JP2008115960A - 空気ばね構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】絞り通路にそれ本来の機能を十分に発揮させてなお、そこを通る空気流への乱れの発生を抑制することで、高周波騒音の発生を有効に防ぐことができる空気ばね構造体を提供する。
【解決手段】上面板１および下面板２のそれぞれに、筒状可撓膜体３のそれぞれの端部分を気密に取付けてなる空気ばね４を、絞り通路を介して補助タンク８に連通させたものであり、空気ばね４の下面板２に緩衝空気室１２を設け、この緩衝空気室１２を、空気ばね４側および補助タンク８側のそれぞれに、それぞれの絞り通路１３、１４によって開口させてなる。
【選択図】図１

Description

この発明は、鉄道車両に用いて好適な空気ばね構造体に関するものであり、とくには、空気ばねを補助タンクに連通させて車両の振動減衰等をもたらす絞り通路を加圧空気が通過するに際して発生することのある、笛吹き音と称される高周波騒音の発生を防ぐ技術を提案するものである。

鉄道車両用の空気ばねとして広く一般に使用されているものとしては、たとえば、特許文献１に開示されたものがある。
これは、上下の各面板にダイアフラムの各端部を気密に連結するとともに、下面板に設けた絞り通路を、円筒状の積層ゴムを介して一定容積の補助タンクに間接的に連通させるものであり、車両の振動等に起因する空気ばね内圧の変動に伴って、加圧空気を絞り通路に流動させることによる、加圧空気の摩擦、拡散等によってばね特性および振動減衰性能を発揮させるものである。

この場合の相当ばね定数および相当減衰係数は、図３に示すような一山ベローズ形の空気ばね１０１を、下面板１０２に設けた絞り通路１０３によって、補助タンク１０４に間接的に連通させる場合を例として考えると、以下の式で表わすことができる。

特開２００５−２３１４６４号公報

しかるに、このような従来技術にあっては、鉄道車両の、たとえば上下振動に伴って、加圧空気が絞り通路を高圧側から低圧側へ高速で流動するに当って、絞り通路の形状、寸法等に由来する、空気流の各種の乱れに起因すると考えられる高周波騒音が発生することがあるという問題があった。

この発明は、従来技術が抱えるこのような問題点を解決することを課題とするものであり、それの目的とするところは、絞り通路にそれ本来の機能を十分に発揮させてなお、そこを通る空気流への乱れの発生を抑制することで、高周波騒音の発生を有効に防ぐことができる空気ばね構造体を提供することにある。

この発明に係る空気ばね構造体は、上面板および下面板のそれぞれに、ベローズ、ダイヤフラム等の筒状可撓膜体のそれぞれの端部分を気密に連結してなる空気ばねを、絞り通路を介して、補助タンクに直接的もしくは間接的に連通させたものであり、空気ばねと補助タンクとの間に、少なくとも一の緩衝空気室を設け、この緩衝空気室を、空気ばね側および補助タンク側のそれぞれに、それぞれの絞り通路によって開口させてなるものである。

ここで好ましくは、緩衝空気室に設けた、空気ばね側および補助タンク側のそれぞれの絞り通路の開口面積すなわち最小開口面積を相互に等しくする。
この場合、それぞれの絞り通路の各々は、単一貫通孔をもって構成し得ることはもちろんであるが、より好ましくは、それらの各々を、複数個の貫通孔にて構成する。

ところで、一以上の緩衝空気室は、前孔下面板に区画形成することが好ましい。
なお、空気ばねと補助タンクとの間には、ゴムリングと剛性リングとの積層構造になる円筒状の積層ゴムを、空気ばねと整列して、それと同軸となる姿勢で介装することが好ましい。

また、緩衝空気室は、下面板に区画形成することに代えて、もしくは加えて、リング状の積層ゴムの内側に、一個以上を区画形成することもできる。

そして、これらのいずれの場合にあっても、緩衝空気室に設けた、空気ばね側および補助タンク側のそれぞれの絞り通路を、空気ばね軸線に対して相互に異なる方向にオフセットさせて配設することが好ましい。

