JP2010535999A

JP2010535999A - バネアセンブリ

Info

Publication number: JP2010535999A
Application number: JP2010520525A
Authority: JP
Inventors: クック、ポール・ウィリアム
Original assignee: Trelleborg Industrial Products UK Ltd.
Current assignee: Trelleborg Industrial Products UK Ltd.
Priority date: 2007-08-10
Filing date: 2008-07-30
Publication date: 2010-11-25
Also published as: KR20100084152A; BRPI0815333A2; AU2008288517A1; EP2188547A1; WO2009021848A1; TW200928148A; CA2695085A1; US20090039574A1; CN101821530A; RU2010108497A; AU2008288517A2; MX2010001562A

Abstract

バネアセンブリは、第１の端部材（１）と、第１の端部材から離れて配置される第２の端部材（３）と、端部材の間のエラストマー本体（６）とを有する。エラストマー本体（６）は、バネアセンブリの中心軸と一致する主負荷方向に圧縮する構成である。さらにエラストマー本体（６）は、中心軸について対称で、端部材の間で少なくとも部分的に延設される内部空洞（１７）を有する。また、エラストマー本体（６）は、間差込み要素（４，５）と、エラストマー本体（６）の主負荷方向への圧縮を力学的に規制する構成の停止手段（２）とを有する。

Description

３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１９条（ｅ）により、本出願は、２００７年８月１０日に米国特許商標庁に出願された米国仮特許出願６０／９３５３９６号の優先権を主張し、この出願での開示は、ここでの記載に含まれている。

本発明は、バネアセンブリに関する。

圧縮荷重に耐久性がある設計のバネアセンブリは、レール台車、重量の乗り物、及び、制動（damping）又は衝撃吸収が不可欠なその他の用途のような、幅広い用途で用いられている。一般に、このようなバネアセンブリは、一対の固定端プレート（rigid end plates）の間に、エラストマー本体を備える。エラストマー本体は、ゴムから形成され、バネアセンブリに印加される負荷によって圧縮される。多くの場合、これらのバネアセンブリは、空気フイゴ（bellow）／ダイアフラム（diaphragm）と組み合わせて用いられ、問題となる用途において必要な所望の特性を達成している。

この種の先行技術のエラストマーバネアセンブリの課題は、バネアセンブリが空気フイゴと組み合わせて用いられる際に、バネアセンブリの頂上部での利用可能なスペースが空気フイゴによりエラストマー本体の略下側半分まで規制されることが頻繁にあるため、これらを再現し難いことである。頂上側半分での径の減少を達成するため、間差込み手段（interleaving means）が必要であり、ゴムへの過負荷を防止し、鉛直方向への非線形弾性特性を維持している。

バネアセンブリを空気フイゴと組み合わせて用いる際に、利用可能なスペース領域（space envelope）で、周辺部分の影響を受けずに、エラストマーバネの圧縮を制御することは困難である。バネアセンブリの頂上部分のスペース領域は、空気フイゴにより必然的に規制される。また、周辺部分の設計により、スペース領域が明確に規制される。

空気フイゴと組み合わせて用いる際に、スペース領域が規制されるため、略一定の固有振動数を有する非線形バネの先行の設計は不可能である。すなわち、より大きい空気フイゴ／ダイアフラムが必要な場合、エラストマー本体の内側と外側の概形の間のアスペクト比を調整することにより、又は、エラストマー層の数を変えることにより、接触を防止している。

上述した観点から、本発明の目的は、先行技術のバネアセンブリに対して改善され、上述した課題が解決又は少なくとも削減される新しいバネアセンブリを提供することにある。

上記目的を達成するため、新しいバネアセンブリは、第１の端部材と、前記第１の端部材から離れて配置される第２の端部材と、前記第１の端部材と前記第２の端部材との間に配置されるエラストマー本体と、を具備し、前記エラストマー本体は、バネアセンブリの中心軸と一致する主負荷方向に圧縮する構成であり、前記エラストマー本体は、前記中心軸について対称で、前記第１の端部材と前記第２の端部材との間で少なくとも部分的に延設される内部空洞を備え、さらに前記エラストマー本体は、間差込み手段と、前記エラストマー本体の前記主負荷方向への圧縮を力学的に規制する構成の停止手段とを備える。

