JP2003254378A - 空気バネ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 車両の走行安定性を高めつつ耐久性を維持で
きる空気バネを得る。 【解決手段】 下面板１２の上部に円筒状に形成された
積層ゴム１８が配置される。積層ゴム１８は、それぞれ
リング状に金属で形成された複数のリング板２０と、そ
れぞれリング状にゴム材で形成された複数の弾性体２２
とを、交互に積み重ねて積層した構造とされる。上面板
３２と中間材２６との間に、ゴム材で形成されるダイヤ
フラム４６が配設される。中間材２６の内周側に、積層
ゴム１８のばね定数よりばね定数が低い弾性ストッパ材
５０が取り付けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両の走行安定性
を高めつつ耐久性を維持できる空気バネに関し、例え
ば、鉄道車両の台車、特にボルスタレスタイプ台車に使
用されるボルスタレス空気バネに好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、空気バネの一種として、下側
の取付部材の上部に積層ゴムを介してゴム等で筒状に形
成されたダイヤフラムを配置すると共に、この上に上側
の取付部材が取り付けられ、振動発生部或いは振動受け
部にこれら取付部材の何れか一方がそれぞれ連結される
ような構造を有し、鉄道車両の台車に用いられているボ
ルスタレス空気バネが、知られている。そして、このボ
ルスタレス空気バネでは、振動の入力により軸方向に沿
った相対変位が一対の取付部材間に生じるようになって
いる。

【０００３】例えば、この種のボルスタレス空気バネの
一例として、図６に示されるようなものが知られてお
り、この図に基づき従来技術を説明する。この図に示す
ように、このボルスタレス空気バネ１１０は、上面板１
１４と中間材１１８とをゴム材などで形成されたダイヤ
フラム１１６で連結し、このダイヤフラム１１６がパン
クしてダイヤフラム１１６の内圧が０となった時におけ
る車両の非常走行用としての積層ゴム１２０が、中間材
１１８と下面板１１２との間に配置される構造となって
いる。

【０００４】つまり、従来のこのボルスタレス空気バネ
１１０には、ダイヤフラム１１６と直列的に配置される
形で積層ゴム１２０が設けられているが、この積層ゴム
１２０のばね定数は、重い鉄道車両の車体を支える関係
から、約１００００Ｎ／ｍｍ程度とされ、硬いバネとな
っていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のボルス
タレス空気バネ１１０では、ダイヤフラム１１６の内圧
が０の時におけるばね定数が非常に高くなる関係から、
内圧０時にはクッション性が乏しく、振動が路面側から
車体に直接伝わる欠点があった。これに対して、ゴム硬
度の低いゴム材を採用することなどで、この積層ゴム１
２０のばね定数を下げてバネを柔らかくすることは可能
であるが、この場合には、荷重変動による車両の例えば
前後左右方向の撓み量の変化が大きくなるので、ダイヤ
フラム１１６内に空気が封入された状態では、かえって
走行安定性を阻害する要因になる可能性があった。

【０００６】さらに、ゴム硬度の低いゴム材を採用して
積層ゴム１２０を柔らかくした場合、積層ゴム１２０を
形成するゴム材の劣化が早まって空気バネの耐久性が低
下する虞もあった。本発明は上記事実を考慮し、車両の
走行安定性を高めつつ耐久性を維持し得る空気バネを提
供することが目的である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の空気バ
ネは、振動発生部及び振動受け部の一方に連結される第
１の取付部材と、振動発生部及び振動受け部の他方に連
結される第２の取付部材と、これら一対の取付部材間に
配設されてこれら一対の取付部材の相対変位に伴って弾
性変形する筒状のダイヤフラムと、上記一対の取付部材
間に配設され且つ、複数のゴム材を積み重ねた構造とさ
れる積層ゴムと、上記一対の取付部材間に配設され且
つ、積層ゴムのばね定数よりばね定数が低い弾性ストッ
パ材と、を有したことを特徴とする。

【０００８】請求項１に係る空気バネの作用を以下に説
明する。振動発生部及び振動受け部の一方に連結される
第１の取付部材と、振動発生部及び振動受け部の他方に
連結される第２の取付部材との間に、筒状のダイヤフラ
ムが配設されて、これら部材の相対変位に伴ってこのダ
イヤフラムが弾性変形する。