この発明に係る空気ばね構造体では、鉄道車両の上下振動等に起因して、空気ばねと補助タンクとの間で、加圧空気が絞り通路を経て流動するに際し、その絞り通路の作用下で、空気ばね構造体に、所期した通りのばね特性および振動減衰性能を発揮させ得ることはもちろん、ここではとくに、加圧空気の、絞り通路を通る流動に当って、空気ばねと補助タンクとの間に設けた一以上の緩衝空気室を、低圧側室と高圧側室との間の中間圧力室として機能させることにより、それぞれの絞り通路を通る加圧空気の流速を、従来技術に比して有効に低減させることができ、これにより、高周波騒音の発生を効果的に抑制することができる。
そしてこのことは、緩衝空気室を複数設けた場合により効果的である。

このような空気ばね構造体において、緩衝空気室に設けた、空気ばね側および補助タンク側のそれぞれの絞り通路の最小開口面積を相互に等しくしたときは、加圧空気が、緩衝空気室をいずれの方向に向けて通過する場合にあっても、ともに等しい、ばね特性および振動減衰性能を発揮させることができる。

ここで、好ましくはともに等しい開口面積を有するそれぞれの絞り通路の各々を、複数個の貫通孔をもって構成したときは、各貫通孔を流動する加圧空気の流速を一層低減させることができ、この結果として、騒音の発生をより有効に抑制することができる。

上述したいずれかの場合において、緩衝空気室を下面板に区画形成したときは、積層ゴム構造のいかんにかかわらず、所要の騒音低減効果を実現することができ、かつ、下面板の中央部に、それに貫通しない雌ねじ部を形成することで、取扱いの容易性も確保する事ができる。

ところで、空気ばねと補助タンクとの間に、円筒状の積層ゴムを、空気ばねと整列する同軸姿勢で介装配置したときは、空気ばねと積層ゴムとの協働下で、上下方向および水平方向の各方向の外力の作用に対して所期した通りの変形量およびばね特性を容易に実現することができる。

なお、この場合において、一以上の緩衝空気室を積層ゴムの内側に区画形成したときは、構造の簡素化を図ることができ、しかもコストの増加を有効に防止することができる。
また、緩衝空気室を大きくとる事ができ、減衰効果を確保しつつ、流速を落とすことができるので、音の発生をより効果的に低減させることができる。

なおこの場合、積層ゴム内に区画した緩衝空気室のそれ自体の容積は、その積層ゴム、ひいては、空気ばね構造体に一旦荷重が作用した後は、緩衝空気室の作用中に大きく変動することがないので、実質的には、剛性部材である下面板に区画形成した緩衝空気室と同様に機能することができる。

またここで、緩衝空気室に設けた、空気ばね側および補助タンク側のそれぞれの絞り通路を、空気ばね軸線に対して相互に異なる方向にオフセットさせて配設した場合には、構造的には、所要の形状および寸法を有する絞り通路を、最も形成し易い個所に選択的に形成できる利点があり、さらには、空気流路が結果として長くなって、より大きな摩擦減衰が得られること、絞り通路の大きさの自由度が大きくなること（従来だと、取付ボルト径よりは大きくできない）、また別部材で形成された絞りを取付けることが容易になるなどの利点がある。

図1はこの発明に係る、空気ばねと、それの内部空間を連通させた補助タンクとからなる空気ばね構造体の実施の形態を、空気ばねの標準高さ状態で、リング状の積層ゴムとともに示す、空気ばね中心軸線を含む縦断面図であり、図中１は、上面板、２は下面板をそれぞれ示し、３は、ともに水平姿勢としたそれらの面板１，２に、それぞれの端部分を気密に連結した筒状可撓体、ここでは補強層を埋設したゴムベローズを示す。

図に示すところでは、これらの各構成部材１，２，３を具える空気ばね４の下面板２に、ゴムリング５と剛性リング６とを交互に複数段に積層してなる円筒状の積層ゴム７を、空気ばね４と整列する同軸姿勢で気密に連結するとともに、その積層ゴム７の下端を補助タンク８に、これも気密に取付ける。

