JP2008303903A - 空気ばね装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイヤフラムと積層ゴム部材とが相対的に水平方向に移動する際に、その移動量が小さいときのばね定数を低くする。
【解決手段】ダイヤフラム１４と積層ゴム部材１５との間には、これらが相対的に水平方向に移動したときに互いが衝突させられる一組のストッパー部材１５ｃ、１９が設けられるとともに、下面板１１の下面、および積層ゴム部材１５の上面のうちのいずれか一方には、ダイヤフラム１４と積層ゴム部材１５とが相対的に水平方向に移動して一組のストッパー部材１５ｃ、１９が互いに衝突するまでの間に、この移動に伴って他方の面上をスライド移動させられるスライド部材２０が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、車体と台車との間に配設される空気ばね装置に関するものである。

この種の空気ばね装置として、上下一対の面板、およびこれらの面板に両端開口部がそれぞれ気密に連結された筒状のゴム膜を備えるダイヤフラムと、このダイヤフラムの下方に配置された筒状の積層ゴム部材と、が備えられた構成が知られている。
ところで近年では、ダイヤフラムと積層ゴム部材とが相対的に水平方向に移動するときに空気ばね装置が発揮するばね定数を、その移動量が小さいときには低くし移動量が大きいときには高くして非線形にすることがある。
このような空気ばね装置として、例えば下記特許文献１には、ダイヤフラムと積層ゴム部材とが相対的に水平方向に沿って車両左右方向に移動するときに空気ばね装置が発揮するばね定数を前述のように非線形にすることにより、直進走行時に発生する水平方向の振動を抑えて良好な乗り心地性を確保するとともに、旋回走行時における走行可能速度を高めた構成が提案されている。
特開２００５−２３１４６４号公報

しかしながら、前記従来の空気ばね装置では、ダイヤフラムにおける下面板の下面と積層ゴム部材の上面とをゴム材料で連結し、ダイヤフラムと積層ゴム部材とが相対的に水平方向に移動するのに伴って、前記ゴム材料がせん断変形させられるようになっているので、この移動量が小さいときのばね定数を十分には低くすることができず、直進走行時に発生する水平方向の振動を低減させるのが困難である等の問題があった。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、ダイヤフラムと積層ゴム部材とが相対的に水平方向に移動する際に、その移動量が小さいときのばね定数を低く抑えることができる空気ばね装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明の空気ばね装置は、上下一対の面板、およびこれらの面板に両端開口部がそれぞれ気密に連結された筒状の主ゴム膜を備えるダイヤフラムと、このダイヤフラムの下方に配置された筒状の積層ゴム部材と、が備えられ、車体と台車との間に配設される空気ばね装置であって、前記ダイヤフラムと積層ゴム部材との間には、これらが相対的に水平方向に移動したときに互いが衝突させられる一組のストッパー部材が設けられるとともに、前記上下一対の面板のうち下側に位置する下面板の下面、および前記積層ゴム部材の上面のうちのいずれか一方には、前記ダイヤフラムと積層ゴム部材とが相対的に水平方向に移動して前記一組のストッパー部材が互いに衝突するまでの間に、この移動に伴って他方の面上をスライド移動させられるスライド部材が設けられていることを特徴とする。
この発明では、下面板の下面、および積層ゴム部材の上面のうちのいずれか一方に前記スライド部材が設けられているので、ダイヤフラムと積層ゴム部材とが相対的に水平方向に移動して前記一組のストッパー部材が互いに衝突するまでの間は、空気ばね装置のばね定数を低く抑えることが可能になる。
したがって、例えば、前記一組のストッパー部材が、ダイヤフラムと積層ゴム部材とが相対的に水平方向に沿った車両左右方向に移動したときにのみ互いに衝突する構成とされた場合には、空気ばね装置のばね定数が、車両前後方向では低くなり、車両左右方向では、一組のストッパー部材が互いに衝突するまでの小変位のときに低く、一組のストッパー部材が互いに衝突した後さらにこの移動が進行した大変位のときに高くなるので、直進走行時に良好な乗り心地性を具備させることが可能になるとともに、旋回走行時における走行可能速度を向上させることができる。
なお、前記スライド部材としては、例えばポリアミド等の耐摩耗性樹脂、若しくはポリ４フッ化エチレン等の低摩擦材からなるシート材、あるいは金属板に前記耐摩耗性樹脂、若しくは低摩擦材がコーティングされたコーティング部材、さらにはスラストベアリング等が挙げられる。

