TW201328922A - 車輛用空氣彈簧及使用該空氣彈簧之台車 - Google Patents

Abstract

本發明之課題，係對併用分別具有彈性之外部止動器與內部止動器之空氣彈簧，進一步降低全高及確保收縮時之良好彈簧特性。於薄膜4之內側設內部止動器6，使形成於內筒3之凹部8進入外部止動器5內側而對外部止動器5於高度方向重疊長度L之空氣彈簧，於一實施態樣中，使前述凹部8具備下端漸細之圓錐形之周壁8-1與底壁8-2，於按壓板7係使下端漸細圓錐形之荷重施加面9a垂下設置，進一步的，做為前述內部止動器6，設置下端漸細圓錐形之準剪斷型止動器，將此準剪斷型之內部止動器6之內徑面fi固定於荷重施加面9a、外徑面fo固定於前述周壁8-1之內面。

Description

車輛用空氣彈簧及使用該空氣彈簧之台車

本發明係關於車輛用空氣彈簧，特別是關於膨脹時(封入有空氣之正常時)、收縮時(所謂漏氣時)之彈簧特性優異，亦可圖較習知品更為小型化之空氣彈簧與使用該空氣彈簧之台車。

做為鐵道車輛用之懸吊而採用之空氣彈簧，係做為二次彈簧設置於車輛之台車與車體之間。於此空氣彈簧有帶承樑台車用與無承樑台車用。

在此等空氣彈簧中，有揭示於下述專利文獻1者。專利文獻1之空氣彈簧具有於台車側安裝之內筒、於車體側安裝之外筒、於該內筒與外筒間設置且將空氣封入之薄膜，另外，具有分別具有彈性之外部止動器與內部止動器。

外部止動器與內部止動器多使用將橡膠層與補強板彼此重疊之積層橡膠形成者。外部止動器為大致圓筒狀，支持具備薄膜之空氣彈簧之內筒。此外，內部止動器係設置於薄膜之內側，於收縮時支持外筒。

於收縮時外筒搭載於內部止動器上，進行透過內部止動器與外部止動器之荷重(車體重量)支持。

藉此，因收縮之薄膜造成之緩衝性能喪失藉由內部止動器之彈簧特性加以彌補，於收縮時亦確保車輛之行進安全性與不快感較少之搭乘感。

上述構造之空氣彈簧因具備外部止動器與內部止動器兩者而有高度尺寸變大之傾向。

做為該問題之對策，專利文獻1之空氣彈簧，如圖4所示，於內筒之中央部設向下凹之凹部並使該凹部進入外部止動器之內部，於該凹部上安裝內部止動器。藉此，使外部止動器與內部止動器於高度方向部分重疊而可將全高(全體之高度尺寸)縮短。

專利文獻1：特開2002-206582號公報

於前述專利文獻1之空氣彈簧中，在為了進一步降低內部止動器之彈簧常數而使內部止動器之高度増大之場合，若欲至少維持全高，會使外部止動器與內部止動器之重疊量増大。

膨脹時，空氣彈簧於水平方向變位時，外部止動器係彈性變形並承擔輔助薄膜之水平運動之任務。此時，有必要使已傾斜之外部止動器不與安裝內部止動器之內筒之凹部干涉。然而，若為了迴避與外部止動器之干涉而使凹部較小，將使內部止動器之之外徑變小而無法充分確保內部止動器之受壓面積。

本發明之課題係對併用分別具有彈性之外部止動器與內部止動器之空氣彈簧，進一步降低全高及確保收縮時之良好彈簧特性。

為了解決上述課題，本發明之車輛用空氣彈簧係一種車輛用空氣彈簧，具備車體側之外筒、比前述外筒下方之內筒、配置於前述外筒與前述內筒之間之薄膜、支持前述內筒之具有彈簧特性之筒狀之外部止動器、以前述內筒支持之具有彈簧特性之內部止動器，前述內筒具有在前述外部止動器之內側對該外部止動器於高度方向重疊並支持前述內部止動器之一端面之下端變細之傾斜支持壁，進一步具備固定前述內部止動器之另一端面且夾著前述內部止動器與前述傾斜支持壁對向之下端變細之傾斜固定壁。

於此車輛用空氣彈簧，由於前述內筒係以前述傾斜支持壁支持前述內部止動器，故即使空氣彈簧之水平變位使前述外部止動器傾斜，亦可避免前述傾斜支持壁與前述外部止動器之干涉，確保前述內部止動器之支持面積。藉由確保前述內部止動器之受壓面積及體積，於收縮時亦可適當承受前述空氣彈簧之搭載荷重。此外，在前述傾斜支持壁與前述傾斜固定壁之間固定之前述內部止動器係作用為準剪斷型止動器，於收縮時亦可獲得良好之彈簧特性。