ここで、積層ゴム７は、その上端に配設した剛性取付けリング９によって下面板２に連結することができ、またその下端に配設した、剛性の閉塞版１０に設けた連結パイプ１１の差込みによって補助タンク８に取付けることができる。

このような空気ばね構造体において、図に示すところでは、下面板２内に円環形状をなす緩衝空気室１２を区画形成するとともに、この緩衝空気室１２に、空気ばね４内に開口する絞り通路１３と、積層ゴム７内、言い換えれば補助タンク８側に開口するそれと同一の開口面積の絞り通路１４とのそれぞれを、空気ばね４の中心軸線ＣＬに対して、相互に異なるラジアル線分方向にオフセットさせて位置させる。
なお、ここにおいて、絞り通路１３，１４の途中に流路搾取部を形成するときは、それらの最狭窄部の横断面積、すなわち、最小の開口面積に相互に同一とする。

これによれば、たとえば、鉄道車両の上下振動によって空気ばね内圧が増加した場合には、空気ばね４の加圧空気は、緩衝空気室１２および、積層ゴム７の内腔を経て補助タンク８へ流入することになり、逆に、空気ばね内圧が低下した場合には、補助タンク８内の加圧空気が、積層ゴム内腔および緩衝空気室１２を順次に経て、空気ばね４内へ流入することになり、これらのいずれの場合にあっても、加圧空気がともに、同一開口面積のそれぞれの絞り通路１３，１４を流動することに基づく、相互に等しい所要のばね特性および振動減衰性能が発揮されることになる。

しかもここでは、下面板２に区画形成した緩衝空気室１２が、加圧空気のこのような流動に当って、高圧側と低圧側との中間の内圧となる中間圧力室として機能することになり、このような緩衝空気室１２に設けたそれぞれの絞り通路１３，１４を通過する加圧空気の流速は、高圧側と低圧側とを直接的に連通させる従来技術の絞り通路１０３を通過する加圧空気の流速に対して、大きく低減されることになるので、加圧空気がそれらの絞り通路１３，１４を通過することに起因する高周波騒音の発生が、効果的に抑制されることになる。

またここでは、緩衝空気室１２に設けた、空気ばね４側および補助タンク８側のそれぞれの絞り通路１３，１４を、空気ばね４の中心軸線ＣＬに対して相互に異なる方向にオフセットさせて配設することにより、先に述べたように、絞り通路の断面寸法、形状等を自由に設定でき、流路を長くして、大きな減衰性能を発揮させることができ、また、別材質の絞りを取付けることも可能になる。

そしてまた、それぞれの絞り通路１３、１４の各々を、所定の開口面積をもつ、複数個の小径貫通孔によって構成したときは、先の式からも明らかなように、一定のトータル開口面積の下で、前述したと同様の効果を得ることができるとともに、空気の乱れ箇所を分散して、音の発生を低減させることができる。

さらに、図示のように、空気ばねと補助タンクとの間に、ゴムリング５と剛性リング６との、複数段にわたる積層構造になる円筒状積層ゴム７を、空気ばね４と同軸に介装配置した場合は、前述したように、空気ばね４および積層ゴム７の協働作用により、上下方向および水平方向の各方向の外力の作用に対して、所期した通りの変形量およびばね特性を簡易に実現することができる。

図２は、この発明の他の実施形態を示す縦断面図であり、これは、上述したようにして、空気ばね４と補助タンク８との間に介装した積層ゴム７の内側に、一個以上、図では一個の緩衝空気室１５を区画形成し、この緩衝空気室１５を、下面板２の中央部に形成した絞り通路１６によって空気ばね４の内側に連通させるとともに、剛性閉塞板１０の中央部に形成した、絞り通路１６と同一の開口面積の他の絞り通路１７によって補助タンク１８側に開口させたものである。

このような空気ばね構造体によってもまた、ともに同一の開口面積を有するそれぞれの絞り通路１６、１７の作用下で、加圧空気の、いずれの方向への流動に対しても、所期した通りの、相互に等しいばね特性および振動減衰性能を発揮させることができ、また、緩衝空気室１５を中間圧力室として機能させることで、絞り通路１６、１７を流動する加圧空気の流速を低減させて、高周波騒音の発生を有効に抑制することができる。