【０００９】従って、振動発生部が振動を発生させた場
合、第１の取付部材或いは第２の取付部材の何れか一方
を介して振動がダイヤフラムに伝達され、これら第１の
取付部材と第２の取付部材の間の相対的な移動に伴うダ
イヤフラムの変形により振動が吸収されて、第１の取付
部材或いは第２の取付部材の他方に連結された振動受け
部側に振動が伝達され難くなる。

【００１０】さらに、これら一対の取付部材間には、複
数のゴム材を積み重ねて積層した構造とされる積層ゴム
だけでなく、積層ゴムのばね定数よりばね定数が低い弾
性ストッパ材が、配設されている。この為、積層ゴムだ
けでなく弾性ストッパ材を有することにより、ダイヤフ
ラムがパンクした時であっても、弾性ストッパ材により
荷重を支持できるので、積層ゴムの硬さが従来例の積層
ゴムと同様の硬さのままでも、空気バネ全体として高い
クッション性が得られる。以上より、ゴム硬度の低いゴ
ム材を積層ゴムに採用しなくとも良くなるので、空気バ
ネが設置された車両の走行安定性を高めることができ、
また、積層ゴムの劣化が早まらないので、空気バネの耐
久性を維持することが可能となる。

【００１１】請求項２に係る空気バネの作用を以下に説
明する。本請求項は請求項１と同様の構成を有して同様
な作用を奏する。但し本請求項では、弾性ストッパ材
が、一対の支持部材とこれら一対の支持部材に接着され
るストッパゴムとで形成され、これら一対の支持部材と
ストッパゴムとの間の２箇所の接着部分間を繋ぐ直線
が、積層ゴムの積み重ね方向と交差する方向に延びると
いう構成になっている。

【００１２】つまり、本請求項では、２箇所の接着部分
間を繋ぐ直線が、積層ゴムに車体等の荷重の加わる方向
である積層ゴムの積み重ね方向に対して交差する方向に
延びているので、弾性ストッパ材がいわゆる剪断タイプ
のストッパとなり、空気バネの小型化が図れることにな
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態に係る
空気バネを図１から図３に示し、これらの図に基づき本
実施の形態を説明する。図１に示すように、本実施の形
態に係る空気バネであるボルスタレス空気バネ１０は、
図示しない例えばサポート金具側へ連結される円板状に
形成された第１の取付部材である下面板１２を備えてい
る。また、この図示しないサポート金具が車両の車輪等
と連結されることになる。

【００１４】この下面板１２の中央には、気体を吸排気
する為の円筒状の第１ポート金具１４が溶接等により固
定されており、この第１ポート金具１４の外周に、封止
の為のＯリング１６が取り付けられている。また、下面
板１２の上部には、円筒状に形成され且つばね定数が約
１００００Ｎ／ｍｍ程度とされた積層ゴム１８が、下面
板１２の上面と加硫接着されて配置されている。

【００１５】そして、この積層ゴム１８は、それぞれリ
ング状に金属で形成された複数のリング板２０と、それ
ぞれリング状にゴム材で形成された複数の弾性体２２と
を、交互に積み重ねて積層した構造とされている。この
積層ゴム１８の上部には、リング状に金属で形成された
連結用リング２４が、積層ゴム１８の上面と加硫接着さ
れて配置されており、この連結用リング２４の上面に
は、リング状に形成された中間材２６が、ボルト２８に
よりねじ止められて固定されている。

【００１６】一方、この中間材２６の直上の位置には、
図１及び図２に示すように、車両の図示しない車体側に
連結されて車体の荷重を支持する第２の取付部材である
上面板３２が位置している。この上面板３２の中央に
は、気体を吸排気する為の円筒状の第２ポート金具３４
が嵌合等により固定されており、この第２ポート金具３
４の外周に、封止の為のＯリング３６が取り付けられて
いる。

【００１７】以上より、上記の第１ポート金具１４及び
第２ポート金具３４に配管が繋がれて、このボルスタレ
ス空気バネ１０の外部の空間とボルスタレス空気バネ１
０内の空間Ｓとが、これらポート金具１４、３４により
連通可能とされており、空気等の気体がこれらポート金
具１４、３４により吸排できるようになっている。そし
て、少なくともボルスタレス空気バネ１０内の空間Ｓ
と、ボルスタレス空気バネ１０の下に配置されて圧縮空
気を溜める為の図示しない補助タンクとの間が、第１ポ
ート金具１４を介して繋がっている。