於一實施形態中，做為前述內部止動器係使用承受車輛而引起剪斷變形之下端漸細圓錐形之準剪斷型之止動器，將此準剪斷型之內部止動器之一端面(外徑面)固定於前述傾斜支持壁，將前述內部止動器之另一端面(內徑面)固定於前述傾斜固定壁。

前述內筒可具有前述傾斜支持壁、從前述傾斜支持壁之底部往內側(中心方向)延伸之補強壁。

此內部止動器較佳係設於前述凹部之周壁內面大致全範圍。

本發明亦提供一種台車，於安裝有車軸與車輪之台車架上做為懸吊而設置上述本發明之空氣彈簧。

在車輛中引起準剪斷變形而產生緩衝效果之空氣彈簧用之準剪斷型止動器，係前述專利文獻1之圖4中亦顯示之周知之緩衝材。本發明之空氣彈簧係做為內部止動器而使用該準剪斷型之止動器，故於凹部之周壁與內部止動器之間不必設置用來容許內部止動器之水平方向彈性變形之空間。因此，可無浪費地利用內筒之內部空間。

此外，由於使該準剪斷型之內部止動器呈下端漸細之圓錐形狀，故可使設於內筒凹部之周壁呈下端漸細之圓錐形狀，並於該周壁與外部止動器之間確保用來容許外部止動器之水平方向彈性變形之下端變寬之空間。

此外，藉由採用準剪斷型之內部止動器，亦可緩和前述凹部周壁之傾斜角θ之限制，使該傾斜角θ充分大。藉此，無需使從凹部底壁至外部止動器之下面板之距離増大，即可使外部止動器之水平方向彈性變形之容許量増大，故能進一步降低全高、確保收縮時良好之彈簧特性。

此外，由於本發明之台車係採用進一步降低全高與可確保收縮時良好彈簧特性之空氣彈簧，故能因應加大車輪直徑之要求、以及提高收縮時行進安全性之要求，有助於車輛之高速化。

以下，基於圖式之圖1～圖3及圖5～圖6說明本發明之車輛用空氣彈簧與台車之實施形態。於圖1顯示之車輛用空氣彈簧1係組合外筒2、內筒3、薄膜4、外部止動器5、內部止動器6、按壓板7而構成。

外筒2係將具有給排氣用空氣出入口2b之支軸2c設於覆蓋薄膜4上部之上面板2a中心的構件，此外筒2係安裝於車體20。

於該外筒2與內筒3間配置薄膜4。往此薄膜4之內部導入壓縮空氣並於膨脹時發揮氣墊效果。

外部止動器5係引起壓縮變形之壓縮型緩衝材。圖示之外部止動器5，係將環狀之橡膠層5a-1與補強板5a-2彼此重疊之大致圓筒狀之積層橡膠5a與下面板5b加以組合而構成，以具有空氣出入口5c之支軸5d為中心垂下設置之前述下面板5b，則安裝於車輛之台車10。於此外部止動器5之上端固定內筒3，且該內筒3之支持以外部止動器5進行。空氣出入口2b、5c係透過後述設於內筒3之凹部8之底壁8-2與中空錐狀體9之孔而連通。

另外，外部止動器5之性能係被定為在承受最大想定荷重之狀態下，內筒3不致疊至下面板5b上。

內筒3於中央具備向下凹之凹部8。該凹部8具備下端漸細之周壁(傾斜支持壁)8-1與底壁(補強壁)8-2，於此凹部之周壁8-1上設置內部止動器6並以內筒3支持內部止動器6。

內部止動器6係會對垂直加重(來自上方之荷重)產生剪斷變形之準剪斷型緩衝材。此內部止動器6之彈簧常數設定為較外部止動器5小。此外，可於收縮時將按壓板7保持於懸浮位置。圖示之內部止動器6，雖係以圓錐狀橡膠層6a-1與圓錐狀補強板6a-2彼此重疊之積層橡膠6a構成，但如圖2所示，亦可以單一之橡膠塊構成。

此內部止動器6係呈下端漸細圓錐形狀並將傾斜之外徑面fo接於凹部8之周壁8-1之內面。

按壓板7雖係以設於內筒3上部之按壓具3a阻止從圖1之位置往上移動，但容許從圖1之位置往下移動與對內筒3之水平方向既定量相對移動。圖示之按壓板7，在與內筒3之滑動面亦有具氟樹脂等低摩擦係數之塗布層(未圖示)，此場合，不必大幅確保上述水平方向相對移動量。

於此按壓板7之中央下面垂下設置與凹部8同心配置之中空錐狀體9，將該中空錐狀體9之下端漸細圓錐形之外周面(傾斜固定壁)做為荷重施加面9a，且於該面接著有內部止動器6之內徑面fi。

