JP2005042851A - スリーブ型空気ばね - Google Patents

Abstract

【課題】 同じ振動入力値のもとでゴム膜に掛かる歪みを軽減あるいは半減して亀裂等の破損の発生時期を遅らせることで耐久性の著しい向上が図れるようにする。
【解決手段】 筒状ゴム膜１の下部ビード部１Ｂ側にゴム膜１の下側部分１ｄの転動を案内する周面４ａを有するピストン４が気密接合されているとともに、筒状ゴム膜１の上部ビード部１Ａ側に気密接合された上面板２側に、ピストン４の転動案内周面４ａと同径または略同径で、ゴム膜１の弾性変形時にその上側部分１ｕの転動を案内する周面１１ａを持った転動案内部材１１が設けられ、その転動案内周面１１ａよりも径内方側で上部ビード部１Ａが固定されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば自動車の車体懸架ばねとして用いられる空気ばねに関し、詳しくは、ゴムとすだれ織り繊維等の補強コードから変形自在に形成されるゴム膜内に圧縮空気を封入し、その空気圧と有効面積との積に等しい荷重を支え、空気の圧縮性を利用してばね作用を行うように構成されているスリーブ型空気ばねに関するものである。

この種の従来一般的なスリーブ型空気ばねは、図４に示すように、筒状ゴム膜１と、この筒状ゴム膜１の上部（大径）ビード部１Ａを巻き込むように形成されたカーリング部２Ａを介してゴム膜１に気密接合されたプレート状の上面板２と、前記筒状ゴム膜１の下部（小径）ビード部１Ｂを締付け金具３とにより上下から挟持固定して下部ビード部１Ｂ側に気密接合され、前記ゴム膜１の弾性変形時にそのゴム膜１の下側部分１ｄを転動案内する周面４ａを有するピストン４と、前記ゴム膜１の一定以上の弾性変形を制限するストッパー５とを備えている。

前記ゴム膜１は、図５に示すように、内層ゴム６と外層ゴム７及びそれら内外層ゴム６，７間にバイアス状に配置して挟在された複数層の補強コード８からなり、かつ、各補強コード８の両端部（図５では、上面板２側の端部のみ示すが、ピストン４側の端部も同様である。）を、各ビード部１Ａ，１Ｂに埋設されたビードリング９，１０周りに巻き付けてゴム膜１の外面側に折り返し、その折り返し端部分を接着して構成されていた（例えば、非特許文献１参照）。

「自動車規格 トラック・バス用空気ばね」 社団法人 自動車技術会発行、昭和６２年３月２６日制定、ＪＡＳＯ Ｃ ６１３−８７、ｐ１〜８

上記のようなゴム膜構造を有するスリーブ型空気ばねにおいては、自動車の車体懸架ばねとして用いる場合で、ピストン４の下部から振動が入力したとき、ゴム膜１の下側部分１ｄがピストン４の周面４ａに転動案内される状態でピストン４が上下移動することにより、振動を吸収するといったばね作用が発揮されるものである。

かかるばね作用時において、ピストン４の周面４ａによりゴム膜１の下側部分１ｄのみを転動案内するように構成されている従来のスリーブ型空気ばねでは、ゴム膜１の繰り返し弾性変形に伴い、例えばゴム膜１のポイントＡがポイントＢの位置に移行し、また、ポイントＢの位置からポイントＡに移行するといった径変化の繰り返しによって、ゴム膜１の表面に大きな歪みが発生するだけでなく、内外層ゴム６，７間にバイアス状に配置挟在されている補強コード８が非常に大きく伸縮変位して補強コード８にも大きな歪みが発生し、それが原因でゴム膜１に亀裂等の破損を発生しやすくなる。そして、亀裂等の破損が発生しそれが進展すると、空気漏れを生じてばね機能の低下や喪失を招くことになり、空気ばね全体としての耐久性が低いものになるという問題がある。