本発明の解決すべき特定の課題は、２次的な（secondary）レールサスペンションの（rail suspension）空気バネのための改善されたバネアセンブリを提供することにある。レールに取り付けられる乗り物を運動範囲（kinematic envelope）内で保つために、停止手段は必要となる。したがって、従前の設計では、外部の停止手段が必要であった。停止手段は設計と一体に提供されていることが好ましい。

高負荷容量の状態では、必要とされる鉛直方向への弾性は、非常に低い。鉛直方向への振動に必要な固有振動数の近傍で維持されている際には、間差込み要素の使用によりエラストマー本体を径が小さい状態を維持するように規制されている。これにより、有利なことに、空気フイゴ手段をバネアセンブリとともに用いる際に、より小さい空気フイゴ／ダイアフラムが使用可能となる。一般に改善された設計により、鉛直方向への弾性カーブの進行特性（progressive nature）が維持されている際には、水平方向の鉛直方向に対する弾性比は低くなる。

バネアセンブリの前記停止手段は、前記第１の端部材から突出し、前記エラストマー本体内部に配置される隆起部を備えることが好ましく、これにより、有利なことに、代わりとしてバネアセンブリの外部空間に設けることなく、一体の停止手段が実現可能となる。

ある実施形態では、前記停止手段は、前記第２の端部材から突出し、前記エラストマー本体の前記内部空洞内に配置される隆起部を備える。

別のある実施形態では、前記停止手段は、前記第１の端部材から突出し、前記エラストマー本体内部に配置される第１の隆起部と、前記第２の端部材から突出し、前記内部空洞内に配置される第２の隆起部とを備える。

前記停止手段は、前記エラストマー本体のエラストマー材料により少なくとも一部が囲まれていることが好ましく、これにより、有利なことに、最初の振れの後に２次的なより高い率の弾性を提供することによって、水平方向への弾性を調整可能となる。

本発明のある態様では、前記間差込み手段は、前記中心軸を中心として同心状に、軸方向に離れて配置される少なくとも２つの環状の間差込み要素を備える。これにより、好ましい補強効果が提供され、バネアセンブリに対称特性が提供される。

前記間差込み要素は、例えば鋼鉄のような金属等の略硬質の材料から形成されていることが好ましく、これにより、好都合なことに、要素が、鋳込み成形（casting）、旋削（turning）、プレス成形、スピニング、レーザカットにより容易に製造される。

ある実施形態では、少なくとも１つの前記間差込み要素は、円錐状断面を有する。これにより、材料の応力が低くなり、間差込み要素及びエラストマー本体の疲労耐久度と同時に、鉛直方向への弾性が改善される。

前記間差込み要素は、少なくとも一部が、又は、顕著に前記エラストマー本体に埋め込まれていることが好ましい。これにより、間差込み要素に掛かる材料の応力はより低くなり、鉛直方向の水平方向に対する弾性比がより低くなる。

前記エラストマー本体は、前記中心軸について対称な断面を有することが好ましく、これにより、有利なことに、エラストマー本体が容易に製造可能となり、異なる方向に均一の弾性特性を示す。

ある実施形態では、前記エラストマー本体は、円錐台状断面を有し、これにより、有利なことに、空気フイゴ又は空気バネが適応されていない状態で、バネアセンブリを小さい径の空気フイゴ／ダイアフラムを備える空気フイゴ手段に容易に取り付けることが可能となる。

前記エラストマー本体は、例えばポリイソプレン等のゴムから構成されていてもよく、これにより、力学的弾性が低くなるとともに、エラストマー本体でのクリープ（creep）が小さくなる。

前記エラストマー本体の前記内部空洞は、前記第２の端部材に向かって開口していることが好ましく、これにより、好都合なことに、内部空洞の形状を調整することにより、鉛直方向及び水平方向の特性を調整可能となる。

ある実施形態では、前記エラストマー本体は、前記端部材に結合されている。

前記エラストマー本体は、加硫により前記端部材に結合されていることが好ましく、これにより、好都合なことに、エラストマー本体と端部材との間で強く、耐久性のある結合が確立される。

