JP2006105244A - 空気ばね - Google Patents

Abstract

【課題】非線形のばね特性を持たせて乗り心地性を良好にし得る空気ばねを提供する。
【解決手段】上面板２と下面板３との間に、内部に空気室Ｓを形成する筒状のダイヤフラム４が介在され、さらに、ダイヤフラム４の内部には、低ばね定数の第１のストッパゴム５と、該第1のストッパゴム５の軸方向の撓みを制限する高ばね定数の第２のストッパゴム６とが設けられ、エアレス（パンク）状態になったとしても、ボルスター付き台車およびボルスタレス台車のいずれであっても、暫時ばね定数が増加する非線形のばね特性を発揮し、乗り心地性への影響を小さくし、車体の沈下量を制限して安全な走行が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両又は自動車等の車両の懸架装置に用いられる空気ばねに関し、詳しくは、空気ばねの機能が喪失した状態でも、懸架ばねとして緩衝機能を発揮するストッパゴムを備えた空気ばねの改良に関するものである。

鉄道車両、自動車等の車両に用いられる空気ばねは、エアレス（パンク）状態になった場合でも走行安全性を高めるためにストッパゴムを具備している。

特許文献１には、ダイヤフラムの内部に内部ストッパを設け、この内部ストッパを環状のゴム状弾性体と中間板とを非接着状態で交互に積層して構成し、ゴム状弾性体の外周方向への変形を容易にすることにより、要求されるような所定の撓みまではほぼ一定の低いばね定数で推移し、以降撓みの増加にともなって、暫時ばね定数が増加する非線形のばね特性を持たせるようにした空気ばねが開示されている。

特許文献２には、内外筒間に配置するダイヤフラムの内部にばね性をもつ内部ストッパを設け、ダイヤフラムの外側に内筒を支持するばね性を持った外部ストッパを設け、内部ストッパを内筒で支持してその一部を外部ストッパの内側の空間に入り込ませ、両ストッパのオーバラップ量相当分、空気ばねの全高が小さくなることを利用して、内部ストッパの自由時高さを高く、かつ内部ストッパのばね定数を下げて、エアレス時の空気ばねの剛性を低下させるボルスタレス車両の空気ばねが開示されている。
特開平８−２４０２３８号公報 特開２００２−２０６５８２号公報

ところで、特許文献１，２のいずれの空気ばね構造においても、内部ストッパの撓みを制限する手段がない。そのため、内部ストッパのばね定数を下げた場合、内部ストッパは撓み易くなり、内部ストッパを予備圧縮させる上側圧力板が下面板（内筒）に接触してはじめて内部ストッパの撓みが規制されることになる。

しかしながら、特許文献１，２のように、上側圧力板が下面板（内筒）に接触してはじめて内部ストッパの撓みが規制される構成では、車体が沈下し過ぎ、車体に装着している機器などが干渉する危険性がある。

また、上側圧力板が下面板（内筒）に当接した場合、もはや内部ストッパのばね特性はなくなるため、車両走行時の乗り心地性は格段に悪化することになる。さらに、上側圧力板と下面板（内筒）との接触はメタルタッチになるため、異音発生の原因にもなる。

本発明は、上記に鑑み、非線形のばね特性を持たせて乗り心地性を良好にし得る空気ばねの提供を目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明においては、上面板と下面板との間に介在されたダイヤフラムと、該ダイヤフラムの内部に設けられた低ばね定数の第１のストッパゴムと、該第１のストッパゴムの軸方向の撓みを制限する高ばね定数の第２のストッパゴムとを備えたことを特徴としている。

上記構成においては、ダイヤフラム内部の第１のストッパゴムにより、要求される所定の撓みまでは、ほぼ一定の低いばね定数で推移し、以降撓みの増加にともなって、第１のストッパゴムの軸方向の撓みを制限する第２のストッパゴムが作用し、暫時ばね定数が増加する非線形のばね特性を発揮する。したがって、エアレス（パンク）状態になったとしても、乗り心地性への影響を小さくすることができ、また、第２のストッパゴムにより、車体の沈下量を制限して安全な走行が可能となる。

第１のストッパゴムは積層ゴムから構成することができる。ゴム単体から構成することもできるが、積層ゴムから構成すると、特に、積層ゴム間に中間板（剛性板）を介在させた場合、水平方向と軸方向（垂直方向）のばね定数の調整が容易になり、また、水平方向荷重に対する耐座屈強度も大きくすることができる。

また、第１のストッパゴムは予備圧縮して耐久性を向上させることができる。この予備圧縮の方法は、下面板と圧力板との間に第１のストッパゴムを介在し、圧力板を、その上動を規制する規制部に規制させることにより行うことができる。この場合、第２のストッパゴムは、第１のストッパゴムの変位に干渉しない位置で、圧力板の下動を所望位置で規制できる位置、具体的には、圧力板の外周下方位置に配置する態様が好ましい。

