイド部２２ｂが形成されている。ここで、本実施の形態では、ガイド部２２ｂは、ストッパ部材２７の内周面に対向するように第２対向面２２ａ上に形成されている。

ストッパ部材２７は、主荷重方向に垂直な方向においてガイド部２２ｂに対向するように配置されている。より具体的には、ストッパ部材２７の内周面であってガイド部２２ｂに対向する面であるストッパ内面２７ｂと、ガイド部２２ｂの外周面であってストッパ部材２７に対向する面であるガイド外面２２ｃとが主荷重方向に垂直な方向において対向している。また、ストッパ内面２７ａおよびガイド外面２２ｃの少なくとも一の面、すなわちストッパ内面２７ａおよびガイド外面２２ｃのうち両面または一方の面は、実施の形態１と同様に、動摩擦係数が低減された面となっている。

このように、本実施の形態の空気ばね２では、ガイド部２２ｂが、ストッパ部材２７の内周面に対向するように第２対向面２２ａ上に形成されているという点において実施の形態１の空気ばね１とその構造が異なる一方、空気ばね１と同様に、ガイド部２２ｂとストッパ部材２７とが主荷重方向に垂直な方向において互いに対向し、またストッパ内面２７ａおよびガイド外面２２ｃの少なくともいずれか一は、動摩擦係数が低減された面となっている。したがって、本実施の形態の空気ばね２によれば、実施の形態１の空気ばね１と同様に、ストッパの弾性を有効に発現させることにより、デフレート時のクッション性を向上させることができる。

また、上記実施の形態１および２では、内蔵ストッパ１６，２６が、第２対向面１２ａ，２２ａ上に配置される場合について説明したが、本発明の空気ばねはこれに限られるものではない。すなわち、本発明の空気ばねは、図６に示すように内蔵ストッパ３６が外筒３１の下面板３２に対向する面である第１対向面３１ｃ上に配置された空気ばね３であってもよい。空気ばね３においては、ガイド部３１ｅは、外筒３１の下面板３２に対向する面である第１対向面３１ｃ上に形成される。また、本発明の空気ばねは、図７に示すようにゴム下板４５の外筒４１に対向する面である第３対向面４５ｃ上に内蔵ストッパ４６が配置された空気ばね４であってよい。空気ばね４においては、内蔵ストッパ４６が主荷重方向において下面板４２によりも上側に位置するように配置されている。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の空気ばねは、ストッパの弾性を有効に発現させることにより、デフレート時のクッション性を向上させることが要求される空気ばねにおいて、特に有利に適用され得る。

１，２，３，４ 空気ばね、１１，３１，４１ 外筒、１１ａ 車体側スピゴット、１１ｂ，１５ｂ Ｏリング、１２，２２，３２，４２ 下面板、１２ａ，２２ａ 第２対向面、１２ｂ，２２ｂ，３１ｅ ガイド部、１２ｃ ガイド内面、１３ ダイアフラム、１４ 外部ストッパ、１４ａ 硬質層、１４ｂ 弾性層、１５，４５ ゴム下板、１５ａ 台車側スピゴット、１５ｂ Ｏリング、１５ｃ 支持面、１６，２６，３６，４６ 内臓ストッパ、１７，２７ ストッパ部材、１７ａ ストッパ外面、１７ｂ，２７ｂ 屈曲部、１７ｃ，１２ｄ 滑り部材、２２ｃ ガイド外面、２７ａ ストッパ内面、３１ｃ 第１対向面、４５ｃ 第３対向面。

Claims (5)

1. 第１支持部材と、
   前記第１支持部材から見て主荷重方向に間隔をおいて配置される第２支持部材と、
   前記第１支持部材と前記第２支持部材とを接続することにより閉鎖空間を形成し、弾性変形可能なダイアフラムと、
   前記第２支持部材から見て前記第１支持部材とは反対側に配置される第３支持部材と、
   前記第１支持部材の前記第２支持部材に対向する側の面である第１対向面、前記第２支持部材の前記第１支持部材に対向する側の面である第２対向面、または前記第３支持部材の前記第１支持部材に対向する側の面である第３対向面のいずれかの面であるストッパ支持面上に配置され、弾性変形可能なストッパと、
   前記ストッパから見て前記ストッパ支持面側とは反対側に配置される第４支持部材とを備え、
   前記第１対向面または前記第２対向面上には、前記主荷重方向に沿った方向に突出し、前記主荷重方向に垂直な方向において前記第４支持部材に対向するガイド部が形成されており、
   前記第４支持部材の前記ガイド部に対向する面および前記ガイド部の前記第４支持部材に対向する面の少なくともいずれか一は、動摩擦係数が低減された面となっている、空気ばね。
2. 前記第４支持部材は、前記主荷重方向に垂直な方向において前記ガイド部に対して間隔をおいて配置されている、請求項１に記載の空気ばね。
3. 前記第４支持部材の前記ガイド部に対向する前記面および前記ガイド部の前記第４支持部材に対向する前記面の少なくともいずれか一には、滑り部材が配置されている、請求項１または２に記載の空気ばね。
4. 前記ガイド部は、前記第４支持部材の外周面に対向するように前記第１対向面または前記第２対向面上に形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気ばね。
5. 前記ガイド部は、前記第４支持部材の内周面に対向するように前記第１対向面または前記第２対向面上に形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気ばね。

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