代わりとして、前記エラストマー本体は、接着材により前記端部材に低温結合されていて、これにより、有利なことに、バネアセンブリを加熱することなく結合することが可能となる。

ある実施形態では、バネアセンブリは、さらに少なくとも前記主負荷方向に圧縮される構成の空気フイゴ手段を備える。

前記空気フイゴ手段は、前記端部材の一方に取り付けられてもよく、これにより、異なる振動数に振落する（take-up）することが可能で、バネアセンブリの制動特性が高められる。

本発明のバネアセンブリのある態様では、前記端部材の中で前記空気フイゴ手段を支持する一方は、前記空気フイゴ手段の環状のフイゴのための環状のシーリング領域を備える。これにより、空気フイゴは、バネアセンブリを変形することなしに、バネアセンブリに取り付け可能となる。

ある実施形態では、前記端部材の一方は、空気通過通路を備える。これにより、バネアセンブリを通して、例えば空気フイゴに空気を供給することが可能となる。

また、本発明の目的は、従属請求項に規定されるバネ配列、サスペンションシステム、振動吸収耐衝撃マウントシステム、乗り物によっても達成される。

以下、本発明の好ましい実施形態について、添付の図面を参照して、この実施例に限ることなく説明する。

本発明のある実施形態に係るバネアセンブリの一部の断面図。図１のバネアセンブリの端面図。図１及び図２のバネアセンブリの斜視図。空気フイゴと組み合わせた操作モードでの図１乃至図３のバネアセンブリの断面図。図４のバネアセンブリの負荷状態を示す概略図。図４のバネアセンブリの別の負荷状態を示す概略図。図４乃至図６の空気フイゴと組み合わせたバネアセンブリの斜視図。本発明の別のある実施形態に係るバネアセンブリの一部の断面図。本発明のさらに別のある実施形態に係るバネアセンブリの一部の断面図。１つの間差込み要素が円錐状の本発明のさらに別の実施形態に係るバネアセンブリの一部の断面図。停止手段が圧縮を規制するまで圧縮した状態でのバネアセンブリの一部の断面図。２つのバネアセンブリを互いに取り付けた本発明の特定の態様に係るバネ配置の側面図。

発明の詳細な説明

以下に記述する実施形態は、特にレール台車又はその他の乗り物に適用可能であるが、（例えば機械のサスペンション等の）海洋又は工業装置のための低振動数マウント（mount）として用いられてもよい。

図１乃至図３に示すように、本発明のある実施形態に係るエラストマーバネアセンブリは、中央隆起部２を備える停止手段を有する第１の固定端部材（rigid end member）１と、第２の固定端部材３とを備える。金属で形成されることが好ましい２つの補強インターリーフ要素（re-inforcing interleaf elements）４，５が、エラストマー材料の基質から構成されるエラストマー部材又は本体６内に埋め込まれている。

中央隆起部２は、エラストマー本体６の圧縮を規制する第２の中央隆起部２２（仮想線で示す）と組み合わせて用いられてもよい。また、第２の中央隆起部２２は、中央隆起部２がない状態で単独で圧縮の規制に用いられてもよい。

エラストマー部材６は、非線形の鉛直方向への弾性を提供する形状であり、合成種の天然ゴム、天然ゴムとポリイソプレン等の別のエラストマー材料のような様々なエラストマー材料から形成されている。本実施形態では、エラストマー本体６は、第１及び第２の端部材１，３に結合されている。上側端部材１とエラストマー本体６との間の境界面全体が、結合されていることが好ましい。エラストマー本体６は底部で、下側端部材３に取り付けられる環状要素３´に結合されている。結合は、加硫により行われることが好ましいが、代わりに接着材を用いた低温結合（cold-bonding）を適用してもよい。

エラストマー本体６は、第２の端部材３に向かって開口する下側内部空洞１７を備える。さらに、エラストマー本体６は、中央隆起部２が配置され、結合される上側内部空洞２０を備える。