上記ストッパ構造は、ボルスター付き台車およびボルスタレス台車のいずれにも適用することができる。ボルスタレス台車に適用する場合、前後方向の大変位に対しても対応できるようにするため、下面板の外側に第３のストッパゴムを備えた構造を採用するのが好ましい。第３のストッパゴムは、第１のストッパゴムと同様に積層ゴム構造として水平方向と軸方向のばね定数の調整を容易にすることができる。

以上のとおり、本発明によれば、第１のストッパゴムの軸方向の撓みを制限する高ばね定数の第２のストッパゴムを設けているので、エアレス（パンク）状態になったとしても、暫時ばね定数が増加する非線形のばね特性を発揮し、乗り心地性への影響を小さくすることができ、また、車体の沈下量を制限して安全な走行が可能となる。

［第１の実施形態］
図１は本発明に係るボルスター付き台車に搭載する空気ばねの断面図である。図に示すように、本実施形態の空気ばね１は、上面板２と、下面板３と、これらの間に介在され内部に空気室Ｓを形成する筒状のダイヤフラム４とを備え、さらに、ダイヤフラム４の内部には、低ばね定数の第１のストッパゴム５と、該第１のストッパゴム５の軸方向の撓みを制限する高ばね定数の第２のストッパゴム６とが設けられている。

上面板２は、その上面側の中央にダイヤフラム４の空気室と連通する空気取入口８が形成され、下面側にはダイヤフラム４の一端部を圧入して止着するためのリング状の止着部９が形成される。この止着部９から外周側にかけて、ダイヤフラム４の水平方向の動きを規制する下り傾斜の傾斜面１０が形成されている。

下面板３は、皿状に形成されており、その底部には図示しない補助空気室と連通させるための空気連通口１１が形成され、補助空気室が不要なときは、連通口１１が栓１２により閉塞される。また、下面板３の外周側壁にはダイヤフラム４の他端部４ｂを止着するためのフランジ１３が形成され、ダイヤフラム４の他端部は、このフランジ１２の上側で外周側壁３ａに圧入されて止着される。

ダイヤフラム４は、補強コード（図示略）で補強された円筒状のゴム材からなる弾性膜であり、その両端部４ａ，４ｂには、鋼製の線材によりリング状に形成されたビード部（図示略）を備え、一端部４ａが上面板２側の止着部に圧入されて止着され、他端部４ｂが下面板３の外周側壁３ａに圧入されて止着される。

第１のストッパゴム５は、ゴム層５ａと中間板５ｂとが複数段に積層されてなる積層ゴムから構成されている。このゴム層５ａおよび中間板５ｂは、それぞれ中央が開口したリング状に形成され、その開口１４の中心が前記空気取入口８、連通口１１に中心に合わせるように配置されている。

また、第１のストッパゴム５は、下面板３と圧力板１５との間に介在され、圧力板１５が、その上動を規制する規制部１６に規制されることにより第１のストッパゴム５が予備圧縮され、空気ばね１の中立高さで、上面板２と一定のストッパ間隔Ｄ１を保持できるようになっている。

本実施形態においては、予備圧縮量を１２ｍｍに設定しているが、これに限定されるものではない。また、第１のストッパゴム５のばね定数は概ね５ｋＮ／ｍｍに設定したが、本発明では、上記数値に限定されるものではない。

圧力板１５は、内部に第１のストッパゴム５を内包するように逆カップ状に形成され、その天蓋１７の中央に開口１８が形成され、また、天蓋１７の上面には、摩擦係数の小さいフッ素樹脂膜１９が形成され、エアレス時に接触する上面板２との摩擦抵抗を低減できるようにしている。

逆カップ状の圧力板１４の側壁下端には外方向に拡がるフランジ２０が形成され、このフランジ２０の上方に前記規制部１６が配置されている。規制部１６は、皿状の下面板３の上端から内方側に突出するリング状の突出片から構成されており、下面板３にボルト２１により固定されている。

第２のストッパゴム６は、前記圧力板１５のフランジ２０の下方向移動量を規制するために、皿状の下面板３の内側底部の外周部に配置されている。この第２のストッパゴム６は、リング状に形成され、所定の高ばね定数を有する厚みを備え、所定のストッパ間隔Ｄ２で圧力板１５のフランジ２０が第２のストッパゴム６に接圧するように設定されている。このストッパ間隔Ｄ２は、軸方向（縦方向）において、図２に示すように、所望のばね特性が得られるように設定される。

本実施形態における第２のストッパゴムの上下（軸）方向のばね定数は概ね３００ｋＮ／ｍｍに設定したが、本発明では、この数値に限定されるものではなく、第１のストッパゴム５のばね定数と比較して相対的に高ばね定数を有するようにすればよい。