【００１８】一方、この上面板３２の下部側中央部に
は、円盤状に形成された連結金具３８が取り付けられて
おり、ステンレス鋼製の摺動板４０がこの連結金具３８
の下面側に配置されている。また、上面板３２の下部側
外周部には、ポリエチレン製の摺動シート４４がゴム製
の弾性材４２を介して固定されている。

【００１９】これら上面板３２と中間材２６との間に
は、円筒状にゴム材で形成された弾性膜であるダイヤフ
ラム４６が配設されており、このベローズの役割をする
ダイヤフラム４６の両端部には、それぞれ膨らんだ形状
の補強部４６Ａ、４６Ｂがリング状に設けられている。
さらに、この内の下側の補強部４６Ａが中間材２６及び
連結用リング２４側に固定されて、このダイヤフラム４
６の下端側が封止されており、上側の補強部４６Ｂが、
摺動シート４４と連結金具３８との間の上面板３２の部
分に固定されて、このダイヤフラム４６の上端側が封止
されている。つまり、ダイヤフラム４６内の空間となる
ボルスタレス空気バネ１０内の空間Ｓが上面板３２及び
中間材２６等により封止されている。

【００２０】他方、図１に示すように、この中間材２６
の内周側には、積層ゴム１８のばね定数よりばね定数が
低い弾性ストッパ材５０が取り付けられている。この弾
性ストッパ材５０は、一対の支持部材である上端板５２
及び下端板５４と、これら上端板５２及び下端板５４に
それぞれ接着される円柱形状のストッパゴム５６とで、
形成されている。そして、この弾性ストッパ材５０の上
端板５２が、中間材２６の内周面と緩く嵌め合わされた
フランジ材５８に、ボルト６４によってねじ止められて
連結されており、また、下端板５４が下面板１２上に固
定されている。

【００２１】この際、図１に示すように、外周側に円盤
状に広がるフランジ材５８が中間材２６よりも上面板３
２側に突出した位置で固定されており、このフランジ材
５８の上面にテフロン（登録商標）製の摺動板６０が配
置されている。また、この弾性ストッパ材５０のばね定
数を実質的に決定するストッパゴム５６のばね定数は、
５００Ｎ／ｍｍ〜２０００Ｎ／ｍｍとされている。

【００２２】さらに、下端板５４には、第１ポート金具
１４の内周部分と一端が繋がると共に他端が下端板５４
の外周面外に繋がる第１空気孔６６が、形成されてお
り、また、フランジ材５８には、このフランジ材５８を
上下に貫通する第２空気孔６８が形成されている。従っ
て、本実施の形態では、弾性ストッパ材５０の外周側と
積層ゴム１８の内周側との間の空間Ｓ１及び、これら空
気孔６６、６８を介して、第１ポート金具１４から空間
Ｓ内に空気が吸排可能とされることになる。

【００２３】次に、本実施の形態に係るボルスタレス空
気バネ１０の作用を説明する。振動発生部となる車輪側
に連結される下面板１２と、振動受け部である車体側に
連結される上面板３２との間に、中間材２６が配置され
ており、下面板１２と中間材２６との間に積層ゴム１８
が配設されると共に、中間材２６と上面板３２との間に
円筒状のダイヤフラム４６が配設されている。また、下
面板１２及び上面板３２にそれぞれ取り付けられたポー
ト金具１４、３４によって、ダイヤフラム４６内の空間
となる空間Ｓに空気が吸排されつつ、これら下面板１２
と上面板３２との間の相対変位に伴って、このダイヤフ
ラム４６が弾性変形することになる。

【００２４】従って、車輪側で振動が発生した場合、下
面板１２及び積層ゴム１８を介して振動がダイヤフラム
４６に伝達され、上面板３２と下面板１２の間の相対的
な移動に伴うダイヤフラム４６の変形により振動が吸収
されて、上面板３２に連結された車体に振動が伝達され
難くなる。

【００２５】さらに、これら下面板１２と上面板３２と
の間には、複数のゴム材を積み重ねて積層した構造とさ
れる積層ゴム１８だけでなく、この積層ゴム１８のばね
定数よりばね定数が低い弾性ストッパ材５０が、配設さ
れている。そして、この弾性ストッパ材５０は、上端板
５２及び下端板５４と、これら上端板５２及び下端板５
４にそれぞれ接着される円柱形状のストッパゴム５６と
で、形成されている。