また、バスやトラック等の低床用自動車の懸架ばねとして使用する場合のように、車両ロール中心に対し設置高さが高く、空気ばねのローリング中心とピストン４の取付け面との高低差が大きい使用態様においては、バウンド時に、図６に示すように、ゴム膜１の上側部分１ｕが大きく移動して上向きに膨らみ変形し、また、リバウンド時には、図７に示すように、同じゴム膜１の上側部分１ｕが突張って異常な張力が加わり、このような挙動が繰り返されることにより、その上側部分１ｕに早期に亀裂等の破損が発生しやすい。殊に、ゴム膜１の上側部分１ｕには、図５に示すように、上部ビード部１Ａに埋設されたビードリング９周りに巻き付けられて外面側に折り返された補強コード８の端縁部が位置して、多層構造からなるゴム膜１の境界部が存在し、この境界部は強度の転換部となるために、その境界部に歪みが集中して亀裂等の早期破損の原因となっており、この面から空気ばね全体としての耐久性に欠け、またそれ故に、低床用自動車の懸架ばねとして使用する際の振動吸収ストロークを大きくとることができないという問題があった。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、同じ振動入力値のもとでゴム膜に掛かる歪みを軽減あるいは半減して亀裂等の破損の発生時期を遅らせることで耐久性の著しい向上を図ることができ、また、ゴム膜の膜長を長くして振動吸収ストロークを大きくとることができるスリーブ型空気ばねを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係るスリーブ型空気ばねは、筒状ゴム膜の上部ビード部側に上面板が気密接合されているとともに、下部ビード部側に前記ゴム膜の弾性変形時にそのゴム膜の下側部分の転動を案内する周面を有するピストンが気密接合されているスリーブ型空気ばねにおいて、前記上面板側に、ゴム膜の弾性変形時にそのゴム膜の上側部分の転動を案内する周面を有する転動案内部材が設けられているとともに、前記上部ビード部が転動案内部材の転動案内周面よりも径内方側で固定されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に係るスリーブ型空気ばねは、請求項１に記載したスリーブ型空気ばねにおいて、前記ピストンの転動案内周面と前記転動案内部材の転動案内周面とを同径もしくは略同径に設定したものである。

また、本発明の請求項３に係るスリーブ型空気ばねは、請求項１または２に記載したスリーブ型空気ばねにおいて、前記ピストンと前記転動案内部材とを同一形状に形成し、上下反転姿勢で弾性変形軸と同軸上に配置固定したものである。

さらに、本発明の請求項４に係るスリーブ型空気ばねは、請求項１ないし３のいずれかに記載したスリーブ型空気ばねにおいて、前記筒状ゴム膜を、内層ゴムと外層ゴム及びそれら内外層ゴム間にバイアス状に挟在された補強コードからなり、かつ、補強コードの両端部が上下のビード部に埋設のビードリング周りに巻付けて構成したものである。

上記した請求項１の本発明によれば、ピストン下部からの振動入力に伴いピストンが上下移動するとき、ゴム膜の下側部分がピストンの周面に沿い転動案内されると同時に、ゴム膜の上側部分が転動案内部材の周面に沿い転動案内されるので、振動入力値が同じである場合、ゴム膜の移動量は従来の空気ばねに比べて非常に少ない、あるいは、ほぼ半分となるために、ゴム膜の表面及びバイアス状の補強コードに掛かる歪みを軽減あるいは半減することができる。したがって、ゴム膜に掛かる歪みが原因でゴム膜に発生する亀裂等の破損の発生時期を遅らせることができ、本来のばね機能を長期間に亘って維持させて空気ばね全体としての耐久性の著しい向上を図ることができる。