另外，內部止動器6之外徑面fo與內徑面fi之接著係僅針對該止動器之上側與下側進行，內、外徑面之高度方向中間部則對荷重施加面9a與周壁8-1分別為未接著之狀態。藉由此構成雖可使內部止動器6易產生由垂直荷重造成之剪斷變形，但亦可將外徑面fo與內徑面fi之全面接著。

此內部止動器6，係使內筒3之凹部8進入外部止動器5之內側。因此，被凹部之周壁8-1支持之內部止動器6在圖1顯示之長度L之範圍於高度方向重疊於外部止動器5，與無重疊之構造相較可使空氣彈簧之全高降低相當於長度L之量。

內部止動器6係從上方適度加壓而進行預備壓縮，藉由按壓板7阻止從預備壓縮點之復原而保持預備壓縮狀態。此內部止動器6之性能被定為在收縮時承受最大想定荷重之狀態下維持按壓板7之懸浮狀態。

此內部止動器6，如圖1、圖2所示，於凹部之周壁8-1內面之大致全範圍設置較理想。如此，可無浪費地利用凹部8之內部空間，亦可最大限度地確保橡膠層之體積。

如上述構成之此車輛用空氣彈簧1，由於採用準剪斷型之內部止動器6，故不必於凹部之周壁8-1與內部止動器6之間設置以往設有之圖4之空間g1。

此外，由於該準剪斷型之內部止動器6為呈下端漸細之圓錐形狀，故可於內筒之凹部之周壁8-1與外部止動器5之間確保用來容許外部止動器5之水平方向彈性變形(設計上之最大彈性變形量)之下寬空間g2。

凹部之周壁8-1，與採用壓縮型內部止動器之專利文獻1之空氣彈簧不同，在確保內部止動器6之受壓面積之同時傾斜角的限制少。因此，可加大周壁8-1之傾斜角θ而使空間g2増大。

因此，無須加大從凹部之底壁8-2至外部止動器之下面板5b之距離即能増大外部止動器5之水平方向彈性變形之容許量，故能進一步降低車輛用空氣彈簧之全高、與確保收縮時良好之彈簧特性。

此外，由於採用了準剪斷型之內部止動器，故與採用壓縮型內部止動器之專利文獻1之空氣彈簧相較，亦可獲得使彈簧常數對收縮時之垂直荷重充分小之效果。專利文獻1之空氣彈簧雖係收縮時最軟可達彈簧常數3kN/mm之等級，但若是準剪斷型之內部止動器的話，收縮時之彈簧常數可低至2kN/mm以下之等級，故使用者之選擇範圍擴大。

另外，將內部止動器6設於凹部之周壁8-1內面大致全範圍之空氣彈簧，其內筒3之內部空間之利用效率更加上升，亦可最大限度地確保構成內部止動器6之橡膠層之體積。內部止動器及外部止動器係橡膠層之體積越大、橡膠之荷重負擔越輕而在耐久性方面較有利。

圖5係顯示圖1之發明之空氣彈簧之其他形態之剖面圖。圖6係顯示圖2之發明之空氣彈簧之其他形態之剖面圖。在此等形態中，支軸5d係突出至凹部之底壁8-2。藉此，除了圖1與圖2之實施效果外，當空氣彈簧之水平移動距離大至一定程度以上，可獲得不易水平移動之效果。亦即，藉由支軸5d接觸底壁(補強壁)8-2，抑制外部止動器5之水平變位。此外，在空氣彈簧於水平方向大幅變位而支軸5d接觸底壁(補強壁)8-2後，外部止動器5即無法移動，空氣彈簧全體之水平方向剛性變大。藉此，可抑制空氣彈簧大幅水平移動時之水平變位量，最終可抑制車輛之大幅變位。

本發明，係藉由傾斜之內部止動器構造來抑制往水平方向之移動。另一方面，藉由傾斜之內部止動器構造，於剪斷方向亦成為可動，而獲得良好之彈簧常數(緩衝性)。藉由該支持體之附設，可抑制不必要之水平移動，故可使傾斜之內部止動器構造之緩衝性更為確實。

另外，支軸5d之空氣出入口5c可有可無。於下側不設吸氣孔之場合，於支軸5d沒有空氣出入口5c亦可。

其次，於圖3顯示本發明之台車之實施形態。如圖示，例示之台車10具有安裝有車軸11與車輪12之台車架13。於台車架13含有側樑13a。該台車架13係透過軸彈簧14被支承於車軸11，於該台車架13上設置上述車輛用空氣彈簧1做為懸吊。

