JP2006105253A - 空気ばね - Google Patents

Abstract

【課題】上下方向に狭いスペースに設置する場合にも、そのストロークを長く設定することができる空気ばねを提供する。
【解決手段】円筒状のダイヤフラム３により、気体室２の壁部を構成する。ダイヤフラム３の上端に、車体側に取り付ける上面板４を固定する。ダイヤフラム３の下端に、ピストン５の上端部を固定する。ピストン５の下端部を車軸側に取り付ける。ピストン５を上向きに押し込んだように、ダイヤフラム３の下端部を内側に折り返す。ピストン５の下端部を車軸側への取付部２４よりも下側に延設する。ダイヤフラム３の折返し部６を上下方向に案内するためのピストン５が上下方向に長くなる。空気ばね１のストロークが長くなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両や自動車、特にノンステップバスなどの低床車に装備される空気ばねに関するものである。

一般に、鉄道車両や自動車に装備される空気ばねは、車体側と車軸側との間に介装され、車体側の重量を車軸側に伝えると共に、車軸側から車体側に伝わる振動を吸収するようになっている。

図４に空気ばねの一例（特許文献１）を示す。この空気ばねは、気体室１０１の壁部を構成する円筒状のダイヤフラム１０２と、ダイヤフラム１０２の上端に固定された上面板１０３と、ダイヤフラム１０２の下端に固定されたピストン１０４とからなり、その上面板１０３が車体側に取り付けられ、ピストン１０４が車軸側に取り付けられる。

ダイヤフラム１０２の下端部は、ピストン１０４を上向きに押し込んだように内側に折り返され、その折返し部１０５の長さの変化および気体室１０１の空気圧の変化を伴って、空気ばねが上下方向に伸縮する。この空気ばねの伸縮により、車軸側から車体側に伝わる振動が吸収される。
特開平１０−２９９８０８号公報（段落番号００１０、第１図）

ところで、空気ばねを装備した車両の乗り心地をよくするには、空気ばねのばね定数を小さくすると共に、ピストンの変位可能量を大きくする必要があり、ダイヤフラムの折返し長さを長くして空気ばねのストロークを長く設定するのがよい。

ただ、空気ばねの設置スペースが上下方向に十分な大きさでない場合に、ピストンを短くしたまま、このピストンに案内されるダイヤフラムの折返し部の長さだけを長くすると、ピストンが上向きに変位したときに、ピストンの下面側にダイヤフラムが巻き込んで損傷するおそれがある。

本発明は、上下方向に狭いスペースに設置する場合にも、そのストロークを長く設定することができる空気ばねを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明が提供する空気ばねは、気体室の壁部を構成する円筒状のダイヤフラムと、ダイヤフラムの上端に固定されて車体側に取り付けられる上面板と、ダイヤフラムの下端に固定されたピストンとを備えたものであり、そのピストンの上端部をダイヤフラムに固定して下端部を車軸側に取り付け、ピストンを上向きに押し込んだようにダイヤフラムの下端部を内側に折り返した構造を前提として、ピストンの外周部を車軸側への取付面よりも下側に延設したものである。

この構成によれば、車軸側の取付部に取り付ける取付面をピストンの下端部に設け、その取付面よりも下側にまでピストンの外周部を延設するので、ダイヤフラムの折返し部を上下方向に案内するピストンの外周部を上下方向に長く設定することができる。これにより、空気ばねの設置スペースが上下方向に狭い場合であっても、ダイヤフラムの折返し長さを長くして、空気ばねのストロークを長く設定することができる。

つまり、車体側の取付部と車軸側の取付部との間隔が短い場合には、ピストンの上端から車軸側への取付面までの長さを短くする必要があるが、ピストンの外周部を下側に延設することにより、取付面よりも上側の部位に加えて取付面よりも下側の延設部分でダイヤフラムの折返し部を案内することができる。

このように、車体側の取付部と車軸側の取付部との間隔が短い場合であっても、ダイヤフラムの折返し部を車軸側の取付部よりも下方にまで案内することにより、ピストンの下面側へのダイヤフラムの巻き込みを阻止しつつ、ダイヤフラムの折返し長さを長くすることができる。なお、車軸側の取付部は、ピストンの下端部における延設部分の内側のスペースに収まる大きさとすればよい。

ピストンの下端部を上下方向における中央部よりも大径に設定すれば、ピストンの下端部外周面にダイヤフラムの折返し部を確実に密着させて案内すると共に、ピストンが上向きに大変位した状態におけるばね定数を大きく設定して、それ以上の変位を生じにくくすることができる。

また、本発明の空気ばねは、ピストンの水平方向の変位が大きくなりやすい低床車に装備するのが、より好適である。

つまり、バリアフリー化を目的としたノンステップバスなどの低床車は、その車体側の底部と車軸側との間のスペースが狭いため、そのスペースに空気ばねを設置できずに、車体側の底部よりも高い位置に空気ばねを設置することが多い。この場合、車軸側のローリング中心と空気ばねとの高低差が大きくなるため、車軸側のローリングに伴って、車軸側に取り付けられたピストンが上下方向だけでなく水平方向にも変位しやすい。