ここで、前記上下一対の面板のうち上側に位置する上面板には、前記主ゴム膜内に開口した空気供給筒が設けられるとともに、前記下面板には、前記積層ゴム部材の内側と主ゴム膜内とを連通させる連通孔が形成され、この連通孔、前記積層ゴム部材の内側、および前記下面板の下面と積層ゴム部材の上面との間を介した前記主ゴム膜内とこの空気ばね装置の外部との連通を遮断するシール部材が設けられてもよい。
この場合、シール部材が設けられているので、前述したように下面板の下面、および積層ゴム部材の上面のうちのいずれか一方にスライド部材を設けたことにより積層ゴム部材の内側の気密性が低下して主ゴム膜から内圧が抜け易くなるのを防ぐことができる。

また、前記シール部材は、上端開口部が前記下面板に気密に連結された筒状のゴム膜であってもよい。
この場合、シール部材がゴム膜となっているので、例えばシール部材としてＯリングを採用し、このＯリングを下面板の下面と積層ゴム部材の上面との間に介在させた場合と比べて、前記一組のストッパー部材が互いに衝突するまでの空気ばね装置のばね定数を低くすることが可能になるとともに、シール部材が摩耗し易くなるのを防いでその耐久性を向上させることもできる。

さらに、前記シール部材は、積層ゴム部材の内側に配置されて、前記下面板の下面と積層ゴム部材の上面との間と、前記連通孔とを遮断してもよい。
この場合、シール部材が外気や風雨に晒されるのを防ぐことが可能になり、その耐久性をより一層向上させることができる。

この発明によれば、ダイヤフラムと積層ゴム部材とが相対的に水平方向に移動する際に、その移動量が小さいときのばね定数を低く抑えることができる。

以下、本発明に係る空気ばね装置の一実施形態を、図１を参照しながら説明する。
この空気ばね装置１０は、上下一対の面板１１、１２、およびこれらの面板１１、１２に両端開口部がそれぞれ気密に連結された筒状の主ゴム膜１３を備えるダイヤフラム１４と、このダイヤフラム１４の下方に配置された筒状の積層ゴム部材１５と、を備え、例えば鉄道車両等の図示されない車体と台車との間に配設されて用いられる。

上下一対の面板１１、１２のうち上側に位置する上面板１２には、その厚さ方向に貫いて空気供給筒１６が設けられており、上面板１２における上方と下方とが空気供給筒１６の内部を通して連通している。
ここで、上面板１２には、主ゴム膜１３の上端開口部が気密に連結されており、この主ゴム膜１３の内部に向けて空気供給筒１６が開口している。なお、空気供給筒１６において上面板１２の上面から上方に突出した上端部には、図示されないコンプレッサ等の空気供給手段に連通した配管が連結される。

また、上下一対の面板１１、１２のうち下側に位置する下面板１１には、主ゴム膜１３の下端開口部が気密に連結されるとともに、積層ゴム部材１５の内側と主ゴム膜１３内とを連通する連通孔１８が形成されている。この連通孔１８は、空気供給筒１６と対向している。さらに、下面板１１の下面には、連通孔１８の開口周縁部を径方向外方から囲繞するストッパー筒部（ストッパー部材）１９が下方に向けて突設されている。

積層ゴム部材１５は、金属製の円環板１５ａ、１５ｃと円環状のゴム部材１５ｂとが上下方向に交互に配置された筒状体となっており、その上面が円環板１５ｃで構成されるとともに、その下面がゴム部材１５ｂで構成されている。なお、円環板１５ａ、１５ｃとゴム部材１５ｂとは接着している。また、円環板１５ａ、１５ｃおよびゴム部材１５ｂの各内径は同等とされている。以下、複数の円環板１５ａ、１５ｃのうち、積層ゴム部材１５の上面を構成する円環板を上側円環板（ストッパー部材）１５ｃといい、その他の円環板を他の円環板１５ａという。