【００２６】従って、積層ゴム１８だけでなく弾性スト
ッパ材５０を有することにより、図３に示すように、ダ
イヤフラム４６がパンクして上面板３２が下降した時で
あっても、下面板１２がばね定数の低い弾性ストッパ材
５０のフランジ材５８にまず当接し、この弾性ストッパ
材５０が車体の荷重を支持するので、積層ゴム１８の硬
さが従来例の積層ゴム１８と同様の硬さのままでも、ボ
ルスタレス空気バネ１０全体として高いクッション性が
得られる。

【００２７】以上より、ゴム硬度の低いゴム材を積層ゴ
ム１８に採用しなくとも良くなるので、ボルスタレス空
気バネ１０が設置された車両の走行安定性を高めること
ができ、また、積層ゴム１８の劣化が早まらないので、
ボルスタレス空気バネ１０の耐久性を維持することが可
能となる。

【００２８】他方、本実施の形態では、フランジ材５８
が中間材２６よりも上面板３２側に突出する形で、弾性
ストッパ材５０が設置されている。この為、この弾性ス
トッパ材５０の存在により、ダイヤフラム４６がパンク
して内圧が０となっても、積層ゴム１８よりも先に弾性
ストッパ材５０に上面板３２が接触するので、車両の荷
重を確実にまずこの弾性ストッパ材５０によって支持で
きるようになる。

【００２９】尚この際、連結金具３８に取り付けられた
ステンレス鋼製の摺動板４０が、フランジ材５８に取り
付けられるテフロン製の摺動板６０に当接するので、車
両の前後左右方向に過大な力が加わった場合でも、これ
らが滑って相対的変位可能となる。

【００３０】次に、本発明の第２の実施の形態に係る空
気バネを図４に示し、この図に基づき本実施の形態を説
明する。尚、第１の実施の形態で説明した部材と同一の
部材には同一の符号を付して、重複した説明を省略す
る。図４に示すように本実施の形態でも、中間材２６の
内周側に、積層ゴム１８のばね定数よりばね定数が低い
弾性ストッパ材７０の上端側が取り付けられている。

【００３１】但し、この弾性ストッパ材７０は、第１の
実施の形態と異なった形状とされ、一対の支持部材であ
るそれぞれ金属製の上側プレート７２及び外筒７４と、
これら上側プレート７２及び外筒７４にそれぞれ接着さ
れる円柱形状のストッパゴム７６とで、形成されてお
り、この弾性ストッパ材７０の外筒７４の上端部が、中
間材２６にボルト６４を介してねじ止められて連結され
ている。

【００３２】つまり、この弾性ストッパ材７０の存在に
より、本実施の形態も第１の実施の形態と同様に、車両
の走行安定性を高めつつボルスタレス空気バネ１０の耐
久性を維持することが可能となる。また、中間材２６に
は、空間Ｓと積層ゴム１８の内周側の空間との間を連通
する空気孔７８が形成されている。従って、本実施の形
態では、弾性ストッパ材７０の外周側と積層ゴム１８の
内周側との間の空間Ｓ１及び、空気孔７８を介して、第
１ポート金具１４から空間Ｓ内に空気が吸排可能とされ
ることになる。

【００３３】次に、本発明の第３の実施の形態に係る空
気バネを図５に示し、この図に基づき本実施の形態を説
明する。尚、第１の実施の形態及び第２の実施の形態で
説明した部材と同一の部材には同一の符号を付して、重
複した説明を省略する。図５に示すように本実施の形態
でも第２の実施の形態と同様に、中間材２６の内周側
に、積層ゴム１８のばね定数よりばね定数が低い弾性ス
トッパ材７０の上端側が取り付けられている。

【００３４】但し、この弾性ストッパ材７０は、第２の
実施の形態のものと近似した構造となっているが、本実
施の形態では、上側プレート７２の下側に金属製で棒状
の軸材７３が溶接等により連結されており、これら上側
プレート７２と軸材７３とが一体的な構造となってい
る。この為、この弾性ストッパ材７０は、一対の支持部
材である上側プレート７２、軸材７３と外筒７４と、こ
れら上側プレート７２、軸材７３及び外筒７４にそれぞ
れ接着されるリング状のストッパゴム７６とで、形成さ
れている。つまり、この弾性ストッパ材７０の存在によ
り、本実施の形態も第１の実施の形態及び第２の実施の
形態と同様に、車両の走行安定性を高めつつボルスタレ
ス空気バネ１０の耐久性を維持することが可能となる。