このようなピストンの水平方向の変位により、ダイヤフラムには、上下方向に対して傾斜して互いに交差する２方向のうち、一方向に圧縮が生じて他方向に引張が生じる。そのため、２方向のうちの圧縮が生じる方向に沿って、ダイヤフラムの折返し部が下方に押し出されるように膨らみやすいが、ピストンの下端部の延設部分により、ピストンの下面側へのダイヤフラムの巻き込みを阻止することができる。

以上のとおり、本発明によると、ピストンの外周部を車軸側への取付面よりも下側に延設しているので、上下方向に狭いスペースに空気ばねを設置する場合にも、そのストロークを長く設定することができる。これにより、空気ばねのばね定数を小さく設定して車両の乗り心地をよくすることができる。

以下、本発明に係る空気ばねを実施するための最良の形態について、図面を用いて説明する。図１は本発明に係る空気ばねの軸方向断面図である。

この空気ばね１は、ノンステップバスなどの低床車に装備されて、気体室２の空気圧によって車体１９側の重量をフレーム２１側（車軸側）に伝えると共に、その伸縮によってフレーム２１側から車体１９側に伝わる振動を吸収するためのものであり、気体室２の壁部を構成する円筒状のダイヤフラム３と、ダイヤフラム３の上端に固定された上面板４と、ダイヤフラム３の下端に固定されたピストン５とを備えている。

ダイヤフラム３は、中心軸を上下方向に向けて配置された円筒状のゴム膜からなり、その上下端を上面板４およびピストン５で塞がれることにより、ダイヤフラム３の内部に気体室２が構成される。ダイヤフラム３を構成するゴム膜には、例えばナイロン製の補強コードが埋設され、この補強コードによってゴム膜が補強されると共に、ゴム膜自体の伸縮が規制される。

ダイヤフラム３の下端部は、ピストン５を上向きに押し込んだように内側に折り返され、その折返し部６の長さの変化を伴って、ダイヤフラム３がその中心軸方向に容易に伸縮可能とされている。これにより、ダイヤフラム３の中心軸方向における剛性が小さくされ、空気ばね１が、主に気体室２の空気圧によって中心軸方向に力を伝えるようになっている。

上面板４は、例えば円板状の鋼板からなり、その周縁部７を下側にカシメられてダイヤフラム３の上端に固定され、２本のボルト８（図１には、１本のみを図示）によって車体１９側の金具２０に締結される。なお、図１における９は、気体室２に空気を供給するための給気口である。

ピストン５は、例えば鋼製の円筒状とされて、その下端部をフレーム２１側に取り付けられ、上端部をダイヤフラム３の下端に固定される。ピストン５の外径は、その外周面にダイヤフラム３の折返し部６が密着する大きさに設定され、フレーム２１側の変位に伴ってピストン５が上下動する際、ピストン５の外周面に沿って折返し部６の下端の屈曲部１０が上下方向に転動するようになっている。これにより、ダイヤフラム３が折返し部６の長さを変化させながら上下方向に伸縮する。

ピストン５の下端付近には、その中央穴を塞ぐように、略円板状のピストン受け１１がピストン５と一体に設けられ、このピストン受け１１とフレーム２１側の金具２３の上端に設けられた取付部２４とをボルト１２によって締結することにより、ピストン５がフレーム２１側に取り付けられる。

ピストン５の下端部は、その下端よりも上方にずれた位置にピストン受け１１を設けることにより、フレーム２１側への取付面としてのピストン受け１１の下面よりも下側に延設されている。この延設部１３を設けることにより、ピストン５の全長が長くなり、車体１９側の金具２０からフレーム２１側の取付部２４までの間隔が短い場合にも、そのスペースに、十分な長さのピストン５を有する空気ばね１の設置が可能とされる。

延設部１３は、他の部位よりも大径に形成され、ダイヤフラム３の折返し部６をより確実に密着させると共に、ピストン５が上向きに大変位した状態における空気ばね１のばね定数を大きくして、それ以上の変位を生じさせにくくしている。なお、フレーム２１側の取付部２４は、延設部１３の内側の空間に収まる大きさとされる。

ピストン５の上端部には、この部位を半径方向内向きに折曲してなるフランジ１４が形成され、このフランジ１４で囲まれた開口に上方から皿状のロアシート１５が嵌め込まれている。ロアシート１５は、例えば鋼製の円板の周縁付近を上向きに折曲してなり、さらに、その周縁部１５ａが半径方向外向きに突出する鍔状に形成されている。

ロアシート１５の底部をピストン受け１１の中央部上面に設けられた座部１６にボルト締結することにより、ダイヤフラム３の下端がフランジ１４とロアシート１５の周縁部１５ａとで中心軸方向に挟持され、ダイヤフラム３の下端にピストン５が固定される。なお、ロアシート１５の上面側には、ゴム製のストッパ１７が設けられ、ピストン５が上向きに大変位した際にストッパ１７が上面板４に当接することにより、ピストン５の上方への変位を制限するようになっている。