ここで、積層ゴム部材１５の内径は、ストッパー筒部１９の外径よりも大きくされ、これらの積層ゴム部材１５とストッパー筒部１９とは同軸に配置されている。そして、ストッパー筒部１９の外周面と、上側円環板１５ｃの内周面とが径方向に隙間をあけた状態で対向している。また、上側円環板１５ｃの外径は、他の円環板１５ａおよびゴム部材１５ｂの各外径よりも大きくなっている。さらに、上側円環板１５ｃの厚さは、他の円環板１５ａの厚さよりも厚くなっている。
さらにまた、積層ゴム部材１５の下面には、外径が他の円環板１５ａおよびゴム部材１５ｂの各外径と同等とされ、内径が積層ゴム部材１５の内径よりも小さい支持円環板２４が同軸に接着されている。この支持円環板２４の下面に、積層ゴム部材１５の内側に向けて開口する連通筒２２が垂設されている。

そして、本実施形態では、下面板１１の下面、および積層ゴム部材１５の上面のうちのいずれか一方に、ダイヤフラム１４と積層ゴム部材１５とが相対的に水平方向に移動してストッパー筒部１９と上側円環板１５ｃとが互いに衝突するまでの間に、この移動に伴って他方の面上をスライド移動させられるスライド部材２０が設けられている。
図示の例では、スライド部材２０は、例えばポリアミド等の耐摩耗性樹脂、若しくはポリ４フッ化エチレン等の低摩擦材からなるシート材、あるいは金属板に前記耐摩耗性樹脂、若しくは低摩擦材がコーティングされたコーティング材とされ、下面板１１の下面に接着されている。

また、スライド部材２０は、内径がストッパー筒部１９の外径および上側円環板１５ｃの内径よりも大きい円環板とされ、下面板１１および積層ゴム部材１５と同軸に配置されている。さらに、このスライド部材２０の厚さはストッパー筒部１９の突出長さよりも小さくされており、ストッパー筒部１９の先端部外周面と、上側円環板１５ｃの内周面とが径方向で対向している。これにより、ダイヤフラム１４と積層ゴム部材１５とが相対的に水平方向に移動したときに、ストッパー筒部１９と上側円環板１５ｃとが衝突するようになっている。なお、上側円環板１５ｃの内周面とストッパー筒部１９の外周面との間の隙間は例えば５ｍｍ程度となっている。

さらに、本実施形態では、連通孔１８、積層ゴム部材１５の内側、および下面板１１の下面と積層ゴム部材１５の上面との間を介した主ゴム膜１３内とこの空気ばね装置１０の外部との連通を遮断するシール部材が設けられている。図示の例では、シール部材はＯリング２６とされ、下面板１１の下面においてスライド部材２０が配置された部分よりも径方向外側に形成された環状溝に装着されている。そして、このＯリング２６が積層ゴム部材１５の上面との間に挟まれることにより、下面板１１の下面と積層ゴム部材１５の上面との間においてＯリング２６よりも径方向内側に位置する部分が気密に保たれるようになっている。

以上より、ダイヤフラム１４と積層ゴム部材１５とが相対的に水平方向に移動すると、Ｏリング２６により前述の気密を維持させた状態で、スライド部材２０が積層ゴム部材１５の上面を摺動し、その後、ストッパー筒部１９の外周面と上側円環板１５ｃの内周面とが衝突する。そして、さらに継続してダイヤフラム１４と積層ゴム部材１５とが相対的に水平方向に移動すると、ストッパー筒部１９の外周面と上側円環板１５ｃの内周面とが当接していることにより主ゴム膜１３および積層ゴム部材１５が水平方向にせん断変形させられる。

以上説明したように、本実施形態による空気ばね装置１０によれば、下面板１１の下面にスライド部材２０が設けられているので、ダイヤフラム１４と積層ゴム部材１５とが相対的に水平方向に移動してストッパー筒部１９および上側円環板１５ｃが互いに衝突するまでの間は、空気ばね装置１０のばね定数を十分に低く抑えることが可能になる。

また、本実施形態では、Ｏリング２６が設けられているので、前述したように下面板１１の下面にスライド部材２０を設けたことにより積層ゴム部材１５の内側の気密性が低下して主ゴム膜１３から内圧が抜け易くなるのを防ぐことができる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、前記実施形態で示したストッパー筒部１９に代えて、下面板１１の下面における連通孔１８の開口周縁部において車両左右方向で互いに対向する位置にそれぞれ垂設された一対のストッパー壁部を採用し、ダイヤフラム１４と積層ゴム部材１５との相対的な水平方向の移動のうち、車両左右方向に移動したときのみ上側円環板１５ｃおよびストッパー壁部を互いに衝突させ車両前後方向に移動したときはこれらを衝突させないようにしてもよい。
この場合、空気ばね装置１０のばね定数が、車両前後方向では低くなり、車両左右方向では、ストッパー筒部１９および上側円環板１５ｃが互いに衝突するまでの小変位のときに低く、ストッパー筒部１９および上側円環板１５ｃが互いに衝突した後さらにこの移動が進行した大変位のときに高くなるので、直進走行時に良好な乗り心地性を具備させることが可能になるとともに、旋回走行時における走行可能速度を向上させることができる。