上記構成の空気ばねは、ダイヤフラム４内の空気圧と有効面積との積に等しい荷重を支え、空気の圧縮性によるばね作用により、振動発生部から入力された振動を吸収減衰する。振動の入力により、上面板２と下面板３との間に軸方向に沿った相対変位が生じ、この相対変位により筒状のダイヤフラム４がその弾性作用により振動を減衰することになる。

一方、空気ばね１が故障してその機能を喪失したとき、上面板２が圧力板１５の上面に接圧し、圧力板１５により低ばね定数の第１のストッパゴム５に荷重が加わる。これにより、図２に示すように、要求される所定の撓みまでは、ほぼ一定の低いばね定数で推移する。

そして、圧力板１５のフランジ２０が下降して第２のストッパゴム６に接圧する位置まで達すると、第１のストッパゴム５の軸方向の撓みが制限され、高ばね定数の第２のストッパゴム６が作用して、暫時ばね定数が増加する非線形のばね特性を発揮する。したがって、エアレス（パンク）状態になったとしても、乗り心地性への影響を小さくすることができ、また、第２のストッパゴム６により、車体の沈下量を制限して安全な走行が可能となる。

［第２の実施形態］
図３はボルスタレス台車に本発明を適用した例を示す空気ばねの断面図である。本実施形態では、下面板３の外側に第３のストッパゴム２４を備えたことを特徴としている。

第３のストッパゴム２４は、ゴム層２４ａと中間板２４ｂとが交互に積層された積層ゴムから構成され、前後方向の大変位に対しても対応できるようになっている。第３のストッパゴム２４は、下面板３の底部外側面と車軸側の取付板２５に加硫接着されている。この第３のストッパゴムの上下方向のばね定数は、第１のストッパゴム５よりも高ばね定数とすることができ、また、水平方向のばね定数は、前後方向の大変位に対して対応できるように設定される。

本実施形態では、第３のストッパゴム２４の上下方向のばね定数を８ｋＮ／ｍｍ、前後方向をばね定数を６ｋＮ／ｍｍに設定しているが、本発明では上記数値に限定されるものではない。その他の構成は上記第１の実施形態と同様であるので、同一機能部品は同一符号を付して、その説明は省略する。

上記構成の空気ばね１をボルスタレス台車に搭載した場合、ボルスタレス台車では、前後方向にも大変位することがあるが、第３のストッパゴム２４がこれに対応して、これを緩衝するように作用する。したがって、ボルスタレス台車において、エアレス（パンク）状態になったとしても、乗り心地性への影響を小さくすることができ、また、第２のストッパゴム６および第３のストッパゴム２４により、車体の沈下量を制限して安全な走行が可能となる。なお、その他の作用効果は第１の実施形態と同様である。

このように、第１のストッパゴム４の軸方向の撓みを制限する高ばね定数の第２のストッパゴム５を設けているので、エアレス（パンク）状態になったとしても、ボルスター付き台車およびボルスタレス台車のいずれをも問わず、暫時ばね定数が増加する非線形のばね特性を発揮し、乗り心地性への影響を小さくすることができ、また、車体の沈下量を制限して安全な走行が可能となる。

本発明の第１の実施形態を示すボルスター付き台車に搭載可能な空気ばねの断面図 図１のストッパゴムのばね特性を示す荷重−撓み曲線図 本発明の第２の実施形態を示すボルスタレス台車に搭載可能な空気ばねの断面図

符号の説明

１ 空気ばね
２ 上面板
３ 下面板
４ ダイヤフラム
５ 第１のストッパゴム
６ 第２のストッパゴム
８ 空気取入口
９ 止着部
１０ 傾斜面
１１ 連通口
１２ 栓
１３ フランジ
１４ 開口
１５ 圧力板
１６ 規制部
１７ 天蓋
１９ フッ素樹脂膜
２４ 第３のストッパゴム
２５ 取付板

Claims (5)

1. 上面板と下面板との間に介在されたダイヤフラムと、該ダイヤフラムの内部に設けられた低ばね定数の第１のストッパゴムと、該第１のストッパゴムの軸方向の撓みを制限する高ばね定数の第２のストッパゴムとを備えたことを特徴とする空気ばね。
2. 前記第１のストッパゴムが積層ゴムであることを特徴とする請求項１に記載の空気ばね。
3. 前記第１のストッパゴムは、下面板と圧力板との間に介在され、前記圧力板が、その上動を規制する規制部に規制されることにより前記第１のストッパゴムが予備圧縮され、前記第２のストッパゴムが前記圧力板の外周下方位置に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の空気ばね。
4. 前記下面板の外側に設けられた第３のストッパゴムを備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空気ばね。
5. 前記第3のストッパゴムが積層ゴムであることを特徴とする請求項４に記載の空気ばね。

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