なおここで、積層ゴム７の内側に複数個の緩衝空気室を区画形成した場合および、この図に示す緩衝空気室１５に加えて、図１に示す緩衝空気室１２をも併せて区画形成した場合には、中間圧力室の数の増加に伴う、絞り通路流速のより一層の低下によって、高周波騒音の発生を一層効果的に抑制することができる。

そして、これらのいずれの場合にあっても、積層ゴム内の緩衝空気室１５に設けるそれぞれの絞り通路を、図１に関連して述べたように、空気ばね４の中心軸線ＣＬに対して、異なるラジアル線分方向に相互にオフセットさせて位置させることもでき、また、各個の絞り通路を、所定の開口面積をもつ、複数の小径貫通孔にて形成することもできる。

鉄道車両を支持できる寸法緒元を有する、標準高さにおける有効直径が５４０φの空気ばねを具える空気ばね構造体において、支持荷重を５３．９ｋＮ（５５ｔｏｎ、内圧２５０ｋＰａ）、空気ばね標準高さを２１９ｍｍとしてところにおいて、緩衝空気室の構造を、図１に示すもの（実施例構造）とし、下側加振振幅を１．０〜１０．０ｍｍの範囲で、そして、周波数を０．２〜４Ｈｚの範囲内でそれぞれ変化させたときの高周波騒音の発生状況は表１に示すとおりとなった。

なお表２に騒音の発生状況を示す従来例は、図３に示す構造を有するものとした。

表中の○は、高周波騒音の発生の無い場合を、×は、高周波騒音が明らかに発生する場合を、そして△は、明確ではないが、かすかに音が発生する場合をそれぞれ示す。

表１に示す実施例構造によれば、表２の従来例構造に比し、高い周波数域および、大きい振幅域においてすぐれた騒音防止機能を発揮し得ることが明らかである。

この発明に係る空気ばね構造体の実施形態を示す縦断面図である。 この発明の他の実施形態を示す縦断面図である。 従来の空気ばね構造体を例示する縦断面図である。

符号の説明

１ 上面板
２ 下面板
３ ゴムベローズ
４ 空気ばね
５ ゴムリング
６ 剛性リング
７ 積層ゴム
８ 補助タンク
９ 剛性取付リング
１０ 閉塞板
１１ 連結パイプ
１２、１５ 緩衝空気室
１３、１４、１６、１７ 絞り通路
ＣＬ 空気ばねの中心軸線

Claims (7)

1. 上面板および下面板のそれぞれに、筒状可撓膜体のそれぞれの端部分を気密に取付けてなる空気ばねを、絞り通路を介して補助タンクに連通させた空気ばね構造体において、
   空気ばねと補助タンクとの間に、少なくとも一の緩衝空気室を設け、この緩衝空気室を、空気ばね側および補助タンク側のそれぞれに、それぞれの絞り通路によって開口させてなる空気ばね構造体。
2. 緩衝空気室に設けた、空気ばね側および補助タンク側のそれぞれの絞り通路の開口面積を相互に等しくしてなる請求項１に記載の空気ばね構造体。
3. それぞれの絞り通路の各々を複数個の貫通孔にて形成してなる請求項１もしくは２に記載の空気ばね構造体。
4. 緩衝空気室を下面板に区画形成してなる請求項１〜３のいずれかに記載の空気ばね構造体。
5. 空気ばねと補助タンクとの間に、円筒状の積層ゴムを、空気ばねと整列する姿勢で介装してなる請求項１〜４のいずれかに記載の空気ばね構造体。
6. 緩衝空気室を積層ゴムの内側に区画形成してなる請求項５に記載の空気ばね構造体。
7. 緩衝空気室に設けた空気ばね側および補助タンク側のそれぞれの絞り通路を、空気ばね軸線に対して相互に異なる方向にオフセットさせて配設してなる請求項１〜６のいずれかに記載の空気ばね構造体。
   
   

Images