また、前記実施形態ではシール部材としてＯリング２６を示したが、これに代えて例えば、図２に示されるように、上端開口部が下面板１１に気密に連結された筒状のゴム膜２７を採用してもよい。さらに、このゴム膜２７を積層ゴム部材１５の内側に配置して、下面板１１の下面と積層ゴム部材１５の上面との間と、連通孔１８とを遮断させてもよい。図示の例では、ゴム膜２７は、その上端開口部がストッパー筒部１９の内側に気密に連結され、下端開口部が支持円環板２４の上面において連通筒２２の開口周縁部に気密に連結されて、積層ゴム部材１５の内側に配置されている。

さらに、前記実施形態で示したスライド部材２０に代えて、図３に示されるように、下面板１１の下面と積層ゴム部材１５の上面との間にスラストベアリング２８を配置してもよい。なお、図示の例では、スラストベアリング２８は、下面板１１の下面と積層ゴム部材１５の上面との間においてＯリング２６が配置された部分よりも径方向内側に配置されている。また、スラストベアリング２８は、下面板１１の下面に形成された溝部に装着されている。

ダイヤフラムと積層ゴム部材とが相対的に水平方向に移動する際に、その移動量が小さいときのばね定数を低く抑えることができる。

本発明に係る一実施形態として示した空気ばね装置の縦断面図である。 本発明に係る他の実施形態として示した空気ばね装置の縦断面図である。 本発明に係るさらに他の実施形態として示した空気ばね装置の一部拡大縦断面図である。

符号の説明

１０ 空気ばね装置
１１ 下面板
１２ 上面板
１３ 主ゴム膜
１４ ダイヤフラム
１５ 積層ゴム部材
１５ｃ 上側円環板（ストッパー部材）
１６ 空気供給筒
１８ 連通孔
１９ ストッパー筒部（ストッパー部材）
２０ スライド部材
２６ Ｏリング（シール部材）
２７ ゴム膜（シール部材）
２８ スラストベアリング（スライド部材）

Claims (4)

1. 上下一対の面板、およびこれらの面板に両端開口部がそれぞれ気密に連結された筒状の主ゴム膜を備えるダイヤフラムと、
   このダイヤフラムの下方に配置された筒状の積層ゴム部材と、が備えられ、
   車体と台車との間に配設される空気ばね装置であって、
   前記ダイヤフラムと積層ゴム部材との間には、これらが相対的に水平方向に移動したときに互いが衝突させられる一組のストッパー部材が設けられるとともに、
   前記上下一対の面板のうち下側に位置する下面板の下面、および前記積層ゴム部材の上面のうちのいずれか一方には、前記ダイヤフラムと積層ゴム部材とが相対的に水平方向に移動して前記一組のストッパー部材が互いに衝突するまでの間に、この移動に伴って他方の面上をスライド移動させられるスライド部材が設けられていることを特徴とする空気ばね装置。
2. 請求項１記載の空気ばね装置であって、
   前記上下一対の面板のうち上側に位置する上面板には、前記主ゴム膜内に開口した空気供給筒が設けられるとともに、前記下面板には、前記積層ゴム部材の内側と主ゴム膜内とを連通させる連通孔が形成され、
   この連通孔、前記積層ゴム部材の内側、および前記下面板の下面と積層ゴム部材の上面との間を介した前記主ゴム膜内とこの空気ばね装置の外部との連通を遮断するシール部材が設けられていることを特徴とする空気ばね装置。
3. 請求項２記載の空気ばね装置であって、
   前記シール部材は、上端開口部が前記下面板に気密に連結された筒状のゴム膜であることを特徴とする空気ばね装置。
4. 請求項３記載の空気ばね装置であって、
   前記シール部材は、積層ゴム部材の内側に配置されて、前記下面板の下面と積層ゴム部材の上面との間と、前記連通孔とを遮断していることを特徴とする空気ばね装置。

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