次に、エアサスペンションに装備した空気ばねの挙動を説明する。まず、空気ばねの装着位置とピストンの変位方向との関係について説明する。図２は空気ばねの装着位置を示す図であり、左半分が通常の車両に装備する場合を示し、右半分が低床車に装備する場合を示す。

図２に示すように、通常の車両においては、空気ばね１は、その上面板４を車体１９の底部１９ａに設けられた金具２０に取り付け、ピストン５をフレーム２１に取り付けることにより、車体１９の底部１９ａとフレーム２１との間に介装される。この場合、空気ばね１は、フレーム２１のローリング中心２２とほぼ同じ高さに設置されることになり、フレーム２１のローリングによるピストン５の変位方向が上下方向にほぼ一致する。

これに対して、低床車においては、空気ばね１は、その上面板４を車体１９のホイールハウス１９ｂの天井部分１９ｃに設けられた金具２０に取り付け、ピストン５をフレーム２１に設けられた金具２３の上端の取付部２４に取り付けることにより、車体１９のホイールハウス１９ｂの天井部分１９ｃとフレーム２１との間に介装される。この場合、空気ばね１は、フレーム２１のローリング中心２５よりも高い位置に設置されることになり、フレーム２１のローリングによるピストン５の変位方向は、上下方向から水平方向に傾斜する。

図３は低床車に装備した空気ばねの挙動を示す図であり、ピストン５が上向きおよび水平方向（図３における左向き）に変位した状態を示す。

ピストン５は、フレーム２１側の変位に伴って上下方向および水平方向に変位し、このうちの上下方向の変位により、ダイヤフラム３を上下方向に伸縮させる。ダイヤフラム３の伸縮は、気体室２の容積を変化させ、この気体室２の容積変化によってその空気圧が変化する。

気体室２に密封された空気のばね作用により、空気ばね１が車体１９を弾性的に支持し、地表の凹凸などに伴ってフレーム２１側から車体１９側に伝わる振動を吸収する。なお、ダイヤフラム３自体の中心軸方向の剛性は小さく、主に気体室２の空気圧によって、車体１９側とフレーム２１側との間で力が伝えられる。

図３に示すように、ピストン５が上向きに変位することにより、ダイヤフラム３の折返し部６の長さが長くなり、ダイヤフラム３が全体として上下方向に短くなる。このとき、ピストン５の外周面にダイヤフラム３の折返し部６が密着しながら、その下端の屈曲部１０がピストン５の外周面に沿って下向きに転動する。

屈曲部１０は、ピストン５の下端の延設部１３によって、フレーム２１側の取付部２４よりも下側にまで案内される。これにより、車体１９側の金具２０から取付部２４までの間隔が狭く、かつ、ダイヤフラム３の折返し部６の長さが長い場合であっても、ピストン５の下方へのダイヤフラム３の巻き込みを阻止することができる。

ピストン５の水平方向の変位は、上下方向に対して傾斜する２方向（Ａ、Ｂ）に、ダイヤグラム３の引張および圧縮を生じさせる。図３において、ダイヤフラム３に引張の生じる方向をＡで示し、圧縮の生じる方向をＢで示す。

ダイヤフラム３がＡ方向に引っ張られることにより、折返し部６の下端の屈曲部１０は、図３における左側を持ち上げられ、ダイヤフラム３がＢ方向に圧縮されることにより、折返し部６の下端の屈曲部１０は、図３における右側を下方に押し出される。このように、ピストン５の水平方向の変位により、図３における右側の屈曲部１０がより下方に転動するが、その屈曲部１０が延設部１３の範囲に収まり、ピストン５の下方へのダイヤフラム３の巻き込みが阻止される。

本発明に係る空気ばねの軸方向断面図 空気ばねの装着位置を示す図 低床車に装備した空気ばねの挙動を示す図 従来の空気ばねの軸方向断面図

符号の説明

１ 空気ばね
２ 気体室
３ ダイヤフラム
４ 上面板
５ ピストン
６ 折返し部
１０ 屈曲部
１１ ピストン受け
１３ 延設部

Claims (3)

1. 気体室の壁部を構成する円筒状のダイヤフラムと、該ダイヤフラムの上端に固定されて車体側に取り付けられる上面板と、ダイヤフラムの下端に固定されたピストンとを備え、前記ピストンは、その上端部をダイヤフラムに固定されて下端部を車軸側に取り付けられ、前記ピストンを上向きに押し込んだように前記ダイヤフラムの下端部が内側に折り返された空気ばねにおいて、
   前記ピストンは、その外周部を車軸側への取付面よりも下側に延設されたことを特徴とする空気ばね。
2. 前記ピストンは、その下端部を上下方向における中央部よりも大径に設定されたことを特徴とする請求項１に記載の空気ばね。
3. 低床車に装備されることを特徴とする請求項１又は２に記載の空気ばね。

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