バネ効果の目的を達成するために、２つの間差込み要素４，５が、略固定され、エラストマー本体６内に埋め込まれている。多くの間差込み要素４，５を備える実施形態も、本発明の範囲内で実施可能である。間差込み要素４，５は、環状、かつ、連続していて、圧縮の間エラストマー本体６を補強し、圧縮によりエラストマー本体６の径が増加することを規制している。

下側端部材３は、鉛直方向及び水平方向の指標（characteristics）により定義される形状概形を有し、ボス又はスピゴット７を有し、バネアセンブリが装着される硬質の水平部分が提供されている。

図面に示すように、バネアセンブリは、中心軸ＣＡについて対称である。

好ましい実施形態（図４及び図７に示す）では、上側端部材１は、環状の空気フイゴユニット９を気密に取り付けるための環状のシーリング領域８を備える。円錐台形状のエラストマー本体６は、空気フイゴユニット９が組み合わされたバネアセンブリで用いられる。上側端部材１は、低摩擦パッド１１が取り付けられるシートを有する。低摩擦パッド１１によりスライド表面が提供され、空気フイゴユニット９で空気機能停止（air failure）の状態（event）では、水平方向に移動するように適応される。このような構成にすることにより、バネアセンブリの鉛直方向及び水平方向へのコンプライアンス（compliance）が増加し、空気機能停止の状態で、ある水準のコンプライアンスが提供される。

図５及び図６は、空気フイゴユニット９と組み合わさったエラストマーバネアセンブリが、異なる水平方向負荷の状態下でいかに作用するかを示す図である。空気フイゴユニット９の水平方向への振れに加えて、エラストマー本体６が水平方向に振れる。空気フイゴユニット９は振れを補償し、取付け表面１２，１３は互いに略平行の状態のままである。本実施例では、例えば、上側取付け表面１３がレール台車Ｃに取り付けられ、下側取付け表面がレール台車（bogie）Ｂに取り付けられる。

図８に示す実施形態では、第１の端部材１の上側部分が変形され、図１の実施形態より薄くなっている。第１の端部材１のこの部分をより薄くすることにより、空気フイゴユニット９のためのシーリング領域８がより小さくなり、第１の端部材１の上側部分が上述の取付け表面に接触する前の状態で、空気フイゴユニット９により大きいクリアランスを与える。端部材１から端部材３に向かって下方向に向かうエラストマー本体６のそれぞれの層では、厚さが増加する。同様に、エラストマー本体６の径も増加する。

上側端部材１の停止手段２はエラストマー本体６の環状突起部１０に連結され、停止手段２の特性が変形されている。異なる厚さ及び突起部１０の形状により、圧縮規制が正確に調整され、用途に適応する。また、エラストマー本体６の形状を図１乃至図３から変形させることにより、エラストマーバネアセンブリの特性が変化する。間差込み要素４，５の大きさ及び形状を図１乃至図３から変形することにより、エラストマーバネアセンブリの特性が変化する。

図９に示すように、エラストマー本体６の形状は、図８から変形される。エラストマー本体６の形状が異なることにより、異なる特性が達成される。さらにエラストマーバネアセンブリは、空気フイゴ（図９では図示されていない）にエラストマーバネアセンブリの空洞１７を通して空気を供給する空気通過通路１８を備える。通路１８を通過するこのような空気は、エラストマーバネアセンブリを通して例えば空気フイゴに空気が供給されるのであれば、異なる実施形態のエラストマーバネアセンブリで用いられてもよい。

図１０は、円錐状の間差込み要素１４を備える本発明の別の実施形態に係るエラストマーバネアセンブリを示す図である。円錐状の間差込み要素１４の使用は本実施形態に限られるものではなく、異なるエラストマー本体６と組み合わせて用いられてもよい。変形例（図示しない）として、すべての間差込み要素が円錐状である。円錐状特性により、間差込み要素およびエラストマー本体の疲労耐久度（fatigue endurance）が高くなり、鉛直方向及び水平方向について別の弾性特性が提供される。

図１１では、エラストマーバネアセンブリの圧縮状態が示され、中央隆起部２の端部２´が第２の端部材３と接触している。この位置では、圧縮が規制され、エラストマーバネアセンブリはさらなる圧縮が不可能な状態となっている。