特に、ピストンの転動案内周面と転動案内部材の転動案内周面とを同径もしくは略同径に設定する場合は、ゴム膜の膜長を長くして振動吸収ストロークを大きくとることができるとともに、バスやトラック等の低床用自動車の懸架ばねとして使用する場合のように、設置高さが高く、空気ばねのローリング中心とピストンの取付け面との高低差が大きい場合に受ける厳しいバウンド挙動時、リバウンド挙動時にもゴム膜の大きな膨らみ変形や突張りによる異常な張力の付加現象を回避して亀裂等の早期破損の発生を防止でき、空気ばね全体の耐久性を一層向上することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。
図１は本発明に係るスリーブ型空気ばねの全体縦断面図であり、このスリーブ型空気ばね２０は、上面板２が下向き開放のカップ形状に形成されているとともに、このカップ形状の上面板２側に、ゴム膜１の弾性変形時にそのゴム膜１の上側部分１ｕの転動を案内する周面１１ａを有する筒状の転動案内部材１１が嵌合保持されており、この転動案内部材１１の転動案内周面１１ａよりも径内方側で該転動案内部材１１の内端部１１ｂと前記カップ形状の上面板２の下端折曲部２ｂとの間にゴム膜１の上部ビード部１Ａが挟持固定されている。

前記転動案内部材１１の転動案内周面１１ａの直径Ｄ１とピストン４の転動案内周面４ａの直径Ｄ２とは同一（Ｄ１＝Ｄ２）に設定されているとともに、それらの転動案内周面１１ａ及び４ａの軸方向長さもほぼ等しく設定され、かつ、転動案内部材１１の転動案内周面１１ａの上端部及びピストン４の転動案内周面４ａの下端部にはゴム膜１の膨張外径Ｄとほぼ等しい外径を有するようにカーリングして大きな横変位を伴うローリング挙動時にゴム膜１の上側部分１ｕ及び下側部分１ｄを滑らかな曲線状に収容保持する湾曲部分１１ｃ及び４ｃが形成されており、これによって、転動案内部材１１とピストン４とは同一またはほぼ同一形状に形成され、上下反転姿勢で弾性変形軸ａと同軸上に配置固定されている。

なお、上記した構成以外は図４に示す従来のスリーブ型空気ばねと同一であるため、該当部分に同一の符号を付して、それらの詳しい説明を省略する。また、ゴム膜１の構造も図５に示す従来のスリーブ型空気ばねと同一であるため、その説明及び図示は省略している。

上述のように構成されたスリーブ型空気ばね２０においては、ピストン４下部からの振動入力に伴いピストン４が上下移動するとき、ゴム膜１の下側部分１ｄがピストン４の転動案内周面４ａに沿い転動案内されると同時に、ゴム膜１の上側部分１ｕが転動案内部材１１の転動案内周面１１ａに沿い転動案内されるので、振動入力値が同じである場合、ゴム膜１の移動量は従来の空気ばねに比べてほぼ半分となるために、ゴム膜１の表面及びバイアス状の補強コード８に掛かる歪みをほぼ半減することが可能であり、したがって、ゴム膜１に掛かる歪みが原因でゴム膜１に発生する亀裂等の破損の発生時期を遅らせることができ、本来のばね機能を長期間に亘って維持させて空気ばね２０全体としての耐久性の著しい向上が図れる。

また、ピストン４の転動案内周面４ａと転動案内部材１１の転動案内周面１１ａとを同径（Ｄ１＝Ｄ２）に設定しているために、ゴム膜１の膜長を長くして振動吸収ストロークを大きくとることができるとともに、バスやトラック等の低床用自動車の懸架ばねとして使用する場合のように、空気ばね２０の設置高さが高く、空気ばね２０のローリング中心とピストン４の取付け面との高低差が大きい使用態様でのバウンド時は、図２に示すように、ゴム膜１の上側部分１ｕが転動案内部材１１の転動案内周面１１ａに沿って転動案内されて上向きに大きく膨らみ変形しない。また、リバウンド時にも、図３に示すように、同じゴム膜１の上側部分１ｕが転動案内部材１１の転動案内周面１１ａに沿って転動案内されて突張りによる異常張力を加えることがないために、ゴム膜１の上側部分１ｕに早期に亀裂等の破損が発生することを防止できる。特に、ゴム膜１の上側部分１ｕで補強コード８の端縁部が位置することから、多層構造のゴム膜１における強度の転換部となる境界部に歪みが集中して亀裂等の破損を招くことがないため、空気ばね２０全体としての耐久性を十分に延長することができる。