【００３５】この一方、本実施の形態では、軸材７３の
外周側に筒状の外筒７４が配置され、これら軸材７３と
外筒７４との間に、リング状に形成されたストッパゴム
７６が配置される構造となっている。そして、軸材７３
の外周面とストッパゴム７６の内周面との間及び、外筒
７４の内周面とストッパゴム７６の外周面との間の２箇
所の接着部Ａ１、Ａ２間をこれらの面に対して直交して
繋ぐ直線Ｌが、積層ゴム１８の積み重ね方向Ｙと交差す
る方向に延びている。

【００３６】従って、本実施の形態では、軸材７３、外
筒７４と、ストッパゴム７６との間の２箇所の接着部Ａ
１、Ａ２間を繋ぐ直線Ｌが、積層ゴム１８に車体の荷重
が加わる方向である積層ゴム１８の積み重ね方向Ｙに対
して交差する方向に延びているので、弾性ストッパ材７
０がいわゆる剪断タイプのストッパとなる。つまり、剪
断タイプのストッパであれば弾性ストッパ材７０が小型
化できるので、弾性ストッパ材７０を有してしても、ボ
ルスタレス空気バネ１０の小型化が図れることになる。

【００３７】尚、上記実施の形態において、振動発生部
側に下面板１２を連結し、振動受け部側に上面板３２を
連結するような構成としたが、この逆の構成としても良
い。また、上記実施の形態の説明において、振動を減衰
して低減するようにしたが、振動の中でも突発的に存在
する大きな振幅である衝撃を本発明は緩衝することもで
きる。他方、上記実施の形態において、車両等の車体に
入力される外部振動の防振を目的としたが、本発明は、
例えば車両以外の他の建設機械、農業機械等の用途にも
用いられることはいうまでもなく、また、ボルスタレス
空気バネ以外の空気バネにも適用可能である。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の空気バネ
は上記構成としたので、車両の走行安定性を高めつつ耐
久性を維持できるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るボルスタレス
空気バネの断面図であって、図２の１−１矢視線断面図
である。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係るボルスタレス
空気バネの平面図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態に係るボルスタレス
空気バネの図１と同様の断面図であって、ダイヤフラム
がパンクした状態を示す図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態に係るボルスタレス
空気バネの図１と同様の断面図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態に係るボルスタレス
空気バネの図１と同様の断面図である。

【図６】従来技術のボルスタレス空気バネの断面図であ
る。

【符号の説明】

１０ ボルスタレス空気バネ １２ 下面板（第１の取付部材） １８ 積層ゴム ２６ 中間材 ３２ 上面板（第２の取付部材） ４６ ダイヤフラム ５０ 弾性ストッパ材 ５２ 上端板 ５４ 下端板 ５６ ストッパゴム ７０ 弾性ストッパ材 ７２ 上側プレート ７３ 軸材 ７４ 外筒 ７６ ストッパゴム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 與志 大阪府大阪市此花区島屋５丁目１番109号 住友金属工業株式会社関西製造所製鋼品 事業所内 Ｆターム(参考） 3J047 AA07 CD08 CD12 FA04 3J069 AA04 CC06 EE35

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動発生部及び振動受け部の一方に連結
   される第１の取付部材と、 振動発生部及び振動受け部の他方に連結される第２の取
   付部材と、 これら一対の取付部材間に配設されてこれら一対の取付
   部材の相対変位に伴って弾性変形する筒状のダイヤフラ
   ムと、 上記一対の取付部材間に配設され且つ、複数のゴム材を
   積み重ねた構造とされる積層ゴムと、 上記一対の取付部材間に配設され且つ、積層ゴムのばね
   定数よりばね定数が低い弾性ストッパ材と、 を有したことを特徴とする空気バネ。
2. 【請求項２】 弾性ストッパ材が、一対の支持部材とこ
   れら一対の支持部材に接着されるストッパゴムとで形成
   され、 これら一対の支持部材とストッパゴムとの間の２箇所の
   接着部分間を繋ぐ直線が、積層ゴムの積み重ね方向と交
   差する方向に延びることを特徴とする請求項１記載の空
   気バネ。