図１２に示すように、第１のバネアセンブリ１５が第２のバネアセンブリ１６上に取り付けられ、２つのエラストマー本体が砂時計形状を形成している。バネアセンブリ１５，１６は、それぞれアセンブリ１５，１６の第１の端部材と置き換えられる中間接続部材２１により、接続されている。エラストマーバネアセンブリ１５，１６の両方はユニットとして作用し、より長いストロークのより柔軟な（softer）バネを提供している。

最後に、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、請求項の範囲内でいくつかの変形例が実施可能である。例えば、様々な構成の間差込み手段を用いてもよい。さらに異なるタイプの空気フイゴをバネアセンブリと組み合わせて用いてもよい。

Claims

第１の端部材と、
前記第１の端部材から離れて配置される第２の端部材と、
前記第１の端部材と前記第２の端部材との間に配置されるエラストマー本体と、
を具備し、
前記エラストマー本体は、バネアセンブリの中心軸と一致する主負荷方向に圧縮する構成であり、
前記エラストマー本体は、前記中心軸について対称で、前記第１の端部材と前記第２の端部材との間で少なくとも部分的に延設される内部空洞を備え、
さらに前記エラストマー本体は、間差込み手段と、前記エラストマー本体の前記主負荷方向への圧縮を力学的に規制する構成の停止手段とを備えるバネアセンブリ。
前記停止手段は、前記第１の端部材から突出し、前記エラストマー本体内部に配置される隆起部を備える請求項１のバネアセンブリ。
前記停止手段は、前記第２の端部材から突出し、前記内部空洞内に配置される隆起部を備える請求項１のバネアセンブリ。
前記停止手段は、前記第１の端部材から突出し、前記エラストマー本体内部に配置される第１の隆起部と、前記第２の端部材から突出し、前記内部空洞内に配置される第２の隆起部とを備える請求項１のバネアセンブリ。
前記停止手段は、前記エラストマー本体のエラストマー材料により少なくとも一部が囲まれている請求項１のバネアセンブリ。
前記間差込み手段は、前記中心軸を中心として同心状に、軸方向に離れて配置される少なくとも２つの環状の間差込み要素を備える請求項１のバネアセンブリ。
前記間差込み要素は、略硬質の材料から形成されている請求項６のバネアセンブリ。
少なくとも１つの前記間差込み要素は、円錐状断面を有する請求項６のバネアセンブリ。
前記間差込み要素は、少なくとも一部が前記エラストマー本体に埋め込まれている請求項６のバネアセンブリ。
前記エラストマー本体は、前記中心軸について対称な断面を有する請求項１のバネアセンブリ。
前記エラストマー本体は、円錐台状断面を有する請求項１のバネアセンブリ。
前記エラストマー本体は、ゴムから構成されている請求項１のバネアセンブリ。
前記エラストマー本体の前記内部空洞は、前記第２の端部材に向かって開口している請求項１のバネアセンブリ。
前記エラストマー本体は、前記端部材に結合されている請求項１のバネアセンブリ。
前記エラストマー本体は、加硫により前記端部材に結合されている請求項１４のバネアセンブリ。
前記エラストマー本体は、接着材により前記端部材に低温結合されている請求項１４のバネアセンブリ。
さらに少なくとも前記主負荷方向に圧縮される構成の空気フイゴ手段を備える請求項１のバネアセンブリ。
前記空気フイゴ手段は、前記端部材の一方に取り付けられる請求項１７のバネアセンブリ。
前記端部材の中で前記空気フイゴ手段を支持する一方は、前記空気フイゴ手段の環状のフイゴのための環状のシーリング領域を備える請求項１７のバネアセンブリ。
前記端部材の一方は、空気通過通路を備える請求項１のバネアセンブリ。
２つの請求項１のバネアセンブリを備え、バネユニットを形成しているバネ配列。
多数の請求項１のバネアセンブリを備えるサスペンションシステム。
多数の請求項１のバネアセンブリを備える振動吸収耐衝撃マウントシステム。
多数の請求項１のバネアセンブリを備える車両乗り物。
前記乗り物は、レール台車である請求項２４の乗り物。