なお、上記実施の形態のように、転動案内部材１１の転動案内周面１１ａの上端部及びピストン４の転動案内周面４ａの下端部にゴム膜１の膨張外径Ｄとほぼ等しい外径を有するようにカーリングして湾曲部分１１ｃ及び４ｃを形成しておくことにより、大きな横変位を伴うローリング挙動時にもゴム膜１の上側部分１ｕ及び下側部分１ｄを滑らかな曲線状に収容保持させて、ゴム膜１の上側部分１ｕ及び下側部分１ｄが上下の取付け面に干渉し傷つくことを防止し、これによって、空気ばね２０の耐久性のより一層の向上を図ることが可能であるが、本発明では、そのようなカーリングによる湾曲部分１１ｃ，４ｃが形成されていないものであってもよい。

また、上記実施の形態では、前記転動案内部材１１の転動案内周面１１ａの直径Ｄ１とピストン４の転動案内周面４ａの直径Ｄ２とは同一（Ｄ１＝Ｄ２）に設定したもので説明したが、それらの直径Ｄ１，Ｄ２の関係を、Ｄ１＞Ｄ２やＤ２＞Ｄ１あるいはＤ１≒Ｄ２に設定してもよい。ただし、直径の差Δ（Ｄ１−Ｄ２またはＤ２−Ｄ１）はできるだけ小さい方が好ましい。

本発明に係るスリーブ型空気ばねの全体縦断面図である。 同スリーブ型空気ばねのバウンド時の挙動を示す縦断面図である。 同スリーブ型空気ばねのリバウンド時の挙動を示す縦断面図である。 従来のスリーブ型空気ばねの全体縦断面図である。 同従来のスリーブ型空気ばねの要部の拡大縦断面図である。 同従来のスリーブ型空気ばねのバウンド時の挙動を示す縦断面図である。 同従来のスリーブ型空気ばねのリバウンド時の挙動を示す縦断面図である。

符号の説明

１…筒状ゴム膜、
１Ａ…上部ビード部
１Ｂ…下部ビード部
１ｕ…上側部分
１ｄ…下側部分
２…上面板
４…ピストン
４ａ…転動案内周面
６…内層ゴム
７…外層ゴム
８…補強コード
９，１０…ビードリング
１１…転動案内部材
１１ａ…転動案内周面
２０…スリーブ型空気ばね
Ｄ１…転動案内周面４ａの直径
Ｄ２…転動案内周面１１ａの直径

Claims (4)

1. 筒状ゴム膜の上部ビード部側に上面板が気密接合されているとともに、下部ビード部側に前記ゴム膜の弾性変形時にそのゴム膜の下側部分の転動を案内する周面を有するピストンが気密接合されているスリーブ型空気ばねにおいて、
   前記上面板側に、ゴム膜の弾性変形時にそのゴム膜の上側部分の転動を案内する周面を有する転動案内部材が設けられているとともに、前記上部ビード部が転動案内部材の転動案内周面よりも径内方側で固定されていることを特徴とするスリーブ型空気ばね。
2. 前記ピストンの転動案内周面と前記転動案内部材の転動案内周面とが同径もしくは略同径に設定されている請求項１に記載のスリーブ型空気ばね。
3. 前記ピストンと前記転動案内部材とは同一形状に形成され、上下反転姿勢で弾性変形軸と同軸上に配置固定されている請求項１または２に記載のスリーブ型空気ばね。
4. 前記筒状ゴム膜は、内層ゴムと外層ゴム及びそれら内外層ゴム間にバイアス状に挟在された補強コードからなり、かつ、補強コードの両端部が上下のビード部に埋設のビードリング周りに巻付けられて構成されている請求項１ないし３のいずれかに記載のスリーブ型空気ばね。

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