車輛用空氣彈簧1，係將外部止動器5之下面板5b固定於台車架13，將此空氣彈簧1之外筒2固定於鐵道車輛之車體20而使空氣彈簧1在台車10與車體20之間。

如上述構成之台車10，係採用全高更降與收縮時可確保良好彈簧特性之空氣彈簧1，故可因應增大車輪12之直徑之要求及提高收縮時行進安全性之要求，因應車輛高速化之要求。

上述實施形態並非限制本發明之技術範圍者，在本發明之範圍內可有各種變形及應用。例如保持按壓板之按壓具可以是螺帽或螺栓。

於按壓板可設置空氣彈簧垂吊用之螺栓。

於按壓板可設置賦予空氣彈簧之減衰之孔。

於傾斜固定壁可設置空氣彈簧垂吊用之螺栓。

於傾斜固定壁可設值給予空氣彈簧之減衰之孔。

1．．．空氣彈簧

2．．．外筒

2a．．．上面板

2b．．．空氣出入口

2c．．．支軸

3．．．內筒

3a．．．按壓具

4．．．薄膜

5．．．外部止動器

6．．．內部止動器

5a、6a．．．積層橡膠

5a-1、6a-1．．．橡膠層

5a-2、6a-2．．．補強板

5b．．．下面板

5c．．．空氣出入口

5d．．．支軸

fo．．．外徑面

fi．．．內徑面

7．．．按壓板

8．．．凹部

8-1．．．周壁(傾斜支持壁)

8-2．．．底壁(補強壁)

9．．．中空錐狀體

10．．．台車

11．．．車軸

12．．．車輪

13．．．台車架

13a．．．側樑

14．．．軸彈簧

20．．．車體

g1、g2．．．空間

θ．．．內筒之凹部之周壁之傾斜角

L．．．外部止動器與內部止動器之重疊長度

da．．．外筒與按壓板間之徑方向間隙尺寸

db．．．在外部止動器半徑之水平方向彈性變形之容許量

圖1係顯示本發明之空氣彈簧之一形態之剖面圖。

圖2係顯示本發明之空氣彈簧之其他形態之剖面圖。

圖3係顯示本發明之台車之實施形態之概要之側面圖。

圖4係揭示於專利文獻1之空氣彈簧之剖面圖。

圖5係顯示圖1之發明之空氣彈簧之其他形態之剖面圖。

圖6係顯示圖2之發明之空氣彈簧之其他形態之剖面圖。

1．．．空氣彈簧

2．．．外筒

2a．．．上面板

2b．．．空氣出入口

2c．．．支軸

3．．．內筒

3a．．．按壓具

4．．．薄膜

5．．．外部止動器

6．．．內部止動器

5a、6a．．．積層橡膠

5a-1、6a-1．．．橡膠層

5a-2、6a-2．．．補強板

5b．．．下面板

5c．．．空氣出入口

5d．．．支軸

fo．．．外徑面

fi．．．內徑面

7．．．按壓板

8．．．凹部

8-1．．．周壁(傾斜支持壁)

8-2．．．底壁(補強壁)

9．．．中空錐狀體

9a．．．荷重施加面

10．．．台車

20．．．車體

g2．．．空間

θ．．．內筒之凹部之周壁之傾斜角

L．．．外部止動器與內部止動器之重疊長度

Claims (5)

1. 一種車輛用空氣彈簧，具備車體側之外筒、比前述外筒下方之內筒、配置於前述外筒與前述內筒之間之薄膜、支持前述內筒之具有彈簧特性之筒狀之外部止動器、以前述內筒支持之具有彈簧特性之內部止動器；前述內筒具有在前述外部止動器之內側對該外部止動器於高度方向重疊，並支持前述內部止動器之一端面之下端漸細傾斜支持壁；進一步具備固定前述內部止動器之另一端面且夾著前述內部止動器與前述傾斜支持壁對向之下端漸細傾斜固定壁。
2. 如申請專利範圍第1項之車輛用空氣彈簧，其中，前述內筒具有前述傾斜支持壁、與從前述傾斜支持壁之底部往內側延伸之補強壁。
3. 如申請專利範圍第2項之車輛用空氣彈簧，其進一步具備用來藉由前述外筒之抵接而按壓前述內部止動器之按壓板、與用來在預備壓縮點保持前述內部止動器之按壓具；前述按壓板具有以前述按壓具按壓之周緣部、與比前述按壓具往上方突出之凸部。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之車輛用空氣彈簧，其中，前述內部止動器係由將複數之橡膠層與補強板彼此重疊之積層橡膠構成；前述傾斜支持壁在其內面之大致全範圍支持前述積層橡膠之一端面。
5. 一種台車，於安裝有車軸與車輪之台車架上設置做為懸吊之申請專利範圍第1項之車輛用空氣彈簧。